| 研究課題/領域番号 |
18H01266
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| 研究機関 | 名古屋大学 |
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研究代表者 |
岩井 一正 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 准教授 (00725848)
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| 研究期間 (年度) |
2018-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 宇宙天気 / 電波天文学 / 太陽風 / FPGA / フェーズドアレイ |
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| 研究実績の概要 |
太陽面爆発「フレア」では太陽大気の一部が吹き飛ばされ(CME)、太陽から吹き出す風「太陽風」に乗って地球にも到来し、地球周辺環境に深刻な影響を与える。本研究ではCMEが電波天体と地球との間を通過する際に、電波天体からの電波が散乱される現象を観測し、CMEの伝搬過程を解明することを目的としている。そして、その観測の超高性能化を実現するために、デジタルフェーズドアレイ技術を用いた電波の多方向同時観測装置の開発を行っている。
本研究では計画初年度に当たる今年度、多数のアンテナからの電波入力信号をデジタル化し、リアルタイムに解析することで、任意の方向に複数のビームを作るリアルタイム受信機の設計及び開発を行った。その結果、当初の目的を達成しうる試作機の設計に成功した。次にこの設計に基づきFPGAとAD変換器を用いたデジタルボードによる試作機の開発を行った。その結果、当初の目標性能を達成できる信号処理装置の開発の目処が立った。本装置は従来のデジタルフェーズドアレイ装置に比べて小型で、かつ極めて安価であり、量産によって超高性能なフェーズドアレイ観測ができる可能性がある。現在、完成に向けた開発が進んでいる。
並行して、本装置を搭載可能な小型のアンテナを開発し、デジタルフェーズドアレイ装置を搭載することで、フェーズドアレイ観測による天体検出の実証実験を行うための小型アンテナの設計を開始した。複数の有限要素法を用いた電磁界シミュレータを評価した結果、適切なシミュレータを選定・調達し、アンテナ設計ができる環境が整った。
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
2: おおむね順調に進展している
理由
本年度は、多数のアンテナからの電波入力信号をデジタル化し、リアルタイムに解析することで、任意の方向に複数のビームを作るリアルタイム受信機の開発を行った。その結果、FPGAとAD変換器を用いて本研究専用に開発したデジタルボードを用いて、当初の目標性能を達成できる信号処理装置の目処が立った。現在、本装置の完成に向けて開発が進んでいる。
並行して、本装置を搭載可能な小型のアンテナを開発し、デジタルフェーズドアレイ装置を搭載することで、フェーズドアレイ観測による天体検出の実証実験を行うための小型アンテナの設計を開始した。適切な有限要素法を用いた電磁界シミュレータを選定・調達し、既にアンテナ設計も進んでいる。よって計画の一部は予想以上に進んでいると言える。
しかし、デジタルボード開発に関連するメーカーのうちの一社が令和元年10月に発生した阿武隈川の水害の被害に遭い、部品調達が3月末に間に合わない事態となった。そのため、デジタルボートの調達費用を翌年度に繰り越すこととなった。
以上より、本研究は全体としては当初の予定通りおおむね順調に進展していると言える。
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| 今後の研究の推進方策 |
デジタルフェーズドアレイプロトタイプ装置を完成させる。既に開発の大部分は終了しているので、前年度に部品調達ができなかった部分の納入後に速やかに完成させる。その後、実験室での性能評価およびデジタルビームフォームの実験を行う。実験では、システムの較正やビームの指向が正しく行えるかを確認する。これらの結果を用いることで、アンテナに接続したときに、遠方天体を観測中にCMEが天体と地球の間を通過した場合に観測される電波の散乱現象、惑星間空間シンチレーション（IPS）現象が正しく観測できることを実証する。
これらと並行して、アンテナシミュレータを用いたアレイアンテナの設計・開発を行う。アンテナは電波天文保護バンドの327MHzに最適化したダイポールアンテナをベースに、平面反射板状に2次元に配列させる。
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