2013 Fiscal Year Annual Research Report
衛星間通信を活用した編隊飛行衛星群による宇宙電磁環境の高度連携多点計測法
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24360159
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| Research Institution | Kanazawa University |
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Principal Investigator |
笠原 禎也 金沢大学, 総合メディア基盤センター, 教授 (50243051)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
後藤 由貴 金沢大学, 電子情報学系, 准教授 (30361976)
小嶋 浩嗣 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (10215254)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2016-03-31
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| Keywords | 信号処理 / 計測システム / 地球惑星磁気圏 / プラズマ波動 / 電波科学 / 衛星通信 / 宇宙科学 / 自律制御ソフトウェア |
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| Research Abstract |
地球近傍の宇宙プラズマ環境を高機能計測する手段として、編隊飛行する小型衛星群が衛星間通信を駆使して相互に連携して同時多点観測を行うために必要な技術と、科学衛星で得られた電磁波計測データを用いた宇宙プラズマの空間構造とそのダイナミクスの解明をテーマに研究を実施した。今年度は、下記の項目について重点的に検討し、それぞれ良好な成果を得た。
(1)小型衛星に搭載する際に必須となる電磁波受信器の小型化・高性能化を行うために、従来はCPU上のソフトウェアで実現していた波動信号処理ならびに地上伝送用データ生成処理について、よりコンパクトなソフトウェア受信器で実現可能となるよう、プログラマブル論理素子（FPGA）上での高速信号処理法について検討した。この検討を行うために、昨年度設計を行った電磁波受信器のデジタル処理部を模擬した専用FPGAボードを製作し、同基板上への模擬信号の入出力など、基本動作の検証を行った。
(2)複数PCで構成した既開発の連携観測シミュレータを拡張し、磁気圏の空間構造が時間変動するケースや、個々の衛星が領域判定の誤りを起こすケースなど、現実的な運用状態を仮定したモデルでの最適観測モードの決定アルゴリズムの考案と定量的な評価を行った。
(3)あけぼの・かぐやなどの科学衛星で得られたプラズマ波の波形や位相特性から、地球ならびに月近傍で観測される波動の発生・伝搬特性の解析を行った。特に、地球磁気赤道域付近で放射線帯粒子の消失に多大な影響を与えるとされる電磁イオンサイクロトロン波（EMIC)の空間分布や伝搬特性を明らかにしたほか、月周辺プラズマ中における広帯域静電波とプラズマ粒子の相関など、プラズマ波動の特性が太陽・地球系プラズマ物理の解明に貢献した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本連携手法は、編隊飛行する個々の衛星が自律的に判断し親衛星に状況報告することで、衛星群が重要な観測領域を確実にとらえる方法を実現することを最終目的としている。現在までに、衛星群の飛翔領域の空間構造が時間的に変化するケースや、個々の衛星が行う自律的判断に確率的に誤りが含まれるケースを想定し、このような状況下でも衛星群全体の連携動作に与える影響を最小限に抑え、最適な観測動作を継続するアルゴリズムについて、連携シミュレータ上で定量評価が進んでいる。また初年度より2年かけて設計・製作した、電磁波受信器のデジタル処理部を模擬した専用FPGAボードの完成により、機上信号処理の準リアルタイム化にむけた道筋がつきつつある。さらに既存衛星で取得した波動観測データを用いた解析も滞りなく進んでおり、将来衛星の設計に活かせる知見が得られつつある。以上のように、本研究は交付申請時の計画をほぼ予定通り進めている。
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| Strategy for Future Research Activity |
引き続き、下記の項目について検討を進める。
（１）衛星群が飛翔する領域の時間・空間変動が未知の場合と、確率的なモデルで先験的に与えられた場合のそれぞれについて、最適な連携観測モードを決定するためのアルゴリズムを明確にする。
（２）今年度完成した専用FPGAボードを用いて、信号波形のデータ圧縮アルゴリズムの高速化と動作検証、さらには回路規模の削減やチャネル間相関計算法など、従来のCPU上で行っていた処理のFPGA化を進める。
（３）プラズマ波動データからの雷起源波動の自動検出や、特性周波数の同定によるイオン組成比の導出など、宇宙プラズマ環境計測で重要な各種観測パラメータの高速かつ自律的な決定法について、検討を進める。
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| Expenditure Plans for the Next FY Research Funding |
FPGAボード上で評価に用いるための疑似データ作成や連携シミュレータの操作などの研究補助作業を謝金で賄うことを計画していたが、当初の想定より作業量が小さく、謝金を用いた研究補助なしに、実験・解析を行うことができたため。その他の執行計画はほぼ予定通り実施しており、次年度使用額が発生したことによる研究計画への影響はない。
平成26年度は謝金費を減額し、国際会議などの成果報告や学術論文の出版費などに重点配分する形で、研究費の執行を実施する予定である。
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[Journal Article] Type-II Entry of Solar Wind Protons into the Lunar Wake: Effects of Magnetic Connection to the Night-side Surface2013
Author(s)
M. N. Nishino, M. Fujimoto, Y. Saito, H. Tsunakawa, Y. Kasahara, M. Kawamura, M. Matsushima, F. Takahashi, H. Shibuya, H. Shimizu, Y. Goto, K. Hashimoto, Y. Omura, A. Kumamoto, T. Ono, S. Yokota
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Journal Title
Planetary and Space Science
Volume: 87
Pages: 106-114
DOI
Peer Reviewed
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[Presentation] 月周辺で観測される電子サイクロトロン高調波
Author(s)
片山 由美子, 小嶋 浩嗣, 斎藤 義文, 笠原 禎也, 大村 善治, 山本 忠輝, 横田 勝一郎, 西野 真木, 橋本 弘藏, 小野 高幸, 綱川 秀夫
Organizer
日本地球惑星科学連合2012年大会
Place of Presentation
幕張メッセ（千葉県）
Invited
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[Presentation] Type-II entry of solar wind protons into the lunar wake as a general phenomenon
Author(s)
Masaki N. Nishino, Masaki Fujimoto, Yoshifumi Saito, Mariko Kawamura, Hideo Tsunakawa, Yoshiya Kasahara, Masaki Matsushima, Futoshi Takahashi, Hidetoshi Shibuya, Hisayoshi Shimizu, Yoshitaka Goto, Kozo Hashimoto, Yoshiharu Omura, Atsushi Kumamoto, Takayuki Ono, Shoichiro Yokota
Organizer
日本地球惑星科学連合2012年大会
Place of Presentation
幕張メッセ（千葉県）
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[Presentation] Natural Plasma Waves as Signatures of Interaction between the Solar Wind and the Moon Observed by KAGUYA LRS/WFC
Author(s)
Y. Kasahara, Y. Takahashi, Y. Goto, K. Hashimoto, H. Kojima, Y. Omura, A. Kumamoto, T. Ono, M. N. Nishino, Y. Saito, H. Tsunakawa
Organizer
2013 Asia-Pacific Radio Science Conference (AP-RASC2013)
Place of Presentation
Howard International House, Taipei, Taiwan
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[Presentation] 月磁気異常帯上空での太陽風プラズマの加速・減速と広帯域波動同時観測イベントの解析
Author(s)
高橋 雄大, 笠原 禎也, 後藤 由貴, 橋本 弘藏, 小嶋 浩嗣, 大村 善治, 小野 高幸, 西野 真木, 斎藤 義文, 綱川 秀夫, KAGUYA/LRS/WFCチーム, KAGUYA/MAP/LMAGチーム
Organizer
地球電磁気・地球惑星圏学会第134回総会及び講演会
Place of Presentation
高知大学（高知）
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[Presentation] Type-II entry of solar wind protons into the lunar wake: Effects of magnetic connection to the night-side surface
Author(s)
Masaki N. Nishino, Masaki Fujimoto, Yoshifumi Saito, Hideo Tsunakawa, Yoshiya Kasahara, Mariko Kawamura, Masaki Matsushima, Futoshi Takahashi, Hidetoshi Shibuya, Hisayoshi Shimizu, Yoshitaka Goto, Kozo Hashimoto, Yoshiharu Omura, Atsushi Kumamoto, Takayuki Ono, Shoichiro Yokota
Organizer
American Geophysical Union Fall Meeting
Place of Presentation
San Francisco, U.S.A.
