Development of a space environment monitoring system using lightning whistlers detected by microsatellite

利用微卫星探测到的闪电哨声的空间环境监测系统的研制

• 批准号: 22K19845
• 负责人: 笠原 禎也
• 金额: $ 3.99万
• 依托单位: Kanazawa University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Challenging Research (Exploratory)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-06-30 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K19845/
• 关键词: プラズマ波動; ディジタル受信器; 超小型衛星; 到来方向推定; ディジタル信号処理

太陽系内プラズマの電磁環境を網羅的に調査するには、小型化した衛星を複数配置した同時多点観測が必須である。超小型衛星による電磁波計測を実現するには、搭載受信器の超小型化と受信した電磁波信号を超高速（準リアルタイム）で機上処理し、必要な情報のみを地上伝送する機能の実現が求められる。本研究計画では、プログラマブル論理チップ（FPGA）を用いて受信器を大幅に小型・軽量化し、(A) 衛星内から発生する搭載機器由来の雑音を除去する機能と (B) 観測データの連続実時間処理を行う信号処理モジュールを開発する。さらに雷起源の電磁波である雷ホイスラーなどの波動現象を検知・抽出し、波動の到来方向や分散値などの伝搬パラメータを実時間演算する機能を開発することで、超小型衛星に搭載可能な超小型・軽量な雷ホイスラー検出受信器を開発する。初年度は、FPGAによる定常的な人工雑音除去機能について論理実装を行った。雑音推定には、雑音レベルが変化しても適応的に対応できる逐次推定機能を開発し、受信信号から雑音を差し引くことで混入した雑音レベルの低減を実現している。これまでに、シミュレータレベルで良好な雑音除去特性が得られることを確認できており、今後、実機での動作確認を進める。並行して、受信信号中に観測された自然波動信号を検知する、波動イベント検出機能の検討を行った。同機能の開発には、異常検知アルゴリズムを採用し、計算サーバ上でその動作検証を行った。その結果、波動現象の検知が原理的に可能であることを確認した。ただし、現行の処理方式は、機上での実時間動作には計算量が過大であるため、今後、計算負荷の軽減を検討する。

Electromagnetic environment of interplanetary プ ラ ズ マ の を snare に survey す る に は, miniaturization し た satellite を complex configuration し た and multipoint 観 が measurement must で あ る. Subminiature satellite に よ る electromagnetic wave measuring を be presently す る に は, carrying the fiduciary の microminiaturization と trusted し た を ultra-high speed electromagnetic wave signal (quasi リ ア ル タ イ ム) で し 処 and な necessary information on の み を 伝 lying on the ground to send す る function の be が now beg め ら れ る. This research project で は, プ ロ グ ラ マ ブ ル logical チ ッ プ (FPGA) を い て trusted device を sharply に small quantitative し 軽, (A) within the satellite か ら 発 raw す る carrying machine origin の 雑 sound を remove す る function と (B) 観 デ measurement ー タ の even 続 be time line 処 reason を う signal 処 モ ジ ュ ー ル を open 発 す る. さ ら に ray origin の electromagnetic で あ る ray ホ イ ス ラ ー な ど の fluctuations を 検 know spare し, volatility の on direction of arrival や dispersed numerical な ど の 伝 move パ ラ メ ー タ を be time calculus す る function を open 発 す る こ と で, subminiature satellite に carry な subminiature · 軽 quantity な ray ホ イ ス ラ ー 検 a trusted device を open 発 す る. In the first year, the な artificial 雑 sound removal function of による and FPGAによる stabilization was put into practice in を and った. 雑 sound constructive に は, 雑 レ ベ ル が variations change し て も suitable 応 に 応 seaborne で き る presumption of successive function を open 発 し, trusted signal か ら 雑 sound を poor し lead く こ と で mixed with し た 雑 sound レ ベ ル の low cut を be presently し て い る. こ れ ま で に, シ ミ ュ レ ー タ レ ベ ル で good な 雑 sound to remove features が have ら れ る こ と を confirm で き て お り, in the future, be machine で の action confirmed を into め る. In parallel し て, trusted signal に 観 measuring さ れ た natural fluctuations signal を 検 know す る, volatility イ ベ ン ト 検 out function の 検 line for を っ た. Flight can open 発 の に は, abnormal 検 know ア ル ゴ リ ズ ム を し, calculate サ ー バ on で そ の action line card 検 を っ た. The そ results, fluctuation phenomena, 検 know the に possibility of the が principle, である とを とを confirm the た. た だ し, current の way は 処 and in-flight で の be time action に は が too large amount of calculation で あ る た め の computational load, in the future, 軽 minus を beg す 検 る.

项目成果

Development of the software implemented in the onboard computer (OBC) for Kanazawa University Satellite "KOYOH"

开发金泽大学卫星“KOYOH”机载计算机（OBC）中实现的软件

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Kishino;Y. Inoue;A. Sasaoka;T. Ito;Y. Kasahara;T. Imachi;T. Sawano;S. Matsuda;Y. Shoji;I. Jikuya;M. Arimoto;D. Yonetoku;S. Yagitani
• 通讯作者: S. Yagitani

あらせ衛星で観測されたコーラスエレメントの特徴解析

Arase卫星观测到的合唱元素特征分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 平塚 貴也;松田 昇也;笠原 禎也;中村 紗都子;北原 理弘;三好 由純;篠原 育
• 通讯作者: 篠原 育

Identification Approach of Arriving Wave Model Based on Likelihood Ratio Test With Different Sensor Noise Levels

不同传感器噪声水平下基于似然比检验的到达波模型识别方法

• DOI: 10.1029/2022rs007427
• 发表时间: 2022
• 期刊: Radio Science
• 影响因子: 1.6
• 作者: Tanaka Yuji;Ota Mamoru;Kasahara Yoshiya
• 通讯作者: Kasahara Yoshiya

あらせ衛星で観測されたホイスラーモード波の空間分布に関する統計解析

Arase卫星观测到的惠斯勒模波空间分布统计分析

• 发表时间: 2022
• 作者: 林 京汰;笠原 禎也;松田 昇也;土屋 史紀;熊本 篤志;北原 理弘;松岡 彩子;中村 紗都子;三好 由純;篠原 育;Malaspina David,Ripoll Jean-Francois
• 通讯作者: Malaspina David,Ripoll Jean-Francois

Whistler‐Mode Transmission Experiments in the Radiation Belts: DSX TNT Circuit Simulation and Data Analysis

辐射带中的惠斯勒模式传输实验：DSX TNT 电路仿真和数据分析

• DOI: 10.1029/2022ja030564
• 发表时间: 2023
• 期刊: Journal of Geophysical Research: Space Physics
• 作者: Tu Jiannan;Song Paul;Galkin Ivan A.;Reinisch Bodo W.;Johnston William R.;Starks Michael J.;Su Yi‐Jiun;Cooke David;Ginet Gregory P.;Inan Umran S.;Lauben David S.;Miyoshi Yoshizumi;Matsuda Shoya;Kasahara Yoshiya;Kojima Hirotsugu;Shinohara Iku
• 通讯作者: Shinohara Iku