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。

为了全面研究太阳系中等离子体的电磁环境，与排列的多个微型卫星同时进行多点观测是必不可少的。为了使用超紧凑型卫星实现电磁波测量，有必要实现一个使用超紧凑型接收器以超高速度（接近实时）处理接收到的电磁波信号的函数，并仅在地面上传输必要的信息。在本研究计划中，我们将开发一个信号处理模块，该模块使用可编程逻辑芯片（FPGA）显着降低接收器的尺寸和重量，（a）一个功能，可以消除卫星内生成的机载设备中的噪声，以及（b）执行观察数据连续实时处理的信号处理模块。此外，通过开发一种检测和提取诸如雷克斯勒之类的振动现象的功能，这些功能是源自闪电的电磁波，并计算出传播参数，例如波浪到达和分散值等，它将产生超轻巧，轻巧的雷声检测接收器，可在Ulta-compact上坐着Satellient。在第一年，使用FPGA实施了逻辑，以实现稳定的人造噪声函数。对于噪声估计，开发了一个顺序估计函数，即使噪声水平变化，也可以自适应响应噪声水平，并通过从接收到的信号中减去噪声，降低了混合的噪声水平。到目前为止，已经确认可以在模拟器级别获得良好的降噪特性，我们将来将继续对实际机器进行操作检查。同时，我们研究了一个波浪事件检测功能，该功能检测到接收信号期间观察到的自然波信号。此功能的开发涉及异常检测算法并验证其在计算服务器上的操作。结果，可以原则上证实振动现象的检测是可能的。但是，当前的处理方法在飞机上实时操作的计算过多，因此我们将考虑减少将来的计算负载。

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

A Proposal for Modification of Plasmaspheric Electron Density Profiles Using Characteristics of Lightning Whistlers

利用闪电哨声特征修改等离子体层电子密度分布的提案

• DOI: 10.3390/rs15051306
• 发表时间: 2023
• 期刊: Remote Sensing
• 影响因子: 5
• 作者: Putri Desy Purnami Singgih;Kasahara Yoshiya;Ota Mamoru;Matsuda Shoya;Tsuchiya Fuminori;Kumamoto Atsushi;Matsuoka Ayako;Miyoshi Yoshizumi
• 通讯作者: Miyoshi Yoshizumi