A b s t r a c t :   Imaging r i o m e t e r  o f  t w o ‑ d i m e n s i o n a l  m u l t i ‑ n a r r o w  beams i s   a  p o w e r f u l  r a d i o  i n s t r u m e n t  t o  i n v e s t i g a t e  t h e  s t r u c t u r e  o f  c o s m i c  n o i s e  a

イ メ ー ジ ン グ リ オ メ ー タ ー 吸 収 画 像

QL

佐藤貢 1 ・山岸久雄い加藤泰男 l• 西野正徳l

Quick‑look System of Auroral Absorption Images by Imaging Riometer  M i t s u g i  S A T 0 1 ,  Hisao YAMAGISHI

and Masanori N 1 s H 1 N o 1  

A b s t r a c t :   Imaging r i o m e t e r  o f  t w o ‑ d i m e n s i o n a l  m u l t i ‑ n a r r o w  beams i s   a  p o w e r f u l  r a d i o  i n s t r u m e n t  t o  i n v e s t i g a t e  t h e  s t r u c t u r e  o f  c o s m i c  n o i s e  a b s o r p t i o n   (CNA) i n   t h e   a u r o r a l   i o n o s p h e r e   c a u s e d   by t h e   p r e c i p i t a t i o n   o f  e n e r g e t i c   e l e c t r o n s .   However, t h e  i n s t r u m e n t  h a s  a d e m e r i t  o f  d e l a y ‑ l o o k  f o r  i m a g i n g   b e c a u s e  o f  t h e  u s e  o f  a  l a r g e  c a p a c i t y  computer f o r  d a t a  p r o c e s s i n g .   Q u i c k ‑ l o o k  ( Q L )  s y s t e m  o f  t h e  i m a g i n g  r i o m e t e r  was d e v e l o p e d  by u s i n g  a  p e r s o n a l   c o m p u t e r .   T h i s  s y s t e m  h a s  a  f u n c t i o n  t o  v i e w  t h e  CNA i m a g e s  i n   r e a l  t i m e .   Q u i e t  day c u r v e s  (QDC's) which i n d i c a t e  t h e  c o n d i t i o n  o f  q u i e t  i o n o s p h e r e  a r e   d e t e r m i n e d  from d a i l y  v a r i a t i o n s  o f  c o s m i c  n o i s e  i n t e n s i t y  o b t a i n e d  d u r i n g  t h e   i n i t i a l   t e n  d a y s .   T h e r e a f t e r  t h e   QDC's a r e  s e t  i n t o  r e a l ‑ t i m e  d a t a  p r o c e s s i n g   a s  a r e f e r e n c e .   The QL s y s t e m  h a s  an a d v a n t a g e  f o r  r e a l ‑ t i m e  c o m p a r i s o n   w i t h  a u r o r a l  i m a g e s  by t h e  a l l ‑ s k y  TV  c a m e r a .  

要旨：高ニネルギー粒子の降下による銀河電波雑音の電離層吸収

(CNA)

CNA

M T

(QDC)

し画像化している．

本論文のイメージングリオメーター吸収画像

QL

1

QDC

QDC

QDC

TV

による映像と二次元

CNA

1 .  

2 5 1  

極 域 電 離 層 に 降 下 す る 高 ニ ネ ル ギ ー 粒 子 に よ る 銀 河 電 波 雑 音 の 電 離 層 吸 収

(CNA: Cos‑

mic Noise Absorption)

( R e l a t i v e Ionospheric  Opacity Meter)  1

S o l a r ‑ T e r r e s t r i a l  Environment L a b o r a t o r y ,  Nagoya U n i v e r s i t y ,  1 3  

Honohara 3 ‑ c h o m e ,  Toyokawa 4 4 2 .  

2 国立極地研究所.

N a t i o n a l  I n s t i t u t e  o f  P o l a r  R e s e a r c h ,  9 ‑ 1 0 ,  Kaga 1 ‑ c h o m e ,  I t a b a s h i ‑ k u ,  Tokyo  1 7 3 .  

南極資料，

V o l .3 6 ,   No. 2 ,   2 5 1 ‑ 2 6 7 ,   1 9 9 2  

Nankyoku S h i r y 6  ( A n t a r c t i c  R e c o r d ) ,  V o l .   3 6 ,   No. 2 ,   2 5 1 ‑ 2 6 7 ,   1 9 9 2  

は，

1 9 7 0

1 9 8 8

CNA

(DETRICK and  ROSEN‑

BERG, 1 9 9 0 ) .  

CNA

( 1 9 9 2 )

われわれは

CNA

(QuickLook, 

QL

8

8

8

4 5 °

QL

1 9 9 0 ) .

CNA

(NISHINO e t   a l . ,   1 9 9 0 ) .  

64

1 9 9 2 )

り，前述の

QL

QL

CNA

真の

CNA

従 来 の イ メ ー ジ ン グ リ オ メ ー タ ー 観 測 で は 蓄 積 さ れ た 観 測 デ ー タ を 研 究 室 で 統 計 的 に 処 理 し，銀河電波背景雑音レベルを求め，その後，初めて

CNA

本

QL

QL

2 )

3 )

4 )

5 )

(QDC)

6 )

そこで，本論文では，

2

QL

3

QL

ク表示機能について述べる.

4

QL

5

CNA

(QDC)

2 .  

1章で述べたように，われわれは 1) アイスランドチョルネス， 2) スピッツベルゲン島ニ ーオルスン，

3 )

3

イメージングリオメーター吸収画像

QL

れらのシステムは多少異なるハードウェアデザインとなっているが，

QL 

2 5 3  

シ ス テ ム は 基 本 的 に共通なものを用い， ハ ー ド ウ ェ ア の 差 異 に 対 応 し て 機 能 の 若 干 異 な る バ ー ジ ョ ン を 用 意 し た．

る

ここでは，

QL 

昭和基地用システムを例にとり，観測ヽンステムの概要を述べ， そ の 中 に お け システムの位置づけを説明する．

図

1

ANTENNA  ARRAY  1/2えDipole

64 

I 

BUTLER t1ATRIX 

64 

I 

SCANNER  8Waリーswitch

I 

8 channel  RECEIVER 

＆  DETECTOR 

i‑Wire Cable 

s e e .  

"‑‑''''̲, ̲̲ , 

3 3 U L

L g

N I

  I~377

g ヒ 0~Ntf~S

PIO 

At'D 

PERSONAL  C01'1PUTER 

PC9801DA  HDD:80Mb 

'‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑SLAUE (Opt i ona 

I ) ‑ ‑ ‑ ‑ ‑ ‑ ‑ ‑ ‑ ‑ ‑

, .

  ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑MASTER ‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑‑―一、

，  _ヽ

PIO 

A/D 

PERSONAL  COMPUTER  PC9801DA  HDD:80Mb 

CLOCK  GENERATOR 

Fig. 

I .  

図

1

Block diagram of imaging riometer. 

で，詳細については，山岸ら (1992)を参照されたい．

テナ （観測周波数 30

MHz)

8

8

アンテナ系は，半波長ダイポールアン

0 . 6 5

( 8入 カ バ ト ラ ー マ ト リ ク ス を 8並 列 2段構成したもの）

に接続され， マトリクス出力として，

64方向のアンテナビーム出力が得られる． ここで，南

8

8

QL

受信器はシングルコンバージョン型で， IF周 波 数

1 0 . 7MHz帯域幅土 lOOkHzである．

乗 検 波 さ れ た

8

QL

図 1の 右 半 分 を 占 め る の が

QL

ム切り替え信号の発生，

2 )

3 )

4 )

NEC

PC9801D A

1 / 0

AB98‑

04A)

3b i t   TTL

3b i t ,  

1 5V

ビーム切り替えの最速値は

1 2 5 ms

1

1

CNA

A/D

(CANOPUS

ANALOG‑PRO8

1 2b i t

A/D

PC9801DA

データ収集には，

2

1

1

2

QL

QL

1

QL、ンステムがオンライン動作で連続観測を行っている時に，もう 1

QL、ンステムをオフラインモードで働かせ，銀河背景雑音レベルのデータファイルを求

CNA

( D e ‑ l a y   Look

データ記録は，アイシーエム社製

M07616

5

EDM‑lDAO,1 0 2 4

1

/ 1

1

11M

600M

5 4

日分のデータが記録できる．

カラーディスプレイ上のグラフィック表示は，時系列表示や二次元画像表示など

4

3

(5

CNA

以上，昭和基地、ンステムを例にとり，イメージングリオメーターシステムにおける

QL、

イメージソグリオメーター吸収両像

QL

2 5 5  

ステムの役割を概説した．以下， 3章ではデータ表示について， 4章 で は デ ー タ 表 示 以 外 の

QL

QL

MSDOS

C

L a t t i c eC  Compiler V e r .  4 . 1

L a t t i c e ,I n c . ,  

C‑TOOL/98( l i b r a r y )

L i f e b o a t ,I n c . ,  

MASMV e r .   5 . 1

M i c r o s o f tC o . )  

スピッツベルゲン，アイスランドシステムは，昭和基地、ンステムとハードウエア構成，機 能 に 若 干 の 違 い が 有 る ． ス ピ ッ ツ ベ ル ゲ ン シ ス テ ム は パ ー ソ ナ ル コ ン ピ ュ ー タ ー

1

QL

NEC

PC‑0D101

QL

QL

A/D

2

QL

2

QL

L a J o l l a

3 .  

オ ン ラ イ ン デ ー タ 収 集 時 の リ ア ル タ イ ム モ ニ タ ー

(QL)

(DL)

2

QL

DL

3a d

4

フの振幅），重ね数（平均化サンプル数），

QCD

ON/OFF

4

(1) 

: 64

図

3

64

CRT

8系統 8列 ， 叶 64

8分 割 し て 行 相 互 の 間 隔 を 3 2

76

96

1デ ー タ ご と に プ ロ ッ ト し 急 激 な 変 化 も 表 現 で き る よ う プ ロ

ット間を直線で補間して描画する．画面左から右方向に描画していくが，各ユニット描画ェ疇 リアをこえる時は， 8 データごとに左方向にスクロールしながら描画する．

図 3 各 グ ラ フ ィックタイフ描画例

図

2

F i g .  2 .   O p e r a t i o n  f l o w   diagram  of  d a t a ‑ a c ‑ q u i s i t i o n   and  d a t a ‑ a n a l y s i s .  

F i g .  3 .   ( a )   Time v a r i a t i o n s  of c o s m i c  n o i s e  i n t e n s i t y  from 64 beams ( T y p e ‑ 1 ) .   ( b )   T w o ‑ d i m e n s i o n a l  c o l o r  images ( T y p e ‑ 2 ) .  

( c )   Enlarged c o l o r  images ( T y p e ‑ 3 ) .  

( d )   Time v a r i a t i o n s  of c o s m i c  n o i s e  i n t e n s i t y  of 16 beams s e l e c t e d  i n   t h e  

o r t h o g o n a l  d i r e c t i o n  c e n t e r e d  a t  a  c e r t a i n  beam ( T y p e ‑ 4 ) .  

イメージングリオメーター吸収画像

QL

²⁵⁷ 

(2) 

2 :

64

4 5 °

1 1

4

64

4

QL

1

90km

200km

8x8

s 

図

4

F i g .  4 .   The p r o j e c t i o n  of ‑3  dB c r o s s i n g s  of t h e  64 beams o n t o  t h e  i o n o s p h e r e   a t   9 0   km a l t i t u d e .   A s m a l l  c i r c l e  a t  t h e  c e n t e r  of t h e  c r o s s i n g  i n d i c a t e s   t h e  p o i n t  of maximum s e n s i t i v i t y   of e a c h  beam.  The a r e a  i n c l u d i n g  

‑3  dB c r o s s i n g  i s   r e p r e s e n t e d  by e a c h  s q u a r e  s e g m e n t  on t h e  i m a g i n g  

d i s p l a y .  

ータは，さらに中間値補間により

16x1 6

CNA

1

1

5

3

1 5

1

88x88

640x400

ットで，

1 6

4 5

4

1 6

6 4

8

4

6 4

4

QDC

CNA

3b

5

(3) 

3 :

タイプー

2

16x1 6

6 4

2

1 8 4 X  1 8 4

最新データで塗り替えてゆく（図

3 C

TV

(4) 

4 :

6 4

( 8

( 8

を選択指定し，これら

2

3d

ロール・アップしながら描画する．この表示方法は移動性吸収現象を見つげるのに適してい る

(KIKUCHI e t   a l . ,   1 9 8 8 ) .  

以上，

4

1 :6 4

タイプー

4 :

ON

CRT

イメージングリオメーター吸収画像

QLシステム開発

4 .  

QL

(AID

2

とにする．

ビームスキャンは，南北方向

8

8

AID

その増幅検波器の過渡応答速度は約 60msなのでステップ切り替え速度の最速値を 125ms  とした．この時，描画間隔ぱ

1

1

2

4

8

8

1

AID

1

ファイル名 三 ^{{YY寺、剛＝月、DD=日、HH=時、 STN=局名｝}

ブロック (1040b汎e/block) Beder  DTIHE 

Framel SfEPl  STEP2  STEP3  SfEP4  STEPS  SfEP6  STEP'/  STEPS  Frame2 STEP! 

. . .  

Frame3 ST

. . .

. . .

. . .

. . .  

Frame7 STEP! 

. . .  

Frame8 STEP! 

．．．  SfEPB 

YYIIDIDDIHHIMMISSISLISHIOOIOOIOOIOOIOOIOOIOOIOO  Ch. 01 I Ch. 021 Ch. 031 Ch. 041 Ch. 051 Ch. 061 Ch. 071 

C h .  0

C h .  0

C h .  0

C h .  0

C h .  0

.. ,1, ..  1 .. ,1  ...  l・・・l・・・I  ...  I ...  Ch. 011 Ch. 021 Ch. 031 Ch. 041 Ch. 05 I Ch. 061 Ch. 071 Ch. 08 

..  ,1, ..  1 .. ,1, ..  1 ..  ,1  .. ,1, ..  , ...  Ch. 011 Ch. 021 Ch. 031 Ch. 04 I Ch. 051 Ch. 06 I 

C h .  

C h .  0

..  ,1, ..  l・・・l ...  l ..  ・l・.. l・..  I ...  Ch. 011 Ch. 021 Ch. 031 Ch. 041 Ch. 051 Ch. 06 I 

C h .  

C h .  0

..  ,1, ..  , ...  1 ...  1 ..  ,1  .. ,1  ...  1 ..  ,  Ch. 011 Ch. 021 Ch. 031 Ch. 041 Ch. 051 Ch. 061 

C h .  

...  1, ..  1 .. ,1  .. ,1  .. ,1  .. ,1,,,1 .. ,  Ch. 011 Ch. 021 Ch. 031 Ch. 041 Ch. 051 Ch. 061 

C h .  

C h .  0

.. ,1, ..  1, ..  1, ..  1 .. ,1  .. ,1  ...  1 .. , 

C h .  0

C h .  

C h .  0

YYll'()IDD=年月日、 HHIMMISS=時分秒、 SH/SL= ビームス抒~レート (xlOmS)、Ch.nn=信号テ〜ク 図 5 収集データファイル構造

F i g .  5 .  

ァーが満たされるとデータ保存バッファーに転送しディスク書き込みルーチンを起動する．

この時，データ解析も乎行処理して，

CRT

3

デ ー タ フ ァ イ ル は ， 図

5

8

データは，

1 6b i t

unsignedmteger

CPU, iAPX86

QDC

QDC

QL

1

( 1

1

約

llM

600M

54

4

216

4.1.  CNAの算出

CNA

D

A =   1 0   l o g 1 0 ―只 p 

PQ  (1) 

ここに， PQは地磁気活動静穏時の銀河電波受信電力であり，一方， PA

i

1 9 9 2

(1)の か わ り に

A  i j   ( t )   =  1 0   l o g 1 0   ^P p  ^{. 4} Q ^t i ¹ j ( ⁽ t ^t ) ⁾    

i ,j

1~i~8,

p  Q i j ( t )

( i , j )

一日の移り変わりに伴う電波強度変化であり，

t

t s

PQ i j ( t s )

P  Q i / t s )

イメージングリオメーター吸収画像

QL

I  . 

滋 細

l ¥

」い£..t,.~

(a)  (b) 

図

6

QDC

F i g .  6 .   ( a )   T w o ‑ d i m e n s i o n a l  c o l o r  i m a g e s  of c o s m i c  n o i s e  i n t e n s i t y .  

( b )   T w o ‑ d i m e n s i o n a l  c o l o r  i m a g e s  of t h e  a b s o r p t i o n  c o r r e c t e d  b y  QDC. 

( T j o r n e s ,   S e p t e m b e r  1 6 ,   1 9 9 0 ) .  

2 6 1  

國

アンテナビーム

( i ,j )

1

p Q , 1 ( t s )を与える．これを QDC(Quiet  Day Curves)

して，

QDCは 64

QDCデータファイルと呼ぶ．

山岸ら

( 1 9 9 2 )で明らかなように，視野方向の違いによる銀河背景雑音強度の変化は，最大 6

( 1 8dB)

CNA

dB

CNA

これを端的に示す例を図6に示す．この観測例は，アイスランド，チョルネスのイメージン グリオメーターにより

1990年 9月 1 6

021657‑024025U Tに得られたもので，図 6aは

6b

QDC

( 2 )

に従い正味の吸収量 AiJを 計 算 し ， カ ラ ー 階 調 表 現 し た も の で あ る ． 図

6 a

0 2 2 0 4 1  ( 0 2

2 0

4 1秒 UT)

0 2 2 4 2 5

0 2 3 0 4 9

0 2 3 8 4 9

CNA

6b

QDC

4 . 2 .   QDC

ここでは，

QL

QDC

QDC

CNA

QDC

QDC

プログラムを起動すると操作メインメニューが表示され，その項目を選択指示して作成作 業を実行する項目には，

QDC

QDC

3

P a s s1 ,   P a s s  2 ,   P a s s  3

この時，参照したデータの内容あるいは処理状況がグラフィック表示され，また，処理中に 作製した中間作業ファイルの内容も後にグラフィック表示することができる．作成処理に使 用するデータは，最大

2 0

できるだけ混信等の雑音の少ない期間を選択する．グラフィック表示は，表示色，線モード，

表示ビーム軸などのバラメーターを設定変更して

1

QDC

QDC

KRISHNAS‑

W A M Y   e t  a l .   ( 1 9 8 5 )

1PM( I n f l e c t i o n  P o i n t  Method=

1 )  

1( P a s s  1 )  

観測データは，

1

1

1 8秒/ 1

3 2秒/ 1

4

/ 1

8

イメージングリオメーター吸収画像

QL

2 )  

2(Pass 2 )  

2 6 3  

背景銀河雑音の到来方向は時間とともに推移し，その周期は恒星時に対応して，世界時よ り

1

237秒短く除々にずれてくる．このため， Pass 1で処理したファイルの中

1日あたり 237秒ヽンフト

(a) 

(b) 

X•4, V•4 STARTt90‑06/09 

OAVt06 

00  02  04  06  08  10  12  14  16  18  20  22  24 

X•4, V‑4  00 

90080900. 

C

0  l• 90080900. 

00  02  04  06  06  10  12  14  16  16  20  22  24 

図

7

QDC

F i g .  7 .   ( a )   S c a t t e r  p l o t  of t h e  e i g h t  days of t h e  r i o m e t e r  o u t p u t s  for a  c e r t a i n   b e e m .   ( T j o r n e s ,  August 9 ‑ 1 6 ,   1 9 9 0 ) .  

( b )   I n f l e c t i o n  p o i n t s  and a q u i e t  day c u r v e  d e r i v e d  from c o s m i c  n o i s e  

i n t e n s i t i e s  of e i g h t  d a y s .  

しながら指定期間日数分の中間ファイルを作成する．

3 )   QDC

( P a s s3 )  

P a s s  2

1 9 2

( 6

64

① 

O

20

②  そ の ピ ー ク 位 置 土

1

/ 2 0 )

③  強 度 分 布 曲 線 の ピ ー ク 位 置 よ り 強 度 の 強 い 側 で の 屈 曲 変 化 点 を 求 め 静 穏 値 と す る ．

④  静 穏 値 の 点 を 結 ん だ

QDC

⑤  移 動 平 均 演 算

( 8

こうして

1

450

( 1 9 2

QDC

図

7a

QDC

P a s s2

1 9 9 0

8 月 9

8

X=

4 ,   Y=4

1

7b

P a s s

図

8 QDC

F i g .   8 .   T w o ‑ d i m e n s i o n a l  c o l o r  i m a g e s  of  QDC  d a t a .   ( T j o r n e s ,   August 9 ‑ 1 6 ,  

1 9 9 0 ) .