[P-EM12] Coupling Processes in the Atmosphere-Ionosphere System

[PEM12-P26] ソフトウェア無線受信機を用いた超小型HFドップラー受信器の開発

*能口 航一¹、中田 裕之¹、細川 敬祐²、大矢 浩代¹ (1.千葉大学、2.電気通信大学)

キーワード：電離圏、ソフトウェア無線

地表から60∼1000 km上空では，太陽紫外線やX線の吸収などにより，大気の一部が電離した電離圏と呼ばれる領域が存在する．電離圏は磁気圏や中性大気と接しており，それらとの相互作用により周期的・突発的な変動を生じる．この電離圏の変動を観測する手法の一つに，HFドップラー観測がある．HF帯電波が電離圏で反射するとき，反射点が移動しているとドップラー効果により周波数が変化する．HFドップラー観測は，この周波数変動を観測することにより，反射点での電離圏の鉛直方向速度を推定する手法であり，現在電気通信大学を中心に4機関にて運用しており，全国に11観測点を展開している．
HFドップラー観測では，受信機の老朽化などの問題から，アナログ受信機からデジタル受信機の置き換えを進め，その結果，従来のアナログ受信機に比べ，高性能のデジタル受信機の開発に成功した[1]．Ettus 社により開発されたSDR無線機であるUSRP N210を用いてHFドップラー受信機の開発を進めたが，その大きさも非常にコンパクトになり，受信機の小型化・高性能化を実現した．しかし，円安や物価高騰の影響によりUSRP N210の価格が高騰しつつある．また， SDR 受信機の発達はめざましく，さらなる小型・低価格帯のSDRも開発されている．そこで，本研究では，SDRPlay 社の非常に安価で小型の受信機であるRSPdxを用いて，USRPと同等の観測が可能な受信システムの開発を進めた．
結果として現在観測がおこなわれているUSRPによるシステムと比較して，ほぼ同等のデータの取得が可能な受信機の開発ができた．また，24時間自動で運用しデータを取得し続けることのできる自動運用のシステムも構築することができた．ただし，ドップラー周波数，受信強度にはそれぞれ0.5 Hz，40 dB程度のオフセットが生じたが，データの時間変化は一致しており，その差を校正することでUSRPと同様のデータとして扱うことが可能となる．これにより，受信機の費用については約1/15（約55万円の削減），サイズについても1/5の小型化が実現できた．
課題として，USRPでの測定系で得たデータに比べて一部データの欠損が発生すること，USRP測定系でおこなわれていたHFドップラーの4つの周波数の同時測定が同様に処理能力不足などの理由で実現できていないことが挙げられる．

参考文献
[1] H.Nakata et al. ,“Software-defined radio-based HF doppler receiving system ”, Earth Planets and Space, 73, 209, 2021.