電気通信大学大学院 / 情報理工学研究科 / 情報・ネットワーク工学専攻 / 情報通信工学プログラム
情報理工学域 / II 類（融合系）/ 情報通信工学
細川研究室
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光と電波を用いた宇宙通信環境のリモートセンシング
通信・放送衛星による宇宙通信，気象・測地衛星による地球環境計測，GPS 衛星を用いたナビゲーション，新しい科学技術の創生を目指す国際宇宙ステーション（ISS），それらを維持するための船外宇宙活動，21 世紀は宇宙空間高度利用の時代です．その実現のために必要となる，宇宙システムの安全な展開や維持，地上との安定的リンクの確保，船外活動の際の安全予測を行うためには，宇宙空間をはじめとする地球超高層大気環境の精密な把握が必要不可欠です．特に，高度 80-500 km に広がる電離した大気の層である「電離圏」は，ISS や多くの極軌道衛星が飛翔している領域であり，衛星通信・衛星測位のための電波伝搬にも大きな影響を与えることから，その動態を詳細に理解しておくことが重要です．この要請に応えるために，私たちは，地球超高層大気環境のダイナミックな変動を支配している物理過程を明らかにするべく以下のようなプロジェクトに取り組んでいます．
プロジェクト 1: 短波ドップラー観測を用いた中緯度電離圏擾乱現象の研究
日本国内において，短波帯の電波を用いた電離圏（100-300 km 高度）のリモートセンシングを行っています．この観測手法は短波ドップラー観測（HF Doppler: HFD）と呼ばれているもので，送信電波が電離圏で反射されるときに印可されるドップラーシフト（周波数の変化）から，電離圏プラズマの上下運動をモニタリングすることができます．この手法を用いて，1) 太陽フレアや磁気嵐，オーロラサブストームに伴う電離圏の大規模擾乱現象，2) スポラディック E や中規模伝搬性電離圏擾乱などの局所的電離圏現象，3) 地上で発生する極端自然現象（台風，火山噴火，津波）などに伴う電離圏大気波動を観測することができます．最終的には，複数の周波数の電波を送信し，かつ国内の複数箇所に受信システムを配備することで，電離圏の変動を 3 次元的に広域に可視化したいと考えています．
HFDOPE プロジェクトページ HFDOPE クイックルック + リアルタイムデータ
# この課題は 放送文化基金研究助成，高橋産業経済研究財団研究助成 のサポートを受けて実施しています．
プロジェクト 2: 中低緯度・赤道域における大気光を用いた電離圏の広域イメージング
日本国内，東アジア，東南アジア，オセアニアの複数の観測地点において，安価でコンパクトな大気光イメージャ（LCAS: Low-Cost Airglow imaging System）を用いた電離圏観測を行っています．2019 年に打ち上げ予定の NASA の人工衛星 ICON による計測と組み合わせて，低緯度・赤道域の電離圏に現れ，衛星測位に影響を与えることが知られている「プラズマバブル」の生成メカニズムを明らかにします．将来的には，安価な大気光イメージャシステムによる観測技術をオープンソース化することで観測を世界中に広げ，グローバルな電離圏イメージングを行いたいと考えています．
LCAS クイックルックデータ LCAS データアーカイブ
# この課題は 科研費 基盤（B）2017-2021 のサポートを受けて実施しています．
プロジェクト 3: VHF 帯電波の長距離伝搬を用いたスポラディック E 現象の研究
日本国内において，航空航法用無線や放送に用いられている VHF 帯電波の長距離異常伝搬現象のモニタリング観測を行っています．VHF 帯電波の長距離異常伝搬は，夏季に発生するスポラディック E と呼ばれる電離圏現象によって引き起こされることが知られており，この特性を用いてスポラディック E の広域構造をイメージングすることを目的としています．また，長距離異常伝搬の常時計測を行うことは，スポラディック E が航空航法に与えるインパクトを明らかにすることにも繋がります．現在は，日本国内 6 箇所に受信点を配備し，データをリアルタイムで公開することを目指して，観測システムの整備を行っています．
VHF 帯電波観測 クイックルック + リアルタイムデータ
# この課題は 科研費 新学術領域研究（研究領域提案型）2018-2019 のサポートを受けて実施しています．
プロジェクト 4: 地上からの高速撮像観測と人工衛星・ロケット観測を組み合わせた脈動オーロラの研究
数秒から数十秒の周期で明滅する脈動オーロラを観測するために，北欧やアラスカの複数地点において計 7 台のカメラを用いた高時間分解能オーロラ観測を行っています．1 秒間に 100 枚の画像を撮るために，世界最高感度の EMCCD カメラを用いています．この地上光学観測と，2016 年 12 月に打ち上げられた宇宙空間探査衛星あらせや，欧州非干渉散乱レーダー EISCAT，実施が計画されている脈動オーロラロケット実験による観測と組み合わせて，脈動オーロラ明滅の起源を明らかにします．
脈動オーロラ研究プロジェクト 脈動オーロラ高速撮像観測データアーカイブ
# この課題は 科研費 基盤（S）2015-2019，国際共同研究強化（B）2018-2020 のサポートを受けて実施しています．
プロジェクト 5: 高感度大気光イメージャによる極冠域電離圏環境の広域イメージング
ノルウェースバールバル諸島のロングイヤービイエン（LYR），カナダ北極域のレゾリュートベイ（RSB）とイウレカ（EUR）の計 3 地点において，高感度全天イメージャを用いた大気光高速撮像を行っています．低高度を飛翔する ESA の人工衛星 Swarm や，非干渉散乱レーダー AMISR，大型短波レーダー SuperDARN，GPS 受信機網 CHAIN などのデータを組み合わせて，緯度が 80 度を超える領域（極冠域）の高度 300 km に出現する電子密度の乱れ「ポーラーパッチ」や，「極冠オーロラ」などの微細構造・短周期変動に高時空間分解能イメージングで迫ります．また，京都大学，国立極地研究所と共同で南極大陸での大気光イメージャ観測も行っており，極冠域電離圏現象に見られる南北半球非対称性の研究にも取り組んでいます．
LYR リアルタイムデータ LYR データアーカイブ RSB データアーカイブ EUR データアーカイブ
# この課題は 科研費 基盤（B）海外学術調査 2014-2018 のサポートを受けて実施しています．
プロジェクト 6: 北欧ノルウェーにおける GPS 衛星測位信号の観測
ノルウェーのトロムソにおいて，名古屋大学と共同で GPS 衛星の測位信号の計測を行っています．欧州非干渉散乱レーダー EISCAT や大型短波レーダー SuperDARN による観測と組み合わせて，オーロラの爆発的な振る舞いが GPS や Galileo，GLONASS などの全球衛星測位システムの精度や安定性にどのような影響を及ぼすのかを明らかにします．2017 年には，同じシステムを極冠域のスバールバル諸島ロングイヤービイエンにも設置し，大気光イメージャとの同時観測を狙います．
GPS データアーカイブ
# この課題は 科研費 基盤（B）2011-2014 と 科研費 基盤（B）2016-2018 のサポートを受けて実施しています．
