JP2014163685A - Celestial body luminance calculation device and celestial body luminance calculation method - Google Patents
Celestial body luminance calculation device and celestial body luminance calculation method Download PDFInfo
- Publication number
- JP2014163685A JP2014163685A JP2013031996A JP2013031996A JP2014163685A JP 2014163685 A JP2014163685 A JP 2014163685A JP 2013031996 A JP2013031996 A JP 2013031996A JP 2013031996 A JP2013031996 A JP 2013031996A JP 2014163685 A JP2014163685 A JP 2014163685A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- correlation value
- radio
- cross
- observation
- telescope
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Photometry And Measurement Of Optical Pulse Characteristics (AREA)
- Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)
Abstract
Description
この発明は、天体から到来する電波を観測して、天体の輝度を算出する天体輝度算出装置及び天体輝度算出方法に関するものである。 The present invention relates to a celestial luminance calculation apparatus and a celestial luminance calculation method for calculating the luminance of a celestial object by observing radio waves coming from the celestial object.
電波天文学は、例えば、恒星、星間ガス、高エネルギー天体周辺のプラズマなどから放射される電波の振る舞いを観測することで、天体の性質を調査する研究分野である。
電波天文観測には電波望遠鏡が用いられ、電波望遠鏡を構成するアンテナ素子には、開口面アンテナが最も多く用いられる。
アンテナを用いる電波観測の方法は、単一鏡観測と干渉計観測の2種類に大きく分けられる。
Radio astronomy is a research field that investigates the properties of celestial bodies by observing the behavior of radio waves emitted from, for example, stars, interstellar gases, and plasmas around high-energy celestial bodies.
A radio telescope is used for radio astronomy observation, and an aperture antenna is most often used as an antenna element constituting the radio telescope.
Radio wave observation methods using antennas can be broadly divided into two types: single mirror observation and interferometer observation.
単一鏡観測に良く用いられている電波望遠鏡の例としては、以下の非特許文献1に記載されている口径45mの開口面アンテナを用いる電波望遠鏡が挙げられる。この望遠鏡は、周波数1〜150GHzまでの電波観測が可能であり、特に高周波の輝線観測で、多くの成果を残している。
また、以下の非特許文献2に記載されている口径64mの開口面アンテナを用いる電波望遠鏡では、パルサーと呼ばれる高エネルギー天体が数多く発見されている。
上記の2例のように、単一鏡観測では、天体の輝線観測やパルサー観測に適している。しかしながら、単一鏡観測では、望遠鏡を構成するアンテナの空間分解能の問題から、天体の詳細な構造を観測して、画像化する用途にはあまり用いられない。
As an example of a radio telescope often used for single mirror observation, a radio telescope using an aperture antenna having a diameter of 45 m described in Non-Patent Document 1 below can be cited. This telescope is capable of observing radio waves with a frequency of 1 to 150 GHz, and has produced many achievements particularly in high-frequency emission line observation.
In the radio telescope using the aperture antenna having a diameter of 64 m described in Non-Patent Document 2 below, many high-energy celestial bodies called pulsars have been discovered.
As in the above two examples, single mirror observation is suitable for celestial emission line observation and pulsar observation. However, in the single mirror observation, due to the problem of the spatial resolution of the antenna constituting the telescope, it is not often used for the purpose of observing and imaging the detailed structure of the celestial body.
天体の詳細な構造を観測する際には、通常、単一鏡観測は行われず、2台以上の望遠鏡をフーリエ合成する干渉計観測が行われる。
干渉計の空間分解能は、構成する素子間の距離と方向関係を表す基線長ベクトルに依存する。ある1つの基線長ベクトルの観測によって得られる情報は、1つの空間周波数の情報に対応する。
電波画像を取得するには、様々な空間周波数の情報が必要となる。したがって、様々な基線長ベクトルの始点と終点に電波望遠鏡を設置して観測を行う必要がある。望遠鏡の素子数を増やせば、同時に得られる基線長ベクトルの観測データ数が増えるため、一度の観測で同時に得られる各空間周波数の観測データの数が増える。
When observing the detailed structure of a celestial body, normally, a single mirror observation is not performed, but an interferometer observation is performed in which two or more telescopes are Fourier-synthesized.
The spatial resolution of the interferometer depends on the baseline length vector that represents the distance and directional relationship between the constituent elements. Information obtained by observing a certain baseline length vector corresponds to information on one spatial frequency.
In order to acquire a radio wave image, information on various spatial frequencies is required. Therefore, it is necessary to perform observation by installing radio telescopes at the start and end points of various baseline length vectors. If the number of elements of the telescope is increased, the number of observation data of the baseline length vector obtained at the same time increases, so the number of observation data of each spatial frequency obtained simultaneously by one observation increases.
このような多素子電波干渉計の例としては、以下の非特許文献3に記載されているVLA(Very Large Array)と呼ばれる電波干渉計が挙げられる。
この干渉計は、口径25mの電波望遠鏡27機から構成されており、各電波望遠鏡が、一辺の長さが21kmにも及ぶレール上を移動して、様々な基線長ベクトルの観測を行うことで、多くの空間周波数の観測データを同時に得ることができる。
VLAのような多素子電波干渉計の一般的な運用方法としては、レール上に定められたポイント(コンフィグレーション)に各電波望遠鏡を設置して観測を行う方法が用いられる。コンフィグレーションによって観測対象は異なる。
As an example of such a multi-element radio wave interferometer, there is a radio wave interferometer called VLA (Very Large Array) described in Non-Patent
This interferometer is composed of 27 radio telescopes with a diameter of 25 m. Each radio telescope moves on a rail with a side length of 21 km and observes various baseline length vectors. The observation data of many spatial frequencies can be obtained simultaneously.
As a general operation method of a multi-element radio wave interferometer such as a VLA, a method of performing observation by installing each radio telescope at a point (configuration) defined on a rail is used. The observation target varies depending on the configuration.
さらに、長い基線長ベクトルの観測を行う手段としては、以下の非特許文献4に記載されているVLBA(Very Long Baseline Array)を始めとする超長基線電波干渉法(VLBI:Very Long Baseline Interferometry)が挙げられる。
この方法は、数百km以上離れた位置に設置された2台以上の電波望遠鏡の時間と周波数のタイミングを合わせて、1つの天体を観測することで、超高分解能の電波観測を得る手法である。
以下の非特許文献5には、衛星に搭載された電波望遠鏡と地上の電波望遠鏡で干渉計を形成しているスペースVLBIシステムが開示されている。
Furthermore, as means for observing a long baseline length vector, a very long baseline radio interference (VLBI) such as VLBA (Very Long Baseline Array) described in Non-Patent Document 4 below is used. Is mentioned.
This method is a technique that obtains ultra-high resolution radio observation by observing one astronomical object by matching the time and frequency timing of two or more radio telescopes installed at a distance of several hundred km or more. is there.
Non-Patent Document 5 below discloses a space VLBI system in which an interferometer is formed by a radio telescope mounted on a satellite and a ground radio telescope.
また、どこにでも設置することが可能な電波望遠鏡として、以下の非特許文献6に記載されている可搬型望遠鏡の「CARAVAN 2400」がある。
「CARAVAN 2400」に用いられる開口面アンテナは非常に小型であるため、集光力は低い。しかしながら、大型電波望遠鏡の近辺に設置して、干渉計を形成すれば、集光力を補うとともに、今まで単一鏡として運用されていた大型電波望遠鏡を干渉計化することもできる。
As a radio telescope that can be installed anywhere, there is a portable telescope “CARAVAN 2400” described in Non-Patent Document 6 below.
Since the aperture antenna used in “CARAVAN 2400” is very small, the light collecting power is low. However, if an interferometer is formed in the vicinity of a large radio telescope, the condensing power can be compensated and a large radio telescope that has been operated as a single mirror can be converted into an interferometer.
以下、非特許文献7に記載されている方法を参考にして、VLA等の移動可能な2素子の望遠鏡を用いて、天体画像を取得する観測アルゴリズムの従来例を説明する。
まず、観測する天体の電波画像を得るために必要な基線長ベクトルと、その基線長ベクトルの両端を表す地球上の位置を算出して、2台の電波望遠鏡を移動する。
2台の電波望遠鏡を設置したのち、2台の電波望遠鏡が天体から到来する電波E1(t),E2(t)を受信して、その電波E1(t),E2(t)に比例する電圧a1E1(t),a2E2(t)を出力する。2台の電波望遠鏡間で位相差が無い場合は、E1(t)=E2(t)になる。
Hereinafter, a conventional example of an observation algorithm for acquiring an astronomical image using a movable two-element telescope such as a VLA will be described with reference to a method described in Non-Patent Document 7.
First, a base line length vector necessary for obtaining a radio image of an celestial body to be observed and positions on the earth representing both ends of the base line length vector are calculated, and two radio telescopes are moved.
After install two radio telescope, radio waves E 1 where two radio telescope arrives from astronomical (t), and receives E 2 a (t), the radio wave E 1 (t), E 2 (t) Voltages a 1 E 1 (t) and a 2 E 2 (t) proportional to are output. When there is no phase difference between the two radio telescopes, E 1 (t) = E 2 (t).
2台の電波望遠鏡が電波E1(t),E2(t)に比例する電圧a1E1(t),a2E2(t)を出力すると、下記の式(1)に示すように、その電圧a1E1(t),a2E2(t)を用いて、電波E1(t)と電波E2(t)の相互相関値C(τ)を算出する。
式(1)において、τは位相差である。
位相差τは、下記の式(2)で与えられる。
式(2)において、kは波数、Dλは基線長ベクトル、cは自由空間の光速度である。
When two radio telescopes output voltages a 1 E 1 (t) and a 2 E 2 (t) proportional to the radio waves E 1 (t) and E 2 (t), the following equation (1) is obtained. Then, using the voltages a 1 E 1 (t) and a 2 E 2 (t), a cross-correlation value C (τ) between the radio wave E 1 (t) and the radio wave E 2 (t) is calculated.
In equation (1), τ is a phase difference.
The phase difference τ is given by the following equation (2).
In equation (2), k is the wave number, D λ is the baseline length vector, and c is the light velocity in free space.
一定時間、同一の基線長ベクトルで観測を行い、相互相関値C(τ)を時間積分することで高精度な観測データを生成する。
そして、次の基線長ベクトルの始点及び終点の位置に電波望遠鏡を配置し、上記の観測を再び行う。
そして、必要な基線長ベクトルの数だけ観測を実施すると、それぞれの相互相関値C(τ)が時間積分された観測データをフーリエ変換して、下記の式(3)で表されるビジビリティーv(ω)を算出する。
式(3)において、ANはアンテナパターン、Iνは天体の輝度、(ξ,η)は天球上の位置、(u,v)はある基線長ベクトルが示す2次元の空間周波数を表している。
Observation is performed with the same baseline length vector for a certain period of time, and high-accuracy observation data is generated by time-integrating the cross-correlation value C (τ).
Then, a radio telescope is placed at the start point and end point of the next baseline length vector, and the above observation is performed again.
Then, when observation is performed for the number of necessary baseline length vectors, the observation data obtained by time-integrating each cross-correlation value C (τ) is Fourier-transformed, and the visibility v ( ω) is calculated.
In Equation (3), A N is an antenna pattern, I ν is the brightness of a celestial body, (ξ, η) is a position on the celestial sphere, and (u, v) is a two-dimensional spatial frequency indicated by a certain baseline length vector. Yes.
様々な基線長ベクトルの観測を行うことで、下記の式(4)より、天体の空間的な輝度分布Iν(ξ,η)を算出する。
電波望遠鏡が複数台ある場合は、同時に観測できる基線長ベクトルの数も増える。例えば、全部でN台の望遠鏡が存在するならば、N(N−1)/2通りの基線長ベクトルを同時に観測することができる。
By observing various baseline length vectors, the spatial luminance distribution I v (ξ, η) of the celestial body is calculated from the following equation (4).
When there are multiple radio telescopes, the number of baseline length vectors that can be observed simultaneously increases. For example, if there are a total of N telescopes, N (N-1) / 2 different baseline length vectors can be observed simultaneously.
従来の天体輝度算出装置は以上のように構成されているので、小型の可搬型望遠鏡を用いれば、広大なスペースを確保することなく、天体の空間的な輝度分布を算出することができる。しかし、可搬型望遠鏡は、備え付けの望遠鏡と比べて、位置精度が悪いため、設置可能な場所が、地球上での位置が正確に測定されている場所の近傍に限られる制約がある。この制約により、様々なコンフィグレーションでの観測を行うことが困難であり、位置誤差の大きな状態で観測をしても、得られる観測データの相関性が下がってしまうため、正確な輝度分布を算出することができない課題があった。 Since the conventional celestial luminance calculation apparatus is configured as described above, the spatial luminance distribution of the celestial object can be calculated without securing a large space by using a small portable telescope. However, since the portable telescope has poor positional accuracy as compared with the installed telescope, there is a restriction that the place where it can be installed is limited to the vicinity of the place where the position on the earth is accurately measured. Due to this restriction, it is difficult to perform observations in various configurations, and even if observation is performed with a large position error, the correlation of the obtained observation data is reduced, so an accurate luminance distribution is calculated. There was a problem that could not be done.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、様々なコンフィグレーションで観測を行うことができるとともに、精度よく天体の輝度を算出することができる天体輝度算出装置及び天体輝度算出方法を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and is capable of performing observations with various configurations and calculating celestial luminance with high accuracy and celestial luminance calculation. The purpose is to obtain a method.
この発明に係る天体輝度算出装置は、天体から到来する電波を観測する第1の電波望遠鏡と、天体から到来する電波を観測する第2の電波望遠鏡と、時間の経過に伴って変化する電波望遠鏡の設置位置を示す基線長ベクトルを入力し、現在時刻に対応する基線長ベクトルの始点の位置まで第1の電波望遠鏡を搬送するとともに、その基線長ベクトルの終点の位置まで第2の電波望遠鏡を搬送する望遠鏡搬送手段と、望遠鏡搬送手段により第1及び第2の電波望遠鏡が搬送された後、第1の電波望遠鏡の観測電波と第2の電波望遠鏡の観測電波間の相互相関値を算出する第1の相互相関値算出手段と、衛星から発信される信号を受信して、第1及び第2の電波望遠鏡の設置位置を特定し、第1及び第2の電波望遠鏡の設置位置と、現在時刻に対応する基線長ベクトルの始点及び終点の位置との誤差を算出する位置誤差算出手段と、位置誤差算出手段により算出された位置誤差が解消するように、第1及び第2の電波望遠鏡を移動する指示を望遠鏡搬送手段に出力し、移動後の第1の電波望遠鏡の観測電波と第2の電波望遠鏡の観測電波間の相互相関値を算出する第2の相互相関値算出手段と、第1の相互相関値算出手段により算出された相互相関値と第2の相互相関値算出手段により算出された相互相関値を積算し、積算後の相互相関値である観測データを出力する観測データ出力手段とを設け、天体輝度算出手段が、観測データ出力手段から出力された観測データから天体の輝度を算出するようにしたものである。 An astronomical luminance calculation apparatus according to the present invention includes a first radio telescope that observes radio waves coming from a celestial body, a second radio telescope that observes radio waves coming from a celestial body, and a radio telescope that changes over time. The base line length vector indicating the installation position of the base line is input, the first radio telescope is transported to the start point of the base line length vector corresponding to the current time, and the second radio telescope is moved to the end point of the base line length vector. After the first and second radio telescopes are transported by the telescope transport means and the telescope transport means, the cross-correlation value between the observation radio waves of the first radio telescope and the observation radio waves of the second radio telescope is calculated. First cross-correlation value calculating means, receiving a signal transmitted from the satellite, specifying the installation positions of the first and second radio telescopes, the installation positions of the first and second radio telescopes, Vs time A position error calculating means for calculating an error between the start point and the end point of the baseline length vector to be moved, and an instruction to move the first and second radio telescopes so as to eliminate the position error calculated by the position error calculating means And a second cross-correlation value calculating means for calculating a cross-correlation value between the observation radio wave of the first radio telescope after movement and the observation radio wave of the second radio telescope after the movement, An observation data output unit that integrates the cross-correlation value calculated by the correlation value calculation unit and the cross-correlation value calculated by the second cross-correlation value calculation unit, and outputs observation data that is the cross-correlation value after integration; The astronomical luminance calculation means calculates the luminance of the celestial object from the observation data output from the observation data output means.
この発明によれば、望遠鏡搬送手段により第1及び第2の電波望遠鏡が搬送された後、第1の電波望遠鏡の観測電波と第2の電波望遠鏡の観測電波間の相互相関値を算出する第1の相互相関値算出手段と、第1及び第2の電波望遠鏡の設置位置と、現在時刻に対応する基線長ベクトルの始点及び終点の位置との誤差を算出する位置誤差算出手段と、位置誤差算出手段により算出された位置誤差が解消するように、第1及び第2の電波望遠鏡を移動する指示を望遠鏡搬送手段に出力し、移動後の第1の電波望遠鏡の観測電波と第2の電波望遠鏡の観測電波間の相互相関値を算出する第2の相互相関値算出手段とを設け、観測データ出力手段が、第1の相互相関値算出手段により算出された相互相関値と第2の相互相関値算出手段により算出された相互相関値を積算し、積算後の相互相関値である観測データを天体輝度算出手段に出力するように構成したので、様々なコンフィグレーションで観測を行うことができるとともに、精度よく天体の輝度を算出することができる効果がある。 According to the present invention, after the first and second radio telescopes are transported by the telescope transport means, the cross correlation value between the observed radio waves of the first radio telescope and the observed radio waves of the second radio telescope is calculated. 1 cross-correlation value calculating means, position error calculating means for calculating errors between the installation positions of the first and second radio telescopes, and the start and end positions of the baseline length vector corresponding to the current time; Instructions for moving the first and second radio telescopes are output to the telescope transport means so that the position error calculated by the calculation means is eliminated, and the observed radio waves and the second radio waves of the first radio telescope after the movement are output. Second cross-correlation value calculating means for calculating a cross-correlation value between the observation radio waves of the telescope is provided, and the observation data output means is connected to the cross-correlation value calculated by the first cross-correlation value calculating means and the second cross-correlation value Calculated by the correlation value calculation means Since the cross-correlation values are integrated and the observation data, which is the cross-correlation value after the integration, is output to the celestial brightness calculation means, observations can be performed in various configurations, and the celestial brightness can be accurately measured. There is an effect that can be calculated.
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1による天体輝度算出装置を示す構成図である。
図1において、基線長ベクトル算出部1は天体2の輝度を算出する際に、電波望遠鏡を設置する位置を示す基線長ベクトルm(時間の経過に伴って、天体2に対する電波望遠鏡11,12の相対的な設置位置が変化するため、基線長ベクトルmは時間の経過に伴って変化する)を算出し、その基線長ベクトルmを無線等で天体輝度算出装置3に送信する処理を実施する。必要な基線長ベクトルmの数がM個であれば、M個の基線長ベクトルm(m=1,2,・・・,M)を算出する。
この実施の形態1では、基線長ベクトル算出部1が天体輝度算出装置3の外部のコンピュータ等で構成され、外部のコンピュータ等から基線長ベクトルmが天体輝度算出装置3に与えられるものを想定しているが、天体輝度算出装置3が基線長ベクトル算出部1を実装していてもよい。
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing an astronomical brightness calculation apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, when calculating the luminance of the celestial body 2, the baseline length vector calculating unit 1 calculates the baseline length vector m indicating the position where the radio telescope is installed (the
In the first embodiment, it is assumed that the baseline length vector calculation unit 1 is configured by a computer or the like external to the celestial
電波望遠鏡11はトラック13の荷台等に搭載されて観測位置が移動され、天体2から到来する電波E1(t)を観測して、その電波E1(t)の観測結果を無線等で送信する処理を実施する。なお、電波望遠鏡11は第1の電波望遠鏡を構成している。
電波望遠鏡12はトラック14の荷台等に搭載されて観測位置が移動され、天体2から到来する電波E2(t)を観測して、その電波E2(t)の観測結果を無線等で送信する処理を実施する。なお、電波望遠鏡12は第2の電波望遠鏡を構成している。
ここでは、電波望遠鏡11,12が電波E1(t),E2(t)の観測結果を送信する例を示しているが、図示せぬ無線機等が、電波望遠鏡11,12による電波E1(t),E2(t)の観測結果を送信するようにしてもよい。
The
The
Here, an example is shown in which the
トラック制御部15は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、基線長ベクトル算出部1から送信された基線長ベクトルmを受信し、現在時刻に対応する基線長ベクトルmの始点の位置まで電波望遠鏡11を搬送するように、トラック13を制御する処理を実施する。
トラック制御部16は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、基線長ベクトル算出部1から送信された基線長ベクトルmを受信し、現在時刻に対応する基線長ベクトルmの終点の位置まで電波望遠鏡12を搬送するように、トラック14を制御する処理を実施する。
トラック制御部15,16がトラック13,14を制御する際、トラック13,14の位置を測位する必要があるが、その測位方法としては、例えば、GPS信号による測位や、三角測量等による測位などが考えられる。
なお、トラック13,14及びトラック制御部15,16から望遠鏡搬送手段が構成されている。
The
The
When the
The
固定観測点相互相関値算出部17は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、トラック13,14により電波望遠鏡11,12が搬送された後、電波望遠鏡11,12から電波E1(t),E2(t)の観測結果を受信し、その電波E1(t)と電波E2(t)の相互相関値である固定観測点相互相関値C0(τ)を算出する処理を実施する。なお、固定観測点相互相関値算出部17は第1の相互相関値算出手段を構成している。
The fixed observation point cross-correlation
人工衛星18は位置情報及び時間情報・周波数基準情報などを含む信号を発信する衛星であり、例えば、GPS信号を発信するGPS衛星などが該当する。
人工衛星19は位置補正情報などを含む信号を発信する衛星であり、例えば、LEX信号を発信する準天頂衛星などが該当する。
衛星信号受信機20,21は人工衛星18,19から発信された信号を受信する処理を実施する。
The
The
The
位置時刻特定部22は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、衛星信号受信機20により受信された人工衛星18の信号から電波望遠鏡11,12の設置位置を測位するとともに、現在時刻を特定する処理を実施する。
また、位置時刻特定部22は人工衛星18の信号だけでは、天文観測を行うための位置精度に到達しないため、人工衛星19の信号を用いて、衛星位置・速度誤差、クロック誤差、電離層遅延、対流圏遅延の影響などを補正して、電波望遠鏡11,12の位置、現在時刻・周波数標準精度を向上させる。
The position
Further, since the position
位置誤差算出部23は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、基線長ベクトル算出部1から送信された基線長ベクトルmを受信し、位置時刻特定部22により測位された電波望遠鏡11,12の設置位置と、位置時刻特定部22により特定された現在時刻に対応する基線長ベクトルmの始点及び終点の位置との誤差を算出する処理を実施する。
なお、衛星信号受信機20,21、位置時刻特定部22及び位置誤差算出部23から位置誤差算出手段が構成されている。
The position
The
移動観測点相互相関値算出部24は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、位置誤差算出部23により算出された位置誤差が解消するように、電波望遠鏡11,12を移動する指示を無線等でトラック制御部15,16に送信し、トラック13,14により電波望遠鏡11,12が移動された後、電波望遠鏡11,12から電波E1(t),E2(t)の観測結果を受信し、その電波E1(t)と電波E2(t)の相互相関値である移動観測点相互相関値C1(τ)を算出する処理を実施する。なお、移動観測点相互相関値算出部24は第2の相互相関値算出手段を構成している。
The moving observation point cross-correlation value calculation unit 24 is composed of, for example, a semiconductor integrated circuit on which a CPU is mounted, or a one-chip microcomputer, so that the position error calculated by the position
相互相関値積算部25は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、固定観測点相互相関値算出部17により算出された固定観測点相互相関値C0(τ)と移動観測点相互相関値算出部24により算出された移動観測点相互相関値C1(τ)を積算する処理を実施する。
観測精度判定部26は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、相互相関値積算部25により積算された相互相関値である観測データEの観測精度を算出し、その観測精度が所定の精度以上であれば、その観測データEを天体輝度算出部28に出力する一方、その観測精度が所定の精度に満たなければ、位置誤差の再算出を行う指令を位置時刻特定部22に出力して、移動観測点相互相関値算出部24により再度算出された移動観測点相互相関値C1(τ)を観測データEに積算する指令を相互相関値積算部25に出力する処理を実施する。
The cross-correlation
The observation
相関強度判定部27は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、固定観測点相互相関値算出部17により算出された固定観測点相互相関値C0(τ)と、移動観測点相互相関値算出部24により再度算出された移動観測点相互相関値C1(τ)との相関強度Rを算出し、その相関強度Rが所定の強度以上であれば、移動観測点相互相関値算出部24により再度算出された移動観測点相互相関値C1(τ)を観測データEに積算する指令を相互相関値積算部25に出力する一方、その相関強度Rが所定の強度に満たなければ、位置誤差の再算出を行う指令を位置時刻特定部22に出力して、移動観測点相互相関値算出部24による移動観測点相互相関値C1(τ)の算出処理を繰り返し実施させる。
なお、相互相関値積算部25、観測精度判定部26及び相関強度判定部27から観測データ出力手段が構成されている。
The correlation
The cross-correlation
天体輝度算出部28は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、観測精度判定部26から出力された観測データEからビジビリティーv(ω)を算出するとともに、天体2の空間的な輝度分布Iν(ξ,η)を算出する処理を実施する。なお、天体輝度算出部28は天体輝度算出手段を構成している。
The astronomical
図1の例では、天体輝度算出装置3の構成要素である電波望遠鏡11,12、トラック13,14、トラック制御部15,16、固定観測点相互相関値算出部17、衛星信号受信機20,21、位置時刻特定部22、位置誤差算出部23、移動観測点相互相関値算出部24、相互相関値積算部25、観測精度判定部26、相関強度判定部27及び天体輝度算出部28のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、天体輝度算出装置の一部がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、天体輝度算出装置3の一部である固定観測点相互相関値算出部17、位置時刻特定部22、位置誤差算出部23、移動観測点相互相関値算出部24、相互相関値積算部25、観測精度判定部26、相関強度判定部27及び天体輝度算出部28がコンピュータで構成される場合、固定観測点相互相関値算出部17、位置時刻特定部22、位置誤差算出部23、移動観測点相互相関値算出部24、相互相関値積算部25、観測精度判定部26、相関強度判定部27及び天体輝度算出部28の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのCPUが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図2(図2A,図2B)はこの発明の実施の形態1による天体輝度算出装置3の処理内容(天体輝度算出方法)を示すフローチャートである。
In the example of FIG. 1,
For example, the fixed observation point cross-correlation
FIG. 2 (FIGS. 2A and 2B) is a flowchart showing the processing contents (celestial luminance calculation method) of the celestial
次に動作について説明する。
基線長ベクトル算出部1は、天体2の輝度を算出する際に、電波望遠鏡を設置する位置を示す基線長ベクトルm(時間の経過に伴って、天体2に対する電波望遠鏡11,12の相対的な設置位置が変化するため、基線長ベクトルmは時間の経過に伴って変化する)を算出し、その基線長ベクトルmを無線等で送信する(図2のステップST1)。
天体2の電波画像を生成する上で、必要な基線長ベクトルmの数がM個であれば、M個の基線長ベクトルm(m=1,2,・・・,M)を算出する。
M個の基線長ベクトルmが算出された場合、天体輝度算出装置3は、ステップST1〜ST23の処理をM回繰り返し実施することになる。
なお、基線長ベクトルmの算出処理自体は、公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
Next, the operation will be described.
When calculating the luminance of the celestial body 2, the baseline length vector calculating unit 1 calculates the relative length of the
When generating the radio wave image of the celestial body 2, if the number of necessary baseline length vectors m is M, M baseline length vectors m (m = 1, 2,..., M) are calculated.
When M baseline length vectors m are calculated, the astronomical
Note that the calculation process of the baseline length vector m is a known technique, and thus detailed description thereof is omitted.
トラック制御部15は、基線長ベクトル算出部1から送信された基線長ベクトルmを受信し、現在時刻に対応する基線長ベクトルmの始点の位置まで電波望遠鏡11を搬送するように、トラック13を制御する(ステップST2)。
即ち、基線長ベクトル算出部1から送信された基線長ベクトルmには、時刻t0に対応する基線長ベクトルmの始点の位置、時刻t1に対応する基線長ベクトルmの始点の位置、時刻t2に対応する基線長ベクトルmの始点の位置・・・が記録されているので、現在時刻に対応する基線長ベクトルmの始点の位置を特定し、トラック13の位置が基線長ベクトルmの始点の位置と一致するようにトラック13を制御する。実際には、基線長ベクトルmの始点の位置に至る経路をトラック13のナビゲーション装置で案内するなどの制御が考えられる。
The
That is, the baseline length vector m transmitted from the baseline length vector calculation unit 1 includes the starting point position of the baseline length vector m corresponding to the time t 0 , the starting point position of the baseline length vector m corresponding to the time t 1 , and the time Since the position of the starting point of the baseline length vector m corresponding to t 2 is recorded, the position of the starting point of the baseline length vector m corresponding to the current time is specified, and the position of the
トラック制御部16は、基線長ベクトル算出部1から送信された基線長ベクトルmを受信し、現在時刻に対応する基線長ベクトルmの終点の位置まで電波望遠鏡11を搬送するように、トラック14を制御する(ステップST2)。
即ち、基線長ベクトル算出部1から送信された基線長ベクトルmには、時刻t0に対応する基線長ベクトルmの終点の位置、時刻t1に対応する基線長ベクトルmの終点の位置、時刻t2に対応する基線長ベクトルmの終点の位置・・・が記録されているので、現在時刻に対応する基線長ベクトルmの終点の位置を特定し、トラック13の位置が基線長ベクトルmの終点の位置と一致するようにトラック14を制御する。実際には、基線長ベクトルmの終点の位置に至る経路をトラック14のナビゲーション装置で案内するなどの制御が考えられる。
ここでは、トラック13,14が電波望遠鏡11,12を搬送している例を示しているが、電波望遠鏡11,12の搬送手段はトラック13,14に限るものではなく、例えば、貨車やトロッコでもよいし、船舶などでもよい。
The
That is, the baseline length vector m transmitted from the baseline length vector calculation unit 1 includes the end point position of the baseline length vector m corresponding to the time t 0 , the end point position of the baseline length vector m corresponding to the time t 1 , and the time Since the end point position of the baseline length vector m corresponding to t 2 is recorded, the end point position of the baseline length vector m corresponding to the current time is specified, and the position of the
Here, an example in which the
電波望遠鏡11は、トラック13により現在時刻に対応する基線長ベクトルmの始点の位置まで搬送されると、天体2から到来する電波E1(t)を観測し、その電波E1(t)に比例する電圧a1E1(t)を示す信号を送信する。
電波望遠鏡12は、トラック14により現在時刻に対応する基線長ベクトルmの終点の位置まで搬送されると、天体2から到来する電波E2(t)を観測し、その電波E2(t)に比例する電圧a2E2(t)を示す信号を送信する。
ここでは、電波望遠鏡11,12が電波E1(t),E2(t)に比例する電圧a1E1(t),a2E2(t)を示す信号を送信している例を示しているが、図示せぬ無線機等が、電圧a1E1(t),a2E2(t)を示す信号を送信するようにしてもよい。
When the
When the
In this example, the
固定観測点相互相関値算出部17は、電波望遠鏡11,12から送信された電波E1(t),E2(t)に比例する電圧a1E1(t),a2E2(t)を受信すると、下記の式(5)に示すように、その電圧a1E1(t),a2E2(t)を用いて、電波E1(t)と電波E2(t)の相互相関値である固定観測点相互相関値C0(τ)を算出する(ステップST3)。
式(5)において、τは位相差である。
位相差τは、下記の式(6)で与えられる。
式(6)において、kは波数、Dλは基線長ベクトルm、cは自由空間の光速度である。
The fixed observation point cross-correlation
In Expression (5), τ is a phase difference.
The phase difference τ is given by the following equation (6).
In Equation (6), k is the wave number, Dλ is the baseline length vector m, and c is the light velocity in free space.
衛星信号受信機20,21は、人工衛星18から発信された信号(例えば、GPS衛星から発信されたGPS信号など、位置情報及び時間情報・周波数基準情報などを含む信号)を受信する。
また、衛星信号受信機20,21は、人工衛星19から発信された信号(例えば、準天頂衛星から発信されたLEX信号など、位置補正情報などを含む信号)を受信する。
位置時刻特定部22は、衛星信号受信機20,21が人工衛星18の信号を受信すると、その受信信号から電波望遠鏡11,12の設置位置を測位するとともに、現在時刻を特定する(ステップST4)。
ただし、人工衛星18の信号だけでは、天文観測を行うための位置精度に到達しないため、人工衛星19の信号を用いて、衛星位置・速度誤差、クロック誤差、電離層遅延、対流圏遅延の影響などを補正して、電波望遠鏡11の位置、現在時刻・周波数標準精度を向上させる。
The
Further, the
When the
However, since the
位置誤差算出部23は、基線長ベクトル算出部1から送信された基線長ベクトルmを受信するとともに、位置時刻特定部22により測位された電波望遠鏡11,12の設置位置と現在時刻を取得する。
位置誤差算出部23は、電波望遠鏡11の設置位置と現在時刻を取得すると、電波望遠鏡11の設置位置と、現在時刻に対応する基線長ベクトルmの始点の位置との誤差を算出する(ステップST5)。
即ち、基線長ベクトル算出部1から送信された基線長ベクトルmには、時刻t0に対応する基線長ベクトルmの始点の位置、時刻t1に対応する基線長ベクトルmの始点の位置、時刻t2に対応する基線長ベクトルmの始点の位置・・・が記録されているので、現在時刻に対応する基線長ベクトルmの始点の位置を特定し、その基線長ベクトルmの始点の位置と電波望遠鏡11の設置位置との誤差(例えば、緯度・経度の誤差)を算出する。
ステップST2の処理で、電波望遠鏡11が基線長ベクトルmの始点の位置に設置されても、基線長ベクトルmは時間の経過に伴って変化するため、基線長ベクトルmの始点の位置と電波望遠鏡11の設置位置との間に誤差が生じる。
The position
When the position
That is, the baseline length vector m transmitted from the baseline length vector calculation unit 1 includes the starting point position of the baseline length vector m corresponding to the time t 0 , the starting point position of the baseline length vector m corresponding to the time t 1 , and the time Since the position of the starting point of the baseline length vector m corresponding to t 2 is recorded, the position of the starting point of the baseline length vector m corresponding to the current time is specified, and the position of the starting point of the baseline length vector m is An error with respect to the installation position of the radio telescope 11 (for example, an error in latitude and longitude) is calculated.
Even if the
また、位置誤差算出部23は、電波望遠鏡12の設置位置と現在時刻を取得すると、電波望遠鏡12の設置位置と、現在時刻に対応する基線長ベクトルmの終点の位置との誤差を算出する(ステップST5)。
即ち、基線長ベクトル算出部1から送信された基線長ベクトルmには、時刻t0に対応する基線長ベクトルmの終点の位置、時刻t1に対応する基線長ベクトルmの終点の位置、時刻t2に対応する基線長ベクトルmの終点の位置・・・が記録されているので、現在時刻に対応する基線長ベクトルmの終点の位置を特定し、その基線長ベクトルmの終点の位置と電波望遠鏡12の設置位置との誤差(例えば、緯度・経度の誤差)を算出する。
ステップST2の処理で、電波望遠鏡12が基線長ベクトルmの終点の位置に設置されても、基線長ベクトルmは時間の経過に伴って変化するため、基線長ベクトルmの終点の位置と電波望遠鏡12の設置位置との間に誤差が生じる。
Further, when the position
That is, the baseline length vector m transmitted from the baseline length vector calculation unit 1 includes the end point position of the baseline length vector m corresponding to the time t 0 , the end point position of the baseline length vector m corresponding to the time t 1 , and the time Since the end point position of the baseline length vector m corresponding to t 2 is recorded, the end point position of the baseline length vector m corresponding to the current time is specified, and the end point position of the baseline length vector m is An error with respect to the installation position of the radio telescope 12 (for example, an error in latitude and longitude) is calculated.
Even if the
移動観測点相互相関値算出部24は、位置誤差算出部23が電波望遠鏡11の設置位置と、現在時刻に対応する基線長ベクトルmの始点の位置との誤差を算出すると、その位置誤差が解消するように、電波望遠鏡11を移動する指示を無線等でトラック制御部15に送信する(ステップST6)。
これにより、トラック制御部15は、その位置誤差が解消する方向にトラック13を移動させることで、現在時刻に対応する基線長ベクトルmの始点の位置まで電波望遠鏡11を搬送する(ステップST7)。
When the
Thereby, the
また、移動観測点相互相関値算出部24は、位置誤差算出部23が電波望遠鏡12の設置位置と、現在時刻に対応する基線長ベクトルmの終点の位置との誤差を算出すると、その位置誤差が解消するように、電波望遠鏡12を移動する指示を無線等でトラック制御部16に送信する(ステップST6)。
これにより、トラック制御部16は、その位置誤差が解消する方向にトラック14を移動させることで、現在時刻に対応する基線長ベクトルmの終点の位置まで電波望遠鏡12を搬送する(ステップST7)。
In addition, when the position
Thereby, the
電波望遠鏡11は、トラック13により現在時刻に対応する基線長ベクトルmの始点の位置まで搬送されると、天体2から到来する電波E1(t)を観測し、その電波E1(t)に比例する電圧a1E1(t)を示す信号を送信する。
電波望遠鏡12は、トラック14により現在時刻に対応する基線長ベクトルmの終点の位置まで搬送されると、天体2から到来する電波E2(t)を観測し、その電波E2(t)に比例する電圧a2E2(t)を示す信号を送信する。
When the
When the
移動観測点相互相関値算出部24は、電波望遠鏡11,12から送信された電波E1(t),E2(t)に比例する電圧a1E1(t),a2E2(t)を受信すると、下記の式(7)に示すように、その電圧a1E1(t),a2E2(t)を用いて、電波E1(t)と電波E2(t)の相互相関値である移動観測点相互相関値C1(τ)を算出する(ステップST8)。
なお、電波望遠鏡11,12を移動してから、電波望遠鏡11,12が天体2から到来する電波E1(t),E2(t)を観測しているが、この観測は、常に移動し続けるトラッキング観測であってもよいし、移動、停止、観測を繰り返すドリフトトラッキング観測のどちらであってもよい。
The moving observation point cross-correlation value calculation unit 24 uses voltages a 1 E 1 (t) and a 2 E 2 (t that are proportional to the radio waves E 1 (t) and E 2 (t) transmitted from the
Although the
相互相関値積算部25は、固定観測点相互相関値算出部17が固定観測点相互相関値C0(τ)を算出し、移動観測点相互相関値算出部24が移動観測点相互相関値C1(τ)を算出すると、下記の式(8)に示すように、その固定観測点相互相関値C0(τ)と移動観測点相互相関値C1(τ)を積算し、その積算結果である観測データEを観測精度判定部26に出力する(ステップST9)。
E=C0(τ)+C1(τ) (8)
In the cross-correlation
E = C 0 (τ) + C 1 (τ) (8)
観測精度判定部26は、相互相関値積算部25から観測データEを受けると、その観測データEの観測精度を算出する。
即ち、観測精度判定部26は、その観測データEの観測精度を示す指標として、その観測データEの信号対雑音比SNを算出する(ステップST10)。
具体的には、相互相関値積算部25から出力された観測データEを時刻tのクロスパワースペクトルx(t)として、このクロスパワースペクトルx(t)をフーリエ変換し、その変換結果であるX(k)を下記の式(9)に代入することで、その観測データEの信号対雑音比SNを算出する。
When the observation
That is, the observation
Specifically, the observation data E output from the cross-correlation
ここで、kは時刻tにおけるフーリエ周波数を表し、ある天体2を観測した際に得られる相互相関値の振動周期(フリンジ周期)は赤緯によって一定であるから、周期成分は常に1つのフーリエ周波数に集中するため、信号対雑音比SNは、上記の式(9)で定義することができる。
この実施の形態1では、信号対雑音比SNを式(9)で定義しているが、信号強度と雑音強度の関係性を表せる指標であれば、式(9)に限るものではない。
Here, k represents the Fourier frequency at time t, and since the oscillation period (fringe period) of the cross-correlation value obtained when observing a certain celestial body 2 is constant according to declination, the periodic component is always one Fourier frequency. Therefore, the signal-to-noise ratio SN can be defined by the above equation (9).
In the first embodiment, the signal-to-noise ratio SN is defined by the equation (9), but it is not limited to the equation (9) as long as it is an index that can represent the relationship between the signal strength and the noise strength.
観測精度判定部26は、その観測データEの観測精度を示す指標として、その観測データEの信号対雑音比SNを算出すると、その信号対雑音比SNと所定のスレッショルドレベルT1を比較する(ステップST11)。
観測精度判定部26は、その信号対雑音比SNがスレッショルドレベルT1より高ければ(SN≧T1)、その観測データEの観測精度は十分高いので、その観測データEを天体輝度算出部28に出力する。
一方、その信号対雑音比SNがスレッショルドレベルT1より低ければ(SN<T1)、その観測データEは必要な精度に達していないので、位置誤差の再算出を行う指令を位置時刻特定部22に出力する(ステップST12)。
The observation
If the signal-to-noise ratio SN is higher than the threshold level T 1 (SN ≧ T 1 ), the observation
On the other hand, if the signal-to-noise ratio SN is lower than the threshold level T 1 (SN <T 1 ), the observation data E has not reached the required accuracy, so a command for recalculating the position error is given as a position time specifying unit. (Step ST12).
位置時刻特定部22は、観測精度判定部26から位置誤差の再算出を行う指令を受けると、ステップST4の処理と同様に、人工衛星18,19の信号から電波望遠鏡11,12の設置位置を測位するとともに、現在時刻を特定する(ステップST13)。
位置誤差算出部23は、位置時刻特定部22が電波望遠鏡11,12の設置位置と現在時刻を特定すると、ステップST5の処理と同様に、電波望遠鏡11の設置位置と、現在時刻に対応する基線長ベクトルmの始点及び終点の位置との誤差を算出する(ステップST14)。
移動観測点相互相関値算出部24は、位置誤差算出部23が位置誤差を算出すると、ステップST6の処理と同様に、その位置誤差が解消するように、電波望遠鏡11,12を移動する指示を無線等でトラック制御部15,16に送信する(ステップST15)。
これにより、トラック制御部15,16は、ステップST7の処理と同様に、その位置誤差が解消する方向にトラック13,14を移動させることで、現在時刻に対応する基線長ベクトルmの始点及び終点の位置まで電波望遠鏡11,12を搬送する(ステップST16)。
When receiving the command to recalculate the position error from the observation
When the position
When the position
Accordingly, the
移動観測点相互相関値算出部24は、電波望遠鏡11,12が基線長ベクトルmの始点及び終点の位置まで搬送されたのち、電波望遠鏡11,12から送信された電波E1(t),E2(t)に比例する電圧a1E1(t),a2E2(t)を受信すると、ステップST8の処理と同様に、その電圧a1E1(t),a2E2(t)を用いて、電波E1(t)と電波E2(t)の相互相関値である移動観測点相互相関値C1(τ)を再度算出する(ステップST17)。
The moving observation point cross-correlation value calculation unit 24 transmits the radio waves E 1 (t) and E transmitted from the
相関強度判定部27は、移動観測点相互相関値算出部24が移動観測点相互相関値C1(τ)を再度算出すると、下記の式(10)に示すように、固定観測点相互相関値算出部17により算出された固定観測点相互相関値C0(τ)と、その移動観測点相互相関値C1(τ)との相関強度Rを算出する(ステップST18)。
固定観測点相互相関値算出部17により算出された固定観測点相互相関値C0(τ)が最も正確な観測値であり、移動精度の問題から移動観測点相互相関値C1(τ)が正確に算出されていないと、相関強度Rが低下する。
When the moving observation point cross-correlation value calculation unit 24 recalculates the moving observation point cross-correlation value C 1 (τ), the correlation
The fixed observation point cross-correlation value C 0 (τ) calculated by the fixed observation point cross-correlation
相関強度判定部27は、固定観測点相互相関値C0(τ)と移動観測点相互相関値C1(τ)との相関強度Rを算出すると、その相関強度Rと所定のスレッショルドレベルT2を比較する(ステップST19)。
相関強度判定部27は、その相関強度RがスレッショルドレベルT2以上であれば(R≧T2)、その移動観測点相互相関値C1(τ)は十分正確に算出されているので、その移動観測点相互相関値C1(τ)を観測データEに積算する指令を相互相関値積算部25に出力する(ステップST20)。
これにより、相互相関値積算部25は、下記の式(11)に示すように、その移動観測点相互相関値C1(τ)を観測データEに積算し、その積算結果である観測データEを観測精度判定部26に出力する(ステップST21)。
E=E+C1(τ) (11)
After calculating the correlation strength R between the fixed observation point cross-correlation value C 0 (τ) and the moving observation point cross-correlation value C 1 (τ), the correlation
If the correlation strength R is equal to or higher than the threshold level T 2 (R ≧ T 2 ), the correlation
As a result, the cross-correlation
E = E + C 1 (τ) (11)
その後、ステップST10の処理に戻り、観測データEの信号対雑音比SNが算出されて、その信号対雑音比SNと所定のスレッショルドレベルT1が比較される(ステップST11)。
その信号対雑音比SNがスレッショルドレベルT1以上であれば(SN≧T1)、上述したように、その観測データEが天体輝度算出部28に出力されるが、その信号対雑音比SNがスレッショルドレベルT1より低ければ(SN<T1)、再度、位置誤差の再算出を行う指令が位置時刻特定部22に出力される(ステップST12)。
Thereafter, the process returns to step ST10, the observed data E signal-to-noise ratio SN is calculated, its signal-to-noise ratio SN by a predetermined threshold level T 1 is compared (step ST11).
If the signal-to-noise ratio SN is equal to or higher than the threshold level T 1 (SN ≧ T 1 ), as described above, the observation data E is output to the astronomical
相関強度判定部27は、その相関強度RがスレッショルドレベルT2より低ければ(R<T2)、その移動観測点相互相関値C1(τ)は正確に算出されていないので、位置誤差の再算出を行う指令を位置時刻特定部22に出力する。
これにより、ステップST12〜ST19の処理が繰り返し実施される。
If the correlation strength R is lower than the threshold level T 2 (R <T 2 ), the correlation
Thereby, the processing of steps ST12 to ST19 is repeatedly performed.
天体輝度算出部28は、観測精度判定部26から観測精度が高い観測データEを受けると、その観測データEをフーリエ変換して、下記の式(12)で表されるビジビリティーv(ω)を算出する(ステップST22)。
式(12)において、ANはアンテナパターン、Iνは天体の輝度、(ξ,η)は天球上の位置、(u,v)はある基線長ベクトルmが示す2次元の空間周波数を表している。
When the astronomical
In Expression (12), A N represents an antenna pattern, I ν represents the brightness of the celestial body, (ξ, η) represents a position on the celestial sphere, and (u, v) represents a two-dimensional spatial frequency indicated by a certain baseline length vector m. ing.
天体輝度算出部28は、ビジビリティーv(ω)を算出すると、下記の式(13)に示すように、そのビジビリティーv(ω)から天体2の空間的な輝度分布Iν(ξ,η)を算出する(ステップST23)。
基線長ベクトルm(m=1,2,・・・,M)の個数M分だけ、ステップST1〜ST23の処理を繰り返し実施することで、天体2の構造を詳細に捉えることができる。
After calculating the visibility v (ω), the celestial
The structure of the celestial body 2 can be captured in detail by repeatedly performing the processes of steps ST1 to ST23 for the number M of the baseline length vectors m (m = 1, 2,..., M).
ここで、本願の出願人は、位置誤差を補償することで、信号対雑音比SNがどの程度改善されるかを把握するために、シミュレーションを実施している。
図3はドリフトトラッキング観測のシミュレーション結果を示す説明図である。
図3の縦軸は、式(9)で定義される積分データEの信号対雑音比SNを示しており、横軸は位置誤差の補正が行われない場合、位置誤差の補正が行われた場合、位置誤差がない場合とを表している。
このシミュレーションでは、観測時の基線長が1km、波長が20cm、観測赤緯が37°、観測データに与えられるノイズが「Normal Distribution N(0,Σ2)に従うガウス雑音、フリンジの振幅が1σであるとしている。
赤経1次元方向のドリフトトラッキング観測の場合、フリンジ周期Tは、下記の式(14)で表される。
式(14)において、Dは一次元方向の基線長、λは観測波長、Ωは地球の回転角速度(2π/86164)、δは観測赤緯を表している。
Here, the applicant of the present application performs a simulation in order to grasp how much the signal-to-noise ratio SN is improved by compensating the position error.
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a simulation result of drift tracking observation.
The vertical axis of FIG. 3 shows the signal-to-noise ratio SN of the integral data E defined by the equation (9), and the horizontal axis is corrected for the position error when the position error is not corrected. The case where there is no position error.
In this simulation, the baseline length at the time of observation is 1 km, the wavelength is 20 cm, the observation declination is 37 °, the noise given to the observation data is “Gaussian noise according to Normal Distribution N (0, Σ2), and the fringe amplitude is 1σ. It is said.
In the case of drift tracking observation in the one-dimensional direction of the red meridian, the fringe period T is expressed by the following formula (14).
In equation (14), D is the baseline length in the one-dimensional direction, λ is the observation wavelength, Ω is the rotational angular velocity of the earth (2π / 86164), and δ is the observation declination.
通常のGPSによる測定精度は約10m程度である。測定精度を10mと仮定した場合、フリンジ周期の誤差は約0.034秒である。位置誤差の補正が行われない場合、移動観測点相互相関値C1(τ)は、この程度の誤差をランダムに包含すると考えられる。
位置誤差の補正が行われない状態で、移動観測によって、10セットの移動観測点相互相関値C1(τ)が得られたとすると、式(9)で定義される積分データEの信号対雑音比SNは約10.9dBになる。
一方、この実施の形態1の方法で、位置誤差の補正が行われた場合、移動時にランダムに発生し得る位置誤差が3cm程度になると考えられ、フリンジ周期の誤差が約0.0001秒になる。
したがって、位置誤差の補正が行われた場合、10セットの移動観測点相互相関値C1(τ)の積分データEの信号対雑音比SNは12.9dBになり、位置誤差の補正が行われない場合より、信号対雑音比SNが改善される。
また、位置誤差がない場合の信号対雑音比SN13.0dBとほぼ同レベルの信号対雑音比SNの観測データEが得られていることが分かる。
Normal GPS measurement accuracy is about 10 m. Assuming measurement accuracy of 10 m, the fringe cycle error is about 0.034 seconds. When the position error is not corrected, it is considered that the moving observation point cross-correlation value C 1 (τ) includes such an error at random.
Assuming that 10 sets of moving observation point cross-correlation values C 1 (τ) are obtained by moving observation in a state where the position error is not corrected, the signal-to-noise of the integration data E defined by equation (9) The ratio SN is about 10.9 dB.
On the other hand, when the position error is corrected by the method of the first embodiment, it is considered that the position error that can occur randomly at the time of movement is about 3 cm, and the error of the fringe period is about 0.0001 seconds. .
Therefore, when the position error is corrected, the signal-to-noise ratio SN of the integration data E of the 10 sets of moving observation point cross-correlation values C 1 (τ) becomes 12.9 dB, and the position error is corrected. The signal-to-noise ratio SN is improved compared to the case where there is no signal.
In addition, it can be seen that the observation data E of the signal-to-noise ratio SN almost equal to the signal-to-noise ratio SN13.0 dB when there is no position error is obtained.
以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、トラック13,14により電波望遠鏡11,12が搬送された後、電波望遠鏡11,12から電波E1(t),E2(t)の観測結果を受信し、その電波E1(t)と電波E2(t)の相互相関値である固定観測点相互相関値C0(τ)を算出する固定観測点相互相関値算出部17と、位置時刻特定部22により測位された電波望遠鏡11,12の設置位置と、現在時刻に対応する基線長ベクトルmの始点及び終点の位置との誤差を算出する位置誤差算出部23と、位置誤差算出部23により算出された位置誤差が解消するように、電波望遠鏡11,12を移動する指示を無線等でトラック制御部15,16に送信し、トラック13,14により電波望遠鏡11,12が移動された後、電波望遠鏡11,12から電波E1(t),E2(t)の観測結果を受信し、その電波E1(t)と電波E2(t)の相互相関値である移動観測点相互相関値C1(τ)を算出する移動観測点相互相関値算出部24とを設け、相互相関値積算部25が、固定観測点相互相関値算出部17により算出された固定観測点相互相関値C0(τ)と移動観測点相互相関値算出部24により算出された移動観測点相互相関値C1(τ)を積算するように構成したので、様々なコンフィグレーションで観測を行うことができるとともに、精度よく天体の輝度を算出することができる効果を奏する。
即ち、この実施の形態1によれば、長時間の積分が可能になることから、大型の開口面アンテナと比較して集光力が低い小型の開口面アンテナを、電波望遠鏡の素子として使用しても、高精度の観測データEを取得することができる。また、小型開口面アンテナで実現することが可能であり、設置位置に制限がないため、広大なスペースを必要としないという利点を有する。
As apparent from the above, according to the first embodiment, after the
That is, according to the first embodiment, since integration for a long time is possible, a small aperture antenna having a lower light collecting power than a large aperture antenna is used as an element of a radio telescope. However, highly accurate observation data E can be acquired. Further, it can be realized with a small aperture antenna, and there is no restriction on the installation position, so that there is an advantage that a large space is not required.
また、この実施の形態1によれば、観測精度判定部26が、相互相関値積算部25により積算された相互相関値である観測データEの観測精度を算出し、その観測精度が所定の精度以上であれば、その観測データEを天体輝度算出部28に出力する一方、その観測精度が所定の精度に満たなければ、位置誤差の再算出を行う指令を位置時刻特定部22に出力して、移動観測点相互相関値算出部24により再度算出された移動観測点相互相関値C1(τ)を観測データEに積算する指令を相互相関値積算部25に出力するように構成したので、観測精度が十分に高い観測データEが得られるまで積分を行うことができる効果を奏する。
Further, according to the first embodiment, the observation
また、この実施の形態1によれば、相関強度判定部27が、固定観測点相互相関値算出部17により算出された固定観測点相互相関値C0(τ)と、移動観測点相互相関値算出部24により再度算出された移動観測点相互相関値C1(τ)との相関強度Rを算出し、その相関強度Rが所定の強度以上であれば、移動観測点相互相関値算出部24により再度算出された移動観測点相互相関値C1(τ)を観測データEに積算する指令を相互相関値積算部25に出力する一方、その相関強度Rが所定の強度に満たなければ、位置誤差の再算出を行う指令を位置時刻特定部22に出力して、移動観測点相互相関値算出部24による移動観測点相互相関値C1(τ)の算出処理を繰り返し実施させるように構成したので、十分正確に算出されている移動観測点相互相関値C1(τ)だけを観測データEに積算することができるようになり、観測データEの観測精度を高めることができる効果を奏する。
Further, according to the first embodiment, the correlation
なお、この実施の形態1では、位置時刻特定部22が、衛星信号受信機20,21が人工衛星18の信号を受信すると、その受信信号から電波望遠鏡11,12の設置位置の測位や現在時刻の特定を行うものを示したが、現在時刻の情報を周波数標準として、例えば、「Phase Lock Oscillator」等の電波望遠鏡11,12間の同期が必要な装置に送るようにしてもよい。
In the first embodiment, when the
実施の形態2.
上記実施の形態1では、2つの電波望遠鏡11,12により観測された電波から天体2の空間的な輝度分布Iν(ξ,η)を算出するものを示したが、2つの電波望遠鏡11,12の組を複数用意して、複数組の電波望遠鏡11,12により観測された電波から天体2の空間的な輝度分布Iν(ξ,η)を算出するようにしてもよい。例えば、電波望遠鏡11,12をM組用意する場合、電波望遠鏡の台数は2×M台になる。
この場合、例えば、天体輝度算出装置3の天体輝度算出部28を除く、構成要素(電波望遠鏡11,12、トラック13,14、トラック制御部15,16、固定観測点相互相関値算出部17、衛星信号受信機20,21、位置時刻特定部22、位置誤差算出部23、移動観測点相互相関値算出部24、相互相関値積算部25、観測精度判定部26、相関強度判定部27)を基線長ベクトルmの個数M分だけ用意し、図4に示すように、N組の構成要素が並列に処理を行うようにしてもよい(基線長ベクトルmの個数M分だけ、図2A,図2BのステップST2〜ST21を並列に処理する)。天体輝度算出部28についても、M個用意して、M個の天体輝度算出部28が並列に処理を行うようにしてもよい。
このように、M個の基線長ベクトルmについて、同時に観測を行えば、モザイキング観測時に影響を与える可能性のあるシステムの時間変動要因の影響を抑えることができる効果を奏する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the calculation of the spatial luminance distribution I v (ξ, η) of the celestial body 2 from the radio waves observed by the two
In this case, for example, the constituent elements (the
Thus, if the M baseline length vectors m are simultaneously observed, the effect of suppressing the time variation factor of the system that may affect the mosaicing observation can be suppressed.
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .
1 基線長ベクトル算出部、2 天体、3 天体輝度算出装置、11 電波望遠鏡(第1の電波望遠鏡)、12 電波望遠鏡(第2の電波望遠鏡)、13,14 トラック、15,16 トラック制御部(望遠鏡搬送手段)、17 固定観測点相互相関値算出部(第1の相互相関値算出手段)、18,19 人工衛星、20,21 衛星信号受信機(位置誤差算出手段)、22 位置時刻特定部(位置誤差算出手段)、23 位置誤差算出部(位置誤差算出手段)、24 移動観測点相互相関値算出部(第2の相互相関値算出手段)、25 相互相関値積算部、26 観測精度判定部、27 相関強度判定部(観測データ出力手段)、28 天体輝度算出部(天体輝度算出手段)。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Baseline length vector calculation part, 2 Astronomical object, 3 Astronomical brightness calculation apparatus, 11 Radio telescope (1st radio telescope), 12 Radio telescope (2nd radio telescope), 13,14 track, 15,16 track control part ( Telescope transport means), 17 fixed observation point cross-correlation value calculation section (first cross-correlation value calculation means), 18, 19 artificial satellite, 20, 21 satellite signal receiver (position error calculation means), 22 position time specifying section (Position error calculation means), 23 Position error calculation section (position error calculation means), 24 Moving observation point cross correlation value calculation section (second cross correlation value calculation means), 25 Cross correlation value integration section, 26
Claims (5)
天体から到来する電波を観測する第2の電波望遠鏡と、
時間の経過に伴って変化する電波望遠鏡の設置位置を示す基線長ベクトルを入力し、現在時刻に対応する上記基線長ベクトルの始点の位置まで上記第1の電波望遠鏡を搬送するとともに、上記基線長ベクトルの終点の位置まで上記第2の電波望遠鏡を搬送する望遠鏡搬送手段と、
上記望遠鏡搬送手段により第1及び第2の電波望遠鏡が搬送された後、上記第1の電波望遠鏡の観測電波と上記第2の電波望遠鏡の観測電波間の相互相関値を算出する第1の相互相関値算出手段と、
衛星から発信される信号を受信して、上記第1及び第2の電波望遠鏡の設置位置を特定し、上記第1及び第2の電波望遠鏡の設置位置と、現在時刻に対応する上記基線長ベクトルの始点及び終点の位置との誤差を算出する位置誤差算出手段と、
上記位置誤差算出手段により算出された位置誤差が解消するように、上記第1及び第2の電波望遠鏡を移動する指示を上記望遠鏡搬送手段に出力し、移動後の上記第1の電波望遠鏡の観測電波と上記第2の電波望遠鏡の観測電波間の相互相関値を算出する第2の相互相関値算出手段と、
上記第1の相互相関値算出手段により算出された相互相関値と上記第2の相互相関値算出手段により算出された相互相関値を積算し、積算後の相互相関値である観測データを出力する観測データ出力手段と、
上記観測データ出力手段から出力された観測データから天体の輝度を算出する天体輝度算出手段と
を備えた天体輝度算出装置。 A first radio telescope that observes radio waves coming from celestial bodies;
A second radio telescope that observes radio waves coming from celestial bodies;
A baseline length vector indicating the installation position of the radio telescope that changes over time is input, the first radio telescope is transported to the position of the start point of the baseline length vector corresponding to the current time, and the baseline length Telescope transport means for transporting the second radio telescope to the position of the end point of the vector;
After the first and second radio telescopes are transported by the telescope transport means, a first mutual correlation value for calculating a cross-correlation value between the observation radio waves of the first radio telescope and the observation radio waves of the second radio telescope is calculated. Correlation value calculating means;
A signal transmitted from a satellite is received, the installation positions of the first and second radio telescopes are specified, the installation positions of the first and second radio telescopes, and the baseline length vector corresponding to the current time A position error calculating means for calculating an error between the start point and the end point of
An instruction to move the first and second radio telescopes is output to the telescope transport means so that the position error calculated by the position error calculation means is eliminated, and the first radio telescope after the movement is observed. Second cross-correlation value calculating means for calculating a cross-correlation value between the radio wave and the observation radio wave of the second radio telescope;
The cross-correlation value calculated by the first cross-correlation value calculating means and the cross-correlation value calculated by the second cross-correlation value calculating means are integrated, and observation data that is the cross-correlation value after the integration is output. Observation data output means;
An astronomical luminance calculation device comprising: astronomical luminance calculation means for calculating the luminance of an astronomical object from observation data output from the observation data output means.
観測データの観測精度を算出し、上記観測精度が所定の精度以上であれば、上記観測データを天体輝度算出手段に出力する一方、
上記観測精度が所定の精度に満たなければ、位置誤差の再算出を行う指令を位置誤差算出手段に出力して、第2の相互相関値算出手段により再度算出された相互相関値を上記観測データに積算することを特徴とする請求項1記載の天体輝度算出装置。 Observation data output means
When the observation accuracy of the observation data is calculated and the observation accuracy is equal to or higher than a predetermined accuracy, the observation data is output to the celestial luminance calculation means,
If the observation accuracy is less than the predetermined accuracy, a command for recalculating the position error is output to the position error calculation means, and the cross-correlation value calculated again by the second cross-correlation value calculation means is used as the observation data. The astronomical brightness calculation apparatus according to claim 1, wherein
第1の相互相関値算出手段により算出された相互相関値と第2の相互相関値算出手段により再度算出された相互相関値との相関強度を算出し、上記相関強度が所定の強度以上であれば、上記第2の相互相関値算出手段により再度算出された相互相関値を観測データに積算する一方、
上記相関強度が所定の強度に満たなければ、位置誤差の再算出を行う指令を位置誤差算出手段に出力して、上記第2の相互相関値算出手段による相互相関値の算出処理を繰り返し実施させることを特徴とする請求項2記載の天体輝度算出装置。 Observation data output means
The correlation strength between the cross-correlation value calculated by the first cross-correlation value calculation means and the cross-correlation value calculated again by the second cross-correlation value calculation means is calculated, and the correlation strength is not less than a predetermined strength. For example, while the cross-correlation value calculated again by the second cross-correlation value calculating means is added to the observation data,
If the correlation strength does not reach the predetermined strength, a command for recalculating the position error is output to the position error calculation means, and the cross correlation value calculation processing by the second cross correlation value calculation means is repeatedly performed. The astronomical brightness calculation apparatus according to claim 2.
第1の相互相関値算出手段が、上記望遠鏡搬送工程で第1及び第2の電波望遠鏡が搬送された後、上記第1の電波望遠鏡の観測電波と上記第2の電波望遠鏡の観測電波間の相互相関値を算出する第1の相互相関値算出工程と、
位置誤差算出手段が、衛星から発信される信号を受信して、上記第1及び第2の電波望遠鏡の設置位置を特定し、上記第1及び第2の電波望遠鏡の設置位置と、現在時刻に対応する上記基線長ベクトルの始点及び終点の位置との誤差を算出する位置誤差算出工程と、
第2の相互相関値算出手段が、上記位置誤差算出工程で算出された位置誤差が解消するように、上記第1及び第2の電波望遠鏡を移動する指示を上記望遠鏡搬送手段に出力し、移動後の上記第1の電波望遠鏡の観測電波と上記第2の電波望遠鏡の観測電波間の相互相関値を算出する第2の相互相関値算出工程と、
観測データ出力手段が、上記第1の相互相関値算出工程で算出された相互相関値と上記第2の相互相関値算出工程で算出された相互相関値を積算し、積算後の相互相関値である観測データを出力する観測データ出力工程と、
天体輝度算出手段が、上記観測データ出力工程で出力された観測データから天体の輝度を算出する天体輝度算出工程と
を備えた天体輝度算出方法。 The telescope transport means inputs a baseline length vector indicating the installation position of the radio telescope that changes with time, and transports the first radio telescope to the position of the start point of the baseline length vector corresponding to the current time. A telescope transport step for transporting the second radio telescope to the position of the end point of the baseline length vector;
After the first and second radio telescopes are transported in the telescope transporting step, the first cross-correlation value calculating means determines between the observed radio waves of the first radio telescope and the observed radio waves of the second radio telescope. A first cross-correlation value calculating step for calculating a cross-correlation value;
The position error calculation means receives a signal transmitted from the satellite, identifies the installation positions of the first and second radio telescopes, and determines the installation positions of the first and second radio telescopes and the current time. A position error calculation step of calculating an error between the start point and the end point of the corresponding baseline length vector;
The second cross-correlation value calculation means outputs an instruction to move the first and second radio telescopes to the telescope transport means so that the position error calculated in the position error calculation step is eliminated. A second cross-correlation value calculating step of calculating a cross-correlation value between the observation radio waves of the first radio telescope and the observation radio waves of the second radio telescope later;
The observation data output means integrates the cross-correlation value calculated in the first cross-correlation value calculation step and the cross-correlation value calculated in the second cross-correlation value calculation step. An observation data output process for outputting certain observation data;
An astronomical luminance calculation method, comprising: an astronomical luminance calculation step in which astronomical luminance calculation means calculates the luminance of an astronomical object from the observation data output in the observation data output step.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013031996A JP2014163685A (en) | 2013-02-21 | 2013-02-21 | Celestial body luminance calculation device and celestial body luminance calculation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013031996A JP2014163685A (en) | 2013-02-21 | 2013-02-21 | Celestial body luminance calculation device and celestial body luminance calculation method |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2014163685A true JP2014163685A (en) | 2014-09-08 |
Family
ID=51614443
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2013031996A Pending JP2014163685A (en) | 2013-02-21 | 2013-02-21 | Celestial body luminance calculation device and celestial body luminance calculation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2014163685A (en) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113029161A (en) * | 2021-03-10 | 2021-06-25 | 中国科学院上海天文台 | Spatial VLBI signal enhancement method and system based on cross-correlation spectrum synthesis |
CN115307657A (en) * | 2022-07-28 | 2022-11-08 | 北京控制工程研究所 | Full-field instrument star-like calibration method and device and storage medium |
US11537086B2 (en) * | 2018-04-27 | 2022-12-27 | University Of Tennessee Research Foundation | Pulsar based timing synchronization method and system |
GB2608720A (en) * | 2018-01-17 | 2023-01-11 | Lone Gull Holdings Ltd | Self-powered, self-propelled compute grid with loop topology |
-
2013
- 2013-02-21 JP JP2013031996A patent/JP2014163685A/en active Pending
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2608720A (en) * | 2018-01-17 | 2023-01-11 | Lone Gull Holdings Ltd | Self-powered, self-propelled compute grid with loop topology |
GB2608720B (en) * | 2018-01-17 | 2023-06-07 | Lone Gull Holdings Ltd | Self-powered, self-propelled compute grid with loop topology |
US11537086B2 (en) * | 2018-04-27 | 2022-12-27 | University Of Tennessee Research Foundation | Pulsar based timing synchronization method and system |
CN113029161A (en) * | 2021-03-10 | 2021-06-25 | 中国科学院上海天文台 | Spatial VLBI signal enhancement method and system based on cross-correlation spectrum synthesis |
CN113029161B (en) * | 2021-03-10 | 2024-04-19 | 中国科学院上海天文台 | Spatial VLBI signal enhancement method and system based on cross-correlation spectrum synthesis |
CN115307657A (en) * | 2022-07-28 | 2022-11-08 | 北京控制工程研究所 | Full-field instrument star-like calibration method and device and storage medium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7267460B2 (en) | System and method for high integrity satellite positioning | |
US11474258B2 (en) | System for determining a physical metric such as position | |
US6463366B2 (en) | Attitude determination and alignment using electro-optical sensors and global navigation satellites | |
JP2009270927A (en) | Inter-moving object interference positioning apparatus and method for moving object | |
WO2016207176A1 (en) | Gnss receiver with a capability to resolve ambiguities using an uncombined formulation | |
JP2008128793A (en) | Vehicle position measuring device | |
KR20140138027A (en) | Receivers and methods for multi-mode navigation | |
JP2014163685A (en) | Celestial body luminance calculation device and celestial body luminance calculation method | |
JP2013507619A (en) | Ultra short baseline GNSS receiver | |
KR20140016781A (en) | Apparatus and method for position information acquisition using data fusion of gps and imu | |
US8346466B2 (en) | Systems and methods for determining heading | |
US11441886B2 (en) | Wireless measurement of linear and angular velocity and acceleration, and position, range, and orientation, via weakly-coupled quasistatic magnetic fields | |
US9395447B2 (en) | Orientation measurements for drift correction | |
JP2009025233A (en) | Carrier phase positioning system | |
Samczynski et al. | Effective SAR image creation using low cost INS/GPS | |
JP6546730B2 (en) | Satellite signal receiver | |
JP2009145283A (en) | Positioning device | |
di Palo et al. | Time Difference of Arrival for stratospheric balloon tracking: design and development of the STRAINS Experiment | |
RU2580827C1 (en) | Method for angular orientation of object | |
KR20140142610A (en) | Location measurement device and method | |
RU2422844C2 (en) | Method of defining angular orientation of object | |
JP6261831B1 (en) | Positioning device and positioning method | |
Nosrati et al. | Bi-static Radar Interferometric Localization of MEO and GEO Space Debris using Australia Telescope Compact Array | |
RU2751121C1 (en) | Method for determining the shape of amplitude direction pattern of navigation spacecraft antenna system | |
Wang et al. | Realization of embedded RTK system and performance evaluation |