GNU RADIOを用いたウィンドプロファイラー用ディジタル受信機の開発脇阪洋平1・橋口浩之1・山本衛1・山本真之1・妻鹿友昭1・今井克之2 ( 1: 京大生存研, 2: 住友電工(株) ) 発表の流れウィンドプロファイラについて  研究背景、目的   LQ7システムについて  ディジタル受信機の開発について  試験観測について  まとめウィンドプロファイラーとは高度ごとの大気から散乱された電波の周波数変化から風速を測定するレーダー装置  観測の仕組み   上空の乱流により温度・水蒸気が変動し、大気の屈折率擾乱が生じる大気の屈折率擾乱によるエコーを受信し、エコーのドップラーシフトから風速を求める  風速から乱流の詳細を知ることができる  電波は屈折率の不連続面で屈折・反射しながら伝播するウィンドプロファイラーとは上空からのエコー  距離測定について  対象までの距離 r  距離分解能 Δr ドップラー効果を用いて風速を計算  最大距離 ra t : パルスを送信してからの時間 τ : パルス幅 T : パルス繰り返し時間 c : 光速 3×108 m/s 上空からの風速背景大気乱流の詳細構造を把握するために、大気レーダー(ウィンドプロファイラー)による3次元イメージング観測は有効である  多周波送受信：複数の周波数を用いた観測  多チャンネル受信：複数のアンテナを用いた観測 Altitude (km) Altitude (km)  time time 通常観測周波数領域干渉計（FDI）観測 N-S E-W 周波数領域干渉計（FDI） + 空間領域干渉計（SDI）観測背景  高度2km以下の下層大気における乱流の3次元構造を観測可能とすることを目的として、ルネベルグレンズアンテナ7台を用いた小型ウィンドプロファイラー（通称:LQ7）の改良により、イメージング・ウィンドプロファイラーの開発を行っている  既にウィンドプロファイラーは、多周波送受信が可能である  多チャンネル受信を可能にするためには複数の受信機が必要開発中のイメージング・ウィンドプロファイラー目的  ディジタル受信機の開発  受信処理をソフトウェアで変更でき、周波数領域干渉計（FDI）観測、空間領域干渉計（SDI）観測が可能な受信機  ソフトウェア無線を利用し、ソフトウェアの書き換えのみで受信周波数や受信帯域を変更できる柔軟性の高い受信機 LQ7システム(住友電工と京大RISHの共同開発) ルネベルグ・レンズ・アンテナ送受信周波数: 1357.5MHz アンテナ送受信装置 (出力: 2.8kW) 信号処理装置 2.5m 電源装置データ処理装置 LQ7との接続今回追加した回路 USRP2のブロック図 LNA Down Converter (40dB) (40dB) (3MHz) USRP２ 130MHz IF A/D I Q 100MHz 130MHz USRP2 Daughter Board USRP2 Daughter Board USRP2 25MHz CIC Filter Range Sampling Pulse Compression ・・・デシメーション間引き率 4 PC USRP: Universal Software Radio Peripheral CIC: Cascaded Integrator Comb FIR: Finite Impulse Response ウィンドプロファイラー用ディジタル受信機開発について  同調動作を行うためのファームウェアの変更  USRP2の内部クロックを外部入力信号(LQ7の100MHz基準信号)でロック送信波との同調が可能になった  複数のUSRP2を使用した観測を行う際に同調動作が可能になった   ウィンドプロファイラー用の受信方式の開発ＰＰＳ端子にトリガパルスを入力し観測開始のタイミングを同期  ＰＰＳ端子に定期的にトリガパルスを入力しレンジずれを補正   タイムスタンプを利用して、パケットから必要なデータを取得する受信方法を実装試験観測について LQ7からのIF信号を7合成し、開発したディジタル受信機(USRP2) に入力して観測を行った  LQ7、USRP2の観測は同時刻（2010年05月12日 12時24分）に行った  USRP2の受信帯域は25 MHz に設定  LQ7とUSRP2の平均ドップラー速度の比較 LQ7とUSRP2の平均ドップラー速度の散布図観測データ4例（5方向、観測データ数 380個）  SNRが2dB以上の120点データを用いた  相関係数： 0.99  回帰直線： y = 0.99 x – 0.017  LQ7とUSRP2の差の標準偏差    0.20 [m/s] インコヒーレント積分などの処理を行い、精度の向上を目指すまとめ  受信機の開発状況    LQ7の送信パルスに同期した信号を受信できた LQ7からのリファレンス信号により同調できた実観測データに対してパルス圧縮復号などの信号処理を行い、LQ7の観測結果との比較から動作を確認した  今後の予定    システムの安定度を高め長時間の連続観測クラッター除去に必要な適応信号処理の実装 FDI、SDI による空間イメージング処理の実装クラッタエコー USRP2 USRP2 GNURADIOを受信機と使用した感想サンプルであるrx_streaming_samples.ccを変更し受信ソフトを開発  リファレンス用端子やトリガ入力用端子も使用  連続観測試験なども現在行っている  ファームウェアについての資料が少なかった  通信用受信機以外の動作にも利用が可能なことを実感  デシメーション=4ではかなり動作はシビアになり、ネットワークカード等により動作が異なっていた 