第3回IUGONET研究集会 ２０１６年１０月１８-１９日、国立極地研究所

EISCAT_3D計画の現状とデータ利用

宮岡 宏1、小川 泰信1、中村 卓司1、野澤 悟徳2、大山 伸一郎2、藤井 良一2 、田中良昌1
C.Heinselman3
1国立極地研究所
2名古屋大学宇宙地球環境研究所
3EISCAT科学協会

1『マスタープラン２０１４』

2014年3月に重点大型研究計画27件の1つに採択
2014年7月にロードマップ新規10件の１つに採択

太陽地球系結合過程の研究基盤形成
Study of Coupling Processes in the Solar-Terrestrial System
提案者 津田敏隆（京都大学生存圏研究所長・教授）
研究課題（１）赤道ファウンテン
（２）極域エネルギー流入過程（３）グローバル結合過程

EISCAT_3Dレーダー

広域観測網

参画機関：
京都大学生存圏研究所
国立極地研究所名古屋大学太陽地球環境研究所
九州大学国際宇宙天気科学・教育センター
赤道MUレーダー2

3

: Core Site
Tx/Rx: 930MHz, 1.7MWESR

Tx/Rx: 224MHz, 1.7MW

Upgrade ofMainland Radar（EISCAT_3D）
MainlandRx: 930MHz →224MHz

Rx: 930MHz →224MHzVHF Conversion, 20134

/R（Core）

Kiruna（Core）©EISCAT

Core/Remotesites image
主局の完成予想図©EISCAT

Phased Array antennas

5©EISCAT91elements ×109 sub-arrays= 9,919 elements

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An Overview of EISCAT_3D System

7

Outlying sub-array

Outlying sub-array

Outlying sub-array

Main array
Outlying sub-array

Outlying sub-array

Outlying sub-array

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EISCAT vs EISCAT_3D
EISCAT（KST）

EISCAT_3D

Tri-static parabolaMulti-static phased arrayRadarSystem（→1D vector）
Core: 32m parabola
Remote: 32m parabola x 2sites（→3D volume-metric vector）
Core： 9,919 Cross-Yagis Array
Remote: 9,919 Cross-Yagis Array x 4sites

Freq.

931MHz （〜0.3 m）

233 MHz（〜1.3 m）

Scan

Mechanical（2deg/sec)

Electrical（instantaneous）

Peak Power: 1.7 MW

Peak Power: 10MW

Duty Cycle: 12.5%

Duty Cycle : 0-25%

10-40Mb/sec
100TB storage

53Gb/sec（Raw:1.6Tb/sec）
20PB storage

Tx
Data9観測性能（時間分解能）が飛躍的に向上
送信機出力やアンテナ開口面積が増えることにより、１回（点）の観測に要する時間は1/100程度まで短縮され、時間分解能が飛躍的に向上する。 （時間分解能＝1回の観測に要する時間）

大気の密度・温度・速度（観測高度）EISCATの時間分解能

EISCAT_3Dの時間分解能

性能向上指数電子密度・イオン温度・電子温度（110km）

5秒

0.05 秒

100 倍

電子密度・イオン温度・電子
温度（300km）

20 秒

0.3 秒

67 倍

３次元イオン速度（110km）

500 秒

10 秒

50 倍

３次元イオン速度（300km）

100 秒

1秒

100 倍

送信
受信
R

R

R

R

送受信局
EISCAT_3D 観測

EISCAT_3D による３次元観測プロット

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EISCAT_3D整備計画
2015 2016 20172018 2019 2020 2021 2022 2023 2024

(H27)

(H30) (H31)

(H28)

(H29)

(H32)

(H33)

第1段階

整備計画フェーズ
＜技術実証＞期間

(H34)

(H35)

(H36)

第2段階

第3段階

第4段階

＜本格整備＞期間

技術実証システム（ﾄﾛﾑｿ）
主局（ｼｰﾎﾞﾄﾝ）整備
受信局（ﾍﾞﾙｸﾞﾌｫｰｽ）整備
受信局（ｶﾚｽﾊﾞﾝﾄ）整備
オペレーションセンター整備
送信出力倍増（→10MW）
受信局（ｱﾝﾄﾞｰﾔ）整備
受信局（ﾖｯｸﾓｯｸ）整備＜日本の貢献内容＞

・送信機開発・技術実証用送信機製造200台
・電源ユニット1式
・装置コンテナ
開発・製造1基・現地設置調整（H29）

・送信機および装置コンテナ
製造年次計画（計10000台、110基）
H30 1000台、 11基
H31 3000台、 33基
H32 6000台、 66基・試験システム（1式、H30）
・現地設置調整（H30-32）＜計画全体の建設経費＞
第１段階 10,940百万円
第２段階
2,717百万円
第３段階
2,242百万円
第４段階
2,245百万円
11
合計
18,144百万円

EISCAT Tromso site
(Ramfjordmoen)

EISCAT_3D Core site
(Skibotn)

Skibotn Core site
5km

Skibotn Core site

12UiT Fieldstation

Test Subarray Location

13

Antenna Array with support structure

91elements x 109 sub-arrays

Signal processing and Computing
Operation
CenterTransmitter・Peak Power >500W
・Duty Cycle 0-25%
・Pulse Length ~3ms
・Efficiency >50%

Front end

Beam former

Data CenterRegionalCenter14

Current Status on EISCAT_3D Project1. Site Survey on-going- Core: Skibotn (Norway) supported by UiT- Remote: (1)Kaiseniemi (Sweden), (2)Karesuvanto (Finland) supported by U. Oulu

2. EISCAT3D_PfP (2015-2017: EU-funded) started- Kick-off meeting 22-23 Oct 2015
- Project staffs: Dr. Sathyaveer Prasad, Chief Engineer and 3 dedicated staffs- Manufacturing consultant: Consoden AB, Uppsala, Sweden- Tenders open:(1) First Stage Receiver Unit, (2) Antenna Unit, (3)Pulse and Steering Control Unit
- Test sub-array system at Tromso site: Integration will start in July 2017

3. Funding Status- EC: 3.1 Meuro for EISCAT3D_PfP- Finland: 12.8MEuro allocated by Finnish Academy- Norway: 228MNOK allocated by RCN conditionally by the end of 2016
- Sweden: 120MSEK allocated by VR conditionally- UK: Identified on the Research Council capital roadmap- China: Proposing for the next 5 year plan
- Japan: Development study is partially funded in 2016 to provide 19 Tx (SSPAs)
15
Proposing for 2017 budget

EISCAT_3D計画のデータ利用

EISCAT_3Dデータに関する議論（１）EISCAT_3Dユーザー会議（2009年より毎年1回、ウプサラ・スウェーデンで開催）（２） NeIC（Nordic e-Infrastructure Collaboration） EISCAT_3D
Support Project （2015年5月より実施）： EISCAT_3Dデータ生成や輸送、アーカイブ方法に関する文書作成（３） EGI-Engage Competence Center：ユーザーアクセス用のポータルの製作（４） EUDAT Pilot Project (proposal)：EISCATアーカイブ方法の検討
現行EISCATデータ：
・約70TBをローカルストレージに記録（EISCAT本部、極地研、、、）・プラズマ物理量データ（約100GB-1TB）をウェブ上で公開
EISCAT_3Dデータ：
・約2TB/年のデータ生成。
・Non-localなストレージ及びデータ解析を検討
・ポータルを介したデータへのアクセス

NeIC: Nordic e-Infrastructure Collaboration
EISCAT_3D Support ProjectProject goals• Find workable and cost-efficient solutions for the EISCAT_3D
computing, storage and archive（EISCAT_3Dの計算、ストレージ、アーカイブについて、実行可能かつ高効率な解を見つける。）• Facilitate an effective dialogue on the implementation ofEISCAT_3D with the stakeholders in the Nordic countries（北欧諸国の利害関係者と効果的な対話を促進する）• Make best use of the existing expertise in the Nordic countries
for implementing EISCAT_3D（北欧諸国の既存のノウハウを最大限に活用する）• EISCAT_3Dシステムのデータハンドリングや ネットワークに関連した文書作成（合計12の文書作成を予定）

https://wiki.neic.no/wiki/EISCAT_3D_Support

EISCAT 3D data levels

・アーカイブされるデータフォーマットは HDF5
・各サイトからオペレーションセンターへのデータレートは8.5 Gb/s （at 5 MHz bandwidth）と 53 Gb/s （at 30 MHzbandwidth）を想定。
Milestone Document MA-1 & MA-2

EISCAT_3Dでターゲットとする科学対象と必要なデータ量等

優
先順位
高

Milestone Document MA-1

A proposed EISCAT 3D traffic matrix

From sites to operation centers: 53 Gb/s
→ Industry-standard 100 Gb/s service is sufficient
Milestone Document MA-3

現行EISCATのデータベース作成までの流れ
EISCAT rawdata(Matlab binary)

EISCATサイト又はEISCAT本部

インターネットでダウンロード、又はサイトにてポータブルHDDにコピー
Guisdap (on Matlab)
EISCAT ACF data(Matlab binary)
Resolution:
A few sec

Analysed data(Matlab binary)
Resolution: 1,2,5-min,60-min, a few sec,…

NIPRの場合

Analysed data
(ASCII format)
1-day file

Using IDL

Metadata and analyseddata (CDF format)

Analysed data
(KMZ format)

Summary plots(ps, pdf, png)

1-day file

1-day file
For Dagik

1-day and 2-hours
For CEFFor IUGONET

On Web想定されるEISCAT_3Dデータベース作成
・データセンターから国内（極地研）にネットワーク（Level3,4データ）及び大容量テープ（Level2データ）を介してデータ転送。
・IUGONETとの連携により、メタデータの製作及びデータ可視化ツールの開発。HDF5フォーマットデータを直接読んで効率よくデータベース作成や解析を進めるように。
PFISR（AMISR）の多ビームデータ可視化の例

Semeter et al., 2009

EISCAT_3D計画のデータ利用に関するまとめ・ EISCAT_3Dユーザー会議にて、将来のEISCAT_3Dデータ利用を議論。研究ターゲットにより、必要とされる観測範囲やデータ転送/蓄積量が大きく異なる。
・ 主に NeIC EISCAT_3D Support Projectにて、 Level 1-4データの転送やアーカイブ等を検討。各サイト、オペレーションセンター、データセンター、北欧外のRegionalセンター（極地研等）を想定。
・データフォーマットは HDF5を予定。
・IUGONETとの連携により、メタデータの製作及びデータ可視化ツールの開発。HDF5フォーマットデータを直接読んで効率よくデータベース作成や解析、可視化を進めるように。