流星バースト通信による	 オホーツク海域環境情報収集システムの開発 3	 
高塚 徹 1、長澤 正氏 2、椋本 介士 3 、若林 良二 4、亀 井 利久 5、
藤田 和之 6、三寺 史夫 7
1. 技術部先端技術支援室
2. 沼津高等専門学校電子制御工学科
3. 静岡大学工学部電気電子工学科
4. 東京都立産業技術高等専門学校ものづくり工学科
5. 防衛大学校電気情報学群通信工学科
6. 技術部装置開発室
7. 環オホーツク観測研究センター	 

はじめに	 	  流星が大気圏に突入する時、その経路に沿って電離気体が発生（流星バースト）する。
この気体の発生は数秒という短い時間だが、電波の反射体となりうる。この反射体を利用した通信のことを流星バースト通信（MBC : Meteor Burst Communication）と言い、通信距離約 1,600 km 以内の 2 点間における無線通信が可能である。
2008 年 12 月、低温科学研究所に札幌マスター局（図 1）、オホーツク海沿岸サロマ湖のキムアネップ岬（図 2）にキムアネップ・リモート局を設置した（直線距離約 235 km、両局の位置関係を図 3 に示す）。設置と同時にキムアネップ岬にある気象観測ステーションで収集した気象観測データを、流星バースト通信を使い札幌マスター局へ伝送を開始した（高塚ら 2009 ; 高塚ら 2010）。2011 年 11 月には、アンテナの仰角を水平から 45 度に変更した。そこで本稿では、アンテナの角度の違いによる電波の受信数とデータ回収率について報告する。

アンテナ仰角の変更	 	  2009 年 5 月 14 日から 2011 年 11 月 22 日までの通信では、取得されたデータパケッ
ト数が少なかった。検証期間中は送受信頻度が少なく、気象観測データの回収率が改善されない状態が続いた。送受信頻度の少ないのは、札幌マスター局とキムアネップ・リオホーツク海キムアネップ岬

サロマ湖	  図 1	  低温研屋上に設置されたアンテナ。	  	  	  	 図 2	  サロマ湖キムアネップ岬。

120km

流星領域
流星80kmE,E S 層

気象データ
送信要求
気象データ送信

D層

サロマ湖
北大低温研
サブマスター局

キムアネップ岬リモート局
241 °51′43.62″
241.862° （真北 ）

235Km
札幌
60°6′12.48″60.103°（真北）図 3	  流星バースト通信のシステム概要。

流星中点反射
送信経路
送信経路
サロマ湖
キム アネップ

100Km
235Km
仰角45度

仰角45度

中間地点
札幌

図 4	  中点反射の概略。キムアネップ・リモート局からの伝送の場合を示した。

モート局のアンテナ（地上高 5 m）の主放射方向（アンテナの向き）が水平方向に向くように設置されていることが原因と考えられた（亀井ら 2012）。そこで、アンテナの主放射方向に仰角を付け、送受信の効率が良いとされる送受信間の中間地点における流星バーストを利用することにした（中点反射、図 4）。流星バーストの発生高度が約 100 km、
札幌‐サロマ湖キムアネップ岬間が約 235 km であることから 2011 年 11 月 22 日にマスター局のアンテナを、25 日にリモート局のアンテナをそれぞれ仰角 45 度にし、通信を再開した。 図 5 にアンテナの仰角を変更した様子をマスター局とリモート局でそれぞれ示す。なお、アンテナの仰角を 45 度に固定させる留め具は、装置開発室で製作した（図 6）。

図 5	  札幌マスター局（上段）、キムアネップ・リモート局（下段）のアンテナ部。
左（右）はアンテナの向きを水平（仰角 45 度）にしたもの。

図 6	  アンテナ仰角を 45 度にするための固定用留め具。	 	 

データ受信数	  マスター局は、流星バースト通信の有無を探査し、リモート局がデータを伝送するように要求する。その要求により、キムアネップ・リモート局からデータパケットが送信され札幌マスター局が受信する（高塚ら 2009）。１つのデータパケットには通信に関わる情報と気象データ 8 項目（観測日時、風向、風速、気温、湿度、日射、気圧、バッテリー電圧）で構成されている。
図 7 は 2009 年 1 月から 2012 年 10 月までの 1 日あたりのデータ受信数を時系列で示したものである。アンテナが水平に設置された期間（2009 年 5 月 14 日 – 2011 年 11 月22 日）を青い線で、仰角 45 度に設置した期間（2011 年 11 月 25 日 – 2012 年 10 月 31 日）を緑の線で示してある。双方ともデータ受信数は日によって大きなばらつきが見られるが、2012 年 4 月下旬からばらつきが少ない。これは、安定して多くのデータが得られていることを示している。

2009年～2012年 1日あたりのデータ受信
5/14
キムアネップ アンテナ高 2m → 5m
CR10X プログラム変更

データ受信回数
データ受信回数50
403020100
2010/01/01

データ受信回数はデータ収集・管理用のPCの不具合による欠測

50403020100
2011/01/01

2011/02/01 2011/03/01

2011/04/01

2011/05/01

2011/06/01

2011/07/01

2011/08/01

2011/09/01

2011/10/01

2011/11/01

2011/12/01

2012/01/01

データ受信回数

2008/12/×
札幌低温研設置
アンテナ高 5m 、水平
2008/12/17 ～ 20
キムアネップ設置
アンテナ高 2m 、水平

50
4030
20
100
2009/01/01

50403020
100
2012/01/01

2012/02/01 2012/03/01

2012/04/01

2012/05/01

2012/06/01

2012/07/01

2012/08/01

2012/09/01

2012/10/01

2012/11/01

2012/12/01

2013/01/01

2009/12/01

2010/01/01

2010/12/01

2011/01/01

2009/02/01 2009/03/01

2009/04/01

2009/05/01

2009/06/01

2009/07/01

2009/08/01

2009/09/01

2009/10/01

2009/11/01

2009/12/01

2010/01/01

2010/12/01

2011/01/01

欠測
9/21 ～ 10/28

2010/02/01 2010/03/01

2010/04/01

2010/05/01

2010/06/01

2010/07/01

2010/08/01

2010/09/01

2010/10/01

2010/11/01

11/22 札幌 アンテナ仰角 水平 → 45° 11/25 キムアネップ アンテナ仰角 水平 → 45°

欠測
4/28 ～ 7/19

図 7	  1 日あたりのデータ受信数。
2009年～2012年 日データの回収率
データ回収率 %データ回収率 %10080
6040200
2010/01/01

データ回収率 %

100
80
60
40200
2011/01/01

2011/02/01 2011/03/01

2011/04/01

2011/05/01

2011/06/01

2011/07/01

2011/08/01

2011/09/01

2011/10/01

2011/11/01

2011/12/01

2012/01/01

データ回収率 %はデータ収集・管理用のPCの不具合による欠測

100
80
60
40200
2009/01/01

10080
60
40
200
2012/01/01

2012/02/01 2012/03/01

2012/04/01

2012/05/01

2012/06/01

2012/07/01

2012/08/01

2012/09/01

2012/10/01

2012/11/01

2012/12/01

2013/01/01

2009年2010年

2011年

2012年

91011

5/14
キムアネップ アンテナ高 2m → 5m
CR10X プログラム変更

2009/02/01 2009/03/01

2009/04/01

2009/05/01

2009/06/01

2009/07/01

2009/08/01

2009/09/01

2009/10/01

2009/11/01

欠測
9/21 ～ 10/28

2010/02/01 2010/03/01

2010/04/01

2010/05/01

2010/06/01

2010/07/01

2010/08/01

2010/09/01

2010/10/01

2010/11/01

11/22 札幌 アンテナ仰角 水平 → 45°

欠測
4/28 ～ 7/19

11/25 キムアネップ
アンテナ仰角 水平 → 45°

図 8	  日データ回収率。
2009年～2012年 １ヶ月あたりのデータ受信数

頻 度

800
600
400
200
01234567812月

図 9	  1 ヶ月あたりのデータ受信数（2009 年 5 月 ̶ 2012 年 10 月）。

頻 度

2009年～2012年 1時間あたりのデータ受信数
2009年50040030020010000123456789101112131415162010年17182011年1920

図 10	  1 時間あたりのデータ受信数（2009 年 5 月 ̶ 2012 年 10 月）。

2012年

212223時データ回収率	  気象データは毎正時１時間ごとにデータロガーに記録され、5 分後にリモート局のモデムのバッファにコピーされる。その後、流星バーストが発生した時にマスター局に伝送される。そこで、伝送されてきたデータを 1 日ごとに集計し、以下の式で回収率を計算した。	  	  	  回収率（%）＝（回収した日データの個数 ÷ 日観測回数 24）× 100。
図 8 に 2009 年 5 月から 2012 年 10 月までのデータ回収率を時系列で示す。仰角を 45 度に変更した 2011 年 11 月 25 日以降、変更以前の同時期に比べると大幅に回収率が良くな り、通信が安定していることが分かる。図 9 は年別１ヶ月あたりのデータ受信数の頻度分布、図 10 は同期間における年別１時間あたりのデータ受信数の頻度分布である（いずれも 2009 年 1 月から 2012 年 10 月までの期間）。アンテナの仰角を 45 度に変更した
後、データ受信数が変更以前の同時期に比べると比較的多くなりデータ回収率も良くなっている。

おわりに通信距離が近い札幌‐サロマ湖キムアネップ岬間において、アンテナに 45 度の仰角を付けた。このことにより通信回線の頻度が向上し、データ受信数が多くなり、データ回収率が大幅に改善された。アンテナの仰角は 45 度が最適かどうか、引き続き検証を行っていきたい。
参考文献
高塚徹、石川正雄、白澤邦男、椋本介士、長澤正氏、若林良二。流星バースト通信によるオホー
ツク海域環境情報収集システムの開発	  北海道大学低温科学研究所技術部技術報告第 15 号、52 – 57、2009。
高塚徹、白澤邦男、椋本介士、長澤正氏、若林良二、亀井利久。流星バースト通信によるオホー
ツ ク 海 域 環 境 情 報 収 集 シ ス テ ム の 開 発 2	  北 海 道 大 学 低 温 科 学 研 究 所 技 術 部 技 術 報 告 第16 号、38 – 43、2010。
亀井利久、若林良二、長澤正氏、椋本介士、白澤邦男、高塚徹、三寺史夫。近距離間での流星バー
スト通信に用いる指向性アンテナの一考察	  電子情報通信学会総合大会講演論文集、2012
年通信（1）、23、2012。