所長　理博　田尾　一彦

三次元磁気モデルと製作者（村上利光）

　　宇宙空間研究室の現状と今後の方向
　現在の宇宙空間研究室は54302「宇宙空間諸現象の解 析」と54321「宇宙空間の電波計測の研究」と称する二 つのプロジェクトを持っています。前者ではデータ解析， 理論的研究調査を，また，後者では実験観測，データ処 理を主として行っています。この二つのプロジェクトは 全く別のものではなく，一つの研究テーマをソフトとハ ードの両面からアタックしようというものです。
　宇宙空間という言葉は，全宇宙を包含するようで，第 三者には大変な研究室だと思われるかもしれません。宇 宙空間研究室は英語ではSpace Physics Sectionと訳さ れています。Spaceという用語を宇宙関 係に用いたのは，人工衛星が登場して以 来のことで，Cosmology（宇宙論）， Astronomy（天文学）とは異り，主として太 陽系空間，しいて言えば，人工衛星が直 接そこへ行って観測データを送って来る 所までと理解して頂ければ十分だろうと 思います。従って当研究室で木星に向っ ているボイジャー衛星の送信機の一つが 故障して，アレシボ（プエルトリコ）のア ンテナからコマンド電波を送る実験をや ったとか，あるいは木星の巨大な磁気圏 が高速回転していて，その中を電導性の イオという木星の月がとり残されて廻っ ていて，デカメートル波長の電波放射源 もあります。しかし日頃我々が研究して いることは，もっと我々の生活に関係し た，太陽活動の変化が地球を取り巻く磁 気圏や電離層に及ぼす効果とか，雷放電 からのVLF電波が地球の磁力線に沿っ て遠く磁気圏を伝搬して来る様子とかの 問題です。それでは最近の宇宙空間研究 室の研究テーマについて御紹介しましょう。

図　ボイジャー1号及び2号の飛行路と天王星(Uranus)， 土星(Saturn)，木星(Jupiter)の通過予定日

　数年前から当所は国際磁気圏研究観測計画（IMS： International Magnetospheric Study）に参加していま す。我々も沖縄電波観測所と共同して，沖縄でホイッス ラの観測及びその到来方向の測定をしています。ホイッ スラはスピーカで聞くとピューツという尻下りの美しい 音で，雷放電からのVLF電波が地球の磁力線に沿って 反対半球へ伝搬する現象です。従来の観測結果や理論で は，沖縄のような地磁気緯度の低い（15.3°N）所では， ホイッスラは発生しないという定説があり，この観測を 計画する時ためらいました。しかし冬の夜，ホイッスラ が沖縄でもかなりの頻度で観測されました。国際規準磁 場モデルで計算した地球の磁力線の頂点は，双極子磁力 線よりも約300�q高い高度700�qを通り，都合のよいこと に，この磁力線は冬季の雷活動の中心領域のジャワ島北 東部に入ります。この磁力線に沿って電子密度の濃い不 規則電離があれば伝搬特性をうまく説明できます。沖縄 の弱いスポラディックE層とホイッスラとの同時性及び ホイッスラの到来方向の測定結果は，このような磁力線 沿いに濃い電子密度層があることを示していました。我 々はこの結果を早速国際的学術誌の米国地球物理学連合 のシャーナル（JGR：Journal of Geophysical Research） に発表し，意外な反響を呼んでいます。赤道地帯で 衛星通信電波がしばしば受ける数dBのフェーディング はこうした磁力線沿いの不規則電離によるものと思われ ています。IMSのもう一つのテーマとして，鹿島支所 と協同で，ISIS衛星による磁気圏のVLF電波の観 測を行っています。特に低緯度の上部電離層で，数百へ ルツの周波数に下方から近付くトレースをもつイオンホ イッスラを，世界に先がけて発見しました。よく調べる とこの周波数はその場所の重水素イオンのジャイロ周波 数と一致し，まさに重水素イオンが存在していたのです。 スピーカで聞くと雷様のたいこの音のようにポンポンと 響いてきます。また，中低緯度の地上でしばしば観測さ れる5kHzヒスの起源は20年来の宿題でしたが，ISIS データを解析した結果プラズマポーズ附近（後述）で発生 していることがわかりました。この他磁気嵐後のプラズ マポーズの組成変動をLHR（Lower Hybrid Resonance， 低域混成共鳴）ヒスから求める等，VLF電波の研究 を通して，衛星通信に影響を及ぼす磁気圏の不規則電 難や，磁気嵐時の構造変化に関して我々は多くの新しい 知識を得ることができました。これらのISIS‐VLF データは，平磯のSID（Sudden Ionospheric Disturbance）， 犬吠のVLF位相極冠複乱データ，昭和基地の電 離層吸収データ，稚内の電離層嵐データと共に毎年一回 Radio and Space Dataとして，宇宙空間研究室から出 版され，国内はもとより海外でも広く利用されています。
　VLFスペクトルフィルムを作ることはなかなか面倒 なことで，手軽にスペクトルを連続的に見られないもの かとの要望から，スペクトル分析器のビデオ出力を一度 MOSメモリに貯え，それをブラウン管に表示するスペ クトルの動画装置を昨年作りました。これは意外に好評 で，最近，当所を来訪した英国やソ連のVLF研究者が こんな便利な装置は見たことがないと大変な熱の入れよ うでした。宇宙空間の能動的な電波計測に関しては，数 年前に，熱運動する荷電粒子による位相がランダムな散 乱波の電力，ドップラ拡がり，及びドップラ偏移などか ら電子密度，電子・イオン温度，風速等の高度分布を 求めるインコヒーレント散乱レーダの調査に，当研究室 が中心になって若い人達と精力的に取組んだこともあり ます。アラスカのフェアバンクスから40マイルも山奥の チャタニカにあるインコヒーレント散乱レーダを，この 目で見学に行った程の熱の入れようだったのですから… …。地球の赤道上空約2万�qの赤道面に，約600�qの幅 の間に100個／�p^3から1個／�p^3へ電子密度が外向きに急減 少する，プラズマポーズと呼ばれる地球プラズマ圏の外 部境界があります。この境界は太陽風から磁気圏に入っ て来た擾乱エネルギーの流れを一時的にせき止め，流れ の向きを変えて中高緯度の電離層に大きな影響を及ぼし ています。この境界に外側の静止軌道から 20kHz〜2MHzのパルス電波を打下げて，そのエコーを電離層の垂直 打上げのような方法で測定して境界の構造を研究する計 画を進めています。最近行われた日米合同調査計画専門 家会議では，NASA側がこの計画に興味を示し，今後 の成行きが注目されています。
　太陽から放出された高速プラズマ流は，南北方向の極 性を持った惑星空間の磁場を運び，地球の磁力線とつな ぎ変わりを生じて，地球磁気圏の尾部に貯えられた巨大 な磁気エネルギーを瞬時に解放して局所的にプラズマ粒 子に与え，オーロラ粒子を加速し磁気圏嵐及び電離層擾 乱を起すと言われています。このオー口ラ粒子は夜側の 静止衛星に衝突して，衛星表面に2万ボルトにも及ぶ帯 電を生じ，これによる電磁干渉のため衛星搭載電子機器 が誤動作し，衛星業務の正常な運用に支障を来たすことが 報告されています。また太陽爆発に伴う磁気嵐は，地球 の磁気圏嵐よりも規模が大きく，電離層嵐を起して地上 の通信回線を寸断し，海底ケーブル，送電線に大電流を 誘起して，業務の運用に支障をきたします。このような 磁気嵐やオーロラ嵐の発生を事前に予知して，嵐の発生 を衛星や電波を利用する機関に警報することは，重要な 社会的業務と思われます。当所では，現在は主として短 波通信を対象とした電波警報が行われていますが，衛星 業務が増加するにつれて，太陽地球環境を対象とした宇 宙警報が必要となるでしょう。このためには，我々はも っと磁気圏や，太陽風や太陽について知る必要がありま す。ISIS（国際電離層研究衛星）のデータ解析からス タートした宇宙空間研究室は，今年で12年目を迎えよう としています。この時機に当り，昨年の日米合同調査計 画専門家会議に提案されたISEE（International Sun Earth Explorer ：国際太陽地球観測衛星）のテレメー タ受信及びそのデータ利用が，10年前にISISがISS を先導したように，当所の超高層大気研究の将来を実り 多きものにしてくれることを念願しています。
　なお現在の宇宙空間研究室のメンバーは，私のほかに 中村義勝主任研究官，渡辺成昭主任研究官（カナダ出張 中），村上利光研究官の4名です。

（宇宙空間研究室長　恩藤忠典）

田中　良二

研究室にて（筆者撮影）

　CNRSはフランス最大の研究機関であり，大学担当国 務大臣の管轄である。独立した研究所のような組織だけ でも100近くあり，研究費を出したり，他の機関と共同 で運営しているグループは1000を越える。援助先は大学 の研究室が多いようである。CNRSは大学による教育活 動だけでなく，研究活動を国家的な規模で発展させるた めに設立され，数次にわたる5か年計画ごとにその規模 が大きくなっている。
　LlMSIは，パリ第6大学のMALAVARD教授を所長 とし，60名ほどの職員で構成されている。4つの研究グ ループがあり，第1グループでは流体力学の研究，第2 グループでは電子計算機と音声通信の研究，第3グルー プでは図形情報処理の研究，第4グループでは図形，入 力装置の開発などの研究が行われている。筆者は第2グ ループに属し，LIENARD博士の指導を受けた。第2グ ループはRENARD氏を責任者として，研究者と大学院 生合わせて10名ほどである。外国からの研修生も多く， 国際的な雰囲気である。皆，朝早くから夜遅くまで働き， 昼時間になっても仕事を続ける。食堂が終わる寸前に仲 間と食事を始め，にぎやかなおしゃべりが続く。大学構 内には食堂が3つあり，大学の学生，職員はじめ，国立 研究所の職員や外国からの研修生も手続をとれば安く利 用できる。給費の少ない筆者は，4.2フラン（約210円）で 種類の豊富な食事ができたが，収入額による食費の差が あり，同じ食事をとるのに8フラン（約400円）以上の食 券を買う必要がある人もいる。
　ここで，音声通信を目的とした研究について述べてみ よう。音声の分析合成系では，音声伝送に必要な情報伝 送量と合成された音声の品質が問題となる。品質をでき るだけ落とさないで，しかも限られた帯域幅または伝送 ビット率で音声を送るための研究が世界各国で行われて きた。音声の特徴をあらわすパラメータの選び方により， チャンネルボコーダ，フォルマントボコーダ，相関ボコ ーダなどのボコーダが開発され，一方，波形伝送を中心 としたパルス符号化変調PCMや定差変調DMなども開発 された。また最近では線形予測符号化LPCや当所の自己 相関関数による音声処理方式SPACが，波形処理による 伝送方式として開発されている。
　LIMSIで今まで音声研究に用いられてきた手法は，チ ャンネルボコーダ方式による音声の分析・合成器ともい えるもので，分析は，多くのバンドパスフィルタを並べ たフィルタバンクによる各周波数成分の時間変化（周波 数パターン）を計算機に入力して，認識その他の処理を 行う。合成は，計算機で作成した周波数パターンをICO- PHONEと呼ばれる装置に送り出して音声を合成する。 ICOPHONEというのはICON（画像）とPHONE（音声） を合わせた造語である。この方式は，米国ハスキンズ研 究所で開発されたものでパターン・プレイバック方式で行 われていた光学系の処理（パターンの読み取りと発振器 の接・断など）を大幅に電子回路での処理に置き換えた ものである。基本周波数と各高調波に相当する多くの発 振器の出力を，計算機内で作られた周波数パターンに合 わせて接・断し，最後にそれらを加え合わせて音声出力 とする。
　ICOPHONEの方式で注目すべき点は，音声の伝送パ ラメータとして音韻記号が使われていることで，これが 実現すれば，今までのPCMで毎秒64,000ビット，LPC で毎秒3,600ビット必要なところが，毎秒50ビットでよ いことになる。ところが，現在までのところ，音声認識 の技術が確立されておらず，後半のICOPHONEによる 音声合成部分が，計算機からの音声応答装置として使わ れている。LIMSIでは現在，単語認識，連続音声認識 など自然音声の認識に研究の主力を置いており，最終目 標としては，人間と機械の間の総合的な情報交換システ ムを考えている。これらに必要な，自然文（フランス語 の文字列）と音韻記号列の間の自動変換や，認識部に誤 りがあった時の全体に及ぼす効果などの研究も行われて いる。
　筆者は，LPC分析合成系を総合検討したシステムを 作製することとICOPHONEの詳細を理解し，両システ ムを音声通信に応用する際の問題点を比較考察すること をテーマとし，これらの結果を仏文報告書として提出し た。
　フランスにはフランス語音響学会GALF （Groupement des Acousticiens de Langue Francaise）という学 会があり，これは日本音響学会に相当すると思われる。 対象をフランスに限らず，フランス語圏としているため， ベルギー，スイス，カナダなども含まれている。また実 際には，ヨーロッパをはじめ，他の国からも多くの加入 者がいる。GALFの専門別グループの中では音声研究 グループが一番活発に活動しており，年1回の研究会の ほか，各種シンポジウムなどの行事や，活動報告の出版 なども行っている。
　筆者は国立電気通信研究センタのラニオン支所CNET Lannion （Centre National d'Etudes des Telecommunications a Lannion） で開催された第9回音声研究会に参 加することができ，多くの研究者と知り合いになって， 討論し，情報を交換することができた。また，LIMSI 滞在中に，ほかの研究所をいくつか訪問することができ た。各研究所での音声研究は着実に進んでおり，通信工 学や情報処理学などの専門家だけでなく，言語学、音声 学，心理学，生理学など多くの分野の研究者が共通の場 で討論を重ねており，フランスの音声研究は，今後さら に総合的に発展すると思われる。また，共産圏も含むヨ ーロッパ各国との交流も盛んであり，協同研究や相互訪 問による討論も多い。
　筆者は，毎日の研究の合間には，フランス政府による 文化プログラムに積極的に参加し，音声研究と共に楽し い思い出になった。
　最後に，このように有意義な留学の機会を与えていた だいたフランス政府，科学技術庁，郵政本省ならびに当 所の関係各位，始終御指導いただく日本科学技術情報セ ンタ（JICST）企画室長鴫原良樹氏に厚く感謝する。

（情報処理部音声研究室　主任研究官）