Photed by : Hiroshi TAKABA
(3月30日奥多摩一ノ瀬高原にて)
電磁波技術部 電磁環境研究室
図1 パルス静電応力法による空間電荷測定装置
図2 パルス静電応力法の原理
図3 コンデンサの電荷・電界・電位分布
図4 塩化ビニルフィルムの初期蓄積電荷
高分子内部空間電荷分布の測定方法の導入に熱心なのはケ−ブル製造会社と電力会社で、長距離送電用の直流固体絶縁ケ−ブルという開発目標がその理由です。直流ケ−ブル用絶縁体では電圧印加中にイオン性不純物が導体に向かって動いて、導体との界面に蓄積したり、導体から電子が注入されてしまうなど、設計に合わない空間電荷電界が生じます。この空間電荷電界によって、設計値より低い電圧で破壊がおこることがあり、絶縁体中の電荷の動きを観測、その分布から電界分布を計算したくなるわけです。電力会社はケ−ブルの評価に使おうとし、ケ−ブル会社は新材料の開発に役立てようと盛んに実験を繰り返しています。この分野は北欧諸国が熱心ですが、誘電損失のない長距離直流海底ケ−ブルを必要としているからでしょう。フランスでは不純物をみつける分析手段とも言われています。
空間電荷は絶縁体にとっては悪者ですが、逆に空間電荷を利用する材料も多くあります。静電気を防ぐための高分子の帯電防止には以前からカ−ボン等を充填して導電性を高める方法が用いられてきました。この場合、電荷の漏洩はしやすくなり、その材料自身は帯電しませんが、逆に帯電物が近づくと放電が発生します。新しく開発が進められているポリマ−型の静電気防止樹脂は汎用樹脂内に高分子固体電解質を分散させたもので、イオン導電性を持っています。これらは単純に抵抗を低くした帯電防止樹脂ではなく、実際に製造現場で役立っているもののなぜ静電気放電を抑制するのかについて詳細な検討はされていませんでした。「内部で動く電荷が仕込んである樹脂」は空間電荷分布観測を仕事としている我々にとって待望の試料で、直流電界をかけてイオンの動きを観測しました。すると、図5のように固体電解質の含有量が増えると、それらが網目構造を形成し、この樹脂の場合は正イオンがCathode側に移動します。その結果、外部電界は樹脂自身が補償し、表面電位は常に0に保たれることが明らかになりました。これは空間電荷を利用した機能性樹脂のひとつと言えるでしょう。
鹿島宇宙通信センター 地球観測技術研究室
飛行機に降雨レーダを搭載して雨を測ると言っても、通信総合研究所(CRL)においては特別な驚きを与えることはないかもしれない。実は、今回お話しする航空機搭載降雨レーダは、CRLにおける2代目であり、初代は今を去ること20年前に開発されている。初代のレーダは日米共同実験等で多大な成果をあげ、これが今年打ち上げ予定の熱帯降雨観測衛星 (TRMM) の実現に大いに貢献した。そして、2代目のレーダは、TRMMの検証を主目的とするものであり、この間の技術の進歩を反映して、種々の新しい機能が盛り込まれている。このような技術と経験は、国内ではCRLの独壇場であり、他の追随を許さない。国外においてもJPL等の極わずかの著名な研究機関がこのような研究を行っているのみである。
レーダの概要と目的
2代目のレーダの特徴や開発の目的を述べよう。このレーダには、CAMPRというこれまでにない、観測が楽しくなるような名前がつけられている。CAMPRはCRL Airborne Multiparameter Precipitation Radarに由来する。CAMPRを搭載した航空機キングエアB200の外観を下記に示す。航空機は、アンテナレドームを機体の下にぶら下げ、8km以上の高度まで上昇できる。雨観測では下方向を見ることが中心であるが、アンテナが機外に設置されていることから、アンテナビームを機体と直交する面内の広い角度範囲に向けることができる。特に片側はアンテナビームをほとんど水平に近い方向にまで向けることができる。CAMPRの大きな特徴は、多偏波およびドップラー機能を備えていることである。これらの機能を有するレーダをマルチパラメータレーダと呼び、降水粒子の識別や、その動きや背景の風の場まで測定することができる。
CAMPRの開発の主目的は、宇宙から雨を測るTRMM搭載降雨レーダの検証である。衛星搭載の降雨レーダは世界で全く初めてのものであり、打ち上げ後、有意義な結果を得るためには多くの新しい試みが必要である。衛星上のレーダが正常に働いているかチェックするために有効な方法は(原理的には単純であるが)、衛星通過時に地上において別のレーダで同時に雨を測り、結果を比較することである。航空機搭載レーダは、地上固定のレーダに比べ、このような同期観測のチャンスが増え、より多くのデータ取得が期待できる。また、それよりも重要なことは、航空機観測では衛星と同じ幾何配置で雨を測定することができることである。つまり、上空から下向きに雨を測ることができる。この場合、雨の下に地表面が見える。地表面からは強いレーダエコーが返ってくるが、地表面エ コーは降雨観測にとって妨害でもあるが、また受信レベルの基準として使える味方でもある。この他、降雨による電波の減衰の影響も上向きと下向き観測では異なる。これらの点でCAMPRは、TRMMレーダの検証において、他の方法では得られないデータを提供することができる。現在はまだTRMMは打ち上がっておらず、これまで行われた観測では、衛星観測のアルゴリズム開発のためにシミュレーションデータを得ることが目的である。同時に、降雨の構造や降雨に伴う大気力学等の気象学上の研究に貢献するデータも取得してきた。
観測例
これまでの観測結果の例を以下に紹介する。図2は、真下を中心にプラスマイナス45度の範囲でアンテナ走査を行い、飛行パスに沿ったアンテナ走査面内の降雨分布を連続的に描いたものである。レーダエコー強度を色分けにより示す。レーダエコー強度と降雨強度は、線形ではないがある関係式で結ばれており、レーダエコー強度から降雨強度を知ることができる。1枚の絵は、水平方向20 km、垂直方向10 kmの範囲を示し、進行方向の距離は4枚の絵全体で約10 kmである。航空機は、扇の要の位置にあり、海面から8 kmの高度である。各図の下方で水平方向に延びた強いエコーが海面である。
図3は、アンテナが真下向きの時のデータのみを切り出し、飛行パスに沿った降雨の鉛直断面内のエコー強度の分布(上図)と鉛直方向のドップラー速度の分布(下図)を表したものである。これは、1996年7月3日に、宮崎沖の海上をほぼ直線飛行し、梅雨前線に伴う雨域を横切った時の観測結果である。上図では、海面高度4 km付近にブライトバンドと呼ばれるエコーの強い層が見られる。これは、温度が0℃になる高度に対応し、これより上に存在する氷や雪が雨に変わる融解層である。このような降水粒子の相変化は、ドップラー速度の変化からも確認することができる。鉛直方向のドップラー速度は、粒子の落下速度に概ね対応している。下図では、ドップラー速度が融解層の上と下で大きく変わっている。すなわち、融解層よりも上では平均的なドップラー速度は、密度の小さい粒子の落下速度に対応して1m/s程度であるが、融解層より下では雨粒の落下速度に対応する数m/s以上になっている。
図4に偏波観測例を示す。3枚の絵は、アンテナを真下から60度方向に向け、レーダエコーの距離・時間断面を描いたものである。左図は1偏波でのエコー強度(Z)、中図は水平及び垂直偏波間のエコー強度の比(ZDR)、右図は交差偏波比(LDR:1つの偏波で送信し、送信と異なる偏波のエコー強度と同じ偏波でのエコー強度の比)を描いたものである。レーダからの距離で8 km付近が融解層に対応する。このとき、融解層以下(8 km以遠)では、両偏波のエコー強度の比(dB値:中図)が正になり、雨粒が存在することを示している。これは、雨粒が落下方向に押しつぶされた扁平な形になり、かつ粒子の向きがそろっているために、水平・垂直偏波間でエコー強度に差がでることを検出したものである。右図の交差偏波比は、融解層中でのみ検出されており、融解中の粒子が非球形でかつランダムな方向性を持つことを表している。以上述べたように、ドップラーおよび偏波機能は、降雨中の各種の物理過程を捕 らえることができる極めて強力な武器であることがわかる。
今後、TRMM打ち上げとともに、本格的な検証実験を開始し、TRMM計画の成功に寄与していきたい。同時に、本稿で述べたような降雨の詳細な物理現象の研究にも本レーダを活用したい。
宇宙通信部 衛生間通信研究室
本実験の目的は、日米両国の宇宙通信分野における協力の推進を旗印にして、技術的には衛星通信システムを用いた国際的な広帯域ネットワークの構築の可能性を示し、同時に衛星通信システムが広帯域アプリケーションに対して十分実用的であることを示すことである。本実験ではその実用性を試すための広帯域アプリケーションとして、ジェット推進研究所(JPL)より「遠隔高精細ビデオ・ポストプロダクション実験」が提案された。ポストプロダクションとは、映画のような映像作品を制作する際の映像編集作業のことであり、この実験では、カメラで撮影したHDTVと同品質の映像を高速ネットワークを介して高速に編集機器のあるスタジオに伝送し、編集作業を行った上で撮影現場に結果を伝送する。この様なシステムが実現されれば、編集の結果を撮影現場ですぐに確認することができ、制作者の意図をより忠実に作品に反映したり、また制作時間及びコストの大幅な削減が期待できる。
本実験の実施には、日米の多数の研究機関及び企業の参加が必要であり、参加機関全体の調整に郵政省宇宙通信政策課、ジョージワシントン大学があたり、実験システムの技術的検討を通信総合研究所(CRL)とJPLが行ってきた。実験システムは最終的に図1に示すような構成となった。参加機関の持つ資源を提供し合うことによりシステムが構築されたが、その分担は、
という具合である。またHDTV用CODECの設置調整 には三菱電機の協力を得た。もっとも重要な衛星回線については、日本・ハワイ間をインテルサット衛星、ハワイ・米国本土間をNASAの実験用先端通信技術衛星(ACTS)で接続した。インテルサット衛星に関しては、インテルサット、KDD及びコムサット社の協力で、太平洋衛星701号機の中継器を無償で借用させていただいた。ACTSについてはNASAの全面的な協力が得られ、中継器、実験用地球局を提供していただいたほか、衛星と地球局の運用にあたってはNASAルイス研究所の支援を得られた。
これらの協力体制を築きあげるのに、実験実施合意が得られてから約2年の時間を要したことになる。各機関の実験参加はボランティアベースで行われており、そのためいろいろな内部事情もあり、実験の準備は必ずしも順調とは言いがたい状況であった。しかしながら、1996年12月からは具体的に実験回線の構築に向けた作業が開始された。本年1月にはCRLからHDTV用CODEC、ATM試験装置を米国側に移送して設置調整を行い、ソニーピクチャーズ・JPL間の伝送試験を行った。この際、筆者と鹿島宇宙通信センターの高橋卓研究官が渡米し、JPLにて実験システムの詳細部分の確認、実験実施要領等の詳細なディスカッションを行い、またGTEハワイアンテルにてオアフ島内の実験システムの設置状況の把握と実験内容に関する打合せを行ってきた。結果的に本年2月7日、アプリケーション実験を行う東京のソニー本社とカリフォルニア州のソニーピクチャーズが伝送速度45MbpsのATM回線で接続された。本実験回線の構築にあたり、CRL及びJPLは上記のような資源を相互接続した実験システムの試験、調整を行い、接続後は回線品質に関するデータ取得を行った。
実験回線は、衛星回線、地上回線の各部分においては誤りが発生することはほとんどない非常に良好な状態であったが、衛星回線と地上回線の接続部分に標準クロックのわずかな誤差があったため、全体としては10
-9
程度のビット誤り率、10
-7
程度のATMセル損失率であった。一方、2月下旬にはインテルサット中継器が商用のため使用不能になったり3月上旬にはACTS用地球局のトラブル発生など、アプリケーション実験への移行に遅れが生じた。またアプリケーション実験開始後も、画像に揺らぎが生じるなどの問題が発生したが、ソニーの実験担当者等の努力により克服することができた。 こうして最終的に本年3月28日、日米双方で本実験の成功を報告するための公開実験を迎えることになった。日本側では報道機関、通信及び画像関連メーカ、実験関係機関等から約50名がソニー本社を訪れ、実験全般に関するプレゼンテーションの後、遠隔高精細ビデオ・ポストプロダクション実験を実際に見ていただいた。米国側は実験関係機関の幹部等10余名に対して、同様のデモンストレーションが行われた。デモでは米国から、背景が緑色の人物画像が送られ、日本側で背景を風景に差し替えたものを米国側に伝送した。実際にはこの様な単純な作業の他に、CGを加える、或いは受け取った画像そのものをCG処理するというような処理が施され、伝送されるということになるのであろう。
本実験を通じて、2つの衛星回線と3つの地上ネットワークを相互接続した国際高速ATM回線を実現することができ、衛星通信システムを利用したGII構築の可能性を示すことができた。また遠隔高精細ビデオ・ポストプロダクションというアプリケーションを通じてその実用性を示すことができた。また実験提案の発端であった日米協力という点では、JPLとCRLの間での度重 なるディスカッションや、昨年末から頻繁に開かれた国際電話会議を通じて、大きな前進があったものと信じている。
本実験は第2フェーズとして日米間を155Mbpsで接続する実験を計画しており、現在その実現に向けた検討を行っているところである。
最後に、本実験の実施に関して多大な御協力を頂いた関係機関各位に深く感謝いたします。
平成8年7月25日
話し言葉処理に基づく電子メールユーザ支援システムに関する研究
音声対話は、老若男女を問わず利用可能な、そして特別な学習を必要としないコミュニケーション手段である。本論文では、この音声対話という手段を用いた電子メールユーザ支援システムを設計し、そのプロトタイプについて述べている。但し、本プロトタイプシステムの音声処理部分(音声認識、音声合成)には既存の技術を利用し、記号処理部分(自然言語理解、対話処理)の実現に焦点を当てている。 支援システムは次のようにして利用される。ユーザは、普段は通常の入力方式(キーボード操作やマウス操作によるコマンド入力)で電子メールを利用するが、何らかの障害や問題が生じたとき、この支援システムに音声(話し言葉)で助けを求めることができる。このとき、支援システムは、ユーザの発話を理解し、その時々の状況に応じて適切な応答を生成する。
本論文では、話し言葉に適した自然言語理解手法、対話処理手法を設計するために、ユーザと電子メールのエキスパートとの間で実際に交わされた、人間同士の対話を利用している。具体的には、ユーザがエキスパートに支援を求めるときの話し方や質問内容、両者の対話の進め方(対話構造や対話パターン)を解析し、その結果に基づいて各々の手法を設計している。
平成9年3月18日
日本語修辞表現の工学的解析
自然言語では、深い意味あるいは感情を伝えるために、「修辞」(凝った言い回し)が多く用いられる。そのため、数値処理を伴うアルゴリズムを用いた修辞解析手法の研究は、自然言語処理技術および感性情報処理技術の高度化に向けた基礎研究として重要である。本研究は、日本語修辞の中の「伝達のレトリック」に分類される「詞喩」(地口、駄洒落)、「アイロニー」(皮肉)、「トートロジー」(同語反復)の3表現について、それぞれ工学的検出手法と理解モデルを提案したもので、大きく分けて以下の3つの成果を得た。
日時:平成9年6月11日(水) 午前9:30から午後4:30まで
福永 香
近年、国内外の誘電・絶縁材料関係の学会では「空間電荷現象」に関する報告数が急増しています。当所で開発されたパルス静電応力法による空間電荷分布測定装置(図1)は様々な機関に普及し、それぞれの試料用にマイナ−チェンジしたものも多くなってきました。この方法についてはCIGRE(国際大電力会議、CISPRの電力版)に新しい調査委員会がつくられたように国際的な関心事となっていて、国内では電気学会に空間電荷計測法に関する調査専門委員会が発足しています。
パルス静電応力法は電気−圧力変換効果を利用して電荷の存在を知る方法です。図2のように内部に空間電荷の存在する誘電体試料にパルス電圧を印加すると、内部電荷の静電気応力による弾性波が発生し、それが誘電体中を伝搬します。その弾性波を圧電素子を用いて電気信号に変換して測定します。信号の遅れ時間 が検出側電極からの距離となりますので、空間電荷の分布を直接観測することができます。圧電素子からの出力信号そのものには測定系の周波数特性が含まれますが、適切な信号処理を行うことにより空間電荷分布を非破壊で直接観測することができます。最近では優れた数値解析ソフトウエアが市販されており、ほぼリアルタイムで空間電荷の挙動を観測することができるようになりました。
以下に測定例を紹介いたします。内部に動く電荷の存在しない誘電体に直流電界を印加すると、電極上の電荷(コンデンサのQ=CVのQ)が図3のように観測できます。この分布から蓄積電荷の絶対量、電界分布、電位分布も簡単な積分処理で求めることができます。また、プラスチックの中には出荷時から電荷がたまっているものもあります。図4は工作用の塩化ビニルフィルムの例で、外部から電圧をかけなくても、最初から片側だけに負の電荷が蓄積していました。そのため電極上には、それによる誘導電荷が現れています。この電荷は変形させるぐらい高温にしないと除去できず、室温では表面から削っていっても残りの部分の電荷には何の変化も起こりませんでした。
花土 弘
はじめに
レーダアンテナは機体につり下げたレドームに格納。
アンテナ走査角度は真下プラスマイナス45度
ドップラー速度(下)の鉛直断面図。
左図:
1偏波のレーダエコー強度(Z)
中図:
水平及び垂直偏波間のエコー強度の比(ZDR)
右図:
交差偏波比(LDR)
門脇 直人
1980年代後半の経済摩擦を背景とした日米両国の宇宙分野での協力関係の後退を懸念した元NASA副長官バートン・I・エデルソン氏(現ジョージワシントン大学教授)は1993年11月、ハワイで開催された日米宇宙協力プログラム・ハワイ会議においていくつかの日米協力プロジェクトを提案した。日米高速衛星通信実験はそのうちの一つであり、翌年の同会議にて両国参加者の実施に向けた合意が確認され、さらに1995年2月にブラッセルで開催されたG7情報社会会合において、世界的情報通信基盤(GII)構築の先導的実験プロジェクト「広帯域ネットワークの世界的相互運用性(GIBN)」の一項目に加えられた。
ポストプロダクション処理のデモ風景
熊本 忠彦
筑波大学 博士(工学)
A Study on an E-Mail User Support System Based on Spoken-Language Processing
滝澤 修
大阪大学 博士(工学)
平成 9年度春期研究発表会(第92回)を当所にて開催いたします。今回は、情報通信及び環境・計測の分野における最近の成果をご紹介すると共に、今年8月に打ち上げられる予定の通信放送技術衛星(COMETS)を用いた実験計画の概要についてご紹介いたします。より多くの方のご来場をお待ちしています。
場所:郵政省通信総合研究所内
高速無線LANのためのマルチメディア統合伝送プロトコル
統合通信部 烏 剛
ディジタルビーム形成による自動追尾アンテナの研究開発
一インテリジェントアンテナをめざして一
宇宙通信部 三浦 龍
情報通信高度化をめざした脳機能の研究
(1)心理物理実験による脳機能の研究
一運動学習における状況依存性について一
通信科学部 藤田 昌彦
(2)非侵襲計測法による脳機能の研究
通信科学部 宮内 哲
高分子内部の空間電荷のふるまい
一静電気現象の解明のために一
電磁波技術部 福永 香
航空機搭載用マルチパラメータ降雨レーダ観測実験
鹿島宇宙通信センター 花土 弘
通信放送技術衛星(COMETS)計画
(1)衛星放送と移動体衛星通信の高度化をめざして
宇宙通信部 大内 智晴
(2)情報通信の展望とCOMETS衛星実験への期待
横浜国立大学 河野 隆二