The Nobeyama Radioheliograph: Hardware system

Abstract

The Nobeyama Radioheliograph began routine observations in late June, 1992, and radio full-disk images of the Sun have been observed for 8 h every day. This instrument is a 17-GHz radio interferometer dedicated for solar observations, which consists of eighty-four 80-cm-diameter antennas arranged in a Tee-shaped array extending 490 m in east-west and 220 m in north-south directions. The spatial resolution is 10 sec and the temporal resolution is 1 s and 50 ms for selected events. The array configuration is optimized to observe the whole sun with high spatial and temporal resolution and a high dynamic range of images. Image quality of better than 20 dB is realized by incorporation of technical advances in hardware and software, such as: (1) low-loss phase-stable optical fiber cables for local reference signal and IF (Intermediate Frequency) signals; (2) newly developed phase-stable local oscillators; (3) custom CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) gate-array LSIs (Large Scale Integrated Circuit) of one-bit quadra-phase correlators for 4 x 4 combinations; (4) an expanded real-time self-calibration method of gain and phase errors using redundant antenna combinations; and (5) new image processing techniques to suppress large sidelobe effects due to the solar disk and extended sources. A newly developed control system with fully distributed computers enable continuing observations even in a condition where some portions of the radioheliograph are malfunctioning. In this paper, a detailed description is given of the radioheliograph's hardware, with particular emphasis on the stability and accuracy of the total system.

野辺山電波ヘリオグラフは1992年6月下旬の観測開始以来、毎日8時間太陽全面の電波撮像を行っている。この装置は観測周波数17GHzの太陽観測専用の電波干渉計であり、口径80cmの84台のアンテナが東西490m、南北220mのT字型配列を成している。空間分解能は10秒角、時間分解能は通常1秒であるが抽出すべき現象がある場合50ミリ秒を選択できる。高時間、高空間分解能で高いダイナミックレンジを持つ太陽全面画像を得られるよう、アンテナ配列は最適化してある。次のようなハードウェアおよびソフトウェア技術の融合が20dB以上の画質を実現した、すなわち(1)局部発信器への参照信号伝送系および中間周波数信号伝送系に用いられた低損失、高位相安定光ファイバーケーブル、(2)新規に開発された高位相安定局部発信器、(3)4相クロック1ビット相関器4×4個からなる専用CMOS-LSIゲート回路、(4)アンテナ配列の冗長性を利用した、独特な実時間位相、利得自己較正法、(5)太陽円盤や広がった電波源による大きなサイドロープの影響を取り除く新しい画像処理法。完全な分散型計算機群からなる新規に開発された制御システムは、部分的なシステムの不調に妨げられず、観測の継続を可能にした。本諭文では、電波ヘリオグラフのハードウェア、特にシステム全体の安定性と精度について詳細に述べる。