2005/10/31 Solar-B国内会議 1

Solar-B 観測性能と制約

Toshifumi ShimizuISAS/JAXA

shimizu@solar.isas.jaxa.jp

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今日話すこと Solar-B 搭載望遠鏡の機器としての機能詳細

は話しません　 第 5 回サイエンス会議 ( 六本木 ) 収録を

見て 観測プランを考えるとき、データ量の考慮

が必要。この点を中心に議論する。

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Solar-BSolar-BFlight model Solar-B under system-level test

(2004 Sep 15)

(2005 Oct 4)

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3 high-performance telescopes

EUV Imaging Spectrometer (EIS)– Diagnostics of the coronal

thermal properties and dynamics

Solar Optical Telescope (SOT)– High resolutional observations of

magnetic and velocity fields at the photosphere

X-Ray Telescope (XRT)– High resolution imaging of the

corona

Coordinated observations among three telescopes

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Solar-B FOV

320arcsec

160arcsec

SOT

XRT

360arcsec

512arcsec

EIS

800arcsec

2000arcsec

Maximum size of FOV is shown here.

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Solar-B data recorder and downlinks Data Recorder

– 全体容量 8Gbits (1Gbytes)– うち、７ Gbits が科学データの蓄積に使用予定– SOT/XRT/EIS の 3 機器がシェアして使用

通常 - SOT:XRT:EIS=70%(4.9Gb):15%(1.05Gb):15%(1.05Gb)

運用会議において観測内容に応じて配分を調整　　　　すなわち、 SOT:XRT:EIS=100%:0%:0% =40%:45%:15% といったことは可能

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Solar-B data recorder and downlinks 1 日に取得できるデータ量は ?

– ダウンリンク局の頻度による– Solar-B 軌道：太陽同期極軌道、約 95 分周期– 計画されているダウンリンク局

• USC ( 内之浦 ) 朝夕最大各 2 パス• Svalvard (ESA) 毎週回、一日 15 パス

– データ量見積り• Svalvard

– 1 パス時間 3~11min (El. 6 ~ 90 deg)– 1 日合計 138min ( ある日の可視時間予測計算より )

• USC– 1 パス時間 5~11min– 1 日合計 32min ( ある日の可視時間予測計算より )

• データダウンリンクレート ~4Mbps• 1 日合計 40.8Gbits 、うち科学データ 35.7Gbits (4.4Gbytes)

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1 日合計科学データ 35.7Gbits (4.4Gbytes)– 標準的機器分配 SOT:XRT:EIS = 70%:15%:15%

= 25.0Gbits: 5.4Gbits: 5.4Gbits

データ発生レート– 一日平均的にデータを取得した時

SOT= ~300Kbps, XRT= ~60Kbps, EIS= ~60Kbps– 与えられたレコーダ容量の範囲内でバース的観測は可能

ある時間はバース的観測、残りはちょろちょろ的観測例 . SOT の場合

Possible maximum rate ~1.3 Mbps (in nominal)~1.8 Mbps (in SOT dominant)

~50 min to occupy 4.9Gbits in data recorder The rest of the time is in idle.注：圧縮後のデータで

観測立案のため - 取得可能データ量

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生成データ量の予測が観測計画上重要となる　　　観測装置としては高い分解能は可能だが… .

　　　テレメトリ上制限のため Science data can be compressed in MDP

– MDP has an ASIC chip for 12bit JPEG/DPCM• Pixel data is bit-compressed from 16 bit-pixel to 12 bit; 8 look-up tables

• 12bit JPEG (DCT): lossy– ~3 bits/pixel for SOT/FG data– ~1.5 bits/pixel for SOT/SP data, when compression noise is comparable to photon noise level

• 12bit DPCM: lossless, 6-8 bits/pixel• Compression ratio depends on images and required quality

観測立案のため - データ量予測

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観測立案のため - データ量予測

FPP FG Camera simulated image, made from La Palma data

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SOT Observational Capabilities- Focal Plane Instruments Package (FPP)-

Spectral (SP) Observation

Broadband Filter Imager (BFI)

Narrowband Filter Imager (NFI)

A 4Kx2K CCD camera shared Typical Observables

Spectro-Polarimeter (SP)

Filter (FG) Observation

Filtergram

Dopplergram

Long. Magnetogram

Stokes IQUV

Stokes IQUV

Shutterd exposure

Shutterless exposure

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Multi-wavelength filter observations with SOT

Magnetic fields

Obtained with SVST @ La Palma

CaII H

H alpha

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地上観測例： 2005/7 スペイン観測から

下記 5 台 CCD 同時に走らせた CaII H G-band Blue continuum H alpha Red continuum

G-bandDOT

Speckle 処理後のデータ　　　 1.3K x 1K 90”x70” 30sec 毎

　　　 220Kpixel/sec　　　 Solar-B に置き換えて、 3bit/pixel 圧縮 650Kbps 視野を限るか時間を落とすかバースト的観測

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Observation Example To study magnetic/dynamical nature of microflare-associat

ed small emerging fields in AR. Need telemetry ~300 Kbps continuously for a long period SP observation

– Fast mapping, 80” wide scanning, NS size=80”, 0.32” resolution– One map completed every 15 min– Data size: 229Kpixel every 3.6 sec. – Telemetry: 96 Kbps with 1.5bits/pixel compression.

FG observation– G-band, 3 wavelengths in Halpha, Longitudinal magnetogram, Dopplergr

am, repeated every ~45 sec.– 80”x80” FOV, 0.08” resolution for G-band and magnetogram, 0.16” for

Halpha and Dopplergram – Data size: 3.25M pixel every 45sec– Telemetry: 222 Kbps with 3 bits/pixel compression

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Observation Example (2) To study short-term magnetic evolutions of entire AR. SP observation

– Normal mapping, 180” wide scanning, NS size=180”, 0.16” resolution

– One map completed every 90 min

– Data size: 191Kpixel/sec.

– Telemetry: 290 Kbps with 1.5bits/pixel compression.

FG observation– G-band, 3 wavelengths in Halpha, Longitudinal magnetogram, Dopplergr

am, repeated every ~ 1 min.

– 160”x160” FOV, 0.16” resolution (2x2 summing)

– Data size: 8.4M pixel every 60 sec

– Telemetry: 420 Kbps with 3 bits/pixel compression

合計 710Kbps 300Kbps の倍 1/2 観測し、 1/2 休み

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Observation controlled by observation tables:

Typical Time Cadences typical data rate for XRT(1) ~ 600 k pixel / min

– example 1: Continuous Observation (576 k pixel / min)• 384”×384”, 1”-resolution, 30sec-interval of a filter pair.

– example 2: High-Speed Observation (576 k pixel / min)• 384”×384”, 1”-resolution, 5sec-interval of a filter pair,

10min-continuous observation and 50min intermission.– example 3: Combination of FFI and PFI (586 k pixel / min)

• 384”×384”, 1”-resolution, 40sec-interval of a filter pair.• 2048”×2048”, 4”-resolution, 200sec-interval of a filter pair.

(1) The total rate of 400kbps (about 15 downlink/day) is assumed. SOT, XRT and EIS usually share this data rate in the ratio of 70%, 15% and 15 %. XRT image data is 12bit/pixel and may be compressed to about 6bit/pixel by DPCM.

XRT の場合

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2Mbps max1.3 Mbps

EIS Data Flow

CCD Readout Electronics EIS ICU

Large hardware CCD window

S/C MDP

Small spectral window (25 max)

Data compressionDPCM(loss less) or 12bit-JPEG

250 kbps max for short duration, 40 kbps average

Telemetrydata format

Average rate depends on number of downlink station.

1 slit obs. 40 slot obs. 250 slot obs.Spec.width 16 40 250Spatial width 256 512 256No. of lines 8 4 4Compression 20% 20 % 20%Cadence 2 sec 5 sec 15 secRate 38.4 kbps 38.4 kbps 40 kbps

10 min cadence for 44 rastering

Observation tablecontrol

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最後に、 Joint 観測案の一例 MO&DA Action Item:

Weber, DePontieu, & Landi will create two examples of Solar-B JOPs.

Location: MODA website (SAO)--- http://hea-www.harvard.edu/solarb/documents/MODA/

中身は良く見ていませんが、観測立案でどのようなことを考えるかを知る参考になるかな。。