ＦＭ放送による電波観測(FRO)方法

１．はじめに

以前の電波観測ではFROが使用されていたが、1992年からコミュニティ放送が始まったため、FM放送の全周波数帯域で混信が多くなりFROが衰退した経緯があった。その後、廃局となったアナログTVのローチャネルの周波数帯を2003年からAM放送の補完放送として、「ワイドFM」が使用することとなった。この周波数帯は、比較的混信が少ないため、FROが再度使用できる可能性がでてきた。
FROの成否はシステムの正常性は当然だが、重要なことは可能な限り低い受信レベル(雑音)を選局することと感度の良いアンテナを使用するかにかかっている。関東平野のように電波が良く飛び交うので難しい地域があるかもしれないが、アンテナの方向によっては良好な放送局が見つかるかもしれない。
受信を試みた際には、成功の可否を問わず下記のメールアドレス宛てに報告してもらえればありがたい。

２．観測方法

HROのように無変調波を受信して観測をするなら受信機をCWやUSBモードに設定をしてHRO画像に表示すれば流星のエコーを確認できるが、FM放送は、200kHzの帯域で周波数変調されているため、従来の方式を使うには限界がある。
FM放送を従来のHRO画像で確認をするとエコーが現れることがある。これは、無音になったときだけ主搬送波が現れるためである。それを確かめるのには、SDRソフトで最寄りのFM放送を聞くと、話が止まった(無音)時だけ「Spectrum Analyzer」で確認すると３本の筋(線)が出現する。中央が主搬送波で、左右の2本が19kHzのパイロット信号ある。無音の時間帯に流星が流れるとエコーとして捕らえることができる。Liveで楽しむことはできるが、実際の流星数の出現とは乖離したデータとなっているので、集計しても意味がない。
そのため、本格的なFROをするなら帯域全体で入力レベルを検出するしかない。この方法は、昔の高級FM受信機に付属していたS メーターを「ペンレコーダー」で記録したのと同じ:原理である。幸いにもSDRの駆動ソフトには受信電界強度の最小値と最大値を一定間隔でCSVファイルに出力をしてくれる機能がある。得られたデータから通常より高いレベルが観測したときだけを流星のエコーとする手法でFROが実現できる。

３．観測機材

・アンテナ； ５素子FMアンテナ
　　周波数によっては市販の５素子でも受信できる。できれば、高感度の８素子を使うのが良い。３素子FMアンテナでは、感度が低すぎるので難しいかもしれない
・同軸ケーブル； ５Ｃ−ＦＢ
　　ケーブルの片端は、F型コネクタを付ける。
　　ケーブルとSDRのコネクタのインピーダンスは異なるが、受信だけなので変換コネクタは省略をして、SDRとの間にF型メス-SMAメスの変換アダプタを入れる。
・SDR； RTL-SDR
　　最も使用されているRTL-SDR系で充分である。NooElec社製が安価(5,000円程度)で入手しやすい。

４．ＦＭ放送の選局

(1)準備
　最新のFM放送局一覧表で下記の作業をするが、入手できなければこちらの一覧表(狩野さん提供)を使うこともできる。
・国内のFM放送局から出力１kw以上の局を選び出す。
・受信地から概ね400km以内の局を削除する。
・アンテナを向ける方向毎にグループ分けをする。例えば関東であれば、北向き(北海道・東北)と西向き(関西より以西)
・それぞれのグループ毎に周波数の低い順にソートしておく。
(2)周波数帯の決定
　HDSDR表示画面内の「スペクトラム表示」を見ながら雑音レベルの数値を確認し、方面別に低い周波数帯を選び出す。この際、「スペクトラム表示」の範囲は、３MHzなので２MHzづつ変更すると効率的である。
　国内の放送局では雑音レベルが高すぎる場合、「韓国」の放送局を使う方法もある。国内では使用していない95MHz以上の周波数は、雑音レベルが低いことが多いので選局の対象となる。ただし、95MHz以上の放送局を使うのであれば、専用のアンテナを手配することとなる。
(3)放送局の決定
　雑音の低い周波数帯と(1)項で選局した放送局とを照合して、候補を決定する。

５．HDSDRの設定

(1)基本設定
ＳＤＲによる受信をするのであれば、初めはHDSDRのソフトを使用することをお勧めする。
FM放送の受信までの設定作業は、別のページでＳＤＲによる電波観測を解説しているので参考にされたい。
(2)FROの設定
下記の設定でＦＲＯをしているので参考にされたい。エコーが受信できたら最も良好な設定に変更すると良い。
・Sampling Rate； 3.2MSPS
・RF Gain； 49.6dB(最大)
・受信モード； CW
　※FMモードだと雑音レベルが上昇して、エコー数が減少する。
・Bandwidth； 96000Hz(Output)
　※本来は、200kHzだが96kHzでも75%の電界強度が得られる。隣接FM放送の混信防止のため。
・Tune； 候補周波数(ex. 82,500,000Hz)
・LO； Tuneの数値から200,000Hz下の周波数(ex. 82,300,000Hz)
　※LO(局部発信周波数)が受信周波数の帯域内にあると雑音レベルが高くなるため、受信周波数と離す必要がある。

６．エコーの抽出

(1)HDSDRの設定
各SDR駆動ソフトには、入力レベルをCSV形式で出力する機能があるので、HDSDRを例に説明する。
・HDSDRが起動していることを確認したうえで、キーボードの右上にある「Insert」キーを押下する。
・小窓が表示されるので、記録の間隔を「m秒」で入力して「OK」をクリックする。１０秒なら「10000」となる。データの保存間隔を短くすると短時間に多量なエコーが発生したときに有効であるが、通常のエコーの発生状況から１０秒の間隔でデータを保存している。
・「C:\・・・\Documents\HDSDR\CSV」フォルダにCSVファイルが生成される。
・小窓で、記録の間隔を「０」にすると、書き込みが一時停止する。この際、ファイルも開放される。
(2)CSVファイルからのエコー抽出
エコーの検出は、最小レベルと最大レベルの差が一定以上となったときとする。
最初は、Excelで処理して試しながら閾値を決定すると良い。
一日分をグラフ化するとエコー数が日周変化(朝・多く、夕方・少ない)をしていることで容易に確認できる。
国内の民放では、日曜日の夜半過ぎ(実際は月曜日)に放送が停止(無音)する時間帯があるが、その時間帯でエコーが急激に増加するので要注意である。
(3)エコーカウントの自動化
・１時間毎集計ソフト
前項の仕様をソフトで実現して、その結果として１時間毎のエコーカウントをCSVファイルで出力をする。
・グラフ化ソフト
出力したCSVファイルを１時間毎にグラフ化することで、流星の出現状況がパターン的に把握できる。

７．連絡

ご質問、ご提案等がありましたら、杉本弘文まで連絡を願います。