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45m鏡によるOTF観測

On-The-Fly (OTF) 観測とは、観測領域を連続的にスキャンしながら短い時間間隔（45m鏡のシステムでは0.1秒もしくは0.04秒）でデータを取得していくマッピング観測の手法です。ビームに比べて十分広い領域を比較的浅い積分で掃く場合に、とくに効果を発揮します。通常のposition switch観測と比較して、以下のような利点があります。

dead timeが減り、観測効率が向上する。
マップ全面を短時間で掃けるため、その間のシステムの変動（大気の状態, ポインティング, ...）が少ない。
Nyquistレートより細かくデータを取得するため、空間情報を失わない。

野辺山45m鏡のOTF観測システムについての詳細はSawada et al. 2008, PASJ, 60, 445 をご参照ください。 OTF観測で使用可能な受信機と分光計の詳細についてはステータスレポートをご参照ください。

OTF観測におけるスキャンパターンの概念図を図1-1に示します。図中「on-source」とあるのがスキャンの本走（以下、単に「スキャン」と呼びます）で、この間アンテナは一定速度で駆動され、 t_dump間隔でデータの取得が行われます。スキャン中にアンテナが目的の方向を向くよう、各スキャンの前に「approach」（助走）が入ります。スキャンとスキャンとの間にOFF点が入らない場合（図1-1中）にはスキャン終了点からapproach開始点への移動「transit」が入ります。以上は連続波のラスタースキャン観測の場合と同様です。

通常のposition switch ("step-and-integrate")観測と同様に、観測の最初、および観測中の適当なタイミングに "chopper-wheel"キャリブレーション（R-SKY）データを取得する必要があります。 OFF点は各スキャンの前、あるいは数スキャンに1回の割合で取得します。

Fig. 1-1: scan pattern

図1-1：スキャンパターンの概念図。 (上) 観測シーケンス「1*」 (OFF-ON)の場合、 (中) 観測シーケンス「1**」 (OFF-ON-ON)の場合。 (下) FORESTを用いる場合のスキャン例(FORESTのビーム回転角についてはこちらを参照してください)。

観測の結果として、Nyquistレートより細かい間隔で取得されたデータ点によってマップ領域が埋め尽くされます。データ点は規則正しいグリッド上には並ばないので、 convolutionをかけることにより正方格子のマップを作成します (convolution関数についてはこちら)。

観測パラメータ

OTF観測では、以下のパラメータを設定します。

観測領域の広さ l₁ ["] × l₂ ["] （スキャン方向にl₁、垂直方向にl₂）
FORESTを使用する際には、4ビームが重なる領域はおよそ(l₁ - 50) ["] × (l₂ - 50) ["]となることにご注意ください。
1スキャン（on-source）にかかる時間 t_scan [s]
このとき、天球面上におけるスキャン速度は v_scan ["/s] = l₁/t_scan と書けます。分光計のデータダンプ時間 t_dump秒間にアンテナが移動する距離（t_dumpv_scan ["]）がビーム幅の1/3ないし1/4を超えないようにしてください。 t_dumpは0.1秒もしくは0.04秒です。
OFF点1回あたりのスキャン本数N_scan^SEQ、スキャン列同士の間隔Δl ["]、作成するマップのグリッドサイズd ["] × d ["]
Δlはビーム幅の1/3程度、 dはビーム幅の1/3から1/2程度にします。 N_scan^SEQはOFF点とOFF点の間隔が10-30秒程度になるように設定することをお勧めします。

一方向のスキャンのみではscanning effectが残ることがあります。直交する2方向のスキャンを取得し、後からbasket-weaving処理することにより改善されます。リダクションソフトにはEmerson & Gräve (1988)の手法（PLAIT）を実装しています。データリダクションの項目をご参照ください。

観測時間と感度の見積もり

45 m OTFでの観測時間と感度の見積もりは、以下リンクの

Time estimator (Web ver.)

により行います。

計算例
FORESTを使用し、観測周波数を115 GHz、観測領域をl₁=l₂=1200 ["]、最大El=60 [deg]、 t_scan=20 [s]、 Δl=5 ["]、d=6 ["]、 d_OFF=40 [']、 T_sys=300 [K]、 B=100 [kHz]、 convolution関数をBessel×Gaussとすると

	* Parameters :
	1.Receiver = FOREST
	2.Pol = Double
	3.Frequency = 115 GHz
	4.Max Elevation [deg] = 60
	5.Length along the scans [arcsec] = 1200
	6.Length perp. to the scans [arcsec] = 1200
	7.Time for scan [sec] = 20
	8.Num. of ONs per OFF = 1
	9.Separation between scans [arcsec] = 5
	10.Map grid [arcsec] = 6
	12.OFF-point separation [arcmin] = 40
	12.Tsys_inp [K] = 300.0
	13.Resolution
	  - Frequency resolution (kHz) = 100
	  - Velocity resolution  (km/s) =
	14.Convolution function = Bessel*Gauss

	* Results :
	1.theta [deg] = 0.0
	2.Beam overlapped area = 1150.0 ["] * 1150.0 ["]
	3.vscan is 60.0 ["/sec] (6.0 per 0.1s sample)
	4.Nrow = 231
	5.tapp [sec] = 7, ttran [sec] = 8, ttranoff [sec] = 12
	6.tOFF =  4.7 [sec] ->  5 [sec]
	7.tOH = 31.0 [sec]
	8.ttot(ON) [min] = 77.0
	9.ttot(OBS) [min]/[hour] = 230.0 / 3.83
	10.eta(ON/OBS) = 0.33
	11.tcell(ON) [sec] = 4.13
	12.tcell(OFF) [sec] = 48.00
	13.Tsys_inp [K] = 300.0
	14.Tsys_obs_sa[K] = 306.0
	15.dTa*_sa [K] = 0.5641
	16.Tsys_obs_sb[K] = 422.8
	17.dTa*_sb [K] = 0.7794
	18.Version = 2.0170721

で、最適OFF積分時間は5秒、約80分の観測でSemester Aの場合、 ΔT_A^*=0.56 [K] が達成されます。 4ビームが重なる領域は約1150秒四方です。実効空間分解能は約17"となります（望遠鏡のビームが15"の場合）。実効空間分解能についてはその他の情報: マップ作成時のconvolutionを参照してください。

観測テーブルの作成

観測テーブルの作成には、"nobs"を用います。 nobsの使用法についてはnobsマニュアルを参照してください。 OTF観測を行うには、"Scan Tab"でOTFモードを指定してください。作成した観測テーブルのスキャンパターンはobspointにより確認できます。また、FORESTのビーム回転角についてはこちらを参照してください。

データリダクション

観測データの取得

データダウンロードに関しては、このページをご覧下さい(所内から、もしくはVPNでアクセスする必要があります)。

リダクション

リダクションソフトウェア"NOSTAR"を用います。こちらを参照してください。

その他

感度計算の詳細、実効空間分解能、投影法に対する諸注意などは、その他の情報を参照ください。

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Last Update: 1^st August 2018