(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水面に対してパルス状マイクロ波を放射し、当該放射したマイクロ波の後方散乱波を、予め定めたタイミングごとに複数回受信し、１つのパルス状マイクロ波ごとに複数の計測点ごとの後方散乱波を検出して、各後方散乱波に対応する複数のドップラー信号を出力するレーダーを複数備え、
前記複数のレーダーの各々が出力する複数のドップラー信号により、各レーダーのパルス状マイクロ波放射方向に沿って配される、複数の計測点での水面での水粒子の運動の情報を生成するとともに、前記複数の計測点での水面での水粒子の運動の情報に基づいて各レーダーのパルス状マイクロ波放射方向と波浪の進行方向とのなす角を特定する第１方向特定手段と、
前記各レーダーのパルス状マイクロ波放射方向と波浪の進行方向とのなす角を表す情報に基づいて、波浪の進行方向を決定する第２方向特定手段と、
を含み、水面での水粒子の運動の情報と、波浪の進行方向の情報とに基づき、水面形状を特定する情報を出力することを特徴とする水面形状計測装置。
【請求項２】
請求項１記載の水面形状計測装置であって、前記マイクロ波が放射されるごとに、当該放射したマイクロ波の後方散乱波の信号強度の時間変化に基づき、信号強度の空間分布の中心位置に対応する後方散乱波の到来時点を表す情報を取得し、複数回のマイクロ波放射により取得された複数の前記信号強度の空間分布の中心位置に対応する後方散乱波の到来時点を表す情報の差から、水面の高さの変動を表す情報を生成して出力する手段をさらに備えたことを特徴とする水面形状計測装置。
【請求項３】
水面に対してパルス状マイクロ波を放射し、当該放射したマイクロ波の後方散乱波を、予め定めたタイミングごとに複数回受信し、１つのパルス状マイクロ波ごとに複数の計測点ごとの後方散乱波を検出して、各後方散乱波に対応する複数のドップラー信号を出力する複数のレーダーに接続されたコンピュータを用い、
前記複数のレーダーの各々が出力する複数のドップラー信号により、各レーダーのパルス状マイクロ波放射方向に沿って配される、複数の計測点での水面での水粒子の運動の情報を生成するとともに、前記複数の計測点での水面での水粒子の運動の情報に基づいて各レーダーのパルス状マイクロ波放射方向と波浪の進行方向とのなす角を表す情報とを生成する工程と、
前記各レーダーのパルス状マイクロ波放射方向と波浪の進行方向とのなす角を表す情報に基づいて、波浪の進行方向を決定する工程と、
を前記コンピュータに実行させて、水面での水粒子の運動の情報と、波浪の進行方向の情報とに基づき、水面形状を特定する情報を出力することを特徴とする水面形状計測方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、海洋・湖水などで生じている波浪を計測する装置、及び計測方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
海洋・湖水における波浪など水面形状の変動を表す情報は、その水面の影響を受ける船舶や海岸、海洋構造物の設計・運用において重要なものである。従って従来より、その実態を把握するために種々の観測が行われている。
【０００３】
一例として、海洋の波浪を観測するために海底式超音波波高計や海洋ブイを用いた直接観測方法がある。また、航海レーダー、航空機や人工衛星搭載の合成開口レーダー（ＳＡＲ）を用いたリモートセンシング方法もある。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Chang-KyuRheem、連続波ドップラーレーダーによる海洋波浪観測と波浪観測に及ぼすレーダー照射幅の影響、日本船舶海洋工学会論文集、No.8、２００８年１２月，６１ページから６９ページ
【非特許文献２】Chang-KyuRheem、マイクロ波ドップラーレーダーによる実験水槽波浪観測、日本船舶海洋工学会論文集、No.6、２００７年１２月、６５ページから７３ページ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、従来の観測においては、海面に計測機器を配したり、航空機や人工衛星を要するなど観測機器の設置や運用が容易でない。また漁業など他の海洋面等での活動にも支障を与えることとなる場合がある。
【０００６】
そこで、設置や運用が比較的容易な観測機器を用いて、海洋等の水面形状を測定する技術が求められている。なお、マイクロ波ドップラーレーダーを用いて海洋の波浪を関する方法が、非特許文献１，２に開示されている。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みて為されたもので、設置や運用が比較的容易な観測機器を用いて、海洋等の水面形状を測定できる水面形状計測装置、及び水面形状計測方法を提供することを、その目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記従来例の問題点を解決するための本発明は、水面形状計測装置であって、水面に対してパルス状マイクロ波を放射し、当該放射したマイクロ波の後方散乱波を、予め定めたタイミングごとに複数回受信し、１つのパルス状マイクロ波ごとに複数の計測点ごとの後方散乱波を検出して、各後方散乱波に対応する複数のドップラー信号を出力するレーダーを複数備え、前記複数のレーダーの各々が出力する複数のドップラー信号により、各レーダーのパルス状マイクロ波放射方向に沿って配される、複数の計測点での水面での水粒子の運動の情報を生成するとともに、前記複数の計測点での水面での水粒子の運動の情報に基づいて各レーダーのパルス状マイクロ波放射方向と波浪の進行方向とのなす角を特定する第１方向特定手段と、前記各レーダーのパルス状マイクロ波放射方向と波浪の進行方向とのなす角を表す情報に基づいて、波浪の進行方向を決定する第２方向特定手段と、を含み、水面での水粒子の運動の情報と、波浪の進行方向の情報とに基づき、水面形状を特定する情報を出力することとしたものである。
また、本発明の一態様に係る水面形状計測装置は、前記マイクロ波が放射されるごとに、当該放射したマイクロ波の後方散乱波の信号強度の時間変化に基づき、信号強度の空間分布の中心位置に対応する後方散乱波の到来時点を表す情報を取得し、複数回のマイクロ波放射により取得された複数の前記信号強度の空間分布の中心位置に対応する後方散乱波の到来時点を表す情報の差から、水面の高さの変動を表す情報を生成して出力する手段をさらに備えたこととしたものである。
【０００９】
さらに、本発明の一態様に係る水面形状計測方法は、水面に対してパルス状マイクロ波を放射し、当該放射したマイクロ波の後方散乱波を、予め定めたタイミングごとに複数回受信し、１つのパルス状マイクロ波ごとに複数の計測点ごとの後方散乱波を検出して、各後方散乱波に対応する複数のドップラー信号を出力する複数のレーダーに接続されたコンピュータを用い、前記複数のレーダーの各々が出力する複数のドップラー信号により、各レーダーのパルス状マイクロ波放射方向に沿って配される、複数の計測点での水面での水粒子の運動の情報を生成するとともに、前記複数の計測点での水面での水粒子の運動の情報に基づいて各レーダーのパルス状マイクロ波放射方向と波浪の進行方向とのなす角を表す情報とを生成する工程と、前記各レーダーのパルス状マイクロ波放射方向と波浪の進行方向とのなす角を表す情報に基づいて、波浪の進行方向を決定する工程と、を前記コンピュータに実行させて、水面での水粒子の運動の情報と、波浪の進行方向の情報とに基づき、水面形状を特定する情報を出力することとしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によると、陸地や固定された海洋構造物など、観測する水面から離れた位置からの計測が可能であるので、設置や運用が比較的容易な装置を用いて水面形状を測定できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る水面形状計測装置の構成例を表すブロック図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る水面形状計測装置による計測の対象となる波浪の例を表す説明図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る水面形状計測装置が受信する後方散乱波を含む信号の例を表す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る水面形状計測装置が推定する波浪の進行方向の自由度を表す説明図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る水面形状計測装置による波浪の進行方位の決定動作を表す説明図である。
【図６】本発明の実施の形態に係る水面形状計測装置によって送受される信号の時間変化例を表す説明図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る水面形状計測装置の各レーダー部における測定対象となる計測点の配置例を表す説明図である。
【図８】本発明の実施の形態に係る水面形状計測装置の別の構成例を表すブロック図である。
【図９】本発明の実施の形態に係る水面形状計測装置による計測結果の例を表す説明図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係る水面形状計測装置のマイクロ波の放射方向を表す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本実施の形態の水面形状計測装置１は、図１に例示するように、第１レーダー部１０ａと、第２レーダー部１０ｂと、演算部２０とを含んで構成される。各レーダー部１０ａ，ｂは同様の構成を備え、すなわち、制御部１１、発振器１２、発信部１３、分配器１４、移相器１５、受信部１６、乗算器１７-１、１７-２、解析部１８、及びアンテナ１９を備える。
【００１３】
ここに制御部１１は、プログラムを記憶し、またワークメモリとしても動作するメモリを備えるマイクロコンピュータなどであり、予め定めたプログラムに従って各部を制御する。この制御部１１は、マイクロ波の放射のタイミングでマイクロ波を放射するべき旨の信号を発信部１３に出力する。また、このマイクロ波の放射のタイミングから予め定めた複数の受信時間（ｔ1，ｔ2，…）が経過するごとに、乗算器１７からの出力信号を検出するべき旨の指示を解析部１８に出力する。
【００１４】
本実施の形態では、制御部１１は前回マイクロ波を放射してから時刻Ｔだけ経過した後（ただしＴは受信時間よりも大きいものとする）、再度、マイクロ波の放射を行わせる。
【００１５】
発振器１２は、予め定められた波長のマイクロ波を生成する。発信部１３は制御部１１から入力される指示に従い、予め定めたタイミングで、予め定めた時間（発信時間）だけアンテナ１９を介して放射させる。つまりこの発信部１３は、制御部１１から指示されたタイミングでマイクロ波のパルス信号を生成して出力する。
【００１６】
分配器１４は、発振器１２が生成するマイクロ波を分配して、乗算器１７-１と、移相器１５とに出力する。移相器１５は、分配器１４が出力するマイクロ波の位相をπ／２だけ移相して、乗算器１７-２に出力する。
【００１７】
受信部１６は、アンテナ１９に到来した信号を受信し、乗算器１７-１と乗算器１７-２とに出力する。
【００１８】
乗算器１７-１は、受信部１６が出力する信号と、分配器１４が出力する信号とを乗算してＩ相信号を出力する。乗算器１７-２は、受信部１６が出力する信号と、移相器１５が出力する信号とを乗算してＱ相信号を出力する。
【００１９】
解析部１８は、乗算器１７-１、１７-２の出力する信号の入力を受け、この入力信号から制御部１１から指示が入力されるタイミングごとに複数時点の信号を取り出す。つまり、これら乗算器１７からの出力信号は、図３に例示するように、パルス状のマイクロ波が放射されてからの経過時間ｔに従って変化する。マイクロ波の放射が行われた時点からの経過時間をｔとして、アンテナ１９に時刻ｔに到来する信号は、マイクロ波の伝播速度をｃとして、アンテナ１９からｃ／２ｔ（往復が必要であるため２で除している）だけ離れた位置を計測点として、当該計測点でのマイクロ波の後方散乱に基づく信号を含んでいる。
【００２０】
従って、マイクロ波の放射が行われた時点から複数の経過時間ｔ1，ｔ2，…における信号は、アンテナ１９から距離ｒi
ｒi＝ｃ／２ｔi  （ｉ＝１，２，…）
だけ離れた計測点でのマイクロ波の後方散乱に基づく信号を含んでいることとなる。
【００２１】
海洋や湖水における水面付近の水粒子は、海流や潮汐流、吹送流、波浪等の影響を受けて運動をする。ここである海域における海流や潮汐流、吹送流による水粒子の運動は、十数分程度の時間スケールで一定とみなすことができる。他方、波浪による水粒子の運動は数秒から十数秒の比較的短い時間周期の運動である。いま、進行方向にそった断面で波浪を図示すれば、図２に示すようになる。
【００２２】
この図２において、水面付近の水粒子は、波浪の位相に応じて白抜きの矢印で示すように運動する。つまり波高の最も高いところでは進行方向に沿って運動しており、波高の最も低いところでは進行方向とは逆向きに運動する。また、波高の低いところから波高の高い方向へ波浪の進行方向に沿ってみると、水粒子の運動方向は時計回りに変化している。
【００２３】
さて、放射されたマイクロ波の波長をＬ、初期位相をｐ0とするとき、アンテナ１９からの距離ｒの位置にある計測点からの後方散乱波の位相は、
ｐ＝−４πｒ／Ｌ＋ｐ0
となる。
【００２４】
従って、位相の時間変化は
ｄｐ／ｄｔ＝−（４π／Ｌ）×ｄｒ／ｄｔ
となり、この位相の時間変化を知ることで、計測点における水粒子の移動速度Ｖｄ＝ｄｒ／ｄｔが演算できる。
【００２５】
本実施の形態の解析部１８は、乗算器１７-１、１７-２から入力される信号のうち、マイクロ波放射後、時刻ｔ1，ｔ2，…でのＩ相成分及びＱ相成分から、各時刻ｔ1，ｔ2，…で受信したマイクロ波の位相ｐ1，ｐ2，…を検出してメモリに記憶する。
【００２６】
また、この解析部１８は、次のマイクロ波からの後方散乱波に基づく位相ｐ1，ｐ2，…を用いて（以下、区別のためメモリに記憶されている位相をｐA1，ｐA2，…と書き、新たに受信した位相をｐ1，ｐ2，…と書く）、位相の時間変化ｐi−ｐAi（ｉ＝１，２…）を演算し、さらにマイクロ波の放射間隔Ｔでこれを除し、係数−（Ｌ／４π）を乗じて、水粒子の移動速度Ｖｄi（ｉ＝１，２…）を得る。
【００２７】
このＶｄiは、それぞれ時刻ｔiに対応する距離ｒi＝ｃ／２ｔiだけアンテナ１９から離れた水面での水粒子の移動速度（アンテナ１９の放射するマイクロ波の放射方向成分）を表している。また、別の方法として、連続する複数の受信信号のＩ相成分とＱ相成分とからＳＴＦＴ（Short Time Fourier Transform）法を用いて、Ｖｄiを求めてもよい。
【００２８】
次に、ある一つの計測点に着目したときの波浪の進行方向とアンテナ１９のマイクロ波放射方向との関係について述べる。なお、一つの計測点における水面の情報を生成する方法は、非特許文献１，２に開示の方法を採用すればよいので、ここではその概要を説明するだけに留める。
【００２９】
いま、波浪の進行方向をｘ、波浪の高さ方向をｙとして、波浪を余弦波で近似する。ｘ方向に進行する変位振幅Ａ、初期位相εの余弦波は、
【００３０】
【数１】
0005462740.tif 000002
となる。
【００３１】
水面付近での水粒子の運動は、ｘｙの面内で行われ、その速度は成分毎に、
【００３２】
【数２】
0005462740.tif 000003
である。
【００３３】
アンテナ１９が、図２に示すように、鉛直下方から角度θだけ傾いて配され、またアンテナ１９によるマイクロ波の放射方向と波浪の進行方向（ｘ）とのなす角をφで表すと、水粒子の移動速度のマイクロ波放射方向の成分は、
【００３４】
【数３】
0005462740.tif 000004
ただし、
【００３５】
【数４】
0005462740.tif 000005
となる。
【００３６】
既に述べたように、マイクロ波の放射回数を複数とすれば、水粒子の移動速度のマイクロ波放射方向成分の測定結果Ｖｄが演算により複数得られるので、解析部１８はこれらが各時点でのＶｍと等しいとして、各測定点における水粒子の移動速度の周波数スペクトル（マイクロ波放射方向成分Ｖmの角周波数ωの運動成分ごとの振幅ＡωＫ及び位相 k ri cosφ - ω t + αを得ることができる。また解析部１８は、ＳＴＦＴを用いる方法によっても同様に、各測定点での水粒子の移動速度のマイクロ波放射方向成分Ｖmの角周波数ωの運動成分ごとの振幅ＡωＫ及び位相k ri cosφ - ω t + α（周波数スペクトル）を得ることができる。
【００３７】
こうしてマイクロ波の放射方向にアンテナ１９から距離ｒ1，ｒ2…にある計測点Ｓ1，Ｓ2…での水粒子の移動速度の各角周波数ωの運動成分の振幅ＡωＫと、位相k ri cosφ - ω t + αとが求められ、これら振幅と位相とから、解析部１８は、（４）式及び（５）式と（６）式とを用いて、各角周波数ωの波浪成分のマイクロ波の放射方向と波浪の進行方向とのなす角φと、変位振幅Ａ、初期位相εを求める。
【００３８】
なお、一般の波浪は、（１）式で示した余弦波の重ね合わせ（和）として表すことができるので、計測点Ｓ1，Ｓ2…における水面の高さｙi（波高）は、解析部１８が求めた、各角周波数ωの波浪成分のマイクロ波の放射方向と波浪の進行方向とのなす角φと、変位振幅Ａ、初期位相εにより表される。
【００３９】
ここで、各角周波数ωの波浪成分のマイクロ波の放射方向と波浪の進行方向とのなす角φは、距離の差 dr の異なる計測点間での位相の差の計測値と理論値 k dr cosφ との関係から求める。
【００４０】
しかしながら、これだけでは、波浪の方向には次のような自由度がある。すなわち、ここでの解析部１８は、一つのアンテナ１９によるマイクロ波放射方向の成分を観測して、波浪の進行方向とマイクロ波放射方向とのなす角φを演算している。従って図４に示すように、マイクロ波放射方向に対して時計回りにφだけずれた角度に波浪の進行方向があるのか（Ａ）、マイクロ波放射方向に対して反時計回りにφだけずれた角度に波浪の進行方向があるのか（Ｂ）がわからない（φの余弦が演算に関わっているため、φの符号の正負が明らかでない）。この波浪の進行方向の決定は、一つのアンテナ１９による測定では困難であるので、解析部１８は、以上の処理により生成した情報（水面を表す情報として、各角周波数ωの波浪成分の振幅Ａ、初期位相ε、波浪とマイクロ波放射方向とのなす角φ）を演算部２０に出力する。
【００４１】
演算部２０は、第１レーダー部１０ａの解析部１８ａ（ここでは区別のために添え字ａ，ｂを付す）と、第２レーダー部１０ｂの解析部１８ｂとから、それぞれのレーダー部１０によって検出された各角周波数ωの波浪成分の振幅Ａ、初期位相ε、波浪とマイクロ波放射方向とのなす角φを受け入れる。
【００４２】
演算部２０は、第１レーダー部１０ａの解析部１８ａが出力する角φの情報φaと、第２レーダー部１０ｂの解析部１８ｂが出力する角φの情報φbと、第１レーダー部１０ａのマイクロ波の放射方向の情報ｆaと、第２レーダー部１０ｂのマイクロ波の放射方向の情報ｆbとを用い、次のように波浪の進行方向を決定する処理を行う。なお、ここで各レーダーのマイクロ波の放射方向の情報ｆは、例えば北方を０とし、東方をπ／２とし…としてその方位を表すものとする。また、ｆa＞ｆbとする（図５）。
【００４３】
演算部２０は、ｆa−φaと、ｆb＋φbとを算出し、これらの差の絶対値Ｘ＝｜ｆa−ｆb−φa−φb｜が予め定めたしきい値Δを下回っているか否かを調べる。そして、Ｘがしきい値Δを下回っている場合は、波浪の進行方向ｘ（波浪の移動方位）をｆa−φa（またはｆb＋φb）に平行とする。また、Ｘがしきい値Δを下回っていない場合は、波浪の進行方向ｘをｆa＋φa（またはｆb−φb）に平行とする。なお、Ｘ＝｜ｆa−ｆb−φa−φb｜と、Ｙ＝｜ｆa−ｆb＋φa＋φb｜とを比較し、Ｘ＜Ｙのとき波浪の進行方向ｘをｆa−φa（またはｆb＋φb）に平行とし、Ｘ＞Ｙのとき波浪の進行方向ｘをｆa＋φa（またはｆb−φb）に平行としてもよい。
【００４４】
以上の処理により、演算部２０においては、水面を表す情報として、各角周波数ωの波浪成分の振幅Ａ、初期位相ε、及び波浪と各アンテナ１９ａ，ｂ…のマイクロ波放射方向とのなす角φa，φb…、さらに、波浪の進行方向ｘが求められ、これらから計測の対象となった水域の水面に存在する波浪の方向、波周期、高さ、特定の時刻かつ特定の計測点における波位相が求められる。
【００４５】
本実施の形態の装置は、以上の構成を備えてなり、次のように動作する。本実施の形態において備えられた複数のレーダー部１０は、それぞれ陸地や固定された海洋構造物に設置され、水面に向けてマイクロ波を放射できるよう設置される。各レーダー部１０は、それぞれのマイクロ波の放射方向が、互いに異なるよう配置される。一例として少なくともあるレーダー装置のマイクロ波の放射方向から±１５°以内には、他のレーダー装置のマイクロ波の放射方向がないように設置する。図６に例示するように予め定めた時間間隔Ｔごとに、幅τの時間だけ継続するパルス状のマイクロ波を放射する。また、放射した各パルス状のマイクロ波の水面での後方散乱波を受けて、パルス状のマイクロ波放射後、予め定めた時間ｔ1，ｔ2…が経過するごとの後方散乱波を得る。ここでこれら予め定めた時間ｔ1，ｔ2…が経過するごとの後方散乱波は、レーダー部１０からの距離ｒ1，ｒ2…にある水面（計測点）での後方散乱波である。以下、図７に例示するように、レーダー部１０ａのアンテナ１９ａが放射するマイクロ波の放射方向に沿って、距離ｒ1，ｒ2…にある計測点を計測点Ａ-1，Ａ-2…と表し、レーダー部１０ｂのアンテナ１９ｂが放射するマイクロ波の放射方向に沿って、距離ｒ1，ｒ2…にある計測点を計測点Ｂ-1，Ｂ-2…と表すこととする。
【００４６】
複数のパルス状マイクロ波を用いて、各パルスに応答する距離ｒ1，ｒ2…の計測点（Ａ-1，Ａ-2…）での後方散乱波からＳＴＦＴ等の方法で水面変位の周波数スペクトルを求める。各計測点に対応する水面変位の周波数スペクトルを求める方法は、非特許文献１，２に開示の方法で行うことができる。
【００４７】
またレーダー部１０は、互いに異なる計測点間の距離と、当該各計測点間の位相差とに基づいて、マイクロ波の放射方向と波浪の運動方向とのなす角を特定する。
【００４８】
そして各レーダー部１０は、それぞれの各計測点での波浪の方向（マイクロ波の放射方向と波浪の運動方向とのなす角）、波周期、高さ、特定の時刻かつ特定の計測点における波位相の各情報を出力する。
【００４９】
演算部２０は、複数のレーダー部１０が出力する上記各情報のうち、各レーダー部１０のマイクロ波の放射方向と波浪の運動方向とのなす角の情報を用いて、波浪の移動方位を特定する。
【００５０】
このように本実施の形態では、水面に装置を浮かべる等の必要がなく、また航空機や人工衛星を使うのではなく、陸地や固定された海洋構造物に配備したレーダー装置によって、計測水面に存在するすべての波浪の方向、波周期、高さ、ある時刻ある計測点における波位相が計測できる。
【００５１】
なお、発振器１２や発信部１３は、複数のレーダー部１０で共用し、時分割的に各レーダーからの信号放射に用いられてもよい。この場合、発信部１３の出力信号を時分割的に、各レーダー部１０ａ，ｂ…のアンテナ１９ａ，ｂ…に切り替えて出力させることとすればよい。
【００５２】
さらに本実施の形態の水面形状計測装置１における、レーダー部１０は、図８に例示するように、制御部１１、発振器１２、発信部１３、分配器１４、移相器１５、受信部１６、乗算器１７-１、１７-２、解析部１８、及びアンテナ１９に加え、信号強度解析部２１と、水位変化量演算部２２とを含んでもよい。なお、既に説明したものと同様の構成をとるものについては同じ符号を付して説明を省略する。
【００５３】
ここで信号強度解析部２１は、プログラムを記憶し、またワークメモリとしても動作するメモリを備えるマイクロコンピュータにより実現できる。この信号強度解析部２１は、発信部１３が前回、マイクロ波の放射を開始した時刻（ｔ0とする）から、時間Ｔが経過するまでの間に、受信部１６が出力する信号の強度変化を記録する。具体的には予め定めた時間間隔ごとに、受信部１６が出力する信号の強度をディジタル化した値を、上記ｔ0からの経過時間に関連づけて記録することとしてもよい。この記録の内容を概念的に図示すると、図９に示すようになる。既に述べたようにｔ0からの経過時間は、アンテナ１９が放射するマイクロ波の放射方向に沿った、マイクロ波が反射した水面までの距離に対応しているので、この信号強度の時間変化は、マイクロ波の受信強度の空間分布ととらえることもできる。
【００５４】
信号強度解析部２１は、記録した順に、ｔ0から、信号の強度が予め定めたしきい値を超える時間α1と、その後、受信部１６が出力する信号の強度が予め定めたしきい値を下回る時間α2とを見いだす。そして、ｔ0から信号強度の空間分布の中心位置に対応する後方散乱波が到来するまでの時間αMを、αM＝（α1＋α2）／２と算出する。信号強度解析部２１は、この算出した時間の値αMを記憶しておく。
【００５５】
信号強度解析部２１は、マイクロ波が放射されるごとに、上記の処理を行い、各回で算出した、各回のマイクロ波放射時刻ｔ0から信号強度の空間分布の中心位置に対応する後方散乱波が到来するまでの時間αM1，αM2，…を得て、これらの値を水位変化量演算部２２に出力する。
【００５６】
水位変化量演算部２２は、αMiと、αMi+k（ｉ＝１，２，…、ｋ＝１，２，…）との差を、
ΔＬ＝ｃ／（２×αMi+k）−ｃ／（２×αMi）
とする。ここでｋの値は予め定めておいてもよい。また、水位変化量演算部２２は、アンテナ１９からのマイクロ波放射方向の俯角θを用いて（図１０を参照）、αMiの表す時点と、αMi+kの表す時点とでの水位の変化量ΔＨを次のようにして演算して出力する。
ΔＨ＝ΔＬ・ｃｏｓθ
【００５７】
また、ここではｔ0から、信号の強度が予め定めたしきい値を超える時間α1と、その後、受信部１６が出力する信号の強度が予め定めたしきい値を下回る時間α2とを見いだし、その平均時刻をもって、空間分布の中心位置としていたが、これに限らず、水位変化量演算部２２は、例えば信号強度のピークの到来時点（当該到来時点に対応する距離）を、空間分布の中心位置としてもよい。この場合各回（ｉ回目）のマイクロ波放射開始時刻ｔ0からピーク到来までの時間をαMiとして、水位変化量演算部２２は、
ΔＬ＝ｃ／（２×αMi+k）−ｃ／（２×αMi）
を求める。
【００５８】
すなわち、本実施の形態では、予め定めた時間間隔Ｔごとに放射されるパルス状（時間τだけ継続する）のマイクロ波の水面での後方散乱波の信号の強度の時間変化（マイクロ波放射後、予め定めた時間ｔ1，ｔ2…が経過するごとの後方散乱波の信号強度）を調べる。そして、複数回のマイクロ波の放射に対応する、後方散乱波の信号強度の時間変化のうち、互いに対応する時点の、各回の基準時刻（例えば上述のようにマイクロ波の放射開始時刻としてもよいし、マイクロ波の放射が終了する時刻としてもよい）からの経過時間を調べる。なお、ここで互いに対応する時点は、例えば信号強度の空間分布の中心位置に対応する後方散乱波の到来時点としてもよい。
【００５９】
そしてこの複数回のマイクロ波の放射に対応して求めた信号強度の空間分布の中心位置の差ΔＬと、アンテナ１９からのマイクロ波放射方向の俯角θとを用いて、水位の変化量ΔＨを
ΔＨ＝ΔＬ・ｃｏｓθ
として求め、出力する。
【００６０】
この水位の変化量の情報は、演算部２０に出力され、演算部２０では、水面を表す情報とともに、この水位の変化量の情報を出力することとしてもよい。
【符号の説明】
【００６１】
１  水面形状計測装置、１０  レーダー部、１１  制御部，１２  発振器、１３  発信部、１４  分配器、１５  移相器、１６  受信部、１７  乗算器、１８  解析部、１９  アンテナ、２０  演算部、２１  信号強度解析部、２２  水位変化量演算部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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