(57)【要約】【課題】本発明は、偏波が異なる複数の送信波に応じて分布目標から個別に到来した反射波から前記分布目標の属性を求めるレーダ信号処理装置に関し、分布目標の形態と物理的な分布との如何にかかわらず、その分布目標の属性を精度よく安定に得ることができることを目的とする。【解決手段】偏波が異なる複数ｐの送信波に応じて分布目標から個別に到来した反射波の相関ρと前記分布目標の態様との既知の対応関係に、前記相関ρを適用することにより前記分布目標の態様を特定し、その態様で定まる前記分布目標の誘電係数を求める誘電係数取得手段と、前記偏波毎の送信波および反射波に対して成立する複数ｐのレーダ方程式の全てまたは一部に前記誘電係数取得手段によって求められた誘電係数を適用し、前記偏波の全てまたは一部に対応したレーダ反射因子を未知数として求める反射因子算出手段とを備える。【選択図】図１
2014102235.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
偏波が異なる複数ｐの送信波に応じて分布目標から個別に到来した反射波の相関ρと前記分布目標の態様との既知の対応関係に、前記相関ρを適用することにより前記分布目標の態様を特定し、その態様で定まる前記分布目標の誘電係数を求める誘電係数取得手段と、
前記偏波毎の送信波および反射波に対して成立する複数ｐのレーダ方程式の全てまたは一部に前記誘電係数取得手段によって求められた誘電係数を適用し、前記偏波の全てまたは一部に対応したレーダ反射因子を未知数として求める反射因子算出手段と
を備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項２】
偏波が異なる複数ｐの送信波に応じて分布目標から個別に到来した反射波の直線偏波抑圧比ＬＤＲと前記分布目標の態様との既知の対応関係に、前記直線偏波抑圧比ＬＤＲを適用することにより前記分布目標の態様を特定し、その態様で定まる前記分布目標の誘電係数を求める誘電係数取得手段と、
前記偏波毎の送信波および反射波に対して成立する複数ｐのレーダ方程式の全てまたは一部に前記誘電係数取得手段によって求められた誘電係数を適用し、前記偏波の全てまたは一部に対応したレーダ反射因子を未知数として求める反射因子算出手段と
を備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項３】
偏波が異なる複数ｐの送信波に応じて分布目標から個別に到来した反射波の相関ρおよび直線偏波抑圧比ＬＤＲの組み合わせと前記分布目標の態様との既知の対応関係に、前記組み合わせを適用することにより前記分布目標の態様を特定し、その態様で定まる前記分布目標の誘電係数を求める誘電係数取得手段と、
前記偏波毎の送信波および反射波に対して成立する複数ｐのレーダ方程式の全てまたは一部に前記誘電係数取得手段によって求められた誘電係数を適用し、前記偏波の全てまたは一部に対応したレーダ反射因子を未知数として求める反射因子算出手段と
を備えたことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載のレーダ信号処理装置において、
前記誘電係数取得手段は、
前記反射波の伝搬位相差変化率と前記分布目標の態様との既知の対応関係に基づいて前記分布目標の態様の不確定性の緩和または排除を図る
ことを特徴とするレーダ信号処理装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、偏波が異なる複数の送信波に応じて分布目標から個別に到来した反射波からその分布目標の属性を求めるレーダ信号処理装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、温暖化に伴って突発的な豪雨が頻繁に生じる可能性が高まり、このような豪雨およびその雨量の予測や推定の精度の向上が強く要求されると共に、雨滴粒のタイプや分布が的確に得られる可能性が高い偏波レーダの研究や開発が積極的に進められつつある。
【０００３】
図４は、従来の偏波レーダの構成例を示す図である。
従来の偏波レーダ２０では、送受信部２１のアンテナ端子に空中線系２２が接続され、その送受信部２１の復調出力は信号処理部２３の入力に接続される。信号処理部２３の出力は指示部２４の入力に接続され、これらの送受信部２１、信号処理部２３および指示部２４には、制御部２５の対応する入出力ポートが接続される。空中線系２２は、制御部２５の配下で旋回角や仰角の設定および可変が図られ、これらの旋回角や仰角で示される方向に所定の幅の主ローブを有する開口アンテナとして構成される。
【０００４】
このような構成の偏波レーダ装置では、各部は、制御部２５の配下で以下の通りに連係することにより、所定の地域に位置する雨雲等を検出し、かつ気象情報を取得する。
【０００５】
送受信部２１は、送信波を所定の周期で生成する。空中線系２２は、制御部２５の配下で反復して行われるボリュームスキャンに供され、このようなボリュームスキャンによる覆域に上記送信波を互いに直交する２つの偏波（例えば、垂直偏波および水平偏波）で並行して照射する。以下、このような２つの偏波の送信波については、それぞれ「送信波Ｔｖ」、「送信波Ｔｈ」と表記する。
【０００６】
なお、上記ボリュームスキャンは、偏波レーダ２０によって行われるスキャンの一形態であり、例えば、図５(ａ)〜(ｅ)に示されるように、ボリュームスキャン、ＲＨＩスキャン、セクターＲＨＩスキャン、セクターＰＰＩスキャン、ＰＰＩスキャン等の何れであってもよい。
【０００７】
上記送信波Ｔｖ，Ｔｈが覆域に位置する雨雲等において反射することによって発生し、かつ偏波が互いに直交する反射波は、空中線系２２に到来する。
【０００８】
送受信部２１は、このような反射波を偏波毎に受信して復調することにより、上記スキャンに同期した復調信号Ｍｖ，Ｍｈを生成する。信号処理部２３は、これらの復調信号Ｍｖ，Ｍｈに、グランドクラッタの除去、ＭＴＩ(Moving Target Indicator)等のレーダ信号処理を施す。制御部２５は、信号処理部２３と連係することにより、上記雨雲等に関する気象情報を下記の通りに取得する。
【０００９】
(1) 指示画面として表されるべき三次元空間が複数ｎ個に区分されてなるブロック（メッシュ）ｂ(1)〜ｂ(n)に、上記復調信号Ｍｖ，Ｍｈの瞬時値ｍｖ，ｍｈをそれぞれマッピングすることにより、瞬時値の列（ｍｖ(1,1)〜ｍｖ(1,k)、ｍｈ(1,1)〜ｍｈ(1,k)）、…、（ｍｖ(n,1)〜ｍｖ(n,k)、ｍｈ(n,1)〜ｍｈ(n,k)）として蓄積する（図６ステップＳ１）。ここに、ｋは、個々の偏波についてブロック毎に含まれるべき瞬時値の数（≧２）を意味する。
【００１０】
(2) これらのブロックｂ(i)(ｉ＝１〜ｎ）毎に、以下の処理を行う。
(2-1) 送信波Ｔｖ，Ｔｈの尖頭電力Ｐｔｖ，Ｐｔｈの内、該当するブロックに照射された偏波毎の電力（以下、「送信尖頭電力」という。）ｐｔｖ(i)，ｐｔｈ(i)を求める（図６ステップＳ２）。
【００１１】
(2-2) 上記瞬時値の列（ｍｖ(i,1)〜ｍｖ(i,k)、ｍｈ(i,1)〜ｍｈ(i,k)）の偏波毎の平均値として平均受信電力ｐｒｖ(i)，ｐｒｈ(i)を求める（図６ステップＳ３）。
【００１２】
(2-3) 操作者によって設定された誘電係数ｄ(i)を取り込んで蓄積する（図６ステップＳ４）。なお、このような誘電係数ｄ(i)は、ブロックｂ(1)〜ｂ(n)の何れについても、一般に、該当するブロックｂ(i)に位置する気象目標の複素誘電率εに対して((ε−１)／(ε＋１))で与えられ、例えば、その気象目標が雨、氷、雲に該当する場合には、それぞれ「０．９３」、「０．１８」、「０．２１ρ２」（ρは、氷の密度を示す。）のような既知の好適な値として設定される。
【００１３】
(2-4) 偏波レーダ２０の既知の諸元として、下記の値を特定する（図６ステップＳ５）。
(2-4-1) 送信波のパルス幅と、空中線系２２と該当するブロックｂ(i)との間における送信波および反射波の伝搬路の長さとの比ｈ(i)
(2-4-2) 送信波Ｔｖ，Ｔｈの波長λ
【００１４】
(2-4-3) 空中線系２２の利得Ｇ
(2-4-4) 空中線系２２の主ローブの水平方向、垂直方向における幅θ，φ
(2-4-5) 空中線系２２と該当するブロックｂ(i)との距離ｒ(i)
【００１５】
(2-5)  上述した送信尖頭電力ｐｔｖ(i)、ｐｔｈ(i)、平均受信電力ｐｒｖ(i)，ｐｒｈ(i)、誘電係数ｄ(i)、比ｈ(i)、波長λ、利得Ｇ、幅θ，φ、距離ｒ(i)に対して成立するレーダ方式(a)，(b)が成立する未知数として、下式(c)、(d)で示されるレーダ反射因子Ｚｖ(i)，Ｚｈ(i)を求める（図６ステップＳ６）。
【数１】
2014102235.tif 000003
【数２】
2014102235.tif 000004
【数３】
2014102235.tif 000005
【数４】
2014102235.tif 000006
【００１６】
(2-6) このようにして求められたレーダ反射因子Ｚｖ(i)，Ｚｈ(i)と、単位時間当たりの降雨量である降雨強度Ｒとの間に成立する公知のＺ−Ｒ関係を示す下式(e)、(f)が成立し、かつ該当するブロックに位置する気象目標の形態（雨、氷、雲）に対応する定数として与えられる係数Ｂ、βを求める（図６ステップＳ７）。
Ｚｖ(i)＝Ｂ・Ｒβ  …(e)
Ｚｈ(i)＝Ｂ・Ｒβ  …(f)
【００１７】
(2-7) このようにして求められた係数Ｂ、βと既述のレーダ反射因子Ｚｖ(i)，Ｚｈ(i)とをそれぞれ上式(e)、(f)に代入することによって、降雨強度Ｒを未知数として算出する（図６ステップＳ８）。
【００１８】
(3) ブロックｂ(i)(ｉ＝１〜ｎ）の全てについて求められた降雨強度Ｒを含む気象情報を信号処理部２３に引き渡す（図６ステップＳ９）。
信号処理部２３は、さらに、指示部２４に備えられた表示装置（図示されない。）の指示画面上に上記気象情報および雨雲等の位置を既述のマッピングに整合した形式で出力する。
【００１９】
なお、本発明に関連性がある先行技術としては、後述する特許文献１ないし特許文献９があった。
(1) 「空中線により周囲に電波を送信し気象目標からのエコーを受信する送受信手段と、当該エコーの受信電力に基づき反射因子を求め、降雨特性を示す変換定数を用いて反射因子を降雨強度又は雨雪量に変換する演算手段と、を備える気象レーダ装置において、空中線の仰角を変化させつつ送受信手段に上記送受信を行わせる可変仰角制御手段と、上記エコーの受信電力を空中線の仰角別に観測してエコー頂高度又は垂直エコー強度分布を求める可変仰角観測手段と、求められたエコー頂高度又は垂直エコー強度分布に応じ上記変換定数を設定する変換定数設定手段とを備える」ことにより、「変換に係る定数を降雨特性に応じて設定可能にし、もってより正確な降雨強度等の観測を実現する」点に特徴がある気象レーダ装置…特許文献１
【００２０】
(2) 「空中に垂直偏波および水平偏波の電波を送出し、気象目標からの反射波を受信する送受信部と、上記送受信部から上記反射波の受信信号を取得し、平均受信電力値を観測ポイント単位で算出する平均受信電力算出部と、上記送受信部から上記反射波の受信信号を取得し、上記垂直偏波および上記水平偏波の反射波の伝播位相差の微分値を上記観測ポイント単位で算出する伝播位相差算出部と、上記平均受信電力値と上記伝播位相差の微分値に基づいて、上記観測ポイント毎の降雨強度を算出する降雨強度算出部を備え、上記降雨強度算出部は、上記伝播位相差の微分値を１単位距離分遅延させる第１の遅延処理部と、上記平均受信電力値を１単位距離分遅延させる第２の遅延処理部と、上記第１の遅延処理部によって１単位距離分遅延した伝播位相差の微分値を用いてＫｄｐ降雨強度を算出するＫｄｐ降雨強度算出部と、上記Ｋｄｐ降雨強度が、観測可能Ｋｄｐ降雨強度の下限値以上と判定した場合には上記Ｋｄｐ降雨強度を出力するＫｄｐ降雨強度有無判定部と、上記Ｋｄｐ降雨強度有無判定部からの出力値と、上記第２の遅延処理部によって１単位距離遅延された平均受信電力値を用いて、途中降雨減衰補正値を算出する受信強度補正値算出部と、上記第２の遅延処理部によって遅延処理されていない上記平均受信電力値に、上記途中降雨減衰補正値を加算する加算部と、上記加算部によって上記途中降雨減衰補正値を加算された平均受信電力値を用いてｄＢＺ降雨強度を算出し、上記観測ポイント毎の降雨強度として出力する受信強度データ降雨強度算出部と、上記受信強度データ降雨強度算出部によって算出されたｄＢＺ降雨強度を１単位距離分遅延させ、上記Ｋｄｐ降雨強度有無判定部に供給する第３の遅延処理部を備え、上記Ｋｄｐ降雨強度有無判定部は、上記Ｋｄｐ降雨強度が上記観測可能Ｋｄｐ降雨強度の下限値より小さい場合には、上記第３の遅延処理部から供給されたｄＢＺ降雨強度を受信強度補正値算出部に出力する」ことにより、「降雨量に関わらず、精度の高い降雨強度算出が可能である」点に特徴がある気象レーダ装置…特許文献２
【００２１】
(3) 「気象レーダで観測される反射強度情報から降水量を解析する気象レーダ情報解析装置において、前記気象レーダの覆域内における格子点気象要素の予測情報を取り込み、この予測情報から高度別の降水カテゴリー及び降水タイプ別の粒径分布を推定し、この推定結果に基づいて気象レーダのレーダ反射因子を降水量に換算する換算式を最適化し、この最適化された換算式により前記気象レーダで観測される反射強度情報に対応する降水量を求める」ことにより、「気象レーダ情報解析に際して降雨の性質に応じた精度の高い降水量を求める」点に特徴がある気象レーダ情報解析装置…特許文献３
【００２２】
(4) 「水平偏波および垂直偏波の２つの電波を空間に放射し、ターゲットで反射された電波を、２つの偏波で水平偏波受信信号および垂直偏波受信信号として受信し、前記水平偏波受信信号および前記垂直偏波受信信号に対して処理を施すことにより二重偏波計測値を取得するレーダ信号処理装置であって、前記水平偏波受信信号と前記垂直偏波受信信号との偏波間の位相差を算出する位相差算出部と、前記水平偏波受信信号および前記垂直偏波受信信号の少なくとも一方からエコー強度を算出するエコー強度算出部と、前記エコー強度から降雨強度の暫定推定値を算出する暫定推定値算出部と、前記暫定推定値を用いて、前記位相差の距離微分を計算する際の第１の距離微分区間を設定する距離微分区間設定部と、前記第１の距離微分区間を用いて前記位相差を距離で微分し、第１の位相差距離微分値を算出する距離微分算出部と、前記第１の位相差距離微分値から降雨強度推定値を算出する降雨強度推定部とを備える」ことにより、「位相誤差の影響の小さい強雨領域での距離分解能の劣化を防止する」点に特徴があるレーダ信号処理装置…特許文献４
【００２３】
(5) 「気象レーダで観測されたレーダ受信電力データを地上雨量計で観測された地上雨量計データに基づいてレーダ方程式に用いる降雨算出パラメータをリアルタイムに最適化する降雨算出パラメータ推定用演算装置と、最適化された降雨算出パラメータに基づくレーダ方程式により前記気象レーダで得られた受信電力データからレーダ雨量を演算し出力するレーダ雨量演算装置とを具備する」ことにより、「レーダ受信電力からレーダ雨量を算出する過程で使用する降雨算出パラメータの最適化を行なうことができ、これによってレーダ雨量の精度を向上させることのできる」点に特徴があるレーダ雨量測定装置…特許文献５
【００２４】
(6) 「レーダ雨量計の全国合成手段と、前記レーダ雨量計のデータを用いて災害履歴の検索を行う災害履歴検索手段と、前記全国合成手段より得られた精度の高い実況のオンライン合成レーダ雨量を用いる流出予測手段と、Ｃバンドレーダ雨量計で観測されたデータとの比較によって得られる補正率によりＸバンドレーダの観測データを補正するレーダ雨量計補正手段との全て又は何れかを選択又は組み合わせてなる」ことにより、「従来の如き境界付近でのデータの段差が生じることなく、複数レーダ雨量計が観測する日本全土の連続的なレーダ雨量を精度良く求めることができる」点に特徴がある全国合成レーダ雨量情報提供システム…特許文献６
【００２５】
(7) 「水平偏波および垂直偏波の２つの電波を空間に放射し、ターゲットで反射された電波を、２つの偏波で水平偏波受信信号および垂直偏波受信信号として受信し、前記水平偏波受信信号および前記垂直偏波受信信号に対して処理を施すことにより二重偏波計測値を取得するレーダ信号処理装置であって、前記水平偏波受信信号と前記垂直偏波受信信号との偏波間の位相差を算出する位相差算出部と、前記水平偏波受信信号および前記垂直偏波受信信号の少なくとも一方からエコー強度を算出するエコー強度算出部と、前記エコー強度から降雨強度の暫定推定値を算出する暫定推定値算出部と、前記暫定推定値に対して反比例するように、前記位相差の距離微分を計算する際の第１の距離微分区間を設定する距離微分区間設定部と、前記第１の距離微分区間を用いて前記位相差を距離で微分し、第１の位相差距離微分値を算出する距離微分算出部と、前記第１の位相差距離微分値から降雨強度推定値を算出する降雨強度推定部とを備え、前記暫定推定値算出部は、気象レーダ方程式を用いて前記エコー強度から降雨の単位体積当たりのレーダ反射率に対応したレーダ反射因子を計算するとともに、定数を用いた前記レーダ反射因子と降雨強度との関係式を用いて前記レーダ反射因子を前記暫定推定値に変換し、前記距離微分区間設定部は、前記降雨強度推定値を用いて第２の距離微分区間を再設定し、前記距離微分算出部は、前記第２の距離微分区間を用いて、前記位相差の第２の位相差距離微分値を再度算出する」ことにより、「位相誤差の影響の小さい強雨領域での距離分解能の劣化を防止する」点に特徴があるレーダ信号処理装置…特許文献７
【００２６】
(8) 「個別のレーダ雨量計によって観測された極座標メッシュ単位の雨量値を基に、レーダ雨量計の観測範囲全域を対象として均質化の処理を行う均質化補正処理機能を有するレーダ雨量計の全国合成手段を備え、該均質化補正処理機能は、個別のレーダ雨量計の設置位置と周囲の地形状況とレーダ雨量計観測仰角とに基づいて算出される各方向別の山岳遮蔽による電力損失率によりレーダ雨量計の観測雨量値を補正する遮蔽補正処理と、個別のレーダ雨量計の観測範囲内の地上雨量計地点におけるレーダ雨量と地上雨量との雨量比を距離方向に解析した距離方向観測特性に基づき補正係数を乗じて距離方向の観測特性を平坦化する距離補正処理と、個別のレーダ雨量計の定量観測範囲内における地上雨量計観測雨量値の総和と同地上雨量計地点に対応するレーダ雨量計極座標メッシュにおけるレーダ雨量計観測雨量値の総和との間の雨量比に、前記遮蔽補正処理及び距離補正処理を施したレーダ雨量をかけることによりレーダ雨量を補正する一様補正処理とから構成される」ことにより、「日本全土の連続的なレーダ雨量を高精度で求め、それを使用して有用な情報が提供できる」点に特徴がある全国合成レーダ雨量情報提供システム…特許文献８
【００２７】
(9) 「発射した水平偏波および垂直偏波の反射波から得られる水平偏波受信信号および垂直偏波受信信号から水平偏波反射強度Ｚｈ、偏波間強度比Ｚｄｒおよび偏波間位相差Ｋｄｐをそれぞれ算出し、水平偏波反射強度Ｚｈから雨量強度Ｒ（Ｚｈ）を、水平偏波反射強度Ｚｈと偏波間強度比Ｚｄｒから雨量強度Ｒ（Ｚｈ，Ｚｄｒ）を、偏波間位相差Ｋｄｐと偏波間強度比Ｚｄｒから雨量強度Ｒ（Ｋｄｐ，Ｚｄｒ）を、偏波間位相差Ｋｄｐから雨量強度Ｒ（Ｋｄｐ）をそれぞれ算出し、算出した雨量強度Ｒ（Ｚｈ）、Ｒ（Ｚｈ，Ｚｄｒ）、Ｒ（Ｋｄｐ，Ｚｄｒ）およびＲ（Ｋｄｐ）を用いて観測範囲の雨量強度の３次元分布を求める気象レーダ装置において、水平偏波受信信号および垂直偏波受信信号に基づいて偏波間相関係数ρｈｖを算出する偏波間相関算出部と、当該装置が放射したレーダビームの一部または全部が遮蔽される領域を表す遮蔽マップデータを保存する遮蔽マップ保存部と、観測範囲の各高度のメッシュ毎に偏波間相関係数ρｈｖに基づいて降水エコーか非降水エコーを判定し、降水エコーと判定されたメッシュに対しては水平偏波反射強度Ｚｈ、偏波間強度比Ｚｄｒ、偏波間位相差Ｋｄｐ、偏波間相関係数ρｈｖおよび遮蔽マップデータに基づいてそれぞれの判定メッシュが遮蔽領域に含まれているかを判定し、遮蔽領域の判定結果に対応したメッシュの降水粒子を判定し、当該判定した降水粒子に適した雨量強度の種類を選択し、当該選択した雨量強度の種類または非降水エコーの判定結果を表す３次元の雨量強度選択データと降水粒子データを生成する降水粒子・雨量選択判定部と、３次元の雨量強度選択データに基づいて雨量強度Ｒ（Ｚｈ）、Ｒ（Ｚｈ，Ｚｄｒ）、Ｒ（Ｋｄｐ，Ｚｄｒ）およびＲ（Ｋｄｐ）から観測範囲の３次元の各メッシュで採用する雨量強度を選択して観測範囲の最終的な雨量強度の３次元分布を算出する雨量強度判定部とを備える」ことにより、「種々の降水粒子が混在する観測範囲全域において高い精度の雨量強度の３次元分布を求めることを可能にする」点に特徴がある気象レーダ装置…特許文献９
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２８】
【特許文献１】特開平０６−２２２１３５号公報
【特許文献２】特開２００６−２２６７１３号公報
【特許文献３】特開２００３−３４４５５６号公報
【特許文献４】特開２００５−０１７０８２号公報
【特許文献５】特開２００５−０１７２６６号公報
【特許文献６】特開２００６−０３００１３号公報
【特許文献７】特許４０９７１４３号公報
【特許文献８】特許４３６９８１６号公報
【特許文献９】特開２００９−００８４４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２９】
ところで、上述した従来例では、ブロックｂ(1)〜ｂ(n)のそれぞれに、雨、氷、雲等の気象目標が混在し得るにもかかわらず、誘電係数ｄ(i)は、少なくとも複数のブロックに共通の値として、しかも、操作者の判断の下で手動で与えられていたため、レーダ反射因子Ｚｖ(i)，Ｚｈ(i)の精度が必ずしも十分には高くなかった。
【００３０】
すなわち、従来例では、このようなレーダ反射因子Ｚｖ(i)，Ｚｈ(i)だけではなく、既述の係数Ｂ、βが的確には求められないために、降雨強度Ｒの精度も低かった。
【００３１】
なお、このような精度の低下は、例えば、水平偏波の反射波について求められたレーダ反射因子Ｚｈ(i)と、水平偏波および垂直偏差の反射についてそれぞれ求められたレーダ反射因子の差ＺＤＲ(i)（＝Ｚｈ(i)−Ｚｖ(i)）との値の組み合わせに応じて、気象目標の形態（雨、氷、雲）が推定され、その気象目標の形態に適合した既述の係数Ｂ、βがＺ−Ｒ関係に適用されることによって、緩和が可能である。
【００３２】
しかし、このような緩和は、降雨強度Ｒに応じて増加する送信波や反射波の伝搬損失（減衰量）が大きいほど上記レーダ反射因子の差ＺＤＲ(i)の精度が著しく低下するために、実際には実現され難かった。
【００３３】
本発明は、分布目標の形態と物理的な分布との如何にかかわらず、その分布目標の属性を精度よく安定に得ることができるレーダ信号処理装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００３４】
請求項１に記載の発明では、誘電係数取得手段は、偏波が異なる複数ｐの送信波に応じて分布目標から個別に到来した反射波の相関ρと前記分布目標の態様との既知の対応関係に、前記相関ρを適用することによって前記分布目標の態様を特定し、その態様で定まる前記分布目標の誘電係数を求める。反射因子算出手段は、前記偏波毎の送信波および反射波に対して成立する複数ｐのレーダ方程式の全てまたは一部に前記誘電係数取得手段によって求められた誘電係数を適用し、前記偏波の全てまたは一部に対応したレーダ反射因子を未知数として求める。
【００３５】
すなわち、既述の異なる複数ｐの偏波の反射波の相関ρを基準として、送信波を反射した分布目標の態様で定まるその分布目標の誘電係数が求められ、その誘電係数がレーダ方式に適用されることによってレーダ反射因子が得られる。
【００３６】
請求項２に記載の発明では、誘電係数取得手段は、偏波が異なる複数ｐの送信波に応じて分布目標から個別に到来した反射波の直線偏波抑圧比ＬＤＲと前記分布目標の態様との既知の対応関係に、前記直線偏波抑圧比ＬＤＲを適用することによって前記分布目標の態様を特定し、その態様で定まる前記分布目標の誘電係数を求める。反射因子算出手段は、前記偏波毎の送信波および反射波に対して成立する複数ｐのレーダ方程式の全てまたは一部に前記誘電係数取得手段によって求められた誘電係数を適用し、前記偏波の全てまたは一部に対応したレーダ反射因子を未知数として求める。
【００３７】
すなわち、既述の異なる複数ｐの偏波の反射波の直線偏波抑圧比ＬＤＲを基準として、送信波を反射した分布目標の態様で定まるその分布目標の誘電係数が求められ、その誘電係数がレーダ方程式に適用されることによってレーダ反射因子が得られる。
【００３８】
請求項３に記載の発明では、誘電係数取得手段は、偏波が異なる複数ｐの送信波に応じて分布目標から個別に到来した反射波の相関ρおよび直線偏波抑圧比ＬＤＲの組み合わせと前記分布目標の態様との既知の対応関係に、前記組み合わせを適用することによって前記分布目標の態様を特定し、その態様で定まる前記分布目標の誘電係数を求める。反射因子算出手段は、前記偏波毎の送信波および反射波に対して成立する複数ｐのレーダ方程式の全てまたは一部に前記誘電係数取得手段によって求められた誘電係数を適用し、前記偏波の全てまたは一部に対応したレーダ反射因子を未知数として求める。
【００３９】
すなわち、既述の異なる複数ｐの偏波の反射波の相関ρおよび直線偏波抑圧比ＬＤＲの組み合わせを基準として、送信波を反射した分布目標の態様で定まるその分布目標の誘電係数が求められ、その誘電係数がレーダ方式に適用されることによってレーダ反射因子が得られる。
【００４０】
請求項４に記載の発明では、請求項１ないし請求項３の何れか１項に記載のレーダ信号処理装置において、前記誘電係数取得手段は、前記反射波の伝搬位相差変化率と前記分布目標の態様との既知の対応関係に基づいて前記分布目標の態様の不確定性の緩和または排除を図る。
【００４１】
すなわち、既述の異なる複数ｐの偏波の反射波の相関ρと直線偏波抑圧比ＬＤＲとの双方もしくは何れか一方と、伝搬位相差変化率とを基準として、送信波を反射した分布目標の態様で定まるその分布目標の誘電係数が求められ、その誘電係数がレーダ方式に適用されることによってレーダ反射因子が得られる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明によれば、レーダ反射因子が示す分布目標の属性は、人手を介することなく精度よく安定に求められる。
したがって、本発明が適用されたレーダは、レーダ信号処理の手順が大幅に変更されることなく、分布目標の形態および実態に適した属性の特定、識別および監視が安定に実現される。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態を示す図である。
【図２】本実施形態において制御部が行う処理のフローチャートである。
【図３】レーダ信号処理の過程で得られるパラメータと気象目標の形態との対応関係を示す図である。
【図４】従来の偏波レーダの構成例を示す図である。
【図５】従来の偏波レーダによって行われるスキャンの形態を示す図である。
【図６】従来の偏波レーダにおいて制御部が行う処理のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態を示す図である。
図において、図４に示すものと機能および構成が同じものについては、同じ符号を付与し、ここでは、その説明を省略する。
【００４５】
本実施形態と図４に示す従来例との構成の相違点は、以下に列記する点にある。
(1) 偏波レーダ２０に代わって偏波レーダ１０が備えられる。
(2) 偏波レーダ１０のハードウェアの構成は、制御部２５に代えて制御部１１が備えられた点を除いて上記偏波レーダ２０と同じである。
図２は、本実施形態において制御部が行う処理のフローチャートである。
【００４６】
図において、従来例と同様にして行われる処理については、図６と同じステップ番号を付与し、ここでは、その説明を省略する。
以下、図１および図２を参照して本実施形態の動作を説明する。
【００４７】
本実施形態では、制御部１１は、後述する点を除いて、従来例における制御部２５と同様に各部と連係することにより、ブロックｂ(i)(ｉ＝１〜ｎ）および偏波毎に送信尖頭電力ｐｔｖ(i)，ｐｔｈ(i)および平均受信電力ｐｒｖ(i)，ｐｒｈ(i)を求め（図２ステップＳ２，Ｓ３）、かつ偏波レーダ１０の既知の諸元として以下の値を特定する（図２ステップＳ５）。
【００４８】
(1) 送信波のパルス幅と、空中線系２２と該当するブロックｂ(i)との間における送信波および反射波の伝搬路の長さとの比ｈ(i)
(2) 送信波Ｔｖ，Ｔｈの波長λ
【００４９】
(3) 空中線系２２の利得Ｇ
(4) 空中線系２２の主ローブの水平方向、垂直方向における幅θ，φ
(5) 空中線系２２と該当するブロックｂ(i)との距離ｒ(i)
【００５０】
ところで、ブロックｂ(1)〜ｂ(n)毎に位置する気象目標の形態「雨（霧雨を含む。）」、「氷晶」、「雪（乾いた雪および湿った雪を含む。）」は、一般に、「気象と大気のリモートセンシング（京都大学学術出版会）」からの抜粋である図３に点線の枠がけで示すように、上記復調信号Ｍｖ，Ｍｈの瞬時値の列（ｍｖ(i,1)〜ｍｖ(i,k)、ｍｈ(i,1)〜ｍｈ(i,k)）の偏波間における相関ρｈｖ(i)の絶対値（＝｜ρｈｖ(i)｜）に対して既知の相関性を有する。
【００５１】
本実施形態では、制御部１１は、その主記憶または外部記憶の余剰の領域に、図３に示す相関性が予め登録されたデータベースが配置される。
【００５２】
本発明の特徴は、本実施形態では、制御部１１がこのような相関性および以下の手順に基づいて、ブロックｂ(1)〜ｂ(n)毎に、誘電係数ｄ(i)およびレーダ反射因子Ｚｖ(i)，Ｚｈ(i)を求める点にある。
【００５３】
(1) 復調信号Ｍｖ，Ｍｈの瞬時値の列（ｍｖ(i,1)〜ｍｖ(i,k)、ｍｈ(i,1)〜ｍｈ(i,k)）の偏波間における相関ρｈｖ(i)の絶対値（＝｜ρｈｖ(i)｜）を算出する（図２ステップＳ１１）。
【００５４】
(2) その絶対値に基づいて上記データベースを参照することにより、気象目標の形態を特定する（図２ステップＳ１２）。
【００５５】
(3) 特定された気象目標の形態に適合した誘電係数ｄ(i)を求める（図２ステップＳ１３）。なお、このような誘電係数ｄ(i)は、従来例と同様に、該当する気象目標が雨、氷、雲に該当する場合には、それぞれ既述の通りに「０．９３」、「０．１８」、「０．２１ρ２」（ρは、氷の密度を示す。）にそれぞれ設定される。
【００５６】
制御部１１は、このようにして求められた誘電係数ｄ(i)に併せて、既述の送信尖頭電力ｐｔｖ(i)、ｐｔｈ(i)、平均受信電力ｐｒｖ(i)，ｐｒｈ(i)、比ｈ(i)、波長λ、利得Ｇ、幅θ，φ、距離ｒ(i)に対して成立するレーダ方式(a)，(b)が成立する未知数として、レーダ反射因子Ｚｖ(i)，Ｚｈ(i)を求める（図２ステップＳ６）。
【００５７】
さらに、制御部１１は、従来例と同様の手順に基づいて係数Ｂ、βを求め（図２ステップＳ７）、降雨強度Ｒを算出する（図２ステップＳ８）と共に、ブロックｂ(i)(ｉ＝１〜ｎ）の全てについて求められた降雨強度Ｒを含む気象情報を信号処理部２３に引き渡す（図２ステップＳ９）。
【００５８】
信号処理部２３は、従来例と同様に、指示部２４に備えられた表示装置（図示されない。）の指示画面上に上記気象情報および雨雲等の位置を既述のマッピングに整合した形式で出力する。
【００５９】
すなわち、誘電係数ｄ(i)は、操作者によって与えられるのではなく、復調信号Ｍｖ，Ｍｈの瞬時値の列（ｍｖ(i,1)〜ｍｖ(i,k)、ｍｈ(i,1)〜ｍｈ(i,k)）の偏波間における相関ρｈｖ(i)の絶対値（＝｜ρｈｖ(i)｜）に対して既知の相関性が高い気象目標の形態に適した値として与えられる。
【００６０】
また、このような相関ρｈｖ(i)は、一般に、反射波（復調信号）の振幅の格差や変動が正規化により圧縮された信号空間上の処理として安定に精度よく算出可能である。
【００６１】
したがって、本実施形態によれば、上記復調信号Ｍｖ，Ｍｈの瞬時値の列（ｍｖ(i,1)〜ｍｖ(i,k)、ｍｈ(i,1)〜ｍｈ(i,k)）の双方もしくは何れか一方のレベルが降雨等に起因して大幅に低下した場合であっても、ブロック毎に位置する気象目標の形態の実態に整合した降雨強度Ｒ等の気象情報が精度よく安定に求められる。
【００６２】
なお、本実施形態では、誘電係数ｄ(i)を求めるための基準となる気象目標の形態は、復調信号Ｍｖ，Ｍｈの瞬時値の列（ｍｖ(i,1)〜ｍｖ(i,k)、ｍｈ(i,1)〜ｍｈ(i,k)）の偏波間における相関ρｈｖ(i)の絶対値（＝｜ρｈｖ(i)｜）のみに対する既知の相関性に基づいて特定されている。
【００６３】
しかし、このような相関性は、図３に併記されたパラメータを含む下記の相関性の何れかで代替されることにより、該当するブロックに位置する気象目標の形態に対する整合性が高められ、かつ多様な気象目標に対する柔軟な適合が図られてもよい。
【００６４】
(1) 復調信号Ｍｖ，Ｍｈの瞬時値の列（ｍｖ(i,1)〜ｍｖ(i,k)、ｍｈ(i,1)〜ｍｈ(i,k)）の直線偏波抑圧比ＬＤＲｈｖ(i)（既述の絶対値｜ρｈｖ(i)｜に代わる。）に対する相関性
【００６５】
(2) 復調信号Ｍｖ，Ｍｈの瞬時値の列（ｍｖ(i,1)〜ｍｖ(i,k)、ｍｈ(i,1)〜ｍｈ(i,k)）の直線偏波抑圧比ＬＤＲｈｖ(i)と、既述の絶対値｜ρｈｖ(i)｜との双方に対する相関性
【００６６】
(3) 復調信号Ｍｖ，Ｍｈの瞬時値の列（ｍｖ(i,1)〜ｍｖ(i,k)、ｍｈ(i,1)〜ｍｈ(i,k)）の伝搬位相差変化率ＫＤＰ(i)と、既述の絶対値｜ρｈｖ(i)｜との双方に対する相関性
【００６７】
(4) 復調信号Ｍｖ，Ｍｈの瞬時値の列（ｍｖ(i,1)〜ｍｖ(i,k)、ｍｈ(i,1)〜ｍｈ(i,k)）の直線偏波抑圧比ＬＤＲｈｖ(i)と、復調信号Ｍｖ，Ｍｈの瞬時値の列（ｍｖ(i,1)〜ｍｖ(i,k)、ｍｈ(i,1)〜ｍｈ(i,k)）の伝搬位相差変化率ＫＤＰ(i)と、既述の絶対値｜ρｈｖ(i)｜との全てに対する相関性
【００６８】
また、本実施形態では、上記相関性の不確定性は、既述の絶対値｜ρｈｖ(i)｜、直線偏波抑圧比ＬＤＲｈｖ(i)、伝搬移相差変化率ＫＤＰ(i)の全てまたは一部に季節や時間帯に応じた実績、経過、予測等が反映されることによって、緩和や回避が図られてもよい。
【００６９】
さらに、本実施形態では、気象目標の形態は、雨、氷、雲に限定されず、既述の絶対値｜ρｈｖ(i)｜と、直線偏波抑圧比ＬＤＲｈｖ(i)と、伝搬位相差変化率ＫＤＰ(i)との所望の組み合わせとの相関性に基づいて特定可能であり、このようにして特定された気象目標の形態に好適な誘電係数ｄ(i)が既知である場合には、例えば、図３の最左欄に示すように、「あられ」や「ひょう」等に拡張されてもよい。
【００７０】
また、本発明は、二偏波レーダに限定されず、互いに相関性が疎である複数の偏波の反射波の間における相関または偏波抑圧度に基づいて気象目標の形態が自動的に特定され、その特定された気象目標の形態に適合した誘電係数が求められることにより、レーダ反射因子を精度よく算出することが可能であるならば、３つ以上の多偏波レーダにも同様に適用可能である。
【００７１】
さらに、本発明は、偏波レーダや気象レーダに限定されず、上記２偏波または多偏波の反射波の相関または偏波抑圧度に基づいて形態や属性が識別可能な多様な目標の検知や観測にも、同様に適用可能である。
【００７２】
また、本発明は、既述の構成に限定されず、同等の作用効果を奏するならば、多様な機能分散や負荷分散が図られた系として構成されてもよく、このような系を構成する要素の何れについても、共通のサイトや地点に設置されなくてもよく、例えば、地理的に隔たったサイトに設置されて通信路を介して連係可能に構成されてもよい。
【００７３】
さらに、本発明は、上述した実施形態に限定されず、本発明の範囲において多様な実施形態の構成が可能であり、構成要素の全てまたは一部に如何なる改良が施されてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１０，２０  偏波レーダ
１１，２５  制御部
２１  送受信部
２２  空中線系
２３  信号処理部
２４  指示部
【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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