(57)【要約】【課題】従来のＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置では、送信波と反射波とを合成してビート信号を得て、これに含まれる対象物の相対速度に応じた周波数遷移よりドップラ速度を求める。しかし、雲や雨などの気象観測を行う場合には、距離に比例した周波数偏移に対して相対速度に応じた周波数偏移が微小なため、ビート信号の周波数成分だけに着目して対象物の距離と相対速度を測定することは極めて困難である。【解決手段】繰返し周波数掃引されるＦＭ波を送信するＦＭ波送信部と、反射波を受信する反射波受信部と、送信波と反射波とからビート信号を合成するビート信号合成部と、複数の掃引におけるビート信号の初期位相を取得する初期位相取得部と、取得した二以上の初期位相の差分からドップラ速度候補を取得するドップラ速度候補取得部とを有するＦＭ−ＣＷレーダ装置を提供する。【選択図】図１
2011007828.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰返し周波数掃引されるＦＭ波を送信するＦＭ波送信部と、
反射波を受信する反射波受信部と、
送信波と反射波とからビート信号を合成するビート信号合成部と、
複数の掃引におけるビート信号の初期位相を取得する初期位相取得部と、
取得した二以上の初期位相の差分からドップラ速度候補を取得するドップラ速度候補取得部と、
を有するＦＭ−ＣＷレーダ装置。
【請求項２】
前記ＦＭ波送信部は、二種以上の送信波を送信する複数波送信手段を有し、
前記ドップラ速度候補取得部は、各送信波に対応した前記初期位相の差分を比較し、速度軸で一致するものを選ぶことで複数のドップラ速度候補から最適ドップラ速度を得るための絞り込みを行う絞込演算手段を有する請求項１に記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置。
【請求項３】
繰返し周波数掃引されるＦＭ波を送信するＦＭ波送信ステップと、
反射波を受信する反射波受信ステップと、
送信波と反射波とからビート信号を合成するビート信号合成ステップと、
複数の掃引におけるビート信号の初期位相を取得する初期位相取得ステップと、
取得した二以上の初期位相の差分からドップラ速度候補を取得するドップラ速度候補取得ステップと、
からなるドップラ速度測定方法。
【請求項４】
前記ＦＭ波送信ステップは、二種以上の送信波を送信する複数波送信サブステップを有し、
前記ドップラ速度候補取得ステップは、各送信波に対応した前記初期位相の差分を比較し、速度軸で一致するものを選ぶことで複数のドップラ速度候補から最適ドップラ速度を得るための絞り込みを行う絞込演算サブステップを有する請求項３に記載のドップラ速度測定方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対象物のドップラ速度を観測する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化をはじめとする地球上の気候変動に対する注目が集まっている。また、竜巻や集中豪雨といった局所的な気象変動による大きな災害が生じている。このような状況において、気象災害の予防と軽減のために、気象観測の果たす役割は大きなものとなっている。【０００３】
気象観測などのリモートセンシングにおいて、様々な方式によるレーダ装置の開発が進められている。その中でもＦＭ−ＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）方式は、周波数を変調する連続波を使用することにより、従来のパルス方式に比べ小電力で高感度な観測が可能であり、また、比較的簡易な構成で、対象物の距離と速度を観測することができる。【０００４】
ＦＭ−ＣＷ方式による一般的な観測は、以下のようなものである。まず、周波数が所定の周期及び形状で変化する送信波を送信アンテナから送信する。そして、対象物に反射された反射波は、受信アンテナにより受信波として受信される。ここで、受信波は、対象物までの距離に相当した時間遅れを持つ信号となる。また、送信波と受信波とをミキサで合成して形成されるビート信号の周波数は、レーダと対象物との距離に比例した周波数（ビート周波数）とレーダと対象物の相対速度に比例した周波数（ドップラ周波数）とを足し合わせたものとなる。よって、ビート信号の各周波数を検出することによってレーダと対象物の距離及びレーダと対象物の相対速度を求めることが原理的に可能である。【０００５】
ここで、ビート信号には、ミキサから生じるノイズや送信系から受信系への電波の直接的な回り込みにより生じるノイズなどの直流や低周波の不要なノイズが混入することがある。対象物までの距離と相対速度によっては、このようなノイズのためにビート信号が埋もれてしまい、対象物の距離と相対速度を検出することが不可能な状態となってしまう。このような状態となってしまう領域のことを不検知領域という。不検知領域は、対象物までの距離と相対速度により一定の幅を持った領域として存在する。【０００６】
この問題に対しては、変調周期の異なる２種類の送信波を用い、この２種類の送信波を交互に送信し、異なるビート信号を得ることにより、不検知領域を減少させることが提案されている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−１３３１４４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、従来のＦＭ−ＣＷ方式のレーダ装置は、レーダ装置と対象物との距離が比較的近い観測環境（車間距離の観測等）においては有効であるが、地上から数ｋｍないし数十ｋｍを隔てて存在する雲等の観測を行う場合には、レーダと対象物の距離が大きく離れているため、ドップラ周波数がビート周波数と比較して非常に小さくなり、対象物との相対速度を測定することが極めて困難となっていた。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明はかかる課題を解決するために、以下のＦＭ−ＣＷレーダを提供するものである。すなわち、第一の発明として、繰返し周波数掃引されるＦＭ波を送信するＦＭ波送信部と、反射波を受信する反射波受信部と、送信波と反射波とからビート信号を合成するビート信号合成部と、複数の掃引におけるビート信号の初期位相を取得する初期位相取得部と、取得した二以上の初期位相の差分からドップラ速度候補を取得するドップラ速度候補取得部と、を有するＦＭ−ＣＷレーダ装置を提案する。【００１０】
第二の発明として、前記ＦＭ波送信部は、二種以上の送信波を送信する複数波送信手段を有し、前記ドップラ速度候補取得部は、各送信波に対応した前記初期位相の差分を比較し、速度軸で一致するものを選ぶことで複数のドップラ速度候補から最適ドップラ速度を得るための絞り込みを行う絞込演算手段を有する請求項１に記載のＦＭ−ＣＷレーダ装置を提案する。【００１１】
第三の発明として、繰返し周波数掃引されるＦＭ波を送信するＦＭ波送信ステップと、反射波を受信する反射波受信ステップと、送信波と反射波とからビート信号を合成するビート信号合成ステップと、複数の掃引におけるビート信号の初期位相を取得する初期位相取得ステップと、取得した二以上の初期位相の差分からドップラ速度候補を取得するドップラ速度候補取得ステップと、からなるドップラ速度測定方法を提案する。【００１２】
第四の発明として、前記ＦＭ波送信ステップは、二種以上の送信波を送信する複数波送信サブステップを有し、前記ドップラ速度候補取得ステップは、各送信波に対応した前記初期位相の差分を比較し、速度軸で一致するものを選ぶことで複数のドップラ速度候補から最適ドップラ速度を得るための絞り込みを行う絞込演算サブステップを有する請求項３に記載のドップラ速度測定方法を提案する。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によって、雲のような遠距離に存在する観測対象物の距離と相対速度を測定することが可能となり、より詳細な気象状況の観測を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置の機能ブロックの一例図
【図２】本実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置の回路構成の一例図
【図３】ＦＭ−ＣＷ方式により対象物の距離及びドップラ速度を測定する原理
【図４】ドップラ周波数のスペクトル
【図５】実施形態１に係るドップラ速度測定方法の処理の流れの一例図
【図６】実施形態２に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置の機能ブロックの一例
【図７】ある時刻におけるビート信号の位相変化率の分布
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下本発明を実施するための形態について説明する。なお、本発明はこれら実施の形態になんら限定されるべきものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得る。
【００１６】
実施形態１は、主に請求項１、３について説明する。
【００１７】
実施形態２は、主に請求項２、４について説明する。
＜実施形態１＞
＜実施形態１  概要＞
【００１８】
本実施形態では、複数の掃引におけるビート信号の初期位相を取得し、取得した二以上の初期位相の差分からドップラ速度候補を取得することを特徴とするＦＭ−ＣＷレーダ装置及びドップラ速度測定方法を説明する。
＜実施形態１  構成＞
【００１９】
図１は、本実施形態に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置の機能ブロックの一例を示すための図である。「ＦＭ−ＣＷレーダ装置」（０１００）は、「ＦＭ波送信部」（０１０１）と、「反射波受信部」（０１０２）と、「ビート信号合成部」（０１０３）と、「初期位相取得部」（０１０４）と、「ドップラ速度候補取得部」（０１０５）とにより構成される。また、図２は、本実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置の回路構成の一例を示す図である。
【００２０】
「ＦＭ波送信部」（０１０１）は、繰返し周波数掃引されるＦＭ波を送信する機能を有する。ここで、繰返し周波数掃引されるとは、所定の周波数範囲で周波数を繰返し変調させることをいう。当該周波数の範囲や繰返す回数等は観測対象や観測環境に合わせて適宜変更する。気象観測には、Ｃバンド（５ＧＨｚ）やＸバンド（１０ＧＨｚ）の周波数が用いられることが多いが、雲などを観測する場合にはより高い周波数を用いることが望ましい。また、雲を構成している水や氷の粒子は、概ね数μｍから数十μｍの大きさであるため、降雨を伴わないような薄い雲を観測できる感度を得るために送信波としてミリ波（３０ＧＨｚ〜３００ＧＨｚ）を用いることが望ましい。
【００２１】
ＦＭ波は、振幅が一定の状態で周波数変調する波をいう。ＦＭ波送信部においては、信号発生器Ａ（０２０１）にて１５０±１０ＭＨｚのＦＭ−ＣＷ信号を作る。そして、信号発生器Ｂ（０２０２）にて作る２段の局部発振周波数と混合してアップコンバートし、９４．７９ＧＨｚ（波長＝３．１６ｍｍ）の送信信号を生成し送信用アンテナ（０２２０）を介して送信する。ＦＭ波送信部は、上記の信号発生器や送信用アンテナなどの他に、ディバイダ（０２０３、０２０４）、スプリッタ（０２２４、０２２５）、ミキサ（０２０５、０２０６）、バンド・パス・フィルタ（０２１０、０２１１）、アンプ（０２１５、０２１６）、フェイズロック発振器（０２２２、０２２３）、逓倍器（０２２７）を備える。
【００２２】
「反射波受信部」（０１０２）は、反射波を受信する機能を有する。本実施形態においては、送信用アンテナとは別に受信用アンテナ（０２２１）を備えている。このアンテナについては反射波を受信可能なものである限り何ら限定を加えない。使用するＦＭ波の周波数などに応じて従来技術により実施可能である。反射波受信部は、上記の受信用アンテナなどの他に、ミキサ（０２０７、０２０８）、バンドパスフィルタ（０２１２、０２１３、０２１４）、アンプ（０２１７、０２１８、０２１９）を備える。
【００２３】
「ビート信号合成部」（０１０３）は、送信波と反射波とからビート信号を合成する機能を有する。ビート信号は送信信号と受信信号の位相の差である位相を有する信号である。具体的には、送信信号の電界成分をＥｔ＝Ａｔｃｏｓ（2πｆｔ＋φｔ）、位相信号の電界成分をＥｒ＝Ａｒｃｏｓ（2πｆｒ＋φｒ）とした場合、ビート信号の強度はＩｂ＝2ＡｔＡｒｃｏｓ｛2π（ｆｒ−ｆｔ）ｔ＋（φｒ−φｔ）｝と表わされる。受信用アンテナ（０２２１）により受信された反射波は、低ノイズアンプ（０２１９）及びバンド・パス・フィルタ（０２１２）を経て、局部発振周波数でダウンコンバートされた後、信号発生器Ａの信号と混合されてビート信号を生成する。
【００２４】
「初期位相取得部」（０１０４）は、複数の掃引におけるビート信号の初期位相を取得する機能を有する。初期位相取得部は、ビート信号合成部により生成されるビート信号に基づき、パーソナルコンピュータ（０２２６）などの計算機を用いて、以下に示す演算処理を行うことにより初期位相を取得する。
【００２５】
図３は、ＦＭ−ＣＷ方式により対象物の距離及びドップラ速度を測定する原理を示す図である。実線にて示され鋸波状に変調しているのが送信信号である。この変調は、中心周波数ｆ０からＦの周波数幅で変調される。掃引の周期はＴｍである。対象物により反射された受信波の信号は、図３において破線で示される。この図から分かるように、受信信号は対象物までの距離に相当した時間遅れτを持つ信号となる。対象物までの距離が大きいとき、ビート信号は時間遅れ（距離）に比例した周波数（ビート周波数）を有する波と近似することができるため、ビート信号の周波数を検出することで対象物までの距離を測定することができる。なお、実際のビート信号は距離の異なる複数の対象物からの反射信号から構成されるが、ビート信号をＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理して周波数のスペクトルを求めることで、複数の対象物までの距離を求めることが可能になる。
【００２６】
ビート信号の初期位相を取得するために、まず、一の掃引内の時間での送信波の位相について考える。送信波は、図示したように線形に周波数掃引されるので、掃引開始時の周波数をｆｌ、周波数変化率をΔｆ（＝２Ｆ／Ｔｍ）とすると、その位相θｔ（ｔ）は数１で表せる。
【数１】
2011007828.tif 000003
【００２７】
ここで、θｔ（０）は送信波の初期位相である。
【００２８】
次に、受信波であるが、振幅は対象物の散乱断面積で決まり時間的に一定であるから、位相成分のみ考慮する。対象物の視線方向の速度をｖ、対象物までの距離をｒ（ｔ）＝ｒ（０）＋ｖｔ（ｖ＝ｄｒ／ｄｔ）、対象物で反射した後に受信されるまでの時間遅れをτ（ｔ）＝２ｒ（ｔ）／ｃとすると、受信波の位相θｒ（ｔ）は、数２で求められる。
【数２】
2011007828.tif 000004
【００２９】
ここで、Θは対象物に反射したときの位相変化である。数１及び数２より積分し整理するとビート信号の位相θｂ（ｔ）は送信信号と受信信号の位相の差であることから、数３、数４で表せる。
【数３】
2011007828.tif 000005
【数４】
2011007828.tif 000006
【００３０】
ここで数３から、ビート信号の周波数は、ビート周波数ｆbと、ドップラ周波数ｆｄの値で決まることが分かる。また数４から、ビート周波数ｆｂは対象物までの距離に依存し、ドップラ周波数ｆｄは対象物との相対速度に依存することが分かる。ただし、対象物との距離が大きい場合は一般的にｆｂ≫ｆｄ（ｆｂ〜ｆｂ＋ｆｄ）であるから、このビート信号の周波数から数５を利用して対象物までの距離を求めることができる。また、初期位相は数３の右辺第二項と第三項の和である。
【数５】
2011007828.tif 000007
【００３１】
「ドップラ速度候補取得部」（０１０５）は、取得した二以上の初期位相の差分からドップラ速度候補を取得する機能を有する。「ドップラ速度」とは、レーダ装置に対する対象物の相対速度であり、ドップラ速度が正である場合には、対象物はレーダ装置から遠ざかる相対速度を有することになる。反対に負である場合には、対象物はレーダ装置に対して近づく相対速度を有することになる。原理的には数４から、ドップラ周波数を用いて対象物との相対速度を求めることが可能である。しかしながら、上述のようにドップラ周波数はビート周波数に比べて小さく検知するのが困難な場合が多い。よって、以下に示すように二以上の初期位相の差分からドップラ周波数を検知する。
【００３２】
ＦＭ−ＣＷ方式では掃引を周期Ｔｍで繰り返し行なう。そこで、ｎ番目の掃引とｎ＋１番目の掃引について考える。このとき対象物が運動をしているならば、それぞれの掃引での対象物までの距離は、ｖＴｍだけ変化している。ｎ番目の掃引での対象物までの距離と、ｎ＋１番目の掃引での対象物までの距離を、それぞれｒｎ、ｒｎ＋１とすると、これらの関係は、数６で表せる。
【数６】
2011007828.tif 000008
【００３３】
ここで、第三項の反射時の位相変化はＴｍが短いため一定とみなすことができ、それぞれの掃引のビート信号の初期位相の差分Δθｂを考えると、数７で表せる。
【数７】
2011007828.tif 000009
【００３４】
数７は、ビート信号の初期位相がドップラ周波数ｆｄで回転していることを示すものである。したがって、この初期位相の変化を測定することによりドップラ速度を得ることができる。
【００３５】
取得した二以上のビート信号の初期位相の差分からドップラ速度候補を取得するための処理を、以下具体的に説明する。まずビート信号の一掃引時間のデータから複数の周波数成分を検出する。データの取得は１掃引時間Ｔｍ中にＭポイントサンプリングし、これをＦＦＴ（高速フーリエ変換）処理をすることによりＭ／２個の周波数成分が得られる。ここで得られる各周波数成分は、数５で関係付けられた距離からの反射信号に相当する。したがって、１掃引で距離方向にＭ／２個のデータを取得しているといえる。さらに、掃引数をＮ回とすると時間方向にＮ個のデータが得られる。ここで、距離方向にｍ番目でかつ時間方向にｎ番目の位相のデータをφｍｎと表わすと、位相データは数８のようになる。
【数８】
2011007828.tif 000010
【００３６】
また、ある距離方向にｍ番目の行の位相データを時間方向に並べたものが数９である。  
【数９】
2011007828.tif 000011
【００３７】
このデータ列は、前述のとおり周波数がｆｄである信号をＴｍごとにサンプリングしたものとみなせる。したがって、このデータ列をもう一度ＦＦＴすることにより距離がｍ番目の行にある対象物のドップラ周波数ｆｄのスペクトルを求めることができる。ドップラ周波数ｆｄをサンプリング周波数ｆｍ（＝１／Ｔｍ）でサンプリングしているものと同等であるので、サンプリング定理（２ｆｄ＜ｆｍ）を満たしている範囲であればドップラ周波数は一意で求めることができる。このときの測定可能範囲は数１０のようになる。
【数１０】
2011007828.tif 000012
【００３８】
上記の測定可能範囲を超えた場合には折り返しを生じ、ドップラ周波数は一意に定まらず、不定性が生じてしまう。このような場合のドップラ周波数のスペクトルを示したものが図４である。Ａで示されているスペクトルが真のドップラ速度を表すものであった場合に、折り返しが生じることにより、Ｂで示されているように、複数のドップラ速度候補が周期的に現れる。
【００３９】
実際の観測においては、このように折り返しによる不定性が生じる場合であっても、サンプリング周波数をなるべく高くしたり、観測パラメータを調整したり、雨や雲などの対象物の物理的性質を考慮したりすることにより、真のドップラ速度を判別することが可能である。
【００４０】
＜処理手順＞
図５は、本実施例の処理手順の一例を表す流れ図である。まずＦＭ波送信ステップ（ステップＳ０５０１）では、繰返し周波数掃引されるＦＭ波を送信する。次に反射波受信ステップ（ステップＳ０５０２）では、反射波を受信する。ビート信号合成ステップ（ステップＳ０５０３）では、送信波と反射波とからビート信号を合成する。初期位相取得ステップ（ステップＳ０５０４）では、複数の掃引におけるビート信号の初期位相を取得する。ドップラ速度候補取得ステップ（ステップＳ０５０５）では、取得した二以上の初期位相の差分からドップラ速度候補を取得する。
【００４１】
＜実施形態１  効果＞
【００４２】
本実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置、ドップラ速度測定方法により、折り返しによる不定性が生じた場合であっても、ドップラ速度を判別するためのドップラ速度候補が得られることにより、対象物の距離と相対速度の観測を行うことができる。
＜実施形態２＞
＜実施形態２  概要＞
【００４３】
本実施形態では、実施形態１のＦＭ−ＣＷレーダ装置を基本として、二種以上の送信波を送信することにより、折り返しが生じた場合であっても、複数のドップラ速度候補の内から最適ドップラ速度を得ることができるＦＭ−ＣＷレーダ装置及びドップラ速度測定方法を説明する。
＜実施形態２  構成＞
【００４４】
図６は、本実施形態に係るＦＭ−ＣＷレーダ装置の機能ブロックの一例を示すための図である。「ＦＭ−ＣＷレーダ装置」（０６００）は、「ＦＭ波送信部」（０６０１）と、「反射波受信部」（０６０２）と、「ビート信号合成部」（０６０３）と、「初期位相取得部」（０６０４）と、「ドップラ速度候補取得部」（０６０５）とにより構成され、ＦＭ波送信部は、さらに「複数波送信手段」（０６０６）を有し、ドップラ速度候補取得部は、さらに「絞込演算手段」（０６０７）を有する。「複数送信手段」と「絞込演算手段」以外の各構成は実施形態１における各構成と同様であるため、説明を省略する。
【００４５】
「複数波送信手段」（０６０６）は、二種以上の送信波を送信する機能を有する。ここで送信される送信波は、実施形態１で述べたように所定の周期で周波数変調を繰り返すＦＭ波である。そして、二種以上の送信波は、それぞれの変調周期のみを異なるものとしたものである。例えば、一の送信波の１掃引の時間をＴｍ＝２５０μｓｅｃとすれば、この送信波の変調周波数はｆｍ＝４ｋＨｚ（Ｔｍ＝１／ｆｍ）となる。この場合に、例えば、変調周波数ｆｍ＝３ｋＨｚとなる送信波をもう一つの送信波として用いる。複数波送信手段は、このように異なる変調周期を有する二種以上の送信波を送信する。二種以上の送信波におけるそれぞれの変調周期は任意に定めることができる。この点については、絞込演算手段にも関連するので後述する。
【００４６】
「絞込演算手段」（０６０７）は、各送信波に対応した前記初期位相の差分を比較し、速度軸で一致するものを選ぶことで複数のドップラ速度候補から最適ドップラ速度を得るための絞り込みを行う機能を有する。「速度軸で一致するものを選ぶ」とは、ある時刻における複数の送信波に基づいて得られる観測データの中で一致するものを選ぶという意である。以下に絞込演算手段における処理を具体的に説明する。
【００４７】
実施形態１において述べたように、対象物のドップラ速度を得るために、複数の掃引におけるビート信号の初期位相の差分を求める。この初期位相の差分を、変調周波数の異なる二種以上の送信波のそれぞれについて求める。図７（Ａ）は、変調周波数が４ｋＨｚのＦＭ波を一の送信波として用いて地上から鉛直方向に送信して雲を観測した場合の観測データである。縦軸を高度、横軸を位相差及び速度として、ある時刻におけるビート信号の位相変化率の分布をＦＦＴにより求めて示したものである。図のように、高度３ｋｍから６ｋｍの範囲の領域において、位相変化率の分布が高い頻度で生じているのが分かる。したがって、この領域で雲が運動していることが分かる。しかし、２πの周期で折り返しが生じているため、この観測データのみでは雲のドップラ速度を特定することはできない。
【００４８】
ここで、変調周波数が４ｋＨｚのＦＭ波と、変調周波数が３ｋＨｚのＦＭ波を二種の送信波とした場合には、図７（Ａ）に示す観測データの他に、図７（Ｂ）に示すように、変調周波数が３ｋＨｚのＦＭ波による観測データを得ることができる。したがって、ある時刻の雲の運動を、変調周波数の異なる二のＦＭ波によってドップラ速度を観測したものになる。
【００４９】
図７に示すように、それぞれの観測データは速度（ｍ／ｓ）のスケールを等しくして、かつ、位相差ゼロの位置を揃えて表示している。一方、それぞれの変調周波数が異なるため、速度に対応する位相差は相違したものとなる。図７（Ａ）において、位相変化率の分布が高い頻度で生じている速度域は、１周期（２π）ごとに存在する（０７０１、０７０２、０７０３）。図７（Ｂ）においても、位相変化率の分布が高い頻度で生じている速度域は、１周期（２π）ごとに存在する（０７１１、０７１２、０７１３）。そこで、それぞれの観測データにおける位相変化率の分布が高い頻度で生じている速度域を比較してみると、速度において一致するものは、約＋２．４（ｍ／ｓ）〜＋２．９（ｍ／ｓ）の速度域（０７０１、０７１１）に限られ、他の速度域においては一致しない。一致せずに他に現れているものは、折り返しにより現れているに過ぎず、実体を伴わない。したがって、実際の雲のドップラ速度は、両観測データにおいて一致した約＋２．４（ｍ／ｓ）〜＋２．９（ｍ／ｓ）であると特定することができる。よって、この速度で雲が上昇しているということが観測できる。
【００５０】
折り返しは図示した範囲のほかにも存在するため、上述した約＋２．４（ｍ／ｓ）〜＋２．９（ｍ／ｓ）の速度域のほかにも一致する速度域が現れる。位相差が−π〜＋πの１周期を基準とし、変調周波数が４ｋＨｚの場合の±３周期目と、変調周波数が３ｋＨｚの場合の±４周期目とにおける速度域が一致する。具体的には、約＋２１．４（ｍ／ｓ）〜＋２１．９（ｍ／ｓ）の速度域と、約−１６．６（ｍ／ｓ）〜−１６．１（ｍ／ｓ）の速度域とにおいて一致する。しかし、雲の速度は早くても１０ｍ／ｓ程度なので、これらの速度が現実的でないことが分かる。このようにして、折り返しにより生じるドップラ速度候補の中から特定ドップラ速度を絞り込むことができる。
【００５１】
なお、上記の例では変調周波数として３ｋＨｚと４ｋＨｚを選択したが、例えば３ｋＨzと７ｋＨｚのように公倍数の大きな組み合わせを選択して速度軸で一致する間隔を広くすることもできる。これにより、広い速度範囲でドップラ速度を検出することが可能になる。また、３ｋＨｚと５ｋＨｚと７ｋＨｚなどの三種の変調周波数を用いることも同様に可能である。
【００５２】
＜処理手順＞
本実施例の処理手順は実施例１の図５で示した処理手順と同様である。まずＦＭ波送信ステップでは、繰返し周波数掃引される二種以上の送信波を送信する。次に反射波受信ステップでは、反射波を受信する。ビート信号合成ステップでは、送信波と反射波とからビート信号を合成する。初期位相取得ステップでは、複数の掃引におけるビート信号の初期位相を取得する。ドップラ速度候補取得ステップでは、各送信波に対応した前記初期位相の差分を比較し、速度軸で一致するものを選ぶことで複数のドップラ速度候補から最適ドップラ速度を得るための絞り込みを行う。
＜実施形態２  効果＞
【００５３】
本実施形態のＦＭ−ＣＷレーダ装置により、折り返しによる不定性が生じた場合であっても、ドップラ速度を特定することが可能となる。
【符号の説明】
【００５４】
０１００  ＦＭ−ＣＷレーダ装置
０１０１  ＦＭ波送信部
０１０２  反射波受信部
０１０３  ビート信号合成部
０１０４  初期位相取得部
０１０５  ドップラ速度候補取得部
【図１】
2011007828.tif 000013
【図２】
2011007828.tif 000014
【図３】
2011007828.tif 000015
【図４】
2011007828.tif 000016
【図５】
2011007828.tif 000017
【図６】
2011007828.tif 000018
【図７】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年4月7日(2011.4.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
変調周期が異なる二種以上の送信波を送信する複数波送信手段を有し、前記二種以上の送信波がそれぞれ繰返し周波数掃引されるＦＭ波を送信するＦＭ波送信部と、
反射波を受信する反射波受信部と、
送信波と反射波とからビート信号を合成するビート信号合成部と、
複数の掃引におけるビート信号の初期位相を取得する初期位相取得部と、
取得した二以上の初期位相の差分からドップラ速度候補を取得するドップラ速度候補取得部と、
を有するＦＭ−ＣＷレーダ装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
変調周期が異なる二種以上の送信波を送信する複数波送信サブステップを有し、前記二種以上の送信波がそれぞれ繰返し周波数掃引されるＦＭ波を送信するＦＭ波送信ステップと、
反射波を受信する反射波受信ステップと、
送信波と反射波とからビート信号を合成するビート信号合成ステップと、
複数の掃引におけるビート信号の初期位相を取得する初期位相取得ステップと、
取得した二以上の初期位相の差分からドップラ速度候補を取得するドップラ速度候補取得ステップと、
からなるドップラ速度測定方法。
【国際調査報告】
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