(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
受信機により形成される、送信ビームへ向けた複数の受信ビームの各々のビーム方向に応じて、前記受信機から前記送信ビーム内の複数の位置までの距離を、前記送信ビームに関する情報である送信ビーム情報に基づき計算する距離計算部と、
前記受信機から前記送信ビーム内の各位置への方向に応じて形成される前記受信ビームのビーム角を、前記送信ビーム内の各位置までの前記距離と、受信ビームの断面の大きさに相関する第１の設定値とに基づき、前記送信ビーム内の各位置における断面の大きさが略等しくなるように、計算するビーム角計算部と
を備えるビーム情報生成装置。
【請求項２】
送信ビーム内の複数の位置に、３次元形状の同一サイズの複数のモデルを配置する配置部と、
受信機により形成される、各モデルへ向けた複数の受信ビームの各々のビーム方向に応じて、前記受信機から各モデルまでの距離を、前記送信ビームに関する情報である送信ビーム情報に基づき計算する距離計算部と、
前記受信機から各モデルまでの距離と、前記モデルのサイズを表す値とに基づき、各モデルへ向けて形成する前記受信ビームのビーム角を計算するビーム角計算部と、  
を備えたビーム情報生成装置。
【請求項３】
前記モデルは立方体であり、前記モデルのサイズを表す値は、前記立方体の１辺の長さに基づく値である
請求項２に記載のビーム情報生成装置。
【請求項４】
前記ビーム角計算部は、前記モデルのサイズを表す値を、前記モデルまでの距離で除算することにより、前記受信ビームのビーム角を計算する
請求項２または３に記載のビーム情報生成装置。
【請求項５】
送信ビームを複数の領域に分割する分割部と、
受信機により形成される、各領域内の位置に向けた受信ビームの各々のビーム方向に応じて、前記受信機から各領域内の位置までの距離を、前記送信ビームに関する情報である送信ビーム情報に基づき計算する距離計算部と、
前記領域ごとに複数の受信ビームを形成する場合に、前記受信機から各領域内の前記位置までの距離と、受信ビームの断面の大きさに相関する第１の設定値とに基づき、各領域内の前記位置における前記受信ビームの断面の大きさが略等しくなるように、前記領域ごとに前記複数の受信ビームに共通に適用する１つのビーム角を計算するビーム角計算部と、
を備えたビーム情報生成装置。
【請求項６】
前記ビーム角計算部は、前記受信機から各領域内の最も遠い位置までの距離に基づき、前記領域ごとに１つのビーム角を計算する
請求項５に記載のビーム情報生成装置。
【請求項７】
受信機により形成される、送信ビームに向けた複数の受信ビームの各々のビーム方向に応じて、前記受信機から前記送信ビームまでの距離を、前記送信ビームに関する情報である送信ビーム情報に基づき計算する距離計算部を備え、
前記送信ビーム内の予め定めた位置までの距離に基づき前記送信ビーム内での前記受信ビームのサイズに相関する値が所定の範囲内になるように定めた第１のビーム角の前記受信ビームを前記予め定めた位置を含むように配置し、前記第１のビーム角の前記受信ビームを順次配置していき、前記受信ビームを配置するごとに、前記送信ビーム内での前記受信ビームのサイズに相関する値を計算し、計算した値が前記所定の範囲内に収まらないときは、前記受信ビームが配置されていない前記送信ビームの領域内の位置までの距離に基づき前記所定の範囲に収まるように前記受信ビームのビーム角を更新し、更新後の第２のビーム角で前記受信ビームを再度、配置していき、以降、同様の処理を繰り返す
ビーム情報生成装置。
【請求項８】
前記受信ビームのサイズに相関する値を、前記受信ビームと前記送信ビームの交差領域内のうち、前記受信機から最も遠い位置までの距離に基づいて計算する
請求項７に記載のビーム情報生成装置。
【請求項９】
請求項１ないし８に記載のビーム情報生成装置と、
複数のアンテナ素子を含むレーダーアンテナと、
前記レーダーアンテナを用いて、前記ビーム情報生成装置によって計算された前記ビーム角を有する受信ビームを形成するビーム生成部と、
を備えたレーダ受信機。
【請求項１０】
各受信ビームで受信された信号から一定時間間隔でデータを抽出するデータ抽出部と、  前記データ抽出部で抽出されたデータに基づき、気象パラメータを推定する推定部と
をさらに備えた請求項９に記載のレーダ受信機。
【請求項１１】
受信機により形成される、送信ビームへ向けた複数の受信ビームの各々のビーム方向に応じて、前記受信機から前記送信ビーム内の複数の位置までの距離を、前記送信ビームに関する情報である送信ビーム情報に基づき計算する距離計算ステップと、
前記受信機から前記送信ビーム内の各位置への方向に応じて形成される前記受信ビームのビーム角を、前記送信ビーム内の各位置までの前記距離と、受信ビームの断面の大きさに相関する第１の設定値とに基づき、前記送信ビーム内の各位置における断面の大きさが略等しくなるように、計算するビーム角計算ステップと、
をコンピュータが実行するビーム情報生成方法。
【請求項１２】
送信ビーム内の複数の位置に、３次元形状の同一サイズの複数のモデルを配置する配置ステップと、
受信機により形成される、各モデルに向けた複数の受信ビームの各々のビーム方向に応じて、前記受信機から各モデルまでの距離を、前記送信ビームに関する情報である送信ビーム情報に基づき計算する距離計算ステップと、
前記受信機から各モデルまでの距離と、前記モデルのサイズを表す値とに基づき、各モデルへ向けて形成する前記受信ビームのビーム角を計算するビーム角計算ステップと、
をコンピュータが実行するビーム情報生成方法。
【請求項１３】
送信ビームを複数の領域に分割する分割ステップと、
受信機により形成される、各領域内の位置に向けた受信ビームの各々のビーム方向に応じて、前記受信機から各領域内の位置までの距離を、前記送信ビームに関する情報である送信ビーム情報に基づき計算する距離計算ステップと、
前記領域ごとに複数の受信ビームを形成する場合に、前記受信機から各領域内の前記位置までの距離と、受信ビームの断面の大きさに相関する第１の設定値とに基づき、各領域内の前記位置における前記受信ビームの断面の大きさが略等しくなるように、前記領域ごとに前記複数の受信ビームに共通に適用する１つのビーム角を計算するビーム角計算ステップと、
をコンピュータが実行するビーム情報生成方法。
【請求項１４】
受信機により形成される、送信ビームに向けた複数の受信ビームの各々のビーム方向に応じて、前記受信機から前記送信ビームまでの距離を、前記送信ビームに関する情報である送信ビーム情報に基づき計算する距離計算ステップと、
前記送信ビーム内の予め定めた位置までの距離に基づき前記送信ビーム内での前記受信ビームのサイズに相関する値が所定の範囲内になるように定めた第１のビーム角の前記受信ビームを前記予め定めた位置を含むように配置し、前記第１のビーム角の前記受信ビームを順次配置していき、前記受信ビームを配置するごとに、前記送信ビーム内での前記受信ビームのサイズに相関する値を計算し、計算した値が前記所定の範囲内に収まらないときは、前記受信ビームが配置されていない前記送信ビームの領域内の位置までの距離に基づき前記所定の範囲に収まるように前記受信ビームのビーム角を更新し、更新後の第２のビーム角で前記受信ビームを再度、配置していき、以降、同様の処理を繰り返すステップと
をコンピュータが実行するビーム情報生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、ビーム情報生成装置、レーダ受信機およびレーダ受信方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
バイスタティックレーダは、レーダの送信機と受信機を隔離配置して、送信と受信を離れた地点で行うものである。
【０００３】
受信機のビームとして、送信ビームの全領域を覆う広角ビームを使用するものや、送信ビームの全領域に対して、複数の狭角の受信ビームを形成するマルチ受信ビームを使用するものが知られている。マルチ受信ビームを用いる場合、広角ビームを利用した場合に比べて、受信利得を向上できるとともに、空間分解能を向上できる。しかしながら、受信ビーム数が増加し、装置規模が増大する問題がある。
【０００４】
そこで、マルチ受信ビーム数を減らすための技術が提案されている。例えば、信号検出率や測角精度といった受信ビーム数低減規範を設け、受信ビーム数低減規範の値を観測する。観測した値が基準を満たすまでは、ビーム角を拡幅していく。これにより、最低限必要な受信性能を満たしつつ、受信ビーム数を減らし、装置規模を低減できる。
【０００５】
航空機や船舶等の対象物検知用のバイスタティックレーダであれば、このような方法で受信ビーム数を低減することも有効であるが、気象観測用のバイスタティックレーダ（バイスタティック気象レーダ）の場合は、この方法だと、精度の高い観測ができなくなる問題がある。
【０００６】
バイスタティック気象レーダは、送信機のビームと受信機のビームが交差する領域を観測領域とする。観測領域に内在する雨の粒子（散乱粒子）から反射する電波を観測する。観測される信号は、観測領域内の各粒子の散乱信号を合わせたものである。このため、送信ビームと、各受信ビームが交差する各観測領域の体積の偏りが大きいと、観測領域間で観測精度にばらつきが生じる。前述した従来の提案された方法では、各観測領域の体積の偏りが生じやすいため、観測精度にばらつきが生じ、精度の高い観測が困難になる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００１−２０８８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の実施形態は、精度の高いレーダ観測を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様としてのビーム情報生成装置は、距離計算部と、ビーム角計算部とを備える。
【００１０】
前記距離計算部は、送信ビームに向けて受信機により形成する複数の受信ビームの各々のビーム方向に応じて、前記受信機から送信ビームまでの距離を、送信ビーム情報に基づき計算する。
【００１１】
前記ビーム角計算部は、前記距離計算部により計算される距離に基づき、前記送信ビーム内において各受信ビームのサイズのばらつきが抑制されるように、前記受信ビームのビーム角を計算する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態に係るビーム情報生成装置を備えたレーダ受信機のブロック図。
【図２】受信ビーム方向と受信ビーム角の設定方法、およびデータ抽出方法に関する概念図。
【図３】各ビームの方向が同じもしくは近い場合に１つのビームを選択する例を示す図。
【図４】図１のレーダ受信機の変形例を示す図。
【図５】第２の実施形態に係るレータ受信機のブロック図。
【図６】第２の実施形態に係る受信ビーム角計算方法を説明する概念図。
【図７】第３の実施形態に係るレータ受信機のブロック図。
【図８】第３の実施形態に係る受信ビーム角計算方法例を説明する概念図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。
【００１４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係るビーム情報生成装置を備えたレーダ受信機のブロック図である。
【００１５】
図１のレーダ受信機は、ビーム情報生成装置１００、観測同期制御部１０１、受信ビームアンテナ１０２、ビーム生成部１０３、データ抽出部１０５、抽出時間幅指示部１０６、気象パラメータ推定部１０７を備える。
【００１６】
ビーム情報生成装置１００は、分解能設定部１０８、モデル配置部１０９、観測距離計算部１１１、ビーム角計算部１１２、ビーム方向計算部１１０を備える。
【００１７】
図１のレーダ受信機は、送信機が送信する送信ビーム内の観測対象領域に向けて複数の受信ビームを形成し、複数の受信ビームで、送信信号の反射信号を受信して、観測対象領域内の気象状況を推定するものである。送信信号は、一例として、送信ビームで送信機から送信されるパルス信号である。
【００１８】
本実施形態では、観測対象領域内の観測を、複数の部分領域ごとに行う。具体的に、複数の受信ビームを用いることで、複数の受信ビームによる領域分割が行われ、さらに、同一の受信ビームでは、さらに所定の時間間隔でデータを抽出することで、ビーム方向（時間方向）での領域分割を行う。これにより、部分領域ごとの観測を行う。この際、観測対象領域内で、各受信ビームのサイズのばらつきが抑制されるように、各受信ビームのビーム角を計算する。これにより、受信機から観測対象領域までの距離が受信ビームよって大きく異なった場合でも、各部分領域の体積のばらつき（不均等）が抑制されるため、精度の高い観測を行うことができる。
【００１９】
なお、送信機の送信ビームは時間に応じて、仰角方向または方位角方向またはこれらの両方に、順次移動させてもよい。それに応じて、レーダ受信機も、それぞれの送信ビーム方向に対応して、各送信ビーム内の観測対象領域を複数の受信ビームで観測して、気象状況を推定すればよい。
【００２０】
以下、本実施形態についてさらに詳細に説明する。
【００２１】
分解能設定部１０８は、観測に関して基準となる空間分解能に関する値を設定する。ここでは、受信ビームの断面の大きさ（ビームに直交する方向の分解能）に相関する第１の設定値と、受信ビームのビーム方向の分解能に相関する第２の設定値を設定する。第１および第２の設定値は、たとえば空間上の長さを表す値である。単位は任意で良いが、一例として、メートル、センチメートルなどがある。設定は、入力手段を用いてユーザが入力により行ってもよいし、図示しない記憶手段から第１および第２の設定値を読み出しても良い。
【００２２】
モデル配置部１０９は、送信機の送信ビーム情報に基づき、送信ビーム内に観測対象領域を設定する。送信ビーム情報は、観測同期制御部１０１に保持されており、観測同期制御部１０１から取得する。または、送信ビーム情報は、図示しない記憶装置から取得してもよい。観測対象領域の設定は、送信機から送信ビーム内の一定の範囲までの領域としてもよいし、外部からユーザが設定してもよいし、その他の方法で設定してもよい。
【００２３】
モデル配置部１０９は、観測対象領域内に３次元形状のモデルを複数個配置する。ここでは、モデルとして、立方体を配置する。立方体の１辺の長さは、分解能設定部１０８により設定される第１の設定値にする。
【００２４】
モデル配置部１０９は、第１の設定値を１辺の長さとする立方体を、観測対象領域内に配置する。一例として、観測対象領域内を埋め尽くすように（領域内に隙間が生じないように）、仮想的に同じ大きさの立方体を、配置する。このとき、観測対象領域の端では立方体の一部が領域の外にはみ出しても良い。あるいは、観測対象領域から立方体がはみ出ないように（領域の端に隙間が生じるように）配置してもよい。
【００２５】
立方体の配置は、観測対象領域を複数の立方体にセグメント化することで行っても良い。この場合、観測対象領域の端を含む領域の形状は、立方体にならない場合があるが、これを許容してもよい。
【００２６】
その他、観測対象領域内の特に観測したい領域にのみ、立方体を点在的に配置してもよい。
【００２７】
上述した説明では、モデルとして立方体を配置したが、立方体である必要はない。例えば、球でもよいし、円筒でもよいし、それ以外の形状でも構わない。球の場合は、分解能設定部１０８で、球の直径または半径を表す値を、第１の設定値として設定し、当該設定された値に応じた大きさの球を配置すればよい。円筒の場合は、円の直径または半径を表す値と、高さを表す値とを第１の設定値として分解能配置部１０８で設定し、当該設定された値に応じた円筒を、配置すればよい。
【００２８】
ビーム方向計算部１１０は、受信機位置から、観測対象領域内の各立方体へ向かう方向を、受信ビームの方向として計算する。一例として、受信機位置から立方体表面または内部の任意の位置へ向かう方向を、受信ビームの方向とする。例えば受信機位置から、各立方体の重心へ向かう方向を、受信ビームの方向とする。
【００２９】
観測距離計算部１１１は、受信機位置から観測対象領域内の各立方体までの距離を計算する。距離を計算する際の立方体の基準となる位置は、事前に定めた任意の位置でよい。例えば、立方体の重心でもよいし、任意の頂点でもよいし、受信機の位置から見て立方体の外郭を表す最外形線上の任意の位置でもよい。ビーム方向を求めたときの位置と同じ位置でもよい。基準となる位置の決定方法は、すべての立方体で同じでもよい。
【００３０】
ビーム角計算部１１２は、観測距離計算部１１１により計算された距離と、第１の設定値に基づいて、各立方体に向けて形成する受信ビームの角度（ビーム角）を計算する。受信ビームの角度は、一例として、ラジアンによって表されるが、これに限定されない。
【００３１】
一例として、第１の設定値をＡ１、立方体までの距離をＲとすると、受信ビーム角はＡ１／Ｒ（ラジアン）により、計算してもよい。これは、半径をＲ、弧の長さをＡ１としたときの扇形の中心角の大きさを、受信ビーム角と見なして計算した例である。Ａ１に一定値αを加算し、（Ａ１＋α）／Ｒにより、受信ビーム角を計算してもよいし、一辺の長さをＡ１とする正方形の対角線Ａ１√２を用いて、（Ａ１√２）／Ｒにより計算してもよいし、その他の方法で計算してもよい。たとえば、二等辺三角形（あるいは円錐）を考え、√（Ｒ２−（Ａ１／２）２）により計算してもよい。Ａ１は、受信ビームのサイズ（断面の大きさ等）に相関する値であると考えることができる。なお、本例では、受信ビームは、ビーム方向を軸として、軸周りに対称な形状を想定するが、この限りでない。ここで述べた方法でビーム計算することで、各立方体でのビームの断面の大きさを概ね均等にすることができる。
【００３２】
上記の例では、３次元形状のモデルを配置したが、送信ビーム内に複数の位置（点）を設定してもよい。この場合、受信機から送信ビーム内の複数の各位置までの距離を計算し、受信機から各位置への方向に応じて形成する受信ビームのビーム角を、各位置までの距離と、第１の設定値に基づいて計算する。例えば第１の設定値／距離により計算する。これにより、各位置に応じた受信ビームの断面の大きさのばらつきを抑制する。
【００３３】
観測同期制御部１０１は、送信ビームに関する情報を保持している。たとえば、送信ビーム角および送信ビームの方向等、送信ビームを特定する情報を保持している。また、送信機の位置情報を保持している。また、送信ビームが時間に応じて移動する場合は、時間に応じた送信ビームの方向およびビーム角に関する情報を保持している。
【００３４】
観測同期制御部１０１は、ビーム方向計算部１１０から、各受信ビームのビーム方向の情報を取得し、ビーム角計算部１１２から各受信ビームのビーム角の情報を得る。観測同期制御部１０１は、各受信ビームのビーム方向とビーム角の情報を、各受信ビームのビーム情報として管理する。観測同期制御部１０１は、各受信ビームのビーム情報（ビーム方向、ビーム角）を、ビーム生成部１０３に出力する。送信ビームが時間に応じて移動する場合は、時間に応じた各受信ビームのビーム情報を特定して、ビーム生成部１０３に出力する。これにより、受信ビームの形成を、送信ビームに同期させる。
【００３５】
ここで、観測同期制御部１０１は、ビーム方向が同じもしくは近い受信ビームが複数存在する場合には、これらのうちの１つの受信ビームを選択し、それ以外の受信ビームは形成しないことを決定してもよい。この場合、選択した受信ビームのビーム情報をビーム生成部１０３に出力し、選択しなかった受信ビームのビーム情報は出力しない。選択した受信ビームのみで、これらの複数の受信ビームに各々対応する立方体内部の領域の観測を行う。なお、受信ビームが立方体を完全に覆わない場合、立方体内部のすべての領域が観測されるわけではない。
【００３６】
一例として、ある受信ビームのビーム方向に対し、ユーザが規定した値の範囲、例えば、ある受信ビーム方向±αの範囲に、複数の受信ビームが存在する場合を考える。この場合には、これらの受信ビームの中で、最もビーム角の狭い受信ビームを選択し、それ以外の受信ビームは使用しないことを決定する。これにより、受信ビーム数を減らしつつ、最低限必要な分解能を満たす観測が可能となる。
【００３７】
受信ビームアンテナ１０２は、複数のアンテナ素子を備える。複数のアンテナ素子がそれぞれ送信信号の反射波を受信する。
【００３８】
ビーム生成部１０３は、位相制御部１１４と、複数の位相器１１５とを備える。各位相器１１５は、複数のアンテナ素子１０２に共通に接続されている。
【００３９】
位相制御部１１４は、各位相器１１５が、それぞれ対応する１つの受信ビームを形成するよう、各位相器１１５に与える位相制御信号（重み係数）を計算する。より詳細に、位相制御部１１４は、観測同期制御部１０１から入力されたビーム情報（各受信ビームのビーム方向、ビーム角）に基づき、各位相器１１５に対して、アンテナ毎の重み係数を計算する。位相制御部１１４は、計算したアンテナ毎の重み係数を、各位相器１１５に与える。各位相器１１５は、複数のアンテナ素子を介して、各々の受信ビームで、送信信号の反射波を受信する。
【００４０】
各位相器１１５は、アンテナ毎に配置された複数の乗算部１０４ａと、乗算部１０４ａの出力を加算する加算部１０４ｂを備える。乗算部１０４ａは、各アンテナ１０２の受信信号に、それぞれ該当する重み係数をそれぞれ乗じ、乗算信号を得る。加算部１０４ｂは、乗算部１０４ａで得られる乗算信号同士を加算する。各位相器１１５は、加算後の信号を、それぞれ対応する受信ビームでの受信信号として、データ抽出部１０５に出力する。
【００４１】
抽出時間幅指示部１０６は、分解能設定部１０８で設定された第２の設定値の値を、時間Δｔに変換する。第２の設定値をＡ２、光速をｃとすると、変換された時間はΔｔ＝Ａ２／ｃとなる。第２の設定値は、第１の設定値と同じでもよい。この場合、時間ｔは、配置した立方体の１辺の長さを時間に換算した値となる。
【００４２】
データ抽出部１０５は、各位相器１１５から入力される受信信号のそれぞれから、時間Δｔごとにデータを抽出し、抽出したデータを観測データとして得る。例えば受信データを先頭からΔｔごとに分割することで、観測データをそれぞれ得る。データ抽出部１０５は、取得した観測データを内部に格納する。時間Δｔごとにデータを抽出することで、受信ビームの方向（視線方向）に、所望の分解能での観測が可能となる。受信信号のうち、時間的に先に抽出されるデータほど、受信ビームと送信ビームの交差領域のうち、受信機に近い側の領域の観測データである。つまり、視線方向に、第２の設定値の長さの単位で、当該交差領域が分割されて、受信機に近い側の領域から順番に、観測データが取得される。
【００４３】
気象パラメータ推定部１０７は、データ抽出部１０５で抽出された観測データを用いて、観測対象領域の気象状況を、部分領域毎に推定する。部分領域とは、送信ビームと受信ビームの交差領域を、受信ビーム方向にΔｔごとに分割した領域である。推定する気象状況の例として、降水雨量、風速などがあるが、これに限定されない。推定方法は一般的に知られている方法を用いればよい。
【００４４】
図２に、受信ビーム方向と受信ビーム角の設定方法、およびデータ抽出方法に関する概念図を示す。送信機Ｔｘは、Ｘ，Ｙ，Ｚ空間の原点に配置され、受信機は、Ｘ軸上に配置されている。
【００４５】
受信機Ｒｘは、送信機Ｔｘの送信ビーム２０１内に、観測対象領域２０２を設定する。
【００４６】
受信機Ｒｘは、第１の設定値（Ａ１とする）を１辺とする立方体を、観測対象領域２０２内に仮想的に配置する。ここでは、観測対象領域２０２のすべてを埋めるように網羅的に立方体が配置されているとする。
【００４７】
受信機Ｒｘは、自機の位置から各立方体への方向を計算する。また、受信機Ｒｘは、自機の位置から各立方体までの距離を計算する。そして、計算した距離と、立方体の１辺の長さＡ１に基づき、上記方向を中心とする受信ビームの角度を計算する。図示の例では、立方体２２０までの距離がＲ１であり、距離Ｒ１と第１の設定値Ａ１に基づき、受信ビーム角θ１が計算されている。また、立方体２２４までの距離がＲ２であり、距離Ｒ２と第１の設定値Ａ１に基づき、受信ビーム角θ２が計算されている。受信機Ｒｘは、各立方体に対して、受信ビームの方向を計算する。
【００４８】
ここで、ビーム方向が同じまたは近い受信ビームが複数存在する場合には、これらのうち最も幅の狭い１つの受信ビームを選択し、それ以外の受信ビームは配置しないことを決定する。図示の例では、４つの立方体２２１、２２２、２２３、２２４に対する受信ビーム方向がそれぞれ同じまたは近いとする。このため、受信機Ｒｘから最も遠い立方体２２４に対する受信ビーム、すなわち、ビーム角の最も狭い受信ビームを選択し、その手前の３つの立方体２２１〜２２３に対する受信ビームは配置しない。これについて図３を用いてより詳しく説明する。
【００４９】
２つの立方体２４１、２４２に対し、２つの受信ビーム２３１、２３２が描かれている。各ビームの方向は同じか近いため、受信機Ｒｘから遠い立方体２４２に対応する幅の狭いビーム２３２を選択する。受信ビーム２３２は、立方体２４１とも交差するため、受信ビーム２３２の受信信号から立方体２４１の領域に対応するデータを抽出可能である。このようにして、最低限必要な分解能を満たしつつ、受信ビーム数を減らすことが可能である。
【００５０】
レーダ受信機は、受信時は、送信ビームに同期して、各位相器１１５で受信ビームを形成し、送信ビームで送信される送信信号の反射信号を各受信ビームで受信する。データ抽出部１０５では、受信データから、第２の設定値に応じたΔｔの時間間隔でデータを抽出する。抽出したデータは、観測対象領域内の部分領域毎の観測データとして、内部に記憶する。ここでは、Δｔの時間間隔ですべてのデータを抽出したが、所望の部分領域のみのデータを抽出してもよい。
【００５１】
以上のように、本実施形態によれば、観測対象領域内で受信ビームに直交する断面の大きさが、概ね同じになるように、受信ビームの角度を計算する。そして、受信ビームで受信した受信信号から、Δｔの時間間隔でデータを抽出する。これにより、観測対象領域内で、各データを取得する部分領域の体積のばらつきを、抑制することができる。よって、観測データの精度のばらつきを抑制できる。例えば、各観測データが対象とする部分領域内の雨の粒子数をある程度均一化できる。よって、精度の高い観測（風速観測）等が可能になる。
【００５２】
なお、受信ビームの形状が受信機から遠ざかるほど広がる場合、ビームの方向にΔｔ間隔で領域を区切った場合、受信機に近い領域ほど、体積が狭くなる。この場合の体積の差異は観測上、許容できる程度であれば、問題ない。なお、変形例として、受信機に近いほど、観測の時間間隔を長くすることで、観測体積のばらつきを実質的に抑制することも可能である。
【００５３】
なお、本実施形態では、受信機から近い立方体に対しては、遠い立方体よりも広いビーム角が計算される。よって、一律のビーム角を用いる従来技術よりも、受信ビーム数を低減できる可能性がある。
【００５４】
また、本実施形態では、受信ビームの角度および方向を計算するビーム情報生成装置をレーダ受信機に搭載していたが、ビーム情報生成装置をレーダ受信機から分離してもよい。この場合、レーダ受信機の外部でビーム情報を計算し、計算した結果のみを、レーダ受信機内の観測同期制御部に与えるようにしてもよい。この場合の構成例を図４に示す。記憶装置１１７にビーム情報を格納しておき、観測同期制御部１０１が記憶装置１１７からビーム情報を読み出す。
【００５５】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、１ビーム単位で受信ビーム角を制御するため、ビーム情報の演算負荷や、受信ビーム形成時の位相制御信号の計算処理負荷が高くなる可能性がある。第２の実施形態では、予め定めた個数のビーム角のみを使用することで、これらの処理負荷を低減する。
【００５６】
図５に、第２の実施形態に係るレータ受信機のブロック図を示す。図１と同様の動作を行う要素には同一の符号を付して、拡張または変更された処理を除き、重複する説明を省略する。
【００５７】
図５のレーダ受信機は、ビーム情報生成装置３００、観測同期制御部１０１、受信ビームアンテナ１０２、ビーム生成部１０３、データ抽出部１０５、抽出時間幅指示部１０６、気象パラメータ推定部１０７を備える。
【００５８】
ビーム情報生成装置３００は、分解能設定部３１１、ビーム角計算部３１２、ビーム方向計算部３１３、ビーム角数設定部３０８、送信領域分割部３０９、距離計算部３１０を備える。
【００５９】
ビーム角数設定部３０８は、使用するビーム角の個数を設定する。ビーム角の個数は、ユーザが入力手段を用いてビーム角数設定部３０８に入力してもよいし、ビーム角数設定部３０８が図示しない記憶手段から、使用するビーム角数の情報を読み出しても良い。
【００６０】
送信領域分割部３０９は、観測同期制御部１０１から送信ビームに関する情報を取得して、送信ビームを特定し、送信ビーム内に観測対象領域を設定する。設定の方法は第１の実施形態と同様、任意でよい。
【００６１】
そして、送信領域分割部３０９は、受信機から当該観測対象領域を見込む角度範囲を求める。見込み角度範囲は、例えば、仰角方向の最大角度範囲、もしくは方位角方向の最大角度範囲でもよいし、仰角方向の最大角度範囲と方位角方向の最大角度範囲のうちの大きい方の角度範囲でもよい。
【００６２】
領域分割部３０９は、求めた見込み角度範囲を、ビーム角数で分割する。分割方法は、等分割してもよいし、別の任意の方法で分割してもよい。送信領域分割部３０９は、各分割された角度の平面で観測対象領域を分割する。これにより、観測対象領域が、上記ビーム角数の領域に分割される。
【００６３】
距離計算部３１０は、送信領域分割部３０９による分割で得られた分割領域内において、基準となる位置、例えば受信機から最も距離が最も遠い地点までの距離をそれぞれ計算する。
【００６４】
ビーム角計算部３１２は、分割領域ごとに、使用する受信ビーム角を計算する。一例として、最も距離が遠い地点までの距離がＤ１、第１の設定値がＡ１の場合、Ａ１／Ｄ１により受信ビーム角を計算する。これは、弧の長さがＡ１となるような受信ビームの角度に相当する。最も遠い地点が、当該弧の一端に対応すると考えることができる。第１の設定値は、分解能設定部３１１に設定されている。なお、分解能設定部３１１には、第１の実施形態と同様に、第２の設定値も設定されている。
【００６５】
ビーム方向計算部３１３は、分割領域ごとに、ビーム角計算部３１２で決定したビーム角の受信ビームを、分割領域内全体に満遍なく、複数個配置し、各配置した受信ビームの受信ビーム方向を計算する。分割領域ごとに、使用する受信ビーム角は１つであり、全部で使用するビーム角は分割領域の個数に一致する。ビーム方向計算部３１３は、観測対象領域に対して設定した各受信ビームの方向とビーム角に関する情報を、受信ビーム情報として、観測同期制御部３０１に出力する。なお、ここでは受信ビームを配置後、受信ビームの方向を求めたが、受信ビームの方向を決めてから、受信ビームを配置してもよい。
【００６６】
図６に第２の実施形態に係る受信ビーム角計算方法を説明する概念図を示す。送信機Ｔｘは、Ｘ，Ｙ，Ｚ空間の原点に配置され、受信機は、Ｘ軸上に配置されている。
【００６７】
図６では、送信機Ｔｘが放射した送信ビーム４０１内の観測対象領域４０２を、３つの領域（分割領域４０５、４０６、４０７）に分割した例を示す。具体的に、受信機Ｒｘが見込む仰角方向の最大角度範囲４０３を３つに分割し、各分割後の角度の平面に沿って、観測対象領域４０２を分割する。
【００６８】
距離計算部３１０が、各分割領域内で、最も観測距離の遠い地点４０８、４０９、４１０を特定する。それぞれの距離は、Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３である。
【００６９】
ビーム角計算部３１２は、分割領域４０５、４０６、４０７について、最も遠い観測距離Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３と、分解能設定部３１１で設定した第１の設定値を用いて、ビーム角θ１１、θ１２、θ１３をそれぞれ決定する。第１の設定値は、各分割領域で共通である。一例として、第１の設定値をＡ１とすれば、分割領域４０５のビーム角は、Ａ１／Ｒ１、分割領域４０６のビーム角は、Ａ１／Ｒ２、分割領域４０７のビーム角は、Ａ１／Ｒ３により計算される。この場合、弧の長さが第１の設定値となり、地点４０８、４０９、４１０が弧の一端として考えることができる。なお、ここで述べた以外の計算方法で、ビーム角を求めても構わない。
【００７０】
ビーム方向計算部３１３は、分割領域４０５、４０６、４０７のそれぞれで、ビーム角計算部３１２で計算したビーム角を持つ受信ビームを、仰角方向および方位角方向に満遍なく配置する。その他、配置のルールは別に定めてもよい。一例として、送信ビームの側面において、受信機から最も遠い位置をつなぐ線をすべてカバーするように、受信ビームを配置してもよい。あるいは、送信ビーム内に複数の位置または領域を設定し、これらの位置または領域をすべてカバーするように、受信ビームを配置してもよい。あるいは、各分割領域をさらに細かく分割し、細かく分割した領域の個々の領域に対して１つの受信ビームを配置してもよい。ここで述べた以外の方法でもよい。本段落で述べたことは、第３の実施形態にも同様に適用できるものとする。
【００７１】
なお、本実施形態では、各分割領域のそれぞれで受信機に最も近い地点の分解能が、第１の設定値に応じた分解能よりも高くなる（受信ビームの断面が小さくなる）。このことから、第１の実施形態と比較して、受信ビーム数が増加する場合もある。一方、本実施形態では、受信ビームの角度数を固定して、使用するビーム角数を抑制している。このため、受信ビームごとにビーム角を任意に設定する第１の実施形態に比べて、ビーム情報の生成演算負荷や、位相制御部での各位相部の制御に必要な演算負荷が低減できる可能性がある。
【００７２】
（第３の実施形態）
第２の実施形態では、分割領域ごとに同じビーム角を用いるため、観測体積のばらつきが大きくなる場合もあり得る。また、必要な受信ビーム数が増え、装置規模が増大する可能性もある。本実施形態は、第２の実施形態よりも、観測体積のばらつきを抑えて、データの測定精度をより上昇させる。また、受信ビーム数も低減して、装置規模を抑制する可能性を高める。
【００７３】
図７に、第３の実施形態に係るレータ受信機のブロック図を示す。図１と同様の動作を行う要素には同一の符号を付して、拡張または変更された処理を除き、重複する説明を省略する。
【００７４】
図７のレータ受信機は、ビーム情報生成装置５００、観測同期制御部１０１、受信ビームアンテナ１０２、ビーム生成部１０３、データ抽出部１０５、抽出時間幅指示部１０６、気象パラメータ推定部１０７を備える。
【００７５】
ビーム情報生成装置５００は、分解能設定部５１２、許容誤差設定部５１３、観測距離計算部５０８、ビーム角計算部５０９、分解能計算部５１０、分解能比較部５１１、ビーム方向計算部５１４を備える。
【００７６】
観測距離計算部５０８は、送信ビーム内の位置と、受信機間の距離を計算する。また、観測距離計算部５０８は、送信機と受信機間の距離を計算する。
【００７７】
ビーム角計算部５０９は、観測距離計算部５０８により計算された距離と、分解能設定部５１２で設定された第１の設定値を用いて、受信ビーム角を計算する。例えば第１の設定値／距離により、受信ビーム角を計算する。これは、当該距離を半径とし、第１の設定値を弧の長さとする扇形の中心角を、受信ビーム角とみなす場合に相当する。一例として、ビーム角計算部５０９は、まず、送信機までの距離を計算し、計算した距離と第１の設定値に基づき、受信ビーム角を計算する。ビーム角計算部５０９は、計算した受信ビーム角の受信ビームを配置する。
【００７８】
また、ビーム角計算部５０９は、次に配置する受信ビームのビーム角を更新するか否かを、分解能計算部５１０および分解能比較部５１１を用いて判断し、更新しない場合は、現在のビーム角で引き続き受信ビームを配置する。一例として前回配置した受信ビームに対して仰角方向に隣接するように受信ビームを現在のビーム角で配置する。ただし、配置の前に、分解能計算部５１０および分解能比較部５１１を用いて、分解能が所定の基準を満たすかを判断し、満たす場合は、そのまま配置し、満たさない場合は、ビーム角を再計算する。なお、受信ビームの配置方法は、例えば最初は送信機の位置に向けて受信ビームを配置し、順次、送信機から遠ざかる方向に配置していくとする。仰角方向および方位角方向の両方、または少なくとも一方に沿って配置していく。
【００７９】
分解能計算部５１０は、受信ビームの分解能を、受信ビームのビーム角と、送信ビームと受信ビームとの交差領域内の基準となる位置とに基づき計算する。基準となる位置は、例えば受信機から最も遠い位置である。受信機から当該位置までの距離と、現在のビーム角とから、当該距離を半径、ビーム角を中心角とする扇刑の弧の長さを計算する。例えば当該位置を、弧の一端としたときの、当該弧の長さを計算する。これを、受信ビームの分解能とする。
【００８０】
分解能比較部５１１は、分解能計算部５１０で計算した分解能（弧の長さ）が、第１の設定値に対し予め設定した範囲内に収まるかを判断する。具体的に、第１の設定値―β１以上、第１の設定値＋β２以下の範囲に収まるかを判断する。β１およびβ２の値は、許容誤差設定部５１３から取得する。許容誤差設定部５１３は、ユーザによる入力または図示しない記憶手段から読み出すことにより、β１、β２を設定する。なお、β１、β２の値は同じでも、異なっても良い。
【００８１】
分解能比較部５１１は、分解能計算部５１０で計算した分解能（弧の長さ）が、その範囲に収まるときは、そのビーム角を維持するとの指示を、ビーム角計算部５０９に出力する。その範囲外のときは、ビーム角の再計算を、ビーム角計算部５０９に指示する。
【００８２】
一方、ビーム角計算部５０９は、分解能比較部５１１からの指示に従って、ビーム角を再計算する。一例として、まだ受信ビームを配置していない送信ビームの領域内の位置（たとえば受信機から最も遠い位置）までの距離を半径とし、弧の長さが第１の設定値となるような角度を計算し、その角度を受信ビーム角として計算する。このとき、例えば、当該最も遠い位置が弧の端となるようにしてもよい。
【００８３】
ビーム方向計算部５１４は、ビーム角計算部５０９で配置された受信ビームのビーム方向を計算する。ビーム方向計算部５１４は、各受信ビームの角度と、方向とに関する情報を受信ビーム情報として観測同期制御部１０１に入力する。本実施形態では、受信ビームを配置した後で受信ビーム方向を計算したが、受信ビーム方向を決めた後で受信ビームを配置する方法でもよい。
【００８４】
図８に、第３の実施形態に係る受信ビーム角計算方法例を説明する概念図を示す。送信機Ｔｘは、Ｘ，Ｙ，Ｚ空間の原点に配置され、受信機は、Ｘ軸上に配置されている。
【００８５】
観測距離計算部５０８で送信機Ｔｘと受信機Ｒｘの距離を計算する。
【００８６】
送信機Ｔｘの位置での受信ビーム６０３のビーム端の弧の長さが、第１の設定値６０４となるように、ビーム角計算部５０９で、受信ビーム角θ２１を計算する。
【００８７】
ビーム角計算部５０９は、そのビーム角θ２１の受信ビーム６０３を配置し、受信ビーム６０３から順次遠ざかるように受信ビームを満遍なく配置していく。送信ビームの形状に応じて、仰角方向および方位角方向の両方、または少なくとも一方に沿って順次、受信ビームを配置していく。ここでは、仰角方向に沿ってのみ配置していく場合を示す。
【００８８】
受信ビームを配置する際、現在のビーム角を維持してよいかどうか、分解能計算部５１０および分解能比較部５１１を用いて判断する。分解能計算部５１０で、配置しようとする受信ビームの分解能を計算する。一例として、その受信ビームと送信ビームの交差領域で受信機から最も遠い位置までの距離と、現在のビーム角θ２１を乗算することで分解能を計算する。これは、当該距離を半径、ビーム角θ２１を中心角とする扇刑の弧の長さを計算することに相当する。この際、例えば当該最も遠い位置を、弧の一端としたときの、当該弧の長さを計算する。
【００８９】
分解能比較部５１１は、計算した弧の長さが、第１の設定値に対し予め設定した範囲（第１の設定値―β１以上、第１の設定値＋β２以下の範囲）内に収まるかを判断する。β１およびβ２の値は、許容誤差設定部５１３から読み出す。
【００９０】
その範囲に収まるときは、ビーム角計算部５０９は、現在のビーム角を維持し、ビーム角の受信ビーム（ビーム角θ２１の受信ビーム）を配置する。図の受信ビーム６０６は、第１の設定値よりも弧の長さ６０５が小さいが、予め設定した範囲に入るため、現在のビーム角のまま配置する。受信ビーム６０６のビーム角θ２２は、受信ビーム６０３のビーム角θ２１と同じである。
【００９１】
一方、その範囲内に収まらないときは、ビーム角を再計算する。例えば、上記最も遠い位置までの距離に基づき、弧の長さが第１の設定値となるようなビーム角を再計算する。このとき、例えば、当該最も遠い位置が弧の端となるように考えてもよい。図の受信ビーム６０８は、再計算後のビーム角の受信ビームである。受信ビーム６０８の弧の長さ６０７は第１の設定値に一致し、ビーム角θ２３は、ビーム角θ２１、θ２２とは異なる値である。
【００９２】
図の受信ビーム６１０は、第１の設定値よりも弧の長さ６０９が小さいが、予め設定した範囲に入るため、現在のビーム角のまま配置する。つまり、受信ビーム６１０のビーム角θ２４は、受信ビーム６０８のビーム角θ２３と同じである。また、図の受信ビーム６１２は、この後に再計算されたビーム角の受信ビームである。受信ビーム６１２の弧の長さ６１１は第１の設定値に一致し、ビーム角θ２５は、ビーム角θ２３、θ２４とは異なる値である。
【００９３】
以上の動作を観測対象領域内に満遍なく受信ビームの配置が完了するまで繰り返す。
【００９４】
ビーム方向計算部５１４では各配置された受信ビームの方向を計算し、各受信ビームの角度および方向に関する情報を観測同期制御部１０１に出力する。以降の動作は、第１の実施形態と同様である。
【００９５】
第３の実施形態によれば、第２の実施形態よりも、観測対象領域内で均一な体積からの反射波を測定できる。よって、観測データの測定精度のばらつきを抑制することができる。
【００９６】
なお、本発明は上記各実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記各実施形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることによって種々の発明を形成できる。また例えば、各実施形態に示される全構成要素からいくつかの構成要素を削除した構成も考えられる。さらに、異なる実施形態に記載した構成要素を適宜組み合わせてもよい。  
【符号の説明】
【００９７】
１００、３００、５００：ビーム情報生成装置
１０１：観測同期制御部
１０２：受信ビームアンテナ
１０３：ビーム生成部
１０５：データ抽出部
１０６：抽出時間幅指示部
１０７：気象パラメータ推定部
１０８：分解能設定部
１０９：モデル配置部
１１１：観測距離計算部
１１２：ビーム角計算部
１１０：ビーム方向計算部
１１４：位相制御部
１１５：位相器
３１１：分解能設定部
３１２：ビーム角計算部
３１３：ビーム方向計算部
３０８：ビーム角数設定部
３０９：送信領域分割部
３１０：距離計算部
５１２：分解能設定部
５１３：許容誤差設定部
５０８：観測距離計算部
５０９：ビーム角計算部
５１０：分解能計算部
５１１：分解能比較部
５１４：ビーム方向計算部
【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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