(57)【要約】  交差偏波比算出部（１２）が、反射波強度算出部（１１）により算出された反射波強度Ｖｈｈ（ｎ）の積分後の反射波強度である水平偏波送信水平偏波受信でのレーダ反射因子Ｚｈｈと、反射波強度Ｖｖｈ（ｎ＋２）の積分後の反射波強度である水平偏波送信垂直偏波受信でのレーダ反射因子Ｚｖｈとを求め、そのレーダ反射因子Ｚｈｈとレーダ反射因子Ｚｖｈとの比である交差偏波比ＬＤＲｖｈを算出するように構成する。これにより、３種類の偏波送受信処理を繰り返す場合でも、交差偏波比ＬＤＲｖｈを算出することができる。
2017056193.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水平偏波を送信して水平偏波を受信する第１の送受信処理と、垂直偏波を送信して垂直偏波を受信する第２の送受信処理と、水平偏波を送信して垂直偏波を受信する第３の送受信処理又は垂直偏波を送信して水平偏波を受信する第４の送受信処理とを順番に繰り返し実施する送受信装置と、
前記送受信装置により前記第１の送受信処理で受信された水平偏波から、当該水平偏波の電力値である第１の反射波強度を算出し、前記第２の送受信処理で受信された垂直偏波から、当該垂直偏波の電力値である第２の反射波強度を算出し、前記第３の送受信処理で受信された垂直偏波から、当該垂直偏波の電力値である第３の反射波強度又は前記第４の送受信処理で受信された水平偏波から、当該水平偏波の電力値である第４の反射波強度を算出する反射波強度算出部と、
前記反射波強度算出部により算出された前記第１の反射波強度と前記第３の反射波強度との比、あるいは、前記第２の反射波強度と前記第４の反射波強度との比である交差偏波比を算出する交差偏波比算出部と
を備えた二重偏波レーダ装置。
【請求項２】
前記反射波強度算出部により算出された前記第１の反射波強度と、前記第２の反射波強度と、前記第３の反射波強度又は前記第４の反射波強度とから、パルスペア法を用いて、偏波を反射している観測対象のドップラー速度を算出する速度算出部を備えたことを特徴とする請求項１記載の二重偏波レーダ装置。
【請求項３】
前記速度算出部は、前記反射波強度算出部により算出された前記第１の反射波強度と、前記第２の反射波強度と、前記第３の反射波強度又は前記第４の反射波強度とから、前記送受信装置により偏波が繰り返し送信される周期での各送信偏波における自己相関のラグを算出して、前記ラグから前記送受信装置により繰り返し送信される偏波間の位相差を算出し、前記ラグ、前記偏波間の位相差及び前記ドップラー速度を観測することが可能な範囲であるナイキスト速度から、前記観測対象のドップラー速度を算出することを特徴とする請求項２記載の二重偏波レーダ装置。
【請求項４】
前記送受信装置により前記第３の送受信処理と前記第４の送受信処理の双方が実施される場合、前記送受信装置により前記第１の送受信処理と、前記第３の送受信処理と、前記第２の送受信処理と、前記第４の送受信処理とが順番に繰り返し実施され、
前記反射波強度算出部は、前記第３の送受信処理で受信された垂直偏波から、当該垂直偏波の電力値である第３の反射波強度を算出するとともに、前記第４の送受信処理で受信された水平偏波から、当該水平偏波の電力値である第４の反射波強度を算出することを特徴とする請求項１記載の二重偏波レーダ装置。
【請求項５】
前記反射波強度算出部により算出された前記第１の反射波強度と、前記第２の反射波強度と、前記第３の反射波強度と、前記第４の反射波強度とから、パルスペア法を用いて、偏波を反射している観測対象のドップラー速度を算出する速度算出部を備えたことを特徴とする請求項４記載の二重偏波レーダ装置。
【請求項６】
前記速度算出部は、前記反射波強度算出部により算出された前記第１の反射波強度と、前記第２の反射波強度と、前記第３の反射波強度と、前記第４の反射波強度とから、前記送受信装置により偏波が繰り返し送信される周期での各送信偏波における自己相関のラグを算出して、前記ラグから前記送受信装置により繰り返し送信される偏波間の位相差を算出し、前記ラグ、前記偏波間の位相差及び前記ドップラー速度を観測することが可能な範囲であるナイキスト速度から、前記観測対象のドップラー速度を算出することを特徴とする請求項５記載の二重偏波レーダ装置。
【請求項７】
前記反射波強度算出部は、前記第３の反射波強度から前記第３の送受信処理でのレーダ反射因子又は前記第４の反射波強度から前記第４の送受信処理でのレーダ反射因子を算出することを特徴とする請求項１記載の二重偏波レーダ装置。
【請求項８】
前記反射波強度算出部により算出されたレーダ反射因子が閾値以上であれば、前記レーダ反射因子が有効であると判定し、前記レーダ反射因子が前記閾値未満であれば、前記レーダ反射因子が無効であると判定する有効無効判定部を備え、
前記交差偏波比算出部は、前記有効無効判定部により有効であると判定されれば、前記交差偏波比の算出処理を実行し、前記有効無効判定部により無効であると判定されれば、前記交差偏波比の算出処理を実行しないことを特徴とする請求項７記載の二重偏波レーダ装置。
【請求項９】
前記速度算出部は、
前記ラグから、前記送受信装置により前記第１の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と前記第２の送受信処理で受信された垂直偏波との共分散である第１の共分散と、前記第２の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波と前記第３の送受信処理で受信された垂直偏波又は前記第４の送受信処理で受信された水平偏波との共分散である第２の共分散と、前記第３の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波又は前記第４の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と前記第１の送受信処理で受信された水平偏波との共分散である第３の共分散とを特定し、
前記送受信装置により繰り返し送信される偏波間の位相差として、前記第１の共分散と前記第２の共分散との偏角の３分の２倍、または、前記第１の共分散と前記第３の共分散との偏角の３分の２倍を算出することを特徴とする請求項３記載の二重偏波レーダ装置。
【請求項１０】
前記速度算出部は、
前記ラグから、前記送受信装置により前記第１の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と前記第２の送受信処理で受信された垂直偏波との共分散である第１の共分散と、前記第２の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波と前記第３の送受信処理で受信された垂直偏波又は前記第４の送受信処理で受信された水平偏波との共分散である第２の共分散と、前記第３の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波又は前記第４の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と前記第１の送受信処理で受信された水平偏波との共分散である第３の共分散とを特定し、
前記送受信装置により繰り返し送信される偏波間の位相差として、前記第１の共分散と前記第２の共分散との偏角の３分の２倍と、前記第１の共分散と前記第３の共分散との偏角の３分の２倍との平均を算出することを特徴とする請求項３記載の二重偏波レーダ装置。
【請求項１１】
前記速度算出部は、
前記ラグから、前記第１の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と前記第３の送受信処理で受信された垂直偏波との共分散である第１の共分散と、前記第３の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波と前記第２の送受信処理で受信された垂直偏波との共分散である第２の共分散と、前記第２の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波と前記第４の送受信処理で受信された水平偏波との共分散である第３の共分散と、前記第４の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と前記第１の送受信処理で受信された水平偏波との共分散である第４の共分散とを特定し、
前記送受信装置により繰り返し送信される偏波間の位相差として、前記第１の共分散と前記第３の共分散との偏角、前記第１の共分散と前記第４の共分散との偏角、前記第２の共分散と前記第３の共分散との偏角、または、前記第２の共分散と前記第４の共分散との偏角を算出することを特徴とする請求項６記載の二重偏波レーダ装置。
【請求項１２】
前記速度算出部は、
前記ラグから、前記第１の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と前記第３の送受信処理で受信された垂直偏波との共分散である第１の共分散と、前記第３の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波と前記第２の送受信処理で受信された垂直偏波との共分散である第２の共分散と、前記第２の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波と前記第４の送受信処理で受信された水平偏波との共分散である第３の共分散と、前記第４の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と前記第１の送受信処理で受信された水平偏波との共分散である第４の共分散とを特定し、
前記送受信装置により繰り返し送信される偏波間の位相差として、前記第１の共分散と前記第３の共分散との偏角と、前記第１の共分散と前記第４の共分散との偏角と、前記第２の共分散と前記第３の共分散との偏角と、前記第２の共分散と前記第４の共分散との偏角との平均を算出することを特徴とする請求項６記載の二重偏波レーダ装置。
【請求項１３】
送受信装置が、水平偏波を送信して水平偏波を受信する第１の送受信処理と、垂直偏波を送信して垂直偏波を受信する第２の送受信処理と、水平偏波を送信して垂直偏波を受信する第３の送受信処理又は垂直偏波を送信して水平偏波を受信する第４の送受信処理とを順番に繰り返し実施し、
反射波強度算出部が、前記送受信装置により前記第１の送受信処理で受信された水平偏波から、当該水平偏波の電力値である第１の反射波強度を算出し、前記第２の送受信処理で受信された垂直偏波から、当該垂直偏波の電力値である第２の反射波強度を算出し、前記第３の送受信処理で受信された垂直偏波から、当該垂直偏波の電力値である第３の反射波強度又は前記第４の送受信処理で受信された水平偏波から、当該水平偏波の電力値である第４の反射波強度を算出し、
交差偏波比算出部が、前記反射波強度算出部により算出された前記第１の反射波強度と前記第３の反射波強度との比、あるいは、前記第２の反射波強度と前記第４の反射波強度との比である交差偏波比を算出する
レーダ信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、水平偏波と垂直偏波を用いて、降雨強度やドップラー速度を推定する二重偏波レーダ装置及びレーダ信号処理方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
広く用いられている単一偏波の気象レーダでは、エコー強度と降雨強度の間に成立する関係式を用いて、エコー強度から降雨強度を推定している。しかし、この関係式は、雨滴の粒径分布によって大きく変化するため、単一偏波の気象レーダで正確な降雨強度を推定することは困難である。
一般に雨滴は、球を垂直方向に押し潰した回転楕円体に近い形状をなしている。大きな粒径の雨滴は扁平度が大きく、小さな粒径の雨滴は扁平度が小さくほぼ球形となる。このため、水平偏波と垂直偏波の双方を用いる二重偏波レーダ観測を行えば、雨滴の形状に関する情報として、粒径分布に対応する情報が得られるため、精度の高い降雨強度の計測が可能になる。【０００３】
二重偏波レーダにおける偏波の送受信において、送信偏波と同一偏波の後方散乱電力と、送信偏波と直交する偏波によって生じる後方散乱電力との比は、交差偏波比（ＬＤＲ）と呼ばれる。
交差偏波比は、氷粒の形状や方向などの定性的な判別の指標となるものであり、ブライトバンドなどにおいて、降水粒子の中で送信偏波と直交する偏波の散乱（Ｚｈｖ，Ｚｖｈ）が比較的強い場合に有効なパラメータとなる。【０００４】
ここで、交互送信交互受信の運用で交差偏波比を観測する場合、下記に示す３種類の偏波送受信処理を繰り返す必要がある。
（１）水平偏波を送信して水平偏波を受信する送受信処理である「水平偏波送信水平偏波受信」
（２）垂直偏波を送信して垂直偏波を受信する送受信処理である「垂直偏波送信垂直偏波受信」
（３）水平偏波を送信して垂直偏波を受信する送受信処理である「水平偏波送信垂直偏波受信」、あるいは、垂直偏波を送信して水平偏波を受信する送受信処理である「垂直偏波送信水平偏波受信」【０００５】
３種類の偏波送受信処理を繰り返す場合、偏波の観測時間が、単偏波の送受信処理や、複数の偏波の同時送信同時受信の送受信処理を行う場合と比べて３倍に増加することから、一般的には、ドップラー速度を観測することが可能な範囲であるナイキスト速度が、単偏波の送受信処理等を行う場合と比べて１／３倍に減少することが想定される。
なお、以下の非特許文献１には、「水平偏波送信水平偏波受信」と「垂直偏波送信垂直偏波受信」の２種類の偏波送受信処理を繰り返す場合において、ナイキスト速度が、単偏波の送受信処理等を行う場合と比べて減少しないようにするための方法が開示されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】Ｍ. ＳＡＣＨＩＤＡＮＡＮＤＡ ＡＮＤ Ｄ. Ｓ. ＺＲＮＩＣ, Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｏｆ Ａｌｔｅｒｎａｔｅｌｙ Ｐｏｌａｒｉｚｅｄ Ｒａｄａｒ Ｓｉｇｎａｌｓ, １９８９．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来の二重偏波レーダ装置は以上のように構成されているので、非特許文献１に開示されている方法を用いれば、「水平偏波送信水平偏波受信」と「垂直偏波送信垂直偏波受信」の２種類の偏波送受信処理を繰り返す場合に、ナイキスト速度が、単偏波の送受信処理等を行う場合と比べて減少しないようにすることができる。しかし、非特許文献１に開示されている方法では、３種類の偏波送受信処理を繰り返す場合を想定しておらず、交差偏波比を算出することができないという課題があった。【０００８】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、３種類の偏波送受信処理を繰り返す場合でも、ナイキスト速度が減少することなく、交差偏波比を算出することができる二重偏波レーダ装置及びレーダ信号処理方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係る二重偏波レーダ装置は、水平偏波を送信して水平偏波を受信する第１の送受信処理と、垂直偏波を送信して垂直偏波を受信する第２の送受信処理と、水平偏波を送信して垂直偏波を受信する第３の送受信処理又は垂直偏波を送信して水平偏波を受信する第４の送受信処理とを順番に繰り返し実施する送受信装置と、送受信装置により第１の送受信処理で受信された水平偏波から、当該水平偏波の電力値である第１の反射波強度を算出し、第２の送受信処理で受信された垂直偏波から、当該垂直偏波の電力値である第２の反射波強度を算出し、第３の送受信処理で受信された垂直偏波から、当該垂直偏波の電力値である第３の反射波強度又は第４の送受信処理で受信された水平偏波から、当該水平偏波の電力値である第４の反射波強度を算出する反射波強度算出部とを設け、交差偏波比算出部が、反射波強度算出部により算出された第１の反射波強度と第３の反射波強度との比、あるいは、第２の反射波強度と第４の反射波強度との比である交差偏波比を算出するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、交差偏波比算出部が、反射波強度算出部により算出された第１の反射波強度と第３の反射波強度との比、あるいは、第２の反射波強度と第４の反射波強度との比である交差偏波比を算出するように構成したので、３種類の偏波送受信処理を繰り返す場合でも、ナイキスト速度が減少することなく、交差偏波比を算出することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による二重偏波レーダ装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１による二重偏波レーダ装置の信号処理装置６を示す構成図である。
【図３】図２の信号処理装置６のハードウェア構成図である。
【図４】信号処理装置６がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。
【図５】この発明の実施の形態１による二重偏波レーダ装置の処理内容であるレーダ信号処理方法を示すフローチャートである。
【図６】送受信装置１により送受信される各偏波の間隔がＴｓである例を示す説明図である。
【図７】式（１８）、式（２０）及び式（２２）から分かるＲハットａ（Ｔｓ），Ｒハットｂ（Ｔｓ），Ｒハットｃ（Ｔｓ）の位相の関係を示す説明図である。
【図８】送受信装置１により送受信される各偏波の間隔がＴｓである例を示す説明図である。
【図９】式（４５）、式（４７）、及び式（４９）及び式（５１）から分かるＲハットａ（Ｔｓ），Ｒハットｂ（Ｔｓ），Ｒハットｃ（Ｔｓ），Ｒハットｄ（Ｔｓ）の位相の関係を示す説明図である。
【図１０】この発明の実施の形態３による二重偏波レーダ装置の信号処理装置６を示す構成図である。
【図１１】図１０の信号処理装置６のハードウェア構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による二重偏波レーダ装置を示す構成図である。
また、図２はこの発明の実施の形態１による二重偏波レーダ装置の信号処理装置６を示す構成図であり、図３は図２の信号処理装置６のハードウェア構成図である。
図１〜３において、送受信装置１は送信機２、送受切替器３、アンテナ４及び受信機５から構成されており、下記に示す３種類の偏波送受信処理を繰り返し実施する。
（１）水平偏波を送信して水平偏波を受信する第１の送受信処理である「水平偏波送信水平偏波受信」
（２）垂直偏波を送信して垂直偏波を受信する第２の送受信処理である「垂直偏波送信垂直偏波受信」
（３）水平偏波を送信して垂直偏波を受信する第３の送受信処理である「水平偏波送信垂直偏波受信」、あるいは、垂直偏波を送信して水平偏波を受信する第４の送受信処理である「垂直偏波送信水平偏波受信」
【００１４】
送信機２は水平偏波又は垂直偏波を送受切替器３に出力する装置である。
送受切替器３は送信機２から出力された水平偏波又は垂直偏波をアンテナ４に出力し、アンテナ４により受信された水平偏波又は垂直偏波を受信機５に出力する装置である。
アンテナ４は送受切替器３から出力された水平偏波又は垂直偏波を空間に向けて放射する一方、空間に存在している雨滴等の観測対象に反射されて戻ってきた水平偏波又は垂直偏波を受信する。
受信機５はアンテナ４により受信された水平偏波又は垂直偏波の受信処理を実施し、その水平偏波又は垂直偏波の受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して、デジタルの受信信号を信号処理装置６に出力する装置である。
【００１５】
信号処理装置６は反射波強度算出部１１、交差偏波比算出部１２及び速度算出部１３から構成されており、送受信装置１から出力された水平偏波と垂直偏波のデジタル受信信号から、水平偏波及び垂直偏波の電力値である反射波強度を算出して、その反射波強度から交差偏波比ＬＤＲを算出するとともに、観測対象のドップラー速度ｖハットを算出する装置である。明細書の文書中では、電子出願の関係上、“ｖ”の文字の上に“＾”の記号を付することができないので、便宜上、“ｖハット”のように表記している。
表示装置７は例えば液晶ディスプレイなどから構成されており、信号処理装置６により算出された交差偏波比ＬＤＲやドップラー速度ｖハットなどを表示する装置である。
【００１６】
反射波強度算出部１１は送受信装置１から出力されたデジタル受信信号を入力する信号入力インタフェースである信号入力処理回路２１と、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）を実装している半導体処理回路あるいはワンチップマイコンなどから構成されている反射波強度算出処理回路２２と、表示装置７に対するインタフェースである表示処理回路２５とから実現されるものである。
反射波強度算出部１１は送受信装置１により第１の送受信処理で受信された水平偏波のデジタル受信信号から、当該水平偏波の電力値である反射波強度Ｖｈｈ（第１の反射波強度）を算出するとともに、第２の送受信処理で受信された垂直偏波のデジタル受信信号から、当該垂直偏波の電力値である反射波強度Ｖｖｖ（第２の反射波強度）を算出する処理を実施する。
また、反射波強度算出部１１は第３の送受信処理で受信された垂直偏波のデジタル受信信号から、当該垂直偏波の電力値である反射波強度Ｖｖｈ（第３の反射波強度）の算出処理、あるいは、第４の送受信処理で受信された水平偏波のデジタル受信信号から、当該水平偏波の電力値である反射波強度Ｖｈｖ（第４の反射波強度）の算出処理を実施する。
【００１７】
また、反射波強度算出部１１は反射波強度Ｖｈｈ，Ｖｖｖ，Ｖｖｈ（またはＶｈｖ）をそれぞれ積分することで、水平偏波送信水平偏波受信でのレーダ反射因子Ｚｈｈ、垂直偏波送信垂直偏波受信でのレーダ反射因子Ｚｖｖ、水平偏波送信垂直偏波受信でのレーダ反射因子Ｚｖｈ（または垂直偏波送信水平偏波受信でのレーダ反射因子Ｚｈｖ）を算出するとともに、レーダ反射因子Ｚｈｈとレーダ反射因子Ｚｖｖとの比であるレーダ反射因子差Ｚｄｒを算出する処理を実施する。
さらに、反射波強度算出部１１は算出したレーダ反射因子Ｚｈｈ，Ｖｖｖ，Ｚｖｈ（またはＺｈｖ）と、レーダ反射因子差Ｚｄｒとを表示装置７に表示する処理を実施する。
【００１８】
交差偏波比算出部１２は例えばＣＰＵを実装している半導体処理回路あるいはワンチップマイコンなどから構成されている交差偏波比算出処理回路２３と、表示処理回路２５とから実現されるものであり、反射波強度算出部１１により算出された反射波強度Ｖｈｈと反射波強度Ｖｖｈとの比、即ち、レーダ反射因子Ｚｈｈとレーダ反射因子Ｚｖｈとの比である交差偏波比ＬＤＲｖｈを算出する。あるいは、反射波強度算出部１１により算出された反射波強度Ｖｖｖと反射波強度Ｖｈｖとの比、即ち、レーダ反射因子Ｚｖｖとレーダ反射因子Ｚｈｖとの比である交差偏波比ＬＤＲｈｖを算出する処理を実施する。
また、交差偏波比算出部１２は算出した交差偏波比ＬＤＲｖｈ、あるいは、交差偏波比ＬＤＲｈｖを表示装置７に表示する処理を実施する。
【００１９】
速度算出部１３は例えばＣＰＵを実装している半導体処理回路あるいはワンチップマイコンなどから構成されている速度算出処理回路２４、表示処理回路２５とから実現されるものであり、反射波強度算出部１１により算出された反射波強度Ｖｈｈと、反射波強度Ｖｖｖと、反射波強度Ｖｖｈ又は反射波強度Ｖｈｖとから、パルスペア法を用いて、観測対象のドップラー速度ｖハットを算出する処理を実施する。
また、速度算出部１３は算出したドップラー速度ｖハットを表示装置７に表示する処理を実施する。
【００２０】
図１の例では、信号処理装置６の構成要素である反射波強度算出部１１、交差偏波比算出部１２及び速度算出部１３のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、信号処理装置６がコンピュータで構成されているものであってもよい。
図４は信号処理装置６がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。
信号処理装置６がコンピュータで構成される場合、反射波強度算出部１１、交差偏波比算出部１２及び速度算出部１３の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリ３１に格納し、コンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図５はこの発明の実施の形態１による二重偏波レーダ装置の処理内容であるレーダ信号処理方法を示すフローチャートである。
図４の例では、プロセッサ３２が１個の例を示しているが、コンピュータが複数のプロセッサ３２を実装しているものであってもよい。
【００２１】
次に動作について説明する。
図６は送受信装置１により送受信される各偏波の間隔がＴｓである例を示す説明図である。
図６の例では、第１の送受信処理である「水平偏波送信水平偏波受信」が（３ｉ−２）・Ｔｓの時間に行われ、第２の送受信処理である「垂直偏波送信垂直偏波受信」が（３ｉ−１）・Ｔｓの時間に行われ、第３の送受信処理である「水平偏波送信垂直偏波受信」又は第４の送受信処理である「垂直偏波送信水平偏波受信」が３ｉ・Ｔｓの時間に行われている。
ただし、ｉ＝１，２，３，・・・，Ｉである。
Ｉはサンプルペア数（水平偏波送信水平偏波受信、垂直偏波送信垂直偏波受信、水平偏波送信垂直偏波受信（または垂直偏波送信水平偏波受信）それぞれのヒット数）である。
【００２２】
この実施の形態１では、送受信装置１が、第１の送受信処理である「水平偏波送信水平偏波受信」と、第２の送受信処理である「垂直偏波送信垂直偏波受信」と、第３の送受信処理である「水平偏波送信垂直偏波受信」とを実施するものとする。
図６の例では、実施順序は、「水平偏波送信水平偏波受信」→「垂直偏波送信垂直偏波受信」→「水平偏波送信垂直偏波受信」の順番である。
この実施の形態１では、二重偏波レーダ装置の観測対象が雨滴である例を説明する。
【００２３】
送受信装置１の送信機２は、「水平偏波送信水平偏波受信」→「垂直偏波送信垂直偏波受信」→「水平偏波送信垂直偏波受信」の順番で送受信処理を実施するため、送信周期Ｔｓで、水平偏波→垂直偏波→水平偏波→水平偏波→垂直偏波→水平偏波→・・・→水平偏波→垂直偏波→水平偏波を送信する。
送受切替器３は、送信機２から水平偏波又は垂直偏波を受けると、その水平偏波又は垂直偏波をアンテナ４に出力する。
アンテナ４は、送受切替器３から水平偏波又は垂直偏波を受けると、その水平偏波又は垂直偏波を空間に向けて放射する（図５のステップＳＴ１）。
アンテナ４は、水平偏波又は垂直偏波を空間に向けて放射したのち、観測対象である雨滴に反射されて戻ってきた水平偏波又は垂直偏波を受信する。
図６の例では、送信周期Ｔｓで、水平偏波→垂直偏波→垂直偏波→水平偏波→垂直偏波→垂直偏波→・・・→水平偏波→垂直偏波→垂直偏波を受信する。
【００２４】
送受切替器３は、アンテナ４により受信された水平偏波又は垂直偏波を受信機５に出力する。
受信機５は、アンテナ４により受信された水平偏波又は垂直偏波の受信処理を実施し、その水平偏波又は垂直偏波の受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して、デジタルの受信信号を信号処理装置６に出力する（ステップＳＴ２）。
【００２５】
信号処理装置６の反射波強度算出部１１は、送受信装置１により第１の送受信処理で受信された水平偏波のデジタル受信信号から、当該水平偏波の電力値である反射波強度Ｖｈｈを算出するとともに、第２の送受信処理で受信された垂直偏波のデジタル受信信号から、当該垂直偏波の電力値である反射波強度Ｖｖｖを算出する。また、第３の送受信処理で受信された垂直偏波のデジタル受信信号から、当該垂直偏波の電力値である反射波強度Ｖｖｈを算出する（ステップＳＴ３）。
以下、反射波強度算出部１１による反射波強度Ｖｈｈ，Ｖｖｖ，Ｖｖｈの算出処理を具体的に説明する。
【００２６】
一般的に、観測対象である雨滴は、空間にランダムに存在しているので、送受信装置１から出力されるデジタル受信信号もランダムな性質を有している。
そのため、反射波強度算出部１１が、反射波強度Ｖｈｈ，Ｖｖｖ，Ｖｖｈを算出する際、複数回の偏波の送信（パルスの送信）によって得られた複数のデジタル受信信号（統計的に独立な複数の受信信号）を平均化処理（積分処理）することで、後述する反射波強度の推定値のゆらぎを抑圧して反射波強度の精度を向上させることが望ましい。ただし、ここでの平均化処理の対象のデジタル受信信号は、複数回の第１の送受信処理で受信された水平偏波のデジタル受信信号同士、複数回の第２の送受信処理で受信された垂直偏波のデジタル受信信号同士であり、また、複数回の第３の送受信処理で受信された垂直偏波のデジタル受信信号同士である。
【００２７】
ここで、アンテナ４の受信信号である後方散乱受信信号の電圧行列と、偏波の送信行列及び後方散乱行列の関係式は、一般的に下記の式（１）〜（３）で表される。
2017056193.tif 000003
2017056193.tif 000004
2017056193.tif 000005
2017056193.tif 000006
【００２８】
反射波強度算出部１１は、複数回の第１の送受信処理で受信された水平偏波のデジタル受信信号である後方散乱受信信号の電圧の合計、即ち、ｎ番目のサンプルにおける反射波強度Ｖｈｈ（ｎ）を下記の式（４）のように算出する。
また、反射波強度算出部１１は、複数回の第２の送受信処理で受信された垂直偏波のデジタル受信信号である後方散乱受信信号の電圧の合計、即ち、（ｎ＋１）番目のサンプルにおける反射波強度Ｖｖｖ（ｎ＋１）を下記の式（５）のように算出する。
さらに、反射波強度算出部１１は、複数回の第３の送受信処理で受信された垂直偏波のデジタル受信信号である後方散乱受信信号の電圧の合計、即ち、（ｎ＋２）番目のサンプルにおける反射波強度Ｖｖｈ（ｎ＋２）を下記の式（６）のように算出する。なお、これらの反射波強度は、観測領域の方位角と距離の区分（格子）毎に算出される。
2017056193.tif 000007
2017056193.tif 000008
2017056193.tif 000009
2017056193.tif 000010
ここで、距離ｒｉ（ｎ＋１）は、一つ前の距離ｒｉ（ｎ）にＴｓｖｉだけプラスして移動したものであるため、下記の式（７）のように表される。
2017056193.tif 000011
【００２９】
反射波強度算出部１１は、反射波強度Ｖｈｈ（ｎ），Ｖｖｖ（ｎ＋１），Ｖｖｈ（ｎ＋２）を算出すると、その反射波強度Ｖｈｈ（ｎ），Ｖｖｖ（ｎ＋１），Ｖｖｈ（ｎ＋２）のそれぞれを積分することで、反射波強度Ｖｈｈ（ｎ）の積分後の反射波強度である水平偏波送信水平偏波受信でのレーダ反射因子Ｚｈｈと、反射波強度Ｖｖｖ（ｎ＋１）の積分後の反射波強度である垂直偏波送信垂直偏波受信でのレーダ反射因子Ｚｖｖと、反射波強度Ｖｖｈ（ｎ＋２）の積分後の反射波強度である水平偏波送信垂直偏波受信でのレーダ反射因子Ｚｖｈとを求める。
この積分範囲は、レーダ装置の精度等を考慮して、ユーザが任意に決定することができるが、例えば、送受信装置１により送受信される各偏波の間隔Ｔｓと、送受信装置１による既知のビーム範囲（レーダを回転させる範囲）とから決定されることが想定される。
【００３０】
また、反射波強度算出部１１は、下記の式（８）に示すように、レーダ反射因子Ｚｈｈとレーダ反射因子Ｚｖｖとの比であるレーダ反射因子差Ｚｄｒを算出する。
2017056193.tif 000012
さらに、反射波強度算出部１１は、レーダ反射因子Ｚｈｈとレーダ反射因子Ｚｖｈを交差偏波比算出部１２に出力するとともに、レーダ反射因子Ｚｈｈ，Ｚｖｖ，Ｚｖｈ及びレーダ反射因子差Ｚｄｒを表示装置７に表示する。
【００３１】
交差偏波比算出部１２は、反射波強度算出部１１からレーダ反射因子Ｚｈｈとレーダ反射因子Ｚｖｈを受けると、そのレーダ反射因子Ｚｈｈとレーダ反射因子Ｚｖｈを下記の式（９）に代入することで、交差偏波比ＬＤＲｖｈを算出する（ステップＳＴ４）。
2017056193.tif 000013
交差偏波比算出部１２は、交差偏波比ＬＤＲｖｈを算出すると、その交差偏波比ＬＤＲｖｈを表示装置７に表示する。
【００３２】
速度算出部１３は、反射波強度算出部１１が反射波強度Ｖｈｈ，Ｖｖｖ，Ｖｖｈを算出すると、その反射波強度Ｖｈｈ，Ｖｖｖ，Ｖｖｈから、パルスペア法を用いて、観測対象のドップラー速度ｖハットを算出する（ステップＳＴ５）。
即ち、速度算出部１３は、反射波強度算出部１１により算出された反射波強度Ｖｈｈ，Ｖｖｖ，Ｖｖｈから、送受信装置１により偏波が繰り返し送信される周期Ｔｓでの各送信偏波における自己相関のラグＲハット（Ｔｓ）を算出して、そのラグＲハット（Ｔｓ）から送受信装置１により繰り返し送信される偏波間の位相差φハットＤＰを算出し、そのラグＲハット（Ｔｓ）、偏波間の位相差φハットＤＰ及びドップラー速度ｖハットを観測することが可能な範囲であるナイキスト速度ｖａから、観測対象のドップラー速度ｖハットを算出する。
明細書の文書中では、電子出願の関係上、“Ｒ”、“φ”の文字の上に“＾”の記号を付することができないので、便宜上、“Ｒハット”、“φハット”のように表記している。
以下、速度算出部１３によるドップラー速度ｖハットの算出処理を具体的に説明する。
【００３３】
偏波の交互送信における自己相関の推定法（パルスペア法）では、ラグＲハット（Ｔｓ）は、下記の式（１０）のように表される。一般的には、Ｒハット（Ｔｓ）は“ラグ１”と呼ばれ、Ｒハット（２Ｔｓ）は“ラグ２”と呼ばれる。
2017056193.tif 000014
式（１０）において、Ｍはサンプルペア数（水平偏波送信水平偏波受信、垂直偏波送信垂直偏波受信、水平偏波送信垂直偏波受信（または垂直偏波送信水平偏波受信）それぞれのヒット数）である。
【００３４】
式（１０）に示すＲハット（Ｔｓ）は、下記の式（１１）〜（１３）に示すように、３つの式に分解することができる。即ち、式（１０）に示すＲハット（Ｔｓ）を構成しているＲハットａ（Ｔｓ）、Ｒハットｂ（Ｔｓ）、Ｒハットｃ（Ｔｓ）を特定することができる。
2017056193.tif 000015
2017056193.tif 000016
2017056193.tif 000017
Ｒハットａ（Ｔｓ）は、水平偏波受信時における水平偏波観点の共分散、即ち、第１の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と第２の送受信処理で受信された垂直偏波との共分散（第１の共分散）である。
Ｒハットｂ（Ｔｓ）は、垂直偏波観点の共分散、即ち、第２の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波と第３の送受信処理で受信された垂直偏波との共分散（第２の共分散）である。
Ｒハットｃ（Ｔｓ）は、垂直偏波受信時における水平偏波観点の共分散、即ち、第３の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波と第１の送受信処理で受信された水平偏波との共分散（第３の共分散）である。
【００３５】
これにより、式（１０）に示すＲハット（Ｔｓ）は、下記の式（１４）のように表される。
2017056193.tif 000018
【００３６】
式（１１）に示すＲハットａ（Ｔｓ）は、式（４）に示す反射波強度Ｖｈｈ（ｎ）と、式（５）に示す反射波強度Ｖｖｖ（ｎ＋１）とを用いると、下記の式（１５）のように表される。
2017056193.tif 000019
ここで、位相である２（ｋ０＋ｋｈ）ｒｉ（ｎ）は、０〜２πの間に一様に分布するため、式（１５）のｅｘｐ部分の期待値はｉ＝ｌの時以外０になる。
【００３７】
したがって、式（１５）に示すＲハットａ（Ｔｓ）は、下記の式（１６）のように表される。
2017056193.tif 000020
式（１６）において、ｒｉ（ｎ）の平均を取ると、全体の距離の中間になることから、ｒｉ（ｎ）をｒ０（中間の距離）とおくことができる。また、ｖｉの平均をとると、全体の速度の平均となることから、ｖｉをｖ（平均速度）とおくことができる。
2017056193.tif 000021
【００３８】
式（１７）において、２（ｋｈ−ｋｖ）ｒ０は水平偏波と垂直偏波の位相差φＤＰにあたるので、２（ｋｈ−ｋｖ）ｒ０＝φＤＰであり、−２（ｋ０＋ｋｖ）Ｔｓｖは垂直偏波のドップラシフト量ψｄにあたるので、−２（ｋ０＋ｋｖ）Ｔｓｖ＝ψｄである。
また、前提として、水平偏波と垂直偏波のドップラシフト量は変わらないと仮定しているため、−２（ｋ０＋ｋｈ）Ｔｓｖ＝ψｄである。
以上より、Ｒハットａ（Ｔｓ）は、下記の式（１８）のように表される。
2017056193.tif 000022
【００３９】
式（１２）に示すＲハットｂ（Ｔｓ）は、式（５）に示す反射波強度Ｖｖｖ（ｎ＋１）と、式（６）に示す反射波強度Ｖｖｈ（ｎ＋２）を用いると、下記の式（１９）のように表される。
2017056193.tif 000023
式（１９）に示すＲハットｂ（Ｔｓ）は、
φＤＰ＝２（ｋｈ−ｋｖ）ｒ０，ψｄ＝−２（ｋ０＋ｋｖ）Ｔｓｖ，ψｄ＝−２（ｋ０＋ｋｈ）Ｔｓｖより、下記の式（２０）のように表される。
2017056193.tif 000024
【００４０】
式（１３）に示すＲハットｃ（Ｔｓ）は、式（４）に示す反射波強度Ｖｈｈ（ｎ）と、式（６）に示す反射波強度Ｖｖｈ（ｎ＋２）を用いると、下記の式（２１）のように表される。
2017056193.tif 000025
式（２１）に示すＲハットｃ（Ｔｓ）は、
φＤＰ＝２（ｋｈ−ｋｖ）ｒ０，ψｄ＝−２（ｋ０＋ｋｈ）Ｔｓｖより、下記の式（２２）のように表される。
2017056193.tif 000026
【００４１】
ここで、図７は式（１８）、式（２０）及び式（２２）から分かるＲハットａ（Ｔｓ），Ｒハットｂ（Ｔｓ），Ｒハットｃ（Ｔｓ）の位相の関係を示す説明図である。図７では、図面の簡単化のため、（Ｔｓ）の記述を省略して、Ｒハットａ，Ｒハットｂ，Ｒハットｃの
ように表記している。
図７に示すように、Ｒハットａと、Ｒハットａ＋ＲハットｂまたはＲハットａ＋Ｒハットｃとの位相差は、φＤＰであり、Ｒハットａ＋ＲハットｂまたはＲハットａ＋Ｒハットｃと、ＲハットｂまたはＲハットｃとの位相差は、φＤＰ／２である。
また、Ｒハットａ＋Ｒハットｂ，Ｒハットａ＋Ｒハットｃの位相は、ψｄである。
【００４２】
これにより、送受信装置１により繰り返し送信される偏波間の位相差φハットＤＰは、Ｒハットａ（Ｔｓ）とＲハットｂ（Ｔｓ）との偏角の２／３倍、または、Ｒハットａ（Ｔｓ）とＲハットｃ（Ｔｓ）との偏角の２／３倍で表される。
即ち、送受信装置１により繰り返し送信される偏波間の位相差φハットＤＰは、下記の式（２３）のように表される。
2017056193.tif 000027
ここでは、速度算出部１３が、送受信装置１により繰り返し送信される偏波間の位相差φハットＤＰとして、Ｒハットａ（Ｔｓ）とＲハットｂ（Ｔｓ）との偏角の２／３倍、または、Ｒハットａ（Ｔｓ）とＲハットｃ（Ｔｓ）との偏角の２／３倍を算出する例を示したが、送受信装置１により繰り返し送信される偏波間の位相差φハットＤＰとして、下記の式（２４）に示すように、Ｒハットａ（Ｔｓ）とＲハットｂ（Ｔｓ）との偏角の２／３倍と、Ｒハットａ（Ｔｓ）とＲハットｃ（Ｔｓ）との偏角の２／３倍との平均を算出するようにしてもよい。
2017056193.tif 000028
【００４３】
速度算出部１３は、偏波間の位相差φハットＤＰを算出すると、下記の式（２５）に示すように、ラグＲハット（Ｔｓ）に含まれているＲハットａ（Ｔｓ）、偏波間の位相差φハットＤＰ及びドップラー速度ｖハットを観測することが可能な範囲であるナイキスト速度ｖａから、観測対象のドップラー速度ｖハットを算出する。
2017056193.tif 000029
ここで、式（２５）は、単偏波の送受信処理や、複数の偏波の同時送信同時受信の送受信処理を行う場合のドップラー速度ｖハットの算出式と同様であり、ドップラー速度ｖハットを観測することが可能な範囲であるナイキスト速度ｖａが、単偏波の送受信処理や、複数の偏波の同時送信同時受信処理を行う場合と同等のナイキスト速度まで回復している。
したがって、３種類の偏波送受信処理を繰り返す場合でも、単偏波の送受信処理や、複数の偏波の同時送信同時受信処理を行う場合と同等のナイキスト速度で、観測対象のドップラー速度ｖハットを算出することができる。
【００４４】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、交差偏波比算出部１２が、反射波強度算出部１１により算出された反射波強度Ｖｈｈ（ｎ）の積分後の反射波強度である水平偏波送信水平偏波受信でのレーダ反射因子Ｚｈｈと、反射波強度Ｖｖｈ（ｎ＋２）の積分後の反射波強度である水平偏波送信垂直偏波受信でのレーダ反射因子Ｚｖｈとを求め、そのレーダ反射因子Ｚｈｈとレーダ反射因子Ｚｖｈとの比である交差偏波比ＬＤＲｖｈを算出するように構成したので、３種類の偏波送受信処理を繰り返す場合でも、ナイキスト速度ｖａが減少することなく、交差偏波比ＬＤＲｖｈを算出することができる効果を奏する。
【００４５】
この実施の形態１では、送受信装置１が、第１の送受信処理である「水平偏波送信水平偏波受信」と、第２の送受信処理である「垂直偏波送信垂直偏波受信」と、第３の送受信処理である「水平偏波送信垂直偏波受信」とを実施する例を示したが、第１の送受信処理である「水平偏波送信水平偏波受信」と、第２の送受信処理である「垂直偏波送信垂直偏波受信」と、第４の送受信処理である「垂直偏波送信水平偏波受信」とを実施するものであってもよい。
この場合、反射波強度算出部１１は、複数回の第３の送受信処理で受信された垂直偏波のデジタル受信信号である後方散乱受信信号の電圧の合計、即ち、（ｎ＋２）番目のサンプルにおける反射波強度Ｖｖｈ（ｎ＋２）を算出する代わりに、複数回の第４の送受信処理で受信された水平偏波のデジタル受信信号である後方散乱受信信号の電圧の合計、即ち、下記の式（２６）に示すように、（ｎ＋２）番目のサンプルにおける反射波強度Ｖｈｖ（ｎ＋２）を算出する。
2017056193.tif 000030
【００４６】
また、反射波強度算出部１１は、反射波強度Ｖｈｖ（ｎ＋２）を積分することで、反射波強度Ｖｈｖ（ｎ＋２）の積分後の反射波強度である垂直偏波送信水平偏波受信でのレーダ反射因子Ｚｈｖを求める。
この積分範囲は、レーダ装置の精度等を考慮して、ユーザが任意に決定することができるが、例えば、送受信装置１により送受信される各偏波の間隔Ｔｓと、送受信装置１による既知のビーム範囲（レーダを回転させる範囲）とから決定されることが想定される。
さらに、反射波強度算出部１１は、レーダ反射因子Ｚｖｖとレーダ反射因子Ｚｈｖを交差偏波比算出部１２に出力するとともに、レーダ反射因子Ｚｈｈ，Ｚｖｖ，Ｚｈｖ及びレーダ反射因子差Ｚｄｒを表示装置７に表示する。
【００４７】
交差偏波比算出部１２は、反射波強度算出部１１からレーダ反射因子Ｚｖｖとレーダ反射因子Ｚｈｖを受けると、そのレーダ反射因子Ｚｖｖとレーダ反射因子Ｚｈｖを下記の式（２７）に代入することで、交差偏波比ＬＤＲｈｖを算出する。
2017056193.tif 000031
交差偏波比算出部１２は、交差偏波比ＬＤＲｖｈを算出すると、その交差偏波比ＬＤＲｖｈを表示装置７に表示する。
【００４８】
速度算出部１３は、反射波強度算出部１１が反射波強度Ｖｈｈ，Ｖｖｖ，Ｖｈｖを算出すると、その反射波強度Ｖｈｈ，Ｖｖｖ，Ｖｈｖから、パルスペア法を用いて、観測対象のドップラー速度ｖハットを算出する。
即ち、速度算出部１３は、反射波強度算出部１１により算出された反射波強度Ｖｈｈ，Ｖｖｖ，Ｖｈｖから、送受信装置１により偏波が繰り返し送信される周期Ｔｓでの各送信偏波における自己相関のラグＲハット（Ｔｓ）を算出して、そのラグＲハット（Ｔｓ）から送受信装置１により繰り返し送信される偏波間の位相差φハットＤＰを算出し、そのラグＲハット（Ｔｓ）、偏波間の位相差φハットＤＰ及びナイキスト速度ｖａから、観測対象のドップラー速度ｖハットを算出する。
反射波強度算出部１１により算出された反射波強度を用いて、ドップラー速度ｖハットを算出する場合、偏波の交互送信における自己相関の推定法（パルスペア法）では、ラグＲハット（Ｔｓ）は、下記の式（２８）のように表される。
2017056193.tif 000032
【００４９】
式（２８）に示すＲハット（Ｔｓ）は、上記の式（１１）（１２）と、下記の式（２９）とに示すように、３つの式に分解することができる。即ち、式（２８）に示すＲハット（Ｔｓ）を構成しているＲハットａ（Ｔｓ）、Ｒハットｂ（Ｔｓ）、Ｒハットｃ（Ｔｓ）を特定することができる。
2017056193.tif 000033
Ｒハットｃ（Ｔｓ）は、水平偏波受信時における垂直偏波観点の共分散、即ち、第４の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と第１の送受信処理で受信された水平偏波との共分散（第４の共分散）である。
【００５０】
式（２９）に示すＲハットｃ（Ｔｓ）は、式（４）に示す反射波強度Ｖｈｈ（ｎ）と、式（２６）に示す反射波強度Ｖｈｖ（ｎ＋２）を用いると、下記の式（３０）のように表される。
2017056193.tif 000034
式（３０）に示すＲハットｃ（Ｔｓ）は、
φＤＰ＝２（ｋｈ−ｋｖ）ｒ０，ψｄ＝−２（ｋ０＋ｋｈ）Ｔｓｖより、下記の式（３１）のように表される。
2017056193.tif 000035
以降の速度算出部１３の処理内容は、第３の送受信処理である「水平偏波送信垂直偏波受信」を実施する場合と同様である。
【００５１】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、送受信装置１が、第３の送受信処理である「水平偏波送信垂直偏波受信」又は第４の送受信処理である「垂直偏波送信水平偏波受信」のいずれかを実施するものを示したが、第３の送受信処理である「水平偏波送信垂直偏波受信」と、第４の送受信処理である「垂直偏波送信水平偏波受信」との双方を実施することで、４種類の偏波送受信処理を繰り返すようにしてもよい。
【００５２】
図８は送受信装置１により送受信される各偏波の間隔がＴｓである例を示す説明図である。
図８の例では、第１の送受信処理である「水平偏波送信水平偏波受信」が（４ｉ−３）・Ｔｓの時間に行われ、第３の送受信処理である「水平偏波送信垂直偏波受信」が（４ｉ−２）・Ｔｓの時間に行われ、第２の送受信処理である「垂直偏波送信垂直偏波受信」が（４ｉ−１）・Ｔｓの時間に行われ、第４の送受信処理である「垂直偏波送信水平偏波受信」が４ｉ・Ｔｓの時間に行われている。
ただし、ｉ＝１，２，３，・・・，Ｉである。
Ｉはサンプルペア数（水平偏波送信水平偏波受信、垂直偏波送信垂直偏波受信、水平偏波送信垂直偏波受信、垂直偏波送信水平偏波受信それぞれのヒット数）である。
即ち、図８の例では、実施順序は、「水平偏波送信水平偏波受信」→「水平偏波送信垂直偏波受信」→「垂直偏波送信垂直偏波受信」→「垂直偏波送信水平偏波受信」の順番である。
この実施の形態２による二重偏波レーダ装置の構成図は、上記実施の形態１による二重偏波レーダ装置と同様に図１である。
次に動作について説明する。
【００５３】
送受信装置１の送信機２は、「水平偏波送信水平偏波受信」→「水平偏波送信垂直偏波受信」→「垂直偏波送信垂直偏波受信」→「垂直偏波送信水平偏波受信」の順番で送受信処理を実施するため、送信周期Ｔｓで、水平偏波→水平偏波→垂直偏波→垂直偏波→水平偏波→水平偏波→垂直偏波→垂直偏波→・・・→水平偏波→水平偏波→垂直偏波→垂直偏波を送信する。
送受切替器３は、送信機２から水平偏波又は垂直偏波を受けると、その水平偏波又は垂直偏波をアンテナ４に出力する。
アンテナ４は、送受切替器３から水平偏波又は垂直偏波を受けると、その水平偏波又は垂直偏波を空間に向けて放射する。
アンテナ４は、水平偏波又は垂直偏波を空間に向けて放射したのち、観測対象である雨滴に反射されて戻ってきた水平偏波又は垂直偏波を受信する。
図８の例では、送信周期Ｔｓで、水平偏波→垂直偏波→垂直偏波→水平偏波→水平偏波→垂直偏波→垂直偏波→水平偏波→・・・→水平偏波→垂直偏波→垂直偏波→水平偏波を受信する。
【００５４】
送受切替器３は、アンテナ４により受信された水平偏波又は垂直偏波を受信機５に出力する。
受信機５は、アンテナ４により受信された水平偏波又は垂直偏波の受信処理を実施し、その水平偏波又は垂直偏波の受信信号をアナログ信号からデジタル信号に変換して、デジタルの受信信号を信号処理装置６に出力する。
【００５５】
信号処理装置６の反射波強度算出部１１は、送受信装置１により第１の送受信処理で受信された水平偏波のデジタル受信信号から、当該水平偏波の電力値である反射波強度Ｖｈｈを算出するとともに、第３の送受信処理で受信された垂直偏波のデジタル受信信号から、当該垂直偏波の電力値である反射波強度Ｖｖｈを算出する。
また、第２の送受信処理で受信された垂直偏波のデジタル受信信号から、当該垂直偏波の電力値である反射波強度Ｖｖvを算出するとともに、第４の送受信処理で受信された水平偏波のデジタル受信信号から、当該水平偏波の電力値である反射波強度Ｖｈｖを算出する。
以下、反射波強度算出部１１による反射波強度Ｖｈｈ，Ｖｖｈ，Ｖｖｖ，Ｖｈｖの算出処理を具体的に説明する。
【００５６】
反射波強度算出部１１は、複数回の第１の送受信処理で受信された水平偏波のデジタル受信信号である後方散乱受信信号の電圧の合計、即ち、ｎ番目のサンプルにおける反射波強度Ｖｈｈ（ｎ）を下記の式（３２）のように算出する。
また、反射波強度算出部１１は、複数回の第３の送受信処理で受信された垂直偏波のデジタル受信信号である後方散乱受信信号の電圧の合計、即ち、（ｎ＋１）番目のサンプルにおける反射波強度Ｖｖｈ（ｎ＋１）を下記の式（３３）のように算出する。
反射波強度算出部１１は、複数回の第２の送受信処理で受信された垂直偏波のデジタル受信信号である後方散乱受信信号の電圧の合計、即ち、（ｎ＋２）番目のサンプルにおける反射波強度Ｖｖｖ（ｎ＋２）を下記の式（３４）のように算出する。
さらに、反射波強度算出部１１は、複数回の第４の送受信処理で受信された水平偏波のデジタル受信信号である後方散乱受信信号の電圧の合計、即ち、（ｎ＋３）番目のサンプルにおける反射波強度Ｖｈｖ（ｎ＋３）を下記の式（３５）のように算出する。なお、これらの反射波強度は、観測領域の方位角と距離の区分（格子）毎に算出される。
2017056193.tif 000036
2017056193.tif 000037
2017056193.tif 000038
2017056193.tif 000039
【００５７】
反射波強度算出部１１は、反射波強度Ｖｈｈ（ｎ），Ｖｖｈ（ｎ＋１），Ｖｖｖ（ｎ＋２），Ｖｈｖ（ｎ＋３）を算出すると、その反射波強度Ｖｈｈ（ｎ），Ｖｖｈ（ｎ＋１），Ｖｖｖ（ｎ＋２），Ｖｈｖ（ｎ＋３）のそれぞれを積分することで、反射波強度Ｖｈｈ（ｎ）の積分後の反射波強度である水平偏波送信水平偏波受信でのレーダ反射因子Ｚｈｈと、反射波強度Ｖｖｈ（ｎ＋１）の積分後の反射波強度である水平偏波送信垂直偏波受信でのレーダ反射因子Ｚｖｈと、反射波強度Ｖｖｖ（ｎ＋２）の積分後の反射波強度である垂直偏波送信垂直偏波受信でのレーダ反射因子Ｚｖｖと、反射波強度Ｖｈｖ（ｎ＋３））の積分後の反射波強度である垂直偏波送信水平偏波受信でのレーダ反射因子Ｚｈｖとを求める。
この積分範囲は、レーダ装置の精度等を考慮して、ユーザが任意に決定することができるが、例えば、送受信装置１により送受信される各偏波の間隔Ｔｓと、送受信装置１による既知のビーム範囲（レーダを回転させる範囲）とから決定されることが想定される。
【００５８】
また、反射波強度算出部１１は、上記の式（８）に示すように、レーダ反射因子Ｚｈｈとレーダ反射因子Ｚｖｖとの比であるレーダ反射因子差Ｚｄｒを算出する。
さらに、反射波強度算出部１１は、レーダ反射因子Ｚｈｈ，Ｚｖｈ，Ｚｖｖ，Ｚｈｖを交差偏波比算出部１２に出力するとともに、レーダ反射因子Ｚｈｈ，Ｚｖｈ，Ｚｖｖ，Ｚｈｖ及びレーダ反射因子差Ｚｄｒを表示装置７に表示する。
【００５９】
交差偏波比算出部１２は、反射波強度算出部１１からレーダ反射因子Ｚｈｈ，Ｚｖｈ，Ｚｖｖ，Ｚｈｖを受けると、そのレーダ反射因子Ｚｈｈとレーダ反射因子Ｚｖｈを下記の式（３６）に代入することで、交差偏波比ＬＤＲｖｈを算出する。
2017056193.tif 000040
また、交差偏波比算出部１２は、そのレーダ反射因子Ｚｖｖとレーダ反射因子Ｚｈｖを下記の式（３７）に代入することで、交差偏波比ＬＤＲｈｖを算出する。
2017056193.tif 000041
交差偏波比算出部１２は、交差偏波比ＬＤＲｖｈ，ＬＤＲｈｖを算出すると、その交差偏波比ＬＤＲｖｈ，ＬＤＲｈｖを表示装置７に表示する。
【００６０】
速度算出部１３は、反射波強度算出部１１が反射波強度Ｖｈｈ（ｎ），Ｖｖｈ（ｎ＋１），Ｖｖｖ（ｎ＋２），Ｖｈｖ（ｎ＋３）を算出すると、その反射波強度Ｖｈｈ（ｎ），Ｖｖｈ（ｎ＋１），Ｖｖｖ（ｎ＋２），Ｖｈｖ（ｎ＋３）から、パルスペア法を用いて、観測対象のドップラー速度ｖハットを算出する。
即ち、速度算出部１３は、反射波強度算出部１１により算出された反射波強度Ｖｈｈ（ｎ），Ｖｖｈ（ｎ＋１），Ｖｖｖ（ｎ＋２），Ｖｈｖ（ｎ＋３）から、送受信装置１により偏波が繰り返し送信される周期Ｔｓでの各送信偏波における自己相関のラグＲハット（Ｔｓ）を算出して、そのラグＲハット（Ｔｓ）から送受信装置１により繰り返し送信される偏波間の位相差φハットＤＰを算出し、そのラグＲハット（Ｔｓ）、偏波間の位相差φハットＤＰ及びナイキスト速度ｖａから、観測対象のドップラー速度ｖハットを算出する。
反射波強度算出部１１により算出された反射波強度を用いて、ドップラー速度ｖハットを算出する場合、偏波の交互送信における自己相関の推定法（パルスペア法）では、ラグＲハット（Ｔｓ）は、下記の式（３８）のように表される。
2017056193.tif 000042
【００６１】
式（３８）に示すＲハット（Ｔｓ）は、下記の式（３９）〜（４２）に示すように、４つの式に分解することができる。即ち、式（３８）に示すＲハット（Ｔｓ）を構成しているＲハットａ（Ｔｓ）、Ｒハットｂ（Ｔｓ）、Ｒハットｃ（Ｔｓ）、Ｒハットｄ（Ｔｓ）を特定することができる。
2017056193.tif 000043
2017056193.tif 000044
2017056193.tif 000045
2017056193.tif 000046
Ｒハットａ（Ｔｓ）は、第１の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と第３の送受信処理で受信された垂直偏波との共分散（第１の共分散）である。
Ｒハットｂ（Ｔｓ）は、第３の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波と第２の送受信処理で受信された垂直偏波との共分散（第２の共分散）である。
Ｒハットｃ（Ｔｓ）は、第２の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波と第４の送受信処理で受信された水平偏波との共分散（第３の共分散）である。
Ｒハットｄ（Ｔｓ）は、第４の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と第１の送受信処理で受信された水平偏波との共分散（第４の共分散）である。
【００６２】
これにより、式（３８）に示すＲハット（Ｔｓ）は、下記の式（４３）のように表される。
2017056193.tif 000047
【００６３】
式（３９）に示すＲハットａ（Ｔｓ）は、式（３２）に示す反射波強度Ｖｈｈ（ｎ）と、式（３３）に示す反射波強度Ｖｖｈ（ｎ＋１）とを用いると、下記の式（４４）のように表される。
2017056193.tif 000048
式（４４）に示すＲハットａ（Ｔｓ）は、
φＤＰ＝２（ｋｈ−ｋｖ）ｒ０，ψｄ＝−２（ｋ０＋ｋｈ）Ｔｓｖ＝−２（ｋ０＋ｋｖ）Ｔｓｖより、下記の式（４５）のように表される。
2017056193.tif 000049
【００６４】
式（４０）に示すＲハットｂ（Ｔｓ）は、式（３３）に示す反射波強度Ｖｖｈ（ｎ＋１）と、式（３４）に示す反射波強度Ｖｖｖ（ｎ＋２）を用いると、下記の式（４６）のように表される。
2017056193.tif 000050
式（４６）に示すＲハットｂ（Ｔｓ）は、
φＤＰ＝２（ｋｈ−ｋｖ）ｒ０，ψｄ＝−２（ｋ０＋ｋｈ）Ｔｓｖより、下記の式（４７）のように表される。
2017056193.tif 000051
【００６５】
式（４１）に示すＲハットｃ（Ｔｓ）は、式（３４）に示す反射波強度Ｖｖｖ（ｎ＋２）と、式（３５）に示す反射波強度Ｖｈｖ（ｎ＋３）とを用いると、下記の式（４８）のように表される。
2017056193.tif 000052
式（４８）に示すＲハットｃ（Ｔｓ）は、
φＤＰ＝２（ｋｈ−ｋｖ）ｒ０，ψｄ＝−２（ｋ０＋ｋｈ）Ｔｓｖ＝−２（ｋ０＋ｋｖ）Ｔｓｖより、下記の式（４９）のように表される。
2017056193.tif 000053
【００６６】
式（４２）に示すＲハットｄ（Ｔｓ）は、式（３５）に示す反射波強度Ｖｈｖ（ｎ＋３）と、式（３２）に示す反射波強度Ｖｈｈ（ｎ）を用いると、下記の式（５０）のように表される。
2017056193.tif 000054
式（５０）に示すＲハットｄ（Ｔｓ）は、
φＤＰ＝２（ｋｈ−ｋｖ）ｒ０，ψｄ＝−２（ｋ０＋ｋｈ）Ｔｓｖ＝−２（ｋ０＋ｋｖ）Ｔｓｖより、下記の式（５１）のように表される。
2017056193.tif 000055
【００６７】
ここで、図９は式（４５）、式（４７）、及び式（４９）及び式（５１）から分かるＲハットａ（Ｔｓ），Ｒハットｂ（Ｔｓ），Ｒハットｃ（Ｔｓ），Ｒハットｄ（Ｔｓ）の位相の関係を示す説明図である。図９では、図面の簡単化のため、（Ｔｓ）の記述を省略して、Ｒハットａ，Ｒハットｂ，Ｒハットｃ，Ｒハットｄのように表記している。
図９に示すように、ＲハットａまたはＲハットｂと、Ｒハットａ（またはＲハットｂ）＋Ｒハットｃ（またはＲハットｄ）との位相差は、φＤＰ／２であり、ＲハットｃまたはＲハットｄと、Ｒハットａ（またはＲハットｂ）＋Ｒハットｃ（またはＲハットｄ）との位相差は、φＤＰ／２である。
また、Ｒハットａ（またはＲハットｂ）＋Ｒハットｃ（またはＲハットｄ）の位相は、ψｄである。
【００６８】
これにより、送受信装置１により繰り返し送信される偏波間の位相差φＤＰは、Ｒハットａ（Ｔｓ）とＲハットｃ（Ｔｓ）との偏角、Ｒハットａ（Ｔｓ）とＲハットｄ（Ｔｓ）との偏角、Ｒハットｂ（Ｔｓ）とＲハットｃ（Ｔｓ）との偏角、または、Ｒハットｂ（Ｔｓ）とＲハットｄ（Ｔｓ）との偏角で表される。
即ち、送受信装置１により繰り返し送信される偏波間の位相差φハットＤＰは、下記の式（５２）のように表される。
2017056193.tif 000056
ここでは、速度算出部１３が、送受信装置１により繰り返し送信される偏波間の位相差φＤＰとして、Ｒハットａ（Ｔｓ）とＲハットｃ（Ｔｓ）との偏角、Ｒハットａ（Ｔｓ）とＲハットｄ（Ｔｓ）との偏角、Ｒハットｂ（Ｔｓ）とＲハットｃ（Ｔｓ）との偏角、または、Ｒハットｂ（Ｔｓ）とＲハットｄ（Ｔｓ）との偏角を算出する例を示したが、送受信装置１により繰り返し送信される偏波間の位相差φＤＰとして、下記の式（５３）に示すように、Ｒハットａ（Ｔｓ）とＲハットｃ（Ｔｓ）との偏角と、Ｒハットａ（Ｔｓ）とＲハットｄ（Ｔｓ）との偏角と、Ｒハットｂ（Ｔｓ）とＲハットｃ（Ｔｓ）との偏角と、Ｒハットｂ（Ｔｓ）とＲハットｄ（Ｔｓ）との偏角との平均を算出するようにしてもよい。
2017056193.tif 000057
【００６９】
速度算出部１３は、偏波間の位相差φハットＤＰを算出すると、下記の式（５４）に示すように、ラグＲハット（Ｔｓ）に含まれているＲハットａ（Ｔｓ）、偏波間の位相差φハットＤＰ及びドップラー速度ｖハットを観測することが可能な範囲であるナイキスト速度ｖａから、観測対象のドップラー速度ｖハットを算出する。
2017056193.tif 000058
ここで、式（５４）は、単偏波の送受信処理や、複数の偏波の同時送信同時受信処理を行う場合のドップラー速度ｖハットの算出式と同様であり、ドップラー速度ｖハットを観測することが可能な範囲であるナイキスト速度ｖａが、単偏波の送受信処理や、複数の偏波の同時送信同時受信処理を行う場合と同等のナイキスト速度まで回復している。
したがって、４種類の偏波送受信処理を繰り返す場合でも、単偏波の送受信処理や、複数の偏波の同時送信同時受信処理を行う場合と同等のナイキスト速度ｖａで、観測対象のドップラー速度ｖハットを算出することができる。
なお、Ｒハットａ（Ｔｓ）の代わりに、Ｒハットｂ（Ｔｓ）、Ｒハットｃ（Ｔｓ）又はＲハットｄ（Ｔｓ）を式（５４）に代入することで、ドップラー速度ｖハットを算出するようにしてもよい。
【００７０】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、交差偏波比算出部１２が、レーダ反射因子Ｚｈｈとレーダ反射因子Ｚｖｈとの比である交差偏波比ＬＤＲｖｈ、または、レーダ反射因子Ｚｖｖとレーダ反射因子Ｚｈｖとの比である交差偏波比ＬＤＲｈｖを算出するように構成したので、４種類の偏波送受信処理を繰り返す場合でも、ナイキスト速度ｖａが減少することなく、交差偏波比ＬＤＲｖｈまたは交差偏波比ＬＤＲｈｖを算出することができる効果を奏する。
【００７１】
実施の形態３．
図１０はこの発明の実施の形態３による二重偏波レーダ装置の信号処理装置６を示す構成図であり、図１０において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
また、図１１は図１０の信号処理装置６のハードウェア構成図であり、図１１において、図３と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
有効無効判定部１４は例えばＣＰＵを実装している半導体処理回路あるいはワンチップマイコンなどから構成されている有効無効判定処理回路２６から実現されるものであり、反射波強度算出部１１により算出されたレーダ反射因子Ｚｖｈ（またはレーダ反射因子Ｚｈｖ）が事前に設定された閾値Ｔｈ以上であれば、そのレーダ反射因子Ｚｖｈ（またはレーダ反射因子Ｚｈｖ）が有効であると判定し、そのレーダ反射因子Ｚｖｈ（またはレーダ反射因子Ｚｈｖ）が閾値Ｔｈ未満であれば、そのレーダ反射因子Ｚｖｈ（またはレーダ反射因子Ｚｈｖ）が無効であると判定する処理を実施する。
この実施の形態３では、閾値Ｔｈとしては、所定のノイズレベルから規定レベルだけ上の値が設定されるものを想定しているが、ユーザが任意に設定することができる。また、規定レベルは、レーダ装置の性能などから任意に決定される。
【００７２】
交差偏波比算出部１５は例えば交差偏波比算出処理回路２３と、表示処理回路２５とから実現されるものであり、有効無効判定部１４により有効であると判定されれば、図２の交差偏波比算出部１２と同様に、反射波強度算出部１１により算出された反射波強度Ｖｈｈと反射波強度Ｖｖｈとの比、即ち、レーダ反射因子Ｚｈｈとレーダ反射因子Ｚｖｈとの比である交差偏波比ＬＤＲｖｈを算出する。あるいは、反射波強度算出部１１により算出された反射波強度Ｖｖｖと反射波強度Ｖｈｖとの比、即ち、レーダ反射因子Ｚｖｖとレーダ反射因子Ｚｈｖとの比である交差偏波比ＬＤＲｈｖを算出する処理を実施する。また、算出した交差偏波比ＬＤＲｖｈ、あるいは、交差偏波比ＬＤＲｈｖを表示装置７に表示する処理を実施する。
また、交差偏波比算出部１５は有効無効判定部１４により無効であると判定されれば、交差偏波比ＬＤＲｖｈ，ＬＤＲｖｈの算出処理を実行しない。
【００７３】
速度算出部１６は速度算出処理回路２４と、表示処理回路２５とから実現されるものであり、有効無効判定部１４により有効であると判定されれば、図２の速度算出部１３と同様に、反射波強度算出部１１により算出された反射波強度Ｖｈｈと、反射波強度Ｖｖｖと、反射波強度Ｖｖｈ又は反射波強度Ｖｈｖとから、パルスペア法を用いて、観測対象のドップラー速度ｖハットを算出する処理を実施する。上記実施の形態２と同様に、反射波強度Ｖｈｈと、反射波強度Ｖｖｖと、反射波強度Ｖｖｈと、反射波強度Ｖｈｖとから、観測対象のドップラー速度ｖハットを算出するようにしてもよい。また、速度算出部１６は算出したドップラー速度ｖハットを表示装置７に表示する処理を実施する。
また、速度算出部１６は有効無効判定部１４により無効であると判定されれば、例えば、非特許文献１に記載されているレーダ装置と同様に、反射波強度Ｖｈｈと、反射波強度Ｖｖｖとから、観測対象のドップラー速度ｖハットを算出する処理を実施する。
【００７４】
図１０の例では、信号処理装置６の構成要素である反射波強度算出部１１、有効無効判定部１４、交差偏波比算出部１５及び速度算出部１６のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、信号処理装置６がコンピュータで構成されているものであってもよい。
信号処理装置６がコンピュータで構成される場合、反射波強度算出部１１、有効無効判定部１４、交差偏波比算出部１５及び速度算出部１６の処理内容を記述しているプログラムを図４に示すコンピュータのメモリ３１に格納し、そのコンピュータのプロセッサ３２がメモリ３１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
【００７５】
次に動作について説明する。
上記実施の形態１では、交差偏波比算出部１２が、常に、レーダ反射因子Ｚｈｈとレーダ反射因子Ｚｖｈとの比である交差偏波比ＬＤＲｖｈ、あるいは、レーダ反射因子Ｚｖｖとレーダ反射因子Ｚｈｖとの比である交差偏波比ＬＤＲｈｖを算出するものを示したが、交差偏波の電力が低く、信号として不確かである場合には、交差偏波比ＬＤＲｖｈや交差偏波比ＬＤＲｈｖを高精度に算出することができない。
そこで、この実施の形態３では、交差偏波比ＬＤＲｖｈや交差偏波比ＬＤＲｈｖを高精度に算出することができる状況下にある場合だけ、交差偏波比ＬＤＲｖｈまたは交差偏波比ＬＤＲｈｖを算出するようにする。
具体的には、以下の通りである。
【００７６】
有効無効判定部１４は、反射波強度算出部１１がレーダ反射因子Ｚｖｈ（またはレーダ反射因子Ｚｈｖ）を算出すると、そのレーダ反射因子Ｚｖｈ（またはレーダ反射因子Ｚｈｖ）と事前に設定された閾値Ｔｈを比較する。
有効無効判定部１４は、そのレーダ反射因子Ｚｖｈ（またはレーダ反射因子Ｚｈｖ）が閾値Ｔｈ以上であれば、交差偏波の電力が高く、信号として確かであるため、そのレーダ反射因子Ｚｖｈ（またはレーダ反射因子Ｚｈｖ）が有効であると判定する。
一方、そのレーダ反射因子Ｚｖｈ（またはレーダ反射因子Ｚｈｖ）が閾値Ｔｈ未満であれば、交差偏波の電力が低く、信号として不確かであるため、そのレーダ反射因子Ｚｖｈ（またはレーダ反射因子Ｚｈｖ）が無効であると判定する。
【００７７】
交差偏波比算出部１５は、有効無効判定部１４により有効であると判定されれば、図２の交差偏波比算出部１２と同様に、反射波強度算出部１１により算出された反射波強度Ｖｈｈと反射波強度Ｖｖｈとの比、即ち、レーダ反射因子Ｚｈｈとレーダ反射因子Ｚｖｈとの比である交差偏波比ＬＤＲｖｈを算出する。あるいは、反射波強度算出部１１により算出された反射波強度Ｖｖｖと反射波強度Ｖｈｖとの比、即ち、レーダ反射因子Ｚｖｖとレーダ反射因子Ｚｈｖとの比である交差偏波比ＬＤＲｈｖを算出する。
また、交差偏波比算出部１５は、図２の交差偏波比算出部１２と同様に、その算出した交差偏波比ＬＤＲｖｈ、あるいは、交差偏波比ＬＤＲｈｖを表示装置７に表示する。
交差偏波比算出部１５は、有効無効判定部１４により無効であると判定されれば、交差偏波比ＬＤＲｖｈ，ＬＤＲｖｈの算出処理を実行しない。
【００７８】
速度算出部１６は、有効無効判定部１４により有効であると判定されれば、図２の速度算出部１３と同様に、反射波強度算出部１１により算出された反射波強度Ｖｈｈと、反射波強度Ｖｖｖと、反射波強度Ｖｖｈ又は反射波強度Ｖｈｖとから、パルスペア法を用いて、観測対象のドップラー速度ｖハットを算出し、そのドップラー速度ｖハットを表示装置７に表示する。
速度算出部１６は、有効無効判定部１４により無効であると判定されれば、例えば、非特許文献１に記載されているレーダ装置と同様に、２種類の偏波送受信処理で得られた反射波強度Ｖｈｈと反射波強度Ｖｖｖとから、観測対象のドップラー速度ｖハットを算出し、そのドップラー速度ｖハットを表示装置７に表示する。
【００７９】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、有効無効判定部１４により有効であると判定された場合に、交差偏波比算出部１５が、交差偏波比ＬＤＲｖｈ、あるいは、交差偏波比ＬＤＲｈｖを算出するように構成したので、高精度に算出された交差偏波比だけを表示装置７に表示することができる効果を奏する。
【００８０】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８１】
この発明は、広いナイキスト速度でドップラー速度を推定する必要がある二重偏波レーダ装置及びレーダ信号処理方法に適している。
【符号の説明】
【００８２】
１  送受信装置、２  送信機、３  送受切替器、４  アンテナ、５  受信機、６  信号処理装置、７  表示装置、１１  反射波強度算出部、１２，１５  交差偏波比算出部、１３，１６  速度算出部、１４  有効無効判定部、２１  信号入力処理回路、２２  反射波強度算出処理回路、２３  交差偏波比算出処理回路、２４  速度算出処理回路、２５  表示処理回路、２６  有効無効判定処理回路、３１  メモリ、３２  プロセッサ。
【図１】
2017056193.tif 000059
【図２】
2017056193.tif 000060
【図３】
2017056193.tif 000061
【図４】
2017056193.tif 000062
【図５】
2017056193.tif 000063
【図６】
2017056193.tif 000064
【図７】
2017056193.tif 000065
【図８】
2017056193.tif 000066
【図９】
2017056193.tif 000067
【図１０】
2017056193.tif 000068
【図１１】
2017056193.tif 000069
【手続補正書】
【提出日】平成29年3月2日(2017.3.2)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
この発明に係る二重偏波レーダ装置は、水平偏波を送信して水平偏波を受信する第１の送受信処理と、垂直偏波を送信して垂直偏波を受信する第２の送受信処理と、水平偏波を送信して垂直偏波を受信する第３の送受信処理又は垂直偏波を送信して水平偏波を受信する第４の送受信処理とを順番に繰り返し実施する送受信装置と、送受信装置により第１の送受信処理で受信された水平偏波から、当該水平偏波の電力値である第１の反射波強度を算出し、第２の送受信処理で受信された垂直偏波から、当該垂直偏波の電力値である第２の反射波強度を算出し、第３の送受信処理で受信された垂直偏波から、当該垂直偏波の電力値である第３の反射波強度又は第４の送受信処理で受信された水平偏波から、当該水平偏波の電力値である第４の反射波強度を算出する反射波強度算出部と、反射波強度算出部により算出された第１の反射波強度と第３の反射波強度との比、あるいは、第２の反射波強度と第４の反射波強度との比である交差偏波比を算出する交差偏波比算出部と、反射波強度算出部により算出された第１の反射波強度と、第２の反射波強度と、第３の反射波強度又は第４の反射波強度とから、送受信装置により偏波が繰り返し送信される周期での各送信偏波における自己相関のラグを算出して、ラグから送受信装置により繰り返し送信される偏波間の位相差を算出し、ラグ、偏波間の位相差及びドップラー速度を観測することが可能な範囲であるナイキスト速度から、偏波を反射している観測対象のドップラー速度を算出する速度算出部と、を備えたものである。
【手続補正２】
【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】
水平偏波を送信して水平偏波を受信する第１の送受信処理と、垂直偏波を送信して垂直偏波を受信する第２の送受信処理と、水平偏波を送信して垂直偏波を受信する第３の送受信処理又は垂直偏波を送信して水平偏波を受信する第４の送受信処理とを順番に繰り返し実施する送受信装置と、
前記送受信装置により前記第１の送受信処理で受信された水平偏波から、当該水平偏波の電力値である第１の反射波強度を算出し、前記第２の送受信処理で受信された垂直偏波から、当該垂直偏波の電力値である第２の反射波強度を算出し、前記第３の送受信処理で受信された垂直偏波から、当該垂直偏波の電力値である第３の反射波強度又は前記第４の送受信処理で受信された水平偏波から、当該水平偏波の電力値である第４の反射波強度を算出する反射波強度算出部と、
前記反射波強度算出部により算出された前記第１の反射波強度と前記第３の反射波強度との比、あるいは、前記第２の反射波強度と前記第４の反射波強度との比である交差偏波比を算出する交差偏波比算出部と、
前記反射波強度算出部により算出された前記第１の反射波強度と、前記第２の反射波強度と、前記第３の反射波強度又は前記第４の反射波強度とから、前記送受信装置により偏波が繰り返し送信される周期での各送信偏波における自己相関のラグを算出して、前記ラグから前記送受信装置により繰り返し送信される偏波間の位相差を算出し、前記ラグ、前記偏波間の位相差及び前記ドップラー速度を観測することが可能な範囲であるナイキスト速度から、偏波を反射している観測対象のドップラー速度を算出する速度算出部と、
を備えた二重偏波レーダ装置。
【請求項２】
前記速度算出部は、
前記ラグから、前記送受信装置により前記第１の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と前記第２の送受信処理で受信された垂直偏波との共分散である第１の共分散と、前記第２の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波と前記第３の送受信処理で受信された垂直偏波又は前記第４の送受信処理で受信された水平偏波との共分散である第２の共分散と、前記第３の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波又は前記第４の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と前記第１の送受信処理で受信された水平偏波との共分散である第３の共分散とを特定し、
前記送受信装置により繰り返し送信される偏波間の位相差として、前記第１の共分散と前記第２の共分散との偏角の３分の２倍、または、前記第１の共分散と前記第３の共分散との偏角の３分の２倍を算出することを特徴とする請求項１記載の二重偏波レーダ装置。
【請求項３】
前記速度算出部は、
前記ラグから、前記送受信装置により前記第１の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と前記第２の送受信処理で受信された垂直偏波との共分散である第１の共分散と、前記第２の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波と前記第３の送受信処理で受信された垂直偏波又は前記第４の送受信処理で受信された水平偏波との共分散である第２の共分散と、前記第３の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波又は前記第４の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と前記第１の送受信処理で受信された水平偏波との共分散である第３の共分散とを特定し、
前記送受信装置により繰り返し送信される偏波間の位相差として、前記第１の共分散と前記第２の共分散との偏角の３分の２倍と、前記第１の共分散と前記第３の共分散との偏角の３分の２倍との平均を算出することを特徴とする請求項１記載の二重偏波レーダ装置。
【請求項４】
水平偏波を送信して水平偏波を受信する第１の送受信処理と、水平偏波を送信して垂直偏波を受信する第３の送受信処理と、垂直偏波を送信して垂直偏波を受信する第２の送受信処理と、垂直偏波を送信して水平偏波を受信する第４の送受信処理とを順番に繰り返し実施する送受信装置と、
前記送受信装置により前記第１の送受信処理で受信された水平偏波から、当該水平偏波の電力値である第１の反射波強度を算出し、前記第２の送受信処理で受信された垂直偏波から、当該垂直偏波の電力値である第２の反射波強度を算出し、前記第３の送受信処理で受信された垂直偏波から、当該垂直偏波の電力値である第３の反射波強度を算出し、前記第４の送受信処理で受信された水平偏波から、当該水平偏波の電力値である第４の反射波強度を算出する反射波強度算出部と、
前記反射波強度算出部により算出された前記第１の反射波強度と前記第３の反射波強度との比、あるいは、前記第２の反射波強度と前記第４の反射波強度との比である交差偏波比を算出する交差偏波比算出部と、
前記反射波強度算出部により算出された前記第１の反射波強度と、前記第２の反射波強度と、前記第３の反射波強度と、前記第４の反射波強度とから、前記送受信装置により偏波が繰り返し送信される周期での各送信偏波における自己相関のラグを算出して、前記ラグから前記送受信装置により繰り返し送信される偏波間の位相差を算出し、前記ラグ、前記偏波間の位相差及び前記ドップラー速度を観測することが可能な範囲であるナイキスト速度から、偏波を反射している観測対象のドップラー速度を算出する速度算出部と、
を備えた二重偏波レーダ装置。
【請求項５】
前記速度算出部は、
前記ラグから、前記第１の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と前記第３の送受信処理で受信された垂直偏波との共分散である第１の共分散と、前記第３の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波と前記第２の送受信処理で受信された垂直偏波との共分散である第２の共分散と、前記第２の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波と前記第４の送受信処理で受信された水平偏波との共分散である第３の共分散と、前記第４の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と前記第１の送受信処理で受信された水平偏波との共分散である第４の共分散とを特定し、
前記送受信装置により繰り返し送信される偏波間の位相差として、前記第１の共分散と前記第３の共分散との偏角、前記第１の共分散と前記第４の共分散との偏角、前記第２の共分散と前記第３の共分散との偏角、または、前記第２の共分散と前記第４の共分散との偏角を算出することを特徴とする請求項４記載の二重偏波レーダ装置。
【請求項６】
前記速度算出部は、
前記ラグから、前記第１の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と前記第３の送受信処理で受信された垂直偏波との共分散である第１の共分散と、前記第３の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波と前記第２の送受信処理で受信された垂直偏波との共分散である第２の共分散と、前記第２の送受信処理で垂直偏波が受信された時点での当該垂直偏波と前記第４の送受信処理で受信された水平偏波との共分散である第３の共分散と、前記第４の送受信処理で水平偏波が受信された時点での当該水平偏波と前記第１の送受信処理で受信された水平偏波との共分散である第４の共分散とを特定し、
前記送受信装置により繰り返し送信される偏波間の位相差として、前記第１の共分散と前記第３の共分散との偏角と、前記第１の共分散と前記第４の共分散との偏角と、前記第２の共分散と前記第３の共分散との偏角と、前記第２の共分散と前記第４の共分散との偏角との平均を算出することを特徴とする請求項４記載の二重偏波レーダ装置。
【請求項７】
送受信装置が、水平偏波を送信して水平偏波を受信する第１の送受信処理と、垂直偏波を送信して垂直偏波を受信する第２の送受信処理と、水平偏波を送信して垂直偏波を受信する第３の送受信処理又は垂直偏波を送信して水平偏波を受信する第４の送受信処理とを順番に繰り返し実施し、
反射波強度算出部が、前記送受信装置により前記第１の送受信処理で受信された水平偏波から、当該水平偏波の電力値である第１の反射波強度を算出し、前記第２の送受信処理で受信された垂直偏波から、当該垂直偏波の電力値である第２の反射波強度を算出し、前記第３の送受信処理で受信された垂直偏波から、当該垂直偏波の電力値である第３の反射波強度又は前記第４の送受信処理で受信された水平偏波から、当該水平偏波の電力値である第４の反射波強度を算出し、
交差偏波比算出部が、前記反射波強度算出部により算出された前記第１の反射波強度と前記第３の反射波強度との比、あるいは、前記第２の反射波強度と前記第４の反射波強度との比である交差偏波比を算出し、
速度算出部が、前記反射波強度算出部により算出された前記第１の反射波強度と、前記第２の反射波強度と、前記第３の反射波強度又は前記第４の反射波強度とから、前記送受信装置により偏波が繰り返し送信される周期での各送信偏波における自己相関のラグを算出して、前記ラグから前記送受信装置により繰り返し送信される偏波間の位相差を算出し、前記ラグ、前記偏波間の位相差及び前記ドップラー速度を観測することが可能な範囲であるナイキスト速度から、偏波を反射している観測対象のドップラー速度を算出する
レーダ信号処理方法。
【請求項８】
送受信装置が、水平偏波を送信して水平偏波を受信する第１の送受信処理と、水平偏波を送信して垂直偏波を受信する第３の送受信処理と、垂直偏波を送信して垂直偏波を受信する第２の送受信処理と、垂直偏波を送信して水平偏波を受信する第４の送受信処理とを順番に繰り返し実施し、
反射波強度算出部が、前記送受信装置により前記第１の送受信処理で受信された水平偏波から、当該水平偏波の電力値である第１の反射波強度を算出し、前記第２の送受信処理で受信された垂直偏波から、当該垂直偏波の電力値である第２の反射波強度を算出し、前記第３の送受信処理で受信された垂直偏波から、当該垂直偏波の電力値である第３の反射波強度を算出し、前記第４の送受信処理で受信された水平偏波から、当該水平偏波の電力値である第４の反射波強度を算出し、
交差偏波比算出部が、前記反射波強度算出部により算出された前記第１の反射波強度と前記第３の反射波強度との比、あるいは、前記第２の反射波強度と前記第４の反射波強度との比である交差偏波比を算出し、
速度算出部が、前記反射波強度算出部により算出された前記第１の反射波強度と、前記第２の反射波強度と、前記第３の反射波強度と、前記第４の反射波強度とから、前記送受信装置により偏波が繰り返し送信される周期での各送信偏波における自己相関のラグを算出して、前記ラグから前記送受信装置により繰り返し送信される偏波間の位相差を算出し、前記ラグ、前記偏波間の位相差及び前記ドップラー速度を観測することが可能な範囲であるナイキスト速度から、偏波を反射している観測対象のドップラー速度を算出する
レーダ信号処理方法。
【国際調査報告】
2017056193.tif 000070
2017056193.tif 000071
2017056193.tif 000072
2017056193.tif 000073
2017056193.tif 000074