(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーダパルスを送信するレーダ送信部と、前記レーダ送信部を方位角方向に回転させるレーダ回転部と、を備えるレーダ装置を制御するレーダ制御装置であって、
前記レーダ送信部と前記レーダ回転部が同期するように、かつ、方位角方向の各セクタにおける前記レーダ送信部の送信パルス数が等しくなるように、方位角方向の各セクタにおける前記レーダ送信部のパルス繰り返し周期を除く送信停止時間を調整することを特徴とするレーダ制御装置。
【請求項２】
ｎ（ｎは、任意の自然数である。）周目の各セクタにおける前記レーダ送信部の送信開始時刻での方位角方向の検出結果に基づいて、（ｎ＋２）周目の最初のセクタにおける前記レーダ送信部の送信開始時刻での方位角方向が前記レーダ送信部の方位角方向の原点位置に一致するように、（ｎ＋１）周目の各セクタにおける前記レーダ送信部の前記送信停止時間を調整することを特徴とする、請求項１に記載のレーダ制御装置。
【請求項３】
各セクタにおける前記レーダ送信部の方位角方向の変化量についての検出結果と理想的値のずれがなくなるように、各セクタにおける前記レーダ送信部の前記送信停止時間を調整することを特徴とする、請求項１に記載のレーダ制御装置。
【請求項４】
方位角方向の各セクタにおける前記レーダ送信部の方位角方向の回転速度のばらつきに拘わらず、方位角方向の各セクタにおける前記レーダ送信部の送信パルス数が等しくかつ可能な範囲で多くなるように、方位角方向の各セクタにおける前記レーダ送信部の前記送信停止時間を調整することを特徴とする、請求項１から３のいずれかに記載のレーダ制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーダパルスを送信するレーダ送信部と、レーダ送信部を方位角方向に回転させるレーダ回転部と、を備えるレーダ装置を制御するレーダ制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
気象レーダ装置は、方位角方向を複数の等しい中心角のセクタに分割し、各々のセクタにおいて、レーダパルスを送信し、エコーパルスを受信し、コヒーレント性の仮定下で信号処理を実行し、雨量や風速等を測定する（例えば、特許文献１を参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１６４３８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来技術のレーダ装置のセクタ概念を図１に示す。従来技術のレーダ制御装置の制御概念を図２に示す。レーダ装置１は、方位角方向をｍ個の等しい中心角（３６０／ｍ度）のセクタＳ１、・・・、Ｓｍに分割し、レーダパルスを等しいパルス間隔ｔＰで送信する。
【０００５】
各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信パルス数は、等しくなることが望ましい。送信パルス数が多いセクタでは、測定精度が高くなるが、送信パルス数が少ないセクタでは、測定精度が低くなり、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信パルス数がばらつけば、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける測定精度がばらつき、全体的な信頼性が低くなる。
【０００６】
実際は、送信系と回転系は、クロック同期しておらず、送信系の回転速度は、１周のうちでムラがあり、送信系の回転位置の検出分解能は、一定の限界がある。
【０００７】
よって、図１に示したように、中心角（３６０／ｍ度）に基づいてセクタを分割すれば、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信パルス数がばらついてしまう。例えば、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信パルス数は、Ｐパルスで均一になることが望ましいところ、セクタＳ１における送信パルス数は、（Ｐ＋ΔＰ１）パルスとなってしまい、セクタＳｍにおける送信パルス数は、（Ｐ＋ΔＰｍ）パルスとなってしまう。
【０００８】
そして、図２に示したように、セクタ時間（ｔＳ＝ＰｔＰ）に基づいてセクタを分割すれば、送信系の周回毎に、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける中心角範囲が変化してしまう。例えば、送信系が周回するたびに、全セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける中心角範囲は、０度で始まり３６０度で終わることが望ましいところ、送信系のある周回では、全セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける中心角範囲は、０度より進んだ角度で始まり３６０度より遅れた角度で終わってしまい、送信系の次の周回では、全セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける中心角範囲は、０度より遅れた角度で始まり３６０度より遅れた角度で終わってしまう。
【０００９】
そこで、前記課題を解決するために、本発明は、送信系と回転系がクロック同期しておらず、送信系の回転速度に１周のうちでムラがあり、送信系の回転位置の検出分解能に一定の限界があるとしても、各セクタにおける送信パルス数が等しくなるようにすること、及び、送信系と回転系が擬似的に同期するようにすること、を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
送信系と回転系が擬似的に同期するようにするために、各セクタにおけるセクタ時間を調整可能とするようにした。各セクタにおける送信パルス数が等しくなるようにするために、送信系の回転速度のばらつき及び送信パルス数の１未満の端数分を吸収するための、各セクタにおける送信停止時間を調整可能とするようにした。
【００１１】
具体的には、本発明は、レーダパルスを送信するレーダ送信部と、前記レーダ送信部を方位角方向に回転させるレーダ回転部と、を備えるレーダ装置を制御するレーダ制御装置であって、前記レーダ送信部と前記レーダ回転部が同期するように、かつ、方位角方向の各セクタにおける前記レーダ送信部の送信パルス数が等しくなるように、方位角方向の各セクタにおける前記レーダ送信部の送信停止時間を調整することを特徴とするレーダ制御装置である。
【００１２】
この構成によれば、回転系をハードウェア的に改良するのではなく、送信系をソフトウェア的に改良することにより、各セクタにおける送信パルス数が等しくなるようにすること、及び、送信系と回転系が擬似的に同期するようにすること、を容易に実現することができる。ひいては、測定結果の全体的な信頼性を高くすることができる。
【００１３】
また、本発明は、ｎ（ｎは、任意の自然数である。）周目の各セクタにおける前記レーダ送信部の送信開始時刻での方位角方向の検出結果に基づいて、（ｎ＋２）周目の最初のセクタにおける前記レーダ送信部の送信開始時刻での方位角方向が前記レーダ送信部の方位角方向の原点位置に一致するように、（ｎ＋１）周目の各セクタにおける前記レーダ送信部の送信停止時間を調整することを特徴とするレーダ制御装置である。
【００１４】
この構成によれば、回転系をハードウェア的に改良するのではなく、送信系をソフトウェア的に改良することにより、送信系と回転系が擬似的に同期するようにするための、具体的でソフトウェア的な手段を提供することができる。
【００１５】
また、本発明は、各セクタにおける前記レーダ送信部の方位角方向の変化量についての検出結果と理想的値のずれがなくなるように、各セクタにおける前記レーダ送信部の送信停止時間を調整することを特徴とするレーダ制御装置である。
【００１６】
この構成によれば、回転系をハードウェア的に改良するのではなく、送信系をソフトウェア的に改良することにより、送信系と回転系が擬似的に同期するようにするための、一般的でソフトウェア的な手段を提供することができる。
【００１７】
また、本発明は、方位角方向の各セクタにおける前記レーダ送信部の方位角方向の回転速度のばらつきに拘わらず、方位角方向の各セクタにおける前記レーダ送信部の送信パルス数が等しくかつ可能な範囲で多くなるように、方位角方向の各セクタにおける前記レーダ送信部の送信停止時間を調整することを特徴とするレーダ制御装置である。
【００１８】
この構成によれば、回転系をハードウェア的に改良するのではなく、送信系をソフトウェア的に改良することにより、各セクタにおける送信パルス数が等しくなるようにするための、具体的でソフトウェア的な手段を提供することができる。
【発明の効果】
【００１９】
このように、本発明は、送信系と回転系がクロック同期しておらず、送信系の回転速度に１周のうちでムラがあり、送信系の回転位置の検出分解能に一定の限界があるとしても、各セクタにおける送信パルス数が等しくなるようにすること、及び、送信系と回転系が擬似的に同期するようにすること、ができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】従来技術のレーダ装置のセクタ概念を示す図である。
【図２】従来技術のレーダ制御装置の制御概念を示す図である。
【図３】本発明のレーダ装置のセクタ概念を示す図である。
【図４】本発明のレーダ制御装置の制御概念を示す図である。
【図５】本発明のレーダ装置及びレーダ制御装置を示す図である。
【図６】本発明のレーダ制御装置の制御方法を示すフローチャートである。
【図７】本発明のレーダ制御装置の制御方法を示すグラフ図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
添付の図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本発明の実施の例であり、本発明は以下の実施形態に制限されるものではない。
【００２２】
本発明のレーダ装置のセクタ概念を図３に示す。本発明のレーダ制御装置の制御概念を図４に示す。レーダ装置１は、方位角方向をｍ個の等しい中心角（３６０／ｍ度）のセクタＳ１、・・・、Ｓｍに分割し、レーダパルスを等しいパルス間隔ｔＰで送信する。
【００２３】
各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信パルス数は、等しくなることが望ましい。送信パルス数が多いセクタでは、測定精度が高くなるが、送信パルス数が少ないセクタでは、測定精度が低くなり、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信パルス数がばらつけば、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける測定精度がばらつき、全体的な信頼性が低くなる。
【００２４】
実際は、送信系と回転系は、クロック同期しておらず、送信系の回転速度は、１周のうちでムラがあり、送信系の回転位置の検出分解能は、一定の限界がある。
【００２５】
そこで、本発明のレーダ装置及びレーダ制御装置を図５に示す。レーダ制御装置２は、レーダパルスを送信するレーダ送信部１１と、レーダ送信部１１を方位角方向に回転させるレーダ回転部１２と、を備えるレーダ装置１を制御する。
【００２６】
そして、レーダ制御装置２は、レーダ送信部１１とレーダ回転部１２が擬似的に同期するように、かつ、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける回転速度のばらつきに拘わらず、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信パルス数Ｐ’が等しくなるように、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信停止時間ｔＣを調整する。
【００２７】
つまり、レーダ制御装置２は、レーダ送信部１１とレーダ回転部１２が擬似的に同期するために、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおけるセクタ時間を、図４の上側に示したｔＳ’＝Ｐ’ｔＰ（ｔＣは未調整であり初期値として０としている。）から図４の下側に示したｔＳ’＝Ｐ’ｔＰ＋ｔＣへと調整可能とする。そして、レーダ制御装置２は、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信パルス数Ｐ’が等しくなるために、回転速度のばらつき及び送信パルス数の１未満の端数分を吸収するための、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信停止時間ｔＣを調整可能とする。ここで、レーダ制御装置２は、（ａ）定常状態の各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信停止時間ｔＣが０以上になることと、（ｂ）図６及び図７を用いて後述する各周目の補正量が各周目の最大限度の補正量を超えないことと、を考慮して、定常状態の各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信パルス数Ｐ’を決定する。
【００２８】
よって、図３に示したように、中心角（３６０／ｍ度）に基づいてセクタを分割しても、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信パルス数がばらつかない。つまり、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信パルス数は、Ｐ’パルスで均一になる。その結果、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける測定精度がばらつかず、測定結果の全体的な（全方位角方向０度から３６０度までにわたる。）信頼性を高くすることができる。
【００２９】
そして、図４に示したように、セクタ時間ｔＳ’＝Ｐ’ｔＰ＋ｔＣに基づいてセクタを分割しても、レーダ送信部１１の周回毎に、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける中心角範囲が変化しない。つまり、レーダ送信部１１が周回するたびに、全セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける中心角範囲は、０度で始まり３６０度で終わる。その結果、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける測定結果が重複することなく、測定結果の全体的な（全方位角方向０度から３６０度までにわたる。）信頼性を高くすることができる。
【００３０】
さらに、レーダ制御装置２は、レーダ回転部１２をハードウェア的に改良するのではなく、レーダ送信部１１をソフトウェア的に改良することにより、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信パルス数Ｐ’が等しくなるようにすること、及び、レーダ送信部１１とレーダ回転部１２が擬似的に同期するようにすること、を容易に実現することができる。
【００３１】
本発明のレーダ制御装置の制御方法を示すフローチャートを図６に示す。本発明のレーダ制御装置の制御方法を示すグラフ図を図７に示す。レーダ送信部１１の１周目からレーダ送信部１１の３周目までにわたり、各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信パルス数Ｐ’が等しくなるようにすること、及び、レーダ送信部１１とレーダ回転部１２が擬似的に同期するようにすること、をソフトウェア的に実現することを以下に見て行く。
【００３２】
レーダ送信部１１の１周目において、レーダ送信部１１は、図４の上側に示したルール（送信停止時間ｔＣは未調整で初期値０。）に従って、レーダパルスを送信する。レーダ送信部１１は、各セクタ開始のトリガ信号を、レーダ回転部１２に出力する。レーダ回転部１２は、各セクタ開始時の方位角信号を、レーダ制御装置２に出力する。
【００３３】
レーダ制御装置２は、１周目の各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信開始時刻での方位角方向を取得する（フローＦ１）。レーダ制御装置２は、１周目の１周分のデータを取得したとき（フローＦ２においてＹＥＳ）、最小二乗法による直線近似等により、１セクタ分の方位角方向の変化量θＳ（１）を算出する（フローＦ３）。理想と異なり、実際には、セクタＳ１は、０度より進んだ角度で始まり、セクタＳｍは、３６０度より遅れた角度で終わり、１セクタ分の方位角方向の変化量θＳ（１）は、３６０／ｍ度より小さい。
【００３４】
レーダ制御装置２は、３周目のセクタＳ１における送信開始時刻での方位角方向に関する、推定値と理想値のずれθＤ（３）を算出する（フローＦ４）。ここで、推定値は、３周目のセクタＳ１における送信開始時刻に向けて、フローＦ３での最小二乗法による近似直線等を外挿することにより、算出することができる。理想値は、勿論、０度である。そして、推定値から理想値まで、正方向にずれθＤ（３）だけ補正する必要がある。
【００３５】
レーダ制御装置２は、１周目の各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおけるセクタ時間ｔＳ’（１）に対する、２周目の各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける補正量ΔｔＳ’（２）を、ΔｔＳ’（２）＝ｔＳ’（１）＊（θＤ（３）／ｍθＳ（１））を用いて算出する（フローＦ５）。つまり、レーダ制御装置２は、３周目の最初のセクタＳ１における送信開始時刻での方位角方向が、方位角方向の原点位置（即ち、０度。）に一致するようにする。
【００３６】
レーダ制御装置２は、２周目の各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信停止時間ｔＣ（２）を、ｔＣ（２）＝ｔＳ’（１）＋ΔｔＳ’（２）−Ｐ’ｔＰを用いて算出する（フローＦ６）。ここで、レーダ制御装置２は、（ａ）定常状態の各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信停止時間ｔＣが０以上になることと、（ｂ）１セクタ分の方位角方向の変化量θＳ（ｎ）に対して各周目の補正量が各周目の最大限度の補正量を超えないことと、を考慮して、定常状態の各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信パルス数Ｐ’を決定する。
【００３７】
レーダ制御装置２は、２周目の各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおける送信停止時間ｔＣ（２）を、レーダ送信部１１に通知する（フローＦ７）。レーダ送信部１１は、２周目の各セクタＳ１、・・・、Ｓｍにおけるセクタ時間ｔＳ’（２）を、ｔＳ’（２）＝Ｐ’ｔＰ＋ｔＣ（２）を用いて算出する（フローＦ８）。以上により、レーダ送信部１１の１周目が終了する。
【００３８】
レーダ送信部１１の２周目においても、レーダ送信部１１の１周目とほぼ同様に、フローＦ１〜Ｆ８が実行される。ただし、レーダ送信部１１は、レーダ送信部１１の１周目のフローＦ７で決まったルール（送信停止時間ｔＣ（２）は調整済。）に従って、レーダパルスを送信する。そして、フローＦ３において、理想と異なり、実際には、セクタＳ１は、０度より遅れた角度で始まり、セクタＳｍは、３６０度の近傍の角度で終わり、１セクタ分の方位角方向の変化量θＳ（２）は、３６０／ｍ度より大きい。そして、フローＦ４において、推定値から理想値まで、負方向にずれθＤ（４）だけ補正する必要がある。
【００３９】
レーダ送信部１１の３周目においても、レーダ送信部１１の１周目とほぼ同様に、フローＦ１〜Ｆ８が実行される。ただし、レーダ送信部１１は、レーダ送信部１１の２周目のフローＦ７で決まったルール（送信停止時間ｔＣ（３）は調整済。）に従って、レーダパルスを送信する。そして、フローＦ３において、理想と同様に、実際にも、セクタＳ１は、０度の近傍の角度で始まり、セクタＳｍは、３６０度の近傍の角度で終わり、１セクタ分の方位角方向の変化量θＳ（３）は、３６０／ｍ度に等しい。そして、フローＦ４において、推定値から理想値まで、ずれθＤ（５）の補正をする必要がない。
【００４０】
レーダ装置１の経時変化（レーダ送信部１１のクロックの変動及びレーダ回転部１２の回転速度の変動）に対処するために、レーダ送信部１１の３周目以降においても、レーダ送信部１１の１周目とほぼ同様に、フローＦ１〜Ｆ８が実行されることが望ましい。
【００４１】
なお、図７に示した本発明のレーダ制御装置２の制御方法は、一つの具体例である。
【００４２】
図７に示した具体例では、送信停止時間ｔＣの初期値を０としており、１周目の１セクタ分の方位角方向の変化量θＳ（１）は、３６０／ｍ度より小さく、２周目の１セクタ分の方位角方向の変化量θＳ（２）は、３６０／ｍ度より大きい。図７に対する変形例として、送信停止時間ｔＣの初期値を正の大きめの値としてもよく、１周目の１セクタ分の方位角方向の変化量θＳ（１）は、３６０／ｍ度より大きくてもよく、２周目の１セクタ分の方位角方向の変化量θＳ（２）は、３６０／ｍ度より小さくてもよい。
【００４３】
図７に示した具体例では、ｎ周目の１セクタ分の方位角方向の変化量θＳ（ｎ）が３６０／ｍ度から大きくずれておらず、ｎ周目の１セクタ分の方位角方向の変化量θＳ（ｎ）に対して、（ｎ＋１）周目の補正量が（ｎ＋１）周目の最大限度の補正量を超えないため、（ｎ＋１）周目の補正のみにより理想からのずれを補正する。図７に対する変形例として、ｎ周目の１セクタ分の方位角方向の変化量θＳ（ｎ）が３６０／ｍ度から大きくずれていれば、ｎ周目の１セクタ分の方位角方向の変化量θＳ（ｎ）に対して、（ｎ＋１）周目の補正量が（ｎ＋１）周目の最大限度の補正量を超えるため、（ｎ＋１）周目の補正のみならず（ｎ＋２）周目の補正と合わせて理想からのずれを補正してもよい。
【００４４】
図７に対する一般化として、各セクタにおけるレーダ送信部１１の方位角方向の変化量θＳについての検出結果と理想的値のずれがなくなるように、各セクタにおけるレーダ送信部１１の送信停止時間ｔｃを調整してもよい。以下では、具体例を３種類挙げる。
【００４５】
第１の具体例では、図７と同様に、２回目の一周単位の開始時点までに、２回目の一周単位の各セクタにおけるレーダ送信部１１の送信停止時間ｔｃ（２）を調整し、３回目の一周単位の開始時点までに、３回目の一周単位の各セクタにおけるレーダ送信部１１の送信停止時間ｔｃ（３）を調整し、これにより、一周単位におけるレーダ送信部１１の方位角方向の変化量ｍθＳについての検出結果と理想的値のずれをなくす。
【００４６】
第２の具体例では、図７を変形し、２回目の半周単位の開始時点までに、２回目の半周単位の各セクタにおけるレーダ送信部１１の送信停止時間ｔｃ（２）を調整し、３回目の半周単位の開始時点までに、３回目の半周単位の各セクタにおけるレーダ送信部１１の送信停止時間ｔｃ（３）を調整し、これにより、半周単位におけるレーダ送信部１１の方位角方向の変化量ｍθＳ／２についての検出結果と理想的値のずれをなくす。
【００４７】
第３の具体例では、第１、２の具体例を一般化する。つまり、制御単位を、一周単位や半周単位のみならず、任意単位にまで拡張する。そして、送信停止時間の調整所要時間を、一周単位の走査所要時間の２倍や半周単位の走査所要時間の２倍のみならず、任意単位の走査所要時間の任意倍にまで拡張する。これにより、任意単位におけるレーダ送信部１１の方位角方向の変化量についての検出結果と理想的値のずれをなくす。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明のレーダ制御装置は、雨量や風速等を測定する気象レーダ等に適用可能である。
【符号の説明】
【００４９】
Ｓ１、Ｓｍ：セクタ
１：レーダ装置
２：レーダ制御装置
１１：レーダ送信部
１２：レーダ回転部
【図１】
0006706043.tif 000002
【図２】
0006706043.tif 000003
【図３】
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【図４】
0006706043.tif 000005
【図５】
0006706043.tif 000006
【図６】
0006706043.tif 000007
【図７】
0006706043.tif 000008