(57)【要約】【課題】ＣＡＰＰＩ観測等により観測された観測データを短い処理時間で等高度データに変換する一方、気象レーダ装置の運用形態の変更に拘らず正確な等高度変換処理を行う。【解決手段】等高度面上の所定位置における空中線の仮想仰角を求め、この仮想仰角を挟む２つの観測仰角を抽出し、これら２つの観測仰角に対応した観測仰角、仰角方向距離及び高度からなる２組の観測データから近似により前記等高度面上の所定位置における観測データを求め、前記近似により求めた前記所定位置の観測データを前記等高度面における等高度座標系のデータに変換する。【選択図】　　　　図２
2004037366.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
空中線を仰角方向及び方位方向に走査し、前記空中線の走査を介して観測された観測データを等高度座標系のデータに変換するデータ処理方法において、等高度面を求めるステップと、前記等高度面上の所定位置と前記空中線の設置点との間の水平距離を求めるステップと、前記等高度面までの海抜高度と前記水平距離とに基づいて前記所定位置に対応する前記空中線の仮想仰角を求めるステップと、前記空中線による現実の観測仰角のうち前記仮想仰角を挟む２つの観測仰角を求めるステップと、これら２つの観測仰角と前記水平距離までの前記２つの観測仰角における仰角方向距離とから前記等高度面を挟む前記２つの観測仰角に対応した高度を求めるステップと、前記ステップにより求めた観測仰角、仰角方向距離及び高度からなる２組の観測データから近似により前記等高度面上の所定位置における観測データを求めるステップと、前記近似により求めた前記所定位置の観測データを前記等高度面における等高度座標系のデータに変換するステップとを備えたことを特徴とするデータ処理方式。
【請求項２】
前記観測データは、極座標系の観測データであることを特徴とする請求項１記載のデータ処理方法。
【請求項３】
等高度面上の所定位置における観測データの近似は、直線補完方式又は最大値方式を用いたことを特徴とする請求項１又は請求項２記載のデータ処理方法。
【請求項４】
送信部と、この送信部から出力された送信信号を大気中に送信電波として放射し、その反射電波を受信する空中線と、この空中線に観測方式に応じた方位及び仰角方向を指示する空中線制御部と、前記空中線により受信された前記反射電波をビデオ信号に変換する受信部と、この受信部から出力されたビデオ信号と前記空中線の方位及び仰角方向とに基づいて極座標系の観測データを出力する信号処理部と、この信号処理部により得られた前記極座標系の観測データを等高度座標系のデータに変換する等高度変換部とを備え、この等高度変換部は、等高度面の所定位置に対応する前記空中線の仮想仰角を求め、この仮想仰角を挟む２つの観測仰角に対応した２組の観測データから等高度座標系のデータを算出することを特徴とする気象レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ＣＡＰＰＩ観測等により観測された観測データを地図上に投影させるための等高度データに変換するデータ処理方法、及びこれを用いた気象レーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
気象レーダは、空中の雲の様子や、降雨状態を検出する装置である。また、ＣＡＰＰＩ（Ｃｏｎｓｔａｎｔ　Ａｌｔｉｔｕｄｅ　Ｐｌａｎｅ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）観測は、空間の気象状況を立体的に捉えることができる気象レーダの運用形態の一つである。このＣＡＰＰＩ観測により得られた観測データは、さらに等高度変換というデータ処理が行われ、地上からの一定高度面における気象情報に加工される。
【０００３】
図５はＣＡＰＰＩ観測と等高度変換される観測データとの関係を示す概念図である。例えば、山頂等に設置された気象レーダ装置９は、所定ビーム幅のアンテナビーム１０をその仰角を変えて方位方向に走査する。例えば、全方位に走査することにより気象レーダ装置９の設置点を中心とした全方位の気象状況を観測することができる。そして、このようなアンテナビーム１０の走査により得られた観測データ（例えば、極座標系の観測データ）を地図上に投影させるための等高度データに変換する。この場合、等高度面Ｚの等高度データは、図５に示すようにアンテナビーム１０の各仰角毎に得られた観測データのうち等高度面Ｚに接する部分（網掛け部分）の観測データがそれぞれ等高度面Ｚ上の等高度データとして算出され、変換される。
【０００４】
従って、等高度面Ｚの高度が高高度になるとアンテナビーム１２を高仰角の位置で走査しなければならず、それに伴い処理ループ回数も増加する。そこで、従来の気象レーダ装置においては、処理時間短縮のため、あらかじめオフラインにて等高度変換テーブルを作成し、このような等高度変換テーブルを用いて等高度データを算出するデータ処理方法が利用されていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上述した従来のデータ処理方法は、あらかじめ作成したオフラインの等高度変換テーブルを用いて等高度データを算出するので、以下のような問題点があった。
（１）オフラインテーブルを確保するために余分なリソース（メモリ、ディスク領域など）を準備する必要がある。そのリソースは、変換高度数が多いほど、また方位分解能が細かいほど大量に必要である。
（２）各種の観測方式を適宜組み合わせて運用するような場合、テーブルのパターンをそれに伴い多数準備しておく必要がある。
（３）また、運用中にアンテナビーム１２の観測仰角の間隔を変更するような自由度の高い運用形態を行うことが出来ない。この場合、指示された実際の仰角値が等高度変換テーブルの仰角値と異なる場合でも、あらかじめ作成された仰角値のままで演算を行うため、誤差が生ずる。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、ＣＡＰＰＩ観測等により観測された観測データを短い処理時間で等高度データに変換することができる一方、アンテナビームの仰角間隔の変更等にも拘らず、観測データの正確な等高度変換処理を行うことができる新規なデータ処理方法、およびこれを用いた気象レーダ装置を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係るデータ処理方法は、空中線を仰角方向及び方位方向に走査し、前記空中線の走査を介して観測された極座標系の観測データを等高度座標系のデータに変換するデータ処理方法において、等高度面を求めるステップと、前記等高度面上の所定位置と前記空中線の設置点との間の水平距離を求めるステップと、前記等高度面までの海抜高度と前記水平距離とに基づいて前記所定位置に対応する前記空中線の仮想仰角を求めるステップと、前記空中線による現実の観測仰角のうち前記仮想仰角を挟む２つの観測仰角を求めるステップと、これら２つの観測仰角と前記水平距離までの前記２つの観測仰角における仰角方向距離とから前記等高度面を挟む前記２つの観測仰角に対応した高度を求めるステップと、前記ステップにより求めた観測仰角、仰角方向距離及び高度からなる２組の極座標系の観測データから近似により前記等高度面上の所定位置における極座標系の観測データを求めるステップと、前記近似により求めた前記所定位置の極座標系の観測データを前記等高度面における等高度座標系のデータに変換するステップとを備えたものである。
【０００８】
請求項２の発明に係るデータ処理方法は、前記観測データが極座標系の観測データであるものである。
【０００９】
請求項３の発明に係るデータ処理方法は、前記等高度面上の所定位置における観測データの近似が直線補完方式又は最大値方式を用いたものである。
【００１０】
請求項４の発明に係る気象レーダ装置は、送信部と、この送信部から出力された送信信号を送信電波として大気中に放射し、その反射電波を受信する空中線と、この空中線に観測方式に応じた方位及び仰角方向を指示する空中線制御部と、前記空中線により受信された前記反射電波をビデオ信号に変換する受信部と、この受信部から出力されたビデオ信号と前記空中線の方位及び仰角方向とに基づいて極座標系の観測データを出力する信号処理部と、この信号処理部により得られた前記極座標系の観測データを等高度座標系のデータに変換する等高度変換部とを備え、この等高度変換部は、等高度面の所定位置に対応する前記空中線の仮想仰角を求め、この仮想仰角を挟む２つの観測仰角に対応した２組の観測データから等高度座標系のデータを算出するものである。
【００１１】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の一実施形態について図１乃至図４を用いて説明する。図１はこの発明の実施形態１による気象レーダ装置を示すブロック構成図である。図１において、１は送信信号を出力する送信部、２は送信部１から出力された送信信号を送信電波として大気中に放射し、その反射電波を受信する空中線、３は空中線２に観測方式に応じた方位及び仰角方向を指示する命令信号を出力し、空中線から送信される送信電波の方位及び仰角方向を制御する空中線制御部、４は空中線２により受信された反射電波を受信処理し、ビデオ信号に変換する受信部、５は受信部４により変換されたビデオ信号を受信強度値（ｄＢｍ値）あるいは反射強度値（ｄＢＺ値）（以下、単に受信強度データという。）に変換する信号処理部、６は信号処理部５により変換された受信強度データを等高度座標系の気象データに変換する等高度変換部である。
【００１２】
なお、７は現実の観測データの中から等高度面Ｚにおける仮想仰角φｖを挟む観測仰角φ１，φ２を求め、この現実の観測仰角φ１，φ２から等高度座標系の気象データを求めるための２組の観測データを算出する仰角算出部、８は仰角算出部７により算出された２組の観測データに基づいて等高度座標系の気象データを求める変換処理部８であり、図１に示すように、実施の形態１による気象レーダ装置には、等高度変換処理のためのオフラインのデータテーブル（以下、オフラインテーブルという。）が予め設けられていない。従って、気象レーダ装置の運用パターンが変更された場合には、その都度変更された運用パターンによる現実の観測が行われ、実際に観測された観測データに基づいて等高度座標系の気象データが算出される。
【００１３】
また、信号処理部５から出力された受信強度値（ｄＢｍ値）あるいは反射強度値（ｄＢＺ値）等の受信強度データは、信号処理された時点では、極座標系（ｒ，θ，φ）の観測データであり、この極座標系の観測データが等高度変換部６の処理により等高度座標系（Ｒ，θ，Ｚ）のデータに変換される。
【００１４】
次に、図１に示す気象レーダ装置の全体動作について簡単に説明する。まず、空中線２が空中線制御部３により制御され、図５に示すように空中線２上に形成されたアンテナビーム（以下、観測ビームという。）が走査される。送信部１から出力された送信信号はこの観測ビームの方向に向かって送信電波として放射される。空中線２から放射された送信電波は大気中の雨粒、塵等によって反射され、その反射電波が空中線２により受信される。空中線２により受信された反射電波は受信部４においてビデオ信号に変換され、信号処理部５において極座標系の受信強度データに変換される。信号処理部５から出力された極座標系の受信強度データは、等高度変換部６に入力され、等高度座標系の気象データに変換される。なお、実施の形態１による気象レーダ装置はＣＡＰＰＩ観測を行うものとし、空中線制御部３はＣＡＰＰＩ観測方式に応じた方位及び仰角方向を指示する命令信号を空中線２に対して出力する。これにより、気象レーダ装置の設置点を中心とした３次元の観測データを得ることができる。
【００１５】
次に、等高度変換部６の変換処理について図２乃至図４を用いて説明する。図２は等高度変換部６の処理内容を示すフローチャート図である。なお、信号処理部５から出力された観測データの座標系を（ｒ，θ，φ）、求める等高度面Ｚの座標系（Ｒ，θ，Ｚ）と定義する。ここで、ｒは観測ビームにおけるレーダからの距離、θは観測ビームの方位角、φは観測ビームの仰角、Ｒは気象レーダ装置の設置点であるレーダ中心からの水平距離、Ｚは等高度面の高度である。図３はこれらの関係を示す座標系の模式図である。
【００１６】
図２に示すように、等高度変換部６は、まず、求めたい高度Ｈの等高度面Ｚを決め、この等高度面Ｚについて以下の処理を行う（Ｓ０１）。すなわち、等高度面Ｚが決まると、次にレーダ中心から等高度面Ｚ上の求めたい位置までの水平距離Ｒを決め（Ｓ０２）、式（１）によりこの水平距離Ｒの位置における仮想仰角φｖを算出する（Ｓ０３）。
【００１７】
【数１】
2004037366.tif 000003
【００１８】
仰角算出部７は、式（１）により仮想仰角φｖが求まると、実際に観測した観測仰角の中からこの仮想仰角φｖを挟む２つの現実の観測仰角（φ１，φ２）を抽出し、これら２つの観測仰角φ１，φ２の水平距離Ｒの位置までの仰角距離ｒ１，ｒ２、及びそれに対応した高度Ｈ１，Ｈ２を式（２）、式（３）によりそれぞれ算出する（Ｓ０４）。なお、一般に空中線の仰角φ、当該空中線から放射される観測ビームの仰角方向距離ｒ、及び海抜高度Ｈとの間には、式（３）に示す関係があることが幾何学的に求められている。Ｈ０は空中線２の地上海抜高度である。
【００１９】
【数２】
2004037366.tif 000004
【００２０】
【数３】
2004037366.tif 000005
【００２１】
これら２組の観測データ（φ１，ｒ１，Ｈ１）及び（φ２，ｒ２，Ｈ２）は、等高度座標系の気象データを求めるため、変換処理部８の記憶手段（図示省略）に一時的に記憶される（Ｓ０５）。そして、変換処理部８は、これら２組の観測データ（φ１，ｒ１，Ｈ１）及び（φ２，ｒ２，Ｈ２）から近似方式（近い方の点を採用）、最大値方式（強度値の大きい方を採用）、距離による直線補完法等の近似式を用いて等高度面Ｚ上の水平距離Ｒの位置における等高度データを算出する（Ｓ０５）。なお、図４は仮想仰角φｖに基づき抽出された２つの観測仰角φ１，φ２と等高度面Ｚとの関係を示す模式図である。
【００２２】
このようにして、等高度面Ｚ上のある方位の水平距離Ｒの点における等高度データ、すなわち等高度座標系のデータが算出され、極座標系の観測データから等高度座標系のデータへの変換処理が行われる（Ｓ０６）。なお、水平距離Ｒを変更して以上の処理を繰り返すことにより、等高度面Ｚ上のある一方位についての等高度データを算出することができ（Ｓ０７）、また、以上の処理を方位を変更して繰り返すことにより、等高度面Ｚ上の全方位についての等高度データを算出することができる（Ｓ０８）。
【００２３】
ここで、式（１）の導出を示す。式（２）を式（３）に代入すると、式（４）、さらに式（５）となる。ゆえに、これから等高度面Ｚ上の所定位置における空中線２の仮想仰角φｖを求める式（３）が導出される。
【００２４】
【数４】
2004037366.tif 000006
【００２５】
【数５】
2004037366.tif 000007
【００２６】
以上のように、この実施の形態１によるデータ処理方法によれば、等高度面上の所定位置における空中線２の仮想仰角φｖを求め、この仮想仰角φｖを挟む２つの観測仰角φ１，φ２を抽出し、これら２つの観測仰角φ１，φ２に対応した観測仰角、仰角方向距離及び高度からなる２組の観測データから近似により前記等高度面上の所定位置における観測データを求め、前記近似により求めた前記所定位置の観測データを前記等高度面における等高度座標系のデータに変換するようにしたので、オフラインテーブルを確保するための余分なリソース（メモリ、ディスク領域など）を準備することなくＣＡＰＰＩ観測等により観測された極座標系の観測データを短時間で等高度データに変換することができる一方、アンテナビームの仰角間隔の変更等にも拘らず、観測データの正確な等高度変換処理を行うことができる。
【００２７】
実施の形態２．
次にこの発明の実施の形態２について説明する。実施形態１による気象レーダ装置では、極座標系の観測データ（（ｒ，θ，φ）−＞（Ｒ，θ，Ｚ））を等高度座標系のデータに変換する処理を行ったが、直交座標系（（Ｘ，Ｙ，φ）−＞（Ｘ，Ｙ，Ｚ））の観測データから等高度座標系のデータに変換することも可能である。すなわち、仰角別の観測データをあらかじめ直交座標に変換した後に、等高度面に変換することにより、等高度座標系のデータを得ることができる。
【００２８】
この場合、メッシュ情報そのものにはレーダ中心からの距離ｒ及び地上面水平距離Ｒが保持されていないため、処理の都度、空中線２の設置点、すなわちレーダ中心座標位置からｒ及びＲを求める必要がある。地上面水平距離Ｒは、レーダ中心座標をＸ０、Ｙ０、求めたい座標位置をＸ、Ｙとすると、式（６）により求めることができる。
【００２９】
【数６】
2004037366.tif 000008
【００３０】
そして、極座標系の観測データの場合と同様の演算を行うことにより、等高度座標系のデータに変換することができる。このように、直交座標系のデータの場合には、求めたい座標位置毎にＲが異なること・各高度面で共通の値であること、観測毎に変動する要素ではないことから、オフラインにてあらかじめ計算しておく、あるいは一度計算した値を保持するようにしておくなどの効率化を図ることは有意義である。
【００３１】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、ＣＡＰＰＩ観測等により観測された観測データを仮想仰角を用いたデータ処理によって等高度データに変換するので、オフラインテーブルを確保するための余分なリソース（メモリ、ディスク領域など）を準備することなく短時間で等高度データに変換することができる。また、アンテナビームの仰角間隔の変更等にも拘らず、観測データの正確な等高度変換処理を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施の形態１による気象レーダ装置を示すブロック構成図である。
【図２】実施の形態１によるデータ処理方法であって、図１に示す等高度変換部６の処理内容を示すフローチャート図である。
【図３】実施の形態１による座標系の模式図である。
【図４】仮想仰角φｖに基づき抽出された２つの観測仰角φ１，φ２と等高度面Ｚとの関係を示す模式図である。
【図５】一般的なＣＡＰＰＩ観測と等高度変換される観測データとの関係を示す概念図である。
【符号の説明】
１　空中線部、２　空中線制御部、３　送信部、４　受信部、
５　信号処理部、６　等高度変換部、７　仰角算出部、８　変換処理部。
【図１】
2004037366.tif 000009
【図２】
2004037366.tif 000010
【図３】
2004037366.tif 000011
【図４】
2004037366.tif 000012
【図５】
2004037366.tif 000013