(57)【要約】【課題】  雲観測レーダ装置により雲観測をするシミュレーション装置および方法，並びに雲観測装置に関する。雲水滴の落下速度をシミュレーションにより正確に求める，実際の雲観測データをエリアシング補正すること。【解決手段】  雲観測レーダ装置はドップラーレーダ装置であり，人工衛星に搭載された雲観測レーダ装置から送信された送信パルスが雲水滴で反射されることにより生じる受信パルスのパルス生成手段と，パルス生成手段は観測領域にある複数水滴の位置に基づく位相と送信ビームの視線方向角度誤差を含む各水滴の反射ベクトルの和として送信パルスを生成し，時系列の該送信パルスにおいて時間的に連続するパルスペアに基づいて水滴の平均ドップラー速度を計算する平均ドップラー速度計算手段と，平均ドップラー速度のエリアシング補正するエリアシング補正手段とを備え，ペアサンプル数と平均雲水滴落下速度の標準偏差の関係を求める手段を備える。【選択図】図１１
2005345212.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
雲観測レーダ装置による観測をコンピュータと記憶手段によりシミュレーションするシミュレーション装置において，
該雲観測レーダ装置はドップラーレーダ装置であり，人工衛星に搭載された雲観測レーダ装置から送信された送信パルスが雲水滴で反射されることにより生じる受信パルスを生成するパルス生成手段と，
パルス生成手段の生成したパルスを保持する記憶手段とを備え，
該パルス生成手段は観測領域にある複数水滴の位置に基づく位相と送信パルスのレーダビームの視線方向角度誤差を含む各水滴の反射ベクトルの和として送信パルスを生成するものであり，該反射ベクトルと視線方向角度誤差とを保持する記憶手段と，
時系列の該送信パルスにおいて時間的に連続するパルスペアに基づいて水滴の平均ドップラー速度を計算する平均ドップラー速度計算手段と，該平均ドップラー速度を保持する記憶手段と，
雲観測レーダ装置のダイナミックレンジに基づいてエリアシングを生じるエリアシング角度を計算し，該エリアシング角度とレーダビームの視線方向角度誤差を比較し，エリアシング角度と視線方向角度誤差との関係に応じて前記平均ドップラー速度のエリアシングを補正するエリアシング補正手段と，
該ダイナミックレンジとエリアシング角度とを保持する記憶手段とを備えることを特徴とする雲観測レーダ装置のシミュレーション装置。
【請求項２】
平均ドップラー速度を＜ｖ＞，エリアシング補正平均ドップラー速度を＜ｖc ＞，前記視線方向角度誤差をγ，雲観測レーダのダイナミックレンジをＶdyn （Ｖdyn ≧０）とエリアシング角度をγa （γa ≧０）とした時，
前記エリアシング補正手段は，γとγa との大小が，γa ≦γ≦γa ならエリアシング補正を行なわないものとして，＜ｖc ＞＝＜ｖ＞とし，γ＜−γa もしくはγ＞γa なら＜ｖc ＞＝２Ｖdyn ＋＜ｖ＞（γ＞γa の場合），あるいは＜ｖc ＞＝−２Ｖdyn ＋＜ｖ＞（γ＜−γa の場合）によりエリアシング補正平均ドップラー速度を求めることを特徴とする請求項１に記載の雲観測レーダ装置のシミュレーション装置。
【請求項３】
人工衛星の移動速度をＶsat とした時，人工衛星速度の視線方向角度成分Ｖsat ・ｓｉｎγを計算する手段と，該視線方向角度誤差成分を保持する記憶手段と，
平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞を＜ＶDOP ＞＝Ｖsat ・ｓｉｎγ−＜ｖc ＞により計算して求める平均雲水滴落下計算手段と，平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞を保持する記憶手段とを備え，
Ｎa 個のＰi とＰi+1 のパルスペア群をＮs 個生成する手段と，各パルスペア群毎にパルスペア群Ｐi とＰi+1 は異なるものであり，該Ｎs の各パルスペア群毎に平均雲水滴落下速度を計算して記憶手段に保持し，該Ｎs 個の平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞の標準偏差を求める標準偏差作成手段と，該標準偏差を保持する記憶手段とを備え，
異なるＮa で上記平均雲水滴落下速度を計算し，上記標準偏差を求め，記憶手段に保持し，平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞の評価が可能であること特徴とする請求項１または２に記載の雲観測レーダ装置のシミュレーション装置。
【請求項４】
雲観測レーダ装置で観測される観測データをコンピュータと記憶手段を使用してシミュレーションするシミュレーション方法において，
該雲観測レーダ装置はドップラーレーダ装置であって，人工衛星に搭載された雲観測レーダ装置から送信された送信パルスが雲水滴で反射されることにより生じる受信パルスを観測領域にある複数水滴の位置に基づく位相と送信パルスのレーダビームの視線方向角度誤差を含む各水滴の反射ベクトルの和として生成し，該受信パルスと視線方向角度誤差とを記憶手段に保持し，
該時系列のパルスデータにおいて時間的に連続するパルスペアに基づいて平均ドップラー速度を計算し，
雲観測レーダ装置のダイナミックレンジに基づいてエリアシングを生じるエリアシング角度を計算し，該該エリアシング角度とレーダビームの視線方向角度誤差を比較し，エリアシング角度と視線方向角度誤差との関係に応じて前記平均ドップラー速度のエリアシング補正する雲観測レーダ装置のシミュレーション方法。
【請求項５】
人工衛星の移動速度をＶsat とした時，人工衛星速度の視線方向角度成分Ｖsat ・ｓｉｎγを計算し，該視線方向角度誤差成分を記憶手段に保持し，
平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞を＜ＶDOP ＞＝Ｖsat ・ｓｉｎγ−＜ｖc ＞により計算し，平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞を記憶手段に保持し，
Ｎa 個のＰi とＰi+1 のパルスペア群をＮs 個生成し，各パルスペア群毎にパルスペア群Ｐi とＰi+1 は異なるものであり，該Ｎs の各パルスペア群毎に平均雲水滴落下速度を計算して記憶手段に保持し，該Ｎs 個の平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞の標準偏差を求め，該標準偏差を記憶手段に保持し，
異なるＮa で上記平均雲水滴落下速度を計算し，上記標準偏差を求め，記憶手段に保持し，平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞の評価が可能であること特徴とする請求項４に記載の雲観測レーダ装置のシミュレーション方法。
【請求項６】
人工衛星に搭載する雲観測レーダ装置の観測データのデータ処理をする雲観測装置において，
人工衛星から送られてくる雲水滴の平均ドップラー速度＜ｖ＞および観測レーダビームの視線方向角度誤差γを受信する手段と，該観測データを保持する記憶手段と，
受信した該平均ドップラー速度のエリアシング補正をするエリアシング補正手段と，
該エリアシング補正した平均ドップラー速度と，人工衛星の視線方向のドップラー速度成分との差を求めることにより平均雲水滴落下速度を計算する雲水滴落下速度計算手段とを備えることを特徴とする雲観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は，雲観測レーダ装置により雲水滴の落下速度を観測するシミュレーション装置および方法，並びに人工衛星に搭載した雲観測レーダ装置の観測データに基づき雲水滴の落下速度を正確に求めることのできる雲観測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
人工衛星による雲観測は地球大気の雲の分布を正確に観測することができ，地球の天候を予測するのに重要なものである。
【０００３】
従来の人工衛星による雲観測レーダ装置（Ｃｌｏｕｄ  Ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ  Ｒａｄａｒ）は，視線方向のレーダパルスの雲からのバックスキャッタリングのみを観測するように設計されていて，雲を静止しているものとしてとらえ，雲の分布等のみを観測するものであり，雲水滴の落下速度等の動的な情報を得ることはできなかった（非特許文献１参照）。
【０００４】
本発明は，従来の雲観測レーダ装置のように雲を静止しているものとしてレーダパルスの反射を観測するのではなく，レーダパルスが落下する雲水滴に反射することにより生じるドップラー速度を測定することにより雲水滴の落下を観測することのできる雲観測レーダのシミュレーション装置および雲観測装置を提供するものである。以下の説明における雲観測レーダ装置は人工衛星のＷ−バンドを使用し，レーダパルスの周波数（ｆ）は９４．０５ＧＨｚである。
【０００５】
図１は，本発明の雲観測レーダ装置のシステムを示す。図１（ａ）は原理的説明図である。雲観測レーダ装置は人工衛星１に搭載され，視線方向にレーダパルスを出力して，雲２からの反射信号を受信する。雲２の水滴は下方に落下する速度成分をもっているので，反射パルスの周波数は雲水滴の落下速度に応じてドップラーシフトを生じる。人工衛星１において雲観測レーダ装置は送信波と受信波の周波数シフトを求め，雲２の水滴の落下速度により生じたドップラー速度を求める。人工衛星１は求めた雲２のドップラー速度を含む観測データを地上局に送信する（図１（ｃ）参照）。
【０００６】
以下の説明において，人工衛星１の軌道は高度４５０ｋｍであると仮定する。衛星速度（Ｖsat ）は７．６ｋｍである。観測方向は，雲水滴の垂直方向の落下速度を測定するための視線方向である。
【０００７】
図１（ｂ）は，雲観測レーダ装置のレーダパルスを示す。周波数ｆ（例えば，９４．０５ＧＨｚ），波長をλとする。ドップラー速度のダイナミックレンジ（Ｖdyn ）は，±λ／４Ｔs で計算できる。ダイナミックレンジ（Ｖdyn ）は，エリアシングを生じないドップラー速度を表す（後述する）。以下の説明で，パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）は約５．９ｋＨｚ（Ｔｓ＝１７０μｓｅｃ）とする。この場合，Ｖdyn は±４．６９ｍ／ｓである。
【０００８】
図１（ｃ）は，人工衛星１に搭載した雲観測レーダ装置の構成を示す。図１（ｃ）において，１は人工衛星である。１０は雲観測レーダ装置である。１１は発振回路，１１’はレーダパルス生成回路，１２は送受信回路，１３は混合回路，１４は受波回路，１４’はドップラー速度データ生成装置，１５は送信回路である。２１はレーダアンテナである。３１は送信アンテナであって，人工衛星の観測データを地上に送信するものである。３２は地上局，３３は地上局の受信アンテナである。
【０００９】
図１（ｃ）の構成において，雲観測レーダ装置１０において，発振回路１１はレーダの送信周波数の信号を発振し，レーダパルス生成回路１１’はレーダパルスを生成する。送受信回路１２はレーダパルス信号を出力する。レーダアンテナ２１により視線方向に送信パルス２２を出力する。送信パルス２２は雲２の水滴で反射し，受信パルス（反射パルス）２３となって，レーダアンテナ２１で受信される。受信パルスは雲水滴の落下速度のために周波数にドップラーシフトを受ける。受信パルスは送受信回路１２を介して受波回路１４に送られ，さらに，混合回路１３に送られる。混合回路１３は発振回路１１の送信パルスと受信パルスの周波数差を求め，受信パルスに生じた周波数シフトを求める。ドップラー速度データ生成装置１４’はドップラー速度データを生成する。送信回路１５はドップラー速度を含む送信信号を生成して送信アンテナ３１を介して地上局３２に送信する。
【００１０】
地上局３２は受信アンテナ３３により人工衛星１から送信される雲観測レーダ装置１０の観測データを受信する。観測データはコンピュータ処理により保存装置に保存され，さらに，コンピュータによりデータ解析を行なう。
【非特許文献１】Ｆ．Ｋ．Ｌｉ，Ｅ．Ｉｍ，Ｓ，Ｌ．Ｄｕｒｄｅｎ，ａｎｄ  Ｒ．Ｇｉｒａｄ，”Ｃｌｏｕｄ  ｐｒｏｆｉｌｉｎｇ  ｒａｄａｒ  （ＣＰＲ）  ｆｏｒ  ｔｈｅ  ＣｌｏｕｄＳａｔ  ｍｉｓｓｉｏｎ”，Ｐｒｏｃ．２０００  Ｉｎｔ．Ｇｅｏｓｃｉ．  Ｒｅｍｏｔｅ  Ｓｅｎｓｉｎｇ  Ｓｙｍｐ．，ｐｐ．２８２１−２８２３，２０００．
【非特許文献２】Ａ．Ｓ．Ｆｒｉｓｃｈ，Ｃ．Ｗ．Ｆａｉｒａｌｌ，ａｎｄ  Ｊ．Ｂ．Ｓｎｏｄｅｒ，“Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  ｏｆ  ｓｔｒａｔｕｓ  ｃｌｏｕｄ  ａｎｄ  ｄｒｉｚｚｌｅ  ｐａｒａｍｅｔｅｒ  ｉｎ  ＡＳＴＥＸ  ｗｉｔｈ  ａ  Ｋａ−ｂａｎｄ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  ｒａｄａｒ  ａｎｄ  ａ  ｍｉｃｒｏｗａｖｅ  ｒａｄｉｏｍｅｔｅｒ，”  Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｓｃｉ．，ｖｏｌ．５２，ｐｐ．２７８８−２７９９，１９９５．
【非特許文献３】Ａ．Ｊ．Ｈｅｙｍｓｆｉｅｌｄ，Ｌ．Ｍ．Ｍｉｌｏｓｈｅｖｉｃｈ，ａｎｄ  Ａ．Ｓｌｉｎｇｏ，”Ａｎ  ｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎａｌ  ａｎｄ  ｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌ  ｓｔｕｄｙ  ｏｆ  ｈｉｇｈｌｙ  ｓｕｐｅｒｃｏｏｌｅｄ  ａｌｔｏｃｕｍｕｌｕｓ，”  Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｓｃｉ．，ｖｏｌ．４８，ｐｐ．９２３−９４５，１９９１．
【非特許文献４】Ｅ．Ｅ．Ｇｏｓｓａｒｄ，Ｊ．Ｂ．Ｓｎｉｄｅｒ，Ｅ．Ｅ．Ｃｌｏｔｈｉａｕｘ，  Ｂ．Ｍａｒｔｎｅｒ，Ｊ．Ｓ．Ｇｉｂｓｏｎ，Ｒ．Ａ．Ｋｒｏｐｆｌｉ，ａｎｄ  Ａ．Ｓ．Ｆｒｉｓｃｈ，”Ｔｈｅ  ｐｏｔｅｎｔｉａｌ  ｏｆ  ８−ｍｍ  ｒａｄａｒｓ  ｆｏｒ  ｒｅｍｏｔｅｌｙ  ｓｅｎｓｉｎｇ  ｃｌｏｕｄ  ｄｒｏｐ  ｓｉｚｅ  ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｓ，”  Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｏｃｅａｎｉｃ  Ｔｅｃｈｎｏｌ．ｖｏｌ．１４，ｐｐ．７６−８７，１９９７．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
図２は，発明が解決しようとする課題の説明図である。人工衛星１の姿勢が傾いた場合レーダビームの方向が視線方向からずれる。その角度をγとする。雲水滴の垂直方向の観測は角度γのために乱される。人工衛星の姿勢の傾きにより生じる視線方向角度誤差に基づくドップラー速度の誤差は，Ｖsat ・ｓｉｎγで計算できる。角度γの向きにより，正負の誤差がある。Ｖsat ＝７．６ｋｍ，Ｖdyn ＝４．６９ｍ／ｓｅｃの場合，γが０．０３５°より大きいと，Ｖsat ・ｓｉｎγはＶdyn ＝４．６９ｍより大きくなるか，もしくは−Ｖdyn （−４．６９ｍ）より小さくなり（絶対値がＶdyn より大きい），その結果，ドップラー速度のエリアシングが生じる。そのため，エリアシングをさけるために，衛星は−０．０３５≦γ≦０．０３５でなければならない（図６参照）。しかし，人工衛星での姿勢精度をこの程度に保つことは非常に難しく，現実には不可能である。そのため，人工衛星に搭載した雲観測レーダにより雲観測を行なう場合は，ドップラー速度のエリアシングを修正する必要がある。
【００１２】
また，平均ドップラー速度＜ｖ＞の測定では，平均をとるパルスペア数Ｎa が大きいほど平均ドップラー速度＜ｖ＞の測定精度は向上する。しかし，雲水滴落下速度を測定している間に人工衛星は移動するので，Ｎa を大きくすると水平方向の距離解像度（距離分解能）が大きくなる。従って，測定精度と水平方向解像度を考慮して最適なＮa を求める必要がある。
【００１３】
本発明は，人工衛星の条件，雲水滴モデルの条件における様々な条件で雲観測レーダ装置による雲観測をシミューレーションできるシミュレーション装置を提供することを目的とする。また，シミュレーションにより得られた平均雲水滴落下速度の，平均ドップラー効果を算出するためのパルスペア数による標準偏差を求めることのできるシミュレーション装置および方法を提供することを目的とする。
【００１４】
さらに，視線方向の誤差を含むドップラー速度のエリアシング補正を容易に修正することができるシミュレーション装置を提供することを目的とする。
【００１５】
さらに，視線方向角度誤差γを含むドップラー速度のエリアシング補正を容易に補正することが可能な雲観測装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
（ｉ）ドップラー速度のエラー解析
平均ドップラー速度（＜ｖ＞）は，パルスペア処理から以下のように計算できる。
【００１７】
【数１】
2005345212.tif 000003
ここに，λは雲観測レーダ装置の波長であり，Ｎa は平均のためのパルスペア数である。Ｐi は雲のある決められた領域でのｉ番目の受信信号であり，Ｐ* はＰの共役複素数である。＜ｖ＞のブラケットは平均値であることを示す。もし，Ｎa が無限大であれば，＜ｖ＞は誤差なしに測定される。実際，Ｎa は有限であり，どのように観測しても，＜ｖ＞は常に誤差をもつ。
【００１８】
本発明は，ドップラー速度の平均のためのパルスペア数とドップラー速度の標準偏差の関係を容易に求めることができ，適切なＮa を求めることのできるシミュレーション装置を提供する。
【００１９】
本発明のシミュレーション方法の基本概念は，以下のとおりである。まずレーダパルスをシミュレーションにより生成する。Ｎa ＋１個の受信信号が生成される。これらの信号から，（１）式により，＜ｖ＞Naが計算される。＜ｖ＞Naにおける添字Ｎa は＜ｖ＞Naが平均によりＮa 個のパルスペアから計算されることを意味する。平均により実験的に測定されるので，＜ｖ＞Naは常に誤差をもつ。＜ｖ＞Naの誤差は＜ｖ＞NaのＮa 個のパルスペアの組をＮs 群生成し，それぞれのパルスペア群での＜ｖ＞NaのＮs 個のデータをもとにその標準偏差をとることにより評価できる。
【００２０】
各パルスペアの間に相関関係がなければ，パルスペア処理からドップラー速度は計算で求まらない。パルスＰi は，レーダパルスの各雲水滴での後方散乱ベクトルのベクトル和をとることにより計算できる。パルスＰi とパルスＰi に続くパルスＰi+1 の相関は，シミュレーションにおいてＴs 間の雲の水滴運動により生じる雲水滴での位相シフトで表すことができる。人工衛星からの雲観測レーダ装置で観測される互いに相関する受信信号から構成される信号は，この雲の水滴モデルによりコンピュータシミュレーションで生成できる。
（ii) 雲の水滴サイズ分布  
雲の水滴モデルにおいて水滴サイズ分布が必要であるが，それは乱数を使用して生成することができる。雲水滴サイズは対数正規分布であるとして計算できる（非特許文献２参照）。雲水滴サイズの対数正規分布（Ｎ（Ｘ））は，
【００２１】
【数２】
2005345212.tif 000004
ここに，Ｘは，雲水滴の直径Ｄμｍの対数であり，Ｘ0 はＸの平均値であり，σX はＸの標準偏差であり，そしてＮt は単位体積（ｃｍ-3）あたりの全雲水滴数である。対数正規分布により雲水滴サイズを計算するために，Ｘ0 ，σX ，およびＮt が実験により求められている必要がある。Ｈｅｙｍｓｆｉｅｌｄ等は高度７３００ｍから７４２０ｍの範囲の関数として雲水滴サイズ分布を測定した（非特許文献３参照）。本シミュレーションではＨｅｙｍｓｆｉｅｌｄの実験データを使用して，雲水滴サイズ分布を計算した。本発明において，Ｎt ＝１３６および高度７３６０ｍでのσX ＝０．４０１を例として使用した。図３はこの条件で雲水滴サイズ分布を示す。
【００２２】
雲水滴に照射される電磁波の波長が水滴の直径に比べて小さいとき，レイリー散乱を生じる。その時の反射係数Ｚ（ｍｍ6 ／ｍ3 ）は，雲水滴分布を使用して次の（３）式で表わすことができる。
【００２３】
【数３】
2005345212.tif 000005
ここに，１０-3・１０X の項はｍｍ単位での雲水滴の直径を表し，Ｄmin およびＤmax は雲水滴の最大および最小の直径であり，それぞれ０．１および１００．０μｍであると推定できる。この場合，Ｚは−１２．４ｄＢＺである。
【００２４】
静止大気中の雲水滴の終端落下速度Ｖt （ｍ／ｓｅｃ）は以下のように雲水滴の直径Ｄ（μｍ）の関数として表すことができる（非特許文献４参照）。
【００２５】
Ｖt （Ｄ）＝ａ1 ・Ｄ・（１．０−ｅｘｐ（−ａ2 ・Ｄ）) ，        （４）
ここに，ａ1 とａ2 は定数であり，すなわち，それぞれ４．０×１０3 および１．２×１０4 である。図４は雲水滴の直径と終端落下速度の間の関係を示す。
【００２６】
平均ドップラー速度は，実際には前述のパルスペアを計算する式（１）により求めるが，理論的には，平均雲水滴落下速度（ＶDOP ）は以下の式により計算できる。
【００２７】
【数４】
2005345212.tif 000006
ドップラー効果の周波数の幅（標準偏差σDOP ）は，以下の式で計算できる。
【００２８】
【数５】
2005345212.tif 000007
ここに，ＶDOP2（ＶDOP の二乗）は，
【００２９】
【数６】
2005345212.tif 000008
この場合，＜ＶDOP ＞は０．２ｍ／ｓ，＜σDOP ＞は０．０６２ｍ／ｓである。ブラケットは平均値を意味する。
【００３０】
（iii)  人工衛星に搭載した雲観測レーダ装置による雲観測のシミュレーション装置
図５（ａ）は，人工衛星に搭載した雲観測レーダ装置により視線方向の雲観測をすることを示す図である。図５（ａ）は雲観測レーダ装置の送信ビームと雲の観測領域の関係を示す。図５（ｂ）は観測領域を示し，レーダビーム角度２θ（θ＝０．０５°）であり，距離分解能は５００ｍである。図５（ｂ）の双方向矢印の長さが距離分解能を表し５００ｍである。距離分解能はレーダパルス幅できまる。観測地点はＡ点であり，高度７３６０ｍの位置である。水平方向の分解能と送信パルス間隔Ｔs ＝１７０μ秒のレーダパルスにより平均ドップラー速度を観測する観測精度とのトレードオフで水平方向の距離分解能を１０ｋｍ（平均ドップラー速度を計算するためにパルス積分をする間の人工衛星の飛行距離）とした。
【００３１】
図５（ｃ）は，ｉ番目の送信パルスが，雲水滴１（α1,β1 ），２（α2,β2 ），３（α3,β3 ），・・・ｊ（αj,βj ），・・・のそれぞれにおいて反射することにより反射パルスＡ1i（α1,β1 ）, Ａ2i（α2,β2 ）, Ａ3i（α3,β3 ），・・・Ａji（αj,βj ），・・・を生じることを表し，各反射パルスのベクトル和が受信パルスＰi であることを表す。
【００３２】
図５（ａ）の高度７３６０ｍの位置Ａを中心にする円錐台の容積の範囲に通常対数で１０10個の雲水滴がランダムに配置されるようにシミュレーションにより生成した。雲水滴のこの数値は，図５（ｃ）の円錐台の領域において実際に存在する雲水滴数と比較して小さい。しかし，１０10の雲水滴は統計的には十分な大きさの数であるので，シミュレーションにおいては差し支えない。前述の雲水滴をランダムに配置するということは，各生成された雲水滴が０°から３６０°の範囲でランダムな初期位相をもつことを意味する。パルスＰi は，各雲水滴からの後方散乱のベクトル和として計算する。パルスＰi に対してパルスＰi+1 はＴs 秒間の雲水滴と衛星移動により生じるとして各雲水滴の位相をシフトすることによりシミュレーションで求めることができる。本発明においては，大気の垂直方向の運動は扱わないものとする。図２で説明したようにレーダビーム方向に角度γの視線方向角度誤差がある場合に，ｊ番目の雲水滴の位相シフト（Δφj ）は次の式で表すことができる。
【００３３】
【数７】
2005345212.tif 000009
ここに，Ｖtjはｊ番目の雲水滴の終端落下速度であり，αj は−θからθの範囲にあるｊ番目の雲水滴の視線方向からの角度である。βj は０から３６０°の範囲にあるｊ番目の雲水滴の衛星移動方向からの角度である（図５参照）。λは，レーダ波長でｃｍである。雲水滴での後方散乱信号のベクトル和は，各信号ベクトルの実部をｘ軸とし，虚部をｙ軸で表し，信号の振幅はベクトルの長さであらわし，位相ダイアグラムにより求めることができる。各ベクトルの位相は式（７）のΔφで決められる。その際，レーダアンテナのアンテナパターンの分布をビーム中央を中心にしたガウス分布（ｅｘｐ（−２．７８θj 2 ／θ2 ））であるとして，粒子毎に重み付けをしてそれぞれの粒子での反射ベクトルＡjiを求め，ベクトル和をとるようにした。ノイズの影響はベクトル和にノイズ信号を加えることにより考慮する。本シミュレーションではノイズレベルは−２０．０ｄＢとして計算した。
【００３４】
（iv) エリアシング補正
図６は視線方向角度誤差γと平均ドップラー速度＜ｖ＞の間の関係を示す。正のγは，ターゲットが近づいていることを表し，負のγはターゲットが遠ざかっていることを表す。シミュレーションはγが−０．１°，−０．０８°，−０．０６°，−０．０４°，−０．０２°，０．０°，０．０２°，０．０４°，０．０６°，０．０８°および０．１°で行なった。プロット（図の黒丸および白丸）はシミュレーションで（１）式により求めた平均ドップラー速度＜ｖ＞であり，Ｎa ＝１０10のパルスペアから計算されたものである。実線は人工衛星の視線方向速度成分であり，Ｖsat ・ｓｉｎγとして計算で求めたものである。太い実線はドップラー速度のエリアシングを生じない範囲を示し（ダイナミックレンジに等しい），そして細い実線はエリアシングを生じる領域を示す。黒丸のプロットはエリアシングを生じない領域にあるものである。白丸のプロットはエリアシングを生じた領域のものである。
【００３５】
エリアシングは次のようにγを参照して修正できる。エリアシングは人工衛星の視線方向成分の大きさの絶対値がＶdyn ＝λ／４Ｔs より大きくなった場合に生じる。従って，視線方向角度誤差γにおいて，エリアシングを生じる視線方向角度誤差γa はＶsat ・ｓｉｎγa ＝Ｖdyn により求まる。今の場合，Ｖdyn ＝４．６９ｍ／ｓ，Ｖsat ＝７．６ｋｍ／ｓであるので，γa ＝０．０３５°である。
【００３６】
従って，図６の場合，γが，０．０３５°より大きければ，エリアシング補正ドップラー速度＜ｖc ＞は＜ｖc ＞＝２Ｖdyn ＋＜ｖ＞として求まる（Ｖdyn ＞０）。また，γが−０．０３５°より小さい場合には，エリアシング補正平均ドップラー速度＜ｖc ＞は，＜ｖc ＞＝−２Ｖdyn ＋＜ｖ＞として求まる（Ｖdyn ＞０）。
【００３７】
図７はδとエリアシング補正平均ドップラー速度＜ｖc ＞と視線方向角度誤差γの関係を示す。実線は衛星速度Ｖsat のドップラー速度の視線方向成分であり，Ｖsat ・ｓｉｎγとして求めたものである。γ＝０に対応してＶsat ・ｓｉｎγ＝０である。太い実線はエリアシングを生じないγ範囲のものであり，細い実線はエリアシングを生じるγ範囲のものである。白丸のプロットは図６のプロットに対してエリアシング補正したものを表す。黒丸のプロットはエリアシング補正をしないものであり，図６における黒丸のプロットと同じである。点線は各プロットを結んだ線である。太い点線はエリアシングを生じない領域のものであり，細い点線はエリアシングを生じる領域のものである。
【００３８】
実線と点線の間にわずかに差がある。この差は雲水滴落下速度ＶDOP （雲水滴のドップラー速度）である。ブラケットは平均であることを表す。従って，図７の＜ＶDOP ＞は雲水滴落下速度の平均をあらわし，図７の場合，＜ＶDOP ＞＝−０．２ｍ／ｓであり，＜ＶDOP ＞＝＜ｖc ＞−Ｖsat ・ｓｉｎγとして計算で求まる。
【００３９】
セクション（ｉ）で説明したように，平均ドップラー速度＜ｖ＞を求めるのに使用したパルスペア数Ｎa と平均雲水滴落下速度（＜ＶDOP ＞meas）（ｍｅａｓは測定された量であり誤差を含んでいることを表す（以下同じ））の関係は，Ｎa を変えることにより平均雲落下速度がどのように変化するかを調べることにより判断できる。
【００４０】
図８は，パルスペア数と平均雲水滴落下速度（＜ＶDOP ＞meas）の標準偏差の関係を示し，γをパラメータとして求めたものである。視線方向角度誤差γ＝０．０°におけるものは実線で示す曲線（１）と（２）であり，曲線（１）はノイズを考慮していない場合であり，曲線（２）はノイズを考慮した場合を示す。曲線（１），（２）以外は，γ＝±０．０２°，±０．０４°，±０．０６°，±０．０８°および±０．１°におけるパルスペア数と平均雲水滴落下速度の標準偏差の関係を示す。γに対する関係は実線，長点線，長点−点−長点−点の線，点線，および長点−点−点−点の線による曲線でそれぞれ示される（図８ではグラフの重複がある）。γの正および負の値による違いは小さく，図８では重なっている（なお，出願人はγの正および負の値による曲線の違いを青と赤で色分けした図８を物件提出書により提出する）。
【００４１】
衛星移動により生じるドップラー効果の周波数スペクトルの拡がり（σsat ）は次の式により近似できる。
【００４２】
σsat ≒０．３ｓｉｎ（２θ）・Ｖsat                   （８）
この式（８）から，σsat ≒４ｍ／ｓが得られる。Ｎa ＝１における実線の曲線（２）により示される標準偏差は２つのファクター（σDOP およびσsat ）により決定される。σDOP （０．０６２ｍ／ｓ）はσsat よりかなり小さい。そのため，σDOP は無視して，式（８）から求まる値として標準偏差は４ｍ／ｓとなる。この値は，シミュレーションで求めた図８の結果にほぼ一致しているので，シミュレーションが正しいことが示されている。
【００４３】
図８に示されるパルスペア数と＜ＶDOP ＞measの標準偏差のグラフにおいて，γ＝０．０°（図８の実線の曲線（１））と他の場合の関係をみた場合，２つに分けられる。一つは，グループＡであって，γ＝０．０°（図８の実線の曲線（１））に近いグループである。グループＡはγ＝±０．０２°，±０．０６°，±０．０８°である。他は，グループＢであって，＜ＶDOP ＞measの標準偏差がγ＝０．０°での標準偏差からの大きく離れているグループである。グループＢはγ＝±０．０４°と±０．１°である。
【００４４】
γ＝±０．０４°は，エリアシング領域（図７参照）にあり，しかも，それはエリアシングを生じる境界に近い。エリアシング補正は，γがγa より大きいか，小さいかで判定するので，エリアシングの境界付近のものについては，本来はエリアシング補正をするべきでないものも含まれていることが考えられる。γ＝±０．０４°はそのために，標準偏差が大きくなったものと推定される。γ＝±０．１°の場合も同様である。この場合は，次のエリアシング点（衛星速度の視線方向成分が±２・Ｖdyn ）に近いことによるものであると考えられる。このような場合には，＜ＶDOP ＞measの標準偏差が大きくなる。
【００４５】
グループＡのγ＝±０．０２°，±０．０６°および±０．０８°は，エリアシング点γa から離れている。この場合には，γを参照することによるエリアシング効果の補正を正しく行なうことができる。図８に示されるように，これらの場合には，パルスペア数と＜ＶDOP ＞ｍeas の標準偏差の間の関係はγ＝０．０°の標準偏差とほぼ同様である。
【００４６】
前述したように，平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞のターゲット測定精度を１ｍ／ｓ以下にするために，平均ドップラー速度＜ｖ＞を求めるための衛星移動距離Ｌを１０ｋｍにする。最大パルスぺア数ＮamaxはＮa ＝Ｌ／（Ｔs ・Ｖsat ）で計算できる。Ｌ＝１０ｋｍ，Ｔa ＝１７０μｓｅｃ，およびＶsat ＝７．６ｋｍ／ｓｅｃから，最大パルスペア数Ｎamax≒８０００である。図８に示されるように，Ｎa ＝８０００の時，γ＝０．０°の場合およびグループＡの＜ＶDOP ＞measは約０．４ｍ／ｓであり，ターゲット測定精度より小さい。
【００４７】
本発明において使用した雲水滴サイズ分布および静止大気であることを仮定したために平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞は小さい。こぬか雨に対するドップラー速度も，本発明の対象になる。大気の垂直方向の運動は１ｍ／ｓより大きいことがある。これらのことから，ターゲット精度（１ｍ／ｓ以下）が適正であろう。図８に示されるように，Ｎa ＝８０００でグループＢでは，＜ＶDOP ＞measの標準偏差は約１．３ｍ／ｓであり，ターゲット精度より大きい。このような大きい標準偏差はエリアシング効果の補正をミス判定することにより生じるものである。従って，エリアシング点に近い場合のエリアシング補正では＜ＶDOP ＞measの誤差を考慮する必要があることが本シミュレーションによっても示されている。
【発明の効果】
【００４８】
本発明によれば，雲観測レーダ装置のコンピュータによるシミュレーションを，雲水滴の粒子直径分布等の雲モデル，人工衛星の姿勢の傾き等の条件等に応じて容易に，正確に行なうことができる。また，シミュレーションにおいて，エリアシング補正により得られた平均雲水滴速度について，平均ドップラー速度の計算に使用したパルスペア数毎の標準偏差を容易に求めることができる。そのため，得られた雲水滴落下速度の評価を容易に行なうことができる。
【００４９】
さらに本発明は，ドップラー速度のエリアシング補正をγを参照して自動的に補正することを可能にする。もし，エリアシング補正平均ドップラー速度＜ｖc ＞がエリアシング点から遠いなら，＜ＶDOP ＞measの標準偏差はγ＝０の場合とほとんど同じである。このような場合には，エリアシング補正がうまくできることが本シミュレーションにより示された。もし，エリアシング補正平均ドップラー速度＜ｖc ＞がエリアシング点に近いなら，＜ＶDOP ＞measの標準偏差は大きくなる。この場合に，＜ＶDOP ＞measの誤差を考慮する必要があることが本シミュレーションにより示された。
【００５０】
また，上記のようなシミュレーション装置は，実際の人工衛星に搭載された雲観測レーダ装置の観測データのデータ処理に応用することも可能であり，観測データに含まれる視線方向角度誤差にともなうエリアシング補正を自動判定して，自動修正できる。そのため，本発明の雲観測装置は雲観測において正確な雲水滴落下速度を容易に求めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５１】
図９は本発明の人工衛星に搭載したドップラーレーダ装置により雲観測をするシミュレーション装置のシステム構成を示す図である。図９において，４１はＣＰＵである。４２はコンピュータの内部メモリである。４３はシミュレーションプログラム保持装置１であって，コンピュータの記憶装置であり，内部磁気記憶装置，半導体メモリ装置，外部磁気記憶装置，ＣＤＲＯＭ等の光学式記憶装置であり，人工衛星に搭載した雲観測レーダ装置による雲観測のシミューレーションに必要なコンピュータプログラムを保持するものである。４４はシミュレーションプログラム保持装置２であって，磁気記憶装置，ＣＤＲＯＭ等の外部記憶装置であり，雲観測レーダのシミュレーションに必要な各種パラメータを求める計算プログラムを保持するものである。
【００５２】
４５はインターフェースであって，外部記憶装置４６，入力装置４７，出力装置４８のインターフェースである。４６は外部記憶装置であって，シミュレーションの結果等を保持する磁気記憶装置，光学式記憶装置等である。４７は入力装置であって，キーボード，マウス等の入力装置である。４８は出力装置であって，プリンタ，ディスプレイ等である。
【００５３】
５０はシミュレーションプログラム保持装置３であって，コンピュータの記憶装置であり，内部磁気記憶装置，半導体メモリ装置，外部磁気記憶装置，ＣＤＲＯＭ等の光学式記憶装置であり，雲観測レーダのシミュレーションに必要なプログラムを保持するものである。
【００５４】
シミュレーションプログラム保持装置１（４３）において，５１はパルスＰi 生成プログラムであって，シミュレーションに必要なパルスＰi を生成するものである。５２は平均ドップラー速度計算プログラムであって，（１）式により平均ドップラー速度＜ｖ＞を計算するプログラムである。５３はエリアシング補正プログラムであって，観測データのエリアシング補正をするものである。５４は平均雲水滴落下速度計算プログラムであって，平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞を計算するプログラムである。１５５’はダイナミックレンジ計算プログラムであって，雲観測レーダ装置のダイナミックレンジを計算するものである。１８０’は距離解像度計算プログラムである。
【００５５】
シミュレーションプログラム保持装置２（４４）において，６１は雲水滴サイズ分布計算プログラムであって，（２）式に従って，雲水滴分布Ｎ（Ｘ）を計算するプログラムである。６２は雲反射係数計算プログラムであって，（３）式に従って，雲水滴でのレーダパルスの反射係数Ｚを計算するプログラムである。６３は終端速度計算プログラムであって，（４）式に従って雲水滴の終端速度Ｖt （Ｄ）を計算するものである。６６は雲水滴位相計算プログラムであって，（７）式に従って，粒子位相Δφj を計算するプログラムである。１５９’は最大パルスペア数計算プログラムであって，平均ドップラー速度＜ｖ＞を計算するためのパルスペア数Ｎa の最大値Ｎamaxを求めるものである。
【００５６】
シミュレーションプログラム保持装置３（５０）において，６４は＜σDOP ＞計算プログラムであって，ドップラー周波数の拡がりを計算するプログラムである。６５は＜ＶDOP2＞計算プログラムであって，＜ＶDOP2＞（ＶDOP の二乗の平均）を計算するプログラムである。１５１１はパルスペア数自動生成プログラムであって，平均ドップラー速度＜ｖ＞を計算するためのパルスペア数を自動生成するプログラムである。１５２１はパルスペア生成プログラムであって，パルスペア数自動生成プログラム１５１１で自動生成したパルスペア数に応じた数のパルスペアを自動生成するものである。１５３１は標準偏差計算プログラムであって，平均雲水滴落下速度の標準偏差を計算するプログラムである。
【００５７】
図１０は，本発明のシミュレーション装置において，雲観測レーダから出力された送信パルスが雲水滴で反射して雲観測レーダで観測されるパルスＰi をシミュレーションで生成するための手段の動作説明図である。
【００５８】
７１はシミュレーションデータ保持手段Ａであって，コンピュータのメモリであって，雲水滴サイズ分布Ｎ（Ｘ），雲反射係数Ｚ，雲水滴終端速度Ｖt （Ｄ），雲水滴位相Δφj 等を保持するものである。１７１は保持されている雲水滴サイズ分布Ｎ（Ｘ）であり，  雲水滴サイズ分布生成手段１６１により生成されたものである。１７２は保持されている雲反射係数Ｚであり，雲反射係数計算手段１６２により生成されたものである。１７３は雲水滴終端速度Ｖt （Ｄ）であり，雲水滴終端速度計算手段１６３により生成されたものである。１７４は保持されている雲水滴位相Δφj であり，雲水滴位相計算手段１６６により生成されたものである。
【００５９】
７２は粒子毎の反射パルス保持手段であって，粒子毎の反射パルスのベクトルを保持する手段であり，コンピュータのメモリである。７６は生成された各粒子での反射パルスのベクトルであり，ベクトルの大きさと位相をもつ。７３はパルスＰi 保持手段であって，コンピュータのメモリであり，パルスＰi 生成手段１５１で生成したパルスの速度ベクトル（大きさ，位相）を保持するものである。７５は生成されたパルスＰi のベクトルである。
【００６０】
１５１はパルスＰi 生成手段であって，ｉ番目の入射パルスにより各雲水滴で反射する反射パルスＡjiを生成し，各雲水滴の後方散乱で生じた反射パルスＡjiのベクトル和についてｉ番目のパルス毎に和をとり，パルスＰi を生成するものである。１５２０は粒子毎の反射パルス生成手段である。１５３０はベクトル和計算手段であってｉ番目の入力パルスにより各粒子で反射して生成されるドップラー速度ベクトルの和を計算するものである。
【００６１】
１６１は雲水滴サイズ分布生成手段であって，雲水滴のサイズ分布を求めるものであり，式（２）を計算するものである。１６２は雲反射係数計算手段であって，式（３）により，雲水滴でのレーダパルスの反射係数Ｚを計算するものである。１６３は雲水滴終端速度計算手段であって，式（４）により雲水滴終端速度Ｖt （Ｄ）を計算するものである。１６６は雲水滴位相計算手段であって，式（７）により各雲水滴雲位相Δφj を計算する手段である。１５９は最大パルスペア数計算手段であって，平均ドップラー速度＜ｖ＞を計算するためのパルスペア数Ｎa の最大値をＮmax ＝Ｌ／Ｖsat ・Ｔs により計算するものである。
【００６２】
パルスＰi 生成手段１５１，雲水滴サイズ分布生成手段１６１，雲反射係数計算手段１６２，雲水滴終端速度計算手段１６３，雲水滴位相計算手段１６６，最大パルスペア数計算手段１５９は，それぞれ，図９のシステム構成におけるパルスＰi 生成プログラム５１，雲水滴サイズ分布計算プログラム６１，雲反射係数計算プログラム６２，終端速度計算プログラム６３，雲水滴位相計算プログラム６６および最大パルスペア計算プログラム１５９’のそれぞれとＣＰＵ４１により構成されるものである。
【００６３】
１８０は視線方向の距離解像度計算手段であって，パルス幅ＴW とレーダパルスの伝搬速度ｃに基づいて視線方向の距離解像度ΔR を計算するものである。距離解像度計算手段１８０は図９の距離解像度計算プログラム１８０’とＣＰＵにより構成されるものである。
【００６４】
９１はシミュレーションデータ保持手段Ｂであって，コンピュータのメモリであり，雲観測レーダのレーダパルスの波長λ，パルス間隔Ｔs ，最大パルスペア数Ｎamax，距離解像度ΔR ，雲水滴モデルの数値，衛星速度Ｖsat ，視線方向角度誤差γ，水平方向の所定の距離解像度を得る衛星移動距離Ｌ，パルス幅Ｔｗ等を保持するものである。４７は入力装置であって，各種数値を入力するものである。４８出力装置であってシミュレーション結果等を出力するものである。
【００６５】
図１０の構成の動作を説明する。入力装置４７を使用して，レーダパルスの波長λ，パルス間隔Ｔs ，衛星速度Ｖsat ，観測する雲の高度，雲水滴モデル数値等を入力する。シミュレーションデータ保持手段Ｂ９１に保持する。
【００６６】
雲水滴サイズ分布生成手段１６１は，雲水滴サイズ分布Ｎ（Ｘ）を（２）式に従って求め，シミュレーションデータ保持手段Ａ７１に雲水滴サイズ分布Ｎ（Ｘ）を保持する（（Ｘ0 ，σX ）はあらかじめきめておく）。雲反射係数計算手段１６２は雲水滴サイズ分布Ｎ（Ｘ）および雲水滴の最大サイズと最小サイズをもとに，（３）式により雲反射係数Ｚを計算し，シミュレーションデータ保持手段Ａ７１に保持する。雲水滴終端速度計算手段１６３は（４）式の雲水滴終端速度Ｖt （Ｄ）により雲水滴の直径サイズＤと終端速度の関係を求め，シミュレーションデータ保持手段Ａ７１に雲水滴の直径サイズＤと終端速度の関係を保持する。雲水滴位相計算手段１６６は式（７）を使用して，雲水滴位相Δφj を計算し，シミュレーションデータ保持手段７１に保持する。
【００６７】
パルスＰi 生成手段１５１において，粒子毎の反射パルス生成手段１５２０は，雲水滴サイズ分布Ｎ（Ｘ），雲反射係数Ｚ，雲水滴終端速度Ｖt （Ｄ），雲水滴位相Δφj とによりｉ番目の送信パルスがｊ番目の粒子で反射することにより生成される後方散乱ベクトルＡjiを各雲水滴で後方散乱した反射パルスのベクトルＡjiを雲水滴毎に求め，反射パルス保持手段７２に保持する。さらに，ベクトル和計算手段１５３０はｉ番目の送信パルス毎に生成された各粒子のドップラー速度ベクトルＡjiの和をｉ毎に各Ａjiについて和を求めパルスＰi のドップラー速度ベクトルを生成し，パルスＰi 保持手段７３に保持する。
【００６８】
最大パルスペア数計算手段１５９は，平均ドップラー速度＜ｖ＞を計算するためのパルスペア数Ｎa の最大値をＮamax＝Ｌ／Ｖsat ・Ｔs により計算し，シミュレーションデータ保持手段Ｂ９１に保持する。なお，Ｌは衛星移動距離であって水平方向距離解像度を定めるものであり，あらかじめきめておくものであり，人工衛星が距離Ｌ移動する間に生成されるパルスＰi とバルスＰi+1 により平均ドップラー速度を計算する。視線方向の距離解像度計算手段１８０はレーダパルス幅ＴW とレーダパルスの伝搬速度ｃとにより距離解像度ΔR ＝ＴW ・ｃ／２により距離解像度を求めシミュレーションデータ保持手段Ｂ（９１）に保持する。
【００６９】
図１１は本発明の雲水滴速度を求めるための構成を示す。図１１において，パルスペア数自動生成手段１９０，平均ドップラー速度計算手段１５２，ダイナミックレンジ計算手段１５５，エリアシング補正手段１５３，平均雲水滴落下速度計算手段１６０は，それぞれ，図９におけるパルスペア数自動生成プログラム１５１１，平均ドップラー速度計算プログラム５２，ダイナミックレンジ計算プログラム１５５’，エリアシング補正プログラム５３，平均雲水滴落下速度計算プログラム５４とＣＰＵにより構成されるものである。衛星ドップラー速度成分計算手段１５６に対応する計算プログラムは図９では図示を省略されている。
【００７０】
９１はシミュレーションデータ保持手段Ｂである。９２はシミュレーションデータ保持手段Ｃであって，メモリであり，平均ドップラー速度＜ｖ＞，エリアシング角度γa ，ダイナミックレンジＶdyn ，エリアシング補正平均ドップラー速度＜ｖc ＞，衛星ドップラー速度成分（Ｖsat ・ｓｉｎγ），平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞を保持する。７３はパルスＰi 保持手段であ。７５は各パルスＰi のベクトルのデータである。
【００７１】
１５２は平均ドップラー速度計算手段であって，パルスＰi とパルスＰi+1 のパルスペアをパルスＰi 保持手段７3 から取り出し，Ｎa 個のパルスペアにより（１）式に従って平均ドップラー速度を計算し，求めた平均ドップラー速度＜ｖ＞は視線方向角度誤差とともにシミュレーションテータ保持手段Ｃ（９２）に保持する。
【００７２】
１５５はダイナミックレンジ計算手段であって，レーダパルスの波長λとパルス間隔Ｔs をシミュレーションデータ保持手段Ｂ（９１）から入力し，Ｖdyn ＝±λ／４Ｔs によりダイナミックレンジを求める。１５６は衛星ドップラー速度成分計算手段であって，衛星ドップラー速度成分Ｖsat ・ｓｉｎγを計算するものである。１５３はエリアシング補正手段であって，エリアシング角度γa と平均ドップラー速度＜ｖ＞に従ってエリアシング補正を行なう手段である。１５７はエリアシング角度算出手段であって，Ｖdyn ＝Ｖsat ・ｓｉｎγa によりγa を求めるものである。１５８はエリアシング補正計算手段であって，＜ｖc ＞＝２Ｖdyn ＋＜ｖ＞もしくは＜ｖc ＞＝−２Ｖdyn ＋＜ｖ＞により雲水滴のドップラー速度のエリアシング補正をするものである。１６０は平均雲水滴落下速度計算手段であって，平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞を衛星のドップラー速度成分Ｖsat ・γとエリアシング補正した雲水滴の平均ドップラー速度＜ｖc ＞によりＶsat ・γ−＜ｖc ＞により求めるものである。
【００７３】
図１１の構成の動作を説明する。平均ドップラー速度計算手段１５２はレーダパルスの波長λ，パルス間隔Ｔs をシミュレーションデータ保持手段Ｂ（９１）から入力する。また，Ｎa 個のドップラー速度ベクトルＰi とＰi+1 のパルスペアをパルスＰi 保持手段７３から求め，式（１）に従って，平均ドップラー速度＜ｖ＞を計算する。計算結果の＜ｖ＞はシミュレーションデータ保持手段Ｃ（９２）に保持する。
【００７４】
ダイナミックレンジ計算手段１５５は，レーダパルスの波長λとパルス間隔Ｔs をシミュレーション保持手段Ｂ（９１）から入力し，Ｖdyn ＝±λ／４Ｔs によりダイナミックレンジを求める。求めたダイナミックレンジＶdyn はシミュレーションデータ保持手段Ｃ（９２）に保持する。衛星ドップラー速度成分計算手段１５６は，シミュレーションデータ保持手段Ｂ（９１）から衛星速度Ｖsat と衛星視線方向角度誤差γを入力し，Ｖsat ・ｓｉｎγにより衛星ドップラー速度成分を計算し，シミュレーションデータ保持手段Ｃ（９２）に保持する。
【００７５】
エリアシング補正手段１５３において，γa 計算手段はシミュレーションデータ保持手段Ｂ（９１）からダイナミックレンジＶdyn を求め，Ｖdyn ＝Ｖsat ・ｓｉｎγa になるγa を計算し，シミュレーションデータ保持手段Ｃ（９２）に保持する。エリアシング補正計算手段１５８はシミュレーションデータ保持手段Ｃ（９２）からＶdyn ，γa ，＜ｖ＞を入力し，γがγa より大きいか，あるいは小さい（｜γa ｜＞｜γ｜）である場合に，＜ｖc ＞＝２Ｖdyn ＋＜ｖ＞もしくは−２Ｖdyn ＋＜ｖ＞によりエリアシング補正を行ない，求めた＜ｖc ＞をシミュレーションデータ保持手段Ｃ（９２）に保持する。
【００７６】
平均雲水滴落下速度計算手段１６０はシミュレーションデータ保持手段Ｃ（９２）に保持されているエリアシング補正した平均ドップラー速度＜ｖc ＞と衛星ドップラー速度成分Ｖsat ・ｓｉｎγを入力し，平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞を，＜ＶDOP ＞＝Ｖsat ・ｓｉｎγ−＜ｖc ＞の計算式により求め，シミュレーションデータ保持手段Ｃ（９２）に保持する。
【００７７】
出力装置４８は，シミュレーションレーション保持手段Ｃ（９２）に保持されている各データに基づいて，平均ドップラー速度＜ｖ＞，エリアシング補正平均ドップラー速度＜ｖc ＞，Ｖdyn ，γa 等をディスプレイ，プリンタ等にグラフ化して出力する。
【００７８】
その他，シミュレーションデータ保持手段Ａ，シミュレーションデータ保持手段Ｂ等に保持されている数値を必要に応じてディスプレイ，プリンタ等に出力する。
【００７９】
図１２は本発明の標準偏差を計算するための構成を示す。図１２は本発明の平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞のＮa による標準偏差を求めるための構成である。本発明のシミュレーション装置は，平均ドップラー速度を求めるパルスペア数を変えることにより平均ドップラー速度がどのように変化するかを求め，それぞれのパルスペア数での標準偏差を求めることができる。γ，Ｖsat ，Ｖdyn ，λ，Ｔs 等はきめておく。また，γa ，Ｖsat ・ｓｉｎγ，γa 等はあらかじめ計算しておく。例えば，１０個（Ｎa ＝１）のパルスにより平均雲落下速度を求める場合を考える。時系列のパルスＰi （ｉ＝１〜Ｎ）（Ｎは大きい整数）の中から，まずｉ＝１として，連続する１０個のパルスペア（Ｐ1 ，Ｐ2 ），（Ｐ2 ，Ｐ3 ），（Ｐ3 ，Ｐ4 ），・・・・（Ｐ10，Ｐ11）を抽出する。このパルスペアにより平均ドップラー速度＜ｖ＞を計算し，保持する。また，γを考慮してエリアシング補正平均ドップラー速度＜ｖc ＞を求め，保持する。さらに平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞measを求めて保持する。＜ＶDOP ＞measの“ｍｅａｓ”の意味は有限個のパルスペア数て求めた平均雲水滴落下速度には誤差が含まれているので，そのことを意味するものである（後述する）。次にｉ＝１１として，（Ｐ11，Ｐ23），（Ｐ12，Ｐ13），（Ｐ13，Ｐ14），・・・・（Ｐ20，Ｐ21）を抽出し，上記と同様に平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞measを計算し，保持する。このような１０個のパルスペアを多数生成（ＮS 群）し，各パルスペア群毎に平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞measを計算し，保持する。そのようにして求めたＮS 個の平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞の標準偏差を計算してパルスペア数１０個により求めた平均ドップラー速度の標準偏差として保持する。同様の処理をＮa を変えながらＮamaxまで（例えばＮa ＝１〜Ｎamax）までのそれぞれのＮa での雲平均落下速度＜ＶDOP ＞measの標準偏差を求め，保持する。
【００８０】
図１２において，パルスペア数自動生成手段１９０はシミュレーションデータ保持手段Ｂ（９１）に保持されている最大パルスペア数Ｎamaxより小さいをＮa を生成しＮa 保持手段９５に保持する（通常，Ｎa の初期値は１にする）。パルス選択手段１９１は，Ｎa に基づいて時系列のパルスＰi のデータから，Ｎa 個の連続するパルスＰi 〜Ｐi+n （ｎ＝Ｎa ）を抽出する。パルス選択手段１９１はこのＮa 個の連続パルスの組のパルス群をＮs 群を求める。Ｎs はあらかじめ決めた大きな数値を入力装置４７により入力し，Ｎs 保持手段９９に保持しておく。
【００８１】
各群毎にＰi とＰi+1 のＮa 個のペアにより＜ＶDOP ＞meas計算手段１５２２において＜ＶDOP ＞measを求める。まず平均ドップラー速度計算手段１５２により＜ｖ＞を求める。次にエリアシング補正手段１５３によりエリアシング補正をする。さらに，平均雲落下速度計算手段１６０により＜ＶDOP ＞measを計算する。求めたＮa での＜ＶDOP ＞meas  は＜ＶDOP ＞meas保持手段２００に保持する。各ペルスペア群で上記の処理を繰り返し，パルスペア群毎に＜ＶDOP ＞measを求め，各＜ＶDOP ＞measを＜ＶDOP ＞meas保持手段２００に保持する。標準偏差計算手段Ａ（１９２）は求めたＮs 群の＜ＶDOP ＞measについてその標準偏差をもとめ，シミュレーションデータ保持手段Ｄ（９３）に保持する上記の処理をＮa を変えながら繰り返し，Ｎamaxまでの多数の＜ＶDOP ＞measを求め，さらにそれぞれの標準偏差ＳＤを求めてシミュレーションデータ保持手段Ｄ（９３）に保持する。そのようにして求めた標準偏差ＳＤとＮa の関係を出力装置４８に出力する。
【００８２】
図１２はドップラー周波数の拡がりの標準偏差（＜σDOP ＞）を求めるための構成である。ドップラー周波数の拡がりの標準偏差＜σDOP ＞を求めるための標準偏差計算手段Ｂ（１９３）は，雲水滴サイズの推定される最大直径Ｄmax ，最小直径Ｄmin および粒子分布Ｎ（Ｘ）とにより式（５）により平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞を計算で求める。さらに，ＶDOP の二乗の平均＜ＶDOP2＞を（６）式の後段の式により計算する。さらに，標準偏差計算手段Ｂ（１９３）は，（６）式により標準偏差＜σDOP ＞を計算する。求めた標準偏差＜σDOP ＞は標準偏差保持手段１９９に保持する。２１２は＜σsat ＞計算手段であって，（８）式により衛星が移動することにより生じるドップラースペクトルの拡がり＜σsat ＞を計算するものである。計算した＜σsat ＞は標準偏差保持手段１９９に保持され，出力装置４８に出力される。
【００８３】
図１３は本発明のパルスＰi 計算手段のフローチャートである。図１３に示すように，まず雲水滴サイズ分布Ｎ（Ｘ）を式（２）により計算で求め，記憶手段に保持する（Ｓ１）。この時，σX およびＸ0 は過去の観測データをもとに推定する。雲終水滴端速度Ｖt （Ｄ）を式（４）に従って計算し，記憶手段に保持する（Ｓ２）。雲水滴モデルに従って，雲水滴の位相シフトを式（７）に従って計算し，記憶手段に保持する（Ｓ３）。式（３）に従ってレーダ反射係数Ｚを計算し記憶手段に保持する（Ｓ４）。ｉ番目のレーダ送信信号に対するｊ番目の粒子での反射パルスＡji（αj ，βj ）を求め，各粒子毎に記憶手段に保持する（Ｓ５）。各粒子からの反射ベクトルのベクトル和を計算し，記憶手段に保持する（Ｓ６）。全ての粒子について求まったか判定し，求まっていなければｊを更新（ｊ＝ｊ＋１）する（Ｓ７，Ｓ８）。更新したｊによりＳ５，Ｓ６の処理を繰り返す。Ｓ８でｉ番目の入射パルスに対して全てのｊについてＡjiを求めていたら，Ｓ１０で雲水滴での後方散乱のベクトル和を求めて，パルスＰi を生成し，保持する。Ｓ１１において，全ての入射パルスについてパルスＰi を求めたか判定し，求めていなければＳ１３でｉを更新し，Ｓ５以降の処理を繰り返す。Ｓ８で全てのｉについてバルスＰi を求めていたら処理を終了する。
【００８４】
図１４は本発明のドップラー速度計算手段のフローチャートである。ｉの初期値（ｉ＝１）を設定する（Ｓ０）。レーダパルスの波長λを入力する（Ｓ１）。パルス間隔Ｔs を入力する（Ｓ２）。平均ドップラー速度を計算するためのパルスペア数Ｎa を入力する。（Ｓ３）。パルスペアＰi とＰI+1 を入力する（Ｓ４）。式（１）に従って，平均ドップラー速度＜ｖ＞を計算する（Ｓ５）。計算した平均ドップラー速度＜ｖ＞を記憶領域に保持する（Ｓ６）。Ｎa 個のパルスペアについて計算したか判定し，Ｎa 個計算していなければ，ｉ＝ｉ＋１としてＳ４以降の処理を繰り返す（Ｓ７，Ｓ８）。Ｎa 個のパルスペアにより平均ドップラー速度＜ｖ＞を計算したら，平均ドップラー速度＜ｖ＞を出力する（Ｓ９）。
【００８５】
図１５はダイナミックレンジ計算手段のフローチャートである。パルス間隔Ｔs を入力する（Ｓ１）。パルス波長λを入力する（Ｓ２）。ダイナミッグレンジＶdyn ＝±λ／４Ｔs を計算する（Ｓ４）。計算したダイナミックレンジＶdyn を記憶領域に保持する（Ｓ４）。必要に応じてダイナミックレンジＶdyn を出力する（Ｓ５）。
【００８６】
図１６は本発明のエリアシング補正手段のフローチャートである。ダイナミックレンジＶdyn ，衛星視線方向角度誤差γを入力する（Ｓ１）。Ｖdyn ＝±Ｖsat ・ｓｉｎγa となるエリアシング角度γa を計算で求める（Ｓ２）。γ＞γa かあるいは，γ＜−γa か判定する（Ｓ３）。γ＞γa かあるいはγ＜−γa でないなら，エリアシング補正平均ドップラー速度＜ｖc ＞＝＜ｖ＞とする（Ｓ４）。エリアシング補正平均ドップラー速度＜ｖc ＞を記憶領域に保持する（Ｓ５）。エリアシング補正平均ドップラー速度＜ｖc ＞を出力する（Ｓ６）。Ｓ３の判定で，γ＞γa なら，＜ｖc ＞＝２Ｖdyn ＋＜ｖ＞とする（Ｓ７）。Ｓ３の判定でγ＜−γa なら＜ｖc ＞＝−２Ｖdyn ＋＜ｖ＞を求める（Ｓ７）。求めた＜ｖc ＞を記憶領域に保持する（Ｓ５）。保持したエリアシング補正平均ドップラー速度＜ｖc ＞を出力する（Ｓ６）。
【００８７】
図１７は雲水滴速度計算手段のフローチャートである。エリアシング補正平均ドップラー速度＜ｖc ＞を入力する（Ｓ１）。衛星ドップラー速度の視線方向成分Ｖsat ・ｓｉｎγを計算し，記憶領域に保持する（Ｓ２）。平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞＝＜ｖc ＞−Ｖsat ・ｓｉｎγを計算する（Ｓ３）。平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞を記憶領域に保持する（Ｓ４）。平均雲落下速度＜ＶDOP ＞を出力する（Ｓ５）。
【００８８】
図１８は本発明のドップラー平均速度のサンプルペア数による標準偏差を計算するフローチャートである。パルスペア数Ｎa ＝１，ｉ＝１を初期値とする（Ｓ０）。パルスペアＰi ，Ｐi+1 を入力する（Ｓ１）。平均ドップラー速度＜ｖ＞およびそのエリアシング補正を計算してエリアシング補正平均ドップラー速度＜ｖc ＞および衛星ドップラー速度成分Ｖsat ・ｓｉｎγとにより，Ｖsat ・ｓｉｎγ−＜ｖ＞を計算して平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞measを求める（Ｓ２）。平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞measを保持する（Ｓ３）。Ｎa 個のパルスペアにより求まったか判定する（Ｓ４，Ｓ５）。Ｎa 個のパルスペアが求まっていなければ，ｉ＝ｉ＋１としてＳ１以降の処理を繰り返す（Ｓ５）。Ｎs 個の平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞measが求まったか判定する（Ｓ７，Ｓ８）。Ｎs 個の平均雲水滴落下速度が求まっていなければＳ９でｉをｉ＝ｉ＋１として，Ｓ１以降の処理を繰り返す。
【００８９】
Ｓ７，Ｓ８の判定で，Ｎs 個の平均雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞measが求まったら，Ｓ１０でＮs 個の＜ＶDOP ＞measをもとにその標準偏差ＳＤを計算する（Ｓ１０）。求めた標準偏差ＳＤを記憶領域に保持する（Ｓ１１）。Ｎa がＮamaxの雲水滴落下速度の標準偏差が求まったか判定する（Ｓ１２）。Ｎamaxまで求まっていなけれは，Ｓ１３でＮa ＝Ｎa ＋１とし，Ｓ１４でｉ＝１としてＳ１以降の処理を繰り返す。
【００９０】
Ｓ１２でＮa ＝Ｎamaxまで求まっていたら，Ｎa ＝１からＮa ＝Ｎamaxまでの標準偏差を出力して処理を終了する。
【００９１】
図１９は，本発明の雲観測装置で処理する観測データを生成する人工衛星搭載雲観測レーダ装置の構成を示す。図１９において，１は人工衛星である。１０は雲観測レーダ装置である。１１は発振回路である。１１’はレーダパルス生成回路，１２は送受信回路である。１３は混合回路である。１４は受波回路である。１５は出力回路である。３００は観測データ保持手段Ａであって，マイクロプロセッサと記憶手段により構成されるものである。３０１は入力インターフェースである。１５２は平均ドップラー速度計算手段であって，パルスペア数Ｎa のパルスペアＰi ，Ｐi+1 により平均ドップラー速度＜ｖ＞を計算するものである。３０２は時刻データ生成手段であって，観測時刻のデータを生成するものである。３１０は送信データ作成装置であって，地上に送信する雲観測による平均ドップラー速度＜ｖ＞，雲観測レーダのビーム方向の視線方向角度誤差，観測時刻等の送信データを生成するものである。３１４は観測データ保持手段であって，雲観測レーダ装置１０で観測したデータを保持する手段であって，観測されたドップラー周波数を保持するものである。３１５は送信データ保持手段３１５であって，衛星から地上局に送信する送信データを時刻情報とともに保持するものである。
【００９２】
３２０は各種データ保持手段であって，平均ドップラー速度の計算に必要なパルス間隔Ｔs ，平均をとるために加算したパルス数Ｎa （もしくは積分時間）等の数値を保持するものである。３３０はγデータ生成手段であってレーダビーム方向の視線方向角度誤差γの送信データを生成するものである。３５０は出力インターフェースであって，送信データを送信装置に出力するものである。３６０は時刻装置であって，衛星時刻を求めるタイマーである。３６１はγ検出装置であって，雲レーダ観測のレーダビームの視線方向角度誤差γを検出する装置である。３６９は送信装置である。３７０は入力回路である。３７１は変調回路であって，送信データを地上に送信するために信号を変調する回路である。３７２は送信回路である。
【００９３】
図１９の構成の動作を説明する。雲観測レーダ装置１０において，発振回路１１は送信パルスの周波数の信号を発振し，レーダパルス生成回路１１’はレーダの送信パルスを生成する。送受信回路１２はレーダアンテナによりターゲット（雲）に向けて，視線方向にレーダパルスを出力する。ターゲット（雲）で反射したレーダパルスはレーダアンテナで受信され，送受信回路１２を介して受波回路１４に送られる。混合回路１３は発振回路の信号の周波数（送信パルスの周波数）と受波回路１４を介して入力される受信の周波数（雲水滴で反射したレーダパルスの周波数）との差によりドップラー周波数を求める。ドップラー周波数は出力回路１５から，観測データ生成手段３００に送信される。
【００９４】
観測データ生成手段３００において，平均ドップラー速度計算手段１５２は雲観測レーダ装置１０で観測した複数個の受信信号のドップラー周波数により平均ドップラー速度＜ｖ＞を生成する。一方，時刻装置３６０は衛星の時刻を生成し，時刻信号は入力インターフェース３０１を介して時刻データ生成手段３０２に送られ，時刻データを生成する。送信データ生成手段において，平均ドップラー速度＜ｖ＞と観測時刻のデータが生成され，保持される。また，衛星のレーダアンテナの視線方向角度誤差がγ検出装置３６１により検出されて，入力インターフェース３０１を介してγデータ生成手段３３０に入力される。送信データ作成手段３１０において，γと時刻のデータが生成されて保持される。送信データは出力インターフェース３５０を介して送信装置３７０の変調回路に入力され，変調されて衛星送信データとして送信回路３７２から送信アンテナにより地上に送信される。
【００９５】
図２０（ａ）は本発明の地上局の雲観測装置の構成である。図２０（ａ）において，４０１は受信装置である。４０３は復調回路である。４０４は出力回路である。データ処理装置４００において，４１３は入力インターフェースである。４２０は観測データ保持手段であって，衛星から送信されて，受信した観測データを保持するものである。４５１はエリアシング補正手段であって，図１１のエリアシング補正手段１５３と同じ構成のものである。４５２はエリアシング角度算出手段であって，図１１のエリアシング角度算出手段１５７と同じ構成である。４５３はエリアシング補正計算手段であって，図１１のエリアシング補正計算手段１５８と同じ構成である。４５５は平均雲水滴落下速度計算手段であって，図１１の平均雲水滴落下速度計算手段１６０と同じ構成である。
【００９６】
４６０は衛星ドップラー速度計算手段であって，図１１の衛星ドップラー速度成分計算手段１５６と同じ構成であり，衛星速度Ｖsat と視線方向角度誤差γによりＶsat ・ｓｉｎγにより衛星ドップラー速度成分を算出する。４６２はダイナミックレンジ計算手段であって，図１１のダイナミックレンジ計算手段１５５と同じ構成である。４７０は各種パラメータ保持手段であって，平均ドップラー速度，衛星ドップラー速度等を算出するのに必要な衛星速度Ｖsat ，レーダパルスのパルス間隔Ｔs ，レーダビームの視線方向角度誤差λ等のパラメータを保持するものである。４８０は計算結果保持手段である。４８１は出力インターフェースである。
【００９７】
図２０（ｂ）は計算結果保持手段４８０の保持するデータの構性を示す。平均ドップラー速度を観測した時点の時刻，視線方向角度誤差γ，衛星ドップラー速度成分（Ｖsat ・ｓｉｎγ），ダイナミックレンジ（Ｖdyn ），平均ドップラー速度（＜ｖ＞），エリアシング補正平均ドップラー速度＜ｖc ＞，雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞をもつ。
【００９８】
図２０（ａ）の構成の動作を説明する。人工衛星からの送信信号は受信アンテナを介して受信回路４０２で受信される。受信信号は復調回路４０３で変調され，出力回路４０４から出力される。出力回路４０４から出力される信号は，入力インターフェースを介して観測データ保持手段４２０に保存される。保存されるデータには観測時刻，平均ドップラー速度＜ｖ＞，視線方向角度誤差γが含まれる。
【００９９】
ダイナミックレンジ計算手段４６２はレーダパルス長λとパルス間隔Ｔs によりＶdyn ＝±λ／４Ｔs によりダイナミックレンジを計算する。エリアシング補正手段４５１は，雲観測データのγとγa （Ｖdyn ＝Ｖsat ・ｓｉｎγa となるγa としてあらかじめ計算で求めておく）を比較し，エリアシングの有無を判定し，必要なら観測データとして得た＜ｖ＞にエリアシング補正をする。この方法は図１１の説明において述べた方法と同じであるので，詳細な説明は省略する。平均雲水滴落下速度計算手段４５５は衛星ドップラー速度成分とエリアシング補正をした平均ドップラー速度とにより雲水滴落下速度＜ＶDOP ＞を計算する（この計算方法は図１６において説明した方法と同じである）。各計算結果は計算結果保持手段４８０に保持される。計算結果保持手段４８０に保持された計算結果は出力装置４８５に出力される。
【０１００】
エリアシング補正手段４５１のフローチャートは図１６のエリアシング補正手段のフローチャートと同じであるので図示は省略する。平均雲水滴落下速度計算手段４５５のフローチャートは図１７の雲水滴落下速度計算手段のフローチャートと同じであるので図示を省略する。ダイナミックレンジ計算手段４６２のフローチャートは図１５のダイナミックレンジ計算手段のフローチャートと同じであるのて図示を省略する。
【０１０１】
図２１は本発明の地上局の雲観測装置のシステム構成である。図２１において，４０１は受信装置である。４００はデータ処理装置であって，コンピュータである。４１０はＣＰＵである。４１１はメモリである。４１２１は各種データ保持手段であって，雲観測データを処理するのに必要な各種プログラムを保持する記憶装置である。４２０は観測データ保持手段であって，記憶装置である。４３０はインターフェースであって，外部記憶装置である。４８４は入力装置である。４８５は出力装置である。
４４０はプログラム保存手段であって，各種プログラムを保持するものである。４４１は衛星ドップラー速度計算プログラムである。４４２はエリアシング補正プログラムである。４４３は雲水滴落下速度計算プログラムである。４１２は各種プロクラム保持手段であって，データ処理に必要な各種プログラムを保持するものであるる。
【０１０２】
図２１の構成において，各プログラムとＣＰＵ４１０，メモリ４１１とにより図２０に示す各手段が構成される。そのフローチャートはそれぞれのプログラムに対応する各手段のフローチャートに同じであるので説明は省略する。
【産業上の利用可能性】
【０１０３】
本発明の雲観測レーダのコンピュータシミュレーション装置によれば，ドップラー速度のエリアシング補正をγを参照して容易に補正することが可能になる。また，そのエリアシング補正により得られる平均雲水滴速度について，平均ドップラー速度の計算に使用したパルスペア数毎の標準偏差を容易に求めることができる。そのため，求められた雲水滴落下速度の評価を容易に行なうことができる。また，本発明のドップラーシミュレーション装置は，雲を観測するドップラーレーダのシミュレーションをさまざまな観測条件を想定して行なうことができる。また，その観測結果の標準偏差をさまざまな場合で求めることができ，観測結果の評価を容易に行なうことができる。そのため，本発明のシミュレーション装置は雲観測レーダ装置の開発において有用なものである。
【０１０４】
本発明の雲観測装置は，人工衛星の衛星速度，レーダ波長，パルス間隔等によりダイナミックレンジ，エリアシング角度を計算し，人工衛星の観測データに含まれる視線方向角度誤差と比較して，観測データの雲水滴の平均ドップラー速度を自動的にエリアシング補正をする。そのため，人工衛星の観測データから雲水滴の正確な落下速度を容易に求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明の雲観測レーダ装置による雲観測の原理説明図である。
【図２】本発明が解決しようとする課題の説明図である。
【図３】本発明で使用する雲水滴サイズ分布の例を示す図である。
【図４】本発明で使用する雲水滴の直径と雲水滴の終端落下速度の関係の例を示す図である。
【図５】本発明のパルスＰi の生成方法の説明図である。
【図６】本発明の視線方向角度誤差と平均ドップラー速度の関係を示す図である。
【図７】本発明の視線方向角度誤差とエリアシング補正した平均ドップラー速度の関係を示す図である。
【図８】本発明のシミュレーション装置で求めたパルスペア数と雲水滴落下速度の標準偏差の関係の例を示す図である。
【図９】本発明の人工衛星に搭載したドップラーレーダにより雲観測をするシミュレーションシステムの構成の例を示す図である。
【図１０】本発明のパルスＰi 生成手段の構成を示す図である。
【図１１】本発明の雲水滴速度を求めるための構成を示す図である。
【図１２】本発明の標準偏差を計算するための構成を示す図である。
【図１３】本発明のパルスＰi 計算手段のフローチャートを示す図である。
【図１４】本発明の平均ドップラー速度計算手段のフローチャートを示す図である。
【図１５】本発明のダイナミックレンジ計算手段のフローチャートを示す図である。を示す図である。
【図１６】本発明のエリアシング補正手段のフローチャートを示す図である。
【図１７】本発明の雲水滴落下速度計算手段のフローチャートを示す図である。
【図１８】本発明の平均雲水滴落下速度の標準偏差計算手段のフローチャートを示す図である。
【図１９】本発明の雲観測装置で処理する観測データを生成する人工衛星搭載雲観測レーダ装置の構成を示す図である。
【図２０】本発明の地上局の雲観測装置を示す図である。
【図２１】本発明の地上局の雲観測装置のシステム構成を示す図である。
【符号の説明】
【０１０６】
４７：入力装置
４８：出力装置
７１：シミュレーションデータ保持手段Ａ
７２：粒子毎の反射パルス保持手段
７３：パルスＰi 保持手段
９１：シミュレーションデータ保持手段Ｂ
１５１：パルスＰi 生成手段
１５２０：粒子毎の反射パルス生成手段
１５３０：ベクトル和計算手段
１５９：最大パルスペア数計算手段
１６１：雲水滴分布生成手段
１６２：雲反射係数計算手段
１６３：雲終端速度計算手段
１６６：雲水滴位相計算手段
１７１：雲水滴サイズ分布
１７２：雲反射係数
１７３：雲水滴終端速度
１７４：雲水滴位相
１８０：視線方向の距離解像度計算手段                                            
【図１】
2005345212.tif 000010
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2005345212.tif 000014
【図６】
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【図７】
2005345212.tif 000016
【図８】
2005345212.tif 000017
【図９】
2005345212.tif 000018
【図１０】
2005345212.tif 000019
【図１１】
2005345212.tif 000020
【図１２】
2005345212.tif 000021
【図１３】
2005345212.tif 000022
【図１４】
2005345212.tif 000023
【図１５】
2005345212.tif 000024
【図１６】
2005345212.tif 000025
【図１７】
2005345212.tif 000026
【図１８】
2005345212.tif 000027
【図１９】
2005345212.tif 000028
【図２０】
2005345212.tif 000029
【図２１】
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