(57)【要約】【課題】海洋レーダでは、海洋流速分布を算出する際、複数サイトにて算出される視線方向流速を合成する。しかし、この方法では、各レーダサイトからの視線方向の交差角が９０度より大きく離れる観測エリアにおいては、観測精度が劣化する。そのため、それぞれのレーダサイトの観測覆域の一部しか流速ベクトルの解析に利用できないこと、及び、観測対象覆域に適合する複数レーダサイト設置位置の選定が困難などの問題があった。【解決手段】レーダ画像から、観測周期及び実際上あり得る最大海流速度より算出されるメッシュエリア毎に、エコー強度分布より波紋パターンを抽出し、その移動量より上記エリアについての流速を算出する。１レーダサイトの情報のみでレーダの覆域と同じ領域において、均一な精度で海流速度を算出可能にする。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
海面に電波を放射して得られる反射波をビデオ信号として処理する信号処理部、この信号処理部からのビデオ信号より高分解レーダ画像を生成する表示処理部、この表示処理部で生成された高分解能レーダ画像をもとに、流速分布の算出を行う流速算出部、および流速算出部で算出された流速分布を前記高分解レーダ画像に重畳表示する表示部を備えたことを特徴とする海洋レーダ装置。
【請求項２】
流速算出部は、観測周期及び最大海流速度より算出されるメッシュエリア毎に、反射波の強度分布より波紋データを抽出し、その波紋データの移動量より上記エリアについての流速を算出することを特徴とする請求項１に記載の海洋レーダ装置。
【請求項３】
流速算出部は、レーダ画像を２値化し波紋データを抽出する波紋抽出手段と、前回観測された波紋データと今回観測された波紋データを比較し、移動ベクトルを算出する移動量算出手段と、前記移動ベクトルと観測時間間隔から流速ベクトルを算出する流速ベクトル算出手段とからなる請求項１または請求項２に記載の海洋レーダ装置。
【請求項４】
信号処理部は視線方向のドップラー計測を行う手段を有し、この信号処理部で得られたドップラー速度をもとにブラッグ散乱機構より算出される視線方向の海流速度を用いて、流速分布の算出精度を高めたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の海洋レーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、海洋の流速分布を観測する海洋レーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
海洋レーダ装置は、電波を海面に照射し、海面で散乱された信号を受信して、周波数解析を行うことによって海の流れや波高などを観測する装置である。このような海洋レーダ装置として、レーダ画像の反射強度（陰影情報）より現時刻の波浪の３次元フーリエスペクトルを求め、この波浪スペクトルの位相を修正することにより、所定時間後の波浪情報を予測する方法が知られている。この場合の波浪情報は個別波予測波面の波高高さを算出するものである。（特許文献１参照）
【０００３】
また海面にＦＭＣＷ（Frequency Modulated Continuous Wave）方式またはＦＷＩＣＷ（Frequency ModulatedInterrupted Continuous Wave）方式によりレーダビームを照射し、その反射波より算出されるドップラースペクトルから、ブラッグ散乱機構に基づきレーダサイトからの視線方向の海流速度を推定するものも知られている。そして、海流速度の２次元情報を得るために、アンテナ方位の異なる複数のレーダサイトを動作させ、視線方向の流速分布を算出し、複数のレーダサイトの視線方向流速をベクトル合成して、２次元の流速を測定していた（特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００４−３３８５８０号公報
【特許文献２】特開２０００−３１４７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記海洋レーダ装置の特許文献１に示されるものは、船舶レーダを対象としたもので、レーダの設置位置が低いため、明瞭に波の頂上が観測できない状態を想定している。また目的は波高の算出であり、ＰＰＩ（Ｐｌａｎ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）画像のスペクトル解析の結果から推定した波数より、視線方向の流速は推定できるかもしれないが、２次元的な流速ベクトルの算出は困難である。
また、特許文献２に示される海洋レーダ装置は、広域な覆域での海洋流速分布を対象としたもので、沿岸付近の海流速度が正確に算出されないという問題があった。一方で近年、原子力発電所の温排水や沿岸道路の冠水対策調査など沿岸付近の海流速度分布に興味が高まっている。また上記方法は、各レーダサイトからの視線方向の交差角が９０度より大きく離れる観測エリアにおいては、観測精度が劣化する。そのため、それぞれのレーダサイトの観測覆域の一部しか流速ベクトルの解析に利用できないこと、及び、観測対象覆域に適合する複数レーダサイト設置位置の選定が困難などの問題があった。
【０００５】
この発明は、上記の問題を解決するために、１サイトのレーダサイトから得られるレーダ画像の情報をもとに、２次元的な海流速度ベクトルの分布を推定することが出来る海洋レーダ装置を得ることを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明による海洋レーダ装置は、海面に電波を放射して得られる反射波をビデオ信号として処理する信号処理部、この信号処理部からのビデオ信号より高分解レーダ画像を生成する表示処理部、この表示処理部で生成された高分解能レーダ画像をもとに、流速分布の算出を行う流速算出部、および流速算出部で算出された流速分布を前記高分解レーダ画像に重畳表示する表示部を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
この発明の海洋レーダ装置は、レーダ画像から抽出した波紋パターンより各メッシュにおける２次元の流速ベクトルを算出することにより、１レーダサイトの情報のみでレーダの覆域内にて均一な精度で海流速度の分布を算出可能にする。
【０００８】
さらに、ドップラー速度より算出されるアンテナ視線方向の流速速度を補助的に用いることにより、算出精度を高めることが出来るものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
実施の形態１
以下、この発明の実施の形態を図に基づいて説明する。図１は、この発明による実施の形態１の海洋レーダ装置を示すブロック構成図である。図１において、アンテナ部１は海洋面に例えば短波帯の電波（３〜３０ＭＨｚ）を放射し、海面で散乱した反射波を受けるもので、観測したい海洋面付近の地上または船舶に設けられる。送受信部２はアンテナ部１から放射する電波の送信信号を送出し、またアンテナ部１で受けた海洋面からの反射波の受信信号を検波および増幅するものである。信号処理部３は、送受信部２からの受信信号を変換処理してモニターなどの表示部で見れるようビデオ信号とする。ここで用いられるアンテナ部１、送受信部２および信号処理部３は従来から使用されている技術で構成されるもので、特に目新しいものではない。表示処理部４は、信号処理部３からのビデオ信号をノイズフイルタなどに通して、距離および方位に対して高分解能のレーダ画像（ＰＰＩ＝Ｐｌａｎ  Ｐｏｓｉｔｉｏｎ  Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ画像）を生成するものである。流速算出部５は信号処理部４からの高分解能レーダ画像をもとに、海洋面の流速分布の算出を行うものである。表示部６は、流速算出部５で算出された流速分布と表示処理部４で生成された高分解能レーザ画像を重畳表示するモニターである。
【００１０】
図１に示す海洋レーダ装置の動作としては、まず送受信部２から送出された送信信号の電波はアンテナ部１から海洋面に向けて放射される。海洋面からの散乱波である反射波のエコーはアンテナ部１を介して受信され、送受信部２に入力される。信号処理部３では、送受信部２からの受信信号を処理し、モニターの表示部６に表示できるようビデオ信号に変換する。表示処理部４は信号処理部３で得られたビデオ信号情報をもとに、波紋（海洋表面波）データの抽出が容易になるよう観測覆域についての高分解能のレーダ画像を生成する。流速算出部５は表示処理部４からの高分解能レーザ画像をもとに、後述する図２の詳細構成図で説明するように、レーザ画像の濃淡データをデジタル化して波紋データを抽出し、この波紋データから各メッシュにおける２次元の海洋流速分布の算出を行う。表示部６は流速算出部５で算出された流速分布と表示処理部４で生成された高分解能のレーダ画像を重畳表示し、海洋流速の分布を得る。
【００１１】
図２は図１に示す流速算出部５の詳細構成図で、表示処理部４からのレーダ画像から波紋データを抽出する波紋抽出手段５１、この波紋抽出手段５１で前回抽出された波紋データと今回抽出された波紋データを合成し、移動ベクトル△ｄを算出する移動量算出手段５２、この移動量算出手段５２で算出された移動ベクトル△ｄと観測時間間隔△ｔ（観測周期）から流速ベクトルを算出する流速ベクトル算出手段５３、および波紋抽出手段５１で抽出した波紋データを一時的に記憶する波紋データ記憶装置５４より構成される。上記の観測時間間隔△ｔは、パルスレーダ方式の場合はパルス繰り返し周期で、ＦＭＩＣＷ方式の場合は掃引時間間隔となる。
【００１２】
図２における動作を図３に示すフローチャートに基づいて説明する。まずステップＳＴ１において、表示処理部４より受け取った高分解能のレーダ画像（ＰＰＩ画像）を波紋抽出手段５１により２値化し、波紋の特徴画像である波紋データを抽出する。図４は、この波紋データ抽出の概念を示すもので、横軸は方位を示すアジマス角Ａｚを、縦軸は距離を示すレンジＲｎｇを表しており、波紋データの抽出はこのＲｎｇ−Ａｚ座標で行う。この図４において、マス目の網目箇所は２値化後の検出ビンを示しており、隣接ビンとの距離、及び振幅強度を評価値とし、波紋データを抽出する。図４の破線は評価された結果、棄却された波紋データで、実線が採用された波紋データを表している。波紋データ抽出の各処理単位は、ＸＹ座標での最大流速速度×観測時間間隔の幅より大きい範囲とし、処理後、Ｒｎｇ−Ａｚ座標よりＸＹ座標へ変換する。
【００１３】
このように波紋データの抽出は、レーダ座標であるＲｎｇ−Ａｚ座標で行うことにより、レーダが検出したデータを無駄なく利用できる。しかし、波紋データからその移動量を算出する場合は、Ｒｎｇ−Ａｚ座標よりＸＹ座標へ座標変換を行って、ＸＹ座標を用いて行うほうが算出しやすく、また誤差も少ない。
【００１４】
このステップＳＴ１で抽出された波紋データは波紋データ記憶装置５４に記憶される。次にステップＳＴ２では、移動量算出手段５２において、図５に示すように１辺が最大流速速度Ｖｍａｘ×観測時間間隔△ｔの四角形にメッシュ化された画像毎に、波紋データ記憶装置５４に記憶されている前回観測された波紋データ（１サンプル前画像＝現サンプルから△ｔ前画像）と今回観測された波紋データ（現サンプル画像）が比較合成され、１メッシュあたりの波紋データの１観測あたりの移動ベクトル△ｄ（移動量および移動方向）の算出を行う。図５では合成画像は、１サンプル前から現サンプルへ下向きに移動し、その移動量は△ｄとなっている。
【００１５】
次にステップＳＴ３では、流速ベクトル算出手段５３において、移動ベクトル△ｄと観測時間間隔△ｔより、移動ベクトル△ｄ÷観測時間間隔△ｔ＝流速ベクトルの計算を行って、移動量を速度に換算し、メッシュ毎に流速ベクトルを算出する。この流速ベクトルはステップ２で求めた移動ベクトル△ｄの単位時間あたりの移動量を表しており、２次元の流速を示している。ステップＳＴ４では、流速ベクトル算出手段５３によって算出されたメッシュ毎の流速ベクトルデータは、すべてのメッシュにおける流速ベクトルが集められて海流速度の分布となり、これが表示部６にて、表示処理部４で処理された高分解能のレーダ画像と重畳表示される。このように、メッシュ単位で算出された流速ベクトルを集めることにより、観測範囲の海流速度ベクトルの分布が求められる。
【００１６】
以上のように、レーダ画像から観測周期及び最大流速より算出されるメッシュエリア毎に、反射波の強度分布より波紋データを抽出し、その波紋データの移動量より上記エリアについての流速を算出することにより、１レーダサイトの情報のみでレーダの覆域と同じ領域において、レーダの覆域内において均一な精度で海流速度が算出可能になる。
【００１７】
なお以上の説明では、レーザ座標の波紋データをＸＹ座標に変換し、図５に示すような１辺が最大流速速度Ｖｍａｘ×観測時間間隔△ｔの四角形のメッシュを用い、そのメッシュの範囲内の移動ベクトル△ｄを算出したが、座標変換せずにレーザ座標のデータから直接移動ベクトル△ｄを算出することも可能である。
レーザ座標のデータをそのまま用いて移動ベクトル△ｄを算出する場合は、最大流速速度Ｖｍａｘ×観測時間間隔△ｔのメッシュは四角形ではなく、円形のレーダ画面の座標を所定角度で切り取った扇形のメッシュとなる。この場合、距離が遠くなるほど移動ベクトル△ｄの算出誤差は少し大きくなる。
【００１８】
実施の形態２
図１に示す実施の形態１では、レーダ画像のみをもとに海流速度分布の算出を行ったが、実施の形態２は信号処理部３がドップラー速度を算出可能なものとし、ブラッグ散乱機構より算出されるアンテナ視線方向の流速を流速算出部５に適用することで、海流速度の算出精度を高めるようにしたものである。
【００１９】
一般に海洋レーダでは、観測域内の海洋上に存在する物体の速度も検出される。その物体とは例えば船舶、洋上ブイ、陸地（島）などである。このような海上物の速度のスペクトラムが海流速度のスペクトラムと十分離れておれば、別の速度をもった物体であるという認識が容易にできるが、物体と海流速度のスペクトラムが重なったり、近接したりすると、両者の識別が困難となる。この発明の実施の形態２は、このような場合でも海流速度を精度よく測定できるようにしたものである。
図６に示すように、レーダ画像に船などの海上の浮遊物によりクラッタＣが大きく検出されている場合は、流速ベクトルを算出するのに必要な前観測での波紋データと現観測での波紋データの比較対象を誤る可能性がある。その場合、上記のアンテナ視線方向の海洋流速をもとに、波紋の移動先を中心とした波紋移動予測ゲートＧａ〜Ｇｂ内においてのみ、比較対象の波紋データを検出することにより、海流速度の算出精度を高めることが出来る。
【産業上の利用可能性】
【００２０】
この発明の海洋レーダ装置は、特に沿岸付近の海流速度の分布を測定するのに適しているが、これに限定されず、広域な覆域での海洋流速分布を測定することも可能で、またレーダ受信強度は波高に応じて増加するため、この発明を津波警報装置にも容易に拡張可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る海洋レーダ装置の構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る海洋レーダ装置の流速算出部の詳細構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る海洋レーダ装置の動作のフローチャートを示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る海洋レーダ装置の波紋抽出手段の概念を表す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る海洋レーダ装置の移動量算出手段の概念を表す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る海洋レーダ装置の移動量算出手段の概念を表す図である。
【符号の説明】
【００２２】
１：アンテナ部、                        ２：送受信部、
３：信号処理部、                        ４：表示処理部、
５：流速算出部、                        ６：表示部、
５１：波紋抽出手段、                    ５２：移動量算出手段、
５３：流速ベクトル算出手段、            ５４：波紋データ記憶装置
【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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