(57)【要約】【課題】  気象レーダ装置において、代表的なドップラ速度計算方式たるＦＦＴ法とＰＰＰ法は相反する性質を持つ。両手法を結合し、より精度の高いドップラ速度観測データを提供する。【解決方法】  ＦＦＴ法とＰＰＰ法によるドップラ速度並びに速度幅を同時に計算する。両手法によるドップラ速度の閾値に対する多寡を比較し、両者が共に閾値よりも大きい場合、有限項打ち切り誤差の影響による周波数分解能の劣化を受けないＰＰＰ法によるドップラ速度を採用する。一方、両手法によるドップラ速度の何れか一方が、前記閾値を下回る場合は、計算した速度幅の小さい方式によるドップラ速度計算結果を出力する。本手法により、より精度の高いドップラ速度観測データを提供する。【選択図】図1
2012149951.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気象に影響する物体からの反射波を解析してドップラ速度を算出する気象レーダ装置において、入力された時間領域直交検波信号を高速フーリエ変換して得られるピリオドグラムからドップラ速度１、並びに速度幅１を算出する第１の処理部と、前記時間領域直交検波信号の相互相関係数からドップラ速度２、並びに速度幅２を算出する第２の処理部と、前記第１の処理部および第２の処理部の演算結果からドップラ速度および速度幅を選択するドップラ速度および速度幅決定部と、から成り、前記ドップラ速度および速度幅決定部は、ドップラ速度１とドップラ速度２の予め定める閾値に対する多寡に応じて両者を選択することを特徴とする気象レーダ装置。
【請求項２】
請求項１に記載のドップラ速度および速度幅決定部は、前記ドップラ速度１およびドップラ速度２のいずれもが前記閾値を超えている場合には、前記速度幅１と速度幅２の大きさを比較し、小さな速度幅である方のドップラ速度を選択するものとし、前記ドップラ速度１あるいはドップラ速度２のいずれか一方か、あるいは両方が閾値よりも小さければドップラ速度１を選択することを特徴とする気象レーダ装置。
【請求項３】
請求項１の気象レーダ装置において、前記ドップラ速度１と２の選択に資する閾値を、晴天時の固定目標のみが観測されるデータにおけるドップラ速度のヒストグラム検定の最頻値と分散から決定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】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、パルス波を一定間隔で間欠的に空間に発射し、降雨を伴う雲等、気象に影響を与える物体からの反射波を受信し、反射波の周波数を計測することにより目標のドップラ速度を計算する気象レーダ装置に関する発明である。
【背景技術】
【０００２】
気象レーダ装置が探知対象とする目標のドップラ速度の推定方法は、推定処理を周波数領域で行うＦＦＴ法（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）と、時間領域で行うＰＰＰ法（Ｐｕｌｓｅ  Ｐａｉｒ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ）とに大別される。（非特許文献１）
【０００３】
ＦＦＴ法は、一定間隔Ｔｓ［秒］で空間に発射するパルスによって得られる降雨等などからの反射波の信号列をＮ個集約し、これをフーリエ変換することによって、ピリオドグラムの一次モーメント、即ち最も支配的な周波数成分から前記反射波のドップラ速度を求め、当該ドップラ速度の確度を表す指標として、ドップラ速度を中心とするスペクトル幅を速度幅として出力するものである。
【０００４】
ＰＰＰ法は、一定間隔Ｔｓ［秒］で空間に発射するパルスによる気象エコーからの反射波を、Ｎ個集約し、隣接する信号列の相互相関係数の偏角、即ちＮ×Ｔｓ［秒］におけるパルス間の平均位相回転量から気象エコーのドップラ速度を、瞬時的な位相回転量の標準偏差から計算したドップラ速度の確度を表す指標として速度幅を出力する。
【０００５】
ＦＦＴ法、ＰＰＰ法共、空間をパルス発射周期Ｔｓ［秒］で標本化した離散信号を扱う信号処理である為、ドップラ速度の測風範囲はサンプリング定理の制限を受ける。ドップラ速度の測風範囲Ｖｍａｘは、空間に発射するパルスの搬送波波長をλ［ｍ］とおくと、（数１）で与えられる。
（数１）
Ｖｍａｘ＝−λ×Ｔｓ／４
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】石原  正仁  編集  「気象研究ノート  第２００号」  社団法人日本気象学会  平成１３年１２月２６日  初版発行  ｐ２４−２６
【非特許文献２】石原  正仁  編集  「気象研究ノート  第２００号」  社団法人日本気象学会  平成１３年１２月２６日  初版発行  ｐ３０−３２
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ＦＦＴ法は、フーリエ変換処理の有限長打ち切り誤差に起因するサイドローブの発生を抑圧する為、処理前の時間領域信号に窓関数を乗ずる。窓関数の乗算は、サイドローブの抑圧に効果的である反面、ＦＦＴ処理の結果得られるピリオドグラムの周波数分解能劣化、即ちドップラ速度計算精度の劣化を招く。
【０００８】
しかし、ＦＦＴ法は周波数選択性を持つ為、固定目標からの反射波と降雨等の気象エコーからの反射波が重畳した場合、前者は直流に主たる成分を持ち、後者は交流に主たる成分を持つことを利用し、交流成分、即ち気象エコーのみを取り出すことができる。
【０００９】
一方、ＰＰＰ法は前記窓関数処理を経ない為、ＦＦＴ法に見られた処理の過程における周波数分解能、即ちドップラ速度計算精度の劣化が無い。しかし、時間領域処理であるが故、周波数選択性を持たず、固定目標からの反射波と降雨等の気象エコーからの反射波が重畳した場合、気象エコーに対して反射断面積の大きい固定目標からの反射成分が支配的となり、ドップラ速度計算結果は直流側に遷移し、且つ前記速度幅が拡大してドップラ速度計算精度が劣化する。
【００１０】
よって、気象レーダのドップラ速度計算手法たるＦＦＴ法とＰＰＰ法は相反する性質を持つ。
【００１１】
本発明は、相反する性質を持つ両手法を結合し、より精度の高いドップラ速度観測データ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】
【００１２】
ＦＦＴ法とＰＰＰ法の両者によるドップラ速度、並びに速度幅を計算する。尚、ＦＦＴ法によるドップラ速度と速度幅計算結果は、周波数選択性に基づいた直流成分除去処理を経たものとする。両者のドップラ速度計算結果と、予め与える閾値とを比較し、両者が共に閾値以上のドップラ速度を持つ場合、固定目標からの反射波重畳が無いと判別し、両者の内、速度幅が小さい方、即ち確度の高いドップラ速度を計算結果として出力する。
【００１３】
対して、どちらか一方が前記閾値よりも小さい値を呈した場合、固定目標からの反射波重畳の可能性があるとして、周波数選択性に基づいた直流成分除去処理を経たＦＦＴ法によるドップラ速度計算結果を出力する。
【００１４】
尚、ＦＦＴ法とＰＰＰ法によるドップラ速度計算結果の系統選択に用いる閾値は、晴天時、降雨等気象エコーが無く、固定目標のみが観測される環境下で観測データを取得し、ドップラ速度のヒストグラム検定を実施、同統計の最頻値と分散σを基に決定する。
【発明の効果】
【００１５】
前記の方法により、相反する性質を持つＦＦＴ法とＰＰＰ法によるドップラ速度計算結果を動的に選択し、観測領域全域に渡って精度の高いドップラ速度観測データを出力する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】本発明のレーダ装置においてＦＦＴ法とＰＰＰ法によるドップラ速度計算結果選択に使用する閾値を決定する統計量を示す概念図である。
【図３】本発明の実施形態におけるＦＦＴ法とＰＰＰ法によるドップラ速度計算結果選択のフローチャートである。
【実施例】
【００１７】
本発明の最も好適な実施例について、図を参照して説明する。図１は本発明のレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【００１８】
図１の送信タイミング計時指示部１は、パルスを空間に発射するタイミングを計時し、同タイミングを指示する送信トリガを生成する。
【００１９】
図１の送信部２は、送信タイミング計時指示部１で生成した送信トリガの指示により目標を観測するパルス波を生成、空間に発射する周波数まで周波数変換し、電力増幅する。
【００２０】
図１の空中線部３は、送信部２で周波数変換し、電力増幅したパルス波を空間に発射し、目標からの反射波を受信する。
【００２１】
図１の受信部４は、空中線部３で受信した目標からの反射波を、中間周波数まで周波数変換し、電力増幅する。
【００２２】
図１のＡ／Ｄ変換部５は、受信部４で中間周波数に変換した目標からの反射波を標本／量子化する。
【００２３】
図１のディジタル直交検波部６は、Ａ／Ｄ変換部で標本／量子化した目標からの反射波を直交検波する。
【００２４】
図１のメモリ部７は、ディジタル直交検波部６が出力する直交検波信号を一時保存する。
【００２５】
図１の書き込みアドレスカウンタ部８は、送信タイミング計時指示部１が出力する送信トリガを計数開始タイミングとして、前記メモリ部７にディジタル直交検波部が出力する直交検波信号を書き込む為のアドレスを順次指示する。
【００２６】
図１の送信回数計数指示部９は、送信タイミング計時指示部１が出力する送信トリガを計数する。
【００２７】
図１の処理開始タイミング指示部１０は送信回数計数指示部９が指示する送信回数を計数し、送信回数Ｎ回毎に処理開始タイミングを指示する。
【００２８】
図１の読み出しアドレスカウンタ部１１は、処理開始タイミング指示部１０が指示する処理開始タイミングを計数開始タイミングとして、前記メモリ部７から直交検波信号を順次読み出す為のアドレスを指示する。
【００２９】
図１のＦＦＴ処理部１２は、前記処理開始タイミング指示部１０が指示する処理開始タイミングにより、前記メモリ部７から読み出されたＮ本のパルス波を起源とする直交検波信号をＦＦＴ処理し、ピリオドグラムを出力する。
【００３０】
図１の直流成分除去部１３は、前記ＦＦＴ処理部１２が出力するピリオドグラムから、直流成分を除去する。尚、直流成分の除去方法は非特許文献２による。
【００３１】
図１のドップラ速度計算部（ＦＦＴ）１４は前記直流成分除去部１３が出力するピリオドグラムからドップラ速度を計算する。
【００３２】
図１の速度幅計算部（ＦＦＴ）１５は、前記直流成分除去部１３が出力するピリオドグラムから速度幅を計算する。
【００３３】
図１のＰＰＰ処理部１６は、前記処理開始タイミング指示部１０が指示する処理開始タイミングにより、前記メモリ部７から読み出されたＮ本の直交検波信号から隣接する信号列の相互相関係数を順次計算する。
【００３４】
図１のドップラ速度計算部（ＰＰＰ）１７は前記ＰＰＰ処理部１６が出力する相互相関係数の偏角を基にドップラ速度を計算する。
【００３５】
図１のドップラ速度幅計算部（ＰＰＰ）１８は前記ＰＰＰ処理部１６が出力する相互相関係数の標準偏差を基に速度幅を計算する。
【００３６】
図１の閾値保持部１９は、ＦＦＴ法とＰＰＰ法によるドップラ速度計算結果を選択するのに使用する閾値を保持する。
【００３７】
前記閾値は、固定目標が統計的に分布する最も高いドップラ速度を持てば良い。（図２参照）
【００３８】
例えば、同閾値は、晴天時、降雨等気象エコーが無く、固定目標のみが観測される環境下で観測データを取得し、ドップラ速度のヒストグラム検定を実施、同統計の最頻値と標準偏差σから（数２）の様に決定する。
（数２）
閾値＝最頻値＋３×σ
なお（数２）の定数は任意であり、３に限定するものではない。
【００３９】
なお、前記実施形態において、閾値を計算する手段を自動化し、人手による統計計算を経なくても良い。
【００４０】
図１のドップラ速度及び速度幅決定部２０は、ＦＦＴ法とＰＰＰ法によるドップラ速度計算結果を図３に示すフローチャートにより動的に選択する。
【００４１】
図３のＳ１、Ｓ２において、図１の閾値保持部１９が保持する閾値と、ＦＦＴ法並びにＰＰＰ法によるドップラ速度計算結果の絶対値の多寡を比較する。ＦＦＴ法並びにＰＰＰ法によるドップラ速度計算結果の絶対値が共に前記閾値よりも大きい場合は、固定目標が重畳していないとして、両者の内、速度幅が小さい方、即ち確度の高いドップラ速度を計算結果として出力する。（Ｓ３、Ｓ４）
【００４２】
一方、図３のＳ１、Ｓ２において、ＦＦＴ法及びＰＰＰ法によるドップラ速度計算結果の絶対値のどちらか一方が、図１の閾値保持部が保持する閾値よりも小さい場合は、固定目標が重畳している可能性があるとして、ＦＦＴ法によるドップラ速度計算結果を採用する。（Ｓ５）
【００４３】
以上の動作を以って、相反する性質を持つＦＦＴ法とＰＰＰ法によるドップラ速度計算結果を動的に選択し、雲等などの気象に影響を与える物体について、観測領域全域に渡って精度の高いドップラ速度観測データを出力する。
【符号の説明】
【００４４】
１    送信タイミング計時指示部
２    送信部タイミング計時指示部
３    空中線部
４    受信部
５    Ａ／Ｄ変換部
６    直交検波部
７    メモリ部
８    書き込みアドレスカウンタ部
９    送信回数計数指示部
１０  処理開始タイミング指示部
１１  読み出しアドレスカウンタ部
１２  ＦＦＴ処理部
１３  直流成分除去部
１４  ドップラ速度計算部（ＦＦＴ）
１５  速度幅計算部（ＦＦＴ）
１６  ＰＰＰ処理部
１７  ドップラ速度計算部（ＰＰＰ）
１８  速度幅計算部（ＰＰＰ）
１９  閾値保持部
２０  ドップラ速度及び速度幅決定部
【図１】
2012149951.tif 000003
【図２】
2012149951.tif 000004
【図３】
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