(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信波を生成する送信部と、
生成された送信波を電磁波として空中へ放射すると共に、大気で反射された反射電磁波を受信し受信波として取り出す電磁波放射部と、
電磁波放射部から放射される電磁波のビームを仰角方向および方位角方向に指向させると共に、仰角値および方位角値を出力する駆動部と、
取り出された受信波を周波数変換して受信信号を生成する受信部と、
生成された受信信号と出力された仰角値および方位角値とから風速ベクトルを算出する信号処理部とを備えた風速ベクトル計測装置において、
信号処理部が、
前記受信信号を周波数解析することによりドップラ速度を算出するドップラ速度算出部と、
前記駆動部から入力された複数の仰角値および複数の方位角値に基づいて複数の仰角の各ヤコビアン行列を算出するヤコビアン行列算出部と、
算出された各ヤコビアン行列を１つのヤコビアン行列に合成するヤコビアン行列合成部と、
前記ヤコビアン行列合成部により合成されたヤコビアン行列を用いて、予め設定された仰角値および方位角値に基づいて、風速の空間分布が一様であることを仮定して得られるドップラ速度の方位角分布の正弦波モデルを仰角毎に設定し、前記ドップラ速度算出部で算出されたドップラ速度に前記正弦波モデルのそれぞれを当てはめることにより３次元風速ベクトルを算出する風速ベクトル算出部とを有したことを特徴とする風速ベクトル計測装置。
【請求項２】
駆動部が、２つの仰角へ電磁波のビームを指向するようにしたことを特徴とする請求項１記載の風速ベクトル計測装置。
【請求項３】
駆動部が、異なる仰角での水平走査を繰り返すように電磁波のビームを指向するようにしたことを特徴とする請求項１記載の風速ベクトル計測装置。
【請求項４】
駆動部が、異なる方位角での鉛直走査を繰り返すように電磁波のビームを指向するようにしたことを特徴とする請求項１記載の風速ベクトル計測装置。
【請求項５】
信号処理部が、ドップラ速度算出部で算出したドップラ速度を距離方向に内挿するドップラ速度内挿部を有し、この内挿されたドップラ速度を風速ベクトル算出部へ入力するようにしたことを特徴とする請求項１記載の風速ベクトル計測装置。
【請求項６】
空中に電磁波を放射し、大気で反射された反射電磁波を受信して得た受信信号を周波数解析することによりドップラ速度を算出し、風速の空間分布の一様性を仮定することにより風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測装置の風速ベクトル算出方法において、
前記受信信号を入力するステップと、
前記受信信号に周波数解析を施すことによりドップラ速度を算出するステップと、
全方位角および全仰角に対して前記ドップラ速度の算出を順次行わせ完了させるステップと、
観測した方位角を部分区間に分割し、そのうちの１つを、風速ベクトル算出を行う方位角部分区間として選択するステップと、
選択された方位角部分区間において仰角毎にヤコビアン行列を算出するステップと、
仰角毎に算出されたヤコビアン行列を１つのヤコビアン行列に合成するステップと、
合成されたヤコビアン行列と算出されたドップラ速度から線形方程式を解くことにより風速ベクトルを算出するステップと、
全ての方位角部分区間について風速ベクトルの算出を順次行わせ完了させるステップとを有したことを特徴とする風速ベクトル算出方法。
【請求項７】
空中に電磁波を放射し、大気で反射された反射電磁波を受信して得た受信信号を周波数解析することによりドップラ速度を算出し、風速の空間分布の一様性を仮定することにより風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測装置の風速ベクトル算出方法において、
異なる方位角での鉛直走査を繰り返す電磁波のビームに対して得られる受信信号を入力するステップと、
前記受信信号に周波数解析を施すことによりドップラ速度を算出するステップと、
方位角部分区間内の方位角および全仰角に対して前記ドップラ速度の算出を順次行わせ完了させるステップと、
現在の方位角部分区間において仰角毎にヤコビアン行列を算出するステップと、
仰角毎に算出されたヤコビアン行列を１つのヤコビアン行列に合成するステップと、
合成されたヤコビアン行列と算出されたドップラ速度から線形方程式を解くことにより風速ベクトルを算出するステップと、
受信信号を入力する期間において上記各ステップの処理を継続させるステップとを有したことを特徴とする風速ベクトル算出方法。
【請求項８】
線形方程式を解くことにより風速ベクトルを算出するステップにおいて、異なる仰角において等距離のデータを用いて風速ベクトルを算出するようにしたことを特徴とする請求項６または請求項７記載の風速ベクトル算出方法。
【請求項９】
受信信号に周波数解析を施すことによりドップラ速度を算出するステップの直後に、異なる仰角において同じ水平距離のドップラ速度を得るように、算出されたドップラ速度を距離方向で内挿するステップを有したことを特徴とする請求項６または請求項７記載の風速ベクトル算出方法。
【請求項１０】
受信信号に周波数解析を施すことによりドップラ速度を算出するステップの直後に、異なる仰角において同じ高度のドップラ速度を得るように、算出されたドップラ速度を距離方向で内挿するステップを有したことを特徴とする請求項６または請求項７記載の風速ベクトル算出方法。
【請求項１１】
空中に電磁波を放射し、大気で反射された反射電磁波を受信して得た受信信号を周波数解析することによりドップラ速度を算出し、風速の空間分布の一様性を仮定することにより風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測装置の風速ベクトル算出方法において、
観測した方位角を部分区間に分割し、そのうちの１つを、風速ベクトル算出を行う方位角部分区間として選択するステップと、
選択された方位角部分区間において仰角毎にヤコビアン行列を算出するステップと、
仰角毎に算出されたヤコビアン行列を１つのヤコビアン行列に合成するステップと、
全ての方位角部分区間に対してヤコビアン行列の算出を順次行わせ完了させるステップと、
前記受信信号を入力するステップと、
前記受信信号に周波数解析を施すことによりドップラ速度を算出するステップと、
全方位角および全仰角に対してドップラ速度の算出を順次行わせ完了させるステップと、
前記方位角区間の１つを選択するステップと、
選択された前記方位角区間について、線形方程式を解くことにより、合成されたヤコビアン行列と算出されたドップラ速度から風速ベクトルを算出するステップと、
全ての方位角部分区間に対して風速ベクトルの算出を順次行わせ完了させるステップとを有したことを特徴とする風速ベクトル算出方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電波または光波または音波を用いて遠隔点の風速ベクトルを計測する風速ベクトル計測装置および風速ベクトル算出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
風速の空間分布の観測は、気象監視や気象予測において重要な観測項目となっている。例えば空港気象ドップラレーダでは、滑走路周辺の風速分布を観測することにより、風が急変している位置を検出している。検出結果を飛行計画に反映させることにより、航空交通の安全性が向上されている。このようなドップラ効果を用いて風観測を行うレーダでは、レーダから観測対象を見たときの視線方向の風速成分のみが計測され、レーダの視線方向と直交する方向の風速成分は直接計測することができない。しかし、レーダの視線方向と直交する方向の風速成分を計測することにより、風速の三次元ベクトルを観測したいというニーズも多い。
【０００３】
そのため、複数の地点にドップラレーダを配置し、同じ観測領域を同時に観測し、異なる方向から計測したドップラ速度を合成することにより、風速ベクトルを算出する観測手法が取られることもある。ただし、複数のドップラレーダの利用は費用がかかるため、単一のドップラレーダで風速ベクトルを算出する観測手法が取られることが多い。この場合、観測対象である大気の風速分布が空間的に一様であるという仮定を利用して、異なる観測方向で得られたドップラ速度を合成することにより風速ベクトルを求めるようにしている。
【０００４】
図２２はＶＡＤ（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ａｚｉｍｕｔｈ  ＤＩＳＰＬＡＹ）法と呼ばれている従来の風速ベクトル算出方法の原理を示す図で、図２２（ａ）はＶＡＤ法におけるビーム走査を図示したものである。一定の仰角θで水平方向に空中線ビームを走査しながら、各距離でのドップラ速度を算出する。いま、観測範囲のうちで距離ｒの部分のみを取り出すと、高度ｒ ｓｉｎθの水平面上の円周が得られる。ＶＡＤ法では、この円周内で風速が一様であるとして、風速ベクトルを算出する。今、風速ベクトルのｘ成分がｕ、ｙ成分がｖ、ｚ成分（すなわち鉛直成分）がｗであるとする。
観測されたドップラ速度のうち、ある距離のドップラ速度のみを抽出して、方位角を横軸として、ドップラ速度をプロットすると、図２２（ｂ）に示すように、正弦波状の曲線がプロットされる。この正弦波の直流成分はｗ ｓｉｎθとなり、鉛直風の大きさに対応するものとなる。正弦波の振幅はｕｈ ｃｏｓθとなり、水平風の大きさに対応するものとなる。ただし、ｕｈ は水平風ベクトル（ｕ，ｖ）の大きさである。さらに、正弦波の位相は水平風の方向に対応する量となる。
【０００５】
実際に観測されるドップラ速度には観測誤差が含まれる。そこで、観測データに対して正弦波をモデルフィッティングすることにより、風速ベクトルを算出する方法が用いられる。モデルフィッティングには、例えば最小二乗法が用いられる。
【０００６】
図１８は従来の風速ベクトル計測装置の構成を示すブロック図である。図において、１は送信部、２は送受切替部、３は電磁波放射部、４は受信部、５は信号処理部、６は操作・表示部、７は駆動部、８はセンサ制御部である。
図１９は信号処理部５の内部構成を示すブロック図である。図において、１０１はドップラ速度算出部、１０２はヤコビアン行列算出部、１０３は線形方程式計算部である。
【０００７】
次に動作について説明する。
送信部１で生成した送信波は、送受切替部２を経由して電磁波放射部３から大気中へ電磁波として放射される。大気中に放射された電磁波の電力のうちの一部は、大気によって反射され、さらにその反射電磁波の一部が電磁波放射部３によって受信波として受信される。受信された受信波は送受切替部２を経由して受信部４へ伝送される。受信部４では、入力した受信波に増幅および周波数変換などの処理を施し、受信信号を生成する。受信信号は、信号処理部５においてドップラ速度算出および風速ベクトル算出の信号処理が施される。その信号処理の結果は操作・表示部６に入力され、表示される。
【０００８】
駆動部７は、操作・表示部６からの指示をもとに、センサ制御部８の制御により、電磁波放射部３から放射される電磁波のビームを仰角方向および方位角方向に指向させる。また、駆動部７からは電磁波放射部３のビーム方向の仰角値および方位角値が出力され、信号処理部５へ入力され、風速ベクトル算出の際に利用される。
【０００９】
次に信号処理部５の動作について説明する。
受信部４から出力された受信信号を入力すると、ドップラ速度算出部１０１は入力した受信信号から観測距離範囲内の各距離におけるドップラ速度を算出する。ドップラ速度の算出方法としては、例えば受信信号のフーリエ変換を行う方法がある。ヤコビアン行列算出部１０２では、各観測に対応する仰角と方位角からヤコビアン行列を算出する。線形方程式計算部１０３では、ヤコビアン行列算出部１０２で算出したヤコビアン行列とドップラ速度算出部１０１で算出されたドップラ速度を用いて、線形最小二乗法の手法により風速ベクトルを算出する。
【００１０】
今、ビームの水平走査における仰角をθ、ｉ番目の方位角における方位角をφｉ 、風速ベクトルを（ｕ，ｖ，ｗ）と置く。ただし、風速ベクトルにおいて、（ｕ，ｖ）が水平風成分、ｗが鉛直風成分であるとする。このとき、方位角φｉで観測されるドップラ速度ｖｄｉは式（１）で表される。
0004067833.tif 000002
よってヤコビアン行列Ａは式（２）のようになる。
【数１】
0004067833.tif 000003
一般的な最小二乗法の理論によれば、線形最小条件から式（３）の方程式が得られる。
ＡＴ ＷＡｘ＝ＡＴ Ｗｙ                                        （３）
ただし、ｘおよびｙは、それぞれ式（４）および式（５）で定義されるベクトルである。
【数２】
0004067833.tif 000004
また、Ｗは誤差行列であり、式（６）で表される。
【数３】
0004067833.tif 000005
ただし、σｉ はドップラ速度観測値ｖｄｉの誤差の標準偏差である。
式（３）の方程式は例えば次の式（７）により解くことができる。
ｘ＝（ＡＴ ＷＡ）−１ＡＴ Ｗｙ                                （７）
あるいは、実際の数値計算では、ヤコビアン行列のＱＲ分解による解法が用いられることも多い。
【００１１】
図２０は従来のＶＡＤ法による風速ベクトル算出方法の処理手順を示すフローチャートである。
ステップＳＴ１〜ＳＴ４のループでは、受信部４から出力される受信信号をステップＳＴ２で入力し、ステップＳＴ３においてフーリエ変換などの周波数解析によりドップラ速度を算出する。方位角全周分のドップラ速度が蓄積された時点でステップＳＴ１〜ＳＴ４のループを抜ける。ステップＳＴ５では、各方位角におけるヤコビアン行列を算出する。ステップＳＴ６では、ステップＳＴ３で算出したドップラ速度とステップＳＴ５で算出されたヤコビアン行列を用いて、風速ベクトルを算出する。
以上の処理を継続する場合は、ステップＳＴ７からステップＳＴ１へ分岐し、処理を継続する。操作・表示部６からの指示により、処理を終了する場合には、ステップＳＴ７から処理終了へと分岐する。
【００１２】
なお、非降水の大気をターゲットとする光波レーダでは、ｗは風の鉛直成分に対応するが、降雨をターゲットとする一般の気象レーダでは、ｗは雨滴の落下速度に対応するものとなる。
【００１３】
図２２では方位角方向に全周を観測することにより、１周期分の正弦波に対応するドップラ速度が得られているが、一般には或る限られた範囲の方位角のデータのみを用いてもよい。一部分の方位角範囲のみを用いたＶＡＤ法は、特に局所ＶＡＤ法と呼ばれている。
【００１４】
図２１は従来の局所ＶＡＤ法による風速ベクトル算出方法の他の処理手順を示すフローチャートである。この図は、図２０のステップＳＴ４をステップＳＴ４ｂに置き換えたものである。すなわち、ドップラ速度を蓄積するループにおいて、全周分の方位角でのドップラ速度が蓄積されるまでループを繰り返すのではなく、一定の方位角範囲分のドップラ速度が蓄積された時点でループを終了する。
【００１５】
通常、ＶＡＤ法では高い仰角による観測を行う。この場合、風速の一様性を仮定する円周の半径は小さくなるため、一様性の仮定の妥当性も高くなる。距離と高度が１対１に対応するため、結果として、三次元風速ベクトルの高度分布が得られることになる。風速ベクトルの３成分のうち、一般的に鉛直風成分は水平風成分よりも大きさが小さいが、高仰角で観測する場合には、ドップラ速度に含まれる鉛直風成分ｗ ｓｉｎθはそれほど小さくならない。
【００１６】
また、鉛直風を測定する従来技術として、特開平７−５０２３４１号公報「マイクロバースト前兆検出システムのための下降気流速度推定装置」の記載がある。この従来技術では、送信波を１つのビームで送信し、大気からの反射波を仰角のわずかに異なる複数の受信ビームで受信する。２つの受信において仰角差があるため、両ビームではわずかにドップラ速度がずれる。そこで、両受信ビームで得られたドップラ速度の差から鉛直風成分を抽出するようにしている。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
従来の風速ベクトル計測装置や方法は以上のように構成されているので、次のような課題があった。
ＶＡＤ法は、高度方向の風速ベクトル分布を算出するものであるが、レーダの仰角を低くすることにより、風速ベクトルの水平分布を計測するニーズもある。水平分布を計測するという目的から、必然的に方位角方向全周で風速が一様であるという前提は成立しない。そこで、風速ベクトル算出に用いる観測データの方位角の区間を局所的に限定した局所ＶＡＤ法が用いられる。この場合、ＶＡＤ曲線である正弦波の一部分のみを用いるため、鉛直風成分（正弦波の直流成分）と水平風成分（正弦波の振幅）とを分離することが難しくなる。また、低仰角となることにより、もともと水平風に比べて大きさの小さい鉛直風が、視線方向へ射影されるときにより小さくなってしまう。これらのことから、低仰角観測で鉛直風を精度良く計測することが困難であるという問題があった。
【００１８】
また、特開平７−５０２３４１号公報に記載の技術では、送信ビームを２つの受信ビームで共用する必要があるため、２つの受信ビームの仰角差は小さくする必要がある。そこでは、観測を想定しているマイクロバーストのように、大きな下降流が存在する場合は、小さな仰角差でもドップラ速度差を得ることができる。しかし、一般的な気象状況では、鉛直風は数ｍ程度と小さいため、この技術のような方法では、仰角差によるドップラ速度差を有効に得ることができないという問題があった。
【００１９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、複数の仰角で観測されたドップラ速度を用いて風速ベクトルを算出することにより、風速ベクトル、特に鉛直成分の精度がよい計測を実現する風速ベクトル計測装置および風速ベクトル算出方法を得ることを目的とする。
【００２３】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る風速ベクトル計測装置は、送信波を生成する送信部と、生成された送信波を電磁波として空中へ放射すると共に、大気で反射された反射電磁波を受信し受信波として取り出す電磁波放射部と、電磁波放射部から放射される電磁波のビームを仰角方向および方位角方向に指向させると共に、仰角値および方位角値を出力する駆動部と、取り出された受信波を周波数変換して受信信号を生成する受信部と、生成された受信信号と出力された仰角値および方位角値とから風速ベクトルを算出する信号処理部とを備えた風速ベクトル計測装置において、信号処理部が、受信信号を周波数解析することによりドップラ速度を算出するドップラ速度算出部と、駆動部から入力された複数の仰角値および複数の方位角値に基づいて複数の仰角の各ヤコビアン行列を算出するヤコビアン行列算出部と、算出された各ヤコビアン行列を１つのヤコビアン行列に合成するヤコビアン行列合成部と、ヤコビアン行列合成部により合成されたヤコビアン行列を用いて、予め設定された仰角値および方位角値に基づいて、風速の空間分布が一様であることを仮定して得られるドップラ速度の方位角分布の正弦波モデルを仰角毎に設定し、ドップラ速度算出部で算出されたドップラ速度に正弦波モデルのそれぞれを当てはめることにより３次元風速ベクトルを算出する風速ベクトル算出部とを有したものである。
【００２４】
この発明に係る風速ベクトル計測装置は、駆動部が、２つの仰角へ電磁波のビームを指向するようにしたものである。
【００２５】
この発明に係る風速ベクトル計測装置は、駆動部が、異なる仰角での水平走査を繰り返すように電磁波のビームを指向するようにしたものである。
【００２６】
この発明に係る風速ベクトル計測装置は、駆動部が、異なる方位角での鉛直走査を繰り返すように電磁波のビームを指向するようにしたものである。
【００２７】
この発明に係る風速ベクトル計測装置は、信号処理部が、ドップラ速度算出部で算出したドップラ速度を距離方向に内挿するドップラ速度内挿部を有し、この内挿されたドップラ速度を風速ベクトル算出部へ入力するようにしたものである。
【００２９】
この発明に係る風速ベクトル算出方法は、空中に電磁波を放射し、大気で反射された反射電磁波を受信して得た受信信号を周波数解析することによりドップラ速度を算出し、風速の空間分布の一様性を仮定することにより風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測装置の風速ベクトル算出方法において、受信信号を入力するステップと、受信信号に周波数解析を施すことによりドップラ速度を算出するステップと、全方位角および全仰角に対してドップラ速度の算出を順次行わせ完了させるステップと、観測した方位角を部分区間に分割し、そのうちの１つを、風速ベクトル算出を行う方位角部分区間として選択するステップと、選択された方位角部分区間において仰角毎にヤコビアン行列を算出するステップと、仰角毎に算出されたヤコビアン行列を１つのヤコビアン行列に合成するステップと、合成されたヤコビアン行列と算出されたドップラ速度から線形方程式を解くことにより風速ベクトルを算出するステップと、全ての方位角部分区間について風速ベクトルの算出を順次行わせ完了させるステップとを有したものである。
【００３０】
この発明に係る風速ベクトル算出方法は、空中に電磁波を放射し、大気で反射された反射電磁波を受信して得た受信信号を周波数解析することによりドップラ速度を算出し、風速の空間分布の一様性を仮定することにより風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測装置の風速ベクトル算出方法において、異なる方位角での鉛直走査を繰り返す電磁波のビームに対して得られる受信信号を入力するステップと、受信信号に周波数解析を施すことによりドップラ速度を算出するステップと、方位角部分区間内の方位角および全仰角に対してドップラ速度の算出を順次行わせ完了させるステップと、現在の方位角部分区間において仰角毎にヤコビアン行列を算出するステップと、仰角毎に算出されたヤコビアン行列を１つのヤコビアン行列に合成するステップと、合成されたヤコビアン行列と算出されたドップラ速度から線形方程式を解くことにより風速ベクトルを算出するステップと、受信信号を入力する期間において上記各ステップの処理を継続させるステップとを有したものである。
【００３１】
この発明に係る風速ベクトル算出方法は、線形方程式を解くことにより風速ベクトルを算出するステップにおいて、異なる仰角において等距離のデータを用いて風速ベクトルを算出するようにしたものである。
【００３２】
この発明に係る風速ベクトル算出方法は、受信信号に周波数解析を施すことによりドップラ速度を算出するステップの直後に、異なる仰角において同じ水平距離のドップラ速度を得るように、算出されたドップラ速度を距離方向で内挿するステップを有したものである。
【００３３】
この発明に係る風速ベクトル算出方法は、受信信号に周波数解析を施すことによりドップラ速度を算出するステップの直後に、異なる仰角において同じ高度のドップラ速度を得るように、算出されたドップラ速度を距離方向で内挿するステップを有したものである。
【００３４】
この発明に係る風速ベクトル算出方法は、空中に電磁波を放射し、大気で反射された反射電磁波を受信して得た受信信号を周波数解析することによりドップラ速度を算出し、風速の空間分布の一様性を仮定することにより風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測装置の風速ベクトル算出方法において、観測した方位角を方位角部分区間に分割し、そのうちの１つを、風速ベクトル算出を行う方位角部分区間として選択するステップと、選択された方位角部分区間において仰角毎にヤコビアン行列を算出するステップと、仰角毎に算出されたヤコビアン行列を１つのヤコビアン行列に合成するステップと、全ての方位角部分区間に対してヤコビアン行列の算出を順次行わせ完了させるステップと、受信信号を入力するステップと、受信信号に周波数解析を施すことによりドップラ速度を算出するステップと、全方位角および全仰角に対してドップラ速度の算出を順次行わせ完了させるステップと、方位角区間の１つを選択するステップと、選択された方位角区間について、線形方程式を解くことにより合成されたヤコビアン行列から風速ベクトルを算出するステップと、全ての方位角部分区間に対して風速ベクトルの算出を順次行わせ完了させるステップとを有したものである。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の一形態を説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による風速ベクトル計測装置の全体構成を示すブロック図で、この全体構成は前述した従来技術の図１８と大略同じ構成を持つが、この実施の形態１では信号処理部５０の内部構成が図１８の信号処理部５と異なる。したがって、同じ部分についての説明は省略する。
図２は実施の形態１に係る信号処理部５０の内部構成を示すブロック図で、図において、１０２−１〜１０２−ＮはＮ個のヤコビアン行列算出部、１０４はヤコビアン行列合成部である。１０１はドップラ速度算出部、１０３は線形方程式計算部（風速ベクトル算出部）である。
【００３６】
次に動作について説明する。
ドップラ速度算出部１０１が受信信号からドップラ速度を求め、線形方程式計算部１０３が最小二乗法により風速ベクトルを算出することは、図１９に示した従来の信号処理部５と同じである。ただし、従来は１つの仰角に対するヤコビアン行列をヤコビアン行列算出部１０２で求めていたのに対し、この実施の形態１では、用いた複数の仰角毎にヤコビアン行列をまず算出する。具体的には、ヤコビアン行列算出部１０２−１は仰角１で観測した場合の仰角値と方位角値からヤコビアン行列１を算出する。また、ヤコビアン行列算出部１０２−２では、仰角２で観測した場合の仰角値と方位角値とからヤコビアン行列２を算出する。以下同様にして、仰角Ｎでの観測に対応したヤコビアン行列Ｎまで算出する。個々のヤコビアン行列の算出方法は、従来の信号処理部５内のヤコビアン行列算出部１０２と同じである。
【００３７】
算出されたヤコビアン行列１からヤコビアン行列Ｎは、ヤコビアン行列合成部１０４において１つのヤコビアン行列にまとめられる。仰角ｉにおける方位角数をＭｉ とすると、ヤコビアン行列ｉはＭｉ 行３列の行列となる。ヤコビアン行列１からヤコビアン行列Ｎを、図３に示すように縦に並べる方向に連結することにより、１つのヤコビアン行列を生成する。生成されたヤコビアン行列の列数は３であり、行数は
【数４】
0004067833.tif 000006
である。
【００３８】
図４はビーム走査の方法の例を示す説明図である。この例では、異なる仰角での水平走査を順に繰り返すようにしているため、従来の一般的な気象レーダに適用することも可能である。
【００３９】
図５はこの発明の実施の形態１による風速ベクトル算出方法の処理手順を示すフローチャートである。
ステップＳＴ１０１〜ＳＴ１０４のループでは、受信部４から出力される受信信号をステップＳＴ１０２で入力し、ステップＳＴ１０３においてフーリエ変換などの周波数解析によりドップラ速度を算出する。全方位角および全仰角分のドップラ速度が蓄積された時点でステップＳＴ１０１〜ＳＴ１０４のループから抜ける。ステップＳＴ１０５では、仰角１から仰角Ｎに対して、仰角毎にヤコビアン行列を算出する。ステップＳＴ１０６では、仰角毎のヤコビアン行列を１つのヤコビアン行列に合成する。
【００４０】
ステップＳＴ１０７では、ステップＳＴ１０３で算出したドップラ速度とステップＳＴ１０６で合成したヤコビアン行列を用いて、風速ベクトルを算出する。以上の処理を継続する場合は、ステップＳＴ１０８からステップＳＴ１０１へ分岐し、処理を継続する。操作・表示部６からの指示により、処理を終了する場合には、ステップＳＴ１０８から処理終了へと分岐する。
【００４１】
図６はこの実施の形態１に係る風速ベクトル算出方法の原理を示す説明図で、観測データ（ドップラ速度）へのモデル曲線（正弦波モデル）のフィッティングの状況を模式的に図示したものである。この例は、仰角数は２とし、仰角１の方が仰角２よりも低仰角とした場合である。図において、仰角１による観測結果を○、仰角２による観測結果を×で示す。破線で示す正弦波は仰角１のデータに対して当てはめた理論ＶＡＤ曲線であり、実線で示す正弦波は仰角２のデータに対して当てはめた理論ＶＡＤ曲線である。異なる２つの仰角を用いることにより、２つの理論ＶＡＤ曲線の差に鉛直風の情報が含まれるようになる。したがって、１つの仰角のみを用いた従来のＶＡＤ法に比べて、風速ベクトル、特に鉛直風成分の計測精度を向上させるのに、複数仰角によるＶＡＤ法が有効となる。
【００４２】
なお、風速ベクトル算出は、距離毎に行われるが、複数仰角を用いた場合には、仰角は異なってもほぼ同じ位置とみなせるデータを用いて風速ベクトルを合成するのがよい。例えば図７では、仰角は異なっても距離が同じであれば、風速ベクトルが同じであるとして、風速ベクトルを合成することを示している。ここでは、◇で示した点のドップラ速度を合成して距離Ｎの風速ベクトルを求め、△で示した点のドップラ速度を合成して距離Ｎ＋１の風速ベクトルを求め、□で示した点のドップラ速度を合成して距離Ｎ＋２の風速ベクトルを求めることを示している。
【００４３】
また、以上の説明では、水平走査を複数の仰角で実行して観測データを得るとしていたが、走査方法については必ずしも水平と限らなくてもよい。例えば、図８のようにｚ軸からずれた軸を中心とする円錐状走査を、走査方向と回転軸の間の角度を複数に変えて実行するようにしてもよい。この場合、図８に示すような高度範囲で風速が一様と仮定することになる。また風速ベクトル算出式については、円錐状走査の回転軸がｚ軸となるように座標系を回転して考えれば、水平走査の場合の式がそのまま使用できる。
なお、この実施の形態１では、風速ベクトルの計測について、モデルフィッティング法としてヤコビアン行列を用いた最小二乗法を説明してきたが、勿論、モデルフィッティング法の手法として他のものを用いても行うことができる。
【００４４】
以上のように、この実施の形態１によれば、複数の仰角を用いてＶＡＤ法による風速ベクトル計測を行うようにしているので、風速ベクトル、特に鉛直風を精度良く算出できる効果が得られる。また、仰角数を２とすれば、全観測方向の走査に要する時間を最小限にして、鉛直風計測精度を向上させる効果が得られる。さらに、等距離のドップラ速度データを合成して風速ベクトルを算出するようにしているので、処理を比較的簡易とする効果が得られる。
【００４５】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、全方位角範囲で一つのＶＡＤ曲線を当てはめることを想定した場合について示したものである。この実施の形態２では、方位角範囲のうちの部分的な方位角の区間（方位角部分区間）において、ＶＡＤ曲線を当てはめる場合について示す。この場合、前述した従来の局所ＶＡＤ法を、複数の仰角を観測する場合に拡張したものといえる。この実施の形態２に係る風速ベクトル計測装置の構成は、実施の形態１のものと同じであるが、風速ベクトル算出方法の処理の流れに異なる部分がある。
【００４６】
図９はこの発明の実施の形態２に係る風速ベクトル算出方法の処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳＴ２０１〜ＳＴ２０４のループでは、受信部４から出力される受信信号をステップＳＴ２０２で入力し、ステップＳＴ２０３においてフーリエ変換などの周波数解析によりドップラ速度を算出する。全方位角、仰角のドップラ速度が蓄積された時点でステップＳＴ２０１〜ＳＴ２０４のループを抜ける。
【００４７】
ステップＳＴ２０５〜ＳＴ２０９のループでは、方位角部分区間毎に風速ベクトルの算出を行う。
まず、ステップＳＴ２０６では、仰角１から仰角Ｎに対して、仰角毎にヤコビアン行列を算出する。ステップＳＴ２０７では、ＳＴ２０６で仰角毎に算出したヤコビアン行列を１つのヤコビアン行列へと合成する。ステップＳＴ２０８では、ステップＳＴ２０３で算出したドップラ速度とステップＳＴ２０７で合成したヤコビアン行列を用いて、風速ベクトルを算出する。ステップＳＴ２０９では、全ての方位角部分区間で風速ベクトルの算出が完了したかどうかを判定し、完了していればステップＳＴ２１０へ進み、未完了であればステップＳＴ２０６へ戻り、次の方位角部分区間の処理に進む。
以上の処理を継続する場合は、ステップＳＴ２１０からＳＴ２０１へ分岐し、処理を継続する。操作・表示部６からの指示により、処理を終了する場合には、ステップＳＴ２１０から処理終了へと分岐する。
【００４８】
図１０はこの実施の形態２に係る風速ベクトル算出方法の原理を示す説明図で、観測データ（ドップラ速度）へのモデルフィッティングの状況を模式的に図示したものである。ただし、仰角数は２としている。図において、仰角１による観測結果を○、仰角２による観測結果を×で示している。また、仰角１の方が仰角２よりも低仰角であるとしている。破線で示す正弦波は仰角１のデータに対して当てはめた理論ＶＡＤ曲線、実線で示す正弦波は仰角２のデータに対して当てはめた理論ＶＡＤ曲線である。異なる２つの仰角を用いることにより、２つの理論ＶＡＤ曲線の差に鉛直風の情報が含まれるようになる。方位角を部分区間に限定しているため、単一仰角を用いた場合には鉛直風成分に対応するＶＡＤ曲線の直流成分を抽出することが特に困難であるが、複数仰角を用いた場合には、仰角差の成分を検出することにより、鉛直風成分の抽出がより正確になる。
【００４９】
以上のように、この実施の形態２によれば、方位角範囲のうちの部分的な方位角の区間において、ＶＡＤ曲線を当てはめ、局所ＶＡＤ法を、複数の仰角を観測し、仰角差の成分を検出するようにしたので、鉛直風成分の抽出がより正確に行える効果が得られる。
【００５０】
実施の形態３．
上記実施の形態１および実施の形態２では、異なる仰角による水平走査を繰り返すことにより、ドップラ速度データを収集することを想定していたが、この実施の形態３では、異なる方位角による鉛直走査を繰り返すことにより、ドップラ速度データを収集することについて説明する。
図１２は実施の形態３に係る風速ベクトル計測装置のビーム走査方法を示す説明図で、異なる方位角による鉛直走査を繰り返す例を示したものである。この図では、仰角数が２の場合を想定し、観測を行う方向に●を表示している。まず駆動部７により電磁波放射部３を制御して仰角１で観測し、方位角を変えずに仰角２まで仰角を上昇させ、観測を行う。次に仰角を変えずにビームを水平方向へ移動させ、観測を行う。次に方位角を変えずに仰角を仰角１まで下げて、観測を行う。これを繰り返すことにより、仰角１と仰角２の観測を全方位角範囲で行う。
【００５１】
ここで、図１２では仰角１と仰角２とで同じ方位角で観測を行っているが、仰角１と仰角２とで異なる方位角で観測を行うようにしてもよい。例えば、図１３に示すように、水平走査中に仰角１と仰角２での観測を交互に繰り返すようにしてもよい。また、図１２と図１３では、仰角数を２として説明したが、仰角数は３以上であってもよい。
【００５２】
この実施の形態３に係る風速ベクトル計測装置の構成は実施の形態１のものと同じであるが、風速ベクトル算出方法の処理の流れにおいて下記のように異なる部分がある。
図１１はこの発明の実施の形態３に係る風速ベクトル算出方法の処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳＴ３０１〜ＳＴ３０４のループでは、受信部４から出力される受信信号をステップＳＴ３０２で入力し、ステップＳＴ３０３においてフーリエ変換などの周波数解析によりドップラ速度を算出する。現在の方位角部分区間の観測が完了し、その区間のドップラ速度が蓄積された時点でステップＳＴ３０１〜ＳＴ３０４のループを抜ける。ステップＳＴ３０５では、仰角１から仰角Ｎに対して、仰角毎に現在の方位角部分区間のヤコビアン行列を算出する。ステップＳＴ３０６では、ステップＳＴ３０５で仰角毎に算出したヤコビアン行列を１つのヤコビアン行列へと合成する。ステップＳＴ３０７では、ステップＳＴ３０３で算出したドップラ速度とステップＳＴ３０６で合成したヤコビアン行列を用いて、現在の方位角部分区間での風速ベクトルを算出する。
以上の処理を継続する場合は、ステップＳＴ３０８からステップＳＴ３０１へ分岐し、処理を継続する。操作・表示部６からの指示により、処理を終了する場合には、ステップＳＴ３０８から処理終了へと分岐する。
【００５３】
この実施の形態３によれば、全観測方向の観測が終了するのを待たずに、方位角部分区間の観測が終了する毎に、風速ベクトル算出結果を出力することができるので、実時間処理に適用するのに向いている。また、蓄積するドップラ速度データは方位角部分区間内のもののみであるため、蓄積に要するメモリが少ない場合にも実時間処理が可能となる効果が得られる。
【００５４】
実施の形態４．
前述の実施の形態１では、図７に示したように、仰角は異なっても距離が同じであれば、風速ベクトルが同じであるとして、風速ベクトルを合成することを示した。これに対し、この実施の形態４では、等水平距離または等高度のドップラ速度を用いて風速ベクトルを合成するようにしたものである。
この実施の形態４による風速ベクトル計測装置の全体構成は、信号処理部５０を置き換えることを除けば前述の図１と同じである。図１４はこの実施の形態４に係る風速ベクトル計測装置の信号処理部５１の内部構成を示すブロック図である。図において、１０６はドップラ速度内挿部で、他の構成の部分は図２の信号処理部５０と同じである。
【００５５】
次に信号処理部５１の動作について説明する。
ドップラ速度算出部１０１で算出されたドップラ速度は、ドップラ速度内挿部１０６に入力される。一般的にドップラ速度は距離分解能毎に得られるが、これを水平距離に置き換えた場合、異なる仰角では異なる水平距離でドップラ速度が算出されることになる。そこで、ドップラ速度内挿部１０６では、ドップラ速度を距離方向に内挿することにより、異なる仰角で同じ水平距離でのドップラ速度が得られるようにする。これを図１５に模式的に示す。図１５では、仰角２において、△のデータと□のデータを内挿することにより、水平距離Ｎ＋１の点（黒△で示した点）でのドップラ速度を求めることができる。よって、これを仰角１の△と合成すれば、同じ水平位置のデータを用いた風速ベクトル算出を行うことができる。この方法は、特に水平方向に風速分布の変化が大きい場合に有効である。
【００５６】
また、水平位置ではなく、同一高度での風速ベクトル合成を考えることもできる。この異なる仰角で等高度の観測点を組合せる方法の例を図１６に示す。図１６では、仰角２において、△のデータと◇のデータを内挿することにより、高度Ｎ＋１の点（黒△で示した点）でのドップラ速度を求めることができる。よって、これを仰角１の△と合成すれば、同じ高度のデータを用いた風速ベクトル算出を行うことができる。この方法は、特に高度方向に風速分布の変化が大きい場合に有効である。
【００５７】
ドップラ速度内挿部１０６から出力されたドップラ速度は、線形方程式計算部１０３へと出力され、風速ベクトル算出処理が施される。その他の動作については、実施の形態１の場合と同じである。
【００５８】
以上のように、この実施の形態４によれば、ドップラ速度内挿部１０６を備えることにより、水平方向に風速分布の変化が大きい場合、あるいは高度方向に風速分布の変化が大きい場合にも、風速一様性の前提条件からの実際の風速のずれの影響を小さくすることができるため、風速ベクトル算出精度の劣化を防ぐ効果が得られる。
【００５９】
実施の形態５．
これまで述べた実施の形態１乃至４では、ヤコビアン行列はその都度算出していた。しかし、ヤコビアン行列は観測する際の方位角と仰角によって定まるものであるから、予め観測方向が確定している場合には、ヤコビアン行列を予め計算しておくようにしてもよい。
【００６０】
図１７はこの発明の実施の形態５に係る風速ベクトル算出方法の処理の流れを示すフローチャートである。
ステップＳＴ５０１〜ＳＴ５０４のループでは、各方位角部分区間でのヤコビアン行列を計算する。
まず、ステップＳＴ５０２では、仰角１から仰角Ｎに対して、対象とする部分区間で仰角毎にヤコビアン行列を算出する。ステップＳＴ５０３では、ステップＳＴ５０２で仰角毎に算出したヤコビアン行列を１つのヤコビアン行列に合成する。ステップＳＴ５０４では、全ての方位角部分区間でヤコビアン行列の算出が完了したかどうかを判定する。全て完了している場合は、ステップＳＴ５０５へ分岐し、未完了の場合はステップＳＴ５０２に戻って、次の方位角部分区間におけるヤコビアン行列の算出処理に移る。
【００６１】
ステップＳＴ５０５〜ＳＴ５０８のループでは、受信部４から出力される受信信号をステップＳＴ５０６で入力し、ステップＳＴ５０７においてフーリエ変換などの周波数解析によりドップラ速度を算出する。全方位角および全仰角に対するドップラ速度が蓄積された時点でステップＳＴ５０５〜スＳＴ５０８のループを抜ける。
【００６２】
ステップＳＴ５０９〜ＳＴ５１１のループでは、方位角部分区間毎に風速ベクトルの算出を行う。
ステップＳＴ５１０では、ステップＳＴ５０７で算出したドップラ速度とステップＳＴ５０３で合成したヤコビアン行列を用いて、風速ベクトルを算出する。ステップＳＴ５１１では、全ての方位角部分区間に対して風速ベクトルの算出が完了したかどうかを判定し、完了していればステップＳＴ５１２へ進み、未完了であればステップＳＴ５１０へ戻り、次の方位角部分区間の処理に進む。
以上の処理を継続する場合は、ステップＳＴ５１２からステップＳＴ５０５へ分岐し、処理を継続する。操作・表示部６からの指示により、処理を終了する場合には、ステップＳＴ５１２から処理終了へと分岐する。
【００６３】
なお、以上のフローチャートは図９に示した風速ベクトル算出方法について、ヤコビアン行列を事前に計算するように修正したものであるが、同様の修正は、図５、図１１に示した風速ベクトル算出方法に対しても行うことができる。
【００６４】
以上のように、この実施の形態５によれば、ヤコビアン行列を予め計算するようにしたので、風速ベクトル算出に要する計算時間を短縮できる効果が得られる。
【００６８】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、送信波を生成する送信部と、生成された送信波を電磁波として空中へ放射すると共に、大気で反射された反射電磁波を受信し受信波として取り出す電磁波放射部と、電磁波放射部から放射される電磁波のビームを仰角方向および方位角方向に指向させると共に、仰角値および方位角値を出力する駆動部と、取り出された受信波を周波数変換して受信信号を生成する受信部と、生成された受信信号と出力された仰角値および方位角値とから風速ベクトルを算出する信号処理部とを備えた風速ベクトル計測装置において、信号処理部が、受信信号を周波数解析することによりドップラ速度を算出するドップラ速度算出部と、駆動部から入力された複数の仰角値および複数の方位角値に基づいて複数の仰角の各ヤコビアン行列を算出するヤコビアン行列算出部と、算出された各ヤコビアン行列を１つのヤコビアン行列に合成するヤコビアン行列合成部と、ヤコビアン行列合成部により合成されたヤコビアン行列を用いて、予め設定された仰角値および方位角値に基づいて、風速の空間分布が一様であることを仮定して得られるドップラ速度の方位角分布の正弦波モデルを仰角毎に設定し、ドップラ速度算出部で算出されたドップラ速度に正弦波モデルのそれぞれを当てはめることにより３次元風速ベクトルを算出する風速ベクトル算出部とを有するように構成したので、風速ベクトル、特に鉛直風を精度良く算出することができる効果がある。また、予め設定された仰角値および方位角値に基づいて、風速の空間分布が一様であることを仮定して得られるドップラ速度の方位角分布の正弦波モデルを仰角毎に設定したため、ヤコビアン行列を予め算出することが可能となり、風速ベクトルの算出に要する計算時間の短縮を可能とする効果がある。
【００６９】
この発明によれば、駆動部が、２つの仰角へ電磁波のビームを指向するように構成したので、仰角数を２とすることにより、全観測方向の走査に要する時間を最小限にして、鉛直風の計測精度を向上させる効果がある。
【００７０】
この発明によれば、駆動部が、異なる仰角での水平走査を繰り返すように電磁波のビームを指向するように構成したので、従来からある一般的な気象レーダにも容易に適用することができるという効果がある。
【００７１】
この発明によれば、駆動部が、異なる方位角での鉛直走査を繰り返すように電磁波のビームを指向するように構成したので、異なる方位角での鉛直走査を繰り返すことにより計測を行うため、全観測方向の観測が終了するのを待たずに、方位角部分区間の観測が終了する毎に、風速ベクトルの算出結果を出力することができ、実時間処理に適し、また、蓄積するドップラ速度データは方位角部分区間内のもののみであるため、蓄積に要するメモリが少ない場合にも実時間処理が可能となる効果がある。
【００７２】
この発明によれば、信号処理部が、ドップラ速度算出部で算出したドップラ速度を距離方向に内挿するドップラ速度内挿部を有し、この内挿されたドップラ速度を風速ベクトル算出部へ入力するように構成したので、水平方向に風速分布の変化が大きい場合、あるいは高度方向に風速分布の変化が大きい場合にも、風速一様性の前提条件からの実際の風速のずれの影響を小さくすることができるため、風速ベクトル算出精度の劣化を防ぐことができる効果がある。
【００７４】
この発明によれば、空中に電磁波を放射し、大気で反射された反射電磁波を受信して得た受信信号を周波数解析することによりドップラ速度を算出し、風速の空間分布の一様性を仮定することにより風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測装置の風速ベクトル算出方法において、受信信号を入力するステップと、受信信号に周波数解析を施すことによりドップラ速度を算出するステップと、全方位角および全仰角に対してドップラ速度の算出を順次行わせ完了させるステップと、観測した方位角を部分区間に分割し、そのうちの１つを、風速ベクトル算出を行う方位角部分区間として選択するステップと、選択された方位角部分区間において仰角毎にヤコビアン行列を算出するステップと、仰角毎に算出されたヤコビアン行列を１つのヤコビアン行列に合成するステップと、合成されたヤコビアン行列と算出されたドップラ速度から線形方程式を解くことにより風速ベクトルを算出するステップと、全ての方位角部分区間について風速ベクトルの算出を順次行わせ完了させるステップとを有するように構成したので、複数の仰角を用いてＶＡＤ法による風速ベクトル計測を行い、風速ベクトル、特に鉛直風を精度良く算出できると共に、方位角部分区間毎に風速ベクトルを算出することにより、風速ベクトルの水平方向の空間分布を得ることができる効果がある。
【００７５】
この発明によれば、空中に電磁波を放射し、大気で反射された反射電磁波を受信して得た受信信号を周波数解析することによりドップラ速度を算出し、風速の空間分布の一様性を仮定することにより風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測装置の風速ベクトル算出方法において、異なる方位角での鉛直走査を繰り返す電磁波のビームに対して得られる受信信号を入力するステップと、受信信号に周波数解析を施すことによりドップラ速度を算出するステップと、方位角部分区間内の方位角および全仰角に対してドップラ速度の算出を順次行わせ完了させるステップと、現在の方位角部分区間において仰角毎にヤコビアン行列を算出するステップと、仰角毎に算出されたヤコビアン行列を１つのヤコビアン行列に合成するステップと、合成されたヤコビアン行列と算出されたドップラ速度から線形方程式を解くことにより風速ベクトルを算出するステップと、受信信号を入力する期間において上記各ステップの処理を継続させるステップとを有するように構成したので、複数の仰角を用いてＶＡＤ法による風速ベクトル計測を行い、風速ベクトル、特に鉛直風を精度良く算出できると共に、全観測方向の観測が終了するのを待たずに、方位角部分区間の観測が終了する毎に、風速ベクトル算出結果を出力することができ、実時間処理に適する効果がある。また、蓄積するドップラ速度データは方位角部分区間内のもののみであるため、蓄積に要するメモリが少ない場合にも実時間処理が可能となる効果がある。
【００７６】
この発明によれば、線形方程式を解くことにより風速ベクトルを算出するステップにおいて、異なる仰角において等距離のデータを用いて風速ベクトルを算出するように構成したので、比較的簡易に処理することができる効果がある。
【００７７】
この発明によれば、受信信号に周波数解析を施すことによりドップラ速度を算出するステップの直後に、異なる仰角において同じ水平距離のドップラ速度を得るように、算出されたドップラ速度を距離方向で内挿するステップを有するように構成したので、水平方向に風速分布の変化が大きい場合にも、風速一様性の前提条件からの実際の風速のずれの影響を小さくすることができるため、風速ベクトル算出精度の劣化を防ぐことができる効果がある。
【００７８】
この発明によれば、受信信号に周波数解析を施すことによりドップラ速度を算出するステップの直後に、異なる仰角において同じ高度のドップラ速度を得るように、算出されたドップラ速度を距離方向で内挿するステップを有するように構成したので、ドップラ速度内挿部を備えることにより、高度方向に風速分布の変化が大きい場合にも、風速一様性の前提条件からの実際の風速のずれの影響を小さくすることができるため、風速ベクトル算出精度の劣化を防ぐことができる効果がある。
【００７９】
この発明によれば、空中に電磁波を放射し、大気で反射された反射電磁波を受信して得た受信信号を周波数解析することによりドップラ速度を算出し、風速の空間分布の一様性を仮定することにより風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測装置の風速ベクトル算出方法において、観測した方位角を方位角部分区間に分割し、そのうちの１つを、風速ベクトル算出を行う方位角部分区間として選択するステップと、選択された方位角部分区間において仰角毎にヤコビアン行列を算出するステップと、仰角毎に算出されたヤコビアン行列を１つのヤコビアン行列に合成するステップと、全ての方位角部分区間に対してヤコビアン行列の算出を順次行わせ完了させるステップと、受信信号を入力するステップと、受信信号に周波数解析を施すことによりドップラ速度を算出するステップと、全方位角および全仰角に対してドップラ速度の算出を順次行わせ完了させるステップと、方位角区間の１つを選択するステップと、選択された方位角区間について、線形方程式を解くことにより合成されたヤコビアン行列から風速ベクトルを算出するステップと、全ての方位角部分区間に対して風速ベクトルの算出を順次行わせ完了させるステップとを有するように構成したので、ヤコビアン行列を予め計算するようにしたため、風速ベクトル算出に要する計算時間を短縮できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１による風速ベクトル計測装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】  同実施の形態１に係る信号処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図３】  同実施の形態１に係るヤコビアン行列の合成方法を示す説明図である。
【図４】  同実施の形態１に係る風速ベクトル計測装置のビーム走査方法を示す説明図である。
【図５】  同実施の形態１による風速ベクトル算出方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】  同実施の形態１に係る風速ベクトル算出方法の原理を示す説明図である。
【図７】  同実施の形態１に係る風速ベクトル算出方法における観測点を組合せる方法を示す説明図である。
【図８】  同実施の形態１に係る円錐走査を行った場合の走査方法を説明する説明図である。
【図９】  同実施の形態２に係る風速ベクトル算出方法の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】  同実施の形態２に係る風速ベクトル算出方法の原理を示す説明図である。
【図１１】  同実施の形態３に係る風速ベクトル算出方法の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１２】  同実施の形態３に係る風速ベクトル計測装置のビーム走査方法を示す説明図である。
【図１３】  同実施の形態３に係る風速ベクトル計測装置の別のビーム走査方法を示す説明図である。
【図１４】  同実施の形態４に係る風速ベクトル計測装置の信号処理部の内部構成を示す説明図である。
【図１５】  同実施の形態４に係る風速ベクトル算出方法における観測点組合せ方法を示す説明図である。
【図１６】  同実施の形態４に係る風速ベクトル算出方法における他の観測点組合せ方法を示す説明図である。
【図１７】  同実施の形態５に係る風速ベクトル算出方法の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１８】  従来の風速ベクトル計測装置の構成を示すブロック図である。
【図１９】  従来の風速ベクトル計測装置の信号処理部の内部構成を示すブロック図である。
【図２０】  従来の風速ベクトル算出方法の処理手順を示すフローチャートである。
【図２１】  従来の風速ベクトル算出方法の他の処理手順を示すフローチャートである。
【図２２】  従来の風速ベクトル算出方法の原理を示す説明図である。
【符号の説明】
１  送信部、２  送受切替部、３  電磁波放射部、４  受信部、５，５０，５１  信号処理部、６  操作・表示部、７  駆動部、８  センサ制御部、１０１  ドップラ速度算出部、１０２，１０２−１〜１０２−Ｎ  ヤコビアン行列算出部、１０３  線形方程式計算部、１０４  ヤコビアン行列合成部、１０６  ドップラ速度内挿部。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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