(57)【要約】【課題】観測可能な角度分解能を確保しつつ、設置場所を小さくする。【解決手段】送信アンテナ２１から海洋に向けて送信されたレーダ信号の反射波を受信した複数の受信アンテナ２３からそれぞれ出力された受信信号Ｓｒｘａ〜Ｓｒｘｄに基づいて、表層海流の流速を算出する信号処理部２５を備えている海洋レーダ局２Ａ，２Ｂであって、信号処理部２５は、各受信アンテナ２３から出力される各受信信号Ｓｒｘａ〜Ｓｒｘｄの時系列データに対して距離分解用の１次フーリエ変換処理とドップラー周波数分解用の２次フーリエ変換処理とを実行して所定の等距離海域内の視線方向に沿った各流速に対応するドップラー周波数毎のパワースペクトルを算出し、算出した各受信信号Ｓｒｘａ〜Ｓｒｘｄの各パワースペクトルに対してＣａｐｏｎ法を適用して、各ドップラー周波数ｆｄを走査角に対応付けて算出する。【選択図】図１
2009300207.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信アンテナから海洋に向けて送信されたレーダ信号の反射波を受信した複数の受信アンテナからそれぞれ出力された受信信号に基づいて、表層海流の流速を算出する信号処理部を備えている海洋レーダ局であって、
前記信号処理部は、
前記各受信アンテナから出力される前記各受信信号の時系列データに対して距離分解用のフーリエ変換処理とドップラー周波数分解用のフーリエ変換処理とを実行して所定の等距離海域内の視線方向に沿った各流速に対応するドップラー周波数毎のパワースペクトルを算出し、
前記算出した前記各受信信号の前記各パワースペクトルに対してＣａｐｏｎ法を適用して、前記各ドップラー周波数、および視線方向に沿った前記表層海流の流速のいずれかを走査角に対応付けて算出する海洋レーダ局。
【請求項２】
前記複数の受信アンテナを備え、
前記複数の受信アンテナのうちの１つを前記送信アンテナとして兼用する請求項１記載の海洋レーダ局。
【請求項３】
請求項１または２記載の複数の海洋レーダ局と、
前記各海洋レーダ局でそれぞれ算出された前記各ドップラー周波数および前記視線方向に沿った前記表層海流の流速のいずれかに基づいて、所望海域における前記表層海流の流速および流向を算出する基地局とを備えている海洋レーダ観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、送信アンテナから海洋に向けて送信されたレーダ信号の反射波を受信した複数の受信アンテナからそれぞれ出力された受信信号に基づいて、表層海流の流速を算出する信号処理部を備えている海洋レーダ局、およびこの海洋レーダ局を有する海洋レーダ観測装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の海洋レーダ観測装置としては、特開２０００−３１４７７３号公報に開示された海洋レーダ観測装置が知られている。この海洋レーダ観測装置は、海面にＦＭＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）方式またはＦＷＩＣＷ（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ  Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ  Ｉｎｔｅｒｒｕｐｔｅｄ  Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ）方式によりレーダビームを照射し、その反射波（エコー）より算出されるドップラースペクトル（パワースペクトル）から、ブラッグ散乱機構に基づきレーダ局（海洋レーダ局）からの視線方向の海流速度（流速）を推定する処理を実行している。具体的には、この処理は、受信されたエコーを距離毎に分離して、各距離においてエコーの時系列を作る第１回ＦＦＴ処理と、この時系列に基づいてドップラースペクトルを得る第２回ＦＦＴ処理と、このドップラースペクトルからアンテナの視線方向の海流速度を推定する処理とで構成されている。また、この海洋レーダ観測装置では、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局を動作させ、視線方向の流速分布を算出し、複数のレーダ局の視線方向の流速をベクトル合成して、２次元の流速を測定する。また、この海洋レーダ観測装置では、ＤＢＦ（ｄｉｇｉｔａｌ  ｂｅａｍ  ｆｏｒｍｉｎｇ）のアンテナ方式を採用している。
【特許文献１】特開２０００−３１４７７３号公報（第３−４頁、第６図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、上記の海洋レーダ観測装置には、以下の解決すべき課題が存在している。すなわち、この海洋レーダ観測装置では、例えば２４．５ＭＨｚの電波を使用する構成において、観測に必要な角度分解能（例えば±４５°の範囲を５°ステップで分割）を有する受信アンテナのビームパターンをＤＢＦ方式で得るためには、８本の受信アンテナをλ／２間隔で通常一直線状に配置する必要がある。このため、最低でも幅が４２．８６ｍ（＝７×（３００／２４．５）／２））の広大な設置場所が必要になるという課題が存在している。一方、受信アンテナの本数を削減することにより、必要な設置場所を小さくすることも可能ではあるが、受信アンテナの本数を削減した場合には、ＤＢＦ方式によって形成される受信アンテナのビームパターンが広くなって観測点の角度分解能が低下するため、所望の走査角に位置している観測点からの海洋情報（ドップラーペクトル）以外に、他の走査角からの海洋情報を検出するという事態が発生し易くなり、観測精度が低下するという課題が発生することになる。また、使用する電波の周波数を高めることによっても、設置場所の幅を狭めることも可能であるが、この場合には、電波が遠距離まで届きにくくなるため、遠距離の観測が困難となるという課題が発生する。
【０００４】
本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、観測可能な角度分解能を確保しつつ、設置場所を小さくし得る海洋レーダ局、およびこの海洋レーダ局を備えた海洋レーダ観測装置を提供することを主目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成すべく請求項１記載の海洋レーダ局は、送信アンテナから海洋に向けて送信されたレーダ信号の反射波を受信した複数の受信アンテナからそれぞれ出力された受信信号に基づいて、表層海流の流速を算出する信号処理部を備えている海洋レーダ局であって、前記信号処理部は、前記各受信アンテナから出力される前記各受信信号の時系列データに対して距離分解用のフーリエ変換処理とドップラー周波数分解用のフーリエ変換処理とを実行して所定の等距離海域内の視線方向に沿った各流速に対応するドップラー周波数毎のパワースペクトルを算出し、前記算出した前記各受信信号の前記各パワースペクトルに対してＣａｐｏｎ法を適用して、前記各ドップラー周波数、および視線方向に沿った前記表層海流の流速のいずれかを視線方向毎に算出する。
【０００６】
また、請求項２記載の海洋レーダ局は、請求項１記載の海洋レーダ局において、前記複数の受信アンテナを備え、前記複数の受信アンテナのうちの１つを前記送信アンテナとして兼用する。
【０００７】
また、請求項３記載の海洋レーダ観測装置は、請求項１または２記載の複数の海洋レーダ局と、前記各海洋レーダ局でそれぞれ算出された前記各ドップラー周波数および前記視線方向に沿った前記表層海流の流速のいずれかに基づいて、所望海域における前記表層海流の流速および流向を算出する基地局とを備えている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１記載の海洋レーダ局では、信号処理部が、等距離海域内の視線方向に沿った各海流に対応するドップラー周波数毎のパワースペクトルに対してＣａｐｏｎ法を適用して、各ドップラー周波数、および視線方向に沿った表層海流の流速のいずれかを走査角に対応付けて算出する。この場合、Ｃａｐｏｎ法では、主ビームを形成しようとする走査角以外の走査角に存在している他のパワースペクトルの影響を最小限にするように、すなわち、他のパワースペクトルの走査角にヌルが向くように、ビームパターンの形成が行われる。したがって、この海洋レーダ局によれば、受信アンテナの数が少ない状態であっても、各走査角に位置するパワースペクトルのレベル（つまりパワースペクトルの存在）を正確に検出することができるため、設置スペース（具体的には設置場所の幅）を小さくしつつ、検出対象としているドップラー周波数のパワースペクトルの各走査角での存在の有無を正確に検出することができる。つまり、観測可能な角度分解能を十分に確保することができる。また、精度向上のために送信信号の周波数を高める必要もないため、周波数を高めることによって発生する遠距離の海域についての観測の困難化といった問題の発生も回避することができる。
【０００９】
請求項２記載の海洋レーダ局によれば、複数の受信アンテナを備えて、このうちの１つを送信アンテナとして兼用する構成としたことにより、送信アンテナを省くことができるため、さらなる設置スペースの削減を図ることができる。
【００１０】
請求項３記載の海洋レーダ観測装置によれば、各海洋レーダ局の受信アンテナの削減が可能となるため、海洋レーダ局および基地局を含めた装置全体の設置スペースを大幅に削減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る海洋レーダ局および海洋レーダ観測装置の最良の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１２】
最初に、海洋レーダ観測装置１の構成について説明する。図１に示す海洋レーダ観測装置１は、複数（この例では２つ）の海洋レーダ局２Ａ，２Ｂ（以下、区別しないときには「海洋レーダ局２」ともいう）、および基地局３を備えて、海洋上の任意の海域Ａにおける表層海流の海流ベクトルＶ（流速および流向）を観測可能に構成されている。
【００１３】
海洋レーダ局２Ａ，２Ｂは、海面にＦＭＣＷ方式またはＦＷＩＣＷ方式によってレーダビームを照射し、その反射波（エコー）に基づいて算出されるパワースペクトル（ドップラースペクトル）から、ブラッグ散乱機構に基づき自局からの視線方向の流速（ドップラー周波数ｆｄ）を、自局から等距離に位置する所定の距離幅の円弧状の等距離海域毎に推定する処理を実行する。また、各海洋レーダ局２Ａ，２Ｂは、Ｃａｐｏｎ法のアンテナ方式により、所望の走査角に主ビームが向く受信アンテナのビームパターンを形成し得る構成となっている。具体的には、各海洋レーダ局２Ａ，２Ｂは、１本の送信アンテナ２１、信号発生部２２、複数（本例では一例として４本）の受信アンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ（以下、特に区別しないときには「受信アンテナ２３」ともいう）、受信アンテナ２３と同数の信号受信部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ（以下、特に区別しないときには「信号受信部２４」ともいう）、および信号処理部２５をそれぞれ備えている。
【００１４】
この場合、信号発生部２２は、ＦＭＣＷ方式またはＦＷＩＣＷ方式で周波数変調された短波帯（本例では一例として２４．５ＭＨｚ）の送信信号Ｓｔｘを生成して、送信アンテナ２１に出力する。送信アンテナ２１は、八木アンテナであり、入力した送信信号Ｓｔｘを海上にレーダ信号としてブロードビームの状態で送信する。例えば、海洋レーダ局２の正面方向を基準角（０°）としたときに−４５°〜４５°の走査角範囲に含まれる海域が観測海域であるときには、送信アンテナ２１は、少なくともこの走査角範囲を含む範囲（例えば、基準角０°を中心として±９０°の範囲（走査角−９０°〜９０°の範囲））にレーダ信号を送信する。
【００１５】
各受信アンテナ２３は、無指向性のアンテナで構成されている。また、各受信アンテナ２３は、観測に必要な角度分解能（例えば±９０°の範囲を５°ステップで分割）を確保し得る受信アンテナのビームパターンを形成可能とするため、０．５λ（λは、送信信号Ｓｔｘの波長）間隔で一列に、基準角０°に対して直交する仮想直線上に配設されている。本例では、受信アンテナ２３は従来の８本とは異なり４本であるため、全受信アンテナ２３の設置場所の幅は１８．３７ｍ（＝３×（３００／２４．５）／２）に狭められている。各受信アンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄは、海面で反射されたレーダ信号（反射波）をそれぞれ受信して、受信信号Ｓｒｘａ，Ｓｒｘｂ，Ｓｒｘｃ，Ｓｒｘｄとして出力する。各信号受信部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄは、対応する受信アンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄから出力される受信信号Ｓｒｘａ，Ｓｒｘｂ，Ｓｒｘｃ，Ｓｒｘｄに対して中間周波との混合を行うことにより、ベースバンド信号に復調して、計測信号Ｓｍａ，Ｓｍｂ，Ｓｍｃ，Ｓｍｄ（以下、特に区別しないときには「計測信号Ｓｍ」）として出力する。
【００１６】
信号処理部２５は、信号受信部２４と同数（受信アンテナ２３と同数でもある）のＡ／Ｄ変換器、信号処理プロセッサ（ＤＳＰ）および内部メモリ（いずれも図示せず）を備えて構成されている。この場合、各Ａ／Ｄ変換器は、対応する信号受信部２４から出力された計測信号Ｓｍａ，Ｓｍｂ，Ｓｍｃ，Ｓｍｄを所定のサンプリング周期でサンプリングすることにより、計測信号Ｓｍａ，Ｓｍｂ，Ｓｍｃ，Ｓｍｄの振幅を示す波形データを生成する。ＤＳＰは、各Ａ／Ｄ変換器から出力される計測信号Ｓｍの波形データを入力して内部メモリに記憶させる。また、ＤＳＰは、内部メモリに記憶されている各計測信号Ｓｍの波形データに対して、１次フーリエ変換処理（距離分解処理）、２次フーリエ変換処理（ドップラー周波数分解処理）および平均化処理（ノイズ除去処理）を実行することにより、計測信号Ｓｍ毎（つまり、受信アンテナ２３毎）に各等距離海域内での視線方向に沿った流速（以下、「視線流速」ともいう）に対応するドップラー周波数毎のパワースペクトルを算出する。この場合、ドップラー周波数毎のパワースペクトルは、１つの等距離海域内の複数の海域の視線流速が同一であるときには、この複数の海域についてのパワースペクトルの合成スペクトルとして算出される。また、ＤＳＰは、算出したすべての計測信号Ｓｍの合成スペクトルに対してＣａｐｏｎ法を用いた高精度角度分解処理を実行することにより、すべての等距離海域内での視線方向毎のドップラー周波数（走査角を５°ステップで変化させたときの各走査角でのドップラー周波数（流速））を走査角に対応付けて算出し、算出した各ドップラー周波数ｆｄを各走査角に対応付けてパワースペクトルデータ群（ドップラースペクトルデータ群）Ｄｄｓとして内部メモリに記憶させる。また、信号処理部２５は、パワースペクトルデータ群Ｄｄｓ（海洋レーダ局２Ａではパワースペクトルデータ群Ｄｄｓ１、海洋レーダ局２Ｂではパワースペクトルデータ群Ｄｄｓ２）を基地局３に出力する。
【００１７】
基地局３は、各海洋レーダ局２Ａ，２Ｂと通信回線を介して接続されて、各海洋レーダ局２Ａ，２Ｂから出力されるパワースペクトルデータ群Ｄｄｓ１，Ｄｄｓ２を受信する。また、基地局３は、この２つのパワースペクトルデータ群Ｄｄｓ１，Ｄｄｓ２に基づいて、所望の海域Ａにおける表層海流の流速および流向（海流ベクトルＶ）を算出する。
【００１８】
次に、海洋レーダ局２Ａ，２Ｂおよび海洋レーダ観測装置１の動作について、図面を参照して説明する。
【００１９】
この海洋レーダ観測装置１の動作状態において、各海洋レーダ局２Ａ，２Ｂでは、それぞれの送信アンテナ２１からレーダビームを海面に照射し、その反射波を各受信アンテナ２３が受信して受信信号Ｓｒｘとして出力し、この受信信号Ｓｒｘを各信号受信部２４が計測信号Ｓｍに変換し、各信号受信部２４から出力された計測信号Ｓｍに基づいて信号処理部２５がパワースペクトルデータ群Ｄｄｓ，Ｄｄｓ２をそれぞれ生成して基地局３に出力する動作を繰り返し実行する。
【００２０】
具体的に、各海洋レーダ局２Ａ，２Ｂにおける信号処理部２５の詳細な動作について図面を参照して説明する。なお、海洋レーダ局２Ａ，２Ｂの動作は同一であるため、海洋レーダ局２Ａを例に挙げてその動作を説明する。海洋レーダ局２Ａでは、信号発生部２２が、送信信号Ｓｔｘを生成して、送信アンテナ２１に出力する。これにより、送信信号Ｓｔｘが、送信アンテナ２１からブロードビームの状態でレーダ信号として海上に照射される。次いで、照射されたレーダ信号は、海上の波で散乱波となり、その一部が海洋レーダ局２Ａに反射波として戻って来る。この場合、海上での表層海流の流速および流向は図２に示すように海域によって異なっている。このため、海洋レーダ局２Ａで観測される反射波は、図３に示すように、散乱波のうちの海洋レーダ局２Ａの視線方向（レーダ視線方向）に沿った成分であるが、ブラッグ散乱現象およびドップラー現象の影響を受けて、送信信号Ｓｔｘの周波数に対して、（ω±ωＢ−２×ｋ０×Ｖｒ）のように、周波数がシフトした状態となっている。ここで、ωは、送信角周波数（＝２×π×ｆ）であり、ωＢは、ブラッグ散乱角周波数（ｆ＝２４．５ＭＨｚのときに、ωＢ≒２×π×０．５０５）であり、ｋ０＝２×π／λ（λは送信周波数の波長）であり、Ｖｒは、視線流速（遠ざかる方向を正）である。
【００２１】
各受信アンテナ２３は、すべての海域からの反射波（すべての角度から到来するすべての距離からの反射波）を受信して、受信信号Ｓｒｘａ，Ｓｒｘｂ，Ｓｒｘｃ，Ｓｒｘｄを出力する。各信号受信部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄは、対応する受信アンテナ２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄから出力される受信信号Ｓｒｘａ，Ｓｒｘｂ，Ｓｒｘｃ，Ｓｒｘｄを入力して、ベースバンド信号に復調することにより、計測信号Ｓｍａ，Ｓｍｂ，Ｓｍｃ，Ｓｍｄとして出力する。この場合、各受信アンテナ２３は、上記したように所定の間隔（０．５λ）を空けて設置されているため、同一の海域からの反射波であっても、その設置位置の差に従い、位相差が生じた状態でこの反射波を受信する。これにより、各計測信号Ｓｍａ，Ｓｍｂ，Ｓｍｃ，Ｓｍｄ間にも、同様の位相差が発生している。
【００２２】
信号処理部２５は、各計測信号Ｓｍを入力すると共にＡ／Ｄ変換することにより、各計測信号Ｓｍについての波形データを生成して内部メモリに記憶する。次いで、信号処理部２５は、内部メモリに記憶されている各計測信号Ｓｍの波形データに対して、１次フーリエ変換処理（距離分解処理）、２次フーリエ変換処理（ドップラー周波数分解処理）および平均化処理（ノイズ除去処理）をそれぞれ実行する。具体的には、送信信号Ｓｔｘは上記したようにＦＭＣＷ方式またはＦＷＩＣＷ方式で送信されているため、信号処理部２５は、１次フーリエ変換処理により、各計測信号Ｓｍを例えば、１．５ｋｍ幅の各等距離海域に分解する（１．５ｋｍ毎の距離分解を行う）。一例として、図４では、１つの等距離海域Ｃを破線を付して示している。また、信号処理部２５は、各等距離海域からの反射波に基づく計測信号Ｓｍの抽出（１次フーリエ変換処理）を所定時間繰り返し実行して、等距離海域毎に内部メモリに時系列データとして記憶する。これにより、内部メモリには、受信アンテナ２３毎に、各等距離海域からの反射波に基づく計測信号Ｓｍが抽出されて時系列（時系列データとして）で記憶される。
【００２３】
次いで、信号処理部２５は、内部メモリに時系列で記憶されている各等距離海域での計測信号Ｓｍを一定時間分毎のデータブロックに区分けし、この区分けしたデータブロックに対して２次フーリエ変換処理を実行することにより、各等距離海域から到来する反射波に含まれているドップラー周波数毎のパワースペクトルを検出（算出）する。信号処理部２５は、この処理を、各受信アンテナ２３からの計測信号Ｓｍ毎に実行する。この２次フーリエ変換処理の結果、各等距離海域内に視線流速が異なる表層海流が存在しているときには、その数分だけのパワースペクトルがドップラー周波数（表層海流の流速に対応する周波数）において検出される。一例として、図４に示すように、等距離海域Ｃ内に視線流速が異なるＥ１〜Ｅ５の５種類の表層海流が存在しているときには、これに対応して、図５に示すように、ドップラー周波数の異なる５種類のパワースペクトルが検出（算出）される。なお、同図では、ドップラー周波数の軸（横軸）において正側に現れるパワースペクトルのみを図示しているが、負側にも図示しないパワースペクトルが現れている。また、視線流速Ｅ２，Ｅ３，Ｅ４，Ｅ５については、等距離海域Ｃ内の複数の海域において観測されるため、同図に示されているパワースペクトルは、その数分だけ合成された合成スペクトルとなる。また、同図のｆＢは、視線方向の流速がゼロとなるときの基準ドップラー周波数を示している。また、信号処理部２５は、上記のパワースペクトルの検出を複数回実行して平均する平均化処理を実行することで、例えば、船舶の通過による表層海流の視線流速への影響を軽減する。これにより、信号処理部２５は、計測信号Ｓｍ毎の信号処理を完了し、次いで、等距離海域毎に、算出したすべての計測信号Ｓｍのパワースペクトルに対してＣａｐｏｎ法を用いた高精度角度分解処理１００（図７参照）を実行する。
【００２４】
この高精度角度分解処理１００では、信号処理部２５は、等距離海域毎に、上記の１次フーリエ変換処理および２次フーリエ変換処理によって各計測信号Ｓｍから算出された等距離海域内での表層海流についての各パワースペクトルの存在位置（各パワースペクトルのドップラー周波数に対応する流速で表層海流が流れている海域の走査角θ（図６参照））を検出する。なお、一例として、走査角θは、同図に示すように、各海洋レーダ局２の正面方向を基準方向（０°）としたときの角度をいうものとする。
【００２５】
具体的に等距離海域Ｃを例に挙げて説明すると、信号処理部２５は、まず、図７に示すように、ドップラー周波数ｆｄと走査角θの初期値ｆｄ０，θ０を設定する（ステップ１０１）。この場合、ドップラー周波数ｆｄの初期値ｆｄ０とは、一例として、観測すべき表層海流の視線流速の範囲の下限値（例えば、範囲が−１Ｈｚ〜１Ｈｚのときには−１Ｈｚ）とし、走査角θの初期値θ０とは、各海洋レーダ局２の観測海域を含む走査角範囲の下限値とする。具体的には、走査角範囲が一例として−９０°〜９０°のときには、その下限値が−９０°となる。なお、走査角範囲の範囲はこれに限らず、−９０°〜９０°の範囲内で任意に規定することができる。
【００２６】
次いで、信号処理部２５は、各計測信号Ｓｍから算出された等距離海域Ｃ内での表層海流についての各パワースペクトルの中から、現在設定されているドップラー周波数ｆｄと同じ周波数のパワースペクトルを抽出し（ステップ１０２）、この抽出したパワースペクトルに対して、Ｃａｐｏｎ法を適用して、現在設定されている走査角θに主ビームが向くビームパターン形成処理を実行する（ステップ１０３）。このビームパターン形成処理では、信号処理部２５は、Ｃａｐｏｎ法によってビームパターンを形成しつつ、そのときのパワースペクトルのレベルを検出して、検出したレベルを、そのときの走査角θおよびドップラー周波数ｆｄに対応させて内部メモリに記憶する。
【００２７】
信号処理部２５は、現在設定されている走査角θが、走査角範囲（−９０°〜９０°）の上限値（９０°）に達したか否かを検出しつつ（ステップ１０４）、所定の走査角（単位走査角）Δθ（本例では５°）ずつ走査角θを増加させなながら（ステップ１０５）、走査角θが上限値（９０°）に達するまで、上記ステップ１０３を繰り返し実行する。これにより、ステップ１０２において抽出した１つのドップラー周波数ｆｄについて、等距離海域Ｃ全体についての角度分解処理が完了し、このドップラー周波数ｆｄのパワースペクトルがどの走査角θに存在するかが検出される。なお、走査角Δθは５°ずつに限らず、任意の角度に規定することができる。
【００２８】
その後、信号処理部２５は、ドップラー周波数ｆｄが上記範囲（−１Ｈｚ〜１Ｈｚ）の上限値（１Ｈｚ）に達したか否かを検出しつつ（ステップ１０６）、所定のドップラー周波数（単位ドップラー周波数）Δｆｄ（例えば、０．００５Ｈｚ）ずつドップラー周波数ｆｄを増加させなながら（ステップ１０７）、ドップラー周波数ｆｄが上限値（１Ｈｚ）に達するまで、上記ステップ１０２〜ステップ１０７を実行する。これにより、ドップラー周波数ｆｄを単位ドップラー周波数Δｆｄずつ変化させたときの、各ドップラー周波数ｆｄのパワースペクトルの等距離海域Ｃ内での位置（走査角θ）が検出される。つまり、各ドップラー周波数ｆが各走査角θに対応付けられて算出される。次いで、信号処理部２５は、算出した各ドップラー周波数ｆｄを各走査角に対応付けてパワースペクトルデータ群（ドップラースペクトルデータ群）Ｄｄｓとして内部メモリに記憶させる。これにより、高精度角度分解処理が完了する。
【００２９】
本例では、信号処理部２５は、上記したようにＣａｐｏｎ法によってビームパターンを形成して、そのときの検出対象としているドップラー周波数ｆｄのパワースペクトルのレベル（パワースペクトルの存在）を検出している。この場合、Ｃａｐｏｎ法では、主ビームを形成しようとする走査角θ以外の走査角に存在している他のパワースペクトルの影響を最小限にするように、すなわち、他のパワースペクトルの走査角にヌルが向くように、ビームパターンの形成が行われる。このため、図８に示すように、同一ドップラー周波数ｆｄを有するパワースペクトル（一例として符号Ｅ３で示されるパワースペクトル）に対する高精度角度分解処理においては、このパワースペクトルＥ３は、主ビームを形成しようとする走査角θ（＝−４０°）以外に、走査角θ（＝０°）および走査角θ（＝８０°）の２つの走査角に存在しているが、Ｃａｐｏｎ法によって形成されるビームパターンは、同図において破線で示すように、走査角θ（＝−４０°）に主ビームが形成され、かつ他の走査角θ（＝０°，８０°）にヌルが形成される形状に形成される。このため、各走査角θ（＝０°，８０°）に存在しているパワースペクトルの影響が最小限に抑制され、これにより、受信アンテナ２３の数が少ない状態であっても、走査角θ（＝−４０°）に位置するパワースペクトルＥ３のレベルが正確に検出される。したがって、検出対象としているドップラー周波数ｆｄのパワースペクトルが、この走査角θ（＝−４０°）に存在していることを正確に検出することができる。
【００３０】
同様にして、図９に示すように、走査角θ（＝０°）に主ビームを形成したときには、他の走査角θ（＝−４０°，８０°）にヌルが形成される形状にビームパターンが同図において破線で示されるように形成される。これにより、走査角θ（＝０°）に位置するパワースペクトルＥ３のレベルが正確に検出されて、この走査角θ（＝０°）に、検出対象としているドップラー周波数ｆｄのパワースペクトルが存在していることを検出することができる。図示はしないが、走査角θ（＝８０°）に主ビームを形成したときにも、他の走査角θ（＝−４０°，０°）にヌルが形成される形状にビームパターンが形成される。これにより、走査角θ（＝８０°）に位置するパワースペクトルＥ３のレベルが正確に検出されて、この走査角θ（＝８０°）に、検出対象としているドップラー周波数ｆｄのパワースペクトルが存在していることを検出することができる。したがって、符号Ｅ３で示されるパワースペクトルについては、図１０に示すように、−４０°，０°，８０°の各走査角θに存在していることが検出される。なお、Ｃａｐｏｎ法によれば、ビームパターンの形成に際して形成可能なヌルの数は、受信アンテナ２３の数よりも１つ少ない数に制限される。しかしながら、各計測信号Ｓｍに対する１次フーリエ変換処理（距離分解処理）での距離分解を、処理可能な範囲内で高めることにより、このヌルの形成個数の制限に起因する問題が殆ど生じない状態で、パワースペクトルの走査角θを特定することが可能となっている。
【００３１】
この場合、高精度角度分解処理の完了後において、内部メモリには、等距離海域毎に、各等距離海域に含まれている各パワースペクトルについて、そのドップラー周波数ｆｄと走査角θとが関連付けられて記憶されている。このドップラー周波数ｆｄを横軸とし、走査角θを縦軸として、１つの等距離海域（一例として等距離海域Ｃ）について、この横軸および縦軸で規定される直交座標平面上に、検出されたパワースペクトルをプロット（円で示している）すると、図１１に示すようになる。また、同図において、同一の模様を付したプロットは、同一のドップラー周波数ｆｄであることを示している。なお、ドップラー周波数ｆｄの負側にも同様にパワースペクトルが存在するが、発明の理解を容易にするため、省略している。このため、走査角θを特定することにより、この走査角θにおけるパワースペクトルの存在の有無、および存在するときにはそのドップラー周波数ｆｄ（つまり、流速）を特定することが可能となる。最後に、信号処理部２５は、内部メモリに記憶されている等距離海域Ｃに含まれる各パワースペクトルについてのドップラー周波数ｆｄと走査角θとの情報を、パワースペクトルデータ群Ｄｄｓ１として基地局３に出力する。
【００３２】
他の海洋レーダ局２Ｂも、上記した海洋レーダ局２Ａと同様にして、パワースペクトルデータ群Ｄｄｓ２を算出して、基地局３に出力する。基地局３は、各海洋レーダ局２から受信した各パワースペクトルデータ群Ｄｄｓ１，Ｄｄｓ２に基づいて、所望の海域Ａにおける表層海流の流速および流向（海流ベクトルＶ）を算出する。例えば、海洋レーダ局２Ａにおける走査角θ１の視線方向と、海洋レーダ局２Ｂにおいて走査角θ２の視線方向との交点に海域Ａが位置しているときには、基地局３は、まず、海洋レーダ局２Ａから海域Ａまでの距離Ｌ１と、海洋レーダ局２Ｂから海域Ａまでの距離Ｌ２とを算出する。次いで、海洋レーダ局２Ａから受信したパワースペクトルデータ群Ｄｄｓ１から、距離Ｌ１の等距離海域に含まれるパワースペクトルのドップラー周波数ｆｄと走査角θとを特定すると共に、走査角θ１に対応するパワースペクトルのドップラー周波数ｆｄ１を特定する。また、海洋レーダ局２Ｂから受信したパワースペクトルデータ群Ｄｄｓ２から、距離Ｌ２の等距離海域に含まれるパワースペクトルのドップラー周波数ｆｄと走査角θとを特定すると共に、走査角θ２に対応するパワースペクトルのドップラー周波数ｆｄ２を特定する。最後に、基地局３は、特定されたドップラー周波数ｆｄ１，ｆｄ２に基づいて、海域Ａにおける表層海流の海流ベクトルＶを合成する。これにより、海域Ａにおける表層海流の流速および流向が観測（測定）される。
【００３３】
このように、この海洋レーダ局２では、信号処理部２５がＣａｐｏｎ法によりビームパターンを形成して、各等距離海域に含まれている各ドップラー周波数ｆｄのパワースペクトルを走査角θに対応付けて算出（検出）する。この場合、Ｃａｐｏｎ法では、主ビームを形成しようとする走査角θ以外の走査角に存在している他のパワースペクトルの影響を最小限にするように、すなわち、他のパワースペクトルの走査角にヌルが向くように、ビームパターンの形成が行われる。したがって、この海洋レーダ局２によれば、受信アンテナ２３の数が少ない状態であっても、走査角θに位置するパワースペクトルのレベル（つまりパワースペクトルの存在）を正確に検出することができるため、設置スペース（具体的には設置場所の幅）を小さくしつつ、検出対象としているドップラー周波数ｆｄのパワースペクトルの各走査角θでの存在の有無を正確に検出することができる。つまり、観測可能な角度分解能を十分に確保することができる。このため、精度の高いパワースペクトルデータ群Ｄｄｓを基地局３に出力することができる。また、精度向上のために送信信号Ｓｔｘの周波数を高める必要もないため、周波数を高めることによって発生する遠距離の海域についての観測の困難化といった問題の発生も回避することができる。
【００３４】
また、このような海洋レーダ局２を備えた基地局３によれば、各海洋レーダ局２の受信アンテナ２３の削減が可能となるため、海洋レーダ局２および基地局３を含めた全体の設置スペースを大幅に削減することができる。
【００３５】
なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、２つの海洋レーダ局２Ａ，２Ｂを備えた例について上記したが、３つ以上の海洋レーダ局２を備えた構成を採用することもできる。また、受信アンテナ２３と独立して送信アンテナ２１を配設する構成を採用しているが、複数の受信アンテナ２３のうちの１つを送信時には信号発生部２２に切り換えて接続する構成（受信アンテナ２３のうちの１つを送信アンテナ２１として兼用する構成）とすることもできる。これによって送信アンテナ２１を省くことができるため、さらなる設置スペースの削減を図ることができる。具体的な構成としては、図１に示すように、各海洋レーダ局２に信号切替部２６を配設し、この信号切替部２６に受信アンテナ２３ｄ、信号受信部２４ｄおよび信号発生部２２を接続する。また、信号切替部２６は、信号処理部２５から出力される制御信号Ｓｃｔにより、内部接続状態が制御されて、受信アンテナ２３ｄに対して信号受信部２４ｄおよび信号発生部２２の一方を選択的に接続する。この構成により、送信アンテナ２１の配設を省略しつつ、上記したように受信アンテナ２３のうちの１つ（受信アンテナ２３ｄ）を送信アンテナとして兼用することが可能となる。
【００３６】
また、各海洋レーダ局２において算出したパワースペクトルデータ群Ｄｄｓ１，Ｄｄｓ２を基地局３に送信して、基地局３において、所望の海域Ａでの表層海流の流速および流向を観測する構成を採用した例について上記したが、各海洋レーダ局２が、所望の海域Ａの各海洋レーダ局２からの距離Ｌ１，Ｌ２、および走査角θ１，θ２についての情報を基地局３から取得して、この海域Ａからの視線方向のドップラー周波数ｆｄを特定し、特定したドップラー周波数ｆｄだけを基地局３に送信する構成とすることもできる。この場合、基地局３では、各海洋レーダ局２から受信した２つのドップラー周波数ｆｄを合成することにより、海域Ａでの表層海流の流速および流向を観測する。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】海洋レーダ局２および海洋レーダ観測装置１の構成を示す構成図である。
【図２】海上での表層海流の流速および流向をベクトルで表示した説明図である。
【図３】図２に示す表層海流が存在する海上からのレーダビームの反射波の視線方向の成分を示す説明図である。
【図４】１次フーリエ変換処理により、各計測信号Ｓｍを各等距離海域に分解する動作を説明するための説明図である。
【図５】図４に示される等距離海域Ｃに含まれるドップラー周波数ｆｄ毎のパワースペクトルを示すグラフである。
【図６】等距離海域に含まれているパワースペクトルの存在位置を特定するための高精度角度分解処理を説明するための説明図である。
【図７】高精度角度分解処理のフローチャートである。
【図８】高精度角度分解処理で使用されるＣａｐｏｎ法によって形成されるビームパターンを説明するための説明図である。
【図９】高精度角度分解処理で使用されるＣａｐｏｎ法によって形成されるビームパターンを説明するための他の説明図である。
【図１０】符号Ｅ３で示されるパワースペクトルが存在する走査角θを示す説明図である。
【図１１】等距離海域Ｃに含まれているパワースペクトルのドップラー周波数ｆｄと走査角θとの関係を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  海洋レーダ観測装置
２Ａ，２Ｂ  海洋レーダ局
３  基地局
２１  送信アンテナ
２２  信号発生部
２３ａ〜２３ｄ  受信アンテナ
２４ａ〜２４ｄ  信号受信部
２５  信号処理部
２６  信号切替部
Ｓｒｘａ〜Ｓｒｘｄ  受信信号
ｆｄ  ドップラー周波数
【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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