JP2003222674A - Wind-velocity-vector measuring apparatus and wind- velocity-vector calculation method - Google Patents

Wind-velocity-vector measuring apparatus and wind- velocity-vector calculation method

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JP2003222674A
JP2003222674A JP2002024224A JP2002024224A JP2003222674A JP 2003222674 A JP2003222674 A JP 2003222674A JP 2002024224 A JP2002024224 A JP 2002024224A JP 2002024224 A JP2002024224 A JP 2002024224A JP 2003222674 A JP2003222674 A JP 2003222674A
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wind velocity
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To solve the problem that a vertical wind is hard to measure with satisfactory accuracy in an observation at a low angle of elevation in conventional cases and that a Doppler speed difference due to a difference in an angle of elevation cannot be obtained effectively with reference to a small vertical wind in a general weather situation. <P>SOLUTION: A signal processing part comprises a Doppler calculation part for a received signal, a Jacobian matrix calculation part with reference to a plurality of angles of elevation, a Jacobian matrix composition part used to composite respective Jacobian matrixes and a wind-velocity calculation part wherein a sine wave model which exists on a face perpendicular to a preset direction regarding a Doppler speed obtained by assuming that a spatial distribution of a wind velocity is uniform and which is on a circumference at an equal distance from an electromagnetic-wave radiation part is set on the basis of a composited Jacobian matrix, the Doppler speed is applied to the sine wave model and a wind velocity vector is calculated. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[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。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wind speed vector measuring device and a wind speed vector calculating method for measuring a wind speed vector at a remote point using radio waves, light waves or sound waves.

【０００２】[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。2. Description of the Related Art Observation of spatial distribution of wind speed is an important observation item in weather monitoring and forecast. For example, the airport weather Doppler radar detects the position where the wind changes suddenly by observing the wind speed distribution around the runway. The safety of air traffic is improved by reflecting the detection result in the flight plan. In a radar that uses the Doppler effect for wind observation, only the wind velocity component in the line-of-sight direction when the observation target is viewed from the radar is measured, and the wind velocity component in the direction orthogonal to the line-of-sight direction of the radar must be directly measured. I can't. However, there are many needs to observe the three-dimensional vector of wind speed by measuring the wind speed component in the direction orthogonal to the radar line-of-sight direction.

【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。Therefore, an observation method may be adopted in which a wind velocity vector is calculated by arranging Doppler radars at a plurality of points, observing the same observation region at the same time, and synthesizing Doppler velocities measured from different directions. However, the use of multiple Doppler radars is expensive,
An observation method that calculates the wind velocity vector with a single Doppler radar is often used. In this case, the wind velocity vector is obtained by synthesizing the Doppler velocities obtained in different observation directions, using the assumption that the wind velocity distribution of the observation target atmosphere is spatially uniform.

【０００４】図２２はＶＡＤ（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ａｚ
ｉｍｕｔｈ 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 ｓ
ｉｎθ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 ｓｉ
ｎθ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。FIG. 22 shows VAD (Velocity Az).
FIG. 22 (a) is a diagram showing the principle of a conventional wind velocity vector calculation method called an “immuth DISPLAY” method, and FIG.
Shows the beam scanning in the VAD method.
The Doppler velocity at each distance is calculated while scanning the antenna beam in the horizontal direction at a constant elevation angle θ. Now, if only the part of the observation range at the distance r is taken out, the altitude r s
The circumference on the horizontal plane of in θ is obtained. In the VAD method, the wind velocity vector is calculated on the assumption that the wind velocity is uniform within this circumference. Now, the x component of the wind velocity vector is u, the y component is v,
It is assumed that the z component (that is, the vertical component) is w. When only the Doppler velocity at a certain distance is extracted from the observed Doppler velocity and the Doppler velocity is plotted with the azimuth angle as the horizontal axis, a sinusoidal curve is plotted as shown in FIG. 22 (b). . The DC component of this sine wave is w si
nθ, which corresponds to the magnitude of the vertical wind. The amplitude of the sine wave is u h cos θ, which corresponds to the magnitude of the horizontal wind. However, u h is the magnitude of horizontal wind vector (u, v). Further, the phase of the sine wave is an amount corresponding to the horizontal wind direction.

【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。The Doppler velocity actually observed includes an observation error. Therefore, a method of calculating the wind velocity vector by model fitting a sine wave to the observation data is used. For model fitting,
For example, the least squares method is used.

【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。FIG. 18 is a block diagram showing the structure of a conventional wind velocity vector measuring device. In the figure, 1 is a transmitter,
Reference numeral 2 is a transmission / reception switching unit, 3 is an electromagnetic wave emission unit, 4 is a reception unit, 5 is a signal processing unit, 6 is an operation / display unit, 7 is a drive unit, and 8 is a sensor control unit. FIG. 19 is a block diagram showing the internal configuration of the signal processing unit 5. In the figure, 101 is a Doppler velocity calculation unit, 102 is a Jacobian matrix calculation unit, and 103 is a linear equation calculation unit.

【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。Next, the operation will be described. The transmission wave generated by the transmission unit 1 is emitted as an electromagnetic wave from the electromagnetic wave emission unit 3 into the atmosphere via the transmission / reception switching unit 2. Part of the electric power of the electromagnetic waves radiated into the atmosphere is reflected by the atmosphere, and part of the reflected electromagnetic waves is received by the electromagnetic wave radiating section 3 as a received wave. The received wave received is transmitted to the receiving unit 4 via the transmission / reception switching unit 2. Receiver 4
Then, the input received wave is subjected to processing such as amplification and frequency conversion to generate a received signal. The received signal is subjected to signal processing of Doppler velocity calculation and wind velocity vector calculation in the signal processing unit 5. The result of the signal processing is input to the operation / display unit 6 and displayed.

【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。The drive unit 7 is controlled by the sensor control unit 8 based on an instruction from the operation / display unit 6 to cause the electromagnetic wave emission unit 3 to operate.
A beam of electromagnetic waves emitted from the antenna is directed in the elevation direction and the azimuth direction. Further, the elevation angle value and the azimuth angle value of the electromagnetic wave emission section 3 in the beam direction are output from the drive section 7, are input to the signal processing section 5, and are used when calculating the wind velocity vector.

【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１０
２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。Next, the operation of the signal processing section 5 will be described. When the reception signal output from the reception unit 4 is input, the Doppler velocity calculation unit 101 calculates the Doppler velocity at each distance within the observation distance range from the input reception signal. As a method of calculating the Doppler velocity, for example, there is a method of performing Fourier transform on the received signal. Jacobian matrix calculator 10
In 2, the Jacobian matrix is calculated from the elevation angle and the azimuth angle corresponding to each observation. The linear equation calculation unit 103 uses the Jacobian matrix calculated by the Jacobian matrix calculation unit 102 and the Doppler velocity calculated by the Doppler velocity calculation unit 101 to calculate the wind velocity vector by the method of the linear least squares method.

【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φ ｉ 、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。 ｖｄｉ＝ｕｃｏｓφｉ ｃｏｓθ＋ｖｓｉｎφｉ ｃｏｓθ＋ｗｓｉｎθ （１） よってヤコビアン行列Ａは式（２）のようになる。Now, the elevation angle in the horizontal scanning of the beam is θ,
The azimuth at the i-th azimuth is φ i , Wind speed vector
Is set as (u, v, w). However, the wind speed vector smells
And (u, v) is the horizontal wind component and w is the vertical wind component.
To do. At this time, the azimuth angle φiDoppler velocity observed at
vdiIs represented by formula (1). vdi= Ucosφicos θ + vsin φicos θ + wsin θ                                                               (1) Therefore, the Jacobian matrix A becomes as shown in Expression (2).

【数１】 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。[Equation 1] According to the general theory of least squares, the equation (3) is obtained from the linear minimum condition. AT WAx = AT Wy (3) Here, x and y are vectors defined by the equations (4) and (5), respectively.

【数２】 また、Ｗは誤差行列であり、式（６）で表される。[Equation 2] W is an error matrix, which is expressed by equation (6).

【数３】 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。[Equation 3] However, σ i is the standard deviation of the error of the Doppler velocity observation value v di . The equation (3) is, for example, the following equation (7)
Can be solved by. x = (A T WA) −1 A T Wy (7) Alternatively, in the actual numerical calculation, the QR of the Jacobian matrix is calculated.
The solution method by decomposition is often used.

【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Ｓ
Ｔ３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Ｓ
Ｔ７から処理終了へと分岐する。FIG. 20 is a flow chart showing the processing procedure of a conventional wind velocity vector calculation method by the VAD method. In the loop of steps ST1 to ST4, the reception signal output from the receiver 4 is input in step ST2, and step S
At T3, the Doppler velocity is calculated by frequency analysis such as Fourier transform. When the Doppler velocity for the entire circumference of the azimuth angle is accumulated, the loop of steps ST1 to ST4 is exited. In step ST5, the Jacobian matrix at each azimuth is calculated. In step ST6, step ST3
The wind velocity vector is calculated using the Doppler velocity calculated in step 5 and the Jacobian matrix calculated in step ST5. When continuing the above process, it branches from step ST7 to step ST1 and continues a process. If the process is to be ended by an instruction from the operation / display unit 6, step S
The process branches from T7 to the end of processing.

【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。In the light wave radar targeting the non-precipitation atmosphere, w corresponds to the vertical component of the wind, whereas in the general weather radar targeting rainfall, w corresponds to the falling velocity of raindrops. Become.

【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。In FIG. 22, the Doppler velocity corresponding to one cycle of the sine wave is obtained by observing the entire circumference in the azimuth direction, but in general, only the data of the azimuth angle within a certain limited range is obtained. May be used. The VAD method using only a part of the azimuth range is called a local VAD method.

【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Ｓ
Ｔ４ｂ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。FIG. 21 is a flow chart showing another processing procedure of the conventional wind velocity vector calculation method by the local VAD method. In this figure, step ST4 of FIG.
It is replaced with T4b. That is, in the loop that accumulates the Doppler velocity, rather than repeating the loop until the Doppler velocity in the azimuth for the entire circumference is accumulated, the loop ends when the Doppler velocity for a certain azimuth range is accumulated. To do.

【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。In the VAD method, observation is usually performed at a high elevation angle. In this case, since the radius of the circumference that assumes the uniformity of wind speed becomes small, the validity of the assumption of uniformity becomes high. Since the distance and the altitude have a one-to-one correspondence, the altitude distribution of the three-dimensional wind velocity vector is obtained as a result. Of the three components of the wind velocity vector, the vertical wind component is generally smaller than the horizontal wind component, but when observing at a high elevation angle, the vertical wind component w sin θ included in the Doppler velocity does not become so small.

【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。As a conventional technique for measuring the vertical wind,
Japanese Unexamined Patent Publication (Kokai) No. 7-502341 discloses a "downdraft velocity estimation device for a microburst precursor detection system". In this conventional technique, a transmitted wave is transmitted by one beam, and a reflected wave from the atmosphere is received by a plurality of received beams having slightly different elevation angles. Due to the elevation angle difference between the two receptions, the Doppler velocities are slightly deviated in both beams. Therefore, the vertical wind component is extracted from the difference between the Doppler velocities obtained by the two receiving beams.

【００１７】[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。Since the conventional wind velocity vector measuring device and method are configured as described above, there are the following problems. The VAD method calculates the wind velocity vector distribution in the altitude direction, but there is also a need to measure the horizontal distribution of the wind velocity vector by lowering the elevation angle of the radar. For the purpose of measuring the horizontal distribution, it is inevitable that the wind speed is uniform over the entire circumference in the azimuth direction. Therefore, the local VAD method is used in which the azimuth section of the observation data used to calculate the wind velocity vector is locally limited. In this case, since only a part of the sine wave that is the VAD curve is used, it becomes difficult to separate the vertical wind component (DC component of sine wave) and the horizontal wind component (amplitude of sine wave). Further, due to the low elevation angle, the vertical wind, which is originally smaller in size than the horizontal wind, becomes smaller when projected in the line-of-sight direction. from these things,
There was a problem that it was difficult to measure vertical wind with low elevation angle observation.

【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。Further, in the technique disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-502341, it is necessary to share the transmission beam with the two reception beams, and therefore the elevation angle difference between the two reception beams needs to be small. There, if there is a large downflow, such as a microburst that is supposed to be observed,
It is possible to obtain the Doppler velocity difference even with a small elevation angle difference.
However, in general weather conditions, since the vertical wind is as small as several meters, there is a problem that the Doppler velocity difference due to the elevation angle difference cannot be effectively obtained by the method like this technique.

【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。The present invention has been made in order to solve the above problems, and by calculating the wind velocity vector using the Doppler velocities observed at a plurality of elevation angles, the accuracy of the wind velocity vector, especially the vertical component, can be improved. An object is to obtain a wind velocity vector measuring device and a wind velocity vector calculating method that realize good measurement.

【００２０】[0020]

【課題を解決するための手段】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予め設定した方向に回転軸を持つ複
数の円錐面上で走査すると共に、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正弦波モデルを円錐面上に含まれか
つ電磁波放射部から等距離となる円周毎に設定し、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。A transmission section for generating a transmission wave, and an electromagnetic wave emission section for radiating the generated transmission wave into the air as an electromagnetic wave and receiving a reflected electromagnetic wave reflected in the atmosphere and extracting as a received wave. , Scanning the beam of the electromagnetic wave emitted from the electromagnetic wave emission unit on a plurality of conical surfaces having a rotation axis in a preset direction, and outputting the elevation angle value and the azimuth value, and the extracted received wave. In the wind velocity vector measuring device, the wind speed vector measuring device includes a receiving unit that frequency-converts to generate a reception signal, and a signal processing unit that calculates a wind velocity vector from the generated reception signal and the output elevation angle value and azimuth angle value. Based on the Doppler velocity calculation unit that calculates the Doppler velocity by frequency analysis of the received signal and the elevation angle and azimuth value input from the drive unit, The Doppler velocity calculated by the Doppler velocity calculation unit is set for each circle that is included in the conical surface and is equidistant from the electromagnetic wave radiation unit. And a wind velocity vector calculation unit that calculates a three-dimensional wind velocity vector by applying a sine wave model to the velocity.

【００２１】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予め設定し
た方向に回転軸を持つ複数の円錐面上で走査すると共
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、複数の円錐
面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、合成されたヤコ
ビアン行列に基づいて、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正弦波モデルを前
記円錐面上に含まれかつ前記電磁波放射部から等距離と
なる円周毎に設定し、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。The wind velocity vector measuring device according to the present invention is
A transmitting unit that generates a transmitting wave, an electromagnetic wave radiating unit that radiates the generated transmitting wave into the air as an electromagnetic wave, and that receives a reflected electromagnetic wave reflected in the atmosphere and takes out as a received wave The beam of is scanned on a plurality of conical surfaces having a rotation axis in a preset direction, the drive unit that outputs the elevation angle value and the azimuth value, and the received wave that is extracted are frequency-converted to generate a received signal. In a wind velocity vector measuring device including a reception unit and a signal processing unit that calculates a wind velocity vector from the generated reception signal and the output elevation angle value and azimuth angle value, the signal processing unit frequency-analyzes the reception signal. The Doppler velocity calculation unit that calculates the Doppler velocity by the above, and each Jacobian row of the multiple conical surfaces based on the multiple elevation angle values and multiple azimuth values input from the drive unit. It is assumed that the spatial distribution of the wind speed is uniform based on the Jacobian matrix calculating unit that calculates, the Jacobian matrix combining unit that combines each calculated Jacobian matrix into one Jacobian matrix, and the combined Jacobian matrix. The sine wave model of the Doppler velocity obtained by is set for each circumference that is included on the conical surface and is equidistant from the electromagnetic wave radiating unit, and the sine wave model is calculated for the Doppler velocity calculated by the Doppler velocity calculating unit. 3 by applying
And a wind velocity vector calculation unit that calculates a three-dimensional wind velocity vector.

【００２２】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、合成されたヤコビアン行列に基づいて、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。The wind velocity vector measuring device according to the present invention is
A transmitting unit that generates a transmitting wave, an electromagnetic wave radiating unit that radiates the generated transmitting wave into the air as an electromagnetic wave, and that receives a reflected electromagnetic wave reflected in the atmosphere and takes out as a received wave, and an electromagnetic wave radiated from the electromagnetic wave radiating unit Drive the beam of in the elevation direction and the azimuth direction and output the elevation value and the azimuth value, the receiving unit that frequency-converts the extracted reception wave to generate a reception signal, and the reception signal generated. In a wind velocity vector measurement device including a signal and a signal processing unit that calculates a wind velocity vector from an output elevation angle value and azimuth angle value, a signal processing unit performs Doppler velocity calculation by performing frequency analysis on a received signal. Jacobian that calculates each Jacobian matrix of a plurality of elevation angles based on a plurality of elevation angle values and a plurality of azimuth values input from the velocity calculation unit and the drive unit Based on the column calculator, the Jacobian matrix synthesizer that synthesizes each calculated Jacobian matrix into one Jacobian matrix, and the obtained Jacobian matrix, assuming that the spatial distribution of wind speed is uniform. A sine wave model of the azimuth distribution of Doppler velocity is set for each elevation angle, and a wind velocity vector calculation unit that calculates a three-dimensional wind velocity vector by applying each sine wave model to the Doppler velocity calculated by the Doppler velocity calculation unit is provided. I have.

【００２３】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、合成されたヤコビアン行列を用い、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。The wind velocity vector measuring device according to the present invention is
A transmitting unit that generates a transmitting wave, an electromagnetic wave radiating unit that radiates the generated transmitting wave into the air as an electromagnetic wave, and that receives a reflected electromagnetic wave reflected in the atmosphere and takes out as a received wave Drive the beam of in the elevation direction and the azimuth direction and output the elevation value and the azimuth value, the receiving unit that frequency-converts the extracted reception wave to generate a reception signal, and the reception signal generated. In a wind velocity vector measurement device including a signal and a signal processing unit that calculates a wind velocity vector from an output elevation angle value and azimuth angle value, a signal processing unit performs Doppler velocity calculation by performing frequency analysis on a received signal. Jacobian that calculates each Jacobian matrix of a plurality of elevation angles based on a plurality of elevation angle values and a plurality of azimuth values input from the velocity calculation unit and the drive unit A column calculation unit, a Jacobian matrix combination unit that combines each calculated Jacobian matrix into one Jacobian matrix, and a combined Jacobian matrix, based on preset elevation and azimuth values By setting the sine wave model of the azimuth angle distribution of the Doppler velocity obtained assuming that the distribution is uniform for each elevation angle, and applying each of the sine wave models to the Doppler velocity calculated by the Doppler velocity calculator. And a wind velocity vector calculation unit that calculates a three-dimensional wind velocity vector.

【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。The wind velocity vector measuring device according to the present invention is
The drive unit directs the beam of electromagnetic waves to two elevation angles.

【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。The wind velocity vector measuring device according to the present invention is
The drive unit directs the beam of electromagnetic waves so as to repeat horizontal scanning at different elevation angles.

【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。The wind velocity vector measuring device according to the present invention is
The drive unit directs the beam of electromagnetic waves so as to repeat vertical scanning at different azimuth angles.

【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。The wind velocity vector measuring device according to the present invention is
The signal processing unit has a Doppler velocity interpolation unit that interpolates the Doppler velocity calculated by the Doppler velocity calculation unit in the distance direction,
The interpolated Doppler velocity is input to the wind velocity vector calculation unit.

【００２８】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、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を有した
ものである。The wind velocity vector calculating method according to the present invention is
The Doppler velocity is calculated by frequency analysis of the received signal obtained by radiating electromagnetic waves in the air and receiving the reflected electromagnetic waves reflected in the atmosphere, and the wind velocity vector is calculated by assuming the uniformity of the spatial distribution of wind velocity. In the wind velocity vector calculation method of the wind velocity vector measuring device to calculate, a step of inputting a received signal, a step of calculating a Doppler velocity by performing frequency analysis on the received signal, and a step of calculating the Doppler velocity for all azimuth angles and all elevation angles. Completing the calculation sequentially, completing the Jacobian matrix for each elevation angle, combining the Jacobian matrix calculated for each elevation angle into one Jacobian matrix, combining the Jacobian matrix and the calculated Doppler velocity And a step of calculating a wind velocity vector by solving a linear equation from

【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。The wind velocity vector calculating method according to the present invention is
The Doppler velocity is calculated by frequency analysis of the received signal obtained by radiating electromagnetic waves in the air and receiving the reflected electromagnetic waves reflected in the atmosphere, and the wind velocity vector is calculated by assuming the uniformity of the spatial distribution of wind velocity. In the wind velocity vector calculation method of the wind velocity vector measuring device to calculate, a step of inputting a received signal, a step of calculating a Doppler velocity by performing frequency analysis on the received signal, and a step of calculating the Doppler velocity for all azimuth angles and all elevation angles. The step of performing the calculation sequentially and the step of dividing the observed azimuth angle into sub-sections, selecting one of them as the azimuth sub-section for performing the wind velocity vector calculation, and Calculating the Jacobian matrix for each elevation angle and combining the Jacobian matrix calculated for each elevation angle into one Jacobian matrix A step of calculating a wind velocity vector by solving a linear equation from the combined Jacobian matrix and the calculated Doppler velocity, and a step of sequentially calculating and completing the wind velocity vector for all the azimuth subsections. It was done.

【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。The wind velocity vector calculating method according to the present invention is
The Doppler velocity is calculated by frequency analysis of the received signal obtained by radiating electromagnetic waves in the air and receiving the reflected electromagnetic waves reflected in the atmosphere, and the wind velocity vector is calculated by assuming the uniformity of the spatial distribution of wind velocity. In the wind velocity vector calculation method of the wind velocity vector measuring device for calculating, a step of inputting a received signal obtained for a beam of electromagnetic waves that repeats vertical scanning at different azimuth angles, and a Doppler velocity by performing frequency analysis on the received signal. A step of calculating, a step of sequentially completing the calculation of the Doppler velocity for the azimuth angle and the total elevation angle in the azimuth subsection, and a step of calculating the Jacobian matrix for each elevation angle in the current azimuth subsection, Combining the Jacobian matrix calculated for each elevation angle into one Jacobian matrix, and the combined Jacobian matrix Calculating a wind speed vector by solving a linear equation from the Doppler velocity calculated in the period for inputting the received signal is obtained and a step of continuing the processing of each step.

【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。The wind velocity vector calculating method according to the present invention is
In the step of calculating the wind velocity vector by solving the linear equation, the wind velocity vector is calculated by using the equidistant data at different elevation angles.

【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。The wind velocity vector calculating method according to the present invention is
Immediately after the step of calculating the Doppler velocity by performing frequency analysis on the received signal, there is a step of interpolating the calculated Doppler velocity in the distance direction so as to obtain the Doppler velocity at the same horizontal distance at different elevation angles. Is.

【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。The wind velocity vector calculating method according to the present invention is
Immediately after the step of calculating the Doppler velocity by performing frequency analysis on the received signal, there is a step of interpolating the calculated Doppler velocity in the distance direction so as to obtain the same altitude Doppler velocity at different elevation angles. is there.

【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。The wind velocity vector calculating method according to the present invention is
The Doppler velocity is calculated by frequency analysis of the received signal obtained by radiating electromagnetic waves in the air and receiving the reflected electromagnetic waves reflected in the atmosphere, and the wind velocity vector is calculated by assuming the uniformity of the spatial distribution of wind velocity. In the wind velocity vector calculation method of the wind velocity vector measuring device for calculating, a step of dividing the observed azimuth angle into azimuth angle subsections and selecting one of them as an azimuth angle subsection in which the wind speed vector calculation is performed, In the azimuth subsection, the step of calculating the Jacobian matrix for each elevation angle, the step of combining the Jacobian matrix calculated for each elevation angle into one Jacobian matrix, and the calculation of the Jacobian matrix for all the azimuth subsections Doppler velocity by performing the steps to complete the process, inputting the received signal, and performing frequency analysis on the received signal. A step of calculating, a step of sequentially calculating and completing the Doppler velocity for all azimuth angles and all elevation angles, a step of selecting one of the azimuth angle sections, and a linear equation for the selected azimuth angle section. The method includes a step of calculating a wind velocity vector from the Jacobian matrix synthesized by solving, and a step of sequentially calculating and completing the wind velocity vector for all azimuth angle subsections.

【００３５】[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。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION An embodiment of the present invention will be described below. Embodiment 1. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a wind velocity vector measuring device according to Embodiment 1 of the present invention. This overall configuration has substantially the same configuration as that of FIG. The internal configuration of the processing unit 50 is different from that of the signal processing unit 5 in FIG. Therefore, description of the same parts will be omitted. FIG. 2 shows the first embodiment.
2 is a block diagram showing the internal configuration of the signal processing unit 50 according to FIG.
In the figure, 102-1 to 102-N are N Jacobian matrix calculation units, and 104 is a Jacobian matrix synthesis unit.
Reference numeral 101 is a Doppler velocity calculation unit, and 103 is a linear equation calculation unit (wind velocity vector calculation unit).

【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。Next, the operation will be described. The Doppler velocity calculation unit 101 obtains the Doppler velocity from the received signal, and the linear equation calculation unit 103 calculates the wind velocity vector by the least square method, as in the conventional signal processing unit 5 shown in FIG. However, in the past, the Jacobian matrix for one elevation angle was calculated by the Jacobian matrix calculation unit 102, but in the first embodiment, the Jacobian matrix is first calculated for each of the plurality of elevation angles used. Specifically, the Jacobian matrix calculation unit 102-1 calculates the Jacobian matrix 1 from the elevation value and the azimuth value when observed at the elevation angle 1. Also,
The Jacobian matrix calculation unit 102-2 calculates the Jacobian matrix 2 from the elevation angle value and the azimuth angle value when observed at the elevation angle 2. Similarly, up to the Jacobian matrix N corresponding to the observation at the elevation angle N is calculated. The calculation method of each Jacobian matrix is the same as that of the Jacobian matrix calculation unit 102 in the conventional signal processing unit 5.

【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The calculated Jacobian matrices 1 to N are combined into one Jacobian matrix in the Jacobian matrix synthesis unit 104. When the azimuth number in elevation i and M i, Jacobian matrix i becomes M i 3 matrix. Jacobian matrix 1 to Jacobian matrix N
Are connected in the vertical arrangement direction as shown in FIG. 3 to generate one Jacobian matrix. The number of columns of the generated Jacobian matrix is 3, and the number of rows is

【数４】 である。[Equation 4] Is.

【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。FIG. 4 is an explanatory diagram showing an example of a beam scanning method. In this example, horizontal scanning at different elevation angles is repeated in order, so that it can be applied to a conventional general weather radar.

【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。FIG. 5 is a flowchart showing the processing procedure of the wind velocity vector calculation method according to the first embodiment of the present invention. In the loop of steps ST101 to ST104, the reception signal output from the receiving unit 4 is input in step ST102, and in step ST103 the Doppler velocity is calculated by frequency analysis such as Fourier transform. When the Doppler velocities for all azimuth angles and all elevation angles are accumulated, the loop of steps ST101 to ST104 is exited. In step ST105, the Jacobian matrix is calculated for each elevation angle from elevation angle 1 to elevation angle N. In step ST106, the Jacobian matrix for each elevation angle is combined into one Jacobian matrix.

【００４０】ステップＳＴ１０７では、ステップＳＴ１
０３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。In step ST107, step ST1
The wind velocity vector is calculated using the Doppler velocity calculated in 03 and the Jacobian matrix combined in step ST106. When continuing the above process, step ST108.
From step ST101, the process is continued. When the process is to be ended by an instruction from the operation / display unit 6, the process branches from step ST108 to the end of the process.

【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。FIG. 6 is an explanatory view showing the principle of the wind velocity vector calculating method according to the first embodiment, and schematically shows the fitting situation of the model curve (sine wave model) to the observation data (Doppler velocity). It is a thing. This example
The number of elevation angles is 2, and the elevation angle 1 is lower than the elevation angle 2. In the figure, the observation result at the elevation angle 1 is indicated by ◯, and the observation result at the elevation angle 2 is indicated by ×. The sine wave shown by the broken line is the theoretical VAD curve fitted to the data of elevation angle 1, and the sine wave shown by the solid line is the theoretical VAD curve fitted to the data of elevation angle 2. By using two different elevation angles, the difference between the two theoretical VAD curves will include vertical wind information. Therefore, compared with the conventional VAD method using only one elevation angle, the VAD method with a plurality of elevation angles is effective in improving the measurement accuracy of the wind velocity vector, especially the vertical wind component.

【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。The wind velocity vector is calculated for each distance. However, when a plurality of elevation angles are used, it is preferable to synthesize the wind velocity vectors using data that can be regarded as substantially the same position even if the elevation angles are different. For example, FIG. 7 shows that if the elevation angles are different but the distances are the same, the wind velocity vectors are the same and the wind velocity vectors are combined. Here, the Doppler velocities at the points indicated by ◇ are combined to obtain the wind velocity vector at the distance N, the Doppler velocities at the points indicated by △ are combined to obtain the wind velocity vector at the distance N + 1, and the Doppler velocities indicated at □ are calculated. It shows that the wind speed vector of the distance N + 2 is obtained by combining the speeds.

【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。In the above description, the horizontal scanning is performed at a plurality of elevation angles to obtain the observation data, but the scanning method is not necessarily horizontal. For example, as shown in FIG. 8, conical scanning centered on an axis deviated from the z axis may be executed by changing the angle between the scanning direction and the rotation axis to a plurality of angles. In this case, it is assumed that the wind speed is uniform in the altitude range as shown in FIG. As for the wind velocity vector calculation formula, if the coordinate system is rotated so that the rotation axis of conical scanning is the z axis, the formula for horizontal scanning can be used as it is. In addition, this Embodiment 1
In the above, for the measurement of the wind velocity vector, the least squares method using the Jacobian matrix has been described as the model fitting method, but it is needless to say that another method can be used as the method of the model fitting method.

【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。As described above, according to the first embodiment, since the wind velocity vector is measured by the VAD method using a plurality of elevation angles, it is possible to calculate the wind velocity vector, especially the vertical wind with high accuracy. can get. If the number of elevation angles is 2, the effect of minimizing the time required for scanning in all observation directions and improving the vertical wind measurement accuracy can be obtained.
Further, since the wind velocity vector is calculated by synthesizing the equidistant Doppler velocity data, it is possible to obtain an effect that the process is relatively simple.

【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。Embodiment 2. The above-described first embodiment shows a case where it is assumed that one VAD curve is fitted in the entire azimuth angle range. This Embodiment 2
Then, the case where a VAD curve is applied in a section of a partial azimuth angle (azimuth partial section) in the azimuth angle range will be shown. In this case, it can be said that the conventional local VAD method described above is extended to the case of observing a plurality of elevation angles. The configuration of the wind velocity vector measuring device according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment, but there is a difference in the processing flow of the wind velocity vector calculating method.

【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Ｓ
Ｔ２０１〜ＳＴ２０４のループを抜ける。FIG. 9 is a flow chart showing the processing flow of the wind velocity vector calculation method according to the second embodiment of the present invention. In the loop of steps ST201 to ST204,
The received signal output from the receiving unit 4 is processed in step ST202.
And the Doppler velocity is calculated by frequency analysis such as Fourier transform in step ST203. When the Doppler velocities for all azimuths and elevations are accumulated, step S
Exit the loop from T201 to ST204.

【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Ｓ
Ｔ２０７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ＳＴ２０
９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Ｓ
Ｔ２１０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。In the loop of steps ST205 to ST209, the wind velocity vector is calculated for each azimuth subsection.
First, in step ST206, a Jacobian matrix is calculated for each elevation angle from elevation angle 1 to elevation angle N. Step S
In T207, the Jacobian matrix calculated for each elevation angle in ST206 is combined into one Jacobian matrix. In step ST208, the wind velocity vector is calculated using the Doppler velocity calculated in step ST203 and the Jacobian matrix combined in step ST207. Step ST20
In 9, it is determined whether or not the calculation of the wind velocity vector has been completed in all the azimuth subsections, and if it has been completed, step S
If it is incomplete, the process returns to step ST206 to proceed to the processing of the next azimuth partial section. When continuing the above process, it branches from step ST210 to ST201 and continues a process. When the process is to be ended by an instruction from the operation / display unit 6, the process branches from step ST210 to the end of the process.

【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。FIG. 10 is an explanatory view showing the principle of the wind velocity vector calculating method according to the second embodiment, and schematically shows the state of model fitting to observation data (Doppler velocity). However, the number of elevation angles is 2.
In the figure, the observation result at an elevation angle of 1 is indicated by ◯, and the observation result at an elevation angle of 2 is indicated by x. Also, elevation angle 1 is elevation angle 2
It is said to have a lower elevation angle than. The sine wave shown by the broken line is the theoretical VAD curve fitted to the data of elevation angle 1, and the sine wave shown by the solid line is the theoretical VAD curve fitted to the data of elevation angle 2. By using two different elevation angles, the difference between the two theoretical VAD curves will include vertical wind information. Since the azimuth angle is limited to the partial section,
VAD corresponding to the vertical wind component when a single elevation angle is used
Although it is particularly difficult to extract the DC component of the curve, when multiple elevation angles are used, the vertical wind component can be extracted more accurately by detecting the component of the elevation angle difference.

【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。As described above, according to the second embodiment, in a partial azimuth angle section of the azimuth angle range, the VAD curve is fitted, the local VAD method is used to observe a plurality of elevation angles, and the elevation angle is calculated. Since I tried to detect the difference component,
The effect that the vertical wind component can be extracted more accurately can be obtained.

【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。Embodiment 3. In the first and second embodiments described above, it is assumed that the Doppler velocity data is collected by repeating the horizontal scanning with different elevation angles, but in the third embodiment, vertical scanning with different azimuth angles is performed. By repeating, collection of Doppler velocity data will be described. FIG. 12 is an explanatory diagram showing a beam scanning method of the wind velocity vector measuring device according to the third embodiment, and shows an example of repeating vertical scanning with different azimuth angles. In this figure, the case where the number of elevation angles is 2 is assumed, and ● is displayed in the direction of observation. First, the electromagnetic wave emission unit 3 is controlled by the drive unit 7 to observe at an elevation angle of 1, and the elevation angle is raised to an elevation angle of 2 without changing the azimuth angle for observation. Next, move the beam horizontally without changing the elevation angle,
Observe. Next, the elevation angle is lowered to 1 without changing the azimuth angle and observation is performed. By repeating this, elevation angle 1
And elevation angle 2 are observed in the entire azimuth range.

【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。Here, in FIG. 12, the observation is carried out at the same azimuth angle with respect to the elevation angle 1 and the elevation angle 2, but the observation may be carried out with different azimuth angles between the elevation angle 1 and the elevation angle 2. For example, as shown in FIG. 13, observation at elevation angle 1 and elevation angle 2 may be alternately repeated during horizontal scanning. In addition, in FIGS. 12 and 13, the description has been made assuming that the number of elevation angles is 2, but the number of elevation angles is 3
It may be more than.

【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ＳＴ
３０２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〜ＳＴ
３０４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Ｓ
Ｔ３０７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ＳＴ３０
８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。The configuration of the wind velocity vector measuring device according to the third embodiment is the same as that of the first embodiment, but there are different points in the flow of the process of the wind velocity vector calculating method as described below. FIG. 11 is a flowchart showing the flow of processing of the wind velocity vector calculation method according to the third embodiment of the present invention. In the loop of steps ST301 to ST304, the received signal output from the receiving unit 4 is processed in step ST
Input in 302, and in step ST303, Doppler velocity is calculated by frequency analysis such as Fourier transform.
When the observation of the current azimuth subsection is completed and the Doppler velocity of that section is accumulated, steps ST301 to ST
Exit the 304 loop. In step ST305, the Jacobian matrix of the current azimuth subsection is calculated for each elevation angle from elevation angle 1 to elevation angle N. In step ST306, the Jacobian matrix calculated for each elevation angle in step ST305 is combined into one Jacobian matrix. Step S
In T307, the Doppler velocity calculated in step ST303 and the Jacobian matrix synthesized in step ST306 are used to calculate the wind velocity vector in the current azimuth subsection. To continue the above processing, step ST30
From 8 to step ST301, the process is continued.
When the process is to be ended by an instruction from the operation / display unit 6, the process branches from step ST308 to the end of the process.

【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。According to the third embodiment, the wind velocity vector calculation result can be output each time the observation in the azimuth subsection is completed without waiting for the observation in all observation directions to be completed. Suitable for real-time processing. In addition, since the Doppler velocity data to be stored is only in the azimuth subsection, there is an effect that real-time processing is possible even when the memory required for storage is small.

【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。Fourth Embodiment In the first embodiment described above,
As shown in FIG. 7, if the elevation angles are different but the distances are the same, it is assumed that the wind velocity vectors are the same and the wind velocity vectors are combined. On the other hand, in the fourth embodiment, the wind velocity vectors are combined by using Doppler velocities of equal horizontal distance or equal altitude. The overall configuration of the wind velocity vector measuring device according to the fourth embodiment is the same as that in FIG. 1 described above except that the signal processing unit 50 is replaced. FIG. 14 is a block diagram showing the internal configuration of the signal processing unit 51 of the wind velocity vector measuring device according to the fourth embodiment. In the figure, reference numeral 106 denotes a Doppler velocity interpolation unit, and the other components are the same as those of the signal processing unit 50 of FIG.

【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。Next, the operation of the signal processing section 51 will be described. The Doppler velocity calculated by the Doppler velocity calculating unit 101 is input to the Doppler velocity interpolating unit 106. Generally, the Doppler velocity is obtained for each distance resolution, but when this is replaced with the horizontal distance, the Doppler velocity is calculated at different horizontal distances at different elevation angles. Therefore, the Doppler velocity interpolation unit 106 interpolates the Doppler velocity in the distance direction so that the Doppler velocity can be obtained at the same horizontal distance at different elevation angles. This is schematically shown in FIG. In FIG. 15, the data of Δ and the data of □ are interpolated at the elevation angle 2, so that the Doppler velocity at the point of horizontal distance N + 1 (point shown by black Δ) can be obtained. Therefore, if this is combined with Δ of elevation angle 1, it is possible to calculate the wind velocity vector using the data of the same horizontal position. This method is particularly effective when there is a large change in the wind speed distribution in the horizontal direction.

【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。It is also possible to consider wind velocity vector synthesis at the same altitude instead of the horizontal position. FIG. 16 shows an example of a method of combining observation points of the same altitude at different elevation angles.
In FIG. 16, the Doppler velocity at the point of altitude N + 1 (point shown by black Δ) can be obtained by interpolating the data of Δ and the data of ◇ at the elevation angle 2. Therefore,
If this is combined with Δ of elevation angle 1, the wind velocity vector can be calculated using the same altitude data. This method is particularly effective when there is a large change in the wind speed distribution in the altitude direction.

【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。The Doppler velocity output from the Doppler velocity interpolating unit 106 is output to the linear equation calculating unit 103, and the wind velocity vector calculating process is performed. Other operations are the same as those in the first embodiment.

【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。As described above, according to the fourth embodiment, by providing the Doppler velocity interpolating section 106, when the change in the wind speed distribution is large in the horizontal direction or when the change in the wind speed distribution is great in the altitude direction. In addition, since the influence of the deviation of the actual wind speed from the precondition of the wind speed uniformity can be reduced, the effect of preventing the deterioration of the wind speed vector calculation accuracy can be obtained.

【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。Embodiment 5. In the first to fourth embodiments described above, the Jacobian matrix is calculated each time. However, since the Jacobian matrix is determined by the azimuth angle and the elevation angle at the time of observation, the Jacobian matrix may be calculated in advance when the observation direction is determined in advance.

【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ＳＴ５０
２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ＳＴ
５０５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。FIG. 17 is a flow chart showing the processing flow of the wind velocity vector calculation method according to the fifth embodiment of the present invention. In the loop of steps ST501 to ST504, the Jacobian matrix in each azimuth subsection is calculated.
First, in step ST502, for the elevation angles 1 to N, the Jacobian matrix is calculated for each elevation angle in the target partial section. In step ST503, step ST50
The Jacobian matrix calculated for each elevation angle in 2 is combined into one Jacobian matrix. In step ST504, it is determined whether the calculation of the Jacobian matrix is completed in all the azimuth subsections. If all have been completed, step ST
If it is not completed, the process returns to step ST502 to proceed to the calculation process of the Jacobian matrix in the next azimuth subsection.

【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ＳＴ
５０６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。In the loop of steps ST505 to ST508, the received signal output from the receiving unit 4 is processed in step ST.
It is input in 506, and in step ST507, the Doppler velocity is calculated by frequency analysis such as Fourier transform.
When the Doppler velocities for all azimuth angles and all elevation angles are accumulated, the loop of steps ST505 to ST508 is exited.

【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。In the loop of steps ST509 to ST511, the wind velocity vector is calculated for each azimuth subsection.
In step ST510, the wind velocity vector is calculated using the Doppler velocity calculated in step ST507 and the Jacobian matrix combined in step ST503. In step ST511, it is determined whether or not the calculation of the wind velocity vector has been completed for all the azimuth angle partial sections. If the calculation is completed, the procedure proceeds to step ST512, and if not completed, the procedure returns to step ST510 to determine the next azimuth angle. Proceed to the processing of the partial section. When continuing the above process, step ST512.
From step ST505, the process is continued. When the process is to be ended by an instruction from the operation / display unit 6, the process branches from step ST512 to the end of the process.

【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。The above flow chart is a modification of the wind velocity vector calculation method shown in FIG. 9 so that the Jacobian matrix is calculated in advance. It can also be applied to the vector calculation method.

【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。As described above, according to the fifth embodiment, since the Jacobian matrix is calculated in advance, the calculation time required for calculating the wind velocity vector can be shortened.

【００６５】[0065]

【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予め設定した方
向に回転軸を持つ複数の円錐面上で走査すると共に、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正弦波モデルを円
錐面上に含まれかつ電磁波放射部から等距離となる円周
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、回転軸とビーム方向の角度を複数通り
に変えて実施した円錐状走査により観測されたドップラ
速度を用いて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いう効果がある。As described above, according to the present invention, the transmitting section for generating the transmitted wave, the generated transmitted wave as an electromagnetic wave are radiated into the air, and the reflected electromagnetic wave reflected by the atmosphere is received and received. An electromagnetic wave emission part that is extracted as a wave, and a drive part that scans a plurality of conical surfaces having a rotation axis in a preset direction with an electromagnetic wave beam emitted from the electromagnetic wave emission part and outputs an elevation angle value and an azimuth angle value. A receiving unit that frequency-converts the extracted received wave to generate a received signal,
In a wind velocity vector measuring device including a signal processing unit that calculates a wind velocity vector from the generated reception signal and the output elevation angle value and azimuth angle value, the signal processing unit performs frequency analysis on the reception signal to determine the Doppler velocity. Based on the Doppler velocity calculation unit that calculates the and the elevation and azimuth values input from the drive unit, a sine wave model of the Doppler velocity obtained by assuming that the spatial distribution of wind velocity is uniform is used as the conical surface. A wind velocity vector calculation unit that calculates a three-dimensional wind velocity vector by applying a sine wave model to the Doppler velocity calculated by the Doppler velocity calculation unit, which is set for each circumference that is included above and is equidistant from the electromagnetic wave radiation unit. Since it is configured to have the wind speed, the wind velocity is measured by using the Doppler velocity observed by the conical scanning performed by changing the angle between the rotation axis and the beam direction in multiple ways. Wind vector performs spectrum measurement, there is an effect that particular vertical wind accurately be calculated.

【００６６】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予め設定した方向に回転軸を持つ
複数の円錐面上で走査すると共に、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、複数の円錐面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、合成されたヤコビアン行列に基づいて、
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
ップラ速度の正弦波モデルを前記円錐面上に含まれかつ
前記電磁波放射部から等距離となる円周毎に設定し、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、回転軸とビーム方向の角度を複数通りに変えて実施
した円錐状走査により観測されたドップラ速度を用いて
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いう効果がある。According to the present invention, the transmitting section for generating the transmitting wave, and the electromagnetic wave radiating section for radiating the generated transmitting wave into the air as an electromagnetic wave and receiving the reflected electromagnetic wave reflected in the atmosphere and extracting as a received wave. , Scanning the beam of the electromagnetic wave emitted from the electromagnetic wave emission unit on a plurality of conical surfaces having a rotation axis in a preset direction, and outputting the elevation angle value and the azimuth value, and the extracted received wave. In the wind velocity vector measuring device, the wind speed vector measuring device includes a receiving unit that frequency-converts to generate a reception signal, and a signal processing unit that calculates a wind velocity vector from the generated reception signal and the output elevation angle value and azimuth angle value. Based on a plurality of elevation angle values and a plurality of azimuth values input from the drive unit, and a Doppler velocity calculation unit that calculates the Doppler velocity by frequency-analyzing the received signal. A Jacobian matrix calculation unit for calculating a respective Jacobian matrix of a plurality of conical surfaces, the Jacobian matrix synthesis unit for synthesizing the Jacobian matrix calculated in one Jacobian matrices, based on the combined Jacobian matrix,
The Doppler velocity is calculated by setting a sine wave model of the Doppler velocity obtained assuming that the spatial distribution of the wind velocity is uniform, for each circumference that is included in the conical surface and is equidistant from the electromagnetic wave radiation portion. Since it is configured to have a wind velocity vector calculation unit that calculates a three-dimensional wind velocity vector by applying a sine wave model to the Doppler velocity calculated in the section, it was carried out by changing the angle between the rotation axis and the beam direction in multiple ways. There is an effect that the wind velocity vector is measured by using the Doppler velocity observed by the conical scanning, and the wind velocity vector, especially the vertical wind can be accurately calculated.

【００６７】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、合成され
たヤコビアン行列に基づいて、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、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
いう効果がある。According to the present invention, the transmitting section for generating the transmitted wave, and the electromagnetic wave radiating section for radiating the generated transmitted wave into the air as an electromagnetic wave and receiving the reflected electromagnetic wave reflected in the atmosphere and extracting as a received wave. , Directing the beam of electromagnetic waves radiated from the electromagnetic wave radiating part in elevation and azimuth directions, and driving part that outputs elevation and azimuth values, and frequency conversion of the extracted received waves to generate received signals In the wind velocity vector measurement device, the signal processing unit includes a receiving unit that performs the wind speed vector calculation, and a signal processing unit that calculates a wind speed vector from the generated reception signal and the output elevation angle value and azimuth angle value. The Doppler velocity calculation unit that calculates the Doppler velocity by doing this, and each of the plurality of elevation angles based on the plurality of elevation angle values and the plurality of azimuth angle values input from the drive unit. The spatial distribution of wind speed is uniform based on the Jacobian matrix calculating unit that calculates the Ann matrix, the Jacobian matrix combining unit that combines each calculated Jacobian matrix into one Jacobian matrix, and the combined Jacobian matrix. The three-dimensional wind velocity vector is calculated by setting the sine wave model of the azimuth angle distribution of the Doppler velocity obtained for each elevation angle and applying each of the sine wave models to the Doppler velocity calculated by the Doppler velocity calculation unit. Since it is configured to have the wind velocity vector calculation unit, there is an effect that the wind velocity vector is measured by the VAD method using a plurality of elevation angles, and the wind velocity vector, especially the vertical wind can be accurately calculated.

【００６８】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、合成され
たヤコビアン行列を用い、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、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。According to the present invention, the transmitting section for generating the transmitting wave, and the electromagnetic wave radiating section for radiating the generated transmitting wave into the air as an electromagnetic wave and receiving the reflected electromagnetic wave reflected in the atmosphere and extracting as a received wave. , Directing the beam of electromagnetic waves radiated from the electromagnetic wave radiating part in elevation and azimuth directions, and driving part that outputs elevation and azimuth values, and frequency conversion of the extracted received waves to generate received signals In the wind velocity vector measurement device, the signal processing unit includes a receiving unit that performs the wind speed vector calculation, and a signal processing unit that calculates a wind speed vector from the generated reception signal and the output elevation angle value and azimuth angle value. The Doppler velocity calculation unit that calculates the Doppler velocity by doing this, and each of the plurality of elevation angles based on the plurality of elevation angle values and the plurality of azimuth angle values input from the drive unit. A Jacobian matrix calculating unit that calculates an Ann matrix, a Jacobian matrix combining unit that combines each calculated Jacobian matrix into one Jacobian matrix, and a combined Jacobian matrix are used to set preset elevation and azimuth values. Based on this, a sine wave model of the azimuth distribution of the Doppler velocity obtained assuming that the spatial distribution of the wind velocity is uniform is set for each elevation angle, and the sine wave model is calculated for the Doppler velocity calculated by the Doppler velocity calculation unit. And a wind velocity vector calculation unit that calculates a three-dimensional wind velocity vector by applying each of the above, so that the spatial distribution of wind velocity is uniform based on the preset elevation angle value and azimuth angle value. Since the sine wave model of the azimuth distribution of Doppler velocity obtained by assuming is set for each elevation angle, the Jacobian matrix can be calculated in advance. It is effective to allow reduction of the computation time required to calculate the wind velocity vector.

【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。According to this invention, since the drive unit directs the beam of the electromagnetic wave to two elevation angles, the number of elevation angles is set to 2 to minimize the time required for scanning in all observation directions. Therefore, it has an effect of improving the measurement accuracy of the vertical wind.

【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。According to the present invention, since the driving unit directs the beam of the electromagnetic wave so as to repeat horizontal scanning at different elevation angles, it can be easily applied to a conventional general weather radar. There is an effect that can be.

【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。According to the present invention, since the drive unit directs the beam of the electromagnetic wave so as to repeat the vertical scanning at different azimuth angles, the measurement is performed by repeating the vertical scanning at different azimuth angles. Therefore, it is possible to output the calculation result of the wind velocity vector each time the observation of the azimuth subsection is completed without waiting for the observation of all the observation directions to be completed, which is suitable for the real-time processing and is accumulated. Since the Doppler velocity data is only in the azimuth subsection, there is an effect that real-time processing is possible even when the memory required for storage is small.

【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。According to this invention, the signal processing unit has a Doppler velocity interpolating unit for interpolating the Doppler velocity calculated by the Doppler velocity calculating unit in the distance direction, and the interpolated Doppler velocity is calculated as the wind velocity vector. Since it is configured to input to the section, even if the change in the wind speed distribution in the horizontal direction is large or the change in the wind speed distribution in the altitude direction is large, the deviation of the actual wind speed from the precondition of wind speed uniformity is Since the influence can be reduced, there is an effect that the deterioration of the wind velocity vector calculation accuracy can be prevented.

【００７３】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、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
出したヤコビアン行列を１つのヤコビアン行列にするス
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効
果がある。According to the present invention, the Doppler velocity is calculated by radiating an electromagnetic wave in the air and frequency-analyzing the received signal obtained by receiving the reflected electromagnetic wave reflected in the atmosphere,
In a wind velocity vector calculation method of a wind velocity vector measuring device that calculates a wind velocity vector by assuming the uniformity of the spatial distribution of wind velocity, a step of inputting a received signal and calculating a Doppler velocity by performing frequency analysis on the received signal. , The step of completing the calculation of the Doppler velocity for all azimuth angles and all elevation angles sequentially, the step of calculating the Jacobian matrix for each elevation angle, and the Jacobian matrix calculated for each elevation angle into one Jacobian matrix. And a step of calculating a wind velocity vector by solving a linear equation from the combined Jacobian matrix and the calculated Doppler velocity, so that the wind velocity vector measurement by the VAD method using a plurality of elevation angles is performed. By doing so, there is an effect that the wind velocity vector, especially the vertical wind, can be accurately calculated.

【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Ｖ
ＡＤ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。According to the present invention, the Doppler velocity is calculated by radiating electromagnetic waves in the air and frequency-analyzing the received signal obtained by receiving the reflected electromagnetic waves reflected in the atmosphere,
In a wind velocity vector calculation method of a wind velocity vector measuring device that calculates a wind velocity vector by assuming the uniformity of the spatial distribution of wind velocity, a step of inputting a received signal and calculating a Doppler velocity by performing frequency analysis on the received signal. And the step of completing the calculation of the Doppler velocity for all azimuth angles and all elevation angles sequentially, and dividing the observed azimuth angle into partial sections, one of which is the azimuth angle for which the wind velocity vector is calculated. Selecting as a subsection, calculating a Jacobian matrix for each elevation angle in the selected azimuth subsection, combining the Jacobian matrix calculated for each elevation angle into one Jacobian matrix, and combining the Jacobian A step for calculating the wind velocity vector by solving a linear equation from the matrix and the calculated Doppler velocity. And flop, since it is configured to have a step to complete was all performed sequentially calculated wind speed vector for azimuth subinterval, V by using a plurality of elevation angle
Wind velocity vector measurement by AD method, wind velocity vector,
In particular, the vertical wind can be calculated with high accuracy, and by calculating the wind velocity vector for each azimuth subsection, it is possible to obtain the horizontal spatial distribution of the wind velocity vector.

【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。According to the present invention, the Doppler velocity is calculated by radiating electromagnetic waves in the air and frequency-analyzing the received signal obtained by receiving the reflected electromagnetic waves reflected in the atmosphere,
In a wind velocity vector calculation method of a wind velocity vector measurement device that calculates a wind velocity vector by assuming the uniformity of the spatial distribution of wind velocity, a received signal obtained for a beam of electromagnetic waves that repeats vertical scanning at different azimuth angles is input. , The step of calculating the Doppler velocity by performing frequency analysis on the received signal, the step of sequentially completing the calculation of the Doppler velocity for the azimuth angle and all elevation angles in the azimuth subsection, and the current In the azimuth subsection, a step of calculating the Jacobian matrix for each elevation angle, a step of combining the Jacobian matrix calculated for each elevation angle into one Jacobian matrix, and a linear equation from the combined Jacobian matrix and the calculated Doppler velocity In the step of calculating the wind velocity vector by solving and in the period of inputting the received signal Since it is configured to have a step of continuing the processing of each step, the wind velocity vector is measured by the VAD method using a plurality of elevation angles, and the wind velocity vector, especially the vertical wind can be calculated with high accuracy, It is possible to output the wind velocity vector calculation result each time the observation of the azimuth subsection is completed without waiting for the observation to be completed, which is suitable for real-time processing. In addition, since the Doppler velocity data to be stored is only in the azimuth subsection, there is an effect that real-time processing can be performed even when the memory required for storage is small.

【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。According to the present invention, in the step of calculating the wind velocity vector by solving the linear equation, the wind velocity vector is calculated by using the equidistant data at different elevation angles, so that the processing is relatively simple. There is an effect that can be.

【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。According to the present invention, immediately after the step of calculating the Doppler velocity by subjecting the received signal to frequency analysis, the calculated Doppler velocity is changed in the distance direction so as to obtain the Doppler velocity at the same horizontal distance at different elevation angles. Since it is configured to have an interpolating step, it is possible to reduce the effect of the actual wind speed deviation from the precondition of wind speed uniformity even when the change in the wind speed distribution in the horizontal direction is large. This has the effect of preventing deterioration in wind velocity vector calculation accuracy.

【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。According to the present invention, immediately after the step of calculating the Doppler velocity by subjecting the received signal to the frequency analysis, the calculated Doppler velocity in the distance direction is obtained so that the same altitude Doppler velocity is obtained at different elevation angles. Since it is configured to have the step of interpolating, by providing the Doppler velocity interpolating section, even if the change in the wind velocity distribution in the altitude direction is large, the deviation of the actual wind velocity from the precondition of wind velocity uniformity Since the influence can be reduced, there is an effect that the deterioration of the wind velocity vector calculation accuracy can be prevented.

【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。According to the present invention, the Doppler velocity is calculated by radiating electromagnetic waves in the air and analyzing the received signal obtained by receiving the reflected electromagnetic waves reflected in the atmosphere,
In the wind velocity vector calculation method of a wind velocity vector measuring device that calculates a wind velocity vector by assuming the uniformity of the spatial distribution of wind velocity, the observed azimuth angle is divided into azimuth angle subsections, and one of them is divided into the wind velocity vector. A step of selecting as an azimuth subsection to be calculated, a step of calculating a Jacobian matrix for each elevation angle in the selected azimuth subsection, and a step of combining the Jacobian matrix calculated for each elevation angle into one Jacobian matrix , A step of completing the calculation of the Jacobian matrix sequentially for all the azimuth subsections and completing it, and a step of inputting a received signal,
A step of calculating the Doppler velocity by performing frequency analysis on the received signal, and a step of sequentially calculating and completing the Doppler velocity for all azimuth angles and all elevation angles,
A step of selecting one of the azimuth sections, a step of calculating a wind velocity vector from the Jacobian matrix synthesized by solving a linear equation for the selected azimuth section, and a wind velocity for all the azimuth subsections. Since the vector is calculated and the step of completing the calculation is completed, the Jacobian matrix is calculated in advance, so that the calculation time required for calculating the wind velocity vector can be shortened.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【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。FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a wind velocity vector measuring device according to a first embodiment of the present invention.

【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。FIG. 2 is a block diagram showing an internal configuration of a signal processing unit according to the first embodiment.

【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。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a method for synthesizing a Jacobian matrix according to the first embodiment.

【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。FIG. 4 is an explanatory diagram showing a beam scanning method of the wind velocity vector measuring device according to the first embodiment.

【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。FIG. 5 is a flowchart showing a processing procedure of a wind velocity vector calculation method according to the first embodiment.

【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。FIG. 6 is an explanatory diagram showing the principle of the wind velocity vector calculation method according to the first embodiment.

【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。FIG. 7 is an explanatory diagram showing a method of combining observation points in the wind velocity vector calculation method according to the first embodiment.

【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。FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating a scanning method when the conical scanning according to the first embodiment is performed.

【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。FIG. 9 is a flowchart showing a processing flow of a wind velocity vector calculation method according to the second embodiment.

【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。FIG. 10 is an explanatory diagram showing the principle of the wind velocity vector calculation method according to the second embodiment.

【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。FIG. 11 is a flowchart showing a processing flow of a wind velocity vector calculation method according to the third embodiment.

【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。FIG. 12 is an explanatory diagram showing a beam scanning method of the wind velocity vector measuring device according to the third embodiment.

【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。FIG. 13 is an explanatory diagram showing another beam scanning method of the wind velocity vector measuring device according to the third embodiment.

【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。FIG. 14 is an explanatory diagram showing an internal configuration of a signal processing unit of the wind velocity vector measuring device according to the fourth embodiment.

【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。FIG. 15 is an explanatory diagram showing an observation point combination method in the wind velocity vector calculation method according to the fourth embodiment.

【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。FIG. 16 is an explanatory diagram showing another observation point combination method in the wind velocity vector calculation method according to the fourth embodiment.

【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。FIG. 17 is a flowchart showing a processing flow of a wind velocity vector calculation method according to the fifth embodiment.

【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。FIG. 18 is a block diagram showing a configuration of a conventional wind velocity vector measuring device.

【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。FIG. 19 is a block diagram showing an internal configuration of a signal processing unit of a conventional wind velocity vector measuring device.

【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。FIG. 20 is a flowchart showing a processing procedure of a conventional wind velocity vector calculation method.

【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。FIG. 21 is a flowchart showing another processing procedure of the conventional wind velocity vector calculation method.

【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。FIG. 22 is an explanatory diagram showing the principle of a conventional wind velocity vector calculation method.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

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。1 transmitting section, 2 transmission / reception switching section, 3 electromagnetic wave radiating section, 4
Receiver, 5, 50, 51 Signal processor, 6 Operation / display, 7 Drive, 8 Sensor controller, 101 Doppler velocity calculator, 102, 102-1 to 102-N Jacobian matrix calculator, 103 Linear equation Calculation unit, 104 Jacobian matrix synthesis unit, 106 Doppler velocity interpolation unit.

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Claims (15)

【特許請求の範囲】[Claims] 【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予め設定
した方向に回転軸を持つ複数の円錐面上で走査すると共
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、 前記信号処理部が、 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正弦波モデルを前記円錐面上に含ま
れかつ前記電磁波放射部から等距離となる円周毎に設定
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。1. A transmission unit that generates a transmission wave, an electromagnetic wave emission unit that radiates the generated transmission wave into the air as an electromagnetic wave, and that receives a reflected electromagnetic wave reflected in the atmosphere and takes out as a reception wave, and an electromagnetic wave emission unit. The beam of electromagnetic waves emitted from the scanner is scanned on a plurality of conical surfaces having a rotation axis in a preset direction, the drive unit that outputs the elevation angle value and the azimuth value, and the received wave that is extracted are frequency-converted. In a wind velocity vector measurement device including a reception unit that generates a reception signal, and a signal processing unit that calculates a wind velocity vector from the generated reception signal and the output elevation angle value and azimuth angle value, the signal processing unit: A Doppler velocity calculation unit that calculates a Doppler velocity by frequency-analyzing the received signal, and a space of wind speed based on the elevation angle value and the azimuth value input from the drive unit. A sine wave model of the Doppler velocity obtained assuming that the cloth is uniform is set for each circle that is included on the conical surface and is equidistant from the electromagnetic wave radiation unit, and the Doppler velocity calculation unit A wind velocity vector measurement device, comprising: a wind velocity vector calculation unit that calculates a three-dimensional wind velocity vector by applying the sine wave model to the calculated Doppler velocity. 【請求項２】 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予め設定
した方向に回転軸を持つ複数の円錐面上で走査すると共
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、 前記信号処理部が、 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、複数の円錐面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、 合成されたヤコビアン行列に基づいて、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正
弦波モデルを前記円錐面上に含まれかつ前記電磁波放射
部から等距離となる円周毎に設定し、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。2. A transmission section for generating a transmission wave, an electromagnetic wave emission section for radiating the generated transmission wave as an electromagnetic wave into the air, and for receiving a reflected electromagnetic wave reflected in the atmosphere and extracting as a received wave, an electromagnetic wave emission section. The beam of electromagnetic waves emitted from the scanner is scanned on a plurality of conical surfaces having a rotation axis in a preset direction, the drive unit that outputs the elevation angle value and the azimuth value, and the received wave that is extracted are frequency-converted. In a wind velocity vector measurement device including a reception unit that generates a reception signal, and a signal processing unit that calculates a wind velocity vector from the generated reception signal and the output elevation angle value and azimuth angle value, the signal processing unit: Based on a plurality of elevation angle values and a plurality of azimuth values input from the drive unit, and a Doppler velocity calculation unit that calculates the Doppler velocity by frequency-analyzing the received signal. A Jacobian matrix calculator that calculates each Jacobian matrix of multiple conical surfaces, a Jacobian matrix combiner that combines each calculated Jacobian matrix into one Jacobian matrix, and a spatial distribution of wind speed based on the combined Jacobian matrix Sine wave model of the Doppler velocity obtained assuming that is uniform is set for each circumference that is included on the conical surface and is equidistant from the electromagnetic wave radiating unit, and calculated by the Doppler velocity calculating unit. And a wind velocity vector calculation unit that calculates a three-dimensional wind velocity vector by applying the sine wave model to the Doppler velocity thus obtained. 【請求項３】 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、 合成されたヤコビアン行列に基づいて、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。3. A transmission unit that generates a transmission wave, an electromagnetic wave emission unit that radiates the generated transmission wave into the air as an electromagnetic wave, and that receives a reflected electromagnetic wave reflected in the atmosphere and takes out as a reception wave, and an electromagnetic wave emission unit. A drive unit that directs the beam of electromagnetic waves emitted from the antenna in the elevation and azimuth directions and outputs the elevation and azimuth values, and a receiver that frequency-converts the extracted received waves to generate received signals. In the wind velocity vector measurement device including a signal processing unit that calculates a wind velocity vector from the generated reception signal and the output elevation angle value and azimuth value, the signal processing unit performs frequency analysis on the reception signal. A Doppler velocity calculation unit for calculating the Doppler velocity, and each Jacovia of a plurality of elevation angles based on the plurality of elevation angle values and the plurality of azimuth angle values input from the drive unit. Based on the Jacobian matrix calculating unit that calculates the matrix, the Jacobian matrix combining unit that combines each calculated Jacobian matrix into one Jacobian matrix, and that the spatial distribution of wind speed is uniform based on the combined Jacobian matrix, A three-dimensional wind velocity vector is calculated by setting a sine wave model of the azimuth distribution of the Doppler velocity obtained assuming each elevation angle and applying each of the sine wave models to the Doppler velocity calculated by the Doppler velocity calculation unit. And a wind velocity vector calculation unit. 【請求項４】 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、 合成されたヤコビアン行列を用い、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。4. A transmission unit for generating a transmission wave, an electromagnetic radiation unit for radiating the generated transmission wave as an electromagnetic wave into the air, and for receiving a reflected electromagnetic wave reflected in the atmosphere and extracting as a received wave, an electromagnetic wave radiation unit. A drive unit that directs the beam of electromagnetic waves emitted from the antenna in the elevation and azimuth directions and outputs the elevation and azimuth values, and a receiver that frequency-converts the extracted received waves to generate received signals. In the wind velocity vector measurement device including a signal processing unit that calculates a wind velocity vector from the generated reception signal and the output elevation angle value and azimuth value, the signal processing unit performs frequency analysis on the reception signal. A Doppler velocity calculation unit for calculating the Doppler velocity, and each Jacovia of a plurality of elevation angles based on the plurality of elevation angle values and the plurality of azimuth angle values input from the drive unit. A Jacobian matrix calculator that calculates the matrix, a Jacobian matrix combiner that combines the calculated Jacobian matrices into one Jacobian matrix, and a combined Jacobian matrix that is used to set the elevation and azimuth values that are set in advance. The sine wave model of the azimuth distribution of the Doppler velocity obtained assuming that the spatial distribution of the wind velocity is uniform is set for each elevation angle, and the sine wave is calculated as the Doppler velocity calculated by the Doppler velocity calculation unit. A wind velocity vector measuring device, comprising: a wind velocity vector calculation unit that calculates a three-dimensional wind velocity vector by fitting each of the models. 【請求項５】 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から請
求項４のうちのいずれか１項記載の風速ベクトル計測装
置。5. The wind vector measuring device according to claim 1, wherein the drive unit directs the beam of the electromagnetic wave to two elevation angles. 【請求項６】 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から請求項４のうちのいずれか１
項記載の風速ベクトル計測装置。6. The drive unit is configured to direct a beam of electromagnetic waves so as to repeat horizontal scanning at different elevation angles, according to any one of claims 1 to 4.
The wind velocity vector measuring device described in the paragraph. 【請求項７】 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から請求項４のうちのいずれか
１項記載の風速ベクトル計測装置。7. The drive unit is configured to direct the beam of electromagnetic waves so as to repeat vertical scanning at different azimuth angles, according to any one of claims 1 to 4. Wind vector measuring device. 【請求項８】 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から請求項４のうちのいずれか１項記載の風速ベク
トル計測装置。8. The signal processing unit has a Doppler velocity interpolation unit for interpolating the Doppler velocity calculated by the Doppler velocity calculation unit in the distance direction, and inputs the interpolated Doppler velocity to the wind velocity vector calculation unit. The wind velocity vector measuring device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that. 【請求項９】 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、 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
ステップとを有したことを特徴とする風速ベクトル算出
方法。9. The Doppler velocity is calculated by frequency analysis of a received signal obtained by radiating an electromagnetic wave in the air and receiving a reflected electromagnetic wave reflected in the atmosphere, and the uniformity of spatial distribution of wind speed is assumed. In the wind velocity vector calculation method of the wind velocity vector measuring device for calculating the wind velocity vector by the method, the step of inputting the received signal, the step of calculating the Doppler velocity by performing frequency analysis on the received signal, all azimuth angles and total Completing the sequential calculation of Doppler velocity for the elevation angle, calculating the Jacobian matrix for each elevation angle, combining the Jacobian matrix calculated for each elevation angle into one Jacobian matrix, and combining the Jacobian Calculating a wind velocity vector by solving a linear equation from the matrix and the calculated Doppler velocity, and And a wind velocity vector calculation method. 【請求項１０】 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。10. The Doppler velocity is calculated by frequency analysis of a received signal obtained by radiating an electromagnetic wave in the air and receiving a reflected electromagnetic wave reflected in the atmosphere, and the uniformity of spatial distribution of wind speed is assumed. In the wind velocity vector calculation method of the wind velocity vector measuring device for calculating the wind velocity vector by the method, the step of inputting the received signal, the step of calculating the Doppler velocity by performing frequency analysis on the received signal, all azimuth angles and total Completing the calculation of the Doppler velocity with respect to the elevation angle in sequence, dividing the observed azimuth angle into subsections, and selecting one of them as the azimuth subsection in which the wind velocity vector is calculated, Calculating the Jacobian matrix for each elevation angle in the selected azimuth subsection, and the Jacobian matrix calculated for each elevation angle To a single Jacobian matrix, a step of calculating a wind velocity vector by solving a linear equation from the combined Jacobian matrix and the calculated Doppler velocity, and the calculation of the wind velocity vector for all azimuth subsections in sequence. A method of calculating a wind velocity vector, the method comprising: 【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、 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。11. The Doppler velocity is calculated by frequency analysis of a received signal obtained by radiating an electromagnetic wave in the air and receiving a reflected electromagnetic wave reflected in the atmosphere, and the uniformity of spatial distribution of wind speed is assumed. In the wind velocity vector calculation method of the wind velocity vector measuring device for calculating the wind velocity vector by the step of inputting a received signal obtained for a beam of electromagnetic waves that repeats vertical scanning at different azimuth angles, and performing a frequency analysis on the received signal. The step of calculating the Doppler velocity by performing the calculation, the step of sequentially calculating the Doppler velocity for the azimuth angle and the total elevation angle in the azimuth subsection, and completing the calculation, and the Jacobian for each elevation angle in the current azimuth subsection. A step of calculating a matrix, and a step of combining the Jacobian matrix calculated for each elevation angle into one Jacobian matrix Characterized in that it has a step of calculating a wind velocity vector by solving a linear equation from the combined Jacobian matrix and the calculated Doppler velocity, and a step of continuing the processing of each step in the period during which the received signal is input. Wind velocity vector calculation method. 【請求項１２】 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９から請求項１１のうちの
いずれか１項記載の風速ベクトル算出方法。12. The wind velocity vector is calculated by using equidistant data at different elevation angles in the step of calculating the wind velocity vector by solving a linear equation. The wind velocity vector calculation method according to any one of the above. 【請求項１３】 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９から請求項１１のう
ちのいずれか１項記載の風速ベクトル算出方法。13. Immediately after the step of calculating the Doppler velocity by subjecting the received signal to frequency analysis, to obtain Doppler velocity of the same horizontal distance at different elevation angles,
The wind velocity vector calculating method according to claim 9, further comprising a step of interpolating the calculated Doppler velocity in the distance direction. 【請求項１４】 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９から請求項１１のうちの
いずれか１項記載の風速ベクトル算出方法。14. A step of interpolating the calculated Doppler velocity in the distance direction so as to obtain the Doppler velocity of the same altitude at different elevation angles immediately after the step of calculating the Doppler velocity by subjecting the received signal to frequency analysis. The wind velocity vector calculation method according to any one of claims 9 to 11, characterized in that: 【請求項１５】 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。15. A Doppler velocity is calculated by frequency analysis of a received signal obtained by radiating an electromagnetic wave in the air and receiving a reflected electromagnetic wave reflected in the atmosphere, and the uniformity of spatial distribution of wind speed is assumed. In the wind velocity vector calculation method of the wind velocity vector measuring device that calculates the wind velocity vector, dividing the observed azimuth angle into partial sections, and selecting one of them as the azimuth partial section in which the wind velocity vector is calculated, Calculating the Jacobian matrix for each elevation angle in the selected azimuth subsection, combining the Jacobian matrix calculated for each elevation angle into one Jacobian matrix, and calculating the Jacobian matrix for all azimuth subsections Performing the calculations in sequence and completing the steps, inputting the received signal, and performing frequency analysis on the received signal. Calculating the Doppler velocity by using, calculating the Doppler velocity for all azimuth angles and all elevation angles, and completing the calculation; selecting one of the azimuth angle sections; For the angular section, the step of calculating the wind velocity vector from the combined Jacobian matrix and the calculated Doppler velocity by solving the linear equation, and the calculation of the wind velocity vector for all the azimuth subsections are sequentially performed and completed. And a wind velocity vector calculation method.
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