JP2019152606A - Device, program, and method for determining meteorological radar false image - Google Patents

Device, program, and method for determining meteorological radar false image Download PDF

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Abstract

To provide a meteorological radar false image determination device that reduces a false image due to a side lobe of a reception beam without increasing the amount of calculation and displays a real image of a cumulonimbus without reducing the accuracy of observation.SOLUTION: A meteorological radar false image determination device comprises: a reflectivity factor calculation unit that calculates, in the same beam direction and the same range bin, a first reflectivity factor Z when a first reception beam having a narrower main lobe width and a higher side lobe level is formed, and a second reflectivity factor Z when a second reception beam having a wider main lobe width and a lower side lobe level is formed; and a false image determination unit that determines, in the same beam direction θ and the same range bin, that when a result of subtracting the second reflectivity factor Z from the first reflectivity factor Z is equal to or more than a predetermined threshold Z, the first reflectivity factor Z and second reflectivity factor Z are due to a false image.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本開示は、ビーム方向の電子走査を行なうフェーズドアレイ気象レーダにおける、反射因子が偽像によるものか実像によるものであるかを判定する技術に関する。   The present disclosure relates to a technique for determining whether a reflection factor is a false image or a real image in a phased array weather radar that performs electronic scanning in a beam direction.

仰角方向の電子走査を行なうことにより、仰角方向の高速スキャンを行なうことができる、フェーズドアレイ気象レーダが知られている。ここで、送受信アンテナ素子の励振振幅及び励振位相を適応的に制御して、送受信ビームの仰角方向の指向性を適応的に調整する、アダプティブビームフォーミングが知られている（例えば、特許文献１等を参照。）。   There is known a phased array weather radar capable of performing high-speed scanning in the elevation direction by performing electronic scanning in the elevation direction. Here, adaptive beam forming is known in which the excitation amplitude and excitation phase of a transmission / reception antenna element are adaptively controlled to adjust the directivity in the elevation direction of the transmission / reception beam adaptively (for example, Patent Document 1). See).

特開２０１４−０６４１１４号公報JP, 2014-064114, A

気象レーダの表示画像を図１に示す。ここで、約２０ｋｍ〜２５ｋｍのレンジ及び約０°〜２０°の仰角において、積乱雲が表示されている。しかし、約２３ｋｍのレンジ及び約２０°〜４５°の仰角において、積乱雲の上層部による実像が表示されているのか、受信ビームのサイドローブによる偽像が表示されているのか、明確ではない。   A display image of the weather radar is shown in FIG. Here, cumulonimbus clouds are displayed in a range of about 20 km to 25 km and an elevation angle of about 0 ° to 20 °. However, in the range of about 23 km and an elevation angle of about 20 ° to 45 °, it is not clear whether a real image by the upper layer of the cumulonimbus is displayed or a false image by the side lobe of the received beam is displayed.

そこで、受信ビームの仰角方向の指向性を適応的に調整して、受信ビームのサイドローブによる偽像を低減する、アダプティブビームフォーミングが考えられる。しかし、受信アンテナ素子の励振振幅及び励振位相を適応的に制御すると、計算量が大きくなる。そして、受信ビームのサイドローブレベルを低くすると、受信ビームのメインローブ幅が広くなり、受信ビームのゲインが小さくなり、観測精度が低くなる。   Therefore, adaptive beam forming is conceivable in which the directivity of the reception beam in the elevation angle direction is adaptively adjusted to reduce false images due to side lobes of the reception beam. However, if the excitation amplitude and excitation phase of the receiving antenna element are adaptively controlled, the amount of calculation increases. When the side lobe level of the received beam is lowered, the main lobe width of the received beam is increased, the gain of the received beam is reduced, and the observation accuracy is lowered.

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、ビーム方向の電子走査を行なうフェーズドアレイ気象レーダにおいて、計算量を大きくせず受信ビームのサイドローブによる偽像を低減し、観測精度を低くせず積乱雲等による実像を表示することを目的とする。   Therefore, in order to solve the above-described problem, the present disclosure provides a phased array weather radar that performs electronic scanning in the beam direction, reduces the false image caused by the side lobe of the received beam without increasing the amount of calculation, and reduces the observation accuracy. The purpose is to display real images of cumulonimbus clouds.

前記課題を解決するために、メインローブ幅がより狭くサイドローブレベルがより高い第１の受信ビームが形成されているときにおける第１の反射因子と、メインローブ幅がより広くサイドローブレベルがより低い第２の受信ビームが形成されているときにおける第２の反射因子と、を算出する。そして、第１の反射因子から第２の反射因子を減算した結果が大きいときに、第１の反射因子及び第２の反射因子が偽像によるものであると判定する。一方で、第１の反射因子から第２の反射因子を減算した結果が小さいときに、第１の反射因子及び第２の反射因子が実像によるものであると判定する。   In order to solve the above-described problem, the first reflection factor when the first reception beam having a narrower main lobe width and a higher sidelobe level is formed, a wider mainlobe width, and a higher sidelobe level. A second reflection factor when a low second received beam is formed is calculated. Then, when the result of subtracting the second reflection factor from the first reflection factor is large, it is determined that the first reflection factor and the second reflection factor are due to false images. On the other hand, when the result of subtracting the second reflection factor from the first reflection factor is small, it is determined that the first reflection factor and the second reflection factor are due to real images.

具体的には、本開示は、ビーム方向の電子走査を行ない、受信電力を送信ゲイン及び受信ゲインで規格化して反射因子を算出するフェーズドアレイ気象レーダにおいて、同一のビーム方向及び同一のレンジビンにおいて、メインローブ幅がより狭くサイドローブレベルがより高い第１の受信ビームが形成されているときにおける第１の反射因子と、メインローブ幅がより広くサイドローブレベルがより低い第２の受信ビームが形成されているときにおける第２の反射因子と、を算出する反射因子算出部と、前記同一のビーム方向及び前記同一のレンジビンにおいて、前記第１の反射因子から前記第２の反射因子を減算した結果が所定の閾値以上であるときに、前記第１の反射因子及び前記第２の反射因子が偽像によるものであると判定する偽像判定部と、を備えることを特徴とする気象レーダ偽像判定装置である。   Specifically, in the phased array weather radar that performs electronic scanning in the beam direction, normalizes the received power by the transmission gain and the reception gain, and calculates the reflection factor, in the same beam direction and the same range bin, A first reflection factor when a first reception beam having a narrower main lobe width and a higher sidelobe level is formed, and a second reception beam having a wider mainlobe width and a lower sidelobe level is formed. And a result of subtracting the second reflection factor from the first reflection factor in the same beam direction and the same range bin. Is false when it is determined that the first reflection factor and the second reflection factor are due to false images when is equal to or greater than a predetermined threshold A determination unit, a weather radar artifact determination apparatus comprising: a.

また、本開示は、ビーム方向の電子走査を行ない、受信電力を送信ゲイン及び受信ゲインで規格化して反射因子を算出するフェーズドアレイ気象レーダにおいて、同一のビーム方向及び同一のレンジビンにおいて、メインローブ幅がより狭くサイドローブレベルがより高い第１の受信ビームが形成されているときにおける第１の反射因子と、メインローブ幅がより広くサイドローブレベルがより低い第２の受信ビームが形成されているときにおける第２の反射因子と、を算出する反射因子算出ステップと、前記同一のビーム方向及び前記同一のレンジビンにおいて、前記第１の反射因子から前記第２の反射因子を減算した結果が所定の閾値以上であるときに、前記第１の反射因子及び前記第２の反射因子が偽像によるものであると判定する偽像判定ステップと、を順にコンピュータに実行させるための気象レーダ偽像判定プログラムである。   The present disclosure also provides a main lobe width in the same beam direction and the same range bin in a phased array weather radar that performs electronic scanning in the beam direction and normalizes the received power with the transmission gain and the reception gain to calculate the reflection factor. The first reflection factor when the first reception beam is narrower and the sidelobe level is higher is formed, and the second reception beam is formed that has the main lobe width and the lower sidelobe level. A reflection factor calculation step for calculating a second reflection factor at a time, and a result of subtracting the second reflection factor from the first reflection factor in the same beam direction and the same range bin is a predetermined value. False when determining that the first reflection factor and the second reflection factor are due to false images when the threshold value is equal to or greater than a threshold value A determination step, a weather radar false image determining program for executing the order to the computer.

また、本開示は、ビーム方向の電子走査を行ない、受信電力を送信ゲイン及び受信ゲインで規格化して反射因子を算出するフェーズドアレイ気象レーダにおいて、同一のビーム方向及び同一のレンジビンにおいて、メインローブ幅がより狭くサイドローブレベルがより高い第１の受信ビームが形成されているときにおける第１の反射因子と、メインローブ幅がより広くサイドローブレベルがより低い第２の受信ビームが形成されているときにおける第２の反射因子と、を算出する反射因子算出ステップと、前記同一のビーム方向及び前記同一のレンジビンにおいて、前記第１の反射因子から前記第２の反射因子を減算した結果が所定の閾値以上であるときに、前記第１の反射因子及び前記第２の反射因子が偽像によるものであると判定する偽像判定ステップと、を順に備えることを特徴とする気象レーダ偽像判定方法である。   The present disclosure also provides a main lobe width in the same beam direction and the same range bin in a phased array weather radar that performs electronic scanning in the beam direction and normalizes the received power with the transmission gain and the reception gain to calculate the reflection factor. The first reflection factor when the first reception beam is narrower and the sidelobe level is higher is formed, and the second reception beam having the main lobe width and the lower sidelobe level is formed. A reflection factor calculation step for calculating a second reflection factor at a time, and a result of subtracting the second reflection factor from the first reflection factor in the same beam direction and the same range bin is a predetermined value. False when determining that the first reflection factor and the second reflection factor are due to false images when the threshold value is equal to or greater than a threshold value A meteorological radar artifact determination method characterized by comprising: a determination step, the sequentially.

この構成によれば、少なくとも２種類の受信ビームを形成するのみでよいため、計算量を大きくせず受信ビームのサイドローブによる偽像を低減することができる。   According to this configuration, since only at least two types of reception beams need to be formed, it is possible to reduce the false image due to the side lobes of the reception beam without increasing the calculation amount.

また、本開示は、前記偽像判定部は、前記同一のビーム方向及び前記同一のレンジビンにおいて、前記第１の反射因子から前記第２の反射因子を減算した結果が前記所定の閾値未満であるときに、前記第１の反射因子及び前記第２の反射因子が実像によるものであると判定し、前記第１の反射因子を正規の反射因子として採用することを特徴とする気象レーダ偽像判定装置である。   In the present disclosure, the false image determination unit has a result of subtracting the second reflection factor from the first reflection factor in the same beam direction and the same range bin being less than the predetermined threshold. Sometimes it is determined that the first reflection factor and the second reflection factor are real images, and the first reflection factor is adopted as a normal reflection factor, and the weather radar false image determination is characterized in that Device.

この構成によれば、メインローブ幅がより狭い受信ビームを形成して反射因子を算出するため、観測精度を低くせず積乱雲等による実像を表示することができる。   According to this configuration, since the reflection factor is calculated by forming a reception beam having a narrower main lobe width, it is possible to display a real image due to cumulonimbus or the like without lowering the observation accuracy.

また、本開示は、前記反射因子算出部は、所定の仰角より低い仰角において、前記第２の反射因子を算出せず前記第１の反射因子のみ算出し、前記偽像判定部は、前記所定の仰角より低い仰角において、前記第１の反射因子を正規の反射因子として採用することを特徴とする気象レーダ偽像判定装置である。   Further, in the present disclosure, the reflection factor calculation unit calculates only the first reflection factor without calculating the second reflection factor at an elevation angle lower than a predetermined elevation angle, and the fake image determination unit In the meteorological radar false image determination apparatus, the first reflection factor is employed as a normal reflection factor at an elevation angle lower than the elevation angle.

この構成によれば、積乱雲等が発達しやすい低仰角側において、受信ビームのサイドローブによる偽像が表示されにくいことを利用して、計算量を小さくすることができる。   According to this configuration, it is possible to reduce the amount of calculation by utilizing the fact that a false image due to the side lobe of the received beam is not easily displayed on the low elevation angle side where cumulonimbus or the like is likely to develop.

このように、本開示によれば、ビーム方向の電子走査を行なうフェーズドアレイ気象レーダにおいて、計算量を大きくせず受信ビームのサイドローブによる偽像を低減し、観測精度を低くせず積乱雲等による実像を表示することができる。   As described above, according to the present disclosure, in the phased array weather radar that performs electronic scanning in the beam direction, the calculation amount is not increased, the false image due to the side lobe of the received beam is reduced, and the observation accuracy is not lowered. Real images can be displayed.

気象レーダの表示画像を示す図である。It is a figure which shows the display image of a weather radar. 本開示の気象レーダ装置の構成を示す図である。It is a figure which shows the structure of the weather radar apparatus of this indication. 本開示の偽像判定の処理手順を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the process sequence of the false image determination of this indication. 本開示の偽像と判定する場合の処理を示す図である。It is a figure showing processing in the case of judging with a false image of this indication. 本開示の実像と判定する場合の処理を示す図である。It is a figure which shows the process in the case of determining with the real image of this indication. 本開示の送受信ビームの形成方法を示す図である。It is a figure which shows the formation method of the transmission / reception beam of this indication. 本開示の送受信ビームの形成方法を示す図である。It is a figure which shows the formation method of the transmission / reception beam of this indication.

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。   Embodiments of the present disclosure will be described with reference to the accompanying drawings. The embodiments described below are examples of the present disclosure, and the present disclosure is not limited to the following embodiments.

本開示の気象レーダ装置の構成を図２に示す。本開示の偽像判定の処理手順を図３に示す。気象レーダ装置Ｍは、送信ビーム形成装置１、受信ビーム形成装置２、送受信ビーム制御装置３及び偽像判定装置４を備える。偽像判定装置４は、反射因子算出部４１及び偽像判定部４２を備える。汎用のコンピュータに偽像判定プログラムをインストールすることにより、そのコンピュータを偽像判定装置４として機能させることができる。   The configuration of the weather radar device of the present disclosure is shown in FIG. FIG. 3 shows a processing procedure for false image determination according to the present disclosure. The weather radar apparatus M includes a transmission beam forming apparatus 1, a reception beam forming apparatus 2, a transmission / reception beam control apparatus 3, and a false image determination apparatus 4. The false image determination device 4 includes a reflection factor calculation unit 41 and a false image determination unit 42. By installing a false image determination program in a general-purpose computer, the computer can function as the false image determination device 4.

送信ビーム形成装置１及び受信ビーム形成装置２は、フェーズドアレイアンテナであるが、図６及び図７と関連して後に詳述する。送受信ビーム制御装置３は、送受信ビームの仰角方向の指向性を調整するが、図３から図５までと関連して後に詳述する。   The transmit beam forming apparatus 1 and the receive beam forming apparatus 2 are phased array antennas, which will be described in detail later in connection with FIGS. The transmission / reception beam control device 3 adjusts the directivity of the transmission / reception beam in the elevation angle direction, which will be described in detail later with reference to FIGS.

まず、所定の角度θＴｈより高い仰角θＡでの処理手順を説明する（ステップＳ１においてＹＥＳ）。積乱雲等が発達しにくい高仰角側において、受信ビームのサイドローブによる偽像が表示されやすいことを考慮して、以下のような処理手順を実行する。 First, a processing procedure at an elevation angle θ A higher than a predetermined angle θ Th will be described (YES in step S1). Considering that a false image due to the side lobe of the received beam is likely to be displayed on the high elevation angle side where cumulonimbus or the like is difficult to develop, the following processing procedure is executed.

送受信ビーム制御装置３は、メインローブ幅がより狭くサイドローブレベルがより高い第１の受信ビームを形成するように、受信ビーム形成装置２を制御する。そして、反射因子算出部４１は、仰角θＡ及びあるレンジビンにおいて、第１の受信ビームが形成されているときにおける第１の反射因子Ｚ１（θＡ）を算出する（ステップＳ２）。具体的には、反射因子算出部４１は、受信電力Ｐ１（θＡ）を送信ゲインＧＴｘ及び受信ゲインＧＲｘ１で規格化して、第１の反射因子Ｚ１（θＡ）を算出する（数１を参照、Ｃは比例係数。）。

Figure 2019152606
The transmission / reception beam control device 3 controls the reception beam forming device 2 so as to form a first reception beam having a narrower main lobe width and a higher sidelobe level. Then, the reflection factor calculation unit 41 calculates the first reflection factor Z 1 (θ A ) when the first reception beam is formed in the elevation angle θ A and a certain range bin (step S2). Specifically, the reflection factor calculation unit 41 normalizes the reception power P 1 (θ A ) with the transmission gain G Tx and the reception gain G Rx1 and calculates the first reflection factor Z 1 (θ A ) ( (See Equation 1, C is proportionality factor.)
Figure 2019152606

送受信ビーム制御装置３は、メインローブ幅がより広くサイドローブレベルがより低い第２の受信ビームを形成するように、受信ビーム形成装置２を制御する。そして、反射因子算出部４１は、仰角θＡ及び同一のレンジビンにおいて、第２の受信ビームが形成されているときにおける第２の反射因子Ｚ２（θＡ）を算出する（ステップＳ３）。具体的には、反射因子算出部４１は、受信電力Ｐ２（θＡ）を送信ゲインＧＴｘ及び受信ゲインＧＲｘ２で規格化して、第２の反射因子Ｚ２（θＡ）を算出する（数２を参照、Ｃは比例係数。）。

Figure 2019152606
The transmission / reception beam control device 3 controls the reception beam forming device 2 so as to form a second reception beam having a wider main lobe width and a lower side lobe level. Then, the reflection factor calculation unit 41 calculates the second reflection factor Z 2 (θ A ) when the second reception beam is formed in the elevation angle θ A and the same range bin (step S3). Specifically, the reflection factor calculation unit 41 normalizes the reception power P 2 (θ A ) with the transmission gain G Tx and the reception gain G Rx2 to calculate the second reflection factor Z 2 (θ A ) ( (See Equation 2, C is a proportionality factor.)
Figure 2019152606

本開示の偽像と判定する場合の処理を図４に示す（ステップＳ４においてＹＥＳ、ステップＳ５及びステップＳ６）。図４では、受信ビームのメインローブの仰角θＡより低い、受信ビームのサイドローブの仰角θＳにおいては、積乱雲等が分布している。一方で、受信ビームのメインローブの仰角θＡにおいては、積乱雲等が分布していない。 FIG. 4 shows a process for determining that the present disclosure is a fake image (YES in step S4, step S5 and step S6). In FIG. 4, cumulonimbus clouds and the like are distributed at the elevation angle θ S of the side lobe of the reception beam that is lower than the elevation angle θ A of the main lobe of the reception beam. On the other hand, cumulonimbus clouds and the like are not distributed at the elevation angle θ A of the main lobe of the received beam.

よって、第１、２の反射因子Ｚ１（θＡ）、Ｚ２（θＡ）は、第１、２の受信ビームのサイドローブ（仰角θＳ）による寄与のみ含んでおり、第１、２の受信ビームのメインローブ（仰角θＡ）による寄与を含んでいない。ここで、第１の受信ビームのサイドローブレベルは、第２の受信ビームのサイドローブレベルより高いため、第１の受信ビームのサイドローブによる寄与は、第２の受信ビームのサイドローブによる寄与より大きくなる。 Therefore, the first and second reflection factors Z 1 (θ A ) and Z 2 (θ A ) include only the contribution due to the side lobes (elevation angle θ S ) of the first and second received beams. This does not include the contribution due to the main lobe (elevation angle θ A ) of the received beam. Here, since the side lobe level of the first received beam is higher than the side lobe level of the second received beam, the contribution due to the side lobe of the first received beam is more than the contribution due to the side lobe of the second received beam. growing.

そこで、偽像判定部４２は、仰角θＡ及び同一のレンジビンにおいて、第１の反射因子Ｚ１（θＡ）から第２の反射因子Ｚ２（θＡ）を減算した結果Ｚ１（θＡ）−Ｚ２（θＡ）が所定の閾値ＺＴｈ以上であると判定する（ステップＳ４においてＹＥＳ）。そして、偽像判定部４２は、仰角θＡ及び同一のレンジビンにおいて、第１の反射因子Ｚ１（θＡ）及び第２の反射因子Ｚ２（θＡ）が偽像によるものであると判定する（ステップＳ５）。 Therefore, the false image determination unit 42 subtracts the second reflection factor Z 2 (θ A ) from the first reflection factor Z 1 (θ A ) at the elevation angle θ A and the same range bin, and the result Z 1 (θ A ) -Z 2 (θ A ) is determined to be equal to or greater than a predetermined threshold value Z Th (YES in step S4). Then, the false image determination unit 42 determines that the first reflection factor Z 1 (θ A ) and the second reflection factor Z 2 (θ A ) are due to the false image in the elevation angle θ A and the same range bin. (Step S5).

ここで、第１の受信ビームの平均的なサイドローブレベルが、第２の受信ビームの平均的なサイドローブレベルより、ＺＳ［ｄＢＺ］だけ高いことを考慮したうえで、所定の閾値ＺＴｈ［ｄＢＺ］をＺＳ［ｄＢＺ］より小さく設定すればよい。 Here, in consideration of the fact that the average side lobe level of the first received beam is higher than the average side lobe level of the second received beam by Z S [dBZ], a predetermined threshold value Z Th [DBZ] may be set smaller than Z S [dBZ].

さらに、偽像判定部４２は、反射因子Ｚ（θＡ）を無効に設定するか、信号がないとみなせる小さな値又は第２の反射因子Ｚ２（θＡ）を正規の反射因子Ｚ（θＡ）として採用する（ステップＳ６）。 Furthermore, the false image determination unit 42 invalidates the reflection factor Z (θ A ) or sets a small value that can be regarded as no signal or the second reflection factor Z 2 (θ A ) as the normal reflection factor Z (θ A ) is adopted (step S6).

このように、少なくとも２種類の受信ビームを形成するのみでよいため、計算量を大きくせず受信ビームのサイドローブによる偽像を低減することができる。   In this way, since it is only necessary to form at least two types of reception beams, it is possible to reduce false images due to side lobes of the reception beam without increasing the amount of calculation.

本開示の実像と判定する場合の処理を図５に示す（ステップＳ４においてＮＯ、ステップＳ７及びステップＳ８）。図５では、受信ビームのメインローブの仰角θＡより低い、受信ビームのサイドローブの仰角θＳにおいては、積乱雲等が分布している。そして、受信ビームのメインローブの仰角θＡにおいても、積乱雲等が分布している。 FIG. 5 shows a process for determining a real image of the present disclosure (NO in step S4, step S7 and step S8). In FIG. 5, cumulonimbus clouds and the like are distributed at the elevation angle θ S of the side lobe of the reception beam, which is lower than the elevation angle θ A of the main lobe of the reception beam. Also, cumulonimbus clouds and the like are distributed at the elevation angle θ A of the main lobe of the reception beam.

よって、第１、２の反射因子Ｚ１（θＡ）、Ｚ２（θＡ）は、第１、２の受信ビームのサイドローブ（仰角θＳ）による寄与を含むのみならず、第１、２の受信ビームのメインローブ（仰角θＡ）による寄与を含んでいる。ここで、第１の受信ビームのメインローブレベルは、第２の受信ビームのメインローブレベルより高いものの、第１の受信ビームのメインローブによる寄与は、第２の受信ビームのメインローブによる寄与とほぼ等しくなる。なぜならば、第１、２の反射因子Ｚ１（θＡ）、Ｚ２（θＡ）は、受信電力Ｐ１（θＡ）、Ｐ２（θＡ）を送信ゲインＧＴｘ及び受信ゲインＧＲｘ１、ＧＲｘ２で規格化したものだからである。 Therefore, the first and second reflection factors Z 1 (θ A ) and Z 2 (θ A ) not only include the contribution due to the side lobes (elevation angle θ S ) of the first and second received beams, 2 contributions due to the main lobe (elevation angle θ A ) of the received beam. Here, although the main lobe level of the first received beam is higher than the main lobe level of the second received beam, the contribution of the first received beam due to the main lobe is the contribution of the second received beam due to the main lobe. Almost equal. Since the first and second reflection factors Z 1 (θ A), Z 2 (θ A) is the received power P 1 (θ A), transmitting P 2 a (theta A) the gain G Tx and reception gain G Rx1 This is because it is standardized by GRx2 .

そこで、偽像判定部４２は、仰角θＡ及び同一のレンジビンにおいて、第１の反射因子Ｚ１（θＡ）から第２の反射因子Ｚ２（θＡ）を減算した結果Ｚ１（θＡ）−Ｚ２（θＡ）が所定の閾値ＺＴｈ未満であると判定する（ステップＳ４においてＮＯ）。そして、偽像判定部４２は、仰角θＡ及び同一のレンジビンにおいて、第１の反射因子Ｚ１（θＡ）及び第２の反射因子Ｚ２（θＡ）が実像によるものであると判定する（ステップＳ７）。 Therefore, the false image determination unit 42 subtracts the second reflection factor Z 2 (θ A ) from the first reflection factor Z 1 (θ A ) at the elevation angle θ A and the same range bin, and the result Z 1 (θ A ) −Z 2 (θ A ) is determined to be less than a predetermined threshold value Z Th (NO in step S4). Then, the false image determination unit 42 determines that the first reflection factor Z 1 (θ A ) and the second reflection factor Z 2 (θ A ) are due to real images in the elevation angle θ A and the same range bin. (Step S7).

ここで、所定の閾値ＺＴｈ［ｄＢＺ］を０［ｄＢＺ］より大きく設定すればよい。或いは、第１の受信ビームのメインローブ幅の全体に渡り、積乱雲等が分布しているが、第２の受信ビームのメインローブ幅の一部のみに、積乱雲等が分布している場合を考慮したうえで、所定の閾値ＺＴｈ［ｄＢＺ］を〜３［ｄＢＺ］より大きく設定すればよい。 Here, the predetermined threshold value Z Th [dBZ] may be set larger than 0 [dBZ]. Alternatively, a case where cumulonimbus or the like is distributed over the entire main lobe width of the first reception beam, but a case where the cumulonimbus cloud or the like is distributed only in a part of the main lobe width of the second reception beam is considered. In addition, the predetermined threshold value Z Th [dBZ] may be set larger than ˜3 [dBZ].

さらに、偽像判定部４２は、第１の反射因子Ｚ１（θＡ）を正規の反射因子Ｚ（θＡ）として採用する（ステップＳ８）。 Further, the false image determination unit 42 employs the first reflection factor Z 1 (θ A ) as the normal reflection factor Z (θ A ) (step S8).

このように、メインローブ幅がより狭い受信ビームを形成して反射因子を算出するため、観測精度を低くせず積乱雲等による実像を表示することができる。   In this way, since the reflection factor is calculated by forming a reception beam having a narrower main lobe width, it is possible to display a real image due to cumulonimbus or the like without reducing the observation accuracy.

次に、所定の角度θＴｈより低い仰角θＡでの処理手順を説明する（ステップＳ１においてＮＯ）。積乱雲等が発達しやすい低仰角側において、受信ビームのサイドローブによる偽像が表示されにくいことを考慮して、以下のような処理手順を実行する。 Next, a processing procedure at an elevation angle θ A lower than a predetermined angle θ Th will be described (NO in step S1). Considering the fact that a false image due to the side lobe of the received beam is difficult to be displayed on the low elevation side where cumulonimbus or the like is likely to develop, the following processing procedure is executed.

送受信ビーム制御装置３は、メインローブ幅がより狭くサイドローブレベルがより高い第１の受信ビームを形成するように、受信ビーム形成装置２を制御する。そして、反射因子算出部４１は、仰角θＡ及びあるレンジビンにおいて、第１の受信ビームが形成されているときにおける第１の反射因子Ｚ１（θＡ）を算出する（ステップＳ９）。具体的には、反射因子算出部４１は、受信電力Ｐ１（θＡ）を送信ゲインＧＴｘ及び受信ゲインＧＲｘ１で規格化して、第１の反射因子Ｚ１（θＡ）を算出する（数３を参照、Ｃは比例係数。）。

Figure 2019152606
The transmission / reception beam control device 3 controls the reception beam forming device 2 so as to form a first reception beam having a narrower main lobe width and a higher sidelobe level. Then, the reflection factor calculation unit 41 calculates the first reflection factor Z 1 (θ A ) when the first reception beam is formed in the elevation angle θ A and a certain range bin (step S9). Specifically, the reflection factor calculation unit 41 normalizes the reception power P 1 (θ A ) with the transmission gain G Tx and the reception gain G Rx1 and calculates the first reflection factor Z 1 (θ A ) ( (See Equation 3, C is a proportionality factor.)
Figure 2019152606

そして、偽像判定部４２は、第１の反射因子Ｚ１（θＡ）を正規の反射因子Ｚ（θＡ）として採用する（ステップＳ１０）。 Then, the false image determination unit 42 employs the first reflection factor Z 1 (θ A ) as the normal reflection factor Z (θ A ) (step S10).

このように、積乱雲等が発達しやすい低仰角側において、受信ビームのサイドローブによる偽像が表示されにくいことを利用して、計算量を小さくすることができる。   As described above, it is possible to reduce the amount of calculation by using the fact that the false image due to the side lobe of the received beam is difficult to be displayed on the low elevation angle side where cumulonimbus or the like is likely to develop.

本開示の送受信ビームの形成方法を図６及び図７に示す。送受信ビーム制御装置３は、一の送信ビームのビーム幅に含まれる複数の受信ビームを一の送信ビームと同時に形成するように、送信ビーム形成装置１及び受信ビーム形成装置２を制御する。   A method of forming a transmit / receive beam according to the present disclosure is illustrated in FIGS. 6 and 7. The transmission / reception beam control device 3 controls the transmission beam forming device 1 and the reception beam forming device 2 so that a plurality of reception beams included in the beam width of one transmission beam are formed simultaneously with one transmission beam.

送信ビーム形成装置１は、仰角方向のビーム幅がより広い送信ビームで、電波を雨雲等の物標へと照射するために、発振器１１、複数の送信アンテナ素子１４、及び、各送信アンテナ素子１４についての各移相器１２及び各増幅器１３から構成される。   The transmission beam forming apparatus 1 is a transmission beam having a wider beam width in the elevation angle direction, and in order to irradiate radio waves onto a target such as a rain cloud, the oscillator 11, a plurality of transmission antenna elements 14, and each transmission antenna element 14 Each phase shifter 12 and each amplifier 13 are configured.

受信ビーム形成装置２は、仰角方向のビーム幅がより狭い受信ビームで、雨雲等の物標から反射又は散乱された電波を受信するために、複数の受信アンテナ素子２１、各受信アンテナ素子２１についての各増幅器２２、各移相器２３、及び、各移相器２３からの出力を合成する合成器２４から構成される。また、複数の受信ビームを一の送信ビーム内に同時に形成するために、各々の受信ビームについて複数の受信アンテナ素子２１を共用したうえで、各々の受信ビームについて各々の受信ビーム形成装置２を搭載している。   The reception beam forming apparatus 2 is a reception beam having a narrower beam width in the elevation angle direction, and receives a radio wave reflected or scattered from a target such as a rain cloud, in order to receive a plurality of reception antenna elements 21 and each reception antenna element 21. Each amplifier 22, each phase shifter 23, and a synthesizer 24 that combines outputs from each phase shifter 23. In addition, in order to simultaneously form a plurality of reception beams in one transmission beam, a plurality of reception antenna elements 21 are shared for each reception beam, and each reception beam forming device 2 is mounted for each reception beam. is doing.

本開示のフェーズドアレイ気象レーダでは、送信ビームの仰角方向のビーム幅（図６及び図７では、約１０°）を広くするとともに、受信ビームの仰角方向のビーム幅（図６及び図７では、約１°）を狭くすることにより、複数の受信ビームを一の送信ビーム内に同時に形成する。そして、送信ビームの仰角方向及び複数の受信ビームの仰角方向を、約１０°だけ同時に移動させることにより、仰角方向の高速スキャンを行なう。   In the phased array weather radar of the present disclosure, the beam width in the elevation direction of the transmission beam (about 10 ° in FIGS. 6 and 7) is widened, and the beam width in the elevation direction of the reception beam (in FIGS. 6 and 7). By narrowing (about 1 °), a plurality of reception beams are simultaneously formed in one transmission beam. Then, the elevation angle direction of the transmission beam and the elevation angle direction of the plurality of reception beams are simultaneously moved by about 10 ° to perform high-speed scanning in the elevation angle direction.

実施形態では、仰角方向について、本開示の発明を適用している。変形例として、仰角方向のみならず、方位角方向についても、本開示の発明を適用してもよい。   In the embodiment, the invention of the present disclosure is applied in the elevation direction. As a modification, the invention of the present disclosure may be applied not only to the elevation direction but also to the azimuth direction.

本開示の気象レーダ偽像判定装置、プログラム及び方法は、計算量を大きくせず受信ビームのサイドローブによる偽像を低減し、観測精度を低くせず積乱雲等による実像を表示することができる。   The meteorological radar false image determination apparatus, program, and method of the present disclosure can reduce the false image due to the side lobe of the received beam without increasing the amount of calculation, and can display a real image due to cumulonimbus or the like without reducing the observation accuracy.

Ｍ：気象レーダ装置
１：送信ビーム形成装置
２：受信ビーム形成装置
３：送受信ビーム制御装置
４：偽像判定装置
１１：発振器
１２：移相器
１３：増幅器
１４：送信アンテナ素子
２１：受信アンテナ素子
２２：増幅器
２３：移相器
２４：合成器
４１：反射因子算出部
４２：偽像判定部 M: weather radar apparatus 1: transmission beam forming apparatus 2: reception beam forming apparatus 3: transmission / reception beam control apparatus 4: false image determination apparatus 11: oscillator 12: phase shifter 13: amplifier 14: transmission antenna element 21: reception antenna element 22: Amplifier 23: Phase shifter 24: Synthesizer 41: Reflection factor calculation unit 42: False image determination unit

Claims (5)

ビーム方向の電子走査を行ない、受信電力を送信ゲイン及び受信ゲインで規格化して反射因子を算出するフェーズドアレイ気象レーダにおいて、
同一のビーム方向及び同一のレンジビンにおいて、メインローブ幅がより狭くサイドローブレベルがより高い第１の受信ビームが形成されているときにおける第１の反射因子と、メインローブ幅がより広くサイドローブレベルがより低い第２の受信ビームが形成されているときにおける第２の反射因子と、を算出する反射因子算出部と、
前記同一のビーム方向及び前記同一のレンジビンにおいて、前記第１の反射因子から前記第２の反射因子を減算した結果が所定の閾値以上であるときに、前記第１の反射因子及び前記第２の反射因子が偽像によるものであると判定する偽像判定部と、
を備えることを特徴とする気象レーダ偽像判定装置。 In a phased array weather radar that performs electronic scanning in the beam direction, normalizes the received power with the transmission gain and the reception gain and calculates the reflection factor,
In the same beam direction and the same range bin, the first reflection factor when the first reception beam having the narrower main lobe width and the higher sidelobe level is formed, and the main lobe width and the sidelobe level are wider. A reflection factor calculation unit for calculating a second reflection factor when a second received beam having a lower is formed,
In the same beam direction and the same range bin, when the result of subtracting the second reflection factor from the first reflection factor is equal to or greater than a predetermined threshold, the first reflection factor and the second reflection factor A false image determination unit that determines that the reflection factor is due to a false image;
A weather radar false image determination device comprising: 前記偽像判定部は、前記同一のビーム方向及び前記同一のレンジビンにおいて、前記第１の反射因子から前記第２の反射因子を減算した結果が前記所定の閾値未満であるときに、前記第１の反射因子及び前記第２の反射因子が実像によるものであると判定し、前記第１の反射因子を正規の反射因子として採用する
ことを特徴とする、請求項１に記載の気象レーダ偽像判定装置。 In the same beam direction and the same range bin, the false image determination unit is configured to subtract the second reflection factor from the first reflection factor when the result is less than the predetermined threshold. 2. The weather radar false image according to claim 1, wherein the reflection factor and the second reflection factor are determined to be real images, and the first reflection factor is adopted as a normal reflection factor. Judgment device. 前記反射因子算出部は、所定の仰角より低い仰角において、前記第２の反射因子を算出せず前記第１の反射因子のみ算出し、前記偽像判定部は、前記所定の仰角より低い仰角において、前記第１の反射因子を正規の反射因子として採用する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載の気象レーダ偽像判定装置。 The reflection factor calculation unit calculates only the first reflection factor without calculating the second reflection factor at an elevation angle lower than a predetermined elevation angle, and the false image determination unit calculates an elevation angle lower than the predetermined elevation angle. The weather radar false image determination device according to claim 1, wherein the first reflection factor is adopted as a regular reflection factor. ビーム方向の電子走査を行ない、受信電力を送信ゲイン及び受信ゲインで規格化して反射因子を算出するフェーズドアレイ気象レーダにおいて、
同一のビーム方向及び同一のレンジビンにおいて、メインローブ幅がより狭くサイドローブレベルがより高い第１の受信ビームが形成されているときにおける第１の反射因子と、メインローブ幅がより広くサイドローブレベルがより低い第２の受信ビームが形成されているときにおける第２の反射因子と、を算出する反射因子算出ステップと、
前記同一のビーム方向及び前記同一のレンジビンにおいて、前記第１の反射因子から前記第２の反射因子を減算した結果が所定の閾値以上であるときに、前記第１の反射因子及び前記第２の反射因子が偽像によるものであると判定する偽像判定ステップと、
を順にコンピュータに実行させるための気象レーダ偽像判定プログラム。 In a phased array weather radar that performs electronic scanning in the beam direction, normalizes the received power with the transmission gain and the reception gain and calculates the reflection factor,
In the same beam direction and the same range bin, the first reflection factor when the first reception beam having the narrower main lobe width and the higher sidelobe level is formed, and the main lobe width and the sidelobe level are wider. A reflection factor calculating step of calculating a second reflection factor when a second received beam having a lower is formed,
In the same beam direction and the same range bin, when the result of subtracting the second reflection factor from the first reflection factor is equal to or greater than a predetermined threshold, the first reflection factor and the second reflection factor A false image determination step of determining that the reflection factor is due to a false image;
A weather radar false image determination program for causing a computer to execute in order. ビーム方向の電子走査を行ない、受信電力を送信ゲイン及び受信ゲインで規格化して反射因子を算出するフェーズドアレイ気象レーダにおいて、
同一のビーム方向及び同一のレンジビンにおいて、メインローブ幅がより狭くサイドローブレベルがより高い第１の受信ビームが形成されているときにおける第１の反射因子と、メインローブ幅がより広くサイドローブレベルがより低い第２の受信ビームが形成されているときにおける第２の反射因子と、を算出する反射因子算出ステップと、
前記同一のビーム方向及び前記同一のレンジビンにおいて、前記第１の反射因子から前記第２の反射因子を減算した結果が所定の閾値以上であるときに、前記第１の反射因子及び前記第２の反射因子が偽像によるものであると判定する偽像判定ステップと、
を順に備えることを特徴とする気象レーダ偽像判定方法。 In a phased array weather radar that performs electronic scanning in the beam direction, normalizes the received power with the transmission gain and the reception gain and calculates the reflection factor,
In the same beam direction and the same range bin, the first reflection factor when the first reception beam having the narrower main lobe width and the higher sidelobe level is formed, and the main lobe width and the sidelobe level are wider. A reflection factor calculating step of calculating a second reflection factor when a second received beam having a lower is formed,
In the same beam direction and the same range bin, when the result of subtracting the second reflection factor from the first reflection factor is equal to or greater than a predetermined threshold, the first reflection factor and the second reflection factor A false image determination step of determining that the reflection factor is due to a false image;
In order, a weather radar false image determination method.
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