JP2000310678A - Wave observation system with radar - Google Patents

Wave observation system with radar

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JP2000310678A
JP2000310678A JP11121862A JP12186299A JP2000310678A JP 2000310678 A JP2000310678 A JP 2000310678A JP 11121862 A JP11121862 A JP 11121862A JP 12186299 A JP12186299 A JP 12186299A JP 2000310678 A JP2000310678 A JP 2000310678A
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JP
Japan
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wave
radar
waves
spectrum
wavelength
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Withdrawn
Application number
JP11121862A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kenichi Osawa
謙一 大澤
Kazuo Okamoto
和男 岡本
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Oki Electric Industry Co Ltd
Original Assignee
Oki Electric Industry Co Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a wave observing radar capable of observing waves at a high accuracy and high efficiency by using a short-wavelength marine surveillance radar. SOLUTION: The wave observation system combines signal intensities showing wave peaks to raise the signal intensities of the wave peaks by an integration processor 4, based on output signals from a marine surveillance radar 1, specifies the wave position, integrates the spectra of observed waveforms with respect to the component frequencies of the spectra to obtain C.C.S. by a signal spectrum calculator 7 and measures the height of the waves, etc.

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、波浪観測方式に
関し、特に、陸上などに設置されて海上交通の分野で利
用される海上監視用レーダを用いて波浪を観測する方式
に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for observing waves, and more particularly to a method for observing waves using a marine surveillance radar installed on land or the like and used in the field of marine traffic.

【0002】[0002]

【従来の技術】波浪観測の方式としては、超音波を用い
て波高を測る方式、圧力センサなどを海中に設置する方
式、やはり圧力センサなどをブイや船舶を用いて海面に
係留する方式、あるいは海中に建設物を設置してこれに
センサを設置する方式が、知られている。また陸上や衛
星から計測装置によってリモートセンシングを行う方式
などが、存在する。このうち、衛星を用いる場合には、
移動衛星に搭載したレーダ高度計から海面へ向けて照射
したマイクロ波パルスにより、照射点の有義波高を観測
する方式が、一般的である。しかし、この方式は移動衛
星を用いて広範囲の海域における波高を短時間ずつ観測
する目的に適した方式であり、特定海域を常時観測する
目的には不向きである。
2. Description of the Related Art Wave observation methods include a method of measuring wave height using ultrasonic waves, a method of installing a pressure sensor and the like in the sea, a method of mooring a pressure sensor and the like to a sea surface using a buoy and a ship, or 2. Description of the Related Art There is known a method of installing a structure under the sea and installing a sensor on the structure. There is also a method of performing remote sensing from a land or a satellite using a measuring device. When using a satellite,
In general, a method of observing a significant wave height at an irradiation point by using a microwave pulse radiated toward the sea surface from a radar altimeter mounted on a mobile satellite. However, this method is suitable for the purpose of observing the wave height in a wide area of the sea in a short time by using a mobile satellite, and is not suitable for the purpose of constantly observing a specific sea area.

【0003】特定海域を常時観測する目的には、陸上設
備によるリモートセンシング方式が、望ましい。その理
由のひとつは、リモートセンシング以外の方式では、観
測対象の海域がセンサ設置場所の周辺の狭い海域に限定
されることである。このため、ある程度広範囲の特定海
域を常時、しかも高精度に観測するためには、どうして
もリモートセンシング方式が不可欠である。
For the purpose of constantly observing a specific sea area, a remote sensing system using land facilities is desirable. One of the reasons is that in a method other than remote sensing, the sea area to be observed is limited to a narrow sea area around the sensor installation location. Therefore, a remote sensing method is indispensable for observing a wide range of specific sea areas at all times and with high accuracy.

【0004】このような背景に基づいて、HF帯を用い
る波浪観測用HFレーダが開発された。これは、波峰を
格子とみなした場合の回折格子の原理に基づく照射電波
のブラッグ散乱を用いて、レーダ波の波長の1/2の波
長の波浪からの反射波を観測するものである。すなわ
ち、ある一定の波長Lを持つ照射波は、波長L/2の波
長を持つ波浪に対して最も強く反射し、しかもその反射
波は、波浪の伝搬速度に応じたドップラー周波数成分を
備えている。この性質を用いて照射電波の波長に対応し
た波浪の観測を行い、反射波から選られた波浪スペクト
ルを基に有義波高、卓越波周波数、海面の流れなどの観
測が行われるようになっている。
[0004] Based on such a background, an HF radar for wave observation using the HF band has been developed. In this technique, a reflected wave from a wave having a half wavelength of a radar wave is observed by using Bragg scattering of an irradiated radio wave based on the principle of a diffraction grating when a wave peak is regarded as a grating. That is, an irradiation wave having a certain wavelength L is reflected most strongly to a wave having a wavelength of L / 2, and the reflected wave has a Doppler frequency component corresponding to the propagation speed of the wave. . Waves corresponding to the wavelength of the radiated radio waves are observed using this property, and significant wave heights, dominant wave frequencies, sea surface currents, etc. are being observed based on wave spectra selected from reflected waves. I have.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】しかし、本来観測の対
象とすべき波浪の波長は、数十メートルないし数百メー
トルに及ぶ長いものである。特に、波浪は波長が長いほ
ど高いエネルギを有するものであり、その意味でも長い
波長の波浪を観測することは重要である。ところが、上
述のHF帯の電波の波長は、最も低い周波数である3メ
ガヘルツ帯であっても100メートルどまりであり、こ
の場合に観測可能な波浪波長は、電波の波長の半分であ
る50メートル程度にとどまる。また、このように低い
周波数では、送受信におけるビーム幅が広くなるため、
観測領域外の信号が混入することも、避けられない問題
となる。
However, the wavelength of a wave which should be originally observed is a long wave ranging from several tens of meters to several hundreds of meters. In particular, waves have higher energy as wavelengths are longer, and in that sense, it is important to observe waves with longer wavelengths. However, the wavelength of the HF band radio wave is only about 100 meters even in the lowest frequency of 3 MHz band. In this case, the observable wave wavelength is about 50 meters, which is half the wavelength of the radio wave. Stay in. At such a low frequency, the beam width in transmission and reception is wide,
Mixing of signals outside the observation area is also an unavoidable problem.

【0006】以上の課題を解決するために、この発明に
おいては、海上監視用レーダなど短い波長の波を用いる
レーダによっても、長い波長の波浪を高精度で観測でき
る方式を、提供しようするものである。
In order to solve the above problems, the present invention is to provide a method capable of observing a long wavelength wave with high accuracy even by a radar using a short wavelength wave such as a marine surveillance radar. is there.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、この発明においては、レーダの反射波の受信強度
を解析して、受信強度の最大値ならびに最小値から波浪
の波高を算出する手順と、受信強度の変動の履歴から波
峰の位置を算出する手順と、算出された波峰の位置から
さらに波の形態を算出する手順とを、含むものである。
In order to solve the above-mentioned problems, according to the present invention, the reception intensity of a reflected wave of a radar is analyzed, and the wave height of waves is calculated from the maximum value and the minimum value of the reception intensity. It includes a procedure, a procedure for calculating the position of the wave peak from the history of the fluctuation of the reception intensity, and a procedure for further calculating the wave form from the calculated position of the wave peak.

【0008】[0008]

【発明の実施の形態】以下に、この発明の実施の形態に
ついて、説明する。図1に、波峰の位置から選られる波
浪の波長について、模式的に示す。図において、波浪の
波長をLでしめす。この波長としては、数十メートルな
いし数百メートル程度のものを想定する。2L、nL
は、それぞれ波長Lの整数倍を示す。ここにnは任意の
正の整数である。波浪の波峰は、図に示されるように一
定の間隔をおいた平行線状に現れる。言うまでもなく、
一定の間隔とは波長Lである。また、図2に海面の波浪
でレーダ波が反射する様相を、概念的に示す。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 schematically shows the wavelength of a wave selected from the position of a wave peak. In the drawing, the wavelength of a wave is represented by L. This wavelength is assumed to be several tens meters to several hundred meters. 2L, nL
Denotes an integer multiple of the wavelength L. Here, n is any positive integer. Wave peaks appear as parallel lines at regular intervals as shown in the figure. not to mention,
The constant interval is the wavelength L. FIG. 2 conceptually shows how radar waves are reflected by sea surface waves.

【0009】図3は、この図1ならびに図2に示された
波の縦断面を概念的に示すものである。各々の波峰のち
ょうど中間、すなわち波峰からL/2だけ離れた位置
に、波底を生じている。またこの図3には、波面に照射
されるレーダ波をも、やはり模式的に示す。図3におい
て、レーダ波は波面に対して図の右上方から照射され
る。従って、波面のうちで図に実線で示した部分、すな
わち図において左上方から右下方へ向けて傾斜した面は
レーダ波を反射して反射波をレーダにまで到達させる
が、波面のうちで図に破線で示した部分、すなわち図に
おいて右上方から左下方に向けて傾斜した面にはレーダ
波が到達しないか、またはレーダ波が到達して波面で反
射しても、反射波はレーダの方へは進まず、反射波はレ
ーダにまで到達しない。
FIG. 3 conceptually shows a longitudinal section of the wave shown in FIGS. A wave bottom occurs just in the middle of each wave peak, that is, at a position L / 2 away from the wave peak. FIG. 3 also schematically shows a radar wave applied to the wavefront. In FIG. 3, a radar wave is applied to the wavefront from the upper right of the figure. Therefore, the portion of the wavefront indicated by the solid line in the drawing, that is, the surface inclined from upper left to lower right in the drawing reflects the radar wave and causes the reflected wave to reach the radar. The radar wave does not reach the portion shown by the broken line in the figure, that is, the surface inclined from the upper right to the lower left in the figure, or even if the radar wave arrives and is reflected by the wavefront, the reflected wave is The reflected wave does not reach the radar.

【0010】しかもこのとき、レーダの原理に基づき、
波浪の波峰ではレーダ電波の反射強度が最も高く、逆に
波底では反射強度が低い。波面のそれ以外の部分では、
波面の高さに応じた中間の反射強度となる。このため、
この反射強度の強弱が、波浪の波長をそのまま反映した
波形を生成することになる。この反射強度と波長の関係
を模式的に示したのが、図4である。図において、Rは
レーダから特定の波峰までの距離を示している。図にみ
られるように、レーダの反射波の反射強度が最大になる
位置が波峰を、最小になる位置が波底を、それぞれ示し
ている。また、反射波の反射強度の最大値と最小値の差
は、波峰と波底との波面の差、すなわち波高を示してい
る。
At this time, based on the principle of radar,
The reflection intensity of the radar radio wave is the highest at the wave peak, and the reflection intensity is low at the wave bottom. In other parts of the wavefront,
The reflection intensity is intermediate between the wavefronts. For this reason,
The level of the reflection intensity generates a waveform that directly reflects the wave wavelength. FIG. 4 schematically shows the relationship between the reflection intensity and the wavelength. In the figure, R indicates the distance from the radar to a specific wave peak. As shown in the figure, the position where the reflection intensity of the reflected wave of the radar is maximum indicates the wave peak, and the position where the reflection intensity is minimum indicates the wave bottom. The difference between the maximum value and the minimum value of the reflection intensity of the reflected wave indicates the difference between the wave front of the wave peak and the wave bottom, that is, the wave height.

【0011】このことから、反射波の反射強度の分布
が、波面の高さと位置とを示していることがわかる。た
だし、ここで波面の位置という表現を用いたが、反射波
の強度分布を示す図4の鋸状の図形は、そのまま実際の
波浪の波長を正確に示しているわけではない。その理由
は、レーダ波が常に波浪に対して垂直に反射するとは限
らないからである。しかしながらこの場合でも、反射波
によって求められた波面の位置、たとえば波峰の位置か
ら、実際の波浪の波長を演算によって算出することが可
能である。
From this, it can be seen that the distribution of the reflection intensity of the reflected wave indicates the height and position of the wavefront. However, although the expression of the position of the wavefront is used here, the saw-like figure of FIG. 4 showing the intensity distribution of the reflected wave does not exactly indicate the wavelength of the actual wave as it is. This is because radar waves do not always reflect perpendicular to the waves. However, also in this case, it is possible to calculate the actual wavelength of the wave by calculation from the position of the wavefront obtained by the reflected wave, for example, the position of the wave peak.

【0012】この算出の手法を、図5を用いて説明す
る。図において、レーダOからの方位線Aの方向のレー
ダ波によって波峰位置akならびにamが、方位線Bの
方向のレーダ波によって波峰位置bkならびにbmが、
方位線Cの方向のレーダ波によって波峰位置ckならび
にcmが、それぞれ観測データとして得られたものとす
る。ak、bk、ならびにckの波峰位置から直線K
が、am、bm、ならびにcmの波峰位置から直線M
が、それぞれ存在するはずである。このとき、直線Kと
直線Mとの距離が、上述の波長Lに相当することにな
る。
The calculation method will be described with reference to FIG. In the figure, wave peak positions ak and am are determined by radar waves in the direction of azimuth line A from radar O, and wave peak positions bk and bm are determined by radar waves in the direction of azimuth line B.
It is assumed that the wave peak positions ck and cm are obtained as observation data by radar waves in the direction of the azimuth line C. straight line K from the peak positions of ak, bk and ck
Is a straight line M from the peak positions of am, bm and cm.
Must exist, respectively. At this time, the distance between the straight line K and the straight line M corresponds to the wavelength L described above.

【0013】ここで、レーダOをたとえば座標の原点と
考えれば、波峰ak、bk、ckならびに波峰am、b
m、cmは、それぞれ座標平面上の特定の点となる。こ
のときに、波峰ak、bk、ckの座標から直線Kの座
標上での方程式を求めること、波峰am、bm、cmの
座標から直線Mの座標上での方程式を求めることは、い
ずれも周知の回帰分析の手法を用いることにより、容易
に可能である。こうして直線Kならびに直線Mの方程式
を求めることができれば、これら2直線間の距離を求め
ることは、これも周知の手法により容易に可能である。
こうして求められた2直線間の距離が、すなわち波長L
に相当する。
If the radar O is considered as the origin of the coordinates, for example, the wave peaks ak, bk, ck and the wave peaks am, b
m and cm are specific points on the coordinate plane. At this time, it is well known that an equation on the coordinate of the straight line K is obtained from the coordinates of the wave peaks ak, bk, and ck, and an equation on the coordinate of the straight line M is obtained from the coordinates of the wave peaks am, bm, and cm. It is easily possible by using the regression analysis technique described above. If the equations of the straight line K and the straight line M can be obtained in this manner, the distance between these two straight lines can be easily obtained by a known method.
The distance between the two straight lines determined in this way, that is, the wavelength L
Is equivalent to

【0014】ただし、波峰の高さは常に一定とは限らな
い。実際の波浪においては、波峰の高さに不規則な変動
を生じ、その結果反射波の強度そのままでは波峰と認識
しにくい場合もある。この理由は、反射波を入力信号と
して処理するときに信号強度にしきい値を設けているこ
とによる。すなわち、従来からよく知られているよう
に、海上監視用レーダは微少な反射波の信号を無視する
ように設計されている。これは、レーダ波の多重反射な
どによって、実際には何も存在しないところにあたかも
船舶などが存在するような表示をしてしまう不具合を避
け、こうした虚偽の表示と実際に存在する船舶などの物
標の表示とを厳然と区別して、信頼性の高い表示を実現
する目的によるものである。このため、レーダを海上監
視用としても利用するためには、しきい値を極端に低く
することも、現実には難しい。
However, the height of the wave peak is not always constant. In an actual wave, an irregular fluctuation occurs in the height of the wave peak, and as a result, there is a case where it is difficult to recognize the wave peak as it is with the intensity of the reflected wave as it is. This is because a threshold value is provided for the signal strength when the reflected wave is processed as an input signal. That is, as is well known in the art, marine surveillance radars are designed to ignore signals of minute reflected waves. This avoids the problem of a display such as a ship existing where nothing actually exists due to multiple reflections of radar waves, etc. This is for the purpose of strictly distinguishing the display of the mark and realizing a highly reliable display. Therefore, it is actually difficult to make the threshold extremely low in order to use the radar for marine surveillance.

【0015】そこでこの発明においては、図6に示すよ
うに、各波峰における信号強度を加算した値を新たな強
度とする信号を合成して、これをもって信号の処理を行
うようにする。このときには、加算によって求められた
新たな信号強度は、加算前の波峰における信号強度と比
較しても、上述のしきい値をさらに高いものにすること
が可能である。これによって、上述の虚偽の表示と実際
の物標の表示とを区別するという条件も、有利に満足で
きる。
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 6, a signal having a value obtained by adding the signal intensities at each wave peak as a new intensity is synthesized, and the signal is processed based on the synthesized signal. At this time, the new signal strength obtained by the addition can make the above-mentioned threshold value higher even when compared with the signal strength at the wave peak before the addition. This advantageously satisfies the condition of distinguishing the false display from the display of the actual target.

【0016】このとき、各波峰の位置を検出するために
は、たとえば信号強度を時間で微分することによって、
信号強度を極大とする位置を波峰とみなすようにすれば
よいし、また加算処理においては、たとえば新たな強度
を求めようとする波峰の信号強度に、その波峰に隣接す
る波峰の信号強度を加算するようにしてもよい。このよ
うにすることによって、各波峰の信号が、互いにほぼ同
程度の信号強度を備え、しかも各々の信号強度が充分に
強いような信号を得ることが、可能になる。
At this time, in order to detect the position of each wave peak, for example, by differentiating the signal intensity with time,
The position where the signal intensity is maximized may be regarded as a peak, and in the addition process, for example, the signal intensity of a peak adjacent to the peak is added to the signal intensity of the peak for which a new intensity is to be obtained. You may make it. By doing so, it is possible to obtain a signal in which the signals of the respective peaks have substantially the same signal strength as each other and the signal strengths of the respective signals are sufficiently strong.

【0017】原理的には以上に説明した通りである。し
かしながら、実際には上述のようにして得られた信号
は、あくまで擬似的な波浪波形であり、そのスペクトル
は観測ごとに異なる。これは、反射波の波峰の位置と信
号強度から波浪を推測しているために起こる現象であ
る。この現象の影響を排除し、安定したスペクトルを得
るためには、たとえば観測を多数回行って、得られたデ
ータについて統計的処理を行うことも、考えられる。
The principle is as described above. However, actually, the signal obtained as described above is a pseudo wave waveform to the last, and the spectrum differs for each observation. This is a phenomenon that occurs because waves are estimated from the position of the peak of the reflected wave and the signal intensity. In order to eliminate the effect of this phenomenon and obtain a stable spectrum, for example, it is conceivable to perform observations many times and perform statistical processing on the obtained data.

【0018】しかしながら、以下に述べる手法を用いる
ことによって、観測を多数回繰り返すことなく波浪スペ
クトルを推測することが、可能となる。
However, by using the method described below, it is possible to estimate a wave spectrum without repeating observation many times.

【0019】すなわち、波浪スペクトルそのものに着目
するのではなく、波浪全体のエネルギに着目する。波浪
は海上の風からエネルギを得て発生するものであるが、
その発生プロセスとして、ある風速の風が海面上にふく
と、まず比較的短い波長の波が発生し、その波が時間の
経過につれて成長し、風速に応じた所定の振幅に達する
と、比較的短い波長の波の成長は止まる。それ以降、風
から与えられるエネルギは、さらに長い波長の波に供給
され、波長の長い波が成長を始める。このため、波浪の
有するエネルギは、波長の短い波のスペクトルから波長
の長い波のスペクトルへ積分した結果として与えられる
ことになる。
That is, the focus is not on the wave spectrum itself but on the energy of the entire wave. Waves are generated by obtaining energy from the wind at sea,
As a generation process, when a wind of a certain wind speed blows on the sea surface, first a wave of a relatively short wavelength is generated, and when the wave grows over time and reaches a predetermined amplitude according to the wind speed, a relatively short wave is generated. The growth of short wavelength waves stops. Thereafter, the energy provided by the wind is supplied to longer wavelength waves, which begin to grow. Therefore, the energy of the wave is given as a result of integrating the spectrum of the short-wave wave into the spectrum of the long-wave wave.

【0020】この処理を行うためのシステムの構成を、
図7に示す。図7において、1は従来から周知の海上監
視レーダ、2はこれも従来から周知の波高計である。こ
れら海上監視レーダ1ならびに波高計2については、い
ずれも周知であるので、図に示した構成の説明を省略す
る。
The configuration of a system for performing this processing is as follows:
As shown in FIG. In FIG. 7, reference numeral 1 denotes a conventionally known marine surveillance radar, and reference numeral 2 denotes a conventionally known wave height meter. Since the marine surveillance radar 1 and the wave height meter 2 are all well known, the description of the configuration shown in the drawing will be omitted.

【0021】3は波形記憶部である。ここでは、海上監
視レーダ1において検波まで終えたデータを一時的に記
憶する。この波形記憶部3は、海上監視レーダの出力信
号の形態に合わせて、たとえば一般的なメモリ素子など
で構成可能である。4は積分処理部である。この積分処
理部4は一般的な積分回路で構成されてもよいし、また
ソフトウェア処理によって同等の機能を実現してもよ
い。5は波形背面補間処理部である。海上監視レーダの
照射波は、上述の通り波峰の背面では反射してレーダに
到達するとは限らないので、この部分の波形を補間する
処理を、この波形背面補間処理部5で行う。6は標本化
回路である。波形背面補間処理部5で得られた波形を基
に、フーリエ変換を行って特定波長の成分を抽出する処
理を行う部分である。
Reference numeral 3 denotes a waveform storage unit. Here, the data that has been detected by the marine surveillance radar 1 until the detection is temporarily stored. The waveform storage unit 3 can be configured by, for example, a general memory element or the like according to the form of the output signal of the marine surveillance radar. Reference numeral 4 denotes an integration processing unit. The integration processing unit 4 may be constituted by a general integration circuit, or may realize the same function by software processing. Reference numeral 5 denotes a waveform back interpolation processing unit. As described above, since the irradiation wave of the marine surveillance radar does not always reflect on the back of the wave peak and reaches the radar, the waveform back interpolation processing unit 5 performs a process of interpolating the waveform of this portion. Reference numeral 6 denotes a sampling circuit. Based on the waveform obtained by the waveform back-side interpolation processing unit 5, this part performs a process of performing a Fourier transform to extract a component of a specific wavelength.

【0022】7は信号スペクトル算出部である。標本化
回路6において波長ごとに分解抽出された波浪成分か
ら、波浪スペクトルを算出し、さらに後述するC.C.
S.を算出する部分である。8は算出されたC.C.
S.が波高計2を含む海域のものであるか否かを判断す
る部分である。この判断は、海上監視レーダ1の照射範
囲と波高計2の位置とを照合することによって、容易に
行える。判断の結果、算出されたC.C.S.が波高計
2を含む海域のものであれば、次に述べる信号スペクト
ル算出部9において相関算出が行われる。そうでなけれ
ば、10において波高計との相関の有無を判断する。後
述する9は信号スペクトルのC.C.S.と波浪スペク
トルのC.C.S.との相関を求める信号スペクトル算
出部である。この相関を求める処理は、後述する波浪ス
ペクトル算出部14の出力と風向計測部15の出力とに
基づいて行われる。10は波高計2との相関データが存
在するか否かを判断する部分である。ここで相関データ
が存在すれば、波高算出部11において波高を算出す
る。そうでなければ、波形記憶部3において新しいデー
タを再度収集する。
Reference numeral 7 denotes a signal spectrum calculator. A wave spectrum is calculated from the wave components decomposed and extracted for each wavelength in the sampling circuit 6, and is further described in C.I. C.
S. Is a part for calculating. 8 is the calculated C.I. C.
S. Is a part for determining whether or not is a sea area including the wave height meter 2. This determination can be made easily by comparing the irradiation range of the marine surveillance radar 1 with the position of the wave height meter 2. As a result of the determination, the calculated C.I. C. S. Is a sea area including the wave height meter 2, a correlation calculation is performed in the signal spectrum calculation unit 9 described below. Otherwise, it is determined at 10 whether or not there is a correlation with the wave height meter. 9 described later indicates C.I. of the signal spectrum. C. S. And C. of the wave spectrum. C. S. And a signal spectrum calculation unit for calculating a correlation with the signal spectrum. The process of obtaining the correlation is performed based on the output of the wave spectrum calculation unit 14 and the output of the wind direction measurement unit 15 described later. Reference numeral 10 denotes a portion for determining whether or not there is correlation data with the wave height meter 2. If the correlation data exists, the wave height calculating unit 11 calculates the wave height. Otherwise, the waveform storage unit 3 collects new data again.

【0023】12は空中線であり、海上の波高計2から
波高データ13を波浪スペクトル算出部14に送る役割
を果たす。14は波浪スペクトル算出部であり、波高計
2から送られた波高データ13を用いて、波浪スペクト
ルならびに波浪スペクトルのC.C.S.を算出する。
Reference numeral 12 denotes an antenna, which plays a role in transmitting wave height data 13 from the wave height meter 2 on the sea to the wave spectrum calculating unit 14. Reference numeral 14 denotes a wave spectrum calculation unit which uses the wave height data 13 sent from the wave height meter 2 to calculate the wave spectrum and the C.I. C. S. Is calculated.

【0024】この構成を用いて行われる波浪観測を、波
浪モデルのシミュレーション結果を用いて示したもの
が、図8である。まず図8(a)は、風速36ノットで
完全に成長した波浪として、ノイマンスペクトルからシ
ミュレートした波浪モデルを示している。ここでは、有
義波高10.4メートル、平均波高6.5メートル、波
浪エネルギ13.6kV2のデータを示している。図8
(a)のうねりモデルからフーリエ変換を用いて波浪の
スペクトルを算出したものを、図8(b)のグラフに示
す。これは、上記のノイマンスペクトルと一致するもの
である。
FIG. 8 shows the wave observation performed using this configuration using simulation results of a wave model. First, FIG. 8A shows a wave model simulated from the Neumann spectrum as a wave completely grown at a wind speed of 36 knots. Here, data with a significant wave height of 10.4 meters, an average wave height of 6.5 meters, and wave energy of 13.6 kV2 are shown. FIG.
FIG. 8B shows a graph of a wave spectrum calculated using the Fourier transform from the swell model of FIG. This is consistent with the Neumann spectrum described above.

【0025】さらに、図8(a)の波浪モデルに対する
レーダ受信処理波、すなわちレーダの観測結果である疑
似波浪のスペクトルをシミュレーションによって求めた
ものを、図8(c)のグラフに示す。このグラフは、図
7に示す海上監視レーダ1の出力に相当するものであ
る。図8(c)のグラフをみると、波浪そのもののスペ
クトルを示す図8(b)のグラフとは傾向が一致してい
るとまでは言えず、特に低い周波数でのスペクトル成
分、すなわち長い波長でのスペクトル成分においては、
スペクトル成分に乱れがみられ、図8(b)のグラフと
の相違が大きい。この乱れを多数回の観測と統計的処理
によって整えることができるのは上述の通りであるが、
ここで波浪スペクトルの積分を考えてみる。
FIG. 8C shows a radar reception processing wave for the wave model of FIG. 8A, that is, a spectrum of a simulated wave which is a radar observation result obtained by simulation. This graph corresponds to the output of the marine surveillance radar 1 shown in FIG. Looking at the graph of FIG. 8C, it cannot be said that the trend is consistent with the graph of FIG. 8B showing the spectrum of the wave itself. In particular, the spectral component at a low frequency, that is, at a long wavelength. For the spectral components of
The spectral components are disturbed, and the difference from the graph of FIG. As described above, this disturbance can be adjusted by a number of observations and statistical processing.
Now consider the integration of the wave spectrum.

【0026】図8(d)は、波浪(モデル)そのもので
ある図8(b)の波浪スペクトルをスペクトルの成分周
波数で積分した積分曲線である。この積分曲線はCo−
Cumulative Spectoraと呼ばれるも
のであり、この積分曲線を、本願においてはC.C.
S.と略称する。上述の通り、波浪の有するエネルギ
は、波長の短い波のスペクトルから波長の長い波のスペ
クトルへ積分した結果として与えられるので、この積分
曲線C.C.S.が、波浪のエネルギを示すことにな
る。同様に図8(e)は、レーダ観測をシミュレートし
た疑似波浪スペクトル図8(c)を積分したC.C.
S.である。このグラフは、図7に示す信号スペクトル
算出部7の出力に相当するものである。このC.C.
S.を比較すると、両者がよく一致していることがわか
る。一般にこのC.C.S.曲線は、風速が大きいほど
高い値を示す。そこで風速を24ノット、28ノット、
32ノット、36ノットとした場合の0.079Hzに
おける値をシミュレーションによって求めると、各風速
における波浪モデルの波形の相違に起因して若干の差を
生じるものの、大略においては下記の通りとなる。
FIG. 8D is an integration curve obtained by integrating the wave spectrum of FIG. 8B, which is the wave (model) itself, with the component frequency of the spectrum. This integral curve is
This integral curve is called “Cumulative Spectora”, and in this application, this integral curve is referred to as C.I. C.
S. Abbreviated. As described above, the energy of a wave is given as a result of integrating the spectrum of a short-wave wave into the spectrum of a long-wave wave. C. S. Indicates the energy of the waves. Similarly, FIG. 8 (e) shows a pseudo wave spectrum simulating radar observation, FIG. C.
S. It is. This graph corresponds to the output of the signal spectrum calculator 7 shown in FIG. This C. C.
S. , It can be seen that they are well matched. Generally, this C.I. C. S. The curve shows a higher value as the wind speed increases. So the wind speed was 24 knots, 28 knots,
When a value at 0.079 Hz in the case of 32 knots and 36 knots is obtained by a simulation, a slight difference is caused due to a difference in the waveform of the wave model at each wind speed.

【0027】 風速(ノット) エネルギ・パラメータ(m2) レーダによるC.C.S. (kV2) 24 1.78 12.01 28 3.87 19.85 32 7.54 27.43 36 13.57 41.57Wind speed (knot) Energy parameter (m 2) C. S. (KV2) 24 1.78 12.01 28 3.87 19.85 32 7.54 27.43 36 13.57 41.57

【0028】上記の関係から、この範囲の波浪に対して
得られたC.C.S.値よりエネルギ・パラメータを求
める式として、次式を得られる。
From the above relationship, the C.I. C. S. The following equation is obtained as an equation for calculating the energy parameter from the value.

【0029】logE(m2)=1.638・log
C.C.S.(kV2)−1.519
LogE (m2) = 1.638 · log
C. C. S. (KV2)-1.519

【0030】また、不完全成長の波浪の例として、0.
1Hz以下の成分を含まない波浪の例を、図9に示す。
図9の各図の内容は、波浪モデルが不完全成長で有義波
高4.7メートル、平均波高3.0メートル、波浪エネ
ルギ2.8kV2である条件を除いて図9の場合と同様
であり、図9(a)は疑似波浪スペクトルをシミュレー
トしたもの、図9(b)は図9(a)のうねりモデルか
らフーリエ変換を用いて波浪のスペクトルを算出したも
の、図9(c)は図9(a)の波浪モデルに対するレー
ダ受信処理波、すなわちレーダの観測結果である疑似波
浪のスペクトルをシミュレーションによって求めたも
の、図9(d)は波浪(モデル)そのものである図9
(b)の波浪スペクトルを積分したC.C.S.、図9
(e)はレーダ観測をシミュレートした疑似波浪スペク
トル図9(c)を積分したC.C.S.である。
As an example of waves of incomplete growth, 0.
FIG. 9 shows an example of a wave that does not include a component of 1 Hz or less.
9 are the same as those in FIG. 9 except that the wave model is incompletely grown and has a significant wave height of 4.7 meters, an average wave height of 3.0 meters, and a wave energy of 2.8 kV2. FIG. 9 (a) is a simulation of a simulated wave spectrum, FIG. 9 (b) is a wave spectrum calculated from the swell model of FIG. 9 (a) using Fourier transform, and FIG. FIG. 9 (a) shows a radar reception processing wave for the wave model shown in FIG. 9 (a), that is, a spectrum of a simulated wave which is a radar observation result. FIG. 9 (d) shows a wave (model) itself.
C. which integrated the wave spectrum of (b). C. S. , FIG. 9
(E) is a C.D. wave obtained by integrating the pseudo wave spectrum diagram (c) simulating radar observation. C. S. It is.

【0031】このような不完全成長の波浪の場合には、
長い波長の波浪成分が成長していないため、疑似波浪ス
ペクトルを積分したC.C.S.では略0.1Hz以下
での積分値の増加が認められず、そのエネルギレベルは
大略20kV2で与えられる。これによりエネルギ・パ
ラメータE(m2)を得て、有義波高、平均波高さ、あ
るいは風速等を算出することが可能になる。
In the case of such imperfectly growing waves,
Since the long wavelength wave component has not grown, C.I. C. S. Does not show an increase in the integrated value below about 0.1 Hz, and its energy level is given by about 20 kV2. This makes it possible to obtain the energy parameter E (m2) and calculate the significant wave height, average wave height, wind speed, and the like.

【0032】[0032]

【発明の効果】以上に説明したように、この発明によれ
ば、従来からある短波長の海上監視用レーダを用いて、
観測上重要な長い波長の波浪を、高精度で観測すること
ができる。しかも、多数回の観測と統計的処理による負
担を負うことなく、高精度の観測が可能である。したが
って、船舶の航行安全の向上に、見るべき効果をあげる
ことが期待される。
As described above, according to the present invention, a conventional short-wavelength marine surveillance radar can be used.
Waves of long wavelengths that are important for observation can be observed with high accuracy. In addition, high-precision observation is possible without burdening a large number of observations and statistical processing. Therefore, it is expected to improve the navigational safety of ships.

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

【図1】波浪の波長を示す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing wavelengths of waves.

【図2】波浪とレーダ波の反射の様相を示す模式図であ
る。
FIG. 2 is a schematic diagram showing aspects of reflection of waves and radar waves.

【図3】波浪の縦断面を示す模式図である。FIG. 3 is a schematic view showing a vertical section of a wave.

【図4】波浪の波長とレーダ反射波の反射強度の関係を
示す模式図である。
FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a relationship between a wavelength of a wave and a reflection intensity of a radar reflected wave.

【図5】波浪の波長の算出の概念を示す模式図である。FIG. 5 is a schematic diagram showing the concept of calculating the wavelength of a wave.

【図6】信号強度の合成の概念を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram illustrating the concept of combining signal strengths.

【図7】本発明を実現するシステム構成の例を示す説明
図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a system configuration for realizing the present invention.

【図8】波浪のレーダ観測のC.C.S.のシミュレー
ション結果を示すグラフである。
FIG. 8 shows C.I. C. S. 6 is a graph showing a simulation result of FIG.

【図9】不完全波浪のレーダ観測のC.C.S.のシミ
ュレーション結果を示すグラフである。
FIG. 9 shows C.I. of radar observation of imperfect waves. C. S. 6 is a graph showing a simulation result of FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・海上監視レーダ 2・・・波高計 1: Marine monitoring radar 2: Wave height meter

フロントページの続き Fターム(参考) 5J070 AB01 AC01 AC04 AC20 AE07 AE14 AF01 AH02 AH04 AH14 AH19 AH25 AH33 AH35 AH50 AJ06 AJ10 AJ13 AK22 AK40 BD10 Continued on the front page F term (reference) 5J070 AB01 AC01 AC04 AC20 AE07 AE14 AF01 AH02 AH04 AH14 AH19 AH25 AH33 AH35 AH50 AJ06 AJ10 AJ13 AK22 AK40 BD10

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 レーダ波を海面に照射して、該レーダ波
の反射波を受信して海面の観測を行う波浪観測方式にお
いて、該海面において波浪の波長に対応する特定の距離
をおいた各位置からの反射波の信号強度の合計を求め、
前記反射波から得られた前記各位置と該各位置間の距離
とから、波浪の波峰もしくは波谷の位置を求めることを
特徴とする、波浪観測方式。
In a wave observation system for irradiating a radar wave to a sea surface and receiving a reflected wave of the radar wave to observe the sea surface, each of the sea surfaces at a specific distance corresponding to the wavelength of the wave on the sea surface. Find the sum of the signal strength of the reflected waves from the position,
A wave observation method, wherein a position of a wave peak or a wave trough is obtained from each of the positions obtained from the reflected waves and a distance between the positions.
【請求項2】 請求項1に記載の波浪観測方式におい
て、前記反射波から得られた波浪のスペクトルを該スペ
クトルの成分周波数で積分して、波浪エネルギのスペク
トルを得ることを特徴とする、波浪観測方式。
2. The wave observation method according to claim 1, wherein a wave energy spectrum is obtained by integrating a wave spectrum obtained from the reflected wave with a component frequency of the spectrum. Observation method.
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