JP2001021668A

JP2001021668A - ドップラ観測装置

Info

Publication number: JP2001021668A
Application number: JP11192933A
Authority: JP
Inventors: Toshio Wakayama; 俊夫若山; Kiyoyuki Hata; 清之畑; Masahiro Ichieda; 正博市枝; Yorihisa Tsuchimoto; 順久土本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-07-07
Filing date: 1999-07-07
Publication date: 2001-01-26
Anticipated expiration: 2019-07-07
Also published as: JP3508631B2

Abstract

(57)【要約】【課題】観測高度にかかわらず正確な水平風の観測が
できるドップラ観測装置を提供する。【解決手段】アンテナビームを走査して電波を送受信
し、受信した電波から大気のドップラシフト量を検出し
て観測位置上空の水平風を測定するドップラ観測装置に
おいて、上記アンテナビームのビーム特性を変化させる
ビーム制御部と、このビーム制御部に観測高度に応じた
上記アンテナビームの天頂角を指示し、上記ドップラシ
フト量の観測領域が各観測高度において等しくなるよう
上記送受信部のタイミングを制御する制御手段とを設け
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、観測位置上空の風
速・風向を測定し、当該観測位置上空における高度分布
情報等を提供するドップラ観測装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、上空の気象観測にはゾンデ等によ
る観測が行われているが、ゾンデ観測では、ゾンデを上
げた時刻のデータしか得ることができず、通常、時間分
解能の低い観測データ（例えば、数時間単位）しか得ら
れない。これに対し、近年、ウインドプロファイラとい
う風の場を時間空間的に密に測定できるドップラ・レー
ダが広く利用されており、このようなドップラ・レーダ
によれば、より高い時間分解能（例えば、１分〜数１０
分単位）で観測位置上空の風向・風速を測定することが
可能である。

【０００３】例えば、特開平１０−１９７５４９号公報
には、想定される測定誤差や地形などの状態を考慮に入
れ、観測位置上空の風速の水平成分を測定するようにし
たフェーズドアレイアンテナ型のドップラ風速計（いわ
ゆるドップラ・レーダである）が記載されている。そし
て、このように高い時間分解能で測定された風速・風向
の測定データによれば、観測位置上空における大気の高
度分布などを精度よく算定することができ、この高度分
布データに基づいて、例えば、大気汚染の発生状況、航
空機の航空の障害となる乱気流の検出、さらには局地的
な降雨状況の予測などをより正確に行うことが可能とな
る。

【０００４】例えば、降雨状況の予測では、従来、気象
庁から提供される気象情報が用いられているが、このよ
うな気象庁からの予測情報は広域な範囲を対象として観
測された観測データに基づくものであり（例えば、アメ
ダスのデータは５ｋｍ四方に区切られた区画毎の雨量を
測定している。）、局地的な降雨状況の予測については
あまり精度よく行うことができなかったが、上述のよう
なドップラ・レーダによれば、観測位置上空の高度分布
をより高い時間分解能で観測することが可能となるの
で、このような高度分布情報に基づいて観測位置周辺の
降雨規模、降雨位置等を予測することにより、集中豪雨
の発生位置、規模等をより正確に予測することができ、
防災面への活用が大いに期待できる（多数の水系を有す
る山岳部などでは、このような集中豪雨による災害の発
生を防止すべくより正確な降雨状況の予測が必要であ
る。）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来のドップ
ラ・レーダは、風の一様性を仮定して（水平面内の風速
分布がほぼ均一なことを条件とする。）水平風を測定す
るように構成されているため、例えば、特開平１０−１
９７５４９号公報に記載されたようなドップラ風速計の
ように電波受信時における斜めアンテナビームの天頂角
が観測高度に拘わらず一定の状態で風速・風向の測定が
なされた場合には、観測高度が高くなるほど風の一様性
を仮定する領域、すなわち観測領域が広がることとな
り、より高い観測高度領域においては風の観測領域が広
くなることにより、風分布に空間的な不均一が生じ、観
測精度が劣化するという問題点があった。

【０００６】また、このような風分布の不均一による観
測精度の劣化を最小限にするために、高い観測高度にお
ける斜めアンテナビームの天頂角を小さく設定した場合
には、低い観測高度領域における大気のドップラ速度
（射影成分）が小さくなることとなり、地形エコーとの
識別が困難になり低い観測高度における観測精度が劣化
するという問題点があった。

【０００７】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あり、観測高度にかかわらず正確
な風速・風向（以下、単に水平風という。）の測定がで
き、これらの測定結果からより正確な高度分布情報等を
観測することができる新規なドップラ観測装置を提供す
ることを目的とする。また、上記風速・風向についての
測定時間を短くすることができ、観測効率のより向上し
た新規なドップラ観測装置を提供することを目的とす
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係るド
ップラ観測装置は、アンテナビームを走査して電波を送
受信し、受信した電波から大気のドップラシフト量を検
出して観測位置上空の水平風を測定するドップラ観測装
置において、上記アンテナビームのビーム特性を変化さ
せるビーム制御部と、このビーム制御部に観測高度に応
じた上記アンテナビームの天頂角を指示し、上記ドップ
ラシフト量の観測領域が各観測高度において等しくなる
よう上記送受信部のタイミングを制御する制御手段とを
備えたものである。

【０００９】請求項２の発明に係るドップラ観測装置
は、アンテナビームを走査して電波を送受信し、受信し
た電波から大気のドップラシフト量を検出して観測位置
上空の水平風を測定するドップラ観測装置において、上
記電波の送信時には上記アンテナビームを仰角方向に幅
広なファンビーム型とし、上記電波の受信時には上記ア
ンテナビームをペンシルビーム型とし、このペンシルビ
ーム型のアンテナビームを低高度から高高度の方向へ変
化させながら上記電波を受信するようにしたものであ
る。

【００１０】請求項３の発明に係るドップラ観測装置
は、上記アンテナビームを離散的に変化させるものであ
る。

【００１１】請求項４の発明に係るドップラ観測装置
は、アンテナビームを走査して電波を送受信するアンテ
ナ部と、このアンテナ部を制御して上記アンテナビーム
のビーム特性を変化させるビーム制御部と、上記アンテ
ナ部より受信された電波から大気のドップラシフト量を
検出する信号処理部と、上記ビーム制御部に観測高度に
応じた上記アンテナビームの天頂角を指示し、上記ドッ
プラシフト量の観測領域が各観測高度において等しくな
るように送受信部のタイミングを制御する制御手段とを
備えたものである。

【００１２】請求項５の発明に係るドップラ観測装置
は、上記ドップラシフト量の検出結果から地形エコーの
影響を評価し、この評価結果に応じて上記アンテナビー
ムの天頂角パターンを変更するようにしたものである。

【００１３】請求項６の発明に係るドップラ観測装置
は、上記アンテナ部をフェーズドアレイアンテナにより
構成したものである。

【００１４】

【発明の実施の形態】実施の形態１以下、この発明の一実施形態について図１乃至図４を用
いて説明する。図１はこの発明の一実施形態によるドッ
プラ観測装置を示すブロック構成図であり、図２は図１
に示すドップラ観測装置によって放射ないし走査される
アンテナビームのビーム特性図である。なお、アンテナ
ビームのビーム特性はアンテナ開口面全面あるいは一部
を励振させることにより制御することが可能であり、本
実施の形態によるドップラ観測装置では、観測効率を向
上させる観点から、電波送信時には図２（ａ）に示すよ
うなビーム特性、電波受信時には図２（ｂ）に示すよう
なビーム特性のアンテナビームをそれぞれ放射ないし走
査させている。

【００１５】図１において、１は複数のアンテナ素子が
配列された素子アレイ１ａ及びこの素子アレイ１ａに所
定の位相信号を供給して後述するアンテナ開口面に所定
ビーム特性のアンテナビームを形成させる移相器１ｂに
より構成されたフェーズドアレイ方式のアンテナ部、２
はアンテナ部１から観測位置上空に送信させる所定周波
数の送信信号を生成する送信部、３はアンテナ部１にて
受信されサーキュレータ等の送受信切換部４を介して入
力された目標物等からの反射電波を受信処理する受信部
（５は２ないし４を含んだ送受信部である。）、６は受
信部３で受信処理された受信信号についてＦＦＴ変換処
理等の信号処理を施して反射電波に含まれた周波数のド
ップラシフト量を検出する信号処理部、７はアンテナ部
１に形成されるアンテナビームのビーム特性及びビーム
方向などを制御すべく移相器１ｂへの指示を行うビーム
制御部、８はＣＰＵやメモリ等を有し、内蔵されたプロ
グラムや外部装置からの指令に従って信号処理部６によ
り検出されたドップラシフト量から観測位置上空におけ
る水平風の算定処理ないし高度分布の算定処理を行い、
また電波の送受信タイミングに応じてビーム制御部６に
アンテナビーム切り替えの指示などを行う制御手段であ
る。なお、制御手段８によって算定処理された各種処理
データ（観測位置上空の水平風のデータないし高度分布
のデータ等）は、例えば表示装置等他の装置へ出力さ
れ、気象予報などに利用される（図示省略）。

【００１６】また、図２において、９は素子アレイ１ａ
のアンテナ開口面、１０ａ，１０ｂはアンテナ開口面９
から斜め上空に向けて形成されたアンテナビーム（以
下、斜めアンテナビームという。）であり、１０ａは電
波送信時における斜めアンテナビームの指向特性、１０
ｂは電波受信時における斜めアンテナビームの指向特性
をそれぞれ示している。図２に示すように、本実施の形
態によるドップラ観測装置では、電波送信時には仰角方
向にブロードな指向特性を有するいわゆるファンビーム
型のアンテナビームが形成され、電波受信時には方位方
向及び仰角方向とも比較的鋭い指向性を有するいわゆる
ペンシルビーム型のアンテナビームが形成される。そし
て、これら斜めアンテナビーム１０ａ，１０ｂは、アン
テナ開口面８と直交する方向、すなわち天頂方向を基準
としこの天頂方向からの角度（以下、天頂角という。）
によりアンテナ仰角がそれぞれ制御されている。

【００１７】一般に、ドップラ・レーダによる水平風の
測定は、天頂方向となす角度が等しくかつ水平面に投影
した送受信電波方向がほぼ正反対の異なる２方向の斜め
アンテナビームについて斜め方向の風速を検出し、これ
ら斜め方向の風速から垂直成分を消去して水平成分を検
出することにより行われるものであり（例えば、特開平
１０−１９７５４９号に記載の算定方法。）、本実施の
形態によるドップラ観測装置も同様の算定処理により各
観測高度における大気の移動速度を測定するものであ
る。例えば、東西方向の水平風を観測する場合、東又は
西方向斜め上方の測定値と天頂方向の測定値とから垂直
成分を除去して観測位置上空における東西方向の水平風
を算定し、あるいは、東方向斜め上方の測定値と西方向
斜め上方の測定値とから垂直成分を除去して観測位置上
空における東西方向の水平風を算定するものである。

【００１８】なお、図２は東西方向の水平風を測定する
場合について示しているが、他の方位方向について水平
風を測定する場合も同様であり、各方位方向について測
定された水平風の３次元合成ベクトル処理により観測位
置上空における水平風の算定が行われる（Ｅは東方向、
Ｗは西方向、Ｎは北方向、Ｓは南方向である。）。

【００１９】次に、東西方向についての水平風の測定を
例に本実施の形態によるドップラ観測装置の動作を説明
する（他の各方位方向の水平風の算定について説明を省
略する。）。図３は本実施の形態によるドップラ観測装
置の送受信タイミングおよび電波受信中におけるビーム
天頂角の変化について説明するための送受信タイミング
説明図である。本実施の形態によるドップラ観測装置で
は、送信動作が開始されると、まず、制御手段８が送受
信部５の送信部２に送信指示を行うと共に、ビーム制御
部７に指示を行いアンテナ部１に図２（ａ）に示すよう
な特性の斜めアンテナビーム１０ａを形成させる。そし
て、送信部２から出力された所定周波数の送信信号は、
送受信切換部４、アンテナ部１を介しこの斜めアンテナ
ビーム１０ａにより観測位置上空に送信電波として送信
される。ここで、斜めアンテナビーム１０ａは、図２
（ａ）に示すような天頂方向付近を含む仰角方向に幅広
なビーム特性を有するアンテナビームであり、送信部２
から出力された送信信号は比較的短い送信時間にて観測
領域全域に送信することができる（図３の上段図１１を
参照。）。

【００２０】次に、受信動作が開始されると、制御手段
８は送受信部５に送受信の切り換えを指示すると共に、
ビーム制御部７を制御してアンテナ開口面９に形成され
た斜めアンテナビーム１０ａを図２（ｂ）に示すような
ペンシルビーム型の斜めアンテナビーム１０ｂに切り換
える。そして、ビーム制御部７はこの斜めアンテナビー
ム１０ｂを後述するように制御して大気中の不均一な箇
所等から反射された反射電波について受信を行う。電波
受信時における斜めアンテナビーム１０ｂは、仰角方向
のビーム幅が狭いので観測領域内を走査して観測領域全
域をカバーするには多少の時間を要するが（図３の中段
図１２を参照。）、本実施の形態では、斜めアンテナビ
ーム１０ｂの走査手順を天頂角が大となる方向から小と
なる仰角方向へ変化するよう制御されているので（図３
の下段図１３を参照。）、各観測高度領域からの反射電
波を効率的に受信することができる。

【００２１】すなわち、パルスレーダは、送受信の時間
差が観測位置からの距離に対応し、受信した反射波の時
系列の受信データから観測位置とターゲットとの間の距
離方向の分布を測定することができるが、本実施の形態
によるドップラ観測装置では、ビーム制御部７がこのよ
うなターゲット（ここでは、大気組成によるゆらぎや大
気密度によるゆらぎ等の大気の不均一箇所であり、以
下、散乱体という。）までの距離が比較的短い低観測高
度領域（すなわち天頂角が大となる仰角方向）から、散
乱体までの距離が長くなる高観測高度領域（すなわち天
頂角が小となる仰角方向）へ天頂角が変化するよう斜め
アンテナビーム１０ｂを走査して散乱体からの反射電波
を受信するようにしたので、散乱体までの距離に応じた
時間差でそれぞれ反射された各散乱体からの反射電波を
受信することができ、観測位置上空における大気からの
反射電波を効率的に受信することができる。

【００２２】なお、斜めアンテナビーム１０ｂの走査速
度は観測位置周辺の気象条件、要求される観測精度等に
応じて設定されるものであるが、本実施の形態によるド
ップラ観測装置では、各観測高度における観測領域、す
なわち水平風の算定位置が各観測高度において等しくな
るように斜めアンテナビーム１０ｂの走査速度が設定さ
れ、受信部３の受信タイミングが設定される。

【００２３】そして、斜めアンテナビーム１０ｂにより
受信され、受信部３にて受信処理された時系列の受信デ
ータについて上述したような射影成分（斜め方向の風速
から垂直成分を消去したもの）をそれぞれ算定すること
により、各観測高度における水平風が測定できる。上述
のとおり、水平風測定の原理は、大気中の屈折率の粗密
が散乱体となって反射され、この反射波のドップラ効果
による周波数の変化を検出することに基づき行われるも
ので、本実施の形態によるドップラ観測装置では、この
ような反射電波からのドップラシフト量をドップラ処理
部６にて検出し、これら時系列のドップラシフト量に基
づいて水平風の算定を行うことにより、各観測高度毎の
水平風を算定することができる。

【００２４】図４は本実施の形態によるドップラ観測装
置の電波受信時における水平風の測定状況を模式的に示
した測定状況説明図であるが、図４に示すように、本実
施の形態によるドップラ装置では、各観測高度の水平風
の観測領域（水平風の算定点Ｓ１ないしＳｎ）が等しく
なるように斜めアンテナビーム１０ｂの走査および受信
部３における受信タイミングの制御を行っているので、
観測位置上空の風分布に空間的な不均一があるような場
合において、高い観測高度領域においても風の一様性を
仮定する領域が不用意に拡がることがなく、各観測高度
における水平風の測定精度を向上させることができる。
なお、図４において、Ｋ１ないしＫｎ（ｎは整数）は水
平風の測定が行われる各観測高度、Ｓ１ないしＳｎは各
観測高度における水平風の算定点である。

【００２５】そして、以上のような水平風の測定を観測
位置を中心とした複数の方位方向（南北方向を含む。）
について行うことにより多数の方位方向について各観測
高度毎の水平風を測定することができ、これら各方位方
向について測定された各観測高度毎の水平風について３
次元ベクトルの合成処理を行うことにより、観測位置上
空における水平風の３次元分布を算定することができ
る。この水平風の３次元分布に基づいて観測位置上空に
おける大気の高度分布が観測される。

【００２６】以上のように、本実施の形態によるドップ
ラ観測装置によれば、電波送信時には図２（ａ）に示す
ような仰角方向に幅広なビーム特性を有するアンテナビ
ームにより送信信号を送信し、電波受信時には図２
（ｂ）に示すような仰角方向にビーム幅の狭いビーム特
性を有するアンテナビームをその天頂角が大となる方向
から小となる方向に変化させて反射電波を受信するよう
にしたので、観測位置上空に対する電波の送受信を高速
に行うことができ、観測位置上空の水平風の測定効率、
ひいては高度分布の観測効率を大幅に向上させることが
できる。また、観測高度に拘わらず水平風の観測領域が
等しくなるようにしたので、各観測高度における測風精
度を向上させより正確な大気の高度分布を観測すること
ができる。

【００２７】また、観測位置上空における大気の高度分
布を正確に観測することができれば、上述したような観
測位置周辺における局地的な気象現象の変化、例えば降
雨状況などをより正確に予測することが可能となり、災
害発生の回避など防災面への活用、あるいはより精度の
高い大気汚染発生状況の監視、航空機の航空の障害とな
る乱気流の検出などを図ることができる。

【００２８】実施の形態２．次に本発明の他の実施形態
について説明する。上記実施の形態によるドップラ観測
装置では、電波受信時における斜めアンテナビーム１０
ｂの天頂角は時間の経過に伴い連続的に変化させていた
が、この天頂角を変化させる範囲は低仰角方向から高仰
角方向（３０度ないし６０度？）にまで及ぶきわめて広
範囲なものであり、観測領域全域について大気からの反
射電波を受信するためには当該斜めアンテナビーム１０
ｂの走査速度に制限を受ける。即ち、アンテナビームの
走査速度をあまり速く設定すると、時間分解能が低下し
て測定された水平風の測風精度も劣化するという問題が
あり、所望の時間分解能を得るためにはアンテナビーム
の走査速度をあまり速く設定することはできない。

【００２９】本実施の形態によるドップラ観測装置で
は、このような問題を解消すべく、電波受信時における
斜めアンテナビーム１０ｂの天頂角を観測高度に対応さ
せ離散的に変化させるようにしたものである。このよう
な斜めアンテナビーム１０ｂの天頂角の変化は、例えば
制御手段８に予め設定されたプログラム等の制御により
実現されるものであり、本実施の形態によるドップラ観
測装置の装置概要は図１に示すものとほぼ同様に構成さ
れるものである（具体的な装置説明については省略す
る。）図５は斜めアンテナビーム１０ｂのビーム天頂角
を離散的に変化させた様子を説明するための送受信タイ
ミング説明図であり、本実施の形態によるドップラ観測
装置では、斜めアンテナビームのビーム天頂角を低高度
用、中高度用、高高度用の３段階に変化させている（図
５の下段図１４を参照。）。

【００３０】本実施の形態によるドップラ観測装置によ
れば、図５に示すように、所定の観測高度における反射
電波の受信時間を長く設定することができ、上記実施の
形態によるドップラ観測装置のように斜めアンテナビー
ムを連続的に変化させる場合に比べて受信電波の時間分
解能を大幅に向上させることができる。なお、本実施の
形態では、斜めアンテナビームの天頂角を３段階に変化
させているが、より正確な大気の高度分布を観測するた
めには多数の観測高度について水平風を測定することが
望ましく、要求される観測精度に応じて３段階以上の多
段階に斜めアンテナビームを変化させるようにしてもよ
い。

【００３１】以上のように、本実施の形態によるドップ
ラ観測装置によれば、電波受信時における斜めアンテナ
ビームの天頂角を離散的に変化させるようにしたので、
さらに、受信した反射電波の時間分解能を向上させるこ
とができ、各観測高度における水平風の測風精度が向上
しより正確な大気の高度分布を観測することができる。
また、ビーム天頂角の切り換えに要する時間をも短縮す
ることができるので、水平風の測定時間も短かくするこ
とができ、観測精度の劣化を防止しながら観測効率を向
上させることができる。

【００３２】実施の形態３．次に本発明の他の実施形態
についてさらに図６及び図７を用いて説明する。上記各
実施の形態では、風の一様性を仮定する領域、即ち、観
測位置上空の観測領域が観測高度に拘わらずほぼ一定と
なるように電波受信時における斜めアンテナビーム１０
ｂの天頂角を変化させていたが、上述したようなドップ
ラ観測装置では、大気中からの反射電波だけでなく地表
面や観測位置周囲の建物等からの反射電波（以下、地形
エコーという。）についても区別することなく受信して
しまい、このような地形エコーの影響を受けやすい観測
位置においては、いわゆる大気エコーと地形エコーとの
識別が困難となる場合あり、水平風の測風精度に大きな
影響を及ぼす。

【００３３】本実施の形態によるドップラ観測装置は、
このような問題を解消すべく、測定された水平風につい
ていわゆる地形エコーの評価を行い、この地形エコーの
評価結果から地形エコーによる測風精度の劣化が生じて
いると判定された観測高度について、斜めアンテナビー
ム１０ｂの天頂角パターンを変更し、その変更後の天頂
角にて再度水平風の測定を行うようにしたものである。

【００３４】図６は本実施形態によるドップラ観測装置
の動作フローを示す動作フローチャート図であり、この
動作フローは、例えば、制御手段８に予め設定されたプ
ログラム等により実現される。なお、本実施の形態によ
るドップラ観測装置の装置概要も図１に示すものとほぼ
同様に構成されるものであり、また、水平風の算定処理
も上記実施の形態によるドップラ観測装置と同様な手法
により行われる。本実施の形態によるドップラ観測装置
では、まず、図２（ａ），図２（ｂ）に示すような斜め
アンテナビーム１０ａ，１０ｂを用いて電波の送受信が
行われ、観測位置上空における大気のドップラシフト量
が検出される（Ｓ０１）。そして、これらドップラシフ
ト量から各観測高度における水平風の算定処理が行われ
（Ｓ０２）、算定された水平風についてそれぞれ地形エ
コーによる影響の評価が行われる（Ｓ０３）。

【００３５】上述したように、ウインドプロファイラ等
のドップラ観測装置は、大気中で反射される微弱な電波
を受信ないし解析して大気の移動速度を測定するもので
あるため、地表面や観測位置周囲の建物等からの強い反
射電波が受信されるとそのような地形エコーの影響を受
けやすい。即ち、このような地形エコーは検出されるド
ップラシフト量が一般に零であり、観測位置上空の大気
の移動速度がごく小さい場合には、信号処理部６にて検
出される大気のドップラシフト量もごく小さいものとな
るため、いわゆる大気エコーと地形エコーとが重なって
検出された場合には、これら各受信データのスペクトラ
ムを比較してもこれらの識別が困難となる（例えば、山
の斜面等はその表面部分がゆらいでおり、このような斜
面から反射された地形エコーはドップラシフト量が正確
には零とならない。）。

【００３６】ここで、地形エコーの影響を受けているか
否かの具体的評価は、測風精度が劣化しているか否かに
より評価すればよく、例えば、ＳＮ比、速度幅、クラッ
タレベルなどに基づいて行うことが可能である。この地
形エコーの評価は３次元ベクトル合成された各観測高度
における水平風について行ってもよいし、さらに各方位
方向において算定された各水平風について行うようにし
てもよい。以上のような地形エコーの評価結果から測風
精度の劣化が検出されなければ、制御手段８は正常に水
平風の測定が行われたものと判定して天頂角パターンの
変更は行わず測定された各観測高度における水平風に基
づいて観測位置上空の高度分布を算定し、測風精度の劣
化が検出された場合には、その測風精度の劣化が検出さ
れた観測高度につい再度水平風の測定を行うよう斜めア
ンテナビーム１０ｂの天頂角パターンの変更が指示され
る（Ｓ０４）。

【００３７】具体的には、制御手段８からビーム制御部
７に対して斜めアンテナビーム１０ｂの天頂角パターン
の変更の指示が行われ、このビーム制御部７の制御によ
りアンテナ開口面９に形成された斜めアンテナビーム１
０ｂの天頂角パターンが変更される。図７は地形エコー
の評価に基づいて斜めアンテナビーム１０ｂの天頂角を
変更した様子を示す天頂角パターン説明図であり、本実
施の形態によるドップラ観測装置では、図７に示すよう
に、地形エコーの影響が検出された観測高度においてそ
の観測領域が広くなるように斜めアンテナビーム１０ｂ
の天頂角が変更され、その変更後の斜めアンテナビーム
１０ｂの天頂角にて再度当該観測高度における水平風の
測定が行われる（図７中、Ｓ１は変更前の水平風の算定
点、Ｓ１’は変更後の水平風の算定点である。）。

【００３８】上述したとおり、水平風の算定は、アンテ
ナビーム１０ｂの視線方向の射影成分に基づきなされる
ものであり、アンテナビーム１０ｂの天頂角を大きくす
ればそれに応じて射影成分も大きくなるので、たとえ大
気の移動速度がごく小さく地形エコーとの識別が困難な
場合であっても、天頂角を広げることにより大気エコー
と地形エコーとの識別が容易となり、当該観測高度領域
における水平風の測風精度を向上させることができる。
なお、地形エコーの影響は、観測高度領域が低くなるほ
ど大きくなる傾向があり、高い観測高度においてはほと
んどその影響を受けない。

【００３９】以上のように、本実施の形態によるドップ
ラ観測装置によれば、測定された水平風について地形エ
コーの評価を行い、地形エコーによる測風精度の劣化が
検出された場合には、電波受信時における斜めアンテナ
ビーム１０ｂの天頂角パターンを変更して再度水平風の
測定を行うようにしたので、いわゆる大気エコーと地形
エコーと識別を容易にすることができ、さらに、より正
確な大気の高度分布を観測することができる。また、地
形エコーによる影響は、観測高度が低くなるほど大きく
なる傾向があり、高い観測高度における水平風の測定に
はそれほど影響を及ぼさないので、高い観測高度におい
て観測領域が広がり水平風の測風精度が劣化するという
問題も生じ難い。

【００４０】なお、上記のような地形エコーの評価結果
からビーム天頂角パターンの変化によっても地形エコー
の影響がどうしても防止できないような場合も想定でき
るので、そのような場合には、以上のようなドップラ観
測装置を自動車等の移動体に載置して車載型のドップラ
観測装置としておき、観測位置を変更できるようにして
おいてもよい。このような車載型のドップラ観測装置の
利点は、例えば、地形エコーの原因となっている地形エ
コー対象物（山、建築物等）が除去できないような場合
において水平風の正確な観測を行うことが可能となるこ
とであり、１台のドップラ観測装置によって複数の観測
位置上空の水平風の測定ないし高度分布の観測を行うこ
とができる。ドップラ観測手段は通常の固定手段などに
より移動体に固定すればよい。

【００４１】実施の形態４．次に本発明の他の実施形態
について説明する。上記各実施の形態によるドップラ観
測装置では、測風精度を向上させ、かつ、高度分布の観
測効率を向上させるために、水平風の測定に際していわ
ゆるファンビーム型のアンテナビームとペンシルビーム
型のアンテナビームとをそれぞれ使い分けていたが、送
受信のいずれにおいてもペンシルビーム型のアンテナビ
ームを用いて水平風の測定を行うようにしてもよい。こ
の場合、上記実施の形態によるドップラ観測装置と異な
り観測領域全域をカバーするため電波の送受信を何度も
繰り返して行う必要があるので、その分、水平風の測定
に時間を要するが、上述したように、アンテナビームの
天頂角を各観測高度に応じた角度に設定して測定するこ
とにより、水平風の観測領域が観測高度に拘わらず等し
くなり、各観測高度における水平風の測風精度が向上
し、より正確な大気の高度分布を観測することができ
る。

【００４２】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明によれ
ば、アンテナビームを走査して電波を送受信し、受信し
た電波から大気のドップラシフト量を検出して観測位置
上空の水平風を測定するドップラ観測装置において、上
記アンテナビームのビーム特性を変化させるビーム制御
部と、このビーム制御部に観測高度に応じた上記アンテ
ナビームの天頂角を指示し、上記ドップラシフト量の観
測領域が各観測高度において等しくなるよう上記送受信
部のタイミングを制御する制御手段とを備えたので、観
測高度に拘わらず風の一様性を仮定する領域が等しくな
り、各観測高度における水平風の測風精度を向上させる
ことができる。

【００４３】また、請求項２項の発明によれば、アンテ
ナビームを走査して電波を送受信し、受信した電波から
大気のドップラシフト量を検出して観測位置上空の水平
風を測定するドップラ観測装置において、上記電波の送
信時には上記アンテナビームを仰角方向に幅広なファン
ビーム型とし、上記電波の受信時には上記アンテナビー
ムをペンシルビーム型とし、このペンシルビーム型のア
ンテナビームを低高度から高高度の方向へ変化させなが
ら上記電波を受信するようにしたので、各観測高度にお
ける水平風の測風精度を向上させることができると共
に、ドップラシフト量の検出を短時間で行うことができ
水平風の観測効率を向上させることができる。

【００４４】また、請求項３項の発明によれば、上記ア
ンテナビームを離散的に変化させるので、さらに、ビー
ム天頂角の切り換えに伴うアンテナビームの走査時間を
短縮させることができると共に、測定された水平風の時
間分解能が向上し、水平風の測風精度をより向上させる
ことができる。

【００４５】また、請求項４項の発明によれば、アンテ
ナビームを走査して電波を送受信するアンテナ部と、こ
のアンテナ部を制御して上記アンテナビームのビーム特
性を変化させるビーム制御部と、上記アンテナ部より受
信された電波から大気のドップラシフト量を検出する信
号処理部と、上記ビーム制御部に観測高度に応じた上記
アンテナビームの天頂角を指示し、上記ドップラシフト
量の観測領域が各観測高度において等しくなるように送
受信部のタイミングを制御する制御手段とを備えたの
で、観測高度に拘わらず風の一様性を仮定する領域が等
しくなり、各観測高度における水平風の測風精度を向上
させることができる。

【００４６】また、請求項５項の発明によれば、上記ド
ップラシフト量の検出結果から地形エコーの影響を評価
し、この評価結果に応じて上記アンテナビームの天頂角
パターンを変更するようにしたので、さらに、地形エコ
ーの影響が強い観測位置においてアンテナビームの天頂
角を最適な角度に設定することができ、地形エコーの影
響による測風精度の劣化を防止してより水平風の測風精
度を向上させることができる。

【００４７】また、請求項６項の発明によれば、上記ア
ンテナ部をフェーズドアレイアンテナにより構成したの
で、アンテナビームの天頂角をより容易に変化させるこ
とができると共に、各観測高度に応じたアンテナビーム
の天頂角の設定を正確に制御することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施形態によるドップラ観測装
置を示すブロック構成図である。

【図２】図１に示すドップラ観測装置により放射ない
し走査されるアンテナビームのビーム説明図である。

【図３】図１に示すドップラ観測装置の送受信タイミ
ングおよび電波受信時の斜めアンテナビームの天頂角変
化について説明するための送受信タイミング説明図であ
る。

【図４】図１に示すドップラ観測装置の受信時におけ
るアンテナビームの天頂角あるいは仰角の変化状況を示
す観測説明図である。

【図５】この発明の他の実施形態によるドップラ観測
装置を説明するための斜めアンテナビームの送受信タイ
ミング説明図である。

【図６】この発明の他の実施形態によるドップラ観測
装置の動作フローを示す動作フローチャート図である。

【図７】地形エコーの評価に基づいて斜めアンテナビ
ーム１０ｂの天頂角を変更した様子を示す天頂角パター
ン説明図である。

【符号の説明】

１アンテナ部、２送信部、３受信部、４送受信
切換部、６ドップラ処理部、７ビーム制御部、８
制御手段、９アンテナ開口面、１０ａ、１０ｂアン
テナビーム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者市枝正博神奈川県鎌倉市上町屋730−11 三菱電機特機システム株式会社内 (72)発明者土本順久神奈川県鎌倉市上町屋730−11 三菱電機特機システム株式会社内Ｆターム(参考） 5J070 AC03 AC06 AC12 AC15 AD08 AE13 AG03 AH26 AH31 AJ13 AK22 BA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】アンテナビームを走査して電波を送受信
し、受信した電波から大気のドップラシフト量を検出し
て観測位置上空の水平風を測定するドップラ観測装置に
おいて、上記アンテナビームのビーム特性を変化させる
ビーム制御部と、このビーム制御部に観測高度に応じた
上記アンテナビームの天頂角を指示し、上記ドップラシ
フト量の観測領域が各観測高度において等しくなるよう
上記送受信部のタイミングを制御する制御手段とを備え
たことを特徴とするドップラ観測装置。
【請求項２】アンテナビームを走査して電波を送受信
し、受信した電波から大気のドップラシフト量を検出し
て観測位置上空の水平風を測定するドップラ観測装置に
おいて、上記電波の送信時には上記アンテナビームを仰
角方向に幅広なファンビーム型とし、上記電波の受信時
には上記アンテナビームをペンシルビーム型とし、この
ペンシルビーム型のアンテナビームを低高度から高高度
の方向へ変化させながら上記電波を受信するようにした
ことを特徴とするドップラ観測装置。
【請求項３】上記アンテナビームを離散的に変化させ
ることを特徴とする請求項１又は２記載のドップラ観測
装置。
【請求項４】アンテナビームを走査して電波を送受信
するアンテナ部と、このアンテナ部を制御して上記アン
テナビームのビーム特性を変化させるビーム制御部と、
上記アンテナ部より受信された電波から大気のドップラ
シフト量を検出する信号処理部と、上記ビーム制御部に
観測高度に応じた上記アンテナビームの天頂角を指示
し、上記ドップラシフト量の観測領域が各観測高度にお
いて等しくなるように送受信部のタイミングを制御する
制御手段とを備えたことを特徴とするドップラ観測装
置。
【請求項５】上記ドップラシフト量の検出結果から地
形エコーの影響を評価し、この評価結果に応じて上記ア
ンテナビームの天頂角パターンを変更するようにしたこ
とを特徴とする請求項４記載のドップラ観測装置。
【請求項６】上記アンテナ部をフェーズドアレイアン
テナにより構成したことを特徴とする請求項４又は請求
項５に記載のドップラ観測装置。