JP2006258580A - レーダ装置とその風速観測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 観測覆域を狭めることなく観測できる風速の上限を高くする。
【解決手段】 レーダ覆域を所定の距離で２つの領域に区分し、近距離の領域については期間Ａ及び期間Ａ′の送信パルスで生成した送信信号（以下、モードＡ）、その外側の領域については期間Ｂ及び期間Ｂ′の送信パルスで生成した送信信号（以下、モードＢ）を用いる。そして、水平方向の一回転毎にモードを切り替え、信号処理装置１６にて近距離側領域の観測結果と遠距離側領域の観測結果を別々に得て、両者を合成する。すなわち、モードＡでは近距離側領域のみ観測可能で、その外側の領域の観測は不能であり、逆にモードＢでは近距離側領域は観測不能であるがその外側の領域は観測可能である。そこで、両者の観測結果を合成することで、レーダ覆域に観測不能領域がなくなり、レーダ覆域全体の観測が可能となる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、主に気象レーダとして用いられ、風速を観測するためのレーダ装置とその風速観測方法に関する。

気象レーダ装置には、非特許文献１に示されるように、空中線をある仰角に固定して水平方向に回転させて覆域の雨量や風速の観測を行うデータ取得方式がある。特に風速の観測性能は次式（１）によって決定される。

すなわち、式（１）に示されるように、風速の観測性能は、送信信号の繰り返し周波数（以下ＰＲＦと呼ぶ）とスタガ比によって決定され、ＰＲＦ値を大きくすれば観測可能な風速の上限を高くすることができる。しかしながら、ＰＲＦ値を大きくすると観測覆域が狭くなる。そこで、期間の異なる複数の種類のパルスを連続させた送信信号を用いて風速観測を行うことが考えられているが、１種類のパルスだけの送信信号を用いて風速観測を行う場合に比べて必然的にＰＲＦ値が小さくなる。このため、観測覆域を狭めることなく観測できる風速の上限を高くすることは困難であった。
気象研究ノート第２００号 日本気象学会

以上述べたように、従来のレーダ装置において、観測可能な風速の上限を高めるために、周期の異なる複数の種類のパルスを連続させた送信信号を用いて風速観測を行うことが考えられているが、１種類のパルスだけの送信信号を用いて風速観測を行う場合に比べてＰＲＦ値が小さくなるため、観測覆域を狭めることなく観測できる風速の上限を高くすることは困難であった。

本発明は上記の問題を解決するためになされたもので、観測覆域を狭めることなく観測できる風速の上限を高くすることのできるレーダ装置とその風速観測方法を提供することを目的とする。

上記問題を解決するために、本発明に係るレーダ装置は、空中線を所定の速度で水平方向に回転させて所定の仰角でビーム走査を行う場合に、前記ビーム走査によって形成されるレーダ覆域を観測距離に応じて複数領域に区分したときの、それぞれの領域に応じた繰り返し周波数の異なる複数モードの送信信号を選択的に生成する信号生成手段と、前記ビーム走査を単位として前記信号生成手段に前記複数モードの送信信号を順次切り替えて生成させるモード切替手段と、前記モード切替手段によってビーム走査毎に切り替えられる送信信号それぞれの反射受信信号を入力して各モードに対応する領域の観測処理を行い、それぞれの観測結果を互いに合成してレーダ覆域全体の観測結果を得る信号処理手段とを具備することを特徴とする。

また、本発明に係るレーダ装置による風速観測方法は、空中線を所定の速度で水平方向に回転させて所定の仰角でビーム走査を行うレーダ装置を用いて、前記ビーム走査によって形成されるレーダ覆域を観測距離に応じて複数領域に区分したときの、それぞれの領域に応じた繰り返し周波数の異なる複数モードの送信信号を用意し、前記ビーム走査を単位として前記複数モードの送信信号を順次切り替えて生成し、前記ビーム走査毎に切り替えられる送信信号それぞれの反射受信信号から各モードに対応する領域の風速観測処理を行い、それぞれの風速観測結果を互いに合成してレーダ覆域全体の風速観測結果を得ることを特徴とする。

本発明によれば、観測覆域を狭めることなく観測できる風速の上限を高くすることのできるレーダ装置とその風速観測方法を提供することができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。

図１は本発明に係るレーダ装置の一実施形態の構成を示すブロック図である。図１において、１１は送信装置（Ｔｘ）であり、指定されたモード（ＰＲＦ、スタガ比）の送信パルスを生成して送出する。この送信パルスはサーキュレータ１２を介して空中線１３に送られる。この空中線１３は、空中線駆動装置１４からの駆動信号によって所定の仰角、回転速度で水平方向にビーム走査し、上記送信パルスを送出してその反射パルスを捕捉する。捕捉されたパルス信号はサーキュレータ１２を介して受信装置（Ｒｘ）１５で受信される。ここで受信された信号は送信装置１１で生成される送信パルスと共に信号処理装置１６に送られる。

上記送信装置１１、空中線駆動装置１４及び受信装置１５はシステム制御装置１７によって制御される。このシステム制御装置１７は、例えばワークステーションによって構成され、レーダ覆域を所定の距離で区分して複数の観測覆域を決定し、それぞれの観測覆域に対応する送信パルスのモード（ＰＲＦ及びスタガ比等のパラメータ、送信タイミング、仰角、回転速度等）を用意しておき、１回転の走査毎に予め決定された順序でモードの切替制御を実行する。

信号処理部１６では、上記走査毎のモード切替制御によって得られる受信信号についてそれぞれ風速を含む所定の気象観測を行い、観測結果を合成して、レーダ覆域全体の観測を行う。

上記構成において、以下、図２を参照してその処理動作を説明する。

図２は、送信装置１１において、従来のように、二重グループスタガ方式を用いて、互いに異なる２種類の期間Ａ＋Ｂ，Ａ′＋Ｂ′（１／（Ａ＋Ｂ）：１／（Ａ′＋Ｂ′）＝ａ_１：ａ_２）の送信パルスを時系列上で連続させた送信信号を生成し、空中線１３を水平に１回転させて全覆域の観測を行う場合の送信信号の送信タイミングと覆域の関係を示した図である。この場合、式（１）から最大検出風速は、

となる。

これに対し、本発明では、図３に示すように、レーダ覆域を所定の距離で２つの領域に区分し、近距離の領域については期間Ａ及び期間Ａ′（１／Ａ：１／Ａ′＝ａ_１：ａ_２）の送信パルスで生成した送信信号（以下、モードＡ、ＰＲＦ_Ａ＝１／Ａ、ＰＲＦ_Ａ′＝１／Ａ′）、その外側の領域については期間Ｂ及び期間Ｂ′（１／Ｂ：１／Ｂ′＝ａ_１：ａ_２）の送信パルスで生成した送信信号（以下、モードＢ、ＰＲＦ_Ｂ＝１／Ｂ、ＰＲＦ_Ｂ′＝１／Ｂ′）を用いる。そして、水平方向の一回転毎にモードを切り替え、信号処理装置１６にて近距離側領域の観測結果と遠距離側領域の観測結果を別々に得て、両者を合成する。すなわち、モードＡでは近距離側領域のみ観測可能で、その外側の領域の観測は不能であり、逆にモードＢでは近距離側領域は観測不能であるがその外側の領域は観測可能である。そこで、両者の観測結果を合成することで、レーダ覆域に観測不能領域がなくなり、レーダ覆域全体の観測が可能となる。

この場合、式（１）から最大検出風速は、

となる。式（２）、式（３）及び式（４）から、本発明を適用した場合には当該覆域における最大検出風速がモードＡの場合は（１＋Ｂ／Ａ）倍または（１＋Ｂ′／Ａ′）倍、モードＢの場合は（１＋Ａ／Ｂ）倍または（１＋Ａ′／Ｂ′）倍だけ向上していることになる。

したがって、上記構成によるレーダ装置は、互いにモードの異なる送信信号毎に空中線を水平回転させて空中線の回転毎に取得したデータを合成するようにしているので、当該空中線仰角において覆域を減少させることなく風速の観測性能の向上を実現することができる。

但し、各モードで観測のタイミングが走査期間相当ずれることになるが、気象観測は走査期間より十分長い間隔で行われているので、問題は生じない。

尚、送信パルス内の周波数は一定でよいが、距離分解能を高めるためにチャープを使用する場合でも、同様の効果を得ることができる。

また、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。

本発明に係るレーダ装置の一実施形態の構成を示すブロック図。 図１のレーダ装置において、従来の手法を説明するための送信信号とレーダ観測覆域との関係を示す概念図。 図１のレーダ装置において、本発明の手法を用いた場合の送信信号とレーダ観測覆域との関係を示す概念図。

符号の説明

１１…送信装置、
１２…サーキュレータ、
１３…空中線、
１４…空中線駆動装置、
１５…受信装置、
１６…システム制御装置、
１７…信号処理装置。

Claims (3)

1. 空中線を所定の速度で水平方向に回転させて所定の仰角でビーム走査を行うレーダ装置において、
   前記ビーム走査によって形成されるレーダ覆域を観測距離に応じて複数領域に区分したときの、それぞれの領域に応じた繰り返し周波数の異なる複数モードの送信信号を選択的に生成する信号生成手段と、
   前記ビーム走査を単位として前記信号生成手段に前記複数モードの送信信号を順次切り替えて生成させるモード切替手段と、
   前記モード切替手段によってビーム走査毎に切り替えられる送信信号それぞれの反射受信信号を入力して各モードに対応する領域の観測処理を行い、それぞれの観測結果を互いに合成してレーダ覆域全体の観測結果を得る信号処理手段とを具備することを特徴とするレーダ装置。
2. 前記観測の対象は風速であることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
3. 空中線を所定の速度で水平方向に回転させて所定の仰角でビーム走査を行うレーダ装置を用いて、
   前記ビーム走査によって形成されるレーダ覆域を観測距離に応じて複数領域に区分したときの、それぞれの領域に応じた繰り返し周波数の異なる複数モードの送信信号を用意し、
   前記ビーム走査を単位として前記複数モードの送信信号を順次切り替えて生成し、
   前記ビーム走査毎に切り替えられる送信信号それぞれの反射受信信号から各モードに対応する領域の風速観測処理を行い、それぞれの風速観測結果を互いに合成してレーダ覆域全体の風速観測結果を得ることを特徴とするレーダ装置による風速観測方法。

Images