JP2014048273A

JP2014048273A - 気象レーダ装置、フェーズドアレイレーダ装置、観測シーケンス作成方法

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Publication number: JP2014048273A
Application number: JP2012194356A
Authority: JP
Inventors: Fumihiko Mizutani; 文彦水谷; Masakazu Wada; 将一和田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 2012-09-04
Filing date: 2012-09-04
Publication date: 2014-03-17

Abstract

【課題】積乱雲の中心部を高密度かつ高精度に観測することが可能な気象レーダ装置を提供する。
【解決手段】気象レーダ装置は、２重偏波レーダ装置と、フェーズドアレイレーダ装置とを具備する。２重偏波レーダ装置は、第１及び第２の反射パルスに基づいて第１の降水強度データを算出する。フェーズドアレイレーダ装置は、状況判定部及び合成部を備える。フェーズドアレイレーダ装置は、第３の反射パルスに基づいて第２の降水強度データを算出する。状況判定部は、第２の降水強度データと、予め設定された閾値とを比較し、第２の降水強度データに前記閾値を超えるデータが含まれる場合、閾値を超えるデータに対応する領域の観測に、領域外の観測の少なくともいずれかを割り当てるように、２重偏波レーダ装置の観測シーケンスを作成する。合成部は、第２の降水強度データに、観測シーケンスに従って取得された第１の降水強度データを合成させる。
【選択図】図２

Description

本発明の実施形態は、雨や雲などの気象現象を三次元で観測する気象レーダ装置と、この気象レーダ装置で用いられるフェーズドアレイレーダ装置及び観測シーケンス作成方法とに関する。

２重偏波レーダは、水平偏波と垂直偏波のパルス信号を、パラボラアンテナにより形成されるペンシルビームと呼ばれる細いビームにより交互に送信する。２重偏波レーダは、観測シーケンスに従い、アンテナを水平方向に３６０度回転させ、１平面の観測データを取得する。観測シーケンスとは、全方位における領域のうち、２重偏波レーダ装置によりいずれの領域を観測するかを予め設定したものである。２重偏波レーダは、１平面の観測データを取得した後、アンテナ仰角を上げて次の１平面を取得することを繰り返し、三次元の降水データを収集する。２重偏波レーダでは、降水粒子の粒径分布と落下速度とを求めて降水強度を算出するため、単偏波のパルス信号を用いる気象レーダ装置よりも精度の高い観測が可能である。

ところで、対象降雨の空間分布は、現象毎に異なり、かつ、時々刻々と変化する。積乱雲に伴う、マイクロバースト、シアライン、局地的集中豪雨及び発雷の被害を最小に食い止めるためには、積乱雲の鉛直方向への成長度合いを見ることが有効である。しかしながら、上記の２重偏波レーダでは、予め設定された観測シーケンスに従ってアンテナを走査するため、予め設定された仰角における積乱雲の状況しか観測できず、積乱雲の中心部分を高密度に観測することができない。このため、積乱雲の鉛直方向への成長度合いの推定に誤差を生むおそれがある。

一方、フェーズドアレイアンテナを用いた気象レーダ装置では、２重偏波レーダよりも広いビームを形成することが可能であるため、２重偏波レーダよりも高速に三次元の降水データを取得することが可能であり、かつ、２重偏波レーダよりも広い範囲で積乱雲の状況を観測することが可能である。しかしながら、この種の気象レーダ装置は、単偏波のパルス信号を用いるため、２重偏波レーダのように高精度での観測をすることができない。

吉田孝監修、「改訂レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、平成８年１０月１日、初版、"第９章気象レーダ"、Ｐ２３８−２５３

以上のように、従来の２重偏波レーダでは、観測シーケンスに則った範囲ならば高精度に観測することは可能であるが、時々刻々と変化する積乱雲の中心部を高密度に観測することはできない。また、フェーズドアレイアンテナを用いた気象レーダ装置では、高速に広い範囲の積乱雲の状況を観測することは可能であるが、積乱雲の状況を高精度に観測することはできない。

そこで、目的は、観測シーケンスに従って観測を行う場合であっても、積乱雲の中心部を高密度かつ高精度に観測することが可能な気象レーダ装置と、この気象レーダ装置で用いられるフェーズドアレイレーダ装置及び観測シーケンス作成方法とを提供することにある。

実施形態によれば、気象レーダ装置は、偏波の方向が互いに異なる第１及び第２のレーダパルスを、観測シーケンスに従った方向へ放射し、前記第１及び第２のレーダパルスが反射された第１及び第２の反射パルスを受信する２重偏波レーダ装置と、第３のレーダパルスを放射し、前記第３のレーダパルスが反射された第３の反射パルスを受信するフェーズドアレイレーダ装置とを具備する。前記２重偏波レーダ装置は、第１の信号処理装置及び第１のデータ変換装置を備える。第１の信号処理装置は、前記第１の反射パルスに基づいて第１の受信強度を算出し、前記第２の反射パルスに基づいて第２の受信強度を算出する。第１のデータ変換装置は、前記第１及び第２の受信強度に基づいて第１の降水強度データを算出する。前記フェーズドアレイレーダ装置は、第２の信号処理装置、第２のデータ変換装置、状況判定部及び合成部を備える。第２の信号処理装置は、前記第３の反射パルスに基づいて第３の受信強度を算出する。第２のデータ変換装置は、前記第３の受信強度を第２の降水強度データに変換する。状況判定部は、前記第２の降水強度データと、予め設定された閾値とを比較し、前記第２の降水強度データに前記閾値を超えるデータが含まれる場合、前記閾値を超えるデータに対応する領域の観測に、前記領域外の観測の少なくともいずれかを割り当てるように、前記２重偏波レーダ装置の観測シーケンスを作成する。合成部は、前記第２の降水強度データに、前記観測シーケンスに従って取得された第１の降水強度データを合成させる。

第１の実施形態に係る気象レーダ装置の構成を示す図である。図１に示す気象レーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図２に示す気象レーダ装置が合成降水強度データを取得する際の動作を示すシーケンス図である。図２に示す気象レーダ装置により積乱雲を観測した際の図である。図２に示す気象レーダ装置により積乱雲を観測した際の図である。第２の実施形態に係る気象レーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図６に示す気象レーダ装置が合成降水強度データを取得する際の動作を示すシーケンス図である。

以下、実施の形態について、図面を参照して説明する。

（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る気象レーダ装置の構成を示す模式図である。また、図２は、図１に示す気象レーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図２に示す気象レーダ装置は、２重偏波レーダ装置１０と、フェーズドアレイレーダ装置２０とを具備する。

２重偏波レーダ装置１０は、空中線装置１１、信号処理装置１２及びデータ変換装置１３を備える。

空中線装置１１は、パラボラアンテナ１１１、送受信装置１１２及び動作制御部１１３を備える。

送受信装置１１２は、信号処理装置１２からアナログ形式の送信ＩＦ（Intermediate Frequency：中間周波数）信号が供給されると、供給された送信ＩＦ信号をＲＦ（Radio Frequency：無線周波数）帯の送信ＲＦ信号へアップコンバートする。送受信装置１１２は、送信ＲＦ信号の送信電力を増幅し、偏波の方向を水平及び垂直に切り替えながら、送信ＲＦ信号を、水平偏波の第１のパルス信号、又は、垂直偏波の第２のパルス信号に変調し、第１又は第２のパルス信号をパラボラアンテナ１１１から空中へ放射する。パラボラアンテナ１１１からは鋭い指向性を持つペンシルビームが形成され、第１及び第２のパルス信号が、例えば交互に放射される。

放射された第１及び第２のパルス信号は、観測対象によって反射され、第１及び第２の反射パルスとしてパラボラアンテナ１１１により捕捉される。本実施形態において観測対象は、所定の有効反射面積内に存在する降雨粒子である。

送受信装置１１２は、パラボラアンテナ１１１により水平偏波の第１のパルス信号に由来する第１の反射パルスを受信し、受信した第１の反射パルスを増幅する。送受信装置１１２は、増幅した第１の反射パルスをＩＦ帯にダウンコンバートした後、信号処理装置１２へ出力する。また、送受信装置１１２は、パラボラアンテナ１１１により垂直偏波の第２のパルス信号に由来する第２の反射パルスを受信し、受信した第２の反射パルスを増幅する。送受信装置１１２は、増幅した第２の反射パルスをＩＦ帯にダウンコンバートした後、信号処理装置１２へ出力する。

動作制御部１１３は、フェーズドアレイレーダ装置２０で作成される観測シーケンスにより指定される仰角及び方位角へパラボラアンテナ１１１が指向されるように、パラボラアンテナ１１１の駆動モータを制御する。例えば、動作制御部１１３は、観測シーケンスにより指定される仰角方向へペンシルビームを指向させ、およそ３０秒でその仰角方向における３６０度の方位角方向へペンシルビームを回転させる。

信号処理装置１２は、供給されるデジタル制御信号に応じてアナログ形式の送信ＩＦ信号を作成し、作成した送信ＩＦ信号を送受信装置１１２へ出力する。

また、信号処理装置１２は、送受信装置１１２で受信処理が施された第１の反射パルスに対して、ＩＱ検波、アナログ−デジタル変換及びパルス圧縮を行う。信号処理装置１２は、パルス圧縮された第１の反射パルスに基づき、水平偏波の第１の送信パルスに由来する第１の受信強度を算出する。信号処理装置１２は、ＩＱ検波された第１の反射パルスの位相変化量から第１のドップラー速度及び第１の速度幅を算出する。信号処理装置１２は、算出した第１の受信強度、第１のドップラー速度及び第１の速度幅をデータ変換装置１３へ出力する。

また、信号処理装置１２は、送受信装置１１２から供給される第２の反射パルスに対して、ＩＱ検波、アナログ−デジタル変換及びパルス圧縮を行う。信号処理装置１２は、パルス圧縮された第２の反射パルスに基づき、垂直偏波の第２の送信パルスに由来する第２の受信強度を算出する。信号処理装置１２は、算出した第２の受信強度をデータ変換装置１３へ出力する。なお、ここでは、信号処理装置１２が、第１の反射パルスに基づいて第１のドップラー速度及び第１の速度幅を算出する例を説明したが、信号処理装置１２は、第２の反射パルスに基づいて第１のドップラー速度及び第１の速度幅を算出するようにしても構わない。

データ変換装置１３は、信号処理装置１２で算出された第１の受信強度に基づいて第１の反射因子を算出し、第２の受信強度に基づいて第２の反射因子を算出する。データ変換装置１３は、算出した第１及び第２の反射因子から反射因子差を算出し、算出した反射因子差に基づいて第１の降水強度データを算出する。また、データ変換装置１３は、算出した反射因子差に基づいて降水粒子の分布データを算出する。また、データ変換装置１３は、信号処理装置１２で算出された第１のドップラー速度及び第１の速度幅に基づいて、第１の風向・風速データを算出する。データ変換装置１３は、算出した第１の降水強度データ、降水粒子の分布データ及び第１の風向・風速データをフェーズドアレイレーダ装置２０へ出力する。

フェーズドアレイレーダ装置２０は、空中線装置２１、信号処理装置２２、データ変換装置２３、合成部２４、状況判定部２５及びレーダ制御部２６を備える。

空中線装置２１は、アンテナユニット２１１及び送受信装置２１２を備える。

送受信装置２１２は、信号処理部２２から供給される送信トリガに従い、所定の変調方式に基づいて変調された、デジタル形式の変調信号を作成する。送受信装置２１２は、デジタル形式の変調信号をアナログ形式かつＩＦ帯の送信ＩＦ信号へデジタル−アナログ変換する。送受信装置２１２は、送信ＩＦ信号の周波数をＲＦ帯へアップコンバートし、第３のパルス信号とする。送受信装置２１２は、作成した第３のパルス信号をアンテナユニット２１１へ出力する。

アンテナユニット２１１は、移相器、増幅器、及び、複数のアンテナ素子からなるフェーズドアレイアンテナを備える。アンテナユニット２１１は、ファン形状の送信ビームが形成されるように、フェーズドアレイアンテナに配置される複数のアンテナ素子毎に、第３のパルス信号の移相を移相器により操作する。アンテナユニット２１１は、移相を操作した第３のパルス信号を、増幅器により増幅し、フェーズドアレイアンテナに配置される複数のアンテナ素子から放射する。

放射された第３のパルス信号は、観測対象によって反射され、第３の反射パルスとしてアンテナユニット２１１のフェーズドアレイアンテナにより捕捉される。

アンテナユニット２１１は、第３の反射パルスを増幅器により増幅し、増幅した第３の反射パルスを送受信装置２１２へ出力する。

送受信装置２１２は、アンテナユニット２１１から供給される第３の反射パルスをＩＦ帯にダウンコンバートした後、アナログ−デジタル変換し、デジタル形式の第３の反射パルスを信号処理装置２２へ出力する。

信号処理装置２２は、第３のパルス信号を放射するタイミングを指示する送信トリガを空中線装置２１へ出力する。

また、信号処理装置２２は、送受信装置２１２で受信処理が施された第３の反射パルスに対して、ＩＱ検波、受信ビームのビーム形成及びパルス圧縮を行う。信号処理装置２２は、パルス圧縮された第３の反射パルスに基づき、第３の受信強度を算出する。信号処理装置２２は、ＩＱ検波された第３の反射パルスの位相変化量から第２のドップラー速度及び第２の速度幅を算出する。信号処理装置２２は、算出した第３の受信強度、第２のドップラー速度及び第２の速度幅をデータ変換装置２３へ出力する。

データ変換装置２３は、信号処理装置２２で算出された第３の受信強度をレーダ方程式に基づいて第２の降水強度データに変換する。また、データ変換装置２３は、信号処理装置２２で算出された第２のドップラー速度及び第２の速度幅に基づいて、第２の風向・風速データを算出する。データ変換装置２３は、算出した第２の降水強度データを合成部２４及び状況判定部２５へ出力する。

合成部２４は、データ変換装置２３から供給される第２の降水強度データに、２重偏波レーダ装置１０から供給される第１の降水強度データ及び降水粒子の分布データを合成する。また、合成部２４は、データ変換装置２３から供給される第２の風向・風速データに、２重偏波レーダ装置１０から供給される第１の風向・風速データを合成する。合成部２４は、第１及び第２の降水強度データと、降水粒子の分布データとを合成した合成降水強度データと、第１及び第２の風向・風速データを合成した合成風向・風速データとをＬＣＤ等の表示装置（図示せず）へ出力する。

状況判定部２５は、データ変換装置２３から供給される第２の降水強度データと、予め設定された閾値とを比較し、第２の降水強度データのうち、閾値を超えるデータがあるか否かを判断する。状況判定部２５は、第２の降水強度データのうち、閾値を超えるデータに対応する領域、すなわち、積乱雲の中心部であると想定される領域を高密度に観測するように、観測シーケンスを作成する。

例えば、状況判定部２５は、積乱雲の中心部であると想定される領域を含む水平方向の平面の観測回数を増やし、その他の領域を含む水平方向の平面への観測回数を減らすように、観測シーケンスを作成する。

また、状況判定部２５は、積乱雲の中心部であると想定される領域が高さ方向に複数点あるか、積乱雲の幅が予め設定した幅よりも狭いか、又は、積乱雲の高さが予め設定した高さよりも高いか否かを判断する。積乱雲の中心部であると想定される領域が高さ方向に複数点あり、積乱雲の幅が予め設定した幅よりも狭く、又は、積乱雲の高さが予め設定した高さよりも高い場合、状況判定部２５は、積乱雲の中心部であると想定される領域を含む垂直方向の平面を高密度に観測するように観測シーケンスを作成する。なお、状況判定部２５は、積乱雲の中心部であると想定される領域が高さ方向に複数点あるか、積乱雲の幅が予め設定した幅よりも狭いか、又は、積乱雲の高さが予め設定した高さよりも高いか、との条件の全てを満たした場合に、垂直方向の観測を行うように観測シーケンスを作成しても構わないし、これらの条件のうち少なくともいずれかを満たした場合に、垂直方向の観測を行うように観測シーケンスを作成するようにしても構わない。

また、状況判定部２５は、第２の降水強度データで強い降水強度のデータが狭い領域に存在する、つまり、局所的に強い積乱雲が存在するような場合には、強度の高い所定の範囲の領域を指定し、その範囲の領域のみを観測するセクタスキャンを行うように観測シーケンスを作成するようにしても良い。

レーダ制御部２６は、状況判定部２５で作成された観測シーケンスを実現するように、２重偏波レーダ装置１０におけるパラボラアンテナ１１１の仰角及び方位角を指定し、指定した仰角及び方位角を２重偏波レーダ装置１０の動作制御部１１３へ出力する。

以上のように構成された気象レーダ装置が合成降水強度データを取得する際の動作を説明する。図３は、第１の実施形態に係る気象レーダ装置が合成降水強度データを取得する際の、２重偏波レーダ装置１０とフェーズドアレイレーダ装置２０との動作の例を示すシーケンス図である。なお、図３では、フェーズドアレイレーダ装置２０は、およそ３０秒で全領域における対象降雨の空間分布を観測可能であるとし、２重偏波レーダ装置１０は、およそ３０秒で１平面における対象降雨の空間分布を観測可能であるとする。また、第１の実施形態では、状況判定部２５により、５分毎に観測シーケンスが作成されるものとする。

フェーズドアレイレーダ装置２０は、３０秒毎に周囲の全領域における対象降雨の空間分布を観測する。データ変換装置２３は、観測結果に基づき、第２の降水強度データと第２の風向・風速データとを算出する（シーケンスＳ３１）。

状況判定部２５は、第２の降水強度データのうち、閾値を超えるデータがあるか否か、及び、積乱雲の中心部であると想定される領域が高さ方向に複数点あるか否かを判断する。状況判定部２５は、判断結果を参照し、閾値を超えるデータに対応する領域を高密度に観測するように、２重偏波レーダ装置１０が観測する９個の平面を設定する（シーケンスＳ３２）。ここで、９個の平面とは、観測シーケンスの残りの４分３０秒の間で２重偏波レーダ装置１０が観測可能な平面数である。例えば、閾値を超えるデータが少なくとも１つ存在する場合、状況判定部２５は、閾値を超えるデータに対応する領域では、６個の仰角における各水平面での観測を行い、対応する領域外では、３個の仰角における各水平面での観測を行うように観測シーケンスを設定する。また、閾値を超えるデータが高さ方向に複数点存在する場合、状況判定部２５は、閾値を超えるデータに対応する領域では、７個の方位角における各垂直面での観測を行い、対応する領域外では、２個の方位角における各垂直面での観測を行うように観測シーケンスを設定する。レーダ制御部２６は、状況判定部２５で作成された観測シーケンスを実現するための仰角及び方位角を、２重偏波レーダ装置１０へ出力する。

２重偏波レーダ装置１０は、フェーズドアレイレーダ装置２０により作成された観測シーケンスにより指定される仰角及び方位角に従い、９個の平面における対象降雨の空間分布を観測し、第１の降水強度データ、降水粒子の分布データ及び第１の風向・風速データを算出する（シーケンスＳ３３〜Ｓ３１１）。２重偏波レーダ装置１０は、観測シーケンスで規定されている９回の観測が終了すると、算出した第１の降水強度データ、降水粒子の分布データ及び第１の風向・風速データをフェーズドアレイレーダ装置２０へ出力する。

フェーズドアレイレーダ装置２０の合成部２４は、２重偏波レーダ装置１０から供給される第１の降水強度データ、降水粒子の分布データ及び第１の風向・風速データを受信すると、１０回目、つまり、５分間の観測シーケンスにおける最後の観測で得られた第２の降水強度データに、受信した第１の降水強度データ及び降水粒子の分布データを合成し、合成降水強度データを作成する。また、合成部２４は、１０回目の観測で得られた第２の風向・風速データに受信した第１の風向・風速データを合成し、合成風向・風速データを作成する（シーケンスＳ３１２）。

以上のように、第１の実施形態では、フェーズドアレイレーダ装置２０と、２重偏波レーダ装置１０とを、図１に示すように組み合わせる。フェーズドアレイレーダ装置２０は、対象降雨の空間分布を短時間で把握し、所定の強度以上の雲が存在する領域を詳細に観測するように、２重偏波レーダ装置１０の観測シーケンスを作成する。２重偏波レーダ装置１０は、作成された観測シーケンスに従い、所定の強度以上の雲が存在する領域を高密度に観測する。これにより、気象レーダ装置は、２重偏波レーダ装置１０の観測シーケンスを対象降雨の空間分布の変化に合わせて動的に変更することが可能となる。

そして、気象レーダ装置は、フェーズドアレイレーダ装置２０により取得された第２の降水強度データに、２重偏波レーダ装置１０により取得された高精度の第１の降水強度データ及び降水粒子の分布データを合成するようにしている。これにより、図４及び図５で示すように、短時間で降雨対象の空間分布を、降水粒子の分布も含めて高精度に把握することが可能となる。

したがって、第１の実施形態に係る気象レーダ装置によれば、観測シーケンスに従って観測を行う場合であっても、積乱雲の中心部を高密度かつ高精度に観測することができる。また、積乱雲の成長度合いの推定精度を向上させることができる。

また、第１の実施形態では、状況判定部２５は、垂直平面における対象降雨の空間分布も観測可能なように、観測シーケンスを作成するようにしている。これにより、積乱雲の鉛直方向への成長度合いをより高精度に観測することが可能となる。

また、第１の実施形態では、状況判定部２５は、セクタスキャンを行うように、観測シーケンスを作成するようにしている。これにより、所定の範囲における対象降雨の空間分布をより高精度に観測することが可能となる。

なお、第１の実施形態では、５分毎に観測シーケンスが作成される場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。観測シーケンスが作成される周期は、５分未満であっても以上であっても構わない。

（第２の実施形態）
図６は、第２の実施形態に係る気象レーダ装置の機能構成を示すブロック図である。図６に示す気象レーダ装置は、２重偏波レーダ装置１０と、フェーズドアレイレーダ装置３０とを具備する。なお、図６において、図２と同様の機能を有する構成については同一の番号を付している。

フェーズドアレイレーダ装置３０は、空中線装置２１、信号処理装置２２、データ変換装置２３、合成部２４、予測部３１、状況判定部３２及びレーダ制御部３３を備える。

予測部３１は、データ変換装置２３から供給される第２の降水強度データと、第２の風向・風速データとに基づき、対象降雨の将来の空間分布を予測する。予測部３１は、２重偏波レーダ装置１０による観測のタイミングと対応した複数の予測データを作成する。例えば、２重偏波レーダ装置１０が、１平面の観測を行うのに３０秒かかる場合、予測部３１は、３０秒毎の予測データを作成する。予測部３１は、作成した予測データを状況判定部３２へ出力する。

状況判定部３２は、データ変換装置２３から供給される第２の降水強度データ及び予測データと、予め設定された閾値とを比較し、第２の降水強度データ及び予測データに、閾値を超えるデータがあるか否かを判断する。状況判定部３２は、第２の降水強度データ及び予測データのうち、閾値を超えるデータに対応する領域、すなわち、積乱雲の中心部であると想定される領域を高密度に観測するように、観測シーケンスを作成する。

このとき、状況判定部３２は、２重偏波レーダ装置１０が対象降雨の空間分布を観測するタイミングと対応する予測データと、予め設定された閾値とを比較し、観測タイミングでの予測データに閾値を超えるデータがあるか否かを判断する。状況判定部３２は、変化する空間分布を把握しつつ、閾値を超えるデータに対応する領域を高密度に観測するように観測シーケンスを作成する。

また、状況判定部３２は、積乱雲の中心部であると想定される領域が高さ方向に複数点あるか、積乱雲の幅が予め設定した幅よりも狭いか、又は、積乱雲の高さが予め設定した高さよりも高いか否かを判断する。積乱雲の中心部であると想定される領域が高さ方向に複数点あり、積乱雲の幅が予め設定した幅よりも狭く、又は、積乱雲の高さが予め設定した高さよりも高い場合、状況判定部３２は、積乱雲の中心部であると想定される領域を含む垂直方向の平面を高密度に観測するように観測シーケンスを作成する。なお、状況判定部３２は、積乱雲の中心部であると想定される領域が高さ方向に複数点あるか、積乱雲の幅が予め設定した幅よりも狭いか、又は、積乱雲の高さが予め設定した高さよりも高いか、との条件の全てを満たした場合に、垂直方向の観測を行うように観測シーケンスを作成しても構わないし、これらの条件のうち少なくともいずれかを満たした場合に、垂直方向の観測を行うように観測シーケンスを作成するようにしても構わない。

また、状況判定部３２は、第２の降水強度データで強い降水強度のデータが狭い領域に存在する、つまり、局所的に強い積乱雲が存在するような場合には、強度の高い所定の範囲の領域を指定し、その範囲の領域のみを観測するセクタスキャンを行うように観測シーケンスを作成するようにしても良い。

レーダ制御部３３は、状況判定部３２で作成された観測シーケンスを実現するように、２重偏波レーダ装置１０におけるパラボラアンテナ１１１の仰角及び方位角を指定し、指定した仰角及び方位角を２重偏波レーダ装置１０の動作制御部１１３へ出力する。

以上のように構成された気象レーダ装置が合成降水強度データを取得する際の動作を説明する。図７は、第２の実施形態に係る気象レーダ装置が合成降水強度データを取得する際の、２重偏波レーダ装置１０とフェーズドアレイレーダ装置３０との動作の例を示すシーケンス図である。なお、図７では、フェーズドアレイレーダ装置３０は、およそ３０秒で全領域における対象降雨の空間分布を観測することが可能であるとし、２重偏波レーダ装置１０は、およそ３０秒で１平面の対象降雨の空間分布を観測することが可能であるとする。また、第２の実施形態では、状況判定部３２により、１０分毎に観測シーケンスが作成されるものとする。

フェーズドアレイレーダ装置３０は、３０秒毎に周囲の全領域における対象降雨の空間分布を観測する。データ変換装置２３は、観測結果に基づき、第２の降水強度データと第２の風向・風速データとを算出する（シーケンスＳ７１〜Ｓ７３）。

予測部３１は、シーケンスＳ７１〜Ｓ７３で算出された第２の降水強度データに基づいて観測シーケンス終了まで、すなわち、８分３０秒後までの３０秒毎の予測データを作成する（シーケンスＳ７４）。

状況判定部３２は、シーケンスＳ７１〜Ｓ７３で算出された第２の降水強度データと、作成された予測データとを参照し、閾値を超えるデータがあるか否か、及び、積乱雲の中心部であると想定される領域が高さ方向に複数点あるか否かを判断する。状況判定部３２は、判断結果を参照し、閾値を超えるデータに対応する領域を高密度に観測するように、２重偏波レーダ装置１０が観測する１７個の平面を設定する（シーケンスＳ７５）。ここで、１７個の平面とは、観測シーケンスの残りの８分３０秒の間で２重偏波レーダ装置１０が観測可能な平面数である。例えば、閾値を超えるデータが少なくとも１つ存在する場合、状況判定部３２は、４回目から１４回目の観測で閾値を超えるデータに対応する領域を観測するように、１１個の仰角における水平面を設定し、１回目から３回目まで及び１５回目から１７回目までの観測で、対応する領域外を観測するように、６個の仰角における水平面を設定する。また、閾値を超えるデータが高さ方向に複数点存在する場合、状況判定部３２は、３回目から１５回目までの観測で閾値を超えるデータに対応する領域を観測するように、１３個の方位角における垂直面を設定し、１回目から２回目まで及び１６回目から１７回目までの観測で、対応する領域外を観測するように、４個の方位角における垂直面を設定する。レーダ制御部２６は、状況判定部３２で作成された観測シーケンスを実現するための仰角及び方位角を、２重偏波レーダ装置１０へ出力する。

２重偏波レーダ装置１０は、フェーズドアレイレーダ装置３０により作成された観測シーケンスにより指定される仰角及び方位角に従い、１７個の平面における対象降雨の空間分布を観測し、第１の降水強度データ、降水粒子の分布データ及び第１の風向・風速データを算出する（シーケンスＳ７６〜Ｓ７２２）。２重偏波レーダ装置１０は、観測シーケンスで規定されている１７回の観測が終了すると、算出した第１の降水強度データ、降水粒子の分布データ及び第１の風向・風速データをフェーズドアレイレーダ装置３０へ出力する。

フェーズドアレイレーダ装置３０の合成部２４は、２重偏波レーダ装置１０から供給される第１の降水強度データ、降水粒子の分布データ及び第１の風向・風速データを受信すると、２０回目、つまり、１０分間の観測シーケンスにおける最後の観測で得られた第２の降水強度データに、受信した第１の降水強度データ及び降水粒子の分布データを合成し、合成降水強度データを作成する。また、合成部２４は、２０回目の観測で得られた第２の風向・風速データに受信した第１の風向・風速データを合成し、合成風向・風速データを作成する（シーケンスＳ７２３）。

以上のように、第２の実施形態では、フェーズドアレイレーダ装置３０は、２重偏波レーダ装置１０が観測シーケンスを実施するであろう期間の対象降雨の空間分布を予測する。フェーズドアレイレーダ装置３０は、この予測結果に基づき、所定の強度以上の雲が存在する領域を詳細に観測するように、２重偏波レーダ装置１０の観測シーケンスを作成する。２重偏波レーダ装置１０は、作成された観測シーケンスに従い、所定の強度以上の雲が存在する領域を詳細に観測する。これにより、気象レーダ装置は、２重偏波レーダ装置１０の観測シーケンスを対象降雨の空間分布の変化に合わせて動的に変更することが可能となる。

そして、気象レーダ装置は、フェーズドアレイレーダ装置３０により取得された第２の降水強度データに、２重偏波レーダ装置１０により取得された高精度の第１の降水強度データ及び降水粒子の分布データを合成するようにしている。これにより、短時間で降雨対象の空間分布を、降水粒子の分布も含めて高精度に把握することが可能となる。

したがって、第２の実施形態に係る気性レーダ装置によれば、観測シーケンスに従って観測を行う場合であっても、積乱雲の中心部を高密度かつ高精度に観測することができる。また、積乱雲の成長度合いの推定精度を向上させることができる。

また、第２の実施形態では、状況判定部３２は、垂直平面における対象降雨の空間分布も観測可能なように、観測シーケンスを作成するようにしている。これにより、積乱雲の鉛直方向への成長度合いをより高精度に観測することが可能となる。

また、第２の実施形態では、状況判定部３２は、セクタスキャンを行うように、観測シーケンスを作成するようにしている。これにより、所定の範囲における対象降雨の空間分布をより高精度に観測することが可能となる。

なお、第２の実施形態では、１０分毎に観測シーケンスが作成される場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。観測シーケンスが作成される周期は、１０分未満であっても以上であっても構わない。

また、第２の実施形態では、フェーズドアレイレーダ装置３０は、３回の観測結果に基づいて予測データを作成する場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。

（その他の実施形態）
上記第１及び第２の実施形態では、２重偏波レーダ装置１０は、パラボラアンテナ１１１を利用する場合を例に説明した。しかしながら、リフレクタアンテナであれば、パラボラアンテナ１１１に限定される訳ではない。

また、上記第１及び第２の実施形態では、フェーズドアレイレーダ装置２０，３０は、およそ３０秒で全領域における対象降雨の空間分布を観測可能であり、２重偏波レーダ装置１０は、およそ３０秒で１平面における対象降雨の空間分布を観測可能であるとしたが、これに限定される訳ではない。

また、上記第１及び第２の実施形態では、観測シーケンスは、水平方向の観測、垂直方向の観測及びセクタスキャンによる観測のうち、いずれか１種類の観測を実施するように作成される場合を例に説明したが、これに限定される訳ではない。例えば、水平方向の観測と、垂直方向の観測とが１つの観測シーケンス内で実施されても構わないし、水平方向の観測と、セクタスキャンによる観測とが１つの観測シーケンス内で実施されても構わない。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。

１０…２重偏波レーダ装置、１１，２１…空中線装置、１１１…パラボラアンテナ、１１２，２１２…送受信装置、１１３…動作制御部、１２，２２…信号処理装置、１３，２３…データ変換装置、２１１…アンテナユニット、２４…合成部、２５，３２…状況判定部、２６，３３…レーダ制御部、３１…予測部

Claims

偏波の方向が互いに異なる第１及び第２のレーダパルスを、観測シーケンスに従った方向へ放射し、前記第１及び第２のレーダパルスが反射された第１及び第２の反射パルスを受信する２重偏波レーダ装置と、
第３のレーダパルスを放射し、前記第３のレーダパルスが反射された第３の反射パルスを受信するフェーズドアレイレーダ装置と、
を具備し、
前記２重偏波レーダ装置は、
前記第１の反射パルスに基づいて第１の受信強度を算出し、前記第２の反射パルスに基づいて第２の受信強度を算出する第１の信号処理装置と、
前記第１及び第２の受信強度に基づいて第１の降水強度データを算出する第１のデータ変換装置と
を備え、
前記フェーズドアレイレーダ装置は、
前記第３の反射パルスに基づいて第３の受信強度を算出する第２の信号処理装置と、
前記第３の受信強度を第２の降水強度データに変換する第２のデータ変換装置と、
前記第２の降水強度データと、予め設定された閾値とを比較し、前記第２の降水強度データに前記閾値を超えるデータが含まれる場合、前記閾値を超えるデータに対応する領域の観測に、前記領域外の観測の少なくともいずれかを割り当てるように、前記２重偏波レーダ装置の観測シーケンスを作成する状況判定部と、
前記第２の降水強度データに、前記観測シーケンスに従って取得された第１の降水強度データを合成させる合成部と
を備えることを特徴とする気象レーダ装置。
前記第１の信号処理装置は、前記第１又は第２の反射パルスに基づき、第１のドップラー速度データと第１の速度幅データとをさらに算出し、
前記第１のデータ変換装置は、前記第１のドップラー速度データと前記第１の速度幅データとに基づき、第１の風向・風速データをさらに算出し、
前記第２の信号処理装置は、前記第３の反射パルスに基づいて第２のドップラー速度データと第２の速度幅データとをさらに算出し、
前記第２のデータ変換装置は、前記第２のドップラー速度データと前記第２の速度幅データとに基づいて第２の風向・風速データをさらに算出し、
前記合成部は、前記第２の風向・風速データに、前記観測シーケンスに従って取得された第１の風向・風速データを合成することを特徴とする請求項１記載の気象レーダ装置。
偏波の方向が互いに異なる第１及び第２のレーダパルスを、観測シーケンスに従った方向へ放射し、前記第１及び第２のレーダパルスが反射された第１及び第２の反射パルスを受信する２重偏波レーダ装置と、
第３のレーダパルスを放射し、前記第３のレーダパルスが反射された第３の反射パルスを受信するフェーズドアレイレーダ装置と、
を具備し、
前記２重偏波レーダ装置は、
前記第１の反射パルスに基づいて第１の受信強度を算出し、前記第２の反射パルスに基づいて第２の受信強度を算出する第１の信号処理装置と、
前記第１及び第２の受信強度に基づいて第１の降水強度データを算出する第１のデータ変換装置と
を備え、
前記フェーズドアレイレーダ装置は、
前記第３の反射パルスに基づいて第３の受信強度と、第１のドップラー速度データ及び第１の速度幅データとを算出する第２の信号処理装置と、
前記第３の受信強度を第２の降水強度データに変換し、前記第１のドップラー速度データと前記第１の速度幅データとに基づいて第１の風向・風速データを算出する第２のデータ変換装置と、
前記第２の降水強度データと、前記第１の風向・風速データとに基づき、観測シーケンスを作成するための所定の期間における対象降雨の空間分布を予測した予測データを作成する予測部と、
前記予測データと、予め設定された閾値とを比較し、前記予測データに前記閾値を超えるデータが含まれる場合、前記閾値を超えるデータに対応する領域の観測に、前記領域外の観測の少なくともいずれかを割り当てるように、前記２重偏波レーダ装置の観測シーケンスを作成する状況判定部と、
前記第２の降水強度データに、前記観測シーケンスに従って取得された第１の降水強度データを合成させる合成部と
を備えることを特徴とする気象レーダ装置。
前記第１の信号処理装置は、前記第１又は第２の反射パルスに基づき、第２のドップラー速度データと第２の速度幅データとをさらに算出し、
前記第１のデータ変換装置は、前記第２のドップラー速度データと前記第２の速度幅データとに基づき、第２の風向・風速データをさらに算出し、
前記合成部は、前記第１の風向・風速データに、前記観測シーケンスに従って取得された第２の風向・風速データを合成することを特徴とする請求項３記載の気象レーダ装置。
前記状況判定部は、前記閾値を超えるデータに対応する領域を水平面で観測するように前記観測シーケンスを作成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の気象レーダ装置。
前記状況判定部は、積乱雲の中心部であると想定される領域が高さ方向に複数点あること、積乱雲の幅が予め設定した幅よりも狭いこと、及び、積乱雲の高さが予め設定した高さよりも高いこと、のうち少なくとも１つを満たす場合、前記閾値を超えるデータに対応する領域を垂直面で観測するように前記観測シーケンスを作成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の気象レーダ装置。
前記状況判定部は、前記閾値を超えるデータに対応する領域における所定範囲をセクタスキャンするように前記観測シーケンスを作成することを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の気象レーダ装置。
レーダパルスを放射し、前記放射したレーダパルスが反射された反射パルスを受信する空中線装置と、
前記反射パルスに基づいて受信強度を算出する信号処理装置と、
前記受信強度を降水強度データに変換するデータ変換装置と、
前記降水強度データと、予め設定された閾値とを比較し、前記降水強度データに前記閾値を超えるデータが含まれる場合、前記閾値を超えるデータに対応する領域の観測に、前記領域外の観測の少なくともいずれかを割り当てるように、２重偏波レーダ装置による観測の領域を指示する観測シーケンスを作成する状況判定部と、
前記降水強度データに、前記観測シーケンスに従い前記２重偏波レーダ装置により取得された降水強度データを合成させる合成部と
を備えることを特徴とするフェーズドアレイレーダ装置。
前記信号処理装置は、前記反射パルスに基づいてドップラー速度データと速度幅データとをさらに算出し、
前記データ変換装置は、前記ドップラー速度データと前記速度幅データとに基づいて風向・風速データをさらに算出し、
前記合成部は、前記風向・風速データに、前記観測シーケンスに従い前記２重偏波レーダ装置により取得された風向・風速データを合成することを特徴とする請求項８記載のフェーズドアレイレーダ装置。
レーダパルスを放射し、前記放射したレーダパルスが反射された反射パルスを受信する空中線装置と、
前記反射パルスに基づいて受信強度と、ドップラー速度データ及び速度幅データとを算出する信号処理装置と、
前記受信強度を降水強度データに変換し、前記ドップラー速度データと前記速度幅データとに基づいて風向・風速データを算出するデータ変換装置と、
前記降水強度データと、前記風向・風速データとに基づき、２重偏波レーダ装置による観測の領域を指示する観測シーケンスを作成するための所定の期間における対象降雨の空間分布を予測した予測データを作成する予測部と、
前記予測データと、予め設定された閾値とを比較し、前記予測データに前記閾値を超えるデータが含まれる場合、前記閾値を超えるデータに対応する領域の観測に、前記領域外の観測の少なくともいずれかを割り当てるように、前記観測シーケンスを作成する状況判定部と、
前記降水強度データに、前記観測シーケンスに従い前記２重偏波レーダ装置により取得された降水強度データを合成させる合成部と
を備えることを特徴とするフェーズドアレイレーダ装置。
前記合成部は、前記風向・風速データに、前記観測シーケンスに従い前記２重偏波レーダ装置により取得された風向・風速データを合成することを特徴とする請求項１０記載のフェーズドアレイレーダ装置。
前記状況判定部は、前記閾値を超えるデータに対応する領域を水平面で観測するように前記観測シーケンスを作成することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載のフェーズドアレイレーダ装置。
前記状況判定部は、積乱雲の中心部であると想定される領域が高さ方向に複数点あること、積乱雲の幅が予め設定した幅よりも狭いこと、及び、積乱雲の高さが予め設定した高さよりも高いこと、のうち少なくとも１つを満たす場合、前記閾値を超えるデータに対応する領域を垂直面で観測するように前記観測シーケンスを作成することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載のフェーズドアレイレーダ装置。
前記状況判定部は、前記閾値を超えるデータに対応する領域における所定範囲をセクタスキャンするように前記観測シーケンスを作成することを特徴とする請求項８乃至１１のいずれかに記載のフェーズドアレイレーダ装置。
偏波の方向が互いに異なる第１及び第２のレーダパルスを、観測シーケンスに従った方向へ放射し、前記第１及び第２のレーダパルスが反射された第１及び第２の反射パルスを受信する２重偏波レーダ装置と、第３のレーダパルスを放射し、前記第３のレーダパルスが反射された第３の反射パルスを受信するフェーズドアレイレーダ装置とを具備する気象レーダ装置で用いられる観測シーケンス作成方法であって、
前記第３の反射パルスに基づいて第３の受信強度を算出し、
前記第３の受信強度を降水強度データに変換し、
前記降水強度データと、予め設定された閾値とを比較し、前記降水強度データに前記閾値を超えるデータが含まれる場合、前記閾値を超えるデータに対応する領域の観測に、前記領域外の観測の少なくともいずれかを割り当てるように、前記２重偏波レーダ装置の観測シーケンスを作成することを特徴とする観測シーケンス作成方法。
偏波の方向が互いに異なる第１及び第２のレーダパルスを、観測シーケンスに従った方向へ放射し、前記第１及び第２のレーダパルスが反射された第１及び第２の反射パルスを受信する２重偏波レーダ装置と、第３のレーダパルスを放射し、前記第３のレーダパルスが反射された第３の反射パルスを受信するフェーズドアレイレーダ装置とを具備する気象レーダ装置で用いられる観測シーケンス作成方法であって、
前記第３の反射パルスに基づいて第３の受信強度と、ドップラー速度データ及び速度幅データとを算出し、
前記第３の受信強度を降水強度データに変換し、
前記ドップラー速度データ及び前記速度幅データに基づいて風向・風速データを算出し、
前記降水強度データと、前記風向・風速データとに基づき、観測シーケンスを作成するための所定の期間における対象降雨の空間分布を予測した予測データを作成し、
前記予測データと、予め設定された閾値とを比較し、前記予測データに前記閾値を超えるデータが含まれる場合、前記閾値を超えるデータに対応する領域の観測に、前記領域外の観測の少なくともいずれかを割り当てるように、前記２重偏波レーダ装置の観測シーケンスを作成することを特徴とする観測シーケンス作成方法。