JP2015004610A - 海洋レーダ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】２台のレーダや予測パターンを用いることなく、津波の検知精度を高めることができるとともに、広範囲の領域を監視することができるようにする。
【解決手段】波面推定部５により推定された津波の波面が存在しているレンジセルのドップラが示すレーダ視線方向の速度ベクトルＶＤ_ｌｏｓを津波の進行方向の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖに変換する流速ベクトル推定部６を設け、津波検出部７が、流速ベクトル推定部６により変換された流速ベクトルＶＤ_ａｄｖが、実際に津波の流速を表しているベクトルであるか否かを検証し、実際に津波の流速を表しているベクトルであれば、津波の発生を認定する。
【選択図】図１

Description

この発明は、観測領域の海面に反射されて戻ってきた電波を解析することで、津波を検出する海洋レーダ装置に関するものである。

一般的に、津波は、海域での地震断層運動による海底変動に起因するものであり、広範囲における海底の上下変動によって、海面の変位が生まれることで、海域全体に伝搬する海象現象である。
津波は、社会生活に甚大な被害を及ぼすことから、平常時から監視して、早期に検知することが望まれている。

従来、津波の監視には、海洋レーダ装置、カメラ、波浪計などが用いられている。
これらの中で、海洋レーダ装置は、天候などの環境の影響を受け難く、広範囲の領域を監視することができる利点を有している（例えば、非特許文献１を参照）。
ただし、海洋レーダ装置が１台のレーダを用いる方式では、視線方向の流速を検出することはできるが、津波の進行方向の流速を検出することができないため、津波の速度を正確に検出することが困難であると考えられていた。
そこで、以下の特許文献１には、２台のレーダの覆域を重ね合わせることで、津波の検出精度を高めている海洋レーダ装置が開示されている。
また、以下の特許文献１には、潮流や吹走流などが津波と同時に観測されると、津波を検知する上で障害になるため、潮流や吹走流などを予測したパターンを用いて、津波の成分だけを検知する方式が開示されている。

特開平８−２９２２７３号公報（段落番号［００１２］）

「陸上設置型レーダによる沿岸海洋観測」、平成１３年３月１０日、土木学会発行

従来の海洋レーダ装置は以上のように構成されているので、２台のレーダの覆域を重ね合わせるには、同時に２方向からの観測値をベクトル合成する必要がある。このため、得られる覆域がレーダ単体の覆域よりも狭くなり、広範囲の領域を監視することができなくなる課題があった。
また、津波を検知する上で障害になる潮流や吹走流などを予測したパターンを用いれば、津波の検知精度を高めることができるが、一般に気象や海象現象の長期予測は困難であるため、常に、パターンの予測値を更新する必要がある。このため、システム構成が複雑になるとともに、面倒なメンテナンス作業が必要になる課題があった。

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、２台のレーダや予測パターンを用いることなく、津波の検知精度を高めることができるとともに、広範囲の領域を監視することができる海洋レーダ装置を得ることを目的とする。

この発明に係る海洋レーダ装置は、電波を観測領域の海面に向けて放射する電波放射手段と、電波放射手段から放射されたのち、観測領域の海面に反射されて戻ってきた電波を受信する電波受信手段と、電波受信手段により受信された電波から、観測領域がレンジ方向とアジマス方向で区分けされている各レンジセルのドップラを算出するドップラ算出手段と、ドップラ算出手段により算出された各レンジセルのドップラから津波の波面を推定する波面推定手段と、ドップラ算出手段により算出された各レンジセルのドップラのうち、波面推定手段により推定された津波の波面が存在しているレンジセルのドップラが示すレーダ視線方向の速度ベクトルを津波の進行方向の流速ベクトルに変換するベクトル変換手段とを設け、津波検出手段が、ベクトル変換手段により変換された流速ベクトルが、実際に津波の流速を表しているベクトルであるか否かを検証し、実際に津波の流速を表しているベクトルであれば、津波の発生を認定するようにしたものである。

この発明によれば、ドップラ算出手段により算出された各レンジセルのドップラから津波の波面を推定する波面推定手段と、ドップラ算出手段により算出された各レンジセルのドップラのうち、波面推定手段により推定された津波の波面が存在しているレンジセルのドップラが示すレーダ視線方向の速度ベクトルを津波の進行方向の流速ベクトルに変換するベクトル変換手段とを設け、津波検出手段が、ベクトル変換手段により変換された流速ベクトルが、実際に津波の流速を表しているベクトルであるか否かを検証し、実際に津波の流速を表しているベクトルであれば、津波の発生を認定するように構成したので、２台のレーダや予測パターンを用いることなく、津波の検知精度を高めることができるとともに、広範囲の領域を監視することができる効果がある。

この発明の実施の形態１による海洋レーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１による海洋レーダ装置の波面推定部５を示す構成図である。 レーダの観測領域と津波の波面を示す説明図である。 この発明の実施の形態３による海洋レーダ装置の波面推定部５を示す構成図である。 この発明の実施の形態４による海洋レーダ装置の波面推定部５を示す構成図である。 この発明の実施の形態５による海洋レーダ装置を示す構成図である。 レーダの観測領域と津波の波面を示す説明図である。 この発明の実施の形態６による海洋レーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態７による海洋レーダ装置を示す構成図である。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１による海洋レーダ装置を示す構成図である。
図１において、送信機１は電波を観測領域の海面に向けて放射する処理を実施する。なお、送信機１は電波放射手段を構成している。
受信機２は送信機１から放射されたのち、観測領域の海面に反射されて戻ってきた電波を受信し、例えば、その受信信号の増幅処理や周波数変換処理などの信号処理を実施してから、信号処理後の受信信号をＡ／Ｄ変換して、ディジタルデータ（Ａ／Ｄ変換後の受信信号）をドップラ算出部３に出力する処理を実施する。なお、受信機２は電波受信手段を構成している。
図１では、送信機１と受信機２が海洋レーダ装置に実装されている例を示しているが、送信機１と受信機２の機能を備えている送受信機が海洋レーダ装置に実装されているものであってもよい。

ドップラ算出部３は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、受信機２より出力されたディジタルデータから、観測領域がレンジ方向とアジマス方向で区分けされているレンジセル毎に、当該レンジセルのドップラ（速度）を算出する処理を実施する。なお、ドップラ算出部３はドップラ算出手段を構成している。
ドップラ格納部４は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、ドップラ算出部３により算出された各レンジセルのドップラを格納する。

波面推定部５は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、ドップラ格納部４により格納されている各レンジセルのドップラから津波の波面を推定する処理を実施する。なお、波面推定部５は波面推定手段を構成している。
流速ベクトル推定部６は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、ドップラ格納部４により格納されている各レンジセルのドップラのうち、波面推定部５により推定された津波の波面が存在しているレンジセルのドップラが示すレーダ視線方向の速度ベクトルを津波の進行方向の流速ベクトルに変換する処理を実施する。なお、流速ベクトル推定部６はベクトル変換手段を構成している。

津波検出部７は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、流速ベクトル推定部６により変換された流速ベクトルが、実際に津波の流速を表しているベクトルであるか否かを検証し、実際に津波の流速を表しているベクトルであれば、津波の発生を認定する処理を実施する。
また、津波検出部７は津波の発生を認定すると、流速ベクトル推定部６により変換された流速ベクトルから津波の波面の移動を予測する処理を実施する。なお、津波検出部７は津波検出手段を構成している。
表示装置８は例えばＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）や液晶ディスプレイなどから構成されており、波面推定部５により推定された津波の波面、流速ベクトル推定部６により変換された流速ベクトルの分布、津波検出部７による津波発生の検出情報、津波検出部７により予測された移動後の津波の波面などを表示する。

図１の例では、海洋レーダ装置の構成要素である送信機１、受信機２、ドップラ算出部３、ドップラ格納部４、波面推定部５、流速ベクトル推定部６、津波検出部７及び表示装置８のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、海洋レーダ装置の全部又は一部がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、海洋レーダ装置の一部（例えば、ドップラ算出部３、ドップラ格納部４、波面推定部５、流速ベクトル推定部６、津波検出部７及び表示装置８）がコンピュータで構成されている場合、ドップラ格納部４をコンピュータの内部メモリ又は外部メモリ上に構成するとともに、ドップラ算出部３、波面推定部５、流速ベクトル推定部６、津波検出部７及び表示装置８の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

図２はこの発明の実施の形態１による海洋レーダ装置の波面推定部５を示す構成図である。
図２では、波面推定部５が揺らぎ算出部１１から構成されている例を示しており、揺らぎ算出部１１はドップラ格納部４により格納されている各レンジセルにおけるドップラの時間的な変化を流速の揺らぎとして特定し、津波の波面として、その流速の揺らぎが基準値より大きいレンジセルを連ねる処理を実施する。

次に動作について説明する。
図３はレーダの観測領域と津波の波面を示す説明図である。
レーダの観測領域は、レンジ方向とアジマス方向で区分けされており、破線で囲まれている各々のブロックがレンジセルである。

まず、送信機１は、電波を観測領域の海面に向けて放射する。
送信機１から放射される電波の種類は特に問わないが、例えば、３〜３０ＭＨｚ程度の短波帯の電波や、３０〜３００ＭＨｚ程度の超短波帯の電波などが考えられる。
例えば、陸上に設置されている送信機１から、観測領域の海面に向けて短波や超短波の電波を照射すると、レーダビームと同方向に伝播する海面波から強い信号（送信電波の波長の半分の長さを有する信号）が返ってくる。
これはブラッグ共鳴散乱により、或る海面波で反射された電波の位相と、その隣の海面波で反射された電波の位相とが一致するためである。海面波で反射されて戻ってきた信号を周波数解析することで、ドップラスペクトルを得ることができる。

受信機２は、送信機１の近傍に設置されており、送信機１から放射されたのち、観測領域の海面に反射されて戻ってきた電波を受信する。
受信機２は、観測領域の海面に反射されて戻ってきた電波を受信すると、例えば、その受信信号の増幅処理や周波数変換処理などの信号処理を実施してから、信号処理後の受信信号をＡ／Ｄ変換して、ディジタルデータ（Ａ／Ｄ変換後の受信信号）をドップラ算出部３に出力する。

ドップラ算出部３は、受信機２からディジタルデータを受けると、例えば、そのディジタルデータをフーリエ変換して周波数を解析することで、観測領域がレンジ方向とアジマス方向で区分けされている各レンジセルのドップラ（速度）を算出し、各レンジセルのドップラ（速度）をドップラ格納部４に格納する。
各レンジセルのドップラ（速度）を算出する処理自体は公知の技術であるため、ここでは詳細な説明を省略する。
１台のレーダで観測されるドップラ（速度）は、図３に示すように、津波の進行方向の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖ（図中、点線で表記されているベクトル）がレーダの視線方向Ｄ_ｌｏｓに射影された成分である。
そのため、津波がレーダの正面から到来する場合には、津波の実際の流速が観測されるが、津波がレーダのクロスレンジ方向に移動している場合には、津波の実際の流速より小さな流速が観測される。
図中、点線で表記されている津波の進行方向の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖより、実線で表記されているレーダの視線方向に射影されたベクトルＶＤ_ｌｏｓは小さくなっている。

波面推定部５は、ドップラ算出部３が各レンジセルのドップラ（速度）をドップラ格納部４に格納すると、津波の流速の物理的な性質を利用して、ドップラ格納部４により格納されている各レンジセルのドップラから津波の波面を推定する。
即ち、波面推定部５の揺らぎ算出部１１は、津波の先頭の波面では、流速の変化が激しいことに着目し、ドップラ格納部４により格納されている各レンジセルにおけるドップラの時間的な変化を流速の揺らぎとして特定する。
揺らぎ算出部１１は、各レンジセルにおけるドップラの時間的な変化を流速の揺らぎとして特定すると、流速の揺らぎが大きいレンジセルには津波が存在している可能性が高いため、各レンジセルにおける流速の揺らぎと基準値（予め設定されている閾値）を比較して、流速の揺らぎが基準値より大きいレンジセルを特定する。
最後に、揺らぎ算出部１１は、津波の波面が存在しているレンジセルとして、流速の揺らぎが基準値より大きいレンジセルを連ねるようにする。
図３の例では、斜線が施されているレンジセルが、津波の波面が存在しているレンジセルである。

流速ベクトル推定部６は、波面推定部５が津波の波面が存在しているレンジセルを推定すると、ドップラ格納部４から津波の波面が存在しているレンジセルのドップラを読み出し、そのレンジセルのドップラが示すレーダ視線方向の速度ベクトルＶＤ_ｌｏｓ（図３中、実線で表記されているベクトル）を津波の進行方向の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖ（図３中、点線で表記されているベクトル）に変換する。
即ち、流速ベクトル推定部６は、例えば、地震の震源地を示す震源地情報や、各レンジセルの水深を示す海底地形情報を参照すれば、津波の進行方向Ｄ_ａｄｖを特定することができるので、津波の進行方向Ｄ_ａｄｖとレーダ視線方向Ｄ_ｌｏｓのなす角θを求め、下記の式（１）に示すように、なす角θを用いて、レーダ視線方向の速度ベクトルＶＤ_ｌｏｓを津波の進行方向の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖに変換する。

なお、波面推定部５により推定された津波の波面は、レーダ視線方向の速度ベクトルＶＤ_ｌｏｓを用いているため、津波の波面における流速の値にばらつきがあり、仮に、津波の検出能を高めるために積分処理を実施しても積み上がりが小さい。
一方、流速ベクトル推定部６により変換された津波の進行方向の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖは、流速の値が揃うため、津波の検出能を高めるために積分処理を実施すると、積み上がりが大きくなり、積分効果が向上する。

津波検出部７は、流速ベクトル推定部６がレーダ視線方向の速度ベクトルＶＤ_ｌｏｓを津波の進行方向の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖに変換すると、津波の進行方向の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖが、実際に津波の流速を表しているベクトルであるか否かを検証する。このとき、津波の検出能を高めるために積分処理を実施してから、積分処理後の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖが、実際に津波の流速を表しているベクトルであるか否かを検証するようにしてもよい。
即ち、津波検出部７は、実際に津波の流速を表しているベクトルであれば、流速の値が揃っており、その値も津波検出用閾値（津波の流速（水深と波高により決まる速度）によって設定される閾値であり、例えば、津波の流速の２／３程度の値）より大きくなるので、流速ベクトル推定部６により変換された津波の進行方向の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖと津波検出用閾値を比較する。

例えば、津波の波面が存在しているレンジセルがＮ個あり、流速ベクトル推定部６によりＮ個のレーダ視線方向の速度ベクトルＶＤ_ｌｏｓが津波の進行方向の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖに変換されている場合、Ｎ個の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖの全てが津波検出用閾値より大きければ、実際に津波の流速を表しているベクトルであると判定する。
あるいは、Ｎ個の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖのうち、Ｎ／２個以上の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖが津波検出用閾値より大きければ、実際に津波の流速を表しているベクトルであると認定する。
ここでは、認定基準がＮ個の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖの全部や、Ｎ／２個以上である例を示しているが、これは一例に過ぎず、例えば、２Ｎ／３個以上であってもよい。

津波検出部７は、津波の進行方向の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖが、実際に津波の流速を表しているベクトルであると判定すると、津波の発生を認定する。
また、津波検出部７は、津波の発生を認定すると、流速ベクトル推定部６により変換された流速ベクトルＶＤ_ａｄｖから津波の波面の移動を予測する。
例えば、津波の波面が存在しているレンジセルがＮ個あり、流速ベクトル推定部６によりＮ個のレーダ視線方向の速度ベクトルＶＤ_ｌｏｓが津波の進行方向の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖに変換されている場合、Ｎ個の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖが示す流速が秒速値であれば、Ｎ個の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖから津波の波面が１秒間に移動する距離を算出し、１秒間の移動距離と津波の進行方向から、現在、津波の波面が存在しているＮ個のレンジセルから、どのレンジセルに津波の波面が移動するかを特定する。

表示装置８は、例えば、ユーザの操作の下、波面推定部５により推定された津波の波面、流速ベクトル推定部６により変換された流速ベクトルの分布、津波検出部７による津波発生の検出情報、津波検出部７により予測された移動後の津波の波面などを表示する。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、ドップラ算出部３により算出された各レンジセルのドップラから津波の波面を推定する波面推定部５と、ドップラ算出部３により算出された各レンジセルのドップラのうち、波面推定部５により推定された津波の波面が存在しているレンジセルのドップラが示すレーダ視線方向の速度ベクトルＶＤ_ｌｏｓを津波の進行方向の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖに変換する流速ベクトル推定部６とを設け、津波検出部７が、流速ベクトル推定部６により変換された流速ベクトルＶＤ_ａｄｖが、実際に津波の流速を表しているベクトルであるか否かを検証し、実際に津波の流速を表しているベクトルであれば、津波の発生を認定するように構成したので、２台のレーダや予測パターンを用いることなく、津波の検知精度を高めることができるとともに、広範囲の領域を監視することができる効果を奏する。

即ち、この実施の形態１では、１台のレーダを用いて、津波の発生を検出するものであり、２台のレーダの覆域を重ね合わせる必要がないため、広範囲の領域を監視することができる。
また、波面推定部５により推定された津波の波面が存在しているレンジセルのドップラが示すレーダ視線方向の速度ベクトルＶＤ_ｌｏｓを、流速の値が揃っている津波の進行方向の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖに変換するようにしているので、２台のレーダや予測パターンを用いることなく、津波の検知精度を高めることができる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、波面推定部５の揺らぎ算出部１１が、各レンジセルにおけるドップラの時間的な変化を流速の揺らぎとして特定して、津波の波面として、流速の揺らぎが基準値より大きいレンジセルを連ねるものを示したが、各レンジセルにおけるドップラの時間的な変化に関する標準偏差や分散などの統計量を求め、津波の波面として、統計量が基準統計量（予め設定されている閾値）より大きいレンジセルを連ねるようにしてもよい。
なお、統計量は、レンジセルにおける所定時間内の流速を用いて算出するものであるが、流速の揺らぎが大きい領域は、上記の統計量も大きくなるので、統計量が基準統計量より大きいレンジセルを連ねれば、上記実施の形態１と同様に、津波の波面を推定することができる。

ここでは、各レンジセルにおける統計量を求めるものを示したが、津波が所定の周期を有する孤立波として分布する性質を利用して、各レンジセルにおける所定時間内の流速の変化から振幅値（最大値）を抽出し、津波の波面として、その振幅値が基準振幅値（予め設定されている閾値）より大きいレンジセルを連ねるようにしてもよい。
この場合も、上記実施の形態１と同様に、津波の波面を推定することができる。

また、津波が所定の周期を有する孤立波として分布する性質を利用して、各レンジセルにおける所定時間内の流速の変化から周期を抽出し、津波の波面として、その周期が津波の性質を満足しているレンジセルを連ねるようにしてもよい。
この場合も、上記実施の形態１と同様に、津波の波面を推定することができる。

また、津波が所定の周期を有する孤立波として分布する性質を利用して、各レンジセルにおける所定時間内の流速の変化から位相を抽出し、津波の波面として、その位相が津波の性質を満足しているレンジセルを連ねるようにしてもよい。
この場合も、上記実施の形態１と同様に、津波の波面を推定することができる。

実施の形態３．
上記実施の形態１では、波面推定部５の揺らぎ算出部１１が、各レンジセルにおけるドップラの時間的な変化を流速の揺らぎとして特定して、津波の波面として、流速の揺らぎが基準値より大きいレンジセルを連ねるものを示したが、空間的な変化や分布に基づいて津波の波面を推定するようにしてもよい。

図４はこの発明の実施の形態３による海洋レーダ装置の波面推定部５を示す構成図である。
図４において、領域設定部２１は複数のレンジセルを集めて相関演算の処理対象となる小領域をそれぞれ設定する処理を実施する。
領域相関演算部２２はドップラ格納部４により格納されている各レンジセルのドップラを用いて、領域設定部２１により設定された各小領域の特徴量を算出し、その特徴量を用いて、各小領域の間の相関演算を実施し、津波の波面として、前記相関演算で相関が認められる小領域を連ねる処理を実施する。

次に動作について説明する。
ただし、波面推定部５の処理内容以外は、上記実施の形態１と同様であるため、波面推定部５の処理内容だけを説明する。
この実施の形態３では、津波の波面では流速の空間的な分布がほぼ揃うことを利用して、津波の波面が存在しているレンジセルを特定するものである。

まず、波面推定部５の領域設定部２１は、空間的に同じ特徴を有する複数のレンジセルを集めて、複数のレンジセルからなる小領域をそれぞれ設定する。
空間的な特徴として、例えば、空間的な津波の波長（例えば、数ｋｍの波長、数１０ｋｍの波長）などが考えられ、空間的な津波の波長分のレンジセルの集合を小領域として設定する。

波面推定部５の領域相関演算部２２は、領域設定部２１が複数のレンジセルからなる小領域をそれぞれ設定すると、ドップラ格納部４により格納されている各レンジセルのドップラを用いて、領域設定部２１により設定された各小領域の特徴量を算出する。
各小領域の特徴量としては、例えば、上記実施の形態１に記述しているドップラの時間的な変化を示す流速の揺らぎ、上記実施の形態２に記述している統計量、振幅値、周期や位相などが考えられる。

領域相関演算部２２は、各小領域の特徴量を算出すると、その特徴量を用いて、各小領域の間の相関演算を実施する。
ここでの相関演算は、空間的に同じような性質を有する小領域の間の相関値ほど、値が大きくなる演算であるが、相関演算自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
領域相関演算部２２は、各小領域の間の相関演算を実施すると、津波の波面として、相関値が基準相関値（予め設定されている閾値）より大きい小領域（相関演算で相関が認められる小領域）を連ねるようにする。
この場合も、上記実施の形態１と同様に、津波の波面を推定することができる。

実施の形態４．
図５はこの発明の実施の形態４による海洋レーダ装置の波面推定部５を示す構成図であり、図において、図４と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
領域設定部２３は図４の領域設定部２１と同様に、空間的に同じ特徴を有する複数のレンジセルを集めて、複数のレンジセルからなる小領域をそれぞれ設定するものであるが、各レンジセルの水深を示す海底地形情報を入力し、隣り合っているレンジセルの中で、その海底地形情報が示す水深の差が所定範囲内であるレンジセルを特定し、水深の差が所定範囲内であるレンジセルからなる小領域をそれぞれ設定する。

次に動作について説明する。
ただし、領域設定部２３の処理内容以外は、上記実施の形態３と同様であるため、領域設定部２３の処理内容だけを説明する。
この実施の形態４では、津波の波面では津波の流速が海底地形（水深）と密接な繋がりがあること（例えば、非特許文献２を参照）を利用して、小領域の大きさを定めるものである。
・非特許文献２
首藤他、「津波の辞典」、朝倉書店、２００７発行、ｐ．１１３〜１２５

海底地形情報は、観測領域における海底の地形（水深）の情報をレンジセルに対応して保持しているものである。
津波の流速は水深の平方根に比例する性質を持つことに着目し、水深がほぼ等しいレンジセルを一括りとして小領域を構成するために、領域設定部２３は、海底地形情報が示す水深を参照して、隣り合っているレンジセルの中で、水深の差が所定範囲（所定範囲は事前に設定される値であり、この値を小さくすれば、津波の波面の推定精度が向上するが、この値を小さくし過ぎると、演算処理の負荷が増えて処理時間が長くなるので、波面の推定精度と処理時間を比較考慮して設定される）内であるレンジセルを特定する。
領域設定部２３は、水深の差が所定範囲内であるレンジセルを特定すると、それらのレンジセルからなる小領域をそれぞれ設定する。
これにより、各小領域における特徴量がより明瞭になり、津波の波面の推定精度が向上することが期待される。

実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５による海洋レーダ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
波面設定部３１は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、地震の震源地を示す震源地情報を取得して、その震源地情報が示す震源地を中心とする同心円を算出し、観測領域内に存在している同心円の円弧を津波の波面として設定する処理を実施する。なお、波面設定部３１は波面設定手段を構成している。

流速ベクトル推定部３２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、ドップラ格納部４により格納されている各レンジセルのドップラのうち、波面設定部３１により設定された津波の波面が存在しているレンジセルのドップラが示すレーダ視線方向の速度ベクトルを津波の進行方向の流速ベクトルに変換する処理を実施する。なお、流速ベクトル推定部３２はベクトル変換手段を構成している。

図６の例では、海洋レーダ装置の構成要素である送信機１、受信機２、ドップラ算出部３、ドップラ格納部４、波面設定部３１、流速ベクトル推定部３２、津波検出部７及び表示装置８のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、海洋レーダ装置の全部又は一部がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、海洋レーダ装置の一部（例えば、ドップラ算出部３、ドップラ格納部４、波面設定部３１、流速ベクトル推定部３２、津波検出部７及び表示装置８）がコンピュータで構成されている場合、ドップラ格納部４をコンピュータの内部メモリ又は外部メモリ上に構成するとともに、ドップラ算出部３、波面設定部３１、流速ベクトル推定部３２、津波検出部７及び表示装置８の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

次に動作について説明する。
波面設定部３１及び流速ベクトル推定部３２以外は、上記実施の形態１と同様であるため、ここでは、波面設定部３１及び流速ベクトル推定部３２の処理内容だけを説明する。
地震は震源地付近の地殻変動に伴って発生するものであることから、海底地形の影響を除くと、震源地を中心として、ほぼ同心円状に波及するものと考えられる。
したがって、震源地が分かれば、大まかな津波の到来方向が分かり、津波の波面を推定することが可能になる。
なお、現在では、震源地情報は、地震発生後速やかに配信されることから、ほぼタイムラグなく取得することができる。

波面設定部３１は、地震の発生直後に震源地情報を取得すると、その震源地情報が示す震源地を中心とする同心円を算出する。
波面設定部３１は、震源地を中心とする同心円を算出すると、その同心円の中で、レーダの観測領域内に存在している円を特定し、その円の一部（観測領域内に存在している部分の円弧）を津波の波面として設定する。
即ち、波面設定部３１は、観測領域内に存在している同心円の円弧があるレンジセルを特定し、それらのレンジセルを津波の波面として設定する。

ここで、図７はレーダの観測領域と津波の波面を示す説明図である。
図７の例では、説明の簡単化のため、２つの同心円が記述されており、震源地から遠い方の同心円の一部が観測領域内に存在しており、観測領域内に存在している部分の円弧を津波の波面として設定している。
図７の例では、斜線が施されているレンジセルが、津波の波面が存在しているレンジセルである。

流速ベクトル推定部３２は、波面設定部３１が津波の波面が存在しているレンジセルを設定すると、図１の流速ベクトル推定部６と同様に、ドップラ格納部４から津波の波面が存在しているレンジセルのドップラを読み出し、そのレンジセルのドップラが示すレーダ視線方向の速度ベクトルＶＤ_ｌｏｓ（図７中、実線で表記されているベクトル）を津波の進行方向の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖ（図７中、点線で表記されているベクトル）に変換する。
ただし、震源地がレーダの設置位置から十分遠方である場合には、観測領域内に存在している部分の円弧は、ほぼ直線とみなすことができる。直線とみなすことで、レーダ視線との交点の算出が簡素化され、演算負荷の低減を図ることができる。

この実施の形態５によれば、上記実施の形態１と同様に、２台のレーダや予測パターンを用いることなく、津波の検知精度を高めることができるとともに、広範囲の領域を監視することができる効果を奏する。
また、この実施の形態５によれば、波面設定部３１が、震源地情報が示す震源地を中心とする同心円を算出し、観測領域内に存在している同心円の円弧があるレンジセルを津波の波面として設定するように構成したので、上記実施の形態１のように、津波の波面を推定するよりも、津波の波面を簡単に設定することができるようになり、津波の発生を検出するまでの時間を短縮することができる。

実施の形態６．
図８はこの発明の実施の形態６による海洋レーダ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
波面設定部４１は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、各レンジセルの水深を示す海底地形情報を参照して等深度方向を特定し、その等深度方向を津波の波面として設定する処理を実施する。なお、波面設定部４１は波面設定手段を構成している。
流速ベクトル推定部４２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、ドップラ格納部４により格納されている各レンジセルのドップラのうち、波面設定部４１により設定された津波の波面が存在しているレンジセルのドップラが示すレーダ視線方向の速度ベクトルを津波の進行方向の流速ベクトルに変換する処理を実施する。なお、流速ベクトル推定部４２はベクトル変換手段を構成している。

図８の例では、海洋レーダ装置の構成要素である送信機１、受信機２、ドップラ算出部３、ドップラ格納部４、波面設定部４１、流速ベクトル推定部４２、津波検出部７及び表示装置８のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、海洋レーダ装置の全部又は一部がコンピュータで構成されていてもよい。
例えば、海洋レーダ装置の一部（例えば、ドップラ算出部３、ドップラ格納部４、波面設定部４１、流速ベクトル推定部４２、津波検出部７及び表示装置８）がコンピュータで構成されている場合、ドップラ格納部４をコンピュータの内部メモリ又は外部メモリ上に構成するとともに、ドップラ算出部３、波面設定部４１、流速ベクトル推定部４２、津波検出部７及び表示装置８の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

次に動作について説明する。
波面設定部４１及び流速ベクトル推定部４２以外は、上記実施の形態１と同様であるため、ここでは、波面設定部４１及び流速ベクトル推定部４２の処理内容だけを説明する。

津波による流速は、海底地形（水深）と関係が深く、おおよそ水深の平方根に比例することが知られている。また、水深の勾配に対して、垂直に進む性質があることも知られている。
即ち、津波は、水深の勾配方向（等深度線に対して、垂直な方向）に進むことが知られている。
ただし、実際には、それまでの進行方向があるため、厳密に水深の勾配方向とはならないが、勾配方向へ曲がる性質は持つと考えられる。
そのため、各レンジセルの水深を示す海底地形情報が得られれば、大まかな津波の進行方向を推定することができる。

そこで、波面設定部４１は、各レンジセルの水深を示す海底地形情報を入力すると、その海底地形情報を参照して、等深度方向を特定し、その等深度方向の各レンジセルを特定し、それらのレンジセルを津波の波面として設定する。
流速ベクトル推定部４２は、波面設定部４１が津波の波面が存在しているレンジセルを設定すると、図１の流速ベクトル推定部６と同様に、ドップラ格納部４から津波の波面が存在しているレンジセルのドップラを読み出し、そのレンジセルのドップラが示すレーダ視線方向の速度ベクトルＶＤ_ｌｏｓを津波の進行方向の流速ベクトルＶＤ_ａｄｖに変換する。

この実施の形態６によれば、上記実施の形態１と同様に、２台のレーダや予測パターンを用いることなく、津波の検知精度を高めることができるとともに、広範囲の領域を監視することができる効果を奏する。
また、この実施の形態６によれば、波面設定部４１が、各レンジセルの水深を示す海底地形情報を参照して等深度方向を特定し、その等深度方向の各レンジセルを津波の波面として設定するように構成したので、上記実施の形態１のように、津波の波面を推定するよりも、津波の波面を簡単に設定することができるようになり、津波の発生を検出するまでの時間を短縮することができる。

この実施の形態６では、各レンジセルの水深を示す海底地形情報を参照して等深度方向を特定し、その等深度方向の各レンジセルを津波の波面として設定するものを示したが、上記実施の形態５で記述している観測領域内に存在している同心円を用いて、等深度方向の各レンジセルを補正することで、津波の波面が存在しているレンジセルの精度を高めるようにしてもよい。

実施の形態７．
上記実施の形態１〜６では、津波検出部７が、流速ベクトル推定部６により変換された流速ベクトルＶＤ_ａｄｖが、実際に津波の流速を表しているベクトルであるか否かを検証し、実際に津波の流速を表しているベクトルであれば、津波の発生を認定するものを示したが、図９に示すように、津波検出部７ａが、津波検出部７と同様に、流速ベクトル推定部６により変換された流速ベクトルＶＤ_ａｄｖが、実際に津波の流速を表しているベクトルであるか否かを検証して、実際に津波の流速を表しているベクトルであると認められても、更に、波面推定部５により推定されたレンジセル毎のドップラの時間的な変化を示す流速の揺らぎ（上記実施の形態２に記述している統計量、振幅値、周期や位相などを含む）が津波の性質を満足している場合に限り、津波の発生を認定するようにしてもよい。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 送信機（電波放射手段）、２ 受信機（電波受信手段）、３ ドップラ算出部（ドップラ算出手段）、４ ドップラ格納部、５ 波面推定部（波面推定手段）、６ 流速ベクトル推定部（ベクトル変換手段）、７，７ａ 津波検出部（津波検出手段）、８ 表示装置、１１ 揺らぎ算出部、２１，２３ 領域設定部、２２ 領域相関演算部、３１ 波面設定部（波面設定手段）、３２ 流速ベクトル推定部（ベクトル変換手段）、４１ 波面設定部（波面設定手段）、４２ 流速ベクトル推定部（ベクトル変換手段）。

Claims (7)

1. 電波を観測領域の海面に向けて放射する電波放射手段と、
   前記電波放射手段から放射されたのち、前記観測領域の海面に反射されて戻ってきた電波を受信する電波受信手段と、
   前記電波受信手段により受信された電波から、前記観測領域がレンジ方向とアジマス方向で区分けされている各レンジセルのドップラを算出するドップラ算出手段と、
   前記ドップラ算出手段により算出された各レンジセルのドップラから津波の波面を推定する波面推定手段と、
   前記ドップラ算出手段により算出された各レンジセルのドップラのうち、前記波面推定手段により推定された津波の波面が存在しているレンジセルのドップラが示すレーダ視線方向の速度ベクトルを津波の進行方向の流速ベクトルに変換するベクトル変換手段と、
   前記ベクトル変換手段により変換された流速ベクトルが、実際に津波の流速を表しているベクトルであるか否かを検証し、実際に津波の流速を表しているベクトルであれば、津波の発生を認定する津波検出手段と
   を備えた海洋レーダ装置。
2. 前記津波検出手段は、津波の発生を認定すると、前記ベクトル変換手段により変換された流速ベクトルから津波の波面の移動を予測することを特徴とする請求項１記載の海洋レーダ装置。
3. 前記波面推定手段は、前記ドップラ算出手段により算出された各レンジセルにおけるドップラの時間的な変化を流速の揺らぎとして特定し、津波の波面として、前記流速の揺らぎが基準値より大きいレンジセルを連ねることを特徴とする請求項１または請求項２記載の海洋レーダ装置。
4. 前記波面推定手段は、
   複数のレンジセルからなる小領域をそれぞれ設定する領域設定部と、
   前記ドップラ算出手段により算出された各レンジセルのドップラを用いて、前記領域設定部により設定された各小領域の特徴量を算出し、前記特徴量を用いて、各小領域の間の相関演算を実施し、津波の波面として、前記相関演算で相関が認められる小領域を連ねる領域相関演算部とから構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の海洋レーダ装置。
5. 前記領域設定部は、各レンジセルの水深を示す海底地形情報を入力し、隣り合っているレンジセルの中で、前記海底地形情報が示す水深の差が所定範囲内であるレンジセルを特定し、前記レンジセルからなる小領域を設定することを特徴とする請求項４記載の海洋レーダ装置。
6. 電波を観測領域の海面に向けて放射する電波放射手段と、
   前記電波放射手段から放射されたのち、前記観測領域の海面に反射されて戻ってきた電波を受信する電波受信手段と、
   前記電波受信手段により受信された電波から、前記観測領域がレンジ方向とアジマス方向で区分けされている各レンジセルのドップラを算出するドップラ算出手段と、
   地震の震源地を示す震源地情報を取得して、前記震源地情報が示す震源地を中心とする同心円を算出し、前記観測領域内に存在している同心円の円弧を津波の波面として設定する波面設定手段と、
   前記ドップラ算出手段により算出された各レンジセルのドップラのうち、前記波面設定手段により設定された津波の波面が存在しているレンジセルのドップラが示すレーダ視線方向の速度ベクトルを津波の進行方向の流速ベクトルに変換するベクトル変換手段と、
   前記ベクトル変換手段により変換された流速ベクトルが、実際に津波の流速を表しているベクトルであるか否かを検証し、実際に津波の流速を表しているベクトルであれば、津波の発生を認定する津波検出手段と
   を備えた海洋レーダ装置。
7. 電波を観測領域の海面に向けて放射する電波放射手段と、
   前記電波放射手段から放射されたのち、前記観測領域の海面に反射されて戻ってきた電波を受信する電波受信手段と、
   前記電波受信手段により受信された電波から、前記観測領域がレンジ方向とアジマス方向で区分けされている各レンジセルのドップラを算出するドップラ算出手段と、
   各レンジセルの水深を示す海底地形情報を参照して等深度方向を特定し、前記等深度方向を津波の波面として設定する波面設定手段と、
   前記ドップラ算出手段により算出された各レンジセルのドップラのうち、前記波面設定手段により設定された津波の波面が存在しているレンジセルのドップラが示すレーダ視線方向の速度ベクトルを津波の進行方向の流速ベクトルに変換するベクトル変換手段と、
   前記ベクトル変換手段により変換された流速ベクトルが、実際に津波の流速を表しているベクトルであるか否かを検証し、実際に津波の流速を表しているベクトルであれば、津波の発生を認定する津波検出手段と
   を備えた海洋レーダ装置。

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