JP4168753B2 - 風速ベクトル計測装置及び風速ベクトル計測方法 - Google Patents
風速ベクトル計測装置及び風速ベクトル計測方法 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、電波、光波又は音波を用いて遠隔点の風速ベクトルを計測する風速ベクトル計測装置及び風速ベクトル計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
風速の空間分布の観測は、気象監視や気象予測において重要な観測項目となっている。例えば空港気象ドップラレーダでは、滑走路周辺の風速分布を観測することにより、風が急変している位置を検出している。検出結果を飛行計画に反映させることにより、航空交通の安全性が向上されている。このようなドップラ効果を用いて風観測を行うレーダでは、レーダから観測対象を見たときの視線方向の風速成分のみが計測され、レーダの視線方向と直交する方向の風速成分は直接計測することができない。ただし、レーダの視線方向と直交する方向の風速成分をも計測することにより、風速の三次元ベクトルを観測したいというニーズも多い。
【０００３】
複数の地点にドップラレーダを配置し、同じ観測領域を同時に観測し、異なる方向から計測したドップラ速度を合成することにより、風速ベクトルを算出する観測手法が取られることもある。ただし、複数のドップラレーダの利用は費用がかかるため、単一のドップラレーダで風速ベクトルを算出する観測手法が取られることも多い。この場合、観測対象である大気の風速分布が空間的に一様であるという仮定を利用して、異なる観測方向で得られたドップラ速度を合成することにより風速ベクトルを求める。このような方法の１つに、ＶＡＤ（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ａｚｉｍｕｔｈ Ｄｉｓｐｌａｙ）法と呼ばれているものがある。ＶＡＤ法については、例えば、非特許文献１に紹介されている。
【０００４】
図１９はＶＡＤ法の原理を示す図である。この図の左側はＶＡＤ法におけるビーム走査を図示したものである。一定の仰角θで水平方向に空中線ビームを走査しながら、各距離でのドップラ速度を算出する。観測範囲のうちの距離rの部分のみを取り出すと、高度 r sinθの水平面上の円周が得られる。ＶＡＤ法では、この円周内で風速が一様であるとして、風速ベクトルを算出する。今、風速ベクトルの x成分がu, y成分がv，z成分（すなわち鉛直成分）がw であるとする。
【０００５】
観測されたドップラ速度のうち、ある距離のドップラ速度のみを抽出して、方位角を横軸として、ドップラ速度をプロットすると、図１９右側の図のように、正弦波状の曲線がプロットされる。この正弦波の直流成分はw sinθとなり、鉛直風の大きさに対応するものとなる。正弦波の振幅はuh cosθとなり、水平風の大きさに対応するものとなる。ただし、uh は水平風ベクトル(u, v)の大きさである。さらに、正弦波の位相は水平風の方向に対応する量となる。
【０００６】
実際に観測されるドップラ速度には観測誤差が含まれる。そこで、観測データに対して正弦波をモデルフィッティングすることにより、風速ベクトルを算出する方法が用いられる。モデルフィッテイングには例えば最小ニ乗法が用いられる。
【０００７】
図１７は従来の風速ベクトル計測装置の構成例を示すブロック図である。この図において、００１は放射部、００２は送受信部、００３は信号処理部、００５は駆動部、００６は表示・記録部である。信号処理装置００３の内部構成を図１８に示す。この図において、０３１はドップラ速度算出部、０３２は距離平均処理部、０３３は風速ベクトル算出部である。
【０００８】
次に従来の風速ベクトル計測装置の動作を説明する。送受信部００２で生成した送信波は放射部００１から大気中へ放射される。大気中に放射された送信波の電力のうちの一部は、大気によって反射され、さらにその一部が放射部００１によって受信される。受信された反射波は送受信部００２へ伝送される。送受信部００２では、入力した反射波に増幅及び周波数変換などの処理を施し、受信信号を出力する。受信信号は信号処理部００３においてドップラ速度算出及び風速ベクトル算出の信号処理が施される。その結果は操作・表示部００６に入力され、信号処理の結果が表示される。駆動部００５は、放射部００２の走査を行う。
【０００９】
次に信号処理部００３の内部の動作を説明する。送受信部００２から出力された受信信号を入力する。ドップラ速度算出部０３１は入力した受信信号から観測距離範囲内の各距離におけるドップラ速度を算出する。ドップラ速度の算出方法としては、例えば受信信号のフーリエ変換を行い、スペクトルピークのドップラ周波数からドップラ速度に換算する方法がある。距離平均処理部０３２では、連続する複数の距離で得られたドップラ速度を平均することにより距離平均処理を行う。なお、距離平均処理は必ずしも行う必要はないが、ドップラ速度算出部０３１で算出されたドップラ速度の精度が十分でない場合には、この処理により距離方向の平均処理によりドップラ速度のランダム誤差を低減することができる。
【００１０】
風速ベクトル算出部では、風速ベクトルの空間一様性を仮定して、ドップラ速度の方位角方向の空間分布から風速ベクトルを算出する。今、ビームの水平走査における仰角をθ、i番目の方位角における方位角をΦi、風速ベクトルを(u,v,w)と置く。ただし、風速ベクトルにおいて、(u,v)が水平風成分、wが鉛直風成分であるとする。このとき、方位角Φiで観測されるドップラ速度vdiは式（１）で表される。
【００１１】
【数１】
【００１２】
ここで、ヤコビアン行列Aを式（２）のように定義する。
【００１３】
【数２】
【００１４】
一般的な最小二乗法の理論によれば、線形最小条件から式（３）の方程式が得られる。
【００１５】
【数３】
【００１６】
ただし、x及びyはそれぞれ式（４）及び式（５）で定義されるベクトルである。
【００１７】
【数４】
【００１８】
【数５】
【００１９】
また、Wは誤差行列であり、式（６）で表される。
【００２０】
【数６】
【００２１】
ただし、σiはドップラ速度観測値vdiの誤差の標準偏差である。
【００２２】
式（３）の方程式は例えば次の計算により解くことができる。
【００２３】
【数７】
【００２４】
あるいは、実際の数値計算では、ヤコビアン行列のＱＲ分解による解法が用いられることも多い。
【００２５】
図２０はＶＡＤ法による風速ベクトル算出方法の処理の流れを示すフロー図である。ｓｔ９０１から ｓｔ９０４のループでは、送受信部００２から出力される受信信号をステップｓｔ９０２で入力し、ステップｓｔ９０３においてフーリエ変換などの周波数解析によりドップラ速度を算出する。方位角全周分のドップラ速度が蓄積された時点でｓｔ９０１〜ｓｔ９０４のループを抜ける。ステップｓｔ９０５では、各方位角におけるヤコビアン行列を算出する。ステップｓｔ９０６では、ステップｓｔ９０３で算出したドップラ速度とステップｓｔ９０５で算出されたヤコビアン行列を用いて、風速ベクトルを算出する。以上の処理を継続する場合は、 ｓｔ９０７からｓｔ９０１へ分岐し、処理を継続する。処理を終了する場合には、ｓｔ９０７から処理終了へと分岐する。
【００２６】
なお、非降水の大気をターゲットとする光波レーダでは、w は風の鉛直成分に対応するが、降雨をターゲットとする一般の気象レーダでは、wは雨滴の落下速度に対応するものとなる。
【００２７】
図１９では方位角方向の全周を観測することにより、１周期分の正弦波に対応するドップラ速度が得られているが、一般にはある限られた範囲の方位角のデータのみを用いても良い。一部分の方位角範囲のみを用いたＶＡＤ法は特に局所ＶＡＤ法と呼ばれている。
【００２８】
図２１は局所VAD 法で算出される風速ベクトルの大きさの測定精度を，モンテカルロシミュレーションで求めた例である．この図において，横軸が局所VAD 計算に用いるデータの方位角幅，縦軸が算出された風速ベクトルの標準偏差である．ただし，水平方向のビーム走査を 4 度/秒 で行い，精度 1.0 m/s のドップラー速度データを 50 Hz のデータレートで得ることを想定している．このグラフには 3つのデータがプロットされており，それぞれ，
○ : ビームと平行な風向を仮定して精度を算出．
X : ビームと直交する風向を仮定して精度を算出．
+ : ビームとのなす角が 45度の風向を仮定して精度を算出．
のデータである．
【００２９】
この図から，ビームと平行な風向の場合に風速ベクトル算出精度が高く，ビームと直交する風向の場合に風速ベクトル算出精度が低くなり，それ以外の場合には中間的な風速ベクトル算出精度となることが確認できる．
【００３０】
このように風向と観測方向の角度の関係によって、風速ベクトルの一様性を仮定する方位角区間幅は異なる。しかし、従来の風速ベクトル計測装置では、観測方向によらず一定の方位角区間幅で風速ベクトルを算出していた。この場合、必要な風速精度を得るためには、風向と観測方向が直交する場合に合わせて、方位角区間幅を設定する必要がある。このようにすると、風向と観測方向が平行となる観測方向に対しては必要以上に広く方位角区間幅を設定することになり、方位角方向の空間分解能を必要以上に悪くする結果となる。
【００３１】
あるいは、風速精度が低い場合にこれを向上させるのに、ビーム走査を遅くし受信信号の積分数を増やすことも考えられる。この場合、ドップラ速度の得られる方位角分解能を変えることなく、ドップラ速度算出精度を向上させることができる。これにより、ドップラ速度から算出される風速の精度も向上される。従来の風速ベクトル計測装置のようにビーム走査速度を等速で行う場合、風向と観測方向が直交する場合に風速精度が得られるようなビーム走査速度を設定することになる。しかし、風向と平行となる観測方向では必要以上にビーム走査速度を遅くする必要があり、観測範囲全体を観測する周期が長くなるという問題があった。
【００３２】
【非特許文献１】
Henri Sauvageot 著「Radar Meteorology」、Artech House、１９９２年（１月）、ｐ．２１０−２１２。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、風向と観測方向のなす角に応じて、風速ベクトル算出を行う信号処理の諸元を変更することにより、又はビーム走査方法を変更することにより、部分的に空間分解能を向上させ、又は観測周期を短縮することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る風速ベクトル計測装置は、送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射しその反射波を受信する放射部と、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出するドップラ速度算出部と、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル算出部と、この風速ベクトルによる風向と上記観測方向とのずれ角に応じ上記方位角範囲の幅を変更し上記風速ベクトル算出部に対し設定する方位角区間設定部とを備えたものであって、上記方位角区間設定部は、風速ベクトルによる風向と観測方向とのずれ角が直角に近づくほど、上記方位角範囲の幅が広くなるように方位角範囲の幅を変更し上記風速ベクトル算出部に対し設定するようにしたものである。
【００３５】
この発明の請求項２に係る風速ベクトル計測装置は、送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射しその反射波を受信する放射部と、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出するドップラ速度算出部と、方位角毎に一定幅を有する距離範囲で算出された複数個の上記ドップラ速度を平均する距離平均処理部と、この平均ドップラ速度の一定幅の方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル算出部と、この風速ベクトルによる風向と上記観測方向とのずれ角に応じ上記距離範囲の幅を変更し上記距離平均処理部に対し設定する距離平均区間設定部とを備えたものであって、上記距離平均区間設定部は、風速ベクトルによる風向と観測方向とのずれ角が直角に近づくほど、上記距離範囲の幅が広くなるように距離範囲の幅を変更し上記距離平均処理部に対し設定するようにしたものである。
【００３６】
この発明の請求項３に係る風速ベクトル計測装置は、ビームの走査制御を行う駆動部と、この走査制御のもと送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射しその反射波を受信する放射部と、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出するドップラ速度算出部と、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル算出部と、この風速ベクトルによる風向と上記観測方向とのずれ角に応じ上記走査制御のパラメータを変更し上記駆動部に対し設定するビーム走査方法設定部とを備えたものであって、上記ビーム走査方法設定部は、風速ベクトルによる風向と観測方向とのずれ角が直角に近づくほど、観測方向のビーム走査速度が遅くなるように又は観測方向のビーム走査数が多くなるように走査制御のパラメータを変更し上記駆動部に対し設定するようにしたものである。
【００３８】
この発明の請求項４に係る風速ベクトル計測装置は、風向計により計測された風向データを入力する風向データ入力部を備え、上記方位角区間設定部は、上記風速ベクトル算出部が算出する風速ベクトルによる風向に代え上記風向データによる風向を用い上記観測方向とのずれ角を求め、このずれ角に応じ上記方位角範囲の幅を変更し上記風速ベクトル算出部に対し設定することを特徴とする請求項１に記載のものである。
【００３９】
この発明の請求項５に係る風速ベクトル計測装置は、風向計により計測された風向データを入力する風向データ入力部を備え、上記距離平均区間設定部は、上記風速ベクトル算出部が算出する風速ベクトルによる風向に代え上記風向データによる風向を用い上記観測方向とのずれ角を求め、このずれ角に応じ上記距離範囲の幅を変更し上記距離平均処理部に対し設定することを特徴とする請求項２に記載のものである。
【００４０】
この発明の請求項６に係る風速ベクトル計測装置は、風向計により計測された風向データを入力する風向データ入力部を備え、上記ビーム走査方法設定部は、上記風速ベクトル算出部が算出する風速ベクトルによる風向に代え上記風向データによる風向を用い上記観測方向とのずれ角を求め、このずれ角に応じ上記走査制御のパラメータを変更し上記駆動部に対し設定することを特徴とする請求項３に記載のものである。
【００４１】
この発明の請求項７に係る風速ベクトル計測方法は、送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するものである。
（ステップ１）ドップラ速度の空間分布を試行測定するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１の試行測定によって得られたドップラ速度の空間分布から風速ベクトルの空間分布を算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られた風速ベクトルによる風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ４）上記ステップ３で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ５）風向と観測方向のなす角が上記ステップ４で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となる風速ベクトル算出方位角区間幅を算出するステップ。
（ステップ６）上記ステップ３からステップ５の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ７）ドップラ速度の空間分布を測定し、上記ステップ５で設定した風速ベクトル算出方位角区間幅を用いて、ドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。
【００４２】
この発明の請求項８に係る風速ベクトル計測方法は、送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するものである。
（ステップ１）ドップラ速度の空間分布を試行測定するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１の試行測定によって得られたドップラ速度の空間分布から風速ベクトルの空間分布を算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られた風速ベクトルによる風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ４）上記ステップ３で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ５）風向と観測方向のなす角が上記ステップ４で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となる距離平均区間幅を算出するステップ。
（ステップ６）上記ステップ３からステップ５の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ７）ドップラ速度の空間分布を測定し、上記ステップ５で設定した距離平均区間幅を用いて、ドップラ速度の空間平均処理を行った後にドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。
【００４３】
この発明の請求項９に係る風速ベクトル計測方法は、送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するものである。
（ステップ１）ドップラ速度の空間分布を試行測定するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１の試行測定によって得られたドップラ速度の空間分布から風速ベクトルの空間分布を算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られた風速ベクトルによる風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ４）上記ステップ３で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ５）風向と観測方向のなす角が上記ステップ４で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となるビーム走査速度を算出するステップ。
（ステップ６）上記ステップ３からステップ５の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ７）上記ステップ５で算出したビーム走査速度によりドップラ速度の空間分布を測定するとともに、ドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。
【００４４】
この発明の請求項１０に係る風速ベクトル計測方法は、送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するものである。
（ステップ１）ドップラ速度の空間分布を試行測定するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１の試行測定によって得られたドップラ速度の空間分布から風速ベクトルの空間分布を算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られた風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ４）上記ステップ３で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ５）風向と観測方向のなす角が上記ステップ４で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となるビーム走査回数を算出するステップ。
（ステップ６）上記ステップ３からステップ５の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ７）上記ステップ５で算出した各方位角に必要な走査回数を満足するような走査方法を設定するステップ。
（ステップ８）上記ステップ７で算出したビーム走査方法によりドップラ速度の空間分布を測定するとともに、ドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。
【００４５】
この発明の請求項１１に係る風速ベクトル計測方法は、送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するものである。
（ステップ１）風向計で計測された風向データを入力するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１で得られた風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ４）風向と観測方向のなす角が上記ステップ４で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となる風速ベクトル算出方位角区間幅を算出するステップ。
（ステップ５）上記ステップ２からステップ４の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ６）ドップラ速度の空間分布を測定し、上記ステップ４で設定した風速ベクトル算出方位角区間幅を用いて、ドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。
【００４６】
この発明の請求項１２に係る風速ベクトル計測方法は、送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するものである。
（ステップ１）風向計で計測された風向データを入力するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１で得られた風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ４）風向と観測方向のなす角が上記ステップ３で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となるビーム走査速度を算出するステップ。
（ステップ５）上記ステップ２からステップ４の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ６）上記ステップ４で算出したビーム走査速度によりドップラ速度の空間分布を測定するとともに、ドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。
【００４７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態の風速ベクトル計測装置の構成を示すブロック図である。この図において、００４は測定諸元設定部である。他の符号は前述のものと同じである。また、図２はこの発明の実施の形態の風速ベクトル計測装置の信号処理部と測定諸元設定部の内部構成を示すブロック図である。この図において、０４１は風速ベクトル算出方位角区間設定部、０４２は距離平均区間設定部である。他の符号は前述のものと同じである。
【００４８】
次に動作を説明する。送受信部００２で生成した送信波は放射部００１から大気中へ放射される。大気中に放射された送信波の電力のうちの一部は、大気によって反射され、さらにその一部が放射部００１によって受信される。受信された反射波は送受信部００２へ伝送される。送受信部００２では、入力した反射波に増幅及び周波数変換などの処理を施し、受信信号を出力する。受信信号は信号処理部００３においてドップラ速度算出及び風速ベクトル算出の信号処理が施される。その結果は操作・表示部００６に入力され、信号処理の結果が表示される。駆動部００５は、放射部００１の走査を行う。
【００４９】
信号処理部００３によって算出された風速ベクトルの方向、すなわち風向は測定諸元設定部００４に入力される。測定諸元設定部００４内部の風速ベクトル算出方位角設定部０４１では、入力された風向をもとに風速ベクトル算出に利用する方位角区間、すなわち風速ベクトルの算出で風速ベクトルが一様であると仮定する方位角範囲幅を設定する。また、測定諸元設定部００４内部の距離平均区間設定部０４２も信号処理部００３で算出された風向を入力し、距離平均区間を設定する。
【００５０】
測定諸元設定部００４で設定された方位角区間は風速ベクトル算出部に入力され、次の時刻の風速ベクトル算出においては、この方位角区間を用いて風速ベクトルが算出される。同様に、測定諸元設定部００４で設定された距離平均区間は距離平均処理部に入力され、次の時刻のドップラ速度算出においては、この距離平均区間を用いてドップラ速度の平均処理が行われる。
【００５１】
あるいは、測定諸元設定部で設定した諸元を用いて、現時刻の風速ベクトル算出を再度実行するようにしても良い。この場合、風速ベクトル算出を所定の回数実行するか、あるいは、反復計算によって風速ベクトル算出結果がほぼ変化しなくなったと判断された時点で反復を完了する方法がある。
【００５２】
なお、図２では風速ベクトル算出方位角区間設定部０４１と距離平均区間設定部０４２の２つを備えているが、どちらか一方を備えるようにしても良い。
【００５３】
図３は風速ベクトル算出方位角区間設定部０４１で方位角区間を設定する方法の概略を説明するものである。この図は水平面を上から見たものであり、●が風速ベクトル計測装置の位置を表し、全体として図面上の右上の方向から風が吹いているとしている。この場合、風速ベクトル計測装置の位置から見て図面上の右上の方向を観測する場合には、観測方向と平行な風向となる。一方、風速ベクトル計測装置の位置から見て図面上の左上の方向を観測する場合には、観測方向と直交する風向となる。そのため、風速ベクトル算出において全方向で同じ風速精度を得るためには、右上の方向に比べて左上の方向で広い方位角区間を風速ベクトル算出方位角区間設定部０４１で設定することになる。
【００５４】
図４は風速ベクトル算出方位角区間設定部０４２で距離平均区間を設定する方法の概略を説明するものである。この図では図３と同様に、全体として図面上の右上の方向から風が吹いている状況を表している。距離平均区間設定部０４２で距離平均区間を設定する際には、図面上の右上の方向よりも左上の方向において、広い距離平均区間を設定することになる。
【００５５】
以上の図３又は図４の例では、左上の方向では風速ベクトル算出の空間分解能は低下するが、風速ベクトルの算出精度は維持することができる。
【００５６】
図５は、測定諸元設定部００４が風速ベクトル算出方位角区間設定部０４１のみを備えた場合の、方位角区間設定の方法の例をフロー図にしたものである。ステップｓｔ００１では風速ベクトル計測装置を用いてドップラ速度の空間分布を試行的に観測する。ステップｓｔ００２ではｓｔ００１で得られたドップラ速度の空間分布を用いて、各方向における風速ベクトルを算出する。風速ベクトル算出には例えば前述のＶＡＤ法を用いる。このステップでの風速ベクトル算出は、測定諸元を決めるための風向の空間分布の大雑把な傾向がわかれば良い。したがって、空間分解能は必ずしも高くなくても良いため、観測方向によらず十分広い距離平均区間又は方位角区間を用いてドップラ速度及び風速ベクトル算出を行えばよい。
【００５７】
ステップｓｔ００３からステップｓｔ００７で囲まれた範囲は、ステップｓｔ００２で風速ベクトルを算出した際の各方位角区間で次に説明する処理を繰り返すループである。まずステップｓｔ００４では、ｓｔ００２で得られた風向と観測方向のなす角δ（ｒ）を各距離ｒで算出する。ステップｓｔ００５では、各距離で算出したδ（ｒ）のうち、最も直交に近い場合の角度をδmaxとして抽出する。１つの方位角のみを考えた場合、δ(r)＝δmaxとなる距離において風速精度が最も低下するため、この距離での風速精度を維持するように方位角区間を設定する。具体的には、ステップｓｔ００６において、風向と観測方向のなす角がδmaxの場合に所要風速精度を得るのに必要となる方位角区間幅を設定する。例えば、前述の図２１で示したような、方位角区間幅、風向と観測方向のなす角、風速精度の関係を表すグラフを予め作成しておき、そのデータを用いて方位角幅を設定すれば良い。
【００５８】
ステップｓｔ００３からステップｓｔ００７で囲まれる処理を全観測方向で繰り返すことにより、全観測方向での測定諸元が設定される。この測定諸元を用いてステップｓｔ００８で本観測を行い、風速ベクトルを計測する。ステップｓｔ００３からステップｓｔ００８までの処理は観測が終了するまで繰り返す。
【００５９】
図５では試観測を観測開始時の１回だけ行うようにしているが、試観測をある時間周期で定期的に行うようにしても良い。
【００６０】
図６に、方位角区間と距離平均区間の両方を設定するようにした場合の、風速ベクトル計測方法の流れをフロー図にしたものである。この図において、ステップｓｔ１０１からステップｓｔ１０６までの処理は、図５のステップｓｔ００１からステップｓｔ００６と同じ手順である。ただし、図６では、方位角区間幅に上限を設けるようにしている。そのため、ステップｓｔ１０６で設定した方位角区間幅が上限を超えるとステップｓｔ１０７で判定された場合には、ステップｓｔ１０８にて方位角区間幅として上限値を設定する。さらに、方位角区間幅の上限値を採用したことにより、風速精度が劣化する分を、距離平均を行うことにより風速精度を補う。ステップｓｔ１１０では、それに必要となる距離平均区間を設定する。
【００６１】
ステップｓｔ１０３からステップｓｔ１１１で囲まれる処理を全観測方向で繰り返すことにより、全観測方向での測定諸元が設定される。この測定諸元を用いてステップｓｔ１１２で本観測を行い、風速ベクトルを計測する。ステップｓｔ１０３からステップｓｔ１１２までの処理は観測が終了するまで繰り返す。
【００６２】
図６では試観測を観測開始時の１回だけ行うようにしているが、試観測をある時間周期で定期的に行うようにしても良い。
【００６３】
以上のように、本発明の実施形態では、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、風速ベクトル算出に用いるデータの方位角区間幅、又は距離平均を行う距離区間幅を設定することにより、必要な風速計測精度を維持したまま、一部の空間範囲で風速ベクトルを算出する空間分解能を向上させることができる。
【００６４】
実施の形態２．
以上の実施形態１では、風向に応じて信号処理の諸元を変更するようにしたものであるが、次に風向に応じてビーム走査方法を変更するようなする実施形態を示す。図７は本実施形態の風速ベクトル計測装置の構成を示す図である。この図中の符号は全て前述のものと同じであるが、測定諸元設定部００４の内部構成が前述のものと異なり、さらに、測定諸元設定部で設定した諸元が駆動部００５へと出力される点が前述のものと異なる。図８は測定諸元設定部００４の内部構成を示す図である。この図において、０４３はビーム走査方法設定部である。
【００６５】
放射部００１、送受信部００２、信号処理部００３、表示・記録部００６の動作は前述の図１７に示した従来技術のものと同じである。ただし本実施形態では、測定諸元設定部００４を備え、その結果に従って駆動部がビーム走査を行う点が従来と異なる。測定諸元設定部００４は内部にビーム走査方法設定部０４３を備える。ビーム走査方法設定部は、信号処理部００３で得られた風向をもとに、ビーム走査方法を決定する。
【００６６】
ビーム走査方法の設定の概略は図９に示すようなものである。この図では図３と同様に、全体として図面上の右上の方向から風が吹いている状況を表している。本実施形態では、風向と観測方向のなす角によって、ビーム走査速度を変えるようにしている。具体的には、風向と平行となる観測方向では相対的に高速にビームを走査する。逆に風向と直交する観測方向では相対的に低速にビームを走査する。ドップラ速度算出の方位角単位が全観測方向で同じであるとすれば、高速で走査した観測方向では受信信号の積分数が相対的に少なく、低速で走査した観測方向では受信信号の積分数が相対的に多くなる。その結果、風向と直交する観測方向においてドップラ速度算出精度が高くなるため、風速ベクトル算出の方位角区間幅が全観測方向で同じであっても、風向と直交する観測方向での風速精度を他の方向と同じ程度に維持することができる。さらに、風向と平行となる観測方向でのビーム走査を速く行うため、ビーム走査を等速に行う場合に比べて全観測範囲を観測する周期を短縮することができる。
【００６７】
図１０は以上の風速ベクトル計測方法をフロー図にしたものである。この図のステップｓｔ２０１からｓｔ２０５までは、前述の図５のステップｓｔ００１からステップｓｔ００５と同じものである。ステップｓｔ２０６において、風向と観測方向のなす角がδmaxの場合に所要風速精度を得るのに必要となる受信信号の積分数を算出し、その積分数を実現するビーム走査速度を設定する。概算として、算出されるドップラ速度のランダム誤差を１／Ｎとするには、積分数をＮ２倍にする必要がある。そのためにはビーム走査速度を１／Ｎ２倍にすれば良い。
【００６８】
ステップｓｔ２０３からステップｓｔ２０７で囲まれる処理を全観測方向で繰り返すことにより、全観測方向での測定諸元が設定される。この測定諸元を用いてステップｓｔ２０８で本観測を行い、風速ベクトルを計測する。ステップｓｔ２０３からステップｓｔ２０８までの処理は観測が終了するまで繰り返す。
【００６９】
図１０では試観測を観測開始時の１回だけ行うようにしているが、試観測をある時間周期で定期的に行うようにしても良い。
【００７０】
以上のように、本発明の実施形態では、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、ビーム走査速度を変更し、それによって積分数を変更するようにしているため、必要な観測精度を全観測方向で維持したまま、全観測範囲を観測する周期を短縮することができる。
【００７１】
実施の形態３．
前述の実施の形態２では、観測方向によってビーム走査速度を変更していたが、本実施の形態では、観測方向によって走査回数を変更するような実施形態を示す。本実施形態の風速ベクトル計測装置の構成は前述の実施形態２で示した図７及び図８と同じであるが、図８のビーム走査方法設定部０４３でビーム走査方法を設定する方法が実施形態２のものと異なる。
【００７２】
図１１は本実施形態におけるビーム走査方法の概略を説明する図である。この図では図３と同様に、全体として右上の方向から風が吹いている状況を表している。本実施形態ではビーム走査速度は全観測方向で同じであるが、走査回数が観測方向によって異なっている。図１１では１、２、３、４、５、６、７の順で行う。このようにビームを走査することにより、風向と平行となる観測方向では観測回数が少なくなり、それ以外の方向では観測回数が多くなる。観測回数が多くなれば、受信信号の積分回数を増やすことができ、あるいはドップラ速度又は風速ベクトルを平均処理に用いるデータ数を増やすことができる。そのため、観測方向と風向が直交に近くなることによる風速精度の低下を補うことが可能となる。
【００７３】
具体的には図１２のような手順で風速ベクトル計測を行う。ステップｓｔ３０１からステップｓｔ３０５までの手順は前述図５のステップｓｔ００１からステップｓｔ００５と同じものである。ステップｓｔ３０６において、風向と観測方向のなす角がδmaxの場合に所要風速精度を得るのに必要となる受信信号の積分数を算出し、その積分数を実現するために必要となる走査回数を設定する。概算として、算出されるドップラ速度のランダム誤差を１／Ｎとするには、データ平均数をＮ２倍にする必要がある。そのためにはビーム走査回数をＮ２倍にすれば良い。
【００７４】
ステップｓｔ３０３からステップｓｔ３０７で囲まれる処理を全観測方向で繰り返すことにより、全観測方向で必要なビーム走査回数が算出される。このビーム走査回数を全観測方向で実現するようなビーム走査方法をステップｓｔ３０８で設定する。設定されたビーム走査方法を用いてステップｓｔ２０８で本観測を行い、風速ベクトルを計測する。ステップｓｔ３０３からステップｓｔ３０９までの処理は観測が終了するまで繰り返す。図１２では試観測を観測開始時の１回だけ行うようにしているが、試観測をある時間周期で定期的に行うようにしても良い。
【００７５】
以上のように、本発明の実施形態では、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、ビーム走査回数を変更し、それによってデータ平均数を変更するようにしているため、必要な観測精度を全観測方向で維持することができる。また、単純に全観測方向で同じビーム走査回数とする場合に比べて、本実施形態では一部の観測方向のみでビーム走査回数を増やすため、全観測範囲を観測する周期を短縮することができる。また、駆動部がビーム走査速度を可変にできないような場合にも本実施形態を適用することができる。
【００７６】
実施の形態４．
以上の実施形態では、測定諸元設定の際に用いる風向データとして、風速ベクトル計測装置自体で測定したものを用いていたが、本実施形態では、外部の風向データを用いるようにしたものである。
【００７７】
図１３は本実施形態の風速ベクトル計測装置の構成を示すブロック図である。この図において、００７は風向データ入力部である。その他の符号は前述のものと同じである。次に動作を説明する。風向データ入力部００７は、外部に設置した風向計から風向データを入力し、これを測定諸元設定部００４に伝送する。測定諸元設定部００４では、この風向データを用いて信号処理部で実行する信号処理の諸元を設定する。その他の動作は前述の実施形態１と同じである。
【００７８】
外部の風向計は１台でも良いし、異なる場所に複数設置されていても良い。ただし、風向計が１台の場合は、風速ベクトル計測装置の観測範囲の全体を１点の風向データで代表するため、測定諸元設定部００４での測定諸元設定の最適化の精度は低くなる可能性がある。
【００７９】
図１４は本実施形態の風速ベクトル計測装置による風速ベクトル計測方法のフロー図である。ステップｓｔ４０１では外部の風向計で観測された風向データを入力するステップｓｔ４０２からステップｓｔ４０８では、ステップｓｔ４０１で入力した風向データを用いて、風速ベクトル算出の方位角区間幅を算出し、この方位角区間幅を用いた本観測により風速ベクトルを計測する。風速ベクトル計測装置で観測された風向データの代わりに外部の風向計で観測された風向データを用いる以外は、ステップｓｔ４０２からステップｓｔ４０８の処理は図５のステップｓｔ００３からステップｓｔ００９の手順と同様のものとなる。
【００８０】
本実施形態によれば、試観測を行うことなく実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
実施の形態５．
前述の実施形態４では、外部の風向計で得られた風向データを用いて信号処理の諸元を設定するようにしていたが、外部の風向計で得られた風向データを用いてビーム走査方法を設定するようにしたのが本実施形態である。
【００８２】
図１５は本実施形態の構成を示すブロック図である。この図の符号は全て前述のものと同じである。次に動作を説明する。風向データ入力部００７は、外部に設置した風向計から風向データを入力し、これを測定諸元設定部００４に伝送する。測定諸元設定部００４では、この風向データを用いてビーム走査方法を設定する。ビーム走査方法の設定としては、実施形態２のようにビーム走査速度を観測方向によって変えるか、あるいは実施形態３のようにビーム走査回数を観測方向によって変えるようにする。前者の場合、その他の動作は実施形態２と同じであり、後者の場合、その他の動作は実施形態３と同じである。
【００８３】
外部の風向計は１台でも良いし、異なる場所に複数設置されていても良い。ただし、風向計が１台の場合は、風速ベクトル計測装置の観測範囲の全体を１点の風向データで代表するため、測定諸元設定部００４での測定諸元設定の最適化の精度は低くなる可能性がある。
【００８４】
図１６は本実施形態の風速ベクトル計測装置による風速ベクトル計測方法のフロー図である。ステップｓｔ５０１では外部の風向計で観測された風向データを入力する。ステップｓｔ５０２からステップｓｔ５０８では、ステップｓｔ５０１で入力した風向データを用いて、風速ベクトル計測におけるビーム走査速度を算出し、このビーム走査速度を用いた本観測により風速ベクトルを計測する。風速ベクトル計測装置で観測された風向データの代わりに外部の風向計で観測された風向データを用いる以外は、ステップｓｔ５０２からステップｓｔ５０８の処理は図１０のステップｓｔ２０３からステップｓｔ２０９の手順と同様のものとなる。
【００８５】
図１６の例ではビーム走査速度を観測方向によって変更するようにしているが、前述実施の形態３のようにビーム走査回数を観測方向によって変更するようにしても良い。
【００８６】
本実施形態によれば、試観測を行うことなく実施形態２又は実施形態３と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１の風速ベクトル計測装置によれば、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、風速ベクトル計測諸元を変更するようにしているので、必要な風速計測精度を全方向で維持したまま、風速ベクトル計測の空間分解能又は時間分解能を向上できるという効果がある。特に、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、風速ベクトル算出に用いるデータの方位角区間幅を設定するようにしているので、必要な風速計測精度を維持したまま、一部の空間範囲で風速ベクトルを算出する空間分解能を方位角方向に向上させることができる。
【００８８】
またこの発明の請求項２の風速ベクトル計測装置によれば、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、距離平均を行う距離区間幅を設定することにより、必要な風速計測精度を維持したまま、一部の空間範囲で風速ベクトルを算出する空間分解能を距離方向に向上させることができる。
【００９０】
またこの発明の請求項３の風速ベクトル計測装置によれば、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、ビーム走査速度を変えるようにしているので、必要な風速計測精度を維持したまま、全観測範囲を観測する周期を短縮することができる。また、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、ビーム走査回数を変えるようにしているので、必要な風速計測精度を維持したまま、全観測範囲を観測する周期を短縮することができる。
【００９１】
またこの発明の請求項４又は請求項５の風速ベクトル計測装置によれば、外部の風向計のデータを用いて信号処理諸元を設定するようにしているため、試観測を行うことなく請求項１又は請求項２の効果を得ることができる。
【００９２】
またこの発明の請求項６の風速ベクトル計測装置によれば、外部の風向計のデータを用いてビーム走査方法を設定するようにしているため、試観測を行うことなく請求項３の効果を得ることができる。
【００９３】
またこの発明の請求項７の風速ベクトル計測方法によれば、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、風速ベクトル算出に用いるデータの方位角区間幅を設定するようにしているので、必要な風速計測精度を維持したまま、一部の空間範囲で風速ベクトルを算出する空間分解能を方位角方向に向上させることができる。
【００９４】
またこの発明の請求項８の風速ベクトル計測方法によれば、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、距離平均を行う距離区間幅を設定することにより、必要な風速計測精度を維持したまま、一部の空間範囲で風速ベクトルを算出する空間分解能を距離方向に向上させることができる。
【００９５】
またこの発明の請求項９の風速ベクトル計測方法によれば、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、ビーム走査速度を変えるようにしているので、必要な風速計測精度を維持したまま、全観測範囲を観測する周期を短縮することができる。
【００９６】
またこの発明の請求項１０の風速ベクトル計測方法によれば、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、ビーム走査回数を変えるようにしているので、必要な風速計測精度を維持したまま、全観測範囲を観測する周期を短縮することができる。
【００９７】
またこの発明の請求項１１の風速ベクトル計測方法によれば、外部の風向計のデータを用いて信号処理諸元を設定するようにしているため、試観測を行うことなく請求項９又は請求項１０の効果を得ることができる。
【００９８】
またこの発明の請求項１２の風速ベクトル計測方法によれば、外部の風向計のデータを用いてビーム走査方法を設定するようにしているため、試観測を行うことなく請求項１１又は請求項１２の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の風速ベクトル計測装置の構成を示すブロック図。
【図２】 この発明の実施の形態１の風速ベクトル計測装置の信号処理部と測定諸元設定部の内部構成を示すブロック図。
【図３】 この発明の実施の形態１の風速ベクトル計測装置において、風向によって風速ベクトル算出の方位角区間を変更することを説明する図。
【図４】 この発明の実施の形態１の風速ベクトル計測装置において、風向によってドップラ速度の距離平均区間を変更することを説明する図。
【図５】 この発明の実施の形態１の風速ベクトル計測方法の流れを示すフロー図。
【図６】 この発明の実施の形態１の別の風速ベクトル計測方法の流れを示すフロー図。
【図７】 この発明の実施の形態２の風速ベクトル計測装置の構成を示すブロック図。
【図８】 この発明の実施の形態２の風速ベクトル計測装置の測定諸元設定部の内部構成を示すブロック図。
【図９】 この発明の実施の形態２の風速ベクトル計測装置において、風向によってビーム走査速度を変更することを説明する図。
【図１０】 この発明の実施の形態２の風速ベクトル計測方法の流れを示すフロー図。
【図１１】 この発明の実施の形態３の風速ベクトル計測装置において、風向によってビーム走査方法を変更することを説明する図。
【図１２】 この発明の実施の形態３の風速ベクトル計測方法の流れを示すフロー図。
【図１３】 この発明の実施の形態４の風速ベクトル計測装置の構成を示すブロック図。
【図１４】 この発明の実施の形態４の風速ベクトル計測方法の流れを示すフロー図。
【図１５】 この発明の実施の形態５の風速ベクトル計測装置の構成を示すブロック図。
【図１６】 この発明の実施の形態５の風速ベクトル計測方法の流れを示すフロー図。
【図１７】 従来の風速ベクトル計測装置の構成を示すブロック図。
【図１８】 従来の風速ベクトル計測装置の信号処理部の内部構成を示すブロック図。
【図１９】 風速ベクトル算出方法であるＶＡＤ法の原理を説明する図。
【図２０】 風速ベクトル算出方法の流れを示すフロー図。
【図２１】 風速ベクトル算出方位角区間幅と風速算出精度の関係を説明する図。
【符号の説明】
００１ 放射部、 ００２ 送受信部、 ００３ 信号処理部、 ００４ 測定諸元設定部、 ００５ 駆動部、 ００６ 表示・記録部、 ０３１ ドップラ速度算出部、 ０３２ 距離平均処理部、 ０３３ 風速ベクトル算出部、 ０４１ 風速ベクトル算出方位角区間設定部、 ０４２ 距離平均区間設定部、 ０４３ ビーム走査方法設定部、 ００７ 風向データ入力部。
【発明の属する技術分野】
この発明は、電波、光波又は音波を用いて遠隔点の風速ベクトルを計測する風速ベクトル計測装置及び風速ベクトル計測方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
風速の空間分布の観測は、気象監視や気象予測において重要な観測項目となっている。例えば空港気象ドップラレーダでは、滑走路周辺の風速分布を観測することにより、風が急変している位置を検出している。検出結果を飛行計画に反映させることにより、航空交通の安全性が向上されている。このようなドップラ効果を用いて風観測を行うレーダでは、レーダから観測対象を見たときの視線方向の風速成分のみが計測され、レーダの視線方向と直交する方向の風速成分は直接計測することができない。ただし、レーダの視線方向と直交する方向の風速成分をも計測することにより、風速の三次元ベクトルを観測したいというニーズも多い。
【０００３】
複数の地点にドップラレーダを配置し、同じ観測領域を同時に観測し、異なる方向から計測したドップラ速度を合成することにより、風速ベクトルを算出する観測手法が取られることもある。ただし、複数のドップラレーダの利用は費用がかかるため、単一のドップラレーダで風速ベクトルを算出する観測手法が取られることも多い。この場合、観測対象である大気の風速分布が空間的に一様であるという仮定を利用して、異なる観測方向で得られたドップラ速度を合成することにより風速ベクトルを求める。このような方法の１つに、ＶＡＤ（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ Ａｚｉｍｕｔｈ Ｄｉｓｐｌａｙ）法と呼ばれているものがある。ＶＡＤ法については、例えば、非特許文献１に紹介されている。
【０００４】
図１９はＶＡＤ法の原理を示す図である。この図の左側はＶＡＤ法におけるビーム走査を図示したものである。一定の仰角θで水平方向に空中線ビームを走査しながら、各距離でのドップラ速度を算出する。観測範囲のうちの距離rの部分のみを取り出すと、高度 r sinθの水平面上の円周が得られる。ＶＡＤ法では、この円周内で風速が一様であるとして、風速ベクトルを算出する。今、風速ベクトルの x成分がu, y成分がv，z成分（すなわち鉛直成分）がw であるとする。
【０００５】
観測されたドップラ速度のうち、ある距離のドップラ速度のみを抽出して、方位角を横軸として、ドップラ速度をプロットすると、図１９右側の図のように、正弦波状の曲線がプロットされる。この正弦波の直流成分はw sinθとなり、鉛直風の大きさに対応するものとなる。正弦波の振幅はuh cosθとなり、水平風の大きさに対応するものとなる。ただし、uh は水平風ベクトル(u, v)の大きさである。さらに、正弦波の位相は水平風の方向に対応する量となる。
【０００６】
実際に観測されるドップラ速度には観測誤差が含まれる。そこで、観測データに対して正弦波をモデルフィッティングすることにより、風速ベクトルを算出する方法が用いられる。モデルフィッテイングには例えば最小ニ乗法が用いられる。
【０００７】
図１７は従来の風速ベクトル計測装置の構成例を示すブロック図である。この図において、００１は放射部、００２は送受信部、００３は信号処理部、００５は駆動部、００６は表示・記録部である。信号処理装置００３の内部構成を図１８に示す。この図において、０３１はドップラ速度算出部、０３２は距離平均処理部、０３３は風速ベクトル算出部である。
【０００８】
次に従来の風速ベクトル計測装置の動作を説明する。送受信部００２で生成した送信波は放射部００１から大気中へ放射される。大気中に放射された送信波の電力のうちの一部は、大気によって反射され、さらにその一部が放射部００１によって受信される。受信された反射波は送受信部００２へ伝送される。送受信部００２では、入力した反射波に増幅及び周波数変換などの処理を施し、受信信号を出力する。受信信号は信号処理部００３においてドップラ速度算出及び風速ベクトル算出の信号処理が施される。その結果は操作・表示部００６に入力され、信号処理の結果が表示される。駆動部００５は、放射部００２の走査を行う。
【０００９】
次に信号処理部００３の内部の動作を説明する。送受信部００２から出力された受信信号を入力する。ドップラ速度算出部０３１は入力した受信信号から観測距離範囲内の各距離におけるドップラ速度を算出する。ドップラ速度の算出方法としては、例えば受信信号のフーリエ変換を行い、スペクトルピークのドップラ周波数からドップラ速度に換算する方法がある。距離平均処理部０３２では、連続する複数の距離で得られたドップラ速度を平均することにより距離平均処理を行う。なお、距離平均処理は必ずしも行う必要はないが、ドップラ速度算出部０３１で算出されたドップラ速度の精度が十分でない場合には、この処理により距離方向の平均処理によりドップラ速度のランダム誤差を低減することができる。
【００１０】
風速ベクトル算出部では、風速ベクトルの空間一様性を仮定して、ドップラ速度の方位角方向の空間分布から風速ベクトルを算出する。今、ビームの水平走査における仰角をθ、i番目の方位角における方位角をΦi、風速ベクトルを(u,v,w)と置く。ただし、風速ベクトルにおいて、(u,v)が水平風成分、wが鉛直風成分であるとする。このとき、方位角Φiで観測されるドップラ速度vdiは式（１）で表される。
【００１１】
【数１】
ここで、ヤコビアン行列Aを式（２）のように定義する。
【００１３】
【数２】
一般的な最小二乗法の理論によれば、線形最小条件から式（３）の方程式が得られる。
【００１５】
【数３】
ただし、x及びyはそれぞれ式（４）及び式（５）で定義されるベクトルである。
【００１７】
【数４】
【数５】
また、Wは誤差行列であり、式（６）で表される。
【００２０】
【数６】
ただし、σiはドップラ速度観測値vdiの誤差の標準偏差である。
【００２２】
式（３）の方程式は例えば次の計算により解くことができる。
【００２３】
【数７】
あるいは、実際の数値計算では、ヤコビアン行列のＱＲ分解による解法が用いられることも多い。
【００２５】
図２０はＶＡＤ法による風速ベクトル算出方法の処理の流れを示すフロー図である。ｓｔ９０１から ｓｔ９０４のループでは、送受信部００２から出力される受信信号をステップｓｔ９０２で入力し、ステップｓｔ９０３においてフーリエ変換などの周波数解析によりドップラ速度を算出する。方位角全周分のドップラ速度が蓄積された時点でｓｔ９０１〜ｓｔ９０４のループを抜ける。ステップｓｔ９０５では、各方位角におけるヤコビアン行列を算出する。ステップｓｔ９０６では、ステップｓｔ９０３で算出したドップラ速度とステップｓｔ９０５で算出されたヤコビアン行列を用いて、風速ベクトルを算出する。以上の処理を継続する場合は、 ｓｔ９０７からｓｔ９０１へ分岐し、処理を継続する。処理を終了する場合には、ｓｔ９０７から処理終了へと分岐する。
【００２６】
なお、非降水の大気をターゲットとする光波レーダでは、w は風の鉛直成分に対応するが、降雨をターゲットとする一般の気象レーダでは、wは雨滴の落下速度に対応するものとなる。
【００２７】
図１９では方位角方向の全周を観測することにより、１周期分の正弦波に対応するドップラ速度が得られているが、一般にはある限られた範囲の方位角のデータのみを用いても良い。一部分の方位角範囲のみを用いたＶＡＤ法は特に局所ＶＡＤ法と呼ばれている。
【００２８】
図２１は局所VAD 法で算出される風速ベクトルの大きさの測定精度を，モンテカルロシミュレーションで求めた例である．この図において，横軸が局所VAD 計算に用いるデータの方位角幅，縦軸が算出された風速ベクトルの標準偏差である．ただし，水平方向のビーム走査を 4 度/秒 で行い，精度 1.0 m/s のドップラー速度データを 50 Hz のデータレートで得ることを想定している．このグラフには 3つのデータがプロットされており，それぞれ，
○ : ビームと平行な風向を仮定して精度を算出．
X : ビームと直交する風向を仮定して精度を算出．
+ : ビームとのなす角が 45度の風向を仮定して精度を算出．
のデータである．
【００２９】
この図から，ビームと平行な風向の場合に風速ベクトル算出精度が高く，ビームと直交する風向の場合に風速ベクトル算出精度が低くなり，それ以外の場合には中間的な風速ベクトル算出精度となることが確認できる．
【００３０】
このように風向と観測方向の角度の関係によって、風速ベクトルの一様性を仮定する方位角区間幅は異なる。しかし、従来の風速ベクトル計測装置では、観測方向によらず一定の方位角区間幅で風速ベクトルを算出していた。この場合、必要な風速精度を得るためには、風向と観測方向が直交する場合に合わせて、方位角区間幅を設定する必要がある。このようにすると、風向と観測方向が平行となる観測方向に対しては必要以上に広く方位角区間幅を設定することになり、方位角方向の空間分解能を必要以上に悪くする結果となる。
【００３１】
あるいは、風速精度が低い場合にこれを向上させるのに、ビーム走査を遅くし受信信号の積分数を増やすことも考えられる。この場合、ドップラ速度の得られる方位角分解能を変えることなく、ドップラ速度算出精度を向上させることができる。これにより、ドップラ速度から算出される風速の精度も向上される。従来の風速ベクトル計測装置のようにビーム走査速度を等速で行う場合、風向と観測方向が直交する場合に風速精度が得られるようなビーム走査速度を設定することになる。しかし、風向と平行となる観測方向では必要以上にビーム走査速度を遅くする必要があり、観測範囲全体を観測する周期が長くなるという問題があった。
【００３２】
【非特許文献１】
Henri Sauvageot 著「Radar Meteorology」、Artech House、１９９２年（１月）、ｐ．２１０−２１２。
【００３３】
【発明が解決しようとする課題】
この発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、風向と観測方向のなす角に応じて、風速ベクトル算出を行う信号処理の諸元を変更することにより、又はビーム走査方法を変更することにより、部分的に空間分解能を向上させ、又は観測周期を短縮することを目的とする。
【００３４】
【課題を解決するための手段】
この発明の請求項１に係る風速ベクトル計測装置は、送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射しその反射波を受信する放射部と、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出するドップラ速度算出部と、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル算出部と、この風速ベクトルによる風向と上記観測方向とのずれ角に応じ上記方位角範囲の幅を変更し上記風速ベクトル算出部に対し設定する方位角区間設定部とを備えたものであって、上記方位角区間設定部は、風速ベクトルによる風向と観測方向とのずれ角が直角に近づくほど、上記方位角範囲の幅が広くなるように方位角範囲の幅を変更し上記風速ベクトル算出部に対し設定するようにしたものである。
【００３５】
この発明の請求項２に係る風速ベクトル計測装置は、送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射しその反射波を受信する放射部と、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出するドップラ速度算出部と、方位角毎に一定幅を有する距離範囲で算出された複数個の上記ドップラ速度を平均する距離平均処理部と、この平均ドップラ速度の一定幅の方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル算出部と、この風速ベクトルによる風向と上記観測方向とのずれ角に応じ上記距離範囲の幅を変更し上記距離平均処理部に対し設定する距離平均区間設定部とを備えたものであって、上記距離平均区間設定部は、風速ベクトルによる風向と観測方向とのずれ角が直角に近づくほど、上記距離範囲の幅が広くなるように距離範囲の幅を変更し上記距離平均処理部に対し設定するようにしたものである。
【００３６】
この発明の請求項３に係る風速ベクトル計測装置は、ビームの走査制御を行う駆動部と、この走査制御のもと送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射しその反射波を受信する放射部と、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出するドップラ速度算出部と、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル算出部と、この風速ベクトルによる風向と上記観測方向とのずれ角に応じ上記走査制御のパラメータを変更し上記駆動部に対し設定するビーム走査方法設定部とを備えたものであって、上記ビーム走査方法設定部は、風速ベクトルによる風向と観測方向とのずれ角が直角に近づくほど、観測方向のビーム走査速度が遅くなるように又は観測方向のビーム走査数が多くなるように走査制御のパラメータを変更し上記駆動部に対し設定するようにしたものである。
【００３８】
この発明の請求項４に係る風速ベクトル計測装置は、風向計により計測された風向データを入力する風向データ入力部を備え、上記方位角区間設定部は、上記風速ベクトル算出部が算出する風速ベクトルによる風向に代え上記風向データによる風向を用い上記観測方向とのずれ角を求め、このずれ角に応じ上記方位角範囲の幅を変更し上記風速ベクトル算出部に対し設定することを特徴とする請求項１に記載のものである。
【００３９】
この発明の請求項５に係る風速ベクトル計測装置は、風向計により計測された風向データを入力する風向データ入力部を備え、上記距離平均区間設定部は、上記風速ベクトル算出部が算出する風速ベクトルによる風向に代え上記風向データによる風向を用い上記観測方向とのずれ角を求め、このずれ角に応じ上記距離範囲の幅を変更し上記距離平均処理部に対し設定することを特徴とする請求項２に記載のものである。
【００４０】
この発明の請求項６に係る風速ベクトル計測装置は、風向計により計測された風向データを入力する風向データ入力部を備え、上記ビーム走査方法設定部は、上記風速ベクトル算出部が算出する風速ベクトルによる風向に代え上記風向データによる風向を用い上記観測方向とのずれ角を求め、このずれ角に応じ上記走査制御のパラメータを変更し上記駆動部に対し設定することを特徴とする請求項３に記載のものである。
【００４１】
この発明の請求項７に係る風速ベクトル計測方法は、送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するものである。
（ステップ１）ドップラ速度の空間分布を試行測定するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１の試行測定によって得られたドップラ速度の空間分布から風速ベクトルの空間分布を算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られた風速ベクトルによる風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ４）上記ステップ３で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ５）風向と観測方向のなす角が上記ステップ４で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となる風速ベクトル算出方位角区間幅を算出するステップ。
（ステップ６）上記ステップ３からステップ５の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ７）ドップラ速度の空間分布を測定し、上記ステップ５で設定した風速ベクトル算出方位角区間幅を用いて、ドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。
【００４２】
この発明の請求項８に係る風速ベクトル計測方法は、送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するものである。
（ステップ１）ドップラ速度の空間分布を試行測定するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１の試行測定によって得られたドップラ速度の空間分布から風速ベクトルの空間分布を算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られた風速ベクトルによる風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ４）上記ステップ３で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ５）風向と観測方向のなす角が上記ステップ４で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となる距離平均区間幅を算出するステップ。
（ステップ６）上記ステップ３からステップ５の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ７）ドップラ速度の空間分布を測定し、上記ステップ５で設定した距離平均区間幅を用いて、ドップラ速度の空間平均処理を行った後にドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。
【００４３】
この発明の請求項９に係る風速ベクトル計測方法は、送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するものである。
（ステップ１）ドップラ速度の空間分布を試行測定するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１の試行測定によって得られたドップラ速度の空間分布から風速ベクトルの空間分布を算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られた風速ベクトルによる風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ４）上記ステップ３で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ５）風向と観測方向のなす角が上記ステップ４で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となるビーム走査速度を算出するステップ。
（ステップ６）上記ステップ３からステップ５の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ７）上記ステップ５で算出したビーム走査速度によりドップラ速度の空間分布を測定するとともに、ドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。
【００４４】
この発明の請求項１０に係る風速ベクトル計測方法は、送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するものである。
（ステップ１）ドップラ速度の空間分布を試行測定するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１の試行測定によって得られたドップラ速度の空間分布から風速ベクトルの空間分布を算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られた風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ４）上記ステップ３で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ５）風向と観測方向のなす角が上記ステップ４で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となるビーム走査回数を算出するステップ。
（ステップ６）上記ステップ３からステップ５の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ７）上記ステップ５で算出した各方位角に必要な走査回数を満足するような走査方法を設定するステップ。
（ステップ８）上記ステップ７で算出したビーム走査方法によりドップラ速度の空間分布を測定するとともに、ドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。
【００４５】
この発明の請求項１１に係る風速ベクトル計測方法は、送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するものである。
（ステップ１）風向計で計測された風向データを入力するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１で得られた風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ４）風向と観測方向のなす角が上記ステップ４で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となる風速ベクトル算出方位角区間幅を算出するステップ。
（ステップ５）上記ステップ２からステップ４の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ６）ドップラ速度の空間分布を測定し、上記ステップ４で設定した風速ベクトル算出方位角区間幅を用いて、ドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。
【００４６】
この発明の請求項１２に係る風速ベクトル計測方法は、送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するものである。
（ステップ１）風向計で計測された風向データを入力するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１で得られた風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ４）風向と観測方向のなす角が上記ステップ３で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となるビーム走査速度を算出するステップ。
（ステップ５）上記ステップ２からステップ４の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ６）上記ステップ４で算出したビーム走査速度によりドップラ速度の空間分布を測定するとともに、ドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。
【００４７】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態の風速ベクトル計測装置の構成を示すブロック図である。この図において、００４は測定諸元設定部である。他の符号は前述のものと同じである。また、図２はこの発明の実施の形態の風速ベクトル計測装置の信号処理部と測定諸元設定部の内部構成を示すブロック図である。この図において、０４１は風速ベクトル算出方位角区間設定部、０４２は距離平均区間設定部である。他の符号は前述のものと同じである。
【００４８】
次に動作を説明する。送受信部００２で生成した送信波は放射部００１から大気中へ放射される。大気中に放射された送信波の電力のうちの一部は、大気によって反射され、さらにその一部が放射部００１によって受信される。受信された反射波は送受信部００２へ伝送される。送受信部００２では、入力した反射波に増幅及び周波数変換などの処理を施し、受信信号を出力する。受信信号は信号処理部００３においてドップラ速度算出及び風速ベクトル算出の信号処理が施される。その結果は操作・表示部００６に入力され、信号処理の結果が表示される。駆動部００５は、放射部００１の走査を行う。
【００４９】
信号処理部００３によって算出された風速ベクトルの方向、すなわち風向は測定諸元設定部００４に入力される。測定諸元設定部００４内部の風速ベクトル算出方位角設定部０４１では、入力された風向をもとに風速ベクトル算出に利用する方位角区間、すなわち風速ベクトルの算出で風速ベクトルが一様であると仮定する方位角範囲幅を設定する。また、測定諸元設定部００４内部の距離平均区間設定部０４２も信号処理部００３で算出された風向を入力し、距離平均区間を設定する。
【００５０】
測定諸元設定部００４で設定された方位角区間は風速ベクトル算出部に入力され、次の時刻の風速ベクトル算出においては、この方位角区間を用いて風速ベクトルが算出される。同様に、測定諸元設定部００４で設定された距離平均区間は距離平均処理部に入力され、次の時刻のドップラ速度算出においては、この距離平均区間を用いてドップラ速度の平均処理が行われる。
【００５１】
あるいは、測定諸元設定部で設定した諸元を用いて、現時刻の風速ベクトル算出を再度実行するようにしても良い。この場合、風速ベクトル算出を所定の回数実行するか、あるいは、反復計算によって風速ベクトル算出結果がほぼ変化しなくなったと判断された時点で反復を完了する方法がある。
【００５２】
なお、図２では風速ベクトル算出方位角区間設定部０４１と距離平均区間設定部０４２の２つを備えているが、どちらか一方を備えるようにしても良い。
【００５３】
図３は風速ベクトル算出方位角区間設定部０４１で方位角区間を設定する方法の概略を説明するものである。この図は水平面を上から見たものであり、●が風速ベクトル計測装置の位置を表し、全体として図面上の右上の方向から風が吹いているとしている。この場合、風速ベクトル計測装置の位置から見て図面上の右上の方向を観測する場合には、観測方向と平行な風向となる。一方、風速ベクトル計測装置の位置から見て図面上の左上の方向を観測する場合には、観測方向と直交する風向となる。そのため、風速ベクトル算出において全方向で同じ風速精度を得るためには、右上の方向に比べて左上の方向で広い方位角区間を風速ベクトル算出方位角区間設定部０４１で設定することになる。
【００５４】
図４は風速ベクトル算出方位角区間設定部０４２で距離平均区間を設定する方法の概略を説明するものである。この図では図３と同様に、全体として図面上の右上の方向から風が吹いている状況を表している。距離平均区間設定部０４２で距離平均区間を設定する際には、図面上の右上の方向よりも左上の方向において、広い距離平均区間を設定することになる。
【００５５】
以上の図３又は図４の例では、左上の方向では風速ベクトル算出の空間分解能は低下するが、風速ベクトルの算出精度は維持することができる。
【００５６】
図５は、測定諸元設定部００４が風速ベクトル算出方位角区間設定部０４１のみを備えた場合の、方位角区間設定の方法の例をフロー図にしたものである。ステップｓｔ００１では風速ベクトル計測装置を用いてドップラ速度の空間分布を試行的に観測する。ステップｓｔ００２ではｓｔ００１で得られたドップラ速度の空間分布を用いて、各方向における風速ベクトルを算出する。風速ベクトル算出には例えば前述のＶＡＤ法を用いる。このステップでの風速ベクトル算出は、測定諸元を決めるための風向の空間分布の大雑把な傾向がわかれば良い。したがって、空間分解能は必ずしも高くなくても良いため、観測方向によらず十分広い距離平均区間又は方位角区間を用いてドップラ速度及び風速ベクトル算出を行えばよい。
【００５７】
ステップｓｔ００３からステップｓｔ００７で囲まれた範囲は、ステップｓｔ００２で風速ベクトルを算出した際の各方位角区間で次に説明する処理を繰り返すループである。まずステップｓｔ００４では、ｓｔ００２で得られた風向と観測方向のなす角δ（ｒ）を各距離ｒで算出する。ステップｓｔ００５では、各距離で算出したδ（ｒ）のうち、最も直交に近い場合の角度をδmaxとして抽出する。１つの方位角のみを考えた場合、δ(r)＝δmaxとなる距離において風速精度が最も低下するため、この距離での風速精度を維持するように方位角区間を設定する。具体的には、ステップｓｔ００６において、風向と観測方向のなす角がδmaxの場合に所要風速精度を得るのに必要となる方位角区間幅を設定する。例えば、前述の図２１で示したような、方位角区間幅、風向と観測方向のなす角、風速精度の関係を表すグラフを予め作成しておき、そのデータを用いて方位角幅を設定すれば良い。
【００５８】
ステップｓｔ００３からステップｓｔ００７で囲まれる処理を全観測方向で繰り返すことにより、全観測方向での測定諸元が設定される。この測定諸元を用いてステップｓｔ００８で本観測を行い、風速ベクトルを計測する。ステップｓｔ００３からステップｓｔ００８までの処理は観測が終了するまで繰り返す。
【００５９】
図５では試観測を観測開始時の１回だけ行うようにしているが、試観測をある時間周期で定期的に行うようにしても良い。
【００６０】
図６に、方位角区間と距離平均区間の両方を設定するようにした場合の、風速ベクトル計測方法の流れをフロー図にしたものである。この図において、ステップｓｔ１０１からステップｓｔ１０６までの処理は、図５のステップｓｔ００１からステップｓｔ００６と同じ手順である。ただし、図６では、方位角区間幅に上限を設けるようにしている。そのため、ステップｓｔ１０６で設定した方位角区間幅が上限を超えるとステップｓｔ１０７で判定された場合には、ステップｓｔ１０８にて方位角区間幅として上限値を設定する。さらに、方位角区間幅の上限値を採用したことにより、風速精度が劣化する分を、距離平均を行うことにより風速精度を補う。ステップｓｔ１１０では、それに必要となる距離平均区間を設定する。
【００６１】
ステップｓｔ１０３からステップｓｔ１１１で囲まれる処理を全観測方向で繰り返すことにより、全観測方向での測定諸元が設定される。この測定諸元を用いてステップｓｔ１１２で本観測を行い、風速ベクトルを計測する。ステップｓｔ１０３からステップｓｔ１１２までの処理は観測が終了するまで繰り返す。
【００６２】
図６では試観測を観測開始時の１回だけ行うようにしているが、試観測をある時間周期で定期的に行うようにしても良い。
【００６３】
以上のように、本発明の実施形態では、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、風速ベクトル算出に用いるデータの方位角区間幅、又は距離平均を行う距離区間幅を設定することにより、必要な風速計測精度を維持したまま、一部の空間範囲で風速ベクトルを算出する空間分解能を向上させることができる。
【００６４】
実施の形態２．
以上の実施形態１では、風向に応じて信号処理の諸元を変更するようにしたものであるが、次に風向に応じてビーム走査方法を変更するようなする実施形態を示す。図７は本実施形態の風速ベクトル計測装置の構成を示す図である。この図中の符号は全て前述のものと同じであるが、測定諸元設定部００４の内部構成が前述のものと異なり、さらに、測定諸元設定部で設定した諸元が駆動部００５へと出力される点が前述のものと異なる。図８は測定諸元設定部００４の内部構成を示す図である。この図において、０４３はビーム走査方法設定部である。
【００６５】
放射部００１、送受信部００２、信号処理部００３、表示・記録部００６の動作は前述の図１７に示した従来技術のものと同じである。ただし本実施形態では、測定諸元設定部００４を備え、その結果に従って駆動部がビーム走査を行う点が従来と異なる。測定諸元設定部００４は内部にビーム走査方法設定部０４３を備える。ビーム走査方法設定部は、信号処理部００３で得られた風向をもとに、ビーム走査方法を決定する。
【００６６】
ビーム走査方法の設定の概略は図９に示すようなものである。この図では図３と同様に、全体として図面上の右上の方向から風が吹いている状況を表している。本実施形態では、風向と観測方向のなす角によって、ビーム走査速度を変えるようにしている。具体的には、風向と平行となる観測方向では相対的に高速にビームを走査する。逆に風向と直交する観測方向では相対的に低速にビームを走査する。ドップラ速度算出の方位角単位が全観測方向で同じであるとすれば、高速で走査した観測方向では受信信号の積分数が相対的に少なく、低速で走査した観測方向では受信信号の積分数が相対的に多くなる。その結果、風向と直交する観測方向においてドップラ速度算出精度が高くなるため、風速ベクトル算出の方位角区間幅が全観測方向で同じであっても、風向と直交する観測方向での風速精度を他の方向と同じ程度に維持することができる。さらに、風向と平行となる観測方向でのビーム走査を速く行うため、ビーム走査を等速に行う場合に比べて全観測範囲を観測する周期を短縮することができる。
【００６７】
図１０は以上の風速ベクトル計測方法をフロー図にしたものである。この図のステップｓｔ２０１からｓｔ２０５までは、前述の図５のステップｓｔ００１からステップｓｔ００５と同じものである。ステップｓｔ２０６において、風向と観測方向のなす角がδmaxの場合に所要風速精度を得るのに必要となる受信信号の積分数を算出し、その積分数を実現するビーム走査速度を設定する。概算として、算出されるドップラ速度のランダム誤差を１／Ｎとするには、積分数をＮ２倍にする必要がある。そのためにはビーム走査速度を１／Ｎ２倍にすれば良い。
【００６８】
ステップｓｔ２０３からステップｓｔ２０７で囲まれる処理を全観測方向で繰り返すことにより、全観測方向での測定諸元が設定される。この測定諸元を用いてステップｓｔ２０８で本観測を行い、風速ベクトルを計測する。ステップｓｔ２０３からステップｓｔ２０８までの処理は観測が終了するまで繰り返す。
【００６９】
図１０では試観測を観測開始時の１回だけ行うようにしているが、試観測をある時間周期で定期的に行うようにしても良い。
【００７０】
以上のように、本発明の実施形態では、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、ビーム走査速度を変更し、それによって積分数を変更するようにしているため、必要な観測精度を全観測方向で維持したまま、全観測範囲を観測する周期を短縮することができる。
【００７１】
実施の形態３．
前述の実施の形態２では、観測方向によってビーム走査速度を変更していたが、本実施の形態では、観測方向によって走査回数を変更するような実施形態を示す。本実施形態の風速ベクトル計測装置の構成は前述の実施形態２で示した図７及び図８と同じであるが、図８のビーム走査方法設定部０４３でビーム走査方法を設定する方法が実施形態２のものと異なる。
【００７２】
図１１は本実施形態におけるビーム走査方法の概略を説明する図である。この図では図３と同様に、全体として右上の方向から風が吹いている状況を表している。本実施形態ではビーム走査速度は全観測方向で同じであるが、走査回数が観測方向によって異なっている。図１１では１、２、３、４、５、６、７の順で行う。このようにビームを走査することにより、風向と平行となる観測方向では観測回数が少なくなり、それ以外の方向では観測回数が多くなる。観測回数が多くなれば、受信信号の積分回数を増やすことができ、あるいはドップラ速度又は風速ベクトルを平均処理に用いるデータ数を増やすことができる。そのため、観測方向と風向が直交に近くなることによる風速精度の低下を補うことが可能となる。
【００７３】
具体的には図１２のような手順で風速ベクトル計測を行う。ステップｓｔ３０１からステップｓｔ３０５までの手順は前述図５のステップｓｔ００１からステップｓｔ００５と同じものである。ステップｓｔ３０６において、風向と観測方向のなす角がδmaxの場合に所要風速精度を得るのに必要となる受信信号の積分数を算出し、その積分数を実現するために必要となる走査回数を設定する。概算として、算出されるドップラ速度のランダム誤差を１／Ｎとするには、データ平均数をＮ２倍にする必要がある。そのためにはビーム走査回数をＮ２倍にすれば良い。
【００７４】
ステップｓｔ３０３からステップｓｔ３０７で囲まれる処理を全観測方向で繰り返すことにより、全観測方向で必要なビーム走査回数が算出される。このビーム走査回数を全観測方向で実現するようなビーム走査方法をステップｓｔ３０８で設定する。設定されたビーム走査方法を用いてステップｓｔ２０８で本観測を行い、風速ベクトルを計測する。ステップｓｔ３０３からステップｓｔ３０９までの処理は観測が終了するまで繰り返す。図１２では試観測を観測開始時の１回だけ行うようにしているが、試観測をある時間周期で定期的に行うようにしても良い。
【００７５】
以上のように、本発明の実施形態では、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、ビーム走査回数を変更し、それによってデータ平均数を変更するようにしているため、必要な観測精度を全観測方向で維持することができる。また、単純に全観測方向で同じビーム走査回数とする場合に比べて、本実施形態では一部の観測方向のみでビーム走査回数を増やすため、全観測範囲を観測する周期を短縮することができる。また、駆動部がビーム走査速度を可変にできないような場合にも本実施形態を適用することができる。
【００７６】
実施の形態４．
以上の実施形態では、測定諸元設定の際に用いる風向データとして、風速ベクトル計測装置自体で測定したものを用いていたが、本実施形態では、外部の風向データを用いるようにしたものである。
【００７７】
図１３は本実施形態の風速ベクトル計測装置の構成を示すブロック図である。この図において、００７は風向データ入力部である。その他の符号は前述のものと同じである。次に動作を説明する。風向データ入力部００７は、外部に設置した風向計から風向データを入力し、これを測定諸元設定部００４に伝送する。測定諸元設定部００４では、この風向データを用いて信号処理部で実行する信号処理の諸元を設定する。その他の動作は前述の実施形態１と同じである。
【００７８】
外部の風向計は１台でも良いし、異なる場所に複数設置されていても良い。ただし、風向計が１台の場合は、風速ベクトル計測装置の観測範囲の全体を１点の風向データで代表するため、測定諸元設定部００４での測定諸元設定の最適化の精度は低くなる可能性がある。
【００７９】
図１４は本実施形態の風速ベクトル計測装置による風速ベクトル計測方法のフロー図である。ステップｓｔ４０１では外部の風向計で観測された風向データを入力するステップｓｔ４０２からステップｓｔ４０８では、ステップｓｔ４０１で入力した風向データを用いて、風速ベクトル算出の方位角区間幅を算出し、この方位角区間幅を用いた本観測により風速ベクトルを計測する。風速ベクトル計測装置で観測された風向データの代わりに外部の風向計で観測された風向データを用いる以外は、ステップｓｔ４０２からステップｓｔ４０８の処理は図５のステップｓｔ００３からステップｓｔ００９の手順と同様のものとなる。
【００８０】
本実施形態によれば、試観測を行うことなく実施形態１と同様の効果を得ることができる。
【００８１】
実施の形態５．
前述の実施形態４では、外部の風向計で得られた風向データを用いて信号処理の諸元を設定するようにしていたが、外部の風向計で得られた風向データを用いてビーム走査方法を設定するようにしたのが本実施形態である。
【００８２】
図１５は本実施形態の構成を示すブロック図である。この図の符号は全て前述のものと同じである。次に動作を説明する。風向データ入力部００７は、外部に設置した風向計から風向データを入力し、これを測定諸元設定部００４に伝送する。測定諸元設定部００４では、この風向データを用いてビーム走査方法を設定する。ビーム走査方法の設定としては、実施形態２のようにビーム走査速度を観測方向によって変えるか、あるいは実施形態３のようにビーム走査回数を観測方向によって変えるようにする。前者の場合、その他の動作は実施形態２と同じであり、後者の場合、その他の動作は実施形態３と同じである。
【００８３】
外部の風向計は１台でも良いし、異なる場所に複数設置されていても良い。ただし、風向計が１台の場合は、風速ベクトル計測装置の観測範囲の全体を１点の風向データで代表するため、測定諸元設定部００４での測定諸元設定の最適化の精度は低くなる可能性がある。
【００８４】
図１６は本実施形態の風速ベクトル計測装置による風速ベクトル計測方法のフロー図である。ステップｓｔ５０１では外部の風向計で観測された風向データを入力する。ステップｓｔ５０２からステップｓｔ５０８では、ステップｓｔ５０１で入力した風向データを用いて、風速ベクトル計測におけるビーム走査速度を算出し、このビーム走査速度を用いた本観測により風速ベクトルを計測する。風速ベクトル計測装置で観測された風向データの代わりに外部の風向計で観測された風向データを用いる以外は、ステップｓｔ５０２からステップｓｔ５０８の処理は図１０のステップｓｔ２０３からステップｓｔ２０９の手順と同様のものとなる。
【００８５】
図１６の例ではビーム走査速度を観測方向によって変更するようにしているが、前述実施の形態３のようにビーム走査回数を観測方向によって変更するようにしても良い。
【００８６】
本実施形態によれば、試観測を行うことなく実施形態２又は実施形態３と同様の効果を得ることができる。
【００８７】
【発明の効果】
以上のように、この発明の請求項１の風速ベクトル計測装置によれば、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、風速ベクトル計測諸元を変更するようにしているので、必要な風速計測精度を全方向で維持したまま、風速ベクトル計測の空間分解能又は時間分解能を向上できるという効果がある。特に、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、風速ベクトル算出に用いるデータの方位角区間幅を設定するようにしているので、必要な風速計測精度を維持したまま、一部の空間範囲で風速ベクトルを算出する空間分解能を方位角方向に向上させることができる。
【００８８】
またこの発明の請求項２の風速ベクトル計測装置によれば、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、距離平均を行う距離区間幅を設定することにより、必要な風速計測精度を維持したまま、一部の空間範囲で風速ベクトルを算出する空間分解能を距離方向に向上させることができる。
【００９０】
またこの発明の請求項３の風速ベクトル計測装置によれば、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、ビーム走査速度を変えるようにしているので、必要な風速計測精度を維持したまま、全観測範囲を観測する周期を短縮することができる。また、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、ビーム走査回数を変えるようにしているので、必要な風速計測精度を維持したまま、全観測範囲を観測する周期を短縮することができる。
【００９１】
またこの発明の請求項４又は請求項５の風速ベクトル計測装置によれば、外部の風向計のデータを用いて信号処理諸元を設定するようにしているため、試観測を行うことなく請求項１又は請求項２の効果を得ることができる。
【００９２】
またこの発明の請求項６の風速ベクトル計測装置によれば、外部の風向計のデータを用いてビーム走査方法を設定するようにしているため、試観測を行うことなく請求項３の効果を得ることができる。
【００９３】
またこの発明の請求項７の風速ベクトル計測方法によれば、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、風速ベクトル算出に用いるデータの方位角区間幅を設定するようにしているので、必要な風速計測精度を維持したまま、一部の空間範囲で風速ベクトルを算出する空間分解能を方位角方向に向上させることができる。
【００９４】
またこの発明の請求項８の風速ベクトル計測方法によれば、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、距離平均を行う距離区間幅を設定することにより、必要な風速計測精度を維持したまま、一部の空間範囲で風速ベクトルを算出する空間分解能を距離方向に向上させることができる。
【００９５】
またこの発明の請求項９の風速ベクトル計測方法によれば、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、ビーム走査速度を変えるようにしているので、必要な風速計測精度を維持したまま、全観測範囲を観測する周期を短縮することができる。
【００９６】
またこの発明の請求項１０の風速ベクトル計測方法によれば、試観測で得られる風向と観測方向のなす角に応じて、ビーム走査回数を変えるようにしているので、必要な風速計測精度を維持したまま、全観測範囲を観測する周期を短縮することができる。
【００９７】
またこの発明の請求項１１の風速ベクトル計測方法によれば、外部の風向計のデータを用いて信号処理諸元を設定するようにしているため、試観測を行うことなく請求項９又は請求項１０の効果を得ることができる。
【００９８】
またこの発明の請求項１２の風速ベクトル計測方法によれば、外部の風向計のデータを用いてビーム走査方法を設定するようにしているため、試観測を行うことなく請求項１１又は請求項１２の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１の風速ベクトル計測装置の構成を示すブロック図。
【図２】 この発明の実施の形態１の風速ベクトル計測装置の信号処理部と測定諸元設定部の内部構成を示すブロック図。
【図３】 この発明の実施の形態１の風速ベクトル計測装置において、風向によって風速ベクトル算出の方位角区間を変更することを説明する図。
【図４】 この発明の実施の形態１の風速ベクトル計測装置において、風向によってドップラ速度の距離平均区間を変更することを説明する図。
【図５】 この発明の実施の形態１の風速ベクトル計測方法の流れを示すフロー図。
【図６】 この発明の実施の形態１の別の風速ベクトル計測方法の流れを示すフロー図。
【図７】 この発明の実施の形態２の風速ベクトル計測装置の構成を示すブロック図。
【図８】 この発明の実施の形態２の風速ベクトル計測装置の測定諸元設定部の内部構成を示すブロック図。
【図９】 この発明の実施の形態２の風速ベクトル計測装置において、風向によってビーム走査速度を変更することを説明する図。
【図１０】 この発明の実施の形態２の風速ベクトル計測方法の流れを示すフロー図。
【図１１】 この発明の実施の形態３の風速ベクトル計測装置において、風向によってビーム走査方法を変更することを説明する図。
【図１２】 この発明の実施の形態３の風速ベクトル計測方法の流れを示すフロー図。
【図１３】 この発明の実施の形態４の風速ベクトル計測装置の構成を示すブロック図。
【図１４】 この発明の実施の形態４の風速ベクトル計測方法の流れを示すフロー図。
【図１５】 この発明の実施の形態５の風速ベクトル計測装置の構成を示すブロック図。
【図１６】 この発明の実施の形態５の風速ベクトル計測方法の流れを示すフロー図。
【図１７】 従来の風速ベクトル計測装置の構成を示すブロック図。
【図１８】 従来の風速ベクトル計測装置の信号処理部の内部構成を示すブロック図。
【図１９】 風速ベクトル算出方法であるＶＡＤ法の原理を説明する図。
【図２０】 風速ベクトル算出方法の流れを示すフロー図。
【図２１】 風速ベクトル算出方位角区間幅と風速算出精度の関係を説明する図。
【符号の説明】
００１ 放射部、 ００２ 送受信部、 ００３ 信号処理部、 ００４ 測定諸元設定部、 ００５ 駆動部、 ００６ 表示・記録部、 ０３１ ドップラ速度算出部、 ０３２ 距離平均処理部、 ０３３ 風速ベクトル算出部、 ０４１ 風速ベクトル算出方位角区間設定部、 ０４２ 距離平均区間設定部、 ０４３ ビーム走査方法設定部、 ００７ 風向データ入力部。
Claims (12)
- 送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射しその反射波を受信する放射部と、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出するドップラ速度算出部と、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル算出部と、この風速ベクトルによる風向と上記観測方向とのずれ角に応じ上記方位角範囲の幅を変更し上記風速ベクトル算出部に対し設定する方位角区間設定部とを備えた風速ベクトル計測装置であって、上記方位角区間設定部は、風速ベクトルによる風向と観測方向とのずれ角が直角に近づくほど、上記方位角範囲の幅が広くなるように方位角範囲の幅を変更し上記風速ベクトル算出部に対し設定するようにしたことを特徴とする風速ベクトル計測装置。
- 送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射しその反射波を受信する放射部と、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出するドップラ速度算出部と、方位角毎に一定幅を有する距離範囲で算出された複数個の上記ドップラ速度を平均する距離平均処理部と、この平均ドップラ速度の一定幅の方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル算出部と、この風速ベクトルによる風向と上記観測方向とのずれ角に応じ上記距離範囲の幅を変更し上記距離平均処理部に対し設定する距離平均区間設定部とを備えた風速ベクトル計測装置であって、上記距離平均区間設定部は、風速ベクトルによる風向と観測方向とのずれ角が直角に近づくほど、上記距離範囲の幅が広くなるように距離範囲の幅を変更し上記距離平均処理部に対し設定するようにしたことを特徴とする風速ベクトル計測装置。
- ビームの走査制御を行う駆動部と、この走査制御のもと送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射しその反射波を受信する放射部と、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出するドップラ速度算出部と、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル算出部と、この風速ベクトルによる風向と上記観測方向とのずれ角に応じ上記走査制御のパラメータを変更し上記駆動部に対し設定するビーム走査方法設定部とを備えた風速ベクトル計測装置であって、上記ビーム走査方法設定部は、風速ベクトルによる風向と観測方向とのずれ角が直角に近づくほど、観測方向のビーム走査速度が遅くなるように又は観測方向のビーム走査数が多くなるように走査制御のパラメータを変更し上記駆動部に対し設定するようにしたことを特徴とする風速ベクトル計測装置。
- 風向計により計測された風向データを入力する風向データ入力部を備え、上記方位角区間設定部は、上記風速ベクトル算出部が算出する風速ベクトルによる風向に代え上記風向データによる風向を用い上記観測方向とのずれ角を求め、このずれ角に応じ上記方位角範囲の幅を変更し上記風速ベクトル算出部に対し設定することを特徴とする請求項１に記載の風速ベクトル計測装置。
- 風向計により計測された風向データを入力する風向データ入力部を備え、上記距離平均区間設定部は、上記風速ベクトル算出部が算出する風速ベクトルによる風向に代え上記風向データによる風向を用い上記観測方向とのずれ角を求め、このずれ角に応じ上記距離範囲の幅を変更し上記距離平均処理部に対し設定することを特徴とする請求項２に記載の風速ベクトル計測装置。
- 風向計により計測された風向データを入力する風向データ入力部を備え、上記ビーム走査方法設定部は、上記風速ベクトル算出部が算出する風速ベクトルによる風向に代え上記風向データによる風向を用い上記観測方向とのずれ角を求め、このずれ角に応じ上記走査制御のパラメータを変更し上記駆動部に対し設定することを特徴とする請求項３に記載の風速ベクトル計測装置。
- 送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するもの。
（ステップ１）ドップラ速度の空間分布を試行測定するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１の試行測定によって得られたドップラ速度の空間分布から風速ベクトルの空間分布を算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られた風速ベクトルによる風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ４）上記ステップ３で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ５）風向と観測方向のなす角が上記ステップ４で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となる風速ベクトル算出方位角区間幅を算出するステップ。
（ステップ６）上記ステップ３からステップ５の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ７）ドップラ速度の空間分布を測定し、上記ステップ５で設定した風速ベクトル算出方位角区間幅を用いて、ドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。 - 送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するもの。
（ステップ１）ドップラ速度の空間分布を試行測定するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１の試行測定によって得られたドップラ速度の空間分布から風速ベクトルの空間分布を算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られた風速ベクトルによる風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ４）上記ステップ３で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ５）風向と観測方向のなす角が上記ステップ４で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となる距離平均区間幅を算出するステップ。
（ステップ６）上記ステップ３からステップ５の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ７）ドップラ速度の空間分布を測定し、上記ステップ５で設定した距離平均区間幅を用いて、ドップラ速度の空間平均処理を行った後にドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。 - 送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するもの。
（ステップ１）ドップラ速度の空間分布を試行測定するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１の試行測定によって得られたドップラ速度の空間分布から風速ベクトルの空間分布を算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られた風速ベクトルによる風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ４）上記ステップ３で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ５）風向と観測方向のなす角が上記ステップ４で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となるビーム走査速度を算出するステップ。
（ステップ６）上記ステップ３からステップ５の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ７）上記ステップ５で算出したビーム走査速度によりドップラ速度の空間分布を測定するとともに、ドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。 - 送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するもの。
（ステップ１）ドップラ速度の空間分布を試行測定するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１の試行測定によって得られたドップラ速度の空間分布から風速ベクトルの空間分布を算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られた風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ４）上記ステップ３で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ５）風向と観測方向のなす角が上記ステップ４で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となるビーム走査回数を算出するステップ。
（ステップ６）上記ステップ３からステップ５の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ７）上記ステップ５で算出した各方位角に必要な走査回数を満足するような走査方法を設定するステップ。
（ステップ８）上記ステップ７で算出したビーム走査方法によりドップラ速度の空間分布を測定するとともに、ドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。 - 送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するもの。
（ステップ１）風向計で計測された風向データを入力するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１で得られた風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ４）風向と観測方向のなす角が上記ステップ４で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となる風速ベクトル算出方位角区間幅を算出するステップ。
（ステップ５）上記ステップ２からステップ４の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ６）ドップラ速度の空間分布を測定し、上記ステップ４で設定した風速ベクトル算出方位角区間幅を用いて、ドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。 - 送信波を方位角方向に走査しながら空間に放射し、その反射波を受信し、この反射波から空間内の各位置での大気のドップラ速度を算出し、このドップラ速度の一定幅を有する方位角範囲の空間分布に基づき所定の観測方向における風速ベクトルを算出する風速ベクトル計測方法であって、次のステップを有するもの。
（ステップ１）風向計で計測された風向データを入力するステップ。
（ステップ２）上記ステップ１で得られた風向と上記観測方向のなす角δ(r)を各距離で算出するステップ。
（ステップ３）上記ステップ２で得られたδ(r)のうち、最も直交に近い場合の角度δmaxを抽出するステップ。
（ステップ４）風向と観測方向のなす角が上記ステップ３で得られたδmaxと等しい場合に、所要風速精度を得るのに必要となるビーム走査速度を算出するステップ。
（ステップ５）上記ステップ２からステップ４の処理を全観測方位角の範囲で繰り返すステップ。
（ステップ６）上記ステップ４で算出したビーム走査速度によりドップラ速度の空間分布を測定するとともに、ドップラ速度の空間分布から風速ベクトルを算出するステップ。
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