JP4511979B2 - 降雨減衰解析装置、区分別減衰量解析装置、降雨減衰解析方法及び区分別減衰量解析プログラム - Google Patents

降雨減衰解析装置、区分別減衰量解析装置、降雨減衰解析方法及び区分別減衰量解析プログラム Download PDF

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Description

本発明は、降雨による電波の減衰を補償する技術に係り、特に降雨による電波の減衰を補償するために、電波の減衰量を算出する技術に関する。
一般に、衛星放送や、人工衛星（以下、衛星という）から送信される放送波（以下、電波という）を用いた通信では、送受信される電波の周波数帯が通常数ＧＨｚ以上となるため、降雨による電波の減衰（以下、降雨減衰という）が生じる。この降雨減衰によって、受信機や送受信局（以下、単に送受信局という）で受信される番組や通信が一時的に途絶えることがあった。特に、周波数が大きいほど降雨減衰が大きくなるため、将来利用可能となる２０ＧＨｚ程度の準ミリ波以上の周波数帯域では、放送・通信サービスに更に大きな影響を及ぼす。
そのため、従来、降雨減衰を統計的に推定し、送受信局から電波を送信する送信電力を予め高めに設定して、送信電力に一定の降雨マージンを与えることで、降雨減衰の補償（降雨減衰補償）を行う機能を有する衛星が開示されている（特許文献１参照）。この衛星は、強い降雨の発生している地域が比較的狭い範囲であることに着目し、強い降雨が発生している期間にその地域だけに、より大きな送信電力を設定して電波を送信することで、衛星の規模の増大を抑えつつ、効果的な降雨減衰補償を行うものである。
また、降雨減衰を統計的に推定する様々な手法が提案され、その大半は、１年間である閾値を超える降雨減衰が発生する確率を推定するものである。更に、複数の観測地点について１分間ごとの降雨強度（１分間降雨強度）を観測し、この１分間降雨強度の確率分布に基づいて、観測された降雨による電波の減衰量を推定する方法が開示されている（非特許文献１参照）。この方法では、所定の観測地点における１０年間の平均と、特に降雨減衰の大きい月及び年との降雨強度分布及びこの降雨による減衰量について検討している。
更に、近年、気象予報技術の発達により、この先に発生する降雨エリアを高い地理的分解能で予測することが可能になっている。例えば、日本国内全域を、５ｋｍ四方の正方形の単位で分割し、分割された区分（以下、メッシュという）ごとの１時間あたりの雨量（１時間雨量）の予測値が、気象庁から降水短時間予報として発表されている。
特開２００４−１９３９６３号公報（段落０００９〜００４２） 森田 和夫、「衛星通信回線における伝搬特性の推定法（準ミリ〜ミリ波帯の場合）」、電気通信研究所研究実用化報告、日本電信電話研究開発本部、１９７９年８月、第２８巻、第８号、ｐ．１６６１〜１６７６
しかしながら、特許文献１に記載の衛星を用いて降雨減衰補償を行うためには、強い降雨が発生している地域と、その地域における降雨減衰量を予測する必要があるが、従来の年間を通じた発生確率によって降雨減衰量を推定する手法では、衛星が電波を送信する時点においてどの地域にどれだけの大きさの降雨マージンを与える必要があるかを予測することはできない。
また、降水短時間予報の１時間雨量の予測値は、降雨マージンを与える必要がある降雨減衰が発生する確率の高い地域を予測することには有益であるが、この１時間の間にどの程度の確率で閾値を超える降雨減衰量となるかは分からなかった。つまり、例えば、１時間の間、降雨強度が一定であると仮定して降雨による減衰量を算出し、降雨マージンを決定することはできても、実際にはこの１時間の間において降雨強度は一定でなく変動するため、実際の降雨減衰を効果的に補償することができない。
また、非特許文献１の方法では、複数の観測地点について１分間降雨強度を測定する必要があり、また、例えば１時間のような所定時間内における１分間降雨強度の確率分布は、所定時間ごとの雨量の大きさによって異なる。そのため、非特許文献１に記載されるように、限られた地点について、１分間降雨強度が観測された降雨による電波の減衰量を、観測後に観測値から推定することは可能であるが、例えば、１時間ごと雨量の予測値に基づいて降雨による減衰量を日本全域について解析する場合には、予め複数の観測地点において、様々な１時間ごとの雨量について、１分間降雨強度を観測しておく必要が生じる。そして、降雨強度の確率分布は、観測地点によっても異なるため、誤差を小さくするためには膨大な観測地点について観測データを長期にわたって収集する必要があるが、このような観測データを収集するためには多大なコストと時間がかかるため、入手が困難である。
そのため、メッシュごとの１時間雨量の予測値のみでは、降雨による減衰量の予測値を算出することができず、降雨減衰を補償するために、どの地域に対してどの程度の降雨マージンを与えればよいかを予測することができないという問題があった。
本発明は、前記従来技術の問題を解決するために成されたもので、時間とともに変化する降雨による電波の減衰量を解析することができる降雨減衰解析装置、区分別減衰量解析装置、降雨減衰解析方法及び区分別減衰量解析プログラムを提供することを目的とする。
前記課題を解決するため、請求項１に記載の降雨減衰解析装置は、ある観測地点について観測された１０分間ごとの降雨強度のうち、１時間における雨量が所定値となる前記降雨強度を示す地点別雨量データに基づいて、前記観測地点における前記１時間あたりの雨量の降雨による電波の減衰量の確率分布を解析する降雨減衰解析装置であって、降雨強度分布解析手段と、減衰解析手段とを備える構成とした。
かかる構成によれば、降雨減衰解析装置は、降雨強度分布解析手段によって、地点別雨量データによって示される降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似して、この確率分布を示す降雨強度分布データを生成する。また、降雨減衰解析装置は、減衰解析手段によって、降雨強度分布データである１０分間降雨強度の確率分布の平均値及び標準偏差を、１分間降雨強度の確率分布の平均値及び標準偏差とみなして、１時間あたりの雨量の降雨における減衰量の確率分布を解析して当該確率分布を示す減衰量分布データを生成する。
ここで、本発明者らは、１０分間ごとの降雨強度の実測値と、１分間ごとの降雨強度の実測値との確率分布について検討を行った。その結果、１０分間ごとの降雨強度の実測値及び１分間ごとの降雨強度の確率分布は、観測地点ごとの所定時間あたりの雨量に依存し、観測地点及び所定時間あたりの雨量が同じ場合には、どちらの確率分布も対数正規分布に近い分布となるとともに、２つの分布がほぼ一致することを見出した。そのため、降雨減衰解析装置は、１０分間ごとの降雨強度を示す地点別雨量データに基づいて、観測地点ごとの所定時間あたりの雨量が所定値となる降雨の１０分間ごとの降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似し、この確率分布を１分間ごとの降雨強度の確率分布とみなすことで、所定時間内における減衰量の確率分布を解析することが可能になる。
また、請求項２に記載の区分別減衰量解析装置は、ある観測地点について観測された１０分間ごとの降雨強度のうち、所定時間内における雨量が所定値となる前記降雨強度を示す地点別雨量データによって示される前記降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似して、前記確率分布を示す降雨強度分布データを生成する降雨強度分布解析手段と、この降雨強度分布解析手段によって生成された降雨強度分布データに基づいて、前記所定時間あたりの雨量の降雨における前記減衰量の確率分布を解析して当該確率分布を示す減衰量分布データを生成する減衰解析手段とを備える降雨減衰解析装置によって生成された、ある観測地点において所定時間あたりの雨量が所定値となる降雨による電波の減衰量の確率分布を示す減衰量分布データに基づいて、前記減衰量の解析対象となる地域内の複数の区分の各々について降雨による前記電波の減衰量を解析する区分別減衰量解析装置であって、減衰量分布データ記憶手段と、雨量データ入力手段と、減衰量分布データ読み出し手段と、電波減衰解析手段とを備える構成とした。
かかる構成によれば、区分別減衰量解析装置は、減衰量分布データ記憶手段によって、減衰量分布データを観測地点及び雨量と対応付けて、複数の観測地点及び複数の雨量について記憶する。また、雨量データ入力手段によって、区分ごとの所定時間あたりの雨量を示す雨量データを入力し、減衰量分布データ読み出し手段によって、減衰量の確率分布を示す減衰量分布データを記憶する減衰量分布データ記憶手段から、区分ごとに、当該区分に予め対応付けられた観測地点と、雨量データによって示される雨量とに対応する減衰量分布データを読み出す。そして、電波減衰解析手段によって、減衰量分布データ読み出し手段で読み出された減衰量分布データによって示される減衰量の確率分布と、この確率分布において減衰量がある値より大きな値をとる確率である超過確率の許容値を示す許容値データとに基づいて、区分ごとに超過確率がこの許容値となる減衰量を解析する。
これによって、区分別減衰量解析装置は、区分ごとに、雨量データによって示される所定時間あたりの雨量に対応する減衰量分布データを減衰量分布データ記憶手段から読み出し、超過確率が許容値データによって示される許容値となる減衰量を解析することができる。
更に、請求項３に記載の区分別減衰量解析装置は、ある観測地点について観測された所定時間内における雨量が所定値となる降雨の１０分間ごとの降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似して生成された、当該確率分布を示す降雨強度分布データを、前記観測地点及び前記雨量と対応付けて、複数の前記観測地点及び複数の前記雨量について記憶する降雨強度分布データ記憶装置から前記降雨強度分布データを読み出して、減衰量の解析対象となる地域内の複数の区分の各々について降雨による電波の減衰量を解析する区分別減衰量解析装置であって、雨量データ入力手段と、降雨強度分布データ読み出し手段と、減衰解析手段と、電波減衰解析手段とを備える構成とした。
かかる構成によれば、区分別減衰量解析装置は、雨量データ入力手段によって、区分ごとの所定時間あたりの雨量を示す雨量データを入力し、降雨強度分布データ読み出し手段によって、１０分間ごとの降雨強度の確率分布を示す降雨強度分布データを記憶する降雨強度分布データ記憶装置から、区分ごとに、各々の区分に予め対応付けられた観測地点と、雨量データによって示される雨量とに対応する降雨強度分布データを読み出す。また、減衰解析手段によって、降雨強度分布データ読み出し手段で読み出された降雨強度分布データに基づいて、所定時間あたりの雨量の降雨による電波の減衰量の確率分布を解析し、電波減衰解析手段によって、この確率分布と、確率分布において減衰量がある値より大きな値をとる確率である超過確率の許容値を示す許容値データとに基づいて区分ごとに超過確率が許容値となる減衰量を解析する。
これによって、区分別減衰量解析装置は、区分ごとに、雨量データによって示される所定時間あたりの雨量に対応する、１０分間ごとの降雨強度の確率分布を示す降雨強度分布データを降雨強度分布データ記憶装置から読み出し、１０分間ごとの降雨強度の確率分布を１分間ごとの降雨強度の確率分布とみなして減衰量分布データを生成して、超過確率が許容値データによって示される許容値となる減衰量を解析することができる。
また、請求項４に記載の降雨減衰解析方法は、ある観測地点について観測された１０分間ごとの降雨強度のうち、１時間における雨量が所定値となる前記降雨強度を示す地点別雨量データに基づいて、前記観測地点における前記１時間あたりの雨量の降雨による電波の減衰量の確率分布を解析する降雨減衰解析方法であって、降雨強度分布解析ステップと、減衰解析ステップとを含むことを特徴とする。
この方法によれば、降雨強度分布解析ステップによって、地点別雨量データによって示される降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似して、この確率分布を示す降雨強度分布データを生成する。続いて、減衰解析ステップによって、降雨強度分布データである１０分間降雨強度の確率分布の平均値及び標準偏差を、１分間降雨強度の確率分布の平均値及び標準偏差とみなして、１時間あたりの雨量の降雨における減衰量の確率分布を解析して当該確率分布を示す減衰量分布データを生成する。
これによって、１０分間ごとの降雨強度を示す地点別雨量データに基づいて、観測地点ごとの所定時間あたりの所定の雨量の降雨の１０分間ごとの降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似することで、所定時間内における減衰量の確率分布を解析することができる。
また、請求項５に記載の区分別減衰量解析プログラムは、ある観測地点について観測された１０分間ごとの降雨強度のうち、所定時間内における雨量が所定値となる前記降雨強度を示す地点別雨量データによって示される前記降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似して、前記確率分布を示す降雨強度分布データを生成する降雨強度分布解析手段と、この降雨強度分布解析手段によって生成された降雨強度分布データに基づいて、前記所定時間あたりの雨量の降雨における前記減衰量の確率分布を解析して当該確率分布を示す減衰量分布データを生成する減衰解析手段とを備える降雨減衰解析装置によって生成された、ある観測地点において所定時間あたりの雨量が所定値となる降雨による電波の減衰量の確率分布を示す減衰量分布データを、前記観測地点及び前記雨量と対応付けて、複数の前記観測地点及び複数の前記雨量について記憶する減衰量分布データ記憶装置から前記減衰量分布データを読み出して、前記減衰量の解析対象となる地域内の複数の区分の各々について降雨による前記電波の減衰量を解析するためにコンピュータを、雨量データ入力手段、減衰量分布データ読み出し手段、電波減衰解析手段として機能させることとした。
かかる構成によれば、区分別減衰量解析プログラムは、雨量データ入力手段によって、区分ごとの所定時間あたりの雨量を示す雨量データを入力し、減衰量分布データ読み出し手段によって、減衰量の確率分布を示す減衰量分布データを記憶する減衰量分布データ記憶装置から、区分ごとに、当該区分に予め対応付けられた観測地点と、雨量データによって示される雨量とに対応する減衰量分布データを読み出す。また、電波減衰解析手段によって、減衰量分布データ読み出し手段で読み出された減衰量分布データによって示される減衰量の確率分布と、この確率分布において減衰量がある値より大きな値をとる確率である超過確率の許容値を示す許容値データとに基づいて、区分ごとに超過確率が許容値となる減衰量を解析する。
これによって、区分別減衰量解析プログラムは、区分ごとに、雨量データによって示される所定時間あたりの雨量に対応する減衰量分布データを減衰量分布データ記憶装置から読み出し、超過確率が許容値データによって示される許容値となる減衰量を解析することができる。
本発明に係る降雨減衰解析装置、区分別減衰量解析装置、降雨減衰解析方法及び区分別減衰量解析プログラムでは、以下のような優れた効果を奏する。
請求項１又は請求項４に記載の発明によれば、１０分間ごとの降雨強度に基づいて、所定時間あたりの雨量が所定値となる降雨による電波の減衰量の確率分布を解析できる。そして、例えば、気象庁の地域気象観測システム（ＡＭｅＤＡＳ；Ａｕｔｏｍａｔｅｄ Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ Ｄａｔａ Ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）の各々の雨量計によって観測された全国約１３００箇所の観測地点の観測データのように、１０分間ごとの雨量を観測した観測データは容易に入手できるため、この観測データを用いて電波の減衰量の確率分布を解析することが可能になる。
請求項２、請求項３又は請求項５に記載の発明によれば、１０分間ごとの降雨強度から解析された減衰量の確率分布に基づいて、区分ごとに、雨量データによって示される所定時間あたりの雨量の降雨による、超過確率が許容値データによって示される許容値となる減衰量を解析することができる。そして、例えば、この減衰量を補償する降雨マージンを送信電力に与えて電波を衛星から送信すると、放送や通信が降雨によって遮断される確率は、この許容値によって示される確率となる。この許容値を十分小さい値に設定して解析された減衰量に基づいて、降雨マージンを与えて電波を送信することで、時間とともに変化する降雨強度に応じた降雨減衰補償を行うことができる。
また、区分ごとに減衰量を解析するので、降雨の集中によって減衰量が特に大きくなる範囲を特定でき、例えば、衛星放送の電波をフェーズドアレーアンテナのような、電波を送受信する地域の特定の範囲のみに高い電力で電波を送信できるアンテナによって送信することで、減衰量が特に大きくなる範囲に対して局所的に電波の強度を高くすることができるため、効率よく降雨減衰の補償ができる。
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
［降雨マージン算出装置による降雨減衰補償の概要］
まず、図１及び図２を参照して、本発明の実施の形態である降雨マージン算出装置１（１Ａ）による降雨減衰補償の概要について説明する。図１は、本発明における降雨マージン算出装置による降雨減衰補償の概要を模式的に示す説明図である。図２は、本発明における降雨マージン算出装置によって算出された降雨マージンを与えて、降雨減衰補償を行う例を示す説明図、（ａ）は、フェーズドアレーアンテナによって、電波を送受信する地域に降雨マージンを与えた電波を送信し、降雨の集中する一部の範囲に特に高い強度の電波を送信する例を示す模式図、（ｂ）は、（ａ）において送信される電波の強さを表すグラフである。
図１に示すように、降雨マージン算出装置１（１Ａ）は、所定の観測地点において観測された１０分間ごとの雨量（１０分間雨量）を示す地点別雨量データに基づいて地点ごとの降雨減衰量の確率分布を示す減衰量を解析し、降雨の発生時における衛星放送の電波の減衰量を解析して降雨マージンを算出するものである。
なお、ここでは、降雨マージン算出装置１（１Ａ）は、降雨減衰の解析対象となる地域である日本国内全域を、５ｋｍ四方の正方形の単位で分割した区分ごとの１時間雨量の予測値である雨量データを入力し、メッシュごとに減衰量を解析して、降雨マージンを算出することとした。この雨量データには、例えば、気象庁によって発表される、メッシュごとの１時間雨量の予測値を示す降水短時間予報のデータを用いることができる。なお、この区分は、前記のものに限定されることなく、例えば、１０ｋｍ四方の正方形の単位で分割したものであってもよいし、また、人口の多い所定の地域等としてもよい。
また、図２（ａ）に示すように、この電波を送信するアンテナを、フェーズドアレーアンテナＡとすることで、電波を送受信する地域の一部の範囲に特に高い強度の電波（増力ビーム）を送信できる。このフェーズドアレーアンテナＡは、電波を送信する複数のホーンｈ、ｈ、…と、このホーンｈ、ｈ、…によって送信された電波を反射して、電波を地上の送受信局に送信する反射鏡Ｒとを備え、各々のホーンｈから送信される電波の位相や振幅を調整することで、送信される電波の強度を所望の放射パターンにすることができる。
そのため、フェーズドアレーアンテナＡが、本発明における降雨マージン算出装置１（１Ａ）によって算出された降雨マージンを送信電力に与えて、降雨による減衰量の大きい範囲Ｄ1、Ｄ2に増力ビームＢ1、Ｂ2を送信することで、効率よく降雨減衰補償を行うことができる。図２の例では、降雨が集中する範囲Ｄ1、Ｄ2の減衰量が特に大きいため、図２（ｂ）に示すように、フェーズドアレーアンテナＡによって、この範囲Ｄ1、Ｄ2には、晴天時に必要となる送信電力値Ｉｃに、更に降雨マージンＩｂ1、Ｉｂ2を加えた増力ビームＢ1、Ｂ2を送信する。
［降雨マージン算出装置の構成（第一の実施の形態）］
次に、図３を参照して、本発明における第一の実施の形態である降雨マージン算出装置１の構成について説明する。図３は、本発明における第一の実施の形態である降雨マージン算出装置の構成を示したブロック図である。降雨マージン算出装置１は、外部から地点別雨量データを入力し、この観測地点ごとの降雨減衰量の確率分布を解析するとともに、この降雨減衰量の確率分布を示す減衰量分布データと外部から入力された雨量データと、１時間あたりで放送が遮断されない時間を示す要求放送時間データとに基づいて、降雨マージンを算出するものである。降雨マージン算出装置１は、降雨減衰解析装置３と、メッシュ減衰量解析装置５とを備える。
（降雨減衰解析装置の構成）
降雨減衰解析装置３は、地点別雨量データに基づいて、各々の観測地点における衛星放送の電波の減衰量の確率分布を解析するものである。ここでは、降雨減衰解析装置３は、地点別雨量データ入力手段３１と、降雨強度分布解析手段３２と、解析データ記憶手段３３と、減衰解析手段３４と、減衰量分布データ出力手段３５とを備える。そして、ここでは、降雨減衰解析装置３は、複数の観測地点において継続的に観測された１０分間雨量を示す地点別雨量データを入力し、観測地点ごとに衛星放送の電波の減衰量の確率分布を解析して、この減衰量の確率分布を示す減衰量分布データを、観測地点と、この地点別雨量データによって示される１０分間雨量を１時間分加算した１時間雨量とに対応させてメッシュ減衰量解析装置５の減衰量分布データ記憶手段５２に記憶することとした。
地点別雨量データ入力手段３１は、外部から地点別雨量データを入力するものである。ここでは、地点別雨量データ入力手段３１は、全国約１３００箇所の観測地点に設置されたＡＭｅＤＡＳの雨量計によって過去に観測された複数の１０分間雨量のデータを、地点別雨量データとして入力することとした。ここで入力された地点別雨量データは、降雨強度分布解析手段３２に出力される。
降雨強度分布解析手段３２は、地点別雨量データ入力手段３１から入力された地点別雨量データに基づいて、観測地点ごとに継続して観測された６つの１０分間雨量の合計である１時間（所定時間）あたりの雨量を算出し、この１時間雨量が所定値となる時の、当該１０分間雨量によって示されるこの１０分間における降雨強度（１０分間降雨強度）の確率分布を対数正規分布で近似して、当該確率分布を示す降雨強度分布データを生成するものである。ここで生成された降雨強度分布データは、減衰解析手段３４の減衰分布算出手段３４２に出力される。
この所定値となる１時間雨量は、例えば、５ｍｍ、１０ｍｍ、１５ｍｍ、…のように５ｍｍおきの雨量を設定することとしてもよいし、２ｍｍ、５ｍｍ、１０ｍｍ、２０ｍｍ、…のように雨量が小さいほど間隔を狭くして設定することとしてもよいし、また、降雨減衰の生じやすい大きい雨量の間隔を狭くして設定することとしてもよい。そして、降雨強度分布解析手段３２は、入力された１０分間雨量を１時間分加算して１時間雨量を算出し、この１時間雨量が所定値となる当該６つの１０分間雨量の組を複数取り出して、観測地点及び１時間雨量ごとに、１０分間雨量によって示される１０分間降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似する。そして、この確率分布を示す降雨強度分布データを生成する。
ここで、図４を参照（適宜図３参照）して、降雨強度分布解析手段３２が、１０分間降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似する理由について説明する。図４は、東京及び鹿児島の２つの観測地点において観測された、１時間雨量が５ｍｍとなる降雨の１分間降雨強度及び１０分間降雨強度の確率分布を対数正規確率紙にプロットしたグラフである。なお、ここでは、東京における降雨の１分間降雨強度を三角で示し、１０分間降雨強度の近似直線を点線で示した。また、鹿児島における降雨の１分間降雨強度を丸で示し、１０分間降雨強度の近似直線を一点鎖線で示した。
図４に示すように、２箇所の観測地点（東京及び鹿児島）において１分間雨量及び１０分間雨量を計測し、１時間雨量が５ｍｍとなる１分間雨量及び１０分間雨量に基づいて１分間降雨強度及び１０分間降雨強度を算出して、当該１分間降雨強度及び１０分間降雨強度の各々の値を超える確率である超過確率を算出して、対数正規確率紙に打点したところ、それぞれの観測地点の１分間降雨強度及び１０分間降雨強度の点がほぼ直線上に配列された。そのため、１分間降雨強度及び１０分間降雨強度の確率分布は対数正規分布で近似できることが分かった。また、各々の観測地点の１分間降雨強度及び１０分間降雨強度の点がほぼ同一直線上に配列されたため、１分間降雨強度及び１０分間降雨強度がほぼ同一の確率分布を有することが分かった。そこで、降雨強度分布解析手段３２は、地点別雨量データ入力手段３１から入力される地点別雨量データに基づいて観測地点及び１時間降雨強度ごとに、１０分間雨量から１０分間降雨強度を算出し、この１０分間降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似することとした。
図３に戻って説明を続ける。以下、降雨強度分布解析手段３２が、地点別雨量データに基づいて、１時間雨量が所定値となる１０分間降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似して、当該確率分布を示す降雨強度分布データを生成する方法の例を説明する。降雨強度分布解析手段３２は、観測地点及び所定値の１時間雨量ごとに、１０分間雨量を１時間分加算した１時間雨量が所定値となる６個の１０分間雨量の組を複数取り出す。そして、降雨強度分布解析手段３２は、１０分間雨量の各々について、値を６倍して１０分間降雨強度を算出する。そして、降雨強度分布解析手段３２は、各々の組の６個の１０分間降雨強度の値を昇順に並び替え、値が小さいものから順に５つの１０分間降雨強度の超過確率を８３．３３％、６６．６７％、５０％、３３．３３％、１６．６７％とする。
更に、降雨強度分布解析手段３２は、複数の組の１０分間降雨強度とその超過確率とに基づいて、超過確率ｐ（ｐは８３．３３％、６６．６７％、５０％、３３．３３％、１６．６７％のいずれか）における１０分間降雨強度Ｒｐを、以下の式（１）によって算出する。ここで、Ｍｅｄｉａｎ｛｝は括弧内の数値の中央値を示す。また、Ｒｐ［ｋ］は、ｎ個の組のうちのｋ番目の組において超過確率がｐとなる１０分間降雨強度を示す。
Ｒｐ＝Ｍｅｄｉａｎ｛Ｒｐ［１］、Ｒｐ［２］、…、Ｒｐ［ｎ］｝ …（１）
そして、降雨強度分布解析手段３２は前記の式（１）によって算出された、超過確率が８３．３３％、６６．６７％、５０％、３３．３３％、１６．６７％の１０分間降雨強度の平均値と標準偏差とを算出し、降雨強度分布データとする。なお、前記したように、１０分間降雨強度と１分間降雨強度はほぼ一致するため、ここで算出された１０分間降雨強度の確率分布の平均値と標準偏差を１分間降雨強度の確率分布の平均値と標準偏差とし、後記する減衰分布算出手段３４２によって減衰量を算出する際に用いることとした。
解析データ記憶手段３３は、後記する減衰解析手段３４によって減衰量の確率分布を算出するために必要となるデータを予め記憶するもので、半導体メモリ、ハードディスク等の一般的な記憶手段である。ここでは、解析データ記憶手段３３に、後記する降雨区間長算出手段３４１によって、衛星放送の電波の伝送路上において降雨が発生している区間の長さである降雨区間長を算出する際に必要となる、観測地点位置データ、衛星軌道位置データ、及び、雨滴層高度データと、後記する減衰分布算出手段３４２によって減衰量の確率分布を算出する際に必要となる周波数パラメータとを記憶することとした。
なお、観測地点位置データは、観測地点の位置（緯度と経度）を示すものである。また、衛星軌道位置データは、衛星の軌道位置を示すものである。更に、雨滴層高度データは、観測地点ごとの、降雨雲が雨滴から氷晶へと変化する気温０℃高度である雨滴層高度［ｋｍ］を示すものである。
また、周波数パラメータは、降雨区間長の単位長さあたりの減衰量を示す降雨減衰係数Ａ0が、以下の式（２）によって近似される場合において、電波の周波数と偏波とに依存するパラメータγ、ｎと、周波数とを対応させたものである。ここで、Ｒは１分間降雨強度［ｍｍ／ｈ］である。
Ａ0＝γ・Ｒn［ｄＢ／ｋｍ］ …（２）
減衰解析手段３４は、降雨強度分布解析手段３２によって生成された降雨強度分布データに基づいて、降雨強度が解析された観測地点及び１時間雨量に対応する減衰量の確率分布を示す減衰量分布データを生成するものである。ここでは、減衰解析手段３４は、降雨区間長算出手段３４１と、減衰分布算出手段３４２とを備える。
降雨区間長算出手段３４１は、観測地点ごとに降雨区間長を算出するものである。ここで算出された降雨区間長は、減衰分布算出手段３４２に出力される。なお、この降雨区間長は、例えば、非特許文献１に記載されている方法等の一般的な方法で算出することができる。ここで、図５を参照（適宜図３参照）して、降雨区間長算出手段３４１が、降雨区間長を算出する例について説明する。図５は、雨滴層高度と、衛星放送の電波の降雨区間長とを模式的に示した説明図である。
図５に示すように、仰角θ［°］の衛星放送の電波の伝送路Ｔにおいて、観測地点Ｏから気温０℃高度までの長さＤ［ｋｍ］が、降雨区間長となる。そして、降雨区間長算出手段３４１は、この降雨区間長Ｄを、以下の式（３）に基づいて算出する。なお、Ｈ［ｋｍ］は、各々の観測地点Ｏにおける雨滴層高度であり、また、伝送路Ｔの仰角θは、解析データ記憶手段３３に記憶された、観測地点位置データと衛星軌道位置データとに基づいて算出することができる。
Ｄ＝Ｈ・ｃｏｓｅｃθ［ｋｍ］ …（３）
図３に戻って説明を続ける。減衰分布算出手段３４２は、降雨区間長算出手段３４１から入力される降雨区間長と、降雨強度分布解析手段３２から入力される降雨強度分布データとに基づいて、観測地点ごとの降雨による減衰量の確率分布を解析し、この確率分布を示す減衰量分布データを生成するものである。ここで生成された減衰量分布データは、観測地点と、１時間雨量とに対応付けられて減衰量分布データ出力手段３５に出力される。
なお、ここでは、減衰量の確率分布が対数正規分布で近似できることとし、減衰分布算出手段３４２は、降雨強度分布解析手段３２によって解析された１０分間降雨強度の確率分布の平均値と標準偏差を、１分間降雨強度の確率分布の平均値と標準偏差とみなして、この平均値と標準偏差とを、この１分間降雨強度の確率分布を有する降雨による減衰量の確率分布を示す平均値と標準偏差とに変換して、減衰量分布データとすることとした。ここで、図６を参照（適宜図３参照）して、減衰量の確率分布を対数正規分布で近似する理由について説明する。図６は、東京において観測された、１時間雨量が５ｍｍ及び１０ｍｍとなる降雨の１分間降雨強度及び減衰量の確率分布を対数正規確率紙にプロットしたグラフである。なお、ここでは、１時間雨量が５ｍｍの時の１分間降雨強度を三角、減衰量を白抜きの三角、１時間雨量が１０ｍｍの時の１分間降雨強度を丸、減衰量を白抜きの丸で示した。また、各々の分布を示す点の近似直線も示した。
図６に示すように、１時間雨量が５ｍｍと、１０ｍｍの場合について、１分間雨量と１２ＧＨｚ帯の電波の降雨による減衰量とを計測し、１分間雨量から算出された１分間降雨強度及び減衰量の各々の値を超える確率である超過確率を算出して、対数正規確率紙に打点したところ、それぞれの点がほぼ直線上に配列された。そのため、１分間降雨強度と同様に、減衰量の確率分布も対数正規分布で近似できることが分かった。
図３に戻って説明を続ける。ここで、減衰分布算出手段３４２は、降雨強度分布解析手段３２によって解析された降雨強度分布データによって示される平均値と標準偏差とを、例えば、非特許文献１に記載されている方法等によって、減衰量の確率分布を示す平均値と標準偏差とに変換することができる。
以下、減衰分布算出手段３４２が降雨強度分布データによって示される平均値と標準偏差とを、減衰量の確率分布を示す平均値と標準偏差とに変換する方法について説明する。減衰量Ａは、以下の式（４）で表される。ここで、γ、ｎは、解析データ記憶手段３３に記憶された周波数パラメータ、Ｒは１分間降雨強度［ｍｍ／ｈ］、積分は伝送路にわたっての線積分である。
Ａ＝γ・∫Ｒnｄｘ［ｄＢ］ …（４）
そして、１分間降雨強度Ｒが対数正規分布に従い、ｌｏｇ10Ｒの平均値をｍ、標準偏差をｓとすると、減衰量Ａの分布は、対数正規分布で近似でき、ｌｏｇ10Ａの平均値ｍe、標準偏差ｓeは、式（５）、式（６）に示すようになる。なお、Ｋは、ｌｏｇ10ｅ（＝０．４３４３）である。
Figure 0004511979
ここで、μA、σA 2は、減衰量Ａの平均値及び分散で、それぞれ、以下の式（７）、式（８）によって示される。なお、Ｄは、前記の式（３）によって求められた降雨区間長、αは、１分間降雨強度Ｒの空間相関を示すパラメータ（α≒０．３５）である。
Figure 0004511979
なお、減衰解析手段３４が降雨強度分布データに基づいて減衰量の確率分布を解析する方法は前記の方法に限定されることなく、１分間降雨強度から減衰量を算出する他の方法を適用してもよい。また、ここでは、減衰解析手段３４が、降雨強度分布データによって示される平均値と標準偏差を減衰量の確率分布を示す平均値と標準偏差とに変換することとしたが、例えば、減衰解析手段３４が、所定の超過確率となる降雨強度を複数算出し、各々の降雨強度を１分間降雨強度として減衰量に変換することとしてもよい。
減衰量分布データ出力手段３５は、減衰解析手段３４から入力された減衰量分布データを外部へ出力するものである。なお、ここでは、減衰量分布データ出力手段３５は、減衰量分布データを観測地点と１時間雨量とに対応付けてメッシュ減衰量解析装置５に出力することとした。
（メッシュ減衰量解析装置の構成）
次に、メッシュ減衰量解析装置５の構成について説明する。メッシュ減衰量解析装置５は、外部から入力される、メッシュごとの１時間雨量の予測値を示す雨量データと、降雨減衰解析装置３によって生成された減衰量分布データとに基づいて、衛星放送の電波の減衰量を解析し、降雨による減衰を補償する降雨マージンを算出するものである。ここでは、メッシュ減衰量解析装置５は、減衰量分布データ入力手段５１と、減衰量分布データ記憶手段５２と、雨量データ入力手段５３と、減衰量分布データ読み出し手段５４と、要求放送時間データ入力手段５５と、電波減衰解析手段５６と、算出データ記憶手段５７と、降雨マージン算出手段５８と、降雨マージン出力手段５９とを備える。
減衰量分布データ入力手段５１は、降雨減衰解析装置３の減衰解析手段３４によって生成された減衰量分布データを減衰量分布データ出力手段３５から入力し、減衰量分布データ記憶手段５２に記憶するものである。
減衰量分布データ記憶手段（減衰量分布データ記憶装置）５２は、降雨減衰解析装置３によって解析された減衰量分布データを観測地点と１時間雨量とに対応付けて記憶するもので、半導体メモリ、ハードディスク等の一般的な記憶手段である。この減衰量分布データは、後記する減衰量分布データ読み出し手段５４によって読み出され、電波減衰解析手段５６によって、メッシュごとの衛星放送の電波の減衰量を解析する際に参照されて用いられる。
雨量データ入力手段５３は、メッシュごとの１時間雨量を示す雨量データを外部から入力するものである。なお、ここでは、この雨量データをメッシュごとの１時間雨量の予測値とするが、この雨量データは、予め設定された所定時間あたりの雨量や、ＡＭｅＤＡＳ等によって所定の単位のメッシュごとに観測された所定時間あたりの雨量の実測値であってもよい。ここで入力された雨量データは、減衰量分布データ読み出し手段５４に出力される。
減衰量分布データ読み出し手段５４は、雨量データ入力手段５３から入力された雨量データに基づいて、減衰量分布データ記憶手段５２から減衰量分布データを読み出すものである。ここで、すべてのメッシュはその近傍の観測地点と予め対応付けられており、減衰量分布データ読み出し手段５４は、メッシュごとに、各々のメッシュに予め対応付けられた観測地点における、雨量データによって示される１時間雨量に対応する減衰量分布データを読み出す。ここで読み出された減衰量分布データは、電波減衰解析手段５６に出力される。
要求放送時間データ入力手段５５は、１時間の放送時間のうち送受信局の受信機における映像の再生が可能となる時間として設定される値を示す要求放送時間データを外部から入力するものである。この要求放送時間データ（許容値データ）は、減衰量分布データにおける超過確率の許容値を示し、例えば、この要求放送時間データが１時間の放送時間のうちの５９分を示す場合には、超過確率の許容値として９８．３３％（５９／６０）を示している。ここで入力された要求放送時間データは、電波減衰解析手段５６に出力される。
電波減衰解析手段５６は、メッシュごとに、減衰量分布データ読み出し手段５４によって読み出された減衰量分布データによって示される減衰量の確率分布において、要求放送時間データ入力手段５５から入力される要求放送時間データによって示される超過確率の許容値に対応する減衰量を解析するものである。ここで、例えば、要求放送時間データが、１時間の放送時間のうちの５９分を示す場合には、電波減衰解析手段５６は、減衰量の確率分布において超過確率が９８．３３％となる減衰量を求める。ここで解析された減衰量は、放送時間中に変動する降雨による減衰量が９８．３３％の確率で超過する値を示している。この減衰量は、降雨マージン算出手段５８に出力される。
算出データ記憶手段５７は、後記する降雨マージン算出手段５８による降雨マージンの算出に必要となるデータを記憶するもので、半導体メモリ、ハードディスク等の一般的な記憶手段である。ここでは、算出データ記憶手段５７に、送受信局データと、衛星データと、伝送条件データとを記憶することとした。
送受信局データとは、衛星放送の電波を受信あるいは送受信する地上の送受信局のパラメータであり、例えば、送受信局の受信アンテナの利得値、送信アンテナの実効等方放射電力値（ＥＩＲＰ；Ｅｆｆｅｃｔｉｖｅ Ｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｒａｄｉａｔｅｄ Ｐｏｗｅｒ）、送受信局の受信装置のノイズフィギュア値、アンテナのポインティングロス値、カップリングロス値等である。また、衛星データとは、例えば、衛星の受信アンテナの利得値、送信アンテナの実効等方放射電力値、衛星の受信装置のノイズフィギュア値等である。
伝送条件データは、変調方式や誤り訂正方式等の、ＣＮ比（ｃａｒｅｅｒ ｔｏ ｎｏｉｓｅ ｒａｔｉｏ；搬送波電力対雑音電力比）に影響を与える因子に、衛星放送の再生に必要となるＣＮ比を対応させたデータである。この送受信局データ、衛星データ及び伝送条件データは、降雨マージン算出手段５８によって降雨マージンを算出する際に参照されて用いられる。
降雨マージン算出手段５８は、電波減衰解析手段５６から入力された減衰量に基づいて、降雨マージンを算出するものである。ここで算出された降雨マージンは降雨マージン出力手段５９に出力される。
ここで、降雨マージン算出手段５８は、算出データ記憶手段５７に記憶された送受信局データによって示される送受信局側の利得と、衛星データによって示される衛星側の利得と、酸素吸収による減衰と、電波減衰解析手段５６から入力された減衰量となる降雨による減衰の影響をと加えた際に、送受信局の受信機において、伝送条件データによって示される再生に必要なＣＮ比となるために必要な送信電力を、メッシュごとに算出する。送信電力は以下の式（９）によって算出される。ここで、衛星の送信電力をＰｔ［ｄＢｍ］、送受信局における受信電力をＰｒ［ｄＢｍ］、送受信局側の利得をＧｔ［ｄＢ］、衛星側の利得をＧｒ［ｄＢ］、電波の波長をλ［ｍ］、伝送路長をｒ［ｍ］、酸素吸収による減衰量をａ［ｄＢ／ｍ］、降雨による減衰量をＡ［ｄＢ］とする。
Ｐｔ＝Ｐｒ−Ｇｔ−Ｇｒ−２０ｌｏｇ（λ／４πｒ）＋ａｒ＋Ａ …（９）
そして、降雨マージン算出手段５８は、図２（ａ）によって示されたフェーズドアレーアンテナＡのホーンｈ、ｈ、…によって電波が送信される各々の範囲に対応する複数のメッシュにおいて、前記の式（９）によって算出された複数の送信電力の中の最大値を、当該ホーンｈから送出する電波の送信電力とし、降雨マージンを算出する。これによって、降雨マージン算出手段５８は、各々のホーンｈ、ｈ、…によって電波が送信される範囲においてすべての送受信局の受信機によって、１時間の放送時間のうち要求放送時間データによって示される時間の再生が可能となる降雨マージンを算出することができる。
降雨マージン出力手段５９は、降雨マージン算出手段５８によって算出された降雨マージンを外部に出力するものである。
以上のように降雨マージン算出装置１を構成することで、降雨マージン算出装置１は、降雨減衰解析装置３によって、観測地点ごとに、衛星放送の電波の降雨による減衰量の確率分布を解析し、減衰量分布データを生成することができる。そして、メッシュ減衰量解析装置５によって、この減衰量分布データと、外部から入力された雨量データと、要求放送時間データに基づいて、送受信局の受信機において要求放送時間データによって示される時間の再生が可能となるような送信電力を解析し、フェーズドアレーアンテナＡのホーンｈ、ｈ、…（図２参照）の各々の降雨マージンを算出することができる。これによって、フェーズドアレーアンテナＡによって、降雨減衰の補償を効果的に行うことができる。
なお、特許請求の範囲に記載の区分別減衰量解析装置は、少なくとも減衰量分布データ記憶手段５２と、雨量データ入力手段５３と、減衰量分布データ読み出し手段５４と、電波減衰解析手段５６とを備えていればよい。
更に、ここでは、雨量データを、メッシュごとの１時間雨量の予測値としたが、降雨マージン算出装置１は、予め設定された所定時間あたりの雨量や、気象レーダ等によって観測された過去の雨量を雨量データとして入力し、この降雨によって生じた減衰量を解析して降雨マージンを算出することとしてもよい。また、所定時間は、例えば、１時間や２時間等であり、１０分間より長い時間であればよい。
また、メッシュ減衰量解析装置５は、要求放送時間データ入力手段５５によって、外部から要求放送時間データを入力することとしたが、超過確率の許容値を示すデータを入力すればよい。また、メッシュ減衰量解析装置５は、図示しない記憶手段に要求放送時間データを記憶し、電波減衰解析手段５６によって記憶手段から要求放送時間データを読み出すこととしてもよい。
更に、メッシュ減衰量解析装置５は、ここでは降雨減衰解析装置３から減衰量分布データを入力し、当該メッシュ減衰量解析装置５内の減衰量分布データ記憶手段５２に記憶することとしたが、メッシュ減衰量解析装置５は、外部に減衰量分布データを記憶する減衰量分布データ記憶装置（図示せず）を備えることとしてもよいし、また、減衰量分布データ記憶手段５２に減衰量分布データを予め記憶し、降雨減衰解析装置３とは接続されない構成としてもよい。また、降雨減衰解析装置３及びメッシュ減衰量解析装置５は、衛星からの電波の降雨による減衰量を解析することとしたが、本発明の降雨減衰解析装置及び区分別減衰量解析装置は、衛星からの電波に限定されず、様々な電波の降雨による減衰量を解析することができる。
また、降雨減衰解析装置３及びメッシュ減衰量解析装置５は、コンピュータにおいて各手段を各機能プログラムとして実現することも可能であり、各機能プログラムを結合して、降雨減衰解析プログラム及びメッシュ別減衰量解析プログラムとして動作させることも可能である。
［降雨マージン算出装置の動作］
次に、図７及び図８（適宜図３参照）を参照して、本発明の第一の実施の形態である降雨マージン算出装置１の降雨減衰解析装置３とメッシュ減衰量解析装置５との動作について説明する。
（降雨減衰解析装置の動作）
まず、図７を参照（適宜図３参照）して、降雨減衰解析装置３が、観測地点ごとに所定の１時間雨量に対して衛星放送の電波の減衰量の確率分布を示す減衰量分布データを生成する動作について説明する。図７は、本発明の第一の実施の形態における降雨減衰解析装置の動作を示したフローチャートである。
（降雨強度分布解析ステップ）
降雨減衰解析装置３は、地点別雨量データ入力手段３１によって、外部から地点別雨量データを入力する（ステップＳ３１）。続いて、降雨減衰解析装置３は、降雨強度分布解析手段３２によって、ステップＳ３１において入力された地点別雨量データに基づいて、観測地点ごとに１時間雨量を算出し、１時間雨量が所定値となる１０分間降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似して降雨強度分布データを生成する（ステップＳ３２）。
（減衰解析ステップ）
そして、降雨減衰解析装置３は、減衰解析手段３４の降雨区間長算出手段３４１によって、ステップＳ３２において１０分間降雨強度が解析された観測地点の降雨区間長を算出する（ステップＳ３３）。続いて、降雨減衰解析装置３は、減衰分布算出手段３４２によって、ステップＳ３２において生成された降雨強度分布データと、ステップＳ３３において算出された降雨区間長とに基づいて、降雨による減衰量の確率分布を解析し、平均値及び標準偏差を観測地点と１時間あたりの雨量とに対応させた減衰量分布データを生成する（ステップＳ３４）。
更に、降雨減衰解析装置３は、減衰量分布データ出力手段３５によって、ステップＳ３４において生成された減衰量分布データをメッシュ減衰量解析装置５に出力する（ステップＳ３５）。そして、降雨減衰解析装置３は、降雨強度分布解析手段３２によって、すべての観測地点及び所定の１時間雨量について、減衰量分布データの生成を行ったかを判断する（ステップＳ３６）。
そして、すべての観測地点及び所定の１時間雨量について終了していない場合（ステップＳ３６でＮｏ）には、ステップＳ３２に戻って、降雨減衰解析装置３が、降雨強度分布解析手段３２によって、次の１時間雨量あるいは観測地点について、降雨強度分布データを生成する動作以降の動作を行う。また、すべての観測地点及び所定の１時間雨量について終了した場合（ステップＳ３６でＹｅｓ）には、動作を終了する。
（メッシュ減衰量解析装置の動作）
次に、図８を参照（適宜図３参照）して、メッシュ減衰量解析装置５が、外部から入力された雨量データに基づいて、衛星放送の電波の送信電力の降雨マージンを算出する動作について説明する。図８は、本発明の第一の実施の形態におけるメッシュ減衰量解析装置の動作を示したフローチャートである。
なお、ここでは、メッシュ減衰量解析装置５が、減衰量分布データ入力手段５１によって、複数の観測地点及び１時間雨量についての減衰量分布データを降雨減衰解析装置３から入力して、既に減衰量分布データ記憶手段５２に記憶していることとし、これ以降の動作について説明する。
（雨量データ入力手段ステップ）
メッシュ減衰量解析装置５は、雨量データ入力手段５３によって、外部から雨量データを入力する。また、メッシュ減衰量解析装置５は、要求放送時間データ入力手段５５によって、外部から要求放送時間データを入力する（ステップＳ５１）。
（減衰量分布データ読み出しステップ）
そして、メッシュ減衰量解析装置５は、減衰量分布データ読み出し手段５４によって、メッシュごとに、減衰量分布データ記憶手段５２から、メッシュに予め対応付けられた観測地点と、ステップＳ５１において入力された雨量データによって示される当該メッシュの１時間雨量とに対応する減衰量分布データを読み出す（ステップＳ５２）。
（電波減衰解析ステップ）
更に、メッシュ減衰量解析装置５は、電波減衰解析手段５６によって、ステップＳ５１において入力された要求放送時間データによって示される超過確率の許容値に基づいて、メッシュごとに、ステップＳ５２において読み出された減衰量分布データにおいて、超過確率がこの許容値となる減衰量を解析する（ステップＳ５３）。
そして、メッシュ減衰量解析装置５は、電波減衰解析手段５６によって、ステップＳ５１において入力された雨量データに示されたすべてのメッシュについて、超過確率の許容値に対応する減衰量の解析を行ったかを判断する（ステップＳ５４）。そして、すべてのメッシュについて終了していない場合（ステップＳ５４でＮｏ）には、ステップＳ５２に戻って、メッシュ減衰量解析装置５が、減衰量分布データ読み出し手段５４によって、減衰量分布データ記憶手段５２から、次のメッシュについての減衰量分布データを読み出す動作以降の動作を行う。
また、すべてのメッシュについて終了した場合（ステップＳ５４でＹｅｓ）には、メッシュ減衰量解析装置５は、降雨マージン算出手段５８によって、ステップＳ５３において解析された減衰量に基づいてメッシュごとに必要な送信電力を算出し、フェーズドアレーアンテナＡのホーンｈ、ｈ、…（図２参照）によって電波が送信される各々の範囲に対応する複数のメッシュに対して算出された複数の送信電力値の中の最大値を、該当する送信範囲に割り当て、電波の送信電力として降雨マージンを算出する（ステップＳ５５）。
そして、メッシュ減衰量解析装置５は、降雨マージン出力手段５９によって、ステップＳ５５において生成された降雨マージンを出力し（ステップＳ５６）、動作を終了する。
［降雨マージン算出装置の構成（第二の実施の形態）］
次に、図９（適宜図３参照）を参照して、本発明における第二の実施の形態である降雨マージン算出装置１Ａの構成について説明する。図９は、本発明における第二の実施の形態である降雨マージン算出装置の構成を示したブロック図である。図９に示すように、降雨マージン算出装置１Ａは、外部から地点別雨量データを入力し、この観測地点ごとの降雨強度の確率分布を解析するとともに、この降雨強度の確率分布を示す降雨強度分布データと、外部から入力された雨量データと、１時間あたりで放送が遮断されない時間を示す要求放送時間データとに基づいて、降雨マージンを算出するものである。降雨マージン算出装置１Ａは、降雨減衰解析装置３Ａと、メッシュ減衰量解析装置５Ａとを備える。
（降雨減衰解析装置の構成）
降雨減衰解析装置３Ａは、地点別雨量データに基づいて、各々の観測地点における１０分間降雨強度の確率分布を解析するものである。この降雨減衰解析装置３Ａは、降雨減衰解析装置３の解析データ記憶手段３３と、減衰解析手段３４と、減衰量分布データ出力手段３５とを備えず、降雨強度分布解析手段３２の代わりに降雨強度分布解析手段３２Ａを備え、更に、降雨強度分布データ出力手段３６Ａを備える。なお、降雨減衰解析装置３Ａ内の地点別雨量データ入力手段３１は、図３に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
降雨強度分布解析手段３２Ａは、地点別雨量データ入力手段３１から入力された地点別雨量データに基づいて、１時間雨量が所定値となる、観測地点ごとの１０分間降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似して、当該確率分布を示す降雨強度分布データを生成するものである。ここでは、１０分間降雨強度の確率分布の平均値と標準偏差を降雨強度布データとし、観測地点及び１時間雨量と対応させることとした。このようにして生成された降雨強度分布データは、降雨強度分布データ出力手段３６Ａに出力される。
降雨強度分布データ出力手段３６Ａは、降雨強度分布解析手段３２Ａから入力された降雨強度分布データを外部へ出力するものである。なお、ここでは、降雨強度分布データ出力手段３６Ａは、降雨強度分布データをメッシュ減衰量解析装置５Ａに出力することとした。なお、この降雨強度分布データ出力手段３６Ａは、減衰量分布データ出力手段３５（図３）に比べて出力するデータを減衰量分布データから降雨強度分布データとしただけで機能は同じものである。
（メッシュ減衰量解析装置の構成）
メッシュ減衰量解析装置５Ａは、外部から入力される、メッシュごとの１時間雨量の予測値を示す雨量データと、降雨減衰解析装置３Ａによって算出された降雨強度分布データとに基づいて、衛星放送の電波の減衰量を解析し、降雨による減衰を補償する降雨マージンを算出するものである。このメッシュ減衰量解析装置５Ａは、減衰量分布データ入力手段５１と、減衰量分布データ記憶手段５２と、減衰量分布データ読み出し手段５４とを備えず、雨量データ入力手段５３と、電波減衰解析手段５６との代わりに雨量データ入力手段５３Ａと、電波減衰解析手段５６Ａとを備え、更に、降雨強度分布データ入力手段６１Ａと、降雨強度分布データ記憶手段６２Ａと、降雨強度分布データ読み出し手段６４Ａと、解析データ記憶手段３３Ａと、減衰解析手段３４Ａとを備える。なお、メッシュ減衰量解析装置５Ａ内の降雨強度分布データ入力手段６１Ａ、降雨強度分布データ記憶手段６２Ａ、雨量データ入力手段５３Ａ、降雨強度分布データ読み出し手段６４Ａ、解析データ記憶手段３３Ａ及び減衰解析手段３４Ａ、電波減衰解析手段５６Ａ以外の構成は、図３に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
降雨強度分布データ入力手段６１Ａは、降雨減衰解析装置３Ａの降雨強度分布解析手段３２Ａによって生成された降雨強度分布データを降雨強度分布データ出力手段３６Ａから入力し、降雨強度分布データ記憶手段６２Ａに記憶するものである。なお、この降雨強度分布データ入力手段６１Ａは、減衰量分布データ入力手段５１（図３）に比べて入力するデータを減衰量分布データから降雨強度分布データとしただけで機能は同じものである。
降雨強度分布データ記憶手段（降雨強度分布データ記憶装置）６２Ａは、降雨減衰解析装置３Ａによって解析された降雨強度分布データを観測地点及び１時間雨量と対応付けて記憶するもので、半導体メモリ、ハードディスク等の一般的な記憶手段である。この降雨強度分布データは、後記する降雨強度分布データ読み出し手段６４Ａによって読み出され、減衰解析手段３４Ａによって、観測地点ごとの衛星放送の電波の減衰量の確率分布を解析する際に参照されて用いられる。
雨量データ入力手段５３Ａは、メッシュごとの１時間雨量を示す雨量データを外部から入力するものである。ここで入力された雨量データは、降雨強度分布データ読み出し手段６４Ａに出力される。なお、この降雨強度分布データ出力手段３６Ａは、減衰量分布データ出力手段３５（図３）に比べて、雨量データの出力先を減衰量分布データ読み出し手段５４から降雨強度分布データ読み出し手段６４Ａとしただけで機能は同じものである。
降雨強度分布データ読み出し手段６４Ａは、雨量データ入力手段５３Ａから入力された雨量データに基づいて、降雨強度分布データ記憶手段６２Ａから、各々のメッシュに予め対応付けられた観測地点における、雨量データによって示される１時間雨量に対応する降雨強度分布データを読み出すものである。ここで読み出された減衰量分布データは、減衰解析手段３４Ａに出力される。
解析データ記憶手段３３Ａは、後記する減衰解析手段３４Ａによって減衰量の確率分布を算出するために必要となるデータを予め記憶するもので、半導体メモリ、ハードディスク等の一般的な記憶手段である。ここでは、解析データ記憶手段３３Ａに、観測地点位置データ、衛星軌道位置データ、雨滴層高度データ及び周波数パラメータを記憶することとした。なお、この解析データ記憶手段３３Ａは、解析データ記憶手段３３（図３）に比べてメッシュ減衰量解析装置５Ａに含まれることとしただけで記憶されるデータは同じものである。
減衰解析手段３４Ａは、降雨強度分布データ読み出し手段６４Ａによって読み出された降雨強度分布データに基づいて、減衰量の確率分布を示す減衰量分布データを生成するものである。ここでは、減衰解析手段３４Ａは、降雨区間長算出手段３４１と、減衰分布算出手段３４２Ａとを備える。なお、降雨区間長算出手段３４１は、図３に示したものと同一であるので、同一の符号を付し、説明を省略する。
減衰分布算出手段３４２Ａは、降雨区間長算出手段３４１から入力される降雨区間長と、降雨強度分布データ読み出し手段６４Ａから入力される降雨強度分布データとに基づいて、観測地点ごとの降雨による減衰量の確率分布を解析するものである。ここで解析された確率分布を示す減衰量分布データは、減衰量分布データ出力手段３５に出力される。
電波減衰解析手段５６Ａは、メッシュごとに、減衰解析手段３４Ａによって生成された減衰量分布データによって示される減衰量の確率分布において、要求放送時間データ入力手段５５から入力される要求放送時間データによって示される超過確率の許容値に対応する減衰量を解析するものである。この減衰量は、降雨マージン算出手段５８に出力される。なお、この電波減衰解析手段５６Ａは、電波減衰解析手段５６（図３）に比べて、減衰量分布データの入力元を減衰量分布データ読み出し手段５４から減衰解析手段３４Ａとしただけで機能は同じものである。
これによって、降雨マージン算出装置１Ａは、メッシュごとの１時間雨量の予測値に基づいて、１時間の放送時間のうち要求放送時間データによって示される時間の再生を可能とするための降雨マージンを算出することができる。
なお、特許請求の範囲に記載の区分別減衰量解析装置は、少なくとも雨量データ入力手段５３Ａと、降雨強度分布データ読み出し手段６４Ａと、減衰解析手段３４Ａと、電波減衰解析手段５６Ａとを備えていればよい。
また、降雨減衰解析装置３Ａ及びメッシュ減衰量解析装置５Ａは、コンピュータにおいて各手段を各機能プログラムとして実現することも可能であり、各機能プログラムを結合して、降雨減衰解析プログラム及びメッシュ別減衰量解析プログラムとして動作させることも可能である。
［降雨マージン算出装置の動作（第二の実施の形態）］
次に、図１０（適宜図９参照）を参照して、本発明の第二の実施の形態である降雨マージン算出装置１Ａの動作について説明する。図１０は、本発明の第二の実施の形態におけるメッシュ減衰量解析装置の動作を示したフローチャートである。なお、ここでは、降雨減衰解析装置３Ａが、複数の観測地点及び１時間雨量についての降雨強度分布データを生成し、メッシュ減衰量解析装置５Ａが、降雨強度分布データ入力手段６１Ａによってこの降雨強度分布データを入力して、降雨強度分布データ記憶手段６２Ａに記憶していることとし、これ以降のメッシュ減衰量解析装置５Ａの動作について説明する。
（雨量データ入力手段ステップ）
メッシュ減衰量解析装置５Ａは、雨量データ入力手段５３Ａによって、外部から雨量データを入力する。また、メッシュ減衰量解析装置５Ａは、要求放送時間データ入力手段５５によって、外部から要求放送時間データを入力する（ステップＳ６１）。
（降雨強度分布データ読み出しステップ）
そして、メッシュ減衰量解析装置５Ａは、降雨強度分布データ読み出し手段６４Ａによって、メッシュごとに、降雨強度分布データ記憶手段６２Ａから、メッシュに予め対応付けられた観測地点と、ステップＳ６１において入力された雨量データによって示される当該メッシュの１時間雨量とに対応する降雨強度分布データを読み出す（ステップＳ６２）。
（減衰解析ステップ）
そして、メッシュ減衰量解析装置５Ａは、減衰解析手段３４Ａの降雨区間長算出手段３４１によって、ステップＳ６２において読み出された降雨強度分布データの観測地点における降雨区間長を算出する（ステップＳ６３）。続いて、メッシュ減衰量解析装置５Ａは、減衰分布算出手段３４２Ａによって、ステップＳ６２において読み出された降雨強度分布データと、ステップＳ６３において算出された降雨区間長とに基づいて、降雨による減衰量の確率分布を解析し、平均値及び標準偏差を観測地点と１時間あたりの雨量とに対応させた減衰量分布データを生成する（ステップＳ６４）。
（電波減衰解析ステップ）
更に、メッシュ減衰量解析装置５Ａは、電波減衰解析手段５６Ａによって、ステップＳ６１において入力された要求放送時間データによって示される超過確率の許容値に基づいて、メッシュごとに、ステップＳ６４において生成された減衰量分布データにおいて、超過確率がこの許容値となる減衰量を解析する（ステップＳ６５）。
そして、メッシュ減衰量解析装置５Ａは、電波減衰解析手段５６Ａによって、ステップＳ６１において入力された雨量データに示されたすべてのメッシュについて、超過確率の許容値に対応する減衰量の解析を行ったかを判断する（ステップＳ６６）。そして、すべてのメッシュについて終了していない場合（ステップＳ６６でＮｏ）には、ステップＳ６２に戻って、メッシュ減衰量解析装置５Ａが、降雨強度分布データ読み出し手段６４Ａによって、降雨強度分布データ記憶手段６２Ａから、次のメッシュについての降雨強度分布データを読み出す動作以降の動作を行う。
また、すべてのメッシュについて終了した場合（ステップＳ６６でＹｅｓ）には、メッシュ減衰量解析装置５Ａは、降雨マージン算出手段５８によって、ステップＳ６５において解析された減衰量に基づいてメッシュごとに必要な送信電力を算出し、フェーズドアレーアンテナＡのホーンｈ、ｈ、…（図２参照）によって電波が送信される各々の範囲に対応する複数のメッシュに対して算出された複数の送信電力の中の最大値を、該当する送信範囲に割り当てる電波の送信電力として、降雨マージンを算出する。（ステップＳ６７）。
そして、メッシュ減衰量解析装置５Ａは、降雨マージン出力手段５９によって、ステップＳ６７において生成された降雨マージンを出力し（ステップＳ６８）、動作を終了する。
本発明における第一の実施の形態である降雨マージン算出装置による降雨減衰補償の概要を模式的に示す説明図である。 本発明における第一の実施の形態である降雨マージン算出装置によって算出された降雨マージンを与えて、降雨減衰補償を行う例を示す説明図、（ａ）は、フェーズドアレーアンテナによって、電波を送受信する地域に降雨マージンを与えた電波を送信し、降雨の集中する一部の範囲に特に高い強度の電波を送信する例を示す模式図、（ｂ）は、（ａ）において送信される電波の強さを表すグラフである。 本発明における第一の実施の形態である降雨マージン算出装置の構成を示したブロック図である。 東京及び鹿児島の２つの観測地点において観測された、１時間雨量が５ｍｍとなる降雨の１分間降雨強度及び１０分間降雨強度の確率分布を対数正規確率紙にプロットしたグラフである。 本発明の第一の実施の形態における降雨減衰解析装置の降雨区間長算出手段によって算出される衛星放送の電波の降雨区間長と、雨滴層高度とを模式的に示した説明図である。 東京において観測された、１時間雨量が５ｍｍ及び１０ｍｍとなる降雨の１分間降雨強度及び減衰量の確率分布を対数正規確率紙にプロットしたグラフである。 本発明の第一の実施の形態における降雨減衰解析装置の動作を示したフローチャートである。 本発明の第一の実施の形態におけるメッシュ減衰量解析装置の動作を示したフローチャートである。 本発明における第二の実施の形態である降雨マージン算出装置の構成を示したブロック図である。 本発明の第二の実施の形態におけるメッシュ減衰量解析装置の動作を示したフローチャートである。
符号の説明
３、３Ａ 降雨減衰解析装置
３１ 地点別雨量データ入力手段
３２、３２Ａ 降雨強度分布解析手段
３４、３４Ａ 減衰解析手段
５２ 減衰量分布データ記憶手段（減衰量分布データ記憶装置）
５３、５３Ａ 雨量データ入力手段
５４ 減衰量分布データ読み出し手段
５６、５６Ａ 電波減衰解析手段
６２Ａ 降雨強度分布データ記憶手段（降雨強度分布データ記憶装置）
６４Ａ 降雨強度分布データ読み出し手段

Claims (5)

  1. ある観測地点について観測された１０分間ごとの降雨強度のうち、１時間における雨量が所定値となる前記降雨強度を示す地点別雨量データに基づいて、前記観測地点における前記１時間あたりの雨量の降雨による電波の減衰量の確率分布を解析する降雨減衰解析装置であって、
    前記地点別雨量データによって示される前記降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似して、前記確率分布を示す降雨強度分布データを生成する降雨強度分布解析手段と、
    この降雨強度分布解析手段によって生成された降雨強度分布データである１０分間降雨強度の確率分布の平均値及び標準偏差を、１分間降雨強度の確率分布の平均値及び標準偏差とみなして、前記１時間あたりの雨量の降雨における前記減衰量の確率分布を解析して当該確率分布を示す減衰量分布データを生成する減衰解析手段と
    を備え、
    前記降雨強度分布解析手段は、
    前記観測地点ごとに継続して観測された６つの１０分間雨量を加算して１時間雨量を算出し、当該１時間雨量が前記所定値となる前記６つの１０分間雨量の組を複数取り出し、この取り出した１０分間雨量の各値を６倍して１０分間降雨強度を算出し、前記取り出した複数の組の各々に対して１０分間降雨強度の値を昇順に並び替え、値が小さいものから順にその値をこえる確率を、第１超過確率、第２超過確率、第３超過確率、第４超過確率、及び、第５超過確率とし、この複数の組にわたる各超過確率における１０分間降雨強度の中央値を、当該超過確率における１０分間降雨強度とし、この５つの超過確率から導かれる１０分間降雨強度分布から当該分布に従う１０分間降雨強度の平均値と標準偏差とを算出して、前記降雨強度分布データとする
    ことを特徴とする降雨減衰解析装置。
  2. ある観測地点について観測された１０分間ごとの降雨強度のうち、所定時間内における雨量が所定値となる前記降雨強度を示す地点別雨量データによって示される前記降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似して、前記確率分布を示す降雨強度分布データを生成する降雨強度分布解析手段と、
    この降雨強度分布解析手段によって生成された降雨強度分布データに基づいて、前記所定時間あたりの雨量の降雨における前記減衰量の確率分布を解析して当該確率分布を示す減衰量分布データを生成する減衰解析手段と
    を備える降雨減衰解析装置によって生成された、ある観測地点において所定時間あたりの雨量が所定値となる降雨による電波の減衰量の確率分布を示す減衰量分布データに基づいて、前記減衰量の解析対象となる地域内の複数の区分の各々について降雨による前記電波の減衰量を解析する区分別減衰量解析装置であって、
    前記減衰量分布データを前記観測地点及び前記雨量と対応付けて、複数の前記観測地点及び複数の前記雨量について記憶する減衰量分布データ記憶手段と、
    前記区分ごとの所定時間あたりの雨量を示す雨量データを入力する雨量データ入力手段と、
    前記減衰量分布データ記憶手段から、前記区分ごとに、当該区分に予め対応付けられた前記観測地点と、前記雨量データによって示される前記雨量とに対応する減衰量分布データを読み出す減衰量分布データ読み出し手段と、
    この減衰量分布データ読み出し手段によって読み出された前記減衰量分布データによって示される前記減衰量の確率分布と、前記確率分布において前記減衰量がある値より大きな値をとる確率である超過確率の許容値を示す許容値データとに基づいて、前記区分ごとに前記超過確率が前記許容値となる減衰量を解析する電波減衰解析手段と
    を備えることを特徴とする区分別減衰量解析装置。
  3. ある観測地点について観測された所定時間内における雨量が所定値となる降雨の１０分間ごとの降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似して生成された、当該確率分布を示す降雨強度分布データを、前記観測地点及び前記雨量と対応付けて、複数の前記観測地点及び複数の前記雨量について記憶する降雨強度分布データ記憶装置から前記降雨強度分布データを読み出して、減衰量の解析対象となる地域内の複数の区分の各々について降雨による電波の減衰量を解析する区分別減衰量解析装置であって、
    前記区分ごとの所定時間あたりの雨量を示す雨量データを入力する雨量データ入力手段と、
    前記降雨強度分布データ記憶装置から、前記区分ごとに、当該区分に予め対応付けられた前記観測地点と、前記雨量データによって示される前記雨量とに対応する降雨強度分布データを読み出す降雨強度分布データ読み出し手段と、
    この降雨強度分布データ読み出し手段によって読み出された降雨強度分布データに基づいて、前記所定時間あたりの雨量の降雨による前記電波の減衰量の確率分布を解析する減衰解析手段と、
    この減衰解析手段によって解析された前記減衰量の確率分布と、前記確率分布において前記減衰量がある値より大きな値をとる確率である超過確率の許容値を示す許容値データとに基づいて、前記区分ごとに前記超過確率が前記許容値となる減衰量を解析する電波減衰解析手段と
    を備えることを特徴とする区分別減衰量解析装置。
  4. ある観測地点について観測された１０分間ごとの降雨強度のうち、１時間における雨量が所定値となる前記降雨強度を示す地点別雨量データに基づいて、前記観測地点における前記１時間あたりの雨量の降雨による電波の減衰量の確率分布を解析する降雨減衰解析方法であって、
    前記地点別雨量データによって示される前記降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似して、前記確率分布を示す降雨強度分布データを生成する降雨強度分布解析ステップと、
    この降雨強度分布解析手段によって生成された降雨強度分布データである１０分間降雨強度の確率分布の平均値及び標準偏差を、１分間降雨強度の確率分布の平均値及び標準偏差とみなして、前記１時間あたりの雨量の降雨における前記減衰量の確率分布を解析して当該確率分布を示す減衰量分布データを生成する減衰解析ステップと
    を含み、
    前記降雨強度分布解析ステップは、
    前記観測地点ごとに継続して観測された６つの１０分間雨量を加算して１時間雨量を算出し、当該１時間雨量が前記所定値となる前記６つの１０分間雨量の組を複数取り出し、この取り出した１０分間雨量の各値を６倍して１０分間降雨強度を算出し、前記取り出した複数の組の各々に対して１０分間降雨強度の値を昇順に並び替え、値が小さいものから順にその値を超える確率を、第１超過確率、第２超過確率、第３超過確率、第４超過確率、及び、第５超過確率とし、この複数の組にわたる各超過確率における１０分間降雨強度の中央値を、当該超過確率における１０分間降雨強度とし、この５つの超過確率から導かれる１０分間降雨強度分布から当該分布に従う１０分間降雨強度の平均値と標準偏差とを算出して、前記降雨強度分布データとする
    ことを特徴とする降雨減衰解析方法。
  5. ある観測地点について観測された１０分間ごとの降雨強度のうち、所定時間内における雨量が所定値となる前記降雨強度を示す地点別雨量データによって示される前記降雨強度の確率分布を対数正規分布で近似して、前記確率分布を示す降雨強度分布データを生成する降雨強度分布解析手段と、
    この降雨強度分布解析手段によって生成された降雨強度分布データに基づいて、前記所定時間あたりの雨量の降雨における前記減衰量の確率分布を解析して当該確率分布を示す減衰量分布データを生成する減衰解析手段と
    を備える降雨減衰解析装置によって生成された、ある観測地点において所定時間あたりの雨量が所定値となる降雨による電波の減衰量の確率分布を示す減衰量分布データを、前記観測地点及び前記雨量と対応付けて、複数の前記観測地点及び複数の前記雨量について記憶する減衰量分布データ記憶装置から前記減衰量分布データを読み出して、前記減衰量の解析対象となる地域内の複数の区分の各々について降雨による前記電波の減衰量を解析するためにコンピュータを、
    前記区分ごとの所定時間あたりの雨量を示す雨量データを入力する雨量データ入力手段、
    前記減衰量分布データ記憶装置から、前記区分ごとに、当該区分に予め対応付けられた前記観測地点と、前記雨量データによって示される前記雨量とに対応する減衰量分布データを読み出す減衰量分布データ読み出し手段、
    この減衰量分布データ読み出し手段によって読み出された前記減衰量分布データによって示される前記減衰量の確率分布と、前記確率分布において前記減衰量がある値より大きな値をとる確率である超過確率の許容値を示す許容値データとに基づいて、前記区分ごとに前記超過確率が前記許容値となる減衰量を解析する電波減衰解析手段
    として機能させることを特徴とする区分別減衰量解析プログラム。
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