JP4613934B2

JP4613934B2 - 気象レーダ装置

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Publication number: JP4613934B2
Application number: JP2007186922A
Authority: JP
Inventors: 匡古田; 利幸東向
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2007-07-18
Filing date: 2007-07-18
Publication date: 2011-01-19
Anticipated expiration: 2027-07-18
Also published as: JP2009025083A

Description

この発明は、垂直偏波及び水平偏波の二重偏波を用いて得られた偏波パラメータ、受信強度データ及びＭＴＩ（ＭｏｖｉｎｇＴａｒｇｅｔＩｎｄｉｃａｔｏｒ）処理後の受信強度データ（以下、ＭＴＩ処理受信強度データと称する）から気象エコーを検出して降雨強度を算出する気象レーダ装置に関するものである。

従来、単一偏波を用いた気象レーダ装置には、観測領域（観測レンジ）に送信したレーダ波（送信波）が反射物に反射して得られる受信エコーの成分に雨、雪、雹などの気象目標の気象エコー成分だけでなく、観測領域に存在する岡や山の地形及び地上面の構造物などの固定物に反射して観測されるクラッタ成分が含まれるので、受信エコーからドップラ成分が０でない移動している気象エコー成分とドップラ成分が０である固定物のクラッタ成分とをＭＴＩ処理により分離してからクラッタ成分を除去して、残りの受信エコーの強度から降雨強度を検出するものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、垂直偏波及び水平偏波の二重偏波を用いた気象レーダ装置には、受信エコーの垂直偏波及び水平偏波の偏波パラメータである受信エコーにおける垂直偏波及び水平偏波の直交偏波比（強度比）Ｚｄｒデータ、伝播位相差の微分値Ｋｄｐデータなどから気象エコーの粒子判定を行い、気象エコーの扁平度、形状、大きさ、密度を検出して粒子（雨、雪、雹など）や粒径（雨、雪、雹など）を算出し、それらの分布情報から、受信エコーの強度から得られる降雨強度よりも精度が高い降雨強度が得られるものがある（例えば、特許文献２参照）。

特開２００６−２９２４７６号公報（第２図）

特開２００４−１７０１８８号公報（第１図）

しかし、単一偏波を用いた気象レーダ装置のＭＴＩ処理には、受信電波の電力値、送信電波との位相差から観測レンジをマトリックス状に分割した観測メッシュごとに受信エコーの移動変移を算出することにより、気象エコー以外のクラッタ成分を検出し減算することによりクラッタ成分の除去を行っているが、気象エコーそのものの動きが小さい場合に気象エコーの変質を招いてしまうという課題があった。

特許文献１に記載の発明では、二種類の異なるＭＴＩ処理と気象エコーの移動速度を検出するドップラ観測を用いて、一種類とドップラ観測結果により受信エコーからクラッタ成分を抽出し、残る一種類でクラッタ成分を受信エコーから除去して、岡や山の地形及び地上面の構造物などによる受信エコーへの影響を低減させているが、上記の課題と同様にＭＴＩ処理とドップラ処理は、いずれも受信エコーの動きにより判定、検出しているため、観測メッシュにおけるクラッタ領域の見落としやクラッタ成分がない領域でのクラッタ成分の誤認識が生じて、ＭＴＩ処理による気象エコーの減衰、消滅の発生及びクラッタの誤検出による算出降雨強度の精度を劣化させる可能性があるという課題があった。

また、特許文献２に記載の発明には、偏波パラメータから受信エコーの粒子判定は行えるが、偏波パラメータのみから得られる降雨強度の場合、一定の降雨強度以下では、偏波情報の変化幅が許容観測可能範囲を下回り、観測精度が単一偏波より劣化するという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、二重偏波を用いた受信エコーの粒子判定を利用して、ＭＴＩ処理による気象エコーの減衰、消滅の発生及びクラッタの誤検出による算出降雨強度の精度の劣化を限定的なものとし、より精度の高い降雨強度データの算出を行える気象レーダ装置を提供することを目的とする。

請求項１の発明に係る気象レーダ装置は、送受信部から供給される送信波である垂直偏波及び水平偏波を空中線部が走査して観測レンジに送信し、送信波が反射物に反射した反射波を受信して、前記送受信部がその反射波の垂直偏波及び水平偏波の周波数をそれぞれ周波数変換して導出された受信信号の中間周波数から信号処理部が偏波パラメータ、受信強度データ及びＭＴＩ処理受信強度データを算出して、これらの値から受信エコーを算出し、その受信エコーに含まれる気象エコーを検出して降雨強度を算出する気象レーダ装置において、前記信号処理部が算出した偏波パラメータである偏波間相関係数が、しきい値以下の領域をクラッタ成分領域とし、それ以外の領域を気象エコー成分領域として判定する受信エコーの粒子判定を行い、受信エコーの成分が検出された領域を気象エコー成分領域とクラッタ成分領域とに分類して受信エコーのＩＤデータを作成する粒子判定回路と、この粒子判定回路が作成したＩＤデータを前記観測レンジ又はマトリックス状に前記観測レンジを分割した観測メッシュごとに気象エコー成分領域のみであるＩＤデータには対応する前記信号処理部が算出した受信強度データ、クラッタ成分領域を含んでいるＩＤデータには対応する前記信号処理部が算出したＭＴＩ処理受信強度データをそれぞれ選択するデータ選択部と、このデータ選択部が選択したＩＤデータに対応する受信強度データ及びＭＴＩ処理受信強度データから前記観測レンジ又は前記観測メッシュの降雨強度を算出する降雨強度算出回路とを備えたことを特徴とするものである。

請求項２の発明に係る気象レーダ装置は、送受信部から供給される送信波である垂直偏波及び水平偏波を空中線部が走査して観測レンジに送信し、送信波が反射物に反射した反射波を受信して、前記送受信部がその反射波の垂直偏波及び水平偏波の周波数をそれぞれ周波数変換して導出された受信信号の中間周波数から信号処理部が偏波パラメータ、受信強度データ及びＭＴＩ処理受信強度データを算出して、これらの値から受信エコーを算出し、その受信エコーに含まれる気象エコーを検出して降雨強度を算出する気象レーダ装置において、前記信号処理部が算出した偏波パラメータである偏波間相関係数が、しきい値以下の領域をクラッタ成分領域とし、それ以外の領域を気象エコー成分領域として判定する受信エコーの粒子判定を行い、受信エコーの成分が検出された領域を気象エコー成分領域とクラッタ成分領域とに分類して受信エコーのＩＤデータを作成する粒子判定回路と、所定回数の前記空中線部の走査ごとに得られた前記観測レンジ又はマトリックス状に前記観測レンジを分割した観測メッシュごとのＩＤデータをそれぞれ比較して、気象エコー成分領域のみであるＩＤデータ又は所定の出現率未満の確率でクラッタ成分領域が検出されたＩＤデータは気象エコー成分領域のみであると判定し、前記所定の出現率以上の確率でクラッタ成分領域が検出されたＩＤデータにはクラッタ成分領域が含まれると判定する出現率比較回路と、この出現率比較回路が判定したＩＤデータを前記観測メッシュごとに気象エコー成分領域のみであるＩＤデータには対応する前記信号処理部が算出した受信強度データ、クラッタ成分領域を含んでいるＩＤデータには対応する前記信号処理部が算出したＭＴＩ処理受信強度データをそれぞれ選択するデータ選択部と、このデータ選択部が選択したＩＤデータに対応する受信強度データ及びＭＴＩ処理受信強度データから前記観測レンジ又は前記観測メッシュの降雨強度を算出する降雨強度算出回路とを備えたことを特徴とするものである。

請求項３の発明に係る気象レーダ装置は、送受信部から供給される送信波である垂直偏波及び水平偏波を空中線部が走査して観測レンジに送信し、送信波が反射物に反射した反射波を受信して、前記送受信部がその反射波の垂直偏波及び水平偏波の周波数をそれぞれ周波数変換して導出された受信信号の中間周波数から信号処理部が偏波パラメータ、受信強度データ及びＭＴＩ処理受信強度データを算出して、これらの値から受信エコーを算出し、その受信エコーに含まれる気象エコーを検出して降雨強度を算出する気象レーダ装置において、前記信号処理部が算出した偏波パラメータである偏波間相関係数が、しきい値以下の領域をクラッタ成分領域とし、それ以外の領域を気象エコー成分領域として判定する受信エコーの粒子判定を行い、受信エコーの成分が検出された領域を気象エコー成分領域とクラッタ成分領域とに分類して受信エコーのＩＤデータを作成する粒子判定回路と、所定回数の前記空中線部の走査ごとに得られた前記観測レンジ又はマトリックス状に前記観測レンジを分割した観測メッシュごとのＩＤデータがそれぞれ所定の単位時間でクラッタ成分領域が未検出であるＩＤデータは気象エコー成分領域のみであると判定し、一度でもクラッタ成分領域が検出されたＩＤデータにはクラッタ成分が含まれると判定する時間積算回路と、この時間積算回路が判定したＩＤデータを前記観測メッシュごとに気象エコー成分領域のみであるＩＤデータには対応する前記信号処理部が算出した受信強度データ、クラッタ成分領域を含んでいるＩＤデータには対応する前記信号処理部が算出したＭＴＩ処理受信強度データをそれぞれ選択するデータ選択部と、このデータ選択部が選択したＩＤデータに対応する受信強度データ及びＭＴＩ処理受信強度データから前記観測レンジ又は前記観測メッシュの降雨強度を算出する降雨強度算出回路とを備えたことを特徴とするものである。

請求項４の発明に係る気象レーダ装置は、前記データ選択部が、データ選択に使用するＩＤデータが作成された前記観測レンジ又は前記観測メッシュのマップデータを保持し、そのマップデータに岡や山の地形及び地上面の構造物などの固定物が存在するときは、その固定物が存在する前記観測レンジ又は前記観測メッシュの前記データ選択に使用するＩＤデータにはクラッタ成分領域を含んでいると判定し、そのＩＤデータに対応する前記信号処理部が算出したＭＴＩ処理受信強度データを選択する請求項１〜３のいずれかに記載のものである。また、請求項５の発明に係る気象レーダ装置は、前記粒子判定回路が、気象エコー成分領域として判定した領域の降水粒子の種類を偏波パラメータ及び地形データから判定する請求項１〜４のいずれかに記載のものである。

以上のように、請求項１に係る発明によれば、粒子判定回路が作成した受信エコーの成分が検出された領域を気象エコー成分領域とクラッタ成分領域とに分類して受信エコーのＩＤデータにより、観測レンジ又はマトリックス状に観測レンジを分割した観測メッシュごとに降雨強度の算出に使用する受信強度データを選択することより、実際に降雨（雨、雪、雹など）がある観測レンジ又は観測メッシュにはＭＴＩ処理受信強度データではなく受信強度データを用い、降雨（雨、雪、雹など）がない観測レンジ又は観測メッシュにはＭＴＩ処理受信強度データを用いるので、気象エコーの減衰、消滅の発生及びクラッタの誤検出による算出降雨強度の精度を高く維持できる気象レーダ装置を得ることができる。

請求項２に係る発明によれば、所定回数の空中線部の走査ごと、つまり所定時間ごとにＩＤデータにおけるクラッタ成分領域が所定の出現率以上である場合は、そのＩＤデータはクラッタ成分領域が含まれると判定するので、粒子判定での変動成分を抑制することができるとともに地形の変動要素がリアルタイムで対応できる気象レーダ装置を得ることができる。

請求項３に係る発明によれば、所定の単位時間内に一度でもＩＤデータにおけるクラッタ成分領域が検出された場合は、そのＩＤデータはクラッタ成分領域が含まれると判定するので、粒子判定でのクラッタ成分検出の欠落を抑制でき、ＭＴＩ処理で発生する気象エコーの減衰、消滅を限定的なものとし、精度の高い降雨強度データの算出を行える気象レーダ装置を得ることができる。

請求項４に係る発明によれば、請求項１〜３の効果に加えて、観測レンジにおける地図上から明らかに、岡や山の地形及び地上面の構造物などの固定物からの地形エコーによるクラッタ成分が発生する領域（クラッタ成分領域）を事前にマップデータに登録しておくことにより、粒子判定での検出漏れによる観測精度への影響を抑えることが可能な気象レーダ装置を得ることができる。

実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１について図１を用いて説明する。図１は、実施の形態１による気象レーダ装置の構成図であり、図１において１は観測対象である観測領域（観測レンジ）へ送信信号として垂直偏波及び水平偏波の二重偏波でパルス状のマイクロ波（送信波）を送信し、その送信波が反射物（岡や山の地形及び地上面の構造物などの固定物）に反射して戻ってくる反射波を受信する空中線部、２は空中線部１に送信波を供給し、空中線部１が受信した反射波の垂直偏波及び水平偏波の周波数をそれぞれ周波数変換して受信信号の中間周波数を導出する送受信部と、３は送受信部２が周波数変換した受信信号から偏波パラメータ、受信強度データ及び受信強度データをＭＴＩ処理したＭＴＩ処理受信強度データを算出する信号処理部、４は信号処理部３が算出した偏波パラメータ、受信強度データ及びＭＴＩ処理受信強度データから受信エコーを算出し、その受信エコーに含まれる気象エコーを検出して降雨強度を算出するレーダ情報処理部、５は信号処理部３が算出した偏波パラメータと受信強度データとから受信エコーの粒子判定を行い、受信エコーの成分を気象エコー成分とクラッタ成分とに分け、受信エコーの成分が検出された領域を気象エコー成分領域とクラッタ成分領域とに分類して受信エコーのＩＤデータを作成する粒子−地形判定部、６はＩＤデータから降雨強度を算出するために使用する強度データを観測レンジ又はマトリックス状に観測レンジを分割した観測メッシュごとに選択するデータ選択部、７はデータ選択部６が選択した強度データから観測レンジ又はマトリックス状に観測レンジを分割した観測メッシュごとの降雨強度を算出する降雨強度算出回路である。

図２は、実施の形態１による気象レーダ装置における観測領域の模式図、図２（ａ）は、観測領域の全体図、図２（ｂ）は、図２（ａ）に記載された一つの観測レンジｒにおける気象エコー成分領域及びクラッタ成分領域とこれらの近傍領域との拡大図であり、図２において８は気象レーダ装置、９は観測対象である領域であって、気象レーダ装置８の空中線部１が一定速度で回転し送信波を送信する方位ごとに複数の観測レンジに分割された観測領域、１０は気象レーダ装置８により気象エコー成分が検出された観測領域９における気象エコー成分領域、１１は気象レーダ装置８によりクラッタ成分が検出された観測レンジｒにおけるクラッタ成分領域、１２はマトリックス状に観測レンジｒを分割した観測メッシュの一つであって、気象エコー成分又はクラッタ成分がない領域の無エコー観測メッシュ、１３は気象エコー成分領域１０における観測メッシュの一つである気象エコー観測メッシュ、１４はクラッタ成分領域１１における観測メッシュの一つであるクラッタ観測メッシュである。なお、図２（ｂ）に示される観測メッシュは、扇型の観測レンジｒに対して細かくメッシュを切っているので、近似的に正方形状のマトリックスになっているが、実際は、扇型状のマトリックスになる。したがって、気象レーダ装置８から等距離間隔、等方位間隔で、観測レンジｒを観測メッシュに分割すると、気象レーダ装置８から近い位置にある観測メッシュと遠い位置にある観測メッシュとの面積に差ができる。仮に、実施の形態１に記載の発明を適用する気象レーダ装置のシステムにおける観測メッシュが等面積を求めている場合は、気象レーダ装置８から離れるにつれ、観測メッシュを細かく切ってもよく、気象レーダ装置のシステムの許容範囲内であれば、信号処理部３が垂直偏波及び水平偏波各々の中間周波数に周波数変換した受信信号を距離及び方位ごとにデジタル処理したものに一対一で対応する観測メッシュであってもよい。また、図２は単一の平面図のみを記載しているが、気象レーダ装置８が複数仰角で観測を行っている場合、観測仰角毎に異なる高度の観測を行っており、観測仰角毎に図２に示すような観測メッシュの平面図が存在する。

図３は、実施の形態１による気象レーダ装置の粒子−地形判定部の詳細図、図３（ａ）は粒子判定回路による粒子−地形判定部構成図、図３（ｂ）は粒子判定回路と出現率比較回路とによる粒子−地形判定部構成図、図３（ｃ）は粒子判定回路と時間積算回路とによる粒子−地形判定部構成図であり、図３において１５は粒子−地形判定部５を構成する粒子判定回路、１６はマトリックス状に観測レンジを分割した観測メッシュ単位で所定回数の空中線部１の走査ごとに得られたＩＤデータをそれぞれ比較して、クラッタ成分領域が未検出である観測メッシュ又は所定の出現率未満の確率でクラッタ成分領域が検出された観測メッシュのＩＤデータは気象エコー成分領域のみ存在すると判定し、所定の出現率以上の確率でクラッタ成分領域が検出された観測メッシュのＩＤデータにはクラッタ成分領域が含まれると判定する出現率比較回路、１７は出現率比較回路１６と同様に所定回数の空中線部１の走査ごとに得られたＩＤデータが、所定の単位時間でクラッタ成分領域が未検出である観測メッシュは気象エコー成分領域のみであると判定し、一度でもクラッタ成分領域が検出された観測メッシュのＩＤデータにはクラッタ成分領域が含まれると判定する時間積算回路である。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。

次に動作について説明する。一定速度で回転している空中線部１が送出した垂直偏波及び水平偏波の二重偏波でパルス状のマイクロ波（送信波）が観測領域９の気象目標に反射し、その反射波を１の二重偏波型空中線装置にて垂直偏波及び水平偏波各々受信し、送受信部２は、垂直偏波及び水平偏波各々の受信信号を中間周波数に周波数変換し、信号処理部３に出力する。信号処理部３では、垂直偏波及び水平偏波各々の中間周波数に周波数変換した受信信号を距離及び方位ごとにデジタル処理した後に検波等の処理を行い、水平偏波の受信強度データ（以下、Ｐ_{（ＮＯＲ）}データと称する）、水平偏波の受信強度データをＭＴＩ処理したＭＴＩ処理受信強度データ（以下、Ｐ_{（ＭＴＩ）}データと称する）、垂直及び水平偏波間の受信電力値の比である直交偏波比（以下、Ｚｄｒデータと称する）を生成すると共に、垂直偏波及び水平偏波の中間周波数に周波数変換した受信信号をそれぞれ位相解析等所定の処理を行い、垂直及び水平偏波間の相互相関関係から算出される偏波間相関係数（以下、ρｈｖデータと称する）と垂直及び水平偏波間の伝播位相差の微分値（以下、Ｋｄｐデータと称する）を算出する。また、反射波の受信時における空中線部１の仰角及び送受信の時間差から算出した測定距離から観測距離における受信信号（受信エコー）のビーム高度（以下、Ｈデータと称する）を算出する。

信号処理部３にて算出された偏波パラメータであるＺｄｒデータ、ρｈｖデータ、Ｋｄｐデータ、ＨデータとＰ_{（ＮＯＲ）}データ、Ｐ_{（ＭＴＩ）}データの各種データは、距離及び方位ごとにレーダ情報処理部４へ出力される。レーダ情報処理部４により、偏波パラメータであるＺｄｒデータ、ρｈｖデータ、Ｋｄｐデータ、ＨデータとＰ_{（ＮＯＲ）}データ、Ｐ_{（ＭＴＩ）}データから観測レンジ又は観測メッシュごとの降雨強度を算出して降雨強度データを外部の配信先へデータ配信を行う。図１及び図３において、偏波パラメータやＰ_{（ＮＯＲ）}データ及びＰ_{（ＭＴＩ）}データにＺｄｒ_（ｒ）、ρｈｖ_（ｒ）、Ｋｄｐ_（ｒ）、Ｈ_（ｒ）、Ｐ_{（ＮＯＲ）（ｒ）}、Ｐ_{（ＭＴＩ）（ｒ）}というように添え字の_（ｒ）が記されているのは、図２（ａ）に示す観測レンジｒのデータであることを示している。なお、気象レーダ装置のシステム許容範囲によっては観測レンジ又は観測メッシュごとに各種データを送ってもよい。最終的に観測領域の降雨強度データが得られるように選択すればよい。また、観測レンジは気象レーダ装置のシステム又はシステムの運用ごとに任意で観測領域を方位ごとに分割したものである。同じく、観測メッシュは気象レーダ装置のシステム又はシステムの運用ごとに任意で観測レンジを距離及び方位ごとにマトリックス状に分割したものである。したがって、図２に示す観測領域９における観測レンジや観測メッシュは一例である。

続いて、レーダ情報処理部４の動作に関する詳細説明を行う。レーダ情報処理部４は、粒子−地形判定部５、データ選択部６及び降雨強度算出回路７で構成されている。まず、粒子−地形判定部５が粒子判定回路１５のみで構成されている場合について図２及び図３（ａ）を用いて説明する。粒子判定回路１５はＰ_{（ＮＯＲ）}，Ｚｄｒ，Ｋｄｐ，ρｈｖ，Ｈ_（ｒ）の各データから降水粒子判定と非降水判定を行う。図４はこの粒子判定回路１５での動作を示すフローチャート（気象レーダ装置の粒子判定回路のフローチャート）である。

図４において、まず該当メッシュの偏波間相関係数ρｈｖが非降水判定のしきい値以下であるかを判定する。（ステップＳ１）このしきい値以下の場合には降水エコーではなく非降水エコーと判定する。次に、ステップ１でしきい値以上と判定されたものについて偏波間相関係数ρｈｖの値から、雨，雪，あられ，雹及び地形エコー等非降水エコーの特徴により降水粒子毎の確率を求める。（ステップＳ２）次に、水平偏波反射強度Ｐ_{（ＮＯＲ）}の値から、雨，雪，あられ，雹等の降水粒子及び地形エコー等非降水エコーの特徴により降水粒子毎の確率を求める。（ステップＳ３）次に、偏波間位相差Ｋｄｐの値から、雨，雪，あられ，雹等の降水粒子及び地形エコー等非降水エコーの特徴により降水粒子毎の確率を求める。（ステップＳ４）次に、偏波間強度比Ｚｄｒの値から、雨，雪，あられ，雹等の降水粒子及び地形エコー等非降水エコーの特徴により降水粒子毎の確率を求める。（ステップＳ５）このように、ステップＳ２からＳ５で偏波間相関係数ρｈｖ，水平偏波反射強度Ｚｈ，偏波間位相差Ｋｄｐ，偏波間強度比Ｚｄｒのそれぞれの値による降水粒子毎の確率を求めた後に、判定する該当メッシュが遮蔽領域かをＨ_（ｒ）データと地形図データから判定する。（ステップ６）ここで、遮蔽領域でない場合には雨，雪，あられ，雹等の降水粒子毎に偏波間相関係数ρｈｖ，水平偏波反射強度Ｚｈ，偏波間位相差Ｋｄｐ，偏波間強度比Ｚｄｒの確率の積を求める。（ステップ７）また、ステップ６で遮蔽領域であった場合には雨，雪，あられ，雹等の降水粒子毎に偏波間相関係数ρｈｖ，水平偏波反射強度Ｚｈ，偏波間位相差Ｋｄｐの確率の積を求める。（ステップ８）続いて、ステップ７とステップ８で求めた各メッシュの雨，雪，あられ，雹等の降水粒子毎の確率の積から、最も値の大きい降水粒子を判定する。（ステップ９）

以上のようにステップ９までで求めた結果から雨、雪、雹などの気象エコーとそれ以外に分類する粒子判定を行い、受信エコーの成分を気象エコー成分とクラッタ成分とに分類して、受信エコーの成分が検出された領域を気象エコー成分領域とクラッタ成分領域とに分類して受信エコーのＩＤデータを作成する。以下、観測レンジ及び観測メッシュは、気象レーダ装置のシステムに要望により任意で決定されるので、図２に示す観測レンジｒ又はマトリックス状に観測レンジｒを分割した観測メッシュ単位で降雨強度データを算出する場合における説明をする。また、説明の簡易化のために気象エコー成分とクラッタ成分との両方を含む観測メッシュ及び観測メッシュの一部にのみクラッタ成分が存在する観測メッシュもクラッタ観測メッシュ１４とする。

図２（ｂ）は、無エコー観測メッシュ１２以外の受信エコーが観測された領域（図２の点線内の領域）を気象エコー観測メッシュ１３とクラッタ観測メッシュ１４とに分類したものである。また、粒子判定回路１５が作成したＩＤデータにおいて、気象エコー成分領域は気象エコー観測メッシュ１３で構成され、クラッタ成分領域はクラッタ観測メッシュ１４で構成される。粒子判定回路１５が作成したＩＤデータを基にデータ選択部６が、観測メッシュのうち、気象エコー観測メッシュ１３には、その観測メッシュに対応するＰ_{（ＮＯＲ）}データを用いて選択し、選択強度データ（以下、Ｐデータと称する）として、降雨強度計算回路７に送る。降雨強度算出回路７がＰデータより、クラッタ観測メッシュ１４には、その観測メッシュに対応するＰ_{（ＭＴＩ）}データを選択し、降雨強度算出回路７がそのデータから降雨強度を算出する。つまりＩＤデータにて判別したクラッタ成分領域１１を除く気象エコー成分領域１０は、その観測領域を構成する複数の観測メッシュに対応するＰ_{（ＮＯＲ）}データを用いて降雨強度を算出し、図２おけるクラッタ成分領域１１のＩＤデータには、岡や山の地形及び地上面の構造物などの固定物があるので、その観測領域を構成する複数の観測メッシュに対応するＰ_{（ＭＴＩ）}データを用いて降雨強度を算出することになる。最終的に降雨強度算出回路７にて算出された降雨強度データ（以下、Ｒデータと称する）は外部の配信先へ出力される。図１及び図３において、ＩＤデータ、Ｐデータ、ＲデータにそれぞれＨ_（ｒ）、Ｐ_（ｒ）、Ｒ_（ｒ）というように添え字の_（ｒ）が記されているのは、前述の偏波パラメータやＰ_{（ＮＯＲ）}データ及びＰ_{（ＭＴＩ）}データと同様に図２（ａ）に示す観測レンジｒのデータであることを示している。

このように実施の形態１に記載の発明は、二重偏波の偏波パラメータによる粒子判定により受信エコーから気象エコー成分とクラッタ成分とを分離し、そのクラッタ成分をＭＴＩ処理を行い除去することにより、気象エコーそのものの動きが小さい場合に気象エコーの変質や観測メッシュにおけるクラッタ領域の見落としやクラッタ成分がない領域でのクラッタ成分の誤認識が生じて、ＭＴＩ処理による気象エコーの減衰、消滅の発生及びクラッタの誤検出による算出降雨強度の精度を劣化を引き起こすことなく、精度が高い算出降雨強度データを得られる。

変形例１．
実施の形態１では、粒子−地形判定部５が粒子判定回路１５で構成され、受信エコーの粒子判定のみで岡や山の地形及び地上面の構造物などの固定物からの地形エコーによるクラッタ成分が発生する領域（クラッタ成分領域）の有無を判断するので、地形の変動要素がリアルタイムで対応できることを説明したが、この変形例１では、図３（ｂ）に示すように、粒子−地形判定部５が粒子判定回路１５と出現率比較回路１６とで構成されている場合について説明するが、変形例１の発明において粒子−地形判定部５までの動作は、実施の形態１に記載された発明と同様であるので説明は省略する。

図５は、気象レーダ装置の出現率比較回路のフローチャートである。出現率比較回路１６のフローチャートを図５（ａ）に示す。受信エコーの成分が検出された領域を気象エコー成分領域とクラッタ成分領域とに分類して受信エコーの粒子判定回路１５が作成したＩＤデータを所定回数の空中線部１の走査ごとに得られた観測レンジ又は観測メッシュごとのＩＤデータを出現率比較回路１６に入力し、判定期間内での気象エコー成分領域とクラッタ成分領域とが観測された回数を観測レンジ又は観測メッシュごとに検出するので、出現率比較回路１６は、所定回数の空中線部の走査ごと、つまり所定時間ごとにＩＤデータにおける気象エコー成分領域及びクラッタ成分領域の出現率を算出することができる。そして、出現率比較回路１６は、気象エコー成分領域のみであるＩＤデータ又は所定の出現率未満の確率でクラッタ成分領域が検出されたＩＤデータは気象エコー成分領域のみであると判定し、前記所定の出現率以上の確率（図５ではＮ回転中ｎ回以上、クラッタ成分領域が検出された場合を指す）でクラッタ成分領域が検出されたＩＤデータにはクラッタ成分領域が含まれると判定する。次の所定時間内継続して同じ判定結果をデータ選択部６へ出力する。図５（ｂ）に判定例を示す。

出現率比較回路１６がクラッタ成分の有無を判定したＩＤデータを基にデータ選択部６が、観測メッシュのうち、気象エコー観測メッシュ１３には、その観測メッシュに対応するＰ_{（ＮＯＲ）}データを用いて選択し、選択強度データＰデータとして、降雨強度計算回路７に送る。降雨強度算出回路７がＰデータより、クラッタ観測メッシュ１４には、その観測メッシュに対応するＰ_{（ＭＴＩ）}データを選択し、降雨強度算出回路７がそのデータから降雨強度を算出する。つまり、複数走査により得られたＩＤデータにて判別したクラッタ成分領域１１を除く気象エコー成分領域１０は、その観測領域を構成する複数の観測メッシュに対応するＰ_{（ＮＯＲ）}データを用いて降雨強度を算出し、図２おけるクラッタ成分領域１１のＩＤデータには、岡や山の地形及び地上面の構造物などの固定物があるので、その観測領域を構成する複数の観測メッシュに対応するＰ_{（ＭＴＩ）}データを用いて降雨強度を算出することになる。最終的に降雨強度算出回路７にて算出されたＲデータは外部の配信先へ出力される。この変形例１では、粒子判定データを単位時間蓄積し、クラッタ成分の発生程度を算出しクラッタ成分の有無を判定することにより、粒子判定での変動成分を抑制することができるとともに地形の変動要素がリアルタイムで対応できる。

変形例２．
変形例１では、粒子−地形判定部５が粒子判定回路１５と出現率比較回路１６とで構成された場合を説明したが、この変形例２では、図３（ｃ）に示すように、粒子−地形判定部５が粒子判定回路１５と時間積算回路１７とで構成されている場合について説明するが、変形例２の発明において粒子−地形判定部５までの動作は、実施の形態１及び変形例１に記載された発明と同様であるので説明は省略する。

図６は、気象レーダ装置の時間積算回路のフローチャートである。受信エコーの成分が検出された領域を気象エコー成分領域とクラッタ成分領域とに分類して受信エコーの粒子判定回路１５が作成したＩＤデータを所定回数の空中線部１の走査ごとに得られた観測レンジ又は観測メッシュごとのＩＤデータを時間積算回路１７が入力し、判定期間内にクラッタ成分領域が観測されたかを観測レンジ又は観測メッシュごとに検出するので、時間積算回路１７は、所定回数の空中線部の走査ごと（図６における回転カウンタでカウントする。図６では、所定回数はＮに該当する。）、つまり所定時間ごとにＩＤデータにおける観測レンジ又は観測メッシュごとにクラッタ成分領域の検出の有無が判定できる。そして、時間積算回路１７は、所定の単位時間でクラッタ成分領域が未検出であるＩＤデータは気象エコー成分領域のみであると判定し、一度でもクラッタ成分領域が検出されたＩＤデータにはクラッタ成分が含まれると判定する。次の所定時間内継続して同じ判定結果をデータ選択部６へ出力する。

時間積算回路１７がクラッタ成分の有無を判定したＩＤデータを基にデータ選択部６が、観測メッシュのうち、気象エコー観測メッシュ１３には、その観測メッシュに対応するＰ_{（ＮＯＲ）}データを用いて選択し、選択強度データＰデータとして、降雨強度計算回路７に送る。クラッタ観測メッシュ１４には、その観測メッシュに対応するＰ_{（ＭＴＩ）}データを選択し、降雨強度算出回路７がＰデータとして、降雨強度計算回路７に送る。そして、降雨強度算出回路７がそれらのデータから降雨強度を算出する。つまり、複数走査により得られたＩＤデータにて判別したクラッタ成分領域１１を除く気象エコー成分領域１０は、その観測領域を構成する複数の観測メッシュに対応するＰ_{（ＮＯＲ）}データを用いて降雨強度を算出し、図２おけるクラッタ成分領域１１のＩＤデータには、岡や山の地形及び地上面の構造物などの固定物があるので、その観測領域を構成する複数の観測メッシュに対応するＰ_{（ＭＴＩ）}データを用いて降雨強度を算出することになる。最終的に降雨強度算出回路７にて算出された降雨強度データは外部の配信先へ出力される。この変形例２では、粒子判定データを所定時間蓄積し、所定時間内に１回でも気象エコー成分以外の成分があればクラッタ成分のありと判定することにより、粒子判定での欠落を抑制することができるとともに地形の変動要素がリアルタイムで対応できる。

実施の形態２．
以下、この発明の実施の形態２について図１〜図８を用いて説明する。図７は、実施の形態２による気象レーダ装置のデータ選択部の詳細図、図７（ａ）はデータ選択回路によるデータ選択部構成図（実質的に、実施の形態１及び変形例１、２と同じ構成）、図７（ｂ）はデータ選択回路と地形データ判別回路とによるデータ選択部構成図、図８は、実施の形態２による気象レーダ装置の粒子−地形判定部の詳細図、図８（ａ）は粒子判定回路と地形データ判別回路とによる粒子−地形判定部構成図、図８（ｂ）は粒子判定回路、出現率比較回路及び地形データ判別回路による粒子−地形判定部構成図、図８（ｃ）は粒子判定回路、時間積算回路及び地形データ判別回路による粒子−地形判定部構成図であり、図７において１８はデータ選択部６を構成するデータ選択回路、１９は地形データ判別回路を示す。図９（ａ）に地形データ登録の概念図を示す。１９の地形データ判別回路は空中線１の仰角と該当観測距離ｒ及び空中線１のビーム幅から算出されたビーム存在高度と該当地点での海抜高により送信波が必ず地面に干渉する地点をマップデータとして登録し、送信波が必ず地面に干渉する地点は観測レンジ又は観測メッシュのＩＤデータの判別結果によらずクラッタ成分領域と判断し、それ以外の領域はＩＤデータの判断結果を出力することにより、そのマップデータに岡や山の地形及び地上面の構造物などの固定物が存在するときは、その固定物が存在する前記観測レンジ又は前記観測メッシュの前記データ選択に使用するＩＤデータにはクラッタ成分領域を含んでいると判定する。マップデータは運用に使用している仰角毎に登録し、仰角に対応したマップデータを使用する。従って、仰角が上がる程送信波が通過する海抜高は高くなり地表と干渉する地点が減少するため、図９（ｂ）の図に示す通りマップデータの登録地点数は減少する。図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する。実施の形態２の発明においてデータ選択部６までの動作は、実施の形態１及び変形例１、２記載された発明と同様であるので説明は省略する。また、図２に示す観測レンジｒ又はマトリックス状に観測レンジｒを分割した観測メッシュ単位で降雨強度データを算出する場合における説明をする。実施の形態２と実施の形態１及び変形例１、２との構成の違いは、実施の形態１及び変形例１、２では、図７（ａ）に示すようにデータ選択部６がデータ選択回路１８のみで構成されていることに対して、実施の形態２では、図７（ｂ）に示すようにデータ選択部６がデータ選択回路１８と地形データ判別回路１９とで構成されていることである。

次に、具体的な動作を説明する。図７（ｂ）に示すように、粒子−地形判定部５から送られてきたＩＤデータと地形データ判別回路１９が保持している送信波が必ず地面に干渉する地点を示すマップデータをもとにＩＤデータが作成された観測レンジ又は観測メッシュのマップデータとＩＤデータとを比較して、マップデータに岡や山の地形及び地上面の構造物などの固定物が存在するときは、その固定物が存在する観測レンジ又は観測メッシュのＩＤデータにはクラッタ成分領域を含んでいると判定して、対応するＩＤデータにクラッタ成分領域を含んでいない場合は、そのＩＤデータを修正する。なお、粒子判定によるクラッタ成分領域とマップデータによるクラッタ成分領域とが一致している場合は、ＩＤデータをそのままデータ選択回路１８に送ってもよいし、マップデータによるクラッタ成分領域にＩＤデータを更新してもよい。そして、地形データ判別回路１９がマップデータにより修正又は更新されたＩＤデータを基にデータ選択回路１８が、観測メッシュのうち、気象エコー観測メッシュ１３には、その観測メッシュに対応するＰ_{（ＮＯＲ）}データを用いて選択し、Ｐデータとして、降雨強度計算回路７に送る。降雨強度算出回路７がＰデータより、クラッタ観測メッシュ１４には、その観測メッシュに対応するＰ_{（ＭＴＩ）}データを選択し、降雨強度算出回路７がそのデータから降雨強度を算出する。最終的に降雨強度算出回路７にて算出されたＲデータは外部の配信先へ出力される。図７及び図８において、添え字の_（ｒ）が記されているのは、前述の偏波パラメータやＰ_{（ＮＯＲ）}データ及びＰ_{（ＭＴＩ）}データなどと同様に図２（ａ）に示す観測レンジｒのデータであることを示している。なお、実施の形態２を実施の形態１の変形例１、２にそれぞれ対応づけると、地形データ判別回路１９に送られるＩＤデータは出現率比較回路１６、時間積算回路１７により、事前に修正されたものを使用することになるので、実施の形態２で、ＩＤデータと説明しているデータは、粒子判定回路１５において作成されたデータだけを指すのではなく、出現率比較回路１６又は時間積算回路１７を経由したものも指す。

実施の形態２では、実施の形態１及び変形例１、２の効果に加えて、粒子判定データを用いてクラッタ成分の有無を判定すると共に観測領域で空中線１の仰角と送信波の発射角度幅を示すビーム幅から送信波が地表と明らかに干渉する地点はクラッタ成分が発生する領域として事前に登録しておくことにより、粒子判定での検出ミスによる観測精度への影響を最低限に抑えるとともにビーム幅の揺らぎや送信波の異常伝搬により発生するマップ登録地点以外での地形クラッタの影響や空気中の浮遊物等により発生するエンジェルエコー等、事前に登録するマップデータでは補えない非降水物からの反射波の影響軽減を粒子判定により行うことができる。また、マップデータとＩＤデータとを比較する地形データ判別回路１９は、必ずしもデータ選択部６内に設ける必要はなく、データ選択回路１８の後段の回路に設ければよく、例えば、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、粒子−地形判別回路５の内部に設けても、データ選択部６内に地形データ判別回路１９を設けた場合と同様の効果が得られる。

この発明の実施の形態１及び２による気象レーダ装置の構成図である。この発明の実施の形態１及び２による気象レーダ装置における観測領域の模式図である。この発明の実施の形態１及び２による気象レーダ装置の粒子−地形判定部の詳細図である。この発明の実施の形態１及び２による気象レーダ装置の粒子判定回路のフローチャートである。この発明の実施の形態１及び２による気象レーダ装置の出現率比較回路のフローチャートであるこの発明の実施の形態１及び２による気象レーダ装置の時間積算回路のフローチャートであるこの発明の実施の形態２による気象レーダ装置のデータ選択部の詳細図である。この発明の施の形態２による気象レーダ装置の粒子−地形判定部の詳細図である。この発明の実施の形態２による気象レーダ装置の地形データ判別回路の概念図である

符号の説明

１…空中線部２…送受信部３…信号処理部４…レーダ情報処理部
５…粒子−地形判定部６…データ選択部７…降雨強度算出回路８…気象レーダ装置
９…観測領域（複数の観測レンジ）１０…気象エコー成分領域
１１…クラッタ成分領域１２…無エコー観測メッシュ１３…気象エコー観測メッシュ
１４…クラッタ観測メッシュ１５…粒子判定回路１６…出現率比較回路
１７…時間積算回路１８…データ選択回路１９…地形データ判別回路

Claims

送受信部から供給される送信波である垂直偏波及び水平偏波を空中線部が走査して観測レンジに送信し、送信波が反射物に反射した反射波を受信して、前記送受信部がその反射波の垂直偏波及び水平偏波の周波数をそれぞれ周波数変換して導出された受信信号の中間周波数から信号処理部が偏波パラメータ、受信強度データ及びＭＴＩ処理受信強度データを算出して、これらの値から受信エコーを算出し、その受信エコーに含まれる気象エコーを検出して降雨強度を算出する気象レーダ装置において、前記信号処理部が算出した偏波パラメータである偏波間相関係数が、しきい値以下の領域をクラッタ成分領域とし、それ以外の領域を気象エコー成分領域として判定する受信エコーの粒子判定を行い、受信エコーの成分が検出された領域を気象エコー成分領域とクラッタ成分領域とに分類して受信エコーのＩＤデータを作成する粒子判定回路と、この粒子判定回路が作成したＩＤデータを前記観測レンジ又はマトリックス状に前記観測レンジを分割した観測メッシュごとに気象エコー成分領域のみであるＩＤデータには対応する前記信号処理部が算出した受信強度データ、クラッタ成分領域を含んでいるＩＤデータには対応する前記信号処理部が算出したＭＴＩ処理受信強度データをそれぞれ選択するデータ選択部と、このデータ選択部が選択したＩＤデータに対応する受信強度データ及びＭＴＩ処理受信強度データから前記観測レンジ又は前記観測メッシュの降雨強度を算出する降雨強度算出回路とを備えた気象レーダ装置。
送受信部から供給される送信波である垂直偏波及び水平偏波を空中線部が走査して観測レンジに送信し、送信波が反射物に反射した反射波を受信して、前記送受信部がその反射波の垂直偏波及び水平偏波の周波数をそれぞれ周波数変換して導出された受信信号の中間周波数から信号処理部が偏波パラメータ、受信強度データ及びＭＴＩ処理受信強度データを算出して、これらの値から受信エコーを算出し、その受信エコーに含まれる気象エコーを検出して降雨強度を算出する気象レーダ装置において、前記信号処理部が算出した偏波パラメータである偏波間相関係数が、しきい値以下の領域をクラッタ成分領域とし、それ以外の領域を気象エコー成分領域として判定する受信エコーの粒子判定を行い、受信エコーの成分が検出された領域を気象エコー成分領域とクラッタ成分領域とに分類して受信エコーのＩＤデータを作成する粒子判定回路と、所定回数の前記空中線部の走査ごとに得られた前記観測レンジ又はマトリックス状に前記観測レンジを分割した観測メッシュごとのＩＤデータをそれぞれ比較して、気象エコー成分領域のみであるＩＤデータ又は所定の出現率未満の確率でクラッタ成分領域が検出されたＩＤデータは気象エコー成分領域のみであると判定し、前記所定の出現率以上の確率でクラッタ成分領域が検出されたＩＤデータにはクラッタ成分領域が含まれると判定する出現率比較回路と、この出現率比較回路が判定したＩＤデータを前記観測メッシュごとに気象エコー成分領域のみであるＩＤデータには対応する前記信号処理部が算出した受信強度データ、クラッタ成分領域を含んでいるＩＤデータには対応する前記信号処理部が算出したＭＴＩ処理受信強度データをそれぞれ選択するデータ選択部と、このデータ選択部が選択したＩＤデータに対応する受信強度データ及びＭＴＩ処理受信強度データから前記観測レンジ又は前記観測メッシュの降雨強度を算出する降雨強度算出回路とを備えた気象レーダ装置。
送受信部から供給される送信波である垂直偏波及び水平偏波を空中線部が走査して観測レンジに送信し、送信波が反射物に反射した反射波を受信して、前記送受信部がその反射波の垂直偏波及び水平偏波の周波数をそれぞれ周波数変換して導出された受信信号の中間周波数から信号処理部が偏波パラメータ、受信強度データ及びＭＴＩ処理受信強度データを算出して、これらの値から受信エコーを算出し、その受信エコーに含まれる気象エコーを検出して降雨強度を算出する気象レーダ装置において、前記信号処理部が算出した偏波パラメータである偏波間相関係数が、しきい値以下の領域をクラッタ成分領域とし、それ以外の領域を気象エコー成分領域として判定する受信エコーの粒子判定を行い、受信エコーの成分が検出された領域を気象エコー成分領域とクラッタ成分領域とに分類して受信エコーのＩＤデータを作成する粒子判定回路と、所定回数の前記空中線部の走査ごとに得られた前記観測レンジ又はマトリックス状に前記観測レンジを分割した観測メッシュごとのＩＤデータがそれぞれ所定の単位時間でクラッタ成分領域が未検出であるＩＤデータは気象エコー成分領域のみであると判定し、一度でもクラッタ成分領域が検出されたＩＤデータにはクラッタ成分が含まれると判定する時間積算回路と、この時間積算回路が判定したＩＤデータを前記観測メッシュごとに気象エコー成分領域のみであるＩＤデータには対応する前記信号処理部が算出した受信強度データ、クラッタ成分領域を含んでいるＩＤデータには対応する前記信号処理部が算出したＭＴＩ処理受信強度データをそれぞれ選択するデータ選択部と、このデータ選択部が選択したＩＤデータに対応する受信強度データ及びＭＴＩ処理受信強度データから前記観測レンジ又は前記観測メッシュの降雨強度を算出する降雨強度算出回路とを備えた気象レーダ装置。
前記データ選択部は、データ選択に使用するＩＤデータが作成された前記観測レンジ又は前記観測メッシュのマップデータを保持し、そのマップデータに岡や山の地形及び地上面の構造物などの固定物が存在するときは、その固定物が存在する前記観測レンジ又は前記観測メッシュの前記データ選択に使用するＩＤデータにはクラッタ成分領域を含んでいると判定し、そのＩＤデータに対応する前記信号処理部が算出したＭＴＩ処理受信強度データを選択する請求項１〜３のいずれかに記載の気象レーダ装置。
前記粒子判定回路は、気象エコー成分領域として判定した領域の降水粒子の種類を偏波パラメータ及び地形データから判定する請求項１〜４のいずれかに記載の気象レーダ装置。