JP4825183B2 - Surface layer flow velocity estimation method, apparatus and program - Google Patents

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  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
  • Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)

Description

本発明は、表層流速推定方法、装置並びにプログラムに関する。さらに詳述すると、本発明は、海洋レーダによって得られるデータを用いた沿岸表層流動の観測に用いて好適な表層流速推定方法、装置並びにプログラムに関する。   The present invention relates to a surface layer flow velocity estimation method, apparatus, and program. More specifically, the present invention relates to a surface velocity estimation method, apparatus, and program suitable for use in observation of coastal surface current using data obtained by an ocean radar.

海洋レーダは、陸上からのリモートセンシングにより広域の流速、波高、風向といった表層流動を天候に関係なく長期間連続観測できる装置であり、沿岸環境モニタリングや港湾管理、沿岸防災、漁業情報の提供など多分野への活用が進められている。   Marine radar is a device that can continuously observe surface currents such as flow velocity, wave height, and wind direction over a long period of time regardless of weather by remote sensing from land. Coastal environment monitoring, port management, coastal disaster prevention, provision of fishery information, etc. Utilization in the field is underway.

海洋レーダによる観測は、送信アンテナから観測領域に向けてレーダ波を照射し、海面でブラッグ散乱されて戻ってくる電波である海洋波からのエコーを受信アンテナで受信し、エコー強度の時系列からドップラースペクトルを求めて表層流動を抽出する。   Observation by ocean radar irradiates a radar wave from the transmitting antenna toward the observation area, receives echoes from ocean waves, which are radio waves that are returned by Bragg scattering on the sea surface, and receives the echo from the time series of echo intensity. Obtain the Doppler spectrum and extract the surface flow.

受信アンテナで受信されるエコーはブラッグ共鳴条件を満たす波浪成分波による後方散乱エコーであり、このエコーのドップラースペクトルは第一次散乱及び第二次散乱のスペクトルによって構成される。表層流動の流速は第一次散乱スペクトルを解析することによって得られ、波浪情報は第一次散乱スペクトル及び第二次散乱スペクトルを解析することによって得られる。   The echo received by the receiving antenna is a backscattered echo due to a wave component wave that satisfies the Bragg resonance condition, and the Doppler spectrum of this echo is constituted by the spectrum of the primary scattering and the secondary scattering. The flow velocity of the surface layer flow is obtained by analyzing the primary scattering spectrum, and the wave information is obtained by analyzing the primary scattering spectrum and the secondary scattering spectrum.

後方散乱エコーのドップラースペクトルから流速を求める際の第一次散乱スペクトル周波数の検出のアルゴリズムは、通常、ドップラースペクトル分布の正の周波数領域と負の周波数領域とにおいて最も大きなスペクトル値を持つピークを検出してそれらのピーク周波数を得るようにしている(特許文献1)。   The algorithm for detecting the primary scattering spectrum frequency when calculating the flow velocity from the Doppler spectrum of the backscattered echo usually detects the peak with the largest spectral value in the positive and negative frequency regions of the Doppler spectral distribution. Thus, those peak frequencies are obtained (Patent Document 1).

特開平11−83992号JP-A-11-83992

しかしながら、レーダ波照射中に例えばレーダ波をほぼ直角に横切る大きな船舶が存在すると大きなエコーを受信してしまう等のように、受信アンテナで受信されるエコーは外因性のノイズ及び受信機のノイズの影響を受けることは避けられない。そして、このような外因性ノイズが混入するとドップラースペクトルのピークが不明瞭になったり外因性ノイズによるピークが顕著になったりするので、流速に対応する正当な第一次散乱スペクトル周波数を検出することができなくなり、表層流動の観測精度が低下してしまうという問題がある。   However, the echo received by the receiving antenna is not due to the extrinsic noise and the receiver noise, such as receiving a large echo when there is a large ship that crosses the radar wave almost at right angles during radar wave irradiation. It is inevitable to be affected. And if such exogenous noise is mixed, the peak of Doppler spectrum becomes unclear or the peak due to exogenous noise becomes prominent, so it is necessary to detect the legitimate primary scattering spectrum frequency corresponding to the flow velocity. There is a problem that the observation accuracy of the surface layer flow deteriorates.

また、突発的な事象を対象とした沿岸環境モニタリングや港湾管理、沿岸防災においては特にリアルタイム若しくはほぼリアルタイムでの情報提供が必要とされるが、従来の方法はドップラースペクトルのピーク周波数の検出に多大な時間を必要とするので真に必要とされるタイミングで情報を提供することができるとは言い難い。   In addition, it is necessary to provide information in real time or near real time, especially in coastal environment monitoring, harbor management, and coastal disaster prevention for sudden events, but the conventional method is very useful for detecting the peak frequency of Doppler spectrum. It takes a lot of time, so it is hard to say that information can be provided at the timing that is really needed.

そこで、本発明は、外因性ノイズの影響を排除してドップラースペクトルの正当なピーク周波数を短時間で検出することができる表層流速推定方法、装置並びにプログラムを提供することを目的とする。   Therefore, an object of the present invention is to provide a surface layer flow velocity estimation method, apparatus, and program capable of detecting a legitimate peak frequency of a Doppler spectrum in a short time by eliminating the influence of exogenous noise.

かかる目的を達成するため、請求項記載の表層流速推定方法は、処理対象領域のビーム方向距離別・周波数別ドップラースペクトルデータの読み込みを行うステップと、ドップラースペクトルデータを周波数が正の領域のスペクトルと負の領域のスペクトルとに分離するステップと、正の領域のスペクトル及び負の領域のスペクトルについて周波数方向の平均値を算出するステップと、正の領域のスペクトルから正の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて正の領域のスペクトルの偏差を算出すると共に負の領域のスペクトルから負の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて負の領域のスペクトルの偏差を算出するステップと、正の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出すると共に負の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出するステップと、正の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値と負の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値とを部分領域毎に合算して部分領域毎の合算値を算出するステップと、部分領域毎の合算値が二値化閾値よりも大きいか否かによって当該部分領域に対応する成分の値を二値化して二値化行列を作成するステップと、二値化行列について隣接行列を作成するステップと、隣接行列を定常状態になるまで掛け合わせて定常解行列を作成するステップと、定常解行列から部分領域毎の合算値が最大である部分領域と連接し且つ部分領域毎の合算値が二値化閾値よりも大きい部分領域からなる連接領域に対応する成分を抽出して二値化行列からフィルタ基礎行列を作成するステップと、フィルタ基礎行列についてフィルタ透過成分の行毎の周波数方向の広がりを制限してフィルタ行列を作成するステップと、正の領域のスペクトルの偏差と負の領域のスペクトルの偏差とをビーム方向距離毎・周波数毎に合算してスペクトル偏差合算値を算出するステップと、フィルタ行列をスペクトル偏差合算値に適用してフィルタ適用スペクトルを作成するステップと、フィルタ適用スペクトルからピーク周波数を検出するステップと、ピーク周波数と変換係数とを掛け合わせてビーム方向流速を算出するステップとを有するようにしている。 In order to achieve this object, the surface layer flow velocity estimation method according to claim 1 includes a step of reading Doppler spectrum data for each beam direction distance and frequency of a processing target region, and a Doppler spectrum data as a spectrum in a positive frequency region. And a negative region spectrum, a positive region spectrum and a negative region spectrum are averaged in a frequency direction, and a positive region spectrum is a frequency direction of a positive region spectrum. Subtracting the average value of the positive region and calculating the deviation of the spectrum of the positive region and subtracting the average value in the frequency direction of the spectrum of the negative region from the spectrum of the negative region to calculate the deviation of the spectrum of the negative region; Calculate the average value of the sub-region for the deviation of the spectrum in the positive region and the spectrum of the negative region Subtracting the average value of the partial area for the deviation of the positive area, and adding the average value of the partial area of the positive area spectral deviation and the average value of the partial area of the negative area spectral deviation for each partial area A binarization matrix is created by binarizing the value of the component corresponding to the partial area depending on whether the total value for each partial area is greater than the binarization threshold, and the step of calculating the total value for each partial area A step of creating an adjacency matrix for the binarized matrix, a step of creating a stationary solution matrix by multiplying the adjacency matrix until it reaches a steady state, and a maximum sum value for each subregion from the stationary solution matrix. Extracting a component corresponding to a connected region composed of partial regions connected to a partial region and having a combined value greater than the binarization threshold for each partial region, and creating a filter base matrix from the binarized matrix; The filter matrix is created by limiting the spread of the filter transmission component in the frequency direction for each row of the filter fundamental matrix, and the spectral deviation in the positive region and the spectral deviation in the negative region are expressed in terms of the beam direction distance and frequency. Summing every time, calculating a spectrum deviation sum, applying a filter matrix to the spectrum deviation sum, creating a filter application spectrum, detecting a peak frequency from the filter application spectrum, And a step of calculating the beam direction flow velocity by multiplying by the conversion coefficient.

また、請求項記載の表層流速推定装置は、処理対象領域のビーム方向距離別・周波数別ドップラースペクトルデータの読み込みを行う手段と、ドップラースペクトルデータを周波数が正の領域のスペクトルと負の領域のスペクトルとに分離する手段と、正の領域のスペクトル及び負の領域のスペクトルについて周波数方向の平均値を算出する手段と、正の領域のスペクトルから正の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて正の領域のスペクトルの偏差を算出すると共に負の領域のスペクトルから負の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて負の領域のスペクトルの偏差を算出する手段と、正の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出すると共に負の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出する手段と、正の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値と負の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値とを部分領域毎に合算して部分領域毎の合算値を算出する手段と、部分領域毎の合算値が二値化閾値よりも大きいか否かによって当該部分領域に対応する成分の値を二値化して二値化行列を作成する手段と、二値化行列について隣接行列を作成する手段と、隣接行列を定常状態になるまで掛け合わせて定常解行列を作成する手段と、定常解行列から部分領域毎の合算値が最大である部分領域と連接し且つ部分領域毎の合算値が二値化閾値よりも大きい部分領域からなる連接領域に対応する成分を抽出して二値化行列からフィルタ基礎行列を作成する手段と、フィルタ基礎行列についてフィルタ透過成分の行毎の周波数方向の広がりを制限してフィルタ行列を作成する手段と、正の領域のスペクトルの偏差と負の領域のスペクトルの偏差とをビーム方向距離毎・周波数毎に合算してスペクトル偏差合算値を算出する手段と、フィルタ行列をスペクトル偏差合算値に適用してフィルタ適用スペクトルを作成する手段と、フィルタ適用スペクトルからピーク周波数を検出する手段と、ピーク周波数と変換係数とを掛け合わせてビーム方向流速を算出する手段とを有するようにしている。 According to a second aspect of the present invention, there is provided a surface layer flow velocity estimation apparatus, comprising: means for reading Doppler spectrum data for each beam direction distance and frequency of a processing target region; a Doppler spectrum data for a spectrum having a positive frequency and a negative region; Means for separating the spectrum into a spectrum, means for calculating an average value in the frequency direction for the spectrum in the positive region and the spectrum in the negative region, and subtracting the average value in the frequency direction of the spectrum in the positive region from the spectrum in the positive region. Means for calculating the deviation of the spectrum in the positive region and calculating the deviation of the spectrum in the negative region by subtracting the average value in the frequency direction of the spectrum in the negative region from the spectrum in the negative region; Calculate the average value of the subregions for the deviation of, and calculate the average value of the subregions for the deviation of the spectrum in the negative region And means for calculating the sum value for each partial region by adding the average value of the partial region of the positive region spectrum deviation and the average value of the partial region of the negative region spectrum deviation for each partial region And a means for binarizing a component value corresponding to the partial area depending on whether or not the sum value for each partial area is greater than a binarization threshold, and adjacent to the binarization matrix A means for creating a matrix, a means for creating a stationary solution matrix by multiplying the adjacent matrix until it reaches a steady state, and a subregion connected to the partial region having the maximum sum value for each partial region from the stationary solution matrix and for each partial region Means for extracting a component corresponding to a concatenated region consisting of partial regions whose sum is greater than the binarization threshold and creating a filter base matrix from the binarization matrix, and for each filter transmission component row by row with respect to the filter base matrix Wide in frequency direction Means for creating a filter matrix by restricting the spectrum, means for calculating the spectral deviation sum by adding the spectral deviation of the positive region and the spectral deviation of the negative region for each beam direction distance / frequency, and Means for creating a filter application spectrum by applying a filter matrix to the sum of spectral deviations, means for detecting a peak frequency from the filter application spectrum, and means for calculating a beam direction flow velocity by multiplying the peak frequency and a conversion coefficient And have

また、請求項記載の表層流速推定プログラムは、ビーム方向距離別・周波数別ドップラースペクトルのピーク周波数を検出して表層流速の推定を行う際に、少なくとも、処理対象領域のビーム方向距離別・周波数別ドップラースペクトルデータの読み込みを行う手段、ドップラースペクトルデータを周波数が正の領域のスペクトルと負の領域のスペクトルとに分離する手段、正の領域のスペクトル及び負の領域のスペクトルについて周波数方向の平均値を算出する手段、正の領域のスペクトルから正の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて正の領域のスペクトルの偏差を算出すると共に負の領域のスペクトルから負の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて負の領域のスペクトルの偏差を算出する手段、正の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出すると共に負の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出する手段、正の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値と負の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値とを部分領域毎に合算して部分領域毎の合算値を算出する手段、部分領域毎の合算値が二値化閾値よりも大きいか否かによって当該部分領域に対応する成分の値を二値化して二値化行列を作成する手段、二値化行列について隣接行列を作成する手段、隣接行列を定常状態になるまで掛け合わせて定常解行列を作成する手段、定常解行列から部分領域毎の合算値が最大である部分領域と連接し且つ部分領域毎の合算値が二値化閾値よりも大きい部分領域からなる連接領域に対応する成分を抽出して二値化行列からフィルタ基礎行列を作成する手段、フィルタ基礎行列についてフィルタ透過成分の行毎の周波数方向の広がりを制限してフィルタ行列を作成する手段、正の領域のスペクトルの偏差と負の領域のスペクトルの偏差とをビーム方向距離毎・周波数毎に合算してスペクトル偏差合算値を算出する手段、フィルタ行列をスペクトル偏差合算値に適用してフィルタ適用スペクトルを作成する手段、フィルタ適用スペクトルからピーク周波数を検出する手段、ピーク周波数と変換係数とを掛け合わせてビーム方向流速を算出する手段としてコンピュータを機能させるようにしている。 Further, the surface layer flow velocity estimation program according to claim 3 , when detecting the peak frequency of the Doppler spectrum for each beam direction distance and frequency, and estimating the surface layer flow velocity, at least for each beam direction distance and frequency of the processing target region. Means for reading another Doppler spectrum data, means for separating the Doppler spectrum data into a spectrum having a positive frequency and a spectrum having a negative frequency, and an average value in the frequency direction for the spectrum in the positive region and the spectrum in the negative region Means for calculating the deviation of the spectrum of the positive region by subtracting the average value of the spectrum of the positive region from the spectrum of the positive region and calculating the frequency direction of the spectrum of the negative region from the spectrum of the negative region Means to calculate the deviation of the spectrum in the negative region by subtracting the average value of Means to calculate the average value of the partial area for deviation of the spectrum and to calculate the average value of the partial area for deviation of the spectrum of the negative area, the average value of the partial area of the deviation of the spectrum of the positive area and the spectrum of the negative area Means for summing the average value of the partial areas of the deviation for each partial area to calculate the total value for each partial area, whether the total value for each partial area is greater than the binarization threshold Means for binarizing corresponding component values to create a binarization matrix, means for creating an adjacency matrix for the binarization matrix, means for creating a stationary solution matrix by multiplying the adjacency matrix until it reaches a steady state, Binary by extracting components corresponding to a connected region consisting of partial regions that are connected to the partial region having the maximum combined value for each partial region and whose combined value is larger than the binarization threshold from the stationary solution matrix From the matrix Means for creating a filter fundamental matrix, means for creating a filter matrix by limiting the spread in the frequency direction of the filter transmission component for each row of the filter fundamental matrix, spectral deviation in the positive region and spectral deviation in the negative region Means for calculating the spectrum deviation sum value for each beam direction distance / frequency, means for applying the filter matrix to the spectrum deviation sum value to create a filter application spectrum, means for detecting the peak frequency from the filter application spectrum The computer is made to function as means for calculating the beam direction flow velocity by multiplying the peak frequency and the conversion coefficient.

したがって、この表層流速推定方法、装置並びにプログラムによると、誤差情報の検定処理を行って元のドップラースペクトルデータから一定の条件を満たす領域を抽出し、当該検定処理が施された領域の中から検出されたピーク周波数を用いて表層流速を推定するようにしているので、自然の雑音や人工雑音等の外因性ノイズが含まれる実際の観測データからノイズを適切に除去して検出された適確な流動情報に基づく表層流速が推定される。   Therefore, according to the surface velocity estimation method, apparatus, and program, the error information verification process is performed to extract a region that satisfies certain conditions from the original Doppler spectrum data, and is detected from the region subjected to the verification process. Since the surface layer velocity is estimated using the measured peak frequency, it is possible to accurately remove the noise from the actual observation data that includes natural noise and exogenous noise such as artificial noise. Surface flow velocity based on flow information is estimated.

なお、本発明においては、ドップラースペクトルデータとは、流速情報を含む周波数方向のドップラースペクトルの値のデータという意味で用いる。   In the present invention, the Doppler spectrum data is used in the sense of frequency Doppler spectrum value data including flow velocity information.

本発明の表層流速推定方法、装置並びにプログラムによれば、自然の雑音や人工雑音等の外因性ノイズが含まれる実際の観測データからノイズを適切に除去して適確な流動情報具体的にはドップラースペクトルの正当なピーク周波数を検出することができると共に、当該適確な流動情報に基づいて表層流速が推定されるので、推定精度の向上が可能になる。また、適確な流動情報を検出することができるので、例えばピーク周波数の検出結果のチェック等の煩雑な後処理が必要とされず推定に係る手間を省くことが可能になると共に推定を短時間で行うことが可能になる。さらにこれにより、本発明によれば、リアルタイム海域流動モニタリングに資する流動情報を提供することができるので、突発的な事象を対象とした沿岸環境モニタリングや港湾管理、沿岸防災に対して有用な情報提供を行うことが可能になる。   According to the surface layer flow velocity estimation method, apparatus and program of the present invention, it is possible to appropriately remove noise from actual observation data including exogenous noise such as natural noise and artificial noise. The legitimate peak frequency of the Doppler spectrum can be detected, and the surface layer flow velocity is estimated based on the appropriate flow information, so that the estimation accuracy can be improved. Further, since accurate flow information can be detected, for example, complicated post-processing such as checking of the detection result of the peak frequency is not required, and it is possible to save the labor related to the estimation and to perform the estimation in a short time. It becomes possible to do in. Furthermore, according to the present invention, since flow information contributing to real-time sea area flow monitoring can be provided, information useful for coastal environment monitoring, port management and coastal disaster prevention targeting sudden events is provided. It becomes possible to do.

以下、本発明の構成を図面に示す最良の形態に基づいて詳細に説明する。   Hereinafter, the configuration of the present invention will be described in detail based on the best mode shown in the drawings.

図1から図12に、本発明の表層流速推定方法、装置並びにプログラムの実施形態の一例を示す。この表層流速推定方法は、ビーム方向距離別・周波数別ドップラースペクトルのピーク周波数を検出して表層流速を推定する方法において、ドップラースペクトルの正の領域のスペクトルから正の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて算出される偏差について部分領域の平均値を算出すると共にドップラースペクトルの負の領域のスペクトルから負の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて算出される偏差について部分領域の平均値を算出し、部分領域毎の正の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値と負の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値との合算値が最大である部分領域と連接し且つ部分領域毎の合算値が所定の閾値よりも大きい部分領域からなる連接領域の中からピーク周波数を検出するようにしている。   FIG. 1 to FIG. 12 show an example of embodiments of the surface layer flow velocity estimation method, apparatus, and program of the present invention. This surface velocity estimation method is a method of estimating the surface velocity by detecting the peak frequency of the Doppler spectrum by beam direction distance and frequency, and in the frequency direction average of the spectrum of the positive region from the spectrum of the positive region of the Doppler spectrum. For the deviation calculated by subtracting the value, the average value of the partial region is calculated and the average of the partial region is calculated by subtracting the average value in the frequency direction of the negative region spectrum from the negative region spectrum of the Doppler spectrum. A value is calculated, connected to the partial region where the sum of the average value of the partial region of the positive region spectrum deviation and the average value of the partial region of the negative region spectral deviation is the maximum, and The peak frequency is detected from the concatenated area composed of the partial areas where the total value for each partial area is larger than the predetermined threshold. That.

そして、上記表層流速推定方法は、図1に示すように、処理対象領域のビーム方向距離別・周波数別ドップラースペクトルデータの読み込みを行うステップ(S1)と、ドップラースペクトルデータを周波数が正の領域のスペクトルと負の領域のスペクトルとに分離するステップ(S2)と、正の領域のスペクトル及び負の領域のスペクトルについて周波数方向の平均値を算出するステップ(S3)と、正の領域のスペクトルから正の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて正の領域のスペクトルの偏差を算出すると共に負の領域のスペクトルから負の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて負の領域のスペクトルの偏差を算出するステップ(S4)と、正の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出すると共に負の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出するステップ(S5)と、正の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値と負の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値とを部分領域毎に合算して部分領域毎の合算値を算出するステップ(S6)と、部分領域毎の合算値が二値化閾値よりも大きいか否かによって当該部分領域に対応する成分の値を二値化して二値化行列を作成するステップ(S7)と、二値化行列について隣接行列を作成するステップ(S8)と、隣接行列を定常状態になるまで掛け合わせて定常解行列を作成するステップ(S9)と、定常解行列から部分領域毎の合算値が最大である部分領域と連接し且つ部分領域毎の合算値が二値化閾値よりも大きい部分領域からなる連接領域に対応する成分を抽出して二値化行列からフィルタ基礎行列を作成するステップ(S10)と、フィルタ基礎行列についてフィルタ透過成分の行毎の周波数方向の広がりを制限してフィルタ行列を作成するステップ(S11)と、正の領域のスペクトルの偏差と負の領域のスペクトルの偏差とをビーム方向距離毎・周波数毎に合算してスペクトル偏差合算値を算出するステップ(S12)と、フィルタ行列をスペクトル偏差合算値に適用してフィルタ適用スペクトルを作成するステップ(S13)と、フィルタ適用スペクトルからピーク周波数を検出するステップ(S14)と、ピーク周波数と変換係数とを掛け合わせてビーム方向流速を算出するステップ(S15)とからなる処理構成によって実現される。   As shown in FIG. 1, the surface layer velocity estimation method includes a step (S1) of reading Doppler spectrum data for each beam direction distance and frequency of the processing target region, and the Doppler spectrum data in the positive frequency region. A step of separating the spectrum into a spectrum of a negative region (S2), a step of calculating an average value in the frequency direction for the spectrum of the positive region and the spectrum of the negative region (S3), Subtract the average value in the frequency direction of the spectrum of the negative region to calculate the deviation of the spectrum in the positive region and subtract the average value in the frequency direction of the spectrum of the negative region from the spectrum of the negative region. When calculating the deviation (S4) and calculating the average value of the partial areas for the deviation of the spectrum of the positive area A step (S5) of calculating an average value of the partial areas for the deviation of the spectrum of the negative area, and an average value of the partial areas of the deviation of the spectrum of the positive area and the average value of the partial areas of the deviation of the spectrum of the negative area Are calculated for each partial region to calculate a sum value for each partial region (S6), and whether the sum value for each partial region is larger than a binarization threshold A step of creating a binarization matrix by binarizing values (S7), a step of creating an adjacency matrix for the binarization matrix (S8), and multiplying the adjacency matrix until it reaches a steady state, Corresponding to a step (S9) to be created and a connected region consisting of partial regions connected to the partial region having the maximum sum value for each partial region from the steady solution matrix and having a sum value for each partial region larger than the binarization threshold Ingredients to Generating a filter basic matrix from the binarized matrix (S10), creating a filter matrix by limiting the spread of the filter transmission component in the frequency direction for each row of the filter basic matrix (S11), A step (S12) of adding a spectral deviation of the region and a spectral deviation of the negative region for each beam direction distance / frequency to calculate a combined spectral deviation value, and applying a filter matrix to the combined spectral deviation value. From the step of creating the filter application spectrum (S13), the step of detecting the peak frequency from the filter application spectrum (S14), and the step of calculating the beam direction flow velocity by multiplying the peak frequency and the conversion coefficient (S15). This is realized by the processing configuration.

また、上記表層流速推定方法は、本発明の表層流速推定装置として実現される。本発明の表層流速推定装置は、処理対象領域のビーム方向距離別・周波数別ドップラースペクトルデータの読み込みを行う手段と、ドップラースペクトルデータを周波数が正の領域のスペクトルと負の領域のスペクトルとに分離する手段と、正の領域のスペクトル及び負の領域のスペクトルについて周波数方向の平均値を算出する手段と、正の領域のスペクトルから正の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて正の領域のスペクトルの偏差を算出すると共に負の領域のスペクトルから負の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて負の領域のスペクトルの偏差を算出する手段と、正の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出すると共に負の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出する手段と、正の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値と負の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値とを部分領域毎に合算して部分領域毎の合算値を算出する手段と、部分領域毎の合算値が二値化閾値よりも大きいか否かによって当該部分領域に対応する成分の値を二値化して二値化行列を作成する手段と、二値化行列について隣接行列を作成する手段と、隣接行列を定常状態になるまで掛け合わせて定常解行列を作成する手段と、定常解行列から部分領域毎の合算値が最大である部分領域と連接し且つ部分領域毎の合算値が二値化閾値よりも大きい部分領域からなる連接領域に対応する成分を抽出して二値化行列からフィルタ基礎行列を作成する手段と、フィルタ基礎行列についてフィルタ透過成分の行毎の周波数方向の広がりを制限してフィルタ行列を作成する手段と、正の領域のスペクトルの偏差と負の領域のスペクトルの偏差とをビーム方向距離毎・周波数毎に合算してスペクトル偏差合算値を算出する手段と、フィルタ行列をスペクトル偏差合算値に適用してフィルタ適用スペクトルを作成する手段と、フィルタ適用スペクトルからピーク周波数を検出する手段と、ピーク周波数と変換係数とを掛け合わせてビーム方向流速を算出する手段とを有する。   Moreover, the surface layer flow velocity estimation method is realized as the surface layer flow velocity estimation apparatus of the present invention. The surface velocity estimation apparatus of the present invention includes means for reading Doppler spectrum data for each beam direction distance and frequency of a processing target region, and separating the Doppler spectrum data into a spectrum in a positive region and a spectrum in a negative region. Means for calculating the average value in the frequency direction for the spectrum in the positive region and the spectrum in the negative region, and subtracting the average value in the frequency direction of the spectrum in the positive region from the spectrum in the positive region. Means for calculating the deviation of the spectrum of the negative region and subtracting the average value in the frequency direction of the spectrum of the negative region from the spectrum of the negative region to calculate the deviation of the spectrum of the negative region; Means for calculating an average value of the area and calculating an average value of the partial area with respect to the deviation of the spectrum of the negative area; Means for adding the average value of the partial area of the positive region spectrum deviation and the average value of the partial region of the negative region spectrum deviation for each partial region; A means for binarizing a component value corresponding to the partial region based on whether or not each sum is greater than a binarization threshold, and creating an adjacency matrix for the binarization matrix Means for multiplying the adjacency matrix until it reaches a steady state, creating a stationary solution matrix, and connecting the partial solution from the stationary solution matrix with the maximum sum value for each partial region, and the sum value for each partial region is Means for extracting a component corresponding to a concatenated region composed of partial regions larger than the binarization threshold and creating a filter base matrix from the binarization matrix, and spreading of the filter transmission component in the frequency direction for each row of the filter base matrix Limit Means for creating a filter matrix, means for summing the deviation of the spectrum in the positive area and the deviation of the spectrum in the negative area for each beam direction distance / frequency, and calculating the spectrum deviation sum, and the filter matrix as the spectrum Means for creating a filter application spectrum by applying to the sum of deviations, means for detecting a peak frequency from the filter application spectrum, and means for calculating the beam direction flow velocity by multiplying the peak frequency and the conversion coefficient.

上述の表層流速推定方法並びに表層流速推定装置は、本発明の表層流速推定プログラムをコンピュータ上で実行することによっても実現される。本実施形態では、表層流速推定プログラムをコンピュータ上で実行する場合を例に挙げて説明する。   The surface layer flow velocity estimation method and the surface layer flow velocity estimation apparatus described above can also be realized by executing the surface layer flow velocity estimation program of the present invention on a computer. In the present embodiment, a case where the surface layer flow velocity estimation program is executed on a computer will be described as an example.

表層流速推定プログラム17を実行するための本実施形態の表層流速推定装置10の全体構成を図2に示す。この表層流速推定装置10は、制御部11、記憶部12、入力部13、表示部14及びメモリ15を備え相互にバス等の信号回線により接続されている。また、表層流速推定装置10にはデータサーバ16が通信回線等により接続されており、その通信回線等を介して相互にデータや制御指令等の信号の送受信(出入力)が行われる。   FIG. 2 shows the overall configuration of the surface layer flow velocity estimation apparatus 10 of the present embodiment for executing the surface layer flow velocity estimation program 17. The surface layer flow velocity estimation apparatus 10 includes a control unit 11, a storage unit 12, an input unit 13, a display unit 14, and a memory 15, and is connected to each other by a signal line such as a bus. In addition, a data server 16 is connected to the surface layer flow velocity estimation apparatus 10 via a communication line or the like, and signals such as data and control commands are transmitted and received (input / output) through the communication line and the like.

制御部11は記憶部12に記憶されている表層流速推定プログラム17によって表層流速推定装置10全体の制御並びに表層流速の推定に係る演算を行うものであり、例えばCPU(中央演算処理装置)である。記憶部12は少なくともデータやプログラムを記憶可能な装置であり、例えばハードディスクである。メモリ15は制御部11が各種制御や演算を実行する際の作業領域であるメモリ空間となる。   The control unit 11 performs control related to the overall control of the surface layer flow velocity estimation apparatus 10 and the estimation of the surface layer flow velocity by the surface layer flow velocity estimation program 17 stored in the storage unit 12, and is, for example, a CPU (Central Processing Unit). . The storage unit 12 is a device that can store at least data and programs, and is, for example, a hard disk. The memory 15 becomes a memory space that is a work area when the control unit 11 executes various controls and calculations.

入力部13は少なくとも作業者の命令を制御部11に与えるためのインターフェイスであり、例えばキーボードである。   The input unit 13 is an interface for giving at least an operator's command to the control unit 11, and is, for example, a keyboard.

表示部14は制御部11の制御により文字や図形等の表示を行うものであり、例えばディスプレイである。   The display unit 14 displays characters, graphics, and the like under the control of the control unit 11 and is, for example, a display.

また、データサーバ16は少なくともデータを記憶可能なサーバである。   The data server 16 is a server capable of storing at least data.

表層流速推定装置10の制御部11には、表層流速推定プログラム17を実行することにより、処理対象領域のビーム方向距離別・周波数別ドップラースペクトルデータの読み込みを行うデータ読込部11aと、ドップラースペクトルデータを周波数が正の領域のスペクトルと負の領域のスペクトルとに分離するスペクトル分離部11bと、正の領域のスペクトル及び負の領域のスペクトルについて周波数方向の平均値を算出するスペクトル平均算出部11cと、正の領域のスペクトルから正の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて正の領域のスペクトルの偏差を算出すると共に負の領域のスペクトルから負の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて負の領域のスペクトルの偏差を算出するスペクトル偏差算出部11dと、正の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出すると共に負の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出する部分領域偏差平均値算出部11eと、正の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値と負の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値とを部分領域毎に合算して部分領域毎の合算値を算出する部分領域偏差平均値合算部11fと、部分領域毎の合算値が二値化閾値よりも大きいか否かによって当該部分領域に対応する成分の値を二値化して二値化行列を作成する二値化行列作成部11gと、二値化行列について隣接行列を作成する隣接行列作成部11hと、隣接行列を定常状態になるまで掛け合わせて定常解行列を作成する定常解行列作成部11iと、定常解行列から部分領域毎の合算値が最大である部分領域と連接し且つ部分領域毎の合算値が二値化閾値よりも大きい部分領域からなる連接領域に対応する成分を抽出して二値化行列からフィルタ基礎行列を作成するフィルタ基礎行列作成部11jと、フィルタ基礎行列についてフィルタ透過成分の行毎の周波数方向の広がりを制限してフィルタ行列を作成するフィルタ行列作成部11kと、正の領域のスペクトルの偏差と負の領域のスペクトルの偏差とをビーム方向距離毎・周波数毎に合算してスペクトル偏差合算値を算出するスペクトル偏差合算部11lと、フィルタ行列をスペクトル偏差合算値に適用してフィルタ適用スペクトルを作成するフィルタ適用部11mと、フィルタ適用スペクトルからピーク周波数を検出するピーク周波数検出部11nと、ピーク周波数と変換係数とを掛け合わせてビーム方向流速を算出する流速算出部11oとが構成される。   The control unit 11 of the surface layer flow velocity estimation apparatus 10 executes a surface layer flow velocity estimation program 17, thereby reading a Doppler spectrum data by a data reading unit 11a for reading the Doppler spectrum data for each beam direction distance and frequency of the processing target region. A spectrum separating unit 11b that separates the spectrum into a spectrum having a positive frequency and a spectrum having a negative frequency, and a spectrum average calculating unit 11c that calculates an average value in the frequency direction for the spectrum in the positive region and the spectrum in the negative region Subtract the average value in the frequency direction of the positive region spectrum from the spectrum in the positive region to calculate the deviation of the positive region spectrum and calculate the average value in the frequency direction of the negative region spectrum from the negative region spectrum. A spectral deviation calculation unit 11d that calculates a deviation of the spectrum of the negative region by pulling; A partial region deviation average value calculation unit 11e that calculates an average value of the partial region for the deviation of the spectrum of the positive region and calculates an average value of the partial region for the deviation of the spectrum of the negative region, and a deviation of the spectrum of the positive region A partial region deviation average value summation unit 11f that calculates a partial region average value and a partial region average value of the negative region spectral deviation for each partial region, and a partial region A binarization matrix creating unit 11g for binarizing a component value corresponding to the partial region to create a binarization matrix depending on whether or not each sum is greater than a binarization threshold; An adjacency matrix creation unit 11h that creates an adjacency matrix, a stationary solution matrix creation unit 11i that creates a steady solution matrix by multiplying the adjacency matrix until it reaches a steady state, and a sum of values for each partial region from the steady solution matrix is maximum. Create a filter base matrix that extracts a component corresponding to a connected area consisting of partial areas that are connected to a partial area and whose combined value is larger than the binarization threshold value. Part 11j, filter matrix creation part 11k for creating a filter matrix by limiting the spread of the filter transmission component in the frequency direction for each row of the filter basic matrix, and the spectral deviation of the positive region and the spectral deviation of the negative region For each beam direction distance and frequency, a spectrum deviation summation unit 11l for calculating a spectrum deviation sum value, a filter application unit 11m for creating a filter application spectrum by applying a filter matrix to the spectrum deviation sum value, A peak frequency detector 11n for detecting a peak frequency from the filter application spectrum, a peak frequency and a conversion coefficient; And a flow velocity calculation unit 11o that calculates the beam direction flow velocity.

はじめに、第一段階として元のドップラースペクトルデータを用いて部分領域スペクトルデータを作成する処理(S1〜S5)について説明する。   First, the process (S1-S5) which produces partial region spectrum data using the original Doppler spectrum data as a 1st step is demonstrated.

本発明の表層流速推定方法の実行にあたっては、まず、制御部11のデータ読込部11aは、処理対象領域のドップラースペクトルデータの読み込みを行う(S1)。   In executing the surface layer flow velocity estimation method of the present invention, first, the data reading unit 11a of the control unit 11 reads Doppler spectrum data of the processing target region (S1).

本発明では、海洋レーダ受信アンテナで受信した電波(即ちエコー)であって海洋波からの後方散乱波のドップラースペクトルのデータが用いられる。   In the present invention, Doppler spectrum data of a backscattered wave from a marine wave, which is a radio wave (that is, an echo) received by the marine radar receiving antenna, is used.

本発明で用いるデータを収集するためのレーダは、距離方向・周波数方向で得られるドップラースペクトルを求めることができればどのような方式のものであっても良い。具体的には例えば、レーダの送受信方式が例えばFMCW(Frequency Modulated Continuous Wave の略)方式やFMICW(Frequency Modulated and Interrupted Continuous Wave の略)方式であるレーダ、空中線方式が例えば機械回転式やDBF(Digital Beam Forming の略)方式やフェイズドアレイ方式であるレーダが用いられ得る。また、中心周波数が例えば24.515MHz若しくは41.9MHz、周波数掃引幅が例えば300kHz程度、送信出力が例えば50W〜100W程度、ビーム幅が例えば13度〜20度程度、距離分解能が例えば0.5km程度のレーダが用いられ得る。なお、エコーからドップラースペクトルを求める方法自体は周知の技術であるのでここでは詳細については省略する(例えば、野崎憲朗・梅原俊彦:24MHz帯を使った短波海洋レーダによる海流、波浪の観察(前編),HAM Journal,63,pp.77-85,1989年; 野崎憲朗・梅原俊彦:24MHz帯を使った短波海洋レーダによる海流、波浪の観察(後編),HAM Journal,64,pp.103-108,1989年; 土木学会 海岸工学委員会編 研究現況レビュー小委員会:陸上設置型レーダによる沿岸海洋観測,2001年; 藤井智史:海洋レーダの技術と歴史,沿岸海洋研究,41,pp.97-108,2004年)。   The radar for collecting data used in the present invention may be of any type as long as it can obtain the Doppler spectrum obtained in the distance direction and the frequency direction. Specifically, for example, the radar transmission / reception method is, for example, an FMCW (abbreviation of frequency modulated continuous wave) method or the FMICW (abbreviation of frequency modulated and interrupted continuous wave) method, and the antenna method is, for example, a mechanical rotation type or DBF (digital). (Beam Forming) or a phased array radar can be used. The center frequency is 24.515 MHz or 41.9 MHz, the frequency sweep width is about 300 kHz, the transmission output is about 50 W to 100 W, the beam width is about 13 degrees to 20 degrees, and the distance resolution is about 0.5 km, for example. Can be used. The method of obtaining the Doppler spectrum from the echo itself is a well-known technique, so details are omitted here (for example, Noro Nozaki and Toshihiko Umehara: Observation of ocean currents and waves using a short-wave ocean radar using the 24 MHz band (Part 1) ), HAM Journal, 63, pp. 77-85, 1989; Nozaki Norio and Umehara Toshihiko: Observation of ocean currents and waves with a short-wave ocean radar using the 24 MHz band (Part 2), HAM Journal, 64, pp. 103- 108, 1989; Japan Society of Civil Engineers, Coastal Engineering Committee, Research Status Review Subcommittee: Coastal Ocean Observation with Land-based Radar, 2001; Satoshi Fujii: Technology and History of Marine Radar, Coastal Ocean Research, 41, pp.97 -108, 2004).

本実施形態では、同一の領域を異なる方向から観測することができるように観測対象領域の海洋沿岸に離間して設置された二つのレーダ局によって実際に受信されたエコーのドップラースペクトルを用いて説明する。本実施形態で用いるドップラースペクトルを図3に示す。なお、図3において、横軸は周波数(単位はHz)、縦軸はビーム方向の距離(単位はkm)、コンターの値はスペクトルの強度(単位はdB×100)をそれぞれ表す。なお、レーダ局は送信アンテナと受信アンテナと両アンテナを制御等する制御装置とを少なくとも有する。   In the present embodiment, description will be made using Doppler spectra of echoes actually received by two radar stations installed on the ocean coast of the observation target region so that the same region can be observed from different directions. To do. A Doppler spectrum used in this embodiment is shown in FIG. In FIG. 3, the horizontal axis represents the frequency (unit: Hz), the vertical axis represents the distance in the beam direction (unit: km), and the contour value represents the spectrum intensity (unit: dB × 100). The radar station has at least a transmission antenna, a reception antenna, and a control device for controlling both antennas.

本実施形態では、各レーダ局1回の観測で、8.2度間隔の8方位について、ビーム方向距離500m幅で32kmまで(即ち64レンジ)のドップラースペクトルデータが収集される。そして、図3に示されるように、本実施形態で用いるドップラースペクトルは、ビーム方向距離8km周辺にノイズがあると共に、ビーム方向距離13km周辺に見られるようにスペクトルが大きな位置においても複数のピークを有するものである。   In the present embodiment, Doppler spectrum data of up to 32 km (that is, 64 ranges) with a beam direction distance of 500 m is collected for 8 directions at intervals of 8.2 degrees in one observation of each radar station. As shown in FIG. 3, the Doppler spectrum used in this embodiment has noise around the beam direction distance of 8 km, and has a plurality of peaks even at a position where the spectrum is large as seen around the beam direction distance of 13 km. It is what you have.

本実施形態では、ドップラースペクトルデータは、スペクトルデータベース18としてデータサーバ16に予め保存される。なお、ドップラースペクトルデータは、観測領域別、観測日時別、レーダ別、ビーム方位別、ビーム方向距離別、周波数別にスペクトルデータベース18に保存される。   In the present embodiment, the Doppler spectrum data is stored in advance in the data server 16 as the spectrum database 18. The Doppler spectrum data is stored in the spectrum database 18 for each observation region, each observation date, each radar, each beam direction, each beam direction distance, and each frequency.

ここで、各処理の説明において明示しないが、以降の各種の演算やメモリ15への記憶やメモリ15からの読み込みなどの全ての処理はレーダ毎・ビーム方位毎に行われる。   Here, although not explicitly shown in the description of each process, all the subsequent processes such as various calculations, storage in the memory 15 and reading from the memory 15 are performed for each radar and each beam direction.

データ読込部11aは、スペクトルデータベース18から処理対象領域の処理対象日時におけるビーム方向距離別・周波数別のドップラースペクトルデータを読み込み、メモリ15に記憶させる。図3に示される本実施形態で用いるドップラースペクトルは、或る処理対象領域・日時における特定のレーダ局によって受信された特定のビーム方位のエコーのドップラースペクトルを周波数別・ビーム方向距離別に表示したものである。   The data reading unit 11 a reads the Doppler spectrum data for each beam direction distance and frequency for the processing target date and time of the processing target region from the spectrum database 18 and stores them in the memory 15. The Doppler spectrum used in this embodiment shown in FIG. 3 is obtained by displaying the Doppler spectrum of echoes of a specific beam direction received by a specific radar station in a certain processing target region / date and time by frequency and beam direction distance. It is.

次に、制御部11のスペクトル分離部11bは、S1の処理において読み込まれたドップラースペクトルデータを正の周波数領域のスペクトルデータと負の周波数領域のスペクトルデータとに分離する(S2)。   Next, the spectrum separation unit 11b of the control unit 11 separates the Doppler spectrum data read in the process of S1 into spectrum data in the positive frequency domain and spectrum data in the negative frequency domain (S2).

具体的には、スペクトル分離部11bは、S1の処理においてメモリ15に記憶された処理対象領域の処理対象日時におけるビーム方向距離別・周波数別のドップラースペクトルデータをメモリ15から読み込み、周波数が正の領域のスペクトルAi,jと負の領域のスペクトルBi,jとに分離する。ここに、A,Bはスペクトルの値(単位はdB)、iはビーム方向距離の番号、jは周波数の番号をそれぞれ表す。   Specifically, the spectrum separation unit 11b reads from the memory 15 Doppler spectrum data for each beam direction distance and frequency at the processing target date and time of the processing target region stored in the memory 15 in the processing of S1, and the frequency is positive. The spectrum is divided into the spectrum Ai, j of the region and the spectrum Bi, j of the negative region. Here, A and B are spectrum values (unit is dB), i is a beam direction distance number, and j is a frequency number.

本実施形態では、ビーム方向距離の幅は500mであるので、距離0.5kmに番号1、距離1kmに番号2、以降同様にして500m毎に順に連続番号を付与し、距離32kmに番号64を付与する(例えば、坂井伸一 他:広域流動観測のための高性能沿岸海洋レーダの開発,研究報告U02056,電力中央研究所,2003年)。したがって、本実施形態では、ビーム方向距離番号iは1から64までの自然数である。   In this embodiment, since the width of the beam direction distance is 500 m, a number 1 is assigned to a distance 0.5 km, a number 2 is assigned to a distance 1 km, and a serial number is assigned in order every 500 m thereafter, and a number 64 is assigned to a distance 32 km. (For example, Shinichi Sakai et al .: Development of a high-performance coastal ocean radar for wide-area flow observation, Research Report U02056, Central Research Laboratory of Electric Power, 2003). Therefore, in this embodiment, the beam direction distance number i is a natural number from 1 to 64.

また、本実施形態では、中心周波数が41.9MHzであり、この中心周波数を挟んでプラスマイナス1.755375Hzの周波数帯を受信している。ここで、本実施形態の説明では、断りがない限り中心周波数を0Hzとして記述する。また、周波数のピッチは0.00596Hzである。さらにまた、本実施形態では、−0.09536Hz〜0.09536Hzの間を除いて処理している。そして、本実施形態では、正の領域に対しては周波数0.10132Hzに番号1、周波数0.10728Hzに番号2、以降同様にして0.00596Hz毎に順に連続番号を付与し、周波数1.22776Hzに番号191を付与する。また、負の領域に対しては周波数−1.22776Hzに番号1、周波数−1.22180Hzに番号2、以降同様にして0.00596Hz毎に順に連続番号を付与し、周波数−0.10132Hzに番号191を付与する。よって、本実施形態では、周波数番号jは1から191までの自然数である。   In the present embodiment, the center frequency is 41.9 MHz, and a frequency band of plus or minus 1.755375 Hz is received across this center frequency. Here, in the description of the present embodiment, the center frequency is described as 0 Hz unless otherwise specified. The frequency pitch is 0.00596 Hz. Furthermore, in the present embodiment, processing is performed except between −0.09536 Hz and 0.09536 Hz. In this embodiment, for the positive region, number 1 is assigned to the frequency 0.10132 Hz, number 2 is assigned to the frequency 0.10728 Hz, and thereafter, consecutive numbers are assigned in order every 0.00596 Hz, and the frequency is 1.22776 Hz. Is given the number 191. In addition, for the negative region, number 1 is assigned to the frequency -1.22776 Hz, number 2 is assigned to the frequency -1.22180 Hz, and consecutive numbers are assigned sequentially every 0.00596 Hz in the same manner, and numbers are assigned to the frequency -0.1032 Hz. 191 is given. Therefore, in this embodiment, the frequency number j is a natural number from 1 to 191.

なお、ドップラースペクトルデータにおいて、周波数が正の領域のデータはレーダ局に近付いてくる海面波からの散乱応答のスペクトルデータであり、周波数が負の領域のデータはレーダ局から遠ざかる海面波からの散乱応答のスペクトルデータである。   In the Doppler spectrum data, the data in the positive frequency region is the spectrum data of the scattering response from the sea surface wave approaching the radar station, and the data in the negative frequency region is the scattering from the sea surface wave moving away from the radar station. It is spectral data of response.

そして、スペクトル分離部11bは、正の領域スペクトルAi,j及び負の領域スペクトルBi,j(ただし、i=1,2,3,…,64、並びに、j=1,2,3,…,191)をメモリ15に記憶させる。   Then, the spectrum separation unit 11b includes a positive region spectrum Ai, j and a negative region spectrum Bi, j (where i = 1, 2, 3,... 64, and j = 1, 2, 3,. 191) is stored in the memory 15.

次に、制御部11のスペクトル平均算出部11cは、S2の処理において設定された正の領域スペクトル及び負の領域スペクトルについて周波数方向の平均値を算出する(S3)。   Next, the spectrum average calculation unit 11c of the control unit 11 calculates an average value in the frequency direction for the positive region spectrum and the negative region spectrum set in the process of S2 (S3).

具体的には、スペクトル平均算出部11cは、S2の処理においてメモリ15に記憶された正の領域スペクトルAi,j及び負の領域スペクトルBi,jをメモリ15から読み込み、正負の領域別に、ビーム方向距離番号i毎のスペクトルの平均値(すなわち、周波数方向の平均値)である正の領域スペクトルAi,jの平均値A-i,・及び負の領域スペクトルBi,jの平均値B-i,・を算出する。 Specifically, the spectrum average calculation unit 11c reads the positive region spectrum Ai, j and the negative region spectrum Bi, j stored in the memory 15 in the process of S2 from the memory 15, and determines the beam direction for each positive and negative region. The average value A - i of the positive region spectrum A i, j, which is the average value of the spectrum for each distance number i (that is, the average value in the frequency direction), and the average value B - i, of the negative region spectrum Bi, j・ Calculate

そして、スペクトル平均算出部11cは、正の領域スペクトル平均値A-i,・及び負の領域スペクトル平均値B-i,・(ただし、i=1,2,3…,64)をメモリ15に記憶させる。 Then, the spectrum average calculation unit 11c stores the positive region spectrum average value A - i,... And the negative region spectrum average value B - i, (where i = 1, 2, 3,..., 64) in the memory 15. Remember me.

次に、制御部11のスペクトル偏差算出部11dは、S2の処理において設定された正の領域スペクトル及び負の領域スペクトルとS3の処理において算出された正の領域スペクトル平均値及び負の領域スペクトル平均値とを用いて平均値からの偏差を算出する(S4)。   Next, the spectrum deviation calculating unit 11d of the control unit 11 includes the positive region spectrum and the negative region spectrum set in the process of S2, and the positive region spectrum average value and the negative region spectrum average calculated in the process of S3. The deviation from the average value is calculated using the value (S4).

具体的には、スペクトル偏差算出部11dは、S2の処理においてメモリ15に記憶された正の領域スペクトルAi,j及び負の領域スペクトルBi,jをメモリ15から読み込むと共に、S3の処理においてメモリ15に記憶された正の領域スペクトル平均値A-i,・及び負の領域スペクトル平均値B-i,・をメモリ15から読み込み、数式1aによって正の領域スペクトル偏差A1i,jを算出すると共に数式1bによって負の領域スペクトル偏差B1i,jを算出する。 Specifically, the spectrum deviation calculation unit 11d reads the positive region spectrum Ai, j and the negative region spectrum Bi, j stored in the memory 15 in the process of S2 from the memory 15, and also stores the memory 15 in the process of S3. stored positive region average spectral value a in - i, - and negative area average spectral value B - i, a-read from the memory 15, positive region spectrum deviation a 1 i according to equation 1a, calculates the j The negative region spectral deviation B 1 i, j is calculated by Equation 1b.

(数1a) A1i,j=Ai,j−A-i,・
(数1b) B1i,j=Bi,j−B-i,・
(Number 1a) A 1 i, j = Ai, j-Ai, ·
(Number 1b) B 1 i, j = Bi, j-Bi, ·

このS4の処理は、ドップラースペクトルのビーム方向距離番号i別・周波数番号j別の値とビーム方向距離番号i毎の平均値との差を算出するものであり、ドップラースペクトルの値は全体的に負であることが多いので、この後の処理の容易さを考慮してピーク周波数及びその周辺領域のスペクトルの値を正の値にすることを目的としている。   The process of S4 is to calculate the difference between the value for each beam direction distance number i and the frequency number j for the Doppler spectrum and the average value for each beam direction distance number i. Since it is often negative, it is intended to make the peak frequency and the spectrum value in the surrounding area positive in consideration of the ease of subsequent processing.

図4は、図3に示される本実施形態におけるドップラースペクトルデータに対してS2からS4までの処理を行って算出される正の領域スペクトル偏差A1i,j及び負の領域スペクトル偏差B1i,jである。図4(A)は周波数が負の領域のデータであり、レーダ局から遠ざかる海面波からの散乱応答のスペクトルデータである。また、図4(B)は周波数が正の領域のデータであり、レーダ局に近付いてくる海面波からの散乱応答のスペクトルデータである。 FIG. 4 shows a positive region spectral deviation A 1 i, j and a negative region spectral deviation B 1 i calculated by performing the processing from S2 to S4 on the Doppler spectral data in the present embodiment shown in FIG. , j. FIG. 4A shows data in a negative frequency region, and is spectral data of a scattering response from a sea wave moving away from the radar station. FIG. 4B is data in a positive frequency region, and is spectral data of a scattering response from a sea surface wave approaching the radar station.

図4において、縦軸は図3と同じくビーム方向距離(単位はkm)であり、横軸は周波数と変換係数とを掛け合わせて算出されるビーム方向流速(単位はcm/s)である。なお、周波数と変換係数とを掛け合わせてビーム方向流速を算出する方法自体は周知の技術であるのでここでは詳細については省略する(例えば、坂井伸一 他:広域流動観測のための高性能沿岸海洋レーダの開発,研究報告U02056,電力中央研究所,2003年)。   In FIG. 4, the vertical axis represents the beam direction distance (km) as in FIG. 3, and the horizontal axis represents the beam direction flow velocity (unit: cm / s) calculated by multiplying the frequency and the conversion coefficient. Note that the method of calculating the beam velocity by multiplying the frequency and the conversion coefficient is a well-known technique, so details are omitted here (for example, Shinichi Sakai et al .: High-performance coastal ocean for wide-area flow observation) Radar development, research report U02056, Central Research Laboratory of Electric Power, 2003).

そして、スペクトル偏差算出部11dは、正の領域スペクトル偏差A1i,j及び負の領域スペクトル偏差B1i,j(ただし、i=1,2,3,…,64、並びに、j=1,2,3,…,191)をメモリ15に記憶させる。 Then, the spectral deviation calculation unit 11d performs positive domain spectral deviation A 1 i, j and negative domain spectral deviation B 1 i, j (where i = 1, 2, 3,..., 64, and j = 1. , 2, 3,..., 191) are stored in the memory 15.

次に、制御部11の部分領域偏差平均値算出部11eは、S4の処理において算出された正の領域スペクトル偏差及び負の領域スペクトル偏差を用いて正の領域スペクトル偏差の部分領域の平均値及び負の領域スペクトル偏差の部分領域の平均値を算出する(S5)。   Next, the partial region deviation average value calculation unit 11e of the control unit 11 uses the positive region spectral deviation and the negative region spectral deviation calculated in the process of S4, and the average value of the partial region of the positive region spectral deviation and The average value of the partial regions having the negative region spectral deviation is calculated (S5).

具体的には、部分領域偏差平均値算出部11eは、S4の処理においてメモリ15に記憶された正の領域スペクトル偏差A1i,j及び負の領域スペクトル偏差B1i,jをメモリ15から読み込む。 Specifically, the partial region deviation average value calculation unit 11e stores the positive region spectral deviation A 1 i, j and the negative region spectral deviation B 1 i, j stored in the memory 15 in the process of S4 from the memory 15. Read.

そして、数式2及び数式3によって、元のドップラースペクトルデータのビーム方向距離を小さい方から順にいくつかずつ括って元の距離幅よりも広い距離幅であると共に元のドップラースペクトルデータの周波数を小さい方から順にいくつかずつ括って元の周波数ピッチよりも広い周波数幅である部分領域毎に、正の領域スペクトル偏差A1i,jの部分領域平均値A2k,l及び負の領域スペクトル偏差B1i,jの部分領域平均値B2k,lを算出する。この際、元のデータのビーム方向距離のいくつかを括って作られる部分領域の距離レンジに対して距離が小さい方から順に部分領域の距離レンジ番号k(=1,2,3,…)を付与すると共に、元のデータの周波数のいくつかを括って作られる部分領域の周波数レンジに対して元の周波数番号が小さい方から順に部分領域の周波数レンジ番号l(=1,2,3,…)を付与する。 Then, according to Equations 2 and 3, the beam direction distance of the original Doppler spectrum data is bundled in order from the smallest one, and the distance width is wider than the original distance width and the frequency of the original Doppler spectrum data is smaller. The partial area average value A 2 k, l of the positive area spectral deviation A 1 i, j and the negative area spectral deviation B for each partial area having a frequency width wider than the original frequency pitch. 1 The partial area average value B 2 k, l of i, j is calculated. At this time, the distance range numbers k (= 1, 2, 3,...) Of the partial areas are sequentially assigned in ascending order of the distance with respect to the distance range of the partial area formed by collectively combining some of the beam direction distances of the original data. And the frequency range number l (= 1, 2, 3,...) Of the partial region in order from the one with the smallest original frequency number with respect to the frequency range of the partial region created by enclosing some of the frequencies of the original data. ).

数式2及び数式3において、ist=im×(k−1)+1及びjst=jm×(l−1)+1である。imはドップラースペクトルデータの部分領域を形成する際の元のドップラースペクトルデータのビーム方向距離の括りの数であり、jmは元のドップラースペクトルデータの周波数の括りの数である。   In Equation 2 and Equation 3, ist = im × (k−1) +1 and jst = jm × (l−1) +1. im is the number of bundles in the beam direction distance of the original Doppler spectrum data when forming a partial region of the Doppler spectrum data, and jm is the number of bundles of frequencies in the original Doppler spectrum data.

正の領域及び負の領域スペクトル偏差の部分領域平均値A2k,l及びB2k,lの算出は、元のドップラースペクトルデータの解像度を下げてスペクトルの値の変化を滑らかにするために行う処理である。したがって、ビーム方向距離の括りの数im及び周波数の括りの数jmは原則として2以上の自然数として設定される。具体的には、括りの数im,jmは、これらによって決定される部分領域のビーム方向距離の幅及び周波数(即ち流速)の幅がピーク周波数を捕捉する際の解像度となるので、元のドップラースペクトルデータのビーム方向距離ピッチ及び周波数ピッチと共に流速推定の目的に基づいて必要とされる推定精度等を考慮して適宜設定される。例えば、部分領域のビーム方向距離の幅としては1〜4km程度とすることが考えられ、周波数を変換した流速の幅としては10〜30cm/s程度とすることが考えられる。ただし、部分領域のビーム方向距離の幅及び流速の幅は、これらに限定されるものではなく、どちらについてもこれより小さい値であっても良いしこれより大きい値であっても良い。なお、例えば高い推定精度が必要とされる場合や元のドップラースペクトルデータのビーム方向距離のピッチが大きい場合などにはビーム方向距離を括らないことにしてビーム方向距離の括りの数im=1としても良い。 The calculation of the partial region average values A 2 k, l and B 2 k, l of the positive region and the negative region spectral deviation is to reduce the resolution of the original Doppler spectral data and smooth the change of the spectral value. This is the process to be performed. Therefore, the number im of beam direction distances and the number jm of frequency bundles are set as natural numbers of 2 or more in principle. Specifically, the numbers im and jm of the binding are the original Doppler because the width of the beam direction distance and the width of the frequency (that is, the flow velocity) of the partial region determined by these are resolutions when the peak frequency is captured. It is set as appropriate in consideration of the estimation accuracy required based on the purpose of the flow velocity estimation together with the beam direction distance pitch and the frequency pitch of the spectrum data. For example, the width of the distance in the beam direction of the partial region may be about 1 to 4 km, and the width of the flow velocity obtained by converting the frequency may be about 10 to 30 cm / s. However, the width of the distance in the beam direction and the width of the flow velocity in the partial region are not limited to these, and both may be smaller or larger. For example, when high estimation accuracy is required or when the pitch of the beam direction distance of the original Doppler spectrum data is large, the beam direction distance is not bundled, and the number of beam direction distance bundles im = 1. Also good.

本実施形態では、元データのビーム方向距離ピッチが500mであるところ距離の括りの数im=4に設定され、また、元データの周波数ピッチが0.00596Hzであるところ周波数の括りの数jm=7に設定される。これにより、本実施形態では、部分領域のビーム方向距離の幅は2kmとなり、周波数を変換した流速の幅は約14cm/sとなる。   In this embodiment, when the beam pitch distance of the original data is 500 m, the number of distance links im = 4 is set, and when the frequency pitch of the original data is 0.00596 Hz, the number of frequency links jm = 7 is set. Thereby, in the present embodiment, the width of the distance in the beam direction of the partial region is 2 km, and the width of the flow velocity converted from the frequency is about 14 cm / s.

そして、本実施形態では、ビーム方向距離番号i=1,2,3,…,64であるので距離の括りの数im=4とすると部分領域の距離レンジ番号kは1から16までとなる。また、本実施形態では、数式2及び数式3のjstはjst=jm×(l−1)+2とし、周波数番号j=1,2,3,…,191であるので周波数の括りの数jm=7とすると部分領域の周波数レンジ番号lは1から27までとなる。   In this embodiment, since the beam direction distance number i = 1, 2, 3,..., 64, the distance range number k of the partial region is from 1 to 16 when the number of distance links im = 4. In the present embodiment, jst in Equation 2 and Equation 3 is jst = jm × (l−1) +2 and the frequency number j = 1, 2, 3,. Assuming 7, the frequency range number l of the partial region is 1 to 27.

図5は、図4に示される正の領域スペクトル偏差A1i,j及び負の領域スペクトル偏差B1i,jに対してS5の処理を行って算出される正の領域スペクトル偏差の部分領域平均値A2k,l(図5(B))及び負の領域スペクトル偏差の部分領域平均値B2k,l(図5(A))である。図5における横軸及び縦軸は図4と同様である。 FIG. 5 shows a partial region of the positive region spectral deviation calculated by performing the process of S5 on the positive region spectral deviation A 1 i, j and the negative region spectral deviation B 1 i, j shown in FIG. The average value A 2 k, l (FIG. 5B) and the partial region average value B 2 k, l of the negative region spectral deviation (FIG. 5A). The horizontal and vertical axes in FIG. 5 are the same as those in FIG.

図5に示すように、S5の処理を行うことによって元のスペクトルデータと比べて値の変化が滑らかなデータになり、スペクトルのノイズが平準化される。   As shown in FIG. 5, by performing the process of S5, the change in value becomes smooth compared with the original spectrum data, and the spectrum noise is leveled.

ビーム方向距離の括りの数im及び周波数の括りの数jmの値は、表層流速推定プログラム17上に予め規定しておくと共にS5の処理を実行する段階でこれらの値を部分領域偏差平均値算出部11eがプログラムから読み込むようにしても良いし、ビーム方向距離の括りの数im及び周波数の括りの数jmの値を作業者が指定すると共に指定された値を部分領域偏差平均値算出部11eが読み込むようにしても良い。   The values of the beam direction distance bundle im and the frequency bundle jm are preliminarily defined on the surface layer flow velocity estimation program 17, and these values are calculated at the stage of executing the process of S5. The unit 11e may read from the program, or the operator specifies the values of the number im of the beam direction distance and the number jm of the frequency band, and the specified values are the partial region deviation average value calculation unit 11e. May be read.

作業者がビーム方向距離の括りの数im及び周波数の括りの数jmの値を指定する場合には、部分領域偏差平均値算出部11eが、S5の処理を実行する段階でビーム方向距離の括りの数im及び周波数の括りの数jmの値の指定を要求する内容のメッセージを表示部14に表示し、入力部13を介して入力された作業者の指定の値を読み込むようにする。   When the operator designates values of the beam direction distance bundle number im and the frequency bundle number jm, the partial area deviation average value calculation unit 11e performs the beam direction distance bundle at the stage of executing the process of S5. A message requesting the specification of the value of the number im and the frequency jm of the frequency is displayed on the display unit 14 and the specified value of the operator input via the input unit 13 is read.

そして、部分領域偏差平均値算出部11eは、正の領域スペクトル偏差の部分領域平均値A2k,l及び負の領域スペクトル偏差の部分領域平均値B2k,l(ただし、k=1,2,3,…,16、並びに、l=1,2,3,…,27)をメモリ15に記憶させる。 Then, the partial region deviation average value calculation unit 11e generates a partial region average value A 2 k, l of the positive region spectral deviation and a partial region average value B 2 k, l of the negative region spectral deviation (where k = 1, 2, 3, ..., 16 and l = 1, 2, 3, ..., 27) are stored in the memory 15.

次に、第二段階として部分領域スペクトルデータを用いてフィルタ行列を作成する処理(S6〜S11)について説明する。   Next, the process (S6-S11) which produces a filter matrix using partial region spectrum data as a 2nd step is demonstrated.

周波数とビーム方向距離とについて展開されるドップラースペクトルデータからピーク周波数を検出するためのフィルタとして当該ドップラースペクトルデータにおけるピークを含むと共に当該ピークと連接し且つ所定の閾値よりも大きいスペクトルからなる領域(連接領域と呼ぶ)を用いることが本発明の特徴であり、第二段階の処理はこのフィルタを作成するための処理である。   As a filter for detecting the peak frequency from the Doppler spectrum data developed for the frequency and the beam direction distance, a region including a peak in the Doppler spectrum data and connected to the peak and having a spectrum larger than a predetermined threshold (concatenation) (Referred to as a region) is a feature of the present invention, and the second stage process is a process for creating this filter.

本実施形態では、ピークを含み所定の閾値よりも大きいスペクトルからなる連接領域をドップラースペクトルデータから抽出する方法として隣接行列を用いるようにしている。   In the present embodiment, an adjacency matrix is used as a method of extracting a connected region including a peak and including a spectrum larger than a predetermined threshold from Doppler spectrum data.

制御部11の部分領域偏差平均値合算部11fは、S5の処理において算出された正の領域スペクトル偏差の部分領域平均値と負の領域スペクトル偏差の部分領域平均値とを部分領域毎に合算する(S6)。   The partial region deviation average value summation unit 11f of the control unit 11 sums up the partial region average value of the positive region spectral deviation and the partial region average value of the negative region spectral deviation calculated in the process of S5 for each partial region. (S6).

具体的には、部分領域偏差平均値合算部11fは、S5の処理においてメモリ15に記憶された正の領域スペクトル偏差の部分領域平均値A2k,l及び負の領域スペクトル偏差の部分領域平均値B2k,lをメモリ15から読み込み、数式4によって部分領域毎に正の領域スペクトル偏差の部分領域平均値A2k,lと負の領域スペクトル偏差の部分領域平均値B2k,lとを足し合わせて正の領域と負の領域とのスペクトル偏差の部分領域平均値の合算値C2k,l(以下適宜、部分領域偏差平均合算値C2k,lと表記する)を算出する。 Specifically, the partial region deviation average value summing unit 11f performs the partial region average value A 2 k, l of the positive region spectral deviation and the partial region average of the negative region spectral deviation stored in the memory 15 in the process of S5. The value B 2 k, l is read from the memory 15, and the partial region average value A 2 k, l of the positive region spectral deviation and the partial region average value B 2 k, l of the negative region spectral deviation for each partial region according to Equation 4. Is added to calculate the total value C 2 k, l of the partial area average value of the spectral deviation between the positive area and the negative area (hereinafter referred to as the partial area deviation average combined value C 2 k, l as appropriate). To do.

(数4)C2k,l=A2k,l+B2k,l (Equation 4) C 2 k, l = A 2 k, l + B 2 k, l

図6は、図5に示される正の領域スペクトル偏差の部分領域平均値A2k,lと負の領域スペクトル偏差の部分領域平均値B2k,lとを足し合わせた部分領域偏差平均合算値C2k,lである。図6における横軸及び縦軸は図4と同様である。 FIG. 6 shows the sum of the partial region deviation averages obtained by adding the partial region average value A 2 k, l of the positive region spectral deviation and the partial region average value B 2 k, l of the negative region spectral deviation shown in FIG. The value C 2 k, l. The horizontal and vertical axes in FIG. 6 are the same as those in FIG.

図6に示すように、S6の処理を行うことによって他の領域に対するピーク周波数周辺の突出の程度がより顕著になる。   As shown in FIG. 6, by performing the process of S6, the degree of protrusion around the peak frequency with respect to other regions becomes more prominent.

そして、部分領域偏差平均値合算部11fは、部分領域偏差平均合算値C2k,l(ただし、k=1,2,3,…,16、並びに、l=1,2,3,…,27)をメモリ15に記憶させる。 Then, the partial area deviation average summation unit 11f is configured to generate the partial area deviation average summation value C 2 k, l (where k = 1, 2, 3,..., 16 and l = 1, 2, 3,... 27) is stored in the memory 15.

次に、制御部11の二値化行列作成部11gは、S6の処理において算出された部分領域偏差平均合算値を用いて部分領域毎に当該部分領域に対応する成分の値を二値化して二値化行列を作成する(S7)。   Next, the binarization matrix creating unit 11g of the control unit 11 binarizes the component value corresponding to the partial region for each partial region using the partial region deviation average sum calculated in the process of S6. A binarization matrix is created (S7).

具体的には、二値化行列作成部11gは、S6の処理においてメモリ15に記憶された部分領域偏差平均合算値C2k,lをメモリ15から読み込み、部分領域毎に部分領域偏差平均合算値C2k,lが二値化閾値Tbよりも大きい場合には当該部分領域に対応する成分fk,lの値を1とすると共に二値化閾値Tb以下の場合には当該部分領域に対応する成分fk,lの値を0として二値化行列F(成分fk,l)を作成する。 Specifically, the binarization matrix creation unit 11g reads the partial region deviation average sum C 2 k, l stored in the memory 15 in the process of S6 from the memory 15, and subregion deviation average sum for each partial region. When the value C 2 k, l is greater than the binarization threshold Tb, the value of the component fk, l corresponding to the partial area is set to 1, and when the value C 2 k, l is equal to or less than the binarization threshold Tb, the partial area is handled. The binarization matrix F (component fk, l) is created by setting the value of the component fk, l to be set to zero.

部分領域毎の二値化は、レーダ局を介して得られるドップラースペクトルデータにおける流速情報を含むスペクトル情報を抜き出すために行う処理である。そのため、二値化閾値Tbは元のドップラースペクトルデータにおける流速情報を含まないノイズの影響部分を排除することができる値に設定される。具体的には、ビーム方向距離の限界近辺の距離帯では電磁波が減衰して流速情報よりもノイズの影響が卓越していると考えられるので、当該距離帯におけるスペクトルの最大値を二値化閾値Tbとすることが考えられる。   The binarization for each partial area is a process performed to extract spectrum information including flow velocity information in Doppler spectrum data obtained via a radar station. Therefore, the binarization threshold value Tb is set to a value that can eliminate the noise-affected portion that does not include the flow velocity information in the original Doppler spectrum data. Specifically, electromagnetic waves are attenuated in the distance band near the limit of the beam direction distance, and it is considered that the influence of noise is superior to the flow velocity information. Therefore, the maximum value of the spectrum in the distance band is set to the binarization threshold. It can be considered to be Tb.

本実施形態では、距離方向にスペクトルが減衰していると考えられるビーム方向距離30kmの位置における全周波数方向での部分領域偏差平均合算値C2k,lの最大値を二値化閾値Tbとして設定する。 In this embodiment, the maximum value of the partial area deviation average sum value C 2 k, l in all frequency directions at a position in the beam direction distance 30 km where the spectrum is considered to be attenuated in the distance direction is defined as the binarization threshold Tb. Set.

また、二値化行列作成部11gは、さらに、部分領域偏差平均合算値C2k,lが最大となる部分領域を判別し、当該部分領域の距離レンジ番号kを最大部分領域距離レンジ番号k’とすると共に当該部分領域の周波数レンジ番号lを最大部分領域周波数レンジ番号l’とする。 Further, the binarization matrix creation unit 11g further determines a partial region where the partial region deviation average sum C 2 k, l is maximum, and sets the distance range number k of the partial region to the maximum partial region distance range number k. In addition, the frequency range number l of the partial region is set as the maximum partial region frequency range number l ′.

図7は、図6に示される部分領域偏差平均合算値C2k,lに対してS7の処理を行って作成される部分領域に対応する成分fk,lからなる二値化行列Fである。図7において、横軸は周波数レンジ番号lであり、縦軸は距離レンジ番号kである。また、図中の枡目は周波数レンジ番号lと距離レンジ番号kとの組み合わせに対応する部分領域を表す。 FIG. 7 is a binarization matrix F composed of components fk, l corresponding to the partial regions created by performing the processing of S7 on the partial region deviation average sum C 2 k, l shown in FIG. . In FIG. 7, the horizontal axis is the frequency range number l, and the vertical axis is the distance range number k. The squares in the figure represent partial areas corresponding to combinations of the frequency range number l and the distance range number k.

そして、灰色の枡目は対応する部分領域の部分領域偏差平均合算値C2k,lが二値化閾値Tb以下であって二値化行列Fの成分fk,l=0であることを表し、白色の枡目は対応する部分領域の合算値C2k,lが二値化閾値Tbよりも大きく成分fk,l=1であることを表す。さらに、黒色の枡目は合算値C2k,lが最大となる部分領域であることを表す。したがって、黒色の枡目に対応する部分領域の距離レンジ番号kが最大部分領域距離レンジ番号k’になると共に周波数レンジ番号lが最大部分領域周波数レンジ番号l’になる。 The gray squares indicate that the partial area deviation average sum C 2 k, l of the corresponding partial area is equal to or less than the binarization threshold Tb and the component fk, l = 0 of the binarization matrix F. The white squares indicate that the sum C 2 k, l of the corresponding partial area is larger than the binarization threshold Tb and the component fk, l = 1. Further, the black squares indicate a partial region where the total value C 2 k, l is the maximum. Therefore, the distance range number k of the partial area corresponding to the black cell becomes the maximum partial area distance range number k ′, and the frequency range number l becomes the maximum partial area frequency range number l ′.

本実施形態では、図7に示すように、最大部分領域距離レンジ番号k’=3であると共に最大部分領域周波数レンジ番号l’=22である。   In the present embodiment, as shown in FIG. 7, the maximum partial area distance range number k ′ = 3 and the maximum partial area frequency range number l ′ = 22.

そして、二値化行列作成部11gは、二値化行列Fの成分fk,l(ただし、k=1,2,3,…,16、並びに、l=1,2,3,…,27)の値並びに最大部分領域距離レンジ番号k’及び最大部分領域周波数レンジ番号l’をメモリ15に記憶させる。   Then, the binarization matrix creation unit 11g has components fk, l (where k = 1, 2, 3,..., 16 and l = 1, 2, 3,..., 27) of the binarization matrix F. And the maximum partial region distance range number k ′ and the maximum partial region frequency range number l ′ are stored in the memory 15.

次に、制御部11の隣接行列作成部11hは、S7の処理において作成された二値化行列を用いて隣接行列を作成する(S8)。   Next, the adjacency matrix creating unit 11h of the control unit 11 creates an adjacency matrix using the binarized matrix created in the process of S7 (S8).

具体的には、隣接行列作成部11hは、まず、距離レンジ番号kの順で周波数レンジ番号lの順に部分領域番号mを部分領域毎に付与する。例えば、距離レンジ番号k=1で周波数レンジ番号l=1である部分領域には番号m=1を付与し、距離レンジ番号k=1で周波数レンジ番号l=2である部分領域には番号m=2を付与する。   Specifically, the adjacency matrix creation unit 11h first assigns the partial region numbers m to the partial regions in the order of the frequency range number l in the order of the distance range number k. For example, the number m = 1 is assigned to the partial region where the distance range number k = 1 and the frequency range number l = 1, and the number m is assigned to the partial region where the distance range number k = 1 and the frequency range number l = 2. = 2.

そして、本実施形態では、周波数レンジ番号lの最大値は27であるので、距離レンジ番号k=2で周波数レンジ番号l=1である部分領域には番号m=28が付与され、距離レンジ番号k=16(本実施形態の距離レンジ番号kの最大値である)で周波数レンジ番号l=1である部分領域には番号m=406が付与される。   In this embodiment, since the maximum value of the frequency range number l is 27, the number m = 28 is assigned to the partial area where the distance range number k = 2 and the frequency range number l = 1, and the distance range number The number m = 406 is assigned to the partial region where the frequency range number l = 1 and k = 16 (which is the maximum value of the distance range number k of the present embodiment).

隣接行列作成部11hは、また、S7の処理においてメモリ15に記憶された最大部分領域距離レンジ番号k’及び最大部分領域周波数レンジ番号l’をメモリ15から読み込み、距離レンジ番号kが最大部分領域距離レンジ番号k’であると共に周波数レンジ番号lが最大部分領域周波数レンジ番号l’である部分領域の番号mを最大部分領域番号m’とする。   The adjacency matrix creation unit 11h also reads the maximum partial area distance range number k ′ and the maximum partial area frequency range number l ′ stored in the memory 15 in the process of S7 from the memory 15, and the distance range number k is the maximum partial area. The number m of the partial area that is the distance range number k ′ and the frequency range number l is the maximum partial area frequency range number l ′ is the maximum partial area number m ′.

そして、隣接行列作成部11hは、距離レンジ番号kと周波数レンジ番号lとの組み合わせに対応する部分領域番号m(ただし、k=1,2,3,…,16、l=1,2,3,…,27、並びに、m=1,2,3,…,432)及び最大部分領域番号m’をメモリ15に記憶させる。   Then, the adjacency matrix creation unit 11h generates a partial area number m corresponding to a combination of the distance range number k and the frequency range number l (where k = 1, 2, 3,..., 16, l = 1, 2, 3). ,..., 27 and m = 1, 2, 3,..., 432) and the maximum partial area number m ′ are stored in the memory 15.

次に、隣接行列作成部11hは、S7の処理においてメモリ15に記憶された二値化行列F、並びに、前述の処理においてメモリ15に記憶された距離レンジ番号k及び周波数レンジ番号lの組み合わせと部分領域番号mとの間の対応関係をメモリ15から読み込む。   Next, the adjacency matrix creation unit 11h includes the binarization matrix F stored in the memory 15 in the process of S7, and the combination of the distance range number k and the frequency range number l stored in the memory 15 in the above process. The correspondence relationship with the partial area number m is read from the memory 15.

隣接行列作成部11hは、まず、隣接行列Gの成分gm,mを全てゼロにする。そして、隣接行列作成部11hは、部分領域の二値化行列Fの成分fk,lの値が1の場合は当該部分領域の距離レンジ番号kと周波数レンジ番号lとの組み合わせに対応する部分領域番号mについての隣接行列Gの成分gm,m=1とする。   The adjacency matrix creation unit 11h first sets all the components gm, m of the adjacency matrix G to zero. Then, when the value of the component fk, l of the binarization matrix F of the partial region is 1, the adjacency matrix creating unit 11h corresponds to the partial region corresponding to the combination of the distance range number k and the frequency range number 1 of the partial region. Let component gm, m = 1 of adjacency matrix G for number m.

また、隣接行列作成部11hは、二値化行列Fの成分fk,lの値が1である部分領域に対して距離レンジ番号がk±1若しくは周波数レンジ番号がl±1である上下左右の位置の部分領域の二値化行列Fの成分fk±1,l及びfk,l±1の値を確認する。   Also, the adjacency matrix creation unit 11h performs vertical, horizontal, and left-right movements with a distance range number of k ± 1 or a frequency range number of l ± 1 for a partial region where the value of the component fk, l of the binarized matrix F is 1. The values of the components fk ± 1, l and fk, l ± 1 of the binarization matrix F of the partial region of the position are confirmed.

そして、隣接行列作成部11hは、二値化行列Fの成分fk±1,l若しくはfk,l±1の値が1の場合には、部分領域番号m、並びに、距離レンジ番号k±1と周波数レンジ番号mとの組み合わせ若しくは距離レンジ番号mと周波数レンジ番号l±1との組み合わせに対応する番号nについての隣接行列Gの成分gm,n=1とする。   Then, when the value of the component fk ± 1, l or fk, l ± 1 of the binarized matrix F is 1, the adjacency matrix creation unit 11h sets the partial region number m and the distance range number k ± 1 as The component gm, n = 1 of the adjacency matrix G for the number n corresponding to the combination with the frequency range number m or the combination of the distance range number m and the frequency range number l ± 1.

以上により、隣接行列作成部11hは、隣接行列Gの成分gm,nの値を設定する。なお、番号nの設定方法は部分領域番号mの設定方法と同じである。   As described above, the adjacency matrix creation unit 11h sets the value of the component gm, n of the adjacency matrix G. The method for setting the number n is the same as the method for setting the partial area number m.

図8は、図7に示される二値化行列Fに対してS8の処理を行って作成される隣接行列Gである。図7と同様に図8における横軸は周波数レンジ番号lであり、縦軸は距離レンジ番号kである。上下左右で部分領域が隣接している場合即ち隣接行列Gの成分gm,n=1の場合に枡目内の番号の間に棒線を表示している。   FIG. 8 is an adjacency matrix G created by performing the process of S8 on the binarized matrix F shown in FIG. As in FIG. 7, the horizontal axis in FIG. 8 is the frequency range number l, and the vertical axis is the distance range number k. When partial areas are adjacent vertically and horizontally, that is, when the component gm, n = 1 of the adjacency matrix G, bar lines are displayed between the numbers in the cells.

そして、隣接行列作成部11hは、隣接行列Gの成分gm,n(ただし、m=1,2,3,…,432、並びに、n=1,2,3,…,432)の値をメモリ15に記憶させる。   Then, the adjacency matrix creation unit 11h stores the values of the components gm, n (where m = 1, 2, 3,..., 432 and n = 1, 2, 3,..., 432) of the adjacency matrix G. 15 is stored.

次に、制御部11の定常解行列作成部11iは、S8の処理において作成された隣接行列を用いて定常解行列を作成する(S9)。   Next, the steady solution matrix creation unit 11i of the control unit 11 creates a steady solution matrix using the adjacency matrix created in the process of S8 (S9).

具体的には、定常解行列作成部11iは、S8の処理においてメモリ15に記憶された隣接行列Gをメモリ15から読み込み、隣接行列Gをp回掛け合わせた行列Gpの各成分gpm,nと1とを比較し、小さい値を新たな成分gpm,nとして採用する(数式5)。 Specifically, the stationary solution matrix creation unit 11i reads the adjacency matrix G stored in the memory 15 in the process of S8 from the memory 15, and each component g p m of the matrix G p obtained by multiplying the adjacency matrix G by p times. , n and 1 are compared, and a small value is adopted as a new component g pm , n (Equation 5).

(数5)gpm,n=min(1,行列Gp=Gp-1Gの成分gpm,n) (Equation 5) g p m, n = min (1, matrix G p = G p-1 component g p m, n of G)

そして、定常解行列作成部11iは、隣接行列Gをp乗した行列Gpが行列Gp-1と同等になるまで隣接行列Gを掛け合わせる処理を行い、Gp=Gp-1である行列Gpを定常解行列Gsとする。 The steady-state solution matrix creating unit 11i performs a process of multiplying the adjacency matrix G to matrix G p which an adjacency matrix G and multiply p is equal to the matrix G p-1, is a G p = G p-1 Let the matrix G p be a stationary solution matrix Gs.

そして、定常解行列作成部11iは、定常解行列Gsの成分gpm,n(ただし、m=1,2,3,…,432、並びに、n=1,2,3,…,432)の値をメモリ15に記憶させる。 Then, the stationary solution matrix creation unit 11i has components g p m, n (where m = 1, 2, 3,..., 432 and n = 1, 2, 3,..., 432) of the stationary solution matrix Gs. Is stored in the memory 15.

次に、制御部11のフィルタ基礎行列作成部11jは、S7の処理において作成された二値化行列とS9の処理において作成された定常解行列とを用いてフィルタ基礎行列を作成する(S10)。   Next, the filter basic matrix creating unit 11j of the control unit 11 creates a filter basic matrix using the binarized matrix created in the process of S7 and the steady solution matrix created in the process of S9 (S10). .

具体的には、フィルタ基礎行列作成部11jは、S7の処理においてメモリ15に記憶された二値化行列FとS9の処理においてメモリ15に記憶された定常解行列Gsとをメモリ15から読み込む。そして、フィルタ基礎行列作成部11jは、定常解行列Gsにおいて最大部分領域番号m’を行とする成分gpm',nが1である列番号nに対応する距離レンジ番号k及び周波数レンジ番号lを除く二値化行列Fの成分fk,lを全てゼロにしてフィルタ基礎行列H(成分hk,l)を作成する。 Specifically, the filter basic matrix creation unit 11j reads from the memory 15 the binarized matrix F stored in the memory 15 in the process of S7 and the steady solution matrix Gs stored in the memory 15 in the process of S9. Then, the filter basic matrix creation unit 11j includes the distance range number k and the frequency range number corresponding to the column number n in which the component g p m ′, n is 1 with the maximum partial region number m ′ in the steady solution matrix Gs. A filter basic matrix H (component hk, l) is created by setting all components fk, l of the binarized matrix F excluding l to zero.

図9は、図8に示される隣接行列Gに対してS9及びS10の処理を行って作成されるフィルタ基礎行列Hである。図7と同様に図9において横軸は周波数レンジ番号lであり縦軸は距離レンジ番号kである、また、図中の枡目は部分領域を表す。そして、灰色の枡目は当該部分領域に対応する成分hk,lの値がゼロであることを表し、白色の枡目は当該部分領域に対応する成分hk,lの値が1である(以下、フィルタ透過成分と呼ぶ)ことを表す。さらに、黒色の枡目は部分領域偏差平均合算値C2k,lが最大となる部分領域であることを表す。 FIG. 9 is a filter base matrix H created by performing the processes of S9 and S10 on the adjacency matrix G shown in FIG. As in FIG. 7, the horizontal axis in FIG. 9 is the frequency range number l and the vertical axis is the distance range number k, and the squares in the figure represent partial areas. A gray cell represents that the value of the component hk, l corresponding to the partial region is zero, and a white cell has a value of 1 for the component hk, l corresponding to the partial region (hereinafter, , Called a filter transmission component). Further, the black squares indicate that the partial area has the maximum partial area deviation average combined value C 2 k, l.

図9に示すように、S9及びS10の処理を行うことによって、図7に示される二値化行列Fに対し、部分領域偏差平均合算値C2k,lが最大となる部分領域(図では黒色の枡目)と連接する部分領域(即ち連接領域。図では白色の枡目)のみが成分hk,lの値が1として(即ちフィルタ透過成分として)残る一方で、合算値C2k,lが最大となる部分領域と連接していない部分領域の成分hk,lの値がゼロになり、スペクトルのノイズが除去される。 As shown in FIG. 9, by performing the processes of S9 and S10, the partial region where the partial region deviation average combined value C 2 k, l is maximum with respect to the binarization matrix F shown in FIG. Only the partial area connected to the black square) (ie, the connected area, white square in the figure) remains with the component hk, l having a value of 1 (ie, as a filter transmission component), while the sum C 2 k, The value of the component hk, l of the partial region not connected to the partial region where l is maximum becomes zero, and the noise of the spectrum is removed.

そして、フィルタ基礎行列作成部11jは、フィルタ基礎行列Hの成分hk,l(ただし、k=1,2,3,…,16、並びに、l=1,2,3,…,27)の値をメモリ15に記憶させる。   The filter basic matrix creation unit 11j then calculates the values of the components hk, l (where k = 1, 2, 3,..., 16 and l = 1, 2, 3,..., 27) of the filter basic matrix H. Is stored in the memory 15.

次に、制御部11のフィルタ行列作成部11kは、S10の処理において作成されたフィルタ基礎行列を用いてフィルタ行列を作成する(S11)。   Next, the filter matrix creation unit 11k of the control unit 11 creates a filter matrix using the filter basic matrix created in the process of S10 (S11).

具体的には、フィルタ行列作成部11kは、S10の処理においてメモリ15に記憶されたフィルタ基礎行列Hをメモリ15から読み込む。そして、フィルタ行列作成部11kは、フィルタ基礎行列Hにおいて値が1である成分(即ちフィルタ透過成分)hk,lが透過成分最大周波数幅lmax個よりも多く連接している行kについては部分領域偏差平均合算値C2k,lが最大となる部分領域の位置から左右(lmax−1)/2個の成分を除く成分の値をゼロとしてフィルタ行列X(成分xk,l)を作成する。 Specifically, the filter matrix creation unit 11k reads the filter basic matrix H stored in the memory 15 in the process of S10 from the memory 15. Then, the filter matrix creation unit 11k has a partial region for a row k in which the component having a value of 1 in the filter basic matrix H (that is, the filter transmission component) hk, l is connected more than the maximum transmission component frequency width lmax. A filter matrix X (component xk, l) is created by setting the component values excluding the left and right (lmax-1) / 2 components from the position of the partial region where the deviation average sum C 2 k, l is maximum to zero.

透過成分最大周波数幅lmaxは、元のドップラースペクトルデータからピーク周波数を含む領域を抽出する際の周波数方向の幅即ちフィルタ透過成分に対応する領域の周波数方向の拡がりの程度を定義づけるものであり、部分領域の個数として定義される。透過成分最大周波数幅lmaxの値は、特定の値に限定されるものではなく、例えば周波数を流速に換算した場合の流速の幅を考慮して適宜設定される。   The transmission component maximum frequency width lmax defines the width in the frequency direction when extracting the region including the peak frequency from the original Doppler spectrum data, that is, the extent of the frequency direction of the region corresponding to the filter transmission component, It is defined as the number of partial areas. The value of the transmission component maximum frequency width lmax is not limited to a specific value, and is appropriately set in consideration of the width of the flow velocity when the frequency is converted into the flow velocity, for example.

本実施形態では、流速に換算した場合にピーク周波数の両側で約50cm/s程度の拡がりを有するフィルタにすることを目的とし、流速に換算した場合に約100cm/sとなるように透過成分最大周波数幅lmax=7に設定される。なお、本実施形態のように、ピークを中心とする全体の幅として透過成分最大周波数幅lmaxを定義する場合にはlmaxの値は奇数に設定される。   In the present embodiment, the objective is to obtain a filter having a spread of about 50 cm / s on both sides of the peak frequency when converted to a flow rate, and the maximum transmission component is about 100 cm / s when converted to a flow rate. The frequency width lmax = 7 is set. As in this embodiment, when the transmission component maximum frequency width lmax is defined as the entire width centered on the peak, the value of lmax is set to an odd number.

図10は、図9に示されるフィルタ基礎行列Hに対してS11の処理を行って作成されるフィルタ行列Xである。図7と同様に図10において横軸は周波数レンジ番号lであり縦軸は距離レンジ番号kであると共に図中の枡目は部分領域を表している。そして、灰色の枡目は当該部分領域に対応する成分xk,lの値がゼロであることを表し、白色の枡目は当該部分領域に対応する成分xk,lの値が1であることを表す。さらに、黒色の枡目は部分領域偏差平均合算値C2k,lが最大となる部分領域であることを表す。 FIG. 10 is a filter matrix X created by performing the process of S11 on the filter basic matrix H shown in FIG. As in FIG. 7, the horizontal axis in FIG. 10 is the frequency range number l, the vertical axis is the distance range number k, and the squares in the figure represent partial areas. A gray cell indicates that the value of the component xk, l corresponding to the partial region is zero, and a white cell indicates that the value of the component xk, l corresponding to the partial region is 1. To express. Further, the black squares indicate that the partial area has the maximum partial area deviation average combined value C 2 k, l.

図10に示すように、S11の処理を行うことによって、図9に示されるフィルタ基礎行列Hと比べて成分xk,lの値が1である部分領域(図では白色の枡目)が部分領域偏差平均合算値C2k,lが最大となる部分領域(図では黒色の枡目)から一定の範囲に限定され、スペクトルのノイズが更に除去される。 As shown in FIG. 10, by performing the process of S11, the partial region (the white cell in the figure) in which the value of the component xk, l is 1 compared to the filter basic matrix H shown in FIG. It is limited to a certain range from the partial region (black square in the figure) where the deviation average sum C 2 k, l is the maximum, and noise in the spectrum is further removed.

そして、フィルタ行列作成部11kは、フィルタ行列Xの成分xk,l(ただし、k=1,2,3,…,16、並びに、l=1,2,3,…,27)の値をメモリ15に記憶させる。   The filter matrix creation unit 11k stores the values of the components xk, l (where k = 1, 2, 3,..., 16 and l = 1, 2, 3,..., 27) of the filter matrix X in the memory. 15 is stored.

続いて、第三段階としてフィルタ行列を用いてピーク周波数を検出する処理(S12〜S14)及び流速を推定する処理(S15)について説明する。   Then, the process (S12-S14) which detects a peak frequency using a filter matrix as a 3rd step, and the process (S15) which estimates a flow velocity are demonstrated.

制御部11のスペクトル偏差合算部11lは、S4の処理において算出された正の領域スペクトル偏差と負の領域スペクトル偏差とをビーム方向距離毎・周波数毎に合算する(S12)。   The spectral deviation summation unit 11l of the control unit 11 sums the positive region spectral deviation and the negative region spectral deviation calculated in the process of S4 for each beam direction distance and for each frequency (S12).

具体的には、スペクトル偏差合算部11lは、S4の処理においてメモリ15に記憶された正の領域スペクトル偏差A1i,j及び負の領域スペクトル偏差B1i,jをメモリ15から読み込み、これら正の領域スペクトル偏差A1i,jと負の領域スペクトル偏差B1i,jとを足し合わせてスペクトル偏差合算値C1i,jを算出する。 Specifically, the spectral deviation summation unit 11l reads from the memory 15 the positive area spectral deviation A 1 i, j and the negative area spectral deviation B 1 i, j stored in the memory 15 in the process of S4, The total spectral deviation value C 1 i, j is calculated by adding the positive region spectral deviation A 1 i, j and the negative region spectral deviation B 1 i, j.

図11は、図4に示される正の領域スペクトル偏差A1i,jと負の領域スペクトル偏差B1i,jとを足し合わせたスペクトル偏差合算値C1i,jである。図11の横軸及び縦軸は図4と同様である。 Figure 11 is a positive region spectrum deviation A 1 i, j and negative regions spectrum deviation B 1 i, j and the sum combined spectral deviation total value C 1 i, j shown in FIG. The horizontal and vertical axes in FIG. 11 are the same as those in FIG.

そして、スペクトル偏差合算部11lは、スペクトル偏差合算値C1i,jをメモリ15に記憶させる。 Then, the spectrum deviation summation unit 11l stores the spectrum deviation summation value C 1 i, j in the memory 15.

次に、制御部11のフィルタ適用部11mは、S11の処理において作成されたフィルタ行列をS12の処理において算出されたスペクトル偏差合算値に適用する(S13)。   Next, the filter application unit 11m of the control unit 11 applies the filter matrix created in the process of S11 to the spectrum deviation sum calculated in the process of S12 (S13).

具体的には、フィルタ適用部11mは、S11の処理においてメモリ15に記憶されたフィルタ行列Xをメモリ15から読み込むと共にS12の処理においてメモリ15に記憶されたスペクトル偏差合算値C1i,jをメモリ15から読み込み、スペクトル偏差合算値C1i,jにフィルタ行列Xを適用する。 Specifically, the filter application unit 11m reads the filter matrix X stored in the memory 15 in the process of S11 from the memory 15, and uses the spectrum deviation sum C 1 i, j stored in the memory 15 in the process of S12. The filter matrix X is read from the memory 15 and applied to the spectrum deviation sum value C 1 i, j.

すなわち、フィルタ適用部11mは、フィルタ行列Xにおいて値が1になっている成分xk,lの距離レンジ番号k及び周波数レンジ番号lに対応するビーム方向距離番号i及び周波数番号jのスペクトルのみスペクトル偏差合算値C1i,jの値とするフィルタ適用スペクトルDi,jを作成する。なお、本実施形態では、フィルタ適用スペクトルDi,jのi=1及び191については、フィルタ行列Xのk=1及び27の成分xk,lの値を用いる。 That is, the filter application unit 11m performs spectral deviation only for the spectrum of the beam direction distance number i and frequency number j corresponding to the distance range number k and frequency range number l of the component xk, l whose value is 1 in the filter matrix X. A filter-applied spectrum Di, j having a sum value C 1 i, j is created. In this embodiment, for i = 1 and 191 of the filter application spectrum Di, j, the values of the components xk, l of k = 1 and 27 of the filter matrix X are used.

図12は、図10に示されるフィルタ行列Xを図11に示されるスペクトル偏差合算値C1i,jに適用した結果得られるフィルタ適用スペクトルDi,jである。図12の横軸及び縦軸は図4と同様である。 FIG. 12 shows a filter application spectrum Di, j obtained as a result of applying the filter matrix X shown in FIG. 10 to the spectrum deviation sum C 1 i, j shown in FIG. The horizontal and vertical axes in FIG. 12 are the same as those in FIG.

図12に示すように、S13の処理を行うことによって局所的にスペクトルの強度が非常に強くなったり強度がばらついたりという外因性ノイズが除去され、元のスペクトルデータから正当なピークを含み且つそれと連接するスペクトルを有する領域のみが残る。   As shown in FIG. 12, by performing the process of S13, the extrinsic noise such as the intensity of the spectrum becoming extremely strong or the intensity varies locally is removed, and a legitimate peak is included from the original spectrum data. Only regions with contiguous spectra remain.

そして、フィルタ適用部11mは、フィルタ適用スペクトルDi,jをメモリ15に記憶させる。   The filter application unit 11m stores the filter application spectrum Di, j in the memory 15.

次に、制御部11のピーク周波数検出部11nは、S13の処理において作成されたフィルタ適用スペクトルを用いてピーク周波数を検出する(S14)。   Next, the peak frequency detection unit 11n of the control unit 11 detects the peak frequency using the filter application spectrum created in the process of S13 (S14).

具体的には、ピーク周波数検出部11nは、S13の処理においてメモリ15に記憶されたフィルタ適用スペクトルDi,jを読み込み、フィルタ適用スペクトルDi,jの周波数方向のモーメントDmi,・及び平均値D-i,・をビーム方向距離番号i毎に算出し、これらを用いて周波数方向の重心を算定する。なお、この重心の算定自体はモーメント法として周知の技術であるのでここでは詳細については省略する(例えば、亀田弘行ら:確率・統計解析,技報堂出版,1981年)。 Specifically, the peak frequency detector 11n is filter application spectrum Di stored in the memory 15 in the processing of S13, reads a j, filter application spectrum Di, moment D in the frequency direction j m i, · and the average value D - i, · is calculated for each beam direction distance number i, and the center of gravity in the frequency direction is calculated using these. Note that the calculation of the center of gravity itself is a well-known technique as the method of moments, so details are omitted here (for example, Hiroyuki Kameda et al .: Probability / statistical analysis, Gihodo Publishing, 1981).

そして、ピーク周波数検出部11nは、ビーム方向距離番号i毎の重心をピーク周波数としてメモリ15に記憶させる。   Then, the peak frequency detector 11n stores the center of gravity for each beam direction distance number i in the memory 15 as the peak frequency.

次に、制御部11の流速算出部11oは、S14の処理において検出されたピーク周波数を用いてビーム方向流速を算出する(S15)。   Next, the flow velocity calculation unit 11o of the control unit 11 calculates the beam direction flow velocity using the peak frequency detected in the process of S14 (S15).

具体的には、流速算出部11oは、S14の処理においてメモリ15に記憶されたビーム方向距離番号i毎のピーク周波数を読み込み、このピーク周波数と変換係数とを掛け合わせてビーム方向距離番号i毎のビーム方向流速を算出する。周波数と変換係数とを掛け合わせてビーム方向流速を算出する方法自体は周知の技術であるのでここでは詳細については省略する(例えば、坂井伸一 他:広域流動観測のための高性能沿岸海洋レーダの開発,研究報告U02056,電力中央研究所,2003年)。なお、変換係数は表層流速推定プログラム17上に予め規定しておく。   Specifically, the flow velocity calculation unit 11o reads the peak frequency for each beam direction distance number i stored in the memory 15 in the process of S14, and multiplies this peak frequency by the conversion coefficient for each beam direction distance number i. The beam direction velocity is calculated. The method of calculating the beam direction velocity by multiplying the frequency and the conversion coefficient is a well-known technique, so details are omitted here (for example, Shinichi Sakai et al .: High-performance coastal ocean radar for wide-area flow observation) Development, Research Report U02056, Central Research Laboratory of Electric Power, 2003). The conversion coefficient is defined in advance on the surface layer flow velocity estimation program 17.

そして、流速算出部11oは、ビーム方向距離番号i毎のビーム方向流速をメモリ15に記憶させる。   Then, the flow velocity calculation unit 11o stores the beam direction flow velocity for each beam direction distance number i in the memory 15.

以上の処理によってレーダ別・ビーム方位別のビーム方向距離番号毎のビーム方向流速即ち視線流速が推定される。   Through the above processing, the beam direction flow velocity, that is, the line-of-sight flow velocity is estimated for each beam direction distance number for each radar and each beam direction.

表層流速推定装置10は、流速推定の目的や推定結果の活用目的に合わせて適宜、推定された流速を推定結果データとしてデータサーバ16に蓄積したり処理対象領域の地形図と重ね合わせて表示部14に表示したりする。この際、S15までの処理によって推定されるのはレーダ別のビーム方向流速即ち視線流速であるので、表層流速推定装置10はこのレーダ別の視線流速をビーム方位毎・ビーム方向距離毎にベクトル合成して地点別の水平流速を算出するようにしても良い。   The surface layer flow velocity estimation apparatus 10 accumulates the estimated flow velocity as estimation result data in the data server 16 or superimposes it on the topographic map of the processing target area according to the purpose of the flow velocity estimation and the purpose of utilizing the estimation result. 14 or the like. At this time, since it is the beam direction flow velocity for each radar, that is, the line-of-sight flow velocity, which is estimated by the processing up to S15, the surface layer flow velocity estimation apparatus 10 performs vector synthesis of the line-of-sight flow velocity for each radar for each beam azimuth and beam direction distance. Then, the horizontal flow velocity for each point may be calculated.

以上の構成を有する本発明の表層流速推定方法、装置並びにプログラムによれば、従来の技術と比較して誤差(ノイズ)情報の検定処理が優れており、その効果により流動情報を適確に検出することができる。そのため、本発明は、自然の雑音や人口雑音等の外因性ノイズが含まれる実際の観測データに対して推定精度の低下や後処理の煩雑さを避けることが可能になる。その結果、本手法により、リアルタイム海域流動モニタリングに資する流動の情報を短時間で提供することが可能になる   According to the surface velocity estimation method, apparatus, and program of the present invention having the above configuration, the error (noise) information verification process is superior to the conventional technology, and the flow information is accurately detected by the effect. can do. Therefore, the present invention can avoid a decrease in estimation accuracy and complexity of post-processing with respect to actual observation data including external noise such as natural noise and artificial noise. As a result, this method makes it possible to provide flow information that contributes to real-time ocean flow monitoring in a short time.

なお、上述の形態は本発明の好適な形態の一例ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、本実施形態では、観測対象領域の海洋沿岸に設置された二つのレーダ局によって受信されたエコーのドップラースペクトルデータを表層流速推定装置10と通信回線等によって接続されたデータサーバ16内にスペクトルデータベース18として一旦蓄積させるようにしているが、これに限られず、レーダ局からのデータを例えばPHSを利用した無線通信回線を介して表層流速推定装置10に直接入力するようにしても良い。この場合にはほぼリアルタイムでの推定及び情報提供が可能になる。   In addition, although the above-mentioned form is an example of the suitable form of this invention, it is not limited to this, A various deformation | transformation implementation is possible in the range which does not deviate from the summary of this invention. For example, in the present embodiment, the Doppler spectrum data of echoes received by two radar stations installed on the ocean coast in the observation target region are spectrumd in the data server 16 connected to the surface layer flow velocity estimation device 10 by a communication line or the like. However, the present invention is not limited to this, and data from a radar station may be directly input to the surface layer flow velocity estimation apparatus 10 via a wireless communication line using PHS, for example. In this case, it is possible to estimate and provide information in almost real time.

また、本実施形態では、二つのレーダ局によって受信されたエコーのドップラースペクトルデータをスペクトルデータベース18として一つに集約し当該データを用いて表層流速推定装置10が流速の推定を行うと共に必要に応じて当該推定結果を用いて情報提供を行うようにしているが、これに限られず、表層流速推定装置10を各レーダ局に設置して各レーダ局で流速の推定を行うと共に、流速データを用いて情報提供を行う装置を更に設けて当該装置に推定された流速データを有線・無線の通信回線を介して転送し集約して当該装置が情報提供を行うようにしても良い。   In the present embodiment, Doppler spectrum data of echoes received by two radar stations are aggregated into one as the spectrum database 18, and the surface layer flow velocity estimation apparatus 10 estimates the flow velocity using the data, and if necessary. However, the present invention is not limited to this, and the surface layer flow velocity estimation device 10 is installed in each radar station to estimate the flow velocity at each radar station and use flow velocity data. A device for providing information may be further provided, and the flow rate data estimated by the device may be transferred and aggregated via a wired / wireless communication line so that the device provides the information.

また、本実施形態では、ピーク周波数を検出するためのフィルタ行列を作成する際に隣接行列を用いるようにしている(S8〜S11)が、周波数とビーム方向距離とについて展開されるドップラースペクトルデータにおけるピークを含むと共に当該ピークと連接し且つ所定の閾値よりも大きいスペクトルからなる領域を抽出することができる方法であれば、フィルタ行列を作成する方法は本実施形態の方法に限られるものではない。具体的には、本実施形態のS8の処理において、図7に示される二値化行列Fに対して隣接行列Gを作成するようにしているが、これに限られず、例えば画像処理のラベリング処理を用いるようにしても良い。   In this embodiment, an adjacency matrix is used when creating a filter matrix for detecting a peak frequency (S8 to S11). However, in the Doppler spectrum data developed for the frequency and the beam direction distance, The method of creating the filter matrix is not limited to the method of this embodiment as long as it is a method that can extract a region that includes a peak and that is connected to the peak and has a spectrum that is larger than a predetermined threshold. Specifically, in the process of S8 of the present embodiment, the adjacency matrix G is created for the binarized matrix F shown in FIG. 7, but the present invention is not limited to this. For example, a labeling process for image processing is performed. May be used.

この場合には、まず、図7に示される二値化行列Fの白い枡目即ち部分領域偏差平均合算値C2k,lが二値化閾値Tbよりも大きい部分領域が連接する連接領域を画像処理によって抽出する。続いて、抽出された連接領域毎に異なるラベルを当該連接領域に含まれる部分領域に付与する。そして、部分領域偏差平均合算値C2k,lが最大となる部分領域(即ち本実施形態では最大部分領域距離レンジ番号k’且つ最大部分領域周波数レンジ番号l’の部分領域)に付与されたラベルと同じラベルの部分領域に対応する成分を1にすると共に異なるラベルの部分領域に対応する成分を0にしてフィルタ行列Hを作成する。 In this case, first, a white cell of the binarization matrix F shown in FIG. 7, that is, a connection region where partial regions whose partial region deviation average sum C 2 k, l is larger than the binarization threshold Tb is connected. Extract by image processing. Subsequently, a different label for each extracted connected area is given to a partial area included in the connected area. Then, the partial region deviation average sum C 2 k, l is assigned to the maximum partial region (that is, the partial region having the maximum partial region distance range number k ′ and the maximum partial region frequency range number 1 ′ in this embodiment). The filter matrix H is created by setting the component corresponding to the partial region of the same label as the label to 1 and setting the component corresponding to the partial region of a different label to 0.

本発明の表層流速推定方法、装置並びにプログラムを大阪湾明石海峡付近での実際の海域観測の結果のデータを用いた流速の推定に適用した実施例を図13から図16を用いて説明する。   An embodiment in which the surface layer flow velocity estimation method, apparatus and program of the present invention are applied to the estimation of the flow velocity using the data of the actual sea area observation in the vicinity of the Osaka Bay Akashi Strait will be described with reference to FIGS.

本実施例では、大阪湾明石海峡領域において二台のデジタル・ビーム・フォーミング方式レーダを用いて得られた海域観測結果を用いた。二台のレーダの設置点及びビーム方位は図13に示す通りであり、図中のSt.A及びSt.Bが付された記号●がレーダの設置点、当該記号●のそれぞれから放射状に出ている直線がビーム方位である。海域観測は2003年1月18日から同年2月20日までの約一ヶ月に亘って行われた。   In this example, the sea area observation result obtained by using two digital beam forming radars in the Akashi Strait area of Osaka Bay was used. The installation points and beam orientations of the two radars are as shown in FIG. 13, and the symbols ● marked with St. A and St. B in the figure are emitted radially from each of the radar installation points and the symbols ●. The straight line is the beam direction. Sea area observation was carried out for about a month from January 18, 2003 to February 20, 2003.

さらに、本発明の表層流速推定方法、装置並びにプログラムによる流速の推定結果と比較するため、上記観測期間中の1月31日及び2月17日に、船舶に取り付けたADCP(Acoustic Doppler Current Profiler:超音波ドップラー流速計)を用いて海域の流動を直接観測した。観測に使用したADCPは600kHzのワークホース及びブロードバンドタイプであり、測定層厚50cm間隔で10秒間隔15ping(15回分)の平均流速を収録した。なお、仕様上の標準偏差は2.3cmであった。   Furthermore, in order to compare with the estimation result of the flow velocity by the surface layer flow velocity estimation method, apparatus and program of the present invention, on January 31 and February 17 during the observation period, ADCP (Acoustic Doppler Current Profiler: Using the ultrasonic Doppler velocimeter, the sea area flow was directly observed. The ADCP used for observation was a 600 kHz work hose and broadband type, and recorded an average flow velocity of 15 pings (15 times) at 10-second intervals with a measurement layer thickness of 50 cm. The standard deviation on the specification was 2.3 cm.

ADCPを用いた流速観測は三隻の船舶の側面にADCPを設置して行った。ADCPを用いた流速の測定点は図14に示す通りである。なお、ADCPを用いた流速の測定時刻は、1月31日は7時から13時にかけて12測点3潮時であり、2月17日は13時30分から16時30分にかけて15測点2潮時であった。   The flow velocity observation using ADCP was performed by installing ADCP on the side of three ships. The measurement points of flow rate using ADCP are as shown in FIG. The measurement time of flow velocity using ADCP is 12 stations and 3 tides from 7:00 to 13:00 on January 31st, and 15 stations and 2 tides from 13:30 to 16:30 on February 17th. Met.

ADCPを用いた流速観測は、1月31日は図14(A)におけるA−A’,B−B’,C−C’ラインを、2月17日は図14(B)におけるD−D’,E−E’,F−F’ラインを異なる船舶で移動し、St.A及びSt.Bの二局のレーダのビーム方位が重なる地点(図中の記号○)で行った。そして、一地点の計測では、数10分間連続した流速結果を収録した。なお、本実施例における本発明による推定結果とADCPを用いた測定結果との比較では、ADCPを用いた観測によって得られた流速については機器の仕様上最上層である水深約2mにおける結果を用いた。   The flow velocity observation using ADCP is taken on line AA ′, BB ′, and CC ′ in FIG. 14A on January 31st, and DD in FIG. 14B on February 17th. The ', EE' and FF 'lines were moved by different ships, and the test was performed at the point where the beam azimuths of the two stations of St. A and St. B overlap (symbol ◯ in the figure). And in the measurement of one point, the flow velocity result which continued for several tens of minutes was recorded. In the comparison of the estimation result according to the present invention and the measurement result using ADCP in this example, the result at the water depth of about 2 m, which is the uppermost layer in the specifications of the device, is used for the flow velocity obtained by observation using ADCP. It was.

レーダによって得られた実際のスペクトルデータを用いて本発明によって流速の推定を行い、図15に示す結果が得られた。なお、図15は1月18日から31日までの間の平均流速である。図15において、図中の矢印の向きは当該矢印の位置における流れの向きを表し、矢印の長さは当該矢印の位置における流れの速さを表す。   The flow velocity was estimated by the present invention using actual spectrum data obtained by the radar, and the result shown in FIG. 15 was obtained. FIG. 15 shows the average flow velocity from January 18th to 31st. In FIG. 15, the direction of the arrow in the figure represents the direction of flow at the position of the arrow, and the length of the arrow represents the speed of flow at the position of the arrow.

そして、本発明によって推定されたビーム方向流速VとADCPを用いて測定された流速Vとの一致具体を比較するために両者の散布図を作成して図16に示す結果が得られた。図16において横軸は本発明による推定結果の値であって縦軸はADCPを用いた測定結果の値であり、両者が等しくなっている場合の目安のために図16中には縦軸の値=横軸の値となる直線(y=xとなる破線)が示されている。なお、ADCPを用いて測定された流速はレーダの視線方向流速に変換した結果を用いた。また、本発明による推定結果もADCPを用いた測定結果も、15分間の平均流速を用い、1月31日と2月17日とのデータを合わせたものである。 The results shown in Figure 16 to create a scatter plot of both to compare match specific between the measured flow velocity A V using the estimated beam direction velocity R V and ADCP the present invention was obtained . In FIG. 16, the horizontal axis is the value of the estimation result according to the present invention, and the vertical axis is the value of the measurement result using ADCP. A straight line with a value = value on the horizontal axis (a broken line with y = x) is shown. Note that the flow velocity measured using ADCP is the result of converting into the gaze direction velocity of the radar. The estimation results according to the present invention and the measurement results using ADCP are obtained by combining the data of January 31 and February 17 using an average flow velocity of 15 minutes.

図16から、本発明による推定結果とADCPを用いた測定結果とはy=x近傍に分布しており、本発明による推定結果はADCPを用いた測定結果と同様の結果を示すことが確認された。また、本発明による推定結果とADCPを用いた測定結果との相関係数は0.98となり、非常に高い相関となった。   FIG. 16 confirms that the estimation result according to the present invention and the measurement result using ADCP are distributed in the vicinity of y = x, and the estimation result according to the present invention shows the same result as the measurement result using ADCP. It was. Further, the correlation coefficient between the estimation result according to the present invention and the measurement result using ADCP was 0.98, indicating a very high correlation.

本実施例の結果から、本発明による推定結果はADCPを用いた実際の測定の結果と非常に近い結果となり、本発明による推定は信頼性が非常に高いことが確認された。したがって、本発明の方法によれば適確な流動情報を検出することができるので、例えばピーク周波数の検出結果のチェック等の煩雑な後処理が必要とされず推定に係る手間を省くことが可能になると共に推定を短時間で行うことが可能になることが確認された。   From the result of this example, the estimation result according to the present invention is very close to the actual measurement result using ADCP, and it was confirmed that the estimation according to the present invention is very reliable. Therefore, according to the method of the present invention, accurate flow information can be detected, so that complicated post-processing such as checking of the detection result of the peak frequency is not required, and the labor for estimation can be saved. It was confirmed that the estimation can be performed in a short time.

また、本実施例における本発明による推定について、一時点の推定にかかる処理時間は30秒程度であった(処理に用いたPCは1CPU:Pentium4 2.4GHz;Pentiumは登録商標)。この結果から、本発明は、流速の推定を非常に迅速に行うことが可能であり、例えば遠隔流況モニタリングに適していること、且つ、ほとんどリアルタイムでの流況に関する情報提供を行うことが可能であることが確認された。   In addition, regarding the estimation according to the present invention in this example, the processing time for estimating the temporary point was about 30 seconds (PC used for the processing is 1 CPU: Pentium 4 2.4 GHz; Pentium is a registered trademark). From this result, the present invention can estimate the flow velocity very quickly, and is suitable for remote flow monitoring, for example, and can provide information on the flow in almost real time. It was confirmed that.

本発明の表層流速推定方法の実施形態の一例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining an example of embodiment of the surface layer flow velocity estimation method of this invention. 実施形態の表層流速推定方法をプログラムを用いて実施する場合の表層流速推定装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the surface layer flow velocity estimation apparatus in the case of implementing the surface layer flow velocity estimation method of embodiment using a program. 実施形態のドップラースペクトルを示す図である。It is a figure which shows the Doppler spectrum of embodiment. 実施形態のスペクトル偏差を示す図である。(A)は負の領域スペクトル偏差を示す図である。(B)は正の領域スペクトル偏差を示す図である。It is a figure which shows the spectrum deviation of embodiment. (A) is a figure which shows a negative area | region spectrum deviation. (B) is a figure which shows a positive area | region spectrum deviation. 実施形態のスペクトル偏差の部分領域平均値を示す図である。(A)は負の領域スペクトル偏差の部分領域平均値を示す図である。(B)は正の領域スペクトル偏差の部分領域平均値を示す図である。It is a figure which shows the partial area average value of the spectrum deviation of embodiment. (A) is a figure which shows the partial area average value of a negative area | region spectral deviation. (B) is a figure which shows the partial area average value of a positive area | region spectral deviation. 実施形態の正の領域スペクトル偏差の部分領域平均値と負の領域スペクトル偏差の部分領域平均値とを足し合わせた合算値を示す図である。It is a figure which shows the total value which added together the partial area average value of the positive area | region spectral deviation of embodiment, and the partial area average value of the negative area | region spectral deviation. 実施形態の部分領域に対応する二値化行列を示す図である。It is a figure which shows the binarization matrix corresponding to the partial area | region of embodiment. 実施形態の隣接行列を示す図である。It is a figure which shows the adjacency matrix of embodiment. 実施形態のフィルタ基礎行列を示す図である。It is a figure which shows the filter basic matrix of embodiment. 実施形態のフィルタ行列を示す図である。It is a figure which shows the filter matrix of embodiment. 実施形態のスペクトル偏差合算値を示す図である。It is a figure which shows the spectrum deviation total value of embodiment. 実施形態のフィルタ適用スペクトルを示す図である。It is a figure which shows the filter application spectrum of embodiment. 実施例のレーダの設置点及びビーム方位を示す図である。It is a figure which shows the installation point and beam direction of the radar of an Example. 実施例のADCPを用いた流速の測定点を示す図である。(A)は1月31日の流速観測における測定点を示す図である。(B)は2月17日の流速観測における測定点を示す図である。It is a figure which shows the measuring point of the flow velocity using ADCP of an Example. (A) is a figure which shows the measurement point in the flow velocity observation on January 31. FIG. (B) is a figure which shows the measurement point in the flow velocity observation on February 17. 実施例の本発明による流速の推定結果を示す図である。It is a figure which shows the estimation result of the flow velocity by this invention of an Example. 実施例の本発明によって推定された流速とADCPを用いて測定された流速との比較のための散布図である。It is a scatter diagram for the comparison with the flow velocity estimated by this invention of the Example, and the flow velocity measured using ADCP.

符号の説明Explanation of symbols

10 表層流速推定装置
11 制御部
12 記憶部
13 入力部
14 表示部
15 メモリ
16 データサーバ
17 表層流速推定プログラム
18 スペクトルデータベース
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Surface layer flow velocity estimation apparatus 11 Control part 12 Storage part 13 Input part 14 Display part 15 Memory 16 Data server 17 Surface layer flow rate estimation program 18 Spectrum database

Claims (3)

処理対象領域のビーム方向距離別・周波数別ドップラースペクトルデータの読み込みを行うステップと、前記ドップラースペクトルデータを周波数が正の領域のスペクトルと負の領域のスペクトルとに分離するステップと、前記正の領域のスペクトル及び前記負の領域のスペクトルについて周波数方向の平均値を算出するステップと、前記正の領域のスペクトルから前記正の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて正の領域のスペクトルの偏差を算出すると共に前記負の領域のスペクトルから前記負の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて負の領域のスペクトルの偏差を算出するステップと、前記正の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出すると共に前記負の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出するステップと、前記正の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値と前記負の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値とを前記部分領域毎に合算して部分領域毎の合算値を算出するステップと、前記部分領域毎の合算値が二値化閾値よりも大きいか否かによって当該部分領域に対応する成分の値を二値化して二値化行列を作成するステップと、前記二値化行列について隣接行列を作成するステップと、前記隣接行列を定常状態になるまで掛け合わせて定常解行列を作成するステップと、前記定常解行列から前記部分領域毎の合算値が最大である部分領域と連接し且つ前記部分領域毎の合算値が前記二値化閾値よりも大きい部分領域からなる連接領域に対応する成分を抽出して前記二値化行列からフィルタ基礎行列を作成するステップと、前記フィルタ基礎行列についてフィルタ透過成分の行毎の周波数方向の広がりを制限してフィルタ行列を作成するステップと、前記正の領域のスペクトルの偏差と前記負の領域のスペクトルの偏差とをビーム方向距離毎・周波数毎に合算してスペクトル偏差合算値を算出するステップと、前記フィルタ行列を前記スペクトル偏差合算値に適用してフィルタ適用スペクトルを作成するステップと、前記フィルタ適用スペクトルからピーク周波数を検出するステップと、前記ピーク周波数と変換係数とを掛け合わせてビーム方向流速を算出するステップとを有することを特徴とする表層流速推定方法。   Reading the Doppler spectrum data for each beam direction distance and frequency of the processing target region, separating the Doppler spectrum data into a spectrum of a positive region and a spectrum of a negative region, and the positive region And calculating a mean value in the frequency direction for the spectrum of the positive region and the spectrum of the negative region, and subtracting a mean value in the frequency direction of the spectrum of the positive region from the spectrum of the positive region to obtain a deviation of the spectrum of the positive region And calculating a deviation of the spectrum of the negative region by subtracting an average value in the frequency direction of the spectrum of the negative region from the spectrum of the negative region, and a partial region for the deviation of the spectrum of the positive region And calculating the average value of the subregion with respect to the spectral deviation of the negative region Calculating the average value, and adding the average value of the partial areas of the positive region spectrum deviation and the average value of the partial areas of the negative region spectrum deviation for each partial region. A step of calculating a summation value of each of the partial regions, and a step of creating a binarization matrix by binarizing the value of the component corresponding to the partial region depending on whether or not the summation value for each partial region is larger than a binarization threshold A step of creating an adjacency matrix for the binarization matrix, a step of creating a stationary solution matrix by multiplying the adjacency matrix until a steady state is obtained, and a sum value for each partial region from the stationary solution matrix A filter base matrix is created from the binarization matrix by extracting a component corresponding to a concatenation area consisting of partial areas that are connected to the largest partial area and whose sum value for each partial area is larger than the binarization threshold. Creating a filter matrix by limiting the spread of the filter transmission component in the frequency direction for each row of the filter basic matrix, and the spectral deviation of the positive region and the spectral deviation of the negative region, For each beam direction distance and for each frequency, to calculate a spectrum deviation sum, to apply the filter matrix to the spectrum deviation sum, create a filter application spectrum, and to peak from the filter application spectrum A method for estimating a surface flow velocity, comprising: detecting a frequency; and calculating a beam direction flow velocity by multiplying the peak frequency and a conversion coefficient. 処理対象領域のビーム方向距離別・周波数別ドップラースペクトルデータの読み込みを行う手段と、前記ドップラースペクトルデータを周波数が正の領域のスペクトルと負の領域のスペクトルとに分離する手段と、前記正の領域のスペクトル及び前記負の領域のスペクトルについて周波数方向の平均値を算出する手段と、前記正の領域のスペクトルから前記正の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて正の領域のスペクトルの偏差を算出すると共に前記負の領域のスペクトルから前記負の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて負の領域のスペクトルの偏差を算出する手段と、前記正の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出すると共に前記負の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出する手段と、前記正の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値と前記負の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値とを前記部分領域毎に合算して部分領域毎の合算値を算出する手段と、前記部分領域毎の合算値が二値化閾値よりも大きいか否かによって当該部分領域に対応する成分の値を二値化して二値化行列を作成する手段と、前記二値化行列について隣接行列を作成する手段と、前記隣接行列を定常状態になるまで掛け合わせて定常解行列を作成する手段と、前記定常解行列から前記部分領域毎の合算値が最大である部分領域と連接し且つ前記部分領域毎の合算値が前記二値化閾値よりも大きい部分領域からなる連接領域に対応する成分を抽出して前記二値化行列からフィルタ基礎行列を作成する手段と、前記フィルタ基礎行列についてフィルタ透過成分の行毎の周波数方向の広がりを制限してフィルタ行列を作成する手段と、前記正の領域のスペクトルの偏差と前記負の領域のスペクトルの偏差とをビーム方向距離毎・周波数毎に合算してスペクトル偏差合算値を算出する手段と、前記フィルタ行列を前記スペクトル偏差合算値に適用してフィルタ適用スペクトルを作成する手段と、前記フィルタ適用スペクトルからピーク周波数を検出する手段と、前記ピーク周波数と変換係数とを掛け合わせてビーム方向流速を算出する手段とを有することを特徴とする表層流速推定装置。   Means for reading Doppler spectrum data for each beam direction distance and frequency of the region to be processed; means for separating the Doppler spectrum data into a spectrum of a positive region and a spectrum of a negative region; and the positive region And means for calculating an average value in the frequency direction for the spectrum of the positive region and the spectrum of the negative region, and subtracting the average value in the frequency direction of the spectrum of the positive region from the spectrum of the positive region, thereby deviating the spectrum of the positive region And calculating a deviation of the spectrum of the negative region by subtracting an average value in the frequency direction of the spectrum of the negative region from the spectrum of the negative region, and a partial region for the deviation of the spectrum of the positive region And calculate the average value of the partial area with respect to the deviation of the spectrum of the negative area. And the average value of the partial region of the deviation of the spectrum of the positive region and the average value of the partial region of the spectrum of the negative region are summed for each partial region to calculate a sum value for each partial region Means for binarizing a component value corresponding to the partial region depending on whether or not a sum value for each partial region is larger than a binarization threshold, and the binary Means for creating an adjacency matrix for the quantization matrix, means for creating a stationary solution matrix by multiplying the adjacency matrix until it reaches a steady state, and a partial region having a maximum sum value for each partial region from the stationary solution matrix Means for extracting a component corresponding to a concatenated region composed of partial regions that are concatenated with each other and whose sum value for each partial region is larger than the binarization threshold, and creating a filter base matrix from the binarization matrix, Filter base matrix A filter matrix by limiting the spread in the frequency direction for each row of the filter transmission component, and the deviation of the spectrum in the positive region and the deviation of the spectrum in the negative region for each distance in the beam direction and for each frequency. Means for calculating a spectrum deviation sum value by summing, a means for applying the filter matrix to the spectrum deviation sum value to create a filter application spectrum, a means for detecting a peak frequency from the filter application spectrum, and A surface layer flow velocity estimation apparatus comprising means for calculating a beam flow velocity by multiplying a peak frequency and a conversion coefficient. ビーム方向距離別・周波数別ドップラースペクトルのピーク周波数を検出して表層流速の推定を行う際に、少なくとも、処理対象領域のビーム方向距離別・周波数別ドップラースペクトルデータの読み込みを行う手段、前記ドップラースペクトルデータを周波数が正の領域のスペクトルと負の領域のスペクトルとに分離する手段、前記正の領域のスペクトル及び前記負の領域のスペクトルについて周波数方向の平均値を算出する手段、前記正の領域のスペクトルから前記正の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて正の領域のスペクトルの偏差を算出すると共に前記負の領域のスペクトルから前記負の領域のスペクトルの周波数方向の平均値を引いて負の領域のスペクトルの偏差を算出する手段、前記正の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出すると共に前記負の領域のスペクトルの偏差について部分領域の平均値を算出する手段、前記正の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値と前記負の領域のスペクトルの偏差の部分領域の平均値とを前記部分領域毎に合算して部分領域毎の合算値を算出する手段、前記部分領域毎の合算値が二値化閾値よりも大きいか否かによって当該部分領域に対応する成分の値を二値化して二値化行列を作成する手段、前記二値化行列について隣接行列を作成する手段、前記隣接行列を定常状態になるまで掛け合わせて定常解行列を作成する手段、前記定常解行列から前記部分領域毎の合算値が最大である部分領域と連接し且つ前記部分領域毎の合算値が前記二値化閾値よりも大きい部分領域からなる連接領域に対応する成分を抽出して前記二値化行列からフィルタ基礎行列を作成する手段、前記フィルタ基礎行列についてフィルタ透過成分の行毎の周波数方向の広がりを制限してフィルタ行列を作成する手段、前記正の領域のスペクトルの偏差と前記負の領域のスペクトルの偏差とをビーム方向距離毎・周波数毎に合算してスペクトル偏差合算値を算出する手段、前記フィルタ行列を前記スペクトル偏差合算値に適用してフィルタ適用スペクトルを作成する手段、前記フィルタ適用スペクトルからピーク周波数を検出する手段、前記ピーク周波数と変換係数とを掛け合わせてビーム方向流速を算出する手段としてコンピュータを機能させるための表層流速推定プログラム。   At least means for reading Doppler spectrum data for each beam direction distance and frequency of the processing target region when detecting the peak frequency of the Doppler spectrum for each beam direction distance and frequency and estimating the surface layer flow velocity, the Doppler spectrum Means for separating data into a positive frequency spectrum and a negative frequency spectrum; means for calculating an average value in a frequency direction for the positive frequency spectrum and the negative frequency spectrum; Subtract the average value in the frequency direction of the spectrum in the positive region from the spectrum to calculate the deviation of the spectrum in the positive region and subtract the average value in the frequency direction of the spectrum in the negative region from the spectrum in the negative region Means for calculating the deviation of the spectrum of the negative region, the deviation of the spectrum of the positive region Means for calculating the average value of the partial area and calculating the average value of the partial area for the deviation of the spectrum of the negative area, the average value of the partial area of the deviation of the spectrum of the positive area and the spectrum of the negative area Means for summing the average value of the partial areas of the deviation for each partial area to calculate a sum value for each partial area, whether the sum value for each partial area is greater than a binarization threshold Means for binarizing a component value corresponding to a region to create a binarization matrix, means for creating an adjacency matrix for the binarization matrix, and multiplying the adjacency matrix until it reaches a steady state to obtain a stationary solution matrix Means for creating, corresponding to a connected region consisting of partial regions connected from the steady solution matrix to a partial region having the maximum combined value for each partial region and having a combined value for each partial region greater than the binarization threshold You Means for extracting a component to create a filter base matrix from the binarization matrix, means for limiting the spread of the filter transmission component in the frequency direction for each row of the filter base matrix, and creating the filter matrix, the positive region Means for calculating a spectral deviation sum by adding the deviation of the spectrum of the spectrum and the deviation of the spectrum of the negative region for each beam direction distance / frequency, and applying the filter by applying the filter matrix to the sum of the spectral deviations A surface layer flow velocity estimation program for causing a computer to function as a means for creating a spectrum, a means for detecting a peak frequency from the filter application spectrum, and a means for calculating a beam direction flow velocity by multiplying the peak frequency and a conversion coefficient.
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