JP5336292B2

JP5336292B2 - レーダ波浪解析装置

Info

Publication number: JP5336292B2
Application number: JP2009181542A
Authority: JP
Inventors: 満徳馬場; 文夫卜部
Original assignee: Japan Radio Co Ltd
Current assignee: Japan Radio Co Ltd
Priority date: 2009-08-04
Filing date: 2009-08-04
Publication date: 2013-11-06
Anticipated expiration: 2029-08-04
Also published as: JP2011033529A

Description

本発明は、レーダを回転させて収集した海面反射信号に対して２次元フーリエ変換を行うことにより２次元の波浪スペクトルを求め、求めた前記波浪スペクトルに基づいて前記レーダの観測領域での波浪情報を取得するレーダ波浪解析装置に関する。

海洋に面した陸上に設置されたレーダを利用して海面反射信号を収集し、収集した前記海面反射信号から前記レーダ周辺の海洋（前記レーダの観測領域）における波浪の波高、波速、波長、波向等の波浪情報を取得することが特許文献１及び２に提案されている。

この場合、前記レーダの回転毎に得られる前記海面反射信号に対して２次元フーリエ変換を行うことにより２次元の波浪スペクトルをそれぞれ求め、前回の波浪スペクトルと今回の波浪スペクトルとの間でクロススペクトル演算を行い、前記波浪スペクトル及び前記クロススペクトル演算の結果に基づいて前記波浪情報を取得する。

特開２００３−２１６８０号公報特開２００５−３６１１号公報

ところで、波浪の波長をλ、レーダの観測領域内の所定位置での水深をｄとしたときに、ｄ＜λ／４となる位置（例えば、水深ｄの浅い沿岸水域）では、波浪の波高、波速、波向が水深ｄの影響を受けて、水深ｄの波浪への影響が支配的となる浅海変形と呼ばれる波浪の変形現象が発生する。具体的には、ｄ≧λ／４のような前記浅海変形の影響を受けない本来の波浪（例えば、沖波）と比較して、前記浅海変形の影響を受けた波浪の波高は高くなり、波速は速くなり、波向は海岸線に平行な方向に屈折する。

従って、ｄ＜λ／４の領域を前記レーダの観測領域として海面反射信号を収集し、収集した前記海面反射信号から２次元の波浪スペクトルを求め、求めた前記波浪スペクトルに基づく波浪情報を取得した場合に、前記海面反射信号は、前記浅海変形の影響を受けているので、前記波浪情報の解析精度が劣化するおそれがある。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、波浪情報の解析精度を向上することができるレーダ波浪解析装置を提供することを目的とする。

本発明に係るレーダ波浪解析装置は、レーダの回転により得られる海面反射信号に対して２次元フーリエ変換を行うことにより２次元の波浪スペクトルを求める２次元演算手段と、前記レーダの観測領域の水深情報に基づき作成され、前記観測領域での浅海変形の影響を受けた海面反射信号に対応する波浪スペクトルを補正するための補正マップと、前記２次元演算手段から出力された波浪スペクトルを前記補正マップで補正し、補正後の前記波浪スペクトルに基づいて前記観測領域での波浪情報を取得する波浪情報取得手段とを有することを特徴としている。

本発明によれば、２次元の波浪スペクトルを補正マップにより補正し、補正後の波浪スペクトルに基づいて波浪情報を取得するので、海面反射信号が浅海変形の影響を受けている場合でも、該波浪情報の解析精度を向上することができる。

また、前記補正マップは、レーダの観測領域の水深情報に基づき作成されるので、前記波浪情報を取得したい水域（観測領域）毎に独立して当該補正マップが作成され、この結果、水域毎に波浪情報の解析精度がばらつくことを回避することができる。

本実施形態に係るレーダ波浪解析装置のブロック図である。図１の２次元演算手段、補正マップ及び波浪情報取得手段における処理の流れを概略的に示した説明図である。

本発明に係るレーダ波浪解析装置の好適な実施形態について、図１及び図２を参照しながら説明する。

本実施形態に係るレーダ波浪解析装置１０は、図１に示すように、海洋に面した陸上に設置された一般的な船舶用パルスレーダ等のレーダ１２と、コンピュータを使用してソフトウエアにより実施されるレーダ信号収録手段１４、２次元演算手段１６、補正マップ２０、乗算手段１８、波浪スペクトル推算手段２２及びシーステート解析手段２４とを有する。なお、乗算手段１８、波浪スペクトル推算手段２２及びシーステート解析手段２４は、レーダ１２周辺の海洋（図２に示すレーダ１２の観測領域３０）における波浪の波高、波速、波長、波向等の波浪情報を取得するための波浪情報取得手段２５を構成する。

レーダ１２は、空中線を水平方向に回転（スキャン）することにより得られる海面反射信号をレーダ信号収録手段１４に出力する。レーダ信号収録手段１４は、レーダ１２から取得した海面反射信号のデータ（レーダデータ）を２スキャン分記録する。

図２は、２次元演算手段１６、補正マップ２０及び波浪情報取得手段２５における処理の流れを概略的に示した説明図である。なお、図２では、レーダ１２の観測領域３０が海図上、破線で示す領域であり、この観測領域３０に対応する海面反射信号のレーダデータがレーダ信号収録手段１４から２次元演算手段１６に出力され、２次元演算手段１６及び波浪情報取得手段２５において所定の処理が行われる場合を示している。

この場合、レーダ１２から近い程、海面反射信号の受信レベルが大きいので、先ず、２次元演算手段１６は、レーダ信号収録手段１４からのレーダデータに対して、レーダ１２からの距離に応じた強度補正処理を行い、強度補正処理後のレーダデータを極座標から直交座標（ｘ−ｙ座標）に座標変換する。次に、２次元演算手段１６は、座標変換後のレーダデータに対して２次元フーリエ変換（２次元ＦＦＴ）処理を行い、波数空間（ｋｘ−ｋｙ座標）で表わされる２次元の波浪スペクトルを求める。

図２の２次元の波浪スペクトルのグラフにおいて、ｋｘは、波数ｋ（波浪の波長λ）のｘ軸方向成分を示し、ｋｙは、波数ｋのｙ軸方向成分を示す。また、前記グラフにプロットされた波浪スペクトルの濃淡は、波浪スペクトルの強度（波浪の波高）を示す。

ここで、「発明が解決しようとする課題」の項でも説明したように、波浪の波長λ、観測領域３０内の所定位置での水深ｄについて、ｄ＜λ／４となる位置（水深ｄが浅い陸地２６の沿岸水域）では、波浪の波高、波速、波向が水深ｄの影響を受けて、水深ｄの波浪への影響が支配的となる浅海変形が発生する。そのため、図２の海図にも示すように、観測領域３０が水深ｄの浅い陸地２６の沿岸水域に設定されていれば、該観測領域３０に応じた海面反射信号に基づく波浪スペクトルは、浅海変形の影響を受けた波浪スペクトルとなり、この結果、波浪情報取得手段２５で取得される波浪情報の解析精度が劣化するおそれがある。なお、図２の海図中、参照数字の２８は、海洋における水深の等高線を示す。

そこで、本実施形態では、図２に示すように、観測領域３０内での水深情報（例えば、海図より得られる観測領域３０内の各位置での水深ｄ）に基づいて、観測領域３０の浅海変形の影響を受けた海面反射信号に基づく波浪スペクトルを補正するための補正マップ２０を予め用意（作成）している。この補正マップ２０は、２次元演算手段１６で求めた２次元の波浪スペクトルのグラフに対応した、０〜１の補正強度で表わされる波数空間のグラフである。

波浪情報取得手段２５の乗算手段１８は、２次元演算手段１６からの２次元の波浪スペクトルに補正マップ２０の補正強度を乗算することにより当該波浪スペクトルを補正し、補正後の波浪スペクトルを波浪スペクトル推算手段２２に出力する。具体的に、乗算手段１８は、波浪スペクトルのグラフ中の任意の位置での波浪スペクトルの強度に、該任意の位置に対応する補正マップ２０中の位置での補正強度を乗じ、このような乗算処理を前記グラフの全ての位置に対して行うことにより前記波浪スペクトルを補正する。

前述したように、補正マップ２０は、観測領域３０の浅海変形の影響を受けた海面反射信号に基づく波浪スペクトルを補正するためのマップであるので、補正後の波浪スペクトルは、浅海変形の影響が除去された波浪スペクトルとなる。

なお、図２の補正後の波浪スペクトルのグラフにおいて、θは、レーダ１２の位置を示す原点Ｏに対する波浪の方位（波向）である。

波浪スペクトル推算手段２２は、乗算手段１８からの補正後の波浪スペクトルについて、前回のスキャンの波浪スペクトルと、今回のスキャンの波浪スペクトルとの相関を取ってクロススペクトルを求め、求めたクロススペクトルに対して所定のフィルタリング処理を行う。

シーステート解析手段２４は、フィルタリング処理後のクロススペクトルに基づいて観測領域３０内の波浪の波速を求めると共に、補正処理後の今回の波浪スペクトルに基づいて当該波浪の波長（λ＝ｋ＝（ｋｘ²＋ｋｙ²）^1/2）、波高、波向（θ＝ｔａｎ^-1（ｋｙ／ｋｘ））を求め、求めた波高、波速、波向、波長を前記波浪の波浪情報として外部に出力する。

なお、レーダ信号収録手段１４における海面反射信号の収集処理、２次元演算手段１６での海面反射信号に対する２次元ＦＦＴ処理、波浪スペクトル推算手段２２におけるフィルタリング処理、シーステート解析手段２４における波浪情報の取得処理については、特許文献１及び２に記載されているので、ここでは、上記の各処理の詳細な説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態に係るレーダ波浪解析装置１０は、レーダ１２の回転により得られる海面反射信号に対して２次元ＦＦＴ処理を行うことにより２次元の波浪スペクトルを求める２次元演算手段１６と、レーダ１２の観測領域３０での水深ｄ（水深情報）に基づき作成され、観測領域３０での浅海変形の影響を受けた海面反射信号に対応する波浪スペクトルを補正するための補正マップ２０と、２次元演算手段１６から出力された波浪スペクトルを補正マップ２０で補正し、補正後の波浪スペクトルに基づいて観測領域３０での波浪情報を取得する波浪情報取得手段２５とを有する。

この場合、２次元の波浪スペクトルを補正マップ２０により補正し、補正後の波浪スペクトルに基づいて波浪情報を取得するので、海面反射信号が浅海変形の影響を受けている場合でも、該波浪情報の解析精度を向上することができる。

また、補正マップ２０は、レーダ１２の観測領域３０の水深ｄに基づき作成されるので、波浪情報を取得したい水域（観測領域３０）毎に独立して補正マップ２０が作成され、この結果、水域毎に波浪情報の解析精度がばらつくことを回避することができる。

なお、この発明は、上述の実施形態に限らず、種々の構成を採り得ることは勿論である。

１０…レーダ波浪解析装置１２…レーダ
１４…レーダ信号収録手段１６…２次元演算手段
１８…乗算手段２０…補正マップ
２２…波浪スペクトル推算手段２４…シーステート解析手段
２５…波浪情報取得手段２６…陸地
２８…等高線３０…観測領域

Claims

レーダの回転により得られる海面反射信号に対して２次元フーリエ変換を行うことにより２次元の波浪スペクトルを求める２次元演算手段と、
前記レーダの観測領域の水深情報に基づき作成され、前記観測領域での浅海変形の影響を受けた海面反射信号に対応する波浪スペクトルを補正するための補正マップと、
前記２次元演算手段から出力された波浪スペクトルを前記補正マップで補正し、補正後の前記波浪スペクトルに基づいて前記観測領域での波浪情報を取得する波浪情報取得手段と、
を有することを特徴とするレーダ波浪解析装置。