JP6804216B2 - レーダ制御装置及びレーダ装置 - Google Patents

Description

本開示は、レドームによる通過損失分だけ、受信電力を補正するレーダ技術に関する。

レーダ技術において、レドームの表面が雨滴に汚染されることにより、レドームの通過損失が増加してしまう。特許文献１、２の気象レーダ装置では、レドームの表面がどの程度雨滴に汚染されているかに応じて、レドームによるレーダ信号の通過損失分だけ、レーダ信号の受信電力を補正することにより、降雨量の観測精度を向上させている。

特開平９−２５７９２８号公報 特開平６−２７３５４０号公報

特許文献１の気象レーダ装置では、レドームの外側の補助アンテナ、レドームの近くの地上雨量計、レドームの下部の垂水量測定手段、レドームから離れた反射体、水膜の誘電特性を測定する手段、又は、方向性結合器で定在波比を測定する手段を用いて、レドームの表面がどの程度雨滴に汚染されているかを観測している。しかし、特許文献１の気象レーダ装置では、上記構成が必要となるため、装置構成が複雑となる。

特許文献２の気象レーダ装置では、レーダサイトに一番近い雨量値を観測することにより、レドームの表面がどの程度雨滴に汚染されているかを観測している。しかし、特許文献２の気象レーダ装置では、高いサイドローブ利得のため、観測精度が低下する。

そこで、前記課題を解決するために、本開示は、レドームの表面がどの程度雨滴に汚染されているかに応じて、レドームによるレーダ信号の通過損失分だけ、レーダ信号の受信電力を補正するにあたり、装置構成を複雑とせずに、かつ、観測精度を低下させずに、レドームの表面がどの程度雨滴に汚染されているかを観測することを目的とする。

上記目的を達成するために、各々の雨滴をほとんど等方的な円形断面として観測することから、通常は水平偏波と垂直偏波の間のキャリブレーションに用いられる天頂観測を、ここではレーダサイトの上空の降雨量の観測に用いることとした。

具体的には、本開示は、天頂観測を実施し、レーダサイトの上空の降雨量を観測するレーダ観測部と、前記レーダ観測部が観測した前記レーダサイトの上空の降雨量に応じて、レドームによるレーダ信号の通過損失分だけ、レーダ信号の受信電力を補正するレーダ補正部と、を備えることを特徴とするレーダ制御装置である。

天頂観測は、通常はもともと存在する機能であり、低いサイドローブ利得を有する。よって、この構成によれば、レドームの表面がどの程度雨滴に汚染されているかに応じて、レドームによるレーダ信号の通過損失分だけ、レーダ信号の受信電力を補正するにあたり、装置構成を複雑とせずに、レドームの表面がどの程度雨滴に汚染されているかを見積もるレーダ制御装置を提供することができる。

また、本開示は、前記レーダ制御装置は、前記レーダサイトの上空に雨雲が接近中かどうかの情報を取得する雨雲情報取得部、をさらに備え、前記レーダ観測部は、前記レーダサイトの上空に降雨がないと判定している期間では、前記雨雲情報取得部が前記レーダサイトの上空に雨雲が接近しているとの情報を取得した場合には、天頂観測を実施し、前記雨雲情報取得部が前記レーダサイトの上空に雨雲が接近していないとの情報を取得した場合には、天頂観測を中止することを特徴とするレーダ制御装置である。

この構成によれば、レーダサイトの上空に降雨がない期間では、天頂観測の頻度を少なくすることができるため、装置の処理手順を少なくすることができる。

また、本開示は、レーダ信号を送受信するレーダ送受信装置と、前記レーダ送受信装置を覆うレドームと、レーダ制御装置と、を備えることを特徴とするレーダ装置である。

天頂観測は、通常はもともと存在する機能であり、低いサイドローブ利得を有する。よって、この構成によれば、レドームの表面がどの程度雨滴に汚染されているかに応じて、レドームによるレーダ信号の通過損失分だけ、レーダ信号の受信電力を補正するにあたり、装置構成を複雑とせずに、かつ、観測精度を低下させずに、レドームの表面がどの程度雨滴に汚染されているかを観測するレーダ装置を提供することができる。

このように、本開示によれば、レドームの表面がどの程度雨滴に汚染されているかに応じて、レドームによるレーダ信号の通過損失分だけ、レーダ信号の受信電力を補正するにあたり、装置構成を複雑とせずに、かつ、観測精度を低下させずに、レドームの表面がどの程度雨滴に汚染されているかを観測することができる。

本開示のレーダ装置の構成を示す図である。 本開示のレーダ装置の処理を示す図である。 本開示の雨雲情報取得部の処理を示す図である。 本開示の雨雲情報取得部の処理を示す図である。 本開示の雨雲情報取得部の処理を示す図である。 本開示の雨雲情報取得部の処理を示す図である。 本開示の雨雲情報取得部の処理を示す図である。

添付の図面を参照して本開示の実施形態を説明する。以下に説明する実施形態は本開示の実施の例であり、本開示は以下の実施形態に制限されるものではない。

本開示のレーダ装置の構成を図１に示す。レーダ装置Ｒは、レーダ送受信装置１、レドーム２及びレーダ制御装置３から構成される。レーダ制御装置３は、レーダ観測部３１、レーダ補正部３２及び雨雲情報取得部３３から構成される。

レーダ装置Ｒは、降雨量を観測する気象レーダ装置であってもよく、目標物を探知する一般レーダ装置であってもよい。レーダ送受信装置１は、レーダ信号を送受信する。レドーム２は、レーダ送受信装置１を覆うことにより、レーダ送受信装置１を雨滴から保護する。レーダ制御装置３は、レーダ送受信装置１を制御する。

レーダ観測部３１は、天頂観測を実施し、レーダサイトの上空の降雨量を観測する。具体的には、レーダ観測部３１は、レーダサイトの上空の降雨量が増加するにつれて、より高い強度のレーダ信号の受信電力を測定することになる。

レーダ補正部３２は、レーダ観測部３１が観測したレーダサイトの上空の降雨量に応じて、レドーム２によるレーダ信号の通過損失分だけ、レーダ信号の受信電力を補正する。具体的には、レーダ補正部３２は、レーダサイトの上空の降雨量が増加するにつれて、レーダ信号の受信電力に加算すべきレドーム２によるレーダ信号の通過損失を増加させる。

雨雲情報取得部３３は、レーダサイトの上空に雨雲が接近中かどうかの情報を取得する。具体的には、雨雲情報取得部３３は、エコーの時系列のマッチングを実行してもよく（これらについては、図３〜７を用いて後述する。）、レーダ画像又は空そのものを観察しているユーザが取得した情報を入力してもよい。

本開示のレーダ装置の処理を図２に示す。レーダ補正部３２は、レーダ信号の受信電力の補正に先立ち、レドーム２の表面が雨滴に汚染されておらず乾燥している場合のレドーム２によるレーダ信号の通過損失Ｌ＿Ｄと、レドーム２の表面が雨滴に汚染されており水膜が張った場合のレドーム２によるレーダ信号の通過損失Ｌ＿Ｒと、を登録する。なお、レドーム２の表面が雨滴に汚染されており水膜が張った場合のレドーム２によるレーダ信号の通過損失Ｌ＿Ｒは、本実施形態では、雨の強さや水膜の厚さに依存しない定数としているが、変形例として、雨の強さや水膜の厚さに依存する変数としてもよい。レーダ観測部３１は、レーダの運用中に、天頂観測を実施する。

まず、レーダ観測部３１が天頂観測で測定したレーダ信号の受信電力が、所定の閾値以上である場合について説明する。この場合、レーダ観測部３１は、レーダサイトの上空に降雨があると判定し、レドーム２の表面が雨滴に汚染されており水膜が張ったとみなす。そして、レーダ補正部３２は、レドーム２の表面が雨滴に汚染されており水膜が張った場合のレドーム２によるレーダ信号の通過損失Ｌ＿Ｒの分だけ、レーダ観測部３１が天頂観測又は他の仰角の観測で測定したレーダ信号の受信電力を補正する。なお、レドーム２の表面が雨滴に汚染されており水膜が張った場合のレドーム２によるレーダ信号の通過損失Ｌ＿Ｒは、本実施形態では、天頂観測における受信強度に依存しない定数としているが、変形例として、天頂観測における受信強度に依存する変数としてもよい。

さらに、レーダ観測部３１は、レーダサイトの上空に降雨があると判定している期間では、定期的に（例えば、５〜１０分おきに）天頂観測を実施する。

次に、レーダ観測部３１が天頂観測で測定したレーダ信号の受信電力が、所定の閾値未満である場合について説明する。この場合、レーダ観測部３１は、レーダサイトの上空に降雨がないと判定し、レドーム２の表面が雨滴に汚染されておらず乾燥しているとみなす。そして、レーダ補正部３２は、レドーム２の表面が雨滴に汚染されておらず乾燥している場合のレドーム２によるレーダ信号の通過損失Ｌ＿Ｄの分だけ、レーダ観測部３１が天頂観測又は他の仰角の観測で測定したレーダ信号の受信電力を補正する。

さらに、雨雲情報取得部３３は、レーダサイトの上空に雨雲が接近中かどうかの情報を取得する。そして、レーダ観測部３１は、レーダサイトの上空に降雨がないと判定している期間では、（１）雨雲情報取得部３３がレーダサイトの上空に雨雲が接近しているとの情報を取得した場合には、天頂観測を実施し、（２）雨雲情報取得部３３がレーダサイトの上空に雨雲が接近していないとの情報を取得した場合には、天頂観測を中止する。

ところで、天頂観測は、各々の雨滴をほとんど等方的な円形断面として観測することから、通常は水平偏波と垂直偏波の間のキャリブレーションに用いられて、もともと存在する機能であり、そのうえ、低いサイドローブ利得を有する。

よって、図１、２に示したように、レドーム２の表面がどの程度雨滴に汚染されているかに応じて、レドーム２によるレーダ信号の通過損失分だけ、レーダ信号の受信電力を補正するにあたり、装置構成を複雑とせずに、かつ、観測精度を低下させずに、レドーム２の表面がどの程度雨滴に汚染されているかを観測することができる。

そして、図１、２に示したように、レーダサイトの上空に降雨がない期間では、天頂観測の頻度を少なくすることができるため、装置の処理手順を少なくすることができる。

本開示の雨雲情報取得部の処理を図３〜７に示す。図３は、以前の時刻Ｔ（ｎ−１）におけるレーダ画像を示す。図４は、現在の時刻Ｔ（ｎ）におけるレーダ画像を示す。

雨雲情報取得部３３は、以前の時刻Ｔ（ｎ−１）におけるレーダ画像において、エコーの追跡対象範囲Ｒ１に存在し、かつ、強度が所定の基準値より高いエコーを、追跡対象のエコーとして抽出する。図３では、雨雲情報取得部３３は、エコーＡ（ｎ−１）、Ｂ（ｎ−１）、Ｃ（ｎ−１）を抽出している。ここで、雨雲情報取得部３３は、このようなエコーを抽出しなかった場合には、レーダサイトの上空に雨雲が接近していないと判定する。

雨雲情報取得部３３は、現在の時刻Ｔ（ｎ）におけるレーダ画像において、レーダの観測最大範囲Ｒ０に存在し、かつ、強度が所定の基準値より高いエコーを、追跡対象のエコーとして抽出する。図４では、雨雲情報取得部３３は、エコーＡ（ｎ）、Ｂ（ｎ）、Ｃ（ｎ）、Ｄ（ｎ）、Ｅ（ｎ）を抽出している。ここで、雨雲情報取得部３３は、このようなエコーを抽出しなかった場合には、レーダサイトの上空に雨雲が接近していないと判定する。

図５は、以前の時刻Ｔ（ｎ−１）及び現在の時刻Ｔ（ｎ）におけるエコーのマッチングの処理を示す。ここで、雨雲情報取得部３３は、相関処理を用いて、又は、エコーの面積や移動距離等を基準として、エコーの時系列のマッチングを実行することができる。

図６は、以前の時刻Ｔ（ｎ−１）及び現在の時刻Ｔ（ｎ）におけるエコーのマッチングの結果を示す。図６では、雨雲情報取得部３３は、以前の時刻Ｔ（ｎ−１）におけるエコーＡ（ｎ−１）、Ｂ（ｎ−１）、Ｃ（ｎ−１）が、現在の時刻Ｔ（ｎ）におけるエコーＡ（ｎ）、Ｂ（ｎ）、Ｃ（ｎ）に、それぞれ移動している、と判定する。

図７は、以前の時刻Ｔ（ｎ−１）から現在の時刻Ｔ（ｎ）までのエコーＡ、Ｂ、Ｃの移動ベクトルを示す。エコーＡ（ｎ）は、現在の時刻Ｔ（ｎ）においても、エコーの追跡対象範囲Ｒ１に存在するが、レーダサイトから遠ざかっている、又は、レーダ方位角に対して平行に移動している。エコーＢ（ｎ）は、現在の時刻Ｔ（ｎ）においては、エコーの追跡対象範囲Ｒ１から抜け出ている。エコーＣ（ｎ）は、現在の時刻Ｔ（ｎ）においても、エコーの追跡対象範囲Ｒ１に存在するし、レーダサイトへと近づいている。

雨雲情報取得部３３は、現在の時刻Ｔ（ｎ）においても、エコーの追跡対象範囲Ｒ１に存在するしレーダサイトへと近づいているエコーが、１つでも存在するかどうかを判定する。そのようなエコーが１つでも存在する場合には、雨雲情報取得部３３は、レーダサイトの上空に雨雲が接近していると判定する。そのようなエコーが１つも存在しない場合には、雨雲情報取得部３３は、レーダサイトの上空に雨雲が接近していないと判定する。図７では、雨雲情報取得部３３は、上述したようにエコーＣ（ｎ）を抽出しているため、レーダサイトの上空に雨雲が接近していると判定する。

本開示は、降雨量を観測する気象レーダ装置や目標物を探知する一般レーダ装置で、レドームの表面がどの程度雨滴に汚染されているかに応じて、レドームによるレーダ信号の通過損失分だけ、レーダ信号の受信電力を補正することができる。

Ｒ：レーダ装置
１：レーダ送受信装置
２：レドーム
３：レーダ制御装置
３１：レーダ観測部
３２：レーダ補正部
３３：雨雲情報取得部

Claims (2)

1. 天頂観測を実施し、レーダサイトの上空の降雨量を観測するレーダ観測部と、
   前記レーダ観測部が観測した前記レーダサイトの上空の降雨量に応じて、レドームによるレーダ信号の通過損失分だけ、レーダ信号の受信電力を補正するレーダ補正部と、
   前記レーダサイトの上空に雨雲が接近中かどうかの情報を取得する雨雲情報取得部と、
   を備え、前記レーダ観測部は、前記レーダサイトの上空に降雨がないと判定している期間では、前記雨雲情報取得部が前記レーダサイトの上空に雨雲が接近しているとの情報を取得した場合には、天頂観測を実施し、前記雨雲情報取得部が前記レーダサイトの上空に雨雲が接近していないとの情報を取得した場合には、天頂観測を中止する、
   ことを特徴とするレーダ制御装置。
2. レーダ信号を送受信するレーダ送受信装置と、
   前記レーダ送受信装置を覆うレドームと、
   請求項１に記載のレーダ制御装置と、
   を備えることを特徴とするレーダ装置。

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