JPH05215761A - 風向・風速計測装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 移動体の針路・速度に影響を与える風向・風
速を移動体や外部の装置から直接風向・風速情報を受け
ることなく、レーダーから観測された移動体の速度・針
路から風向・風速情報を得る装置を開発する。 【構成】 レーダーから観測された移動体の位置情報を
追尾し、移動体の対地速度・針路を計算して計測装置に
入力する。一方、移動体の属性情報を入力し、予め登録
されている移動体の属性に対応した速度・針路情報を計
測装置に取り込む。両者の針路がほぼ一致していれば、
両者の速度の相違から風向・風速が与える影響を一定の
関係式で表現することができる。 【効果】 移動体が標準速度・針路を変化させながら目
標点に進と想定される場合、風による遅延や時間短縮を
予想することが可能となり、運動体の交通制御を行うの
が容易となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、複数の移動体の現在
位置を表示し、複数の移動体の交通管制を行う風向・風
速計測装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図３は、従来の風向・風速計測装置を説
明するためのブロック図、図４は測定原理を説明するた
めの図であり、図３の装置全体が移動体に搭載される。
図において、１は対気速度・風向測定装置、２は風向・
風速測定装置、３は移動体速度・針路測定装置であり、
４は対気速度及び対気針路、５は対地速度及び対地針
路、６は計測される風向・風速を示す。

【０００３】対気速度・風向測定装置１は移動体が受け
る風圧を測定することにより、対気速度及び対気針路４
を計測する。計測された対気速度及び対気針路４は、風
向・風速測定装置２に送信される。また、移動体速度・
針路測定装置３は、地上の固定装置や人工衛星等を用い
て、地上に対する対地速度及び対地針路５を観測する。
そして観測した対地速度及び対地針路５は、移動体速度
・針路測定装置３から風向・風速測定装置２に送信され
る。風向・風速測定装置２は、計測された対気速度及び
対気針路４と対地速度及び対地針路５を入力し、図４に
示すように、ベクトル計算で風向・風速６を算出する。
なお、空気抵抗その他の要素を加味しなければならない
ため、図４は実際とことなるが、ここでは単純化して説
明している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のような従来の風
向・風速計測装置は以上のように、移動体に風向・風速
測定装置２が搭載されているので、多数の移動体の交通
制御を行う固定装置において利用する場合には、各移動
体の現在地点における風向・風速を交通制御用の固定装
置まで送信する必要があるが、移動体と固定装置とのデ
ータリンクには、コストや時間がかかる。また、各移動
体に移動体速度・針路測定装置３を搭載し、そのデータ
を用いて風向・風速を計測しなければならない等の問題
点があった。

【０００５】この発明は、かかる問題点を解決するため
になされたものであり、移動体から風向・風速情報を得
ることなく、風向・風速を計測できる風向・風速計測装
置を提供することを目的としている。

【０００６】

【課題を解決するための手段】この発明に係わる風向・
風速計測装置は、レーダーにより移動体の対地速度・針
路を検出する手段と、予め定められている移動体の標準
速度・針路を記憶しこれを利用する手段と、両者の速度
・針路の差異を移動体に関する複数のデータを集積する
ことにより計算し、レーダーの監視区域全域にわたる範
囲内の風向・風速を得る手段とで構成したものである。

【０００７】なお、本願発明に関連ある先行技術として
は、特開昭６２−６１７５号公報「真風向・風速計」，
特開平３−７３８０６号公報「航空機の飛行中に地上と
の相対平均風速を決定する方法」がある。

【０００８】

【作用】地上の固定装置で各移動体の風向・風速を得る
ことにより、移動体の交通制御を行っているものに対し
て、風の状態を表示したり、風の影響により今後目標点
に到達する時刻の予測などが可能となる。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を用いて説
明する。図１は、この発明の一実施例を示すブロック図
であり、図において、１１は検出手段としてのレーダー
で、各移動体の平面位置情報１２をアナログ信号とし
て、アンテナ１回転毎に１回出力する。１３は移動体平
面位置情報１２を入力する数値化処理部で、例えばレー
ダービーコン・ビデオディジタイザなどにより構成さ
れ、移動体平面位置情報１２を数値化し、数値化信号１
４として出力する。１５は数値化信号１４を入力する追
尾処理部で、数値化信号１４に基づき各移動体毎の追尾
処理を行い、移動体の正しいと思われる位置・針路・速
度等を算出し、位置・針路・速度等の追尾情報１６を出
力する。１７は外部情報入力部で、データリンクによ
り、他の装置から当該移動体の属性・進行経路の情報を
入力し、当該移動体の種別・進行経路の情報１８を出力
する。１９は移動体情報処理部で、予め移動体属性・進
行経路に対応した標準速度・針路の対応表２０を記憶さ
せておく。

【００１０】普通の航空機に対しては、正確な航空管制
が行われ、機種・飛行時間・飛行高度・飛行速度・飛行
針路等が予め定められており、各航空機はこの定めを遵
守するように努力しているので、標準速度・針路の対応
表２０は、この航空管制データから容易に作成できる。
但し、移動体が遵守する標準速度は、対気速度であっ
て、対地速度は情報取得に時間がかかるので、対地速度
に対し瞬間的に速度の自動修正を行うことはない。外部
情報入力部１７から当該移動体の種別・進行経路１８が
移動体情報処理部１９に入力されると、標準速度・針路
の対応表２０により、標準速度・針路が算出され、移動
体情報処理部１９はまた移動体の位置・針路・速度等の
追尾情報１６を入力し、当該移動体の観測速度・針路と
標準速度・針路とを得る。

【００１１】ところで移動体は風により、速度・針路の
影響を受けるが、移動体の目標地点は定められているの
で、一般的に電波補正その他の手段により、自己の現在
位置を測定し、その現在位置から目標地点に向かうよう
に、自動的または手動で、針路は修正できる。然しなが
ら、速度の修正は対気速度に対して自動修正しており、
対地速度に関して風の影響を受けるものと考える。

【００１２】ここで以下の値を定義する。速度・針路を
ここではベクトルで表現し、直交座標で表現する。移動
体ｉの対気速度ベクトルをＸＡ，ＹＡ、移動体ｉの対地
速度ベクトルをＸＧ，ＹＧ、風速のベクトルをＸＷ，Ｙ
Ｗ、移動体ｉの標準対気速度をＳＡ、移動体ｉの標準対
地速度をＳＧ、風速をＳＷ、とする。

【００１３】このように定義することにより、以下の式
が成立する。 （ＸＡ）² ＋（ＹＡ）² ＝（ＳＡ）² ・・・式（１） （ＸＧ）² ＋（ＹＧ）² ＝（ＳＧ）² ・・・式（２） （ＸＷ）² ＋（ＹＷ）² ＝（ＳＷ）² ・・・式（３） ＸＡ＋ＸＷ＝ＸＧ・・・式（４） ＹＡ＋ＹＷ＝ＹＧ・・・式（５） そして、式（４），式（５）を式（１）に代入し、 （ＸＧ−ＸＷ）² ＋（ＹＧ−ＹＷ）² ＝ＳＡ ²・・・式（６） この式（６）から、 ２・（ＸＧ）・（ＸＷ）＋２（ＹＧ）・（ＹＷ）＋（ＳＡ）² −（ＳＧ）² −（ＳＷ）² ＝０・・・式（７）が導かれる。

【００１４】ＸＧ，ＹＧ，ＳＧはレーダーで観測した
値、ＳＡは標準値として値が得られる定数であり、Ｘ
Ｗ，ＹＷ，ＳＷ² だけを未知数と見なし〔式（３）の関
係があるから実際の未知数は２個であるが〕、ａ＝２・
ＸＧ、ｂ＝２・ＹＧ、ｃ＝（ＳＡ）² −（ＳＧ）² 、ｘ
＝ＸＷ、ｙ＝ＹＷ、ｚ＝ＳＷ² 、とおけば、 ａｘ＋ｂｙ＋ｚ−ｃ＝０・・・式（８）の観測式が得ら
れる。

【００１５】そして、式（８）は未知数が３個の方程式
であるから、同一移動体について時間を隔てて３セット
のデータを得れば、式（８）を解いて未知数ｘ，ｙ，ｚ
を求めることができる。実際には、このような移動体の
運動観測例を有効数集め、その近似解を最小自乗法で解
くことにより、ｘ，ｙ，ｚを定め、ＸＷ，ＹＷを算出し
て風向・風速を求める。

【００１６】次に、上述の方法による処理の流れを図２
のフローチャートを用いて説明する。移動体情報処理部
１９では追尾処理部１５から移動体の位置・針路・速度
等のデータを入力すると（ステップＳ１）、予め外部情
報入力部１７でデータリンクにより得られている当該移
動体の移動体属性情報との対応を行う（ステップＳ
２）。そして、データを入力した時点が風向・風速を測
定する測定時期でなければ、風向・風速に関する処理を
中止する（ステップＳ３）。また、データを入力した時
点が風向・風速を測定する測定時期であれば、当該移動
体が風向・風速に関する処理を行うのに適した、安定し
た経路を持つ移動体属性を持つ風向・風速測定対象機か
否かを判断する。そして、安定した経路を持つ移動体属
性を持たなければ、風向・風速に関する処理を中止する
（ステップＳ４）。

【００１７】また、当該移動体が安定した経路を持つ移
動体属性を持つ移動体であれば、当該機・当該位置での
標準速度・針路を標準速度・針路の対応表２０から得
（ステップＳ５）、次のステップＳ６でその標準針路が
追尾処理部１５から入力した移動体の針路とおおよそ一
致するか否かを判断し、一致しなければ、風向・風速に
関する処理を中止し、一致すれば、観測式の値を計算
し、移動体情報処理部１９の内部ファイルとして登録す
る。（ステップＳ７）。次に、同一風向・風速帯の観測
式を移動体情報処理部１９の内部ファイルからピックア
ップし（ステップＳ８）、観測式を登録した時間によ
り、古いデータには小さな重みを、最近のデータには大
きい重みを設定し、いわゆるデータの重み付けを行う。
（ステップＳ９）。そして、これらの観測式データから
最小自乗法を用いて最適解を求め、風向・風速を計算す
る（ステップＳ１０）。

【００１８】なお、上記実施例では、移動体の対気速度
は属性別の標準対気速度を用いることとしたが、移動体
に対する指示速度を移動体情報処理部１９に入力する方
法を用いても良い。この方法では入力する手段が必要と
なるが、より精度の高いデータが得られる。

【００１９】さらに、移動体から、移動体の対気速度を
データリンクにより得る方法でも良い。この方法もデー
タリンクの手段が必要となるが、精度はさらに良くな
る。

【００２０】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明によれば、
移動体から風向・風速情報を得ることなく、従って移動
体に装置の一部を搭載することなく、風向・風速を計測
することができる。ここで得られた風向・風速は移動体
に影響を与える見掛け上の風向・風速であるが、移動体
が標準速度・針路を変化させながら目標点に進むと想定
される場合、風による遅延や時間短縮を予想することが
可能となり、運動体の交通制御を行うのが容易となると
いう効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例を示すブロック図である。

【図２】この発明の動作を示すフローチャートである。

【図３】従来の風向・風速計測装置を説明するためのブ
ロック図である。

【図４】風向・風速の測定原理を説明するための図であ
る。

【符号の説明】

１１ レーダー １２ 移動体平面位置情報 １３ 数値化処理部 １４ 数値化信号 １５ 追尾処理部 １６ 追尾情報 １７ 外部情報入力部 １８ 移動体の種別・進行経路の情報 １９ 移動体情報処理部 ２０ 標準速度・針路の対応表

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成４年５月２７日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面を用いて説
明する。図１は、この発明の一実施例を示すブロック図
であり、図において、１１は検出手段としてのレーダー
で、各移動体の平面位置情報１２をアナログ信号とし
て、アンテナ１回転毎に１回出力する。１３は移動体平
面位置情報１２を入力する数値化処理部で、例えばレー
ダービーコンビデオディジタイザなどにより構成され、
移動体平面位置情報１２を数値化し、数値化信号１４と
して出力する。１５は数値化信号１４を入力する追尾処
理部で、数値化信号１４に基づき各移動体毎の追尾処理
を行い、移動体の正しいと思われる位置・針路・速度等
を算出し、位置・針路・速度等の追尾情報１６を出力す
る。１７は外部情報入力部で、データリンクにより、他
の装置から当該移動体の属性・進行経路の情報を入力
し、当該移動体の種別・進行経路の情報１８を出力す
る。１９は移動体情報処理部で、予め移動体属性・進行
経路に対応した標準速度・針路の対応表２０を記憶させ
ておく。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 地上固定位置に装備されたレーダーによ
   り所定の移動体目標（複数又は単数）を追尾し、各追尾
   目標の対地速度（ベクトル表示とし、仮にＸ−Ｙ直交座
   標に関しＸＧ，ＹＧとする）を算出する追尾処理部、 この追尾処理部から入力した追尾目標のデータに対応す
   る対気速度（ベクトル表示とし、仮に上記Ｘ−Ｙ直交座
   標に関しＸＡ，ＹＡとする）を標準速度・針路の対応表
   から読み出す手段、 １つの移動体目標についてのＸＡ，ＹＡおよびＸＧ，Ｙ
   Ｇと、当該移動体目標の標準対気速度ＳＡ（定数），標
   準対地速度ＳＧ（観測値）を入力し、当該移動体の存在
   する地点の風速をベクトル表示とし、仮に上記Ｘ−Ｙ直
   交座標に関しＸＷ，ＹＷとした場合、 ＸＡ＋ＸＷ＝ＸＧ，ＹＡ＋ＹＷ＝ＹＧ， （ＸＡ）² ＋（ＹＡ）² ＝（ＳＡ）² ，（ＸＧ）² ＋
   （ＹＧ）² ＝（ＳＧ）² ，の関係式から、複数時点にお
   けるＸＧ，ＹＧの観測値を用い、ＸＷ，ＹＷを算出する
   手段、を備えたことを特徴とする風向・風速計測装置。