JPH06506537A - マイクロ波レーダを使用するマイクロバースト前兆検出方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 マイクロ波レーダを使用するマイクロバースト前兆検出器発明の背景 １、発明の分野 この発明は一般に気象の擾乱の予測に関し、より特定的には、離着陸中の航空機 に危険を及ぼすマイクロバーストウィンドシアの状態を地表面上空の低高度に引 起こす気象の擾乱の予測に関する。

２、先行技術の説明 マイクロバーストウィンドシアは比較的小さい領域の上空の低高度で同時におこ る、非常に異なった風速および風向を示す気象状態である。マイクロバーストウ ィンドシアは典型的には５ないし１５分続きかつ比較的小さい領域で発生し、航 空機の離着陸の間非常に危険である。先行技術のシステムは一般に地表面のマイ クロバーストウィンドシアを最初に発生した後検出する。離着陸の際に、これら のシステムではウィンドシアの状態が始まった後に危険信号が与えられるので離 着陸中の航空機がウィンドシアの領域を回避するだけの十分な警告時間が得られ ないことが多い。

地表面のウィンドシアの状態を検出するための先行技術の方法では、空港の複数 の場所で機械的な風センサを使用して風の方向および大きさの地上観測が行なわ れる。そのようなシステムを使用している空港ではウィンドシア状態を適切な時 に検出できなかったり、または全く検出できなかったりしたため深刻な事故が起 こった。したがってこのシステムは不適切であることがわかった。第２の方法で は地上設置のレーダか使用される。地上設置の気象感知レーダは典型的には、湿 った空気の検出能力を高めかつ高い角度分解能が得られるように幅の狭いアンテ ナビームを有する。

現在開発中のターミナルドツプラー気象レーダは空港から約２０Ｋｍ上の位置か ら、空港の地表面で成長中のマイクロバーストウィンドシアを検出するものであ る。幾何学的理由から、そのドツプラー測定能力は地表面上方の大気水象（雨１ １！りの水平方向の動きの検出に制限される。それは検出可能なレーダエコー反 射を与えるのに十分な数の浮遊雨滴かあるときにはウィンドシアを測定できる。

それはまた、気象状態によっては地表面のマイクロバーストウィンドシアの前兆 があることを間接的に証明する、空気中の湿気を含んだ風の水平方向の動きを測 定することもできる。

この方法によるマイクロバーストの前兆の検出の可能性は低く、これらの測定に のみ基づく誤警報率は受入れ不可能であるほど高いであろう。

先行技術の他の方法では、航空機の対地速度を検出するためおよびこの対地速度 と航空機の対気速度とを比較するための機上搭載装置か使用される。慣性センサ によって判定されるこれらの速度の差および航空機の垂直方向の加速度によって 、航空機の周りの風の状態が示される。そのようなシステムは前方の風の状態を 適切な時間には示さず、特に、航空機の前方のマイクロバーストウィンドシアを 事前には警告しない。先行技術の他の機上搭載型ウィンドシア検出器は、機上に 搭載された垂直加速度計、真対気速度インジケータ、ピッチ角インジケータおよ び迎え角インジケータによって与えられたデータを使用して垂直方向の風の変化 率を判定することによってウィンドシアの検出を向上し、これにより別のウィン ドシアインジケータを提供する。

地上設置装置で地表面のマイクロバーストウィンドシアの検出を向上するシステ ムは米国特許第４．６４９．３８８号（Ｒｅ、第３３．１５２号）および第４． 　７１２．　１０８号に開示されている。前者の特許に開示された発明は、垂直 方向に重ねられたレーダビームの各々で湿気を含む空気の地表面の風速のドツプ ラースペクトルを推定する、少なくとも２つの垂直方向に重ねられたレーダビー ムを備えるドツプラーレーダシステムを使用する。高度に応じて水平方向の風速 が単調に増加（または減少）すれば、２つのスペクトルが等しいポイントより下 （上）の風速のスペクトル成分は、２つの重ねられたビームパターンが交差する 仰角より下（上）で起こる風速に関連する。これらの風速のスペクトル成分によ って、水平方向のウィンドシアから生じる半径方向のドツプラー速度の範囲およ び方位の関数としての推定値を得ることができ、これによりウインドシアの位置 およびその大きさを検出することができる。後者の特許の発明は、ウィンドシア が発生した後、湿気を含んだ空気の水平方向のドツプラーレーダ反射信号を処理 することによって地表面のマイクロバーストウィンドシアを検出する。マイクロ バーストウィンドシアの中心の範囲および方位を時間の関数として追跡すること によって、システムはマイクロバーストウィンドシアの中心の水平方向の動きを 判定し、それによってその短い寿命の間におけるマイクロバーストウィンドシア の位置を予測する。

これらのシステムはマイクロバーストが最初に発生した後それを追跡することに よって地表面のマイクロバーストウィンドシアの今後の位置を予測することはで きるが、しかしながら、マイクロバーストウィンドシアの最初の発生を予測する ことはできない。マイクロバーストの発生後にその今後の位置を予測しても、最 初のマイクロバーストウィンドシアの位置にある空港にウィンドシアの状態を警 告することにはならない。そのようなドツプラーレーダセンサには、浮遊する湿 度の含有量が非常に少ない場合、すなわち米国の西部で非常によく起こる現象の 場合に地表面のマイクロバーストウィンドシアを検出することができないという 別の限界がある。

必要であるのは、着陸しようとしている航空機のルートを安全に変更するまたは 航空機がその位置で離着陸するのを遅らせるのに十分なリードタイムで地表面の 最初のマイクロバーストウィンドシアの位置を確実に予測し力）つ浮遊するウィ ンドシアの空気流に湿気がほとんどないときでもこの機能を果たすシステムであ る。

発明の概要 この発明の目的は、地表面のウィンドシアの発生の５ないし１５分前に発生する 直径１１−３Ｋの垂直方向の風の下降気流を判定することによって地表面のマイ クロバーストウィンドシアを適切にかつ早期に警告することである。垂直方向の 下降気流は地表面に到達するとあらゆる方向に水平方向に広がり、円形または楕 円形のマイクロバーストウィンドシアを発生する。風の下降気流が地表面に到達 しかつ水平方向のウィンドシアを発生する前のそれが下降している同に垂直方向 の風の下降気流を検出することによってこの目的は達成される。垂直方向の風の 下降気流は、空港の上空の予め定められた距離の予め定められた高度範囲を照ら す、１つのスキャンビームまたは垂直方向に重ねられた複数のビームのマイクロ 波ドツプラーレーダシステムの受信信号から４つの気象パラメータを抽出するこ とによって判定される。ドツプラーレーダシステムのビームの数およびそれらの ビーム幅は、ドツプラーレーダシステムの各々のレンジセルに関して、予め定め られた距離よりも短い斜めのレンジのすべてに対して垂直方向または水平方向の 境界を規定するように、空港の周りの予め定められた領域の予め定められた高度 範囲をカバーするように設計される。

この水平方向の境界は、垂直方向の風の下降気流の柱がビームを完全に確実に満 たすように選択される一方、垂直方向の境界はレンジセル内での風速の勾配の影 響を制限する。

ドツプラー信号の抽出された気象パラメータは大気水染（降水）の垂直方向の速 度、水平方向の速度および空間位置を定めるために使用される。これらの速度の 推定値は、各々のレンジ一方位セルの降水のドツプラー速度スペクトルの平均速 度、スペクトル幅および歪みと、レーダ信号が戻される各々のレンジ一方位セル てのレーダによって判定される降水の反射率と、ビームの方位と、レーダビーム の仰角およびビーム幅とに基く、暴風により引き起こされる。マイクロバースト の前兆の気象学上の特徴は、少なくとも５メ一トル／秒の垂直方向の風の下降気 流の速度、直径が１．５ないし３．０キロメートルの垂直方向の風の下降気流の 柱、および垂直方向の下降気流の風の降水反射率の、その周りの領域の降水反射 率に対する０−２０ｄＢの増加である。これらの基準はすべてマイクロバースト を発生させる下降気流か起こっていることを確認するために使用される。

受信されたドツプラー速度スペクトルは、仰角の正弦の関数である、垂直方向の 雨滴の速度のドツプラーレーダによって決定される半径方向の成分と、仰角の余 弦の関数である、水平方向の雨滴の速度の半径方向の成分とを比較的広い垂直方 向のアンテナビーム輻にわたって組合わせな結果である。結果として生じる速度 スペクトルは各々のレンジ一方位セル内での垂直方向および水平方向の大気水染 の平均速度の各々の組合わせに対して一意である。照らされた高度範囲内の各々 のビームの各々のレンジ一方位セルの測定されたドツプラースペクトルパラメー タは連続的なレーダスキャンの際に記憶され、四次元パラメータマツプを構成す る。ドツプラースペクトルパラメータは、平均ドツプラー速度、ドツプラースペ クトル幅、ドツプラースペクトルの歪みおよびレーダエコー内の総スペクトルパ ワーを含む。マイクロバーストの下降気流の中の大気水染のこれらの測定された パラメータによって、基本的な情報が得られ、それによってマイクロバーストの 前兆の垂直方向および水平方向の風速を推定することができる。その垂直方向の 風速が５メ一トル／秒よりも速くかつ降水反射率が周りの領域より０−２０ｄＢ 大きな、１，５ないし３．０キロメートルの垂直方向の風の柱か検出されたこと がこれらのマツプから判断されると、マイクロバースト警報が発生される。垂直 方向の下降気流が地表面に下降する時間が５分のオーダであるため、この警告は 、地表面のマイクロバーストウィンドシアが実際に発生するよりも、着陸しよう としている航空機を迂回させる、または航空機の離陸を遅らせるのに十分な時間 だけ前に起こる。

図面の簡単な説明 図１は、マイクロバーストを生じさせる気象状態、およびウィンドシア状態の発 生を説明するのに育用な図である。

図２は、マイクロバーストの前兆を示す図である。

図３は、マイクロバースト予測データを得るために使用され得る垂直方向に重ね られた複数のビームを示す図である。

図４は、この発明の好ましい実施例のブロック図である。

図５は、図４の好ましい実施例に使用され得るレシーバのブロック図である。

図６は、図４に示されるパラメータ推定器に使用され得るプロセッサのブロック 図である。

図７は、図４の検出トリガに使用され得るプロセッサのブロック図である。

図８は、図４に示されるマイクロバースト位置検出装置に使用され得るプロセッ サの図である。

図９は、ドツプラースペクトルの歪み対半径方向速度のプロット図である。

図ＩＯは、ドツプラースペクトル幅対半径方向速度のプロット図である。

図１１は、図４のウィンドシア予測装置として使用され得るプロセッサのブロッ ク図である。

好ましい実施例の説明 航空機の離／着陸の際の事故の主な原因は、マイクロバーストと呼ばれる、ウィ ンドシアの特定の形のものである。

航空の障害を示すための造語であるマイクロバーストは湿った空気の力強い下方 向の突風であり、これより地表面の近くであらゆる方向に突然激しい水平方向の 空気の流れが生じる。この激しい水平方向の空気の流れによって、その中心付近 で水平方向の風に速度差か生じる。このウィンドシアが地表面上（ＡＧＬ）から ５００メートルよりも低い、直径が約４Ｋｍの地表面領域で、ｌＯメートル／秒 以上であるときに、マイクロバーストが発生したといわれる。

地上からの高度が低いところでは、クラッタとして知られている地面反射と、多 くの場合下降気流の（レーダエコーを生成する）湿気の多くが地表面に到達する 前に蒸発してしまうということによってウィンドシアのレーダ検出は制限される 。都市の空港での典型的なりラッタレベルおよび空港監視レーダアンテナ回転速 度によって、１Ｏ−２０ｄＢｚ以上のオーダの降水反射率を有するマイクロバー ストのウィンドシア検出は制限される。もしクラッタがなければ、または可能で あれば信号処理手段によってそれを減衰できれば、検出可能な信号レベルはノイ ズによる制限により決められることになり、感度が一桁あがるであろう。信号の フィルタリングによってクラッタを減衰することができる程度は、アンテナ回転 速度および方位ビーム幅に依存する。アンテナ回転がより速くなるかまたはアン テナビーム輻かより狭くなれば地面クラッタの変調のレベルはより高くなり、入 力信号をフィルタリングすることによってクラッタを低減することはより困難に なる。２つのタイプのマイクロバースト、つまりドライおよびウェットが既知で ある。ドライマイクロバーストは一般に、多量の雨が空中にある乾燥した気候で 発生するか、この雨は地上面でひどいウィンドシア状態を引起こす現象を開始さ せ、大部分は地上に到達する前に蒸発する。ドライマイクロバーストウィンドシ アは、地表面での浮遊する湿気のレベルが低いため、その反射率は２０ｄＢｚよ りもはるかに低い。ウェットマイクロバーストウィンドシアは一般に雨の多い地 域で発生し、地表面に到達する前に一部分しか蒸発しない。そのようなマイクロ バーストウィンドシアの反射率は通常２０ｄＢＺのレベルをはるかに越える。す なわち地面クラッタによって、地表面に近いレーダビームで動作するレーダシス テムによるトライマイクロバーストウィンドシアおよびウェットマイクロバース トウィンドシアの検出はともに抑制される。

次に図１を参照されたい。マイクロバーストは、高い高度で発生する垂直方向の 強い下降気流によって発生し、その水平方向の直径りは１．５ないし３キロメー トルである。

擾乱の直径は下降気流か地表面に接近するに従って増加しかつ最大４Ｋｍの距離 Ｗにわたる地表面の近くて水平方向の風速の差Ｖ＝Ｖ２−　（−Ｖｌ）を示すが 、これは少なくとも１０メ一トル／秒（２０ｋｔｓ）であり、６０ｋｔｓからｌ ００ｋｔｓにも達し得る。（Ｗが４Ｋｍよりも大きいとき、マイクロバーストか 発生したといわれるが、この状態では航空機の離着陸の際の危険度はより少ない 。下降気流は、まとめてマイクロバーストの前兆と呼ばれるいくつかの気象学的 に検出可能である現象のうちの１っであるが、下降気流は次に起こる地表面での マイクロバーストウィンドシアの前兆としては最も不確かである。

マイクロバーストウィンドシア領域に入る着陸しようとしている航空機ＡＣにと ってはまず向かい風が増加し、これによって航空機ＡＣは滑空スロープＧＬより 上を飛行する。パイロットは対気速度および迎え角を減少させることによって滑 空スロープＧＬに戻ろうと試みるかもしれない。

マイクロバースト内を進むと、航空機ＡＣは水平方向に飛行しながら強い下降気 流に遭遇して下に押し下げられ、その後追い風に遭遇してその結果揚力を失う。

航空機ＡＣが滑空スロープＧＬより下に下降すると、パイロットはパワーおよび 抑え角を増加させて航空機ＡＣを滑空スロープＧＬに戻さなければならない。航 空機が制御命令に応答するにはある時間か必要であるため、航空機が地面に近す ぎて回復できない場合墜落するかもしれない。

マイクロバーストの前兆は、低高度でウィンドシアが始まる約５−１５分前に地 表面の上（ＡＧＬ）の１ないし８Ｋｍで起こる。典型的なウェットマイクロバー ストの形成を示す図は図２に示されている。第１の段階１０では、水分が非常に 多く含まれる、反射率の高いコアＩｌａが３ないし８ＫｍＡＧＬの高度て形成さ れる。コアｌｌａが形成されると同時に、コアｌｌａにまたはその上に空気の流 入１２ａか形成される。不安定なため高反射率コアｌｌａが下降すると、それに よって、それが下降した後に空気のさらなる収束１３ａが生じ多くの場合下降す る柱の空気の回転１４ａが生じる。下降する高反射率コアｌｌａはまたその下方 の湿気を含んだ空気を押し下げ、その結果湿気の蒸発のために起こる空気冷却が 発生するので、より加速する強い下降気流となる。この高反射率コアはウィンド シアが起こると同時にまたは起こった後に地表面に到達し得る。

強い下降気流によって地表面で空気の発散１７ａが起こり、風速差Ｖ＝Ｖ、−Ｖ 、が生じる。

したがって空気中の気象現象により、離着陸時の航空機の事故を防ぐのに十分な リードタイムで、地表面のマイクロバーストが予測され得る前兆を検出できる。

下降する下降気流と関連する前兆としては、反射率コアが下降すること、上空で 風か水平方向に収束すること、および下降気流の柱が水平方向に回転することと が含まれる。これらの前兆は、地表面のマイクロバーストウィンドシアの直接の 原因である垂直方向の風の下降気流の、間接的な徴候である。

下降する高反射率コアも、風の収束および回転も、垂直方向の風の下降気流の間 接的な徴候でしかないため、それらはこれから起こるマイクロバーストの指標と しては垂直方向の風速を直接測定するよりも信頼性に欠ける。下降する高反射率 コアが相当な程度の水平方向の風の収束および回転とともに観測されてもその後 にマイクロバーストが起こらない場合かあり、マイクロバーストがそれらが観測 されなくても発生したことがある。したがって、マイクロバーストを確実に予測 するためには、反射率が典型的には周りの領域と少なくとも等しいまたはそれよ りも太きく１５ｄＢｚを越え、かつ上空での直径が１．５ないし３．０Ｋｍであ る柱内で、垂直方向の風速が５メ一トル／秒よりも速い垂直方向に下降する下降 気流を直接観測することが必要である。湿った下降気流が下降するにつれ、柱で の蒸発が冷却を引起こして加速を誘発し、これにより垂直方向の風速は２５メ一 トル／秒まで増加することもある。３つのファクタがすべて揃えば差し迫ったマ イクロバーストの前兆が明白に成立する。

したがって、地表面のマイクロバーストの予測のための早期警報システムはｌｌ −３Ｋの高度の垂直方向の下降気流を検出することかできなけばならない。図３ に示すように、これは、高い仰角をスキャンする方向に向けられた１つのビーム を有する、または各々が指定された仰角セクタをスキャンするための方向に向け られた複数の重ねられたビームを存する、ドツプラーレーダシステムで達成され る。

重ねられたビームシステムでは、ビームの数および個々のビーム幅は空港の周り の領域で所望の高度範囲ＡＧＬをカバーするように選択される。一旦仰角の有効 範囲およびこの有効範囲を与えるためのビームの数が選択されると、各々の仰角 ビームてほぼ同じパーセンテージの範囲に広がる垂直方向の風速が得られるよう に各々仰角ビーム幅が定められる。

図３のビーム構成における各々のビームの仰角ビーム幅は以下の関係に従って選 択されるであろう。

ここで０１は各々の仰角ビームの交差を規定する連続する仰角である。図３に示 されるφ、はｎ番目に重ねられるビームの仰角である。図３には３つのビームし か示されていないが、これに限定されるものではなくシステムの位置で有効範囲 を最適化するためにこれより多いまたは少ない数のビームが選択されてもよい。

次に、この発明の好ましい実施例のブロック図が示される図４を参照されたい。

重ねられたビームのアンテナ１１によって受信される信号はビームセレクタ１２ に結合される。選択されたビームはそこからさらにコヒーレントレシーバ１３に 結合される。方位駆動メカニズム１４によってアンテナＩＩの方位が回転すると 連続的に仰角セクタの有効範囲を与えるようにビームが順に選択される。以下に 説明するように、コヒーレントレシーバ１３は、パラメータ推定器１５に１およ びＱとして示される２つの出力信号を与え、パラメータ推定器１５は、ドツプラ ースペクトル平均速度推定器１５ａと、平均ドツプラースペクトル歪み推定器と 組み合わされるドツプラースペクトル速度幅（分散量）推定器＋５ｂと、反射率 推定器１５ｄと、信号対クラッタ比推定器１５ｅと、反射率およびＳ／Ｃか組合 わされるコンパレータ１５ｆとを含む。■およびＱの信号を処理することによっ て得られる平均スペクトル速度推定値、平均スペクトル幅推定値、平均スペクト ル歪み推定値および反射率推定値を表わす信号はパラメータ推定器１５からパラ メータマツパ１６に結合され、これはまた、図示していないがレンジゲートジェ ネレータからの、傾斜したレンジを表わす信号と、アンテナ方位駆動メカニズム １４からのアンテナの方位を表わす信号と、ビームセレクタ１２からのビームの 選択を表わす信号と、反射率の推定値と信号対クラッタ比の推定値とが共に予め 定められたしきい値を越えるとコンパレータ１５ｆから発生するゲート信号とを 受ける。

ゲート信号を受けた後、直前のＮ回の方位スキャンに関する推定値を表わす４つ の信号が、平均速度メモリ１６ａ、速度スペクトル幅メモリ＋６ｂ、歪みメモリ １６ｃおよび反射率メモリ１６ｄに記憶される。記憶された信号１６ａ、１６ｂ および１６ｄは検出回路１７に結合され、ここでさらに続けて処理するためのト リガが発生される。マイクロバーストの下降気流の位置検出装置および確認装置 １８は検出回路からの信号によってトリガされるとパラメータマツパ１６に記憶 された４つの信号をすべて処理し、マイクロバ−ストの前兆の存在およびその進 路を確認する。マイクロバーストの前兆の追跡信号はウィンドシア予測装置１９ に結合され、ここでマイクロバーストの衝撃位置、ウィンドシアの大きさ、衝撃 までの時間およびマイクロバーストのタイプ（ウェットまたはドライ）が判断さ れる。マイクロバーストの衝撃位置およびウェットまたはドライマイクロバース トの情報は衝撃位置予測装置１９がらウィンドシアトラッカ２０に結合され、こ れはこのデータを使用してマイクロバーストの最初の衝撃位置からの地表面にお けるウィンドシアの進路を与える。

図５には適切なレシーバ１３の概略図が示されている。

ビームセレクタＩ２からの信号はＲＦフィルタ１３〜１を介してミキサ１３−２ に結合され、ここで、レーダが動作する周波数近傍の予め定められた帯域幅の範 囲内に濾波されたＲＦ倍信号、安定化局部発振器（ＳＴＡＬＯ）１３−３によっ て与えられる信号と混合されＩＦ増幅器１３−４に中間周波数（ＩＦ）の信号を 与える。ＩＦ増幅器の帯域幅は、信号対ノイズ比を最適化し、かつ隣接するレン ジセルにおける信号のサンプルとサンプルとの間の非相関が最大になるように選 択される。ＩＦ増幅器がらの信号はＩ／Ｑ復調器１３−５に結合され、そこから 、コヒーレント発振器（ＣＯＨＯ）１３−６がらＩ／Ｑ復調器１３−５に結合さ れる信号と同相である信号成分（１）がライン１３−７に与えられ、かつＣ０Ｈ Ｏの信号と直角位相である信号成分（Ｑ）はライン１３−８に与えられる。■お よびＱの信号はそれぞれビデオ増幅器１３−９および１３−１０に結合され、そ れから、増幅されたアナログ信号はそれぞれＡ／Ｄコンバータ１３−１１および １３−１２でデジタル信号に変換される。■およびＱのデジタル信号はさらに処 理するためにそれぞれライン１３−１３および１３−１４上に、さらにノイズ測 定回路１３−１５に与えられ、ここでレシーバのノイズが判定される。以下に説 明するように、このノイズ測定はレシーバを最初にテストし、システムで後に使 用するためにノイズレベルを記録するときに行なわれるか、または最新のノイズ レベルを得るために周期的な間隔でレシーバのチェックとして行なわれ得る。

当業者は、平均速度、スペクトル幅およびスペクトルの歪みを推定するためには ２つの一般的な方法があることがわかるであろう。１つの方法は、まずデジタル 信号ＩおよびＱを使用して各々のレンジ一方位枠の受信パルス列のパワースペク トルを計算し、その後標準公式を使用してこれらの量を計算することである。第 ２の方法はデジタル信号■およびＱを使用して、受信信号の複素自己相関関数を 計算することである。第２の方法を用いて低いＳ／Ｎでスペクトル幅およびスペ クトルの歪みを推定するほうがはるかに正確であるため、この発明の好ましい実 施例には第２の方法が好ましい。

図６に示されているように、デジタル信号■およびＱはパラメータ推定器１５の ドツト積計算器１５−１、クロス積計算器１５−２および平均パワー計算器１５ −３に結合される。レーダ送信機のパルス繰返し率はレンジセル１つごとにたと えば１６００という多数のパルスを与えるように選択される。これらのパルスは たとえばｌないし１６回の予め定められた回数のパルス間隔を使用して処理され る。

１回のパルス間隔は明確な結果の信号を与えるためのナイキストの基準を満たす 処理を表している。１回よりも多いパルス間隔はこの基準を満たしていない処理 を表しているが、平均ドツプラー速度、ドツプラー速度スペクトル幅およびスペ クトルの歪みのパラメータの推定をはるかに向上させるために使用される。１回 のパルス間隔が使用されると、ドツト積計算器ｌ５−１は、所与のレンジ枠内の 受信信号の１成分とそのレンジ枠のその次の受信信号のＩ成分とを掛け、そのよ うにして得られた積と、受信信号のＱ成分とその次の受信信号のＱ成分とを同じ ように掛けることによって得られた積とを加算する。これらの加算された積は、 第１および第２の受信信号、第２および第３の受信信号、第３および第４の受信 信号等に関して１およびＱ成分を掛けることによって得られる。加算された積は その後積和の数によって平均され、平均積和ＸＩを表わす信号が与えられる。２ 回のパルス間隔て処理する場合、第１および第３の受信信号、第２および第４の 受信信号等のＩおよびＱ成分が掛けられ積和を形成し、これらを平均して第２の 平均積和Ｘ、を表わす信号が与えられる。平均値Ｘ、は数ｍ　−０，１，２，、 、、、、、、Ｍ として表されることができる。ｍ＝０ではあるレンジ枠の平均の受信パワーの推 定値となることに注目されたい。

クロス積計算器１５−２はドツト積計算器１５−１と同様の態様で動作する。し かしながら、この装置では、１つのパルス間隔て処理する場合と、第２の受信信 号の■成分と第１の受信信号のＱ成分との積を、第１の信号の■成分と第２の受 信信号のＱ成分との積から減する。そのような乗算および減算を、第３の受信信 号のＱ成分と第２の受信信号のＩ成分との積、第２の受信信号のＱ成分と第３の 受信信号のＩ成分との積等に関して継続して行なわれる。対にされた信号の積の 差は加算され平均され、平均クロス積Ｙ、を表わす信号か与えられる。２回のパ ルス間隔で処理される場合、乗算はｎ番目の受信信号の成分とｎ＋２番面の受信 信号の成分との間で行なわれる。上述のように、積の差は加算され平均されて、 平均クロス積Ｙ！を表わす信号が与えられる。平均クロス積Ｙ、は数学的にｒｎ 　＝　１．２．、、、、、、、Ｍ として表わすことかできる。

当業者は、ドツト積およびクロス積は受信信号の選択された遅延値ｍに関する自 己相関関数の実数部および虚数部であることがわかるであろう。積Ｘ１およびＹ ｌは平均ドツプラー速度計算器１５−４に結合され、ここで平均ドツプラー速度 Ｖの明確な値が以下の公式 から決定され、ここでｈはサンプリング周期（サンプリングされたパルスの間隔 ）であり、かつλはレーダ信号の波長である。より高次の遅延ｆＪ＃Ｘ、および Ｙ、を用いて、ｔａｎ”　（Ｙ＋　／Ｌ　）を基準として使用してｊａｎ−’（ Ｙ、／Ｘ＝　’）により速度の曖昧さを適切に排除し、かつすべての推定値を平 均することによって■の推定値を向上することもてきる。平均パワー計算器１５ −３は各々の受信信号の１およびＱ成分を二乗しかつ加算して各々の受信信号の パワーを判定しかつすべての受けられた信号のパワーを平均する。上述のように 、これはｍ＝ｏである場合のドツト積に対応する。したがって平均パワーＰは、 である。ドツプラー速度スペクトル幅σはさまざまな遅延での自己相関関数の大 きさから判断され得る。一般的な公式は以下のとおりである。

（ｍａｎ　ｎ＝２．３．、、、、Ｎ　）ここて、ＩＲ（ａｈ）ｌ＝　［（Ｘａ） 　２＋（Ｙａ）’コ１／２であり、かつＮは最高次有効遅延Ｎｈに対応する（Ｎ は雨による反射の相関幅によって制限される）。上のものはすべて同じσの値を 生しるが、ｍおよびｎの値はいずれも計算により都合よいようにまたはより正確 な結果を生じるように選択される。（ｍ、ｎ）の１組の選択された値によって得 られた推定値はσの推定値の正確さをさらに向上するために平均される。ナイキ ストの基準に基づくサンプリング速度はσの決定に影響を及ぼさない。これによ りメモリおよび処理時間を節約して雨に関する明確な平均速度αおよびドツプラ ースペクトル幅σが得られる。

マイクロバーストの前兆を判断するために必要な第３のパラメータは、パワーを 表わす信号Ｐを平均パワー計算器１５−３から平均反射率判定器１’　５−６に 接続することによって得られる。レーダ反射率Ｚは によって単位体積当たりの散乱断面積であるηに関連付けられる。本願において はに、は１に近いため、である。散乱断面積Ａは、 として計算され、ここてＶはレーダ反射率Ｚの、降水の単位体積である。特定の レンジ枠で受信されたパワーと、そのレンジとレーダの作動パラメータを知るこ とにより、レーダの方程式のＡおよびＶさらにしたがってＺの計算を行なうこと ができる。レーダのパラメータおよびレンジは各々のレンジ枠に関して当然前も ってわかっているので、そのレンジ枠で測定されたパワーＰから各々のレンジ枠 に関するＺを直接計算することができるルックアップテーブルを構成することが できる。

再び図４を参照されたい。推定反射率を表わす信号は反射率推定器１５ｃからコ ンパレータ１５ｆに結合され、ここでそれはたとえば１５ｄＢｚであるしきい値 の反射率を表わす信号と比較される。特定のレンジ枠の信号がしきい値を越える と、ゲート＋６ｅ、１６ｆおよび１６ｇが活性化されてレンジ枠に関する平均速 度、分散量および反射率がそれぞれメモリ１６ａ、１６ｂおよび１６ｄに記憶さ れる。そうでなければゼロが記録される。メモリ１６ａＳ　１６ｂおよび１６ｄ は、最新のＮ回、たとえば３回の、アンテナスキャンに関する記憶されたエント リを含む。メモリの中の各々のエントリは検出回路１７に接続され、ここでその 各々はその前の２回のスキャンに関する対応するエントリの各々から減じられ、 雨のドツプラー速度、雨のドツプラー速度のスペクトル幅、および雨の反射率の 時間的な差が得られる。さらに、レンジ枠のエントリの各々はその前の２つのレ ンジ枠の対応するエントリから減じられ、３つのパラメータの空間的な差が得ら れる。各々の差は予め定められたしきい値と比較され、もししきい値を越えれば 、トリガ信号か発生される。この処理の概略図は図７にブロック図で示されてい る。減算してエントリのいずれかがゼロになる場合には差はゼロであると規定さ れ、したがってしきい値を超えない。

上述の処理は３つのパラメータのすべてに関して類似しているため、図７を参照 して反射率Ｒに関する処理のみを説明する。反射率判定器１５−６　（図６）か らの、各々の方位掃引に関する反射率を表わす信号は、各段が選択された方位レ ンジ掃引に沿ったレンジ枠に対応するレジスタを有する第１のシフトレジスタ１ ７−１と、加算ネットワーク１７−２および１７−３の負の入力端子とに与えら れる。

アンテナスキャンのための連続的なレンジ掃引のレンジ枠のデータはシフトレジ スタ１７−１に連続的に入力される。

レジスタ＋７−１が一杯となったとき、最後の段は第１のレンジ掃引の第１のレ ンジ枠に関する反射率データを含み、第１の段はアンテナスキャン期間の最後の 掃引の最後のレンジ枠に関する反射率データを含む。次のスキャンの第１のレン ジ掃引の第１のレンジ枠に関するデータの、シフトレジスタ１７−１の第１の段 への入力の際、レジスタのすべてのデータは１段移動し、最後の段のデータはレ ジスタ１７−１から第２のシフトレジスタ１７−４の第１の段および加算ネット ワーク１７−２の正の入力端子に与えられる反射率か入力されるごとに、データ は各々のシフトレジスタで１段シフトする。２回完全にスキャンした後には、す べてのレンジ掃引に関する反射率データがレジスタに入力されており、その前の ２回のアンテナスキャンの各々における第１のレンジ掃引の第１のレンジ枠に関 するデータはそれぞれ各々のレジスタの最後の段に入力されている。

第３のスキャンの際の第１のレンジ掃引の第１のレンジ枠のデータをシフトレジ スタｌ７−１ならびに加算ネットワーク枠１７−２および１７−３に与えるとき には、その前の２回のアンテナスキャンの第１のレンジ掃引の第１のレンジ枠の データはそれぞれ加算ネットワーク１７−２および１７−３の正の入力端子に与 えられる。加算ネットワークの出力端子の差信号はそれぞれコンパレータ１７− ５および１７−６に結合され、もし反射率の差信号が予め定められたしきい値の 信号ＲＴを超えれば、その各々はＯＲゲート１７−７にトリガ信号を与える。こ のプロセスは各々のアンテナスキャンに関して繰返される。

各々のレンジ掃引での反射率を表わす信号はまた、信号が１つのレンジ枠の間隔 だけ遅延される遅延ライン１７−８と、加算ネットワーク１７−９および１７− １０の負の入力端子とに結合される。遅延ライン１７−８で１つのレンジ枠の間 隔だけ遅延された信号はその後加算ネットワーク１７−９の正の入力端子と、遅 延ライン１７−１１とに結合され、ここで１つのレンジ枠の間隔だけの第２の遅 延が生じる。第２の遅延の後、信号は加算ネットワーク１７−１０の正の入力端 子に結合される。加算ネットワークの正の入力端子の信号が同じ方位掃引の隣接 するレンジ枠の反射率データを表し、かつ加算ネットワーク１７−９および１７ −１０の出力端子の信号が、隣接するレンジ枠の反射率を表わす信号間の差およ び１つのレンジ枠によって分離される２つのレンジ枠の反射率を表わす信号間の 差であることは明らかであるはずである。これらの差信号はそれぞれコンパレー タ１７−１１および１７−１２に結合され、差信号が第２の反射率を表わすしき い値の信号Ｒａｔを越えるとそこからトリガ信号がＯＲゲート１７−１３に結合 される。ドツプラー速度Ｖおよびドツプラー速度スペクトル幅に関するトリガ信 号も同様の態様で発生される。この態様で、６つの可能なトリガ（３つのパラメ ータの各々に関して１つの空間的なものおよび１つの時間的なもの）がＯＲゲー ト１７ａ−１７ｆの出力端子ａ−ｆに現れ得る。

図８に示されるように、出力端子ａ−ｆはマイクロバーストの下降気流確認装置 １８ａのＯＲゲート１８−１に接続される。これにより、６つのトリガのうちの いずれでも発生されれば、ＯＲゲート１８−１はイネーブル信号を仰角ビーム／ セクタ探索領域判定器１８−２に結合する。イネーブル信号を受取る際に、領域 判定器１８−２は、少なくとも１つのトリガが発生された領域を識別し、かつ垂 直方向の雨の速度および水平方向の風の速度推定器１８−３にイネーブル信号を 与える。このイネーブル信号を受取ると、推定器１８−３は、メモリ１６からそ こに結合される、識別された仰角ビーム／セクタ探索領域内の信号の処理を開始 する。図には示されていないが、３つのレーダビームすべてに対してこの処理が 行なわれることが理解されるはずである。

探索領域内の各々のレンジセルに関するＶ、σ、βおよびＲの値は垂直方向の雨 の速度推定器ｌ８−３に接続され、かつ探索領域内の各々のレンジセルの座標は ゲート１８−９を介して前兆領域識別器１８−４に与えられる。予め計算された データが垂直方向の雨の速度推定器１８−３に記憶されており、これによって、 推定された量Ｖ２、σおよびβから判定されるべき下降気流の垂直方向および水 平方向の雨の速度を推定することができる。降水の垂直方向および水平方向の速 度は各々の仰角ビーム内で、平均ドツプラー速度Ｖとドツプラースペクトル幅α とドツプラースペクトル歪みｂとからなる３パラメータの組に対して一意に関連 付けされる。これは、ドツプラーレーダか、仰角ビーム内の仰角θの正弦と雨の 垂直方向の速度成分Ｖｖとの積を測定することと、レーダドツプラーの測定値に 、仰角θの余弦と雨の水平方向の速度成分ＶＨとの積が含まれていることとの結 果である。

仰角ビーム！では、θは８７°ないし４７°の範囲で変化する。したがって、垂 直方向の雨の速度成分ｖｖによるドツプラースペクトルへの寄与には、仰角ビー ム全体では５ｉｎ８７°ないし５ｉｎ４７°の範囲で変化する値が乗算される。

同様に、雨の水平の速度■□のドツプラースペクトルへの寄与は、ｃｏｓ８７° ないしｃｏｓ４７°の範囲で変化する値で乗算される。測定されたドツプラース ペクトルは、ＶｖｓｉｎθおよびＶ。ＣＯＳθの寄与の和である。結果として、 平均ドツプラースペクトル速度、ドツプラースペクトル幅およびドツプラースペ クトル歪みという３パラメータの組（Ｖ、ｒ、ｂ）は、雨の垂直方向および水平 方向の速度（Ｖｖ　、ＶＨ）の−意の関数である。雨の垂直方向および水平方向 の速度（ｖｖ、ＶＨ）のある組合せに関して値を一意に推定するのには、対にな った測定値の組（Ｖ、α）または対になった測定値の組（Ｖ、β）は（Ｖ、、Ｖ □）で十分である。これらの対関係を両方使用することによって、正確さはかな り向上する。上述の説明はまた、各々の仰角ビーム内における仰角の有効範囲が 異なっているために（Ｖ、、Ｖ、）と（Ｖ、　α）および（Ｖ、β）との関係が 異っていることを除けば、仰角ビーム２および３にも当てはまる。上述の対関係 はレーダビームの幾何学的状態の直接の結果であるため、それらを予め計算する ことができかつ各々の仰角ビームに関して垂直方向および水平方向の速度推定器 １８−３に記憶することができる。典型的な仰角ビームに関して、（Ｖ、β）と 雨の垂直方向および水平方向の速度（Ｖ、、Ｖ、ｌ　との関係を示す典型的なカ ーブならびにＶ、σ）と（Ｖｖ、ＶＨｌ　との関係を示す典型的なカーブをそれ ぞれ図９および図１０に示す。

図９を吟味すると、一対の半径方向の速度および歪みの値が、（Ｖｖ、Ｖ、ｌの 値を一意に定めない領域２０が示されている。これらの曖昧さを解決するために マイクロバーストの特徴を利用することができる。周囲の空気が垂直方向の速度 に与える摩擦の影響のため、マイクロバーストの下降気流の速度はマイクロバー ストの縁部のほうがその中心よりも低速である。これらの摩擦力は水平方向の速 度に影響を及ぼさない。したがって下降気流全体の水平方向の速度は一定に保た れる。この発明の好ましい実施例では、典型的なマイクロバーストは、レンジ掃 引において５ないし１０のレンジ枠、すなわち輻３００メートルのレンジ枠にわ たる。１組の半径方向の速度の歪み値をこれらのレンジ枠の各々に関して判定す る。レンジ枠間でＶ８にいくらかの変動があるかもしれないが、いかなるレンジ 掃引に関しても、各々のレンジ枠における半径方向の速度と歪みとの一対の値に 関して、■、の値は１つしかない。このＶＨの値は、図１０に示されるスペクト ル幅対半径方向の速度のプロットから判定することができる。一旦レンジ枠で水 平方向の速度が判定されると、それを図１Ｏに示される歪みの半径方向の速度の プロットからそのレンジ枠の垂直方向の速度を判定するために使用することがで き、これによりＶｖおよび■８の値を１つだけ定めることができる。

曖昧さを解決する方法は他にもあることが理解されるべきである。たとえば図１ ０から各々のレンジ枠のＶＨを定めた後、ｖＨの値は平均されかつ平均値は図９ においてＶｌを定めるために使用できる。

曖昧さを解決するための別の方法では、ｖｖを計算するために以下の関係 Ｖ菅＾ｏ−Ｖｔ５ｉｎｅ、＋１ｍＣＣ１ｊｅｓが使用される。ここてθ、は各々 のビームに関して既知であり、Ｖ　＊　Ａ　ｔｌは各々のレンジ枠に関する推定 平均ドツプラーであり、ｖＨは上述の２つの方法のうちの１つによって判定され る。この試みによって、レンジ掃引の各々のレンジ枠に関するＶｖの推定値は上 述の方法のいずれよりも正確となり得る。

さらに正確でありかつマイクロバーストの下降気流の前兆を確認することができ る、垂直方向の速度ｖｖを推定する別の方法では、図１０およびマイクロバース トの下降気流の雨の乱れの既知の標準偏差か使用される。典型的なマイクロバー ストの下降気流は、標準偏差がほぼ１メ一トル／秒である雨の乱れを特徴とする 。図１０のカーブはこの値に基づく。乱れの標準偏差がたとえば２メ一トル／秒 のようにある予め定められた値よりも大きければ、下降気流はマイクロバースト の前兆ではないと判断される。下降気流全体にわたりｖＨが一定であるため、マ イクロバーストの全幅にわたるレンジ枠に関するスペクトル幅対半径方向の速度 のプロットはｖＨ一定のカーブの勾配を規定する。

図１０の対応する領域の勾配よりもかなり大きい、スペクトル幅対半径方向の速 度のカーブの勾配がデータから得られれば、１メ一トル／秒よりも大きい乱れの 標準偏差が示される。測定された勾配は、標準偏差を直接測定したものである。

図１Ｏのカーブを、乱れの標準偏差の値がより高いプロットと置換えたほうがよ り直接的である。修正後のプロットを利用して各々めレンジ枠に関するＶｖおよ びＶ、を推定することができる。そのような修正したカーブを使用して、下降気 流に広がる各々のレンジ枠に関するＶ、Ｉの推定値を別々に得ることができる。

その後Ｖ。のこれらの推定値を平均して■。の推定値をより正確にすることがで きる。

各々のレンジ枠のＶ　＊　Ａ　Ｄの測定値およびＶＨの平均値を上の方程式に置 き換えて各々のレンジ枠のＶ、の直接の推定値を得ることができる。

ＶｖおよびＶ８の推定をより正確にするために、マイクロバースト探索領域の各 々のレンジ枠の処理されるパルスの数を、たとえば１６００パルスから６４．０ ００パルスに増加することが望ましい。これを行なうことができる方法は多数あ るが、１つの方法は、パルス繰返し率を変化させずに、伝送されるパルス長をた とえば２マイクロ秒から０．０５マイクロ秒に低減し、かつレシーバでの■およ びＱのサンプリングを２マイクロ秒ごとの代わりに０．０５マイクロ秒ごとにす ることである。これによって、以前は１つのレンジ枠があったところに４０個の レンジ枠が生じる。４０個の０．０５マイクロ秒のレンジ枠の各々で受け取られ る１６００のパルスは順次スタックされ、以前は１６００のパルス反射しかなか った２マイクロ秒のレンジ間隔て６４，０００のパルス反射を含む。０．０５マ イクロ秒のレンジ枠の各々における１６００の雨からのパルス反射は、統計的に は他のすべてのレンジ枠における雨からの反射と無関係である。処理されるパル スの数を１６００から６４，０００に増加することによって、つまり４０倍する ことによって、Ｒ１■、σおよびβの推定値の分散量は４０だけ低減する。これ によってｖｖおよび■。の推定値は非常に向上する。このように処理方法を変え ても図９および図１０に示される（Ｖ、σ、　β）および　（■ア。

Ｖ、）の間の関係には影響を及ぼさない。

静止空気中の降水の垂直方向の速度は、雨滴の大きさの関数である。降水のレー ダ反射率もまた雨滴の大きさの関数である。（１９７０年１１月１７−２０日の アメリカ気象学学会（Ａｍｅｒｉｃａｎ　Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌ　５ｏ ｃｉｅｔｙ　）の第１４回レーダ気象学会ＩＩ　（Ｒａｄａｒ　Ｍｅｔｅｏｒｏ ｌｏｇｙ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ）での［雨滴の大きさの分布とドツプラー速度 （Ｒａｉｎｄｒｏｐ　５ｉｘｅ　Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｄｏｐｐ ｌｅｒ　Ｖｅｌｏｃｉｔｉｅｓ　）　Ｊで）ジョス（Ｊｏｓｓ）およびウォール ドボーゲル（Ｗａｌｄｖｏｇｅｌ　）によって、ドツプラーレーダによって風か ない状態で２つの量か同時に測定されると、それらは以下の関係Ｖ　”　２．６ 　Ｚ＠、＋ｏフ によって、経験的に関係付けられることが示された。ここてＶはドツプラーレー ダによって測定される垂直方向の速度であり、Ｚは降水のレーダ反射率である。

再び図８を参照されたい。探索領域の測定された反射率Ｒは静止空気中の垂直方 向の雨の速度推定器１８−５に結合され、ここでジョスーウオールドポーゲル（ Ｊｏｓｓ−Ｗａｌｄｖｏｇｅ　ｌ　）の関係が使用され静止空気中での垂直方向 の雨の速度の推定値が得られる。この推定値は差分ネットワーク１８−６に結合 され、ここてそれは、雨の垂直方向の速度および風の水平方向の速度推定器１８ −３から差分ネットワーク１８−６に結合される雨の垂直方向の速度推定値から 減じられ、垂直な風の速度Ｖ　ｖｖが得られる。

この垂直方向の風の速度は、コンパレータ１８−７で、マイクロバーストの下降 気流の最低速度を表わす下降気流の速度のしきい値Ｖ１、と比較され、ここから ゲート１８−９を可能化するために信号が結合され、これにより下降気流の速度 がしきい値を越えるレンジ枠のアドレスを前兆領域識別器１８−４に与える。こ れらのアドレスは領域識別器１８−４に記憶され、ここからそれらはゲート１８ −８および空間の大きさテスタ１８−１０に結合され、ここでしきい値を越える 下降気流の速度の空間の大きさが判定されかつマイクロバーストの空間の大きさ の記憶値と比較される。もしその比較によってしきい値を越える下降気流の速度 の空間の大きさがマイクロバーストの空間の大きさと同程度であると判断されれ ば、ゲート１８−８が活性化されて垂直方向および水平方向の風の速度と、反射 率と位置との値がゲート１８−８の出力端子に得られる。

ゲート１８−８を介して結合される、水平方向および垂直方向の風の速度と、反 射率および位置の座標とはウィンドシア予測装置１９（図４）に与えられ、その ブロック図は図１１に示されている。反射率はマイクロバースト予測装置１９− １に結合され、ここで反射率の大きさに基づいてウェットまたはドライマイクロ バーストの予測が行なわれる。もしＲカ月５−２５ｄＢｚの間であればドライマ イクロバーストが予測され、もしＲが２５ｄＢＺよりも大きければウェットマイ クロバーストが予測される。

水平方向の風の速度推定器１８−３から得られる水平方向の風の速度と、差分ネ ットワーク１８−６から得られる垂直方向の風の速度と、下降気流がしきい値を 越える領域の座標とは地表面のマイクロバースト位置予測装置１９−２に接続さ れる。装置１９はこのデータを従来の方法で使用し、マイクロバーストの衝撃の 地表面での位置を予測する。下降気流領域での垂直方向の最大風速はまた、マイ クロバーストが地表面に衝撃を与えるまでの時間を従来の方法で予測する衝撃ま での時間予測装置およびウィンドシアの大きさ予測装ｆｉｌ＋　９−４に接続さ れる。

ウェット／ドライマイクロバースト予測装置１９−１および地表面位置予測装置 １９−２はそれぞれデータをウィンドシアトラッカ２１に結合し、これはまた、 地表面近くの作動範囲に図３のビーム４を与えるドツプラーレーダビームに結合 されるレーダレシーバ（図示せず）からレーダデータを受ける。ウェット／ドラ イマイクロバーストデータ、予測されたマイクロバースト衝撃位置およびビーム ４に結合されるレシーバから与えられたデータを使用して、地表面のウィンドシ アが追跡されかつウィンドシアのこれからの位置が予測される。

空気中に含まれる最初の湿気のほとんどは下降気流が地表面に到達する前に蒸発 するため、ドライマイクロバーストの地表面のウィンドシアに含まれる湿気の量 は非常に少ない。その結果、マイクロバーストの下降気流の衝撃位置およびウィ ンドシアの大きさを予測することなく、ドライマイクロバーストウィンドシアを それが発生した初期の間に地表面で検出することは、地面クラッタのため、非常 に困難である。ウェット／ドライマイクロバースト予測装置、衝突までの時間の 予測装置およびマイクロバーストの地表面の位置の予測装置からの情報を使用し て、ビーム４に結合されるレシーバは各々のスキャンの際に地表面の予測衝撃領 域を覆うレンジ一方位枠を探索して、地面に到達する下降気流から生じるウィン ドシアの第１の徴候を得る。ウィンドシアを最初に検出した後、ビーム４から得 られる情報によってマイクロバーストウィンドシアの位置および大きさに関する 最新の情報が得られる。この情報は、ウィンドシアの大きさが処理するほどのも のでなくなる程度まで減衰するまで与えられる。

この発明はその好ましい実施例において説明がなされたか、使用した言葉は説明 のための言葉であって発明を制限するものではなくこの発明の真の範囲および意 図から外れることなくより広い局面において添付の請求の範囲内で変更を加える ことができることが理解されるはずである。

しフ

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. １．マイクロバーストを予測するための方法であって、複数のレーダビーム（１ −４）にレーダ信号を放射するステップを含み、各々のビームはそれぞれの仰角 セクタでレーダ監視を行ない、さらに 気象学的レーダ散乱体から各々のビームのレーダ信号反射を受けるステップと、 前記レーダ信号反射を処理して、前記複数のレーダビームの各々のレーダビーム に関して発生されたドップラー周波数スペクトルパラメータを決定し、かつ前記 レーダ信号反射の平均の信号対クラッタ比を決定し、かつ前記複数のレーダビー ムの各々のレーダビームの気象学的散乱体の平均レーダ反射率を決定するステッ プと、前記平均の信号対クラッタ比を予め定められたしきい値と比較するステッ プと、 前記平均反射率をマイクロバーストと関連付けられた反射率の値と比較するステ ップと、 前記平均の信号対クラッタ比が前記予め定められたしきい値を越えかつ前記平均 反射率が前記反射率の値を越えると第１のイネープル信号を第１のゲート手段（ １６）に与えるステップと、 前記第１のゲート手段を介して前記ドップラー周波数スペクトルパラメータをプ ロセッサ手段（１８）に与えるステップと、 前記イネープル信号が前記プロセッサ手段に与えられるような前記複数のレーダ ビームの各々のビームの前記レーダ信号反射から決定される、前記ドップラース ペクトルパラメータと前記平均反射率とを処理して、マイクロバーストの前兆が 存在するか否かを定めるステップとを含む、方法。
2. ２．前記ドップラー周波数スペクトルパラメータおよび平均反射率を処理するス テップは、 前記垂直方向の風速の位置パラメータを決定するステップと、 前記位置パラメータを第２のゲート手段（１８−９）に与えるステップと、 前記垂直方向の風速を予め定められた垂直方向の風速と比較し、前記垂直方向の 風速が前記予め定められた垂直方向の風速を越えると前記第２のゲートに第２の イネープル信号を与えるステップと、 前記第２のゲート手段を介して、前記位置パラメータを、前記垂直方向の風速の 空間的範囲を決定するための空間的範囲手段（１８−１０）に与えるステップと 、前記空間的範囲をマイクロバーストと関連付けられた予め定められた空間的範 囲と比較し、前記空間的範囲が前記予め定められた空間的範囲を越えると第３の イネープル信号を出力するステップと、 前記第３のイネープル信号を第３のゲート手段（１８−８）に与えるステップと 、 前記垂直方向の風速、前記水平方向の風速、前記平均レーダ反射率および前記位 置パラメータを前記第３のゲート手段を介して、マイクロバーストのタイプ、マ イクロバーストの衝撃までの時間、予測されるウインドシアの地表面での位置お よび進路、ならびに予測されるシアの大きさを出力するためのマイクロバースト プロセッサ手段（１９）に与えるステップとをさらに含む、請求項１に記載の方 法。
3. ３．前記ドップラー周波数スペクトルパラメータおよび平均反射率を処理するス テップは、 前記ドップラー周波数スペクトルパラメータから平均ドップラー周波数を決定す るステップと、前記ドップラー周波数スペクトルパラメータからスペクトルの歪 みを決定するステップと、 前記ドップラー周波数スペクトルパラメータからスペクトル幅を決定するステッ プとを含み、 気象の擾乱を予測するための前記方法は、前記平均ドップラー周波数、前記スペ クトルの歪み、前記スペクトル幅および前記平均レーダ反射率を利用して垂直方 向および水平方向の風速を決定するステップをさらに含む、請求項１に記載の方 法。
4. ４．前記利用するステップは、 前記平均ドップラー周波数、前記スペクトルの歪み、前記スペクトル幅および前 記平均反射率から垂直方向の雨の速度を決定するステップと、 前記平均レーダ反射率から静止空気中の垂直方向の雨の速度を定めるステップと 、 前記静止空気中の垂直方向の雨の速度から前記垂直方向の雨の速度を減じて垂直 方向の風速を決定するステップとを含む、請求項４に記載の方法。
5. ５．前記ドップラー周波数スペクトルパラメータおよび平均反射率を処理するス テップは、 前記垂直方向の風速の位置パラメータを決定するとともに、前記位置パラメータ を第２のゲート手段（１８−９）に与えるステップと、 前記垂直方向の風速を予め定められた垂直方向の風速と比較するとともに、前記 垂直方向の風速が前記予め定められた垂直方向の風速を越えると第２のイネープ ル信号を前記第２のゲート手段に与えるステップと、前記第２のゲート手段を介 して前記位置パラメータを、前記垂直方向の風速の空間的範囲を決定するための 空間的範囲手段に与えるステップと、 前記空間的範囲をマイクロバーストと関連付けされた予め定められた空間的範囲 と比較するとともに、前記空間的範囲が前記予め定められた空間的範囲を越える と第３のイネープル信号を与えるステップと、 前記第３のイネープル信号を第３のゲート手段（１８−８）に与えるステップと 、 前記垂直方向の風速、前記水平方向の風速、前記平均レーダ反射率および前記位 置パラメータを前記第３のゲート手段を介して、マイクロバーストのタイプ、マ イクロバーストの衝撃までの時間、予測されるウインドシアの地表面での位置お よび進路、ならびに予測されるシアの大きさを与えるためのマイクロバーストプ ロセッサ手段（１８−２０）に与えるステップとを含む、請求項５に記載の方法 。
6. ６．気象の擾乱を予測するための装置であって、複数のレーダビーム（１−４） のレーダ信号を放射するための手段（１１）を含み、各々のビームはそれぞれの 仰角セクタでレーダ監視を行ない、さらに、前記放射手段に接続され、気象学的 レーダ散乱体から各々のビームのレーダ信号反射を受けるためのレシーバ手段（ １３）と、 前記レーダ信号反射に応答し、各々のレーダビームに関して発生されるドップラ ー周波数スペクトルパラメータの推定値と、各々のレーダビームの前記レーダ信 号反射の平均信号対クラッタ比の推定値と各々のレーダビームの前記気象学的散 乱体の平均レーダ反射率の推定値とを与えるための推定器手段（１５）と、 前記平均信号対クラッタ比の推定値を予め定められたしきい値と比較しかつ前記 気象学的散乱体の前記平均反射率の推定値を予め定められた反射率の値と比較す るため、および前記平均信号対クラッタ比の推定値が前記予め定められたしきい 値を越え、かつ前記平均反射率の推定値が前記予め定められた反射率の値を越え るとイネープル信号を与えるためのコンパレータ手段（１５ｆ，１７−５，１７ −６，１７−１１）と、 前記コンパレータ手段および前記推定器手段に接続され前記イネープル信号を受 け取ると前記ドップラー周波数スペクトルパラメータおよび前記平均反射率の推 定値を記憶するためのメモリ手段（１６）と、 前記メモリ手段に接続され、前記記憶されたドップラー周波数スペクトルパラメ ータと前記記憶された平均反射率の推定値との間の空間的および時間的な差を判 定するため、および記憶されたドップラー周波数パラメータの空間的または時間 的な差が特定のしきい値を越えるとトリガを与えるための検出手段（１７）と、 前記メモリ手段および前記検出手段に接続され、かつ前記検出手段から１つ以上 のトリガを受け取ると可能化され、前記ドップラー周波数スペクトルパラメータ および前記平均反射率の推定値を処理してマイクロバーストの前兆の存在を判定 するためおよびマイクロバーストの前兆の存在が確認されると前兆追跡信号を与 えるための位置検出装置手段（１８）と、 前記前兆追跡信号を受け取るように接続され、マイクロバーストの衝撃位置、前 記衝撃位置でのウインドシアの大きさ、衝撃までの時間、およびマイクロバース トのタイプを表わす信号を与えるための予測装置手段（１９）とを含む、装置。
7. ７．前記マイクロバーストの衝撃位置を受けるように接続され、前記衝撃位置を 初期位置として利用して、地表面でのウインドシアの追跡を行なうためのトラッ カ手段（２０）をさらに含む、請求項６に記載の装置。
8. ８．前記レシーバ手段（１３）はレーダ反射信号のＩおよびＱ成分を与え、前記 Ｉ成分は基準信号と同相でありかつ前記Ｑ成分は前記基準信号と直角位相であり 、前記推定器手段は、 レーダ信号反射の前記ＩおよびＱ成分を受けるように接続され、受信されたレー ダ信号反射の選択された対のドット積の平均を与えるための手段（１５−１）を 含み、各々の対は第１および第２の信号を有し、レーダ信号反射の選択された対 のドット積は、前記選択された対の信号のＩ成分およびＱ成分の積の和であり、 さらにレーダ信号反射の前記ＩおよびＱ成分を受けるように接続され、受信され たレーダ信号反射の前記選択された対のクロス積の平均を与えるための手段（１ ５−２）を含み、レーダ信号反射の選択された対のクロス積は、前記選択された 対の前記第１の信号の前記Ｉ成分と前記選択された対の前記第２の信号の前記Ｑ 成分との積と、前記選択された対の前記第１の信号の前記Ｑ成分と前記選択され た対の前記第２の信号の前記Ｉ成分との積との和であり、さらに前記ドット積手 段および前記クロス積手段に接続され、ドップラー信号反射の選択された対の第 １の組のドット積の前記平均およびドップラー信号反射の選択された対の第２の 組のクロス積の前記平均に応答し、平均ドップラー速度およびドップラースペク トルの歪みを与えるための手段（１５−４）と、 前記ドット積手段および前記クロス積手段に接続され、選択された対の前記第１ の組のクロス積の前記平均および選択された対の前記第２の組のドット積の前記 平均に応答し、ドップラー速度スペクトル幅を与えるための手段（１５−５）と を含む、請求項６に記載の装置。
9. ９．前記位置検出装置手段は、 前記検出手段に接続されかつ前記トリガによって可能化され、少なくとも１つの ドップラーパラメータに関する空間的または時間的な差が前記特定のしきい値を 越える空間領域を識別するため、および識別された空間領域をレーダで監視する 間にイネープル信号を与えるための領域識別手段（１８−２）と、 前記識別された空間領域でドップラー周波数パラメータを受けるように前記メモ リ手段に接続されかつ前記領域識別手段に接続され、前記識別された空間領域の 垂直方向の風速、前記識別された空間領域の水平方向の風速および前記識別され た空間領域の前記平均反射率を前記予測装置手段に与えるための手段（１８−３ ，１８−８）を含む、請求項６に記載の装置。