JPWO2018037533A1 - レーダ装置 - Google Patents
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Abstract
検出領域決定部（６）が、津波が発生する可能性がある検出領域を決定する。流速推定部（７）は、検出領域に含まれるセルに対応する海面の流速値を平滑化した値を、検出領域における海面の流速値と推定する。津波検出部（８）は、流速推定部（７）によって推定された海面の流速値に基づいて、検出領域における津波の発生を検出する。
Description
この発明は、津波などの検出対象事象を検出するレーダ装置に関する。
近年、津波警報を確実に行うために、レーダ装置を用いて津波を高精度に検出することが求められている。レーダ装置では、送信部から電波を海面に放射し、海面で反射された電波を受信部で受信して、受信電波を解析することにより海面の流速を観測している。
なお、レーダの観測領域をレンジ方向とアジマス方向とに区分けして形成された複数の領域のそれぞれは、セルと呼ばれている。
なお、レーダの観測領域をレンジ方向とアジマス方向とに区分けして形成された複数の領域のそれぞれは、セルと呼ばれている。
海面の流速はセルごとに観測され、観測された海面の流速には、受信部における熱雑音あるいは風による流速変動の影響で観測誤差が重畳している。この観測誤差が大きいと、観測された流速が実際の流速から乖離して、津波の誤検出による誤警報が多発するか、発生した津波が検出されない可能性もある。
これに対して、例えば、非特許文献１に記載されるレーダ装置では、海底地形の等高線に直交する方向に津波が伝搬することを前提として、同一の等高線に沿って隣接するセル同士で海面の流速を加算平均している。すなわち、このレーダ装置は、海底地形の等高線に津波の波面が沿っているとみなして、観測誤差による流速のばらつきを抑制している。
Ｂ． Ｌｉｐａ， Ｊ． Ｉｓａａｃｓｏｎ， Ｂ． Ｎｙｄｅｎ ａｎｄ Ｄ． Ｂａｒｒｉｃｋ， " Ｔｓｕｎａｍｉ Ａｒｒｉｖａｌ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｈｉｇｈ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ （ＨＦ） Ｒａｄａｒ "， Ｒｅｍｏｔｅ Ｓｅｎｓｉｎｇ， Ｖｏｌ．４， ｐｐ．１４４８−１４６１， ２０１２．
しかしながら、海底地形が複雑であるか、津波の発生源が海岸に近い場所である場合、津波は必ずしも海底地形の等高線に直交する方向に伝搬するとは限らない。
この場合、非特許文献１に記載されるレーダ装置では、観測した流速のばらつきを適切に抑制できずに、検出対象事象である津波を適切に検出できなくなる。このため、津波の誤検出による誤警報が多発するか、津波が発生しても検出されない可能性もある。
この場合、非特許文献１に記載されるレーダ装置では、観測した流速のばらつきを適切に抑制できずに、検出対象事象である津波を適切に検出できなくなる。このため、津波の誤検出による誤警報が多発するか、津波が発生しても検出されない可能性もある。
この発明は上記課題を解決するもので、検出対象事象の発生を高精度に検出することができるレーダ装置を得ることを目的とする。
この発明に係るレーダ装置は、速度算出部、バイアス補正部、検出領域決定部、速度推定部および事象検出部を備える。速度算出部は、観測領域に向けて放射され当該観測領域における観測対象で反射した電磁波の受信信号に基づいて、観測領域をレンジ方向とアジマス方向とに区分けして形成された複数のセルのそれぞれに対応する観測対象の速度を算出する。バイアス補正部は、速度算出部が算出したセルごとの観測対象の速度から周期的なバイアス成分を除く補正を行う。検出領域決定部は、セル間の距離および観測対象の速度の変化の関係と、セル間の距離、観測対象の速度の変化およびセル間の観測対象の速度ベクトルの方向の関係とのいずれか一方に基づいて、検出対象事象が発生する可能性がある検出領域を決定する。速度推定部は、バイアス補正部が補正した観測対象の速度のうち、検出領域に含まれるセルに対応する観測対象の速度を選択して平滑化し、平滑化した値を検出領域における観測対象の速度と推定する。事象検出部は、速度推定部が推定した観測対象の速度に基づいて、検出領域における検出対象事象の発生を検出する。
この発明によれば、検出対象事象が発生する可能性がある検出領域を決定し、検出領域に含まれるセルに対応する観測対象の速度を平滑化した値を、検出領域における観測対象の速度と推定する。そして、推定した観測対象の速度に基づいて、検出領域における検出対象事象の発生を検出する。このように構成することで、検出対象事象の発生を高精度に検出することができる。
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図であり、レーダ装置１が海洋レーダ装置である場合を示している。なお、海洋レーダ装置は、観測領域に電磁波を送信し、観測領域における海面で反射した電磁波を受信して分析することで、陸に向けて到来する津波を検出するレーダ装置である。
図１は、この発明の実施の形態１に係るレーダ装置１の構成を示すブロック図であり、レーダ装置１が海洋レーダ装置である場合を示している。なお、海洋レーダ装置は、観測領域に電磁波を送信し、観測領域における海面で反射した電磁波を受信して分析することで、陸に向けて到来する津波を検出するレーダ装置である。
図１において、送信部２は、電磁波を観測領域に向けて送信する。送信部２が送信する電磁波の種類は特に問わないが、例えば、３〜３０ＭＨｚ程度の短波帯の電磁波あるいは３０〜３００ＭＨｚ程度の超短波帯の電磁波などが考えられる。
受信部３は、送信部２が送信した電磁波のうち、観測領域における海面で反射した電磁波を受信する。さらに、受信部３は、電磁波の受信信号の増幅処理を行い、さらに周波数変換処理などの信号処理を行って、信号処理後の受信信号をＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換により得られたデジタル信号は、受信部３から流速算出部４に出力される。
なお、図１では、送信部２と受信部３とが別々の構成である場合を示したが、この構成に限定されるものではない。例えば、送信部２と受信部３が一体で構成されて両方の機能を備えた送受信部をレーダ装置１に設けてもよい。
なお、図１では、送信部２と受信部３とが別々の構成である場合を示したが、この構成に限定されるものではない。例えば、送信部２と受信部３が一体で構成されて両方の機能を備えた送受信部をレーダ装置１に設けてもよい。
流速算出部４は、受信部３から入力された上記デジタル信号に基づいて、複数のセルのそれぞれに対応する海面の流速を算出する。
なお、複数のセルは、観測領域をレンジ方向とアジマス方向とに区分けして形成され、流速算出部４によって観測対象である海面の流速がセルごとに算出される。
なお、複数のセルは、観測領域をレンジ方向とアジマス方向とに区分けして形成され、流速算出部４によって観測対象である海面の流速がセルごとに算出される。
流速データベース４ａは、流速算出部４が算出した流速データを保存するデータベースであり、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスクといった記憶装置の記憶領域上に構築される。また、流速データベース４ａに保存された流速データは、潮汐補正部５から読み出しが可能である。
なお、流速データベース４ａが構築される記憶装置は、レーダ装置１に内蔵された記憶装置でもよいし、レーダ装置１の外部に設けられた記憶装置であってもよい。すなわち、流速データベース４ａは、流速算出部４によるデータの保存と潮汐補正部５によるデータの読み出しが可能な記憶装置に構築されていればよい。
潮汐補正部５は、バイアス補正部を具体化した構成要素であり、流速算出部４によって算出されたセルごとの海面の流速から周期的なバイアス成分を除く補正を行う。ここで、周期的なバイアス成分とは、潮汐による長周期的な水位変動に起因した流速の変動成分である。以下、この変動成分を潮汐成分と記載する。
例えば、潮汐補正部５は、流速算出部４が算出したセルごとの流速と流速データベース４ａから読み出したセルごとの流速データとに基づいて、長期的な潮汐の影響でセルごとの海面の流速に加わる潮汐成分を抽出する。続いて、潮汐補正部５は、流速算出部４が算出したセルごとの海面の流速から、抽出した潮汐成分を差し引く補正を行う。
例えば、潮汐補正部５は、流速算出部４が算出したセルごとの流速と流速データベース４ａから読み出したセルごとの流速データとに基づいて、長期的な潮汐の影響でセルごとの海面の流速に加わる潮汐成分を抽出する。続いて、潮汐補正部５は、流速算出部４が算出したセルごとの海面の流速から、抽出した潮汐成分を差し引く補正を行う。
検出領域決定部６は、観測領域のうちから、検出対象事象である津波が発生する可能性がある検出領域を決定する構成要素である。ここで、検出領域は、セル間の距離および観測対象の速度の変化の関係と、セル間の距離、観測対象の速度の変化およびセル間の観測対象の速度ベクトルの方向の関係とのいずれか一方に基づいて決定される。
例えば、検出領域決定部６は、津波が到来していると仮定したセルとの間の距離が一定範囲内にあるセルから、海面のピーク流速の減衰が一定値以下となるセルを選択し、選択したセルからなる領域を検出領域と決定する。
また、検出領域決定部６が、津波が到来していると仮定したセルとの間の距離が一定範囲内にあるセルから、セル間の距離による海面のピーク流速の減衰と海面の速度ベクトルの方向の差異による減衰とに基づいてセルを選択してもよい。
例えば、検出領域決定部６は、津波が到来していると仮定したセルとの間の距離が一定範囲内にあるセルから、海面のピーク流速の減衰が一定値以下となるセルを選択し、選択したセルからなる領域を検出領域と決定する。
また、検出領域決定部６が、津波が到来していると仮定したセルとの間の距離が一定範囲内にあるセルから、セル間の距離による海面のピーク流速の減衰と海面の速度ベクトルの方向の差異による減衰とに基づいてセルを選択してもよい。
流速推定部７は、速度推定部を具体化した構成要素であり、検出領域に含まれるセルに対応する海面の流速を平滑化した値を、検出領域における海面の流速と推定する。
例えば、流速推定部７は、潮汐補正部５が補正したセルごとの海面の流速のうち、検出領域に含まれるセルに対応する海面の流速を選択し、流速の観測誤差に応じて流速の積分または平均を算出する。こうして平滑化された値が、検出領域における海面全体の流速と推定される。これにより、検出領域決定部６により決定された検出領域ごとに海面の流速の観測誤差が抑圧される。
例えば、流速推定部７は、潮汐補正部５が補正したセルごとの海面の流速のうち、検出領域に含まれるセルに対応する海面の流速を選択し、流速の観測誤差に応じて流速の積分または平均を算出する。こうして平滑化された値が、検出領域における海面全体の流速と推定される。これにより、検出領域決定部６により決定された検出領域ごとに海面の流速の観測誤差が抑圧される。
津波検出部８は、事象検出部を具体化した構成要素であり、流速推定部７が推定した検出領域における海面の流速に基づいて、検出領域における津波の発生を検出する。
例えば、津波検出部８は、検出領域における海面の流速を閾値と比較して、海面の流速が上記閾値を超える検出領域に津波が発生したと判断して、海面の流速が上記閾値以下であれば、津波が発生していないと判断する。
例えば、津波検出部８は、検出領域における海面の流速を閾値と比較して、海面の流速が上記閾値を超える検出領域に津波が発生したと判断して、海面の流速が上記閾値以下であれば、津波が発生していないと判断する。
表示装置９は、津波検出部８によって検出された津波に関する情報を表示する表示装置であり、例えば、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）および液晶ディスプレイを備えて構成される。また、海面の流速ベクトル分布、津波の検出情報または津波の到来予測位置などを表示装置９に表示させてもよい。
図２Ａは、レーダ装置１の機能を実現するハードウェア構成を示すブロック図である。
また、図２Ｂは、レーダ装置１の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図２Ａおよび図２Ｂにおいて、送信機１０１は、アンテナ１０２を経由して電磁波を放射し、受信機１０３は、アンテナ１０２を経由して電磁波を受信する。レーダ装置１における送信部２は送信機１０１であり、受信部３は受信機１０３である。また、表示装置９はディスプレイ１０４である。
また、図２Ｂは、レーダ装置１の機能を実現するソフトウェアを実行するハードウェア構成を示すブロック図である。図２Ａおよび図２Ｂにおいて、送信機１０１は、アンテナ１０２を経由して電磁波を放射し、受信機１０３は、アンテナ１０２を経由して電磁波を受信する。レーダ装置１における送信部２は送信機１０１であり、受信部３は受信機１０３である。また、表示装置９はディスプレイ１０４である。
レーダ装置１における流速算出部４、潮汐補正部５、検出領域決定部６、流速推定部７および津波検出部８の各機能は、処理回路によって実現される。すなわち、レーダ装置１は、各機能の動作を実行するための処理回路を備える。
処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリから読み出したプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。
処理回路は、専用のハードウェアであっても、メモリから読み出したプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。
図２Ａに示すように、処理回路が専用のハードウェアである場合、処理回路１００は、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化されたプロセッサ、並列プログラム化されたプロセッサ、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、または、これらを組み合わせたものが該当する。
また、流速算出部４、潮汐補正部５、検出領域決定部６、流速推定部７および津波検出部８の各機能をそれぞれ処理回路で実現してもよいし、各機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。
また、流速算出部４、潮汐補正部５、検出領域決定部６、流速推定部７および津波検出部８の各機能をそれぞれ処理回路で実現してもよいし、各機能をまとめて１つの処理回路で実現してもよい。
図２Ｂに示すように、処理回路がＣＰＵ１０５である場合、流速算出部４、潮汐補正部５、検出領域決定部６、流速推定部７および津波検出部８の各機能は、ソフトウェア、ファームウェアまたはソフトウェアとファームウェアとの組み合わせによって実現される。
ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ１０６に格納される。
ソフトウェアまたはファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ１０６に格納される。
ＣＰＵ１０５は、メモリ１０６に格納されたプログラムを読み出して実行することにより、各部の機能を実現する。すなわち、レーダ装置１は、ＣＰＵ１０５によって実行されるときに、各機能の処理が結果的に実行されるプログラムを格納するためのメモリ１０６を備える。また、これらのプログラムは、流速算出部４、潮汐補正部５、検出領域決定部６、流速推定部７および津波検出部８の手順または方法をコンピュータに実行させるものである。
メモリ１０６とは、例えば、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ（Ｅｒａｓａｂｌｅ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ ＲＯＭ）、ＥＥＰＲＯＭ（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ ＥＰＲＯＭ）などの不揮発性または揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ）などが該当する。
なお、流速算出部４、潮汐補正部５、検出領域決定部６、流速推定部７および津波検出部８の各機能について、一部を専用のハードウェアで実現し、一部をソフトウェアまたはファームウェアで実現してもよい。例えば、流速算出部４および潮汐補正部５は、専用のハードウェアの処理回路１００でその機能を実現し、検出領域決定部６、流速推定部７および津波検出部８は、ＣＰＵ１０５が、メモリ１０６に格納されたプログラム実行することによりその機能を実現する。
このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせによって前述の機能を実現することができる。
このように、処理回路は、ハードウェア、ソフトウェア、ファームウェアまたはこれらの組み合わせによって前述の機能を実現することができる。
次に動作について説明する。
図３はレーダ装置１の動作を示すフローチャートであり、観測領域である海面に電磁波を放射してから津波検出処理を実施するまでの一連の処理を示している。
まず、ステップＳＴ１において、送受信処理が行われる。送受信処理では、送信部２が観測領域における海面に向けて電磁波を送信する。
例えば、陸上の送信部２から海面に向けて短波または超短波の電磁波が送信されると、レーダビームと同方向に伝播する海面波から強い強度の信号が返ってくる。
これは、ブラッグ共鳴散乱によって、ある海面で反射された電磁波の位相と、その隣の海面で反射された電磁波の位相とが一致するためであり、反射された電磁波は、送信した電磁波の半分の波長を有している。
図３はレーダ装置１の動作を示すフローチャートであり、観測領域である海面に電磁波を放射してから津波検出処理を実施するまでの一連の処理を示している。
まず、ステップＳＴ１において、送受信処理が行われる。送受信処理では、送信部２が観測領域における海面に向けて電磁波を送信する。
例えば、陸上の送信部２から海面に向けて短波または超短波の電磁波が送信されると、レーダビームと同方向に伝播する海面波から強い強度の信号が返ってくる。
これは、ブラッグ共鳴散乱によって、ある海面で反射された電磁波の位相と、その隣の海面で反射された電磁波の位相とが一致するためであり、反射された電磁波は、送信した電磁波の半分の波長を有している。
受信部３は、送信部２の近傍に設置されるか、送信部２と一体に構成されており、前述のように海面で反射されて戻ってきた電磁波を受信する。そして、受信部３は、電磁波の受信信号の増幅処理を行い、さらに周波数変換処理などの信号処理を行って、信号処理後の受信信号をＡ／Ｄ変換する。Ａ／Ｄ変換により得られたデジタル信号は、受信部３から流速算出部４に出力される。
次に、ステップＳＴ２において、流速算出処理が行われる。流速算出処理では、流速算出部４が、受信部３から入力した上記デジタル信号に対してフーリエ変換を施して周波数を解析することにより、観測領域のセルごとの海面の流速を算出する。セルごとの海面の流速データは、流速算出部４から潮汐補正部５と流速データベース４ａとに出力される。
ステップＳＴ３において、潮汐補正処理が行われる。潮汐補正処理では、潮汐補正部５が、セルごとの海面の流速における潮汐成分を抽出して、セルごとの海面の流速から潮汐成分を差し引く補正を行う。潮汐成分の抽出方法は、例えば、下記の参考文献１に記載されているカルマンフィルタを用いて潮汐成分を抽出してもよいし、蓄積された流速データに移動平均処理などのローパスフィルタを適用して潮汐成分を抽出してもよい。
（参考文献１）特開２０１５−４６０８号公報
（参考文献１）特開２０１５−４６０８号公報
また、潮汐補正部５は、下記式（１）に従って潮汐成分を差し引いた流速値を算出してもよい。ここで、添え字のｉはセルごとに付されたセル番号であり、ｔは現在時刻、Ｍは平均数、Ｌは平均化の終了時刻である。ｕｉｋは、セル番号ｉのセルに対応する海面の時刻ｋにおける流速値であり、流速算出部４が算出した流速値である。ｖｉは、ｕｉｋから潮汐成分差し引いた値であり、潮汐成分が補正されたセル番号ｉのセルに対応する海面の流速値である。なお、Ｌは、現在時刻ｔで津波が到来していた場合、潮汐成分の抽出処理に津波成分が混ざった流速値を利用しないためのマージンに相当する。
ステップＳＴ４において、検出領域決定処理が行われる。検出領域決定処理では、検出領域決定部６が、観測領域のうちから検出領域を決定する。検出領域は、津波が発生する可能性がある一連の領域である。
観測領域には、検出領域が１つであってもよく、複数の検出領域があってもよい。
また、複数の検出領域がある場合に、検出領域同士に重なりがあってもよい。
なお、検出領域決定処理の詳細は、図４を用いて後述する。
観測領域には、検出領域が１つであってもよく、複数の検出領域があってもよい。
また、複数の検出領域がある場合に、検出領域同士に重なりがあってもよい。
なお、検出領域決定処理の詳細は、図４を用いて後述する。
ステップＳＴ５において、流速推定処理が行われる。流速推定処理では、流速推定部７が、検出領域に含まれるセルに対応する海面の流速を平滑化した値を、検出領域における海面の流速と推定する。
例えば、下記式（２）および下記式（３）に示すように、流速の観測誤差に応じて海面の流速を平均した値が、検出領域ごとの海面の流速Ｖｉとされる。ここで、添え字のｉは検出領域ごとに付された領域番号である。Ｄｉはｉ番目の検出領域に含まれるセルに付されたセル番号の集合を表しており、添え字のｊは、Ｄｉの要素のセルに付されたセル番号である。Ｃｉは定数である。ｖｊはセル番号ｊのセルに対応する海面の流速であり、σｊは流速ｖｊにおける観測誤差の標準偏差である。
なお、観測誤差の標準偏差σｊは、セルごとに既知であるか、もしくは津波が到来する前の流速データのばらつきから事前に計測しておくものとする。
また、流速の観測誤差に応じて海面の流速を積分した値を、検出領域ごとの海面の流速Ｖｉとしてもよい。
例えば、下記式（２）および下記式（３）に示すように、流速の観測誤差に応じて海面の流速を平均した値が、検出領域ごとの海面の流速Ｖｉとされる。ここで、添え字のｉは検出領域ごとに付された領域番号である。Ｄｉはｉ番目の検出領域に含まれるセルに付されたセル番号の集合を表しており、添え字のｊは、Ｄｉの要素のセルに付されたセル番号である。Ｃｉは定数である。ｖｊはセル番号ｊのセルに対応する海面の流速であり、σｊは流速ｖｊにおける観測誤差の標準偏差である。
なお、観測誤差の標準偏差σｊは、セルごとに既知であるか、もしくは津波が到来する前の流速データのばらつきから事前に計測しておくものとする。
また、流速の観測誤差に応じて海面の流速を積分した値を、検出領域ごとの海面の流速Ｖｉとしてもよい。
ステップＳＴ６において、津波検出処理が行われる。津波検出処理では、津波検出部８が、流速推定部７が推定した検出領域における海面の流速に基づいて、検出領域における津波の発生を検出する。
例えば、津波検出部８は、検出領域における海面の流速と検出用閾値とを比較し、上記流速が検出用閾値を超えたことを検出すると、検出領域に津波が発生したと判断する。
例えば、津波検出部８は、検出領域における海面の流速と検出用閾値とを比較し、上記流速が検出用閾値を超えたことを検出すると、検出領域に津波が発生したと判断する。
なお、津波検出部８は、観測領域における複数の検出領域のうち、海面の流速が検出用閾値を超える検出領域が存在しなければ、津波が発生していないと判断し、海面の流速が検出用閾値を超える検出領域が１つでも存在すれば、津波が発生したと判断する。
表示装置９は、例えば、ユーザ操作によって、流速推定部７が推定した流速ベクトルの分布、津波検出部８による津波発生の検出情報などを表示する。
表示装置９は、例えば、ユーザ操作によって、流速推定部７が推定した流速ベクトルの分布、津波検出部８による津波発生の検出情報などを表示する。
次に検出領域決定処理の詳細について説明する。
図４は、検出領域決定処理の詳細を示すフローチャートであり、図３のステップＳＴ４における一連の処理を示している。
まず、検出領域決定部６は、観測領域を区分けしている全てのセルのうち、領域番号ｉに含まれるセルを選択する（ステップＳＴ１ａ）。なお、ここで選択したセルには、津波のピーク流速が到来していたものと仮定し、この津波が存在する近傍のセルを領域番号ｉの検出領域に属するセルと決定する。以下、このように津波のピーク流速が到来していたものと仮定したセルを注目セルと呼ぶ。
図４は、検出領域決定処理の詳細を示すフローチャートであり、図３のステップＳＴ４における一連の処理を示している。
まず、検出領域決定部６は、観測領域を区分けしている全てのセルのうち、領域番号ｉに含まれるセルを選択する（ステップＳＴ１ａ）。なお、ここで選択したセルには、津波のピーク流速が到来していたものと仮定し、この津波が存在する近傍のセルを領域番号ｉの検出領域に属するセルと決定する。以下、このように津波のピーク流速が到来していたものと仮定したセルを注目セルと呼ぶ。
検出領域決定部６は、注目セルの近傍にある、セル番号ｊのセルを選択する（ステップＳＴ２ａ）。例えば、検出領域決定部６は、注目セルを中心とした一定の距離内にあるセルを１つずつ選択する。ここで、このように選択したセルを処理対象セルと呼ぶ。
次に、検出領域決定部６は、潮汐補正部５によってセルごとに補正された海面の流速のうちから、注目セルに対応する海面の流速データと、セル番号ｊのセルに対応する海面の流速データとを入力する。
そして、検出領域決定部６は、注目セルに対応する海面のピーク流速に対する、セル番号ｊのセルに対応する海面のピーク流速の比である、減衰率αを算出する。
すなわち、減衰率αは、注目セルに想定した津波のピーク流速が、セル番号ｊのセルにおいて減衰した度合いを表している。
そして、検出領域決定部６は、注目セルに対応する海面のピーク流速に対する、セル番号ｊのセルに対応する海面のピーク流速の比である、減衰率αを算出する。
すなわち、減衰率αは、注目セルに想定した津波のピーク流速が、セル番号ｊのセルにおいて減衰した度合いを表している。
続いて、検出領域決定部６は、減衰率αが一定値以下であるか否かを判定する（ステップＳＴ３ａ）。なお、一定値は、セルａに想定した津波の広がりの最小値、すなわち津波の波長の最小値を特定できる値であればよく、例えば、０．９程度の値が挙げられる。
減衰率αが一定値よりも大きい場合（ステップＳＴ３ａ；ＮＯ）、ステップＳＴ４ａの処理を行わずに、ステップＳＴ５ａに移行する。
減衰率αが一定値よりも大きい場合（ステップＳＴ３ａ；ＮＯ）、ステップＳＴ４ａの処理を行わずに、ステップＳＴ５ａに移行する。
一方、減衰率αが一定値以下であれば（ステップＳＴ３ａ；ＹＥＳ）、検出領域決定部６は、セル番号ｊのセルが領域番号ｉの検出領域に属すると決定する（ステップＳＴ４ａ）。ステップＳＴ５ａにおいて、検出領域決定部６は、注目セルの近傍にある全てのセルを処理対象セルとして選択したか否かを確認する。
全てのセルを選択していなければ（ステップＳＴ５ａ；ＮＯ）、検出領域決定部６は、注目セル近傍にある次のセルを処理対象セルとして選択し、ステップＳＴ２ａからの上記一連の処理を繰り返す。
全てのセルを選択していなければ（ステップＳＴ５ａ；ＮＯ）、検出領域決定部６は、注目セル近傍にある次のセルを処理対象セルとして選択し、ステップＳＴ２ａからの上記一連の処理を繰り返す。
注目セル近傍にある全てのセルが選択されていた場合（ステップＳＴ５ａ；ＹＥＳ）、検出領域決定部６は、領域番号ｉに属する全てのセルを注目セルとして選択したか否かを確認する（ステップＳＴ６ａ）。
ここで、注目セルとして選択されていないセルがあれば（ステップＳＴ６ａ；ＮＯ）、検出領域決定部６は、ステップＳＴ１ａに戻り、このセルを注目セルとしてステップＳＴ１ａからの上記一連の処理を繰り返す。
注目セルとして全てのセルが選択されていた場合（ステップＳＴ６ａ；ＹＥＳ）、検出領域決定部６は、処理を終了する。そして、図３のステップＳＴ５の処理に移行する。
ここで、注目セルとして選択されていないセルがあれば（ステップＳＴ６ａ；ＮＯ）、検出領域決定部６は、ステップＳＴ１ａに戻り、このセルを注目セルとしてステップＳＴ１ａからの上記一連の処理を繰り返す。
注目セルとして全てのセルが選択されていた場合（ステップＳＴ６ａ；ＹＥＳ）、検出領域決定部６は、処理を終了する。そして、図３のステップＳＴ５の処理に移行する。
なお、図４では、処理対象セルと注目セルとの間の距離と、注目セルに対応する海面の流速に対する、処理対象セルに対応する海面の流速の減衰率αとに基づいて、検出領域を決定する場合を示した。すなわち、検出領域決定部６が、セル間の距離と観測対象の速度の変化との関係に基づいて検出領域を決定している。
ただし、検出領域決定部６は、上記の関係以外に、セル間の距離とセル間の観測対象の速度ベクトルの方向との関係に基づいて検出領域を決定してもよい。以下、具体的に説明する。
ただし、検出領域決定部６は、上記の関係以外に、セル間の距離とセル間の観測対象の速度ベクトルの方向との関係に基づいて検出領域を決定してもよい。以下、具体的に説明する。
図５は、セル間の距離とセル間の観測対象の速度ベクトルの方向との関係に基づく検出領域決定処理の概要を示す図である。図５において、レーダ装置１は、陸地に設置されて海面の流速を観測する。レーダ装置１から広がった扇形状の部分は、レーダ覆域内の観測領域Ａであり、観測領域Ａをレンジ方向とアジマス方向とに区分けした個々の領域がセルである。なお、海面の流速ベクトルは、セルの中心点からレーダ装置１へ向かうベクトルである。
検出領域決定部６は、注目セルとしてセルａを選択すると、セルａから一定の距離内に存在するセルｂを処理対象セルとして選択する。ここで、セルａに対応する海面の流速ベクトルがｖａであり、セルｂに対応する海面の流速ベクトルがｖｂである。
続いて、検出領域決定部６は、セルｂに対応する海面の流速ベクトルｖｂをセルａに射影して流速射影ベクトルｖｃを算出する。
続いて、検出領域決定部６は、セルｂに対応する海面の流速ベクトルｖｂをセルａに射影して流速射影ベクトルｖｃを算出する。
次に、検出領域決定部６は、セルａに対応する海面の流速に対する、セルｂに対応する海面の流速の減衰率αを算出する。減衰率αは、注目セルと処理対象セルとの間の距離に応じた海面の流速の減衰率である。この減衰率αは、注目セルの中心付近で津波の流速が大きく、注目セルからの距離が離れるほど、津波の流速が小さくなる物理現象を想定している。
なお、注目セルに想定した津波の波長が長ければ、注目セルと処理対象セルとの間の距離が離れた場合であっても、減衰率αは小さくなる。
一方、注目セルに想定した津波の波長が短ければ、注目セルと処理対象セルとの間の距離が近い場合であっても、減衰率αは大きくなる。
一方、注目セルに想定した津波の波長が短ければ、注目セルと処理対象セルとの間の距離が近い場合であっても、減衰率αは大きくなる。
さらに、検出領域決定部６は、セルａに対応する海面の流速ベクトルがｖａに対する、流速射影ベクトルｖｃの比である減衰率βを算出する。
なお、減衰率βは、流速ベクトルｖａと流速ベクトルｖｂとの方向の差異による、流速ベクトルｖａの減衰度合いを表している。
検出領域決定部６は、減衰率αと減衰率βとを掛け合わせたα×βを算出し、α×βを一定値と比較し、α×βが一定値以下となる処理対象セルを、注目セルａと同じ検出領域に属するセルであると決定する。
このように検出領域が決定されるので、例えば、図５に示すセルａ１とセルｂ１のように、セル間の距離は近いが、流速ベクトルの方向が大きく異なるセル同士が、同一の検出領域に含まれなくなる。セルａに津波のピーク流速が存在する場合、セルａとセルｂとの間でα×βが一定値以下であれば、セルｂにおける津波のピーク流速もセルａと同程度の値になる。
なお、減衰率βは、流速ベクトルｖａと流速ベクトルｖｂとの方向の差異による、流速ベクトルｖａの減衰度合いを表している。
検出領域決定部６は、減衰率αと減衰率βとを掛け合わせたα×βを算出し、α×βを一定値と比較し、α×βが一定値以下となる処理対象セルを、注目セルａと同じ検出領域に属するセルであると決定する。
このように検出領域が決定されるので、例えば、図５に示すセルａ１とセルｂ１のように、セル間の距離は近いが、流速ベクトルの方向が大きく異なるセル同士が、同一の検出領域に含まれなくなる。セルａに津波のピーク流速が存在する場合、セルａとセルｂとの間でα×βが一定値以下であれば、セルｂにおける津波のピーク流速もセルａと同程度の値になる。
以上のように、実施の形態１に係るレーダ装置１において、検出領域決定部６が、津波が発生する可能性がある検出領域を決定する。次に、流速推定部７が、検出領域に含まれるセルに対応する海面の流速を平滑化した値を検出領域における海面の流速と推定する。津波検出部８が、流速推定部７によって推定された海面の流速に基づいて、検出領域における津波の発生を検出する。
このように構成することで、流速の推定精度が高精度化し、検出対象事象である津波の発生の精度の検出精度を高めることができる。
このように構成することで、流速の推定精度が高精度化し、検出対象事象である津波の発生の精度の検出精度を高めることができる。
また、実施の形態１に係るレーダ装置１において、流速推定部７が、検出領域に含まれるセルに対応する海面の流速の観測誤差に応じて海面の流速を積分または平均した値を、検出領域における海面の流速と推定する。特に、流速推定部７は、流速の観測誤差の標準偏差σに応じて海面の流速を重み付け平均する。
このように構成することで、海面の流速を精度よく推定することができる。
このように構成することで、海面の流速を精度よく推定することができる。
なお、実施の形態１では検出対象事象が津波である場合を示したが、これに限定されるものではない。個々のセルの大きさを超えたボリュームターゲットである、風または雲の検出にも有効である。
例えば、レーダ装置１の機能を、風速を観測するレーザレーダに適用する。この場合、風速の観測情報に基づいてウインドシアまたはダウンバーストが検出対象事象である。
また、レーダ装置１の機能を、雲内部の高水流子の移動速度を観測するドップラレーダに適用してもよい。この場合、雲の移動が検出対象事象である。
例えば、レーダ装置１の機能を、風速を観測するレーザレーダに適用する。この場合、風速の観測情報に基づいてウインドシアまたはダウンバーストが検出対象事象である。
また、レーダ装置１の機能を、雲内部の高水流子の移動速度を観測するドップラレーダに適用してもよい。この場合、雲の移動が検出対象事象である。
実施の形態２．
実施の形態２では、セルごとの水深が既知であることを前提として、水深に応じて検出領域の大きさを変更するものである。
図６は、実施の形態２に係るレーダ装置１Ａの構成を示すブロック図であって、レーダ装置１Ａが海洋レーダ装置である場合を示している。図６において、図１と同一構成要素には同一符号を付して説明を省略する。レーダ装置１Ａは、レーダ装置１と同様な構成要素を有しているが、検出領域決定部６Ａ、流速推定部７Ａおよび水深データベース１０を備える点で異なる。
実施の形態２では、セルごとの水深が既知であることを前提として、水深に応じて検出領域の大きさを変更するものである。
図６は、実施の形態２に係るレーダ装置１Ａの構成を示すブロック図であって、レーダ装置１Ａが海洋レーダ装置である場合を示している。図６において、図１と同一構成要素には同一符号を付して説明を省略する。レーダ装置１Ａは、レーダ装置１と同様な構成要素を有しているが、検出領域決定部６Ａ、流速推定部７Ａおよび水深データベース１０を備える点で異なる。
水深データベース１０は、観測領域を区分けした複数のセルのそれぞれに対応する水深データを保存するデータベースであり、例えばＲＡＭ、ハードディスクといった記憶装置の記憶領域上に構築される。水深データベース１０に保存された水深データは、検出領域決定部６Ａおよび流速推定部７Ａから読み出しが可能である。
なお、水深データベース１０が構築される記憶装置は、レーダ装置１Ａに内蔵された記憶装置でもよいし、レーダ装置１Ａの外部に設けられた記憶装置であってもよい。
すなわち、水深データベース１０は、検出領域決定部６Ａおよび流速推定部７Ａからのデータの読み出しが可能な記憶装置に構築されていればよい。
すなわち、水深データベース１０は、検出領域決定部６Ａおよび流速推定部７Ａからのデータの読み出しが可能な記憶装置に構築されていればよい。
検出領域決定部６Ａは、セルに対応する水深に応じて検出領域の大きさを変更する。
図７Ａは、セルに対応する水深に応じて検出領域の大きさを変更する処理の概要を示す図である。なお、図７Ａに示す丸記号は注目セルであり、三角記号は注目セルの隣接セルである。図７Ｂは、水深が深い場合における津波の波高と注目セルからの距離との関係を示すグラフであり、図７Ｃは、水深が浅い場合における津波の波高と注目セルからの距離との関係を示すグラフである。
図７Ａは、セルに対応する水深に応じて検出領域の大きさを変更する処理の概要を示す図である。なお、図７Ａに示す丸記号は注目セルであり、三角記号は注目セルの隣接セルである。図７Ｂは、水深が深い場合における津波の波高と注目セルからの距離との関係を示すグラフであり、図７Ｃは、水深が浅い場合における津波の波高と注目セルからの距離との関係を示すグラフである。
図７Ａにおいて、注目セルＣ１に対応する水深は、注目セルＣ２に対応する水深よりも深い。この場合、津波の波高と注目セルＣ１からの距離との関係は、図７Ｂに示す関係となり、津波の波高と注目セルＣ２からの距離との関係は、図７Ｃに示す関係となる。
ここで、津波の波長λは、λ＝Ｔ√ｇｈという式で表すことができる。ただし、Ｔは、津波の周期であり、ｇは重力加速度、ｈは水深である。
従って、図７Ｂおよび図７Ｃに示すように、水深が深いセルで津波の波長λ１が長くなり、水深が浅いセルで津波の波長λ２が短くなる。
ここで、津波の波長λは、λ＝Ｔ√ｇｈという式で表すことができる。ただし、Ｔは、津波の周期であり、ｇは重力加速度、ｈは水深である。
従って、図７Ｂおよび図７Ｃに示すように、水深が深いセルで津波の波長λ１が長くなり、水深が浅いセルで津波の波長λ２が短くなる。
検出領域決定部６Ａは、前述したように水深に応じて津波の波長が変化することから、水深が深いセルが属する検出領域Ａ１のサイズＢ１を大きくし、水深が浅いセルが属する検出領域Ａ２のサイズＢ２を小さくする。
例えば、検出領域決定部６Ａは、セルＣ１に想定した津波のピーク流速に対する、隣接セルに対応する海面のピーク流速の比である減衰率αを算出する。
注目セルＣ１の水深は深く、注目セルＣ１に想定された津波の波長は長くなるので、注目セルＣ１と隣接セルとの間の距離が離れた場合であっても、減衰率αは小さくなる。
従って、図４のステップＳＴ３ａで減衰率αが一定値以下となる隣接セルが選択されるときに、減衰率αが一定値以下となるセルが多く選択される。これにより検出領域Ａ１のサイズＢ１が大きくなる。
例えば、検出領域決定部６Ａは、セルＣ１に想定した津波のピーク流速に対する、隣接セルに対応する海面のピーク流速の比である減衰率αを算出する。
注目セルＣ１の水深は深く、注目セルＣ１に想定された津波の波長は長くなるので、注目セルＣ１と隣接セルとの間の距離が離れた場合であっても、減衰率αは小さくなる。
従って、図４のステップＳＴ３ａで減衰率αが一定値以下となる隣接セルが選択されるときに、減衰率αが一定値以下となるセルが多く選択される。これにより検出領域Ａ１のサイズＢ１が大きくなる。
同様に、検出領域決定部６Ａは、セルＣ２に想定した津波のピーク流速に対する、隣接セルに対応する海面のピーク流速の比である減衰率αを算出する。
注目セルＣ２の水深は浅く、注目セルＣ２に想定された津波の波長は短くなるので、注目セルＣ２と隣接セルとの間の距離が近い場合であっても、減衰率αは大きくなる。
従って、図４のステップＳＴ３ａで減衰率αが一定値以下となる隣接セルが選択されるときに、減衰率αが一定値以下となるセルが少なく選択される。これにより検出領域Ａ２のサイズＢ２が小さくなる。
注目セルＣ２の水深は浅く、注目セルＣ２に想定された津波の波長は短くなるので、注目セルＣ２と隣接セルとの間の距離が近い場合であっても、減衰率αは大きくなる。
従って、図４のステップＳＴ３ａで減衰率αが一定値以下となる隣接セルが選択されるときに、減衰率αが一定値以下となるセルが少なく選択される。これにより検出領域Ａ２のサイズＢ２が小さくなる。
また、流速推定部７Ａは、速度推定部を具体化した構成要素であり、検出領域に含まれるセルに対応する水深に応じて海面の流速を重み付け平均した値を、検出領域における海面の流速と推定する。すなわち、流速推定部７Ａは、セルに対応する海面の流速を単純に積分または平均するだけでなく、水深の深いセルの流速は小さく、水深の浅いセルの流速は大きくなるように重みづけ平均を行う。
例えば、流速推定部７Ａは、下記式（４）、下記式（５）および下記式（６）に従い、水深と観測誤差とに応じて流速を重み付け平均する。
ここで、添え字のｉは、検出領域ごとに付された領域番号である。Ｄｉはｉ番目の検出領域に含まれるセルに付されたセル番号の集合を表し、添え字のｊは、Ｄｉの要素のセルに付されたセル番号である。Ｃｉは定数である。
ｖｊは、セル番号ｊのセルに対応する海面の流速であり、ｖｉ’は、ｖｉを重み付け平均した後の流速である。σｊは、流速ｖｊにおける観測誤差の標準偏差である。ｈｊは、セル番号ｊのセルに対応する水深を示している。Ｍｉは、領域番号ｉの検出領域において水深ｈｉの水が流速ｖｉ’で移動したときの流量である。
なお、観測誤差の標準偏差σｊは、セルごとに既知であるか、もしくは津波が到来する前の流速データのばらつきから事前に計測しておくものとする。
ここで、添え字のｉは、検出領域ごとに付された領域番号である。Ｄｉはｉ番目の検出領域に含まれるセルに付されたセル番号の集合を表し、添え字のｊは、Ｄｉの要素のセルに付されたセル番号である。Ｃｉは定数である。
ｖｊは、セル番号ｊのセルに対応する海面の流速であり、ｖｉ’は、ｖｉを重み付け平均した後の流速である。σｊは、流速ｖｊにおける観測誤差の標準偏差である。ｈｊは、セル番号ｊのセルに対応する水深を示している。Ｍｉは、領域番号ｉの検出領域において水深ｈｉの水が流速ｖｉ’で移動したときの流量である。
なお、観測誤差の標準偏差σｊは、セルごとに既知であるか、もしくは津波が到来する前の流速データのばらつきから事前に計測しておくものとする。
図８Ａは、水深が異なるセルを含んだ検出領域Ａ３を示す図である。図８Ｂは、水深が深い場合における津波の流速と時間との関係を示すグラフであり、図８Ｃは、水深が浅い場合における津波の流速と時間との関係を示すグラフである。なお、図８Ｂおよび図８Ｃにおいて、実線ｄは、流速算出部４により観測された海面の流速であり、点線ｅは、真の海面の流速である。
津波とは、海側から一定の流量の海水が陸地に押し寄せる現象であり、上記式（６）に示すように、その流速は流量を水深で割った物理量である。このため、図８Ｂと図８Ｃとに示すように、水深が深いセルにおける海面の流速ｖ１は、水深が浅いセルにおける海面の流速ｖ２よりも小さくなる。これに伴って、流速ｖ１の観測誤差の標準偏差σ１の値は、流速ｖ２の観測誤差の標準偏差σ２の値よりも大きくなる。
そこで、流速推定部７Ａは、上記式（４）、上記式（５）および上記式（６）に従い、水深と観測誤差とに反比例して流速を重み付け平均する。これにより、流速の観測誤差が適切に抑圧され、津波の検出精度を高めることができる。
以上のように、実施の形態２に係るレーダ装置１Ａにおいて、検出領域決定部６Ａが、セルに対応する水深に応じて検出領域の大きさを変更する。特に、水深が深いセルが属する検出領域を大きくし、水深が浅いセルが属する検出領域を小さくする。
これにより、水深が深く流速のばらつきが大きいセルでは多くのセルの流速で平滑化が行われるので、検出領域における流速の平滑化効果を高めることができる。
これにより、水深が深く流速のばらつきが大きいセルでは多くのセルの流速で平滑化が行われるので、検出領域における流速の平滑化効果を高めることができる。
また、実施の形態２に係るレーダ装置１Ａにおいて、流速推定部７Ａが、検出領域に含まれるセルに対応する水深に応じて海面の流速を重み付け平均した値を、検出領域における海面の流速と推定する。このように構成することで、流速の観測誤差を適切に抑圧することができる。
実施の形態３．
実施の形態１では、セル間の距離、観測対象の速度の変化およびセル間の観測対象の速度ベクトルの方向の関係に基づいて検出領域を決定する場合を示した。
これに対して、実施の形態３では、観測領域に想定した津波の波面候補とセルとの距離に基づいて、津波の波面候補に属するセルからなる検出領域を決定する。
実施の形態１では、セル間の距離、観測対象の速度の変化およびセル間の観測対象の速度ベクトルの方向の関係に基づいて検出領域を決定する場合を示した。
これに対して、実施の形態３では、観測領域に想定した津波の波面候補とセルとの距離に基づいて、津波の波面候補に属するセルからなる検出領域を決定する。
図９は、実施の形態３に係るレーダ装置１Ｂの構成を示すブロック図であって、レーダ装置１Ｂが海洋レーダ装置である場合を示している。図９において、図１および図６と同一構成要素には同一符号を付して説明を省略する。レーダ装置１Ｂは、レーダ装置１Ａと同様な構成要素を有しているが、検出領域決定部６Ｂ、流速推定部７Ｂおよび津波検出部８Ａを備える点で異なる。
検出領域決定部６Ｂは、観測領域に想定した津波の波面候補とセルとの距離に基づいて津波の波面候補に属するセルからなる検出領域を決定する。
図１０は、津波の波面候補ｗａ，ｗｂ，ｗｃとセルとの関係を示す図である。図１０において、レーダ装置１Ｂが形成する１つのビームにおけるレンジ数はｄ個（レンジ番号＝１，２，・・・，ｄ）であり、レーダ装置１Ｂが形成するビームの本数はｎ（ビーム番号＝１，２，・・・，ｎ）である。このとき、検出領域決定部６Ｂは、レーダ覆域の両端にあるビームに対応するセルの組み合わせの数である、ｄ×ｄ個の波面候補を想定する。
図１０は、津波の波面候補ｗａ，ｗｂ，ｗｃとセルとの関係を示す図である。図１０において、レーダ装置１Ｂが形成する１つのビームにおけるレンジ数はｄ個（レンジ番号＝１，２，・・・，ｄ）であり、レーダ装置１Ｂが形成するビームの本数はｎ（ビーム番号＝１，２，・・・，ｎ）である。このとき、検出領域決定部６Ｂは、レーダ覆域の両端にあるビームに対応するセルの組み合わせの数である、ｄ×ｄ個の波面候補を想定する。
また、検出領域決定部６Ｂは、レーダ覆域内にある全てのセルにおける、異なる２つのセルを結んだ直線を波面候補としてもよい。この場合は、レーダ覆域内のセル数にレーダ覆域内のセル数を乗じた（ｎ×ｄ）×（ｎ×ｄ）個の波面候補が想定される。
ただし、これは莫大な個数であり、計算負荷が大きくなることを考慮して、波面候補の数を、レーダ覆域の外周のセルの組み合わせ数だけに削減してもよい。
すなわち、検出領域決定部６Ｂが、レーダ装置１Ｂから最も遠いｎ個のセルと、両端のビームに対応するｄ個のセルとの組み合わせから、（ｎ＋ｄ）×（ｎ＋ｄ）個の波面候補を想定する。
ただし、これは莫大な個数であり、計算負荷が大きくなることを考慮して、波面候補の数を、レーダ覆域の外周のセルの組み合わせ数だけに削減してもよい。
すなわち、検出領域決定部６Ｂが、レーダ装置１Ｂから最も遠いｎ個のセルと、両端のビームに対応するｄ個のセルとの組み合わせから、（ｎ＋ｄ）×（ｎ＋ｄ）個の波面候補を想定する。
前述した個数分の波面候補を想定すると、検出領域決定部６Ｂは、ビームごとに波面候補との間の距離が近いセルを、この波面候補に属するセルとして選択する。
例えば、ビーム番号ｎ−２のビームにおける最遠方のセルｆ１は、波面候補ｗｂと一定の距離内にあるので、波面候補ｗｂに属するセルとして選択される。
同様に、ビーム番号ｎ−１のビームにおける最遠方のセルｆ２は、波面候補ｗｂと一定の距離内にあるので、波面候補ｗｂに属するセルとして選択される。
さらに、ビーム番号ｎのビームにおける最遠方のセルｆ３は、波面候補ｗｂと一定の距離内にあるので、波面候補ｗｂに属するセルとして選択される。
例えば、ビーム番号ｎ−２のビームにおける最遠方のセルｆ１は、波面候補ｗｂと一定の距離内にあるので、波面候補ｗｂに属するセルとして選択される。
同様に、ビーム番号ｎ−１のビームにおける最遠方のセルｆ２は、波面候補ｗｂと一定の距離内にあるので、波面候補ｗｂに属するセルとして選択される。
さらに、ビーム番号ｎのビームにおける最遠方のセルｆ３は、波面候補ｗｂと一定の距離内にあるので、波面候補ｗｂに属するセルとして選択される。
検出領域決定部６Ｂは、前述のように津波の波面候補に属するセルを選択し、選択したセルからなる検出領域を決定する。
また、検出領域決定部６Ｂは、波面候補に属するセル、および波面候補の法線ベクトルと検出領域に含まれるセルに対応する海面の流速ベクトルとがなす角度θを流速推定部７Ｂに出力する。
また、検出領域決定部６Ｂは、波面候補に属するセル、および波面候補の法線ベクトルと検出領域に含まれるセルに対応する海面の流速ベクトルとがなす角度θを流速推定部７Ｂに出力する。
流速推定部７Ｂは、速度推定部を具体化したものであり、潮汐補正部５が補正した海面の流速のうち、検出領域に含まれるセルに対応する海面の流速を選択する。
そして、流速推定部７Ｂは、上記選択した流速を、検出領域に含まれるセルに対応する水深と流速の観測誤差とに応じて積分または平均し、得られた値を検出領域における海面の流速と推定する。
ただし、前述したように積分または平均される流速は、検出領域に含まれるセルに対応する海面の速度ベクトルと津波の波面候補の法線ベクトルとがなす角に応じて補正された値であってもよい。
そして、流速推定部７Ｂは、上記選択した流速を、検出領域に含まれるセルに対応する水深と流速の観測誤差とに応じて積分または平均し、得られた値を検出領域における海面の流速と推定する。
ただし、前述したように積分または平均される流速は、検出領域に含まれるセルに対応する海面の速度ベクトルと津波の波面候補の法線ベクトルとがなす角に応じて補正された値であってもよい。
例えば、流速推定部７Ｂが、下記式（７）、下記式（８）および下記式（９）に従い、波面候補が属する検出領域ごとに水深および観測誤差に応じて流速を重み付け平均する。
ここで、添え字のｉは、検出領域ごとに付された領域番号であり、波面候補ごとの番号に相当する。Ｅｉはｉ番目の波面候補に属するセルに付されたセル番号の集合を表し、添え字のｊは、Ｅｉの要素のセルに付されたセル番号である。Ｃｉは定数である。
θｉは、領域番号ｉの波面候補の法線ベクトルと領域番号ｉの検出領域における海面の流速ベクトルとがなす角である。また、θｊは、領域番号ｉの波面候補の法線ベクトルとセル番号ｊのセルに対応する海面の流速ベクトルとがなす角である。
ｖｊは、セル番号ｊのセルに対応する海面の流速であり、ｖｉ’は、ｖｉを重み付け平均した後の流速である。σｊは、流速ｖｊにおける観測誤差の標準偏差である。ｈｊは、セル番号ｊのセルに対応する水深を示している。ｈｉ’は、角度θｉが最小となるセルの水深を表している。
ｃｏｓθｉは、領域番号ｉの波面候補の法線ベクトルに対する領域番号ｉの検出領域における海面の流速ベクトルの縮小率である。ｃｏｓθｊは、領域番号ｉの波面候補の法線ベクトルに対するセル番号ｊのセルに対応する海面の流速ベクトルの縮小率である。下記式（７）に示すように、ｃｏｓθｊを流速ｖｊに乗算することで、流速ｖｊは、ｃｏｓθｊに応じた値に補正される。
さらに、Ｍｉは、領域番号ｉの検出領域において、水深ｈｉ’の水が流速ｖｉ’で移動したときの流量である。
なお、観測誤差の標準偏差σｊは、セルごとに既知であるか、もしくは津波が到来する前の流速データのばらつきから事前に計測しておくものとする。
ここで、添え字のｉは、検出領域ごとに付された領域番号であり、波面候補ごとの番号に相当する。Ｅｉはｉ番目の波面候補に属するセルに付されたセル番号の集合を表し、添え字のｊは、Ｅｉの要素のセルに付されたセル番号である。Ｃｉは定数である。
θｉは、領域番号ｉの波面候補の法線ベクトルと領域番号ｉの検出領域における海面の流速ベクトルとがなす角である。また、θｊは、領域番号ｉの波面候補の法線ベクトルとセル番号ｊのセルに対応する海面の流速ベクトルとがなす角である。
ｖｊは、セル番号ｊのセルに対応する海面の流速であり、ｖｉ’は、ｖｉを重み付け平均した後の流速である。σｊは、流速ｖｊにおける観測誤差の標準偏差である。ｈｊは、セル番号ｊのセルに対応する水深を示している。ｈｉ’は、角度θｉが最小となるセルの水深を表している。
ｃｏｓθｉは、領域番号ｉの波面候補の法線ベクトルに対する領域番号ｉの検出領域における海面の流速ベクトルの縮小率である。ｃｏｓθｊは、領域番号ｉの波面候補の法線ベクトルに対するセル番号ｊのセルに対応する海面の流速ベクトルの縮小率である。下記式（７）に示すように、ｃｏｓθｊを流速ｖｊに乗算することで、流速ｖｊは、ｃｏｓθｊに応じた値に補正される。
さらに、Ｍｉは、領域番号ｉの検出領域において、水深ｈｉ’の水が流速ｖｉ’で移動したときの流量である。
なお、観測誤差の標準偏差σｊは、セルごとに既知であるか、もしくは津波が到来する前の流速データのばらつきから事前に計測しておくものとする。
流速推定部７Ｂは、前述したように、津波の波面候補の法線ベクトルとセルに対応する海面の流速ベクトルとがなす角度θを用いて流量Ｍｉまたは流速ｖｉ’を推定する。
図１１は、津波の波面候補ｗａと流速ベクトルの縮小率との関係を示す図である。
図１１において、セルｈｎに対応する海面の流速ベクトルｖｎは、波面候補ｗａの法線ベクトルｇｎとなす角度θｎが大きく法線ベクトルｇｎと垂直に近い。このようなセルｈｎに対応する海面の流速は、縮小率ｃｏｓθｎが０に近くなることから、波面候補ｗａが属する検出領域における海面の流速ｖｉ’または流量Ｍｉの推定にあまり寄与しない。
図１１は、津波の波面候補ｗａと流速ベクトルの縮小率との関係を示す図である。
図１１において、セルｈｎに対応する海面の流速ベクトルｖｎは、波面候補ｗａの法線ベクトルｇｎとなす角度θｎが大きく法線ベクトルｇｎと垂直に近い。このようなセルｈｎに対応する海面の流速は、縮小率ｃｏｓθｎが０に近くなることから、波面候補ｗａが属する検出領域における海面の流速ｖｉ’または流量Ｍｉの推定にあまり寄与しない。
一方、セルｈ１に対応する海面の流速ベクトルｖ１は、波面候補ｗａの法線ベクトルｇ１となす角度θ１が小さく法線ベクトルｇ１と平行に近い。このようなセルｈ１に対応する海面の流速は、縮小率ｃｏｓθ１が１に近くなることから、波面候補ｗａが属する検出領域における海面の流速ｖｉ’または流量Ｍｉの推定に大きく寄与する。
すなわち、波面候補が属する検出領域に含まれるセルのうち、当該波面候補の法線ベクトルとのなす角度θが小さい流速ベクトルを有するセルを利用することで、津波の流速の推定精度が向上する。
すなわち、波面候補が属する検出領域に含まれるセルのうち、当該波面候補の法線ベクトルとのなす角度θが小さい流速ベクトルを有するセルを利用することで、津波の流速の推定精度が向上する。
津波検出部８Ａは、流速推定部７Ｂによって推定された海面の流速に基づいて検出領域における津波の発生を検出する。例えば、実施の形態１と同様に、流速推定部７Ｂによって推定された海面の流速と検出用閾値とが比較されて、海面の流速が検出用閾値を超えた場合に、検出領域に津波が発生したと判断される。
なお、津波検出部８Ａは、検出領域に含まれるセルの数に応じて上記検出用閾値を変更してもよい。例えば、検出領域に含まれるセルの数、すなわち波面候補に属するセル数が一定値よりも多い場合に、検出用閾値を従前の値よりも小さい値に変更する。
これにより、検出領域に含まれるセルの数に応じた津波検出が可能となる。
これにより、検出領域に含まれるセルの数に応じた津波検出が可能となる。
また、津波検出部８Ａは、検出領域に含まれるセルに対応する海面の速度ベクトルと津波の波面候補の法線ベクトルとがなす角度θに対応付けられた津波の発生確率に応じて検出用閾値を変更してもよい。
例えば、角度θについて津波の発生確率が事前に得られていた場合、津波の発生確率の高い角度θを有する流速と比較する検出用閾値を従前の値よりも小さい値に変更する。
これにより、津波の発生確率が高い津波波面が検出されやすくなる。
例えば、角度θについて津波の発生確率が事前に得られていた場合、津波の発生確率の高い角度θを有する流速と比較する検出用閾値を従前の値よりも小さい値に変更する。
これにより、津波の発生確率が高い津波波面が検出されやすくなる。
さらに、津波検出部８Ａは、検出した津波の波面に直交するビームにおけるセルに対応する海面の流速情報に基づいて津波の波高値の算出と津波の到来予測を行ってもよい。
津波の波面に直交するビームにおけるセルに対応する海面の流速ベクトルは、レーダ装置１Ｂに向かう方向（レーダ視線方向）に射影されておらず、海面の流速情報は、正確な津波の流速情報となる。
そこで、例えば下記の参考文献２に記載されるように、上記流速情報から１次元の浅水方程式を用いれば、津波の波高値を正確に算出することができ、さらに津波の到来予測を精度よく行うことが可能である。
（参考文献２）Ｔ． Ｙａｍａｄａ， ｅｔ ａｌｌ， “ Ｒａｄａｒ Ｄａｔａ Ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ Ｔｓｕｎａｍｉ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ Ｕｓｉｎｇ Ｋａｌｍａｎ Ｆｉｌｔｅｒ ”， Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｐａｃｅ，Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ２０１５ （ＩＣＳＡＮＥ ２０１５），ｖｏｌ． １１５，ｎｏ． ３２０，ＳＡＮＥ２０１５−６３，ｐｐ．７５−８０．
津波の波面に直交するビームにおけるセルに対応する海面の流速ベクトルは、レーダ装置１Ｂに向かう方向（レーダ視線方向）に射影されておらず、海面の流速情報は、正確な津波の流速情報となる。
そこで、例えば下記の参考文献２に記載されるように、上記流速情報から１次元の浅水方程式を用いれば、津波の波高値を正確に算出することができ、さらに津波の到来予測を精度よく行うことが可能である。
（参考文献２）Ｔ． Ｙａｍａｄａ， ｅｔ ａｌｌ， “ Ｒａｄａｒ Ｄａｔａ Ａｓｓｉｍｉｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ ａ Ｔｓｕｎａｍｉ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｍｏｄｅｌ Ｕｓｉｎｇ Ｋａｌｍａｎ Ｆｉｌｔｅｒ ”， Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｓｐａｃｅ，Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃａｌ ａｎｄ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ ２０１５ （ＩＣＳＡＮＥ ２０１５），ｖｏｌ． １１５，ｎｏ． ３２０，ＳＡＮＥ２０１５−６３，ｐｐ．７５−８０．
以上のように、実施の形態３に係るレーダ装置１Ｂにおいて、検出領域決定部６Ｂが、観測領域に想定した津波の波面候補とセルとの距離に基づいて、津波の波面候補に属するセルからなる検出領域を決定する。流速推定部７Ｂが、検出領域に含まれるセルに対応する海面の流速を平滑化し、平滑化した値を検出領域における海面の流速と推定する。津波検出部８Ａが、流速推定部７Ｂが推定した海面の流速に基づいて、検出領域における津波の発生を検出する。このように構成することで、流速の推定精度が高精度化し、検出対象事象である津波の発生の精度の検出精度を高めることができる。
また、実施の形態３に係るレーダ装置１Ｂにおいて、流速推定部７Ｂが、水深ｈと、観測誤差の標準偏差σと、海面の速度ベクトルｖと津波の波面候補の法線ベクトルｇとがなす角度θとに応じて検出領域に含まれるセルに対応する海面の速度を重み付け平均する。
このように構成することで、津波の流速の推定精度を高めることができる。
このように構成することで、津波の流速の推定精度を高めることができる。
さらに、実施の形態３に係るレーダ装置１Ｂにおいて、検出領域決定部６Ｂが、レーダ覆域の両端にあるビームに対応するセルの組み合わせ数の津波の波面候補を想定する。
このように構成することで、計算負荷が過大にならないように波面候補を想定することができる。
このように構成することで、計算負荷が過大にならないように波面候補を想定することができる。
さらに、実施の形態３に係るレーダ装置１Ｂにおいて、津波検出部８Ａが、検出領域に含まれるセルの数に応じて検出用閾値を変更する。そして、津波検出部８Ａは、検出領域における海面の流速と検出用閾値との比較結果に基づいて、検出領域における津波の発生を検出する。このように構成することで、検出領域に含まれるセルの数に応じた津波検出が可能となる。
さらに、実施の形態３に係るレーダ装置１Ｂにおいて、津波検出部８Ａが、検出領域に含まれるセルに対応する海面の流速ベクトルと津波の波面候補の法線ベクトルとがなす角度θに対応付けられた津波の発生確率に応じて検出用閾値を変更する。そして、津波検出部８Ａは、検出領域における海面の流速と検出用閾値との比較結果に基づいて、検出領域における津波の発生を検出する。このように構成することで、津波の発生確率が高い津波波面が検出されやすくなる。
さらに、実施の形態３に係るレーダ装置１Ｂにおいて、津波検出部８Ａが、検出した津波の波面に直交するビームにおけるセルに対応する海面の流速情報に基づいて津波の波高値の算出と津波の到来予測を行う。このように構成することで、津波の波高値を精度よく算出でき、さらに津波の到来予測を正確に行うことが可能である。
実施の形態１〜３に係るレーダ装置は、図５、図７および図１０に示すように、１台のレーダ装置を用いて高精度に津波波面の到来を検出することができる。
すなわち、複数のレーダ装置のレーダ覆域を重ね合わせなくても、広範囲の領域を監視することが可能である。
すなわち、複数のレーダ装置のレーダ覆域を重ね合わせなくても、広範囲の領域を監視することが可能である。
なお、本発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせあるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
この発明に係るレーダ装置は、検出対象事象の発生を高い精度で検出することができるので、例えば、津波の発生を検出する海洋レーダ装置に好適である。
１，１Ａ，１Ｂ レーダ装置、２ 送信部、３ 受信部、４ 流速算出部、４ａ 流速データベース、５ 潮汐補正部、６，６Ａ，６Ｂ 検出領域決定部、７，７Ａ，７Ｂ 流速推定部、８，８Ａ 津波検出部、９ 表示装置、１０ 水深データベース、１００ 処理回路、１０１ 送信機、１０２ アンテナ、１０３ 受信機、１０４ ディスプレイ、１０５ ＣＰＵ、１０６ メモリ。
Claims (11)
- 観測領域に向けて放射され当該観測領域における観測対象で反射した電磁波の受信信号に基づいて、前記観測領域をレンジ方向とアジマス方向とに区分けして形成された複数のセルのそれぞれに対応する観測対象の速度を算出する速度算出部と、
前記速度算出部が算出したセルごとの観測対象の速度から周期的なバイアス成分を除く補正を行うバイアス補正部と、
セル間の距離および観測対象の速度の変化の関係と、セル間の距離、観測対象の速度の変化およびセル間の観測対象の速度ベクトルの方向の関係とのいずれか一方に基づいて、検出対象事象が発生する可能性がある検出領域を決定する検出領域決定部と、
前記バイアス補正部が補正した観測対象の速度のうち、前記検出領域に含まれるセルに対応する観測対象の速度を選択して平滑化し、平滑化した値を前記検出領域における観測対象の速度と推定する速度推定部と、
前記速度推定部が推定した観測対象の速度に基づいて、前記検出領域における検出対象事象の発生を検出する事象検出部と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 前記速度推定部は、前記検出領域に含まれるセルに対応する観測対象の速度の観測誤差に応じて観測対象の速度を積分または平均した値を、前記検出領域における観測対象の速度と推定することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
- 前記検出領域決定部は、セルに対応する水深に応じて前記検出領域の大きさを変更することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
- 前記速度推定部は、前記検出領域に含まれるセルに対応する水深と観測対象である海面の流速の観測誤差とに応じて海面の速度を重み付け平均した値を、前記検出領域における海面の速度と推定することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
- 前記速度推定部は、前記検出領域に含まれるセルに対応する観測対象の速度の観測誤差の標準偏差に応じて観測対象の速度を重み付け平均することを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
- 観測領域に向けて放射され当該観測領域における海面で反射した電磁波の受信信号に基づいて、前記観測領域をレンジ方向とアジマス方向とに区分けして形成された複数のセルのそれぞれに対応する海面の速度を算出する速度算出部と、
前記速度算出部が算出したセルごとの海面の速度から周期的なバイアス成分を除く補正を行うバイアス補正部と、
前記観測領域に想定した津波の波面候補とセルとの距離に基づいて、津波の波面候補に属するセルからなる検出領域を決定する検出領域決定部と、
前記バイアス補正部が補正した海面の速度のうち、前記検出領域に含まれるセルに対応する海面の速度を平滑化し、平滑化した値を前記検出領域における海面の速度と推定する速度推定部と、
前記速度推定部が推定した海面の速度に基づいて、前記検出領域における津波の発生を検出する津波検出部と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。 - 前記速度推定部は、前記検出領域に含まれるセルに対応する水深と、前記検出領域に含まれるセルに対応する海面の流速における観測誤差の標準偏差と、前記検出領域に含まれるセルに対応する海面の速度ベクトルと津波の波面候補の法線ベクトルとがなす角度とに応じて、前記検出領域に含まれるセルに対応する海面の速度を重み付け平均することを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。
- 前記検出領域決定部は、レーダ覆域の両端にあるビームにおけるセルの組み合わせの数だけ津波の波面候補を想定することを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。
- 前記津波検出部は、
前記検出領域に含まれるセルの数に応じて検出用閾値を変更し、
前記検出領域における海面の速度と前記検出用閾値との比較結果に基づいて、前記検出領域における津波の発生を検出することを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。 - 前記津波検出部は、
前記検出領域に含まれるセルに対応する海面の速度ベクトルと津波の波面候補の法線ベクトルとがなす角度に対応付けられた津波の発生確率に応じて検出用閾値を変更し、
前記検出領域における海面の速度と前記検出用閾値との比較結果に基づいて、前記検出領域における津波の発生を検出することを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。 - 前記津波検出部は、津波の波面に直交するビームにおけるセルに対応する海面の速度情報に基づいて、津波の波高値の算出と津波の到来予測とを行うことを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。
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