説明

気象レーダ装置及び気象観測方法

【課題】突発的かつ局地的な気象現象を的確に観測できるようにする。
【解決手段】気象レーダ装置は、複数のアンテナ素子から電波を送信し、位相制御により仰角方向にビーム走査を行って気象目標からの反射波を受信するアンテナユニット11と、前記アンテナユニット11の開口面の仰角を駆動する駆動ユニット12と、前記駆動ユニット12により前記開口面を観測範囲の最大距離方向に正対させた状態で前記アンテナユニット11に前記ビーム走査を行わせ、前記反射波の受信信号をもとに前記気象目標を探知した時点で、前記駆動ユニットに前記開口面を前記気象目標に向けて正対させる監視制御装置4とを具備する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は、例えば、雨や雲などの気象現象を観測する気象レーダ装置及び気象観測方法に関する。
【背景技術】
【0002】
従来のパラボナアンテナ型の気象レーダは、ペンシルビームと呼ばれる細いビームを形成して、水平方向に360°回転して1平面の観測データを取得した後に、アンテナ仰角を上げて次の1平面を取得することを続けて、三次元の降水データを収集している(例えば、特許文献1を参照。)。この観測シーケンスを実施するには5分〜10分程度要し、時々刻々と変化する積乱雲等の観測には十分な時間・空間分解能がとれていなかった。
【0003】
なお、本願に関連する公知文献として次のようなものがある(例えば、特許文献1を参照。)。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】吉田 孝 監修、「改訂 レーダ技術」、社団法人電子情報通信学会、平成8年10月1日、初版、“第9章 気象レーダ”、P238−253
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述したように、従来のパラボラアンテナを用いた気象レーダ装置では、急激な積乱雲の発達のような突発的かつ局地的な気象現象の探知が困難であった。
【0006】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、突発的かつ局地的な気象現象を的確に観測可能な気象レーダ装置及び気象観測方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
上記目的を達成するためにこの発明に係る気象レーダ装置は、複数のアンテナ素子から電波を送信し、位相制御により仰角方向にビーム走査を行って気象目標からの反射波を受信するアンテナユニットと、前記アンテナユニットの開口面の仰角を駆動する駆動ユニットと、前記駆動ユニットにより前記開口面を観測範囲の最大距離方向に正対させた状態で前記アンテナユニットに前記ビーム走査を行わせ、前記反射波の受信信号をもとに前記気象目標を探知した時点で、前記駆動ユニットに前記開口面を前記気象目標に向けて正対させる制御ユニットとを具備する。
【0008】
また、この発明に係る気象観測方法は、複数のアンテナ素子から電波を送信し、位相制御により仰角方向にビーム走査を行って前記気象目標からの反射波を受信するアンテナユニットと、前記アンテナユニットの開口面の仰角を駆動する駆動ユニットとを具備する気象レーダ装置に用いられる気象観測方法であって、前記駆動ユニットにより前記開口面を観測範囲の最大距離方向に正対させた状態で前記アンテナユニットに前記ビーム走査を行わせ、前記反射波の受信信号をもとに前記気象目標を探知した時点で、前記駆動ユニットに前記開口面を前記気象目標に向けて正対させるものである。
【発明の効果】
【0009】
したがってこの発明によれば、突発的かつ局地的な気象現象を的確に観測可能な気象レーダ装置及び気象観測方法気象レーダ装置及び気象観測方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の一実施形態に係る気象レーダ装置の構成例を示す図。
【図2】図1の気象レーダ装置の観測手順を示すフローチャート。
【図3】広範囲観測モードの動作を示す図。
【図4】アンテナ開口面の仰角と有効開口面積の関係を示す図。
【図5】アンテナ開口面の仰角とビーム幅の関係を示す図。
【図6】局地観測モードの動作を示す図。
【図7】局地観測モードの観測シーケンスの他の例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図1は、本発明の一実施形態に係る気象レーダの構成例を示したものである。
図1において、この気象レーダは、空中線装置1と、信号処理装置2と、データ処理装置3と、監視制御装置4とを備える。
【0012】
空中線装置1は、アンテナユニット11と、駆動ユニット12とを備える。
【0013】
アンテナユニット11は、例えば、複数のアンテナ素子を鉛直方向に配列した1次元フェーズドアレイアンテナで構成される。アンテナユニット11は、信号処理装置2からの制御信号に従って、上記複数のアンテナ素子から電波を送信し、位相制御により仰角方向にビーム走査を行って、降水などの気象目標からの反射波を受信する。
【0014】
気象レーダは、任意空間の気象目標を観測する必要があるため、駆動ユニット12は、監視制御装置4からの制御信号に従って、駆動モータの回転等によりアンテナユニット11の開口面の方位角、仰角を機械的に制御する。
【0015】
一方、アンテナユニット11により空間上の気象目標からの反射波を受信すると、空中線装置1は、受信されたアナログ信号をA/D変換して、I(In-Phase)/Q(Quadrature)検波し、検波したI/Q信号を信号処理装置2に与える。
【0016】
信号処理装置2は、空中線装置1から与えられたI/Q信号から、受信電力及びドップラ速度を算出する。また、信号処理装置2は、監視制御装置4からの制御信号に従って、レーダ電波の送出角度を決める位相制御信号を空中線装置1に送信する。
【0017】
データ処理装置3は、信号処理装置2で算出された受信電力及びドップラ速度データから、降雨強度及び補正後のドップラ速度を算出する。
【0018】
監視制御装置4は、後述する観測シーケンスに基づき、各装置に制御信号を送信するほか、各装置の監視情報を一括して管理する。
【0019】
次に、このように構成された気象レーダが実行する観測シーケンスについて説明する。図2は、観測シーケンスを示すフローチャートである。
ステップS21において、気象レーダは、晴天時あるいは気象目標を探知する前の段階において、図3に示すような広範囲観測モードとして動作する。すなわち、監視制御装置4は、駆動ユニット12により観測範囲の最大探知距離の方向にアンテナ開口面を正対させた状態で、アンテナユニット11に360°全方位を0〜90°仰角でビーム走査させる。
【0020】
図4は、アンテナ開口面の仰角とアンテナの有効開口面積の関係を示したものである。図5は、アンテナ開口面の仰角とビーム幅の関係を示したものである。図4中A1に示すように、アンテナの正対方向で有効開口面積は最大となり、図4中A2,A3のように、ビーム形成位置がアンテナ正対方向から離れるほど有効開口面積が狭くなってしまう。図5に示すように、アンテナ有効開口面積が広くなるほど、ビーム幅は狭くなり指向性利得が高くなる。一方、アンテナ有効開口面積が狭くなるほど、ビーム幅が広くなり利得も低下する。利得が下がると、気象レーダは弱い雨などが探知できなくなる。このため、監視制御装置4は、ビーム中心位置を観測条件に応じてクリティカルに指向させるように、アンテナ開口面の仰角を制御する。
【0021】
ステップS22において、信号処理装置2により反射波の受信信号から気象目標が探知されると、ステップS23に移行して、気象レーダは、図6に示すような局地観測モードとして動作する。監視制御装置4は、駆動ユニット12にアンテナ開口面を気象目標に向けて正対させ、アンテナユニット11に気象目標までの距離、気象目標の大きさに応じた地点をビーム走査させる。例えば、アンテナ開口面は、受信信号の最大受信電力強度が得られる仰角に制御される。
【0022】
以上述べたように、上記実施形態では、フェーズドアレイ方式のアンテナユニットを備える気象レーダにおいて、晴天時などには、アンテナ開口面を観測範囲の最大距離方向に正対させた状態で360°全方位を0〜90°仰角でビーム走査させ、雨雲等の気象目標を探知すると、アンテナ開口面を気象目標に向けて正対させて気象目標までの距離、気象目標の大きさに応じた地点をビーム走査させる。
【0023】
このように構成することにより、ビーム中心位置を観測条件に応じてクリティカルに指向させることができ、急激な積乱雲の発達のような突発的かつ局地的な気象現象を的確に観測できるようになる。
【0024】
さらに、上記ステップS23の局地観測モードにおいて、図7に示すような観測シーケンスを適用することもできる。ステップS71において、監視制御装置4は、信号処理装置2で算出された受信電力の値をもとに、例えば、方位角360°を4つに分割した第1〜第4方位毎に最大受信電力を計算する。ステップS72において、監視制御装置4は、最大受信電力の地点の仰角をそれぞれ求める。ステップS73において、監視制御装置4は、次回のスキャンで第1〜第4方位毎にアンテナ開口面が上記仰角になるように駆動ユニット12を制御する。このように、複数の方位毎にアンテナ開口面を気象目標に向けて正対させるようにすることで、さらに高精度に気象現象を観測することが可能となる。
【0025】
なお、この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【符号の説明】
【0026】
1…空中線装置、11…アンテナユニット、12…駆動ユニット、2…信号処理装置、3…データ処理装置、4…監視制御装置。

【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のアンテナ素子から電波を送信し、位相制御により仰角方向にビーム走査を行って気象目標からの反射波を受信するアンテナユニットと、
前記アンテナユニットの開口面の仰角を駆動する駆動ユニットと、
前記駆動ユニットにより前記開口面を観測範囲の最大距離方向に正対させた状態で前記アンテナユニットに前記ビーム走査を行わせ、前記反射波の受信信号をもとに前記気象目標を探知した時点で、前記駆動ユニットに前記開口面を前記気象目標に向けて正対させる制御ユニットと
を具備することを特徴とする気象レーダ装置。
【請求項2】
前記制御ユニットは、前記受信信号の最大受信電力強度に基づいて前記開口面の仰角を駆動することを特徴とする請求項1記載の気象レーダ装置。
【請求項3】
前記制御ユニットは、前記気象目標を探知した時点で、前記受信信号から複数の方位毎に受信電力強度の最大値を計算し、前記最大値に基づいて複数の方位毎に前記開口面の仰角を駆動することを特徴とする請求項1記載の気象レーダ装置。
【請求項4】
複数のアンテナ素子から電波を送信し、位相制御により仰角方向にビーム走査を行って前記気象目標からの反射波を受信するアンテナユニットと、前記アンテナユニットの開口面の仰角を駆動する駆動ユニットとを具備する気象レーダ装置に用いられる気象観測方法であって、
前記駆動ユニットにより前記開口面を観測範囲の最大距離方向に正対させた状態で前記アンテナユニットに前記ビーム走査を行わせ、前記反射波の受信信号をもとに前記気象目標を探知した時点で、前記駆動ユニットに前記開口面を前記気象目標に向けて正対させることを特徴とする気象観測方法。
【請求項5】
前記受信信号の最大受信電力強度に基づいて前記開口面の仰角を駆動することを特徴とする請求項4記載の気象観測方法。
【請求項6】
前記気象目標を探知した時点で、前記受信信号から複数の方位毎に受信電力強度の最大値を計算し、前記最大値に基づいて複数の方位毎に前記開口面の仰角を駆動することを特徴とする請求項4記載の気象観測方法。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【公開番号】特開2011−27711(P2011−27711A)
【公開日】平成23年2月10日(2011.2.10)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−17555(P2010−17555)
【出願日】平成22年1月29日(2010.1.29)
【国等の委託研究の成果に係る記載事項】(出願人による申告)平成21年度、独立行政法人情報通信研究機構「高度通信・放送研究開発委託研究/次世代ドップラーレーダー技術の研究開発」、産業技術力強化法第19条の適用を受ける特許出願
【出願人】(000003078)株式会社東芝 (54,554)
【Fターム(参考)】