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公開番号2024165796
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-11-28
出願番号2023082291
出願日2023-05-18
発明の名称気象レーダ信号処理装置及び気象レーダ信号処理プログラム
出願人日本無線株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01S 13/534 20060101AFI20241121BHJP(測定;試験)
要約【課題】気象レーダ信号に時間領域のフィルタリング処理を実行するにあたり、地表面クラッタ成分の除去効果と方位角ビーム分解能の向上効果とを両立させる。
【解決手段】方位角方向に回転するアンテナを備える気象レーダ装置Rから、窓関数が適用された気象レーダ信号の時系列データを取得する気象レーダ信号取得部と、窓関数が適用された気象レーダ信号の時系列データから地表面クラッタ成分を除去して降雨信号成分を抽出するにあたり、気象レーダ信号の時系列データに適用された窓関数が適用された時間領域のフィルタリング処理を実行する地表面クラッタ除去装置1と、抽出された降雨信号成分のドップラー速度に対する受信電力の強度分布を統計的性質に基づいて算出することにより、地表面クラッタ成分とともに除去された降雨信号成分を回復する降雨信号回復装置2と、を備える。
【選択図】図3
特許請求の範囲【請求項１】
方位角方向に回転するアンテナを備える気象レーダ装置から、窓関数が適用された気象レーダ信号の時系列データを取得する気象レーダ信号取得部と、
前記窓関数が適用された気象レーダ信号の時系列データから地表面クラッタ成分を除去して降雨信号成分を抽出するにあたり、気象レーダ信号の時系列データに適用された前記窓関数が適用された時間領域のフィルタリング処理を実行する地表面クラッタ除去部と、
前記地表面クラッタ除去部が抽出した降雨信号成分のドップラー速度に対する受信電力の強度分布を統計的性質に基づいて算出することにより、前記地表面クラッタ除去部が地表面クラッタ成分とともに除去した降雨信号成分を回復する降雨信号回復部と、
を備えることを特徴とする気象レーダ信号処理装置。
続きを表示（約 1,800 文字）【請求項２】
前記地表面クラッタ除去部は、気象レーダ信号の時系列データに適用された前記窓関数が適用された時間領域のフィルタリング処理において、設定すべき地表面クラッタ成分のドップラー速度幅を、気象観測点に応じて可変幅に設定する
ことを特徴とする、請求項１に記載の気象レーダ信号処理装置。
【請求項３】
前記地表面クラッタ除去部は、気象レーダ信号の時系列データに適用された前記窓関数が適用された時間領域のフィルタリング処理において、設定すべき地表面クラッタ成分のドップラー速度幅を、初期処理として気象観測点によらず固定幅に設定して、
前記気象レーダ信号処理装置は、前記降雨信号回復部が回復した降雨信号成分の受信電力、ドップラー速度平均及びドップラー速度幅のうちの少なくともいずれかが、気象観測の空間内で不連続性を有する不連続観測点を抽出する不連続点抽出部、をさらに備え、
前記地表面クラッタ除去部は、気象レーダ信号の時系列データに適用された前記窓関数が適用された時間領域のフィルタリング処理において、設定すべき地表面クラッタ成分のドップラー速度幅を、事後処理として前記不連続点抽出部が抽出した前記不連続観測点において前記固定幅と異なる前記可変幅に変更する
ことを特徴とする、請求項２に記載の気象レーダ信号処理装置。
【請求項４】
前記不連続点抽出部は、前記降雨信号回復部が回復した降雨信号成分のドップラー速度平均が、周囲の気象観測点と比べて符号を反転させる気象観測点、かつ、前記降雨信号回復部が回復した降雨信号成分の受信電力又は回復前後の電力差が、周囲の気象観測点と比べて所定差以上に小さい気象観測点を、前記不連続観測点として抽出し、
前記地表面クラッタ除去部は、気象レーダ信号の時系列データに適用された前記窓関数が適用された時間領域のフィルタリング処理において、設定すべき地表面クラッタ成分のドップラー速度幅を、事後処理として前記不連続点抽出部が抽出した前記不連続観測点において前記固定幅より狭い前記可変幅に変更する
ことを特徴とする、請求項３に記載の気象レーダ信号処理装置。
【請求項５】
前記不連続点抽出部は、前記降雨信号回復部が回復した降雨信号成分のドップラー速度平均が、周囲の気象観測点と比べて符号を反転させる気象観測点、かつ、前記降雨信号回復部が回復した降雨信号成分の受信電力又は回復前後の電力差が、周囲の気象観測点と比べて所定差以上に大きい気象観測点を、前記不連続観測点として抽出し、
前記地表面クラッタ除去部は、気象レーダ信号の時系列データに適用された前記窓関数が適用された時間領域のフィルタリング処理において、設定すべき地表面クラッタ成分のドップラー速度幅を、事後処理として前記不連続点抽出部が抽出した前記不連続観測点において前記固定幅より広い前記可変幅に変更する
ことを特徴とする、請求項３に記載の気象レーダ信号処理装置。
【請求項６】
前記地表面クラッタ除去部は、地表面クラッタ成分の様々な受信強度及びドップラー速度幅に応じて、気象レーダ信号の時系列データに適用された前記窓関数が適用された時間領域の様々なフィルタリング特性を気象観測に先立ち記憶している
ことを特徴とする、請求項１から５のいずれかに記載の気象レーダ信号処理装置。
【請求項７】
方位角方向に回転するアンテナを備える気象レーダ装置から、窓関数が適用された気象レーダ信号の時系列データを取得する気象レーダ信号取得ステップと、
前記窓関数が適用された気象レーダ信号の時系列データから地表面クラッタ成分を除去して降雨信号成分を抽出するにあたり、気象レーダ信号の時系列データに適用された前記窓関数が適用された時間領域のフィルタリング処理を実行する地表面クラッタ除去ステップと、
前記地表面クラッタ除去ステップで抽出した降雨信号成分のドップラー速度に対する受信電力の強度分布を統計的性質に基づいて算出することにより、前記地表面クラッタ除去ステップで地表面クラッタ成分とともに除去した降雨信号成分を回復する降雨信号回復ステップと、
を順にコンピュータに実行させるための気象レーダ信号処理プログラム。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、気象レーダ信号から地表面クラッタ成分を除去する技術に関する。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
気象レーダ信号から地表面クラッタ成分を除去する技術として、周波数領域のフィルタリング処理を実行する技術（ＭＴＩ：ＭｏｖｉｎｇＴａｒｇｅｔＩｎｄｉｃａｔｏｒ）と、時間領域のフィルタリング処理を実行する技術（ＧＭＡＰ－ＴＤ：ＧａｕｓｓｉａｎＭｏｄｅｌＡｄａｐｔｉｖｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉｎＴｉｍｅＤｏｍａｉｎ）と、が知られている。ＧＭＡＰ－ＴＤは、非特許文献１に開示されている。
【０００３】
ＭＴＩ処理では、時系列データ信号をドップラー速度スペクトルにフーリエ変換し、ドップラー速度０近傍の地表面クラッタ成分を除去し、ドップラー速度が有限値の降雨信号成分を抽出する。しかし、無限長データ近似を適用してフーリエ変換を実行すれば、ドップラー速度スペクトルが劣化する。そして、地表面クラッタ成分のメインローブを除去しても、地表面クラッタ成分のサイドローブが残存すれば、降雨信号成分の抽出が困難となる。さらに、窓関数を乗算してＭＴＩ処理を実行すれば、地表面クラッタ成分のサイドローブが抑圧されるが、降雨信号成分も抑圧されるため、ＭＴＩ処理の利得が低下する。
【０００４】
非特許文献１のＧＭＡＰ－ＴＤ処理では、時系列データ信号の自己相関行列にフィルタリング行列を乗算し、ドップラー速度０近傍の地表面クラッタ成分を除去し、ドップラー速度が有限値の降雨信号成分を抽出する。ここで、地表面クラッタ成分のドップラー速度スペクトルを、メインローブからサイドローブへと裾を広げるガウシアンに設定し、フィルタリング行列を算出する。よって、ＭＴＩ処理の問題（ドップラー速度スペクトルの劣化、降雨信号成分の抽出の困難及びＭＴＩ処理の利得の低下）が解消する。しかし、ドップラー速度０近傍の地表面クラッタ成分を除去すれば、ドップラー速度０近傍の一部の降雨信号成分が除去される。そこで、ドップラー速度が有限値の一部の降雨信号成分のドップラー速度スペクトルを、ドップラー速度平均を分布中心とするガウシアンでフィッティングし、ドップラー速度０近傍の一部の降雨信号成分を回復する。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
ＣｕｏｎｇＭ．ＮｇｕｙｅｎａｎｄＶ．Ｃｈａｎｄｒａｓｅｋａｒ，“ＧａｕｓｓｉａｎＭｏｄｅｌＡｄａｐｔｉｖｅＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇｉｎＴｉｍｅＤｏｍａｉｎ（ＧＭＡＰ－ＴＤ）ｆｏｒＷｅａｔｈｅｒＲａｄａｒｓ”，ＪｏｕｒｎａｌｏｆＡｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃａｎｄＯｃｅａｎｉｃＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ＡｍｅｒｉｃａｎＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｉｃａｌＳｏｃｉｅｔｙ，Ｎｏｖｅｍｂｅｒ２０１３，Ｖｏｌｕｍｅ３０，ｐｐ．２５７１～２５８４．
ＳｅｂａｓｔｉａｎＴｏｒｒｅｓａｎｄＣｈｒｉｓｔｏｐｈｅｒＣｕｒｔｉｓ，“Ｄｅｓｉｇｎｃｏｎｓｉｄｅｒａｔｉｏｎｓｆｏｒｉｍｐｒｏｖｅｄｔｏｒｎａｄｏｄｅｔｅｃｔｉｏｎｕｓｉｎｇｓｕｐｅｒ－ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｄａｔａｏｎｔｈｅＮＥＸＲＡＤｎｅｔｗｏｒｋ”，Ｐｒｅｐｒｉｎｔｓ，ＴｈｉｒｄＥｕｒｏｐｅａｎＣｏｎｆｅｒｅｎｃｅｏｎＲａｄａｒＭｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙａｎｄＨｙｄｒｏｌｏｇｙ（ＥＲＡＤ），Ｂａｒｃｅｌｏｎａ，Ｓｐａｉｎ，Ｃｏｐｅｒｎｉｃｕｓ．２００６．
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
非特許文献２のビーム分解能向上処理では、方位角方向に回転するアンテナを備える気象レーダ装置において、気象レーダ信号の時系列データに窓関数を適用する。
【０００７】
しかし、非特許文献１のＧＭＡＰ－ＴＤ処理に加えて、非特許文献２のビーム分解能向上処理を適用すれば、地表面クラッタ成分を適切に除去することができず、地表面クラッタ成分の除去効果と方位角ビーム分解能の向上効果とを両立させることができない。
【０００８】
非特許文献１のＧＭＡＰ－ＴＤ処理では、フィルタリング行列を算出するにあたり、地表面クラッタ成分のドップラー速度幅を固定幅に設定する。
【０００９】
よって、ドップラー速度幅が本来は小さい大地クラッタ成分を除去するにあたり、固定ドップラー速度幅が広すぎれば、大地クラッタ成分以外が余分に除去される可能性がある。そして、ドップラー速度幅が本来は大きい樹木クラッタ成分を除去するにあたり、固定ドップラー速度幅が狭すぎれば、樹木クラッタ成分が完全に除去されない可能性がある。
【００１０】
さらに、ドップラー速度０近傍がドップラー速度平均である降雨信号成分を抽出するにあたり、降雨信号成分のドップラー速度幅が狭いとともに、固定ドップラー速度幅が広すぎれば、降雨信号成分が余分に除去される可能性があり、降雨信号成分が回復不能となる可能性がある。そして、ドップラー速度０近傍がドップラー速度平均である降雨信号成分を抽出するにあたり、地表面クラッタ成分のドップラー速度幅が広いとともに、固定ドップラー速度幅が狭すぎれば、残存された地表面クラッタ成分がスプリアスな降雨信号成分として抽出される可能性があり、降雨信号成分が回復過剰となる可能性がある。
（【００１１】以降は省略されています）

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