WO2020044733A1 - 信号処理装置及び信号処理方法 - Google Patents

信号処理装置及び信号処理方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2020044733A1
WO2020044733A1 PCT/JP2019/023664 JP2019023664W WO2020044733A1 WO 2020044733 A1 WO2020044733 A1 WO 2020044733A1 JP 2019023664 W JP2019023664 W JP 2019023664W WO 2020044733 A1 WO2020044733 A1 WO 2020044733A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
area
echo
weather
region
signal processing
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/JP2019/023664
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
洋 酒巻
生也 柿元
松田　知也
尚道 中溝
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to EP19855092.3A priority Critical patent/EP3845925A4/en
Priority to JP2019565569A priority patent/JP6695513B1/ja
Priority to US17/267,020 priority patent/US11879970B2/en
Publication of WO2020044733A1 publication Critical patent/WO2020044733A1/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G01S13/5248—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi combining a coherent MTI processor with a zero Doppler processing channel and a clutter mapped memory, e.g. MTD (Moving target detector)
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/10—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves
    • G01S13/18—Systems for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse modulated waves wherein range gates are used
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G01S13/522—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves
    • G01S13/524—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi
    • G01S13/53—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds using transmissions of interrupted pulse modulated waves based upon the phase or frequency shift resulting from movement of objects, with reference to the transmitted signals, e.g. coherent MTi performing filtering on a single spectral line and associated with one or more range gates with a phase detector or a frequency mixer to extract the Doppler information, e.g. pulse Doppler radar
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/581—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
    • G01S13/582—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets adapted for simultaneous range and velocity measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/95—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01W—METEOROLOGY
    • G01W1/00—Meteorology
    • G01W1/10—Devices for predicting weather conditions
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Definitions

  • the present invention relates to a signal processing device and a signal processing method that can easily restore an attenuated zero Doppler weather echo.
  • an observation device that uses waves such as electromagnetic waves and sound waves to measure the distance and speed of a remotely located target or object, remove unnecessary waves, and accurately measure the target object.
  • waves such as electromagnetic waves and sound waves to measure the distance and speed of a remotely located target or object, remove unnecessary waves, and accurately measure the target object.
  • a pulse Doppler technique using a radar device, a lidar (lightwave radar) device, a soda (sonic wave radar) device, or the like is known.
  • Some pulse Doppler techniques use or remove echoes outside the basic sweep period (outside the range of distance measurements).
  • the pulse Doppler technology is also used in observation devices (measurement devices) such as weather radar devices that use a target as precipitation particles (raindrops).
  • a weather radar device (particularly, a pulse Doppler radar device) will be described as an example of an observation device.
  • the signal processing device and the signal processing method according to the present application are not limited to application to a weather radar device using electromagnetic waves. It can be applied to observation devices for observing weather.
  • a meteorological radar device emits pulsed electromagnetic waves into space, receives reflected waves scattered by meteorological particles (precipitation particles), which are targets in the space, and performs signal processing on the received signal to perform target processing.
  • meteorological particles precipitation particles
  • a terrain echo also called ground clutter
  • a terrain echo in a short distance may be captured by the side lobe of the beam.
  • the side lobe may be captured on the terrain at a short distance.
  • the terrain echo is mixed, two peaks due to the terrain and precipitation appear on the Doppler spectrum, and the terrain echo not only apparently shifts the Doppler velocity of precipitation (weather echo) to zero, but also has a prominent power. Therefore, the intensity (electric power), that is, the intensity of rainfall is also overestimated. Therefore, it is necessary to remove the terrain echo.
  • the process of removing the terrain echo is generally called MTI (Moving @ Target @ Indicator).
  • a method of MTI there is a method of removing a topographic echo signal using a low-frequency filtering filter of a time-series phase difference signal by utilizing a property that a Doppler velocity is concentrated in a low-frequency region near zero. It is also generally known to remove Doppler velocity near zero on the Doppler spectrum and interpolate the removal area with surrounding signals to recover weather echo near Doppler velocity suppressed together with terrain echo. Have been.
  • texture the amount of spatial fluctuation
  • the terrain echo is larger than the meteorological echo
  • the terrain echo signal phase accumulation variation
  • a method that utilizes a property that is greater than the accumulation of weather echo phases for example, see Non-Patent Document 1.
  • a zero-Doppler region As a method to avoid erroneous suppression when the Doppler velocity is close to zero and the spectral width is narrow like a terrain echo, the area where the Doppler velocity observed at two different times is near zero (hereinafter referred to as , A zero-Doppler region) is used to specify a zero-Doppler region and suppress the attenuation of weather echoes in the zero-Doppler region (for example, see Patent Document 2).
  • Patent Document 2 has a problem that the zero Doppler region cannot be specified unless the zero Doppler region fluctuates between two times, and the zero Doppler is attenuated by the terrain echo removal processing.
  • the present invention has been made to solve the above-described problem, and relates to a signal processing device and a signal processing method that can easily restore a zero Doppler weather echo attenuated by terrain echo removal processing.
  • a signal processing apparatus and a signal processing method are characterized in that a pulse wave is repeatedly transmitted to a space, and a reception signal of a reflected wave of the pulse wave reflected, a Doppler spectrum derived from the reception signal, and a topography from the Doppler spectrum.
  • the first weather echo region is obtained from the spectrum after the terrain echo removal from which the echo has been removed, of the weather parameters having different behaviors between the weather echo and the terrain echo, and the behavior of the weather parameter does not correspond to the Doppler velocity.
  • a second weather echo area is obtained by using the dependent weather or a weather echo area having a Doppler velocity of zero is obtained by using the weather parameter, and the first weather echo area and the second weather echo area are obtained from the first weather echo area.
  • a weather echo area from the first weather echo area and the zero Doppler velocity weather echo area Determination is characterized in that.
  • the weather echo region is determined by using the characteristics of the weather parameter, and the terrain echo is removed by the terrain echo removal processing, that is, the weather echo of erroneously suppressed zero Doppler is restored.
  • the weather echo of erroneously suppressed zero Doppler is restored.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of a signal processing device according to Embodiments 1 and 2 of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic diagram illustrating an example of an observation area of an observation device to which the signal processing device and the signal processing method according to Embodiments 1 to 3 of the present invention are applied.
  • 4 is a flowchart of a signal processing method according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an example of echo classification in the signal processing device and the signal processing method according to Embodiments 1 to 3 of the present invention.
  • 9 is a flowchart of a signal processing method according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 13 is a functional block diagram of a signal processing device according to Embodiment 3 of the present invention. 13 is a flowchart of a signal processing method according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 3 is a functional block diagram of a signal processing device according to Embodiments 1 to 3 of
  • FIG. 1 is a functional block diagram of a weather radar device (observation device, measurement device) to which the signal processing device according to the first embodiment is applied.
  • the present application can be implemented with a functional block configuration different from that in FIG. That is, what is shown in FIG. 1 is an example of a block configuration.
  • the same reference numerals indicate the same or corresponding parts, and detailed description thereof may be omitted.
  • a weather radar device to which the signal processing device according to the first embodiment is applied includes a transmission unit 1, a transmission / reception switching unit 2, an antenna unit 3 (antenna unit 3), a reception unit 4, and a signal processing unit 5 (signal processing unit).
  • the unit 5 includes a signal processing device according to the present application). These can be said to be the weather radar devices according to the first embodiment.
  • the observation device (measuring device) according to the first embodiment includes a transmission unit 1, a transmission / reception switching unit 2, an antenna unit 3 (antenna unit 3) or an optical scanner unit 3 or a sound wave speaker unit 3, a reception unit 4, It can be said that the processing unit 5 (the signal processing device according to the present application) is provided.
  • the antenna unit 3 (antenna unit 3), the optical scanner unit 3, or the sound wave speaker unit 3 can be said to be a wave transmitting / receiving unit 3.
  • the transmission / reception of such a wave transmission / reception unit 3 may be separate.
  • the transmission unit 1 generates a reference signal as a source of a transmission wave, and performs pulse modulation on the reference signal, phase modulation such that the initial phase changes for each transmission, frequency conversion, and amplification.
  • the transmission / reception switching unit 2 outputs a pulse wave which is a transmission wave generated by the transmission unit 1 to the antenna unit 3 and takes in a reception wave from the antenna unit 3.
  • the antenna unit 3 radiates a pulse wave to a space as a transmission wave, and acquires a radio wave (reflection wave) arriving after being reflected by an object existing in the space as a reception wave (reflection wave).
  • the receiving unit 4 receives the reception wave received by the antenna unit 3 and passed through the transmission / reception switching unit 2, converts the frequency, amplifies the reception wave, and detects the reception wave to thereby receive a reception signal (a reception signal of a reflected wave of a pulse wave). Is generated and sent to the signal processing unit 5.
  • the signal processing device 5 is the signal processing device according to the first embodiment.
  • the signal processing device 5 includes a spectrum calculation unit 7, a terrain echo removal unit 8, a weather parameter estimation unit 9, an echo classification unit 10, a weather echo area determination unit 11 (echo area determination unit 11), a weather echo area reconstruction unit 12, It has a weather parameter output unit 13.
  • the spectrum calculation unit 7 and the terrain echo removal unit 8 may be provided outside the signal processing device 5.
  • the display unit 6 displays weather parameters in a range cell corresponding to a weather echo area (determined by the weather echo area reconstruction unit 12) output from the signal processing device 5 (weather parameter output unit 13) in a predetermined method.
  • a display device such as a liquid crystal display.
  • the display unit 6 may display the weather parameters output from the weather parameter estimation unit 9 by a predetermined method.
  • the spectrum calculation unit 7 performs a Fourier transform on the reception signal generated by the reception unit 4 to generate a Doppler spectrum.
  • the terrain echo removal unit 8 estimates and removes the terrain echo.
  • the terrain echo removal unit 8 removes a signal near zero Doppler from the Doppler spectrum generated by the spectrum calculation unit 7 and then interpolates around the removed point.
  • a Doppler spectrum is generated by performing a removal process and removing a terrain echo.
  • the terrain echo removing unit 8 estimates the terrain echo from the Doppler spectrum derived from the received signal of the reflected pulse wave. At this time, it is preferable that the spectral distribution of the terrain echo is estimated by fitting the Doppler spectrum generated by the spectrum calculating unit 7.
  • the terrain echo removal unit 8 removes a Doppler spectrum included in the estimated terrain echo spectral distribution.
  • a weather parameter estimating unit 9 calculates a received signal of a reflected wave of a pulse wave transmitted and reflected in a repeated space, a Doppler spectrum derived by the spectrum calculating unit 7 from the received signal, and a Doppler spectrum
  • the terrain echo removing unit 8 obtains weather parameters from the terrain echo removed spectrum from which the terrain echo has been removed.
  • the reception signal (time-series signal) generated by the reception unit 4, the Doppler spectrum generated by the spectrum calculation unit 7, and the Doppler spectrum after the terrain echo removal generated by the terrain echo removal unit 8 will be described later in detail.
  • a process for estimating weather parameters such as a phase, a signal intensity (radar reflection factor), and an intensity difference before and after removing a terrain echo is performed.
  • the echo classification unit 10 obtains the first weather echo area using weather parameters having different behaviors between the weather echo and the terrain echo. More specifically, using the weather parameter generated by the weather parameter estimating unit 9, whether the signal of each range cell is a weather echo, a terrain echo, a mixture of both, or other noise or determination A process is performed to determine whether it is impossible.
  • the weather echo area determination unit 11 (echo area determination unit 11) obtains the second weather echo area using weather parameters whose behavior does not depend on the Doppler velocity. More specifically, a process of determining whether or not the signal of each range cell is a weather echo using weather parameters that do not change with the value of the Doppler velocity among the weather parameters generated by the weather parameter estimation unit 9 is performed.
  • the weather echo area reconstruction unit 12 determines the final weather echo area from the first weather echo area and the second weather echo area. More specifically, of the echo classification results generated by the echo classification unit 10, a region determined to be a weather echo (first weather echo region) and a weather echo region generated by the weather echo region determination unit 11 (second weather echo region) The processing of reconstructing the weather echo area using the weather echo area is performed.
  • the weather parameter output unit 13 receives the weather parameter generated by the weather parameter estimation unit 9 and the weather echo region generated by the weather echo region reconstruction unit 12 and inputs predetermined weather parameters of an area determined as a weather echo. This is to perform output processing. More specifically, it outputs weather parameters in a range cell corresponding to the weather echo area determined by the weather echo area reconstruction unit 12.
  • the pulse wave is repeatedly transmitted to the space, and the received signal of the reflected wave of the reflected pulse wave, the Doppler spectrum derived from the received signal, and the removal of the terrain echo from the Doppler spectrum are removed.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing an example of the observation area of the observation device and showing a distribution state of a terrain echo area and a weather echo area.
  • a region A is a region where only a terrain echo exists.
  • Region B is a region where the weather echo is superimposed on the terrain echo.
  • the area B ' is an area in which only the weather echo is obtained as a result of performing the terrain echo removal processing on the area B.
  • the area C is a weather echo area that becomes zero Doppler.
  • the area D is an area classified as a weather echo in the echo classification processing (echo classification step).
  • the region D ' is a region of only the weather echo (but not including zero Doppler).
  • the region E is a region that does not include a weather echo or a terrain echo, is noise, or cannot be determined.
  • the areas A, B (B '), C, and D' do not have a common part (overlap). That is, the area C does not include B (B ').
  • the areas A, B (B '), and D do not have a common part (overlap) with each other.
  • an area C + area D ′ represents an area determined as a weather echo in the weather echo area determination processing (weather echo area determination step), and an area A + area B represents an original terrain echo area,
  • the '+ region C + region D + region D' represents the original weather echo region.
  • FIG. 2 illustrates the region D as being included in the region C + region D ′, the region D may include the region C + region D ′.
  • the signal processing method according to the first embodiment (the operation of the signal processing device according to the first embodiment) will be described in detail with reference to the flowchart in FIG. Only the steps 14 (ST14) to 16 (ST16) may be used as the signal processing method according to the first embodiment.
  • the spectrum calculation step which is step 11 (ST11)
  • the spectrum calculation unit 7 performs a Fourier transform on the received signal (time series) for each range cell to calculate a (Doppler) spectrum.
  • a terrain echo removal step of step 12 (ST12) is performed.
  • the terrain echo removal unit 8 performs terrain echo removal on the spectrum calculated in ST11, and generates a spectrum after terrain echo removal.
  • a method of removing the terrain echo in ST12 a method of linearly interpolating both ends of the removed component after removing a component of a predetermined spectral width centering on the Doppler velocity zero on the spectrum, or a method for removing the terrain echo component
  • the remaining spectral points are represented by a second Gaussian type spectrum.
  • a method can be used in which the fitted and removed spectral points are replaced with points of a second Gaussian-type spectrum.
  • a non-regression type low-frequency filtering elliptic filter can be applied to the received signal on the time axis.
  • step 13 is a weather parameter estimation step, using the received signal (time series), the spectrum obtained in ST11, and the spectrum obtained after removing the terrain echo obtained in ST12.
  • step 13 is a weather parameter estimation step, using the received signal (time series), the spectrum obtained in ST11, and the spectrum obtained after removing the terrain echo obtained in ST12.
  • the intensity (power), Doppler velocity, and spectrum width estimated as a spectral moment the amount of phase fluctuation of the received signal within a predetermined space (range, direction), the amount of fluctuation of the intensity, and the Doppler velocity
  • the fluctuation amount, the fluctuation amount of the spectrum width, the intensity difference before and after the terrain echo removal processing Clutter ⁇ Suppression ⁇ Ratio; CSR
  • the fluctuation amount of the radar reflection factor difference and the phase difference between the polarizations can be used.
  • intensity (power) and radar reflection factor are treated synonymously.
  • the amount of variation in space is also called a texture parameter, and is calculated as in the following equation (1).
  • Table 1 shows examples of typical weather parameters.
  • T represents the amount of variation
  • y represents the original parameter
  • i represents the number in the range direction
  • j represents the number in the azimuth direction
  • m represents the number of ranges (bins)
  • ⁇ represents the average.
  • Table 1 describes the behavior when the weather parameter is a terrain echo, the behavior when it is a weather echo (other than zero Doppler), and the behavior when it is a weather echo (zero Doppler).
  • the weather parameters may include, for example, CPA (Clutter ⁇ Phase ⁇ Alignment) described in Non-Patent Document 1 in addition to Table 1.
  • the echo classification step of step 14 is to obtain a first weather echo area using weather parameters having different behaviors between the weather echo and the terrain echo.
  • the echo classifying unit 10 performs the echo classification process using the weather parameters obtained in ST13, and estimates the first weather echo areas (areas B 'and D in FIG. 2).
  • FIG. 4 shows an example of the echo classification processing by ST14.
  • an evaluation value as a weather echo and an evaluation value as a terrain echo are obtained using at least one or more weather parameters, and the respective evaluation values are compared with predetermined thresholds.
  • a meteorological echo region D
  • a terrain echo region A
  • region D meteorological echo
  • region A a meteorological echo region where the meteorological echo is superimposed on the terrain echo or a meteorological echo region where the Doppler velocity is distributed near zero (region B + region) C) or other (area E).
  • the area B and the area C often have similar properties and are difficult to be clearly distinguished from each other, hereinafter, an area in which these areas are combined is mixed.
  • the first weather echo area includes a terrain echo removal process in an area including only the weather echo (area D) and an area in which the weather echo and the terrain echo are mixed (area B + area C). Is obtained by integrating the area (area B ′) in which only the weather echo is applied. Therefore, although the first weather echo area includes the area C that is not excessively suppressed by the terrain echo removal processing, it is distinguished from the area C in the second weather echo area to be described later. The area C is not specified.
  • FIG. 4A is a block diagram of the echo classification processing.
  • FIG. 4B is a schematic diagram of a membership function used in the echo classification processing.
  • FIG. 4C is a determination example.
  • membership is obtained by inputting n weather parameters from the parameter ⁇ i to the parameter ⁇ i + n ⁇ 1 and referring to the corresponding membership functions (those described in FIG. 4B). Find the value MSF ( ⁇ i ). Next, a value obtained by multiplying the membership value MSF ( ⁇ i ) by the corresponding weight coefficient w ( ⁇ i ) is added, and the result is divided by the sum of the weight coefficients to obtain an evaluation value S (evaluation as a weather echo).
  • a value Sw and an evaluation value Sc as a terrain echo are obtained, and then a determination is made using a predetermined threshold as in the example of Fig. 4C to obtain an echo classification result.
  • a determination method using a decision tree that sequentially compares with a predetermined threshold for each weather parameter and classifies echoes a support vector machine (SVM), a neural network, deep learning, and the like It is also possible to use a judgment method based on machine learning.
  • SVM support vector machine
  • the weather echo area determination step (echo area determination step) of step 15 (ST15) is for obtaining a second weather echo area using weather parameters whose behavior is independent of Doppler velocity. is there. More specifically, the weather echo area determination unit 11 performs a weather echo area determination process using the weather parameters obtained in ST13, and estimates a second weather echo area (area C and area D 'in FIG. 2). The processing similar to ST14 can be used for the weather echo area determination processing. However, the weather parameter used here does not depend on the behavior of the Doppler velocity, that is, a parameter having the same behavior between zero Doppler and non-zero Doppler is used. In the example of Table 1, the signal intensity fluctuation amount and the radar reflection factor difference fluctuation amount are used.
  • the weather echo area reconstruction step determines an area combining the first weather echo area and the second weather echo area as a weather echo area. More specifically, a third weather echo area (area B ′, area C, area D, area D in FIG. 2) is obtained by the union of the first weather echo area obtained in ST14 and the second weather echo area obtained in ST15. D ′) is calculated.
  • a determination is made using a weather parameter that allows attenuation of the weather echo (similar in behavior to the terrain echo).
  • the first weather echo area includes the range cell of the zero-Doppler weather echo area C although it may be suppressed by the terrain echo removal processing.
  • the range cell of the area C overlaps with the range cell of the area C included in the second weather echo area.
  • the range cell of the second weather echo that is not affected by the terrain echo removal is selected.
  • the range cell in the area D in the first weather echo area may overlap with the range cell in the second weather echo area.
  • a range cell in a first weather echo area (area D) that has undergone comparative evaluation with a terrain echo or the like and has high reliability as a weather echo is selected.
  • step 17 which is a weather parameter output step, the weather parameter output unit 13 determines whether the third weather echo area (area B ′, area C, area D, area D) is the final weather echo area obtained in ST16. D ′), and outputs the weather parameter (calculated in ST13) of the range cell corresponding to D ′).
  • the meteorological echo area determination unit 11 includes at least one of a meteorological parameter, a signal intensity variation, a spectrum width variation, a radar reflection factor difference variation, and a polarization correlation coefficient variation. One can be used.
  • the echo classification unit 10 includes, among the weather parameters, a signal strength difference between the Doppler spectrum and the spectrum after the terrain echo removal, a signal strength, a spectrum width, a phase variation, a signal strength variation, and a spectrum. At least one of the width fluctuation amount, the fluctuation amount of the radar reflection factor difference, and the fluctuation amount of the inter-polarization phase difference can be used.
  • the signal processing device and the signal processing method according to the first embodiment integrate the determination result of the weather echo region based on the determination performance with high discrimination performance between the weather echo and the terrain echo and the determination result of only the weather echo, Since a typical weather echo area is configured, a zero Doppler weather echo attenuated by the terrain echo removal processing can be restored, and as a result, highly accurate weather parameters can be obtained.
  • FIG. 1 A signal processing device and a signal processing method according to Embodiment 2 of the present invention will be described with reference to FIGS. 1, 2, 4, and 5.
  • a signal processing method according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
  • the description of the portions common to the second embodiment and the first embodiment may be omitted.
  • the same reference numerals indicate the same or corresponding parts, and detailed description thereof may be omitted.
  • the union of the first weather echo area and the second weather echo area is used as the final (third) weather echo area.
  • a meteorological echo region in which the attenuation of zero Doppler is reduced can be configured.
  • the functional block configuration of the signal processing device according to the second embodiment is the same as that of the first embodiment in FIG.
  • the second embodiment is different from the first embodiment in the operations of the echo classification unit 10 and the weather echo area reconstruction unit 12.
  • the echo classifying unit 10 (in the echo classifying step) refers to a first mixed area including at least an area where a weather echo and a terrain echo are mixed in the first embodiment.
  • the echo classifying unit 10 determines a first mixed area and a first weather echo area in which a weather echo other than the first mixed area exists.
  • the meteorological echo area reconstruction unit 12 (meteorological echo area reconstructing step) sets the second mixed area in the first mixed area other than the overlapping area of the first mixed area and the second meteorological echo area as an overlapping area.
  • the part corresponding to the second weather echo area (the part that results in a weather echo area with zero Doppler velocity) is defined as the common area, and the area combining the second mixed area and the common area is finally determined. Is determined to be a natural weather echo area.
  • the weather echo area reconstructing unit 12 (in the weather echo area reconstructing step) sets the first meteorological echo other than the first mixed area in the area combining the second mixed area and the common area. Is determined as the final weather echo area.
  • the area B ' (the mixed areas before the removal of the terrain echo is the area B and the area C, but the area C is attenuated by the removal of the terrain echo, and only the area B' remains) is integrated into the first area. (Area B ′, area D).
  • step 24 which is an echo classification step
  • at least the weather echo and the terrain echo are mixed using weather parameters having different behaviors between the weather echo and the terrain echo.
  • the first mixed area including the area is obtained.
  • the area D determined to be only the weather echo is set as the first weather echo area
  • the areas B and C which are the mixed areas before the terrain echo removal processing, are set as the first mixed area.
  • step 25 (ST25) for obtaining the second weather echo area CD ' is the same as ST15 in FIG.
  • step 26 which is a step of reconstructing the weather echo area.
  • ST26 sets a portion other than the overlapping region between the first mixed region and the second weather echo region in the first mixed region as a second mixed region, and sets a portion corresponding to the second weather echo region in the overlapping region.
  • the common area an area obtained by combining the second mixed area and the common area is determined as a weather echo area.
  • a union of the obtained first weather echo areas D is obtained, and third weather echo areas (areas B, C, and D) that are final weather echo areas are generated.
  • the value of the second mixed area is replaced with the value after the removal of the terrain echo (the area B becomes the area B 'by this operation), and the third weather echo area (area B', area C) obtained in ST26.
  • the weather parameter (calculated in ST23) of the range cell corresponding to the area D) is output (ST27).
  • the difference from the third weather echo area (area B ′, area C, area D, area D ′) is whether or not the area includes the area D ′.
  • the region D ' is a region extracted based on the spatial variation (texture) of the weather parameter, and has an advantage that it is hardly affected by zero Doppler.
  • the possibility that a signal such as a terrain echo or noise is mixed is not zero.
  • the third weather obtained by the signal processing device and the signal processing method according to the second embodiment is used.
  • the echo area (area B ′, area C, area D) may have higher weather echo detection performance.
  • the signal processing device and the signal processing method according to the second embodiment only the weather echo region having zero Doppler is explicitly specified to constitute the final weather echo region. , The attenuation of the weather echo in the zero Doppler region can be avoided, and as a result, highly accurate weather parameters can be obtained.
  • the final weather echo region is configured using the weather echo region in which the terrain echo is unlikely to be mixed, the detection of the weather echo region is performed. The performance is improved, and as a result, highly accurate weather parameters can be obtained.
  • FIG. 6 is a functional block diagram of a weather radar device (observation device, measurement device) to which the signal processing device according to the third embodiment is applied.
  • the present application can be implemented with a functional block configuration different from that in FIG. That is, what is shown in FIG. 3 is an example of a block configuration.
  • the description of the parts common to the third embodiment and the first and second embodiments may be omitted.
  • the same reference numerals indicate the same or corresponding parts, and detailed description thereof may be omitted.
  • a common part of an area determined as a mixed area by the echo classification processing and an area determined as a weather echo area based on the nature of the spatial variation (texture) of the weather echo parameter is consequently zero Doppler. It was extracted as an area.
  • the zero Doppler region is directly obtained by using the Doppler velocity as a weather parameter.
  • the operation of the echo area determination unit 11 (weather echo area determination unit 11) and the operation of the weather echo area reconstruction unit 12 are different from those of the second embodiment, and the echo area determination unit 11 (weather echo area determination unit 11) ), An echo area determination section 14 (zero Doppler area determination section 14) is provided.
  • the zero Doppler region determination unit 14 echo region determination unit 14 is for obtaining a weather echo region with a zero Doppler velocity using weather parameters. Specifically, a region within a range of a predetermined Doppler speed threshold centered on zero Doppler speed, and at least one region of a region having a spectral width within a range of a predetermined spectral width threshold has a Doppler speed of zero.
  • the meteorological echo area reconstruction unit 12 generates a first meteorological echo area (strictly speaking, a first mixed area, or a first meteorological echo in which a first mixed area and a weather echo other than the first mixed area exist).
  • the weather echo area is determined from the echo area) and the weather echo area having a Doppler velocity of zero.
  • the zero Doppler region determination unit 14 illustrated in FIG. 6 performs a process of specifying a zero Doppler speed range cell using the Doppler speed among the weather parameters generated by the weather parameter estimation unit 9. Note that the zero Doppler region also occurs in a region where the Doppler speed has turned back beyond the Nyquist speed and has returned to near zero, so the Doppler speed used here is before the return correction.
  • a signal processing method according to the third embodiment (the operation of the signal processing device according to the third embodiment) will be described with reference to FIGS.
  • steps 34 (ST34) to 36 (ST36) will be described in detail with reference to the flowchart in FIG. Only the steps 34 (ST34) to 36 (ST36) may be used as the signal processing method according to the third embodiment.
  • steps 31 to 34 (ST31 to ST34) are the same processes as steps 21 to 24 (ST21 to ST24) shown in FIG. 5, respectively.
  • the zero Doppler region determination step (echo region determination step) of step 35 (ST35) is to obtain a weather echo region having a Doppler velocity of zero using weather parameters.
  • the Doppler velocity is within a range of zero plus or minus a predetermined Doppler velocity threshold from the weather parameters obtained in ST33, and / or the spectrum width is within a predetermined spectrum width threshold. Is determined to be a zero Doppler region C.
  • the weather echo area reconstruction step which is step 36 (ST36), sets a second mixed area other than the overlapping area of the first mixed area and the weather echo area with a Doppler velocity of zero in the first mixed area,
  • the weather echo area having a Doppler velocity of zero is defined as a common area, and an area obtained by combining the second mixed area and the common area is determined as a final weather echo area.
  • the third weather echo area (area B, area C, area D) is obtained.
  • ST37 is the same as ST27 in FIG. It should be noted that the value of the range cell in the area B is replaced with the value after the removal of the terrain echo (the area B ').
  • the estimation accuracy of the zero Doppler region is improved.
  • the signal processing device and the signal processing method according to Embodiment 3 specify the zero Doppler region directly from the Doppler velocity, the estimation accuracy of the zero Doppler region is improved, and as a result, a highly accurate weather parameter Can be obtained.
  • FIG. 8 is a functional block diagram of a weather radar device (observation device, measurement device) to which the signal processing device according to the first to third embodiments is applied.
  • the present application can be implemented with a functional block configuration different from that in FIG. That is, the one shown in FIG. 8 is an example of a block configuration.
  • the echo area determination unit 15 has at least one of the functions of the weather echo area determination unit 11 and the zero Doppler area determination unit 14.
  • the signal processing apparatus includes a reception signal of a reflected wave of a pulse wave in which a pulse wave is repeatedly transmitted and reflected, a Doppler spectrum derived from the reception signal, A weather parameter estimating unit 9 for obtaining weather parameters from a spectrum obtained by removing a terrain echo from a Doppler spectrum, and a first weather echo area using a weather parameter having a different behavior between a weather echo and a terrain echo.
  • An echo classifying unit 11 for obtaining a second meteorological echo region using a weather parameter whose behavior is independent of the Doppler velocity, or Echo area determination unit 14 (zero Doppler area determination) for obtaining a weather echo area with a Doppler velocity of zero using the parameters Unit 14) and the first weather echo area and the second weather echo area, or from the first weather echo area and the weather echo area of zero Doppler velocity, the weather echo area (the third weather echo area) ), And a weather parameter output unit 13 that outputs weather parameters in a range cell corresponding to the weather echo area (third weather echo area) determined by the weather echo area reconstruction unit 12. It can be said that it has.
  • the signal processing method includes: an echo classification step of obtaining a first weather echo area using a weather parameter having a different behavior between a weather echo and a terrain echo; Echo area determination step for obtaining a second weather echo area using a behavior that is independent of Doppler velocity (weather echo area determination step), or echo area for obtaining a weather echo area with zero Doppler velocity using weather parameters From the determination step (zero Doppler area determination step) and the first weather echo area and the second weather echo area, or from the first weather echo area and the weather echo area with zero Doppler velocity, the weather echo area (the (3) a weather echo area reconstruction step of determining the weather echo area.
  • the signal processing device and the signal processing method according to the first to third embodiments classify whether a target range cell is a weather echo or a terrain echo using a weather parameter derived from a received signal, Since the weather echo is reconstructed so that the terrain echo removal processing is not performed in the weather echo region having zero Doppler, attenuation of the weather echo can be reduced, and highly accurate weather parameter estimation can be performed.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Atmospheric Sciences (AREA)
  • Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
  • Ecology (AREA)
  • Environmental Sciences (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

パルス波動が繰り返し空間に送信され、反射された前記パルス波動の反射波の受信信号、前記受信信号から導出されたドップラスペクトル、前記ドップラスペクトルから地形エコーを除去した地形エコー除去後スペクトルから気象パラメータのうち、気象エコーと地形エコーとで挙動が異なるものを用いて第１の気象エコー領域を求め、前記気象パラメータのうち、挙動がドップラ速度に非依存のものを用いて第２の気象エコー領域を求める、又は、前記気象パラメータを用いてドップラ速度ゼロの気象エコー領域を求め、前記第１の気象エコー領域と前記第２の気象エコー領域とから、又は、前記第１の気象エコー領域と前記ドップラ速度ゼロの気象エコー領域とから、気象エコー領域を決定する。このようにして、地形エコー除去処理により減衰、すなわち、誤って抑圧したゼロドップラの気象エコーを復元することが容易な信号処理装置及び信号処理方法を得る。

Description

信号処理装置及び信号処理方法
　この発明は、減衰したゼロドップラの気象エコーを復元することが容易な信号処理装置及び信号処理方法に関するものである。
　従来、遠隔に存在する目標や物体の距離及び速度を計測し、不要波を除去し、目標物を精度良く計測するものとして、電磁波や音波などの波動を用いた観測装置（計測装置）がある。このような観測装置（計測装置）においては、レーダ装置、ライダー（光波レーダ）装置、ソーダ（音波レーダ）装置などを使ったパルスドップラの技術が知られている。パルスドップラの技術には、基本掃引周期外（距離計測範囲の外）エコーを使用するもの又は除去するものがある。また、パルスドップラの技術は、目標物を降水粒子（雨粒）とする気象レーダ装置などの観測装置（計測装置）にも使用されている。以降は、気象レーダ装置（特に、パルスドップラレーダ装置）を観測装置の例として説明を行なうが、本願に係る信号処理装置及び信号処理方法は、電磁波を用いた気象レーダ装置への適用に限らず、気象を観測する観測装置に適用できるものである。
　気象レーダ装置は、空間にパルス状の電磁波を放射するとともに、空間内の目標物である気象粒子（降水粒子）で散乱された反射波を受信し、受信信号に信号処理を施すことにより、対象の位置や、強度（電力）、ドップラ速度、スペクトル幅等を計測するものとして知られている。気象レーダにおいては、３次元空間を高速かつ高密度に計測する要求があるが、水平に近い仰角で計測すると、多かれ少なかれ地面や山、建造物等からの反射である地形エコー（グランドクラッタとも呼ばれる）が受信される。また、計測する仰角がある程度大きい場合でも、ビームのサイドローブによって近距離の地形エコーが捉えられることがある。
　このように、気象レーダ装置においては、仰角が、ある程度大きい場合でもサイドローブが近距離の地形に捉えられることがある。地形エコーが混入するとドップラスペクトル上には地形と降水による二つのピークが出現し、地形エコーは降水（気象エコー）のドップラ速度を見かけ上ゼロ方向にシフトさせるだけでなく、一般に突出した電力を持つことから強度（電力）すなわち雨量強度も過大評価させる。そのため、地形エコーを除去する必要がある。地形エコーを除去する処理は、一般に、ＭＴＩ（Ｍｏｖｉｎｇ　Ｔａｒｇｅｔ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）と呼ばれる。
　ＭＴＩの手法としては、地形エコーの信号はドップラ速度がゼロ付近の低周波域に集中している性質を利用し、時系列位相差信号の低周波ろ過フィルタを用いて除去する手法がある。また、ドップラスペクトル上でドップラ速度ゼロ付近を除去し、さらに、その除去域を周辺の信号で補間することで地形エコーとともに抑圧されたドップラ速度ゼロ付近の気象エコーの回復を図る手法などが一般に知られている。
　全レンジセルに対して、ＭＴＩを行うと少なからず気象エコーも減衰させてしまう場合がある。このような場合に対して、クラッタマップと呼ばれる予め地形エコーの位置（レンジセル）を記録したマップを用いて、地形エコーの位置にのみＭＴＩを適用する方式がある。また、特定地点と非特定地点とのいずれであるかを判定して補正値を使う方式（例えば、特許文献１参照）もある。しかし、クラッタマップや特定地点で対処できるのは通常の電波伝搬による位置が不変の地形エコーのみであり、ＡＰ（Ａｎｏｍａｌｏｕｓ　Ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ）クラッタと呼ばれる大気条件によって出現位置が変わる異常伝搬による地形エコーには対処ができない。
　ＡＰクラッタにも対処できる手法としては、受信強度の空間的な変動量（テクスチャと呼ばれる）が、地形エコーは気象エコーよりも大きい性質や、地形エコーの信号の位相の積み上がり方（ばらつき）が気象エコーの位相の積み上がり方に比べて大きい性質などを利用する方式がある（例えば、非特許文献１参照）。この方式では、観測ごとに対象とするレンジセルが地形エコーであるか否かを判定し、地形エコーである場合に限りＭＴＩを適用することで気象エコーの減衰を低減している。このような動的にＭＴＩを適用するか否かを判定する方法でも、気象エコーが地形エコーのようにドップラ速度がゼロ付近で、かつ、スペクトル幅が狭い場合（Ｚｅｒｏ－Ｉｓｏｄｏｐと呼ばれる）には誤って抑圧する場合がある。
　気象エコーが地形エコーのようにドップラ速度がゼロ付近で、かつ、スペクトル幅が狭い場合に誤って抑圧することを避ける方式としては、二つの異なる時刻で観測したドップラ速度がゼロ付近の領域（以降、ゼロドップラ領域と称する）の時間的な動きを利用してゼロドップラ領域を特定し、ゼロドップラ領域の気象エコー減衰を抑止するものがある（例えば、特許文献２参照）。
特開２０１７－６７５０４号公報 特開２０１１－１１２３７３号公報
Ｊ．Ｃ．Ｈｕｂｂｅｒｔ，Ｍ．Ｄｉｘｏｎ，ａｎｄ　Ｓ．Ｍ．Ｅｌｌｉｓ，Ｗｅａｔｈｅｒ　Ｒａｄａｒ　Ｇｒｏｕｎｄ　Ｃｌｕｔｔｅｒ．Ｐａｒｔ　ＩＩ：Ｒｅａｌ－Ｔｉｍｅ　Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｆｉｌｔｅｒｉｎｇ，Ｊ．Ａｔｍｏｓ．Ｏｃｅａｎｉｃ　Ｔｅｃｈｎｏｌ．，２６，１１８１－１１９７，２００９．
　しかし、特許文献２に開示される方法は、２時刻の間でゼロドップラ領域に変動がなければゼロドップラ領域を特定できず、地形エコー除去処理によりゼロドップラが減衰してしまうという課題があった。
　この発明は、上記のような課題を解消するためになされたもので、地形エコー除去処理により減衰したゼロドップラの気象エコーを復元することが容易な信号処理装置及び信号処理方法に関するものである。
　この発明に係る信号処理装置及び信号処理方法は、パルス波動が繰り返し空間に送信され、反射された前記パルス波動の反射波の受信信号、前記受信信号から導出されたドップラスペクトル、前記ドップラスペクトルから地形エコーを除去した地形エコー除去後スペクトルから気象パラメータのうち、気象エコーと地形エコーとで挙動が異なるものを用いて第１の気象エコー領域を求め、前記気象パラメータのうち、挙動がドップラ速度に非依存のものを用いて第２の気象エコー領域を求める、又は、前記気象パラメータを用いてドップラ速度ゼロの気象エコー領域を求め、前記第１の気象エコー領域と前記第２の気象エコー領域とから、又は、前記第１の気象エコー領域と前記ドップラ速度ゼロの気象エコー領域とから、気象エコー領域を決定することを特徴とするものである。
　以上のように、この発明によれば、気象パラメータの特性を利用して、気象エコー領域を決定することで、地形エコー除去処理により減衰、すなわち、誤って抑圧したゼロドップラの気象エコーを復元すること、すなわち、誤って抑圧させないことが容易な信号処理装置及び信号処理方法を得ることができる。
この発明の実施の形態１及び２に係る信号処理装置の機能ブロック図である。 この発明の実施の形態１から３に係る信号処理装置及び信号処理方法が適用された観測装置の観測領域の一例を示す模式図である。 この発明の実施の形態１に係る信号処理方法のフローチャートである。 この発明の実施の形態１から３に係る信号処理装置及び信号処理方法におけるエコー類別の一例を示す模式図である。 この発明の実施の形態２に係る信号処理方法のフローチャートである。 この発明の実施の形態３に係る信号処理装置の機能ブロック図である。 この発明の実施の形態３に係る信号処理方法のフローチャートである。 この発明の実施の形態１から３に係る信号処理装置の機能ブロック図である。
　実施の形態１．
　以下、この発明の実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法については図１から図４を用いて説明する。特に、実施の形態１に係る信号処理方法については図３を用いて説明する。図１は、実施の形態１に係る信号処理装置を適用した気象レーダ装置（観測装置、計測装置）の機能ブロック図である。図１とは異なる機能ブロックの構成でも本願は実施できる。つまり、図１に示すものは、一例のブロック構成である。本願の図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する場合がある。
　図１において、実施の形態１に係る信号処理装置を適用した気象レーダ装置は、送信部１、送受切替部２、空中線部３（アンテナ部３）、受信部４、信号処理部５（信号処理部５は、本願に係る信号処理装置に相当）を備えている。これらが、実施の形態１に係る気象レーダ装置といえる。換言すると、実施の形態１に係る観測装置（計測装置）は、送信部１、送受切替部２、空中線部３（アンテナ部３）又は光スキャナ部３或いは音波スピーカ部３、受信部４、信号処理部５（本願に係る信号処理装置）を備えているといえる。空中線部３（アンテナ部３）又は光スキャナ部３或いは音波スピーカ部３は、波動送出・受入部３といえる。このような波動送出・受入部３は送受が別体でもよい。
　図１において、送信部１は、送信波の元となる基準信号を発生し、基準信号にパルス変調、送信ごとに初期位相が変化するような位相変調、周波数変換、増幅を行うものである。送受切替部２は、送信部１で生成された送信波であるパルス波動を空中線部３へと出力するとともに、空中線部３から受信波を取り込むものである。空中線部３は、パルス波動を送信波として空間に放射するとともに、空間中に存在する物体で反射されて到来した電波（反射波動）を受信波（反射波）として取得するものである。受信部４は、空中線部３で受信して送受切替部２を経由した受信波を取り込み、周波数変換、増幅した後、受信波を検波することにより受信信号（パルス波動の反射波の受信信号）を生成し信号処理部５へ送るものである。
　図１において、信号処理装置５は、実施の形態１に係る信号処理装置である。信号処理装置５は、スペクトル算出部７、地形エコー除去部８、気象パラメータ推定部９、エコー類別部１０、気象エコー領域判定部１１（エコー領域判定部１１）、気象エコー領域再構成部１２、気象パラメータ出力部１３を有している。図１に例示するように、スペクトル算出部７及び地形エコー除去部８は、信号処理装置５の外部に設けてもよい。表示部６は、信号処理装置５（気象パラメータ出力部１３）から出力された（気象エコー領域再構成部１２が決定した）気象エコー領域に相当するレンジセルにおける気象パラメータを予め定められた方法で表示する例えば、液晶ディスプレイなどの表示装置である。表示部６は、気象パラメータ推定部９から出力された気象パラメータを予め定められた方法で表示してもよい。
　図１において、スペクトル算出部７は、受信部４で生成された受信信号にフーリエ変換を施し、ドップラスペクトルを生成する。地形エコー除去部８は、地形エコーを推定して除去するもので、スペクトル算出部７で生成されたドップラスペクトルに対し、ゼロドップラ付近の信号を除去し、その後除去された点周辺を補間する地形エコー除去処理を施し、地形エコー除去後のドップラスペクトルを生成するものである。詳しくは、地形エコー除去部８は、反射されたパルス波動の反射波の受信信号から導出されたドップラスペクトルから地形エコーを推定する。このとき、スペクトル算出部７で生成されたドップラスペクトルに対して、地形エコーのスペクトル分布をフィッティングにより推定することが好ましい。地形エコー除去部８は、推定した地形エコーのスペクトル分布に含まれるドップラスペクトルを除去する。
　図１において、気象パラメータ推定部９は、パルス波動が繰り返し空間に送信され、反射されたパルス波動の反射波の受信信号、この受信信号からスペクトル算出部７が導出したドップラスペクトル、このドップラスペクトルから地形エコー除去部８が地形エコーを除去した地形エコー除去後スペクトルから気象パラメータを求めるものである。詳しくは、受信部４で生成された受信信号（時系列信号）およびスペクトル算出部７で生成されたドップラスペクトルおよび地形エコー除去部８で生成された地形エコー除去後のドップラスペクトルに対し、後述する位相や信号強度（レーダ反射因子）や地形エコー除去前後の強度差等の気象パラメータを推定する処理を行う。
　図１において、エコー類別部１０は、気象パラメータのうち、気象エコーと地形エコーとで挙動が異なるものを用いて第１の気象エコー領域を求めるものである。詳しくは、気象パラメータ推定部９で生成された気象パラメータを用いて、各レンジセルの信号が気象エコーであるのか、地形エコーであるのか、両者が混在したものであるのか、それ以外の雑音もしくは判定不能なものであるのか、を判定する処理を行う。気象エコー領域判定部１１（エコー領域判定部１１）は、気象パラメータのうち、挙動がドップラ速度に非依存のものを用いて第２の気象エコー領域を求めるものである。詳しくは、気象パラメータ推定部９で生成された気象パラメータのうち、ドップラ速度の値によって変化しない気象パラメータを用いて、各レンジセルの信号が気象エコーであるのか否かを判定する処理を行う。
　図１において、気象エコー領域再構成部１２は、第１の気象エコー領域と第２の気象エコー領域とから、最終的な気象エコー領域と決定するものである。詳しくは、エコー類別部１０で生成されたエコー類別結果のうち、気象エコーと判定された領域（第１の気象エコー領域）と、気象エコー領域判定部１１で生成された気象エコー領域（第２の気象エコー領域）を用いて気象エコー領域を再構成する処理を行う。気象パラメータ出力部１３は、気象パラメータ推定部９で生成された気象パラメータと気象エコー領域再構成部１２で生成された気象エコー領域を入力とし、気象エコーと判定された領域の所定の気象パラメータを出力する処理を行うものである。詳しくは、気象エコー領域再構成部１２が決定した気象エコー領域に相当するレンジセルにおける気象パラメータを出力するものである。
　次に、図２から図４を用いて、実施の形態１に係る信号処理装置（観測装置の主要部である信号処理部５）の動作を説明する。すなわち、実施の形態１に係る信号処理方法を説明する。なお、実施の形態１に係る信号処理方法は、パルス波動が繰り返し空間に送信され、反射されたパルス波動の反射波の受信信号、受信信号から導出されたドップラスペクトル、ドップラスペクトルから地形エコーを除去した地形エコー除去後スペクトルから求められた気象パラメータを用いる信号処理方法である。
　図２は、観測装置の観測領域の一例を示し、地形エコー領域および気象エコー領域の分布状況を示す模式図である。図２において、領域Ａは、地形エコーのみが存在する領域である。領域Ｂは、気象エコーが地形エコーに重畳する領域である。領域Ｂ’は、領域Ｂに地形エコー除去処理を行った結果、気象エコーのみとなった領域である。領域Ｃは、ゼロドップラとなる気象エコー領域である。領域Ｄは、エコー類別処理（エコー類別ステップ）で気象エコーと類別された領域である。領域Ｄ’は気象エコーのみの（ただし、ゼロドップラを含まない）領域である。領域Ｅは、気象エコーも地形エコーも含まない、もしくは、雑音、もしくは、判定不能な領域である。また、領域Ａ、Ｂ（Ｂ’）、Ｃ、Ｄ’は互いに共通部分（重複）を持たない。すなわち、領域ＣはＢ（Ｂ’）を含まない。また、領域Ａ，Ｂ（Ｂ’）、Ｄも互いに共通部分（重複）を持たない。
　また、図２において、領域Ｃ＋領域Ｄ’は、気象エコー領域判定処理（気象エコー領域判定ステップ）で気象エコーと判定された領域を表し、領域Ａ＋領域Ｂが本来の地形エコー領域を、領域Ｂ’＋領域Ｃ＋領域Ｄ＋領域Ｄ’が、本来の気象エコー領域を表す。なお、図２では、領域Ｄは領域Ｃ＋領域Ｄ’に包含されるように例示しているが、領域Ｄが領域Ｃ＋領域Ｄ’を包含する場合も有り得る。
　図３のフローチャートを用いて、実施の形態１に係る信号処理方法（実施の形態１に係る信号処理装置の動作）を詳しく説明する。ステップ１４（ＳＴ１４）からステップ１６（ＳＴ１６）のみを実施の形態１に係る信号処理方法としてもよい。ステップ１１（ＳＴ１１）であるスペクトル算出ステップは、スペクトル算出部７が、レンジセル毎に受信信号（時系列）に対してフーリエ変換を施し（ドップラ）スペクトルを算出する。次に、ステップ１２（ＳＴ１２）である地形エコー除去ステップを行う。ＳＴ１２は、ＳＴ１１で算出したスペクトルに対し、地形エコー除去部８が、地形エコー除去を行い、地形エコー除去後のスペクトルを生成する。
　ＳＴ１２の地形エコー除去の方法としては、スペクトル上においてドップラ速度ゼロを中心とし、所定のスペクトル幅分の成分を除去した後、除去された成分の両端を線形補間する方法や、地形エコー成分に対してドップラ速度ゼロを中心とした第１のガウシアン型のスペクトルでフィッティングして推定し、その第１のガウシアン型スペクトルに含まれる成分を除去した後、残存するスペクトル点を第２のガウシアン型スペクトルでフィッティングし、除去されたスペクトル点を第２のガウシアン型スペクトルの点に置き換える方法を用いることができる。また、ここでは、地形エコー除去をスペクトル上で行っているが、時間軸上の受信信号に対して非回帰型の低周波ろ過楕円フィルタを適用することもできる。
　受信信号（時系列）、ＳＴ１１で求めたスペクトル、ＳＴ１２で求めた地形エコー除去後のスペクトルを用いて、気象パラメータ推定ステップであるステップ１３（ＳＴ１３）を気象パラメータ推定部９が行う。気象パラメータとしては、スペクトルモーメントとして推定する強度（電力）、ドップラ速度、スペクトル幅の他、所定空間（レンジ、方位）内の受信信号の位相の変動量、同様に強度の変動量、ドップラ速度の変動量、スペクトル幅の変動量、地形エコー除去処理前後の強度差（Ｃｌｕｔｔｅｒ　Ｓｕｐｐｒｅｓｓｉｏｎ　Ｒａｔｉｏ；ＣＳＲ）、さらに、二重偏波レーダの場合には、レーダ反射因子差の変動量、偏波間位相差の変動量、偏波間相関係数の変動量等を用いることができる。
　なお、ここでは、強度（電力）とレーダ反射因子は同義的に扱っている。また、空間内の変動量はテクスチャパラメータとも呼ばれ、以下の式（１）のように計算される。代表的な気象パラメータの例を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　式（１）において、Ｔは変動量を、ｙは元となるパラメータを、ｉはレンジ方向の番号、ｊはアジマス方向の番号、ｍはレンジ（ビン）数を、μは平均を、それぞれ表す。なお、式（１）では演算量低減のためレンジ方向にのみｍ個の空間の変動量を算出しているが、アジマス方向にも所定数に広げることもできる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表１では、気象パラメータが地形エコーの場合の挙動、気象エコー（ゼロドップラ以外）の場合の挙動、気象エコー（ゼロドップラ）の場合の挙動を記載している。なお、気象パラメータとしては、表１の他にも、例えば、非特許文献１に記載されているＣＰＡ（Ｃｌｕｔｔｅｒ　Ｐｈａｓｅ　Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）等を含むことができる。
　次に、ステップ１４（ＳＴ１４）であるエコー類別ステップは、気象パラメータのうち、気象エコーと地形エコーとで挙動が異なるものを用いて第１の気象エコー領域を求めるものである。詳しくは、ＳＴ１３で求めた気象パラメータを用いて、エコー類別部１０がエコー類別処理を行い、第１の気象エコー領域（図２における領域Ｂ’、領域Ｄ）を推定する。
　ＳＴ１４によるエコー類別処理の例を図４に示す。図４のエコー類別処理の例では、少なくとも１つ以上の気象パラメータを用いて気象エコーとしての評価値と地形エコーとしての評価値を求め、それぞれの評価値と所定の閾値との大小比較を行い、それが気象エコー（領域Ｄ）であるのか、地形エコー（領域Ａ）であるのか、地形エコーに気象エコーが重畳した領域もしくはドップラ速度がゼロ付近に分布している気象エコー領域（領域Ｂ＋領域Ｃ）であるか、その他（領域Ｅ）であるかを決定している。ここで、気象パラメータを用いたエコー類別処理においては、領域Ｂと領域Ｃとは性質が類似し明確な区別が困難である場合が多いため、以降、これらの領域を合わせたものを混在した領域とする。また、第１の気象エコー領域（領域Ｂ’、領域Ｄ）は、気象エコーのみの領域（領域Ｄ）と、気象エコーと地形エコーとが混在した領域（領域Ｂ＋領域Ｃ）に地形エコー除去処理を適用して気象エコーのみとなった領域（領域Ｂ’）とを統合して得られたものである。よって、第１の気象エコー領域には地形エコー除去処理によって過抑圧されない領域Ｃが含まれるが、後述する第２の気象エコー領域内の領域Ｃと区別するため、第１の気象エコー領域中の領域Ｃは明示しないこととする。
　図４（ａ）は、エコー類別処理のブロック図である。図４（ｂ）は、エコー類別処理で用いるメンバシップ関数の模式図である。図４（ｃ）は、判定例である。図４（ａ）ではパラメータκｉからパラメータκｉ＋ｎ-１のｎ個の気象パラメータを入力とし、それぞれに対応するメンバシップ関数（図４（ｂ）に記載のもの）を参照することによりメンバシップ値ＭＳＦ（κｉ）を求める。次に、メンバシップ値ＭＳＦ（κｉ）に対応する重み係数ｗ（κｉ）を乗じたものを加算し、その結果を重み係数の総和で除すことにより評価値Ｓ（気象エコーとしての評価値Ｓｗ、地形エコーとしての評価値Ｓｃを求める。その後、図４（ｃ）の例のように所定閾値を用いて判定を行い、エコー類別結果を得る。なお、図４ではメンバシップ関数によりエコー類別処理を行う例を示したが、例えば、気象パラメータごとに所定閾値との比較を順に行いエコーを類別する決定木による判定法や、ＳＶＭ（Ｓｕｐｐｏｒｔ　Ｖｅｃｔｏｒ　Ｍａｃｈｉｎｅ）や、ニューラルネットワークや、深層学習などの機械学習による判定法を用いることもできる。
　次に、ステップ１５（ＳＴ１５）である気象エコー領域判定ステップ（エコー領域判定ステップ）は、気象パラメータのうち、挙動がドップラ速度に非依存のものを用いて第２の気象エコー領域を求めるものである。詳しくは、ＳＴ１３で求めた気象パラメータを用いて、気象エコー領域判定部１１が気象エコー領域判定処理を行い、第２の気象エコー領域（図２における領域Ｃ、領域Ｄ’）を推定する。気象エコー領域判定処理は、ＳＴ１４と同様の処理を用いることができる。ただし、ここで使用する気象パラメータは、ドップラ速度の挙動に依存しない、すなわち、ゼロドップラとゼロドップラ以外とで挙動が等しいパラメータを用いる。表１の例では、信号強度変動量や、レーダ反射因子差変動量を用いる。
　ステップ１６（ＳＴ１６）である気象エコー領域再構成ステップは、第１の気象エコー領域と第２の気象エコー領域とを合わせた領域を気象エコー領域と決定するものである。詳しくは、ＳＴ１４で求めた第１の気象エコー領域と、ＳＴ１５で求めた第２の気象エコー領域の和集合により第３の気象エコー領域（図２における領域Ｂ’、領域Ｃ、領域Ｄ、領域Ｄ’）を算出する。ＳＴ１４の第１の気象エコー領域では気象エコー領域から地形エコー領域を確実に除去するために（地形エコーと挙動が類似する）気象エコーの減衰を許容する気象パラメータを用いて判定を行う。一方、ＳＴ１５の第２の気象エコー領域では気象エコー領域のみを抽出するため、気象エコーと地形エコーとが重畳した領域の抽出が困難である。そこで、両者を統合することでゼロドップラ領域を含んだ本来の気象エコー領域の再現が可能となる。
　なお、ステップ１６（ＳＴ１６）において、和集合算出の際、第１の気象エコー領域には地形エコー除去処理により抑圧されている可能性はあるもののゼロドップラの気象エコー領域Ｃのレンジセルが含まれるためこの領域Ｃのレンジセルと、第２の気象エコー領域に含まれる領域Ｃのレンジセルとが重複する。第１の気象エコー内の気象エコーと地形エコー重複領域と、第２の気象エコーのレンジセルとが重複した場合は、地形エコー除去の影響を受けていない第２の気象エコーのレンジセルを選択する。また同様に、第１の気象エコー領域内の領域Ｄのレンジセルと、第２の気象エコー領域のレンジセルとが重複する可能性がある。この場合は、地形エコー等との比較評価を経ており気象エコーとしての信頼性が高い第１の気象エコー領域（領域Ｄ）のレンジセルを選択する。
　気象パラメータ出力ステップであるステップ１７（ＳＴ１７）は、気象パラメータ出力部１３が、ＳＴ１６で求めた最終的な気象エコー領域である第３の気象エコー領域（領域Ｂ’、領域Ｃ、領域Ｄ、領域Ｄ’）に対応するレンジセルの気象パラメータ（ＳＴ１３で算出済）を出力する。なお、好ましくは、気象エコー領域判定部１１（ＳＴ１５）は、気象パラメータのうち、信号強度の変動量、スペクトル幅変動量、レーダ反射因子差の変動量、偏波間相関係数の変動量の少なくとも一つを用いることができる。好ましくは、エコー類別部１０（ＳＴ１４）は、気象パラメータのうち、ドップラスペクトルと地形エコー除去後スペクトルとの信号強度差と、信号強度、スペクトル幅、位相の変動量、信号強度の変動量、スペクトル幅変動量、レーダ反射因子差の変動量、偏波間位相差の変動量のうち少なくとも一つとを用いることができる。
　以上のように、実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法は、気象エコーと地形エコーの弁別性能が高い判定による気象エコー領域の判定結果と、気象エコーのみ判定結果を統合し、最終的な気象エコー領域を構成しているので、地形エコー除去処理により減衰したゼロドップラの気象エコーを復元でき、その結果、精度の高い気象パラメータを得ることができる。
　実施の形態２．
　この発明の実施の形態２に係る信号処理装置及び信号処理方法については図１、図２、図４、図５を用いて説明する。特に、実施の形態２に係る信号処理方法については図５を用いて説明する。実施の形態２と実施の形態１とで共通の部分は説明を省略する場合がある。本願の図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する場合がある。実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法では、第１の気象エコー領域と第２の気象エコー領域の和集合を最終的な（第３の）気象エコー領域としていたが、異なる形態によりゼロドップラの減衰を低減した気象エコー領域を構成することもできる。実施の形態２に係る信号処理装置の機能ブロック構成は、実施の形態１と同じく図１である。実施の形態２は、エコー類別部１０及び気象エコー領域再構成部１２の動作が実施の形態１とは異なる。
　実施の形態２に係る信号処理装置では、エコー類別部１０が（エコー類別ステップで）、少なくとも気象エコーと地形エコーとが混在する領域を含む第１の混在領域を実施の形態１でいう第１の気象エコー領域として求める。好ましくは、エコー類別部１０が（エコー類別ステップで）、第１の混在領域と、第１の混在領域以外の気象エコーが存在する第１の気象エコー領域とを求める。気象エコー領域再構成部１２（気象エコー領域再構成ステップ）は、第１の混在領域における第１の混在領域と第２の気象エコー領域との重複領域以外を第２の混在領域とし、重複領域のうち、第２の気象エコー領域に相当する部分（結果的に、ドップラ速度ゼロの気象エコー領域となる部分）を共通領域として、第２の混在領域と共通領域とを合わせた領域を最終的な気象エコー領域と決定する。好ましくは、気象エコー領域再構成部１２が（気象エコー領域再構成ステップで）、第２の混在領域と共通領域とを合わせた領域に「第１の混在領域以外の気象エコーが存在する第１の気象エコー領域」を加えた領域を最終的な気象エコー領域と決定する。
　図５のフローチャートを用いて、実施の形態２に係る信号処理方法（実施の形態２に係る信号処理装置の動作）を詳しく説明する。ステップ２４（ＳＴ２４）からステップ２６（ＳＴ２６）のみを実施の形態２に係る信号処理方法としてもよい。図５において、ステップ２１からステップ２３（ＳＴ２１からＳＴ２３）は、それぞれ図３に記載のステップ１１からステップ１３（ＳＴ１１からＳＴ１３）と同様の処理である。実施の形態１では、その後のエコー類別部１０の処理（図３のＳＴ１４）では、気象エコーのみと判定された領域Ｄと、気象エコーと地形エコーの混在領域と判定された領域に対して地形エコー除去を行った結果、領域Ｂ’（地形エコー除去前の混在領域は領域Ｂ、領域Ｃであるが、地形エコー除去により領域Ｃは減衰し領域Ｂ’のみが残った）を統合し第１の気象エコー領域（領域Ｂ’、領域Ｄ）としていた。
　一方、実施の形態２では、エコー類別ステップであるステップ２４（ＳＴ２４）は、気象パラメータのうち、気象エコーと地形エコーとで挙動が異なるものを用いて、少なくとも気象エコーと地形エコーとが混在する領域を含む第１の混在領域を求めるものである。詳しくは、ＳＴ２４では気象エコーのみと判定された領域Ｄを第１の気象エコー領域とし、地形エコー除去処理前の混在領域である領域Ｂ、領域Ｃを、第１の混在領域とする。その後、第２の気象エコー領域ＣＤ’を求めるステップ２５（ＳＴ２５）は図３のＳＴ１５と同様である。
　次に、気象エコー領域再構成ステップであるステップ２６（ＳＴ２６）を行う。ＳＴ２６は、第１の混在領域における第１の混在領域と第２の気象エコー領域との重複領域以外を第２の混在領域とし、重複領域のうち、第２の気象エコー領域に相当する部分を共通領域として、第２の混在領域と共通領域とを合わせた領域を気象エコー領域と決定するものである。詳しくは、気象エコー領域再構成部１２において、ＳＴ２４で得られた、第１の混在領域（領域Ｂ、領域Ｃ）と、ＳＴ２５で得られた第２の気象エコー領域（領域Ｃ、領域Ｄ’）との共通領域である領域Ｃを、第１の混在領域（領域Ｂ、領域Ｃ）から減じて生成した第２の混在領域（領域Ｂ）と、共通領域である領域Ｃと、ＳＴ２４で得られた第１の気象エコー領域Ｄの和集合を求め、最終的な気象エコー領域である第３の気象エコー領域（領域Ｂ、領域Ｃ、領域Ｄ）を生成する。最後に、第２の混在領域の値を地形エコー除去後の値に置き換え（この操作で領域Ｂは領域Ｂ’となる）、ＳＴ２６で求めた第３の気象エコー領域（領域Ｂ’、領域Ｃ、領域Ｄ）に対応するレンジセルの気象パラメータ（ＳＴ２３で算出済）を出力する（ＳＴ２７）。
　実施の形態２に係る信号処理装置及び信号処理方法で得られる第３の気象エコー領域（領域Ｂ’、領域Ｃ、領域Ｄ）と、実施の形態１に係る信号処理装置及び信号処理方法で得られる第３の気象エコー領域（領域Ｂ’、領域Ｃ、領域Ｄ、領域Ｄ’）との違いは、領域Ｄ’を含むか否かである。領域Ｄ’は気象パラメータの空間的な変動量（テクスチャ）に基づいて抽出された領域であり、ゼロドップラの影響を受けにくい利点はある。しかし、気象エコーとしての性質の有無に基づいた評価のみを行い地形エコーである可能性を排除していないため、地形エコーや雑音等の信号が混入している可能性がゼロではない。したがって、受信信号の信号対雑音電力比が比較的低い場合や、気象エコーと地形エコーの差異が出にくい状況では、実施の形態２に係る信号処理装置及び信号処理方法で得られる第３の気象エコー領域（領域Ｂ’、領域Ｃ、領域Ｄ）の方が、気象エコーの検知性能が高い可能性がある。
　以上のように、実施の形態２に係る信号処理装置及び信号処理方法は、ゼロドップラを持つ気象エコー領域のみを明示的に特定し最終的な気象エコー領域を構成しているので、地形エコー除去処理によるゼロドップラ領域の気象エコーの減衰を回避でき、その結果、精度の高い気象パラメータを得ることができる。また、実施の形態２に係る信号処理装置及び信号処理方法は、地形エコーが混入する可能性が低い気象エコー領域を用いて最終的な気象エコー領域を構成しているので、気象エコー領域の検知性能が向上し、その結果、精度の高い気象パラメータを得ることができる。
　実施の形態３．
　この発明の実施の形態３に係る信号処理装置及び信号処理方法については図２、図４、図６、図７を用いて説明する。特に、実施の形態３に係る信号処理方法については図７を用いて説明する。図６は、実施の形態３に係る信号処理装置を適用した気象レーダ装置（観測装置、計測装置）の機能ブロック図である。図３とは異なる機能ブロックの構成でも本願は実施できる。つまり、図３に示すものは、一例のブロック構成である。実施の形態３と実施の形態１及び２とで共通の部分は説明を省略する場合がある。本願の図中、同一符号は、同一又は相当部分を示しそれらについての詳細な説明は省略する場合がある。実施の形態２では、エコー類別処理によって混在領域と判定された領域と、気象エコーパラメータの空間的変動（テクスチャ）の性質に基づいて気象エコー領域と判定された領域の共通部分を結果的にゼロドップラ領域として抽出していた。実施の形態３では、ゼロドップラ領域を、気象パラメータとしてドップラ速度を用いることで直接得るものである。
　実施の形態３は、エコー領域判定部１１（気象エコー領域判定部１１）及び気象エコー領域再構成部１２の動作が実施の形態２とは異なり、エコー領域判定部１１（気象エコー領域判定部１１）に代えて、エコー領域判定部１４（ゼロドップラ領域判定部１４）を備えている。図７において、ゼロドップラ領域判定部１４（エコー領域判定部１４）は、気象パラメータを用いてドップラ速度ゼロの気象エコー領域を求めるものである。詳しくは、ドップラ速度ゼロを中心とした予め定められたドップラ速度閾値の範囲内にある領域、及び、スペクトル幅が所定のスペクトル幅閾値の範囲内にある領域の少なくとも一方の領域をドップラ速度ゼロの気象エコー領域として求めるものである。気象エコー領域再構成部１２は、第１の気象エコー領域（厳密には、第１の混在領域、又は、第１の混在領域及び第１の混在領域以外の気象エコーが存在する第１の気象エコー領域）とドップラ速度ゼロの気象エコー領域とから、気象エコー領域を決定するものである。
　図６に示すゼロドップラ領域判定部１４は、気象パラメータ推定部９で生成された気象パラメータのうちドップラ速度を用いて、ゼロドップラ速度のレンジセルを特定する処理を行う。なお、ゼロドップラ領域は、ドップラ速度がナイキスト速度を超えて折り返して再びゼロ付近になった領域でも生じることから、ここで用いるドップラ速度は折り返し補正前のものとする。次に、図６および図７を用いて、実施の形態３に係る信号処理方法（実施の形態３に係る信号処理装置の動作）を説明する。
　図７のフローチャートを用いて、実施の形態３に係る信号処理方法（実施の形態３に係る信号処理装置の動作）を詳しく説明する。ステップ３４（ＳＴ３４）からステップ３６（ＳＴ３６）のみを実施の形態３に係る信号処理方法としてもよい。図７において、ステップ３１からステップ３４（ＳＴ３１からＳＴ３４）は、それぞれ図５に記載のステップ２１からステップ２４（ＳＴ２１からＳＴ２４）と同様の処理である。ステップ３５（ＳＴ３５）であるゼロドップラ領域判定ステップ（エコー領域判定ステップ）は、気象パラメータを用いてドップラ速度ゼロの気象エコー領域を求めるものである。詳しくは、ゼロドップラ領域判定部１４において、ＳＴ３３で得られた気象パラメータからドップラ速度がゼロプラスマイナス所定のドップラ速度閾値の範囲内にあり、かつ／もしくは、スペクトル幅が所定のスペクトル幅閾値の範囲内にある領域をゼロドップラ領域Ｃと判定する。
　次に、ステップ３６（ＳＴ３６）である気象エコー領域再構成ステップは、第１の混在領域における第１の混在領域とドップラ速度ゼロの気象エコー領域との重複領域以外を第２の混在領域とし、ドップラ速度ゼロの気象エコー領域を共通領域として、第２の混在領域と共通領域とを合わせた領域を最終的な気象エコー領域と決定するものである。詳しくは、ＳＴ３５で得られたゼロドップラ領域（領域Ｃ）を、ＳＴ３４で得られた第１の混在領域（領域Ｂ、領域Ｃ）から減じて求めた第２の混在領域（領域Ｂ）と、ゼロドップラ領域（領域Ｃ）と、ＳＴ３４で得られた第１の気象エコー領域（領域Ｄ）との和集合として、最終的な気象エコー領域である第３の気象エコー領域（領域Ｂ、領域Ｃ、領域Ｄ）を求める。ＳＴ３７は、図５のＳＴ２７と同様である。なお、領域Ｂのレンジセルの値は地形エコー除去後の値に置き換える（領域Ｂ’となる）。
　実施の形態３に係る信号処理装置及び信号処理方法では、直接ドップラ速度ゼロ付近が特定できることから、ゼロドップラ領域の推定精度が向上する。以上のように、実施の形態３に係る信号処理装置及び信号処理方法は、ゼロドップラ領域を直接ドップラ速度から特定しているので、ゼロドップラ領域の推定精度が向上し、その結果、精度の高い気象パラメータを得ることができる。
　図８は、実施の形態１から３に係る信号処理装置を適用した気象レーダ装置（観測装置、計測装置）の機能ブロック図である。図８とは異なる機能ブロックの構成でも本願は実施できる。つまり、図８に示すものは、一例のブロック構成である。図８において、エコー領域判定部１５は、気象エコー領域判定部１１及びゼロドップラ領域判定部１４の少なくとも一方の機能を有するものである。
　図８に示すように、実施の形態１から３に係る信号処理装置は、パルス波動が繰り返し空間に送信され、反射されたパルス波動の反射波の受信信号、受信信号から導出されたドップラスペクトル、ドップラスペクトルから地形エコーを除去した地形エコー除去後スペクトルから気象パラメータを求める気象パラメータ推定部９と、気象パラメータのうち、気象エコーと地形エコーとで挙動が異なるものを用いて第１の気象エコー領域を求めるエコー類別部１０と、気象パラメータのうち、挙動がドップラ速度に非依存のものを用いて第２の気象エコー領域を求めるエコー領域判定部１１（気象エコー領域判定部１１）、又は、気象パラメータを用いてドップラ速度ゼロの気象エコー領域を求めるエコー領域判定部１４（ゼロドップラ領域判定部１４）と、第１の気象エコー領域と第２の気象エコー領域とから、又は、第１の気象エコー領域とドップラ速度ゼロの気象エコー領域とから、気象エコー領域（第３の気象エコー領域）を決定する気象エコー領域再構成部１２と、気象エコー領域再構成部１２が決定した気象エコー領域（第３の気象エコー領域）に相当するレンジセルにおける気象パラメータを出力する気象パラメータ出力部１３とを備えているといえる。
　実施の形態１から３に係る信号処理方法は、気象パラメータのうち、気象エコーと地形エコーとで挙動が異なるものを用いて第１の気象エコー領域を求めるエコー類別ステップと、気象パラメータのうち、挙動がドップラ速度に非依存のものを用いて第２の気象エコー領域を求めるエコー領域判定ステップ（気象エコー領域判定ステップ）、又は、気象パラメータを用いてドップラ速度ゼロの気象エコー領域を求めるエコー領域判定ステップ（ゼロドップラ領域判定ステップ）と、第１の気象エコー領域と第２の気象エコー領域とから、又は、第１の気象エコー領域とドップラ速度ゼロの気象エコー領域とから、気象エコー領域（第３の気象エコー領域）を決定する気象エコー領域再構成ステップとを備えているといえる。
　実施の形態１から３に係る信号処理装置及び信号処理方法は、受信信号から導出した気象パラメータを用いて、対象とするレンジセルが気象エコーであるか、地形エコーであるか等の類別を行い、ゼロドップラを持つ気象エコー領域に対して、地形エコー除去処理を行わないように気象エコーを再構成するので、気象エコーの減衰を低減し、精度の高い気象パラメータ推定を行うことができる。
　１　送信部、２　送受信切替部、３　空中線部（アンテナ部、波動送出・受入部）、　４　受信部、５　信号処理部、６　表示部、７　スペクトル算出部、　８　地形エコー除去部、９　気象パラメータ推定部、１０　エコー類別部、１１　気象エコー領域判定部（エコー領域判定部）、１２　気象エコー領域再構成部、１３　気象パラメータ出力部、１４　ゼロドップラ領域判定部（エコー領域判定部）、１５　エコー領域判定部。

Claims (14)

  1. 　パルス波動が繰り返し空間に送信され、反射された前記パルス波動の反射波の受信信号、前記受信信号から導出されたドップラスペクトル、前記ドップラスペクトルから地形エコーを除去した地形エコー除去後スペクトルから気象パラメータを求める気象パラメータ推定部と、前記気象パラメータのうち、気象エコーと地形エコーとで挙動が異なるものを用いて第１の気象エコー領域を求めるエコー類別部と、前記気象パラメータのうち、挙動がドップラ速度に非依存のものを用いて第２の気象エコー領域を求める、又は、前記気象パラメータを用いてドップラ速度ゼロの気象エコー領域を求めるエコー領域判定部と、前記第１の気象エコー領域と前記第２の気象エコー領域とから、又は、前記第１の気象エコー領域と前記ドップラ速度ゼロの気象エコー領域とから、気象エコー領域を決定する気象エコー領域再構成部と、前記気象エコー領域再構成部が決定した気象エコー領域に相当するレンジセルにおける前記気象パラメータを出力する気象パラメータ出力部とを備えたことを特徴とする信号処理装置。
  2. 　前記エコー類別部は、少なくとも前記気象エコーと前記地形エコーとが混在する領域を含む第１の混在領域を前記第１の気象エコー領域として求め、
    　前記気象エコー領域再構成部は、前記第１の混在領域における前記第１の混在領域と前記第２の気象エコー領域との重複領域以外を第２の混在領域とし、前記重複領域のうち、前記第２の気象エコー領域に相当する部分を共通領域として、前記第２の混在領域と前記共通領域とを合わせた領域を前記気象エコー領域と決定することを特徴とする請求項１に記載の信号処理装置。
  3. 　前記エコー領域判定部は、前記気象パラメータのうち、信号強度の変動量、スペクトル幅変動量、レーダ反射因子差の変動量、偏波間相関係数の変動量の少なくとも一つを用いることを特徴とする請求項２に記載の信号処理装置。
  4. 　前記エコー類別部は、少なくとも前記気象エコーと前記地形エコーとが混在する領域を含む第１の混在領域を前記第１の気象エコー領域として求め、
    　前記気象エコー領域再構成部は、前記第１の混在領域における前記第１の混在領域と前記ドップラ速度ゼロの気象エコー領域との重複領域以外を第２の混在領域とし、前記ドップラ速度ゼロの気象エコー領域を共通領域として、前記第２の混在領域と前記共通領域とを合わせた領域を前記気象エコー領域と決定する請求項１に記載の信号処理装置。
  5. 　前記エコー領域判定部は、前記ドップラ速度ゼロを中心とした予め定められたドップラ速度閾値の範囲内にある領域、及び、スペクトル幅が所定のスペクトル幅閾値の範囲内にある領域の少なくとも一方の領域を前記ドップラ速度ゼロの気象エコー領域として求めることを特徴とする請求項４に記載の信号処理装置。
  6. 　前記エコー類別部は、前記気象パラメータのうち、
    前記ドップラスペクトルと前記地形エコー除去後スペクトルとの信号強度差と、
    信号強度、スペクトル幅、位相の変動量、信号強度の変動量、スペクトル幅変動量、レーダ反射因子差の変動量、偏波間位相差の変動量のうち少なくとも一つとを、
    用いることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の信号処理装置。
  7. 　パルス波動が繰り返し空間に送信され、反射された前記パルス波動の反射波の受信信号、前記受信信号から導出されたドップラスペクトル、前記ドップラスペクトルから地形エコーを除去した地形エコー除去後スペクトルから求められた気象パラメータを用いた信号処理方法において、
    　前記気象パラメータのうち、気象エコーと地形エコーとで挙動が異なるものを用いて第１の気象エコー領域を求めるエコー類別ステップと、前記気象パラメータのうち、挙動がドップラ速度に非依存のものを用いて第２の気象エコー領域を求めるエコー領域判定ステップと、前記第１の気象エコー領域と前記第２の気象エコー領域とを合わせた領域を気象エコー領域と決定する気象エコー領域再構成ステップとを備えたことを特徴とする信号処理方法。
  8. 　パルス波動が繰り返し空間に送信され、反射された前記パルス波動の反射波の受信信号、前記受信信号から導出されたドップラスペクトル、前記ドップラスペクトルから地形エコーを除去した地形エコー除去後スペクトルから求められた気象パラメータを用いた信号処理方法において、
    　前記気象パラメータのうち、気象エコーと地形エコーとで挙動が異なるものを用いて、少なくとも前記気象エコーと前記地形エコーとが混在する領域を含む第１の混在領域を求めるエコー類別ステップと、前記気象パラメータのうち、挙動がドップラ速度に非依存のものを用いて第２の気象エコー領域を求めるエコー領域判定ステップと、前記第１の混在領域における前記第１の混在領域と前記第２の気象エコー領域との重複領域以外を第２の混在領域とし、前記重複領域のうち、前記第２の気象エコー領域に相当する部分を共通領域として、前記第２の混在領域と前記共通領域とを合わせた領域を気象エコー領域と決定する気象エコー領域再構成ステップとを備えたことを特徴とする信号処理方法。
  9. 　前記エコー類別ステップは、前記第１の混在領域以外の気象エコーが存在する第１の気象エコー領域を求め、
    　前記気象エコー領域再構成ステップは、前記第２の混在領域と前記共通領域とを合わせた領域に第１の気象エコー領域を加えた領域を前記気象エコー領域と決定することを特徴とする請求項８に記載の信号処理方法。
  10. 　前記エコー領域判定ステップは、前記気象パラメータのうち、信号強度の変動量、スペクトル幅変動量、レーダ反射因子差の変動量、偏波間相関係数の変動量の少なくとも一つを用いることを特徴とする請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の信号処理方法。
  11. 　パルス波動が繰り返し空間に送信され、反射された前記パルス波動の反射波の受信信号、前記受信信号から導出されたドップラスペクトル、前記ドップラスペクトルから地形エコーを除去した地形エコー除去後スペクトルから求められた気象パラメータを用いた信号処理方法において、
    　前記気象パラメータのうち、気象エコーと地形エコーとで挙動が異なるものを用いて、少なくとも前記気象エコーと前記地形エコーとが混在する領域を含む第１の混在領域を求めるエコー類別ステップと、前記気象パラメータを用いてドップラ速度ゼロの気象エコー領域を求めるエコー領域判定ステップと、前記第１の混在領域における前記第１の混在領域と前記ドップラ速度ゼロの気象エコー領域との重複領域以外を第２の混在領域とし、前記ドップラ速度ゼロの気象エコー領域を共通領域として、前記第２の混在領域と前記共通領域とを合わせた領域を気象エコー領域と決定する気象エコー領域再構成ステップとを備えたことを特徴とする信号処理方法。
  12. 　前記エコー類別ステップは、前記第１の混在領域以外の気象エコーが存在する第１の気象エコー領域を求め、
    　前記気象エコー領域再構成ステップは、前記第２の混在領域と前記共通領域とを合わせた領域に第１の気象エコー領域を加えた領域を前記気象エコー領域と決定することを特徴とする請求項１１に記載の信号処理方法。
  13. 　前記エコー領域判定ステップは、前記ドップラ速度ゼロを中心とした予め定められたドップラ速度閾値の範囲内にある領域、及び、スペクトル幅が所定のスペクトル幅閾値の範囲内にある領域の少なくとも一方の領域を前記ドップラ速度ゼロの気象エコー領域として求めることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の信号処理方法。
  14. 　前記エコー類別ステップは、前記気象パラメータのうち、
    前記ドップラスペクトルと前記地形エコー除去後スペクトルとの信号強度差と、
    信号強度、スペクトル幅、位相の変動量、信号強度の変動量、スペクトル幅変動量、レーダ反射因子差の変動量、偏波間位相差の変動量のうち少なくとも一つとを、
    用いることを特徴とする請求項７から請求項１３のいずれか１項に記載の信号処理方法。
PCT/JP2019/023664 2018-08-29 2019-06-14 信号処理装置及び信号処理方法 Ceased WO2020044733A1 (ja)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP19855092.3A EP3845925A4 (en) 2018-08-29 2019-06-14 SIGNAL PROCESSING DEVICE AND SIGNAL PROCESSING METHOD
JP2019565569A JP6695513B1 (ja) 2018-08-29 2019-06-14 信号処理装置及び信号処理方法
US17/267,020 US11879970B2 (en) 2018-08-29 2019-06-14 Signal processing apparatus and signal processing method

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2018-160196 2018-08-29
JP2018160196 2018-08-29

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2020044733A1 true WO2020044733A1 (ja) 2020-03-05

Family

ID=69642923

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2019/023664 Ceased WO2020044733A1 (ja) 2018-08-29 2019-06-14 信号処理装置及び信号処理方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11879970B2 (ja)
EP (1) EP3845925A4 (ja)
JP (2) JP6695513B1 (ja)
WO (1) WO2020044733A1 (ja)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3128793A1 (fr) * 2021-10-28 2023-05-05 Novimet Traitement de données d’un radar bipolaire par analyse spectrale croisée
CN114415136B (zh) * 2022-03-29 2022-06-10 南京气象科技创新研究院 连续波天气雷达在线标定回波强度的方法及标定系统
CN117808928B (zh) * 2023-12-14 2024-08-27 完美世界互娱(北京)科技有限公司 地形混合贴图生成方法、装置、设备和存储介质

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009045618A2 (en) * 2007-07-30 2009-04-09 Colorado State University Research Foundation Ground clutter mitigation using a parametric time domain method
JP2011112373A (ja) 2009-11-24 2011-06-09 Mitsubishi Electric Corp レーダ信号処理装置
KR101528525B1 (ko) * 2014-05-14 2015-06-12 경북대학교 산학협력단 기상레이더 시선속도 필터 보정 방법, 이를 이용한 퍼지 품질관리 방법, 이 방법들을 수행하기 위한 기록 매체 및 장치
JP2017067504A (ja) 2015-09-28 2017-04-06 ウェザー・サービス株式会社 気象レーダ信号処理装置と処理プログラム並びに処理方法

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9250317B1 (en) * 2012-12-20 2016-02-02 Raytheon Canada Limited Methods and apparatus for 3D radar data from 2D primary surveillance radar and passive adjunct radar
WO2015005020A1 (ja) * 2013-07-11 2015-01-15 古野電気株式会社 気象情報処理装置、気象レーダシステムおよび気象情報処理方法
US9869766B1 (en) * 2015-01-28 2018-01-16 Rockwell Collins, Inc. Enhancement of airborne weather radar performance using external weather data
WO2020170690A1 (ja) * 2019-02-22 2020-08-27 古野電気株式会社 レーダ制御装置、レーダ制御方法及びプログラム

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009045618A2 (en) * 2007-07-30 2009-04-09 Colorado State University Research Foundation Ground clutter mitigation using a parametric time domain method
JP2011112373A (ja) 2009-11-24 2011-06-09 Mitsubishi Electric Corp レーダ信号処理装置
KR101528525B1 (ko) * 2014-05-14 2015-06-12 경북대학교 산학협력단 기상레이더 시선속도 필터 보정 방법, 이를 이용한 퍼지 품질관리 방법, 이 방법들을 수행하기 위한 기록 매체 및 장치
JP2017067504A (ja) 2015-09-28 2017-04-06 ウェザー・サービス株式会社 気象レーダ信号処理装置と処理プログラム並びに処理方法

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
J. C. HUBBERTM. DIXONS. M. ELLIS: "Weather Radar Ground Clutter. Part II: Real-Time Identification and Filtering", J. ATMOS. OCEANIC TECHNOL., vol. 26, 2009, pages 1181 - 1197
RYZHKOV, A. V. ET AL.: "Polarimetric rainfall estimation in the presence of anomalous propagation", JOURNAL OF ATMOSPHERIC AND OSCEANIC TECHNOLOGY, vol. 15, no. 6, 1 December 1998 (1998-12-01), pages 1320 - 1330, XP055697367 *
See also references of EP3845925A4
SIGGIA, A. D. ET AL.: "Gaussian model adaptive processing (GMAP) for improved ground clutter cancellation and moment calculation", PROCESSING OF ERAD, 2004, pages 67 - 73, XP009130036 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP3845925A1 (en) 2021-07-07
JP2020112564A (ja) 2020-07-27
EP3845925A4 (en) 2021-11-10
US11879970B2 (en) 2024-01-23
US20210239830A1 (en) 2021-08-05
JP6695513B1 (ja) 2020-05-20
JPWO2020044733A1 (ja) 2020-09-03
JP6827577B2 (ja) 2021-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4667426B2 (ja) 気象レーダ装置
US7894874B2 (en) Method and apparatus for enhancing the detecting and tracking of moving objects using ultrasound
US9310480B2 (en) Method and arrangement for removing ground clutter
US7106656B2 (en) Sonar system and process
US20080191929A1 (en) Methods and apparatus for log-ftc radar receivers having enhanced sea clutter model
JP6415288B2 (ja) レーダ装置
JP6827577B2 (ja) 信号処理装置及び信号処理方法
CN106443626A (zh) 一种无人区域目标检测方法
JP2009236720A (ja) 移動目標検出装置
CN114879159A (zh) 经过预处理的海面目标检测方法
JP4832597B2 (ja) 気象レーダ装置
KR101813357B1 (ko) 수중 고정표적과 클러터 식별을 위한 가변 데이터 맵 및 가변 통계적 특징정보를 적용하는 클러터 제거 방법 및 장치
JP6656497B1 (ja) 信号処理装置及び信号処理方法
CN119689490A (zh) 一种激光测距方法及激光测距传感器
CN103885044B (zh) 一种基于clean算法的窄带雷达回波杂噪抑制方法
JP6983960B2 (ja) 信号処理装置及び信号処理方法
KR100697821B1 (ko) 모노펄스 안테나를 이용한 저고도 표적 추적 방법
KR20180064127A (ko) 타켓 물체 감지 방법 및 그 장치
JP2013205268A (ja) レーダ信号処理装置
JP6797340B1 (ja) 信号処理装置、レーダ装置および信号処理方法
Tian et al. Wave height field measurement using a compact dual-frequency HF radar
Golbon-Haghighi et al. Detection of Ground Clutter for Dual-Polarization Weather Radar Using
Brown et al. Spatial coherence considerations for the phase center approximation
CN121878645A (zh) 一种抗多径干扰的车载毫米波雷达信号处理方法
Sjogren et al. Moving target relative speed estimation in the presence of strong stationary surrounding using a single antenna UWB SAR system

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019565569

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 19855092

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2019855092

Country of ref document: EP

Effective date: 20210329