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CN1160580C - 气象观测雷达系统 - Google Patents

气象观测雷达系统 Download PDF

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CN1160580C
CN1160580C CNB981234410A CN98123441A CN1160580C CN 1160580 C CN1160580 C CN 1160580C CN B981234410 A CNB981234410 A CN B981234410A CN 98123441 A CN98123441 A CN 98123441A CN 1160580 C CN1160580 C CN 1160580C
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Abstract

一种气象观测雷达系统，一面检测出目标物，一面继续对其进行详细观测。搜索雷达部(4)具有通过控制部(6)使搜索用雷达天线(2)进行旋转扫描，继续从宽搜索范围内侦察气象现象的功能。扫描范围确定部(42)基于气象现象检测部(40)检测出的气象现象位置等，确定观测雷达部(24)的扫描范围，将其设定到观测用雷达控制部(26)中。搜索雷达部(4)继续进行搜索，另外，观测用雷达天线(22)使用细射束对于窄扫描范围继续进行观测，能够进行空间分辨率及时阀分辨率高的测定。

Description

气象观测雷达系统
技术领域
本发明涉及对移动的目标物进行搜索、观测的气象观测雷达系统。
背景技术
在气象观测的领域里，为了把电磁波入射到例如起因于气象现象而分布在空中的水珠等反射体上，以便根据其接收回波取得有关联的信息，可使用雷达装置。例如，一般气象观测雷达在方位方向上进行旋转扫描，对以雷达装置的设置地点为中心的圆形区域进行搜索。例如，作为对整个圆形观测区域内的气象状况进行观测的方法，有CAPPI(等高平面位置指示器)扫描。所谓CAPPI扫描，是搜索用的雷达天线通过进行方位方向的旋转扫描及仰角的变更，例如，以多个不同的仰角对各个方位分别进行接收发送的方式。例如，进行使天线在方位方向上每旋转1周，使仰角在某范围内依次变更的扫描。
还有，在以气象学研究等为目的使用雷达装置的情况下，利用雷达射束只对成为对象的气象现象所存在的范围进行扫描就足够了。因此，观测者通过根据该气象现象的位置及空间范围来设定雷达的扫描范围，与进行全方位、全范围观测相比，能够以更高的时间分辨率进行观测。
在对圆形观测区域的气象状况进行观测的上述那样的现有气象雷达装置的情况下，不论有无目标物，都必须总使天线在全方位及仰角方向上进行扫描，扫描整个观测区域，以便在观测区域的任意地点上都有发生的可能性，而且，能够侦察一般移动的目标物(雾、雷云等)。
但是，由于为了对全观测区域进行观测，天线扫描要花时间，故存在着降低了观测的时间分辨率的问题。
还有，一般在CAPPI扫描中，因为根据缩短CAPPI一个周期所需时间这一理由来加大观测仰角间隔，故还存着降低了仰角方向上的空间分辨率的问题。
进而，在这种气象雷达中，在把半径方向的观测范围设定成较宽范围的情况下，在远离气象雷达设定地点的远方观测区域内，因为在与视线方向垂直的方向上空间分辨率大幅度地扩展，故存在着在远方观测区域内空间分辨率显著降低的问题。
因为当空间分辨率降低时不能详细地观测气象现象的内部结构，故不能进行高精度的气象预报。
作为解决这些问题的一种手段，例如，有使用了进行RHI(距离一高度指示器)扫描的气象雷达装置(下面，称为RHI气象雷达)等的观测，但是，在这样的解决手段的情况下，因为观测范围受到限制，所以，产生了不能观测在观测范围以外发生的其它气象现象的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供在可以观测的区域内能够高效率、并且高精度地检测和观测气象现象的发生、移动和消失的气象观测雷达系统。
与本发明有关的气象观测雷达系统，在对移动的目标物进行搜索、观测的气象观测雷达系统中，其特征在于，包括：向着上述目标物的观测用雷达天线；取得搜索区域内的搜索数据的搜索数据取得部；基于上述搜索数据，检测出上述目标物的存在的目标物存在检测部；基于已检测出的存在信息，确定依据上述观测用雷达天线的扫描范围的扫描范围确定部；以及基于上述扫描范围，对上述观测用雷达天线进行扫描驱动的观测用雷达控制部，利用上述观测用雷达天线进行目标物的高分辨率观测。
在与本发明有关的气象观测雷达系统中，上述搜索数据取得部包括：对上述搜索区域进行扫描的搜索用雷达天线；以及对上述搜索用雷达天线进行扫描驱动的搜索用雷达控制部。
在本发明的优选实施例中，上述搜索用雷达控制部使上述搜索用雷达天线进行方位方向的旋转扫描及仰角的变更，即，使之进行3维扫描。
在本发明的另一优选实施例中，上述搜索用雷达天线发射在仰角方向上，呈扇形扩展了的扇形射束；上述搜索用雷达控制部使上述搜索用雷达天线进行方位方向的旋转扫描及仰角的变更，即，使之进行3维扫描。
在本发明的另一优选实施例中，上述搜索数据取得部进而包括搜索数据处理部，根据通过上述3维扫描取得的数据生成对应于定高PPI显示的搜索数据。
在本发明的另一优选实施例中，上述搜索用雷达天线发射在仰角方向上呈扇形扩展了的扇形射束；上述搜索用雷达控制部使上述搜索用雷达天线进行方位方向的旋转扫描。
在本发明的另一优选实施例中，所述搜索数据取得部包含：对上述搜索区域进行扫描的搜索用雷达天线、以及对上述搜索用雷达天线进行扫描驱动的搜索用雷达控制部；且所述气象观测雷达系统还包括，基于使用上述搜索用雷达天线已取得的过去的上述搜索数据对上述目标物的存在进行预测的移动预测部。
在本发明的另一优选实施例中，所述搜索数据取得部包含：对上述搜索区域进行扫描的搜索用雷达天线、以及对上述搜索用雷达天线进行扫描驱动的搜索用雷达控制部；且所述气象观测雷达系统还包括，基于使用上述观测用雷达天线已取得的过去的高分辨率观测数据对上述目标物的存在进行预测的移动预测部。
在本发明的另一优选实施例中，具有配置在互相不同的地点上，分别向着上述目标物的多个观测用雷达天线；对上述搜索区域进行扫描的搜索用雷达天线；连接到那些观测用雷达天线及搜索用雷达天线上，对它们的扫描驱动进行控制的控制部，上述控制部具有：对上述搜索用雷达天线进行扫描驱动的搜索用雷达控制部；基于上述搜索数据，检测出上述目标物的存在的目标物存在检测部；基于已检测出的存在信息，分别确定依据上述各观测用雷达天线的扫描范围的扫描范围确定部；基于上述各扫描范围，对上述各观测用雷达天线分别进行扫描驱动的观测用雷达控制部；以及基于上述各观测用雷达天线的接收数据，生成上述目标物的高分辨率观测数据的高分辨率观测数据处理部。
根据本发明气象观测雷达系统，搜索数据取得部取得搜索区域内的搜索数据，目标物存在检测部基于该数据检测出目标物的存在，使观测用雷达天线向着由其确定的扫描范围进行目标物的观测。由此，观测用雷达变成没有必要从宽范围检测目标物了，缩小了其射束宽度，取得了可进行更高空间分辨率测定的效果。还有，由于目标物的检测由搜索数据取得部进行，故观测用雷达可延长对已检测出的目标物的观测，具有观测的时间分辨率也提高了的效果。
根据本发明气象观测雷达系统，由具有搜索用雷达天线的搜索用雷达构成搜索数据取得部。搜索用雷达带来能够以较短的周期、实时地扫描广阔的范围，检测出目标物的效果。
根据本发明气象观测雷达系统，搜索用雷达天线进行依据方位方向的旋转扫描及仰角变更的3维扫描。由此，可取得进一步扩大目标物检测范围的效果。
根据本发明气象观测雷达系统，通过搜索用雷达天线使用扇形射束进行搜索，具有能够缩短目标物搜索时间的效果。
还有，根据本发明气象观测雷达系统，根据由搜索用雷达的3维扫描取得的数据生成对应于等高PPI(CAPPI)显示的搜索数据。通过进行CAPPI，具有观测者把握依据装置的观测状况变得容易的效果。
根据本发明气象观测雷达系统，由于具有基于过去搜索数据预测目标物的存在的移动预测部、或者，基于过去高分辨率观测数据预测目标物的存在的移动预测部，故即使在目标物的移动速度比搜索用雷达的搜索1个周期快的情况下，也能够不将其丢失而跟踪，具有能够继续进行观测的效果。
还有，根据本发明气象观测雷达系统，把观测用雷达分散配置到多个地点上，对其与搜索用雷达进行联合控制。由此，可取得能够高效率地进行较宽范围的观测的效果。
附图说明
图1为本发明第1实施例即气象观测雷达系统的概略方框图；
图2为示出第1实施例装置中概略处理流程的流程图；
图3为示出第1实施例装置中的搜索用雷达天线及观测用雷达天线的扫描的模式图；
图4为示出本发明第2实施例即气象观测雷达系统中的搜索用雷达天线及观测用雷达天线的扫描的模式图；
图5为示出本发明第3实施例即气象观测雷达系统中的搜索用雷达天线及观测用雷达天线的扫描的模式图；
图6为本发明第4实施例即气象观测雷达系统的概略方框图；
图7为本发明第5实施例即气象观测雷达系统的概略方框图；
图8为示出第5实施例装置中的概略处理流程的流程图；
图9为本发明第6实施例即气象观测雷达系统的概略方框图；
图10为示出第6实施例装置中的概略处理流程的流程图；
图11为本发明第7实施例即气象观测雷达系统的概略方框图；
图12为示出第7实施例系统更详细的结构的方框图；
图13为示出与第7实施例有关的控制部的详细结构的方框图；
图14为说明第7实施例系统的使用状态的模式图；
图15为示出第7实施例系统的搜索雷达部及观测雷达部的配置之一例的模式平面图；以及
图16为用于说明第7实施例系统的工作例的模式图。
具体实施方式
[实施例1]
其次，参照附图，说明有关本发明的实施例。
图1为本发明实施例即气象观测雷达系统的概略方框图。本装置包括两个雷达天线，一个为搜索用雷达天线2，它构成搜索数据取得部即搜索雷达部4的一部分。此外，为了驱动搜索用雷达天线2及处理电磁波的接收发送等，搜索雷达部4包含：搜索用雷达控制部6、接收发送部8、信号处理部10、数据处理部12及显示部14。另一个天线为观测用雷达天线22，它构成观测雷达部24的一部分。此外，为了驱动观测用雷达天线22及处理电磁波的接收发送等，观测雷达部24包含：观测用雷达控制部26、接收发送部28、信号处理部30、数据处理部32及显示部34。还有，气象现象检测部40及扫描范围确定部42介入到搜索雷达部4与观测雷达部24之间。
接收发送部8、28包括：转换各自电磁波的接收发送的收发转换电路、发射电路及接收电路。搜索用雷达天线2或观测用雷达天线22从发射电路通过收发转换电路接受发射信号，以射束状辐射电磁波。在本装置中，作为搜索用雷达天线2、观测用雷达天线22使用对应于空间分辨率高的笔状射束(像铅笔那样细的形状的射束)的天线。例如，射束宽度约为1°那样细。接收发送部8、28一在某时间范围内把发射信号供给到天线上，就使收发转换电路进行转换工作把天线连接到接收电路上。接收电路把各天线接收的电磁波放大、变频，生成视频信号。
由搜索用雷达控制部6控制搜索用雷达天线2的方向，使该天线2进行CAPPI扫描。
另一方面，如后述那样，由观测用雷达控制部26扫描驱动观测用雷达天线22的方向，以使该天线22对全天面中指定了的区域进行电磁波的接收发送。
信号处理部10、30对接收信号进行信号处理，计算：回波强度、多普勒速度、多普勒速度宽度等。数据处理部12、32进行下述处理，把由接收信号取得的数据加工成适合于显示部14、34显示的形式。例如，数据处理部12还进行下述处理，基于方位、仰角及回波距离，重新构成由CAPPI扫描取得的数据，以及提取在一定高度面上的回波强度。显示部14、34对由数据处理部12、32输出的数据处理结果进行画面显示。
气象现象检测部40为基于由搜索用雷达天线2的接收信号取得的数据，检测出成为观测对象的给定气象现象的存在的目标物存在检测部。例如，气象现象检测部40进行积雨云及雷云的检测、或风切变的检测等。例如，雷云的检测可基于由回波强度、或回波强度及高层气象数据取得的参数，即打雷危险度超出给定门限值的区域为所定大小以上来判定。还有，风切变例如可作为多普勒速度场的空间微分大的部分来检测。
扫描范围确定部42根据由气象现象检测部40检测出的气象现象的存在，利用例如方位角范围及仰角范围用来指定由观测用雷达天线22扫描的方向，将该确定部42的输出提供给观测用雷达控制部26，用于观测用雷达天线22的扫描驱动控制。
其次，说明有关本装置的处理及工作。图2为示出本装置中的概略处理流程的流程图。还有，图3为示出本装置的搜索用雷达天线2及观测用雷达天线22的扫描的模式图。处理大体包括环S50及由观测雷达部24进行的环S52，环S50包含利用搜索雷达部4、气象现象检测部40及扫描范围确定部42的处理。
如已经描述了的那样，搜索用雷达天线2进行CAPPI扫描。例如，CAPPI扫描由顺序地实现图中所示射束68的旋转扫描轨迹60～66，进行从低仰角到高仰角的变更。这样的CAPPI扫描可以搜索以雷达为中心的复盖区全范围的空间，如果存在于雷达的复盖区内，则基本上是，即使在哪里发生了成为目标的气象现象，都能够捕捉其回波。
在搜索雷达部4中，搜索用雷达控制部6基于预定的旋转周期及仰角变更宽度等参数，使搜索用雷达天线2进行CAPPI扫描，接收发送部8、信号处理部10及数据处理部12取得并输出基于接收信号的数据(S70)。把该数据提供到气象现象检测部40，气象现象检测部40基于该数据进行成为目标的气象现象的检测处理(S72)。在检测出成为目标的气象现象的情况下(S74)，将其存在信息即所谓方位及高度信息通知扫描范围确定部42。扫描范围确定部42基于这些信息，确定观测用雷达天线22的扫描范围，将其存储及保持在共用存储器或记录磁盘等存储装置76中(S78)。再者，在本装置中，每当CAPPI扫描的一个周期完了时(S80)，将其通知观测雷达部24侧的环S52(S82)。
如上所述，搜索雷达部4通过环S50，一边适当地进行CAPPI完了的通知或伴随着气象现象检测的处理，一边重复CAPPI扫描。
另一方面，观测用雷达天线22例如进行RHI扫描。RHI扫描是在给定的仰角范围内使天线的方向在垂直方向上变化，例如使射束92沿着图中所示的轨迹90进行往复运动。还有，也可以使观测用雷达天线22进行扇形(sector)扫描，即，使该天线在给定的角度范围内在方位方向上进行扫描，来代替RHI扫描。还有，也可以使之进行2维扫描，即一边在给定范围内依次改变仰角一边进行扇形扫描，或者，一边在给定范围内依次改变方位一边进行RHI扫描。这些扫描与以雷达为中心的复盖区全范围的空间搜索相比，可以在极短时间内完成1个周期。例如，CAPPI扫描的1个周期也许需要5分钟，但是，RHI的1个周期约在20～30秒内恐怕就能完成。即，观测用雷达无线22的扫描与搜索用雷达天线2的扫描相比，周期短，因此，能够进行时间分辨率高的观测。
在观测雷达部24中，观测用雷达控制部26基于已经设定的扫描范围，重复依据观测用雷达天线22的RHI扫描(或扇形扫描等)(S100)。在其周期中，当接受来自搜索雷达部4的CAPPI扫描的一个周期完了的通知时(S102)，观测雷达部24取出在存储装置76中保存的、对应于在CAPPI最近一周期期间内检测出的气象现象的扫描范围，将其设定在观测用雷达控制部26中(S104)。观测用雷达控制部26使用在CAPPI的每一个周期内这样更新的扫描范围，继续进行RHI扫描等的、依据观测用雷达天线22的扫描。
在这里，有关已经捕捉的气象现象恐怕要把新的扫描范围设定到偏离了在此以前的扫描范围的附近。另一方面，在检测出新的气象现象的情况下，成为把新的扫描范围设定到与在此以前扫描范围完全不同的方向上。
还有，在观测雷达部24中设定的扫描范围的个数，即能够通过观测用雷达天线22以高分辨力进行观测的气象现象的个数没有必要限定为1个。本装置能够通过观测用雷达天线22继续进行某一气象现象的观测，而另一方面，又通过搜索用雷达天线2侦察成为新观测对象的气象现象，由于有这样的特征，故在存储装置76中能够存储多个扫描范围。根据这一点，能够构成观测用雷达控制部26，使之也可以设定多个扫描范围。在这样设定了多个扫描范围的情况下，观测用雷达控制部26例如顺序地扫描各个范围。再者，如果设定多个扫描范围，则根据其个数，各范围的扫描循环起来的时间间隔变长，牺牲了时间分辨率。因此，恐怕对于能够设定的扫描范围的个数设置给定的上限，较好。
再者，在上面描述了的本装置中，描述了这样的结构，进行使搜索用雷达天线2的仰角步进变化的扫描，将其结果在数据处理部12中变换成CAPPI显示用的形式。通过这样进行CAPPI显示，具有显示部14中的显示结果容易被操作者理解的优点。但是，由于对搜索雷达部4要求的基本功能是侦察气象现象的存在方向，所以，如果只是为了实现该功能，则把数据处理部1 2的结构定为不进行用于CAPPI显示的处理，也可以把提供给气象现象检测部40的搜索数据定为例如单纯的PPI显示数据。
还有，如果基于对搜索雷达部4要求的基本功能是侦察气象现象的存在方向的观点，则搜索用雷达天线2的扫描驱动本身也不需要是上面描述了的CAPPI扫描。例如，也可以考虑定为不变更仰角的PPI扫描。
再者，在上述的处理中，搜索雷达部4在CAPPI扫描的每1个周期将其通知观测雷达部24，观测雷达部24在此瞬间根据存储装置76的存储内容进行扫描范围的设定及更新处理S104，但是，有关该瞬间也可以是其它形态。例如，也可以构成为，在气象现象检测部40检测出气象现象的瞬间随时进行观测雷达部24的设定及更新处理S104。
[实施例2]
图4为示出本发明第2实施例即气象观测雷达系统中的搜索用雷达天线202及观测用雷达天线22的扫描的模式图。由于本装置的结构基本上与图1中所示的上述实施例相同，故将其省略。
本装置与上述实施例装置的基本不同点在于搜索用雷达天线。在本发明中，因为高分辨率观测由观测用雷达天线进行，故搜索用雷达天线只要具有能够侦察气象现象的存在的空间分辨率基本上就够用了。因此，把本装置的搜索用雷达天线202定为进行射束宽度比搜索用雷达天线2宽的扇形射束的接收发送的天线。
这样，通过使用扇形射束进行气象现象的搜索，能够增大在CAPPI扫描中仰角变更的步长，能够缩短CAPPI扫描的1个周期。即，具有能够使得放过从发生到消失的寿命短的气象现象的概率降低的优点，或者，具有不放过气象现象初期阶段的优点。
[实施例3]
图5为示出本发明第3实施例即气象观测雷达系统的搜索用雷达天线302及观测用雷达天线22的扫描的模式图。由于本装置的结构基本上与图1中所示的上述实施例相同，故将其省略。
本装置与上述实施例2装置的不同点在于对搜索用雷达天线进行扫描驱动的方法。本装置的搜索用雷达天线302也与第2实施例装置的搜索用雷达天线202相同，进行扇形射束的接收发送，但是，其扫描驱动不是CAPPI扫描，而是对应于单纯的PPI扫描。即，本装置的搜索用雷达控制部6每当搜索用雷达天线302在方位方向上转动1次时，不进行变更其仰角的工作。
这样，通过使用扇形射束作为PPI扫描，能够进一步缩短搜索用雷达天线302扫描的1个周期。为了不使搜索效率降低而取得这一优点，在结构上注意做到使搜索用雷达天线302具有比搜索用雷达天线202大的扇形射束宽度。再者，在理想情况下，搜索用雷达天线302的射束宽度为90°，但是，即使是射束宽度在此以下，例如70°～80°的天线，也可用于本装置中。
[实施例4]
图6为本发明第4实施例即气象观测雷达系统的概略方框图。图中，对与第1实施例装置相同的结构元件标以相同的符号，省略其说明。本装置通过观测用雷达天线22进行气象现象的高分辨率观测，观测雷达部24的结构与第1实施例相同。
本装置的特征在于，使用通过非雷达方式的另一气象观测装置400取得的数据进行宽范围的气象现象的搜索，来代替第1实施例中的搜索雷达部4。例如，在观测对象区域中配置多个气象观测装置400，把它们采集的气象数据通过通信电路送到观测雷达部24的设置地点，进行收集。
气象现象检测部402基于这样收集的气象数据，例如：降雨、气压、气温及风速，检测出产生成为观测对象的气象现象的区域，或者推定产生这样气象现象的区域。扫描范围确定部404确定其扫描范围，以使观测用雷达天线22向着气象现象检测部402特定了的区域。因为此后观测雷达部24中的工作及处理与第1实施例相同，故省略其说明。
作为气象观测装置400，可以使用现有的气象观测系统。此时，把现有的气象观测系统连接到本装置的气象现象检测部402上。例如，作为这样的气象观测系统可以采用气象厅运用的AMeDAS(自动气象学数据采集系统)。AMeDAS是这样的系统，每经给定时间从全国约1300个无人自动气象台收集雨量等的数据，除了气象厅本厅之外，向各预报中心分配数据。还有，也可以把静止气象卫星(葵花)的观测数据作为气象现象检测部402的输入使用，来构成本装置。这样，能够通过接受现有气象观测系统提供的数据，能够简便地构成具有与第1实施例有关的装置大致相同效果的气象观测雷达系统。
再者，在第1实施例中，能够检测观测目标物的大小(规模)，能够根据检测出的观测目标物的大小确定方位角及仰角方向的扫描范围。但是，在本实施例中，特别难于取得观测目标物铅直方向的上方。因此，根据来自气象现象检测部402的信息只能确定本系统中观测用雷达扫描范围的方位角，仰角方向的扫描范围可根据观测目标物的种类而设定。例如，在观测目标物为雾那样的情况下，因其只存在于低高度附近，因其能够遍及高高度而存在，故做到扫描到90°附近。
[实施例5]
图7为本发明第5实施例即气象观测雷达系统的概略方框图。图中，对与第1实施例装置相同的结构元件标以相同的符号，省略其说明。本装置的特征在于，具备移动预测部500。
由于搜索雷达部4使搜索用雷达天线2进行CAPPI扫描，故一般在CAPPI扫描的1个周期内对同一个观测对象大概只能检测1次。该周期能够成为例如以几分钟为单位的时间。当观测对象的移动速度快时，在其1个周期的期间内，能够产生观测对象已经移动到设定了的观测用雷达天线22的扫描范围之外的情况。在这样的情况下，在扫描范围内捕到目标气象现象时，能够与第1实施例的装置相同，以良好的时间分辨率及空是分辨率对其进行高分辨率观测。但是，在不合适的情况下，如果目标气象现象已经移动到扫描范围之外，就不能接着通过搜索雷达部4一直到搜索及捕捉之前对该目标气象现象进行观测了。本装置就是用来解决这一问题的。移动预测部500基于依据观测对象气象现象的搜索雷达部4的过去的捕捉位置，预测及推定在一直到依据下一次CAPPI扫描的捕捉期间的时刻的对象的位置。例如，移动预测部500进行运算处理对依据搜索雷达部4的最近两次捕捉位置进行外插，计算出在对象不离开扫描范围那样的时间间隔内其新的位置。还有，外插并不局限于依据过去两个位置的线性外插，也能够基于使用了多个过去位置的高次函数进行外插。
图8为示出本装置中的概略处理流程的流程图。下面，基于图8，说明本装置的工作及处理。再者，对图8中与图2相同的处理标以相同的符号，简化其说明。处理大体包括环S510及由观测雷达部24进行的环S512，环S510包含利用搜索雷达部4、气象现象检测部40、扫描范围确定部42及移动预测部500的处理。
处理S70～S82是与第1实施例相同的处理。在CAPPI扫描的每一个周期，在进行了向观测雷达部24的CAPPI完了通知及后述的气象现象的识别处理S520之后，进行扫描范围的确定。把确定了的扫描范围存储到存储装置76中。
那么，在本装置中，由对CAPPI扫描的周期进行插值的瞬间来设置移动预测的瞬间。在这里，假定CAPPI扫描第n个周期完了的瞬间为瞬间T＝T(n)，还有，假定CAPPI扫描的周期为τ，设置移动预测的瞬间以便把T＝T(n)～T(n+1)期间K等分。此时，例如在T＝T(n)～T(n+1)期间可设定移动预测瞬间(K-1)个。如果用t(n，1)～t(n，k-1)表示这些时刻T，则t(n，m)＝T(n)+mτ/k。移动预测部500包括计时装置，如果检测出时刻T＝t(n，m)时(S522)，则进行移动预测处理S524。移动预测处理可采用下列参数进行，例如过去两次的CAPPI扫描，即：在第(n-2)个周期及第(n-1)周期各自的扫描中同一气象现象的检测时刻T＝TOBJ(n-2)、TOBJ(n-1)，以及在这些时刻的对象的位置P(n-2)、P(n-1)。预测的位置P(n，m)通过线性插值，由下式来表示：
P(n，m)＝P(n-1)+{P(n-1)-P(n-2)}·{t(n，m)-TOBJ(n-1)}/{TOBJ(n-1)-TOBJ(n-2)}…(1)
将该预测结果存储在存储装置526中，把进行了移动预测通知给观测雷达部24侧的环S512(S524)。存储装置526中存储的预测结果例如为气象现象中心等的位置(方位、仰角)。能够以简便的方法原原本本地维持不久以前的扫描范围的大小，只使其相同大小的扫描范围的配置向作为预测结果得到的位置移动。但是，也可以对扫描范围与位置同样进行外插及推定。
那么，在本装置中，在检测出多个气象现象的情况下，或者在存在着杂乱回波的情况下，为了进行移动预测，需要对其进行识别。即，(1)式中的位置P(n-2)、P(n-1)必须是同一气象现象在互相不同的时刻的位置，而不能是位置P(n-2)为某一气象现象，P(n-1)为另一气象现象的位置。气象现象识别处理S520进行这一识别处理。即，气象现象识别处理S520对于在第n个周期的CAPPI扫描中检测出的气象现象是在第(n-1)个周期中已经检测出的气象现象、还是新检测出的气象现象加以区别，同时，在是已经检测出的气象现象的情况下，对于应该倾向于与过去位置的哪一个对应进行判断。将其判断结果例如以气象现象识别号码的形式提供给各气象现象，由该识别号码来管理同一气象现象位置的时间系列变化。
例如多个气象现象相互之间的识别，与移动预测相同，可采用过去的位置P(n-2)、P(n-1)来进行。例如，简单地说，如果某一气象现象的测定位置P(n)比其它气象现象的测定位置之任一个都更接近于对识别号码N＝j的气象现象过去位置P(n-2)、P(n-1)进行外插了的位置P’(n)，则判断为该气象现象是识别号码N＝j的气象现象移动了的气象现象。另一方面，在位置P(n)对任一位置P’(n)的距离都在给定基准值以上的情况下，则判断为该气象现象为新检测出的气象现象。再者，把该识别号码也提供给存储装置526中存储的移动预测值，以互相识别。
另一方面，在观测雷达部24一侧的环S512中的处理S100～S104是基本上与第1实施例相同的处理，接受在CAPPI扫描的每一个周期其完了的通知、进行观测用雷达控制部26中扫描范围等的设定的更新。但是，在本装置中，在判断处理S102中，在判断为没有接受CAPPI扫描完了的通知的情况下并不立刻返回到处理S100，面是向确认移动预测通知的有无的处理(S550)分支。在处理S550中没有移动通知的情况下，返回到处理S100，但是，在从环S510侧接受了移动预测通知的情况下，在接着读出在存储装置526中存储的移动预测结果、进行了变更观测用雷达控制部26的设定的处理之后(S552)，返回到处理S100。
根据上述结构的本装置，即使在观测对象的气象现象的移动速度快的情况下，也能够不将其丢失而继续进行观测。
[实施例6]
图9为本发明第6实施例即气象观测雷达系统的概略方框图。图中，对与第1实施例装置相同的结构元件标以相同的符号，省略其说明。本装置的特征在于，观测用雷达控制部26使观测用雷达天线22进行把RHI扫描与扇形扫描组合了的2维扫描，而且，包括移动预测部600，与第5实施例相同，使气象现象的跟踪性能提高了。
移动预测部600基于依据观测对象气象现象的观测雷达部24的过去的捕捉位置，预测及推定在一直到依据下一次CAPPI扫描的捕捉期间的时刻的对象的位置。所谓把RHI扫描与扇形扫描组合了的扫描，如已经描述的那样，例如是：依次改变方位、进行依据RHI扫描的在一定方位上的铅直扫描的扫描，或者，相反地，依次改变仰角、进行依据扇形扫描的在一定仰角上的水平扫描的扫描。由此，在观测雷达部24中能够取得观测对象的气象现象的2维回波像。
移动预测部600从数据处理部32取得观测对象的回波数据。然后，例如移动预测部600基于回波像的数据，检测出在扫描范围内捕捉的观测对象的2维的该回波像位置的移动，通过对其移动矢量进行外插，预测及推定观测对象的移动目的地。例如，求出回波像的重心，通过检测其位移，能够求出移动矢量。由移动预测部600把预测结果提供到观测用雷达控制部26上，观测用雷达控制部26基于该预测结果调整观测用雷达天线22的方向，跟踪观测对象。再者，是否在观测雷达部24内构成移动预测部600，是任意的。
图10为示出本装置中的概略处理流程的流程图。下面，基于图10，说明本装置的工作及处理。再者，对图10中与图2相同的处理标以相同的符号，简化其说明。处理大体包括与第1实施例相同的环S50及由观测雷达部24进行的环S612，环S50包含利用搜索雷达部4、气象现象检测部40、扫描范围确定部42及移动预测部500的处理。
具有本装置处理特征的环S612基于观测用雷达控制部26设定了的扫描范围等条件，进行RHI扫描(S620)及扇形扫描(S622)。正如已经描述了的那样，由这些处理S620、S622实现的扫描为重复下述顺序的扫描：即，在某方位上进行依据RHI扫描的铅直扫描，接着，改变方位(扇形扫描)，再一次进行RHI扫描。
当1次上述2维扫描完了时，观测雷达部24确认来自环S50的CAPPI扫描完了的通知的有无。然后，如果有该通知(S102)，则基于在存储装置76中存储的、依据CAPPI扫描的观测结果，更新观测用雷达控制部26中扫描范围等的设定(S104)，返回到处理S620、S622。另一方面，在判断为没有接受CAPPI扫描完了的通知的情况下并不立刻返回到处理S100，而是向判断处理S624分支。处理S624对于在观测用雷达天线22的扫描范围内捕捉的观测对象的回波像是否会离开其扫描范围进行判断。例如，该判断基于该回波像的重心与扫描范围的边像之距离在给定值以下来进行。在判断为有离开的可能性时，进行移动预测及推定的处理(S626)。把通过处理S626预测或推定的观测对象位置设定到观测用雷达控制部26中，观测用雷达控制部26基于此设定变更及调整观测用雷达天线22的方向(S628)。其后，处理返回到处理S620。
到利上述结构的本装置，在观测对象的气象现象的移动速度快的情况下，也能够进行跟踪，能够不把对象丢失而继续进行观测。
[实施例7]
在下面的图中，对与第1实施例装置相同的结构元件标以相同的符号，省略其说明。图11为本发明第7实施例即气象观测雷达系统的概略方框图。本系统的特征在于，它由这样的系统形态构成，该系统形态是由控制部对于配置在互相不同的地点上的多个观测雷达部24及搜索雷达部4进行集中管理及控制的。各观测雷达部24-1～24-n、搜索雷达部4及气象观测装置网700把本身取得的观测数据送给控制部，另一方面，控制部702把用于控制各观测雷达部24-1～24-n及搜索雷达部4的各天线的信息送给它们。
图12为示出本系统更详细结构的方框图。各观测雷达24-1～24-n为基本上与第1实施例相同的结构，包括：观测用雷达天线22、观测用雷达控制部26、接收发送部28、信号处理部30及数据处理部32，但是，因为本系统的各观测雷达部由远距离控制部702控制，所以，在这些观测雷达部中不一定需要显示部34。控制部702包括数据处理部704及雷达联合控制部706。数据处理部704使来自各观测雷达部24-1～24-n的观测数据、来自搜索雷达部4的观测数据及来自气象观测装置网700的观测数据通过通信电路，例如以实时方式进行收集及汇总处理。雷达联合控制部706基于数据处理部704中的处理结果，控制各观测用雷达天线22及搜索用雷达天线2的扫描。即，雷达联合控制部706例如对管理各观测用雷达天线22及搜索用雷达天线2的扫描驱动的观测用雷达控制部26及搜索用雷达控制部6，进行变更扫描范围等参数的指示。
图13为示出控制部702详细结构的方框图。数据处理部704包括：对来自观测雷达部24等的气象数据进行联合处理的气象数据联合处理部710、从所取得的数据检测出作为目标的气象现象的气象现象检测部712及对操作者提示数据及其分析结果的显示部714。另一方面，雷达联合控制部706包括：对配置在各地的观测雷达部24-1～24-n等的工作进行监视的工作监视部720、控制信息设定部722，用于在各观测雷达部24的观测用雷达控制部26及搜索雷达部4的搜索用雷达控制部6中设定它们的扫描范围及各因素、以及观测雷达选定部724，用于为了对多个观测雷达部中检测出的目标现象进行观测而选定所使用的观测雷达。
其次，说明有关本系统的工作及处理。
使搜索雷达部4一直工作，将其取得的气象观测数据输入到控制部702的数据处理部704上。将该气象观测数据经由气象数据联合处理部710，提供给气象现象检测部712。气象现象检测部712基于从气象数据联合处理部710取得的搜索雷达部4的数据，检测出成为观测对象的气象现象，将其位置及大小信息输出到雷达联合控制部706。还有，在该气象现象的检测处理中，也可以一并使用从气象观测装置网700取得的例如气温、气压等数据。气象观测装置网700例如可由第4实施例中描述了那样的在各地配置了的AMeDAS那样的观测装置构成。进而，在该检测处理中，能够使用由气象数据联合处理部710联合及汇总处理了的、由观测雷达部24-1～24-n取得的观测数据，实现依据更正确观测信息的观测对象的跟踪等的处理。
再者，在数据处理部704中，以观测者能够确认的数据使气象现象的跟踪状况在显示部714上显示出来。由此，观测者能够把由不同的多个观测雷达部观测到的数据作为1个联合数据来识别。
为了对检测出的气象现象进行高分辨率观侧，在雷达联合控制部706中，观测雷达选定部724从配置在各地的观测雷达部241～24-n中选择适当的1个或多个观测雷达部。这一选择例如基于预先接受的各观测雷达部的位置信息及地图信息、从数据处理部704接受的观测对象的位置及大小来进行。因为雷达射束的幅度随着远离天线而扩展，在切向方向上的空间分辨率恶化，所以，例如通过选择距观测对象的观测雷达部，能够进行具有更高精度空间分辨率的观测。还有，通过选择处理把观测对象包围起来那样位置关系的观测雷达部作为多个观测雷达部24，能够多方面地观测某一气象现象。
控制信息设定部722基于观测对象与所选择的观测雷达部之相对位置关系、及观测对象的大小，确定该选择了的观测雷达部的扫描范围及其它各观测因素，将其对该观测雷达部进行指示。
搜索雷达部4以给定周期对以本身为中心的观测范围内的气象状况进行观测。观测雷达选定部724及控制信息设定部722根据以该周期取得的、来自搜索雷达部4的数据，进行对所选择的观测雷达部进行变更或者继续保持现状的判断、并进行各观测雷达部扫描范围等的设定的变更及更新处理。还有，例如，搜索雷达部4在其1个周期中捕捉了多个气象现象的情况下，控制部702选择对应于各个气象的观测雷达部24，使各气象现象能够被分担，并以高分辨率来观测。
图14为说明本系统的使用状态的模式图。该图为示出在对地表面垂直的平面内射束的几何学的图。搜索雷达部4作为电磁波的波长例如使用C波段、例如把半径约200Km的所谓宽范围定为搜索范围，检测在其范围内发生或通过的目标气象现象。这样，当观测范围大时，不能忽略地表面730具有的曲率、以及途中所存在的山、建筑物等障碍物的影响。即，在远方，雷达射束732成为从很高的高空通过了，存在着利用搜索雷达部4不能观测低层中的气象现象的可能性。还有，存在着在远方因射束扩展故使空间分辨率降低的问题。但是，根据本系统，即使是距这样的搜索雷达部4很远的气象现象，也能够选择附近的观测雷达部24，通过该观测雷达部进行高分辨率观测。因为观测雷达部分散配置在各地，所以，如能观测对应于观测雷达部相互间隔的范围，即可。因此，观测雷达部可使用比搜索雷达部4到达距离短的，波长短的电磁波，例如X波段或Ka波段的电磁波。即，通过使用这样短的波长的电磁波虽然其到达距离变短了，但是，另一方面，能够减小射束734的射束宽度，能够取得高的空间分辨率。这样，本系统利用搜索雷达部4进行气象现象的搜索，利用观测雷达部24对由此检测出的现象进行高分辨率观测。
图15为示出本系统的搜索雷达部4及观测雷达部24的配置之一例的模式平面图。图中，黑圆符号表示搜索雷达部4的位置，多个三角符号表示各个观测雷达部24的位置。如图示那样，在本系统中，根据搜索雷达部4的复盖区，分散配置多个观测雷达部24。
当搜索雷达部4的气象现象检测部712检测出例如在其搜索范围内移动的气象现象750-1～750-5时，观测雷达选定部724选择例如其附近的观测雷达部24a～24e。然后，控制信息设定部722计算出从所选择的观测雷达部24看到的气象现象的方位等，进而，确定该观测雷达部24的扫描范围。把所确定的扫描范围传送给该观测雷达部24，将其设定在该观测雷达部24中。例如，当搜索雷达部4在时刻T＝TOBJ(n)检测出气象现象750-1时，选择观测雷达部24a，使其在观测雷达部24a上进行高分辨率观测。当气象现象移动在时刻T＝TOBJ(n+1)来到气象现象750-2的位置上时，搜索雷达部4将其检测出来，选择相应于气象现象750-2的位置的观测雷达部24b，使其在观测雷达部24b上进行高分辨率观测。下面，一直到气象现象750移动到搜索雷达部4的搜索范围以外之前，都重复这一工作。此时，搜索雷达部4例如进行气象现象的移动预测，将其结果通知给所选择的观测雷达部24，该观测雷达部24基于此信息跟踪气象现象。在这里，描述了选择一个观测雷达部24之例，但是，如上面描述了的那样，也可以选择多个观测雷达部24，使气象现象同时进行高分辨率观测。
还有，在图示例中，把搜索雷达部4定为一个，但是，也可以将其分散配置在多个不同的地点上。在这种情况下，例如以汇总多个搜索雷达部4的工作的方式来构成这些控制部702。
在利用上述那样的结构，通过多个观测雷达部24观测在较宽范围内的气象状况的情况下，借助于基于来自搜索雷达部4的信息对各观测雷达部24的工作进行控制，能够高效率地进行高精度的测定。
再者，与第5实施例相同，在控制部702中能够包括移动预测部，它基于来自各观测雷达部24的当前及过去数据，进行作为气象现象的移动预测。由此，能够预测观测目标物从当前把它捕捉的观测雷达部接着向哪一个观测雷达部的复盖区移动。
还有，与第6实施例相同，在各观测雷达部24中也可以包括移动预测部，它基于本身的观测数据对观测目标物的移动进行预测，其结构可变更该观测雷达部的扫描范围。
图16为用于说明本系统工作之一例的时序图。控制部702通过雷达联合控制部706控制驱动搜索雷达部4，例如在其第K个周期的终了瞬间(K)上，进行相应于在该周期内检测出的观测目标物的观测雷达部24的设定。在图示之例中，在周期n的扫描内，搜索雷达部4作为观测目标物检测出目标1、2、3这三个。然后，控制部702在时刻T(m)，例如对观测雷达部A指示目标1、2的观测，还有，对观测雷达部B指示目标1、3的观测。在这里，控制部702判断出目标1处于观测雷达部A、B双方的复盖区内，指定目标物1作为此二观测雷达部的观测对象。具体地说，控制部702的雷达联合控制部706例如基于从搜索雷达部4取得的数据，对观测雷达部A、B各自的观测用雷达控制部26设定扫描范围。当观测雷达部A中设定了对应于目标1，2的扫描范围时，观测雷达部A在搜索雷达部4进行周期(n+1)的搜索期间内，基于这些扫描范围交替地重复观测这两个目标1、2。还有，当观测雷达部B中设定了对应于目标1、3的扫描范围时，观测雷达部B基于这些扫描范围交替地重复观测这两个目标1、3。再者，在确定各目标的扫描范围时，控制部702也可以考虑从气象观测装置网700取得的数据。
那么，一直到雷达联合控制部706变更了观测用雷达控制部26的设定之前，继续进行这样的在观测雷达部A中的目标1、2的交替观测及在观测雷达部B中的目标1、3的交替观测。例如在搜索雷达部4的周期(n+1)的扫描终了的瞬间T(n+1)，能够进行该变更。在图示之例中，在周期(n+1)的扫描内，搜索雷达部4作为观测目标物检出目标2、3、4这三个。控制部702基于其检测数据，判断为目标2存在于观测雷达部A的复盖区内，目标3、4存在于观测雷达部B的复盖区内。然后，雷达联合控制部706例如，对观测雷达部A只指示目标2的观测，还有，对观测雷达部B指示目标3、4的观测。即，把在观测雷达部A的观测用雷达控制部26中设定的扫描范围从对应于周期n设定了的对应于目标1、2的两个扫描范围更新成为只对应于目标2新位置的扫描范围。另一方面，把在观测雷达部B的观测用雷达控制部26中设定的扫描范围从对应于周期n设定了的对应于目标1、3的两个扫描范围更新成为对应于目标3新位置的扫描范围、及对应于新检测出的目标4的扫描范围。由此，观测雷达部A进行重复扫描及观测目标2的工作，另一方面，观测雷达部B进行交替扫描及观测目标3、4的工作。

Claims (9)

1.一种气象观测雷达系统，对移动的目标物进行搜索、观测，其特征在于：
向着上述目标物的观测用雷达天线；
取得搜索区域内的搜索数据的搜索数据取得部；
基于上述搜索数据，检测出上述目标物的存在的目标物存在检测部；
基于已检测出的存在信息，确定依据上述观测用雷达天线的扫描范围的扫描范围确定部；以及
基于上述扫描范围，对上述观测用雷达天线进行扫描驱动的观测用雷达控制部；
利用上述观测用雷达天线进行目标物的高分辨率观测。
2.根据权利要求1所述的气象观测雷达系统，其特征在于，上述搜索数据取得部包括：
对上述搜索区域进行扫描的搜索用雷达天线；以及
对上述搜索用雷达天线进行扫描驱动的搜索用雷达控制部；
3.根据权利要求2所述的气象观测雷达系统，其特征在于：
上述搜索用雷达控制部使上述搜索用雷达天线进行方位方向的旋转扫描及仰角的变更，即使之进行3维扫描。
4.根据权利要求2所述的气象观测雷达系统，其特征在于：
上述搜索用雷达天线发射在仰角方向上呈扇形扩展了的扇形射束；
上述搜索用雷达控制部使上述搜索用雷达天线进行方位方向的旋转扫描及仰角的变更，即，使之进行3维扫描。
5.根据权利要求3或4所述的气象观测雷达系统，其特征在于：
上述搜索数据取得部进而包括搜索数据处理部，根据由上述3维扫描取得的数据生成对应于等高PPI显示的搜索数据。
6.根据权利要求2所述的气象观测雷达系统，其特征在于：
上述搜索用雷达天线发射在仰角方向上呈扇形扩展了的扇形射束；
上述搜索用雷达控制部使上述搜索用雷达天线进行方位方向的旋转扫描。
7.根据权利要求1的气象观测雷达系统，其特征在于：所述搜索数据取得部包含：对上述搜索区域进行扫描的搜索用雷达天线、以及对上述搜索用雷达天线进行扫描驱动的搜索用雷达控制部；和
所述气象观测雷达系统还包括，基于使用上述搜索用雷达天线已取得的过去的上述搜索数据对上述目标物的存在进行预测的移动预测部。
8.根据权利要求1的气象观测雷达系统，其特征在于：所述搜索数据取得部包含：对上述搜索区域进行扫描的搜索用雷达天线、以及对上述搜索用雷达天线进行扫描驱动的搜索用雷达控制部；和
所述气象观测雷达系统还包括，基于使用上述观测用雷达天线已取得的过去的高分辨率观测数据对上述目标物的存在进行预测的移动预测部。
9.根据权利要求1的气象观测雷达系统，其特征在于：具有配置在互相不同的地点上，分别向着上述目标物的多个观测用雷达天线；
对上述搜索区域进行扫描的搜索用雷达天线；
连接到那些观测用雷达天线及搜索用雷达天线上，对它们的扫描驱动进行控制的控制部，
上述控制部具有：
对上述搜索用雷达天线进行扫描驱动的搜索用雷达控制部；
基于上述搜索数据，检测出上述目标物的存在的目标物存在检测部；
基于已检测出的存在信息，分别确定依据上述各观测用雷达天线的扫描范围的扫描范围确定部；
基于上述各扫描范围，对上述各观测用雷达天线分别进行扫描驱动的观测用雷达控制部；以及
基于上述各观测用雷达天线的接收数据，生成上述目标物的高分辨率观测数据的高分辨率观测数据处理部。
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