JP6449595B2 - クラッタ抑圧装置及びそれを備えたレーダ装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば気象レーダの受信信号に含まれる静止クラッタ成分を抑圧するクラッタ抑圧装置及びそれを備えたレーダ装置に関する。

一般に気象レーダは、３６０度の周囲に電波を送信し、雲や雨で反射した反射波（エコー）信号を受信して降雨状況を観測している。反射波信号には、観測対象の雲や雨のエコー成分だけでなく、観測対象以外の静止物体から反射された不要な反射波成分である静止クラッタ成分が含まれている。この静止クラッタ成分には、主に、陸地の反射波信号成分であるグランドクラッタ成分が含まれている。

静止クラッタ成分は、気象観測における雨量算出の精度を劣化させるので、従来の気象レーダには静止クラッタ成分を抑圧するためにＭＴＩ（Moving Target Indicator）処理を行う信号処理装置が備えられている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１記載のものは、予め設定されたＭＴＩパラメータに基づいて目標反射波の受信信号からグランドクラッタ成分を演算し除去するＭＴＩ処理器と、グランドクラッタ成分が除去されたＭＴＩ処理後の信号を予め設定された速度幅パラメータに基づく閾値と比較して、ＭＴＩ処理後の信号に含まれる気象エコー成分を抽出する速度幅フィルタと、速度幅フィルタの出力から気象情報を得る気象情報演算部と、を備えている。

この構成により、特許文献１記載のものは、レーダ設置地点で晴天時に観測した観測データ及び模擬気象エコーを用いてＭＴＩパラメータ及び速度幅パラメータの最適値を自動探索し、自動探索されたＭＴＩパラメータ及び速度幅パラメータを事前にＭＴＩ処理器及び速度幅フィルタに設定することで、オフラインでのシミュレーションによるパラメータ調整を自動化することができるようになっている。

特開２０１１−１６９８２９号公報

しかしながら、特許文献１記載のものは、晴天時に観測した観測データを用いる構成になっているので、気象観測における雨量算出の精度の向上が困難となるという課題があった。

その理由は、陸地や建物等の静止物体のエコー成分（特に陸地のエコー成分）のレベルは、雨天時に比べて晴天時では非常に大きくなってその変動幅も増大するため、晴天時に観測した観測データにばらつきが生じるためである。

すなわち、晴天時に観測した観測データを用いると、静止物体のエコー成分に対する抑圧不足による静止物体のエコー成分の消え残りや、静止物体のエコー成分に対する抑圧過多による降雨成分の消しすぎが生じることとなる。その結果、特許文献１記載のものでは、気象観測における雨量算出の精度の向上が困難となるという課題があった。

本発明は、従来の課題を解決するためになされたものであり、静止クラッタ成分を適切に抑圧することができるクラッタ抑圧装置及びそれを備えたレーダ装置を提供することを目的とする。

本発明のクラッタ抑圧装置は、予め定められた観測地点において、レーダアンテナから所定の方位方向に所定時間間隔で送信されたレーダ送信信号が静止物体で反射された反射波成分を示す静止クラッタ成分を抑圧するクラッタ抑圧装置であって、前記反射波成分を含む受信信号を入力し前記受信信号に含まれる前記静止クラッタ成分を抑圧する静止クラッタ成分抑圧手段と、晴天時において前記静止クラッタ成分抑圧手段が前記静止クラッタ成分を抑圧した抑圧後のデータをリファレンスデータとして記憶するリファレンスデータ記憶手段と、雨天時において前記静止クラッタ成分抑圧手段が前記静止クラッタ成分を抑圧した抑圧後のデータから前記リファレンスデータ記憶手段が記憶した前記リファレンスデータを除去して降雨成分のデータを抽出する降雨成分抽出手段と、を備えた構成を有している。

この構成により、本発明のクラッタ抑圧装置は、降雨成分抽出手段が、雨天時において静止クラッタ成分を抑圧した抑圧後のデータから、晴天時において静止クラッタ成分を抑圧して生成したリファレンスデータを除去するので、静止クラッタ成分を適切に抑圧することができる。

本発明のクラッタ抑圧装置は、前記静止クラッタ成分抑圧手段が、前記レーダ送信信号が物標で反射された複数のエコーデータを順次記憶するエコーデータ記憶手段と、前記エコーデータ記憶手段が記憶した前記各エコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データに基づいて速度ゼロを含む予め定められた範囲の速度を有する物標のエコー成分を抑圧するフィルタ手段と、前記フィルタ手段によって抑圧されたエコー成分を含む抑圧エコーデータを実時間で順次出力する抑圧エコーデータ出力手段と、を備えた構成を有するのが好ましい。

本発明のクラッタ抑圧装置は、前記静止クラッタ成分抑圧手段が、前記抑圧エコーデータ出力手段が順次出力する前記各抑圧エコーデータを順次記憶する抑圧エコーデータ記憶手段と、前記エコーデータ記憶手段が記憶した前記各エコーデータに含まれる前記距離での方位方向のデータ列の各データに重み付けし、重み付けした各データの合計値を示す第１の合計値を求める第１の重み付け演算手段と、前記抑圧エコーデータ記憶手段が記憶した前記各抑圧エコーデータに含まれる前記距離での方位方向のデータ列の各データに重み付けし、重み付けした各データの合計値を示す第２の合計値を求める第２の重み付け演算手段と、前記第１の合計値と前記第２の合計値との差分を求め、この差分を前記抑圧エコーデータとして前記抑圧エコーデータ出力手段に出力させる差分演算手段と、を備えた構成を有するのが好ましい。

本発明のクラッタ抑圧装置は、前記静止クラッタ成分抑圧手段が、前記受信信号として前記反射波成分に含まれる干渉波成分を除去した信号を入力するものであるのが好ましい。

本発明のレーダ装置は、クラッタ抑圧装置と、前記レーダ送信信号を所定の方位方向に所定時間間隔で送信するレーダアンテナと、前記レーダ送信信号を前記レーダアンテナに出力する送信手段と、前記レーダ送信信号が物標で反射された反射波成分を含む信号を受信する受信手段と、を備えた構成を有している。

この構成により、本発明のレーダ装置は、クラッタ抑圧装置を備えるので、静止クラッタ成分を適切に抑圧することができる。

本発明は、静止クラッタ成分を適切に抑圧することができるという効果を有するクラッタ抑圧装置及びそれを備えたレーダ装置を提供することができるものである。

本発明に係るレーダ装置の一実施形態におけるブロック構成図である。 本発明に係るレーダ装置の一実施形態における動作の説明図である。 従来のＭＴＩ処理装置の概念的な構成とそのフィルタ特性を示す図である。 本発明に係るレーダ装置が有するクラッタ抑圧部の概念的な構成とそのフィルタ特性を示す図である。 本発明に係るレーダ装置が有するクラッタ抑圧部の一実施形態におけるブロック構成図である。 本発明に係るレーダ装置が有するクラッタ抑圧部の一実施形態における動作を説明するための説明図である。

以下、本発明の実施形態について図面を用いて説明する。なお、本発明に係るクラッタ抑圧装置を気象レーダに適用した例を挙げて説明する。

まず、本発明に係る気象レーダの一実施形態における構成について説明する。

図１に示すように、本実施形態における気象レーダ１０は、送信部１１、レーダアンテナ１２、切替部１３、受信部１４、ＡＤＣ（アナログデジタルコンバータ）１５、ＩＱ検波器１６、干渉除去装置１７、クラッタ抑圧装置２０、降水強度算出部１８、表示部１９を備えている。この気象レーダ１０は、所定の観測地点に固定されて雨や雪などを観測するものであり、本発明に係るレーダ装置を構成する。

気象レーダ１０は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、各種インタフェースが接続される入出力回路等を備えたマイクロコンピュータを含む。このマイクロコンピュータは、ＲＯＭに予め格納された制御プログラムをＣＰＵに実行させることにより、気象レーダ１０の機能を実現するようになっている。

送信部１１は、レーダ送信信号を生成する信号生成器、生成したレーダ送信信号を所定の周波数帯域のレーダ送信信号に周波数変換する周波数変換器等を備え、周波数変換したレーダ送信信号を切替部１３経由でレーダアンテナ１２に出力するようになっている。この送信部１１は、本発明に係る送信手段を構成する。

レーダアンテナ１２は、水平面内で３６０度の方位に一定速度（例えば２．５秒に１回転）で回転しながら、送信部１１からのレーダ送信信号を所定回転角度ごと（所定スイープごと）に所定時間間隔（例えば１ミリ秒間隔）で発射し、物標からの反射波を物標信号成分として含むレーダ受信信号を受信するようになっている。レーダアンテナ１２から物標までの距離は、その物標信号成分を含むレーダ受信信号の受信時刻と、このレーダ受信信号に対応するレーダ送信信号の送信時刻との時間差から求められる。また、物標の方位は、レーダ受信信号に対応するレーダ送信信号を送信するときのレーダアンテナ１２の方位から求められる。

切替部１３は、送信部１１が生成したレーダ送信信号をレーダアンテナ１２に出力する動作と、レーダアンテナ１２が受信したレーダ受信信号を受信部１４に出力する動作とを切り替えるようになっている。

受信部１４は、切替部１３を介して入力したレーダ受信信号を周波数変換する周波数変換機を備え、周波数変換したレーダ受信信号をＡＤＣ１５に出力するようになっている。この受信部１４は、本発明に係る受信手段を構成する。

ここで、受信部１４は、１回のレーダ送信信号の送信による受信信号ごとに、１スイープ分のエコーデータとして出力する。例えば、レーダアンテナ１２が、６秒間に１回転し、レーダ送信信号を１秒間に１０００回発射する場合は、受信部１４は、レーダアンテナ１２が１回転する間に６０００スイープ分のエコーデータを出力することとなる。各エコーデータは、１回のレーダ送信信号の送信によって得られる距離方向（時間軸上）に並ぶ複数のエコーデータを含む。物標が移動している場合はレーダアンテナ１２からその物標までの距離が変化することになり、その物標からのエコーデータはスイープごとに変化するので、その物標が移動速度を有していることがわかる。

ＡＤＣ１５は、受信部１４から出力されるアナログ値の中間周波数信号をデジタル信号に変換してＩＱ検波器１６に出力するようになっている。

ＩＱ検波器１６は、ＡＤＣ１５から出力されるデジタル値のレーダ受信信号から、Ｉ相成分及びこれとπ／２だけ位相の異なるＱ相成分を生成して干渉除去装置１７に出力するようになっている。

干渉除去装置１７は、レーダ受信信号に含まれる干渉波成分を除去するようになっている。気象レーダ１０の周囲に他のレーダ装置が存在する場合、気象レーダ１０が受信する反射波に他のレーダ装置からの電波が重畳し、反射波に干渉波成分が現れるので、干渉波成分を除去するために干渉除去装置１７が設けてある。この干渉除去装置１７は公知の構成を有するものであり、その構成としては、例えば、特開２０１１−２５２８２２号公報に記載のものがある。

クラッタ抑圧装置２０は、クラッタ抑圧部２１、モード切替部２２、リファレンスデータ記憶部２３、リファレンスデータ除去部２４を備え、Ｉ相成分及びＱ相成分のそれぞれに対し、レーダ受信信号からクラッタ成分を抑圧して降水強度算出部１８に出力するようになっている。

クラッタ抑圧部２１は、急峻なフィルタ特性を有し、静止クラッタ成分を抑圧するようになっている。このクラッタ抑圧部２１の詳細な構成については後述する。なお、クラッタ抑圧部２１は、本発明に係る静止クラッタ成分抑圧手段を構成する。

モード切替部２２は、リファレンスデータを生成するデータ生成モードと、気象を観測する観測モードとを切り替えるようになっている。

リファレンスデータ記憶部２３は、晴天時において、クラッタ抑圧部２１が静止クラッタ成分を抑圧した抑圧後のデータをリファレンスデータとして記憶するようになっている。このリファレンスデータ記憶部２３は、本発明に係るリファレンスデータ記憶手段を構成する。

リファレンスデータ除去部２４は、雨天時において、クラッタ抑圧部２１が静止クラッタ成分を抑圧した抑圧後のデータ（降雨成分を含む）から、リファレンスデータ記憶部２３が記憶したリファレンスデータ（降雨成分を含まない）を除去して降雨成分のデータを抽出するようになっている。このリファレンスデータ除去部２４は、本発明に係る降雨成分抽出手段を構成する。なお、降雨には降雪等も含む。

降水強度算出部１８は、クラッタ抑圧装置２０から降雨成分のデータを入力し、降水強度をレーダ方程式に基づいて算出するようになっている。

表示部１９は、例えば液晶ディスプレイで構成され、降水強度算出部１８から出力される降水強度のデータを例えば降水強度に応じた色で識別表示するようになっている。

次に、本実施形態における気象レーダ１０の動作について、図１及び図２を用いて説明する。

まず、晴天時におけるデータ生成モードについて説明する。このデータ生成モードは、モード切替部２２によって設定される。

送信部１１からＩＱ検波器１６までの動作により、晴天時受信データ１０１が得られる。なお、送信部１１からＩＱ検波器１６までの詳細な動作は公知であるので、その説明を省略する。

干渉除去装置１７により、晴天時受信データ１０１に対して干渉波成分を除去する干渉除去処理（ステップＳ１１）が行われ、晴天時受信データ１０１から干渉波成分が除去された晴天時干渉除去データ１０２が得られる。

クラッタ抑圧部２１により、晴天時干渉除去データ１０２に対して静止クラッタ成分を抑圧するクラッタ抑圧処理（ステップＳ１２）が行われ、晴天時クラッタ抑圧データ１０３が得られる。この晴天時クラッタ抑圧データ１０３は、クラッタ抑圧処理後の消え残りの静止クラッタ成分を含んでおり、リファレンスデータとしてリファレンスデータ記憶部２３によって記憶される。

次に、雨天時における観測モードについて説明する。この観測モードは、モード切替部２２によって設定される。

送信部１１からＩＱ検波器１６までの動作により、雨天時受信データ１１１が得られる。なお、送信部１１からＩＱ検波器１６までの詳細な動作は公知であるので、その説明を省略する。

干渉除去装置１７により、雨天時受信データ１１１に対して干渉波成分を除去する干渉除去処理（ステップＳ２１）が行われ、雨天時受信データ１１１から干渉波成分が除去された雨天時干渉除去データ１１２が得られる。

クラッタ抑圧部２１により、雨天時干渉除去データ１１２に対して静止クラッタ成分を抑圧するクラッタ抑圧処理（ステップＳ２２）が行われ、雨天時クラッタ抑圧データ１１３が得られる。この雨天時クラッタ抑圧データ１１３は、クラッタ抑圧処理後の消え残りの静止クラッタ成分と、降雨成分とを含む。

リファレンスデータ除去部２４により、雨天時クラッタ抑圧データ１１３から晴天時クラッタ抑圧データ１０３を差し引くことにより降雨成分のデータを抽出する降雨成分抽出処理（ステップＳ２３）が行われ、静止クラッタ成分が十分に抑圧（除去）された降雨抽出データ１１４が得られる。この降雨抽出データ１１４は、降水強度算出部１８に入力されて降水強度が算出され、降水強度を示すデータが表示部１９に表示される。

次に、クラッタ抑圧部２１の概要について、従来のＭＴＩ処理を行うＭＴＩ処理装置と対比し、図３及び図４に基づき説明する。

図３（ａ）は、従来のＭＴＩ処理装置１の概念的な構成を示している。従来のＭＴＩ処理装置１は、１スイープごとに入力される入力信号を１スイープ時間だけ遅延させる時間遅延部２と、現在の入力信号と１スイープ前の入力信号との差分を算出する減算器３と、で構成されたものと考えることができる。

本発明の発明者は、従来のＭＴＩ処理装置１において、静止クラッタ成分を抑圧しようとすると物標のエコー成分も抑圧されてしまう原因を究明するため、スイープ方向（方位方向）のデータが示す物標の移動速度に対するフィルタ特性に着眼し、図３（ｂ）に示すような、従来のＭＴＩ処理装置１のフィルタ特性を得た。図３（ｂ）は、横軸に物標の速度、縦軸に規格化した出力を示している。なお、速度におけるプラス、マイナスの符号は、気象レーダ１０に対し物標が近づいている（例えばプラス符号）か、遠ざかっている（例えばマイナス符号）かを示している。

図３（ｂ）に示すように、従来のＭＴＩ処理装置１のフィルタ特性は、５ノットや１０ノットの速度の場合でも出力レベルが比較的大きく減衰している。これは、従来のＭＴＩ処理装置１では、速度が０ノット近傍にある静止クラッタ成分を抑圧しようとすると、５ノットや１０ノット等の比較的低速度で移動する物標のエコー成分も抑圧されてしまうということを示している。また、これとは逆に、５ノットや１０ノット等の比較的低速度で移動する物標のエコー成分を抑圧しないようにしようとすると、速度が０ノット近傍にある静止クラッタ成分まで抑圧されなくなってしまうことを示している。

そこで、本発明者は、フィルタ特性の改善について検討を重ね、複数のスイープ分のエコーデータを順次入力し、各エコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データに実時間で重み付けを行うクラッタ抑圧部２１を発明し、フィルタ特性を急峻にして静止クラッタ成分を抑圧する構成を得るに至った。

図４（ａ）にクラッタ抑圧部２１の概念的な構成を示す。このクラッタ抑圧部２１は、［数１］に示すフィルタ特性を有する。このフィルタ特性より、クラッタ抑圧部２１は、所定の速度以上で移動している物標のエコー成分を通過させる一種のハイパスフィルタとして機能するものである。

ここで、Ｘは入力データを示し、Ｙは入力データＸをフィルタ処理したものを示す。ｉはスイープデータの番号を示す。ｂ_ｊは入力データＸ_ｉ−ｊに重み付けする順係数、Ｎ_ｂは順係数の個数、ａ_ｋは出力データＹ_ｉ−ｋに重み付けする逆係数、Ｎ_ａは逆係数の個数を示す。ｊ及びｋは重み付けする対象を指定するための整数である。

［数１］において、フィルタ特性は、順係数ｂ_ｊ及び逆係数ａ_ｋによって定まる。順係数ｂ_ｊ及び逆係数ａ_ｋを求めるのは非常に複雑な演算を要するので、例えばＩＩＲ（Infinite Impulse Response：無限インパルス応答）型フィルタの設計ツールを使って所望のフィルタ特性を求めることが好ましい。

ただし、本発明は一般的なＩＩＲフィルタを単に適用したものではない。従来のＩＩＲフィルタを単に適用すると時間軸に沿って、すなわち１スイープ分のエコーデータに含まれる距離方向のデータに沿って重み付けを行うことになる。これに対し、本発明では複数のスイープ分のエコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データに実時間で重み付けを行うことによってフィルタ特性を急峻にし、静止クラッタ成分を抑圧するという点に工夫がなされている。

具体例として、クラッタ抑圧部２１のフィルタ特性を図４（ｂ）に示す。図４（ｂ）に示したフィルタ特性は、速度０ノットを含む±３ノットの速度範囲の速度を有する物標のエコー成分を抑圧するよう設定されたものである。この図に示すように、クラッタ抑圧部２１は、速度が０ノット近傍の物標のみを抑圧することができので、５ノットや１０ノットといった速度が比較的遅い物標のエコー成分を抑圧することなく静止クラッタ成分のみを抑圧することができる。その結果、気象レーダ１０は、気象観測における雨量算出の精度の向上を図ることができる。

なお、例えば、処理時間や所望のフィルタ特性を考慮して順係数ｂ_ｊ及び逆係数ａ_ｋの個数を任意に決めることができる。この場合、順係数ｂ_ｊ及び逆係数ａ_ｋの個数に応じてデータの入力側及び出力側のメモリの個数を決めることとなる。また、クラッタ抑圧部２１のフィルタ特性を、ＩＩＲ型フィルタ以外のデジタルフィルタ、例えばＦＩＲ（Finite Impulse Response：有限インパルス応答）型フィルタのフィルタ特性に基づいて設定してもよい。

次に、クラッタ抑圧部２１の詳細な構成について図５を用いて説明する。

図５に示すように、クラッタ抑圧部２１は、実時間で動作するＩ相成分処理部２１０及びＱ相成分処理部２２０を備えている。両者は同様の構成を有し、入出力の信号が異なるのみであるので、以下の説明では、Ｉ相成分処理部２１０について説明し、Ｑ相成分処理部２２０については説明を省略する。なお、Ｉ相成分処理部２１０及びＱ相成分処理部２２０は、本発明に係るフィルタ手段を構成する。

Ｉ相成分処理部２１０は、データの入力側に、入力側バッファメモリ２１１、順係数メモリ２１２、重み付け演算部２１３を備えている。また、Ｉ相成分処理部２１０は、データの出力側に、出力側バッファメモリ２１４、逆係数メモリ２１５、重み付け演算部２１６を備えている。さらに、Ｉ相成分処理部２１０は、重み付け演算部２１３及び２１６に接続された差分演算部２１７を備えている。

入力側バッファメモリ２１１は、複数のスイープ分のエコーデータのＩ相成分を順次入力し、入力した各エコーデータをスイープ方向（方位方向）及び距離と対応付けてそれぞれ実時間で一時的に記憶するようになっている。本実施形態では、入力側バッファメモリ２１１は、６つのスイープ分のエコーデータをそれぞれ実時間で記憶できるものとする。なお、入力側バッファメモリ２１１は、本発明に係るエコーデータ記憶手段を構成する。

順係数メモリ２１２は、予め定められた順係数を記憶するものである。本実施形態では、順係数メモリ２１２は、６個の順係数を記憶するものとする。

重み付け演算部２１３は、入力側バッファメモリ２１１が一時記憶した各エコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データと順係数メモリ２１２が記憶した各順係数との積を演算することにより各エコーデータに重み付けし、その結果を差分演算部２１７に出力するようになっている。この重み付け演算部２１３は、本発明に係る第１の重み付け演算手段を構成する。

出力側バッファメモリ２１４は、差分演算部２１７が演算して求めた抑圧エコーデータ（後述）を順次入力し、入力した抑圧エコーデータをスイープ方向（方位方向）及び距離と対応付けてそれぞれ実時間で一時的に記憶するようになっている。本実施形態では、出力側バッファメモリ２１４は、６つの抑圧エコーデータをそれぞれ実時間で記憶できるものとする。なお、出力側バッファメモリ２１４は、本発明に係る抑圧エコーデータ出力手段及び抑圧エコーデータ記憶手段を構成する。

逆係数メモリ２１５は、予め定められた逆係数を記憶するものである。本実施形態では、逆係数メモリ２１５は、６個の逆係数を記憶するものとする。

重み付け演算部２１６は、出力側バッファメモリ２１４が一時記憶した各スイープのエコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データと逆係数メモリ２１５が記憶した各逆係数との積を演算することにより各エコーデータに重み付けし、その結果を差分演算部２１７に出力するようになっている。この重み付け演算部２１６は、本発明に係る第２の重み付け演算手段を構成する。

差分演算部２１７は、重み付け演算部２１３及び２１６が重み付けした各エコーデータの差分を示すエコーデータ（「抑圧エコーデータ」という）を求め、出力側バッファメモリ２１４に出力するようになっている。この差分演算部２１７は、本発明に係る差分演算手段を構成する。

次に、本実施形態におけるクラッタ抑圧部２１の動作について、図６を用いて具体的に説明する。

図６は、前述の［数１］において、Ｎ_ａ＝Ｎ_ｂ＝６とした場合に、フィルタ処理した出力データＹ_５を求める過程を説明する説明図である。この図では、説明を簡単にするため、距離方向（時間軸上）に並ぶ複数のエコーデータの個数を５個とし、それぞれの距離をＬ１〜Ｌ５としている。出力データＹ_５は、［数１］においてａ_０＝１としたとき、［数２］によって求まる。

図６の左上に示すように、入力側バッファメモリ２１１は、各エコーデータを実時間で順次入力し、入力した各エコーデータをスイープ方向（方位方向）及び距離と対応付けて実時間で一時記憶する。ここで、ｉ番目（ｉ＝０、１、２、・・・）のスイープのエコーデータをＳＷｉｎ（ｉ）で表すと、図６の左上図は、ｉ＝５の状態であって、ＳＷｉｎ（０）〜ＳＷｉｎ（４）がそれぞれ実時間で順次バッファリングされた後、ＳＷｉｎ（５）が入力側バッファメモリ２１１に入力された状態を示している。

一方、順係数メモリ２１２には、図示のように、６個の順係数ｂ_０〜ｂ_５が予め記憶されている。

重み付け演算部２１３は、ＳＷｉｎ（５）が入力側バッファメモリ２１１に入力されると、ＳＷｉｎ（０）〜ＳＷｉｎ（５）に含まれる予め定められた距離（Ｌ１〜Ｌ５）での方位方向のデータ列の各データと順係数ｂ_０〜ｂ_５との積を求め、求めた各積を足し合わせて入力側の合計値ＳＵＭｉｎ（第１の合計値）を求める。

具体的には、例えば距離Ｌ２においては、重み付け演算部２１３は、ＳＷｉｎ（０）の距離Ｌ２におけるデータＸ_０と順係数ｂ_５との積ｄ_５、ＳＷｉｎ（１）の距離Ｌ２におけるデータＸ_１と順係数ｂ_５との積ｄ_４、・・・、ＳＷｉｎ（５）の距離Ｌ２におけるデータＸ_５と順係数ｂ_０との積ｄ_０を求める。そして、重み付け演算部２１３は、距離Ｌ２における積ｄ_０〜ｄ_５の合計値ＳＵＭｉｎを求め、求めた合計値ＳＵＭｉｎを差分演算部２１７に出力する。

差分演算部２１７は、重み付け演算部２１３が求めた合計値ＳＵＭｉｎと、後述する出力側の合計値ＳＵＭｏｕｔ（第２の合計値）との差分を求め、求めた差分をＳＷｏｕｔ（ｉ）として出力側バッファメモリ２１４に出力して出力側バッファメモリ２１４のデータを逐次更新する。出力側バッファメモリ２１４は、ＳＷｏｕｔ（ｉ）を順次出力することにより出力データをスイープごとに逐次更新する。その結果、クラッタ抑圧部２１は、静止クラッタ成分のみを抑圧した抑圧エコーデータを実時間で出力することとなる。

次に、図６の右上に示すように、出力側バッファメモリ２１４は、差分演算部２１７からｉ番目の抑圧エコーデータであるＳＷｏｕｔ（ｉ）を実時間で順次入力し、入力した各抑圧エコーデータをスイープ方向（方位方向）及び距離と対応付けて実時間で一時記憶する。図６の右上図は、ＳＷｏｕｔ（０）〜ＳＷｏｕｔ（４）が順次バッファリングされた後、ＳＷｏｕｔ（５）が出力側バッファメモリ２１４に入力された状態を示している。

一方、逆係数メモリ２１５には、図示のように、６個の逆係数ａ_０〜ａ_５が予め記憶されている。

重み付け演算部２１６は、ＳＷｏｕｔ（５）が出力側バッファメモリ２１４に入力されると、ＳＷｏｕｔ（０）〜ＳＷｏｕｔ（４）に含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データと逆係数ａ_１〜ａ_５の積を求め、求めた各積を足し合わせて出力側の合計値ＳＵＭｏｕｔを求める。

具体的には、例えば距離Ｌ２においては、重み付け演算部２１６は、ＳＷｏｕｔ（０）の距離Ｌ２におけるデータＹ_０と逆係数ａ_５との積ｃ_５、ＳＷｏｕｔ（１）の距離Ｌ２におけるデータＹ_１と逆係数ａ_４との積ｃ４、・・・、ＳＷｏｕｔ（４）の距離Ｌ２におけるデータＸ_４と逆係数ａ_１との積ｃ_１を求める。そして、重み付け演算部２１６は、距離Ｌ２における積ｃ_１〜ｃ_５の合計値ＳＵＭｏｕｔを求める。

なお、前述の説明では、距離Ｌ２についてのみ説明したが、これと同様に、重み付け演算部２１３及び２１６は、それぞれ、他の距離Ｌ１、Ｌ３〜Ｌ５における合計値ＳＵＭｉｎ及び合計値ＳＵＭｏｕｔを求める。

また、ＳＷｉｎ（５）に続いてＳＷｉｎ（６）が入力されると、入力側バッファメモリ２１１は、現在のＳＷｉｎ（０）〜ＳＷｉｎ（４）のメモリ箇所にそれぞれＳＷｉｎ（１）〜ＳＷｉｎ（５）をシフトして重ね書きをし、現在のＳＷｉｎ（５）のメモリ箇所にＳＷｉｎ（６）を記憶する。同様に、出力側バッファメモリ２１４においてもデータのシフト及び重ね書きの動作を行って、新たに求められたＳＷｏｕｔ（６）を現在のＳＷｏｕｔ（５）のメモリ箇所に記憶する。以降、データが入力されるごとに、入力側バッファメモリ２１１及び出力側バッファメモリ２１４は、同様にデータのシフト及び重ね書きの動作を繰り返す。

また、図６では、入力側バッファメモリ２１１及び出力側バッファメモリ２１４が満杯になった状態を例に挙げたが、これらのバッファメモリがバッファリングを開始してからバッファメモリが満杯になるまでの期間において出力側バッファメモリ２１４が出力するデータは過渡応答期間のデータとして破棄するのが好ましい。

また、前述の説明では、入力したエコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データに実時間で重み付けを行ってクラッタを抑圧する例を挙げたが、実時間による処理ではなく、例えば、観測対象のエリア全体の全エコーデータを取得した後に、全エコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データに重み付けを行う構成とすることもできる。

以上の動作により、クラッタ抑圧部２１は、図４（ｂ）に示したフィルタ特性に基づいて、５ノットや１０ノットといった速度が比較的遅い雲や雨のエコー成分を抑圧することなく、陸地や建物等のエコー成分である静止クラッタ成分のみを抑圧することができる。

以上のように、本実施形態における気象レーダ１０は、リファレンスデータ除去部２４が、雨天時において静止クラッタ成分を抑圧した抑圧後のデータから、晴天時において静止クラッタ成分を抑圧して生成したリファレンスデータを除去するので、静止クラッタ成分を適切に抑圧することができる。

なお、クラッタ抑圧部２１において、静止クラッタを抑圧する手段としてはクラッタ抑圧部２１のように急峻なフィルタ特性を有するものが好ましいが、本発明はこれに限定されず、例えば従来のＭＴＩ処理装置１（図３参照）であってもよい。

また、前述の実施形態において、本発明に係るクラッタ抑圧装置を気象レーダに適用する例を挙げたが、本発明はこれに限定されず、気象レーダ以外のレーダにも適用でき、同様な効果を奏する。

以上のように、本発明に係るクラッタ抑圧装置及びそれを備えたレーダ装置は、静止クラッタ成分を適切に抑圧することができるという効果を有し、気象レーダの受信信号に含まれる静止クラッタ成分を抑圧するクラッタ抑圧装置及びそれを備えたレーダ装置として有用である。

１０ 気象レーダ（レーダ装置）
１１ 送信部（送信手段）
１２ レーダアンテナ
１３ 切替部
１４ 受信部（受信手段）
１５ ＡＤＣ
１６ ＩＱ検波器
１７ 干渉除去装置
１８ 降水強度算出部
１９ 表示部
２０ クラッタ抑圧装置
２１ クラッタ抑圧部（静止クラッタ成分抑圧手段）
２２ モード切替部
２３ リファレンスデータ記憶部（リファレンスデータ記憶手段）
２４ リファレンスデータ除去部（降雨成分抽出手段）
２１０ Ｉ相成分処理部（フィルタ手段）
２１１ 入力側バッファメモリ（エコーデータ記憶手段）
２１２ 順係数メモリ
２１３ 演算部（第１の重み付け演算手段）
２１４ 出力側バッファメモリ（抑圧エコーデータ出力手段、抑圧エコーデータ記憶手段）
２１５ 逆係数メモリ
２１６ 演算部（第２の重み付け演算手段）
２１７ 差分演算部（差分演算手段）
２２０ Ｑ相成分処理部（フィルタ手段）

Claims (4)

1. 予め定められた観測地点において、レーダアンテナから所定の方位方向に所定時間間隔で送信されたレーダ送信信号が静止物体で反射された反射波成分を示す静止クラッタ成分を抑圧するクラッタ抑圧装置であって、
   前記反射波成分を含む受信信号を入力し、前記受信信号に含まれる干渉波成分を除去する干渉除去手段と、
   前記干渉除去手段で干渉波成分が除去された信号を受信信号として入力し、前記受信信号に含まれる前記静止クラッタ成分を抑圧する静止クラッタ成分抑圧手段と、
   晴天時において、前記干渉除去手段で干渉波成分が除去された晴天時干渉除去データに対して前記静止クラッタ成分抑圧手段が前記静止クラッタ成分を抑圧した抑圧後の晴天時のクラッタ抑圧データを晴天時クラッタ抑圧データとして記憶するリファレンスデータ記憶手段と、
   雨天時において、前記干渉除去手段で干渉波成分が除去された雨天時干渉除去データに対して前記静止クラッタ成分抑圧手段が前記静止クラッタ成分を抑圧した抑圧後の雨天時のクラッタ抑圧データから、前記リファレンスデータ記憶手段が記憶した前記晴天時クラッタ抑圧データを除去して降雨成分のデータを抽出する降雨成分抽出手段と、
   を備えたことを特徴とするクラッタ抑圧装置。
2. 前記静止クラッタ成分抑圧手段は、
   前記レーダ送信信号が物標で反射された複数のエコーデータを順次記憶するエコーデータ記憶手段と、
   前記エコーデータ記憶手段が記憶した前記各エコーデータに含まれる予め定められた距離での方位方向のデータ列の各データに基づいて速度ゼロを含む予め定められた範囲の速度を有する物標のエコー成分を抑圧するフィルタ手段と、
   前記フィルタ手段によって抑圧されたエコー成分を含む抑圧エコーデータを実時間で順次出力する抑圧エコーデータ出力手段と、
   を備えたことを特徴とする請求項１に記載のクラッタ抑圧装置。
3. 前記静止クラッタ成分抑圧手段は、
   前記抑圧エコーデータ出力手段が順次出力する前記各抑圧エコーデータを順次記憶する抑圧エコーデータ記憶手段と、
   前記エコーデータ記憶手段が記憶した前記各エコーデータに含まれる前記距離での方位方向のデータ列の各データに重み付けし、重み付けした各データの合計値を示す第１の合計値を求める第１の重み付け演算手段と、
   前記抑圧エコーデータ記憶手段が記憶した前記各抑圧エコーデータに含まれる前記距離での方位方向のデータ列の各データに重み付けし、重み付けした各データの合計値を示す第２の合計値を求める第２の重み付け演算手段と、
   前記第１の合計値と前記第２の合計値との差分を求め、この差分を前記抑圧エコーデータとして前記抑圧エコーデータ出力手段に出力させる差分演算手段と、
   をさらに備えたことを特徴とする請求項２に記載のクラッタ抑圧装置。
4. 請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のクラッタ抑圧装置と、
   前記レーダ送信信号を所定の方位方向に所定時間間隔で送信するレーダアンテナと、
   前記レーダ送信信号を前記レーダアンテナに出力する送信手段と、
   前記レーダ送信信号が物標で反射された反射波成分を含む信号を受信する受信手段と、
   を備えたことを特徴とするレーダ装置。