[M-IS29] 大気電気学

[MIS29-12] ドップラーレーダにおける低高度速度場推定手法

*藤原 達朗¹、嶋村 重治¹、吉川 栄一²、菊池 博史¹、妻鹿 友昭¹、Ting Wu¹、Kim Gwan¹、牛尾 知雄¹ (1.大阪大学、2.宇宙航空研究開発機構)

キーワード：ドップラーレーダ, 最小二乗平均誤差法, ドップラースペクトル

本研究グループが開発したフェーズドアレイレーダでは，ドップラースペクトル算出の手法として最も一般的な手法である高速フーリエ変換(Fast Fourier Transform : FFT)法を採用している．しかしFFT法では山岳，ビル等の障害物の影響が強くなる低高度観測において，スペクトル上でクラッタサイドローブレベルが高いため気象信号が埋没してしまい，従来のフィルタリングアプローチでは気象信号の抽出が不可能となる問題点がある．ビル等の障害物の多い観測地域というのは，人々の生活範囲と一致し，その地域の気象情報を正確に得ることが，気象災害の被害の予防につながると考えている．そこで本研究ではスペクトル推定そのものを改善し，クラッタの影響下においてもサイドローブレベルを抑え，従来のフィルタリングアプローチで気象信号が抽出可能となる新たなスペクトル算出手法として最小二乗平均誤差(Minimum Mean Square Error : MMSE)法を検討し，提案手法の有効性をシミュレーションとフェーズドアレイレーダにより得られた観測データで検証した．
シミュレーションでは降水とクラッタの性質を加味した位相差信号を作成し両手法を適用した．クラッタの影響が小さいケースではFFT法，MMSE法両手法とも降水エコーを抽出できたが，クラッタの影響が大きいケースではFFT法では抽出できなかった降雨エコーに対して，MMSE法で算出したドップラースペクトルはより正確に降雨エコーを抽出した．
実際の観測データではクラッタの存在する観測地点（レーダからの距離約26[km]，方位角130~150[deg]）に着目し，MMSE法を用いてドップラースペクトルを算出しスペクトル上でクラッタエコーを除去した後，ドップラー速度を算出した．その結果，クラッタエコーの影響が少ない仰角の観測地点で吹いている風速度場と一致した．これはFFT法では抽出できなかった降雨エコーをMMSE法の適用によって抽出できることを示しており，以上の結果より，クラッタの影響が強くなる低高度観測におけるドップラースペクトル算出手法としてMMSE法は有効であることが示された．