[go: up one dir, main page]

JP2022184060A - Airborne weather radar, aircraft and external - Google Patents

Airborne weather radar, aircraft and external Download PDF

Info

Publication number
JP2022184060A
JP2022184060A JP2021091686A JP2021091686A JP2022184060A JP 2022184060 A JP2022184060 A JP 2022184060A JP 2021091686 A JP2021091686 A JP 2021091686A JP 2021091686 A JP2021091686 A JP 2021091686A JP 2022184060 A JP2022184060 A JP 2022184060A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
weather
observation
aircraft
area
weather radar
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.)
Granted
Application number
JP2021091686A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP7696602B2 (en
JP2022184060A5 (en
Inventor
栄一 吉川
Eiichi Yoshikawa
淳 神田
Atsushi Kanda
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.)
Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Original Assignee
Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
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 Japan Aerospace Exploration Agency JAXA filed Critical Japan Aerospace Exploration Agency JAXA
Priority to JP2021091686A priority Critical patent/JP7696602B2/en
Priority to PCT/JP2022/019614 priority patent/WO2022255029A1/en
Publication of JP2022184060A publication Critical patent/JP2022184060A/en
Publication of JP2022184060A5 publication Critical patent/JP2022184060A5/en
Application granted granted Critical
Publication of JP7696602B2 publication Critical patent/JP7696602B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S13/00Systems 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
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/95Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO 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
    • G01S7/00Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01WMETEOROLOGY
    • G01W1/00Meteorology
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01WMETEOROLOGY
    • G01W1/00Meteorology
    • G01W1/08Adaptations of balloons, missiles, or aircraft for meteorological purposes; Radiosondes
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Landscapes

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

Abstract

【課題】航空機の安全飛行のための気象観測と、気象観測の補強等のための気象観測の両方を実現可能な航空機搭載型気象レーダ等の技術を提供すること。【解決手段】上記目的を達成するため、本技術に係る航空機搭載型気象レーダは、アンテナと、制御部とを具備する。前記制御部は、航空機の進行方向に指向性をもつ第1の領域の気象を前記アンテナにより観測する第1の気象観測と、前記第1の領域とは異なる第2の領域の気象を前記アンテナにより観測する第2の気象観測とを実行する。【選択図】図3An object of the present invention is to provide a technology such as an aircraft-mounted weather radar capable of realizing both weather observation for safe flight of aircraft and weather observation for reinforcement of weather observation. SOLUTION: To achieve the above object, an airborne weather radar according to the present technology includes an antenna and a control unit. The control unit performs first weather observation for observing the weather in a first area having directivity in the direction of travel of the aircraft with the antenna, and observes the weather in a second area different from the first area with the antenna. and a second weather observation observed by [Selection drawing] Fig. 3

Description

本発明は、航空機搭載型気象レーダ等の技術に関する。 The present invention relates to technology such as airborne weather radar.

航空機は大気を利用して飛行する乗り物であるので、その運航においては気象の影響が大きいことは必然である。そのため気象観測や気象予測に基づく様々な運航支援の下、今日の安全・安心な航空機運航が行われている。航空機運航は、巡航フェーズと離着陸フェーズに大別することができ、巡航フェーズに対しては数時間先の気象予測が、離着陸フェーズに対しては気象観測(および気象観測の時間外挿による1時間以内の短期予測)が、重用されている。 Since an aircraft is a vehicle that uses the atmosphere to fly, it is inevitable that weather has a great influence on its operation. Therefore, today's safe and secure aircraft operations are being carried out under various operational support based on meteorological observations and weather forecasts. Aircraft operations can be broadly divided into cruising phases and takeoff and landing phases. For the cruising phase, weather forecasts for several hours ahead are used, and for the takeoff and landing phases, weather observations (and one-hour extrapolation of weather observations) short-term prediction within

航空機は、このように気象観測と気象予測の恩恵を享受する一方で、気象観測を補強し、気象予測を改善することに貢献している。航空機は、飛行中に上空の気圧や気温のその場の観測を行っており、そういった物理量の鉛直分布(正確には飛行航路上の分布)の観測結果が、気象予測の精度向上に貢献をしている(非特許文献1参照)。また、2019年はCovid-19の蔓延により航空機の運航便数が激減したが、その結果気象予測の精度が低下したことが報告された(非特許文献2参照) While aircraft thus benefit from weather observations and forecasts, they also contribute to enhancing weather observations and improving weather forecasts. Aircraft carry out on-the-spot observations of air pressure and temperature during flight, and the results of observations of the vertical distribution of such physical quantities (more precisely, the distribution along flight routes) contribute to improving the accuracy of weather forecasts. (see Non-Patent Document 1). In addition, it was reported that the number of flights in 2019 decreased sharply due to the spread of Covid-19, resulting in a decrease in the accuracy of weather forecasts (see Non-Patent Document 2).

気象レーダは、その特性上、近距離の領域において非常に詳細な気象情報を得ることができ、遠距離になるほどその詳細さは失われる。近年行われている気象レーダネットワークの研究にも見られるように、多数の短距離レーダを用いて観測することで、詳細に観測できる領域が拡大し、総合的な観測性能が上昇する。民間航空輸送に用いられる航空機には、基本的に気象レーダが搭載されているので、航空機運航全体としてみれば多くの気象レーダが稼働しており、気象レーダネットワークの研究が示す利点を有している(非特許文献3参照)。 Weather radar, by its nature, can obtain very detailed weather information in a short-range area, and loses that detail as the distance increases. As seen in recent research on weather radar networks, observation using multiple short-range radars expands the area that can be observed in detail and improves overall observation performance. Since aircraft used for civil air transport are basically equipped with weather radars, there are many weather radars in operation when looking at aircraft operations as a whole. (See Non-Patent Document 3).

James, E. P., and S. G. Benjamin, 2017: Observation system experiments with the hourly updating Rapid Refresh model using GSI hybrid ensemble-variational data assimilation. Mon. Wea. Rev., 145, 2897-2918, https://doi.org/10.1175/MWR-D-16-0398.1James, E. P., and S. G. Benjamin, 2017: Observation system experiments with the hourly updating Rapid Refresh model using GSI hybrid ensemble-variational data assimilation. Mon. Wea. Rev., 145, 2897-2918, https://doi.org/ 10.1175/MWR-D-16-0398.1 James, Eric P., Stanley G. Benjamin, and Brian D. Jamison. " Commercial-Aircraft-Based Observations for NWP: Global Coverage, Data Impacts, and COVID-19", Journal of Applied Meteorology and Climatology 59, 11 (2020): 1809-1825, accessed Feb 2, 2021, https://doi.org/10.1175/JAMC-D-20-0010.1James, Eric P., Stanley G. Benjamin, and Brian D. Jamison. "Commercial-Aircraft-Based Observations for NWP: Global Coverage, Data Impacts, and COVID-19", Journal of Applied Meteorology and Climatology 59, 11 (2020) ): 1809-1825, accessed Feb 2, 2021, https://doi.org/10.1175/JAMC-D-20-0010.1 D. J. McLaughlin, D. Pepyne, B. Philips, J. Kurose, M. Zink, D. Westbrook, et al., "Short-wavelength technology and the potential for distributed networks of small radar systems", Bull. Amer. Meteorol. Soc., vol. 90, no. 12, pp. 1797-1817, Dec. 2009.D. J. McLaughlin, D. Pepyne, B. Philips, J. Kurose, M. Zink, D. Westbrook, et al., "Short-wavelength technology and the potential for distributed networks of small radar systems", Bull. Amer. Meteorol. Soc., vol. 90, no. 12, pp. 1797-1817, Dec. 2009. E. Yoshikawa et al., "MMSE Beam Forming on Fast-Scanning Phased Array Weather Radar," in IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 51, no. 5, pp. 3077-3088, May 2013, doi: 10.1109/TGRS.2012.2211607.E. Yoshikawa et al., "MMSE Beam Forming on Fast-Scanning Phased Array Weather Radar," in IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 51, no. 5, pp. 3077-3088, May 2013, doi: 10.1109 /TGRS.2012.2211607. E. Yoshikawa, T. Ushio and H. Kikuchi, "A Study of Comb Beam Transmission on Phased Array Weather Radars," in IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, doi: 10.1109/TGRS.2020.3029875.E. Yoshikawa, T. Ushio and H. Kikuchi, "A Study of Comb Beam Transmission on Phased Array Weather Radars," in IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, doi: 10.1109/TGRS.2020.3029875.

しかし、現在の航空機搭載型気象レーダは、搭載している航空機の安全性を確保する目的に特化しているため、航空機前方の限られた領域しか気象を観測できない上に、原則、観測した気象情報を機上画面に表示すると同時に破棄している。 However, current airborne weather radars are specialized for the purpose of ensuring the safety of the aircraft on which they are mounted. The information is displayed on the on-board screen and discarded at the same time.

以上のような事情に鑑み、本技術の目的は、航空機の安全飛行のための気象観測と、気象観測の補強等のための気象観測の両方を実現可能な航空機搭載型気象レーダ等の技術を提供することにある。 In view of the above circumstances, the purpose of this technology is to develop a technology such as an aircraft-mounted weather radar that can realize both weather observation for safe flight of aircraft and weather observation for reinforcement of weather observation. to provide.

上記目的を達成するため、本技術に係る航空機搭載型気象レーダは、アンテナと、制御部とを具備する。
前記制御部は、航空機の進行方向に指向性をもつ第1の領域の気象を前記アンテナにより観測する第1の気象観測と、前記第1の領域とは異なる第2の領域の気象を前記アンテナにより観測する第2の気象観測とを実行する。
To achieve the above object, an airborne weather radar according to the present technology includes an antenna and a control unit.
The control unit performs first weather observation for observing the weather in a first area having directivity in the direction of travel of the aircraft using the antenna, and observes the weather in a second area different from the first area using the antenna. and a second weather observation observed by

このように、航空機搭載型気象レーダにおいて、第1の気象観測と、第2の気象観測とを実行することで、航空機の安全飛行のための気象観測と、気象観測の補強等のための気象観測とを両立させることができる。 In this way, by executing the first weather observation and the second weather observation in the aircraft-mounted weather radar, the weather observation for safe flight of the aircraft and the weather observation for reinforcement of the weather observation, etc. can be performed. can be compatible with observation.

上記航空機搭載型気象レーダにおいて、前記アンテナは、フェーズドアレーアンテナであってもよい。 In the airborne weather radar, the antenna may be a phased array antenna.

上記航空機搭載型気象レーダにおいて、前記制御部は、前記第1の気象観測及び前記第2の気象観測を、時分割で実行してもよい。 In the aircraft-mounted weather radar, the control unit may perform the first weather observation and the second weather observation in a time-sharing manner.

上記航空機搭載型気象レーダにおいて、前記制御部は、前記第2の気象観測において、前記フェーズドアレーアンテナを制御してアダプティブスキャンを実行することで、前記第2の領域において非特定域をスキップして特定域をスキャンしてもよい。 In the aircraft-mounted weather radar, the control unit controls the phased array antenna to perform adaptive scanning in the second weather observation, thereby skipping non-specific areas in the second area. A specific area may be scanned.

上記航空機搭載型気象レーダにおいて、前記制御部は、前記第2の気象観測において、前記アダプティブスキャンの前に、前記第2の領域における前記特定域及び前記非特定域を特定してもよい。 In the airborne weather radar described above, the control unit may identify the specific area and the non-specific area in the second area before the adaptive scan in the second weather observation.

上記航空機搭載型気象レーダにおいて、前記制御部は、前記フェーズドアンテナにより前記第2の領域全体を走査することで前記特定域及び前記非特定域を特定してもよい。 In the airborne weather radar, the control unit may specify the specific area and the non-specific area by scanning the entire second area with the phased antenna.

上記航空機搭載型気象レーダにおいて、前記第2の領域全体を撮像する撮像装置をさらに具備していてもよい。
この場合、前記制御部は、前記撮像装置からの画像情報に基づき、前記特定域及び前記非特定域を特定してもよい。
The aircraft-mounted weather radar may further include an imaging device that captures an image of the entire second region.
In this case, the control unit may specify the specific area and the non-specific area based on image information from the imaging device.

上記航空機搭載型気象レーダにおいて、前記特定域は、降水域であり、前記非特定域は、非降水域であってもよい。 In the airborne weather radar, the specific area may be a precipitation area, and the non-specific area may be a non-precipitation area.

上記航空機搭載型気象レーダにおいて、前記制御部は、前記第1の気象観測及び前記第2の気象観測を同時に並行して実行してもよい。 In the aircraft-mounted weather radar, the control unit may concurrently execute the first weather observation and the second weather observation.

上記航空機搭載型気象レーダにおいて、前記制御部は、前記フェーズドアレーアンテナを制御してアングルイメージングを実行することで、前記第1の領域及び前記第2の領域の同時観測を実行してもよい。 In the airborne weather radar, the control unit may perform simultaneous observation of the first area and the second area by controlling the phased array antenna and performing angle imaging.

上記航空機搭載型気象レーダにおいて、前記第2の領域は、前記第1の領域よりも広くてもよい。 In the airborne weather radar, the second area may be wider than the first area.

上記航空機搭載型気象レーダにおいて、前記第1の気象観測及び前記第2の気象観測で得られた情報に基づき、気象状況を推測する気象情報処理部をさらに具備していてもよい。 The aircraft-mounted weather radar may further include a weather information processing unit for estimating weather conditions based on information obtained by the first weather observation and the second weather observation.

上記航空機搭載型気象レーダにおいて、前記第1の気象観測又は前記第2の気象観測のうち、少なくとも前記第2の気象観測で得られた情報に関連する関連情報を各航空機から受信して収集する外部装置に対して、前記関連情報を送信する通信部をさらに具備していてもよい。 In the aircraft-mounted weather radar, receiving and collecting related information related to information obtained from at least the second weather observation out of the first weather observation or the second weather observation from each aircraft. A communication unit that transmits the related information to an external device may be further provided.

上記航空機搭載型気象レーダにおいて、前記外部装置は、前記各航空機からの前記関連情報に基づき、地上における全体的な気象状況を推測してもよい。 In the airborne weather radar, the external device may estimate overall weather conditions on the ground based on the relevant information from each aircraft.

本技術に係る航空機は、航空機搭載型気象レーダを具備する。
航空機搭載型気象レーダは、アンテナと、制御部とを有する。前記制御部は、航空機の進行方向に指向性をもつ第1の領域の気象を前記アンテナにより観測する第1の気象観測と、前記第1の領域とは異なる第2の領域の気象を前記アンテナにより観測する第2の気象観測とを実行する。
An aircraft according to the present technology includes an airborne weather radar.
An airborne weather radar has an antenna and a controller. The control unit performs first weather observation for observing the weather in a first area having directivity in the direction of travel of the aircraft using the antenna, and observes the weather in a second area different from the first area using the antenna. and a second weather observation observed by

本技術に係る外部装置は、アンテナと、航空機の進行方向に指向性をもつ第1の領域の気象を前記アンテナにより観測する第1の気象観測と、前記第1の領域とは異なる第2の領域の気象を前記アンテナにより観測する第2の気象観測とを実行する制御部とを有する航空機搭載型気象レーダを搭載した各航空機から、前記第1の気象観測又は前記第2の気象観測のうち、少なくとも前記第2の気象観測で得られた情報に関連する関連情報を受信して収集する外部装置。 An external device according to the present technology includes an antenna, a first weather observation for observing weather in a first region having directivity in a direction of flight of an aircraft using the antenna, and a second weather observation that is different from the first region. from each aircraft equipped with an airborne weather radar having a second weather observation that observes the weather of the region with the antenna and a control unit that performs the first weather observation or the second weather observation , an external device that receives and collects relevant information related to at least the information obtained from said second weather observation.

以上のように、本技術によれば、航空機の安全飛行のための気象観測と、気象観測の補強等のための気象観測の両方を実現可能な航空機搭載型気象レーダ等の技術を提供することができる。 As described above, according to the present technology, it is possible to provide a technology such as an aircraft-mounted weather radar capable of realizing both weather observation for safe flight of aircraft and weather observation for reinforcement of weather observation. can be done.

本技術の第1実施形態に係る気象観測システムを示す図である。1 is a diagram showing a weather observation system according to a first embodiment of the present technology; FIG. 第1の気象観測で観測される第1の領域及び第2の気象観測で観測される第2の領域を示す上面図である。FIG. 4 is a top view showing a first region observed by a first weather observation and a second region observed by a second weather observation; 第1の気象観測で観測される第1の領域及び第2の気象観測で観測される第2の領域を示す側面図である。FIG. 4 is a side view showing a first region observed by a first weather observation and a second region observed by a second weather observation; 第1の気象観測及び第2の気象観測の時系列図である。It is a time series diagram of the first weather observation and the second weather observation. アダプティブスキャンにより、非降水域(降水域以外の領域)がスキップされて、降水域のみがスキャンされるときの様子を示す図である。It is a figure which shows a mode when adaptive scanning skips a non-precipitation area (area|regions other than a precipitation area), and scans only a precipitation area. 第2の気象観測における制御部の処理の一例を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows an example of processing of a control part in the 2nd weather observation. 第2の気象観測における制御部12の処理の他の一例を示すフローチャートである。9 is a flowchart showing another example of processing of the control unit 12 in second weather observation. アングルイメージングが実行されているときの様子を示す図である。FIG. 10 is a diagram showing a state when angle imaging is being performed;

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

≪第1の実施形態≫
<気象観測システムの全体構成>
図1は、本技術の第1実施形態に係る気象観測システム100を示す図である。図1に示すように、気象観測システム100は、航空機搭載型気象レーダ10と、外部装置20と、気象観測装置30とを備えている。
<<First embodiment>>
<Overall Configuration of Meteorological Observation System>
FIG. 1 is a diagram showing a weather observation system 100 according to the first embodiment of the present technology. As shown in FIG. 1 , the weather observation system 100 includes an airborne weather radar 10 , an external device 20 and a weather observation device 30 .

航空機搭載型気象レーダ10は、各航空機1にそれぞれ搭載されて使用される。外部装置20は、例えば、航空機1の運航会社、気象情報サービスを行う企業、政府機関(気象庁)等に設置されて使用される。外部装置20は、各航空機1で観測された気象の観測情報を、各航空機1からそれぞれ受信して収集し、地上における全体的な気象状況を推測する。気象観測装置30は、例えば、地上設置型気象レーダや、ウィンドプロファイラ、ラジオゾンデ等である。なお、気象観測装置30は、省略することができる。 The aircraft-mounted weather radar 10 is mounted on each aircraft 1 and used. The external device 20 is installed and used in, for example, an operating company of the aircraft 1, a company that provides weather information services, a government agency (the Meteorological Agency), or the like. The external device 20 receives and collects weather observation information observed by each aircraft 1 from each aircraft 1, and estimates the overall weather conditions on the ground. The weather observation device 30 is, for example, a ground-based weather radar, a wind profiler, a radiosonde, or the like. Note that the weather observation device 30 can be omitted.

[航空機搭載型気象レーダ10]
航空機搭載型気象レーダ10は、レーダ部13と、気象情報処理部14と、現在気象表示部15と、予測気象表示部16と、通信部17とを有する。
[Airborne weather radar 10]
Airborne weather radar 10 has radar unit 13 , weather information processing unit 14 , current weather display unit 15 , forecast weather display unit 16 , and communication unit 17 .

(レーダ部13)
レーダ部13は、フェーズドアレーアンテナ11と、フェーズドアレーアンテナ11を制御する制御部12とを含む。
(Radar unit 13)
Radar section 13 includes phased array antenna 11 and control section 12 that controls phased array antenna 11 .

制御部12は、ハードウェア、又は、ハードウェア及びソフトウェアの組合せにより実現される。ハードウェアは、制御部12の一部又は全部として構成され、このハードウェアとしては、CPU(Central Processing Unit)、DSP(Digital Signal Processor)、FPGA(Field Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、あるいは、これらのうち2以上の組合せ等が挙げられる。なお、これについては、航空機搭載型気象レーダ10における気象情報処理部14、外部装置20における気象情報処理部24においても同様である。 The control unit 12 is realized by hardware or a combination of hardware and software. The hardware is configured as part or all of the control unit 12, and the hardware includes a CPU (Central Processing Unit), DSP (Digital Signal Processor), FPGA (Field Programmable Gate Array), ASIC (Application Specific Integrated Circuit ), or a combination of two or more of these. Note that this also applies to the weather information processing unit 14 in the aircraft-mounted weather radar 10 and the weather information processing unit 24 in the external device 20 .

本実施形態において、制御部12は、フェーズドアレーアンテナ11を制御することで、第1の気象観測と、第2の気象観測とを実行する。第1の気象観測は、航空機1の安全飛行のための気象観測である。第2の気象観測は、気象観測の補強、気象予測の改善等のための気象観測である。なお、第2の気象観測は、典型的には、気象現象が存在する約12km以下の全体的な気象観測である。 In this embodiment, the control unit 12 controls the phased array antenna 11 to perform the first weather observation and the second weather observation. The first meteorological observation is meteorological observation for safe flight of the aircraft 1 . The second meteorological observation is meteorological observation for reinforcement of meteorological observation, improvement of meteorological forecast, and the like. Note that the second weather observation is typically a global weather observation of about 12 km or less where the weather phenomenon exists.

なお、第1の気象観測及び第2の気象観測によって得られる観測量は、典型的にはレーダ反射因子である。また、この観測量は、ドップラー速度、ドップラー速度幅、反射因子差、偏波間相関係数、偏波間位相差、比偏波間位相差を含んでいてもよい。 Note that the observed quantity obtained by the first meteorological observation and the second meteorological observation is typically a radar reflection factor. In addition, the observed quantity may include Doppler velocity, Doppler velocity width, reflection factor difference, inter-polarization correlation coefficient, inter-polarization phase difference, and specific inter-polarization phase difference.

図2及び図3は、それぞれ、第1の気象観測で観測される第1の領域R1及び第2の気象観測で観測される第2の領域R2を示す上面図及び側面図である。 2 and 3 are a top view and a side view, respectively, showing a first region R1 observed by the first meteorological observation and a second region R2 observed by the second meteorological observation.

図2及び図3に示すように、第1の気象観測で観測される第1の領域R1は、航空機1の進行方向に指向性を持つ一定の領域とされている。また、図2及び図3に示すように、第2の気象観測で観測される第2の領域R2は、第1の領域R1とは異なる領域(第1の領域R1とは異なる方向に指向性をもつ領域)であり、かつ、第2の領域R2よりも広い領域とされている。つまり、第2の気象観測では、気象観測の補強、気象予測の改善等のために、航空機1前方のみの狭い範囲ではなく、航空機1の下側全体等のできるだけ広範囲の気象観測が行われる。 As shown in FIGS. 2 and 3, the first area R1 observed by the first weather observation is a certain area having directivity in the direction in which the aircraft 1 travels. Further, as shown in FIGS. 2 and 3, the second region R2 observed by the second meteorological observation is a region different from the first region R1 (directivity in a direction different from that of the first region R1). ) and is wider than the second region R2. In other words, in the second meteorological observation, in order to reinforce the meteorological observation and improve the meteorological forecast, meteorological observation is carried out over the widest possible area, such as the entire underside of the aircraft 1, instead of the narrow area in front of the aircraft 1 only.

第1の領域R1及び第2の領域は、航空機1の先端部付近(フェーズドアレーアンテナ11の取り付け位置)から放射状に広がっている。第1の領域R1における垂直軸回りの角度θ1(図2参照)は、例えば、航空機1の正面方向に対して±50°~±60°程度とされる。また第1の領域R1における水平軸(左右方向の軸)回りの角度φ1(図3参照)は、例えば、航空機1の正面方向に対して±5°~±10°度程度とされる。 The first region R1 and the second region radially spread from the vicinity of the tip of the aircraft 1 (the mounting position of the phased array antenna 11). The angle θ1 (see FIG. 2) around the vertical axis in the first region R1 is, for example, about ±50° to ±60° with respect to the front direction of the aircraft 1. As shown in FIG. Also, the angle φ1 (see FIG. 3) about the horizontal axis (horizontal direction axis) in the first region R1 is, for example, about ±5° to ±10° with respect to the front direction of the aircraft 1 .

また、第2の領域R2における垂直軸回りの角度θ2(図2参照)は、例えば、航空機1の正面方向に対して±75°~±90°程度とされる。また、第2の領域R2における水平軸(左右方向の軸)回りの角度φ2(図3参照)は、例えば、俯角40°~60°の方向に対して、±20°~±30°程度とされる。 Also, the angle θ2 (see FIG. 2) about the vertical axis in the second region R2 is, for example, about ±75° to ±90° with respect to the front direction of the aircraft 1. Further, the angle φ2 (see FIG. 3) about the horizontal axis (horizontal direction axis) in the second region R2 is, for example, about ±20° to ±30° with respect to the direction of the depression angle of 40° to 60°. be done.

なお、図2及び図3に示す例では、第2の領域R2が航空機1の下側とされているが、第2の領域R2は、航空機1の上側、右側、左側、後ろ側であっても構わない。典型的には、第2の領域R2は、第1の領域R1とは異なる領域であれば(かつ、第2の領域R2よりも広い領域であれば)どのような領域であっても構わない。 In the example shown in FIGS. 2 and 3, the second area R2 is the lower side of the aircraft 1, but the second area R2 is the upper side, the right side, the left side, and the rear side of the aircraft 1. I don't mind. Typically, the second region R2 may be any region as long as it is a region different from the first region R1 (and is wider than the second region R2). .

ここで、単に第1の気象観測及び第2の気象観測を行うだけであれば、第1の気象観測用のレーダ部13と、第2の気象観測用のレーダ部13を別体で設ければよい。しかしながら、このように、レーダ部13を別体で2つ設ける構成の場合、コストや重量、大きさ等が増加してしまい、航空機1への搭載が困難になる。このため、本実施形態では、単一のレーダ部13により、第1の気象観測及び第2の気象観測を実現している。 Here, if only the first weather observation and the second weather observation are performed, the radar unit 13 for the first weather observation and the radar unit 13 for the second weather observation should be separately provided. Just do it. However, in the case where two separate radar units 13 are provided in this way, the cost, weight, size, etc. increase, making it difficult to mount the radar units 13 on the aircraft 1 . Therefore, in this embodiment, the single radar unit 13 realizes the first weather observation and the second weather observation.

また、本実施形態では、制御部12は、第1の気象観測及び第2の気象観測を時分割で交互に繰り返して実行する。図4は、第1の気象観測及び第2の気象観測の時系列図である。 Further, in the present embodiment, the control unit 12 alternately and repeatedly performs the first weather observation and the second weather observation in a time division manner. FIG. 4 is a time series diagram of the first weather observation and the second weather observation.

第1の気象観測における期間t1は、典型的には、数秒~数十秒程度である。また、第2の気象観測における期間t2は、典型的には、数秒程度である(航空機1の飛行の安全性を損なわない程度の期間)。また、前回の第2の気象観測から今回の第2の気象観測までの周期Tは、典型的には、数秒~数十秒程度である。 The period t1 in the first weather observation is typically several seconds to several tens of seconds. Also, the period t2 in the second meteorological observation is typically about several seconds (a period that does not impair the flight safety of the aircraft 1). Also, the period T from the previous second weather observation to the current second weather observation is typically several seconds to several tens of seconds.

ここで、本実施形態のように、第1の気象観測及び第2の気象観測を時分割で交互に繰り返して実行する場合においては、以下のような問題がある。つまり、第2の気象観測において第2の領域R2の気象観測を行っている間、第1の領域R1の気象観測が行えず、航空機1における飛行の安全性を低下させてしまう。 Here, in the case where the first meteorological observation and the second meteorological observation are alternately and repeatedly performed in a time division manner as in the present embodiment, there are the following problems. In other words, while weather observation of the second region R2 is being performed in the second weather observation, weather observation of the first region R1 cannot be performed, and flight safety of the aircraft 1 is reduced.

そこで、本実施形態では、第2の気象観測を短期間で高速に完了させるために、制御部12は、フェーズドアレーアンテナ11を制御して、アダプティブスキャンを実行する。 Therefore, in this embodiment, the control unit 12 controls the phased array antenna 11 to perform adaptive scanning in order to complete the second weather observation in a short period of time and at high speed.

アダプティブスキャンについて説明する。アダプティブスキャンとは、或る特定域のみをスキャンし、その特定域以外の領域(非特定域)をスキップする技術である。このアダプティブスキャンは、フェーズドアレーアンテナ11を用いた電子走査により、アンテナ指向性を瞬時に変更することができるという利点を利用した技術である。 Describe adaptive scanning. Adaptive scanning is a technique of scanning only a specific area and skipping areas other than the specific area (non-specific area). This adaptive scan is a technique that utilizes the advantage of being able to change the antenna directivity instantaneously by electronic scanning using the phased array antenna 11 .

このフェーズドアレーアンテナ11によるアダプティブスキャンは、機械式の可動アンテナによる機械走査に比べてスキャンを高速に行うことができる。なお、機械式の可動アンテナの機械走査の場合、慣性があるため非特定域をスキップするようなことは不可能である。 Adaptive scanning by the phased array antenna 11 can perform scanning at a higher speed than mechanical scanning by a mechanical movable antenna. In the case of mechanical scanning with a mechanical movable antenna, it is impossible to skip non-specific areas due to inertia.

本実施形態においては、制御部12は、第2の気象観測において、アダプティブスキャンにより、非降水域(降水域以外の領域)をスキップして、降水域(雨、雪、霙、霰、雹等が降っている領域)のみをスキャンするといった処理を実行する。 In the present embodiment, the control unit 12 skips non-precipitation areas (areas other than precipitation areas) by adaptive scanning in the second weather observation, and Execute processing such as scanning only the area where the light is falling.

図5は、アダプティブスキャンにより、非降水域がスキップされて、降水域のみがスキャンされるときの様子を示す図である。 FIG. 5 is a diagram showing a state in which non-precipitation areas are skipped and only precipitation areas are scanned by adaptive scanning.

ここで、非降水域をスキップし、降水域のみをスキャンするためには、どの方向に降水域が存在するか(降水の有無の角度分布)が既知である必要がある。つまり、アダプティブスキャンの前に、降水域及び非降水域が特定されている必要がある。 Here, in order to skip the non-precipitation area and scan only the precipitation area, it is necessary to know in which direction the precipitation area exists (the angular distribution of the presence or absence of precipitation). That is, it is necessary to identify the precipitation area and the non-precipitation area before the adaptive scan.

この方法については2つの方法が挙げられる。1つ目の方法は、制御部12が、第2の気象観測において、フェーズドアレーアンテナ11を制御して、第2の領域R2の全体に対してスキャンを行い、降水域及び非降水域を特定する方法である。降水の有無の判別は、降水の強さ等を観測する場合に比べてとても短い期間で行うことができるので、第2の気象観測をできるだけ短期間で完了させるといった趣旨に反しない。 There are two methods for this method. In the first method, the control unit 12 controls the phased array antenna 11 in the second meteorological observation, scans the entire second region R2, and identifies the precipitation area and the non-precipitation area. It is a way to The presence or absence of precipitation can be determined in a very short period of time compared to observation of the intensity of precipitation, etc., so this is consistent with the purpose of completing the second meteorological observation in as short a time as possible.

どの方向に降水域が存在するか(降水の有無の角度分布)が既知である上で、アダプティブスキャンにより降水域のみをスキャンすることで、降水域における降水の強さ等の詳細な気象観測(第2の気象観測)を行えばよい。この場合、第2の気象観測において、変化の著しい領域の周辺を重点的に観測したり、降水域の短期予測に基づいて、その後に観測すべき降水域を決定したりすることもできる。 Detailed meteorological observations ( second meteorological observation). In this case, in the second meteorological observation, it is possible to focus observation on the periphery of the region where the change is remarkable, or to determine the precipitation area to be observed later based on the short-term prediction of the precipitation area.

2つ目の方法は、制御部12が、第2の気象観測において、第2の領域R2全体を撮像する撮像装置(光学カメラ)から画像情報に基づき、降水域及び非降水域を特定する方法である。この場合、航空機搭載型気象レーダ10において、撮像装置がさらに付加される。 A second method is a method in which the control unit 12 specifies a raining area and a non-raining area based on image information from an imaging device (optical camera) that captures the entire second region R2 in the second weather observation. is. In this case, an imaging device is further added to the airborne weather radar 10 .

画像情報に基づく降水域及び非降水域の判別は、そこまで容易ではないが、機械学習を用いた判別アルゴリズムによりその判別の精度を向上させることができると考えられる。なお、撮像装置は、可視光だけでなく、赤外線や紫外線を撮像可能なカメラ等であってもよい。また、撮像装置は、複数波長の光を撮像可能なマルチスペクトルカメラやハイパースペクトルカメラであってもよい。 Although it is not so easy to discriminate between rainfall and non-precipitation areas based on image information, it is thought that the accuracy of the discrimination can be improved by a discrimination algorithm using machine learning. Note that the imaging device may be a camera or the like capable of imaging not only visible light but also infrared light and ultraviolet light. Also, the imaging device may be a multispectral camera or a hyperspectral camera capable of imaging light of multiple wavelengths.

図6は、第2の気象観測における制御部12の処理の一例を示すフローチャートである。図7は、第2の気象観測における制御部12の処理の他の一例を示すフローチャートである。図6に示すフローチャートは、上述の1つ目の方法に対応しており、図7に示すフローチャートは、上述の2つ目の方法に対応している。 FIG. 6 is a flow chart showing an example of processing of the control unit 12 in the second weather observation. FIG. 7 is a flow chart showing another example of the processing of the control unit 12 in the second weather observation. The flowchart shown in FIG. 6 corresponds to the first method described above, and the flowchart shown in FIG. 7 corresponds to the second method described above.

図6を参照して、制御部12は、第2の気象観測において、フェーズドアレーアンテナ11を制御することで、第2の領域R2全体を高速にスキャンすることで、降水域及び非降水域を特定する(ステップ101)。次に、制御部12は、フェーズドアレーアンテナ11を制御することで、アダプティブスキャンを実行し、非降水域をスキップして降水域をスキャンする。なお、1回の第2の気象観測(期間t2)において、ステップ101~ステップ102が複数回繰り返して実行されてもよい。この場合、2周目以降においては、制御部12は、ステップ101の代わりに、雲の短期的な動きを予測して降水域及び非降水域を特定してもよい。 Referring to FIG. 6, in the second meteorological observation, control unit 12 controls phased array antenna 11 to scan the entire second region R2 at high speed, thereby detecting precipitation and non-precipitation regions. Identify (step 101). Next, the control part 12 is controlling the phased array antenna 11, performs an adaptive scan, skips a non-precipitation area, and scans a precipitation area. Steps 101 and 102 may be repeated multiple times during one second weather observation (period t2). In this case, from the second round onwards, instead of step 101, the control unit 12 may predict the short-term movement of clouds to identify the raining area and the non-raining area.

図7を参照して、制御部12は、第2の気象観測において、撮像装置から第2の領域R2全体の画像を取得する(ステップ201)。次に、制御部12は、その画像に基づき、降水域及び非降水域を特定する(ステップ202)。次に、制御部12は、フェーズドアレーアンテナ11を制御することで、アダプティブスキャンを実行し、非降水域をスキップして降水域をスキャンする(ステップ203)。なお、1回の第2の気象観測(期間t2)において、ステップ201~ステップ203が複数回繰り返して実行されてもよい。 Referring to FIG. 7, control unit 12 obtains an image of the entire second region R2 from the imaging device in the second weather observation (step 201). Next, the control unit 12 identifies a raining area and a non-raining area based on the image (step 202). Next, the control unit 12 controls the phased array antenna 11 to perform an adaptive scan, skip the non-precipitation area and scan the precipitation area (step 203). Steps 201 to 203 may be repeated multiple times during one second weather observation (period t2).

(気象情報処理部14)
再び図1を参照する。気象情報処理部14は、第1の気象観測によって得られた観測情報及び第2の気象観測によって得られた観測情報をレーダ部13から取得し、これらの観測情報をデータ処理して、現在又は未来の気象状況を推測する。
(Weather information processing unit 14)
Refer to FIG. 1 again. The weather information processing unit 14 acquires the observation information obtained by the first weather observation and the observation information obtained by the second weather observation from the radar unit 13, data-processes these observation information, and presents or Predict future weather conditions.

ここで、データ処理とは、(1)航空機搭載型気象レーダ10自身又はそれ以外の機器を用いて観測情報を補正すること、(2)観測情報に基づいて、物理量を算出すること、(3)未来の気象状況を推測すること等である。 Here, the data processing includes (1) correcting observation information using the airborne weather radar 10 itself or other equipment, (2) calculating physical quantities based on the observation information, and (3 ) to estimate future weather conditions.

具体的には、(1)については、地表面からの反射によって対地速度を常時把握することによって、ドップラー速度やドップラー速度幅から航空機1の運動による影響を取り除くことである。 Specifically, (1) removes the influence of the motion of the aircraft 1 from the Doppler velocity and the Doppler velocity range by always grasping the ground velocity from the reflection from the ground surface.

(2)については、レーダ反射因子や比偏波間位相差から経験式によって降水量を算出することや、ドップラー速度の空間分布から逆問題解法等によって風向風速を算出すること、反射因子差、偏波間相関係数、比偏波間位相差等から機械学習等によって降水粒子を判別すること等である。(3)については、自己回帰モデルによる観測情報の時間外挿や、気象モデルに対する同化等によって実現できる。これらの処理は、通信部17を介して、外部装置20から得られる、地上における全体的な気象状況を考慮して行ってもよい。 For (2), calculation of precipitation by empirical formula from radar reflection factor and relative phase difference between polarizations, calculation of wind direction and speed from spatial distribution of Doppler velocity by inverse problem solution, etc., reflection factor difference, deviation Precipitation particles are discriminated by machine learning based on inter-wave correlation coefficients, specific inter-polarization phase differences, and the like. (3) can be realized by time extrapolation of observation information using an autoregressive model, assimilation with a weather model, or the like. These processes may be performed in consideration of the overall weather conditions on the ground obtained from the external device 20 via the communication unit 17 .

(現在気象表示部15)
現在気象表示部15は、気象情報処理部14によって推測された現在の気象状況を表示する。
(Current weather display unit 15)
The current weather display section 15 displays the current weather conditions estimated by the weather information processing section 14 .

(予測気象表示部16)
現在気象表示部15は、気象情報処理部14によって推測された未来の気象状況を表示する。
(Predicted weather display unit 16)
The current weather display unit 15 displays future weather conditions estimated by the weather information processing unit 14 .

(通信部17)
通信部17は、気象情報処理部14によって推測された、第1の気象観測及び第2の気象観測に基づく現在又は未来の気象状況(関連情報)を外部装置20に対して送信する。なお、通信部17は、第1の気象観測によって得られた観測情報及び第2の気象観測によって得られた観測情報(関連情報)をそのまま外部装置20へ対して送信してもよい。この場合上記(1)~(3)におけるデータ処理は、外部装置20側で実行してもよい。
(Communication unit 17)
The communication unit 17 transmits the current or future weather conditions (related information) estimated by the weather information processing unit 14 based on the first weather observation and the second weather observation to the external device 20 . Note that the communication unit 17 may transmit the observation information obtained by the first weather observation and the observation information (related information) obtained by the second weather observation to the external device 20 as they are. In this case, the data processing in (1) to (3) above may be executed on the external device 20 side.

なお、ここでの例では、第1の気象観測に基づく情報と、第2の気象観測に基づく情報との両者が航空機1から外部装置20に対して送信される場合について説明した。一方、これらのうち、第2の気象情報に基づく情報のみを外部装置20へ送信することもできる。 In the example here, the case where both the information based on the first weather observation and the information based on the second weather observation are transmitted from the aircraft 1 to the external device 20 has been described. On the other hand, among these, only information based on the second weather information can also be transmitted to the external device 20 .

[外部装置20]
外部装置20は、気象情報処理部24と、現在気象表示部25と、予測気象表示部26と、通信部27とを有する。
[External device 20]
The external device 20 has a weather information processing section 24 , a current weather display section 25 , a forecast weather display section 26 and a communication section 27 .

(気象情報処理部24)
気象情報処理部24は、各気象観測装置30(地上設置型気象レーダ等)から受信した観測情報と、各航空機1から受信した気象状況の情報との両者に基づき、現在又は未来の地上における全体的な気象状況を推測する。
(Weather information processing unit 24)
Based on both the observation information received from each weather observation device 30 (ground-mounted weather radar, etc.) and the information on the weather conditions received from each aircraft 1, the weather information processing unit 24 predicts the current or future overall situation on the ground. guess the weather conditions.

1.現在の気象状況の推測
例えば、気象観測装置30の観測域と、航空機1による観測域が重複する場合がある。この場合、気象情報処理部24は、最尤推定等によって両者を合わせることで、気象状況の推測精度を向上させることができる。
1. Estimation of Current Weather Conditions For example, the observation area of the weather observation device 30 and the observation area of the aircraft 1 may overlap. In this case, the weather information processing unit 24 can improve the accuracy of weather condition estimation by combining the two by maximum likelihood estimation or the like.

また、例えば、気象観測装置30の未観測域(例えば、海上)を航空機1が飛行する場合がある。この場合、航空機1からの気象状況の情報に基づき、未観測域の気象状況を埋めることができる。なお、気象観測装置30の未観測域の情報を外部装置20側から航空機1側に対して予め送信し、航空機1がその未観測域に入ったときにのみ、第2の気象観測を行うようにすることもできる。 Further, for example, the aircraft 1 may fly in an unobserved area (for example, sea) by the weather observation device 30 . In this case, based on the information on the weather conditions from the aircraft 1, the weather conditions in the unobserved area can be filled. Information on the unobserved area of the weather observation device 30 is transmitted in advance from the external device 20 side to the aircraft 1 side, and the second weather observation is performed only when the aircraft 1 enters the unobserved area. can also be

なお、気象観測装置30は省略することもでき、この場合、各航空機1から受信した観測情報によって初めて気象への対処が可能となる。 Note that the meteorological observation device 30 can be omitted, and in this case, it becomes possible to deal with the weather for the first time based on the observation information received from each aircraft 1 .

2.未来の気象状況の推測
気象観測装置30からの観測情報と、各航空機1からの気象状況の情報との両者により高精度かつ未観測域の少ない気象状況が得られる。従って、気象情報処理部24は、この高精度かつ未観測域の少ない気象状況に対して、例えば、自己回帰モデルによる時間外挿を行うことで、高精度の未来の気象状況の推測が可能となる。
2. Prediction of future weather conditions Both the observation information from the weather observation device 30 and the weather condition information from each aircraft 1 provide highly accurate weather conditions with few unobserved areas. Therefore, the weather information processing unit 24 can estimate the future weather conditions with high accuracy by, for example, performing time extrapolation using an autoregression model for the weather conditions with high accuracy and few unobserved areas. Become.

また、気象モデルに対して、航空機1からの気象状況の情報を同化することで、気象予測を行うことができ(気象観測装置30がない場合)、もしくは気象予測の精度を向上させることができる(気象観測装置30がある場合)。 In addition, by assimilating information on weather conditions from the aircraft 1 into the weather model, weather forecasting can be performed (in the absence of the weather observation device 30), or the accuracy of weather forecasting can be improved. (When the weather observation device 30 is present).

(現在気象表示部25)
現在気象表示部25は、気象情報処理部24によって推測された現在の気象状況を表示する。
(Current weather display unit 25)
The current weather display section 25 displays the current weather conditions estimated by the weather information processing section 24 .

(予測気象表示部26)
予測気象表示部26は、気象情報処理部24によって推測された未来の気象状況を表示する。
(通信部27)
(Predicted weather display unit 26)
The predicted weather display section 26 displays future weather conditions estimated by the weather information processing section 24 .
(Communication unit 27)

通信部27は、気象情報処理部24によって推測された、現在又は未来の地上における全体的な気象状況を各航空機1に対してそれぞれ送信する。また、通信部27は、気象観測装置30からの観測情報を受信する。なお、通信部27は、気象観測装置30からの観測情報を、そのまま各航空機1に対して送信してもよい。 The communication unit 27 transmits the current or future overall weather conditions on the ground estimated by the weather information processing unit 24 to each aircraft 1 . The communication unit 27 also receives observation information from the weather observation device 30 . Note that the communication unit 27 may transmit the observation information from the weather observation device 30 to each aircraft 1 as it is.

<作用等>
以上説明したように、本実施形態では、航空機搭載型気象レーダ10が、第1の気象観測及び第2の気象観測を実行する。これにより、航空機1の安全飛行のための気象観測と、気象観測の補強、気象予測の改善等のための気象観測とを両立させることができる。
<Action, etc.>
As described above, in this embodiment, the airborne weather radar 10 performs the first weather observation and the second weather observation. As a result, it is possible to achieve both meteorological observation for safe flight of the aircraft 1 and meteorological observation for reinforcement of meteorological observation, improvement of meteorological prediction, and the like.

また、本実施形態では、第1の気象観測及び第2の気象観測を単一の気象レーダ(レーダ部13)で実現しているため、コストや、重量、サイズを低減させることができる。また、第2の気象観測においてアダプティブスキャンが実行されるので、第2の気象観測の期間t2を短くすることができる。従って、航空機1の飛行の安全性を保ちつつ、第2の気象観測を行うことができる。 Moreover, in this embodiment, since the first weather observation and the second weather observation are realized by a single weather radar (radar unit 13), cost, weight, and size can be reduced. Also, since the adaptive scan is executed in the second weather observation, the period t2 of the second weather observation can be shortened. Therefore, the second weather observation can be performed while maintaining flight safety of the aircraft 1 .

ここで、気象予測は極めて広い分野で活用されており、その改善による経済効果は非常に高いと言ってよい。アダプティブスキャン及び後述のアングルイメージングに代表されるような高速スキャン技術は航空機搭載型気象レーダ10においてこれまでに実現していないが、地上設置型気象レーダにおいては最近20年ほどで十分に研究され、実用化してきている。 Here, weather prediction is utilized in an extremely wide range of fields, and it can be said that the economic effect of its improvement is extremely high. High-speed scanning technology represented by adaptive scanning and angle imaging, which will be described later, has not been realized in the airborne weather radar 10 so far. It is becoming practical.

また、特に航空機1というプラットフォーム特有の困難さもないと考えられる。機上と地上を結ぶ通信技術については、航空業界においては標準化が不十分で、使用されている技術のレベルが一般に比べて極めて低い。この問題は、本技術を産業化する上でのボトルネックになると考えられるが、通信技術自体は十分に発達しており、標準化を促進することの必要性は航空業界において共有されているため、早期に解消する可能性は十分にある。 In addition, it is considered that there are no particular difficulties peculiar to the aircraft 1 platform. Regarding the communication technology that connects the aircraft and the ground, standardization is insufficient in the aviation industry, and the level of technology used is extremely low compared to the general public. This problem is considered to be a bottleneck in the industrialization of this technology. There is a good chance that it will be resolved early.

≪第2実施形態≫
次に、本技術の第2実施形態について説明する。上述の第1実施形態では、第1の気象観測及び第2の気象観測を時分割で交互に繰り返して実行する場合について説明した。一方、第2実施形態では、第1の気象観測及び第2の気象観測が同時に並行して実行される。
<<Second embodiment>>
Next, a second embodiment of the present technology will be described. In the first embodiment described above, a case has been described in which the first weather observation and the second weather observation are performed alternately and repeatedly in a time division manner. On the other hand, in the second embodiment, the first meteorological observation and the second meteorological observation are simultaneously performed in parallel.

典型的には、第2実施形態では、制御部12は、フェーズドアレーアンテナ11を制御してアングルイメージングを実行することで、第1の領域R1及び第2の領域R2の同時観測を実行する。 Typically, in the second embodiment, the control unit 12 performs simultaneous observation of the first region R1 and the second region R2 by controlling the phased array antenna 11 to perform angle imaging.

アングルイメージングについて説明する。フェーズドアレーアンテナ11は、様々なアンテナ指向性を形成することが可能である。その特徴を利用して、複数の方向を同時に観測するのが、アングルイメージングである。このアングルイメージングにより、第1の気象観測と第2の気象観測を同時に行うことができる。 Angle imaging will be explained. The phased array antenna 11 can form various antenna directivities. Angle imaging utilizes this feature to simultaneously observe multiple directions. With this angle imaging, the first weather observation and the second weather observation can be performed simultaneously.

図8は、アングルイメージングによって第1の気象観測及び第2の気象観測が同時に行われているときの様子を示す側面図である。アングルイメージングでは、複数の方向に同時に電磁波が照射され、降水域からの散乱信号が受信される。受信される散乱信号は、電磁波が照射された全ての方向からの散乱信号が混合した信号であり、デジタルビームフォーミングが用いられて、それぞれの散乱信号が分離して取得される。なお、アングルイメージング技術については、上記非特許文献4及び非特許文献5に開示されている。 FIG. 8 is a side view showing how the first weather observation and the second weather observation are simultaneously performed by angle imaging. In angle imaging, electromagnetic waves are radiated simultaneously in multiple directions, and scattered signals from precipitation areas are received. The received scattered signal is a mixed signal of scattered signals from all directions in which the electromagnetic waves are irradiated, and digital beamforming is used to obtain each scattered signal separately. The angle imaging technique is disclosed in Non-Patent Document 4 and Non-Patent Document 5 above.

第2実施形態では、第1の気象観測及び第2の気象観測が同時に並行して行われるので、航空機1による飛行の安全性を損なうことがない。 In the second embodiment, the first meteorological observation and the second meteorological observation are simultaneously performed in parallel, so that the flight safety of the aircraft 1 is not compromised.

≪その他≫
アダプティブスキャンとアングルイメージングは併用することが可能であり、これにより両者の利点(短時間観測及び複数方向の同時観測)を同時に享受することができる。つまり、両者を併用することで、降水域が存在する方向を特定した後、降水域が存在する複数の方向を同時に観測することができる。さらに、第1の気象観測及び第2の気象観測が同時に並行して行われるので、航空機1による飛行の安全性を損なうことがない。
≪Others≫
Adaptive scanning and angle imaging can be used together, so that advantages of both (short-time observation and simultaneous observation in multiple directions) can be enjoyed at the same time. In other words, by using both together, after identifying the direction in which the precipitation area exists, it is possible to simultaneously observe a plurality of directions in which the precipitation area exists. Furthermore, since the first weather observation and the second weather observation are simultaneously performed in parallel, the flight safety of the aircraft 1 is not compromised.

1…航空機
10…航空機搭載型気象レーダ
11…フェーズドアンテナ
12…制御部
13…レーダ部
20…外部装置
30…気象観測装置
100…気象観測システム
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Aircraft 10... Aircraft-mounted weather radar 11... Phased antenna 12... Control part 13... Radar part 20... External device 30... Weather observation apparatus 100... Weather observation system

Claims (16)

アンテナと、
航空機の進行方向に指向性をもつ第1の領域の気象を前記アンテナにより観測する第1の気象観測と、前記第1の領域とは異なる第2の領域の気象を前記アンテナにより観測する第2の気象観測とを実行する制御部と
を具備する航空機搭載型気象レーダ。
an antenna;
A first weather observation for observing the weather in a first area having directivity in the direction of travel of the aircraft with the antenna, and a second observation for observing the weather in a second area different from the first area with the antenna. an airborne weather radar, comprising: a controller for performing weather observations;
請求項1に記載の航空機搭載型気象レーダであって、
前記アンテナは、フェーズドアレーアンテナである
航空機搭載型気象レーダ。
An aircraft-mounted weather radar according to claim 1,
The airborne weather radar, wherein the antenna is a phased array antenna.
請求項2に記載の航空機搭載型気象レーダであって、
前記制御部は、前記第1の気象観測及び前記第2の気象観測を、時分割で実行する
航空機搭載型気象レーダ。
An aircraft-mounted weather radar according to claim 2,
The airborne weather radar, wherein the control unit executes the first weather observation and the second weather observation in a time-sharing manner.
請求項3に記載の航空機搭載型気象レーダであって、
前記制御部は、前記第2の気象観測において、前記フェーズドアレーアンテナを制御してアダプティブスキャンを実行することで、前記第2の領域において非特定域をスキップして特定域をスキャンする
航空機搭載型気象レーダ。
An aircraft-mounted weather radar according to claim 3,
In the second meteorological observation, the control unit controls the phased array antenna to perform an adaptive scan, thereby skipping a non-specific area and scanning a specific area in the second area. weather radar.
請求項4に記載の航空機搭載型気象レーダであって、
前記制御部は、前記第2の気象観測において、前記アダプティブスキャンの前に、前記第2の領域における前記特定域及び前記非特定域を特定する
航空機搭載型気象レーダ。
An aircraft-mounted weather radar according to claim 4,
The airborne weather radar, wherein the control unit identifies the specific area and the non-specific area in the second area before the adaptive scan in the second weather observation.
請求項5に記載の航空機搭載型気象レーダであって、
前記制御部は、前記フェーズドアンテナにより前記第2の領域全体を走査することで前記特定域及び前記非特定域を特定する
航空機搭載型気象レーダ。
An aircraft-mounted weather radar according to claim 5,
The airborne weather radar, wherein the control unit identifies the specific area and the non-specific area by scanning the entire second area with the phased antenna.
請求項5に記載の航空機搭載型気象レーダであって、
前記第2の領域全体を撮像する撮像装置をさらに具備し、
前記制御部は、前記撮像装置からの画像情報に基づき、前記特定域及び前記非特定域を特定する
航空機搭載型気象レーダ。
An aircraft-mounted weather radar according to claim 5,
further comprising an imaging device that captures an image of the entire second region;
The airborne weather radar, wherein the control unit identifies the specific area and the non-specific area based on image information from the imaging device.
請求項4~7のうちいずれか1項に記載の航空機搭載型気象レーダであって、
前記特定域は、降水域であり、前記非特定域は、非降水域である
航空機搭載型気象レーダ。
The aircraft-mounted weather radar according to any one of claims 4 to 7,
The specific area is a precipitation area, and the non-specific area is a non-precipitation area. Airborne weather radar.
請求項2に記載の航空機搭載型気象レーダであって、
前記制御部は、前記第1の気象観測及び前記第2の気象観測を同時に並行して実行する
航空機搭載型気象レーダ。
An aircraft-mounted weather radar according to claim 2,
The airborne weather radar, wherein the control unit executes the first weather observation and the second weather observation simultaneously in parallel.
請求項9に記載の航空機搭載型気象レーダであって、
前記制御部は、前記フェーズドアレーアンテナを制御してアングルイメージングを実行することで、前記第1の領域及び前記第2の領域の同時観測を実行する
航空機搭載型気象レーダ。
An aircraft-mounted weather radar according to claim 9,
The airborne weather radar, wherein the control unit performs simultaneous observation of the first area and the second area by controlling the phased array antenna to perform angle imaging.
請求項1~9のうちいずれか1つに記載の航空機搭載型気象レーダであって、
前記第2の領域は、前記第1の領域よりも広い
航空機搭載型気象レーダ。
An airborne weather radar according to any one of claims 1 to 9,
The airborne weather radar, wherein the second area is wider than the first area.
請求項1~11のうちいずれか1項に記載の航空機搭載型気象レーダであって、
前記第1の気象情報及び第2の気象観測で得られた情報に基づき、気象状況を推測する気象情報処理部
をさらに具備する航空機搭載型気象レーダ。
An aircraft-mounted weather radar according to any one of claims 1 to 11,
An airborne weather radar, further comprising: a weather information processing unit for estimating weather conditions based on the first weather information and the information obtained by the second weather observation.
請求項1~12のうちいずれか1項に記載の航空機搭載型気象レーダであって、
前記第1の気象観測又は前記第2の気象観測のうち、少なくとも前記第2の気象観測で得られた情報に関連する関連情報を各航空機から受信して収集する外部装置に対して、前記関連情報を送信する通信部
をさらに具備する航空機搭載型気象レーダ。
An aircraft-mounted weather radar according to any one of claims 1 to 12,
of the first meteorological observation or the second meteorological observation, to an external device that receives and collects relevant information related to at least the information obtained from the second meteorological observation from each aircraft; An airborne weather radar further comprising a communication unit for transmitting information.
請求項13に記載の航空機搭載型気象レーダであって、
前記外部装置は、前記各航空機からの前記関連情報に基づき、地上における全体的な気象状況を推測する
航空機搭載型気象レーダ。
An airborne weather radar according to claim 13,
The airborne weather radar, wherein the external device estimates overall weather conditions on the ground based on the relevant information from each aircraft.
アンテナと、航空機の進行方向に指向性をもつ第1の領域の気象を前記アンテナにより観測する第1の気象観測と、前記第1の領域とは異なる第2の領域の気象を前記アンテナにより観測する第2の気象観測とを実行する制御部とを有する航空機搭載型気象レーダ
を具備する航空機。
An antenna, first weather observation for observing weather in a first region having directivity in the direction of flight of the aircraft with the antenna, and observation of weather in a second region different from the first region with the antenna an airborne weather radar having: a second weather observation; and a control for performing a second weather observation.
アンテナと、航空機の進行方向に指向性をもつ第1の領域の気象を前記アンテナにより観測する第1の気象観測と、前記第1の領域とは異なる第2の領域の気象を前記アンテナにより観測する第2の気象観測とを実行する制御部とを有する航空機搭載型気象レーダを搭載した各航空機から、前記第1の気象観測又は前記第2の気象観測のうち、少なくとも前記第2の気象観測で得られた情報に関連する関連情報を受信して収集する外部装置。 An antenna, first weather observation for observing weather in a first region having directivity in the direction of flight of the aircraft with the antenna, and observation of weather in a second region different from the first region with the antenna at least the second weather observation, out of the first weather observation or the second weather observation, from each aircraft equipped with an airborne weather radar having a control unit that performs a second weather observation An external device that receives and collects relevant information related to the information obtained in
JP2021091686A 2021-05-31 2021-05-31 Airborne weather radar, aircraft and weather observation system Active JP7696602B2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021091686A JP7696602B2 (en) 2021-05-31 2021-05-31 Airborne weather radar, aircraft and weather observation system
PCT/JP2022/019614 WO2022255029A1 (en) 2021-05-31 2022-05-09 Aircraft-mounted weather radar, aircraft, and external device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2021091686A JP7696602B2 (en) 2021-05-31 2021-05-31 Airborne weather radar, aircraft and weather observation system

Publications (3)

Publication Number Publication Date
JP2022184060A true JP2022184060A (en) 2022-12-13
JP2022184060A5 JP2022184060A5 (en) 2024-03-28
JP7696602B2 JP7696602B2 (en) 2025-06-23

Family

ID=84324208

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2021091686A Active JP7696602B2 (en) 2021-05-31 2021-05-31 Airborne weather radar, aircraft and weather observation system

Country Status (2)

Country Link
JP (1) JP7696602B2 (en)
WO (1) WO2022255029A1 (en)

Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5198819A (en) * 1992-03-02 1993-03-30 Thermwood Corporation Weather radar display system
US20030016156A1 (en) * 2001-07-17 2003-01-23 Honeywell International, Inc. Hazard and target alerting for weather radar
US6549161B1 (en) * 2001-06-21 2003-04-15 Rockwell Collins, Inc. Multiple altitude radar system
US6879280B1 (en) * 2004-06-28 2005-04-12 Rockwell Collins, Inc. Vertical weather profile display system and method
US7242343B1 (en) * 2004-09-15 2007-07-10 Rockwell Collins, Inc. Directed sequential hazard assessment weather radar
US8344933B1 (en) * 2010-09-30 2013-01-01 Rockwell Collins, Inc. System and method for aircraft communications
US9116244B1 (en) * 2013-02-28 2015-08-25 Rockwell Collins, Inc. System for and method of weather phenomenon detection using multiple beams
US9568602B1 (en) * 2014-09-26 2017-02-14 Rockwell Collins, Inc. Radar system and method of due regard/detect and avoid sensing and weather sensing
JP2019120659A (en) * 2018-01-11 2019-07-22 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 Radar device and radar system
US10605912B1 (en) * 2015-09-30 2020-03-31 Rockwell Collins, Inc. Storm top adaptive beam scan
CN112068140A (en) * 2020-09-11 2020-12-11 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 Airborne phased array meteorological radar scanning method and device and airborne phased array meteorological radar

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5198819A (en) * 1992-03-02 1993-03-30 Thermwood Corporation Weather radar display system
US6549161B1 (en) * 2001-06-21 2003-04-15 Rockwell Collins, Inc. Multiple altitude radar system
US20030016156A1 (en) * 2001-07-17 2003-01-23 Honeywell International, Inc. Hazard and target alerting for weather radar
US6879280B1 (en) * 2004-06-28 2005-04-12 Rockwell Collins, Inc. Vertical weather profile display system and method
US7242343B1 (en) * 2004-09-15 2007-07-10 Rockwell Collins, Inc. Directed sequential hazard assessment weather radar
US8344933B1 (en) * 2010-09-30 2013-01-01 Rockwell Collins, Inc. System and method for aircraft communications
US9116244B1 (en) * 2013-02-28 2015-08-25 Rockwell Collins, Inc. System for and method of weather phenomenon detection using multiple beams
US9568602B1 (en) * 2014-09-26 2017-02-14 Rockwell Collins, Inc. Radar system and method of due regard/detect and avoid sensing and weather sensing
US10605912B1 (en) * 2015-09-30 2020-03-31 Rockwell Collins, Inc. Storm top adaptive beam scan
JP2019120659A (en) * 2018-01-11 2019-07-22 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 Radar device and radar system
CN112068140A (en) * 2020-09-11 2020-12-11 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 Airborne phased array meteorological radar scanning method and device and airborne phased array meteorological radar

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
MIZUTANI FUMIHIKO: "Fast-Scanning Phased-Array Weather Radar With Angular Imaging Technique", IEEE TRANSACTIONS ON GEOSCIENCE AND REMOTO SENSING, vol. 56, no. 5, JPN6022023960, May 2018 (2018-05-01), pages 2664 - 2673, XP093011841, ISSN: 0005602738, DOI: 10.1109/TGRS.2017.2780847 *
北中 佑弥: "B−2−7 広帯域雑音変調を用いた衛星搭載降雨レーダのアダプティブ走査", 電子情報通信学会2010年通信ソサイエティ大会講演論文集1, JPN6022023961, 14 September 2010 (2010-09-14), JP, pages 243, ISSN: 0005567332 *

Also Published As

Publication number Publication date
WO2022255029A1 (en) 2022-12-08
JP7696602B2 (en) 2025-06-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9869766B1 (en) Enhancement of airborne weather radar performance using external weather data
US9535158B1 (en) Weather radar system and method with fusion of multiple weather information sources
CN106546984B (en) Weather radar control system and method of using the same
US9223020B1 (en) System and method for weather detection using more than one source of radar data
JP6195039B1 (en) Data processing apparatus, laser radar apparatus, and wind measurement system
US5663720A (en) Method and system for regional traffic monitoring
US9689984B1 (en) Weather radar system and method with latency compensation for data link weather information
US10700767B2 (en) Requesting weather data based on pre-selected events
US10605912B1 (en) Storm top adaptive beam scan
AU2010310752A1 (en) Resolution enhancement system for networked radars
JP2018120553A (en) Weather information processing apparatus, weather information processing method, program
JP3084483B2 (en) In-flight Doppler weather radar windshear detection system
JP2020193904A (en) Target signal separation device, passive radar device and target signal separation method
KR20130049521A (en) Apparatus and method for predicting precipitation echo route
Aievola et al. Ground-based radar networks for urban air mobility: Design considerations and performance analysis
Miccinesi et al. Synthetic aperture radar aboard an unmanned aerial system for detecting foreign object debris on airport runways
WO2024109347A1 (en) Method and apparatus for detecting travelable area, and vehicle and storage medium
JP6707405B2 (en) Estimation of Meteorological and Ground Reflectance Using Doppler Spectral Information
JP2022184060A (en) Airborne weather radar, aircraft and external
JP2000075029A (en) Weather radar equipment
EP4343385B1 (en) Wind speed prediction device, wind speed prediction method, and radar device
RU2672040C2 (en) Method of providing aircraft with meteorological information
JP7110004B2 (en) Processing device, processing method, and program
KR102314460B1 (en) A method and a system based on radar sensor for preventing collision accident of drones
JP6083935B2 (en) Target contour identification device

Legal Events

Date Code Title Description
A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20240319

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20240319

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20240319

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20250408

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20250507

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20250527

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20250604

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7696602

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150