JP2022184060A - Airborne weather radar, aircraft and external - Google Patents
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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).
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.
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
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
[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]
(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)
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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,
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,
(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
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
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
(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
(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
(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
(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
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
[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
(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
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
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
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
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
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
(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
(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
(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
<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
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
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
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
≪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
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
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
≪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
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
Claims (16)
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;
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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