科学的モデリングによる気象レーダの高解像度化

通过科学建模获得更高分辨率的天气雷达

• 批准号: 21H01592
• 负责人: 牛尾 知雄
• 金额: $ 9.48万
• 依托单位: Osaka University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21H01592/
• 关键词: レーダ; フェーズドアレイ; 気象; 気象レーダ; フェイズドアレイ; 圧縮センシング

フェーズドアレイ気象レーダにおいて，複素受信信号（IQ信号）からドップラースペクトルを推定するため，スパース性と滑らかさを用いた正則化モデルを提案した．提案モデルの非負の変数によってドップラースペクトルが推定され，これは凸最適化によってスパース性と滑らかさを活用できるようになっているものとなっている．フェーズドアレイ気象レーダーにおける数値実験では，提案手法が従来のスパース推定モデルにスムージングを組み合わせた手法よりも優れた性能を発揮することが示された．また，偏波レーダにおいて高解像度かつ高精度な降水量推定アルゴリズムの検討を行った．従来の方法では，SNの低い箇所において，低域濾過フィルタの適用に伴って，空間解像度を劣化させることが問題となっていた．これに対して，偏波間位相差（Phi-DP）を各レンジビンにおいて，滑らかさやSNを考慮しつつ，最適化問題として解く手法を提案し，初期検討を行った．結果，空間解像度を劣化させることなく，比較的高精度で推定可能なことが，数値計算および実測データで示された．さらに，2重偏波フェーズドアレイレーダにおいて問題となるグランドクラッタの除去アルゴリズムの検討も行った．2重偏波フェーズドアレイレーダでは，送信に比較的ビーム幅の広いファンビームを送信するため，数km近辺までグランドクラッタの影響が出ることが分かっているが，これに対して適応的なフィルタを適用することによって，どの程度，反射因子のみならず，偏波間位相差や偏波間相関係数等の2重偏波パラメータの測定精度が向上するのか検討を行っている．アンテナ形状を考慮して，反射因子に関しては数十dB程度のクラッタレベルの低減が確認されており，今後，偏波間位相差の精度を確認予定である．

The complex received signal (IQ signal) is estimated to have a property of sliding and regularized. The number of non-negative variables in the proposed optimization scheme is estimated to be the number of variables in the convex optimization scheme. The value of the proposed method is estimated by the method of combining the two methods. High resolution, high precision precipitation estimation, high resolution, high resolution, high resolution. The method is to reduce the spatial resolution of the low domain filter and reduce the spatial resolution of the low domain filter. For this reason, the phase difference between partial waves (Phi-DP) is considered in each application, and the SN is considered in the optimization problem. As a result, the spatial resolution is degraded, the high accuracy of the comparison is estimated, and the numerical value is calculated. 2. The problem of double polarization is that the amplitude of the transmission is compared with that of the transmission, and the distance between the transmission and the transmission is increased. Reflectance factor, phase difference between partial waves, correlation coefficient between partial waves, etc. Considering the shape of the reflection factor, the reflection factor is determined to be several tens of dB, and the accuracy of the phase difference between the partial waves is determined in the future.

项目成果

Observation of two downward terrestrial gamma-ray flashes with very-high-frequency waveform recordings

用甚高频波形记录观测两次向下的地面伽马射线闪光

• 发表时间: 2022
• 作者: Y. Wada;T. Morimoto;Y. Nakamura;T. Enoto;H. Kikuchi;E. Yoshikawa;T. Ushio
• 通讯作者: T. Ushio

Compressive Sensing to Reduce the Number of Elements in a Linear Antenna Array With a Phased Array Weather Radar

通过压缩感知减少相控阵气象雷达线性天线阵列中的元件数量

• DOI: 10.1109/tgrs.2022.3152998
• 发表时间: 2022
• 期刊: IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing
• 影响因子: 8.2
• 作者: Kikuchi Hiroshi;Hobara Yasuhide;Ushio Tomoo
• 通讯作者: Ushio Tomoo

Phased Array Radar Development and Observation

相控阵雷达开发与观测

• 发表时间: 2021
• 作者: Ushio;T.
• 通讯作者: T.

Adaptive Beamforming Using Steering Vector Correction for Phased-Array Weather Radar

使用相控阵气象雷达转向矢量校正的自适应波束形成

• DOI: 10.1109/jstars.2021.3106002
• 发表时间: 2021
• 期刊: IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing
• 影响因子: 5.5
• 作者: H. Kikuchi;E. Yoshikawa;T. Ushio;and Y. Hobara
• 通讯作者: and Y. Hobara

A Primer on Phased Array Radar Technology for the Atmospheric Sciences

大气科学相控阵雷达技术入门

• DOI: 10.1175/bams-d-21-0172.1
• 发表时间: 2022
• 期刊: Bulletin of the American Meteorological Society
• 影响因子: 8
• 作者: Palmer, Robert;Bodine, David;Kollias, Pavlos;Schvartzman, David;Zrnić, Dusan;Kirstetter, Pierre;Zhang, Guifu;Yu, Tian-You;Kumjian, Matthew;Cheong, Boonleng
• 通讯作者: Cheong, Boonleng