適応信号処理による気象用フェーズドアレイレーダの3次元雨量高精度推定手法の開発

利用自适应信号处理开发气象相控阵雷达高精度 3D 降雨估算方法

• 批准号: 22K04121
• 负责人: 菊池 博史
• 金额: $ 2.58万
• 依托单位: The University of Electro-Communications
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2025-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22K04121/
• 关键词: 気象レーダ; 地上雨量推定; 高解像度化; 圧縮センシング; 降雨観測; フェーズドアレイ気象レーダ; 適応型信号処理

本課題で提案する技術は,次世代の気象レーダとして期待される大型の気象用フェーズドアレイレーダへの適用を目的とし，三つの研究課題に相補的に取り組む.一つ目は気象レーダの固有の欠点を解決する鉛直方向の分解能の向上を目的として，新たな適応信号処理を検討し，実用可能なディジタルビームフォーミング手法として発展させる．二つ目はレーダ雨量と地上降水量との誤差を最小化するために、欠点である水平方向の地上雨量計のデータ点の不足を信号処理技術の圧縮センシングや機械学習を応用した信号処理アルゴリズムを用いて空間的に補間(予測)するアルゴリズムの開発を行う．三つ目はレーダ雨量の高精度化を目的としてレーダデータから雨量に変換する際の関係式(Z-R関係式)をリアルタイムに更新するアルゴリズムの開発を行う.本年度は、フェーズドアレイレーダの鉛直方向の分解能を目的として、圧縮センシング(基底追跡ノイズ除去（BPDN)）を用いた開口径を疑似的に拡大する方法について検討した。BPDN法はアンテナ素子数が少ない状況(アンテナ素子が疎に配列)でも、アンテナ性能を維持し、アンテナ開口径を疑似的に拡大できる可能性を示す一方、適応信号処理手法の実用化のボトルネックとなる観測時のノイズの影響を低減させることが分かった。地上雨量データの水平分解能の向上に対しては、本年はまず、地上雨量計及びフェーズドアレイレーダのデータを用いた、Z-R関係の時間変化について検討した。レーダ観測範囲内の積乱雲についてZ-R関係を個別に導出し、逐次的にZ-R関係を更新することで地上雨量推定精度が改善することが分かった。Z-R関係のリアルタイム導出方法の検討に関しても同様に、逐次的なZ-R関係の導出手法を確立し、地上雨量の予測に利用するための基礎検討を行った。今後は、上記の成果を基盤として包括的に研究を進める予定である。

This project is aimed at providing a new technology for the next generation of imaging technology, which is expected to be applied to large-scale imaging applications, and a complementary set of three research projects. The inherent defect of the image can be solved in the vertical direction, and the upward direction of the decomposition energy can be solved in the new signal processing method. 2. Minimize the error between rainfall and precipitation on the ground, reduce the signal processing technology and mechanical learning, and use the signal processing technology to supplement the space (prediction). 3. The purpose of improving the accuracy of rainfall is to update the relationship between rainfall and rainfall (Z-R relationship). This year, the vertical decomposition energy of the substrate is reduced to a predetermined value by using the substrate tracking removal (BPDN) method. The BPDN method shows the possibility of maintaining the performance of the system when the number of elements in the system is small and the possibility of increasing the number of elements in the system when the system is open is large, and reduces the influence of the detection time when the signal processing method is applied. The horizontal decomposition of rainfall on the ground can be used in the upward direction, the current year, the ground rain gauge and the Z-R relationship. The Z-R relationship is derived individually and updated sequentially to improve the accuracy of rainfall estimation. A study on the derivation of Z-R relationship is carried out in the following aspects: the establishment of the derivation method of Z-R relationship, the prediction of rainfall on the ground, and the basic discussion. In the future, the results of the study will be recorded.

项目成果

気象用二重偏波フェーズドアレイ気象レーダと LF 帯雷放電標定装置を用いた雲内粒子と放電過程の時系列変化

使用双偏振相控阵天气雷达和低频雷电放电定位装置研究云粒子和放电过程的时间序列变化

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Kikuchi;E. Yoshikawa;Y. Nakamura;T. Ushio;T. Morimoto;and Y. Hobara;馬場直人，菊池博史，芳原容英，牛尾知雄;鹿倉周太郎，菊池博史，芳原容英，吉川栄一，中村佳敬，森本健志，牛尾知雄
• 通讯作者: 鹿倉周太郎，菊池博史，芳原容英，吉川栄一，中村佳敬，森本健志，牛尾知雄

気象用二重偏波フェーズドアレイ気象レーダと地上雨量計による降雨強度推定の高度化

使用双偏振相控阵气象雷达和地面雨量计进行复杂的降雨强度估算

• 发表时间: 2022
• 作者: H. Kikuchi;E. Yoshikawa;Y. Nakamura;T. Ushio;T. Morimoto;and Y. Hobara;馬場直人，菊池博史，芳原容英，牛尾知雄
• 通讯作者: 馬場直人，菊池博史，芳原容英，牛尾知雄

Observations of Precipitation Cores with X-band Dual Polarized Phased Array Weather Radar and LF Band Lightning Location System

X波段双偏振相控阵天气雷达和LF波段闪电定位系统对降水核心的观测

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

igh Temporal Resolution Observations of Precipitation Cores with Dual Polarized Phased Array Weather Radar and LF Band Lightning Location System

双偏振相控阵天气雷达和低频波段闪电定位系统对降水核心的高时间分辨率观测

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