| Project/Area Number |
23K20254
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| Project/Area Number (Other) |
20H02166 (2020-2023)
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Multi-year Fund (2024)
Single-year Grants (2020-2023) |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 21030:Measurement engineering-related
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| Research Institution | Kyoto University |
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Principal Investigator |
西村 耕司 京都大学, 生存圏研究所, 准教授 (60455475)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
吉川 栄一 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主任研究開発員 (70619395)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2024)
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| Budget Amount *help |
¥16,120,000 (Direct Cost: ¥12,400,000、Indirect Cost: ¥3,720,000)
Fiscal Year 2024: ¥1,040,000 (Direct Cost: ¥800,000、Indirect Cost: ¥240,000)
Fiscal Year 2023: ¥1,560,000 (Direct Cost: ¥1,200,000、Indirect Cost: ¥360,000)
Fiscal Year 2022: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2021: ¥8,060,000 (Direct Cost: ¥6,200,000、Indirect Cost: ¥1,860,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
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| Keywords | レーダー / 大気レーダー / フェーズドアレイ気象レーダー / 逆問題 / ウィンドプロファイラー / 干渉計 |
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| Outline of Research at the Start |
ゲリラ豪雨やマイクロバーストなどの局所的な極端気象現象は、人間の社会的生活における安全上の脅威となっており、その発達段階での早期検出が課題となっている。しかし、従来のウィンドプロファイラーや気象レーダーでは、風速ベクトルのドップラー速度成分しか計測できないため、局所的な擾乱を高精度に計測することには限界がある。本研究では、厳密な移流散乱方程式に基づくインバージョン法により、レーダーを用いた高分解能3次元ベクトル風速場観測技術を開発する。これにより、例えば航空機離着陸時のフライトパス上の気象擾乱の検出や、高層建築物の密集する都市環境における気象擾乱の検出を可能とするレーダー開発への道筋をつける。
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| Outline of Annual Research Achievements |
３次元風速推定技術に関しては，昨年に引き続きインバージョンアルゴリズムにいくつかの改良を行い，現実的な状況をモデル化した複数のシミュレーションにおいて推定精度が改善されたことを確認した．理論的な裏付けについてもある程度進んでおり，これを持って推定精度については概ね上限に達したものと判断する．風速推定アルゴリズムおよび理論については，これまでの国際会議等での発表を踏まえて，今後は論文化に力点を移す．また，本研究から派生した大型フェイズドアレイの実測・較正技術については，理論面での検討が進んでおり，ドローンに搭載予定の送受信装置の開発も進めている．今後なるべく早く実験に進めるように引き続き装置開発を進める．また，「すみれ」（南極昭和基地大型大気レーダー；通称PANSYの国内トレーニングシステム）を用いた低高度観測装置（BLOA）の実証実験を行い，所期の成果を得ることができた．この成功を受けて，同一構成のシステムを南極へ持ち込み，PANSYレーダーとBLOAの組み合わせによる低高度観測実験を行った．しかし，この実験で得られた低高度域エコーのSN比は不十分であり，国内での実験とは異なるものとなった．この原因については調査中であるが，国内トレーニングシステムと比較して２桁程度大きい直達波の強さの差に対応する光電・電光変換系統のゲインコントロールの動作の違いに起因すると見通しがついており，R6年度にシステムの改善を行った上で再実験する準備を進める．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
オプティカルディレイラインとクロス八木アンテナx３とするアレイアンテナを導入した低高度観測装置（BLOA）と，南極昭和基地大型大気レーダー（以下PANSY）の国内トレーニングシステムであるすみれを用いた低高度観測実験を実施した．レーダー本体で観測不可能となる地上300-1500m程度の低高度域で十分な品質の風速推定が可能なことが確認された．また，レーダー本体でも観測可能な1500m以上の高度での観測結果が十分な精度で一致することも確かめられた．これにより，BLOAが所期の機能．性能を実現していることが確認できた．この結果を持って，同一のBLOAシステムを南極昭和基地へ持ち込み，PANSYレーダーとの組み合わせによる実験を行った．2014年2月に複数回の実験を実施した結果では，低高度域の大気エコーを確認することができなかった．すみれとの差異を考慮すると，これはレーダーからの直達波が強すぎることに起因すると考えられる．特に，オプティカルディレイラインで用いる光電・電光変換器内では自動利得調整（AGC）が機能している可能性が高く，直達波による強力な電波で利得調整が作動し，その復帰時間が数μsの低高度観測時間をマスクしている可能性が高い．今後，国内での再現実験により検証を行い，対策を検討する．
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| Strategy for Future Research Activity |
３次元風速推定技術の開発に関しては，十分実用的な高速推定アルゴリズムに達したため，本課題の最終年度となるR6年度では論文化を急ぐ．また，派生課題となる位相・ビームパターンの実測・較正技術については，実測に進めるように装置開発を進めており，R６年度中の初期実験の実現を目指す．BLOA実験に関しては，信号発生器を用いて直達波と大気エコーの疑似観測信号を生成し，AGCの動作状況，特に観測において問題となる復帰時間の確認を行う．また，光電・電光変換器を製造するメーカーにも協力を依頼し，復帰時間を短縮する，あるいはAGCを回避するなどの対応策を検討する．来年度は最終年度となるため，改良版の準備を急ぎ，R6年度中にPANSYレーダーを用いた再実験を実施できるよう準備を進める．
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