2022 Fiscal Year Annual Research Report
Development of Radar Inversion Technologies for Small-Scale Weather Disturbances
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20H02166
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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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吉川 栄一 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 航空技術部門, 主任研究開発員 (70619395) [Withdrawn]
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | レーダー / 大気レーダー / ウィンドプロファイラー / 逆問題 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
３次元風速推定技術に関して，これまで本研究で提案するレーダーインバージョン法を基礎とする安定的な推定アルゴリズムを提案してきたところであるが，今年度も速度，精度に関するいくつか改良案を提案し，実証に成功した．これらの改良により送信ビーム方向に関わらず従来法よりも高い精度で３次元風速を推定することが可能となった．この過程において，従来法ともいうべき空間アンテナ法を基礎とする別の改良案も提案するに至り，こちらについても精度，速度など得失に加えて理論面からもインバージョン法との比較検証を進めている．
低高度観測装置（BLOA）に関しては，オプティカルディレイラインを導入することによりレーダー本体での低高度観測を実現し，京都大学MUレーダーを用いてこれを用いた実証実験を行ってきた．しかし，この組み合わせでの実験では強力な干渉波様の正弦波信号が重畳することがわかり，一部年度繰越しの要因となった．この原因について詳細は不明であるが，低高度エコーに相当する時刻は本来の観測タイミング外となるため，一部の送信機から何らかの不要放射が出ている可能性がある．この問題を避けるため，別種の送信機構成を持つ「すみれ」（南極レーダーの国内トレーニングシステム）を用いた実験に移行することとし，このためにBLOAの高利得化など開発を進めた．一部すでに すみれ を用いた予備実験を進めており，良好な結果が得られており，引き続き実験を進める．
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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
３次元風速推定技術関連：本研究で提案するレーダーインバージョン法を基礎とする高速推定アルゴリズムを確立し，安定動作するプログラムを完成することができた．これにより，送信ビーム方向に関わらず従来法よりも高い精度で３次元風速を推定することが可能となった．加えて，この研究の過程で従来法を基礎とする別の手法でも高い推定精度を得られることがわかった．これについてはインバージョンとの得失などについてさらに検討の余地があり，今後理論，実証の両面からさらなる検討を行う．
低高度観測実験関連：レーダー本体の有する余剰デジタル受信機を利用するため，オプティカルディレイラインを用いた低高度観測装置（BLOA）を開発した．これを用いたMUレーダーにおける実験で強い干渉信号が観測された問題については原因の解明には至らず，別の同種のレーダーを用いることにより問題の回避をする方が現実的と判断した．このため， MUレーダーと同敷地内に設置する，南極昭和基地大型大気レーダーの国内試験システム（以降「すみれ」とする）を用いた実験を行うこととした．すみれはMUレーダーとは異なり，実観測を目的としない小規模なレーダーであり，アンテナ開口は小さく，送信電力も小さい．このため，サイドローブ放射が高いにも関わらず高いSNRが期待できない．このことから，アンテナを複数用いたアレイ化を図り，受信側で高いゲインの確保を図る．
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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，精度に関する改善法が複数見出されたところであるが，現状いずれについても十分理論的な解釈ができていない状況である．また，スパコンの更新があったことにより，精度を示すための数値実験もやや不足している状況である．今後，アルゴリズムの理論的整理を行った上で，数値実験データをさらに加えて，国際会議および論文誌での発表を進める．また，実証実験で必要となるアンテナパターンのドローンを用いた実測技術開発を新たな課題として設定し進めているところであるが，実用的な計測スキームについての検討を引き続き進める．低高度観測技術の開発に関しては，すみれ での実験に移行する．さらにすみれを用いた国内実証実験を踏まえて，R５年度中に南極昭和基地へ実験装置を持ち込み，現地における最終実験を実施する準備を整える．
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