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2015 Fiscal Year Research-status Report

フェーズドアレイ気象レーダと雷放電標定装置を併用した気象災害防災システムの構築

Research Project

Project/Area Number 26350487
Research InstitutionOsaka University

Principal Investigator

牛尾 知雄  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50332961)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 金 寛  大阪大学, 工学(系)研究科(研究院), 助教 (90243170) [Withdrawn]
Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywordsレーダー
Outline of Annual Research Achievements

大阪大学吹田キャンパスに設置されているフェーズドアレイ気象レーダおよび西神戸に設置されている同じフェーズドアレイ気象レーダの2台のネットワークを用いて,平成27年度を通じて観測実験を行った。観測実験に先立ち,バルーンを用いたレーダの較正実験を行った。その結果,1dB程度の精度で,レーダシステム全体の絶対較正をすることができた。フェーズドアレイレーダは100仰角にわたる3次元観測を30秒以内に終了できる性能を有している。そのため,従来型のパラボラアンテナを用いたレーダに比して,バルーンなどの飛翔体を効率的に補足することが可能である。本研究によって,そのようなフェーズドアレイ気象レーダの利点を示すことができた。
また,2台のフェーズドアレイレーダネットワークによる,高精度な降雨減衰補正アルゴリズムの研究開発,そしてデータ合成手法の検討を行った。本研究で用いているフェーズドアレイ気象レーダは,X帯の電波を用いている。そのため,降雨減衰の影響を受けやすく,データ利用には補正処理を行う必要がある。本研究では,複数台のレーダを用いた確率論的なアプローチによって,補正アルゴリズムを検討した。その結果,偏波レーダと同等な精度を有する降雨減衰補正・ネットワーク合成アルゴリズムを開発することができた。
また,デジタルビームフォーミング技術を用いた本フェーズドアレイ気象レーダの場合,送信に仰角方向にビーム幅の広い送信波を送信する。そのため,仰角方向のサイドローブレベルが従来型のパラボラアンテナに比して10dB以上高くなり,グランドクラッタおよび強い降雨域の影響を受けやすい。そのため,適応的な信号処理手法が有効であると考えられ,本研究ではMMSE法を応用したグランドクラッタ除去アルゴリズムを検討した。その結果,20dB以上の改善を見込むことができるようになった。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

1.平成27年度において,年を通じて継続的に,複数台によるフェーズドアレイレーダの実験データを取得することに成功した。前年の一台から二台に観測データを順調に増やすことができた。
2.フェーズドアレイレーダの絶対較正を行うことができた。都市域という難しい条件にも関わらず,較正球を用いたバルーン実験を実施し,そのエコーを捉えることに成功した。レーダの較正はしばしば困難であるが,100仰角,30秒というフェーズドアレイレーダの特性を生かして,その較正が比較的容易にすることができるということを示すことができた。
3.ネットワーク条件下での降雨減衰補正手法の検討フェーズドアレイレーダは非偏波であるが,ネットワーク化することによって,偏波レーダによる降雨減衰補正と同等な精度を有することを,米国NEXTRADおよびCASAレーダネットワーク等のデータから数値シミュレーションによって示すことができた。
4.グランドクラッタ抑圧アルゴリズムの検討フェーズドアレイレーダは,送信に広いファンビームを用いるが,同時にグランドクラッタレベルの増加というtrade offがある。そのため,MMSE法を応用して,その抑圧を試みた。その結果,数十dB以上の抑圧に成功した。

Strategy for Future Research Activity

平成27年度に得られた以上の成果に基づいて,平成28年度は以下の方針に従って研究を進める。
1.平成28年度においても夏季を中心として観測実験を継続すると共に,基礎的データの取得と衛星観測などの比較を行う。
2.新規の周波数開拓を目指した検討
3.降雨減衰補正アルゴリズムの検討と合成アルゴリズムの実装などを進める

Causes of Carryover

平成27年度においては,継続的な運用と実験データの取得を行うことが出来たが,より進んだ検討,特にレーダシステムのIFユニットからの直接サンプリング実験などについては,機器の不具合から十分なデータを得る事ができなかった。そのため,平成28年度の実験の一部を繰り越すことにした。

Expenditure Plan for Carryover Budget

大量のデータ処理を伴うため,ハードディスク,計算機用の費用として使用する。また実験および打ち合わせや成果発表に伴う旅費として使用する。

  • Research Products

    (14 results)

All 2015

All Journal Article (2 results) Presentation (12 results)

  • [Journal Article] Preliminary breakdown of intracloud lightning: Initiation altitude, propagation speed, pulse train characteristics, and step length estimation,2015

    • Author(s)
      T. Wu, S. Yoshida, Y. Akiyama, M. Stock, T. Ushio, Z. Kawasaki,
    • Journal Title

      Journal of Geophysical Research,

      Volume: 120 Pages: 9071-9086

    • DOI

      10.1002/2015JD023546

  • [Journal Article] A Bayesian Approach for Integrated Raindrop Size Distribution (DSD) Retrieval on an X-Band Dual-Polarization Radar Network,2015

    • Author(s)
      E. Yoshikawa, V. Chandrasekar, T. Ushio, T. Matsuda,
    • Journal Title

      Journal of Atmospheric and Oceanic Technology

      Volume: 33 Pages: 377-389

    • DOI

      10.1175/JTECH-D-15-0060.1

  • [Presentation] Upgrade to the Broadband Observation network for Lightning and Thunderstorms,2015

    • Author(s)
      Akiyama, Y., T. Wu, M. Stock, Y. Nakamura, H. Kikuchi, S. Yoshida, T. Ushio, Z. Kawasaki,
    • Organizer
      2015 AGU Fall Meeting,
    • Place of Presentation
      San Francisco US,
    • Year and Date
      2015-12-12 – 2015-12-16
  • [Presentation] Near-field Interferometric Imaging of Lightning2015

    • Author(s)
      M. Stock, T. Wu, Y. Akiyama, Z. Kawasaki, T. Ushio,
    • Organizer
      2015 AGU Fall Meeting
    • Place of Presentation
      San Francisco US
    • Year and Date
      2015-12-12 – 2015-12-16
  • [Presentation] Large-volume Data Compression Using Compressed Sensing for Meteorological Radar,2015

    • Author(s)
      Shimamura, S., H.Kikuchi, T.Matsuda, G.kim, T.Ushio, E.Yoshikawa, Y.Nakamura,
    • Organizer
      37th Conference on Radar Meteorology,
    • Place of Presentation
      Oklahoma US,
    • Year and Date
      2015-09-14 – 2015-09-18
  • [Presentation] MMSE approach for estimating radar Doppler spectrum,2015

    • Author(s)
      T. Adachi, K. Kusunoki, S. Yoshida, K. I. Arai, S. Hayashi, and T. Ushio,
    • Organizer
      37th Conference on Radar Meteorology,
    • Place of Presentation
      Oklahoma US,
    • Year and Date
      2015-09-14 – 2015-09-18
  • [Presentation] Development of an Upgraded BOLT System to Improve Location Accuracy,2015

    • Author(s)
      Akiyama, Y., H. Kikuchi, T. Wu, M. Stock, Y. Nakamura, S. Yoshida, T. Ushio,
    • Organizer
      2015 URSI-Japan Radio Science Meeting, Tokyo Institute of Technology,
    • Place of Presentation
      東京工業大学(東京都 目黒区)
    • Year and Date
      2015-09-03 – 2015-09-04
  • [Presentation] PROBABILISTIC APPROACH FOR PRECIPITATION ATTENUATION CORRECTION IN MULTIPLE RADAR NETWORK,2015

    • Author(s)
      Shimamura, S., V. Chandrasekar, T. Ushio, E. Yoshikawa,
    • Organizer
      IEEE Geoscience and Remote Sensing Society,
    • Place of Presentation
      Milan Italy,
    • Year and Date
      2015-07-26 – 2015-07-31
  • [Presentation] Probabilistic approach for attenuation correction in multiple dual-polarimetric radar network,2015

    • Author(s)
      Shimamura, S., V. Chandrasekar, T. Ushio, E. Yoshikawa,
    • Organizer
      The 2015 IEEE AP -S Symposium on Antennas and Propagation and URSI CNC/USNC Joint Meeting,
    • Place of Presentation
      Vancouver Canada
    • Year and Date
      2015-07-19 – 2015-07-25
  • [Presentation] Comparison of preliminary breakdown pulses of cloud-to-ground and intracloud lightning flashes using BOLT and phased array radar,2015

    • Author(s)
      Akiyama, Y., W. Ting, K. Gwan, H. Kikuchi, T. Ushio, S. Yoshida,
    • Organizer
      電磁環境・マグネティックス合同研究会,
    • Place of Presentation
      Bangkok Thailand,
    • Year and Date
      2015-06-25 – 2015-06-26
  • [Presentation] Development of LF Lightning Location Network (BOLT) in Kinki Region of japan,2015

    • Author(s)
      T. Wu, S. Yoshida, T. Ushio,
    • Organizer
      Asia-Pacific International Conference on Lightning,
    • Place of Presentation
      WINC AICHI (愛知県 名古屋市)
    • Year and Date
      2015-06-23 – 2015-06-25
  • [Presentation] 雲内放電及び対地放電に先行するPreliminary breakdownの比較,2015

    • Author(s)
      秋山 泰洋1、Ting Wu1、金 寛1、菊池 博史1、牛尾 知雄1、吉田 智2 (1.大阪大学、2.気象研)
    • Organizer
      JPGU
    • Place of Presentation
      幕張メッセ(千葉県 千葉市)
    • Year and Date
      2015-05-22 – 2015-05-26
  • [Presentation] フェーズドアレイレーダネットワークにおける降雨減衰を考慮した合成手法の検討2015

    • Author(s)
      藤田 秀平1、嶋村 重治1、妻鹿 友昭1、菊池 博史1、呉 亭1、金 寛1、牛尾 知雄1、吉川 栄一2 (1.大阪大学、2.宇宙航空研究開発機構),
    • Organizer
      JPGU
    • Place of Presentation
      幕張メッセ(千葉県 千葉市)
    • Year and Date
      2015-05-22 – 2015-05-26
  • [Presentation] PROBABILISTIC ATTENUATION CORRECTION IN MULTIPLE RADAR NETWORK,2015

    • Author(s)
      Shimamura, S., V. Chandrasekar, T. Ushio, E. Yoshikawa,
    • Organizer
      1st URSI Atlantic Radio Science Conference,
    • Place of Presentation
      Gran,Canaria,Spain
    • Year and Date
      2015-05-18 – 2015-05-22

URL: 

Published: 2017-01-06  

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