混合モデルによるドップラー気象レーダの信号解析

摘要

ドップラー気象レーダの受信信号には，観測目標からの反射波である気象エコーと地上からの反射波であるグランドクラッタが含まれている．このグランドクラッタは正確な気象観測の妨げとなるため，これを除去し気象エコーのみの情報を抽出する必要がある.従来のMoving Target Indicator（MTI）は，低周波域を抑圧することでグランドクラッタを除去する装置であるが，低周波域に存在する気象エコーを除去する可能性がある．そこで本稿では，受信信号の周波数スペクトルを混合密度関数にあてはめることで，気象エコーから気象データを直接推定する手法を提案する．関数のあてはめには，パラメータの事前情報を用いるために，ペナルティつきのEMアルゴリズムを用いる．計算機実験によって，気象エコーが低周波域に存在する場合にも，気象エコーの速度，速度幅，電力債を精度良く算出できることを示す．%The weather echo is a signal reflected at the observation target. The ground clutter is from the ground. Therefore, we need to remove the ground clutter. To this end, Moving Target Indicator (MTI), which suppresses the low frequency spectra of the echo, is often used to remove the ground clutter. However, this MTI can remove components in the weather echo that exists in a low frequency band. To avoid this problem, we propose to model the spectra of the echos with the mixture of density functions. We employ Expectation Maximization (EM) algorithm for a penalized likelihood function to estimate the parameters of the mixed density function. We show by experiments that the proposed method works well in estimating the velocity, the velocity width and the power of the weather echo even when the weather echo exists in a lower frequency part.