JP7052501B2

JP7052501B2 - ラスレーダー用の音波発生装置、及び、ラスレーダー

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Publication number: JP7052501B2
Application number: JP2018072191A
Authority: JP
Inventors: 規志奥島; 英二鈴木
Original assignee: Starlite Co Ltd
Current assignee: Starlite Co Ltd
Priority date: 2018-04-04
Filing date: 2018-04-04
Publication date: 2022-04-12
Anticipated expiration: 2038-04-04
Also published as: JP2019184299A

Description

本発明は、ラスレーダー用の音波発生装置、及び、ラスレーダーに関し、具体的には指向性の高い音波を発生させることが可能なラスレーダー用の音波発生装置及びラスレーダーに関するものである。

従来、上層大気中の風向風速・気温高度分布を地上から連続的に遠隔測定するためのシステムとして、電波音波計測システム（ラス（ＲＡＳＳ：ＲａｄｉｏＡｃｏｕｓｔｉｃＳｏｕｎｄｉｎｇＳｙｓｔｅｍ）レーダー）が知られている（例えば、特許文献１を参照）。

ラスレーダーは、地上の音源から上空の観測空域に向けて音波を発射するとともに、ドップラーレーダーから観測空域に向けて電波を発射する。そして、音波の音波面（粗密波面）で反射されるとともにドップラー効果によって周波数がシフトした電波を地上で受信し、電波のドップラーシフト量から観測空域の音波の伝播速度を測定する。さらに、音波の伝播速度が媒質の温度によって変化する性質を利用して、観測空域における気温を算出するのである。

特開２０１７－１７２９８２号公報

前記特許文献には、上方に向けて設置された指向性スピーカーから上空に向かって音波を送波する技術が記載されている。しかし、このような構成では、降雨時や降雪時に指向性スピーカーに設けられた圧電素子が濡れてしまう。一方、指向性スピーカーを下方に向けて設置し、指向性スピーカーの真下に音波を反射する反射板を配置した場合には、反射板で反射した音が指向性スピーカーに当たってしまう。この場合、音波を適切に上空に送波することができなくなるとともに、指向性スピーカーに当たった音が周囲に伝搬することによる音漏れが大きくなる。

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、音波を適切に上空に送波できるとともに、周囲への音漏れを抑制することを可能とする、ラスレーダー用の音波発生装置、及び、ラスレーダーを提供することである。

本発明は、前述の課題解決のために、以下のラスレーダー用の音波発生装置を構成した。

（１）音波と電波とを上空に向けて送波し、音波面によって反射する電波のドップラー効果による周波数シフト量から観測空域での音速を測定し、測定した音速から観測空域における気温を算出するラスレーダー用の音波発生装置であって、傾斜して配置される第一反射板と、前記第一反射板と対向する位置に傾斜して配置される第二反射板と、前記第一反射板の上方に設けられた架台に、音波を下方に向けて出力する向きに設置されるパラメトリックスピーカーと、を備え、前記パラメトリックスピーカーから出力された音波が、前記第一反射板で反射した後に前記第二反射板に向けて送波され、前記第一反射板から前記第二反射板に向けた送波された音波が、前記第二反射板で反射した後に上空に向けて送波され、前記第二反射板における、前記第一反射板と反対側の端部に、前記第二反射板に対して傾斜する二次反射板が設けられる、ラスレーダー用の音波発生装置。

（２）前記パラメトリックスピーカーから出力された音波が、前記第一反射板と前記第二反射板とで反射した後に、鉛直上向きに送波される、（１）に記載のラスレーダー用の音波発生装置。

（３）前記パラメトリックスピーカーは、音波を鉛直下向きに出力する向きに設置される、（１）又は（２）に記載のラスレーダー用の音波発生装置。

（４）前記第一反射板と前記第二反射板とは、水平面から４０度から５０度の間の角度に傾斜して配置される、（３）に記載のラスレーダー用の音波発生装置。

（５）前記パラメトリックスピーカーは、前記第一反射板の上方の領域内に設置される、（４）に記載のラスレーダー用の音波発生装置。

（６）前記パラメトリックスピーカーは、中心部から前記第一反射板までの鉛直方向距離が、前記第一反射板の斜面方向における前記パラメトリックスピーカーの水平方向長さよりも小さくなる位置に設置される、（５）に記載のラスレーダー用の音波発生装置。

（７）前記パラメトリックスピーカーは、中心部と、前記第一反射板の上方の領域と前記第二反射板の上方の領域との境界面と、の水平方向距離が、前記第一反射板の斜面方向における前記パラメトリックスピーカーの水平方向長さよりも小さくなる位置に設置される、（６）に記載のラスレーダー用の音波発生装置。

（８）前記第一反射板と前記第二反射板とが硬質コンクリート、発泡コンクリート、又は、モルタルで形成される、（１）から（７）の何れか一に記載のラスレーダー用の音波発生装置。

また、本発明は、前述の課題解決のために、以下のラスレーダーを構成した。

（１）から（８）の何れか一に記載の音波発生装置と、上空に向けて電波を送波し、前記音波発生装置から上空に向けて送波された音波の音波面による反射電波を受信し、ドップラー効果による周波数シフト量から観測空域での音速を測定するドップラーレーダーと、前記ドップラーレーダーで測定した音速から観測空域における気温を算出する処理装置と、を備える、ラスレーダー。

本発明に係るラスレーダー用の音波発生装置、及び、ラスレーダーによれば、音波を適切に上空に送波できるとともに、周囲への音漏れを抑制することを可能とする、という効果を奏する。

本実施形態に係るラスレーダーのシステムを示した図。ラスレーダーにより上空の気温を測定する原理を説明する図。第一実施形態に係る音波発生部を示した前方斜視図。第一実施形態に係る音波発生部を示した後方斜視図。第一実施形態に係る音波発生部を示した側面図。（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ音波発生部における第一実験の実験条件を示した平面図及び側面図。（ａ）及び（ｂ）はそれぞれ音波発生部における第二実験の実験条件を示した平面図及び側面図。第二実施形態に係る音波発生部を示した前方斜視図。第二実施形態に係る音波発生部を示した側面図。第二実施形態に係る音波発生部における第三実験の実験結果を示した図。

まず、図１及び図２を用いて、本発明に係るラスレーダーの概略構成を説明する。図１は、ラスレーダーのシステムを示している。また、図２はラスレーダーにより上空の気温を測定する原理を説明する図である。図１において、符号１は音波発生装置、符号２はドップラーレーダー、符号３は処理装置を示している。

本実施形態におけるラスレーダーにおいて、音波発生装置１は、音波を上空に向けて送波するための構成として、第一実施形態に係る音波発生部４０を備えている（図３及び図４を参照）。図３及び図４に示す如く、音波発生部４０は、パラメトリックスピーカー４と、パラメトリックスピーカー４を支持する架台４１と、架台４１に設けられる制御ボックス４２と、パラメトリックスピーカー４の下側に配置される第一反射板２１及び第二反射板２２と、第一反射板２１及び第二反射板２２を支持する第一支持部材２３及び第二支持部材２４と、を備える。

制御ボックス４２には、音波発生装置１を構成する発振器５、スイッチング手段６、位相制御器７、増幅器８等の各種の機器が、処理装置３及びパラメトリックスピーカー４と電気的に接続された状態で収容されている。そして、図１に示す如く、音波発生装置１は発振器５で音波信号を発生させる。そして、発振器５は発生した音波信号を、スイッチング手段６を介して位相制御器７に送り、増幅器８で所定出力に増幅した後、パラメトリックスピーカー４に入力する。パラメトリックスピーカー４は、入力された音波信号に基づいて、所定周波数、所定位相の音波を発生させ上空に送波するのである。

図１及び図２に示す如く、ドップラーレーダー２は、送信アンテナ９と受信アンテナ１０を備え、レーダー送信器１１から送信アンテナ９に信号を送って上空に向けて探査電波Ｄを送波する。そして、音波発生装置１で発生されて上空を進行中の音波の音波面Ａ（詳細には、音波によって大気中に生じた粗密の境界面）で反射した反射電波Ｒを受信アンテナ１０で受けてその信号をレーダー受信器１２で検出する。さらに、その受信信号を周波数シフト量測定器１３に入力して、ドップラー効果による周波数シフト量（ドップラーシフト）を検出し、それから観測空域における音波発生装置１から上空に向けて送波された音波の音速を測定する。

そして、処理装置３は、ドップラーレーダー２で測定された音速データが入力されて、音波の伝播速度が媒質の温度によって変化する性質を利用して観測空域の気温を算出する。処理装置３は、典型的にはコンピュータで構成する。処理装置３は、スイッチング手段６を制御して音波を送波するタイミングを制御し、あるいは各種の初期データを入力し、また測定結果を出力することが可能である。

通常、ドップラーレーダー２は測距機能を備えている。例えば、送信アンテナ９から送波された探査電波が音波面Ａに反射され、その反射電波が受信アンテナ１０で受信するまでの時間差から音波面Ａまでの距離を算出できる。このように、本実施形態に係るラスレーダーによって、上空の気温高度分布を測定できるのである。

図３及び図４に示す如く、本実施形態に係る音波発生部４０は、パラメトリックスピーカー４と、パラメトリックスピーカー４の下側で傾斜して配置される第一反射板２１と、第一反射板２１と対向する位置に傾斜して配置される第二反射板２２と、を備える。詳細には、パラメトリックスピーカー４は、第一反射板２１の上方に設けられた架台４１に、音波を下方に向けて出力する向きに設置されている。なお、本実施形態におけるパラメトリックスピーカー４の向きは第一反射板２１に向かって下向きに設置されているが、音波が下方に出力される配置であれば、パラメトリックスピーカー４をやや斜めに設置しても差し支えない。

パラメトリックスピーカー４は、電圧を印加して所定周波数で振動させることにより空気を振動させる圧電素子を備えており、直方体形状に形成される。パラメトリックスピーカー４は、出力する音波の一部として超音波を使うことにより、鋭い指向性を持たせることが可能となる。本実施形態において、パラメトリックスピーカー４はスイッチサイエンス（登録商標）社製のものを用いた。また、パラメトリックスピーカー４で出力する超音波の音圧は１００ｄｂ以上とし、圧電素子の数は５，０００個以上２０，０００個以下のものを採用した。

図３及び図４に示す如く、パラメトリックスピーカー４は第一反射板２１の上方を跨いで架け渡された架台４１に支持されている。架台４１はＨ鋼等で形成されたスチールフレーム、又は、アルミフレームで構成されている。

第一反射板２１及び第二反射板２２は、第一支持部材２３及び第二支持部材２４により傾斜した状態で支持される。第一支持部材２３及び第二支持部材２４は、架台４１と同様に、スチールフレーム又はアルミフレームで構成される。第一反射板２１及び第二反射板２２の互いに対向する面には、それぞれ第一反射面２１ａ及び第二反射面２２ａが形成されている。

本実施形態において、第一反射板２１及び第二反射板２２は縦方向の寸法が１～３ｍ、横方向の寸法が１～３ｍ、厚さが２０ｍｍ以上の平面状のコンクリート板が採用される。本実施形態において、第一反射板２１及び第二反射板２２は正方形の板状部材が用いられているが、第一反射板２１及び第二反射板２２を長方形としても良い。第一反射板２１、第二反射板２２の材質としては、硬質コンクリート、発泡コンクリート、コンクリートブロック、ＦＰＲ、樹脂板、鉄板、アルミニウム板、ステンレス金蔵板等を採用することができる。ただし、板の裏側への音漏れを少なくするという観点から、第一反射板２１及び第二反射板２２は硬質コンクリート、発泡コンクリート、又は、モルタルで形成することが好ましい。

上記の如く構成した音波発生部４０において、パラメトリックスピーカー４が音波を出力すると、出力された音波は図５中の矢印Ｘに示す如く、第一反射板２１の第一反射面２１ａと第二反射板２２の第二反射面２２ａとで順に二回反射した後に上空に向けて送波される。

上記の如く、本実施形態に係るラスレーダー用の音波発生装置１によれば、音波発生部４０において、パラメトリックスピーカー４が音波を下方に向けて出力する向きに設置されている。これにより、降雨時や降雪時にパラメトリックスピーカー４に設けられた圧電素子が濡れることを防止できる。

また、本実施形態においては、パラメトリックスピーカー４から出力された音波を、図５中の矢印Ｘに示す如く、第一反射板２１と第二反射板２２とで二回反射してから上空に送波している。これにより、反射した音がパラメトリックスピーカー４に当たることを防ぎ、音波を適切に上空に送波することができる。さらに、パラメトリックスピーカー４に当たって反射した音波が周囲に伝搬することによる音漏れを抑制することが可能となる。

本実施形態において、第一反射板２１及び第二反射板２２はコンクリート板が採用されているが、第一反射板２１及び第二反射板２２における第一反射面２１ａ及び第二反射面２２ａに平滑化やモルタル塗布等の表面処理をしても良い。また、第一反射板２１及び第二反射板２２の裏面に吸音材を設けても良い。

また、第一反射板２１及び第二反射板２２の形状は平面に限定されず、曲面であっても差し支えない。ただし、第一反射板２１及び第二反射板２２の成形の容易性という観点からは、コンクリートで成形することが好ましい。なお、反射した音がパラメトリックスピーカー４に当たった音が水平方向に広がる事で生じる音漏れを防ぐ観点からは、第一反射板２１及び第二反射板２２を曲面板で形成することが好ましい。

本実施形態に係る音波発生部４０において、パラメトリックスピーカー４から出力された音波は、図５に示す如く、第一反射板２１と第二反射板２２とで反射した後に、鉛直上向きに送波される。これにより、ドップラーレーダー２が送波する電波の方向と音波の方向と重ね合わせることができるため、ドップラーレーダー２による音速の測定の精度、及び、観測空域における気温の算出の精度を高めることができる。

また、音波発生部４０において、第一反射板２１と第二反射板２２とのなす角は約９０度となるように設置されている。これにより、パラメトリックスピーカー４を図３から図５に示す如く、音波を略鉛直下向きに出力する向きに設置するだけで、第一反射板２１と第二反射板２２とで反射した音波を鉛直上向きに送波することを可能としている。即ち、第一反射板２１と第二反射板２２とで反射した音波を鉛直上向きに送波するためのパラメトリックスピーカー４の設置方法を容易にすることが可能となる。

また、音波発生部４０において、第一反射板２１と第二反射板２２とは図５に示す如く、水平面からの傾斜角度が４０度から５０度の間（本実施形態においてはともに４５度）となるように配置される。これにより、パラメトリックスピーカー４から出力して第一反射板２１に当たる前の音波と、第二反射板２２に当たった後に上空に送波される音波との距離を大きくすることができる。このため、第二反射板２２で反射した音がパラメトリックスピーカー４に当たり難くしている。

また、音波発生部４０において、パラメトリックスピーカー４は、第一反射板２１の上方の領域内に設置されている。詳細には図５に示す如く、パラメトリックスピーカー４は、第一反射板２１と第二反射板２２との境界線を通って地面と垂直となる仮想面Ｐよりも第一反射板２１の側に、当該仮想面Ｐに交わらないように設置されている。このように、本実施形態によれば、パラメトリックスピーカー４を第二反射板２２の上方の領域から退避して配置することにより、第二反射板２２で反射した音がパラメトリックスピーカー４に当たり難くしている。

次に、図６を用いて、本特許出願の出願人が行った、音波発生部４０における音漏れに関する第一実験の実験条件について説明する。図６（ａ）及び（ｂ）に示す如く、本実験においては、第一反射板２１Ｅと第二反射板２２Ｅとを備える実験用の音波発生部４０を用意した。第一反射板２１Ｅ及び第二反射板２２Ｅは縦１．８ｍ、横１．８ｍ、厚さ５０ｍｍの平面状のコンクリート板で構成している。

本実験においては図６（ａ）に示す如く、音波発生部４０の第一反射板２１Ｅに近接する位置に設置したパラメトリックスピーカー４Ａと、第一反射板２１Ｅから離間する位置に設置したパラメトリックスピーカー４Ｂをと、のそれぞれで音波を送波し、音波発生部４０の周囲に配置した騒音計Ｍ１～Ｍ５で音量を計測することにより、音波が周囲の環境に与える影響を測定した。本実験におけるパラメトリックスピーカー４Ａ・４Ｂについては、圧電素子の数が７３５個のものを用いた。

図６（ａ）及び（ｂ）に示す如く、本実験における騒音計は、第二反射板２２Ｅの上方に配置した第一騒音計Ｍ１、第一反射板２１Ｅの裏側（第二反射板２２Ｅと反対の側）に配置した第二騒音計Ｍ２、第二反射板２２Ｅの裏側（第一反射板２１Ｅと反対の側）に配置した第三騒音計Ｍ３、第二反射板２２Ｅから第一反射板２１と第二反射板２２との境界線方向に変位した位置にそれぞれ配置した第四騒音計Ｍ４及び第五騒音計Ｍ５の五個を用いた。それぞれの騒音計はリオン株式会社（登録商標）製の普通騒音計「ＮＬ－４２Ｋ」を用いた。

第一実験において、第一騒音計Ｍ１の測定結果は、パラメトリックスピーカー４Ａで１０４．５ｄｂ（Ａ）であり、パラメトリックスピーカー４Ｂで１０４．０ｄｂ（Ａ）であった。このように、第一騒音計Ｍ１については、パラメトリックスピーカー４Ａとパラメトリックスピーカー４Ｂとについて大きな違いはみられなかった。一方、第二～第五騒音計Ｍ２～Ｍ５の測定結果は順に、パラメトリックスピーカー４Ａで４３．１ｄｂ（Ａ）、５６．７ｄｂ（Ａ）、４８．５ｄｂ（Ａ）、４８．７ｄｂ（Ａ）であり、パラメトリックスピーカー４Ｂで５０．０ｄｂ（Ａ）、５８．４ｄｂ（Ａ）、４９．１ｄｂ（Ａ）、４９．１ｄｂ（Ａ）であった。このように、第二～第五騒音計Ｍ２～Ｍ５については、パラメトリックスピーカー４Ａの計測値の中で最も大きい値である５６．７ｄｂ（Ａ）よりも、パラメトリックスピーカー４Ｂの計測値の中で最も大きい値である５８．４ｄｂ（Ａ）の方が大きくなった。

さらに、図７を用いて、本特許出願の出願人が行った、音波発生部４０における音漏れに関する第二実験の実験条件について説明する。図７（ａ）及び（ｂ）に示す如く、本実験においては、第二反射板２２Ｅのみを用いて行った。

本実験においては図７（ａ）に示す如く、第二反射板２２Ｅに近接する位置に設置したパラメトリックスピーカー４Ｃと、第二反射板２２Ｅから離間する位置に設置したパラメトリックスピーカー４Ｄをと、のそれぞれで音波を送波し、第二反射板２２Ｅの周囲に配置した騒音計Ｍ６～Ｍ１０で音量を計測することにより、音波が周囲の環境に与える影響を測定した。本実験におけるパラメトリックスピーカー４Ｃ・４Ｄについては、パラメトリックスピーカー４Ａ・４Ｂと同じものを用いた。

図７（ａ）及び（ｂ）に示す如く、本実験における騒音計は、第二反射板２２Ｅの上方に配置した第六騒音計Ｍ６、パラメトリックスピーカー４Ｃ・４Ｄの裏側（第二反射板２２Ｅと反対の側）に配置した第七騒音計Ｍ７、第二反射板２２Ｅの裏側（パラメトリックスピーカー４Ｃ・４Ｄと反対の側）に配置した第八騒音計Ｍ８、第二反射板２２Ｅの側方にそれぞれ配置した第九騒音計Ｍ９及び第十騒音計Ｍ１０の五個を用いた。それぞれの騒音計はリオン株式会社（登録商標）製の普通騒音計「ＮＬ－４２Ｋ」を用いた。

第二実験において、第六騒音計Ｍ６の測定結果は、パラメトリックスピーカー４Ｃで１０４．４ｄｂ（Ａ）であり、パラメトリックスピーカー４Ｄで１０４．８ｄｂ（Ａ）であった。このように、第六騒音計Ｍ６については、パラメトリックスピーカー４Ｃとパラメトリックスピーカー４Ｄとについて大きな違いはみられなかった。一方、第七～第十騒音計Ｍ７～Ｍ１０の測定結果は順に、パラメトリックスピーカー４Ｃで５２．８ｄｂ（Ａ）、５４．４ｄｂ（Ａ）、４７．０ｄｂ（Ａ）、４９．６ｄｂ（Ａ）であり、パラメトリックスピーカー４Ｄで４６．９ｄｂ（Ａ）、６２．６ｄｂ（Ａ）、５０．９ｄｂ（Ａ）、４８．２ｄｂ（Ａ）であった。このように、第七～第十騒音計Ｍ７～Ｍ１０については、パラメトリックスピーカー４Ｃの計測値の中で最も大きい値である５４．４ｄｂ（Ａ）よりも、パラメトリックスピーカー４Ｄの計測値の中で最も大きい値である６２．６ｄｂ（Ａ）の方が大きくなった。

上記の如く、第一実験及び第二実験の双方において、パラメトリックスピーカー４を第一反射板２１Ｅ又は第二反射板２２Ｅから離間させて設置した場合（パラメトリックスピーカー４Ｂ・４Ｄ）は、第一反射板２１Ｅ又は第二反射板２２Ｅに近接させて設置した場合（パラメトリックスピーカー４Ａ・４Ｃ）に対して音漏れが大きくなる結果となった。これは、パラメトリックスピーカー４から出力される音波が広がりながら（拡幅しながら）進むためと考えられる。

上記の第一実験の結果より、音波発生部４０においては、パラメトリックスピーカー４は第一反射板２１に近接する位置に設置することが好ましい。例えば、パラメトリックスピーカー４は、中心部から第一反射板２１までの鉛直方向距離（図５中のＬ１）が、第一反射板２１の斜面方向（図５中の左右方向）におけるパラメトリックスピーカー４の水平方向長さ（図５中のＬ２）よりも小さくなる位置に設置されることが好ましい。

また、第二実験の結果より、音波発生部４０においては、パラメトリックスピーカー４が送波した音波が第一反射板２１で反射する位置は、第二反射板２２に近接することが好ましい。このため、パラメトリックスピーカー４は、中心部と、第一反射板２１の上方の領域と第二反射板２２の上方の領域との境界面である仮想面Ｐと、の水平方向距離（図５中のＬ３）が、第一反射板２１の斜面方向におけるパラメトリックスピーカー４の水平方向長さＬ２よりも小さくなる位置に設置されることが好ましい。

なお、実際のラスレーダーに用いる音波発生装置１として、本実験の如く第二反射板２２のみにパラメトリックスピーカー４Ｃの位置にパラメトリックスピーカー４を配置する構成は、降雨時や降雪時にパラメトリックスピーカー４に設けられた圧電素子が濡れる可能性が高くなるため実用的ではない。この際、パラメトリックスピーカー４に屋根を設けた場合でも、屋根に音波が当たって音漏れが生じるため適切ではない。また、本実験の如く第二反射板２２のみにパラメトリックスピーカー４Ｄの位置にパラメトリックスピーカー４を配置する構成は、上記実験結果の如く音漏れが大きくなるため適切ではない。

次に、図８及び図９を用いて、第二実施形態に係る音波発生部１４０について説明する。本実施形態に係る音波発生部１４０は、第一実施形態に係る音波発生部４０に対して、第二反射板２２の上端部に二次反射板３１が設けられている点で異なる。本実施形態に係る音波発生部１４０については、第一実施形態に係る音波発生部４０と同様の構成については詳細な説明を省略し、二次反射板３１を中心に説明する。

図８に示す如く、二次反射板３１は、第二反射板２２の上端に連続するとともに第二反射板２２に対して傾斜した状態で、図示しない支持部材に支持される。二次反射板３１は横方向の寸法が第二反射板２２と同じ長さで形成され、縦方向の寸法が０．５～１ｍ、厚さが２０ｍｍ以上の平面状のコンクリート板が採用される。二次反射板３１の材質としては、第一反射板２１及び第二反射板２２と同様に、硬質コンクリート、発泡コンクリート、コンクリートブロック、ＦＰＲ、樹脂板、鉄板、アルミニウム板、ステンレス金蔵板等を採用することができる。ただし、板の裏側への音漏れを少なくするという観点から、二次反射板３１は硬質コンクリート又はモルタルで形成することが好ましい。

上記の如く構成した音波発生部１４０において、パラメトリックスピーカー４が音波を出力すると、出力された音波の一部は図９中の矢印Ｙに示す如く、二次反射板３１で反射した後に上空に向けて送波される。

次に、図１０を用いて、本特許出願の出願人が行った、本実施形態に係る音波発生部１４０における音漏れに関する第三実験の実験結果について説明する。本実験においては、第一実験と同じ条件で、二次反射板３１の水平面からの角度を可変とした音波発生部１４０を構成した。そして、二次反射板３１の角度を変更して、音波発生部１４０の周囲に第一実験と同様に配置した第二騒音計Ｍ２～第五騒音計Ｍ５で音量を計測することにより、二次反射板３１の角度と、音波が周囲の環境に与える影響と、の関係を調査した。

図１０に示す如く、各騒音計Ｍ２～Ｍ５の騒音レベルの最大値の近似曲線を二次曲線で描いた結果、二次反射板３１の水平面からの角度が７０度付近で最小となった。この実験結果より、二次反射板３１と水平面とのなす角度が６５度～７０度となるように二次反射板３１を配置することが好ましい。これにより、パラメトリックスピーカー４が送波した音波の音波発生部１４０からの音漏れを最小限にすることができ、音波を適切に上空に送波することができる。

本実施形態においても、二次反射板３１の表面に平滑化やモルタル塗布等の表面処理をしても良い。また、二次反射板３１の裏面に吸音材を設けても良い。

本実施形態に係る音波発生部１４０において、パラメトリックスピーカー４から出力された音波の一部は、図９に示す如く、二次反射板３１で反射した後に、上方に向かって送波される。これにより、ドップラーレーダー２が送波する電波の方向と音波の方向と重ね合わせることができるため、ドップラーレーダー２による音速の測定の精度、及び、観測空域における気温の算出の精度をより高めることができる。

１音波発生装置２ドップラーレーダー
３処理装置４パラメトリックスピーカー
４Ａ～４Ｄパラメトリックスピーカー
５発振器６スイッチング手段
７位相制御器８増幅器
９送信アンテナ１０受信アンテナ
１１レーダー送信器１２レーダー受信器
１３周波数シフト量測定器２１第一反射板
２１ａ第一反射面２１Ｅ第一反射板
２２第二反射板２２ａ第二反射面
２２Ｅ第二反射板２３第一支持部材
２４第二支持部材３１二次反射板
４１架台４２制御ボックス
Ａ音波面Ｄ探査電波
Ｐ仮想面Ｒ反射電波
Ｍ１～Ｍ１０騒音計Ｘ矢印
Ｙ矢印

Claims

音波と電波とを上空に向けて送波し、音波面によって反射する電波のドップラー効果による周波数シフト量から観測空域での音速を測定し、測定した音速から観測空域における気温を算出するラスレーダー用の音波発生装置であって、
傾斜して配置される第一反射板と、前記第一反射板と対向する位置に傾斜して配置される第二反射板と、前記第一反射板の上方に設けられた架台に、音波を下方に向けて出力する向きに設置されるパラメトリックスピーカーと、を備え、
前記パラメトリックスピーカーから出力された音波が、前記第一反射板で反射した後に前記第二反射板に向けて送波され、
前記第一反射板から前記第二反射板に向けた送波された音波が、前記第二反射板で反射した後に上空に向けて送波され、
前記第二反射板における、前記第一反射板と反対側の端部に、前記第二反射板に対して傾斜する二次反射板が設けられる、ラスレーダー用の音波発生装置。
前記パラメトリックスピーカーから出力された音波が、前記第一反射板と前記第二反射板とで反射した後に、鉛直上向きに送波される、請求項１に記載のラスレーダー用の音波発生装置。
前記パラメトリックスピーカーは、音波を鉛直下向きに出力する向きに設置される、請求項１又は請求項２に記載のラスレーダー用の音波発生装置。
前記第一反射板と前記第二反射板とは、水平面から４０度から５０度の間の角度に傾斜して配置される、請求項３に記載のラスレーダー用の音波発生装置。
前記パラメトリックスピーカーは、前記第一反射板の上方の領域内に設置される、請求項４に記載のラスレーダー用の音波発生装置。
前記パラメトリックスピーカーは、中心部から前記第一反射板までの鉛直方向距離が、前記第一反射板の斜面方向における前記パラメトリックスピーカーの水平方向長さよりも小さくなる位置に設置される、請求項５に記載のラスレーダー用の音波発生装置。
前記パラメトリックスピーカーは、中心部と、前記第一反射板の上方の領域と前記第二反射板の上方の領域との境界面と、の水平方向距離が、前記第一反射板の斜面方向における前記パラメトリックスピーカーの水平方向長さよりも小さくなる位置に設置される、請求項６に記載のラスレーダー用の音波発生装置。
前記第一反射板と前記第二反射板とが硬質コンクリート、発泡コンクリート、又は、モルタルで形成される、請求項１から請求項７の何れか１項に記載のラスレーダー用の音波発生装置。
請求項１から請求項８の何れか１項に記載の音波発生装置と、
上空に向けて電波を送波し、前記音波発生装置から上空に向けて送波された音波の音波面による反射電波を受信し、ドップラー効果による周波数シフト量から観測空域での音速を測定するドップラーレーダーと、
前記ドップラーレーダーで測定した音速から観測空域における気温を算出する処理装置と、を備える、ラスレーダー。