JP7488814B2 - 観測信号生成装置、観測装置、観測信号生成方法、観測方法、観測信号生成プログラム、および、観測プログラム - Google Patents

Description

本発明は、水蒸気の観測等、周波数スペクトルを有する現象の観測に用いる観測信号の
生成技術に関する。

従来、特許文献１に示すような、水蒸気の観測装置が知られている。

特開２０１３－２２４８８４号公報

しかしながら、従来では、水蒸気等の現象の周波数スペクトルを、簡素な処理で観測することは、容易ではなかった。

したがって、本発明の目的は、水蒸気の観測等の周波数スペクトルを有する現象を、簡素な処理で観測する技術を提供することにある。

この発明の観測信号生成装置は、ローカル信号発生器、第１ミキサ、第２ミキサ、第１ＩＦフィルタ、および、第２ＩＦフィルタを備える。ローカル信号発生器は、ローカル信号を発生する。第１ミキサは、複数の周波数成分を有する観測対象のＲＦ信号とローカル信号とをミキシングして、第１ＩＦ信号を出力する。第２ミキサは、ＲＦ信号とローカル信号とをミキシングして、第２ＩＦ信号を出力する。

第１ＩＦフィルタは、ローカル信号の周波数からＲＦ信号の複数の周波数成分のうちの第１周波数を減算した第１中間周波数を通過域に含み、ＲＦ信号の複数の周波数成分のうちの第１周波数と異なる第２周波数からローカル信号の周波数を減算した第２中間周波数を減衰域に含み、第１ＩＦ信号をフィルタ処理して第１観測信号を生成する。第２ＩＦフィルタは、第１中間周波数を減衰域に含み、第２中間周波数を通過域に含み、第２ＩＦ信号をフィルタ処理して第２観測信号を生成する。

この構成では、１つの周波数のローカル信号によって、周波数が異なる複数の周波数のＲＦ信号の強度が得られる。

この発明によれば、水蒸気の観測等の周波数スペクトルを有する現象を、簡素な構成および簡素な処理で観測できる。

第１の実施形態に係る観測信号生成装置の構成を示すブロック図である。 第１の実施形態に係る観測信号生成装置のＩＦフィルタのフィルタ特性例を示すグラフである。 （Ａ）は、本願発明の構成を用いた場合の、ローカル信号の周波数と、強度が得られるＲＦ信号の周波数との関係を示す表であり、（Ｂ）は、従来の構成を用いた場合の、ローカル信号の周波数と、強度が得られるＲＦ信号の周波数との関係を示す表である。 （Ａ）は、ローカル信号の周波数の分布を示し、（Ｂ）は、第１中間周波数ｆ（ＩＦ１）に対応するＲＦ信号の周波数の分布、および、第２中間周波数ｆ（ＩＦ２）に対応するＲＦ信号の周波数の分布を示し、（Ｃ）は、従来の構成での中間周波数に対応するＲＦ信号の周波数の分布を示す図である。 ローカル信号の電力の周波数特性の一例を示すグラフである。 第１の実施形態に係る観測装置の構成を示すブロック図である。 スペクトル生成部の構成を示すブロック図である。 本実施形態に係る１つ周波数のローカル信号から複数のＩＦ信号を生成する処理を示すフローチャートである。 本実施形態に係る複数種類の周波数のローカル信号から複数のＩＦ信号を生成する処理を示すフローチャートである。 本実施形態に係る周波数スペクトルを生成する処理を示すフローチャートである。 本実施形態に係る水蒸気の観測データの生成方法を示すフローチャートである。 第２の実施形態に係る観測信号生成装置および観測装置の構成を示すブロック図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態に係る観測信号生成装置、観測装置、観測信号生成方法、および、観測方法について、図を参照して説明する。図１は、第１の実施形態に係る観測信号生成装置の構成を示すブロック図である。なお、以下の各実施形態に示す、観測信号生成装置、観測装置は、水蒸気の観測に用いる態様を示している。しかしながら、観測対象が周波数スペクトルを有する現象であれば、本実施形態に係る観測信号生成装置および観測装置は、適用できる。

（観測信号生成装置１０の構成）
図１に示すように、観測信号生成装置１０は、分配器１１１、分配器１１２、ローカル信号発生器１２、ミキサ１３１、ミキサ１３２、ＩＦフィルタ１４１、および、ＩＦフィルタ１４２を備える。ローカル信号発生器１２、ミキサ１３１、ミキサ１３２、ＩＦフィルタ１４１、および、ＩＦフィルタ１４２は、例えば、所定のアナログ電子回路によって実現される。ミキサ１３１およびミキサ１３２は、イメージリジェクションミキサであることが好ましい。

ミキサ１３１が、本発明の「第１ミキサ」に対応し、ミキサ１３２が、本発明の「第２ミキサ」に対応する。ＩＦフィルタ１４１が、本発明の「第１ＩＦフィルタ」に対応し、ＩＦフィルタ１４２が、本発明の「第２ＩＦフィルタ」に対応する。また、観測信号生成装置１０は、入力端子Ｐｉｎを有し、入力端子Ｐｉｎは、アンテナＡＮＴに接続する。なお、入力端子Ｐｉｎは、物理的に無くてもよい。また、例えば、アンテナＡＮＴの後段には、初段ＬＮＡに接続されていてもよい。

アンテナＡＮＴは、観測対象の電磁波を受波可能な形状からなる。観測対象の電磁波とは、例えば、水蒸気による放射電磁波である。アンテナＡＮＴは、受波した観測対象の電磁波を出力する。電磁波、すなわち、ＲＦ信号は、複数の周波数成分を有する。

分配器１１１は、例えば、ＲＦ信号の伝送回路によって実現される。分配器１１１は、入力端子Ｐｉｎ、ミキサ１３１、および、ミキサ１３２に接続する。なお、初段ＬＮＡがアンテナＡＮＴに接続されている場合は、分配器１１１は、初段ＬＮＡに接続する。分配器１１１は、ＲＦ信号（電磁波）を電力分配して、ミキサ１３１およびミキサ１３２に出力する。この際、ミキサ１３１に出力されるＲＦ信号の電力と、ミキサ１３２に出力されるＲＦ信号の電力とは、同じである。すなわち、分配器１１１は、ＲＦ信号を等分配して、ミキサ１３１およびミキサ１３２に出力する。

ローカル信号発生器１２は、後述する基準信号発生器６０からの基準信号に基づいて、所定周波数のローカル信号を発生する。なお、一例として、ローカル信号の周波数は、観測対象の周波数スペクトルの周波数範囲内に設定されている。

ローカル信号発生器１２は、複数の周波数のローカル信号を、個別に発生する。言い換えれば、ローカル信号発生器１２は、複数の周波数のローカル信号を、それぞれ異なるタイミングで発生する。ローカル信号発生器１２は、ローカル信号を分配器１１２に出力する。

分配器１１２は、例えば、ＲＦ信号の伝送回路によって実現される。分配器１１２は、ローカル信号発生器１２、ミキサ１３１、および、ミキサ１３２に接続する。分配器１１２は、ローカル信号発生器１２からのローカル信号を電力分配して、ミキサ１３１およびミキサ１３２に出力する。この際、ミキサ１３１に出力されるローカル信号の電力と、ミキサ１３２に出力されるローカル信号の電力とは、同じである。すなわち、分配器１１２は、ローカル信号を等分配して、ミキサ１３１およびミキサ１３２に出力する。

ミキサ１３１は、ＲＦ信号とローカル信号とをミキシングして、第１ＩＦ信号を生成する。ミキサ１３１は、ＩＦフィルタ１４１に接続し、第１ＩＦ信号を、ＩＦフィルタ１４１に出力する。

ミキサ１３２は、ＲＦ信号とローカル信号とをミキシングして、第２ＩＦ信号を生成する。ミキサ１３２は、ＩＦフィルタ１４２に接続し、第２ＩＦ信号を、ＩＦフィルタ１４２に出力する。

図２は、第１の実施形態に係る観測信号生成装置のＩＦフィルタのフィルタ特性例を示すグラフである。

ＩＦフィルタ１４１は、第１中間周波数ｆ（ＩＦ１）を通過域内に含み、第２中間周波数ｆ（ＩＦ２）を減衰域に含むフィルタ特性を有する。例えば、図２に示すように、ＩＦフィルタ１４１の通過帯域の中心周波数は、第１中間周波数ｆ（ＩＦ１）である。ＩＦフィルタ１４１は、周波数幅ＦＢ１の通過帯域を有する。ここで、第１中間周波数ｆ（ＩＦ１）は、ローカル信号の周波数からＲＦ信号の周波数を減算した周波数に設定されている。

ＩＦフィルタ１４１は、第１ＩＦ信号をフィルタ処理して、第１観測信号として出力する。これにより、第１観測信号の周波数は、ＩＦフィルタ１４１の通過帯域内の周波数であり、例えば、第１中間周波数ｆ（ＩＦ１）と略同じである。

ＩＦフィルタ１４２は、第１中間周波数ｆ（ＩＦ１）を減衰域内に含み、第２中間周波数ｆ（ＩＦ２）を通過域に含むフィルタ特性を有する。例えば、図２に示すように、ＩＦフィルタ１４２の通過帯域の中心周波数は、第２中間周波数ｆ（ＩＦ２）である。ＩＦフィルタ１４２は、周波数幅ＦＢ２の通過帯域を有する。ここで、第２中間周波数ｆ（ＩＦ２）は、ＲＦ信号の周波数からローカル信号の周波数を減算した周波数に設定されている。

ＩＦフィルタ１４２は、第２ＩＦ信号をフィルタ処理して、第２観測信号として出力する。これにより、第２観測信号の周波数は、ＩＦフィルタ１４２の通過帯域内の周波数であり、例えば、第２中間周波数ｆ（ＩＦ２）と略同じである。

（周波数スペクトルの観測原理）
上記構成において、観測信号生成装置１０は、ローカル信号の周波数、ＩＦフィルタ１４１のフィルタ特性、および、ＩＦフィルタ１４２のフィルタ特性を所定の関係に設定する。これにより、観測信号生成装置１０は、１種類の周波数のローカル信号を用いて、複数種類の周波数のＲＦ信号のそれぞれに応じた観測信号を得られる。そして、観測信号生成装置１０は、複数種類の周波数のローカル信号を用いることによって、ＲＦ信号の周波数スペクトル、すなわち、観測対象の電磁波の周波数スペクトルに応じた複数の観測信号を得られる。具体的には、次の処理により、観測信号生成装置１０は、ＲＦ信号の周波数スペクトルに応じた複数の観測信号を得る。

図３（Ａ）は、本願発明の構成を用いた場合の、ローカル信号の周波数と、強度が得られるＲＦ信号の周波数との関係を示す表である。図３（Ｂ）は、従来の構成を用いた場合の、ローカル信号の周波数と、強度が得られるＲＦ信号の周波数との関係を示す表である。

図４（Ａ）は、ローカル信号の周波数の分布を示し、図４（Ｂ）は、第１中間周波数ｆ（ＩＦ１）に対応するＲＦ信号の周波数の分布、および、第２中間周波数ｆ（ＩＦ２）に対応するＲＦ信号の周波数の分布を示し、図４（Ｃ）は、従来の構成での中間周波数に対応するＲＦ信号の周波数の分布を示す図である。

図３（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、例えば、観測信号生成装置１０は、第１中間周波数ｆ（ＩＦ１）をｆＩＦ１［ＧＨｚ］に設定し、第２中間周波数ｆ（ＩＦ２）をｆＩＦ２［ＧＨｚ］に設定する。

この設定において、例えば、図３（Ａ）、図４（Ａ）に示すように、観測信号生成装置１０は、ローカル信号Ｌｏ１を周波数ｆＬｏ［ＧＨｚ］に設定する。この場合、第１中間周波数ｆ（ＩＦ１）（＝ｆＩＦ１［ＧＨｚ］）に対応するＲＦ信号（図４（Ｂ）のＲＦ１１）の周波数は、ｆＬｏ１－ｆＩＦ１［ＧＨｚ］となる。一方、第２中間周波数ｆ（ＩＦ２）（＝ｆＩＦ２［ＧＨｚ］）に対応するＲＦ信号（図４（Ｂ）のＲＦ１２）の周波数は、ｆＬｏ１＋ｆＩＦ２［ＧＨｚ］となる。

したがって、観測信号生成装置１０は、ｆＬｏ１－ｆＩＦ１［ＧＨｚ］のＲＦ信号の信号強度を、第１中間周波数ｆ（ＩＦ１）からなる第１観測信号によって得られる。また、観測信号生成装置１０は、ｆＬｏ１＋ｆＩＦ２［ＧＨｚ］のＲＦ信号の信号強度を、第２中間周波数ｆ（ＩＦ２）からなる第２観測信号によって得られる。

このように、観測信号生成装置１０は、１種類の周波数ｆＬｏのローカル信号Ｌｏによって、２種類の周波数のＲＦ信号の強度をそれぞれに反映した第１観測信号と第２観測信号とを出力できる。一方、従来では、図３（Ｂ）に示すように、２種類の周波数のＲＦ信号の強度を得るには、２種類の周波数のローカル信号が用いられる。

さらに、図３（Ａ）、図４（Ａ）に示すように、観測信号生成装置１０は、ローカル信号Ｌｏの周波数を複数種類設定することによって、それぞれのローカル信号Ｌｏの周波数毎に、２種類の周波数のＲＦ信号の強度をそれぞれに反映した第１観測信号と第２観測信号を出力できる。

例えば、ローカル信号Ｌｏ２の周波数をｆＬｏ２［ＧＨｚ］とすれば、第１観測信号は、ｆＬｏ２－ｆＩＦ１［ＧＨｚ］のＲＦ信号（図４（Ｂ）のＲＦ２１）の強度を反映した信号となり、第２観測信号は、ｆＬｏ２＋ｆＩＦ２［ＧＨｚ］のＲＦ信号（図４（Ｂ）のＲＦ２２）の強度を反映した信号となる。また、ローカル信号Ｌｏ３の周波数をｆＬｏ３［ＧＨｚ］とすれば、第１観測信号は、ｆＬｏ３－ｆＩＦ１［ＧＨｚ］のＲＦ信号（図４（Ｂ）のＲＦ３１）の強度を反映した信号となり、第２観測信号は、ｆＬｏ３＋ｆＩＦ２［ＧＨｚ］のＲＦ信号（図４（Ｂ）のＲＦ３２）の強度を反映した信号となる。また、ローカル信号Ｌｏ４の周波数をｆＬｏ４［ＧＨｚ］とすれば、第１観測信号は、ｆＬｏ４－ｆＩＦ１［ＧＨｚ］のＲＦ信号（図４（Ｂ）のＲＦ４１）の強度を反映した信号となり、第２観測信号は、ｆＬｏ４＋ｆＩＦ２［ＧＨｚ］のＲＦ信号（図４（Ｂ）のＲＦ４２）の強度を反映した信号となる。また、ローカル信号Ｌｏ５の周波数をｆＬｏ５［ＧＨｚ］とすれば、第１観測信号は、ｆＬｏ５－ｆＩＦ１［ＧＨｚ］のＲＦ信号（図４（Ｂ）のＲＦ５１）の強度を反映した信号となり、第２観測信号は、ｆＬｏ５＋ｆＩＦ２［ＧＨｚ］のＲＦ信号（図４（Ｂ）のＲＦ５２）の強度を反映した信号となる。

このように、観測信号生成装置１０は、５種類の周波数のローカル信号Ｌｏによって、１０種類の周波数のＲＦ信号の強度を反映した観測信号を出力できる。一方、従来の構成では、図３（Ｂ）に示すように、１０種類の周波数のＲＦ信号の強度を反映した観測信号を得るには、１０種類の周波数のローカル信号が用いなければならない。したがって、観測信号生成装置１０は、従来よりも簡素な処理で、周波数スペクトルに応じた観測信号を得られる。

さらに、図４（Ａ）、図４（Ｂ）に示すように、観測信号生成装置１０は、ローカル信号Ｌｏを設定する周波数帯域の幅ΔｆＬｏを、観測対象のＲＦ信号の周波数帯域の幅（周波数スペクトルの周波数帯域幅）ΔｆＲＦよりも小さくできる。一方、従来の構成では、ローカル信号Ｌｏを設定する周波数帯域の幅ΔｆＬｏＰは、観測対象のＲＦ信号の周波数帯域の幅ΔｆＲＦと同じになる。

したがって、観測信号生成装置１０は、従来よりも、ローカル信号Ｌｏを設定する周波数帯域幅を小さくできる。

図５は、ローカル信号の電力の周波数特性の一例を示すグラフである。図５に示すように、ローカル信号は、周波数が高くなるほど、電力が低下してしまう。複数種類の周波数のローカル信号を用いて、周波数スペクトルを観測する場合、各ローカル信号の強度の差は小さい方が好ましい。したがって、ローカル信号の周波数の掃引幅（周波数軸上において複数の周波数のローカル信号が設定される周波数の幅）は、小さい方が好ましい。

ここで、上述のように、本実施形態の構成を用いることで、観測信号生成装置１０は、ローカル信号の周波数の掃引幅を小さくでき、周波数スペクトルの各強度を高精度に反映する観測信号を生成して、出力できる。また、ローカル信号の周波数の掃引幅が小さくなることで、周波数スペクトルの観測時間は、短くなる。

（観測装置２０の構成および処理）
図６は、第１の実施形態に係る観測装置の構成を示すブロック図である。図６に示すように、観測装置２０は、観測信号生成装置１０、増幅器３１、増幅器３２、検波器４１、検波器４２、ノイズ抑圧フィルタ５１、ノイズ抑圧フィルタ５２、基準信号発生器６０、スペクトル生成部７０、および、観測結果演算部８０を備える。増幅器３１、増幅器３２、検波器４１、検波器４２、ノイズ抑圧フィルタ５１、ノイズ抑圧フィルタ５２、基準信号発生器６０は、例えば、所定のアナログ電子回路によって実現される。スペクトル生成部７０は、例えば、所定の電子回路やデジタル処理の演算素子によって実現される。観測結果演算部８０は、例えば、ＣＰＵ等の演算素子等によって実現される。

増幅器３１の入力端は、観測信号生成装置１０のＩＦフィルタ１４１に接続し、増幅器３１の出力端は、検波器４１の入力端に接続する。検波器４１の出力端は、ノイズ抑圧フィルタ５１に接続し、ノイズ抑圧フィルタ５１は、スペクトル生成部７０に接続する。

増幅器３２の入力端は、観測信号生成装置１０のＩＦフィルタ１４２に接続し、増幅器３２の出力端は、検波器４２の入力端に接続する。検波器４２の出力端は、ノイズ抑圧フィルタ５２に接続し、ノイズ抑圧フィルタ５２は、スペクトル生成部７０に接続する。

スペクトル生成部７０は、観測結果演算部８０に接続する。

増幅器３１および増幅器３２は、所謂、ＬＮＡ等である。増幅器３１の増幅率と、増幅器３２の増幅率とは、略同じである。なお、ここでいう「略同じ」とは、増幅器の仕様等に準じて特性がばらつく範囲内のことを示す。そして、増幅器３１の増幅率と、増幅器３２の増幅率とは、同じであることが好ましい。増幅器３１は、第１観測信号を増幅して、検波器４１に出力する。増幅器３２は、第２観測信号を増幅して、検波器４２に出力する。

検波器４１は、増幅器３１で増幅された第１観測信号を検波して、第１検波信号を出力する。検波器４２は、増幅器３２で増幅された第２観測信号を検波して、第２検波信号を出力する。検波器４１が、本発明の「第１検波器」に対応し、検波器４２が、本発明の「第２検波器」に対応する。

ノイズ抑圧フィルタ５１およびノイズ抑圧フィルタ５２は、例えば、平滑化フィルタによって実現される。ノイズ抑圧フィルタ５１は、第１検波信号のノイズ成分を抑圧し、スペクトル生成部７０に出力する。ノイズ抑圧フィルタ５２は、第２検波信号のノイズ成分を抑圧し、スペクトル生成部７０に出力する。なお、ノイズ抑圧フィルタ５１およびノイズ抑圧フィルタ５２は、第１検波信号および第２検波信号が直流（ＤＣ）であれば、省略することが可能である。

基準信号発生器６０は、周波数の掃引の基準信号を生成する。基準信号発生器６０は、基準信号を、ローカル信号発生器１２およびスペクトル生成部７０に出力する。ローカル信号発生器１２は、基準信号に基づいて、上述の複数種類の周波数のローカル信号を個別に生成して、出力する。

図７は、スペクトル生成部の構成を示すブロック図である。図７に示すように、スペクトル生成部７０は、ＡＤ変換部７１、ローカル周波数検出部７２、および、ＲＦ周波数成分検出部７３を備える。

ＡＤ変換部７１は、第１検波信号および第２検波信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換して、ＲＦ周波数成分検出部に出力する。

ローカル周波数検出部７２は、基準信号から、ローカル信号の周波数を検出する。ローカル周波数検出部７２は、検出したローカル信号の周波数を、ＲＦ周波数成分検出部７３に出力する。

ＲＦ周波数成分検出部７３は、ローカル信号の周波数と、第１検波信号および第２検波信号と、を関連づけして記憶する。ＲＦ周波数成分検出部７３は、ローカル信号の周波数および第１検波信号の周波数から、第１検波信号に対応するＲＦ信号の周波数を算出する。そして、スペクトル生成部７０は、第１検波信号の信号強度を、算出した周波数のＲＦ信号の信号強度とする。

また、スペクトル生成部７０は、ローカル信号の周波数および第２検波信号の周波数から、第２検波信号に対応するＲＦ信号の周波数を算出する。そして、スペクトル生成部７０は、第２検波信号の信号強度を、算出した周波数のＲＦ信号の信号強度とする。

スペクトル生成部７０は、これらのＲＦ信号の信号強度と周波数との関係を、ローカル信号の各周波数において算出する。スペクトル生成部７０は、ローカル信号の１掃引分のＲＦ信号の信号強度と周波数との関係を、周波数スペクトルデータとして生成する。スペクトル生成部７０は、周波数スペクトルデータを、観測結果演算部８０に出力する。

観測装置２０は、アンテナＡＮＴを黒色放射体９０によって塞いでいる状態（リファレンス状態）と、アンテナＡＮＴを黒色放射体９０によって塞いでいない状態（観測対象の観測状態）と、のそれぞれにおいて、周波数スペクトルデータを生成する。すなわち、リファレンス状態において、上述の処理が行われることで、スペクトル生成部７０から出力される周波数スペクトルデータは、リファレンスの周波数スペクトルデータとなる。一方、観測対象の観測状態において、上述の処理が行われることで、スペクトル生成部７０から出力される周波数スペクトルデータは、観測状態の周波数スペクトルデータとなる。

観測結果演算部８０には、リファレンス状態の周波数スペクトルデータと、観測状態の周波数スペクトルデータとが入力される。観測結果演算部８０は、リファレンス状態の周波数スペクトルデータと観測状態の周波数スペクトルデータとを比較する。観測結果演算部８０は、この比較結果を、観測対象の現象（雲、雨を含む水蒸気等）の観測データ（観測結果）として出力する。

具体的には、例えば、観測結果演算部８０は、各周波数において、リファレンス状態の周波数スペクトルデータの強度と、観測状態の周波数スペクトルデータの強度とを差分することで、各周波数成分の観測データとする。

ここで、上述のように、第１観測信号および第２観測信号は、周波数スペクトルの各強度を高精度に反映している。したがって、観測結果演算部８０は、観測データを、高精度に算出できる。したがって、観測装置２０は、観測対象の現象の状態を、高精度に反映した観測データを生成できる。

（観測信号および観測データの生成方法）
上述の説明では、各処理を、それぞれに機能部によって実現する態様を示したが、上述の各処理がプログラム化して記憶されており、コンピュータ等の演算装置で当該プログラムを実行することによって、上述の観測信号生成装置１０の機能を実現してもよい。なお、各処理の具体的な内容は上述しており、追加の説明が必要と考えられる箇所以外は、説明を省略する。

（観測信号の生成方法１）
図８は、本実施形態に係る１つ周波数のローカル信号から複数のＩＦ信号を生成する処理を示すフローチャートである。

演算装置は、ＲＦ信号を受信する（Ｓ１１）。演算装置は、ＲＦ信号にローカル信号をミキシングして、第１ＩＦ信号と第２ＩＦ信号を生成する（Ｓ１２）。

演算装置は、第１ＩＦ信号をフィルタ処理して、第１観測信号を生成する（Ｓ１３）。第１観測信号は、ローカル信号の周波数からＲＦ信号の周波数を減算した周波数の成分を有する。

演算装置は、第２ＩＦ信号をフィルタ処理して、第２観測信号を生成する（Ｓ１４）。第２観測信号は、ＲＦ信号の周波数からローカル信号の周波数を減算した周波数の成分を有する。

（観測信号の生成方法２）
図９は、本実施形態に係る複数種類の周波数のローカル信号から複数のＩＦ信号を生成する処理を示すフローチャートである。

演算装置は、ＲＦ信号を受信する（Ｓ１１）。演算装置は、ローカル信号の周波数を設定する（Ｓ２１）。演算装置は、ＲＦ信号にローカル信号をミキシングして、第１ＩＦ信号と第２ＩＦ信号を生成する（Ｓ１２）。

演算装置は、第１ＩＦ信号をフィルタ処理して、第１観測信号を生成する（Ｓ１３）。演算装置は、第２ＩＦ信号をフィルタ処理して、第２観測信号を生成する（Ｓ１４）。

演算装置は、ローカル信号に設定した全ての周波数に対して、第１観測信号と第２観測信号の生成処理を完了していなければ（Ｓ２２：ＮＯ）、ローカル信号を別の周波数に設定し（Ｓ２１）、ステップＳ１２、ステップＳ１３、および、ステップＳ１４を実行する。

演算装置は、ローカル信号に設定した全ての周波数に対して、第１観測信号と第２観測信号の生成処理を完了していれば（Ｓ２２：ＹＥＳ）、第１観測信号と第２観測信号の生成処理を終了する。

（周波数スペクトルの生成方法）
図１０は、本実施形態に係る周波数スペクトルを生成する処理を示すフローチャートである。

演算装置は、上述の図８に示す方法を用いて、第１観測信号と第２観測信号とを生成する（Ｓ３１）。演算装置は、第１観測信号と第２観測信号とを増幅する（Ｓ３２）。第１観測信号に対する増幅率と、第２観測信号に対する増幅率は、略同じである。なお、ここでいう「略同じ」とは、増幅を行う電子部品の仕様等に準じて特性がばらつく範囲内のことを示す。そして、第１観測信号に対する増幅率と、第２観測信号に対する増幅率は、同じであることが好ましい。

演算装置は、第１観測信号を検波して第１検波信号を出力し、第２観測信号を検波して第２検波信号を出力する（Ｓ３３）。演算装置は、第１検波信号と第２検波信号のノイズを抑圧する（Ｓ３４）。演算装置は、複数種類の周波数のローカル信号に対する第１検波信号の強度および第２検波信号の強度から、周波数スペクトルデータを生成する（Ｓ３５）。

（水蒸気の観測データの生成方法）
図１１は、本実施形態に係る水蒸気の観測データの生成方法を示すフローチャートである。

演算装置は、アンテナＡＮＴの受波面に黒色放射体９０を設置した状態で（Ｓ４１）、上述の方法を用いて、周波数スペクトル（第１周波数スペクトル）を観測する（Ｓ４２）。すなわち、演算装置は、第１周波数スペクトルデータを生成する。

演算装置は、アンテナＡＮＴの受波面から黒色放射体９０を除去した状態で（Ｓ４３）、上述の方法を用いて、周波数スペクトル（第２周波数スペクトル）を観測する（Ｓ４４）。

演算装置は、第１周波数スペクトルと第２周波数スペクトルとの強度の差から、水蒸気を観測する（Ｓ４５）。すなわち、演算装置は、水蒸気の観測データを生成する。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態に係る観測信号生成装置、観測装置、観測信号生成方法、および、観測方法について、図を参照して説明する。図１２は、第２の実施形態に係る観測信号生成装置および観測装置の構成を示すブロック図である。

図１２に示すように、第２の実施形態に係る観測装置２０Ａは、第１の実施形態に係る観測装置２０に対して、観測信号生成装置１０Ａの構成において異なる。観測装置２０Ａの他の構成は、観測装置２０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

観測装置２０Ａは、観測信号生成装置１０Ａを備える。観測信号生成装置１０Ａは、第１の実施形態に係る観測信号生成装置１０に対して、アッテネータ（ＡＴＴ）１５、および、ＲＦフィルタ１６を追加した点で異なる。観測信号生成装置１０Ａの他の構成は、観測信号生成装置１０と同様であり、同様の箇所の説明は省略する。

アッテネータ１５およびＲＦフィルタ１６は、入力端子Ｐｉｎと分配器１１１との間に直列接続されている。なお、入力端子Ｐｉｎを物理的に備えない場合には、アッテネータ１５は、アンテナＡＮＴまたは初段ＬＮＡに直接接続する。

アッテネータ１５は、入力端子Ｐｉｎから入力されたＲＦ信号を、所定の減衰量で減衰する。これにより、第１観測信号の強度および第２観測信号の強度が高すぎることによる信号の歪みを抑制できる。したがって、観測装置２０Ａは、高精度な周波数スペクトルデータを得られる。

ＲＦフィルタ１６は、ＲＦ信号の周波数帯域を制限する。例えば、ＲＦフィルタ１６の通過域および減衰域は、観測対象の現象に生じるスペクトルの周波数帯域に合わせて設定されている。具体的には、ＲＦフィルタ１６の通過域は、観測対象の現象に生じるスペクトルの周波数帯域を含み、これに略同じ周波数帯域幅に設定されている。そして、ＲＦフィルタ１６の減衰域は、上述のように設定された通過域以外の周波数範囲に設定されている。このように、ＲＦフィルタ１６を用いることで、観測対象の現象の周波数スペクトルに対するノイズは、ＲＦ信号の段階でも抑圧される。したがって、観測装置２０Ａは、高精度な周波数スペクトルデータを得られる。なお、ミキサ１３１およびミキサ１３２を、ＩＱミキサで実現することによって、ＲＦフィルタ１６は、省略することが可能である。

１０、１０Ａ：観測信号生成装置
２０、２０Ａ：観測装置
１２：ローカル信号発生器
１５：アッテネータ
１６：ＲＦフィルタ
３１、３２：増幅器
４１、４２：検波器
５１、５２：ノイズ抑圧フィルタ
６０：基準信号発生器
７０：スペクトル生成部
７１：ＡＤ変換部
７２：ローカル周波数検出部
７３：ＲＦ周波数成分検出部
８０：観測結果演算部
９０：黒色放射体
１１１：分配器
１１２：ローカル信号発生器
１１２：分配器
１３１、１３２：ミキサ
１４１、１４２：ＩＦフィルタ
ＡＮＴ：アンテナ
Ｐａｎｔ：アンテナ接続端子

用語

必ずしも全ての目的または効果・利点が、本明細書中に記載される任意の特定の実施形態に則って達成され得るわけではない。従って、例えば当業者であれば、特定の実施形態は、本明細書中で教示または示唆されるような他の目的または効果・利点を必ずしも達成することなく、本明細書中で教示されるような1つまたは複数の効果・利点を達成または最適化するように動作するように構成され得ることを想到するであろう。

本明細書中に記載される全ての処理は、1つまたは複数のコンピュータまたはプロセッサを含むコンピューティングシステムによって実行されるソフトウェアコードモジュールにより具現化され、完全に自動化され得る。コードモジュールは、任意のタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体または他のコンピュータ記憶装置に記憶することができる。一部または全ての方法は、専用のコンピュータハードウェアで具現化され得る。

本明細書中に記載されるもの以外でも、多くの他の変形例があることは、本開示から明らかである。例えば、実施形態に応じて、本明細書中に記載されるアルゴリズムのいずれかの特定の動作、イベント、または機能は、異なるシーケンスで実行することができ、追加、併合、または完全に除外することができる (例えば、記述された全ての行為または事象がアルゴリズムの実行に必要というわけではない)。さらに、特定の実施形態では、動作またはイベントは、例えば、マルチスレッド処理、割り込み処理、または複数のプロセッサまたはプロセッサコアを介して、または他の並列アーキテクチャ上で、逐次ではなく、並列に実行することができる。さらに、異なるタスクまたはプロセスは、一緒に機能し得る異なるマシンおよび/またはコンピューティングシステムによっても実行され得る。

本明細書中に開示された実施形態に関連して説明された様々な例示的論理ブロックおよびモジュールは、プロセッサなどのマシンによって実施または実行することができる。プロセッサは、マイクロプロセッサであってもよいが、代替的に、プロセッサは、コントローラ、マイクロコントローラ、またはステートマシン、またはそれらの組み合わせなどであってもよい。プロセッサは、コンピュータ実行可能命令を処理するように構成された電気回路を含むことができる。別の実施形態では、プロセッサは、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、またはコンピュータ実行可能命令を処理することなく論理演算を実行する他のプログラマブルデバイスを含む。プロセッサはまた、コンピューティングデバイスの組み合わせ、例えば、デジタル信号プロセッサ(デジタル信号処理装置)とマイクロプロセッサの組み合わせ、複数のマイクロプロセッサ、DSPコアと組み合わせた1つ以上のマイクロプロセッサ、または任意の他のそのような構成として実装することができる。本明細書中では、主にデジタル技術に関して説明するが、プロセッサは、主にアナログ素子を含むこともできる。例えば、本明細書中に記載される信号処理アルゴリズムの一部または全部は、アナログ回路またはアナログとデジタルの混合回路により実装することができる。コンピューティング環境は、マイクロプロセッサ、メインフレームコンピュータ、デジタル信号プロセッサ、ポータブルコンピューティングデバイス、デバイスコントローラ、または装置内の計算エンジンに基づくコンピュータシステムを含むが、これらに限定されない任意のタイプのコンピュータシステムを含むことができる。

特に明記しない限り、「できる」「できた」「だろう」または「可能性がある」などの条件付き言語は、特定の実施形態が特定の特徴、要素および/またはステップを含むが、他の実施形態は含まないことを伝達するために一般に使用される文脈内での意味で理解される。従って、このような条件付き言語は、一般に、特徴、要素および/またはステップが1つ以上の実施形態に必要とされる任意の方法であること、または1つ以上の実施形態が、これらの特徴、要素および/またはステップが任意の特定の実施形態に含まれるか、または実行されるかどうかを決定するための論理を必然的に含むことを意味するという訳ではない。

語句「X、Y、Zの少なくとも1つ」のような選言的言語は、特に別段の記載がない限り、項目、用語等が X, Y, Z、のいずれか、又はそれらの任意の組み合わせであり得ることを示すために一般的に使用されている文脈で理解される(例: X、Y、Z)。従って、このような選言的言語は、一般的には、特定の実施形態がそれぞれ存在するXの少なくとも1つ、Yの少なくとも1つ、またはZの少なくとも1つ、の各々を必要とすることを意味するものではない。

本明細書中に記載されかつ/または添付の図面に示されたフロー図における任意のプロセス記述、要素またはブロックは、プロセスにおける特定の論理機能または要素を実装するための1つ以上の実行可能命令を含む、潜在的にモジュール、セグメント、またはコードの一部を表すものとして理解されるべきである。代替の実施形態は、本明細書中に記載された実施形態の範囲内に含まれ、ここでは、要素または機能は、当業者に理解されるように、関連する機能性に応じて、実質的に同時にまたは逆の順序で、図示または説明されたものから削除、順不同で実行され得る。

特に明示されていない限り、「一つ」のような数詞は、一般的に、1つ以上の記述された項目を含むと解釈されるべきである。従って、「～するように設定された一つのデバイス」などの語句は、1つ以上の列挙されたデバイスを含むことを意図している。このような1つまたは複数の列挙されたデバイスは、記載された引用を実行するように集合的に構成することもできる。例えば、「以下のA、BおよびCを実行するように構成されたプロセッサ」は、Aを実行するように構成された第1のプロセッサと、BおよびCを実行するように構成された第2のプロセッサとを含むことができる。加えて、導入された実施例の具体的な数の列挙が明示的に列挙されたとしても、当業者は、このような列挙が典型的には少なくとも列挙された数(例えば、他の修飾語を用いない「2つの列挙と」の単なる列挙は、通常、少なくとも2つの列挙、または2つ以上の列挙を意味する)を意味すると解釈されるべきである。

一般に、本明細書中で使用される用語は、一般に、「非限定」用語(例えば、「～を含む」という用語は「それだけでなく、少なくとも～を含む」と解釈すべきであり、「～を持つ」という用語は「少なくとも～を持っている」と解釈すべきであり、「含む」という用語は「以下を含むが、これらに限定されない。」などと解釈すべきである。) を意図していると、当業者には判断される。

説明の目的のために、本明細書中で使用される「水平」という用語は、その方向に関係なく、説明されるシステムが使用される領域の床の平面または表面に平行な平面、または説明される方法が実施される平面として定義される。「床」という用語は、「地面」または「水面」という用語と置き換えることができる。「垂直/鉛直」という用語は、定義された水平線に垂直/鉛直な方向を指します。「上側」「下側」「下」「上」「側面」「より高く」「より低く」「上の方に」「～を越えて」「下の」などの用語は水平面に対して定義されている。

本明細書中で使用される用語の「付着する」、「接続する」、「対になる」及び他の関連用語は、別段の注記がない限り、取り外し可能、移動可能、固定、調節可能、及び/または、取り外し可能な接続または連結を含むと解釈されるべきである。接続/連結は、直接接続及び/または説明した2つの構成要素間の中間構造を有する接続を含む。

特に明示されていない限り、本明細書中で使用される、「およそ」、「約」、および「実質的に」のような用語が先行する数は、列挙された数を含み、また、さらに所望の機能を実行するか、または所望の結果を達成する、記載された量に近い量を表す。例えば、「およそ」、「約」及び「実質的に」とは、特に明示されていない限り、記載された数値の10%未満の値をいう。本明細書中で使用されているように、「およそ」、「約」、および「実質的に」などの用語が先行して開示されている実施形態の特徴は、さらに所望の機能を実行するか、またはその特徴について所望の結果を達成するいくつかの可変性を有する特徴を表す。

上述した実施形態には、多くの変形例および修正例を加えることができ、それらの要素は、他の許容可能な例の中にあるものとして理解されるべきである。そのような全ての修正および変形は、本開示の範囲内に含まれることを意図し、以下の請求の範囲によって保護される。

Claims (13)

1. ローカル信号を発生するローカル信号発生器と、
   複数の周波数成分を有する観測対象のＲＦ信号と前記ローカル信号とをミキシングして、第１ＩＦ信号を出力する第１ミキサと、
   前記ＲＦ信号と前記ローカル信号とをミキシングして、第２ＩＦ信号を出力する第２ミキサと、
   前記ローカル信号の周波数から前記ＲＦ信号の前記複数の周波数成分のうちの第１周波数を減算した第１中間周波数を通過域に含み、前記ＲＦ信号の前記複数の周波数成分のうちの前記第１周波数と異なる第２周波数から前記ローカル信号の周波数を減算した第２中間周波数を減衰域に含み、前記第１ＩＦ信号をフィルタ処理して第１観測信号を生成する、第１ＩＦフィルタと、
   前記第１中間周波数を減衰域に含み、前記第２中間周波数を通過域に含み、前記第２ＩＦ信号をフィルタ処理して第２観測信号を生成する、第２ＩＦフィルタと、
   を備える、観測信号生成装置。
2. 請求項１に記載の観測信号生成装置であって、
   前記ローカル信号発生器は、
   複数の周波数の前記ローカル信号をそれぞれに異なるタイミングで発生する、
   観測信号生成装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の観測信号生成装置であって、
   前記ＲＦ信号の周波数帯域を制限するＲＦフィルタを備える、
   観測信号生成装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の観測信号生成装置であって、
   前記ＲＦ信号の振幅を制限するＲＦ減衰器を備える、
   観測信号生成装置。
5. 請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の観測信号生成装置の各構成と、
   前記第１観測信号を検波して、第１検波信号を出力する第１検波器と、
   前記第２観測信号を検波して、第２検波信号を出力する第２検波器と、
   前記第１検波信号と前記第２検波信号から、前記観測対象のＲＦ信号の周波数スペクトルを生成する、スペクトル生成部と、
   を備える、観測装置。
6. 請求項５に記載の観測装置であって、
   前記第１観測信号と、前記第２観測信号とを同じ増幅率で増幅する増幅器を備える、
   観測装置。
7. 請求項５または請求項６に記載の観測装置であって、
   前記第１検波信号と前記第２検波信号とノイズを抑圧するノイズ抑圧フィルタを備える、
   観測装置。
8. ローカル信号を発生し、
   複数の周波数成分を有する観測対象のＲＦ信号と前記ローカル信号とをミキシングして、第１ＩＦ信号を出力し、
   前記ＲＦ信号と前記ローカル信号とをミキシングして、第２ＩＦ信号を出力し、
   前記ローカル信号の周波数から前記ＲＦ信号の第１周波数を減算した第１中間周波数を通過域に含み、前記第１周波数と異なる前記ＲＦ信号の第２周波数から前記ローカル信号の周波数を減算した第２中間周波数を減衰域に含み、前記第１ＩＦ信号をフィルタ処理して第１観測信号を生成し、
   前記第１中間周波数を減衰域に含み、前記第２中間周波数を通過域に含み、前記第２ＩＦ信号をフィルタ処理して第２観測信号を生成する、
   観測信号生成方法。
9. 請求項８に記載の観測信号生成方法であって、
   複数の周波数の前記ローカル信号をそれぞれに異なるタイミングで発生する、
   観測信号生成方法。
10. 請求項８または請求項９に記載の観測信号生成方法の各処理を行い、
    前記第１観測信号を検波して、第１検波信号を出力し、
    前記第２観測信号を検波して、第２検波信号を出力し、
    前記第１検波信号と前記第２検波信号から、前記観測対象のＲＦ信号の周波数スペクトルを生成する、
    観測方法。
11. ローカル信号を発生し、
    複数の周波数成分を有する観測対象のＲＦ信号と前記ローカル信号とをミキシングして、第１ＩＦ信号を出力し、
    前記ＲＦ信号と前記ローカル信号とをミキシングして、第２ＩＦ信号を出力し、
    前記ローカル信号の周波数から前記ＲＦ信号の第１周波数を減算した第１中間周波数を通過域に含み、前記第１周波数と異なる前記ＲＦ信号の第２周波数から前記ローカル信号の周波数を減算した第２中間周波数を減衰域に含み、前記第１ＩＦ信号をフィルタ処理して第１観測信号を生成し、
    前記第１中間周波数を減衰域に含み、前記第２中間周波数を通過域に含み、前記第２ＩＦ信号をフィルタ処理して第２観測信号を生成する、
    処理を演算装置に実行させる、観測信号生成プログラム。
12. 請求項１１に記載の観測信号生成プログラムであって、
    複数の周波数の前記ローカル信号をそれぞれに異なるタイミングで発生する、
    処理を前記演算装置に実行させる、観測信号生成プログラム。
13. 請求項１１または請求項１２に記載の観測信号生成プログラムの各処理に加え、
    前記第１観測信号を検波して、第１検波信号を出力し、
    前記第２観測信号を検波して、第２検波信号を出力し、
    前記第１検波信号と前記第２検波信号から、前記観測対象のＲＦ信号の周波数スペクトルを生成する、
    処理を前記演算装置に実行させる、観測プログラム。

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