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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023044368
(43)【公開日】2023-03-30
(54)【発明の名称】水蒸気量の観測装置
(51)【国際特許分類】
G01W 1/00 20060101AFI20230323BHJP
G01N 22/04 20060101ALI20230323BHJP
G01N 22/00 20060101ALI20230323BHJP
【ＦＩ】
G01W1/00 C
G01N22/04 A
G01N22/00 W
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021152365
(22)【出願日】2021-09-17
(71)【出願人】
【識別番号】000227892
【氏名又は名称】日本アンテナ株式会社
(71)【出願人】
【識別番号】301022471
【氏名又は名称】国立研究開発法人情報通信研究機構
(74)【代理人】
【識別番号】100102635
【弁理士】
【氏名又は名称】浅見 保男
(74)【代理人】
【識別番号】100199820
【弁理士】
【氏名又は名称】西脇 博志
(72)【発明者】
【氏名】比留間 利通
(72)【発明者】
【氏名】北井 信則
(72)【発明者】
【氏名】渡辺 琢也
(72)【発明者】
【氏名】上田 剛士
(72)【発明者】
【氏名】坂本 純一
(72)【発明者】
【氏名】花土 弘
(72)【発明者】
【氏名】川村 誠治
(72)【発明者】
【氏名】金丸 佳矢
(72)【発明者】
【氏名】中川 勝広
(57)【要約】
【課題】 １つの観測点において水蒸気量の観測を容易に行うことができる水蒸気量の観測装置を提供する。
【解決手段】 観測装置２０において、入力端子ＩＮから入力された直達波と反射波の受信信号が受信ユニット５４ａに入力され、受信信号の複素遅延プロファイルが生成される。受信ユニットから出力された複素遅延プロファイルのデータは通信ユニット５５に入力され、ピークが検索されて直達波と反射波のピークの位相情報が計算されると共に、直達波と反射波の位相情報間の位相差分データが生成される。位相差分データに基づいて、観測装置２０と反射体との間の空間における大気中の水蒸気量のデータが求められる。水蒸気量のデータは、通信アンテナ９１からクラウド９０にアップロードされる。
【選択図】 図２
【解決手段】 観測装置２０において、入力端子ＩＮから入力された直達波と反射波の受信信号が受信ユニット５４ａに入力され、受信信号の複素遅延プロファイルが生成される。受信ユニットから出力された複素遅延プロファイルのデータは通信ユニット５５に入力され、ピークが検索されて直達波と反射波のピークの位相情報が計算されると共に、直達波と反射波の位相情報間の位相差分データが生成される。位相差分データに基づいて、観測装置２０と反射体との間の空間における大気中の水蒸気量のデータが求められる。水蒸気量のデータは、通信アンテナ９１からクラウド９０にアップロードされる。
【選択図】 図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の入力端子から入力された受信信号のそれぞれが入力され、該受信信号の複素遅延プロファイルを生成して該複素遅延プロファイルのデータをそれぞれ出力する複数の受信ユニットと、
該受信ユニットから出力された前記複素遅延プロファイルのデータからピークが検索され、検索された該ピークの内の最も早い時刻の第１のピークの位相情報と、該第１のピークを除く他のピークの位相情報との間の位相差分データが生成され、位相差分データに基づいて水蒸気量のデータが求められて送信される通信ユニットとを備え、
放送局と反射体との間の観測点に設置されて、前記入力端子に、前記放送局からの地上デジタル放送波の直達波と、該地上デジタル放送波が前記反射体で反射された反射波との受信信号が入力された際に、前記通信ユニットでは、前記直達波のピークが第１のピークとして検索されると共に、前記反射波のピークが検索されて、前記直達波のピークの位相情報と前記反射波のピークの位相情報との間の位相差分データに基づいて、前記観測点と前記反射体との間の空間における大気中の水蒸気量のデータが求められることを特徴とする水蒸気量の観測装置。
該受信ユニットから出力された前記複素遅延プロファイルのデータからピークが検索され、検索された該ピークの内の最も早い時刻の第１のピークの位相情報と、該第１のピークを除く他のピークの位相情報との間の位相差分データが生成され、位相差分データに基づいて水蒸気量のデータが求められて送信される通信ユニットとを備え、
放送局と反射体との間の観測点に設置されて、前記入力端子に、前記放送局からの地上デジタル放送波の直達波と、該地上デジタル放送波が前記反射体で反射された反射波との受信信号が入力された際に、前記通信ユニットでは、前記直達波のピークが第１のピークとして検索されると共に、前記反射波のピークが検索されて、前記直達波のピークの位相情報と前記反射波のピークの位相情報との間の位相差分データに基づいて、前記観測点と前記反射体との間の空間における大気中の水蒸気量のデータが求められることを特徴とする水蒸気量の観測装置。
【請求項2】
複数の入力端子から入力された受信信号のそれぞれが入力され、該受信信号の複素遅延プロファイルを生成して該複素遅延プロファイルのデータをそれぞれ出力する複数の受信ユニットと、
該受信ユニットから出力された前記複素遅延プロファイルのデータからピークが検索され、検索された該ピークの内の最も早い時刻の第１のピークの位相情報と、該第１のピークを除く他のピークの位相情報との間の位相差分データが生成され、位相差分データに基づいて水蒸気量のデータが求められて送信される通信ユニットとを備え、
放送局から見てギャップフィラー受信局とギャップフィラー送信局とを備えるギャップフィラーシステムを超えた観測点に設置されて、前記入力端子に、前記放送局からの地上デジタル放送波の直達波と、前記ギャップフィラー受信局で受信され伝送線路で伝送された地上デジタル放送波が前記ギャップフィラー送信局から再送信された再送信波との受信信号が入力された際に、
前記通信ユニットでは、前記直達波のピークが第１のピークとして検索されると共に、前記再送信波のピークが検索されて、前記直達波のピークの位相情報と前記再送信波のピークの位相情報との間の位相差分データに基づいて、前記ギャップフィラー受信局とギャップフィラー送信局との間の空間における大気中の水蒸気量のデータが求められることを特徴とする水蒸気量の観測装置。
該受信ユニットから出力された前記複素遅延プロファイルのデータからピークが検索され、検索された該ピークの内の最も早い時刻の第１のピークの位相情報と、該第１のピークを除く他のピークの位相情報との間の位相差分データが生成され、位相差分データに基づいて水蒸気量のデータが求められて送信される通信ユニットとを備え、
放送局から見てギャップフィラー受信局とギャップフィラー送信局とを備えるギャップフィラーシステムを超えた観測点に設置されて、前記入力端子に、前記放送局からの地上デジタル放送波の直達波と、前記ギャップフィラー受信局で受信され伝送線路で伝送された地上デジタル放送波が前記ギャップフィラー送信局から再送信された再送信波との受信信号が入力された際に、
前記通信ユニットでは、前記直達波のピークが第１のピークとして検索されると共に、前記再送信波のピークが検索されて、前記直達波のピークの位相情報と前記再送信波のピークの位相情報との間の位相差分データに基づいて、前記ギャップフィラー受信局とギャップフィラー送信局との間の空間における大気中の水蒸気量のデータが求められることを特徴とする水蒸気量の観測装置。
【請求項3】
複数の入力端子から入力された受信信号のそれぞれが入力され、該受信信号の複素遅延プロファイルを生成して該複素遅延プロファイルのデータをそれぞれ出力する複数の受信ユニットと、
該受信ユニットから出力された前記複素遅延プロファイルのデータからピークが検索され、検索された該ピークの内の最も早い時刻の第１のピークの位相情報と、該第１のピークを除く他のピークの位相情報との間の位相差分データが生成され、位相差分データに基づいて水蒸気量のデータが求められて送信される通信ユニットとを備え、
ギャップフィラー受信局とギャップフィラー送信局とを備えるギャップフィラーシステムにおける前記ギャップフィラー受信局と同じ位置の観測点に設置されて、前記入力端子に、放送局からの地上デジタル放送波の直達波と、前記ギャップフィラー受信局で受信され第１伝送線路で伝送された地上デジタル放送波が前記ギャップフィラー送信局から再送信された再送信波と、前記ギャップフィラー送信局から再送信される地上デジタル放送の信号が第２伝送線路で伝送された地上デジタル放送信号との受信信号が入力された際に、
前記通信ユニットでは、前記直達波のピークが第１のピークとして検索されると共に、前記再送信波のピークおよび前記地上デジタル放送信号のピークが検索されて、前記直達波のピークの位相情報と前記再送信波のピークの位相情報との間の第１位相差分データと、前記直達波のピークの位相情報と前記地上デジタル放送信号のピークの位相情報との間の第２位相差分データとに基づいて、前記観測点とギャップフィラー送信局との間の空間における大気中の水蒸気量のデータが求められることを特徴とする水蒸気量の観測装置。
該受信ユニットから出力された前記複素遅延プロファイルのデータからピークが検索され、検索された該ピークの内の最も早い時刻の第１のピークの位相情報と、該第１のピークを除く他のピークの位相情報との間の位相差分データが生成され、位相差分データに基づいて水蒸気量のデータが求められて送信される通信ユニットとを備え、
ギャップフィラー受信局とギャップフィラー送信局とを備えるギャップフィラーシステムにおける前記ギャップフィラー受信局と同じ位置の観測点に設置されて、前記入力端子に、放送局からの地上デジタル放送波の直達波と、前記ギャップフィラー受信局で受信され第１伝送線路で伝送された地上デジタル放送波が前記ギャップフィラー送信局から再送信された再送信波と、前記ギャップフィラー送信局から再送信される地上デジタル放送の信号が第２伝送線路で伝送された地上デジタル放送信号との受信信号が入力された際に、
前記通信ユニットでは、前記直達波のピークが第１のピークとして検索されると共に、前記再送信波のピークおよび前記地上デジタル放送信号のピークが検索されて、前記直達波のピークの位相情報と前記再送信波のピークの位相情報との間の第１位相差分データと、前記直達波のピークの位相情報と前記地上デジタル放送信号のピークの位相情報との間の第２位相差分データとに基づいて、前記観測点とギャップフィラー送信局との間の空間における大気中の水蒸気量のデータが求められることを特徴とする水蒸気量の観測装置。
【請求項4】
前記通信ユニットは、求められた水蒸気量のデータをインターネット上のクラウドにアップロードすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の水蒸気量の観測装置。
【請求項5】
前記通信ユニットには、外部に設置された地上気象測器から気象データが入力されており、前記通信ユニットは、求められた水蒸気量のデータおよび前記気象データをインターネット上のクラウドにアップロードすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の水蒸気量の観測装置。
【請求項6】
前記複数の受信ユニット、前記通信ユニット、前記複数の受信ユニットと前記通信ユニットとに電源を供給可能な電源ユニットとが筐体に収納されており、該筐体が前記観測点に設置されることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の水蒸気量の観測装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、水蒸気量の観測を容易に行うことができる水蒸気量の観測装置に関する。
【背景技術】
【0002】
近年、局地的大雨（いわゆるゲリラ豪雨）・組織的な積乱雲群にもたらされる線状降水帯・梅雨前線・台風などによる豪雨災害が多発し、社会問題となっている。気象庁・国土交通省などで全国展開されている気象レーダにより、詳細な降雨観測が行われているが、これらは雨粒・雪片・氷晶など、液体・固体の“水”からの電波の反射を利用し、現況を観測している。すなわち、気象レーダによる観測では、降雨を予測することはできず、降雨を予測するには大気中の水蒸気の観測が重要である。水蒸気は大気を構成する成分の中では、気相・液相・固相と相変化し、降雨・降雪として上空から地表面へ落下したり、水面での蒸発で地表面から上空へ上昇するなどの時空間的な変化が激しく観測の難しい要素である。広域の水蒸気量の分布を観測する手段として、現在実用化されている手法として、ＧＰＳに代表されるＧＮＳＳ（全球測位衛星システム）衛星からの電波における対流圏遅延から算出される鉛直積算水蒸気量（可降水量）を求める方法がある。この方法は、国土地理院に設置された全国約１，３００カ所の電子基準点網（ＧＥＯＮＥＴ）での観測データから得られた水蒸気の情報が気象庁メソ数値予報モデル（ＭＳＭ）の初期値を作成するメソ解析で利用され、降水の予報の精度向上が行われている。これと同じ原理に基づき、地上デジタル放送波の電波伝搬時の遅延量を高精度測定し、伝搬路、特に地上付近の水蒸気の積算量を観測する手法が研究されている。
ところで、電波の伝搬速度は、伝搬する空間に存在する水蒸気の量によって変化することが知られており、観測地点で受信される電波の伝搬時間を測定することにより、水蒸気量を算出する従来の水蒸気量測定装置が特許文献１，特許文献２に記載されている。また、地上デジタル放送波を用いて水蒸気観測を行うことが非特許文献１，非特許文献２に記載されている。
ところで、電波の伝搬速度は、伝搬する空間に存在する水蒸気の量によって変化することが知られており、観測地点で受信される電波の伝搬時間を測定することにより、水蒸気量を算出する従来の水蒸気量測定装置が特許文献１，特許文献２に記載されている。また、地上デジタル放送波を用いて水蒸気観測を行うことが非特許文献１，非特許文献２に記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開平２－２１２７５０号公報
【特許文献2】特開２００７－１０４６０号公報
【非特許文献】
【0004】
【非特許文献1】"地デジ放送波を使った水蒸気量推定手法の開発に成功 ～ピコ秒精度で電波の伝搬遅延を計測、ゲリラ豪雨の予測精度向上へ～"、2017年3月9日［online］、国立研究開発法人情報通信研究機構、［令和３年６月１６日検索］、インターネット〈URL：https://www.nict.go.jp/press/2017/03/09-1.html〉
【非特許文献2】S.KAWAMURA 他１４名、"Water vapor estimation using digital terrestrial broadcasting waves"、［online］、National Institute of Information and Communications Technology、［令和３年６月１６日検索］、インターネット〈URL：https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2016RS006191〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
非特許文献２に記載されている地上デジタル放送波を用いて水蒸気観測を行う従来の方法を図２１ないし図２３を参照して説明する。図２１は地上デジタル放送波を用いて水蒸気観測を行う従来の同期法を説明する図であり、図２２は地上デジタル放送波を用いて水蒸気観測を行う従来の反射法を説明する図であり、図２３は図２２に示す反射法における複素遅延プロファイルの例を示す図である。
図２１に示す地上デジタル放送波を用いて水蒸気観測を行う従来の同期法は、放送局５００から放射された地上デジタル放送波を受信する測定点Ａと、測定点Ａと放送局５００との間に配置された測定点Ｂとを備えており、測定点Ａと測定点Ｂとの間における大気中の水蒸気量を観測している。ここで、大気中の水蒸気量が増加すると電波の伝搬時間がわずかに遅延する。例えば、伝搬路が５ｋｍで、地上気圧、気温２０℃の条件で、湿度が１％上昇すると伝搬時間は約１７ピコ秒遅延する。すなわち、伝搬遅延時間が１７ピコ秒となる。これを利用して、従来の同期法では、地上デジタル放送波を用いて伝搬遅延時間を高精度に測定することで、水蒸気量の情報を得ることが可能とされる。なお、地上デジタル放送波の伝搬時間は、地上デジタル放送波の位相回転（角度）とされる位相情報で表すこともできる。
図２１に示す地上デジタル放送波を用いて水蒸気観測を行う従来の同期法は、放送局５００から放射された地上デジタル放送波を受信する測定点Ａと、測定点Ａと放送局５００との間に配置された測定点Ｂとを備えており、測定点Ａと測定点Ｂとの間における大気中の水蒸気量を観測している。ここで、大気中の水蒸気量が増加すると電波の伝搬時間がわずかに遅延する。例えば、伝搬路が５ｋｍで、地上気圧、気温２０℃の条件で、湿度が１％上昇すると伝搬時間は約１７ピコ秒遅延する。すなわち、伝搬遅延時間が１７ピコ秒となる。これを利用して、従来の同期法では、地上デジタル放送波を用いて伝搬遅延時間を高精度に測定することで、水蒸気量の情報を得ることが可能とされる。なお、地上デジタル放送波の伝搬時間は、地上デジタル放送波の位相回転（角度）とされる位相情報で表すこともできる。
【0006】
測定点Ａおよび測定点Ｂには、地上デジタル放送波を受信可能な受信部がそれぞれ設けられている。ここで、放送局５００から放射された地上デジタル放送波が測定点Ａに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報をτＡとし、放送局５００から放射された地上デジタル放送波が測定点Ｂに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報をτＢとし、放送局５００における送信部の位相雑音をφＴ、測定点Ａにおける受信部の位相雑音をφＡ、測定点Ｂにおける受信部の位相雑音をφＢとする。すると、測定点Ａで測定される地上デジタル放送波の伝搬時間に相当する位相情報ＭＡは、
ＭＡ＝τＡ＋φＴ＋φＡ （１）
となり、測定点Ｂで測定される地上デジタル放送波の伝搬時間に相当する位相情報ＭＢは、
ＭＢ＝τＢ＋φＴ＋φＢ （２）
となる。地上デジタル放送波が測定点Ｂから測定点Ａに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報は（ＭＡ－ＭＢ）で求められる。すなわち、
（ＭＡ－ＭＢ）＝（τＡ－τＢ）＋（φＡ－φＢ） （３）
となる。（３）式における（φＡ－φＢ）の位相雑音の項は測定誤差となることから、（φＡ－φＢ）＝０とする必要がある。ここで、測定点Ａと測定点Ｂとの同期をとればφＡ＝φＢとなることは明らかである。すなわち、同期法では、測定点Ａと測定点Ｂとの同期をとることで（φＡ－φＢ）＝０として、次に示す（４）式のように測定誤差が生じないようにしている。
（ＭＡ－ＭＢ）＝（τＡ－τＢ） （４）
（４）式に示す伝搬時間に相当する位相情報（τＡ－τＢ）と、真空中の電波の速度（２．９９７９２４５８×１０８ｍ／ｓ ）に基づいて求められる地上デジタル放送波が測定点Ｂから測定点Ａに到達するまでの伝搬時間との差である伝搬遅延時間に基づいて、測定点Ａと測定点Ｂとの間における大気中の水蒸気量を観測することができる。
ＭＡ＝τＡ＋φＴ＋φＡ （１）
となり、測定点Ｂで測定される地上デジタル放送波の伝搬時間に相当する位相情報ＭＢは、
ＭＢ＝τＢ＋φＴ＋φＢ （２）
となる。地上デジタル放送波が測定点Ｂから測定点Ａに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報は（ＭＡ－ＭＢ）で求められる。すなわち、
（ＭＡ－ＭＢ）＝（τＡ－τＢ）＋（φＡ－φＢ） （３）
となる。（３）式における（φＡ－φＢ）の位相雑音の項は測定誤差となることから、（φＡ－φＢ）＝０とする必要がある。ここで、測定点Ａと測定点Ｂとの同期をとればφＡ＝φＢとなることは明らかである。すなわち、同期法では、測定点Ａと測定点Ｂとの同期をとることで（φＡ－φＢ）＝０として、次に示す（４）式のように測定誤差が生じないようにしている。
（ＭＡ－ＭＢ）＝（τＡ－τＢ） （４）
（４）式に示す伝搬時間に相当する位相情報（τＡ－τＢ）と、真空中の電波の速度（２．９９７９２４５８×１０８ｍ／ｓ ）に基づいて求められる地上デジタル放送波が測定点Ｂから測定点Ａに到達するまでの伝搬時間との差である伝搬遅延時間に基づいて、測定点Ａと測定点Ｂとの間における大気中の水蒸気量を観測することができる。
【0007】
次に、図２２に示す地上デジタル放送波を用いて水蒸気観測を行う従来の反射法は、放送局５００から放射された地上デジタル放送波を反射する反射体Ｒと、反射体Ｒと放送局５００との間の測定点Ｃとを備えており、反射体Ｒと測定点Ｃとの間における大気中の水蒸気量を観測している。反射法も、大気中の水蒸気量が増加すると電波の伝搬時間がわずかに遅延すること、例えば、伝搬路が５ｋｍで、地上気圧、気温２０℃の条件で、湿度が１％上昇すると伝搬時間は約１７ピコ秒遅延、すなわち、伝搬遅延時間が１７ピコ秒となることを利用している。反射法では、地上デジタル放送波を用いて伝搬遅延時間を高精度に測定することで、水蒸気量の情報を得ている。
【0008】
測定点Ｃには、地上デジタル放送波を受信可能な受信部が設けられている。ここで、放送局５００から放射された地上デジタル放送波が反射体Ｒで反射されて測定点Ｃに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報をτＲとし、放送局５００から放射された地上デジタル放送波が測定点Ｃに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報をτＣとし、放送局５００における送信部の位相雑音をφＴ、測定点Ｃにおける受信部の位相雑音をφＣとする。すると、測定点Ｃで測定される放送局５００からの直達波の伝搬時間に相当する位相情報ＭＣ１は、
ＭＣ１＝τＣ＋φＴ＋φＣ （５）
となり、測定点Ｃで測定される反射体Ｒで反射された反射波の伝搬時間に相当する位相情報ＭＣ２は、
ＭＣ２＝τＲ＋φＴ＋φＣ （６）
となる。
ＭＣ１＝τＣ＋φＴ＋φＣ （５）
となり、測定点Ｃで測定される反射体Ｒで反射された反射波の伝搬時間に相当する位相情報ＭＣ２は、
ＭＣ２＝τＲ＋φＴ＋φＣ （６）
となる。
【0009】
測定点Ｃにおいて観測される複素遅延プロファイルが図２３に示されている。複素遅延プロファイルは横軸が時間軸とされ、縦軸が振幅軸とされて、横軸により伝搬時間が示されている。図２３に示す複素遅延プロファイルでは、時刻ｔ１で凸状のピークが現れており、時刻ｔ２においても凸状のピークが現れている。時刻ｔ１のピークは、測定点Ｃで受信された放送局５００からの直達波であり、ピーク位置の時刻ｔ１から位相情報ＭＣ１が得られる。また、時刻ｔ２のピークは、測定点Ｃで受信された反射体Ｒで反射された反射波であり、ピーク位置の時刻ｔ２から位相情報ＭＣ２が得られる。位相情報ＭＣ１が測定される測定点Ｃから反射体Ｒに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報をτＭとすると、反射体Ｒの反射波が測定点Ｃに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報もτＭとなる。そして、地上デジタル放送波が測定点Ｃから反射体Ｒに到達して、反射体Ｒで反射された反射波が測定点Ｃまで戻るまでの伝搬時間に相当する位相情報は（ＭＣ２－ＭＣ１）で求められる。すなわち、
（ＭＣ２－ＭＣ１）＝（τＲ－τＣ） （７）
となる。図２３を参照すると明らかなように、（７）式で示す（ＭＣ２－ＭＣ１）は反射体Ｒと測定点Ｃとの間の往復の伝搬時間に相当する位相情報であるから、（ＭＣ２－ＭＣ１）は２τＭに等しくなり、
τＭ＝（ＭＣ２－ＭＣ１）／２＝（τＲ－τＣ）／２ （８）
となる。（８）式に示すように、反射法では、同期手段を必要とすることなく放送局５００と測定点Ｃとの位相雑音を相殺することができる。反射法では、反射体Ｒと測定点Ｃとの間の伝搬時間に相当する位相情報τＭと、真空中の電波の速度（２．９９７９２４５８×１０８ｍ／ｓ ）に基づいて求められる地上デジタル放送波が反射体Ｒから測定点Ｃに到達するまでの伝搬時間との差である伝搬遅延時間に基づいて、反射体Ｒと測定点Ｃとの間における大気中の水蒸気量を観測することができる。
（ＭＣ２－ＭＣ１）＝（τＲ－τＣ） （７）
となる。図２３を参照すると明らかなように、（７）式で示す（ＭＣ２－ＭＣ１）は反射体Ｒと測定点Ｃとの間の往復の伝搬時間に相当する位相情報であるから、（ＭＣ２－ＭＣ１）は２τＭに等しくなり、
τＭ＝（ＭＣ２－ＭＣ１）／２＝（τＲ－τＣ）／２ （８）
となる。（８）式に示すように、反射法では、同期手段を必要とすることなく放送局５００と測定点Ｃとの位相雑音を相殺することができる。反射法では、反射体Ｒと測定点Ｃとの間の伝搬時間に相当する位相情報τＭと、真空中の電波の速度（２．９９７９２４５８×１０８ｍ／ｓ ）に基づいて求められる地上デジタル放送波が反射体Ｒから測定点Ｃに到達するまでの伝搬時間との差である伝搬遅延時間に基づいて、反射体Ｒと測定点Ｃとの間における大気中の水蒸気量を観測することができる。
【0010】
上記説明した同期法では、水蒸気量を観測したい場所を間に置く２つの測定点が必要になると共に、２つの測定点との間で同期をとるための同期手段が必要になるという問題点があった。さらに、水蒸気量の観測はピコ秒オーダのわずかな伝搬遅延時間を利用することから高精度の同期手段とする必要があり、同期手段が高額になるという問題点があった。
また、上記説明した反射法では、反射体があれば１つの測定点において水蒸気量の観測を容易に行うことができるため、２つの測定点との間で同期をとるための同期手段を必要としていない。
そこで、本発明は１つの観測点において水蒸気量の観測を容易に行うことができる水蒸気量の観測装置を提供することを目的としている。
また、利用できる反射体を得ることが困難なケースが考えられることから、本発明は反射体を利用することなく１つの観測点において水蒸気量の観測を容易に行うことができる水蒸気量の観測装置を提供することを他の目的としている。
また、上記説明した反射法では、反射体があれば１つの測定点において水蒸気量の観測を容易に行うことができるため、２つの測定点との間で同期をとるための同期手段を必要としていない。
そこで、本発明は１つの観測点において水蒸気量の観測を容易に行うことができる水蒸気量の観測装置を提供することを目的としている。
また、利用できる反射体を得ることが困難なケースが考えられることから、本発明は反射体を利用することなく１つの観測点において水蒸気量の観測を容易に行うことができる水蒸気量の観測装置を提供することを他の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0011】
上記本発明の目的を達成することができる本発明の水蒸気量の観測装置は、複数の入力端子から入力された受信信号のそれぞれが入力され、該受信信号の複素遅延プロファイルを生成して該複素遅延プロファイルのデータをそれぞれ出力する複数の受信ユニットと、該受信ユニットから出力された前記複素遅延プロファイルのデータからピークが検索され、検索された該ピークの内の最も早い時刻の第１のピークの位相情報と、該第１のピークを除く他のピークの位相情報との間の位相差分データが生成され、位相差分データに基づいて水蒸気量のデータが求められて送信される通信ユニットとを備え、放送局と反射体との間の観測点に設置されて、前記入力端子に、前記放送局からの地上デジタル放送波の直達波と、該地上デジタル放送波が前記反射体で反射された反射波との受信信号が入力された際に、前記通信ユニットでは、前記直達波のピークが第１のピークとして検索されると共に、前記反射波のピークが検索されて、前記直達波のピークの位相情報と前記反射波のピークの位相情報との間の位相差分データに基づいて、前記観測点と前記反射体との間の空間における大気中の水蒸気量のデータが求められることを最も主要な特徴としている。
【0012】
上記本発明の他の目的を達成することができる本発明の他の水蒸気量の観測装置は、複数の入力端子から入力された受信信号のそれぞれが入力され、該受信信号の複素遅延プロファイルを生成して該複素遅延プロファイルのデータをそれぞれ出力する複数の受信ユニットと、該受信ユニットから出力された前記複素遅延プロファイルのデータからピークが検索され、検索された該ピークの内の最も早い時刻の第１のピークの位相情報と、該第１のピークを除く他のピークの位相情報との間の位相差分データが生成され、位相差分データに基づいて水蒸気量のデータが求められて送信される通信ユニットとを備え、放送局から見てギャップフィラー受信局とギャップフィラー送信局とを備えるギャップフィラーシステムを超えた観測点に設置されて、前記入力端子に、前記放送局からの地上デジタル放送波の直達波と、前記ギャップフィラー受信局で受信され伝送線路で伝送された地上デジタル放送波が前記ギャップフィラー送信局から再送信された再送信波との受信信号が入力された際に、前記通信ユニットでは、前記直達波のピークが第１のピークとして検索されると共に、前記再送信波のピークが検索されて、前記直達波のピークの位相情報と前記再送信波のピークの位相情報との間の位相差分データに基づいて、前記ギャップフィラー受信局とギャップフィラー送信局との間の空間における大気中の水蒸気量のデータが求められることを最も主要な特徴としている。
【0013】
上記本発明の他の目的を達成することができる本発明の他の水蒸気量の観測装置は、複数の入力端子から入力された受信信号のそれぞれが入力され、該受信信号の複素遅延プロファイルを生成して該複素遅延プロファイルのデータをそれぞれ出力する複数の受信ユニットと、該受信ユニットから出力された前記複素遅延プロファイルのデータからピークが検索され、検索された該ピークの内の最も早い時刻の第１のピークの位相情報と、該第１のピークを除く他のピークの位相情報との間の位相差分データが生成され、位相差分データに基づいて水蒸気量のデータが求められて送信される通信ユニットとを備え、ギャップフィラー受信局とギャップフィラー送信局とを備えるギャップフィラーシステムにおける前記ギャップフィラー受信局と同じ位置の観測点に設置されて、前記入力端子に、放送局からの地上デジタル放送波の直達波と、前記ギャップフィラー受信局で受信され第１伝送線路で伝送された地上デジタル放送波が前記ギャップフィラー送信局から再送信された再送信波と、前記ギャップフィラー送信局から再送信される地上デジタル放送の信号が第２伝送線路で伝送された地上デジタル放送信号との受信信号が入力された際に、前記通信ユニットでは、前記直達波のピークが第１のピークとして検索されると共に、前記再送信波のピークおよび前記地上デジタル放送信号のピークが検索されて、前記直達波のピークの位相情報と前記再送信波のピークの位相情報との間の第１位相差分データと、前記直達波のピークの位相情報と前記地上デジタル放送信号のピークの位相情報との間の第２位相差分データとに基づいて、前記観測点とギャップフィラー送信局との間の空間における大気中の水蒸気量のデータが求められることを最も主要な特徴としている。
【0014】
また、上記本発明の水蒸気量の観測装置では、前記通信ユニットは、求められた水蒸気量のデータをインターネット上のクラウドにアップロードしている。
さらに、上記本発明の水蒸気量の観測装置では、前記通信ユニットには、外部に設置された地上気象測器から気象データが入力されており、前記通信ユニットは、求められた水蒸気量のデータおよび前記気象データをインターネット上のクラウドにアップロードしている。
さらにまた、上記本発明の水蒸気量の観測装置では、前記複数の受信ユニット、前記通信ユニット、前記複数の受信ユニットと前記通信ユニットとに電源を供給可能な電源ユニットとが筐体に収納されており、該筐体が前記観測点に設置されている。
さらに、上記本発明の水蒸気量の観測装置では、前記通信ユニットには、外部に設置された地上気象測器から気象データが入力されており、前記通信ユニットは、求められた水蒸気量のデータおよび前記気象データをインターネット上のクラウドにアップロードしている。
さらにまた、上記本発明の水蒸気量の観測装置では、前記複数の受信ユニット、前記通信ユニット、前記複数の受信ユニットと前記通信ユニットとに電源を供給可能な電源ユニットとが筐体に収納されており、該筐体が前記観測点に設置されている。
【発明の効果】
【0015】
本発明の水蒸気量の観測装置を、放送局と反射体との間の観測点に設置すると、観測点では、放送局から直接到達する地上デジタル放送波と、反射体で反射された地上デジタル放送波の反射波とが受信される。これにより、本発明の水蒸気量の観測装置は、観測点と反射体との間における大気中の水蒸気量の観測を、１つの観測点において容易に行うことができる
また、本発明の水蒸気量の観測装置を、放送局から見てギャップフィラー受信局およびギャップフィラー送信局とを超えた位置の観測点に設置すると、観測点では、放送局から直接到達する地上デジタル放送波と、ギャップフィラー受信局で受信され伝送線路でギャップフィラー送信局に伝送され、ギャップフィラー送信局から再送信された地上デジタル放送波とが受信される。これにより、本発明の水蒸気量の観測装置は、ギャップフィラー受信局とギャップフィラー送信局との間における大気中の水蒸気量の観測を、反射体を利用することなく１つの観測点において容易に行うことができる。
さらに、本発明の水蒸気量の観測装置をギャップフィラー受信局と同じ位置の観測点に設置すると、観測点では、放送局から直接到達する地上デジタル放送波と、ギャップフィラー受信局で受信され第１伝送線路でギャップフィラー送信局に伝送され、ギャップフィラー送信局が再送信した地上デジタル放送波と、ギャップフィラー受信局で受信され第１伝送線路でギャップフィラー送信局に伝送され、ギャップフィラー送信局から第２伝送線路で伝送された地上デジタル放送信号とが受信される。これにより、観測点とギャップフィラー送信局との間における大気中の水蒸気量を観測することができる。これにより、本発明の水蒸気量の観測装置は、観測点とギャップフィラー送信局との間における大気中の水蒸気量の観測を、反射体を利用することなく１つの観測点において容易に行うことができるようになる。
また、本発明の水蒸気量の観測装置を、放送局から見てギャップフィラー受信局およびギャップフィラー送信局とを超えた位置の観測点に設置すると、観測点では、放送局から直接到達する地上デジタル放送波と、ギャップフィラー受信局で受信され伝送線路でギャップフィラー送信局に伝送され、ギャップフィラー送信局から再送信された地上デジタル放送波とが受信される。これにより、本発明の水蒸気量の観測装置は、ギャップフィラー受信局とギャップフィラー送信局との間における大気中の水蒸気量の観測を、反射体を利用することなく１つの観測点において容易に行うことができる。
さらに、本発明の水蒸気量の観測装置をギャップフィラー受信局と同じ位置の観測点に設置すると、観測点では、放送局から直接到達する地上デジタル放送波と、ギャップフィラー受信局で受信され第１伝送線路でギャップフィラー送信局に伝送され、ギャップフィラー送信局が再送信した地上デジタル放送波と、ギャップフィラー受信局で受信され第１伝送線路でギャップフィラー送信局に伝送され、ギャップフィラー送信局から第２伝送線路で伝送された地上デジタル放送信号とが受信される。これにより、観測点とギャップフィラー送信局との間における大気中の水蒸気量を観測することができる。これにより、本発明の水蒸気量の観測装置は、観測点とギャップフィラー送信局との間における大気中の水蒸気量の観測を、反射体を利用することなく１つの観測点において容易に行うことができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】本発明の第１実施例の観測装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図2】本発明の第１実施例の観測装置の詳細な構成を示す機能ブロック図である。
【図3】本発明の第１実施例の観測装置の受信ユニットの構成を示す機能ブロック図である。
【図4】本発明の第１実施例の観測装置の受信ユニットの他の構成を示す機能ブロック図である。
【図5】本発明の第１実施例の観測装置の通信ユニットの構成を示す機能ブロック図である。
【図6】本発明の第１実施例の観測装置の信号分配部および電源重畳部の構成を示す機能ブロック図である。
【図7】本発明の第１実施例の観測装置の電源ユニットの構成を示す機能ブロック図である。
【図8】本発明の第１実施例の観測装置の接続態様を示す斜視図である。
【図9】本発明の第１実施例の観測装置の接続態様を示す他の斜視図である。
【図10】本発明の第１実施例の観測装置の水蒸気量演算処理のフローチャートである。
【図11】本発明の第１実施例の観測装置の通信ユニットで実行される外部気象測器のデータ処理のフローチャートである。
【図12】本発明の第１実施例の観測装置の通信ユニットで実行される外部気象測器時刻同期処理のフローチャートである。
【図13】本発明の第１実施例の観測装置の通信ユニットで実行される通信処理のフローチャートである。
【図14】本発明の第１実施例の観測装置が適用された水蒸気量観測システムの構成およびクラウドの概略構成を示すブロック図である。
【図15】ギャップフィラーシステムの構成を示すブロック図である。
【図16】本発明の第１実施例の観測装置が適用された他の水蒸気量観測システムの構成を示すブロック図である。
【図18】本発明の第２実施例の観測装置の構成を示す機能ブロック図である。
【図19】本発明の第２実施例の観測装置が適用された水蒸気量観測システムの構成を示すブロック図である。
【図21】地上デジタル放送波を用いて水蒸気観測を行う従来の同期法の構成を示すブロック図である。
【図22】地上デジタル放送波を用いて水蒸気観測を行う従来の反射法の構成を示すブロック図である。
【図23】地上デジタル放送波を用いて水蒸気観測を行う従来の反射法における複素遅延プロファイルの例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
＜本発明の第１実施例＞
本発明の第１実施例の水蒸気量を観測する観測装置２０の構成を示す機能ブロック図を図１に示し、本発明の第１実施例の観測装置２０の詳細な構成を示す機能ブロック図を図２に示す。これらの図に示す本発明の観測装置２０は、図２２に示す反射法に適用して水蒸気量を観測している。また、本発明の第１実施例の観測装置２０は、後述するギャップフィラーシステムに適用して水蒸気量を観測することができる。
図１および図２に示すように観測装置２０は筐体４０を備えており、筐体４０の内部に避雷回路部５１と、電源重畳部５２と、信号分配部５３と、所望の数の受信ユニット５４ａ，５４ｂ，５４ｃ・・・・からなる受信ユニット５４と、通信ユニット５５と、中継ボード５６と、電源ユニット５７とが収納されており、ユニット化されている受信ユニット５４，通信ユニット５５および電源ユニット５７は筐体４０に対して着脱自在に収納されている。筐体４０は金属製とされるが、合成樹脂製とすることもできる。
本発明の第１実施例の水蒸気量を観測する観測装置２０の構成を示す機能ブロック図を図１に示し、本発明の第１実施例の観測装置２０の詳細な構成を示す機能ブロック図を図２に示す。これらの図に示す本発明の観測装置２０は、図２２に示す反射法に適用して水蒸気量を観測している。また、本発明の第１実施例の観測装置２０は、後述するギャップフィラーシステムに適用して水蒸気量を観測することができる。
図１および図２に示すように観測装置２０は筐体４０を備えており、筐体４０の内部に避雷回路部５１と、電源重畳部５２と、信号分配部５３と、所望の数の受信ユニット５４ａ，５４ｂ，５４ｃ・・・・からなる受信ユニット５４と、通信ユニット５５と、中継ボード５６と、電源ユニット５７とが収納されており、ユニット化されている受信ユニット５４，通信ユニット５５および電源ユニット５７は筐体４０に対して着脱自在に収納されている。筐体４０は金属製とされるが、合成樹脂製とすることもできる。
【0018】
筐体４０には入力端子ＩＮが設けられ、この入力端子ＩＮは複数の入力端子を備えており、そのうちの１つの入力端子には、混合器（ＭＩＸ）４１で混合された第１アンテナ２１の受信信号と第２アンテナ２２の受信信号とが入力されている。第１アンテナ２１は放送局から直接到来した地上デジタル放送波（以下、「直達波」という）を受信可能とされ、第２アンテナ２２は反射体で反射された地上デジタル放送波（以下、「反射波」という）を受信可能とされている。
避雷回路部５１は、入力端子ＩＮの複数の入力端子からのそれぞれのライン間にバリスタやアレスタ等の避雷素子が接続されて構成されており、入力端子ＩＮのそれぞれに印加された誘導雷サージや他の激しい過渡現象を抑制して、観測装置２０の各部を保護している。
電源重畳部５２は、電源ユニット５７からの駆動電源を入力端子ＩＮが接続されているそれぞれのラインに重畳して、入力端子ＩＮのそれぞれから出力している。図示する場合は、入力端子ＩＮから出力された駆動電源はプリアンプ４２に動作電源として供給されている。これにより、プリアンプ４２は、第１アンテナ２１で受信された直達波の地上デジタル放送信号と、第２アンテナ２２で受信された反射波の地上デジタル放送信号とを所定のレベルになるよう増幅している。
避雷回路部５１は、入力端子ＩＮの複数の入力端子からのそれぞれのライン間にバリスタやアレスタ等の避雷素子が接続されて構成されており、入力端子ＩＮのそれぞれに印加された誘導雷サージや他の激しい過渡現象を抑制して、観測装置２０の各部を保護している。
電源重畳部５２は、電源ユニット５７からの駆動電源を入力端子ＩＮが接続されているそれぞれのラインに重畳して、入力端子ＩＮのそれぞれから出力している。図示する場合は、入力端子ＩＮから出力された駆動電源はプリアンプ４２に動作電源として供給されている。これにより、プリアンプ４２は、第１アンテナ２１で受信された直達波の地上デジタル放送信号と、第２アンテナ２２で受信された反射波の地上デジタル放送信号とを所定のレベルになるよう増幅している。
【0019】
ここで、本発明の観測装置２０の入力端子ＩＮと電源重畳部５２および信号分配部５３の構成が図６の機能ブロック図に示されており、図６を参照して観測装置２０の入力部を説明する。なお、図６においては入力端子ＩＮと電源重畳部５２との間に設けられている避雷回路部５１は省略されている。以下の説明において、「受信信号」は「受信された地上デジタル放送信号」と同義である。
図６に示すように、入力端子ＩＮはＩＮａ，ＩＮｂ，ＩＮｃ，ＩＮｄ・・・ＩＮｎのｎ個の入力端子を備えており、ＩＮａ～ＩＮ（ｎ－１）はタイプ１入力の入力端子とされ、ＩＮｎはタイプ２入力の入力端子とされている。タイプ１入力は受信ユニット５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，・・・５４（ｎ－１）のそれぞれの１つに入力され、タイプ２入力は信号分配部５３の分配器（ＤＩＶ）１７０で分配されて受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）の複数に入力される点で異なっている。なお、タイプ１入力とタイプ２入力の入力端子には直達波と反射波との受信信号が入力されるが、タイプ１入力のＩＮａ～ＩＮ（ｎ－１）にはそれぞれ異なるアンテナで受信された直達波と反射波との受信信号が入力され、タイプ２入力のＩＮｎには１のアンテナで受信された直達波と反射波との受信信号が入力され、ＤＩＶ１７０で分配される。
図６に示すように、入力端子ＩＮはＩＮａ，ＩＮｂ，ＩＮｃ，ＩＮｄ・・・ＩＮｎのｎ個の入力端子を備えており、ＩＮａ～ＩＮ（ｎ－１）はタイプ１入力の入力端子とされ、ＩＮｎはタイプ２入力の入力端子とされている。タイプ１入力は受信ユニット５４ａ，５４ｂ，５４ｃ，５４ｄ，・・・５４（ｎ－１）のそれぞれの１つに入力され、タイプ２入力は信号分配部５３の分配器（ＤＩＶ）１７０で分配されて受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）の複数に入力される点で異なっている。なお、タイプ１入力とタイプ２入力の入力端子には直達波と反射波との受信信号が入力されるが、タイプ１入力のＩＮａ～ＩＮ（ｎ－１）にはそれぞれ異なるアンテナで受信された直達波と反射波との受信信号が入力され、タイプ２入力のＩＮｎには１のアンテナで受信された直達波と反射波との受信信号が入力され、ＤＩＶ１７０で分配される。
【0020】
電源重畳部５２において、ＩＮａに接続されたラインには高周波信号のみを通過させるコンデンサＣａが直列に接続されると共に、該ラインに高周波信号を阻止するチョークコイルＬａの一端が接続されており、チョークコイルＬａの他端にはＳＷ１７１を介して電源ユニット５７からの駆動用の電源が供給されている。ＳＷ１７１は入力端子ＩＮの数と同数の複数の切換スイッチから構成され、それぞれの切換スイッチには対応するＩＮａ～ＩＮｎからのラインが接続されており、それぞれの切換スイッチは独立して切換操作することができる。ＩＮａ用の切換スイッチの可動接点ｅ１を固定接点ｄ１側に切り換えると電源ユニット５７からの駆動用の電源がＩＮａから外部へ出力され、内部へはコンデンサＣａの作用により供給されない。ＩＮａから出力された電源は、例えばプリアンプ４２に動作電源として供給される。ＩＮｂ～ＩＮｎ用の切換スイッチを操作した場合も同様の動作が行われる。
【0021】
電源重畳部５２において、ＩＮｎに接続されたラインには高周波信号のみを通過させるコンデンサＣｎが直列に接続されると共に、該ラインに高周波信号を阻止するチョークコイルＬｎの一端が接続されており、チョークコイルＬｎの他端にはＳＷ１７１を介して電源ユニット５７からの駆動用の電源が供給されている。ＩＮｎ用の切換スイッチの可動接点ｅｎを固定接点ｄｎ側に切り換えると電源ユニット５７からの駆動用の電源がＩＮｎから外部へ出力される。ＩＮｎから出力された電源は、ＩＮｎに接続されているプリアンプ等に動作電源として供給され、内部へはコンデンサＣｎの作用により供給されない。
【0022】
信号分配部５３において、コンデンサＣａを介したＩＮａからのラインがＳＷ１７２に接続されている。ＳＷ１７２はタイプ１入力の入力端子ＩＮａ～ＩＮ（ｎ－１）の数と同数の複数の切換スイッチから構成され、それぞれの切換スイッチの入力側には対応するＩＮａ～ＩＮ（ｎ－１）からのラインが接続されており、出力側には受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）がそれぞれ接続されて、それぞれの切換スイッチは独立して切換操作することができる。また、それぞれの切換スイッチにはＤＩＶ１７０で分配された受信信号が入力されている。ＩＮａに対応する切換スイッチの可動接点ｃ１を固定接点ａ１側に切り換えるとＩＮａに入力されたタイプ１入力の受信信号が可動接点ｃ１から出力されて受信ユニット５４の内の受信ユニット５４ａに入力される。そして、ＩＮａに対応する切換スイッチの可動接点ｃ１を固定接点ｂ１側に切り換えるとＤＩＶ１７０で分配されたタイプ２入力の受信信号が可動接点ｃ１から出力されて受信ユニット５４の内の受信ユニット５４ａに入力される。ＩＮａ～ＩＮ（ｎ－１）に対応する切換スイッチを操作した場合も同様の切換動作が行われる。
【0023】
信号分配部５３において、コンデンサＣｎを介したタイプ２入力のＩＮｎからのラインは分配器１７０に接続されており、タイプ２入力の入力端子ＩＮｎに入力された受信信号は分配器１７０により（ｎ－１）分配される。分配されたそれぞれの受信信号はＳＷ１７２の（ｎ－１）個の切換スイッチの入力側にそれぞれ入力される。これにより、上記したように、ＩＮａ用の切換スイッチの可動接点ｃ１を固定接点ｂ１側に切り換えるとＩＮｎに入力されて分配されたタイプ２入力の受信信号が可動接点ｃ１から出力されて受信ユニット５４の内の受信ユニット５４ａに入力される。ＩＮａ～ＩＮ（ｎ－１）用の切換スイッチを操作した場合も同様の切換動作が行われる。
【0024】
なお、ＩＮｂ～ＩＮ（ｎ－１）においては、コンデンサＣａがコンデンサＣｂ～Ｃ（ｎ－１）に置き換わると共に、ＳＷ１７１において可動接点ｅ１が可動接点ｅ２～ｅ（ｎ－１）に、固定接点ｄ１が固定接点ｄ２～ｄ（ｎ－１）に置き換わり、ＳＷ１７２において可動接点ｃ１が可動接点ｃ２～ｃ（ｎ－１）に、固定接点ａ１が固定接点ａ２～ａ（ｎ－１）に、固定接点ｂ１が固定接点ｂ２～ｂ（ｎ－１）に置き換わることになる。これにより、ＳＷ１７２において可動接点ｃ１～ｃ（ｎ－１）を固定接点ａ１～ａ（ｎ－１）側に切り換えると、切り換えられた切換スイッチに対応する受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）においては、ＩＮａ～ＩＮ（ｎ－１）に入力されたタイプ１入力の受信信号が入力され、可動接点ｃ１～ｃ（ｎ－１）を固定接点ｂ１～ｂ（ｎ－１）側に切り換えると、切り換えられた切換スイッチに対応する受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）においては、分配器１７０で分配されたＩＮｎに入力されたタイプ２入力の受信信号が入力されるようになる。
【0025】
受信ユニット５４には、信号分配部５３からの受信信号がそれぞれ入力される（ｎ－１）台の受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）から構成されている。受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）は、同じ構成とされており第１の実施態様の受信ユニット５４－１の構成を示す機能ブロック図を図３に示す。
図３に示す第１の実施態様の受信ユニット５４－１においては、信号分配部５３からの受信信号が入力されるチューナ部１０１と、チューナ部１０１で選局されたチャンネルの受信信号が入力される複素遅延プロファイル生成部１０２とから構成され、複素遅延プロファイル生成部１０２で生成された複素遅延プロファイルのデータが通信ユニット５５に出力される。チューナ部１０１では、入力された受信信号の内の任意のチャンネルを選局して受信できる。チューナ部１０１で受信した受信信号は、複素遅延プロファイル生成部１０２においてベースバンドの受信信号に復調され、複素遅延プロファイルのデータが生成されて、受信ユニット５４－１から出力される。複素遅延プロファイルを表す場合は、横軸が時間軸、縦軸が振幅軸で表わされ、横軸により受信信号の伝搬時間が示される。すなわち、複素遅延プロファイルでは、直達波のピークの時刻で直達波の伝搬時間が示され、反射波のピークの時刻で反射波の伝搬時間が示される。
なお、ＤＩＶ１７０において分配されたタイプ２入力が受信ユニット５４－１の実施態様の受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）の複数に入力されている場合は、それぞれの受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）において異なるチャンネルをチューナ部１０１で選局して、異なるチャンネル毎の複素遅延プロファイルのデータを複素遅延プロファイル生成部１０２で生成して、受信ユニット５４－１から出力するのが好適とされる。
図３に示す第１の実施態様の受信ユニット５４－１においては、信号分配部５３からの受信信号が入力されるチューナ部１０１と、チューナ部１０１で選局されたチャンネルの受信信号が入力される複素遅延プロファイル生成部１０２とから構成され、複素遅延プロファイル生成部１０２で生成された複素遅延プロファイルのデータが通信ユニット５５に出力される。チューナ部１０１では、入力された受信信号の内の任意のチャンネルを選局して受信できる。チューナ部１０１で受信した受信信号は、複素遅延プロファイル生成部１０２においてベースバンドの受信信号に復調され、複素遅延プロファイルのデータが生成されて、受信ユニット５４－１から出力される。複素遅延プロファイルを表す場合は、横軸が時間軸、縦軸が振幅軸で表わされ、横軸により受信信号の伝搬時間が示される。すなわち、複素遅延プロファイルでは、直達波のピークの時刻で直達波の伝搬時間が示され、反射波のピークの時刻で反射波の伝搬時間が示される。
なお、ＤＩＶ１７０において分配されたタイプ２入力が受信ユニット５４－１の実施態様の受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）の複数に入力されている場合は、それぞれの受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）において異なるチャンネルをチューナ部１０１で選局して、異なるチャンネル毎の複素遅延プロファイルのデータを複素遅延プロファイル生成部１０２で生成して、受信ユニット５４－１から出力するのが好適とされる。
【0026】
受信ユニット５４の第２の実施態様の受信ユニット５４－２の構成を示す機能ブロック図を図４に示す。第２の実施態様の受信ユニット５４－２は、多チャンネル処理が可能とされている。
図４に示す第２の実施態様の受信ユニット５４－２においては、信号分配部５３からの受信信号を分配する分配器１０３と、分配器１０３で分配された受信信号がそれぞれ入力される複数のチューナ部１０１ａ，１０１ｂ，・・・，１０１ｍと、複数のチューナ部１０１ａ～１０１ｍでそれぞれ選局されたｍチャンネルの受信信号が入力される複素遅延プロファイル生成部１０２－２から構成され、複素遅延プロファイル生成部１０２－２で生成されたｍチャンネルの複素遅延プロファイルのデータが通信ユニット５５に出力される。チューナ部１０１ａ～１０１ｍでは、受信ユニット５４－２に入力された受信信号が分配器１０３で分配されてそれぞれのチューナ部１０１ａ～１０１ｍに入力され、入力された受信信号の内の任意のチャンネルを選局して受信できる。チューナ部１０１ａ～１０１ｍで受信したｍチャンネルの受信信号は、複素遅延プロファイル生成部１０２－２においてベースバンドのｍチャンネルの受信信号に復調され、ｍチャンネル分の複数の複素遅延プロファイルのデータが生成される。この複数の複素遅延プロファイルのデータは、平均化されて１つの複素遅延プロファイルのデータが受信ユニット５４－２から出力される。
チューナ部１０１ａ～１０１ｍでは、互いに異なるチャンネルを選局して、異なるチャンネルにおける複素遅延プロファイルのデータを複素遅延プロファイル生成部１０２－２で生成して平均化するのが好適とされる。
図４に示す第２の実施態様の受信ユニット５４－２においては、信号分配部５３からの受信信号を分配する分配器１０３と、分配器１０３で分配された受信信号がそれぞれ入力される複数のチューナ部１０１ａ，１０１ｂ，・・・，１０１ｍと、複数のチューナ部１０１ａ～１０１ｍでそれぞれ選局されたｍチャンネルの受信信号が入力される複素遅延プロファイル生成部１０２－２から構成され、複素遅延プロファイル生成部１０２－２で生成されたｍチャンネルの複素遅延プロファイルのデータが通信ユニット５５に出力される。チューナ部１０１ａ～１０１ｍでは、受信ユニット５４－２に入力された受信信号が分配器１０３で分配されてそれぞれのチューナ部１０１ａ～１０１ｍに入力され、入力された受信信号の内の任意のチャンネルを選局して受信できる。チューナ部１０１ａ～１０１ｍで受信したｍチャンネルの受信信号は、複素遅延プロファイル生成部１０２－２においてベースバンドのｍチャンネルの受信信号に復調され、ｍチャンネル分の複数の複素遅延プロファイルのデータが生成される。この複数の複素遅延プロファイルのデータは、平均化されて１つの複素遅延プロファイルのデータが受信ユニット５４－２から出力される。
チューナ部１０１ａ～１０１ｍでは、互いに異なるチャンネルを選局して、異なるチャンネルにおける複素遅延プロファイルのデータを複素遅延プロファイル生成部１０２－２で生成して平均化するのが好適とされる。
【0027】
次に、受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）から出力される複素遅延プロファイルのデータはバス５６ａ上に出力される。バス５６ａには、受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）および通信ユニット５５が接続されており、通信ユニット５５はバス５６ａを介して受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）から複素遅延プロファイルのデータを受信することができる。バス５６ａは、例えばＩ２Ｃ（Inter-Integrated Circuit）のシリアルバスとされている。バス５６ａは、中継ボード５６に構築されており、中継ボード５６には電源ラインも設けられており、この電源ラインに電源ユニット５７から駆動電源が供給されて、駆動電源は受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）および通信ユニット５５に中継ボード５６を介して動作電源として供給されている。
【0028】
次に、通信ユニット５５は受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）からの複素遅延プロファイルのデータから位相差分データを計算し、位相差分データに基づいて水蒸気量を求めている。通信ユニット５５の構成を示す機能ブロック図を図５に示す。
図５に示す通信ユニット５５は、位相差分データを算出する位相差分データ計算部１５１と、そこで求められた位相差分データに基づいて水蒸気量や、その他の計算を行う各種計算部（水蒸気量）１５２とを備えるマイコン処理部１５０と、インターネット上のクラウド９０への通信を行える無線通信部１６０とを備えている。また、通信ユニット５５には、無線通信部１６０からの高周波の通信信号を出力する同軸端子（ＲＦＯＵＴ）と、各種データおよび各種信号の授受を行えるシリアルやＲＳ２３２Ｃのインターフェース（Ｉ／Ｆ）ポート１６１と、観測装置２０の各種設定や状態監視などをＬＡＮ（Local Area Network）を介して行うことができるＬＡＮポート１６２とが設けられている。マイコン処理部１５０は、演算・制御装置（ＣＰＵ）、メモリ装置（ＲＡＭやＲＯＭ）、入出力回路（Ｉ／Ｏ）、タイマー回路などを備えており、コンピュータとしての一通りの機能を有している。マイコン処理部１５０が所定のソフトウェアを実行することで、位相差分データ計算部１５１と各種計算部１５２とが実現されている。位相差分データ計算部１５１では、入力された複素遅延プロファイルのデータから直達波と反射波とのピーク位置の計算とピーク位置に対応する位相情報の計算を行う。この場合、計算で得られたソースを同じとする位相情報が複数ある場合は、その平均の計算を行う。これにより、観測装置２０の設置位置である観測点において受信した地上デジタル放送の直達波の第１の位相情報と、例えば反射体で反射され観測装置２０が受信した地上デジタル放送の反射波の第２の位相情報とが求められる。そして、第１の位相情報と第２の位相情報との間の位相差分データを計算して位相差分データが求められ、求められた位相差分データの平均および標準偏差の計算が行われる。次いで、位相差分データ計算部１５１で求められた位相差分データに基づいて、各種計算部（水蒸気量）１５２で水蒸気量のデータを求め、この水蒸気量のデータを無線通信部１６０に送る。なお、位相情報は地上デジタル放送波の直達波（反射波）が観測装置２０に達するまでの伝搬時間に相当し、位相情報は、地上デジタル放送波の位相回転（角度）で表すことができる。
また、受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）の複数にタイプ２入力の受信信号が入力されている場合は、複数の受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）から受信した複素遅延プロファイルのデータ毎に直達波と反射波とのピーク位置の計算とピーク位置に対応する位相情報の計算を行う。この場合は、ソースを同じとする位相情報が複数あることになるので、得られた複数の位相情報の平均を計算し、その計算結果に基づく位相情報から上記した位相差分データを計算して求めている。
図５に示す通信ユニット５５は、位相差分データを算出する位相差分データ計算部１５１と、そこで求められた位相差分データに基づいて水蒸気量や、その他の計算を行う各種計算部（水蒸気量）１５２とを備えるマイコン処理部１５０と、インターネット上のクラウド９０への通信を行える無線通信部１６０とを備えている。また、通信ユニット５５には、無線通信部１６０からの高周波の通信信号を出力する同軸端子（ＲＦＯＵＴ）と、各種データおよび各種信号の授受を行えるシリアルやＲＳ２３２Ｃのインターフェース（Ｉ／Ｆ）ポート１６１と、観測装置２０の各種設定や状態監視などをＬＡＮ（Local Area Network）を介して行うことができるＬＡＮポート１６２とが設けられている。マイコン処理部１５０は、演算・制御装置（ＣＰＵ）、メモリ装置（ＲＡＭやＲＯＭ）、入出力回路（Ｉ／Ｏ）、タイマー回路などを備えており、コンピュータとしての一通りの機能を有している。マイコン処理部１５０が所定のソフトウェアを実行することで、位相差分データ計算部１５１と各種計算部１５２とが実現されている。位相差分データ計算部１５１では、入力された複素遅延プロファイルのデータから直達波と反射波とのピーク位置の計算とピーク位置に対応する位相情報の計算を行う。この場合、計算で得られたソースを同じとする位相情報が複数ある場合は、その平均の計算を行う。これにより、観測装置２０の設置位置である観測点において受信した地上デジタル放送の直達波の第１の位相情報と、例えば反射体で反射され観測装置２０が受信した地上デジタル放送の反射波の第２の位相情報とが求められる。そして、第１の位相情報と第２の位相情報との間の位相差分データを計算して位相差分データが求められ、求められた位相差分データの平均および標準偏差の計算が行われる。次いで、位相差分データ計算部１５１で求められた位相差分データに基づいて、各種計算部（水蒸気量）１５２で水蒸気量のデータを求め、この水蒸気量のデータを無線通信部１６０に送る。なお、位相情報は地上デジタル放送波の直達波（反射波）が観測装置２０に達するまでの伝搬時間に相当し、位相情報は、地上デジタル放送波の位相回転（角度）で表すことができる。
また、受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）の複数にタイプ２入力の受信信号が入力されている場合は、複数の受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）から受信した複素遅延プロファイルのデータ毎に直達波と反射波とのピーク位置の計算とピーク位置に対応する位相情報の計算を行う。この場合は、ソースを同じとする位相情報が複数あることになるので、得られた複数の位相情報の平均を計算し、その計算結果に基づく位相情報から上記した位相差分データを計算して求めている。
【0029】
ここで、位相差分データについて説明すると、図１および図２に示すように観測装置２０に第１アンテナ２１で受信された直達波とされる地上デジタル放送信号と、第２アンテナ２２で受信された反射波の地上デジタル放送信号が入力される場合は、受信ユニット５４から通信ユニット５５に入力される複素遅延プロファイルのデータは、例えば図２３に示すような複素遅延プロファイルとされ、位相差分データ計算部１５１においては上記（８）式に示す計算が行われてτＭが位相差分データとして得られる。位相差分データ計算部１５１は、各種計算部（水蒸気量）１５２に位相差分データτＭを渡し、各種計算部（水蒸気量）１５２は位相差分データτＭに基づいて、第１アンテナ２１の位置である観測装置２０の設置位置と、反射波が反射された反射体との間における大気中の水蒸気量のデータを算出する計算を行っている。この場合、各種計算部（水蒸気量）１５２では、次に示す水蒸気量のデータを算出する計算を行っている。
位相差分データτＭにおいて、地上デジタル放送波の波長をλとすると、伝搬遅延量Δは、
Δ＝λ・τＭ
で表され、観測装置２０と反射体との距離をＤＲとすると、位相差分データτＭから求められる単位距離あたりの伝搬遅延量τＰは（９－１）式に示すように表される。
τＰ＝Δ／ＤＲ＝（λ・τＭ）／ＤＲ （９－１）
ここで、電波の屈折指数をＮは、大気の屈折率ｎの１からの増分の１０６倍と定義されるから、乾燥大気の分圧をＰｄ、水蒸気の分圧をＰｖ、気温（絶対温度）Ｔとすると、（９－２）式に示すように近似的に電波の屈折指数をＮは表される。
Ｎ＝１０６［ｎ－１］＝ｋ１・（Ｐｄ／Ｔ）＋ｋ２・（Ｐｖ／Ｔ）
＋ｋ３・（Ｐｖ／Ｔ２ ） （９－２）
（９－２）式において、
ｋ１＝７７．６０ ［Ｋ ｈＰａ－１］
ｋ２＝７０．４ ［Ｋ ｈＰａ－１］
ｋ３＝３．７３９×１０５ ［Ｋ２ ｈＰａ－１］］
とされている（Bevis et. al. 1994）。また、絶対温度Ｔは、
Ｔ［Ｋ］ ＝ ｔ［℃］＋２７３．１５
と表される。
そして、屈折率ｎの大気中の電磁波の速度ｖは、
ｖ ＝ ｃ／ｎ
であるから、距離Ｌを伝搬する場合の伝搬遅延量ΔＤは、
ΔＤ＝（Ｌ／ｖ）－（Ｌ／ｃ）＝（Ｌ／ｃ）・（ｎ－１）
と表れる。ただし、ｃは光速である。そうすると、電波の屈折指数Ｎを用いて表現した単位距離あたりの伝搬遅延量τＺは、（９－３）式に示すように表される。
τＺ＝ΔＤ／Ｌ＝（Ｎ／ｃ）・１０６ （９－３）
（９－１）式で示す伝搬遅延量τＰと（９－３）式で示す伝搬遅延量τＺとを等しいとおいて、気温Ｔ、乾燥大気の分圧Ｐｄを仮定すると水蒸気の分圧Ｐｖを算出することができる。水蒸気の分圧Ｐｖは水蒸気量と比例関係にあることから、水蒸気量のデータに相当し、上記した計算により水蒸気量のデータが算出される。
各種計算部（水蒸気量）１５２において計算により算出された水蒸気量のデータは無線通信部１６０に送られる。
また、大気中の水蒸気量が増加すると電波の伝搬時間がわずかに遅延すること、例えば、伝搬路が５ｋｍで、地上気圧、気温２０℃の条件で、湿度が１％上昇すると伝搬時間は約１７ピコ秒遅延、すなわち、伝搬遅延時間が１７ピコ秒となることを利用して、求められた位相差分データτＭから湿度を求めることができ、求められた湿度から第１アンテナ２１の位置である観測装置２０の設置位置と、反射波が反射された反射体との間における大気中の水蒸気量を求めるようにしてもよい。
位相差分データτＭにおいて、地上デジタル放送波の波長をλとすると、伝搬遅延量Δは、
Δ＝λ・τＭ
で表され、観測装置２０と反射体との距離をＤＲとすると、位相差分データτＭから求められる単位距離あたりの伝搬遅延量τＰは（９－１）式に示すように表される。
τＰ＝Δ／ＤＲ＝（λ・τＭ）／ＤＲ （９－１）
ここで、電波の屈折指数をＮは、大気の屈折率ｎの１からの増分の１０６倍と定義されるから、乾燥大気の分圧をＰｄ、水蒸気の分圧をＰｖ、気温（絶対温度）Ｔとすると、（９－２）式に示すように近似的に電波の屈折指数をＮは表される。
Ｎ＝１０６［ｎ－１］＝ｋ１・（Ｐｄ／Ｔ）＋ｋ２・（Ｐｖ／Ｔ）
＋ｋ３・（Ｐｖ／Ｔ２ ） （９－２）
（９－２）式において、
ｋ１＝７７．６０ ［Ｋ ｈＰａ－１］
ｋ２＝７０．４ ［Ｋ ｈＰａ－１］
ｋ３＝３．７３９×１０５ ［Ｋ２ ｈＰａ－１］］
とされている（Bevis et. al. 1994）。また、絶対温度Ｔは、
Ｔ［Ｋ］ ＝ ｔ［℃］＋２７３．１５
と表される。
そして、屈折率ｎの大気中の電磁波の速度ｖは、
ｖ ＝ ｃ／ｎ
であるから、距離Ｌを伝搬する場合の伝搬遅延量ΔＤは、
ΔＤ＝（Ｌ／ｖ）－（Ｌ／ｃ）＝（Ｌ／ｃ）・（ｎ－１）
と表れる。ただし、ｃは光速である。そうすると、電波の屈折指数Ｎを用いて表現した単位距離あたりの伝搬遅延量τＺは、（９－３）式に示すように表される。
τＺ＝ΔＤ／Ｌ＝（Ｎ／ｃ）・１０６ （９－３）
（９－１）式で示す伝搬遅延量τＰと（９－３）式で示す伝搬遅延量τＺとを等しいとおいて、気温Ｔ、乾燥大気の分圧Ｐｄを仮定すると水蒸気の分圧Ｐｖを算出することができる。水蒸気の分圧Ｐｖは水蒸気量と比例関係にあることから、水蒸気量のデータに相当し、上記した計算により水蒸気量のデータが算出される。
各種計算部（水蒸気量）１５２において計算により算出された水蒸気量のデータは無線通信部１６０に送られる。
また、大気中の水蒸気量が増加すると電波の伝搬時間がわずかに遅延すること、例えば、伝搬路が５ｋｍで、地上気圧、気温２０℃の条件で、湿度が１％上昇すると伝搬時間は約１７ピコ秒遅延、すなわち、伝搬遅延時間が１７ピコ秒となることを利用して、求められた位相差分データτＭから湿度を求めることができ、求められた湿度から第１アンテナ２１の位置である観測装置２０の設置位置と、反射波が反射された反射体との間における大気中の水蒸気量を求めるようにしてもよい。
【0030】
ところで、タイプ１入力の（ｎ－１）個の入力端子ＩＮａ～ＩＮ（ｎ－１）を設けると、異なる複数の空間の水蒸気量を観測装置２０で観測することができる。
すなわち、地上デジタル放送を送信する放送局は複数あり、観測装置２０に複数のアンテナを設置して、それぞれのアンテナを複数の放送局のそれぞれに向けることにより、複数の放送局から送信された地上デジタル放送をそれぞれ受信することができる。この場合、観測装置２０から見て互いに異なる方向に放送局が存在するのが一般的であることから、異なる方向の放送局から送信された地上デジタル放送の直達波とその反射波との受信信号をタイプ１入力のＩＮａ～ＩＮ（ｎ－１）にそれぞれ入力する。ＩＮａ～ＩＮ（ｎ－１）のそれぞれに入力された直達波と反射波との受信信号は、信号分配部５３を介してそれぞれに対応している受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）の１つづつに入力される。そして、当該受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）において、上記異なる方向に対応する複素遅延プロファイルのデータがそれぞれ生成される。位相差分データ処理部１５１では、複素遅延プロファイルのデータに基づいて上記したように水蒸気量のデータが求められるが、上記異なる方向に対応する複素遅延プロファイルのデータとされる場合は、上記異なる方向に対応する空間毎の水蒸気量を求めることができる。これにより、観測装置２０では、上記異なる方向に対応する空間毎の水蒸気量を観測することができる。
すなわち、地上デジタル放送を送信する放送局は複数あり、観測装置２０に複数のアンテナを設置して、それぞれのアンテナを複数の放送局のそれぞれに向けることにより、複数の放送局から送信された地上デジタル放送をそれぞれ受信することができる。この場合、観測装置２０から見て互いに異なる方向に放送局が存在するのが一般的であることから、異なる方向の放送局から送信された地上デジタル放送の直達波とその反射波との受信信号をタイプ１入力のＩＮａ～ＩＮ（ｎ－１）にそれぞれ入力する。ＩＮａ～ＩＮ（ｎ－１）のそれぞれに入力された直達波と反射波との受信信号は、信号分配部５３を介してそれぞれに対応している受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）の１つづつに入力される。そして、当該受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）において、上記異なる方向に対応する複素遅延プロファイルのデータがそれぞれ生成される。位相差分データ処理部１５１では、複素遅延プロファイルのデータに基づいて上記したように水蒸気量のデータが求められるが、上記異なる方向に対応する複素遅延プロファイルのデータとされる場合は、上記異なる方向に対応する空間毎の水蒸気量を求めることができる。これにより、観測装置２０では、上記異なる方向に対応する空間毎の水蒸気量を観測することができる。
【0031】
また、タイプ２入力の入力端子ＩＮｎを設けると、１の放送局から送信された地上デジタル放送の直達波とその反射波とをアンテナで受信してタイプ２入力のＩＮｎに入力することができる。ＩＮｎに入力された直達波と反射波との受信信号は、信号分配部５３において分配されて受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）の複数に入力することができる。そして、当該受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）では互いに異なるチャンネルが選局されて異なるチャンネル毎の複素遅延プロファイルのデータが生成されるようになる。位相差分データ処理部１５１では、この複数の複素遅延プロファイルのデータに基づく直達波と反射波の位相情報を算出し、算出した位相情報の平均を算出する。その算出結果に基づく位相情報から位相差分データを計算して、各種計算部（水蒸気量）１５２で水蒸気量のデータを算出する。これにより、観測装置２０では、上記１の放送局の方向に対応する空間の水蒸気量を信頼性と品質を保証して観測することができるようになる。
【0032】
次に、図２に示すように、観測装置２０にはケーブル導入孔４０ｃを介して地上気象測器９２から気象データが入力されており、地上気象測器９２からの気象データが通信ユニット５５のＩ／Ｆポート１６１に入力されて、無線通信部１６０に入力されている。この場合、地上気象測器９２から気象データは、気温、気圧、風向、その他の気象データとされ、これらの気象データを各種計算部１５２に入力して様々なデータ加工を施して無線通信部１６０に入力しても良い。
無線通信部１６０では、送られた水蒸気量のデータと、地上気象測器９２からの気象データあるいは各種計算部１５２でデータ加工された地上気象測器９２からの気象データとを変調して高周波の通信信号として、ＲＦＯＵＴから出力している。ＲＦＯＵＴから出力された通信信号は、図２に示すように通信アンテナ９１から放射されて、インターネット上のクラウド９０に通信信号が送信されるようになる。これにより、水蒸気量のデータ等を必要とする関係機関へは、クラウド９０を介してデータ提供を容易に行うことができるようになる。
無線通信部１６０では、送られた水蒸気量のデータと、地上気象測器９２からの気象データあるいは各種計算部１５２でデータ加工された地上気象測器９２からの気象データとを変調して高周波の通信信号として、ＲＦＯＵＴから出力している。ＲＦＯＵＴから出力された通信信号は、図２に示すように通信アンテナ９１から放射されて、インターネット上のクラウド９０に通信信号が送信されるようになる。これにより、水蒸気量のデータ等を必要とする関係機関へは、クラウド９０を介してデータ提供を容易に行うことができるようになる。
【0033】
次に、電源ユニット５７の構成を示す機能ブロック図を図７に示す。
図７に示すように、電源ユニット５７は整流回路部１８３とトランス部１８４とを備えており、整流回路部１８３には商用電源からのＡＣあるいはトランス部１８４からのＡＣがＳＷ１８１で選択されて供給されている。トランス部１８４にはＡＣ１受電端子１４５に供給されたＡＣ６０ＶあるいはＡＣ３０ＶのＡＣ１が供給されている。トランス部１８４では、入力されたＡＣ１を商用電源の電圧に変換してＳＷ１８１に供給していると共に、ＡＣ３０Ｖを電源重畳部５２に供給する駆動電源ＡＣ２として出力している。整流回路部１８３は、供給されたＡＣを整流して所定の電圧のＤＣに変換し、動作電源として観測装置２０の各ユニットに供給している。商用電源からのＡＣは図２に示す筐体４０の電源入力４０ｂを介して電源ケーブルが導入されて電源ユニット５７に供給され、ＡＣ１受電端子１４５は電源入力４０ｂに設けられている。
図７に示すように、電源ユニット５７は整流回路部１８３とトランス部１８４とを備えており、整流回路部１８３には商用電源からのＡＣあるいはトランス部１８４からのＡＣがＳＷ１８１で選択されて供給されている。トランス部１８４にはＡＣ１受電端子１４５に供給されたＡＣ６０ＶあるいはＡＣ３０ＶのＡＣ１が供給されている。トランス部１８４では、入力されたＡＣ１を商用電源の電圧に変換してＳＷ１８１に供給していると共に、ＡＣ３０Ｖを電源重畳部５２に供給する駆動電源ＡＣ２として出力している。整流回路部１８３は、供給されたＡＣを整流して所定の電圧のＤＣに変換し、動作電源として観測装置２０の各ユニットに供給している。商用電源からのＡＣは図２に示す筐体４０の電源入力４０ｂを介して電源ケーブルが導入されて電源ユニット５７に供給され、ＡＣ１受電端子１４５は電源入力４０ｂに設けられている。
【0034】
＜本発明の第１実施例の観測装置の接続態様＞
次に、本発明の第１実施例の観測装置２０に接続される各種ラインの接続態様を示す斜視図を図８に示し、接続態様を示す他の斜視図を図９に示す。
これらの図に示す接続態様は１つの図に構成のすべてを示せないことから２つの図に分けて示しており、実際の接続態様では図８および図９に示す接続態様を併せ持っている。本発明にかかる観測装置２０は、前面が開口された矩形の箱状の本体部１４１と、本体部１４１の前面の開口を閉塞するよう本体部１４１の前面に回転可能に取り付けられている蓋部１４２とから構成される筐体４０を備えている。本体部１４１の１の長辺の側縁と対向する蓋部１４２の１の長辺の側縁とは例えば蝶番で回転可能に固着され、本体部１４１の他の長辺の側縁と対向する蓋部１４２の他の長辺の側縁とは留め外し自在な留め具で固着されている。蓋部１４２を回転させて本体部１４１の前面を覆い留め具を固着することにより、本体部１４１の前面が蓋部１４２で閉塞された状態の筐体４０は水密構造となる。本体部１４１の内部には、図示されていない避雷回路部５１と電源重畳部５２と信号分配部５３と中継ボード５６とが収納されていると共に、４台までの受信ユニット５４と、通信ユニット５５と、電源ユニット５７とが収納されており、受信ユニット５４と、通信ユニット５５と、電源ユニット５７とは本体部１４１に対して着脱可能とされて、これらのユニットは容易に交換できるようにされている。本体部１４１の下面には入力端子ＩＮとなる３つの入力端子１４３と、ＡＣケーブルの導入孔と、インタフェースケーブルや通信ケーブルが導入されるケーブル導入口１４４と、ＡＣ１受電端子１４５とが設けられている。
次に、本発明の第１実施例の観測装置２０に接続される各種ラインの接続態様を示す斜視図を図８に示し、接続態様を示す他の斜視図を図９に示す。
これらの図に示す接続態様は１つの図に構成のすべてを示せないことから２つの図に分けて示しており、実際の接続態様では図８および図９に示す接続態様を併せ持っている。本発明にかかる観測装置２０は、前面が開口された矩形の箱状の本体部１４１と、本体部１４１の前面の開口を閉塞するよう本体部１４１の前面に回転可能に取り付けられている蓋部１４２とから構成される筐体４０を備えている。本体部１４１の１の長辺の側縁と対向する蓋部１４２の１の長辺の側縁とは例えば蝶番で回転可能に固着され、本体部１４１の他の長辺の側縁と対向する蓋部１４２の他の長辺の側縁とは留め外し自在な留め具で固着されている。蓋部１４２を回転させて本体部１４１の前面を覆い留め具を固着することにより、本体部１４１の前面が蓋部１４２で閉塞された状態の筐体４０は水密構造となる。本体部１４１の内部には、図示されていない避雷回路部５１と電源重畳部５２と信号分配部５３と中継ボード５６とが収納されていると共に、４台までの受信ユニット５４と、通信ユニット５５と、電源ユニット５７とが収納されており、受信ユニット５４と、通信ユニット５５と、電源ユニット５７とは本体部１４１に対して着脱可能とされて、これらのユニットは容易に交換できるようにされている。本体部１４１の下面には入力端子ＩＮとなる３つの入力端子１４３と、ＡＣケーブルの導入孔と、インタフェースケーブルや通信ケーブルが導入されるケーブル導入口１４４と、ＡＣ１受電端子１４５とが設けられている。
【0035】
図示する場合は、入力端子１４３の１つに地上デジタル放送波の直達波を受信するための第１アンテナ２１の受信信号と、反射体で反射された地上デジタル放送波を受信するための第２アンテナ２２の受信信号とを混合器（ＭＩＸ）４１で混合した受信信号が入力されており、この混合された受信信号は最終的に受信ユニット５４に入力される。ＡＣケーブルの導入孔を介して商用電源が電源ユニット５７に供給されて、電源ユニット５７から各ユニットに動作電源が供給される。あるいは、図示するように共聴受信用電源供給器９３からのＡＣ１がＡＣ１受電端子１４５に接続されている場合は、ＡＣ１が電源ユニット５７に供給されて、電源ユニット５７から各ユニットに動作電源が供給される。また、地上気象測器９２から導出されたケーブルがケーブル導入口１４４から導入されて気象データが通信ユニット５５に入力される。さらに、通信ユニット５５のＲＦＯＵＴから導出された通信ケーブルがケーブル導入口１４４から導出されて通信アンテナ９１に接続されている。通信アンテナ９１からは、上記した水蒸気量のデータや地上気象測器９２からの気象データがインターネット上のクラウド９０に送信される。
【0036】
＜通信ユニットの処理＞
次に、本発明の第１実施例の観測装置２０の通信ユニット５５におけるマイコン処理部１５０の位相差分データ処理部１５１および各種計算部（水蒸気量）１５２で実行される水蒸気量演算処理のフローチャートを図１０に示す。
図１０に示す水蒸気量演算処理は、観測装置２０の電源が投入された際に開始され、ステップＳ１０にて複素遅延プロファイルのデータを受信ユニット５４から受信したか否かが判断される。複素遅延プロファイルのデータを受信していない場合はＮＯと判断されて、複素遅延プロファイルのデータを受信するまでステップＳ１０で待機され、複素遅延プロファイルのデータを受信するとＹＥＳと判断されてステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、複素遅延プロファイルのデータからピークが検索されステップＳ１２に進む。この場合、複素遅延プロファイルは、時間軸（＝遅延時刻）に離散的に強度（対数表現）と位相（角度）との組み合わせとされていることから、ステップＳ１１では、強度の信号について所定の遅延時刻の区間において、上に凸となる二次関数となるかが検出される。そして、上に凸となる検出結果の場合は正常なピーク位置（＝遅延時刻）を検出できていると判断される。また、下に凸となる検出結果の場合はピーク検出に失敗したと判断する。これにより、ステップＳ１１では図２３に示すような直達波と反射波とのピークが検索される。次いで、ステップＳ１１で検索された直達波と反射波とのピークの位相情報がステップＳ１２にて計算され、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１２では、そのピーク位置での位相情報をピーク位置の前後の位相（角度）データを線形補間することで求める。
ところで、複素遅延プロファイルは反射体の状況や別の反射物（例えば、上空を通過する航空機など）の影響で、短期的に変化することがあり、その場合は検出結果として得られるピークの強度、ピークの位相が変動することになる。そこで、ステップＳ１２において、これらの平均と標準偏差を算出すると、標準偏差が十分小さな値であれば観測データ品質が良好、大きな値となる場合は観測データの品質が劣悪という判断を行うことが可能となる。
次に、本発明の第１実施例の観測装置２０の通信ユニット５５におけるマイコン処理部１５０の位相差分データ処理部１５１および各種計算部（水蒸気量）１５２で実行される水蒸気量演算処理のフローチャートを図１０に示す。
図１０に示す水蒸気量演算処理は、観測装置２０の電源が投入された際に開始され、ステップＳ１０にて複素遅延プロファイルのデータを受信ユニット５４から受信したか否かが判断される。複素遅延プロファイルのデータを受信していない場合はＮＯと判断されて、複素遅延プロファイルのデータを受信するまでステップＳ１０で待機され、複素遅延プロファイルのデータを受信するとＹＥＳと判断されてステップＳ１１に進む。ステップＳ１１では、複素遅延プロファイルのデータからピークが検索されステップＳ１２に進む。この場合、複素遅延プロファイルは、時間軸（＝遅延時刻）に離散的に強度（対数表現）と位相（角度）との組み合わせとされていることから、ステップＳ１１では、強度の信号について所定の遅延時刻の区間において、上に凸となる二次関数となるかが検出される。そして、上に凸となる検出結果の場合は正常なピーク位置（＝遅延時刻）を検出できていると判断される。また、下に凸となる検出結果の場合はピーク検出に失敗したと判断する。これにより、ステップＳ１１では図２３に示すような直達波と反射波とのピークが検索される。次いで、ステップＳ１１で検索された直達波と反射波とのピークの位相情報がステップＳ１２にて計算され、ステップＳ１３に進む。ステップＳ１２では、そのピーク位置での位相情報をピーク位置の前後の位相（角度）データを線形補間することで求める。
ところで、複素遅延プロファイルは反射体の状況や別の反射物（例えば、上空を通過する航空機など）の影響で、短期的に変化することがあり、その場合は検出結果として得られるピークの強度、ピークの位相が変動することになる。そこで、ステップＳ１２において、これらの平均と標準偏差を算出すると、標準偏差が十分小さな値であれば観測データ品質が良好、大きな値となる場合は観測データの品質が劣悪という判断を行うことが可能となる。
【0037】
ステップＳ１３では、ソースが同じ複数の位相情報の平均が計算されて、位相情報が平均化されステップＳ１４に進む。なお、受信ユニット５４からは受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）からの複素遅延プロファイルのデータが順次所定時間毎に出力されることから、同じ受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）から出力された複素遅延プロファイルのデータに基づいて計算された位相情報がソースが同じ位相情報となる。ステップＳ１４では直達波と反射波との位相情報から位相差分データが計算される。位相差分データは、直達波と反射波の時刻位置との時間差が直達波と反射波とにおける伝搬時間の差に相当し、位相回転量（角度）でも表すことができる。ステップＳ１４で位相差分データが生成されると、ステップＳ１５にて位相差分データの平均化が行われると共に標準偏差が計算され、ステップＳ１６に進む。ステップＳ１５では位相差分データを角度単位に変えて平均化することができる。また、標準偏差から位相差分データのバラツキを検出することで、突発的なバーストやデータ取得エラーなどの異常データを感知して、位相差分データの信頼性と品質を保証することができる。
【0038】
ステップＳ１６にて、上述した（９－１）式ないし（９－３）式に示すように、ステップＳ１５で求められた位相差分データで表した伝搬遅延量と、電波の屈折指数を用いて表わした単位距離あたりの伝搬遅延量とを等しいと置いて計算することにより、水蒸気量のデータに相当する水蒸気の分圧を求めることができる。また、ステップＳ１６の水蒸気量の算出では、大気中の水蒸気量が増加すると電波の伝搬時間がわずかに遅延すること、例えば、伝搬路が５ｋｍで、地上気圧、気温２０℃の条件で、湿度が１％上昇すると伝搬時間は約１７ピコ秒遅延、すなわち、伝搬遅延時間が１７ピコ秒となることを利用して、位相差分データから湿度を求め、求められた湿度から水蒸気量のデータを計算してもよい。なお、反射波の伝搬時間は、観測装置２０の設置位置と反射体との間における大気中の水蒸気量に応じた伝搬遅延時間の影響を受けており、位相差分データが、第１アンテナ２１で受信された直達波の受信信号のピークと、第２アンテナ２２で受信された反射波のピークとの間の位相差分データとされていることから、観測装置２０の設置位置と反射体との間における大気中の水蒸気量のデータが求められることになる。
なお、ステップＳ１５で計算された標準偏差のデータを水蒸気量のデータと共に無線通信部１６０に送ってもよい。
なお、ステップＳ１５で計算された標準偏差のデータを水蒸気量のデータと共に無線通信部１６０に送ってもよい。
【0039】
なお、タイプ１入力を用いて異なる方向の放送局から送信された地上デジタル放送の直達波とその反射波との複素遅延プロファイルのデータが受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）から順次に通信ユニット５５に入力されている場合は、ステップＳ１０ないしステップＳ１７の処理により、上記異なる方向に対応する複素遅延プロファイルのデータから直達波とその反射波とのピークが検索されて、検索されたピークの位相情報が計算される。そして、ピークの位相情報から直達波と反射波との間の位相差分データが計算され、上記異なる方向に対応する空間の水蒸気量のデータがそれぞれ求められる。これにより、観測装置２０に異なる方向の放送局から送信された地上デジタル放送の直達波とその反射波との受信信号がタイプ１入力から複数入力されている場合には、観測装置２０の設置位置と異なる反射体との方向に対応する複数の空間の大気中の水蒸気量のデータを求めることができるようになる。
また、受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）から放送局から送信された地上デジタル放送の直達波とその反射波とのソースが同じ複素遅延プロファイルの複数のデータが通信ユニット５５に入力されている場合は、ステップＳ１０ないしステップＳ１７の処理により、複数の複素遅延プロファイルデータのそれぞれから直達波とその反射波とのピークが検索されて、検索されたピークの位相情報が計算され、計算された同じピークから得られた複数の位相情報から水蒸気量のデータを算出後に平均値を算出することで、観測装置２０の設置位置と反射体との方向に対応する空間の大気中の水蒸気量のデータを求めることができる。これにより、観測装置２０の設置位置と反射体との方向に対応する空間の大気中の水蒸気量のデータを信頼性と品質を保証して観測することができるようになる。
また、受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）から放送局から送信された地上デジタル放送の直達波とその反射波とのソースが同じ複素遅延プロファイルの複数のデータが通信ユニット５５に入力されている場合は、ステップＳ１０ないしステップＳ１７の処理により、複数の複素遅延プロファイルデータのそれぞれから直達波とその反射波とのピークが検索されて、検索されたピークの位相情報が計算され、計算された同じピークから得られた複数の位相情報から水蒸気量のデータを算出後に平均値を算出することで、観測装置２０の設置位置と反射体との方向に対応する空間の大気中の水蒸気量のデータを求めることができる。これにより、観測装置２０の設置位置と反射体との方向に対応する空間の大気中の水蒸気量のデータを信頼性と品質を保証して観測することができるようになる。
【0040】
次に、本発明の第１実施例の観測装置２０の通信ユニット５５におけるマイコン処理部１５０で実行される外部気象測器データ処理のフローチャートを図１１に示す。
図１１に示す外部気象測器データ処理は、観測装置２０の電源が投入された際に開始され、ステップＳ２０にてシリアル通信が設定される。この設定では、Ｉ／Ｆポート１６１を介して外部気象測器である地上気象測器９２から気象データが取り込まれるようにシリアル通信が設定される。次いで、ステップＳ２１にて地上気象測器９２の時刻同期処理が行われ、時刻同期処理が終了するとステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、地上気象測器９２からの気象データが待ち受けられ、Ｉ／Ｆポート１６１を介して気象データを受信すると、ステップＳ２３に進み気象測器データが取り込まれて一時的に保存され、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、観測装置２０からインターネット上のクラウド９０に気象データを送信する時刻になったか否かが判断され、気象データの送信時間に達しない場合はＮＯと判断されてステップＳ２１に戻り、ステップＳ２１ないしステップＳ２３の処理が行われて、次の気象データが取り込まれて一時的に保存される。そして、ステップＳ２４にて気象データの送信時間に達したと判断された場合は、ステップＳ２５に進み一時保存された複数の気象データの平均処理が行われて、ステップＳ２６にて平均化された気象データが無線通信部１６０に送られる。
図１１に示す外部気象測器データ処理は、観測装置２０の電源が投入された際に開始され、ステップＳ２０にてシリアル通信が設定される。この設定では、Ｉ／Ｆポート１６１を介して外部気象測器である地上気象測器９２から気象データが取り込まれるようにシリアル通信が設定される。次いで、ステップＳ２１にて地上気象測器９２の時刻同期処理が行われ、時刻同期処理が終了するとステップＳ２２に進む。ステップＳ２２では、地上気象測器９２からの気象データが待ち受けられ、Ｉ／Ｆポート１６１を介して気象データを受信すると、ステップＳ２３に進み気象測器データが取り込まれて一時的に保存され、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２４では、観測装置２０からインターネット上のクラウド９０に気象データを送信する時刻になったか否かが判断され、気象データの送信時間に達しない場合はＮＯと判断されてステップＳ２１に戻り、ステップＳ２１ないしステップＳ２３の処理が行われて、次の気象データが取り込まれて一時的に保存される。そして、ステップＳ２４にて気象データの送信時間に達したと判断された場合は、ステップＳ２５に進み一時保存された複数の気象データの平均処理が行われて、ステップＳ２６にて平均化された気象データが無線通信部１６０に送られる。
【0041】
ステップＳ２１で行われる外部気象測器時刻同期処理のサブルーチンのフローチャートを図１２に示す。ステップＳ２１の処理が開始されると、図１２に示す外部気象測器時刻同期処理に移行し、ステップＳ３０にて外部気象測器データ処理が起動されてから初めて外部気象測器時刻同期処理が行われるか否かが判断されると共に、同期処理を行う指定時刻に達したか否かが判断される。これらの２つの判断において２つとも否と判断された場合は、ＮＯと判断されてサブルーチンは終了し、ステップＳ２２に戻る。また、ステップＳ３０にて２つの判断が１つでも肯と判断された場合はＹＥＳと判断されてステップＳ３１に進む。ステップＳ３１では、外部気象測器である地上気象測器９２の時刻が現在の時刻に更新されて、サブルーチンは終了し、ステップＳ２２に戻るようになる。
【0042】
次に、本発明の第１実施例の観測装置２０の通信ユニット５５における無線通信部１６０で実行される通信処理のフローチャートを図１３に示す。
図１３に示す通信処理は、観測装置２０の電源が投入された際に開始され、ステップＳ４０にて観測装置２０をインターネットを介してクラウド９０に接続する処理が行われる。観測装置２０とクラウド９０間の通信が確立されると、ステップＳ４１に進み無線通信部１６０がマイコン処理部１５０から水蒸気量のデータを受信したか否かが判断される。ここで、水蒸気量のデータを受信していない場合はＮＯと判断されてステップＳ４３に進み、水蒸気量のデータを受信した場合はＹＥＳと判断されてステップＳ４２に進む。ステップＳ４２では、受信した水蒸気量のデータが接続されているクラウド９０にアップロードされる。また、ステップＳ４３ではマイコン処理部１５０から気象データを受信したか否かが判断される。ここで、気象データを受信していない場合はＮＯと判断されてステップＳ４１に戻る。この場合は、ステップＳ４１およびステップＳ４３の処理が繰り返し行われる。また、ステップＳ４３にて気象データを受信した場合はＹＥＳと判断されてステップＳ４４に進む。ステップＳ４４では、受信した気象データが接続されているクラウド９０にアップロードされる。なお、水蒸気量演算処理にて計算された標準偏差のデータが水蒸気量のデータと共に無線通信部１６０に送られている場合は、水蒸気量のデータに加えて標準偏差のデータもクラウド９０にアップロードされる。
通信処理が実行されることにより、無線通信部１６０が受信した水蒸気量のデータや標準偏差のデータおよび気象データは、次々にインターネット上のクラウド９０にアップロードされて、クラウド９０に保存されるようになる。
図１３に示す通信処理は、観測装置２０の電源が投入された際に開始され、ステップＳ４０にて観測装置２０をインターネットを介してクラウド９０に接続する処理が行われる。観測装置２０とクラウド９０間の通信が確立されると、ステップＳ４１に進み無線通信部１６０がマイコン処理部１５０から水蒸気量のデータを受信したか否かが判断される。ここで、水蒸気量のデータを受信していない場合はＮＯと判断されてステップＳ４３に進み、水蒸気量のデータを受信した場合はＹＥＳと判断されてステップＳ４２に進む。ステップＳ４２では、受信した水蒸気量のデータが接続されているクラウド９０にアップロードされる。また、ステップＳ４３ではマイコン処理部１５０から気象データを受信したか否かが判断される。ここで、気象データを受信していない場合はＮＯと判断されてステップＳ４１に戻る。この場合は、ステップＳ４１およびステップＳ４３の処理が繰り返し行われる。また、ステップＳ４３にて気象データを受信した場合はＹＥＳと判断されてステップＳ４４に進む。ステップＳ４４では、受信した気象データが接続されているクラウド９０にアップロードされる。なお、水蒸気量演算処理にて計算された標準偏差のデータが水蒸気量のデータと共に無線通信部１６０に送られている場合は、水蒸気量のデータに加えて標準偏差のデータもクラウド９０にアップロードされる。
通信処理が実行されることにより、無線通信部１６０が受信した水蒸気量のデータや標準偏差のデータおよび気象データは、次々にインターネット上のクラウド９０にアップロードされて、クラウド９０に保存されるようになる。
【0043】
＜本発明の第１実施例の観測装置が適用された水蒸気量観測システム＞
本発明の第１実施例の観測装置が適用された水蒸気量観測システムの構成を示すブロック図を図１４（ａ）に、クラウド９０の概略構成を図１４（ｂ）に示す。
図１４（ａ）に示す水蒸気量観測システム１２０は、複数台の本発明の第１実施例の観測装置２０ａ～２０ｐを備えており、観測装置２０ａ～２０ｐはそれぞれ上記したように少なくとも１の空間の水蒸気量を観測して、その水蒸気量のデータをインターネット１９０上のクラウド９０にアップロードしている。クラウド９０は、図１４（ｂ）に示すようにデータベース（ＤＢ）９０ａとＡＰＩ接続サービス部９０ｂとから構成されており、ＤＢ９０ａには複数の観測装置２０ａ～２０ｐからそれぞれアップロードされた水蒸気量のデータおよび地上気象測器９２で観測された気象データが格納されている。ＤＢ９０ａでは、水蒸気量のデータ毎にどこの場所の空間の水蒸気量のデータであるかを示す位置情報（ＩＤ１）が付されており、気象データ毎に気象データが観測された位置情報（ＩＤ２）が付されている。大学・気象研究機関・予報会社などの関係機関１９１，１９２，１９３，１９４がクラウド９０にアクセスした際に、ＡＰＩ接続サービス部９０ｂは、ＡＰＩ（Application Programming Interface）により水蒸気量のデータや気象データなどの必要とするデータの提供を関係機関１９１～１９４にタイムリーに行うことができる。
本発明の第１実施例の観測装置が適用された水蒸気量観測システムの構成を示すブロック図を図１４（ａ）に、クラウド９０の概略構成を図１４（ｂ）に示す。
図１４（ａ）に示す水蒸気量観測システム１２０は、複数台の本発明の第１実施例の観測装置２０ａ～２０ｐを備えており、観測装置２０ａ～２０ｐはそれぞれ上記したように少なくとも１の空間の水蒸気量を観測して、その水蒸気量のデータをインターネット１９０上のクラウド９０にアップロードしている。クラウド９０は、図１４（ｂ）に示すようにデータベース（ＤＢ）９０ａとＡＰＩ接続サービス部９０ｂとから構成されており、ＤＢ９０ａには複数の観測装置２０ａ～２０ｐからそれぞれアップロードされた水蒸気量のデータおよび地上気象測器９２で観測された気象データが格納されている。ＤＢ９０ａでは、水蒸気量のデータ毎にどこの場所の空間の水蒸気量のデータであるかを示す位置情報（ＩＤ１）が付されており、気象データ毎に気象データが観測された位置情報（ＩＤ２）が付されている。大学・気象研究機関・予報会社などの関係機関１９１，１９２，１９３，１９４がクラウド９０にアクセスした際に、ＡＰＩ接続サービス部９０ｂは、ＡＰＩ（Application Programming Interface）により水蒸気量のデータや気象データなどの必要とするデータの提供を関係機関１９１～１９４にタイムリーに行うことができる。
【0044】
＜本発明の第１実施例の観測装置の適用＞
以上説明した本発明の第１実施例の観測装置２０は、地上デジタル放送波の直達波と反射波とを利用して観測装置２０を設置した観測点と反射体との間の水蒸気量を観測することを前提としている。そうすると、観測点との間で水蒸気量を観測したい場所を挟む反射体が必要になる。しかし、低山の山間部や山陰で電波が遮断されるような広大な穀倉地帯などにおいては、高層ビル・マンションのような建造物がなく、利用できる反射体を得ることが困難なケースがある。
本発明の第１実施例の観測装置２０は、反射体を必要とすることなく水蒸気量の観測をすることもできる。この場合は、本発明の第１実施例の観測装置２０をギャップフィラーシステムに適用すればよい。そこで、まず、本発明の第１実施例の観測装置２０を適用できるギャップフィラーシステムの説明を図１５を参照して行う。図１５は一般的なギャップフィラーシステム２００の構成を示すブロック図である。
以上説明した本発明の第１実施例の観測装置２０は、地上デジタル放送波の直達波と反射波とを利用して観測装置２０を設置した観測点と反射体との間の水蒸気量を観測することを前提としている。そうすると、観測点との間で水蒸気量を観測したい場所を挟む反射体が必要になる。しかし、低山の山間部や山陰で電波が遮断されるような広大な穀倉地帯などにおいては、高層ビル・マンションのような建造物がなく、利用できる反射体を得ることが困難なケースがある。
本発明の第１実施例の観測装置２０は、反射体を必要とすることなく水蒸気量の観測をすることもできる。この場合は、本発明の第１実施例の観測装置２０をギャップフィラーシステムに適用すればよい。そこで、まず、本発明の第１実施例の観測装置２０を適用できるギャップフィラーシステムの説明を図１５を参照して行う。図１５は一般的なギャップフィラーシステム２００の構成を示すブロック図である。
【0045】
＜一般的なギャップフィラーシステム＞
ギャップフィラーシステムは、地上デジタル放送波が伝搬する際に障害となる山等の障害物Ｓが存在している場合に、障害物Ｓを超えた側において地上デジタル放送波を良好に受信できるように設置される。
図１５に示すギャップフィラーシステム２００では、地上デジタル放送波を送信する放送局５００（あるいは中継局）と、地上デジタル放送波を受信する住宅Ｈとの間に地上デジタル放送波が伝搬する際に障害となる山等の障害物Ｓが存在している。そこで、ギャップフィラー受信局Ｒｘを地上デジタル放送波を良好に受信できる障害物Ｓである山の頂上近傍に設置する。ギャップフィラー受信局Ｒｘは、放送局５００から送信される地上デジタル放送波をアンテナ４１１および受信部４１０により地上デジタル放送信号を受信する。受信した地上デジタル放送信号は、受信部４１０から光ファイバーや同軸線からなる伝送線路Ｔに送出されて、ギャップフィラー送信局Ｔｘの送信部５３０に伝送される。ギャップフィラー送信局Ｔｘは、障害物Ｓを超えたところに点在している複数の住宅Ｈを見渡せる場所に設置される。ギャップフィラー送信局Ｔｘの送信部５３０は、ギャップフィラー受信局Ｒｘから伝送線路Ｔを介して伝送された地上デジタル放送信号を分配器５３３で分配して、それぞれの分配信号を増幅して第１送信アンテナ５３１および第２送信アンテナ５３２から送信する。これにより、第１送信アンテナ５３１および第２送信アンテナ５３２から地上デジタル放送波がそれぞれ再送信され、放送局５００から見て障害物Ｓを超えた側にある複数の住宅Ｈのそれぞれにより再送信された地上デジタル放送波が受信される。この場合、ギャップフィラー送信局Ｔｘは住宅Ｈを見渡せる場所に設置されていることから、住宅Ｈでは良好に地上デジタル放送波を受信できるようになる。
ギャップフィラーシステムは、地上デジタル放送波が伝搬する際に障害となる山等の障害物Ｓが存在している場合に、障害物Ｓを超えた側において地上デジタル放送波を良好に受信できるように設置される。
図１５に示すギャップフィラーシステム２００では、地上デジタル放送波を送信する放送局５００（あるいは中継局）と、地上デジタル放送波を受信する住宅Ｈとの間に地上デジタル放送波が伝搬する際に障害となる山等の障害物Ｓが存在している。そこで、ギャップフィラー受信局Ｒｘを地上デジタル放送波を良好に受信できる障害物Ｓである山の頂上近傍に設置する。ギャップフィラー受信局Ｒｘは、放送局５００から送信される地上デジタル放送波をアンテナ４１１および受信部４１０により地上デジタル放送信号を受信する。受信した地上デジタル放送信号は、受信部４１０から光ファイバーや同軸線からなる伝送線路Ｔに送出されて、ギャップフィラー送信局Ｔｘの送信部５３０に伝送される。ギャップフィラー送信局Ｔｘは、障害物Ｓを超えたところに点在している複数の住宅Ｈを見渡せる場所に設置される。ギャップフィラー送信局Ｔｘの送信部５３０は、ギャップフィラー受信局Ｒｘから伝送線路Ｔを介して伝送された地上デジタル放送信号を分配器５３３で分配して、それぞれの分配信号を増幅して第１送信アンテナ５３１および第２送信アンテナ５３２から送信する。これにより、第１送信アンテナ５３１および第２送信アンテナ５３２から地上デジタル放送波がそれぞれ再送信され、放送局５００から見て障害物Ｓを超えた側にある複数の住宅Ｈのそれぞれにより再送信された地上デジタル放送波が受信される。この場合、ギャップフィラー送信局Ｔｘは住宅Ｈを見渡せる場所に設置されていることから、住宅Ｈでは良好に地上デジタル放送波を受信できるようになる。
【0046】
＜本発明の第１実施例の観測装置が適用された他の水蒸気量観測システム＞
図１ないし図１３で説明した本発明の第１実施例の観測装置２０は、図１５に示すギャップフィラーシステム２００に適用されている。本発明の第１実施例の観測装置２０をギャップフィラーシステム２００に適用した水蒸気量観測システムの構成を図１６に示す。
図１６に示す水蒸気量観測システム１は、ギャップフィラーシステム２００に本発明の観測装置２０を適用して構成されている。ギャップフィラーシステム２００は、通常は既設とされており、放送局ＢＲから見てギャップフィラーシステム２００を超えた地点に本発明の観測装置２０が設置されている。本発明の第１実施例の観測装置２０の設置点が観測点Ｍとなる。図１６において、ギャップフィラーシステム２００は、放送局ＢＲから放射された地上デジタル放送波を受信する受信アンテナ０１とギャップフィラー受信局Ｒｘ、および、ギャップフィラー受信局Ｒｘから光線路１３を介して伝送された地上デジタル放送信号を地上デジタル放送波として再送信するギャップフィラー送信局Ｔｘと送信アンテナ０２とで示されている。本発明の第１実施例の観測装置２０は、放送局ＢＲとギャップフィラーシステム２００とを結ぶ直線の延長線上に設置され、放送局ＢＲから放射された地上デジタル放送波、および、ギャップフィラー送信局Ｔｘから再送信された地上デジタル放送波をアンテナ２１で受信している。水蒸気量観測システム１では、ギャップフィラー受信局Ｒｘとギャップフィラー送信局Ｔｘとの間における大気中の水蒸気量を、大気中の水蒸気量が増加すると電波の伝搬時間がわずかに遅延すること、例えば、伝搬路が５ｋｍで、地上気圧、気温２０℃の条件で、湿度が１％上昇すると伝搬時間は約１７ピコ秒遅延、すなわち、伝搬遅延時間が１７ピコ秒となることを利用して観測している。この場合、本発明の観測装置２０では、反射波に替えてギャップフィラー送信局Ｔｘから再送信された地上デジタル放送波を用いてギャップフィラー送信局Ｔｘから本発明の観測装置２０への伝搬時間を高精度に観測することで、水蒸気量のデータを得ている。
図１ないし図１３で説明した本発明の第１実施例の観測装置２０は、図１５に示すギャップフィラーシステム２００に適用されている。本発明の第１実施例の観測装置２０をギャップフィラーシステム２００に適用した水蒸気量観測システムの構成を図１６に示す。
図１６に示す水蒸気量観測システム１は、ギャップフィラーシステム２００に本発明の観測装置２０を適用して構成されている。ギャップフィラーシステム２００は、通常は既設とされており、放送局ＢＲから見てギャップフィラーシステム２００を超えた地点に本発明の観測装置２０が設置されている。本発明の第１実施例の観測装置２０の設置点が観測点Ｍとなる。図１６において、ギャップフィラーシステム２００は、放送局ＢＲから放射された地上デジタル放送波を受信する受信アンテナ０１とギャップフィラー受信局Ｒｘ、および、ギャップフィラー受信局Ｒｘから光線路１３を介して伝送された地上デジタル放送信号を地上デジタル放送波として再送信するギャップフィラー送信局Ｔｘと送信アンテナ０２とで示されている。本発明の第１実施例の観測装置２０は、放送局ＢＲとギャップフィラーシステム２００とを結ぶ直線の延長線上に設置され、放送局ＢＲから放射された地上デジタル放送波、および、ギャップフィラー送信局Ｔｘから再送信された地上デジタル放送波をアンテナ２１で受信している。水蒸気量観測システム１では、ギャップフィラー受信局Ｒｘとギャップフィラー送信局Ｔｘとの間における大気中の水蒸気量を、大気中の水蒸気量が増加すると電波の伝搬時間がわずかに遅延すること、例えば、伝搬路が５ｋｍで、地上気圧、気温２０℃の条件で、湿度が１％上昇すると伝搬時間は約１７ピコ秒遅延、すなわち、伝搬遅延時間が１７ピコ秒となることを利用して観測している。この場合、本発明の観測装置２０では、反射波に替えてギャップフィラー送信局Ｔｘから再送信された地上デジタル放送波を用いてギャップフィラー送信局Ｔｘから本発明の観測装置２０への伝搬時間を高精度に観測することで、水蒸気量のデータを得ている。
【0047】
図１６示す水蒸気量観測システム１を詳細に説明すると、ギャップフィラー受信局Ｒｘは、受信アンテナ０１を備えており、受信アンテナ０１で受信された放送局ＢＲから送信された地上デジタル放送波の地上デジタル放送信号を受信している。ギャップフィラー受信局Ｒｘで受信された地上デジタル放送信号は光信号とされて光線路０３を介してギャップフィラー送信局Ｔｘに伝送される。ギャップフィラー送信局Ｔｘでは伝送された光信号とされている地上デジタル放送信号が高周波信号に戻されて、送信アンテナ０２から地上デジタル放送波が、放送局ＢＲからの地上デジタル放送波が良好に受信できない地域に向けて再送信される。放送局ＢＲとギャップフィラーシステム２００とを結ぶ直線の延長線上の観測点Ｍに設置された本発明の第１実施例の観測装置２０では、放送局ＢＲから送信された地上デジタル放送信号の直達波がアンテナ２１で受信されると共に、ギャップフィラー送信局Ｔｘから再送信された地上デジタル放送波もアンテナ２１で受信される。観測点Ｍに設置された本発明の第１実施例の観測装置２０では、放送局ＢＲからの直達波とギャップフィラー送信局Ｔｘからの再送信波との複素遅延プロファイルが観測され、観測された複素遅延プロファイルから放送局ＢＲからの直達波とギャップフィラー送信局Ｔｘからの再送信波との位相差分データが算出される。
【0048】
ここで、観測点Ｍに設置された本発明の第１実施例の観測装置２０で観測される複素遅延プロファイルの例を図１７に示す。
図１７に示す複素遅延プロファイルでは、放送局ＢＲから送信された地上デジタル放送波が空間を伝搬してギャップフィラー受信局Ｒｘに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報がτＡで、放送局ＢＲから送信された地上デジタル放送波が空間を伝搬してギャップフィラー受信局Ｒｘからギャップフィラー送信局Ｔｘに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報がτＢで、ギャップフィラー送信局Ｔｘから再送信された地上デジタル放送波が空間を伝搬して観測点Ｍに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報がτＣで示され、ギャップフィラー受信局Ｒｘで受信された地上デジタル放送信号が、ギャップフィラー受信局Ｒｘから光線路０３で伝送されてギャップフィラー送信局Ｔｘに到達し、ギャップフィラー送信局Ｔｘから再送信されるまでの伝搬時間に相当する位相情報がτＧＦで示されている。また、図１６に示すように放送局ＢＲにおける送信部の局部発振器の位相雑音がφＴ、観測点Ｍにおける本発明の第１実施例の観測装置２０の位相雑音がφＲで示されている。なお、τＢはギャップフィラー受信局Ｒｘとギャップフィラー送信局Ｔｘとの間における大気中の水蒸気量に応じた伝搬遅延時間の影響を受けるようになる。
図１７に示す複素遅延プロファイルでは、放送局ＢＲから送信された地上デジタル放送波が空間を伝搬してギャップフィラー受信局Ｒｘに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報がτＡで、放送局ＢＲから送信された地上デジタル放送波が空間を伝搬してギャップフィラー受信局Ｒｘからギャップフィラー送信局Ｔｘに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報がτＢで、ギャップフィラー送信局Ｔｘから再送信された地上デジタル放送波が空間を伝搬して観測点Ｍに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報がτＣで示され、ギャップフィラー受信局Ｒｘで受信された地上デジタル放送信号が、ギャップフィラー受信局Ｒｘから光線路０３で伝送されてギャップフィラー送信局Ｔｘに到達し、ギャップフィラー送信局Ｔｘから再送信されるまでの伝搬時間に相当する位相情報がτＧＦで示されている。また、図１６に示すように放送局ＢＲにおける送信部の局部発振器の位相雑音がφＴ、観測点Ｍにおける本発明の第１実施例の観測装置２０の位相雑音がφＲで示されている。なお、τＢはギャップフィラー受信局Ｒｘとギャップフィラー送信局Ｔｘとの間における大気中の水蒸気量に応じた伝搬遅延時間の影響を受けるようになる。
【0049】
図１７に示す複素遅延プロファイルにおいて上記の表記とすると、放送局ＢＲから時刻ｔ１０で送信された地上デジタル放送波が空間を伝搬して観測点Ｍに直達波として時刻ｔ１３に到達して複素遅延プロファイルとして観測されるが、その伝搬時間（ｔ１３－ｔ１０）に相当する位相情報Ｇ１は、
Ｇ１＝φＴ＋τＡ +τＢ +τＣ+φＲ （１０）
となる。また、放送局ＢＲから時刻ｔ１０で送信された地上デジタル放送波がギャップフィラー受信局Ｒｘで時刻ｔ１１で受信されて光線路０３でギャップフィラー送信局Ｔｘに伝送され、ギャップフィラー送信局Ｔｘから時刻ｔ１２で再送信された地上デジタル放送波が観測点Ｍに時刻ｔ１４で到達するまでの伝搬時間（ｔ１４－ｔ１０）に相当する位相情報をＧ２とすると、
Ｇ２＝φＴ＋τＡ +τＧＦ +τＣ+φＲ （１１）
となる。ここで、位相情報Ｇ１，Ｇ２は観測点Ｍにおいて複素遅延プロファイルにおけるピークとして図１７に示すように表される。
Ｇ１＝φＴ＋τＡ +τＢ +τＣ+φＲ （１０）
となる。また、放送局ＢＲから時刻ｔ１０で送信された地上デジタル放送波がギャップフィラー受信局Ｒｘで時刻ｔ１１で受信されて光線路０３でギャップフィラー送信局Ｔｘに伝送され、ギャップフィラー送信局Ｔｘから時刻ｔ１２で再送信された地上デジタル放送波が観測点Ｍに時刻ｔ１４で到達するまでの伝搬時間（ｔ１４－ｔ１０）に相当する位相情報をＧ２とすると、
Ｇ２＝φＴ＋τＡ +τＧＦ +τＣ+φＲ （１１）
となる。ここで、位相情報Ｇ１，Ｇ２は観測点Ｍにおいて複素遅延プロファイルにおけるピークとして図１７に示すように表される。
【0050】
水蒸気量観測システム１では、位相情報Ｇ１と位相情報Ｇ２との差である位相差分データに基づいてギャップフィラー受信局Ｒｘとギャップフィラー送信局Ｔｘとの間における大気中の水蒸気量を観測することができる。この場合、τＧＦの伝搬時間は正確な推定を行うことができ、ギャップフィラー受信局Ｒｘとギャップフィラー送信局Ｔｘとの間における大気中の水蒸気量に応じた伝搬遅延時間の影響は受けない。ここで、位相情報Ｇ１と位相情報Ｇ２との差の位相差分データＨを求めると、
Ｈ＝Ｇ２－Ｇ１＝τＧＦ－τＢ （１２）
となる。この場合、誤差の原因となる放送局ＢＲの位相雑音φＴと、観測点Ｍにおける本発明の第１実施例の観測装置２０の位相雑音φＲとが位相差分データＨでは取り除かれていることが分かる。上記（１２）式から位相情報τＢを求めると、
τＢ＝τＧＦ－Ｈ （１３）
となる。位相差分データＨは、例えば図１７に示す複素遅延プロファイルにおける２つのピーク間の差として求められ、ギャップフィラー受信局Ｒｘとギャップフィラー送信局Ｔｘとの間における大気中の水蒸気量に応じた伝搬遅延時間の影響を受けている位相情報となる。そして、複素遅延プロファイルから求めた位相差分データＨと正確な推定ができるτＧＦの伝搬時間とから位相情報τＢを算出し、真空中の電波の速度（２．９９７９２４５８×１０８ｍ／ｓ ）に基づいて求められる地上デジタル放送波がギャップフィラー受信局Ｒｘからギャップフィラー送信局Ｔｘに到達するまでの伝搬時間との差である伝搬遅延時間に基づいて、ギャップフィラー受信局Ｒｘとギャップフィラー送信局Ｔｘとの間における大気中の水蒸気量を観測することができる。
Ｈ＝Ｇ２－Ｇ１＝τＧＦ－τＢ （１２）
となる。この場合、誤差の原因となる放送局ＢＲの位相雑音φＴと、観測点Ｍにおける本発明の第１実施例の観測装置２０の位相雑音φＲとが位相差分データＨでは取り除かれていることが分かる。上記（１２）式から位相情報τＢを求めると、
τＢ＝τＧＦ－Ｈ （１３）
となる。位相差分データＨは、例えば図１７に示す複素遅延プロファイルにおける２つのピーク間の差として求められ、ギャップフィラー受信局Ｒｘとギャップフィラー送信局Ｔｘとの間における大気中の水蒸気量に応じた伝搬遅延時間の影響を受けている位相情報となる。そして、複素遅延プロファイルから求めた位相差分データＨと正確な推定ができるτＧＦの伝搬時間とから位相情報τＢを算出し、真空中の電波の速度（２．９９７９２４５８×１０８ｍ／ｓ ）に基づいて求められる地上デジタル放送波がギャップフィラー受信局Ｒｘからギャップフィラー送信局Ｔｘに到達するまでの伝搬時間との差である伝搬遅延時間に基づいて、ギャップフィラー受信局Ｒｘとギャップフィラー送信局Ｔｘとの間における大気中の水蒸気量を観測することができる。
【0051】
この場合、上述した（９－１）式ないし（９－３）式に示すように、求められた位相差分データＨで表した伝搬遅延量と、電波の屈折指数を用いて表わした単位距離あたりの伝搬遅延量とを等しいと置いて計算することにより、水蒸気量のデータに相当する水蒸気の分圧を求めることができる。なお、電波が伝搬するとき５ｋｍの距離では、地上気圧、気温２０℃の条件で、湿度が１％増加すると、伝搬遅延時間が約１７ｐｓ（ピコ秒）となり、この伝搬遅延時間は長さ約５ｍｍの伝搬時間に相当することになる。このように水蒸気量が与える伝搬遅延時間の大きさは非常に小さいため、効果的な観測には非常に正確な測定（少なくとも数十ｐｓのオーダー）が必要となる。水蒸気量観測システム１では、誤差の原因となる放送局ＢＲの位相雑音φＴと、本発明の第１実施例の観測装置２０の位相雑音φＲとが取り除かれると共に、τＧＦの伝搬時間は正確な推定ができることから、非常に正確な水蒸気量の観測を行うことができる。
なお、本発明の第１実施例の観測装置２０においては複素遅延プロファイルを測定して同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号とから位相回転を観測しているが、本発明の第１実施例の観測装置２０において複素遅延プロファイルに替えて遅延プロファイルを測定して、振幅情報から直達波と再送信波とのピーク位置を検索して位相回転を観測するようにしてもよい。
なお、本発明の第１実施例の観測装置２０においては複素遅延プロファイルを測定して同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号とから位相回転を観測しているが、本発明の第１実施例の観測装置２０において複素遅延プロファイルに替えて遅延プロファイルを測定して、振幅情報から直達波と再送信波とのピーク位置を検索して位相回転を観測するようにしてもよい。
【0052】
＜本発明の第２実施例＞
本発明の第２実施例の水蒸気量を観測する観測装置２０Ｂの構成を示す機能ブロック図を図１８に示す。この図に示す本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂは、ギャップフィラーシステムに適用されて水蒸気量を観測している。
図１８に示す第２実施例の観測装置２０Ｂは、第１実施例の観測装置２０において混合部（ＭＩＸ）４５と光受信部（ＰＤ）４７とをさらに備える点で相違しており、他の構成は第１実施例の観測装置２０と同様の構成とされている。すなわち、第２実施例の観測装置２０Ｂも筐体４０を備えており、筐体４０の内部に避雷回路部５１と、電源重畳部５２と、信号分配部５３と、所望の数の受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）からなる受信ユニット５４と、通信ユニット５５と、中継ボード５６と、電源ユニット５７とが着脱自在に収納されている。筐体４０は金属製とされるが、合成樹脂製とすることもできる。
筐体４０には入力端子ＩＮが設けられており、入力端子ＩＮは複数の入力端子を備えており、そのうちの１つの入力端子には、ＭＩＸ４５で混合された第１アンテナ２１で受信された直達波の受信信号と、第２アンテナ２２で受信されたギャップフィラーシステムから再送信された再送信波の受信信号と、後述するＰＤ４７からの再送信信号とが入力されている。
本発明の第２実施例の水蒸気量を観測する観測装置２０Ｂの構成を示す機能ブロック図を図１８に示す。この図に示す本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂは、ギャップフィラーシステムに適用されて水蒸気量を観測している。
図１８に示す第２実施例の観測装置２０Ｂは、第１実施例の観測装置２０において混合部（ＭＩＸ）４５と光受信部（ＰＤ）４７とをさらに備える点で相違しており、他の構成は第１実施例の観測装置２０と同様の構成とされている。すなわち、第２実施例の観測装置２０Ｂも筐体４０を備えており、筐体４０の内部に避雷回路部５１と、電源重畳部５２と、信号分配部５３と、所望の数の受信ユニット５４ａ～５４（ｎ－１）からなる受信ユニット５４と、通信ユニット５５と、中継ボード５６と、電源ユニット５７とが着脱自在に収納されている。筐体４０は金属製とされるが、合成樹脂製とすることもできる。
筐体４０には入力端子ＩＮが設けられており、入力端子ＩＮは複数の入力端子を備えており、そのうちの１つの入力端子には、ＭＩＸ４５で混合された第１アンテナ２１で受信された直達波の受信信号と、第２アンテナ２２で受信されたギャップフィラーシステムから再送信された再送信波の受信信号と、後述するＰＤ４７からの再送信信号とが入力されている。
【0053】
第２実施例の観測装置２０Ｂでは、受信ユニット５４において複素遅延プロファイルが生成されるが、この複素遅延プロファイルには直達波および再送信波のピークに加えて再送信信号のピークが現れている。受信ユニット５４から出力された複素遅延プロファイルのデータは通信ユニット５５に入力されて直達波のピークと再送信波のピークとの間の第１の位相差分データと、直達波のピークと再送信信号のピークとの間の第２位相差分データとが生成され、生成された第１位相差分データおよび第２位相差分データに基づいてギャップフィラーシステムにおける受信アンテナと再送信アンテナとの間の水蒸気量のデータを求めることができる。なお、第２実施例の観測装置２０Ｂは、ギャップフィラーシステムにおける受信アンテナの設置位置と同じ位置に設置されている。
【0054】
＜本発明の第２実施例の観測装置が適用された水蒸気量観測システム＞
本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂが適用された水蒸気量観測システム２の構成を示すブロック図を図１９に示す。
図１９に示す水蒸気量観測システム２は、上述した図１５に示すギャップフィラーシステム２００を利用しており、既設されているギャップフィラーシステム２００に本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂを設置した構成とされている。水蒸気量観測システム２は、地上デジタル放送波を水平面内の全方向に送信する放送局ＢＲと、放送局ＢＲから放射された地上デジタル放送波を受信するギャップフィラー受信局ＧＲｘと、ギャップフィラー受信局ＧＲｘから第１光線路１２を介して伝送された地上デジタル放送信号を地上デジタル放送波として再送信するギャップフィラー送信局ＧＴｘと、ギャップフィラー受信局ＧＲｘと同じ地点に設置され、放送局ＢＲから放射された地上デジタル放送波、および、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから再送信され空間を伝搬する地上デジタル放送波を受信すると共に、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから第２光線路１３を介して伝送された地上デジタル放送信号を受信する本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂとを備えている。本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂが設置されている位置が観測点Ｍとなる。水蒸気量観測システム２は、観測点Ｍとギャップフィラー送信局ＧＴｘとの間における大気中の水蒸気量を、大気中の水蒸気量が増加すると電波の伝搬時間がわずかに遅延すること、例えば、伝搬路が５ｋｍで、地上気圧、気温２０℃の条件で、湿度が１％上昇すると伝搬時間は約１７ピコ秒遅延、すなわち、伝搬遅延時間が１７ピコ秒となることを利用して観測している。この場合、本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂでは、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから再送信された地上デジタル放送波を用いて伝搬遅延時間を高精度に測定することで、水蒸気量の情報を得ている。
本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂが適用された水蒸気量観測システム２の構成を示すブロック図を図１９に示す。
図１９に示す水蒸気量観測システム２は、上述した図１５に示すギャップフィラーシステム２００を利用しており、既設されているギャップフィラーシステム２００に本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂを設置した構成とされている。水蒸気量観測システム２は、地上デジタル放送波を水平面内の全方向に送信する放送局ＢＲと、放送局ＢＲから放射された地上デジタル放送波を受信するギャップフィラー受信局ＧＲｘと、ギャップフィラー受信局ＧＲｘから第１光線路１２を介して伝送された地上デジタル放送信号を地上デジタル放送波として再送信するギャップフィラー送信局ＧＴｘと、ギャップフィラー受信局ＧＲｘと同じ地点に設置され、放送局ＢＲから放射された地上デジタル放送波、および、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから再送信され空間を伝搬する地上デジタル放送波を受信すると共に、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから第２光線路１３を介して伝送された地上デジタル放送信号を受信する本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂとを備えている。本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂが設置されている位置が観測点Ｍとなる。水蒸気量観測システム２は、観測点Ｍとギャップフィラー送信局ＧＴｘとの間における大気中の水蒸気量を、大気中の水蒸気量が増加すると電波の伝搬時間がわずかに遅延すること、例えば、伝搬路が５ｋｍで、地上気圧、気温２０℃の条件で、湿度が１％上昇すると伝搬時間は約１７ピコ秒遅延、すなわち、伝搬遅延時間が１７ピコ秒となることを利用して観測している。この場合、本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂでは、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから再送信された地上デジタル放送波を用いて伝搬遅延時間を高精度に測定することで、水蒸気量の情報を得ている。
【0055】
水蒸気量観測システム２の説明を図１８および図１９を参照して説明する。ギャップフィラー受信局ＧＲｘは、放送局ＢＲから送信される地上デジタル放送波を受信するためのアンテナ１１と受信部１０とを少なくとも備えている。受信部１０では、アンテナ１１で受信した地上デジタル放送信号が所定のレベル値で出力されるようにゲイン調整し、ベースバンドの地上デジタル放送信号に戻している。ベースバンドの地上デジタル放送信号は、レーザダイオード（ＬＤ）４８に供給されて光信号とされ、第１光線路１２に送出されてギャップフィラー送信局ＧＴｘに伝送される。
ギャップフィラー送信局ＧＴｘは、送信部３０と第１送信アンテナ３１と第２送信アンテナ３２とを備えている。送信部３０には、第１光線路１２を介してギャップフィラー受信局ＧＲｘから伝送された光信号とされている地上デジタル放送信号が入力される。入力された光信号とされている地上デジタル放送信号は、２分配されて分配された一方の光信号とされている地上デジタル放送信号は、第２光線路１３に送出されて本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂに伝送される。分配された他方の光信号とされている地上デジタル放送信号は、フォトダイオードにより電気信号の地上デジタル放送信号に戻されて送信部３０内の送信機から出力される。送信機から出力された地上デジタル放送信号は、２分配されて分配された一方の地上デジタル放送信号は第１送信アンテナ３１に供給され、分配された他方の地上デジタル放送信号は第２送信アンテナ３２に供給される。これにより、第１送信アンテナ３１と第２送信アンテナ３２から地上デジタル放送波が再送信される。
なお、第１光線路１２および第２光線路１３は、多芯の光ファイバーを備える１本の光ファイバーケーブルで構成され、第１光線路１２および第２光線路１３には多芯の光ファイバーのそれぞれの光ファイバーが割り当てられている。このため、第１光線路１２および第２光線路１３は同じ長さとされると共に、伝送特性もほぼ同様となっている。
ギャップフィラー送信局ＧＴｘは、送信部３０と第１送信アンテナ３１と第２送信アンテナ３２とを備えている。送信部３０には、第１光線路１２を介してギャップフィラー受信局ＧＲｘから伝送された光信号とされている地上デジタル放送信号が入力される。入力された光信号とされている地上デジタル放送信号は、２分配されて分配された一方の光信号とされている地上デジタル放送信号は、第２光線路１３に送出されて本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂに伝送される。分配された他方の光信号とされている地上デジタル放送信号は、フォトダイオードにより電気信号の地上デジタル放送信号に戻されて送信部３０内の送信機から出力される。送信機から出力された地上デジタル放送信号は、２分配されて分配された一方の地上デジタル放送信号は第１送信アンテナ３１に供給され、分配された他方の地上デジタル放送信号は第２送信アンテナ３２に供給される。これにより、第１送信アンテナ３１と第２送信アンテナ３２から地上デジタル放送波が再送信される。
なお、第１光線路１２および第２光線路１３は、多芯の光ファイバーを備える１本の光ファイバーケーブルで構成され、第１光線路１２および第２光線路１３には多芯の光ファイバーのそれぞれの光ファイバーが割り当てられている。このため、第１光線路１２および第２光線路１３は同じ長さとされると共に、伝送特性もほぼ同様となっている。
【0056】
図１８に示す本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂには、第１アンテナ２１で受信された放送局ＢＲからの直達波の地上デジタル放送信号Ｍ１’と、第２アンテナ２２で受信されたギャップフィラー送信局ＧＴｘからの再送信波の地上デジタル放送信号Ｍ２’とが入力されている。さらに、第２光線路１３を介してギャップフィラー送信局ＧＴｘから伝送された光信号とされている地上デジタル放送信号Ｒ２’が入力されて、ＰＤ４７により電気信号とされる。地上デジタル放送信号Ｍ１’と地上デジタル放送信号Ｍ２’と地上デジタル放送信号Ｒ２’とは、混合器（ＭＩＸ）４５により混合されて受信ユニット５４に入力される。そして、受信ユニット５４において地上デジタル放送信号Ｍ１’、地上デジタル放送信号Ｍ２’、地上デジタル放送信号Ｒ２’の複素遅延プロファイルが生成されて、生成された複素遅延プロファイルのデータが通信ユニット５５に出力される。通信ユニット５５では、複素遅延プロファイルのデータに基づいて地上デジタル放送信号Ｍ１’の位相情報Ｍ１と、地上デジタル放送信号Ｍ２’の位相情報Ｍ２と、地上デジタル放送信号Ｒ２’の位相情報Ｒ２とが計算され、位相情報Ｍ１と位相情報Ｍ２との位相差分データＤ１と、位相情報Ｍ１と位相情報Ｒ２との位相差分データＤ２とが生成される。そして、位相差分データＤ１および位相差分データＤ２に基づいて水蒸気量のデータが求められ、求められた水蒸気量のデータが通信アンテナ９１からインターネット上のクラウド９０にアップロードされる。水蒸気量のデータは、本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂが設置された観測点Ｍとギャップフィラー送信局ＧＴｘとの間の空間の水蒸気量とされる。
【0057】
上記したように、ギャップフィラー受信局ＧＲｘの受信部１０で受信された地上デジタル放送信号が第１光線路１２を介してギャップフィラー送信局ＧＴｘに伝送されて、ギャップフィラー送信局ＧＴｘにおいて分配された光信号の地上デジタル放送信号が、第２光線路１３を介して本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂに伝送されている。この場合、第１光線路１２と第２光線路１３には、上述したように多芯構造の光ファイバーケーブルの１本ずつの光ファイバーが割り当てられており、同じ線路長とされると共に同じ伝送特性を示すようにされている。
受信ユニット５４から出力される複素遅延プロファイルの一例を図２０に示す。図２０に示す複素遅延プロファイルを参照すると、直達波の地上デジタル放送信号Ｍ１’のピークが時刻ｔ２１に、再送信波の地上デジタル放送信号Ｍ２’のピークが時刻ｔ２３に、光信号としての地上デジタル放送信号Ｒ２’のピークが時刻ｔ２４にそれぞれ表れていることが分かる。
受信ユニット５４から出力される複素遅延プロファイルの一例を図２０に示す。図２０に示す複素遅延プロファイルを参照すると、直達波の地上デジタル放送信号Ｍ１’のピークが時刻ｔ２１に、再送信波の地上デジタル放送信号Ｍ２’のピークが時刻ｔ２３に、光信号としての地上デジタル放送信号Ｒ２’のピークが時刻ｔ２４にそれぞれ表れていることが分かる。
【0058】
放送局ＢＲから送信された地上デジタル放送波が同地点に設置されているギャップフィラー受信局ＧＲｘおよび本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂ（観測点Ｍ）に到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報をτ１とし、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから再送信された地上デジタル放送波が観測点Ｍに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報をτａとし、地上デジタル放送信号が第１光線路１２で伝送されてギャップフィラー受信局ＧＲｘからギャップフィラー送信局ＧＴｘに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報を（τｂ＋τｃ）とし、地上デジタル放送信号が第２光線路１３で伝送されてギャップフィラー送信局ＧＴｘからギャップフィラー受信局ＧＲｘに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報を（τｂ＋τｃ）とする。また、放送局ＢＲにおける送信部の局部発振器の位相雑音をφＴ、観測点Ｍにおける本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂの受信ユニット５４における局部発振器の位相雑音をφＭとする。なお、第１光線路１２および第２光線路１３は同じ線路長とされると共に同じ伝送特性を示すことから伝搬時間は等しくなるが、その位相情報を（τｂ＋τｃ）としているのは、第１光線路１２および第２光線路１３における光ファイバー線路は、一般に石英系グラスファイバーが使われており、その膨張係数はきわめて小さいが光線路の長さが長くなると誤差となることから、膨張係数に基づく伸縮長の伝搬時間に相当する位相情報をτｃとおいている。すなわち、温度に応じて伝搬時間が変化することになるので、固定の伝搬時間に相当する位相情報τｂと温度に応じて変化する伝搬時間に相当する位相情報τｃの和により、第１光線路１２および第２光線路１３の伝搬時間に相当する位相情報を表すようにしているからである。
【0059】
上記の表記とすると、放送局ＢＲから送信された地上デジタル放送波が観測点Ｍに到達するまでの伝搬遅延時間（ｔ２１）に相当する位相情報Ｍ１は、
Ｍ１＝τ１＋φＴ＋φＭ （１４）
となる。また、観測点Ｍと同地点に設置されているギャップフィラー受信局ＧＲｘで受信された地上デジタル放送信号が第１光線路１２を介してギャップフィラー送信局ＧＴｘに到達するまでの伝搬時間（ｔ２２）に相当する位相情報をＲ１とすると、
Ｒ１＝τ１＋τｂ＋τｃ＋φＴ （１５）
となる。ただし、位相情報Ｒ１は説明のための位相情報とされており、ギャップフィラー送信局ＧＴｘにおいて実際に位相情報Ｒ１の計算は行われていない。そして、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから地上デジタル放送波が再送信されると、再送信された地上デジタル放送波は観測点Ｍにおいて受信される。ギャップフィラー送信局ＧＴｘから再送信された地上デジタル放送波が観測点Ｍに到達するまでの伝搬時間（ｔ２３）に相当する位相情報Ｍ２は、
Ｍ２＝Ｒ１＋τａ＋φＭ＝τ１＋τａ＋τｂ＋τｃ＋φＴ＋φＭ （１６）
となる。また、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから第２光線路１３を介して伝送された地上デジタル放送信号が観測点Ｍに到達するまでの伝搬時間（ｔ２４）に相当する位相情報Ｒ２は、
Ｒ２＝Ｒ１＋τｂ＋τｃ＋φＭ＝（τ１＋τｂ＋τｃ＋φＴ）＋τｂ＋τｃ＋φＭ
＝τ１＋２（τｂ＋τｃ）＋φＴ＋φＭ （１７）
となる。ここで、本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂにおける受信ユニット５４で生成された複素遅延プロファイルの一例を図２０に示し、位相情報Ｍ１，Ｍ２，Ｒ２は通信ユニット５５において複素遅延プロファイルのデータから計算される。
Ｍ１＝τ１＋φＴ＋φＭ （１４）
となる。また、観測点Ｍと同地点に設置されているギャップフィラー受信局ＧＲｘで受信された地上デジタル放送信号が第１光線路１２を介してギャップフィラー送信局ＧＴｘに到達するまでの伝搬時間（ｔ２２）に相当する位相情報をＲ１とすると、
Ｒ１＝τ１＋τｂ＋τｃ＋φＴ （１５）
となる。ただし、位相情報Ｒ１は説明のための位相情報とされており、ギャップフィラー送信局ＧＴｘにおいて実際に位相情報Ｒ１の計算は行われていない。そして、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから地上デジタル放送波が再送信されると、再送信された地上デジタル放送波は観測点Ｍにおいて受信される。ギャップフィラー送信局ＧＴｘから再送信された地上デジタル放送波が観測点Ｍに到達するまでの伝搬時間（ｔ２３）に相当する位相情報Ｍ２は、
Ｍ２＝Ｒ１＋τａ＋φＭ＝τ１＋τａ＋τｂ＋τｃ＋φＴ＋φＭ （１６）
となる。また、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから第２光線路１３を介して伝送された地上デジタル放送信号が観測点Ｍに到達するまでの伝搬時間（ｔ２４）に相当する位相情報Ｒ２は、
Ｒ２＝Ｒ１＋τｂ＋τｃ＋φＭ＝（τ１＋τｂ＋τｃ＋φＴ）＋τｂ＋τｃ＋φＭ
＝τ１＋２（τｂ＋τｃ）＋φＴ＋φＭ （１７）
となる。ここで、本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂにおける受信ユニット５４で生成された複素遅延プロファイルの一例を図２０に示し、位相情報Ｍ１，Ｍ２，Ｒ２は通信ユニット５５において複素遅延プロファイルのデータから計算される。
【0060】
図２０に示すように、複素遅延プロファイルは横軸が時間軸とされ、縦軸が振幅軸とされて、横軸により伝搬時間が示されている。ギャップフィラー受信局ＧＲｘで受信された地上デジタル放送信号が、第１光線路１２によりギャップフィラー送信局ＧＴｘまで伝送され、さらに、地上デジタル放送波がギャップフィラー送信局ＧＴｘから再送信されて観測点Ｍに到達するまでの伝搬時間（ｔ２３－ｔ２１）に相当する位相差分データＤ１は（Ｍ２－Ｍ１）で求められる。すなわち、
Ｄ１＝（Ｍ２－Ｍ１）＝（τ１＋τａ＋τｂ＋τｃ＋φＴ＋φＭ）－（τ１＋φＴ＋φＭ）
＝τａ＋τｂ＋τｃ （１８）
となる。この場合、誤差の原因となる放送局ＢＲの位相雑音φＴと、本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂの位相雑音φＭとが位相差分データＤ１では取り除かれていることが分かる。また、放送局ＢＲから送信されてギャップフィラー受信局ＧＲｘで受信された地上デジタル放送信号が、第１光線路１２によりギャップフィラー送信局ＧＴｘまで伝送されて、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから第２光線路１３を介して折り返されて観測点Ｍに到達するまでの伝搬時間（ｔ２４－ｔ２１）に相当する位相差分データＤ２は（Ｒ２－Ｍ１）で求められる。すなわち、
Ｄ２＝（Ｒ２－Ｍ１）＝｛τ１＋２（τｂ＋τｃ）＋φＴ＋φＭ｝－（τ１＋φＴ＋φＭ）
＝２（τｂ＋τｃ） （１９）
となる。この場合、誤差の原因となる放送局ＢＲの位相雑音φＴと、本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂの位相雑音φＭとが位相差分データＤ２では取り除かれていることが分かる。また、Ｄ２はギャップフィラー受信局ＧＲｘとギャップフィラー送信局ＧＴｘとを光線路で往復する伝搬時間に相当するから、ギャップフィラー受信局ＧＲｘとギャップフィラー送信局ＧＴｘとの間における大気中の水蒸気量に応じた伝搬遅延時間の影響は受けないし、ギャップフィラー受信局ＧＲｘとギャップフィラー送信局ＧＴｘとの間の光線路の片道の伝搬時間に相当する位相情報は（Ｄ２／２）となることは明らかである。そうすると、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから再送信された地上デジタル放送波が観測点Ｍに到達するまでの伝搬時間に相当する位相差分データＤ３は（Ｄ１－Ｄ２／２）で求められるから、
Ｄ３＝Ｄ１－Ｄ２／２＝（τａ＋τｂ＋τｃ）－（τｂ＋τｃ）＝τａ （２０）
となり、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから再送信された地上デジタル放送波が観測点Ｍに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報がτａとして求められる。この場合、第１光線路１２および第２光線路１３における遅延時間は相殺されており、光ファイバーの膨張係数の影響が取り除かれていることが分かる。また、τａはギャップフィラー受信局ＧＲｘとギャップフィラー送信局ＧＴｘとの間における大気中の水蒸気量に応じた伝搬遅延時間の影響を受けている位相情報となる。通信ユニット５５では、位相差分データＤ１，Ｄ２を図２０に示す複素遅延プロファイルのデータから計算し、位相差分データＤ３（＝τａ）を（２０）式から算出することができる。
Ｄ１＝（Ｍ２－Ｍ１）＝（τ１＋τａ＋τｂ＋τｃ＋φＴ＋φＭ）－（τ１＋φＴ＋φＭ）
＝τａ＋τｂ＋τｃ （１８）
となる。この場合、誤差の原因となる放送局ＢＲの位相雑音φＴと、本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂの位相雑音φＭとが位相差分データＤ１では取り除かれていることが分かる。また、放送局ＢＲから送信されてギャップフィラー受信局ＧＲｘで受信された地上デジタル放送信号が、第１光線路１２によりギャップフィラー送信局ＧＴｘまで伝送されて、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから第２光線路１３を介して折り返されて観測点Ｍに到達するまでの伝搬時間（ｔ２４－ｔ２１）に相当する位相差分データＤ２は（Ｒ２－Ｍ１）で求められる。すなわち、
Ｄ２＝（Ｒ２－Ｍ１）＝｛τ１＋２（τｂ＋τｃ）＋φＴ＋φＭ｝－（τ１＋φＴ＋φＭ）
＝２（τｂ＋τｃ） （１９）
となる。この場合、誤差の原因となる放送局ＢＲの位相雑音φＴと、本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂの位相雑音φＭとが位相差分データＤ２では取り除かれていることが分かる。また、Ｄ２はギャップフィラー受信局ＧＲｘとギャップフィラー送信局ＧＴｘとを光線路で往復する伝搬時間に相当するから、ギャップフィラー受信局ＧＲｘとギャップフィラー送信局ＧＴｘとの間における大気中の水蒸気量に応じた伝搬遅延時間の影響は受けないし、ギャップフィラー受信局ＧＲｘとギャップフィラー送信局ＧＴｘとの間の光線路の片道の伝搬時間に相当する位相情報は（Ｄ２／２）となることは明らかである。そうすると、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから再送信された地上デジタル放送波が観測点Ｍに到達するまでの伝搬時間に相当する位相差分データＤ３は（Ｄ１－Ｄ２／２）で求められるから、
Ｄ３＝Ｄ１－Ｄ２／２＝（τａ＋τｂ＋τｃ）－（τｂ＋τｃ）＝τａ （２０）
となり、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから再送信された地上デジタル放送波が観測点Ｍに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報がτａとして求められる。この場合、第１光線路１２および第２光線路１３における遅延時間は相殺されており、光ファイバーの膨張係数の影響が取り除かれていることが分かる。また、τａはギャップフィラー受信局ＧＲｘとギャップフィラー送信局ＧＴｘとの間における大気中の水蒸気量に応じた伝搬遅延時間の影響を受けている位相情報となる。通信ユニット５５では、位相差分データＤ１，Ｄ２を図２０に示す複素遅延プロファイルのデータから計算し、位相差分データＤ３（＝τａ）を（２０）式から算出することができる。
【0061】
上記したように、本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂでは、放送局ＢＲからの地上デジタル放送波とギャップフィラー送信局ＧＴｘから再送信された地上デジタル放送波とが位相同期していることを利用することにより、同期手段を必要とすることなく放送局ＢＲと観測点Ｍとの位相雑音を取り除くことができる。本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂでは、ギャップフィラー送信局ＧＴｘから再送信された地上デジタル放送波が観測点Ｍに到達するまでの伝搬時間に相当する位相差分データＤ３（＝τａ）と、真空中の電波の速度（２．９９７９２４５８×１０８ｍ／ｓ ）に基づいて計算した地上デジタル放送波がギャップフィラー送信局ＧＴｘから観測点Ｍに到達するまでの伝搬時間に相当する位相情報との差である伝搬遅延時間に基づいて、ギャップフィラー送信局ＧＴｘと観測点Ｍとの間における大気中の水蒸気量を求めることができる。
この場合、上述した（９－１）式ないし（９－３）式に示すように、求められた位相差分データＤ３（＝τａ）で表した伝搬遅延量と、電波の屈折指数を用いて表わした単位距離あたりの伝搬遅延量とを等しいと置いて計算することにより、水蒸気量のデータに相当する水蒸気の分圧を求めることができる。なお、電波が伝搬するとき５ｋｍの距離では、地上気圧、気温２０℃の条件で、湿度が１％増加すると、伝搬遅延時間が約１７ｐｓ（ピコ秒）となり、この伝搬遅延時間は長さ約５ｍｍの伝搬時間に相当することになる。このように水蒸気量が与える伝搬遅延時間の大きさは非常に小さいため、効果的な観測には非常に正確な測定（少なくとも数十ｐｓのオーダー）が必要となる。水蒸気量観測システム２では、誤差の原因となる放送局ＢＲの位相雑音φＴと、本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂの位相雑音φＭとが取り除かれると共に、第１光線路１２および第２光線路１３における遅延時間が相殺されていることから、非常に正確な水蒸気量の観測を行うことができる。
なお、本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂにおいては複素遅延プロファイルを測定して同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号とから位相情報を生成しているが、本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂにおいて複素遅延プロファイルに替えて遅延プロファイルを生成して、その振幅情報から位相情報を計算するようにしてもよい。
この場合、上述した（９－１）式ないし（９－３）式に示すように、求められた位相差分データＤ３（＝τａ）で表した伝搬遅延量と、電波の屈折指数を用いて表わした単位距離あたりの伝搬遅延量とを等しいと置いて計算することにより、水蒸気量のデータに相当する水蒸気の分圧を求めることができる。なお、電波が伝搬するとき５ｋｍの距離では、地上気圧、気温２０℃の条件で、湿度が１％増加すると、伝搬遅延時間が約１７ｐｓ（ピコ秒）となり、この伝搬遅延時間は長さ約５ｍｍの伝搬時間に相当することになる。このように水蒸気量が与える伝搬遅延時間の大きさは非常に小さいため、効果的な観測には非常に正確な測定（少なくとも数十ｐｓのオーダー）が必要となる。水蒸気量観測システム２では、誤差の原因となる放送局ＢＲの位相雑音φＴと、本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂの位相雑音φＭとが取り除かれると共に、第１光線路１２および第２光線路１３における遅延時間が相殺されていることから、非常に正確な水蒸気量の観測を行うことができる。
なお、本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂにおいては複素遅延プロファイルを測定して同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号とから位相情報を生成しているが、本発明の第２実施例の観測装置２０Ｂにおいて複素遅延プロファイルに替えて遅延プロファイルを生成して、その振幅情報から位相情報を計算するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【0062】
以上説明した本発明にかかる水蒸気量の観測装置を放送局と反射体との間の観測点に設置することで、反射体と観測点との間の大気中の水蒸気量を観測することができる。また、本発明にかかる水蒸気量の観測装置を放送局とギャップフィラー受信局およびギャップフィラー送信局とを結ぶ直線の延長線上の観測点に設置することで、ギャップフィラー受信局とギャップフィラー送信局との間の大気中の水蒸気量を観測することができる。さらに、本発明にかかる水蒸気量の観測装置をギャップフィラー受信局と同じ地点の観測点に設置することで、ギャップフィラー受信局とギャップフィラー送信局との間の大気中の水蒸気量を観測することができる。なお、ギャップフィラー受信局およびギャップフィラー送信局を備えるギャップフィラーシステムは、一般に既設とされていることから、ギャップフィラー受信局の局舎に余裕があるときは、ギャップフィラー受信局の局舎に本発明にかかる水蒸気量の観測装置を設置するようにしても良い。また、ギャップフィラーシステムを新設する場合は、ギャップフィラー受信局と本発明にかかる水蒸気量の観測装置とを一つにすることもできる。
以上説明した本発明にかかる水蒸気量の観測装置は、放送局からの地上デジタル放送波と反射体で反射された地上デジタル放送波の反射波あるいはギャップフィラー送信局から再送信された地上デジタル放送波とが位相同期していることを利用しており、アンテナを備える本発明にかかる水蒸気量の観測装置を観測点を設置するだけで、観測点と反射体あるいはギャップフィラー送信局との間の水蒸気量の観測を行うことができるようになる。このため、観測点は１つだけでよく、２つの観測点を必要としないことから、２つの観測点における同期をとる必要がなくなる。また、ギャップフィラー受信局と同じ地点に設置する場合は放送局と観測点とを結ぶ一直線上にギャップフィラー送信局を配置する必要がなくなる。
さらに、本発明にかかる水蒸気量の観測装置を、ギャップフィラー受信局と同じ地点に設置する場合は、ギャップフィラーシステムが既設されていることから第１光線路を構成する多芯構造の光ファイバーケーブルは既設とされており、ギャップフィラー送信局と観測点とを結ぶ第２光線路としては、既設の第１光線路を構成する多芯構造の光ファイバーケーブルにおける使用されていない光ファイバーを利用することができる。このように、新たに光線路を敷設する作業を不要とすることができる。なお、第１光線路および第２光線路に替えて同軸線路を用いることもできるが、ギャップフィラー受信局から遠い距離を隔ててギャップフィラー送信局が設置されている場合は、同軸線路では伝送損失が大きくなり適していない。従って、第１光線路および第２光線路を用いるのが好適とされる。
さらにまた、本発明にかかる水蒸気量の観測装置では、測定誤差となる送信局および本発明にかかる水蒸気量の観測装置の位相雑音を取り除くことができると共に、ギャップフィラー受信局と同じ地点に設置する場合は測定誤差となる光線路の伸縮に基づく遅延時間の変化を相殺することができる。
さらにまた、本発明にかかる水蒸気量の観測装置では、複素遅延プロファイルを生成して同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号とから位相情報とされる位相回転を計算していると説明したが、本発明にかかる水蒸気量の観測装置において複素遅延プロファイルに替えて遅延プロファイルを生成して、振幅情報から位相回転を計算するようにしてもよい。
さらにまた、本発明にかかる水蒸気量の観測装置では、位相差分データに基づいて水蒸気量のデータを求めていたが、位相差分データをインターネット上のクラウドにアップロードして、クラウドにおいて位相差分データに基づいて水蒸気量のデータを求めるようにしてもよい。
以上説明した本発明にかかる水蒸気量の観測装置は、放送局からの地上デジタル放送波と反射体で反射された地上デジタル放送波の反射波あるいはギャップフィラー送信局から再送信された地上デジタル放送波とが位相同期していることを利用しており、アンテナを備える本発明にかかる水蒸気量の観測装置を観測点を設置するだけで、観測点と反射体あるいはギャップフィラー送信局との間の水蒸気量の観測を行うことができるようになる。このため、観測点は１つだけでよく、２つの観測点を必要としないことから、２つの観測点における同期をとる必要がなくなる。また、ギャップフィラー受信局と同じ地点に設置する場合は放送局と観測点とを結ぶ一直線上にギャップフィラー送信局を配置する必要がなくなる。
さらに、本発明にかかる水蒸気量の観測装置を、ギャップフィラー受信局と同じ地点に設置する場合は、ギャップフィラーシステムが既設されていることから第１光線路を構成する多芯構造の光ファイバーケーブルは既設とされており、ギャップフィラー送信局と観測点とを結ぶ第２光線路としては、既設の第１光線路を構成する多芯構造の光ファイバーケーブルにおける使用されていない光ファイバーを利用することができる。このように、新たに光線路を敷設する作業を不要とすることができる。なお、第１光線路および第２光線路に替えて同軸線路を用いることもできるが、ギャップフィラー受信局から遠い距離を隔ててギャップフィラー送信局が設置されている場合は、同軸線路では伝送損失が大きくなり適していない。従って、第１光線路および第２光線路を用いるのが好適とされる。
さらにまた、本発明にかかる水蒸気量の観測装置では、測定誤差となる送信局および本発明にかかる水蒸気量の観測装置の位相雑音を取り除くことができると共に、ギャップフィラー受信局と同じ地点に設置する場合は測定誤差となる光線路の伸縮に基づく遅延時間の変化を相殺することができる。
さらにまた、本発明にかかる水蒸気量の観測装置では、複素遅延プロファイルを生成して同相成分であるＩ信号と直交成分であるＱ信号とから位相情報とされる位相回転を計算していると説明したが、本発明にかかる水蒸気量の観測装置において複素遅延プロファイルに替えて遅延プロファイルを生成して、振幅情報から位相回転を計算するようにしてもよい。
さらにまた、本発明にかかる水蒸気量の観測装置では、位相差分データに基づいて水蒸気量のデータを求めていたが、位相差分データをインターネット上のクラウドにアップロードして、クラウドにおいて位相差分データに基づいて水蒸気量のデータを求めるようにしてもよい。
【符号の説明】
【0063】
１，２ 水蒸気量観測システム、０１ 受信アンテナ、０２ 送信アンテナ、０３ 光線路、１０ 受信部、１１ アンテナ、１２ 第１光線路、１３ 第２光線路、２０，２０Ｂ，２０ａ～２０ｐ 観測装置、２１ 第１アンテナ、２２ 第２アンテナ、３０ 送信部、３１ 第１送信アンテナ、３２ 第２送信アンテナ、４０ 筐体、４０ｂ 電源入力、４０ｃ ケーブル導入孔、４２ プリアンプ、５１ 避雷回路部、５２ 電源重畳部、５３ 信号分配部、５４，５４－１，５４－２ 受信ユニット、５４ａ～５４（ｎ－１） 受信ユニット、５５ 通信ユニット、５６ 中継ボード、５６ａ バス、５７ 電源ユニット、９０ クラウド、９０ｂ ＡＰＩ接続サービス部、９１ 通信アンテナ、９２ 地上気象測器、９３ 共聴受信用電源供給器、１０１，１０１ａ～１０１ｍ チューナ部、１０２，１０２－２ 複素遅延プロファイル生成部、１０３ 分配器、１２０ 水蒸気量観測システム、１４１ 本体部、１４２ 蓋部、１４３ 入力端子、１４４ ケーブル導入口、１４５ 受電端子、１５０ マイコン処理部、１５１ 位相差分データ処理部、１５１ 位相差分データ計算部、１５２ 各種計算部、１６０ 無線通信部、１６１ Ｉ／Ｆポート、１６２ ＬＡＮポート、１７０ 分配器、１９０ インターネット、１９１～１９４ 関係機関、１８３ 整流回路部、１８４ トランス部、２００ ギャップフィラーシステム、４１０ 受信部、４１１ アンテナ、５００ 放送局、５３０ 送信部、５３１ 送信アンテナ、５３２ 送信アンテナ、５３３ 分配器、ＡＣ２ 駆動電源、ＢＲ 放送局、Ｃａ～Ｃｎ コンデンサ、ＧＲｘ ギャップフィラー受信局、ＧＴｘ ギャップフィラー送信局、Ｈ 住宅、ＩＮ 入力端子、ＩＮａ～ＩＮｎ 入力端子、Ｌａ～ Ｌｎ チョークコイル、Ｍ 観測点、Ｒ 反射体、Ｒｘ ギャップフィラー受信局、Ｓ 障害物、Ｔ 伝送線路、Ｔｘ ギャップフィラー送信局
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】