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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】P2023044369
(43)【公開日】2023-03-30
(54)【発明の名称】水蒸気量観測システム
(51)【国際特許分類】
G01N 22/04 20060101AFI20230323BHJP
H04B 7/145 20060101ALI20230323BHJP
H04B 7/15 20060101ALI20230323BHJP
H04H 20/06 20080101ALI20230323BHJP
G01N 22/00 20060101ALI20230323BHJP
【ＦＩ】
G01N22/04 A
H04B7/145
H04B7/15
H04H20/06
G01N22/00 W
【審査請求】未請求
【請求項の数】8
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021152366
(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】佐々木 歩
(72)【発明者】
【氏名】今井 繁雄
(72)【発明者】
【氏名】花土 弘
(72)【発明者】
【氏名】中川 勝広
(72)【発明者】
【氏名】金丸 佳矢
(72)【発明者】
【氏名】川村 誠治
【テーマコード（参考）】
5K072
【Ｆターム（参考）】
5K072AA29
5K072BB02
5K072BB14
5K072BB25
5K072CC02
5K072GG02
5K072GG14
5K072HH01
5K072HH02
(57)【要約】
【課題】 ２つの測定点を必要としないと共に反射体を利用することなく１つの測定点において水蒸気量の観測を容易に行う。
【解決手段】 放送局ＢＲから受信された地上デジタル放送信号は、ギャップフィラー受信局ＧＲｘから第１光線路１２を介してギャップフィラー送信局ＧＴｘに伝送される。この地上デジタル放送信号はＧＴｘから再送信されて、ＧＲｘと同じ位置に配置された測定点Ｍで受信される。また、第２光線路１３を介してＧＴｘから測定点Ｍに地上デジタル放送信号が伝送される。測定点Ｍの観測装置２０は、測定量Ｍ１と測定量Ｍ２と測定量Ｒ２との複素遅延プロファイルに基づいて、測定点ＭとＧＴｘとの間における大気中の水蒸気量を観測する。
【選択図】 図３
【解決手段】 放送局ＢＲから受信された地上デジタル放送信号は、ギャップフィラー受信局ＧＲｘから第１光線路１２を介してギャップフィラー送信局ＧＴｘに伝送される。この地上デジタル放送信号はＧＴｘから再送信されて、ＧＲｘと同じ位置に配置された測定点Ｍで受信される。また、第２光線路１３を介してＧＴｘから測定点Ｍに地上デジタル放送信号が伝送される。測定点Ｍの観測装置２０は、測定量Ｍ１と測定量Ｍ２と測定量Ｒ２との複素遅延プロファイルに基づいて、測定点ＭとＧＴｘとの間における大気中の水蒸気量を観測する。
【選択図】 図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
放送局からの地上デジタル放送波を受信した地上デジタル放送信号を第１通信線路を介してギャップフィラー送信局に伝送するギャップフィラー受信局と、
該ギャップフィラー受信局から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と、
前記放送局から見て前記ギャップフィラー受信局および前記ギャップフィラー送信局を超えた位置に設置され、前記放送局からの地上デジタル放送波と、前記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を受信可能な測定点とを備え、
前記測定点は、地上デジタル放送波が前記放送局から前記測定点に直接到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量Ｇ１と、地上デジタル放送波が前記放送局から前記ギャップフィラー受信局と前記第１通信線路と前記ギャップフィラー送信局とを介して前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量Ｇ２とに基づいて、前記ギャップフィラー受信局と前記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を特徴とする水蒸気量観測システム。
該ギャップフィラー受信局から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と、
前記放送局から見て前記ギャップフィラー受信局および前記ギャップフィラー送信局を超えた位置に設置され、前記放送局からの地上デジタル放送波と、前記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を受信可能な測定点とを備え、
前記測定点は、地上デジタル放送波が前記放送局から前記測定点に直接到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量Ｇ１と、地上デジタル放送波が前記放送局から前記ギャップフィラー受信局と前記第１通信線路と前記ギャップフィラー送信局とを介して前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量Ｇ２とに基づいて、前記ギャップフィラー受信局と前記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を特徴とする水蒸気量観測システム。
【請求項2】
放送局からの地上デジタル放送波を受信した地上デジタル放送信号を第１通信線路を介してギャップフィラー送信局に伝送するギャップフィラー受信局と、
該ギャップフィラー受信局から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と共に、第２通信線路を介して測定点に地上デジタル放送信号を伝送するギャップフィラー送信局と、
前記ギャップフィラー受信局と同じ位置に配置され、前記放送局からの地上デジタル放送波と、前記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、前記ギャップフィラー送信局から前記第２通信線路を介して伝送された地上デジタル放送信号とを受信可能な観測装置を備える前記測定点とを備え、
前記観測装置は、地上デジタル放送波が前記放送局から前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量Ｍ１と、前記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が前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量Ｍ２と、前記第２通信線路で伝送された地上デジタル放送信号が前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量Ｒ２とに基づいて、前記測定点と前記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を特徴とする水蒸気量観測システム。
該ギャップフィラー受信局から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と共に、第２通信線路を介して測定点に地上デジタル放送信号を伝送するギャップフィラー送信局と、
前記ギャップフィラー受信局と同じ位置に配置され、前記放送局からの地上デジタル放送波と、前記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、前記ギャップフィラー送信局から前記第２通信線路を介して伝送された地上デジタル放送信号とを受信可能な観測装置を備える前記測定点とを備え、
前記観測装置は、地上デジタル放送波が前記放送局から前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量Ｍ１と、前記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が前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量Ｍ２と、前記第２通信線路で伝送された地上デジタル放送信号が前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量Ｒ２とに基づいて、前記測定点と前記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を特徴とする水蒸気量観測システム。
【請求項3】
前記観測装置では、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前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する第１位相回転を、前記測定量Ｍ１と前記測定量Ｍ２と前記測定量Ｒ２との遅延プロファイルに基づいて算出することにより、前記水蒸気量を観測することを特徴とする請求項２に記載の水蒸気量観測システム。
【請求項4】
前記第１位相回転と、地上デジタル放送信号が前記ギャップフィラー受信局から前記第１通信線路を介して前記ギャップフィラー送信局に到達するまでの遅延時間に相当する第２位相回転との和となる第３位相回転Ｄ１を、前記測定量Ｍ２と前記測定量Ｍ１との差を算出することにより求め、前記測定量Ｒ２と前記測定量Ｍ１との差を算出することにより、地上デジタル放送信号が前記ギャップフィラー受信局から前記第１通信線路を介して前記ギャップフィラー送信局に到達して、前記ギャップフィラー送信局から前記第２通信線路により折り返されて前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する第４位相回転を求め、前記第３位相回転Ｄ１と前記第４位相回転Ｄ２とに基づいて、前記第１位相回転を算出することを特徴とする請求項３に記載の水蒸気量観測システム。
【請求項5】
前記第１位相回転と、真空中の電波の速度に基づいて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前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転との差となる伝搬遅延時間に基づいて、前記測定点と前記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を特徴とする請求項３に記載の水蒸気量観測システム。
【請求項6】
前記ギャップフィラー受信局では、前記送信局からの地上デジタル放送波を受信した地上デジタル放送信号を中間周波数信号に変換する第１ミキサと、該中間周波数信号を地上デジタル放送信号に戻す第２ミキサとに、１つの局部発振器からの局部発振信号を印加することにより、前記ギャップフィラー受信局の位相雑音を相殺していることを特徴とする請求項２ないし請求項５のいずれかに記載の水蒸気量観測システム。
【請求項7】
前記ギャップフィラー送信局では、前記ギャップフィラー受信局から伝送された地上デジタル放送信号を分配手段により分配し、分配した一方の地上デジタル放送信号を前記第２通信線路を介して前記測定点に伝送すること特徴とする請求項２ないし請求項６のいずれかに記載の水蒸気量観測システム。
【請求項8】
前記測定点では、前記放送局からの地上デジタル放送波を第１受信手段により受信し、前記ギャップフィラー送信局からの地上デジタル放送波を第２受信手段により受信し、前記第１受信手段で受信した第１受信信号と、前記第２受信手段で受信した第２受信信号との間でレベル調整を行うことを特徴とする請求項２ないし請求項７のいずれかに記載の水蒸気量観測システム。
【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観測システムに関する。
【背景技術】
【0002】
近年、全国各地で豪雨災害が多発しており、防災・減災・安心・安全の観点から様々な研究が進められている。豪雨災害の発生には大気中の水蒸気量が大きく起因しており、この水蒸気量を高精度に計測し、気象パラメータにデータ同化させることで、豪雨予測の精度が格段に上昇することが実証されている。現在、広範囲に渡っての水蒸気観測の研究が進められている。
ところで、電波の伝播速度は、伝播する空間に存在する水蒸気を始めとする大気の総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遅延時間を利用することにより、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、電波の伝播速度は、伝播する空間に存在する水蒸気を始めとする大気の総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遅延時間を利用することにより、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１４ないし図１６を参照して説明する。図１４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１５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１６は図１５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１４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。大気中の水蒸気量が増加すると電波の伝播がわずかに遅れる（伝搬距離５ｋｍで１気圧、気温２０℃の湿度が１％上昇すると伝播時間は約１７ピコ秒遅れる）ことを利用している。従来の同期法では、地上デジタル放送波を用いて伝播遅延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。
図１４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。大気中の水蒸気量が増加すると電波の伝播がわずかに遅れる（伝搬距離５ｋｍで１気圧、気温２０℃の湿度が１％上昇すると伝播時間は約１７ピコ秒遅れる）ことを利用している。従来の同期法では、地上デジタル放送波を用いて伝播遅延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。
【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に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転を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に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転を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位相回転の測定量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位相回転の測定量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に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転は（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）式に示す位相回転（τＡ－τＢ）と、真空中の電波の速度（２．９９７９２４５８×１０８ｍ／ｓ ）に基づいて地上デジタル放送波が測定点Ｂから測定点Ａに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転との差とな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位相回転の測定量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に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転は（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）式に示す位相回転（τＡ－τＢ）と、真空中の電波の速度（２．９９７９２４５８×１０８ｍ／ｓ ）に基づいて地上デジタル放送波が測定点Ｂから測定点Ａに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転との差とな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１５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播がわずかに遅れる（伝搬距離５ｋｍで１気圧、気温２０℃の湿度が１％上昇すると伝播時間は約１７ピコ秒遅れる）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播遅延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に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転を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に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転を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からの直達波の位相回転の測定量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位相回転の測定量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位相回転の測定量ＭＣ２は、
ＭＣ２＝τＲ＋φＴ＋φＣ （６）
となる。
【0009】
測定点Ｃにおいては、放送局５００からの直達波の位相回転の測定量ＭＣ１と、測定点Ｃにおける反射体Ｒで反射された反射波の位相回転の測定量ＭＣ２との複素遅延プロファイルを観測している。この複素遅延プロファイルの例を図１６に示す。図１６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、横軸により位相回転が遅延時間で示されている。測定量ＭＣ１が測定される測定点Ｃから反射体Ｒに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転をτＭとすると、反射体Ｒの反射波が測定点Ｃに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転も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まで戻るまでの遅延時間に相当する位相回転は（ＭＣ２－ＭＣ１）で求められる。すなわち、
（ＭＣ２－ＭＣ１）＝（τＲ－τＣ） （７）
となる。図１６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との間の往復の遅延時間に相当する位相回転であるから、（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との間の遅延時間に相当する位相回転τＭと、真空中の電波の速度（２．９９７９２４５８×１０８ｍ／ｓ ）に基づいて地上デジタル放送波が反射体Ｒから測定点Ｃに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転との差とな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１６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との間の往復の遅延時間に相当する位相回転であるから、（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との間の遅延時間に相当する位相回転τＭと、真空中の電波の速度（２．９９７９２４５８×１０８ｍ／ｓ ）に基づいて地上デジタル放送波が反射体Ｒから測定点Ｃに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転との差とな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】
次に、従来の同期法における２つの測定点Ａ，Ｂの配置位置を図１７に示す俯瞰図を参照して説明する。図１７は上空から見た俯瞰図とされている。
従来の同期法では図１７に示すように、放送局５００と測定点Ａとを結ぶ一直線上に測定点Ｂは配置されている。従来の同期法では測定点Ａと測定点Ｂとの２つの測定点を設けることにより水蒸気量の情報を得ることが可能とされている。ここで、放送局５００と２つの測定点とが一直線上に配置されていない場合が考えられる。一直線上に配置されていない場合を図１７を参照して説明すると、図１７に示すように放送局５００から測定点Ａ’を結ぶ直線上に測定点Ｂが配置されていない場合は、上記（４）式が成立しないようになる。すなわち、距離ＬＡ’と距離ＬＢとの差の距離（ＬＡ’－ＬＢ）は測定点Ａと測定点Ｂとの距離（Ｌ４＋Ｌ５）に等しくする必要があるが、ＬＡ’＝（ＬＢ＋Ｌ４）であり（ＬＡ’－ＬＢ）＝Ｌ４となることから、距離Ｌ５を伝搬する遅延時間だけ誤差となってしまうからである。してみると、従来の同期法では測定点Ａと測定点Ｂとの２つの測定点を設けることが必須とされており、さらに、放送局５００と測定点Ａと測定点Ｂとは一直線上に配置する必要があることになる。
なお、測定点Ａと測定点Ｂとの間の空間と測定点Ａ’と測定点Ｂとの間の空間では、通常は水蒸気量が異なることから測定点Ａ’の位置に測定点を設けた場合は、測定点Ａと測定点Ｂとの空間の水蒸気量を観測することはできない。
従来の同期法では図１７に示すように、放送局５００と測定点Ａとを結ぶ一直線上に測定点Ｂは配置されている。従来の同期法では測定点Ａと測定点Ｂとの２つの測定点を設けることにより水蒸気量の情報を得ることが可能とされている。ここで、放送局５００と２つの測定点とが一直線上に配置されていない場合が考えられる。一直線上に配置されていない場合を図１７を参照して説明すると、図１７に示すように放送局５００から測定点Ａ’を結ぶ直線上に測定点Ｂが配置されていない場合は、上記（４）式が成立しないようになる。すなわち、距離ＬＡ’と距離ＬＢとの差の距離（ＬＡ’－ＬＢ）は測定点Ａと測定点Ｂとの距離（Ｌ４＋Ｌ５）に等しくする必要があるが、ＬＡ’＝（ＬＢ＋Ｌ４）であり（ＬＡ’－ＬＢ）＝Ｌ４となることから、距離Ｌ５を伝搬する遅延時間だけ誤差となってしまうからである。してみると、従来の同期法では測定点Ａと測定点Ｂとの２つの測定点を設けることが必須とされており、さらに、放送局５００と測定点Ａと測定点Ｂとは一直線上に配置する必要があることになる。
なお、測定点Ａと測定点Ｂとの間の空間と測定点Ａ’と測定点Ｂとの間の空間では、通常は水蒸気量が異なることから測定点Ａ’の位置に測定点を設けた場合は、測定点Ａと測定点Ｂとの空間の水蒸気量を観測することはできない。
【0011】
次に、従来の反射法における測定点Ｃと反射体Ｒとの配置位置を図１８に示す俯瞰図を参照して説明する。図１８は上空から見た俯瞰図とされている。
従来の反射法では図１８に示すように、放送局５００と反射体Ｒとを結ぶ一直線上に測定点Ｃは配置されている。そして、放送局５００と反射体Ｒとの間に１つの測定点Ｃを設けることにより、従来の反射法では水蒸気量の情報を得ることが可能とされている。ここで、放送局５００と測定点Ｃと反射体Ｒとが一直線上に配置されていない場合が考えられる。一直線上に配置されていない場合を図１８を参照して説明すると、図１８に示すように放送局５００から反射体Ｒ’を結ぶ直線上に測定点Ｃが配置されていない場合は、上記（７）式および（８）式が成立しないようになる。すなわち、距離Ｌ２と距離Ｌ１との差の距離（Ｌ２－Ｌ１）は反射体Ｒと測定点Ｃとの距離（Ｌ４’＋Ｌ５’）に等しくする必要があるが、Ｌ２＝（Ｌ１＋Ｌ４’）であり（Ｌ２－Ｌ１）＝Ｌ４’となることから、距離Ｌ５’を伝搬する遅延時間だけ誤差となってしまうことになるからである。してみると、従来の反射法では反射体Ｒが存在していることが前提とされており、さらに、放送局５００と反射体Ｒとを結ぶ一直線上に測定点Ｃを配置する必要があることになる。
なお、測定点Ｃと反射体Ｒとの間の空間と測定点Ｃと反射体Ｒ’との間の空間では、通常は水蒸気量が異なることから、反射体Ｒ’の位置に反射体を設けた場合は測定点Ｃと反射体Ｒとの空間の水蒸気量を観測することはできない。
従来の反射法では図１８に示すように、放送局５００と反射体Ｒとを結ぶ一直線上に測定点Ｃは配置されている。そして、放送局５００と反射体Ｒとの間に１つの測定点Ｃを設けることにより、従来の反射法では水蒸気量の情報を得ることが可能とされている。ここで、放送局５００と測定点Ｃと反射体Ｒとが一直線上に配置されていない場合が考えられる。一直線上に配置されていない場合を図１８を参照して説明すると、図１８に示すように放送局５００から反射体Ｒ’を結ぶ直線上に測定点Ｃが配置されていない場合は、上記（７）式および（８）式が成立しないようになる。すなわち、距離Ｌ２と距離Ｌ１との差の距離（Ｌ２－Ｌ１）は反射体Ｒと測定点Ｃとの距離（Ｌ４’＋Ｌ５’）に等しくする必要があるが、Ｌ２＝（Ｌ１＋Ｌ４’）であり（Ｌ２－Ｌ１）＝Ｌ４’となることから、距離Ｌ５’を伝搬する遅延時間だけ誤差となってしまうことになるからである。してみると、従来の反射法では反射体Ｒが存在していることが前提とされており、さらに、放送局５００と反射体Ｒとを結ぶ一直線上に測定点Ｃを配置する必要があることになる。
なお、測定点Ｃと反射体Ｒとの間の空間と測定点Ｃと反射体Ｒ’との間の空間では、通常は水蒸気量が異なることから、反射体Ｒ’の位置に反射体を設けた場合は測定点Ｃと反射体Ｒとの空間の水蒸気量を観測することはできない。
【0012】
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、測定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が、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。このような地域において仮に、反射体として送電線などがあったとしても、位相変動が大きく測定に適さないと云う問題点があった。
さらに、同期法では図１７で説明したように、放送局５００から測定点Ａを結ぶ直線上に測定点Ｂを設けなければならず、また、反射法においても図１８で説明したように、放送局５００から反射体Ｒを結ぶ直線上に測定点Ｃを設けなければならないが、山間部などでは障害物により、このような条件を満たすように測定点Ｂあるいは測定点Ｃを設けることができないという問題点があった。
そこで、本発明は、２つの測定点を必要としないと共に反射体を利用することなく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水蒸気量観測システムを提供することを目的としている。
また、上記説明した反射法では、測定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が、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。このような地域において仮に、反射体として送電線などがあったとしても、位相変動が大きく測定に適さないと云う問題点があった。
さらに、同期法では図１７で説明したように、放送局５００から測定点Ａを結ぶ直線上に測定点Ｂを設けなければならず、また、反射法においても図１８で説明したように、放送局５００から反射体Ｒを結ぶ直線上に測定点Ｃを設けなければならないが、山間部などでは障害物により、このような条件を満たすように測定点Ｂあるいは測定点Ｃを設けることができないという問題点があった。
そこで、本発明は、２つの測定点を必要としないと共に反射体を利用することなく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水蒸気量観測システムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【0013】
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観測システムは、放送局からの地上デジタル放送波を受信した地上デジタル放送信号を第１通信線路を介してギャップフィラー送信局に伝送するギャップフィラー受信局と、該ギャップフィラー受信局から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と、前記放送局から見て前記ギャップフィラー受信局および前記ギャップフィラー送信局を超えた位置に設置され、前記放送局からの地上デジタル放送波と、前記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を受信可能な測定点とを備え、前記測定点は、地上デジタル放送波が前記放送局から前記測定点に直接到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量Ｇ１と、地上デジタル放送波が前記放送局から前記ギャップフィラー受信局と前記第１通信線路と前記ギャップフィラー送信局とを介して前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量Ｇ２とに基づいて、前記ギャップフィラー受信局と前記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を最も主要な特徴としている。
【0014】
上記本発明の目的を達成することができる本発明の他の水蒸気量観測システムは、放送局からの地上デジタル放送波を受信した地上デジタル放送信号を第１通信線路を介してギャップフィラー送信局に伝送するギャップフィラー受信局と、該ギャップフィラー受信局から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と共に、第２通信線路を介して測定点に地上デジタル放送信号を伝送するギャップフィラー送信局と、前記ギャップフィラー受信局と同じ位置に配置され、前記放送局からの地上デジタル放送波と、前記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、前記ギャップフィラー送信局から前記第２通信線路を介して伝送された地上デジタル放送信号とを受信可能な観測装置を備える前記測定点とを備え、前記観測装置は、地上デジタル放送波が前記放送局から前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量Ｍ１と、前記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が前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量Ｍ２と、前記第２通信線路で伝送された地上デジタル放送信号が前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量Ｒ２とに基づいて、前記測定点と前記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を最も主要な特徴としている。
【0015】
また、上記本発明の水蒸気量観測システムは、前記観測装置では、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前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する第１位相回転を、前記測定量Ｍ１と前記測定量Ｍ２と前記測定量Ｒ２との複素遅延プロファイルに基づいて算出することにより、前記水蒸気量を観測することを特徴とすることを主要な特徴としている。
さらに、上記本発明の水蒸気量観測システムは、前記第１位相回転と、地上デジタル放送信号が前記ギャップフィラー受信局から前記第１通信線路を介して前記ギャップフィラー送信局に到達するまでの遅延時間に相当する第２位相回転との和となる第３位相回転Ｄ１を、前記測定量Ｍ２と前記測定量Ｍ１との差を算出することにより求め、前記測定量Ｒ２と前記測定量Ｍ１との差を算出することにより、地上デジタル放送信号が前記ギャップフィラー受信局から前記第１通信線路を介して前記ギャップフィラー送信局に到達して、前記ギャップフィラー送信局から前記第２通信線路により折り返されて前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する第４位相回転を求め、前記第３位相回転Ｄ１と前記第４位相回転Ｄ２とに基づいて、前記第１位相回転を算出することを主要な特徴としている。
さらにまた、上記本発明の水蒸気量観測システムは、前記第１位相回転と、真空中の電波の速度に基づいて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前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転との差となる伝搬遅延時間に基づいて、前記測定点と前記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を主要な特徴としている。
さらにまた、上記本発明の水蒸気量観測システムは、前記ギャップフィラー受信局では、前記送信局からの地上デジタル放送波を受信した地上デジタル放送信号を中間周波数信号に変換する第１ミキサと、該中間周波数信号を地上デジタル放送信号に戻す第２ミキサとに、１つの局部発振器からの局部発振信号を印加することにより、前記ギャップフィラー受信局の位相雑音を相殺していることを主要な特徴としている。
さらにまた、上記本発明の水蒸気量観測システムは、前記ギャップフィラー送信局では、前記ギャップフィラー受信局から伝送された地上デジタル放送信号を分配手段により分配し、分配した一方の地上デジタル放送信号を前記第２通信線路を介して前記測定点に伝送することを主要な特徴としている。
さらにまた、上記本発明の水蒸気量観測システムは、前記測定点では、前記放送局からの地上デジタル放送波を第１受信手段により受信し、前記ギャップフィラー送信局からの地上デジタル放送波を第２受信手段により受信し、前記第１受信手段で受信した第１受信信号と、前記第２受信手段で受信した第２受信信号との間でレベル調整を行うことを主要な特徴としている。
さらに、上記本発明の水蒸気量観測システムは、前記第１位相回転と、地上デジタル放送信号が前記ギャップフィラー受信局から前記第１通信線路を介して前記ギャップフィラー送信局に到達するまでの遅延時間に相当する第２位相回転との和となる第３位相回転Ｄ１を、前記測定量Ｍ２と前記測定量Ｍ１との差を算出することにより求め、前記測定量Ｒ２と前記測定量Ｍ１との差を算出することにより、地上デジタル放送信号が前記ギャップフィラー受信局から前記第１通信線路を介して前記ギャップフィラー送信局に到達して、前記ギャップフィラー送信局から前記第２通信線路により折り返されて前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する第４位相回転を求め、前記第３位相回転Ｄ１と前記第４位相回転Ｄ２とに基づいて、前記第１位相回転を算出することを主要な特徴としている。
さらにまた、上記本発明の水蒸気量観測システムは、前記第１位相回転と、真空中の電波の速度に基づいて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前記測定点に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転との差となる伝搬遅延時間に基づいて、前記測定点と前記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を主要な特徴としている。
さらにまた、上記本発明の水蒸気量観測システムは、前記ギャップフィラー受信局では、前記送信局からの地上デジタル放送波を受信した地上デジタル放送信号を中間周波数信号に変換する第１ミキサと、該中間周波数信号を地上デジタル放送信号に戻す第２ミキサとに、１つの局部発振器からの局部発振信号を印加することにより、前記ギャップフィラー受信局の位相雑音を相殺していることを主要な特徴としている。
さらにまた、上記本発明の水蒸気量観測システムは、前記ギャップフィラー送信局では、前記ギャップフィラー受信局から伝送された地上デジタル放送信号を分配手段により分配し、分配した一方の地上デジタル放送信号を前記第２通信線路を介して前記測定点に伝送することを主要な特徴としている。
さらにまた、上記本発明の水蒸気量観測システムは、前記測定点では、前記放送局からの地上デジタル放送波を第１受信手段により受信し、前記ギャップフィラー送信局からの地上デジタル放送波を第２受信手段により受信し、前記第１受信手段で受信した第１受信信号と、前記第２受信手段で受信した第２受信信号との間でレベル調整を行うことを主要な特徴としている。
【発明の効果】
【0016】
本発明の水蒸気量観測システムは、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に設置された１つの測定点で、放送局から直接到達する地上デジタル放送波と、放送局からギャップフィラー受信局と第１通信線路とギャップフィラー送信局とを介して到達する地上デジタル放送波とを受信することに基づいて、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。
また、本発明の水蒸気量観測システムは、ギャップフィラー送信局が送信した地上デジタル放送波を１つの測定点で受信することに基づいて、測定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、本発明の水蒸気量観測システムでは、２つの測定点を必要としないと共に反射体を利用することなく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ようになる。
また、本発明の水蒸気量観測システムは、ギャップフィラー送信局が送信した地上デジタル放送波を１つの測定点で受信することに基づいて、測定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、本発明の水蒸気量観測システムでは、２つの測定点を必要としないと共に反射体を利用することなく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ようになる。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】本発明の第１実施例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2】本発明の第１実施例の水蒸気量観測システムの測定点における複素遅延プロファイルの例を示す図である。
【図3】本発明の第２実施例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4】本発明の第２実施例の水蒸気量観測システムの測定点における複素遅延プロファイルの例を示す図である。
【図5】本発明の第２実施例の水蒸気量観測システムにおけるギャップフィラー受信局の受信部の構成を示すブロック図である。
【図6】本発明の第２実施例の水蒸気量観測システムにおけるギャップフィラー送信局の構成を示すブロック図である。
【図7】本発明の第２実施例の水蒸気量観測システムにおける特徴的な構成を示すブロック図である。
【図8】１気圧、気温２０℃の条件での湿度に応じた伝搬遅延時間のグラフを示す図である。
【図9】本発明の実施例の水蒸気量観測システムの測定点における実際の複素遅延プロファイルの例を示す図である。
【図10】本発明の第２実施例の水蒸気量観測システムの測定点においてレベル調整を行う構成を示す図である。
【図11】本発明の第２実施例の水蒸気量観測システムの測定点におけるレベル調整後の実際の複素遅延プロファイルの例を示す図である。
【図12】本発明の第２実施例の水蒸気量観測システムにおけるギャップフィラー受信局とギャップフィラー送信局の配置位置を示す俯瞰図である。
【図13】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14】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15】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16】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。
【図17】従来の同期法における２つの測定点の配置位置を示す俯瞰図である。
【図18】従来の反射法における測定点と反射点の配置位置を示す俯瞰図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
［本発明の第１実施例］
本発明の第１実施例の水蒸気量観測システムの構成を示すブロック図を図１に示す。
図１に示す本発明の第１実施例の水蒸気量観測システム１は、ギャップフィラーシステムを利用している。そこで、まず、ギャップフィラーシステムの説明を図１３を参照して行う。図１３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。
図１３に示すギャップフィラーシステム２００は、テレビ放送波を水平面内の全方向に送信する放送局５００と、テレビ放送波を受信する住宅Ｈとがある際に、放送局５００と住宅Ｈとの間にテレビ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がある。このように、住宅Ｈにおいて障害物Ｓによりテレビ放送波を良好に受信できない場合に、障害物Ｓを超えた側にある住宅Ｈにおいてテレビ放送波を良好に受信できるように設置される。図１３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を障害物Ｓである山の頂上近傍の放送局５００からの地上デジタル放送波を良好に受信できる場所に設置する。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で受信して地上デジタル放送信号を得る。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通信線路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のが好適とされる。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から通信線路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と同様に障害物Ｓを超えた側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。
本発明の第１実施例の水蒸気量観測システムの構成を示すブロック図を図１に示す。
図１に示す本発明の第１実施例の水蒸気量観測システム１は、ギャップフィラーシステムを利用している。そこで、まず、ギャップフィラーシステムの説明を図１３を参照して行う。図１３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。
図１３に示すギャップフィラーシステム２００は、テレビ放送波を水平面内の全方向に送信する放送局５００と、テレビ放送波を受信する住宅Ｈとがある際に、放送局５００と住宅Ｈとの間にテレビ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がある。このように、住宅Ｈにおいて障害物Ｓによりテレビ放送波を良好に受信できない場合に、障害物Ｓを超えた側にある住宅Ｈにおいてテレビ放送波を良好に受信できるように設置される。図１３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を障害物Ｓである山の頂上近傍の放送局５００からの地上デジタル放送波を良好に受信できる場所に設置する。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で受信して地上デジタル放送信号を得る。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通信線路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のが好適とされる。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から通信線路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と同様に障害物Ｓを超えた側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。
【0019】
図１に示す本発明の第１実施例の水蒸気量観測システム１は、図１３に示すギャップフィラーシステム２００を利用しており、通常は既設されているギャップフィラーシステム２００を放送局ＢＲから見て超えた地点に測定点Ｍを設置した構成とされている。本発明の第１実施例の水蒸気量観測システム１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Ｒｘと、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、放送局ＢＲとギャップフィラー受信局Ｒｘおよびギャップフィラー送信局Ｔｘ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受信する測定点Ｍとを備えている。本発明の第１実施例の水蒸気量観測システム１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播がわずかに遅れる（伝搬距離５ｋｍで１気圧、気温２０℃の湿度が１％上昇すると伝播時間は約１７ピコ秒遅れる）ことを利用して観測している。この場合、本発明の観測システム１では、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伝播遅延を高精度に測定することで、水蒸気量の情報を得ている。
【0020】
図１に示す本発明の第１実施例の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電気信号にされて、送信アンテナ０２から地上デジタル放送信号が再送信される。送信アンテナ０２からは、放送局ＢＲからの地上デジタル放送信号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受信局Ｒｘおよびギャップフィラー送信局Ｔｘとを結ぶ直線の延長線上に設置された測定点Ｍ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受信アンテナ０４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が受信アンテナ０４で受信される。測定点Ｍ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からの再送信波とが複素遅延プロファイルとして観測され、観測された複素遅延プロファイルから送局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が測定される。なお、測定点Ｍは、放送局ＢＲから見てギャップフィラー受信局Ｒｘおよびギャップフィラー送信局Ｔｘを超えたより遠方の位置に設置されるが、山や丘の上などの放送局ＢＲに対する見通しが良い場所に設置されていることから、放送局ＢＲからの地上デジタル放送信号を良好に受信することができる。
【0021】
［水蒸気量の観測］
本発明の第１の実施例の水蒸気量観測システム１における水蒸気量の観測について、図１および図２を参照して説明する。図２は本発明の第１実施例の水蒸気量観測システム１の測定点Ｍで観測される複素遅延プロファイルの例を示す図である。
ここで、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播してギャップフィラー受信局Ｒｘに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転をτＡとし、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播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に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転をτＢとし、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播して測定点Ｍに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転をτＣとし、地上デジタル放送信号がギャップフィラー受信局Ｒｘで受信され、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遅延時間に相当する位相回転をτＧＦ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、測定点Ｍにおける基準信号の位相雑音をφＲとする。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位相回転を受けるようになる。
本発明の第１の実施例の水蒸気量観測システム１における水蒸気量の観測について、図１および図２を参照して説明する。図２は本発明の第１実施例の水蒸気量観測システム１の測定点Ｍで観測される複素遅延プロファイルの例を示す図である。
ここで、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播してギャップフィラー受信局Ｒｘに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転をτＡとし、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播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に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転をτＢとし、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播して測定点Ｍに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転をτＣとし、地上デジタル放送信号がギャップフィラー受信局Ｒｘで受信され、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遅延時間に相当する位相回転をτＧＦ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、測定点Ｍにおける基準信号の位相雑音をφＲとする。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位相回転を受けるようになる。
【0022】
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空間を伝播して測定点Ｍに直達波として到達して複素遅延プロファイルとして観測されるが、その複素遅延プロファイルの遅延時間に相当する位相回転の測定量Ｇ１は、
Ｇ１＝φＴ＋τＡ +τＢ +τＣ+φＲ （１０）
となる。また、放送局ＢＲから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で受信され、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から再送信された地上デジタル放送波が測定点Ｍに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量をＧ２とすると、
Ｇ２＝φＴ＋τＡ +τＧＦ +τＣ+φＲ （１１）
となる。ここで、測定量Ｇ１，Ｇ２は測定点Ｍにおいて複素遅延プロファイルとして測定され、測定された複素遅延プロファイルの一例を図２に示す。
Ｇ１＝φＴ＋τＡ +τＢ +τＣ+φＲ （１０）
となる。また、放送局ＢＲから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で受信され、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から再送信された地上デジタル放送波が測定点Ｍに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量をＧ２とすると、
Ｇ２＝φＴ＋τＡ +τＧＦ +τＣ+φＲ （１１）
となる。ここで、測定量Ｇ１，Ｇ２は測定点Ｍにおいて複素遅延プロファイルとして測定され、測定された複素遅延プロファイルの一例を図２に示す。
【0023】
図２に示す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、横軸により位相回転が遅延時間で示されている。本発明の第１実施例の水蒸気量観測システム１では、測定量Ｇ１と測定量Ｇ２との差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の遅延時間は正確な推定ができるものとする。ここで、測定量Ｇ１と測定量Ｇ２との差の位相回転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、測定点Ｍにおける基準信号の位相雑音φＲとが位相回転Ｈでは取り除かれていることが分かる。上記（１２）式から位相回転τＢを求めると、
τＢ＝τＧＦ－Ｈ （１３）
となる。位相回転Ｈは、例えば図２に示すような２つの複素遅延プロファイル間の位相差（時間差）として求めることができる。そして、複素遅延プロファイルから求めた位相回転Ｈと正確な推定ができるτＧＦの遅延時間とから位相回転τＢを算出し、真空中の電波の速度（２．９９７９２４５８×１０８ｍ／ｓ ）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、測定点Ｍにおける基準信号の位相雑音φＲとが位相回転Ｈでは取り除かれていることが分かる。上記（１２）式から位相回転τＢを求めると、
τＢ＝τＧＦ－Ｈ （１３）
となる。位相回転Ｈは、例えば図２に示すような２つの複素遅延プロファイル間の位相差（時間差）として求めることができる。そして、複素遅延プロファイルから求めた位相回転Ｈと正確な推定ができるτＧＦの遅延時間とから位相回転τＢを算出し、真空中の電波の速度（２．９９７９２４５８×１０８ｍ／ｓ ）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。
【0024】
なお、図８に示す１気圧、気温２０℃の条件での湿度に応じた伝搬遅延時間のグラフを参照することにより、湿度が求められ、求められた湿度から水蒸気量を算出することができる。なお、図８のグラフの横軸は伝播距離［ｋｍ］であり、縦軸は伝搬遅延時間［ｓｅｃ］の軸とされており、湿度を１００％、８０％、６０％、４０％、２０％のそれぞれに設定した際のグラフが示されている。図８に示すグラフでは、電波が伝播するとき５ｋｍの距離では、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に相当することになる。このように水蒸気量による遅延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。第１実施例の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、測定点Ｍにおける基準信号の位相雑音φＲとが取り除かれると共に、τＧＦの遅延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を観測を行うことができる。
なお、測定点Ｍ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、測定点Ｍ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、振幅情報から位相回転を観測するようにしてもよい。
なお、測定点Ｍ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、測定点Ｍ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、振幅情報から位相回転を観測するようにしてもよい。
【0025】
［本発明の第２実施例］
本発明の第２実施例の水蒸気量観測システムの構成を示すブロック図を図３に示す。
図３に示す本発明の第２実施例の水蒸気量観測システム２は、上述した図１３に示すギャップフィラーシステムを利用している。図１３に示すギャップフィラーシステム２００の説明は、上記した通りであるので、ここでは図１３に示すギャップフィラーシステム２００の説明は省略する。
図３に示す本発明の第２実施例の水蒸気量観測システム２は、図１３に示すギャップフィラーシステム２００を利用しており、通常は既設されているギャップフィラーシステム２００に測定点を設置した構成とされている。すなわち、本発明の第２実施例の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から光線路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播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測定点Ｍとを備えている。本発明の第２実施例の水蒸気量観測システム２は、測定点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播がわずかに遅れる（伝搬距離５ｋｍで１気圧、気温２０℃の湿度が１％上昇すると伝播時間は約１７ピコ秒遅れる）ことを利用して観測している。この場合、本発明の観測システム１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播遅延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実施例の水蒸気量観測システムの構成を示すブロック図を図３に示す。
図３に示す本発明の第２実施例の水蒸気量観測システム２は、上述した図１３に示すギャップフィラーシステムを利用している。図１３に示すギャップフィラーシステム２００の説明は、上記した通りであるので、ここでは図１３に示すギャップフィラーシステム２００の説明は省略する。
図３に示す本発明の第２実施例の水蒸気量観測システム２は、図１３に示すギャップフィラーシステム２００を利用しており、通常は既設されているギャップフィラーシステム２００に測定点を設置した構成とされている。すなわち、本発明の第２実施例の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から光線路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播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測定点Ｍとを備えている。本発明の第２実施例の水蒸気量観測システム２は、測定点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播がわずかに遅れる（伝搬距離５ｋｍで１気圧、気温２０℃の湿度が１％上昇すると伝播時間は約１７ピコ秒遅れる）ことを利用して観測している。この場合、本発明の観測システム１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播遅延を高精度に測定することで、水蒸気量の情報を得ている。
【0026】
［ギャップフィラー受信局］
本発明の第２実施例の観測システム２におけるギャップフィラー受信局ＧＲｘの構成を示すブロック図を図５に示す。図５に示す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を増幅ＡＧＣ部１１０において所定のレベル値で出力されるようにゲインを調整しながら増幅している。増幅ＡＧＣ部１１０からの地上デジタル放送信号は局部発振器１１４からの局部発振信号が供給される第１ミキサ１１１により中間周波数に変換され、中間周波信号処理部１１２により所定の信号処理が行われる。中間周波信号処理部１１２から出力される中間周波の信号は局部発振器１１４からの局部発振信号が供給される第２ミキサ１１３により地上デジタル放送信号の周波数帯域に戻される。第２ミキサ１１３から出力される地上デジタル放送信号は、増幅部１１５で所定レベルになるよう増幅されてレーザダイオード（ＬＤ）１１６に供給される。ＬＤ１１６から出力される光信号とされた地上デジタル放送信号は、第１光線路１２に送出されて図３に示すように、ギャップフィラー送信局ＧＴｘに向けて伝送される。
なお、局部発振器１１４の位相雑音φＬは、局部発振器１１４の局部発振信号が第１ミキサ１１１および第２ミキサ１１３に供給されていることから、局部発振器１１４の位相雑音φＬは相殺されるようになる。このため、ギャップフィラー受信局ＧＲｘにおいては、位相雑音φＬは発生していないことになる。
本発明の第２実施例の観測システム２におけるギャップフィラー受信局ＧＲｘの構成を示すブロック図を図５に示す。図５に示す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を増幅ＡＧＣ部１１０において所定のレベル値で出力されるようにゲインを調整しながら増幅している。増幅ＡＧＣ部１１０からの地上デジタル放送信号は局部発振器１１４からの局部発振信号が供給される第１ミキサ１１１により中間周波数に変換され、中間周波信号処理部１１２により所定の信号処理が行われる。中間周波信号処理部１１２から出力される中間周波の信号は局部発振器１１４からの局部発振信号が供給される第２ミキサ１１３により地上デジタル放送信号の周波数帯域に戻される。第２ミキサ１１３から出力される地上デジタル放送信号は、増幅部１１５で所定レベルになるよう増幅されてレーザダイオード（ＬＤ）１１６に供給される。ＬＤ１１６から出力される光信号とされた地上デジタル放送信号は、第１光線路１２に送出されて図３に示すように、ギャップフィラー送信局ＧＴｘに向けて伝送される。
なお、局部発振器１１４の位相雑音φＬは、局部発振器１１４の局部発振信号が第１ミキサ１１１および第２ミキサ１１３に供給されていることから、局部発振器１１４の位相雑音φＬは相殺されるようになる。このため、ギャップフィラー受信局ＧＲｘにおいては、位相雑音φＬは発生していないことになる。
【0027】
［ギャップフィラー送信局］
本発明の第２実施例の観測システム２におけるギャップフィラー送信局ＧＴｘの構成を示すブロック図を図６に示す。図６に示す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、カプラ１３０により２分配され、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に送出されて測定点Ｍに伝送される。カプラ１３０で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（ＰＤ）１３１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機１３２に供給され、送信機１３２において所定レベルになるよう増幅されて出力される。送信機１３２から出力された地上デジタル放送信号は、分配器１３３で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。この場合、第１送信アンテナ３１と第２送信アンテナ３２の指向性は、複数の住宅Ｈが集まっているそれぞれの地域に向けられており、第１送信アンテナ３１および第２送信アンテナ３２から再送信された地上デジタル放送波は、複数の地域の住宅Ｈにより良好に受信できるようになる。
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。
また、送信機１３２において中間周波信号処理部が設けられている場合であっても位相雑音は発生しないようになる。それは、地上デジタル放送信号を中間周波信号に変換する構成と、中間周波信号を地上デジタル放送信号に周波数帯域に戻す構成として図５に示すギャップフィラー受信局ＧＲｘの構成と同じ構成が採用されるからである。
本発明の第２実施例の観測システム２におけるギャップフィラー送信局ＧＴｘの構成を示すブロック図を図６に示す。図６に示す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、カプラ１３０により２分配され、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に送出されて測定点Ｍに伝送される。カプラ１３０で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（ＰＤ）１３１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機１３２に供給され、送信機１３２において所定レベルになるよう増幅されて出力される。送信機１３２から出力された地上デジタル放送信号は、分配器１３３で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。この場合、第１送信アンテナ３１と第２送信アンテナ３２の指向性は、複数の住宅Ｈが集まっているそれぞれの地域に向けられており、第１送信アンテナ３１および第２送信アンテナ３２から再送信された地上デジタル放送波は、複数の地域の住宅Ｈにより良好に受信できるようになる。
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。
また、送信機１３２において中間周波信号処理部が設けられている場合であっても位相雑音は発生しないようになる。それは、地上デジタル放送信号を中間周波信号に変換する構成と、中間周波信号を地上デジタル放送信号に周波数帯域に戻す構成として図５に示すギャップフィラー受信局ＧＲｘの構成と同じ構成が採用されるからである。
【0028】
［本発明の第２実施例の水蒸気量観測システムにおける特徴的な構成］
次に、本発明の第２実施例の水蒸気量観測システム２における特徴的な構成を示すブロック図を図７に示す。
図７に示すように、観測装置２０には、第１アンテナ２１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Ｍ２’とが入力されて、地上デジタル放送信号Ｍ１’の位相の測定量Ｍ１と、地上デジタル放送信号Ｍ２’の位相の測定量Ｍ２とが測定されている。さらに観測装置２０には、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、ＰＤ２４により電気信号とされる。観測装置２０では、地上デジタル放送信号Ｒ２’の位相の測定量Ｒ２も測定されている。この場合、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’とが合成器２３に入力されており、合成器２３において合成されて複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５に出力されている。複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５において、地上デジタル放送信号Ｍ１’，Ｍ２’，Ｒ２’は、複素遅延プロファイルとして表示され、この複素遅延プロファイルから測定量Ｍ１と測定量Ｍ２と測定量Ｒ２とが測定されて、測定量Ｍ２と測定量Ｍ１との位相差および測定量Ｒ２と測定量Ｍ１との位相差が測定される。複素遅延プロファイルの一例を後述する図４に示す。図４に示す複素遅延プロファイルでは、測定量Ｍ１と測定量Ｍ２と測定量Ｒ２との複素遅延プロファイルとされていることが分かる。
なお、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においてカプラ１３０で分配された光信号とされている地上デジタル放送信号が、第２光線路１３を介して観測装置２０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。
次に、本発明の第２実施例の水蒸気量観測システム２における特徴的な構成を示すブロック図を図７に示す。
図７に示すように、観測装置２０には、第１アンテナ２１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Ｍ２’とが入力されて、地上デジタル放送信号Ｍ１’の位相の測定量Ｍ１と、地上デジタル放送信号Ｍ２’の位相の測定量Ｍ２とが測定されている。さらに観測装置２０には、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、ＰＤ２４により電気信号とされる。観測装置２０では、地上デジタル放送信号Ｒ２’の位相の測定量Ｒ２も測定されている。この場合、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’とが合成器２３に入力されており、合成器２３において合成されて複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５に出力されている。複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５において、地上デジタル放送信号Ｍ１’，Ｍ２’，Ｒ２’は、複素遅延プロファイルとして表示され、この複素遅延プロファイルから測定量Ｍ１と測定量Ｍ２と測定量Ｒ２とが測定されて、測定量Ｍ２と測定量Ｍ１との位相差および測定量Ｒ２と測定量Ｍ１との位相差が測定される。複素遅延プロファイルの一例を後述する図４に示す。図４に示す複素遅延プロファイルでは、測定量Ｍ１と測定量Ｍ２と測定量Ｒ２との複素遅延プロファイルとされていることが分かる。
なお、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においてカプラ１３０で分配された光信号とされている地上デジタル放送信号が、第２光線路１３を介して観測装置２０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。
【0029】
［水蒸気量の観測］
本発明の第２実施例の観測システム２における水蒸気量の観測について、図３ないし図７を参照して説明する。
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および測定点Ｍに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転を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測定点Ｍに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転を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に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転を（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に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転を（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、測定点Ｍにおける観測装置２０の複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５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遅延時間（位相回転）は等しくなるが、その位相回転を（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に相当する位相回転をτｃとおいている。すなわち、温度に応じて遅延時間（位相回転）が変化することになるので、固定の位相回転τｂと温度に応じて変化する位相回転τｃの和により、第１光線路１２および第２光線路１３の位相回転を表すようにしているからである。
本発明の第２実施例の観測システム２における水蒸気量の観測について、図３ないし図７を参照して説明する。
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および測定点Ｍに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転を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測定点Ｍに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転を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に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転を（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に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転を（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、測定点Ｍにおける観測装置２０の複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５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遅延時間（位相回転）は等しくなるが、その位相回転を（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に相当する位相回転をτｃとおいている。すなわち、温度に応じて遅延時間（位相回転）が変化することになるので、固定の位相回転τｂと温度に応じて変化する位相回転τｃの和により、第１光線路１２および第２光線路１３の位相回転を表すようにしているからである。
【0030】
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測定点Ｍに到達して複素遅延プロファイルが観測されるまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量Ｍ１は、
Ｍ１＝τ１＋φＴ＋φＭ （１４）
となる。また、測定点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に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量をＲ１とすると、
Ｒ１＝τ１＋τｂ＋τｃ＋φＴ （１５）
となる。ただし、測定量Ｒ１は説明のための測定量とされており、ギャップフィラー送信局ＧＴｘにおいて実際に測定量Ｒ１を測定することは行われていない。なお、ギャップフィラー受信局ＧＲｘにおいては、前述したように受信部１０の位相雑音φＬは相殺されている。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測定点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測定点Ｍに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量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測定点Ｍに到達して複素遅延プロファイルが観測されるまでの遅延時間に相当する位相回転の位相の測定量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、測定量Ｍ１，Ｍ２，Ｒ２は観測装置２０における複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５において複素遅延プロファイルとして測定され、測定された複素遅延プロファイルの一例を図４に示す。
Ｍ１＝τ１＋φＴ＋φＭ （１４）
となる。また、測定点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に到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量をＲ１とすると、
Ｒ１＝τ１＋τｂ＋τｃ＋φＴ （１５）
となる。ただし、測定量Ｒ１は説明のための測定量とされており、ギャップフィラー送信局ＧＴｘにおいて実際に測定量Ｒ１を測定することは行われていない。なお、ギャップフィラー受信局ＧＲｘにおいては、前述したように受信部１０の位相雑音φＬは相殺されている。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測定点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測定点Ｍに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転の測定量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測定点Ｍに到達して複素遅延プロファイルが観測されるまでの遅延時間に相当する位相回転の位相の測定量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、測定量Ｍ１，Ｍ２，Ｒ２は観測装置２０における複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５において複素遅延プロファイルとして測定され、測定された複素遅延プロファイルの一例を図４に示す。
【0031】
図４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、横軸により位相回転が遅延時間で示されている。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から再送信されて測定点Ｍに到達して複素遅延プロファイルが観測されるまでの遅延時間に相当する位相回転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、観測装置２０の位相雑音φＭとが位相回転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測定点Ｍに到達して複素遅延プロファイルが観測されるまでの遅延時間に相当する位相回転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、観測装置２０の位相雑音φＭとが位相回転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遅延時間に相当する位相回転であるから、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との間の光線路の片道の遅延時間に相当する位相回転は（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測定点Ｍに到達して複素遅延プロファイルが観測されるまでの遅延時間に相当する位相回転は（Ｄ１－Ｄ２／２）で求められるから、
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測定点Ｍに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転が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。複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５において位相回転Ｄ１，Ｄ２の値を図４に示す複素遅延プロファイルから求めることで、位相回転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、観測装置２０の位相雑音φＭとが位相回転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測定点Ｍに到達して複素遅延プロファイルが観測されるまでの遅延時間に相当する位相回転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、観測装置２０の位相雑音φＭとが位相回転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遅延時間に相当する位相回転であるから、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との間の光線路の片道の遅延時間に相当する位相回転は（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測定点Ｍに到達して複素遅延プロファイルが観測されるまでの遅延時間に相当する位相回転は（Ｄ１－Ｄ２／２）で求められるから、
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測定点Ｍに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転が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。複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５において位相回転Ｄ１，Ｄ２の値を図４に示す複素遅延プロファイルから求めることで、位相回転τａを（２０）式から算出することができる。
【0032】
上記したように、本発明にかかる水蒸気量観測システム２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と測定点Ｍとの位相雑音を取り除くことができる。本発明にかかる水蒸気量観測システム２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測定点Ｍに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転τａと、真空中の電波の速度（２．９９７９２４５８×１０８ｍ／ｓ ）に基づいて地上デジタル放送波がギャップフィラー送信局ＧＴｘから測定点Ｍに到達するまでの遅延時間に相当する位相回転との差により、測定点Ｍとギャップフィラー送信局ＧＴｘとの間の伝搬遅延時間を求めることができ、求めた伝搬遅延時間に基づいて、ギャップフィラー送信局ＧＴｘと測定点Ｍ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、図８に示す１気圧、気温２０℃の条件での湿度に応じた伝搬遅延時間のグラフを参照することにより、湿度が求められ、求められた湿度から水蒸気量を算出することができる。なお、図８のグラフの横軸は伝播距離［ｋｍ］であり、縦軸は伝搬遅延時間［ｓｅｃ］の軸とされており、湿度を１００％、８０％、６０％、４０％、２０％のそれぞれに設定した際のグラフが示されている。図８に示すグラフでは、電波が伝播するとき５ｋｍの距離では、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に相当することになる。このように水蒸気量による遅延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。
なお、測定点Ｍ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、測定点Ｍ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、振幅情報から位相回転を観測するようにしてもよい。
この場合、図８に示す１気圧、気温２０℃の条件での湿度に応じた伝搬遅延時間のグラフを参照することにより、湿度が求められ、求められた湿度から水蒸気量を算出することができる。なお、図８のグラフの横軸は伝播距離［ｋｍ］であり、縦軸は伝搬遅延時間［ｓｅｃ］の軸とされており、湿度を１００％、８０％、６０％、４０％、２０％のそれぞれに設定した際のグラフが示されている。図８に示すグラフでは、電波が伝播するとき５ｋｍの距離では、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に相当することになる。このように水蒸気量による遅延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。
なお、測定点Ｍ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、測定点Ｍ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、振幅情報から位相回転を観測するようにしてもよい。
【0033】
［本発明にかかる水蒸気量観測システムの変形例］
ここで、実際に測定された複素遅延プロファイルの一例を図９に示す。図９に示す複素遅延プロファイルでは、１つの反射波（マルチパス）が観測されている。この場合、図９に示す複素遅延プロファイルが観測装置２０の複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５で測定された場合は、反射波が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の測定量Ｍ２に相当する。しかし、図９に示す複素遅延プロファイルでは測定量Ｍ２のレベルが低すぎて、複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５において高精度に伝搬遅延時間を計測することが困難になる場合がある。
そこで、複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５において高精度に伝搬遅延時間を計測する手段を図１０（ａ）（ｂ）に示す。図１０（ａ）に示す手段では、測定点Ｍのアンテナを観測装置アンテナ２６Ａとする。観測装置アンテナ２６Ａは、複数本の反射素子を備える反射器と、複数本の導波器とを備える高利得の八木アンテナとされ再送信波ＲＴが到来する方向に高い指向性を有し、放送局ＢＲから直達波が到来する方向に低い指向性を有するよう設置されている。これにより、再送信波ＲＴの受信レベルが高くなり、複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５で測定された複素遅延プロファイルを図１１に示す再送信波ＲＴのレベルが高い複素遅延プロファイルとすることができる。すなわち、複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５において高精度に伝搬遅延時間を計測することができるようになる。
ここで、実際に測定された複素遅延プロファイルの一例を図９に示す。図９に示す複素遅延プロファイルでは、１つの反射波（マルチパス）が観測されている。この場合、図９に示す複素遅延プロファイルが観測装置２０の複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５で測定された場合は、反射波が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の測定量Ｍ２に相当する。しかし、図９に示す複素遅延プロファイルでは測定量Ｍ２のレベルが低すぎて、複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５において高精度に伝搬遅延時間を計測することが困難になる場合がある。
そこで、複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５において高精度に伝搬遅延時間を計測する手段を図１０（ａ）（ｂ）に示す。図１０（ａ）に示す手段では、測定点Ｍのアンテナを観測装置アンテナ２６Ａとする。観測装置アンテナ２６Ａは、複数本の反射素子を備える反射器と、複数本の導波器とを備える高利得の八木アンテナとされ再送信波ＲＴが到来する方向に高い指向性を有し、放送局ＢＲから直達波が到来する方向に低い指向性を有するよう設置されている。これにより、再送信波ＲＴの受信レベルが高くなり、複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５で測定された複素遅延プロファイルを図１１に示す再送信波ＲＴのレベルが高い複素遅延プロファイルとすることができる。すなわち、複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５において高精度に伝搬遅延時間を計測することができるようになる。
【0034】
また、図１０（ｂ）に示す手段では、測定点Ｍのアンテナを観測装置アンテナ２６Ｂとする。観測装置アンテナ２６Ｂは、複数本の反射素子を備える反射器と、複数本の導波器とを備える２本の八木アンテナを備え、一方の八木アンテナが図３，図７に示す第１アンテナ２１とされ放送局ＢＲから直達波が到来する方向に高い指向性を有し、他方の八木アンテナが図３，図７に示す第２アンテナ２２とされ再送信波ＲＴが到来する方向に高い指向性を有するよう設置されている。第１アンテナ２１で受信された直達波ＤＴは、増幅器（ＡＭＰ）２７で増幅されると共に減衰抵抗Ｒｅ１でレベル調整されて合成器２３に供給される。また、第２アンテナ２２で受信された再送信波ＲＴは、増幅器（ＡＭＰ）２８で増幅されると共に減衰抵抗Ｒｅ２でレベル調整されて合成器２３に供給される。減衰抵抗Ｒｅ１からの出力と減衰抵抗Ｒｅ２の出力とは、合成器２９で合成されて出力される。これにより、合成器２９から出力される直達波ＤＴと再送信波ＲＴとの受信レベルの調整を行うことができ、複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５で測定された複素遅延プロファイルを図１１に示す再送信波ＲＴのレベルが高い複素遅延プロファイルとすることができる。すなわち、複素遅延プロファイル測定・位相差計測部２５において高精度に伝搬遅延時間を計測することができるようになる。
【0035】
［本発明にかかる水蒸気量観測システムにおけるギャップフィラー送信局の配置］
次に、本発明にかかる水蒸気量観測システム２における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との配置位置を図１２に示す俯瞰図を参照して説明する。図１２は上空から見た俯瞰図とされている。
結論を述べると、本発明にかかる水蒸気量観測システム２では、放送局ＢＲと測定点Ｍおよびギャップフィラー受信局ＧＲｘとを結ぶ一直線上にギャップフィラー送信局ＧＴｘを配置する必要はなく、ギャップフィラー送信局ＧＴｘは複数の住宅Ｈに地上デジタル放送波を再送信できれば任意の位置に配置することができる。一直線上に配置しなくてもよい理由を図１２を参照して説明する。図１２に示すように、ギャップフィラー送信局ＧＴｘは、放送局ＢＲから測定点Ｍおよびギャップフィラー受信局ＧＲｘとを結ぶ一直線上に配置されていない。これは、放送局ＢＲとギャップフィラー受信局ＧＲｘとを結ぶ一直線上に障害物Ｓが存在しており、ギャップフィラー送信局ＧＴｘは上記一直線上に配置できないからである。そして、図１２に示すようにギャップフィラー送信局ＧＴｘが配置されていても、測定点Ｍおよび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との間に敷設された光線路１２，１３により地上デジタル放送信号が伝送されることから、図１２に示す場合も上記（１５）式ないし（２０）式が成立するようになる。すなわち、図１２に示すようにギャップフィラー送信局ＧＴｘが配置されていても、測定点Ｍとギャップフィラー送信局ＧＴｘとの間の距離Ｎ２を伝搬する遅延時間に相当する位相回転はτａで表されるようになる。従って、図１２に示すようにギャップフィラー送信局ＧＴｘが配置されていても、伝搬遅延時間に誤差は生じないようになる。
次に、本発明にかかる水蒸気量観測システム２における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との配置位置を図１２に示す俯瞰図を参照して説明する。図１２は上空から見た俯瞰図とされている。
結論を述べると、本発明にかかる水蒸気量観測システム２では、放送局ＢＲと測定点Ｍおよびギャップフィラー受信局ＧＲｘとを結ぶ一直線上にギャップフィラー送信局ＧＴｘを配置する必要はなく、ギャップフィラー送信局ＧＴｘは複数の住宅Ｈに地上デジタル放送波を再送信できれば任意の位置に配置することができる。一直線上に配置しなくてもよい理由を図１２を参照して説明する。図１２に示すように、ギャップフィラー送信局ＧＴｘは、放送局ＢＲから測定点Ｍおよびギャップフィラー受信局ＧＲｘとを結ぶ一直線上に配置されていない。これは、放送局ＢＲとギャップフィラー受信局ＧＲｘとを結ぶ一直線上に障害物Ｓが存在しており、ギャップフィラー送信局ＧＴｘは上記一直線上に配置できないからである。そして、図１２に示すようにギャップフィラー送信局ＧＴｘが配置されていても、測定点Ｍおよび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との間に敷設された光線路１２，１３により地上デジタル放送信号が伝送されることから、図１２に示す場合も上記（１５）式ないし（２０）式が成立するようになる。すなわち、図１２に示すようにギャップフィラー送信局ＧＴｘが配置されていても、測定点Ｍとギャップフィラー送信局ＧＴｘとの間の距離Ｎ２を伝搬する遅延時間に相当する位相回転はτａで表されるようになる。従って、図１２に示すようにギャップフィラー送信局ＧＴｘが配置されていても、伝搬遅延時間に誤差は生じないようになる。
【産業上の利用可能性】
【0036】
以上説明した本発明にかかる水蒸気量観測システムにおいて、測定点は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に設置することができる。また、ギャップフィラー受信局と測定点とを同じ地点に設置することができる。この場合、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測定点を構成するアンテナおよび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測定点とを一つにすることができる。
以上説明した本発明にかかる水蒸気量観測システムは、放送局からの地上デジタル放送波と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、アンテナおよび観測装置を備える測定点を設置するだけで、ギャップフィラー送信局とギャップフィラー受信局あるいは測定点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、測定点は１つだけでよく、２つの測定点を必要としないと共に、２つの測定点における同期をとる必要がなくなる。また、反射体を必要としないと共に、ギャップフィラー受信局と同じ地点に設置する場合は放送局と測定点とを結ぶ一直線上にすべての機器を配置する必要がなくなる。また、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に測定点を設置する場合であっても、該延長線上に測定点Ｍを設けないことに基づく補正を行える場合は該延長線上に測定点Ｍを設ける必要はない。
さらに、本発明にかかる水蒸気量観測システムでは、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測定点とを結ぶ第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観測システムでは、測定誤差となる送信局および測定点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、測定点Ｍ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と説明したが、測定点Ｍ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、振幅情報から位相回転を観測す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観測システムは、放送局からの地上デジタル放送波と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、アンテナおよび観測装置を備える測定点を設置するだけで、ギャップフィラー送信局とギャップフィラー受信局あるいは測定点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、測定点は１つだけでよく、２つの測定点を必要としないと共に、２つの測定点における同期をとる必要がなくなる。また、反射体を必要としないと共に、ギャップフィラー受信局と同じ地点に設置する場合は放送局と測定点とを結ぶ一直線上にすべての機器を配置する必要がなくなる。また、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に測定点を設置する場合であっても、該延長線上に測定点Ｍを設けないことに基づく補正を行える場合は該延長線上に測定点Ｍを設ける必要はない。
さらに、本発明にかかる水蒸気量観測システムでは、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測定点とを結ぶ第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観測システムでは、測定誤差となる送信局および測定点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、測定点Ｍ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と説明したが、測定点Ｍ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、振幅情報から位相回転を観測するようにしてもよい。
【符号の説明】
【0037】
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、０４ 受信アンテナ、１０ 受信部、１１ アンテナ、１２ 第１光線路、１３ 第２光線路、２０ 観測装置、２１ 第１アンテナ、２２ 第２アンテナ、２３ 合成器、２５ 複素遅延プロファイル測定・位相差計測部、２６Ａ 観測装置アンテナ、２６Ｂ 観測装置アンテナ、２７ 増幅器、２８ 増幅器、２９ 合成器、３０ 送信部、３１ 第１送信アンテナ、３２ 第２送信アンテナ、１１０ 増幅ＡＧＣ部、１１１ 第１ミキサ、１１２ 中間周波信号処理部、１１３ 第２ミキサ、１１４ 局部発振器、１１５ 増幅部、１１６ レーザダイオード、１３０ カプラ、１３１ フォトダイオード、１３２ 送信機、１３３ 分配器、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 第１送信アンテナ、５３２ 第２送信アンテナ、５３３ 分配器、ＢＲ 放送局、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、Ｍ 測定点、Ｒｅ１ 減衰抵抗、Ｒｅ２ 減衰抵抗、Ｒｘ ギャップフィラー受信局、Ｓ 障害物、Ｔ 通信線路、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】