特許 7105722 電波式流速計

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-07-14

(45)【発行日】2022-07-25

(54)【発明の名称】電波式流速計

(51)【国際特許分類】

   G01S 13/58 20060101AFI20220715BHJP

   G01P 5/24 20060101ALI20220715BHJP

【ＦＩ】

G01S13/58 210

G01P5/24 A

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2019076462

(22)【出願日】2019-04-12

(65)【公開番号】P2019184613

(43)【公開日】2019-10-24

【審査請求日】2021-01-29

(31)【優先権主張番号】P 2018078653

(32)【優先日】2018-04-16

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000232357

【氏名又は名称】株式会社ＹＤＫテクノロジーズ

(74)【代理人】

【識別番号】100106909

【弁理士】

【氏名又は名称】棚井 澄雄

(74)【代理人】

【識別番号】100146835

【弁理士】

【氏名又は名称】佐伯 義文

(74)【代理人】

【識別番号】100167553

【弁理士】

【氏名又は名称】高橋 久典

(74)【代理人】

【識別番号】100181124

【弁理士】

【氏名又は名称】沖田 壮男

(72)【発明者】

【氏名】墳原 学

(72)【発明者】

【氏名】阿部 勇介

【審査官】九鬼 一慶

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１８９０７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０００－１１１３７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１５－０７２１８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｓ ７／００ － ７／４２

Ｇ０１Ｓ １３／００ －１３／９５

Ｇ０１Ｐ ５／２４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

観測対象の計測点に送信波を照射し、該送信波が前記計測点で反射して発生する反射波に基づいて計測信号を取得し、該計測信号に含まれるドップラー信号に基づいて前記計測点の流速を計測する電波式流速計であって、
前記計測信号のスペクトラムにピーク部が複数含まれていた場合に、複数の前記ピーク部の属性値を評価することによって前記ドップラー信号に相当する計測ピーク部を認定し、
前記スペクトラムに周波数軸上で隣り合う２つの前記ピーク部が存在する場合において、周波数の低い前記ピーク部の前記属性値である半値幅が規定の半値幅範囲に含まれており、かつ、周波数の高い前記ピーク部が周波数の低い前記ピーク部よりも前記属性値である半値幅が大きかった場合は、周波数の低い前記ピーク部を前記ドップラー信号に相当する計測ピーク部と認定することを特徴とする電波式流速計。

【請求項2】

前記スペクトラムに周波数軸上で隣り合う２つの前記ピーク部が存在する場合において、周波数の高い前記ピーク部の前記属性値である半値幅が規定の半値幅範囲に含まれており、かつ、周波数の低い前記ピーク部が周波数の高い前記ピーク部よりも前記属性値である半値幅が小さかった場合には、周波数の高い前記ピーク部を前記ドップラー信号に相当する計測ピーク部と認定することを特徴とする請求項１に記載の電波式流速計。

【請求項3】

観測対象の計測点に送信波を照射し、該送信波が前記計測点で反射して発生する反射波に基づいて計測信号を取得し、該計測信号に含まれるドップラー信号に基づいて前記計測点の流速を計測する電波式流速計であって、
前記計測信号のスペクトラムにピーク部が複数含まれていた場合に、複数の前記ピーク部の属性値を評価することによって前記ドップラー信号に相当する計測ピーク部を認定し、
前記属性値は、ピーク電力ＥＰの周波数変動幅Δｆ _Ｐ 、前記ピーク電力Ｅ _Ｐ の電力変動幅ΔＥ _Ｐ 、前記ピーク電力Ｅ _Ｐ から第１の減衰量ｄ _１ だけ低下した低域側周波数ｆ _１ 及び低域側周波数ｆ _２ との周波数差ｆ _Ｔ１ 及び当該周波数差ｆ _Ｔ１ の変動幅Δｆ _Ｔ１ を少なくとも含むことを特徴とする電波式流速計。

【請求項4】

前記計測信号に強度ピークが存在した場合、前記強度ピークを除外した期間の前記計測信号に基づいて前記計測点の流速を計測することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の電波式流速計。

【請求項5】

前記流速が所定のしきい値を越える場合に前記強度ピークの除外処理を行うことを特徴とする請求項４に記載の電波式流速計。

【請求項6】

振動センサを備え、
当該振動センサが規定値以上の振動を検出している期間を除外した期間の前記計測信号に基づいて前記計測点の流速を計測することを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の電波式流速計。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電波式流速計に関する。

【背景技術】

【0002】

下記特許文献１には、河川に架かる橋等に設けられ、川面に放射した送信波の反射波を検出することにより河川の流速を計測する電波式流速計が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１６－１１４３５９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上記従来技術では、流速計測時の外乱を十分に考慮していない。すなわち、電波式流速計で河川の流速を計測する場合、例えば送信波及び反射波の伝搬路に侵入してくる雨等の異物が外乱となる。電波式流速計で計測精度を向上させるためには、このような外乱の影響を抑制あるいは排除する必要がある。

【0005】

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、外乱の影響を抑制あるいは排除することにより計測精度を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するために、本発明では、電波式流速計に係る第１の解決手段として、観測対象の計測点に送信波を照射し、該送信波が前記計測点で反射して発生する反射波に基づいて計測信号を取得し、該計測信号に含まれるドップラー信号に基づいて前記計測点の流速を計測する電波式流速計であって、前記計測信号のスペクトラムにピーク部が複数含まれていた場合に、複数の前記ピーク部の属性値を評価することによって前記ドップラー信号に相当する計測ピーク部を認定する、という手段を採用する。

【0007】

電波式流速計に係る第２の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記スペクトラムに周波数軸上で隣り合う２つの前記ピーク部が存在する場合において、周波数の低い前記ピーク部の前記属性値である半値幅が規定の半値幅範囲に含まれており、かつ、周波数の高い前記ピーク部が周波数の低い前記ピーク部よりも前記属性値である半値幅が大きかった場合は、周波数の低い前記ピーク部を前記ドップラー信号に相当する計測ピーク部と認定する、という手段を採用する。

【0008】

電波式流速計に係る第３の解決手段として、上記第１または第２の解決手段において、前記スペクトラムに周波数軸上で隣り合う２つの前記ピーク部が存在する場合において、周波数の高い前記ピーク部の前記属性値である半値幅が規定の半値幅範囲に含まれており、かつ、周波数の低い前記ピーク部が周波数の高い前記ピーク部よりも前記属性値である半値幅が小さかった場合には、周波数の高い前記ピーク部を前記ドップラー信号に相当する計測ピーク部と認定する、という手段を採用する。

【0009】

電波式流速計に係る第４の解決手段として、上記第１の解決手段において、前記属性値は、ピーク電力Ｅ_Ｐの周波数変動幅Δｆ_Ｐ、前記ピーク電力Ｅ_Ｐの電力変動幅ΔＥ_Ｐ、前記ピーク電力Ｅ_Ｐから第１の減衰量ｄ_１だけ低下した低域側周波数ｆ_１及び低域側周波数ｆ_２との周波数差ｆ_Ｔ１及び当該周波数差ｆ_Ｔ１の変動幅Δｆ_Ｔ１を少なくとも含む、という手段を採用する。

【0010】

電波式流速計に係る第５の解決手段として、上記第１～第４のいずれかの解決手段において、前記計測信号に強度ピークが存在した場合、前記強度ピークを除外した期間の前記計測信号に基づいて前記計測点の流速を計測する、という手段を採用する。

【0011】

電波式流速計に係る第６の解決手段として、上記第５の解決手段において、前記流速が所定のしきい値を越える場合に前記強度ピークの除外処理を行う、という手段を採用する。

【0012】

電波式流速計に係る第７の解決手段として、上記第１～第４のいずれかの解決手段において、振動センサを備え、当該振動センサが規定値以上の振動を検出している期間を除外した期間の前記計測信号に基づいて前記計測点の流速を計測する、という手段を採用する。

【発明の効果】

【0013】

本発明によれば、外乱の影響を抑制あるいは排除することにより計測精度を向上させることが可能である。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明の第１、第２実施形態に係る電波式流速計Ａの構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の第１、第２一実施形態に係る電波式流速計Ａの水平面における設置状態を示す模式図である。

【図3】本発明の第１実施形態に係る電波式流速計Ａの動作を示すフローチャートである。

【図4】本発明の第１実施形態に係る電波式流速計Ａの計測信号の時間変化（ａ）、第１のスペクトラム（ｂ）及び第２のスペクトラム（ｃ）を示す特性図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る電波式流速計Ａ’の動作を示すフローチャートである。

【図6】本発明の第２実施形態における計測信号のスペクトラムを示す特性図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
〔第１実施形態〕
最初に、本発明の第１実施形態について説明する。
本第１実施形態に係る電波式流速計Ａは、図１及び図２に示すように、河川等の観測対象Ｋの計測点Ｐから得られる反射波のドップラー周波数ｆ_ｄに基づいて観測対象Ｋの流速Ｖを計測する装置である。ドップラー周波数ｆ_ｄに基づく流速Ｖの計測方式としてＣＷドップラ方式、多周波ＣＷ方式、ＦＭ-ＣＷ方式が知られているが、この電波式流速計Ａは、ＣＷドップラ方式を採用するものである。

【0016】

この電波式流速計Ａは、図１に示すように、観測対象Ｋ（水面）から所定距離だけ離れた場所に設置されており、観測対象Ｋの計測点Ｐに対して所定の仰角θとなるように送信波（電波）を照射し、当該送信波が観測対象Ｋで反射して発生する反射波を受信する。すなわち、電波式流速計Ａは、橋梁等の構造物Ｂに取り付けられることにより、観測対象Ｋ（水面）に対して斜め上方から送信波を照射する。

【0017】

また、電波式流速計Ａは、図２に示すように、観測対象Ｋ（水面）における水の流れ方向Ｆに対して上流側に向けて送信波を放射する。すなわち、電波式流速計Ａは、計測点Ｐの下流側に設けられた構造物Ｂ上に固定設置されており、構造物Ｂよりも上流側に設定された計測点Ｐに向けて送信波を放射することにより反射波を取得する。なお、送信波の放射方向については、観測対象Ｋ（水面）の下流側に向けて放射してもよい。

【0018】

なお、図２では水平面内における水の流れ方向Ｆと送信波の放射方向とが平行になる計測点Ｐを示しているが、観測対象Ｋ（水面）には、計測点Ｐ以外にも複数の計測点が予め設定されている。

【0019】

上記構造物Ｂに何らかの振動が作用した場合、電波式流速計Ａも振動することになる。この振動の原因としては、風や地震、また水の流れ等が考えられるが、例えば構造物Ｂが橋梁であった場合には橋梁状を通過する車両が考えられる。車両の通過による振動は、比較的短い期間に亘る一過性の振動として電波式流速計Ａに作用する。

【0020】

また、構造物Ｂが橋梁の場合、電波式流速計Ａには橋梁の構造等に起因して所定周波数かつ連続的な振動が作用する。このような連続的な振動は、周囲環境の変化に強度が変動する。なお、電波式流速計Ａに作用する振動は、橋梁に対する取り付け位置に応じても変化する。すなわち、電波式流速計Ａを橋梁の本体に固定した場合と電波式流速計Ａを橋梁の欄干に固定した場合とでは、電波式流速計Ａに作用する振動は異なる形態となる。

【0021】

さて、このような電波式流速計Ａは、図１に示すように、アンテナ１、送受信回路２、振動センサ３、信号処理部４、表示部５、通信部６及び記録部７を備えている。アンテナ１は、例えばパラボラアンテナであり、送受信回路２から入力される所定周波数の送信信号に基づいて送信波を観測対象Ｋに向けて放射する一方、反射波を受信して反射信号として送受信回路２に出力する。

【0022】

上記送信波は、空中を伝搬路Ｄとして観測対象Ｋ（水面）に照射され、この観測対象Ｋ（水面）で反射された送信波の一部が反射波となる。なお、この送信波は、例えばマイクロ波である。また、上記反射波は、送信波の周波数（波長）が観測対象Ｋ（水面）における水の流速によってドップラーシフトした周波数成分（ドップラー周波数ｆ_ｄ）を持つドップラー信号を含む電波である。

【0023】

また、上記送信波は、アンテナ１と観測対象Ｋ（水面）との間の伝搬路Ｄに存在する異物の影響を受ける。また、上記反射波は、上記ドップラー信号を含むだけではなく、異物に起因するノイズ信号を含む。すなわち、伝搬路Ｄの異物は、反射波のドップラーシフトつまりドップラー信号が含む観測対象Ｋ（水面）の流速Ｖに起因するドップラー周波数ｆ_ｄに対して外乱として作用する。このような異物の典型的なものは雨、つまり伝搬路Ｄに侵入する虞のある水滴である。この雨の通過方向（落下方向）は、鉛直方向（重力方向）とは限らず、風等の影響により不規則に変化するものであり、よって送信波及び反射波の進行方向に対して絶えず変動し得るものである。

【0024】

送受信回路２は、送信信号を発生する発振器、送信信号を分波するサーキュレータ及び送信信号と反射信号とをミキシングして差分信号を生成するミキサ等から構成されており、上記送信信号をアンテナ１に供給すると共に上記反射信号と送信信号との差分信号を取り出し、当該差分信号を計測信号として信号処理部４に出力する。

【0025】

振動センサ３は、上述した振動を検出し、当該振動を示す振動信号を信号処理部４に出力する。この振動センサ３は、例えば所定の感応軸を有する加速度センサである。

【0026】

信号処理部４は、予め記憶された流速計測プログラムに基づいて上記計測信号及び振動信号に所定のデジタル信号処理を施すことにより観測対象Ｋ（水面）の流速Ｖを演算する。すなわち、この信号処理部４は、アナログ信号である計測信号及び振動信号をデジタル信号（計測データ及び振動データ）に変換するＡ/Ｄ変換器、流速計測プログラム等を記憶する不揮発性メモリ、流速Ｖを演算する演算回路、演算回路の計算値等を一時的に臆する揮発性メモリ、また表示部５、通信部６及び記録部７とデータの授受を行うインタフェース回路等を含む。

【0027】

このような信号処理部４は、演算結果である流速Ｖを表示部５、通信部６及び記録部７に適宜出力する。すなわち、信号処理部４は、流速Ｖを表示部５に出力して画面表示させ、流速Ｖを通信部６に出力して外部に送信させ、また流速Ｖを記録部７に出力して記録させる。

【0028】

表示部５は、液晶表示装置等のパネル型表示装置であり、信号処理部４から入力された流速Ｖを所定の表示態様で画面表示する。通信部６は、信号処理部４から入力された流速Ｖを所定の通信回線を介して外部に送信する。この通信部６は、例えばインターネットの通信プロトコルに準拠したものであり、所定の送信先アドレス（ＩＰアドレス）に流速Ｖを送信する。

【0029】

記録部７は、記憶容量が比較的大きな不揮発性の記憶両機器を有する記憶装置であり、例えばハードディスク、各種のメモリーカードあるいは／及びＵＳＢメモリである。この記録部７は、所定期間に亘って取得された複数時刻の流速Ｖを時系列データとして保存する。なお、信号処理部４は、通信部６が上記時系列データの送信要求を受信すると、要害送信要求に応じて時系列データを要求先に送信させる。

【0030】

次に、このように構成された電波式流速計Ａの動作について、図３、図４を参照して詳しく説明する。

【0031】

電波式流速計Ａの全体的な動作について先に説明すると、信号処理部４は、送受信回路２から入力される計測信号に所定の信号処理を施すことにより計測点Ｐの流速Ｖに起因するドップラー周波数ｆ_ｄを特定し、当該ドップラー周波数ｆ_ｄを下式（１）に代入することにより計測点Ｐの流速Ｖを演算する。

【0032】

【数1】

【0033】

ここで、式（１）における定数ｃは、送信波（反射波）の伝搬速度（光速）である、また、定数ｆ₀は送信波（反射波）の周波数（基本周波数）である。さらに、定数θは、上述した仰角である。

【0034】

このような流速Ｖを演算（計測）において、電波式流速計Ａを支持する構造物Ｂの振動及び送信波（反射波）の伝搬路Ｄにおける異物は、信号処理部４が計測信号に基づいてドップラー周波数ｆｄを特定する際の外乱となる。以下では、このような外乱を排除してドップラー周波数ｆｄを特定する信号処理部４の信号処理について、図３に沿って詳しく説明する。

【0035】

信号処理部４は、計測信号を所定のサンプリング周期でデジタル信号（計測データ）に変換して時系列データとして順次取り込むが（ステップＳ１）、この計測データ（時系列データ）に強度ピークＱ、つまり図４（ａ）に示すように振幅が一時的（局所的）に大きい部位が存在するか否かを判定する（ステップＳ２）。

【0036】

そして、信号処理部４は、上記ステップＳ２の判断結果が「Ｙｅｓ」の場合、つまり計測データに強度ピークＱが存在する場合には、計測データから強度ピークＱを除外する処理を行い（ステップＳ３）、この除外処理を行った計測データについてステップＳ４のＦＦＴ処理を行う。なお、信号処理部４は、上記ステップＳ２の判断結果が「Ｎｏ」の場合、つまり計測データに強度ピークＱが存在しない場合には、ＦＦＴ処理（ステップＳ４）を直接行う。

【0037】

ここで、このような強度ピークＱは、構造物Ｂに比較的短時間の振動が作用した場合、例えば構造物Ｂが橋梁の場合において車両が橋梁を通過した場合等に発生する。したがって、強度ピークＱの除外処理（ステップＳ３）によって、電波式流速計Ａに比較的短時間の振動が作用することによる外乱を排除することができる。

【0038】

なお、このような短時間の振動は、振動センサ３によっても検出され、強度ピークＱに対応する振動ピーク部Ｑｓが振動信号に存在する。すなわち、信号処理部４は、振動センサ３が規定値以上の振動を検出している期間、つまり振動信号に振動ピーク部Ｑｓが存在する場合においても、強度ピークＱの除外処理（ステップＳ３）を実行して、電波式流速計Ａに比較的短時間の振動が作用することによる外乱を排除する。

【0039】

信号処理部４は、上記ＦＦＴ処理（ステップＳ４）によって計測信号のスペクトラム（周波数特性）を取得する。図４（ｂ）、（ｃ）は、上記計測信号のスペクトラムの一例を示している。これら２つのスペクトラムのうち、図４（ｂ）のスペクトラムは、電波式流速計Ａに連続的な振動（連続振動）が作用した場合を示しており、一方、図４（ｃ）のスペクトラムは、降雨の場合つまり伝搬路Ｄに雨粒が存在する場合を示している。

【0040】

信号処理部４は、このような計測信号のスペクトラムを取得すると、当該スペクトラムの振幅変化を評価することにより、スペクトラムに複数のピーク部が存在するか否か、つまり計測信号のスペクトラムにピーク部が複数含まれているか否かを判断する（ステップＳ５）。

【0041】

電波式流速計Ａに連続振動が作用している場合、計測信号のスペクトラムは、図４（ｂ）に示すように、計測点Ｐの流速Ｖに起因するピーク部Ｒｖつまり正規ドップラー信号に相当する計測ピーク部に加えて、当該ピーク部Ｒｖよりも低い周波数帯に連続振動に起因するピーク部Ｒｓ（第１外乱信号）を含む。すなわち、電波式流速計Ａに連続振動が作用している場合において、計測信号のスペクトラムには周波数軸上で隣り合う少なくとも２つのピーク部Ｒｖ、Ｒｓが含まれる。

【0042】

ここで、計測点Ｐの流速Ｖに起因するピーク部Ｒｖ（正規ドップラー信号）については、ピーク部Ｒｖの属性値である半値幅の取り得る範囲（流速半値幅範囲）が事前検証等によって確認されており、この流速半値幅範囲が信号処理部４に予め記憶されている。また、連続振動に起因するピーク部Ｒｓ（第１外乱信号）については、ピーク部Ｒｓの属性値である半値幅の取り得る範囲（連続振動半値幅範囲）が事前検証等によって上記流速半値幅範囲よりも大幅に小さいことが確認されている。

【0043】

また、連続振動に起因するピーク部Ｒｓ（第１外乱信号）については、そのピーク周波数を下記式（１）に基づいて流速に換算した場合に、数ｍ／ｓ以下となることが事前検証等によって確認されている。さらに、上記連続振動半値幅範囲は、流速半値幅範囲と同様に信号処理部４に予め記憶されている。

【0044】

信号処理部４は、このような連続振動の発生時における計測信号のスペクトラムの特徴を利用することにより、当該スペクトラムに対して第１のピーク部評価処理を行う（ステップＳ６）。すなわち、信号処理部４は、周波数の低い方のピーク部Ｒｓの半値幅が規定の連続振動半値幅範囲に含まれており、かつ、周波数の高い方のピーク部Ｒｖが周波数の低い方のピーク部Ｒｓよりも半値幅が大きいことを第１の評価条件として、周波数軸上で隣り合う２つのピーク部Ｒｖ、Ｒｓを評価する。

【0045】

そして、信号処理部４は、上記第１の評価条件が満足された場合に、周波数軸上で隣り合う２つのピーク部Ｒｖ、Ｒｓのうち、周波数が低い方のピーク部Ｒｓを第１外乱信号として排除する。すなわち、信号処理部４は、周波数が高い方のピーク部Ｒｖを計測点Ｐの流速Ｖに起因するピーク部つまり正規ドップラー信号と認定する。

【0046】

続いて、計測信号のスペクトラムには、図４（ｃ）に示すように、計測点Ｐの流速Ｖに起因するピーク部Ｒｖ（正規ドップラー信号）に加えて、当該ピーク部Ｒｖよりも高い周波数帯に降雨に起因するピーク部Ｒａ（第２外乱信号）が含まれる。すなわち、伝搬路Ｄに降雨が発生している場合においても、計測信号のスペクトラムには周波数軸上で隣り合う少なくとも２つのピーク部Ｒｖ、Ｒａが含まれる。

【0047】

ここで、計測点Ｐの流速Ｖに起因するピーク部Ｒｖ（正規ドップラー信号）については、上述したように流速半値幅範囲が信号処理部４に予め記憶されている。また、降雨に起因するピーク部Ｒａ（第２外乱信号）については、ピーク部Ｒａの属性値である半値幅の取り得る範囲（降雨半値幅範囲）が上述した流速半値幅範囲よりも大幅に大きいことが事前検証等によって確認されており、上述した流速半値幅範囲及び連続振動半値幅範囲と同様に信号処理部４に予め記憶されている。

【0048】

信号処理部４は、このような降雨時における計測信号のスペクトラムの特徴を利用することにより、当該スペクトラムに対して第２のピーク部評価処理を行う（ステップＳ７）。すなわち、信号処理部４は、周波数の高い方のピーク部Ｒａの半値幅が規定の降雨半値幅範囲に含まれており、かつ、周波数の低い方のピーク部Ｒｖが周波数の高い方のピーク部Ｒａよりも半値幅が小さいことを第２の評価条件として、周波数軸上で隣り合う２つのピーク部Ｒｖ、Ｒａを評価する。

【0049】

そして、信号処理部４は、上記第２の評価条件が満足された場合に、周波数軸上で隣り合う２つのピーク部Ｒｖ、Ｒａのうち、周波数が高い方のピーク部Ｒａを第２外乱信号として排除する。すなわち、信号処理部４は、周波数が低い方のピーク部Ｒｖを計測点Ｐの流速Ｖに起因するピーク部つまり正規ドップラー信号と認定する。

【0050】

ここで、図４（ｂ）では流速Ｖに起因するピーク部Ｒｖと連続振動に起因するピーク部Ｒｓとのみが含まれ、図４（ｃ）では計測信号のスペクトラムに流速Ｖに起因するピーク部Ｒｖと降雨に起因するピーク部Ｒａとのみが含まれるスペクトラムを示したが、連続振動と降雨とが同時に発生する場合もあり得る。このような場合おけるスペクトラムは、周波数軸上で隣り合う３つのピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、Ｒａを含むものとなる。

【0051】

このような場合に対して、本第１実施形態では、流速Ｖに起因するピーク部Ｒｖ、連続振動に起因するピーク部Ｒｓ及び降雨に起因するピーク部Ｒａの特徴を示す流速半値幅範囲、連続振動半値幅範囲及び降雨半値幅範囲を用いて３つのピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、Ｒａを評価するので、計測点Ｐの流速Ｖに起因するピーク部Ｒｖ（正規ドップラー信号）を的確に特定することが可能である。

【0052】

信号処理部４は、このようにして計測点Ｐの流速Ｖに起因するピーク部Ｒｖ（正規ドップラー信号）を特定すると、ピーク部Ｒｖにおいて振幅が最も大きい周波数（ピーク周波数）をドップラー周波数ｆ_ｄとして抽出する（ステップＳ８）。このドップラー周波数ｆ_ｄの抽出処理では、小刻みにレベル変動するピーク部Ｒｖについて、例えば移動平均処理を施して平滑化することによりドップラー周波数ｆ_ｄを特定する。

【0053】

このようにしてドップラー周波数ｆ_ｄを特定すると、信号処理部４は、上述した式（１）にドップラー周波数ｆ_ｄを代入することにより計測点Ｐの流速Ｖを演算する（ステップＳ９）。そして、信号処理部４は、流速Ｖを表示部５、通信部６あるいは／及び記録部７に出力することにより、画面表示、送信あるいは／及び記録させる。

【0054】

このような本第１実施形態によれば、電波式流速計Ａに作用する振動及び送信波（反射波）の伝搬路Ｄに存在する異物に起因する外乱の影響を抑制あるいは排除することが可能であり、以って流速Ｖの計測精度を従来よりも向上させることが可能である。

【0055】

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図５及び図６を参照して説明する。
上述した第１実施形態は、３つのピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、Ｒａについて周波数の大小関係が明確になっていることを前提としているが、本第２実施形態は、この前提を必要としないものである。

【0056】

本第２実施形態に係る電波式流速計Ａ’は、図１に示すように機能構成が第１実施形態に係る電波式流速計Ａと同等であるが、信号処理部４とは異なる信号処理を行う信号処理部４’を備える。すなわち、本第２実施形態に係る電波式流速計Ａ’と第１実施形態に係る電波式流速計Ａとの機能上の相違点は、計測信号及び振動信号に対する信号処理の内容である。

【0057】

この信号処理部４’は、第１実施形態の信号処理部４と同様に図３に示した処理手順に基づいて観測対象Ｋ（水面）の流速Ｖを演算するが、図３のステップＳ５～Ｓ７に代えて図６に示したステップＳa1～Sａ11の処理を行う。すなわち、信号処理部４’は、計測信号及び振動信号のスペクトラム（複数のピーク部を含むスペクトラム）から計測点Ｐの流速Ｖに起因するピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）を認定する手法が第１実施形態の信号処理部４とは異なっている。以下では信号処理部４’におけるピーク部の評価処理の詳細について図５及び図6を参照して説明する。

【0058】

最初に、上記ピーク部の評価処理に用いるパラメータについて、図５を参照して説明する。このパラメータは、計測信号及び振動信号のＦＦＴ処理によって得られたスペクトラムに関するピーク部の属性値であり、スペクトラムに含まれるピーク部毎に固有の値である。このパラメータは、具体的には、図５に示すようにピーク電力Ｅ_Ｐ、当該ピーク電力Ｅ_Ｐにおける周波数（ピーク周波数ｆ_Ｐ）の周波数変動幅Δｆ_Ｐ、ピーク電力Ｅ_Ｐの電力変動幅ΔＥ_Ｐである。

【0059】

また、このパラメータは、ピーク電力Ｅ_Ｐから第１の減衰量ｄ_１だけ低下した低域側周波数ｆ_１及び低域側周波数ｆ_２との周波数差（第１周波数幅ｆ_Ｔ１）と当該第１周波数幅ｆ_Ｔ１の変動幅（第１変動幅Δｆ_Ｔ１）、またピーク電力Ｅ_Ｐから第２の減衰量ｄ_２だけ低下した低域側周波数ｆ_３及び低域側周波数ｆ_４との周波数差（第２周波数幅ｆ_Ｔ２）と変動幅（第２変動幅Δｆ_Ｔ２）である。

【0060】

信号処理部４’は、このような各ピーク部に関する各パラメータを用いて図６に示す評価処理を行うことにより、計測点Ｐの流速Ｖに起因するピーク部Ｒｖつまり正規ドップラー信号に相当する計測ピーク部に認定する。すなわち、信号処理部４’は、計測信号及び振動信号を所定のタイムインターバルで順次取り込むことによりＦＦＴ処理（ステップＳ３）を順次行って複数のスペクトラムを取得し、スペクトラム毎に含まれる全てのピーク部について各パラメータを取得する（ステップＳa1）。

【0061】

ここで、信号処理部４’は、複数のスペクトラムの全ピーク部について上述した各パラメータを取得するので、個々のピーク部について同一種のパラメータがスペクトラムの数だけ取得される。

【0062】

そして、信号処理部４’は、全てのピーク部のピーク電力Ｅ_Ｐを第１閾値ＴＨ_１と比較することにより、ピーク電力Ｅ_Ｐが第１閾値ＴＨ_１以上のピーク部が存在するか否かを判断する（ステップＳa2）。すなわち、信号処理部４’は、全てのピーク部のうち、ピーク電力Ｅ_Ｐが第１閾値ＴＨ_１以上のピーク部をピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）の候補とする。

【0063】

ここで、各ピーク部については、ステップＳa1において複数のピーク電力Ｅ_Ｐがパラメータの1つとして取得されているので、信号処理部４’は、各ピーク部におけるピーク電力Ｅ_Ｐの代表値（例えば平均値）と第１閾値ＴＨ_１とを比較することによりステップＳa2の判断を行う。

【0064】

そして、信号処理部４’は、全てのピーク部のうち、ピーク電力Ｅ_Ｐが最も大きいピーク部Ｒ_１を初期的に選択する（ステップＳa3）。そして、信号処理部４’は、このピーク部Ｒ_１に関するパラメータを参照することにより、ピーク部Ｒ_１の電力変動幅ΔＥ_Ｐが第２閾値ＴＨ_２以下か否かを判断する（ステップＳa4）。上記第２閾値ＴＨ_２は、複数の観測対象Ｋから事前に得られた各種ピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、Ｒａの電力変動幅（教示データ）に基づいて設定された単一の値である。

【0065】

すなわち、複数の観測対象Ｋについて各種ピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、Ｒａの性質を確認した結果、ピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）の電力変動幅は比較的小さいが、連続振動に起因するピーク部Ｒｓ及び降雨に起因するピーク部Ｒａの電力変動幅は比較的大きいことが確認された。上記第２閾値ＴＨ_２は、このようなピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）とピーク部Ｒｓ，Ｒａとにおける電力変動幅の特徴に基づいて設定されたものであり、両者を識別し得る値である。

【0066】

続いて、信号処理部４’は、ピーク部Ｒ_１の周波数変動幅Δｆ_Ｐが第３閾値ＴＨ_３以内か否かを判断する（ステップＳa5）。上記第３閾値ＴＨ_３は、複数の観測対象Ｋから事前に得られた各種ピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、Ｒａの周波数変動幅（教示データ）に基づいて設定された値であり、上述した第２閾値ＴＨ_２（単一値）とは違って下限値と上限値とからなる。

【0067】

すなわち、複数の観測対象Ｋについて各種ピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、Ｒａの性質を確認した結果、ピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）の周波数変動幅は中くらいであるが、連続振動に起因するピーク部Ｒｓの周波数変動幅は比較的小さく、また降雨に起因するピーク部Ｒａの周波数変動幅は比較的大きいことが確認された。上記第３閾値ＴＨ_３は、このようなピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）及びピーク部Ｒｓ，Ｒａにおける周波数変動幅の特徴に基づいて設定されたものであり、ピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）をピーク部Ｒｓ，Ｒａに対して識別し得る。

【0068】

そして、信号処理部４’は、ピーク部Ｒ_１の第１周波数幅ｆ_Ｔ１が第４閾値ＴＨ_４以内か否かを判断する（ステップＳa6）。上記第４閾値ＴＨ_４は、複数の観測対象Ｋから事前に得られた各種ピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、Ｒａの周波数変動幅（教示データ）に基づいて設定された値であり、上述した第３閾値ＴＨ_３と同様に下限値と上限値とからなる。

【0069】

すなわち、複数の観測対象Ｋについて各種ピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、Ｒａの性質を確認した結果、ピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）の第１周波数幅は中くらいであるが、連続振動に起因するピーク部Ｒｓの第１周波数幅は比較的小さく、また降雨に起因するピーク部Ｒａの第１周波数幅は比較的大きいことが確認された。上記第４閾値ＴＨ_４は、このようなピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）及びピーク部Ｒｓ，Ｒａにおける第１周波数幅の特徴に基づいて設定されたものであり、ピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）をピーク部Ｒｓ，Ｒａに対して識別し得る。

【0070】

そして、信号処理部４’は、ピーク部Ｒ_１の第１変動幅Δｆ_Ｔ１が第５閾値ＴＨ_５以内か否かを判断する（ステップＳa7）。上記第５閾値ＴＨ_５は、複数の観測対象Ｋから事前に得られた各種ピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、Ｒａの周波数変動幅（教示データ）に基づいて設定された値であり、上述した第４閾値ＴＨ_４と同様に下限値と上限値とからなる。

【0071】

すなわち、複数の観測対象Ｋについて各種ピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、Ｒａの性質を確認した結果、ピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）の第１変動幅は中くらいであるが、連続振動に起因するピーク部Ｒｓの第１変動幅は比較的小さく、また降雨に起因するピーク部Ｒａの第１変動幅は比較的大きいことが確認された。上記第５閾値ＴＨ_５は、このようなピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）及びピーク部Ｒｓ，Ｒａにおける第１変動幅の特徴に基づいて設定されたものであり、ピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）をピーク部Ｒｓ，Ｒａに対して識別し得る。

【0072】

そして、信号処理部４’は、ピーク部Ｒ_１の第２周波数幅ｆ_Ｔ２が第６閾値ＴＨ_６以内か否かを判断する（ステップＳa8）。上記第６閾値ＴＨ_６は、複数の観測対象Ｋから事前に得られた各種ピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、Ｒａの周波数変動幅（教示データ）に基づいて設定された値であり、上述した第５閾値ＴＨ_５と同様に下限値と上限値とからなる。

【0073】

すなわち、複数の観測対象Ｋについて各種ピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、Ｒａの性質を確認した結果、ピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）の第２周波数幅は中くらいであるが、連続振動に起因するピーク部Ｒｓの第２周波数幅は比較的小さく、また降雨に起因するピーク部Ｒａの第２周波数幅は比較的大きいことが確認された。上記第６閾値ＴＨ_６は、このようなピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）及びピーク部Ｒｓ，Ｒａにおける第２周波数幅の特徴に基づいて設定されたものであり、ピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）をピーク部Ｒｓ，Ｒａに対して識別し得る。

【0074】

さらに、信号処理部４’は、ピーク部Ｒ_１の第２変動幅Δｆ_Ｔ２が第７閾値ＴＨ_７以内か否かを判断する（ステップＳa9）。上記第７閾値ＴＨ_７は、複数の観測対象Ｋから事前に得られた各種ピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、Ｒａの周波数変動幅（教示データ）に基づいて設定された値であり、上述した第６閾値ＴＨ_６と同様に下限値と上限値とからなる。

【0075】

すなわち、複数の観測対象Ｋについて各種ピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、Ｒａの性質を確認した結果、ピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）の第２変動幅は中くらいであるが、連続振動に起因するピーク部Ｒｓの第２変動幅は比較的小さく、また降雨に起因するピーク部Ｒａの第２変動幅は比較的大きいことが確認された。上記第７閾値ＴＨ_７は、このようなピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）及びピーク部Ｒｓ，Ｒａにおける第２変動幅の特徴に基づいて設定されたものであり、ピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）をピーク部Ｒｓ，Ｒａに対して識別し得る。

【0076】

そして、信号処理部４’は、ピーク部Ｒ_１について上記ステップＳa4～Ｓa9の条件を満足した場合に計測ピーク部であると認定する（ステップＳa10）。一方、信号処理部４’は、ステップＳa4～Ｓa9のいずれかの条件を満足しない場合には、ピーク電力Ｅ_Ｐが次に大きいピーク部Ｒ_２を選択し（ステップＳa11）、この上でステップＳa4～Ｓa9の条件を満足するか否かを判断することによりピーク部Ｒ_２がピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）であるか否かを評価する。

【0077】

信号処理部４’は、ステップＳa2で検出されたピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）の候補についてステップＳa4～Ｓa9の条件を満足するか否かを判断することにより、各候補がピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）であるか否かを評価する。なお、信号処理部４’は、ステップＳa2でピーク部が検出されなかった場合には、ピーク部Ｒｖ（計測ピーク部）はスペクトラムに含まれていないと判定する（ステップＳa12）。

【0078】

このような本第２実施形態によれば、３つのピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、Ｒａについて周波数の大小関係が明確になっていない場合であっても、電波式流速計Ａ’に作用する振動及び送信波（反射波）の伝搬路Ｄに存在する異物に起因する外乱の影響を抑制あるいは排除することが可能であり、以って流速Ｖの計測精度を従来よりも向上させることが可能である。

【0079】

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、例えば以下のような変形例が考えられる。
（１）上記各実施形態では、流速Ｖの測定についてのみ説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、電波式流速計Ａが河川等の観測対象Ｋにおける計測点Ｐの流速Ｖ（水の流速）を測定する動作モード（流速計測モード）の他に観測対象Ｋにおける土石流の流速Ｖを計測する動作モード（土石流計測モード）を備える場合、土石流計測モードでは計測データに土石流によって一過性の振動が発生する場合がある。

【0080】

このような場合には、土石流に起因する一過性の振動と車両が橋梁を通過した場合等の一過性の振動とを性質の違いを利用して識別する。すなわち、計測信号に強度ピークＱが含まれる場合、あるいは振動センサ３が規定値以上の振動を検出している期間においてステップＳ３の除外処理を行うことなく流速Ｖの演算処理を行い、連続振動に起因するピーク部Ｒｓのピーク周波数に基づいて演算される流速（速度）が所定のしきい値を越える場合にステップＳ３の除外処理を行う。

【0081】

（２）上記各実施形態では、計測信号のスペクトラムのみ、あるいは計測信号のスペクトラムと振動センサ３の振動信号との組み合わせに基づいて連続振動に起因するピーク部Ｒｓ及び降雨に起因するピーク部Ｒａを外乱として排除したが、本発明はこれに限定されない。例えば降雨センサを設けることによって計測現場における降雨の有無を検出する場合には、降雨がある場合と降雨がない場合とで場合分けして外乱となるピーク部を排除してもよい。

【0082】

（３）上記各実施形態では、周波数軸上で隣り合う２つのピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、周波数軸上で隣り合う２つのピーク部Ｒｖ、Ｒａあるいは周波数軸上で隣り合う３つのピーク部Ｒｖ、Ｒｓ、Ｒａから流速Ｖに起因するピーク部Ｒｖ（正規ドップラー信号）を抽出して計測点Ｐの流速Ｖを演算したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、外乱信号については、連続振動に起因するピーク部Ｒｓ（第１外乱信号）及び降雨に起因するピーク部Ｒａ（第２外乱信号）に限定されない。

【0083】

（４）上記第1実施形態において、図３に示した信号処理部４の処理手順はあくまでも一例であり、本発明はこれに限定されない。必要に応じて他の順番を採用してもよい。

【0084】

（５）上記各実施形態では、図２に示すように観測対象Ｋ（水面）の上流側に向けて送信波を放射する場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、下流側に向けて送信波を放射してもよい。

【0085】

（６）上記第２実施形態では、スペクトラムに含まれる各ピーク部の属性値であるパラメータとして周波数変動幅Δｆ_Ｐ、電力変動幅ΔＥ_Ｐ、第１周波数幅ｆ_Ｔ１、第１変動幅Δｆ_Ｔ１、第２周波数幅ｆ_Ｔ２及び第２変動幅Δｆ_Ｔ２を採用したが、本発明はこれに限定されない。例えば、第２周波数幅ｆ_Ｔ２及び第２変動幅Δｆ_Ｔ２を割愛してもよく、また第１周波数幅ｆ_Ｔ１、第１変動幅Δｆ_Ｔ１、第２周波数幅ｆ_Ｔ２及び第２変動幅Δｆ_Ｔ２に加えて、第３周波数幅ｆ_Ｔ３及び第３変動幅Δｆ_Ｔ３を追加してもよい。

【符号の説明】

【0086】

Ａ，Ａ’ 電波式流速計
Ｂ 構造物
Ｄ 伝搬路
Ｋ 観測対象
Ｐ 計測点
１ アンテナ
２ 送受信回路
３ 振動センサ
４，４’ 信号処理部
５ 表示部
６ 通信部
７ 記録部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】