JP2001091643A - 二重偏波型ドップラーレーダ装置 - Google Patents

二重偏波型ドップラーレーダ装置

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JP2001091643A
JP2001091643A JP26903999A JP26903999A JP2001091643A JP 2001091643 A JP2001091643 A JP 2001091643A JP 26903999 A JP26903999 A JP 26903999A JP 26903999 A JP26903999 A JP 26903999A JP 2001091643 A JP2001091643 A JP 2001091643A
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JP
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polarization
signal
vertical
horizontal
reception
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English (en)
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Masakazu Wada
将一 和田
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Toshiba Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 探知距離、パルス繰り返し周期、観測周期の
3条件について、他の条件に影響を与えることなくいず
れかの条件の要求を満足させる。 【解決手段】 偏波切換器15により垂直偏波と水平偏
波を交互に送信する。反射波のほとんどが同一偏波の成
分であるので、両偏波を分離することができ、これによ
って2つのパルスからの反射波を別々に受信することが
できる。ここで、例えば垂直偏波を送信した場合にも、
僅かであるが水平偏波も受信される。そこで、受信した
垂直偏波の検波信号から水平偏波の信号成分を推定し
(例えば垂直偏波の検波信号を−30dBした信号)、
この推定した信号分を垂直偏波の検波信号から減算す
る。これにより、垂直偏波の検波信号に含まれる水平偏
波成分を無視できる範囲に抑えることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、気象防災に資する
二重偏波型ドップラーレーダ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、空港におけるダウンバースト
・マイクロバースト検出、雷予知におけるセル追尾、ダ
ム・河川・道路・下水道管理における雨量算出などの気
象防災に資するドップラーレーダ装置にあっては、二重
偏波型が利用されている。
【0003】この種のドップラーレーダ装置は、垂直偏
波と水平偏波を交互に送出し、垂直偏波を送出したとき
に垂直偏波を観測し、水平偏波を送出したときに水平偏
波を観測することで、2つの偏波信号を得ている。この
場合、単一偏波の観測に比べて2倍の観測時間が必要と
なる。
【0004】また、ドップラーレーダ装置は、パルスの
繰り返し時間により観測できる速度の範囲(ナイキスト
速度)が規定されるため、観測できる速度の範囲を広く
すると探知距離が短くなり、逆に探知距離を長くすると
速度の観測範囲が狭くなるという問題を有している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、探知距離、
パルス繰り返し周期(速度観測範囲、演算精度)、観測
周期の3条件について、他の条件に影響を与えることな
くいずれかの条件の要求を満足させることのできる二重
偏波型ドップラーレーダ装置を提供することを目的とす
る。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明に係る二重偏波型ドップラーレーダ装置は、
一定間隔で繰り返し発生される送信パルスをパルス毎に
垂直偏波と水平偏波とで交互に送出し、それぞれの偏波
の反射波を分離して捕捉し、一方の偏波反射波の受信中
に他方の偏波反射波も受信することを特徴とする。
【0007】すなわち、本発明は、互いに直交する垂直
偏波及び水平偏波の反射波が偏波毎に分離して捕捉可能
であることに着目し、一方の偏波反射波の受信中に他方
の偏波反射波も受信することで、全覆域に対する観測時
間の短縮、あるいは探知距離の拡大、あるいは速度観測
範囲、演算精度の向上を実現する。
【0008】具体的には、一定間隔で繰り返し発生され
る送信パルスをパルス毎に垂直偏波と水平偏波とで交互
に送出する送信手段と、前記垂直偏波及び水平偏波の反
射波を偏波毎に分離して受信する偏波分離手段と、前記
垂直偏波の受信信号を一定間隔で繰り返し発生される送
信パルスの繰り返し周期の2倍の期間、継続して検波す
る垂直偏波受信手段と、前記水平偏波の受信信号を一定
間隔で繰り返し発生される送信パルスの繰り返し周期の
2倍の期間、継続して検波する水平偏波受信手段と、前
記垂直偏波受信手段及び水平偏波受信手段それぞれの検
波出力を用いて観測対象の速度を演算処理する信号処理
手段とを具備する。
【0009】前記送信手段は、要求される覆域に対し
て、一定間隔で繰り返し発生される送信パルスの繰り返
し周期を単一偏波型のものと比較して1/2の周期とす
ることを特徴とする。この場合、空中線ビームのスキャ
ン速度を倍にすることが可能となり、観測期間が1/2
に短縮される。
【0010】また、前記送信手段を、単一偏波型のもの
と同様の周期とする場合には、単一偏波型のものと比較
して探知距離が2倍になる。
【0011】前記信号処理手段は、前記垂直偏波受信手
段及び水平偏波受信手段それぞれの検波出力の強度比か
ら雨量を求める。この場合、空中線ビームのスキャン速
度を従来と同じとすれば、パルスヒット数が単一偏波型
に比して2倍となるため、演算精度の向上が実現でき
る。
【0012】前記信号処理手段は、前記垂直偏波受信手
段及び水平偏波受信手段それぞれの検波出力から他の偏
波成分を抑圧する補償手段を備える。補償手段は、自己
の受信レベルを一定の倍率で減衰した信号を他の偏波成
分と推定し、推定された偏波成分を受信検波信号から減
算することを特徴とする。このように、各偏波受信手段
で他の偏波成分を抑圧することで、演算精度の向上を図
ることができる。
【0013】前記垂直偏波受信手段及び水平偏波受信手
段のいずれか一方で故障が生じた場合には、他方の受信
手段のみで稼働することができる。
【0014】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を詳細に説明する。
【0015】図1は本発明に係る二重偏波型ドップラー
レーダ装置の構成を示すもので、COHO発振器11で
発生される周波数fi の中間周波信号と局部発振器12
で発生される周波数fLo の局部発振信号が混合器13
でミキシングされて周波数f0の送信信号が生成され、
送信機14に送られる。この送信機14に入力された送
信信号は電力増幅器141で電力増幅された後、クライ
ストロンあるいはマグネトロンによる変調器142に送
り込まれ、高圧変調回路143からの繰り返し送信パル
スに基づいてパルス化される。このようにして送信機1
3で生成された送信パルス信号は、偏波切換器15で垂
直偏波用、水平偏波用として、2系統にパルス毎に交互
に振り分けられる。
【0016】偏波切換器15で選択された水平偏波用の
送信パルス信号はサーキュレータ16を介して二重偏波
共用の空中線装置17に供給され、水平偏波として空間
に送出される。同様に、偏波切換器15で選択された垂
直偏波用の送信パルス信号はサーキュレータ18を介し
て空中線装置17に供給され、垂直偏波として空間に送
出される。
【0017】上記空中線装置17から送出された周波数
f0 の送信波は、目標(雨粒等)に当たって戻ってくる
が、目標の移動によりドップラー周波数fd を伴ってい
る。
【0018】空中線装置17で受けた水平偏波の受信信
号(周波数fr =f0 +fd )は、サーキュレータ16
を介して高周波増幅器19で増幅され、混合器20で局
部発振信号とミキシングされて中間周波に変換され(周
波数fi +fd )、中間周波数増幅器21で増幅された
後、混合器22、23にて、位相検波器24により互い
に90°の位相差が与えられた中間周波数信号(fi )
と混合されることで直交検波されて、水平偏波系の検波
信号として信号処理装置25に送られる。
【0019】同様に、空中線装置17で受けた垂直偏波
の受信信号(周波数fr =f0 +fd )は、サーキュレ
ータ18を介して高周波増幅器26で増幅され、混合器
27で局部発振信号とミキシングされて中間周波に変換
され(周波数fi +fd )、中間周波数増幅器28で増
幅された後、混合器29、30にて、位相検波器31に
より互いに90°の位相差が与えられた中間周波数信号
(fi )と混合されることで直交検波されて、垂直偏波
系の検波信号として信号処理装置25に送られる。
【0020】信号処理装置25は、水平偏波受信中、垂
直偏波受信中それぞれにおいて、各直交検波信号からド
ップラー速度を求めて雨量換算処理を行うものである。
ここで、水平偏波受信中、垂直偏波受信中では、いずれ
も多少の垂直偏波、水平偏波成分が現れることを考慮
し、補償処理を行うようになっている。
【0021】上記構成において、以下にその動作を説明
する。
【0022】まず、パルスの送信は偏波毎に切り換えて
行い、受信は垂直偏波、水平偏波の両方を同時に観測す
る。すなわち、パルスの送信については、垂直偏波を送
信した後、全覆域からの反射波を受信する前に次の水平
偏波を送信する。したがって、覆域を150kmとする
場合、従来の装置ではパルス繰り返し周波数(以下、P
RFと称する)を900Hz程度にしているが、本実施
形態では1800Hz程度とする。
【0023】単一偏波レーダでは、全覆域からの反射波
が到達する前に次のパルスを送信すると、2つの反射が
合成されて受信されることになる。これに対し、本実施
形態のように垂直偏波と水平偏波を交互に送信すれば、
両偏波を分離することができ、これによって2つのパル
スからの反射波を別々に受信することができる。
【0024】ここで、例えば垂直偏波を送信した場合に
も、僅かであるが水平偏波も受信される。そこで、受信
した垂直偏波の検波信号から水平偏波の信号成分を推定
し(例えば垂直偏波の検波信号を−30dBした信
号)、この推定した信号分を垂直偏波の検波信号から減
算する。これにより、垂直偏波の検波信号に含まれる水
平偏波成分を無視できる範囲に抑えることができる。こ
のことは水平偏波の検波信号についても同様である。
【0025】上記の偏波分離度向上技術について、さら
に図2を参照して詳述する。
【0026】垂直偏波を送信すると、反射波の大部分は
垂直偏波(Svv )となるが、強度は小さいながらも水
平偏波(Svh )も含まれている。反対に、水平偏波の
反射波は水平偏波(Shh )と垂直偏波(Shv )からな
る。このような送信と反対の偏波の強度比をそれぞれS
vh /Svv 、Shv /Shh で定義される減衰比Dvh、D
hv [dB]で表す。Dvh 、Dhv は気象条件によって
ばらつきはあるものの、ほぼ一定の値となる。このと
き、受信波の垂直偏波成分Sv と水平偏波成分Sh は次
式で表すことができる。 Sv =Svv +Shv =Svv +Dhv Shh …(1) Sh =Shh +Svh =Shh +Dvh Svv …(2) 本発明では、これらの受信信号に次式のような減算処理
を加えることにより、垂直偏波信号Sv ′と水平偏波信
号Sh ′を求める。 Sv ′=Sv −Dhv Sh …(3) Sh ′=Sh −Dvh Sv …(4) (3)、(4)式にそれぞれ(1)、(2)式を代入す
ると、 Sv ′=Svv +Dhv Shh −Dhv (Shh +Dvh Svv ) =Svv −Dhv Dvh Svv …(5) Sh ′=Shh +Dvh Svv −Dvh (Svv +Dhv Shh ) =Shh −Dvh Dhv Shh …(6) となり、送信と反対の偏波成分を除去することができ
る。但し、Dvh 、Dhv は気象条件によってばらつきを
持つことから、実際にはその分の信号は除去されずに残
ることになるが、演算精度に対して十分無視できる程度
である。
【0027】以上述べた処理において、送信パルスのP
RFは、ドップラーレーダの場合、例えば900Hzが
用いられ、この場合の探知距離は従来のシステムでは1
50kmとなる。本発明では、例えば覆域を150km
とした場合でも、PRFを2倍の1800Hzとするこ
とができ、パルスヒット数を2倍にすることができる。
これにより、観測できるドップラー速度の範囲を2倍に
することができると共に、速度の算出精度を向上させる
ことができ、さらに雨量演算精度の向上も図ることがで
きる。また、PRFを900Hzとした場合は、従来の
システムと同等の精度を維持したまま、覆域を2倍の3
00kmに拡大することができる。
【0028】尚、二重偏波型ドップラーレーダ装置で
は、垂直・水平偏波の受信信号の強度比(ZDR )によ
り、雨量演算精度の向上が図られるが、本発明でも同様
の機能を実現できることはいうまでもない。
【0029】また、上記構成によれば、受信系が二重化
されていることから、一方に故障が生じたとしても、一
つの偏波で継続して運用することができるという効果も
得られる。
【0030】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、探知距
離、パルス繰り返し周期(速度観測範囲、演算精度)、
観測周期の3条件について、他の条件に影響を与えるこ
となくいずれかの条件の要求を満足させることのできる
二重偏波型ドップラーレーダ装置を提供することができ
る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係る二重偏波型ドップラー
レーダ装置の構成を示すブロック図。
【図2】同実施形態の偏波分離度向上技術について説明
するための図。
【符号の説明】
11…COHO発振器 12…局部発振器 13…混合器 14…送信機 141…電力増幅器 142…変調器 143…高圧変調回路 15…偏波切換器 16…サーキュレータ 17…空中線装置 18…サーキュレータ 19…高周波増幅器 20…混合器 21…中間周波増幅器 22…混合器 23…混合器 24…位相検波器 25…信号処理装置 26…高周波増幅器 27…混合器 28…中間周波増幅器 29…混合器 30…混合器 31…位相検波器

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】一定間隔で繰り返し発生される送信パルス
    をパルス毎に垂直偏波と水平偏波とで交互に送出し、そ
    れぞれの偏波の反射波を分離して捕捉し、一方の偏波反
    射波の受信中に他方の偏波反射波も受信することを特徴
    とする二重偏波型ドップラーレーダ装置。
  2. 【請求項2】一定間隔で繰り返し発生される送信パルス
    をパルス毎に垂直偏波と水平偏波とで交互に送出する送
    信手段と、 前記垂直偏波及び水平偏波の反射波を偏波毎に分離して
    受信する偏波分離手段と、 前記垂直偏波の受信信号を一定間隔で繰り返し発生され
    る送信パルスの繰り返し周期の2倍の期間、継続して検
    波する垂直偏波受信手段と、 前記水平偏波の受信信号を一定間隔で繰り返し発生され
    る送信パルスの繰り返し周期の2倍の期間、継続して検
    波する水平偏波受信手段と、 前記垂直偏波受信手段及び水平偏波受信手段それぞれの
    検波出力を用いて観測対象の速度を演算処理する信号処
    理手段とを具備することを特徴とする二重偏波型ドップ
    ラーレーダ装置。
  3. 【請求項3】前記送信手段は、要求される覆域に対し
    て、送信パルスの繰り返し周期を単一偏波型のものと比
    較して1/2の周期とすることを特徴とする請求項2記
    載の二重偏波型ドップラーレーダ装置。
  4. 【請求項4】前記信号処理手段は、前記垂直偏波受信手
    段及び水平偏波受信手段それぞれの検波出力の強度比か
    ら雨量を求めることを特徴とする請求項2記載の二重偏
    波型ドップラーレーダ装置。
  5. 【請求項5】前記信号処理手段は、前記垂直偏波受信手
    段及び水平偏波受信手段それぞれの検波出力から他の偏
    波成分を抑圧する補償手段を備えることを特徴とする請
    求項2記載の二重偏波型ドップラーレーダ装置。
  6. 【請求項6】前記補償手段は、自己の受信レベルを一定
    の倍率で減衰した信号を他の偏波成分と推定し、推定さ
    れた偏波成分を受信検波信号から減算することを特徴と
    する請求項6記載の二重偏波型ドップラーレーダ装置。
  7. 【請求項7】前記垂直偏波受信手段及び水平偏波受信手
    段のいずれか一方で故障が生じた場合に、他方の受信手
    段のみで稼働することを特徴とする請求項2記載の二重
    本場型ドップラーレーダ装置。
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Cited By (4)

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