JP2000275329A - Doppler radar apparatus - Google Patents

Doppler radar apparatus

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JP2000275329A
JP2000275329A JP11078956A JP7895699A JP2000275329A JP 2000275329 A JP2000275329 A JP 2000275329A JP 11078956 A JP11078956 A JP 11078956A JP 7895699 A JP7895699 A JP 7895699A JP 2000275329 A JP2000275329 A JP 2000275329A
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frequency
signal
transmission
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polarization
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JP11078956A
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Japanese (ja)
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Takayuki Matsuda
貴幸 松田
Yuji Matsumoto
裕治 松本
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Toshiba Corp
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Toshiba Corp
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To increase a maximum measurable radius and to surely remove secondary echoes. SOLUTION: Local oscillation signals whose frequencies are different from each other are frequency-converted into transmission frequencies by an IF signal (4, 6), they are pulse-modulated (7), and they are power-amplified (8). One is converted into horizontally polarized waves, the other is converted into vertically polarized waves, they are changed over alternately at a transmission repetition cycle (9), and they are radiated to a space (10, 11), Respective echoes are captured, and they are divided into systems 15 to 18 used to extract the echo component of the horizontally polarized waves and systems 27 to 30 used to extract the echo component of the vertically polarized waves. A inear phase detection is executed regarding outputs of the respective systems (19 to 24, 31 to 35). A phase difference is compensated regarding linear phase detection outputs of the respective systems (25, 26, 36, 37). Therefore, a maximum observation radius RMAX is set at RMAX=c/fr [where fr represents a transmission repetition frequency and (c) represents the velocity of light].

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば風速、降
雨、降雪、及び気象状況の立体的な把握を目的とする気
象レーダに用いられ、特に最大検出速度を確保した上で
遠距離を観測するためのドップラレーダ装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention is used in, for example, a weather radar for three-dimensionally grasping wind speed, rainfall, snowfall, and weather conditions, and in particular, observes a long distance while securing a maximum detection speed. Doppler radar device for a vehicle.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来の気象レーダにあっては、単一送信
周波数、単一偏波型で送信波の位相を制御しないドップ
ラレーダ装置を用いており、最大検出速度VMAX 及び最
大測定可能半径RMAX を次の(1)式及び(2)式から決
定している。
2. Description of the Related Art A conventional weather radar uses a single transmission frequency, single polarization type Doppler radar device which does not control the phase of a transmission wave, and has a maximum detection speed VMAX and a maximum measurable radius RMAX. Is determined from the following equations (1) and (2).

【0003】 VMAX =λ・fr /4 …(1) RMAX =c/(2・fr ) …(2) 但し、λ :送信波長 fr :送信繰り返し周波数 c :光速度 通常、観測対象である降雨等の気象粒子を目標とするた
め、送信繰り返し周波数を1kHz程度に設定する。し
たがって、最大測定可能半径は150km程度になる。
VMAX = λ · fr / 4 (1) RMAX = c / (2 · fr) (2) where λ: transmission wavelength fr: transmission repetition frequency c: light speed Usually, rainfall or the like to be observed The transmission repetition frequency is set to about 1 kHz in order to target the meteorological particles. Therefore, the maximum measurable radius is about 150 km.

【0004】ここで、最大測定可能半径以遠に気象粒子
が存在した場合、あたかも最大測定可能半径以内の目標
からのエコーであるかのように信号が受信される(2次
エコー)現象が発生する。この様子を図4及び図5に示
す。
[0004] Here, when weather particles exist beyond the maximum measurable radius, a phenomenon occurs in which a signal is received as if it were an echo from a target within the maximum measurable radius (secondary echo). . This situation is shown in FIGS.

【0005】図4は最大観測半径以遠にエコーがない場
合、図5は最大観測半径以遠にエコーが有る場合を示し
ている。すなわち、図4(a)に示すように、真のエコ
ーが送信繰り返し周波数で決まる最大観測半径以遠にエ
コーがない場合、図4(b)に示すように、受信信号に
は真のエコー成分のみが現れる。ところが、図5(a)
に示すように、真のエコーが最大観測半径以遠にエコー
が有る場合、図5(b)に示すように、受信信号にはそ
のエコーが2次エコーとして最大観測半径以内のエコー
成分に混入してしまう。
FIG. 4 shows a case where there is no echo beyond the maximum observation radius, and FIG. 5 shows a case where there is an echo beyond the maximum observation radius. That is, as shown in FIG. 4A, when the true echo has no echo beyond the maximum observation radius determined by the transmission repetition frequency, as shown in FIG. 4B, only the true echo component is included in the received signal. Appears. However, FIG.
As shown in FIG. 5, when a true echo has an echo farther than the maximum observation radius, as shown in FIG. 5B, the received signal mixes the echo as a secondary echo into an echo component within the maximum observation radius. Would.

【0006】このため、従来では、送信繰り返し周波数
をある範囲毎に切り替えて電波を送信し、信号を受信し
たときのエコーの現れる位置の違いを利用してこれを除
去する方法が用いられる。
Conventionally, therefore, a method has been used in which a radio wave is transmitted while the transmission repetition frequency is switched for each certain range, and the difference in the position where an echo appears when a signal is received is removed.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記の
ように送信繰り返し周波数を切り替える方法を用いる
と、目標である気象粒子の速度成分を観測しようとすた
とき、送信繰り返し周波数を優先的に選定することにな
り、結果的に最大測定可能半径が150km程度に抑え
られてしまうという欠点があった。また、レーダビーム
方向にエコーが連続している場合、1次エコーに混入し
た2次エコーを除去することが不可能になるという欠点
があった。
However, if the method of switching the transmission repetition frequency is used as described above, the transmission repetition frequency is preferentially selected when observing the velocity component of the target weather particle. As a result, there is a disadvantage that the maximum measurable radius is suppressed to about 150 km. Further, when echoes are continuous in the radar beam direction, there is a disadvantage that it is impossible to remove the secondary echo mixed in the primary echo.

【0008】本発明は、上記の欠点を解決し、最大測定
可能半径を飛躍的に増大しつつ、2次エコーを確実に除
去することのできるドップラレーダ装置を提供すること
を目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a Doppler radar device which solves the above-mentioned drawbacks and can surely remove a secondary echo while dramatically increasing the maximum measurable radius.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明に係るドップラレーダ装置は、以下のように
構成される。
In order to achieve the above object, a Doppler radar device according to the present invention is configured as follows.

【0010】(1)互いに周波数の異なる第1及び第2
の周波数信号を発生する第1及び第2の局部発振器と、
前記第1及び第2の周波数信号を送信周波数に変換する
ための中間周波数信号を発生する第3の局部発振器と、
前記第1及び第2の局部発振器から出力される第1及び
第2の周波数信号に対してそれぞれ前記第3の局部発振
器から出力される中間周波数信号で送信周波数に周波数
変換しパルス変調を施し電力増幅した後、一方を水平偏
波、他方を垂直偏波に変換して、送信繰り返し周期で交
互に出力する送信手段と、この手段から出力される水平
偏波及び垂直偏波を空間に放射しそれぞれのエコーを捕
捉する空中線装置と、この空中線装置で捕捉されたエコ
ーを取り込んで前記水平偏波のエコー成分を抽出する系
統と前記垂直偏波のエコー成分を抽出する系統に振り分
け、各系統の出力について直線位相検波を施す受信手段
と、前記受信手段で得られた2系統の直線位相検波出力
について位相差を補償する位相差補償手段とを具備し、
最大観測半径RMAX を RMAX =c/fr 但し、fr :送信繰り返し周波数 c :光速度 としたことを特徴とする。
(1) First and second frequencies different from each other
First and second local oscillators for generating a frequency signal of
A third local oscillator for generating an intermediate frequency signal for converting the first and second frequency signals to a transmission frequency;
The first and second frequency signals output from the first and second local oscillators are frequency-converted into transmission frequencies with intermediate frequency signals output from the third local oscillator, and pulse modulation is performed. After amplification, one is converted to horizontal polarization and the other is converted to vertical polarization, and transmission means for outputting alternately at a transmission repetition cycle, and horizontally and vertically polarized waves output from this means are radiated into space. An antenna device that captures each echo, and a system that captures the echo captured by the antenna device and extracts the horizontal-polarized echo component and a system that extracts the vertical-polarized echo component. Receiving means for performing linear phase detection on the output, and a phase difference compensation means for compensating the phase difference for the two systems of linear phase detection outputs obtained by the receiving means,
It is characterized in that the maximum observation radius RMAX is RMAX = c / fr, where fr: transmission repetition frequency c: light speed.

【0011】(2)(1)の構成において、前記送信手
段は、前記第1及び第2の周波数信号を送信繰り返し周
期で交互に選択出力する信号選択手段と、この切替回路
から出力される周波数信号に前記第3の局部発振器から
出力される中間周波数信号を混合して送信周波数に変換
する周波数変換手段と、この手段で得られた周波数信号
にパルス変調を施すパルス変調手段と、この手段の出力
を電力増幅して送信パルスを生成する電力増幅手段と、
この手段から出力される送信パルスの内、第1の周波数
信号に基づく送信パルスを水平偏波、第2の周波数信号
に基づく送信パルスを垂直偏波に変換し、前記水平偏波
及び垂直偏波を送信繰り返し周期で交互に出力する偏波
切替手段とを備えることを特徴とする。
(2) In the configuration of (1), the transmission means includes a signal selection means for alternately selecting and outputting the first and second frequency signals in a transmission repetition cycle, and a frequency output from the switching circuit. Frequency conversion means for mixing the signal with an intermediate frequency signal output from the third local oscillator and converting the signal into a transmission frequency; pulse modulation means for performing pulse modulation on the frequency signal obtained by this means; Power amplifying means for power amplifying the output to generate a transmission pulse,
Among the transmission pulses output from this means, the transmission pulse based on the first frequency signal is converted into a horizontal polarization, and the transmission pulse based on the second frequency signal is converted into a vertical polarization, and the horizontal polarization and the vertical polarization are converted. And a polarization switching means for alternately outputting the same in a transmission repetition cycle.

【0012】(3)(2)の構成において、前記受信装
置は、前記空中線装置で捕捉された水平偏波、垂直偏波
のエコー成分をそれぞれ前記第3の発振器の出力と混合
して中間周波数に変換する周波数変換手段と、この手段
で周波数変換された水平偏波、垂直偏波のエコー成分を
それぞれ前記第3の局部発振器の出力により直線位相検
波する位相検波手段とを備えることを特徴とする。
(3) In the configuration of (2), the reception device mixes the horizontally and vertically polarized echo components captured by the antenna device with the output of the third oscillator, respectively, and And a phase detector for linearly phase-detecting the echo components of the horizontally polarized wave and the vertically polarized wave frequency-converted by the means, respectively, by the output of the third local oscillator. I do.

【0013】(4)(2)または(3)の構成におい
て、さらに、前記第1及び第2の局部発振器の出力を混
合しその低域成分を抽出してクロック信号を生成するク
ロック生成手段と、この手段で生成されたクロック信号
に基づいて送信繰り返し周期を決定し、前記信号選択手
段、パルス変調手段、偏波切替手段を制御する制御手段
を備えることを特徴とする。
(4) In the configuration of (2) or (3), further, a clock generation means for mixing the outputs of the first and second local oscillators and extracting a low-frequency component thereof to generate a clock signal. And a control means for determining a transmission repetition cycle based on the clock signal generated by this means and controlling the signal selection means, the pulse modulation means, and the polarization switching means.

【0014】(5)(4)の構成において、前記制御手
段は、さらに前記送信繰り返し周期の整数倍の周波数を
持つサンプリングクロックを生成し、前記位相差補償手
段は、前記受信手段で得られた2つの位相検波出力それ
ぞれについて、前記制御手段で生成されるサンプリング
クロックに基づいてデジタル信号に変換することを特徴
とする。
(5) In the configuration of (4), the control means further generates a sampling clock having a frequency which is an integral multiple of the transmission repetition period, and the phase difference compensating means is obtained by the receiving means. Each of the two phase detection outputs is converted into a digital signal based on a sampling clock generated by the control means.

【0015】[0015]

【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。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

【0016】図1は本発明に係るドップラレーダ装置の
一実施形態の構成を示すもので、1は周波数(f1 −f
IF)の第1の局部発振信号を発生する第1の高安定局部
発振器、2は周波数(f2 −fIF)の第2の局部発振信
号を発生する第2の高安定局部発振器である。これらの
局部発振器1,2で発生された第1及び第2の局部発振
信号は混合器12で混合された後、ローパスフィルタ1
3に供給される。このローパスフィルタ13は混合器1
2の出力から低域成分fCLK (=|f1 −f2|)を抽
出するもので、その出力は制御回路14に供給され、タ
イミング信号として使用される。
FIG. 1 shows the configuration of an embodiment of the Doppler radar apparatus according to the present invention, wherein 1 is a frequency (f1 -f).
IF), a first high-stable local oscillator for generating a first local oscillation signal having a frequency (f2 -fIF), and a second high-stable local oscillator for generating a second local oscillation signal having a frequency (f2-fIF). The first and second local oscillation signals generated by these local oscillators 1 and 2 are mixed by a mixer 12 and then mixed with a low-pass filter 1.
3 is supplied. This low-pass filter 13 is a mixer 1
The low frequency component fCLK (= | f1 -f2 |) is extracted from the output of the control circuit 2 and the output is supplied to the control circuit 14 and used as a timing signal.

【0017】ここで、局部発振器1、2の信号からfCL
K を生成する目的は、後述する送信周波数の違いによる
電波伝搬路中の往復で発生する位相差を補償するためで
ある。
Here, fCL is calculated from the signals of the local oscillators 1 and 2.
The purpose of generating K is to compensate for a phase difference generated in a round trip in a radio wave propagation path due to a difference in transmission frequency described later.

【0018】一方、上記局部発振器1,2から出力され
る第1、第2の局部発振信号は切替回路3に供給され
る。この切替回路3は制御回路14からのトリガ信号で
第1、第2の局部発振信号をパルスヒット毎に切り替え
て出力するもので、その出力は混合器4にてIF局部発
振器5で発生されるIF信号と混合された後、ハイパス
フィルタ6に供給される。このハイパスフィルタ6は混
合器4の出力から高域成分(f1 またはf2 )を抽出す
るもので、その出力はピン変調器7に供給される。
On the other hand, the first and second local oscillation signals output from the local oscillators 1 and 2 are supplied to a switching circuit 3. The switching circuit 3 switches and outputs the first and second local oscillation signals every pulse hit by a trigger signal from the control circuit 14, and the output is generated by the IF local oscillator 5 by the mixer 4. After being mixed with the IF signal, it is supplied to the high-pass filter 6. The high-pass filter 6 extracts a high-frequency component (f1 or f2) from the output of the mixer 4, and the output is supplied to a pin modulator 7.

【0019】このピン変調器7はハイパスフィルタ6の
出力信号を制御回路14からのトリガ信号に基づいてパ
ルス変調するもので、その出力は送信管8により電力増
幅された後、偏波切替回路9に供給される。この偏波切
替回路9は制御回路14からのトリガ信号に応じてパル
スヒット毎にH(水平)偏波、V(垂直)偏波を交互に
出力するもので、H偏波出力(f1 )、V偏波出力(f
2 )はそれぞれ送信繰り返しパルスとしてサーキュレー
タ10、11を介して図示しない2周波共用の空中線装
置により所定の覆域に向けて放射される。
The pin modulator 7 performs pulse modulation on the output signal of the high-pass filter 6 based on a trigger signal from the control circuit 14. The output of the pin modulator 7 is power-amplified by the transmission tube 8, and then the polarization switching circuit 9 Supplied to The polarization switching circuit 9 alternately outputs H (horizontal) polarization and V (vertical) polarization every pulse hit according to a trigger signal from the control circuit 14, and outputs an H polarization output (f1), V polarization output (f
2) is radiated as a transmission repetition pulse through the circulators 10 and 11 to a predetermined coverage area by a not-shown two-frequency shared antenna device.

【0020】また、上記空中線装置により受信した信号
はサーキュレータ10、11を介してTRリミッタ1
5、27に供給される。これらのTRリミッタ15、2
7はそれぞれ不要電波による大電力入力を制限するもの
で、その各出力はそれぞれ高周波増幅器16、28によ
り増幅され、次段の混合器17、29へ出力される。
The signal received by the antenna device is transmitted via the circulators 10 and 11 to the TR limiter 1.
5, 27. These TR limiters 15, 2
Numeral 7 limits large power input due to unnecessary radio waves. The respective outputs are amplified by high frequency amplifiers 16 and 28, respectively, and output to mixers 17 and 29 at the next stage.

【0021】混合器17は、第1の局部発振器1で発生
される周波数がf1 −fIFの信号を高周波増幅器16か
らの受信信号に混合するもので、その出力はフィルタ1
8に供給される。このフィルタ18は入力信号からH偏
波成分を抽出するもので、その出力は混合器20、21
に供給され、それぞれfIF発振器5で発生されるfIFと
それを90度シフター19で90度移相したfIFと混合
され、これによって複素形式の直交検波信号IH 、QH
を得る。各混合器20、21の出力はフィルタ23、2
4で不要な成分が除去された後、A/D(アナログ/デ
ジタル)変換器25、26によりデジタル信号に変換さ
れ、図示しない信号処理回路に出力される。
The mixer 17 mixes a signal generated by the first local oscillator 1 and having a frequency of f 1 -f IF with a signal received from the high-frequency amplifier 16, and outputs an output of the filter 1.
8 is supplied. The filter 18 extracts the H polarization component from the input signal.
Are mixed with the fIF generated by the fIF oscillator 5 and the fIF whose phase is shifted by 90 degrees by the 90-degree shifter 19, whereby the quadrature detection signals IH and QH in the complex form are mixed.
Get. The output of each of the mixers 20, 21 is a filter 23, 2
After unnecessary components are removed in step 4, the signals are converted into digital signals by A / D (analog / digital) converters 25 and 26 and output to a signal processing circuit (not shown).

【0022】一方、混合器29は、第2の局部発振器2
で発生される周波数がf2 −fIFの信号を高周波増幅器
28からの受信信号に混合するもので、その出力はフィ
ルタ30に供給される。このフィルタ30は入力信号か
らV偏波成分を抽出するもので、その出力は混合器3
2、33に供給され、それぞれfIF発振器5で発生され
るfIFとそれを90度シフター19で90度移相したf
IFと混合され、これによって複素形式の直交検波信号I
V 、QV を得る。各混合器32、33の出力はフィルタ
34、35で不要な成分が除去された後、A/D変換器
36、37によりデジタル信号に変換され、図示しない
信号処理回路に出力される。
On the other hand, the mixer 29 includes the second local oscillator 2
Is mixed with the signal received from the high-frequency amplifier 28 at a frequency of f2 -fIF, and its output is supplied to a filter 30. The filter 30 extracts a V-polarized component from an input signal, and its output is
FIF generated by the fIF oscillator 5 and f-phase shifted by 90 degrees by the 90-degree shifter 19, respectively.
IF, thereby producing a complex form of quadrature detection signal I
V and QV are obtained. After the unnecessary components are removed from the outputs of the mixers 32 and 33 by the filters 34 and 35, they are converted into digital signals by A / D converters 36 and 37 and output to a signal processing circuit (not shown).

【0023】尚、上記A/D変換器25、26、36、
37の変換処理は、制御回路14で生成されるサンプル
クロックn/fCLK に基づいて行われる。
The A / D converters 25, 26, 36,
The conversion process at 37 is performed based on the sample clock n / fCLK generated by the control circuit 14.

【0024】上記構成において、以下、図2及び図3を
参照してその動作を説明する。
The operation of the above configuration will be described below with reference to FIGS.

【0025】図2は送信系のH偏波、V偏波送信タイミ
ングを示すものである。制御回路14では、第1及び第
2の局部発振器1、2で発生される第1及び第2の局部
発振信号から生成されるクロックfCLK (=|f1 −f
2 |)に基づいて、図2(a)に示すタイミングでトリ
ガ信号を発生する。このトリガ信号は切替回路3、ピン
変調器7及び偏波切替回路9に供給される。
FIG. 2 shows transmission timings of H-polarized light and V-polarized light in the transmission system. In the control circuit 14, a clock fCLK (= | f1 -f) generated from the first and second local oscillation signals generated by the first and second local oscillators 1 and 2 is used.
2 |), a trigger signal is generated at the timing shown in FIG. This trigger signal is supplied to the switching circuit 3, the pin modulator 7, and the polarization switching circuit 9.

【0026】一方、第1及び第2の局部発振器1、2で
発生された第1及び第2の局部発振信号は、それぞれ切
替回路3により、トリガ信号のタイミングで選択的に導
出され、IF局部発振器5で発生されるIF信号と混合
された後、ハイパスフィルタ6に入力され、ここで送信
周波数f1 またはf2 の信号が得られる。
On the other hand, the first and second local oscillation signals generated by the first and second local oscillators 1 and 2 are selectively derived at the timing of the trigger signal by the switching circuit 3, respectively, and After being mixed with the IF signal generated by the oscillator 5, the signal is input to the high-pass filter 6, where the signal of the transmission frequency f1 or f2 is obtained.

【0027】この信号はピン変調器7にて制御回路14
からのトリガ信号に基づいてパルス変調された後、送信
管8で電力増幅され、偏波切替回路9により周波数f1
のときはH偏波となって、サーキュレータ10及び図示
しない空中線装置を介して空間に向けて送出され、周波
数f2 のときはV偏波となって、サーキュレータ11及
び図示しない空中線装置を介して空間に向けて送出され
る。図2(b)にH偏波送信タイミング、図2(c)に
V偏波送信タイミングを示す。
This signal is supplied to the control circuit 14 by the pin modulator 7.
After being pulse-modulated based on the trigger signal from the transmitter, the power is amplified by the transmission tube 8, and the frequency f1 is
When the frequency is f 2, the light is transmitted to the space via the circulator 10 and an antenna device (not shown). Sent to FIG. 2B shows the transmission timing of the H polarization, and FIG. 2C shows the transmission timing of the V polarization.

【0028】空中線装置から放射された電波は気象粒子
に到達し、エコーとなって再び空中線装置で捕捉され、
サーキュレータ10、11に入力される。ここで、図2
に示す通り、H偏波の送信タイミングの中間でV偏波
が、V偏波の送信タイミングの中間でH偏波が送信され
る。このため、H偏波の送信電波のエコーがサーキュレ
ータ11へ、V偏波の送信電波のエコーがサーキュレー
タ10へ入力されることになる。ところが、H偏波とV
偏波は偏波面が直交しているため、偏波面の違う信号に
対しては、分離度IH-V 分だけ減衰して入力されること
になる。
The radio wave radiated from the antenna device reaches the meteorological particles, becomes an echo and is again captured by the antenna device.
It is input to circulators 10 and 11. Here, FIG.
As shown in (5), the V polarization is transmitted in the middle of the transmission timing of the H polarization and the H polarization is transmitted in the middle of the transmission timing of the V polarization. Therefore, the echo of the H-polarized transmission radio wave is input to the circulator 11, and the echo of the V-polarized transmission radio wave is input to the circulator 10. However, H polarization and V
Since the polarization planes are orthogonal to each other, the signals having different polarization planes are input after being attenuated by the degree of separation IH-V.

【0029】このようにして、入力された受信信号は、
ノイズ等による大電力入力を制御するTRリミッタ1
5、27を通過し、高周波増幅器16、28でそれぞれ
増幅され、次段の混合器17、29へ出力される。
Thus, the input received signal is
TR limiter 1 for controlling large power input due to noise, etc.
After passing through 5 and 27, they are amplified by high frequency amplifiers 16 and 28, respectively, and output to mixers 17 and 29 at the next stage.

【0030】H偏波系統の混合器17では、周波数がf
1 −fIFの信号と混合される。混合器17へはV偏波か
らの成分も分離度IH-V 分だけ減衰して入力されている
ので、同様に混合される。ところが、V偏波入力信号の
周波数はf2 であるため、混合器17の出力では、H偏
波成分とはfCLK違った周波数に分布することになる。
そこで、これを利用して後段のフィルタ18でH偏波を
抽出するようにすれば、さらに分離度IH を稼ぐことが
できる。
In the mixer 17 of the H polarization system, the frequency is f
It is mixed with the signal of 1-fIF. The components from the V polarization are also attenuated by the degree of separation IH-V and input to the mixer 17, so that the components are similarly mixed. However, since the frequency of the V-polarized input signal is f2, the output of the mixer 17 is distributed at a frequency different from the H-polarized component by fCLK.
Therefore, if the H polarization is extracted by the filter 18 at the subsequent stage using this, the degree of separation IH can be further increased.

【0031】同様に、V偏波系統の混合器29では、周
波数がf2 −fIFの信号と混合される。混合器29へは
H偏波からの成分も分離度IV-H 分だけ減衰して入力さ
れるので、同様に混合される。ところが、H偏波入力信
号の周波数はf1 であるため、混合器29の出力では、
V偏波成分とはfCLK 違った周波数に分布することにな
る。そこで、後段のフィルタ30でV偏波を抽出するよ
うにすれば、さらに分離度IV を稼ぐことができる。
Similarly, in the mixer 29 of the V polarization system, the signal is mixed with a signal having a frequency of f2-fIF. The component from the H polarization is also attenuated by the degree of separation IV-H to the mixer 29 and is similarly mixed. However, since the frequency of the H polarization input signal is f1, the output of the mixer 29 is
The V polarization component is distributed at a frequency different from fCLK. Therefore, if the V-polarized wave is extracted by the filter 30 at the subsequent stage, the degree of separation IV can be further increased.

【0032】フィルタ18、30で得られた受信信号は
それぞれ混合器20、21、32、33で直交検波され
て複素形式の信号となり、フィルタ23、24、34、
35で不要波が除去された後、A/D変換器25、2
6、36、37に供給され、デジタル信号に変換され
る。
The received signals obtained by the filters 18 and 30 are subjected to quadrature detection by mixers 20, 21, 32 and 33, respectively, and become complex signals.
After unnecessary waves are removed at 35, the A / D converters 25, 2
6, 36, and 37, and are converted into digital signals.

【0033】図3は、送信繰り返し周波数で決まる最大
観測半径以遠の信号が、上記のような手順で抽出される
様子を示したものである。すなわち、真のエコーは図3
(a)に示すように送信繰り返し周波数で決まる最大観
測半径以遠でも受信される。ここで、送信トリガータイ
ミングは、図3(b)に示すように、周期T(=1/
(送信繰り返し周波数))となっている。これに対し、
H偏波受信系統の受信信号は図3(c)に示すようにな
り、またV偏波受信系統の受信信号は図3(d)に示す
ようになる。そこで、エコー観測開始位置を図3
(c)、(d)中の矢印の時点(図3(c)では3T、
5T、…の時点、図3(d)では2T、4T、6T、…
の時点)に設定することにより、略倍の半径内のエコー
を受信することができる。
FIG. 3 shows a manner in which a signal farther than the maximum observation radius determined by the transmission repetition frequency is extracted by the above-described procedure. That is, the true echo is shown in FIG.
As shown in (a), the signal is received even if it is longer than the maximum observation radius determined by the transmission repetition frequency. Here, the transmission trigger timing has a period T (= 1/1, as shown in FIG. 3B).
(Transmission repetition frequency)). In contrast,
The received signal of the H-polarized wave receiving system is as shown in FIG. 3C, and the received signal of the V-polarized wave receiving system is as shown in FIG. 3D. Therefore, the echo observation start position is shown in Fig. 3.
3C, 3D (in FIG. 3C, 3T,
At the time of 5T,..., 2T, 4T, 6T,.
), It is possible to receive an echo within a radius approximately twice as large.

【0034】但し、送出される送信信号の周波数がH偏
波とV偏波で異なっているため、電波伝搬路上を往復す
る間に発生する位相遅れが異なるものになる。このこと
は、受信信号からドップラ周波数を観測しようとするド
ップラレーダ装置にとっては重大な問題となる。そこ
で、第1及び第2の局部発振器1、2の出力を混合する
ことによって得られるfCLK を制御回路14でn分周
し、サンプリングクロックとしてA/D変換器25、2
6、36、37に送り、受信信号をサンプリングする。
これによって、位相差が2πの整数倍になる位置、すな
わち位相差が0の位置で受信信号を取り込むことができ
る。その結果、H偏波、V偏波の両信号の位相差を補償
することができる。
However, since the frequency of the transmitted transmission signal is different between the H-polarized wave and the V-polarized wave, the phase delay generated during the round trip on the radio wave propagation path is different. This is a serious problem for Doppler radar devices that attempt to observe Doppler frequency from received signals. Therefore, fCLK obtained by mixing the outputs of the first and second local oscillators 1 and 2 is frequency-divided by n in the control circuit 14, and the A / D converters 25 and 2 are used as sampling clocks.
6, 36, and 37 to sample the received signal.
Thus, a received signal can be captured at a position where the phase difference is an integral multiple of 2π, that is, at a position where the phase difference is 0. As a result, it is possible to compensate for the phase difference between the H-polarized signal and the V-polarized signal.

【0035】したがって、上記構成によるドップラレー
ダ装置では、二つの受信系統間の合計分離度が、パルス
ヒット毎に切り替わるH、V偏波間の分離度と、同じく
パルスヒット毎に切り替わる送信周波数の違いによる分
離度を乗じたものになる。特に、気象粒子を観測する用
途では、二つの受信系統は、実効的に送信繰り返し周波
数fr /2で動作することと同様の動作となる。したが
って、最大測定可能半径は前述の(2)式の2倍とな
る。また、二つの受信系統が、実効的に送信繰り返し周
波数fr /2で動作することと同様の動作となるため、
2次エコーをほぼ完全に除去することができる。
Therefore, in the Doppler radar device having the above-described configuration, the total degree of separation between the two receiving systems depends on the difference between the H and V polarizations switched at each pulse hit and the transmission frequency also switched at each pulse hit. Multiplied by the degree of separation. In particular, in an application for observing meteorological particles, the two receiving systems operate in a manner similar to that of effectively operating at the transmission repetition frequency fr / 2. Therefore, the maximum measurable radius is twice as large as the above-mentioned equation (2). In addition, since the two receiving systems operate in the same manner as operating at the transmission repetition frequency fr / 2 effectively,
The secondary echo can be almost completely removed.

【0036】尚、図1の回路においては、位相検波回路
19〜26、31〜37をアナログ回路で構成する場合
について説明したが、フィルタ18、30の後段でA/
D変換を行う、デジタルIQ検波回路を用いても同様の
処理を実現できる。
In the circuit of FIG. 1, the case where the phase detection circuits 19 to 26 and 31 to 37 are constituted by analog circuits has been described.
Similar processing can be realized by using a digital IQ detection circuit that performs D conversion.

【0037】[0037]

【発明の効果】以上のように本発明によれば、最大測定
可能半径を飛躍的に増大しつつ、2次エコーを確実に除
去することのできるドップラレーダ装置を提供すること
ができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a Doppler radar apparatus capable of reliably removing a secondary echo while dramatically increasing the maximum measurable radius.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明に係るドップラレーダ装置の一実施形態
の構成を示すブロック回路図。
FIG. 1 is a block circuit diagram showing a configuration of an embodiment of a Doppler radar device according to the present invention.

【図2】同実施形態のH偏波(f1 )、V偏波(f2 )
の送信タイミングを示すタイミング図。
FIG. 2 shows an H-polarized wave (f1) and a V-polarized wave (f2) of the embodiment.
FIG. 4 is a timing chart showing transmission timings of FIG.

【図3】同実施形態において、最大観測半径以遠の信号
が抽出される様子を示す概念図。
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a state in which a signal that is longer than a maximum observation radius is extracted in the embodiment.

【図4】従来のドップラレーダ装置において、最大観測
半径以遠にエコーがない場合の真のエコーに対する受信
信号の様子を示す概念図。
FIG. 4 is a conceptual diagram showing a state of a received signal with respect to a true echo when there is no echo beyond a maximum observation radius in a conventional Doppler radar device.

【図5】従来のドップラレーダ装置において、最大観測
半径以遠にエコーが有る場合の真のエコーに対する受信
信号の様子を示す概念図。
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a state of a received signal with respect to a true echo in a case where an echo is present beyond a maximum observation radius in a conventional Doppler radar apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…第1の高安定局部発振器 2…第2の高安定局部発振器 3…切替回路 4…混合器 5…IF局部発振器 6…ハイパスフィルタ 7…ピン変調器 8…送信管 9…偏波切替回路 10,11…サーキュレータ 12…混合器 13…ローパスフィルタ 14…制御回路 15,27…TRリミッタ 16,28…高周波増幅器 17,29…混合器 18,30…偏波成分抽出フィルタ 19,31…90度シフター 20,21,32,33…混合器 23,24,34,35…フィルタ 25,26,36,37…A/D変換器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... 1st highly stable local oscillator 2 ... 2nd highly stable local oscillator 3 ... Switching circuit 4 ... Mixer 5 ... IF local oscillator 6 ... High-pass filter 7 ... Pin modulator 8 ... Transmission tube 9 ... Polarization switching circuit 10, 11: circulator 12: mixer 13: low-pass filter 14: control circuit 15, 27: TR limiter 16, 28: high-frequency amplifier 17, 29: mixer 18, 30 ... polarization component extraction filter 19, 31: 90 degrees Shifters 20, 21, 32, 33 ... Mixers 23, 24, 34, 35 ... Filters 25, 26, 36, 37 ... A / D converters

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Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】互いに周波数の異なる第1及び第2の周波
数信号を発生する第1及び第2の局部発振器と、 前記第1及び第2の周波数信号を送信周波数に変換する
ための中間周波数信号を発生する第3の局部発振器と、 前記第1及び第2の局部発振器から出力される第1及び
第2の周波数信号に対してそれぞれ前記第3の局部発振
器から出力される中間周波数信号で送信周波数に周波数
変換しパルス変調を施し電力増幅した後、一方を水平偏
波、他方を垂直偏波に変換して、送信繰り返し周期で交
互に出力する送信手段と、 この手段から出力される水平偏波及び垂直偏波を空間に
放射しそれぞれのエコーを捕捉する空中線装置と、 この空中線装置で捕捉されたエコーを取り込んで前記水
平偏波のエコー成分を抽出する系統と前記垂直偏波のエ
コー成分を抽出する系統に振り分け、各系統の出力につ
いて直線位相検波を施す受信手段と、 前記受信手段で得られた2系統の直線位相検波出力につ
いて位相差を補償する位相差補償手段とを具備し、最大
観測半径RMAX を RMAX =c/fr 但し、fr :送信繰り返し周波数 c :光速度 としたことを特徴とするドップラレーダ装置。
A first and a second local oscillator for generating first and second frequency signals having different frequencies from each other; and an intermediate frequency signal for converting the first and second frequency signals into a transmission frequency. And a third local oscillator for generating the first and second local oscillators, and transmitting an intermediate frequency signal output from the third local oscillator to the first and second frequency signals output from the first and second local oscillators, respectively. A transmission means for converting the frequency into a frequency, applying pulse modulation and amplifying the power, converting one into horizontal polarization and the other into vertical polarization, and outputting the same alternately at a transmission repetition cycle, and a horizontal polarization output from this means. An antenna device that radiates waves and vertically polarized waves into space and captures respective echoes; a system that captures echoes captured by the antenna device and extracts echo components of the horizontal polarization; A receiving unit for distributing to a system for extracting a co component and performing linear phase detection on an output of each system, and a phase difference compensating unit for compensating a phase difference for the two systems of linear phase detection outputs obtained by the receiving unit. A Doppler radar apparatus characterized in that the maximum observation radius RMAX is RMAX = c / fr, where fr: transmission repetition frequency c: light speed.
【請求項2】前記送信手段は、 前記第1及び第2の周波数信号を送信繰り返し周期で交
互に選択出力する信号選択手段と、 この切替回路から出力される周波数信号に前記第3の局
部発振器から出力される中間周波数信号を混合して送信
周波数に変換する周波数変換手段と、 この手段で得られた周波数信号にパルス変調を施すパル
ス変調手段と、 この手段の出力を電力増幅して送信パルスを生成する電
力増幅手段と、 この手段から出力される送信パルスの内、第1の周波数
信号に基づく送信パルスを水平偏波、第2の周波数信号
に基づく送信パルスを垂直偏波に変換し、前記水平偏波
及び垂直偏波を送信繰り返し周期で交互に出力する偏波
切替手段とを備えることを特徴とする請求項1記載のド
ップラレーダ装置。
2. The signal processing apparatus according to claim 1, wherein said transmitting means includes a signal selecting means for alternately selecting and outputting said first and second frequency signals at a transmission repetition cycle; Frequency conversion means for mixing the intermediate frequency signal output from the device and converting it to a transmission frequency; pulse modulation means for performing pulse modulation on the frequency signal obtained by this means; And a power amplifying means for generating, from among the transmission pulses output from this means, a transmission pulse based on the first frequency signal is converted into a horizontally polarized wave, and a transmission pulse based on the second frequency signal is converted into a vertically polarized wave; 2. The Doppler radar device according to claim 1, further comprising: a polarization switching unit that alternately outputs the horizontal polarization and the vertical polarization at a transmission repetition cycle.
【請求項3】前記受信装置は、前記空中線装置で捕捉さ
れた水平偏波、垂直偏波のエコー成分をそれぞれ前記第
3の発振器の出力と混合して中間周波数に変換する周波
数変換手段と、 この手段で周波数変換された水平偏波、垂直偏波のエコ
ー成分をそれぞれ前記第3の局部発振器の出力により直
線位相検波する位相検波手段とを備えることを特徴とす
る請求項2記載のドップラレーダ装置。
3. The frequency conversion means for mixing the horizontally and vertically polarized echo components captured by the antenna device with the output of the third oscillator to convert the echo components into an intermediate frequency. 3. The Doppler radar according to claim 2, further comprising: phase detection means for linearly detecting the echo components of the horizontally polarized wave and the vertically polarized wave frequency-converted by the means, respectively, based on the output of the third local oscillator. apparatus.
【請求項4】さらに、前記第1及び第2の局部発振器の
出力を混合しその低域成分を抽出してクロック信号を生
成するクロック生成手段と、 この手段で生成されたクロック信号に基づいて送信繰り
返し周期を決定し、前記信号選択手段、パルス変調手
段、偏波切替手段を制御する制御手段を備えることを特
徴とする請求項2または3記載のドップラレーダ装置。
4. A clock generating means for mixing the outputs of the first and second local oscillators and extracting a low-frequency component thereof to generate a clock signal, based on the clock signal generated by the means. 4. The Doppler radar device according to claim 2, further comprising a control unit that determines a transmission repetition period and controls the signal selection unit, the pulse modulation unit, and the polarization switching unit.
【請求項5】前記制御手段は、さらに前記送信繰り返し
周期の整数倍の周波数を持つサンプリングクロックを生
成し、 前記位相差補償手段は、前記受信手段で得られた2つの
位相検波出力それぞれについて、前記制御手段で生成さ
れるサンプリングクロックに基づいてデジタル信号に変
換することを特徴とする請求項4記載のドップラレーダ
装置。
5. The control unit further generates a sampling clock having a frequency that is an integral multiple of the transmission repetition period, and the phase difference compensating unit calculates two phase detection outputs obtained by the receiving unit. 5. The Doppler radar device according to claim 4, wherein said digital signal is converted into a digital signal based on a sampling clock generated by said control means.
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