JP2001174553A - レーダ装置 - Google Patents

レーダ装置

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JP2001174553A
JP2001174553A JP35762999A JP35762999A JP2001174553A JP 2001174553 A JP2001174553 A JP 2001174553A JP 35762999 A JP35762999 A JP 35762999A JP 35762999 A JP35762999 A JP 35762999A JP 2001174553 A JP2001174553 A JP 2001174553A
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wind speed
speed data
altitude
smoothing
observation
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JP35762999A
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Inventor
Takashi Nakatani
崇史 中谷
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Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 レーダ装置における高度補間処理により算出
される風速において、観測ドップラ情報に対してスムー
ジング処理をすることにより、風速の算出精度を向上さ
せる。 【解決手段】 受信した電波より各観測高度の風速デー
タを演算出力する演算処理部4と、演算された一連の風
速データを平滑化する平滑部7と、平滑化された風速デ
ータにより、前記同一観測高度付近の風速データを補間
処理する補間処理部5Aとを備えている。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、レーダビームの
反射波(電波、または音波)から得られるドップラ情報
に基づいて、観測領域の風向・風速を測定するレーダ装
置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】図6は従来のレーダ装置を示すブロック
図であり、図において、1は観測領域において電波を送
受信する空中線装置、2は空中線装置1に対して電波送
受信角度である仰角または方位角を制御する空中線制御
装置、3は空中線装置1により電波を送受信する送受信
装置、4は受信した電波を処理する信号処理部、5は信
号処理部4の処理結果から観測領域の風速を算出する風
速算出部である。
【0003】また、図7は、従来のレーダ装置で実施さ
れる高度補間による風速算出の概念を説明する図であ
る。即ち、所定の観測高度において欠欠落した観測デー
タ(ドップラ速度:風速)を補間する方法の概念を説明
する図である。具体的に、図7は、風速観測を実施して
いる空中線装置1による第1の空中線(第1のレーダビ
ーム)B1および第1の空中線B1より所定角度傾斜さ
せて発射した第2の空中線(第2のレーダビーム)B2
で観測されたドップラ速度と観測高度とから、補間処理
によって求められる風速と観測高度の関連を表す概念図
である。
【0004】図7において、XXは第1の空中線B1に
おける観測高度、YYは第1の空中線B1により観測さ
れた観測データである風速(ドップラ速度)、Xaは第
2の空中線B2おける観測高度、Yaは観測高度XX
(j+1)における観測データYY(j+1)と観測高
度XX(J)における観測データYY(j)との間の観
測データを補間すべく補間処理によって算出され観測デ
ータ(ドップラ速度)である。
【0005】次に、図6に示す従来装置の動作について
説明する。送受信装置3より発生された電波は、空中線
装置1から空中線制御装置2により指定された方向に発
射される。発射された電波は空中に散乱する雨滴等の物
質により反射され、その一部が再び空中線装置1にて受
信される。受信された電波は、送受信装置3内で行われ
る受信処理により検波される。検波された波形から、信
号処理部4にて強度信号、位相情報が演算出力される。
この位相情報がドップラ速度を示す観測データ、すなわ
ちレーダ視線方向に関する雨滴等の物質の移動速度を示
す情報となる。
【0006】従来技術では、ドップラ速度(風速)とし
て鉛直方向、及び鉛直方向に対して2つの仰角方向に一
定角度分傾いた計3方位において風速を観測する。
【0007】そして、図7に示すように、以下の式
(1)により、第1の空中線B1における観測高度XX
と第2の空中線B2における観測高度Xaとの間のドッ
プラ速度を補間すべきドップラ速度Yaが求められる。
【0008】 Ya={(Xa(i)−XX(j))/(XX(j+1)−XX(j))} ×{YY(j+1)−YY(j)}+YY(j)・・・・・(1)
【0009】
【発明が解決しようとする課題】従来のレーダ装置は以
上のように構成されており、観測データとして信号処理
部で演算されたドップラ情報(風速、風向)YY、Ya
を、そのまま上記(1)式に代入することで、本来観測
データの無い高度のドップラ速度を、観測対象高度にお
ける上限2点の既知の観測データ(ドップラ速度)を用
いた比例計算で求めて補間した。しかし、補間されたド
ップラ速度は観測データのバラツキに影響され、観測誤
差を多く含む可能性があるという問題点があった。
【0010】この発明は、上記のような問題点を解消す
るためになされたもので、ドップラ速度の高度補間処理
前あるいは高度補間処理後にドップラ速度のスムージン
グ処理を導入することにより、観測データのバラつきを
抑え、より補間精度を向上させることができるレーダ装
置を得ることを目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】この発明に係るレーダ装
置は、受信した電波より各観測高度の風速データを演算
出力する演算処理部と、演算された一連の風速データを
平滑化する平滑部と、平滑化された風速データにより、
前記同一観測高度付近の風速データを補間処理する補間
処理部とを備えたものである。
【0012】この発明に係るレーダ装置は、過去におい
て前記演算処理部が演算出力した各観測高度における風
速データを蓄積するデータ蓄積部を備え、特定観測高度
における風速データの欠損時に、当該観測高度における
各蓄積風速データを前記平滑部で平滑し、前記補間処理
部にて欠損風速データを前記平滑した風速データで補う
ものである。
【0013】この発明に係るレーダ装置は、受信した電
波より各観測高度の風速データを演算出力する演算処理
部と、演算出力された風速データで同一観測高度付近の
風速データを補間処理する補間処理部と、補間処理され
た一連の風速データを平滑化する平滑部とを備えたもの
である。
【0014】この発明に係るレーダ装置の平滑部は、高
度方向における各風速データを加算平均による移動平均
により平滑化するものである。
【0015】この発明に係るレーダ装置の平滑部は、過
去からの一連の風速データにおける同一の観測高度にお
ける風速データを加算平均して平滑化するものである。
【0016】この発明に係るレーダ装置の平滑部は、過
去からの一連の風速データにおける同一の観測高度にお
ける風速データを、その値が小さい順から並び替え、中
間の値を求めて平滑化するものである。
【0017】
【発明の実施の形態】実施の形態1.以下、この発明の
実施の形態1に係るレーダ装置を添付図面を参照して説
明する。図1は本実施の形態1に係るレーダ装置の構成
図である。尚、図中、図6と同一符号は同一または相当
部分を示す。図において、6は信号処理部4で演算処理
されたドップラ情報を蓄積するデータ蓄積部、7はデー
タ蓄積部6に蓄積されたドップラ情報をスムージング処
理する平滑部、5Aは本実施の形態1に係る風速処理部
であり、この風速処理部5Aはスムージング処理が施さ
れたドップラ情報に基づき、上記(1)式を用いて所定
観測高度間の風速を補間処理し、目的観測高度における
ドップラ速度を決定する。
【0018】即ち、補間されるべく観測データ(ドップ
ラ速度)の上下2個の既知の観測データをそれぞれ他の
複数の観測データとの平均化処理によりスムージング処
理した後に、演算算出部5Aにおいて、上記(1)式を
用いて所定観測高度間の風速を補間処理をする。
【0019】次に、本実施の形態1の動作を説明する。
空中線装置1から発射された電波は空中に散乱する雨
滴、塵などの物質により反射され、空中線装置1にて受
信される。受信された信号は信号処理装置4にて強度信
号と位相情報(ドップラ情報)が演算出力される。この
位相情報は上述したようにドップラ速度、即ち、レーダ
視線方向に関する物質の移動速度(風速)を示す情報と
なる。
【0020】データ蓄積部6は空中線装置1のドップラ
情報を1観測分蓄積する。平滑部7はデータ蓄積部6に
蓄えられた1観測分の空中線装置1の高度方向k個のド
ップラ情報についてスムージング処理を実施し、k個の
スムージング処理後のドップラ情報を風速算出部5に出
力する。風速算出部5は平滑部7から出力されたスムー
ジング処理後のドップラ情報を、上記(1)式に代入し
て対象高度の観測データを演算し、観測データの無い高
度における観測データを補間する。
【0021】以下、スムージング処理の概念について説
明する。観測高度方向に連続するドップラ情報について
スムージング処理を実施する場合、対象高度のドップラ
情報の前後規定数のドップラ情報を抽出し、式(2)に
示す加算平均による移動平均処理によって、各高度にお
けるドップラ情報(n点)を決定する。但し、式2は3
点のスムージング処理の場合を示す式である。
【0022】 Vβ=(n1+n+n2)/3・・・・・・(2) ここで、n1,n2,n3は各高度毎のドップラ情報、
Vβは対象高度におけるスムージング後のドップラ情報
である。
【0023】観測高度方向における各ドップラ情報の加
算平均による移動平均処理を使用したスムージング処理
の概念図を図3に示す。この実施の形態1では、単一の
空中線装置の観測高度方向におけるドップラ情報の加算
平均による移動平均を追加するのみであり、従来のレー
ダ装置の構成に大きな変更なく精度よく補間後の風速情
報を得ることが可能である。
【0024】実施の形態2.上記実施の形態1は、高度
方向の加算平均による移動平均処理によりドップラ情報
をスムージング処理したが、各時刻毎に複数の観測高度
にてドップラ情報を収集する場合であれば、各時刻にお
ける同一の対象高度のドップラ情報に対して加算平均を
施すことで対象高度におけるスムージング処理後のドッ
プラ速度を得ることが可能である。
【0025】同一対象高度における観測データ(ドップ
ラ情報)の時間方向の加算平均処理を用いたスムージン
グ処理の概念を図4に示す。平均処理の演算式は式
(2)と同様である。
【0026】例えば、観測時間を3点とし、各時刻にお
ける対象高度のドップラ情報をn1,n2,n3とした
場合、対象高度におけるスムージング処理後のドップラ
情報Vβは、式(2)と同様に以下の式(3)で示され
る。
【0027】 Vβ=(n1+n2+n3)/3・・・(3)
【0028】実施の形態3.上記実施例2では、各時刻
における同一対象高度においてドップラ情報を加算平均
して対象高度におけるスムージング処理後のドップラ情
報Vβを求めていた。しかし、各時刻における同一対象
高度において連続したドップラ情報の中間値を求めるこ
とにより、対象高度におけるスムージング処理後のドッ
プラ情報Vβを求めことも可能である。ここで、各時刻
おける同一対象高度において連続したドップラ情報の中
間値算出処理を用いたスムージング処理の概念を図5に
示す。同一対象高度において時間方向に連続するドップ
ラ情報の中間値算出処理を実施する場合、規定数分のド
ップラ情報(n点)を抽出し、ドップラ情報が小さいも
のから大きいものへと並び替えて中間値算出処理を実施
する。
【0029】並び替えられたドップラ情報の先頭から
{(n−1)/2+1}番目、つまりn=5の場合は3
番目のドップラ情報が中間値として出力される。この中
間値をスムージング処理後の対象高度におけるドップラ
情報とする。ただし、規定数nは必ず奇数である。
【0030】実施の形態4.上記、実施の形態1〜3で
は、データ蓄積部6に蓄積された各対象高度におけるド
ップラ情報を平均化処理して対象高度におけるスムージ
ング処理後のドップラ情報を求め、補間処理を行った。
しかし、データ蓄積部6に過去の各時刻毎の各観測高度
におけるドップラ情報を蓄積することで、所定観測高度
におけるドップラ情報が欠損した場合であっても、過去
の各時刻における対象高度におけるドップラ情報をスム
ージング処理することで、欠損情報をスムージング処理
したドップラ情報で補間することができる。
【0031】即ち、対象高度におけるドップラ情報の欠
損が発生した場合、データ蓄積部6から過去の同一対象
高度のドップラ情報を規定数取り出し、平滑部7で加算
平均して同一対象高度のドップラ情報の加算平均値を求
め、その平均値で欠損したドップラ情報の補間処理を行
う。
【0032】実施の形態5.実施の形態4では、観測デ
ータであるドップラ情報の欠損を時間方向データの加算
平均結果によって欠損データの補間処理を実施したが、
時間方向データの中間値を求めることでスムージング処
理したドップラ情報を求め、このドップラ情報で欠損情
報を補間することもができる。即ち、ドップラ情報の欠
損が発生した場合、データ蓄積部6から過去の同一観測
高度のドップラ情報を規定数(奇数)取り出し、平滑部
7でドップラ情報を小さい方から大きい方への並べ替え
を実施する。
【0033】そして、並べ替えしたドップラ情報(例え
ば、風速)値の中間値を求めることでドップラ情報をス
ムージング処理し、このドップラ情報で欠損情報を補間
することができる。
【0034】実施の形態6.実施の形態1では、データ
蓄積部6に蓄積された1観測分の空中線1を高度方向k
個の観測データについて加算平均による移動平均にてス
ムージング処理を実施して対象高度のドップラ速度を求
め、このドップラ速度を用いて補間処理を行った。
【0035】図2は本実施の形態6に係るレーダ装置の
構成である。尚、図中、図1と同一符号は同一または相
当部分を示す。本実施の形態6は、風速算出部5で上記
(1)に基づき演算出力され、高度補間された各風速デ
ータを、データ蓄積部6に保存し、この補間された風速
データに対して、実施の形態1に示した加算平均による
移動平均にてスムージング処理を平滑部7で実施するこ
とで対象高度におけるドップラ情報を決定する。
【0036】実施の形態7.実施の形態2では、過去の
同一高度の観測データに対して時間方向の加算平均によ
ってスムージング処理を実施した。本実施の形態7は実
施の形態6と同様に風速算出部5が出力した高度補間の
風速データの同一高度データを、平滑部7で時間方向に
加算平均することで対象高度におけるドップラ情報を決
定する。時間方向の加算平均処理の概念は、図4に示し
たものと同様である。
【0037】実施の形態8実施例7では、高度補間後の
風速データに対して時間方向の加算平均によるスムージ
ング処理を実施したが、実施の形態3で説明したように
高度補間後の風速データを奇数個、風速が小さいものか
ら大きいものへと並べ替えをし、その中間の値の風速を
算出することで該当ドップラ情報を決定する。時間方向
に中間値を算出する概念図は、図5に示したものと同じ
である。
【0038】
【発明の効果】この発明によれば、受信した電波より各
観測高度の風速データを演算出力する演算処理部と、演
算された一連の風速データを平滑化する平滑部と、平滑
化された風速データにより、前記同一観測高度付近の風
速データを補間処理する補間処理部とを備えたので、精
度の高い高度補間結果を得られるという効果がある。
【0039】この発明によれば、過去において前記演算
処理部が演算出力した各観測高度における風速データを
蓄積するデータ蓄積部を備え、特定観測高度における風
速データの欠損時に、当該観測高度における各蓄積風速
データを平滑部で平滑し、補間処理部にて欠損風速デー
タを前記平滑した風速データで補うようにしたので、精
度の高い高度補間結果を得られるという効果がある。
【0040】この発明によれば、受信した電波より各観
測高度の風速データを演算出力する演算処理部と、演算
出力された風速データで同一観測高度付近の風速データ
を補間処理する補間処理部と、補間処理された一連の風
速データを平滑化する平滑部とを備えたので、精度の高
い高度補間結果を得られるという効果がある。
【0041】この発明によれば、平滑部は、高度方向に
おける各風速データを加算平均による移動平均により平
滑化することで、精度の高い計測結果が得られるという
効果がある。
【0042】この発明によれば、平滑部は、過去からの
一連の風速データにおける同一の観測高度における風速
データを加算平均して平滑化することで、精度の高い計
測結果が得られるという効果がある。
【0043】この発明によれば、平滑部は、過去からの
一連の風速データにおける同一の観測高度における風速
データを、その値が小さい順から並び替え、中間の値を
求めて平滑化することで、精度の高い計測結果が得られ
るという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施の形態1から5によるレーダ装
置の構成を示すブロック図である。
【図2】この発明の実施の形態6〜8に係るレーダ装置
の構成を示すフロック図である。
【図3】 ドップラ情報を高度方向に加算平均による移
動平均を行う場合の概念図である。
【図4】 ドップラ情報を時間方向に実施する加算平均
の概念図である。
【図5】 ドップラ情報を時間方向に中間値算出する場
合の概念図である。
【図6】 従来のレーダ装置の権成をボすブロック図で
ある。
【図7】 高度補間処理による風速算出の概念図であ
る。
【符号の説明】
1 空中線装置、2 空中線制御装置、3 送受信装
置、4 信号処理部、5,5A 風速算出部、6 デー
タ蓄積部、7 平滑部。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 受信した電波より各観測高度の風速デー
    タを演算出力する演算処理部と、演算された一連の風速
    データを平滑化する平滑部と、平滑化された風速データ
    により、前記同一観測高度付近の風速データを補間処理
    する補間処理部とを備えたことを特徴とするレーダ装
    置。
  2. 【請求項2】 過去において前記演算処理部が演算出力
    した各観測高度における風速データを蓄積するデータ蓄
    積部を備え、特定観測高度における風速データの欠損時
    に、当該観測高度における各蓄積風速データを前記平滑
    部で平滑し、前記補間処理部にて欠損風速データを前記
    平滑した風速データで補うことを特徴とする請求項1に
    記載のレーダ装置。
  3. 【請求項3】 受信した電波より各観測高度の風速デー
    タを演算出力する演算処理部と、演算出力された風速デ
    ータで前記同一観測高度付近の風速データを補間処理す
    る補間処理部と、補間処理された一連の風速データを平
    滑化する平滑部とを備えたことを特徴とするレーダ装
    置。
  4. 【請求項4】 前記平滑部は、高度方向における各風速
    データを加算平均による移動平均により平滑化すること
    を特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載のレー
    ダ装置。
  5. 【請求項5】 前記平滑部は、過去からの一連の風速デ
    ータにおける同一の観測高度における風速データを加算
    平均して平滑化することを特徴とする請求項1ないし3
    のいずれかに記載のレーダ装置。
  6. 【請求項6】 前記平滑部は、過去からの一連の風速デ
    ータにおける同一の観測高度における風速データを、そ
    の値が小さい順から並び替え、中間の値を求めて平滑化
    することを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記
    載のレーダ装置。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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