JP2010175377A - Radar apparatus, ocean-radar observation apparatus, and doppler frequency data calculation method - Google Patents

Radar apparatus, ocean-radar observation apparatus, and doppler frequency data calculation method Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a radar apparatus and an ocean-radar observation apparatus which detect rapidly changing surface flow rates. <P>SOLUTION: A processing unit 25 calculates first amplitude data by azimuth resolution processing of a received data Dr; groups these first amplitude data, while overlapping each of n-cycle portions of the sweep cycles with an optional sweep cycle of less than n; calculates for each group, second amplitude data in a sweep cycle unit, which show the amplitude for each predetermined distance in the predetermined direction, by performing Fourier transformation on the first amplitude data in a sweep cycle unit; groups for every group of the second amplitude data, by rearranging each of the second amplitude data included in each of the groups for each of the predetermined distances, in the order of the sweep cycles; prepares the new second amplitude data by adding, for every group, predetermined number of zero-data showing zero-amplitude to the second amplitude data which is grouped by the rearrangement; and calculates Doppler spectra Ddp1, Ddp2 for each predetermined distance by performing Fourier transformation of the second amplitude data to which the zero-data is added. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、所定周期で周波数が掃引される送信信号の反射信号を利用して、所定方向に沿った所定距離毎の海の表層流速を観測するレーダ装置、このレーダ装置を複数備えて面的に海の表層流速を観測する海洋レーダ観測装置、およびこれらの装置に使用されるドップラ周波数データ算出方法に関するものである。   The present invention provides a radar apparatus that observes the surface velocity of the sea at a predetermined distance along a predetermined direction using a reflected signal of a transmission signal whose frequency is swept at a predetermined period, and includes a plurality of such radar apparatuses. The present invention relates to a marine radar observation apparatus for observing the surface velocity of the sea, and a Doppler frequency data calculation method used in these apparatuses.

この種のレーダ装置の基本的な構成として、下記特許文献1において従来の技術として開示されたレーダ装置(レーダ局)の構成が知られている。このレーダ装置では、まず、第1回FFT処理において、1掃引単位でFFT解析を行い、掃引回数個のスペクトルを算出する。この場合、このスペクトルは、レンジ(距離)方向のエコーのエネルギー分布を表したものとなっている。次いで、算出された掃引回数個のスペクトルを距離毎に並び換える並び換え処理を実行する。この処理では、第1回FFT処理で算出されたスペクトルから同じ距離のエコーのエネルギー値を集めて時系列を作成する。次いで、この距離毎の時系列に対して第2回FFT処理を実行して、ドップラスペクトルを算出する。最後に、このドップラスペクトルのS/Nを稼ぐため、数個の時系列から算出したドップラスペクトルを平均する。この場合、最終的に算出されたドップラスペクトルは、アンテナの視線方向の流速を示したものとなっている。   As a basic configuration of this type of radar apparatus, a configuration of a radar apparatus (radar station) disclosed as a conventional technique in Patent Document 1 below is known. In this radar apparatus, first, in the first FFT processing, FFT analysis is performed in units of one sweep, and spectra corresponding to the number of sweeps are calculated. In this case, this spectrum represents the energy distribution of echoes in the range (distance) direction. Next, a rearrangement process for rearranging the calculated number of sweep-numbered spectra for each distance is executed. In this process, energy values of echoes of the same distance are collected from the spectrum calculated in the first FFT process to create a time series. Next, a second FFT process is performed on the time series for each distance to calculate a Doppler spectrum. Finally, in order to earn the S / N of the Doppler spectrum, the Doppler spectrum calculated from several time series is averaged. In this case, the finally calculated Doppler spectrum shows the flow velocity in the line-of-sight direction of the antenna.

特開2000−314773号公報(第3頁、第6図)JP 2000-314773 A (page 3, FIG. 6)

ところが、上記の基本的な構成を備えたレーダ装置には、以下の解決すべき課題が存在している。すなわち、このレーダ装置では、上記したようにドップラスペクトルのS/Nを稼ぐため、数個の時系列から算出したドップラスペクトルを平均する処理を行っている。したがって、このレーダ装置には、最終的なドップラスペクトルの算出周期が時系列を数個(必要数)算出する周期によって制限されるため、最終的なドップラスペクトルの算出周期の更なる短縮が容易でなく、津波のような表層流速変化の速い現象の検出が難しいという解決すべき課題が存在している。   However, the radar apparatus having the above basic configuration has the following problems to be solved. That is, in this radar apparatus, in order to earn the S / N of the Doppler spectrum as described above, a process for averaging the Doppler spectra calculated from several time series is performed. Therefore, in this radar apparatus, the final Doppler spectrum calculation cycle is limited by the cycle for calculating several time series (necessary number), so that the final Doppler spectrum calculation cycle can be further shortened easily. However, there is a problem to be solved that it is difficult to detect a phenomenon such as a tsunami that causes a rapid change in the surface layer flow velocity.

本発明は、かかる課題を解決すべくなされたものであり、表層流速変化の速い現象を検出し得るレーダ装置および海洋レーダ観測装置、並びに算出周期の短縮を図りつつドップラ周波数データに現れる一次散乱スペクトルピークの周波数を正確に算出可能としてこれらの装置に使用されたときに表層流速変化の速い現象を検出可能にし得るドップラ周波数データ算出方法を提供することを主目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and a radar apparatus and a marine radar observation apparatus that can detect a phenomenon in which a surface layer flow velocity changes rapidly, and a primary scattering spectrum that appears in Doppler frequency data while shortening the calculation period. The main object of the present invention is to provide a Doppler frequency data calculation method capable of detecting a phenomenon in which a change in the surface layer flow velocity is fast when used in these apparatuses so that the peak frequency can be accurately calculated.

上記目的を達成すべく請求項1記載のレーダ装置は、所定の掃引周期で周波数が掃引される送信信号についての所定方向からの反射信号をサンプリングして当該反射信号についての振幅を示す第1振幅データに変換し、当該第1振幅データに基づいて当該所定方向における所定距離毎のドップラ周波数データを算出するレーダ装置であって、処理部を備え、当該処理部は、前記第1振幅データに対して、前記掃引周期のn周期(nは2以上の任意の整数)分ずつを、n未満の任意の掃引周期でオーバーラップさせつつグループ化するグループ化処理と、前記グループ毎に、前記第1振幅データに対して前記掃引周期単位でフーリエ変換を施すことにより、前記所定方向における前記所定距離毎の前記振幅を示す第2振幅データを当該掃引周期単位で算出する1次フーリエ変換処理と、前記第2振幅データの各グループに対して、当該各グループに含まれている当該各第2振幅データを前記掃引周期順で前記所定距離毎に並び替えてグループ化する並び替え処理と、当該並び替え処理によってグループ化された前記第2振幅データに対して、グループ毎に振幅がゼロを示すゼロデータを所定数ずつ付加して新たな第2振幅データとするゼロデータ付加処理と、当該ゼロデータ付加処理がされた前記各グループに含まれている前記第2振幅データに対してフーリエ変換を施して前記所定距離毎の前記ドップラ周波数データを算出する2次フーリエ変換処理とを実行する。   In order to achieve the above object, the radar apparatus according to claim 1, wherein the first amplitude indicating the amplitude of the reflected signal by sampling the reflected signal from the predetermined direction for the transmission signal whose frequency is swept at a predetermined sweep period. A radar apparatus that converts data into data and calculates Doppler frequency data for each predetermined distance in the predetermined direction based on the first amplitude data, and includes a processing unit, and the processing unit A grouping process in which n cycles (n is an arbitrary integer equal to or greater than 2) of the sweep cycles are grouped while being overlapped by an arbitrary sweep cycle less than n; By performing Fourier transform on the amplitude data in units of the sweep cycle, the second amplitude data indicating the amplitude for each predetermined distance in the predetermined direction is converted into the sweep cycle. For each group of the second amplitude data and the first Fourier transform processing calculated in the order, the second amplitude data included in each group is rearranged for each predetermined distance in the sweep cycle order. A new second amplitude data obtained by adding a predetermined number of zero data indicating an amplitude of zero for each group to the rearrangement process for grouping and the second amplitude data grouped by the rearrangement process. The zero data adding process and the second amplitude data included in each group subjected to the zero data adding process are subjected to Fourier transform to calculate the Doppler frequency data for each predetermined distance 2 Next Fourier transform processing is executed.

また、請求項2記載のレーダ装置は、請求項1記載のレーダ装置において、前記処理部は、前記1次フーリエ変換処理において、前記掃引周期単位でのフーリエ変換に先立ち、当該掃引周期毎に前記振幅がゼロを示すゼロデータを所定数ずつ充填して新たな第1振幅データとする。   The radar device according to claim 2 is the radar device according to claim 1, wherein the processing unit is configured to perform the first Fourier transform processing before the Fourier transform in units of the sweep cycle, for each sweep cycle. Zero data whose amplitude is zero is filled by a predetermined number to obtain new first amplitude data.

また、請求項3記載のレーダ装置は、請求項1または2記載のレーダ装置において、送信アンテナから海洋に向けて送信されたレーダ信号の反射波を受信した複数の受信アンテナからそれぞれ出力された受信信号をサンプリングして当該受信信号についての振幅を示す受信データにそれぞれ変換するA/D変換部を備え、前記処理部は、前記受信データに対して所定のビーム形成法を適用して前記第1振幅データに変換する方位分解処理を実行する。   According to a third aspect of the present invention, the radar apparatus according to the first or second aspect of the present invention is the radar apparatus according to the first or second aspect, wherein the reception is output from each of the plurality of reception antennas that receive the reflected wave of the radar signal transmitted from the transmission antenna toward the ocean. An A / D conversion unit that samples a signal and converts the received signal into reception data indicating the amplitude of the reception signal, and the processing unit applies a predetermined beam forming method to the reception data. An azimuth decomposition process for converting into amplitude data is executed.

また、請求項4記載のレーダ装置は、請求項3記載のレーダ装置において、前記複数の受信アンテナを備え、前記複数の受信アンテナのうちの少なくとも1つは、送信信号を出力する信号発生部と前記A/D変換部とに交互に切り換えて接続可能に構成されて、前記信号発生部に接続されたときには前記送信信号を前記レーダ信号として送信する前記送信アンテナとして機能する。   According to a fourth aspect of the present invention, there is provided the radar apparatus according to the third aspect, wherein the radar apparatus includes the plurality of reception antennas, and at least one of the plurality of reception antennas includes a signal generation unit that outputs a transmission signal. It is configured to be connectable to the A / D conversion unit alternately, and functions as the transmission antenna that transmits the transmission signal as the radar signal when connected to the signal generation unit.

また、請求項5記載のレーダ装置は、請求項1または2記載のレーダ装置において、送信アンテナから海洋に向けて送信されたレーダ信号の反射波を受信する1本の指向性を有する受信アンテナを備え、前記受信アンテナから出力された受信信号をサンプリングして当該受信信号についての振幅を示す受信データに変換すると共に、当該受信データを前記第1振幅データとして出力するA/D変換部を備えている。   According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the radar apparatus according to the first or second aspect, wherein a single reception antenna having a directivity for receiving a reflected wave of a radar signal transmitted from the transmission antenna toward the ocean is provided. And an A / D converter that samples the received signal output from the receiving antenna and converts the received signal into received data indicating the amplitude of the received signal, and outputs the received data as the first amplitude data. Yes.

請求項6記載の海洋レーダ観測装置は、請求項1から5のいずれかに記載の複数のレーダ装置と、前記各レーダ装置でそれぞれ算出された前記ドップラ周波数データに基づいて、前記海洋における所望海域の表層海流の流速および流向を算出する処理装置とを備えている。   A marine radar observation apparatus according to claim 6 is a desired sea area in the ocean based on the plurality of radar apparatuses according to any one of claims 1 to 5 and the Doppler frequency data respectively calculated by the radar apparatuses. And a processing device for calculating the flow velocity and direction of the surface current.

請求項7記載のドップラ周波数データ算出方法は、所定の掃引周期で周波数が掃引される送信信号についての所定方向からの反射信号をサンプリングして当該反射信号についての振幅を示す第1振幅データに変換し、当該第1振幅データに基づいて当該所定方向における所定距離毎のドップラ周波数データを算出するドップラ周波数データ算出方法であって、前記第1振幅データに対して、前記掃引周期のn周期(nは2以上の任意の整数)分ずつを、n未満の任意の掃引周期でオーバーラップさせつつグループ化するグループ化処理と、前記グループ毎に、前記第1振幅データに対して前記掃引周期単位でフーリエ変換を施すことにより、前記所定方向における前記所定距離毎の前記振幅を示す第2振幅データを当該掃引周期単位で算出する1次フーリエ変換処理と、前記第2振幅データの各グループに対して、当該各グループに含まれている当該各第2振幅データを前記掃引周期順で前記所定距離毎に並び替えてグループ化する並び替え処理と、当該並び替え処理によってグループ化された前記第2振幅データに対して、グループ毎に振幅がゼロを示すゼロデータを所定数ずつ付加して新たな第2振幅データとするゼロデータ付加処理と、当該ゼロデータ付加処理がされた前記各グループに含まれている前記第2振幅データに対してフーリエ変換を施して前記所定距離毎の前記ドップラ周波数データを算出する2次フーリエ変換処理とを実行する。   The Doppler frequency data calculation method according to claim 7, wherein a reflected signal from a predetermined direction for a transmission signal whose frequency is swept in a predetermined sweep cycle is sampled and converted into first amplitude data indicating an amplitude of the reflected signal. A Doppler frequency data calculation method for calculating Doppler frequency data for each predetermined distance in the predetermined direction based on the first amplitude data, wherein the first amplitude data includes n cycles (n Is an arbitrary integer greater than or equal to 2) and is grouped while overlapping each other with an arbitrary sweep cycle of less than n, and for each group, the first amplitude data in units of the sweep cycle By performing a Fourier transform, second amplitude data indicating the amplitude for each predetermined distance in the predetermined direction is calculated in units of the sweep cycle. For each group of the first-order Fourier transform process and the second amplitude data, the second amplitude data included in each group is rearranged and grouped by the predetermined distance in the sweep cycle order. Zero data that is a new second amplitude data by adding a predetermined number of zero data indicating an amplitude of zero for each group to the rearrangement process and the second amplitude data grouped by the rearrangement process An addition process and a second-order Fourier transform process for calculating the Doppler frequency data for each predetermined distance by performing a Fourier transform on the second amplitude data included in each group subjected to the zero data addition process And execute.

請求項1記載のレーダ装置および請求項6記載の海洋レーダ観測装置では、処理部が、所定方向からの反射信号についての振幅を示す第1振幅データに対して、掃引周期のn周期分ずつを、n未満の任意の掃引周期でオーバーラップさせつつグループ化する処理を連続して実行しつつ、このようにしてグループ化された第1振幅データに対して1次フーリエ変換処理を実行して(いわゆる短時間フーリエ変換処理を実行して)距離分解することにより、第2振幅データを算出し、この第2振幅データを掃引周期順で処理距離毎に並び替えしてグループ化し、並び替え後の第2振幅データに対して2次フーリエ変換処理を実行してドップラ周波数データを算出する。したがって、数個の時系列から算出したドップラ周波数データを平均する平均処理を行わないため、最終的なドップラ周波数データの算出周期を十分に短縮することができる。この結果、短時間に表層海流の流速が変化する現象(例えば津波)の検出確度を飛躍的に高めることができる。   In the radar apparatus according to claim 1 and the marine radar observation apparatus according to claim 6, the processing unit calculates n cycles of the sweep period for the first amplitude data indicating the amplitude of the reflected signal from the predetermined direction. , Continuously performing the grouping process while overlapping at an arbitrary sweep period less than n, and performing the first-order Fourier transform process on the first amplitude data grouped in this way ( The second amplitude data is calculated by performing a distance decomposition (by performing a so-called short-time Fourier transform process), and the second amplitude data is rearranged for each processing distance in the order of the sweep cycle and grouped. A second-order Fourier transform process is performed on the second amplitude data to calculate Doppler frequency data. Therefore, since the averaging process for averaging Doppler frequency data calculated from several time series is not performed, the final calculation period of Doppler frequency data can be sufficiently shortened. As a result, the detection accuracy of a phenomenon (for example, tsunami) in which the flow velocity of the surface ocean current changes in a short time can be dramatically increased.

また、このレーダ装置および海洋レーダ観測装置によれば、処理部が、2次フーリエ変換処理において、付加されたゼロデータを含む第2振幅データに対してフーリエ変換を施してドップラ周波数データを算出するため、計算上の周波数分解能を向上させることができ、これによってドップラ周波数データ(ドップラスペクトル)に現れる一次散乱スペクトルピークの周波数を正確に算出することができる。この結果、表層海流の発生していない状態において一次散乱スペクトルピークが現れる周波数からのシフト量についても正確に算出することができる結果、このシフト量に基づいて表層海流の流速を正確に算出することができる。   Further, according to the radar apparatus and the marine radar observation apparatus, the processing unit performs Doppler frequency data by performing Fourier transform on the second amplitude data including the added zero data in the second order Fourier transform process. Therefore, the frequency resolution in calculation can be improved, and thereby the frequency of the primary scattering spectrum peak appearing in the Doppler frequency data (Doppler spectrum) can be accurately calculated. As a result, it is possible to accurately calculate the shift amount from the frequency at which the primary scattering spectrum peak appears in the state where the surface current does not occur. As a result, the flow velocity of the surface current can be accurately calculated based on this shift amount. Can do.

請求項2記載のレーダ装置および請求項6記載の海洋レーダ観測装置によれば、処理部が、1次フーリエ変換処理の対象となる第1振幅データに対してゼロデータを付加してデータ数を増加させることにより、1次フーリエ変換によって算出される第2振幅データの数を増加(距離分解能を向上)させることができる。   According to the radar device according to claim 2 and the ocean radar observation device according to claim 6, the processing unit adds zero data to the first amplitude data to be subjected to the first-order Fourier transform process, thereby reducing the number of data. By increasing the number, the number of second amplitude data calculated by the first-order Fourier transform can be increased (distance resolution is improved).

請求項3記載のレーダ装置および請求項6記載の海洋レーダ観測装置によれば、送信アンテナから海洋に向けて送信されたレーダ信号の反射波を受信した複数の受信アンテナからそれぞれ出力された受信信号をサンプリングして得られるこの受信信号についての振幅を示す受信データに対して、処理部が、DBF法などのビーム形成法を実行して、方位分解処理を実行するため、時間を要する受信アンテナを実際に回転させる処理を不要にできるため、最終的なドップラ周波数データの算出周期を大幅に短縮することができる。   According to the radar device according to claim 3 and the ocean radar observation device according to claim 6, the reception signals respectively output from the plurality of reception antennas that have received the reflected waves of the radar signal transmitted from the transmission antenna toward the ocean. For the received data indicating the amplitude of the received signal obtained by sampling the received signal, the processing unit executes the beam forming method such as the DBF method and performs the azimuth decomposition process. Since the actual rotation processing can be made unnecessary, the final Doppler frequency data calculation cycle can be greatly shortened.

請求項4記載のレーダ装置および請求項6記載の海洋レーダ観測装置によれば、複数の受信アンテナのうちの少なくとも1つを送信アンテナとして機能させるため、アンテナの数を低減することができる。   According to the radar device according to claim 4 and the marine radar observation device according to claim 6, since at least one of the plurality of reception antennas functions as a transmission antenna, the number of antennas can be reduced.

請求項5記載のレーダ装置および請求項6記載の海洋レーダ観測装置によれば、1本の指向性を有する受信アンテナを用いて、送信アンテナから海洋に向けて送信されたレーダ信号の反射波を受信するため、方位分解処理を省くことができる。   According to the radar device according to claim 5 and the ocean radar observation device according to claim 6, the reflected wave of the radar signal transmitted from the transmitting antenna toward the ocean is received using one receiving antenna having directivity. Since it is received, the azimuth decomposition process can be omitted.

請求項7記載のドップラ周波数データ算出方法では、所定の掃引周期で周波数が掃引される送信信号についての所定方向からの反射信号をサンプリングして反射信号についての振幅を示す第1振幅データに変換し、第1振幅データに基づいて所定方向における所定距離毎のドップラ周波数データを算出するに際して、第1振幅データに対して、掃引周期のn周期分ずつを、n未満の任意の掃引周期でオーバーラップさせつつグループ化するグループ化処理と、グループ毎に、第1振幅データに対して掃引周期単位でフーリエ変換を施すことにより、所定方向における所定距離毎の振幅を示す第2振幅データを掃引周期単位で算出する1次フーリエ変換処理と、第2振幅データの各グループに対して、各グループに含まれている各第2振幅データを掃引周期順で所定距離毎に並び替えてグループ化する並び替え処理と、並び替え処理によってグループ化された第2振幅データに対して、グループ毎に振幅がゼロを示すゼロデータを所定数ずつ付加して新たな第2振幅データとするゼロデータ付加処理と、ゼロデータ付加処理がされた各グループに含まれている第2振幅データに対してフーリエ変換を施して所定距離毎のドップラ周波数データを算出する2次フーリエ変換処理とを実行する。   The Doppler frequency data calculation method according to claim 7, wherein a reflected signal from a predetermined direction for a transmission signal whose frequency is swept at a predetermined sweep period is sampled and converted into first amplitude data indicating the amplitude of the reflected signal. When calculating Doppler frequency data for each predetermined distance in a predetermined direction based on the first amplitude data, the first amplitude data is overlapped by n cycles of the sweep cycle with an arbitrary sweep cycle less than n. Grouping processing for grouping, and by performing Fourier transform on the first amplitude data in units of sweep periods for each group, second amplitude data indicating the amplitude for each predetermined distance in a predetermined direction is obtained in units of sweep periods For each group of the first-order Fourier transform processing calculated in step 2 and the second amplitude data, the second amplitude data included in each group. For the second amplitude data grouped by the rearrangement process and the second amplitude data grouped by the rearrangement process, a predetermined number of zero data whose amplitude is zero for each group Zero data addition processing to add new second amplitude data, and Doppler frequency data for each predetermined distance by performing Fourier transform on the second amplitude data included in each group subjected to the zero data addition processing And a secondary Fourier transform process for calculating.

したがって、このドップラ周波数データ算出方法によれば、数個の時系列から算出したドップラ周波数データを平均する平均処理を行わないため、最終的なドップラ周波数データの算出周期を十分に短縮することができる。また、2次フーリエ変換処理において、付加されたゼロデータを含む第2振幅データに対してフーリエ変換を施してドップラ周波数データを算出するため、計算上の周波数分解能を向上させることができ、これによってドップラ周波数データ(ドップラスペクトル)に現れる一次散乱スペクトルピークの周波数を正確に算出することができる。   Therefore, according to this Doppler frequency data calculation method, since the averaging process of averaging Doppler frequency data calculated from several time series is not performed, the final calculation period of Doppler frequency data can be sufficiently shortened. . Further, in the second order Fourier transform process, the Doppler frequency data is calculated by performing the Fourier transform on the second amplitude data including the added zero data, so that the frequency resolution in calculation can be improved. The frequency of the primary scattering spectrum peak appearing in the Doppler frequency data (Doppler spectrum) can be accurately calculated.

海洋レーダ観測装置1および海洋レーダ局2の構成図である。1 is a configuration diagram of an ocean radar observation apparatus 1 and an ocean radar station 2. FIG. 方位分解された状態の第1振幅データD1を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the 1st amplitude data D1 of the state by which direction decomposition was carried out. 図2の1方向分の第1振幅データD1をグループ化処理によってグループ化する内容を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the content which groups the 1st amplitude data D1 for 1 direction of FIG. 2 by a grouping process. 図3のグループ化された第1振幅データD1を1次フーリエ変換処理によって距離分解して第2振幅データD2とする内容を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the content which carries out the distance decomposition | disassembly of the grouped 1st amplitude data D1 of FIG. 3, and makes it 1st amplitude data D2. 図4の距離分解された第2振幅データD2を並び替え処理によって並び替える内容を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the content which rearranges the 2nd amplitude data D2 by which the distance decomposition | disassembly of FIG. 4 was rearranged. 図5の並び替えられた第2振幅データD2にゼロデータ付加処理によってゼロデータv(0)を付加する内容を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the content which adds the zero data v (0) by the zero data addition process to the rearranged 2nd amplitude data D2 of FIG. 2次フーリエ変換処理によって得られるドップラスペクトルDdpを示す特性図である。It is a characteristic view which shows the Doppler spectrum Ddp obtained by a secondary Fourier transform process. 第1のシミュレーションにおいて、基準となる表層海流の流速Vrについての時間的変化を示す特性図である。In a 1st simulation, it is a characteristic view which shows the time change about the flow velocity Vr of the surface sea current used as a reference | standard. 第1のシミュレーションにおいて、ゼロデータv(0)を付加したシミュレーションによって得られた表層海流の流速Vrについての時間的変化を示す特性図である。In a 1st simulation, it is a characteristic figure which shows the time change about the flow velocity Vr of the surface sea current obtained by the simulation which added the zero data v (0). 第1のシミュレーションにおいて、ゼロデータv(0)を付加しないシミュレーションによって得られた表層海流の流速Vrについての時間的変化を示す特性図である。In a 1st simulation, it is a characteristic figure which shows the time change about the flow velocity Vr of the surface sea current obtained by the simulation which does not add the zero data v (0). 第2のシミュレーションにおいて、基準となる表層海流の流速Vrについての時間的変化を示す特性図である。In a 2nd simulation, it is a characteristic view which shows the time change about the flow velocity Vr of the surface layer sea current used as a reference | standard. 第2のシミュレーションにおいて、ゼロデータv(0)を付加したシミュレーションによって得られた表層海流の流速Vrについての時間的変化を示す特性図である。In a 2nd simulation, it is a characteristic figure which shows the time change about the flow velocity Vr of the surface layer current obtained by the simulation which added the zero data v (0). 第2のシミュレーションにおいて、ゼロデータv(0)を付加しないシミュレーションによって得られた表層海流の流速Vrについての時間的変化を示す特性図である。In a 2nd simulation, it is a characteristic figure which shows the time change about the flow velocity Vr of the surface layer ocean current obtained by the simulation which does not add zero data v (0). 第3のシミュレーションにおいて、基準となる表層海流の流速Vrについての時間的変化を示す特性図である。In a 3rd simulation, it is a characteristic view which shows the time change about the flow velocity Vr of the surface layer sea current used as a reference | standard. 第3のシミュレーションにおいて、ゼロデータv(0)を付加したシミュレーションによって得られた表層海流の流速Vrについての時間的変化を示す特性図である。In a 3rd simulation, it is a characteristic figure which shows the time change about the flow velocity Vr of the surface sea current obtained by the simulation which added the zero data v (0). 第3のシミュレーションにおいて、ゼロデータv(0)を付加しないシミュレーションによって得られた表層海流の流速Vrについての時間的変化を示す特性図である。In a 3rd simulation, it is a characteristic figure which shows the time change about the flow velocity Vr of the surface layer current obtained by the simulation which does not add zero data v (0). 第1振幅データD1にゼロデータ付加処理によってゼロデータu(0)を付加する内容を模式的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed typically the content which adds zero data u (0) to the 1st amplitude data D1 by zero data addition process.

以下、添付図面を参照して、本発明に係るレーダ装置および海洋レーダ観測装置の実施の形態について説明すると共に、このレーダ装置において使用されるドップラ周波数データ算出方法の実施の形態について説明する。   Hereinafter, embodiments of a radar apparatus and an ocean radar observation apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, and embodiments of a Doppler frequency data calculation method used in the radar apparatus will be described.

図1に示す海洋レーダ観測装置1は、複数(一例として2つ)の海洋レーダ局2A,2B(以下、特に区別しないときには「海洋レーダ局2」ともいう)、および基地局(本発明における処理装置の一例)3を備えて、海洋上の任意の海域Aにおける表層海流の海流ベクトルV(流速および流向)を観測可能に構成されている。   A marine radar observation apparatus 1 shown in FIG. 1 includes a plurality of (as an example, two) marine radar stations 2A and 2B (hereinafter also referred to as “marine radar station 2” unless otherwise distinguished), and a base station (processing in the present invention). An example of the apparatus) 3 is provided so that the ocean current vector V (velocity and direction) of the surface ocean current in an arbitrary sea area A on the ocean can be observed.

各海洋レーダ局2は、本発明におけるレーダ装置で構成されて、FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)方式またはFMICW(Frequency Modulated Interrupted Continuous Wave)方式などの所定の掃引周期で周波数が掃引される送信信号(レーダ信号)を海面に照射し、海面においてブラッグ後方散乱して戻ってくる反射信号(エコー)を受信して、方位分解処理、距離分解処理、およびドップラ周波数分解処理を実行することにより、後述する観測海域におけるすべての単位海域内の表層海流についてのドップラスペクトル(本発明におけるドップラ周波数データ)Ddpを算出する。   Each marine radar station 2 is composed of a radar apparatus according to the present invention, and has a predetermined sweep cycle such as an FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) method or an FMICW (Frequency Modulated Interleaved Wave) method. Radar signal) is applied to the sea surface, and a reflected signal (echo) that is returned after Bragg backscattering on the sea surface is received, and the azimuth decomposition process, the distance resolution process, and the Doppler frequency decomposition process are executed, which will be described later. A Doppler spectrum (Doppler frequency data in the present invention) Ddp is calculated for the surface current in all unit sea areas in the observation sea area.

具体的には、各海洋レーダ局2は、図1に示すように、1本の送信アンテナ21、信号発生部22、複数(本例では一例として8本)の受信アンテナ23、受信アンテナ23と同数の信号受信部24、および1つの処理部25をそれぞれ備えている。この場合、信号発生部22は、FMCW方式またはFMICW方式により、所定の掃引周期で周波数が掃引される(周波数変調された)短波帯の送信信号Stxを生成して、送信アンテナ21に出力する。一例として、信号発生部22は、レーダ周波数が周波数f0(例えば、24.5MHz)の信号を、±f1(例えば、±150KHz)の周波数掃引幅で周波数変調することにより、送信信号Stxを生成する。送信アンテナ21は、一例として八木アンテナであり、入力した送信信号Stxを海上にレーダ信号としてブロードビームの状態で送信する。例えば、海洋レーダ局2の正面方向を基準角(0°)としたときに−45°〜45°の走査角範囲に含まれる海域が観測海域であるときには、送信アンテナ21は、少なくともこの走査角範囲を含む範囲(例えば、基準角0°を中心として±90°の範囲(走査角−90°〜90°の範囲))にレーダ信号を送信する。   Specifically, as shown in FIG. 1, each marine radar station 2 includes one transmission antenna 21, a signal generation unit 22, a plurality of (in this example, eight as an example) reception antennas 23, reception antennas 23, and the like. The same number of signal receiving units 24 and one processing unit 25 are provided. In this case, the signal generator 22 generates a short-wave band transmission signal Stx whose frequency is swept (frequency-modulated) at a predetermined sweep period by the FMCW method or the FMICW method, and outputs the transmission signal Stx to the transmission antenna 21. As an example, the signal generating unit 22 generates a transmission signal Stx by frequency-modulating a signal having a radar frequency of frequency f0 (for example, 24.5 MHz) with a frequency sweep width of ± f1 (for example, ± 150 KHz). . The transmission antenna 21 is a Yagi antenna as an example, and transmits the input transmission signal Stx as a radar signal on the sea in a broad beam state. For example, when the sea area included in the scanning angle range of −45 ° to 45 ° when the front direction of the marine radar station 2 is the reference angle (0 °) is the observation sea area, the transmitting antenna 21 is at least the scanning angle. Radar signals are transmitted in a range including the range (for example, a range of ± 90 ° centered on a reference angle of 0 ° (scanning angle of −90 ° to 90 °)).

各受信アンテナ23は、例えば、無指向性のアンテナで構成されている。また、各受信アンテナ23は、例えば、後述の方位分解処理において必要な角度分解能を確保し得る受信アンテナのビームパターンを形成可能とするため、0.5λ(λは、送信信号Stxの波長)間隔で一列に、基準角0°に対して直交する仮想直線上に配設されている。また、各受信アンテナ23は、海面で反射されたレーダ信号(反射波)をそれぞれ受信して、対応する信号受信部24に出力する。また、各信号受信部24は、対応する受信アンテナ23から出力される信号に対して中間周波との混合を行うことにより、ベースバンド信号に復調して、受信信号Srxとして出力する。   Each receiving antenna 23 is composed of, for example, an omnidirectional antenna. In addition, each receiving antenna 23 has a 0.5λ (λ is the wavelength of the transmission signal Stx) interval so that, for example, a beam pattern of the receiving antenna that can ensure the angular resolution required in the azimuth resolution process described later can be formed. Are arranged on a virtual straight line perpendicular to the reference angle 0 °. In addition, each receiving antenna 23 receives a radar signal (reflected wave) reflected from the sea surface and outputs it to the corresponding signal receiving unit 24. Each signal receiver 24 demodulates the signal output from the corresponding receiving antenna 23 with an intermediate frequency to a baseband signal and outputs it as a received signal Srx.

処理部25は、図1に示すように、信号受信部24と同数(受信アンテナ23と同数でもある)のA/D変換器(同図中では「A/D」と表記する)25a、信号処理プロセッサ(同図中では「DSP」と表記する)25bおよびメモリ25cを備えて構成されている。この場合、各A/D変換器25aは、対応する信号受信部24から出力された受信信号Srxを所定のサンプリング周期でサンプリングすることにより、受信信号Srxの振幅を示す受信データDrを生成する。信号処理プロセッサ25bは、各A/D変換器25aから出力される受信データDrを入力してメモリ25cに記憶させる。また、信号処理プロセッサ25bは、メモリ25cに記憶されている各受信信号Srxの受信データDrに対して方位分解処理を実行すると共に、この処理によって算出される振幅データに対して、本発明に係るドップラ周波数データ算出方法を実行することにより、すなわち、グループ化処理、1次フーリエ変換処理(距離分解処理)、並び替え処理、ゼロデータ付加処理、および2次フーリエ変換処理(ドップラ周波数分解処理)を実行することにより、方位分解処理における方位分解能および距離分解処理における距離分解能で観測海域を分割して得られる最小海域(単位海域)内の表層海流についてのドップラスペクトルDdpを観測海域全域に亘り算出して、メモリ25cに記憶させる。また、海洋レーダ局2Aでは、信号処理プロセッサ25bは、メモリ25cに記憶されているこのドップラスペクトルDdpをドップラスペクトルDdp1として基地局3に出力し、海洋レーダ局2Bでは、信号処理プロセッサ25bは、メモリ25cに記憶されているこのドップラスペクトルDdpをドップラスペクトルDdp2として基地局3に出力する。   As illustrated in FIG. 1, the processing unit 25 includes the same number of A / D converters (indicated as “A / D” in the figure) 25 a and the number of signal receiving units 24 (also the same number as the receiving antennas 23). A processing processor (denoted as “DSP” in the figure) 25b and a memory 25c are provided. In this case, each A / D converter 25a generates reception data Dr indicating the amplitude of the reception signal Srx by sampling the reception signal Srx output from the corresponding signal reception unit 24 at a predetermined sampling period. The signal processor 25b receives the reception data Dr output from each A / D converter 25a and stores it in the memory 25c. Further, the signal processor 25b performs azimuth decomposition processing on the reception data Dr of each reception signal Srx stored in the memory 25c, and relates to amplitude data calculated by this processing according to the present invention. By executing the Doppler frequency data calculation method, that is, grouping processing, first-order Fourier transform processing (distance decomposition processing), rearrangement processing, zero data addition processing, and second-order Fourier transform processing (Doppler frequency decomposition processing). By executing, the Doppler spectrum Ddp for the surface current in the minimum sea area (unit sea area) obtained by dividing the observation sea area by the azimuth resolution in the azimuth resolution process and the distance resolution in the distance resolution process is calculated over the entire observation sea area. And stored in the memory 25c. In the ocean radar station 2A, the signal processor 25b outputs the Doppler spectrum Ddp stored in the memory 25c to the base station 3 as the Doppler spectrum Ddp1, and in the ocean radar station 2B, the signal processor 25b This Doppler spectrum Ddp stored in 25c is output to the base station 3 as a Doppler spectrum Ddp2.

基地局3は、各海洋レーダ局2A,2Bと通信回線を介して接続されて、各海洋レーダ局2A,2Bから出力される観測海域内のすべての単位海域の表層海流についてのドップラスペクトルDdp1,Ddp2を受信する。また、基地局3は、これらのドップラスペクトルDdp1,Ddp2に基づいて、所望の海域(単位海域)Aにおける表層海流の流速および流向(海流ベクトルV)を算出する。   The base station 3 is connected to each of the ocean radar stations 2A and 2B via a communication line, and a Doppler spectrum Ddp1 for the surface current of all unit ocean areas in the observation ocean area output from each of the ocean radar stations 2A and 2B. Ddp2 is received. Further, the base station 3 calculates the flow velocity and current direction (sea current vector V) of the surface current in the desired sea area (unit sea area) A based on these Doppler spectra Ddp1 and Ddp2.

次に、海洋レーダ局2A,2Bおよび海洋レーダ観測装置1の動作について、図面を参照して説明する。   Next, operations of the marine radar stations 2A and 2B and the marine radar observation apparatus 1 will be described with reference to the drawings.

この海洋レーダ観測装置1の動作状態において、各海洋レーダ局2A,2Bでは、それぞれの送信アンテナ21からレーダビームを海面に照射し、その反射波を各受信アンテナ23が受信し、各信号受信部24が受信信号Srxとして出力し、この受信信号Srxに基づいて処理部25がドップラスペクトルDdp1,Ddp2をそれぞれ生成して基地局3に出力する動作を繰り返し実行する。   In the operation state of the ocean radar observation apparatus 1, each of the ocean radar stations 2A and 2B irradiates the sea surface with a radar beam from each transmission antenna 21, and each reception antenna 23 receives the reflected wave. 24 outputs the received signal Srx, and the processing unit 25 repeatedly generates and outputs the Doppler spectra Ddp1 and Ddp2 to the base station 3 based on the received signal Srx.

具体的に、各海洋レーダ局2A,2Bにおける処理部25の詳細な動作について図面を参照して説明する。なお、海洋レーダ局2A,2Bの動作は同一であるため、海洋レーダ局2Aを例に挙げてその動作を説明する。海洋レーダ局2Aでは、信号発生部22が、送信信号Stxを生成して、送信アンテナ21に出力する。これにより、送信信号Stxが、送信アンテナ21からブロードビームの状態でレーダ信号として海上に照射される。次いで、照射されたレーダ信号は、海面で散乱波となり、その一部が海洋レーダ局2Aに反射波として戻って来る。海洋レーダ局2Aで観測される反射波は、散乱波のうちの海洋レーダ局2Aの視線方向(レーダ視線方向)に沿った成分であるが、図7に示すように、そのドップラスペクトルには、ブラッグ散乱現象により、2つの一次散乱スペクトルピークP1,P2が、送信信号Stxの周波数f0を基準(ゼロ)としたときに、そのプラス周波数領域とマイナス周波数領域とに現れる。具体的には、2つの一次散乱スペクトルピークP1,P2は、表層海流が存在しないときにも周波数(±fd0)の位置に現れるが、表層海流が存在しているときには、表層海流の流向に応じた方向にシフトして周波数(±fd)の位置に現れる。詳細には、表層海流の流向が海洋レーダ局2に近づくものであるときには、図7に示すように、プラス周波数にシフトして現れ、遠ざかるものであるときには、図7とは逆にマイナス周波数にシフトして現れる。また、このときの表層海流の流速(視線流速)Vrは、下記式に示すように、表層海流の存在に起因して生じる周波数のシフト量(fd−fd0)に基づいて算出される。
流速Vr=光速×(fd−fd0)/(2×f0)
Specifically, the detailed operation of the processing unit 25 in each of the marine radar stations 2A and 2B will be described with reference to the drawings. Since the operations of the ocean radar stations 2A and 2B are the same, the operation will be described taking the ocean radar station 2A as an example. In the ocean radar station 2 </ b> A, the signal generator 22 generates a transmission signal Stx and outputs it to the transmission antenna 21. As a result, the transmission signal Stx is emitted from the transmission antenna 21 to the sea as a radar signal in a broad beam state. Next, the irradiated radar signal becomes a scattered wave on the sea surface, and a part thereof returns to the ocean radar station 2A as a reflected wave. The reflected wave observed by the ocean radar station 2A is a component along the line-of-sight direction (radar line-of-sight direction) of the ocean radar station 2A in the scattered wave. As shown in FIG. Due to the Bragg scattering phenomenon, two primary scattering spectrum peaks P1 and P2 appear in the plus frequency region and the minus frequency region when the frequency f0 of the transmission signal Stx is used as a reference (zero). Specifically, the two primary scattering spectrum peaks P1 and P2 appear at the position of the frequency (± fd0) even when the surface current does not exist. However, when the surface current exists, the two primary scattering spectrum peaks P1 and P2 correspond to the current direction of the surface current. Appearing at a frequency (± fd) position. In detail, when the surface current flows close to the ocean radar station 2, as shown in FIG. 7, it appears shifted to a positive frequency, and when it moves away, it becomes a negative frequency contrary to FIG. Appears shifted. Further, the flow velocity (line-of-sight flow velocity) Vr of the surface ocean current at this time is calculated based on a frequency shift amount (fd−fd0) caused by the presence of the surface ocean current, as shown in the following equation.
Flow velocity Vr = speed of light × (fd−fd0) / (2 × f0)

各受信アンテナ23は、すべての海域からの反射波(すべての角度から到来するすべての距離からの反射波)を受信すると共に、受信した信号を対応する信号受信部24に出力する。各信号受信部24は、対応する受信アンテナ23から入力した信号をベースバンド信号に復調することにより、受信信号Srxとして出力する。この場合、各受信アンテナ23は、上記したように所定の間隔(0.5λ)を空けて設置されているため、同一の海域からの反射波であっても、その設置位置の差に従い、位相差が生じた状態でこの反射波を受信する。これにより、各受信信号Srx間にも、同様の位相差が発生している。   Each receiving antenna 23 receives reflected waves from all sea areas (reflected waves from all distances coming from all angles) and outputs the received signals to the corresponding signal receiving unit 24. Each signal receiving unit 24 demodulates the signal input from the corresponding receiving antenna 23 into a baseband signal, and outputs it as a received signal Srx. In this case, since each receiving antenna 23 is installed with a predetermined interval (0.5λ) as described above, even if the reflected waves are from the same sea area, the receiving antennas 23 are positioned according to the difference in their installation positions. The reflected wave is received in a state where a phase difference has occurred. As a result, a similar phase difference occurs between the reception signals Srx.

処理部25では、各A/D変換器25aが、対応する信号受信部24から出力される受信信号Srxを入力すると共にA/D変換することにより、受信信号Srxの振幅(レベル)を示す受信データDrを生成して信号処理プロセッサ25bに出力する。信号処理プロセッサ25bは、各受信データDrをメモリ25cに記憶する。次いで、信号処理プロセッサ25bは、メモリ25cに記憶した各受信データDrに対するデータ処理を実行する。   In the processing unit 25, each A / D converter 25a receives the reception signal Srx output from the corresponding signal reception unit 24 and performs A / D conversion, thereby receiving the amplitude (level) of the reception signal Srx. Data Dr is generated and output to the signal processor 25b. The signal processor 25b stores each received data Dr in the memory 25c. Next, the signal processor 25b performs data processing on each received data Dr stored in the memory 25c.

このデータ処理では、信号処理プロセッサ25bは、まず、メモリ25cに記憶した各受信データDrに対して方位分解処理を実行する。この方位分解処理では、信号処理プロセッサ25bは、一例として、一掃引周期分の送信信号Stxについての受信データDrをメモリ25cに記憶する都度、これらの受信データDrに対してビーム形成処理(本例では一例として、ビーム形成法としてのDBF法)を施して、所定の視線方向に主ビームが向くビームパターンを形成し、このビームパターンのアンテナで海域からの反射波を受信したときに得られる受信データとしての第1振幅データD1(u(1),u(2),・・・,u(j)。jは、一掃引周期中でのA/D変換器25aのサンプリング数)を各受信データDrに基づいて算出して、所定の視線方向(走査角)に対応させてメモリ25cに記憶させる。信号処理プロセッサ25bは、このビーム形成処理、および第1振幅データD1の算出・記憶処理を、予め規定された走査角範囲(例えば、−45°〜45°)に亘り、ビームパターンにおける主ビームの視線方向(走査角)を所定の走査角(任意の単位走査角。例えば5°)ずつ増加させながら実行する。これにより、メモリ25cには、図2に示すように、単位走査角毎(視線方向毎)に方位分解された1掃引周期分の第1振幅データD1が、掃引回数順に連続して記憶されていく。   In this data processing, the signal processor 25b first performs azimuth decomposition processing on each received data Dr stored in the memory 25c. In this azimuth decomposition processing, the signal processor 25b, as an example, performs beam forming processing on the received data Dr (this example) each time the received data Dr for the transmission signal Stx for one sweep period is stored in the memory 25c. Then, as an example, a DBF method as a beam forming method) is applied to form a beam pattern in which the main beam is directed in a predetermined line-of-sight direction, and a reception obtained when a reflected wave from the sea area is received by an antenna of this beam pattern First amplitude data D1 (u (1), u (2),..., U (j) as data, where j is the sampling number of the A / D converter 25a during one sweep cycle) It is calculated based on the data Dr and stored in the memory 25c in correspondence with a predetermined line-of-sight direction (scanning angle). The signal processor 25b performs the beam forming process and the calculation / storage process of the first amplitude data D1 over a predetermined scanning angle range (for example, −45 ° to 45 °). This is executed while increasing the line-of-sight direction (scanning angle) by a predetermined scanning angle (arbitrary unit scanning angle, for example, 5 °). As a result, as shown in FIG. 2, the memory 25c stores the first amplitude data D1 for one sweep period, which is azimuthally resolved for each unit scanning angle (each line-of-sight direction), sequentially stored in order of the number of sweeps. Go.

次いで、信号処理プロセッサ25bは、単位走査角毎(視線方向毎)に方位分解された第1振幅データD1に対して、方位毎にグループ化処理を実行する。このグループ化処理では、信号処理プロセッサ25bは、掃引周期のn周期(nは2以上の任意の整数)分ずつを、n未満の任意の掃引周期でオーバーラップさせつつグループ化する処理を連続して実行する。図3に示す例では、n(=256)周期分ずつを、一例として128(=256/2)掃引周期でオーバーラップさせつつグループ化する。本例では、一例として、256周期分の第1振幅データD1は、2分間分のデータに相当するため、1分間分ずつオーバーラップさせつつグループ化することになる。なお、図3では、発明の理解を容易にするため、1つの方位の第1振幅データD1についてのグループ化処理を示しているが、グループ化処理は、すべての方位の第1振幅データD1について実行される。   Next, the signal processor 25b performs a grouping process for each azimuth on the first amplitude data D1 that is azimuth-decomposed for each unit scanning angle (each sight line direction). In this grouping process, the signal processor 25b continuously performs a process of grouping n sweep periods (n is an arbitrary integer equal to or greater than 2) by overlapping each sweep period less than n. And execute. In the example shown in FIG. 3, n (= 256) periods are grouped while being overlapped by 128 (= 256/2) sweep periods as an example. In this example, as an example, the first amplitude data D1 for 256 periods corresponds to data for 2 minutes, and thus is grouped while being overlapped by 1 minute. In FIG. 3, in order to facilitate understanding of the invention, the grouping process for the first amplitude data D1 in one direction is shown, but the grouping process is performed for the first amplitude data D1 in all directions. Executed.

続いて、信号処理プロセッサ25bは、グループ化処理においてグループ化された各方位の第1振幅データD1に対して1次フーリエ変換処理(距離分解処理)をグループ毎に実行する。この1次フーリエ変換処理では、信号処理プロセッサ25bは、図4に示すように、第1振幅データD1のグループ毎に、第1振幅データD1に対して掃引周期単位でフーリエ変換(窓関数は一例としてハミング窓関数)を施すことにより、所定方向(所定の視線方向)における所定距離毎の受信信号Srxの振幅を示す第2振幅データD2(v(1),v(2),・・・,v(k)。kは、距離分解能によって決定される2以上の整数)を掃引周期単位で算出してメモリ25cに記憶させる。なお、同図では、発明の理解を容易にするため、1つの方位の第1振幅データD1に対する1次フーリエ変換処理を示しているが、1次フーリエ変換処理は、すべての方位の第1振幅データD1について実行される。   Subsequently, the signal processor 25b executes a first-order Fourier transform process (distance resolution process) for each group on the first amplitude data D1 in each direction grouped in the grouping process. In this first-order Fourier transform process, the signal processor 25b performs Fourier transform (one example of the window function) with respect to the first amplitude data D1 for each group of the first amplitude data D1, as shown in FIG. As the second amplitude data D2 (v (1), v (2),...) Indicating the amplitude of the received signal Srx for each predetermined distance in a predetermined direction (predetermined line-of-sight direction). v (k), where k is an integer of 2 or more determined by the distance resolution, is calculated in units of sweep periods and stored in the memory 25c. In the figure, in order to facilitate understanding of the invention, a first-order Fourier transform process is performed on the first amplitude data D1 in one azimuth, but the first-order Fourier transform process is performed with the first amplitude in all azimuths. It is executed for data D1.

次いで、信号処理プロセッサ25bは、グループ化された各方位の第2振幅データD2に対して、各グループ内で並び替える並び替え処理を実行する。この並び替え処理では、信号処理プロセッサ25bは、図5に示すように、各グループにおいて、破線枠で囲んだようにして同じ距離の第2振幅データD2同士を組にすると共に、各組を距離の順に並べることにより、各第2振幅データD2を並び替える。この場合、1つの距離の組に含まれる各第2振幅データD2(例えば、v(1),・・・,v(1))は、掃引回数の早い順に並べられる。なお、同図では、発明の理解を容易にするため、1つの方位の第2振幅データD2に対する並び替え処理を示しているが、並び替え処理は、すべての方位の第2振幅データD2について実行される。   Next, the signal processor 25b executes rearrangement processing for rearranging the grouped second amplitude data D2 in each direction within each group. In this rearrangement process, as shown in FIG. 5, the signal processor 25 b sets the second amplitude data D <b> 2 of the same distance as a pair in each group as surrounded by a broken line frame, and sets each group as a distance. The second amplitude data D2 is rearranged by arranging in this order. In this case, the second amplitude data D2 (for example, v (1),..., V (1)) included in one distance set are arranged in order of the number of sweeps. Note that, in order to facilitate understanding of the invention, the rearrangement process for the second amplitude data D2 in one azimuth is shown in the figure, but the rearrangement process is executed for the second amplitude data D2 in all azimuths. Is done.

続いて、信号処理プロセッサ25bは、並び替え処理が施された各方位の第2振幅データD2の各グループに対して、図6に示すように、振幅がゼロを示すゼロデータv(0)を所定数ずつ付加して新たな第2振幅データD2とするゼロデータ付加処理を実行する。具体的に、このゼロデータ付加処理では、信号処理プロセッサ25bは、図5に示す各グループに含まれる第2振幅データD2の各組(v(1),・・・,v(1)の組など)に対して、図6に示すように、所定数(一例として、各組の第2振幅データD2と同数)ずつゼロデータv(0)を付加して、各組に含まれる第2振幅データD2の数を、後述する2次フーリエ変換処理において必要とする精度を確保し得る数まで増加させる。なお、同図では、発明の理解を容易にするため、1つの方位の第2振幅データD2に対するゼロデータ付加処理を示しているが、ゼロデータ付加処理は、すべての方位の第2振幅データD2について実行される。また、同図では、各組の第2振幅データD2に対して、同図中の上側にゼロデータv(0)を付加しているが、同図中の下側にゼロデータv(0)を付加する構成を採用することもできる。   Subsequently, as shown in FIG. 6, the signal processor 25 b receives zero data v (0) indicating that the amplitude is zero, as shown in FIG. 6, for each group of the second amplitude data D <b> 2 in each direction subjected to the rearrangement processing. A zero data addition process is performed by adding a predetermined number to make new second amplitude data D2. Specifically, in this zero data addition processing, the signal processor 25b sets each pair (v (1),..., V (1)) of the second amplitude data D2 included in each group shown in FIG. 6), zero data v (0) is added by a predetermined number (as an example, the same number as the second amplitude data D2 of each set) as shown in FIG. The number of data D2 is increased to a number that can ensure the accuracy required in the second-order Fourier transform process described later. In the figure, for easy understanding of the invention, the zero data addition process for the second amplitude data D2 in one direction is shown, but the zero data addition process is the second amplitude data D2 in all directions. Executed about. Further, in the figure, zero data v (0) is added to the upper side in the figure for the second amplitude data D2 of each set, but zero data v (0) is given to the lower side in the figure. It is also possible to adopt a configuration in which

次いで、信号処理プロセッサ25bは、2次フーリエ変換処理を実行する。この2次フーリエ変換処理では、信号処理プロセッサ25bは、各方位の各グループの各組に含まれる第2振幅データD2(付加されたゼロデータv(0)を含む)に対してフーリエ変換を施して、各方向における所定距離毎のドップラスペクトルDdp(図7参照)を算出する。この算出されたドップラスペクトルDdpの算出については、上記したように2次フーリエ変換処理が施される各組に含まれる第2振幅データD2の数がゼロデータv(0)の数分だけ増加させられているため、ゼロデータv(0)を付与しない状態において2次フーリエ変換処理を施して得られたドップラスペクトルと比較して、計算上の周波数分解能が高められている。このため、ドップラスペクトルに現れる一次散乱スペクトルピークP1,P2の周波数(±fd)が一層正確に算出可能となっている。また、信号処理プロセッサ25bは、算出した各方向における所定距離毎のドップラスペクトルDdpを、方向(視線方向)および所定距離に対応させてメモリ25cに記憶させる。   Next, the signal processor 25b executes a second order Fourier transform process. In this second-order Fourier transform process, the signal processor 25b performs a Fourier transform on the second amplitude data D2 (including the added zero data v (0)) included in each set of each group in each direction. Thus, a Doppler spectrum Ddp (see FIG. 7) for each predetermined distance in each direction is calculated. Regarding the calculation of the calculated Doppler spectrum Ddp, as described above, the number of second amplitude data D2 included in each set subjected to the second-order Fourier transform processing is increased by the number of zero data v (0). Therefore, the frequency resolution in calculation is enhanced as compared with the Doppler spectrum obtained by performing the second order Fourier transform process in a state where the zero data v (0) is not given. For this reason, the frequency (± fd) of the primary scattering spectrum peaks P1 and P2 appearing in the Doppler spectrum can be calculated more accurately. Further, the signal processor 25b stores the calculated Doppler spectrum Ddp for each predetermined distance in each direction in the memory 25c in association with the direction (gaze direction) and the predetermined distance.

信号処理プロセッサ25bは、このドップラスペクトルDdpの算出およびメモリ25cへの記憶を、観測海域のすべての単位海域について、つまり、走査角範囲に規定されたすべての方向におけるすべての距離に位置する単位海域について実行する。また、信号処理プロセッサ25bは、観測海域のすべての単位海域についてのドップラスペクトルDdpの算出およびメモリ25cへの記憶を完了した後に、すべての単位海域についてのドップラスペクトルDdpをメモリ25cから読み出して、ドップラスペクトルDdp1として基地局3に出力する。なお、海洋レーダ局2Bも海洋レーダ局2Aと同様にして、ドップラスペクトルDdpを算出して、算出したドップラスペクトルDdpをドップラスペクトルDdp2として基地局3に出力する。   The signal processor 25b calculates the Doppler spectrum Ddp and stores it in the memory 25c for all unit sea areas of the observation sea area, that is, unit sea areas located at all distances in all directions defined by the scan angle range. Run about. Further, after completing the calculation of the Doppler spectrum Ddp for all the unit sea areas in the observation sea area and the storage in the memory 25c, the signal processor 25b reads the Doppler spectrum Ddp for all the unit sea areas from the memory 25c, and The spectrum Ddp1 is output to the base station 3. The marine radar station 2B calculates the Doppler spectrum Ddp in the same manner as the marine radar station 2A, and outputs the calculated Doppler spectrum Ddp to the base station 3 as the Doppler spectrum Ddp2.

基地局3は、各海洋レーダ局2から受信した各ドップラスペクトルDdp1,Ddp2に基づいて、所望の単位海域における表層海流の流速および流向(海流ベクトルV)を算出する。例えば、海洋レーダ局2Aにおける走査角θ1の視線方向と、海洋レーダ局2Bにおいて走査角θ2の視線方向との交点に所望の単位海域(海域A)が位置しているときには、基地局3は、まず、海洋レーダ局2Aから海域Aまでの距離L1と走査角θ1とを算出すると共に、海洋レーダ局2Bから海域Aまでの距離L2と走査角θ2とを算出する。次いで、海洋レーダ局2Aから受信したドップラスペクトルDdp1の中から、視線方向が走査角θ1と一致し、かつ距離L1に位置する単位海域についてのドップラスペクトルDdpを特定して、走査角θ1に沿った表層海流の流速Vrと流向とを算出する。また、海洋レーダ局2Bから受信したドップラスペクトルDdp2の中から、視線方向が走査角θ2と一致し、かつ距離L2に位置する単位海域についてのドップラスペクトルDdpを特定して、走査角θ2に沿った表層海流の流速Vrと流向とを算出する。最後に、算出した2つの流速Vrを、互いの流向を考慮して合成する。これにより、海域Aにおける表層海流の流速および流向が観測(測定)される。   Based on the Doppler spectra Ddp1 and Ddp2 received from each ocean radar station 2, the base station 3 calculates the surface current velocity and direction (current vector V) in the desired unit sea area. For example, when the desired unit sea area (sea area A) is located at the intersection of the line-of-sight direction of the scanning angle θ1 in the ocean radar station 2A and the line-of-sight direction of the scan angle θ2 in the ocean radar station 2B, the base station 3 First, the distance L1 from the marine radar station 2A to the sea area A and the scanning angle θ1 are calculated, and the distance L2 from the marine radar station 2B to the sea area A and the scanning angle θ2 are calculated. Next, from the Doppler spectrum Ddp1 received from the marine radar station 2A, the Doppler spectrum Ddp for the unit sea area where the line-of-sight direction coincides with the scanning angle θ1 and located at the distance L1 is specified, and is along the scanning angle θ1. Calculate the velocity Vr and direction of the surface current. Further, from the Doppler spectrum Ddp2 received from the marine radar station 2B, the Doppler spectrum Ddp for the unit sea area whose line-of-sight direction coincides with the scanning angle θ2 and located at the distance L2 is identified, and is along the scanning angle θ2. Calculate the velocity Vr and direction of the surface current. Finally, the two calculated flow velocities Vr are combined in consideration of the flow directions of each other. Thereby, the velocity and direction of the surface current in the sea area A are observed (measured).

このように、この海洋レーダ局2および海洋レーダ観測装置1では、上記のドップラ周波数データ算出方法を実行する信号処理プロセッサ25bが、単位走査角毎(視線方向毎)に方位分解された第1振幅データD1に対して、掃引周期のn周期(nは2以上の任意の整数)分ずつを、n未満の任意の掃引周期(詳しくは、1以上n未満の任意の整数の掃引周期)でオーバーラップさせつつグループ化する処理を連続して実行しつつ、このようにしてグループ化された第1振幅データD1に基づいて、単位海域でのドップラスペクトルDdpをいわゆる短時間フーリエ変換によって算出する。したがって、この海洋レーダ局2によれば、従来のレーダ装置とは異なり、数個の時系列から算出したドップラスペクトルを平均する平均処理を行わないため、最終的なドップラスペクトルDdpの算出周期を従来のレーダ装置と比較して十分に短縮することができる。この結果、短時間に表層海流の流速が変化する現象(例えば津波)の検出確度を飛躍的に高めることができる。   As described above, in the marine radar station 2 and the marine radar observation apparatus 1, the signal processor 25b that executes the above-described Doppler frequency data calculation method uses the first amplitude that is azimuthally resolved for each unit scanning angle (for each line-of-sight direction). Over the data D1, every n cycles of the sweep cycle (n is an arbitrary integer greater than or equal to 2) is exceeded by an arbitrary sweep cycle less than n (more specifically, an arbitrary integer greater than or equal to 1 and less than n). While continuously performing the process of grouping while wrapping, the Doppler spectrum Ddp in the unit sea area is calculated by so-called short-time Fourier transform based on the first amplitude data D1 grouped in this way. Therefore, according to the marine radar station 2, unlike the conventional radar apparatus, since the averaging process for averaging the Doppler spectra calculated from several time series is not performed, the final calculation period of the Doppler spectrum Ddp is set to the conventional one. This can be sufficiently shortened as compared with the radar apparatus. As a result, the detection accuracy of a phenomenon (for example, tsunami) in which the flow velocity of the surface ocean current changes in a short time can be dramatically increased.

また、この海洋レーダ局2および海洋レーダ観測装置1によれば、信号処理プロセッサ25bは、2次フーリエ変換処理において、付加されたゼロデータv(0)を含む第2振幅データD2に対してフーリエ変換を施してドップラスペクトルDdpを算出するため、計算上の周波数分解能を向上させることができ、これによってドップラスペクトルDdpに現れる一次散乱スペクトルピークP1,P2の周波数(±fd)を正確に算出することができる。この結果、表層海流の発生していない状態において一次散乱スペクトルピークP1,P2が現れる周波数(±fd0)からのシフト量(fd−fd0)についても正確に算出することができる結果、このシフト量(fd−fd0)に基づいて表層海流の流速Vrを正確に算出することができる。   Further, according to the marine radar station 2 and the marine radar observation apparatus 1, the signal processor 25b performs a Fourier transform on the second amplitude data D2 including the added zero data v (0) in the secondary Fourier transform process. Since the conversion is performed to calculate the Doppler spectrum Ddp, the frequency resolution in calculation can be improved, and thereby the frequency (± fd) of the primary scattering spectrum peaks P1 and P2 appearing in the Doppler spectrum Ddp can be accurately calculated. Can do. As a result, the shift amount (fd−fd0) from the frequency (± fd0) at which the primary scattering spectrum peaks P1 and P2 appear in a state where no surface current is generated can be calculated accurately. Based on (fd−fd0), the velocity Vr of the surface current can be accurately calculated.

第2振幅データD2に対してゼロデータv(0)を付加することにより、表層海流の流速Vrの算出精度が向上する様子について、シミュレーションを実施した。その結果を図8〜図16に示す。   A simulation was performed on how the calculation accuracy of the surface current velocity Vr is improved by adding zero data v (0) to the second amplitude data D2. The results are shown in FIGS.

第1のシミュレーションは、1つの海洋レーダ局2において、所定の視線方向における所定距離(近距離:1.5km)に位置する単位海域での表層海流の流速Vrが図8に示すように時間的に変化したと仮定したときに、この単位海域での表層海流の流速Vrをゼロデータv(0)を付加して算出した結果と、ゼロデータv(0)を付加しないで算出した結果とをシミュレーションで算出するものである。このシミュレーションの結果によれば、ゼロデータv(0)を付加して算出した場合の単位海域での表層海流の流速Vrについての時間的変化は、図9に示すように、図8に示される基準となる表層海流の流速Vrについての時間的変化に極めて近いものとなり、流速Vrのピークが正確に検出できることが確認される。一方、ゼロデータv(0)を付加しないで算出した場合の単位海域での表層海流の流速Vrについての時間的変化は、図10に示すように、流速Vrのピークが潰れた波形となるため、流速Vrのピークが正確に検出できないことが確認される。   In the first simulation, in one ocean radar station 2, the flow velocity Vr of the surface sea current in a unit sea area located at a predetermined distance (short distance: 1.5 km) in a predetermined line-of-sight direction is temporal as shown in FIG. Assuming that the flow velocity Vr of the surface sea current in this unit sea area is calculated by adding zero data v (0), and the result calculated without adding zero data v (0) It is calculated by simulation. According to the result of this simulation, as shown in FIG. 9, the temporal change in the flow velocity Vr of the surface sea current in the unit sea area when the zero data v (0) is added is shown in FIG. 8. It becomes very close to the temporal change of the flow velocity Vr of the surface sea current as a reference, and it is confirmed that the peak of the flow velocity Vr can be accurately detected. On the other hand, as shown in FIG. 10, the temporal change in the flow velocity Vr of the surface ocean current in the unit sea area when the calculation is performed without adding the zero data v (0) is a waveform in which the peak of the flow velocity Vr is crushed. It is confirmed that the peak of the flow velocity Vr cannot be accurately detected.

第2のシミュレーションは、1つの海洋レーダ局2において、所定の視線方向における所定距離(中距離:40.5km)に位置する単位海域での表層海流の流速Vrが図11に示すように時間的に変化したと仮定したときに、この単位海域での表層海流の流速Vrをゼロデータv(0)を付加して算出した結果と、ゼロデータv(0)を付加しないで算出した結果とをシミュレーションで算出するものである。このシミュレーションの結果によれば、ゼロデータv(0)を付加して算出した場合の単位海域での表層海流の流速Vrについての時間的変化は、図12に示すように、図11に示される基準となる表層海流の流速Vrについての時間的変化に極めて近いものとなり、流速Vrのピークが正確に検出できることが確認される。一方、ゼロデータv(0)を付加しないで算出した場合の単位海域での表層海流の流速Vrについての時間的変化は、図13に示すように、流速Vrの時間変化が全く再現されておらず、流速Vrのピークが正確に検出できないことが確認される。   In the second simulation, in one ocean radar station 2, the flow velocity Vr of the surface sea current in a unit sea area located at a predetermined distance (medium distance: 40.5 km) in a predetermined line-of-sight direction is temporal as shown in FIG. Assuming that the flow velocity Vr of the surface sea current in this unit sea area is calculated by adding zero data v (0), and the result calculated without adding zero data v (0) It is calculated by simulation. According to the result of this simulation, as shown in FIG. 12, the temporal change in the flow velocity Vr of the surface sea current in the unit sea area when the zero data v (0) is added is shown in FIG. It becomes very close to the temporal change of the flow velocity Vr of the surface sea current as a reference, and it is confirmed that the peak of the flow velocity Vr can be accurately detected. On the other hand, the temporal change in the flow velocity Vr of the surface ocean current in the unit sea area when the zero data v (0) is not added is completely reproduced as shown in FIG. Thus, it is confirmed that the peak of the flow velocity Vr cannot be accurately detected.

第3のシミュレーションは、1つの海洋レーダ局2において、所定の視線方向における所定距離(遠距離:60km)に位置する単位海域での表層海流の流速Vrが図14に示すように時間的に変化したと仮定したときに、この単位海域での表層海流の流速Vrをゼロデータv(0)を付加して算出した結果と、ゼロデータv(0)を付加しないで算出した結果とをシミュレーションで算出するものである。このシミュレーションの結果によれば、ゼロデータv(0)を付加して算出した場合の単位海域での表層海流の流速Vrについての時間的変化は、図15に示すように、ピークが潰れてはいるものの、図14に示される基準となる表層海流の流速Vrについての時間的変化をある程度再現した波形となっているため、流速Vrのピークをある程度正確に検出可能であることが確認される。一方、ゼロデータv(0)を付加しないで算出した場合の単位海域での表層海流の流速Vrについての時間的変化は、図16に示すように、流速Vrの時間変化が全く再現されておらず、流速Vrのピークが正確に検出できないことが確認される。   In the third simulation, in one marine radar station 2, the flow velocity Vr of the surface sea current in a unit sea area located at a predetermined distance (far distance: 60 km) in a predetermined line-of-sight direction changes with time as shown in FIG. Assuming that the flow velocity Vr of the surface sea current in this unit sea area is calculated by adding zero data v (0), and the result calculated without adding zero data v (0) are simulated. Is to be calculated. According to the result of this simulation, the temporal change in the flow velocity Vr of the surface current in the unit sea area when the zero data v (0) is added is calculated as shown in FIG. However, it is confirmed that the peak of the flow velocity Vr can be detected to some extent accurately because the waveform reproduces the temporal change of the flow velocity Vr of the surface ocean current as a reference shown in FIG. 14 to some extent. On the other hand, as shown in FIG. 16, the temporal change in the velocity Vr of the surface sea current in the unit sea area when the zero data v (0) is added is not reproduced at all. Thus, it is confirmed that the peak of the flow velocity Vr cannot be accurately detected.

以上のシミュレーション結果から、第2振幅データD2に対してゼロデータv(0)を付加することにより、近距離から遠距離までの広い距離範囲に亘り、表層海流の流速Vrの算出精度が向上することが確認される。   From the above simulation results, by adding zero data v (0) to the second amplitude data D2, the calculation accuracy of the flow velocity Vr of the surface ocean current is improved over a wide distance range from a short distance to a long distance. That is confirmed.

また、この海洋レーダ局2および海洋レーダ観測装置1によれば、信号処理プロセッサ25bが、DBF法などのビーム形成処理を実行して、方位分解処理を実行するため、時間を要する受信アンテナを実際に回転させる処理を不要にできるため、最終的なドップラスペクトルDdpの算出周期を大幅に短縮することができる。   Further, according to the marine radar station 2 and the marine radar observation apparatus 1, the signal processor 25b executes the beam forming process such as the DBF method and performs the azimuth decomposition process. Therefore, the final calculation period of the Doppler spectrum Ddp can be greatly shortened.

なお、本発明は、上記の構成に限定されない。例えば、2次フーリエ変換処理の対象となる第2振幅データD2に対してゼロデータv(0)を付加してデータ数を増加させることにより、フーリエ変換によって算出されるドップラスペクトルDdpの計算上の周波数分解能を向上させる構成を採用した例について上記したが、図17に示すように、1次フーリエ変換処理の対象となる第1振幅データD1に対して所定数(一例として、各組の第1振幅データD1と同数)ずつゼロデータu(0)を付加してデータ数を増加させることにより、1次フーリエ変換によって算出される第2振幅データD2の数を増加(距離分解能を向上)させることもできる。   In addition, this invention is not limited to said structure. For example, by adding zero data v (0) to the second amplitude data D2 to be subjected to the second order Fourier transform process to increase the number of data, the Doppler spectrum Ddp calculated by the Fourier transform is calculated. As described above with respect to the example in which the configuration for improving the frequency resolution is adopted, as shown in FIG. 17, a predetermined number of first amplitude data D1 to be subjected to the first-order Fourier transform processing (for example, the first set of each set). By increasing the number of data by adding zero data u (0) by the same number as the amplitude data D1, the number of second amplitude data D2 calculated by the first order Fourier transform is increased (distance resolution is improved). You can also.

また、2つの海洋レーダ局2A,2Bを備えた例について上記したが、3つ以上の海洋レーダ局2を備えた構成を採用することもできる。また、受信アンテナ23と独立して送信アンテナ21を配設する構成を採用しているが、複数の受信アンテナ23のうちの少なくとも1つを送信時には信号発生部22に切り換えて接続する構成(受信アンテナ23のうちの少なくとも1つを信号発生部22と信号受信部24に交互に接続することで送信アンテナ21として兼用する構成)とすることもできる。これにより、例えば、複数の受信アンテナ23のうちの1つを送信時において信号発生部22に切り換えて接続する構成を採用した場合、その1つの受信アンテナ23は、A/D変換器25a(具体的には、A/D変換器25aに接続される信号受信部24)から信号発生部22に切り換えて接続されたときには、入力した送信信号Stxをレーダ信号として送信する送信アンテナとして機能する。このため、送信アンテナ21を省いてアンテナの数を低減することができる。   Moreover, although the example provided with the two marine radar stations 2A and 2B has been described above, a configuration including three or more marine radar stations 2 may be employed. Further, although a configuration in which the transmission antenna 21 is provided independently of the reception antenna 23 is adopted, at least one of the plurality of reception antennas 23 is switched to and connected to the signal generation unit 22 at the time of transmission (reception) A configuration in which at least one of the antennas 23 is alternately connected to the signal generation unit 22 and the signal reception unit 24 to serve as the transmission antenna 21 can also be used. Thus, for example, when a configuration is adopted in which one of the plurality of receiving antennas 23 is switched to and connected to the signal generating unit 22 at the time of transmission, the one receiving antenna 23 is connected to the A / D converter 25a (specifically Specifically, when switched from the signal receiving unit 24) connected to the A / D converter 25a to the signal generating unit 22, it functions as a transmission antenna that transmits the input transmission signal Stx as a radar signal. For this reason, the number of antennas can be reduced by omitting the transmission antenna 21.

また、複数の受信アンテナ23を備え、処理部25が各受信アンテナ23からの信号に基づく各受信信号Srxの受信データDrに対して方位分解処理を実行して、所定の走査角範囲に含まれる海域(観測海域)についてのドップラスペクトルDdpを算出する構成について上記したが、観測する方向が一方向に限定されているときには、指向性を有する1本の受信アンテナを用いて、この一方向からの反射波を受信する構成を採用することもできる。この構成によれば、1本の受信アンテナから出力される受信信号Srx(具体的には、この受信アンテナに接続された1つの信号受信部24から出力される受信信号Srx)をA/D変換部25aがサンプリングして受信データDrに変換するため、この受信データDrに基づいて、方位分解処理を行うことなく、この一方向についてのドップラスペクトルDdpを算出することができる。   In addition, a plurality of receiving antennas 23 are provided, and the processing unit 25 performs azimuth decomposition processing on the reception data Dr of each reception signal Srx based on the signal from each reception antenna 23 and is included in a predetermined scanning angle range. Although the configuration for calculating the Doppler spectrum Ddp for the sea area (observation sea area) has been described above, when the observation direction is limited to one direction, a single receiving antenna having directivity is used to A configuration for receiving the reflected wave can also be adopted. According to this configuration, the received signal Srx output from one receiving antenna (specifically, the received signal Srx output from one signal receiving unit 24 connected to the receiving antenna) is A / D converted. Since the unit 25a samples and converts the received data Dr into the received data Dr, the Doppler spectrum Ddp for the one direction can be calculated based on the received data Dr without performing the orientation decomposition process.

1 海洋レーダ観測装置
2 海洋レーダ局
25 処理部
D1 第1振幅データ
D2 第2振幅データ
Ddp ドップラスペクトル
Srx 受信信号
Stx 送信信号
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Ocean radar observation apparatus 2 Ocean radar station 25 Processing part D1 1st amplitude data D2 2nd amplitude data Ddp Doppler spectrum Srx reception signal Stx transmission signal

Claims (7)

所定の掃引周期で周波数が掃引される送信信号についての所定方向からの反射信号をサンプリングして当該反射信号についての振幅を示す第1振幅データに変換し、当該第1振幅データに基づいて当該所定方向における所定距離毎のドップラ周波数データを算出するレーダ装置であって、
処理部を備え、
当該処理部は、
前記第1振幅データに対して、前記掃引周期のn周期(nは2以上の任意の整数)分ずつを、n未満の任意の掃引周期でオーバーラップさせつつグループ化するグループ化処理と、
前記グループ毎に、前記第1振幅データに対して前記掃引周期単位でフーリエ変換を施すことにより、前記所定方向における前記所定距離毎の前記振幅を示す第2振幅データを当該掃引周期単位で算出する1次フーリエ変換処理と、
前記第2振幅データの各グループに対して、当該各グループに含まれている当該各第2振幅データを前記掃引周期順で前記所定距離毎に並び替えてグループ化する並び替え処理と、
当該並び替え処理によってグループ化された前記第2振幅データに対して、グループ毎に振幅がゼロを示すゼロデータを所定数ずつ付加して新たな第2振幅データとするゼロデータ付加処理と、
当該ゼロデータ付加処理がされた前記各グループに含まれている前記第2振幅データに対してフーリエ変換を施して前記所定距離毎の前記ドップラ周波数データを算出する2次フーリエ変換処理とを実行するレーダ装置。
A reflected signal from a predetermined direction for a transmission signal whose frequency is swept at a predetermined sweep cycle is sampled and converted into first amplitude data indicating the amplitude of the reflected signal, and the predetermined amplitude is determined based on the first amplitude data. A radar device that calculates Doppler frequency data for each predetermined distance in a direction,
With a processing unit,
The processing unit
A grouping process for grouping the first amplitude data by overlapping each n cycles of the sweep cycle (n is an arbitrary integer of 2 or more) with an arbitrary sweep cycle less than n;
For each group, the second amplitude data indicating the amplitude for each predetermined distance in the predetermined direction is calculated for each sweep cycle by performing Fourier transform on the first amplitude data for each sweep cycle. First-order Fourier transform processing;
For each group of the second amplitude data, a rearrangement process for rearranging and grouping the second amplitude data included in each group for each predetermined distance in the sweep cycle order;
A zero data addition process for adding a predetermined number of zero data indicating an amplitude of zero for each group to obtain new second amplitude data for the second amplitude data grouped by the rearrangement process;
A second-order Fourier transform process is performed in which the second amplitude data included in each group subjected to the zero data addition process is subjected to a Fourier transform to calculate the Doppler frequency data for each predetermined distance. Radar device.
前記処理部は、前記1次フーリエ変換処理において、前記掃引周期単位でのフーリエ変換に先立ち、当該掃引周期毎に前記振幅がゼロを示すゼロデータを所定数ずつ充填して新たな第1振幅データとする請求項1記載のレーダ装置。   In the first-order Fourier transform process, the processing unit fills a predetermined number of zero data indicating that the amplitude is zero at each sweep cycle before the Fourier transform in units of the sweep cycle, thereby generating new first amplitude data. The radar apparatus according to claim 1. 送信アンテナから海洋に向けて送信されたレーダ信号の反射波を受信した複数の受信アンテナからそれぞれ出力された受信信号をサンプリングして当該受信信号についての振幅を示す受信データにそれぞれ変換するA/D変換部を備え、
前記処理部は、前記受信データに対して所定のビーム形成法を適用して前記第1振幅データに変換する方位分解処理を実行する請求項1または2記載のレーダ装置。
A / D that samples reception signals output from a plurality of reception antennas that have received reflected waves of radar signals transmitted from the transmission antenna toward the ocean, and converts them into reception data indicating the amplitude of the reception signals. With a conversion unit,
The radar apparatus according to claim 1, wherein the processing unit executes azimuth decomposition processing for converting the received data into the first amplitude data by applying a predetermined beam forming method.
前記複数の受信アンテナを備え、
前記複数の受信アンテナのうちの少なくとも1つは、送信信号を出力する信号発生部と前記A/D変換部とに交互に切り換えて接続可能に構成されて、前記信号発生部に接続されたときには前記送信信号を前記レーダ信号として送信する前記送信アンテナとして機能する請求項3記載のレーダ装置。
Comprising the plurality of receiving antennas;
When at least one of the plurality of receiving antennas is configured to be connectable by switching alternately between a signal generation unit that outputs a transmission signal and the A / D conversion unit, and when connected to the signal generation unit The radar apparatus according to claim 3, wherein the radar apparatus functions as the transmission antenna that transmits the transmission signal as the radar signal.
送信アンテナから海洋に向けて送信されたレーダ信号の反射波を受信する1本の指向性を有する受信アンテナを備え、
前記受信アンテナから出力された受信信号をサンプリングして当該受信信号についての振幅を示す受信データに変換すると共に、当該受信データを前記第1振幅データとして出力するA/D変換部を備えている請求項1または2記載のレーダ装置。
A receiving antenna having one directivity for receiving a reflected wave of a radar signal transmitted from the transmitting antenna toward the ocean;
A reception signal output from the reception antenna is sampled and converted into reception data indicating the amplitude of the reception signal, and an A / D converter that outputs the reception data as the first amplitude data is provided. Item 3. The radar device according to item 1 or 2.
請求項1から5のいずれかに記載の複数のレーダ装置と、
前記各レーダ装置でそれぞれ算出された前記ドップラ周波数データに基づいて、前記海洋における所望海域の表層海流の流速および流向を算出する処理装置とを備えている海洋レーダ観測装置。
A plurality of radar devices according to any one of claims 1 to 5;
A marine radar observation apparatus comprising: a processing device that calculates a flow velocity and a flow direction of a surface current in a desired sea area in the ocean based on the Doppler frequency data calculated by each radar device.
所定の掃引周期で周波数が掃引される送信信号についての所定方向からの反射信号をサンプリングして当該反射信号についての振幅を示す第1振幅データに変換し、当該第1振幅データに基づいて当該所定方向における所定距離毎のドップラ周波数データを算出するドップラ周波数データ算出方法であって、
前記第1振幅データに対して、前記掃引周期のn周期(nは2以上の任意の整数)分ずつを、n未満の任意の掃引周期でオーバーラップさせつつグループ化するグループ化処理と、
前記グループ毎に、前記第1振幅データに対して前記掃引周期単位でフーリエ変換を施すことにより、前記所定方向における前記所定距離毎の前記振幅を示す第2振幅データを当該掃引周期単位で算出する1次フーリエ変換処理と、
前記第2振幅データの各グループに対して、当該各グループに含まれている当該各第2振幅データを前記掃引周期順で前記所定距離毎に並び替えてグループ化する並び替え処理と、
当該並び替え処理によってグループ化された前記第2振幅データに対して、グループ毎に振幅がゼロを示すゼロデータを所定数ずつ付加して新たな第2振幅データとするゼロデータ付加処理と、
当該ゼロデータ付加処理がされた前記各グループに含まれている前記第2振幅データに対してフーリエ変換を施して前記所定距離毎の前記ドップラ周波数データを算出する2次フーリエ変換処理とを実行するドップラ周波数データ算出方法。
A reflected signal from a predetermined direction for a transmission signal whose frequency is swept at a predetermined sweep cycle is sampled and converted into first amplitude data indicating the amplitude of the reflected signal, and the predetermined amplitude is determined based on the first amplitude data. A Doppler frequency data calculation method for calculating Doppler frequency data for each predetermined distance in a direction,
A grouping process for grouping the first amplitude data by overlapping each n cycles of the sweep cycle (n is an arbitrary integer of 2 or more) with an arbitrary sweep cycle less than n;
For each group, the second amplitude data indicating the amplitude for each predetermined distance in the predetermined direction is calculated for each sweep cycle by performing Fourier transform on the first amplitude data for each sweep cycle. First-order Fourier transform processing;
For each group of the second amplitude data, a rearrangement process for rearranging and grouping the second amplitude data included in each group for each predetermined distance in the sweep cycle order;
A zero data addition process for adding a predetermined number of zero data indicating an amplitude of zero for each group to obtain new second amplitude data for the second amplitude data grouped by the rearrangement process;
A second-order Fourier transform process is performed in which the second amplitude data included in each group subjected to the zero data addition process is subjected to a Fourier transform to calculate the Doppler frequency data for each predetermined distance. Doppler frequency data calculation method.
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