JP2015025699A - Doppler hydrospheric radar - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、河川の流況を地上からドップラーレーダーにより観測するドップラー水象レーダーに関し、とくに、川幅方向に広がりのある観測範囲における表面流速分布の中から主流方向を特定するとともに、主流方向成分の表面流速分布を観測する技術に関する。 The present invention relates to a Doppler hydrological radar that observes a river flow condition from the ground with a Doppler radar, and in particular, specifies a main flow direction from a surface flow velocity distribution in an observation range extending in a river width direction, and a main flow direction component. The present invention relates to a technique for observing the surface flow velocity distribution.
たとえば、土木学会水工学論文集第５２巻（２００８年２月）に掲載の「電波式流速計による河川脈動流の観測」に記載されているように、広く実用されているドップラー気象レーダーと同様な原理で、河川の流況を地上からドップラー流速計により観測する技術が研究されている。 For example, as described in "Observation of river pulsating flow using radio wave velocimeter" published in the Journal of Hydraulic Engineering, Vol. 52 (February 2008) Based on this principle, a technique for observing river flow from the ground using a Doppler velocimeter has been studied.
図１に示すように、たとえば橋などを利用して河川の流水域のほぼ中央上方にレーダーのアンテナ１を設置し、たとえば上流側の水面に向けて斜めにレーダービームを照射する。アンテナ１は垂直軸を中心として回転装置２により一定速度で回転する。観測範囲は、図２に示すように、上流向きあるいは下流向き９０度の範囲である。ビーム照射の俯角は一定に保たれ、観測範囲を円弧状に走査する。 As shown in FIG. 1, for example, a radar antenna 1 is installed approximately above the center of a river flow area using a bridge or the like, and a radar beam is irradiated obliquely toward, for example, an upstream water surface. The antenna 1 is rotated at a constant speed by a rotating device 2 around a vertical axis. As shown in FIG. 2, the observation range is a range of 90 degrees upstream or downstream. The depression angle of the beam irradiation is kept constant, and the observation range is scanned in an arc shape.
周知のとおり、アンテナ１から水面に照射されて水面からアンテナ１に戻るマイクロ波には、ビーム照射部分の水流の速度を反映したドップラー信号が含まれ、このドップラー信号を処理することによりドップラー速度を求めることができる。ドップラー速度はレーダー反射体の速度のビーム方向成分であるから、ビームの俯角を用いて表面流速を計算することができる（俯角をβとするとドップラー速度をＣＯＳβで除算すればよい）。このように求まる表面流速はドップラー速度に一定の定数を掛けたものであるから、相対値としての意味では、ドップラー速度と本質的に変わらない。 As is well known, the microwave that is irradiated from the antenna 1 onto the water surface and returns from the water surface to the antenna 1 includes a Doppler signal that reflects the velocity of the water flow at the beam irradiation portion. By processing this Doppler signal, the Doppler velocity is increased. Can be sought. Since the Doppler velocity is the beam direction component of the velocity of the radar reflector, the surface flow velocity can be calculated using the beam depression angle (if the depression angle is β, the Doppler velocity can be divided by COSβ). Since the surface flow velocity obtained in this way is obtained by multiplying the Doppler velocity by a constant, it is essentially the same as the Doppler velocity in terms of relative value.
上述した従来の方法において、ドップラー速度とビーム俯角から求まる表面流速は、アンテナ設置点の水面上の投影点（アンテナ投影点とする）を中心とする放射方向（ビーム投影線とも称する）の速度成分である。このように、水面におけるアンテナ投影点を中心とする放射方向の速度成分を表面流速分布として、たとえばレーダースコープのように出力する構成をとったとする。この場合、表面流速分布の出力から有意義な水象情報を読み取ることはきわめて困難である。 In the above-described conventional method, the surface flow velocity obtained from the Doppler velocity and the beam depression angle is a velocity component in a radiation direction (also referred to as a beam projection line) centered on a projection point on the water surface at the antenna installation point (referred to as the antenna projection point). It is. In this way, it is assumed that a configuration in which a velocity component in the radial direction centered on the antenna projection point on the water surface is output as a surface flow velocity distribution, for example, like a radar scope. In this case, it is very difficult to read meaningful hydrological information from the output of the surface flow velocity distribution.
この発明は上述した従来の問題点に鑑みなされたもので、図１と図２に例示したような構成で河川の流況を地上からドップラーレーダーにより観測するシステムにおいて、得られるドップラー信号に基づいて、表面流速分布に関連した有意義な水象情報を容易に読み取れるようにした出力データを演算するドップラー信号処理技術を実現すべく創作されたものである。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and is based on the Doppler signal obtained in a system for observing a river flow condition from the ground with a Doppler radar with the configuration illustrated in FIGS. 1 and 2. The invention was created to realize a Doppler signal processing technique for calculating output data so that meaningful hydrological information related to the surface flow velocity distribution can be easily read.
具体的には、この発明は、川幅方向に広がりのある観測範囲における表面流速分布の主流方向を特定して出力するとともに、観測範囲における主流方向成分の表面流速分布データを出力するドップラー水象レーダーを提供するものである。 Specifically, the present invention specifies and outputs the main flow direction of the surface flow velocity distribution in the observation range spreading in the river width direction, and outputs the surface flow velocity distribution data of the main flow direction component in the observation range. Is to provide.
この発明に係るドップラー水象レーダーは、分説すると、つぎの事項（１）〜（10）により特定されるものである。
（１）ドップラーレーダーと、ドップラー信号処理装置とを備えたドップラー水象レーダーであること
（２）ドップラーレーダーは、アンテナと、回転装置と、送受信装置を備えること
（３）アンテナは、回転装置におけるほぼ垂直に配された回転軸に取り付けられて水平面内で回転し、送受信装置からの送信信号に基づくレーダービームを所定の俯角で斜め下方に照射するとともに、レーダー反射体からの反射信号を受信すること
（４）アンテナから送信されるレーダービームは、河川の上流側または下流側に設定された川幅方向に広がりのある観測範囲を円弧状に走査すること
（５）回転装置は、アンテナから送信されるビーム方向の方位角に対応するアンテナ走査角信号を出力すること
（６）送受信装置は、アンテナ受信信号に基づくドップラー信号を出力すること
（７）ドップラー信号処理装置は、アンテナ走査角信号およびドップラー信号に基づく以下の処理Ａ〜Ｃを行うこと
（８）処理Ａは、ドップラー信号の周波数強度特性を解析し、最大強度のドップラー周波数に対応したドップラー速度と前記俯角とに基づいてビーム投影線方向の表面流速サンプル値を逐次求め、求めた表面流速サンプル値とこのサンプル取得時のアンテナ走査角とを対応づけして逐次出力すること
（９）処理Ｂは、ドップラー信号の周波数強度特性を解析し、ドップラー信号の周波数帯域全体の包括強度値と前記ドップラー周波数とを入力変数とする所定の積関数を逐次計算し、この積関数出力がピークを示すアンテナ走査角を特定し、特定したアンテナ走査角を観測範囲における主流方向として所定のレジスタに記録するとともに出力し、
（10）処理Ｃは、観測範囲に含まれる各アンテナ走査角ごとに前記処理Ａで求められるビーム投影線方向の表面流速サンプル値を、前記レジスタに記録された主流方向を示すアンテナ走査角を用いて主流方向の表面流速サンプル値に換算して各アンテナ走査角に対応づけして逐次出力する
The Doppler hydro radar according to the present invention is specified by the following items (1) to (10).
(1) The Doppler radar is provided with a Doppler radar and a Doppler signal processing device. (2) The Doppler radar is provided with an antenna, a rotating device, and a transmitting / receiving device. (3) The antenna is provided in the rotating device. Mounted on a rotating shaft arranged almost vertically, rotates in a horizontal plane, irradiates the radar beam based on the transmission signal from the transmitter / receiver diagonally downward at a predetermined depression angle, and receives the reflected signal from the radar reflector (4) The radar beam transmitted from the antenna scans the observation range having an extension in the river width direction set upstream or downstream of the river in an arc shape. (5) The rotating device is transmitted from the antenna. (6) The transmission / reception apparatus is based on the antenna reception signal. (7) The Doppler signal processing apparatus performs the following processes A to C based on the antenna scanning angle signal and the Doppler signal. (8) Process A analyzes the frequency intensity characteristics of the Doppler signal, Based on the Doppler velocity corresponding to the maximum intensity Doppler frequency and the depression angle, the surface velocity sample value in the beam projection line direction is sequentially obtained, and the obtained surface velocity sample value is associated with the antenna scanning angle at the time of obtaining this sample. (9) Process B analyzes the frequency intensity characteristics of the Doppler signal and sequentially calculates a predetermined product function having the comprehensive intensity value of the entire frequency band of the Doppler signal and the Doppler frequency as input variables. The antenna scan angle at which this product function output exhibits a peak is specified, and the specified antenna scan angle is defined as the mainstream direction in the observation range. Te outputs and records a predetermined register,
(10) Process C uses the surface scan sample value in the beam projection line direction obtained in process A for each antenna scan angle included in the observation range, and the antenna scan angle indicating the mainstream direction recorded in the register. Converted to the surface velocity sample value in the main flow direction and sequentially outputs it corresponding to each antenna scanning angle
この発明に係るドップラー水象レーダーによれば、川幅方向に広がりのある観測範囲における表面流速分布の主流方向を特定して出力することができるとともに、観測範囲における主流方向成分の表面流速分布データを出力することができる。 According to the Doppler hydrology radar according to the present invention, it is possible to specify and output the main flow direction of the surface flow velocity distribution in the observation range spreading in the river width direction, and the surface flow velocity distribution data of the main flow direction component in the observation range. Can be output.
＝＝＝観測対象とレーダー＝＝＝
この発明においては、図１に示すように、たとえば橋などを利用して河川の流水域のほぼ中央上方にドップラーレーダーのアンテナ１を設置し、たとえば上流側の水面に向けて斜めにレーダービームを照射する。アンテナ１は垂直軸を中心として回転装置２により一定速度で回転する。観測範囲は、図２に示すように、上流向きの９０度の範囲である。ビーム照射の俯角は一定に保たれ、観測範囲を円弧状に走査する。回転装置２からは、アンテナ１から送信されるレーダービーム方向の方位角に対応するアンテナ走査角信号が出力される。
=== Observation target and radar ===
In the present invention, as shown in FIG. 1, a Doppler radar antenna 1 is installed almost at the center upper part of a river flow area using, for example, a bridge, and a radar beam is obliquely directed toward the upstream water surface, for example. Irradiate. The antenna 1 is rotated at a constant speed by a rotating device 2 around a vertical axis. As shown in FIG. 2, the observation range is a range of 90 degrees upstream. The depression angle of the beam irradiation is kept constant, and the observation range is scanned in an arc shape. The rotation device 2 outputs an antenna scanning angle signal corresponding to the azimuth angle of the radar beam direction transmitted from the antenna 1.
ドップラーレーダーの送受信装置３は、アンテナ１に送信信号を供給してアンテナ１からレーダービームを出力させるとともに、水面からの反射波を受信する。周知のように、アンテナ１から水面に照射されて水面からアンテナ１に戻るマイクロ波には、ビーム照射部分の水流の速度を反映したドップラー信号が含まれ、このドップラー信号を処理することによりドップラー速度を求めることができる。さきに説明したとおり、ドップラー速度はレーダー反射体の速度のビーム方向成分であるから、ビームの俯角を用いて表面流速を計算することができる。 The Doppler radar transmission / reception device 3 supplies a transmission signal to the antenna 1 to output a radar beam from the antenna 1 and receives a reflected wave from the water surface. As is well known, the microwave that is irradiated from the antenna 1 onto the water surface and returns from the water surface to the antenna 1 includes a Doppler signal that reflects the velocity of the water flow at the beam irradiation portion. By processing this Doppler signal, the Doppler velocity is obtained. Can be requested. As described above, since the Doppler velocity is a beam direction component of the velocity of the radar reflector, the surface flow velocity can be calculated using the depression angle of the beam.
＝＝＝ドップラー信号処理装置４＝＝＝
ドップラー信号処理装置４は、ドップラーレーダー送受信装置３から出力されるドップラー信号と、回転装置２から出力されるアンテナ走査角信号に基づいて、以下に順次説明する信号処理を行う。
=== Doppler Signal Processing Device 4 ===
Based on the Doppler signal output from the Doppler radar transmission / reception device 3 and the antenna scanning angle signal output from the rotation device 2, the Doppler signal processing device 4 performs signal processing described below sequentially.
この実施例においては、アンテナ走査角は、図３に示すように、川幅方向に合わせた基準線に対するレーダービーム照射方向の方位角を表すものとする。そして、観測範囲となる円弧状領域は、アンテナ走査角にして４５度から１３５度までの９０度の角度範囲であり、ドップラー信号処理装置４はこの範囲にて得られたドップラー信号を処理する。観測範囲の中心（アンテナ走査角が９０度のライン）は、河川のおおよそ流心方向に合わせている。 In this embodiment, as shown in FIG. 3, the antenna scanning angle represents the azimuth angle of the radar beam irradiation direction with respect to the reference line aligned with the river width direction. The arcuate region as the observation range is an angle range of 90 degrees from 45 degrees to 135 degrees as the antenna scanning angle, and the Doppler signal processing device 4 processes the Doppler signal obtained in this range. The center of the observation range (line with an antenna scanning angle of 90 degrees) is aligned with the approximate center of the river.
ドップラー信号処理装置４の構成例を図４に示している。送受信装置３からのドップラー信号は、ＢＰＦ（バンドパスフィルタ）群５に入力される。ＢＰＦ群５は、ドップラー信号の想定される周波数帯域をたとえば６個の帯域に分割する６個のバンドバスフィルタからなる。ＢＰＦ群５の各帯域の出力はＡ／Ｄ変換器６でデジタル化されて演算装置７に入力される。また、回転装置２からデジタル信号の形式で出力されるアンテナ走査角も演算装置７に入力される。演算装置７は、デジタル信号処理用のコンピューターである。 A configuration example of the Doppler signal processing device 4 is shown in FIG. The Doppler signal from the transmission / reception device 3 is input to a BPF (band pass filter) group 5. The BPF group 5 includes six band-pass filters that divide the assumed frequency band of the Doppler signal into, for example, six bands. The output of each band of the BPF group 5 is digitized by the A / D converter 6 and input to the arithmetic unit 7. An antenna scanning angle output from the rotating device 2 in the form of a digital signal is also input to the arithmetic device 7. The arithmetic unit 7 is a computer for digital signal processing.
＝＝＝ドップラー信号の周波数強度特性とドップラー速度＝＝＝
レーダー反射体である水流表面の動きは複雑であり、上流から下流に向かう卓越した流動、渦巻いたり湧昇沈降する上下方向の流動、泡立ちやさざ波などの水面変動が複合している。そのため、ドップラー信号の周波数は広い範囲にわたって分布している。
=== Frequency characteristics of Doppler signal and Doppler speed ===
The movement of the water surface, which is a radar reflector, is complex, and it is composed of excellent flow from upstream to downstream, vertical flow that swirls and rises and sinks, and fluctuations in the water surface such as foaming and ripples. Therefore, the frequency of the Doppler signal is distributed over a wide range.
演算装置７は、ＢＰＦ群５の出力に基づいて、ドップラー信号の周波数強度特性を解析し、最大強度のドップラー周波数に対応したドップラー速度を逐次計算するとともに、レーダービーム照射の前記俯角を含む定数をドップラー速度に乗算するとにより、ビーム投影線方向の表面流速サンプル値を逐次求め、求めた表面流速サンプル値とこのサンプル取得時のアンテナ走査角とを対応づけして逐次記録するとともに出力する。 The arithmetic unit 7 analyzes the frequency intensity characteristic of the Doppler signal based on the output of the BPF group 5, sequentially calculates the Doppler velocity corresponding to the maximum Doppler frequency, and calculates a constant including the depression angle of the radar beam irradiation. By multiplying the Doppler velocity, the surface velocity sample value in the beam projection line direction is sequentially obtained, and the obtained surface velocity sample value and the antenna scanning angle at the time of obtaining the sample are sequentially recorded and output.
上記のようにして計算されるビーム投影線方向の表面流速サンプル値は、ドップラー速度に一定の定数を掛けたものであり、図３に示すように、アンテナ投影点からビーム照射点に向かう放射線（ビーム投影線）上のベクトルとして表すことができる。アンテナ走査角の１度ごとに表面流速サンプル値を求めるものとすると、演算装置７には、観測範囲における９０個の表面流速サンプル値がアンテナ走査角と対応づけして記録される。 The surface velocity sample value in the beam projection line direction calculated as described above is obtained by multiplying the Doppler velocity by a constant, and as shown in FIG. 3, the radiation (from the antenna projection point toward the beam irradiation point) Beam projection line). Assuming that the surface flow velocity sample value is obtained for every 1 degree of the antenna scanning angle, the computing device 7 records 90 surface flow velocity sample values in the observation range in association with the antenna scanning angle.
＝＝＝主流方向の表面流速への変換＝＝＝
図４に示すように、演算装置７における所定のレジスタ８には、観測範囲における主流方向を示すアンテナ走査角θ１が格納されている。この主流方向アンテナ走査角θ１は、演算装置７が観測データに基づいて逐次決定するものであり、観測データの変化に応じて主流方向アンテナ走査角θ１を更新しつつレジスタ８に記録する。主流方向アンテナ走査角θ１を決定するアルゴリズムについては後で詳しく説明する。
=== Conversion to surface flow velocity in the main flow direction ===
As shown in FIG. 4, the predetermined register 8 in the arithmetic unit 7 stores an antenna scanning angle θ1 indicating the mainstream direction in the observation range. The mainstream direction antenna scanning angle θ1 is sequentially determined by the arithmetic unit 7 based on the observation data, and is recorded in the register 8 while updating the mainstream direction antenna scanning angle θ1 according to a change in the observation data. The algorithm for determining the mainstream direction antenna scanning angle θ1 will be described in detail later.
図３に示すように、あるアンテナ走査角θ２のサンプル点Ｓ２にて求められたビーム投影線方向の表面流速サンプル値をＶｄ２とし、主流方向アンテナ走査角θ１とサンプル点Ｓ２のアンテナ走査角θ２がなす角度をαとすると、Ｖｄ２÷ＣＯＳαによりサンプル点Ｓ２における主流方向の表面流速サンプル値Ｖｘ２を求めることができる。 As shown in FIG. 3, the surface velocity sample value in the beam projection line direction obtained at the sample point S2 at a certain antenna scanning angle θ2 is Vd2, and the mainstream direction antenna scanning angle θ1 and the antenna scanning angle θ2 at the sample point S2 are If the angle formed is α, the surface velocity sample value Vx2 in the main flow direction at the sample point S2 can be obtained by Vd2 ÷ COSα.
演算装置７は、観測範囲の全域を１回走査するごとに、ビーム投影線方向の表面流速サンプル値Ｖｄを９０個出力するとともに、これらサンプル値を主流方向アンテナ走査角θ１を用いて換算した主流方向の表面流速サンプル値Ｖｘを９０個出力する。これら各出力は各サンプル点を示すアンテナ走査角と対応づけされる。 The computing device 7 outputs 90 surface flow velocity sample values Vd in the beam projection line direction every time the entire observation range is scanned, and converts these sample values using the mainstream direction antenna scanning angle θ1. 90 surface velocity sample values Vx in the direction are output. Each of these outputs is associated with an antenna scanning angle indicating each sample point.
＝＝＝主流方向アンテナ走査角θ１の決定の仕方＝＝＝
前述したように、ドップラー信号の周波数は広い範囲にわたって分布していて、その周波数強度特性はさまざまに変化する。そして周知のように、最大強度を示すドップラー周波数に基づいてドップラー速度（これに一定の定数を掛けたものがビーム投影線方向の表面流速である）が計算される。
=== Method of Determining Mainstream Direction Antenna Scanning Angle θ 1 ===
As described above, the frequency of the Doppler signal is distributed over a wide range, and the frequency intensity characteristic changes variously. As is well known, the Doppler velocity (the surface velocity in the beam projection line direction is calculated by multiplying this by a certain constant) is calculated based on the Doppler frequency indicating the maximum intensity.
観測範囲の全域を１回走査した中で、最大のドップラー速度が観測されたアンテナ走査角の方向が観測範囲の主流方向の有力候補である。しかしながら、この発明においては、ドップラー速度の最大値を観測した方向を単純に主流方向としてはいない。ドップラー速度の大きさに加えて、ドップラー信号の周波数帯域全体の包括強度値を参照して主流方向を決定している。 The direction of the antenna scanning angle at which the maximum Doppler velocity was observed during the entire scanning of the observation range is a promising candidate for the mainstream direction of the observation range. However, in the present invention, the direction in which the maximum value of Doppler velocity is observed is not simply set as the mainstream direction. In addition to the magnitude of the Doppler velocity, the mainstream direction is determined by referring to the comprehensive intensity value of the entire frequency band of the Doppler signal.
具体的には、演算装置７は、ドップラー信号の周波数強度特性を解析し、ドップラー信号の周波数帯域全体の包括強度値と前記ドップラー周波数とを入力変数とする所定の積関数を逐次計算し、この積関数出力がピークを示すアンテナ走査角を特定し、特定したアンテナ走査角を観測範囲における主流方向として所定のレジスタに記録する。レジスタに記録した主流方向アンテナ走査角θ１を出力する。 Specifically, the arithmetic unit 7 analyzes the frequency intensity characteristic of the Doppler signal, sequentially calculates a predetermined product function having the comprehensive intensity value of the entire frequency band of the Doppler signal and the Doppler frequency as input variables, The antenna scanning angle at which the product function output exhibits a peak is specified, and the specified antenna scanning angle is recorded in a predetermined register as the mainstream direction in the observation range. The mainstream direction antenna scanning angle θ1 recorded in the register is output.
ドップラー信号の周波数帯域全体の包括強度値は、レーダービームが照射される水面の傾きなどの性状に大きな影響を受け、ドップラー速度が同程度の大きさを示す複数の方向の中では包括強度値の大きな方向が主流方向と認定するのに相応しいということを多くの実証試験により確認した。上記の所定の積関数としては、ドップラー速度と包括強度値を単純に掛け算したり、両値に異なる重み付けをして掛け算するなど、実際のシステムにより実証試験により適宜に定めることができる。 The comprehensive intensity value of the entire frequency band of the Doppler signal is greatly affected by properties such as the slope of the water surface irradiated with the radar beam, and the comprehensive intensity value is not the same in multiple directions where the Doppler velocity shows the same magnitude. It was confirmed by many demonstration tests that the large direction is suitable for recognition as the mainstream direction. The predetermined product function can be appropriately determined by an empirical test using an actual system, such as simply multiplying the Doppler velocity and the comprehensive intensity value, or multiplying both values with different weights.
なお、主流方向アンテナ走査角θ１を決定するにあたっては、連続する複数の走査回においてそれぞれ特定される前記主流方向のアンテナ走査角の移動平均をとりつつ、その平均値を前記レジスタに逐次格納することが望ましく、これにより安定的な観測が可能となる。 In determining the mainstream direction antenna scanning angle θ1, the moving average of the mainstream direction antenna scanning angles respectively specified in a plurality of consecutive scanning times is taken, and the average value is sequentially stored in the register. It is desirable to enable stable observation.
＝＝＝まとめ＝＝＝
以上詳しく説明したように、この発明に係るドップラー水象レーダーによれば、川幅方向に広がりのある観測範囲をレーダービームにより円弧状に繰り返し走査しつつ、観測されるドップラー信号に基づいて観測範囲における主流方向を自動的に決定しつつ、観測されるドップラー速度を主流方向の表面流速に換算して出力するので、これを適宜に表示出力することにより河川の流況およびその変化を直感的に読み取ることができる。つまり、ドップラーレーダーによる水象観測情報を人が理解しやすい形態で出力することができるようになり、長期的・短期的な主流方向の変化の様子を容易に観測できるし、変化した主流方向に応じて主流方向の表面速度分布が変化する様子も容易に観測できる。
=== Summary ===
As described above in detail, according to the Doppler hydrological radar according to the present invention, while repeatedly scanning the observation range having a spread in the river width direction in an arc shape by the radar beam, the observation range is based on the observed Doppler signal. While the main flow direction is automatically determined, the observed Doppler velocity is converted into the surface flow velocity in the main flow direction and output, so the river flow condition and changes can be intuitively read by displaying this appropriately. be able to. In other words, hydrological observation information by Doppler radar can be output in a form that is easy for humans to understand, and it is possible to easily observe changes in the mainstream direction in the long-term and short-term, and in the changed mainstream direction. Accordingly, it is possible to easily observe how the surface velocity distribution in the mainstream direction changes.
実施例においては、ドップラー信号処理装置を１つのブロックにまとめて示した。これは便宜的な説明であり、現実的には、レーダー設置現場の信号処理装置と、これに通信回線で結ばれた遠方の事務所に設置された信号処理装置とで適宜に分散コンピューティングを行う構成となるであろう。また、実施例ではドップラー信号をＢＰＦ群により処理してからデジタル信号処理（ＤＳＰ）を行うようにしているが、デジタルフィルタ技術を採用し、ドップラー信号をデジタル化してＤＳＰにより処理する方式としてもよい。 In the embodiment, the Doppler signal processing apparatus is shown in one block. This is a convenient explanation, and in reality, distributed computing is appropriately performed by a signal processing device at the radar installation site and a signal processing device installed in a remote office connected to this by a communication line. It will be the configuration to do. In the embodiment, the digital signal processing (DSP) is performed after the Doppler signal is processed by the BPF group. However, a digital filter technique may be adopted to digitize the Doppler signal and process it by the DSP. .
Claims (2)
ドップラーレーダーは、アンテナと、回転装置と、送受信装置を備え、
アンテナは、回転装置におけるほぼ垂直に配された回転軸に取り付けられて水平面内で回転し、送受信装置からの送信信号に基づくレーダービームを所定の俯角で斜め下方に照射するとともに、レーダー反射体からの反射信号を受信し、
アンテナから送信されるレーダービームは、河川の上流側または下流側に設定された川幅方向に広がりのある観測範囲を円弧状に走査し、
回転装置は、アンテナから送信されるビーム方向の方位角に対応するアンテナ走査角信号を出力し、
送受信装置は、アンテナ受信信号に基づくドップラー信号を出力し、
ドップラー信号処理装置は、アンテナ走査角信号およびドップラー信号に基づく以下の処理Ａ〜Ｃを行い、
処理Ａは、ドップラー信号の周波数強度特性を解析し、最大強度のドップラー周波数に対応したドップラー速度と前記俯角とに基づいてビーム投影線方向の表面流速サンプル値を逐次求め、求めた表面流速サンプル値とこのサンプル取得時のアンテナ走査角とを対応づけして逐次出力し、
処理Ｂは、ドップラー信号の周波数強度特性を解析し、ドップラー信号の周波数帯域全体の包括強度値と前記ドップラー周波数とを入力変数とする所定の積関数を逐次計算し、この積関数出力がピークを示すアンテナ走査角を特定し、特定したアンテナ走査角を観測範囲における主流方向として所定のレジスタに記録するとともに出力し、
処理Ｃは、観測範囲に含まれる各アンテナ走査角ごとに前記処理Ａで求められるビーム投影線方向の表面流速サンプル値を、前記レジスタに記録された主流方向を示すアンテナ走査角を用いて主流方向の表面流速サンプル値に換算して各アンテナ走査角に対応づけして逐次出力する
ドップラー水象レーダー。 A Doppler radar radar equipped with a Doppler radar and a Doppler signal processing device,
The Doppler radar includes an antenna, a rotating device, and a transmitting / receiving device.
The antenna is attached to a rotating shaft arranged almost vertically in the rotating device, rotates in a horizontal plane, irradiates a radar beam based on a transmission signal from the transmitting / receiving device obliquely downward at a predetermined depression angle, and from the radar reflector. The reflected signal of
The radar beam transmitted from the antenna scans the observation range that extends in the river width direction set in the upstream or downstream side of the river in an arc,
The rotating device outputs an antenna scanning angle signal corresponding to the azimuth angle of the beam direction transmitted from the antenna,
The transmission / reception device outputs a Doppler signal based on the antenna reception signal,
The Doppler signal processing device performs the following processes A to C based on the antenna scanning angle signal and the Doppler signal,
Process A analyzes the frequency intensity characteristic of the Doppler signal, sequentially obtains the surface velocity sample value in the beam projection line direction based on the Doppler velocity corresponding to the maximum intensity Doppler frequency and the depression angle, and the obtained surface velocity sample value And the antenna scanning angle at the time of sample acquisition are sequentially output in association with each other.
Process B analyzes the frequency intensity characteristics of the Doppler signal, sequentially calculates a predetermined product function using the comprehensive intensity value of the entire frequency band of the Doppler signal and the Doppler frequency as input variables, and the product function output has a peak. Specify the antenna scanning angle shown, and record and output the specified antenna scanning angle as a mainstream direction in the observation range in a predetermined register,
Process C uses the surface scan sample value in the beam projection line direction obtained in process A for each antenna scan angle included in the observation range, and the main stream direction using the antenna scan angle indicating the main stream direction recorded in the register. Doppler hydro radar that converts to the surface velocity sample value and outputs sequentially corresponding to each antenna scanning angle.
請求項１に記載のドップラー水象レーダー。 2. The Doppler hydrology according to claim 1, wherein the processing B sequentially stores the average value in the register while taking a moving average of the antenna scanning angle in the mainstream direction specified in each of a plurality of consecutive scanning times. radar.
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