JP3557462B2 - オフライン・バイスタティック・ドップラーレーダシステム - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、オフライン・バイスタティック・ドップラーレーダシステムに関し、特に、送信レーダの情報をネットワークを用いることなく受信局側において検知又は生成することにより、オフラインでのバイスタティック・ドップラーレーダ観測を可能とするオフライン・バイスタティック・ドップラーレーダシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】
通常のレーダは、送信局と受信局とが物理的に同一の場所に設置されたモノスタティック・ドップラーレーダからなる。これに対して、送信局と受信局とを物理的に距離をおいて設置するものをバイスタティックレーダという。
【0003】
バイスタティック・ドップラーレーダシステムは、図8に示すように、1個の主レーダ(送信局)Tと複数台(この場合は3個)のリモートの受信局(受信機)R1、R2、R3とで構成される。主レーダTのみが送信し、受信局R1、R2、R3が観測目標物(例えば、降雨)からの散乱を非走査型の広い角度特性を持つアンテナで受信する。なお、図8における矢印が観測により得られた水平風速ベクトル(風速場)である。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
バイスタティック・ドップラーレーダシステムにおいては、主レーダの情報が、複数の受信局の各々に対して、オンラインでほぼリアルタイムで送信されている(多少の遅れはあるが、観測には支障はない)。このため、通常は、主レーダ(送信レーダ)と各々の受信局との間がネットワークで接続される。運用上、実際のネットワークとしては、電話回線等の公衆網を介したネットワークが利用される。主レーダの情報としては、送信パルス周期、パルス送信時刻、送信パルス位相等がある。これらの主レーダの情報は、バイスタティック・ドップラーレーダ観測の実現のためには必要不可欠な情報である。
【0005】
しかし、災害や故障等の何らかの原因で、ネットワークが切断されたり、通信が不調になる場合がある。又は、受信局を設置しようとする場所が、公衆回線の使えない山頂であったり、無線通信が不通である等の何らかの理由でネットワークを利用できない場所である場合がある。このような場合には、主レーダの情報を受信局に知らせることができないので、バイスタティック・ドップラーレーダ観測ができなくなってしまう。
【0006】
本発明は、受信局側において送信レーダの情報を検知又は生成することにより、ネットワークを用いることなく、オフラインでのバイスタティック・ドップラーレーダ観測を可能とするバイスタティック・ドップラーレーダシステムを提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
本発明のオフライン・バイスタティック・ドップラーレーダシステムは、ドップラーレーダからなる送信局と、受信局とを備える。受信局は、送信局と所定の距離をおいて設けられたバイスタティック受信局であって、送信局からの直接波を受信するように固定的に設けられたリファレンスアンテナと、GPS信号を受信するGPS受信部と、リファレンスアンテナでの受信の結果及びGPS信号に基づいて、ドップラーレーダのアンテナ回転速度を示すアンテナ回転速度情報と、送信パルスの周期、パルス送信時刻及び位相とを示す送信パルス情報とを生成する情報生成処理部とを有する。
【0008】
また、本発明のオフライン・バイスタティック・ドップラーレーダシステムは、ドップラーレーダからなる送信局と、送信局と所定の距離をおいて設けられたバイスタティック受信局とを備える。送信局は、GPS信号を受信するGPS受信部と、GPS信号の所定の周波数の基準クロックを用いて、ドップラーレーダの送信パルス位相を取り決めた第1の時刻を基準として、第1の時刻の後の第2の時刻について、ドップラーレーダの送信パルスの周期、パルス送信時刻及び位相とを示す送信パルス情報を算出する位相校正処理部と、算出された送信パルス情報に基づいてドップラーレーダの送信パルスを送信する送信機とを備える。受信局は、GPS信号を受信するGPS受信部と、GPS信号の所定の周波数の基準クロックを用いて、ドップラーレーダの送信パルス位相を取り決めた第1の時刻を基準として、第1の時刻の後の第2の時刻について、ドップラーレーダの送信パルスの周期、パルス送信時刻及び位相とを示す送信パルス情報を算出する位相校正処理部と、算出された送信パルス情報に基づいてドップラーレーダの送信パルスを受信する受信機とを備える。
【0009】
以上のように、本発明のオフライン・バイスタティック・ドップラーレーダシステムによれば、バイスタティック・ドップラー信号処理に必要な送信パルス情報を、受信局側において検知又は生成することができる。即ち、バイスタティック・ドップラーレーダ観測の実現のために必要不可欠な情報である送信レーダの情報を、ネットワークを用いることなく、受信局側において得ることができる。従って、ネットワークが不要であるので、バイスタティック・ドップラーレーダ観測がネットワークの切断や不調により中止される等の影響を受けることを防止でき、また、ネットワークを引けない場所にでも受信局を設置することができる。これにより、バイスタティック・ドップラーレーダシステムの自由度をより高くすることができる。
【0010】
【発明の実施の形態】
図1及び図2は、バイスタティック・ドップラーレーダシステム構成図であり、本発明のバイスタティック・ドップラーレーダシステムの構成を示す。なお、図1及び図2は模式的な図であり、距離の縮尺に対してアンテナAT等の大きさは大きく示している。
【0011】
バイスタティック・ドップラーレーダシステムは、図1に示すように、送信局Tと、この送信局Tと所定の距離(例えば数十Km)をおいて設けられた少なくとも1個の受信局Rとからなる。送信局Tと受信局Rとの位置で、図1及び図2に示すように、送信局Tと受信局Rとを結ぶ直線(ベースラインBL)が定まり、円弧状のデュアルドップラー解析範囲(デュアルローブ)Kが定まる。デュアルドップラー解析範囲Kは、当該レーダシステムにより実用的な精度の風速ベクトルが観測(解析)できる範囲である。この例の受信局Rは、デュアルドップラー解析範囲Kを観測するアンテナ(観測用アンテナ)ATの他に、リファレンスアンテナAT−Rを備える。
【0012】
バイスタティック・ドップラーレーダシステムでは、1個のドップラーレーダからなる送信局Tのみが電波を送信し、1又は複数の受信局Rが、観測目標物(例えば、降雨)Sからの反射波(散乱)を、非走査型の広い角度特性を持つアンテナATで受信する。受信局Rは、図3に示すように、アンテナAT、リファレンスアンテナAT−R、切替スイッチSW、1個の受信機1、切替スイッチ制御部2、周知のGPS(Global Positioning System )信号を受信するGPS受信部3、情報生成処理部4を備える。
【0013】
アンテナATは、デュアルドップラー解析範囲Kをバイスタティック・ドップラーレーダ観測するアンテナ(観測用アンテナ)である。アンテナATは、図示しないが、例えば固定ファンビームの反射板を付加した導波管スロットアンテナ(Slotted Waveguide Antenna )からなる。アンテナATは、ベースラインBLの片側のデュアルドップラー解析範囲Kを観測する。効率よく観測するために、アンテナATは、デュアルドップラー解析範囲K(図2の点線で示す範囲)を最大とするような方向に設定される。
【0014】
リファレンスアンテナAT−Rは、送信局Tからの直接波を受信するように固定的に設けられる。リファレンスアンテナAT−Rは、指向性を持つホーンアンテナ又は小型パラボラアンテナ等からなり、送信局Tのドップラーレーダの方向に向けて設定されることにより、送信局Tが出力する直接波を受信する。観測用のアンテナATは、通常、送信局Tからの直接波を受信できる方向に向けては設置されない。このアンテナATをモータ等を用いてリファレンスアンテナとして流用することも可能ではあるが、安価なホーンアンテナを別個に設ける方が、価格の面でも安定運用の面でも有利である。
【0015】
切替スイッチSWは、アンテナAT及びリファレンスアンテナAT−Rに接続され、これらを切り替える。切替スイッチSWとしては、挿入損失が少なくかつ安価な周知の機械式低速スイッチが用いられる。必要に応じて、アンテナAT及びリファレンスアンテナAT−Rの直下に増幅器(図示せず)を設置して、導波管スロットアンテナからの信号を増幅してから、切替スイッチSW(及び受信機1)に信号を送るようにしてもよい。
【0016】
切替スイッチ制御部2は、所定の時間毎に、切替スイッチSWを切り替える。即ち、切替スイッチSWは、通常時(観測時)にはアンテナATからの受信信号を選択して受信機1に出力し、観測開始時及び所定の時間毎(リファレンス観測時)にはリファレンスアンテナAT−Rからの受信信号を選択して受信機1に出力するように、切り替えられる。これにより、信号処理のための受信機1は、アンテナAT及びリファレンスアンテナAT−Rで共用でき、1個だけ設ければよい。リファレンス観測の時間間隔は送信局Tの送信機の位相安定性能に依存するが、例えば、クライストロン型送信機の場合は、1〜数時間毎に1回リファレンス観測を行なえばよい。送信位相が安定しないマグネトロン型送信機の場合は、より頻繁にあるいは常時リファレンス観測を行う必要があるが、本発明によるオフライン・バイスタティック・ドップラーレーダシステムによれば実現可能である。
【0017】
GPS受信部3は、GPS信号を受信するためのアンテナを備え、GPS信号を受信する。GPS受信部3が受信したGPS信号は、受信機1の情報生成処理部4に送られる。GPS信号の10MHzのクロックが位相検波の基準信号として用いられ、これにより送信パルスの位相が求められる。
【0018】
受信機1は、周知の増幅器、信号処理回路等からなり、切替スイッチSWを介して、アンテナAT及びリファレンスアンテナAT−Rからの信号を受信して、周知の強度信号処理及びドップラー信号処理を行なう。また、受信機1は、リファレンスアンテナAT−Rにおいて受信した信号を出力する。この観測の結果である受信機1の出力は情報生成処理部4に送られる。リファレンスアンテナAT−Rからの出力(即ち、送信局Tのドップラーレーダの直接波)が入力された場合における受信機1の出力は、例えば図4に示すような波形となる。
【0019】
情報生成処理部4は、リファレンスアンテナAT−Rでの受信の結果及びGPS信号に基づいて、送信局Tのドップラーレーダのアンテナ回転速度情報と、送信パルスの(繰り返し)周期、パルス送信時刻及び位相とを示す送信パルス情報とを生成する。これらの情報は受信機1に含まれる信号処理部(図示せず)に入力され、この後受信機1により行なわれるバイスタティック・ドップラーレーダ観測において用いられる。
【0020】
図4の波形は、直接波であるので、ドップラーレーダ(主レーダ)のアンテナパターンに相当する信号である。数分間のリファレンス観測により、複数個の前記アンテナパターンに相当する信号が得られる。この波形において、送信局Tのドップラーレーダのメインビームが各々の波形のピークとして現れる。そこで、あるピークから次のピークまでの時間をt1とすると、送信局Tのドップラーレーダのアンテナ回転速度は360/t1により求まる(推定できる)。また、図4に示すように、メインビームに含まれる複数個の受信パルスの時間間隔をt2とすると、パルス繰り返し周期PRFは1/t2により求まる。また、ある受信パルスの送信時刻(送信タイミング)は、現在時刻をT、ベースラインの距離をBLとすると、T−BL/C(Cは光速)により求まる。更に、各々の受信パルスについて、図5に示すように、GPS信号の10MHzの信号を基準に位相検波することにより、送信パルスの位相が求まる。なお、送信局と受信局は固定されており、直接波を対象としているので、図5において、ドップラー速度は「0」と仮定することができる。
【0021】
この例のバイスタティック・ドップラーレーダシステムにより観測を行なう場合、バイスタティック・ドップラーレーダ観測の開始に先立って、数分間だけ、切替スイッチSWをリファレンスアンテナAT−Rを選択するように切り替える。これにより、リファレンスアンテナAT−Rによるリファレンス観測が行なわれる。これにより、情報生成処理部4において、前述のようにしてアンテナ回転速度情報と送信パルス情報とが得られる。但し、アンテナ回転速度情報が不要又は既知の場合、リファレンス観測時間を数秒〜数十秒に減らすことができる。
【0022】
この後、切替スイッチSWをアンテナATを選択するように切り替えて、当該システムによるバイスタティック・ドップラーレーダ観測が行なわれる。この時、情報生成処理部4において求めたアンテナ回転速度情報と送信パルス情報とが用いられる。一方、バイスタティック・ドップラーレーダ観測を続けている間に、情報生成処理部4において求めたアンテナ回転速度情報及び送信パルス情報と実際の値との差異に起因する誤差(オフセット)が、少しずつではあるが、累積され徐々に大きくなってくる。そこで、例えば1時間(乃至3時間)おきに、数分間だけ、切替スイッチSWをリファレンスアンテナAT−Rを選択するように切り替え、リファレンス観測を行なう。そして、新たに得られたアンテナ回転速度情報等を用いてバイスタティック・ドップラーレーダ観測を行なう。これにより、アンテナ回転速度情報等のズレによる観測への影響を、事実上排除することができる。
【0023】
図6は、リファレンスアンテナを用いないオフライン・バイスタティック・ドップラーレーダシステム構成図であり、前述のオフライン・バイスタティック・ドップラーレーダシステムとは別の構成を示す。
【0024】
この例において、送信局Tは位相校正処理部11とGPS信号を受信するGPS受信部12と主レーダからの送信を行なう送信機13とを備える。受信局Rは、情報生成処理部4に代わる位相校正処理部5を備える。位相校正処理部11及び5は、GPS信号の所定の周波数(10MHz)の基準クロックを用いて、ドップラーレーダのパルス送信時刻及び位相とを示す送信パルス情報を算出する。この時、送信パルスの周期は予め決めておくものとする。
【0025】
例えば、送信局T及び受信局Rの双方において、以下のように取り決める。即ち、図7に示すように、ある時刻(1970年1月1日0時0分0.000000秒)を基準として、その時の送信局Tのドップラーレーダの送信パルスの位相が「0」であると取り決める。また、送信パルス周期を例えば1200Hzと決めておく。そこで、位相校正処理部11及び5は、このように送信局Tのドップラーレーダの送信パルスの位相の決められている第1の時刻を基準として、その時刻から、GPS信号の10MHzの信号の受信パルスの数をカウントする。これにより、第1の時刻の後の第2の時刻(実際に観測を始める時刻)について、ドップラーレーダのパルス送信時刻及び位相とを示す送信パルス情報を、前記パルス数のカウント値を用いて周知の計算により算出することができる。
【0026】
この時、位相校正処理部11及び5は、特に、送信パルスの位相が「0」となり、現在時刻よりも後の時刻に相当するパルス送信時刻を求める。例えば、現在2000年5月3日であるとして、その日の観測計画を立案する際に、位相校正処理部11及び5は、当該期間において前記条件を満たすパルス送信時刻を求める。このパルス送信時刻としては、複数の値が求まる。この中から、例えば、現在時刻に最も近い2000年5月3日6時0分0.0秒が選択される。位相校正処理部11及び5は、この値を送信機13と受信機1とに入力する。送信機13は、当該時刻に送信パルス位相を「0」として、送信を開始する。また、受信機1は、当該時刻に対応する送信局Tのドップラーレーダの送信パルスの位相を「0」として、バイスタティック・ドップラーレーダ観測を行なう。
【0027】
実際には、前述の場合と同様に、算出した位相と実際の位相との差異に起因する誤差(オフセット)が、少しずつではあるが、累積され徐々に大きくなってくる。そこで、例えば1時間(乃至3時間)おきに、前記条件を満たすパルス送信時刻を求め、送信機13では、その時刻において送信パルスの位相を「0」として、再び送信を行なう。
【0028】
【発明の効果】
本発明によれば、オフライン・バイスタティック・ドップラーレーダシステムにおいて、アンテナ回転速度情報と送信パルス情報とからなる送信レーダの情報を受信局側において検知又は生成する。これにより、バイスタティック・ドップラーレーダ観測の実現のために必要不可欠な情報である送信レーダの情報を、ネットワークを用いることなく、受信局側において得ることができる。従って、ネットワークが不要であるので、バイスタティック・ドップラーレーダ観測がネットワークの切断や不調により中止される等の影響を受けることを防止でき、また、ネットワークを引けない場所にでも受信局を設置することができ、バイスタティック・ドップラーレーダシステムの自由度をより高くすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】バイスタティック・ドップラーレーダシステム構成図である。
【図2】バイスタティック・ドップラーレーダシステム構成図である。
【図3】バイスタティック・ドップラーレーダシステム構成図である。
【図4】受信波説明図である。
【図5】受信波説明図である。
【図6】他のバイスタティック・ドップラーレーダシステム構成図である。
【図7】受信波説明図である。
【図8】発明の背景説明図である。
【符号の説明】
T 送信局
R 受信局
S 観測目標物
AT アンテナ
AT−R リファレンスアンテナ
SW 切替スイッチ
1 受信機
2 切替スイッチ制御部
3 GPS受信部
4 情報生成処理部
Claims (2)
- ドップラーレーダからなる送信局と、
前記送信局と所定の距離をおいて設けられたバイスタティック受信局であって、前記送信局からの直接波を受信するように固定的に設けられたリファレンスアンテナと、GPS信号を受信するGPS受信部と、前記リファレンスアンテナでの受信の結果及び前記GPS信号に基づいて前記ドップラーレーダのアンテナ回転速度情報と、送信パルスの周期、パルス送信時刻及び位相とを示す送信パルス情報とを生成する情報生成処理部とを有する受信局とを備える
ことを特徴とするオフライン・バイスタティック・ドップラーレーダシステム。 - ドップラーレーダからなる送信局と、
前記送信局と所定の距離をおいて設けられたバイスタティック受信局とを備え、
前記送信局が、GPS信号を受信するGPS受信部と、前記GPS信号の所定の周波数の基準クロックを用いて、前記ドップラーレーダの送信パルス位相を取り決めた第1の時刻を基準として、前記第1の時刻の後の第2の時刻について、前記ドップラーレーダの送信パルスの周期、パルス送信時刻及び位相とを示す送信パルス情報を算出する位相校正処理部と、前記算出された送信パルス情報に基づいて前記ドップラーレーダの送信パルスを送信する送信機とを備え、
前記受信局が、GPS信号を受信するGPS受信部と、前記GPS信号の所定の周波数の基準クロックを用いて、前記ドップラーレーダの送信パルス位相を取り決めた第1の時刻を基準として、前記第1の時刻の後の第2の時刻について、前記ドップラーレーダの送信パルスの周期、パルス送信時刻及び位相とを示す送信パルス情報を算出する位相校正処理部と、前記算出された送信パルス情報に基づいて前記ドップラーレーダの送信パルスを受信する受信機とを備える
ことを特徴とするオフライン・バイスタティック・ドップラーレーダシステム。
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