JP6150474B2 - ウィンドプロファイラにおける信号処理装置および信号処理方法 - Google Patents

Description

本発明は、上空の風速分布を測定するウィンドプロファイラにおける信号処理装置および信号処理方法に関する。

近年、ウィンドプロファイラと呼ばれる大気レーダにより、上空の風向・風速を計測する技術が確立されつつある。ウィンドプロファイラでは、１分〜数分毎に上空の風向・風速を計測することが可能となる。このような高い時間分解能により計測された上空の風情報は、気象予報の精度向上に有効である。

ウィンドプロファイラについて、例えば特許文献１には、風速ベクトルの算出精度を向上する技術が開示されている。特許文献１のウィンドプロファイラは、複素受信信号からビーム毎、高度毎にドップラ速度を算出し、高度毎にドップラ速度のビーム間の整合性を確認する。そして、ビーム間の整合性に基づき風速ベクトルを算出するための高度毎のビームの組合せを選択し、選択された高度毎のビームの組合せとドップラ速度に基づき、高度毎に風速ベクトルを算出する。

特許文献２には、広い高度範囲でデータ取得率を向上させるウィンドプロファイラの信号処理技術が開示されている。特許文献２の信号処理装置では、高度毎に最適なインコヒーレント積分時間を設定する。そして、フーリエ変換されたデータからパワースペクトルを算出し、それを設定されたインコヒーレント積分時間だけ時間積分する。さらにインコヒーレント積分したパワースペクトルから算出するドップラ速度のうち、低品質のドップラ速度のデータを取り除いて時間平均する。

特開２００１−１５９６３６号公報 特開２００２−１６８９４８号公報

気象レーダの一種であり、地上から上空までの風向・風速を算出するウィンドプロファイラにおいて、送受切替時に発生するスイッチングノイズがパルス圧縮処理の段階でデータに混入していると、正確なドップラー速度を算出することができないという問題がある。

従来技術では、スイッチングノイズの影響しない範囲内のデータのみを処理するために、データの取得レンジ数を少なくしてノイズの影響を回避していた。しかし、この場合、観測可能範囲よりも取得できる処理データの範囲が少なくなっていた。

本発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、ウィンドプロファイラにおいて、送受切替に伴うノイズが混入する場合であっても、受信信号にノイズが混入する高度まで取得レンジ数を拡大することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明の観点に係る信号処理装置は、空間にパルス状の電磁波を放射したのち送受信を切り替えて、観測対象物から反射された電磁波を受信して、受信した電磁波のドップラ周波数から風速を測定するウィンドプロファイラにおける信号処理装置であって、受信信号のデータにフーリエ変換を施すフーリエ変換処理部と、フーリエ変換処理部でフーリエ変換された受信信号のデータからパワースペクトルを算出するとともに、複数の時刻で得られるパワースペクトルを、インコヒーレント積分時間だけ時間積分するインコヒーレント積分部と、送受信の切り替えでスイッチングノイズが発生するノイズ区間を検出して、受信信号を一定値に置き換える置換区間を設定する検出部と、ノイズ区間の受信信号を実質的に無効なデータに変換する信号抑制部と、を備える。信号抑制部は、検出部が設定した置換区間をもとに、置換区間の受信信号のデータを一定値に置き換える不要データ削除部、および、不要データ削除部で受信信号のデータを一定値に置き換えたことにより発生する、パワースペクトルのＤＣ成分を除去するＤＣ成分除去部、を含む。前記検出部は、前記置換区間の前記受信信号のデータを一定値に置き換えた前記受信信号のデータから算出されて前記インコヒーレント積分部で時間積分した後のパワースペクトルの最大値を算出し、前記ウィンドプロファイラが送信から受信に切り替わるタイミングの判定範囲内で、前記最大値が第１の閾値より大きい場合に、前記送信から受信に切り替わるタイミングの前記置換区間を、第１のステップ時間だけ後の時間に延長し、前記ウィンドプロファイラが受信から送信に切り替わるタイミングの判定範囲内で、前記最大値が第２の閾値より大きい場合に、前記受信から送信に切り替わるタイミングの前記置換区間を、第２のステップ時間だけ前の時間に延長する。

本発明によれば、スイッチングノイズが発生するノイズ区間の受信信号を実質的に無効なデータに変換することにより、受信信号にノイズが混入する高度まで取得レンジ数を拡大させることができる。

本発明の実施の形態に係るウィンドプロファイラの全体構成を示すブロック図である。 ウィンドプロファイラの信号処理装置の原理を説明するブロック図である。 ウィンドプロファイラにおけるパルス圧縮の原理を説明するための図である。 パルス圧縮において受信から送信に切り替わる時のスイッチングノイズの影響を説明するための図である。 パルス圧縮において送信から受信に切り替わる時のスイッチングノイズの影響を説明するための図である。 最大観測層近傍の送受切替の影響によるノイズの例を示す図である。 本発明の実施の形態１に係る信号処理装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態１に係る不要データ判定部と不要データ削除部の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係る不要データ判定のパワースペクトルの例を示す図である。 実施の形態１に係る不要データの判定・削除の動作を示すタイミング図である。 実施の形態１のノイズ区間判定・置換によりノイズの影響を回避できることを説明するための図である。 実施の形態１に係るＤＣ成分除去のパワースペクトルの例を示す図である。 実施の形態１に係るノイズ区間判定・置換の動作の一例を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２に係る信号処理装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態２に係るスイッチングノイズを減衰させる例を示すタイミング図である。

図１は、本発明の実施の形態に係るウィンドプロファイラの全体構成を示すブロック図である。ウィンドプロファイラ１００はドップラレーダの一種であり、図１に示すように、空中線装置１０１、送受信装置１０２、信号処理装置１０３、風速ベクトル算出装置１０４、表示・記録装置１０５によって構成されるている。このように構成されたウィンドプロファイラ１００では、空中線装置１０１より空中に放射された電磁波の反射波が空中線装置１０１にて受信され、その受信された電磁波が送受信装置１０２によって増幅、周波数変換されて受信ＩＦ（中間周波数）信号に変換される。このＩＦ信号に信号処理装置１０３でＡ−Ｄ（Analogue-to-Digital）変換、周波数解析処理を行うことにより、スペクトラムデータを算出して、風速ベクトル算出装置１０４に送る。風速ベクトル算出装置１０４では、スペクトラムデータからドップラ速度を算出した後、風速ベクトルを算出する。そこで算出された風速ベクトルを表示・記録装置１０５で表示もしくは記録する。

図２は、ウィンドプロファイラの信号処理装置の原理を説明するブロック図である。信号処理装置１０３は、例えば、Ａ−Ｄ変換部１、位相検波部２、ＣＩＣデシメーション部４、ＦＩＲ部５、パルス圧縮部６、コヒーレント積分部７、ＦＦＴ処理部８およびインコヒーレント積分部９から構成される。以下、信号処理装置の概念的な動作を説明する。

図１の送受信装置１０２より出力された受信ＩＦ信号はＡ−Ｄ変換部１に入力される。Ａ−Ｄ変換部１では受信ＩＦ信号を、アナログ信号からデジタル信号に変換する。このデジタル信号は位相検波部２に入力され、正弦／余弦信号の複素乗算により位相検波され、Ｉ／Ｑ信号が生成される。Ｉ／Ｑ信号はＣＩＣデシメーション部４に入力され、ＣＩＣフィルタ（Cascade Integration Comb Filter：カスケード積分コムフィルタ）により間引きを行う。間引きされたＩ／Ｑデータは、ＦＩＲ部５に入力され、ＣＩＣフィルタリング後のＩ／Ｑデータに対して振幅特性の補正を行う。

パルス圧縮部６では、振幅特性補正後のＩ／Ｑデータに対し、パルス圧縮復調を行う。復調されたＩ／Ｑデータは、コヒーレント積分部７でコヒーレント積分され、ＦＦＴ処理部８にてフーリエ変換されて、インコヒーレント積分部９に入力される。インコヒーレント積分部９では、受信信号のデータのフーリエ変換から電力値を求めることによって得られるパワースペクトルを算出した後、複数の時刻に得られたパワースペクトルの積算（印コヒーレント積分）を行い、（積算後）パワースペクトルとして出力する。

ここで、ウィンドプロファイラでのパルス圧縮の原理について説明する。図３は、ウィンドプロファイラにおけるパルス圧縮の原理を説明するための図である。図３は、Ｓｐａｎｏ符号による４ｂｉｔパルス圧縮の原理を示す。この図では、Ｒ４層で反射された信号のデコード（パルス圧縮の復調）を行う場合を表している。送信の「１」、「−１」はそれぞれ、位相を０、πにした信号を表す。送信パルスがＲ４層で反射されて受信されるタイミングの受信信号に、送信したビットパターンを掛けて、時間方向に加算すると、Ｒ４層で反射されたデータのみがビット数分（図３では４個分）積み上がる。これを、ビットパターンを変えて送信したコヒーレントな複数のパルスについて積分すると、Ｒ４層からの反射信号は複数倍され、それ以外は相殺される。図３の例では、４ｂｉｔパルス圧縮×２回のコヒーレント積分の効果により、８倍の受信強度を得ることができる。そして、他の層からの反射信号は、相殺されて０になる。

原理的には送受切替前後においても、復号に必要な信号の一部は送受切替前に既に受信しているため、不完全ながら復号は可能である。しかし、デコードを行うデータに送受切替に伴うノイズが混入しているため、ノイズがスペクトラムデータに現れ、実エコーとは異なるドップラー速度を算出することになる。

図４は、パルス圧縮において受信から送信に切り替わる時のスイッチングノイズの影響を説明するための図である。図５は、パルス圧縮において送信から受信に切り替わる時のスイッチングノイズの影響を説明するための図である。図４の例では、送信信号の最後のビットがＲ４層で反射されて受信した直後に受信から送信に切替を行っている。そのため、Ｒ４層より上の層から反射された受信信号にはノイズが混入する。また、図５の例では、送信信号の最初のビットがＲ６層で反射されて受信する少し前に送信から受信に切替を行っている。そのため、Ｒ６層より下の層から反射された受信信号にはノイズが混入している。図６は、最大観測層近傍の送受切替の影響によるノイズの例を示す図である。

ノイズの影響を回避するために、受信信号にノイズが混入する層からの反射波を除外して、影響しない範囲のみ処理するように取得するレンジ数を制限すると、観測可能範囲が狭まる。例えば、図４ではＲ４層以下に観測可能範囲を狭めることになる。また、図５の例では、Ｒ６層以上の高度に観測可能範囲を制限することになる。図６のスペクトルで言えば、１０ｋｍ以上の高度の観測ができないことになる。

実施の形態１．
図７は、本発明の実施の形態１に係る信号処理装置の構成例を示すブロック図である。図７に示す信号処理装置１０３は、図１に示されるウィンドプロファイラ１００の信号処理装置１０３に相当する。実施の形態１に係る信号処理装置１０３は、図２に示す原理的構成に加えて、不要データ削除部３、不要データ判定部１０およびＤＣ成分除去部１５を備える。

不要データ判定部１０は、インコヒーレント積分部９から出力されたパワースペクトルに対して、送受切替時に混入するノイズの有無を判定し、ノイズ区間を検出する。不要データ判定部１０は、ノイズ区間に合わせて、受信信号のうち実質的に無効とすべき（不要データを削除すべき）置換区間を設定する。不要データ判定部１０は、置換区間を示す信号を不要データ削除部３に送る。不要データ削除部３は、置換区間を示す信号に従って、位相検波部２から出力されたＩ／Ｑデータに対して置換区間のデータを実質的に無効にする。すなわち、置換区間のデータを一定値、例えば「０」に置き換える。ＤＣ成分除去部１５は、インコヒーレント積分部９から出力されたパワースペクトルに対して、不要データを削除したことにより顕著に現れるＤＣ成分を除去する。以下、不要データ削除部３と不要データ判定部１０の詳細な処理動作について説明する。

図８は、実施の形態１に係る不要データ判定部と不要データ削除部の構成を示すブロック図である。不要データ判定部１０は、最大値算出部１１、近距離判定部１２および遠距離判定部１３を含む。不要データ削除部３は、置換ゲート信号生成部３１および置換処理部３２を含む。

不要データ判定部１０の最大値算出部１１は、インコヒーレント積分部９から入力されたパワースペクトルに対して、高度（ウィンドプロファイラ１００からの距離）ごとに最大値を算出する。最大値算出部１１は、算出した最大値を近距離判定部１２および遠距離判定部１３に出力する。

近距離判定部１２は、ウィンドプロファイラ１００から近い層で反射された受信信号のノイズ区間、すなわち送信から受信への切替で発生するノイズによって受信信号を実質的に無効とすべき範囲（置換区間）を検出する。遠距離判定部１３は、ウィンドプロファイラ１００から遠い層で反射された受信信号のノイズ区間、すなわち受信から送信への切替で発生するノイズによって受信信号を実質的に無効とすべき範囲（置換区間）を検出する。

図７および図８には示されていないが、送受信の切替を行う信号は、送受信装置１０２から信号処理装置１０３に入力される。あるいは、送受信の切替を信号処理装置１０３が生成して送受信装置に指令する。いずれにしろ、送受切替のタイミングは、不要データ判定部１０で分かっている。

近距離判定部１２は、送信から受信への切替によってノイズが発生する近い層で反射された受信信号について、置換区間を設定する。近距離判定部１２は、送信から受信への切替タイミングを基準に、（近い層の）パワースペクトルの最大値が閾値以下になるまで、送信区間から受信区間の方向へ（後の時間へ）置換区間を延長する。例えば、パワースペクトルの最大値が閾値を越える場合、置換区間を一定のステップ時間延長して、パワースペクトルの最大値の変化を見る。最大値が閾値以下になるまで、この操作を繰り返す。

遠距離判定部１３は、受信から送信への切替によってノイズが発生する遠い層で反射された受信信号について、置換区間を設定する。遠距離判定部１３は、受信から送信への切替タイミングを基準に、（遠い層の）パワースペクトルの最大値が閾値以下になるまで、後の送信区間からその前の受信区間の方向へ（前の時間へ）置換区間を延長する。例えば、パワースペクトルの最大値が閾値を越える場合、置換区間を一定のステップ時間前に延長して、パワースペクトルの最大値の変化を見る。最大値が閾値以下になるまで、この操作を繰り返す。

送受信の切替タイミングによって、近距離側のノイズの影響が及ぶ高度と、遠距離側のノイズが及ぶ高度は分かっているから（図４および図５参照）、それぞれ判定する高度の範囲を決めることができる。近距離判定部１２および遠距離判定部１３は、それぞれの高度の範囲でノイズ区間を設定すればよい。また、近距離判定部１２は送信から受信への切替タイミングから後の時間範囲（判定範囲）で、置換区間の終点を判定する。そして、遠距離判定部１３は、受信から送信への切替タイミングから前の時間範囲（判定範囲）で、置換区間の始点を判定する。

図９は、実施の形態１に係る不要データ判定のパワースペクトルの例を示す図である。図９は、ある高度で反射された受信信号のパワースペクトルを表し、図９（ａ）は、最大値が閾値を超えている場合、図９（ｂ）は、最大値が閾値以下である場合を示す。近距離判定部１２および遠距離判定部１３は、それぞれ対象の高度のパワースペクトルの最大値が閾値以下になるまで、置換区間を延長する。

近距離判定部１２および遠距離判定部１３では、パワースペクトルの最大値、判定の閾値、判定範囲、ステップ時間の情報をもとに、ノイズ区間として受信信号のデータを一定値に置き換える置換区間（Ｉ／Ｑデータを一定値に置き換える位置）を算出し、置換信号（近距離置換信号と遠距離置換信号）を出力する。ここで、近距離判定部１２と遠距離判定部１３は設定される閾値、判定範囲、ステップ時間（近距離用と遠距離用）が異なるだけで、処理フローは同じである。後の時間への方向を正として、ステップ時間を、近距離用では正の値、遠距離用では負の値とすれば、近距離と遠距離で同じアルゴリズムを用いることができる。

図１０は、実施の形態１に係る不要データの判定・削除の作用を示すタイミング図である。送受切替信号は、低いレベルが送信、高いレベルが受信を示す。送信種信号は、送信区間に現れる。基準トリガは、送信から受信への切替タイミングを示し、ノイズ区間（置換区間）を設定する基準である。近距離判定部１２は、基準トリガから後方（時間が進む方向）に置換区間を延長する。遠距離判定部１３は、基準トリガから前方（時間を遡る方向）に置換区間を延長する。図１０では、１つの時間間隔においてノイズの有無を判定して、その後の時間間隔における置換区間を設定することによって、時間間隔の順に置換区間が延長される様子が示されている。

図８の置換ゲート信号生成部３１は、近距離判定部１２および遠距離判定部１３から入力された近距離置換信号と遠距離置換信号から、置換ゲート信号を生成する。置換ゲート信号は、遠距離置換信号からその後の近距離置換信号までが置換区間である。図１０では、置換ゲート信号の低いレベルが置換区間を示す。

置換処理部３２では置換ゲート信号生成部３１から入力された置換ゲート信号に応じてゲートがかかっている箇所のみ、位相検波部２から入力されたＩ／Ｑデータを一定値、例えばデータ「０」に置き換える。置き換えるデータは「０」に限らず、一定値であればよい。図１０では、ノイズの有無を判定した時間間隔の後の時間間隔における置換区間の受信信号のデータを「０」（一定値）に置き換えて、時間間隔の順に置換区間が拡大する様子が示されている。

図１１は、実施の形態１のノイズ区間判定・置換によりノイズの影響を回避できることを説明するための図である。図１１の左側は図４と同じである。「１」、「−１」はそれぞれ、位相を０、πにした信号を表す。「０」は、位相がπ／２（または−π／２）ではなく、振幅が０の一定値を表す。「Ｘ」を付して表されるノイズの影響を受ける信号を、一定値「０」に置き換えることによって、例えばＲ６層のパルス圧縮後のデータにノイズが含まれないので、Ｒ６層のドップラ速度を正しく算出することができる。送受切替時のノイズが混入されていたデータを０で置き換えることにより、図１１に示すように復調後のスペクトラムデータには大気エコーのみが現れることになる。

データが置換される層、例えば、Ｒ６層は、データ置換されないＲ４層に比べて、圧縮されて積み上がる個数が少なくなるので精度は低下するが、インコヒーレント積分時間を長くすることによって補うことができる。高度の高い層では、風速の時間変化は小さく、時間分解能は小さくてもよいので、充分実用に耐える。

上述の置換処理を行うことにより、実データと置換データの境界の不連続性により、スペクトラムデータにＤＣ成分が混入される。そこで、図７のＤＣ成分除去部１５でＤＣ成分（ドップラー０のポイント）を削除する。例えば、パワースペクトルのＤＣ成分に隣接するデータから内挿することによってＤＣ成分を除去する。これによりデータ不連続による問題は解消される。

図１２は、実施の形態１に係るＤＣ成分除去のパワースペクトルの例を示す図である。図１２（ａ）は、ＤＣ成分を除去する前のパワースペクトルを、図１２（ｂ）は、ＤＣ成分を除去した後のパワースペクトルを示す。

図１３は、実施の形態１に係るノイズ区間判定・置換の動作の一例を示すフローチャートである。上述のとおり、ノイズ区間判定の閾値、判定範囲、ステップ時間を近距離側（送信から受信に切り替わるタイミング）と遠距離側（受信から送信に切り替わるタイミング）とで個別に設定できるようにすることにより、判定処理を同じ方法で実現できる。

不要データ判定部１０は、まず、インコヒーレント積分部９からのパワースペクトルを読み込む（ステップＳＴ１）。不要データ判定部１０は、その入力されたパワースペクトルのうち、判定する範囲の最初の高度のパワースペクトルに移動（判定する高度を設定）する（ステップＳＴ２）。最大値算出部１１は、次に、移動した高度のパワースペクトルの最大値を算出する（ステップＳＴ３）。

近距離判定部１２または遠距離判定部１３は、最大値と閾値と比較し最大値＞閾値の場合は（ステップＳＴ４；ＮＯ）、置換信号遅延ステップＳＴ５へ、最大値≦閾値の場合は（ステップＳＴ４；ＹＥＳ）、終了高度判定ステップＳＴ７へ進む。上述のとおり、近距離か遠距離かは、判定する高度で選択する。例えば、ある高度以下の場合は、近距離判定部１２が、それ以上の高度の場合は、遠距離判定部１３が判定する。近距離か遠距離かによって、最大値を判定する閾値、延長する時間ステップおよび基準のタイミング（近距離側置換信号と遠距離側置換信号の基準）を変える。

置換信号遅延ステップＳＴ５では、前の置換信号を基準に設定されたステップ時間だけ置換信号の出力タイミングを延長し、時刻更新ステップＳＴ６へ進む。前述のとおり、後の時間への方向を正として、ステップ時間を、近距離用では正の値、遠距離用では負の値をとる。近距離判定部１２では、近距離側置換信号を遅延する方向に、遠距離判定部１３では、遠距離側置換信号を早める方向に延長する。時刻更新ステップＳＴ６において処理対象となる時間間隔（１回の送信区間とそれに続く受信区間）を次の時間間隔に進めるとともに、処理対象となる高度を初期化して、データ読込みステップＳＴ１の処理に戻る。

一方、最大値≦閾値の場合（ステップＳＴ４；ＹＥＳ）、終了高度判定ステップＳＴ７において、閾値判定ステップの高度が終了高度まで達しているかどうか判定する（ＳＴ７）。判定の結果、終了高度までに達している場合（ステップＳＴ７；ＹＥＳ）は処理を終了し、終了高度までに達していない場合（ステップＳＴ７；ＮＯ）は高度更新ステップＳＴ８に進む。高度更新ステップＳＴ８では、処理対象となる高度を次の高度に更新した後、その高度のパワースペクトルの最大値算出（ステップＳＴ３）から繰り返す。

不要データ判定部１０と不要データ削除部３でノイズ区間判定・置換処理を行った結果、実データと置換の境界の不連続性によりパワースペクトルに混入されるＤＣ成分は、ＤＣ成分除去部１５で除去される。

以上説明したように、実施の形態１に係る信号処理装置１０３によれば、送受切替時のノイズが混入されていたデータを一定値で置き換え、またＤＣ成分を除去することにより、復調後のパワースペクトルには大気エコーのみが現れることになる。その結果、受信信号にノイズが混入する高度までデータの取得レンジ数を拡大することができる。

実施の形態２．
図１４は、本発明の実施の形態２に係る信号処理装置の構成例を示すブロック図である。実施の形態２では、スイッチングノイズが含まれる受信信号を、アナログ信号の段階で影響されない強度（実質的に無効なレベル）まで減衰させる方法である。

送受切替・周波数変換部１１２は、送受切替部２０、減衰部２１、ミキサ２２、２分配部２３、ＳＴＡＬＯ（安定局部発振器）２４およびミキサ２５を備える。図１４の送受切替・周波数変換部１１２は、図１の送受信装置１０２に含まれるものであるが、ここでは、少なくとも減衰部２１を信号処理装置１０３の一部として扱う。

ＳＴＡＬＯ２４で生成される一定周波数の周期信号は、２分配部２３によって、送信側のミキサ２５および受信側のミキサ２２に供給される。送信ＩＦ信号はミキサ２５で搬送波の周波数にアップコンバートされて、送信ＲＦ信号として送受切替部２０に送られる。送受切替部２０は、送信ＲＦ信号を送信部へ、受信ＲＦ信号を受信部へ伝送させるために送受信を切り替える。送信の場合は、ミキサ２５からの送信ＲＦ信号を空中線装置１０１に送る。受信の場合は、空中線装置１０１からの受信ＲＦ信号を減衰部２１に送る。

減衰部２１は、送受切替部２０より入力される受信ＲＦ信号に対し、減衰ゲート信号の箇所のみ信号を減衰させる。減衰ゲート信号は、信号処理装置１０３から供給される。

信号処理装置１０３では、例えば、送受信を切り替えるタイミング信号（図１０に示される送受切替信号）を取り込んで、予め計測したノイズが発生する範囲である、タイミング信号から所定の長さの時間の範囲を減衰ゲート信号として生成する。または、実施の形態１の置換信号を、減衰部２１から不要データ判定部１０までの遅延時間を調整して、減衰ゲート信号として供給する。

減衰ゲート信号の箇所が減衰された受信ＲＦ信号は、ミキサ２２で中間周波数に変換されて、受信ＩＦ信号として、信号処理装置１０３のＡ−Ｄ変換部１に送られる。送受切替のスイッチングノイズが混入している減衰ゲート信号の箇所は、実質的に無効なレベルに減衰されるので、パワースペクトルに不要なピークが現れることがない。

図１５は、実施の形態２に係るスイッチングノイズを減衰させる例を示すタイミング図である。送受切替信号の立上がり、立下り時に強いスイッチングノイズが受信信号に混入される。スイッチングノイズが混入される区間の信号にのみ減衰をかけることにより、スイッチングノイズは減衰され、実エコーは影響を受けないようにできる。

１ Ａ−Ｄ変換部
２ 位相検波部
３ 不要データ削除部
４ ＣＩＣデシメーション部
５ ＦＩＲ部
６ パルス圧縮部
７ コヒーレント積分部
８ ＦＦＴ処理部
９ インコヒーレント積分部
１０ 不要データ判定部
１１ 最大値算出部
１２ 近距離判定部
１３ 遠距離判定部
１５ ＤＣ成分除去部
２０ 送受切替部
２１ 減衰部
２２ ミキサ
２３ ２分配部
２４ ＳＴＡＬＯ
２５ ミキサ
３１ 置換ゲート信号生成部
３２ 置換処理部
１００ ウィンドプロファイラ
１０１ 空中線装置
１０２ 送受信装置
１０３ 信号処理装置
１０４ 風速ベクトル算出装置
１０５ 表示・記録装置
１１２ 送受切替・周波数変換部

Claims (4)

1. 空間にパルス状の電磁波を放射したのち送受信を切り替えて、観測対象物から反射された電磁波を受信して、受信した電磁波のドップラ周波数から風速を測定するウィンドプロファイラにおける信号処理装置であって、
   受信信号のデータにフーリエ変換を施すフーリエ変換処理部と、
   前記フーリエ変換処理部でフーリエ変換された受信信号のデータからパワースペクトルを算出するとともに、複数の時刻で得られるパワースペクトルを、インコヒーレント積分時間だけ時間積分するインコヒーレント積分部と、
   前記送受信の切り替えでスイッチングノイズが発生するノイズ区間を検出して、前記受信信号を一定値に置き換える置換区間を設定する検出部と、
   前記検出部が設定した置換区間をもとに、前記置換区間の前記受信信号のデータを一定値に置き換える不要データ削除部、および、前記不要データ削除部で受信信号のデータを前記一定値に置き換えたことにより発生する、前記パワースペクトルのＤＣ成分を除去するＤＣ成分除去部、を含み、前記ノイズ区間の受信信号を実質的に無効なデータに変換する信号抑制部と、
   を備え、
   前記検出部は、前記置換区間の前記受信信号のデータを一定値に置き換えた前記受信信号のデータから算出されて前記インコヒーレント積分部で時間積分した後のパワースペクトルの最大値を算出し、前記ウィンドプロファイラが送信から受信に切り替わるタイミングの判定範囲内で、前記最大値が第１の閾値より大きい場合に、前記送信から受信に切り替わるタイミングの前記置換区間を、第１のステップ時間だけ後の時間に延長し、
   前記ウィンドプロファイラが受信から送信に切り替わるタイミングの判定範囲内で、前記最大値が第２の閾値より大きい場合に、前記受信から送信に切り替わるタイミングの前記置換区間を、第２のステップ時間だけ前の時間に延長する、信号処理装置。
2. 前記検出部は、前記置換区間の開始と終了を示す置換ゲート信号を生成し、
   信号抑制部は、前記置換ゲート信号で指定される区間の受信信号のデータを前記一定値に置き換える、
   請求項１に記載の信号処理装置。
3. 前記信号抑制部は、前記パワースペクトルのＤＣ成分に隣接するデータから内挿することによって前記ＤＣ成分を除去する、請求項１または２に記載の信号処理装置。
4. 空間にパルス状の電磁波を放射したのち送受信を切り替えて、観測対象物から反射された電磁波を受信して、受信した電磁波のドップラ周波数から風速を測定するウィンドプロファイラが行う信号処理方法であって、
   受信信号のデータにフーリエ変換を施すフーリエ変換処理ステップと、
   前記フーリエ変換処理ステップでフーリエ変換された受信信号のデータからパワースペクトルを算出するとともに、複数の時刻で得られるパワースペクトルを、インコヒーレント積分時間だけ時間積分するインコヒーレント積分ステップと、
   前記送受信の切り替えでスイッチングノイズが発生するノイズ区間を検出して、前記受信信号を一定値に置き換える置換区間を設定する検出ステップと、
   前記検出ステップで設定した置換区間をもとに、前記置換区間の前記受信信号のデータを一定値に置き換える不要データ削除ステップ、および、前記不要データ削除ステップで受信信号のデータを前記一定値に置き換えたことにより発生する、前記パワースペクトルのＤＣ成分を除去するＤＣ成分除去ステップ、を含み、前記ノイズ区間の受信信号を実質的に無効なデータに変換する信号抑制ステップと、
   を備え、
   前記検出ステップでは、前記置換区間の前記受信信号のデータを一定値に置き換えた前記受信信号のデータから算出されて前記インコヒーレント積分部で時間積分した後のパワースペクトルの最大値を算出し、前記ウィンドプロファイラが送信から受信に切り替わるタイミングの判定範囲内で、前記最大値が第１の閾値より大きい場合に、前記送信から受信に切り替わるタイミングの前記置換区間を、第１のステップ時間だけ後の時間に延長し、
   前記ウィンドプロファイラが受信から送信に切り替わるタイミングの判定範囲内で、前記最大値が第２の閾値より大きい場合に、前記受信から送信に切り替わるタイミングの前記置換区間を、第２のステップ時間だけ前の時間に延長する、
   信号処理方法。

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