JPH022539B2 - - Google Patents
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- JPH022539B2 JPH022539B2 JP9872882A JP9872882A JPH022539B2 JP H022539 B2 JPH022539 B2 JP H022539B2 JP 9872882 A JP9872882 A JP 9872882A JP 9872882 A JP9872882 A JP 9872882A JP H022539 B2 JPH022539 B2 JP H022539B2
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- JP
- Japan
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- receiver
- transmitter
- antenna
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- sea surface
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- 230000010354 integration Effects 0.000 claims description 16
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 4
- 230000005405 multipole Effects 0.000 claims description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims 1
- 239000000284 extract Substances 0.000 claims 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 239000013598 vector Substances 0.000 description 7
- 238000007405 data analysis Methods 0.000 description 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 1
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-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P13/00—Indicating or recording presence, absence, or direction, of movement
- G01P13/02—Indicating direction only, e.g. by weather vane
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- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は衛星等の飛しよう体に搭載され、海上
の風ベクトル（風速と風向）を観測するマイクロ
波散乱計に関するものである。
の風ベクトル（風速と風向）を観測するマイクロ
波散乱計に関するものである。
従来のマイクロ波散乱計の基本構成を第１図に
示す。また、第１図の信号処理器の詳細を第２図
に示す。第１図において、送信機７、送受切替器
３、切替スイツチ２、空中線１を経て送信された
電波は、海面Ｓにて反射され、空中線１により受
信される。受信された電波は切替スイツチ２、送
受切替器３、受信機４、信号処理器５、データ伝
送機６、データ送信機８を経て、衛星９から地上
局１０へ送られデータが伝送される。
示す。また、第１図の信号処理器の詳細を第２図
に示す。第１図において、送信機７、送受切替器
３、切替スイツチ２、空中線１を経て送信された
電波は、海面Ｓにて反射され、空中線１により受
信される。受信された電波は切替スイツチ２、送
受切替器３、受信機４、信号処理器５、データ伝
送機６、データ送信機８を経て、衛星９から地上
局１０へ送られデータが伝送される。
地上局１０では衛星９から伝送されたデータに
よりデータ解析が行われ、海面上の風ベクトル
（風向、風速）が求められる。
よりデータ解析が行われ、海面上の風ベクトル
（風向、風速）が求められる。
海上の風ベクトルは、海面上の単位面積当りの
後方散乱断面積σ゜と密接な相関関係があり、σ゜を
測定すれば海面上の風ベクトルは求められる。即
ち、海面の動きにより、反射波にドプラ現象が生
じるが、風の強さと海面の動きとは相関があるの
で、各方向の反射波のドプラ成分を測定すること
により、風の強さと方向（風ベクトル）を推定す
ることができる。観測により得られる受信電力Pr
と単位面積当りの散乱断面積σ゜の関係は次式の通
りである。
後方散乱断面積σ゜と密接な相関関係があり、σ゜を
測定すれば海面上の風ベクトルは求められる。即
ち、海面の動きにより、反射波にドプラ現象が生
じるが、風の強さと海面の動きとは相関があるの
で、各方向の反射波のドプラ成分を測定すること
により、風の強さと方向（風ベクトル）を推定す
ることができる。観測により得られる受信電力Pr
と単位面積当りの散乱断面積σ゜の関係は次式の通
りである。
σ゜＝（4π）3・RC 4・LP・Ｌ／PT・G2・λ2・ＡRr…
…(1) ここに、 Pr：受信電力 RT：送信尖頭電力 Ｇ：空中線利得 λ：送信波長 RC：マイクロ波散乱計から観測領域までのスラ
ント距離 Ａ：電波照射面積（アンテナビーム幅とドプラフ
イルタ帯域幅により決まる） LP：大気伝搬中における損失（往復） Ｌ：レーダ装置内の伝送線路損失 マイクロ波散乱計の場合は、海面Ｓより反射さ
れた電波を空中線１で受信し、切替スイツチ２、
送受切替器３を経て、受信機４内で増幅され、中
間周波数信号（以下IF信号と云う）に変換され
るが、(1)式中の受信信号電力Prの信号対雑音比
（以下Ｓ／Ｎ比と云う）が小さいため、信号処理
器５内でＳ／Ｎ比改善のため、この受信信号電力
は積分される。
…(1) ここに、 Pr：受信電力 RT：送信尖頭電力 Ｇ：空中線利得 λ：送信波長 RC：マイクロ波散乱計から観測領域までのスラ
ント距離 Ａ：電波照射面積（アンテナビーム幅とドプラフ
イルタ帯域幅により決まる） LP：大気伝搬中における損失（往復） Ｌ：レーダ装置内の伝送線路損失 マイクロ波散乱計の場合は、海面Ｓより反射さ
れた電波を空中線１で受信し、切替スイツチ２、
送受切替器３を経て、受信機４内で増幅され、中
間周波数信号（以下IF信号と云う）に変換され
るが、(1)式中の受信信号電力Prの信号対雑音比
（以下Ｓ／Ｎ比と云う）が小さいため、信号処理
器５内でＳ／Ｎ比改善のため、この受信信号電力
は積分される。
第２図は従来の信号処理器５を構成図であり、
受信機４より送られてくるドプラ成分を含むIF
信号は分配器１１によりｎ本の受信チヤンネルに
分配される。ｎはドツプラフイルタの分割数によ
り決まる数値で、ｎが大きいほど各々の観測領域
の面積は小さくなる。分配された信号はそれぞれ
ゲート回路１２〜１４により受信信号に対応する
ゲートがかけられ、ドツプラフイルタ１５〜１７
により、受信信号のドツプラ周波数帯域幅ごとに
波される。その後その信号は検波器１８により
自乗検波され、アナログ積分器１９により積分さ
れ、多極スイツチ２０を経てＡ／Ｄ変換器２１に
より上記各帯域のアナログ積分出力は順次にデイ
ジタル信号に変換される。このデイジタル信号に
変換された信号は、デイジタル積分器２２により
デイジタル積分され、Ｓ／Ｎ比の改善がなされた
受信電力のデータはメモリ２３に記憶され、デー
タ伝送機６へ送られる。タイミング発生器２４及
び制御信号発生器２５は信号処理器５内の各種動
作時間を制御する。
受信機４より送られてくるドプラ成分を含むIF
信号は分配器１１によりｎ本の受信チヤンネルに
分配される。ｎはドツプラフイルタの分割数によ
り決まる数値で、ｎが大きいほど各々の観測領域
の面積は小さくなる。分配された信号はそれぞれ
ゲート回路１２〜１４により受信信号に対応する
ゲートがかけられ、ドツプラフイルタ１５〜１７
により、受信信号のドツプラ周波数帯域幅ごとに
波される。その後その信号は検波器１８により
自乗検波され、アナログ積分器１９により積分さ
れ、多極スイツチ２０を経てＡ／Ｄ変換器２１に
より上記各帯域のアナログ積分出力は順次にデイ
ジタル信号に変換される。このデイジタル信号に
変換された信号は、デイジタル積分器２２により
デイジタル積分され、Ｓ／Ｎ比の改善がなされた
受信電力のデータはメモリ２３に記憶され、デー
タ伝送機６へ送られる。タイミング発生器２４及
び制御信号発生器２５は信号処理器５内の各種動
作時間を制御する。
風ベクトルを求めるために受信電力の測定は一
つの観測領域に対して異なる三方向より行われる
が、従来その三方向に対する受信電力の積分は、
三方向とも同一回数だけ積分されていた。第４図
にそのシーケンスを示す。図中のN0は各方向の
積分回数を示す。三方向とは第６図に示すように
衛星９の進行方向に対して、電波照射方向が45゜、
75゜、135゜（又は315゜、255゜、225゜）方向のものを
云
う。（以下45゜ビーム、75゜ビーム、135゜ビームと称
する。） 以上のように三方向からの受信電力Prを測定
し、積分してＳ／Ｎ比を改善することにより三方
向に対するσ゜が求まり、風ベクトルが一意的に推
定されていた。
つの観測領域に対して異なる三方向より行われる
が、従来その三方向に対する受信電力の積分は、
三方向とも同一回数だけ積分されていた。第４図
にそのシーケンスを示す。図中のN0は各方向の
積分回数を示す。三方向とは第６図に示すように
衛星９の進行方向に対して、電波照射方向が45゜、
75゜、135゜（又は315゜、255゜、225゜）方向のものを
云
う。（以下45゜ビーム、75゜ビーム、135゜ビームと称
する。） 以上のように三方向からの受信電力Prを測定
し、積分してＳ／Ｎ比を改善することにより三方
向に対するσ゜が求まり、風ベクトルが一意的に推
定されていた。
σ゜の測定誤差KPは受信機雑音等で決まるが、
次式で与えられる。
次式で与えられる。
KP＝〔１／BC・τSN｛１＋２（Ｎ／Ｓ）＋
（Ｎ／Ｓ）2（１＋１／Kt）｝〕1/2……(2) ここに BC：１つの観測領域のドツプラ周波数帯域幅 τSN：信号＋雑音の積分時間 Ｎ／Ｓ：雑音対信号比 Kt：Kt＝τN／τSN τNは雑音の積分時間 τSN：τPとN0の積 τP：受信パルス幅 N0：積分回数 従来のマイクロ波散乱計では、三方向の電波照
射ビーム、45゜ビーム、75゜ビーム、135゜ビームの
同一観測領域に対する各々の空中線利得、電波照
射面積、単位面積当りの散乱断面積σ゜、スラント
距離、ドツプラ周波数幅が異なるために積分回数
が同じ場合は観測誤差KPが一致しないという欠
点があつた。従つてKP値が一致しない場合、同
一観測領域の単位面積当りの散乱断面積σ゜の観測
誤差KP値は総合的には悪い方に依存してしまい、
全体として観測誤差KP値が悪くなるという欠点
があつた。
（Ｎ／Ｓ）2（１＋１／Kt）｝〕1/2……(2) ここに BC：１つの観測領域のドツプラ周波数帯域幅 τSN：信号＋雑音の積分時間 Ｎ／Ｓ：雑音対信号比 Kt：Kt＝τN／τSN τNは雑音の積分時間 τSN：τPとN0の積 τP：受信パルス幅 N0：積分回数 従来のマイクロ波散乱計では、三方向の電波照
射ビーム、45゜ビーム、75゜ビーム、135゜ビームの
同一観測領域に対する各々の空中線利得、電波照
射面積、単位面積当りの散乱断面積σ゜、スラント
距離、ドツプラ周波数幅が異なるために積分回数
が同じ場合は観測誤差KPが一致しないという欠
点があつた。従つてKP値が一致しない場合、同
一観測領域の単位面積当りの散乱断面積σ゜の観測
誤差KP値は総合的には悪い方に依存してしまい、
全体として観測誤差KP値が悪くなるという欠点
があつた。
本発明は上記の欠点を解消するためになされた
もので、45゜ビーム、75゜ビーム及び135゜ビーム等
の受信電力の積分回数を最適配分することによ
り、同一観測領域に対する観測誤差KP値を等し
くするものである。
もので、45゜ビーム、75゜ビーム及び135゜ビーム等
の受信電力の積分回数を最適配分することによ
り、同一観測領域に対する観測誤差KP値を等し
くするものである。
以下、本発明の一実施例によるマイクロ波散乱
計について、図により詳述する。
計について、図により詳述する。
第３図は本発明における信号処理器５の構成図
である。第３図において、分配器１１から制御信
号発生器２５までは第２図に示したものと同様で
あるが、この発明によれば、積分数が三方向で異
なるため、積分数制御器２６を設け、デイジタル
積分器２２の制御をこの積分数制御器２６で行う
ように構成されている。
である。第３図において、分配器１１から制御信
号発生器２５までは第２図に示したものと同様で
あるが、この発明によれば、積分数が三方向で異
なるため、積分数制御器２６を設け、デイジタル
積分器２２の制御をこの積分数制御器２６で行う
ように構成されている。
本発明による三方向の各ビームの積分数のシー
ケンスは第５図に示す通りである。第５図中、
N45゜、N75゜、N135゜はそれぞれ45゜ビーム、75゜ビ
ーム、135゜ビームの受信信号に対する積分回数を
示している。
ケンスは第５図に示す通りである。第５図中、
N45゜、N75゜、N135゜はそれぞれ45゜ビーム、75゜ビ
ーム、135゜ビームの受信信号に対する積分回数を
示している。
第４図に示すように三方向に対する積分回数
NXがN0となり等しい場合は同一観測領域の観測
誤差KP値は等しくならない。これをKP値が等し
くなるように積分回数を最適値に配分する。各観
測領域でのＳ／Ｎ比をSNR、そのときの積分時
間τSNとすると（Ｓ／Ｎ比はデイジタル積分する
前のＳ／Ｎ比）、SNR、τSNは次式で与えられる。
NXがN0となり等しい場合は同一観測領域の観測
誤差KP値は等しくならない。これをKP値が等し
くなるように積分回数を最適値に配分する。各観
測領域でのＳ／Ｎ比をSNR、そのときの積分時
間τSNとすると（Ｓ／Ｎ比はデイジタル積分する
前のＳ／Ｎ比）、SNR、τSNは次式で与えられる。
SNR＝PT・G2・λ2・Ａ・σ゜／（
4π）3・RC 4・LP・Ｌ・NF・kTBC……(3) τSN＝１／BC・KP 2｛１＋２（Ｎ／Ｓ）
＋（Ｎ／Ｓ）2（１＋１／Kt）｝……(4) ここに、 NF：受信機入力端の雑音指数 ｋ：ボルツマン定数 Ｔ：絶対温度（〓） ある観測領域に番号ｎを付け観測セルNo ｎと
呼ぶことにする。また45゜ビーム、75゜ビームのそ
れぞれについて(3)、(4)式対応でサフイツクス45゜、
75゜を付け、かつセルNo ｎのサフイツクスも同
時に付けるものとする。
4π）3・RC 4・LP・Ｌ・NF・kTBC……(3) τSN＝１／BC・KP 2｛１＋２（Ｎ／Ｓ）
＋（Ｎ／Ｓ）2（１＋１／Kt）｝……(4) ここに、 NF：受信機入力端の雑音指数 ｋ：ボルツマン定数 Ｔ：絶対温度（〓） ある観測領域に番号ｎを付け観測セルNo ｎと
呼ぶことにする。また45゜ビーム、75゜ビームのそ
れぞれについて(3)、(4)式対応でサフイツクス45゜、
75゜を付け、かつセルNo ｎのサフイツクスも同
時に付けるものとする。
ここで、45゜ビーム、75゜ビームの観測セルNo1
についてτSNの比をとると τSN75゜No1／τSN45゜No1 ＝１／BC75°No1・KP 275°No1｛１＋２（Ｎ／Ｓ）75
゜Np1＋（Ｎ／Ｓ）2 75゜Np1（１＋１／Kt）｝／１／BC4
5°No1・KP 245°No1｛１＋２（Ｎ／Ｂ45゜No1＋（Ｎ／
Ｂ）45゜Np1（１＋１／Kt）｝……(5) ここにKt＝τN／τSN＝1.75とする。
についてτSNの比をとると τSN75゜No1／τSN45゜No1 ＝１／BC75°No1・KP 275°No1｛１＋２（Ｎ／Ｓ）75
゜Np1＋（Ｎ／Ｓ）2 75゜Np1（１＋１／Kt）｝／１／BC4
5°No1・KP 245°No1｛１＋２（Ｎ／Ｂ45゜No1＋（Ｎ／
Ｂ）45゜Np1（１＋１／Kt）｝……(5) ここにKt＝τN／τSN＝1.75とする。
(5)式でKP 275゜No1＝KP 245゜No1と各々のKPが等
しいとすれば、(5)式中の他のパラメータは既知で
あるので、τSN75゜No1とτSN45゜No1の比が求められ
る。
しいとすれば、(5)式中の他のパラメータは既知で
あるので、τSN75゜No1とτSN45゜No1の比が求められ
る。
また、45゜ビームと75゜ビームの積分ヒツト数は
次の通りである。
次の通りである。
4N45゜＋2N75゜＝No×６ ……(6)
τSN45゜＝N45゜×τP ……(7)
τSN75゜＝N75゜×τP ……(8)
ここに
N45゜：45゜ビームの積分数
N75゜：75゜ 〃
No：45゜ビームと75゜ビームの積分数が等しい場合
の積分数 τP：送信パルス幅 (5)、(6)、(7)、(8)式よりNoを与えれば、45゜ビー
ムと75゜ビームの最適積分数N45゜、N75゜が求めら
れる。(6)式は観測回数６回に対し45゜ビームと75゜
ビームの観測回数の比率が４：２であることを意
味している。
の積分数 τP：送信パルス幅 (5)、(6)、(7)、(8)式よりNoを与えれば、45゜ビー
ムと75゜ビームの最適積分数N45゜、N75゜が求めら
れる。(6)式は観測回数６回に対し45゜ビームと75゜
ビームの観測回数の比率が４：２であることを意
味している。
以上のようにして求められたN45゜、N75゜は積
分数制御器２６にあらかじめセツトされ、デイジ
タル積分器２２の積分数を制御することにより、
最適な観測がなされる。
分数制御器２６にあらかじめセツトされ、デイジ
タル積分器２２の積分数を制御することにより、
最適な観測がなされる。
以上の説明ではアンテナビームを45゜、75゜、
135゜として述べたが、ビームの角度を他の角度に
選ぶことも可能である。
135゜として述べたが、ビームの角度を他の角度に
選ぶことも可能である。
また、受信機の利得を制御するため受信機の利
得を設定する前は積分できないので、(5)〜(8)式で
求めたN45゜、N75゜と多少変る場合もある。
得を設定する前は積分できないので、(5)〜(8)式で
求めたN45゜、N75゜と多少変る場合もある。
以上のように本発明によれば、積分数制御器に
より45゜ビーム、75゜ビーム、135゜ビーム等の複数
方向のビームに対する受信信号の積分回数を最適
に設定できるので、観測誤差KP値を最少にする
ことが可能となつた。
より45゜ビーム、75゜ビーム、135゜ビーム等の複数
方向のビームに対する受信信号の積分回数を最適
に設定できるので、観測誤差KP値を最少にする
ことが可能となつた。
第１図はマイクロ波散乱計の構成図、第２図は
従来の信号処理器の構成図、第３図は本発明の一
実施例の信号処理器の構成図、第４図は従来の積
分のシーケンスを示す説明図、第５図は本発明の
積分のシーケンスを示す説明図、第６図は電波照
射ビームの概念図で、衛星上方より見た図であ
る。 図中、１は空中線、２は切替スイツチ、３は送
受切替器、４は受信機、５は信号処理器、６はデ
ータ伝送機、７は送信機、８はデータ送信機、９
は衛星又は飛しよう体、１０は地上局、１１は分
配器、１２〜１４はゲート回路、１５〜１７はド
ツプラフイルタ、１８は検波器、１９はアナログ
積分器、２０は多極スイツチ、２１はＡ／Ｄ変換
器、２２はデイジタル積分器、２３はメモリ、２
４はタイミング発生器、２５は制御信号発生器、
２６は積分数制御器である。なお、図中、同一あ
るいは相当部分には同一符号を付して示してあ
る。
従来の信号処理器の構成図、第３図は本発明の一
実施例の信号処理器の構成図、第４図は従来の積
分のシーケンスを示す説明図、第５図は本発明の
積分のシーケンスを示す説明図、第６図は電波照
射ビームの概念図で、衛星上方より見た図であ
る。 図中、１は空中線、２は切替スイツチ、３は送
受切替器、４は受信機、５は信号処理器、６はデ
ータ伝送機、７は送信機、８はデータ送信機、９
は衛星又は飛しよう体、１０は地上局、１１は分
配器、１２〜１４はゲート回路、１５〜１７はド
ツプラフイルタ、１８は検波器、１９はアナログ
積分器、２０は多極スイツチ、２１はＡ／Ｄ変換
器、２２はデイジタル積分器、２３はメモリ、２
４はタイミング発生器、２５は制御信号発生器、
２６は積分数制御器である。なお、図中、同一あ
るいは相当部分には同一符号を付して示してあ
る。
Claims (1)
- １ 送信電力を発生する送信機と、観測対象海面
に対し複数方向にマイクロ波電波ビームを放射す
ると共に上記観測対象海面で反射された上記複数
方向に応じた反射波を受信するアンテナと、上記
アンテナの受信信号を増幅する受信機と、上記送
信機からの送信電力を上記アンテナへ送りかつ上
記アンテナが受信する受信信号を上記受信機へ送
る送受切替器と、上記アンテナと上記送受切替器
との間に設けた切替スイツチと、上記受信機で増
幅された受信信号が供給されるドプラフイルタ
と、上記ドプラフイルタの各帯域毎の出力をそれ
ぞれ検波する検波器と、上記各帯域毎の検波出力
をそれぞれ積分する積分器と、上記各帯域毎の積
分出力を順次に取出す多極スイツチと、上記多極
スイツチから順次に得られる積分出力を順次にデ
イジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、上記
Ａ／Ｄ変換器の出力を所定の積分時間で積分する
デイジタル積分器とを備え、上記デイジタル積分
器の出力に基いて、海面上の単位面積当りの後方
散乱断面積を求めるようにしたマイクロ波散乱計
において、上記デイジタル積分器の積分回数を、
上記複数方向の反射波に対してそれぞれ制御する
積分数制御器を設けたことを特徴とするマイクロ
波散乱計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9872882A JPS58214860A (ja) | 1982-06-07 | 1982-06-07 | マイクロ波散乱計 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9872882A JPS58214860A (ja) | 1982-06-07 | 1982-06-07 | マイクロ波散乱計 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58214860A JPS58214860A (ja) | 1983-12-14 |
| JPH022539B2 true JPH022539B2 (ja) | 1990-01-18 |
Family
ID=14227576
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9872882A Granted JPS58214860A (ja) | 1982-06-07 | 1982-06-07 | マイクロ波散乱計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS58214860A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5111778B2 (ja) * | 2006-04-28 | 2013-01-09 | 株式会社東芝 | レーダ装置とその信号処理方法 |
| CN111781397B (zh) * | 2020-06-08 | 2022-03-01 | 湖北工程学院 | 一种风向检测器 |
| CN113009478B (zh) * | 2021-03-01 | 2023-08-15 | 中山大学 | 一种星载环扫多普勒散射计的姿态和斜距误差估计方法 |
| CN114324973B (zh) * | 2022-03-17 | 2022-06-07 | 南方海洋科学与工程广东省实验室(广州) | 台风风速反演方法、装置、电子设备及存储介质 |
-
1982
- 1982-06-07 JP JP9872882A patent/JPS58214860A/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58214860A (ja) | 1983-12-14 |
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