JPH1172560A - ドップラーソーダ - Google Patents

ドップラーソーダ

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Publication number
JPH1172560A
JPH1172560A JP24780597A JP24780597A JPH1172560A JP H1172560 A JPH1172560 A JP H1172560A JP 24780597 A JP24780597 A JP 24780597A JP 24780597 A JP24780597 A JP 24780597A JP H1172560 A JPH1172560 A JP H1172560A
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JP
Japan
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time
reflected wave
frequency
frequency spectrum
average value
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Pending
Application number
JP24780597A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeo Hirai
重雄 平井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kaijo Corp
Original Assignee
Kaijo Corp
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Publication date
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  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】受信信号に含まれる固定的な雑音を消去でき、
測定可能な高度と測定精度とを高めることができるドッ
プラーソーダを提供する。 【解決手段】上空に所定の周波数の音波を所定の周期で
放射してその反射波を受信する送受信部(10)と、この送
受信部(10)が受信した音波をディジタル信号に変換し、
高速フーリエ変換することにより、受信信号の周波数ス
ペクトルを作成して出力する信号処理部(20)と、この信
号処理部(20)から出力される周波数スペクトルを前記反
射波の存在が期待される単一又は複数の第1の時点及び
上記反射波の存在が無視できる第2の時点のそれぞれお
いて検出し、上記所定の周期の適宜な倍数の期間にわた
って時間平均化する時間平均化処理部(30)と、上記第1
の時点における時間平均値から上記第2の時点における
時間平均値を減算することにより、固定的な雑音が除去
された反射波の周波数スペクトルの時間平均値を検出
し、この検出値から周波数のドップラーシフト量を検出
する検出部(40)とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、大気の状態の監視
用や、風向・風速計などとして利用されるドップラーソ
ーダに関するものであり、特に、反射受信信号に含まれ
る固定的な雑音を除去することによって測定精度の向上
を図ったドップラーソーダに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、上空の風向や風速を測定する装置
として、ドップラーソーダ(音波レーダ)が使用されて
いる。このドップラーソーダは、一定の周波数の音波を
上空に放射し、大気の乱れの箇所で生じた反射波を受信
し、この反射波の周波数からドップラーシフト量を検出
することにより、この反射波を生じさせた大気の乱れ箇
所の速度、すなわち、その箇所の風向・風速を検出する
ように構成されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述のドップラーソー
ダでは、風速測定対象の上空の高度の増加と共に受信可
能な反射波のレベルが減衰してゆき、遂には雑音以下に
なってしまう。従って、どれだけの高度の風速を測定で
きるかは、雑音のレベルをどれだけ低減できるかにかか
っている。また、高度がそれほど大きくない場合でも、
測定精度を高めるうえで雑音レベルを極力低減させる必
要がある。従って、本発明の目的は、ドップラーソーダ
の雑音を低減することにより、測定可能な高度の限界
と、測定精度とを高めることにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明のドップラーソー
ダは、上空に所定の周波数の音波を所定の周期で放射し
てその反射波を受信する送受信部と、この送受信部が受
信した音波をディジタル信号に変換し、高速フーリエ変
換することにより、受信信号の周波数スペクトルを作成
して出力する信号処理部と、この信号処理部から出力さ
れる周波数スペクトルを上記反射波の存在が期待される
第1の時点及び上記反射波の存在が無視できる第2の時
点のそれぞれおいて検出し、上記所定の周期の適宜な倍
数の期間にわたって平均化する平均化処理部と、上記第
1の時点における平均値から上記第2の時点における平
均値を減算することにより、固定的な雑音が除去された
反射波の周波数スペクトルの時間平均値を検出し、この
周波数から周波数のドップラーシフト量を算定する算定
部とを備えている。
【0005】
【作用】雑音としては、熱雑音など全く規則性のないラ
ンダム雑音の他に、近傍で動作中の電動機などが発生す
る一定周波数の振動音や、ドップラーソーダの電源に重
畳されて出現するハムなどの固定的な雑音も存在する。
このような固定的な雑音は、その計測の時点がずれても
同じ周波数成分を有する。このような固定的な雑音につ
いて周波数スペクトルの時間平均値を検出すると共に、
これを受信反射波の周波数スペクトルの時間平均値から
減算することにより、相当程度の雑音の低減が実現でき
る。
【0006】
【実施例】図1は本発明の一実施例のドップラーソーダ
の構成を示すブロック図である。このドップラーソーダ
は、送受信部10と、信号処理部20と、時間平均化処
理部30と、算定部40とから構成されている。
【0007】送受信部10は、送信器11、送信増幅器
12、スイッチ13、送受共用アンテナ14及び受信増
幅器14から構成されている。信号処理部20は、A/
D変換器21と高速フーリエ変換回路22とから構成さ
れている。時間平均化処理部30は、メモリ31a,3
2aと、加算器31b,32bとから構成され、算定部
40は減算器41と検出器42とから構成されている。
【0008】送信部11は、図2の波形図(B)に示す
ように、所定周波数foの信号を所定周期Tで所定期間
にわたってバースト状に出力する。このバースト状の送
信信号は、送信増幅器12で増幅されたのち、スイッチ
13を介して送受共用アンテナ14に供給され、ここか
ら上空に放射される。大気の乱れの箇所で生じた反射波
のうち下方に向けて伝播する成分の一部は、送受共用ア
ンテナ14で受信され、送信信号の出力後に直ちに切り
換えられるスイッチ13を介して受信増幅器15に供給
され、ここで増幅される。
【0009】音波の伝播時間を考慮すると、受信増幅器
15に供給される反射波は、高空で生じた反射波ほど遅
れて出現することになる。そして、音波の伝播減衰を考
慮すると、高空で生じた反射波ほど伝播距離が長くて減
衰量が大きくなるため、その受信レベルが減少する。こ
のため、好適には、受信増幅器15の増幅利得は、時間
と共に増加せしめられる可変利得制御が行われる。
【0010】送受信部10の受信増幅器15で増幅され
た受信反射波は、信号処理部20に供給され、D/A変
換器21でディジタル信号に変換される。このディジタ
ル信号に変換された受信反射波は、高速フーリエ変換回
路(FFT)22で周波数スペクトルに変換される。こ
の周波数スペクトルへの変換は、図2の(B)に示すよ
うに、時間軸上の任意の位置L,M,H,Nなどにおい
て、所定の時間幅ΔTにわたって存在するディジタル信
号に対して行われる。
【0011】時間軸上の位置L,M,H,Nは、送受信
共用アンテナ14から上空に放射された送信信号が反射
波の発生箇所まで到達するまでに要した音波の伝播所要
時間と、この箇所で発生した反射波のうち下向きに伝播
した一部が送受信共用アンテナ14に到達するまでに要
した音波の伝播時間の和に相当する。従って、時間軸上
の位置L,M,H,Nにおける信号は、同順により高空
で発生した反射波の波形を含むことになる。
【0012】時間軸上の位置L,M,Hは、送受共用ア
ンテナ14に受信される反射波のレベルが雑音よりも大
きく、受信可能な程度の高度に対応している。この時間
軸上の位置L,M,Hについて得られた周波数スペクト
ルは、各高度からの反射波の周波数スペクトルとして、
時間平均化処理部30に供給される。
【0013】これに対して、時間軸上の位置Nは、送受
共用アンテナ14に受信される反射波のレベルが雑音に
比べて無視できる程度に小さくなるため、受信不能な高
度に対応している。この時間軸上の位置Nについて得ら
れた周波数スペクトルは、雑音の周波数スペクトルとし
て、時間平均化処理部30に供給される。この雑音の周
波数スペクトルとしては、前述したように、測定地点の
近傍で動作中の電動機などが発生する特定周波数の振動
音や、このドップラーソーダの電源に重畳されているハ
ムなど種々のものが考えられる。
【0014】時間平均化処理部30に供給された各高度
からの反射波の周波数スペクトルは、加算器31bに供
給され、ここでメモリ31aに保存中の前回までの時間
平均値と加算されたのち2分され、新たな時間平均値と
してメモリ31aに保存される。同様に、時間平均化処
理部30に供給された各高度からの反射波の周波数スペ
クトルは、加算器32bに供給され、ここでメモリ32
aに保存中の前回までの時間平均値と加算されたのち2
分され、新たな時間平均値としてメモリ32aに保存さ
れる。上記反射波と雑音についての時間平均化処理は、
周期Tで送信信号が放出されるたびごとに反復される。
【0015】メモリ31aに保存中の各高度からの反射
波の周波数スペクトルの時間平均値は、検出回路42か
ら信号される制御信号enに同期して動作する減算器4
1において、メモリ32aに保存中の雑音の周波数スペ
クトルの時間平均値から減算され、雑音が除去された反
射波の周波数スペクトルの時間平均値として検出回路4
2に供給される。
【0016】図3を参照すると、(A)は、メモリ31
aから減算器41の加算入力端子に供給されるある高度
からの反射波の周波数スペクトルの一例を示している。
これに対して、(B)は、メモリ32aから減算器41
の減算入力端子に供給される雑音の周波数スペクトルの
一例を示している。そして、(C)は、上記各入力端子
に供給された入力信号の減算結果、すなわち、雑音が除
去された反射波の周波数スペクトルを例示している。た
だし、上記各周波数スペクトルは、離散的な多数のレベ
ルを滑らかに連結する曲線で代用されている。
【0017】検出回路42は、減算器41から出力され
た各高度からの反射波の周波数スペクトルの中で最大レ
ベルの周波数を検出し、この周波数と送信信号の周波数
foとの差をドップラーシフト量として検出する。検出
回路42は、上記検出したドップラーシフト量から上空
の各箇所の風速や風向を算定する。
【0018】以上、説明の便宜上、ある一つの方向のみ
について、受信機反射波から雑音を減算してドップラー
シフト量を検出する構成を説明した。しかしながら、一
般には、送受信共用アンテナ14を異なる方向に向けて
複数設置したり、あるいは、この送受共用アンテナ14
をフェーズドアレイアンテナで構成しておくことによ
り、複数の異なる方向のそれぞれについて送信信号の放
出と反射波の受信とが反復され、三次元の風向や風速の
検出が行われる。この場合、各方向について得られた受
信反射波の周波数スペクトルの時間平均値からメモリ3
2aに保存中の共通の雑音の時間平均値が減算され、各
方向の成分のドップラーシフト量について雑音の除去が
行われる。
【0019】また、時間平均化処理や算定処理をメモリ
や加算器や減算器から成るハードウエア回路で実現する
構成を例示した。しかしながら、これらの処理を、コン
ピュータによるソフトウエア処理で実現しても良いこと
は勿論である。
【0020】さらに、受信反射波と雑音のそれぞれを個
別に時間平均化したのち減算する構成を例示した。しか
しながら、それぞれを時間平均化することなく減算して
直ちにドップラーシフト量を検出し、このドップラーシ
フト量について時間平均値を算定したり、あるいは、上
記減算値を時間平均化化したのちこの時間平均値からド
ップラーシフト量を検出するなど、時間平均化について
は、他の方法を採用することもできる。
【0021】
【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明のド
ップラーソーダによれば、信号と共に雑音についても周
波数スペクトルの時間平均値を作成しておき、信号から
雑音を減算することによって雑音を低減する構成である
から、信号に含まれる固定的な雑音が消去でき、測定可
能な高度と測定精度とを高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例のドップラーソーダの構成を
示すブロック図である。
【図2】上記実施例のドップラーソーダの動作を説明す
るための波形図である。
【図3】上記実施例で得られる受信反射波の周波数スペ
クトル(A)、雑音の周波数スペクトル(B)及び雑音
除去済みの受信反射波の周波数スペクトル(C)を例示
する波形図である。
【符号の説明】
10 送受信部 11 送信器 14 送受共用アンテナ 15 受信増幅器 20 信号処理部 21 A/D変換器 22 高速フーリエ変換回路 30 時間平均化部 40 検出部 41 減算器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】上空に所定の周波数の音波を所定の周期で
    放射してその反射波を受信する送受信部と、 前記送受信部が受信した音波をディジタル信号に変換
    し、高速フーリエ変換することにより、受信信号の周波
    数スペクトルを作成して出力する信号処理部と、 この信号処理部から出力される周波数スペクトルを前記
    反射波の存在が期待される単一又は複数の第1の時点及
    び前記反射波の存在が無視できる第2の時点のそれぞれ
    おいて検出し、前記所定の周期の適宜な倍数の期間にわ
    たって時間平均化する時間平均化処理部と、 前記第1の時点における時間平均値から前記第2の時点
    における時間平均値を減算することにより、固定的な雑
    音が除去された反射波の周波数スペクトルの時間平均値
    を検出し、この検出値から周波数のドップラーシフト量
    を検出する検出部とを備えたことを特徴とするドップラ
    ーソーダ。
  2. 【請求項2】上空に所定の周波数の音波を所定の周期で
    放射してその反射波を受信する送受信部と、 前記送受信部が受信した音波をディジタル信号に変換
    し、高速フーリエ変換することにより、受信信号の周波
    数スペクトルを作成して出力する信号処理部と、 この信号処理部から出力される周波数スペクトルを前記
    反射波の存在が期待される単一又は複数の第1の時点及
    び前記反射波の存在が無視できる第2の時点のそれぞれ
    おいて検出し、前記第1の時点における検出値から前記
    第2の時点における検出値を減算することにより、固定
    的な雑音が除去された反射波の周波数スペクトルを検出
    し、この検出値から周波数のドップラーシフト量を検出
    する検出部とを備えたことを特徴とするドップラーソー
    ダ。
  3. 【請求項3】 請求項2において、 前記検出部は、前記検出した周波数のドップラーシフト
    量について時間平均化処理を行う手段を更に備えたこと
    を特徴とするドップラーソーダ。
  4. 【請求項4】 請求項2において、 前記検出部は、前記固定的な雑音が除去された反射波の
    周波数スペクトルの検出値について時間平均化処理を行
    う手段を更に備えると共に、この時間平均値から前記周
    波数のドップラーシフト量を検出することを特徴とする
    ドップラーソーダ。
JP24780597A 1997-08-28 1997-08-28 ドップラーソーダ Pending JPH1172560A (ja)

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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008045941A (ja) * 2006-08-11 2008-02-28 Yupiteru Corp 高速フーリエ変換と加算平均による速度の測定方法
JP2012063151A (ja) * 2010-09-14 2012-03-29 Yokohama Rubber Co Ltd:The 移動体の計測方法および計測装置
JP2012231908A (ja) * 2011-04-28 2012-11-29 Yokohama Rubber Co Ltd:The 球技用シミュレータ装置および球技用シミュレーション方法
JP2013083467A (ja) * 2011-10-06 2013-05-09 Japan Aerospace Exploration Agency 光学式遠隔気流計測装置の有色ノイズ低減方法とその装置
JP2014032080A (ja) * 2012-08-02 2014-02-20 Nec Corp アクティブソーナー装置、アクティブソーナー信号処理方法、及び、その信号処理プログラム
JP2016014548A (ja) * 2014-07-01 2016-01-28 富士通株式会社 携帯端末装置、風速を算出する方法およびプログラム

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