JPS6034067B2 - 電波音波共用上層風隔測方式 - Google Patents

電波音波共用上層風隔測方式

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JPS6034067B2
JPS6034067B2 JP54047307A JP4730779A JPS6034067B2 JP S6034067 B2 JPS6034067 B2 JP S6034067B2 JP 54047307 A JP54047307 A JP 54047307A JP 4730779 A JP4730779 A JP 4730779A JP S6034067 B2 JPS6034067 B2 JP S6034067B2
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radio
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axis
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JP54047307A
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圓 福島
錦一郎 秋田
悦久 増田
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JUSEISHO DENPA KENKYUSHOCHO
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JUSEISHO DENPA KENKYUSHOCHO
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/95Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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    • Y02A90/10Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は上空大気中の風向風速高度分布を正確に遠隔測
定する新規な方式を提供するものである。
地表より50位h上空の風向・風速を測定する方法とし
ては、音波ドップラ周波数と電波のドップラ周波数から
求める方法が知られている。
前者の方法は、大気中の温度のゆらぎを音波の散乱体と
して、夙によって流されるその散乱体に向ってパルス音
波を発射すると発射されたパルス音波はドップラ効果を
受けて散乱波を生ずる。この散乱波を3方向より測定し
て風向風速を求める。しかしこの方式では、温度のゆら
ぎが存在しないとき風向風速を測定できない欠点がある
また強風の場合は風が雑音の原因となり精度よく受信す
ることを困難にする。後者の方法は、大気の屈折率のゆ
らぎから散乱波を利用するものであるが、散乱波が弱く
大電力の高価な装置を必要とする。
本発明は、 ■ 静止音源から大気中に発射される音波の波面の伝搬
速度は静止空気中音速と風の速度とのベクトル和である
こと。
■ 音波の大気中伝搬時間に比べれば瞬時ともいえる微
小時間内に電波計測が可能である。
の2点に着目し、前述の問題を解決するため開発した測
定方式である。
つまり本発明の概要は、3方向の大気中を進行する音波
が形成する空気密度の粗密波面に向けてそれぞれビーム
電波を発射して該波面で反射される3方向のドップラシ
フト周波数を検出することにより上空大気中の風向風速
の高度分布を探査しようというものである。以下、本発
明の原理を説明する。上層風速は音速に比べて非常に小
さく、上層風及び音速の鉛直方向の変化に比べて水平方
向の変化は無視できるほど4・さし、。
また、上層風の鉛直方向成分は水平方向成分に比べて無
視できるほど小さい。これらのことを考慮して、地上よ
り上層風測定のため3方向の上空大気中に向けて音波を
発射して空気密度の粗密波面を形成させ、該密波面に向
けて電波を発射して同一高度における粗密波面で反射さ
れる電波のドプラシフト周波数の3つの測定値からその
高度の風向風速を求めることはドプラシフト周波数と静
止空気中音速と風速成分とを関係づける3方向の3つの
方程式から静止空気中音速と2つの風速成分との3つの
未知数を決定することに帰着する。理解しやすいため、
3方向それぞれA軸方向、B軸方向及びC軸方向と呼び
、A軸方向を仰角8の斜上方向、B軸方向を鉛直上方、
C軸方向をA軸の方位に対して直交する方位で仰角8の
斜上方向にとって説明するが、3方向の各軸は任意の独
立した方位角を選ぶことができる。
第1図は本発明の原理説明図である。ん点はA軸方向隔
預り装置の設置点、Bo点はB軸方向隔側装置の設置点
、Co点はC軸方向隅側装置の設置点、日は地上からの
高度で、AH点、BH点及びCH′点はそれぞれA軸、
B軸、C軸方向で高度日の点、汎まA軸及びC軸の仰角
、W^はAH点におけるA軸方向風速成分、WcはCH
点におけるC髄万向風速成分、SはAH点、BH点、C
H点における静止空気中音遠である。地上のAo点より
A軸方向の上空に向けて集東音波を発射すると空気密度
の粗密波面を形成しながらA軸方向上空に伝搬する。
またAo点よりA軸方向の上空に向けて波長入のビーム
電波を発射すると空気密度の粗密波面すなわち空気の誘
電率の粗密波面において僅かであるが入射した電波の一
部は反射される。その際、AH点における音波波面は静
止空気中音速(S)とA軸方向風速成分(W^)との和
の速度で移動しているので反射電波はドプラ効果をうけ
る。AH′真における反射電波のドプラシフト周波数(
f^)は次式で表すことができる。f^=2(S+W^
)/^ ……‘1}ここで、SはAH点における
静止空気中音速、入は使用する電波の波長である。
この場合、音波発射時からの時間と平均音速とA軸の仰
角の正弦(sinひ)との積から高度が求められる。音
波波面で反射して受信される電波の周波数は発射された
電波の周波数よりドプラシフト周波数だけ常に低い。B
点より鉛直上方に向けて音波及び電波を発射すると、前
述の場合と同様にして得られる反射電波のドブラシフト
周波数の時系列から求められるのは各高度における静止
空気中音遠である。この場合、音波発射時からの時間と
平均音速との積から高度が求められる。BH点での反射
電波のドプラシフト周波数(fB)は次式で表すことが
できる。fB=2S/入 ……{2}こ
こで、SはBH点における静止空気中音速、入は使用す
る電波の波長である。
同様にして、Co点に設置されたC軸方向橋側装置によ
って測定されるのはC軸方向各距離における上層風速の
C軸方向成分と静止空気中音遠との和である。
CH点での反射電波のドプラシフト周波数(fc)は次
式で表すことができる。fC=2(S+W。)/入
……{3}ここで、SはCH点における静止空気中
音速、WcはC軸方向風速成分、入は使用する電波の波
長である。これらの{1)式、■式、【3}式を粗合せ
ると高度日におけるA軸方向風速成分(W^)及びC軸
方向風速成分(Wc)が求められ、さらに、これらの値
にA軸及びC軸の仰角の余弦(cos8)の逆数を乗ず
ることにより水平風速成分(Wハ/cos8)、Wc/
cos8)が算定される。
同様にして、3方向各高度からの反射電波によって得ら
れるドプラシフト周波数から上層風の水平風速分すなわ
ち風向風速の高度分布が求められる。
次に上述の原理による隔側方式の実施例を第2図の系統
図に従い詳細に説明する。
第2図において1は無線周波発振器、2は制御信号発生
器、3はトーンバスト信号発生器、4・4′・4″は電
波送信機、5・5′・5″はA・B・C軸用送信アンテ
ナ、6・6′・6″は音波送信機、7・7′・7″はA
・B・C軸用音波放射器、8・8′・8″はA・B・C
軸用受信アンテナ、9・9′・9″は電波受信機、10
・10′・10″はドプラ検出器、11は風向風速演算
器、I2は風向風速記録器である。
無線周波発振器1で、使用する電波の周波数を発振させ
3台の電波送信器4・4′・4″へ同時に送り出す。
それらの送信出力はA軸方向へはA軸用送信アンテナ5
より、B軸方向へはB軸用送信アンテナ5′より、C軸
方向へはC軸用送信アンテナ5″より連続波のビーム電
波でそれぞれの方向へ送信される。一方、制御信号発生
器2で発生させた制御信号によりトーンバスト信号発生
器3を駆動させて3組のトーンバスト信号を発生させる
。これらのトーンバスト信号の搬送波は使用する電波の
波長の約1′2の波長をもつ音波の周波数を用いる。こ
の3組のトーンバスト信号はそれぞれ設定された周期及
び信号幅をもち、3組相互間は設定された時間間隔で発
生させる。これらのトーンバスト信号を音波送信機6・
6′・6″に供給し、それぞれの出力をA鞠用音波放射
器7、B軸用音波放射器7′、及びc軸用音波放射器7
″からA軸方向、B軸方向、及びC軸方向に向けて集東
されたパルス音波として順次放射させる。これらのパル
ス音波が大気中に発射されると音波ごとに空気の粗密を
形成しながら静止空気中音速と上層風速とのベクトル和
の速度で伝搬する。これら3方向に伝搬する音波波面に
A軸用送信アンテナ5、B軸用送信アンテナ5′、及び
C軸用送信アンテナ5″から発射されたビーム電波がそ
れぞれ入射するとそれぞれの電波の一部は反射され、A
軸用受信アンテナ8、B軸用受信アンテナ8′、及びC
軸用受信アンテナ8″によりそれぞれの方向からの反射
電波が受信される。3台の電波受信器9・9′・9″は
受信電波と無線周波発振器1からの出力信号とにより動
作するホモダィン型受信機であって、音波波面からの反
射によるドプラシフト周波数帯城信号のみが出力される
ようになっている。
これらの3つの出力信号はそれぞれドプラ検出器10・
10′・10″へ送り出され、ドプラシフト周波数は電
圧値に変換され、風向風速演算器11に入力される。こ
の演算器はA軸方向、B軸方向、C軸方向の同一高度で
の反射電波によるドプラシフト周波数測定値により、A
軸の方位及びC軸の方位でその高度における水平風速成
分を算定し、さらに、この2つのベクトル成分から、そ
の高度における風向風速を算定する。演算はパルス音波
送信時を起点として設定された時間間隔ごとに行う。演
算結果は風向風速記録器12により一定高度ごとに表示
記録され、これから探査地点上空での風向風速の高度分
布を知ることができる。このように本発明の電波音波共
用上層風隔側方式によれば、人工的に形成される音波波
面を電波の反射面として利用するために、従釆から開発
されている自然の大気乱流に音波を反射させるドップラ
音波レーダ風向風速高度分布探査方式に比較して、■
測定の信頼性が高い ■ 気象条件の影響をあまり受けない ■ 常時、どこでも手転に測定が可能 等の利点があるので、今後気象測定への応用が期待され
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は電波音波共用上層風隔側方式の原理説明図、第
2図は実施例の系統図である。 1・・・・・・無線周波発振器、2・・・・・・制御信
号発生器、3・・・・・・トーンバスト信号発生器、4
・4′・4″・・・・・・電波送信機、5・5′・5″
・・・…A・B・C軸用送信アンテナ、6・6′・6″
・・・・・・音波送信機、7・7′・7″……A・B・
C軸用音波放射器、8・8′・8″・・・・・・A・B
・C軸用受信アンテナ、9・9′・9″・・・・・・電
波受信機、10・10′・10″…・・・ドプラ検出器
、11……風向風速演算器、12…・・・風向風速記録
器。 才1図 オ2図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 地上より3方向の上空大気中にに向けて音波を発射
    して空気密度の粗密波面を人工的に形成させ、該3方向
    に形成された波面に向けて電波を発射して粗密波面から
    反射されてくる電波を受信し、その時3方向に発射され
    た電波とその3方向からの受信電波との周波数差からド
    ツプラシフトを算定して、そのドツプラシフト値から上
    空大気中の風向風速を測定することを特徴とする電波音
    波共用上層風隔測方式。
JP54047307A 1979-04-19 1979-04-19 電波音波共用上層風隔測方式 Expired JPS6034067B2 (ja)

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