KR101441982B1 - A method for correction of Aliased Radial Velocity through Specified Scan Strategy - Google Patents

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Abstract

본 발명은 기상 레이더가 관측한 시선 속도의 위신호를 보정하는 방법에 있어서, 위신호 보정의 기준이 되는 기준 시선 속도를 획득하는 단계; 및 기준 시선 속도에 기초하여 위신호를 보정하는 단계; 를 포함하고, 기준 시선 속도는 최저 고도각에서 최대 관측 시선 속도를 소정의 값보다 크게 설정한 관측으로부터 획득하는 위신호 보정 방법과 이를 이용한 기상 관측 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of correcting a signal above a gaze speed observed by a weather radar, comprising: obtaining a reference gaze velocity as a reference for correcting the above signal; And correcting the upper signal based on the reference visual velocity; And the reference visual velocity is obtained from an observation in which the maximum observation visual velocity is set to be larger than a predetermined value at a minimum altitude angle, and to a weather observation method using the same.

Description

기상 레이더의 관측 전략 특성화를 통한 시선 속도의 위신호 보정 방법{A method for correction of Aliased Radial Velocity through Specified Scan Strategy}In this paper, we propose a new method for correction of gaze velocities through the characterization of observational strategies of weather radar.

본 발명은 시선 속도의 위신호 보정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for correcting a signal above a visual velocity.

기상 레이더는 입자의 도플러 편이(Doppler Shift) 현상을 이용하여 안테나 방향에 따른 시선 방향에서의 도플러 속도를 관측하는 데 이를 시선 속도라 한다. 이러한 시선 속도(Radial Velocity)를 이용하여 고해상도 3차원 바람 성분(동서, 남북, 연직 방향)을 산출하고, 이를 이용하여 강수 시스템의 역학적 구조를 해석할 수 있다. 또한, 시선 속도의 분포로부터 중규모 저기압(mesocyclone)과 하강기류(downburst)와 같은 악기상의 위치를 실시간으로 감지할 수 있으며, 나아가 수치 예보 모델의 자료동화 과정을 통하여 기상 예보의 정확도를 향상시키는 데 중요한 역할을 한다. 이와 같이 기상 레이더로 관측한 시선 속도는 악기상의 발달에 관한 이해 증진과 감지, 나아가 기상 예보에 매우 중요한 요소이다.The weather radar uses the Doppler shift phenomenon of particles to observe the Doppler velocity in the direction of the antenna along the direction of the antenna. Using these radial velocities, high-resolution 3D wind components (east-west, north-north, and vertical directions) can be calculated and the mechanical structure of the precipitation system can be analyzed. In addition, it is possible to detect in real time the position of the musical instrument such as the mesocyclone and the downburst from the distribution of the visual velocity, and furthermore, it is important to improve the accuracy of the weather forecast through the data assimilation process of the numerical prediction model It plays a role. The gaze velocity observed by the weather radar is very important for understanding and detecting the development of the weather phenomenon, and also for weather forecasting.

기상 레이더로 관측한 시선 속도를 정량적으로 활용하기 위해서는 먼저 관측한 시선 속도의 위신호(aliased velocity)의 보정이 필요하다. 레이더로 관측한 시선 속도는 수학식 1과 같이 정의되는 최대 관측 시선 속도(VN: Nyquist Velocity) 범위 내에서만 관측된다.In order to quantitatively utilize the gaze velocity observed by the weather radar, it is necessary to first correct the aliased velocity of the observed gaze velocity. The gaze velocity observed by the radar is observed only within the range of the maximum observed velocity (V N : Nyquist Velocity) defined by Equation (1).

Figure 112013000295228-pat00001
Figure 112013000295228-pat00001

위 식에서

Figure 112013000295228-pat00002
는 레이더의 파장을 나타내며, PRT는 펄스 반복 시간(Pulse Repetition Time, s), PRF는 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency, Hz)를 나타낸다. 파장 10cm를 사용하는 S-band 레이더의 경우에 1000Hz로 펄스를 송신할 경우에 최대 관측 시선 속도
Figure 112013000295228-pat00003
은
Figure 112013000295228-pat00004
이며, 이보다 더 크거나 작은 시선 속도는
Figure 112013000295228-pat00005
의 범위 내로 접혀진 값으로 관측이 된다. 예를 들면, 실제 시선 속도
Figure 112013000295228-pat00006
는 레이더에서는
Figure 112013000295228-pat00007
로 관측이 되며 이와 같은 현상을 위신호 효과(aliasing effect)라고 한다.In the above equation
Figure 112013000295228-pat00002
PRT represents the pulse repetition time (s), and PRF represents the pulse repetition frequency (Hz). In case of S-band radar using 10cm wavelength, the maximum observation line speed
Figure 112013000295228-pat00003
silver
Figure 112013000295228-pat00004
, And a larger or smaller visual velocity
Figure 112013000295228-pat00005
And the value is collapsed within the range of. For example,
Figure 112013000295228-pat00006
In the radar
Figure 112013000295228-pat00007
This phenomenon is called the aliasing effect.

위신호의 영향을 억제하고 실제의 속도를 관측하기 위한 가장 근본적인 방법은 수학식 1에서와 같이 레이더의 파장이 결정되어 있을 경우에 펄스 반복 주파수를 증가시키는 것이다. 그러나 레이더 하드웨어 시스템은 펄스 반복 주파수를 무한정 증가시키는 것이 불가능하며 일반적으로 1500Hz정도가 최대치이다. 1500Hz를 사용하는 경우 최대 관측 시선 속도는 37.5m/s이다. 태풍 등과 같이 강한 바람을 동반한 경우에 60 m/s 이상의 강한 시선 속도가 쉽게 관측되기 때문에 펄스 반복 주파수를 최대치로 설정하더라도 위신호의 관측은 일반적으로 나타나게 된다. 또한, 아래 수학식 2에서 보는 바와 같이 펄스 반복 주파수를 증가시키는 것은 에코의 거리 중첩 문제를 피할 수 있는 레이더의 최대 관측 반경(unambiguous range, Ra)의 감소를 초래한다.The most fundamental method for suppressing the influence of the above signal and observing the actual speed is to increase the pulse repetition frequency when the wavelength of the radar is determined as shown in Equation (1). However, radar hardware systems are not capable of infinitely increasing the pulse repetition frequency and are typically at a maximum of about 1500 Hz. When using 1500Hz, the maximum observation line speed is 37.5m / s. In the case of strong winds such as typhoons, strong visual speeds of more than 60 m / s are easily observed, so the observation of the above signals is generally seen even when the pulse repetition frequency is set to the maximum value. Also, increasing the pulse repetition frequency as shown in Equation 2 below leads to a reduction in the radar's maximum unambiguous range (R a ), which avoids the echo distance overlap problem.

Figure 112013000295228-pat00008
Figure 112013000295228-pat00008

위의 식에서 c는 빛의 속도(299,792,458 m/s)를 나타낸다. 수학식 1 및 수학식 2에서 보는 바와 같이 최대 관측 시선 속도와 최대 관측 반경은 펄스 반복 주파수의 조정으로는 동시에 증가시키는 것이 불가능하다. 이를 도플러 딜레마(Doppler Dilemma)라고 하며, 다음과 같이 수학식 3으로 표현할 수 있다.In the above equation, c represents the speed of light (299,792,458 m / s). As shown in Equations (1) and (2), it is impossible to increase the maximum observation line speed and the maximum observation radius at the same time by adjusting the pulse repetition frequency. This is called a Doppler dilemma and can be expressed by Equation 3 as follows.

Figure 112013000295228-pat00009
Figure 112013000295228-pat00009

즉, 펄스 반복 주파수를 증가시켜 최대 관측 시선 속도를 크게 하는 것은 최대 관측 반경의 감소를 의미한다. 도 1은 S-band 레이더의 경우에 이러한 딜레마 관계를 나타낸 것으로써 일반적으로 250~300km 정도의 반경을 가지도록 관측하는 경우 위신호 효과의 발생은 필연적이며 이러한 위신호 효과로 인해 이 레이더의 관측값이 실제의 속도인지 아니면

Figure 112013000295228-pat00010
보다 더 큰 위신호인지를 판단하여 보정하는 방법이 필요하게 된다.That is, increasing the pulse repetition frequency to increase the maximum observation line speed means a decrease in the maximum observation radius. Figure 1 shows the dilemma relationship in the case of S-band radar. Generally, when the radar is observed to have a radius of 250 to 300 km, the above-mentioned signal effect is inevitable. Therefore, Is the actual speed
Figure 112013000295228-pat00010
It is necessary to determine whether the signal is a larger signal and to correct the signal.

본 발명의 목적은 외부 기상 관측 장비의 도움 없이 레이더 관측만으로 시선 속도의 위신호 판단과 이의 보정에 필요한 고해상도의 기준 시선 속도를 획득하기 위한 방법을 제공하는 데 있다.It is an object of the present invention to provide a method for acquiring a high reference point-of-view velocity necessary for judging a signal above a gaze speed and correcting it with only a radar observation without the aid of an external weather observation device.

본 발명의 다른 목적은 기준 시선 속도를 이용하여 위신호를 보정하는 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of correcting the above-mentioned signal using a reference eye velocity.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 기상 레이더가 관측한 시선 속도의 위신호를 보정하는 방법에 있어서, 위신호 보정의 기준이 되는 기준 시선 속도를 획득하는 단계; 및 상기 기준 시선 속도에 기초하여 위신호를 보정하는 단계; 를 포함하고 상기 기준 시선 속도는 최저 고도각에서 최대 관측 시선 속도를 소정의 값보다 크게 설정한 관측으로부터 획득하는 것을 특징으로 하는 위신호 보정 방법일 수 있다.According to an embodiment of the present invention, there is provided a method of correcting a signal above a gaze speed observed by a weather radar, comprising: obtaining a reference gaze velocity as a reference for correcting the above signal; And correcting the stray signal based on the reference eye velocity; And the reference gaze velocity is obtained from an observation in which the maximum observation gaze velocity at a minimum altitude angle is set to be larger than a predetermined value.

또한, 상기 소정의 값은 70m/s 인 것을 특징으로 하는 위신호 보정 방법일 수 있다.Also, the predetermined value may be 70 m / s.

또한, 상기 기준 시선 속도를 획득하는 단계는 2개의 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency, PRF)를 교대로 송수신하여 제1펄스 반복 주파수에서 관측된 시선 속도와 제2펄스 반복 주파수에서 관측된 시선 속도에 기초하여 최대 관측 시선 속도를 설정하는 단계; 를 더 포함하는 위신호 보정 방법일 수 있다.In addition, the step of acquiring the reference visual velocity includes alternately transmitting and receiving two pulse repetition frequencies (PRFs) to obtain the visual velocity observed at the first pulse repetition frequency and the visual velocity observed at the second pulse repetition frequency Setting a maximum observation line-of-sight velocity on the basis of the maximum observation line-of-sight velocity; And a second signal correction method.

또한, 상기 제1펄스 반복 주파수 대 상기 제2펄스 반복 주파수의 비율은 m:m+1 인 것을 특징으로 하는 위신호 보정 방법일 수 있다.The ratio of the first pulse repetition frequency to the second pulse repetition frequency may be m: m + 1.

또한, 상기 제2펄스 반복 주파수는 500Hz이고 상기 제1펄스 반복 주파수는 444Hz, 438Hz, 429Hz 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 위신호 보정 방법일 수 있다.Also, the second pulse repetition frequency may be 500 Hz, and the first pulse repetition frequency may be 444 Hz, 438 Hz, or 429 Hz.

또한, 상기 위신호를 보정하는 단계는 각 고도각에서 관측된 시선 속도에서 불규칙한 관측 결과를 필터링 하는 단계; 최저 고도각에서 관측된 각 좌표 지점에서의 기준 시선 속도에 기초하여 체적 관측의 최저 고도각에서의 위신호를 보정하는 단계; 상기 보정된 시선 속도에 기초하여 다음 고도각에서의 위신호를 보정하는 단계; 를 더 포함하는 위신호 보정 방법일 수 있다.The step of calibrating the above signal may further include filtering irregular observations at observed angular velocities at each elevation angle; Correcting the upper signal at the lowest altitude angle of the volume observation based on the reference line-of-sight velocity at each coordinate point observed at the lowest altitude angle; Correcting the upper signal at the next elevation angle based on the corrected gaze speed; And a second signal correction method.

또한, 상기 위신호를 보정하는 단계는 상기 기준 시선 속도와 관측한 시선 속도의 차이가 상기 최대 관측 시선 속도보다 더 크게 나타나는 경우에는 주위 좌표에서 보정이 완료된 시선 속도를 기준 시선 속도로 활용하거나 수평 방향으로의 시선 속도의 연속성을 고려하여 보정하는 위신호 보정 방법일 수 있다.In the case where the difference between the reference visual velocity and the observed visual velocity is greater than the maximum visual velocity, the corrected visual axis speed may be used as the reference visual velocity, In consideration of the continuity of the line-of-sight velocity.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 소정의 값보다 큰 최대 관측 시선 속도를 이용한 관측으로부터 최저 고도각에서의 기준 시선 속도를 획득하는 단계; 전체 고도각에 대해서 체적 관측을 수행하는 단계; 및 상기 기준 시선 속도에 기초하여 상기 체적 관측의 각 고도각에서의 시선 속도의 위신호를 보정하는 단계; 를 포함하는 기상 관측 방법일 수 있다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a method comprising: obtaining a reference line-of-sight velocity at a minimum altitude angle from an observation using a maximum observed line-of-sight velocity greater than a predetermined value; Performing volume observations for the entire altitude angle; And correcting a signal above a line speed at each elevation angle of the volume observations based on the reference line speed; And a weather observation method.

또한, 상기 기준 시선 속도를 획득하는 단계는 2개의 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency, PRF)를 교대로 송수신하여 제1펄스 반복 주파수에서 관측된 시선 속도와 제2펄스 반복 주파수에서 관측된 시선 속도에 기초하여 최대 관측 시선 속도를 설정하는 단계; 를 더 포함하는 기상 관측 방법일 수 있다.In addition, the step of acquiring the reference visual velocity includes alternately transmitting and receiving two pulse repetition frequencies (PRFs) to obtain the visual velocity observed at the first pulse repetition frequency and the visual velocity observed at the second pulse repetition frequency Setting a maximum observation line-of-sight velocity on the basis of the maximum observation line-of-sight velocity; And a meteorological observation method.

또한, 상기 체적 관측을 수행하는 단계는 관측 고도각이 3.2도 이하인 경우에는 제1펄스 반복 주파수를 400Hz로 하고, 제2펄스 반복 주파수를 600Hz로 관측하는 것을 특징으로 하는 기상 관측 방법일 수 있다.The step of performing the volume observation may be a meteorological observation method wherein the first pulse repetition frequency is 400 Hz and the second pulse repetition frequency is 600 Hz when the observation altitude angle is 3.2 degrees or less.

또한, 상기 체적 관측을 수행하는 단계는 관측 고도각이 3.2도 초과인 경우에는 단일의 펄스 반복 주파수로 관측하는 것을 특징으로 하는 기상 관측 방법일 수 있다.Also, the step of performing the volume observation may be a meteorological observation method wherein a single pulse repetition frequency is observed when the observation altitude angle is more than 3.2 degrees.

또한, 상기 단일의 펄스 반복 주파수는 900Hz인 것을 특징으로 하는 기상 관측 방법일 수 있다.Also, the single pulse repetition frequency may be 900 Hz.

또한, 상기 위신호를 보정하는 단계는 각 고도각에서 관측된 시선 속도에서 불규칙한 관측 결과를 필터링 하는 단계; 상기 최저 고도각에서 관측된 각 좌표 지점에서의 기준 시선 속도에 기초하여 상기 체적 관측의 최저 고도각에서의 위신호를 보정하는 단계; 상기 보정된 시선 속도에 기초하여 다음 고도각에서의 위신호를 보정하는 단계; 를 더 포함하는 위신호 보정 방법일 수 있다.The step of calibrating the above signal may further include filtering irregular observations at observed angular velocities at each elevation angle; Correcting the upper signal at the lowest altitude angle of the volume observation based on the reference line-of-sight velocity at each coordinate point observed at the lowest altitude angle; Correcting the upper signal at the next elevation angle based on the corrected gaze speed; And a second signal correction method.

또한, 상기 방법을 수행하기 위해 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체일 수 있다.
In addition, it may be a computer-readable recording medium made of a program to be executed on a computer to perform the above method.

본 발명의 일 측면에 따르면, 외부 기상 관측 장비의 도움 없이 레이더 관측만으로 고해상도의 기준 시선 속도를 획득할 수 있다.According to an aspect of the present invention, it is possible to obtain a high reference reference line speed only by radar observation without the aid of external weather observation equipment.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 기준 시선 속도를 이용하여 효율적으로 위신호를 보정할 수 있다.According to another aspect of the present invention, it is possible to correct the above signal efficiently using the reference visual velocity.

도 1은 파장 10cm를 사용하는 S-band 레이더에서 펄스 반복 주파수(PRF)에 따른 최대 관측 시선 속도와 최대 관측 반경의 변화를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 펄스 반복 주파수 방식에서 펄스 반복 주파수 비율에 따라 높은 펄스 반복 주파수와 낮은 펄스 반복 주파수의 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 펄스 반복 주파수 방식에서 펄스 반복 주파수 비율과 낮은 펄스 반복 주파수에 따른 최대 관측 시선 속도의 변화를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기상 관측 방법을 설명하기 위하여 레이더 관측 고도각에서의 거리에 따른 고도 변화를 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위신호 보정 방법 및 기준 시선 속도 획득 방법을 나타낸 흐름도이다.FIG. 1 shows the change in the maximum observation line speed and the maximum observation radius according to the pulse repetition frequency (PRF) in an S-band radar using a wavelength of 10 cm.
FIG. 2 shows a change in a high pulse repetition frequency and a low pulse repetition frequency according to a pulse repetition frequency ratio in the double pulse repetition frequency method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a graph showing a change in the maximum observation line speed according to the pulse repetition frequency ratio and the low pulse repetition frequency in the double pulse repetition frequency method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph illustrating an altitude change according to a distance from a radar observation altitude angle in order to explain a meteorological observation method according to an embodiment of the present invention.
5 is a flowchart illustrating a method of correcting an out-of-phase signal and a reference eye velocity acquisition method according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 다른 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술 되는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.Other advantages and features of the present invention and methods of achieving them will become apparent with reference to the embodiments described below in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as being limited to the embodiments set forth herein. Rather, these embodiments are provided so that this disclosure will be thorough and complete, and will fully convey the concept of the invention to those skilled in the art. Is provided to fully convey the scope of the invention to those skilled in the art, and the invention is only defined by the scope of the claims.

만일 정의되지 않더라도, 여기서 사용되는 모든 용어들(기술 혹은 과학 용어들을 포함)은 이 발명이 속한 종래 기술에서 보편적 기술에 의해 일반적으로 수용되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적인 사전들에 의해 정의된 용어들은 관련된 기술 그리고/혹은 본 출원의 본문에 의미하는 것과 동일한 의미를 갖는 것으로 해석될 수 있고, 그리고 여기서 명확하게 정의된 표현이 아니더라도 개념화되거나 혹은 과도하게 형식적으로 해석되지 않을 것이다.Unless defined otherwise, all terms (including technical or scientific terms) used herein have the same meaning as commonly accepted by the generic art in the prior art to which this invention belongs. Terms defined by generic dictionaries may be interpreted to have the same meaning as in the related art and / or in the text of this application, and may be conceptualized or overly formalized, even if not expressly defined herein I will not.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다' 및/또는 이 동사의 다양한 활용형들 예를 들어, '포함', '포함하는', '포함하고', '포함하며' 등은 언급된 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 조성, 성분, 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.The terminology used herein is for the purpose of illustrating embodiments and is not intended to be limiting of the present invention. In the present specification, the singular form includes plural forms unless otherwise specified in the specification. As used herein, the terms' comprise 'and / or various forms of use of the verb include, for example,' including, '' including, '' including, '' including, Steps, operations, and / or elements do not preclude the presence or addition of one or more other compositions, components, components, steps, operations, and / or components.

본 명세서에서 '및/또는' 이라는 용어는 나열된 구성들 각각 또는 이들의 다양한 조합을 가리킨다.The term 'and / or' as used herein refers to each of the listed configurations or various combinations thereof.

한편, 본 명세서 전체에서 사용되는 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미할 수 있다. 예를 들어 소프트웨어, FPGA 또는 ASIC과 같은 하드웨어 구성요소를 의미할 수 있다. 그렇지만 '~부', '~기', '~블록', '~모듈' 등이 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 어드레싱할 수 있는 저장 매체에 있도록 구성될 수도 있고 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 따라서, 일 예로서 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'은 소프트웨어 구성요소들, 객체지향 소프트웨어 구성요소들, 클래스 구성요소들 및 태스크 구성요소들과 같은 구성요소들과, 프로세스들, 함수들, 속성들, 프로시저들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어, 마이크로 코드, 회로, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 어레이들 및 변수들을 포함한다. 구성요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들 안에서 제공되는 기능은 더 작은 수의 구성요소들 및 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 결합되거나 추가적인 구성요소들과 '~부', '~기', '~블록', '~모듈'들로 더 분리될 수 있다.
It should be noted that the terms such as '~', '~ period', '~ block', 'module', etc. used in the entire specification may mean a unit for processing at least one function or operation. For example, a hardware component, such as a software, FPGA, or ASIC. However, '~ part', '~ period', '~ block', '~ module' are not meant to be limited to software or hardware. Modules may be configured to be addressable storage media and may be configured to play one or more processors. ≪ RTI ID = 0.0 > Thus, by way of example, the terms 'to', 'to', 'to block', 'to module' may refer to components such as software components, object oriented software components, class components and task components Microcode, circuitry, data, databases, data structures, tables, arrays, and the like, as well as components, Variables. The functions provided in the components and in the sections ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ ' , '~', '~', '~', '~', And '~' modules with additional components.

본 발명은 기상 레이더로 관측한 시선 속도 자료에서의 위신호 문제를 해결하기 위하여 관측 전략을 특성화함으로써 고해상도 기준 시선 속도를 획득하고, 이를 이용하여 시선 속도의 위신호를 소프트웨어적으로 보정하기 위한 방법에 관한 것이다. 이를 위해서 본 발명의 일 실시예에서는 외부 기상 관측 장비의 도움 없이 레이더 관측만으로 고해상도의 기준 시선 속도를 획득할 수 있다. 그리고, 고해상도 기준 시선 속도로부터 시선 속도 자료의 연직 방향으로의 연속성을 이용하여 소프트웨어적으로 시선 속도의 위신호를 보정할 수 있다.
The present invention relates to a method for acquiring a high resolution reference line speed by characterizing an observation strategy in order to solve the above signal problem in gaze speed data observed by a weather radar, . For this purpose, in one embodiment of the present invention, a reference line speed of high resolution can be obtained only by radar observation without the aid of external weather observation equipment. Then, by using the continuity of the visual velocity data in the vertical direction from the high resolution reference visual velocity, it is possible to correct the signal above the visual velocity in software.

본 발명의 일 실시예에 따른 위신호 보정 방법에서는 임의의 지점에서의 바람의 기준값으로부터 시공간적인 연속성을 이용해서 보정할 수 있다. 이러한 보정을 위해서는 보정의 기준이 되는 임의의 지점에서의 바람의 기준값이 위신호가 아닌 실제 바람의 속도여야 한다. 기존에는 임의의 지점에서의 바람의 기준값, 즉 기준 시선 속도를 획득하기 위해서 레디오 죤데, 윈드 파일러 등과 같은 다른 기상 장비를 이용하여 측정하였으나 이 장비들의 관측은 100km 이상의 넓은 간격에서 이루어지며, 또한 레디오 죤데의 경우 6시간 또는 12시간 간격으로 관측이 이루어지기 때문에 레이더 관측 지점과의 시공간적 차이가 매우 큰 문제점이 있다.In the above-mentioned signal correction method according to an embodiment of the present invention, it is possible to correct by using temporal and spatial continuity from a wind reference value at an arbitrary point. For this correction, the reference value of the wind at any point that is the basis of the correction should be the actual wind speed, not the above signal. Previously, it was measured by using other meteorological equipment such as radiojonde or windfiller to obtain the reference value of the wind at a certain point, that is, the reference line speed. However, observations of these equipments are performed at a wide interval of 100 km or more, Because the observation is performed at intervals of 6 hours or 12 hours, there is a problem that the time and space difference with the radar observation point is very large.

따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 위신호 보정 방법에서는 체적 관측 시작에 앞서 가장 낮은 고도각에서의 레이더 관측을 최대 관측 반경 300km까지 최대 관측 시선 속도 80m/s 정도로 매우 높게 설정한 관측을 추가함으로써, 외부 기상 장비의 도움 없이 이 관측에서 측정된 시선 속도를 위신호 보정 방법에서의 기준 시선 속도로 사용할 수 있다. 또한, 현재 우리나라 기상청 레이더의 관측 전략이 10분 간격으로 체적 관측을 반복하지만 실제로는 약 8분의 시간이 소요되고 있고, 나머지 2분 동안은 최저 고도각에서 최대 관측 반경을 240km 이상으로 멀리 확장하여 시선 속도 자료는 사용치 않고 레이더 반사도만을 이용하여 강수 에코를 감시하는 목적으로만 사용하고 있기 때문에, 이 2분 동안의 관측을 본 발명에서의 기준 시선 속도 획득을 위한 관측과 교체하는 것이 가능하다. 즉, 본 발명의 기준 시선 속도 획득을 위한 최저 고도각에서의 관측에서, 300km 까지 관측된 레이더 반사도는 강수 에코의 감시용으로 사용하고, 반면에 시선 속도는 연속된 체적 관측에서의 시선 속도의 위신호 보정을 위한 기준 시선 속도로 사용할 수 있다.Therefore, in the above-mentioned signal correction method according to the embodiment of the present invention, by adding observations in which the radar observation at the lowest altitude angle is set to a maximum observation radius of 300 km and a maximum observation velocity of 80 m / s before the beginning of the volume observation , The gaze speed measured in this observation can be used as the reference gaze speed in the above signal correction method without the aid of external meteorological equipment. In addition, the Korea Meteorological Administration radar observation strategy repeats the volume observation at intervals of 10 minutes, but it takes about 8 minutes. In the remaining 2 minutes, the maximum observation radius is extended to 240 km or more at the minimum altitude Since the gaze velocity data is used only for the purpose of monitoring the precipitation echo using only the radar reflectance and not used, it is possible to replace the observation for 2 minutes with the observation for obtaining the reference gaze velocity in the present invention. That is, in observations at the lowest altitude angles for obtaining the reference line velocity of the present invention, the radar reflectivity observed up to 300 km is used for surveillance of precipitation echoes, while the line velocity is higher than the gaze velocity in consecutive volume observations It can be used as the reference line speed for signal correction.

최대 관측 시선 속도 80m/s는 태풍과 같이 극단적으로 강한 바람이 나타나는 경우의 최대 풍속보다도 큰 값이기 때문에 이 관측에서는 위신호 현상이 실제로 잘 발생하지 않으므로 관측값은 실제 바람의 풍속을 나타내는 참값으로 판단할 수 있다. 이제 최저 고도각부터 체적 관측이 시작되면 기준 시선 속도를 기준으로 관측값의 연속성을 이용하여 보정할 수 있다. 이렇게 해서 보정된 관측값은 다음 고도각에서의 시선 속도를 보정하기 위한 기준 시선 속도가 된다. 최고 고도각까지 이러한 단계를 반복하여 전체 체적 관측에 대한 위신호 보정을 할 수 있게 된다. 기준 시선 속도를 기준으로 관측값의 연속성을 이용하여 보정하는 방법은 후에 상세히 설명할 것이다.
Since the maximum observation velocity of 80 m / s is larger than the maximum wind velocity in the case of extremely strong winds such as typhoons, the above signal phenomenon does not actually occur in this observation. Therefore, the observation value is determined as a true value indicating the actual wind velocity can do. Now, when the volume observation starts from the minimum altitude angle, it can be corrected by using the continuity of the observation value based on the reference line speed. The corrected observation value thus becomes the reference gaze velocity for correcting the gaze velocity at the next elevation angle. These steps can be repeated up to the highest altitude angle to compensate the above signal for the whole volume observation. The method of correcting using the continuity of the observed values based on the reference visual velocity will be described later in detail.

이제 본 발명의 일 실시예에 따른 위신호 보정 방법에서 최대 관측 시선 속도를 크게 하는 방법과 이를 위한 펄스 반복 주파수를 구하는 방법을 설명할 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 시선 속도 획득 방법에서 최대 관측 시선 속도를 증가시키기 위해 서로 다른 펄스 반복 주파수를 교대로 송수신하여 각각의 펄스 반복 주파수에서 관측된 시선 속도의 차이를 비교함으로써 수행될 수 있다. 서로 다른 펄스 반복 주파수를 교대로 송신하는 방식은 크게 세 가지 방식이 있다.Now, a method of increasing the maximum observed line speed in the up-signal correction method according to an embodiment of the present invention and a method of obtaining the pulse repetition frequency for the method will be described. In the reference eye velocity acquisition method according to an embodiment of the present invention, different pulse repetition frequencies may be alternately transmitted and received to increase the maximum observation eye velocity, and the difference may be performed by comparing the observed eye velocity differences at each pulse repetition frequency have. There are three methods of alternately transmitting different pulse repetition frequencies.

첫째는 서로 다른 두 개의 펄스 반복 주파수 각각에서 펄스의 긴 시리즈를 방위각 방향으로 연속으로 교대로 송수신하는 이중 펄스 반복 주파수 방식으로 우리나라 기상청에서 운용하고 있는 현업용 S-band 레이더를 비롯한 많은 다른 나라의 레이더에서 사용하고 있는 방식이다. 이 방식에서의 최대 관측 시선 속도는 수학식 4로 정의된다.The first is a dual pulse repetition frequency method that alternately transmits and receives a long series of pulses at azimuth angle direction at each of two different pulse repetition frequencies. It is a dual pulse repetition frequency system which is operated by Korea Meteorological Agency, This is the method used in. The maximum observed velocity in this manner is defined by equation (4).

Figure 112013000295228-pat00011
Figure 112013000295228-pat00011

위 식에서

Figure 112013000295228-pat00012
과
Figure 112013000295228-pat00013
는 각각 낮은 펄스 반복 주파수와 높은 펄스 반복 주파수를 나타내며, 각각 긴 펄스 반복 시간(
Figure 112013000295228-pat00014
)과 짧은 펄스 반복 시간(
Figure 112013000295228-pat00015
)에 대응한다. k는 두 펄스 반복 주파수의 비율로써
Figure 112013000295228-pat00016
로 정의된다.In the above equation
Figure 112013000295228-pat00012
and
Figure 112013000295228-pat00013
Represent a low pulse repetition frequency and a high pulse repetition frequency, respectively, and a long pulse repetition time (
Figure 112013000295228-pat00014
) And a short pulse repetition time (
Figure 112013000295228-pat00015
). k is the ratio of the two pulse repetition frequencies
Figure 112013000295228-pat00016
.

둘째는 두 개의 서로 다른 펄스 반복 주파수 각각의 펄스를 긴 시리즈가 아닌, 각 펄스 반복 주파수에서의 펄스를 한번씩 연속적으로 교대하여 송수신하고 각 펄스 반복 주파수에서의 펄스를 비교하여 최대 관측 시선 속도를 증가시키는 스태그드(stagged) 방식이다. 스태그드 방식은 현재 프랑스에서 운용되고 있는 기상 레이더 들에 적용되고 있다.Second, the pulse of each of the two different pulse repetition frequencies is alternately transmitted and received alternately, not the long series, but the pulse at each pulse repetition frequency, and the pulse at each repetition frequency is compared to increase the maximum observation speed It is stagged. The staggered approach is applied to weather radars currently operating in France.

셋째는 미국 기상청에서 운용하고 있는 인터레이스트 샘플링 방식이다. 이 방법은 두 개의 서로 다른 펄스 반복 주파수를 사용하는 것은 위 두 가지 방법과 동일하지만 최대 관측 시선 속도를 증가시키는 원리는 아니며, 두 개의 펄스 반복 주파수 각각에서 몇 개의 펄스로 구성된 펄스 블락을 교대로 송수신하여 낮은 펄스 반복 주파수에서의 펄스로부터는 레이더 반사도를, 높은 펄스 반복 주파수로부터는 반사도 이외의 시선 속도와 이중 편파 변수(차등 반사도, 차등 위상차, 교차상관계수 등)를 산출하는 방식이다.The third is the interlace sampling method operated by the US Meteorological Agency. This method is the same as the above two methods using two different pulse repetition frequencies but is not a principle for increasing the maximum observation velocity, and alternately transmitting and receiving pulse blocks composed of several pulses at each of the two pulse repetition frequencies The radar reflectivity is calculated from the pulse at the low pulse repetition frequency, and the gaze velocity and the dual polarization parameter (differential reflectance, differential phase difference, cross correlation coefficient, etc.) other than the reflectivity from the high pulse repetition frequency are calculated.

본 명세서에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 위신호 보정 방법을 이중 펄스 반복 주파수 방식으로 설명하고 있으나 이에 한정되는 것은 아니며 스태그드 방식에서도 적용될 수 있으며, 또한 서로 다른 두 개의 펄스 반복 주파수의 사용뿐만 아니라 세 개의 펄스 반복 주파수를 사용하는 방식에도 적용될 수 있다.
In the present specification, the above-described signal correction method according to an embodiment of the present invention is described as a double pulse repetition frequency method. However, the present invention is not limited thereto and can be applied to a staggered method. In addition, It can be applied to a method using three pulse repetition frequencies.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 펄스 반복 주파수 방식에서 펄스 반복 주파수 비율에 따라 높은 펄스 반복 주파수와 낮은 펄스 반복 주파수의 변화를 나타낸 것이다. 펄스 반복 주파수 비율 k는 2/3, 3/5 등과 같이 2보다 큰 정수의 다양한 조합으로 구성할 수 있으나, m/m+1의 형태가 시선 속도의 관측 오차를 감소시키기 위한 가장 효과적인 조합이 될 수 있다. 또한, 도 2에서 나타난 9/10 보다 더 큰 11/12, 12/13 등과 같은 비율로 구성하는 것도 가능하지만, 펄스 반복 주파수 비율이 커질수록 관측 오차가 증가하는 경향이 있기 때문에, 8/9 이하의 비율을 사용함으로써 관측 오차를 20% 이하로 발생시킬 수 있다.
FIG. 2 shows a change in a high pulse repetition frequency and a low pulse repetition frequency according to a pulse repetition frequency ratio in the double pulse repetition frequency method according to an embodiment of the present invention. The pulse repetition frequency ratio k can be composed of various combinations of integers greater than 2, such as 2/3, 3/5, etc., but the form m / m + 1 is the most effective combination to reduce the observation error of the visual velocity . It is also possible to configure the ratio such as 11/12, 12/13, etc. larger than 9/10 shown in FIG. 2, but since the observation error tends to increase as the pulse repetition frequency ratio increases, The observation error can be reduced to 20% or less.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이중 펄스 반복 주파수 방식에서 펄스 반복 주파수 비율과 낮은 펄스 반복 주파수에 따른 최대 관측 시선 속도의 변화를 나타낸 것이다. 펄스 반복 주파수 조절을 통한 최대 관측 시선 속도의 증가 방법에서 고려하여야 할 중요한 요소는 관측 자료에 포함되는 내재적 관측 오차(intrinsic measuring error), 즉 관측 자료의 정확도이다. 관측 자료의 정확도 향상은 임의의 레이더 관측 지점에서의 시선 속도를 산출하기 위해 사용한 펄스 수 또는 샘플 수(N)의 증가를 통해 이룰 수 있으며, 샘플의 수는 수학식 5와 같이 정의된다.FIG. 3 is a graph showing a change in the maximum observation line speed according to the pulse repetition frequency ratio and the low pulse repetition frequency in the double pulse repetition frequency method according to an embodiment of the present invention. An important factor to be considered in the method of increasing the maximum observation velocity through the pulse repetition frequency adjustment is the intrinsic measuring error included in the observation data, that is, the accuracy of the observation data. The accuracy improvement of the observation data can be achieved by increasing the number of pulses used or the number of samples (N) used to calculate the line speed at any radar observation point, and the number of samples is defined as shown in Equation (5).

Figure 112013000295228-pat00017
Figure 112013000295228-pat00017

위 식에서

Figure 112013000295228-pat00018
는 레이더 관측 좌표의 방위각 방향의 간격을 나타내며,
Figure 112013000295228-pat00019
는 안테나의 회전 속도를 나타낸다. 양질의 관측 자료를 획득하기 위한 목적으로 샘플 수(N)를 증가시키기 위해서는 펄스 반복 주파수(PRF)의 증가와
Figure 112013000295228-pat00020
의 감소를 통하여 이룰 수 있지만 최대 관측 시선 속도를 증가시키기 위해 이중 펄스 반복 주파수 방식으로 관측을 하게 되면 낮은 펄스 반복 주파수의 사용과 더불어 한정된 안테나 회전 시간 동안에 서로 다른 두 개의 펄스 반복 주파수 사용으로 인한 샘플 수의 감소로 인하여 관측 자료의 오차가 크게 나타나게 된다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 위신호 보정 방법에서 이와 같이 관측한 시선 속도는 위신호 보정을 위한 기준 시선 속도로만 사용되기 때문에 바람의 세 성분 산출 등과 같이 시선 속도의 정량적 사용에서 요구되는 것과 같은 고품질의 시선 속도는 필요하지 않다. 위신호 보정에서 사용되는 기준 시선 속도는 최대 관측 시선 속도의 두 배 이내에만 존재하면 되기 때문이다. 또한, 앞서 설명한 것과 같이 현재 기상청의 레이더 관측 전략에서 주어지는 여분의 시간 동안 안테나의 회전 속도를 느리게 설정하여 샘플 수를 증가시킴으로써 낮은 펄스 반복 주파수의 사용으로 인한 관측 오차의 증가를 보상할 수 있게 된다.
In the above equation
Figure 112013000295228-pat00018
Represents an interval in the azimuth direction of the radar observation coordinates,
Figure 112013000295228-pat00019
Represents the rotation speed of the antenna. In order to increase the number of samples (N) for the purpose of obtaining high-quality observations, increase of the pulse repetition frequency (PRF)
Figure 112013000295228-pat00020
It is possible to reduce the number of samples due to the use of two different pulse repetition frequencies during a limited antenna rotation time in addition to the use of a low pulse repetition frequency in order to increase the maximum observation speed. The error of the observed data is large. However, since the gaze speed observed in the above signal correction method according to an embodiment of the present invention is used only as the reference gaze velocity for correcting the above signal, No such high quality gaze speed is required. This is because the reference line speed used in the above signal correction only exists within twice the maximum observation line speed. Also, as described above, the increase of the observation error due to the use of the low pulse repetition frequency can be compensated by increasing the number of samples by setting the rotation speed of the antenna to be slow for the extra time given in the radar observation strategy of the present weather station.

이제 도 2와 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 위신호 보정 방법에서 사용할 펄스 반복 주파수를 구할 수 있다. 앞서 설명한 것처럼 S-band 기상 레이더 관측은 최대 관측 반경 300km 정도가 요구되어지기 때문에 도 1에서와 같이 300km 까지 관측하기 위해서는 이중 펄스 반복 주파수 방식에서 높은 펄스 반복 주파수를 500 Hz를 사용할 수 있다. 이 경우 도 2를 참조하여 펄스 반복 주파수 비율 k=2/3 부터 k=9/10를 고려하면 낮은 펄스 반복 주파수는 333Hz 부터 450Hz를 사용할 수 있다. 이 범위 내에서 최대 관측 시선 속도 80m/s를 얻을 수 있는 펄스 반복 주파수 비율 k를 도 3를 참조하여 구해보면 8/9, 7/8, 6/7이며 대응하는 낮은 펄스 반복 주파수는 각각 444Hz, 438Hz, 429Hz이다. 이러한 3가지 펄스 반복 주파수 비율과 이에 대응하는 각각의 낮은 펄스 반복 주파수로 얻을 수 있는 최대 관측 시선 속도는 수학식 4로부터 각각 99.9m/s, 87.6m/s, 75.1m/s임을 알 수 있다. 펄스 반복 주파수 비율 k가 작을수록 이중 펄스 반복 주파수 방식에서 에러가 적게 나타나기 때문에 6/7을 선택할 수 있다. 이 경우 두 개의 펄스 반복 주파수는 500Hz와 429H가 된다. 이는 바람직한 실시예일 뿐이며 펄스 반복 주파수 비율과 높은 펄스 반복 주파수 및 낮은 펄스 반복 주파수는 필요에 따라 선택될 수 있을 것이다. 또한, 이중 펄스 반복 주파수 방식 외에 스태그드 삼중 펄스 반복 주파수 방식을 사용해서 최대 관측 시선 속도를 80m/s 로 증가시킬 수 있으며 이는 이 분야에 정통한 당업자라면 본 명세서로부터 용이하게 도출할 수 있을 것이다.
Referring to FIG. 2 and FIG. 3, a pulse repetition frequency to be used in the above signal correction method according to an embodiment of the present invention can be obtained. As described above, the S-band weather radar observation requires a maximum observation radius of 300 km. Therefore, in order to observe up to 300 km as in FIG. 1, a high pulse repetition frequency of 500 Hz can be used in the double pulse repetition frequency system. In this case, referring to FIG. 2, considering the pulse repetition frequency ratio k = 2/3 to k = 9/10, a low pulse repetition frequency can be used from 333 Hz to 450 Hz. The pulse repetition frequency ratio k at which the maximum observation velocity of 80 m / s can be obtained within the range is 8/9, 7/8, 6/7, and the corresponding low repetition frequency is 444 Hz, 438 Hz, 429 Hz. These three pulse repetition frequency ratios and the corresponding maximum observed line speeds obtained from the respective low pulse repetition frequencies are 99.9 m / s, 87.6 m / s and 75.1 m / s, respectively, from the equation (4). The smaller the pulse repetition frequency ratio k is, the fewer errors appear in the double pulse repetition frequency method, so that 6/7 can be selected. In this case, the two pulse repetition frequencies are 500Hz and 429H. This is only a preferred embodiment, and the pulse repetition frequency ratio, high pulse repetition frequency and low pulse repetition frequency may be selected as needed. In addition, the maximum observation line speed can be increased to 80 m / s by using a staggered triple pulse repetition frequency method in addition to the double pulse repetition frequency method, and it will be readily apparent to those skilled in the art from this specification.

이제 획득한 기준 시선 속도를 이용하여 위신호를 보정하는 방법을 설명할 것이다. 앞서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 위신호 보정방법에서는 임의의 지점에서의 바람의 기준값으로부터 시공간적인 속도의 연속성을 이용하여 보정할 수 있다. 임의의 좌표지점에서 위신호 영향을 받지 않은 기준 시선 속도(reference radial velocity)

Figure 112013000295228-pat00021
을 알고 있을 때 레이더로 관측한 시선 속도
Figure 112013000295228-pat00022
의 위신호 여부는 다음의 수학식 6을 통해서 알 수 있다.Now we will explain how to calibrate the above signal using the acquired reference eye velocity. As described above, in the above-described signal correction method according to an embodiment of the present invention, it is possible to correct the continuity of the temporal and spatial velocity from the reference value of the wind at an arbitrary point. The reference radial velocity, which is not affected by the above signal at any coordinate point,
Figure 112013000295228-pat00021
When the radar observes the observed velocity
Figure 112013000295228-pat00022
Is determined by the following Equation (6).

Figure 112013000295228-pat00023
Figure 112013000295228-pat00023

Figure 112013000295228-pat00024
Figure 112013000295228-pat00024

예를 들어, 최대 관측 시선 속도(

Figure 112013000295228-pat00025
)이 10m/s 일 때, 기준 시선 속도(
Figure 112013000295228-pat00026
)이 +9m/s 인 상황에서 레이더로 관측한 -8m/s의 시선 속도는 수학식 6에 의해 위신호로 판단된다. 이러한 위 신호는 다음의 수학식 7을 통해 실제 시선 속도(
Figure 112013000295228-pat00027
)로 보정한다.For example, the maximum observed line speed (
Figure 112013000295228-pat00025
) Is 10 m / s, the reference visual velocity (
Figure 112013000295228-pat00026
) Is +9 m / s, the visual speed of -8 m / s observed by the radar is determined as the above signal by Equation (6). This upper signal can be expressed by the following equation (7)
Figure 112013000295228-pat00027
).

Figure 112013000295228-pat00028
Figure 112013000295228-pat00028

여기서 정수 n은 이미 알고 있는 기준 시선 속도(

Figure 112013000295228-pat00029
)을 이용하여 수학식 8을 이용하여 결정한다.Where the integer n is the known reference line speed (
Figure 112013000295228-pat00029
) ≪ / RTI >

Figure 112013000295228-pat00030
Figure 112013000295228-pat00030

Figure 112013000295228-pat00031
Figure 112013000295228-pat00031

Figure 112013000295228-pat00032
Figure 112013000295228-pat00032

Figure 112013000295228-pat00033
Figure 112013000295228-pat00033

Figure 112013000295228-pat00034
Figure 112013000295228-pat00034

Figure 112013000295228-pat00035
Figure 112013000295228-pat00035

위와 같은 과정을 거쳐 위에서 예로 언급한 -8 m/s의 시선 속도는 실제 시선 속도 V=+12m/s로 보정될 수 있다.Through the above process, the sight speed of -8 m / s mentioned above can be corrected to the actual visual speed V = + 12 m / s.

즉, 임의의 좌표지점에서 위신호 영향을 받지 않은 기준 시선 속도를 알고 있을 때 레이더로 관측한 시선 속도를 수학식 6 부터 수학식 8을 이용하여 실제 시선 속도로 보정할 수 있으며, 위신호 영향을 받지 않은 기준 시선 속도는 본 발명의 일 실시예에 따른 기준 시선 속도 획득 방법, 즉 체적 관측에 앞서 최대 관측 시선 속도를 크게 한 관측으로부터 얻음으로써 위신호 보정이 수행될 수 있다. 이렇게 해서 보정된 시선 속도는 그 다음 고도각에서 위신호 보정을 위한 기준 시선 속도로 사용될 수 있다. 이 과정을 전체 고도각에 대해서 반복함으로써 전체 체적 관측에 대한 위신호 보정이 수행될 수 있다.
That is, it is possible to correct the gaze velocity observed by the radar at the arbitrary coordinate point when the reference gaze velocity not influenced by the above signal is known to the actual gaze velocity using Equation 6 through Equation 8, The unadjusted reference line speed can be performed by obtaining the reference line speed acquisition method according to an embodiment of the present invention, that is, from the observation that the maximum observation line speed is increased prior to the volume observation. The corrected gaze velocity can then be used as the reference gaze velocity for correcting the above signal at the next elevation angle. By repeating this procedure for the entire elevation angle, the above signal correction for the entire volume observation can be performed.

도 4와 표 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 기상 관측 방법을 설명하기 위한 한 예를 나타낸 것이다. 고도각 0.2°부터 20.0°까지 체적 관측을 구성하는 12개의 고도각은 현재 기상청 진도 레이더에서 사용하고 있는 체적 관측 고도각과 동일하며 이를 이용하여 본 발명의 일 실시예에 따른 관측 전략의 특성화를 설명한다. 체적 관측 전에 상술한 기준 시선 속도 획득을 위한 관측을 수행한 후, 체적 관측의 최저 고도각부터 최고 고도각까지 전체 고도각에 대해서 표 1과 같은 방식으로 관측을 수행한다. 또한, 도 4에서 보는 바와 같이 고도각이 높을수록 기상학적 에코가 나타나는 대류권계면(고도 11km)에 대응하는 거리가 짧아지기 때문에 본 발명의 일 실시예에 따른 기상 관측 방법에서는 고도 15km까지만 관측을 제한할 수 있으며, 이러한 경우 최대 관측 반경은 고도각의 증가에 따라 감소시키고 펄스 반복 주파수는 증가시킴으로써 최대 관측 시선 속도를 20-30m/s로 유지시킴과 동시에 샘플 수를 증가시킴으로써 정확도가 높은 고품질의 시선 속도 자료를 관측할 수 있다.4 and Table 1 show an example for explaining a weather observation method according to an embodiment of the present invention. The elevation angles constituting the volumetric observations from 0.2 ° to 20.0 ° of altitude are the same as the volumetric elevation angles used in the current Meteorological Agency radar and are used to describe the characterization of the observation strategy according to one embodiment of the present invention . Observations are performed to obtain the above reference velocity prior to the volume observation, and then observations are made in the same manner as in Table 1 for the total altitude angle from the lowest altitude to the highest altitude of the volumetric observations. Further, as shown in FIG. 4, since the distance corresponding to the troposphere interface (elevation of 11 km) at which the meteorological echo appears is shorter as the altitude angle is higher, the meteorological observation method according to the embodiment of the present invention limits the observation to only 15 km In this case, the maximum observation radius is decreased according to the increase of the elevation angle, and the pulse repetition frequency is increased to maintain the maximum observation line speed at 20-30 m / s, and at the same time, the number of samples is increased, Speed data can be observed.

Figure 112013000295228-pat00036
Figure 112013000295228-pat00036

도 4를 참조하면 최저 고도각 0.2°부터 3.2°까지는 기상청에서 설정한 최대 관측 반경 240km에 대응하는 고도가 15km이하이다. 따라서, 최대 관측 시선 속도와 샘플 수를 증가시키기 위해 펄스 반복 주파수를 증가시키는 경우 최대 관측 반경 240km를 만족시킬 수 없기 때문에, 400Hz와 600Hz를 펄스 반복 주파수로 사용하여 최대 관측 시선 속도 30.0m/s로 관측한다. 그리고 고도각 3.2°보다 더 높은 4.2°부터 최고 고도각인 20°까지 8개의 고도각에서는 단일의 펄스 반복 주파수를 사용하여 샘플 수를 증가시킴으로써 고품질의 자료를 획득할 수 있다. 도 3에서 보는 바와 같이 고도각 4.2°는 거리 160km에서 대류권 계면 고도보다 높은 13.5km에 대응하기 때문에, 낮은 고도각들에서 사용한 600Hz 이상의 높은 펄스 반복 주파수를 사용하는 것이 가능하다. 즉, 900Hz를 사용함으로써 최대 관측 반경 167km까지 최대 관측 시선 속도 22.5m/s의 설정이 가능하다. 상기 펄스 반복 주파수와 최대 관측 시선 속도는 예시적인 것이며, 고도각이 더 높아질수록 고도 본 발명에서 한정한 고도 15km에 대응하는 거리가 짧아지기 때문에 펄스 반복 주파수를 더욱 증가시키는 것이 가능하며 단일의 높은 펄스 반복 주파수를 사용함으로써 샘플 수를 증가시키고 관측오차가 작은 고품질의 시선 속도를 획득할 수 있다.
Referring to FIG. 4, the altitude corresponding to the maximum observing radius of 240 km set by the Korea Meteorological Administration is 15 km or less from the minimum altitude angle of 0.2 ° to 3.2 °. Therefore, when the pulse repetition frequency is increased to increase the maximum observation line speed and the number of samples, the maximum observation radius of 240 km can not be satisfied. Therefore, using the pulse repetition frequency of 400 Hz and 600 Hz as the maximum observation line speed of 30.0 m / s Observe. Higher quality data can be obtained by increasing the number of samples using a single pulse repetition frequency at eight elevation angles from 4.2 °, which is higher than the altitude angle of 3.2 ° to 20 °, which is the highest altitude angle. As shown in FIG. 3, it is possible to use a high pulse repetition frequency of 600 Hz or more, which is used at low altitude angles, because the altitude angle 4.2 ° corresponds to 13.5 km higher than the troposphere interface altitude at a distance of 160 km. That is, by using 900Hz, it is possible to set the maximum observation line speed of 22.5m / s up to the maximum observation radius of 167km. The pulse repetition frequency and the maximum observing line speed are illustrative, and the higher the altitude angle, the shorter the distance corresponding to the altitude of 15 km defined by the present invention. Therefore, it is possible to further increase the pulse repetition frequency, By using the repetition frequency, it is possible to increase the number of samples and acquire a high-quality viewing speed with a small observation error.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 위신호 보정 방법 및 기준 시선 속도 획득 방법을 나타낸 흐름도이다. 앞서 설명한 것처럼 위신호 보정을 위한 기준 시선 속도를 획득하기 위해서 체적 관측에 앞서 최저 고도각에서 기준 시선 속도를 관측한다(S10). 그 후 제1고도각부터 제n고도각까지 체적 관측을 수행한다(S20). 그리고, 각 고도각에서 관측된 시선 속도에서 점의 형태로 불규칙하게 나타나는 이중 펄스 반복 주파수 에러를 적절한 필터링을 사용하여 제거한다. 그 후, 최저 고도각에서 관측된 각 좌표지점에서의 기준 시선 속도(최대 관측 시선 속도 80m/s)를 이용하여 체적 관측의 제1고도각(최대 관측 시선 속도 30m/s)에서의 위신호를 보정한다(S30). 제1고도각에서의 위신호 보정이 모두 수행되면, 이 보정된 제1고도각에서의 시선 속도를 제2고도각에서의 위신호 보정을 위한 기준 시선 속도로 사용하여 연직 방향으로의 시선 속도의 연속성을 이용하여 제2고도각에서의 위신호를 보정한다(S40). 이와 같은 S30~S40 단계를 체적 관측의 최고 고도각인 제n고도각까지 순차적으로 수행하여 체적 관측 전체의 시선 속도 보정을 수행할 수 있다.
5 is a flowchart illustrating a method of correcting an out-of-phase signal and a reference eye velocity acquisition method according to an embodiment of the present invention. As described above, in order to obtain the reference line speed for correcting the above signal, the reference line speed is observed at the lowest altitude angle prior to the volume observation (S10). Then, a volume observation is performed from the first elevation angle to the nth elevation angle (S20). Then, the double pulse repetition frequency error, which appears irregularly in the form of a point at the observed line speed at each altitude angle, is removed using appropriate filtering. Then, the upper signal at the first elevation angle of the volumetric observation (maximum observation velocity of 30 m / s) is calculated using the reference line velocity (maximum observation velocity of 80 m / s) at each coordinate point observed at the lowest altitude angle (S30). When all of the above signal corrections at the first elevation angle are performed, the corrected line-of-sight velocity at the first elevation angle is used as the reference line-of-sight velocity for correcting the upper signal at the second elevation angle, The continuity is used to correct the above signal at the second elevation angle (S40). It is possible to perform the gaze velocity correction of the whole volume observation by sequentially performing the steps S30 to S40 until the nth altitude angle at the highest altitude angle of the volumetric observation.

본 발명의 일 실시예에 따른 위신호 보정 방법에서 도 4에서 보는 바와 같이 각 고도각 스캔에 따른 연직 방향의 고도차는 거리가 멀어질수록 증가하며, 거리 200km에서 3-4km의 고도차가 나타난다. 이 고도차이에서 극단적으로 실제 바람의 변화가 심하게 나타나 각 고도각에서 관측한 시선 속도의 연직방향으로의 연속성이 파괴되는 경우에는 본 발명의 일 실시예에 따른 위신호 보정방법이 다소 부정확해질 수 있다. 이러한 경우는 주위 좌표에서 보정이 완료된 시선 속도를 활용하여 수평방향으로의 시선 속도의 연속성도 동시에 고려해줌으로써 위신호 보정을 완수할 수 있다. 또한, 외부 기상 관측 장비로부터 얻어진 바람 자료를 기존 시선 속도로 추가 사용하여 보정할 수 있다.
As shown in FIG. 4, in the upper signal correction method according to the embodiment of the present invention, the altitude difference in the vertical direction according to each angle scan increases as the distance increases and an altitude difference of 3-4 km occurs at a distance of 200 km. At this altitude difference, extreme changes in the actual wind are severe, and if the continuity in the vertical direction of the gaze velocity observed at each elevation angle is destroyed, the above-mentioned signal correction method according to the embodiment of the present invention may be somewhat inaccurate . In this case, it is possible to correct the above signal by simultaneously considering the continuity of the visual velocity in the horizontal direction by utilizing the corrected visual velocity at the surrounding coordinates. In addition, the wind data obtained from the external weather observation equipment can be corrected using the existing gaze speed.

전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 위신호 보정 방법 또는 기상 관측 방법은 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 상기 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 저장 장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다.
The above-mentioned signal correction method or the weather observation method according to an embodiment of the present invention may be manufactured as a program to be executed in a computer and stored in a computer-readable recording medium. The computer-readable recording medium includes all kinds of storage devices in which data that can be read by a computer system is stored. Examples of the computer-readable recording medium include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disk, optical data storage, and the like.

이상의 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위하여 제시된 것으로, 본 발명의 범위를 제한하지 않으며, 이로부터 다양한 변형 가능한 실시예들도 본 발명의 범위에 속할 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 본 발명의 실시예에 도시된 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 반대로 여러 개로 분산된 구성 요소들은 결합되어 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이며, 본 발명의 기술적 보호범위는 특허청구범위의 문언적 기재 그 자체로 한정되는 것이 아니라 실질적으로는 기술적 가치가 균등한 범주의 발명에 대하여까지 미치는 것임을 이해하여야 한다.
It is to be understood that the above-described embodiments are provided to facilitate understanding of the present invention, and do not limit the scope of the present invention, and it is to be understood that various modifications may be made within the scope of the present invention. For example, each component shown in the embodiment of the present invention may be distributed and implemented, and conversely, a plurality of distributed components may be combined. Therefore, the technical protection scope of the present invention should be determined by the technical idea of the claims, and the technical protection scope of the present invention is not limited to the literary description of the claims, The invention of a category.

VN : 최대 관측 시선 속도
Ra : 최대 관측 반경
k : 펄스 반복 주파수 비율
PRF: 펄스 반복 주파수
EL: 고도각VN: Maximum observation velocity
Ra: Maximum observation radius
k: pulse repetition frequency ratio
PRF: Pulse repetition frequency
EL: altitude angle

Claims (14)

삭제delete 삭제delete 기상 레이더가 관측한 시선 속도의 위신호를 보정하는 방법에 있어서,
위신호 보정의 기준이 되는 기준 시선 속도를 획득하는 단계; 및
상기 기준 시선 속도에 기초하여 위신호를 보정하는 단계;
를 포함하고
상기 기준 시선 속도는 최저 고도각에서 최대 관측 시선 속도를 소정의 값보다 크게 설정한 관측으로부터 획득하는 것을 특징으로 하는 위신호 보정 방법으로,
상기 기준 시선 속도를 획득하는 단계는
2개의 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency, PRF)를 교대로 송수신하여
제1펄스 반복 주파수에서 관측된 시선 속도와
제2펄스 반복 주파수에서 관측된 시선 속도에 기초하여 최대 관측 시선 속도를 설정하는 단계;
를 더 포함하는 위신호 보정 방법.
A method for correcting a signal above a gaze speed observed by a weather radar,
Obtaining a reference eye velocity as a reference of the above-mentioned signal correction; And
Correcting the upper signal based on the reference visual velocity;
Including the
Wherein the reference visual axis velocity is obtained from an observation in which a maximum observation visual axis velocity at a minimum altitude angle is set to be larger than a predetermined value,
The step of obtaining the reference eye velocity
And two pulse repetition frequencies (PRF) are alternately transmitted and received
The observed velocity at the first pulse repetition frequency and
Setting a maximum observation line-of-sight velocity based on the observed line-of-sight velocity at a second pulse repetition frequency;
Further comprising the steps of:
제3항에 있어서,
상기 제1펄스 반복 주파수 대 상기 제2펄스 반복 주파수의 비율은 m:m+1 인 것을 특징으로 하는 위신호 보정 방법.
The method of claim 3,
Wherein the ratio of the first pulse repetition frequency to the second pulse repetition frequency is m: m + 1.
제3항에 있어서,
상기 제2펄스 반복 주파수는 500Hz이고
상기 제1펄스 반복 주파수는 444Hz, 438Hz, 429Hz 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 위신호 보정 방법.
The method of claim 3,
The second pulse repetition frequency is 500 Hz
Wherein the first pulse repetition frequency is one of 444 Hz, 438 Hz, and 429 Hz.
기상 레이더가 관측한 시선 속도의 위신호를 보정하는 방법에 있어서,
위신호 보정의 기준이 되는 기준 시선 속도를 획득하는 단계; 및
상기 기준 시선 속도에 기초하여 위신호를 보정하는 단계;
를 포함하고
상기 기준 시선 속도는 최저 고도각에서 최대 관측 시선 속도를 소정의 값보다 크게 설정한 관측으로부터 획득하는 것을 특징으로 하는 위신호 보정 방법으로,
상기 위신호를 보정하는 단계는
각 고도각에서 관측된 시선 속도에서 불규칙한 관측 결과를 필터링 하는 단계;
최저 고도각에서 관측된 각 좌표 지점에서의 기준 시선 속도에 기초하여 체적 관측의 최저 고도각에서의 위신호를 보정하는 단계;
상기 보정된 시선 속도에 기초하여 다음 고도각에서의 위신호를 보정하는 단계;
를 더 포함하는 위신호 보정 방법.
A method for correcting a signal above a gaze speed observed by a weather radar,
Obtaining a reference eye velocity as a reference of the above-mentioned signal correction; And
Correcting the upper signal based on the reference visual velocity;
Including the
Wherein the reference visual axis velocity is obtained from an observation in which a maximum observation visual axis velocity at a minimum altitude angle is set to be larger than a predetermined value,
The step of correcting the upper signal comprises:
Filtering irregular observation results at observed line velocities at each elevation angle;
Correcting the upper signal at the lowest altitude angle of the volume observation based on the reference line-of-sight velocity at each coordinate point observed at the lowest altitude angle;
Correcting the upper signal at the next elevation angle based on the corrected gaze speed;
Further comprising the steps of:
기상 레이더가 관측한 시선 속도의 위신호를 보정하는 방법에 있어서,
위신호 보정의 기준이 되는 기준 시선 속도를 획득하는 단계; 및
상기 기준 시선 속도에 기초하여 위신호를 보정하는 단계;
를 포함하고
상기 기준 시선 속도는 최저 고도각에서 최대 관측 시선 속도를 소정의 값보다 크게 설정한 관측으로부터 획득하는 것을 특징으로 하는 위신호 보정 방법으로,
상기 위신호를 보정하는 단계는
상기 기준 시선 속도와 관측한 시선 속도의 차이가 상기 최대 관측 시선 속도보다 더 크게 나타나는 경우에는
주위 좌표에서 보정이 완료된 시선 속도를 기준 시선 속도로 활용하거나
수평 방향으로의 시선 속도의 연속성을 고려하여 보정하는 위신호 보정 방법.
A method for correcting a signal above a gaze speed observed by a weather radar,
Obtaining a reference eye velocity as a reference of the above-mentioned signal correction; And
Correcting the upper signal based on the reference visual velocity;
Including the
Wherein the reference visual axis velocity is obtained from an observation in which a maximum observation visual axis velocity at a minimum altitude angle is set to be larger than a predetermined value,
The step of correcting the upper signal comprises:
If the difference between the reference visual velocity and the observed visual velocity is greater than the maximum observed visual velocity
Using the corrected gaze speed at the surrounding coordinates as the reference gaze speed
And correction is performed in consideration of the continuity of the visual velocity in the horizontal direction.
삭제delete 소정의 값보다 큰 최대 관측 시선 속도를 이용한 관측으로부터 최저 고도각에서의 기준 시선 속도를 획득하는 단계;
전체 고도각에 대해서 체적 관측을 수행하는 단계; 및
상기 기준 시선 속도에 기초하여 상기 체적 관측의 각 고도각에서의 시선 속도의 위신호를 보정하는 단계;
를 포함하는 기상 관측 방법으로,
상기 기준 시선 속도를 획득하는 단계는
2개의 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency, PRF)를 교대로 송수신하여
제1펄스 반복 주파수에서 관측된 시선 속도와
제2펄스 반복 주파수에서 관측된 시선 속도에 기초하여 최대 관측 시선 속도를 설정하는 단계;
를 더 포함하는 기상 관측 방법.
Obtaining a reference line speed at a minimum altitude angle from an observation using a maximum observation line speed greater than a predetermined value;
Performing volume observations for the entire altitude angle; And
Correcting a signal above the line speed at each elevation angle of the volume observation based on the reference line of sight velocity;
A method of meteorological observation comprising:
The step of obtaining the reference eye velocity
And two pulse repetition frequencies (PRF) are alternately transmitted and received
The observed velocity at the first pulse repetition frequency and
Setting a maximum observation line-of-sight velocity based on the observed line-of-sight velocity at a second pulse repetition frequency;
Further comprising the steps of:
소정의 값보다 큰 최대 관측 시선 속도를 이용한 관측으로부터 최저 고도각에서의 기준 시선 속도를 획득하는 단계;
전체 고도각에 대해서 체적 관측을 수행하는 단계; 및
상기 기준 시선 속도에 기초하여 상기 체적 관측의 각 고도각에서의 시선 속도의 위신호를 보정하는 단계;
를 포함하는 기상 관측 방법으로,
상기 체적 관측을 수행하는 단계는
관측 고도각이 3.2도 이하인 경우에는
제1펄스 반복 주파수를 400Hz로 하고, 제2펄스 반복 주파수를 600Hz로 하여 관측하는 것을 특징으로 하는 기상 관측 방법.
Obtaining a reference line speed at a minimum altitude angle from an observation using a maximum observation line speed greater than a predetermined value;
Performing volume observations for the entire altitude angle; And
Correcting a signal above the line speed at each elevation angle of the volume observation based on the reference line of sight velocity;
A method of meteorological observation comprising:
The step of performing the volume observation
When the observation elevation angle is 3.2 degrees or less
Wherein the first pulse repetition frequency is set to 400 Hz, and the second pulse repetition frequency is set to 600 Hz.
소정의 값보다 큰 최대 관측 시선 속도를 이용한 관측으로부터 최저 고도각에서의 기준 시선 속도를 획득하는 단계;
전체 고도각에 대해서 체적 관측을 수행하는 단계; 및
상기 기준 시선 속도에 기초하여 상기 체적 관측의 각 고도각에서의 시선 속도의 위신호를 보정하는 단계;
를 포함하는 기상 관측 방법으로,
상기 체적 관측을 수행하는 단계는
관측 고도각이 3.2도 초과인 경우에는
단일의 펄스 반복 주파수로 관측하는 것을 특징으로 하는 기상 관측 방법.
Obtaining a reference line speed at a minimum altitude angle from an observation using a maximum observation line speed greater than a predetermined value;
Performing volume observations for the entire altitude angle; And
Correcting a signal above the line speed at each elevation angle of the volume observation based on the reference line of sight velocity;
A method of meteorological observation comprising:
The step of performing the volume observation
If the observed elevation angle is greater than 3.2 degrees
Wherein a single pulse repetition frequency is observed.
제11항에 있어서,
상기 단일의 펄스 반복 주파수는 900Hz인 것을 특징으로 하는 기상 관측 방법.
12. The method of claim 11,
Wherein the single pulse repetition frequency is 900 Hz.
소정의 값보다 큰 최대 관측 시선 속도를 이용한 관측으로부터 최저 고도각에서의 기준 시선 속도를 획득하는 단계;
전체 고도각에 대해서 체적 관측을 수행하는 단계; 및
상기 기준 시선 속도에 기초하여 상기 체적 관측의 각 고도각에서의 시선 속도의 위신호를 보정하는 단계;
를 포함하는 기상 관측 방법으로,
상기 위신호를 보정하는 단계는
각 고도각에서 관측된 시선 속도에서 불규칙한 관측 결과를 필터링 하는 단계;
상기 최저 고도각에서 관측된 각 좌표 지점에서의 기준 시선 속도에 기초하여 상기 체적 관측의 최저 고도각에서의 위신호를 보정하는 단계;
상기 보정된 시선 속도에 기초하여 다음 고도각에서의 위신호를 보정하는 단계;
를 더 포함하는 위신호 보정 방법.
Obtaining a reference line speed at a minimum altitude angle from an observation using a maximum observation line speed greater than a predetermined value;
Performing volume observations for the entire altitude angle; And
Correcting a signal above the line speed at each elevation angle of the volume observation based on the reference line of sight velocity;
A method of meteorological observation comprising:
The step of correcting the upper signal comprises:
Filtering irregular observation results at observed line velocities at each elevation angle;
Correcting the upper signal at the lowest altitude angle of the volume observation based on the reference line-of-sight velocity at each coordinate point observed at the lowest altitude angle;
Correcting the upper signal at the next elevation angle based on the corrected gaze speed;
Further comprising the steps of:
제3항 내지 제7항 또는 제9항 내지 제13항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위해 컴퓨터에서 실행되기 위한 프로그램으로 제작되어 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록 매체.A computer-readable recording medium made of a program for execution on a computer for performing the method of any one of claims 3 to 7 or 9 to 13.
KR1020130000318A 2013-01-02 2013-01-02 A method for correction of Aliased Radial Velocity through Specified Scan Strategy KR101441982B1 (en)

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