WO2006129006A1 - Procede de mesure de la vitesse de l'air par radar doppler - Google Patents

Procede de mesure de la vitesse de l'air par radar doppler Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to "a method of measuring the air velocity in a region of the atmosphere.
  • the radar transmits sinusoidal wave trains or pulses which are returned to the radar by particles suspended in the air; if the air has a movement causing the particles to move away from or towards the radar, the pulses returned to the radar have a phase shift with respect to the pulses emitted, an offset which makes it possible to calculate the radial velocity of the particles relative to the radar and therefore the speed of the air that carries them.
  • the speed can thus be determined without ambiguity if the real speed of the particles is within a so-called Nyquist interval depending on the rate of emission of the pulses (also called emission frequency).
  • the calculated velocity is equal to the actual velocity modulo the width of the Nyquist interval.
  • drawbacks in particular a strong solicitation of the transmitter, a significant consumption of the latter and a reduction in the range of the radar.
  • a method for measuring the air velocity in a Doppler zone of the atmosphere by means of a radar comprising the steps of:
  • each pulse is emitted at a rate different from that of subsequent pulses.
  • the Nyquist interval is obtained by combining the three emission rates so that the Nyquist interval is relatively wide. The pulses at the three emission rates are emitted successively to the same zone of the atmosphere, which limits the imprecision of the process.
  • the calculation of the velocity V of the air comprises the phases of:
  • the method comprises a step of determining the rates
  • V neq ppcm (p, r) * V n i
  • This mode of determination is relatively simple, reliable and fast.
  • the method comprises the step to assign to the speeds V 1 ', V 2 ' and V 3 ', before their use in the calculations, a noise corresponding to the noise specific to the radar and to the usual atmospheric conditions in the measuring zone and the step of folding the speeds V 1 ', V 2 ' and V 3 'and noisy in the intervals [-Vm, Vm] / [-V n2 , V 112 ] and [-V n3 , V n3 ] to obtain the speeds V 1 ', V 2 'and V 3 ' used later in the calculations.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating the general course of the process of the invention
  • FIG. 2 is a block diagram illustrating the progress of the frequency determination step according to the invention
  • FIG. 3 is a diagram illustrating the emission of pulses over time.
  • the method according to the invention is implemented by means of a Doppler radar capable of emitting pulses of pulses by changing the transmission rate between each pulse. .
  • the method of the invention starts with the step of emitting gusts of three pulses 1, 2, 3 at different rates F 1 , F 2 , F 3 (the duration t1 separating the pulses 1 and 2 is different from the duration t2 separating the pulses 2 and 3 and the duration t3 separating the pulse 3 from a burst of the pulse 1 of the following burst is also different from the times t1 and t2, see Figure 3).
  • step 40 for determining the velocities V 1 , V 2 , V 3 of the air from the pulses received in return from the pulses 1, 2, 3 of each burst.
  • the speed V of the air is then calculated from the speeds V 1 , V 2 , V 3 determined for the pulses received in return for each burst (step 50).
  • step 60 the average quadratic differences obtained for all the values of k are compared with each other and the speed V te st corresponding to the smallest mean square deviation is selected as the speed V of the air (step 60).
  • the step 10 for determining the rates Fi, F 2 , F 3 is detailed in FIG. 2 and begins with a phase 11 for determining pairs of parameter ratios p / q and r / s which will be used to define the rates F 2 , F 3 according to Fi.
  • constraints are imposed in the choice of the parameters p, q, r, s:
  • q and s are greater than p and r respectively, p / q is greater than r / s,
  • r is greater than s / 2.
  • the parameters p and r are advantageously greater than q / 2 and s / 2 respectively, to prevent the rates F 2 and F 3 are much lower than the rate F 1 , which may cause wear magnetron radar.
  • the parameter q is preferably equal to p + 1.
  • the step of determining the pulse emission rates continues with a phase 12 during which the selection of a first rate F 1 depends on the technical characteristics of the radar and the calculation of a Nyquist velocity V nl. corresponding.
  • a noise corresponding to the noise specific to the radar and the usual atmospheric conditions in the measurement zone is assigned to the speed V 1 'and the velocity V 1 ' thus noisy is folded as before in the range [- Vm / V nl ] to obtain the speed V 1 'used later in the calculations.
  • the noise added to the speed V 1 1 is a Gaussian distribution noise of zero average and standard deviation parameterizable so that this noise corresponds to that encountered under conditions of use.
  • the step of determining the pulse transmission rates is completed by comparing the test speeds V obtained for all the couples and the speed V to select the best torque.
  • the frequency determination method can be carried out for several noise levels in order to evaluate the relevance of the selected pairs with respect to the noise levels encountered.

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Abstract

Procédé de mesure de la vitesse de l'air dans une zone de l'atmosphère par effet Doppler au moyen d'un radar, comprenant les étapes de : émettre des rafales de trois impulsions à des cadences différentes F<SUB>1</SUB>, F<SUB>2</SUB>, F<SUB>3</SUB> ; déterminer une vitesse V<SUB>1</SUB>, V<SUB>2</SUB>, V<SUB>3</SUB> de l'air à partir d'impulsions reçues en retour des impulsions de chaque rafale ; calculer la vitesse V de l'air à partir des vitesses V<SUB>1</SUB>, V<SUB>2</SUB>, V<SUB>3</SUB> déterminées pour les impulsions reçues en retour de chaque rafale.

Description

Procédé de mesure de la vitesse de l'air par radar DOPPLER.
La présente invention concerne "un procédé de mesure de la vitesse de l'air dans une zone de l'atmosphère .
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION En météorologie, il est connu de mesurer la vitesse de l'air au moyen d'un radar en utilisant l'effet Doppler : le radar émet des trains d'ondes ou impulsions sinusoïdales qui sont retournées vers le radar par des particules en suspension dans l'air ; si l'air a un mou- vement provoquant un éloignement ou un rapprochement des particules relativement au radar, les impulsions retournées au radar présentent un décalage de phase par rapport aux impulsions émises, décalage qui permet de calculer la vitesse radiale des particules par rapport au radar et donc la vitesse de l'air qui les transporte. La vitesse peut ainsi être déterminée sans ambiguïté si la vitesse réelle des particules est comprise dans un intervalle dit de Nyquist dépendant de la cadence d'émission des impulsions (également appelée fréquence d'émission). Si la vi- tesse réelle des particules est en dehors de cet intervalle, la vitesse calculée est égale à la vitesse réelle modulo la largeur de l'intervalle de Nyquist. On parle alors d'un repliement, dans l'intervalle de Nyquist, de la vitesse calculée. Pour augmenter la largeur de cet intervalle, il est connu d'augmenter la cadence d'émission des impulsions. Il en découle cependant un certain nombre d'inconvénients, et notamment une forte sollicitation de l'émetteur, une consommation importante de celui-ci et une di- minution de la portée du radar.
Il est également possible d'utiliser un radar de longueur d'onde plus importante. Un tel radar est cependant coûteux.
Il est en outre connu d'émettre des rafales d'im- pulsions selon une première et une deuxième cadence d'émission des impulsions, la substitution d'une cadence à 1 ' autre intervenant après chaque rafale (procédé " dual puise répétition frequency - PRF " ou double fréquence de répétition des impulsions) . En combinant les vitesses calculées à partir des impulsions reçues en retour des impulsions émises lors de rafales successives, la vitesse des particules peut être déterminée sans ambiguïté dans un intervalle de Nyquist élargi. Toutefois, comme l'antenne du radar tourne sans cesse, la zone d'atmosphère vers laquelle est émise une rafale à la première cadence d'émission est légèrement différente de celle vers laquelle est émise la rafale suivante à la deuxième cadence d'émission. Il en résulte une imprécision de la détermination de vitesse d'autant plus importante que le radar est implanté dans une zone où la vitesse de l'air présente de fortes variations locales et que la vitesse de rotation du radar est élevée.
OBJET DE L'INVENTION II serait donc intéressant de disposer d'un moyen permettant de précisément déterminer la vitesse de l'air avec un intervalle de Nyquist relativement important .
BREVE DESCRIPTION DE L'INVENTION
A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un procédé de mesure de la vitesse de l'air dans une zone de l'atmosphère par effet Doppler au moyen d'un radar, comprenant les étapes de :
- émettre des rafales de trois impulsions à des cadences différentes Fx, F2, F3,
- déterminer une vitesse V1, V2, V3 de l'air à partir d'impulsions reçues en retour des impulsions de chaque rafale,
- calculer la vitesse V de l'air à partir des vitesses Vi, V2, V3 déterminées pour les impulsions reçues en retour de chaque rafale. Ainsi, chaque impulsion est émise à une cadence différente de celle des impulsions suivantes. L'intervalle de Nyquist est obtenu en combinant les trois cadences d'émission de sorte que l'intervalle de Nyquist est relativement large. Les impulsions aux trois cadences d'émission sont émises successivement vers une même zone de l'atmosphère, ce qui limite l'imprécision du procédé.
De préférence, le calcul de la vitesse V de l'air comprend les phases de :
- calculer les vitesses de Nyquist Vnl, Vn2, Vn3- correspondant à chaque cadence Fi, F2, F3 et la vitesse de
Nyquist équivalente Vneg/
- pour chaque valeur d'un nombre entier k variant dans l'intervalle [-Vneq / 2Vnl + % ; Vneq / 2Vm + %] ,
. calculer une vitesse Vtest = Vi + 2kVni, . replier la vitesse Vtest dans les intervalles
[-V112, V112] et [-Vn3, Vn3] pour obtenir les vitesses V2' et V3',
. calculer les écarts ΔV2 = V2 '-V2 et ΔV3 = V3'- V3 et l'écart quadratique moyen
Figure imgf000005_0001
+ ΔV3 2) / 2), - retenir comme vitesse V la vitesse Vtest correspondant au plus faible écart quadratique moyen.
Ce mode de calcul s'avère relativement fiable et simple à mettre en œuvre informatiquement avec des ressources informatiques relativement faibles. Avantageusement, les cadences F1, F2, F3 sont relativement proches.
Ceci n'entraîne qu'une sollicitation relativement faible de l'émetteur du radar et limite l'usure de celui-ci.
Selon un mode de ' mise en oeuvre particulier, le procédé comprend une étape de détermination des cadences
Fi^ F2, F3 .comprenant les phases de :
-. déterminer des couples de paramètres p/q et r/s tels que p et q ainsi que r et s soient premiers entre eux, q et s soient supérieurs à p et r respectivement, p soit supérieur à q/2 et r soit supérieur à s/2, - sélectionner une fréquence Fi et calculer une vitesse de Nyquist Vni correspondante,
- choisir une vitesse V correspondant à la vitesse maximale de l'air dans la zone de mesure et replier la vitesse V dans l'intervalle [-Vnl, Vnl] pour obtenir la vitesse V1' ,
- pour chaque couple p/q et r/s :
.calculer des cadences F2 = p/q * Fi et F3 = r/s * Fi et les vitesses de Nyquist Vn2/ Vn3, .calculer la vitesse de Nyquist équivalente
Vneq = ppcm(p, r) * Vni,
.pour chaque valeur d'un nombre entier k variant dans l'intervalle [-Vneq / 2Vm + % ; Vneq / 2Vm + %] , * calculer une vitesse Vtest = Vi'+ 2kVni,
* replier la vitesse Vtest dans les intervalles [-Vn2/ Vn2] et [-Vn3, Vn3] pour obtenir les vitesses V2' et V3' ,
* calculer les écarts ΔV2 = V2 '-V2 et ΔV3 = V3'-V3 et l'écart quadratique moyen E=V((ΔV2 2
+ ΔV3 2) / 2) ,
.retenir la vitesse Vtest correspondant au plus faible écart quadratique moyen.
- comparer les vitesses Vtest obtenues pour tous les couples et la vitesse V pour sélectionner le meilleur couple.
Ce mode de détermination est relativement simple, fiable et rapide.
Avantageusement alors, la comparaison comprend les phases de calculer pour tous les couples l'écart Δ' = Vtest - V . et de vérifier si Δ' est inférieur à la moitié de la vitesse de Nyquist VnX.
Ce mode de comparaison allie simplicité et efficacité. De préférence encore, le procédé comprend l'étape d'affecter aux vitesses V1', V2' et V3', avant leur utilisation dans les calculs, un bruit correspondant au bruit propre au radar et aux conditions atmosphériques habituelles dans la zone de mesure et l'étape de replier les vitesses V1' , V2' et V3' ainsi bruitées dans les intervalles [-Vm, Vm] / [-Vn2, V112] et [-Vn3, Vn3] pour obtenir les vitesses V1' , V2' et V3' utilisées par la suite dans les calculs.
Il est ainsi possible de déterminer des cadences d'émission qui soient optimisées pour la zone d'atmosphère où les mesures de vitesse sont effectuées.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit d'un mode de mise en oeuvre particulier non limita- tif de l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
II sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 est un diagramme par blocs illus- trant le déroulement général du procédé de l'invention,
- la figure 2 est un diagramme par blocs illustrant le déroulement de l'étape de détermination des fréquences conformément à l'invention,
- la figure 3 est un schéma illustrant l'émission des impulsions dans le temps.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION En référence aux figures, le procédé conforme à l'invention est mis en oeuvre au moyen d'un radar Doppler susceptible d'émettre des rafales d'impulsions en chan- géant la cadence d'émission entre chaque impulsion.
Pour la mesure de la vitesse de l'air, le procédé de l'invention débute par l'étape 30 d'émettre des rafales de trois impulsions 1, 2, 3 à des cadences différentes F1, F2, F3 (la durée tl séparant les impulsions 1 et 2 est différente de la durée t2 séparant les impulsions 2 et 3 et la durée t3 séparant l'impulsion 3 d'une rafale de l'impulsion 1 de la rafale suivante est également différente des durées tl et t2 , voir figure 3) .
Lorsqu'une impulsion rencontre des particules en suspension dans l'air, ces particules renvoient une impulsion vers le radar.
Le procédé se poursuit ainsi par une étape 40 de détermination de vitesses Vi, V2, V3 de l'air à partir des impulsions reçues en retour des impulsions 1, 2, 3 de chaque rafale. Le calcul des vitesses Vi, V2, V3 est connu en lui-même et repose sur la formule suivante : V = Fd * λ / 2 où Fd est le décalage en fréquence de l'impulsion reçue par rapport à l'impulsion émise (également appelé fréquence Doppler) . La vitesse V de l'air est ensuite calculée à partir des vitesses V1, V2, V3 déterminées pour les impulsions reçues en retour de chaque rafale (étape 50) .
Le calcul de la vitesse V de l'air nécessite d'avoir calculé les vitesses de Nyquist Vnl, Vn2/ Vn3 correspondant à chaque cadence Fi, F2, F3 et la vitesse de
Nyquist équivalente Vneg (étape 20) . On rappelle que la vitesse de Nyquist est égale au produit de la longueur d'onde de l'impulsion et de la cadence d'émission divisé par 4. A titre d'exemple, Vni = λ* Fx / 4. Le calcul de la vitesse de Nyquist équivalente Vneq est réalisé à partir des rapport de cadences relativement à la cadence F1 et de la vitesse de Nyquist Vnl comme cela est expliqué plus loin dans la description de l'étape de détermination des cadences . Ensuite, on fait varier un nombre entier k dans l'intervalle [-Vneq / 2Vnl + % ; Vneq / 2Vnl + ^] et pour chaque valeur de k dans cet intervalle :
.une vitesse Vtest = V1 + 2kVnl est calculée, .la vitesse Vtest est repliée dans les inter- valles [-Vn2, Vn2] et [-Vn3, Vn3] pour obtenir les vitesses V2' et V3', V2' = Vtest modulo (2Vn2) et V3' = Vtest modulo (2 V113) ,
.les écarts ΔV2 = V2' -V2 et ΔV3 = V3' -V3 et l'écart quadratique moyen
Figure imgf000009_0001
(ΔV2 2 + ΔV3 2) / 2) sont cal- culés .
Puis les écarts quadratiques moyens obtenus pour toutes les valeurs de k sont comparés les uns aux autres et la vitesse Vtest correspondant au plus faible écart quadratique moyen est retenue comme étant la vitesse V de l'air (étape 60) .
Pour mettre en oeuvre le procédé de l ' invention, il est nécessaire d'avoir préalablement déterminé les cadences d'émission des impulsions F1, F2, P3. L'étape 10 de détermination des cadences Fi, F2, F3 est détaillé sur la figure 2 et débute par une phase 11 de détermination de couples de rapports de paramètres p/q et r/s qui serviront à définir les cadences F2, F3 en fonction de Fi . F2 = p/q * Fi et F3 = r/s * Fx.
De préférence, afin d'optimiser la recherche de ces couples, des contraintes sont imposées dans le choix des paramètres p, q, r, s :
- p et q ainsi que r et s sont premiers entre eux,
- q et s sont supérieurs à p et r respectivement, - p/q est supérieur à r/s,
- p est supérieur à q/2,
- r est supérieur à s/2.
Les paramètres p et r sont avantageusement supérieurs à q/2 et s/2 respectivement, pour éviter que les cadences F2 et F3 soient très inférieures à la cadence F1, ce qui risquerait de provoquer une usure du magnétron du radar. ,•
En pratique, pour restreindre le nombre de possibilités, il est possible de limiter la valeur de p à 11. En outre, on s'est aperçu que pour une efficacité maximale du procédé le paramètre q est- de préférence égale à p + 1.
L'étape de détermination des cadences d'émission des impulsions se poursuit par une phase 12 au cours de laquelle interviennent la sélection d'une première cadence F1 en fonction des caractéristiques techniques du radar et le calcul d'une vitesse de Nyquist Vnl correspondante. Une vitesse V correspondant à la vitesse maximale de l'air dans la zone de mesure est repliée dans l'intervalle de Nyquist [-Vm, Vnl] pour obtenir la vitesse V1', c'est-à-dire V1' = V modulo (2*Vnl) . Lors de la phase 13 , un bruit correspondant au bruit propre au radar et aux conditions atmosphériques habituelles dans la zone de mesure est affecté à la vitesse V1' et la vitesse V1' ainsi bruitée est repliée comme précédemment dans l'intervalle [-Vm/ Vnl] pour obtenir la vitesse V1' utilisée par la suite dans les calculs. Le bruit ajouté à la vitesse V1 1 est un bruit de distribution gaussienne de moyenne nulle et d'écart-type paramétrable de manière que ce bruit correspondent à celui rencontré en conditions d'utilisation.
Les opérations suivantes sont ensuite réalisées pour chaque couple p/q et r/s (phase 14) :
. calcul des cadences F2 = p/q * F1 et F3 = r/s * F1 et les vitesses de Nyquist Vn2, Vn3 correspondantes .
. calcul de la vitesse de Nyquist équivalente Vneq en multipliant la vitesse de Nyquist Vnl par le plus petit commun multiple des paramètre p et r (Vneq = ppcm(p, r) * V111) , pour chaque valeur de k entier variant dans ; l'intervalle [-Vneq / 2Vnl + U ; Vneq / 2Vnl + %] ,
* calculer une vitesse Vtest = V1'+ 2kVnl/
* replier la vitesse Vtest dans les intervalles [-Vn2, Vn2] et [-V113, Vn3] pour obtenir les vi- tesses V2 ' et V3 ' ,
* comme pour la vitesse Vi1, affecter aux vitesses V2' et V3' un bruit correspondant au bruit propre au radar et aux conditions atmo- sphériques habituelles dans la zone de mesure et replier les vitesses V2' et V3' ainsi brui- tées dans les intervalles [-Vn2, V112] et [-Vn3, Vn3] pour obtenir les vitesses V2' et V3' utilisées dans la suite des calculs, * calculer les écarts ΔV2 = V2 '-V2 et ΔV3 = V3'-
V3 et l'écart quadratique moyen
Figure imgf000011_0001
(ΔV2 2 + ΔV3 2) / 2), retenir la vitesse Vtest correspondant au plus faible écart quadratique moyen. L'étape de détermination des cadences d'émission des impulsions se termine par la comparaison 15 des vitesses Vtest obtenues pour tous les couples et la vitesse V pour sélectionner le meilleur couple. Cette comparaison comprend les phases de calculer pour tous les couples l'écart Δ' = Vtest - V', de comparer les écarts Δ' et de vérifier si Δ' est inférieur à la moitié de la vitesse de Nyquist Vnl . Pour affiner la sélection du meilleur couple, il est en outre possible de comparer les écarts quadratiques moyens obtenus en recherchant le couple présentant l'écart Δ' et l'écart quadratique moyen E les plus faibles ou le couple offrant le meilleur compromis entre ces deux écarts.
A titre d'exemple, compte tenu des conditions atmosphériques de la France et plus particulièrement des turbulences de l'air dans ce pays, les paramètres suivants donnent des résultats satisfaisants : p = 6, q = 7, r = 4, s = 5 ou p = 7, q = 8, r = 2 et s = 3.
Ainsi, en choisissant une cadence F1 à 375 Hz, on obtient, avec le premier jeu de paramètres, F2 = 321 Hz et F3 = 300 Hz. Ces paramètres sont bien entendu utilisables pour toutes les zones présentant des conditions similaires à celles rencontrées en France.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et on peut y apporter des variantes de réalisation sans sortir du cadre de l'invention tel que défini par les revendications.
Le procédé de détermination des fréquences peut être réalisé pour plusieurs niveaux de bruits afin d'éva- luer la pertinence des couples retenus par rapport aux niveaux de bruits rencontrés.
Les valeurs numériques ne sont données qu'à titre indicatif et d'autres valeurs sont bien entendu utilisables .

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de mesure de la vitesse de l'air dans une zone de l'atmosphère par effet Doppler au moyen d'un radar, comprenant les étapes de :
- émettre des rafales de trois impulsions à des cadences différentes F1, F2, F3,
- déterminer une vitesse V1, V2, V3 de l'air à partir d'impulsions reçues en retour des impulsions de chaque rafale,
- calculer la vitesse V de l'air à partir des vitesses V1, V2, V3 déterminées pour les impulsions reçues en retour de chaque rafale .
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le calcul de la vitesse V de l'air comprend les phases de :
- calculer les vitesses de Nyquist Vnl, Vn2, Vn3 correspondant à chaque cadence Fi, F2, F3 et la vitesse de Nyquist équivalente Vneg, - pour chaque valeur d'un nombre entier k variant dans l'intervalle [-Vneg / 2Vnl + y, ; Vneq / 2Vnl + %] , calculer une vitesse Vtest = V1 + 2kVnl, replier la vitesse Vtest dans les intervalles [-Vn2, Vn2] et [-Vn3, Vn3] pour obtenir les vitesses V2' et V3', calculer les écarts ΔV2 = V2' -V2 et ΔV3 = V3' -V3 et l'écart quadratique moyen
Figure imgf000013_0001
(ΔV2 2 + ΔV3 2) / 2) ,
- retenir comme vitesse V la vitesse Vtest corres- pondant au plus faible écart quadratique moyen.
3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les cadences F1, F2, F3 sont relativement proches.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les cadences F2 et F3 valent respectivement 6/7 * F1 et 4/5 * Fx .
5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que les cadences F2 et F3 valent respectivement 7/8
* Fx et 2/3 * F1.
6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une étape de détermination des cadences F1, F2, F3 comprenant l'es phases de :
- déterminer des couples p/q et r/s tels que p et q ainsi que r et s soient premiers entre eux, q et s soient supérieurs à p et r respectivement, p soit supérieur à q/2 et r soit supérieur à s/2,
- sélectionner une cadence Fi et calculer une vitesse de Nyquist Vnl correspondante,
- choisir une vitesse V correspondant à la vi- tesse maximale de l'air dans la zone de mesure et replier la vitesse V dans l'intervalle [-Vnl, Vnl] pour obtenir la vitesse V1' ,
- pour chaque couple p/q et r/s :
. calculer des cadences F2 = p/q * F1 et F3 = r/s * F1 et les vitesses de Nyquist Vn2, Vn3,
. calculer la vitesse de Nyquist équivalente
Vneq = ppcm(p, r) * Vnl,
. pour chaque valeur d'un nombre entier k variant dans l'intervalle [-Vneq / 2Vnl + % ; Vneg / 2Vnl + H] ,
* calculer une vitesse Vtest = V1'+ 2kVnl,
* replier la vitesse Vtest dans les intervalles [-Vn2, Vn2] et [-Vn3, V113] pour obtenir les vitesses V2' et V3' , * calculer les écarts ΔV2 = V2' -V2 et ΔV3
= V3 '-V3 et l'écart quadratique moyen
Figure imgf000014_0001
retenir la vitesse Vtest correspondant au plus faible écart quadratique moyen. - comparer les vitesses Vtegt obtenues pour tous les couples et la vitesse V pour sélectionner le meilleur couple.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la comparaison comprend les phases de calculer pour tous les couples l'écart Δ' = Vtest - V' et de vérifier si Δ' est inférieur à la moitié de la vitesse de Ny- quist Vm.
8. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la comparaison comprend une phase de comparai- son des écarts quadratiques moyens obtenus pour tous les couples .
9. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend la phase d'affecter aux vitesses V1', V2' et V3', avant leur utilisation dans les calculs, un bruit correspondant au bruit propre au radar et aux conditions atmosphériques habituelles dans la zone de mesure et l'étape de replier les vitesses V1', V2' et V3' ainsi bruitées dans les intervalles [-Vni, Vni] , [-Vn2, Vn2] et [-Vn3, Vn3] pour obtenir les vitesses V1', V2' et V3' utilisées par la suite dans les calculs.
10. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le paramètre q est égal à p + 1.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7579977B2 (en) * 2005-06-02 2009-08-25 Mateo-France Method of measuring the speed of air by doppler radar
CN109154652A (zh) * 2016-05-18 2019-01-04 株式会社电装 速度检测装置

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB0817570D0 (en) * 2008-09-25 2008-11-05 Secr Defence Improved weather radar
FR2945352A1 (fr) * 2009-05-05 2010-11-12 Meteo France Procede et module de determination de la vitesse d'au moins une cible par un radar meteorologique
JP2017090143A (ja) * 2015-11-06 2017-05-25 富士通テン株式会社 レーダ装置、レーダ装置用の信号処理装置及び信号処理方法
JP7168493B2 (ja) * 2018-03-23 2022-11-09 株式会社Soken レーダ装置

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2736161A1 (fr) * 1990-12-14 1997-01-03 Le Centre Thomson D Applic Rad Procede et dispositif d'integration coherente multi-rafales pour radar doppler a impulsions
EP0791838A1 (fr) * 1996-02-15 1997-08-27 Daimler-Benz Aerospace Aktiengesellschaft Procédé de mesure de la vitesse d'un cible-radar
US5808580A (en) * 1997-02-06 1998-09-15 Andrews, Jr.; Grealie A. Radar/sonar system concept for extended range-doppler coverage
EP0919834A1 (fr) * 1997-11-15 1999-06-02 Daimler-Benz Aerospace AG Procédé pour détecter une cible utilisant un radar HPRF
US6097329A (en) * 1997-12-22 2000-08-01 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Meteorological radar apparatus
EP1431774A1 (fr) * 2002-12-17 2004-06-23 Thales Procédé de mesure de fréquence Doppler par émission de trains d'impulsions lacunaires

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5175551A (en) * 1991-12-18 1992-12-29 Unisys Corporation Downdraft velocity estimator for a microburst precursor detection system
US5623267A (en) * 1993-11-30 1997-04-22 Wurman; Joshua M. A. R. Wide-angle multiple-doppler radar network
US6456229B2 (en) * 1999-12-13 2002-09-24 University Corporation For Atmospheric Research Bistatic radar network having incoherent transmitter operating in a scanning mode to identify scatterers
CA2407537C (fr) * 2000-04-24 2006-06-13 Kevin W. Baugh Systeme et procede de localisation coherente passive
US6710743B2 (en) * 2001-05-04 2004-03-23 Lockheed Martin Corporation System and method for central association and tracking in passive coherent location applications
FR2886737B1 (fr) * 2005-06-02 2007-09-07 Meteo France Etablissement Pub Procede de mesure de la vitesse de l'air par radar doppler
US7365675B2 (en) * 2005-09-26 2008-04-29 The Boeing Company Measuring wind vectors remotely using airborne radar

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2736161A1 (fr) * 1990-12-14 1997-01-03 Le Centre Thomson D Applic Rad Procede et dispositif d'integration coherente multi-rafales pour radar doppler a impulsions
EP0791838A1 (fr) * 1996-02-15 1997-08-27 Daimler-Benz Aerospace Aktiengesellschaft Procédé de mesure de la vitesse d'un cible-radar
US5808580A (en) * 1997-02-06 1998-09-15 Andrews, Jr.; Grealie A. Radar/sonar system concept for extended range-doppler coverage
EP0919834A1 (fr) * 1997-11-15 1999-06-02 Daimler-Benz Aerospace AG Procédé pour détecter une cible utilisant un radar HPRF
US6097329A (en) * 1997-12-22 2000-08-01 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Meteorological radar apparatus
EP1431774A1 (fr) * 2002-12-17 2004-06-23 Thales Procédé de mesure de fréquence Doppler par émission de trains d'impulsions lacunaires

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7579977B2 (en) * 2005-06-02 2009-08-25 Mateo-France Method of measuring the speed of air by doppler radar
CN109154652A (zh) * 2016-05-18 2019-01-04 株式会社电装 速度检测装置

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US7579977B2 (en) 2009-08-25

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