(57)【要約】【課題】地形エコー除去処理の性能を向上し、ドップラ速度を精度良く算出する。【解決手段】空中線により受信された受信信号は、Ａ／Ｄ変換されたのち、直交検波される。信号処理部は、直交検波された時間領域のＩ／Ｑ信号に対してＦＦＴ処理により周波数領域に変換することで一定時間毎の速度スペクトルを求める。求められた一定時間毎の速度スペクトルそれぞれから速度ゼロ付近に現れる成分を地形エコーとして除去する。そして、地形エコーが除去された速度スペクトルを積算し、積算された速度スペクトルをもとにドップラ速度を算出する。【選択図】      図２
2008014837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
繰り返しレーダパルスを送信し、レーダエコーを受信する送受信部と、
前記レーダエコーの受信信号を周波数領域に変換して一定時間毎の速度スペクトルを得る変換手段と、
前記一定時間毎の速度スペクトルそれぞれから速度ゼロ付近に現れる成分を地形エコーとして除去する除去手段と、
前記地形エコーが除去された一定時間毎の速度スペクトルを積算する積算手段と、
前記積算された速度スペクトルをもとにターゲットのドップラ速度を算出する算出手段と
を備えることを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
繰り返しレーダパルスを送信しレーダエコーを受信するレーダ装置に用いられる信号処理方法であって、
前記レーダエコーの受信信号を周波数領域に変換して一定時間毎の速度スペクトルを求め、
前記一定時間毎の速度スペクトルそれぞれから速度ゼロ付近に現れる成分を地形エコーとして除去し、
前記地形エコーが除去された一定時間毎の速度スペクトルを積算し、
前記積算された速度スペクトルをもとにターゲットのドップラ速度を算出することを特徴とする信号処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、例えば、上空の風向風速を観測するウィンドプロファイラ等のドップラレーダに用いられるレーダ装置とその信号処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
晴天乱流エコーを観測するレーダ装置（例えばウィンドプロファイラ等）は、大気乱流等によって散乱する微弱な反射波を観測対象とするため、ＳＮ比（信号対雑音比）が小さいことが難点である。これに対処するために、例えば、受信信号に対して時間領域でコヒーレント積分を行ったり、周波数領域で複数の速度スペクトルを加算するインコヒーレント積分（スペクトル積算）を行ったりする。これらのＳＮ比改善処理後、地形エコーの除去処理が行われる。地形エコーとは、地上の物体（山岳や建物等）から返ってくるエコーで、そのドップラ速度はゼロになるため、所望の大気エコーと区別して除去することができる（例えば、特許文献１を参照。）。
【０００３】
しかし、地上の風速が大きい場合には、木の葉の揺れ等の影響により各スペクトルにおいて地形エコーの形状が揺らぎ変化する。このため、スペクトル積算後に地形エコー除去処理を行うと、地形エコーの幅が広がり、気象エコーが部分的に地形エコーと共に除去されてしまうという問題があった。
【特許文献１】特許第３７０２３４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記述べたように、従来のレーダ信号処理方式での地形エコー除去処理では、風の揺らぎ等により各スペクトルにおける地形エコーの形状がそれぞれ異なるため、スペクトル積算後では地形エコーを精度良く除去することができない。
【０００５】
この発明は上記事情に着目してなされたもので、その目的とするところは、地形エコー除去処理の性能を向上し、ドップラ速度を精度良く算出することができるレーダ装置とその信号処理方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためにこの発明に係わるレーダ装置は、繰り返しレーダパルスを送信し、レーダエコーを受信する送受信部と、前記レーダエコーの受信信号を周波数領域に変換して一定時間毎の速度スペクトルを得る変換手段と、前記一定時間毎の速度スペクトルそれぞれから速度ゼロ付近に現れる成分を地形エコーとして除去する除去手段と、前記地形エコーが除去された一定時間毎の速度スペクトルを積算する積算手段と、前記積算された速度スペクトルをもとにターゲットのドップラ速度を算出する算出手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、この発明に係わる信号処理方法は、繰り返しレーダパルスを送信しレーダエコーを受信するレーダ装置に用いられる信号処理方法であって、前記レーダエコーの受信信号を周波数領域に変換して一定時間毎の速度スペクトルを求め、前記一定時間毎の速度スペクトルそれぞれから速度ゼロ付近に現れる成分を地形エコーとして除去し、前記地形エコーが除去された一定時間毎の速度スペクトルを積算し、前記積算された速度スペクトルをもとにターゲットのドップラ速度を算出することを特徴とする。
【０００８】
上記構成によるレーダ装置とその信号処理方法では、一定時間毎に得られる速度スペクトルそれぞれに対し、スペクトル積算前に地形エコー除去処理を行うようにしている。これにより、風の揺らぎ等により各スペクトルにおける地形エコーの形状がそれぞれ異なる場合でも、地形エコーを精度良く除去することができ、信頼性の高いドップラ速度を算出することが可能となる。
【発明の効果】
【０００９】
したがってこの発明によれば、地形エコー除去処理の性能を向上し、ドップラ速度を精度良く算出することができるレーダ装置とその信号処理方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、図面を参照しながら本発明の実施の形態を詳細に説明する。  
図１は、この発明に係わるレーダ装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。  
変調部１２は、信号処理部１１からインタフェース（Ｉ／Ｆ）を介して与えられる制御のもと、指定された変調方式の中間周波信号のディジタル値を生成する。このディジタル値は、Ｄ／Ａ変換部１３においてアナログ値に変換され、送信中間周波数信号（ｆｉ）が生成される。生成された送信中間周波数信号は、送受信部１４においてレーダパルスの送信周波数にまでアップコンバートされ、電力増幅されたのち空中線１５から空間に送出される。
【００１１】
空中線１５から送出された周波数ｆ０のレーダパルスは、雨粒などのターゲットにより反射され、レーダエコーが戻ってくる。このレーダエコーはターゲットの移動速度を反映するドップラ周波数（ｆｄ）を伴い、その受信周波数は（ｆ０＋ｆｄ）と表される。レーダエコーは、空中線１５を介して送受信部１４に到来し、増幅されたのちダウンコンバートされて（ｆｉ＋ｆｄ）の受信中間周波数信号が生成される。この受信中間周波数信号はＡ／Ｄ変換部１６によりディジタル値に変換されたのち復調部１７により直交検波される。
【００１２】
さらに、直交検波された信号は、復調部１７において複数の変調方式により復調される。これにより得られたＩ成分（同相成分）およびＱ成分（直交位相成分）の受信データは、インタフェース（Ｉ／Ｆ）を介して信号処理部１１に与えられる。信号処理部１１は受信データからエコーの反射強度、ターゲットの速度および速度幅などの観測データを算出する。特に、受信データに対してＦＦＴ処理を行うことにより得られる速度スペクトルから、ターゲットのドップラ速度を算出することができる。
【００１３】
図２は、図１のレーダ装置の処理手順を示す流れ図である。受信信号は、Ａ／Ｄ変換されたのち、直交検波され、Ｉ成分（同相成分）、Ｑ成分（直交位相成分）の信号がそれぞれ出力される。さらに、信号処理部１１では、出力されたＩ／Ｑ信号に対して、ＦＦＴ処理を行う。このＦＦＴ処理では、時間領域のＩ／Ｑ信号を周波数領域に変換することで、速度スペクトルが得られる。
【００１４】
ここで、ＦＦＴ処理により一定時間毎に得られた速度スペクトルに対する地形エコー除去処理について、図３を用いて説明する。  
レーダ装置で観測される地形エコーは、木の葉が風で揺らぐ等の影響で、ドップラ速度ゼロ付近に速度成分を有する。図３に示すように、スペクトル積算を行った後に地形エコー除去処理を行うと、この揺らぎ成分を含んでしまうため、地形エコーの成分はドップラ速度ゼロを中心に大きな幅を持ってしまう。このため、積算されたスペクトルから地形エコーを除去しようとすると、所望の気象エコーが部分的に地形エコーと共に除去されてしまうおそれがある。
【００１５】
そこで、本発明では、一定時間毎に得られる速度スペクトルそれぞれに対し、スペクトル積算前に地形エコー除去処理を行う。積算前であれば、各スペクトルにおいて地形エコーの揺らぎ成分を検出しやすいため、地形エコーのみを精度良く除去することができる。各スペクトルについて地形エコー除去処理を行った後に積算し、積算されたスペクトルをもとにターゲットのドップラ速度を算出する。
【００１６】
以上述べたように上記実施形態では、空中線により受信された受信信号は、Ａ／Ｄ変換されたのち、直交検波される。信号処理部は、直交検波された時間領域のＩ／Ｑ信号に対してＦＦＴ処理により周波数領域に変換することで速度スペクトルを求める。この求められた速度スペクトルに対し、それぞれ地形エコー除去処理を行う。そして、それぞれ地形エコーが除去された速度スペクトルを積算し、積算された速度スペクトルをもとにドップラ速度を算出するようにしている。
【００１７】
このように、速度スペクトルの積算前に、各スペクトルに対して地形エコー除去処理を行うことにより、風の揺らぎ等により各スペクトルにおける地形エコーの形状がそれぞれ異なる場合でも、地形エコーを精度良く除去することができ、信頼性の高いドップラ速度を算出することが可能となる。
【００１８】
なお、この発明は上記実施の形態に限定されるものではない。例えば図１においてＤ／Ａ変換部１３、およびＡ／Ｄの変換部１６の機能は、他の機能ブロックに併せ持たせることもできる。また本発明は、気象レーダに限定されることなく他のドップラレーダにも適用することができる。
【００１９】
要するにこの発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】この発明に係わるレーダ装置の一実施形態を示す機能ブロック図。
【図２】図１のレーダ装置の処理手順を示す流れ図。
【図３】速度スペクトラムに対する地形エコー除去処理を示す図。
【符号の説明】
【００２１】
１１…信号処理部、１２…変調部、１３…Ｄ／Ａ変換部、１４…送受信部、１５…空中線装置、１６…Ａ／Ｄ変換部、１７…復調部。
【図１】
2008014837.tif 000003
【図２】
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【図３】
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