ドップラー速度測定の原理 -rsh.kyoto-u.pptVIP

４章：ドップラー速度測定の原理 通信情報システム専攻 津田研究室　Ｍ１　佐藤陽介 まえおき 発表のテーマ 発表内容 発表のテーマ 大体のイメージをつかむ（定性的理解） 式ばっかり追っていてもいまいちわからない 最初から全て理解するのは難しい 発表内容 ドップラー速度測定 単一ドップラーレーダーによる風速測定 視線方向の風速を測定 アンテナ走査で2次元?3次元の風速推定 複数のドップラーレーダーによる風速測定 一つの気象標的を複数のドップラーレーダーで観測 風速測定の精度向上 ドップラー速度測定 ドップラーレーダーの原理 ドップラー速度測定範囲 ドップラー速度測定範囲の拡大 ドップラーレーダーの原理 ドップラーレーダーの構成　（1/2） ドップラーレーダーの構成　（2/2） ドップラー速度測定範囲 ドップラー速度測定範囲の拡大 発表内容 ドップラー速度測定 単一ドップラーレーダーによる風速測定 視線方向の風速を測定 アンテナ走査で2次元?3次元の風速推定 複数のドップラーレーダーによる風速測定 一つの気象標的を複数のドップラーレーダーで観測 風速測定の精度向上 １台のレーダーによるドップラー観測 ＶＶＰ法による線形風速場の観測 ＶＡＤ法による水平風の場の観測 バイスタティックレーダーによる観測 ＶＶＰ法による線形風速場の観測 解析体積…風速が線形に変化 仰角幅1~2°, 方位角幅30~40°, 距離幅20~30km 発散、変形の推定精度は 解析体積のサイズ、形状、 風速の測定誤差、 実際の風の線形性などに依存 VVP(velocity volume processing) １台のドップラーレーダーで 得られる視線方向の空間分布から 解析体積内の風を直接求める方法 極座標系への変換 レーダー視線方向の速度成分ｖｒ（1/3） レーダー視線方向の速度成分ｖｒ（2/3） レーダー視線方向の速度成分ｖｒ（3/3） ＶＡＤ法による水平風の場の観測 水平風速等の導出 バイスタティックレーダーによる観測 送信系と受信系を離して配置 応用例：バイスタティックレーダーネットワーク 同一空間点を様々な視線方向で観測可能 後方散乱と側方散乱を受信 周波数の有効利用 パッシブレーダーネットワーク 受信電力が小さく，観測範囲が狭い 強い降雨などに対応 発表内容 ドップラー速度測定 単一ドップラーレーダーによる風速測定 視線方向の風速を測定 アンテナ走査で2次元?3次元の風速推定 複数のドップラーレーダーによる風速測定 一つの気象標的を複数のドップラーレーダーで観測 風速測定の精度向上 ２台以上のレーダーによるドップラー観測 一つの気象標的を複数のドップラーレーダーで観測、風速測定の精度向上 独立走査方式 ＣＯＰＬＡＮ方式 ２台のレーダーの配置 ３台以上のレーダーによる風観測 独立走査方式 複数レーダーで３次元の風の場を推定 観測領域の定常性を仮定 ２台のレーダーの場合、 非弾性系の連続式 から３成分を推定 ２台のドップラーレーダーによる独立走査方式（1/2） ２台のドップラーレーダーによる独立走査方式（2/2） COPLAN方式 3成分(u,v,w)のうち2成分までを直接求められる。 一つの操作面のみの観測時間内で、観測対象が定常であればよい。1桁以上小さい時間で可能。 アンテナ走査の制御が複雑 COPLAN方式の走査方法（1/2） COPLAN方式の走査方法（2/2） 2台のレーダーの配置 3台以上のレーダーによる風観測 ３台の場合…直接観測が可能 ４台以上の場合 …解は最小二乗法で求める * * Target Radar:波長λ，初期位相 距離r 往復:2r/λ×2π =4πr/λ[rad] 受信信号位相 位相時間変化（微分） 速度 ドップラー角周波数 ドップラーレーダーの 基本関係式 I(t):実数部 Q(t):虚数部 MOPA (Master Oscillator and Power Amplifier) fs ：キャリアみたいなもの 実際は離散的なデータなので??? 以上より，視線方向の風速測定が可能！！ ナイキスト速度 （折り返しなしの最大速度） 検出可能な 最大ドップラー周波数 観測範囲 ナイキスト速度と観測範囲は 同時に大きくできない 通常raを制限して 速度折り返しの発生を極力抑える fp:パルス折り返し周波数 (pulse repetition frequency, PRF) （サンプリング定理より） 複数のPRFの組み合わせ→測定範囲の拡大 ２波の場合： ナイキスト速度 ドップラー速度 ＰＲＦ比（互いに素） の整数倍の値をとる Δvは折り返しの回数に応じて 測定点（r