專利名稱：氣象雷達裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于觀測云、雨、霧的形態等所謂的氣象現象的氣象雷達裝置。
背景技術：
近來來，作為觀測云、雨、霧的形態等氣象現象的方法，能在時間、空間上密切地觀測風區的多普勒雷達裝置的利用已有進展。
一般來說，氣象觀測用的多普勒雷達裝置(以下稱氣象雷達裝置)對作為觀測對象的云、雨、霧等目標物發射由多個脈沖構成的脈沖電波(以下稱發送脈沖信號)，根據多普勒效應，從能從目標物反射后返回的脈沖電波(以下稱接收脈沖信號)測定接收脈沖之間的多普勒相位差，根據該多普勒相位差，算出目標物的多普勒速度。作為算出目標物的多普勒速度的方法，有將被每個脈沖反射的接收脈沖信號作為試樣，對該時間序列進行FFT變換，求頻率分布的方式；以及根據兩個脈沖的相位變化，求接收脈沖信號的平均現位差的脈沖對方式等。
另外，在這種氣象雷達裝置的發送機中，根據制造方法的難易程度、低價格化等的要求，例如采用使用了磁控發送管(自動振蕩型發送管)的磁控管發送機。
例如，在特開平3-54495號公報中記載了在發送機中使用磁控管的MTI雷達裝置，通過定向耦合器2，取出來自磁控管1的發送信號的一部分，生成作為相位檢波器1至4或11、12進行相位檢波時的基準的相位引入信號，根據該相位引入信號，對由天線4接收的接收信號進行相位檢波，獲得穩定性好、精度高的相位檢波輸出。
一般來說，使用磁控管等的自激振蕩型發送機(以下將磁控管發送機作為一例進行說明)的現有的多普勒雷達裝置采用的方式是根據該磁控管頻率的不穩定性，產生各種多普勒速度的計算誤差，根據該磁控管頻率特性的不穩定性，修正多普勒速度的測量誤差等各種方式。在上述特開平3-54495號公報中記載的雷達裝置中，為了根據磁控管頻率的不穩定性，修正多普勒速度的測量誤差原因之一的每個發送脈沖(發送脈沖之間)的初始相位的離散，防止觀測精度的劣化，所以根據從磁控管輸出的發送脈沖，對每個發送脈沖生成相位引入信號，根據相位引入信號進行接收脈沖信號的相位檢波處理。
另外，與采用這樣的模擬方式進行的相位修正方式(以下稱模擬鎖相方式)不同，也有的用A/D變換后的數字信號，同樣進行接收脈沖的相位修正。例如，在“The RONSARD RadarsA Versati1eC-band Dual Doppler Facility”IEEE TRANSACTIONS ONGEOSCIENCE ELECTRONICS，VOL.GE-17，NO.4，OCTOBER 1979第283頁左欄的B.Amlitude and Phase Memory項目中記載著用A/D變換后的數字信號，按數字方式進行接收信號的相位修正(以下稱數字鎖相方式)。采用數字鎖相方式的氣象雷達裝置不需要象模擬方式那樣對從COHO(Coherent Oscillator)輸出的信號直接進行相位調整，而能按數字方式進行相位修正，與模擬方式相比，能獲得足夠的相位修正精度。
如果采用使用了這些方式的雷達裝置，即使將頻率特性極不穩定的磁控管發送機用于發送部，也能對每個接收脈沖設定接收脈沖信號的相位測定基準，能防止由每個發送脈沖的初始相位的離散產生的多普勒速度的觀測精度的劣化。
可是，在采用上述接收方式的現有的雷達裝置(包括氣象雷達裝置)中，能防止由每個發送脈沖的初始相位的離散產生的多普勒速度的觀測精度的劣化的裝置卻不能根據上述頻率特性的不穩定性防止(1)發送脈沖的輸出時間偏移及(2)由發送波形采樣時的跳動等產生的多普勒速度的觀測精度的劣化，例如即使修正初始相位的離散，觀測到目標物的多普勒速度，也不能僅此實現以磁控管發送機的頻率特性為依據的防止多普勒速度的觀測精度的劣化的高精度的多普勒速度的觀測。
以下，分別用圖15及圖16說明由發送脈沖的輸出時間的偏移產生的多普勒速度的觀測精度的劣化和由發送波形采樣時的跳動等產生的多普勒速度的觀測精度的劣化。圖15是表示從某磁控管發送機輸出的發送脈沖和主觸發脈沖的輸出關系的說明圖，圖16是表示圖15所示的各發送脈沖的特性的脈沖特性圖。
另外，圖15所示的第一及第二發送脈沖表示由多個脈沖構成的發送脈沖信號的任意兩個發送脈沖與主觸發脈沖的輸出關系，所謂主觸發脈沖是成為取得發送工作和接收工作的時間同步用的基準的同步信號，是規定對觀測對象物發射的發送脈沖信號的發送重復頻率的信號。
如果發送機的頻率特性穩定，則從發送天線對觀測對象物發射的發送脈沖信號的發送脈沖周期對應于發送重復頻率是一定的，但在使用磁控管發送機這樣的自激振蕩型的發送機的雷達裝置的情況下，發送機的頻率特性相當不穩定，發送脈沖信號的各發送脈沖與作為同步信號的主觸發脈沖的輸出時間在時間上呈前后偏移的輸出時間從發送機輸出。這樣的發送工作是根據輸入到發送機的觸發脈沖信號的觸發脈沖周期即使對應于發送重復頻率被設定為一定也會產生的發送機的頻率不穩定性進行的工作，主觸發脈沖和發送脈沖的輸出時間的關系如圖15所示(在圖15中，第一發送脈沖與主觸發脈沖的輸出時間同步，但第二發送脈沖與主觸發脈沖的輸出時間在時間上以偏移的時間輸出)。另外，發送脈沖信號由多個脈沖構成，這樣頻率特性不穩定的例如從磁控管發送機輸出的發送脈沖信號包含與主觸發脈沖的輸出時間在時間上前后偏移了的發送脈沖，結果對觀測對應物發射總體上具有不規則的發送脈沖周期的發送脈沖信號。
另外，如上所述，從觀測對象物反射后返回的接收脈沖信號對應于作為同步信號的主觸發脈沖的輸出時間，成為由A/D變換器取得的試樣，而由該A/D變換器進行的接收脈沖的取樣位置之所以在各接收脈沖中呈彼此相同的位置，是因為發送脈沖信號的發送時間與主觸發脈沖的輸出時間同步地輸出發送脈沖信號，如上所述，關系與主觸發脈沖非同步、即發送脈沖的輸出時間與主觸發脈沖的輸出時間在時間上偏移的與發送脈沖信號對應的接收脈沖，各接收脈沖的取樣位置成為各接收脈沖之間互相偏移的位置，各接收脈沖的取樣位置不同。
多普勒速度的測量是在該取樣位置測定的接收脈沖的多普勒相位差，即根據接收脈沖之間的多普勒相位差測量的多普勒速度，如上所述，在由于發送時間的偏移致使接收脈沖的取樣位置偏移的情況下，根據在該相互偏移的取樣位置分別測定的各多普勒相位差，能觀測觀測對象物的多普勒速度。例如，在與圖15所示的第一及第二發送脈沖對應的接收脈沖(圖中未示出)中，在第一接收脈沖上升部分的a點位置、在第二接收脈沖下降的b點位置分別測定多普勒相位(假定在主觸發脈沖上升的時間取樣)。
其次，說明圖16所示的從磁控管發送機輸出的發送脈沖信號的脈沖特性，根據該發送脈沖信號的脈沖特性，詳細說明多普勒速度的觀測精度的劣化。從磁控管發送機輸出的發送脈沖信號的脈沖特性由于其頻率特性的不穩定性，例如有如圖16所示的振幅與時間的關系特性及相位與時間的關系特性。在圖16中，上圖是振幅特性圖，下圖是相位特性圖，另外橫軸在上下兩特性圖中都是時間軸。從磁控管發送機輸出的發送脈沖內的相位如圖16的下圖中的相位特性圖所示，從脈沖上升開始到脈沖下降，相位的變化呈復雜的形式(相位的變化率不恒定)。
因此，例如即使根據從靜止目標物反射后返回的接收脈沖信號，測量了該靜止目標物的多普勒速度，但如果各接收脈沖的取樣位置如圖15所示互相錯開，則各接收脈沖在互不相同的取樣位置分別測定多普勒相位，根據在該互相錯開的取樣位置測定的接收脈沖的多普勒相位差，測量靜止目標物的多普勒速度。
例如，假設與圖15所示的發送脈沖對應的接收脈沖是從靜止目標物反射后返回的脈沖，在第一接收脈沖的相位測定位置是圖16所示的脈沖上升部分(振幅特性圖中的左側箭頭所示的位置)被取樣、第二接收脈沖的相位測定位置是圖16所示的脈沖上升部分(振幅特性圖中的右側箭頭所示的位置)被取樣的情況下，實際上多普勒速度為零的觀測對象物如圖16下圖中的相位特性圖所示，斷定為有多普勒相位差Ti，觀測到該觀測對象物以相當于多普勒相位差Ti的多普勒速度移動。
一般在利用脈沖對等方法計算觀測對象物的多普勒速度的情況下，是根據從觀測對象物反射的接收脈沖信號中的任意兩個接收脈沖的多普勒相位差計算觀測對象物的多普勒速度，可是如果這些接收脈沖的多普勒相位是在彼此相同的相位測定位置測定的，那么象建筑物這樣的其本身不移動的觀測對象物的多普勒速度不產生多普勒效應，接收脈沖之間的多普勒相位差測得為零，多普勒速度被觀測為零，但如上所述，從磁控管發送機輸出的發送脈沖信號是在與主觸發脈沖的輸出時間偏移的發送時間輸出的，如果在主觸發脈沖的輸出時間對與在這樣的發送時間輸出的發送脈沖信號對應的接收脈沖信號進行取樣，則各接收脈沖的取樣位置即相位測定位置成為接收脈沖之間互相錯開的位置，從而觀測到有錯誤的多普勒速度。
這樣，在使用磁控管發送機的雷達裝置中，由于磁控管的頻率特性不穩定，從發送機輸出的發送脈沖信號的發送時間與主觸發脈沖的的輸出時間發生偏移，例如即使修正了發送脈沖信號的發送脈沖的初始相位離散，但如果上述的發送時間偏移，則發送脈沖內的相位變化，在測定各接收脈沖的多普勒相位時產生誤差，多普勒速度的觀測精度大幅度劣化。而且，將這樣的由發送脈沖信號的發送時間的偏移造成的多普勒速度的觀測誤差與上述的由發送脈沖之間的初始相位的離散造成的誤差相區別，這里將前者稱為多普勒速度的偏差。另外，該發送脈沖的特性隨發送機中使用的磁控管的不同而各不相同，對應于所使用的磁控管的形狀、種類等的不同而有不同的脈沖特性。另外，在速調管等放大式發送機中，圖16中的相位特性圖所示的發送脈沖的相位不變化，從脈沖上升時間至下降時間相位是恒定的，在對應的接收脈沖信號的接收脈沖的相位測定位置即使產生離散，所測定的多普勒相位呈幾乎相同的多普勒相位值，不容易產生上述這樣的磁控管發送機的問題。
另外，基于圖16所示的發送脈沖內的相位變化產生的作為多普勒速度的觀測誤差還有多普勒速度的隨機誤差。它與基于發送脈沖信號的發送時間的偏移產生的多普勒速度的觀測誤差不同，它是由接收脈沖信號在取樣時的跳動產生的誤差。這是由于A/D變換器的跳動，致使接收脈沖的取樣時間從規定的取樣位置偏移而產生的，例如是圖16中的斜線部分所示的范圍內的取樣位置的偏移產生的誤差。
因此，為了防止由磁控管發送機的頻率特性的不穩定性引起的多普勒速度的觀測精度的劣化而進行高精度的多普勒速度的觀測，還必須考慮到上述的兩種誤差(偏差及隨機誤差)，進行多普勒速度的觀測，以便不產生由這樣的觀測誤差造成多普勒速度的觀測精度的劣化。
另外，在氣象雷達裝置中，有必要能容易地獲得雨滴的反射，而且能通過雨層觀測某種程度遠的雨云等，在多半情況下使用C頻帶(λ＝5cm)的波長，但在觀測粒徑達數十微米以下的細云粒、霧等的形態的情況下，必須使用比厘米波短的脈沖電波，例如使用W頻帶(λ＝3mm)、Ka頻帶(λ＝8.7mm)等頻帶的脈沖電波，但在使用這種波長較短、高頻脈沖電波觀測目標物的多普勒速度的情況下，對目標物發射的脈沖電波的脈沖間隔、即各發送脈沖的周期根據與多普勒速度的返回(可測量的最大速度范圍)、即信號的再現性的關系，必須設定得比C頻帶的周期短。
一般來說，工作頻帶越高，多普勒頻率也越高，為了正確地掌握多普勒頻率高的接收信號的內容，必須取得盡量多的接收信號的試樣，但為了增加試樣數，必須縮短發送脈沖周期(脈沖間隔)，會產生多數反射波的影響增大的問題。即，如果利用發送脈沖間隔即發送脈沖周期較短的發送脈沖信號觀測目標物的多普勒速度，則從目標物以外反射的二次反射波、進而三次、四次反射波等多次反射波容易混入從目標物反射的接收脈沖信號中，必須根據受多次反射波的影響大的不良的接收脈沖信號算出目標物的多普勒速度。
這樣，在使用磁控管發送機的現有的氣象雷達裝置中，具有發送機部分的制作比速調管等的放大式發送機容易、且便宜的優點，但這樣的氣象雷達裝置的發送機的頻率特性相當不穩定，除了發送脈沖的初始相位的離散以外，產生以發送脈沖信號的發送時間的偏移及接收脈沖信號取樣時的跳動為根源的多普勒速度的觀測誤差，存在目標物的多普勒速度的觀測精度劣化的問題。
另外，在觀測粒徑達數十微米以下的細云粒、霧等的情況下，必須使用波長比厘米波短的例如Ka頻帶的脈沖電波，但這時必須根據與多普勒速度的返回等的關系，將發送脈沖信號的發送脈沖周期設定得比C頻帶的周期短很多，存在必須根據受多次反射波的影響大的不良的接收脈沖信號算出目標物的多普勒速度的問題。
發明內容
本發明就是為了解決上述課題而完成的，其目的在于防止由于發送機的頻率特性不穩定產生的發送脈沖的發送時間的偏移造成的多普勒速度的觀測精度的劣化或基于各發送脈沖內的相位變化的多普勒速度的觀測精度的劣化，獲得一種能進行高精度觀測的新的結構的氣象雷達裝置。
另一個目的在于獲得一種即使在觀測粒徑達數十微米以下的細云粒、霧等形態的情況下，也能防止多次反射波對接收脈沖信號的影響，能防止由多次反射波造成的觀測精度的劣化的新的結構的氣象雷達裝置。
本發明的第一方面的一種氣象雷達裝置，其特征在于具有發送部，對基準目標物發送由多個發送脈沖構成的發送脈沖信號；接收部，接收由上述基準目標物反射的脈沖信號；多普勒速度計算部，算出上述基準目標物的多普勒速度；脈沖同步計算部，根據算出的基準目標物的多普勒速度，或上述接收部接收的上述發送脈沖的振幅波形之一，算出上述發送脈沖信號的發送時間的偏移，求出將該發送時間的偏移修正的發送時間修正信號；和發送時間控制部，根據上述修正信號，修正從上述發送部輸出的發送脈沖的發送時間。
本發明的第二方面的上述多普勒速度計算部，從在上述接收部相位檢波的接收脈沖，算出上述基準目標物的多普勒速度；上述脈沖同步計算部，根據上述基準目標物的多普勒速度，算出上述發送脈沖和在產生上述發送脈沖使用的觸發脈沖之間的脈沖同步的偏移作為上述發送時間的偏移。
本發明的第三方面的氣象雷達裝置在上述接收脈沖信號的接收脈沖內的相位變化率比較平緩的相位測定位置算出上述目標物的多普勒速度。
本發明的第四方面的上述多普勒速度計算部根據上述接收部高速A/D變換處理的多個接收脈沖間的多普勒相位差，算出上述基準目標物的多普勒速度；上述脈沖同步計算部，根據上述接收部高速A/D變換處理的發送脈沖的振幅波形，算出上述發送脈沖和在產生上述發送脈沖使用的觸發脈沖之間的脈沖同步的偏移作為上述發送時間的偏移。
本發明的第五方面的氣象雷達裝置是一種對目標物發射由從發送部輸出的多個脈沖構成的發送脈沖信號，根據從該目標物反射的接收脈沖信號，算出上述目標物的多普勒速度的氣象雷達裝置，在該裝置中將基準目標的多普勒速度作為多普勒速度的校正值存在起來，用該多普勒速度的校正值校正上述目標物的多普勒速度。
本發明的第六方面的氣象雷達裝置備有輸出多個脈沖的發送脈沖信號的發送部；對目標物發送上述發送脈沖信號，并接收來自上述目標物的反射的接收脈沖信號的收發信天線部；對由該收發信天線部接收的上述接收脈沖信號進行相位檢波的接收部；根據由該接收部進行了相位檢波的接收脈沖，算出上述目標物的多普勒速度的多普勒速度計算部；以及將由該多普勒速度計算部算出的基準目標的多普勒速度作為多普勒速度的校正值存在起來的多普勒速度校正部；根據該多普勒速度校正部中存在的上述多普勒速度的校正值，校正在上述多普勒速度計算部中算出的上述目標物的多普勒速度的裝置。
本發明的第七方面的氣象雷達裝置的上述基準目標由設置在裝置內部的延遲·反射裝置構成。
本發明的第八方面的氣象雷達裝置用雙脈沖構成上述發送脈沖信號。
本發明的第九方面的氣象雷達裝置是一種對目標物發射由從發送部輸出的多個脈沖構成的發送脈沖信號，根據從該目標物反射的接收脈沖信號，算出上述目標物的多普勒速度的氣象雷達裝置，在該裝置中設有將上述發送脈沖信號的一部分取出后送給接收部的定向耦合器；根據由該定向耦合器取出的發送脈沖信號，算出上述發送脈沖信號的脈沖同步的偏移，根據該脈沖同步的偏移，檢測上述接收部中的上述接收脈沖信號的取樣時間的脈沖同步檢測部；以及根據由該脈沖同步檢測部檢測到的取樣時間，控制上述接收部的取樣時間的時間控制裝置。
本發明的第十方面的氣象雷達裝置用雙脈沖構成上述發送脈沖信號。
本發明的第十一方面的氣象雷達裝置被安裝在移動體中，能變更多普勒速度的觀測位置。
圖1是表示本發明的一實施例的氣象雷達裝置的結構框圖。
圖2是表示本發明的一實施例的氣象觀測狀況的說明圖。
圖3是說明本發明的一實施例的多普勒速度的觀測方式及計算方式用的多普勒速度測量說明圖。
圖4是表示本發明的一實施例的氣象雷達裝置的一系列工作的流程圖。
圖5是表示從本發明的一實施例的氣象雷達裝置的發送部輸出的發送脈沖信號的脈沖特性曲線圖。
圖6是說明本發明的一實施例的多普勒速度的觀測內容的說明圖。
圖7是表示本發明的另一實施例的氣象雷達裝置的結構框圖。
圖8是表示本發明的另一實施例的氣象雷達裝置的接收部的結構框圖。
圖9是表示本發明的另一實施例的氣象雷達裝置的結構框圖。
圖10是表示本發明的另一實施例的氣象雷達裝置的結構框圖。
圖11是說明圖10所示的氣象雷達裝置的接收脈沖的取樣時間用的時序圖。
圖12是表示本發明的另一實施例的氣象雷達裝置的結構框圖。
圖13是說明圖12所示的氣象雷達裝置的接收脈沖的取樣時間用的時序圖。
圖14是表示本發明的另一實施例的氣象雷達裝置的結構框圖。
圖15是表示從磁控管發送機輸出的發送脈沖信號的發送脈沖和主觸發脈沖的輸出時間的說明圖。
圖16是表示圖15中的各發送脈沖的脈沖特性曲線圖。
具體實施例方式
實施例1以下，用圖1至圖6說明本發明的一實施例。圖1是表示本發明的一實施例的氣象雷達裝置的結構框圖，在圖1中，1是發送時間控制部，它根據對應于云、雨、霧等觀測對象物(以下稱目標物)、觀測條件等設定的本裝置的發送頻率及后文所述的發送脈沖信號的脈沖同步偏移，控制對目標物發射的發送脈沖信號的發送脈沖周期、即各發送脈沖的輸出時間，2是同步脈沖輸出部，它由發送時間控制部1進行控制，分別輸出將發送脈沖信號輸出給發送部3用的多個預觸發脈沖(以下稱預觸發脈沖)和由成為發送脈沖信號的發送脈沖周期、即重復發送頻率的時間基準的多個主觸發脈沖構成的同步脈沖信號(以下稱主觸發脈沖)，4是脈沖信號生成部，它構成發送部3，根據來自同步脈沖輸出部2的各預觸發脈沖，生成作為調制信號的脈沖信號，5是發送部3的發送元件，它由磁控管等自激振蕩型的發送管構成，以發送脈沖信號為單位分別輸出利用從脈沖信號生成部4輸出的脈沖狀的調制信號進行了脈沖調制的高頻發送脈沖。
主觸發脈沖是在預觸發脈沖輸出后的一定時間間隔內輸出的成為收發信工作的通用的時間基準信號，從發送部3輸出的發送脈沖的輸出時間如果與主觸發脈沖的輸出時間同步依次輸出，則該發送脈沖的發送時間便與主觸發脈沖的輸出時間同步，如果按照與主觸發脈沖的輸出時間偏移了的輸出時間輸出發送脈沖，則該發送脈沖信號的發送時間相對于主觸發脈沖的輸出時間有一脈沖同步偏移。而且，關于來自目標物的相對于具有這樣的脈沖同步偏移的發送脈沖信號的接收脈沖信號，即使根據主觸發脈沖的輸出時間進行取樣，各接收脈沖的取樣位置由于具有該接收脈沖信號的脈沖同步的偏移，所以也會成為從規定的取樣位置前后偏移了的取樣位置。
另外，6是循環器，它將從發送元件5輸出的發送脈沖信號輸出給收發信天線部7，將通過收發信天線部7接收的脈沖信號輸出給后文所述的接收部11，7是收發信天線部，其仰角、方位角方向可以旋轉，用來將從發送元件5輸出的由多個脈沖構成的發送脈沖信號以規定的射束寬度發射給目標物等，而且，接收從目標物等反射回來的由多個脈沖構成的接收脈沖信號，8是第一開關裝置，它根據例如由發送時間控制部1等控制裝置控制的收發信時間，進行其連續的切換，將由定向耦合器1 7取出的發送脈沖信號的功率的一部分即相位引入信號和通過收發信天線部7接收的接收脈沖信號分別按規定的時間輸出給后文所述的接收部11(在將發送脈沖信號發射給基準目標或目標物時，連接a點，于是相位引入信號被輸出給接收部11，在接收從基準目標或目標物反射回來的接收脈沖信號時，連接b點，于是所接收的接收脈沖信號被輸出給接收部11)，9是輸出規定頻率的局部振蕩信號的局部振蕩器(以下稱STALO)，10是利用從STALO9輸出的局部振蕩信號，將基準脈沖信號或接收脈沖信號變換成中頻IF信號的混合器，11是接收部，它對由混合器10變換為中頻的相位引入信號或接收脈沖信號進行相位檢波處理，輸出視頻信號。
另外，本實施例的氣象雷達裝置是從容易獲得所希望的相位修正精度的觀點說明采用所謂的數字鎖相方式的氣象雷達裝置之一例，作為本發明的特征，說明一邊修正按鎖相方式發送的發送脈沖信號的發送脈沖之間產生的初始相位的偏移，一邊防止基于上述的發送脈沖信號的發送時間的偏移等的多普勒速度的觀測精度的劣化，能進行精度更高的氣象狀況的觀測的氣象雷達裝置。本發明也能用于例如采用模擬方式的相位修正方式的氣象雷達裝置中，但其詳細說明從略。
另外，12是多普勒速度處理部，它根據接收脈沖信號，算出目標物或基準目標的多普勒速度，根據該算出的多普勒速度等進行將目標物顯示在顯示部16上的處理等各種處理，13是多普勒速度計算部，它根據從接收部11輸出的接收視頻信號的各接收脈沖的相位差，算出目標物或基準目標的多普勒速度，14是脈沖同步計算部，它根據對基準目標測量的多普勒速度，算出發送脈沖信號相對于主觸發脈沖的脈沖同步偏移、即發送時間的偏移，15是數據處理部，它將由多普勒速度計算部13算出的目標物的多普勒速度等根據該目標物的大小、形狀、種類等顯示的監視器等的顯示部16上，對數據進行處理，以便管理員等操作人員能識別·監視目標物及該目標物的多普勒速度等。
圖1所示的本實施例的氣象雷達裝置的脈沖同步計算部14根據從基準目標反射的接收脈沖信號的接收脈沖的多普勒相位差，算出從發送部3輸出的發送脈沖信號的脈沖同步的偏移，但作為本發明的氣象雷達裝置的脈沖同步的偏移的計算方式不限于本實施例中說明的方式，同樣能采用后文所述的從發送脈沖的取樣波形測量各發送脈沖的振幅波形，根據這些振幅波形的測量時間差，算出脈沖同步的偏移的方式等各種方式實施。而且，算出的發送脈沖信號的脈沖同步的偏移(以下稱發送時間的偏移)通過發送時間修正信號反饋到發送時間控制部1，發送時間控制部1根據從脈沖同步計算部14輸出的發送時間修正信號的指示，對從同步脈沖輸出部2輸出的各預觸發脈沖(預觸發脈沖也是根據發送脈沖信號、由多個觸發脈沖構成)的輸出時間進行前后偏移調整。
從脈沖同步計算部14輸出的發送時間修正信號是為了使從發送部3輸出的發送脈沖信號的發送脈沖與主觸發脈沖的輸出時間同步地輸出而指示修正預觸發脈沖的輸出時間的修正信號，根據從該脈沖同步計算部14輸出的發送時間修正信號，在時間上對從同步脈沖輸出部2輸出的各預觸發脈沖的輸出時間進行前后偏移調整，能根據發送部3的頻率特性，修正從使用磁控管等自激振蕩型發送管的發送部3輸出的發送脈沖信號的發送時間。另外，在后文所述的工作說明中將詳細說明發送時間的修正內容。
圖2是本發明的氣象雷達裝置的氣象觀測狀況的概略說明圖，如圖2所示，由從發送部3輸出的多個脈沖構成的發送脈沖電波(以下稱發送脈沖信號)以規定的射束寬度從收發信天線部7向作為觀測對象物的云發射，由收發信天線部7接收從該云反射回來的由多個脈沖構成的反射波(以下稱接收脈沖信號)，根據該接收脈沖信號算出多普勒速度。例如，圖2所示的云如果向遠離收發信天線部7的方向移動，則在接收脈沖之間產生遠離方向(例如正方向)的多普勒效應，測定正方向的多普勒相位差，如果靜止，則測得由多普勒效應產生的多普勒相位差為零，根據這樣的多普勒相位差的測定，觀測云的移動形態等。
另外，目標物的多普勒速度的計算是根據所接收的接收脈沖信號的接收脈沖的多普勒相位差進行的，如果在接收脈沖信號中存在至少兩個接收脈沖的話，從原理上說，能根據這些接收脈沖算出目標物的多普勒速度，但在本實施例的氣象雷達裝置中，如后文所述，考慮目標物的性質和作為發送元件5使用的磁控管發送機的頻率特性，如圖2所示，將多個發送脈沖信號發射給目標物，將根據這許多接收脈沖信號分別算出的各多普勒速度的平均值作為目標物的多普勒速度進行測量。
對目標物發射的發送脈沖信號的數量在考慮了接收信號的S/N比、目標物的速度大小(云、雨、霧等目標物由云粒、雨粒等構成，內部狀態不規則，變化復雜，多普勒速度隨測定場所的不同而異)之后，將其設定為最佳數量即可，因此能實現精度更高的目標物的多普勒速度的觀測。
這里，用圖3簡單地說明本實施例的多普勒速度的測量方式和多普勒速度的計算原理。另外，如上所述，本實施例的氣象雷達裝置進行的發送脈沖信號的脈沖同步的偏移的計算是根據對基準目標測量的多普勒速度進行的。
另外，在本實施例中，設想將粒徑在數十微米以下的細的云粒、霧等作為對象，測量多普勒速度的情況，采用被稱為雙脈沖觀測方式的觀測方式進行多普勒速度的測量。所謂雙脈沖觀測方式是利用脈沖對法計算多普勒速度的方式之一種，如圖3(a)所示，它是利用由根據發送頻率設定了規定脈沖間隔的兩個發送脈沖(T1、T2)構成的發送脈沖信號，觀測目標物的多普勒速度的方式。如果采用該雙脈沖觀測方式，則如后文所述，能大幅度降低由多次反射波的影響引起的測量精度的劣化。
如圖3(a)所示，如果是由雙脈沖構成一個發送脈沖信號，那么就能將發送脈沖之間(T1、T2)的脈沖周期(在雙脈沖的情況下也稱為脈沖間隔)設定得短些，但通過將各發送脈沖信號的時間間隔設定得寬些，就能進行受多次反射波的影響小的精度高的多普勒速度的測量。例如，從海面等成為雜亂回波的原因的目標物以外反射的第N個接收脈沖信號被混入從與N+1、N+2…連續的目標物反射的接收脈沖信號中而被接收，能抑制不能準確地計算從目標物反射的接收脈沖的多普勒相位的現象。如上所述，在用脈沖電波進行多普勒速度等的測量的氣象雷達裝置中，可測量的最大多普勒速度及接收脈沖信號的相關時間與發送機的發送頻率成反比，發送頻率越高的氣象雷達裝置就必須將發送脈沖信號的脈沖間隔即脈沖周期設定得越短。
另外，圖3(a)是表示本實施例的氣象雷達裝置的發送脈沖信號(T1、T2)和對應于該發送脈沖信號從目標物反射回來的接收脈沖信號(R1、R2)之間的收發信關系的收發信時間的說明圖，圖3(b)是表示對通過收發信天線部7接收的接收脈沖信號進行了相位檢波處理的視頻信號的視頻說明圖，圖3(c)是表示圖3(b)所示的視頻信號(I信道信號和Q信道信號)和多普勒相位的關系的多普勒相位說明圖。如圖3(b)及圖3(c)所示，被視頻化了的接收脈沖信號由I信道和Q信道的信號構成。
一般來說，目標物或后文所述的基準目標等的多普勒速度Vd是根據以例如從目標物反射回來的接收脈沖信號的接收脈沖之間產生的多普勒效應為依據的相位差計算的，可用下式求得。
Vd＝fd·λ/2 ……(1)另外，fd是多普勒頻率，λ是發送電波的波長(以下稱發送波長)，如果按照圖3(b)及圖3(c)中的內容說明多普勒頻率fd，則能用下式求得。另外，發送波長是毫米波帶、厘米波帶等在氣象雷達裝置中使用的頻帶不同的波長。
fd＝(φi+1-φi)/2π·Δt……(2)式中，φi是第一個觸發的接收脈沖R1的多普勒相位，φi+1是第二個觸發的接收脈沖R2的多普勒相位，Δt是在接收脈沖R1和接收脈沖R2之間設的脈沖間隔，i是虛數單位，如果用下式(3)表示與第一個觸發的接收脈沖R1對應的視頻信號vi，用下式(4)表示與第二個觸發的接收脈沖R2對應的視頻信號vi+1，則根據圖3(c)所示的I信道信號及Q信道信號的關系，能由下式(5)、(6)分別求出各接收脈沖R1、R2的多普勒相位即φi、φi+1。
另外，在式(5)及式(6)中，Arg是表示復數值相位角的函數，用式(5)及式(6)能分別求出vi、vi+1的相位角。
Vi＝(Ii+jQi)……(3)Vi+1＝(Ii+1+jQi+1) ……(4)φi＝Arg(vi)……(5)φi+1＝Arg(vi+1)……(6)這樣，為了求目標物的多普勒速度vd，首先對從目標物反射回來的接收脈沖信號求接收脈沖的相位差(在本實施例中，根據式(3)及式(4)所示的各多普勒相位，求接收脈沖R1及接收脈沖R2的相位差)，其次根據該相位差求目標物的多普勒頻率fd(在本實施例中能由式(2)求得)。而且最后根據該多普勒頻率fd求多普勒速度vd(在本實施例中能由式(1)求得)。
其次說明本實施例的氣象雷達裝置的工作情況。
在本實施例中，首先用圖1至圖4說明氣象雷達裝置的總體工作情況，其次再用圖5及圖6詳細地說明對目標物發射的發送脈沖信號的發送時間的修正工作。在本實施例的發送時間的修正工作中，利用多普勒速度的觀測原理，根據對基準目標測定的基準目標的多普勒相位差，算出從發送部3輸出的發送脈沖信號的發送時間的偏移。
圖4是本實施例的氣象雷達裝置的工作流程圖，該流程中有這樣的步驟，即根據從固定目標物或靜止目標物反射回來的接收脈沖信號算出多普勒速度，根據所算出的多普勒速度算出發送脈沖信號的脈沖同步的偏移，再根據該脈沖同步的偏移修正使發射給目標物的發送脈沖信號的發送時間與主觸發脈沖同步用的發送時間的步驟。如圖4所示，本實施例的氣象雷達裝置根據發送脈沖的發送時間的偏移，調整發送脈沖信號的發送時間，除此之外還調整接收部11的取樣時間等，關于這些問題將在后面的實施例中詳細說明。
本實施例的氣象雷達裝置首先在基準目標觀測步驟S1中進行基準目標的多普勒速度的測量。另外，如上所述，目標表面上不搖動、不易產生多普勒頻率的起伏的建筑物等作為基準目標是理想的，山的斜面等也可以作為基準目標利用。確切地說，如果對被樹木復蓋的山的斜面這種容易產生搖動的對象物進行多普勒速度的多次測量，則所測得的各多普勒速度雖然零左右的測量值有離散，但這些離散是多普勒速度為零左右的離散，例如如果將多次測得的多普勒速度的平均值作為多普勒速度進行測量，則能減少多普勒頻率的起伏，故能作為基準目標用。
這樣通過將目標表面上不產生搖動的物體作為基準目標用，能獲得不受設置場所、觀測環境等限制的氣象雷達裝置。
零多普勒判斷步驟S2是判斷在基準目標觀測步驟S1中測量的基準目標的多普勒速度是否為零的步驟，由多普勒速度計算部13計算基準目標的多普勒速度。基準目標本身是不移動的所謂的靜止目標物，在從這樣的靜止目標物反射回來的接收脈沖信號中不產生多普勒效應，從原理上說，根據這樣的接收脈沖信號接收脈沖的相位差求得的多普勒速度應測得為零。
而且，在該零多普勒判斷步驟S2中，在多普勒速度被斷定為零的情況下，從發送元件5輸出的發送脈沖信號的發送時間與從同步脈沖輸出部2輸出的觸發脈沖信號的輸出時間同步，就是說發送時間被斷定為無偏移，轉移到應用觀測步驟S4的工作，在多普勒速度被斷定為零以外的情況下，從發送元件5輸出的發送脈沖信號的發送時間與從同步脈沖輸出部2輸出的觸發脈沖信號的輸出時間不同步，就是說發送時間被斷定為發生了偏移，轉移到發送時間修正步驟3的工作。
發送時間修正步驟S3是這樣一種步驟根據在零多普勒判斷步驟S2中測得的多普勒速度即基準目標的接收脈沖的相位差，算出發送時間的偏移，根據該發送時間的偏移，修正發送脈沖信號的發送時間。在該步驟中，首先脈沖同步計算部14根據由多普勒速度計算部13算出的基準目標的多普勒速度，計算從發送部3輸出的發送脈沖信號的發送時間的偏移，其次脈沖同步計算部14將根據基準目標的多普勒速度算出的發送時間的偏移所對應的發送時間修正信號供給發送時間控制部1。
發送時間控制部1根據從脈沖同步計算部14輸出的發送時間修正信號，對從發送部3輸出的發送脈沖信號的發送時間進行修正，具體地說，通過使從同步脈沖輸出部2輸出的預觸發脈沖的輸出時間復位，控制從發送元件5輸出的發送脈沖信號的發送時間，以便基準目標的多普勒速度能被測得為零。如上所述，由于根據主觸發脈沖的輸出時間，在與主觸發脈沖的輸出時間同步的取樣時間內進行接收脈沖信號的取樣，所以如果發送脈沖信號的發送時間與主觸發脈沖的輸出時間同步，則能使接收脈沖的取樣位置在各接收脈沖中為同一位置，能防止基于發送元件5的頻率特性產生的發送脈沖信號的發送時間的偏移造成的觀測精度的劣化。
但是，在多普勒速度計算部13中算出的多普勒速度和在脈沖同步計算部14中算出的發送時間的偏移不一定呈線性關系，如果按照磁控發送管即發送元件5的頻率特性，多普勒速度和發送時間的偏移多半呈非線性關系，在本實施例中，如圖4所示，反復進行步驟S1至步驟S3的工作循環的最小處理(將在后文說明最小處理)，使在發送時間修正步驟S3中算出的同步脈沖輸出部2的復位量、即發送時間的修正量為最小。
就是說，根據對基準目標進行一次多普勒速度的觀測算出的多普勒速度，修正發送脈沖信號的發送時間的偏移，即使利用該修正過的發送時間的發送脈沖信號，再次觀測基準目標的多普勒速度，也不能算出基準目標的多普勒速度為零(偶然為零的情況除外)，實際上通過反復進行圖4所示的步驟S1至步驟S3的工作循環，直至基準目標的多普勒速度為零或作為零處理，修正基于發送元件5的頻率特性的不穩定性的發送脈沖信號的脈沖同步的偏移。另外，關于最小化處理的具體運算方法(最小化方法)，如后文所述，根據在發送部3中使用的發送元件的脈沖特性等，選擇最佳的最小化方法，進行修正處理。
這樣，通過反復進行由S1至S3的各步驟構成的工作循環，直至測得基準目標的多普勒速度為零時為止，能防止基于發送元件5的頻率特性產生的發送脈沖信號的發送時間的偏移。
然后，在零多普勒判斷步驟S2中，在測得基準目標的多普勒速度為零的情況下，如上所述，轉移到運用觀測步驟S4，利用修正過的發送時間的發送脈沖信號進行目標物的多普勒速度的測量。另外，在圖4中，形成從運用觀測步驟S4返回基準目標觀測步驟S1的循環。這是由于下述原因而設的工作循環，即如果利用修正過的發送時間暫時進行目標物的多普勒速度的觀測，則發送元件5的內部狀態還會受熱等的影響而變化，發送元件5的頻率特性及脈沖輸出特性也變得與最初的特性不同，在最初修正過的發送時間內有可能不能進行準確的多普勒速度的測量，在本實施例的氣象雷達裝置中，為了防止這樣的問題的發生，在修正過的發送時間內進行了規定時間的目標物的多普勒速度的觀測的情況下，再次返回基準目標觀測步驟S1，通過觀測基準目標的多普勒速度，確認對現在的目標物發射的發送脈沖信號的發送時間是否再次偏移。
在此情況下，在再次進行的基準目標觀測步驟S1中，也可以利用在前一個運用觀測步驟S4中使用的修正過的發送時間的發送脈沖信號，觀測基準目標的多普勒速度，還可以返回被修正的前一個一定周期的觸發信號的輸出時間，利用基于該輸出時間的發送時間的發送脈沖信號，從最初觀測基準目標的多普勒速度。
這樣，在本實施例的氣象雷達裝置中，形成從運用觀測步驟S4返回基準目標觀測步驟S1的循環，在每一規定時間內進行以基準目標為依據的發送時間的修正工作，所以例如使本實施例的氣象雷達裝置長時間地工作，在進行氣象觀測的情況下，也能實現觀測精度不劣化的高精度的氣象觀測。
其次，用圖5及圖6詳細說明圖4所示的發送時間修正步驟S3中的發送時間的修正工作。圖5(a)及圖5(b)是表示從本實施例的氣象雷達裝置向基準目標或目標物發射的發送脈沖信號的脈沖特性和發送時間的調整內容的脈沖特性說明圖(上圖是振幅特性曲線圖，下圖是相位特性曲線圖)，圖5(a)是第一個觸發的發送脈沖T1的脈沖特性說明圖，圖5(b)是繼第一個觸發的發送脈沖T1輸出之后輸出的第二個觸發的發送脈沖T2的脈沖特性說明圖。
本實施例的氣象雷達裝置用雙脈沖進行氣象狀況的觀測，所以從發送部3輸出的發送脈沖信號由圖5(a)及圖5(b)所示的一對脈沖構成，如圖5(a)及圖5(b)所示，多次連續地向目標物或基準目標發射由第一個發送脈沖T1和第二個發送脈沖T2構成的一對發送脈沖信號。
如果是同一個磁控發送管，那么這許多發送脈沖信號各自的脈沖特性幾乎是相同的，但如上所述，磁控管的內部狀態隨著該氣象雷達裝置的設置場所等的工作條件的不同而發生復雜的變化，在本實施例中，分別算出有關對應于這許多發送脈沖信號的多個接收脈沖信號的多普勒速度，利用這許多多普勒速度的平均值，求出目標物或基準目標的多普勒速度。
在圖5(a)及圖5(b)中，a點表示根據本氣象雷達裝置的發送重復頻率、即從同步脈沖輸出部輸出的觸發信號的輸出時間取樣后的接收脈沖的取樣位置，b點表示通過圖4所示的步驟S1至步驟S3中的發送時間的修正工作調整后的發送時間的接收脈沖的取樣位置，在從發送部3輸出的發送脈沖信號的發送時間未作任何調整的情況下，對應的接收脈沖信號的接收脈沖的取樣位置即各接收脈沖的相位測定位置(以下稱取樣位置)成為受到基于發送元件5的頻率特性的脈沖上升誤差(偏差)的影響而互相偏移了的位置(a點)。
因此，即使根據這種(a點)狀態下的接收脈沖信號算出了基準目標的多普勒速度，各接收脈沖的取樣位置變為圖5(a)及圖5(b)所示的在時間上前后互相錯開的相位測定位置，現實的多普勒速度不僅不是零，而且能斷定第一個觸發的發送脈沖T1的相位值為Ia1，第二個觸發的發送脈沖T2的相位值為Ia2，即在接收脈沖R1、R2之間有相位差(Ia1-Ia2)，能斷定基準目標有僅與該相位差(Ia1-Ia2)的部分相當的多普勒速度。
因此，在本實施例中，根據該基準目標的多普勒速度、即從基準目標反射回來的接收脈沖信號的接收脈沖的相位差(Ia1-Ia2)，算出從發送部3輸出的發送脈沖信號的發送時間的偏移量(預觸發脈沖的偏置量)，再通過該預觸發脈沖的偏置，進行使發送時間的偏移為最小的發送脈沖信號的發送時間的修正的修正處理，從而調整得使發送脈沖周期與主觸發脈沖的周期同步。進行過最小處理的、即調整了發送時間后的接收脈沖信號的各接收脈沖R1、R2的取樣位置分別變為圖5(a)及圖5(b)所示的b點的位置，能防止基于發送元件5的頻率特性產生的發送脈沖信號的發送時間的偏移造成的多普勒速度的觀測精度的劣化。
另外，如圖5(a)及圖5(b)的下圖中的相位特性圖所示，在發送部3中使用磁控管等自激振蕩型的發送元件的情況下，由于接收脈沖的相位變化率大，所以在a點的取樣位置進行了接收脈沖的取樣時，A/D變換部(在本實施例中省略了圖示)的跳動的影響變大。因此，最好在相對于時間的變化(取樣時間的偏移)來說，相位的變化較平緩的b點的取樣位置進行接收脈沖的取樣(如果在b點，即使產生由A/D變換部的跳動造成的取樣位置的離散，多普勒相位的離散也較小)。因此，在本實施例的氣象雷達裝置中，在修正發送脈沖信號的發送時間的偏移時，還求出發送時間的偏移造成的取樣跳動產生的影響最小的接收脈沖的取樣位置，進行發送脈沖信號的發送時間的修正控制，以便在這樣的取樣位置進行各接收脈沖的取樣。
基于該發送脈沖內的相位變化而產生的多普勒速度的誤差是多普勒速度的每次測量中成為隨機量的隨機誤差，在使用磁控管發送機這樣的發送機測量目標物的多普勒速度的情況下，考慮基于上述的發送時間的偏移的偏差和基于發送脈沖內的相位變化的隨機誤差，如果不進行測量，則難以進行高精度的多普勒速度的測量，在本實施例的氣象雷達裝置中，還根據在多普勒速度計算部13中算出的基準目標的多普勒速度，算出該隨機誤差最小的接收脈沖的取樣位置、即相位測定位置，進行發送脈沖信號的發送時間的修正。
下面的式(7)至(9)是求本實施例的氣象雷達裝置的脈沖同步計算部14中運算的預觸發脈沖的偏置量用的計算式，式(7)表示測量的各多普勒速度的平均值即偏差的計算式，式(8)表示測量的各多普勒速度的方差值即隨機誤差的計算式，下式(9)表示對多普勒速度的偏差的計算式(7)及對多普勒速度的隨機誤差的計算式(8)分別加權后合成的計算式。由式(7)算出的多普勒速度的偏差是由于發送脈沖信號的時間的偏移使得第一發送脈沖及第二發送脈沖的取樣時間不同而產生的誤差，由式(8)算出的多普勒速度的隨機誤差是由于A/D變換部的跳動而成為多普勒速度的每次測量中的隨機量的隨機誤差(從作為磁控管發送機的發送元件5輸出的發送脈沖的相位變化率大，由取樣位置產生的跳動的影響大)，在脈沖同步計算部14中進行運算，根據由多普勒速度計算部13算出的基準目標的多普勒速度求出式(9)的值、即多普勒速度的偏差及多普勒速度的隨機誤差被最小化的取樣時間，用發送時間修正信號對發送時間控制部1進行指示，以便能在該取樣時間內進行接收脈沖信號的取樣。
具體地說，分別使圖5(a)及圖5(b)所示的各脈沖特性圖中的時間軸t、u上的各值一邊變化，一邊進行求解問題的運算，象式(9)所示的最小化那樣求出由式(7)算出的多普勒速度的偏差和由式(8)算出的多普勒速度的隨機誤差。
平均值V(i)=1/N·Σj=1NVj(i)---(7)]]>方差值V(i)=1/N·Σj=1N{Vj(i)}2---(8)]]>W1|V(i)(t，u)|2+W2(V2)(i)(t，u) ……(9)另外，在式(9)中，W1是用式(7)求得的多普勒速度的平均值的權重，W2是用式(8)求得的方差值的權重，考慮所使用的裝置的特性(上述的脈沖特性等)，選擇能使式(9)的最小化的運算最有效的值，設定這些權重W1、W2。例如，在第一發送脈沖和第二發送脈沖的特性弱的情況下，可以考慮使多普勒速度的偏差小，而使多普勒速度的隨機誤差大，在此情況下，使式(9)中的W1小(或者為零)，即可解決最小化問題。
另外，圖6是表示本實施例中進行的多普勒速度的測量內容的觀測內容說明圖，在本發明的氣象雷達裝置中，為了提高修正精度，根據圖6所示的多個接收脈沖信號的多普勒速度的測量情況，利用多普勒速度的偏差和多普勒速度的隨機誤差，進行由發送時間的偏差產生的基準目標的多普勒相位差的最小化處理。
按照圖6說明如下在本實施例中，向基準目標發射N個(j＝N)由雙脈沖構成的發送脈沖信號，將根據這些N個發送脈沖信號所對應的接收脈沖信號分別算出的多普勒速度平均化，反復進行n次(i＝n)計算多普勒速度的工作，再將這些n個多普勒速度平均化了的多普勒速度作為基準目標的多普勒速度進行測量。
這是因為即使從同步脈沖輸出部2輸出的觸發脈沖信號的輸出時間總是恒定的，但從發送部3輸出的發送脈沖信號的發送時間由于發送元件5的特性及A/D變換部的取樣的跳動，而在j＝1時、j＝n時都有離散，為了求出由這樣的發送元件5的特性造成的發送時間的偏移的平均值和方差值而進行N次測量。因此，利用上述的發送元件5的頻率特性及脈沖輸出特性，能算出標準的基準目標的多普勒速度的平均值、即偏差和多普勒速度的方差值、即隨機誤差，能以更好的精度修正、調整從發送部3輸出的發送脈沖信號的發送時間及接收脈沖信號的取樣位置。
其次，說明使發送脈沖信號的多普勒速度的平均值和多普勒速度的方差值最小化的運算方法的選擇。如上所述，如果進行將權重加在了多普勒速度的偏差上的式(9)的運算，則通過求解調整第一發送脈沖T1或第二發送脈沖T2兩者中的任意一者的取樣位置的一個變量(調整圖5(a)及圖5(b)所示的變量t或u兩者中的任意一者)的最小二乘法，能使發送脈沖信號的發送時間的偏移為最小，如果進行將權重加在了多普勒速度的偏差及多普勒速度的隨機誤差上的式(9)的運算，則通過求解兩個變量(調整圖5(a)及圖5(b)所示的變量t及u兩者)的最小二乘法，則能進行使發送脈沖信號的發送時間的偏移及由發送時間的偏移引起的相位差這兩者為最小的運算。
作為求解最小化的問題的運算方法，有高斯牛頓法、最快下降法、馬爾卡特(ムルカ-ト)法等，但最好根據發送部3中使用的發送元件5的頻率特性和處理時間的關系，選擇最適合的方法使用。
如上所述，如果采用本實施例的氣象雷達裝置，則由于根據基準目標的多普勒速度，算出并修正由發送元件5的頻率特性及脈沖輸出特性產生的發送脈沖信號的發送時間的偏移，所以在進行目標物的多普勒速度的測量時，能將與從同步脈沖輸出部輸出的觸發脈沖信號的輸出時間同步的發送時間的發送脈沖信號發射給目標物，且能使從目標物反射回來的接收脈沖信號的接收脈沖的取樣位置在各接收脈沖中為同一取樣位置，所以能防止基于該發送脈沖信號的發送時間的偏移產生的各接收脈沖相互之間的取樣位置的偏移，即使在使用磁控發送管這樣的發送元件的氣象雷達裝置中也能實現觀測精度不劣化的觀測精度高的氣象狀況的觀測。
另外，如圖4所示，即使在修正發送脈沖信號的發送時間、調整了接收脈沖的取樣位置之后，也還定期地反復進行按基準目標進行的發送時間的修正工作(圖4所示的步驟S1至步驟S3)，所以能對由于長時間執行運用觀測步驟S4所造成的發送元件5內部狀況的變化進行跟蹤，能修正發送脈沖信號的發送時間，能獲得即使進行長時間的氣象觀測，其觀測精度也不劣化的觀測精度高的氣象雷達裝置。
實施例2其次用圖7說明本發明的另一實施例。圖7是表示本發明的另一實施例的氣象雷達裝置的結構框圖。在上述實施例1中，說明了利用多普勒速度為零的物體、即在多普勒速度觀測時相對地不移動的建筑物、海面、山的斜面等固定目標物等作為基準目標，修正發送脈沖信號的發送時間，但這些基準目標也可以不是這樣的固定目標物等，如圖7所示，也可以由設置在裝置內部或外部的延遲·反射裝置構成。
在圖7中，18是設置在本發明的氣象雷達裝置內部或外部的延遲·反射裝置，19是在圖4中的發送時間修正步驟S3中被連接在延遲·反射裝置18一側、在運用觀測步驟S4中被連接在收發信天線部7一側能進行切換的第二開關裝置。作為延遲·反射裝置18可以由延遲元件和與其連接的反射終端構成，也可以使由不設置反射終端的電纜等構成的傳輸線路進行規定時間的傳輸，使延遲了的發送脈沖信號返回第二開關裝置19一側。另外，圖中與上述實施例相同的標號表示相同或相當的部分，詳細說明從略。
另外，在本實施例中，與實施例1一樣，如果運用觀測步驟S4持續了規定時間，便返回基準目標觀測步驟S1，確認發送脈沖信號的發送時間是否再次偏移。這時，如果裝置的工作從運用觀測步驟S4轉移到基準目標觀測步驟S1，則第二開關裝置19通過例如發送時間控制部1等控制裝置，被從收發信天線部7切換連接到延遲·反射裝置18一側。
如果采用本實施例的氣象雷達裝置，則不受氣象雷達裝置的設置場所、觀測環境等限制，能經常測量基準目標的多普勒速度，能修正發送脈沖信號的發送時間。
通常，在多普勒速度的測量中，根據一個接收脈沖中包含的反射物的反射波，算出該反射物的多普勒速度，但例如在將地形反射波(海、山等)作為基準目標進行圖4所示的基準目標觀測步驟S1的情況下，如果在基準目標的周圍存在基準目標以外的雨、霧等對象物，則來自這些基準目標以外的對象物的反射波就會混入從基準目標反射的接收脈沖信號中，變成根據混入了基準目標以外的反射波的接收脈沖信號的接收脈沖，結果算出基準目標的多普勒速度，存在使基準目標的多普勒速度的觀測精度劣化的問題。與此不同，如果采用本實施例的氣象雷達裝置，則能避免基準目標以外的反射波被混入來自基準目標的接收脈沖中的狀況，不會由于觀測狀況而妨礙基準目標觀測步驟S1的工作，仍能構成觀測精度不劣化的觀測精度高的氣象雷達裝置，所以本實施例的氣象雷達裝置的優點很大。
實施例3其次用圖8說明本發明的另一實施例。在上述實施例1及2的氣象雷達裝置中，如上述特開平3-54495號公報中記載的雷達裝置所示，接收部中有相位檢波處理部，設有高精度的石英振蕩器，進行能獲得視頻信號的處理，但在本實施例的氣象雷達裝置中不是獲得通過這樣的相位檢波而獲得的視頻信號，而是根據接收脈沖信號直接算出目標物的多普勒速度。
圖8是表示本實施例的氣象雷達裝置中使用的接收部20的結構框圖，在圖8中，21是高速A/D變換部，它不對通過收發信天線部7接收后由混合器10變換成中頻的接收視頻信號進行相位檢波處理，而直接變換成數字信號，22是數字相位檢波處理部，它對由高速A/D變換部21進行了高速A/D變換的接收脈沖信號進行數字式的相位檢波處理，高速A/D變換部21用比接收視頻信號的頻率高的頻率對接收視頻信號按時間序列進行A/D變換。另外，本實施例的氣象雷達裝置的其它結構部分與圖1或圖7所示的氣象雷達裝置相同，本實施例可以將例如圖1或圖7所示的氣象雷達裝置的接收部11換成圖13所示的接收部20實施。
在本實施例的氣象雷達裝置中，通過收發信天線部7接收的接收脈沖信號由高速A/D變換部21直接進行高速取樣，另外根據通過定向耦合器17取出的各發送脈沖的振幅波形的測量時間差，算出脈沖同步的偏移即發送脈沖信號的發送時間的偏移。如果采用本實施例的氣象雷達裝置，則由于根據所取得的各發送脈沖振幅波形的位置的偏移，對從發送部3輸出的發送脈沖算出脈沖同步的偏移，所以不需要根據圖5(a)及(b)的下圖所示的相位特性圖求出接收脈沖的多普勒相位差，不需要進行考慮了上述實施例那樣的隨機誤差的發送脈沖信號的發送時間的修正。
另外，如果采用本實施例，則由于不象現有的雷達裝置那樣對變換成中頻的接收脈沖信號進行相位檢波，而直接變換成數字信號，所以能獲得不需要硬件結構中的相位檢波處理部的裝置結構被小型化了的氣象雷達裝置。
實施例4其次用圖9說明本發明的另一實施例。上述各實施例的氣象雷達裝置都是在脈沖同步計算部14中進行求式(7)、式(8)的值的運算，該運算是根據由多普勒速度計算部13算出的基準目標的多普勒速度，使式(9)的值最小化，以此來修正發送脈沖信號的發送時間，測量目標物的多普勒速度，但不考慮所測得的基準目標的多普勒速度和發送脈沖信號的發送時間的偏移的關系，將由多普勒速度計算部13算出的基準目標的多普勒速度直接作為多普勒速度的校正值存入存儲器等中，可以利用該多普勒速度的校正值，校正實際測得的目標物的多普勒速度。如果采用本實施例，則對于難以降低上述的多普勒速度的隨機誤差的影響的裝置來說，能大幅度降低基于多普勒速度的偏差、即發送脈沖信號相對于主觸發脈沖的輸出時間的脈沖同步的偏移、即發送時間的偏移的多普勒速度的觀測精度的劣化。
圖9是表示本實施例的氣象雷達裝置的結構框圖，在圖9中，23是多普勒速度校正部，它通過脈沖同步計算部14存儲由多普勒速度計算部13算出的基準目標的多普勒速度，24是多普勒速度處理部，它設有多普勒速度校正部23，利用在該多普勒速度校正部23中存儲的多普勒速度的校正值，進行由多普勒速度計算部13算出的目標物的多普勒速度的校正處理，本實施例的脈沖同步計算部14具有將由多普勒速度計算部13算出的多普勒速度中有關基準目標的多普勒速度作為多普勒速度的校正值存入多普勒速度校正部23中的功能。
另外，在本實施例中，在圖4所示的基準目標觀測步驟S1中測量的基準目標的多普勒速度被直接作為多普勒速度的校正值存入多普勒速度校正部23中，在測量目標物的多普勒速度的運用觀測步驟S4中，根據該多普勒速度校正部23中存儲的多普勒速度的校正值，對由多普勒速度計算部13算出的目標物的多普勒速度進行校正處理。然后，進行將該校正后的多普勒速度作為目標物的多普勒速度顯示在顯示部16上等各種信號處理。另外，圖中與上述實施例相同的標號表示相同或相當的部分，詳細說明從略。
如果采用本實施例的氣象雷達裝置，則由于對基準目標測量多普勒速度，將該測得的基準目標的多普勒速度作為多普勒速度的校正值存入存儲裝置中，所以能大幅度降低多普勒速度的偏差，同時不需要圖4所示的上述實施例的零多普勒判斷步驟S2及發送時間修正步驟S3，如上述各實施例的氣象雷達裝置所示，能大幅度降低直至斷定基準目標的多普勒速度為零時為止測量若干次多普勒速度而進行的上述的最小化處理所需要的時間。作為能有效地實施本實施例的場合有能斷定由發送元件5的頻率特性產生的多普勒速度的隨機誤差小、不需要使它減小的場合；或者斷定由于發送元件5的頻率特性而不可能降低隨機誤差(在發送脈沖內的相位的時間變化率呈線性的情況下，不管在哪個位置取樣，由于跳動而產生的多普勒相位的測定誤差(隨機誤差)都是同一值，所以沒有必要修正這樣的隨機誤差)的場合等。
實施例5其次用圖10及圖11說明本發明的另一實施例。在上述實施例、例如實施例1或2的發送時間的修正工作中是利用多普勒速度的觀測原理，根據對基準目標測定的基準目標的多普勒相位差，算出從發送部3輸出的發送脈沖信號的發送時間的偏移，但本發明的主要目的在于通過使接收脈沖信號的取樣時間和發送脈沖信號的發送時間同步，即使使用磁控管發送機這樣的頻率特性不穩定的發送元件，也能獲得多普勒速度的觀測精度不劣化的氣象雷達裝置，此外如果有計算脈沖同步的偏移的裝置，也可以利用這種裝置算出脈沖同步的偏移。
另外，在上述實施例1至3中，根據算出的脈沖同步的偏移，修正從發送部3輸出的發送脈沖信號的發送時間，但也可以不修正發送脈沖信號的發送時間，而通過調整接收部的取樣時間，使從發送部3輸出的發送脈沖信號的發送時間和接收部的接收脈沖信號的取樣時間同步。
圖10是表示本實施例的氣象雷達裝置的結構框圖，在圖10中，25是詳細地示出了其內部結構的接收部，它相當于圖1或圖7所示的氣象雷達裝置的接收部11，26是相位檢波處理部，它進行從通過收發信天線部7接收的接收脈沖信號取出I信道及Q信道的各接收視頻信號的處理，27是A/D變換部，它將由相位檢波處理部26取出的接收視頻信號變換成數字信號，28是作為脈沖同步檢測部的觸發脈沖時間檢測部，它測量從預觸發脈沖輸出后的時刻起至對應的發送脈沖被輸出的時刻為止所需要的時間，根據該時間和從預觸發脈沖輸出的時刻至主觸發脈沖被輸出為止所需要的時間(該時間是根據觀測條件預先設定的本裝置的重復發送頻率、即發送脈沖周期(已知))之間的時間差，檢測從發送部3輸出的發送脈沖信號的發送時間的偏移(雖然圖中未示出，但從同步脈沖輸出部2輸出的預觸發脈沖和主觸發脈沖被輸入觸發脈沖時間檢測部32)。
另外，根據由定向耦合器17取出的相位引入信號，測量從發送部3輸出的發送脈沖信號的發送時間。29是第三開關裝置，在發送工作時，它將通過定向耦合器17取出的相位引入信號輸出給脈沖同步檢測部28，30是作為時間控制裝置的延遲裝置，它根據由觸發脈沖時間檢測器28檢測的發送時間的偏移，調整A/D變換部27的取樣時間。
另外，31是多普勒速度處理部，它根據由延遲裝置30調整過的取樣時間，從進行過A/D變換的接收脈沖信號算出目標物的多普勒速度等，進行與上述實施例1及2的氣象雷達裝置的多普勒速度處理部12的工作相當的多普勒速度的處理，多普勒速度計算部13根據由A/D變換部27取得的數字式取樣信號，算出跳動目標物等的多普勒速度。另外，圖中與上述實施例相同的標號表示相同或相當的部分，它們的具體說明從略。
其次用圖11詳細地說明本實施例的氣象雷達裝置的工作，特別是A/D變換部27的取樣時間的修正工作。圖11是說明A/D變換部27的取樣時間的修正工作用的時序圖。在本實施例中，所謂發送脈沖信號的發送時間的偏移，是指從同步脈沖輸出部2輸出的主觸發脈沖的輸出時間和從發送部3輸出的發送脈沖的輸出時間與在非同步的狀態下輸出時的發送脈沖和主觸發脈沖的輸出時間的時間差而言。
從預觸發脈沖輸出開始至主觸發脈沖輸出為止的時間總是恒定的，所以如果測量從同步脈沖輸出部2輸出了預觸發脈沖的時刻開始至對應的發送脈沖被輸出的時刻為止的時間，就能算出該發送脈沖的發送時間的偏移，在本實施例中，根據這樣算出的發送脈沖信號的發送時間的偏移，控制接收脈沖信號的取樣時間。在圖11中，圖11(b)表示從同步脈沖輸出部2輸出的第一預觸發脈沖及第二預觸發脈沖的輸出時間，圖11(a)表示與圖11(b)中的預觸發脈沖相對應，從發送元件5輸出的第一發送脈沖及第二發送脈沖的輸出時間，圖11(c)及圖11(f)表示分別檢測圖11(a)所示的各發送脈沖的輸出電平，算出第一及第二發送脈沖的各發送時間的情況，圖11(d)及圖11(g)表示用計數器等測量裝置測量從圖11(b)所示的預觸發脈沖被輸出的時刻起至圖11(a)所示的各發送脈沖被輸出的時刻為止所需要的時間，根據至該發送脈沖被輸出的時刻為止所需要的時間，算出發送脈沖信號的發送時間的偏移后從延遲裝置30向A/D變換部27輸出的取樣時間信號的輸出時間。
即，在本實施例中，利用由觸發脈沖時間檢測部28算出的上述延遲時間，測量從發送部3輸出的發送脈沖信號的發送時間的偏移，根據該延遲時間(TL1、TL2)，控制A/D變換部27的取樣時間。
具體地說，根據由觸發脈沖時間檢測部28算出的第一及第二發送脈沖的上述延遲時間(TL1、TL2)，算出從發送元件5輸出的發送脈沖信號的發送時間的偏移，使A/D變換部27的發送脈沖及接收脈沖的取樣時間前后延遲該算出的發送時間的偏移的大小，所以利用來自延遲裝置30的取樣時間信號，對A/D變換部27的取樣時間進行延遲控制，使發送脈沖信號及接收脈沖信號的取樣位置在各發送脈沖及各接收脈沖中彼此為相同的位置。
如果采用本實施例，則不用根據上述實施例1至4中說明的基準目標的多普勒速度來計算發送脈沖信號的發送時間的偏移，就能修正發送脈沖信號的脈沖同步的偏移，在使用磁控管發送機這樣的頻率特性不穩定的發送機的氣象雷達裝置中，也能在各發送脈沖及各接收脈沖中將各接收脈沖的取樣位置調整為相同的位置，能獲得觀測精度劣化小的能進行精度高的多普勒速度的觀測的氣象雷達裝置。
另外，如果采用本實施例及上述實施例2的氣象雷達裝置，則由于不管觀測環境如何，通過修正由發送元件5的頻率特性引起的脈沖同步的偏移，能進行觀測精度劣化小的精度更高的目標物的多普勒速度的觀測，所以例如將這樣的氣象雷達裝置作為安裝在汽車等移動體上的車載型的氣象雷達裝置，也可以觀測目標物的多普勒速度。這樣的車載型的氣象雷達裝置的優點在于在難以設置氣象雷達裝置的觀測場所中，也可以觀測目標物的多普勒速度，另外利用一臺氣象雷達裝置能觀測多個觀測場所中的目標物的多普勒速度。
另外，作為安裝氣象雷達裝置的方法可以用通常的固定方法固定在移動體上，也可以用可以裝卸的安裝方法。
實施例6其次用圖12及圖13說明本發明的另一實施例。在實施例5中測量從輸出了預觸發脈沖的時刻開始至對應的發送脈沖被輸出的時刻為止的延遲時間，根據該延遲時間，將發送脈沖信號的發送脈沖的取樣位置及接收脈沖信號的接收脈沖的取樣位置控制在各發送脈沖及各接收脈沖中相同的位置，防止從發送部3輸出的發送脈沖信號的發送時間的偏移引起的多普勒速度的觀測精度的劣化，但也可以利用另外的方法，求出發送時間的偏移，進行時間控制，以便發送脈沖信號的發送脈沖的取樣位置及接收脈沖信號的接收脈沖的取樣位置在各發送脈沖及各接收脈沖中為彼此相同的位置。本實施例是根據由定向耦合器17取出的基準脈沖信號，檢測取樣開始的時間，根據檢測到的取樣開始的時間，由A/D變換部27進行發送脈沖和接收脈沖信號的取樣。
圖12是表示本實施例的氣象雷達裝置的結構框圖，圖12中，32是作為脈沖同步檢測部的觸發脈沖時間檢測器，在發送工作時，輸入由定向耦合器17取出的相位引入信號，在被輸入的各發送脈沖(相位引入信號是發送脈沖信號的電能的一部分)的任意測定位置檢測輸出電平，33是第三開關裝置(相當于上述實施例5中所示的第三開關裝置)，切換其連接，以便只使由定向耦合器17取出的基準脈沖信號輸入觸發脈沖時間檢測器31中，而通過收發信天線部7接收的接收脈沖信號不會被輸入觸發脈沖時間檢測器31，34是作為時間控制裝置的延遲裝置，它根據由觸發脈沖時間檢測器32檢測的基準脈沖信號的發送脈沖的輸出電平，將A/D變換器27的取樣時間延遲相當于該發送脈沖達到例如峰值輸出電平為止的時間，35是多普勒速度處理部，它利用由延遲裝置34控制的取樣時間，根據進行了A/D變換的接收脈沖信號的接收脈沖，算出目標物的多普勒速度等，進行與上述實施例5的氣象雷達裝置的多普勒處理部31大致相同的處理。另外，圖中與上述實施例相同的標號表示相同或相當的部分，它們的具體說明從略。
其次用圖13詳細地說明本實施例的氣象雷達裝置的工作，特別是A/D變換部27的取樣時間的修正工作。圖13是說明構成本實施例的氣象雷達裝置的A/D變換部27的取樣時間的修正工作用的時序圖。在圖13中，圖13(b)表示由定向耦合器17取出并通過混合器10、相位檢波處理部28檢測的基準脈沖信號的第一發送脈沖及第二發送脈沖的發送時間，圖13(a)表示圖13(b)所示的對應于第一及第二發送脈沖從同步脈沖輸出部2輸出的第一預觸發脈沖及第二預觸發脈沖的輸出時間，圖13(c)表示圖13(b)所示的各發送脈沖的輸出電平的檢測時間，在觸發脈沖時間檢測部32中利用某個設定的檢測電平，檢測基準脈沖信號的發送脈沖，將表示檢測時刻的觸發脈沖信號輸出給延遲裝置34。
圖13(d)表示延遲裝置34根據延遲時間，將由觸發脈沖時間檢測器31輸出的表示發送脈沖檢測時刻的觸發脈沖信號輸出給A/D變換部27的主觸發脈沖信號(以下稱主觸發脈沖)的輸出時間，圖13(e)表示根據從延遲裝置34輸出的主觸發脈沖，在A/D變換部27中取得的發送脈沖信號及接收脈沖信號的取樣時間。
如果采用本實施例，則由于根據由定向耦合器17從對目標物發射的發送脈沖信號取出的基準脈沖信號的發送脈沖波形，生成主觸發脈沖，利用該主觸發脈沖，控制A/D變換部27對接收脈沖信號的取樣時間，因此如上述各實施例所示，事先不對基準目標進行多普勒速度的測量，就能修正由發送元件5的頻率特性及脈沖輸出特性造成的發送脈沖信號的發送時間的偏移，所接收的接收脈沖信號的取樣位置在各接收脈沖中被調整為同一位置，能獲得觀測精度不劣化的具有較高的觀測精度的氣象雷達裝置。
實施例7
其次用圖14說明本發明的另一實施例。在上述實施例6中，根據從按照基準脈沖信號檢測的發送脈沖的輸出電平檢測位置開始至峰值輸出電平為止所需要的延遲時間，修正接收部25的A/D變換部27的取樣時間，以防止由發送脈沖信號的發送時間的偏移引起的接收脈沖信號的接收脈沖的取樣位置的偏移，各接收脈沖的取樣位置被調整到彼此相同的位置，但如實施例1的氣象雷達裝置所示，還對基準目標算出多普勒速度，根據該基準目標的多普勒速度，算出發送脈沖信號的發送時間的偏移，根據該多普勒速度、即根據從接收脈沖的相位差求得的發送脈沖信號的發送時間的偏移，設定延遲裝置37的延遲量即可。
圖14是表示本實施例的氣象雷達裝置的結構框圖，在圖14中，36是延遲調整裝置，它根據由多普勒速度計算部13算出的基準目標的多普勒速度，算出從發送部3輸出的發送脈沖信號的發送時間的偏移，將與該發送時間對應的延遲量指示給后文所述的作為時間控制裝置的延遲裝置38，調整延遲裝置38對A/D變換部27的取樣時間，37是多普勒速度處理部，它設有延遲調整裝置36，還設有計算目標物或基準目標的多普勒速度的多普勒速度計算部13，以及進行將由多普勒速度計算部13算出的目標物的多普勒速度顯示在監視器等顯示部16上用的數據處理的數據處理部15等。另外，38是延遲裝置，它根據由觸發脈沖時間檢測部32(以下稱檢測部)檢測的延遲時間及由延遲調整裝置36指示的延遲量，調整A/D變換部27的取樣時間，以便接收脈沖信號的接收脈沖的取樣位置彼此呈相同的位置。
另外，圖中與上述實施例相同的標號表示相同或相當的部分，它們的具體說明從略。
在本實施例的氣象雷達裝置中，由于除了根據從相位引入信號檢測的發送脈沖信號的發送時間的偏移求得的發送脈沖的延遲時間以外，還根據在多普勒速度計算部13中算出的基準目標的多普勒速度，控制A/D變換部27的取樣時間，所以上述實施例6的氣象雷達裝置更能實現觀測精度高的多普勒速度的測量。
實施例8上述各實施例的氣象雷達裝置都是觀測粒徑達數十微米以下的細云粒、霧等的氣象狀況的例如設想為Ka帶、毫米波帶的氣象雷達裝置，說明了適合于這樣的氣象雷達裝置進行的氣象狀況的觀測的觀測方式即進行雙脈沖觀測的氣象雷達裝置，但本發明也能適用于例如在厘米波帶(L波帶λ＝30cm，S波帶λ＝10cm，C波帶λ＝5cm，X波帶λ＝3cm)的氣象雷達裝置中使用連續脈沖進行觀測的氣象雷達裝置，即使應用于這樣的進行連續脈沖觀測的氣象雷達裝置，也能發揮與在上述實施例中說明過的同樣的效果。
例如，在連續脈沖觀測的情況下，通過FFT進行頻率分析，在技術上可以同時對多個觀測對象進行氣象觀測，即使由于在上述實施例2中說明過的觀測狀況、觀測對象的觀測條件而產生妨礙基準目標的多普勒速度的測量的問題，通過對由這些FFT獲得的多個振幅信號進行分離處理，也具有能實現基準目標的多普勒速度的觀測的優點。
如本實施例所述，在使用連續脈沖的連續脈沖觀測的氣象雷達裝置中，由于連續地輸出發送脈沖，所以與象雙脈沖觀測那樣斷續地輸出發送脈沖的方式相比，發送元件5的內部狀態變化穩定，多普勒速度的觀測精度的劣化也不比雙脈沖觀測更大，而從發送部3輸出的發送脈沖的相位特性具有圖5所示的特性，在相位特性曲線的斜率大的點進行取樣時，即使發送時間的偏移微小，相位差也變得很大，所以在本實施例中，也是進行求式(9)的最小值的多普勒速度的平均值式(7)及發送時間的偏移引起的相位差的方差值式(8)的值的運算。另外，在此情況下，發送元件5的內部狀態也比雙脈沖觀測時穩定，也能求解將權重加在式(8)中的式(9)的最小化問題。
如上所述，如果采用本發明的第一方面，則在對目標物發射由從發送部輸出的多個脈沖構成的發送脈沖信號，根據從該目標物反射的接收脈沖信號，算出上述目標物的多普勒速度的氣象雷達裝置中，由于算出基準目標的多普勒速度，根據該基準目標的多普勒速度，修正從上述發送部輸出的上述發送脈沖信號的發送時間，以便使上述基準目標的多普勒速度為零，所以即使使用象磁控管發送機這樣的頻率特性極不穩定的發送機，也能使接收脈沖信號的接收脈沖的取樣位置在各接收脈沖中呈彼此相同的位置，能獲得不會由于偏差而使多普勒速度的觀測精度劣化的能進行高精度的多普勒速度的觀測的氣象雷達裝置。
另外，如果采用本發明的第二方面，則由于設有輸出多個脈沖的發送脈沖信號的發送部；對目標物發送上述發送脈沖信號，并接收來自上述目標物的反射的接收脈沖信號的收發信天線部；對由該收發信天線部接收的上述接收脈沖信號進行相位檢波的接收部；根據由該接收部進行了相位檢波的接收脈沖，算出上述目標物的多普勒速度的多普勒速度計算部；根據由該多普勒速度計算部算出的上述基準目標的多普勒速度，算出上述發送脈沖信號的脈沖同步偏移的脈沖同步計算部；以及為了使上述基準目標的多普勒速度為零，根據由該脈沖同步計算部算出的上述脈沖同步偏移，修正從上述發送部輸出的上述發送脈沖信號的發送時間的發送時間控制部，所以即使使用象磁控管發送機這樣的頻率特性極不穩定的發送機，也能使接收脈沖信號的接收脈沖的取樣位置在各接收脈沖中呈彼此相同的位置，能獲得不會由于偏差而使多普勒速度的觀測精度劣化的能進行高精度的多普勒速度的觀測的氣象雷達裝置。
另外，如果采用本發明的第三方面，則由于在上述接收脈沖信號的接收脈沖內的相位變化率比較平緩的相位測定位置算出上述目標物的多普勒速度，所以能獲得不會由于隨機誤差而使多普勒速度的觀測精度劣化的能進行高精度的多普勒速度的觀測的氣象雷達裝置。
另外，如果采用本發明的第四方面，則由于設有輸出多個脈沖的發送脈沖信號的發送部；對目標物發送上述發送脈沖信號，并接收來自上述目標物的反射的接收脈沖信號的收發信天線部；對由該收發信天線部接收的上述接收脈沖信號進行高速A/D變換處理的接收部；根據由該接收部進行了高速A/D變換處理的接收脈沖的振幅波形，算出上述目標物的多普勒速度的多普勒速度計算部；根據由上述接收部進行了高速A/D變換處理的接收脈沖的振幅波形，算出上述發送脈沖信號的脈沖同步偏移的脈沖周期計算部；以及為了使上述基準目標的多普勒速度為零，根據由該脈沖周期計算部算出的上述脈沖同步偏移，修正從上述發送部輸出的上述發送脈沖信號的發送時間的發送時間控制部，所以即使使用象磁控管發送機這樣的頻率特性極不穩定的發送機，也能使接收脈沖信號的接收脈沖的取樣位置在各接收脈沖中呈彼此相同的位置，能獲得不會由于偏差而使多普勒速度的觀測精度劣化的能進行高精度的多普勒速度的觀測的氣象雷達裝置。另外，不需要安裝相位檢波處理時所需要的硬件結構，同時能根據基于相位特性的多個取樣波形，算出發送脈沖信號的發送時間的偏移。
另外，如果采用本發明的第五方面，則在對目標物發射由從發送部輸出的多個脈沖構成的發送脈沖信號，根據從該目標物反射的接收脈沖信號，算出上述目標物的多普勒速度的氣象雷達裝置中，由于將基準目標的多普勒速度作為多普勒速度的校正值存在起來，用該多普勒速度的校正值校正上述目標物的多普勒速度，所以能修正由于磁控管發送機的頻率特性的不穩定性而產生的發送脈沖信號的發送時間，能獲得觀測精度不劣化的能進行高精度的多普勒速度的觀測的氣象雷達裝置。
另外，如果采用本發明的第六方面，則由于備有輸出多個脈沖的發送脈沖信號的發送部；對目標物發送上述發送脈沖信號，并接收來自上述目標物的反射的接收脈沖信號的收發信天線部；對由該收發信天線部接收的上述接收脈沖信號進行相位檢波的接收部；根據由該接收部進行了相位檢波的接收脈沖，算出上述目標物的多普勒速度的多普勒速度計算部；以及將由該多普勒速度計算部算出的基準目標的多普勒速度作為多普勒速度的校正值存在起來的多普勒速度校正部；根據該多普勒速度校正部中存在的上述多普勒速度的校正值，校正在上述多普勒速度計算部中算出的上述目標物的多普勒速度，所以能修正由于磁控管發送機的頻率特性的不穩定性而產生的發送脈沖信號的發送時間，能獲得觀測精度不劣化的能進行高精度的多普勒速度的觀測的氣象雷達裝置。
另外，如果采用本發明的第七方面，則由于上述基準目標由設置在裝置內部的延遲·反射裝置構成，所以在沒有成為基準目標的目標物的觀測場所，能防止多普勒速度的觀測精度的劣化，能進行目標物的高精度的多普勒速度的觀測，能獲得不受設置場所的觀測環境的限制的能進行高精度的目標物的多普勒速度的觀測的氣象雷達裝置。
另外，如果采用本發明的第八方面，則由于發送多個上述發送脈沖信號，根據從對應于這些發送脈沖信號的多個接收脈沖信號算出的多普勒速度的平均值和方差值，修正上述發送脈沖信號的發送時間，所以即使對云、雨、霧等這樣的具有某種程度的速度范圍的目標物也能修正與該目標物的性質相應的發送脈沖信號的發送時間，能獲得觀測精度不劣化的能進行高精度的多普勒速度的觀測的氣象雷達裝置。
另外，如果采用本發明的第九方面，則在對目標物發射由從發送部輸出的多個脈沖構成的發送脈沖信號，根據從該目標物反射的接收脈沖信號，算出上述目標物的多普勒速度的氣象雷達裝置中，由于設有將上述發送脈沖信號的一部分取出后送給接收部的定向耦合器；根據由該定向耦合器取出的發送脈沖信號，算出上述發送脈沖信號的脈沖同步的偏移，根據該脈沖同步的偏移，檢測上述接收部中的上述接收脈沖信號的取樣時間的脈沖同步檢測部；以及根據由該脈沖同步檢測部檢測到的取樣時間，控制上述接收部的取樣時間的時間控制裝置，所以在沒有成為基準目標的目標物的觀測場所，能使接收脈沖信號的接收脈沖的取樣位置在各接收脈沖中呈彼此相同的位置，能獲得不會由于偏差而使多普勒速度的觀測精度劣化的能進行高精度的多普勒速度的觀測的氣象雷達裝置。
另外，如果采用本發明的第十方面，則由于用雙脈沖構成上述發送脈沖信號，所以在觀測粒徑為數十微米以下的云粒、霧等目標物時，能防止從目標物以外反射的多次反射波混入從目標物反射的接收脈沖信號中這種多次反射波的影響造成的觀測精度的劣化，能獲得能進行高精度的多普勒速度的觀測的氣象雷達裝置。
另外，如果采用本發明的第十一方面，則由于安裝在移動體中，能變更多普勒速度的觀測位置，所以在沒有成為基準目標的目標物的觀測場所，能防止多普勒速度的觀測精度的劣化，能進行目標物的高精度的多普勒速度的觀測，同時還能獲得能用一臺裝置觀測多個觀測場所中的目標物的多普勒速度的氣象雷達裝置。
權利要求
1.一種氣象雷達裝置，其特征在于，具有對目標物發射由從發送部輸出的多個脈沖構成的發送脈沖信號的裝置，根據從該目標物反射的接收脈沖信號，算出上述目標物的多普勒速度的裝置，將基準目標物的多普勒速度作為多普勒速度的校正值存儲的裝置，和用該多普勒速度的校正值校正上述目標物的多普勒速度的裝置。
2.一種氣象雷達裝置，其特征在于備有產生起動脈沖的起動脈沖產生部；輸出由響應在該起動脈沖產生部產生的起動脈沖而產生的多個脈沖構成的發送脈沖信號的發送部；對目標物發送上述發送脈沖信號，并接收來自上述目標物的反射的接收脈沖信號的收發信天線部；對由該收發信天線部接收的上述接收脈沖信號進行相位檢波的接收部；根據由該接收部進行了相位檢波的接收脈沖，算出上述目標物的多普勒速度的多普勒速度計算部；以及將由該多普勒速度計算部算出的基準目標的多普勒速度作為多普勒速度的校正值存儲起來的多普勒速度校正部；根據該多普勒速度校正部中存在的上述多普勒速度的校正值，校正在上述多普勒速度計算部中算出的上述目標物的多普勒速度的裝置。
3.一種氣象雷達裝置，具有產生起動脈沖的起動脈沖產生部，對目標物發射由響應在該起動脈沖產生部產生的起動脈沖而產生的的多個脈沖構成的發送脈沖信號，根據從該目標物反射的接收脈沖信號，算出上述目標物的多普勒速度，其特征在于備有將上述發送脈沖信號的一部分從接收部取出的定向耦合器；根據由該定向耦合器取出的發送脈沖信號，算出上述發送脈沖信號與上述起動脈沖之間的脈沖同步的偏移，根據該脈沖同步的偏移，檢測上述接收部中的上述接收脈沖信號的取樣時間的脈沖同步檢測部；以及根據由該脈沖同步檢測部檢測到的取樣時間，控制上述接收部的取樣時間的時間控制裝置。
全文摘要
一種氣象雷達裝置，具有產生起動脈沖的起動脈沖產生部，對目標物發射由響應在該起動脈沖產生部產生的起動脈沖而產生的的多個脈沖構成的發送脈沖信號，根據從該目標物反射的接收脈沖信號，算出上述目標物的多普勒速度，其特征在于備有將上述發送脈沖信號的一部分從接收部取出的定向耦合器；根據由該定向耦合器取出的發送脈沖信號，算出上述發送脈沖信號與上述起動脈沖之間的脈沖同步的偏移，根據該脈沖同步的偏移，檢測上述接收部中的上述接收脈沖信號的取樣時間的脈沖同步檢測部；以及根據由該脈沖同步檢測部檢測到的取樣時間，控制上述接收部的取樣時間的時間控制裝置。
文檔編號G01W1/14GK1508563SQ20031012452
公開日2004年6月30日 申請日期1998年12月22日 優先權日1997年12月22日
發明者若山俊夫 申請人:三菱電機株式會社