JPH03262989A - ラスレーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、電波と音波を使用して風向風速及び気温の高
度分布を遠隔測定するラスレーダに関する。

（従来の技術とその課題） この種の従来装置としては、第６図に示すものがある。

同図において、音波送信空中線１、電波送信空中線２、
受信空中線群３は屋外の同一架台に取り付けであるため
、高さが同一となっている。

音波送信空中線１より定周期でパルス音波を上方に向け
、指向性を持って発射すると球状粗密波面５となって伝
搬していく。同時にこの球状粗密波面５に向けて電波送
信空中線＃！２から入射角θで電波を発射すると、微弱
であるが球状粗密波面５で反射する。パルス音波と電波
の波長比が１対２の場合に、球状粗密波面５で反射した
反射電波は同位相で加算きれ強くなり、反射角θのスポ
ット状の集束域６となって受信空中線に返ってくる。

なお集束域６は、無風状態の場合、すなわち球状粗密波
面５の中心位置が音波送信空中線１の位置と等しい場合
、音波送信空中線１の位置を中心にして、電波送信空中
線２の位置と点対称の位置にくる性質を持っている。

また、入反射角θは球状粗密波面５の反射点２１から音
波送信空中線１に近い位置にある反射点２ｏでは太き（
なり、遠い位置にある反射点２２では逆に小さくなる。

その反射電波は受信空中線群３を使って強度分布として
受信することができ、この強度分布の最大強度から上空
大気の風向風速の高度分布を測定し、また音速に対応す
るドツプラ周波数を検出して気温の高度分布を測定して
いる。ここで受信空中線群３は、ＭＸＭ個の受信空中線
を格子状に配置したもので、受信面積を広くとるため、
この受信空中線の配置間隔ｄは数十Ｃ■間隔として並べ
られている。

一例として、アンテナ径約１ｍの受信空中線を６列×６
列に、その配置間隔ｄを約２０ｃｍで格子状に配置した
受信空中線群３の場合、集束域６となって返ってくる反
射電波は、僅か２〜３個の受信空中線のみで受信される
ことになる。

この種の装置では、反射電波の集束域６の位置は、球状
粗密波面５が上空の風によって流された距離の２倍だけ
変化するため、受信空中線を広い面積に数多く密に配置
する必要がある。しかし密に配置したとしてもスポット
状の集束域６は、その中心部が最大強度となり外に広が
る程弱くなるので、集束域６の中心部が各受信空中線の
間に到達した場合には、著しく受信レベルが小ざくなり
風向風速及び気温の測定が困難になるものであった。

また、受信空中線の間隔を密にすると反射電波の受信範
囲が狭くなり、強風時においては反射電波を受信できな
いこともあった。逆に、受信空中線を数多（密に配置す
るとコスト高となるばかりでなく、広い敷地が必要とな
る欠点があった。

（課題を解決するための手段） 本発明は、前述した従来技術の課題を解決することを目
的とし、その目的を達成するために、同一高ざに配置し
た音波送信空中線と電波送信空中線に対して、受信空中
線群を高い位置若しくは低い位置に配置し、又は音波送
信空中線に対して、電波送信空中線と受信空中線群を高
い位置若しくは低い位置に配置して、反射電波を集束域
以外の広がりのある部分で受信することにより受信域を
広げて受信空中線の間隔が密でなくとも測定可能とし、
また強風時においても確実に受信することができるラス
レーダを提供するものである。

（実施例） 本発明の一実施例を第１図を参照して以下詳細に述べる
。同図において１１は地表であり、音波送信空中線１及
び電波送信空中＊２は地表１１に設置されている。音波
送信空中線１がら発射されたパルス音波は、球状粗密波
面５となって伝搬し、それに対して電波送信空中線２か
ら電波を連続的に発射すると、その反射電波はスポット
状の集束域６となって地表１１上に返ってくる。ここで
受信空中線群３を集束域６より高い位置に配置すること
により、反射電波は受信空中線群３上で中心部が最大強
度で外に広がる程弱くなる集束域６と比べて広範囲な面
積を持つ受信域９として受信することができる。

逆に、受信空中線群３を音波送信空中線１及び電波送信
空中線２より低い位置に配置すると、反射電波は集束し
た後、放射状に広がるため、集束域６と比べて広範囲な
面積を持つ受信域として受信することができる。

また、他の実施例を第２図を参照して詳細に述べる。第
２図は音波送信空中線１に対して、電波送信空中線２と
受信空中線群３を低い位置に配置したものである。音波
送信空中線１から発射きれたパルス音波は、球状粗密波
面５となって伝搬し、それに対して電波送信空中線２か
ら電波を入射角θで発射すると、反射角θの反射電波と
なって返ってくる。このとき、電波送信空中線２を音波
送信空中線１より低い位置に設置したことにより、球状
粗密波面５の反射点２１から音波送４ｇ空中線１に近い
位置にある反射点２０においては、その入反射角θ１が
従来に比べ大きくなる。逆に音波送信空中線１から遠い
位置にある反射点２２においては、その入反射角θ３は
従来に比べ小きくなる。

その結果、反射点２０における反射電波の軌跡は、反射
点２１における反射電波の軌跡よりも音波送信空中線１
から遠ざかる方向となる。逆に反射点２２の場合には、
反射点２１０反射電波の軌跡より音波送信空中線１に近
づく方向となる。したがって、球状粗密波面５からの反
射電波は、地表１１より上方の音波送信空中１１！１の
位置を中心として、電波送（ｇ空中線２の位置とほぼ点
対称の位置にスポット状の集束域６を有する反射電波と
して返ってくる。その後反射電波は放射状となり、受信
空中線群３上で中心部が最大強度で外に広がる程弱くな
る集束域６と比べて広範囲な面積を持つ受信域９として
受信することができる。

逆に、音波送信空中線１に対して、電波送信空中線２と
受信空中線群３を高い位置に配置した場合、集束域６は
音波送信空中線１の位置を中心に電波送信空中線２の位
置に対して点対称の位置、すなわち受信空中線群３より
も下方において反射電波は集束するため、受信空中線群
３上では広範囲な受信域として受信することができる。

次に上記実施例につき計算式で説明する。すなわち第３
図に示す２次座標において、電波送信空中線２の位置（
０，ｙ、）、音波送信空中線１の位置（ｘａ＋　ｙａ）
　、音速Ｃａ、時刻ｔとする。今、ｔ＝０において発射
された音波波面は、球状粗密波面５となって伝搬するた
め、次の方程式を満足する。

（ｘ　ｘａ）２＋（ｙ−ｙａ）２＝（Ｃａ−ｔ）２−（
１）Ｃａ−ｔは音波送信空中線１から球状粗密波面５ま
での距離を表す。また、電波送信空中線２から角度φ、
で送信される電波経路の方程式は次のようになる。

ｙ　ｗｘ−一φ、＋ｙ、　　　　　　　　　　−（２）
球状粗密波面５に対する電波の反射点１２を（ｘｏ。

ｙｏ）とすると、ＸＯ＊ｙＯは式（１）、（２）のいず
れも満足しなければならない。式（１）、（２）よりＸ
Ｏ＋ＹＯを算出すると次のようになる。

ｘＯ＝ｃｏｓφ、［−Ｇ。−ｙａ）ｓｉｎφ＊＋Ｘａ”
罵φ。

＋　　（Ｃａ−ｔ）２［ｘａ・ｓｉｎφ、十Ｇ。−ｙａ
）ｃｏｓφＪ２］　　　　−＜３）ｙｏ＝ｓｉｎφｅ　
Ｅ−ｂ＊−ｙａ）Ｓｉｎφ＠＋Ｘａ”（Ｎ）Ｓφ。

＋　　（Ｃａ−ｔ）２−［ｘａ・ｓｉｎψ＠＋（Ｊ＠　
７ａ）ＣＯ６φ＠）２］　＋ｙ＠　　−（４）入反射角
θとの関係は、音波送信空中線１と反射点１２とを結ぶ
直線の角度をφ、とすると次のようになる。

θ＝φ、−φ。　　　　　　　　　　−（５）ここで、
ｔａｎφ、は次のように表される。

最後に、反射電波の経路は反射点１２　（ｘｏ＋　ｙｏ
）を通り傾きがｊａｎ（ψ、＋２０）の直線で表される
から次のような方程式となる。

ｙ　＝（ｘ　−ｘｏ）ｊａｎ（ψ、＋２０）＋ｙｏ　　
　　　　　　　　　−（７）この式（７）に式（６）を
代入すると ｙ　＝（ｘ　−ｘｏ）ｊａｎ（φ、＋２０）＋ｙ。

受信点１３を　（ＸＲＩ　ｙＲ）　　とし、ｙｐを一定
としたときのＸＲは式（８）より次のようになる。

１−ｔａｎ２ψ１＋２・−φ−扇φ。

式（３）　、　（４）　、　（６）　、　（９）より、
電波送信空中線２の角度ψ、を電波のビームの範囲内で
変化きせ、そのときの受信点１３のＸＲを算出し独の最
大値、最小値より受信域９の広がりをグラフに表したも
のを第４図、第５図に示す。第４図において、受信空中
線群３を地表より約１ｍの位置に設置した場合、受信域
９は点として受信される集束域６と比べて直径約３５ｃ
■の円形域に拡大きれる。また第５図゛において、音波
送信空中線１を地表より約１ｍの位置に設置した場合、
受信域９は直径数ａｍの集束域６と比べて直径約７７ｃ
ｍの円形域に拡大される。

（発明の効果） 以上述べた本発明によれば、従来の技術に同一高さに配
置した音波送信空中線と電波送信空中線に対して、受信
空中線群を高い位置若しくは低い位置に配置し、又は音
波送信空中線に対して、電波送信空中線と受信空中線群
を高い位置若しくは低い位置に配置しただけの簡単な構
成によって、受信空中線群での受信域を拡大できるので
、受信空中線を密に配置する必要な（反射電波を受信し
、かつ確実に風向風速及び気温の測定を行うことができ
る。また受信空中線を数多く配置して敷地面積を増大さ
せることなく、強風時においても反射電波を受信するこ
とができるという顕著な効果が発揮される。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第５１！ｌは本発明の実施例で、第１図は一実
施例を示す断面図、第２図は他の実施例を示す断面図、
第３図は２次元座標図、第４図、第５図は受信域の広が
り特性図である。第６１！ｆは従来のラスレーダを示す
斜視図である。 １・・・音波送信空中線、２・・・電波送信空中線、３
・・・受信空中線群、５・・・球状粗密波面、６・・・
集束域、９・・・受信域、１１・・・地表、１２，２０
．２１．２２・・・反射点、１３・・・受信点。 第４図 ０．３５ 受信域９の広がり１ｍｌ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 音波送信空中線（１）から上空大気に向けパルス音波を
   発射し、該音波によって形成される球状粗密波面（５）
   に対し、電波送信空中線（２）から電波を連続的に発射
   して前記球状粗密波面（５）から反射された電波を受信
   空中線群（３）を使って強度分布として受信し、その強
   度分布の最大強度から上空大気の風向風速の高度分布を
   測定し、また音速に対応するドップラ周波数を検出して
   気温の高度分布を測定するラスレーダにおいて、前記球
   状粗密波面（５）からの反射電波の集束域（６）以外の
   広がりのある部分で受信するために、同一高さに配置し
   た前記音波送信空中線（１）と前記電波送信空中線（２
   ）に対して、前記受信空中線群（３）を高い位置若しく
   は低い位置に配置し、又は前記音波送信空中線（１）に
   対して、前記電波送信空中線（２）と前記受信空中線群
   （３）を高い位置若しくは低い位置に配置したことを特
   徴とするラスレーダ用空中線の配置方法。