JPS643087Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPS643087Y2 JPS643087Y2 JP15083382U JP15083382U JPS643087Y2 JP S643087 Y2 JPS643087 Y2 JP S643087Y2 JP 15083382 U JP15083382 U JP 15083382U JP 15083382 U JP15083382 U JP 15083382U JP S643087 Y2 JPS643087 Y2 JP S643087Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- frequency
- output
- multiplier
- signal
- pass filter
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
本考案は、上空に向けて音波を送出し、大気か
らの反射波を受け、風がある場合に生ずるドツプ
ラー現象に基づく周波数偏差を検出して風速を求
めるドツプラー音波探査装置に関するものであ
る。
らの反射波を受け、風がある場合に生ずるドツプ
ラー現象に基づく周波数偏差を検出して風速を求
めるドツプラー音波探査装置に関するものであ
る。
ドツプラー周波数偏差を求めるにはいくつかの
方法があるが、一般に広く用いられている方法は
いわゆるFFT法である。
方法があるが、一般に広く用いられている方法は
いわゆるFFT法である。
このFFT法によつて周波数解析をする場合、
データのサンプリング周波数をS、データ数をＮ
とすると、周波数分解能はS／Ｎであり、時間分
解能はＮ／Sであるから、両者は相反する関係と
なる。周波数分解能は風速分解能を、また時間分
解能は高度分解能を規定とするのでSとＮの値を
どのように決めるかが問題であり、従来は必要と
される最大風速を勘案してSの値を決め、Ｎの値
は両者を考慮に入れて決めていた。
データのサンプリング周波数をS、データ数をＮ
とすると、周波数分解能はS／Ｎであり、時間分
解能はＮ／Sであるから、両者は相反する関係と
なる。周波数分解能は風速分解能を、また時間分
解能は高度分解能を規定とするのでSとＮの値を
どのように決めるかが問題であり、従来は必要と
される最大風速を勘案してSの値を決め、Ｎの値
は両者を考慮に入れて決めていた。
そのため、処理結果として必ずしも充分な精度
をもつ値が得られたとは言え難く、また処理時間
による制約があつたことは否めない。
をもつ値が得られたとは言え難く、また処理時間
による制約があつたことは否めない。
本考案はかかる点に鑑みてなされたもので、解
析しようとする信号の周波数を逓倍することによ
つて高度分解能はそのままであつて風速分解能を
高め、そしてまた逓倍された信号の周波数を低減
することによつてサンプリング周波数の低減を計
り、それに伴つて少いデータ数で演算して演算時
間を短縮できるようにした。
析しようとする信号の周波数を逓倍することによ
つて高度分解能はそのままであつて風速分解能を
高め、そしてまた逓倍された信号の周波数を低減
することによつてサンプリング周波数の低減を計
り、それに伴つて少いデータ数で演算して演算時
間を短縮できるようにした。
次に実施例ついて説明する。第１図は本考案に
おける測定系のブロツクダイヤグラムを示し、１
は音波探査機、２は前段処理演算器、３はFFT
解析装置、４は指示器であり、従来と異なるのは
FFT解析装置３の前に前段処理演算器２を挿入
した点である。従来は前段処理演算器２を除いた
各部を接続して測定系を構成し、音波探査機１で
大気からの反射信号を受信し、FFT解析装置３
を用いて反射信号に含まれるドツプラー周波数を
分析処理して風速値を検出して指示器４に指示し
ていたものであるが、この場合の測定系を構成す
る各部は既知の通りであり、その内容は本考案の
構成要件を含まないから、これらに関しては説明
を省略する。
おける測定系のブロツクダイヤグラムを示し、１
は音波探査機、２は前段処理演算器、３はFFT
解析装置、４は指示器であり、従来と異なるのは
FFT解析装置３の前に前段処理演算器２を挿入
した点である。従来は前段処理演算器２を除いた
各部を接続して測定系を構成し、音波探査機１で
大気からの反射信号を受信し、FFT解析装置３
を用いて反射信号に含まれるドツプラー周波数を
分析処理して風速値を検出して指示器４に指示し
ていたものであるが、この場合の測定系を構成す
る各部は既知の通りであり、その内容は本考案の
構成要件を含まないから、これらに関しては説明
を省略する。
第２図は本考案の主題である前段処理演算器２
の構成を示し、直列に接続されたＡ−１，１−
２，…Ａ−Ｋなどはそれぞれ周波数逓倍部で、
各々の内部構成は２乗器（１０−１，１０−２，
…１０−Ｋと高域波器１１−１，１１−２，…
１１−Ｋを増幅度２の増幅器１２−１，１２−
２，…１２−Ｋが直列に接続されている。
の構成を示し、直列に接続されたＡ−１，１−
２，…Ａ−Ｋなどはそれぞれ周波数逓倍部で、
各々の内部構成は２乗器（１０−１，１０−２，
…１０−Ｋと高域波器１１−１，１１−２，…
１１−Ｋを増幅度２の増幅器１２−１，１２−
２，…１２−Ｋが直列に接続されている。
１３は乗算器、１４は低減波器、１５は増幅
度２の増幅器であり、これらで周波数逓減部が構
成され、乗算器１３には基準クロツク信号Srefが
印加される。
度２の増幅器であり、これらで周波数逓減部が構
成され、乗算器１３には基準クロツク信号Srefが
印加される。
前段処理演算器２の構成は以上の通りである
が、説明の便宜上、始めに演算原理に触れる。
が、説明の便宜上、始めに演算原理に触れる。
入力信号Sioの角周波数をω、位相角をαとす
ると、 Sio＝cos（ωt＋α） …(1) となり、この入力信号が２乗器を通つたあとの出
力信号S′1は次の(2)式となる。
ると、 Sio＝cos（ωt＋α） …(1) となり、この入力信号が２乗器を通つたあとの出
力信号S′1は次の(2)式となる。
S′1＝cos2（ωt＋α）
＝１／２〔cos2（ωt＋α）＋１〕 …(2)
次にこの信号S′1を高域波器及び増幅度２の
増幅器を通すと、直流成分が除かれ出力信号S1は S1＝cos2（ωt＋α） …(3) となる。即ち周波数逓倍部を一段通すことによつ
て、出力信号の角周波数と位相角は入力信号の２
倍になる。従つて任意に決めたＫ段の周波数逓倍
部を順次に通すと、出力信号SKは(4)式となる。
増幅器を通すと、直流成分が除かれ出力信号S1は S1＝cos2（ωt＋α） …(3) となる。即ち周波数逓倍部を一段通すことによつ
て、出力信号の角周波数と位相角は入力信号の２
倍になる。従つて任意に決めたＫ段の周波数逓倍
部を順次に通すと、出力信号SKは(4)式となる。
SK＝cos（2Kωt＋β） …(4)
但しβ＝2Kα
次に周波数逓減部においては、前記の通り得ら
れた周波数逓倍部の出力信号SKと、基準クロツ
ク信号Srsfとを乗算器で乗算する。Srsfを Srsf＝cosωrｔ …(5) とすると、乗算器の出力信号S′putは S′put＝SK・Sref ＝１／２〔cos｛（2Kω＋ωr）ｔ＋β｝ ＋cos｛（2Kω−ωr）ｔ＋β｝〕 …(6) となり、２つの入力信号の周波数成分の和と差を
合成したものとなる。
れた周波数逓倍部の出力信号SKと、基準クロツ
ク信号Srsfとを乗算器で乗算する。Srsfを Srsf＝cosωrｔ …(5) とすると、乗算器の出力信号S′putは S′put＝SK・Sref ＝１／２〔cos｛（2Kω＋ωr）ｔ＋β｝ ＋cos｛（2Kω−ωr）ｔ＋β｝〕 …(6) となり、２つの入力信号の周波数成分の和と差を
合成したものとなる。
そこで低域波器を通して高周波成分を除去し
２倍に増幅すると、出力信号Sputは Sput＝cos｛（2Kω−ωr）ｔ＋β｝ ＝cos｛ω〜t＋β｝ …(7) となる。但し(7)式でω〜＝2Kω−ωrと置く。
２倍に増幅すると、出力信号Sputは Sput＝cos｛（2Kω−ωr）ｔ＋β｝ ＝cos｛ω〜t＋β｝ …(7) となる。但し(7)式でω〜＝2Kω−ωrと置く。
さて次に以上の結果をふまえて、受信信号の周
波数の中にドツプラー周波数偏差が含まれている
場合を考察する。
波数の中にドツプラー周波数偏差が含まれている
場合を考察する。
受信信号周波数を^とすると
^＝0＋Δ …(8)
但し0：送信周波数
Δ：ドツプラー周波数偏差
これを前段処理演算器を通して処理すると、受
信信号周波数^は次のように周波数変換される。
信信号周波数^は次のように周波数変換される。
すなわち(8)式を(7)式に代入すると、角周波数ω
と周波数の関係は ω＝2π …(9) であるから、演算処理器の出力信号の周波数〜は 〜＝2K 0−r＋2KΔ ＝c＋2KΔ …(10) 但しr：基準クロツク信号の周波数 c＝2K 0−rと置く に周波数変換される。
と周波数の関係は ω＝2π …(9) であるから、演算処理器の出力信号の周波数〜は 〜＝2K 0−r＋2KΔ ＝c＋2KΔ …(10) 但しr：基準クロツク信号の周波数 c＝2K 0−rと置く に周波数変換される。
そころで、風速測定装置において測定する方向
例えば北など適宜に設定した軸方向の風速成分Ｖ
とドツプラー周波数偏差Δとの関係は、音速を
Ｃとすると Ｖ＝Ｃ／２・Δ／0 …(11) であるから、音速Ｃと送信周波数0を一定とする
と、風速Ｖとドツプラー周波数偏差Δの関係は
線型となる。
例えば北など適宜に設定した軸方向の風速成分Ｖ
とドツプラー周波数偏差Δとの関係は、音速を
Ｃとすると Ｖ＝Ｃ／２・Δ／0 …(11) であるから、音速Ｃと送信周波数0を一定とする
と、風速Ｖとドツプラー周波数偏差Δの関係は
線型となる。
(8)式と(10)式の周波数を解析するに当り、周波数
分解能δFが同じであれば、両式の第１項の第１
項は一定であり、第２項が風速によつて変る項で
あるから、ドツプラー周波数偏差Δはそれぞれ Δ＝δF …(12) Δ＝１／2KδF …（13） となる。
分解能δFが同じであれば、両式の第１項の第１
項は一定であり、第２項が風速によつて変る項で
あるから、ドツプラー周波数偏差Δはそれぞれ Δ＝δF …(12) Δ＝１／2KδF …（13） となる。
したがつて、(12)と（13）式を(11)に代入し風速分
解能を求めると δV＝Ｃ／20δF …（14） δV′＝Ｃ／20 δF／2K …（15） となり、前段処理演算器で前記の(10)式に示したよ
うな周波数変換を行えば、同じ周波数分解能で解
析を行つても、受信信号をそのままの状態で求め
た風速分解能δVと較べ、（15）式にみる通り風速
分解能δV′の値は2K倍改善される。
解能を求めると δV＝Ｃ／20δF …（14） δV′＝Ｃ／20 δF／2K …（15） となり、前段処理演算器で前記の(10)式に示したよ
うな周波数変換を行えば、同じ周波数分解能で解
析を行つても、受信信号をそのままの状態で求め
た風速分解能δVと較べ、（15）式にみる通り風速
分解能δV′の値は2K倍改善される。
また前段処理演算器で(8)式と(10)式の^と〜を
の解析範囲内で、^＞〜の条件で周波数逓減する
ことによつて、サンプリング周波数を低下させる
ことができるから、受信信号をそのままの状態で
求めた場合の高度分解能を維持しながら、風速分
解能を改善しかつデータ数Ｎを減らして演算数を
少くすることができ、したがつて演算時間が短縮
される。
の解析範囲内で、^＞〜の条件で周波数逓減する
ことによつて、サンプリング周波数を低下させる
ことができるから、受信信号をそのままの状態で
求めた場合の高度分解能を維持しながら、風速分
解能を改善しかつデータ数Ｎを減らして演算数を
少くすることができ、したがつて演算時間が短縮
される。
以上の説明で理論的な解析が明らかになつたの
で、この結果を参照して実施例を説明する。
で、この結果を参照して実施例を説明する。
前段処理演算器２の入力に受信信号Sioが到来
すると、周波数逓倍部Ａ−１では２乗器１０−１
で受信信号Sioは２乗され、その出力に含まれる
直流成分は高域波器１１−１によつて除去され
たあとで、増幅度２の増幅器１２−１で２倍に増
幅され、出力の信号S1は上記(3)式に示す通り角周
波数と位相角がそれぞれもとの受信信号Sioの２
倍となる。
すると、周波数逓倍部Ａ−１では２乗器１０−１
で受信信号Sioは２乗され、その出力に含まれる
直流成分は高域波器１１−１によつて除去され
たあとで、増幅度２の増幅器１２−１で２倍に増
幅され、出力の信号S1は上記(3)式に示す通り角周
波数と位相角がそれぞれもとの受信信号Sioの２
倍となる。
かくして周波数逓倍部をＫ段通すと、その出力
SKは上記(4)式の通り、角周波数と位相角は2K倍と
なる。
SKは上記(4)式の通り、角周波数と位相角は2K倍と
なる。
この出力SKと基準クロツク信号Srefとが乗算器
１３で乗算され、そのあと低域波器１４を通し
て高周波成分が除かれ、増幅度２の増幅器１５で
２倍増幅されると前段処理演算器の出力は上記(7)
で示す通りとなる。
１３で乗算され、そのあと低域波器１４を通し
て高周波成分が除かれ、増幅度２の増幅器１５で
２倍増幅されると前段処理演算器の出力は上記(7)
で示す通りとなる。
ドツプラー周波数偏差Δが含まれている場合
は、前段処理演算器の出力は上記(10)式の通りにな
り、したがつてこ出力を基にしてFFT解析装置
３で処理すると、風速分解能δV′は（15）式の通
り本考案による前段処理演算器２を用いない場合
と較べて2K倍となる。
は、前段処理演算器の出力は上記(10)式の通りにな
り、したがつてこ出力を基にしてFFT解析装置
３で処理すると、風速分解能δV′は（15）式の通
り本考案による前段処理演算器２を用いない場合
と較べて2K倍となる。
また周波数を逓減することに伴つてサンプリン
グ周波数を低下できるので、本考案の如く処理を
しない従来の場合における周波数分解能及び時間
分解能をそのまま維持しながら、データ数Ｎを少
くすることができるから演算時間が短縮される効
果が得られる。
グ周波数を低下できるので、本考案の如く処理を
しない従来の場合における周波数分解能及び時間
分解能をそのまま維持しながら、データ数Ｎを少
くすることができるから演算時間が短縮される効
果が得られる。
第１図は本考案の測定系のブロツクダイヤグラ
ム、第２図は前段処理演算器の構成を示す。 １……音波探査機、２……前段処理演算器、３
……FFT解析装置、４……指示器、Ａ−１……
周波数逓倍器、１０−１……２乗器、１１−１…
…高域波器、１２−１……増幅度２の増幅器、
１３……乗算器、１４……低減波器、１５……
増幅度２の増幅器。
ム、第２図は前段処理演算器の構成を示す。 １……音波探査機、２……前段処理演算器、３
……FFT解析装置、４……指示器、Ａ−１……
周波数逓倍器、１０−１……２乗器、１１−１…
…高域波器、１２−１……増幅度２の増幅器、
１３……乗算器、１４……低減波器、１５……
増幅度２の増幅器。
Claims (1)
- 音波探査機で検出された大気からの受信信号を
FFT解析装置で処理した風速を求める装置にお
いて、音波探査機とFFT解析装置の間に設置さ
れ、音波探査機の受信信号を２乗する２乗器と、
該２乗器の出力に含まれる直流分を除く高域濾波
器と、該高域濾波器の出力を増幅する増巾度２の
増幅器とが直列に接続される構成の周波数逓倍部
が、適宜の段数順次に接続されており、最終段の
周波数逓倍部の出力信号と基準クロツク信号とが
乗算される乗算器と、該乗算器の出力側に接続さ
れる低域濾波器と、該低域濾波器の出力を増幅し
かつ増巾出力をFFT解析装置に出力する増巾度
２の増幅器により構成されることを特徴とする前
段処理演算器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15083382U JPS5956579U (ja) | 1982-10-06 | 1982-10-06 | 前段処理演算器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15083382U JPS5956579U (ja) | 1982-10-06 | 1982-10-06 | 前段処理演算器 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS5956579U JPS5956579U (ja) | 1984-04-13 |
| JPS643087Y2 true JPS643087Y2 (ja) | 1989-01-26 |
Family
ID=30334423
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15083382U Granted JPS5956579U (ja) | 1982-10-06 | 1982-10-06 | 前段処理演算器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5956579U (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5553463B1 (ja) * | 2014-03-13 | 2014-07-16 | 株式会社ソニック | パルス圧縮超音波探知装置 |
-
1982
- 1982-10-06 JP JP15083382U patent/JPS5956579U/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS5956579U (ja) | 1984-04-13 |
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