Development of Radar Inversion Technologies for Small-Scale Weather Disturbances

小规模天气扰动雷达反演技术的发展

基本信息

批准号：
20H02166
负责人：
西村耕司
金额：
$ 10.32万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
财政年份：
2020
资助国家：
日本
起止时间：
2020-04-01 至 2025-03-31
项目状态：
未结题

项目摘要

大型大気レーダーにおいては強力な送信電力から自己の受信機を保護するため，パルス送信終了後受信機がオンとなる前に一定の空白時間が設けられている．このため一般的に7-10us程度のブランク（不感）時間が発生し，これに対応して地上から1000-1500m程度の低高度領域の観測が不可能となっている．京都大学信楽MU観測所に設置されるMUレーダーも同様である．この問題を解決するため，レーダー本体とは別に受信専用のアンテナを設置し，送受信の切り替えを行うことなく受信することにより低高度からの大気エコーを取得する手法の開発を行なった．MUレーダーでは多数のデジタル受信機を備えており，これを利用することにより外付け受信アンテナからの信号を取得することが可能だが，７usのブランク時間だけ信号を遅延させる必要がある．これには電気フィルターや，ソフトウェア送受信機，長尺の信号線を用いる方法などが考えられるが，コスト，安定性などの面から光電変換と長尺の光ファイバーを用いる方法が最も有利である．ここで光電変換装置にはレーダーに求められる水準の極めて高い線形性が必要となる．そのため複数の候補について線形性および雑音レベルの比較を行い，求められる基準を満たす製品を選定し，2000mの光ファイバーと組み合わせることにより光学ディレイの開発に成功した．これにより低高度領域のエコー受信が可能となった．しかしMUレーダーを用いた低高度領域の実観測データの解析の結果，過大な干渉信号が重畳することが判明した．これはMUレーダーの送信増幅器が送信停止後のブランク時間においても強大な雑音を発生しているためだと推測されるが，この場合簡易な回避策はなく，受信アンテナを高度にアダプティブアレイ化するなどの手法が必要となる．問題の切り分けのため引き続き南極大型大気レーダーを用いた低高度観測および解析を実施する予定である．

在大型大气雷达中，为了保护接收机免受强发射功率的影响，脉冲发射结束后、接收机开机前会留有一定的空白时间。为此，一般会出现7-10us左右的空白（死区）时间，相应地，无法观测距地面约1000-1500m的低空区域。京都大学信乐MU天文台设置的MU雷达也是如此。为了解决这个问题，我们安装了与雷达本身分离的专用接收天线，并开发了一种通过接收来获取低空大气回波的方法，而无需在发射和接收之间切换。 MU雷达配备了大量的数字接收器，利用这些接收器可以从外部接收天线获取信号，但需要将信号延迟7 us的空白时间。可能的方法包括使用电滤波器、软件收发器和长信号线，但就成本和稳定性而言最有利的方法是使用光电转换和长光纤。这里，光电转换器件必须具有极高的线性度，与雷达所需的线性度处于同一水平。因此，我们比较了多个候选产品的线性度和噪声水平，选择了符合要求标准的产品，并通过将其与2000m光纤相结合，成功开发了光延迟。这使得在低海拔地区接收回波成为可能。然而，通过对MU雷达在低空地区的实际观测数据进行分析，发现叠加了过多的干扰信号。假设这是因为MU雷达的发射放大器即使在发射停止后的空白时间内也会产生很强的噪声，但在这种情况下没有简单的解决方法，并且应该将接收天线配置为高度自适应阵列这样的方法。因为这是必需的。我们计划继续利用南极大大气雷达进行低空观测和分析，以找出问题所在。