KR100216883B1 - 마이크로파 레이다를 이용한 날씨장애 예측방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

미소폭발 전조 탐지기가 다수의 레이다 광선(1-4)를 사용하며 각 광선에서 기상학적 레이다 신호 반사기로부터의 레이다 복귀를 표본추출하고 이 신호복귀를 통계학적 방법으로 처리하여 평균 레이다 반사도를 결정하도록 하며 도플러 신호 파라미터를 추출하도록 한다. 이들 파라미터들은 두번째 세트의 파라미터, 각 레이다 광선내 평균 도플러 주파수, 각 레이다 광선내 도플러 스펙트럼 퍼짐, 그리고 각 광선내 도플러 스펙트럼의 비틀림을 결정하도록 사용된다. 두번째 세트의 파라미터가 미소폭발, 예측된 지표면 충격, 충격시간, 바람시어 지표면 위치 및 트랙, 그리고 바람시어의 크기를 설정하도록 처리된다(18-20).

Description

마이크로파 레이다를 이용한 날씨장애 예측방법 및 장치

제1도는 미소폭발(microburst)을 일으키는 날씨상태와 바람 시어상태의 발생을 설명하는데 유용한 도표.

제2도는 미소폭발의 전조를 설명하는 도면.

제3도는 미소폭발 예견 자료를 획득하기 위해 사용될 수 있는 수직으로 배치된 다수비임을 설명하는 도면.

제4도는 본 발명의 바람직한 실시에에 대한 블럭도표.

제5도는 제4도의 적합한 실시예에서 사용될 수 있는 수신기의 블럭도표.

제6도는 제4도에서 도시된 파라미터 평가기에 대하여 사용될 수 있는 처리기의 블럭도표.

제7도는 제4도의 탐지 트리거에 대하여 설명될 수 있는 처리기의 블럭도표.

제8도는 제4도에서 도시된 미소폭발 전파탐지기에서 사용될 수 있는 처리기를 설명하는 도면.

제9도는 도플러 스펙트럼의 비틀림 대 방사상 속도의 도표.

제10도는 도플러 스펙트럼폭 대 방사상 속도의 도표.

제11도는 제4도에서 바람 시어 예견기(predictor)로 사용될 수 있는 처리기의 블럭도표.

본 발명은 날씨 방해를 예상하는 것에 관한 것이며, 특히 비행기의 이착륙중 비행기에 위험한 지구표면위의 낮은 고도에서 미소폭발(microburst) 바람 시어(wind shear)를 일으키는 날씨 방해의 예상에 관한 것이다.

미소폭발 바람 시어는 비교적 좁은 영역의 낮은 고도에서 동시에 발생되는 크게 상이한 바람 속도와 방향을 나타내는 날씨상태이다. 미소폭발 바람 시어는 통상적으로 5-15분간 지속되며, 비교적 좁은 지역에서 발생되고, 그리고 비행기 이착륙중에 극히 위험하게 된다. 종래기술의 시스템은 초기의 발생뒤에 이착륙 상황에서, 이들 시스템은 이착륙하는 비행기가 바람 시어 지역을 피하도록 하는 충분한 경고시간을 제공하지 않으며, 바람 시어 상태의 시작이 있은 후에 위험신호를 알려왔다.

지상풍 시어 상태를 탐지하기 위한 종래기술의 한가지 방법은 공항 주위의 여러위치에서 기계적 바람 감지기를 사용하여 바람 방향과 크기의 지면 관찰을 이용한다. 이같은 시스템은 바람 시어 상태의 시기에 맞지 않은 혹은 잘못된 탐지 때문에 부적절한 것으로 판명되었다. 두번째 방법은 지상에 위치한 레이다를 사용하는 것이다. 지상에 위치한 날씨 감지 레이다는 통상적으로 습윤공기 탐지가능성을 향상시키고 높은 각 해상도를 제공하기 위해 좁은 안테나 비임을 갖는다.

현재 개발중인 터미널 도플러 날씨 레이다는 공항으로부터 약 20km인 위치로부터 공항에서의 지상의 미소폭발 바람 시어를 탐지하도록 되어 있다. 제 1661-1673 페이지에서 설명된다. 이와같은 시스템이 Proceedings of The IEEE, vol. 77 no. 11(1989년 11월, 미국 뉴욕) 기하학적 고려 때문에, 그 도플러 측정 능력은 지구표면위의 습도계(빗방울)의 수평이동을 탐지하도록 제한된다. 이는 탐지가능한 레이다에 에코 리번을 제공하기 위한 충분한 수의 빗방울이 있는때 바람 시어를 측정한다. 이는 습윤이 존재하는 바람의 수평이동 역시 측정하며 이때 습윤이 존재하는 바람은 몇몇 날씨 조건하에서 표면 미소폭발 바람 시어 전조의 존재에 대한 간접적인 증거를 제공한다. 미소폭발 존재가 코어의 상부에서 바람 수렴이 있는 높은 반사도의 하강하는 코어가 탐지되는때 만들어진다. 이같은 방법에서 미소폭발 전조탐지의 개연성은 높지 않으며 이와같은 측정만을 기초로한 오 경보율은 허용이 불가할 정도로 높다.

종래기술의 다른 방법들은 비행기의 지상속도를 탐지하고 이같은 지상속도를 비행기의 공중속도와 비교하기 위한 탑재장치를 이용한다. 활발치 못한 센서에 의해 결정된 속도차와 비행기의 수직 가속도는 비행기주위의 바람 상태의 한 표시를 제공한다. 이와 같은 시스템은 바람 상태의 표시를 시기에 맞게 제공하지 못하며, 특히 비행기의 전방에서 발생되는 미소폭발 바람 시어에 대한 사전 경고를 제공하지 못한다. 또다른 종래기술의 탑재된 바람 시어 탐지기 탑재된 수직 가속도계, 공중속도 표시기, 피치각 표시기, 그리고 수직한 바람의 변화율을 결정하기 위한 따라서 또다른 바람 시어 표시기를 제공하기 위한 공격 각 표시기등에 의해 제공된 자료를 사용해서 개선된 바람 시어 탐지를 제공한다.

지상의 장치로 개선된 표면 미소폭발 바람 시어 탐지를 제공하는 시스템이 미국특허 제 4,649,388호(Re. 33,152) 및 제 4,712,108호에서 소개된다. 종전특허에서 공개된 이 발명은 적어도 두개의 수직으로 배치된 레이다 비임을 갖는 도플러 레이다 시스템을 사용하는데 이때 수직으로 배치된 각 레이다 비임에서는 습윤이 있는 공기의 표면 바람속도 도플러 스펙트럼을 평가한다. 수평바람 속도가 고도에 따라 단조롭게 증가(혹은 감소)하게 되면, 두 스펙트럼의 동일한 지점 아래(위)의 바람속도 스팩트럼 성분은 두개의 상하로 배치된 비임 패턴이 교차하는 고도 각 아래(위)에서 발생되는 바람속도와 관계가 있다. 이들 바람속도 스펙트럼 성분은 거리와 방위각의 함수로서 수평 바람시어로부터 발생되는 방사상의 도플러 속도에 대한 평가를 제공하며, 따라서 바람 시어 위치와 그 크기에 대한 탐지를 허용한다. 상기 인용된 바 특허의 발명은 바람 시어가 발생한 뒤에 습윤이 있는 공기의 수평 도플러 레이다 리턴 신호들을 처리하므로써 표면 미소폭발 바람 시어탐지를 제공한다. 시간의 함수로서 거리와 방위각으로 미소폭발 바람 시어 센터를 추적함으로써 미소폭발 바람 시어 중심의 수평이동을 결정하며, 이에 의해서 그 짧은 수명중에 미소폭발 바람시어 위치를 예견한다.

비록 이 시스템이 그 초기의 발생이 있은뒤에 미소폭발을 추적하므로써 표면 미소폭발 바람시어의 미래위치를 예견한다해도, 이들이 초기의 미소폭발 바람시어 발생을 예견하는 능력을 갖지는 못한다. 미소폭발이 발생한뒤에 미소폭발의 미래위치를 예견하는 것은 초기의 미소폭발 바람시어 위치에서 공항으로 바람시어 상태에 대한 경고를 제공하지 못한다. 이같은 도플러 레이다 센서의 또다른 제한은 이들이 습윤함량이 매우 적은 표면 미소폭발 바람 시어를 탐지할 수 없다는 것이며 이같은 현상은 미국 서부지역에서 자주 발생된다.

착륙하려하는 비행기를 안전하게 다시 경유로를 정하거나 그와같은 위치에서 비행기의 이착륙을 지연시키기 위해 충분한 시간을 갖고 초기 표면 미소폭발 바람시어의 위치를 선회할 수 있도록 예견할 수 있으며 바람 시어 공기흐름에 습윤이 거의 없는때에도 이와같은 기능을 수행할 것이 요구된다.

본 발명의 목적은 5 내지 15분정도 표면 바람시어의 발생을 선행하는 직경 1-3km의 수직한 하향통풍을 결정하므로써 표면 미소폭발 바람시어를 일찌기 적절하게 경고할 수 있는 것이다. 수직한 하향통풍은 지면에 다달은때 원형 또는 타원의 미소폭발 바람시어를 발생시키기 위해 수평의 모든 방향으로 부채꼴로 펼쳐진다. 이같은 목적은 그것이 지면에 도달하여 수평한 바람시어를 발생시키기 전에 하강중에 수직한 바람 하향통풍을 탐지함으로써 달성된다. 수직한 바람 하향통풍의 결정은 한 주사 신호비임 혹은 수직으로 배치된 다수 비임 마이크로파 도플러 레이다 시스템의 수신된 신호로부터 4개의 날씨 파라미터들을 추출하므로써 달성되는데 이때의 도플러 레이다 시스템은 공항주위의 정해진 거리에 대하여 선택된 고도를 설명한다. 도플러 레이다 시스템의 비임 수와 이들의 비임폭은 공항주위의 정해진 영역내에서 정해진 고도범위에 대하여 유효범위를 제공하도록 디자인되며 정해진 거리 이하인 모든 경사진 범위에 대하여 도플러 레이다 시스템의 각 범위 셀에 대한 수준 또는 수평한계를 설정하도록 한다. 이같은 수평한계는 수직의 바람 하향통풍 칼럼이 비임을 완전히 채울 수 있도록 선택되며, 수직한 한계가 바람 속도 기울기의 영향을 한 범위 셀내로 제한시킨다. 추출된 도플러 신호 날씨 파라미터는 습도계(강수량) 수직 속도, 수평속도 그리고 공간위치를 설정하도록 사용된다. 이들 속도 평가는 평균속도, 스펙트럼 폭 그리고 각 거리-방위 셀내 강수량 도플러 속도 스펙트럼의 비대칭도, 레이다 신호가 복귀되는 각거리 방위 셀내 레이다 결정 강수량 반사율, 비임의 방위방향 그리고 레이다 비임 상하각 그리고 비임폭(선속폭)을 기초로 한다. 폭풍에 의해 발생된 미소폭발 전조의 기상학상의 특징은 1초당 약 5미터의 수직한 바람 하향통풍, 직경 1.5와 3.0킬로미터사이의 수직한 바람 하향통풍 칼럼, 그리고 둘러싸는 영역에서 0-20dB의 수직한 바람 하향통풍내 강수량 반사도 증가한다. 모든 이들 표준은 미소폭발 발생 하향통풍이 시작되었는가를 확인하기 위해 사용된다.

수신된 도플러 속도 스펙트럼은 수직한 빗방울 속도의 도플러 레이다에 의해 결정된 상하각 사인의 함수인 방사상 성분을 비교적 넓은 수신 안테나 비임폭에서 상하각 코사인의 함수인 수평한 빗방울 속도의 방사상 성분과 결합시킨 결과이다. 이와같은 결과로 발생된 속도 스펙트럼은 각 거리(범위)-방위각 셀내 평균의 수직 및 수평 습도계 속도의 각 조합에서 독특하다. 설명된 바와 고도영역내 각 비임속에 각 거리-방위 셀의 측정된 도플러 스펙트럼 파라미터는 4차원 파라미터 맵을 만들기 위해 연속되는 레이다 주사(scans)상에 저장된다. 도플러 스펙트럼 파라미터는 평균 도플러 속도, 도플러 스펙트럼 폭, 도플러 스펙트럼 비대칭 그리고 레이다 에코내 총 스펙트럼 전력을 포함한다. 미소폭발 전조 수직 및 수평 바람속도 평가될 수 있는 기본적인 정보를 제공한다. 이들 맵으로부터 1.5와 3.0 킬로미터 사이의 수직한 바람 칼럼이 초당 5미터를 초과하는 수직한 바람속도를 가지며 탐지되어온 주위지역에서 0-20dB인 강수량 반사도를 나타냄이 결정되는때 미소폭발 경고가 발생된다. 지구표면으로 떨어지는 수직한 하향통풍에 대한 시간이 약 5초이기 때문에, 이같은 경고는 비행기의 착륙을 들리거나 비행기 이륙을 지연시키기에 적당한 시간만큼 표면 미소폭발 바람 시어의 실제적인 발생에 앞서 발생될 것이다.

하기에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.

비행기 이착륙 사건의 주요원인은 미소폭발(microburst)라 하는 바람 시어(wind shear)의 특수한 형태이다. 항공위험의 뜻을 내포하기도 하는 단어 미소폭발은 지면 가까이에서 모든 방향으로 공기의 과격한 수평폭발을 일으키는 습윤공기의 강한 하향통풍 블래스트이다. 이와같은 과격한 수평 폭발은 그 중심을 가로질러 수평한 바람속도 차이를 발생시킨다. 이와같은 미소폭발은 이같은 바람 시어가 지면위(AGL) 500미터 아래에서 직경이 약 4km 인 표면영역을 가로질러 초당 10미터이거나 이보다 큰때 발생해왔다. 낮은 고도에서 바람 시어의 지면 레이다 탐지는 클러터(clutter)로 알려져 있는 지면 리턴(ground returns)에 의해 그리고 하향통풍에서의 습윤(레이다 에코발생) 대부분이 그것이 지면에 도달하기 전에 증발한다. 도시 공항에서의 전형적인 클러터 수준과 공항 감시 레이다 안테나 회전속도는 바람 시어탐지를 약 10-20dBz 혹은 이보다 큰 강수량 반사도를 가지는 미소폭발로 제한한다. 만약 클러터가 존재한다면 혹은 신호처리수단을 통해 실행할 수 있는때 감쇄된다면, 잡음 제한이 탐지하능한 신호수준을 결정하며 민감도에서의 크기 증가 명령이 실현될 것이다. 클러터가 신호 필터링을 통해 감쇄될 수 있는 정도는 안테나 회전속도와 방위각 비임폭에 달려있다. 보다 빠른 안테나 회전 또는 보다 좁은 안테나 비임폭은 지면 클러터의 보다 높은 수준의 변조를 발생시키며 입력신호 필터링을 통해 클러터를 줄이는 것을 더욱더 어렵게 만든다. 건조와 습윤의 두가지 타입의 미소폭발이 알려져 있다. 건조 미소폭발은 대체로 폭우가 없는 건조한 기후에서 발생되는데, 이는 심각한 지면 바람 시어 상태를 일으키는 사건을 발생시키며 지면에 도달하기전에 대부분 증발된다. 지면에서 습윤함도가 낮기 때문에 건조한 미소폭발 바람시어는 20dBz 훨씬 이하의 반사도를 나타낸다. 습윤 미소폭발 바람시어는 비가 많은 곳에서 발생되며 지면에 도달하기전에 부분적으로만 증발하게 된다. 이와같은 미소폭발 바람시어는 20dBz 수준을 훨씬 초과하는 반사도를 나타낸다. 따라서 지면 클러터는 지면 가까이의 레이다 비임과 함께 동작하는 레이다 시스템에 의해 습윤 미소폭발 바람시어뿐아니라 건조 미소폭발 바람시어의 탐지를 금지시킨다.

이제 제1도를 참조하면, 미소폭발이 강한 수직 하향통풍에 의해 발생되며, 이 하향통풍은 1.5와 3 킬로미터 사이인 수평 직경 D를 가지며, 이는 높은 고도에서 발생된다. 방해 직경은 하향통풍이 지구 직경에 접근함에 따라 증가하며 지표면 가까이에서 수평 바람속도차 V=V2-(-V1)을 발생시키는데, 이는 적어도 초당 10미터(20kts)이며 기껏해야 4km의 거리 W에서 60kts와 100kts 사이일 것이다(W가 4km보다 큰때, 큰 폭발이 발생하였으며 이는 비행기 이착륙시 덜 위험한 상태이다). 햐향통풍이 본원 명세서 미소폭발 전조로서 집합적으로 인용되는 기상학적으로 탐지가능한 여러 현상중 한가지 현상이기는 하더라도, 하향통풍은 계속되는 미소폭발 바람 시어의 가장 애매한 전조인 것이다.

미소폭발 바람시어 영역으로 들어가는 착륙하는 비행기 AC는 먼저 비행기 AC가 글라이드 경사 GL 위를 비행하도록 하는 헤드 바람의 증가를 경험한다. 비행기 조정사는 공기속도와 공격각을 줄이므로써 글라이드 경사 GL로 되돌아 가려한다. 비행기 AC가 계속해서 미소폭발을 통과하는때 이는 수평으로 이동하는 동안 하향하도록 강요하는 강한 하향통풍을 만나게 되며 뒷바람이 리프트의 손실을 일으킨다. 비행기 AC가 글라이드 경사 GL아래로 떨어지면, 비행기 조정사는 이제 동력과 공격각을 증가시켜서 비행기 AC가 글라이드 경사 GL로 되돌아 가도록 해야 한다. 비행기가 제어명령에 응답하기 위해 제한된 시간을 필요로하기 때문에 지면에 너무 가까워서 회복할 수 없는때 충돌이 일어날 수 있다.

미소폭발 전조는 낮은 고도 바람시어의 시작이 있기전에 5-15분동안 지면(AGL)위 1과 8km 사이에서 발생된다. 대표적인 습윤 미소폭발의 형성을 도시하는 도표가 제2도에 도시되어 있다. 첫번째 단계(10)에서 동반하는 높은 반사도를 갖는 밀집하여 포장된 물의 코어(11a)가 3과 8km AGL 사이의 고도에서 형성된다. 코어(11a)에서나 그 위에서 공기의 유입(12a)가 코어(11a)의 형성과 동시에 일어난다. 불안정성이 높은 반사도 코어(11a)가 하강하도록 하는때, 그와같은 하강의 뒤에 공기(13a)의 추가적인 수렴을 일으키며, 여러경우에서, 하강칼럼의 공기회전( 14a)를 발생시킨다. 떨어지는 높은 반사도 코어(11a)가 또한 습윤이 있는 공기를 햐향하여 밀어내며, 결국 강한 하향통풍을 일으키게 되며, 이는 공기냉각이 습윤 증발로 인해 발생되는때 가속된다. 이같이 높은 반사도 코어는 바람 시어가 시작됨과 동시에 혹은 그후에 지표면에 도달된다. 강한 하향통풍은 표면에서 공기수렴(17a)를 발생시키며, 바람 속도차이 v-v₂-v₁을 일으킨다.

따라서 높은 곳에서의 날씨 현상은 탐지할 수 있는 전조를 제공하며, 이로부터 지표면에서의 미소폭발이 비행기 이착륙중의 비행기 사로를 막도록 충분한 사전시간을 두고 예견되어질 수가 있다. 하강하는 하향통풍과 관련된 전조로는 하강하는 반사도 코어, 높은곳에서의 수평바람 수렴, 그리고 하향통풍 칼럼의 수형회전이 있다. 이들 전조들은 수직한 바람 하향통풍의 간접적인 표시이며, 이는 지표면 미소폭발 바람 시어의 직접적인 원인이다. 바람 수렴 및 회전과 함께 하강하는 높은 반사도 코어가 수직한 바람 하향통풍의 단지 간접적인 표시이기 때문에, 이들은 임박한 미소폭풍의 표시기로서는 수직한 바람 속도의 직접적인 측정보다는 덜 신뢰할 만하다. 실질적으로 수평인 바람수렴 및 회전과 결합된 하강하는 높은 반사도 코어는 뒤따르는 미소폭발의 발생없이 관찰되어 왔으며, 미소폭발 역시 이들이 없는 가운데 발생되어 왔다. 결과적으로 미소폭발의 명확한 예견은 15dBz 보다 큰 반사도를 가지며 높은 곳에서의 직경이 1.5와 3.0km 사이인 한 칼럼내 초당 5미터 이상인 수직한 바람 속도를 가지는 수직으로 하강하는 하향통풍에 대한 직접적인 인식을 필요로하며 이때의 반사도는 주변영역의 것과 적어도 같거나 이보다 큰 것이다. 습유난 하향통풍이 하강하는때, 칼럼내에서의 증발은 냉각을 일으키며 수직한 바람속도를 초당 25미터까지 증가시킬 수 있는 가속도를 유발시킨다. 모든 세가지 인수들이 존재하므로써 임박하 미소폭발의 명확한 전조를 만들게 한다.

결과적으로, 지표의 미소폭발 예견에 대한 조기 경보시스템은 1-3km의 고도에서 수직한 하향통풍을 탐지할 수 있어야 한다. 이는 단일비임이 높은 상하각 주사를 향하도록 하는 또는 다수의 상하로 배치된 비임이 각각 제3도에 도시된 바와 같이 한 할당된 고도 섹터를 주사하도록 향하게 하는 도플러 레이타 시스템으로 달성된다. 상하로 배치된 비임 시스템에서, 비임의 수와 개별비임폭은 공항주위 영역의 필요한 고도범위 AGL에서 유효범위를 제공하도록 선택된다. 이같은 고도 유효범위의 이 유효범위를 제공하기 위한 비임의 수가 선택되기만 하면, 각 비임에 대한 한 고도 비임 폭이 설정되며 이는 각 고도 비임에서 측정된 바와같이 수직한 바람속도에 대하여 대략 같은 퍼센트의 퍼짐을 제공한다.

제3도 빔 구조내 각 비임에 대한 상하 비임폭이 다음의 관계식에 따라 선택될 것이다.

이때 θ₁은 각 상하 비임 크로스오버를 규정하는 연속적 상하각이다. 제3도에서 도시된 øn는 n번째로 수직으로 배치된 비임의 상하각이다. 단지 세개의 비임만이 제3도에 도시되어 있으나, 이는 제한적이지 않으며 보다 많거나 혹은 적은 수의 비임이 한 시스템 위치에서 유효범위를 최적화하기 위해 선택될 수 있다.

제4도에서는 본 발명의 바람직한 실시예가 블럭도표가 도시된다. 상하로 배치된 비임 안테나(11)에 의해 수신된 신호가 비임선택기(12)에 결합되며 이로부터 한 선택된 비임의 한 간섭성수신기(13)으로 연결된다. 비임은 안테나(11)이 방위각 구동메카니즘(14)에 의해 방위각으로 회전되는때 한 연속된 상하 섹터 유효범위를 제공하기 위해 회전할 수 있도록 선택된다. 설명되어질 바와 같이, 간섭성 수신기(13은 I와 Q로 지정된 두개의 출력신호를 한 파라미터 평가기(15)로 제공하며, 애의 평가기로는 도플러 스펙트럼 평균 속도 평가기(15a), 평균 도플러 스펙트럼 비대칭 평가기(15b)와 결합된 도플러 스펙트럼 속도폭(변화) 평가기, 반사도 평가기(15d), 신호-클러터 평가기(15e) 그리고 혼합된 반사도와 S/C 비교기(15f)를 포함한다. 평균 스펙트럼 속도 평가, 평균 스펙트럼 폭평가, 평균 스펙트럼 비대칭 평가, I와 Q신호를 처리함으로부터 획득된 반사도 평가를 대표하는 신호가 파라미터 평가기(15)로부터 피라미터 맵퍼(16)으로 결합되며, 파라미터 맵퍼는 역시 도시되지 않은 한 거리범위 게이트 발생기로부터 경사진 범위 대표신호, 안테나 방위각 구동메카니즘(14)로부터 안테나 방위각 위치 대표 신호, 비임 선택기(12)로부터 비임선택 대표신호 그리고 반사도 추정치와 신호/클러터 비 추정치가 모두 정해진 한계를 초과하는때 비교기(15f)로부터 한 게이팅 신호를 수신하기도 한다.

게이팅 신호가 수신된뒤에, N개 가장 최근의 방위각 주사에 대한 4개의 추정치 대표신호가 평균속도 메모리(16a), 속도 스펙트럼 폭 메모리(16b), 비대칭 메모리(16c), 그리고 반사도 메모리(16d)내에 저장된다. 저장된 신호(16a)(16b) 및 (16d)는 탐지회로(17)에 결합되며, 이때에 계속된 처리를 위한 트리거가 발생된다. 미소폭발 하향통풍 전파탐지기 및 입증기(18)이 파라미터 맵퍼(16)내에 저장된 모든 4개의 신호를 처리하여 탐지회로로부터 신호에 의해 트리거되는때 미소폭발 전조기의 존재와 트랙을 입증하도록 한다. 미소폭발 전조기 트랙신호는 바람 시어 예상기(19)에 결합되며 미소폭발 충격위치, 바람시어크기, 충격을 주는 시간, 그리고 미소폭발타입(습윤 또는 건조)이 결정된다. 미소폭발 충격 위치와 습윤 또는 건조 미소폭발 정보가 충격위치 예상기(19)로부터 바람시어 추적기(tracker)(20)으로 연결되며 바람시어 추적기는 이같은 자료를 사용하여 초기의 미소폭발 충격위치로부터 바람시어 지표 추적을 제공하도록 한다.

적절한 수신기(13)의 개략적 도표가 제5도에 도시된다.

비임선택기(12)로부터의 신호가 RF 필터(13-1)을 통하여 믹서(13-2)로 결합되며, 여기서 레이다 동작 주파수 주위의 예정된 대역폭내에 있는 필터된 RF 신호가 안정된 한로컬발진기(STACO)(13-3)에 의해 제공된 한 신호와 혼합되어 IF증폭기(13-4)로 중간 주파수(IF)신호를 제공하도록 한다. IF증폭기의 대역폭은 신호대 잡음비를 최적화하고 인접한 범위셀내 신호샘플사이의 최대비 상관관계(decorrelation)를 제공하도록 한다. IF증폭기로부터의 신호는 I/Q 해독기(13-5)로 결합되며 이로부터 간섭성 발전기(COHO)(13-6)으로부터 I/Q 보조기(13-5)로 결합된 한 신호와 동위상(1)인 한 신호성분이 라인(13-7)을 통해 제공되며, COHO 신호와 구상(Q)인 한 신호성분이 라인(13-8)을 통해 제공된다. I와 Q 신호는 각각 비데오 증폭기(13-9)(13-10)으로 연결되며 이로부터 증폭된 아날로그 신호가 A/D 변환기(13-11)(13-12) 각각에서 디지탈 신호로 변환된다. I 및 Q 디지탈 신호는 또다른 처리를 위해 라인(13-13)과 (13-14) 각각을 통해 잡음측정회로(13-15)로 제공되며, 여기서 수신기 잡음이 결정된다. 이같은 잡음 측정은 수신기가 처음으로 검사되고 잡음수준이 다음의 사용을 위해 계속해서 설명되는 바와같이 시스템내에 표기되는때 수행될 수 있거나, 아니면 최근의 잡은 수준을 제공하기 위해 주기적 간격으로 수신기가 검사하는때 수행될 수 있다.

본 발명 기술분야에서 숙련된 자라면 평균속도, 스펙트럼 폭 및 스펙트럼 비틀림을 추정하기 위한 두가지 일반적인 접근이 있음을 인식한 것이다. 한가지 접근은 디지탈 신호 I와 Q를 사용한 다음 이들의 크기를 계산하기 위하여 표준공식을 사용하여 각거리-방위 빈(bin)내 수신된 펄스 트레인의 전력 스펙트럼을 먼저 계산하는 것이다. 두번째는 디지탈 신호 I와 Q를 사용하여 수신된 신호의 복잡한 오토 상관관계 함수를 계산하는 것이다. 스펙트럼 폭과 스펙트럼 비틀림의 추정치가 낮은 S/N에서 훨씬더 정확할 것이기 때문에 본 발명의 적합한 실시예의 경우 두번째 접근이 유리하다.

디지탈 I와 Q신호는 제6도에서 도시된 바와같이, 스칼라 곱 계산기(15-1), 벡타 곱 계산기(15-2), 그리고 파라미터 추정기(15)의 평균전력 계산기(15-3)으로 연결된다. 레이다 송신기용의 펄스 반복율은 범위 셀마다 여러 펄스를 제공하도록 선택되며, 이때의 펄스는 가령 1600일 수 있다. 이들 펄스는 예정된 수의 펄스간격, 가령 1 내지 16의 펄스간격을 사용하여 처리한다. 1의 펄스간격은 명확한 결과의 신호를 제공하기 위해 Nyuquist(나이키스트)표준에 부합하는 처리를 대표하는 것이다. 1보다 큰 펄스간격은 이와같은 표준에 부합하지는 않으나 평균 도플러 속도, 도플러 속도 스펙트럼 그리고 스펙트럼 비대칭의 상당히 개선된 파라미터 추정치를 위하여 사용된다. 1펄스 간격이 사용된때, 스칼라 곱 계산기(15-1)은 주어진 범위 빈(bin)내 한 수신된 신호의 I 성분을 그와같은 범위 빈내의 다음에 수신된 신호 I 성분과 곱하고 그와같이 하여 얻어진 곱을 마찬가지로 수신된 신호의 Q 성분을 다음에 수신된 신호의 Q 성분과 곱하므로써 얻어진 곱과 더한다. 이들 합계된 곱은 첫번째와 두번째 수신된 신호 두번째와 세번째 수신된 신호, 세번째와 네번째 수신된 신호등등에 대한 I 및 Q 성분을 곱하므로써 얻어질 수 있다. 다음에 합계된 곱이 평균된 곱-합 X₁을 대표하는 한 신호를 제공하기 위해 곱셈 합계의 수에 대하여 평균되게 된다. 2펄스 간격처리에서, 첫번째와 세 번셉로 수신된 신호의 I와 Q성분이 곱하여지며 두번째와 네번째로 수신된 신호가 곱하여지며 이와같이 계속하여 곱셈 합계를 형성하도록 하며, 다음에 이는 두번째 평균된 곱셈-합계 X₂를 대표하는 한 신호를 제공하도록 평균된다. 평균값 X_m은 수학적으로 다음과 같이 나타내질 수 있다.

m=0이면 한 범위 빈내에서 평균 수신된 전력의 한 추정값을 제공한다.

벡터 곱 계산기(15-2)는 스칼라 곱 계산기(15-1)과 유사한 방법으로 동작한다. 그러나, 이 유닛에서는 한 펄스 간격 처리가 사용되는때 두번째 수신된 신호의 I 성분과 첫번째 수신된 신호의 Q 성분의 곱이 첫번째 신호의 I 성분과 두번째 수신된 신호의 Q 성분의 곱으로부터 감산된다. 이와같은 곱셈과 감산은 세번째 수신된 신호의 Q 성분으로 곱하여진 두번째 수신된 신호의 I 성분과 두번째 수신되는 신호의 Q 성분으로 곱하여진 세번째 수신된 신호의 I 성분등등에서 계속된다. 다음에 쌍을 이루는 신호 곱의 차이가 합하여지고 평균내져서 평균 벡터 곱 Y을 대표하는 한 신호를 제공하도록 한다. 2펄스 간격, 처리가 사용되는때, n번째와 n+2번째 수신된 신호의 성분들 사이에서 곱셈이 이루어진다. 앞서에서와 같이, 차이가 생기게된 곱셈이 합계되며 평균되어 평균된 벡터곱 Y₂를 대표하는 한 신호를 제공하도록 한다. 평균된 벡터곱 Ym은 수학적으로 다음과 같이 표시될 수 있다.

본 발명 기술분야의 통상의 지식을 가진자라면 스칼라곱과 벡터곱이 수신된 신호의 선택된 래그(lag)값 m에 대한 오토 상관관계 함수의 실수와 허수부임을 알 것이다. 곱셈 X₁과 Y₁은 한 평균 도플러 속도 계산기(15-4)에 연결되며, 여기서 평균 도플러 속도 V의 명확한 크기가 다음의 공식으로부터 결정된다.

이때 h는 표본추출 주기(표본추출-펄스간격)이고 λ는 레이다 신호 과장이다. 보다 높은 차원 래그곱 Xm과 Ym이 사용되어 한 기준으로서 tan^-1(Y₁/X₁)을 사용하고 모든 추정치를 평균하여 tan^-1(ym/xm)내에서 속도의 불명료함을 적절히 제거시키므로써 V의 추정치를 개선하도록 사용될 수 있다. 평균 전력 계산기(15-3)은 각 수신된 신호의 I 및 Q 성분을 제곱하여 합산하여 각 수신된 신호의 전력을 결정하도록 하며 모든 수신된 신호의 전력을 평균낸다. 앞서 지적한 바와같이 이는 스칼라곱에 해당되며 이때 m=0이다. 평균전력 P는 따라서 다음과 같다.

도플러 속도 스펙트럼 폭 σ는 다양한 래그에서 오토 상관관계 함수의 크기로부터 결정된다.

여기서이며, N는 최고 고차의 유용한 래그 Nh(N는 레인 리턴(rai return)의 상호관계 폭에 의해 제한된다)이다. 상기 모든 식들은 σ의 같은 크기를 발생시키며 m과 n의 선택된 크기는 계산에 더욱더 편리하며 보다 정확한 결과를 낳는다. (m, n)한세트이 선택된 크기에 의해 제공된 추정치 σ는 평균되어져 σ의 추정치 정확도를 더욱더 개선하도록 한다. Nyquist 표준을 기초로한 표본 추출율은 σ의 결정에 영향을 미치지 않는다. 따라서 비(rain)에 대한 명확한 평균 속도 α와 도플러 스펙트럼 폭 σ가 메모리와 처리시간의 이치에 따라 획득된다.

미소폭발 전조의 결절을 위해 필요한 세번째 파라미터는 평균 전력 계산기(15-3)으로부터의 전력 대표신호 P를 평균 반사도 계산기(15-6)에 결합시키므로써 설정된다. 레아다 반사도(Z)는 다음식에 따라 7, 단위체적당 분산단면과 관계를 갖는다.

Kw가 본 발명 출원에서 단위체와 가깝기 때문에

분산 단면 A는 다음과 같이 계산된다.

여기서 V는 레이다 반사도 Z를 가지는 강수량의 단위체적이다. 특정범위 빈내에서 그 범위와 함께 수신된 전력과 레이다의 동작 파라미터를 인식하므로써 A와 V 따라서 Z의 레이다 방정식 으로부터 계산을 할 수 있다. 레이다 파라미터와 범위가 각 범위빈에 대하여 우선인 것으로 알려져 있기 때문에 그같은 범위 빈에서 측정된 전력 P로부터 각 범위빈에 대한 Z의 직접적인 계산을 허용하는 조사 테이블이 수행될 수 있다.

제4도에서는, 추정된 반사도를 대표하는 한 신호가 반사도 추정기(15c)로부터 비교기(15f)로 결합되며 이것이 가령 15dBz와 같은 한계반사도를 대표하는 한 신호와 비교된다. 특정 범위 빈내 한계신호가 초과되는 때, 게이트(16e)(16f), (16g)가 활성화되며 레이지 빈에 대한 평균속도, 가면도, 그리고 반사도가 메모리(16a)(16b)(16d)에 각각 저장되며, 그렇지 않으면, 제로가 기록된다. 메모리(16a)(16b)(16d)는 가령 3과 같이 안테나가 주사하는데 마지막 N에 대하여 저장된 엔트리를 담고 있다. 메모리내의 각 엔트리는 탐지회로(17)에 연결되며, 여기서 각각이 두 개의 앞선 주사에 대한 상응하는 엔트리 각각으로부터 감산되어 레인 도플러 속도, 레인 도플러 속도 스펙트럼 폭, 그리고 레인 반사도의 일시적인 차이를 획득하도록 한다. 추가로, 각 범위 빈 엔트리는 두 개의 앞선 범위 빈에 대한 상응하는 엔트리로부터 감산되어 세 파라미터의 공간차이를 획득하도록 한다. 각 차이는 예정된 한계값과 비교되며, 만약 그 한계값이 초과되면, 한 트리거 신호가 발생된다. 이같은 처리의 개별적인 표시가 블럭형태로 제7도에 도시된다. 감산에서 엔트리가 제로인때에는 그 차이가 제로로서 규정되며 한계값을 초과하지 않는다.

상기에서 설명된 처리가 모든 세가지 파라미터의 경우에 유사하기 때문에, 반사도 R과 관련한 처리만이 제7도에서 설명된다. 각 방위각 스위프(sweep)에 대한 반사도 결정기(15-6)으로부터 반사도를 대표하는 신호가 첫번째 이동레지스터(17-1)로 연결되며 여기서 레지스터의 각 단계를 선택된 방위각 범위 스위프를 따라난 한 범위 빈에 해당되며 합산 네트워크(17-2)(17-3)의 네가티브 입력 단자에 해당된다. 한안테나 주사에 대한 연속적인 범위 스위프의 범위 빈 자료가 이동 레지스터(17-1)내에서 일렬로 입력된다. 레지스터(17-1)이 가득찬때, 마지막 단계가 첫번째 범위스위프의 첫번째 범위 빈에 대한 반사도 자료를 포함하며 첫번째 단계가 안테나 주사 주기의 마지막 스위프 마지막 범위 빈에 대한 반사도 자료를 포함한다. 다음 주사에서 이동 레지스터(17-1)의 첫번째 단계로 첫번째 범위 스위프의 첫번째 범위 빈에 대한 자료의 입력에서, 레지스터내 모든 자료가 한 단계 이동하며 마지막 단계에서의 자료가 레지스터(17-1)로부터 두번째 이동 레지스터(17-4)의 첫번째 단계로 그리고 합산 네트워크(170-2)의 포지티브 입력단자로 연결된다. 각 반사도 엔트리는 각 이동 레지스터에서 한단계씩 이동하도록 한다. 두 개의 완전한 주사가 있은 후에, 모든 범위 스위프에 대한 반사도 자료가 레지스터로 입력되었으며 두 개의 앞선 안테나 자료가 각각 각 레지스터의 마지막 단계에서 입력된다. 세번째 주사에서 첫번째 범위 스위프의 첫번째 범위 빈 자료를 이동레지스터(17-1)과 합산 네트워크(17-2)(17-3)으로 결합시키므로써, 두 개의 앞선 안테나 주사의 첫번째 범위 스위프의 첫번째 범위빈이 합산 네트워크(17-2) 및 (17-3)의 포지티브 입력 단자에 각각 결합된다. 합산 네트워크 출력단자에서의 차이신호가 각각 비교기(17-6)(17-6)에 결합되며 이로부터 반사도 차이신호가 예정된 한계신호 R를 초과하면 각각이 한 트리거 신호를 OR게이트(17-7)로 제공한다. 이같은 처리가 각 안테나 주사에 대하여 반복된다.

각 범위 스위프내 반사도 대표신호가 지연선(17-8)로 역시 연결되며, 여기서 신호가 한 범위 빈 간격만큼 지연되며 상기 신호가 합산 네트워크(17-9) (17-10)의 네가티브 입력으로 연결된다. 지연선(17-8)내 한 범위 빈 간격동안 지연된 신호가 다음에 합산 네트워크(17-9)의 포지티브 입력단자로 결합되며 지연선(17-11)로 결합되고 이때 한 범위 빈 간격의 두번째 지연이 일어나게 된다. 두번째 지연이 있은 후에 신호는 합산 네트워크(17-10) 입력단자에서의 신호가 같은 방위각 스위프에 대하여 인접한 범위 빈내 반사도 자료를 대표하는 것이며 합산 네트워크(17-9)(17-10)의 출력단자에서의 신호가 인접한 범위 빈에 대한 반사도 대표신호사이 그리고 한범위 빈에 의해 분리된 두범위 빈에 대한 반사도 대표신호 사이의 차이이다. 이들 차이 신호들은 제각기 비교기(17-11))(17-12)에 연결되며 이로부터 차이신호가 두번째 반사도 대표 한계신호 R_RT를 초과하는때 트리거 신호가 OR게이트(17-13)으로 연결된다. 도플러 속도 V와 도플러 속도 스펙트럼 폭에 대한 트리거 신호는 유사한 방법으로 발생된다. 이와같이하여 6개의 가능한 트리거(세개의 트리거 각각에 대해 하나의 공간과 하나의 일시적인)가 OR 게이트(17-a-17f)의 출력단자 a-f에서 나타난다.

출력단자 a-f는 제8도에서 도시된 바와 같이 미소폭발 하향통풍 입증기(18a)의 OR게이트(18-1)로 연결된다. 따라서, 6개의 트리거중 어느 한 트리거가 발생되면, OR 게이트(18-1)이 한 가능신호를 상하 비임/섹터 조사영역 결정기(18-2)로 연결시킨다. 가능신호를 수령하자마자, 영역 결정기(18-2)가 작어도 한 트리거가 발생되었던 한 영역을 표시하며 수직한 레인 속도와 수평한 윈드 속도 평가기(18-3)으로 한 가능신호를 제공한다. 이같은 가능신호를 수신하자마자, 추정기(18-3)이 메모리(16)으로부터 이에게로 연결된 식별된 상하비임/섹터 조사영역내에서 신호의 처리를 시작한다. 이 도면에서는 도시되지 않았지만, 이같은 처리가 모든 세개의 레이다 비임에서 수행된다.

조사영역내 각 범위 셀에 대한 V, σB β 및 R의 값은 수직한 레인(비) 속도 추정기(18-3)에 연결되며, 조사영역내 각 범위 셀의 좌표는 게이트(18-9)를 통하여 전조 영역 식별기(18-4)에 연결된다. 하향통풍내 수직한 그리고 수평한 빗방울의 추정값이 추정된 크기 Vp, σ 및 β로부터 결정되도록 하는 사전 계산된 자료가 수직한 레인 속도 추정기(18-3)내에 저장된다. 떨어지는 강수량의 수직 및 수평 속도는 각 상하 비임내에서 평균 도플러 속도 V, 도플러 스펙트럼 폭 α, 그리고 도플러 스펙트럼 비대칭 b로 구성되어 있는 3개의 파라미터 세트와 독특하게 관련이 있다. 이것은 도플러 레이다가 상하 비임내 상하 각 θ의 사인에 의해 곱하여진 빗방울의 수직한 속도성분 Vv를 측정하며 빗방울의 수평속도 성분 V_H가 상하각 θ의 코사인에 의해 곱하여진 레이다 도플러 측정에 결합되는 사실의 결과이다.

상하비임 1에서, θ는 87에서 47까지 변화한다. 따라서 도플러 스펙트럼에 대한 수직한 빗방울속도성분 Vv의 기여는 상하비임에서 sin87에서 sin47까지 변화하는 크기로 곱하여진다. 이와유사하게 도플러 스펙트럼에 대한 수평한 빗방울 속도 V_H의 기여는 cos87에서 cos47까지 변화하는 크기에 의해 곱하여진다. 측정된 도플러 스펙트럼은 Vv sinθ와 V_Hcosθ의 합계이다. 결과로서, 평균 도플러 스펙트럼 속도, 도플러 스펙트럼 폭 그리고 도플러 스펙트럼 비대칭의 세 파라미터 세트, {v, r, b}는 수직 및 수평한 빗방울 속도 {Vv, V_H}의 유일한 함수이다. 빗방울의 수직 및 수평한 속도 {Vv, V_H}의 특정한 조화를 위해 쌍으로 구성된 측정세트{V, α} 또는 쌍으로 구성된 측정세트{V, β}가 {Vv, V_H}를 유일하게 측정하는데 충분하다. 두쌍으로 구성된 관계를 사용하므로써, 정확도가 크게 개선된다. 상기 설명은 또한 각 상하비임내 각기다른 상하 각의 결과로 {V, α}과 {V, β}에 대하여 {Vv, V_H}가 각기 다른 관계를 갖는 것을 제외하고는 상하 빔(2, 3)으로도 적용된다. 상기 쌍을 이루는 관계가 레이다 비임 기하학 구조의 직접적인 결과이기 때문에, 이들은 각 상하 비임에 대하여 수직 및 수평속도 추정기(18-3)내에 저장된다. {V, β}를 빗방울 수직 및 수평속도 {Vv, V_H}에 관계시키며 대표적인 상하비임에 대하여 {V, α}를 {Vv, V_H}에 관계시키는 대표적인 곡선이 제9도와 10도에서 각각 도시된다.

제9도의 예는 한쌍의 방사상 속도와 비틀림 값이 한 유일한 세트의 {Vv, V_H}값으로 안내하지 않는 한 영역(20)을 나타낸다. 미소폭발의 특징은 이들 모호함을 해결하기 위해 사용될 수 있다. 수직속도에서 공기를 에워싸는 마찰효과로 인하여, 미소폭발내 하향통풍 속도는 미소폭발의 중앙에서보다 가장자리에서 더욱 느리다. 이들 마찰속도는 수평속도에 아무런 영향을 미치지 않는다. 결과적으로 수평속도는 하향통풍에서 일정하게 유지된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 전형적인 미소폭발은 한 범위 스위트에서 5 내지 10미터, 특히 300미터 범위 빈으로 연장된다. 한세트의 방사상 속도 - 비틀림 크기는 이들 범위 빈 각각에 대하여 결정된다. V_H에서의 몇가지 변화가 범위 빈 들사이에서 존재한다해도, 단하나의 V_H값만이 어느한 범위 스위프에 대한 각 범위 빈내 방사상 속도-비틀림의 쌍을 이루는 값에 대하여 존재한다. 이같은 V_H값은 제10도에서 도시된 스펙트럼 폭대방사상 속도의 도면으로부터 결정될 수 있다. 일단 수평속도가 한범위 빈내에서 결정되기만하면 제10도에 도시된 비틀림-방사상 속도 도면으로부터 그와같은 범위 빈내 수직한 속도를 결정하도록 사용될 수 있으며, 이에 의하여 Vv와 V_H에 대한 독특한 값을 설정한다.

모호함을 해결하는 다른 방법이 존재하기도 한다. 가령, V_H가 제10도로부터 각 범위 빈내에서 설정된 뒤에 V_H값이 평균내지고 그 평균내진 값이 Vv를 설정하기 위해 제9도에서 사용된다.

모호함을 해결하기 위한 또다른 방법은 Vv를 계산하는 관계를 사용한다.

여기서 θ_e는 각 비임에 대하여 알려져 있으며, V_RAD는 각 범위 빈에 대한 추정된 평균 도플러이고, V_H는 두 개의 상기 설명된 방법중 하나에 의해 결정된다. 이같은 접근이 앞서 설명된 방법중 어느 하나보다 범위 스위프의 각 범위 빈에 대하여 보다 정확한 Vv 추정값을 제공한다.

수직한 속도 Vv를 추정하는 또다른 방법으로서 이는 더욱더 정확함을 제공하며 미소폭발 하향통풍 전조를 확인하기도 하는데 이 방법은 제10도와 미소폭발 하향통풍내 공지된 빗방울 난류표준 편차를 이용한다. 전형적인 미소폭발 하향통풍은 초당 1미터의 표준편차를 갖는 빗방울 난류를 특징으로 한다. 제10도의 곡선은 이같은 크기를 기초로 한다. 만약 난류 표준편차가 가령 초당 2미터와 같이 몇가지 사전에 설정된 값보다 크면, 그 하향통풍은 미소폭발 전조가 아닌 것으로 결정된다. V_H가 하향통풍에서 일정하기 때문에 미소폭발에 걸려있는 범위 빈에 대하여 스펙트럼폭내 방사상 속도의 도면은 일정한 V_H곡선의 경사를 규정한다. 만약 스펙트럼폭대 방사상 속도 곡선에 대한 경사가 제10도의 영역이 그같은 자료로부터 얻어진 상응하는 것에 대한 경사보다 훨씬 크다면, 초당 1미터보다 큰 난류 표준편차가 표시된다. 측정된 경사는 표준이탈의 직접적인 측정이다.

제10도의 곡선을 보다 높은 크기의 난류 표준편차를 갖는 도면으로 대체하는 것이 가능하다. 다음에 수정된 도면이 각 범위 빈에 대한 Vv와 V_H를 추정하기 위해 사용될 수 있다. 이와같이 개선된 곡선은 하류통풍에 걸쳐져 있는 각 범위 빈에 대하여 V_H의 분리된 추정값을 획득하도록 사용될 수 있다. 다음에 V_H의 이와같은 추정값은 V_H의 추정값 정확도를 증가시키도록 평균될 수 있다. 각 범위 빈내 V_RAD의 측정된 값과 V_H의 평균값이 앞선 방정식내로 대체되어 각 범위빈내 Vv의 직접적인 추정값을 획득할 수 있다.

Vv와 V_H의 추정값 정확도를 증가시키기 위해, 미소폭발 조사영역에서 가령 1600 펄스로부터 64,000 펄스까지 각 범위빈내 처리된 펄스의 수를 증가시키는 것이 바람직히다. 여러 가지 방법들이 있기는 하나 그중 한가지 방법은 펄스 반복 주파수에서 그리고 매 2 마이크로세컨드대신 매 0.05 마이크로세컨드마다 수신기내 표본추출 I와 Q에서 아무런 변화없이 가령 2마이크로세컨드로부터 0.05 마이크로세컨드까지 전송된 펄스길이를 줄이는 것이다. 이는 이전에는 1 범위 빈이었던 40 범위 빈을 발생시킨다. 40개 0.5 마이크로세컨드 범위 빈 각각에서 수신된 1600 펄스는 이전에는 단지 1600 펄스 복귀만 있었던 2마이크로세컨드 범위 간격동안 64,000 펄스 복귀(return)을 포함하도록 순서적으로 상하로 배치된다. // 0.05 마이크로세컨드 범위 빈내 레인으로부터 1600 펄스 복귀는 통계학적으로 모든 다른 범위 빈내 레인 복귀와는 무관하다. 인수가 40인 1,600으로부터 64,000 까지의 처리된 펄스의 수증가는 R, V, σ 및 β의 추정값 가변도를 40만큼 줄인다. 이는 Vv와 V_H의 추정값을 크게 개선시킨다. 처리변화는 제9도와 10도에서 도시된 {V, σ, β}와 {Vv, V_H}사이의 관계에 어떠한 영향도 미치지 않는다.

공기내 강우량 수직속도는 빗방울 크기의 함수이다. 강우량의 레이다 반사도 역시 빗방울 크기의 함수이다. 빗방울 크기 분산과 도플러 속도 두양이 바람이 없는때 도플러 레이다에 의해 측정되는때 이들은 경험에 의해 다음과 같이 관계되며 Joss와 Waldvogel(빗방울 크기 분산과 도플러 속도, 14번째 레이다 운석한 협의회, 미국 운석학 소사이어티, Nov/17-20/70)

여기서 V는 도플러 레이다에 의해 측정된 수직속도이며, Z는 강우량 레이다 반사도이다.

다시 제8도를 보면, 조사영역내 측정된 반사도 R는 일정한 공기추정기(18-5)내에서 수직한 비(레인) 속도에 연결되며 joss-Waldvogel 관계식은 일정한 공기내에서 수직한 비속도의 추정값을 획득하도록 사용된다. 이같은 추정값은 차이 네트워크(18-6)에 연결되며, 이는 수직한 비속도 추정값으로부터 감산되고, 수직한 비 속도 및 수평한 바람 추정기(18-3)으로부터 차이 네트워크(18-6)으로 연결되어 수직한 바람속도 Vvw를 획득하도록 한다.

이같은 수직한 바람속도는 비교기(18-7)에서 미소폭발의 최소 하향통풍 속도를 대표하는 한 한계 하향통풍 속도 Vwt와 비교되며, 이로부터 한 신호가 게이트(18-9)를 가능하게 하도록 연결되며, 이에 의해서 하향통풍 속도가 전조 영역 식별기(18-4)에 대한 한 한계를 초과하는 범위 빈의 주소를 제공한다. 이들 주소가 영역 식별기(18-4)내에 저장되며 이로부터 이들이 게이트(18-8)에 연결되며 공간 연장범위 검사기(18-10)에 연결되고, 여기서 상기 한계값을 초과하는 하향통풍 속도가 결정되며 미소폭발의 저장된 한 공간 연장범위와 비교된다. 이와같은 비교가 한계값을 초과하는 하향통풍 속도의 공간 연장범위가 미소폭발의 공간 연장범위에 필적할 만한가를 결정하려면, 게이트(18-8)이 작동되고 수직 및 수평한 바람속도, 반사도 그리고 위치의 크기가 게이트(18-8)의 출력단자에서 제공된다.

수평 및 수직바람 속도, 반사도 그리고 게이트(18-8)를 통해 연결된 위치 좌표가 바람 시어 예견기(19)로 제공되며(제4도), 그 블럭 도표가 제11도에 도시된다. 반사도는 미소폭발 예견기(19-1)에 결하되며, 여기서 반사도의 크기를 기초로한 습윤 또는 건조 미소폭발이 예견된다. R이 15-25dBz 사이이면 건조 미소폭발이 예견되며, R이 25dBz 이상이면 습윤 미소폭발이 예견된다.

수평 바람속도 추정기(18-3)으로부터 제공된 수평 바람속도, 차이 네트워크(18-6)으로부터 제공된 수직 바람속도, 그리고 하향통풍이 한계값을 초과하는 영역의 좌표가 미소폭발 지표면 위치 예견기(19-2)에 연결되며, 이때의 예견기가 미소폭발 충격의 지표면 위치를 예견하기 위해 통상의 방법으로 이같은 자료를 사용한다. 하향통풍 영역내 최고의 수직한 바람속도가 역시 충격 예견기로 연결되며, 이 예견기가 통상의 방법으로 미소폭발이 지표면에 충력을 주게될 시간을 예견하고 바람 시어 크기 예견기(19-4)에도 연결된다.

습윤/건조 미소폭발 예견기(19-1)과 지표면 위치 예견기(19-2) 각각은 바람 시어 추적기(21)로 자료를 연결시키며, 이때의 추적기는 또한 제3도에서 지면 수준 비임(4) 가까이에서 유효범위를 제공하는 한 도플러 레이다 비임에 연결된 한 레이다 수신기(도시되지 않음)로부터 레이다 자료를 수신한다. 습윤/건조 미소폭발자료, 예견된 미소폭발 충격위치, 그리고 비임(4)에 연결된 수신기에 의해 제공된 자료가 지표면을 따라 바람시어를 추적하기 위해 사용되며 뒤어은 바람시어 위치를 예견하도록 한다.

건조 미소폭발 지표면 바람시어는 하향통풍이 지표면에 도달하기전에 본래의 수분함량 대부분이 증발하기 때문에 매우 작은 양의 수분을 담고 있다. 그결과로, 지면 클러터 때문에 예견된 미소폭발 하향통풍 충격위치와 예견된 바람시어 크기없이 지면위치에서 발생한동안 건조 미소폭발 바람시어를 일찌기 탐지하는 것은 매우 어렵다.

습윤/건조 미소폭발 예견기, 시간-충격 예견기, 그리고 미소폭발 지표면 위치 예견기로부터의 정보를 이용하여, 비임(4)에 연결된 수신기가 각 주사에서 예견된 지표면 충격면적을 커버하는 범위-방위각 빈을 조사하여 도달한 하향통풍으로부터의 바람시어의 첫번째 표시를 찾아내도록 한다. 바람시어의 처음 탐지가 있은뒤에, 비임(4)로부터 유도된 정보가 미소폭발 바람 시어의 위치와 크기에 대하여 최근의 정보를 제공한다. 이같은 정보가 바람시어 크기가 그것이 더 이상 위안이되지 않는 점으로 감쇄하는 때까지 제공된다.

본원 명세서에서는 본 발명의 적합한 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상을 벗어나지 않는 한도에서 여러 변형과 수정이 가능한 것임이 분명한 것이다.

Claims (13)

1. 방사상으로 주사된 다수의 레이다 광선을 통하여 상하각 영역을 통해 레이다 조사를 제공하도록 하며, 각 광선이 상기 상하각 영역내 각 상하각 섹터에서의 레이다 조사를 제공하고 레이다 신호복귀를 처리하여 각 레이다 광선에서 발생된 도플러 스펙트럼 파라미터를 추정하며 각 광선내 기상학적 분산기의 평균 레이다 반사도를 추정하도록 하는 단계를 포함하는 날씨장애 예측방법에 있어서, 상기 도플러 스펙트럼 파라미터의 평균 반사도를 사용하여 상기 기상학적 분산기의 수직속도와 정한 공기내 상기 기상학적 분산기의 수직속도를 각각 추정하도록 하며, 상기 수직 속도와 정한 공기내 수직속도를 처리하여 수직바람 속도를 얻오록 하고, 그리고 상기 수직 바람속도와 평균 반사도를 사용하여 미소폭발(날씨장애)의 발생을 예측하도록 하는 단계들을 더욱더 포함함을 특징으로 하는 날씨장애 예측방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 도플러 스펙트럼 파라미터와 한 레이다 방위각 주사의 평균 레이다 반사도를 적어도 하나 앞선 방위각 주사에 대하여 얻어진 상응하는 도플러 스펙트럼 파라미터와 평균 레이다 반사도를 비교하여 공간적 그리고 일시적인 차이를 유도하도록 하며, 상기 공간적 그리고 일시적 차이를 예정된 공간적 및 일시적 차이한계와 각각 비교하며, 그리고 그 차이 한계를 초과하는 각 공간적 및 일시적 차이에 대하여 한 트리거 신호를 발생시키고, 적어도 하나의 트리거 신호가 발생된때 상기 트리거 신호를 가능 처리기 수단(18)로 결합시키며, 그리고 상기 도플러 스펙트럼 파라미터와 상기 평균 반사도를 처리하여 미소폭발 전조가 존재하는 가를 예측하도록 하는 단계들을 더욱더 포함함을 특징으로 하는 날씨장애 예측방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 레이다 신호처리단계가 평균 도플러 주파수를 추정하고, 스펙트럼 비틀림을 추정하며, 그리고 상기 도플러 스펙트럼의 스펙트럼 폭을 추정하는 단계들을 포함하고, 상기 평균 도플러 주파수, 상기 스펙트럼 비틀림, 그리고 상기 스펙트럼 폭이 상기 도플러 스펙트럼 파라미터를 포함하며, 또한, 상기 도플러 스펙트럼 파라미터와 평균 레이다 반사도 사용 단계가 도플러 스펙트럼 파라미터와 평균 레이다 반사도를 사용하여 상기 수직 바람 속도를 추정하도록 하고, 그리고 상기 사용단계가 도플러 스펙트럼 파라미터를 사용하여 수평 바람 속도를 추정하도록 함을 특징으로 하는 날씨장에 예측방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 도플러 스펙트럼 파라미터와 평균 레이다 반사도 사용단계가 상기 도플러 스펙트럼 파라미터로부터 상기 기상학적 분산기의 수직속도를 추정하고, 상기 평균 레이다 반사도로부터 상기 기상학적 분산기의 정한 공기내 수직 속도를 추정하며, 그리고 상기 수직속도로부터 정한 공기내 상기 수직속도를 감산하여 수직바람 속도를 추정하도록 하는 단계들을 포함함을 특징으로 하는 날씨장애 예측방법.
5. 제4항에 있어서, 상기 도플러 스펙트럼 파라미터와 평균 반사도 사용단계가 레이다 범위 정보와 레이다 광선위치로부터 상기 수직 바람 속도의 위치 파라미터를 추정하고, 상기 위치 파라미터를 공간 연장수단(18-10)으로 결합시키어 상기 수직바람 속도의 공간연장을 결정하도록 하며, 상기 공간연장을 미소폭발과 관련된 예정된 공간연장과 비교하고 그리고 상기 공간연장이 상기 예정된 공간연장을 초과하는때 한 가능신호를 제공하며, 상기 가능신호를 게이트수단(18-8)로 결합시키고, 그리고 상기 수직바람 속도, 수평바람 속도, 상기 평균 레이다 반사도 그리고 상기 위치 파라미터를 상기 게이트 수단을 통하여 바람시어 예측기와 추적기 수단(19, 20)으로 결합시키어 충격시간, 예견된 바람시어의 지표면 위치와 트랙, 그리고 예견된 시어크기를 제공하도록 하는 단계들을 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 도플러 스펙트럼과 레이다 반사도 사용단계가 상기 평균 반사도를 한 미소폭발과 관련한 반사도 크기와 비교하고, 상기 평균 반사도가 한 미소폭발과 관련한 상기 반사도를 초과하는데 첫번째 게이트 수단(16)으로 첫번째 가능신호를 제공하며, 상기 도플러 스펙트럼 파라미터를 상기 첫번째 게이트를 통하여 처리기 수단(18)로 결합시키고, 상기 수직 바람 속도를 한 미소폭발과 관련한 예정된 수직 바람속도와 비교하며 상기 수직 바람 속도가 상기 예정된 수직 바람 속도를 초과하는때 한 두번째 가능신호를 두번째 게이트 수단(18-9)로 제공하고, 그리고 상기위치 파라미터를 상기 두번째 게이트 수단을 통하여 상기 공간 연장 수단으로 결합시키는 단계들을 더욱더 포함함을 특징으로 하는 방법.
7. 다수의 레이다 광선(1-4)로 레이다 조사를 제공하며, 이때 각 광선이 각각의 상하각 섹터내 레이다 조사를 제공하고 추정기 수단(15)가 상기 조사수단에 결합되어 레이다 신호 복귀에 응답하므로써 각 레이다 광선내에 발생된 도플러 스펙트럼 파라미터를 대표하는 신호와 각 레이다 광선내 기상학적 분산기의 평균레이다 반사도를 대표하는 신호를 제공하도록 하는 날씨장애 예측장치에 있어서, 상기 도플러 스펙트럼 파라미터 대표 신호와 상기 평균 레이다 반사도 대표신호에 응답하여 상기 기상학적 분산기의 수직 속도를 대표하는 신호와 상기 기상학적 분산기의 정한 공기내 수직 속도를 대표하는 신호를 제공하도록 하는 속도수단(18-3, 18-5, 18-6) 그리고 상기 수직 속도 대표신호와 정한 공기내 상기 속도 대표신호에 응답하여 수직바람 속도 대표신호를 제공하도록 하는 바람속도(18-1)을 포함하는 처리수단(18), 그리고 상기 수직 바람 속도 대표신호와 상기 평균 레이다 반사도 대표신호에 응답하여 미소폭발이 존재하는가를 예측하기 위한 예측기 수단(19)를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 날씨장애 예측장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 추정기 수단에 결합되어 상기 도플러 스펙트럼 파라미터 대표신호와 상기 평균 반사도 대표신호를 저장하도록 하는 메모리 수단(16), 상기 평균 레이다 반사도 대표신호를 한 결정된 반사도 크기 대표신호와 비교하며 상기 평균레이다 반사도 대표신호가 상기 예정된 반사도 대표신호를 초과하는 상기 메모리 수단으로 한 가능신호를 제공하기 위한 비교기 수단(15f), 상기 메모리 수단과 상기 처리수단에 결합되어 한 레이다 방위각 주사의 도플러 스펙트럼 파라미터 대표신호와 평균 레이다 반사도 대표신호 각각을 적어도 하나 앞선 주사에 대하여 얻어진 상응하는 도플러 스펙트럼 파라미터 대표신호 및 평균 레이다 반사도 대표신호와 비교하여 공간적 및 일시적 차이를 유도하도록 하고 상기 공간적 및 일시적 차이를 예정된 공간적 및 일시적 차이와 각각 비교하도록 하여 그 차이한계를 초과하는 각 공간적 및 일시적 차이에 대하여 한 트리거 신호를 발생시키며 적어도 하나의 트리거가 발생된때 상기 처리수단으로 한 가능신호를 결합시키도록 하는 탐지수단(7)를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 날씨장애 예측장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 처리수단이 레이다 범위 및 레이다 광선 위치 대표신호에 응답하여 미소폭발 충격위치를 대표하는 신호를 제공하기 위한 위치수단(18-2, 18-4)를 더욱더 포함함을 특징으로 하는 날씨 예측장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 속도수단(18-3)이 상기 기상학적 분산기의 수평속도를 대표하는 신호를 더욱더 제공하며, 상기 기상학적 분산기의 수평속도가 수평 바람 속도와 동일하고, 그리고 상기 처리 수단이 상기 위치수단에 결합되어 상기 수직바람의 공간연장을 추정하도록 하며 상기 공간연장이 대략 예정된 한 공간연장과 동일한때 한 가능신호를 제공하도록 하는 공간연장수단(18-10), 상기 속도수단, 상기 위치수단에 결합되며 상기 평균 레이다반사도 대표신호를 수신하도록 하고 상기 공간 연장수단으로부터의 상기 가능신호에 응답하여 수직 위치 대표신호, 수직 바람 대표신호, 예측기 수단으로 제공하도록 하는 게이트 수단을 더욱더 포함함을 특징으로 하는 날씨 예측장치.
11. 제8항에 있어서, 상기 추정기 수단에 의해 제공된 상기 도플러 스펙트럼 파라미터가 평균 도플러 속도, 스펙트럼 폭, 그리고 스펙트럼 비틀림임을 특징으로 하는 날씨 예측장치.
12. 제8항에 있어서, 상기 다수의 레이다 광선이 각각의 광선폭 θ¹, θ²및 θ³를 갖는번호 3이며, 상기 광선폭이 다음의 관계식을 가짐을 특징으로 하는 날씨 예측장치.
13. 제8항에 있어서, 상기 조사 수단이 레이다 복귀신호의 I와 Q성분을 제공하기 위한 수신기 수단(13)을 포함하고, 상기 I성분은 한 기준신호와 동위상이고 그리고 상기 Q 성분은 상기 기준신호와 같은 구상에 있으며, 상기 추정수단이 레이다 신호복귀의 I와 Q성분을 수신하도록 결합되어 수신된 신호복귀의 선택된 쌍 스칼라 곱의 한 평균을 제공하는 수단(15-1)으로서, 이때 각 쌍이 첫번째와 두번째 신호를 가지며, 레이다 신호복귀의 한 선택된 쌍의 스칼라 곱이 상기 선택된 쌍내 신호의 I 성분과 Q 성분 곱의 합이되는 상기수단(15-1), 레이다 신호복귀의 I와 Q 성분을 수신하도록 결합되어 수신된 레이다 신호복귀의 선택된 쌍 벡타 곱 평균을 제공하는 수단(15-2)으로서, 이때 레이다 신호복귀의 한 선택된 쌍이 상기 선택된 쌍내 첫번째 신호의 I 성분을 상기 선택된 쌍내 두번째 신호의 Q성분으로 곱하고 그리고 상기 선택된 쌍내 첫번째 신호의 Q성분을 상기 선택된 쌍내 두번째 신호의 I 성분으로 곱하므로써 형성된 곱셈의 합이 되는 상기수단(15-2), 상기 스칼라 곱수단과 벡타 곱수단에 결합되고 도플러 신호복귀의 선택된 쌍 첫번째 세트 스칼라곱 평균과 도플러 신호 복귀의 선택된 쌍 두번째 세트 벡타곱 평균에 응답하여 평균도플러 속도와 도플러 스펙트럼 비대칭을 제공하기 위한 수단(15-4), 그리고 상기 스칼라 곱수단과 벡타 곱수단에 결합되고 선택된 쌍 첫번째 세트 벡타 곱평균과 선택된 쌍 두번째 세트 스칼라곱 평균에 응답하여 도플러 속도 스펙트럼 폭을 제 공하기 위한 수단 (15-5)를 포함함을 특징으로 하는 장치.