KR19990076841A

KR19990076841A - 기상 레이다를 이용한 강수율 결정방법 및 그 방법을 구현하는기상 레이다

Info

Publication number: KR19990076841A
Application number: KR1019980704968A
Authority: KR
Inventors: 앙리 쏘바죠; 다니엘 베겡; 레지 드빈느
Original assignee: 게네비브 부 탄; 똥송-쎄 에스 에프
Priority date: 1995-12-26
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1999-10-25
Anticipated expiration: 2016-12-13
Also published as: KR100442009B1; US6061013A; CN1206469A; DE69604088D1; CN1114833C; FR2742876B1; CA2242225A1; DE69604088T2; WO1997024629A1; EP0870206B1; JP2000502794A; EP0870206A1; FR2742876A1; JP3720848B2; CA2242225C

Abstract

이 처리는 2 개의 편광 채널 (H, V) 상에서 수신된 신호로부터 먼저 단일 편광 상에서 거리 (i) 까지 각각의 문에서 레이다 빔을 따라 강수율( )의 예측(19, 30 내지 32)을 결정하고, 강수율의 적분의 제 1 예측값 (I₁)을 결정하고, 마지막으로 감쇠 미분 반사율(Z_Ha(γ))로부터 비감쇠 미분 반사율 계수(Z_DRs(γ))의 예측(35 내지 38, 47, 48)을 결정하는 단계를 포함한다. 또한, 비감쇠 미분 반사율 계수(Z_DRs(γ))의 측정값이 결정되고 (30, 40 내지 42), 측정값(I₂)이 강수율로부터 연역되고(43, 44), 편광(H)에만 적용되는 처리의 파라미터(α)를 반복적으로 조절하기 위하여 제 1 예측값(I₁)과 비교된다(45, 46). α 가 조절되는 경우에, 비감쇠미분 반사율 계수의 보전값과 강수율이 얻어진다(38, 47). 본 발명은 기상 레이다에 응용된다.

Description

기상 레이다를 이용한 강수율 결정방법 및 그 방법을 구현하는 기상 레이다

본 발명은 대기물현상(hydrometeor)에 의해 감쇠되는 파장에서 동작하는 펄스 레이다를 이용하여 강수율 및 대기물현상의 반사율 인자를 결정하는 방법 및 그 방법을 실현하는 이중 편광 기상 레이다에 관한 것이다.

기상분야에서, 특히 단기 예보를 위하여 강수 및 다른 대기물현상의 관측은 필수적이다. 이러한 목적에서, 강수율(이러한 현상의 특성파라미터이다)을 정량적으로 결정하기 위하여 레이다를 이용하는 것이 다년간 고려되어 오고 있다. 이것을 하기 위하여, 레이다 빔에 의해 조사될 때의 강수 내지 대기물현상의 반사율을 측정함에 근거하는 방법이 이용된다. 하지만, 대부분의 이러한 방법에 있어서, 대기물현상에 의한 감쇠는 그 측정을 실제와 어긋나게 하고 그래서 가능하면 적게 감쇠되는 파장, 따라서 상당히 높은 파장에서 동작시키는 것이 필요하다. 이러한 점에 의해 작동이 어렵게 되고 고비용이 요구된다.

또다른 더욱 관심을 끄는 방법이 제안되어 오고 있는데, 이는 2 개의 파장에 대한 감쇠와 단일 편광과 관련된 것으로써 레이다의 교정과 무관하게 된다는 이점을 가지고 있다. 하지만, 이러한 방법은 요구된 정밀도를 가진 측정을 얻는데에 어떤 기술적인 난점을 가진다. 그것은 2 개의 파장에서 빔을 일치시켜야하고 측정을 동시에 하여야 한다는 문제에 직면하기 때문이다.

수행되고 있는 모든 연구는 좀더 단파장의 레이다를 이용하는 것이 이점이 있다는 것을 보여주고, 그것은 더욱 컴팩트해지고 저렴한 장치를 선택하는 것을 가능케 한다. 하지만, 특히 강수량이 큰 경우에는 해결하기 매우 어려운 감쇠보정의 문제에 직면한다.

본 발명은 대기물현상(강수, 헤일, 구름 등)이 구성하고 있는 흡수체를 통과하는 전자기파의 복귀 경로 상에서 상당히 높은 전자기파감쇠를 일으키는 단파장의 사용에도 불구하고 이러한 문제점을 극복할 수 있는 방법에 관련된다.

본 발명은 2 개의 편광 성분 ()에서의 반사율을 측정하기 위하여 이중 편광 레이더를 이용하는 것에 기초하고, 한편 수행된 미분 측정에 의해 얻어진 값에 대하여 감쇠효과를 보정한다.

그래서 본 발명은 상술한 대기물현상에 의해 감쇠되는 어떤 파장에서의 펄스 레이다 동작을 이용하여 강수율 및 대기물현상의 반사율 인자를 결정하는 방법으로서, 상기 레이다는 각각의 편광에 따르는 다양한 범위 게이트를 위하여 감쇠 반사율 인자에 대한 이중의 일련의 측정값(Z_Ha(γ), Z_Va(γ))을 전달하는 이중 편광 레이다이고, 상기 방법은 :

A) 상기 레이다의 각각의 범위 게이트에서, 단일 편광에 대해 측정된 반사율 인자에 근거하여, 반사율 인자와 강수율 사이의 관계식과 단일 편광에 대한 감쇠계수와 강수율 사이의 관계식을 결합함으로써, 강수율(R_s)의 제 1 예측값을 결정하는 단계 ;

B) 강수율의 상기 제 1 예측값에 근거하여, 비감쇠 미분 반사율 인자(Z_DRs)의 예측값을 구하는 단계 ;

C) 비감쇠 미분 반사율 인자(Z_DRs)의 상기 예측값과 감쇠 미분 반사율 인자(Z_DRa)에 대한 레이다 측정으로부터, 미분 편광측정 감쇠(A_DP)의 예측값을 연역하는 단계 ; 및

D) 비감쇠 미분 반사율 인자(Z_Hs) 및 강수율(Rs(γ))의 보정값을 추출하는 것을 가능케 하도록 반사율 인자와 강수율 사이의 관계식에서 파라미터(α, β) 중의 하나를 반복적으로 조절함으로써, 레이다의 단일 편광에 대하여 단계 A 에서 예측된 강수율 측정값(I₁(γ,R))과 상기 미분 편광측정 감쇠(A_DP)로부터 연역된 강수율 측정값 (I₂(γ,R)) 사이에서 등식을 얻으려는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는이다.

이 방법의 가장 큰 이점은, 미분 측정에 기초하기 때문에, 그것이 레이다의 교정 및 검출되지 않을 가능성이 있는 구름에 의한 감쇠에 무관하다는 것이다.

본 발명의 다른 태양은, 대기물현상에 의해 감쇠되는 파장의 펄스와 함께 동작하고,

2 개의 직교 편광 채널 ()에 대응하는 모드를 추출하기 위한 수단(2, 3, 4)에 연계된 이중 편광 안테나(1) ; 상기 안테나의 2 개의 채널에 펄스를 전송하는 트랜스미터 ; 및

2 개의 직교 편광 채널에 의해 출력되는 신호를 처리하기 위한 적어도 하나의 수신 채널을 포함하고,

상술한 방법을 이용하기 위해 설계된 디지털 신호 처리 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 강수율 및 대기물현상의 반사율 인자를 결정하는 이중 편광 기상 레이다를 제공한다.

다음의 설명과 첨부도면에 의해서, 본 발명은 더욱 명확히 이해되고 그 특징과 이점은 분명해질 것이다.

도 1 은 본 발명에 따르는 기상 레이다의 다이어그램이다.

도 2 는 본 발명에 따르는 방법을 이용하기 위한 디지털 신호 처리 장치의블록 다이어그램이다.

도 1 은 이중 편광 기상 레이다의 다이어그램을 도시한다. 이 레이다는 반사장치(도시되지 않음)를 조사하는 이중 편광 일차 소스(1)를 포함하는 이중 편광 안테나를 구비하고 있다.

이 소스는 2 개의 편광 채널 ()를 가진 모드 (직교모드) 추출장치(2)에 연계되어 있다. 일차 소스는 소망하는 범위에 매칭되는 반복 주파수(예로서, 150km 의 범위에 대해서 F_r= 1kHz)를 가진 펄스를 전송하는 펄스 트랜스미터(6)에 의해 공급된다. 전송전력은, 수평에 대해 45°로 향하는 편광을 얻기 위하여 매직 T 를 통하여 또는 원평광을 얻기 위하여 3dB 커플러(5)에 의해서 안테나의 두 채널에 분배된다. 이러한 2 개의 전송 모드는, 그 의도가 직교 편광을 가진 2개의 신호를 전송 및 수신하고 그들을 진폭에 근거하여 처리하려는 것이기 때문에, 선험거으로 동등하다. 원편광은 트랜스미터에 대한 안테나에 의한 반사된 정상파의 비율 면에서 제 2 의 이점이 있다.

2 개의 동등한 수신 채널이 제공되어, 2 개의 전력 순환장치 (3, 4)에 의해 유도된 신호를 처리한다. 종래의 방식에 있어서, 각각의 채널은 리미터(7, 8), 증폭기(9, 10), 중간 주파수로의 변경을 위한 믹서(11, 12), 중간 주파수 증폭기(15, 16), 큰 동적범위를 얻기 위한 대수 증폭기(17, 18), 및 아날로그/디지털 코더(19, 20)를 포함한다. 부호화된 신호는 본 발명에 따르는 디지털 처리 장치(21)(이하에서 상세히 설명됨)로 보내지고, 반사율 인자(Z) 및 강수율(R)을 보정한후에 출력으로서 전송한다. 믹서(11, 12)는 더나아가 자동 주파수제어 회로(14) 에 의해 제어되는 로컬 진동장치(13)로부터 신호를 수신한다.

어떤 기상관측 응용분야에 대해서는, 대기물현상의 성질에 관련된 보완적인 정보를 얻는 것이 소망되는데, 이때는 추가적인 도플러 수신 채널을 이용하여 수신된 신호의 위상을 측정하는 것이 이점이 있다. 이러한 채널은 채널()의 경우에 직교 부호 신호(I_H, Q_H)를 그리고 채널 () 의 경우에 직교부호신호(I_V, Q_V)를 전송하기 위하여 한편에는 2 개의 아날로그/디지털 코더(23, 24) 와 다른 한편에는 2 개의 아날로그/디지털 코더(26, 27)에 의해 뒤따르는 벡터 복조 회로(22, 25)를 포함한다.

본 발명에 따르는 방법의 원리는 다음과 같다. 단일 편광(예로서,채널) 에 기초하여, 거리(r)에서 강수 (또는 다른 대기물현상) 중에 측정된 감쇠반사율 인자 (Z_Ha(γ))의 감쇠 계수(a)에 대한 관계를 나타내는 수식은

여기서 Z₀(γ) 는 비감쇠 반사율 인자이고,

Δ

γ 는 범위 게이트의 폭이고, a_i는 순위(i)의 범위 게이트에 속하는 감쇠계수이고, 단위 길이당 dB 로 표현되고, 여기서 Z_Ha(γ) 와 각(γ) 는 dBZ (즉, = 10 log Z mm⁶mm^-3)로 표현되며, r = n

Δ

γ이다.

감쇠계수는 R 과 다음의 알려진 수식에 의해 관련이 있다.

여기서, k_H및 γ_H는, 온도 및 물방울 크기 분포 (DSD) 에 약하게 의존하고 각각의 파장에 대해서 계산될 수 있는, 편광() 에 관련된 파라미터이다.

수석 (1) 과 (2) 를 결합하면,

이고, 여기서

이다.

I₁은 선택된편광에 대하여 레이다 빔을 따라가는 강수율의 측정값이며, 즉, 그것은 게이트 n 에 선행하는 n-1 개의 범위 게이트에서의 추적된 감쇠를 나타낸다.

이제, 강수에 의한 강수에 대한 반사율 인자(Z) 와 강수율(R)사이의 알려진 관계식은 :

이고, 여기서 α 와β 는 파라미터이다. 그래서 수식(4)는 다음과 같이 동등한 형식으로 표현될 수 있다.

파라미터(α, β)는 DSD 에 강하게 의존한다. 수식 (3) 및 (5) 에서 4 개의 파라미터 (k, γ, α, β) 에 대한 근사값을 이용함으로써, 보정된 예측값 (Z(γ))은 1978년에 P.H. Hildebrand 에 의해 "Iterative correction for attenuation of 5 cm radar in rain" J.App.Meteor., 17, page 508-514 에서 제안된 반복법을 이용함으로써, 일련의 n 개의 측정값 (Za(γ))에 근거하여 계산될 수 있다. 상기한 논문에 지시된 것과 같이, 가정된 DSD 및 온도의 오차는 감쇠 예측을 매우 저하시킬 수 있지만, 그러나 이러한 저하는 레이다를 교정할 때 발생하는 오차로부터 기인 것과 비교하여 작다. 레이다 교정 오차에 의해 영향을 받는 파라미터는 R 에 대한 Z 의 관계식에서의 파라미터이기 때문에, I₁(γ,R) 에 관련되는 본질적인 불확정성은 파라미터(α, β)로부터 기인한다.

그래서, 이러한 부확정성을 해결하기 위하여, 레이다의 두 편광을 이용하는 미분 측정이 채용된다. 미분 반사율 (Z_DR)은 수식

에 의해서 정의되고, 여기서 Z 는 dBZ 로 표현되고, 첨자(H, V) 는 레이다의 2 개의 편광(예로서, 수평과 수직)에 대응한다.

감쇠된 파장에 대하여, H 와 V 편광 에 대하여 수식(1)을 이용하고 H 항으로 부터 V 항을 소거하면,

이 되고, 여기서 Z_DRa(γ)은 감쇠 편광측정 레이다 측정이고, Z_DRs=Z_OH-Z_OV는 물방울의 형상에만 기인되는 비감쇠 미분 반사율 계수이고, A_DP는 전자기파의 경로에 대한 미분 편광측정 감쇠이다. 즉,

이다.

가정된 DSD 로써, 물방울의 형상에만 기인되는 미분 반사율 계수(Z_DRs)는 강수율의 함수 :

로서 계산될 수 있다.

수식(8)의 감쇠계수(a_iH, a_iV)는 H 및 V 편광에 대한 수식(2)에 의해서 주어진다. DSD가 가정되었다고 한다면, 파라미터()는 계산될 수 있다.계산에서, 차 a_H-a_V는 DSD 에 의존하지 않는다는 것을 보여준다. 주어진 파장에 대하여, k_H및 k_V는 매우 다르지만, 그러나이다.

수식 (2) 와 (8)을 결합하면,

이고, 여기서

이다. 주의할 것은, 수식(11)은 수식(4')에서와 유사한 방식, 즉 Z 의 함수로 기술될 수 있다.

I₂(γ, R) 는 미분 감쇠(A_DP)로부터 연역된 강수율 측정값을 나타내고, k_H-k_V는 정확히 알려진 것으로 가정되어 있다. 이것은 미분 측정으로부터 기인하기 때문에, A_DP는 레이다의 교정에 의존하지 않는다.

이경우에 I₁과 I₂의 예측에 있어서, 강수에 대한 DSD 의 자연적인 가변성과 교정오차 때문에 오직 파라미터(α, β) 만이 가변적이다.

본 발명에 따르는 방법에 있어서, 파장과 관측되는 강수의 종류에 대응하는 기후학적 평균값과 동등한 상수값으로 β 를 유지되도록 제안되고, 미분 감쇠(A_DP)를 이용함으로써 파라미터(α)를 조절하도록 제안된다.

β 에 관한 이러한 가정은 문헌에서 참조가능한 수많은 측정결과에 의해서 확인된다.

그래서, 이 이론에 의해서, α 의 임의의 중간값을 선택하면서 편광 중의 단 하나에 대한 일련의 측정에 근거하여 I₁을 결정하고, 비감쇠 미분 반사율 인자를 예측하기 위하여, 미분 레이다 측정 및 I₁을 이용한 계산에 근거하여 I₂를 예측하고, 적절하다면 I₁

≈

I₂하게 될 때까지 α 를 변화시키기 위하여 I₁과 I₂를 비교하며, 그러면 비감쇠 미분 반사율 인자(Z_i) 및 강수율(R_i)의 보정된 예측값을 추출하는 것이 가능하게 된다.

도 2 는 이 방법을 이용을 가능케 하는 디지털 처리 장치를 도시한다. 도 2의 좌측 부분은 단일 편광(H 편광)에 관련되고, 우측 부분은 미분 처리에 관련된다.

H 채널의 코더(19)에 의해 전송된 대수 신호는 단계 30 에서 선형 신호(Z_Ha(γ))로 다시 변환된다. 이들 신호는 레이다의 N 개의 펄스에 대하여 평균되고(단계 31), 그다음에 예측된 강수율()이 수식(5)에 따라 소정의 α 및 β (α 경우에는 임의의 값)에 근거하여 계산되고(단계 32), 각각의 범위 게이트(i)에 대하여 이러한 과정이 수행된다.

단계 33 는 수식(2)에 근거하여 감쇠 계수()를 계산하는 것으로 이루어진다.

예측값()은 수식(2) 및 (4)에 따라 그들로부터 연역된다.(단계 34)

더나아가, 단일 편광 (H) 에 대한 일련의 측정으로부터 연역된 감쇠 반사율인자()는 단계 36 및 37 에 의해서 계산되고, 수식(3)의 감쇠 항()은 단계 35 에 의해서 예측된다. 합산으로 구성되는 단계 38 에 의해서 수식(3)을 적용함으로써, H 편광에 대한 비감쇠 반사율 계수의 예측값(Z_Hs(γ))을 제공하고, 다음에 단계 47 에 의해서 수식(5)에 이미 선택된 파라미터(α, β)를 적용함으로써, 보정된 강수율()의 예측값을 제공한다.

이러한 예측값에 근거하여, 단계 48 에서, 수식(9)에 따라 비감쇠 미분 반사율 인자(Z_Hs(γ))의 예측값을 계산하는 것이 가능하다.

더나아가, 30 및 40 에 의해서 전송된 H 및 V 채널에 대한 부호화된 신호와 함께 시작하여, 비율()이 얻어지고(단계41), N 개의 펄스에 대하여 평균되는 감쇠 편광측정 레이다 측정값 (Z_DRa)을 제공한다(단계 42). 이 평균값과 단계 48 에서 전송된 비감쇠 미분 반사율 인자의 측정값 사이의 차 (단계 43)는 미분 편광측정 감쇠의 예측값 ()을 구성한다.

Δ

γ 과 k_H-k_V의 값에 근거하여, 단계 44 는 수식(10)에 따라 (γ,R) 의 예측값을 전송한다. 다음에 과 가 단계 45에서 비교된다.

만약 ≠ 이면, 단계 46 은 적절한 방향으로의 증가분(

Δ

α)만큼 파라미터(α)를 변화시키는 단계와 계산을 다시 시작하기 위하여 단계 32 및 47 에 새로운 값(α')을 적용시키는 단계로 구성된다. 이러한 동작은 = 이 얻어질 때까지 반복되고, 이것은 α 에 주어지는 정확한 값에 해당한다. 다음, 비감쇠 반사율 인자(Z_i(γ) = (γ)) 및 강수율(R_i(γ) = (γ))의 보정값을 추출하는 것이 가능하다(단계 49).

본 발명에 따르는 방법의 원리를 설명함에 있어서, 수식(9)에 대하여 수식(10)에 대한 k_H및 k_V뿐만아니라 Z_DRs도 단일 가정된 DRS 에 대하여 계산되었다는 것이 가정되었다. 이것은, 주어진 기후조건에 대하여 평균 DSD 가 안정된 파라미터이기 때문에, 수용할 수 있다. 그래서 이것은 기후학적 고려에 기초하여 특별한 DSD를 선택하는 것이 가능하다.

더나아가, 반사율 인자가 낮은 거리(r)에서 범위 게이트를 선택하는 것이 바람직한데, 이는 Z_DRs가 다음에 낮아지고 수식(9)에 따르는 예측의 오차가 이경우에 또한 낮아지기 때문이다. 특별한 게이트에 대한 이러한 선택은 모두 더욱 정당화되고 용이하게 되는데, 이는 거리(r)에서의 게이트가 인자 (I₁, I₂, α)가 상당히 변하지 아니하고도 다른 반사율 인자와 함께 r 주위의 다른 것에 의해서 대체 될 수 있기 때문이다.

다음, 2 개 또는 3 개의 인접한 게이트에 근거하여 를 계산하는 것이 가능하고, DSD 에서의 분산효과를 감소시키기 위하여 평균을 이용하는 것이 가능하다.

또한 주목할 것은, 관측된 방사 방향은 여러 개의 세그멘트로 분할될 수 있고, 그것에 본 발명에 따르는 방법이 동시에 적용될 수 있다는 것이다.

상술한 방법은 하나의 편광에 대하여 레이다에 의해 측정된 반사율 계수에 영향을 주거나 또는 그 미분값에 영향을 주는 램덤 샘플링 오차에 매우 민감하지 않게 된다.

본 발명에 따르는 방법의 중요한 이점 중의 하나는 이미 언급한 것과 같이, 그것이 레이다의 교정 및 검출되지 않은 구름에 기인하는 감쇠에 무관하다는 것이다.

추가적인 이점으로서, 헤일에 대한 정량적인 검출에 응용될 수 있다는 것이다. 이것에 대해 설명하면, 헤일이 강수 셀 내에 존재하는 경우에, 헤일스톤은 거의 구형상이므로, 두 편광에 대하여 Z_H

≈

Z_V인, 그래서 거의 영인 미분 반사율 인자를 가진, 고 반사율 인자를 생성한다. 한편, 편광에 무관한 강력한 감쇠가 있고, 미분 감쇠(A_DP)에 대해 영의 기여를 한다. 그래서 헤일의 존재는 I₁을 수정시키지만, 그러나 균일한 강수의 경우와는 대조적으로 I₂를 대응하여 수정시키지는 않는다. 다음, α 에서의 상당한 변화가 관측되고, 그것은 헤일의 표시로서 이용될 수 있다.

또한, 주목할 것은, 비록 상술한 설명이 미분 편광측정 감쇠(A_DP)를 이용하는 내용으로 되어 있지만, 본 발명에 따르는 방법은 km 정도의 전파영역에서 나타나는 미분 위상 변이 (k_DP=k_H-k_v) 와 함께 이루어 질 수 있다.

분명히, 상술한 예는 어떠한 방식으로도 본 발명을 한정하지 않는다. 특히, 기상 레이다는 상술된 2 개의 채널 대신에, 시간 분할로서 그 채널을 사용하기 위하여 2 개의 편광에 대한 신호가 입력으로 스위칭되고 출력으로 언 -스위칭됨으로써, 단일 수신 채널을 이용할 수 있다. 이 스위칭 속도는 편광 (H 및 V) 에 대해 수신된 신호가 스위칭 시간 동안에 비상관성을 가지지 않도록 선택될 필요가 있다.

더나아가, 도플러채널의 출력 상에서 가능한 신호 (I, Q)가 채널 (H, V) 각각에서 신호 진폭()을 계산하는 것을 가능하게 하고, 이 진폭은 채널(17, 19, 및 18, 20)을 이용하는 것을 피하기 위하여 코더(19, 20)에 의해서 출력된 를 대신하여 사용될 수 있다는 것을 주목해야 한다. 하지만, 이것이 가지고 있는 난점은 대수 증폭기의 사용으로부터 기인하는 동적범위를 제공하지 않는다는 것이다.

마지막으로, 도 2 의 본발명에 따르는 처리장치에서, 선형 신호로 다시 변환시키는 대신에 대수 신호를 계속 사용하는 것도 가능하다.

Claims

대기물현상(hydrometeor)에 의해 감쇠되는 어떤 파장에서의 펄스 레이다 동작을 이용하고,

상기 레이다는 각각의 편광에 따르는 다양한 범위 게이트에 대하여 감쇠 반사율 인자(Z_Ha(γ), Z_Va(γ))에 대한 이중의 일련의 측정값을 전달하는 이중 편광 레이다이고,

A) 상기 레이다의 각각의 범위 게이트에서, 단일 편광에 대해 측정된 반사율인자에 근거하여, 반사율 인자와 강수율 사이의 관계식과 단일 편광에 대한 감쇠계수와 강수율 사이의 관계식을 결합함으로써, 강수율(R_s)의 제 1 예측값을 결정하는 단계 ;

B) 강수율의 상기 제 1 예측값에 근거하여, 비감쇠 미분 반사율 인자(Z_DRs)의 예측값을 구하는 단계 ;

C) 비감쇠 미분 반사율 인자(Z_DRs)의 상기 예측값과 감쇠 미분 반사율 인자(Z_DRa)에 대한 레이다 측정값으로부터, 미분 편광측정 감쇠(A_DP)의 예측값을 연역하는 단계 ; 및

D) 비감쇠 반사율 인자(Z_Hs(γ)) 및 강수율(R_s(γ))의 보정값을 추출하는 것을 가능케 하도록 반사율 인자와 강수율 사이의 관계식에서 파라미터(α, β) 중의 하나를 반복적으로 조절함으로써, 레이다의 단일 편광에 대하여 단계 A 에서 예측된 강수율 측정값(I₁(γ,R))과 상기 미분 편광측정 감쇠(A_DP)로부터 연역된 강수율 측정값(I₂(γ,R)) 사이에서 등식을 얻으려는 단계를 포함하는 것을 특징으로하는 강수율 및 대기물현상의 반사율 인자를 결정하는 방법
제 1 항에 있어서, 단계 A) 는

a) 상기 제 1 일련의 측정값(Z_Ha(γ))에 대하여, 임의로 지정된 파라미터(α, β)에 근거하여 다양한 범위 게이트(1내지 n-1)에 대한 강수율(R_i)의 예측값을 계산하는 단계 ;

b) 상기 강수율(R_i)의 예측값으로부터, 단일 편광에 대하여 예측된 강수율측정값이고 강수로 인한 감쇠를 특징하는 제 1 예측값(I₁(γ,R))을 연역하는 단계 ;

c) 상기 제 1 예측값(I₁(γ, R)) 및 제 1 일련의 측정값(Z_Ha(γ))에 근거하여, 비감쇠 반사율 인자(Z_HS(γ))의 예측값 및 보정된 강수율(R_S)을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강수율 및 대기물현상의 반사율 인자를 결정하는 방법
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 단계 B) 는

d) 상기 보정된 강수율(R_S)의 상기 예측값 및 주어진 물방울 크기 분포(DSD)에 근거하여, 비감쇠 미분 반사율 인자(Z_DRs(γ))의 예측값을 계산하는 단계를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 강수율 및 대기물현상의 반사율 인자를 결정하는 방법
제 1 항 내지 제 3 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 단계 C) 는

e) 감쇠 반사율 인자(Z_Ha(γ), Z_Va(γ))에 대한 상기 이중의 일련의 측정값에 근거하여, 감쇠 미분 반사율 인자(Z_DRa(γ))의 측정값을 계산하는 단계 ;

f) 감쇠 미분 반사율 인자(Z_DRa(γ))의 측정값과 단계 d) 중에 얻어진 비감쇠 미분 반사율 인자(Z_DRs(γ))의 예측값으로부터, 미분 편광측정 감쇠(A_DP)의 예측값을 연역하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강수율 및 대기물현상의 반사율 인자를 결정하는 방법
제 1 항 내지 제 4 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 단계 D) 는

g) 상기 미분 편광측정 감쇠(A_DP)의 예측값으로부터, 강수로 인한 감쇠를 특징하는 제 2 예측값(I₂(γ,R)), 즉 강수율 측정값을 연역하는 단계

h) 상기 제 1 예측값(I₂(γ, R))과 상기 강수로 인한 감쇠를 특징하는 제 2예측값(I₂(γ, R))을 비교하는 단계 ;

i) 단계 h) 에 따른 비교결과가 상기 제1 예측값과 상기 제2 예측값이 다르다고 지시한다면, 단계 a) 에서의 상기 파라미터(α, β) 중의 적어도 하나를 변경시키고 단계 a) 부터 단계 h) 까지를 반복하는 단계 ; 및

j) 단계 h) 에 따른 비교결과가 상기 제 1 예측값과 상기 제2 예측값이 동등하다고 지시한다면, 비감쇠 반사율 인자(Z_Hs(γ))및 보정된 강수율(R_s)의 상기 예측값을 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 강수율 및 대기물현상의 반사율 인자를 결정하는 방법
제 2 항 내지 제 5 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 단계 a) 는

a.1) 레이다의 N 개의 펄스에 대하여 상기 제 1 일련의 측정값(Z_Ha(γ))을평균하는 단계 ; 및

a.2) 각각의 범위 게이트(i)에 대하여, 임의로 지정된 파라미터(α, β)에 근거하여 강수율()의 예측값을 식 :

에 따라 계산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강수율 및 대기물현상의 반사율 인자를 결정하는 방법
제 2 항 내지 제 6 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 단계 b) 는

b.1) 강수율()의 예측값에 근거하여, 각각의 범위 게이트에서 감쇠 계수()를 식 :

(여기서, k_H및 γ_H는 주어진 온도와 주어진 물방울 크기 분포에 대한 소정의 파라미터)에 따라 계산하는 단계 ;

b.2) 상기 감쇠 계수( )로부터, 상기 제 1 예측값( (γ, R)을 식 :

(여기서, n 은 레이다로부터 거리 r 에 있는 범위 게이트의 수)에 따라 연역하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강수율 및 대기물현상의 반사율 인자를 결정하는 방법
제 2 항 내지 제 7 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 단계 c) 는

c.1) 상기 제 1 예측값( (γ, R)에 근거하여, 식 :

(여기서 Δ γ 은 범위 게이트의 폭)에 따라 감쇠값( )을 계산하는 단계 ;

c.2) 레이다의 N 개의 펄스에 대하여 상기 제 1 일련의 측정값(Z_Hz(γ))을평균하는 단계 ;

c.3) 비감쇠 미분 반사율 인자의 예측값( (γ))을 얻기 위하여, 상기 감쇠값( )과 감쇠 반사율 인자( (γ))의 평균값의 합을 구하는 단계 ;

c.4) 보정된 강수율의 예측값( )을 식 :

에 따라 계산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강수율 및 대기물현상의 반사율 인자를 결정하는 방법
제 4 항 내지 제 8 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 단계 e) 는

e.1) 레이다의 감쇠 미분 반사율 인자(Z_DRa(γ))의 값을 얻기 위하여, 상기 이중의 일련의 측정값(Z_Ha(γ), Z_Va(γ))의 그 측정의 비를 구하는 단계 ;

e.2) 레이다의 N 개의 펄스에 대하여 감쇠 미분 반사율 인자의 상기 값을 평균하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강수율 및 대기물현상의 반사율인자를 결정하는 방법
제 5 항에 있어서, 단계 f) 는 레이다 경로에 대한 미분 편광측정 감쇠(A_DP(γ))의 예측값을 얻기 위하여, 단계 d) 에 따라 얻어진 비감쇠 미분 반사율인자( (γ))의 상기 예측값과 감쇠 미분 반사율 인자( (γ))의 상기 평균값 사이의 차를 구하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강수율 및 대기물현상의 반사율 인자를 결정하는 방법.
제 5 항 내지 제 10 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 단계 g) 는 상기 미분 편광측정 감쇠( (γ))의 예측값에 근거하여, 상기 제 2 예측값( (γ, R))을 식 :

(여기서, k_V는 k_H와 마찬가지로 제 2 일련의 측정값(Z_Va(γ))에 대한 소정의 파라미터)에 계산하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 하는 강수율 및 대기물현상의 반사율 인자를 결정하는 방법.
2 개의 직교 편광 채널 ()에 대응하는 모드를 추출하기 위한 수단(2, 3, 4)에 연계된 이중 편광 안테나(1) ;

상기 안테나의 2 개의 채널에 펄스를 전송하는 트랜스미터(5, 6) ; 및

상기 2 개의 직교 편광 채널에 의해 출력되는 신호를 처리하기 위한 적어도 하나의 수신 채널(7, 9, 11, 13, 15, 17, 19 ; 10, 12, 13, 16, l8, 20)을 포함하고,

제 1 항 내지 제 11 항 중의 어느 하나의 항에 따르는 방법을 채용하기 위해 설계된 디지털 신호 처리 장치(21)를 구비하는 것을 특징으로 하는 대기물현상에 의해 감쇠되는 어떤 파장에서의 펄스와 함께 동작하고 강수율 및 반사율 인자를 결정하는 이중 편광 기상 레이다
제 12 항에 있어서, 상기 수신 채널의 출력단에서, 동적범위를 증가시키기 위한 대수 증폭기(17, 18)을 포함하고,

상기 디지털 신호 처리 장치 (21)는 수신된 신호를 복구하기 위하여 그 입력단에서 변환수단(30, 36, 40)을 구비하는 것을 특징으로 하는 대기물현상에 의해 감쇠되는 어떤 파장에서의 펄스와 함께 동작하고, 강수율 및 반사율 인자를 결정하는 이중 편광 기상 레이다
제 12 또는 제 13 항에 있어서, 2 개의 편광에 대한 수신 채널의 출력에 각각 연계된 2 개의 도플러 수신 채널 (22 내지 24 ; 25 내지 27)을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 대기물현상에 의해 감소되는 어떤 파장에서의 펄스와 함께 동작하고 강수율 및 반사율 인자를 결정하는 이중 편광 기상 레이다
제 12 항 내지 제 14 항 중의 어느 하나의 항에 있어서, 2 개의 편광 채널을 교대로 처리하기 위하여 동기적으로 제어되는 입력 및 출력 스위칭 수단과 연계되는 단일 수신 채널을 구비하고, 스위칭 속도가 스위칭 시간 동안에 2 개의 편광내에 수신되는 신호가 비상관적으로 되지 않는 것을 특징으로 하는 강수율 및 반사율 인자를 결정하는 이중 편광 기상 레이다