1 / 21

MU レーダー観測強化システム

MU レーダー観測強化システム. 山本 衛 1 , 津田 敏隆 1 , 橋口 浩之 1 , 中村 卓司 1 , 山本 真之 1 、佐藤 亨 2 、深尾 昌一郎 1 1 京都大学生存圏研究所 2 京都大学大学院情報学研究科. MU レーダーシステムの変遷. １９８１－１９８４年度　 MU レーダー建設 １９８４年１１月　全システム完成　　　　　　 １９９２年度：　 MU レーダー実時間データ処理システム データ取得システム・制御系統の更新 １９９６年度：　 MU レーダー高速並列レーダー制御システム 電源部、送受信モジュールを改修・更新

ryann
Download Presentation

MU レーダー観測強化システム

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. MUレーダー観測強化システム 山本 衛1, 津田 敏隆1,橋口 浩之1,中村 卓司1, 山本 真之1、佐藤 亨2、深尾 昌一郎1 1京都大学生存圏研究所 2京都大学大学院情報学研究科

  2. MUレーダーシステムの変遷 • １９８１－１９８４年度　MUレーダー建設 • １９８４年１１月　全システム完成　　　　　　 • １９９２年度：　MUレーダー実時間データ処理システム • データ取得システム・制御系統の更新 • １９９６年度：　MUレーダー高速並列レーダー制御システム • 電源部、送受信モジュールを改修・更新 • ２００３年度：　MUレーダー観測強化システム • 変復調器のディジタル化 • データ取得システム・制御系統の更新 • 送受信モジュールの改修・更新  これまでで最も大規模なシステムの改修・更新

  3. フィルムをデジタル化する（受信系を超多チャンネルデジタル系統にする）フィルムをデジタル化する（受信系を超多チャンネルデジタル系統にする） レンズを磨き、表面のコーティングを補修する（アンテナケーブルの損失を軽減し高感度化） 光学系の狂いを補正する（送受信系統の高感度化、特に偏波切替えリレー等の機能を改良） ＭＵレーダー観測強化システム（高度ＩＴ大気レーダーシステム） ● ＩＴ化による効果（高級カメラの例で説明） 　　カメラでたとえるならば、レーダーのアンテナはレンズに、信号処理系は光学系に、 　　またフィルム面は受信機に対応する。 高解像度のＩＴ・ＭＵレーダーに生まれ変わる

  4. ●その結果、乱流等の精密構造を観測できる。●その結果、乱流等の精密構造を観測できる。

  5. アンテナ系（ケーブル、バランおよびアンテナ素子）　４７５ｘ２＝９５０本の直交八木アンテナについて、約300本の放射器を取替え（開口2500m^2に相当）。伝送ロスの軽減を図るアンテナ系（ケーブル、バランおよびアンテナ素子）　４７５ｘ２＝９５０本の直交八木アンテナについて、約300本の放射器を取替え（開口2500m^2に相当）。伝送ロスの軽減を図る 機械式リレーを除去：　完全電子化 　　右旋円偏波に限定 　　動作安定性を確保、伝送ロスを軽減 MUレーダーシステムの改良・変更点 (アンテナ・送受信モジュール) 現状 （1）　アンテナアレイ 　 ４７５組の直交八木アンテナ 　　開口面積：　8330m^2 （2）　偏波切り替え 　　機械式リレーを使用 　　直線、右旋・左旋円偏波 • 偏波切換器 • 全数(475個)について、偏波切換リレーを取り外し、セミリジッド同軸ケーブルに置き換える。改善幅 2.4 dB • 電力増幅器 • 性能劣化している部品等を新品と交換。 改善幅 0.5 dB • 高周波ケーブルおよび放射器 • VSWR 1.5以上の高周波ケーブル／放射器を新品と取換え(計283組)  改善幅 0.88 dB (片道 0.44 dB) • 全体の感度改善幅 3.78 dB

  6. 超多チャンネル受信システムを導入 　　２９チャネル（２５群＋４系統）の 　　デジタル受信機 　　　 レーダーイメージング観測 占有周波数帯幅を 3.5 MHz に拡大 最小パルス幅：　0.5 μ秒 対応する高度分解能：　75 m MUレーダーシステムの改良・変更点 (変復調部) 現状 （１）　受信システム 　 ４チャンネルアナログ受信機 （2）　高度分解能：　150 m 　 占有周波数帯幅：　1.65 MHz 最小パルス幅：　 1 μ秒　 • その他 • GPS同期観測正確な正秒からの観測スタート　 • Spano符号対流圏モードと成層圏モードの融合 • パルス変調パターンの柔軟性新しいIS観測モードの開発 • FDI観測機能(5つの周波数をIPP毎に切替) • RASS観測機能(受信周波数オフセット) • ドップラースペクトルの一部分のみの転送機能 • データ取得・処理量の増大

  7. ディジタル 変調器 (変更部分) ディジタル 復調器(29ch) (変更部分) データ処理装置・レーダー制御器 (変更部分) システム導入後のMUレーダーブロック図 アンテナ給電ケーブル及びアンテナ放射器の約30%を新品と交換。 全送受信モジュールについて偏波切替回路を更新し、右回り円偏波固定とする。 既存4ch 各群から計25ch 変調器・復調器をディジタル化する。それに伴いデータ処理・レーダー制御用計算機が更新される。

  8. ビデオ信号 (I成分) A/D変換 (20MHz) ディジタル フィルタ 間引き 処理 レンジサンプ リング(1MHz) IF信号 (5MHz) ディジタル フィルタ 間引き 処理 レンジサンプ リング(1MHz) ビデオ信号 (Q成分) ディジタルLO信号 cosine: 0, +1, 0, -1, 0, sine: -1, 0, +1, 0, 1 アナログ信号 ディジタル信号 ビデオ信号 (I成分) アナログ フィルタ A/D変換 (1MHz) レンジ サンプリング IF信号 (5MHz) A/D変換 (1MHz) レンジ サンプリング ビデオ信号 (Q成分) アナログLO信号 (cosine & sine 成分) ディジタル受信機とは？ ディジタル受信機 下記の問題点がなく、しかもチャンネル毎の特性を 揃えやすい アナログ受信機 I成分とQ成分の強度差が残り、 直交性も不完全 フィルタ特性を整えるのが困難 (特に位相特性) 直流オフセットをゼロにできない

  9. ネットワークを用いて制御とデータ転送を行う(データ用1000BaseT)ネットワークを用いて制御とデータ転送を行う(データ用1000BaseT) SIO/PIO 制御 MU レーダー 信号処理・データ処理システム(1) データ処理計算機 CPU: Pentium 4 2.0GHz メモリ: 4 GB ハードディスク: 146 GB×5台 =730 GB 磁気テープ: DDS4 (容量 20～40GB/本) (転送 2.4MB/秒) SDLT (容量 160～320GB/本) (転送 16MB/秒) インターフェース: 1000BaseT×6系統 SIO (RS-232C)×1系統 PIO (16bit I/O)×1系統 OS: LINUX (RedHat 8.0J) 各受信ch毎にブロックマスタCPUを設ける ユニットマスタCPUがCPU群を統括する

  10. 信号処理・データ処理システム(2) レーダー信号処理プログラムの変遷 • MUレーダー(初期システム)  境界層レーダー(BLR) 1号機 (UNIX化) •  ＭＵレーダー実時間データ処理システム  SバンドBLR • LTR (=WINDAS)  赤道大気レーダー  ＭＵレーダー観測強化システム

  11. 新システムによる観測例 (RASS観測) 周波数Offset:なし アナログ合成ch 周波数Offset:なし デジタル合成ch RASSエコー (折り返し1回) データ解析: 古本 淳一

  12. 時間分解能: 32s FDI (Capon法) 時間分解能: 32 s SNR 新システムによる観測例 (干渉計観測) データ解析: G. Hassenpflug

  13. 時間分解能: 4 s FDI (Capon法) 時間分解能: 4 s SNR 新システムによる観測例 (干渉計観測) データ解析: G. Hassenpflug

  14. 新システムによる観測例 (干渉計観測)

  15. 3次元干渉計観測の原理 Yu and Palmer, 2001

  16. 終わり

  17. MUレーダー観測強化システム　一式 (a) 超多チャンネルデジタル受信システム部 (b) 低損失信号伝送部 最新のIT技術を応用したデジタル受信機を、世界最高性能のMUレーダーに適用し、 IT・MUレーダーを実現する。空間時間分解能が向上させた、この高感度レーダーを長時間、安定動作させ、大気諸現象の微細な内部構造を立体的イメージング観測し、地球環境変化の基礎過程の解明に貢献する。 地上から超高層に広がる大規模(マクロ)な地球大気環境は、実はミクロな大気現象(乱流・波動等)で定まることが明らかになりつつある。ミクロ大気プロセスを理解するには、近年急速に進展しているレーダーによる立体可視化の技術を活用することが重要である。 既存のMUレーダーの機能を基礎に、多系統の受信信号系統(475基の半導体化送受信機)を超多チャンネルデジタル化し、ソフトウェアによる高度信号処理を行いうる高性能のIT大気レーダーを世界に先駆けて完成させることは、地球環境変化研究上、速やかに着手すべき重点課題である 　　　　　　　　　　　　（概算要求の説明資料より抜粋）

  18. MUレーダー観測強化システム (a) 超多チャンネルデジタル 受信システム部 (b) 低損失信号伝送部

  19. 信楽MU観測所の整備に関する概算要求の経緯　　信楽MU観測所の整備に関する概算要求の経緯　　 （１）１９８１－１９８４年度MUレーダー建設 １９８４年１１月、MUレーダー完成 （２）１９９２年度：　実時間データ処理システム （３）　１９９７年度概算要求(1996年4月提出) 高速並列レーダー制御システム 　　　　　　● １９９６年度補正予算で導入　（電源部、送受信モジュールを改修） 　　　　　１９９８年度概算要求 (1997年4月提出) 光・レーダー複合観測システム 　　　　　　● １９９９年度　研究基盤重点設備費で レーダー・ライダー複合計測システムを導入 （４）MUレーダー観測強化システム　（連続観測支援システム） 　　１９９９年度概算要求 (1998年4月提出)　　不採択　 　　２０００年度概算要求 (1999年4月提出)　　不採択 　　　● ２００１年３月、補正予算で可搬型レーダー（赤道大気レーダー）を建設 　　２００１年度概算要求 (2000年4月提出)　　不採択 　　２００２年度概算要求(2001年４月提出）　　不採択 　　２００３年度概算要求(2002年4月提出) 　●　２００２年度の補正予算でMUレーダー観測強化システムを導入 ２００４年２月MUレーダー観測強化システム完成

  20. MUレーダー超多チャンネル受信機の構成 注: 受信29chのうち1ch分を示す。ソフトウェア処理はブロックマスタCPUで行われる。

  21. アナログ信号 ディジタル信号 ディジタル変調器 サンプリング周波数 1 MHz  4 MHz  20MHz CICフィルタ ＋補間処理 アナログ LPF FIRフィルタ D/A変換 パルス変調パターン信号 (＋１, －１, ０の組合せ) IF信号 (5MHz) ディジタルLO信号 (20MHz) 0, +1, 0, -1, 0, … 送信・受信フィルタの特性を完全に揃えることが可能。

More Related