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펄스반복주기(Pulse Repetition Frequency, PRF), 최대관측거리( R max ), 최대관측속도( V max )

문서에서 초급 예보관 훈련용 교재 (페이지 123-127)

2) 단파골

3.1 기상레이더 기초이론

3.1.5 펄스반복주기(Pulse Repetition Frequency, PRF), 최대관측거리( R max ), 최대관측속도( V max )

그림 3.4에서 뇌우의 핵에서 우적크기 분포는 반사도 60dBZ에 해당한다.

점선으로 표시된 부분에 높은 반사도의 핵이 있고 두 빔이 지나간다. 그러 나 오직 레이더 B의 빔만이 60dBZ로 가득 채워져 있다. 반면 더 먼 거리 에 있는 빔 A의 경우 60dBZ 코어와 그보다 약한 주변 에코를 포함한다.

따라서 빔 부피에 대한 평균효과에 의하여 60dBZ 보다 작은 반사도가 A 에서 관측된다. 이와 같이 빔이 완전히 채워지지 않을 경우 종종 같은 고 도를 관측하는 두 레이더가 서로 다른 반사도를 나타낸다.

3.1.5 펄스반복주기(Pulse Repetition Frequency, PRF), 최대관측거리( R

max

),

원격탐사 원격탐사

-3.1 기상레이더 기초이론

3.1.5.2 최대 측정 거리(Maximum Unambiguous Range, R

max

)와 PRF의 관계

전자기파를 주어진 시간 간격을 가지는 펄스파를 이용하는 가장 주된 이 유는 이를 통한 거리측정이다. 수신시간(Listening Period)은 첫 번째 펄 스 송신 이후에서 두 번째 펄스를 발사하기 전까지의 시간을 나타낸다. 이 기간에 의하여 첫 번째 펄스가 전파되어 수신될 때까지 가능한 왕복 최대 거리가 결정된다. 이 거리를 2로 나누어 산출한 것이 최대 측정 거리 (Rmax)이다. Rmax는 수학적으로 다음과 같이 표현된다.

(3.5)

이 때 c 는 빛 의 속 도 , 는 수 신 시 간 이 다 . 펄 스 지 속 시 간 (Pulse Duration, )이 PRT( )에 비해 매우 작기 때문에Rmax는 대신 PRT 나 PRT로 전환해서 나타낼 수 있고 다음과 같다.

(3.6)

(3.7)

PRF(s-1)는 펄스반복 주파수, PRT(s)는 펄스반복 시간이다.

즉 이다.

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3장 레이더기상학 기초

9

원격탐사 원격탐사

-3.1 기상레이더 기초이론

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3.1.5.4 도플러 딜레마

Rmax와Vmax둘 다 PRF에 의존하지만 의존정도가 다르다. 다음 두 식에서 Rmax는 PRF와 역의 의존성을 가지고Vmax는 직접적인 의존성을 가진다.

(3.10)

(3.11)

= 최대 탐지 거리

= 최대탐지속도

= 파장 ( S-밴드 10cm ) PRF = 펄스반복주파수

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3.1.5.3 최대 측정 속도(Maximum Unambiguous Velocity, V

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)와 PRF의 관계

Rmax가 PRF에 의존할 뿐만 아니라 최대 측정 속도 또한 PRF에 의존한다.

모호하지 않음(Unambiguous)은 기상레이더가 가장 큰 도플러속도를 정 확하게 결정할 수 있는 성능을 나타낸다. Vmax와 PRF의 관계는 수학적으 로 다음과 같이 표현한다.

(3.8)

(3.9)

이때 PRF 는 펄스 반복 주기( ), PRT는 펄스 반복 시간=1/펄스반복주 기( )이다. PRF가 1000펄스/s이고 (PRT=0.001s) 파장이 10.5cm( )는 송신파의 파장)일 때Vmax는 26.25m/s(51kt)이다.

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10

3장 레이더기상학 기초

원격탐사 원격탐사

-PRF# PRF Rmax(nm) Vmax(kts)

1 322 252 16

2 446 181 22

3 644 126 32

4 857 95 43

5 1014 80 51

6 1095 74 55

7 1181 69 59

8 1282 63 64

[표 3.3]여덟개의 PRF와Rmax, Vmax

PRF가 증가하면 Rmax는 감소하는 반면 Vmax는 증가한다. 또한, PRF가 감 소하면 Rmax는 증가하지만 Vmax는 감소한다. 높은 Vmax가 높은 PRF를 가 져야 하기 때문에 관측최대 거리 Rmax가 짧아진다. 높은 PRF는 짧은 Rmax 를 가지고 다중착에코(Multiple Trip Echo)의 확률을 증가시킨다. 도플러 딜레마는 Rmax와 Vmax 둘 다 최대로 하는 하나의 PRF는 없음을 나타낸다.

표 3.3은 다양한 현업용 PRF와 상응하는Rmax와 Vmax값을 나타낸다. PRF 가 조절가능하기 때문에Rmax와 Vmax의 PRF에 대한 의존성은 레이더 운영 자에게 매우 중요하다.

낮은 PRF는 관측거리와 출력에 있어 바람직한 반면 높은 PRF는 목표물의 속도 관측에 필수적이다. 하나의 PRF에 대해 두 가지 모두 만족시킬 수 없 는 것을 도플러 딜레마(Doppler Dilemma)라 부른다.

3.1 기상레이더 기초이론

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