(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
方位方向及び仰角方向に走査しながらレーザ光を送信しその反射光を受信する光送受信手段と、上記反射光のドップラ成分を分析し方位毎に風速及び風向の空間分布リアルデータを検出する風検出手段と、上記風速及び風向の空間分布リアルデータを分析し乱気流リアルデータを検出する乱気流検出手段と、走査開始から現在までの特定方位における風速及び風向の空間分布過去データ及び対応する乱気流過去データを記憶するデータ記憶手段と、上記乱気流リアルデータ及び乱気流過去データ中の乱気流強度を比較し乱気流強度の大きい方の対応する風速及び風向の空間分布データを選択するデータ比較手段と、この選択された風速及び風向の空間分布データを表示する表示手段とを備えたことを特徴とする乱気流検出装置。
【請求項２】
上記データ比較手段において、乱気流データ中の乱気流強度の比較に替え、上記風検出手段から出力される風速の空間分布リアルデータと上記データ記憶手段に記憶されている風速の空間分布過去データ中の最大風速値を比較し、最大風速値の大きい方の対応する風速及び風向の空間分布データを選択することを特徴とする請求項１に記載の乱気流検出装置。
【請求項３】
上記データ比較手段において、風速及び風向の空間分布リアルデータが選択される場合、上記風速及び風向の空間分布リアルデータ及び乱気流リアルデータをデータ記憶手段に記憶することを特徴とする請求項１又は２に記載の乱気流検出装置。
【請求項４】
上記データ比較手段において、風速及び風向の空間分布リアルデータが選択される場合、その方位の近傍を詳細に方位方向に走査し、その詳細方位毎に風速及び風向の空間分布リアルデータ及び乱気流リアルデータを検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の乱気流検出装置。
【請求項５】
上記風検出手段において検出された風速及び風向の空間分布リアルデータと上記データ比較手段において選択された風速及び風向の空間分布データとを合成するデータ合成手段を備え、このデータ合成手段の出力データを上記表示手段に表示することを特徴とする請求項１又は２に記載の乱気流検出装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、乱気流、特に航空機の離発着時に発生する後方乱気流をレーザ・レーダを用いて観測し表示する乱気流検出装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１４は、従来のレーザ・レーダによる乱気流検出装置の系統図である。図において、方位・仰角制御部２は、方位及び仰角方向を走査するビーム指向制御信号を作成し、光送受信部１及び風速・風向検出部３へ出力する。光送受信部１は、ビーム指向制御信号で指示された方向に送信レーザ光（レーザ・ビームともいう）を出力する。送信された送信レーザ光は、空気中の塵などで反射され、受信光として光送受信部１へ入力する。光送受信部１は、受信光を光から電気信号に変換し、受信信号として風速・風向検出部３へ出力する。
【０００３】
風速・風向検出部３は、受信信号から風速値とドップラ成分の方向（例えば、乱気流検出装置に近づく時を「＋」、遠ざかる時を「−」と設定する符号）を検出し、風速・風向情報として乱気流検出部４へ出力する。乱気流検出部４は、風速・風向情報を図１５に示すように各方位における１仰角走査毎に編集する。さらに後方乱気流の渦の発生状況を検出し、この後方乱気流の渦の検出結果及び上記の編集された風速・風向情報を合わせて表示用のデータを作成し、表示装置６に出力する。表示装置６は、乱気流検出部４から入力する１仰角走査毎の表示データを順次更新し表示する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
従来のレーザ・レーダを用いた乱気流検出装置では、１仰角走査毎に風速・風向の情報、乱気流の情報を順次表示していたので、ある方位で乱気流が発生している観測データの表示も、すぐに次の方位での仰角走査のデータにより更新されるため、乱気流の発生を見逃さないために常に表示画面の監視が必要であった。そのために監視者に監視の負担を強いるという問題点があった。また、乱気流データの確認を見逃すなどの問題点があった。
【０００５】
この発明は上記のような問題点を解消するためになされたもので、後方乱気流をできるだけ長く表示することにより、さらに観測データの中でより強い乱気流データを表示することにより、監視者の監視の負担を緩和でき、乱気流発生の監視の見落としを防止できる乱気流検出装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明に係る乱気流検出装置は、方位方向及び仰角方向に走査しながらレーザ光を送信しその反射光を受信する光送受信手段と、上記反射光のドップラ成分を分析し方位毎に風速及び風向の空間分布リアルデータを検出する風検出手段と、上記風速及び風向の空間分布リアルデータを分析し乱気流リアルデータを検出する乱気流検出手段と、走査開始から現在までの特定方位における風速及び風向の空間分布過去データ及び対応する乱気流過去データを記憶するデータ記憶手段と、上記乱気流リアルデータ及び乱気流過去データ中の乱気流強度を比較し乱気流強度の大きい方の対応する風速及び風向の空間分布データを選択するデータ比較手段と、この選択された風速及び風向の空間分布データを表示する表示手段とを備えたものである。
【０００７】
請求項２の発明に係る乱気流検出装置は、上記データ比較手段において、乱気流データ中の乱気流強度の比較に替え、上記風検出手段から出力される風速の空間分布リアルデータと上記データ記憶手段に記憶されている風速の空間分布過去データ中の最大風速値を比較し、最大風速値の大きい方の対応する風速及び風向の空間分布データを選択するものである。
【０００８】
請求項３の発明に係る乱気流検出装置は、上記データ比較手段において、風速及び風向の空間分布リアルデータが選択される場合、上記風速及び風向の空間分布リアルデータ及び乱気流リアルデータをデータ記憶手段に記憶するものである。
【０００９】
請求項４の発明に係る乱気流検出装置は、上記データ比較手段において、風速及び風向の空間分布リアルデータが選択される場合、その方位の近傍を詳細に方位方向に走査し、その詳細方位毎に風速及び風向の空間分布リアルデータ及び乱気流リアルデータを検出するものである。
【００１０】
請求項５の発明に係る乱気流検出装置は、上記風検出手段において検出された風速及び風向の空間分布リアルデータと上記データ比較手段において選択された風速及び風向の空間分布データとを合成するデータ合成手段を備え、このデータ合成手段の出力データを上記表示手段に表示するものである。
【００１３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図について説明する。図１は実施の形態１に係る乱気流検出装置の系統図である。図において、１はレーザ光を空間に送信し空気中の塵などで反射された反射光を受信し電気信号に変換し出力する光送受信部、２は送信レーザ光の指向方向を制御するビーム指向制御信号を生成する方位・仰角制御部、３は上記光送受信部１からの電気信号よりドップラ方向と風速値（風速・風向のリアルタイムのデータである風速・風向情報）を算出し出力する風速・風向検出部である。
【００１４】
４は上記風速・風向情報を距離方向と仰角方向に並び替え風速・風向の空間分布のリアルタイムのデータを生成するとともに、この空間分布リアルデータを分析し乱気流の渦を検出し乱気流のリアルタイムのデータ（乱気流の発生位置、乱気流の渦の直径、乱気流強度（乱気流の渦の互いに反対方向の風速差）等）を出力する乱気流検出部である。なお、風速・風向の空間分布リアルデータと乱気流リアルデータを合わせて単にリアルデータとも呼ぶ。
【００１５】
５は風速・風向の空間分布リアルデータ及び乱気流リアルデータを方位毎にその強度を後述するデータ記憶手段７に記憶された過去に検出された空間分布過去データ及び乱気流過去データと比較し、データ記憶手段７に新たに上書き記憶される記憶データ及び表示データを出力する乱気流データ比較部（データ比較手段）である。ここで、過去データとは過去に検出された風速・風向の空間分布のデータと乱気流のデータを、記憶データとは後述する最大乱気流記憶部７に記憶されている風速・風向の空間分布の過去データと乱気流の過去データを、表示データとは後述する表示装置６に表示される表示用の風速・風向の空間分布のデータと乱気流のデータをそれぞれ示す。
【００１６】
６は表示データを表示する表示装置、７は１方位走査中で走査開始から現在までの最大の乱気流強度を有する風速及び風向の空間分布過去データ及び乱気流過去データを記憶するとともに上記乱気流データ比較部５へ上記過去データを出力する最大乱気流データ記憶部（データ記憶手段）である。
【００１７】
次に動作について説明する。方位・仰角制御部２は、図２に示すように後方乱気流が発生していないエリアも含めた広範囲のエリアをビーム走査するビーム指向制御信号を作成し、光送受信部１及び風速・風向検出部３へ出力する。ビーム走査は、テレビのラスタースキャンのように方位走査及び仰角走査により行われる。すなわち、ある方位にビーム指向方位を設定し、その方位で仰角方向にビームを走査する。この仰角走査が終了後、レーザ・ビームの指向方向は次の方位に移動する。例えば単位ステップ角度だけビーム指向方位を移動し、その方位で仰角方向にビームを走査する。このような走査を全方位で行うことにより方位・仰角範囲（エリア）内の一走査が終了する。
【００１８】
光送受信部１は、ビーム指向制御信号で指示された方向に送信レーザ光を送信する。送信された送信レーザ光は、空気中の塵などで反射され、受信光として光送受信部１へ入力する。光送受信部１は受信光を光から電気信号に変換し受信信号として風速・風向検出部３へ出力する。風速・風向検出部３は、受信信号から風速値とドップラ成分の方向（例えば、乱気流検出装置に近づく時を「＋」、遠ざかる時を「−」と設定する符号）を検出し、リアルタイムの風速・風向の情報（風速及び風向のリアルデータ）をそのデータの（発生）位置情報とともに乱気流検出部４へ出力する。
【００１９】
乱気流検出部４は、上記風速及び風向のリアルデータを位置情報をもとに方位毎に距離方向及び仰角方向に並び替え、方位毎の風速・風向の空間分布リアルデータを作成する。そしてこの空間分布リアルデータをもとに風向及び風速値を図１５に示すように各方位における１仰角走査毎に距離−仰角（または高度）の２次元座標上のデータとして合成する。更に乱気流検出部４は、風向及び風速値を合成した後に、この合成値を基に後方乱気流を風向の符号と風速値の変化で検出し、方位角度情報を付加したリアルタイムの乱気流データ（乱気流リアルデータ）を作成して、乱気流データ比較部５へ出力する。
【００２０】
乱気流データ比較部５は、１方位走査の中で風速・風向及び乱気流データを比較する。システム起動時の乱気流データ比較部５は、走査開始方位の風速・風向の空間分布リアルデータ及び乱気流リアルデータを記憶データとして最大乱気流データ記憶部７へ出力する。なお、この記憶されたデータは、風速・風向の空間分布過去データ及び乱気流過去データと呼ばれる。そして、次の方位での風速・風向及び乱気流データ（リアルデータ）が入力した時に、最大乱気流データ記憶部７から過去データを読み出し、それぞれのデータ中の乱気流強度と風速値を比較する。比較は次のように行われる。比較する両方のデータに乱気流が存在する場合には、乱気流強度の大きい方のデータを優先する。一方のデータにしか乱気流が存在しない場合には、乱気流の存在する方のデータを優先する。乱気流が共に無いときは、空間分布データ中の最大風速値の大きい方のデータを優先する。
【００２１】
比較の結果、風速・風向及び乱気流データ（リアルデータ）が強い場合は、記憶データとして上記風速及び風向の空間分布リアルデータと乱気流リアルデータを最大乱気流データ記憶部７へ出力すると共に、表示データとして上記２種類のデータを表示装置６へ出力する。乱気流データ比較部５は、方位毎に測定された風速・風向及び乱気流データ（リアルデータ）が入力する毎に、最大乱気流データ記憶部７から記憶データ（空間分布過去データ及び乱気流過去データ）を読み出し、風速・風向及び乱気流データ（リアルデータ）と乱気流強度又は風速値を比較し、結果を記憶データとして最大乱気流データ記憶部７へ出力すると共に、表示データとして表示装置６へ出力する。乱気流強度最大の乱気流記憶データを検出した後に入力する風速・風向及び乱気流データ（リアルデータ）が最大乱気流記憶データより弱い時は、最大の乱気流記憶データを検出した方位からエリア内の１方位走査後までこの最大の乱気流記憶データ（過去データ）を採用し表示する。表示装置６は、乱気流データ比較部５から入力する表示データを表示する。表示例を図３に示す。図において、横軸は乱気流検出装置からの距離、縦軸は高度を示す。また表示色または濃淡により風向及び風速の分布を表現している。
【００２２】
実施の形態１の発明は以上のように構成されているので、エリア内を走査中、方位毎に表示データが更新されることがなく、発生した乱気流の様子を最大乱気流時のデータを継続して表示することが可能となり、監視の見落としを防止できる効果がある。
【００２３】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、方位走査は離散的な方位で、具体的には単位ステップ角度毎に行われ、１方位走査の中で乱気流強度又は風速値が一番強い方位での風速・風向の空間分布又は乱気流のデータが継続的に表示されていた。この実施の形態２では、強い乱気流を検出した方位の前後を上記単位ステップ角度よりも細かい角度で方位方向に詳細にビーム走査し、更に強い乱気流を検出して表示するようにしたものである。
【００２４】
図４は実施の形態２に係る乱気流検出装置の系統図である。図において１から７までの構成要素は実施の形態１における図１のものと同様であるので説明を省略し、実施の形態１との相違点のみ説明する。乱気流データ比較部５において、乱気流強度又は最大風速値の比較の結果、風速及び風向の空間分布リアルデータ及び乱気流リアルデータが選択された場合には、その方位情報が方位・仰角制御部２に指示される。方位・仰角制御部２はこの情報に基づき、このリアルデータが検出された方位の前後において通常の単位ステップ角度より細かい角度で方位方向の走査制御を行う。このような細かい方位方向の走査により、離散的な方位方向の間の方位でのリアルデータの検出が可能となる。
【００２５】
実施の形態２の発明は以上のように構成されているので、乱気流強度又は風速値の強い方位の近傍でより細かく方位走査が可能となり、より精度よく強い乱気流を検出し、その様子を継続して表示することが可能となり、監視の見落としを防止できる効果がある。
【００２６】
実施の形態３．
また、上記実施の形態１では、１方位走査の中で一番強い乱気流のデータのみを表示したが、リアルタイムで観測した後方乱気流の表示と１方位走査の中で一番強い乱気流のデータを同時に表示してもよい。
【００２７】
図６は実施の形態３に係る乱気流検出装置の系統図である。図において１から７までの構成要素は実施の形態１における図１のものと同様であるので説明を省略し、実施の形態１との相違点のみ説明する。表示合成部８は、乱気流検出部４が分析し出力する風速及び風向の空間分布リアルデータ及び乱気流リアルデータと乱気流データ比較部５が選択し出力する表示データとのデータ合成を行う。この合成表示データは表示装置６へ出力され表示される。
【００２８】
表示装置６における合成表示データの表示例を図７に示す。図において左側の画面がリアルタイムの風速及び風向の空間分布リアルデータ及び乱気流リアルデータを示し、右側の画面が乱気流データ比較部５が選択した最大乱気流強度における風速及び風向の空間分布データ及び乱気流データを示す。
【００２９】
実施の形態３の発明は以上のように構成されているので、リアルタイムのデータと最大乱気流強度でのデータとが合成表示可能となり、乱気流の監視の見落としを防止できると同時に、リアルタイムの風の変化も監視でき、監視精度の向上を図れるという効果がある。
【００３０】
実施の形態４．
また、実施の形態２で説明した最大乱気流方位の近傍で詳細に方位走査を行う機能と上記実施の形態３で説明したリアルタイムのデータと最大乱気流データの合成表示の機能を合わせ持つことも可能である。実施の形態４の発明はこの２つの機能を併せ持つ乱気流検出装置の系統図である。
【００３１】
実施の形態４の発明は以上のように構成されているので、実施の形態２と３の発明の機能を合わせ持つ、より高機能な監視を行うことができるという効果がある。
【００３２】
実施の形態５．
なお、上記実施の形態１乃至４では、１方位走査の中で一番強い乱気流のデータを表示したが、２方位の同一仰角の風速・風向から特定領域（例えば空港内の領域。以後、空港内として説明する）の風速・風向を検出し、１方位走査の中で一番強い乱気流のデータと空港内の風速・風向を同時に表示してもよい。
【００３３】
図９は実施の形態５に係る乱気流検出装置の系統図である。図において、空港風速・風向検出部９は、方位・仰角制御部２から入力するビーム指向制御信号と、風速・風向検出部３から入力する風速・風向情報をもとに、２方位の同じ仰角の風速・風向情報を使用して、空港内の風速・風向を検出し、空港風速・風向情報として表示合成部８へ出力する。表示合成部８は、乱気流データ比較部５から入力する選択された表示用の風向・風速の空間分布データ及び乱気流データと空港風速・風向検出部３から入力する空港風速・風向情報を合成し、表示データとして表示装置６へ出力する。表示装置６は、表示合成部８から入力する上記表示データを表示する。表示例を図９に示す。
【００３４】
実施の形態５の発明は以上のように構成されているので、空港内等の特定領域の風向・風速を合わせて表示できるようにしたので、より精度の高い監視を行うことができるという効果がある。
【００３５】
実施の形態６．
実施の形態６の発明は、実施の形態２の発明と実施の形態５の発明を組合せたものである。図１１は実施の形態６に係る乱気流検出装置の系統図である。
【００３６】
実施の形態６の発明は以上のように構成されているので、実施の形態２と５の発明の機能を併せ持つ、より高機能な監視を行うことができるという効果がある。
【００３７】
実施の形態７．
実施の形態７の発明は、実施の形態３の発明と実施の形態５の発明を組合せたものである。図１２は実施の形態７に係る乱気流検出装置の系統図である。
【００３８】
実施の形態７の発明は以上のように構成されているので、実施の形態３と５の発明の機能を併せ持つ、より高機能な監視を行うことができるという効果がある
【００３９】
実施の形態８．
実施の形態８の発明は、実施の形態４の発明と実施の形態５の発明を組合せたものである。図１３は実施の形態８に係る乱気流検出装置の系統図である。
【００４０】
実施の形態８の発明は以上のように構成されているので、実施の形態４と５の発明の機能を併せ持つ、より高機能な監視を行うことができるという効果がある。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１乃至３の発明に係る乱気流検出装置は、走査開始から現在に至るまでの最大乱気流強度を有する方位の風速・風向の空間分布データ及び乱気流データを継続して表示することができ、監視者が乱気流の発生を見落とすということを防止することができる。
【００４２】
また、請求項４の発明に係る乱気流検出装置は、上記の効果に加え、さらに方位方向により細かく走査するので、より精度よく最大乱気流強度を有する方位を検出することができる。
【００４３】
また、請求項５の発明に係る乱気流検出装置は、上記の効果に加え、さらにリアルタイムの風速・風向の空間分布データ及び乱気流データを最大乱気流方位の風速・風向の空間分布データ及び乱気流データと合成して表示するので、監視者に豊富な情報を提供でき、より的確な監視を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係る乱気流検出装置の系統図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係る乱気流検出装置のビーム走査の説明図である。
【図３】  この発明の実施の形態１に係る乱気流検出装置における乱気流データの表示例である。
【図４】  この発明の実施の形態２に係る乱気流検出装置の系統図である。
【図５】  この発明の実施の形態２に係る乱気流検出装置のビーム走査の説明図である。
【図６】  この発明の実施の形態３に係る乱気流検出装置の系統図である。
【図７】  この発明の実施の形態３に係る乱気流検出装置における乱気流データの表示例である。
【図８】  この発明の実施の形態４に係る乱気流検出装置の系統図である。
【図９】  この発明の実施の形態５に係る乱気流検出装置の系統図である。
【図１０】  この発明の実施の形態５に係る乱気流検出装置における乱気流データの表示例である。
【図１１】  この発明の実施の形態６に係る乱気流検出装置の系統図である。
【図１２】  この発明の実施の形態７に係る乱気流検出装置の系統図である。
【図１３】  この発明の実施の形態８に係る乱気流検出装置の系統図である。
【図１４】  従来の乱気流検出装置の系統図である。
【図１５】  乱気流検出装置におけるデータ編集・表示方法の説明図である。
【符号の説明】
１  光送受信部、  ２  方位・仰角制御部、  ３  風速・風向検出部、  ４  乱気流検出部、  ５  乱気流データ比較部、  ６  表示装置、  ７  最大乱気流データ記憶部、  ８  表示合成部、  ９  空港風速・風向検出部。
【図１】
0003636076.tif 000002
【図２】
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【図３】
0003636076.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003636076.tif 000008
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0003636076.tif 000014
【図１４】
0003636076.tif 000015
【図１５】
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