(57)【要約】【課題】遠距離地点の風速の他に、近距離地点の風速及び風向の空間分布を測定することができるようにする。【解決手段】遠距離地点の風速を測定するレーザレーダ１の他に、レーザレーダ１における風速の測定地点より近い地点の風速及び風向を測定する近距離地点用のレーザレーダ２を備えるように構成する。これにより、遠距離地点の風速の他に、近距離地点の風速及び風向の空間分布を測定することができる。また、レーザレーダ１とレーザレーダ２が独立して測定処理を実施するため、複数の突風が接近してきた場合でも、遠距離における突風の検出と、近距離における突風の風速及び風向の空間分布の測定とを同時に行うことができる。【選択図】図１
2014066548.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風速を測定する第１のレーザレーダと、
上記第１のレーザレーダにおける風速の測定地点より近い地点の風速及び風向を測定する第２のレーザレーダとを備え、
上記第１のレーザレーダは、レーザ光を大気中に放射したのち、大気中の浮遊物に反射して戻ってくるレーザ光を受信するレーザ光送受信手段と、上記レーザ光送受信手段によるレーザ光の受信信号を周波数解析して、上記受信信号のスペクトルを算出するスペクトル算出手段と、上記スペクトル算出手段により算出された受信信号のスペクトルから風速を算出する風速算出手段とから構成されており、
上記第２のレーザレーダは、レーザ光を大気中に放射したのち、大気中の浮遊物に反射して戻ってくるレーザ光を受信するレーザ光送受信手段と、上記レーザ光送受信手段におけるレーザ光の放射角度及び受信視野角度をスキャンするスキャン手段と、上記スキャン手段により放射角度及び受信視野角度がスキャンされている状態での上記レーザ光送受信手段によるレーザ光の受信信号を周波数解析して、上記受信信号のスペクトルを算出するスペクトル算出手段と、上記スペクトル算出手段により算出された受信信号のスペクトルから風速及び風向の空間分布を算出する空間分布算出手段とから構成されている
ことを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項２】
第１のレーザレーダは、風速算出手段により算出された風速を所定の閾値と比較して、強風が発生している地点を検出する強風地点検出手段を備えていることを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
【請求項３】
第１のレーザレーダの強風地点検出手段により検出された地点までの距離が所定の距離より短い場合に限り、第２のレーザレーダの測定処理を実施させる制御手段を備えたことを特徴とする請求項２記載のレーザレーダ装置。
【請求項４】
レーザ光を大気中に放射したのち、大気中の浮遊物に反射して戻ってくるレーザ光を受信するレーザ光送受信手段と、
測定モードが近距離地点の風速を測定する近距離測定モードであれば、上記レーザ光送受信手段によるレーザ光の放射角度及び受信視野角度をスキャンするスキャン手段と、
上記測定モードが遠距離地点の風速を測定する遠距離測定モードであれば、上記スキャン手段により放射角度及び受信視野角度がスキャンされていない状態での上記レーザ光送受信手段によるレーザ光の受信信号を周波数解析して、上記受信信号のスペクトルを算出し、上記測定モードが上記近距離測定モードであれば、上記スキャン手段により放射角度及び受信視野角度がスキャンされている状態での上記レーザ光送受信手段によるレーザ光の受信信号を周波数解析して、上記受信信号のスペクトルを算出するスペクトル算出手段と、
上記測定モードが上記遠距離測定モードであれば、上記スペクトル算出手段により算出された受信信号のスペクトルから風速を算出する風速算出手段と、
上記測定モードが上記近距離測定モードであれば、上記スペクトル算出手段により算出された受信信号のスペクトルから風速及び風向の空間分布を算出する空間分布算出手段と
を備えたレーザレーダ装置。
【請求項５】
測定モードを切り替える制御手段と、
風速算出手段により算出された風速を所定の閾値と比較して、強風が発生している地点を検出する強風地点検出手段とを備え、
上記制御手段は、測定モードを遠距離測定モードに設定したとき、上記強風地点検出手段により検出された地点までの距離が所定の距離より短ければ、上記測定モードを近距離測定モードに切り替える
ことを特徴とする請求項４記載のレーザレーダ装置。
【請求項６】
制御手段は、測定モードを遠距離測定モードから近距離測定モードに切り替える際、レーザ光送受信手段から放射されるレーザ光のパルス幅を狭くすることで、空間分解能を高めることを特徴とする請求項５記載のレーザレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ光を用いて、大気中に浮遊している微小な液体又は固体の粒子（エアロゾル）の動く速度や方向を測定することで、風速及び風向を測定するレーザレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１９は以下の特許文献１に開示されているレーザレーダ装置を示す構成図である。
このレーザレーダ装置は、以下の要素（１）〜（８）から構成されている。
（１）ローカル光と呼ばれる単一周波数からなる連続波光（レーザ光）を発振する光源１
０１
（２）光源１０１から発振された連続波光を２分配して、一方の連続波光をパルス変調器
１０３に出力し、他方の連続波光を光カプラ１０６に出力する光分配器１０２
（３）光分配器１０２から出力された連続波光に対して所定の周波数シフトを与えるとと
もに、周波数シフト後の連続波光をパルス変調して、パルス光を光サーキュレータ
１０４に出力するパルス変調器１０３
【０００３】
（４）パルス変調器１０３から出力されたパルス光を光アンテナ１０５に出力する一方、
光アンテナ１０５により受光された散乱光（パルス光）を光カプラ１０６に出力す
る光サーキュレータ１０４
（５）光サーキュレータ１０４から出力されたパルス光を大気中に放射したのち、大気中
に存在しているエアロゾルに反射して戻ってくる散乱光を受光する光アンテナ１０
５
（６）光分配器１０２から出力された連続波光と光サーキュレータ１０４から出力された
散乱光とを合波し、合波後の光である光信号を光受信機１０７に出力する光カプラ
１０６
【０００４】
（７）光カプラ１０６から出力された光信号をヘテロダイン検波して、その光信号を電気
信号に変換し、その電気信号を受信信号として信号処理装置１０８に出力する光受
信機１０７
（８）光受信機１０７から出力された受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換
するとともに、そのディジタル信号を周波数解析して、そのディジタル信号のスペ
クトルを算出し、そのスペクトルからレーザ照射方向の風速（エアロゾルの移動速
度）を算出する信号処理装置１０８
【０００５】
ここで、レーザレーダ装置は、風力発電用風車に適用される場合がある。
風力発電用風車では、強い突風によってブレードが損傷することがある。その損傷を避けるために、突風が接近する際には、ブレードの角度を制御して、突風を受け流す必要がある。
このように、突風を受け流す制御を行うには、風車に接近する突風が発生している地点を検出することが可能な装置が必要である。
また、近距離地点の突風の風速及び風向の空間分布を知ることができれば、風車のどの位置に対して、どの方向から、どの程度の風速の突風が到達するかを推測することができる。
【０００６】
上記の推測が可能になれば、その推測結果に基づいて、風車のブレードの角度、あるいは、風車全体の方向を制御して、突風を受け流すことが可能になる。このため、近距離地点の突風の風速及び風向の空間分布を測定することが可能な装置が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−０３９６４０号公報（段落番号［０００８］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
従来のレーザレーダ装置は以上のように構成されているので、レーザ照射方向の風速を測定することができるが、近距離地点の風速及び風向の空間分布を測定することができない。このため、風力発電用風車に適用しても、風車のどの位置に対して、どの方向から、どの程度の風速の突風が到達するかを推測することができず、風車のブレードの角度、あるいは、風車全体の方向を制御して、突風を受け流すことができない課題があった。
【０００９】
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、遠距離地点の風速の他に、近距離地点の風速及び風向の空間分布を測定することができるレーザレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係るレーザレーダ装置は、風速を測定する第１のレーザレーダと、第１のレーザレーダにおける風速の測定地点より近い地点の風速及び風向を測定する第２のレーザレーダとを備え、第１のレーザレーダが、レーザ光を大気中に放射したのち、大気中の浮遊物に反射して戻ってくるレーザ光を受信するレーザ光送受信手段と、そのレーザ光送受信手段によるレーザ光の受信信号を周波数解析して、その受信信号のスペクトルを算出するスペクトル算出手段と、そのスペクトル算出手段により算出された受信信号のスペクトルから風速を算出する風速算出手段とから構成されており、第２のレーザレーダが、レーザ光を大気中に放射したのち、大気中の浮遊物に反射して戻ってくるレーザ光を受信するレーザ光送受信手段と、そのレーザ光送受信手段におけるレーザ光の放射角度及び受信視野角度をスキャンするスキャン手段と、そのスキャン手段により放射角度及び受信視野角度がスキャンされている状態での上記レーザ光送受信手段によるレーザ光の受信信号を周波数解析して、その受信信号のスペクトルを算出するスペクトル算出手段と、そのスペクトル算出手段により算出された受信信号のスペクトルから風速及び風向の空間分布を算出する空間分布算出手段とから構成されているようにしたものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、遠距離地点の風速を測定する第１のレーザレーダの他に、第１のレーザレーダにおける風速の測定地点より近い地点の風速及び風向を測定する近距離地点用の第２のレーザレーダを備えるように構成したので、遠距離地点の風速の他に、近距離地点の風速及び風向の空間分布を測定することができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置に搭載されているレーザレーダ１を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置に搭載されているレーザレーダ２を示す構成図である。
【図４】信号処理装置１８におけるレンジビン毎のＦＦＴ処理を示す説明図である。
【図５】レーザレーダ２におけるレーザ光の放射方向が固定されているレーザレーダ装置を示す構成図である。
【図６】突風及び乱流の風向を示す説明図である。
【図７】スキャン方向を示す説明図である。
【図８】この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
【図９】この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図１０】レーザレーダ２におけるレーザ光の放射方向が固定されているレーザレーダ装置を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置に搭載されているレーザレーダ４を示す構成図である。
【図１３】この発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図１４】レーザレーダ４におけるレーザ光の放射方向が固定されているレーザレーダ装置を示す構成図である。
【図１５】この発明の実施の形態４によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
【図１６】この発明の実施の形態４によるレーザレーダ装置に搭載されているレーザレーダ６を示す構成図である。
【図１７】測定モードとレンジビンの幅との関係を示す説明図である。
【図１８】レーザレーダ６におけるレーザ光の放射方向が固定されているレーザレーダ装置を示す構成図である。
【図１９】特許文献１に開示されているレーザレーダ装置を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
図１において、レーザレーダ１は遠距離地点の風速を測定する第１のレーザレーダである。
レーザレーダ２は、レーザレーダ１における風速の測定地点より近い地点の風速及び風向を測定する近距離地点用の第２のレーザレーダである。
【００１４】
図２はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置に搭載されているレーザレーダ１を示す構成図である。
図２において、光源１１はローカル光と呼ばれる単一周波数からなる連続波光（レーザ光）を発振する機器である。
光分配器１２は光源１１から発振された連続波光を２分配して、一方の連続波光をパルス変調器１３に出力し、他方の連続波光を光カプラ１６に出力する機器である。
パルス変調器１３は光分配器１２から出力された連続波光に対して所定の周波数シフトを与えるとともに、周波数シフト後の連続波光をパルス変調して、パルス光を光サーキュレータ１４に出力する機器である。
【００１５】
光サーキュレータ１４はパルス変調器１３から出力されたパルス光を光アンテナ１５に出力する一方、光アンテナ１５により受光された散乱光（パルス光）を光カプラ１６に出力する機器である。
光アンテナ１５は光サーキュレータ１４から出力されたパルス光を大気中に放射したのち、大気中に存在しているエアロゾル（浮遊物）に反射して戻ってくる散乱光を受光する機器である。
【００１６】
光カプラ１６は光分配器１２から出力された連続波光と光サーキュレータ１４から出力された散乱光とを合波し、合波後の光である光信号を光受信機１７に出力する機器である。
光受信機１７は光カプラ１６から出力された光信号をヘテロダイン検波して、その光信号を電気信号に変換し、その電気信号を受信信号として信号処理装置１８に出力する機器である。
なお、光源１１、光分配器１２、パルス変調器１３、光サーキュレータ１４、光アンテナ１５、光カプラ１６及び光受信機１７からレーザ光送受信手段が構成されている。
【００１７】
信号処理装置１８は光受信機１７から出力された受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するとともに、そのディジタル信号を周波数解析して、そのディジタル信号のスペクトルを算出し、そのスペクトルからレーザ照射方向の風速（エアロゾルの移動速度）を算出する装置である。なお、信号処理装置１８はスペクトル算出手段及び風速算出手段を構成している。
【００１８】
ここでは、信号処理装置１８がコンピュータで構成されているものを想定している。
信号処理装置１８がコンピュータで構成されている場合、予め、信号処理装置１８の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
また、信号処理装置１８はコンピュータではなく、複数のハードウェアが組み合わされて構成されていてもよい。例えば、信号処理装置１８が、Ａ／Ｄ変換器、高速フーリエ解析装置、ドップラー周波数算出装置及び風速算出装置などから構成されているものが考えられる。
【００１９】
因みに、Ａ／Ｄ変換器は、光受信機１７から出力された受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する機器である。
高速フーリエ解析装置は、そのＡ／Ｄ変換器から出力されたディジタル信号の受信信号を各々のレンジビン毎に周波数解析して、その受信信号のスペクトルを算出する装置である。
ドップラー周波数算出装置は、各々のレンジビン毎に、その高速フーリエ解析装置により算出されたスペクトルからドップラー周波数を算出する装置である。
風速算出装置は、各々のレンジビン毎に、そのドップラー周波数算出装置により算出されたドップラー周波数から、レーザ照射方向の風速（エアロゾルの移動速度）を算出する装置である。
【００２０】
突風検出装置１９は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、各々のレンジビン毎に、信号処理装置１８により算出された風速と予め設定されている風速閾値を比較し、その風速が風速閾値を上回っていれば、当該レンジビンの距離に相当する地点で突風（強風）が発生していると判定して、その距離を示す距離信号を出力する装置である。なお、突風検出装置１９は強風地点検出手段を構成している。
【００２１】
図３はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置に搭載されているレーザレーダ２を示す構成図である。
図３において、光源２１はローカル光と呼ばれる単一周波数からなる連続波光（レーザ光）を発振する機器である。
光分配器２２は光源２１から発振された連続波光を２分配して、一方の連続波光をパルス変調器２３に出力し、他方の連続波光を光カプラ２６に出力する機器である。
パルス変調器２３は光分配器２２から出力された連続波光に対して所定の周波数シフトを与えるとともに、周波数シフト後の連続波光をパルス変調して、パルス光を光サーキュレータ２４に出力する機器である。
【００２２】
光サーキュレータ２４はパルス変調器２３から出力されたパルス光を光アンテナ２５に出力する一方、光アンテナ２５により受光された散乱光（パルス光）を光カプラ２６に出力する機器である。
光アンテナ２５は光サーキュレータ２４から出力されたパルス光を大気中に放射したのち、大気中に存在しているエアロゾル（浮遊物）に反射して戻ってくる散乱光を受光する機器である。
【００２３】
光カプラ２６は光分配器２２から出力された連続波光と光サーキュレータ２４から出力された散乱光とを合波し、合波後の光である光信号を光受信機２７に出力する機器である。
光受信機２７は光カプラ２６から出力された光信号をヘテロダイン検波して、その光信号を電気信号に変換し、その電気信号を受信信号として信号処理装置３０に出力する機器である。
なお、光源２１、光分配器２２、パルス変調器２３、光サーキュレータ２４、光アンテナ２５、光カプラ２６及び光受信機２７からレーザ光送受信手段が構成されている。
【００２４】
スキャナ制御装置２８は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、レーザ光であるパルス光の放射角度及び受信視野角度を示すスキャナ信号をスキャナ２９及び風速風向空間分布生成装置３１に出力する装置である。
スキャナ２９はスキャナ制御装置２８から出力されたスキャナ信号にしたがって光アンテナ２５におけるパルス光の放射角度及び受信視野角度をスキャンする装置である。
なお、スキャナ制御装置２８及びスキャナ２９からスキャン手段が構成されている。
【００２５】
信号処理装置３０はスキャナ２９により放射角度及び受信視野角度がスキャンされている状態で、光受信機２７から出力された受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するとともに、そのディジタル信号を周波数解析して、そのディジタル信号のスペクトルを算出し、そのスペクトルから風速を算出する装置である。なお、信号処理装置３０はスペクトル算出手段を構成している。
【００２６】
ここでは、信号処理装置３０がコンピュータで構成されているものを想定している。
信号処理装置３０がコンピュータで構成されている場合、予め、信号処理装置３０の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
また、信号処理装置３０はコンピュータではなく、複数のハードウェアが組み合わされて構成されていてもよい。例えば、信号処理装置３０が、Ａ／Ｄ変換器、高速フーリエ解析装置、ドップラー周波数算出装置及び風速算出装置などから構成されているものが考えられる。
【００２７】
因みに、Ａ／Ｄ変換器は、光受信機２７から出力された受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する機器である。
高速フーリエ解析装置は、そのＡ／Ｄ変換器から出力されたディジタル信号の受信信号を各々のレンジビン毎に周波数解析して、その受信信号のスペクトルを算出する装置である。
ドップラー周波数算出装置は、各々のレンジビン毎に、その高速フーリエ解析装置により算出されたスペクトルからドップラー周波数を算出する装置である。
風速算出装置は、各々のレンジビン毎に、そのドップラー周波数算出装置により算出されたドップラー周波数から、レーザ照射方向の風速（エアロゾルの移動速度）を算出する装置である。
【００２８】
風速風向空間分布生成装置３１は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、スキャナ制御装置２８から出力されたスキャナ信号を参照してパルス光の放射角度及び受信視野角度を把握し、信号処理装置３０により算出された風速から、風速及び風向の空間分布を算出する装置である。
なお、信号処理装置３０及び風速風向空間分布生成装置３１から空間分布算出手段が構成されている。
【００２９】
次に動作について説明する。
まず、レーザレーダ１は、遠距離地点の風速を測定する。
以下、レーザレーダ１の処理内容を具体的に説明する。
レーザレーダ１の光源１１は、ローカル光と呼ばれる単一周波数からなる連続波光を発振する。
光分配器１２は、光源１１が連続波光を発振すると、その連続波光を２分配して、一方の連続波光をパルス変調器１３に出力し、他方の連続波光を光カプラ１６に出力する。
【００３０】
パルス変調器１３は、光分配器１２から連続波光を受けると、その連続波光に対して所定の周波数シフトを与えるとともに、所定のパルス幅と繰り返し周期を有する変調信号を用いて、周波数シフト後の連続波光をパルス変調することでパルス光を生成し、そのパルス光を光サーキュレータ１４に出力する。
光サーキュレータ１４は、パルス変調器１３からパルス光を受けると、そのパルス光を光アンテナ１５に出力する。これにより、光アンテナ１５からパルス光が大気中に放射される。
大気中に放射されたパルス光は、大気中に浮遊しているエアロゾル等の散乱体によって散乱され、その散乱された一部のパルス光（散乱光）は、光アンテナ１５によって受光される。
このとき、エアロゾル等の散乱体は、風に乗って移動しているため、光アンテナ１５により受光される散乱光は、風速に相当するドップラーシフト周波数が生じている。
【００３１】
光サーキュレータ１４は、光アンテナ１５が散乱光を受光すると、その散乱光を光カプラ１６に出力する。
光カプラ１６は、光分配器１２から出力された連続波光と光サーキュレータ１４から出力された散乱光とを合波し、合波後の光である光信号を光受信機１７に出力する。
光受信機１７は、光カプラ１６から光信号を受けると、その光信号をヘテロダイン検波して、その光信号を電気信号に変換し、その電気信号を受信信号として信号処理装置１８に出力する。
なお、受信信号の周波数は、風速に相当するドップラーシフト周波数と同じ値となる。
【００３２】
信号処理装置１８は、光受信機１７から受信信号を受けると、その受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換して、そのディジタル信号を所定のレンジビンで分割し、各々のレンジビン毎に、そのディジタル信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ処理）してスペクトルを算出する。
ここで、図４は信号処理装置１８におけるレンジビン毎のＦＦＴ処理を示す説明図である。
【００３３】
信号処理装置１８は、各々のレンジビン毎に、スペクトルを算出すると、そのスペクトルからドップラー周波数ｆDを算出する。ドップラー周波数ｆDを算出する処理自体は、公知の技術であるため、詳細な説明は省略する。
信号処理装置１８は、各々のレンジビン毎に、ドップラー周波数ｆDを算出すると、下記の式（１）に示すように、そのドップラー周波数ｆDと、レーザ光の波長λを用いて、各レンジビンにおける風速ｖを算出する。
ｖ＝ｆD・λ                                              （１）
【００３４】
突風検出装置１９は、信号処理装置１８が各レンジビンにおける風速ｖを算出すると、各々のレンジビン毎に、当該レンジビンの風速ｖと予め設定されている風速閾値ｖthを比較する。
突風検出装置１９は、当該レンジビンの風速ｖが風速閾値ｖthを上回っていれば（ｖ＞ｖth）、当該レンジビンの距離に相当する地点で突風が発生していると判定して、その距離を示す距離信号を図示せぬ外部装置に出力する。
【００３５】
レーザレーダ２は、レーザレーダ１における風速の測定地点より近い地点の風速及び風向を測定する。
以下、レーザレーダ２の処理内容を具体的に説明する。
レーザレーダ２の光源２１は、ローカル光と呼ばれる単一周波数からなる連続波光を発振する。
光分配器２２は、光源２１が連続波光を発振すると、その連続波光を２分配して、一方の連続波光をパルス変調器２３に出力し、他方の連続波光を光カプラ２６に出力する。
【００３６】
パルス変調器２３は、光分配器２２から連続波光を受けると、その連続波光に対して所定の周波数シフトを与えるとともに、所定のパルス幅と繰り返し周期を有する変調信号を用いて、周波数シフト後の連続波光をパルス変調することでパルス光を生成し、そのパルス光を光サーキュレータ２４に出力する。
光サーキュレータ２４は、パルス変調器２３からパルス光を受けると、そのパルス光を光アンテナ２５に出力する。これにより、光アンテナ２５からパルス光が大気中に放射される。
大気中に放射されたパルス光は、大気中に浮遊しているエアロゾル等の散乱体によって散乱され、その散乱された一部のパルス光（散乱光）は、光アンテナ２５によって受光される。
このとき、エアロゾル等の散乱体は、風に乗って移動しているため、光アンテナ２５により受光される散乱光は、風速に相当するドップラーシフト周波数が生じている。
【００３７】
光サーキュレータ２４は、光アンテナ２５が散乱光を受光すると、その散乱光を光カプラ２６に出力する。
光カプラ２６は、光分配器２２から出力された連続波光と光サーキュレータ２４から出力された散乱光とを合波し、合波後の光である光信号を光受信機２７に出力する。
光受信機２７は、光カプラ２６から光信号を受けると、その光信号をヘテロダイン検波して、その光信号を電気信号に変換し、その電気信号を受信信号として信号処理装置３０に出力する。
なお、受信信号の周波数は、風速に相当するドップラーシフト周波数と同じ値となる。
【００３８】
上記のようにして、光アンテナ２５がパルス光を送受信しているとき、スキャナ制御装置２８は、パルス光の放射角度及び受信視野角度を示すスキャナ信号をスキャナ２９及び風速風向空間分布生成装置３１に出力している。
スキャナ２９は、スキャナ制御装置２８からスキャナ信号を受けると、そのスキャナ信号にしたがって光アンテナ２５におけるパルス光の放射角度及び受信視野角度をスキャンする。
このため、光アンテナ２５から放射されるパルス光の方向が順次変化し、様々な方向から戻ってくる散乱光が光アンテナ２５で順次受光される。
【００３９】
信号処理装置３０は、光受信機２７から受信信号を受けると、その受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換して、そのディジタル信号を所定のレンジビンで分割し、各々のレンジビン毎に、そのディジタル信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ処理）してスペクトルを算出する（図４を参照）。
信号処理装置３０は、各々のレンジビン毎に、スペクトルを算出すると、信号処理装置１８と同様に、そのスペクトルからドップラー周波数ｆDを算出する。
信号処理装置３０は、各々のレンジビン毎に、ドップラー周波数ｆDを算出すると、上記の式（１）に示すように、そのドップラー周波数ｆDと波長λを用いて、各レンジビンにおける風速ｖを算出する。
【００４０】
風速風向空間分布生成装置３１は、信号処理装置３０が各レンジビンにおける風速ｖを算出すると、スキャナ制御装置２８から出力されたスキャナ信号を参照して、パルス光の放射角度及び受信視野角度を把握することで、信号処理装置３０により算出された風速ｖの測定地点を特定する。
風速ｖの測定地点は、パルス光の放射角度と、レーザレーダ２からの距離（レンジビン）から特定することができる。
風速風向空間分布生成装置３１は、各々のレンジビン毎に、風速ｖの測定地点を特定すると、その特定結果から風速ｖ及び風向の空間分布を算出し、その空間分布を示す風速風光空間分布信号を図示せぬ外部装置に出力する。
【００４１】
図示せぬ外部装置では、レーザレーダ１から出力された距離信号と、レーザレーダ２から出力された風速風光空間分布信号とを受信すると、その距離信号から、突風が発生している地点までの距離（位置）を把握することができる。また、その風速風光空間分布信号から、近距離における各地点の風速と風向を把握することができる。
これにより、レーザレーダを風力発電用風車に適用した場合、突風が発生している地点の時間変化から、風車に対する突風の到着時刻を推測することができるため、風車において、突風を受け流すブレード制御の準備を行うことができる。
また、突風が接近してきた場合、近距離における各地点の風速と風向を把握することで、風車のどの位置に対して、どの方向から、どの程度の風速の突風が到達するかを推測することができるため、風車のブレードの角度や、風車全体の方向を制御して、突風を受け流すことができる。
例えば、ブレードに当たる突風における上下方向の風向を測定して、上下方向のブレード角度を突風における上下方向の風向と合わせることで、突風を受け流すことが可能になる。
【００４２】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、遠距離地点の風速を測定するレーザレーダ１の他に、レーザレーダ１における風速の測定地点より近い地点の風速及び風向を測定する近距離地点用のレーザレーダ２を備えるように構成したので、遠距離地点の風速の他に、近距離地点の風速及び風向の空間分布を測定することができる効果を奏する。
また、レーザレーダ１とレーザレーダ２が独立して測定処理を実施するため、複数の突風が接近してきた場合でも、遠距離における突風の検出と、近距離における突風の風速及び風向の空間分布の測定とを同時に行うことができる。このため、突風の検出漏れを防ぐことができる。
【００４３】
この実施の形態１では、レーザレーダ２のスキャナ２９が、光アンテナ２５におけるパルス光の放射角度及び受信視野角度をスキャンするものを示したが、光アンテナ２５におけるパルス光の放射方向を固定して、スキャンを行わないようにしてもよい。
図５はレーザレーダ２におけるレーザ光（パルス光）の放射方向が固定されているレーザレーダ装置を示す構成図である。
図５の例では、レーザレーダ２におけるパルス光の放射方向として、固定のＮ個の放射方向が用意されており、例えば、スイッチによって、Ｎ個の放射方向の中から、パルス光を放射する放射方向を順番に切り換えるようにしている。
このように、Ｎ個の放射方向の中から、パルス光を放射する放射方向を順番に切り換える方式を採用する場合、スキャナ２９が、光アンテナ２５におけるパルス光の放射角度及び受信視野角度をスキャンする場合より、風速等の測定回数が減少するため、高速な測定が可能になり、突風の時間変化をより詳細に測定することが可能になる。
【００４４】
ここでは、スイッチを用いて、Ｎ個の放射方向の中から、パルス光を放射する放射方向を順番に切り換えるものを示したが、パルス変調器２３から出力されたパルス光をＮ個に分割することで、Ｎ個の放射方向に対して、パルス光を同時に放射するようにしてもよい。
Ｎ個の放射方向に対して、パルス光を同時に放射する場合、スイッチを用いて、放射方向を切り替える場合よりも、高速の測定が可能になる。
ただし、スイッチを用いて、放射方向を切り替える場合、１つの送受信系で足りるため、構成の簡単化を図ることができるが、Ｎ個の放射方向に対して、パルス光を同時に放射する場合、放射方向の数と同数の受信系が必要となる。
【００４５】
ここでは、光アンテナ２５における固定の放射方向を予め複数用意している例を示したが、放射方向を突風の速度に応じて変えるようにしてもよい。
【００４６】
この実施の形態１では、レーザレーダ１の突風検出装置１９が突風を検出するものを示したが、突風の代わりに乱流（強風）を検出するようにしてもよい。
図６は突風及び乱流の風向を示す説明図である。
突風の風向は、図６（ａ）に示すように、一様な風向であるのに対して、乱流の風向は、図６（ｂ）に示すように、渦を巻いている。
レーザセンサ１から放射されたレーザ光であるパルス光が、渦の中心以外に当たった場合には、風速ｖを測定することができるため、突風を検出する場合と同様に、その風速ｖが風速閾値ｖthを上回っていれば（ｖ＞ｖth）、乱流が発生していると判定することができる。
【００４７】
この実施の形態１では、レーザレーダ１，２のパルス変調器１３，２３が、所定のパルス幅と繰り返し周期を有する変調信号を用いて、連続波光をパルス変調することでパルス光を生成するものを示したが、レーザ光の変調方法はパルス変調に限るものではなく、例えば、ＣＷ変調であってもよい。
【００４８】
この実施の形態１では、レーザレーダ２のスキャナ２９が、光アンテナ２５におけるパルス光の放射角度及び受信視野角度をスキャンするものを示したが、そのスキャンは、１次元のスキャンであってもよいし、２次元のスキャンであってもよい。
また、コニカルスキャン、ラスタースキャンやセクタースキャンであってもよいし、図７に示すようなスキャンであってもよい。
【００４９】
実施の形態２．
図８はこの発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置を示す構成図であり、図において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
制御装置３は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、レーザレーダ１の突風検出装置１９から出力された距離信号が示す距離Ｌ（突風検出装置１９により突風が検出された地点までの距離）が距離閾値Ｌth（所定の距離）より短い場合に限り、レーザレーダ２の測定処理を実施させる装置である。制御装置３は制御手段を構成している。
図９はこの発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００５０】
次に動作について説明する。
レーザレーダ１は、上記実施の形態１と同様に、各々のレンジビン毎に、遠距離地点の風速ｖを測定する。
レーザレーダ１は、当該レンジビンの風速ｖが風速閾値ｖthを上回っていれば（ｖ＞ｖth）、当該レンジビンの距離に相当する地点で突風が発生していると判定して、その距離を示す距離信号を制御装置３及び図示せぬ外部装置に出力する。
【００５１】
制御装置３は、レーザレーダ１の突風検出装置１９から距離信号を受けると、その距離信号が示す距離Ｌと距離閾値Ｌthを比較する（図９のステップＳＴ１）。
制御装置３は、レーザレーダ１の突風検出装置１９から出力された距離信号が示す距離Ｌが距離閾値Ｌthより短い場合（Ｌ＜Ｌth）、突風が発生している地点が近いため、レーザレーダ装置の測定モードを近距離地点の風速を測定する近距離測定モードに設定して、測定処理の開始をレーザレーダ２に指示する（ステップＳＴ２）。
【００５２】
レーザレーダ２は、制御装置３から測定処理の開始指示を受けると、測定処理を開始する（ステップＳＴ３）。
レーザレーダ２は、測定処理を開始すると、上記実施の形態１と同様に、各々のレンジビン毎に、近距離地点の風速ｖを測定する。
レーザレーダ２は、各々のレンジビン毎に、近距離地点の風速ｖを測定すると、その風速ｖの測定地点を特定して、その特定結果から風速ｖ及び風向の空間分布を算出し、その空間分布を示す風速風光空間分布信号を制御装置３及び図示せぬ外部装置に出力する（ステップＳＴ４）。
【００５３】
制御装置３は、レーザレーダ２から風速風光空間分布信号を受けると、その風速風光空間分布信号が示す空間分布における各々の風速ｖと、予め設定されている風速閾値ｖthとを比較する（ステップＳＴ５）。
制御装置３は、空間分布において、いずれか１以上の風速ｖが風速閾値ｖthを上回っていれば（ｖ＞ｖth）、近くで突風が発生しているため、レーザレーダ２における測定処理を継続させる。
一方、いずれの風速ｖも風速閾値ｖthを上回っていなければ（ｖ≦ｖth）、近くで突風が発生していないため、レーザレーダ装置の測定モードを遠距離地点の風速を測定する遠距離測定モードに設定して、測定処理の停止をレーザレーダ２に指示する（ステップＳＴ６）。
レーザレーダ２は、制御装置３から測定処理の停止指示を受けると、測定処理を停止する（ステップＳＴ７）。
【００５４】
以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、制御装置３が、レーザレーダ１の突風検出装置１９から出力された距離信号が示す距離Ｌが距離閾値Ｌthより短い場合に限り、レーザレーダ２の測定処理を実施させるように構成したので、近くで突風が発生していなければ、レーザレーダ２の測定処理が実施されずに、無駄な電力の消費を抑えることができる効果を奏する。
【００５５】
この実施の形態２では、レーザレーダ２のスキャナ２９が、光アンテナ２５におけるパルス光の放射角度及び受信視野角度をスキャンするものを示したが、光アンテナ２５におけるパルス光の放射方向を固定して、スキャンを行わないようにしてもよい。
図１０はレーザレーダ２におけるレーザ光（パルス光）の放射方向が固定されているレーザレーダ装置を示す構成図である。
図１０の例では、レーザレーダ２におけるパルス光の放射方向として、固定のＮ個の放射方向が用意されており、例えば、スイッチによって、Ｎ個の放射方向の中から、パルス光を放射する放射方向を順番に切り換えるようにしている。
このように、Ｎ個の放射方向の中から、パルス光を放射する放射方向を順番に切り換える方式を採用する場合、スキャナ２９が、光アンテナ２５におけるパルス光の放射角度及び受信視野角度をスキャンする場合より、風速等の測定回数が減少するため、高速な測定が可能になり、突風の時間変化をより詳細に測定することが可能になる。
【００５６】
ここでは、スイッチを用いて、Ｎ個の放射方向の中から、パルス光を放射する放射方向を順番に切り換えるものを示したが、パルス変調器２３から出力されたパルス光をＮ個に分割することで、Ｎ個の放射方向に対して、パルス光を同時に放射するようにしてもよい。
Ｎ個の放射方向に対して、パルス光を同時に放射する場合、スイッチを用いて、放射方向を切り替える場合よりも、高速の測定が可能になる。
ただし、スイッチを用いて、放射方向を切り替える場合、１つの送受信系で足りるため、構成の簡単化を図ることができるが、Ｎ個の放射方向に対して、パルス光を同時に放射する場合、放射方向の数と同数の受信系が必要となる。
【００５７】
ここでは、光アンテナ２５における固定の放射方向を予め複数用意している例を示したが、放射方向を突風の速度に応じて変えるようにしてもよい。
【００５８】
この実施の形態２では、レーザレーダ１の突風検出装置１９が突風を検出するものを示したが、突風の代わりに乱流（強風）を検出するようにしてもよい。
突風の風向は、図６（ａ）に示すように、一様な風向であるのに対して、乱流の風向は、図６（ｂ）に示すように、渦を巻いている。
レーザセンサ１から放射されたレーザ光であるパルス光が、渦の中心以外に当たった場合には、風速ｖを測定することができるため、突風を検出する場合と同様に、その風速ｖが風速閾値ｖthを上回っていれば（ｖ＞ｖth）、乱流が発生していると判定することができる。
【００５９】
この実施の形態２では、レーザレーダ１，２のパルス変調器１３，２３が、所定のパルス幅と繰り返し周期を有する変調信号を用いて、連続波光をパルス変調することでパルス光を生成するものを示したが、レーザ光の変調方法はパルス変調に限るものではなく、例えば、ＣＷ変調であってもよい。
【００６０】
この実施の形態２では、レーザレーダ２のスキャナ２９が、光アンテナ２５におけるパルス光の放射角度及び受信視野角度をスキャンするものを示したが、そのスキャンは、１次元のスキャンであってもよいし、２次元のスキャンであってもよい。
また、コニカルスキャン、ラスタースキャンやセクタースキャンであってもよいし、図７に示すようなスキャンであってもよい。
【００６１】
実施の形態３．
図１１はこの発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
図１１において、レーザレーダ４は制御装置５から出力される測定モードが遠距離測定モードであれば、遠距離地点の風速を測定し、その測定モードが近距離測定モードであれば、近距離地点の風速及び風向を測定するレーダである。
制御装置５は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、測定モードの切替処理を実施する装置である。
即ち、制御装置５は測定モードを遠距離測定モードに設定したとき、レーザレーダ４から出力された距離信号が示す距離Ｌが距離閾値Ｌthより短ければ、その測定モードを近距離測定モードに切り替える処理を実施する。なお、制御装置５は制御手段を構成している。
【００６２】
図１２はこの発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置に搭載されているレーザレーダ４を示す構成図である。
図１２において、光源４１はローカル光と呼ばれる単一周波数からなる連続波光（レーザ光）を発振する機器である。
光分配器４２は光源４１から発振された連続波光を２分配して、一方の連続波光をパルス変調器４３に出力し、他方の連続波光を光カプラ４６に出力する機器である。
パルス変調器４３は光分配器４２から出力された連続波光に対して所定の周波数シフトを与えるとともに、周波数シフト後の連続波光をパルス変調して、パルス光を光サーキュレータ４４に出力する機器である。
【００６３】
光サーキュレータ４４はパルス変調器４３から出力されたパルス光を光アンテナ４５に出力する一方、光アンテナ４５により受光された散乱光（パルス光）を光カプラ４６に出力する機器である。
光アンテナ４５は光サーキュレータ４４から出力されたパルス光を大気中に放射したのち、大気中に存在しているエアロゾル（浮遊物）に反射して戻ってくる散乱光を受光する機器である。
【００６４】
光カプラ４６は光分配器４２から出力された連続波光と光サーキュレータ４４から出力された散乱光とを合波し、合波後の光である光信号を光受信機４７に出力する機器である。
光受信機４７は光カプラ４６から出力された光信号をヘテロダイン検波して、その光信号を電気信号に変換し、その電気信号を受信信号として信号処理装置５０に出力する機器である。
なお、光源４１、光分配器４２、パルス変調器４３、光サーキュレータ４４、光アンテナ４５、光カプラ４６及び光受信機４７からレーザ光送受信手段が構成されている。
【００６５】
スキャナ制御装置４８は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、制御装置５により設定された測定モードが近距離測定モードである場合、パルス光の放射角度及び受信視野角度を示すスキャナ信号をスキャナ４９及び風速風向空間分布生成装置５２に出力する装置である。
スキャナ４９はスキャナ制御装置４８から出力されたスキャナ信号にしたがって光アンテナ４５におけるパルス光の放射角度及び受信視野角度をスキャンする装置である。
なお、スキャナ制御装置４８及びスキャナ４９からスキャン手段が構成されている。
【００６６】
信号処理装置５０は制御装置５により設定された測定モードが遠距離測定モードである場合、スキャナ４９により放射角度及び受信視野角度がスキャンされていない状態で、光受信機４７から出力された受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するとともに、そのディジタル信号を周波数解析して、そのディジタル信号のスペクトルを算出する処理を実施する。
一方、制御装置５により設定された測定モードが近距離測定モードである場合、スキャナ４９により放射角度及び受信視野角度がスキャンされている状態で、光受信機４７から出力された受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換するとともに、そのディジタル信号を周波数解析して、そのディジタル信号のスペクトルを算出する処理を実施する。
また、信号処理装置５０は上記のようにして算出したスペクトルから風速を算出する処理を実施する。なお、信号処理装置５０はスペクトル算出手段及び風速算出手段を構成している。
【００６７】
ここでは、信号処理装置５０がコンピュータで構成されているものを想定している。
信号処理装置５０がコンピュータで構成されている場合、予め、信号処理装置５０の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
また、信号処理装置５０はコンピュータではなく、複数のハードウェアが組み合わされて構成されていてもよい。例えば、信号処理装置５０が、Ａ／Ｄ変換器、高速フーリエ解析装置、ドップラー周波数算出装置及び風速算出装置などから構成されているものが考えられる。
【００６８】
因みに、Ａ／Ｄ変換器は、光受信機４７から出力された受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換する機器である。
高速フーリエ解析装置は、そのＡ／Ｄ変換器から出力されたディジタル信号の受信信号を各々のレンジビン毎に周波数解析して、その受信信号のスペクトルを算出する装置である。
【００６９】
ドップラー周波数算出装置は、各々のレンジビン毎に、その高速フーリエ解析装置により算出されたスペクトルからドップラー周波数を算出する装置である。
風速算出装置は、各々のレンジビン毎に、そのドップラー周波数算出装置により算出されたドップラー周波数から、レーザ照射方向の風速を算出する装置である。
【００７０】
突風検出装置５１は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、制御装置５により設定された測定モードが遠距離測定モードである場合、各々のレンジビン毎に、信号処理装置５０により算出された風速と予め設定されている風速閾値を比較し、その風速が風速閾値を上回っていれば、当該レンジビンの距離に相当する地点で突風（強風）が発生していると判定して、その距離を示す距離信号を出力する装置である。なお、突風検出装置５１は強風地点検出手段を構成している。
【００７１】
風速風向空間分布生成装置５２は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、制御装置５により設定された測定モードが近距離測定モードである場合、スキャナ制御装置４８から出力されたスキャナ信号を参照してパルス光の放射角度及び受信視野角度を把握し、信号処理装置５０により算出された風速から、風速及び風向の空間分布を算出する装置である。なお、風速風向空間分布生成装置５２は空間分布算出手段を構成している。
図１３はこの発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００７２】
次に動作について説明する。
まず、制御装置５は、測定モードを遠距離測定モードに設定する（図１３のステップＳＴ１１）。
レーザレーダ４は、制御装置５が測定モードを遠距離測定モードに設定すると、遠距離地点の風速を測定する。
以下、遠距離地点の風速を測定する際のレーザレーダ４の処理内容を具体的に説明する。
【００７３】
レーザレーダ４のスキャナ制御装置４８は、制御装置５が測定モードを遠距離測定モードに設定すると、スキャナ信号の出力処理を停止する。これにより、スキャナ制御装置４８及びスキャナ４９によるスキャン処理が停止状態になる（ステップＳＴ１２）。
このとき、レーザレーダ４の光源４１は、ローカル光と呼ばれる単一周波数からなる連続波光を発振する。
光分配器４２は、光源４１が連続波光を発振すると、その連続波光を２分配して、一方の連続波光をパルス変調器４３に出力し、他方の連続波光を光カプラ４６に出力する。
【００７４】
パルス変調器４３は、光分配器４２から連続波光を受けると、その連続波光に対して所定の周波数シフトを与えるとともに、所定のパルス幅と繰り返し周期を有する変調信号を用いて、周波数シフト後の連続波光をパルス変調することでパルス光を生成し、そのパルス光を光サーキュレータ４４に出力する。
光サーキュレータ４４は、パルス変調器４３からパルス光を受けると、そのパルス光を光アンテナ４５に出力する。これにより、光アンテナ４５からパルス光が大気中に放射される。
大気中に放射されたパルス光は、大気中に浮遊しているエアロゾル等の散乱体によって散乱され、その散乱された一部のパルス光（散乱光）は、光アンテナ４５によって受光される。
このとき、エアロゾル等の散乱体は、風に乗って移動しているため、光アンテナ４５により受光される散乱光は、風速に相当するドップラーシフト周波数が生じている。
【００７５】
光サーキュレータ４４は、光アンテナ４５が散乱光を受光すると、その散乱光を光カプラ４６に出力する。
光カプラ４６は、光分配器４２から出力された連続波光と光サーキュレータ４４から出力された散乱光とを合波し、合波後の光である光信号を光受信機４７に出力する。
光受信機４７は、光カプラ４６から光信号を受けると、その光信号をヘテロダイン検波して、その光信号を電気信号に変換し、その電気信号を受信信号として信号処理装置５０に出力する。
なお、受信信号の周波数は、風速に相当するドップラーシフト周波数と同じ値となる。
【００７６】
信号処理装置５０は、制御装置５により設定された測定モードが遠距離測定モードであるとき、光受信機４７から受信信号を受けると、図２の信号処理装置１８と同様に、その受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換して、そのディジタル信号を所定のレンジビンで分割し、各々のレンジビン毎に、そのディジタル信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ処理）してスペクトルを算出する。
【００７７】
信号処理装置５０は、各々のレンジビン毎に、スペクトルを算出すると、図２の信号処理装置１８と同様に、そのスペクトルからドップラー周波数ｆDを算出する。
信号処理装置５０は、各々のレンジビン毎に、ドップラー周波数ｆDを算出すると、上記の式（１）に示すように、そのドップラー周波数ｆDと波長λを用いて、各レンジビンにおける遠距離地点の風速ｖを算出する（ステップＳＴ１３）。
【００７８】
突風検出装置５１は、制御装置５により設定された測定モードが遠距離測定モードである場合、信号処理装置５０が各レンジビンにおける風速ｖを算出すると、各々のレンジビン毎に、当該レンジビンの風速ｖと予め設定されている風速閾値ｖthを比較する（ステップＳＴ１４）。
突風検出装置５１は、当該レンジビンの風速ｖが風速閾値ｖthを上回っていれば（ｖ＞ｖth）、当該レンジビンの距離に相当する地点で突風が発生していると判定して、その距離を示す距離信号を制御装置５及び図示せぬ外部装置に出力する（ステップＳＴ１５）。
【００７９】
制御装置５は、レーザレーダ４の突風検出装置５１から距離信号を受けると、その距離信号が示す距離Ｌと距離閾値Ｌthを比較する（ステップＳＴ１６）。
制御装置５は、レーザレーダ４の突風検出装置５１から出力された距離信号が示す距離Ｌが距離閾値Ｌthより短い場合（Ｌ＜Ｌth）、突風が発生している地点が近いため、測定モードを遠距離測定モードから近距離測定モードに切り替える（ステップＳＴ１７）。
レーザレーダ４は、制御装置５が測定モードを遠距離測定モードから近距離測定モードに切り替えると、近距離地点の風速及び風向を測定する。
以下、近距離地点の風速及び風向を測定する際のレーザレーダ４の処理内容を具体的に説明する。
【００８０】
レーザレーダ４のスキャナ制御装置４８は、制御装置５が測定モードを遠距離測定モードから近距離測定モードに切り替えると、スキャナ信号の出力処理を開始する。
スキャナ４９は、スキャナ制御装置４８からスキャナ信号を受けると、そのスキャナ信号にしたがって光アンテナ４５におけるパルス光の放射角度及び受信視野角度をスキャンする（ステップＳＴ１８）。
このため、光アンテナ４５から放射されるパルス光の方向が順次変化し、様々な方向から戻ってくる散乱光が光アンテナ４５で順次受光される。
ただし、光源４１、光分配器４２、パルス変調器４３、光サーキュレータ４４、光アンテナ４５、光カプラ４６及び光受信機４７は、測定モードが近距離測定モードであっても、測定モードが遠距離測定モードである場合と同様の動作を行っている。
【００８１】
信号処理装置５０は、制御装置５により設定された測定モードが近距離測定モードであるとき、光受信機４７から受信信号を受けると、図３の信号処理装置３０と同様に、その受信信号をアナログ信号からディジタル信号に変換して、そのディジタル信号を所定のレンジビンで分割し、各々のレンジビン毎に、そのディジタル信号を高速フーリエ変換（ＦＦＴ処理）してスペクトルを算出する。
【００８２】
信号処理装置５０は、各々のレンジビン毎に、スペクトルを算出すると、図３の信号処理装置３０と同様に、そのスペクトルからドップラー周波数ｆDを算出する。
信号処理装置５０は、各々のレンジビン毎に、ドップラー周波数ｆDを算出すると、上記の式（１）に示すように、そのドップラー周波数ｆDと波長λを用いて、各レンジビンにおける近距離地点の風速ｖを算出する（ステップＳＴ１９）。
【００８３】
風速風向空間分布生成装置５２は、制御装置５により設定された測定モードが近距離測定モードである場合、信号処理装置５０が各レンジビンにおける風速ｖを算出すると、スキャナ制御装置４８から出力されたスキャナ信号を参照して、パルス光の放射角度及び受信視野角度を把握することで、信号処理装置５０により算出された風速ｖの測定地点を特定する。
風速風向空間分布生成装置５２は、各々のレンジビン毎に、風速ｖの測定地点を特定すると、その特定結果から風速ｖ及び風向の空間分布を算出し、その空間分布を示す風速風光空間分布信号を制御装置５及び図示せぬ外部装置に出力する（ステップＳＴ２０）。
【００８４】
制御装置５は、レーザレーダ４の風速風向空間分布生成装置５２から風速風光空間分布信号を受けると、その風速風光空間分布信号が示す空間分布における各々の風速ｖと、予め設定されている風速閾値ｖthとを比較する（ステップＳＴ２１）。
制御装置５は、空間分布において、いずれか１以上の風速ｖが風速閾値ｖthを上回っていれば（ｖ＞ｖth）、近くで突風が発生しているため、風速ｖ及び風向の空間分布の算出処理を継続させる。
一方、いずれの風速ｖも風速閾値ｖthを上回っていなければ（ｖ≦ｖth）、近くで突風が発生していないため、測定モードを近距離測定モードから遠距離測定モードに切り替える（ステップＳＴ２２）。
レーザレーダ４は、制御装置５が測定モードを近距離測定モードから遠距離測定モードに切り替えると、ステップＳＴ１２の処理に戻り、遠距離地点の風速の測定処理を再開する。
【００８５】
以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、レーザレーダ４が、制御装置５から出力される測定モードが遠距離測定モードであれば、遠距離地点の風速を測定し、その測定モードが近距離測定モードであれば、近距離地点の風速及び風向を測定するように構成したので、２つのレーザレーダを搭載することなく、単純な装置構成で、上記実施の形態１，２と同様の効果を奏することができる。
【００８６】
この実施の形態３では、制御装置５が、レーザレーダ４の突風検出装置５１から出力された距離信号が示す距離Ｌが距離閾値Ｌthより短い場合（Ｌ＜Ｌth）、測定モードを遠距離測定モードから近距離測定モードに切り替えるものを示したが、測定モードを遠距離測定モードから近距離測定モードに切り替える際、光アンテナ４５と光サーキュレータ４４の距離間隔を調整するようにしてもよい。
【００８７】
即ち、光サーキュレータ４４は、光アンテナ４５の集光位置に配置すると、最も効率よく集光した光を受光して光カプラ４６に出力するが、光アンテナ４５から集光位置までの距離は、集光する散乱光の測定距離に応じて変化する。
そこで、初期状態では、遠距離の散乱光における集光位置に光サーキュレータ４４を配置しておき、測定モードを遠距離測定モードから近距離測定モードに切り替える際、光アンテナ４５と光サーキュレータ４４の距離間隔を調整して、近距離の散乱光における集光位置に光カプラ４６を再配置するようにする。
これにより、信号対雑音比であるＳ／Ｎを改善することができるため、風速の測定精度を改善することが可能になる。
【００８８】
この実施の形態３では、測定モードが近距離測定モードである場合、レーザレーダ４のスキャナ４９が、光アンテナ４５におけるパルス光の放射角度及び受信視野角度をスキャンするものを示したが、光アンテナ４５におけるパルス光の放射方向を固定して、スキャンを行わないようにしてもよい。
図１４はレーザレーダ４におけるレーザ光（パルス光）の放射方向が固定されているレーザレーダ装置を示す構成図である。
図１４の例では、レーザレーダ４におけるパルス光の放射方向として、固定のＮ個の放射方向が用意されており、例えば、スイッチによって、Ｎ個の放射方向の中から、パルス光を放射する放射方向を順番に切り換えるようにしている。
このように、Ｎ個の放射方向の中から、パルス光を放射する放射方向を順番に切り換える方式を採用する場合、スキャナ４９が、光アンテナ４５におけるパルス光の放射角度及び受信視野角度をスキャンする場合より、風速等の測定回数が減少するため、高速な測定が可能になり、突風の時間変化をより詳細に測定することが可能になる。
【００８９】
ここでは、スイッチを用いて、Ｎ個の放射方向の中から、パルス光を放射する放射方向を順番に切り換えるものを示したが、パルス変調器４３から出力されたパルス光をＮ個に分割することで、Ｎ個の放射方向に対して、パルス光を同時に放射するようにしてもよい。
Ｎ個の放射方向に対して、パルス光を同時に放射する場合、スイッチを用いて、放射方向を切り替える場合よりも、高速の測定が可能になる。
ただし、スイッチを用いて、放射方向を切り替える場合、１つの送受信系で足りるため、構成の簡単化を図ることができるが、Ｎ個の放射方向に対して、パルス光を同時に放射する場合、放射方向の数と同数の受信系が必要となる。
【００９０】
ここでは、光アンテナ４５における固定の放射方向を予め複数用意している例を示したが、放射方向を突風の速度に応じて変えるようにしてもよい。
【００９１】
この実施の形態３では、レーザレーダ４の突風検出装置５１が突風を検出するものを示したが、突風の代わりに乱流（強風）を検出するようにしてもよい。
突風の風向は、図６（ａ）に示すように、一様な風向であるのに対して、乱流の風向は、図６（ｂ）に示すように、渦を巻いている。
レーザセンサ４から放射されたレーザ光であるパルス光が、渦の中心以外に当たった場合には、風速ｖを測定することができるため、突風を検出する場合と同様に、その風速ｖが風速閾値ｖthを上回っていれば（ｖ＞ｖth）、乱流が発生していると判定することができる。
【００９２】
この実施の形態３では、レーザレーダ４のパルス変調器４３が、所定のパルス幅と繰り返し周期を有する変調信号を用いて、連続波光をパルス変調することでパルス光を生成するものを示したが、レーザ光の変調方法はパルス変調に限るものではなく、例えば、ＣＷ変調であってもよい。
【００９３】
この実施の形態３では、レーザレーダ４のスキャナ４９が、光アンテナ４５におけるパルス光の放射角度及び受信視野角度をスキャンするものを示したが、そのスキャンは、１次元のスキャンであってもよいし、２次元のスキャンであってもよい。
また、コニカルスキャン、ラスタースキャンやセクタースキャンであってもよいし、図７に示すようなスキャンであってもよい。
【００９４】
実施の形態４．
図１５はこの発明の実施の形態４によるレーザレーダ装置を示す構成図であり、図において、図１１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
レーザレーダ６は制御装置５から出力される測定モードが遠距離測定モードであれば、遠距離地点の風速を測定し、その測定モードが近距離測定モードであれば、近距離地点の風速及び風向を測定するレーダである。
【００９５】
図１６はこの発明の実施の形態４によるレーザレーダ装置に搭載されているレーザレーダ６を示す構成図であり、図において、図１２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
変調制御装置５３は制御装置５により設定された測定モードが遠距離測定モードである場合、遠距離用の変調パルス信号（変調パルス信号は、パルス変調器４３が連続波光をパルス変調する際に使用する信号）をパルス変調器４３に出力することで、パルス変調器４３により生成されるパルス光のパルス幅をＰｗ１に設定する処理を実施する。
一方、制御装置５により設定された測定モードが近距離測定モードである場合、近距離用の変調パルス信号をパルス変調器４３に出力することで、パルス変調器４３により生成されるパルス光のパルス幅をＰｗ２（Ｐｗ１＞Ｐｗ２）に設定する処理を実施する。
なお、制御装置５及び変調制御装置５３から制御手段が構成されている。
【００９６】
次に動作について説明する。
ただし、変調制御装置５３が設けられている点以外は、上記実施の形態３と同様であるため、ここでは、主に変調制御装置５３の処理内容を説明する。
【００９７】
変調制御装置５３は、制御装置５が測定モードを遠距離測定モードに設定すると、遠距離用の変調パルス信号をパルス変調器４３に出力する。
パルス変調器４３は、変調制御装置５３から遠距離用の変調パルス信号を受けると、その変調パルス信号を用いて、光分配器４２から出力された連続波光をパルス変調して、パルス幅Ｐｗ１のパルス光を生成する。
これにより、光アンテナ４５からパルス幅Ｐｗ１のパルス光が大気中に放射される。
【００９８】
変調制御装置５３は、制御装置５が測定モードを遠距離測定モードから近距離測定モードに切り替えると、近距離用の変調パルス信号をパルス変調器４３に出力する。
パルス変調器４３は、変調制御装置５３から近距離用の変調パルス信号を受けると、その変調パルス信号を用いて、光分配器４２から出力された連続波光をパルス変調して、パルス幅Ｐｗ１より幅が狭いパルス幅Ｐｗ２のパルス光を生成する。
これにより、光アンテナ４５から幅が狭いパルス幅Ｐｗ２のパルス光が大気中に放射される。
【００９９】
このように、光アンテナ４５から放射されるパルス光のパルス幅を狭くすることで、近距離測定モード時の空間分解能を高めることができる。
ここで、図１７は測定モードとレンジビンの幅との関係を示す説明図である。
測定モードが遠距離測定モードであるときに検出された突風が、時間の経過に伴って接近し、その突風の検出地点までの距離Ｌが距離閾値Ｌthより短くなると、上述したように、制御装置５が、測定モードを遠距離測定モードから近距離測定モードに切り替える。
このとき、変調制御装置５３は、変調制御装置５３に対する変調パルス信号を遠距離用の変調パルス信号から近距離用の変調パルス信号に切り替えることで、パルス変調器４３により生成されるパルス光のパルス幅を狭くしている。
パルス光のパルス幅を狭くすることで、時間分解能が向上し、各々のレンジビンの幅を短くすることができるため、空間分解能が向上する。
これにより、突風の風速及び風向の空間分布をより詳細に測定することが可能になる。
【０１００】
測定モードが近距離測定モードであるときに生成されるパルス光のパルス幅Ｐｗ２は、信号Ｓ／Ｎに応じて変化させるようにしてもよい。
例えば、パルス光のパルス幅を狭くすると、パルス光であるレーザ光のピークパワーが減少するため、Ｓ／Ｎが低下して、風速の測定精度が低下することがある。
そこで、Ｓ／Ｎをモニタしながら、ユーザにより予め設定されたＳ／Ｎ閾値以上のＳ／Ｎを確保するようにパルス幅を設定することで、風速の測定精度の低下を防ぎながら、空間分解能を向上することが可能になる。
なお、測定モードを遠距離測定モードから近距離測定モードに切り替える際、レーザ光の変調方法をパルス変調からＣＷ変調に切り替えるようにしてもよい。
【０１０１】
この実施の形態４では、測定モードが近距離測定モードである場合、レーザレーダ４のスキャナ４９が、光アンテナ４５におけるパルス光の放射角度及び受信視野角度をスキャンするものを示したが、光アンテナ４５におけるパルス光の放射方向を固定して、スキャンを行わないようにしてもよい。
図１８はレーザレーダ６におけるレーザ光（パルス光）の放射方向が固定されているレーザレーダ装置を示す構成図である。
図１８の例では、レーザレーダ６におけるパルス光の放射方向として、固定のＮ個の放射方向が用意されており、例えば、スイッチによって、Ｎ個の放射方向の中から、パルス光を放射する放射方向を順番に切り換えるようにしている。
このように、Ｎ個の放射方向の中から、パルス光を放射する放射方向を順番に切り換える方式を採用する場合、スキャナ４９が、光アンテナ４５におけるパルス光の放射角度及び受信視野角度をスキャンする場合より、風速等の測定回数が減少するため、高速な測定が可能になり、突風の時間変化をより詳細に測定することが可能になる。
【０１０２】
ここでは、スイッチを用いて、Ｎ個の放射方向の中から、パルス光を放射する放射方向を順番に切り換えるものを示したが、パルス変調器４３から出力されたパルス光をＮ個に分割することで、Ｎ個の放射方向に対して、パルス光を同時に放射するようにしてもよい。
Ｎ個の放射方向に対して、パルス光を同時に放射する場合、スイッチを用いて、放射方向を切り替える場合よりも、高速の測定が可能になる。
ただし、スイッチを用いて、放射方向を切り替える場合、１つの送受信系で足りるため、構成の簡単化を図ることができるが、Ｎ個の放射方向に対して、パルス光を同時に放射する場合、放射方向の数と同数の受信系が必要となる。
【０１０３】
ここでは、光アンテナ４５における固定の放射方向を予め複数用意している例を示したが、放射方向を突風の速度に応じて変えるようにしてもよい。
【０１０４】
この実施の形態４では、レーザレーダ６の突風検出装置５１が突風を検出するものを示したが、突風の代わりに乱流（強風）を検出するようにしてもよい。
突風の風向は、図６（ａ）に示すように、一様な風向であるのに対して、乱流の風向は、図６（ｂ）に示すように、渦を巻いている。
レーザセンサ４から放射されたレーザ光であるパルス光が、渦の中心以外に当たった場合には、風速ｖを測定することができるため、突風を検出する場合と同様に、その風速ｖが風速閾値ｖthを上回っていれば（ｖ＞ｖth）、乱流が発生していると判定することができる。
【０１０５】
この実施の形態４では、レーザレーダ４のパルス変調器４３が、所定のパルス幅と繰り返し周期を有する変調信号を用いて、連続波光をパルス変調することでパルス光を生成するものを示したが、レーザ光の変調方法はパルス変調に限るものではなく、例えば、ＣＷ変調であってもよい。
ＣＷ変調の場合、変調制御装置５３が、変調周波数信号を出力し、近距離測定モードでは、変調周波数を高くすることで、時間分解能が向上させ、近距離における風速の空間分布をより高精度に測定するようにしてもよい。
【０１０６】
この実施の形態４では、レーザレーダ４のスキャナ４９が、光アンテナ４５におけるパルス光の放射角度及び受信視野角度をスキャンするものを示したが、そのスキャンは、１次元のスキャンであってもよいし、２次元のスキャンであってもよい。
また、コニカルスキャン、ラスタースキャンやセクタースキャンであってもよいし、図７に示すようなスキャンであってもよい。
【０１０７】
なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【０１０８】
１  レーザレーダ（第１のレーザレーダ）、２  レーザレーダ（第２のレーザレーダ）、３  制御装置（制御手段）、４  レーザレーダ、５  制御装置（制御手段）、６  レーザレーダ、１１  光源（レーザ光送受信手段）、１２  光分配器（レーザ光送受信手段）、１３  パルス変調器（レーザ光送受信手段）、１４  光サーキュレータ（レーザ光送受信手段）、１５  光アンテナ（レーザ光送受信手段）、１６  光カプラ（レーザ光送受信手段）、１７  光受信機（レーザ光送受信手段）、１８  信号処理装置（スペクトル算出手段、風速算出手段）、１９  突風検出装置（強風地点検出手段）、２１  光源（レーザ光送受信手段）、２２  光分配器（レーザ光送受信手段）、２３  パルス変調器（レーザ光送受信手段）、２４  光サーキュレータ（レーザ光送受信手段）、２５  光アンテナ（レーザ光送受信手段）、２６  光カプラ（レーザ光送受信手段）、２７  光受信機（レーザ光送受信手段）、２８  スキャナ制御装置（スキャン手段）、２９  スキャナ（スキャン手段）、３０  信号処理装置（スペクトル算出手段、空間分布算出手段）、３１  風速風向空間分布生成装置（空間分布算出手段）、４１  光源（レーザ光送受信手段）、４２  光分配器（レーザ光送受信手段）、４３  パルス変調器（レーザ光送受信手段）、４４  光サーキュレータ（レーザ光送受信手段）、４５  光アンテナ（レーザ光送受信手段）、４６  光カプラ（レーザ光送受信手段）、４７  光受信機（レーザ光送受信手段）、４８  スキャナ制御装置（スキャン手段）、４９  スキャナ（スキャン手段）、５０  信号処理装置（スペクトル算出手段、風速算出手段）、５１  突風検出装置（強風地点検出手段）、５２  風速風向空間分布生成装置（空間分布算出手段）、５３  変調制御装置（制御手段）、１０１  光源、１０２  光分配器、１０３  パルス変調器、１０４  光サーキュレータ、１０５  光アンテナ、１０６  光カプラ、１０７  光受信機、１０８  信号処理装置。
【図１】
2014066548.tif 000003
【図２】
2014066548.tif 000004
【図３】
2014066548.tif 000005
【図４】
2014066548.tif 000006
【図５】
2014066548.tif 000007
【図６】
2014066548.tif 000008
【図７】
2014066548.tif 000009
【図８】
2014066548.tif 000010
【図９】
2014066548.tif 000011
【図１０】
2014066548.tif 000012
【図１１】
2014066548.tif 000013
【図１２】
2014066548.tif 000014
【図１３】
2014066548.tif 000015
【図１４】
2014066548.tif 000016
【図１５】
2014066548.tif 000017
【図１６】
2014066548.tif 000018
【図１７】
2014066548.tif 000019
【図１８】
2014066548.tif 000020
【図１９】
2014066548.tif 000021