(57)【要約】  従来の風測定システムでは、レーザレーダ装置の前方に遮蔽物がある場合、風ベクトルに対する有効データ取得率は低下するという課題があった。  本発明のデータ処理装置は、レーザレーダ装置と通信し、視線方向風速値、レーザ射出角度、姿勢情報、位置情報、時刻を取得するデータ通信装置と、視線方向風速値及び時刻を保存する記憶装置と、データ通信装置が新しく取得した視線方向風速値の時刻から設定時間内に存在する記憶装置に保存された視線方向風速値を抽出するデータ抽出部、並びにデータ通信装置が新しく取得した視線方向風速値及びデータ抽出部が抽出した視線方向風速値を用いて風ベクトルを演算する風ベクトル演算部、を実行するＣｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔと、データ抽出部及び風ベクトル演算部を保存するメモリとを備える。
2018096665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザレーダ装置と通信し、視線方向風速値、レーザ射出角度、姿勢情報、位置情報、時刻を取得するデータ通信装置と、
前記視線方向風速値及び前記時刻を保存する記憶装置と、
前記データ通信装置が新しく取得した前記視線方向風速値の時刻から設定時間内に存在する前記記憶装置に保存された前記視線方向風速値を抽出するデータ抽出部、並びに前記データ通信装置が新しく取得した前記視線方向風速値及び前記データ抽出部が抽出した前記視線方向風速値を用いて風ベクトルを演算する風ベクトル演算部、を実行するＣｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔと、
前記データ抽出部及び前記風ベクトル演算部を保存するメモリと、
を備えたデータ処理装置。
【請求項２】
前記データ通信装置が新しく取得した前記視線方向風速値と、前記データ抽出部が抽出した前記視線方向風速値とは、異なるレーザレーダ装置で取得したものであることを特徴とする請求項１に記載のデータ処理装置。
【請求項３】
前記Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔは、前記レーザ射出角度、前記姿勢情報、及び前記位置情報を用いて、前記視線方向風速値を座標変換し、座標変換した前記視線方向風速値を前記記憶装置に保存する座標変換部を実行し、
前記メモリは、前記座標変換部を保存することを特徴とする請求項２に記載のデータ処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の前記データ処理装置と、
大気中にレーザ光を照射し、レーザ光の照射方向の視線方向風速値を取得し、取得した前記視線方向風速値を前記データ処理装置に送信し、前記データ処理装置から前記風ベクトルを受信するレーザレーダ装置と、
を備えたことを特徴とする風測定システム。
【請求項５】
前記データ通信装置が新しく取得した前記視線方向風速値と、前記データ抽出部が抽出した前記視線方向風速値とは、異なるレーザレーダ装置で取得したものであることを特徴とする請求項４に記載の風測定システム。
【請求項６】
前記データ処理装置において、前記Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔは、前記レーザ射出角度、前記姿勢情報、及び前記位置情報を用いて、前記視線方向風速値を座標変化し、座標変換した前記視線方向風速値を前記記憶装置に保存する座標変換部を実行し、
前記メモリは、前記座標変換部を保存することを特徴とする請求項５に記載の風測定システム。
【請求項７】
レーザ光を出力する光発振器と、
前記光発振器が出力した前記レーザ光を変調する光変調器と、
前記光変調器が変調した前記レーザ光を送信光として出力し、前記送信光の出力先で対象物が反射した反射光を受信光として受信する光学系と、
前記光発振器が出力した前記レーザ光と前記光学系が受信した前記受信光とに基づいて第１の視線方向風速値を算出する視線方向風速算出器と、
他のレーザレーダ装置と通信するデータ通信部と、
前記第１の視線方向風速値及び前記データ通信部を介して前記他のレーザレーダ装置から取得した第２の視線方向風速値を用いて風ベクトルを算出する風ベクトル演算器と、
を備えたレーザレーダ装置。
【請求項８】
前記第１の視線方向風速値を測定した位置と、前記第２の視線方向風速値を取得した位置とが設定距離の範囲内であることを特徴とする請求項７に記載のレーザレーダ装置。
【請求項９】
前記設定距離は、前記第１の視線方向風速値に紐づく信号対雑音比が閾値以上の最大の距離に設定されることを特徴とする請求項８に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、データ処理装置、レーザレーダ装置、及び風測定システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来遠隔点に存在する物体の位置を計測するものとして，レーダ装置が知られている。レーダ装置は電磁波や音波などの波動を空間に放射し、対象となる物体で反射された波動を受信し、その信号を解析することにより、レーダ装置から物体までの距離や角度を計測する。レーダの中でも、大気中に浮遊する微小な液体または固体の粒子（エアロゾル）を対象とし、反射された波動の位相回転量からエアロゾルの動く速度、すなわち風の速度を知ることができる気象レーダが知られている。気象レーダの中でも特に電磁波として光を用いるレーザレーダ装置は、放射するビームの広がりが極めて小さく、高い角度分解能で物体を観測することが可能であり、風向風速レーダとして使用されている。風べクトルの算出には、一般的に、多方向の視線方向風速値を用いて、ＶＡＤ（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ａｚｉｍｕｔｈ  Ｄｉｓｐｌａｙ）法や、ベクトル演算等により算出する。【０００３】
当該レーザレーダ装置の使用用途には、例えば、以下の特許文献に示すように、風車ナセルの上に設置し、到来風を検知させ、ピッチ、ヨー制御を行う、といったフィードフォワード制御がある。風力発電所（ウィンドファーム）では複数の風車にレーザレーダ装置を搭載し、それぞれの風車の発電効率を向上させ、全体の風力発電量を最大化することが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２００４−３０１１１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記のように、風車のブレードの後方にライダを設置した場合、ブレードによってライダのレーザ光が遮蔽され、観測できない状態が発生する。特に、風速が低い、もしくは風車ブレードが停止した状態の場合、連続的に当該状況が発生する。風向・風速（風ベクトル）の演算を行うためには、２次元であれば２視線以上、３次元であれば３視線以上の視線方向風速値が必要となるため、一方向でも遮断されると風ベクトルの演算ができなくなる。遮蔽される状況に対して、従来は、遮蔽物が除かれるまで待つしか対応することができない上、単純にレーザ光を切り替えながらレーザ光を走査する形式のレーザレーダ装置では、その方向の順番が来るまで待つことになる。このため、風ベクトルに対する有効データ取得率は低下するという課題があった。なお、ここで有効データ取得率とは、風向風速計算の試行回数に対して、風向風速が計算できた回数である。レーザ光が遮蔽物で遮蔽される回数が多い場合、風向風速計算を試行しても、風向風速を計算できないので、有効データ取得率は低下する。つまり、有効データ取得率が低いというのは、風向風速計算に必要なデータが取得できていないことを示している。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のデータ処理装置は、レーザレーダ装置と通信し、視線方向風速値、レーザ射出角度、姿勢情報、位置情報、時刻を取得するデータ通信装置と、視線方向風速値及び時刻を保存する記憶装置と、データ通信装置が新しく取得した視線方向風速値の時刻から設定時間内に存在する記憶装置に保存された視線方向風速値を抽出するデータ抽出部、並びにデータ通信装置が新しく取得した視線方向風速値及びデータ抽出部が抽出した視線方向風速値を用いて風ベクトルを演算する風ベクトル演算部、を実行するＣｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔと、データ抽出部及び風ベクトル演算部を保存するメモリとを備える。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、複数のレーザレーダ装置で測定した視線方向風速値を統合して風ベクトル算出を行うので、遮蔽による欠損を免れたデータを集めることができ、遮蔽物による有効データ取得率の低下を防げるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係る風測定システムの一構成例を示す構成図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の一構成例を示す構成図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る信号処理器１０１０の一構成例を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るレンジビン分割器１０１が分割するレンジビンを説明する説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る積算処理器１０３の積算処理を示す概念図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係るスキャナ１００５が制御するレーザ光の見開き角度を表す概念図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係るデータ処理装置２の動作フローを示すフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態１に係るウィンドファーム内の複数台の風車のナセルにレーザレーダ装置が搭載されている環境を示す概念図である。
【図９】この発明の実施の形態２の風測定システムの一構成例を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態２に係る信号処理器１１１０の一構成例を示す構成図である。
【図１１】この発明の実施の形態３に係る風測定システムの一構成例を示す構成図である。
【図１２】この発明の実施の形態３に係る信号処理器１２１０の一構成例を示す構成図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
実施の形態１.
本実施の形態は、従来、単一のレーザレーダ装置で複数の視線方向風速値を取得する方式を、複数のレーザレーダ装置で測定したデータの視線方向風速値を一律管理・集約し、利用可能な視線方向風速値データか否かを見極めた上で、風ベクトルを計算する方式にすることで、データ品質を保ちながら有効データ取得率を向上させることができるものである。なお、風ベクトルの算出には、複数の視線方向風速値が必要となるが、従来、レーザ光が遮蔽されることによって必要数の視線方向風速値が得られなかった場合、風ベクトルの算出に用いる有効データ取得率が減少していた。
【００１０】
図１は、この発明の実施の形態１に係る風測定システムの一構成例を示す構成図である。本風測定システムは、レーザレーダ装置１ａ〜１ｎ、データ処理装置２を備える。
図２は、この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の一構成例を示す構成図である。本レーザレーダ装置１ａは、光発振器１００１、光カプラ１００２、光変調器１００３、光サーキュレータ１００４、スキャナ１００５、光学系１００６、合波カプラ１００７、光受信器１００８、Ａ／Ｄ変換器（Ａｎａｌｏｇ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１００９、信号処理器１０１０、角度・位置センサ１０１１、データ通信部１０１２、時刻取得部１０１３を備える。
【００１１】
光発振器１００１は、レーザ光を発振する機能を有し、光カプラ１００２にレーザ光を出力する光発振器である。他のデバイスとは、光カプラに融着もしくは光コネクタで接続される。なお、以降の光接続方法にはファイバをベースに記載しているが、接続方法にはファイバを用いずに空間伝搬型としても良い。例えば、光発振器１００１には、半導体レーザが用いられる。
【００１２】
光カプラ１００２は、後段の光受信器においてヘテロダイン検波を行わせるために、光発振器１００１が出力した光を任意分岐比によりローカル光(光受信器方向の光)と送信光(光変調器方向の光)とに分配する分配器である。
【００１３】
光変調器１００３は、光カプラ１００２が出力したレーザ光を光周波数変調及び光強度変調する光学機器である。例えば、光変調器１００３には、ＡＯ周波数シフタが用いられる。本構成では、パルス型のレーザレーダ装置を前提に記載しているが、ＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）方式を用いても良い。また、出力光が不足している場合、ＡＯ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｅｆｆｅｃｔ）周波数シフタの後段に光増幅器を追加してもよい。
【００１４】
光サーキュレータ１００４は、光変調器１００３が周波数変調した送信光と、スキャナ１００５及び光学系１００６を介して得られる受信光とを分離する光サーキュレータである。送信方向を光学系１００６と接続し、受信方向を合波カプラ１００７と融着もしくは光コネクタを以て接続する。
【００１５】
スキャナ１００５は、ウェッジプリズムとそれを回転させるモータ、エンコーダから成り、信号処理器１０１０１に角度情報を出力すると共に、任意速度で回転するスキャナである。例えば、スキャナ１００５のモータにはエンコーダ付ステッピングモータが使用される。上述のスキャナ構成のほか、光スイッチで光路を切り替え、それぞれの光路に異なる視線方向を持つ光学系に接続することで、多視線方向の風速値を得るような構成にしても良い。その場合、例えば、光スイッチには、通信でも用いられるメカニカル光スイッチやＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍｓ）光スイッチ等が用いられる。
【００１６】
光学系１００６は、スキャナ１００５が出力した送信光を大気中に送信し、エアロゾルからの散乱光を受信光として受信する光学系である。例えば、光学系１００６には、光学望遠鏡が用いられる。
【００１７】
合波カプラ１００７は、光カプラ１００２が出力するローカル光と光サーキュレータ１００４が出力する受信光とを合波する合波カプラである。合波カプラ１００７には、溶融型、フィルタ型いずれかのカプラが用いられる。
【００１８】
光受信器１００８は、合波カプラ１００７が合波した光をヘテロダイン検波する光受信器である。例えば、光受信器１００８には、バランスドレシーバが用いられる。
【００１９】
Ａ／Ｄ変換器１００９は、光受信器１００８がヘテロダイン検波し、出力したアナログ電気信号を、光変調器１００３が出力したレーザパルストリガ信号に同期して、デジタルに変換する変換器である。
【００２０】
図３は、この発明の実施の形態１に係る信号処理器１０１０の一構成例を示す構成図である。
信号処理器１０１０は、レンジビン分割器１０１、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理器１０２、積算処理器１０３、視線方向風速算出器１０４、及びスキャナ制御器１０５を備える。
例えば、信号処理器１０１０は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、マイコンなどで構成される。レンジビン分割器１０１、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理器１０２、積算処理器１０３、視線方向風速算出器１０４、及びスキャナ制御器１０５は、ＦＰＧＡ、もしくはＡＳＩＣの論理回路で構成されても良いし、それぞれの機能をソフトウェアとして実行しても良い。
【００２１】
レンジビン分割器１０１は、Ａ／Ｄ変換器１００９が出力したデジタルの受信信号を所定の時間レンジ（レンジビン）ごとに区切る処理を行い、レンジビンごとに区切った受信信号をＦＦＴ処理器１０２に出力するレンジビン分割器である。
【００２２】
ＦＦＴ処理器１０２は、レンジビン分割器１０１が出力する各レンジビンの受信信号をフーリエ変換し、スペクトラムに変換した信号を積算処理器１０３に出力するＦＦＴ処理器である。
【００２３】
積算処理器１０３は、ＦＦＴ処理器１０２が出力するスペクトラム信号をレンジビンごと積算し、積算したスペクトラムを視線方向風速算出器１０４に出力する積算処理器である。
【００２４】
視線方向風速算出器１０４は、積算処理器１０３が積算したスペクトルから、ドップラ風速値、すなわち視線方向風速値を算出し、算出が終了したことを知らせる電気信号を時刻取得部、角度・位置センサ、スキャナ制御器に出力するとともに、算出した視線方向風速値をデータ通信部１０１２に出力する。
【００２５】
スキャナ制御器１０５は、視線方向風速算出器１０４の算出処理終了の電気信号を受け、視線方向切換のための角度情報をスキャナ１００５へ送信するとともに、レーザ光の照射角度を示すスキャナの角度情報をデータ通信部１０１２に送信するスキャナ制御器である。
【００２６】
角度・位置センサ１０１１は、視線方向風速算出器１０４の算出終了の電気信号を受け、その時のレーザレーダ装置の姿勢角度情報及び位置情報を出力するセンサである。例えば、角度・位置センサ１０１１は、ジャイロセンサとＧＰＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｐｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）モジュールから構成される。
【００２７】
データ通信部１０１２は、視線方向風速算出器１０４が出力する視線方向風速値、角度・位置センサ１０１１が出力する姿勢角度情報、スキャナ制御器１０５が出力するスキャナ１００５の角度情報、及び時刻取得部１０１３が出力する時刻情報を送信するデータ通信部である。例えば、データ通信部１０１２は、有線もしくは無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）デバイス、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）、ＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ  Ｓｅｒｉａｌ  Ｂｕｓ）などの通信デバイスで構成される。
【００２８】
時刻取得部１０１３は、視線方向風速算出器１０４が出力する算出処理終了の信号に対してデータ通信部１０１２に時刻を出力する時刻取得部である。例えば、時刻取得部１０１３には、ＧＰＳ受信器が用いられる。
【００２９】
データ処理装置２は、図１に示すように、データ通信装置２０１、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）２０２、メモリ２０３、及び記憶装置２０４を備える。
【００３０】
データ通信装置２０１は、レーザレーダ装置１ａ〜１ｎから視線方向風速値及びそのＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  ｔｏ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）、レーザレーダ装置の姿勢角度情報及び位置情報、スキャナの角度情報、並びに時刻情報を受信するデータ受信装置である。また、データ通信装置２０１は、風車制御装置に接続され、リクエストがあった位置の風ベクトル情報を出力する。例えば、データ受信装置２０１には、有線もしくは無線ＬＡＮデバイス、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ＵＳＢなどの通信デバイスが用いられる。
【００３１】
ＣＰＵ２０２は、メモリ２０３に保存されたプログラムを実行するプロセッサである。
【００３２】
メモリ２０３は、ＣＰＵ２０２で実行されるプログラムを保存するメモリである。メモリ２０３は、座標変換部２０３０、データ抽出部２０３１、及び風ベクトル演算部２０３２を記憶している。座標変換部２０３０、データ抽出部２０３１、及び風ベクトル演算部２０３２は、プログラムであり、ＣＰＵ２０２で実行される。
【００３３】
記憶装置２０４は、ＣＰＵ２０２が処理したデータを、データベースとして保存する記憶装置である。記憶装置２０４は、視線方向風速値、そのＳＮＲ、レーザ光の照射角度、姿勢角度情報（取得したレーザレーダ装置の姿勢角度）、計測位置（取得したレーザレーダ装置の位置）、取得時刻を保存する。視線方向風速値は、東西南北のような地球座標系で保存する。例えば、記憶装置２０４には、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ハードディスクなどが用いられる。
【００３４】
次に、この発明の実施の形態１に係る風測定システムの動作について説明する。まず、レーザレーダ装置１ａの動作を説明し、次にデータ処理装置２の動作を説明する。
【００３５】
光発振器１００１は、光カプラ１００２にレーザ光を出力する。
【００３６】
光カプラ１００２は、光受信器１００８においてヘテロダイン検波を行うために光発振器１００１から出力された光を、任意分岐比によりローカル光と送信光とに分配する。その分岐比はシステム設計により決定される。システム設計のための回線計算には、例えば、以下の式が用いられる。
【００３７】
【数１】
2018096665.tif 000003
【００３８】
β、K、S0はそれぞれ後方散乱係数(ｍ−１ｓｒ−１)、大気透過率、散乱光のコヒーレンス径(ｍ)を表し、システムで制御不可な大気条件を表すパラメータを表す。Ｄ（ｍ）、Ｆ（ｍ）、Ｎ（回）は、それぞれビーム径、集光距離、パルス幅、インコヒーレント積算数を表し、システム内において変更可能なパラメータを表す。なお、ｈ、λ、Ｐ、ηＦ、Ｂは、それぞれプランク定数（Ｊｓ）、波長（ｍ）、送信光パルスエネルギー（Ｊ）、Ｆａｒ Ｆｉｅｌｄの送受信効率、受信帯域幅（Ｈｚ）、Ａｃは、光アンテナによってケラレたガウシアンビーム（ＮＧＢ:Ｎｅａｒｅｓｔ Ｇａｕｓｓｉａｎ Ｂｅａｍ）に対して相関の高い回折限界のガウシアンビームに置き換えるための近似係数を表し、Ｌは観測距離（ｍ）を表す。
【００３９】
光変調器１００３は、光カプラ１００２が出力した送信光を光周波数変調及び光強度変調し、変調した送信光を光サーキュレータ１００４に出力する。また、光変調器１００３は、送信するレーザ光のパルス幅、繰り返し周波数（ＰＲＦ）を決定する。パルス幅は、距離分解能にも相当するため、所望する距離分解能値に相当するパルス幅を信号処理器１０１０１において設定することも可能であるし、設計時に設定された固定のパルス幅、ＰＲＦを出力するようにしても良い。
【００４０】
光サーキュレータ１００４は、送信光と受信光を分離する機能を有し、光変調器１００３が変調した送信光をスキャナ１００５に出力し、受信光である大気エアロゾルからの散乱光を合波カプラ１００７に出力する。
【００４１】
スキャナ１００５は、信号処理器１０１０から出力される制御信号を受け、ウェッジプリズムを回転させ、光学系１００６が出射する光の方向を任意に変更する。また、エンコーダ情報に相当する電気信号を信号処理器１０１０に出力し、角度情報を伝達する。
【００４２】
光学系１００６は、スキャナ１００５が出力した送信光をコリメートにし、大気中に出力し、送信光に対してエアロゾルが散乱した光を受信光として受信する。光学系１００６は、受信光を光サーキュレータ１００４に出力する。なお、光学系１００６は、集光調整機能を有するものでも良い。
【００４３】
合波カプラ１００７は、光カプラ１００２が出力するローカル光と光サーキュレータ１００４が出力する受信光とを合波し、合波した光を光受信器１００８に出力する。
【００４４】
光受信器１００８は、合成カプラが出力した光を光電変換し、ヘテロダイン検波により受信光の周波数復調を行い、当該電気信号をＡ／Ｄ変換器１００９に出力する。
【００４５】
Ａ／Ｄ変換器１００９は、光変調器１００３において発生するパルストリガ信号に同期してサンプリング周波数ｆｓでＡ／Ｄ変換を行い、デジタル信号を信号処理器１０１０に出力する。
【００４６】
図４は、この発明の実施の形態１に係るレンジビン分割器１０１が分割するレンジビンを説明する説明図である。
レンジビン分割器１０１は、Ａ／Ｄ変換器１００９が出力したデジタル信号を任意の時間幅で区切る。これは、各距離からの受信光を任意時間幅で区切ることを意味する。時間と距離は対応するので、以降では、時間を区切ったもの、すなわち距離を区切ったものをレンジビンと呼ぶ。当該レンジビン分割器１０１は、任意個数のレンジビンに受信波形を区切り、それに相当する電圧値をＦＦＴ処理器１０２に出力する。例えば、距離分解能Ｒｒｅｓを３０ｍと設定した場合、Ａ／Ｄ変換された時間波形を区切る時間幅ｔ ＝ ２Ｒｒｅｓ／ｃ (ｃ：光速)のように設定できる。ゆえに、総レンジビン数がＭ個であった場合、各レンジビンにおいて区切られる時間は、Ａ／Ｄを開始するためのトリガ、ここでは光変調器１００３からのトリガ信号タイミングを基準にして表すと以下の式となる。ただし、ここでは、等時間間隔でレンジビン分割を行っているが、これに限らず、Ｔｓｔａｒｔに相当する観測開始距離をユーザによって決定してもよいし、それをレンジビンごとに設定してもよいし、ＴｓｔａｒｔとＴｅｎｄの範囲をオーバーラップさせても良い。
【００４７】
【数２】
2018096665.tif 000004
【００４８】
【数３】
2018096665.tif 000005
【００４９】
【数４】
2018096665.tif 000006
【００５０】
Ｔｓｔａｒｔは、各レンジビンのデータ取得開始時間、Ｔｅｎｄは、各レンジビンのデータ取得終了時間、ｍはレンジビンの番号を表し、1〜Ｍの値を持つ。Ｒｍｉｎは、調整用の値であり、観測最小距離を指定するためのパラメータである。
【００５１】
ＦＦＴ処理器１０２は、レンジビン分割器１０１が出力した各レンジビンの時間波形を高速フーリエ変換し、各レンジビンの受信信号に対するスペクトルを得る。
【００５２】
図５は、この発明の実施の形態１に係る積算処理器１０３の積算処理を示す概念図である。
積算処理器１０３は、レンジビンごとにユーザによって指定された回数の積算処理を行う。各ショットで得られたスペクトルに対して、インコヒーレント積算を行う。積算処理は、各レンジビンのスペクトルデータに対して、以下の式で行う。
【００５３】
【数５】
2018096665.tif 000007
【００５４】
SPCはスペクトルデータ、ｉは周波数便の番号、つまり、周波数順に並んだデータのうちで何番目のデータであるかを表す番号であり、ｉはショットの番号、Ｒはレンジビンの番号である。
【００５５】
視線方向風速算出器１０４は、積算されたスペクトルから当視線方向のドップラー周波数、すなわち、視線方向風速値を算出し、算出した風速値及びそのＳＮＲをデータ通信部１０１２に出力する。ドップラー周波数の導出には、スペクトルのピーク検出による検出の他、重心演算を用いても良い。重心演算によるドップラー周波数ｆｄの算出は、以下の式で表される。ここで、Ｓ（ｆ）は、あるレンジビン（Ｒ）に対する受信信号のスペクトルであり、Ｓ（ｆ）＝Ｓ（ｉ，Ｒ）である。ｆは、各周波数ビンの番号（ｉ）に対応する周波数である。受信スペクトルに対して周波数ｆで重みをかけることにより、重心点を計算することができ、周波数分解能以上の風速値導出が可能となる。
【００５６】
【数６】
2018096665.tif 000008
【００５７】
また、視線方向風速算出器１０４は、当該計算終了後、計算終了を示す電気信号を角度・位置センサ１０１１、スキャナ制御器１０５及び時刻取得部１０１３に出力する。ここでは計算終了後としているが、計算開始前もしくは上段の積算処理器１０３における積算処理開始時でもよい。もしくは、積算中の時間帯に得られた角度・位置の平均値をデータ処理装置２に送信してもよく、これに限るものではない。
【００５８】
スキャナ制御器１０５は、送信光の視線方向を切り替えるために、スキャナ１００５の角度を制御する制御信号を生成する。また、スキャナ制御器１０５は、視線方向風速算出器１０４が出力した計算終了の信号を受信すると、その視線方向風速値を算出するためにレーザ光を照射した時のスキャナ１００５の角度をデータ通信部１０１２に送信する。
【００５９】
スキャナ１００５は、スキャナ制御器１０５の制御信号によってスキャナ内のステッピングモータを駆動し、所望ステップ動作させることによって、ミラー（もしくはウェッジプリズムでもよい）の角度を変更する。また、搭載されるエンコーダによる角度信号をスキャナ制御器１０５に送信し、スキャナ制御器１０５は、動作後の角度情報を保持する。当該角度は後述する理想的な角度φなどに相当する。
図６は、この発明の実施の形態１に係るスキャナ１００５が制御するレーザ光の見開き角度を表す概念図である。当該角度は、図６に示すように、片側角度θかつ地上に対し水平方向にレーザ光を照射する。φは各２本のレーザ光の見開き角度を表している。スキャナ制御器１０５では、このレーザ光を左、右、左のように切り替える制御信号をスキャナ１００５に出力する。
【００６０】
角度・位置センサ１０１１は、視線方向風速算出器１０４が出力した計算終了の信号を受信すると、受信時のレーザレーダ装置の角度及び位置をデータ通信部１０１２に出力する。なお、角度・位置センサ１０１１には、角度センサにはジャイロセンサ等の６軸自由度で動揺、並進が得られるセンサや、仰角ＥＬ、北からの方位角ＡＺ、東西南北鉛直の並進が得られるセンサを用いられる。位置センサには、ＧＰＳ等の緯度経度を知ることができるセンサや、ＵＴＭ座標系が得られるセンサを用いられる。
【００６１】
時刻取得部１０１３は、視線方向風速算出器１０４が出力した計算終了の信号を受信すると、ＧＰＳ衛星から時刻を取得し、受信時の時刻をデータ通信部１０１２に出力する。なお、時刻取得部１０１３には、ＧＰＳセンサが用いられるが、時刻同期が可能なものであれば、ＮＴＰ（ネットワークタイムプロトコル）を用いてもよい。
【００６２】
データ通信部１０１２は、上述した視線方向風速値、それに紐づく時刻及びＳＮＲ、レーザレーダ装置の姿勢角度、レーザレーダ装置の位置、並びにレーザ光の照射角度をデータ処理装置２に送信する。送信手法は、光ケーブル等の有線でも良いし、ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ、ｗｉｆｉなどの無線どちらでも良い。
【００６３】
次にデータ処理装置２の動作について説明する。
図７は、この発明の実施の形態１に係るデータ処理装置２の動作フローを示すフローチャートである。
ステップＳ１０１において、データ処理装置２内のデータ通信装置２０１は、レーザレーダ装置１ａのデータ通信部１０１２が送信した情報を受信する。なお、データ通信装置２０１は、上述したレーザレーダ装置１ａ内のデータ通信部１０１２と一対のものであり、例えば、ｂｌｕｅｔｏｏｔｈを使用した場合は、データ通信装置２０１も同じくｂｌｕｅｔｏｏｔｈを用いる。
【００６４】
ステップＳ１０２において、ＣＰＵ２０２は、メモリ２０３内に記憶される座標変換部２０３０を呼び出し、実行する。座標変換部２０３０は、視線方向風速値に紐づくＳＮＲが閾値Ｔｓ以上であるか否かを判定する。Ｔｓ以上の場合は、ＹＥＳの分岐によりステップＳ１０３に進む。Ｔｓ未満の場合は、Ｎｏの分岐によりＥＮＤに進み、当該閾値以下のデータは保存しない。
【００６５】
ステップＳ１０３において、座標変換部２０３０は、以下の計算を行い、データの座標を変換する。受信されるデータにおいて各レンジビンの視線方向の観測中心距離値Ｄｓは、以下の式で表される。
【００６６】
【数７】
2018096665.tif 000009
【００６７】
レーザレーダ装置１ａを基準とした各観測点の座標(ＸＬ,ＸＬ,ＺＬ)は、以下の式で表される。以下の式において０°＜ＡＺ＜１８０°である。
【００６８】
【数８】
2018096665.tif 000010
【００６９】
【数９】
2018096665.tif 000011
【００７０】
【数１０】
2018096665.tif 000012
【００７１】
ここで、ＸＬ,ＹＬ,ＺＬは、レーザレーダ装置１ａの向きに対し、左右方向、前後方向、鉛直方向を表し、Ｈは、地上に対するレーザレーダ装置１ａの高さ、ＡＺは、角度・位置センサ１０１１より得られるレーザレーダ装置１ａの方位角であり、ＥＬは、レーザレーダ装置１ａの仰角を表す。φはレーザ光の照射角度である。
【００７２】
レーザレーダ装置１ａ〜１ｎが設置されるウィンドファームの東西南北鉛直のＵＴＭ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅ Ｍｅｒｃａｔｏｒ）座標を(Ｘｕｗ,Ｙｕｗ,Ｚｕｗ)とし、角度・位置センサ１０１１から得られるレーザレーダ装置１ａのＵＴＭ座標を(Ｘｕｌ,Ｙｕｌ,Ｚｕｌ)とすると、各レンジビンの測定位置は(Ｘ，Ｙ，Ｚ)は、以下の式で表される。
【００７３】
【数１１】
2018096665.tif 000013
【００７４】
【数１２】
2018096665.tif 000014
【００７５】
【数１３】
2018096665.tif 000015
【００７６】
ここで、ｌは、レーザレーダ装置の番号を表す。風車のナセルに揺れ成分がない場合、基本的にＥＬ＝０となるが、項として加えることで、ナセルの揺れに基づく角度補正も可能となる。
【００７７】
座標変換部２０３０は、上記の計算を行い、各レンジビンの視線方向風速値ｖ（ｔ,ＡＺ,ＥＬ）を、測定地点Ｘ，Ｙ，Ｚと関連付けて、記憶装置２０４に保存する。これにより、記憶装置２０４には、データベースとして、時間ｔ、測定地点Ｘ，Ｙ，Ｚに対応した視線方向風速値ｖが保存される。ここで、視線方向風速値ｖは、方向が方位角ＡＺ、仰角ＥＬで表されるベクトル量である。
【００７８】
以下で説明するように、２次元の風ベクトルを算出するためには、２つの視線方向風速値が必要であり、それらをベクトル合成しなければならない。したがって、ステップＳ１０１において受信した視線方向風速値の他に、少なくとも、もう一つデータが必要になる。データ抽出部２０３１は、風ベクトルを計算するのに適したデータを捜索する。
【００７９】
ステップＳ１０４において、データ抽出部２０３１は、ステップＳ１０１で受信したデータを送信したレーザレーダ装置で、所望のＳＮＲを満足しており直前のレーザ射出で取得した視線方向風速値が存在するか否かを調べる。これは、風ベクトルを算出するのに、レーザレーダ装置１ａのレーザ光が風車のブレード等で遮断されていない場合、従来通り自身のデータのみでの風ベクトル計算を行うためである。存在しない場合、ＮＯの分岐により、ステップＳ１０５に進む。存在する場合、ＹＥＳの分岐により、ステップＳ１１２に進む。以下のＮＯの分岐を説明する。
【００８０】
ステップＳ１０５において、データ抽出部２０３１は、ステップＳ１０１で受信したデータに対して、記憶装置２０４に保存されたデータのうち、Ｔｕ（ｓｅｃ）以内のデータを抽出する。なお、Ｔｕには、ユーザが決定した値を用いても良いし、過去に測定した乱流度(ＴＩ:Ｔｕｒｂｕｌｅｎｃｅ Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ＝水平方向風速値の標準偏差÷平均風速値) が任意値以下の場合は、風速場(風の流れ)が一様であるとするなど、条件式を与えても良い。
【００８１】
ステップＳ１０６において、データ抽出部２０３１は、ステップＳ１０５で抽出したデータのうち、ステップＳ１０１で受信したデータに対して測定された距離がＤ（ｍ）以内のデータを抽出する。ここで、Ｄ＝√（Ｘ２＋Ｙ２＋Ｚ２）である。なお、上記で示したように２地点の３次元上での絶対距離として閾値処理しても良いし、Ｘ，Ｙ，Ｚそれぞれの方向に対し閾値を設けても良い。
【００８２】
図８は、この発明の実施の形態１に係るウィンドファーム内の複数台の風車のナセルにレーザレーダ装置が搭載されている環境を示す概念図である。本実施の形態では、図８のような環境を想定している。図８中、「注目ナセル」とは、最も新しく取得された視線方向風速値の出力元のレーザレーダ装置が搭載されたナセルを表す。実線の矢印は、注目ナセルのレーザレーダ装置が測定した視線方向風速値の時刻に対して、Ｘ（ｓｅｃ）前の視線方向風速値を表し、点線は、Ｙ（ｓｅｃ）前の視線方向風速値である。ステップＳ１０６では、注目ナセルからＤ（ｍ）以内にあるレーザレーダ装置で測定したデータを抽出する。
【００８３】
ステップＳ１０７において、データ抽出部２０３１は、ステップＳ１０６で抽出したデータのうち、ステップＳ１０１で受信したデータに対して視線方向風速値の角度がＸ−Ｙ平面上で任意角度δより大きいデータを抽出する。レーザレーダ装置のもともとの射出角度であるφを閾値としても良いし、さらに、ナセルのヨー運動を鑑みてφ＋αとし尤度を持たせても良い。
【００８４】
理想的には、完全に同時刻に、同一点を測定し、成す角度が９０ｄｅｇであるほど、風ベクトルの測定精度は向上する。しかし、現実的には、その差異が発生し、時間が経過するほど、空間が遠いほど、風ベクトルは変化するため、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７で示した閾値を設けている。それぞれの閾値は、乱流度からリアルタイムに設定しても良いし、経験的な値をユーザが与えても良い。例えば、風速の水平変化よりも高度変化の方が顕著に変動する場合、高度方向には厳しい値を設け、水平方向に関しては緩い閾値を設けることによって、使えるデータの確保及び風ベクトルの精度を担保できる。
【００８５】
ステップＳ１０８において、データ抽出部２０３１は、テップＳ１０５〜Ｓ１０７の条件を満たすデータ数が２つ以上存在するか否かを判別する。２つ以上ある場合、ＹＥＳの分岐により、ステップＳ１０９に進む。２つ未満である場合、ＮＯの分岐によりステップＳ１１０に進む。
【００８６】
ステップＳ１０９において、データ抽出部２０３１は、ステップＳ１０７までの処理で抽出したデータのうち、ステップＳ１０１で受信したデータに対して最も距離が近いデータを抽出する。これは、低処理コストを念頭にし、また、空間的一様性が最も精度に直結する可能性を鑑みてのことである。しかし、これを時間にしても良いし、角度としても良い。また、最も距離が近く、最も時間差がなく、最も角度差が９０ｄｅｇに近いというように複数の条件を課しても良い。
【００８７】
ステップＳ１１０において、風ベクトル演算部２０３２は、ステップＳ１０１で受信したデータと、ステップＳ１０９で抽出したデータもしくは後述するステップＳ１１２で抽出したデータとを用いて、ベクトル合成もしくは、ＶＡＤ（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ａｚｉｍｕｔｈ  Ｄｉｓｐｌａｙ）法により、風ベクトルを算出し、算出した風ベクトルをデータ通信装置２０１に送信する。２つの視線方向風速値データから風ベクトルを算出する場合、視線方向風速値ｖは、東西方向の水平方向風速値Ｕ、南北方向の水平方向風速値Ｖ、仰角θ、北を基準とした方位角φを用いて以下の式で表されるので、２つの視線方向風速値から構成される連立方程式を解くことで、水平方向風速値Ｕ及び水平方向風速値Ｖを算出できる。これにより、２次元の風ベクトルを得る。記憶装置２０１は、得られた風ベクトルを保存する。
【００８８】
【数１４】
2018096665.tif 000016
【００８９】
ただし、この場合、２本の視線方向風速値のベクトルから成る平面上の風速値となるため、ＥＬ＝０でない場合は、水平方向風速値とはならず、誤差を持つため、精度を高めるためには3視線以上の視線方向風速値を用いた風向風速算出が望ましい。
【００９０】
３つの視線方向風速値データから風ベクトルを算出する場合、視線方向風速値ｖは、以下の式で表されるので、２つの場合と同様に、連立方程式を解くことで、水平方向風速値Ｕ、水平方向風速値Ｖ、及び鉛直方向の風速値Ｗを算出できる。これにより、３次元の風ベクトルを得る。
【００９１】
【数１５】
2018096665.tif 000017
【００９２】
ステップＳ１１１において、データ通信装置２０１は、算出した風ベクトルを、ステップＳ１０１で受信したデータを送信したレーザレーダ装置１ａに送信し、フローを終了する。
【００９３】
一方、ステップＳ１１２において、データ抽出部２０３１は、記憶装置２０４に保存されたデータのうち、ステップＳ１０１で受信したデータを送信したレーザレーダ装置が前回取得したデータを抽出する。抽出したデータは、上記で説明したように、ステップＳ１１０において、風ベクトルを算出するのに用いられる。
【００９４】
レーザレーダ装置１ａは、データ処理装置２から得られた風ベクトルを風車制御装置もしくは自身の表示器に出力する。風車制御装置に出力する場合、風ベクトルに基づいて風車のヨー制御もしくはピッチ制御などの制御を行うことができ、風力発電量の向上に寄与ができる。
【００９５】
ここでは、レーダレーダ装置から風車制御装置に風ベクトルを出力する場合を説明したが、データ処理装置２から直接、風車制御装置に出力するようにしても良い。また、記憶装置２０４として、メモリ２０３を用いても良い。
【００９６】
なお、２視線で風ベクトルを算出する場合、ステップＳ１０２において、ＳＮＲに対する閾値の他、ＥＬに対する閾値Ｔｅを加えても良い。到来風を検知し、風車の制御を行って風力発電量を最大化するためには、水平方向の風速値が最も重要である。そのため、水平ではない断面の風速値を出力することは逆に風力発電量を低下させてしまう恐れがある。これゆえ、ＥＬに対する閾値を設定することで本問題を解決できる効果がある。
【００９７】
また、本実施の形態では説明の便宜上、照射するレーザ光の本数は水平面の２本としているが、照射本数を増やし、上下方向に照射しても良い。その場合、ナセル中央の風ベクトルのみではなく、上下方向の３次元の風ベクトルを得ることができることから、更に風力発電効率の高い風車制御が可能となる。
【００９８】
以上で明らかなように、この発明の実施の形態１によれば、自身の視線方向風速値だけでなく、他のレーザレーダ装置で測定した視線方向風速値を用いて、風ベクトルを算出するので、従来、風車のブレード等の遮蔽物によってレーザ光が遮蔽されることにより低下していた有効データ取得率を向上させる効果がある。また、単一のレーザレーダ装置ではビームを切り替える時間が必要になるが、本方式であれば、同時刻に取得された視線方向風速値を用いた風ベクトル演算も可能となる。これにより風速測定精度が向上する効果がある。
【００９９】
実施の形態２.
本実施の形態では、データ処理装置で風ベクトルを算出する実施の形態１に対して、レーザレーダ装置からデータ処理装置に視線方向風速値のリクエストを行い、レーザレーダ装置で風ベクトルを算出する方式とすることで、データ処理装置の負荷を軽減し、風ベクトル算出時間を低減する。
【０１００】
図９は、この発明の実施の形態２の風測定システムの一構成例を示す構成図である。
図９において、図１と同一符号は、同一または相当部分を示している。
本風測定システムは、レーザレーダ装置１１ａ〜１１ｎ、データ処理装置２０、風車制御装置３ａ〜３ｎを備える。レーザレーダ装置１１ａ〜１１ｎは、実施の形態１のレーザレーダ装置１ａ〜１ｎに比べて、信号処理器の部分が異なる。レーザレーダ装置１１ａ〜１１ｎでは、実施の形態１の信号処理器１０１０に代えて、後述する信号処理器１１１０が用いられる。データ処理装置２０は、実施の形態１のデータ処理装置２と比べて、風ベクトルを計算する風ベクトル演算部２０３２が存在しない点が異なる。
【０１０１】
風車制御装置３ａは、風車のヨー制御もしくはピッチ制御などの制御を行なう制御装置である。例えば、風車制御装置３ａには、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）やマイコンが用いられる。
【０１０２】
図１０は、この発明の実施の形態２に係る信号処理器１１１０の一構成例を示す構成図である。図１０において、図３と同一符号は、同一または相当部分を示している。
信号処理器１１１０は、レンジビン分割器１０１、ＦＦＴ処理器１０２、積算処理器１０３、視線方向風速算出器１０４、スキャナ制御器１０５、及び風ベクトル演算器１０６を備える。
【０１０３】
風ベクトル演算器１０６は、視線方向風速算出器１０４が出力する視線方向風速値データと、データ通信部１０１２から得られる視線方向風速値データとを用いて風ベクトルの演算を行い、演算した風ベクトルをスキャナ制御器１０５及びデータ通信部１０１２に出力する演算器である。例えば、風ベクトル演算器１０６は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、マイコンなどで構成される。
【０１０４】
次に、この発明の実施の形態２に係る風測定システムの動作について説明する。
レーザレーダ装置１１ａの信号処理器１１１０以外の動作は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。また、信号処理器１１１０において、レンジビン分割器１０１、ＦＦＴ処理器１０２、積算処理器１０３、視線方向風速算出器１０４、及びスキャナ制御器１０５の動作は、実施の形態１と同様であるので説明を省略する。
【０１０５】
風ベクトル演算器１０６は、視線方向風速算出器１０４から出力される視線方向風速値をデータ通信部１０１２を介し、データ処理装置２０に出力する。また、風ベクトル演算器１０６は、上記視線方向風速値とともに風ベクトルを合成するための視線方向風速値をデータ処理装置２０より受信する。
【０１０６】
その場合、データ通信部１０１２からデータを受信したデータ処理装置２０の動作は、図７においてステップＳ１１０を除いたフローと同じである。データ処理装置２０において、座標変換部２０３０がデータを保存し、データ抽出部２０３１がデータを照合し、その結果をレーザレーダ装置１１ａに送信する
【０１０７】
風ベクトル演算器１０６は、視線方向風速算出器１０４が出漁した視線方向風速値と、データ処理装置２０が出力した視線方向風速値とを、図７のステップＳ１１０で説明した方法でベクトル合成し、風ベクトルを算出する。風ベクトル演算器１０６は、算出した風ベクトルをスキャナ制御器１０５及びデータ通信部１０１２に出力する。
【０１０８】
データ通信部１０１２は、その風ベクトルを風車制御装置３ａに出力する。風車制御装置３ａは、風ベクトルの情報を基に風車の制御を行なう。
【０１０９】
なお、ここではデータ抽出部２０３１をデータ処理装置２０に持たせる構成としたが、データ抽出部２０３１をレーザレーダ装置１１ａに持たせても良い。その場合、データ処理装置２０は、座標変換部２０３０がデータを保存し、レーザレーダ装置１１ａのリクエストに応じてデータを送信し、レーザレーダ装置１１ａでデータの照合を行う。
【０１１０】
以上で明らかなように、この発明の実施の形態２によれば、実施の形態１と比較して、レーザレーダ装置で風ベクトルを演算するので、データ処理装置が全てのレーザレーダ装置の風ベクトル演算を行うよりも演算負荷を低減することができる。これにより、計算機コストを分散できるため、より早く風向風速情報を風車制御装置に渡すことができることから、よりリアルタイムな風車制御が可能となる。
【０１１１】
実施の形態３.
本実施の形態では、風測定システムをレーザレーダ装置のみで構成し、レーザレーダ装置が互いにデータを交換する方式を説明する。これにより、データ処理装置が不要になり、装置構成を減らすことができる。
【０１１２】
図１１は、この発明の実施の形態３に係る風測定システムの一構成例を示す構成図である。図１１において、図９と同一符号は、同一または相当部分を示している。レーザレーダ装置１２ａ〜１２ｎは、実施の形態２のレーザレーダ装置１１ａ〜１１ｎに比べて、信号処理器の部分が異なる。レーザレーダ装置１２ａ〜１２ｎでは、実施の形態２の信号処理器１１１０に代えて、後述する信号処理器１２１０が用いられる。
【０１１３】
図１２は、この発明の実施の形態３に係る信号処理器１２１０の一構成例を示す構成図である。図１２において、図１０と同一符号は、同一または相当部分を示している。
信号処理器１２１０は、レンジビン分割器１０１、ＦＦＴ処理器１０２、積算処理器１０３、視線方向風速算出器１０４、スキャナ制御器１０５、風ベクトル演算器１０６、及びデータ保存器１０７を備える。
【０１１４】
データ保存器１０７は、視線方向風速算出器１０４が出力する視線方向風速値及びデータ通信部１０１２を介して他のレーザレーダ装置から得た視線方向風速値を保存するデータ保存器である。例えば、データ保存器１０７は、ＦＰＧＡ、ＡＳＩＣ、マイコンなどで構成される。
【０１１５】
次に、この発明の実施の形態３に係る風測定システムの動作について説明する。
レーザレーダ装置１２ａの信号処理器１２１０以外の動作は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。また、信号処理器１２１０において、レンジビン分割器１０１、ＦＦＴ処理器１０２、積算処理器１０３、視線方向風速算出器１０４、及びスキャナ制御器１０５の動作は、実施の形態１と同様である。
【０１１６】
データ保存器１０７は、視線方向風速算出器１０４が出力した視線方向データを受け取ると、周辺距離半径Ｄ（ｍ）以内に存在するレーザレーダ装置とデータ通信部１０１２を介して通信し、他のレーザレーダ装置で取得した視線方向風速値を得る。そして、データ保存器１０７は、視線方向風速算出器１０４が出力した視線方向風速値データ及び他のレーザレーダ装置から得た視線方向風速値データを風ベクトル演算器１０６に出力する。
【０１１７】
ここで、Ｄ（ｍ）は、ユーザが任意に設定しても良いし、最近に得られた自身の視線方向風速値の最大距離となるように設定しても良い。その場合、Ｄ（ｍ）は、可変値になる。ここで、最大距離とは、自身で取得した視線方向風速値に紐づくＳＮＲが所定の値以上となる最大の距離を意味する。大気の塵の量はリアルタイムで変化するため、Ｄ（ｍ）を上記手法で可変とすることで、とりこぼしなく、かつ、最小のデータベースで有効データ率向上が可能となる。なお、データ保存器１０７は、風ベクトル演算器１０６における計算のために抽出された視線方向風速値の座標系の統一化が必須となるため、実施の形態１記載の座標変換部２０３０の機能を有する。また、データ保存器１０７は、所望の本数よりも多く、距離範囲Ｄ以内の視線データが得られた場合のために、実施の形態１記載のデータ抽出部２０３１の機能を有する。
【０１１８】
風ベクトル演算器１０６の動作は、実施の形態２と同様であるので、説明を省略する。
【０１１９】
以上で明らかなように、この発明の実施の形態３によれば、実施の形態１、２と異なりデータ処理装置を介さず、レーザレーダ装置が互いに視線方向風速値データを交換する構成とすることで、データ処理装置を削減できる。また、自身のレーザレーダ装置付近にあるレーザレーダ装置とデータ通信を行うため、通信量を削減できると共に、それに伴う計算機コストを低減できる。
【符号の説明】
【０１２０】
１ａ〜１ｎ  １１ａ〜１１ｎ  １２ａ〜１２ｎ  レーザレーダ装置、２  ２０  データ処理装置、３ａ〜３ｎ  風車制御装置、１００１  光発振器、１００２  光カプラ、１００３  光変調器、１００４  光サーキュレータ、  １００５  スキャナ、  １００６  光学系、１００７  合波カプラ、１００８  光受信器、１００９  Ａ／Ｄ変換器、１０１０  １１１０  １２１０  信号処理器、１０１１  角度・位置センサ、１０１２  データ通信部、１０１３  時刻取得部、１０１  レンジビン分割器、１０２  ＦＦＴ処理器、１０３  積算処理器、１０４  視線方向風速算出器、１０５  スキャナ制御器、１０６  風ベクトル演算器、１０７  データ保存器、２０１  データ通信装置、２０２  ＣＰＵ、２０３  メモリ、２０４  記憶装置、２０３０  座標変換部、  ２０３１  データ抽出部、２０３２  風ベクトル演算部。
【図１】
2018096665.tif 000018
【図２】
2018096665.tif 000019
【図３】
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【図４】
2018096665.tif 000021
【図５】
2018096665.tif 000022
【図６】
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【図７】
2018096665.tif 000024
【図８】
2018096665.tif 000025
【図９】
2018096665.tif 000026
【図１０】
2018096665.tif 000027
【図１１】
2018096665.tif 000028
【図１２】
2018096665.tif 000029
【手続補正書】
【提出日】平成29年4月25日(2017.4.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００６】
本発明のデータ処理装置は、レーザレーダ装置と通信し、視線方向風速値、レーザ射出角度、姿勢情報、位置情報、時刻を取得するデータ通信装置と、視線方向風速値及び時刻を保存する記憶装置と、データ通信装置が新しく取得した視線方向風速値の時刻から設定時間内であって、前記記憶装置に保存された、前記レーザレーダ装置を中心として前記レーザレーダ装置の測定距離範囲内の視線方向風速値を抽出するデータ抽出部、並びにデータ通信装置が新しく取得した視線方向風速値及びデータ抽出部が抽出した視線方向風速値を用いて風ベクトルを演算する風ベクトル演算部、を実行するＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔと、データ抽出部及び風ベクトル演算部を保存するメモリとを備える。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザレーダ装置と通信し、視線方向風速値、レーザ射出角度、姿勢情報、位置情報、時刻を取得するデータ通信装置と、
前記視線方向風速値及び前記時刻を保存する記憶装置と、
前記データ通信装置が新しく取得した前記視線方向風速値の時刻から設定時間内であって、前記記憶装置に保存された、前記レーザレーダ装置を中心として前記レーザレーダ装置の測定距離範囲内の前記視線方向風速値を抽出するデータ抽出部、並びに前記データ通信装置が新しく取得した前記視線方向風速値及び前記データ抽出部が抽出した前記視線方向風速値を用いて風ベクトルを演算する風ベクトル演算部、を実行するＣｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔと、
前記データ抽出部及び前記風ベクトル演算部を保存するメモリと、
を備えたデータ処理装置。
【請求項２】
前記データ通信装置が新しく取得した前記視線方向風速値と、前記データ抽出部が抽出した前記視線方向風速値とは、異なるレーザレーダ装置で取得したものであることを特徴とする請求項１に記載のデータ処理装置。
【請求項３】
前記Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔは、前記レーザ射出角度、前記姿勢情報、及び前記位置情報を用いて、前記視線方向風速値を座標変換し、座標変換した前記視線方向風速値を前記記憶装置に保存する座標変換部を実行し、前記メモリは、前記座標変換部を保存することを特徴とする請求項２に記載のデータ処理装置。
【請求項４】
請求項１に記載の前記データ処理装置と、大気中にレーザ光を照射し、レーザ光の照射方向の視線方向風速値を取得し、取得した前記視線方向風速値を前記データ処理装置に送信し、前記データ処理装置から前記風ベクトルを受信するレーザレーダ装置と、
を備えたことを特徴とする風測定システム。
【請求項５】
前記データ通信装置が新しく取得した前記視線方向風速値と、前記データ抽出部が抽出した前記視線方向風速値とは、異なるレーザレーダ装置で取得したものであることを特徴とする請求項４に記載の風測定システム。
【請求項６】
前記データ処理装置において、前記Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔは、前記レーザ射出角度、前記姿勢情報、及び前記位置情報を用いて、前記視線方向風速値を座標変化し、座標変換した前記視線方向風速値を前記記憶装置に保存する座標変換部を実行し、前記メモリは、前記座標変換部を保存することを特徴とする請求項５に記載の風測定システム。
【請求項７】
レーザ光を出力する光発振器と、
前記光発振器が出力した前記レーザ光を変調する光変調器と、
前記光変調器が変調した前記レーザ光を送信光として出力し、前記送信光の出力先で対象物が反射した反射光を受信光として受信する光学系と、
前記光発振器が出力した前記レーザ光と前記光学系が受信した前記受信光とに基づいて第１の視線方向風速値を算出する視線方向風速算出器と、
他のレーザレーダ装置と通信するデータ通信部と、
前記第１の視線方向風速値及び前記データ通信部を介して、周辺距離半径Ｄ（ｍ）以内に存在する前記他のレーザレーダ装置から取得した第２の視線方向風速値を用いて風ベクトルを算出する風ベクトル演算器と、
を備えたレーザレーダ装置。
【請求項８】
前記第１の視線方向風速値を測定した位置と、前記第２の視線方向風速値を取得した位置とが設定距離の範囲内であることを特徴とする請求項７に記載のレーザレーダ装置。
【請求項９】
前記設定距離は、前記第１の視線方向風速値に紐づく信号対雑音比が閾値以上の最大の距離に設定されることを特徴とする請求項８に記載のレーザレーダ装置。
【国際調査報告】
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