(57)【要約】      （修正有）【課題】風速または風向等の風情報の計測と計測対象までの距離または当該計測対象の形状等の距離情報の計測とを、より簡易な構造で精度良く実現するレーザレーダ装置を提供する。【解決手段】パルスレーザを生成する光送信部１０と、パルスレーザを送信光として出力し、光を受信する光アンテナ部３０と、光アンテナ部が受信した受信光から受信信号を生成する光受信部４０と、受信信号をアナログデジタル変換し、変換したデジタル信号を高速フーリエ変換して求めた周波数ピークと送信光の周波数とに基づき求めたドップラーシフト周波数から風情報を算出する風計測部５０と、受信信号に対応する受信光の送信から受信までの飛行時間に基づき計測対象の距離情報を算出する距離計測部６０と、を備える。【選択図】図１
2015108557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
パルスレーザを生成する光送信部と、
前記パルスレーザを送信光として出力し、光を受信する光アンテナ部と、
前記光アンテナ部が受信した受信光から受信信号を生成する光受信部と、
前記受信信号をアナログデジタル変換し、変換したデジタル信号を高速フーリエ変換して求めた周波数ピークと前記送信光の周波数とに基づき求めたドップラーシフト周波数から風情報を算出する風計測部と、
前記受信信号に対応する受信光の送信から受信までの飛行時間に基づき計測対象の距離情報を算出する距離計測部と、
を備えたレーザレーダ装置。
【請求項２】
前記風情報は風速および風向に関する情報であって、
前記風計測部は、前記ドップラーシフト周波数に基づき前記風速を算出するとともに、前記風速と前記光アンテナ部の走査方向に関する情報とに基づき前記風向を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
【請求項３】
前記距離情報は前記計測対象までの距離および前記計測対象の三次元情報であって、
前記距離計測部は、前記飛来時間に基づき前記距離を算出するとともに、前記距離と前記受信光の飛来方向に関する情報とに基づき前記三次元情報を算出する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
【請求項４】
前記送信部において前記パルスレーザを生成するための送信パラメータを制御する制御部を備え、
前記制御部は、
前記送信パラメータが前記風計測部における前記風情報の算出の精度の下限値を下回るか否かを判断し、
前記送信パラメータが前記下限値を下回り、かつ前記距離計測部による前記距離情報の算出の精度を前記風情報の算出の精度よりも優先する場合には、当該送信パラメータを前記光送信部に設定し、
前記送信パラメータが前記下限値を下回り、かつ前記風情報の算出の精度を確保すべき場合には、前記下限値を確保する範囲の前記送信パラメータを前記光送信部に設定する
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
【請求項５】
前記光受信部は、前記受信信号が閾値を超えた場合には、前記閾値を超えた前記受信信号を検出した旨を通知する検知信号を出力する受信信号峻別回路を備え、
前記制御部は、前記受信信号峻別回路からの前記検知信号を受信した場合に、前記送信パラメータが前記風計測部における前記風情報の算出の精度の下限値を下回るか否かを判断する
ことを特徴とする請求項４に記載のレーザレーダ装置。
【請求項６】
前記制御部は、前記受信信号峻別回路からの前記検知信号を受信しないと判断した場合には、前記閾値の再設定を促すための信号を出力する
ことを特徴とする請求項５に記載のレーザレーダ装置。
【請求項７】
前記制御部は、前記受信信号峻別回路からの前記検知信号を受信する頻度を計測し、前記頻度が受信頻度に関する下限値を下回った場合または前記頻度が受信頻度に関する上限値を上回った場合には、前記閾値の再設定を促すためのメッセージを出力する
ことを特徴とする請求項５に記載のレーザレーダ装置。
【請求項８】
前記制御部は、計測対象の周辺のみの風情報を計測すべき場合には、指定された計測範囲においてのみの風情報を計測するために、受信信号の前記光受信部から前記風計測部への出力タイミングを遅延させる
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
【請求項９】
前記距離計測部は、算出した前記距離情報に基づき前記計測対象の所定の範囲の風向を推定する風情報推定部を備えた
ことを特徴とする請求項１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】
本発明は、レーザ光を空間に照射するとともに対象物からの散乱光を受信して、この受信光から、風速を計測したり、計測対象までの距離または形状を計測したりするレーザレーダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、レーザ光を用いて風速または風向等を計測する技術として、コヒーレントドップラーライダ技術が知られている。コヒーレントドップラーライダ技術は、単一周波数のレーザ光を大気中に照射して、エアロゾル（大気中を浮遊する粒子状物質）からの後方散乱光を受信し、この受信光をヘテロダイン検波して送信時のレーザ光の周波数に対する受信光のドップラーシフト量を算出し、このドップラーシフト量から風速または風向等の風情報を求めるものであり、気象観測、気象予想、航空・航空安全のための乱気流の検出等への応用が期待できるものである。
【０００３】
このコヒーレントドップラーライダ技術を利用したレーザレーダ装置は、前述のように計測対象をエアロゾルとすれば、風情報を計測できるが、計測対象を固体の移動体にすれば、前述のような風情報の計測と同様の測定原理によって当該移動体の移動速度や移動方向を計測できる。
【０００４】
また、レーザレーダ装置は、空間に存在する物体または海面もしくは陸面にレーザ光を照射するとともに反射光を受信し、レーザ光の照射から受信までの所要時間を算出することで、当該物体または海面等のハードターゲットについて、レーザレーダ装置からの距離または計測対象の形状等の距離情報を計測することもできる。
【０００５】
このように、レーザレーダ装置は、エアロゾルのようなソフトターゲットを計測対象とした場合には風情報を計測でき、固体等のハードターゲットを計測対象とした場合には移動速度に加え距離情報を計測することができる。
【０００６】
特許文献１に記載されたレーザレーダ装置は、ＣＷレーザ（Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ  Ｗａｖｅ  ｌａｓｅｒ）光源から出力されるレーザ光を音響光学素子でパルス化するとともに周波数変調し、さらに所望のレベルに光増幅した後、光増幅処理されたレーザ光を大気中へ照射して、前述のコヒーレントドップラーライダ技術を用いて風速を演算するとともに、固体等のハードターゲットを計測対象として、当該ハードターゲットの移動速度や距離を計測している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１０−１２７８４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
前述のようなレーザレーダ装置においては、計測対象が混在する状況、即ち、風情報の計測と、ハードターゲットに関する距離情報の計測とを行う状況でも、風情報と距離情報とを同一の装置で同時にかつ高精度に計測したいという要求があった。
【０００９】
その一方で、風情報の計測精度に関係する速度の分解能と、距離情報の計測精度に関係する距離の分解能とは相反する関係にある。
速度分解能は、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ。高速フーリエ変換）時の周波数分解能によって定まるものであり、この周波数分解能は受信信号の観測時間の逆数に比例する。即ち、受信信号の観測時間が長くなるとＦＦＴ時の周波数分解能が高くなる。但し、受信信号の観測時間の最大値は、送信信号の送信パルス幅となる。
これに対し、レーザレーダ装置から計測対象までの距離は、パルスレーザの送受信の時間差から計測されるため、距離分解能は送信パルス幅によって定まる。
このため、送信パルス幅が短ければ距離分解能は高くなるが、送信パルス幅を短くした分、受信信号の観測時間が短くなり、ＦＦＴ時の周波数分解能、ひいては速度分解能が低くなってしまう。
【００１０】
このように、速度分解能と距離分解能とが相反するという問題を解決するため、レーザレーダ装置に、コヒーレントドップラーライダ装置と、測距およびイメージングを行うセンサとを組み合わせて搭載する方法が考えられる。
しかし、２種類の装置を用いることは、適用するレーザレーダ装置全体が大型化したり、構造や処理が複雑化したり、レーザレーダ装置が接続する上位装置や上位システムの付加も増大したりするという問題がある。
【００１１】
本発明は、前述のような問題を解決するものであり、風速または風向等の風情報の計測と計測対象までの距離または当該計測対象の形状等の距離情報の計測とを、より簡易な構造で精度良く実現するレーザレーダ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明に係るレーザレーダ装置は、パルスレーザを生成する光送信部と、パルスレーザを送信光として出力し、光を受信する光アンテナ部と、光アンテナ部が受信した受信光から受信信号を生成する光受信部と、受信信号をアナログデジタル変換し、変換したデジタル信号を高速フーリエ変換して求めた周波数ピークと送信光の周波数とに基づき求めたドップラーシフト周波数から風情報を算出する風計測部と、受信信号に対応する受信光の送信から受信までの飛行時間に基づき計測対象の距離情報を算出する距離計測部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、風計測部および距離計測部のそれぞれに受信信号を入力して、風計測部および距離計測部のそれぞれにおいて受信信号に基づき独立して風情報または距離情報を算出するので、簡易な構成で風情報の計測と距離情報の計測とを実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施の形態１におけるレーザレーダ装置の構成図である。
【図２】実施の形態１において、ＦＦＴ処理部におけるＦＦＴ処理を説明するための図である。
【図３】実施の形態１において、風情報演算部におけるドップラー周波数成分の算出を説明するための図である。
【図４】実施の形態２におけるレーザレーダ装置の構成図である。
【図５】実施の形態２において、計測対象の特性情報が予め分かっている場合であって、距離計測の精度を変更する処理を示すフローチャートである。
【図６】実施の形態２において、計測対象の特性情報が不明の場合であって、距離計測の精度を変更する処理を示すフローチャートである。
【図７】実施の形態３における受信信号峻別部の構成図である。
【図８】実施の形態３において、ハードターゲットの周辺のみについて風計測を行う処理を示すフローチャートである。
【図９】実施の形態３において、ハードターゲットの周辺のみについて風計測を行う場合のアナログ信号処理を説明する図である。
【図１０】実施の形態４におけるレーザレーダ装置の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施の形態１．
以降に、本発明に係るレーザレーダ装置の好適な実施の形態を説明する。
［レーザレーダ装置１の構成］
図１は、本発明の実施の形態１におけるレーザレーダ装置１の構成図である。
このレーザレーダ装置１は、パルスレーザを生成して出力する光送信部１０、光送信部１０と後述の光アンテナ部３０と後述の光受信部４０との間に配置される光サーキュレータ２０、光送信部１０から受信したパルスレーザを送信光として外部に出力するとともに光を受信する光アンテナ部３０、光アンテナ部３０が受信した受信光から受信信号を生成する光受信部４０、光受信部４０が生成した受信信号を用いて風速または風向等の風情報を算出する風計測部５０、光受信部４０が生成した受信信号を用いて計測対象までの距離や計測対象の形状等の距離情報を算出する距離計測部６０、および光送信部１０や光アンテナ部３０等のレーザレーダ装置１を構成する各構成部の動作を制御するとともに外部装置と通信する制御部７０を備える。
なお、制御部７０と通信する外部装置は、例えば、図１に示す上位装置８０や図示しないユーザ端末などが挙げられる。制御部７０と上位装置８０等とは、両者を直接接続した構成でも良いし、ネットワークを介して接続する構成でも良い。
【００１６】
光送信部１０は、所望のパルス幅および所望の出力のパルスレーザを生成して出力するもので、単一周波数のレーザ光を連続波として発振して出力する光源１１、光源１１からのレーザ光の光周波数を所定の周波数分シフトさせるとともに、レーザ光をパルス状に変調するパルス変調部（パルス変調器）１２、パルス変調部１２が変調して出力したパルスレーザを所望の出力レベルに増幅する光増幅部（光増幅器）１３、および光源１１が出力したレーザ光を２分岐させてパルス変調部１２と光受信部４０とに出力する光スプリッタ１４を備える。
なお、光送信部１０においては、前述のパルス変調部１２のように、レーザ光の光周波数を所定の周波数分シフトさせる機能とレーザ光をパルス状に変調する機能とを一つの機器が有するような構成にしても良いし、それぞれの機能をそれぞれの機器で実現するような構成にしても良い。
【００１７】
光サーキュレータ２０は、光送信部１０が出力する送信光としてのパルスレーザと、光アンテナ部３０が出力する受信光とに対して異なる偏光特性を与え、送信光と受信光との経路を切り分ける機能を有するものである。この光サーキュレータ２０により、光送信部１０が出力したパルスレーザは光アンテナ部３０に入力され、光アンテナ部３０が受信した受信光は光受信部４０に入力されることになる。
【００１８】
光アンテナ部３０は、送信光について所望のビーム拡がり角、ビーム径およびスキャン方向を調整するとともに、受信視野を調整する送受信光学系３１、ならびに送信光および反射光をスキャンするスキャナ３２を備える。
図１において、実線で示され、送受光学系３１からスキャナ３２を経由して外部に向かう矢印は送信光を示し、破線で示され、外部からスキャナ３２に向かう矢印は受信光を示す。受信光は、図１では、便宜上、外部からスキャナ３２に向かう様子のみ示されているが、実際はスキャナ３２から送受光学系３１に向かう。
【００１９】
光受信部４０は、光源１１からのレーザ光と光アンテナ部３０からの受信光とを合波する光カプラ４１、およびゲート機能として動作するとともに、光カプラ４１からの受信光を電気信号に変換し、さらに増倍して出力する受光処理部４２を備える。
【００２０】
風計測部５０は、光受信部４０、特に受光処理部４２から入力されたアナログの電気信号をデジタル信号に変換するＡＤ（アナログ-デジタル）変換部５１、
ＡＤ変換部５１が変換したデジタル信号群を時系列上で一定区間、即ち所定のレンジビンに分割して、レンジビンごとにデジタル信号群を周波数成分に分解するＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ。高速フーリエ変換）処理部５２、およびレンジビンごとに得られた周波数データからドップラー周波数を算出して風速を算出し、算出した風速とアンテナ部３０の走査方向とに基づき風向を算出する風情報演算部５３を備える。
【００２１】
距離計測部６０は、パルスレーザを送信および光を受信したタイミングから、送信されたパルスレーザが計測対象に到達して光アンテナ部３０に戻るのに要した飛行時間を算出するＴＯＦ（Ｔｉｍｅ  Ｏｆ  Ｆｌｉｇｈｔ）計測部６１、およびＴＯＦ計測部６１が算出した飛行時間から、レーザレーダ装置１から計測対象までの距離を算出し、算出した距離の情報と光アンテナ部３０の走査方向の情報とから計測対象の三次元座標情報を算出する距離情報演算部６２を備える。
【００２２】
制御部７０は、上位装置８０と通信し、光送信部１０、光アンテナ部３０等のレーザレーダ装置１の各構成部の制御パラメータを調整したり、各構成部に関するデータまたはレーザレーダ装置１が算出した計測情報を上位装置８０に出力する。
図１において、各構成部間を結ぶ実線は、風情報や距離情報の算出で実際に使用される送受信光や受信信号等に関する情報、または算出した計測情報を示し、制御部７０と各構成部とを結ぶ破線は、両者間でやり取りする各構成部の制御に関する情報を示し、制御部７０と上位装置８０とを結ぶ一点鎖線は、レーダレーザ装置１が算出した計測情報およびレーザレーダ装置１の制御に関する情報を示す。
【００２３】
次に、レーザレーダ装置１の動作を説明する。
［送信時の動作］
光源１１がレーザ光を出力すると、当該レーザ光は光スプリッタ１４で２分岐され、一方はパルス変調部１２に、他方は光カプラ４１に入力される。
パルス変調部１２は、入力されたレーザ光の光周波数ｆ０を所定の周波数分シフトさせて周波数ｆ１にし、制御部７０から入力されるパルストリガに同期してレーザ光をパルス状に変調する。
光増幅部１３は、パルス変調されたレーザ光を、制御部７０によって設定されたレーザ出力レベルまで光増幅して出力する。
【００２４】
光増幅部１３が出力したパルスレーザは、光サーキュレータ２０を経由して光アンテナ部３０に入力される。
光アンテナ部３０では、入力されたパルスレーザが、送受光学系３１によって所望のビーム径およびビーム拡がり角に調整され、スキャナ３２によってレーザ走査される。
また、制御部７０は、パルスレーザの送信タイミングを光アンテナ部３０から取り込む。
【００２５】
［受信時の動作］
光アンテナ部３０から外部に出力されたレーザ光は、外部空間中を漂うエアロゾル等の粒子状物質やハードターゲットによって反射される。この反射光は、スキャナ３２によって受信され、受信光として送受光学系３１に入力される。
なお、送受光学系３１の受信視野の調整およびスキャナ３２の駆動制御等は、パルスレーザ送信時同様、制御部７０から受信した制御信号に基づき実施される。
【００２６】
送受信光学系３１に入力された受信光は、光サーキュレータ２０を経由して光カプラ４１に入力される。
光カプラ４１は、光スプリッタ１４で分岐された光源１１からのレーザ光と、光サーキュレータ２０から送られてきた受信光とを合波し、高周波から低周波に変換、即ちダウンコンバージョン処理した後に受光処理部４２に出力する。
【００２７】
受光処理部４２は、ゲートを開放すべき旨の信号、即ちゲート開放信号を制御部７０から受信すると、光カプラ４１と受光処理部４２との間のゲートを開放して光カプラ４１からの受信光を取得する。
なお、制御部７０は、パルスレーザの送信タイミングを光アンテナ部３０から取得しており、このパルスレーザの送信タイミングに対して所定の遅延時間を与えたタイミングでゲート開放信号を受光処理部４２に送信する。
これにより、受光処理部４２は、パルスレーザの送信タイミングから所定の時間だけ遅延して受信光を取り込むことになるが、ゲート開放の遅延操作は、前述のように、制御部７０がパルスレーザの送信タイミングから所定の遅延時間を経過してからゲート開放信号を送信する構成でも良いし、制御部７０が受光処理部４２に遅延時間の情報を付加したゲート開放信号を送信し、受光処理部４２が当該ゲート開放信号を受信した後にこの命令信号に付加された遅延時間だけ待ってからゲートを開放する構成にしても良い。
【００２８】
受光処理部４２は、次に、光カプラ４１から取り込んだ受信光を所望の増倍度で電気信号に変換する。なお、増倍度は、制御部７０によって調整される。
この光電変換された受信信号は、２つに分岐して風計測部５０および距離計測部６０に入力され、風計測部５０では風情報の算出に、距離計測部６０では計測対象までの距離や形状等の距離情報の算出に使用される。
【００２９】
［風計測部５０による風情報算出処理］
次に、風計測部５０による風情報の算出処理について説明する。
前述の通り、風計測部５０には、受光処理部４２からの受信信号が入力されている。
制御部７０が、ＡＤ変換を開始すべき旨の信号、即ちＡＤ変換開始信号をパルスレーザの送信タイミングに対して所定の遅延時間を与えたタイミングでＡＤ変換部５１に送信すると、ＡＤ変換部５１は、制御部７０から受信したＡＤ変換開始信号に基づき、受信信号のＡＤ変換を開始して、変換したデジタル受信信号をＦＦＴ処理部５２に出力する。
ＡＤ変換部５１は、ＡＤ変換を開始してから所定の時間が経過した後にＡＤ変換を終了し、次のＡＤ変換開始信号が制御部７０から入力されるのを待つ。
【００３０】
図２は、ＦＦＴ処理部５２におけるＦＦＴ処理を説明するための図である。
ＦＦＴ処理部５２は、最初に、ＡＤ変換部５１から入力された受信データ群を所定のレンジビンごとに分割する。
図２の（ａ）は、ＡＤ変換部５１から入力されたアナログの受信信号の信号強度Ｉ（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を時系列に示したものであり、この受信信号を所定のレンジビンごとに分割した様子を示す。
【００３１】
受信信号には、ハードターゲットからの反射光およびソフトターゲットからの反射光が混在している。
エアロゾルなどのソフトターゲットは大気中に広く存在しているため、受信信号全域に渡ってソフトターゲットからの反射波が含まれ、図２（ａ）において一点鎖線の四角で囲んだ領域Ｓのように、ある程度の信号強度が常に現れている。
他方で、パルスレーザの送信経路上にハードターゲットが存在する場合、ハードターゲットからの反射波の受信強度は、ソフトターゲットの受信強度よりも高くなる。図２（ａ）において二点鎖線の四角で囲んだ領域Ｈの信号強度Ｉは、ハードターゲットからの反射波を示す。
図２（ａ）のように、ＦＦＴ処理部５２が受信データを所定のレンジビンごとに分割すると、レンジビンによっては、ソフトターゲットからの反射波に関する受信信号のみを含んだり、ハードターゲットおよびソフトターゲットからの反射波の両者に関する受信信号を含んだりすることになる。
【００３２】
ＦＦＴ処理部５２は、次に、分割したレンジビンごとにＦＦＴを行う。
図２（ｂ）は、あるレンジビンにおける周波数スペクトルであり、レンジビンにおける受信信号についてＦＦＴ処理を行って周波数ごとの強度を示したものである。
ＦＦＴ処理部５２は、分割したレンジビンごとに、図２（ｂ）のように周波数スペクトルとスペクトルのピーク周波数ｆｒを求める。
【００３３】
風情報演算部５３は、ＦＦＴ処理部５２によってＦＦＴ処理されたデータに対し、背景光やシステム雑音の影響を考慮した信号処理を行って、最大強度の周波数成分ｆｒを抽出し、ドップラー周波数成分ｆｄを算出する。
図３は、風情報演算部５３におけるドップラー周波数成分ｆｄの算出を説明するための図であって、図３（ａ）は、反射光がドップラーシフトを受けていない場合の周波数ｆ１とその強度を示したものであり、図３（ｂ）は、反射光がドップラーシフトを受けている場合の最大強度の周波数成分ｆｒとその強度を示したものである。
【００３４】
ドップラーシフトを受けていない周波数ｆ１が既知であれば、ＦＦＴ処理で得られた最大強度の周波数成分ｆｒとドップラーシフトを受けていない周波数ｆ１との差分を算出することにより、ドップラー周波数成分ｆｄを得ることができる。
【００３５】
また、ドップラー周波数成分ｆｄと風速Ｖとは、式（１）の関係があり、風情報演算部５３は、式（１）に基づき風速Ｖを算出する。
なお、式（１）において、ｃは光速、ｆ０はドップラーシフトを受けていない場合、即ち元の周波数を示す。
【００３６】
【数１】
2015108557.tif 000003
【００３７】
また、風情報演算部５３は、各パルスレーザの送信方向に対して前述のように算出された風速データを用いて風向を算出する。風向の演算方法の一例として、ＶＡＤ（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ  Ａｚｉｍｕｔｈ  Ｄｉｓｐｌａｙ）法が挙げられる。
【００３８】
［距離計測部６０による距離情報算出処理］
次に、距離計測部６０による、レーザレーダ装置１から計測対象までの距離や計測対象の形状等の距離情報の算出処理について説明する。
制御部７０が、時間計測を開始すべき旨の信号、即ち時間計測開始信号をパルスレーザの送信タイミングに対して所定の遅延時間を与えたタイミングでＴＯＦ計測部６１に送信すると、ＴＯＦ計測部６１は、時間計測を開始するとともに、所定の閾値以上の強度を有する受信信号の検出を開始し、検出した受信信号に関して飛行時間の計測を行い、得られた飛行時間の情報を距離情報演算部６２に出力する。
【００３９】
ＴＯＦ計測部６１が受信信号の飛行時間の計測を実現する方法として、ＴＡＣ（Ｔｉｍｅ  ｔｏ  Ａｎａｌｏｇ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路を用いる方法や、ＴＤＣ（Ｔｉｍｅ  ｔｏ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）回路を用いる方法等がある。
ＴＡＣ回路は、時間計測開始信号の立上りもしくは立下り、または立上りと立下りの両方を用いて時間計測開始信号の入力を検知して、この検知のタイミングから内部コンデンサに充電を行い、閾値以上の強度を有する受信信号の立上りもしくは立下り、または立上りおよび立下りの両方を用いて受信信号の入力を検知して、この検知のタイミングで充電を停止し、その時点の充電電圧値から時間情報を換算するものである。
また、ＴＤＣ回路は、時間計測開始信号をゲートアレイに通過させ、閾値以上の強度を有する受信信号の立上りもしくは立下り、または立上りおよび立下りの両方を用いて受信信号の入力を検知したタイミングまでに時間計測開始信号が通過したゲート数から時間情報を得るものである。
【００４０】
距離情報演算部１８は、ＴＯＦ計測部６１から入力された飛行時間に関する時間情報ｔに基づき、式（２）を用いて、レーザレーダ装置１から計測対象までの距離情報Ｒを算出する。
なお、式（２）において、ｃは光速、およびｎはレーザレーダ装置１から計測対象までの間の媒質の屈折率を示す。
【００４１】
【数２】
2015108557.tif 000004
【００４２】
また、距離情報演算部１８は、光アンテナ部３０が受信した反射光の飛来方向に関する情報と、式（２）で算出した距離情報とに基づき、計測対象の形状も求めることができる。
例えば、反射光の飛来方向に関する情報として、反射光を受信したときのスキャナ３２のスキャン方向に関する２次元の座標と、反射光を受信した際に式（２）で算出した距離の情報とを、反射光の受信ごとに収集すれば、計測対象の３次元情報を求めることができ、計測対象の形状に関する情報も得ることができる。
【００４３】
［風情報および距離情報の処理］
風計測部５０が算出した風情報、および距離計測部６０が算出した距離または計測対象の形状に関する距離情報は制御部７０に出力され、制御部７０はこれらの計測情報を上位装置８０に送信する。この計測情報が上位装置８０に接続する表示部に表示されることで、監視者が計測対象の状況を確認することができる。
【００４４】
以上の通り、この実施の形態１に係るレーザレーダ装置１では、光受信部４０の受光処理部４２が出力した受信信号を、２分岐して風計測部５０および距離計測部６０の両方に入力し、風計測部５０および距離計測部６０のそれぞれが独立して、入力された受信信号を用いて風情報または距離情報を算出する。
これにより、風計測を行う際に必要なＦＦＴ演算処理と、距離情報の計測を行う際に必要なＴＯＦ計測処理とにおいて、レンジビンの間隔を別々に設定できるため、風情報の計測の精度と距離情報の計測の精度とが互いに影響を与えずに、風計測と距離計測とを両立させることができる。
【００４５】
実施の形態１に係るレーザレーダ装置１の適用例として、海上に離着水する航空機が挙げられる。このような航空機は、海面付近の風の状況と海上の波浪とが離着水に安全な環境かどうか判断する必要がある。
従来のレーザレーダ装置では、前述の通り、距離の分解能の精度を高めると、速度の分解能が低くなり、風向や風速等の風情報の計測精度が低くなるという問題があった。しかし、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１を用いれば、海面付近の風速や風向等の風情報の計測処理と、海面の波高の形状の計測処理（例えば数ｃｍから数ｍレベルの分解能）とが独立しているため、風情報の計測精度および距離情報の計測精度のいずれも確保することができ、航空機の離着陸のための判断材料を豊富に得ることができる。
【００４６】
実施の形態２．
実施の形態１では、受光処理部４２が光電変換した受信信号を風計測部５０および距離計測部６０に入力する構成であったが、この実施の形態２では、特定の受信信号だけを風計測部５０および距離計測部６０に入力させたり、距離情報の精度を調整したりする場合について説明する。
なお、実施の形態１におけるレーザレーダ装置１と同様の構成および処理については説明を省略し、以降、実施の形態１と異なる構成および処理について説明する。
【００４７】
図４は、本発明の実施の形態２におけるレーザレーダ装置１の構成図であり、実施の形態１におけるレーザレーダ装置１の光受信部４０に受信信号峻別部４３を加えたものである。
図４の光受信部４０において、受光処理部４２が光電変換した受信信号が受信信号峻別部４３に入力され、受信信号峻別部４３は、制御部７０から設定された受信信号選別用のパラメータに基づき、入力された受信信号から特定の受信信号のみを選別して出力する。
また、受信信号峻別部４３は、特定の受信信号を検出した場合には、受信信号を検出した旨を示す信号、即ち検知信号を制御部７０に出力する。
さらに、受信信号峻別部４３は、制御部７０からの指令に基づき受信信号の出力先の切り替え、例えば受信信号を風計測部５０および距離計測部６０に出力するか、風計測部５０または距離計測部６０のいずれかに出力するかの切り替えを行う。
【００４８】
受信信号選別用のパラメータは、計測対象となるハードターゲットの情報が既知であるか否かで設定方法が異なり、実施の形態２では、計測対象の情報が既知であって上位装置８０が当該計測対象の情報を制御部７０に設定する場合と、計測対象の情報が不明である場合とについて説明する。
【００４９】
［ハードターゲットの情報が既知である場合］
最初に、計測対象の情報が既知である場合について、図４および図５を用いて説明する。
図５は、計測対象の特性情報が予め分かっている場合であって、距離計測の精度を変更する処理を示すフローチャートである。
【００５０】
上位装置８０は、計測に当たっての事前情報を制御部７０に設定する（Ｓ１０１）。事前情報は、計測対象であるハードターゲットについてのレーザレーダ装置１からの大まかな距離もしくは反射率・光拡散率などの光特性、または天候条件やレーザレーダ装置１の高度等の運用環境に関する情報である。
【００５１】
制御部７０は、上位装置８０から設定された事前情報と予め記憶しているレーザレーダ装置１のシステム制御のための制御パラメータとに基づき、受信信号を選別するための受信信号選別用のパラメータを算出し、受信信号峻別部４３に設定する（Ｓ１０２）。
受信信号峻別部４３は、設定された受信信号選別用のパラメータに基づき、受光処理部４２からの受信信号を処理する。ここでは、受信信号選別用のパラメータは、受光処理部４２からの受信信号の電圧値に関する下限の閾値とする。この場合、受信信号峻別部４３は、受光処理部４２からの受信信号の電圧値が当該閾値より小さい場合には所望の受信信号を受信したと見なさず、受信信号の電圧値が当該閾値以上の場合には所望の信号を受信したと判断する。これにより、雑音レベルの受信信号を受信信号群から排除して、これ以降の風計測部５０および距離計測部６０における各情報の精度を高めるとともに、算出負荷を抑制することができる。
【００５２】
次に、レーザレーダ装置１は計測を開始する（Ｓ１０３）。パルスレーザ送信時の動作、および反射光受信時における受光処理部４２の光電変換処理までは実施の形態１と同様である。
【００５３】
受信信号峻別回路４３は、受講処理部４２から受信信号が入力されると、受信信号の電圧値が、受信信号選別用のパラメータとして設定された下限の閾値と比較し（Ｓ１０４）、受信信号の電圧値が閾値以上である場合には（Ｓ１０４のＹ）、所望の受信信号を検知したと判断して、制御部７０に検知信号を送信して、受信信号を検知した旨を通知する（Ｓ１０５）。
また、受信信号峻別部４３からの検知信号を受信した制御部７０は、計測対象を検知したと見なして、上位装置８０に、計測対象を検知した旨および距離または形状等の距離情報の計測の精度を向上させる必要があるか否かを問い合わせる。
【００５４】
ステップＳ１０４にて受信信号峻別回路４３が閾値以上と判断した受信信号が複数ある場合は、検出された受信信号群のうち、最新のデータである最後の受信信号をハードターゲットからの信号を見なす。なお、受信信号群のうち、最初の受信信号をハードターゲットからの信号としても良い。
【００５５】
また、ステップＳ１０４にて、受信信号峻別回路４３が、所定時間経過しても閾値以上の電圧値を有する受信信号を検知しない場合（Ｓ１０４のＮ）、受信信号峻別回路４３からの検知信号を受信しない制御部７０は、計測対象を検知しない旨、または事前情報等を再設定すべき旨を示す警告メッセージを上位装置８０に送信する（Ｓ１０６）。
【００５６】
警告メッセージを受信した上位装置８０が、事前情報を制御部７０に再設定すれば（Ｓ１０１）、制御部７０が受信信号峻別回路４３に受信信号選別用のパラメータを再設定し（Ｓ１０２）、レーザレーダ装置１が計測を再開し（Ｓ１０３）、受信信号峻別回路４３は、新たに設定されたパラメータで受信信号の判別処理を行う（Ｓ１０４）。
【００５７】
なお、ここでは受信信号選別用パラメータを受信信号の電圧値の下限の閾値としたが、受信信号選別用のパラメータを受信信号の電圧値の上限の閾値とするとともに、受信信号峻別部４３は、受光処理部４２からの受信信号の電圧値が当該上限値以下の場合には、所望の信号を受信したと判断するような構成にしても良い。この場合、計測対象よりもレーダレーザ装置１に近い他の物体から反射された受信信号を排除することになり、計測対象外からの影響を受けることなく、これ以降の風計測部５０および距離計測部６０における各情報の精度を高めるとともに、算出負荷を抑制することができる。
また、受信信号選別用のパラメータを、前述の電圧値の上限値や下限値などの一つの値ではなく、受信信号の電圧値の範囲を示すものとするとともに、受信信号峻別部４３は、受光処理部４２からの受信信号の電圧値が所定の範囲内に含まれる場合には、所望の信号を受信したと判断するような構成にしても良い。この場合には、前述のように、下限値を設けて雑音を排除するとともに、上限値を設けて計測対象外でレーダレーザ装置１の近くの物体からの影響を排除することができる。
【００５８】
Ｓ１０５の受信信号峻別回路４３が受信信号を検知した旨を制御部７０に通知した場合の処理に戻る。制御部７０が上位装置８０に対して距離情報の計測の精度の向上が必要か否か問い合わせた結果、距離情報の計測の精度を向上させる必要がある場合（Ｓ１０７のＹ）、上位装置８０は、制御部７０に対して、距離情報の計測精度に関する情報を設定する（Ｓ１０８）。
【００５９】
制御部７０は、距離情報の計測に関する新たな精度に基づき、光送信部１０における送信レーザのパルス幅およびパルスピーク値等の送信レーザのパラメータを算出する（Ｓ１０９）。
【００６０】
また、制御部７０は、Ｓ１０９で新たに算出したレーザパラメータが、風計測部５０による風情報算出の精度の下限値を確保しているか否かを判定する（Ｓ１１０）。
新たなレーザパラメータが風情報算出の精度の下限値を確保している場合（Ｓ１１０のＹ）、制御部７０は、この新たなレーザパラメータを光送信部１０に設定し（Ｓ１１１）、光送信部１０は、設定された新たなレーザパラメータでレーザパルスを出力し、レーザレーダ装置１は計測を実施する（Ｓ１１２）。
【００６１】
新たなレーザパラメータが風情報算出の精度の下限値を確保していない場合（Ｓ１１０のＮ）、制御部７０は、上位装置８０に対して、新たなレーザパラメータが風情報算出の精度の下限値を下回っていても、新たなレーザパラメータで計測を実施するか、言い換えれば、風情報の計測の精度が低くなっても距離情報の計測の精度を優先するか否かを問い合わせる（Ｓ１１３）。
【００６２】
上位装置８０からの応答が、風情報の計測よりも距離情報の計測を優先するものである場合（Ｓ１１４のＹ）、制御部７０は、この新たなレーザパラメータを光送信部１０に設定する（Ｓ１１２）。また、制御部７０は、距離情報の計測のみを行うために、受信信号峻別部４３に対して、受光処理部４２からの受信信号を距離計測部６０のＴＯＦ算出部６１のみに出力させ、風計測部５０内のＡＤ変換部５１およびＦＦＴ処理部５２の動作を停止させて、風情報演算部５３のこれまでの算出結果を上位装置８０に提示させる。このようにすれば、風計測部５０による精度の低い風情報の算出を行わず、距離情報の計測のみ実施させて、レーザレーダ装置１全体の算出負荷を抑制させることができる。
【００６３】
なお、上位装置８０からの応答が、風情報の計測よりも距離情報の計測を優先するものであっても（Ｓ１１４のＹ）、受信信号峻別部４３は、実施の形態１と同様、受光処理部４２からの受信信号を、風計測部５０のＡＤ変換部５１および距離計測部６０のＴＯＦ算出部６１の両方に出力するようにして、風計測部５０の風情報算出結果を、参考情報として上位装置８０に出力しても良い。
【００６４】
また、上位装置８０からの応答が距離情報の計測を優先しないものである場合（Ｓ１１４のＮ）、制御部７０は、風情報算出精度の下限値を確保するレーザパラメータを再度算出して光送信部１０に設定し（Ｓ１１５）、計測を実施する（Ｓ１１２）。
【００６５】
制御部７０は、計測開始（Ｓ１０３）から所定時間経過するまでか、上位装置８０から終了の指示を受信するまでか、受信信号を検知しなくなるまで、例えば受信信号を検知しない時間が所定時間以上継続するまで、距離・形状計測の精度を変更させての計測を継続し（Ｓ１１６のＮ）、計測を継続する必要がなくなったり、前述の継続の条件に当てはまらなくなった場合には（Ｓ１１６のＹ）、計測を終了する。
【００６６】
［ハードターゲットの情報が未知である場合］
次に、計測対象の情報が不明である場合について、図４および図６を用いて説明する。この場合、計測を開始する際に、上位装置８０が、受信信号峻別回路４３が受信信号を検出するための閾値等を暫定的に設定する。
図６は、計測対象の特性情報が不明の場合であって、距離計測の精度を変更する処理を示すフローチャートである。
【００６７】
図５では、上位装置８０が、ハードターゲットに関する事前情報を制御部７０に設定すれば（図５のＳ１０１）、制御部７０が、受信信号選別用のパラメータ（閾値）を算出して、受信信号峻別部４３に設定していた（図５のＳ１０２）。
図６では、ハードターゲットに関する事前情報が不明であるため、上位装置８０は、受信信号選別用のパラメータを暫定的に決定して、制御部７０を介して受信信号峻別部４３に設定する（Ｓ２０１）。
【００６８】
次に、レーザレーダ装置１は計測を開始する（Ｓ２０２）。パルスレーザ送信時の動作、および反射光受信時における受光処理部４２の光電変換処理までは実施の形態１と同様である。
【００６９】
受信信号峻別回路４３は、光電変換された受信信号が入力されると、受信信号の電圧値が、受信信号選別用のパラメータとして暫定的に設定された閾値と比較し（Ｓ２０３）、受信信号の電圧値が当該閾値以上である場合には（Ｓ２０３のＹ）、所望の受信信号を検知したと判断して、制御部７０に検知信号を送信して、受信信号を検知した旨を通知する（Ｓ２０４）。
【００７０】
また、ステップＳ２０３にて、受信信号峻別回路４３が、所定時間経過しても閾値以上の電圧値を有する受信信号を検知しない場合（Ｓ２０３のＮ）、受信信号峻別回路４３からの検知信号を受信しない制御部７０は、計測対象を検知しない旨、または受信信号選別用のパラメータを再設定すべき旨を示す警告メッセージや警告信号を上位装置８０に送信する（Ｓ２０５）。
警告メッセージを受信した上位装置８０が、受信信号選別用のパラメータを制御部７０経由で受信信号峻別回路４３に再設定すれば（Ｓ２０１）、レーザレーダ装置１が計測を再開し（Ｓ２０２）、受信信号峻別回路４３は、新たに設定されたパラメータで受信信号の判別処理を行う（Ｓ２０３）。
【００７１】
また、制御部７０は、受信信号峻別回路４３からの検知信号（Ｓ２０４）の受信回数をカウントしており、所定時間内の受信回数が予め設定された基準の受信回数よりも小さいか否かを判定する（Ｓ２０６）。
所定時間内の受信回数が閾値よりも大きい場合には（Ｓ２０６のＮ）、ステップＳ２０３にて受信信号の電圧値と比較される閾値が低すぎるものとして、受信信号選別用のパラメータを再設定すべき旨を示す警告メッセージを上位装置８０に通知する（Ｓ２０５）。
【００７２】
所定時間内の受信信号検知信号の受信回数が閾値よりも小さい場合には（Ｓ２０６のＹ）、現在設定された閾値のままで処理を進める。
以降の距離情報の計測精度を向上させる処理については、図５のＳ１０７からＳ１１６までと同じである。
【００７３】
以上の通り、この実施の形態２に係るレーザレーダ装置１は、所望の受信信号の検出回路として受信信号峻別部４３を備え、受信信号峻別部４３および制御部７０によって、受信信号の検知状況によって受信信号選別用のパラメータ（閾値）の再設定を上位装置８０に促すので、所望の計測対象について、距離情報算出処理のために適切な受信信号のみを抽出することができる。
【００７４】
また、計測対象の情報が既知である場合には、制御部７０が、入力された計測対象の情報に基づき受信信号の検出のための閾値を自動で算出して受信信号峻別部に４３に設定するため、計測対象の情報を入力することで計測対象を適切に検出することができる。
また、計測対象の情報が未知であっても、上位装置８０が制御部７０に受信信号選別用のパラメータを暫定的に設定しておけば、制御部７０が受信信号の受信状況、例えば受信信号の検出頻度に基づいて閾値の再設定を上位装置８０に促すため、計測対象からの信号の受信精度を高めることができる。
【００７５】
さらに、距離情報の計測精度を高めるために送信レーザのパラメータを変更した場合、風情報の計測精度がどうなるかを算出した上で、距離情報算出の精度を高めるか否かの問合せを行い、その問合せの回答に応じて距離情報算出のためのパラメータ設定と距離情報等の計測処理を進めるので、風情報の算出精度を確保しながらも、距離情報の算出精度を向上させることができる。
また、距離情報の算出精度を高めるか否か、または風情報の算出精度を確保するか否か等について、上位装置８０からの応答に応じて距離情報算出処理を進めるので、上位装置８０の運用状況に応じて柔軟な計測装置を提供することができる。
【００７６】
実施の形態３．
実施の形態１では、受信信号を風計測部５０と距離計測部６０とのそれぞれで処理をすることで、風情報の算出処理と距離情報の算出処理とを別個に行っていたが、この実施の形態３では、ハードターゲット近傍の風計測のみを実施する場合について説明する。
なお、この実施の形態３において、実施の形態１または２に係るレーザレーダ装置１と同様の構成および処理については説明を省略し、以降、実施の形態１または２と異なる構成および処理を中心に説明するものとする。
【００７７】
図７は、本発明の実施の形態３におけるレーザレーダ装置１の受信信号峻別部４３の構成図であり、実施の形態２における受信信号峻別部４３について、ハードターゲットの近傍の風計測のみ実施するための構成を記載したものである。
受信信号峻別部４３は、受信判定部４３１、スイッチング回路４３２、および遅延回路４３３を備えるものであり、受光処理部４２から受信判定部４３１に入力された受信信号は、受信判定部４３１を通過した後、分岐して、一方はスイッチング回路４３２等を経由して風計測部５０に、他方は距離計測部６０に入力する。
【００７８】
受信判定部４３１は、受光処理部４２から入力された受信信号の電圧値が、予め設定された閾値以上であるか否かを判定し、受信信号の電圧値が当該閾値以上であると判断した場合には、閾値以上の電圧値を有する受信信号を受信した旨を制御部７０に出力する。
【００７９】
また、スイッチング回路４３２は、制御部７０からの切替信号に基づき、受信判定部４３１から入力された信号の出力先を風計測部５０に出力するか遅延回路４３３に出力するかを切り替え、遅延回路４３３は、制御部７０からの信号に基づき、スイッチング回路４３２からの入力信号を所定の時間だけ遅延させて出力する。
【００８０】
次に動作について説明する。
図８は、実施の形態３における距離計測対象であるハードターゲット周辺のみについて風計測を行う処理を説明するフローである。
【００８１】
レーザレーダ装置１の動作開始後、制御部７０は、上位装置８０から、ハードターゲットの周辺のみの風情報の算出処理を行うべき旨の指示がなければ（Ｓ３０１のＮ）、実施の形態１または２と同様の動作を継続する（Ｓ３０２）。
【００８２】
一方で、制御部７０は、上位装置８０から、ハードターゲットの周辺のみの風情報の算出処理を行うべき旨の指示を受けると（Ｓ３０１のＹ）、受信判定部４３１からスイッチング回路４３２に入力した受信信号が、上位装置８０から当該指示を受信するまでは風計測部５０に直接入力される経路であったものから、スイッチング回路４３２から遅延回路４３３に入力される経路に切り替えるための指示をする（Ｓ３０３）。その後、遅延回路４３３から出力された受信信号は風計測部５０に入力される。
【００８３】
また、制御部７０は、ハードターゲットの周辺についての風情報を計測するための計測範囲の定義付けのため、上位装置８０から風情報の計測の範囲を受け付け（Ｓ３０４）、入力された風情報の計測範囲の情報に基づき、遅延回路４３３の信号伝播遅延量Ｔｄｅｌａｙを算出して遅延回路４３３に設定する（Ｓ３０５）。
なお、制御部７０は、信号伝播遅延量Ｔｄｅｌａｙの算出のため、ＴＯＦ算出部６１が算出した受信信号の飛行時間から求めた計測対象までの距離に相当する時間量ＴＴＯＦ、およびＴＯＦ算出部６１におけるハードターゲットの検知処理時間ＴｄeｔをＴＯＦ算出部６１から受信し、さらに制御部７０が上位装置８０から受け付けた風情報の計測範囲に基づき対応する時間量Ｔｒａｎｇｅを求める。そして、これらＴＴＯＦ、Ｔｄeｔ、およびＴｒａｎｇｅと以下の式（３）を用いて信号伝播遅延量Ｔｄｅｌａｙを算出する。
【００８４】
【数３】
2015108557.tif 000005
【００８５】
その後、制御部７０は、計測を開始する（Ｓ３０６）。
このとき、制御部７０は、指定されたハードターゲット周辺範囲のみの風情報の算出処理をすべく、ＡＤ変換部５１によるＡＤ変換処理の動作するタイミングを生成して、生成したタイミングでＡＤ変換５１にＡＤ変換処理させる（Ｓ３０７）。具体的には以下の処理を行う。
【００８６】
図９は、ハードターゲットの周辺のみについて風計測を行う場合のアナログ信号処理を説明する図であり、ＡＤ変換処理部５１がハードターゲット周辺範囲のみで動作することを説明する図であり、図２（ａ）と同様、ＡＤ変換部５１から入力されたアナログの受信信号の信号強度Ｉ（Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）を時系列に示したものである。
図９において、一点鎖線の四角で囲んだ部分の信号強度Ｉは、点線の四角で囲んだ部分以外の信号強度Ｉよりも高く、ハードターゲットが存在することを示している。信号強度Ｉが高くなる時間帯よりも早い時間から当該時間帯より遅い時間までの信号強度Ｉを使用することで、ハードターゲット周辺の風情報を算出することができる。
【００８７】
制御部７０は、ＡＤ変換処理の開始タイミングＴｓｔａｒｔ、および終了タイミングＴｓｔｏｐを式（４）を用いて算出し、ＡＤ変換部５１に対して、算出した開始タイミングＴｓｔａｒｔから終了タイミングＴｓｔｏｐまで、受信信号のＡＤ変換処理を行わせる。
【００８８】
【数４】
2015108557.tif 000006
【００８９】
前述のように算出した所定のタイミングでＡＤ変換した後の処理は、実施の形態１と同じである。即ち、ＦＦＴ処理部５２および風情報演算部５３が動作して、所定のタイミングでＡＤ変換されたデジタル信号に基づき風情報を算出するとともに、受信信号が受信判定部４３１から入力された距離計測部６０ではハードターゲットの距離情報の算出処理を行う。そして、制御部７０が、風計測部５０が算出したハードターゲット周辺のみの風情報および距離計測部６０が算出した距離情報を上位装置８０に送信する（Ｓ３０８）。
ハードターゲット周辺のみの風情報算出処理は、所定時間が経過するか、上位装置８０からの処理終了指令を受信するまで継続する（Ｓ３０９）。
【００９０】
以上の通り、この実施の形態３に係るレーザレーダ装置１は、ハードターゲット周辺のみの受信信号のＡＤ変換を行って風情報の算出を行うので、ハードターゲットの周辺という最低限必要なエリアの風情報を計測しつつも、実施の形態１または２のように、取得した受信信号の全てをＡＤ変換するよりも、ＡＤ変換の動作時間や変換処理のための負荷を低減することができる。また、ＡＤ変換で必要としていた消費電力を抑制することもできる。さらにＡＤ変換したデータを保存するメモリ量も削減されるため、メモリ処理のための負荷も低減することができる。
【００９１】
実施の形態４．
実施の形態１から３では、風計測部５０が風情報を算出していたが、この実施の形態４では、距離計測部６０が、算出した距離情報に基づき風速を推定する場合について説明する。
なお、実施の形態１におけるレーザレーダ装置１と同様の構成および処理については説明を省略し、以降、実施の形態１と異なる構成および処理について説明するものとする。
【００９２】
図１０は、本発明の実施の形態４におけるレーザレーダ装置１の構成図であり、実施の形態１におけるレーザレーダ装置１の距離計測部６０に風情報推定部６３を加えたものである。
実施の形態４では、風情報推定部６３が、距離情報演算部６２が算出した地形の形状から、予め定義されている地形の形状情報と風速との関係に基づき、算出した形状付近の風速を求めるものである。
ここでは、実施の形態４として、実施の形態１のレーザレーダ装置１に風情報推定部６３を追加した構成について説明するが、実施の形態２または３におけるレーザレーダ装置１に風情報推定部６３を追加しても良い。
【００９３】
実施の形態１と同様、受光処理部４２によって光電変換された受信信号は距離計測部６０に入力され、距離計測部６０は、ＴＯＦ計測部６１および距離情報演算部６２を用いて距離情報を算出する。距離情報演算部６２は、計測対象である計測エリアの地形の三次元座標から地形の形状情報を算出すると、風情報推定部６３に出力する。
【００９４】
この実施の形態４では、制御部７０、距離計測部６０または風情報推定部６３が、地形の形状と風速との関係に関するデータベースや関係式を記憶している。
風情報推定部６３は、距離情報演算部６２が算出した前述の地形情報から、風速の推定に必要な特徴量を抽出し、予め定義されていた地形の形状情報と風速との関係に基づき、当該エリアの風速値を求める。
【００９５】
この風速推定の関係式として、例えばＰｉｅｒｓｏｎ−Ｍｏｓｋｏｗｉｔｚ型スペクトルから算出される関係式がある。具体的には、海面をターゲットとして計測してその波高を把握している場合、有義波高と風速の関係が、式（５）として定義されることが知られている（Ｒ．Ｓｔｅｗａｒｔ著「Ｉｎｔｒｏｄｕｃｔｉｏｎ  ｔｏ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｏｃｅａｎｏｇｒａｐｈｙ」参照）。
【００９６】
【数５】
2015108557.tif 000007
【００９７】
式（５）において、Ｈは有義波高、ｇは重力加速度、Ｕ１９．５とＵ１０はそれぞれ高度１９．５ｍ、１０ｍの風速であり、この式（５）を用いて、算出した地形情報付近の風速を求めることができる。
【００９８】
また、風情報推定部６３は、算出した風速の推定情報に加えて、風情報演算部５３が行ったように、ＶＡＤ法を用いて風向も算出しても良い。
風情報を推定して算出した風情報推定部６３は、推定した風速や風向等の風情報を制御部７０に出力する。これにより、制御部７０は、風計測部５０が算出した風情報に加え、風速推定部６３が推定した風情報も受信することになる。
【００９９】
エアロゾル等の粒子状物質のエコーが弱く、風計測部５０が算出した風速値が十分な計測精度でなかった場合、制御部７０は、風計測部５０が算出した風速等の風情報の代わりに、風情報推定部６３が算出した風情報を上位装置８０に提供することで、風情報の計測精度を向上させることができる。
【０１００】
また、制御部７０は、風情報推定部６３から入手した風速等の推定風情報を収集し、これらの推定風情報に基づき、レーザレーダ装置１のシステムパラメータの変更の必要があるか否かの判断を行ったり、システムパラメータの設定を行っても良い。
【０１０１】
以上のように、実施の形態４によれば、エアロゾル等からのエコーが弱いために風計測部５０による風計測が困難な状況においても、形状から推測した風情報を提供することができる。
【０１０２】
また、風計測部５０が風情報を算出できる場合でも、風計測部５０がＡＤ変換してＦＦＴ処理した結果から風情報を演算するのに時間を要するので、風計測部５０が風情報を演算する間に、推定した風速情報を用いて次の計測におけるシステムパラメータを設定することが可能となり、運用時間の効率化を図ることができる。
【０１０３】
また、レーザレーダ装置１とターゲットとの距離が近距離になった場合で十分な演算精度のレンジビンが設定できず、風情報が十分な精度で算出できないような状況でも、それらの代替情報として風速値を上位装置８０へ提供でき、計測状況に影響されず計測対象の距離情報の計測と風計測とを両立させることが可能となる。
【０１０４】
前述の実施の形態１から４において、光送信部１０、光アンテナ部３０、光受信部４０、風計測部５０、距離計測部６０等、更には光源１１、パルス変調器１２等、レーザレーダ装置１の各構成部の処理や制御方法は、デジタル信号処理回路で実現しても良いし、マイクロコンピュータ等に実行させるソフトウェア処理によって実現しても良い。
【符号の説明】
【０１０５】
１  レーザレーダ装置、１０  光送信部、３０  光アンテナ部、４０  光受信部、５０  風算出部、６０  位置算出部、７０  制御部
【図１】
2015108557.tif 000008
【図２】
2015108557.tif 000009
【図３】
2015108557.tif 000010
【図４】
2015108557.tif 000011
【図５】
2015108557.tif 000012
【図６】
2015108557.tif 000013
【図７】
2015108557.tif 000014
【図８】
2015108557.tif 000015
【図９】
2015108557.tif 000016
【図１０】
2015108557.tif 000017