(57)【要約】  レーザ光を出力する出力部（光源１及びパルス変調器３）と、出力部により出力されたレーザ光を大気中に照射し、当該レーザ光に対する散乱光を受光する送受信部（光アンテナ６）と、レーザ光及び送受信部を介して得られた光に対してヘテロダイン検波を行い、受信信号を得る受信信号取得部（光受信機８、Ａ／Ｄ変換器９及びＦＦＴ装置１０）と、送受信部を制御する制御部（光スイッチ５）と、レーザ光が出力されつつも大気中には照射しないように制御された場合に得られた受信信号を雑音信号として記憶する記憶部（雑音スペクトル記憶部１１１）と、レーザ光を大気中に照射するよう制御された場合に得られた受信信号から雑音信号を差分する周波数差分部（周波数差分部１１２）と、差分結果に基づき風速値を計測する風速計測部（周波数シフト解析装置１２及び風速演算装置１３）とを備えた。
2015052839.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザ光を出力する出力部と、
前記出力部により出力されたレーザ光を大気中に照射し、当該レーザ光に対する散乱光を受光する送受信部と、
前記出力部により出力されたレーザ光及び前記送受信部を介して得られた光に対してヘテロダイン検波を行い、受信信号を得る受信信号取得部と、
前記送受信部を制御する制御部と、
前記制御部によりレーザ光が出力されつつも大気中には照射しないよう制御された場合において前記受信信号取得部により得られた受信信号を、雑音信号として記憶する記憶部と、
前記制御部によりレーザ光を大気中に照射するよう制御された場合において前記受信信号取得部により得られた受信信号から、前記記憶部に記憶された雑音信号を、周波数領域で差分する周波数差分部と、
前記周波数差分部による差分結果に基づいて、風速値を計測する風速計測部と
を備えた風計測ライダ装置。
【請求項２】
前記制御部によりレーザ光が出力されつつも大気中には照射しないよう制御された場合において前記受信信号取得部により得られた受信信号を距離値原点として校正する距離原点校正部を備え、
前記風速計測部は、前記距離原点校正部により校正された距離値原点に対する風速値を計測する
ことを特徴とする請求項１記載の風計測ライダ装置。
【請求項３】
前記制御部によりレーザ光が出力されつつも大気中には照射しないよう制御された場合において前記受信信号取得部により得られた受信信号から、当該レーザ光の送信パワー及びスペクトルをモニタし、異常検出又は当該レーザ光による受信信号の有効性を判断する異常検出部を備えた
ことを特徴とする請求項１記載の風計測ライダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、レーザ光発振時の雑音を正確に計測することができる風計測ライダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般的な風計測ライダ装置では、まず、ローカル光と呼ばれる単一周波数の連続波光（レーザ光）を大気中に照射して、エアロゾルからの散乱光を受光する。そして、レーザ光と散乱光とのヘテロダイン検波により受信信号を得る。そして、その受信信号に対してＦＦＴ処理を行うことで、そのピーク周波数から、エアロゾルの移動によって生じる周波数シフト量を求める。そして、この周波数シフト量から、レーザ照射方向の風速（風速場の乱れ度合い）を計測する。このとき、レーザ光のパワー変動や、ヘテロダイン検波を行う光受信機の温度変動による利得変化により、周波数シフト解析時の雑音スペクトルのレベルが変動する。それに対し、例えば特許文献１には雑音オフセットの除去方法が記載されている。【０００３】
この特許文献１に開示された風計測ライダ装置では、予め、レーザ光を照射しない状態で得られた信号スペクトルを雑音スペクトルとして記憶している。そして、レーザ光を照射した状態で得られた信号スペクトルから、上記雑音スペクトルを周波数差分し、さらにオフセット補正を実施することにより、当該信号スペクトルの周波数ピーク位置を検出し、周波数シフト量を求めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−１６２６７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に開示された風計測ライダ装置の雑音スペクトルは、レーザ光を照射しない状態で計測を行っている。そのため、近距離の雑音スペクトルに対してレーザ光によるショット雑音の効果が含まれておらず、差分誤差やオフセット誤差が生じるという課題がある。【０００６】
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、レーザ光によるショット雑音の効果を含んだ雑音補正を実施することができ、補正誤差なく風速計測を実施できる風計測ライダ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る風計測ライダ装置は、レーザ光を出力する出力部と、出力部により出力されたレーザ光を大気中に照射し、当該レーザ光に対する散乱光を受光する送受信部と、出力部により出力されたレーザ光及び送受信部を介して得られた光に対してヘテロダイン検波を行い、受信信号を得る受信信号取得部と、送受信部を制御する制御部と、制御部によりレーザ光が出力されつつも大気中には照射しないよう制御された場合において受信信号取得部により得られた受信信号を、雑音信号として記憶する記憶部と、制御部によりレーザ光を大気中に照射するよう制御された場合において受信信号取得部により得られた受信信号から、記憶部に記憶された雑音信号を、周波数領域で差分する周波数差分部と、周波数差分部による差分結果に基づいて、風速値を計測する風速計測部とを備えたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、上記のように構成したので、レーザ光によるショット雑音の効果を含んだ雑音補正を実施することができ、補正誤差なく風速計測を実施できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る風計測ライダ装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る風計測ライダ装置による動作を示す図であり、（ａ）遠距離での雑音スペクトルを示す図であり、（ｂ）近距離での雑音スペクトルを示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る風計測ライダ装置による動作を示す図であり、（ａ）遠距離での各スペクトルを示す図であり、（ｂ）近距離での各スペクトルを示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る風計測ライダ装置の別の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る風計測ライダ装置の別の構成を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る風計測ライダ装置の構成を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態２に係る風計測ライダ装置による動作を示す図であり、（ａ）レーザ光を大気中に照射したときの受信信号を示す図であり、（ｂ）レーザ光を出力しつつも大気中には照射しないときの受信信号を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態３に係る風計測ライダ装置の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態３に係る風計測ライダ装置による動作を示す図であり、（ａ）雑音補正後の出力端面からの受信スペクトルを示す図であり、（ｂ）スペクトル幅の確認手法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１に係る風計測ライダ装置の構成を示す図である。
風計測ライダ装置は、図１に示すように、光源１、光分配機２、パルス変調器３、光サーキュレータ４、光スイッチ５、複数の光アンテナ６、光カプラ７、光受信機８、アナログ−ディジタル変換器（以下、Ａ／Ｄ変換器と称す）９、高速フーリエ解析装置（以下、ＦＦＴ装置と称す）１０、雑音スペクトル差分装置１１、周波数シフト解析装置１２及び風速演算装置１３から構成されている。
【００１１】
なお図１において、光源１と光分配機２との間、光分配機２とパルス変調器３との間、光分配機２と光カプラ７との間、パルス変調器３と光サーキュレータ４との間、光サーキュレータ４と光スイッチ５との間、光スイッチ５と各光アンテナ６との間、光サーキュレータ４と光カプラ７との間、光カプラ７と光受信機８との間は、光ファイバケーブルのような光回線により接続されている。
また、光受信機８とＡ／Ｄ変換器９との間、Ａ／Ｄ変換器９とＦＦＴ装置１０との間、ＦＦＴ装置１０と雑音スペクトル差分装置１１との間、雑音スペクトル差分装置１１と周波数シフト解析装置１２との間、周波数シフト解析装置１２と風速演算装置１３との間は、電気信号ケーブルのような電気回路により接続されている。
【００１２】
光源１は、単一周波数からなる連続波光（レーザ光）を出力するものである。この光源１によるレーザ光は光分配機２に出力される。
光分配機２は、光源１からのレーザ光を２分配するものである。この光分配機２により２分配されたレーザ光は、一方がパルス変調器３に出力され、もう一方が光カプラ７に出力される。
【００１３】
パルス変調器３は、光分配機２からのレーザ光に対して、所定の周波数シフトを与え、さらにパルス変調をかける（所定のパルス幅と繰り返し周期からなる変調信号によりパルス化する）ものである。このパルス変調器３によりパルス変調されたレーザ光は光サーキュレータ４に出力される。
【００１４】
光サーキュレータ４は、光の入力元に応じて出力先を切替えるものである。この光サーキュレータ４は、パルス変調器３からのレーザ光は光スイッチ５に出力し、光スイッチ５側からの光は光カプラ７に出力する。
【００１５】
光スイッチ５は、各光アンテナ６にそれぞれ接続されたチャンネルと光アンテナ６が接続されていないチャンネルを有し、外部からの制御信号に従って出力先を切替え、光サーキュレータ４を介したパルス変調器３からのレーザ光を当該出力先に出力するものである。なお、光アンテナ６が接続されていないチャンネルは、その出力端面が遮蔽されており、出力先として当該チャンネルを選択した場合には大気中にレーザ光が照射されない構成となっている。
【００１６】
光アンテナ６は、光スイッチ５からのレーザ光を大気中に照射し、そのレーザ光に対するエアロゾルからの散乱光を集光するものである。この光アンテナ６により集光された散乱光は光スイッチ５及び光サーキュレータ４を介して光カプラ７に出力される。なお、各光アンテナ６は予め決められた方向に固定されており、光スイッチ５により出力先の光アンテナ６を切替えることでレーザ光の照射方向を切替えることができる。
【００１７】
光カプラ７は、光分配機２からのレーザ光と、光サーキュレータ４を介した光スイッチ５側からの光とを合波するものである。この光カプラ７により合波された光信号は光受信機８に出力される。
ここで、光スイッチ５によりレーザ光の出力先として所定の光アンテナ６が接続されたチャンネルが選択された場合には、光カプラ７には、当該光アンテナ６により集光された散乱光に加え、レーザ光に対する装置内部の散乱光や出力端面での反射光が入力される。一方、光スイッチ５によりレーザ光の出力先として光アンテナ６が接続されていないチャンネルが選択された場合には、光カプラ７には、レーザ光に対する装置内部の散乱光や出力端面での反射光のみが入力される。
【００１８】
光受信機８は、光カプラ７からの光信号に対してヘテロダイン検波を行うことにより、電気信号に変換するものである。この光受信機８により変換された電気信号はＡ／Ｄ変換器９に出力される。
【００１９】
Ａ／Ｄ変換器９は、光受信機８からの電気信号をＡ／Ｄ変換するものである。このＡ／Ｄ変換器９によりＡ／Ｄ変換された電気信号はＦＦＴ装置１０に出力される。
【００２０】
ＦＦＴ装置１０は、Ａ／Ｄ変換器９からの電気信号に対して周波数解析を行い、信号スペクトルを得るものである。このＦＦＴ装置１０により得られた信号スペクトルは雑音スペクトル差分装置１１に出力される。
【００２１】
雑音スペクトル差分装置１１は、雑音スペクトル記憶部１１１及び周波数差分部１１２から構成されている。
雑音スペクトル記憶部１１１は、光スイッチ５によりレーザ光の出力先として光アンテナ６が接続されていないチャネルが選択された場合においてＦＦＴ装置１０により得られた信号スペクトルを、雑音スペクトルとして予め記録するものである。
周波数差分部１１２は、光スイッチ５によりレーザ光の出力先として所定の光アンテナ６が接続されたチャンネルが選択された場合においてＦＦＴ装置１０により得られた信号スペクトルから、雑音スペクトル記憶部１１１に記憶された雑音スペクトルを、周波数領域で差分するものである。
この雑音スペクトル差分装置１１（周波数差分部１１２）による雑音補正後の信号スペクトルは周波数解析装置１２に出力される。
【００２２】
周波数シフト解析装置１２は、雑音スペクトル差分装置１１からの雑音補正後の信号スペクトルを線形領域に変換して、重心演算処理によりピーク周波数を算出し、周波数シフト量を算出するものである。この周波数シフト解析装置１２により算出された周波数シフト量は風速演算装置１３に通知される。
【００２３】
風速演算装置１３は、周波数シフト解析装置１２からの周波数シフト量に基づいて、風速値を算出するものである。この風速演算装置１３により算出された風速値は外部に通知される。
【００２４】
ここで、光源１及びパルス変調器３は、本発明の「レーザ光を出力する出力部」に相当する。
また、光アンテナ６は、本発明の「出力部により出力されたレーザ光を大気中に照射し、当該レーザ光に対する散乱光を受光する送受信部」に相当する。
また、光受信機８、Ａ／Ｄ変換器９及びＦＦＴ装置１０は、本発明の「出力部により出力されたレーザ光及び送受信部を介して得られた光に対してヘテロダイン検波を行い、受信信号を得る受信信号取得部」に相当する。
また、光スイッチ５は、本発明の「送受信部を制御する制御部」に相当する。
また、雑音スペクトル記憶部１１１は、本発明の「制御部によりレーザ光が出力されつつも大気中には照射しないよう制御された場合において受信信号取得部により得られた受信信号を、雑音信号として記憶する記憶部」に相当する。
また、周波数差分部１１２は、本発明の「制御部によりレーザ光を大気中に照射するよう制御された場合において受信信号取得部により得られた受信信号から、記憶部に記憶された雑音信号を、周波数領域で差分する周波数差分部」に相当する。
また、周波数シフト解析装置１２及び風速演算装置１３は、本発明の「周波数差分部による差分結果に基づいて、風速値を計測する風速計測部」に相当する。
【００２５】
次に、上記のように構成された風計測ライダ装置の動作について、図１〜３を参照しながら説明する。まず、雑音スペクトルの計測について説明する。
風計測ライダ装置による雑音スペクトルの計測では、まず、光源１は単一周波数からなる連続波光（レーザ光）を出力し、光分配機２はこのレーザ光を２分配してパルス変調器３及び光カプラ７に出力する。
【００２６】
次いで、パルス変調器３は、光分配機２からのレーザ光に対して所定の周波数シフトを与え、さらにパルス変調をかける。このパルス変調器３によりパルス変調されたレーザ光は光サーキュレータ４を介して光スイッチ５に出力される。
【００２７】
次いで、光スイッチ５は、外部からの制御信号に従って、パルス変調器３からのレーザ光の出力先として光アンテナ６が接続されていないチャンネルを選択し、当該出力先にレーザ光を出力する。これにより、レーザ光は大気中には照射されず、光アンテナ６により散乱光は集光されない。
次いで、光カプラ７は、光分配機２からのレーザ光と光サーキュレータ４を介した光スイッチ５側からの光（レーザ光に対する装置内部の散乱光や出力端面での反射光）とを合波し、光受信機８に出力する。
【００２８】
次いで、光受信機８は、光カプラ７からの光信号をヘテロダイン検波して電気信号に変換する。
次いで、Ａ／Ｄ変換器９は、光受信機８からの受信信号のＡ／Ｄ変換を行い、ＦＦＴ装置１０はこの電気信号に対してＦＦＴ処理を行い、信号スペクトルを求める。
【００２９】
次いで、雑音スペクトル差分装置１１の雑音スペクトル記憶部１１１は、ＦＦＴ装置１０からの信号スペクトルを雑音スペクトルとして記憶する。このように、光スイッチ５によりレーザ光の出力先として光アンテナ６が接続されていないチャンネルが選択された場合に得られた信号スペクトルを、雑音スペクトルとして予め記録する。
なお、予め記録する雑音スペクトルは、レーザ光１ショットに相当する時間分解能で計測してもよいし、ｎ回積算して計測してもよい。
【００３０】
ここで、雑音スペクトルの例を図２に示す。図２において、（ａ）は遠距離における雑音スペクトルを示し、（ｂ）は近距離における雑音スペクトルを示している。図２に示すように、近距離では、レーザ光に対する装置内部の散乱光や出力端面での反射光に伴うショット雑音の影響がある。そのため、遠距離におけるスペクトルに対して高い値となり、さらにその形状が異なる場合もある。本発明では、レーザ光を出力しつつも大気中には照射しないように制御した状態で信号スペクトルを求めることで、雑音スペクトルを正確に計測することができる。
【００３１】
次に、上記雑音スペクトルを用いた風速計測について説明する。
風計測ライダ装置による風速計測では、まず、光源１は単一周波数からなる連続波光（レーザ光）を出力し、光分配機２はこのレーザ光を２分配してパルス変調器３及び光カプラ７に出力する。
【００３２】
次いで、パルス変調器３は、光分配機２からのレーザ光に対して所定の周波数シフトを与え、さらにパルス変調をかける。このパルス変調器３によりパルス変調されたレーザ光は光サーキュレータ４を介して光スイッチ５に出力される。
【００３３】
次いで、光スイッチ５は、外部からの制御信号に従って、パルス変調器３からのレーザ光の出力先として所定の光アンテナ６が接続されたチャンネルを選択し、当該出力先にレーザ光を出力する。これにより、光アンテナ６から大気中の所定方向にレーザ光が照射される。
【００３４】
大気中に照射されたレーザ光は、大気中に浮遊するエアロゾル等の散乱体により散乱され、光アンテナ６によりこの散乱光が集光される。そして、この散乱光は、光スイッチ５及び光サーキュレータ４を介して光カプラ７に出力される。
次いで、光カプラ７は、光分配機２からのレーザ光と光サーキュレータ４を介した光スイッチ５側からの光（散乱光と、レーザ光に対する装置内部の散乱光や出力端面での反射光）とを合波し、光受信機８に出力する。このとき、エアロゾル等の散乱体が風に乗って移動しているため、散乱光に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。
【００３５】
次いで、光受信機８は、光カプラ７からの光信号をヘテロダイン検波して電気信号に変換する。このとき、電気信号の周波数は、風速に相当するドップラー周波数シフトと同じ値となる。
次いで、Ａ／Ｄ変換器９は、光受信機８からの受信信号のＡ／Ｄ変換を行い、ＦＦＴ装置１０はこの電気信号に対してＦＦＴ処理を行い、信号スペクトルを求める。
【００３６】
次いで、雑音スペクトル差分装置１１の周波数差分部１１２は、ＦＦＴ装置１０からの信号スペクトルから、雑音スペクトル記憶部１１１に記憶された雑音スペクトルを、周波数領域で差分する。この周波数差分部１１２による雑音補正後の信号スペクトルは周波数シフト解析装置１２に出力される。
【００３７】
ここで、雑音スペクトル、レーザ光を大気中に照射した場合に得られた信号スペクトル、及び雑音補正後の信号スペクトルの例を図３に示す。図３において、（ａ）は遠距離における各スペクトルを示し、（ｂ）は近距離における各スペクトルを示している。図３に示すように、雑音スペクトル差分装置１１により信号スペクトルから雑音スペクトルが差分されると、雑音スペクトルの“形状”が補正され、相対強度０ｄＢにオフセットが重畳された信号スペクトルを得ることができる。これにより、周波数シフト解析装置１２におけるピーク周波数位置の算出において、雑音レベル変動の影響を受けずに算出を行うことができる。
【００３８】
次いで、周波数シフト解析装置１２は、雑音スペクトル差分装置１１からの雑音補正後の信号スペクトルを線形領域に変換して、重心演算処理によりピーク周波数を算出し、周波数シフト量を算出する。そして、風速演算装置１３は、この周波数シフト量から風速値を算出する。
【００３９】
なお、雑音スペクトル差分装置１１の後段にオフセット補正装置に接続し、当該オフセット補正装置にて雑音補正後の信号スペクトルを線形領域に変換してオフセット補正を行うようにしてもよい。
この場合、オフセット補正装置では、まず、線形領域に変換した信号スペクトルに対して信号スペクトル形状の相関フィルタをかけて、おおよそのピーク周波数位置を算出する。そして、そのピーク周波数位置から十分離れた周波数位置においてオフセット量を算出し、このオフセット量を信号スペクトルから差分する。これにより、オフセット補正された信号スペクトルを得る。なお、オフセット補正装置を追加した場合には、周波数シフト解析装置１２において信号スペクトルを線形領域に変換する必要はない。
【００４０】
なお上記では、パルス変調器３により光分配機２からのレーザ光に対して所定の周波数シフトを与え、さらにパルス変調をかける場合について示した。しかしながら、これに限るものではなく、パルス変調器３では光分配機２からのレーザ光に対してパルス変調のみをかけ、光分配機２と光カプラ７との間に、光分配機２からのレーザ光に所定の周波数シフトを与える音響光学素子等を挿入するようにしてもよい。
【００４１】
以上のように、この実施の形態１によれば、レーザ光を出力しつつも大気中には照射しないように制御して得られた信号スペクトルを雑音信号とするように構成したので、レーザ照射をｏｎにした状態で雑音レベルを計測するため、レーザ光によるショット雑音の効果を含んだ雑音補正を実施することができ、補正誤差なく風速計測を実施できる。
【００４２】
また、本発明に係る風計測ライダ装置の制御部として、図１では光スイッチ５を用いた構成について示した。しかしながら、この構成に限るものではなく、例えば図４，５に示すような構成としてもよい。図４は、制御部としてシャッタ５ｂを用い、雑音スペクトルを取得する場合にシャッタ５ｂでレーザ光を遮蔽するように構成したものである。図５は、制御部としてスキャナ５ｃ及び遮蔽板５ｄを用い、スキャナ５ｃでレーザ光を走査する際に一方向を遮蔽板５ｄで覆い、この遮蔽板５ｄで覆った部分において雑音スペクトルを取得するように構成したものである。
【００４３】
実施の形態２．
図６はこの発明の実施の形態２に係る風計測ライダ装置の構成を示す図である。この図６に示す実施の形態２に係る風計測ライダ装置は、図１に示す実施の形態１に係る風計測ライダ装置に距離原点校正装置１４を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
なお図６において、Ａ／Ｄ変換器９と距離原点校正装置１４との間、距離原点校正装置１４と風速演算装置１３との間は、電気信号ケーブルのような電気回路により接続されている。
【００４４】
距離原点校正装置１４は、光スイッチ５によりレーザ光の出力先として光アンテナ６が接続されていないチャンネルが選択された場合においてＡ／Ｄ変換器９により得られた電気信号を、距離値原点として校正するものである。ここで、距離値は、通常、パルス変調器３に入力される制御信号をトリガ信号とする。それに対し、距離原点校正装置１４では、図７に示すように、光アンテナ６が接続されていないチャンネルの出力端面からの信号を距離値原点とするよう、上記トリガ信号に対するオフセット信号を風速演算装置１３に出力する。
そして、風速演算装置１３は、周波数シフト解析装置１２からの周波数シフト量に基づいて、距離値原点校正装置１４により校正された距離値原点に対する風速値を算出する。
【００４５】
なお、距離原点校正装置１４は、本発明の「前記制御部によりレーザ光が出力されつつも大気中には照射しないよう制御された場合において前記受信信号取得部により得られた受信信号を距離値原点として校正する距離原点校正部」に相当する。
【００４６】
以上のように、この実施の形態２によれば、レーザ光を出力しつつも大気中には照射しないように制御して得られた電気信号を距離値原点として校正し、当該距離値原点に対する風速値を計測するように構成したので、装置組み上げ後の光路長さを自動的に補正することができる。また、温度等で光路長が変化した場合でも自動で補正することができる。
【００４７】
なお、図６に示す風計測ライダ装置では、制御部として光スイッチ５を用いた構成について示した。しかしながら、この構成に限るものではなく、制御部として例えば図４に示すシャッタ５ｂを用いた構成や図５に示すスキャナ５ｃ及び遮蔽板５ｄを用いた構成に、距離原点校正装置１４を追加するようにしてもよい。
【００４８】
実施の形態３．
図８はこの発明の実施の形態３に係る風計測ライダ装置の構成を示す図である。この図８に示す実施の形態３に係る風計測ライダ装置は、図１に示す実施の形態１に係る風計測ライダ装置に異常検出装置１５を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付してその説明を省略する。
なお図８において、雑音スペクトル差分装置１１と異常検出装置１５との間、異常検出装置１５と周波数シフト解析装置１２との間は、電気信号ケーブルのような電気回路により接続されている。
【００４９】
異常検出装置１５は、図９に示すように、光スイッチ５によりレーザ光の出力先として光アンテナ６が接続されていないチャンネルが選択された場合において雑音スペクトル差分装置１１により得られた信号スペクトルから当該レーザ光の送信パワー及びスペクトル（スペクトル幅）をモニタし、異常検出又は当該レーザ光を用いて散乱光を受光した場合での受信信号の有効性を判断するものである。また、受信信号が有効であると判断した場合には、上記スペクトル幅を保存して周波数シフト演算装置１２に出力する。
なお、図９（ｂ）はスペクトル幅の確認手法の一例を示す図である。図９（ｂ）では、相関フィルタによるピークサーチによりピーク周波数を検出し、重心演算やフィッティング等によりスペクトル幅を検出している。
【００５０】
例えば、送信パワーの異常は光源１の出力低下が想定でき、また、スペクトル幅の異常は光源１の出力低下や雑音混入などが想定できる。これらの異常は、風計測にとって、受信ＳＮ比や周波数シフト計測精度に影響し、結果的には風速計測精度に影響する。したがって、これらの異常を検出することで、長期間計測における有効データ率確保における部品交換等の早期対策を実施することができる。
【００５１】
そして、周波数シフト解析装置１２は、異常検出装置１５により異常が検出された場合には、該当するレーザ光による受信信号に対しては処理を行わず、観測者に異常を知らせるための異常値を出力する。
【００５２】
なお、異常検出装置１５は、本発明の「前記制御部によりレーザ光が出力されつつも大気中には照射しないよう制御された場合において前記受信信号取得部により得られた受信信号から、当該レーザ光の送信パワー及びスペクトルをモニタし、異常検出又は当該レーザ光による受信信号の有効性を判断する異常検出部」に相当する。
【００５３】
以上のように、この実施の形態３によれば、レーザ光を出力しつつも大気中には照射しないように制御して得られた受信信号から、当該レーザ光の送信パワー及びスペクトルをモニタし、異常検出又は当該レーザ光による受信信号の有効性を判断するように構成したので、レーザ光の出力端面からの反射光のピーク値を解析することにより、取得データの有効性の判断が可能となる。また、上記データを解析することにより、光源１や各種光学部品の異常検出を行うことができる。
【００５４】
なお、図８に示す風計測ライダ装置では、制御部として光スイッチ５を用いた構成について示した。しかしながら、この構成に限るものではなく、制御部として例えば図４に示すシャッタ５ｂを用いた構成や図５に示すスキャナ５ｃ及び遮蔽板５ｄを用いた構成に、異常検出装置１５を追加するようにしてもよい。
【００５５】
また、実施の形態１〜３に係る風計測ライダ装置では、光回路として光ファイバを用いた場合について示したが、空間伝搬での光回路により構成するようにしてもよい。
【００５６】
また、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。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
この発明に係る風計測ライダ装置は、レーザ光によるショット雑音の効果を含んだ雑音補正を実施することができ、補正誤差なく風速計測を実施でき、風計測ライダ装置等に用いるのに適している。
【符号の説明】
【００５８】
１  光源、２  光分配機、３  パルス変調器、４  光サーキュレータ、５  光スイッチ、５ｂ  シャッタ、５ｃ  スキャナ、５ｄ  遮蔽板、６  光アンテナ、７  光カプラ、８  光受信機、９  アナログ−ディジタル変換器（Ａ／Ｄ変換器）、１０  高速フーリエ解析装置（ＦＦＴ装置）、１１  雑音スペクトル差分装置、１２  周波数シフト解析装置、１３  風速演算装置、１４  距離原点校正装置、１５  異常検出装置、１１１  雑音スペクトル記憶部、１１２  周波数差分部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【手続補正書】
【提出日】平成27年11月9日(2015.11.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００７】
この発明に係る風計測ライダ装置は、レーザ光を出力する出力部と、出力部により出力されたレーザ光を大気中に照射し、当該レーザ光に対する散乱光を受光する送受信部と、出力部により出力されたレーザ光及び送受信部を介して得られた光に対してヘテロダイン検波を行い、受信信号を得る受信信号取得部と、送受信部を制御する制御部と、制御部によりレーザ光が出力されつつも大気中には照射しないよう制御された場合において受信信号取得部により得られた受信信号を、雑音信号として記憶する記憶部と、制御部によりレーザ光を大気中に照射するよう制御された場合において受信信号取得部により得られた受信信号から、記憶部に記憶された雑音信号を、周波数領域で差分する周波数差分部と、周波数差分部による差分結果に基づいて、風速値を計測する風速計測部と、制御部によりレーザ光が出力されつつも大気中には照射しないよう制御された場合において受信信号取得部により得られた受信信号を距離値原点として校正する距離原点校正部を備え、風速計測部は、距離原点校正部により校正された距離値原点に対する風速値を計測するものである。
【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】
レーザ光を出力する出力部と、
前記出力部により出力されたレーザ光を大気中に照射し、当該レーザ光に対する散乱光を受光する送受信部と、
前記出力部により出力されたレーザ光及び前記送受信部を介して得られた光に対してヘテロダイン検波を行い、受信信号を得る受信信号取得部と、
前記送受信部を制御する制御部と、
前記制御部によりレーザ光が出力されつつも大気中には照射しないよう制御された場合において前記受信信号取得部により得られた受信信号を、雑音信号として記憶する記憶部と、
前記制御部によりレーザ光を大気中に照射するよう制御された場合において前記受信信号取得部により得られた受信信号から、前記記憶部に記憶された雑音信号を、周波数領域で差分する周波数差分部と、
前記周波数差分部による差分結果に基づいて、風速値を計測する風速計測部と、
前記制御部によりレーザ光が出力されつつも大気中には照射しないよう制御された場合において前記受信信号取得部により得られた受信信号を距離値原点として校正する距離原点校正部を備え、
前記風速計測部は、前記距離原点校正部により校正された距離値原点に対する風速値を計測する
ことを特徴とする風計測ライダ装置。
【請求項２】
レーザ光を出力する出力部と、
前記出力部により出力されたレーザ光を大気中に照射し、当該レーザ光に対する散乱光を受光する送受信部と、
前記出力部により出力されたレーザ光及び前記送受信部を介して得られた光に対してヘテロダイン検波を行い、受信信号を得る受信信号取得部と、
前記送受信部を制御する制御部と、
前記制御部によりレーザ光が出力されつつも大気中には照射しないよう制御された場合において前記受信信号取得部により得られた受信信号を、雑音信号として記憶する記憶部と、
前記制御部によりレーザ光を大気中に照射するよう制御された場合において前記受信信号取得部により得られた受信信号から、前記記憶部に記憶された雑音信号を、周波数領域で差分する周波数差分部と、
前記周波数差分部による差分結果に基づいて、風速値を計測する風速計測部と、
前記制御部によりレーザ光が出力されつつも大気中には照射しないよう制御された場合において前記受信信号取得部により得られた受信信号から、当該レーザ光の送信パワー及びスペクトルをモニタし、異常検出又は当該レーザ光による受信信号の有効性を判断する異常検出部を備えた風計測ライダ装置。
【国際調査報告】
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