(57)【要約】【課題】空間均一性がない場所でも、複数台のレーダ装置を設置することなく、風速ベクトルの計測精度を高めることができるようにする。【解決手段】送受信部１により生成されたレーザ光のビーム方向を切り換えながら、そのレーザ光を大気中に放射するビーム放射部２と、そのビーム放射部２によりレーザ光が放射される方向に設置され、そのレーザ光のビーム方向を観測点４が存在している方向に切り換える反射鏡３ａ，３ｂ，３ｃとを設け、その観測点４により反射されたビーム方向が異なるレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のドップラー速度を解析し、複数のドップラー速度を合成して風速ベクトルを算出する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波を生成する電磁波生成手段と、上記電磁波生成手段により生成された電磁波のビーム方向を切り換えながら、その電磁波を大気中に放射する電磁波放射手段と、上記電磁波放射手段により電磁波が放射される方向に設置され、その電磁波のビーム方向を観測点が存在している方向に切り換えるビーム方向切換手段と、上記観測点により反射されたビーム方向が異なる複数の電磁波を受信する電磁波受信手段と、上記電磁波受信手段により受信された複数の電磁波のドップラー速度を解析し、複数のドップラー速度を合成して風速ベクトルを算出する風速ベクトル算出手段とを備えたレーダ装置。
【請求項２】
電磁波放射手段は、大気中に放射する電磁波を観測点に集光させる集光機能を備えていることを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項３】
電磁波生成手段は、距離分解能を取得することが可能な変調方式で電磁波を変調し、変調後の電磁波を電磁波放射手段に出力することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
【請求項４】
電磁波放射手段により切り換えられるビーム方向の数がＮ個である場合、Ｎ個のビーム方向切換手段が設置され、その電磁波放射手段から放射される電磁波がＮ個のビーム方向切換手段に反射されて観測点に放射されることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のレーダ装置。
【請求項５】
電磁波放射手段により切り換えられるビーム方向の数がＮ個である場合、Ｎ−１個のビーム方向切換手段が設置され、その電磁波放射手段から放射される電磁波がＮ−１個のビーム方向切換手段に反射されて観測点に放射されるとともに、その電磁波放射手段から放射される電磁波が直接観測点に放射されることを特徴とする請求項１から請求項３のうちのいずれか１項記載のレーダ装置。
【請求項６】
風速ベクトル算出手段により解析された複数の電磁波のドップラー速度における時間変動を相互に比較し、その比較結果を参照して、ビーム方向が観測点からずれている電磁波を検出するビームずれ検出手段を設けたことを特徴とする請求項１から請求項５のうちのいずれか１項記載のレーダ装置。
【請求項７】
ビームずれ検出手段は、複数の電磁波のドップラー速度における相互相関係数を算出し、その相互相関係数が予め設定された閾値より小さければ、ビーム方向が観測点からずれている電磁波の存在を認定することを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。
【請求項８】
ビームずれ検出手段は、複数の電磁波のドップラー速度の変動成分における相互相関係数を算出し、その相互相関係数が予め設定された閾値より小さければ、ビーム方向が観測点からずれている電磁波の存在を認定することを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。
【請求項９】
ビームずれ検出手段によりビーム方向が観測点からずれている電磁波が検出されると、ビーム方向切換手段により切り換えられる電磁波のビーム方向を調整するビーム方向調整手段を設けたことを特徴とする請求項６記載のレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、任意の観測点の風速や風向を観測するレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーダ装置は、大気のドップラー速度を計測することにより、風速を観測するようにしている。特に、送信波としてレーザ光を用いるレーザレーダでは、大気中のエアロゾルが散乱体となるため、エアロゾルのドップラー速度を計測することにより、風速を観測することになる。
レーダ装置により直接的に計測されるのはドップラー速度であり、そのドップラー速度は、風速の視線方向成分である。
風は、風速以外に風向の成分を備えているが、同じ風を複数の視線方向から計測すれば、複数の視線方向の風速成分が得られるため、これらの風速成分を合成することにより、風速ベクトル（風速、風向）を得ることができる。
【０００３】
同じ風を複数の視線方向から観測する一つの方法として、相互に異なる位置にレーダ装置を配置して、複数台のレーダ装置がエアロゾルのドップラー速度を計測することが考えられる。
ただし、この場合、複数台のレーダ装置を設置する場所を確保する必要があるため、設置場所に制約がある場合には不向きである。
【０００４】
一方、１台のレーダ装置で、同じ風を複数の視線方向から観測する手法として、風の空間的均一性を仮定しているものがある（例えば、非特許文献１参照）。
実際の風の空間分布には不均一性があるが、非特許文献１に開示されているレーダ装置では、各ビーム方向において、ドップラー速度を時間平均することにより、視線方向の風速に含まれている空間不均一成分を抑圧して、風速ベクトルを算出するようにしている。
しかし、地上付近の風は、地上構造物の影響を受けて、空間的な均一性が低くなるため、時間平均だけでは十分に空間不均一性を抑圧することができない場合がある。そのため、空間均一性を仮定した風速計測方式を使用することができないことがある。
【０００５】
【非特許文献１】Ｈ．Ｓａｕｖａｇｅｏｔ著「Ｒａｄａｒ  Ｍｅｔｅｏｒｏｌｏｇｙ」Ａｒｔｅｃｈ  Ｈｏｕｓｅ,１９９２、Ｐ２１０〜２１２．
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
従来のレーダ装置は以上のように構成されているので、地形や地上構造物の影響を受けて風の均一性が乱される場所では、風速ベクトルの計測精度が劣化することがある課題があった。
また、風が空間的に比較的均一な場所においても、僅かな空間不均一によって風速ベクトルの計測精度が劣化することがあるため、時間平均処理を十分な時間実施して、空間不均一性を抑圧する必要がある。そのため、時間分解能が高い風速ベクトルの計測を実施することができない課題もあった。
【０００７】
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、空間均一性がない場所でも、複数台のレーダ装置を設置することなく、風速ベクトルの計測精度を高めることができる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】
【０００８】
この発明に係るレーダ装置は、電磁波生成手段により生成された電磁波のビーム方向を切り換えながら、その電磁波を大気中に放射する電磁波放射手段と、その電磁波放射手段により電磁波が放射される方向に設置され、その電磁波のビーム方向を観測点が存在している方向に切り換えるビーム方向切換手段とを設け、その観測点により反射されたビーム方向が異なる複数の電磁波のドップラー速度を解析し、複数のドップラー速度を合成して風速ベクトルを算出するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、電磁波生成手段により生成された電磁波のビーム方向を切り換えながら、その電磁波を大気中に放射する電磁波放射手段と、その電磁波放射手段により電磁波が放射される方向に設置され、その電磁波のビーム方向を観測点が存在している方向に切り換えるビーム方向切換手段とを設け、その観測点により反射されたビーム方向が異なる複数の電磁波のドップラー速度を解析し、複数のドップラー速度を合成して風速ベクトルを算出するように構成したので、空間均一性がない場所でも、複数台のレーダ装置を設置することなく、風速ベクトルの計測精度を高めることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図であり、図において、送受信部１は電磁波であるレーザ光を生成して、そのレーザ光をビーム放射部２に出力する一方、ビーム放射部２により受信されたレーザ光（観測点４により反射されたレーザ光）に対する周波数の変換処理や増幅処理などの受信処理を実施する。なお、送受信部１は電磁波生成手段を構成している。
【００１１】
ビーム放射部２は送受信部１により生成されたレーザ光のビーム方向を切り換えながら、そのレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃを大気中に放射する一方、観測点４により反射されたレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’を順次受信する。即ち、ビーム放射部２は送受信部１により生成されたレーザ光のビーム方向を切り換えながら、そのレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃが観測点４に集光するように順番に反射鏡３ａ，３ｂ，３ｃに向けて放射する一方、観測点４により反射されたレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’を反射鏡３ａ，３ｂ，３ｃ経由で順番に受信する。
なお、ビーム放射部２は電磁波放射手段及び電磁波受信手段を構成している。
【００１２】
反射鏡３ａ，３ｂ，３ｃはビーム放射部２によりレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃが放射される方向に設置されており、反射鏡３ａ，３ｂ，３ｃはビーム放射部２から放射されたレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃを反射して、そのレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃのビーム方向を観測点４が存在している方向に切り換える。なお、反射鏡３ａ，３ｂ，３ｃはビーム方向切換手段を構成している。
信号処理部５は送受信部１による受信処理後のレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のドップラー速度を解析し、複数のドップラー速度を合成して風速ベクトルを算出する。なお、信号処理部５は風速ベクトル算出手段を構成している。
【００１３】
次に動作について説明する。
送受信部１は、単一周波数の連続波であるレーザ光を生成し、そのレーザ光をビーム放射部２に出力する。
ビーム放射部２は、送受信部１からレーザ光を受けると、そのレーザ光Ａを反射鏡３ａに向けて放射する。
反射鏡３ａは、ビーム放射部２から放射されたレーザ光Ａを反射するが、反射後のレーザ光Ａのビーム方向が観測点４の方向を向くように、鏡の設置角度が調整されている。
なお、ビーム放射部２は、レーザ光Ａを放射する際、そのレーザ光Ａが観測点４に集光するように、そのレーザ光Ａの焦点距離を調整している。
【００１４】
ビーム放射部２は、上記のようにして、レーザ光Ａを反射鏡３ａに向けて放射すると、風の時間変化が小さいと見なせる時間内（例えば、数秒以内）に、レーザ光Ｂを反射鏡３ｂに向けて放射する。
反射鏡３ｂは、ビーム放射部２から放射されたレーザ光Ｂを反射するが、反射後のレーザ光Ｂのビーム方向が観測点４の方向を向くように、鏡の設置角度が調整されている。
なお、ビーム放射部２は、レーザ光Ｂを放射する際、そのレーザ光Ｂが観測点４に集光するように、そのレーザ光Ｂの焦点距離を調整している。
【００１５】
ビーム放射部２は、上記のようにして、レーザ光Ｂを反射鏡３ｂに向けて放射すると、風の時間変化が小さいと見なせる時間内（例えば、数秒以内）に、レーザ光Ｃを反射鏡３ｃに向けて放射する。
反射鏡３ｃは、ビーム放射部２から放射されたレーザ光Ｃを反射するが、反射後のレーザ光Ｃのビーム方向が観測点４の方向を向くように、鏡の設置角度が調整されている。
なお、ビーム放射部２は、レーザ光Ｃを放射する際、そのレーザ光Ｃが観測点４に集光するように、そのレーザ光Ｃの焦点距離を調整している。
これにより、反射鏡３ａ，３ｂ，３ｃにより反射されたレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃは、観測点４の一点で交わるように集光される。
【００１６】
観測点４に集光されたレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃは観測点４に反射され、観測点４の反射波であるレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’は、レーザ光Ａ，Ｂ，Ｃと逆の経路でビーム放射部２に戻るようになる。
即ち、観測点４の反射波であるレーザ光Ａ’は、反射鏡３ａに反射されて、ビーム放射部２に戻り、観測点４の反射波であるレーザ光Ｂ’は、反射鏡３ｂに反射されて、ビーム放射部２に戻り、観測点４の反射波であるレーザ光Ｃ’は、反射鏡３ｃに反射されて、ビーム放射部２に戻る。
つまり、ビーム放射部２により放射されたレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃが観測点４で集光されているので、観測点４の近傍に存在する大気中のエアロゾル（反射物）からの反射波が卓越的にビーム放射部２に戻るようになる。
【００１７】
ビーム放射部２は、観測点４に反射されたレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’を順番に受信し、そのレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’を順番に送受信部１に出力する。
送受信部１は、ビーム放射部２からレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’を受けると、そのレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’に対する受信処理を実施する。
具体的には、後段の信号処理部５における信号処理を容易にするために、そのレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’を低周波の信号に変換する周波数変換処理や、信号強度を高める増幅処理などを実施する。
【００１８】
信号処理部５は、送受信部１から受信処理後のレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’を受けると、そのレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のドップラー速度を解析し、複数のドップラー速度を合成して風速ベクトルを算出する。
具体的には、次の通りである。
【００１９】
信号処理部５は、受信信号であるレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’がドップラー効果によって周波数がシフトしているので、レーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’の周波数解析を実施することにより、レーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のドップラー周波数をそれぞれ算出する。
なお、レーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’の周波数解析は、例えば、フーリエ変換を用いればよく、受信信号をフーリエ変換すれば、大気のドップラースペクトルを算出することができる。
このドップラースペクトルは、大気のドップラー周波数の周波数点において、信号強度が卓越してスペクトルピークが得られる。
このスペクトルピークを検出して、そのピークの周波数を抽出すると、このピークの周波数が大気のドップラー周波数の計測値になる。
【００２０】
信号処理部５は、レーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のドップラー周波数Ｆｄをそれぞれ算出すると、レーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のドップラー周波数Ｆｄからレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のドップラー速度Ｖｄをそれぞれ算出する。
Ｖｄ＝λ・Ｆｄ／２
ただし、λはレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’の波長である。
【００２１】
信号処理部５は、レーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のドップラー速度Ｖｄをそれぞれ算出すると、それらのドップラー速度Ｖｄを合成することにより、大気のドップラー速度（合成後のドップラー速度）である風速ベクトル（風速のビーム方向成分）を算出する。
なお、風速ベクトルは、３次元で定義されるため、観測点４を独立な３方向から観測したドップラー速度があれば、それらのドップラー速度から算出することができる。ここで、独立な３方向とは、３つのビーム方向の中に互いに平行なビーム方向が含まれていないことを意味する。
【００２２】
図１の例では、３つの反射鏡３ａ，３ｂ，３ｃを用いて、独立な３方向から観測点４のドップラー速度を計測するようにしているが、４つ以上の反射鏡を用いて、独立な４方向以上からドップラー速度を計測して風速ベクトルを算出するようにしてもよい。
この場合、ドップラー速度の計測に冗長性があるため、例えば、最小二乗法などの最適化手法によって風速ベクトルを算出することになる。
【００２３】
また、一般的に、鉛直方向の風速成分は水平方向の風速成分に比べて小さいため、鉛直方向の風速をほぼ０と見なすことができることが多い。
このような場合には、２つの反射鏡を用いて、独立な２方向からドップラー速度を計測して、水平風速を得るようにしてもよい。
【００２４】
図１の例では、レーザ光Ａ，Ｂ，Ｃが観測点４で交わるように、反射鏡３ａ，３ｂ，３ｃの鏡の設置角度が調整されているが、空間的に風が均一であると見なせる範囲をレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃが通過するように調整されていれば、必ずしも正確に３つのレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃが観測点４で交わる必要はない。
また、レーザ光Ａ，Ｂ，Ｃを集光する距離についても、空間的に風が均一であると見なせる範囲であれば、ビーム毎の集光点が空間的にずれていてもよい。
図１の例では、独立な３方向からの観測を時間的に切り換えて実行するものについて示したが、送受信部１を３つ用意することにより、３方向を同時に計測するようにしてもよい。
【００２５】
以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、送受信部１により生成されたレーザ光のビーム方向を切り換えながら、そのレーザ光を大気中に放射するビーム放射部２と、そのビーム放射部２によりレーザ光が放射される方向に設置され、そのレーザ光のビーム方向を観測点４が存在している方向に切り換える反射鏡３ａ，３ｂ，３ｃとを設け、その観測点４により反射されたビーム方向が異なるレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のドップラー速度を解析し、複数のドップラー速度を合成して風速ベクトルを算出するように構成したので、空間均一性がない場所でも、複数台のレーダ装置を設置することなく、風速ベクトルの計測精度を高めることができる効果を奏する。
なお、空間均一性を確保するために、時間平均処理を実施する必要がないので、時間分解能が高い風速ベクトルの計測が可能になる。したがって、この実施の形態１のレーダ装置は、例えば、突風などを計測するのに適している。
【００２６】
実施の形態２．
上記実施の形態１では、送受信部１により生成されたレーザ光を観測点４に集光させることにより距離分解能を得て、観測点４の風速ベクトルを計測するものについて示したが、送受信部１がレーザ光をパルス変調し、ビーム放射部２が反射鏡３ａ，３ｂ，３ｃに向けて変調後のレーザ光であるパルス信号を放射することにより距離分解能を得て、観測点４の風速ベクトルを計測するようにしてもよい。
具体的には、以下の通りである。
【００２７】
ビーム放射部２が送受信部１によりパルス変調されたレーザ光を大気中に放射する場合、そのレーザ光が反射される観測点４までの伝搬距離に比例する遅延時間に、そのレーザ光の反射波がビーム放射部２に受信される。
したがって、ビーム放射部２により異なるタイミングで受信されたレーザ光の反射波から得られる計測結果は、異なる距離の風速ベクトルに対応することになる。
即ち、ビーム放射部２から異なる距離に位置する複数の点の風速ベクトルが計測されることになる。
ただし、観測点４から大きく離れている点においては、レーザ光の通過位置が空間的に離れたものとなるため、空間均一性を満足しなくなる可能性がある。よって、複数の点の風速を計測する場合でも、観測点４に比較的近い位置にある点に限定した計測となる。
【００２８】
図２はこの発明の実施の形態２によるレーダ装置の風速計測例を示す説明図である。
ただし、図２では説明の簡単化のため、２つのレーザ光Ａ，Ｂ（パルス変調されたレーザ光）を放射するものについて示しているが、上記実施の形態１と同様に、３つのレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃを放射するようにしてもよい。
図において、１１ａ，１２ａ，１３ａは反射鏡３ａにより反射されたレーザ光Ａを受けることにより、風速ベクトルが計測される観測点であり、観測点１１ａ，１２ａ，１３ａは、ビーム放射部２からの距離が相互に相違している。
また、１１ｂ，１２ｂ，１３ｂは反射鏡３ｂにより反射されたレーザ光Ｂを受けることにより、風速ベクトルが計測される観測点であり、観測点１１ｂ，１２ｂ，１３ｂは、ビーム放射部２からの距離が相互に相違している。
【００２９】
これらの観測点１１ａ，１２ａ，１３ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂのうち、観測点１２ａと観測点１２ｂは、２つのレーザ光Ａ，Ｂが交わる位置に存在し、それ以外の観測点１１ａ，１３ａ，１１ｂ，１３ｂは、２つのレーザ光Ａ，Ｂが交わる位置には存在しない。
しかし、観測点１１ａ，１３ａ，１１ｂ，１３ｂは、レーザ光Ａ，Ｂが交わる観測点１２ａ，１２ｂから空間的に近い位置に存在するので、風の空間均一性を満足する。
そのため、観測点１２ａ，１２ｂだけでなく、観測点１１ａ，１３ａ，１１ｂ，１３ｂにおいても、風速ベクトルを計測することができる。
【００３０】
この実施の形態２によれば、距離分解能を得るためにパルス変調されたレーザ光を放射するようにしているので、ビーム放射部２における観測点４に対するビームの集光機能が不要になる効果が得られる。
また、複数の観測点１１ａ，１２ａ，１３ａ，１１ｂ，１２ｂ，１３ｂの風速ベクトルを計測することができる効果を奏する。
【００３１】
なお、この実施の形態２では、送受信部１がレーザ光をパルス変調するものについて示したが、距離分解能を取得することが可能な変調方式であれば、パルス変調に限るものではなく、例えば、パルス圧縮方式などの他の変調方式でレーザ光を変調するようにしてもよい。
【００３２】
実施の形態３．
図３はこの発明の実施の形態３による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。
上記実施の形態１では、ビーム照射部２から放射されるレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃの本数分だけ反射鏡３ａ，３ｂ，３ｃが設置（レーザ光の本数がＮ（Ｎは２以上の自然数）であれば、反射鏡がＮ個設置）されているものについて示したが、図３に示すように、ビーム照射部２から放射されるレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃの本数より１本少ない分だけ反射鏡３ａ，３ｂを設置（レーザ光の本数がＮ（Ｎは２以上の自然数）であれば、反射鏡をＮ−１個設置）するようにしてもよい。
【００３３】
この場合、ビーム照射部２から放射されるレーザ光Ａ，Ｂについては、反射鏡３ａ，３ｂ経由で観測点４に放射するが、残りのレーザ光Ｃについては、ビーム放射部２から直接観測点４に放射するようにする。
ただし、ビーム放射部２から観測点４までのレーザ光Ｃの伝搬距離が、ビーム放射部２から観測点４までのレーザ光Ａ，Ｂの伝搬距離より短くなるため、上記実施の形態１と同様に、ビーム放射部２がビームの集光機能によってレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃを観測点４に集光させることにより距離分解能を得る場合、ビーム方向に応じて焦点距離を変更する必要がある。
一方、上記実施の形態２と同様に、レーザ光Ａ，Ｂ，Ｃをパルス変調することにより距離分解能を得る場合には、距離がレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃの反射波の遅延時間に対応するので、レーザ光Ａ，Ｂ，Ｃの反射波を受信してサンプリングする時間をビーム方向毎に設定すれば、全てのレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃで観測点４の風速ベクトルを計測することができる。
【００３４】
この実施の形態３によれば、１つのビーム方向の反射鏡３ｃが不要になるため、反射鏡の設置に要するスペースが少なくなるとともに、反射鏡の設置及び調整に要する手間が少なくなる効果が得られる。
【００３５】
実施の形態４．
図４はこの発明の実施の形態４による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。
ビームずれ検出部６は信号処理部５により解析されたレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のドップラー速度における時間変動を相互に比較し、その比較結果を参照して、ビーム方向が観測点４からずれているレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃを検出する。なお、ビームずれ検出部６はビームずれ検出手段を構成している。
【００３６】
上記実施の形態１では、ビーム放射部２から放射されたレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃが観測点４を通るように、反射鏡３ａ，３ｂ，３ｃの向きが設定されている必要がある。
しかし、反射鏡３ａ，３ｂ，３ｃの向きが時間の経過に伴ってずれると（例えば、地震などが発生すると、反射鏡３ａ，３ｂ，３ｃの向きがずれることがある）、レーザ光Ａ，Ｂ，Ｃが観測点４から離れた位置を通過するようになるため、風速ベクトルの計測精度が劣化する。
そこで、この実施の形態４では、反射鏡３ａ，３ｂ，３ｃの向きのずれに起因するビームずれを自動的に検出するようにしている。
具体的には、次の通りである。図５はこの発明の実施の形態４によるレーダ装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００３７】
ビームずれ検出部６は、上記実施の形態１〜３と同様にして、信号処理部５がレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のドップラー速度を算出すると、信号処理部５からレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のドップラー速度を複数時刻分入力する。
そして、ビームずれ検出部６は、レーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’の中から、任意の２つのレーザ光を選択する（ステップＳＴ１）。ここでは、説明の便宜上、レーザ光Ａ’，Ｂ’を選択するものとする。
ビームずれ検出部６は、任意の２つのレーザ光Ａ’，Ｂ’を選択すると、レーザ光Ａ’のドップラー速度とレーザ光Ｂ’のドップラー速度との相互相関係数を算出する（ステップＳＴ２）。
Ｋ＝ΣＶ1,i×Ｖ2,i／（ΣＶ1,i2×ΣＶ2,i2）1/2
ただし、Ｋは相互相関係数、Ｖ1,iはｉ番目に観測されたレーザ光Ａ’のドップラー速度、Ｖ2,iはｉ番目に観測されたレーザ光Ｂ’のドップラー速度である。
また、Σはｉ＝１〜Ｎまでのドップラー速度、または、ドップラー速度の２乗値の総和を意味する記号である。Ｎは各ドップラー速度のデータ数である。
【００３８】
ここで、ビーム方向が異なるドップラー速度は、同じ風を異なる方向に射影したものであり、両者は異なる値を有する。しかし、風速が大きいときは、いずれの方向への射影成分も大きくなり、逆に風速が小さいときは、いずれの方向への射影成分も小さくなることから、ドップラー速度の時間変動のパタンは、いずれのビーム方向でも同様の特徴を有することになる。
したがって、２つのドップラー速度の時間変動パタンが類似する場合は、２つのドップラー速度が同じ空間位置で計測されたものであると見なすことができる。逆に２つのドップラー速度の時間変動パタンが類似しない場合は、２つのドップラー速度が別の空間位置で計測されたものであるとみなすことができる。このため、時間変動パタンの類似性が低い場合には、ビームずれの発生を認定することができる。
【００３９】
ビームずれ検出部６は、上記のようにして、レーザ光Ａ’，Ｂ’を選択して、レーザ光Ａ’，Ｂ’のドップラー速度に係る相互相関係数Ｋを算出すると、レーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’の中から、レーザ光Ａ’，Ｂ’以外の組み合わせも選択し、同様にして、ドップラー速度に係る相互相関係数Ｋを算出する（ステップＳＴ３）。
即ち、レーザ光Ｂ’，Ｃ’を選択して、レーザ光Ｂ’，Ｃ’のドップラー速度に係る相互相関係数Ｋを算出し、また、レーザ光Ｃ’，Ａ’を選択して、レーザ光Ｃ’，Ａ’に係るドップラー速度の相互相関係数Ｋを算出する。
【００４０】
ビームずれ検出部６は、上記のようにして、各組み合わせのドップラー速度の相互相関係数Ｋを算出すると、これらの相互相関係数Ｋと予め設定された閾値を比較し、これらの相互相関係数Ｋの中に、予め設定された閾値より小さい相互相関係数Ｋがあれば（ステップＳＴ４）、ビーム方向が観測点４からずれているレーザ光の存在を認定して、ビームずれの発生を使用者に知らせるため、例えば、レーダ装置のランプを点灯するなどの処理を実施する（ステップＳＴ５）。また、風速ベクトルが自動記録される場合には、ビームずれが発生している可能性があることを示すフラグを書き込むようにしてもよい。
【００４１】
ここでは、ビームずれ検出部６が、ビーム方向が観測点４からずれているレーザ光の存在を認定するものについて示したが、下記に示すように、ビームずれ検出部６がビームずれが発生しているレーザ光を検出するようにしてもよい。
例えば、レーザ光Ａ’，Ｂ’のドップラー速度に係る相互相関係数Ｋと、レーザ光Ｃ’，Ａ’に係るドップラー速度の相互相関係数Ｋとが閾値より小さい場合、両方の相互相関係数Ｋに関係しているレーザ光Ａのビームずれが検出される。
また、レーザ光Ａ’，Ｂ’のドップラー速度に係る相互相関係数Ｋと、レーザ光Ｂ’，Ｃ’に係るドップラー速度の相互相関係数Ｋとが閾値より小さい場合、両方の相互相関係数Ｋに関係しているレーザ光Ｂのビームずれが検出される。
また、レーザ光Ｂ’，Ｃ’のドップラー速度に係る相互相関係数Ｋと、レーザ光Ｃ’，Ａ’に係るドップラー速度の相互相関係数Ｋとが閾値より小さい場合、両方の相互相関係数Ｋに関係しているレーザ光Ｃのビームずれが検出される。
【００４２】
以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、信号処理部５により解析されたレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のドップラー速度における時間変動を相互に比較し、その比較結果を参照して、ビーム方向が観測点４からずれているレーザ光Ａ，Ｂ，Ｃを検出するように構成したので、使用者がビームずれを解消して、風速ベクトルの計測精度を高めることができる効果を奏する。
【００４３】
なお、この実施の形態４では、２つのドップラー速度の時間変動の類似度として、相互相関係数を算出するものについて示したが、時間変動成分を強調するために、２つのドップラー速度の時間変動成分における相互相関係数を算出するようにしてもよい。
即ち、ビームずれ検出部６がレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のドップラー速度の平均値（時間的に変動しない成分）を計算し、レーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のドップラー速度からレーザ光Ａ’，Ｂ’，Ｃ’のドップラー速度の平均値をそれぞれ減算するようにする。
Ａ”＝レーザ光Ａ’のドップラー速度−レーザ光Ａ’のドップラー速度の平均値
Ｂ”＝レーザ光Ｂ’のドップラー速度−レーザ光Ｂ’のドップラー速度の平均値
Ｃ”＝レーザ光Ｃ’のドップラー速度−レーザ光Ｃ’のドップラー速度の平均値
そして、ビームずれ検出部６が、減算後のドップラー速度Ａ”，Ｂ”に係る相互相関係数Ｋ、減算後のドップラー速度Ｂ”，Ｃ”に係る相互相関係数Ｋ、減算後のドップラー速度Ｃ”，Ａ”に係る相互相関係数Ｋを算出するようにする。
【００４４】
この実施の形態４では、ビームずれ検出部６が相互相関係数を算出するものについて示したが、時間変動の類似度を表すものであれば、相互相関係数に限るものではなく、相互相関係数以外の量を評価値として算出するようにしてもよい。
【００４５】
実施の形態５．
図６はこの発明の実施の形態５によるレーダ装置を示す構成図であり、図において、図４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。
反射鏡制御部７はビームずれ検出部６によりビーム方向が観測点４からずれているレーザ光が検出されると、反射鏡調整部８ａ，８ｂ，８ｃを制御して、そのレーザ光のビーム方向を調整する。
反射鏡調整部８ａ，８ｂ，８ｃは反射鏡３ａ，３ｂ，３ｃにおける鏡面の法線の方位角と仰角の２軸（反射鏡軸）の変更が可能な架台で構成されており、反射鏡制御部７の指示の下、ビーム方向が観測点４からずれているレーザ光のビーム方向を調整する。
なお、反射鏡制御部７及び反射鏡調整部８ａ，８ｂ，８ｃからビーム方向調整手段が構成されている。
図７はこの発明の実施の形態５によるレーダ装置の処理内容を示すフローチャートである。
【００４６】
次に動作について説明する。
反射鏡制御部７は、ビームずれ検出部６が、上記実施の形態４と同様にして、ビーム方向が観測点４からずれているレーザ光を検出すると、反射鏡調整部８ａ，８ｂ，８ｃを制御して、そのレーザ光のビーム方向を調整する。
具体的には、下記の通りである。
【００４７】
反射鏡制御部７は、ビームずれ検出部６により算出された相互相関係数Ｋの中で、一番低い相互相関係数Ｋを特定し、その相互相関係数Ｋに係るレーザ光の組み合わせを抽出する（ステップＳＴ１１）。ここでは、説明の便宜上、レーザ光Ａ’，Ｂ’のドップラー速度に係る相互相関係数Ｋが最も低く、レーザ光Ａ’，Ｂ’の組み合わせを抽出するものとする。
【００４８】
反射鏡制御部７は、レーザ光Ａ’，Ｂ’の組み合わせを抽出すると、レーザ光Ａ’について、他のレーザ光との相互相関係数Ｋの平均値を算出する（ステップＳＴ１２）。
図６の例では、レーザ光Ａ’以外には、レーザ光Ｂ’，Ｃ’が存在しているので、レーザ光Ａ’，Ｂ’のドップラー速度に係る相互相関係数Ｋと、レーザ光Ｃ’，Ａ’のドップラー速度に係る相互相関係数との平均値を算出する。
【００４９】
次に、反射鏡制御部７は、レーザ光Ｂ’について、他のレーザ光との相互相関係数Ｋの平均値を算出する（ステップＳＴ１３）。
図６の例では、レーザ光Ｂ’以外には、レーザ光Ｃ’，Ａ’が存在しているので、レーザ光Ａ’，Ｂ’のドップラー速度に係る相互相関係数Ｋと、レーザ光Ｂ’，Ｃ’のドップラー速度に係る相互相関係数との平均値を算出する。
【００５０】
反射鏡制御部７は、レーザ光Ａ’についての相互相関係数Ｋの平均値とレーザ光Ｂ’についての相互相関係数Ｋの平均値とを比較し、その平均値が小さい方のレーザ光を選択する（ステップＳＴ１４）。
反射鏡制御部７は、例えば、レーザ光Ａ’を選択すると、反射鏡調整部８ａを制御して、レーザ光Ａ’についての相互相関係数Ｋが大きくなるように、反射鏡３ａの向きを調整する（ステップＳＴ１５）。
また、レーザ光Ｂ’を選択すると、反射鏡調整部８ｂを制御して、レーザ光Ｂ’についての相互相関係数Ｋが大きくなるように、反射鏡３ｂの向きを調整する（ステップＳＴ１５）。
【００５１】
具体的には、次のようにして、反射鏡の向きを調整する。
反射鏡の向きは反射面の法線ベクトルで定義され、法線ベクトルは、例えば仰角と方位角というように、２次元で表現することができる。よって、反射鏡の向きの修正は２つの軸（例えば、仰角と方位角）で調整することができる。ここでは、反射鏡軸（１）と反射鏡軸（２）の２軸で反射鏡の軸が調整されるものとして説明する。
【００５２】
例えば、レーザ光Ａを反射する反射鏡３ａの向きを調整する場合、反射鏡調整部８ａが反射鏡制御部７の指示の下、反射鏡３ａの反射鏡軸（１）を正の方向に修正し、ビームずれ検出部６がレーザ光Ａ’，Ｂ’のドップラー速度をそれぞれ複数回計測して、レーザ光Ａ’，Ｂ’のドップラー速度に係る相互相関係数Ｋを算出する。
反射鏡制御部７は、レーザ光Ａ’，Ｂ’のドップラー速度に係る相互相関係数Ｋが、ビーム方向の修正前と比べて大きくなれば、ビーム修正方向が適切であると判断して、この方向へのビーム方向の修正を維持する。
逆に、レーザ光Ａ’，Ｂ’のドップラー速度に係る相互相関係数Ｋが、ビーム方向の修正前と比べて小さくなれば、ビーム修正方向が逆向きであると判断して、ビーム修正方向を逆向きに変更する（反射鏡軸（１）の負の方向にビーム修正方向を変更する）。
【００５３】
次に、反射鏡調整部８ａが反射鏡制御部７の指示の下、反射鏡３ａの反射鏡軸（２）を正の方向に修正し、ビームずれ検出部６がレーザ光Ａ’，Ｂ’のドップラー速度をそれぞれ複数回計測して、レーザ光Ａ’，Ｂ’のドップラー速度に係る相互相関係数Ｋを算出する。
反射鏡制御部７は、レーザ光Ａ’，Ｂ’のドップラー速度に係る相互相関係数Ｋが、ビーム方向の修正前と比べて大きくなれば、ビーム修正方向が適切であると判断して、この方向へのビーム方向の修正を維持する。
逆に、レーザ光Ａ’，Ｂ’のドップラー速度に係る相互相関係数Ｋが、ビーム方向の修正前と比べて小さくなれば、ビーム修正方向が逆向きであると判断して、ビーム修正方向を逆向きに変更する（反射鏡軸（２）の負の方向にビーム修正方向を変更する）。
【００５４】
反射鏡調整部８ａは、反射鏡制御部７の指示の下、反射鏡軸（１）と反射鏡軸（２）のビーム方向修正を交互に繰返しながら、相互相関係数Ｋが十分に大きくなるまで、あるいは、相互相関係数Ｋが変化しなくなるまで実施する。
【００５５】
以上で明らかなように、この実施の形態５によれば、ビームずれ検出部６によりビーム方向が観測点４からずれているレーザ光が検出されると、反射鏡調整部８ａ，８ｂ，８ｃを制御して、そのレーザ光のビーム方向を調整するように構成したので、ビームずれが発生しても、自動的にビームずれを解消して、風速ベクトルの計測精度を高めることができる効果を奏する。
【００５６】
なお、この実施の形態５では、１つのレーザ光のビーム方向のみを調整するものについて示したが、ビームずれ検出部６によりビームずれが検出されたレーザ光が複数存在する場合、複数のレーザ光のビーム方向を調整するようにする。
【００５７】
上記実施の形態１〜５では、送信波としてレーザ光を用いるレーダ装置について説明したが、レーダ装置が送信波として電波を用いるようにしてもよく、同様の効果を奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】この発明の実施の形態１による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２によるレーダ装置の風速計測例を示す説明図である。
【図３】この発明の実施の形態３によるレーダ装置を示す構成図である。
【図４】この発明の実施の形態４によるレーダ装置を示す構成図である。
【図５】この発明の実施の形態４によるレーダ装置の処理内容を示すフローチャートである。
【図６】この発明の実施の形態５によるレーダ装置を示す構成図である。
【図７】この発明の実施の形態５によるレーダ装置の処理内容を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５９】
１  送受信部（電磁波生成手段）、２  ビーム放射部（電磁波放射手段、電磁波受信手段）、３ａ，３ｂ，３ｃ  反射鏡（ビーム方向切換手段）、４  観測点、５  信号処理部（風速ベクトル算出手段）、６  ビームずれ検出部（ビームずれ検出手段）、７  反射鏡制御部（ビーム方向調整手段）、８ａ，８ｂ，８ｃ  反射鏡調整部（ビーム方向調整手段）。
【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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