(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光信号を大気中に送信し、前記光信号の散乱光を受信する送受信部と、
前記送受信部によって受信された前記散乱光から生成された受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタル信号を処理する信号処理部と、
前記送受信部および前記Ａ／Ｄ変換器の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記信号処理部は、前記デジタル信号を時間的に区分する時間区間によって、前記光信号の一部が装置内部で散乱して受信された内部散乱成分の信号を抽出し、抽出した前記内部散乱成分の信号を解析して、装置からの距離が０メートルに相当する、前記受信信号の時間軸上の位置を決定すること
を特徴とするコヒーレントライダ装置。
【請求項２】
光信号を大気中に送信し、前記光信号の散乱光を受信する送受信部と、
前記送受信部によって受信された前記散乱光から生成された受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタル信号を処理する信号処理部と、
前記送受信部および前記Ａ／Ｄ変換器の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記信号処理部は、前記デジタル信号を時間的に区分する時間区間によって、前記光信号の一部が装置内部で散乱して受信された内部散乱成分の信号を抽出し、抽出した前記内部散乱成分の信号を解析して、ドップラー速度が０メートル毎秒に相当する、前記受信信号の周波数軸上の位置を決定すること
を特徴とするコヒーレントライダ装置。
【請求項３】
光信号を大気中に送信し、前記光信号の散乱光を受信する送受信部と、
前記送受信部によって受信された前記散乱光から生成された受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
前記デジタル信号を処理する信号処理部と、
前記送受信部および前記Ａ／Ｄ変換器の動作を制御する制御部と、
を備え、
前記信号処理部は、前記デジタル信号を時間的に区分する時間区間によって、前記光信号の一部が装置内部で散乱して受信された内部散乱成分の信号を抽出し、抽出した前記内部散乱成分の信号を解析して、前記光信号の強度または線幅のいずれかまたは両方を検出すること
を特徴とするコヒーレントライダ装置。
【請求項４】
前記受信信号を時間的に２つに分ける第１のスイッチと、
前記第１のスイッチによって分けられた２つの信号を互いに異なる増幅率で増幅するアンプ部と、
前記アンプ部によって異なる増幅率で増幅された前記２つの信号を１つに合わせる合波部と、
を備え、
前記Ａ／Ｄ変換器は、前記合波部によって１つに合わせられた信号をデジタル信号に変換し、
前記制御部は、前記送受信部、前記第１のスイッチ、前記合波部および前記Ａ／Ｄ変換器の動作を制御すること
を特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のコヒーレントライダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、大気中の風速を計測するコヒーレントライダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１に記載されたコヒーレントライダ装置は、レーザ光である送信光を大気中に送信し、送信光がエアロゾルで散乱された散乱光をコヒーレント検波により受信し、受信信号のスペクトルを解析することで、ドップラー周波数シフトを計測する。ドップラー周波数シフトは、レーザ光の送信方向におけるエアロゾルのドップラー速度、すなわちドップラー風速に変換される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２００２／０９３１９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
なお、コヒーレントライダ装置においては、距離の校正とドップラー風速の校正が重要である。距離の校正とは、コヒーレントライダ装置からの距離が０メートルに相当する、受信信号の時間軸上での位置を決定することであり、ドップラー風速の校正は、ドップラー速度が０メートル毎秒に相当する、受信信号の周波数軸上での位置を決定することである。【０００５】
通常、コヒーレントライダ装置に受信された信号のうち、装置内部で送信光が散乱して受信された信号成分（以下、内部散乱成分と記載する）の信号は、大気中のエアロゾルで送信光が散乱された信号成分（以下、大気からの散乱成分と記載する）の信号よりも顕著に大きい。このため、両方の成分の信号が増幅された場合に、内部散乱成分の信号が飽和して風速を計測できなくなる“ブラインドゾーン”が発生する。【０００６】
特許文献１に記載されたコヒーレントライダ装置は、マイクロ波スイッチを用いて受信信号を内部散乱成分の信号と大気からの散乱成分の信号に分割し、内部散乱成分の信号をＡ／Ｄ変換して信号処理する系統と、大気からの散乱成分の信号をＡ／Ｄ変換して信号処理する系統に分配している。これにより、内部散乱成分の信号が飽和することは回避されるが、信号処理に２つのＡ／Ｄ変換器が必要であるという課題があった。【０００７】
本開示は、上記課題を解決するものであり、内部散乱成分の信号を飽和させることなく１系統のＡ／Ｄ変換器で信号処理することができるコヒーレントライ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】
本開示に係るコヒーレントライダ装置は、光信号を大気中に送信し、光信号の散乱光を受信する送受信部と、送受信部によって受信された散乱光から生成された受信信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、デジタル信号を処理する信号処理部と、送受信部およびＡ／Ｄ変換器の動作を制御する制御部を備え、信号処理部は、デジタル信号を時間的に区分する時間区間によって、光信号の一部が装置内部で散乱して受信された内部散乱成分の信号を抽出し、抽出した内部散乱成分の信号を解析して、装置からの距離が０メートルに相当する、受信信号の時間軸上の位置を決定する。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、内部散乱成分の信号を飽和させることなく１系統のＡ／Ｄ変換器で信号を処理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１に係るコヒーレントライダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】マイクロ波スイッチに入力される受信信号の例を示す図である。
【図３】マイクロ波スイッチ、マイクロ波アンプおよびＡ／Ｄ変換器に入出力される信号を示す図である。
【図４】内部散乱成分の信号および大気からの散乱成分の信号と、これらの信号に設定される時間区間を示す図である。
【図５】実施の形態１に係るコヒーレントライダ装置の信号処理の概要を示す概要図である。
【図６】実施の形態２に係るコヒーレントライダ装置の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るコヒーレントライダ装置１００の構成を示すブロック図である。図１に示すコヒーレントライダ装置１００は、送信光を大気中に送信し、送信光がエアロゾルで散乱された散乱光をコヒーレント検波によって受信し、散乱光から生成される受信信号のスペクトル（受信スペクトル）を解析することで、エアロゾルのドップラー風速を計測する。コヒーレント検波は、ホモダイン検波またはヘテロダイン検波である。コヒーレントライダ装置１００は、図１に示すように、光源１、光分配器２、パルス変調器３、光増幅器４、サーキュレータ５、送受光学系６、光合波器７および光受信機８を有する送受信部３０と、マイクロ波スイッチ９と、マイクロ波アンプと１０と、マイクロ波スイッチ１１と、Ａ／Ｄ変換器１２と、信号処理部１３と、制御部１４を備える。
【００１２】
また、図１において、光源１と光分配器２との間、光分配器２とパルス変調器３および光合波器７との間、パルス変調器３と光増幅器４との間、光増幅器４とサーキュレータ５との間、サーキュレータ５と送受光学系６との間、サーキュレータ５と光合波器７との間、光合波器７と光受信機８との間は、全て、光ファイバによって接続されている。さらに、制御部１４は、パルス変調器３、マイクロ波スイッチ９、マイクロ波スイッチ１１およびＡ／Ｄ変換器１２のそれぞれに電気信号線で接続されている。
【００１３】
図１に示すコヒーレントライダ装置１００の風速計測の原理は、いわゆるコヒーレント方式である。コヒーレント方式の風速計測については、例えば、下に示す参考文献１に記載されている。なお、図１には、構成要素同士が光ファイバで接続された送受信部３０を示すが、コヒーレントライダ装置１００は、この構成に限定されるものではない。例えば、一部の構成要素の間は電気配線であってもよい。さらに、図１に示すコヒーレントライダ装置１００では、より遠くの位置で風速を計測するために光増幅器４を用いて送信光を増幅しているが、風速を計測する対象領域が近距離領域であれば、光増幅器４を省略してもよい。
（参考文献１）Ｔ．  Ａｎｄｏ  ｅｔ  ａｌ．，  “Ａｌｌ−ｆｉｂｅｒ  ｃｏｈｅｒｅｎｔ  Ｄｏｐｐｌｅｒ  ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ  ａｔ  Ｍｉｔｓｕｂｉｓｈｉ  Ｅｌｅｃｔｒｉｃ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ”，  ＩＯＰ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  Ｓｅｒｉｅｓ：  Ｅａｒｔｈ  ａｎｄ  Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌ  Ｓｃｉｅｎｃｅ，  Ｖｏｌｕｍｅ  １，  ２００８．
【００１４】
光源１は、連続波である光信号を生成する。光分配器２は、光源１が出力する光信号を、パルス変調器３と光合波器７に分配する。パルス変調器３は、光分配器２によって分配された一方の光信号をパルス変調する。なお、パルス変調器３によるパルス変調は、制御部１４によって制御される。光増幅器４は、パルス変調器３によってパルス変調された光信号を増幅する。サーキュレータ５は、光増幅器４によって増幅された光信号を送受光学系６に送り、送受光学系６によって大気から受信された光信号を光合波器７に送る。送受光学系６は、サーキュレータ５から送られた光信号を大気中に送信して、光信号が大気中のエアロゾルで散乱された散乱光を受信する。光合波器７は、光分配器２によって分配された他方の光信号とサーキュレータ５からの光信号とを合波する。光受信機８は、光合波器７から出力される光信号を電気信号に変換する。
【００１５】
マイクロ波スイッチ９は、送受信部３０が受信する受信信号を、時間的に２つに分けてマイクロ波アンプ１０とマイクロ波スイッチ１１とに供給する第１のスイッチである。マイクロ波アンプ１０は、マイクロ波スイッチ９から供給される信号を決められた増幅率で増幅する。マイクロ波スイッチ１１は、マイクロ波アンプ１０で増幅された信号と、マイクロ波スイッチ９から供給される信号とをタイミング信号に応じて切り替えることで時間的につなげる第２のスイッチである。マイクロ波アンプ１０は、マイクロ波スイッチ９によって分配された２つの信号を互いに異なる増幅率で増幅するアンプ部である。マイクロ波スイッチ１１は、マイクロ波アンプ１０によって異なる増幅率で増幅された２つの信号を１つの信号に合わせる合波部である。Ａ／Ｄ変換器１２は、マイクロ波スイッチ１１によって１つに合わせられた信号をデジタル信号に変換する。信号処理部１３は、Ａ／Ｄ変換器１２から出力されるデジタル信号を処理する。制御部１４は、送受信部３０が有する、パルス変調器３、マイクロ波スイッチ９、マイクロ波スイッチ１１およびＡ／Ｄ変換器１２の動作を制御する。
【００１６】
次に、図１に示すコヒーレントライダ装置１００による風速計測について詳細に説明する。制御部１４は、パルス変調器３にパルス変調信号を出力するとともに、パルス変調信号に同期したトリガ信号を、マイクロ波スイッチ９、マイクロ波スイッチ１１およびＡ／Ｄ変換器１２にそれぞれ出力する。また、制御部１４は、受信信号の時間波形のうち、内部散乱成分が含まれる時間の範囲の信号を切り出すタイミング信号を、マイクロ波スイッチ９およびマイクロ波スイッチ１１に出力する。
【００１７】
内部散乱成分が含まれる（受信される）時間の範囲は、パルス変調信号から概ね把握できるので、内部散乱成分が含まれる時間の範囲の信号を切り出すことは可能である。ただし、コヒーレントライダ装置１００内部の伝送路の長さを正確に把握できていない場合、内部散乱成分が受信された正確な時間を把握できない。
【００１８】
光分配器２は、光源１が出力する連続波の光信号を、ローカル光と送信光とに分配し、ローカル光を光合波器７に出力し、送信光をパルス変調器３に出力する。パルス変調器３は、光分配器２によって分配された送信光に対して、パルス変調とともに、光周波数シフトをかけることで、中間周波数の信号を生成する。例えば、パルス変調器３は、ＡＯ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ）周波数シフタである。
【００１９】
パルス変調器３によってパルス変調された送信光は、光増幅器４によって増幅された後に、サーキュレータ５および送受光学系６を通じて大気中に送信される。大気中のエアロゾルによって送信光が散乱された散乱光は、送受光学系６によって受信され、受信光は、サーキュレータ５によって光合波器７に送られる。光合波器７は、ローカル光と受信光を合波して光受信機８に出力する。光受信機８は、光合波器７からの光信号をコヒーレント検波し、検波された信号を受信信号としてマイクロ波スイッチ９に出力する。
【００２０】
図２は、マイクロ波スイッチ９に入力される受信信号の例を示す図である。図２に示すように、受信信号には、送信光の一部が送受光学系６で散乱されて生じた内部散乱成分Ａが含まれる。内部散乱成分Ａは、コヒーレントライダ装置１００の内部で散乱されて生じるので、コヒーレントライダ装置１００からの距離が０メートルに相当する、受信信号の時間軸上での位置に存在する。内部散乱成分Ａは、図２に示すように、大気からの散乱成分Ｂよりも極めて大きいレベルである。内部散乱成分Ａは、受信信号においてほぼ既知の時間の範囲に存在するが、大気からの散乱成分Ｂは、コヒーレントライダ装置１００がパルス光を送受するため、内部散乱成分Ａとは異なる時間の範囲に存在する。
【００２１】
ここで、マイクロ波スイッチ９に受信信号が入力されてから、信号がＡ／Ｄ変換器１２に入力されるまでの動作について詳細に説明する。
図３は、マイクロ波スイッチ９，１１、マイクロ波アンプ１０およびＡ／Ｄ変換器１２に入出力される信号を示す図である。光受信機８は、図３の吹き出し（１）に示す受信信号を、マイクロ波スイッチ９に出力する。マイクロ波スイッチ９は、制御部１４からのタイミング信号に基づいて、当該受信信号から、図３の吹き出し（２）に示す内部散乱成分Ａを含む時間の範囲の信号を抽出し、抽出した信号をマイクロ波スイッチ１１に出力する。なお、内部散乱成分Ａを含む時間の範囲の信号は、増幅されずにマイクロ波スイッチ１１に出力される。
【００２２】
さらに、マイクロ波スイッチ９は、制御部１４からのタイミング信号に基づいて、受信信号のうち、図３の吹き出し（３）に示す内部散乱成分Ａを含まない時間の範囲の信号（大気からの散乱成分Ｂ）を、マイクロ波アンプ１０に出力する。マイクロ波アンプ１０は、マイクロ波スイッチ９から入力される大気からの散乱成分Ｂの信号を増幅することで、図３の吹き出し（４）に示す大気からの散乱成分Ｂ１の信号をマイクロ波スイッチ１１に出力する。大気からの散乱成分Ｂ１の信号は、大気からの散乱成分Ｂの信号がマイクロ波アンプ１０によって増幅された信号である。すなわち、大気からの散乱成分Ｂの信号の増幅率は、内部散乱成分Ａを含む時間の範囲の信号よりも大きい。このように、マイクロ波アンプ１０は、マイクロ波スイッチ９によって時間的に分けられた２つの信号に対して互いに異なる増幅率で増幅する。なお、増幅しない内部散乱成分Ａは、増幅率＝１で増幅されていると考える。
【００２３】
マイクロ波スイッチ１１には、制御部１４からタイミング信号が出力されている。マイクロ波スイッチ１１は、タイミング信号に同期することで、同一の受信信号からそれぞれ得られた、増幅されていない内部散乱成分Ａを含む時間の範囲の信号と、マイクロ波アンプ１０によって増幅された大気からの散乱成分Ｂ１の信号とを入力する。マイクロ波スイッチ１１は、これらの信号を時間軸上で並べて１つの時間領域の信号に合わせることによって図３の吹き出し（５）に示す信号を生成し、生成された信号をＡ／Ｄ変換器１２に出力する。図３の吹き出し（５）に示す信号において、レベルの大きい内部散乱成分Ａの信号は、増幅されておらず、レベルが小さい大気からの散乱成分Ｂの信号は増幅されているので、これらの成分の信号は互いに同等なレベルになっている。
【００２４】
前述したように、内部散乱成分Ａの信号は、大気からの散乱成分Ｂの信号よりも極めてレベルが大きい。そのため、マイクロ波アンプ１０により、内部散乱成分Ａの信号と大気からの散乱成分Ｂの信号が同等のレベルになるように増幅することが重要である。例えば、マイクロ波スイッチ９とマイクロ波スイッチ１１との間にもマイクロ波アンプ１０を設けて、マイクロ波アンプ１０が、内部散乱成分Ａの信号に対して大気からの散乱成分Ｂよりも小さい増幅率で増幅することで、内部散乱成分Ａの信号と大気からの散乱成分Ｂの信号が同等のレベルになるようにしてもよい。また、内部散乱成分Ａの信号のレベルが極端に大きい場合は、マイクロ波スイッチ９とマイクロ波スイッチ１１との間にマイクロ波減衰器を設けて内部散乱成分Ａの信号を減衰させてもよい。アンプ部は、少なくとも１個の増幅器を有して構成される。アンプ部は、信号を減衰させる減衰器を有してもよい。
【００２５】
続いて、Ａ／Ｄ変換器１２に信号が入力されてから、信号処理部１３が実行する信号処理までの処理を詳細に説明する。
図４は、内部散乱成分Ａの信号および大気からの散乱成分Ｂ１の信号と、これらの信号に設定される時間区間Ｇ０〜Ｇ５とを示す図である。Ａ／Ｄ変換器１２は、制御部１４からのトリガ信号に同期して、図３の吹き出し（５）に示す受信信号をＡ／Ｄ変換することで、受信信号をデジタル信号に変換する。時間区間は、デジタル信号である受信信号を時間で区分した区間である。
【００２６】
信号処理部１３は、Ａ／Ｄ変換器１２によってデジタル信号に変換された受信信号を、各計測距離に相当する時間軸上での位置にそれぞれ設定された時間区間Ｇ０〜Ｇ５に区切る。このとき、信号処理部１３は、図４に示すように、内部散乱成分Ａが含まれる時間の範囲に、時間的に最初の時間区間Ｇ０を設定する。続いて、信号処理部１３は、大気からの散乱成分Ｂ１を含んだ時間の範囲に対して時間区間Ｇ１〜Ｇ５を順次設定する。
【００２７】
信号処理部１３は、デジタル信号に時間区間Ｇ０を設定して抽出した内部散乱成分Ａの信号の時間波形を解析することで、コヒーレントライダ装置１００からの距離が０メートルに相当する、受信信号の時間軸上での位置を決定する。例えば、内部散乱成分Ａの信号の時間波形の絶対値を求めて、この絶対値が最大となる時間軸上での位置を、コヒーレントライダ装置１００からの距離が０メートルに相当する位置として決定する。
【００２８】
図５は、実施の形態１に係るコヒーレントライダ装置１００の信号処理の概要を示す概要図であり、ドップラー速度が０メートル毎秒に相当する、受信信号の周波数軸上での位置を決定する処理を示している。信号処理部１３は、図５に示すように、時間区間Ｇ０を設定して抽出した内部散乱成分Ａの信号に対して、フーリエ変換（図５の例では、高速フーリエ変換（ＦＦＴ））してスペクトルを求める。
【００２９】
内部散乱成分Ａは、光信号の一部がコヒーレントライダ装置１００の内部で散乱して受信された信号成分である。内部散乱成分Ａは、移動速度を持たない散乱点で散乱された信号である。内部散乱成分Ａは、ドップラー周波数シフトを有していない。従って、内部散乱成分Ａの信号をＦＦＴにより処理して求められたスペクトルでピークとなる周波数は、ドップラー速度が０メートル毎秒に相当する、受信信号の周波数軸上での位置に相当する周波数となる。信号処理部１３は、内部散乱成分Ａの信号のスペクトルを解析して、スペクトルにおいてピークとなる周波数を算出することで、ドップラー速度が０メートル毎秒に相当する、受信信号の周波数軸上での位置を決定する。
【００３０】
次に、信号処理部１３は、デジタル信号に時間区間Ｇ１〜Ｇ５を設定して抽出した、大気からの散乱成分Ｂ１の各信号をＦＦＴにより処理して、各距離に対応する受信スペクトルを算出する。例えば、コヒーレントライダ装置１００が、規定回数だけ送信光のパルスを大気中に送信して、その都度、信号処理部１３が、受信スペクトルを算出し、算出したスペクトルを積算することで、ＳＮ比が改善する。
【００３１】
信号処理部１３は、積算された受信スペクトルのピーク周波数からドップラー周波数を求める。大気からの散乱成分Ｂ１に対応するドップラー周波数は、受信スペクトルのピーク周波数と、ドップラー速度が０メートル毎秒に相当する、受信信号の周波数軸上での位置に相当する周波数との差に相当する。ここで、大気からの散乱成分Ｂ１に対応するドップラー周波数をｆｄとし、送信光の波長をλとする。大気中の散乱体（例えば、エアロゾル）の移動速度、すなわち、ドップラー風速Ｖは、下に示す式（１）を用いて算出される。
Ｖ＝ｆｄ×λ÷２                ・・・（１）
【００３２】
信号処理部１３は、デジタル信号に時間区間Ｇ１〜Ｇ５を設定して抽出した各信号に対応する大気中の距離Ｄを、下に示す式（２）に従って算出する。式（２）において、時間軸上の各時間区間Ｇ１〜Ｇ５のいずれかであるＧｊにおける区間の中心の位置をＴｊとし、内部散乱成分Ａの信号の時間波形の絶対値がピークとなる時間軸上での位置をＴ０とし、光速をｃとしている。大気中の距離Ｄｊは、コヒーレントライダ装置１００から風速が計測される位置までの距離である。
Ｄｊ＝（Ｔｊ−Ｔ０）×ｃ÷２      ・・・（２）
【００３３】
信号処理部１３は、内部散乱成分Ａの信号の時間波形に基づいて、送信光の状態、例えば、時間波形の振幅から送信光の強度を、相対的に検出する。ここで、信号処理部１３は、内部散乱成分Ａの信号の時間波形の振幅が予め設定された規定値よりも小さい場合に、光源１が生成する光信号（大気中に送信される光信号）の強度が異常であると判定し、内部散乱成分Ａの信号の時間波形の振幅が規定値以上の場合には、光信号の強度が正常であると判定する。なお、受信信号における内部散乱成分Ａと大気からの散乱成分Ｂとの両方を飽和させることなく、同等のレベルで１つの時間領域の信号に合わせることにより、前述した光信号の強度の検出が可能となる。
【００３４】
また、信号処理部１３は、内部散乱成分Ａの信号にＦＦＴを適用して得られたスペクトルの拡がりから、光源１が生成する光信号の線幅（コヒーレンシー）が正常であるか否かを検出する。光信号の線幅は、コヒーレント検波において重要な要素である。例えば、信号処理部１３は、図５に示すようにスペクトルの周波数幅Ｗが規定値以上に拡がっていれば、光信号の線幅が異常であると判定し、周波数幅Ｗが規定値未満である場合は、光信号の線幅は正常であると判定する。なお、受信信号における内部散乱成分Ａと大気からの散乱成分Ｂとの両方を飽和させることなく、同等のレベルで１つの時間領域の信号に合わせることにより、前述した光信号の線幅の検出が可能となる。
【００３５】
コヒーレントライダ装置１００では、距離およびドップラー速度の校正を実施しながら、大気中の風速を計測する。コヒーレントライダ装置は、風速を計測しないときに、校正を行うものでもよい。例えば、コヒーレントライダ装置１００は、送受光学系６の送信光の出射端がシャッターで遮光された状態であっても、距離およびドップラー速度を校正することができる。すなわち、コヒーレントライダ装置１００は、製造段階で距離およびドップラー速度を校正して校正値を信号処理部１３に設定しておくことで、風速を正確に計測することが可能となる。さらに、コヒーレントライダ装置１００は、製造段階で光信号の強度および線幅が正常か否かを判定することができる。
【００３６】
以上のように、コヒーレントライダ装置１００は、受信信号を２つに分配し、分配された２つの信号に互いに異なる増幅率で増幅してから１つの信号に合わせ、１つに合わせられた信号をデジタル信号に変換する。これにより、１系統のＡ／Ｄ変換器で信号を処理することができる。すなわち、コヒーレントライダ装置１００は、内部散乱成分と大気からの散乱成分のいずれも飽和させずに同等のレベルの信号として、これらの信号を１つの時間領域の信号に合わせる。この時間領域の信号は、１系統のＡ／Ｄ変換器でデジタル信号に変換され、信号処理部１３は、このデジタル信号を解析することによって、コヒーレントライダ装置１００からの距離が０メートルに相当する、受信信号の時間軸上での位置を決定し、ドップラー速度が０メートル毎秒に相当する、受信信号の周波数軸上での位置を決定する。
【００３７】
実施の形態２．
図６は、実施の形態２に係るコヒーレントライダ装置１００Ａの構成を示すブロック図である。図６に示すコヒーレントライダ装置１００Ａは、送信光を大気中に送信し、送信光がエアロゾルで散乱された散乱光をコヒーレント検波によって受信し、受信信号のスペクトルを解析することにより、エアロゾルのドップラー風速を計測する。このコヒーレントライダ装置１００Ａは、図１に示すコヒーレントライダ装置１００と基本的な構成は共通しているが、マイクロ波スイッチ１１の替わりに、マイクロ波合波器１５を備える点で異なる。
【００３８】
図１に示すマイクロ波スイッチ１１は、制御部１４からのタイミング信号に同期することで、同一の受信信号からそれぞれ得られた、増幅されていない内部散乱成分Ａを含む時間の範囲の信号と、マイクロ波アンプ１０によって増幅された大気からの散乱成分Ｂ１の信号とを、時間軸上で連続するようにつなげていた。これに対し、マイクロ波合波器１５は、制御部１４からのタイミング信号とは無関係に、入力された信号を合波する合波器である。従って、制御部１４とマイクロ波合波器１５との間は、電気信号線で接続されていない。合波とは、２つの信号を重ね合わせることである。
【００３９】
以上のように、コヒーレントライダ装置１００Ａは、受信信号を２つに分配し、分配された２つの信号に互いに異なる増幅率で増幅してから、マイクロ波合波器１５によって１つの信号に合わせ、１つに合わせられた信号をデジタル信号に変換する。これにより、コヒーレントライダ装置１００と同様の効果が得られ、さらに、制御部１４からのタイミング信号をマイクロ波合波器１５に送る電気信号線を省略することができるので、装置構成をコヒーレントライダ装置１００よりも簡易にすることができる。
【００４０】
なお、各実施の形態の組み合わせまたは実施の形態のそれぞれの任意の構成要素の変形もしくは実施の形態のそれぞれ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】
【００４１】
本開示に係るコヒーレントライダ装置は、例えば、大気中の風速の計測に利用可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１  光源、２  光分配器、３  パルス変調器、４  光増幅器、５  サーキュレータ、６  送受光学系、７  光合波器、８  光受信機、９  マイクロ波スイッチ、１０  マイクロ波アンプ、１１  マイクロ波スイッチ（合波部）、１２  Ａ／Ｄ変換器、１３  信号処理部、１４  制御部、１５  マイクロ波合波器（合波部）、３０  送受信部、１００，１００Ａ  コヒーレントライダ装置。
【要約】
コヒーレントライダ装置（１００）は、光信号を大気中に送信し、光信号の散乱光を受信する送受信部（３０）と、送受信部（３０）によって受信された散乱光から生成された受信信号を時間的に２つに分ける第１のスイッチ（９）と、第１のスイッチ（９）によって分けられた２つの信号を互いに異なる増幅率で増幅するマイクロ波アンプ（１０）と、マイクロ波アンプ（１０）によって異なる増幅率で増幅された２つの信号を１つの信号に合わせるマイクロ波スイッチ（１１）と、マイクロ波スイッチ（１１）によって１つに合わせられた信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器（１２）と、デジタル信号を処理する信号処理部（１３）と、送受信部（３０）、第１のスイッチ（９）、マイクロ波スイッチ（１１）およびＡ／Ｄ変換器（１２）の動作を制御する制御部（１４）を備える。【図１】
0006847325.tif 000002
【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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