(57)【要約】  従来の方法では、到来風速やシアや風向などの到来風の情報の予測精度が低下する  風車２に搭載され風車２の正面方向に対して決められた複数のビーム方向にパルスのレーザ光である送信光を大気中に送信し、大気と共に動く粒子に送信光が反射された反射光の送信光に対するドップラー周波数偏移からビーム方向の風車からの複数の距離での風速を計測する風計測ライダ装置１Ｂである。前回に風速を算出した後に送信された複数のパルスでの分割受信信号から得られるスペクトルを、ビーム方向および時間区間の組合せである風速計測区間ごとに積算した積算スペクトルを求めるスペクトル積算部１２ｃ、１２ｅと、ＳＮ比が第１閾値以上である積算スペクトルについて、風速計測区間ごとに風速を算出する風速算出部１２ｈと、風速計測区間ごとの風速に基づき風車２へ到来する風である到来風の情報である到来風情報を予測する到来風情報予測部１６とを備える。
2020209279.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
風車に搭載され前記風車の正面方向に対して決められた複数のビーム方向にパルスのレーザ光である送信光を大気中に送信し、大気と共に動く粒子に前記送信光が反射された反射光の前記送信光に対するドップラー周波数偏移から各前記ビーム方向において前記風車からの複数の距離での風速を計測する風計測ライダ装置であって、
前記反射光から生成される受信信号を、前記距離に対応させて区分された複数の時間区間で分割した分割受信信号をフーリエ変換してスペクトルを算出するスペクトル算出部と、
前回に前記風速を算出した後に送信された複数の前記パルスでの前記分割受信信号から得られる前記スペクトルの少なくとも一部を、前記ビーム方向および前記時間区間の組合せである風速計測区間ごとに積算した積算スペクトルを求めるスペクトル積算部と、
前記積算スペクトルのＳＮ比を算出するＳＮ比算出部と、
ＳＮ比が第１閾値以上である前記積算スペクトルについて、前記風速計測区間ごとに前記風速を算出する風速算出部と、
前記風速計測区間ごとの前記風速に基づき前記風車へ到来する風である到来風の情報である到来風情報を予測する到来風情報予測部とを備えた風計測ライダ装置。
【請求項２】
前記スペクトル積算部が、遠距離に分類される複数の前記距離に対応する複数の前記時間区間での前記分割受信信号の前記スペクトルを前記ビーム方向ごとにまとめて積算する、請求項１に記載の風計測ライダ装置。
【請求項３】
前記風速算出部は、同じ前記距離で同じ高度になる複数の前記風速計測区間のすべてで前記積算スペクトルのＳＮ比が前記風速を算出する条件を満足する場合に、同じ前記距離で同じ高度になる複数の前記風速計測区間のすべてで前記風速を算出する、請求項１または請求項２に記載の風計測ライダ装置。
【請求項４】
前記到来風情報予測部は、前記到来風の風速である到来風速を予測する到来風速予測部を有する、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項５】
前記到来風速予測部は、前記風速計測区間ごとの前記風速を重み付け平均することで前記風車への到来風速を予測する、請求項４に記載の風計測ライダ装置。
【請求項６】
前記到来風速予測部は、同じ前記距離の前記風速計測区間の前記風速から前記距離ごとの前記風速である複数の距離風速を算出し、前記距離風速の重み付け平均により前記到来風速を予測する、請求項４または請求項５の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項７】
前記到来風速予測部は、前記距離ごとの前記風速である複数の距離風速を、同じ前記距離の前記風速計測区間の前記風速の重み付け平均により算出し、前記距離風速を平均することで前記到来風速を予測する、請求項４または請求項５の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項８】
複数の前記ビーム方向は、それぞれの前記ビーム方向の仰角と同じ仰角を有する他のビーム方向の数が各仰角において１個以上で同じになるように決められており、
前記到来風速予測部は、前記距離風速を算出する際に、前記風速が算出されている前記ビーム方向の数が少ない仰角の前記ビーム方向では、重み付け平均に使用する重み係数を他の仰角の前記ビーム方向に対する前記重み係数よりも大きくする、請求項６または請求項７に記載の風計測ライダ装置。
【請求項９】
前記到来風速予測部が前記到来風速の予測に使用する到来風速予測用重み係数は、前記積算スペクトルの積算回数が小さい場合に大きく、前記積算回数が大きい場合に小さく決められている、請求項６から請求項８の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１０】
複数の前記ビーム方向は、それぞれの前記ビーム方向の仰角と同じ仰角を有する他のビーム方向の数が１個以上で同じになるように決められており、
前記到来風情報予測部は、同じ前記距離で高度が異なる前記風速計測区間で計測された前記風速から計算された前記風速の前記風車の正面方向の成分の高度方向における変化率であるシアを予測するシア予測部を有し、
前記到来風速予測部は、前記風速が算出されている前記ビーム方向が存在しない仰角である不計測仰角が存在する場合は、前記不計測仰角に隣接する仰角を有する前記ビーム方向で計測された前記風速と直近に予測された前記シアに基づき推定した前記不計測仰角での風速を使用して、前記到来風速を予測する、請求項４から請求項８の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１１】
前記到来風情報予測部は、同じ前記距離で高度が異なる前記風速計測区間で計測された前記風速から計算された前記風速の前記風車の正面方向の成分の高度方向における変化率であるシアを予測するシア予測部を有する、請求項１から請求項９の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１２】
前記シア予測部が、前記シアを複数の距離で算出して重み付け平均した平均シアを予測する、請求項１０または請求項１１に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１３】
前記シア予測部は、前記距離ごとの前記シアである複数の距離シアを予測し、前記距離シアの重み付け平均により前記平均シアを予測する、請求項１２に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１４】
前記シア予測部は、重み付けした前記風速計測区間ごとの前記風速に基づき前記距離ごとの前記シアである複数の距離シアを予測し、前記距離シアを平均することで前記平均シアを予測する、請求項１２に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１５】
前記シア予測部が前記平均シアの予測に使用するシア予測用重み係数は、前記積算スペクトルの積算回数が小さい場合に大きく、前記積算回数が大きい場合に小さく決められている、請求項１２から請求項１４の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１６】
前記到来風情報予測部は、前記風車のロータ直径の２倍以上の前記距離に対応する複数の前記ビーム方向での前記風速計測区間で計測された複数の前記風速と前記ビーム方向を表すビーム方向ベクトルに基づき風ベクトルを算出し、前記風ベクトルから風向を計測する風向計測部を有する、請求項１から請求項１５の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【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風計測ライダ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、風を計測する風計測ライダ(LIght Detection And Ranging:Lidar)装置が知られている（例えば、特許文献１、２および非特許文献１参照）。風計測ライダ装置は、レーザ光を大気中に送信し、大気中のエアロゾルで散乱されて戻って来た光を受信した受信光をコヒーレント検波して受信信号を生成する。受信信号のスペクトルを分析し、送信光と受信光の間のドップラー周波数偏移を求める。ドップラー周波数偏移は、エアロゾルの移動速度（風速）のレーザ光の送信方向における成分（視線方向成分）であるドップラー風速（視線方向風速）を表す。風計測ライダ装置は、このようにしてドップラー風速を計測する。【０００３】
風計測ライダ装置では、大気条件の変化により計測可能な距離が増減する。例えば、大気中のエアロゾルが少ない場合は、散乱されてライダ装置が受信する光のパワーが低減し、受信信号のＳＮ比（信号対雑音比）が低下する。受信信号のＳＮ比の低下に伴って、ライダ装置の計測可能な距離が低下する。特許文献１では、受信信号を分析し、分析結果に基づいて風計測ライダ装置を制御する。特許文献１では、受信信号のスペクトル積算回数が可変であり、受信信号のＳＮ比に基づき受信信号のスペクトル積算回数が増減にする。【０００４】
風車のナセルに搭載されて、風車に来る風の速度を計測する風計測ライダ装置では、風車のブレードに送信光または受信光が遮蔽されて有効なスペクトルが得られない期間が発生する。受信信号の波形からブレードによる遮蔽の有無を判断し、遮蔽されている場合はスペクトルを積算しない風計測ライダ装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】ＥＰ２８８４３０６Ｂ１
【特許文献２】ＥＰ１５８９６７８Ｂ１
【特許文献３】国際公開２０１７/１３０３１５
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】T. Ando et al., “All-fiber coherent Doppler technologies at Mitsubishi Electric Corporation,” IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Volume 1, 2008.
【非特許文献２】D. Schlipf et al., “Field Testing of Feedforward Collective Pitch Control on the CART2 Using a Nacelle-Based Lidar Scanner,” Journal of Physics Science Series 555, 012090, 2014.
【非特許文献３】IEC 61400-12-1, Edition 2.0, 2017.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１で示された制御方法には、複数方向で複数距離の風速を計測する場合に、課題がある。遠距離の風速を計測するには受信信号のスペクトル積算回数を多くする必要があり、近距離の風速の計測レートが低下する。近距離で計測に必要なＳＮ比が得られた時点で風速を計測する方向を切り替えると、遠距離では異なる方向でのスペクトルが積算されることになり、遠距離での風速の計測精度が低下する。【０００８】
到来風速を予測する場合に、遠距離の風速の計測精度が低いと到来風速の予測精度が低下する。シア（風速の風車正面方向成分の値の高度方向における変化率）および遠距離での風向を予測する場合にも、同様な課題がある。到来風速やシアや風向などは、風車に到来する風である到来風の情報である。到来風の情報を到来風情報と呼ぶ。
本開示は、従来よりも高精度に風車に到来する風である到来風の情報である到来風情報を予測することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本開示に係る風計測ライダ装置は、風車に搭載され風車の正面方向に対して決められた複数のビーム方向にパルスのレーザ光である送信光を大気中に送信し、大気と共に動く粒子に送信光が反射された反射光の送信光に対するドップラー周波数偏移からビーム方向の風車からの複数の距離での風速を計測する風計測ライダ装置であって、反射光から生成される受信信号を、距離に対応させて区分された複数の時間区間で分割した分割受信信号をフーリエ変換してスペクトルを算出するスペクトル算出部と、前回に風速を算出した後に送信された複数のパルスでの分割受信信号から得られるスペクトルの少なくとも一部を、ビーム方向および時間区間の組合せである風速計測区間ごとに積算した積算スペクトルを求めるスペクトル積算部と、積算スペクトルのＳＮ比を算出するＳＮ比算出部と、ＳＮ比が第１閾値以上である積算スペクトルについて、風速計測区間ごとに風速を算出する風速算出部と、風速計測区間ごとの風速に基づき風車へ到来する風である到来風の情報である到来風情報を予測する到来風情報予測部とを備えたものである。
【発明の効果】
【００１０】
本開示によれば、従来よりも高精度に風車に到来する風である到来風の情報である到来風情報を予測できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】実施の形態１に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。
【図２】風計測ライダ装置を風車に搭載し、レーザ光を複数のビーム方向に送受信して風車の前方の風速を計測する際の模式図である。
【図３】実施の形態１に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】実施の形態１に係る風計測ライダ装置の光送受信動作を説明するフローチャートである。
【図５】実施の形態１に係る風計測ライダ装置の変形例の構成を説明する模式図である。
【図６】実施の形態２に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。
【図７】実施の形態３に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。
【図８】実施の形態４に係る風計測ライダ装置において風速を計測する距離を示す模式図である。
【図９】実施の形態４に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。
【図１０】実施の形態５に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。
【図１１】実施の形態５に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１２】実施の形態６に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。
【図１３】実施の形態６に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１４】実施の形態７に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。
【図１５】実施の形態７に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１６】実施の形態８に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。
【図１７】実施の形態８に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１８】実施の形態９に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。
【図１９】実施の形態９に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。
【図２０】実施の形態１０に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。
【図２１】実施の形態１０に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。
【図２２】実施の形態１１に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。
【図２３】実施の形態１１に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
実施の形態１に係る風計測ライダ装置の構成を説明する。図１は、実施の形態１に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。風計測ライダ装置１は、風車２（図２に図示）の正面方向の前方の風の風速を計測する。風計測ライダ装置１は、光源３、光分配器４、パルス変調器５、光増幅器６、光サーキュレータ７、光スイッチ８、送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、光合波器１０、光受信機１１、信号処理部１２、制御部１３を主に有して構成される。
【００１３】
風計測ライダ装置１は、４個の送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを有する。送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄのそれぞれは、風車２の正面方向に対して決められたビーム方向で送受信する。送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄのそれぞれは、決められたビーム方向に大気中にパルス変調された送信光を放射し、大気中のエアロゾルで反射された反射光をビーム方向で受信する。エアロゾルとは、大気と共に移動する粒子である。送受光学系の個数は、２個、３個あるいは５個以上でもよい。送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄのそれぞれは、異なるビーム方向でレーザ光を送受信する。
【００１４】
光源３は、単一周波数からなる連続波であるレーザ光を発振して出力する。光分配器４は、光源３が出力するレーザ光を送信光とローカル光とに２分配する。パルス変調器５は、光分配器４から入力される送信光に対して変調（パルス変調）をかけると共に、決められた周波数シフトを与える。パルス変調器５は、後述するコヒーレント検波における中間周波数のレーザ光を生成する。このような機能を持つパルス変調器５の一例としては、Acousto-Optic Frequency Shifterが存在する。光増幅器６は、パルス変調された送信光を増幅する。光サーキュレータ７は、光増幅器６から入力されるレーザ光を光スイッチ８に出力し、光スイッチ８から入力されるレーザ光を光合波器１０に出力する。なお、光増幅器６は、増幅しない場合に風速を計測できる距離より遠い地点の風速を計測する場合に必要である。光増幅器６で送信光を増幅しなくても計測すべき距離までを計測できる場合には、風計測ライダ装置１が光増幅器６を備えない場合がある。
【００１５】
光スイッチ８は、４個の送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの何れかを選択して送信光を切り替えて出力する。光スイッチ８は、送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが受信する反射光を切り替えて光サーキュレータ７に出力する。光スイッチ８は、例えば送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの順に選択することで、例えば図２に示すＢｅａｍ１→Ｂｅａｍ２→Ｂｅａｍ３→Ｂｅａｍ４のビーム方向で順にレーザ光を送受信する。各ビーム方向でレーザ光を送受信する順番は、常に同じでなくてもよい。
【００１６】
光合波器１０は、ローカル光と受信光（反射光）を合波する。光受信機１１は、光合波器１０で合波されたレーザ光をコヒーレント検波する。光受信機１１により検波され光電変換された信号は、受信信号として信号処理部１２に送られる。信号処理部１２は、受信信号から距離ごとにドップラー風速を算出する。制御部１３は、各構成要素を制御する。
【００１７】
光合波器１０および光受信機１１は、パルスごとに得られる反射光とローカル光を合波して検波し、光電変換して受信信号を生成する受信検波部を構成する。
【００１８】
信号処理部１２は、時間ゲーティング部１２ａ、スペクトル算出部１２ｂ、第１スペクトル積算部１２ｃ、積算スペクトル保存部１２ｄ、第２スペクトル積算部１２ｅ、ＳＮ比算出部１２ｆ、ＳＮ比判定部１２ｇ、ドップラー風速算出部１２ｈおよび保存積算スペクトル修正部１２ｊを有する。
【００１９】
時間ゲーティング部１２ａは、光受信機１１から入力される受信信号を時間ゲートで区切った受信信号に分割する。時間ゲートとは、受信信号を区切る時間の区切りである。時間ゲーティング部１２ａは、制御部１３から入力されるトリガ信号にしたがい時間ゲートのタイミングを決める。トリガ信号は、送信光の送信開始のタイミングなどの基準となる事象が発生するタイミングで発生する。時間ゲートは、送信光が送信されてからの経過時間で受信信号を区切る。そのため、時間ゲートで区切られた受信信号は、風計測ライダ装置１からの距離に対応させて区切られることになる。時間ゲートで区切られた時間の区間を時間区間と呼ぶ。時間区間は、風計測ライダ装置１（厳密には送受光学系）からの距離を意図通りに区分できるように区分される。時間区間により区分された距離範囲のそれぞれを計測距離レンジと呼ぶ。複数の時間区間に分割された受信信号を、分割受信信号と呼ぶ。１個の分割受信信号が、１個の計測距離レンジに対応する。時間ゲーティング部１２ａは、分割受信信号を生成する受信信号分割部である。
【００２０】
スペクトル算出部１２ｂは、時間ゲートにより区切られた受信信号（分割受信信号）のそれぞれをフーリエ変換して各距離の分割受信信号のスペクトルを算出する。第１スペクトル積算部１２ｃは、送信光のパルスを送信して得られる受信信号ごとにかつ時間区間ごとに、スペクトル算出部１２ｂが求めたスペクトルを積算する。第１スペクトル積算部１２ｃが積算したスペクトルを第１積算スペクトルと呼ぶ。
【００２１】
積算スペクトル保存部１２ｄは、同一のビーム方向に複数回のパルスを送信することを０回以上繰り返して積算されたスペクトルを保存する。積算スペクトル保存部１２ｄは、各ビーム方向および各距離に関するスペクトルデータ（計測距離レンジ数：Ａ、ビーム数：Ｂの場合でＡ×Ｂ個のスペクトルデータ）を保存する機能を有している。つまり、積算スペクトル保存部１２ｄには、各ビーム方向、各距離に関するスペクトルデータが、１個ずつだけ保存されている。なお、積算スペクトル保存部１２ｄに保存されているスペクトルデータは、複数のスペクトルを積算した積算スペクトルのデータである。
【００２２】
積算スペクトル保存部１２ｄでは、ビーム方向および時間区間の組み合わせである風速計測区間ごとに、複数の分割受信信号のスペクトルを積算した積算スペクトルを保存する。また、第１スペクトル積算部１２ｃは、複数のスペクトルを風速計測区間ごとに積算して第１積算スペクトルを生成する。第１積算スペクトルは、風速計測区間ごとに複数のスペクトルを積算した積算スペクトルである。複数のスペクトルのそれぞれは、風速計測区間で決まるビーム方向および時間区間の複数の分割受信信号のそれぞれをフーリエ変換して得られる。複数の分割受信信号は、そのビーム方向に連続して送信された複数のパルスで得られる複数の受信信号を分割した分割受信信号である。
【００２３】
第２スペクトル積算部１２ｅは、積算スペクトル保存部１２ｄに保存されたスペクトルも含めてスペクトルを積算する。第２スペクトル積算部１２ｅは、第１積算スペクトルおよび積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルを積算する。積算スペクトル保存部１２ｄに保存されている積算スペクトルを、保存積算スペクトルと呼ぶ。第２スペクトル積算部１２ｅが積算したスペクトルを、第２積算スペクトルと呼ぶ。第２積算スペクトルは、風速計測区間ごとに複数のスペクトルを積算した積算スペクトルである。第２積算スペクトルは、保存積算スペクトルおよび第１積算スペクトルを積算した積算スペクトルである。
【００２４】
ＳＮ比算出部１２ｆは、第２スペクトル積算部１２ｅが積算した第２積算スペクトルのＳＮ比を算出する。ＳＮ比判定部１２ｇは、第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上であるかどうかを判定する。ドップラー風速算出部１２ｈは、ＳＮ比が第１閾値以上である積算スペクトルについて、風速計測区間ごとに積算スペクトルからドップラー周波数偏移およびドップラー風速（風速と略す）を算出する風速算出部である。
【００２５】
図１において、光学機器の間は光ファイバで接続される。光源３と光分配器４の間、光分配器４とパルス変調器５および光合波器９との間、パルス変調器５と光増幅器６の間、光増幅器６と光サーキュレータ７の間、光サーキュレータ７と光スイッチ８の間、光スイッチ８と４個の送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの間、光サーキュレータ７と光合波器１０との間、光合波器１０と光受信機１１との間は、すべて光ファイバにより接続される。図１に示す風計測ライダ装置は、いわゆる光ファイバ型の回路構成を有する風計測ライダ装置であるが、特にこの構成である必要はない。
【００２６】
図１において、装置の間には電気信号線が設けられる。光受信機１１と時間ゲーティング部１２ａとの間、制御部１３とパルス変調器５との間、制御部１３と光スイッチ８の間、制御部１３と時間ゲーティング部１２ａとの間、制御部１３と積算スペクトル保存部１２ｄとの間、制御部１３とＳＮ比判定部１２ｆの間、制御部１３と保存積算スペクトル修正部１２ｊとの間は、各々電気信号線により接続されている。光スイッチ８は、制御部１３からのビーム選択信号に基づき、送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの何れかに送信光を出力する。また、光スイッチ８は、制御部１３からのビーム選択信号に基づき、送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの何れかから反射光を受信する。
【００２７】
制御部１３は、ビーム選択信号を光スイッチ８に送る。ビーム選択信号は、ビーム方向を別のビーム方向に切り替える信号である。１個のビーム方向で決められた最小パルス数以上のパルスが発生する時間であるビーム選択時間が経過すると、ビーム選択信号が光スイッチ８に送られる。光スイッチ８、送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄおよび制御部１３は、ビーム方向を切り替えるビーム切替部を構成する。
【００２８】
図１に示す風計測ライダ装置１が風速を計測する原理は、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計測ライダ装置は、非特許文献１に示されている。
【００２９】
風計測ライダ装置１の動作を説明する。ここでは、風計測ライダ装置１が、図２に示すように風車２のナセルに搭載されている場合を例として説明する。風計測ライダ装置１は、風車２のナセルに搭載される。風計測ライダ装置１は、風車２の正面方向の前方での風速を計測して到来風速（流入風速）を予測する。到来風は、風車２に正面方向の前方から到来し、風車２を回転させる風である。到来風速は、到来風の風速である。予測した到来風速に基づき、風車２の発電量を最大化、ないしは風車２への荷重負荷を最小化するように、風車２は制御される。図２に示す例では、風計測ライダ装置１から送受信されるレーザ光のビームの数は、Ｂｅａｍ１、Ｂｅａｍ２、Ｂｅａｍ３、Ｂｅａｍ４の４個である。各々のビームは、風車の正面方向に対してθ１、θ２、θ３、θ４の角度をなしている。これらのビームは、各々異なる互いに離れた方向に送受信される。さらに、例えば、Ｂｅａｍ１、Ｂｅａｍ２、Ｂｅａｍ３、Ｂｅａｍ４という順のように、時系列的に切り替えて送受信されて、複数のビーム方向かつ複数の距離での風速が計測される。このように計測された４方向での風速に基づき、風車２への到来風速が予測される。ここで、送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄから送受信されるレーザ光のビームが、それぞれ図２に示すＢｅａｍ１、Ｂｅａｍ２、Ｂｅａｍ３、Ｂｅａｍ４であるとする。各ビームでは、近距離ｄ１と遠距離ｄ２の２点で風速を計測する。
【００３０】
パルス状の送信光が大気中に送信されると、風計測ライダ装置１（厳密には光送受光学系９）からの異なる距離に存在するエアロゾルで送信光が反射されて反射光となる。反射光は、送信光よりも時間的に長くなる。近距離ｄ１で反射された反射光は、遠距離ｄ２で反射された反射光よりも早く光送受光学系９で受信される。つまり、送信光が送信されてから光送受光学系９で反射光を受信するまでの時間は、光送受光学系９から反射する位置までの距離に比例する。反射光から生成される受信信号を時間で区切ると、光送受光学系９から反射する位置までの距離に応じて受信信号を区切ることになる。
【００３１】
図３を参照して、風計測ライダ装置１の動作を説明する。図３は、風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。最初に、制御部１３から保存積算スペクトル修正部１２ｊに初期化信号を送る。保存積算スペクトル修正部１２ｊは、積算スペクトル保存部１２ｄに保存されている各ビーム方向および各距離に関するスペクトルデータをゼロに初期化する（ステップＳ０）。
【００３２】
次に、制御部１３から光スイッチ８および第２スペクトル積算部１０ｅに、ビーム選択信号を送る。光スイッチ８は、レーザ光を送受するビーム方向に対応する送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの内の１個を選択する（ステップＳ１）。
【００３３】
次に、制御部１３からパルス変調器５に対し、パルス変調信号を送るとともに、この信号に同期したトリガ信号を時間ゲーティング部１２ａに送る（ステップＳ２）。
【００３４】
このような動作を行っている状態で、次に示す光送受信動作（ステップＳ３）を実行する。光送受信動作により生成した受信信号は、信号処理部１２の時間ゲーティング部１２ａに送られる。光送受信動作について、図４を参照して説明する。図４は、風計測ライダ装置の光送受信動作を説明するフローチャートである。
【００３５】
まず、光源３からの連続波であるレーザ光を光分配器４によりローカル光と送信光に分配する。ローカル光を光合波器１０に送るとともに、送信光をパルス変調器５に送る（ステップＳ３Ａ）。パルス変調器５は、送信光をパルス変調するとともに、周波数シフトを与え、コヒーレント検波における中間周波数のレーザ光を生成する（ステップＳ３Ｂ）。パルス変調された送信光を、光増幅器６により増幅する（ステップＳ３Ｃ）。増幅された送信光は、制御部１３からの制御信号により光スイッチ８が選択している送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの内の１個の送受光学系９から大気中に送信される（ステップＳ３Ｄ）。なお、送信光は、光源３、光分配器４、パルス変調器５、光増幅器６、光サーキュレータ７、光スイッチ８、送受光学系９という経路で、大気中に送信される。
【００３６】
送信光は、大気中の各距離においてエアロゾルにより風速に応じたドップラー周波数偏移を伴って散乱（反射）される。散乱（反射）されたレーザ光は、送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの内の選択された１個の送受光学系９で受信される（ステップＳ３Ｅ）。選択されている送受光学系９で受信された受信光（反射光）は、光スイッチ８、光サーキュレータ７を介し光合波器１０に送られる（ステップＳ３Ｆ）。光合波器１０では、ローカル光と受信光（反射光）が合波される。合波された反射光は、光受信機１１によりコヒーレント検波される（ステップＳ３Ｇ）。検波により生成される電気信号である受信信号は、信号処理部１２中の時間ゲーティング部１２ａに送られる（ステップＳ３Ｈ）。
【００３７】
信号処理部１２では、制御部１３から時間ゲーティング部１２ａへのトリガ信号に同期してＡ／Ｄ変換を行い、受信信号をデジタル信号に変換する。時間ゲーティング部１２ａが、デジタル信号である受信信号を各距離（計測距離レンジ）に相当する時間軸上の位置に対応する時間ゲートで区切る（ステップＳ４）。計測距離レンジは、時間区間に対応する。計測距離レンジを、距離レンジとも呼ぶ。
【００３８】
次に、スペクトル算出部１２ｂが、時間ゲートで区切った各受信信号である複数の分割受信信号のそれぞれをフーリエ変換して各距離に対応する分割受信信号のスペクトルを算出する（ステップＳ５）。
【００３９】
第１スペクトル積算部１２ｃが、スペクトル算出部１２ｂが算出したスペクトルを計測距離レンジごとに積算する（ステップＳ６）。選択しているビーム方向で、決められた回数のスペクトルを算出したかチェックする（ステップＳ７）。決められた回数のスペクトルを算出していない（Ｓ７でＮＯ）場合は、Ｓ３に戻る。
【００４０】
決められた回数のスペクトルを算出している（Ｓ７でＹＥＳ）場合は、第１スペクトル積算部１２ｃが積算した第１積算スペクトルを、第２スペクトル積算部１２ｅに送る。送った後に第１スペクトル積算部１２ｃに残っている積算スペクトルをゼロに初期化する（ステップＳ８）。なお、Ｓ８の動作においては、積算スペクトル保存部１２ｄに保存されているデータは変化しない。
【００４１】
ビーム方向でスペクトルを算出した回数ではなく、１個のビーム方向に対応する送受光学系９を選択している時間がビーム選択時間以上になる時点で、第１スペクトル積算部１２ｃによる第１積算スペクトルの積算を終了し、第２スペクトル積算部１２ｅによるスペクトルの積算を実施してもよい。ビーム選択時間は、決められた最小パルス数以上のパルスが発生する時間である。最小パルス数は、すべてのビーム方向で少なくとも最も近い距離に対応する風速計測区間で積算された積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上になるように決められている。
【００４２】
あるビーム方向を選択しているビーム選択時間、および、あるビーム方向で発生するパルス数（発生パルス数）は、常に一定でなくてもよい。最小パルス数以上のパルスを発生させるように、ビーム選択時間または発生パルス数に対する下限値を決めておけばよい。ビーム選択時間は、上限値を決めて上限値以下になるように変化させてもよい。ビーム選択時間の上限値は、最も近い距離の風速を計測する最長周期以下に決めておけばよい。最長周期は、近距離での風速の更新レートに応じて決めておけばよい。
【００４３】
次に、第２スペクトル積算部１２ｅが、各距離、各ビーム方向に関し積算スペクトル保存部１２ｄに保存されている積算スペクトルの中から、選択されているビーム方向および距離に該当する保存積算スペクトルを読み出す。そして、第２スペクトル積算部１２ｅにおいて、積算スペクトル保存部１２ｄから読み出した積算スペクトルとＳ８で第１スペクトル積算部１２ｃが積算した積算スペクトルとを、各距離に関しさらに積算する（ステップＳ９）。なお、Ｓ９で生成される積算スペクトルは、第２積算スペクトルである。
【００４４】
次に、ＳＮ比算出部１２ｆが、Ｓ９で得られた積算スペクトルのピークと雑音レベルとから、各距離の積算スペクトルのＳＮ比を算出する（ステップＳ１０）。
【００４５】
次に、ＳＮ比判定部１２ｇが、Ｓ１０で算出した各距離の積算スペクトルのＳＮ比と予め定めた第１閾値を、距離ごとに比較する（ステップＳ１１）。
【００４６】
積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上となる距離（Ｓ１１でＹＥＳ）に関しては、ステップＳ１２で、ドップラー風速算出部１２ｈが、Ｓ９で得られたスペクトルのピーク周波数からドップラー周波数偏移を、さらには、このドップラー周波数偏移から決められた計算式でドップラー風速（風速）を求める。さらに、制御部１３が保存積算スペクトル修正部１２ｊに初期化信号を送る。保存積算スペクトル修正部１２ｊは、積算スペクトル保存部１２ｄに保存している、風速を算出した該当ビーム方向および該当距離（風速計測区間）に関するスペクトルデータの値を初期化（ゼロにリセット）する。風計測ライダ装置１では、各風速計測区間で、第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合に、第２積算スペクトルから風速を算出する。
【００４７】
積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない距離（Ｓ１１でＮＯ）に関しては、制御部１３が保存積算スペクトル修正部１２ｊに更新信号を送る。更新信号を受信した保存積算スペクトル修正部１２ｊが、Ｓ９で第２スペクトル積算部１２ｅが積算したスペクトルデータを、該当風速計算区間の積算スペクトルとして、積算スペクトル保存部１２ｄに上書き保存する（ステップＳ１３）。つまり、ドップラー風速算出部１２ｈがドップラー風速を算出しない場合に、保存積算スペクトル修正部１２ｊが第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存する。
【００４８】
制御部１３が、光スイッチ８にビーム切替指令信号を送る（ステップＳ１４）。なお、Ｓ１４は、Ｓ７でＹＥＳになる時点以降で、Ｓ３が実行される前までに実施すればよい。
【００４９】
Ｓ０〜Ｓ１４のように動作させることで、受信信号のスペクトルにおけるＳＮ比が低い遠方の距離に関しても風速の計測が可能となる。さらに従来とは異なり、同じビーム方向に送受信しているパルスで得られるスペクトルだけを積算できる。異なるビーム方向でのパルスで得られるスペクトルを混在させてスペクトルを積算しない。そのため、風計測ライダ装置１は、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、ビーム方向の切り替え時間自体は長くしていないため、特に高いＳＮ比が期待できる近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。
【００５０】
なお、風計測ライダ装置１では、ビームの数は４個で、風速を計測する距離レンジは２個である。ビーム数も距離レンジ数のどちらも、２以上の任意の数であればよい。
【００５１】
風計測ライダ装置１が奏する効果は、この装置を風車に搭載して到来風速を予測する場合において特に有効である。近距離の風速場は短時間で到来するため、近距離の風速は短い周期で計測する必要がある。風計測ライダ装置１は、近距離の風速は短い周期で計測できる。遠方の風速場は到来するまでに時間を要するため、短い周期での計測への要求は高くはないが、確実に必要な精度の風速の情報を得ることが必要である。風計測ライダ装置１は、遠距離で確実に必要な精度の風速を計測できる。
【００５２】
なお、風計測ライダ装置１では、送受光学系の数はビーム方向数と同じ数となっていた（図２に示す例では送受光学系の数：４、ビーム方向数：４）。送受光学系に特許文献２に示された１系列の光学系で複数の方向（ビーム方向）にビームを送受信するタイプのものを用いることで、送受光学系を１系列にできる。つまり、本開示に係る風計測ライダ装置において、ビーム方向数は複数である必要はあるが、送受光学系の数は必ずしも複数である必要はない。複数の方向にビームを送受信するタイプの複数の送受光学系を使用してもよい。
【００５３】
風計測ライダ装置は、風車に搭載され風車の正面方向に対して決められた複数のビーム方向にパルスのレーザ光である送信光を大気中に送信し、大気と共に動く粒子に送信光が反射された反射光の送信光に対するドップラー周波数偏移から、各ビーム方向において風車からの複数の距離での風速を計測する。
【００５４】
（変形例）
レーザ光を送受信する方向（ビーム方向）を選択する別の方法として、図５に示す構成を用いてもよい。図５は、風計測ライダ装置の変形例の構成を説明する模式図である。図５について、図１との違いを説明する。風計測ライダ装置１Ａは、光源３の替わりに波長切替え型光源１４、光スイッチ８の替わりに波長分割型光マルチプレクサ１５を有する。波長切替え型光源１４は、光源３の機能に加え、λ１、λ２、λ３、λ４という４種類の波長のレーザ光を出力できる。制御部１３Ａからの波長選択信号に基づき、波長切替え型光源１４は指示された波長のレーザ光を出力する。波長分割型光マルチプレクサ１５は、４個の入出力ポートを有して、入力されるレーザ光の波長に応じて、レーザ光を出力するポートを切り替える。波長の数は４個でなくてもよい。波長切替え型光源は、複数の異なる波長のレーザ光を出力するものであればよい。
【００５５】
波長切替え型光源１４の出力するレーザ光の波長をλ１、λ２、λ３、λ４とする。波長分割型光マルチプレクサ１５の各ポートへ出力するレーザ光の波長をλ１、λ２、λ３、λ４と、波長切替え型光源１４が出力するレーザ光の波長と同じにする。さらに、各ポートに送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの何れかを接続する。こうしておけば、制御部１３から波長切替え型光源１４へ送る波長選択信号を切り替えることで、波長分割型光マルチプレクサ１５がレーザ光を出力するポート、すなわちビーム方向を選択できる。その他の動作は図１と同じにしておけば、図１の風計測ライダ装置と同じように動作して同じ効果を得ることができる。
【００５６】
一般的に、光スイッチの切り替え回数には上限回数が存在する。光スイッチの切り替え回数が上限回数に達することで、装置全体の寿命を決める場合がある。光スイッチの替わりに波長切替え型光源１４および波長分割型光マルチプレクサ１５による構成を用いれば、光スイッチの寿命の問題を回避でき、装置全体の長寿命化に寄与できる。
【００５７】
第１スペクトル積算部１２ｃおよび第２スペクトル積算部１２ｅは、同じビーム方向で連続して送信された複数のパルスで得られる複数の受信信号をそれぞれ分割した複数の分割受信信号からそれぞれ算出された複数のスペクトルおよび積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルを風速計測区間ごとに積算して第２積算スペクトルを生成する、あるいは第２積算スペクトルおよび同じビーム方向で連続して送信された複数のパルスで得られる複数の受信信号をそれぞれ分割した複数の分割受信信号からそれぞれ算出された複数のスペクトル風速計測区間ごとに積算して第１積算スペクトルを生成するスペクトル積算部を構成する。第１スペクトル積算部が、積算を開始する前に積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルを読み出して、読み出した積算スペクトルに分割受信信号のスペクトルを積算するようにしてもよい。その場合には、第１スペクトル積算部１２ｃが第２積算スペクトルを生成するスペクトル積算部を構成することになり、第２スペクトル積算部は不要になる。
【００５８】
風計測ライダ装置１では、第１積算スペクトルから風速を算出していないが、ＳＮ比が第１閾値以上である第１積算スペクトルから風速を算出してもよい。第１閾値と比較する積算スペクトルは、風計測ライダ装置１では第２積算スペクトルである。第１積算スペクトルのＳＮ比と第１閾値とを比較し、第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない場合に、第２積算スペクトルのＳＮ比を第１閾値と比較してもよい。順番を逆にして、第２積算スペクトルのＳＮ比と第１閾値とを比較し、第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない場合に、第１積算スペクトルのＳＮ比を第１閾値と比較してもよい。第１積算スペクトルおよび第２積算スペクトルの何れかＳＮ比が高い方である高ＳＮ比積算スペクトルを、第１閾値と比較して、第１閾値以上である高ＳＮ比積算スペクトルから風速を算出してもよい。
【００５９】
第１積算スペクトルのＳＮ比が第２積算スペクトルのＳＮ比よりも高くなる場合が発生する理由は、ビームが風車のブレードに遮られ、受信信号が得られない状況が発生するからである。そのような状況では、ブレードで反射されたパルスに関しては、受信信号にはエアロゾルで反射された反射光から生成された成分は存在しない。ブレードで遮蔽されたパルスで得られる受信信号のスペクトルを積算した第１積算スペクトルは、ＳＮ比が低い。風計測ライダ装置１では、ＳＮ比が第１閾値以上でない第１積算スペクトルは、第２スペクトル積算部１２ｅで積算スペクトル保存部１２ｄに保存されている保存積算スペクトルと積算され第２積算スペクトルが生成される。第２積算スペクトルは、積算スペクトル保存部１２ｄに保存される。
【００６０】
ブレードで遮蔽されたパルスで得られる受信信号を、遮蔽有の受信信号と呼ぶ。ブレードで遮蔽されていないパルスで得られる受信信号を、遮蔽無しの受信信号と呼ぶ。遮蔽有の受信信号のスペクトルを含んで積算された第１積算スペクトルを遮蔽有の第１積算スペクトルと呼ぶ。遮蔽有の受信信号のスペクトルだけが積算された第１積算スペクトルを全遮蔽での第１積算スペクトルと呼ぶ。遮蔽有の受信信号のスペクトルと遮蔽無し受信信号のスペクトルの両方を含む第１積算スペクトルを部分遮蔽での第１積算スペクトルと呼ぶ。遮蔽無しの受信信号のスペクトルだけが積算された第１積算スペクトルを、無遮蔽での第１積算スペクトルと呼ぶ。無遮蔽での第１積算スペクトルのＳＮ比は、第１閾値であるとする。
【００６１】
遮蔽有の第１積算スペクトルが連続して何個か生成されると、保存積算スペクトルのＳＮ比が、第１閾値未満の範囲において低下していく。その後、ＳＮ比が低下した保存積算スペクトルと同じビーム方向で、無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される。無遮蔽での第１積算スペクトルのＳＮ比は、第１閾値である。これに対して、第２積算スペクトルは、第１閾値未満である保存積算スペクトルと第１積算スペクトルとが積算されて生成される。そのため、第２積算スペクトルのＳＮ比は第１閾値未満である。この状況では、第１積算スペクトルのＳＮ比が第２積算スペクトルのＳＮ比よりも高くなる。
【００６２】
スペクトル積算部は、前回に風速を算出した後に送信された複数のパルスでの分割受信信号から得られるスペクトル（前回後生成スペクトルと呼ぶ）の少なくとも一部を、ビーム方向および時間区間の組合せである風速計測区間ごとに積算した積算スペクトルを求められるものであればよい。積算スペクトルは、前回後生成スペクトルの全部でもよいし、その一部でもよい。積算スペクトル保存部に保存する保存積算スペクトルは、前回後生成スペクトルの全部でもよいし、その一部でもよい。第１積算スペクトルおよび第２積算スペクトルは、前回後生成スペクトルの少なくとも一部を風速計測区間ごとに積算した積算スペクトルである。
【００６３】
なお、風計測ライダ装置１では、ＳＮ比判定を各ビームに対し行っていた。第２スペクトル積算部１２ｅで求められた各距離のスペクトルデータに関し、同じ高度での風速を計測するビームに関しては、各距離でこれらビームのすべてに関しＳＮ比が第１閾値を超えたかを判定するようにしてもよい。つまり、ドップラー風速算出部が、同じ距離で同じ高度になる複数の風速計測区間のすべてで積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合に、同じ距離で同じ高度の複数の風速計測区間のすべてで風速を算出してもよい。同じ距離で同じ高度になる複数の風速計測区間の中に積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない風速計測区間が存在する場合には、同じ距離で同じ高度の複数の風速計測区間のすべてで風速を算出しない。具体的に図２では、Ｂｅａｍ１とＢｅａｍ２の両方でＳＮ比が第１閾値以上であるかを判定する。Ｂｅａｍ１とＢｅａｍ２の両方でＳＮ比が第１閾値以上である場合に、Ｂｅａｍ１とＢｅａｍ２の当該距離で風速を計測する。さらには、Ｂｅａｍ３とＢｅａｍ４の両方でＳＮ比が第１閾値以上であるかを判定する。Ｂｅａｍ３とＢｅａｍ４の両方でＳＮ比が第１閾値以上である場合に、Ｂｅａｍ３とＢｅａｍ４の当該距離で風速を計測する。このようにすることで、各距離において各高度の風速計測に要する時間を同じにできる。
【００６４】
同じ距離で同じ高度になる複数の風速計測区間のすべてで積算スペクトルが風速を算出する条件を満足する場合に、同じ距離で同じ高度になる複数の風速計測区間のすべてで風速を算出すればよい。
【００６５】
また、積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上かどうかの判定に関し、ＳＮ比が第１閾値未満である場合に積算スペクトル保存部１２ｄに積算スペクトルを保存する回数をカウントする。このカウント値が予め定めた最大値に到達した場合には、カウント値をゼロにリセットするとともに、積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルを初期化するようにしてもよい。その場合は、風速計測の計測時間が過剰となることによる計測精度の著しい低下を避けることが可能となる。この際、カウント値が最大値になっても所要ＳＮ比に到達できなかった場合は、風速計測ができなかった旨をデータとして出力する。なお、所要ＳＮ比は、積算スペクトルのＳＮ比と比較する第１閾値である。
【００６６】
また、風計測ライダ装置では、ビームを１スキャン、つまり、例えばＢｅａｍ１→Ｂｅａｍ２→Ｂｅａｍ３→Ｂｅａｍ４とすべてのビームを１回ずつ計測した際に、一部のビームに関し所要ＳＮ比に到達できない状況が発生する。この場合、所要ＳＮ比に到達できないビームのデータに関しては、積算継続中であることを示すフラグをデータとして出力するようにすればよい。また、過剰に長時間の積算を行うことは風速の計測精度の顕著な劣化につながるので、積算に用いるスキャン回数、つまり、そのビーム方向を計測する回数（連続積算回数）の上限回数を決めておく。連続積算回数は、積算スペクトルを生成する上で何個の第１積算スペクトルを積算したかを表す積算回数である。上限回数まで第１積算スペクトルを積算しても積算スペクトルのＳＮ比が所要ＳＮ比に到達できない場合には、風速計測が困難であることを示すフラグをデータとして出力するようにすればよい。また、風速の算出結果、算出した際のＳＮ比に加え、上で説明した２種類のフラグ（積算継続中および風速計測困難）のデータを、１スキャンごとに出力できるようにしておけばよい。さらには、積算に用いているスキャン回数（上限回数に対し、現在何回目のスキャンか）を、１スキャンごとに出力できるようにしておけばよい。そうすることで、風計測ライダ装置での計測結果をリアルタイムに活用することが可能である。
【００６７】
スキャン回数に上限回数を設定する場合には、保存積算スペクトル修正部が以下のように動作する。積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値未満である風速計測区間について、積算スペクトル保存部の初期化後に積算スペクトル保存部に積算スペクトルを保存する回数である連続積算回数が上限回数未満である場合は、保存積算スペクトル修正部は、第２スペクトル積算部が積算した積算スペクトルを積算スペクトル保存部に保存する。連続積算回数が上限回数以上である場合は、保存積算スペクトル修正部は、積算スペクトル保存部に保存された積算スペクトルを初期化する。
【００６８】
第２積算スペクトルを常に生成するのではなく、第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である場合に、第２積算スペクトルを生成してもよい。第２閾値は、第１閾値よりも小さく決める。第２閾値は、例えば第１積算スペクトル中に遮蔽無しの受信信号から生成されたスペクトルがある程度（例えば、２０％以上）は存在するように決める。あるいは、第２閾値は、第１積算スペクトルのＳＮ比の計算値の中で、低い方から例えば５％に相当する値などのように決める。第２閾値は、積算することでＳＮ比を低下させる可能性が高い第１積算スペクトルを積算に使用しないように決める。第１積算スペクトル中の遮蔽無しの受信信号から生成されたスペクトルの割合を非遮蔽率と呼ぶ。
【００６９】
第２積算スペクトルを生成するかどうかを、風計測期間ごとに決めるのではなく、ビーム方向ごとに決めてもよい。ビーム方向ごとに第２積算スペクトルを生成するかどうか決めるために、例えば判断対象風速計測区間を使用する。判断対象風速計測区間は、各ビーム方向で、予め決められた１個または複数個の風速計測区間である。判断対象風速計測区間に属し、かつ第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である風速計測区間の個数が下限個数以上である場合に、第２積算スペクトルを生成し、そうでない場合に第２積算スペクトルを生成しない。判断対象風速計測区間に属し、かつ第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である風速計測区間を、有効ＳＮ比風速計測区間と呼ぶ。
【００７０】
ビーム方向としては第２積算スペクトルを生成する場合でも、第１積算スペクトルのＳＮ比が極度に低い風速計測区間では、第２積算スペクトルを生成しないようにしてもよい。例えば、第２閾値よりも小さく決められた第３閾値よりもＳＮ比が低い風速計測区間では、ビーム方向での判断が第２積算スペクトルを生成するであっても、その風速計測区間では第２積算スペクトルを生成しないようにしてもよい。有効ＳＮ比風速計測区間の個数が下限個数以上であるビーム方向で、第１積算スペクトルのＳＮ比が第３閾値以上である風速計測区間で、第２積算スペクトルを生成する。有効ＳＮ比風速計測区間の個数が下限個数以上でないビーム方向の全風速計測区間では、第２積算スペクトルを生成しない。有効ＳＮ比風速計測区間の個数が下限個数以上であるが、第１積算スペクトルのＳＮ比が第３閾値以上でない風速計測区間では、第２積算スペクトルを生成しない。第３閾値は、例えば第２閾値の半分などのように決める。第３閾値は、積算することでＳＮ比を低下させることが確実である第１積算スペクトルを積算に使用しないように決める。
【００７１】
第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上でない場合に、第２積算スペクトルを生成するが、第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存しないようにしてもよい。ビーム方向ごとに、判断対象風速計測区間での有効ＳＮ比風速計測区間の個数により第２積算スペクトルを生成するか決める場合でも、第２積算スペクトルを生成しない条件に該当する場合に、第２積算スペクトルを生成するが、第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存しないようにしてもよい。
【００７２】
第２積算スペクトルのＳＮ比が第４閾値以上でない場合に、第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存しないようにしてもよい。第４閾値は、第１閾値よりも小さく決める。第４閾値は、第２閾値と同じ値でもよいし、異なる値でもよい。
【００７３】
第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値(変数ｋ２で表わす)以上でない場合に、第２積算スペクトルを生成しない場合、あるいは第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存しない場合には、保存スペクトル保存部１２ｄに保存される保存積算スペクトルのＳＮ比(変数Ｚhで表わす)の下限値は、第１積算スペクトルの積算回数が増加すると、高くなる。積算回数をＮ回とすると、Ｚh≧√(Ｎ)*ｋ２が成立する。
【００７４】
第２積算スペクトルのＳＮ比が第４閾値(変数ｋ４で表わす)以上でない場合に、第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存しないようにする場合は、保存積算スペクトルのＳＮ比Ｚhの下限値は、積算回数Ｎが増加しても高くはならない。Ｎによらず、Ｚh≧ｋ４が成立する。
【００７５】
積算スペクトル保存部１２ｄが保存する保存積算スペクトルのＳＮ比を低下させないために、常に第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存するのではなく、第２積算スペクトルのＳＮ比が積算スペクトル保存部１２ｄに保存されている保存積算スペクトルのＳＮ比よりも高い場合だけ、第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存してもよい。
【００７６】
第１積算スペクトルおよび第２積算スペクトルの何れかＳＮ比が高い方である高ＳＮ比積算スペクトルを、積算スペクトル保存部１２ｄに保存してもよい。高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存積算スペクトルのＳＮ比よりも高い場合だけ、高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存してもよい。
【００７７】
風速計測区間ごとに風速の算出に使用する積算スペクトルの決め方は、以下に示す何れかの１つの方法、あるいは他の方法でもよい。
（風速の算出に使用する積算スペクトルの決め方）
(a1)第１閾値と第２積算スペクトルのＳＮ比だけを比較して、第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合。
(a2)第１閾値と第１積算スペクトルのＳＮ比を先に比較して、第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合。
(a3)第１閾値と第１積算スペクトルのＳＮ比を先に比較して、第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値未満であり、第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合。
(a4)第１閾値と第２積算スペクトルのＳＮ比を先に比較して、第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合。
(a5)第１閾値と第２積算スペクトルのＳＮ比を先に比較して、第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値未満であり、第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合。
(a6)第１積算スペクトルおよび第２積算スペクトルのＳＮ比を比較して高ＳＮ比積算スペクトルを決め、高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合。
【００７８】
第２積算スペクトルを生成する場合の決め方は、以下に示す何れか１つの方法、あるいは他の方法でもよい。有効ＳＮ比風速計測区間は、判断対象風速計測区間に属し、かつ第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である風速計測区間である。
（第２積算スペクトルを生成する場合を決める方法）
(b1)常に第２積算スペクトルを生成する。
(b2)第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である場合に、第２積算スペクトルを生成する。
(b3)各ビーム方向で、有効ＳＮ比風速計測区間の個数が決められた下限個数以上である場合に、そのビーム方向の各風速計測区間で、第２積算スペクトルを生成する。
(b4)各ビーム方向で、有効ＳＮ比風速計測区間の個数が決められた下限個数以上である場合に、そのビーム方向の第１積算スペクトルのＳＮ比が第３閾値以上である風速計測区間で、第２積算スペクトルを生成する。
【００７９】
第２積算スペクトルを生成しない場合がある方法(b2)〜(b4)でも、方法(a1)〜(a6)の何れとも組み合わせることができる。第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上でない場合は、第１積算スペクトルおよび第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上にはならない。したがって、第２積算スペクトルを生成しても生成しなくても、方法(a1)〜(a6)の何れの方法でも風速を算出できないことには変わりはない。
【００８０】
風速が算出できない風速計測区間で、積算スペクトル保存部に保存する積算スペクトルの決め方は、以下に示す何れか１つの方法、あるいは他の方法でもよい。ここで、今回、第１積算スペクトルを生成する前に積算スペクトル保存部に保存されている積算スペクトルを、前回保存積算スペクトルと呼ぶ。
（積算スペクトル保存部に保存する積算スペクトルの決め方）
(c1)常に第２積算スペクトルを保存する。
(c2)常に高ＳＮ比積算スペクトルを保存する。
(c3)前回保存積算スペクトルと第２積算スペクトルの何れかＳＮ比が高い方を保存する。
(c4)前回保存積算スペクトルと高ＳＮ比積算スペクトルの何れかＳＮ比が高い方を保存する。
(c5)第２積算スペクトルを保存する。ただし、第２積算スペクトルを生成しない場合は、前回保存積算スペクトルを保存する。
(c6)高ＳＮ比積算スペクトルを保存する。ただし、第２積算スペクトルを生成しない場合は、前回保存積算スペクトルを保存する。
【００８１】
(c7)第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である場合に、第２積算スペクトルを保存する。第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上でない場合は、前回保存積算スペクトルを保存する。
(c8)各ビーム方向で、有効ＳＮ比風速計測区間の個数が決められた下限個数以上である場合に、そのビーム方向の各風速計測区間で、第２積算スペクトルを保存する。有効ＳＮ比風速計測区間の個数が下限個数以上でない場合は、そのビーム方向の各風速計測区間で、前回保存積算スペクトルを保存する。
(c9)各ビーム方向で、有効ＳＮ比風速計測区間の個数が決められた下限個数以上であり、かつそのビーム方向の第１積算スペクトルのＳＮ比が第３閾値以上である風速計測区間で、第２積算スペクトルを保存する。有効ＳＮ比風速計測区間の個数が下限個数以上でない場合は、そのビーム方向の各風速計測区間で、前回保存積算スペクトルを保存する。有効ＳＮ比風速計測区間の個数が下限個数以上である場合は、第１積算スペクトルのＳＮ比が第３閾値以上でない風速計測区間では、前回保存積算スペクトルを保存する。
【００８２】
(c10)第２積算スペクトルのＳＮ比が第４閾値以上である場合に、第２積算スペクトルを保存する。第２積算スペクトルのＳＮ比が第４閾値以上でない場合、あるいは、第２積算スペクトルを生成しない場合は、前回保存積算スペクトルを保存する。
【００８３】
方法(c5)または方法(c6)は、方法(b2)〜(b4)の何れかと組み合わせて使用する。方法(c7)〜(c10)の何れも、第２積算スペクトルを生成するが積算スペクトル保存部に第２積算スペクトルに保存しない場合である。したがって、方法(c7)〜(c10)の何れかは、方法(b1)と組み合わせて使用する。
【００８４】
風計測ライダ装置１は、方法(a1)、方法(b1)および方法(c1)を使用する場合である。風計測ライダ装置では、方法(a2)〜(a6)、方法(b2)〜(b4)、方法(c2)〜(c10)の中で、何れか少なくとも１つを使用する風計測ライダ装置は、以下に示す何れか少なくとも１つの効果が得られる。
(効果１)風速の算出に使用する積算スペクトルのＳＮ比を、風計測ライダ装置１よりも高くできる。
(効果２)風速を算出するまでに生成する第１積算スペクトルの個数を、風計測ライダ装置１よりも少なくできる。
以上のことは、他の実施の形態にもあてはまる。
【００８５】
実施の形態２．
実施の形態２は、風車の到来風速およびシアを予測するように実施の形態１を変更した場合である。シアとは、風速の風車正面方向の成分（風車正面風速と呼ぶ）の値の高度方向（上下方向）での変化率である。図６は、実施の形態２に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図６について、実施の形態１の場合の図１とは異なる点を説明する。
【００８６】
風計測ライダ装置１Ｂは、風速予測部１６およびビーム方向記憶部１７を有する。風速予測部１６は、信号処理部１２が算出した風速（ドップラー風速）に基づき風車の到来風速およびシアを予測する。風速予測部１６は、風車へ到来する風である到来風の情報である到来風情報を予測する到来風情報予測部である。風速予測部１６は、ドップラー風速保存部１６ａ、到来風速予測部１６ｂ、シア予測部１６ｃ、重み係数記憶部１６ｄ、到来風速記憶部１６ｅおよびシア記憶部１６ｆを主に有して構成される。ドップラー風速保存部１６ａは、信号処理部１２が算出する風速を保存する。風速は、ビーム方向ごと距離（時間区間）ごとに計測時刻をつけて保存される。つまり、風速は、ビーム方向および時間区間の組み合わせである風速計測区間ごとに保存される。ドップラー風速保存部１６ａは、到来風速予測部１６ｂおよびシア予測部１６ｃにより参照される。
【００８７】
到来風速予測部１６ｂは、風速に基づき風車への到来風速を予測する。到来風速予測部１６ｂは、風速計測区間ごとの風速を重み付け平均することで風車への到来風速を予測する。シア予測部１６ｃは、風速に基づきシアを予測する。シア予測部１６ｃは、シアを複数の距離で算出して平均した平均シアを重み付け平均により算出する。
【００８８】
シアは、同じ距離で高度が異なる風速計測区間で計測された風車正面風速の高度方向における変化率である。同じ距離で同じ高度の風速計測区間の集合を、同距離同高度区間集合と呼ぶ。高度が異なる同距離同高度区間集合で計測された風車正面風速の差を、高度差で割ることで、その距離での風車正面風速の高度方向における変化率であるシアを計算する。一般に風速は、高度が低い方が低速になる。そのため、高い高度での風車正面風速から低い高度での風車正面風速を減算した風速の差を、高度差で除算することで、シアを計算する。
【００８９】
重み係数記憶部１６ｄは、到来風速予測部１６ｂが使用する到来風速予測用重み係数１６ｇと、シア予測部１６ｃが使用するシア予測用重み係数１６ｈを記憶する。到来風速記憶部１６ｅは、到来風速予測部１６ｂが予測した到来風速を記憶する。シア記憶部１６ｆは、シア予測部１６ｃが予測したシアを記憶する。
【００９０】
ビーム方向記憶部１７は、風計測ライダ装置１Ｂがレーザ光を送信する複数のビーム方向を表す角度を記憶する。ビーム方向を表す角度とは、風車２の正面方向を基準とした方位角、仰角および開き角度である。正面方向は、水平面上に存在する。開き角度は、風車２の正面方向とビーム方向の始点を同じにした場合に、正面方向とビーム方向の間の角度である。方位角は、水平面にビーム方向を射影した際にビーム方向と正面方向とがなす角度である。仰角は、ビーム方向を含む鉛直な平面において、水平面とビーム方向とがなす角度である。
【００９１】
ビーム方向は、同じ方位角で仰角が異なる複数のビーム方向が存在するように決めておく。同時に、各ビーム方向で風速計測区間の区分を同じにする。そうすることで、風車２から同じ距離で高度が異なる複数の同距離同高度区間集合が存在することになり、シアを計算できる。各風速計測区間では、距離、ビーム方向の仰角および風計測ライダ装置１の設置個所の高度に基づき、その風速計測区間の高度を計算しておく。さらに、同じ仰角で方位角が異なる複数のビーム方向が存在するように、ビーム方向を決めておく。そうすることで、同距離同高度区間集合に複数の風速計測区間が属することになる。なお、風車２からの距離は、ビームに沿った直線距離、ビームを水平面に射影した水平面距離のどちらでもよい。各ビーム方向の仰角は１５度程度以下になるので、直線距離と水平面距離はほぼ同じになる。
【００９２】
風計測ライダ装置１Ｂは、風計測ライダ装置１と同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｂは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。さらに、風計測ライダ装置１Ｂは、風車の到来風速およびシアを予測できる。
【００９３】
まず、到来風速予測部１６ｂが実施する到来風速の予測方法について説明する。非特許文献３に記載の下記の式(１)により、到来風速Ｖ(t)は予測できる。風計測ライダ装置１Ｂでは、遠距離でも風速を従来よりも高精度で計測できているので、到来風速を従来よりも高い精度で予測できる。
【００９４】
【数１】
2020209279.tif 000003
【００９５】
式(１)において、ｔは計測が行われた時間（ｓ）、ｖは風車正面方向の平均風速（ｍ／ｓ）、ｄ１は到来風速予測位置（ｍ）であり、風車の位置であれば０ｍである。Ｊは、風速を計測する距離レンジの個数である。図２に示す例では、Ｊ＝２である。ｊは距離を表すレンジ番号である。図２に示す例では、ｊ＝１または２である。ｄｊは、風計測ライダ装置１Ｂで風速を計測する距離レンジの風車からの距離（ｍ）である。ＶＬｊ(ｔ)は、風計測ライダ装置１Ｂで計測した風速から求めた各距離ｊでの風速の風車正面方向の成分の値（ｍ／ｓ）である。
【００９６】
ＶＬｊの値は、風が横風であり、かつ風向と風車正面方向が一致しているとの仮定のもと、以下に示す式(２)を用いて計算される。式(２)では、異なるビーム方向での距離ｄｊでの風速の計測値を平均して計算している。なお、横風とは、風速に高さ方向の成分が存在しない風のことである。
【００９７】
【数２】
2020209279.tif 000004
【００９８】
式(２)において、Ｉはビーム数である。図２に示す例では、Ｉ＝４である。ｉはビーム番号である。図２に示す例では、ｉ＝１、２、３、４のどれかの値をとる。ＶＬＯＳ（ｉ，ｊ）は、ビーム番号ｉ、レンジ番号ｊに対応する風速（ｍ／ｓ）である。ＶＬＯＳ（ｉ，ｊ）は、ドップラー風速保存部１６ａに保存されている風速である。θｉはビーム開き角度（ｒａｄ）である。θｉは、図２に示すように風車正面方向に対して各ビーム方向がなす角度（開き角度）である。θｉは、ビーム方向記憶部１７に記憶されている。
【００９９】
なお、風車正面方向の平均風速ｖを求める別の１つの方法としては、以下に示す式(３)が考えられる。式(３)は、式(１)よりも早く平均風速ｖを計算できる。
【０１００】
【数３】
2020209279.tif 000005
【０１０１】
式(１)では、各距離ｊでの風速計測値が均等な係数で加算されて平均を求めている。風計測ライダ装置１Ｂでは、特に遠方での風速を計測するのに長い時間を要する場合が多い。長い時間をかけて計測すると、その時間内にいくらかの風速変化がある等で計測精度が劣化している可能性がある。したがって、各計測結果において、所要のＳＮ比に到達するためにビームをスキャンした（何回そのビーム方向で計測したか）回数を保存しておき、この回数に応じて計測値に重み付けをする。重み付けすることで、到来風速の予測精度が向上する。式(１)を重み付けする場合には、以下の式(４)となる。
【０１０２】
【数４】
2020209279.tif 000006
【０１０３】
式(４)において、Ｑｊは距離レンジｊ（レンジ番号がｊである距離レンジ）でのスキャン回数（連続積算回数）に応じた重み係数である。Ｑｊは、スキャン回数が大きくなると単調非増加で小さな値になるように設定する。つまり、Ｑｊは、スキャン回数が小さい場合に大きく、スキャン回数が大きい場合に小さく決める。なお、スキャン回数は、何個の第１積算スペクトルを積算したかを表す回数である。スキャン回数は距離レンジｊにより異なるので、Ｑｊは距離レンジｊにより変化する値である。Ｑｊは、重み係数記憶部１６ｄに記憶された到来風速予測用重み係数１６ｇである。
【０１０４】
距離レンジｊごとの風速の風車正面方向の成分の値ＶＬｊを重み付け平均するのではなく、各ビーム方向で計測される風速ＶＬＯＳ（ｉ，ｊ）を重み付け平均してＶＬｊを求めてもよい。その場合には、式(２)の替わりに、以下の式(５)を使用してもよい。以下の式(５)を使用する場合には、式(１)においてＶＬｊ(ｔ)をＶ０Ｌｊ(ｔ)に置き換えた式(１Ａ)を使用する。
【０１０５】
【数５】
2020209279.tif 000007
【０１０６】
式(５)において、Ｒ（ｉ，ｊ）は、ビーム番号ｉ、レンジ番号ｊの距離レンジでのスキャン回数に応じた重み係数である。Ｒ（ｉ，ｊ）は、重み係数記憶部１６ｄに記憶された到来風速予測用重み係数１６ｇの変形例である。Ｒ（ｉ，ｊ）は、スキャン回数が小さい場合に大きく、スキャン回数が大きくなると単調非増加で小さな値になるように決める。複数のスキャン回数で同じ値の重み係数になるように重み係数を決めてもよい。
【０１０７】
式(１)および式(４)を使用する場合は、到来風速予測部は、同じ距離の風速計測区間の風速から距離ごとの風速である複数の距離風速を算出し、距離風速の重み付け平均により到来風速を予測する。式(１)で計算される距離風速は、同じ距離の風速計測区間の風速の平均である。式(１Ａ)および式(５)を使用する場合は、到来風速予測部は、距離ごとの風速である複数の距離風速を同じ距離の風速計測区間の風速の重み付け平均により算出し、距離風速を平均することで到来風速を予測する。
【０１０８】
シア（風速の風車正面方向の成分の値の高度方向における変化率）を予測する場合にも、重み付け平均を適用できる。到来するシアに関しても、風速計測値の信頼性に基づき重み付け平均を求めることで予測精度が向上する。まず、重み付け平均しない場合のシアの計算式を説明する。Ｓ（ｔ）を、各距離ｊでのシアの平均値とする。ＳＬｊ（ｔ）は、風計測ライダ装置で計測した風速から求めた各距離ｊで計算したシアである。各距離ｊで計算したシアを距離シアと呼ぶ。
【０１０９】
【数６】
2020209279.tif 000008
【０１１０】
図２に示すように、上層を２個のビーム（Ｂｅａｍ１、Ｂｅａｍ２）、下層を２個のビーム（Ｂｅａｍ３、Ｂｅａｍ４）で計測する場合、レンジ番号ｊの距離レンジでの距離シアＳＬｊ（ｔ）は下に示す式(７)で計算する。ここで、風が横風であると仮定する。なお、風計測ライダ装置１Ｂでは、遠距離でも風速を従来よりも高精度で計測できているので、重み付け平均しない場合でもシアを従来よりも高い精度で予測できる。
【０１１１】
【数７】
2020209279.tif 000009
【０１１２】
式(７)において、ｈｊは各距離ｊでの上層のビームと下層のビームの高度差である。式(７)は、同距離同高度区間集合が複数の風速計測区間を持つ場合は、複数の風速計測区間で計測された風車正面風速の平均を求め、その同距離同高度区間集合の風車正面風速としている。式(７)で計算するＳLj(t)を、距離ｊでの距離シアと呼ぶ。ある距離で３個以上の異なる高度の同距離同高度区間集合が存在する場合は、２乗誤差が最小になるような高度に対して風速を線形近似する直線を求め、その直線の傾きからシアを計算すればよい。他の方法として、２個の高度の可能なすべての組合せでシアを計算して、計算したシアの平均をその距離での距離シアとしてもよい。距離シアを計算する平均は、単純平均でもよいし、高度差に応じた重み付け平均でもよい。重み付け平均する場合には、高度差が大きい２個の風速計測区間の組で計算されたシアに、高度差が小さいものよりも大きい重みを与えればよい。
【０１１３】
各距離ｊでのシアＳＬｊ（ｔ）を、重み係数Ｑｊによる重み付け平均して、以下の式で算出する。シアの予測にＱｊを使用する場合には、Ｑｊは重み係数記憶部１６ｄに記憶されたシア予測用重み係数１６ｈでもある。
【０１１４】
【数８】
2020209279.tif 000010
【０１１５】
風速ＶＬＯＳ（ｉ，ｊ）を重み付け平均して計算する場合には、以下の式(９)で重み係数Ｒ（ｉ，ｊ）を使用してＳＯＬｊ（ｔ）を計算する。式(９)を使用する場合には、式(６)においてＳＬｊ(ｔ)をＳＯＬｊ(ｔ)に置き換えた式(６Ａ)を使用する。シアの予測にＲ（ｉ，ｊ）を使用する場合には、Ｒ（ｉ，ｊ）は重み係数記憶部１６ｄに記憶されたシア予測用重み係数１６ｈでもある。
【０１１６】
【数９】
2020209279.tif 000011
【０１１７】
式(６)および式(７)を使用する場合は、シア予測部は、距離ごとのシアである複数の距離シアを予測し、距離シアの重み付け平均により平均シアを予測する。式(６Ａ)および式(９)を使用する場合は、シア予測部は、風速計測区間の距離に応じて重み付けしたシアに基づき距離ごとのシアである複数の距離シアを予測し、距離シアを平均することで平均シアを予測する。
【０１１８】
同距離同高度区間集合を求めないで、同じ方位角の方向で同じ距離で高度が異なる風速計測区間の集合である同距離同方位区間集合を方位角ごとに求めてもよい。各方位角での同距離同方位区間集合で１個のシアを計算して、同じ距離で異なる方位角で計算されたシアの平均を、その距離での距離シアとしてもよい。
【０１１９】
到来風速の予測またはシアの予測のどちらか一方または両方に、風速計測値の信頼度に基づく重み係数を用いた重み付け平均を算出してもよい。風速計測値の信頼度とは、ここでは風速を計測するまでに要した、そのビーム方向でのスキャン回数である。重み係数は、風速計測値の信頼度の低下に対して、単調非増加になるように設定する。つまり、重み係数は、風速計測値の信頼度が高い場合に大きく、信頼度が低い場合に小さく設定する。到来風速の予測とシアの予測で異なる重み係数を使用してもよい。
【０１２０】
各距離でのシアとしては、２点の高度をｈ1、ｈ2とし、高度h1での風速をｖ1とし、高度h2での風速をｖ2として、以下の式で計算するウインドシアべき指数αを使用してもよい。
α＝ln(ｖ2/ｖ1)/ln(ｈ2/ｈ1)            (10)
式(10)において、ln(x)は、実数xの自然対数を返す関数である。３個以上の高度での風速を計測できる場合は、異なった高度での誤差の二乗和が最小になるようなαを計算すればよい。
【０１２１】
なお、同じ距離においても、ビーム間において積算スペクトルのＳＮ比が異なる状況が発生する場合がある。結果として、１スキャン、つまり、すべてのビームを１回ずつ計測した際に、一部のビームに関し所要ＳＮ比に到達できない状況が発生しうる。例えば、図２において風車のブレードが回転し、４個のビームの１個以上を遮蔽する場合である。この場合、式(２)あるいは式(５)を用いて各距離ｊでの風速の風車正面方向の成分のＶＬｊを求める際に、上層と下層のデータ数にアンバランスが発生する。例えば、Ｂｅａｍ１、Ｂｅａｍ２、Ｂｅａｍ３のみで風速を算出できる状況である。このような状況が生じると、到来風速の予測において上層の風速の影響を強く受けるようになるが、風速場にシアが存在する場合、下層の情報が欠落することで到来風速の予測精度が低下する。このような状況であれば、下層、つまりＢｅａｍ３の風速計測値に大きい重みをかけることで、等価的に上層と下層のバランスをとり、シアの影響をある程度ではあるが回避し、到来風速の予測精度を確保することが可能である。
【０１２２】
図２に示す例では、４個のビーム方向は、２個の仰角に２個ずつのビーム方向が存在する。ビーム方向は、４個よりも多くてもよく、異なるすべての仰角に同じ個数のビーム方向が存在するように決められていればよい。つまり、複数のビーム方向が、それぞれのビーム方向の仰角と同じ仰角を有する他のビーム方向の数が各仰角において１個以上で同じになるように決められていればよい。各仰角でその仰角のビーム方向の個数が２個以上で同じ個数である場合に、それぞれのビーム方向の仰角と同じ仰角を有する他のビーム方向の数が各仰角において１個以上で同じに決められることになる。風速が算出されているビーム方向が少ない仰角（仰角１）のビーム方向では、到来風速予測部１６ｂは重み係数を他の仰角（仰角１とは異なる仰角）のビーム方向よりも大きくして到来風速を予測する。なお、他の仰角では、仰角１よりも風速が計測できているビーム方向が多い。
【０１２３】
また、ブレードによる遮蔽等の影響により、例えば上層の２個のビームのみで所要ＳＮ比に到達する場合、下層で風速計測値が得られない。下層で風速計測値が得られない場合は、上層の風速計測値と、例えば過去の直近で式(６)および式(７)を用いて計測されたシアのデータから下層の風速計測値を想定し、この想定値に基づき到来風速を予測してもよい。ここでは、ビーム数が４で上層と下層の２層の場合について述べた。ビームの上下方向の層数は、３層以上でもよい。例えば、ビーム数が６で上層、中層、下層の３層を計測する場合でもよい。
【０１２４】
到来風速予測部は、風速が計測できているビーム方向が存在しない仰角である不計測仰角の風速を、不計測仰角に隣接する仰角を有するビーム方向で計測された風速と直近に計測されたシアに基づき推定し、不計測仰角での風速の推測値を使用して到来風速を予測する。
【０１２５】
風計測ライダ装置１Ｂによる到来風速ないしはシアの予測結果に基づいて、風車２の向き（ヨー角）、ブレードの向き（ピッチ角）、および回転トルクの何れか１つ以上を制御することで、風車２の発電量の向上、ブレートの負荷低減、回転部の負荷低減、風車タワーの負荷低減の何れか１つ以上に寄与できる。到来風の風速（到来風速）およびシアの一方だけを予測して、風車の制御に利用してもよい。
【０１２６】
なお、風計測ライダ装置１Ｂでは、式(２)の説明にて記載したとおり、風向と風車正面方向が一致しているとの仮定の下で、到来風速を予測する。風向と風車正面方向を一致させる方法として、風向を計測する風向計を利用して、風向計により計測された風向と風車正面方向とが一致するように風車２の向き（ヨー角）を制御する方法がある。風向計は、例えばベーン（矢羽）方式等の風向計である。ただし、この方法では、風車のブレードが回転することで後流（Ｗａｋｅ）が発生し、後流の影響で風向値に誤差が生じる場合がある。風計測ライダ装置が風向を計測し、風計測ライダ装置が計測した風向により風車２の向きを制御するようにしてもよい。
【０１２７】
実施の形態３．
実施の形態３は、遠距離での風向を計測する風向計測部を備えるように実施の形態２を変更した場合である。図７は実施の形態３に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図７について、実施の形態２の場合の図６とは異なる点を説明する。風計測ライダ装置１Ｃは、風向計測部１８を有する。風向計測部１８は、風車に対して遠距離での風向を計測する。風計測ライダ装置１Ｃでは、風速予測部１６および風向計測部１８が到来風情報予測部を構成する。
【０１２８】
なお、遠距離とは、風車のロータ直径をＤとした際に、風車からの距離が２Ｄ以上の場合である。この遠距離の定義は、非特許文献３で風車発電量評価に使用すべきとされている距離である。
【０１２９】
風向を遠距離で計測する理由は、前方乱れの影響を回避するためである。風車２のブレードが回転することで前方に"Induction"と呼ばれる前方乱れを引き起こす。前方乱れのために、風車の近傍では風向を計測することは難しい。"Induction"の影響を受けない遠距離では、全体の風向に乱れが生じにくい。このため、遠距離で風向を計測する。風計測ライダ装置１Ｃは、従来よりも誤差を低減して風向を計測することができる。
【０１３０】
風向計測部１８は、異なる複数のビーム方向において遠距離の距離レンジで計測された風速（厳密には視線方向風速）と、ビーム方向記憶部１７に記憶されたビーム方向のデータとに基づき風ベクトルを算出する。ドップラー風速算出部１２ｈが算出する風速は、風ベクトルとビーム方向（視線方向）の単位ベクトル（ビーム方向ベクトル）の内積により計算される。遠距離では風ベクトルは一様であると仮定する場合には、３個以上のビーム方向での風速計測値とビーム方向ベクトルに基づき風ベクトルを求めることができる。風向計測部１８は、遠距離で算出した風ベクトルの方向を風向として算出する。なお、横風を前提とする場合には、２個のビーム方向で風速を算出してもよい。風向計測部１８は、４個以上のビーム方向で風速を計測する場合は、例えば二乗誤差の和が最小になるように風ベクトルを算出する。
【０１３１】
風計測ライダ装置１Ｃが、遠距離の距離レンジで計測した風向値は、風車２のヨー角制御に用いられる。近距離で計測する場合よりも正確に風向が計測できているので、風向と風車２の正面方向とを精度よく一致させることができる。風向と風車２の正面方向とを精度よく一致させることで、風車２の発電効率が向上する。到来風速およびシアを予測せずに風向だけを予測して計測する場合でも、予測した風向を風車の制御に利用することで風車２の発電効率が向上する。
【０１３２】
本開示に係る風計測ライダ装置では、遠距離の風速計測に長時間を要しやすいが、風車２のヨー角制御では、風車２の全体を動かすため、制御速度は遅い。したがって、風車２のヨー角を制御する上で、遠距離での風速計測に長時間を要する場合があることは、デメリットとはならない。
【０１３３】
風計測ライダ装置１Ｃは、風計測ライダ装置１と同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｃは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。さらに、風計測ライダ装置１Ｃは、風車の到来風速およびシアを予測できる。また、風計測ライダ装置１Ｃは、遠距離での風向を計測できる。計測した風向を風車のヨー角制御に使用することで、風車２の発電効率を向上させることができる。
【０１３４】
実施の形態４．
実施の形態４は、遠距離に分類される距離レンジが複数になるように距離レンジを定義し、複数の遠距離の距離レンジでの分割受信信号のスペクトルをビーム方向ごとにまとめて積算するように実施の形態２を変更した場合である。図８は、実施の形態４に係る風計測ライダ装置において風速を計測する距離を示す模式図である。図９は、実施の形態４に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図９について、実施の形態２の場合の図６とは異なる点を説明する。実施の形態１、実施の形態３あるいは他の実施の形態を変更してもよい。
【０１３５】
図８に示すように、風計測ライダ装置１Ｄは、Ｂｅａｍ１、Ｂｅａｍ２、Ｂｅａｍ３、Ｂｅａｍ４という４個のビームを送受信する。各ビームでは、距離ｄ１、距離ｄ２、距離ｄ３という３点で風速を計測する。距離ｄ２と距離ｄ３は、遠距離に分類する。距離ｄ１は、近距離（遠距離ではない）に分類する。遠距離ｄ２と遠距離ｄ３は、それぞれの距離で算出したスペクトルデータをまとめて積算する。遠距離ｄ２と遠距離ｄ３では、風速はほぼ同じと考えられる。そのため、遠距離ｄ２と遠距離ｄ３で算出したスペクトルデータをまとめて積算することで、スペクトルデータのＳＮ比を大きくでき、より正確に遠距離の風速を計測できる。
【０１３６】
各ビームで風速を計測する距離の数は、４個以上でもよい。遠距離でない風速計測区間が複数でもよい。遠距離として処理する距離が近い方から数えて何個目以遠であるかというデータを、風計測ライダ装置１Ｄは記憶している。
【０１３７】
風計測ライダ装置１Ｄでは、保存積算スペクトル修正部１２ｊＤを変更している、保存積算スペクトル修正部１２ｊＤは、図３に示すＳ１３で第２スペクトル積算部１２ｅが積算したスペクトルデータを積算スペクトル保存部１２ｄに保存する際に、当該ビーム方向で遠距離に分類される１個の距離で第２スペクトル積算部１２ｅが積算したスペクトルデータを、当該ビーム方向において遠距離に分類されるすべての距離に上書き保存する。保存積算スペクトル修正部１２ｊＤは、当該ビーム方向で遠距離でない距離でスペクトルを積算した場合は、当該ビーム方向および当該距離だけに、第２スペクトル積算部１２ｅが積算したスペクトルデータを積算スペクトル保存部１２ｄに上書き保存する。
【０１３８】
このように保存積算スペクトル修正部１２ｊＤが積算スペクトルを保存すると、各ビーム方向で遠距離である距離に関して積算スペクトル保存部１２ｄに保存される積算スペクトルは遠距離である複数の距離でのスペクトルをまとめて積算したものになる。また、各ビーム方向で遠距離である各距離では、積算スペクトル保存部１２ｄに保存される積算スペクトルは、同じになる。
【０１３９】
遠距離である複数の距離のスペクトルをまとめて積算する場合には、第２スペクトル積算部１２ｅが積算スペクトル保存部１２ｄから読み出す積算スペクトルは、同じビーム方向で遠距離である複数の距離で算出されたスペクトルデータのすべてが積算された積算スペクトルである。
【０１４０】
風計測ライダ装置１Ｄは、風計測ライダ装置１Ｂと同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｄは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。さらに、風計測ライダ装置１Ｄは、風車の到来風速およびシアを予測できる。
【０１４１】
風計測ライダ装置１Ｄでは、風計測ライダ装置１Ｂよりも遠距離での風速の計測を確実に行うことができる。そのため、遠距離での風速計測値を用いて突風が流入（到来）するのを事前に検知する場合において特に有効である。
【０１４２】
遠距離に分類される複数の風速計測区間で算出されるスペクトルを積算する積算スペクトルをビーム方向に１個にしてもよい。遠距離の積算スペクトルが１個でも複数個でも、スペクトル積算部が、ビーム方向ごとに遠距離に分類される複数の距離に対応する複数の時間区間での分割受信信号のスペクトルをまとめて積算すればよい。
【０１４３】
実施の形態５．
実施の形態５は、第１スペクトル積算部で積算した第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上かどうかチェックし、第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上の場合は、今回、積算した第１積算スペクトルだけで風速を算出するように、実施の形態１を変更した場合である。実施の形態５では、方法(a2)、方法(b1)および方法(c1)を使用する。図１０は、実施の形態５に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図１０について、実施の形態１の場合の図１とは異なる点を説明する。なお、実施の形態２から実施の形態４あるいは他の実施の形態を変更してもよい。以降の実施の形態に関しても同様である。
【０１４４】
風計測ライダ装置１Ｅは、信号処理部１２Ｅを有する。信号処理部１２Ｅは、ＳＮ比算出部１２ｆ２を有する。ＳＮ比算出部１２ｆ２は、第１スペクトル積算部１２ｃが積算した第１積算スペクトルのＳＮ比および第２スペクトル積算部１２ｅが積算した第２積算スペクトルのＳＮ比を算出する。ＳＮ比算出部１２ｆ２が算出したＳＮ比を、ＳＮ比判定部１２ｇが第１閾値以上であるかどうか判定する。
【０１４５】
第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合は、ドップラー風速算出部１２ｈが第１積算スペクトルからドップラー風速を算出する。第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない場合は、第２積算スペクトルを生成する。第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合は、ドップラー風速算出部１２ｈが第２積算スペクトルからドップラー風速を算出する。第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない場合は、保存積算スペクトル修正部１２ｊが第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存する。つまり、ドップラー風速算出部１２ｈがドップラー風速を算出しない場合に、保存積算スペクトル修正部１２ｊが第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存する。
【０１４６】
図１１は、実施の形態５に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。図１１について、実施の形態１の場合の図３とは異なる点を説明する。Ｓ７とＳ８の間に、ステップＳ１５、Ｓ１６を追加している。Ｓ７では、選択しているビーム方向で、決められた回数のスペクトルを算出したかチェックする。決められた回数のスペクトルを算出していない（Ｓ７でＮＯ）場合は、Ｓ３に戻る。決められた回数のスペクトルを算出している（Ｓ７でＹＥＳ）場合は、Ｓ１５で、ＳＮ比算出部１２ｆ２が、第１スペクトル積算部１２ｃが積算した各距離の第１積算スペクトルのＳＮ比を算出する。Ｓ１６では、ＳＮ比判定部１２ｇが、Ｓ１５で算出した各距離の第１積算スペクトルのＳＮ比と第１閾値とを、距離ごとに比較する。
【０１４７】
第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上となる距離レンジ（Ｓ１６でＹＥＳ）に関しては、Ｓ１２に進む。Ｓ１２では、ドップラー風速算出部１２ｈが、Ｓ１５で得られたスペクトルのピーク周波数からドップラー周波数偏移を、さらには、このドップラー周波数偏移に相当するドップラー風速（風速）を求める。さらに、制御部１３が保存積算スペクトル修正部１２ｊに初期化信号を送り、保存積算スペクトル修正部１２ｊが、積算スペクトル保存部１２ｄに保存している、風速を算出した該当ビーム方向および該当距離レンジ（風速計測区間）に関するスペクトルデータの値を初期化（ゼロにリセット）する。
【０１４８】
第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値より小さいため風速を算出しなかった距離レンジ（Ｓ１６でＮＯ）に関しては、Ｓ８に進む。Ｓ８では、第１スペクトル積算部１２ｃが積算した第１積算スペクトルを、第２スペクトル積算部１２ｅに送る。そして、第１スペクトル積算部１２ｃに残っている積算スペクトルをゼロに初期化する。Ｓ８以後の処理は、実施の形態１の場合と同様である。
【０１４９】
風計測ライダ装置１Ｅは、風計測ライダ装置１と同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｅは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。風計測ライダ装置１Ｅは、さらに風計測ライダ装置１よりも第１積算スペクトルを生成する回数を少なくできる。第１積算スペクトルを生成する回数を生成回数と呼ぶ。
【０１５０】
シミュレーションの方法および結果の説明は省略するが、風計測ライダ装置１Ｅは、風計測ライダ装置１よりも、シミュレーションでの設定条件では、第１積算スペクトルの生成回数を０．５回程度、少なくできる。シミュレーションの方法および結果の説明は、本願が優先権主張しているPCT/JP2020/002798に記載している。
【０１５１】
風計測ライダ装置が、到来風速、シアおよび風向の何れか１つである到来風情報を予測する場合には、予測する到来風情報の精度も向上する。以降の実施の形態に関しても同様である。
【０１５２】
実施の形態６．
実施の形態６は、第１積算スペクトルのＳＮ比が低くない場合だけ、第１積算スペクトルを積算して第２積算スペクトルを生成するように、実施の形態５を変更した場合である。実施の形態６では、方法(a2)、方法(b3)および方法(c5)を使用する。実施の形態６の風計測ライダ装置１Ｆでは、ビーム方向ごとに、１個または複数個の風速計測区間（距離レンジ）である判断対象風速計測区間を予め決めておく。判断対象風速計測区間の各距離レンジにおいて第１積算スペクトルのＳＮ比を計算し、ＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの数が予め決められた下限個数以上かどうか判定し、下限個数以上の場合に、今回、積算した第１積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルと積算する。
【０１５３】
判断対象風速計測区間は、そのビーム方向の全ての距離レンジでもよいし、最も近い距離レンジから決められた個数でもよい。判断対象風速計測区間は、受信信号に風速を表す信号が存在するかどうか判断できる距離レンジを含むように決めておけばよい。下限個数は、１個以上の適切な個数に設定する。
【０１５４】
ビーム方向ごとに決めた判断対象風速計測区間での第１積算スペクトルでのＳＮ比を総合的に判断して、第１積算スペクトルを第２積算スペクトルの積算に使用するかどうかを適切に判断できる。判断対象風速計測区間で個別に第１積算スペクトルでのＳＮ比を判断する場合には、同じビーム方向に第１積算スペクトルを積算に使用する風速計測区間と使用しない風速計測区間が混在する可能性がある。
【０１５５】
図１２は、実施の形態６に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図１２について、実施の形態５の場合の図１０とは異なる点を説明する。
【０１５６】
風計測ライダ装置１Ｆは、信号処理部１２Ｆを有する。信号処理部１２Ｆは、ＳＮ比判定部１２ｇに加えて第２ＳＮ比判定部１２ｋを有する。第２ＳＮ比判定部１２ｋは、第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない場合に、第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上であるかどうかを判定する。第２ＳＮ比判定部１２ｋは、判断対象風速計測区間に含まれ、かつＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの個数が下限個数以上かどうかを判定する。
【０１５７】
第２スペクトル積算部１２ｅは、第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの個数が下限個数以上であると第２ＳＮ比判定部１２ｋが判定する場合は、そのビーム方向で第１積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルと積算する。そうでない場合は、第２スペクトル積算部１２ｅは、第１積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルと積算しない。積算しない場合は、積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルは変化しない。
【０１５８】
図１３は、実施の形態６に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。図１３について、実施の形態５の場合の図１１とは異なる点を説明する。ステップＳ０Ｆを変更し、Ｓ１６の前にステップＳ１７を追加し、Ｓ８の前にステップＳ１８を追加している。
【０１５９】
Ｓ０Ｆでは、ビーム方向ごとに判断対象風速計測区間を設定する。
【０１６０】
Ｓ１７で、第２ＳＮ比判定部１２ｋは、判断対象風速計測区間に含まれ、かつ第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの個数が下限個数以上かどうかを判定する。判定の結果は、変数ＮＤsumに保存する。判断対象風速計測区間に含まれ、かつ第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの個数が下限個数以上である場合は、ＮＤsum＝ＹＥＳとする。そうでない場合は、ＮＤsum＝ＮＯとする。
【０１６１】
Ｓ１６において、ＳＮ比が第１閾値より小さいため風速を算出しなかった距離レンジ（Ｓ１６でＮＯ）に関しては、Ｓ１８に進む。Ｓ１８で、ＮＤsum＝ＹＥＳかどうかをチェックする。ＮＤsum＝ＹＥＳである場合（Ｓ１８でＹＥＳ）は、Ｓ８へ進む。Ｓ８では、第１積算スペクトルを第２スペクトル積算部１２ｅに送る。ＮＤsum＝ＹＥＳでない場合（Ｓ１８でＮＯ）は、第１積算スペクトルを第２積算スペクトルの積算に使用することなく、次のビーム方向へレーザ光を照射するため、Ｓ１４へ進む。
【０１６２】
風計測ライダ装置１Ｆは、風計測ライダ装置１Ｅと同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｆは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。さらに、風計測ライダ装置１Ｆは、風計測ライダ装置１Ｅよりも第１積算スペクトルを生成する回数を少なくできる。
【０１６３】
判断対象風速計測区間に属する距離レンジで、第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジ数が下限個数以上でない場合は、風計測ライダ装置１Ｆは第１積算スペクトルを積算しない。そのため、積算スペクトル保存部１２ｄに保存される積算スペクトルのＳＮ比が、風計測ライダ装置１Ｆでは風計測ライダ装置１Ｅよりも高くなる。例えば、全距離レンジでブレードによる遮蔽が発生する場合は、そのビーム方向の全ての距離レンジでＳＮ比が０に近い値になる。風計測ライダ装置１Ｆは、そのような状況では、第１積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存されている積算スペクトルと積算しない。そのため、積算スペクトル保存部１２ｄは、第１スペクトル積算部１２ｃが第１積算スペクトルを生成する前に保存していた保存積算スペクトルを継続して保存することになる。つまり、積算スペクトル保存部１２ｄが保存する積算スペクトルは変化しない。
【０１６４】
実施の形態７．
実施の形態７は、第１積算スペクトルのＳＮ比が第３閾値以上でない距離レンジでは、そのビーム方向で第１積算スペクトルを積算する場合でも、第１積算スペクトルを積算しないように、実施の形態６を変更した場合である。実施の形態７では、方法(a2)、方法(b4)および方法(c5)を使用する。
【０１６５】
図１４は、実施の形態７に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図１４について、実施の形態６の場合の図１２とは異なる点を説明する。
【０１６６】
風計測ライダ装置１Ｇは、信号処理部１２Ｇを有する。信号処理部１２Ｇは、第２ＳＮ比判定部１２ｋを第２ＳＮ比判定部１２ｋＧに変更している。第２ＳＮ比判定部１２ｋＧは、第２ＳＮ比判定部１２ｋと同様なチェックに加えて、第１積算スペクトルのＳＮ比が第３閾値以上であるかどうかを判定する。
【０１６７】
第２ＳＮ比判定部１２ｋＧは、判断対象風速計測区間に含まれ、かつＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの個数が下限個数以上かどうかを判定する。判断対象風速計測区間に含まれ、かつＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの個数が下限個数以上である場合は、第２ＳＮ比判定部１２ｋＧは、個々の距離レンジの第１積算スペクトルのＳＮ比が第３閾値以上かどうかを判定する。
【０１６８】
判断対象風速計測区間に含まれ、かつＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの個数が下限個数以上でない場合は、そのビーム方向では、第２積算スペクトルを積算しない。判断対象風速計測区間に含まれ、かつＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの個数が下限個数以上ある場合は、第２ＳＮ比判定部１２ｋＧが第１積算スペクトルのＳＮ比が第３閾値以上と判定する距離レンジでは、第１積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルと積算する。そうでない場合は、第２スペクトル積算部１２ｅは、第１積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルと積算しない。積算スペクトル保存部１２ｄは、第１スペクトル積算部１２ｃが第１積算スペクトルを生成する前に保存していた保存積算スペクトルを保存する。
【０１６９】
図１５は、実施の形態７に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。図１５について、実施の形態６の場合の図１３とは異なる点を説明する。Ｓ１８の後にステップＳ１９を追加している。Ｓ１９では、各距離レンジの第１積算スペクトルのＳＮ比が第３閾値以上かどうかをチェックする。第３閾値以上である距離レンジの場合（Ｓ１９でＹＥＳ）は、Ｓ８へ進む。第３閾値以上でない距離レンジの場合（Ｓ１９でＹＥＳ）は、Ｓ１４へ進む。
【０１７０】
風計測ライダ装置１Ｇは、風計測ライダ装置１Ｆと同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｇは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。また、第１積算スペクトルを生成する回数を少なくできる。
【０１７１】
この実施の形態７では、あるビーム方向で第１積算スペクトルを第２積算スペクトルの積算に使用する場合に、各距離レンジで第１積算スペクトルのＳＮ比が第３閾値以上かどうかをチェックするので、ＳＮ比が第３閾値以上でない第１積算スペクトルを積算して、積算スペクトル保存部１２ｄに保存されている積算スペクトルのＳＮ比が低下することがない。
【０１７２】
実施の形態８．
実施の形態８は、積算スペクトル保存部に保存されている積算スペクトルのＳＮ比よりもＳＮ比が高い第２積算スペクトルを、積算スペクトル保存部に保存するように、実施の形態１を変更した場合である。実施の形態８では、方法(a1)、方法(b1)および方法(c3)を使用する。
【０１７３】
図１６は、実施の形態８に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図１６について、実施の形態１の場合の図１とは異なる点を説明する。
【０１７４】
風計測ライダ装置１Ｈは、信号処理部１２Ｈを有する。信号処理部１２Ｈは、ＳＮ比判定部１２ｇに加えて第３ＳＮ比判定部１２ｎを有する。積算スペクトル保存部１２ｄ２、保存積算スペクトル修正部１２ｊＨを変更している。積算スペクトル保存部１２ｄ２は、積算スペクトルと共に、積算スペクトルのＳＮ比も保存する。保存積算スペクトル修正部１２ｊＨ、積算スペクトルを保存する際に、その積算スペクトルのＳＮ比も保存する。なお、積算スペクトル保存部にＳＮ比を保存せず、積算スペクトル保存部から読み出した積算スペクトからそのＳＮ比を計算で求めるようにしてもよい。
【０１７５】
第３ＳＮ比判定部１２ｎは、第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でないとＳＮ比判定部１２ｇが判定する場合に動作する。第３ＳＮ比判定部１２ｎは、第２積算スペクトルのＳＮ比が積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存されている積算スペクトルのＳＮ比（保存スペクトルＳＮ比）より高いかどうかどうかを判定する。第２積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高い場合は、保存積算スペクトル修正部１２ｊＨが第２積算スペクトルとそのＳＮ比を積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存する。第２積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高くない場合は、保存積算スペクトル修正部１２ｊＨが第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存しない。積算スペクトル保存部１２ｄ２は、保存している積算スペクトルを保存することを継続する。
【０１７６】
図１７は、実施の形態８に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。図１７について、実施の形態１の場合の図３とは異なる点を説明する。ステップＳ０Ｈ、ステップＳ１２Ｈ、ステップＳ１３Ｈを変更している。Ｓ１３Ｈの前に、ステップＳ２０を追加している。
【０１７７】
Ｓ０Ｈでは、保存積算スペクトル修正部１２ｊＨは、積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存されている各ビーム方向および各距離に関するスペクトルデータおよびＳＮ比をゼロに初期化する。
【０１７８】
第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上となる距離（Ｓ１１でＹＥＳ）に関しては、Ｓ１２Ｈに進む。Ｓ１２Ｈでは、ドップラー風速算出部１２ｈが、第２積算スペクトルのピーク周波数からドップラー周波数偏移を、さらには、このドップラー周波数偏移に相当するドップラー風速（風速）を求める。さらに、制御部１３が保存積算スペクトル修正部１２ｊＨに初期化信号を送り、保存積算スペクトル修正部１２ｊＨが、積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存している、風速を算出した該当ビーム方向および該当距離レンジ（風速計測区間）に関するスペクトルデータの値およびＳＮ比を初期化（ゼロにリセット）する。
【０１７９】
第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない距離（Ｓ１１でＮＯ）に関しては、Ｓ２０に進む。Ｓ２０では、第２積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高いかどうかをチェックする。第２積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高い（Ｓ２０でＹＥＳ）場合は、Ｓ１３Ｈで、第２積算スペクトルおよびそのＳＮ比を、当該ビーム方向、当該距離の積算スペクトルとして、積算スペクトル保存部１２ｄ２に上書き保存する。第２積算スペクトルのＳＮ比も上書き保存する。第２積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高くない（Ｓ２０でＮＯ）場合は、Ｓ１４に進む。なお、積算スペクトル保存部１２ｄ２に積算スペクトルが保存されていない場合は、Ｓ２０でＹＥＳになるものとする。
【０１８０】
風計測ライダ装置１Ｈは、風計測ライダ装置１と同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｈは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。また、第１積算スペクトルを生成する回数を少なくできる。
【０１８１】
風計測ライダ装置１Ｈでは、積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存されている積算スペクトルのＳＮ比よりも高いＳＮ比を持つ第２積算スペクトルだけが、積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存される。そのため、風計測ライダ装置１Ｈは、積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存されている積算スペクトルのＳＮ比を低下させることがない。そのため、風計測ライダ装置１Ｈは、風速を算出する際に使用する積算スペクトルのＳＮ比を、風計測ライダ装置１よりも高くでき、より正確に風速を算出できる。積算スペクトル保存部１２ｄ２が保存する積算スペクトルのＳＮ比を高くできるので、風計測ライダ装置１Ｈは、風速を算出するまでの第１積算スペクトルの生成回数を、風計測ライダ装置１よりも少なくできる。
【０１８２】
実施の形態９．
実施の形態９は、ビーム方向ごとに第１積算スペクトルをさらに積算するか判断するのではなく、距離レンジごとに判断するように実施の形態６を変更した場合である。実施の形態９では、方法(a2)、方法(b2)および方法(c5)を使用する。
【０１８３】
図１８は、実施の形態９に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図１８について、実施の形態６の場合の図１２とは異なる点を説明する。
【０１８４】
風計測ライダ装置１Ｊは、信号処理部１２Ｊを有する。信号処理部１２Ｊは、第２ＳＮ比判定部１２ｋＪを有する。第２ＳＮ比判定部１２ｋＪは、各ビーム方向、各距離レンジで個別に、第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上であるかどうかを判定する。第２閾値は、ＳＮ比判定部１２ｇが使用する第１閾値よりも小さく決めておく。第２閾値は、実施の形態６の場合と同様に決める。
【０１８５】
第２スペクトル積算部１２ｅは、第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である場合に、第１積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルと積算して、第２積算スペクトルを生成する。そうでない場合は、第２スペクトル積算部１２ｅは、第１積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルと積算しない。積算しない場合は、積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルは変化しない。積算スペクトル保存部１２ｄは、第１スペクトル積算部１２ｃが第１積算スペクトルを生成する前に保存していた保存積算スペクトルを保存する。
【０１８６】
図１９は、実施の形態９に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。図１９について、実施の形態６の場合の図１３とは異なる点を説明する。Ｓ０は変更しない。Ｓ１６とＳ８の間に、Ｓ１８の替わりにステップＳ１８Ｊを追加している。
【０１８７】
Ｓ１６において、ＳＮ比が第１閾値より小さいため風速を算出しなかった距離レンジ（Ｓ１６でＮＯ）に関しては、Ｓ１８Ｊに進む。Ｓ１８Ｊで、第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上かどうかをチェックする。第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である（Ｓ１８ＪでＹＥＳ）場合は、Ｓ８へ進む。Ｓ８では、第１積算スペクトルを第２スペクトル積算部１２ｅに送る。第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上でない（Ｓ１８ＪでＮＯ）場合は、第１積算スペクトルを第２積算スペクトルの積算に使用することなく、次のビーム方向へレーザ光を照射するため、Ｓ１４へ進む。
【０１８８】
風計測ライダ装置１Ｊは、風計測ライダ装置１Ｆと同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｈは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。
【０１８９】
ＳＮ比が低い第１積算スペクトルは、第２積算スペクトルに積算されないので、積算スペクトル保存部１２ｄに保存される積算スペクトルのＳＮ比が低下することはない。そのため、第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上になるまでに第１積算スペクトルを生成する回数を少なくできる。
【０１９０】
実施の形態１０．
実施の形態１０は、第１積算スペクトルおよび第２積算スペクトルの何れかＳＮ比が高い方である高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上かどうか判定し、ＳＮ比が第１閾値以上である高ＳＮ比積算スペクトルから風速を算出するように、実施の形態１を変更した場合である。実施の形態１０では、方法(a6)、方法(b1)および方法(c2)を使用する。図２０は、実施の形態１０に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図２０について、実施の形態１の場合の図１とは異なる点を説明する。
【０１９１】
風計測ライダ装置１Ｋは、信号処理部１２Ｋを有する。信号処理部１２Ｋは、ＳＮ比算出部１２ｆ２、ＳＮ比判定部１２ｇＫ、保存積算スペクトル修正部１２ｊＫを有する。ＳＮ比算出部１２ｆ２は、第１スペクトル積算部１２ｃが積算した第１積算スペクトルおよび第２スペクトル積算部１２ｅが積算した第２積算スペクトルのＳＮ比を算出する。ＳＮ比判定部１２ｇＫが、第１積算スペクトルおよび第２積算スペクトルの何れが高ＳＮ比積算スペクトルであるかを決め、高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上であるかどうか判定する。高ＳＮ比積算スペクトルは、ＳＮ比判定部１２ｇＫ以外が決めてもよい。
【０１９２】
高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合は、ドップラー風速算出部１２ｈがドップラー風速を算出する。高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない場合は、保存積算スペクトル修正部１２ｊＫが、高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存する。つまり、ドップラー風速算出部１２ｈがドップラー風速を算出しない場合に、保存積算スペクトル修正部１２ｊＫが高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存する。
【０１９３】
図２１は、実施の形態１０に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。図２１について、実施の形態１の場合の図４とは異なる点を説明する。Ｓ７とＳ８の間にＳ１５を追加し、Ｓ１０の後にステップＳ２１を追加している。また、ステップＳ１１Ｋ、ステップＳ１２Ｋ、ステップＳ１３Ｋを変更している。
【０１９４】
決められた回数のスペクトルを算出している（Ｓ７でＹＥＳ）場合は、Ｓ１５で、ＳＮ比算出部１２ｆ２が、第１スペクトル積算部１２ｃが積算した各距離の第１積算スペクトルのＳＮ比を算出する。
【０１９５】
Ｓ１０で、ＳＮ比算出部１２ｆ２が、第２スペクトル積算部１２ｅが積算した各距離の第２積算スペクトルのＳＮ比を算出する。Ｓ２１では、第１積算スペクトルおよび第２積算スペクトルの何れかＳＮ比が高い方を高ＳＮ比積算スペクトルとする。
【０１９６】
Ｓ１１Ｋでは、距離ごとに高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上かどうかをチェックする。高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である距離（Ｓ１１ＫでＹＥＳ）では、Ｓ１２Ｋに進む。Ｓ１２Ｋでは、ドップラー風速算出部１２ｈが、高ＳＮ比積算スペクトルのピーク周波数からドップラー周波数偏移を、さらには、このドップラー周波数偏移に相当するドップラー風速（風速）を求める。さらに、制御部１３が保存積算スペクトル修正部１２ｊに初期化信号を送り、保存積算スペクトル修正部１２ｊが、積算スペクトル保存部１２ｄに保存している、風速を算出した該当ビーム方向および該当距離レンジ（風速計測区間）に関するスペクトルデータの値を初期化（ゼロにリセット）する。
【０１９７】
高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない距離（Ｓ１１ＫでＮＯ）では、Ｓ１３Ｋに進む。Ｓ１３Ｋでは、高ＳＮ比積算スペクトルを、当該ビーム方向、当該距離の積算スペクトルとして、積算スペクトル保存部１２ｄに上書き保存する。つまり、ドップラー風速算出部１２ｈがドップラー風速を算出しない場合に、保存積算スペクトル修正部１２ｊＫが高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存する。
【０１９８】
風計測ライダ装置１Ｋは、風計測ライダ装置１と同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｋは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。
【０１９９】
第１積算スペクトルまたは第２積算スペクトルの何れかＳＮ比が大きい方である高ＳＮ比積算スペクトルから風速を算出することで、第１積算スペクトルあるいは第２積算スペクトルを優先的に使用して風速を算出する場合よりも、高いＳＮ比の積算スペクトルから風速を算出することができ、算出する風速の精度が向上する。
【０２００】
高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存するので、２回目以降で積算スペクトル保存部１２ｄに保存される積算スペクトルのＳＮ比が、常に第２積算スペクトルを保存する場合よりも高い。積算スペクトル保存部１２ｄに保存される積算スペクトルのＳＮ比が高くなるので、風速を算出できるまでの第１積算スペクトルの生成回数が少なくなる。
【０２０１】
実施の形態１１．
実施の形態１１は、高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が積算スペクトル保存部に保存されている保存積算スペクトルのＳＮ比よりも高い場合に、高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部に保存するように、実施の形態１０を変更した場合である。実施の形態１１では、方法(a6)、方法(b1)および方法(c4)を使用する。図２２は、実施の形態１１に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図２２について、実施の形態１０の場合の図２０とは異なる点を説明する。
【０２０２】
風計測ライダ装置１Ｌは、信号処理部１２Ｌを有する。信号処理部１２Ｌは、ＳＮ比判定部１２ｇＫに加えて第３ＳＮ比判定部１２ｎＬを有する。実施の形態８の場合と同様に、積算スペクトル保存部１２ｄ２、保存積算スペクトル修正部１２ｊＨを変更している。積算スペクトル保存部１２ｄ２は、積算スペクトルと共に、積算スペクトルのＳＮ比も保存する。保存積算スペクトル修正部１２ｊＨ、積算スペクトルを保存する際に、ＳＮ比も保存する。
【０２０３】
第３ＳＮ比判定部１２ｎＬは、高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でないとＳＮ比判定部１２ｇＫが判定する場合に動作する。つまり、第３ＳＮ比判定部１２ｎＬは、ドップラー風速算出部１２ｈがドップラー風速を算出しない場合に動作する。第３ＳＮ比判定部１２ｎＬは、高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高いかどうかどうかを判定する。高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高い場合は、保存積算スペクトル修正部１２ｊＨが高ＳＮ比積算スペクトルをそのＳＮ比と共に積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存する。つまり、ドップラー風速算出部１２ｈがドップラー風速を算出せず、かつ高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存積算スペクトルのＳＮ比より高い場合に、保存積算スペクトル修正部１２ｊが高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存する。
【０２０４】
高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高くない場合は、保存積算スペクトル修正部１２ｊＨが高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存しない。積算スペクトル保存部１２ｄ２は、保存している積算スペクトルを保存することを継続する。高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比と等しい場合に、保存積算スペクトル修正部１２ｊが高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存してもよい。ドップラー風速算出部１２ｈがドップラー風速を算出せず、かつ高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存積算スペクトルのＳＮ比より低い場合に、保存積算スペクトル修正部１２ｊが高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存してもよい。
【０２０５】
図２３は、実施の形態１１に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。図２３について、実施の形態１０の場合の図２１とは異なる点を説明する。ステップＳ０Ｈ、Ｓ１２Ｌ、Ｓ１３Ｌを変更し、Ｓ１３Ｌの前にステップＳ２０Ｌを追加している。
【０２０６】
風計測ライダ装置１Ｈと同様に、Ｓ０Ｈでは、保存積算スペクトル修正部１２ｊＨは、積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存されている各ビーム方向および各距離に関するスペクトルデータおよびＳＮ比をゼロに初期化する。
【０２０７】
高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である距離（Ｓ１１ＫでＹＥＳ）では、Ｓ１２Ｌに進む。Ｓ１２Ｌでは、ドップラー風速算出部１２ｈが、高ＳＮ比積算スペクトルのピーク周波数からドップラー周波数偏移を、さらには、このドップラー周波数偏移に相当するドップラー風速（風速）を求める。さらに、制御部１３が保存積算スペクトル修正部１２ｊＨに初期化信号を送り、保存積算スペクトル修正部１２ｊＨが、積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存している、風速を算出した該当ビーム方向および該当距離レンジ（風速計測区間）に関するスペクトルデータの値およびＳＮ比を初期化（ゼロにリセット）する。
【０２０８】
高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない距離（Ｓ１１ＫでＮＯ）では、Ｓ２０Ｌに進む。Ｓ２０Ｌでは、高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高いかどうかをチェックする。高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高い（Ｓ２０ＬでＹＥＳ）場合は、Ｓ１３Ｌで、高ＳＮ比積算スペクトルおよびＳＮ比を、当該ビーム方向、当該距離の積算スペクトルおよびＳＮ比として、積算スペクトル保存部１２ｄ２に上書き保存する。高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高くない（Ｓ２０ＬでＮＯ）場合は、Ｓ１４に進む。なお、積算スペクトル保存部１２ｄ２に積算スペクトルが保存されていない場合は、Ｓ２０ＬでＹＥＳになるものとする。
【０２０９】
風計測ライダ装置１Ｌは、風計測ライダ装置１Ｋと同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｌは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。高ＳＮ比積算スペクトルから風速を算出することで、第２積算スペクトルだけから風速を算出する場合、あるいは第１積算スペクトルを優先的に使用して風速を算出する場合よりも、高いＳＮ比の積算スペクトルから風速を算出することができ、算出する風速の精度が向上する。
【０２１０】
積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存される積算スペクトルよりもＳＮ比が高い場合だけ、高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存するので、積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存される積算スペクトルのＳＮ比が低下することがない。積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存される積算スペクトルのＳＮ比が高くなるので、風速を算出できるまでの第１積算スペクトルの生成回数が少なくなる。
【０２１１】
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変形や一部の構成要素を省略すること、あるいは一部の構成要素の省略や変形をした各実施の形態の自由な組み合わせが可能である。
【符号の説明】
【０２１２】
１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、０Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｊ、１Ｋ、１Ｌ  風計測ライダ装置
２  風車
３  光源
４  光分配器
５  パルス変調器
６  光増幅器
７  光サーキュレータ
８  光スイッチ（ビーム切替部）
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ  送受光学系（ビーム切替部）
１０  光合波器（受信検波部）
１１  光受信機（受信検波部）
１２、１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆ、１２Ｇ、１２Ｈ、１２Ｊ、１２Ｋ、１２Ｌ  信号処理部
１２ａ  時間ゲーティング部（受信信号分割部）
１２ｂ  スペクトル算出部
１２ｃ  第１スペクトル積算部（スペクトル積算部）
１２ｄ、１２ｄ２  積算スペクトル保存部
１２ｅ  第２スペクトル積算部（スペクトル積算部）
１２ｆ、１２ｆ２  ＳＮ比算出部
１２ｇ、１２ｇＫ  ＳＮ比判定部
１２ｈ  ドップラー風速算出部（風速算出部）
１２ｊ、１２ｊＤ、１２ｊＨ、１２ｊＫ  保存積算スペクトル修正部
１２ｋ、１２ｋＧ、１２ｋＪ  第２ＳＮ比判定部
１２ｎ、１２ｎＬ  第３ＳＮ比判定部
１３  制御部
１４  波長切替え型光源（光源、ビーム切替部）
１５  波長分割型光マルチプレクサ（ビーム切替部）
１６、１６Ｃ  風速予測部（到来風情報予測部）
１６ａ  ドップラー風速保存部
１６ｂ  到来風速予測部
１６ｃ  シア予測部
１６ｄ  重み係数記憶部
１６ｅ  到来風速記憶部
１６ｆ  シア記憶部
１６ｇ  到来風速予測用重み係数
１６ｈ  シア予測用重み係数
１７  ビーム方向記憶部
１８  風向計測部（到来風情報予測部）
【図１】
2020209279.tif 000012
【図２】
2020209279.tif 000013
【図３】
2020209279.tif 000014
【図４】
2020209279.tif 000015
【図５】
2020209279.tif 000016
【図６】
2020209279.tif 000017
【図７】
2020209279.tif 000018
【図８】
2020209279.tif 000019
【図９】
2020209279.tif 000020
【図１０】
2020209279.tif 000021
【図１１】
2020209279.tif 000022
【図１２】
2020209279.tif 000023
【図１３】
2020209279.tif 000024
【図１４】
2020209279.tif 000025
【図１５】
2020209279.tif 000026
【図１６】
2020209279.tif 000027
【図１７】
2020209279.tif 000028
【図１８】
2020209279.tif 000029
【図１９】
2020209279.tif 000030
【図２０】
2020209279.tif 000031
【図２１】
2020209279.tif 000032
【図２２】
2020209279.tif 000033
【図２３】
2020209279.tif 000034
【手続補正書】
【提出日】令和2年10月8日(2020.10.8)
【手続補正１】
【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】
風車に搭載され前記風車の正面方向に対して決められた複数のビーム方向にパルスのレーザ光である送信光を大気中に送信し、大気と共に動く粒子に前記送信光が反射された反射光の前記送信光に対するドップラー周波数偏移から各前記ビーム方向において前記風車からの複数の距離での風速を計測する風計測ライダ装置であって、
前記反射光から生成される受信信号を、前記距離に対応させて区分された複数の時間区間で分割した分割受信信号をフーリエ変換してスペクトルを算出するスペクトル算出部と、
前記ビーム方向および前記時間区間の組合せである風速計測区間ごとに、複数の前記分割受信信号の前記スペクトルを積算した積算スペクトルを保存する積算スペクトル保存部と、
同じ前記ビーム方向で連続して送信された複数の前記パルスで得られる複数の前記受信信号をそれぞれ分割した複数の前記分割受信信号からそれぞれ算出された複数の前記スペクトルおよび前記積算スペクトル保存部に保存された前記積算スペクトルである保存積算スペクトルを前記風速計測区間ごとに積算した前記積算スペクトルである第２積算スペクトルを生成する、あるいは同じ前記ビーム方向で連続して送信された複数の前記パルスで得られる複数の前記受信信号をそれぞれ分割した複数の前記分割受信信号からそれぞれ算出された複数の前記スペクトルを前記風速計測区間ごとに積算した前記積算スペクトルである第１積算スペクトルおよび前記第２積算スペクトルを生成するスペクトル積算部と、
前記風速計測区間ごとに、前記積算スペクトルのＳＮ比を算出するスペクトルＳＮ比算出部と、
ＳＮ比が第１閾値以上である前記積算スペクトルから前記風速計測区間ごとに前記風速を算出する風速算出部と、
前記風速を算出した前記風速計測区間について前記積算スペクトル保存部に保存された前記積算スペクトルを初期化する保存積算スペクトル修正部と、
前記風速計測区間ごとの前記風速に基づき前記風車へ到来する風である到来風の情報である到来風情報を予測する到来風情報予測部とを備えた風計測ライダ装置。
【請求項２】
前記スペクトル積算部が、前記第１積算スペクトルを生成する第１スペクトル積算部と、前記第１積算スペクトルおよび前記保存積算スペクトルを前記風速計測区間ごとに積算して前記第２積算スペクトルを生成する第２スペクトル積算部を有する、請求項１に記載の風計測ライダ装置。
【請求項３】
前記スペクトル積算部が、遠距離に分類される複数の前記距離に対応する複数の前記時間区間での前記分割受信信号の前記スペクトルを前記ビーム方向ごとにまとめて積算する、請求項１または請求項２に記載の風計測ライダ装置。
【請求項４】
前記風速算出部は、同じ前記距離で同じ高度になる複数の前記風速計測区間のすべてで前記積算スペクトルのＳＮ比が前記風速を算出する条件を満足する場合に、同じ前記距離で同じ高度になる複数の前記風速計測区間のすべてで前記風速を算出する、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項５】
前記到来風情報予測部は、前記到来風の風速である到来風速を予測する到来風速予測部を有する、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項６】
前記到来風速予測部は、前記風速計測区間ごとの前記風速を重み付け平均することで前記風車への到来風速を予測する、請求項５に記載の風計測ライダ装置。
【請求項７】
前記到来風速予測部は、同じ前記距離の前記風速計測区間の前記風速から前記距離ごとの前記風速である複数の距離風速を算出し、前記距離風速の重み付け平均により前記到来風速を予測する、請求項５または請求項６に記載の風計測ライダ装置。
【請求項８】
前記到来風速予測部は、前記距離ごとの前記風速である複数の距離風速を、同じ前記距離の前記風速計測区間の前記風速の重み付け平均により算出し、前記距離風速を平均することで前記到来風速を予測する、請求項５または請求項６に記載の風計測ライダ装置。
【請求項９】
複数の前記ビーム方向は、それぞれの前記ビーム方向の仰角と同じ仰角を有する他のビーム方向の数が各仰角において１個以上で同じになるように決められており、
前記到来風速予測部は、前記距離風速を算出する際に、前記風速が算出されている前記ビーム方向の数が少ない仰角の前記ビーム方向では、重み付け平均に使用する重み係数を他の仰角の前記ビーム方向に対する前記重み係数よりも大きくする、請求項７または請求項８に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１０】
前記到来風速予測部が前記到来風速の予測に使用する到来風速予測用重み係数は、前記積算スペクトルの積算回数が小さい場合に大きく、前記積算回数が大きい場合に小さく決められている、請求項７から請求項９の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１１】
複数の前記ビーム方向は、それぞれの前記ビーム方向の仰角と同じ仰角を有する他のビーム方向の数が１個以上で同じになるように決められており、
前記到来風情報予測部は、同じ前記距離で高度が異なる前記風速計測区間で計測された前記風速から計算された前記風速の前記風車の正面方向の成分の高度方向における変化率であるシアを予測するシア予測部を有し、
前記到来風速予測部は、前記風速が算出されている前記ビーム方向が存在しない仰角である不計測仰角が存在する場合は、前記不計測仰角に隣接する仰角を有する前記ビーム方向で計測された前記風速と直近に予測された前記シアに基づき推定した前記不計測仰角での風速を使用して、前記到来風速を予測する、請求項５から請求項９の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１２】
前記到来風情報予測部は、同じ前記距離で高度が異なる前記風速計測区間で計測された前記風速から計算された前記風速の前記風車の正面方向の成分の高度方向における変化率であるシアを予測するシア予測部を有する、請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１３】
前記シア予測部が、前記シアを複数の距離で算出して重み付け平均した平均シアを予測する、請求項１１または請求項１２に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１４】
前記シア予測部は、前記距離ごとの前記シアである複数の距離シアを予測し、前記距離シアの重み付け平均により前記平均シアを予測する、請求項１３に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１５】
前記シア予測部は、重み付けした前記風速計測区間ごとの前記風速に基づき前記距離ごとの前記シアである複数の距離シアを予測し、前記距離シアを平均することで前記平均シアを予測する、請求項１３に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１６】
前記シア予測部が前記平均シアの予測に使用するシア予測用重み係数は、前記積算スペクトルの積算回数が小さい場合に大きく、前記積算回数が大きい場合に小さく決められている、請求項１３から請求項１５の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１７】
前記到来風情報予測部は、前記風車のロータ直径の２倍以上の前記距離に対応する複数の前記ビーム方向での前記風速計測区間で計測された複数の前記風速と前記ビーム方向を表すビーム方向ベクトルに基づき風ベクトルを算出し、前記風ベクトルから風向を計測する風向計測部を有する、請求項１から請求項１６の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本開示に係る風計測ライダ装置は、風車に搭載され風車の正面方向に対して決められた複数のビーム方向にパルスのレーザ光である送信光を大気中に送信し、大気と共に動く粒子に送信光が反射された反射光の送信光に対するドップラー周波数偏移から各ビーム方向において風車からの複数の距離での風速を計測する風計測ライダ装置であって、反射光から生成される受信信号を、距離に対応させて区分された複数の時間区間で分割した分割受信信号をフーリエ変換してスペクトルを算出するスペクトル算出部と、ビーム方向および時間区間の組合せである風速計測区間ごとに、複数の分割受信信号のスペクトルを積算した積算スペクトルを保存する積算スペクトル保存部と、同じビーム方向で連続して送信された複数のパルスで得られる複数の受信信号をそれぞれ分割した複数の分割受信信号からそれぞれ算出された複数のスペクトルおよび積算スペクトル保存部に保存された積算スペクトルである保存積算スペクトルを風速計測区間ごとに積算した積算スペクトルである第２積算スペクトルを生成する、あるいは同じビーム方向で連続して送信された複数のパルスで得られる複数の受信信号をそれぞれ分割した複数の分割受信信号からそれぞれ算出された複数のスペクトルを風速計測区間ごとに積算した積算スペクトルである第１積算スペクトルおよび第２積算スペクトルを生成するスペクトル積算部と、風速計測区間ごとに、積算スペクトルのＳＮ比を算出するスペクトルＳＮ比算出部と、ＳＮ比が第１閾値以上である積算スペクトルから風速計測区間ごとに風速を算出する風速算出部と、風速を算出した風速計測区間について積算スペクトル保存部に保存された積算スペクトルを初期化する保存積算スペクトル修正部と、風速計測区間ごとの風速に基づき風車へ到来する風である到来風の情報である到来風情報を予測する到来風情報予測部とを備えたものである。
【手続補正書】
【提出日】令和3年2月25日(2021.2.25)
【手続補正１】
【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】
風車に搭載され前記風車の正面方向に対して決められた複数のビーム方向にパルスのレーザ光である送信光を大気中に送信し、大気と共に動く粒子に前記送信光が反射された反射光の前記送信光に対するドップラー周波数偏移から各前記ビーム方向において前記風車からの複数の距離での風速を計測する風計測ライダ装置であって、
前記反射光から生成される受信信号を、前記距離に対応させて区分された複数の時間区間で分割した分割受信信号をフーリエ変換してスペクトルを算出するスペクトル算出部と、
前記ビーム方向および前記時間区間の組合せである風速計測区間ごとに１個の、複数の前記分割受信信号の前記スペクトルを積算した積算スペクトルを保存する積算スペクトル保存部と、
同じ前記ビーム方向で連続して送信された複数の前記パルスで得られる複数の前記受信信号をそれぞれ分割した複数の前記分割受信信号からそれぞれ算出された複数の前記スペクトルおよび前記積算スペクトル保存部に保存された前記積算スペクトルである保存積算スペクトルを前記風速計測区間ごとに積算した前記積算スペクトルである第２積算スペクトルを生成する、あるいは同じ前記ビーム方向で連続して送信された複数の前記パルスで得られる複数の前記受信信号をそれぞれ分割した複数の前記分割受信信号からそれぞれ算出された複数の前記スペクトルを前記風速計測区間ごとに積算した前記積算スペクトルである第１積算スペクトルおよび前記第２積算スペクトルを生成するスペクトル積算部と、
前記風速計測区間ごとに、前記積算スペクトルのＳＮ比を算出するスペクトルＳＮ比算出部と、
ＳＮ比が第１閾値以上である前記積算スペクトルから前記風速計測区間ごとに前記風速を算出する風速算出部と、
前記風速を算出した前記風速計測区間について前記積算スペクトル保存部に保存された前記積算スペクトルを初期化する保存積算スペクトル修正部と、
前記風速計測区間ごとの前記風速に基づき前記風車へ到来する風である到来風の情報である到来風情報を予測する到来風情報予測部とを備えた風計測ライダ装置。
【請求項２】
前記スペクトル積算部が、前記第１積算スペクトルを生成する第１スペクトル積算部と、前記第１積算スペクトルおよび前記保存積算スペクトルを前記風速計測区間ごとに積算して前記第２積算スペクトルを生成する第２スペクトル積算部を有する、請求項１に記載の風計測ライダ装置。
【請求項３】
前記スペクトル積算部が、遠距離に分類される複数の前記距離に対応する複数の前記時間区間での前記分割受信信号の前記スペクトルを前記ビーム方向ごとにまとめて積算する、請求項１または請求項２に記載の風計測ライダ装置。
【請求項４】
前記風速算出部は、同じ前記距離で同じ高度になる複数の前記風速計測区間のすべてで前記積算スペクトルのＳＮ比が前記風速を算出する条件を満足する場合に、同じ前記距離で同じ高度になる複数の前記風速計測区間のすべてで前記風速を算出する、請求項１から請求項３の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項５】
前記到来風情報予測部は、前記到来風の風速である到来風速を予測する到来風速予測部を有する、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項６】
前記到来風速予測部は、前記風速計測区間ごとの前記風速を重み付け平均することで前記風車への到来風速を予測する、請求項５に記載の風計測ライダ装置。
【請求項７】
前記到来風速予測部は、同じ前記距離の前記風速計測区間の前記風速から前記距離ごとの前記風速である複数の距離風速を算出し、前記距離風速の重み付け平均により前記到来風速を予測する、請求項５または請求項６に記載の風計測ライダ装置。
【請求項８】
前記到来風速予測部は、前記距離ごとの前記風速である複数の距離風速を、同じ前記距離の前記風速計測区間の前記風速の重み付け平均により算出し、前記距離風速を平均することで前記到来風速を予測する、請求項５または請求項６に記載の風計測ライダ装置。
【請求項９】
複数の前記ビーム方向は、それぞれの前記ビーム方向の仰角と同じ仰角を有する他のビーム方向の数が各仰角において１個以上で同じになるように決められており、
前記到来風速予測部は、前記距離風速を算出する際に、前記風速が算出されている前記ビーム方向の数が少ない仰角の前記ビーム方向では、重み付け平均に使用する重み係数を他の仰角の前記ビーム方向に対する前記重み係数よりも大きくする、請求項７または請求項８に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１０】
前記到来風速予測部が前記到来風速の予測に使用する到来風速予測用重み係数は、前記積算スペクトルの積算回数が小さい場合に大きく、前記積算回数が大きい場合に小さく決められている、請求項７から請求項９の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１１】
複数の前記ビーム方向は、それぞれの前記ビーム方向の仰角と同じ仰角を有する他のビーム方向の数が１個以上で同じになるように決められており、
前記到来風情報予測部は、同じ前記距離で高度が異なる前記風速計測区間で計測された前記風速から計算された前記風速の前記風車の正面方向の成分の高度方向における変化率であるシアを予測するシア予測部を有し、
前記到来風速予測部は、前記風速が算出されている前記ビーム方向が存在しない仰角である不計測仰角が存在する場合は、前記不計測仰角に隣接する仰角を有する前記ビーム方向で計測された前記風速と直近に予測された前記シアに基づき推定した前記不計測仰角での風速を使用して、前記到来風速を予測する、請求項５から請求項９の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１２】
前記到来風情報予測部は、同じ前記距離で高度が異なる前記風速計測区間で計測された前記風速から計算された前記風速の前記風車の正面方向の成分の高度方向における変化率であるシアを予測するシア予測部を有する、請求項１から請求項１０の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１３】
前記シア予測部が、前記シアを複数の距離で算出して重み付け平均した平均シアを予測する、請求項１１または請求項１２に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１４】
前記シア予測部は、前記距離ごとの前記シアである複数の距離シアを予測し、前記距離シアの重み付け平均により前記平均シアを予測する、請求項１３に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１５】
前記シア予測部は、重み付けした前記風速計測区間ごとの前記風速に基づき前記距離ごとの前記シアである複数の距離シアを予測し、前記距離シアを平均することで前記平均シアを予測する、請求項１３に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１６】
前記シア予測部が前記平均シアの予測に使用するシア予測用重み係数は、前記積算スペクトルの積算回数が小さい場合に大きく、前記積算回数が大きい場合に小さく決められている、請求項１３から請求項１５の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【請求項１７】
前記到来風情報予測部は、前記風車のロータ直径の２倍以上の前記距離に対応する複数の前記ビーム方向での前記風速計測区間で計測された複数の前記風速と前記ビーム方向を表すビーム方向ベクトルに基づき風ベクトルを算出し、前記風ベクトルから風向を計測する風向計測部を有する、請求項１から請求項１６の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
本開示に係る風計測ライダ装置は、風車に搭載され風車の正面方向に対して決められた複数のビーム方向にパルスのレーザ光である送信光を大気中に送信し、大気と共に動く粒子に送信光が反射された反射光の送信光に対するドップラー周波数偏移から各ビーム方向において風車からの複数の距離での風速を計測する風計測ライダ装置であって、反射光から生成される受信信号を、距離に対応させて区分された複数の時間区間で分割した分割受信信号をフーリエ変換してスペクトルを算出するスペクトル算出部と、ビーム方向および時間区間の組合せである風速計測区間ごとに１個の、複数の分割受信信号のスペクトルを積算した積算スペクトルを保存する積算スペクトル保存部と、同じビーム方向で連続して送信された複数のパルスで得られる複数の受信信号をそれぞれ分割した複数の分割受信信号からそれぞれ算出された複数のスペクトルおよび積算スペクトル保存部に保存された積算スペクトルである保存積算スペクトルを風速計測区間ごとに積算した積算スペクトルである第２積算スペクトルを生成する、あるいは同じビーム方向で連続して送信された複数のパルスで得られる複数の受信信号をそれぞれ分割した複数の分割受信信号からそれぞれ算出された複数のスペクトルを風速計測区間ごとに積算した積算スペクトルである第１積算スペクトルおよび第２積算スペクトルを生成するスペクトル積算部と、風速計測区間ごとに、積算スペクトルのＳＮ比を算出するスペクトルＳＮ比算出部と、ＳＮ比が第１閾値以上である積算スペクトルから風速計測区間ごとに風速を算出する風速算出部と、風速を算出した風速計測区間について積算スペクトル保存部に保存された積算スペクトルを初期化する保存積算スペクトル修正部と、風速計測区間ごとの風速に基づき風車へ到来する風である到来風の情報である到来風情報を予測する到来風情報予測部とを備えたものである。
【国際調査報告】
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