CN104541181B - 雷达装置 - Google Patents

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Abstract

最佳位置分析部(24)使用通过分别对设置位置不同的光检测器(6)的输出数据进行分析而由谱/风速运算部(23)计算出的各个谱，确定光检测器(6)中的最佳设置位置，控制光学部调整驱动部(7)的位置调整，使光检测器(6)的设置位置最佳化。

Description

雷达装置
技术领域
本发明涉及例如计测大气中浮游的微小液体或固体粒子(气溶胶)等的速度等的雷达装置。
背景技术
作为计测远处存在的物体的位置的装置，公知有雷达装置。
雷达装置将电磁波或声波等波动放射到空间中，接收由作为观测对象的物体反射回的波动，通过对该波动进行分析，计测从雷达装置到物体的距离和角度。
在雷达装置中，还公知有如下的气象雷达装置：将大气中浮游的微小气溶胶(aerosol)作为观测对象，根据由气溶胶反射的波动的相位旋转量来计测气溶胶的移动速度(风速)。
并且，在气象雷达装置中，特别是在使用光作为电磁波的激光雷达装置中，放射的光束的扩散极小，能够以较高的角度分辨率来观测物体，因此，可以用作风向风速雷达(例如参照非专利文献1)。
在现有的激光雷达装置中，在将激光放射到大气中之后，接收受到伴随大气中的气溶胶的移动速度而产生的多普勒频率偏移的激光，通过进行该激光与本地光的外差检波，检测与风速相当的多普勒信号。
一般情况下，按照时间来划分从各高度的大气中的气溶胶反射的激光(将按照时间划分的激光称作“距离单元(range bin)”)，如图15所示，在各距离单元内进行微小间隔的相干积分。
然后，在实施了距离单元内的傅里叶变换之后，如图16所示，通过进行N次脉冲的不相干积分，实现信噪比(以后称作SNR(Signal to Noise Ratio))的提高。
一般情况下，公知在实施了N次的不相干积分的情况下，该SNR提高√N(例如参照专利文献1、2)。
其结果是，能够得到图17所示的功率包络线。
但是，公知在上述风速的测定中多普勒信号的相干性较弱。即，公知多普勒信号的相干时间较短。
例如，公知在雷达装置的接收光为从大气中的气溶胶反射的散射光的情况下，多普勒信号的相干时间为微秒(μs)的量级。
因此，在现有的激光雷达装置中，如上所述，通过进行N次脉冲的不相干积分，实现SNR的提高。
例如，在专利文献1、2中公开有导出最佳积分次数以便能够进行高精度的风速测定的方法。
该积分处理的结果是，如图17所示，如果气溶胶的密度为高密度，则能够进行高精度的风速测定。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2006-284260号公报(段落编号[0015])
专利文献2：日本特开2002-168948号公报(段落编号[0015])
非专利文献
非专利文献1：「気象と大気のレーダーリモートセンシング」ISBN4-87698-653-3
非专利文献2：Syumpei Kameyama et al.,“Semianalytic pulsed coherentlaser radar equation for coaxial and apertured systems using nearest Gaussianapproximation,”Appl.Opt.,Vol49,No.27,pp 5169-5174,2010.
发明内容
发明要解决的课题
由于现有的雷达装置如上所述构成，因此，如果气溶胶的密度为高密度，则能够进行高精度的风速测定，但是，存在如下课题：在气溶胶的密度为低密度的情况下，如果不进一步进行积分处理，则无法进行高精度的风速测定。
并且，存在如下课题：如果不能从作为观测对象的大气中的气溶胶得到反射光，则即使进行积分处理，接收SNR也不会提高到检测强度阈值，因此无法得到风速。
并且，存在如下课题：在从用户接收到以较快的数据取得速度得到位于较近距离的观测对象的风速的请求的情况下，能够降低积分次数，但是，由于是通过降低积分次数而使信号强度降低，因此，很难在维持较高信号强度的前提下提高数据取得速度。
进而，存在如下课题：在高速扫描发送接收光束的情况下和进行远方的风速测定的情况下，接收耦合效率降低，无法进行高精度的风速测定。
本发明正是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，得到能够在短时间内高精度地测定位于期望距离的观测对象的速度的雷达装置。
用于解决课题的手段
本发明的雷达装置设置有：光激励单元，其激励光；光发送接收单元，其具有将由光激励单元激励出的光放射到大气中并接收由大气中存在的观测对象反射回的上述光的光学系统，输出表示由该光学系统接收到的光的信号强度的数据；谱/速度计算单元，其对从光发送接收单元输出的数据进行分析并计算谱，并且，根据谱按照与观测对象之间的距离计算观测对象的速度和信噪比；以及光学条件调整单元，其调整光发送接收单元的光学条件，光学条件最佳化单元在与由谱/速度计算单元计算出的信噪比对应的距离超过最低距离后信噪比最初与用户设定的期望强度值交叉的点的距离值为用户设定的期望距离值以上时，将此时的光学条件决定为最佳光学条件。
发明效果
根据本发明，构成为光学条件最佳化单元在与由谱/速度计算单元计算出的信噪比对应的距离超过最低距离后信噪比最初与用户设定的期望强度值交叉的点的距离值为用户设定的期望距离值以上时，将此时的光学条件决定为最佳光学条件，因此，具有能够在短时间内高精度地测定位于期望距离的观测对象的速度的效果。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式1的雷达装置的结构图。
图2是示出本发明的实施方式1的雷达装置的信号分析部9的结构图。
图3是示出本发明的实施方式1的雷达装置的信号分析部9的处理内容的流程图。
图4是示出光检测器6的设置位置的调整的说明图。
图5是示出变更前后的功率包络线和检测强度阈值的说明图。
图6是示出光检测器6的设置位置为Ki(i＝0、1、2、…、M)时的距离值Z与SNR的关系的说明图。
图7是示出在大气中存在云等的杂波时从光检测器6得到的功率包络线的说明图。
图8是示出本发明的实施方式3的雷达装置的信号分析部9的结构图。
图9是示出由于振动等外界干扰而使光检测器6从z轴偏移的情况的说明图。
图10是示出雷达装置的光发送接收部2的结构的说明图。
图11是示出本发明的实施方式4的雷达装置的信号分析部9的结构图。
图12是示出本发明的实施方式5的雷达装置的信号分析部9的结构图。
图13是示出由谱/风速运算部23计算出的谱的包络线和根据由模型保存部51保存的模型而得到的包络线的说明图。
图14是示出由模型保存部51保存的模型的各参数的说明图。
图15是示出各距离单元内的相干积分的说明图。
图16是示出各距离单元中的N次脉冲的不相干积分的说明图。
图17是示出功率包络线的气溶胶浓度依赖性的说明图。
图18是示出图1的光发送接收部2的详细情况的结构图。
图19是示出图1的光发送接收部2的详细情况的结构图。
图20是示出在发送接收非一体型的雷达装置的情况下，在扫描镜的扫描角速度为快速时产生的光学轴偏移的说明图。
图21是示出光轴偏移的校正方法的说明图。
图22是示出本发明的实施方式8的雷达装置的信号分析部9的结构图。
图23是示出组合光束直径和会聚距离时的SNR-距离特性的示意图。
图24是示出光循环器的其它形式的说明图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
实施方式1
图1是示出本发明的实施方式1的雷达装置的结构图。
在图1中，气溶胶1是观测对象，是大气中浮游的微小液体或固体粒子。
光发送接收部2是发送接收光的装置，由光激励装置3、光学部4和光学部调整驱动部7构成。
光发送接收部2的光激励装置3例如是激励激光的激光源，光激励装置3构成光激励单元。
光发送接收部2的光学部4例如由透镜等光学系统5和光检测器6构成，实施如下处理：将由光激励装置3激励出的激光放射到大气中，并且接收由大气中存在的气溶胶1反射回的激光，将表示该激光的信号强度的数据输出到信号分析部9。另外，光学部4构成光发送接收单元。
光发送接收部2的光学部调整驱动部7是在信号分析部9的指示下，通过调整设置光学部4的位置，对光发送接收部2的光学条件进行调整的致动器。
另外，光学部4有时为单透镜，有时由多个透镜构成。在由多个透镜构成的情况下，例如使用后述的扩束器等会聚光学系统等。
图18是示出简单示出的图1的光发送接收部2的详细情况的结构图。
在图18中，光源101例如是激励激光的激光源。
光分配器102是以一定比率分配由光源101激励出的激光的光学部件。
放大器103是对由光分配器102分配的激光进行放大的放大器。
脉冲调制器104例如由声光学元件等构成，进行由放大器103放大后的激光的脉冲调制。
光循环器105是将由脉冲调制器104进行脉冲调制后的激光输出到光纤端106，并且将从光纤端106入射的激光(接收光)输出到光耦合器107的光学部件。
光耦合器107是检测光脉动的光学部件，该光脉动是由光分配器102分配的激光的频率与从光循环器105输出的激光(接收光)的频率的差分。
光接收机108实施如下处理：针对由光耦合器107检测到的光脉动实施外差检波，将光信号转换成电信号，根据该电信号求出激光(接收光)的信号强度，将表示该信号强度的数据输出到信号分析部9。
并且，通过使光接收机108具有平衡接收器，还能够减少由于DC摇动而引起的测定误差，只要满足主功能即可，不限于此。
在图18的例子中，光学部调整驱动部7使光纤端106移动来改变光的会聚位置。这里，设发送光束和接收光束是从同一条光纤生成的理想的发送接收同轴的结构。
在图18的例子中，示出通过光纤端106的移动而使发送光束和接收光束的会聚位置一起移动的情况，但是，即使使发送光束和接收光束的会聚位置单独移动，也能够应用本发明，该结构在后面叙述。
在图18的例子中，由光循环器105、光纤端106、光耦合器107和光接收机108构成光检测器6。
以后，在图18的结构中，“移动光检测器6”这样的语句不仅包含使光检测器6的整体移动的意思，还包含使光检测器6的一部分(例如光纤端106)移动的意思。
并且，在图18所示的光发送接收部2中，全部光部件之间用光纤连接，但是，不是必须用光纤连接。例如，全部光部件之间也可以成为空间，该情况下，可以使光学系统5具有会聚距离可变功能，使光学部调整驱动部7控制的对象不是光纤端106而是光学系统5。
作为具有会聚距离可变功能的具体例，例如考虑如下结构：具有扩束器，光学部调整驱动部7通过控制扩束器而使会聚距离可变。
下面，存在“会聚距离”这样的语句和“焦距”这样的语句，但是，这些语句具有相同意思，具有会聚发送光束或接收光束的距离这样的意思。
信号处理部8由信号分析部9和显示/保存部10构成。
信号处理部8的信号分析部9例如由安装有CPU的半导体集成电路或单芯片微机等构成，实施如下处理：对从光学部4输出的数据进行分析并计算谱，并且计算风速作为气溶胶1的速度。
并且，信号分析部9实施如下处理：使用通过分别对设置位置(光学条件)不同的光学部4的输出数据进行分析而计算出的各个谱，确定光学部4中的最佳设置位置(最佳光学条件)，控制光学部调整驱动部7的位置调整(光学条件调整)，使光学部4的设置位置(光学条件)最佳化。
信号处理部8的显示/保存部10例如由RAM或硬盘等存储装置、GPU(GraphicsProcessing Unit)和显示器等构成，实施保存由信号分析部9计算出的风速等并且显示该风速等的处理。另外，显示/保存部10构成观测结果输出单元。
在图1的例子中，假设作为雷达装置的结构要素的光发送接收部2和信号处理部8分别由专用硬件构成，但是，雷达装置的全部或一部分也可以由计算机构成。
例如，在作为雷达装置的一部分的信号处理部8由计算机构成的情况下，将记述有信号处理部8的处理内容的程序存储在计算机的存储器中，该计算机的CPU执行该存储器中存储的程序即可。
图2是示出本发明的实施方式1的雷达装置的信号分析部9的结构图。
在图2中，光学条件设定/设定信号输出部21实施如下处理：将调整设置光学部4的光检测器6的位置或设置光学部4的光学系统5的位置的设定信号(调整光学条件的设定信号)输出到光学部调整驱动部7。
例如，在调整设置光学部4的光检测器6的位置的情况下，如图4所示，在从光学系统5到光检测器6的距离(后焦距)为K时，参照一定间隔的步距或事前生成的表，将使光检测器6从与光学系统5最近的初始位置K0依次移动到位置KM(K0→K1→K2→…→KM)的设定信号输出到光学部调整驱动部7。
另外，由光学部调整驱动部7和光学条件设定/设定信号输出部21构成光学条件调整单元。
数据取得部22实施取得从光学部4的光检测器6输出的数据的处理。
谱/风速运算部23实施如下处理：对由数据取得部22取得的数据进行分析并计算谱，并且计算风速作为气溶胶1的速度。
另外，由数据取得部22和谱/风速运算部23构成谱/速度计算单元。
最佳位置分析部24实施如下处理：每当光学条件设定/设定信号输出部21调整光检测器6的设置位置(光学条件)时，在谱/风速运算部23计算谱后，使用与各个设置位置对应的谱，确定由光学系统5接收到的激光的信号强度为期望信号强度以上的光检测器6的设置位置(或光学系统5的设置位置)，由此搜索光检测器6(或光学系统5)的最佳设置位置(最佳光学条件)。
并且，最佳位置分析部24实施如下处理：将使光检测器6的设置位置(或光学系统5的设置位置)移动到最佳设置位置的控制信号C输出到光学部调整驱动部7。
另外，最佳位置分析部24构成光学条件最佳化单元。
数据自分析部25实施如下处理：使用由谱/风速运算部23计算出的谱，判定由光学系统5接收到的激光的信号强度是否为期望信号强度以上，如果不是期望信号强度以上，则将设置位置的调整指令输出到光学部调整驱动部7。
图3是示出本发明的实施方式1的雷达装置的信号分析部9的处理内容的流程图。
接着，对动作进行说明。
在该实施方式1中，根据气溶胶1的密度等环境使光检测器6的设置位置动态变化，由此，如图5所示，改变谱的包络线的形状。
通过改变包络线的形状，能够使从与雷达装置位于期望距离的气溶胶1反射的激光的接收强度动态变化。由此，能够以快速的数据取得速度、较高的接收强度测定较近距离处的风速。
这里，对能够通过会聚来提高接收强度的理由进行说明。
接收SNR的计算式公开在上述非专利文献2中，由下述式(A)、(B)给出。
在式(A)、(B)中，h是普朗克常数(Js)，ν是光频率(Hz)，λ是光波长(m)，B是接收带宽(Hz)，在计算Wideband SNR的情况下是全模拟接收带宽。
并且，R是与进行测定的观测对象之间的距离即目标距离(m)，z是会聚距离(m)，D是光学系统有效数值孔径(m)，E是发送脉冲能量(J)，β是大气后方散射系数(/m/sr)，Katm是大气透射率(/km)。
在式(B)中，分母大括号内是决定接收耦合效率的距离依赖性的项，括号内第2项是光学系统曲率(焦距设定)，第3项是与大气摇动有关的项。
并且，S0是横向相干长度。ηF是用于考虑发送光束的遮光影响的系数，AcD是光束直径。
根据该式可知，在进行某个目标距离R的测定的情况下，通过使会聚距离与目标距离R一致，接收SNR成为最大。
光发送接收部2的光激励装置3激励激光，并将该激光输出到光学部4的光学系统5。
由此，由光激励装置3激励出的激光穿过光学系统5放射到大气中。
放射到大气中的激光的一部分由大气中存在的气溶胶1反射而返回到雷达装置。
光学部4的光学系统5接收由大气中存在的气溶胶1反射回的激光。
光学部4的光检测器6检测由光学系统5接收到的激光，将作为与该激光的信号强度相当的电信号的数据输出到信号处理部8的信号分析部9。
信号处理部8的信号分析部9从光学部4的光检测器6接收到数据后，对该数据进行分析并计算谱，并且计算风速作为气溶胶1的速度。
并且，信号分析部9使用通过分别对设置位置不同的光学部4的输出数据进行分析而计算出的各个谱，确定光学部4中的最佳设置位置，控制光学部调整驱动部7的位置调整，使光学部4的设置位置最佳化。
下面，对信号分析部9的处理内容进行具体说明。
在用户操作未图示的人机接口(例如键盘、鼠标等)而输入光检测器6的设置位置的变更请求的情况下、或后述的数据自分析部25输出设置位置的调整指令的情况下，位置变更触发成为“ON”。
在位置变更触发为“ON”的情况下(图3的步骤ST1)，信号分析部9的光学条件设定/设定信号输出部21将调整设置光学部4的光检测器6的位置的设定信号Esi输出到光学部调整驱动部7。
例如，在调整设置光学部4的光检测器6的位置的情况下，如图4所示，在从光学系统5到光检测器6的距离(后焦距)为K时，参照一定间隔的步距或事前生成的表，将使光检测器6从与光学系统5最近的初始位置K0依次移动到位置KM(K0→K1→K2→…→KM)的设定信号Esi输出到光学部调整驱动部7。i＝0、1、2、…、M。
光学部调整驱动部7从光学条件设定/设定信号输出部21接收到设定信号Esi后，使光检测器6的设置位置移动到Ki的位置(步骤ST2)。
当光学部调整驱动部7将光检测器6的设置位置调整成Ki-1→Ki后，信号分析部9的数据取得部22取得从光学部4的光检测器6输出的数据(步骤ST3)。
这里，从光检测器6输出的数据是与由光学系统5接收到的激光的信号强度相当的电信号，但是，由光学系统5接收到的激光根据气溶胶1中的反射位置的速度(风速)而产生多普勒效应。
每当从光检测器6输出数据时，数据取得部22保存各个数据所示的激光的信号强度。
信号分析部9的谱/风速运算部23对由数据取得部22保存的时间序列的数据进行分析并计算谱，并且计算风速作为气溶胶1的速度(步骤ST4)。
这里，对风速的计算方法的一例进行说明。
首先，如图15所示，谱/风速运算部23按照时间划分由数据取得部22保存的时间序列的数据所示的激光的信号强度(从各高度的大气中的气溶胶1反射的激光)(将按照时间划分的激光称作“距离单元”)，在各距离单元内进行微小间隔的相干积分。
谱/风速运算部23在各距离单元内进行相干积分后，在距离单元内实施傅里叶变换，如图16所示，进行N次脉冲的不相干积分。
相干积分和不相干积分中的积分次数在后面叙述。
并且，谱/风速运算部23针对未混合信号的仅是噪音的信号(下面称作“噪声信号”)，事前实施与上述距离单元内的积分相同的积分次数的相干积分和不相干积分而取得谱数据。或者，实时取得作为噪音成分的噪声信号。
然后，谱/风速运算部23通过将N次脉冲的不相干积分结果除以噪声信号来计算SNR。
接着，谱/风速运算部23计算各距离单元中的具有规定SNR(规定检测强度阈值以上的功率谱)的多普勒速度(风速)，保持该SNR作为谱强度。
另外，检测强度阈值可以由用户设定，也可以使用根据传感器固有的特性而决定的值。
每当光学条件设定/设定信号输出部21调整光检测器6的设置位置时(每当将光检测器6的设置位置调整成Ki-1→Ki时)，当谱/风速运算部23计算出谱后，信号分析部9的最佳位置分析部24使用与调整后的设置位置Ki对应的谱，判定调整后的设置位置Ki是否是最佳设置位置。
最佳位置分析部24判定为调整后的设置位置Ki是最佳设置位置后，将使光检测器6的设置位置(或光学系统5)移动到最佳设置位置的控制信号C输出到光学部调整驱动部7(步骤ST5)。
下面，对最佳位置分析部24的处理内容进行具体说明。
图6是示出光检测器6的设置位置为Ki(i＝0、1、2、…、M)时的距离值Z与SNR的关系的说明图。
例如，在由用户设定的期望强度值为TSNR、期望距离值为Zn以上的情况下，搜索具有期望强度值TSNR以上的强度的可测定距离为最低距离Zmin以上、且可测定距离为期望距离值Zn以上的光检测器6的设置位置Ki。
即，最佳位置分析部24将光检测器6的设置位置Ki中与SNR对应的距离值Z超过最低距离Zmin后最初与期望强度值TSNR交叉的点的距离值设为Zk，对该距离值Zk和期望距离值Zn进行比较，如果该距离值Zk为期望距离值Zn以上，则将该设置位置Ki决定为最佳设置位置。
在图6的例子中，在光检测器6的设置位置Ki移动到位置K2时，距离值Zk为期望距离值Zn以上，设置位置K2被决定为最佳设置位置。
最佳位置分析部24将设置位置Ki决定为最佳设置位置后，将使光检测器6的设置位置移动到最佳设置位置Ki的控制信号C输出到光学部调整驱动部7。
光学部调整驱动部7从最佳位置分析部24接收到使光检测器6的设置位置移动到最佳设置位置Ki的控制信号C后，使光检测器6的设置位置移动到控制信号C所示的最佳设置位置Ki。
例如，在大气中存在云等的杂波的情况下，从光检测器6得到图7所示的功率包络线。
在图7中，假设在将SNR的最大值超过期望强度值TSNR的距离值作为判断基准的情况下，将黑色圆点的位置即Zk’判断为可测定距离，但是，实际的可测定距离为Zk。
一般情况下，由于仅通过大气中的气溶胶1得到的功率包络线为平缓的曲线，因此，当将SNR的最大值超过期望强度值TSNR的距离值作为判断基准时，产生将位置Zk’作为可测定距离这样的误检测。
在该实施方式1中，设定最低距离Zmin，附加与SNR对应的距离值Z超过最低距离Zmin后最初与期望强度值TSNR交叉的点的距离值Zk为期望距离值Zn以上这样的条件，因此，能够防止产生上述误检测。
在该实施方式1中，示出使用如下方式(下面称作方式A)的情况：在光学条件设定/设定信号输出部21将光检测器6的设置位置调整成Ki-1→Ki时，如果在光检测器6的设置位置Ki中与SNR对应的距离值Z超过最低距离Zmin后最初与期望强度值TSNR交叉的点的距离值Zk为期望距离值Zn以上，则将该设置位置Ki决定为最佳设置位置。但是，也可以使用如下方式(下面称作方式B)(详细情况在实施方式3中说明)：最初，光学条件设定/设定信号输出部21使光检测器6的设置位置从初始位置K0依次移动到位置KM(K0→K1→K2→…→KM)后，最佳位置分析部24使用与各个设置位置(K0、K1、K2、…、KM)对应的谱，确定由光学系统5接收到的激光的信号强度为期望信号强度以上的光检测器6的设置位置(或光学系统5的设置位置)，从激光的信号强度为期望信号强度以上的光检测器6的设置位置(或光学系统5的设置位置)中，搜索光检测器6(或光学系统5)的最佳设置位置。
其中，在使用方式A的情况下，如果最佳设置位置位于与初始位置K0较近的位置，则不需要对与初始位置K0较远的位置上的光检测器6的输出数据进行分析，因此，与使用方式B的情况相比，能够迅速决定最佳设置位置。
另一方面，在使用方式B的情况下具有如下优点等：在存在多个与SNR对应的距离值Z超过最低距离Zmin后最初与期望强度值TSNR交叉的点的距离值Zk为期望距离值Zn以上的光检测器6的设置位置的情况下，能够将距离值较长的设置位置决定为最佳设置位置。
最佳位置分析部24使光检测器6(或光学系统5)的设置位置移动到最佳设置位置后，使位置变更触发成为“OFF”(步骤ST6)。
数据取得部22在位置变更触发成为“OFF”后，取得从设置在最佳位置的光检测器6输出的数据(步骤ST7)。
谱/风速运算部23对由数据取得部22取得的数据进行分析并计算谱，并且计算风速作为气溶胶1的速度(步骤ST8)。
谱和风速的计算方法与位置变更触发为“ON”的情况相同，但是，由于光检测器6设置在最佳位置，因此，能够高精度地计算谱和风速。
信号处理部8的显示/保存部10保存由信号分析部9计算出的谱和风速，并且显示该谱和风速。
当谱/风速运算部23计算出谱后，数据自分析部25使用该谱判定由光学系统5接收到的激光的信号强度是否为期望信号强度以上(判定光检测器6的设置位置是否是最佳设置位置)，如果不为期望信号强度以上，则将设置位置的调整指令输出到光学部调整驱动部7。
即，数据自分析部25根据由谱/风速运算部23计算出的谱计算SNR(SNR的计算方法参照谱/风速运算部23的SNR的计算方法)，将与该SNR对应的距离值Z超过最低距离Zmin后最初与期望强度值TSNR交叉的点的距离值设为Zk，对该距离值Zk和期望距离值Zn进行比较。
然后，如果该距离值Zk为期望距离值Zn以上，则光检测器6的设置位置当前为最佳设置位置，因此，维持“OFF”的位置变更触发。
另一方面，如果该距离值Zk小于期望距离值Zn，则光检测器6的设置位置不是最佳设置位置，因此，将位置变更触发变更成“ON”。由此，再次开始光检测器6的设置位置的位置调整。
根据以上可知，根据该实施方式1，构成为最佳位置分析部24使用通过分别对设置位置不同的光检测器6的输出数据进行分析而由谱/风速运算部23计算出的各个谱，确定光检测器6中的最佳设置位置，控制光学部调整驱动部7的位置调整，使光检测器6的设置位置最佳化，因此，发挥能够在短时间内高精度地测定位于期望距离的气溶胶1的速度的效果。
即，根据该实施方式1，由于不用进行积分次数的变更以提高SNR，因此，不会使光检测器6的输出数据的速率劣化，能够在用户希望看到的期望距离进行高SNR的风速测定。
在该实施方式1中，示出光学条件设定/设定信号输出部21使光检测器6的设置位置从初始位置K0移动到位置KM(K0→K1→K2→…→KM)的情况，关于M的值，可以由用户定义，也可以使用该传感器的机构中决定的距离间隔和光学部调整驱动部7中的最小驱动距离等进行计算。
在该实施方式1中，示出设定最低距离Zmin的情况，关于最低距离Zmin，可以由用户定义，但是，例如也可以使用在散焦位置决定的效率的峰值位置等逻辑上决定的值。
在该实施方式1中，示出光发送接收部2由光激励装置3和光学部4等构成的情况，但是，只要是能够测定风速等多普勒速度的装置即可，光发送接收部2也可以是其它结构。例如，可以是专利文献1中公开的结构。
实施方式2
在上述实施方式1中示出了如下情况：设置在信号分析部9的指示下调整设置光学部4的位置的光学部调整驱动部7，最佳位置分析部24使用通过分别对设置位置不同的光检测器6的输出数据进行分析而由谱/风速运算部23计算出的各个谱，确定光检测器6中的最佳设置位置，控制光学部调整驱动部7的位置调整，使光检测器6的设置位置最佳化。但是，也可以设置调整光学系统5的焦距(光学条件)的光学条件调整单元，最佳位置分析部24使用通过分别对光学系统5的焦距(光学条件)不同的光检测器6的输出数据进行分析而由谱/风速运算部23计算出的各个谱，确定光学系统5中的最佳焦距(最佳光学条件)，控制上述光学条件调整单元的焦距调整(光学条件调整)，使光学系统5的焦距(光学条件)最佳化。
例如，在光学系统5由多个透镜组构成的情况下，作为光学条件调整单元，考虑送出透镜组中的聚焦透镜的机构。
该实施方式2中的最佳位置分析部24与上述实施方式1中的最佳位置分析部24基本相同。
即，不同之处在于，在上述实施方式1的最佳位置分析部24中，每当光学部调整驱动部7在光学条件设定/设定信号输出部21的指示下将光检测器6的设置位置调整成Ki-1→Ki时，使用与调整后的设置位置Ki对应的谱，判定调整后的设置位置Ki是否是最佳设置位置。但是，在该实施方式2的最佳位置分析部24中，每当光学条件调整单元在光学条件设定/设定信号输出部21的指示下将光学系统5的焦距调整成Fi-1→Fi时，使用与调整后的焦距Fi对应的谱，判定调整后的焦距Fi是否是最佳焦距。
例如，如下所述进行调整后的焦距是否是最佳焦距的判定。
最佳位置分析部24将在光学系统5的焦距Fi中，与SNR对应的距离值Z超过最低距离Zmin后最初与期望强度值TSNR交叉的点的距离值设为Zk，对该距离值Zk和期望距离值Zn进行比较，如果该距离值Zk为期望距离值Zn以上，则将该设置位置Ki决定为最佳焦距。
最佳位置分析部24将焦距Fi决定为最佳焦距后，将使光学系统5的焦距调整成最佳焦距Fi的控制信号C输出到光学条件调整单元。
由此，光学条件调整单元将光学系统5的焦距调整成最佳焦距Fi。
其结果是，与上述实施方式1同样，发挥能够在短时间内高精度地测定位于期望距离的气溶胶1的速度的效果。
另外，在该实施方式2中，示出光学条件调整单元调整光学系统5的焦距以代替光学部调整驱动部7调整光检测器6的设置位置的情况，但是，也可以是光学部调整驱动部7调整光检测器6的设置位置，并且光学条件调整单元调整光学系统5的焦距。
实施方式3
图8是示出本发明的实施方式3的雷达装置的信号分析部9的结构图，在附图中，与图2相同的标号表示相同或相当部分，因此省略说明。
暂且保存部31例如由RAM或硬盘等存储装置构成，每当光学部调整驱动部7调整光检测器6的设置位置(或光学系统5的设置位置)时，存储由谱/风速运算部23计算出的谱，并且存储计算出该谱时的光检测器6的设置位置(或光学系统5的设置位置)。另外，暂且保存部31构成存储单元。
最佳位置分析部32实施如下处理：使用由暂且保存部31存储的1个以上的谱，从由暂且保存部31存储的1个以上的光检测器6的设置位置(或光学系统5的设置位置)中，搜索光检测器6(或光学系统5)的最佳设置位置。
并且，最佳位置分析部32实施如下处理：将使光检测器6的设置位置(或光学系统5的设置位置)移动到最佳设置位置的控制信号C输出到光学部调整驱动部7。
另外，最佳位置分析部32构成设置位置最佳化单元。
接着，对动作进行说明。
除了暂且保存部31和最佳位置分析部32以外与上述实施方式1相同，因此，主要对暂且保存部31和最佳位置分析部32的处理内容进行说明。
在上述实施方式1中示出如下情况：每当使光检测器6的设置位置移动一次时，最佳位置分析部24判定移动后的光检测器6的设置位置是否是最佳设置位置。但是，在该实施方式3中，最初，光学条件设定/设定信号输出部21使光检测器6的设置位置从初始位置K0依次移动到位置KM(K0→K1→K2→…→KM)，谱/风速运算部23分别根据各个设置位置(K0、K1、K2、…、KM)上的光检测器6的输出数据计算谱，将各个设置位置(K0、K1、K2、…、KM)上的谱存储到暂且保存部31。
最佳位置分析部32使用暂且保存部31中存储的与各个设置位置(K0、K1、K2、…、KM)对应的谱，确定由光学系统5接收到的激光的信号强度为期望信号强度以上的光检测器6的设置位置(或光学系统5的设置位置)，从激光的信号强度为期望信号强度以上的光检测器6的设置位置(或光学系统5的设置位置)中，搜索光检测器6(或光学系统5)的最佳设置位置。
即，最佳位置分析部32将在各个设置位置(K0、K1、K2、…、KM)中，与SNR对应的距离值Z超过最低距离Zmin后最初与期望强度值TSNR交叉的点的距离值设为Zk，对该距离值Zk和期望距离值Zn进行比较，判定该距离值Zk是否为期望距离值Zn以上。
在存在1个以上的距离值Zk为期望距离值Zn以上的设置位置的情况下，最佳位置分析部32将1个以上的设置位置中距离值Zk最大的设置位置Ki决定为最佳设置位置。
最佳位置分析部32将设置位置Ki决定为最佳设置位置后，将使光检测器6的设置位置移动到最佳设置位置Ki的控制信号C输出到光学部调整驱动部7。
下面，作为最大限度活用图8的结构的形式可举出如下形式：如图9所示，在由于振动等外界干扰而使光检测器6从z轴偏移的情况下，也能够将光检测器6的设置位置Ki决定为最佳设置位置。
在雷达装置的光发送接收部2采用图10的(a)的结构的情况下，由于光纤发送接收的光纤相同，因此，即使受到振动等外界干扰，也仅在z轴方向上偏移。因此，如上述实施方式1那样，能够通过z轴方向的调整处理来实现最佳化。
但是，公知在雷达装置的光发送接收部2如图10的(b)所示采用非发送接收一体型的结构的情况下，由于振动等外界干扰，接收面不仅在z轴方向上偏移，而且在x、y轴方向上偏移。
并且，在光发送部2中的光循环器5的结构如图24所示的情况下，由于振动等外界干扰，接收面不仅在z轴方向上偏移，而且在x、y轴方向上偏移。
因此，在上述实施方式1中，光检测器6的设置位置Ki的变量仅为i，但是，在该实施方式3中，作为光检测器6的设置位置的变量，使用与x、y、z轴对应的变量(p、q、r)，相对于x、y、z轴各偏移(P、Q、R)次，并且，数据取得部22取得光检测器6的输出数据，谱/风速运算部23对由数据取得部22取得的数据进行分析，计算与变量(p、q、r)对应的谱。
关于(P、Q、R)的次数，与变量i的定义同样，可以由用户决定，例如也可以使用由光学部调整驱动部7的最小驱动距离和装置结构决定的次数。
最佳位置分析部32计算暂且保存部31中存储的与变量(p、q、r)对应的谱的SNR，生成与变量(p、q、r)对应的SNR和由用户设定的期望距离值中的SNR的四维映射图，将与SNR最高时的变量(p、q、r)对应的设置位置作为最佳设置位置输出到光学部调整驱动部7。
或者，生成变量(p、q、r)和超过由用户设定的检测强度阈值的最大测定距离的四维映射图，将与在该四维映射图上最大测定距离最长时的变量(p、q、r)对应的设置位置作为最佳设置位置输出到光学部调整驱动部7。
由此，在由于振动等外界干扰而使光检测器6从z轴偏移的情况下，也能够将光检测器6的设置位置Ki决定为最佳设置位置，因此，得到能够进行更加稳定的风速测定的效果。
在该实施方式3中示出如下情况：设置暂且保存部31，每当光学部调整驱动部7调整光检测器6的设置位置时，该暂且保存部31存储由谱/风速运算部23计算出的谱，并且存储计算出该谱时的光检测器6的设置位置，最佳位置分析部32使用由暂且保存部31存储的1个以上的谱，从由暂且保存部31存储的1个以上的光检测器6的设置位置中，搜索光检测器6的最佳设置位置，将使光检测器6的设置位置移动到最佳设置位置的控制信号输出到光学部调整驱动部7。但是，也可以设置暂且保存部，每当上述光学条件调整单元调整光学系统5的焦距时，该暂且保存部存储由谱/风速运算部23计算出的谱，并且存储计算出该谱时的光学系统5的焦距，最佳位置分析部使用由该暂且保存部存储的1个以上的谱，从由该暂且保存部存储的1个以上的光学系统5的焦距中，搜索光学系统5的最佳焦距。
实施方式4
图11是示出本发明的实施方式4的雷达装置的信号分析部9的结构图，在附图中，与图2相同的标号表示相同或相当部分，因此省略说明。
积分次数设定部41实施如下处理：在谱/风速运算部23将从光检测器6输出的时间序列的数据分割成距离单元，在各距离单元内实施积分处理来计算风速时，设定各距离单元内的积分处理中的积分次数。另外，积分次数设定部41构成积分次数设定单元。
最佳位置分析部42利用与图2的最佳位置分析部24(或图8的最佳位置分析部32)相同的方法搜索光检测器6(或光学系统5)的最佳设置位置，但是，此时实施如下处理：不仅控制光检测器6(或光学系统5)的设置位置，而且控制由积分次数设定部41设定的积分次数，并且搜索光检测器6(或光学系统5)的最佳设置位置。另外，最佳位置分析部42构成设置位置最佳化单元。
在上述实施方式1、3中，示出一边使光检测器6(或光学系统5)的设置位置移动一边搜索光检测器6(或光学系统5)的最佳设置位置的情况，但是，有时即使使光检测器6的设置位置从初始位置K0移动到位置KM(K0→K1→K2→…→KM)，也没有发现最佳设置位置。即，有时没有发现接收SNR超过期望强度值TSNR的光检测器6的设置位置，并且，即使接收SNR超过期望强度值TSNR，有时也没有发现最初与期望强度值TSNR交叉的点的距离值Zk为期望距离值Zn以上的光检测器6的设置位置。
因此，在该实施方式4中，设置设定谱/风速运算部23中的积分处理的积分次数的积分次数设定部41，如果使光检测器6的设置位置从初始位置K0移动到位置KM(K0→K1→K2→…→KM)也没有发现最佳设置位置，则最佳位置分析部42将增加该积分次数的指示输出到积分次数设定部41，由此，逐渐增加该积分次数。
通过使谱/风速运算部23中的积分处理的积分次数增加，接收SNR提高，因此，接收SNR超过期望强度值TSNR，其结果是，发现最佳设置位置的可能性提高。
另外，关于积分次数的上限，可以由用户设定，也可以在传感器内预先保持上限值。并且，该上限值也可以由保持数据的存储器量决定，不限于此。
如上述实施方式3所述，在上述实施方式1、2的情况下，在发送接收同轴结构的状态下，通过光纤端106的移动而使发送光束和接收光束的会聚位置一起移动，由此使会聚距离变化，设定可取得阈值以上的SNR的距离最远的光纤端106的位置。
但是，在光循环器105为图19所示的结构的情况下，还能够使发送光束和接收光束的会聚距离单独移动。
在图19的例子中，成为从光激励装置3的脉冲调制器104向空间输出激光的形式。
并且，光循环器105由发送光束调整光学系统111、作为偏振分束器的PBS112、光学透镜113和λ/4板114构成。
这里，作为发送光束调整光学系统111，例如考虑如下结构：具有变焦扩束器，在该扩束器上附加外部机构，通过光学部调整驱动部7控制扩束器而使会聚距离可变。
该结构一般用于来自脉冲调制器104的光输出较大的情况。
该结构的情况下，使发送光束调整光学系统111或光纤端106中的一方或双方进行动作，与上述同样，搜索可取得阈值以上的SNR的距离最远的发送光束调整光学系统111的调整状态和光纤端106的位置。
例如，考虑在来自脉冲调制器104的光输出较大的情况下，在发送接收两者之间，温度等对光学条件造成影响的参数大幅不同，因此，发送光束和接收光束的会聚距离不同，接收SNR降低。但是，如上所述，通过具有单独调整发送光束调整光学系统111的调整状态和光纤端106的位置的功能，能够使发送光束和接收光束双方会聚在期望的距离。并且，如果从该状态起与上述实施方式1、2相同地改变会聚距离，则得到与上述实施方式1、2相同的效果。
根据该实施方式4，发挥如下效果：在仅使光检测器6(或光学系统5)的设置位置移动而无法搜索光检测器6(或光学系统5)的最佳设置位置的情况下，也能够搜索最佳设置位置，在短时间内高精度地测定位于期望距离的气溶胶1的速度。
但是，在即使增加谱/风速运算部23中的积分处理的积分次数也无法搜索最佳设置位置的情况下，例如，也可以在显示/保存部10显示请求降低期望SNR等的条件变更的消息。
用户通过观看该消息，如果变更条件，则有时能够搜索最佳设置位置。因此，能够提高用户的参数调整效率。
在该实施方式4中，示出最佳位置分析部42一边控制由积分次数设定部41设定的积分次数一边搜索光检测器6(或光学系统5)的最佳设置位置的情况，但是，最佳位置分析部42也可以一边控制由积分次数设定部41设定的积分次数，一边利用与上述实施方式2相同的方法搜索光学系统5的焦距的最佳焦距。
实施方式5
图12是示出本发明的实施方式5的雷达装置的信号分析部9的结构图，在附图中，与图2相同的标号表示相同或相当部分，因此省略说明。
模型保存部51例如由RAM或硬盘等存储装置构成，保存谱中的包络线函数的模型。另外，模型保存部51构成模型保存单元。
最佳位置分析部52实施如下处理：对由谱/风速运算部23计算出的谱的包络线和根据由模型保存部51保存的模型而得到的包络线进行比较，再次构筑存在气溶胶1的当前环境下的模型，使用该模型来控制光学部调整驱动部7的位置调整。另外，最佳位置分析部52构成设置位置最佳化单元。
图12的信号分析部9示出对图2的信号分析部9追加模型保存部51和最佳位置分析部52而得到的结构，但是，也可以构成为对图8或图11的信号分析部9追加模型保存部51和最佳位置分析部52。
接着，对动作进行说明。
由于除了模型保存部51和最佳位置分析部52以外与上述实施方式1等相同，因此，这里主要对模型保存部51和最佳位置分析部52的处理内容进行说明。
首先，通过在光检测器6(或光学系统5)的任意设置位置取得光检测器6的输出数据，谱/风速运算部23计算谱。关于任意设置位置，只要是可取得接收强度谱的位置即可，可以是任意位置，默认可以设为焦距。
向最佳位置分析部52提供由谱/风速运算部23计算出的谱的包络线(功率包络线)和由模型保存部51保存的模型。
这里，图13是示出由谱/风速运算部23计算出的谱的包络线和根据由模型保存部51保存的模型而得到的包络线的说明图。
在图13中，由谱/风速运算部23计算出的包络线用f(K、z)’表示，用实线表记。
并且，根据由模型保存部51保存的模型而得到的包络线用fα(K、z)表示，用虚线表记。
其中，这里将以下的(1)、(2)作为前提。
(1)气溶胶1的浓度固定
(2)功率包络线相对于气溶胶1的浓度线性变化
作为由模型保存部51保存的模型，例如考虑以下所示的模型。
图14是示出由模型保存部51保存的模型的各参数的说明图。
Δa＝K-a (3)
上述式(1)表示光学系统的公式，式(2)是由几何原理决定的散焦时的受光面积。
并且，式(3)是与散焦有关的关系式，式(4)是由后焦距和测定距离决定的效率。
并且，式(5)是与考虑到基于距离的衰减和气溶胶浓度的功率包络线有关的式子。
最佳位置分析部52取得后焦距为任意的K时的功率包络线f(K、z)’，通过下述式(6)导出最小平方误差(LSM)最小的α(＝αmin)。
LSM(α)＝Σ(fα(K，z)-f(K，z)′)2 (6)
最佳位置分析部52在导出α后，将由用户定义的值即期望最大距离计测值设为z＝UR，将期望SNR设为USNR，使用由上述式(1)～(5)导出的下述式(8)，计算满足下述条件式(7)(满足接收SNR为期望强度值TSNR以上且距离值Zk为期望距离值Zn以上)的最小的后焦距值K。
fα min(K，UR)≥USNR (7)
最佳位置分析部52使用式(8)计算最小的后焦距值K后，通过将光检测器6(或光学系统5)的位置控制在该后焦距值K，能够以期望SNR取得期望距离。
根据该实施方式5，可举出如下优点：不需要如上述实施方式1～4那样实施进行多次位置变更的控制，能够在较短时间内设定最佳设置位置。
另外，在该实施方式5中示出如下情况：最佳位置分析部52对由谱/风速运算部23计算出的谱的包络线和根据由模型保存部51保存的模型而得到的包络线进行比较，再次构筑存在气溶胶1的当前环境下的模型，使用该模型来控制光学部调整驱动部7的位置调整。但是，也可以使用与上述同样地再次构筑的模型来控制光学条件调整单元的焦距调整。
也可以代替上述模型而使用下述式(9)计算最小的后焦距值K。
通过求出SNR最大的后焦距值K，能够设定最佳设置位置。并且，在使光束直径可变的情况下，通过以可变的方式导出光束直径AcD、后焦距值K，能够设定最佳光束直径和最佳设置位置。
实施方式6
在上述实施方式1等中，示出从光发送接收部2的光学系统5放射的激光和由光学系统5接收到的激光同轴的情况，但是，在不同轴的情况下，最佳位置分析部24(或最佳位置分析部32、42、52)也可以在使光学条件(设置位置或焦距)最佳化之前，根据从光学系统5放射的激光与由光学系统5接收到的激光之间的角度差以及目标距离R(与待进行测定的观测对象之间的距离)，计算光检测器6的设置位置，光学部调整驱动部7调整光检测器6的设置位置，以使光检测器6的设置位置与最佳位置分析部24等的计算结果一致。
具体而言，如下所述。
该实施方式6的雷达装置具有上述实施方式1、2、3的雷达装置的结构即图2或图8、11、12的结构。
并且，如图10的(b)或图24所示，雷达装置具有发送光束和接收光束不由同一条光纤生成的情况下(不同轴的情况下)的光检测器6的结构。
在上述实施方式1、2和上述实施方式3的一部分中，示出能够应用于发送接收光束的扫描速度较慢、发送光束和接收光束能够大致近似为一体的情况的形式，但是，如图10的(b)或图24所示，在不同轴的结构中，在发送接收光束的扫描速度较快的情况下或进行远方的测定的情况下，如图20所示，由于光束发送时的镜的角度(扫描仪的角度)和光束接收时的镜的角度发生变化，在发送接收同轴的情况下的接收视野(接收光束的方向)与散射方向(光束到来方向)之间产生偏差。
由此，由于接收效率降低，因此，在该实施方式6中，通过调整光纤端106，能够对光发送接收部2的光的接收视野与光束到来方向之间的偏差进行校正。
如图21所示，光学部调整驱动部7通过使未进行扫描时的光纤端106的位置移动而使接收视野偏移，从而对由于扫描而产生的接收视野与散射方向之间的偏差进行校正。
例如，当设发送接收之间旋转的镜的扫描角度为θ、光学系统5(例如扩束器)的倍率为A、光学透镜113与未进行扫描时的光纤端106之间的距离为DF时，光纤端106的移动距离Dr由下述式(11)表示。
并且，当设镜的扫描角速度为ω(rad/sec)、目标距离为R时，镜的扫描角度θ由下述式(12)表示。
在式(12)中，c表示光速。
另外，目标距离R例如可以是由用户设定的目标距离，也可以是传感器可测定的最大距离等。
最佳位置分析部24等计算光纤端106的移动距离Dr，最佳位置分析部24等将从当前设置位置起的移动距离Dr作为光检测器6的设置位置输出到光学部调整驱动部7。
光学部调整驱动部7从最佳位置分析部24等接收移动距离Dr后，使光纤端106的位置移动该移动距离Dr，由此对由于扫描而产生的接收视野与散射方向之间的偏差进行校正。
这样，通过对接收视野与散射方向之间的偏差进行校正，能够提高接收光的效率，因此，SNR提高，与上述实施方式1等相比，发挥能够进行更远距离的测定的效果。
在该实施方式6中说明了一维扫描的情况，但是，在二维扫描的情况下，只要根据相同的概念，计算光纤端106的左右方向的移动距离Dr和光纤端106的垂直方向的移动距离Dr’，进行光纤端106的左右方向的移动和垂直方向的移动即可。
并且，在该实施方式6中，示出利用式(11)计算光纤端106的移动距离Dr的情况，但是不限于此。
例如考虑如下情况：在光学部调整驱动部7的调整精度较低的情况下，无法移动到期望位置。这种情况下，也可以事前取得(或在观测中取得)将移动距离Dr设为可变参数的表示SNR-距离特性的表，从该表中读出能够进行超过强度阈值TSNR的最远测定的移动距离Dr，采用该移动距离Dr作为设定值。并且，也可以使用能够得到同等效果的模型。
在该实施方式6中，示出光学部调整驱动部7使光纤端106的位置移动移动距离Dr的情况，但是，光学部调整驱动部7还可以根据光学系统5的倍率A和镜的扫描角度θ，使光纤端106向光束到来方向倾斜。
即，在镜的扫描角度θ较大的情况下，入射到光纤端106的入射角度增大，光纤端106能够接收的面积减小，SNR降低。
因此，为了增大光纤端106能够接收的面积来提高SNR，根据光学系统5的倍率A和镜的扫描角度θ使光纤端106倾斜。
另外，式(12)的目标距离R越远，则移动距离Dr的值越大。
另一方面，有时目标距离R的值越大，则近距离的SNR越低。
因此，在目标距离R大于规定阈值的情况下，也可以使用该目标距离R的中央值(R/2)、或比目标距离R小由用户决定的偏置距离Roffs的值R’作为目标距离R。
R’＝R-Roffs (13)
由此，能够在从近距离到远距离的范围内进行更加稳定的测定。
实施方式7
在该实施方式7的雷达装置中，如图11所示，信号分析部9具有积分次数设定部41。
并且，如图10的(b)或图24所示，雷达装置具有发送光束和接收光束不由同一条光纤生成的情况下(不同轴的情况下)的光检测器6的结构。
与上述实施方式6同样，当快速扫描光束时，远方的距离单元的数据的接收SNR降低。
因此，在该实施方式7中，最佳位置分析部42控制由积分次数设定部41设定的积分次数，以使各距离单元的SNR为阈值以上。
这样，设定积分次数以使各距离单元的SNR为阈值以上与针对各距离单元设定不同的角度分辨率是等效的，能够在确保远近距离的SNR的同时，在快速的扫描速度下进行测定。
并且，通过代替增加累加次数而识别SN比的降低并降低光束的扫描速度，也能够在确保远近距离的SNR的同时，在最佳扫描速度下进行测定。
实施方式8
图22是示出本发明的实施方式8的雷达装置的信号分析部9的结构图，在图22中，与图11相同的标号表示相同或相当部分，因此省略说明。
光束直径设定部61实施设定从光发送接收部2的光学系统5放射的激光的光束直径的处理。另外，光束直径设定部61构成光束直径设定单元。
最佳位置分析部62除了实施与图11的最佳位置分析部42相同的处理以外，还实施如下处理：控制由积分次数设定部41设定的积分次数，以使由光束直径设定部61设定的光束直径下的各距离单元的SNR为阈值以上。
或者，实施如下处理：控制由光束直径设定部61设定的光束直径，以使由积分次数设定部41设定的积分次数下的各距离单元的SNR为阈值以上。
另外，最佳位置分析部62构成光学条件调整单元。
在该实施方式8的雷达装置中，除了会聚距离以外，还设光束直径可变。
图23是示出组合光束直径和会聚距离的情况下的SNR-距离特性的示意图。
通过设会聚距离为无限远而增大光束直径，能够进行低SNR且远方的测定。并且，通过减小光束直径而减小会聚距离，能够进行高SNR的会聚距离以下的风速测定。
下面，对该实施方式8的雷达装置的处理内容进行具体说明。这里，为了便于说明，说明对上述实施方式4的结构附加新功能的雷达装置，但是，也可以对上述实施方式1～7的结构附加新功能。
光束直径设定部61事前具有示出组合光束直径和会聚距离的情况下的SNR-距离特性(参照图23)的表，从该表中读出与用户设定的可测定距离和期望SNR对应的光束直径，控制光学系统5以使从光学系统5放射的激光的光束直径为读出的光束直径。
这里，示出从表中读出光束直径的例子，但是，也可以使用以下的模型来计算从光学系统5放射的激光的光束直径AcD。
在式(13)、(14)中，h是普朗克常数(Js)，ν是光频率(Hz)，λ是光波长(m)，B是接收带宽(Hz)，在计算Wideband SNR的情况下是全模拟接收带宽。
并且，R是目标距离(m)，z是会聚距离(m)，D是光学系统有效数值孔径(m)，E是发送脉冲能量(J)，β是大气后方散射系数(/m/sr)，Katm是大气透射率(/km)。
在式(14)中，分母大括号内是决定接收耦合效率的距离依赖性的项，括号内第2项是光学系统曲率(焦距设定)，第3项是与大气摇动有关的项。
并且，S0是横方向相干长度。ηF是用于考虑发送光束的遮光影响的系数，AcD是光束直径。
根据该式可知，在进行某个目标距离R的测定的情况下，通过使会聚距离与目标距离R一致，接收SNR最大。
当光束直径设定部61设定光束直径AcD后，最佳位置分析部62控制由积分次数设定部41设定的积分次数，以使该光束直径AcD下的各距离单元的SNR为阈值以上。
这里，示出在光束直径设定部61设定光束直径AcD后最佳位置分析部62控制由积分次数设定部41设定的积分次数的情况，但是，也可以在积分次数设定部41设定积分次数后，最佳位置分析部62控制由光束直径设定部61设定的光束直径，以使该积分次数下的各距离单元的SNR为阈值以上。
关于上述实施方式1～8中的会聚距离的调整和光束直径的调整方法，除了观测一点的风速的point观测以外，还能够应用进行一维扫描而取得LOS(Line Of Sight)方向的风速截面的PPI(Plane Position Indicator)测定、在方位角方向进行扫描并计算扫描空间内的风速/风向值的VAD(Velocity AZIMUTH Display)法等。
另外，关于最佳位置、光束直径、累加次数和扫描速度的变更，除了实时进行以外，在PPI扫描或VAD扫描的情况下，当使用一次性地以某个扫描速度计测各方向的SN比距离依赖性，信号分析部9根据其结果来决定各方向的扫描速度、与光检测器6对应的光纤端106的最佳位置、光束直径、累加次数的方法时，能够根据计测的方向而实现最佳计测。
另外，本发明能够在其发明范围内进行各实施方式的自由组合、或各实施方式的任意结构要素的变形、或各实施方式中的任意结构要素的省略。
产业上的可利用性
本发明的雷达装置例如适于在计测大气中浮游的微小液体或固体粒子等的速度等时需要在短时间内高精度地进行测定的装置。
标号说明
1：气溶胶(观测对象)；2：光发送接收部；3：光激励装置(光激励单元)；4：光学部(光发送接收单元)；5：光学系统；6：光检测器；7：光学部调整驱动部(光学条件调整单元)；8：信号处理部；9：信号分析部；10：显示/保存部(观测结果输出单元)；21：光学条件设定/设定信号输出部(光学条件调整单元)；22：数据取得部(谱/速度计算单元)；23：谱/风速运算部(谱/速度计算单元)；24：最佳位置分析部(光学条件最佳化单元)；25：数据自分析部；31：暂且保存部(存储单元)；32：最佳位置分析部(光学条件最佳化单元)；41：积分次数设定部(积分次数设定单元)；42：最佳位置分析部(光学条件最佳化单元)；51：模型保存部(模型保存单元)；52：最佳位置分析部(光学条件最佳化单元)；61：光束直径设定部(光束直径设定单元)；62：最佳位置分析部(光学条件调整单元)；101：光源；102：光分配器；103：放大器；104：脉冲调制器；105：光循环器；106：光纤端；107：光耦合器；108：光接收机；111：发送光束调整光学系统；112：PBS；113：光学透镜；114：λ/4板。

Claims (18)

1.一种雷达装置，其中，该雷达装置具有：
光激励单元，其激励光；
光发送接收单元，其具有将由上述光激励单元激励出的光放射到大气中并接收由大气中存在的观测对象反射回的上述光的光学系统，输出表示由上述光学系统接收到的光的信号强度的数据；
谱/速度计算单元，其对从上述光发送接收单元输出的数据进行分析并计算谱，并且，根据上述谱按照与上述观测对象之间的距离计算上述观测对象的速度和信噪比；
光学条件调整单元，其调整上述光发送接收单元的光学条件；以及
光学条件最佳化单元，其在与由上述谱/速度计算单元计算出的上述信噪比对应的上述距离超过最低距离后上述信噪比最初与用户设定的期望强度值交叉的点的距离值为用户设定的期望距离值以上时，将此时的光学条件决定为最佳光学条件。
2.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，
上述光学条件调整单元调整设置上述光发送接收单元的位置，作为上述光发送接收单元的光学条件，
上述光学条件最佳化单元在与由上述谱/速度计算单元计算出的上述信噪比对应的上述距离超过最低距离后上述信噪比最初与用户设定的期望强度值交叉的点的距离值为用户设定的期望距离值以上时，将此时的光发送接收单元的设置位置决定为最佳光学条件。
3.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，
上述光学条件调整单元调整上述光学系统的焦距，作为上述光发送接收单元的光学条件，
上述光学条件最佳化单元在与由上述谱/速度计算单元计算出的上述信噪比对应的上述距离超过最低距离后上述信噪比最初与用户设定的期望强度值交叉的点的距离值为用户设定的期望距离值以上时，将此时的光学系统的焦距决定为最佳光学条件。
4.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，
上述雷达装置设置有观测结果输出单元，该观测结果输出单元保存由上述谱/速度计算单元计算出的上述观测对象的速度，并且，显示上述观测对象的速度。
5.根据权利要求2所述的雷达装置，其特征在于，
上述雷达装置设置有存储单元，该存储单元存储由上述谱/速度计算单元计算出的谱，并且，存储计算出上述谱时的上述光发送接收单元的设置位置，
上述光学条件最佳化单元使用由上述存储单元存储的1个以上的谱，从由上述存储单元存储的1个以上的上述光发送接收单元的设置位置中搜索上述光发送接收单元的设置位置。
6.根据权利要求3所述的雷达装置，其特征在于，
上述雷达装置设置有存储单元，该存储单元存储由上述谱/速度计算单元计算出的谱，并且，存储计算出上述谱时的上述光学系统的焦距，
上述光学条件最佳化单元使用由上述存储单元存储的1个以上的谱，从由上述存储单元存储的1个以上的上述光学系统的焦距中搜索上述光学系统的焦距。
7.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，
上述雷达装置具有积分次数设定单元，在上述谱/速度计算单元使用将从上述光发送接收单元输出的时间序列的数据分割成距离单元，并在各距离单元内实施积分处理来计算上述观测对象的速度的方法的情况下，该积分次数设定单元设定上述各距离单元内的积分处理中的积分次数。
8.根据权利要求2所述的雷达装置，其特征在于，
上述雷达装置具有积分次数设定单元，在上述谱/速度计算单元使用将从上述光发送接收单元输出的时间序列的数据分割成距离单元，并在各距离单元内实施积分处理来计算上述观测对象的速度的方法的情况下，该积分次数设定单元设定上述各距离单元内的积分处理中的积分次数，
上述光学条件最佳化单元在控制由上述积分次数设定单元设定的积分次数的同时，搜索上述光发送接收单元的设置位置。
9.根据权利要求3所述的雷达装置，其特征在于，
上述雷达装置具有积分次数设定单元，在上述谱/速度计算单元使用将从上述光发送接收单元输出的时间序列的数据分割成距离单元，并在各距离单元内实施积分处理来计算上述观测对象的速度的方法的情况下，该积分次数设定单元设定上述各距离单元内的积分处理中的积分次数，
上述光学条件最佳化单元在控制由上述积分次数设定单元设定的积分次数的同时，搜索上述光学系统的焦距。
10.根据权利要求2所述的雷达装置，其特征在于，
上述雷达装置设置有模型保存单元，该模型保存单元保存谱中的包络线函数的模型，
上述光学条件最佳化单元对由上述谱/速度计算单元计算出的谱的包络线和根据由上述模型保存单元保存的模型而得到的包络线进行比较，再次构筑上述观测对象所处的当前环境下的模型，使用上述模型来控制上述光学条件调整单元的位置调整。
11.根据权利要求3所述的雷达装置，其特征在于，
上述雷达装置设置有模型保存单元，该模型保存单元保存谱中的包络线函数的模型，
上述光学条件最佳化单元对由上述谱/速度计算单元计算出的谱的包络线和根据由上述模型保存单元保存的模型而得到的包络线进行比较，再次构筑上述观测对象所处的当前环境下的模型，使用上述模型来控制上述光学条件调整单元的焦距调整。
12.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，
在从上述光发送接收单元的光学系统放射的光和由上述光学系统接收到的光不同轴的情况下，上述光学条件最佳化单元在决定上述光发送接收单元的光学条件之前，根据从上述光学系统放射的光与由上述光学系统接收到的光之间的角度差以及与待进行测定的上述观测对象之间的距离，计算上述光发送接收单元的设置位置，
上述光学条件调整单元调整上述光发送接收单元的设置位置，以使上述光发送接收单元的设置位置与上述光学条件最佳化单元的计算结果一致。
13.根据权利要求12所述的雷达装置，其特征在于，
上述光学条件调整单元通过调整接收光的上述光发送接收单元中的光纤端的位置，对上述光发送接收单元的光的接收视野与光的到来方向之间的偏差进行校正。
14.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，
上述雷达装置具有积分次数设定单元，在上述谱/速度计算单元使用将从上述光发送接收单元输出的时间序列的数据分割成距离单元，并在各距离单元内实施积分处理来计算上述观测对象的速度的方法的情况下，该积分次数设定单元设定各距离单元内的积分处理中的积分次数，
上述光学条件最佳化单元控制由上述积分次数设定单元设定的积分次数，以使各距离单元的信噪比为阈值以上。
15.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，
上述雷达装置具有：积分次数设定单元，在上述谱/速度计算单元使用将从上述光发送接收单元输出的时间序列的数据分割成距离单元，并在各距离单元内实施积分处理来计算上述观测对象的速度的方法的情况下，该积分次数设定单元设定各距离单元内的积分处理中的积分次数；以及光束直径设定单元，其设定从上述光发送接收单元的光学系统放射的光的光束直径，
上述光学条件最佳化单元控制由上述积分次数设定单元设定的积分次数，以使由上述光束直径设定单元设定的光束直径下的各距离单元的信噪比为阈值以上。
16.根据权利要求1所述的雷达装置，其特征在于，
上述雷达装置具有：积分次数设定单元，在上述谱/速度计算单元使用将从上述光发送接收单元输出的时间序列的数据分割成距离单元，并在各距离单元内实施积分处理来计算上述观测对象的速度的方法的情况下，该积分次数设定单元设定各距离单元内的积分处理中的积分次数；以及光束直径设定单元，其设定从上述光发送接收单元的光学系统放射的光的光束直径，
上述光学条件最佳化单元控制由上述光束直径设定单元设定的光束直径，以使由上述积分次数设定单元设定的积分次数下的各距离单元的信噪比为阈值以上。
17.一种雷达装置，其中，该雷达装置具有：
光激励单元，其激励光；
光发送接收单元，其具有将由上述光激励单元激励出的光放射到大气中并接收由大气中存在的观测对象反射回的上述光的光学系统，输出表示由上述光学系统接收到的光的信号强度的数据；
谱/速度计算单元，其对从上述光发送接收单元输出的数据进行分析并计算谱，并且计算上述观测对象的速度；以及
积分次数设定单元，在上述谱/速度计算单元使用将从上述光发送接收单元输出的时间序列的数据分割成距离单元，并在各距离单元内实施积分处理来计算上述观测对象的速度的方法的情况下，该积分次数设定单元设定各距离单元内的积分处理中的积分次数。
18.一种雷达装置，其中，该雷达装置具有：
光激励单元，其激励光；
光发送接收单元，其具有将由上述光激励单元激励出的光放射到大气中并接收由大气中存在的观测对象反射回的上述光的光学系统，输出表示由上述光学系统接收到的光的信号强度的数据；
谱/速度计算单元，其对从上述光发送接收单元输出的数据进行分析并计算谱，并且计算上述观测对象的速度；
光束直径设定单元，其设定从上述光发送接收单元的光学系统放射的光的光束直径；以及
积分次数设定单元，在上述谱/速度计算单元使用将从上述光发送接收单元输出的时间序列的数据分割成距离单元，并在各距离单元内实施积分处理来计算上述观测对象的速度的方法的情况下，该积分次数设定单元设定各距离单元内的积分处理中的积分次数，
对由上述积分次数设定单元设定的积分次数进行控制，以使由上述光束直径设定单元设定的光束直径下的各距离单元的信噪比为阈值以上，或者，对由上述光束直径设定单元设定的光束直径进行控制，以使由上述积分次数设定单元设定的积分次数下的各距离单元的信噪比为阈值以上。
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