JP2000147120A - Laser radar apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、送信レーザー光
の散乱・反射光を受信することにより観測対象の大気の
移動速度を観測するレーザーレーダー装置に関するもの
である。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser radar device for observing the movement speed of an observation target atmosphere by receiving scattered / reflected light of a transmitted laser beam.
【０００２】[0002]
【従来の技術】まず従来の大気観測用レーザーレーダー
装置の例として地上設置型のドップラーレーザーレーダ
ー装置を説明する。図５において１はレーザー光送受信
装置、２は送信レーザー光、３は観測対象大気、４は後
方散乱光である。2. Description of the Related Art First, a ground-mounted Doppler laser radar device will be described as an example of a conventional laser radar device for atmospheric observation. In FIG. 5, reference numeral 1 denotes a laser light transmitting / receiving device, 2 denotes a transmitted laser light, 3 denotes an observation target atmosphere, and 4 denotes backscattered light.
【０００３】次に従来の地上設置型のドップラーレーザ
ーレーダー装置の動作について説明する。レーザー光送
受信装置１から発射された送信レーザー光２は、観測対
象大気３により散乱反射され、後方散乱光４としてレー
ザー光送受信装置１により受信される。観測対象大気３
の送信レーザー光２光軸方向に関する移動速度成分は、
送信レーザー光２と後方散乱光４の周波数差により算出
される。Next, the operation of the conventional ground-mounted Doppler laser radar device will be described. The transmitted laser light 2 emitted from the laser light transmitting / receiving device 1 is scattered and reflected by the observation target atmosphere 3 and received by the laser light transmitting / receiving device 1 as backscattered light 4. Observation target atmosphere 3
The moving speed component of the transmitted laser light 2 in the optical axis direction is
It is calculated from the frequency difference between the transmission laser light 2 and the backscattered light 4.
【０００４】図６は従来の地上設置型のドップラーレー
ザーレーダー装置の情報処理フローの概略例である。レ
ーザー光送受信装置１の内部でレーザー発振器５で発生
したレーザー光は光分岐器６で２分割され、一方のレー
ザー光は送信光学系７から送信レーザー光２として観測
対象大気３に向けて発射され、もう一方のレーザー光は
送信レーザー参照光８として光混合器９内で、送信レー
ザー光２が観測対象大気３で反射され後方散乱光４とな
りレーザー光送受信装置１の受信光学系１０で集光され
た受信光１１と混合され、光混合器９内で混合された送
信レーザー参照光８と受信光１１の周波数差により光信
号強弱のうなりが発生し、このうなり信号が周波数分析
器１２に導かれて送信レーザー参照光８に対する受信光
１１の周波数遷移量が算出され、この周波数遷移量と速
度に関するドップラー方程式計算回路を内蔵する速度算
出器１３により観測対象大気３の送信レーザー光２光軸
方向に関する移動速度が算出される。このようにして観
測対象大気３の移動速度を算出することによりレーザー
レーダー装置周辺の局地的な風速を測定することができ
るため、例えば飛行場周辺で発生する危険な局所下降気
流（マイクロバースト）の発生の予測に用いることがで
きる。FIG. 6 is a schematic example of an information processing flow of a conventional ground-mounted Doppler laser radar device. The laser light generated by the laser oscillator 5 inside the laser light transmitting / receiving device 1 is split into two by the optical splitter 6, and one of the laser lights is emitted from the transmission optical system 7 as the transmission laser light 2 toward the observation target atmosphere 3. The other laser light is transmitted as a reference laser light 8 in the optical mixer 9, and the transmitted laser light 2 is reflected by the observation target atmosphere 3 to become backscattered light 4 and is condensed by the receiving optical system 10 of the laser light transmitting / receiving device 1. Due to the frequency difference between the transmission laser reference light 8 and the reception light 11 mixed with the received reception light 11 and mixed in the optical mixer 9, a beat of the optical signal is generated, and this beat signal is led to the frequency analyzer 12. Then, a frequency transition amount of the reception light 11 with respect to the transmission laser reference light 8 is calculated, and the speed calculator 13 having a built-in Doppler equation calculation circuit relating to the frequency transition amount and the speed is calculated. Moving speed is calculated regarding the transmission laser beam 2 in the optical axis direction of the measurement target air 3. Since the local wind speed around the laser radar device can be measured by calculating the moving speed of the observation target atmosphere 3 in this manner, for example, a dangerous local downdraft (microburst) generated around the airfield can be measured. Can be used to predict occurrence.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】例えばマイクロバース
トが着陸進入中の飛行機前方に発生した場合、地表付近
の低高度まで下降してきた飛行機に対してマイクロバー
スト手前では向かい風となり飛行機の相対対気速度が増
加するため、飛行機の主翼に発生する揚力が増大し、機
首上げモーメントが発生する。操縦士が、この機首上げ
モーメントに対して正規の着陸進入経路を維持するため
に、機首下げ方向の昇降舵を操作すると、マイクロバー
スト中心までは向かい風のため問題ないが、マイクロバ
ースト中心を通過した途端に飛行機に対し追い風となり
飛行機の相対対気速度が減少するため、飛行機の主翼に
対する揚力が減少し、機首下げモーメントが発生するこ
とに加えて機首下げ方向の昇降舵操作が加わるため、も
ともと低高度で着陸進入中であることもあり、飛行機は
一気に地上まで降下してしまい墜落に結びつく。このよ
うな経過で着陸進入中に墜落した事故に対する対策が飛
行機の安全運行上不可欠となっている。マイクロバース
トは雲や雨を伴わないため肉眼では確認できない現象で
あることから、大気中の微粒子の移動速度を検出できる
レーザーレーダーが有効な手段とされている。しかし、
従来のレーザーレーダー装置は前項のように構成されて
おり、送受信するレーザー光に平行な方向の速度以外は
原理的に検出が難しいため、地上に設置されたレーザー
レーダー装置から観測すると、特に飛行場周辺で問題と
なる前述のマイクロバースト等の局所的な急下降あるい
は急上昇気流に対して大気の移動速度を検出できないの
で、マイクロバーストの検知が難しいという課題があっ
た。For example, when a microburst occurs in front of an airplane approaching landing, an airplane descending to a low altitude near the ground surface has a headwind before the microburst and the relative airspeed of the airplane is reduced. Due to the increase, the lift generated on the main wing of the airplane increases, and a nose-up moment is generated. When the pilot operates the nose-down elevator to maintain the proper landing approach path for this nose-up moment, there is no problem due to the headwind up to the center of the microburst, but the center of the microburst Immediately after passing, the aircraft becomes a tailwind and the relative airspeed of the aircraft decreases, so the lift on the wing of the aircraft decreases, a nose-down moment is generated, and the nose-down elevator operation is performed. In order to join, the aircraft may have already landed at low altitude, causing the plane to descend to the ground at a stretch, leading to a crash. In such a situation, measures against crashes during landing approach are indispensable for safe operation of airplanes. Microburst is a phenomenon that cannot be confirmed with the naked eye because it does not involve clouds or rain, and a laser radar that can detect the moving speed of fine particles in the atmosphere has been regarded as an effective means. But,
Conventional laser radar equipment is configured as described in the previous section, and it is difficult in principle to detect anything other than the speed in the direction parallel to the transmitted and received laser light, so when observing from the laser radar equipment installed on the ground, especially around the airfield However, since the moving speed of the atmosphere cannot be detected with respect to the local sudden descending or rapidly rising airflow such as the microburst described above, there is a problem that the detection of the microburst is difficult.
【０００６】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたものであり、レーザー光の送受信装置を
上下方向に離れた位置に２個配置する方法とすることに
よって大気の局所的な急下降あるいは急上昇気流に対し
て上昇・下降方向の速度検出を可能とし、マイクロバー
スト等の危険な局所大気現象を検知することを目的とす
る。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and a method of arranging two laser light transmitting and receiving devices at positions vertically separated from each other by localizing the atmosphere. An object of the present invention is to enable detection of a speed in a rising / falling direction with respect to a rapidly descending or rapidly rising airflow, and to detect a dangerous local atmospheric phenomenon such as a microburst.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】第１の発明によるレーザ
ーレーダー装置は、レーザー光送受信装置を下方位置と
上方位置に２個配置して同じ観測対象大気を観測し、下
方位置のレーザー光送受信装置で算出される速度ベクト
ルと上方位置のレーザー光送受信装置で算出される速度
ベクトルの合算により、大気の上下方向の移動速度を検
出するものである。A laser radar device according to a first aspect of the present invention arranges two laser light transmitting and receiving devices at a lower position and an upper position to observe the same observation target atmosphere, and detects a laser light transmitting and receiving device at a lower position. The vertical movement speed of the atmosphere is detected by adding the velocity vector calculated by the equation (1) and the velocity vector calculated by the laser light transmitting / receiving device at the upper position.
【０００８】また、第２の発明によるレーザーレーダー
装置は、レーザー光送受信装置を下方位置と上方位置に
２個配置して同じ観測対象大気を観測し、下方位置のレ
ーザー光送受信装置で算出される速度ベクトルと上方位
置のレーザー光送受信装置で算出される速度ベクトルの
合算により、大気の上下方向の移動速度を検出すること
ができる装置を２箇所の互いに離れた地点に設置するこ
とにより、大気の上昇・下降方向の移動速度の水平方向
分布を検出するものである。In the laser radar device according to the second aspect of the present invention, two laser light transmitting and receiving devices are arranged at a lower position and an upper position, and the same observation target atmosphere is observed. By installing a device that can detect the vertical moving speed of the atmosphere at two separate points by adding the speed vector and the speed vector calculated by the laser light transmitting and receiving device at the upper position, It detects the horizontal distribution of the moving speed in the ascending and descending directions.
【０００９】また、第３の発明によるレーザーレーダー
装置は、レーザー光送受信装置を下方位置と上方位置に
２個配置して同じ観測対象大気を観測し、下方位置のレ
ーザー光送受信装置で算出される速度ベクトルと上方位
置のレーザー光送受信装置で算出される速度ベクトルの
合算により、大気の上下方向の移動速度を検出すること
ができる装置を３箇所以上の互いに離れた地点に設置す
ることにより、大気の上昇・下降方向の移動速度の水平
方向分布を広い範囲で検出するものである。In the laser radar device according to the third aspect of the present invention, two laser light transmitting and receiving devices are arranged at a lower position and an upper position, and the same observation target atmosphere is observed. By installing a device capable of detecting the vertical moving speed of the atmosphere at three or more places apart from each other by adding the speed vector and the speed vector calculated by the laser light transmitting and receiving device at the upper position, Is to detect the horizontal distribution of the moving speed in the ascending and descending directions in a wide range.
【００１０】[0010]
【発明の実施の形態】実施の形態１．図１はこの発明の
実施の形態１の一例を示す構成図であり、図において１
はレーザー光送受信装置、２は送信レーザー光、３は観
測対象大気、４は後方散乱光、１４は上部レーザー光送
受信装置、１５はレーザー光送受信装置１と上部レーザ
ー光送受信装置１４を固定する地上構造物である。１６
は送信レーザー光２ａの送信角度、１７はレーザー光送
受信装置１から観測対象大気３までの直線距離、１８は
レーザー光送受信装置１から観測対象大気３までの高
度、１９はレーザー光送受信装置１から観測対象大気３
までの水平距離、２０は観測対象大気３の送信レーザー
光２の光軸方向の移動速度、２１は観測対象大気３の移
動速度ベクトル、２２は観測対象大気３の鉛直方向の移
動速度、２３は観測対象大気３の水平方向の移動速度、
２４はレーザー光送受信装置１と上部レーザー光送受信
装置１４との上下方向距離である。図に示されるよう
に、レーザー光送受信装置１から発射された送信レーザ
ー光２ａは、観測対象大気３により散乱反射され、後方
散乱光４ａとしてレーザー光送受信装置１により受信さ
れる。観測対象大気３のレーザー光送受信装置１に対す
る直線距離１７ａは送信レーザー光２ａの発射から後方
散乱光４ａの受信までの時間と送信レーザー光２ａの速
度との積により算出される。観測対象大気３のレーザー
光送受信装置１に対する上下距離である観測対象高度１
８ａ及び観測対象水平距離１９ａは、送信レーザー光２
ａの送信角度１６ａと直線距離１７ａと三角関数により
算出される。観測対象大気３の送信レーザー光２ａ光軸
方向移動速度２０ａは、送信レーザー光２ａと後方散乱
光４ａの周波数差により算出される。同様に上部レーザ
ー光送受信装置１４から発射された送信レーザー光２ｂ
は、観測対象大気３により散乱反射され、後方散乱光４
ｂとして上部レーザー光送受信装置１４により受信され
る。観測対象大気３の上部レーザー光送受信装置１４に
対する直線距離１７ｂは送信レーザー光２ｂの発射から
後方散乱光４ｂの受信までの時間と送信レーザー光２ｂ
の速度との積により算出される。観測対象大気３の上部
レーザー光送受信装置１４に対する上下距離である観測
対象高度１８ｂ及び観測対象水平距離１９ｂは、送信レ
ーザー光２ｂの送信角度１６ｂと直線距離１７ｂと三角
関数により算出される。観測対象大気３の送信レーザー
光２ｂ光軸方向に関する移動速度２０ｂは、送信レーザ
ー光２ｂと後方散乱光４ｂの周波数差により算出され
る。このようにして得られる観測対象大気３の送信レー
ザー光２ａ，２ｂ光軸方向に関する移動速度２０ａ，２
０ｂと送信レーザー光２ａ，２ｂの送信角度１６の幾何
学的関係より、観測対象大気３の移動速度ベクトル２１
が求められ、この観測対象移動速度ベクトル２１を鉛直
方向成分と水平方向成分に分解することにより観測対象
鉛直方向速度２２、観測対象水平方向速度２３が算出さ
れる。レーザー光送受信装置１と上部レーザー光送受信
装置１４とが同じ観測対象大気３を測定していること
は、算出された観測対象高度１８ａと１８ｂの和が送受
信装置上下距離２４に等しいことと、算出された観測対
象水平距離１９ａと１９ｂが等しいことにより確認され
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 is a configuration diagram showing an example of Embodiment 1 of the present invention.
Is a laser beam transmitting and receiving device, 2 is a transmitting laser beam, 3 is an observation target atmosphere, 4 is a backscattered beam, 14 is an upper laser beam transmitting and receiving device, and 15 is a ground on which the laser beam transmitting and receiving device 1 and the upper laser beam transmitting and receiving device 14 are fixed. It is a structure. 16
Is the transmission angle of the transmitted laser light 2a, 17 is the linear distance from the laser light transmitting and receiving device 1 to the observation target atmosphere 3, 18 is the altitude from the laser light transmitting and receiving device 1 to the observation target atmosphere 3, and 19 is the laser light transmitting and receiving device 1. Observation target atmosphere 3
, 20 is the moving speed of the transmitted laser light 2 in the observation target atmosphere 3 in the optical axis direction, 21 is the moving speed vector of the observation target atmosphere 3, 22 is the vertical moving speed of the observation target atmosphere 3, and 23 is Horizontal movement speed of the observation target atmosphere 3;
Reference numeral 24 denotes a vertical distance between the laser light transmitting and receiving device 1 and the upper laser light transmitting and receiving device 14. As shown in the figure, the transmitted laser light 2a emitted from the laser light transmitting / receiving device 1 is scattered and reflected by the observation target atmosphere 3 and received by the laser light transmitting / receiving device 1 as backscattered light 4a. The linear distance 17a between the observation target atmosphere 3 and the laser light transmitting / receiving device 1 is calculated by the product of the time from emission of the transmission laser light 2a to reception of the backscattered light 4a and the speed of the transmission laser light 2a. Observation target altitude 1 which is the vertical distance of the observation target atmosphere 3 with respect to the laser light transmitting / receiving device 1
8a and the observation target horizontal distance 19a are
The transmission angle 16a, the linear distance 17a, and the trigonometric function are calculated. The moving speed 20a of the transmission laser beam 2a in the optical axis direction of the observation target atmosphere 3 is calculated based on the frequency difference between the transmission laser beam 2a and the backscattered light 4a. Similarly, the transmission laser light 2b emitted from the upper laser light transmitting / receiving device 14
Is scattered and reflected by the observation target atmosphere 3 and the backscattered light 4
b is received by the upper laser light transmitting / receiving device 14. The linear distance 17b between the observation target atmosphere 3 and the upper laser light transmitting / receiving device 14 is determined by the time from the emission of the transmission laser light 2b to the reception of the backscattered light 4b and the transmission laser light 2b.
Is calculated by multiplying by the speed. The observation target altitude 18b and the observation target horizontal distance 19b, which are the vertical distance of the observation target atmosphere 3 from the upper laser light transmitting / receiving device 14, are calculated by the transmission angle 16b, the linear distance 17b, and the trigonometric function of the transmission laser light 2b. The moving speed 20b of the observation target atmosphere 3 in the optical axis direction of the transmission laser light 2b is calculated from the frequency difference between the transmission laser light 2b and the backscattered light 4b. The moving speeds 20a, 20 of the observation target atmosphere 3 in the optical axis direction of the transmission laser beams 2a, 2b obtained in this manner.
0b and the transmission angle 16 of the transmission laser beams 2a and 2b, the moving velocity vector 21
Is calculated, and the observation target moving velocity vector 21 is divided into a vertical direction component and a horizontal direction component, whereby an observation target vertical velocity 22 and an observation target horizontal velocity 23 are calculated. The fact that the laser light transmitting / receiving device 1 and the upper laser light transmitting / receiving device 14 are measuring the same observation target atmosphere 3 means that the sum of the calculated observation target altitudes 18a and 18b is equal to the transmission / reception device vertical distance 24. It is confirmed that the observed horizontal distances 19a and 19b are equal.
【００１１】図２はこの発明の実施の形態１における情
報処理フローの例である。レーザー光送受信装置１の内
部でレーザー発振器５で発生したレーザー光は光分岐器
６ａで２分割され、一方のレーザー光は送信光学系７ａ
から送信レーザー光２ａとして観測対象大気３に向けて
発射され、もう一方のレーザー光は送信レーザー参照光
８ａとして光混合器９ａ内で、送信レーザー光２ａが観
測対象大気３で反射され後方散乱光４ａとなりレーザー
光送受信装置１の受信光学系１０ａで集光された受信光
１１ａと混合され、光混合器９ａ内で混合された送信レ
ーザー参照光８ａと受信光１１ａの周波数差により光信
号強弱のうなりが発生し、このうなり信号が周波数分析
器１２ａに導かれて送信レーザー参照光８ａに対する受
信光１１ａの周波数遷移量が算出され、この周波数遷移
量と速度に関するドップラー方程式計算回路を内蔵する
速度算出器１３ａにより観測対象大気３の送信レーザー
光２ａ光軸方向に関する観測対象光軸方向移動速度２０
ａが算出される。送信レーザー光２ａの光軸方向角度は
送信光学系７ａに接続された角度検出器２５ａにより送
信角度１６ａとして検出される。FIG. 2 shows an example of an information processing flow according to the first embodiment of the present invention. The laser light generated by the laser oscillator 5 inside the laser light transmitting / receiving device 1 is split into two by an optical splitter 6a, and one of the laser lights is transmitted by a transmission optical system 7a.
Is transmitted from the laser beam toward the observation target atmosphere 3 as the transmission laser light 2a, and the other laser light is reflected as the transmission laser reference light 8a in the optical mixer 9a. 4a is mixed with the reception light 11a condensed by the reception optical system 10a of the laser light transmission / reception apparatus 1, and the optical signal is weakened by the frequency difference between the transmission laser reference light 8a and the reception light 11a mixed in the optical mixer 9a. A beat is generated, and the beat signal is guided to the frequency analyzer 12a to calculate a frequency transition amount of the reception light 11a with respect to the transmission laser reference light 8a, and a speed calculation incorporating a Doppler equation calculation circuit relating to the frequency transition amount and the speed. The moving speed 20 of the transmission laser beam 2a of the observation target atmosphere 3 in the observation target optical axis direction with respect to the optical axis direction
a is calculated. The optical axis direction angle of the transmission laser light 2a is detected as a transmission angle 16a by an angle detector 25a connected to the transmission optical system 7a.
【００１２】また、レーザー発振器５ａから出るレーザ
ー光を送信するタイミングに応じた送信トリガ信号２６
ａと、光混合器９ａでの受信光１１ａ受信のタイミング
に応じて発生する受信トリガ信号２７ａをカウンタ２８
ａに取り込むことにより、送信レーザー光２ａ送信と受
信光１１ａ受信の時間差が送受信時間間隔２９ａとして
計測され、大気中での光速度を元に距離算出器３０ａに
よりレーザー光送受信装置１と観測対象大気３との間の
直線距離が観測対象直線距離１７ａとして算出される。
こうして得られた送信角度１６ａと観測対象直線距離１
７ａが高度距離算出器３１ａ内で演算処理され観測対象
高度１８ａと観測対象水平距離１９ａが算出される。上
部レーザー光送受信装置１４内でも同様の処理手順で観
測対象光軸方向移動速度２０ｂと観測対象高度１８ｂと
観測対象水平距離１９ｂが算出される。レーザー光送受
信装置１で、送信角度１６ａ，１６ｂと観測対象高度１
８ａ，１８ｂと観測対象水平距離１９ａ，１９ｂと観測
対象光軸方向移動速度２０ａ，２０ｂと送受信装置上下
距離２４が観測対象移動速度算出器３２内で演算され観
測対象移動速度ベクトル２１が算出される。観測対象移
動速度ベクトル２１は鉛直水平方向速度算出器３３内で
送信角度１６ａ，１６ｂと合わせて演算され、観測対象
鉛直方向速度２２と観測対象水平方向速度２３が算出さ
れる。A transmission trigger signal 26 corresponding to the timing of transmitting the laser light emitted from the laser oscillator 5a.
a and a reception trigger signal 27a generated according to the reception timing of the reception light 11a by the optical mixer 9a.
a, the time difference between the transmission of the transmission laser light 2a and the reception of the reception light 11a is measured as a transmission / reception time interval 29a, and the laser light transmission / reception device 1 and the observation target air are measured by the distance calculator 30a based on the light speed in the air. 3 is calculated as the observation target linear distance 17a.
The transmission angle 16a thus obtained and the observation target linear distance 1
7a is arithmetically processed in the altitude distance calculator 31a, and the observation target altitude 18a and the observation target horizontal distance 19a are calculated. In the upper laser light transmitting / receiving device 14, the observation target optical axis direction moving speed 20b, the observation target altitude 18b, and the observation target horizontal distance 19b are calculated by the same processing procedure. The transmission angle 16a, 16b and the observation target altitude 1
8a, 18b, the observation target horizontal distances 19a, 19b, the observation target optical axis direction moving speeds 20a, 20b, and the transmitter / receiver vertical distance 24 are calculated in the observation target moving speed calculator 32, and the observation target moving speed vector 21 is calculated. . The observation target moving velocity vector 21 is calculated in the vertical horizontal velocity calculator 33 together with the transmission angles 16a and 16b, and the observation target vertical velocity 22 and the observation target horizontal velocity 23 are calculated.
【００１３】実施の形態２．図３はこの発明の実施の形
態２の一例を示す構成図であり、図において１はレーザ
ー光送受信装置、２は送信レーザー光、３は観測対象大
気、４は後方散乱光、１４は上部レーザー光送受信装
置、１５はレーザー光送受信装置１と上部レーザー光送
受信装置１４を固定する地上構造物、３４はレーザーレ
ーダー装置の観測範囲である。図に示されるように、レ
ーザー光送受信装置１ａから発射された送信レーザー光
２ａは、観測対象大気３ａにより散乱反射され、後方散
乱光４ａとしてレーザー光送受信装置１ａにより受信さ
れる。観測対象大気３ａの送信レーザー光２ａ光軸方向
に関する移動速度成分は、送信レーザー光２ａと後方散
乱光４ａの周波数差により算出される。同様に上部レー
ザー光送受信装置１４ａから発射された送信レーザー光
２ｂは、観測対象大気３ａにより散乱反射され、後方散
乱光４ｂとして上部レーザー光送受信装置１４ａにより
受信される。Embodiment 2 FIG. FIG. 3 is a block diagram showing an example of Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 3, 1 is a laser light transmitting / receiving device, 2 is a transmitted laser light, 3 is an observation target atmosphere, 4 is backscattered light, and 14 is an upper laser. The optical transmission / reception device, 15 is a ground structure for fixing the laser light transmission / reception device 1 and the upper laser light transmission / reception device 14, and 34 is an observation range of the laser radar device. As shown in the figure, the transmitted laser light 2a emitted from the laser light transmitting / receiving device 1a is scattered and reflected by the observation target atmosphere 3a, and is received by the laser light transmitting / receiving device 1a as backscattered light 4a. The moving speed component of the observation target atmosphere 3a in the optical axis direction of the transmission laser light 2a is calculated from the frequency difference between the transmission laser light 2a and the backscattered light 4a. Similarly, the transmitted laser light 2b emitted from the upper laser light transmitting / receiving device 14a is scattered and reflected by the observation target atmosphere 3a, and is received by the upper laser light transmitting / receiving device 14a as backscattered light 4b.
【００１４】観測対象大気３ａの送信レーザー光２ｂ光
軸方向に関する移動速度成分は、送信レーザー光２ｂと
後方散乱光４ｂの周波数差により算出される。このよう
にして得られる観測対象大気３ａの送信レーザー光２
ａ，２ｂ光軸方向に関する上下２方向からの移動速度成
分と送信レーザー光２ａ，２ｂの送信角度値の幾何学的
関係より、観測対象大気３ａの高度方向移動速度と水平
方向移動速度が算出される。一方、レーザー光送受信装
置１ｂから発射された送信レーザー光２ｃは、観測対象
大気３ｂにより散乱反射され、後方散乱光４ｃとしてレ
ーザー光送受信装置１ｂにより受信される。観測対象大
気３ｂの送信レーザー光２ｃ光軸方向に関する移動速度
成分は、送信レーザー光２ｃと後方散乱光４ｃの周波数
差により算出される。同様に上部レーザー光送受信装置
１４ｂから発射された送信レーザー光２ｄは、観測対象
大気３ｂにより散乱反射され、後方散乱光４ｄとして上
部レーザー光送受信装置１４ｂにより受信される。観測
対象大気３ｂの送信レーザー光２ｄ光軸方向に関する移
動速度成分、送信レーザー光２ｄと後方散乱光４ｄの周
波数差により算出される。このようにして得られる観測
対象大気３ｂの送信レーザー光２ｃ，２ｄ光軸方向に関
する上下２方向からの移動速度成分と送信レーザー光２
ｃ，２ｄの送信角度値の幾何学的関係より、観測対象大
気３ｂの高度方向移動速度と水平方向移動速度が算出さ
れる。２箇所の離れた地点に設置されたレーザー光送受
信装置１ａ，１４ａ及び１ｂ，１４ｂがそれぞれ観測範
囲３４ａ及び３４ｂをカバーするため、単一の装置によ
る観測よりも広い範囲を観測することが可能である。ま
た、同一の観測対象大気３を２箇所の離れた地点から観
測すると三角測量の原理により観測対象大気３の水平方
向の移動方向及び速度も算出することができる。なお、
レーザー光送受信装置１ａ，１ｂ及び上部レーザー光送
受信装置１４ａ，１４ｂ内での情報処理フローは図２と
同一である。The moving speed component of the observation target atmosphere 3a in the optical axis direction of the transmission laser light 2b is calculated from the frequency difference between the transmission laser light 2b and the backscattered light 4b. The transmission laser beam 2 of the observation target atmosphere 3a obtained in this way
The altitude and horizontal movement speeds of the observation target atmosphere 3a are calculated from the geometric relationship between the movement speed components from the upper and lower two directions with respect to the optical axis directions a and 2b and the transmission angle values of the transmission laser beams 2a and 2b. You. On the other hand, the transmitted laser light 2c emitted from the laser light transmitting and receiving device 1b is scattered and reflected by the observation target atmosphere 3b, and is received by the laser light transmitting and receiving device 1b as backscattered light 4c. The moving speed component of the observation target atmosphere 3b in the optical axis direction of the transmission laser light 2c is calculated from the frequency difference between the transmission laser light 2c and the backscattered light 4c. Similarly, the transmission laser light 2d emitted from the upper laser light transmitting / receiving device 14b is scattered and reflected by the observation target atmosphere 3b, and is received by the upper laser light transmitting / receiving device 14b as backscattered light 4d. It is calculated from the moving speed component of the observation target atmosphere 3b in the optical axis direction of the transmission laser light 2d and the frequency difference between the transmission laser light 2d and the backscattered light 4d. The thus-obtained moving speed components of the observation target atmosphere 3b from the upper and lower two directions with respect to the optical axis direction of the transmission laser light 2c and 2d and the transmission laser light 2
From the geometric relationship between the transmission angle values c and 2d, the altitude direction moving speed and the horizontal direction moving speed of the observation target atmosphere 3b are calculated. Since the laser light transmitting and receiving devices 1a, 14a and 1b, 14b installed at two distant points cover the observation ranges 34a and 34b, respectively, it is possible to observe a wider range than the observation by a single device. is there. Further, when the same observation target atmosphere 3 is observed from two distant points, the horizontal movement direction and speed of the observation target atmosphere 3 can be calculated based on the principle of triangulation. In addition,
The information processing flow in the laser light transmitting and receiving devices 1a and 1b and the upper laser light transmitting and receiving devices 14a and 14b is the same as that in FIG.
【００１５】実施の形態３．図４はこの発明の実施の形
態３の一例を示す構成図であり、図において１はレーザ
ー光送受信装置、２は送信レーザー光、３は観測対象大
気、４は後方散乱光、１４は上部レーザー光送受信装
置、１５はレーザー光送受信装置１と上部レーザー光送
受信装置１４を固定する地上構造物、３４はレーザーレ
ーダー装置の観測範囲である。図に示されるように、レ
ーザー光送受信装置１ａから発射された送信レーザー光
２ａは、観測対象大気３ａにより散乱反射され、後方散
乱光４ａとしてレーザー光送受信装置１ａにより受信さ
れる。観測対象大気３ａの送信レーザー光２ａ光軸方向
に関する移動速度成分は、送信レーザー光２ａと後方散
乱光４ａの周波数差により算出される。同様に上部レー
ザー光送受信装置１４ａから発射された送信レーザー光
２ｂは、観測対象大気３ａにより散乱反射され、後方散
乱光４ｂとして上部レーザー光送受信装置１４ａにより
受信される。観測対象大気３ａの送信レーザー光２ｂ光
軸方向に関する移動速度成分は、送信レーザー光２ｂと
後方散乱光４ｂの周波数差により算出される。このよう
にして得られる観測対象大気３ａの送信レーザー光２
ａ，２ｂ光軸方向に関する上下２方向からの移動速度成
分と送信レーザー光２ａ，２ｂの送信角度値の幾何学的
関係より、観測対象大気３ａの高度方向移動速度と水平
方向移動速度が算出される。Embodiment 3 FIG. 4 is a block diagram showing an example of Embodiment 3 of the present invention. In the drawing, reference numeral 1 denotes a laser light transmitting / receiving device, 2 denotes a transmitted laser light, 3 denotes an observation target atmosphere, 4 denotes backscattered light, and 14 denotes an upper laser. The optical transmission / reception device, 15 is a ground structure for fixing the laser light transmission / reception device 1 and the upper laser light transmission / reception device 14, and 34 is an observation range of the laser radar device. As shown in the figure, the transmitted laser light 2a emitted from the laser light transmitting / receiving device 1a is scattered and reflected by the observation target atmosphere 3a, and is received by the laser light transmitting / receiving device 1a as backscattered light 4a. The moving speed component of the observation target atmosphere 3a in the optical axis direction of the transmission laser light 2a is calculated from the frequency difference between the transmission laser light 2a and the backscattered light 4a. Similarly, the transmitted laser light 2b emitted from the upper laser light transmitting / receiving device 14a is scattered and reflected by the observation target atmosphere 3a, and is received by the upper laser light transmitting / receiving device 14a as backscattered light 4b. The moving speed component of the observation target atmosphere 3a in the optical axis direction of the transmission laser light 2b is calculated from the frequency difference between the transmission laser light 2b and the backscattered light 4b. The transmission laser beam 2 of the observation target atmosphere 3a obtained in this way
The altitude and horizontal movement speeds of the observation target atmosphere 3a are calculated from the geometric relationship between the movement speed components from the upper and lower two directions with respect to the optical axis directions a and 2b and the transmission angle values of the transmission laser beams 2a and 2b. You.
【００１６】一方、レーザー光送受信装置１ｂから発射
された送信レーザー光２ｃは、観測対象大気３ｂにより
散乱反射され、後方散乱光４ｃとしてレーザー光送受信
装置１ｂにより受信される。観測対象大気３ｂの送信レ
ーザー光２ｃ光軸方向に関する移動速度成分は、送信レ
ーザー光２ｃと後方散乱光４ｃの周波数差により算出さ
れる。同様に上部レーザー光送受信装置１４ｂから発射
された送信レーザー光２ｄは、観測対象大気３ｂにより
散乱反射され、後方散乱光４ｄとして上部レーザー光送
受信装置１４ｂにより受信される。観測対象大気３ｂの
送信レーザー光２ｄ光軸方向に関する移動速度成分は、
送信レーザー光２ｄと後方散乱光４ｄの周波数差により
算出される。このようにして得られる観測対象大気３ｂ
の送信レーザー光２ｃ，２ｄ光軸方向に関する上下２方
向からの移動速度成分と送信レーザー光２ｃ，２ｃの送
信角度値の幾何学的関係より、観測対象大気３ｂの高度
方向移動速度と水平方向移動速度が算出される。On the other hand, the transmitted laser light 2c emitted from the laser light transmitting and receiving device 1b is scattered and reflected by the observation target atmosphere 3b and received by the laser light transmitting and receiving device 1b as backscattered light 4c. The moving speed component of the observation target atmosphere 3b in the optical axis direction of the transmission laser light 2c is calculated from the frequency difference between the transmission laser light 2c and the backscattered light 4c. Similarly, the transmission laser light 2d emitted from the upper laser light transmitting / receiving device 14b is scattered and reflected by the observation target atmosphere 3b, and is received by the upper laser light transmitting / receiving device 14b as backscattered light 4d. The moving velocity component of the observation target atmosphere 3b in the optical axis direction of the transmission laser light 2d is
It is calculated from the frequency difference between the transmission laser light 2d and the backscattered light 4d. Observation target atmosphere 3b obtained in this way
From the geometric relationship between the moving speed components of the transmission laser beams 2c and 2d from the upper and lower directions with respect to the optical axis direction and the transmission angle values of the transmission laser beams 2c and 2c, the altitude direction moving speed and the horizontal direction movement of the observation target atmosphere 3b The speed is calculated.
【００１７】さらに、レーザー光送受信装置１ｃから発
射された送信レーザー光２ｅは、観測対象大気３ｃによ
り散乱反射され、後方散乱光４ｅとしてレーザー光送受
信装置１ｃにより受信される。観測対象大気３ｃの送信
レーザー光２ｅ光軸方向に関する移動速度成分は、送信
レーザー光２ｅと後方散乱光４ｅの周波数差により算出
される。同様に上部レーザー光送受信装置１４ｃから発
射された送信レーザー光２ｆは、観測対象大気３ｃによ
り散乱反射され、後方散乱光４ｆとして上部レーザー光
送受信装置１４ｃにより受信される。観測対象大気３ｃ
の送信レーザー光２ｆ光軸方向に関する移動速度成分
は、送信レーザー光２ｆと後方散乱光４ｆの周波数差に
より算出される。このようにして得られる観測対象大気
３ｃの送信レーザー光２ｅ，２ｆ光軸方向に関する上下
２方向からの移動速度成分と送信レーザー光２ｅ，２ｆ
の送信角度値の幾何学的関係より、観測対象大気３ｃの
高度方向移動速度と水平方向移動速度が算出される。３
箇所以上の離れた地点に設置されたレーザー光送受信装
置１ａ，１４ａ，１ｂ，１４ｂ，１ｃ，１４ｃがそれぞ
れ観測範囲３４ａ，３４ｂ，３４ｃをカバーするため、
単一の装置による観測よりも広い範囲を観測することが
可能である。また、同一の観測対象大気３を２箇所の離
れた地点から観測すると三角測量の原理により観測対象
大気３の水平方向の移動方向及び速度も算出することが
できる。なお、レーザー光送受信装置１ａ，１ｂ，１ｃ
及び上部レーザー光送受信装置１４ａ，１４ｂ，１４ｃ
内での情報処理フローは図２と同一である。Further, the transmitted laser light 2e emitted from the laser light transmitting / receiving device 1c is scattered and reflected by the observation target atmosphere 3c, and is received by the laser light transmitting / receiving device 1c as backscattered light 4e. The moving speed component of the observation target atmosphere 3c in the optical axis direction of the transmission laser light 2e is calculated from the frequency difference between the transmission laser light 2e and the backscattered light 4e. Similarly, the transmission laser light 2f emitted from the upper laser light transmitting / receiving device 14c is scattered and reflected by the observation target atmosphere 3c, and is received by the upper laser light transmitting / receiving device 14c as backscattered light 4f. Observation target atmosphere 3c
Of the transmission laser light 2f in the optical axis direction is calculated from the frequency difference between the transmission laser light 2f and the backscattered light 4f. The thus-obtained moving speed components of the observation target atmosphere 3c from the upper and lower two directions with respect to the optical axis direction of the transmission laser beams 2e and 2f and the transmission laser beams 2e and 2f.
From the geometric relationship of the transmission angle values, the moving speed in the altitude direction and the moving speed in the horizontal direction of the observation target atmosphere 3c are calculated. 3
Since the laser light transmitting / receiving devices 1a, 14a, 1b, 14b, 1c, and 14c installed at more than two separate points cover the observation ranges 34a, 34b, and 34c, respectively.
It is possible to observe a wider area than observation by a single device. Further, when the same observation target atmosphere 3 is observed from two distant points, the horizontal movement direction and speed of the observation target atmosphere 3 can be calculated based on the principle of triangulation. Incidentally, the laser light transmitting / receiving devices 1a, 1b, 1c
And upper laser light transmitting / receiving devices 14a, 14b, 14c
The information processing flow within is the same as in FIG.
【００１８】[0018]
【発明の効果】第１の発明によれば、大気の鉛直方向の
速度を検出することに効果があり、大気の局所的な急下
降あるいは急上昇気流に対して鉛直方向の速度を検出す
ることができる。According to the first aspect of the present invention, it is effective to detect the vertical velocity of the atmosphere, and it is possible to detect the vertical velocity with respect to a local sudden descent or a sudden ascending airflow. it can.
【００１９】また、第２の発明によれば、大気の鉛直方
向の速度を検出することに効果があり、大気の局所的な
急下降あるいは急上昇気流に対して鉛直方向の速度を検
出することができることに加えて、大気の水平方向の速
度を検出することができる。According to the second aspect of the present invention, it is effective to detect the vertical velocity of the atmosphere, and it is possible to detect the vertical velocity with respect to a local sudden descent or a sudden ascending airflow. In addition to what can be done, the horizontal velocity of the atmosphere can be detected.
【００２０】また、第３の発明によれば、大気の鉛直方
向の速度を検出することに効果があり、大気の局所的な
急下降あるいは急上昇気流に対して鉛直方向の速度を検
出することができることに加えて、大気の水平方向の速
度を検出する範囲を任意に拡大することができる。According to the third aspect of the present invention, it is effective to detect the vertical velocity of the atmosphere, and it is possible to detect the vertical velocity in response to a local sudden descent or a sudden ascending airflow. In addition to this, the range for detecting the horizontal velocity of the atmosphere can be arbitrarily expanded.
【図１】 この発明によるレーザーレーダー装置の実施
の形態１を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing Embodiment 1 of a laser radar device according to the present invention.
【図２】 この発明によるレーザーレーダー装置の実施
の形態１による処理フローを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a processing flow according to the first embodiment of the laser radar device according to the present invention.
【図３】 この発明によるレーザーレーダー装置の実施
の形態２を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing a second embodiment of the laser radar device according to the present invention;
【図４】 この発明によるレーザーレーダー装置の実施
の形態３を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing Embodiment 3 of a laser radar device according to the present invention.
【図５】 従来のレーザーレーダー装置を示す図であ
る。FIG. 5 is a diagram showing a conventional laser radar device.
【図６】 従来のレーザーレーダー装置による処理フロ
ーを示す図である。FIG. 6 is a diagram showing a processing flow by a conventional laser radar device.
１ レーザー光送受信装置、２ 送信レーザー光、３
観測対象大気、４ 後方散乱光、５ レーザー発振器、
６ 光分岐器、７ 送信光学系、８ 送信レーザー参照
光、９ 光混合器、１０ 受信光学系、１１ 受信光、
１２ 周波数分析器、１３ 速度算出器、１４ 上部レ
ーザー光送受信装置、１５ 地上構造物、１６ 送信角
度、１７ 観測対象直線距離、１８ 観測対象高度、１
９ 観測対象水平距離、２０ 観測対象光軸方向移動速
度、２１ 観測対象移動速度ベクトル、２２ 観測対象
鉛直方向速度、２３ 観測対象水平方向速度、２４ 送
受信装置上下距離、２５ 角度検出器、２６ 送信トリ
ガ信号、２７ 受信トリガ信号、２８ カウンタ、２９
送受信時間間隔、３０ 距離算出器、３１ 高度距離
算出器、３２ 観測対象移動速度算出器、３３ 鉛直水
平方向速度算出器、３４ 観測範囲。1 laser light transmission / reception device, 2 transmission laser light, 3
Observed atmosphere, 4 backscattered light, 5 laser oscillator,
6 optical splitter, 7 transmitting optical system, 8 transmitting laser reference light, 9 optical mixer, 10 receiving optical system, 11 receiving light,
12 frequency analyzer, 13 speed calculator, 14 upper laser beam transmitter / receiver, 15 ground structure, 16 transmission angle, 17 target linear distance, 18 target altitude, 1
9 Observation target horizontal distance, 20 Observation target optical axis direction movement speed, 21 Observation target movement speed vector, 22 Observation target vertical speed, 23 Observation target horizontal speed, 24 Transmitter / receiver vertical distance, 25 Angle detector, 26 Transmission trigger Signal, 27 reception trigger signal, 28 counter, 29
Transmission / reception time interval, 30 distance calculator, 31 altitude distance calculator, 32 observation target moving speed calculator, 33 vertical horizontal speed calculator, 34 observation range.
Claims (3)
大気で反射あるいは散乱された光を受信して前記大気の
移動速度を検出するレーザー光送受信装置を有するレー
ザーレーダー装置において、前記レーザー光送受信装置
を上下方向の所定距離離した位置に一つずつ配置し、前
記上方位置と下方位置に配置されたレーザー光送受信装
置で算出される同一観測対象の大気の速度ベクトルから
大気の上下方向の速度を検出する手段を具備したことを
特徴とするレーザーレーダー装置。1. A laser radar apparatus having a laser light transmitting / receiving device for transmitting a laser beam toward the atmosphere and receiving a light reflected or scattered by the atmosphere to detect a moving speed of the atmosphere. The transmitting and receiving devices are arranged one by one at a predetermined distance in the vertical direction, and the vertical velocity of the atmospheric air is calculated from the velocity vector of the same observation target air calculated by the laser light transmitting and receiving devices arranged in the upper position and the lower position. A laser radar device comprising means for detecting a speed.
観測対象の大気を観測できる距離の範囲内で二箇所の互
いに所定距離だけ離れた地点に設置し、水平方向の速度
を検出する手段を具備したことを特徴とする、請求項１
記載のレーザーレーダー装置。2. The laser radar device is installed at two points separated from each other by a predetermined distance within a range in which the atmosphere of the same observation target can be simultaneously observed, and means for detecting a horizontal velocity is provided. 2. The method according to claim 1, wherein
The described laser radar device.
以上の地点から同一観測対象の大気を観測できる距離の
範囲内で三箇所以上の互いに所定距離だけ離れた地点に
設置し、水平方向の速度を検出する手段を具備したこと
を特徴とする請求項１記載のレーザーレーダー装置。3. The laser radar device is installed at three or more points separated from each other by a predetermined distance within a range in which the atmosphere of the same observation target can be observed from two or more points at the same time. 2. The laser radar device according to claim 1, further comprising means for detecting.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10320192A JP2000147120A (en) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | Laser radar apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP10320192A JP2000147120A (en) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | Laser radar apparatus |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000147120A true JP2000147120A (en) | 2000-05-26 |
Family
ID=18118743
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP10320192A Pending JP2000147120A (en) | 1998-11-11 | 1998-11-11 | Laser radar apparatus |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000147120A (en) |
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