JP2000310680A

JP2000310680A - 後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法

Info

Publication number: JP2000310680A
Application number: JP11121303A
Authority: JP
Inventors: Yasunobu Omori; 康伸大森; Tetsuo Kirimoto; 哲郎桐本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1999-04-28
Filing date: 1999-04-28
Publication date: 2000-11-07
Anticipated expiration: 2019-04-28
Also published as: JP3633363B2

Abstract

(57)【要約】【課題】航空機の後方乱気流に独特な風速が極小・極
大になる点がそれぞれ点対象に存在する速度分布の特徴
から後方乱気流の位置と強度を推定し、その精度と検出
確率の向上を図った後方乱気流検出装置および方法を提
供する。【解決手段】大気からの反射光を受信し周波数変換し
て出力するライダ１００、ライダの出力を入力として大
気のドップラー速度分布を推定して出力する速度分布推
定手段１０１、後方乱気流特有の速度分布の典型例であ
る速度分布テンプレートを出力する速度分布テンプレー
ト出力手段１０３、速度分布推定手段と速度分布テンプ
レート出力手段の出力を入力し、上記ライダによって得
た速度分布のテンプレートとの類似度を求めてその類似
度の分布を出力する速度分布比較手段１０５、この速度
分布比較手段の出力を入力として、類似度の極大点を検
索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検
索手段１０７を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ライダ(＝レー
ザ・レーダ)によって気流のドップラ速度の空間分布を
計測し、雑音や様々な気流がの計測結果が含まれたこの
計測速度の空間分布から、航空機が発生する後方乱気流
の特徴をとらえて、高い検出確率で後方乱気流の中心位
置と強度を推定する機能を持つ後方乱気流検出装置およ
び後方乱気流検出方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１６は、航空機１０が発生する後方乱
気流１１の摸式図である。航空機の通過した後方に左右
対の気流が生じて、対の間に下降気流が生じる向きに渦
が構成される。例えば、航空機の周辺では後方乱気流以
外の風が吹いていない場合には、航空機の進行方向を向
いて左側からライダで気流を観測すれば、図１７のよう
に、航空機が通過した位置１２を中心に正負それぞれ２
つの極大・極小値を持った特徴的な風速分布が観測され
る。

【０００３】従来、後方乱気流の検出は、ライダにより
半径方向の速度分布を計測し、その気流分布から渦状の
気流を個々に検出するものが従来の技術であった。

【０００４】もしくは、上下に存在する正負の風速か
ら、個々に気流の渦が存在することを推定し、まずそれ
ぞれの渦の中心位置を推定して、次に２つの逆回転の渦
が近接して観測されれば、後方乱気流が存在すると判定
していたのが従来の技術や研究である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】以上のように従来の後
方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法において
は、個々の気流の渦の上下に発生する正と負の対の速度
分布から、渦の中心位置を推定する技術はあったが、精
度と検出確率に問題があった。

【０００６】この発明は、航空機の後方乱気流に独特な
図１７に示すような風速が極小・極大になる点がそれぞ
れ点対象に存在する速度分布の特徴から、後方乱気流の
位置と強度を推定して、その精度と検出確率の向上を図
った後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法を提
供することを目的とする。

【０００７】この発明では、ライダによって測定された
気流のドップラー速度から観測領域内の速度分布を求
め、航空機の後方乱気流に特有な速度分布の特徴から航
空機の後方乱気流の特徴を抽出し、後方乱気流の位置と
強度を推定し、さらに、その推定精度と検出確率を向上
し、さらに、検出処理にかかる時間を低減させるように
した。また、後方乱気流以外に全体にわたって均一に吹
いている定常風を算出し、これを計測された速度分布か
ら減算して後方乱気流を算出しやすくした。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の目的に鑑み、この
発明は、大気からの反射光を受信し周波数変換して出力
するライダと、このライダの出力を入力として大気のド
ップラー速度分布を推定して出力する速度分布推定手段
と、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布
テンプレートを出力する速度分布テンプレート出力手段
と、上記速度分布推定手段の出力と速度分布テンプレー
ト出力手段の出力とを入力して、上記ライダによって得
た速度分布のテンプレートとの類似度を求めてその類似
度の分布を出力する速度分布比較手段と、この速度分布
比較手段の出力を入力として、類似度の極大点を検索し
て後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索手
段と、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出装置に
ある。

【０００９】またこの発明は、上記速度分布テンプレー
ト出力手段が、±１の簡易な速度分布テンプレートを出
力することを特徴とする後方乱気流検出装置にある。

【００１０】またこの発明は、上記速度分布テンプレー
ト出力手段が、後方乱気流特有の速度分布の典型例であ
る速度分布テンプレートを線状にして出力することを特
徴とする後方乱気流検出装置にある。

【００１１】またこの発明は、上記速度分布テンプレー
ト出力手段が、±１の簡易な速度分布テンプレートを線
状にして出力することを特徴とする後方乱気流検出装置
にある。

【００１２】またこの発明は、大気からの反射光を受信
し周波数変換して出力するライダと、このライダの出力
を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出力
する速度分布推定手段と、この速度分布推定手段の出力
を入力として、推定された速度分布内に均一に吹く横風
の速度成分を差し引き出力する定常風除去手段と、この
定常風除去手段の出力を入力として、ある座標の左右も
しくは上下の線状の速度分布の相関を求めて相関値の分
布を出力する対象分布検出手段と、この対象分布検出手
段の出力を入力として、類似度の極大点を検索して後方
乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索手段と、
を備えたことを特徴とする後方乱気流検出装置にある。

【００１３】またこの発明は、上記対象分布検出手段
が、ある座標の左右もしくは上下の２次元の速度分布の
相関を求めて相関値の分布を出力することを特徴とする
後方乱気流検出装置にある。

【００１４】またこの発明は、上記ライダの出力を入力
とするスペクトル幅分布推定手段と、このスペクトル幅
分布推定手段の出力を入力として、これの所定の閾値と
の差分を出力とするスペクトル幅比較手段と、をさらに
備え、上記後方乱気流検索手段が、上記スペクトル幅比
較手段の出力も入力として、この入力が正の領域の後方
乱気流の検出を有効とすることを特徴とする後方乱気流
検出装置にある。

【００１５】またこの発明は、上記ライダの出力を入力
とするスペクトル幅分布推定手段と、このスペクトル幅
分布推定手段の出力を入力として、これの所定の閾値と
の差分を出力とするスペクトル幅比較手段と、をさらに
備え、上記速度分布推定手段が、上記スペクトル幅比較
手段の出力も入力として、この入力が正の領域でのみ速
度分布推定を行うことを特徴とする後方乱気流検出装置
にある。

【００１６】またこの発明は、ライダにより大気からの
反射光を受信し周波数変換して出力するステップと、上
記ライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布
を推定して出力する速度分布推定ステップと、後方乱気
流特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレート
を出力する速度分布テンプレート出力ステップと、上記
速度分布推定ステップの出力と速度分布テンプレート出
力ステップの出力とを入力して、上記ライダによって得
た速度分布のテンプレートとの類似度を求めてその類似
度の分布を出力する速度分布比較ステップと、この速度
分布比較ステップの出力を入力として、類似度の極大点
を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気
流検索ステップと、を備えたことを特徴とする後方乱気
流検出方法にある。

【００１７】またこの発明は、上記速度分布テンプレー
ト出力ステップで、±１の簡易な速度分布テンプレート
を出力することを特徴とする後方乱気流検出方法にあ
る。

【００１８】またこの発明は、上記速度分布テンプレー
ト出力ステップで、後方乱気流特有の速度分布の典型例
である速度分布テンプレートを線状にして出力すること
を特徴とする後方乱気流検出方法にある。

【００１９】またこの発明は、上記速度分布テンプレー
ト出力ステップで、±１の簡易な速度分布テンプレート
を線状にして出力することを特徴とする後方乱気流検出
方法にある。

【００２０】またこの発明は、ライダにより大気からの
反射光を受信し周波数変換して出力するステップと、こ
のライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布
を推定して出力する速度分布推定ステップと、この速度
分布推定ステップの出力を入力として、推定された速度
分布内に均一に吹く横風の速度成分を差し引き出力する
定常風除去ステップと、この定常風除去ステップの出力
を入力として、ある座標の左右もしくは上下の線状の速
度分布の相関を求めて相関値の分布を出力する対象分布
検出ステップと、この対象分布検出ステップの出力を入
力として、類似度の極大点を検索して後方乱気流の位置
と強度を出力する後方乱気流検索ステップと、を備えた
ことを特徴とする後方乱気流検出方法にある。

【００２１】またこの発明は、上記対象分布検出ステッ
プで、ある座標の左右もしくは上下の２次元の速度分布
の相関を求めて相関値の分布を出力することを特徴とす
る後方乱気流検出方法にある。

【００２２】またこの発明は、上記ライダの出力を入力
とするスペクトル幅分布推定ステップと、このスペクト
ル幅分布推定ステップの出力を入力として、これの所定
の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較ステップ
と、をさらに備え、上記後方乱気流検索ステップで、上
記スペクトル幅比較ステップの出力も入力として、この
入力が正の領域の後方乱気流の検出を有効とすることを
特徴とする後方乱気流検出方法にある。

【００２３】またこの発明は、上記ライダの出力を入力
とするスペクトル幅分布推定ステップと、このスペクト
ル幅分布推定ステップの出力を入力として、これの所定
の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較ステップ
と、をさらに備え、上記速度分布推定ステップで、上記
スペクトル幅比較ステップの出力も入力として、この入
力が正の領域でのみ速度分布推定を行うことを特徴とす
る後方乱気流検出方法にある。

【００２４】

【発明の実施の形態】まず、以下に述べるこの発明の実
施の形態では共通して、図１に示すようにライダを航空
機の滑走路の横に配置する。航空機１０の後部に下降気
流を構成する向きの２対の後方乱気流１１の渦が発生す
る。ライダ１００は、パルス変調したレーザ光線１３を
送信し仰角を上下に操作させて、気流によってドップラ
ー周波数遷移を含んだ反射光を受信して、この受信信号
を信号解析を行ない易い低い周波数まで変換させて出力
する。この周波数変換が行なわれた信号から、ドップラ
ー周波数遷移を推定し、ライダが操作した垂直断面の気
流の観測領域１４内のドップラー速度分布１０２(図２
参照)を求めることができる。そして、所定の速度分布
１０２から後方乱気流の特徴抽出１５を行い、後方乱気
流の中心１０９を出力する。

【００２５】実施の形態１．図２はこの発明の実施の形
態１による後方乱気流検出装置の構成を示す図である。
なお、ライダ１００以外の部分は例えばプログラムに従
って動作するコンピュータおよび表示装置、メモリ等の
周辺機器によって構成することができる。ライダ１００
の出力信号は速度分布推定装置１０１に入力され、ライ
ダが操作した垂直断面の２次元の速度分布１０２を推定
し出力する。後方乱気流を計測した場合、後方乱気流以
外の風が吹いていなければ、速度分布１０２のように正
負の速度が航空機が通過した位置１２に対して点対称状
に分布するのが観測される。

【００２６】速度分布テンプレート出力装置１０３は、
既知の情報として速度分布１０２の平均的な速度分布テ
ンプレート１０４を持ち出力するものである。このテン
プレート１０４は、速度分布１０２と同様な点対称の速
度分布形状をもっている。

【００２７】速度分布比較装置１０５は、速度分布１０
２と速度分布テンプレート１０４とのマッチングを求め
て、分布形状の類似度を算出するものである。分布形状
の類似度を求める演算は、図３のように速度分布１０２
の速度分布の一部分１５１について、２次元平面での畳
み込み演算を行なう。

【００２８】座標(Ｘ，Ｙ)を中心１５２とする速度分布
の一部分１５１内の速度をＶ１(ｘ，ｙ)とする。同様に
速度分布テンプレート１０４内の速度をＶ２(ｘ，ｙ)と
する。畳み込み演算は、(１)式で表現され、類似度Ｗ
(Ｘ，Ｙ)を得る。ｈ、ｗは図３に図示されている。

【００２９】

【数１】

【００３０】座標(Ｘ，Ｙ)が、後方乱気流の中心点付近
になれば、類似度Ｗ(Ｘ，Ｙ)は正の最大値をとる。さら
に、同じ形状の気流で、速度がＮ倍になれば、類似度Ｗ
(Ｘ，Ｙ)もＮ倍になり、乱気流の強度も併せて検出でき
る。

【００３１】畳み込み演算を行う速度分布比較装置１０
５は、速度分布推定装置１０１と速度分布テンプレート
出力装置１０３の出力を入力として、(１)式から類似度
Ｗ(Ｘ，Ｙ)を出力する。後方乱気流検索装置１０７は、
類似度の分布Ｗ(Ｘ，Ｙ)から最大値または極大値を検索
して、検索結果１０８のようにＭ(ＸＭ，ＹＭ)に極大点
１０９とその類似度Ｗ(ＸＭ，ＹＭ)を出力する。この出
力によって、乱気流の位置と強度を知ることができる。

【００３２】さらに、テンプレート１０４は、その分布
の平均が０なので、観測領域内に横風が吹いて速度分布
１０２内全体にわたって一定の風速が加算されても、
(１)式で類似度Ｗ(Ｘ，Ｙ)を求める際には横風成分は相
殺されＷ(Ｘ，Ｙ)は変化しない。従って、この方法は観
測される横風の影響を最小限にとどめて、正しく後方乱
気流の中心で類似度Ｗ(Ｘ，Ｙ)の極大値を得ることがで
きる効果もある。

【００３３】実施の形態２．図４はこの発明の実施の形
態２による後方乱気流検出装置の構成を示す図である。
この実施の形態では、テンプレート１０４を簡略化し
て、図４の簡易速度分布テンプレート１６１のように±
１を用いたものにした。簡易速度分布テンプレート１６
１は簡易速度分布テンプレート出力装置１６０によって
出力される。このテンプレートを用いれば、(１)式は単
なるＶ１(ｘ、ｙ)のものになり、演算を簡略化でき、処
理時間を低減できる効果がある。

【００３４】実施の形態３．図５はこの発明の実施の形
態３による後方乱気流検出装置を説明するための図であ
る。この実施の形態では、図２に示す面状のテンプレー
ト１０４を線状に簡略化して、左右の速度の高度分布か
ら類似度を計算するようにした。速度分布テンプレート
出力装置１０３の出力を図５の垂直速度分布テンプレー
ト２０４のように１次元の速度分布の対にする。この方
法により、処理時間を低減できる効果がある。

【００３５】さらに、テンプレート２０４を図６示す水
平速度分布テンプレート２０５のように水平な速度分布
の対にするようにしてもよい。この方法も、同様に処理
時間を低減できる効果がある。

【００３６】実施の形態４．図７はこの発明の実施の形
態４による後方乱気流検出装置を説明するための図であ
る。この実施の形態では、実施の形態３のテンプレート
２０４をさらに図７に示すように、簡易垂直速度分布テ
ンプレート２０６のように±１を用いたものにするよう
にした。このテンプレートを用いれば、演算は簡略化で
き、処理時間を低減できる効果がある。

【００３７】また、テンプレート２０６を、さらに、図
８の簡易水平速度分布テンプレート２０７のように±１
を用いたものにするようにしてもよい。このテンプレー
トを用いれば、演算は簡略化でき、同様に処理時間を低
減できる効果がある。

【００３８】実施の形態５．図９はこの発明の実施の形
態５による後方乱気流検出装置の構成を示す図である。
実施の形態１と同様に速度分布推定装置１０１で、速度
分布１０２を推定し出力する。後方乱気流を計測した場
合、後方乱気流以外の風が吹いていなければ、速度分布
１０２のように正負の速度が航空機が通過した位置１２
に対して点対称状に分布するのが観測される。

【００３９】速度分布１０２を入力とする定常風除去装
置３０１は、速度分布１０２の全領域または後方乱気流
のない領域から横風など全体にわたって均一に吹いてい
る定常風を求めて、速度分布１０２全体の速度から差し
引いた速度分布３０２を出力する。

【００４０】対象分布検出装置３０３は、入力された速
度分布３０２の座標(Ｘ，Ｙ)の左右の速度分布の相互相
関を求めて、その相関値Ｒ(Ｘ，Ｙ)の分布３０４を出力
する。

【００４１】相関値Ｒ(Ｘ，Ｙ)は図１０で示すように、
座標(Ｘ，Ｙ)の左右の高度Ｙ−ｈからＹ＋ｈの間の速度
分布Ｖ(Ｘ−ｗ，ｙ)：３１０とＶ(Ｘ＋ｗ，ｙ)：３１１
について(２)式に示す相互相関演算から求められる。

【００４２】

【数２】

【００４３】座標(Ｘ，Ｙ)が後方乱気流の中心になれ
ば、左右の速度分布は正負逆の同じ形状の分布になるの
で、相関値Ｒ(Ｘ，Ｙ)は極大になる。座標(Ｘ，Ｙ)が後
方乱気流の中心を外せば、定常風成分成分を除去してお
り、乱気流外の速度は０に近づき形状の相関も小さいの
で、相関値は減少して相関値Ｒ(Ｘ，Ｙ)は０に近づく。
そして、後方乱気流検索装置１０７に、相関値の分布３
０４を入力して、相関値の最大値や極大値を検索するこ
とで、後方乱気流の中心の位置１０９が推定される。

【００４４】同様に、相関値Ｒ(Ｘ，Ｙ)を図１１で示す
ような座標(Ｘ，Ｙ)の上下の水平位置Ｘ−ｗからＸ＋ｗ
の間の速度分布Ｖ(ｘ，Ｙ−ｈ)：３１２とＶ(ｘ，Ｙ＋
ｈ)：３１３について(３)式に示す相互相関演算から求
めるようにしてもよい。

【００４５】

【数３】

【００４６】この実施の形態５は、実施の形態１〜４の
ようにテンプレート１０４を設定する必要が無いという
長所があり、信号処理時間を短くして装置の調整を簡単
にする効果がある。

【００４７】実施の形態６．図１２はこの発明の実施の
形態６による後方乱気流検出装置を説明するための図で
ある。実施の形態５では対になっている１次元の速度の
高度分布を用いて相関値Ｒ(Ｘ，Ｙ)を求めていたが、こ
れを２次元空間で座標(Ｘ，Ｙ)の速度分布について、左
右(ｘ＜Ｘ側とｘ＞Ｘ側)の対称性をマッチングによって
求めるようにしてもよい。この空間的にマッチングを行
うことで、検出確率を向上する効果がある。図１２に示
すような、座標(Ｘ，Ｙ)の左側と右側の相関値Ｒ(Ｘ，
Ｙ)は、次の(４)式から求められる。

【００４８】

【数４】

【００４９】また同様に、相関値Ｒ(Ｘ，Ｙ)を図１２に
示す２次元空間で座標(Ｘ，Ｙ)の上下(ｙ＜Ｙ側とｙ＞
Ｙ側)の速度分布について空間的にマッチングを求める
ようにしてもよい。相関値Ｒ(Ｘ，Ｙ)は次の(５)式から
求められる。

【００５０】

【数５】

【００５１】この実施の形態６によって、実施の形態５
よりも２次元空間上での多くのサンプルでマッチングを
求めるので、速度分布に誤差が多い場合でも検出確率が
低下しにくい効果がある。

【００５２】実施の形態７．図１３はこの発明の実施の
形態７による後方乱気流検出装置を説明するための図、
図１４はその後方乱気流検出装置の構成を示す図であ
る。

【００５３】ライダでは１パルスのエコーをサンプリン
グして、サンプル中の連続する数十サンプルをフーリエ
変換してドップラー速度を算出する。そして、この処理
によって、レンジ方向に広い領域のサンプルで速度を計
測することになり、レンジ分解能は長くなる。

【００５４】レンジ分解能が長く、乱気流の渦と同程度
かそれ以上の長さになれば、図１３のように、サンプル
区間上の様々な速度成分を含んだ信号をフーリエ変換す
ることになり、スペクトル幅(＝速度幅)３６０のように
Ｗｉが増大する。つまり、図１４のスペクトル幅分布３
７５のように乱気流などの気流の速度分布の変化が大き
い領域では、スペクトル幅は大きく、逆に、広く同方向
・同風速の定常風が吹いている領域ではスペクトル幅は
小さくなる。しかし、スペクトル幅の大きい領域を検出
しても、それだけでは航空機によって発生した後方乱気
流であるのか、別の種類の乱気流なのかどうかは判別で
きない。

【００５５】よって、上記実施の形態１〜６において、
図１４に示すようにライダ１００の出力を入力とするス
ペクトル幅分布推定装置３７１を付加して、このスペク
トル幅分布推定装置３７１の出力であるスペクトル幅分
布３７５をスペクトル幅比較装置３７２に入力する。ス
ペクトル幅比較装置３７２では、所定の閾値Ｗｔと入力
されたスペクトル幅Ｗｉとを比較して、比較結果３７６
に示すようにＷｔ−Ｗｉが正になる領域のみで後方乱気
流検出の判定が有効になるようにして、負の領域では無
効になるようにする。このようにすることにより、後方
乱気流の検出確率を向上させる効果がある。

【００５６】実施の形態８．図１５はこの発明の実施の
形態８による後方乱気流検出装置の構成を示す図であ
る。上記実施の形態７において、スペクトル幅が事前に
設定した閾値を越えた座標でのみ後方乱気流検出の動作
を行うようにするようにしてもよい。図１５のように、
スペクトル幅分布推定装置３７１の出力をスペクトル幅
比較装置３７２に入力し、比較装置３７２の出力である
比較結果３７６を速度分布推定装置１０１に入力する。
そして、速度分布推定装置１０１で比較結果が正の領域
でのみ後方乱気流検出の処理を行うようにする。

【００５７】これにより、検出確率を向上させるだけで
なく、不要な計算を中止することになり、後方乱気流検
出の処理量が減少して、処理時間を低減できる効果があ
る。

【００５８】

【発明の効果】上記のようにこの発明によれば、大気か
らの反射光を受信し周波数変換して出力するライダと、
このライダの出力を入力として大気のドップラー速度分
布を推定して出力する速度分布推定手段と、後方乱気流
特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレートを
出力する速度分布テンプレート出力手段と、上記速度分
布推定手段の出力と速度分布テンプレート出力手段の出
力とを入力して、上記ライダによって得た速度分布のテ
ンプレートとの類似度を求めてその類似度の分布を出力
する速度分布比較手段と、この速度分布比較手段の出力
を入力として、類似度の極大点を検索して後方乱気流の
位置と強度を出力する後方乱気流検索手段と、を備えた
ことを特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流
検出方法としたので、航空機の後方乱気流に独特な風速
が極小・極大になる点がそれぞれ点対象に存在する速度
分布の特徴から、後方乱気流の位置と強度を推定するこ
とで、その精度と検出確率の向上を図ることができる。

【００５９】またこの発明では、上記速度分布テンプレ
ート出力手段が、±１の簡易な速度分布テンプレートを
出力することを特徴とする後方乱気流検出装置および後
方乱気流検出方法としたので、演算を簡略化でき、処理
時間を低減できる。

【００６０】またこの発明では、上記速度分布テンプレ
ート出力手段が、後方乱気流特有の速度分布の典型例で
ある速度分布テンプレートを線状にして出力することを
特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方
法としたので、演算を簡略化でき、処理時間を低減でき
る。

【００６１】またこの発明では、上記速度分布テンプレ
ート出力手段が、±１の簡易な速度分布テンプレートを
線状にして出力することを特徴とする後方乱気流検出装
置および後方乱気流検出方法としたので、演算を簡略化
でき、処理時間を低減できる。

【００６２】またこの発明では、大気からの反射光を受
信し周波数変換して出力するライダと、このライダの出
力を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出
力する速度分布推定手段と、この速度分布推定手段の出
力を入力として、推定された速度分布内に均一に吹く横
風の速度成分を差し引き出力する定常風除去手段と、こ
の定常風除去手段の出力を入力として、ある座標の左右
もしくは上下の線状の速度分布の相関を求めて相関値の
分布を出力する対象分布検出手段と、この対象分布検出
手段の出力を入力として、類似度の極大点を検索して後
方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索手段
と、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出装置およ
び後方乱気流検出方法としたので、テンプレートを設定
する必要が無いという長所があり、信号処理時間を短く
して装置の調整を簡単にすることができる。

【００６３】またこの発明では、上記対象分布検出手段
が、ある座標の左右もしくは上下の２次元の速度分布の
相関を求めて相関値の分布を出力することを特徴とする
後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法としたの
で、２次元空間上での多くのサンプルでマッチングを求
めるので、速度分布に誤差が多い場合でも検出確率が低
下しにくい効果がある。

【００６４】またこの発明では、上記ライダの出力を入
力とするスペクトル幅分布推定手段と、このスペクトル
幅分布推定手段の出力を入力として、これの所定の閾値
との差分を出力とするスペクトル幅比較手段と、をさら
に備え、上記後方乱気流検索手段が、上記スペクトル幅
比較手段の出力も入力として、この入力が正の領域の後
方乱気流の検出を有効とすることを特徴とする後方乱気
流検出装置および後方乱気流検出方法としたので、後方
乱気流の検出確率を向上させることができる。

【００６５】またこの発明では、上記ライダの出力を入
力とするスペクトル幅分布推定手段と、このスペクトル
幅分布推定手段の出力を入力として、これの所定の閾値
との差分を出力とするスペクトル幅比較手段と、をさら
に備え、上記速度分布推定手段が、上記スペクトル幅比
較手段の出力も入力として、この入力が正の領域でのみ
速度分布推定を行うことを特徴とする後方乱気流検出装
置および後方乱気流検出方法としたので、検出確率を向
上させるだけでなく、不要な計算を中止することにな
り、後方乱気流検出の処理量が減少して、処理時間を低
減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】後方乱気流の概略を解説するための航空機と
この発明における後方乱気流検出装置の位置関係を示す
図である。

【図２】この発明の実施の形態１による後方乱気流検
出装置の構成を示す図である。

【図３】この発明の実施の形態１での速度分布比較装
置の動作を説明するための図である。

【図４】この発明の実施の形態２による後方乱気流検
出装置の構成を示す図である。

【図５】この発明の実施の形態３における速度分布テ
ンプレートを説明するための垂直な速度分布の図であ
る。

【図６】この発明の実施の形態３における速度分布テ
ンプレートを説明するための水平な速度分布の図であ
る。

【図７】この発明の実施の形態４における速度分布テ
ンプレートを説明するための垂直な速度分布の図であ
る。

【図８】この発明の実施の形態４における速度分布テ
ンプレートを説明するための水平な速度分布の図であ
る。

【図９】この発明の実施の形態５による後方乱気流検
出装置の構成を示す図である。

【図１０】この発明の実施の形態６を解説するための
垂直な速度分布の図である。

【図１１】この発明の実施の形態６を解説するための
水平な速度分布の図である。

【図１２】この発明の実施の形態６に関する座標を説
明するための速度分布の一部分を示す図である。

【図１３】乱気流の分布とドップラースペクトルにつ
いて解説をするための図である。

【図１４】この発明の実施の形態７による後方乱気流
検出装置の主要構成を示す図である。

【図１５】この発明の実施の形態８による後方乱気流
検出装置の主要構成を示す図である。

【図１６】航空機と後方乱気流の位置関係を解説する
ための図である。

【図１７】後方乱気流を側方から観測した場合の速度
分布を示す図である。

【符号の説明】

１００ライダ、１０１速度分布推定装置、１０３
速度分布テンプレート出力装置、１０５速度分布比較
装置、１０７後方乱気流検索装置、１６１簡易速度分
布テンプレート出力装置、３０１定常風除去装置、３
０３対象分布検出装置、３７１スペクトル幅分布推
定装置、３７２スペクトル幅比較装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】大気からの反射光を受信し周波数変換し
て出力するライダと、このライダの出力を入力として大気のドップラー速度分
布を推定して出力する速度分布推定手段と、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テン
プレートを出力する速度分布テンプレート出力手段と、上記速度分布推定手段の出力と速度分布テンプレート出
力手段の出力とを入力して、上記ライダによって得た速
度分布のテンプレートとの類似度を求めてその類似度の
分布を出力する速度分布比較手段と、この速度分布比較手段の出力を入力として、類似度の極
大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方
乱気流検索手段と、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出装置。
【請求項２】上記速度分布テンプレート出力手段が、
±１の簡易な速度分布テンプレートを出力することを特
徴とする請求項１に記載の後方乱気流検出装置。
【請求項３】上記速度分布テンプレート出力手段が、
後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テン
プレートを線状にして出力することを特徴とする請求項
１に記載の後方乱気流検出装置。
【請求項４】上記速度分布テンプレート出力手段が、
±１の簡易な速度分布テンプレートを線状にして出力す
ることを特徴とする請求項３に記載の後方乱気流検出装
置。
【請求項５】大気からの反射光を受信し周波数変換し
て出力するライダと、このライダの出力を入力として大気のドップラー速度分
布を推定して出力する速度分布推定手段と、この速度分布推定手段の出力を入力として、推定された
速度分布内に均一に吹く横風の速度成分を差し引き出力
する定常風除去手段と、この定常風除去手段の出力を入力として、ある座標の左
右もしくは上下の線状の速度分布の相関を求めて相関値
の分布を出力する対象分布検出手段と、この対象分布検出手段の出力を入力として、類似度の極
大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方
乱気流検索手段と、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出装置。
【請求項６】上記対象分布検出手段が、ある座標の左
右もしくは上下の２次元の速度分布の相関を求めて相関
値の分布を出力することを特徴とする請求項５に記載の
後方乱気流検出装置。
【請求項７】上記ライダの出力を入力とするスペクト
ル幅分布推定手段と、このスペクトル幅分布推定手段の出力を入力として、こ
れの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較
手段と、をさらに備え、上記後方乱気流検索手段が、上記スペク
トル幅比較手段の出力も入力として、この入力が正の領
域の後方乱気流の検出を有効とすることを特徴とする請
求項１ないし６のいずれかに記載の後方乱気流検出装
置。
【請求項８】上記ライダの出力を入力とするスペクト
ル幅分布推定手段と、このスペクトル幅分布推定手段の出力を入力として、こ
れの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較
手段と、をさらに備え、上記速度分布推定手段が、上記スペクト
ル幅比較手段の出力も入力として、この入力が正の領域
でのみ速度分布推定を行うことを特徴とする請求項１な
いし６のいずれかに記載の後方乱気流検出装置。
【請求項９】ライダにより大気からの反射光を受信し
周波数変換して出力するステップと、上記ライダの出力を入力として大気のドップラー速度分
布を推定して出力する速度分布推定ステップと、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テン
プレートを出力する速度分布テンプレート出力ステップ
と、上記速度分布推定ステップの出力と速度分布テンプレー
ト出力ステップの出力とを入力して、上記ライダによっ
て得た速度分布のテンプレートとの類似度を求めてその
類似度の分布を出力する速度分布比較ステップと、この速度分布比較ステップの出力を入力として、類似度
の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する
後方乱気流検索ステップと、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出方法。
【請求項１０】上記速度分布テンプレート出力ステッ
プで、±１の簡易な速度分布テンプレートを出力するこ
とを特徴とする請求項９に記載の後方乱気流検出方法。
【請求項１１】上記速度分布テンプレート出力ステッ
プで、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分
布テンプレートを線状にして出力することを特徴とする
請求項９に記載の後方乱気流検出方法。
【請求項１２】上記速度分布テンプレート出力ステッ
プで、±１の簡易な速度分布テンプレートを線状にして
出力することを特徴とする請求項１１に記載の後方乱気
流検出方法。
【請求項１３】ライダにより大気からの反射光を受信
し周波数変換して出力するステップと、このライダの出力を入力として大気のドップラー速度分
布を推定して出力する速度分布推定ステップと、この速度分布推定ステップの出力を入力として、推定さ
れた速度分布内に均一に吹く横風の速度成分を差し引き
出力する定常風除去ステップと、この定常風除去ステップの出力を入力として、ある座標
の左右もしくは上下の線状の速度分布の相関を求めて相
関値の分布を出力する対象分布検出ステップと、この対象分布検出ステップの出力を入力として、類似度
の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する
後方乱気流検索ステップと、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出方法。
【請求項１４】上記対象分布検出ステップで、ある座
標の左右もしくは上下の２次元の速度分布の相関を求め
て相関値の分布を出力することを特徴とする請求項１３
に記載の後方乱気流検出方法。
【請求項１５】上記ライダの出力を入力とするスペク
トル幅分布推定ステップと、このスペクトル幅分布推定ステップの出力を入力とし
て、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル
幅比較ステップと、をさらに備え、上記後方乱気流検索ステップで、上記ス
ペクトル幅比較ステップの出力も入力として、この入力
が正の領域の後方乱気流の検出を有効とすることを特徴
とする請求項９ないし１４のいずれかに記載の後方乱気
流検出方法。
【請求項１６】上記ライダの出力を入力とするスペク
トル幅分布推定ステップと、このスペクトル幅分布推定ステップの出力を入力とし
て、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル
幅比較ステップと、をさらに備え、上記速度分布推定ステップで、上記スペ
クトル幅比較ステップの出力も入力として、この入力が
正の領域でのみ速度分布推定を行うことを特徴とする請
求項９ないし１４のいずれかに記載の後方乱気流検出方
法。