JP2001147277A - 乱流層検出装置 - Google Patents

乱流層検出装置

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JP2001147277A JP33158399A JP33158399A JP2001147277A JP 2001147277 A JP2001147277 A JP 2001147277A JP 33158399 A JP33158399 A JP 33158399A JP 33158399 A JP33158399 A JP 33158399A JP 2001147277 A JP2001147277 A JP 2001147277A
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Hidetoshi Tanaka
秀俊 田中
Jakuo Kise
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 大気中の観測点における風速および密度の両
方を測定し乱流層の有無を検出することにより、安価な
装置とし、また、検出に要する時間を短縮することがで
きる乱流層検出装置を得る。 【解決手段】 大気中にビームを送信する送信部３１
と、送信部３１が送信し、大気中の微粒子等により散乱
された反射波を受信する受信部３２と、受信部３２が受
信した受信信号から、ビーム上の２箇所以上の観測点に
おいて風速のビーム方向成分を測定する風速測定部３
３、あるいはビーム上の２箇所以上の観測点において密
度を測定する密度測定部３４のいずれか一方と、風速測
定部３３あるいは密度測定部３４のいずれか一方の出力
に基づいて、乱流層の有無の検出をする乱流層検出部３
５とを備えている。

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、大気中の観測点
における風速および密度から乱流層の有無を検出するも
ので、特に、大気中の２点以上の観測点における風速お
よび密度から、乱流層の検出を行う乱流層検出装置に関
するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来のこの種の乱流層検出装置として
は、米国特許５１１７６８９号公報に示されているよう
に、パッシブなセンサにより大気中の分子が放射する熱
を受信して温度および温位の高度分布を測定し、大気中
の風速分布をさらに測定し、上記温度および温位の高度
分布と風速分布の測定結果から、大気層の乱れの程度の
指数であるリチャードソン数を計算して乱流層の検出を
行うものが知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の
方法による装置では、風速の測定と、温度および温位の
測定とを、同じ受信信号から行うことが極めて困難であ
ったため、少なくとも２種類の送受信部が必要であっ
た。したがって、装置が高価になるという問題があっ
た。
【０００４】また、大気中におけるリチャードソン数の
分布を大気層中の多点にわたり求める必要があるので、
乱流層の検出に要する時間が膨大になるという問題もあ
った。
【０００５】この発明は上述の事情に鑑みてなされたも
ので、電磁波、音波、もしくは光波のビームを大気中に
送信し、大気中の複数の観測点において微粒子等により
散乱された電磁波、音波、もしくは光波を受信し、この
受信信号から、大気中の複数の観測点における風速およ
び密度の両方を測定し、風速および密度の測定結果か
ら、複数の観測点で挟まれる大気層における乱流層の有
無を検出することによって、装置を安価とすることがで
き、また、検出に要する時間を短縮することができる乱
流層検出装置を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】この発明に係る乱流層検
出装置は、大気中に電磁波、音波、もしくは光波のビー
ムを送信する送信部と、送信部が送信し、大気中の微粒
子等により散乱された電磁波、音波、もしくは光波を受
信する受信部と、受信部が受信した受信信号から、ビー
ム上の２箇所以上の観測点において風速のビーム方向成
分を測定する風速測定部、あるいはビーム上の２箇所以
上の観測点において密度を測定する密度測定部のいずれ
か一方と、風速測定部あるいは密度測定部のいずれか一
方の出力に基づいて、乱流層の有無の検出をする乱流層
検出部とを備えている。
【０００７】また、風速測定部は、風速のビーム方向成
分から水平方向の風速を求める。
【０００８】また、２箇所以上の観測点の隣り合う２つ
の観測点の高度差は、検出する乱流層の厚さよりも大き
い。
【０００９】また、乱流層検出部は、ビーム上の２箇所
以上の観測点の隣り合う２つの観測点における水平方向
の風速から、水平方向の風速差を検出し、この水平方向
の風速差の大小から乱流層を検出し、あるいは、ビーム
上の２箇所以上の観測点の隣り合う２つの観測点におけ
る密度を測定し、この隣り合う２つの観測点間の高度に
おける密度の変化率を測定し、この密度の変化率の大小
から乱流層を検出する。
【００１０】また、乱流層検出部は、水平方向の風速差
に関する所定の閾値を有し、水平方向の風速差が、この
閾値を超えるときに乱流層が存在する判定を行う。
【００１１】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、既知である大気の密度分布
から、密度の変化率を推定し、この密度の変化率と測定
された水平方向の風速差とを用いて、リチャードソン数
を計算し、このリチャードソン数が、リチャードソン数
に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層が存在
する判定を行う。
【００１２】また、乱流層検出部は、密度の変化率に関
する所定の閾値を有し、密度の変化率の測定値が、この
閾値より小さくなるときに乱流層が存在する判定を行
う。
【００１３】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、既知である大気の風速分布
から、水平方向の風速差を推定し、この水平方向の風速
差と測定された密度の変化率とを用いて、リチャードソ
ン数を計算し、このリチャードソン数が、リチャードソ
ン数に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層が
存在する判定を行う。
【００１４】また、乱流層検出部は、水平方向の風速差
に関する所定の閾値と密度の変化率に関する所定の閾値
とを有し、水平方向の風速差の測定値が、この水平方向
の風速差に関する所定の閾値を超えるときと、密度の変
化率の測定値が、密度の変化率に関する所定の閾値より
小さくなるときの内、少なくともどちらか一方の条件を
満たすときに乱流層が存在する判定を行う。
【００１５】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、水平方向の風速差の測定値
と密度の変化率の測定値を用いて、リチャードソン数を
計算し、このリチャードソン数が、リチャードソン数に
関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層が存在す
る判定を行う。
【００１６】また、乱流層検出部は、密度の変化率と、
水平方向の風速差のうち、どちらか一方の測定結果を用
いて乱流層の検出を行い、乱流層を検出したと判定した
際にもう一方の測定結果を用いて乱流層の有無を確認す
る。
【００１７】また、送信部は、ビームの方向を、大気中
において逐次スキャンさせ、受信部は、スキャンされた
ビームが大気中の微粒子等により散乱されたものを受信
する。
【００１８】また、風速測定部は、ビームの方向をスキ
ャンする過程における各時点において、ビーム上の２箇
所以上の観測点において風速のビーム方向成分を測定
し、密度測定部は、ビームの方向をスキャンする過程に
おける各時点において、ビーム上の２箇所以上の観測点
において密度を測定する。
【００１９】また、風速測定部は、ビームの方向をスキ
ャンする過程の各時点において、風速のビーム方向成分
から水平方向の風速を求める。
【００２０】また、２箇所以上の観測点の隣り合う２つ
の観測点の高度差は、検出する乱流層の厚さよりも大き
い。
【００２１】また、乱流層検出部は、ビームの方向をス
キャンする過程の各時点におけるビーム上の観測点にお
ける水平方向の風速から、大気層の各部分において、大
気層の上下層の水平方向の風速差を検出し、この水平方
向の風速差の大小から、大気層の各部分における乱流層
の有無を検出し、あるいは、ビームをスキャンする過程
におけるビームの方向の各時点におけるビーム上の観測
点における密度を測定し、大気層の各部分において、密
度の変化率を測定し、この密度の変化率の大小から、大
気層の各部分における乱流層の有無を検出する。
【００２２】また、乱流層検出部は、水平方向の風速差
に関する所定の閾値を有し、水平方向の風速差が、この
閾値を超えるときに乱流層が存在する判定を行う。
【００２３】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、既知である大気の密度分布
から、密度の変化率を推定し、この密度の変化率と測定
された水平方向の風速差とを用いて、リチャードソン数
を計算し、このリチャードソン数が、リチャードソン数
に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層が存在
する判定を行う。
【００２４】また、乱流層検出部は、密度の変化率に関
する所定の閾値を有し、大気層の各部分における密度の
変化率の測定値が、この閾値より小さくなるときに乱流
層が存在する判定を行う。
【００２５】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、既知である大気の風速分布
から、水平方向の風速差を推定し、この水平方向の風速
差と測定された密度の変化率とを用いて、リチャードソ
ン数を計算し、このリチャードソン数が、リチャードソ
ン数に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層が
存在する判定を行う。
【００２６】また、乱流層検出部は、水平方向の風速差
に関する所定の閾値と密度の変化率に関する所定の閾値
とを有し、大気層の各部分において、大気層の上下層に
ある観測点における水平方向の風速差が、この水平方向
の風速差に関する所定の閾値を超えるときと、大気層の
上下層にある観測点における密度の変化率の測定値が、
密度の変化率に関する所定の閾値より小さくなるときの
内、少なくともどちらか一方が所定の条件を満たすとき
に乱流層が存在する判定を行う。
【００２７】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、大気層の各部分において、
大気層の上下層にある観測点における水平方向の風速差
の測定値と密度の変化率の測定値を用いて、リチャード
ソン数を計算し、このリチャードソン数が、リチャード
ソン数に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層
が存在する判定を行う。
【００２８】また、乱流層検出部は、密度の変化率と、
大気層を挟む上下層の水平方向の風速差のうち、どちら
か一方の測定結果を用いて乱流層の検出を行い、乱流層
を検出したと判定した際にもう一方の測定結果を用いて
乱流層の有無を確認する。
【００２９】また、送信部は、電磁波、音波、もしくは
光波の２本以上のビームを送信する機能を有し、受信部
は、２本以上のビームのそれぞれについて、大気中の微
粒子等により散乱されることにより生じる電磁波、音
波、もしくは光波を受信する。
【００３０】また、風速測定部は、２本以上の各ビーム
上の観測点において、風速のビーム方向成分を測定し、
密度測定部は、２本以上の各ビーム上の観測点におい
て、密度を測定する。
【００３１】また、風速測定部は、２本以上のビーム上
の観測点において、風速のビーム方向成分から水平方向
の風速を求める。
【００３２】また、２本以上のビーム上の各々の観測点
のうちの少なくとも２つの観測点の位置は、地表に対し
て垂直方向に沿った２箇所である。
【００３３】また、地表に対して垂直方向に沿った２箇
所の距離は、検出する乱流層の厚さよりも大きい。
【００３４】また、乱流層検出部は、２本以上の各ビー
ム上の観測点における水平方向の風速から、大気層の各
部分において、大気層の上下層の水平方向の風速差を検
出し、この水平方向の風速差の大小から、大気層の各部
分における乱流層の有無を検出し、あるいは、２本以上
の各ビーム上の観測点における密度を測定し、大気層の
各部分において、密度の変化率を測定し、この密度の変
化率の大小から、大気層の各部分における乱流層の有無
を検出する。
【００３５】また、乱流層検出部は、水平方向の風速差
に関する所定の閾値を有し、水平方向の風速差が、この
閾値を超えるときに乱流層が存在する判定を行う。
【００３６】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、既知である大気の密度分布
から、密度の変化率を推定し、この密度の変化率と測定
された水平方向の風速差とを用いて、リチャードソン数
を計算し、このリチャードソン数が、リチャードソン数
に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層が存在
する判定を行う。
【００３７】また、乱流層検出部は、密度の変化率に関
する所定の閾値を有し、密度の変化率の測定値が、この
閾値より小さくなるときに乱流層が存在する判定を行
う。
【００３８】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、既知である大気の風速分布
から、水平方向の風速差を推定し、この水平方向の風速
差と測定された密度の変化率とを用いて、リチャードソ
ン数を計算し、このリチャードソン数が、リチャードソ
ン数に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層が
存在する判定を行う。
【００３９】また、乱流層検出部は、水平方向の風速差
に関する所定の閾値と密度の変化率に関する所定の閾値
とを有し、大気層の各部分において、大気層の上下層に
ある観測点における水平方向の風速差が、この水平方向
の風速差に関する所定の閾値を超えるときと、大気層の
上下層にある観測点における密度の変化率の測定値が、
密度の変化率に関する所定の閾値をより小さくなるとき
の内、少なくともどちらか一方の条件を満たすときに乱
流層が存在する判定を行う。
【００４０】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、大気層の各部分において、
大気層の上下層にある観測点における水平方向の風速差
の測定値と密度の変化率の測定値を用いて、リチャード
ソン数を計算し、このリチャードソン数が、リチャード
ソン数に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層
が存在する判定を行う。
【００４１】また、乱流層検出部は、密度の変化率と、
大気層を挟む上下層の水平方向の風速差のうち、どちら
か一方の測定結果を用いて乱流層の検出を行い、乱流層
を検出したと判定した際にもう一方の測定結果を用いて
乱流層の有無を確認する。
【００４２】さらに、リチャードソン数に関する所定の
閾値が、０．２５である。
【００４３】
【発明の実施の形態】実施の形態１．この発明の実施の
形態１に係わる乱流層検出装置について図１から図４を
参照しながら説明する。図１はこの発明の実施の形態１
に係わる乱流層検出装置を説明する説明図である。図１
において、１は、乱流層の有無が検出される大気層、２
は、航空機、３は、航空機２に搭載された乱流層検出装
置、４は、観測点、５は、乱流層検出装置３の送信する
電磁波、音波、もしくは光波のビームである。
【００４４】なお、図１において、大気層１は、地表と
水平に存在している。また、観測点４は、ビーム５上の
２箇所に存在している。また、大気層１を挟む上下の層
は、地表と水平に存在しており、かつ乱流層を挟む上下
の層のそれぞれの層において、風速、密度等はほぼ一定
であるとする。
【００４５】図２は図１の乱流層検出装置３の構成を示
すブロック図である。図２において、３１は、大気中に
電磁波、音波、もしくは光波のビーム５を送信する送信
部である。３２は、送信部３１が送信し、大気中の微粒
子等により散乱された電磁波、音波、もしくは光波を受
信する受信部である。３３は、受信部３２が受信した受
信信号から、ビーム５上の２箇所以上の観測点において
風速のビーム方向成分を測定する風速測定部である。３
４は、受信部３２が受信した受信信号から、ビーム５上
の２箇所以上の観測点において密度を測定する密度測定
部である。３５は、風速測定部３３あるいは密度測定部
３４のいずれか一方の出力に基づいて、乱流層の有無の
検出をする乱流層検出部である。
【００４６】本発明において検出対象である乱流層は、
大気層１に乱れが生じることにより、大気層１の全ての
部分、もしくは一部分が、遷移して発生するものであ
る。次に、乱流層の発生について図３を用いて述べる。
【００４７】図３は乱流層発生の遷移を説明する図であ
る。図３において、６は風向きである。乱流層は、ある
大気層１を挟む上下の大気層における水平方向の風速に
風速差がある場合において、図３の（ａ）〜（ｄ）に示
す過程を経て発生する。図３において、Ｖ1はある大気
層１の上側に接している層の水平方向の風速であり、Ｖ
2は上記大気層１の下側に接している層の水平方向の風
速であり、Ｄは大気層の厚さである。また、大気層１の
上側に接している層における密度はρ1であり、上記大
気層１の下側に接している層における密度はρ2であ
る。
【００４８】大気層１における気流の乱れの程度は、密
度の変化率を（ρ1−ρ2）／｛（ρ 1＋ρ2）／２｝と
し、大気層１の厚さＤと、大気層１の上下層の水平方向
の風速差Ｖc（＝Ｖ1−Ｖ2）と、重力ｇとから、
【００４９】
【数１】
【００５０】で表されるリチャードソン数Ｒiの大きさ
により表すことができる。リチャードソン数が大きいと
きには、気流の乱れは小さく。この値が小さいときには
気流の乱れは大きい。式１からわかるように、大気層１
の上下層の水平方向の風速差が大きく、密度の変化率が
小さいほど、リチャードソン数Ｒiは小さい、つまり、
気流の乱れの程度は大きい。
【００５１】なお、特に航空機の運行において問題とな
る渦状の乱気流の存在する乱流層が存在するための条件
は、文献［１］（E. K. Parks他著，”Identification
of vortex induced clear air turbulence using airli
ne flight records.”，Papers. American Institute o
f Aeronautics and Astronautics，pp.1-8，1984．）に
よると、リチャードソン数Ｒi＜０．２５である。
【００５２】なお、本発明における「乱流層」という文
言は、少なくとも、その層の上下に接している層におけ
る上記水平方向の風速差が、ある閾値よりも大きい大気
層という意味と、その層に上下に接している層における
密度から求めた上記密度の変化率が、ある閾値よりも小
さい大気層という意味と、その層の上下に接している層
における上記水平方向の風速差および上記密度の変化率
と、その層の厚さとから求めたリチャードソン数Ｒ
iが、ある閾値よりも小さい大気層という意味との内の
いずれか一つ、もしくは二つ以上の意味を持つ。
【００５３】乱流層の発生状態について以上に述べた。
次に、乱流層検出装置について述べる。図１に示される
ように、乱流層検出装置３は航空機２に搭載されてい
る。そして、乱流層検出装置３は、図２に示すように、
電磁波、音波、もしくは光波のビーム５を、大気中に送
信する送信部３１と、ビーム５が大気中の微粒子等によ
り散乱されることにより生じる電磁波、音波、もしくは
光波を受信する受信部３２を備えている。送信部３１と
受信部３２は、同じものにして送信と受信を兼用しても
よいし、別々のものにしてもよい。
【００５４】なお、本発明において用いる送信信号は、
図４の（ａ）および（ｄ）に示すように、ある一定の繰
り返し周期で繰り返して発生される。この信号として
は、図４の（ａ）に示すように、ある一定のキャリア周
波数を有する信号でも良いし、また、図４の（ｂ）に示
すように継続時間が有限な振動波形でも良いし、また、
図４の（ｃ）に示すように、１個または複数個のＤＣサ
ブパルス波形からなる信号でも良いし。また、図４の
（ｄ）に示すように、擬似ランダム変調された波形から
なる信号でも良い。
【００５５】そして、風速測定部３３は、受信部３２に
より受信した受信信号から、風速のビーム方向成分を、
ビーム５上の２箇所の観測点４において測定する。ま
た、密度測定部３４は、密度をビーム５上の２箇所の観
測点４において測定する。
【００５６】尚、乱流層検出装置３は、機能上、風速測
定部３３と密度測定部３４とを必ずしも両方備える必要
はなく、少なくともどちらか一方を備えていれば、乱流
層の検出をすることができる。
【００５７】風速測定部３３による風速の上記ビーム方
向成分の測定は、上記受信信号のドップラーシフトを検
出することから行うことができる。また、密度測定部３
４による密度の測定は、上記受信信号の強度を測定する
ことから行うことができる。
【００５８】これにより、乱流層中の風速を直接測定す
るのではなく、乱流層を挟む上下の層における風速およ
び密度の測定を可能にする。乱流層を挟む上下層におけ
る風速および密度は、乱流層中の風速および密度と比較
して安定している。したがって、風速および密度を測定
する上での誤差を小さくできる。これにより、乱流層の
検出に関する精度を上げることができる。
【００５９】風速測定部３３は、さらにビーム５上の２
つの観測点４における水平方向の風速Ｖhを、θをビー
ム５の方向と大気層１の方向のなす角、ビーム方向の風
速をＶｂとして、
【００６０】
【数２】
【００６１】により求める。これにより、大気層１を挟
む上下層における風速の水平方向成分Ｖhを測定するこ
とが可能になる。この水平方向の風速を用いることによ
り、例えば上述したリチャードソン数による乱流層の有
無の検出が可能になる。
【００６２】２箇所の観測点４の高度差は、検出する必
要のある乱流層の厚さよりも大きくなるようにする。つ
まり、観測点４の間の距離Ｌは、検出する必要のある乱
流層の厚さをＤ’とした場合に、ビーム５の方向と大気
層１の方向のなす角θから、
【００６３】
【数３】
【００６４】となるように決める。このように観測点４
間の距離を決めることにより、隣り合う２つの観測点４
の両方が、検出する必要のある厚さの乱流層中に存在す
ることを防ぐことができる。これにより、隣り合う２つ
の観測点を、検出する必要のある厚さの乱流層を挟む上
下の層中に配置できる確率を高めることができる。
【００６５】そして、乱流層検出部３５は、ビーム５上
の２箇所の観測点４における水平方向の風速Ｖhから、
水平方向の風速差Ｖcを検出し、水平方向の風速差Ｖcの
大小から乱流層を検出する。また、乱流層検出部３５
は、ビーム５上の２箇所の観測点４における密度を測定
し、２つの観測点４の内の高度の高い方の観測点におい
て測定した密度をρ’1とし、２つの観測点４の内の高
度の低い方の観測点において測定した密度をρ’2と
し、２つの観測点４の高度差をＤ”（＝Lsinθ）とし
て、
【００６６】
【数４】
【００６７】により、２つの観測点間の高度における、
密度の変化率ρcを測定し、測定した密度の変化率ρcの
大小から乱流層を検出する。
【００６８】上述したリチャードソン数と乱流層の有無
の関係からも分かるように、水平方向の風速差Ｖcおよ
び密度の変化率ρcは、乱流層を検出する上での指標と
なる。したがって、水平方向の風速差Ｖcおよび密度の
変化率ρcを測定することにより、乱流層の有無を高精
度で検出することができる。
【００６９】なお、水平方向の風速差Ｖcの大小から乱
流層の検出を行うには、水平方向の風速差Ｖcに関する
閾値を決めておき、水平方向の風速差Ｖcの測定値が上
記閾値を超えるときに乱流層が存在するという判定を行
う方式を用いれば良い。これにより、水平方向の風速差
が上記閾値以上である乱流層を確実に検出することがで
きる。
【００７０】また、上述したリチャードソン数Ｒiに関
する閾値を決めておき、例えば文献［２］（理科年表
（平成９年度版），p.383，国立天文台編，丸善）に示
されているような、一般的に知られている大気の密度分
布から、密度の変化率ρcを推定し、この値と、測定し
た風速差Ｖcとを用い、式（１）において大気層の厚さ
Ｄを２つの観測点４の高度差Ｄ”に置き換えて、２つの
観測点４間の高度におけるリチャードソン数Ｒiを計算
してリチャードソン数に関する上記閾値と比較すること
から、乱流層が存在するという判定を行う方式を用いて
も良い。これにより、水平方向の風速差Ｖcおよび密度
の変化率ρcの両方の値をもとに、乱流層の有無の検出
を行うので、乱流層の検出の確度をさらに上げることが
できる。
【００７１】また、密度の変化率ρcの大小から乱流層
の検出を行うには、密度の変化率ρcに関する閾値を決
めておき、密度の変化率ρcの測定値が上記閾値より小
さくなるときに乱流層が存在するという判定を行う方式
を用いれば良い。これにより、密度の変化率が上記閾値
より小さい乱流層を確実に検出することができる。
【００７２】また、上述したリチャードソン数Ｒiに関
する閾値を決めておき、一般的な大気における風速分布
から、観測点４における水平方向の風速差Ｖcを推定
し、この値と、測定した密度の変化率とを用い、式
（１）において大気層の厚さＤを２つの観測点４の高度
差Ｄ”に置き換えて、２つの観測点４間の高度における
リチャードソン数Ｒiを計算してリチャードソン数に関
する上記閾値と比較することから、乱流層が存在すると
いう判定を行う方式を用いても良い。これにより、水平
方向の風速差Ｖcおよび密度の変化率ρcの両方の値をも
とに、乱流層の有無の検出を行うので、乱流層の検出の
確度をさらに上げることができる。
【００７３】また、水平方向の風速差Ｖcの大小と、密
度の変化率ρcの大小との両方の情報を用いて乱流層の
検出を行うには、水平方向の風速差Ｖcに関する閾値と
密度の変化率ρcに関する閾値とを両方決めておき、２
つの観測点４における水平方向の風速差Ｖcの測定値
が、水平方向の風速差Ｖcに関する上記閾値を越えると
きと、密度の変化率ρcの測定値が、密度の変化率ρcに
関する上記閾値より小さくなるときとの内、少なくとも
どちらか一方の条件を満たすときに乱流層が存在すると
いう判定を行う方式を用いればよい。これにより、水平
方向の風速差Ｖcが水平方向の風速差Ｖcの上記閾値より
も大きく、かつ、上記密度差ρcが密度差に関する上記
閾値より小さい乱流層を確実に検出することができる。
【００７４】また、上述したリチャードソン数Ｒiに関
する閾値を決めておき、２つの観測点４における水平方
向の風速差Ｖcの測定値と密度の変化率ρcの測定値とを
用い、式（１）において大気層の厚さＤを２つの観測点
４の高度差Ｄ”に置き換えて、２つの観測点４間の高度
におけるリチャードソン数Ｒiを計算し、この値がリチ
ャードソン数Ｒiに関する閾値より小さくなるときに乱
流層が存在するという判定を行っても良い。これによ
り、水平方向の風速差Ｖcおよび密度の変化率ρcの両方
の値をもとに、大気層の乱れの程度を示す値であるリチ
ャードソン数Ｒiを用いて乱流層の有無の検出を行うの
で、乱流層の検出の確度をさらに上げることができる。
【００７５】次に、本発明の実施の形態１に係る乱流層
検出装置の動作について説明する。送信部３１は、上記
ビーム５を大気中に送信し、受信部３２は、上記ビーム
５が大気中の微粒子等により散乱されることにより生じ
る信号を受信する。
【００７６】次に、風速測定部３３は、受信部３２によ
り受信した受信信号から、観測点４における風速のビー
ム方向成分Ｖbを測定する。一方、密度測定部３４は、
受信部３２により受信した受信信号から密度を測定す
る。
【００７７】なお、風速測定部３３が風速のビーム方向
成分Ｖbを測定する場合には、風速測定部３３は、ビー
ム５上の２つの観測点４における水平方向の風速Ｖ
hを、（式２）により求める。
【００７８】次に、乱流層検出部３５は、ビーム５上の
２つの観測点４における水平方向の風速Ｖhから、水平
方向の風速差Ｖcを検出し、水平方向の風速差Ｖcの大小
から乱流層を検出する。また、ビーム５上の２つの観測
点４における密度を測定し、密度の変化率ρcの大小か
ら乱流層を検出する。乱流層検出部３５は、上記水平方
向の風速差Ｖcの大小と上記密度の変化率ρcの大小と
の、両方の情報から、乱流層を検出しても良いし、いず
れか一方から乱流層を検出しても良い。
【００７９】最後に、乱流層検出装置３は、乱流層が検
出された場合に航空機２に対して乱流層の存在を知らし
めるための信号を送信する。
【００８０】このような構成の本発明の実施の形態１に
おける乱流層検出装置は、乱流層中の風速を直接測定す
るのではなく、乱流層を挟む上下の層における風速およ
び密度を測定している。乱流層を挟む上下の層における
風速および密度は、乱流層中の風速および密度と比較し
て安定している。したがって、風速および密度を測定す
る上での誤差を小さくできる。これにより、乱流層の検
出に関する確度を上げることができる。
【００８１】また、２つの観測点４のみにおける風速お
よび密度の測定結果から、２つの観測点４間における乱
流層の存在を検出できるので、風速および密度を大気層
１の内部までさらに多点にわたって測定する必要がな
く、検出に要する時間を短縮することができる。
【００８２】さらに、同じ受信信号から、大気中の複数
の観測点における風速および密度の両方を測定している
ので、送信部３１と受信部３１は１つずつあればよい。
したがって、温位と風速を測定する従来の方法と比較し
て、装置を廉価にできる。
【００８３】なお、図１において、ビーム５上の観測点
４は２つであるが、観測点４は２つ以上であればいくつ
でもよい。図５に観測点４を４つにした場合を示す。観
測点４を多くすれば、より広い範囲において、どの大気
層１に乱流層が存在するのかを知ることができる。
【００８４】なお、図５においては、大気層１は、地表
に対して水平であるが、密度の変化率ρcのみから乱流
層の検出を行うのであれば、大気層１は地表に対して水
平でなくとも、また大気層１が曲がっていても構わな
い。
【００８５】なお、上述した、密度の変化率の測定ρc
と、大気層１を挟む上下層の水平方向の風速差Ｖcの測
定の内、通常はどちらか一方のみの測定結果を用いて乱
流層の検出を行い、乱流層を検出したと判定した際にも
う一方の測定結果を用いて乱流層の有無を確認すれば、
密度の変化率ρcと、大気層１を挟む上下層の水平方向
の風速差Ｖcの測定の両方の測定を常時行う場合と比較
して、乱流層検出装置３で受信信号に対して行う処理を
減らし、装置を廉価にすることが可能になる。
【００８６】実施の形態２．この発明の実施の形態２に
係わる乱流層検出装置について図６を参照しながら説明
する。図６はこの発明の実施の形態２に係わる乱流層検
出装置を説明する説明図である。図６において、大気層
１は、地表と水平に存在している。また、観測点４は各
ビーム５上に２箇所ある。また、大気層１を挟む上下の
層は、地表と水平に存在している、ただし、大気層１を
挟む上下の層の各部分における、風速、密度等は一定で
あるとは限らない。したがって、大気層１の全ての部分
が乱流層であるとは限らず、乱流層は、大気層１におい
て部分的に存在する場合もある。
【００８７】乱流層検出装置３は、実施の形態１の図２
に示す構成と概略同じ構成をなし、電磁波、音波、もし
くは光波のビーム５を、大気中に送信する送信部３１
と、ビーム５が大気中の微粒子等により散乱されること
により生じる電磁波、音波、もしくは光波を受信する受
信部３２とを備えている。送信部３１と受信部３２は、
同じものにして送信と受信を兼用してもよいし、別々の
ものにしてもよい。
【００８８】そして、本実施の形態においては、乱気流
検出装置３は、電磁波、音波、もしくは光波のビーム５
の方向を、大気中において逐次スキャンする。
【００８９】そして、風速測定部３３は、ビーム５の方
向をスキャンする過程における各時点において、受信部
３２により受信した受信信号から、風速のビーム方向成
分Ｖ bを、ビーム５上の２箇所の観測点４において測定
する。また、密度測定部３４は、ビーム５の方向をスキ
ャンする過程における各時点において、受信部３２によ
り受信した受信信号から、密度をビーム５上の２箇所の
観測点４において測定する。
【００９０】尚、乱流層検出装置３は、機能上、風速測
定部３３と密度測定部３４とを必ずしも両方備える必要
はなく、少なくともどちらか一方を備えていれば、乱流
層の検出をすることができる。
【００９１】風速測定部３３による風速の上記ビーム方
向成分の測定は、上記受信信号のドップラーシフトを検
出することから行うことができる。また、密度測定部３
４による密度の測定は、上記受信信号の強度を測定する
ことから行うことができる。
【００９２】風速測定部３３は、ビーム５の方向をスキ
ャンする過程の各時点において、ビーム５上の２つの観
測点４における水平方向の風速Ｖhを、θをビーム５の
方向と大気層１の方向のなす角、ビーム方向の風速をＶ
bとして、
【００９３】
【数５】
【００９４】により求める。
【００９５】２箇所の観測点４の高度差は、検出する必
要のある乱流層の厚さよりも大きくなるようにする。つ
まり、観測点４の間の距離は、検出する必要のある乱流
層の厚さと、ビーム５の方向と大気層１の方向のなす角
により、検出する必要のある乱流層の厚さをＤ’とし
て、
【００９６】
【数６】
【００９７】となるように決める。
【００９８】なお、ビーム５の方向をスキャンする過程
の各時点において、各観測点４の間の距離、および乱流
層検出装置３と観測点４までの距離を変えても構わな
い。これにより、ビーム５のスキャンが終了した時点
で、大気層１を挟む上下層の各部分における風速の水平
方向成分と密度とを求めることができる。
【００９９】また、乱流層検出部３５は、ビーム５の方
向をスキャンする過程の各時点におけるビーム５上の２
箇所の観測点４における水平方向の風速Ｖhから、大気
層１の各部分において、大気層１の上下層の水平方向の
風速差Ｖcを検出し、水平方向の風速差Ｖcの大小から、
大気層５の各部分における乱流層の有無を検出する。
【０１００】また、乱流層検出部３５は、ビーム５をス
キャンする過程におけるビーム５の方向の各時点におけ
る、ビーム５上の２箇所の観測点４における密度を測定
し、大気層１の各部分において、大気層１の上部に接し
ている層の観測点において測定した密度をρ”1とし、
大気層１の下部に接している層の観測点において測定し
た密度をρ”2とし、大気層１の上部に接している層の
観測点４と、大気層１の下部に接している層の観測点４
の高度差をＤ１とし、
【０１０１】
【数７】
【０１０２】により、大気層１の各部分における、密度
の変化率ρcを推定し、推定した密度の変化率ρcの大小
から、大気層１の各部分における乱流層の有無を検出す
る。
【０１０３】なお、水平方向の風速差Ｖcの大小から乱
流層の検出を行うには、水平方向の風速差Ｖcに関する
閾値を決めておき、水平方向の風速差Ｖcの測定値が上
記閾値を超えるときに乱流層が存在するという判定を行
う方式を用いれば良い。
【０１０４】また、上述したリチャードソン数Ｒiに関
する閾値を決めておき、例えば文献［２］（理科年表
（平成９年度版），p.383，国立天文台編，丸善）に示
されているような、一般的に知られている大気の密度分
布から、密度の変化率ρcを推定し、この値と、測定し
た風速差Ｖcとを用い、式（１）において大気層の厚さ
Ｄを大気層１を挟む上下層の各部分における２つの観測
点４の高度差Ｄ１に置き換えて、２つの観測点４間の高
度におけるリチャードソン数Ｒiを計算してリチャード
ソン数に関する上記閾値と比較することから、乱流層が
存在するという判定を行う方式を用いても良い。
【０１０５】また、密度の変化率ρcの大小から乱流層
の検出を行うには、密度の変化率ρcに関する閾値を決
めておき、大気層１の各部分における密度の変化率ρc
の測定値が上記閾値よりちいさくなるときに乱流層が存
在するという判定を行う方式を用いれば良い。
【０１０６】また、上述したリチャードソン数Ｒiに関
する閾値を決めておき、一般的な大気における風速分布
から、観測点４における水平方向の風速差Ｖcを推定
し、この値と、測定した密度の変化率ρcとを用い、式
（１）において大気層の厚さＤを大気層１を挟む上下層
の各部分における２つの観測点４の高度差Ｄ１に置き換
えて、２つの観測点４間の高度におけるリチャードソン
数Ｒiを計算してリチャードソン数に関する上記閾値と
比較することから、乱流層が存在するという判定を行う
方式を用いても良い。
【０１０７】また、水平方向の風速差Ｖcの大小と、密
度の変化率ρcの大小との両方の情報を用いて乱流層の
検出を行うには、水平方向の風速差Ｖcに関する閾値と
密度の変化率ρcに関する閾値とを両方決めておき、大
気層１の各部分において、水平方向の風速差Ｖcの測定
値が、水平方向の風速差Ｖcに関する上記閾値を越える
ときと、密度の変化率ρcの測定値が、密度の変化率ρc
に関する上記閾値より小さくなるときとの内、少なくと
もどちらか一方の条件を満たすときに乱流層が存在する
という判定を行う方式を用いればよい。
【０１０８】また、上述したリチャードソン数Ｒiに関
する閾値を決めておき、大気層１の各部分において、大
気層１の上下層にある観測点４における水平方向の風速
差Ｖ cの測定値と密度の変化率ρcの測定値とから、式
（１）において大気層の厚さＤを大気層１を挟む上下層
の各部分における２つの観測点４の高度差Ｄ１に置き換
えて、２つの観測点４間の高度におけるリチャードソン
数Ｒiを計算し、この値がリチャードソン数Ｒiに関する
閾値より小さくなるときに乱流層が存在するという判定
を行っても良い。
【０１０９】次に、本発明の実施の形態２に係る乱流層
検出装置の動作について説明する。送信部３１は、ビー
ム５をスキャンしながら大気中に送信する。受信部３２
は、ビーム５をスキャンする過程におけるビーム５の方
向の各時点において、乱流層検出装置３は、ビーム５が
大気中の微粒子等により散乱されることにより生じる信
号を受信する。
【０１１０】次に、風速測定部３３は、ビーム５の方向
をスキャンする過程の各時点において、受信部３２によ
り受信した受信信号から、観測点４における風速のビー
ム方向成分Ｖbを測定する。一方、密度測定部３４は、
ビーム５の方向をスキャンする過程の各時点において、
受信部３２により受信した受信信号から密度を測定す
る。
【０１１１】なお、風速測定部３３が風速のビーム方向
成分Ｖbを測定する場合には、風速測定部３３は、ビー
ム上の２つの観測点４における水平方向の風速Ｖhを、
（式２）により求める。
【０１１２】次に、乱流層検出部３５は、ビーム５の方
向をスキャンする過程の各時点における、ビーム５上の
２つの観測点４における水平方向の風速Ｖhから、大気
層１の各部分において、大気層１の上下層の水平方向の
風速差Ｖcを検出し、水平方向の風速差Ｖcの大小から、
大気層５の各部分における乱流層の有無を検出する。
【０１１３】また、ビーム５の方向をスキャンする過程
の各時点における、ビーム５上の２つの観測点４におけ
る密度を測定し、大気層１の各部分において、大気層１
の上部に接している層の観測点において測定した密度
と、大気層１の上部に接している層の観測点において測
定した密度とから、大気層１の各部分における、密度の
変化率ρcを推定し、推定した密度の変化率ρcの大小か
ら、大気層１の各部分における乱流層の有無を検出す
る。乱流層検出部３５は、上記水平方向の風速差Ｖ cの
大小と上記密度の変化率ρcの大小との、両方の情報か
ら、乱流層を検出しても良いし、いずれか一方から乱流
層を検出しても良い。
【０１１４】最後に、乱流層検出装置３は、乱流層が検
出された場合に航空機２に対して乱流層の存在を知らし
めるための信号を送信する。
【０１１５】このような構成の本発明の実施の形態２に
おける乱流層検出装置は、乱流層中の風速を直接測定す
るのではなく、乱流層を挟む上下の層における風速およ
び密度を測定している。乱流層を挟む上下の層における
風速および密度は、乱流層中の風速および密度と比較し
て安定している。したがって、風速および密度を測定す
る上での誤差を小さくできる。これにより、乱流層の検
出に関する確度を上げることができる。
【０１１６】また、２つの観測点４のみにおける風速お
よび密度の測定結果から、２つの観測点４間における乱
流層の存在を検出できるので、風速および密度を大気層
１の内部までさらに多点にわたって測定する必要がな
く、検出に要する時間を短縮することができる。
【０１１７】また、同じ受信信号から、大気中の複数の
観測点における風速および密度の両方を測定しているの
で、送信部と受信部は１つずつあればよい。したがっ
て、温位と風速を測定する従来の方法と比較して、装置
を廉価にできる。
【０１１８】また、ビーム５をスキャンすることによ
り、大気層１の複数部分における、上下層の風速の水平
方向成分および密度を測定するので、大気層１およびそ
れを挟む上下層が水平方向に一様でなくとも、乱流層の
有無を検出できる。さらには乱流層の存在の分布および
乱流層のプロファイルを検出することができる。
【０１１９】尚、図６においては、大気層１は、地表に
対して水平であるが、密度の変化率から乱流層の検出を
行うのであれば、大気層１は地表に対して水平でなくと
も、図７に示すように、大気層１が曲がっていても構わ
ない。
【０１２０】なお、図６において、ビーム５の方向をス
キャンする過程の各時点における、ビーム５上の観測点
４の数は２つであるが、この数は２つ以上であればいく
つでもよい。図７にビーム５上の観測点４を４つにした
場合を示す。各時点におけるビーム５上の観測点４を多
くすれば、より広い範囲において、大気層１における乱
流層の存在の有無を、密度の変化率ρcと、大気層１の
上下層における風速差Ｖcとの両方の測定結果を用いて
行うことができる。これにより、大気層１が水平でない
場合における、乱流層の検出の確度を上げることができ
る。
【０１２１】なお、上述した、密度の変化率の測定ρc
と、大気層１を挟む上下層の水平方向の風速差Ｖcの測
定の内、通常はどちらか一方のみの測定結果を用いて乱
流層の検出を行い、乱流層を検出したと判定した際にも
う一方の機能を用いて乱流層の有無を確認すれば、密度
の変化率ρcと、大気層１を挟む上下層の層の方向に沿
った風速差Ｖcの測定の両方の測定を常時行う場合と比
較して、乱流層検出装置３で受信信号に対して行う処理
を減らし、装置を廉価にすることが可能になる。
【０１２２】実施の形態３．この発明の実施の形態３に
係わる乱流層検出装置について図８を参照しながら説明
する。図８はこの発明の実施の形態３に係わる乱流層検
出装置を説明する説明図である。図８において、大気層
１は、地表と水平に存在している。
【０１２３】乱流層検出装置３は、実施の形態１の図２
に示す構成と概略同じ構成をなし、電磁波、音波、もし
くは光波の２本のビーム５を送信する送信部３１と、２
本のビーム５のそれぞれについて、大気中の微粒子等に
より散乱されることにより生じる電磁波、音波、もしく
は光波を受信する受信部３２とを備えている。送信部３
１と受信部３２は、同じものにして送信と受信を兼用し
てもよいし、別々のものにしてもよい。
【０１２４】また、図８において、大気層１を挟む上下
の層は、地表と水平に存在している、ただし、大気層１
を挟む上下の層の各部分における、風速、密度等は一定
であるとは限らない。したがって、大気層１の全ての部
分が乱流層であるとは限らず、乱流層は、大気層１にお
いて部分的に存在する場合もある。
【０１２５】そして、風速測定部３３は、２本の各ビー
ム上の観測点４において、受信部３２により受信した受
信信号から、風速のビーム方向成分を測定する。また、
密度測定部３４は、２本の各ビーム上の観測点４におい
て、受信部３２により受信した受信信号から密度を測定
する。
【０１２６】尚、乱流層検出装置３は、機能上、風速測
定部３３と密度測定部３４とを必ずしも両方備える必要
はなく、少なくともどちらか一方を備えていれば、乱流
層の検出をすることができる。
【０１２７】風速測定部３３による風速の上記ビーム方
向成分の測定は、上記受信信号のドップラーシフトを検
出することから行うことができる。また、密度測定部３
４による密度の測定は、上記受信信号の強度を測定する
ことから行うことができる。
【０１２８】風速測定部３３は、２本の各ビーム上の観
測点４において、水平方向の風速Ｖ hを、θをビーム５
の方向と大気層１の方向のなす角、ビーム方向の風速を
Ｖbとして、
【０１２９】
【数８】
【０１３０】により求める。
【０１３１】そして、上記２本の各ビーム上の観測点４
は、地表に対しての垂直方向に沿った２箇所とする。
【０１３２】また、上記２本の各ビーム上の観測点４の
高度差は、検出する必要のある乱流層の厚さよりも大き
くなるようにする。つまり、観測点４の間の距離Ｌは、
検出する必要のある乱流層の厚さと、ビーム５の方向と
大気層１の方向のなす角により、検出する必要のある乱
流層の厚さをＤ’として、
【０１３３】
【数９】
【０１３４】となるように決める。
【０１３５】これにより、大気層１のある部分を挟む上
下層における風速の水平方向成分Ｖ hと密度とを求める
ことができる。
【０１３６】また、乱流層検出部３５は、上記２本の各
ビーム上の観測点４において、水平方向の風速Ｖhを測
定することから、大気層１のある部分において、大気層
１の上下層の水平方向の風速差Ｖcを検出し、水平方向
の風速差Ｖcの大小から、大気層１の各部分における乱
流層の有無を検出する。
【０１３７】また、乱流層検出部３５は、上記２本の各
ビーム上の観測点４において、密度を測定し、大気層１
の各部分において、大気層１の上部に接している層の観
測点において測定した密度をρ”1とし、大気層１の上
部に接している層の観測点において測定した密度をρ”
2とし、
【０１３８】
【数１０】
【０１３９】により、大気層１のある部分における、密
度の変化率ρcを測定し、測定した密度の変化率ρcの大
小から、大気層１のある部分における乱流層の有無を検
出する。
【０１４０】なお、水平方向の風速差Ｖcの大小から乱
流層の検出を行うには、水平方向の風速差Ｖcに関する
閾値を決めておき、水平方向の風速差Ｖcの測定値が上
記閾値を超えるときに乱流層が存在するという判定を行
う方式を用いれば良い。
【０１４１】また、上述したリチャードソン数Ｒiに関
する閾値を決めておき、例えば文献［２］（理科年表
（平成９年度版），p.383，国立天文台編，丸善）に示
されているような、一般的に知られている大気の密度分
布から、密度の変化率ρcを推定し、この値と、測定し
た水平方向の風速差Ｖcとを用い、式（１）において大
気層の厚さＤを大気層１を挟む上下層の各部分における
２つの観測点４の高度差Ｄ１に置き換えて、２つの観測
点４間の高度におけるリチャードソン数Ｒiを計算して
リチャードソン数に関する上記閾値と比較することか
ら、乱流層が存在するという判定を行う方式を用いても
良い。
【０１４２】また、密度の変化率の大小から乱流層の検
出を行うには、密度の変化率ρcに関する閾値を決めて
おき、密度の変化率ρcの測定値が上記閾値より小さく
なるときに乱流層が存在するという判定を行う方式を用
いれば良い。
【０１４３】また、上述したリチャードソン数Ｒiに関
する閾値を決めておき、一般的な大気における風速分布
から、観測点４における水平方向の風速差Ｖcを推定
し、この値と、測定した密度の変化率ρcとを用い、式
（１）において大気層の厚さＤを大気層１を挟む上下層
の各部分における２つの観測点４の高度差Ｄ１に置き換
えて、２つの観測点４間の高度におけるリチャードソン
数Ｒiを計算してリチャードソン数に関する上記閾値と
比較することから、乱流層が存在するという判定を行う
方式を用いても良い。
【０１４４】また、水平方向の風速差Ｖcの大小と、密
度の変化率ρcの大小との両方の情報を用いて乱流層の
検出を行うには、水平方向の風速差Ｖcに関する閾値と
密度の変化率ρcに関する閾値とを両方決めておき、大
気層１の各部分において、水平方向の風速差Ｖcの測定
値が、水平方向の風速差Ｖcに関する上記閾値を越える
ときと、密度の変化率ρcの測定値が、密度の変化率ρc
に関する上記閾値より小さくなるときとの内、少なくと
もどちらか一方の条件を満たすときに乱流層が存在する
という判定を行う方式を用いればよい。
【０１４５】また、上述したリチャードソン数Ｒiに関
する閾値を決めておき、大気層１の各部分において、大
気層１の上下層にある観測点４における水平方向の風速
差Ｖ cの測定値と密度の変化率ρcの測定値とから、式
（１）において大気層の厚さＤを大気層１を挟む上下層
の各部分における２つの観測点４の高度差Ｄ１に置き換
えて、２つの観測点４間の高度におけるリチャードソン
数Ｒiを計算し、この値がリチャードソン数Ｒiに関する
閾値より小さくなるときに乱流層が存在するという判定
を行っても良い。
【０１４６】次に、本発明の実施の形態３に係る乱流層
検出装置の動作について説明する。送信部３１は、上記
２本のビーム５を大気中に送信する。受信部３２は、２
本のビーム５のそれぞれに関して、ビーム５が大気中の
微粒子等により散乱されることにより生じる信号を受信
する。
【０１４７】次に、風速測定部３３は、上記２本のビー
ム５のそれぞれについて、受信部３２により受信した受
信信号から、観測点４における風速のビーム方向成分Ｖ
bを測定する。一方、密度測定部３４は、上記２本のビ
ーム５のそれぞれについて、受信部３２により受信した
受信信号から密度を測定する。
【０１４８】なお、風速測定部３３が風速のビーム方向
成分Ｖbを測定する場合には、風速測定部３３は、ビー
ム上の２つの観測点４における水平方向の風速Ｖhを、
（式２）により求める。
【０１４９】次に、乱流層検出部３５は、上記２本の各
ビーム上の観測点４において、水平方向の風速Ｖhを測
定することから、大気層１のある部分において、大気層
１の上下層の水平方向の風速差Ｖcを検出し、水平方向
の風速差Ｖcの大小から、大気層１の各部分における乱
流層の有無を検出する。
【０１５０】また、上記２本の各ビーム上の観測点４に
おいて、密度を測定し、大気層１のある部分における、
密度の変化率ρcを推定し、推定した密度の変化率ρcの
大小から、大気層１のある部分における乱流層の有無を
検出する。乱流層検出部３５は、上記水平方向の風速差
Ｖcの大小と上記密度の変化率ρcの大小との、両方の情
報から、乱流層を検出しても良いし、いずれか一方から
乱流層を検出しても良い。
【０１５１】最後に、乱流層検出部３５は、乱流層が検
出された場合、乱流層検出装置３は、航空機２に対して
乱流層の存在を知らしめるための信号を送信する。
【０１５２】このような構成の本発明の実施の形態３に
おける乱流層検出装置は、乱流層中の風速を直接測定す
るのではなく、乱流層を挟む上下の層における風速およ
び密度を測定している。乱流層を挟む上下の層における
風速および密度は、乱流層中の風速および密度と比較し
て安定している。したがって、風速および密度を測定す
る上での誤差を小さくできる。これにより、乱流層の検
出に関する確度を上げることができる。
【０１５３】また、２つの観測点４のみにおける風速お
よび密度の測定結果から、２つの観測点４間における乱
流層の存在を検出できるので、風速および密度を大気層
１の内部までさらに多点にわたって測定する必要がな
く、検出に要する時間を短縮することができる。
【０１５４】また、同じ受信信号から、大気中の複数の
観測点における風速および密度の両方を測定しているの
で、送信部と受信部は１つずつあればよい。したがっ
て、温位と風速を測定する従来の方法と比較して、装置
を廉価にできる。
【０１５５】尚、図８において、ビーム５の数は２つで
あったが、この数を３つ以上にし、大気層１を挟む上下
層の複数部分において、乱流層の有無を検出できるよう
にすれば、乱流層の存在の分布および乱流層のプロファ
イルを検出することができる。
【０１５６】図８においては、大気層１は、地表に対し
て水平であるが、密度の変化率ρcから乱流層の検出を
行うのであれば、大気層１は地表に対して水平でなくと
も、図９に示すように、大気層１が曲がっていても構わ
ない。
【０１５７】なお、図８において、ビーム５上の観測点
４の数は２つであるが、この数は２つ以上であればいく
つでもよい。図９にビーム５上の観測点４を４つにした
場合を示す。各時点におけるビーム５上の観測点４を多
くすれば、より広い範囲において、大気層１における乱
流層の存在の有無を、密度の変化率ρcと、大気層１の
上下層における風速差Ｖcとの両方の測定結果を用いて
行うことができる。これにより、大気層１が水平でない
場合における、乱流層の検出の確度を上げることができ
る。
【０１５８】なお、上述した、密度の変化率の測定ρc
と、大気層１を挟む上下層の水平方向の風速差Ｖcの測
定の内、通常はどちらか一方のみの測定結果を用いて乱
流層の検出を行い、乱流層を検出したと判定した際にも
う一方の機能を用いて乱流層の有無を確認すれば、密度
の変化率ρcと、大気層１を挟む上下層の層の方向に沿
った風速差Ｖcの測定の両方の測定を常時行う場合と比
較して、乱流層検出装置３で受信信号に対して行う処理
を減らし、装置を廉価にすることが可能になる。
【０１５９】
【発明の効果】この発明に係る乱流層検出装置は、大気
中に電磁波、音波、もしくは光波のビームを送信する送
信部と、送信部が送信し、大気中の微粒子等により散乱
された電磁波、音波、もしくは光波を受信する受信部
と、受信部が受信した受信信号から、ビーム上の２箇所
以上の観測点において風速のビーム方向成分を測定する
風速測定部、あるいはビーム上の２箇所以上の観測点に
おいて密度を測定する密度測定部のいずれか一方と、風
速測定部あるいは密度測定部のいずれか一方の出力に基
づいて、乱流層の有無の検出をする乱流層検出部とを備
えている。そのため、乱流層中の風速を直接測定するの
ではなく、乱流層を挟む上下の層における風速および密
度の測定を可能にする。乱流層を挟む上下層における風
速および密度は、乱流層中の風速および密度と比較して
安定している。したがって、風速および密度を測定する
上での誤差を小さくできる。これにより、乱流層の検出
に関する精度を上げることができる。
【０１６０】また、風速測定部は、風速のビーム方向成
分から水平方向の風速を求める。そのため、水平方向の
風速を用いることにより、リチャードソン数による乱流
層の有無の検出が可能になる。
【０１６１】また、２箇所以上の観測点の隣り合う２つ
の観測点の高度差は、検出する乱流層の厚さよりも大き
い。そのため、このように観測点間の距離を、検出する
乱流層の厚さよりも大きく決めることにより、隣り合う
２つの観測点の両方が、検出する必要のある厚さの乱流
層中に存在することを防ぐことができる。これにより、
隣り合う２つの観測点を、検出する必要のある厚さの乱
流層を挟む上下の層中に配置できる確率を高めることが
できる。
【０１６２】また、乱流層検出部は、ビーム上の２箇所
以上の観測点の隣り合う２つの観測点における水平方向
の風速から、水平方向の風速差を検出し、この水平方向
の風速差の大小から乱流層を検出し、あるいは、ビーム
上の２箇所以上の観測点の隣り合う２つの観測点におけ
る密度を測定し、この隣り合う２つの観測点間の高度に
おける密度の変化率を測定し、この密度の変化率の大小
から乱流層を検出する。そのため、リチャードソン数と
乱流層の有無の関係からも分かるように、水平方向の風
速差および密度の変化率は、乱流層を検出する上での指
標となる。したがって、水平方向の風速差および密度の
変化率を測定することにより、乱流層の有無を高精度で
検出することができる。
【０１６３】また、乱流層検出部は、水平方向の風速差
に関する所定の閾値を有し、水平方向の風速差が、この
閾値を超えるときに乱流層が存在する判定を行う。その
ため、水平方向の風速差が所定の閾値以上である乱流層
を確実に検出することができる。
【０１６４】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、既知である大気の密度分布
から、密度の変化率を推定し、この密度の変化率と測定
された水平方向の風速差とを用いて、リチャードソン数
を計算し、このリチャードソン数が、リチャードソン数
に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層が存在
する判定を行う。そのため、水平方向の風速差および密
度の変化率の両方の値をもとに、乱流層の有無の検出を
行うので、乱流層の検出の確度をさらに上げることがで
きる。
【０１６５】また、乱流層検出部は、密度の変化率に関
する所定の閾値を有し、密度の変化率の測定値が、この
閾値より小さくなるときに乱流層が存在する判定を行
う。そのため、密度の変化率が所定の閾値より小さい乱
流層を確実に検出することができる。
【０１６６】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、既知である大気の風速分布
から、水平方向の風速差を推定し、この水平方向の風速
差と測定された密度の変化率とを用いて、リチャードソ
ン数を計算し、このリチャードソン数が、リチャードソ
ン数に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層が
存在する判定を行う。そのため、水平方向の風速差およ
び密度の変化率の両方の値をもとに、乱流層の有無の検
出を行うので、乱流層の検出の確度をさらに上げること
ができる。
【０１６７】また、乱流層検出部は、水平方向の風速差
に関する所定の閾値と密度の変化率に関する所定の閾値
とを有し、水平方向の風速差の測定値が、この水平方向
の風速差に関する所定の閾値を超えるときと、密度の変
化率の測定値が、密度の変化率に関する所定の閾値より
小さいときの内、少なくともどちらか一方の条件を満足
するときに乱流層が存在する判定を行う。そのため、水
平方向の風速差が水平方向の風速差の所定の閾値よりも
大きく、または、密度差が密度差に関する所定の閾値よ
り小さい乱流層を確実に検出することができる。
【０１６８】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、水平方向の風速差の測定値
と密度の変化率の測定値を用いて、リチャードソン数を
計算し、このリチャードソン数が、リチャードソン数に
関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層が存在す
る判定を行う。そのため、水平方向の風速差および密度
の変化率の両方の値をもとに、大気層の乱れの程度を示
す値であるリチャードソン数を用いて乱流層の有無の検
出を行うので、乱流層の検出の確度をさらに上げること
ができる。
【０１６９】また、乱流層検出部は、密度の変化率と、
水平方向の風速差のうち、どちらか一方の測定結果を用
いて乱流層の検出を行い、乱流層を検出したと判定した
際にもう一方の測定結果を用いて乱流層の有無を確認す
る。そのため、密度の変化率と、水平方向の風速差のう
ち、どちらか一方の測定結果を用いて乱流層の検出を行
い、乱流層を検出したと判定した際にもう一方の測定結
果を用いて乱流層の有無を確認すれば、密度の変化率
と、水平方向の風速差の測定の両方の測定を常時行う場
合と比較して、乱流層検出装置で受信信号に対して行う
処理を減らすことができ、装置を廉価にすることができ
る。
【０１７０】また、送信部は、ビームの方向を、大気中
において逐次スキャンさせ、受信部は、スキャンされた
ビームが大気中の微粒子等により散乱されたものを受信
する。そのため、ビームをスキャンすることにより、大
気層の複数部分における、上下層の風速の水平方向成分
および密度を測定するので、大気層およびそれを挟む上
下層が水平方向に一様でなくとも、乱流層の有無を検出
できる。さらには乱流層の存在の分布および乱流層のプ
ロファイルを検出することができる。
【０１７１】また、風速測定部は、ビームの方向をスキ
ャンする過程における各時点において、ビーム上の２箇
所以上の観測点において風速のビーム方向成分を測定
し、密度測定部は、ビームの方向をスキャンする過程に
おける各時点において、ビーム上の２箇所以上の観測点
において密度を測定する。そのため、これにより、乱流
層中の風速を直接測定するのではなく、乱流層を挟む上
下の層における風速および密度の測定を可能にする。乱
流層を挟む上下層における風速および密度は、乱流層中
の風速および密度と比較して安定している。したがっ
て、風速および密度を測定する上での誤差を小さくでき
る。これにより、乱流層の検出に関する精度を上げるこ
とができる。
【０１７２】また、風速測定部は、ビームの方向をスキ
ャンする過程の各時点において、風速のビーム方向成分
から水平方向の風速を求める。そのため、水平方向の風
速を用いることにより、リチャードソン数による乱流層
の有無の検出が可能になる。
【０１７３】また、２箇所以上の観測点の隣り合う２つ
の観測点の高度差は、検出する乱流層の厚さよりも大き
い。そのため、このように観測点間の距離を、検出する
乱流層の厚さよりも大きく決めることにより、隣り合う
２つの観測点の両方が、検出する必要のある厚さの乱流
層中に存在することを防ぐことができる。これにより、
隣り合う２つの観測点を、検出する必要のある厚さの乱
流層を挟む上下の層中に配置できる確率を高めることが
できる。
【０１７４】また、乱流層検出部は、ビームの方向をス
キャンする過程の各時点におけるビーム上の観測点にお
ける水平方向の風速から、大気層の各部分において、大
気層の上下層の水平方向の風速差を検出し、この水平方
向の風速差の大小から、大気層の各部分における乱流層
の有無を検出し、あるいは、ビームをスキャンする過程
におけるビームの方向の各時点におけるビーム上の観測
点における密度を測定し、大気層の各部分において、密
度の変化率を測定し、この密度の変化率の大小から、大
気層の各部分における乱流層の有無を検出する。そのた
め、リチャードソン数と乱流層の有無の関係からも分か
るように、水平方向の風速差および密度の変化率は、乱
流層を検出する上での指標となる。したがって、水平方
向の風速差および密度の変化率を測定することにより、
乱流層の有無を高精度で検出することができる。
【０１７５】また、乱流層検出部は、水平方向の風速差
に関する所定の閾値を有し、水平方向の風速差が、この
閾値を超えるときに乱流層が存在する判定を行う。その
ため、水平方向の風速差が所定の閾値以上である乱流層
を確実に検出することができる。
【０１７６】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、既知である大気の密度分布
から、密度の変化率を推定し、この密度の変化率と測定
された水平方向の風速差とを用いて、リチャードソン数
を計算し、このリチャードソン数が、リチャードソン数
に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層が存在
する判定を行う。そのため、水平方向の風速差および密
度の変化率の両方の値をもとに、乱流層の有無の検出を
行うので、乱流層の検出の確度をさらに上げることがで
きる。
【０１７７】また、乱流層検出部は、密度の変化率に関
する所定の閾値を有し、大気層の各部分における密度の
変化率の測定値が、この閾値より小さくなるときに乱流
層が存在する判定を行う。そのため、密度差が所定の閾
値より小さい乱流層を確実に検出することができる。
【０１７８】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、既知である大気の風速分布
から、水平方向の風速差を推定し、この水平方向の風速
差と測定された密度の変化率とを用いて、リチャードソ
ン数を計算し、このリチャードソン数が、リチャードソ
ン数に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層が
存在する判定を行う。そのため、水平方向の風速差およ
び密度の変化率の両方の値をもとに、乱流層の有無の検
出を行うので、乱流層の検出の確度をさらに上げること
ができる。
【０１７９】また、乱流層検出部は、水平方向の風速差
に関する所定の閾値と密度の変化率に関する所定の閾値
とを有し、大気層の各部分において、大気層の上下層に
ある観測点における水平方向の風速差が、この水平方向
の風速差に関する所定の閾値を超えるときと、大気層の
上下層にある観測点における密度の変化率の測定値が、
密度の変化率に関する所定の閾値より小さいときの内、
少なくともどちらか一方の条件を満足するときに乱流層
が存在する判定を行う。そのため、水平方向の風速差が
水平方向の風速差の所定の閾値よりも大きく、または、
密度差が密度差に関する所定の閾値より小さい乱流層を
確実に検出することができる。
【０１８０】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、大気層の各部分において、
大気層の上下層にある観測点における水平方向の風速差
の測定値と密度の変化率の測定値を用いて、リチャード
ソン数を計算し、このリチャードソン数が、リチャード
ソン数に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層
が存在する判定を行う。そのため、水平方向の風速差お
よび密度の変化率の両方の値をもとに、大気層の乱れの
程度を示す値であるリチャードソン数を用いて乱流層の
有無の検出を行うので、乱流層の検出の確度をさらに上
げることができる。
【０１８１】また、乱流層検出部は、密度の変化率と、
大気層を挟む上下層の水平方向の風速差のうち、どちら
か一方の測定結果を用いて乱流層の検出を行い、乱流層
を検出したと判定した際にもう一方の測定結果を用いて
乱流層の有無を確認する。そのため、密度の変化率と、
水平方向の風速差のうち、どちらか一方の測定結果を用
いて乱流層の検出を行い、乱流層を検出したと判定した
際にもう一方の測定結果を用いて乱流層の有無を確認す
れば、密度の変化率と、水平方向の風速差の測定の両方
の測定を常時行う場合と比較して、乱流層検出装置で受
信信号に対して行う処理を減らすことができ、装置を廉
価にすることができる。
【０１８２】また、送信部は、電磁波、音波、もしくは
光波の２本以上のビームを送信する機能を有し、受信部
は、２本以上のビームのそれぞれについて、大気中の微
粒子等により散乱されることにより生じる電磁波、音
波、もしくは光波を受信する。そのため、２つの観測点
４のみにおける風速および密度の測定結果から、２つの
観測点４間における乱流層の存在を検出できるので、風
速および密度を大気層１の内部までさらに多点にわたっ
て測定する必要がなく、検出に要する時間を短縮するこ
とができる。
【０１８３】また、風速測定部は、２本以上の各ビーム
上の観測点において、風速のビーム方向成分を測定し、
密度測定部は、２本以上の各ビーム上の観測点におい
て、密度を測定する。そのため、乱流層中の風速を直接
測定するのではなく、乱流層を挟む上下の層における風
速および密度の測定を可能にする。乱流層を挟む上下層
における風速および密度は、乱流層中の風速および密度
と比較して安定している。したがって、風速および密度
を測定する上での誤差を小さくできる。これにより、乱
流層の検出に関する精度を上げることができる。
【０１８４】また、風速測定部は、２本以上のビーム上
の観測点において、風速のビーム方向成分から水平方向
の風速を求める。そのため、水平方向の風速を用いるこ
とにより、リチャードソン数による乱流層の有無の検出
が可能になる。
【０１８５】また、２本以上のビーム上の各々の観測点
のうちの少なくとも２つの観測点の位置は、地表に対し
て垂直方向に沿った２箇所である。そのため、地表に対
して垂直方向に沿った２箇所で測定するので、乱流層の
検出に関する精度を上げることができる。
【０１８６】また、地表に対して垂直方向に沿った２箇
所の距離は、検出する乱流層の厚さよりも大きい。その
ため、このように観測点間の距離を、検出する乱流層の
厚さよりも大きく決めることにより、隣り合う２つの観
測点の両方が、検出する必要のある厚さの乱流層中に存
在することを防ぐことができる。これにより、隣り合う
２つの観測点を、検出する必要のある厚さの乱流層を挟
む上下の層中に配置できる確率を高めることができる。
【０１８７】また、乱流層検出部は、２本以上の各ビー
ム上の観測点における水平方向の風速から、大気層の各
部分において、大気層の上下層の水平方向の風速差を検
出し、この水平方向の風速差の大小から、大気層の各部
分における乱流層の有無を検出し、あるいは、２本以上
の各ビーム上の観測点における密度を測定し、大気層の
各部分において、密度の変化率を測定し、この密度の変
化率の大小から、大気層の各部分における乱流層の有無
を検出する。そのため、リチャードソン数と乱流層の有
無の関係からも分かるように、水平方向の風速差および
密度の変化率は、乱流層を検出する上での指標となる。
したがって、水平方向の風速差および密度の変化率を測
定することにより、乱流層の有無を高精度で検出するこ
とができる。
【０１８８】また、乱流層検出部は、水平方向の風速差
に関する所定の閾値を有し、水平方向の風速差が、この
閾値を超えるときに乱流層が存在する判定を行う。その
ため、水平方向の風速差が所定の閾値以上である乱流層
を確実に検出することができる。
【０１８９】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、既知である大気の密度分布
から、密度の変化率を推定し、この密度の変化率と測定
された水平方向の風速差とを用いて、リチャードソン数
を計算し、このリチャードソン数が、リチャードソン数
に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層が存在
する判定を行う。そのため、水平方向の風速差および密
度の変化率の両方の値をもとに、乱流層の有無の検出を
行うので、乱流層の検出の確度をさらに上げることがで
きる。
【０１９０】また、乱流層検出部は、密度の変化率に関
する所定の閾値を有し、密度の変化率の測定値が、この
閾値より小さいときに乱流層が存在する判定を行う。そ
のため、密度差が所定の閾値より小さい乱流層を確実に
検出することができる。
【０１９１】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、既知である大気の風速分布
から、水平方向の風速差を推定し、この水平方向の風速
差と測定された密度の変化率とを用いて、リチャードソ
ン数を計算し、このリチャードソン数が、リチャードソ
ン数に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層が
存在する判定を行う。そのため、水平方向の風速差およ
び密度の変化率の両方の値をもとに、乱流層の有無の検
出を行うので、乱流層の検出の確度をさらに上げること
ができる。
【０１９２】また、乱流層検出部は、水平方向の風速差
に関する所定の閾値と密度の変化率に関する所定の閾値
とを有し、大気層の各部分において、大気層の上下層に
ある観測点における水平方向の風速差が、この水平方向
の風速差に関する所定の閾値を超えるときと、大気層の
上下層にある観測点における密度の変化率の測定値が、
密度の変化率に関する所定の閾値より小さいときの内、
少なくともどちらか一方の条件を満足するときに乱流層
が存在する判定を行う。そのため、水平方向の風速差が
水平方向の風速差の所定の閾値よりも大きく、または、
密度差が密度差に関する所定の閾値以上である乱流層を
確実に検出することができる。
【０１９３】また、乱流層検出部は、リチャードソン数
に関する所定の閾値を有し、大気層の各部分において、
大気層の上下層にある観測点における水平方向の風速差
の測定値と密度の変化率の測定値を用いて、リチャード
ソン数を計算し、このリチャードソン数が、リチャード
ソン数に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層
が存在する判定を行う。そのため、水平方向の風速差お
よび密度の変化率の両方の値をもとに、大気層の乱れの
程度を示す値であるリチャードソン数を用いて乱流層の
有無の検出を行うので、乱流層の検出の確度をさらに上
げることができる。
【０１９４】また、乱流層検出部は、密度の変化率と、
大気層を挟む上下層の水平方向の風速差のうち、どちら
か一方の測定結果を用いて乱流層の検出を行い、乱流層
を検出したと判定した際にもう一方の測定結果を用いて
乱流層の有無を確認する。そのため、密度の変化率と、
水平方向の風速差のうち、どちらか一方の測定結果を用
いて乱流層の検出を行い、乱流層を検出したと判定した
際にもう一方の測定結果を用いて乱流層の有無を確認す
れば、密度の変化率と、水平方向の風速差の測定の両方
の測定を常時行う場合と比較して、乱流層検出装置で受
信信号に対して行う処理を減らすことができ、装置を廉
価にすることができる。
【０１９５】さらに、リチャードソン数に関する所定の
閾値が、０．２５である。そのため、特に航空機の運行
において問題となる渦状の乱気流の存在する乱流層を検
出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１に係わる乱流層検出
装置を説明する説明図である。
【図２】 図１の乱流層検出装置の構成を示すブロック
図である。
【図３】 乱流層発生の遷移を説明する図である。
【図４】 送信部が送信する送信信号の波形を示す波形
図である。
【図５】 観測点を４つに増やした場合を説明する説明
図である。
【図６】 この発明の実施の形態２に係わる乱流層検出
装置を説明する説明図である。
【図７】 実施の形態２において曲がった大気層を検出
する様子を説明する説明図である。
【図８】 この発明の実施の形態３に係わる乱流層検出
装置を説明する説明図である。
【図９】 実施の形態３において曲がった大気層を検出
する様子を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ 大気層、２ 航空機、３ 乱流層検出装置、４ 観
測点、５ ビーム、６風向き、３１ 送信部、３２ 受
信部、３３ 風速測定部、３４ 密度測定部、３５ 乱
流層検出部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和高 修三 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 田中 秀俊 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 木瀬 若桜 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内

Claims (37)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 大気中に電磁波、音波、もしくは光波の
    ビームを送信する送信部と、 上記送信部が送信し、大気中の微粒子等により散乱され
    た電磁波、音波、もしくは光波を受信する受信部と、 上記受信部が受信した受信信号から、上記ビーム上の２
    箇所以上の観測点において風速のビーム方向成分を測定
    する風速測定部、あるいは上記ビーム上の２箇所以上の
    観測点において密度を測定する密度測定部のいずれか一
    方と、 上記風速測定部あるいは上記密度測定部のいずれか一方
    の出力に基づいて、乱流層の有無の検出をする乱流層検
    出部とを備えたことを特徴とする乱流層検出装置。
  2. 【請求項２】 上記風速測定部は、風速の上記ビーム方
    向成分から水平方向の風速を求めることを特徴とする請
    求項１記載の乱流層検出装置。
  3. 【請求項３】 上記２箇所以上の観測点の隣り合う２つ
    の観測点の高度差は、検出する乱流層の厚さよりも大き
    いことを特徴とする請求項１または請求項２記載の乱流
    層検出装置。
  4. 【請求項４】 上記乱流層検出部は、上記ビーム上の２
    箇所以上の観測点の隣り合う２つの観測点における上記
    水平方向の風速から、水平方向の風速差を検出し、該水
    平方向の風速差の大小から乱流層を検出し、 あるいは、上記ビーム上の２箇所以上の観測点の隣り合
    う２つの観測点における密度を測定し、該隣り合う２つ
    の観測点間の高度における密度の変化率を測定し、該密
    度の変化率の大小から乱流層を検出することを特徴とす
    る請求項２記載の乱流層検出装置。
  5. 【請求項５】 上記乱流層検出部は、水平方向の風速差
    に関する所定の閾値を有し、上記水平方向の風速差が、
    該閾値を超えるときに乱流層が存在する判定を行うこと
    を特徴とする請求項４記載の乱流層検出装置。
  6. 【請求項６】 上記乱流層検出部は、リチャードソン数
    に関する所定の閾値を有し、既知である大気の密度分布
    から、密度の変化率を推定し、該密度の変化率と測定さ
    れた上記水平方向の風速差とを用いて、リチャードソン
    数を計算し、該リチャードソン数が、上記リチャードソ
    ン数に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層が
    存在する判定を行うことを特徴とする請求項４記載の乱
    流層検出装置。
  7. 【請求項７】 上記乱流層検出部は、密度の変化率に関
    する所定の閾値を有し、密度の変化率の測定値が、該閾
    値より小さくなるときに乱流層が存在する判定を行うこ
    とを特徴とする請求項４記載の乱流層検出装置。
  8. 【請求項８】 上記乱流層検出部は、リチャードソン数
    に関する所定の閾値を有し、既知である大気の風速分布
    から、上記水平方向の風速差を推定し、該水平方向の風
    速差と測定された上記密度の変化率とを用いて、リチャ
    ードソン数を計算し、該リチャードソン数が、上記リチ
    ャードソン数に関する所定の閾値より小さくなるときに
    乱流層が存在する判定を行うことを特徴とする請求項４
    記載の乱流層検出装置。
  9. 【請求項９】 上記乱流層検出部は、水平方向の風速差
    に関する所定の閾値と密度の変化率に関する所定の閾値
    とを有し、水平方向の風速差の測定値が、該水平方向の
    風速差に関する所定の閾値を超えるときと、密度の変化
    率の測定値が、密度の変化率に関する所定の閾値より小
    さくなるときの内、少なくともどちらか一方の条件を満
    たすときに乱流層が存在する判定を行うことを特徴とす
    る請求項４記載の乱流層検出装置。
  10. 【請求項１０】 上記乱流層検出部は、リチャードソン
    数に関する所定の閾値を有し、上記水平方向の風速差の
    測定値と密度の変化率の測定値を用いて、リチャードソ
    ン数を計算し、該リチャードソン数が、上記リチャード
    ソン数に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層
    が存在する判定を行うことを特徴とする請求項４記載の
    乱流層検出装置。
  11. 【請求項１１】 上記乱流層検出部は、上記密度の変化
    率と、上記水平方向の風速差のうち、どちらか一方の測
    定結果を用いて乱流層の検出を行い、乱流層を検出した
    と判定した際にもう一方の測定結果を用いて乱流層の有
    無を確認することを特徴とする請求項４乃至請求項１０
    のいずれか記載の乱流層検出装置。
  12. 【請求項１２】 上記送信部は、上記ビームの方向を、
    大気中において逐次スキャンさせ、上記受信部は、スキ
    ャンされた該ビームが大気中の微粒子等により散乱され
    たものを受信することを特徴とする請求項１記載の乱流
    層検出装置。
  13. 【請求項１３】 上記風速測定部は、上記ビームの方向
    をスキャンする過程における各時点において、上記ビー
    ム上の２箇所以上の観測点において風速のビーム方向成
    分を測定し、 上記密度測定部は、上記ビームの方向をスキャンする過
    程における各時点において、上記ビーム上の２箇所以上
    の観測点において密度を測定することを特徴とする請求
    項１２記載の乱流層検出装置。
  14. 【請求項１４】 上記風速測定部は、上記ビームの方向
    をスキャンする過程の各時点において、風速の上記ビー
    ム方向成分から水平方向の風速を求めることを特徴とす
    る請求項１３記載の乱流層検出装置。
  15. 【請求項１５】 上記２箇所以上の観測点の隣り合う２
    つの観測点の高度差は、検出する乱流層の厚さよりも大
    きいことを特徴とする請求項１３または請求項１４記載
    の乱流層検出装置。
  16. 【請求項１６】 上記乱流層検出部は、上記ビームの方
    向をスキャンする過程の各時点におけるビーム上の観測
    点における水平方向の風速から、大気層の各部分におい
    て、大気層の上下層の水平方向の風速差を検出し、該水
    平方向の風速差の大小から、大気層の各部分における乱
    流層の有無を検出し、 あるいは、上記ビームをスキャンする過程におけるビー
    ムの方向の各時点におけるビーム上の観測点における密
    度を測定し、大気層の各部分において、密度の変化率を
    測定し、該密度の変化率の大小から、大気層の各部分に
    おける乱流層の有無を検出することを特徴とする請求項
    １４記載の乱流層検出装置。
  17. 【請求項１７】 上記乱流層検出部は、水平方向の風速
    差に関する所定の閾値を有し、上記水平方向の風速差
    が、該閾値を超えるときに乱流層が存在する判定を行う
    ことを特徴とする請求項１６記載の乱流層検出装置。
  18. 【請求項１８】 上記乱流層検出部は、リチャードソン
    数に関する所定の閾値を有し、既知である大気の密度分
    布から、密度の変化率を推定し、該密度の変化率と測定
    された上記水平方向の風速差とを用いて、リチャードソ
    ン数を計算し、該リチャードソン数が、上記リチャード
    ソン数に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層
    が存在する判定を行うことを特徴とする請求項１６記載
    の乱流層検出装置。
  19. 【請求項１９】 上記乱流層検出部は、密度の変化率に
    関する所定の閾値を有し、大気層の各部分における密度
    の変化率の測定値が、該閾値より小さくなるときに乱流
    層が存在する判定を行うことを特徴とする請求項１６記
    載の乱流層検出装置。
  20. 【請求項２０】 上記乱流層検出部は、リチャードソン
    数に関する所定の閾値を有し、既知である大気の風速分
    布から、上記水平方向の風速差を推定し、該水平方向の
    風速差と測定された上記密度の変化率とを用いて、リチ
    ャードソン数を計算し、該リチャードソン数が、上記リ
    チャードソン数に関する所定の閾値より小さくなるとき
    に乱流層が存在する判定を行うことを特徴とする請求項
    １６記載の乱流層検出装置。
  21. 【請求項２１】 上記乱流層検出部は、水平方向の風速
    差に関する所定の閾値と密度の変化率に関する所定の閾
    値とを有し、大気層の各部分において、大気層の上下層
    にある観測点における水平方向の風速差が、該水平方向
    の風速差に関する所定の閾値を超えるときと、大気層の
    上下層にある観測点における密度の変化率の測定値が、
    密度の変化率に関する所定の閾値より小さくなるときの
    内、少なくともどちらか一方の条件を満たすときに乱流
    層が存在する判定を行うことを特徴とする請求項１６記
    載の乱流層検出装置。
  22. 【請求項２２】 上記乱流層検出部は、リチャードソン
    数に関する所定の閾値を有し、大気層の各部分におい
    て、大気層の上下層にある観測点における水平方向の風
    速差の測定値と密度の変化率の測定値を用いて、リチャ
    ードソン数を計算し、該リチャードソン数が、上記リチ
    ャードソン数に関する所定の閾値より小さくなるときに
    乱流層が存在する判定を行うことを特徴とする請求項１
    ６記載の乱流層検出装置。
  23. 【請求項２３】 上記乱流層検出部は、上記密度の変化
    率と、大気層を挟む上下層の上記水平方向の風速差のう
    ち、どちらか一方の測定結果を用いて乱流層の検出を行
    い、乱流層を検出したと判定した際にもう一方の測定結
    果を用いて乱流層の有無を確認することを特徴とする請
    求項１６乃至請求項２２のいずれか記載の乱流層検出装
    置。
  24. 【請求項２４】 上記送信部は、電磁波、音波、もしく
    は光波の２本以上のビームを送信する機能を有し、上記
    受信部は、２本以上の上記ビームのそれぞれについて、
    大気中の微粒子等により散乱されることにより生じる電
    磁波、音波、もしくは光波を受信することを特徴とする
    請求項１に記載の乱流層検出装置。
  25. 【請求項２５】 上記風速測定部は、上記２本以上の各
    ビーム上の観測点において、風速のビーム方向成分を測
    定し、 上記密度測定部は、上記２本以上の各ビーム上の観測点
    において、密度を測定することを特徴とする請求項２４
    記載の乱流層検出装置。
  26. 【請求項２６】 上記風速測定部は、上記２本以上のビ
    ーム上の観測点において、風速の上記ビーム方向成分か
    ら水平方向の風速を求めることを特徴とする請求項２５
    記載の乱流層検出装置。
  27. 【請求項２７】 上記２本以上のビーム上の各々の観測
    点のうちの少なくとも２つの観測点の位置は、地表に対
    して垂直方向に沿った２箇所であることを特徴とする請
    求項２５または請求項２６記載の乱流層検出装置。
  28. 【請求項２８】 上記地表に対して垂直方向に沿った２
    箇所の距離は、検出する乱流層の厚さよりも大きいこと
    を特徴とする請求項２７記載の乱流層検出装置。
  29. 【請求項２９】 上記乱流層検出部は、上記２本以上の
    各ビーム上の観測点における水平方向の風速から、大気
    層の各部分において、大気層の上下層の水平方向の風速
    差を検出し、該水平方向の風速差の大小から、大気層の
    各部分における乱流層の有無を検出し、 あるいは、上記２本以上の各ビーム上の観測点における
    密度を測定し、大気層の各部分において、密度の変化率
    を測定し、該密度の変化率の大小から、大気層の各部分
    における乱流層の有無を検出することを特徴とする請求
    項２６記載の乱流層検出装置。
  30. 【請求項３０】 上記乱流層検出部は、水平方向の風速
    差に関する所定の閾値を有し、上記水平方向の風速差
    が、該閾値を超えるときに乱流層が存在する判定を行う
    ことを特徴とする請求項２９記載の乱流層検出装置。
  31. 【請求項３１】 上記乱流層検出部は、リチャードソン
    数に関する所定の閾値を有し、既知である大気の密度分
    布から、密度の変化率を推定し、該密度の変化率と測定
    された上記水平方向の風速差とを用いて、リチャードソ
    ン数を計算し、該リチャードソン数が、上記リチャード
    ソン数に関する所定の閾値より小さくなるときに乱流層
    が存在する判定を行うことを特徴とする請求項２９記載
    の乱流層検出装置。
  32. 【請求項３２】 上記乱流層検出部は、密度の変化率に
    関する所定の閾値を有し、密度の変化率の測定値が、該
    閾値より小さくなるときに乱流層が存在する判定を行う
    ことを特徴とする請求項２９記載の乱流層検出装置。
  33. 【請求項３３】 上記乱流層検出部は、リチャードソン
    数に関する所定の閾値を有し、既知である大気の風速分
    布から、上記水平方向の風速差を推定し、該水平方向の
    風速差と測定された上記密度の変化率とを用いて、リチ
    ャードソン数を計算し、該リチャードソン数が、上記リ
    チャードソン数に関する所定の閾値より小さくなるとき
    に乱流層が存在する判定を行うことを特徴とする請求項
    ２９記載の乱流層検出装置。
  34. 【請求項３４】 上記乱流層検出部は、水平方向の風速
    差に関する所定の閾値と密度の変化率に関する所定の閾
    値とを有し、大気層の各部分において、大気層の上下層
    にある観測点における水平方向の風速差が、該水平方向
    の風速差に関する所定の閾値を超えるときと、大気層の
    上下層にある観測点における密度の変化率の測定値が、
    密度の変化率に関する所定の閾値より小さくなるときの
    内、少なくともどちらか一方の条件を満たすときに乱流
    層が存在する判定を行うことを特徴とする請求項２９記
    載の乱流層検出装置。
  35. 【請求項３５】 上記乱流層検出部は、リチャードソン
    数に関する所定の閾値を有し、大気層の各部分におい
    て、大気層の上下層にある観測点における水平方向の風
    速差の測定値と密度の変化率の測定値を用いて、リチャ
    ードソン数を計算し、該リチャードソン数が、上記リチ
    ャードソン数に関する所定の閾値より小さくなるときに
    乱流層が存在する判定を行うことを特徴とする請求項２
    ９記載の乱流層検出装置。
  36. 【請求項３６】 上記乱流層検出部は、上記密度の変化
    率と、大気層を挟む上下層の上記水平方向の風速差のう
    ち、どちらか一方の測定結果を用いて乱流層の検出を行
    い、乱流層を検出したと判定した際にもう一方の測定結
    果を用いて乱流層の有無を確認することを特徴とする請
    求項２９乃至請求項３５のいずれか記載の乱流層検出装
    置。
  37. 【請求項３７】 上記リチャードソン数に関する所定の
    閾値が、０．２５であることを特徴とする請求項６、請
    求項８、請求項１０、請求項１８、請求項２０、請求項
    ２２、請求項３１、請求項３３及び請求項３５のいずれ
    か記載の乱流層検出装置。
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