JP2002267753A - Wind shear detector - Google Patents
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- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、レーザ・レーダ
を用いてウインドシア（大気の風向・風速の変化）を観
測するウインドシア検出装置に関するものである。[0001] 1. Field of the Invention [0002] The present invention relates to a wind shear detection apparatus for observing wind shear (change in wind direction and speed of the atmosphere) using a laser radar.
【０００２】[0002]
【従来の技術】図９は、従来のレーザ・レーダによる後
方乱気流の検出装置の系統図である。図において、方位
・仰角制御部２は、仰角及び方位方向を走査するビーム
指向制御信号を作成し、光送受信部１及び乱気流検出部
４へ出力する。光送受信部１は、ビーム指向制御信号で
指示された方向に送信レーザビームを出力する。送信さ
れた送信レーザビームは、空気中の塵などで反射され受
信光として、光送受信部１へ入力する。光送受信部１
は、受信光を光から電気信号に変換し、受信信号として
風向・風速検出部３へ出力する。2. Description of the Related Art FIG. 9 is a system diagram of a conventional wake turbulence detecting device using a laser radar. In the figure, an azimuth / elevation angle control unit 2 creates a beam pointing control signal for scanning an elevation angle and an azimuth direction, and outputs it to an optical transmission / reception unit 1 and a turbulence detection unit 4. The optical transceiver 1 outputs a transmission laser beam in the direction specified by the beam pointing control signal. The transmitted transmission laser beam is reflected by dust and the like in the air, and is input to the optical transmission / reception unit 1 as reception light. Optical transceiver 1
Converts the received light from light to an electric signal, and outputs the received signal to the wind direction / wind speed detection unit 3 as a received signal.
【０００３】風向・風速検出部３は、受信信号から風速
値とドップラ成分の方向（例えば、乱気流検出装置に近
づく時を「＋」、遠ざかる時を「−」と設定する符号）
を検出し、風速・風向情報として乱気流検出部４へ出力
する。乱気流検出部４は、風向・風速情報を図１０に示
すように各方位における１仰角走査毎に編集する。図１
０下図に示すように風向・風速情報は各方位における１
仰角走査毎に距離−仰角（または高度）の２次元座標上
のデータとして合成する。さらに後方乱気流の渦の発生
状況を検出し、この後方乱気流の渦の検出結果及び上記
の編集された風速・風向情報を合わせて表示用のデータ
を作成し、表示装置６に出力する。表示装置６は、乱気
流検出部４から入力する１仰角走査毎の表示データを順
次更新し表示する。[0003] The wind direction / wind speed detection unit 3 detects a wind speed value and a direction of a Doppler component from a received signal (for example, a sign that sets "+" when approaching the turbulence detection device and "-" when moving away from it).
And outputs it to the turbulence detector 4 as wind speed / wind direction information. The turbulence detector 4 edits the wind direction / wind speed information for each elevation scan in each direction as shown in FIG. Figure 1
0 As shown in the figure below, the wind direction / wind speed information is 1 in each direction.
The data is synthesized as data on two-dimensional coordinates of distance-elevation angle (or altitude) for each elevation scan. Further, the generation state of the vortex of the wake turbulence is detected, display data is created by combining the detection result of the vortex of the wake turbulence and the edited wind speed / wind direction information, and the display data is output to the display device 6. The display device 6 sequentially updates and displays the display data for each one elevation scan input from the turbulence detector 4.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】従来のレーザ・レーダ
を用いた後方乱気流検出装置は、航空機の航跡に発生す
る後方乱気流のみを観測していたので、航空機の離着陸
時に脅威となるウインドシアの観測は、別途ウインドシ
アを観測するレーダシステムの設置が必要で、また、ウ
インドシア観測のシステム構成が大きくなり、システム
製作費が高くなるなどの問題点があった。The conventional wake turbulence detecting device using a laser radar has only observed the wake turbulence generated in the wake of the aircraft. However, there is a problem that a radar system for separately observing wind shears needs to be installed, and a system configuration for wind shear observation becomes large, and the system manufacturing cost becomes high.
【０００５】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、レーザ・レーダで空港面のウイ
ンドシアを観測するとともに、あわせて後方乱気流や他
の風情報をも観測することができるウインドシア検出装
置を提供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 it is an object of the present invention to observe wind shear on an airport surface with a laser radar, and also observe wake turbulence and other wind information. It is an object of the present invention to provide a wind shear detection device capable of performing the following.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明に
係るウインドシア検出装置は、観測対象領域に対しレー
ザビームを走査しながら送信しその反射光を受信する光
送受信手段と、上記反射光のドップラ成分を分析し風速
及び風向の空間分布データを検出する風検出手段と、上
記風速及び風向の空間分布データを分析しその風向分布
のパターンからウインドシアを検出するウインドシア検
出手段とを備えるものである。According to a first aspect of the present invention, there is provided a wind shear detection apparatus which transmits a laser beam to an observation target area while scanning a laser beam, and receives a reflected light thereof; Wind detection means for analyzing the Doppler component of light to detect the spatial distribution data of the wind speed and direction, and wind shear detecting means for analyzing the spatial distribution data of the wind speed and direction to detect wind shear from the pattern of the wind direction distribution. It is provided.
【０００７】また、請求項２に記載の発明に係るウイン
ドシア検出装置は、観測対象領域に対しレーザビームを
走査しながら送信しその反射光を受信する光送受信手段
と、上記反射光のドップラ成分を分析し風速及び風向の
空間分布データを検出する風検出手段と、上記風速及び
風向の空間分布データを分析しその風向分布のパターン
からウインドシアを検出するウインドシア検出手段と、
上記風速及び風向の空間分布データを分析しその風向分
布のパターンから乱気流を検出する乱気流検出手段とを
備え、航空機等の離発着に関する飛行計画情報に基づき
選択的に上記ウインドシア又は上記乱気流を検出するよ
うにしたものである。According to a second aspect of the present invention, there is provided a wind shear detecting apparatus for transmitting and receiving a laser beam while scanning a laser beam to an observation target area and receiving a reflected light thereof, and a Doppler component of the reflected light. Wind detection means for analyzing the wind speed and wind direction spatial distribution data, and wind shear detecting means for analyzing the wind speed and wind direction spatial distribution data and detecting wind shear from the wind direction distribution pattern,
Turbulence detection means for analyzing the spatial distribution data of the wind speed and wind direction and detecting turbulence from the pattern of the wind direction distribution, and selectively detecting the wind shear or the turbulence based on flight plan information relating to takeoff and landing of an aircraft or the like. It is like that.
【０００８】また、請求項３に記載の発明に係るウイン
ドシア検出装置は、上記風速の空間分布に基づき空港領
域の背景風を検出する空港風向・風速検出手段を備える
ものである。The wind shear detecting device according to the third aspect of the present invention includes an airport wind direction / wind speed detecting means for detecting a background wind in an airport area based on the spatial distribution of the wind speed.
【０００９】[0009]
【発明の実施の形態】実施の形態１．以下、この発明の
実施の形態１を図について説明する。図１は実施の形態
１に係るウインドシア検出装置の系統図である。図にお
いて、１はレーザビームを空間に送信し空気中の塵など
で反射された反射光を受信し電気信号に変換し出力する
光送受信部、２は送信レーザビームの指向方向を制御す
るビーム指向制御信号を生成する方位・仰角制御部、３
は上記光送受信部１からの電気信号よりドップラ方向と
風速値（風速・風向のリアルタイムのデータである風速
・風向情報）を算出し出力する風速・風向検出部であ
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a system diagram of the wind shear detection device according to the first embodiment. In the figure, reference numeral 1 denotes an optical transmitting and receiving unit which transmits a laser beam to a space, receives reflected light reflected by dust in the air, converts it into an electric signal, and outputs the electric signal. Azimuth / elevation angle control unit that generates control signals, 3
A wind speed / wind direction detecting unit calculates and outputs a Doppler direction and a wind speed value (wind speed / wind direction information which is real-time data of the wind speed / wind direction) from the electric signal from the optical transmission / reception unit 1.
【００１０】５は上記風向・風速情報を距離方向、仰角
方向及び方位方向に並び替え、風向・風速の空間分布の
データを作成し、この空間分布データを分析しウインド
シアのダウンバースト（局所的な下降気流）やシアライ
ン（風向が逆転している境界領域）を検出し、ウインド
シア観測データ（ウインドシアの発生位置、ウインドシ
アの大きさ、ウインドシア強度（ウインドシアの風速）
等）を出力するウインドシア検出部である。６はウイン
ドシアの観測データを表示する表示装置である。[0010] Reference numeral 5 rearranges the wind direction / wind speed information in the distance direction, the elevation angle direction, and the azimuth direction, creates spatial distribution data of the wind direction / wind speed, analyzes the spatial distribution data, and performs the wind shear downburst (locally). Wind shear data) and wind shear data (wind shear occurrence position, wind shear size, wind shear intensity (wind shear wind speed))
, Etc.). Reference numeral 6 denotes a display device for displaying observation data of wind shear.
【００１１】次に動作について説明する。方位・仰角制
御部２は、図２に示すように滑走路領域のみではなく後
方乱気流が発生していないエリアも含めた広範囲のエリ
ア（図のように３６０度全周の場合もある）をビーム走
査するビーム指向制御信号を作成する。そしてこのビー
ム指向制御信号を光送受信部１及びウインドシア検出部
５へ出力する。なお、ウインドシア検出装置は図２に示
すように空港領域全体を見渡せる位置（例えば、空港領
域の中央近傍）に設置するのが望ましい。光送受信部１
は、ビーム指向制御信号で指示された方向に送信レーザ
ビームを送信する。送信された送信レーザビームは、空
気中の塵などで反射され受信光として光送受信部１へ入
力する。光送受信部１は受信光を光から電気信号に変換
し受信信号として風向・風速検出部３へ出力する。Next, the operation will be described. The azimuth / elevation angle control unit 2 beam not only the runway area as shown in FIG. 2 but also a wide area (including a 360-degree full circumference as shown in FIG. 2) including an area where wake turbulence does not occur. Create a beam pointing control signal for scanning. Then, this beam pointing control signal is output to the optical transmitting / receiving unit 1 and the wind shear detection unit 5. It is desirable that the wind shear detection device be installed at a position overlooking the entire airport area (for example, near the center of the airport area) as shown in FIG. Optical transceiver 1
Transmits the transmission laser beam in the direction specified by the beam pointing control signal. The transmitted transmission laser beam is reflected by dust or the like in the air, and is input to the optical transmission / reception unit 1 as reception light. The optical transmitting / receiving unit 1 converts the received light from light into an electric signal and outputs the signal to the wind direction / wind speed detecting unit 3 as a received signal.
【００１２】風向・風速検出部３は、受信信号のドップ
ラー成分の分析から風速値とドップラ成分の方向（例え
ば、ウインドシア検出装置に近づく時を「＋」、遠ざか
る時を「−」と設定する符号）を検出し、風向・風速情
報としてウインドシア検出部５へ出力する。ウインドシ
ア検出部５は、風向・風速情報を基に、風向及び風速値
を方位・仰角走査毎に合成する。図３はデータ合成が行
われる走査エリア内（一定高度での水平断面図であり、
３６０度全周領域を示す）を単位セルに分割した様子を
示すものである。図において中心にウインドシア検出装
置が位置し、各セル単位毎に上記風向・風速情報の合成
が行われる。このようなデータの合成は、複数の仰角ご
とに全周の方位走査を行い、この全てのデータから一定
高度でのデータを抽出し合成することにより行われる。
また、ウインドシア検出部５は上記データ合成後、ウイ
ンドシアの「風向の符号と風速値」の変化（パターン）
を後述するウインドシアパターンのデータベースと比較
分析し、ウインドシアの特性を検出する。The wind direction / wind speed detector 3 analyzes the Doppler component of the received signal and sets the wind speed value and the direction of the Doppler component (for example, "+" when approaching the wind shear detection device and "-" when moving away from the wind shear detection device). Sign) and outputs it to the wind shear detector 5 as wind direction / wind speed information. The wind shear detection unit 5 combines the wind direction and the wind speed value for each azimuth / elevation angle scan based on the wind direction / wind speed information. FIG. 3 is a horizontal sectional view at a fixed altitude in a scanning area where data synthesis is performed.
(Indicating a 360-degree entire circumference area) into unit cells. In the figure, a wind shear detection device is located at the center, and the above-described wind direction / wind speed information is synthesized for each cell unit. Such synthesis of data is performed by performing azimuth scanning of the entire circumference at each of a plurality of elevation angles, and extracting and synthesizing data at a constant altitude from all of the data.
After the data synthesis, the wind shear detection unit 5 changes (pattern) the “sign of wind direction and wind speed value” of the wind shear.
Is compared with a database of wind shear patterns described later to detect the characteristics of wind shear.
【００１３】ウインドシアの代表例としてダウンバース
トとシアラインにおける風のパターンを説明する。図４
はダウンバーストにおける風のパターンの説明図であ
る。ダウンバーストでは図に示すように下降流が地表面
にぶつかり放射状に風が広がるパターンになる。図５は
シアライン（寒冷前線など）における風のパターンの説
明図である。冷気と暖気がぶつかる領域においては、暖
気の下に冷気がもぐり込む（図５上図の垂直面内の図を
参照）。従って、ある一定高度の水平面内でシアライン
の風向の様子をみると、図５下図のように線状に風向が
変わるパターンになる。図４及び図５で示すパターン
は、各現象の発生領域における風向の実際のパターンで
ある。ウインドシア検出部５内には、これら実際の風の
パターンをもとに作成された、上記比較分析用のウイン
ドシアパターンが記憶保存されている。なお、この比較
分析用のウインドシアパターンは図４，５に示す実際の
風パターンと必ずしも一致するものではない。これはウ
インドシア検出装置が必ずしもウインドシアの発生領域
内に位置しウインドシアを検出するのではなく、ほとん
どの場合はウインドシアの発生領域外に位置し発生領域
外から観測するためである。したがって上記発生領域の
外からウインドシア検出装置によりドップラ成分を観測
し得られる風向のパターンは、実際の風向パターン（図
３、図４）とは異なるものとなる。ウインドシア検出部
５は、上記のような分析・検出結果をもとにウインドシ
ア観測データを作成して、表示装置６へ出力する。表示
装置６は、ウインドシア検出部５から入力するウインド
シア観測データを表示する。As typical examples of the wind shear, a downburst and a wind pattern in the shear line will be described. FIG.
FIG. 4 is an explanatory diagram of a wind pattern in a downburst. In a downburst, a downward flow hits the ground surface and the wind spreads radially as shown in the figure. FIG. 5 is an explanatory diagram of a wind pattern in a shear line (such as a cold front). In a region where the cool air and the warm air meet, the cool air penetrates under the warm air (see the diagram in the vertical plane in the upper diagram of FIG. 5). Therefore, looking at the state of the wind direction of the shear line in a horizontal plane at a certain altitude, the wind direction changes linearly as shown in the lower diagram of FIG. The patterns shown in FIGS. 4 and 5 are actual patterns of the wind direction in the region where each phenomenon occurs. The wind shear pattern for comparison analysis, which is created based on these actual wind patterns, is stored in the wind shear detection unit 5. Note that the wind shear pattern for the comparative analysis does not always match the actual wind pattern shown in FIGS. This is because the wind shear detection device is not necessarily located in the wind shear generation area and detects the wind shear, but is almost always located outside the wind shear generation area and is observed from outside the wind shear generation area. Therefore, the wind direction pattern obtained by observing the Doppler component from the outside of the above-mentioned generation region by the wind shear detection device differs from the actual wind direction pattern (FIGS. 3 and 4). The wind shear detection unit 5 creates wind shear observation data based on the analysis and detection results as described above, and outputs the data to the display device 6. The display device 6 displays the wind shear observation data input from the wind shear detection unit 5.
【００１４】実施の形態１による発明は以上のように構
成されているので、レーザレーダを用いて風のパターン
を測定し、そのパターンを予め判っているウインドシア
の典型的なパターンと比較し分析することによりウイン
ドシアの検出が可能となり、専用のレーダシステムが不
要となる。Since the invention according to the first embodiment is configured as described above, a wind pattern is measured using a laser radar, and the pattern is compared with a typical wind shear pattern known in advance and analyzed. By doing so, wind shear can be detected, and a dedicated radar system is not required.
【００１５】実施の形態２．上記実施の形態１では、レ
ーザ・レーダでウインドシアのみの観測を行ったが、航
空機の離着陸時は後方乱気流を観測し、航空機が離着陸
しない時は、ウインドシアを観測するようにしてもよ
い。Embodiment 2 In the first embodiment, only the wind shear is observed by the laser radar. However, the wake turbulence may be observed when the aircraft takes off and landing, and the wind shear may be observed when the aircraft does not take off and land.
【００１６】図６は実施の形態２に係るウインドシア検
出装置の系統図である。図において１から６までの構成
要素は実施の形態１における図１のものと同様であるの
で説明を省略し、実施の形態１との相違点のみ説明す
る。飛行計画情報処理システム７は、各種航空機情報や
レーダ情報から航空機の離着陸時刻及び位置情報を作成
し、方位・仰角制御部２へ出力する。方位・仰角制御部
２は、離着陸時刻及び位置情報から航空機が離着陸する
時間に、後方乱気流の観測期間を指示する後方乱気流観
測指示信号を作成し、ウインドシア検出部５と乱気流検
出部４へ出力する。又、方位・仰角制御部２は、後方乱
気流を観測する期間（後方乱気流観測指示信号が有効
時）、図６に示すように航空機の方向にビーム走査する
ビーム指向制御信号を作成し、光送受信部１及び乱気流
検出部４へ出力する。FIG. 6 is a system diagram of a wind shear detection device according to the second embodiment. In the figure, the components from 1 to 6 are the same as those in FIG. 1 in the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted, and only the differences from the first embodiment will be described. The flight plan information processing system 7 creates aircraft takeoff and landing times and position information from various types of aircraft information and radar information, and outputs the information to the azimuth / elevation angle control unit 2. The azimuth / elevation angle control unit 2 generates a wake turbulence observation instruction signal indicating the observation period of the wake turbulence at the time of the aircraft taking off and landing from the takeoff / landing time and the position information, and outputs it to the wind shear detection unit 5 and the turbulence detection unit 4. I do. The azimuth / elevation angle control unit 2 creates a beam pointing control signal for beam scanning in the direction of the aircraft as shown in FIG. 6 during the period of observing the wake turbulence (when the wake turbulence observation instruction signal is valid), and transmits and receives the light. It outputs to the section 1 and the turbulence detecting section 4.
【００１７】光送受信部１は、ビーム指向制御信号で指
示された方向に送信レーザビームを出力する。送信され
た送信レーザビームは、空気中の塵などで反射され受信
光として、光送受信部１へ入力する。光送受信部１は受
信光を光から電気信号に変換し受信信号として風向・風
速検出部３へ出力する。風向・風速検出部３は、受信信
号から風速値とドップラ成分の方向を検出し、風向・風
速情報として乱気流検出部４へ出力する。乱気流検出部
４は、後方乱気流観測指示信号が入力されている期間、
風向・風速情報を基に、風向及び風速値を図１０に示す
様な仰角走査毎に合成する。更に乱気流検出部４は、風
向及び風速値を合成した後に、後方乱気流を風向の符号
と風速の値の変化で検出し、方位角度情報を付加し後方
乱気流観測データを作成して表示装置６へ出力する。The optical transceiver 1 outputs a transmission laser beam in the direction specified by the beam pointing control signal. The transmitted transmission laser beam is reflected by dust and the like in the air, and is input to the optical transmission / reception unit 1 as reception light. The optical transmitting / receiving unit 1 converts the received light from light into an electric signal and outputs the signal to the wind direction / wind speed detecting unit 3 as a received signal. The wind direction / wind speed detector 3 detects the wind speed value and the direction of the Doppler component from the received signal, and outputs the detected wind direction / wind speed information to the turbulence detector 4. The turbulence detection unit 4 is configured to output the wake turbulence observation instruction signal while
Based on the wind direction and wind speed information, the wind direction and wind speed value are synthesized for each elevation scan as shown in FIG. Further, the turbulence detection unit 4 combines the wind direction and the wind speed value, detects the wake turbulence by the change of the sign of the wind direction and the value of the wind speed, adds the azimuth angle information, creates the wake turbulence observation data, and sends it to the display device 6. Output.
【００１８】後方乱気流を観測する期間（後方乱気流観
測指示信号が有効時）は、ウインドシア検出部５でのウ
インドシアの検出処理を行わない。方位・仰角制御部２
は、飛行計画情報処理システム７から入力する航空機の
離着陸時刻及び位置情報に航空機の離着陸の情報がない
時（後方乱気流観測指示信号が無効時）は、図２に示す
ように後方乱気流が発生していないエリアも含めた広範
囲のエリアを、ビーム走査するビーム指向制御信号を作
成し、光送受信部１及びウインドシア検出部５へ出力す
る。光送受信部１は、ビーム指向制御信号で指示された
方向に送信レーザビームを出力する。送信された送信レ
ーザビームは、空気中の塵などで反射され受信光とし
て、光送受信部１へ入力する。光送受信部１は受信光を
光から電気信号に変換し受信信号として風向・風速検出
部３へ出力する。風向・風速検出部３は、受信信号から
風速値とドップラ成分の方向を検出し、風向・風速情報
としてウインドシア検出部５へ出力する。ウインドシア
検出部５は、風向・風速情報を基に、風向及び風速値を
図３に示す様な方位走査毎に合成後に、ウインドシアの
風向の符号と風速値の変化を検出する。例えば、ダウン
バーストは、図４のような放射線状に風が広がるパター
ンになり、シアライン（寒冷前線など）は、図５のよう
に線状に風向が変わるパターンになる。更にウインドシ
ア検出部５は、ウインドシア観測データを作成して、表
示装置６へ出力する。後方乱気流観測指示信号が無効時
は、乱気流検出部４での乱気流検出処理を行わない。表
示装置６は、ウインドシア検出部５から入力するウイン
ドシア観測データを表示する。During the period of observing the wake turbulence (when the wake turbulence observation instruction signal is valid), the wind shear detection unit 5 does not perform the wind shear detection processing. Azimuth / elevation angle control unit 2
In the case where there is no information on the takeoff and landing of the aircraft input from the flight plan information processing system 7 and the information on the takeoff and landing of the aircraft (when the wake turbulence observation instruction signal is invalid), the wake turbulence is generated as shown in FIG. A beam pointing control signal for beam scanning a wide area including an unexposed area is created and output to the optical transmitting / receiving unit 1 and the wind shear detection unit 5. The optical transceiver 1 outputs a transmission laser beam in the direction specified by the beam pointing control signal. The transmitted transmission laser beam is reflected by dust and the like in the air, and is input to the optical transmission / reception unit 1 as reception light. The optical transmitting / receiving unit 1 converts the received light from light into an electric signal and outputs the signal to the wind direction / wind speed detecting unit 3 as a received signal. The wind direction / wind speed detector 3 detects the wind speed value and the direction of the Doppler component from the received signal, and outputs the detected wind speed / wind speed information to the wind shear detector 5. Based on the wind direction / wind speed information, the wind shear detection unit 5 combines the wind direction and the wind speed value for each azimuth scan as shown in FIG. 3 and then detects the sign of the wind direction of the wind shear and a change in the wind speed value. For example, a down burst has a pattern in which the wind spreads radially as shown in FIG. 4, and a shear line (such as a cold front) has a pattern in which the wind direction changes linearly as shown in FIG. Further, the wind shear detection unit 5 creates wind shear observation data and outputs the data to the display device 6. When the rearward turbulence observation instruction signal is invalid, the turbulence detection unit 4 does not perform the turbulence detection processing. Display device 6 displays the wind shear observation data input from the wind shear detector 5.
【００１９】実施の形態２による発明は以上のように構
成されているので、１台のレーザレーダを用いてウイン
ドシア及び後方乱気流の両方の大気流観測・検出が可能
となる。Since the invention according to the second embodiment is configured as described above, it is possible to observe and detect both the wind shear and the wake turbulence using one laser radar.
【００２０】実施の形態３．また、上記実施の形態１で
は、レーザ・レーダでウインドシアのみの観測を行った
が、同時に空港の風向・風速の観測を行うようにしても
よい。Embodiment 3 Further, in the first embodiment, only the wind shear is observed by the laser radar. However, the wind direction and the wind speed of the airport may be simultaneously observed.
【００２１】図７は実施の形態３に係るウインドシア検
出装置の系統図である。図において１から６までの構成
要素は実施の形態１における図１のものと同様であるの
で説明を省略し、実施の形態１との相違点のみ説明す
る。図２に示すように方位・仰角制御部２は、図２の後
方乱気流が発生していないエリアも含めた広範囲のエリ
アをビーム走査するビーム指向制御信号を作成し、光送
受信部１及びウインドシア検出部５へ出力する。光送受
信部１は、ビーム指向制御信号で指示された方向に送信
レーザビームを出力する。送信された送信レーザビーム
は、空気中の塵などで反射され受信光として、光送受信
部１へ入力する。光送受信部１は受信光３を光から電気
信号に変換し受信信号として風向・風速検出部３へ出力
する。風向・風速検出部３は、受信信号から風速値とド
ップラ成分（例：近づく時を「＋」、遠ざかる時を
「−」の方向（符号））を検出し、風向・風速情報とし
てウインドシア検出部５及び空港風向・風速検出部８へ
出力する。FIG. 7 is a system diagram of a wind shear detection device according to the third embodiment. In the figure, the components from 1 to 6 are the same as those in FIG. 1 in the first embodiment, and thus the description thereof will be omitted, and only the differences from the first embodiment will be described. As shown in FIG. 2, the azimuth / elevation angle control unit 2 creates a beam pointing control signal for beam scanning a wide area including the area in which the wake turbulence does not occur in FIG. Output to the detection unit 5. The optical transceiver 1 outputs a transmission laser beam in the direction specified by the beam pointing control signal. The transmitted transmission laser beam is reflected by dust and the like in the air, and is input to the optical transmission / reception unit 1 as reception light. The optical transmitting and receiving unit 1 converts the received light 3 from light to an electric signal and outputs the signal to the wind direction / wind speed detecting unit 3 as a received signal. The wind direction / wind speed detection unit 3 detects a wind speed value and a Doppler component (eg, a direction (sign) of “+” when approaching and a “−” when moving away) from the received signal, and detects wind shear as wind direction / wind speed information. It outputs to the section 5 and the airport wind direction / wind speed detecting section 8.
【００２２】ウインドシア検出部５は、風向・風速情報
を基に、風向及び風速値を図３に示す様な方位走査毎に
合成後、ウインドシアを風向の符号と風速の値の変化を
検出する。例えば、ダウンバーストは、図４のような放
射線状に風が広がるパターンになり、シアライン（寒冷
前線など）は、図５のように線状に風向が変わるパター
ンになる。更にウインドシア検出部５は、ウインドシア
観測データを作成して、表示装置６へ出力する。The wind shear detection unit 5 synthesizes the wind direction and the wind speed value for each azimuth scan as shown in FIG. 3 based on the wind direction / wind speed information, and then detects the change of the wind shear sign and the wind speed value. I do. For example, a down burst has a pattern in which the wind spreads radially as shown in FIG. 4, and a shear line (such as a cold front) has a pattern in which the wind direction changes linearly as shown in FIG. Further, the wind shear detection unit 5 creates wind shear observation data and outputs the data to the display device 6.
【００２３】表示装置６は、ウインドシア検出部５から
入力するウインドシア観測データを表示する。空港風向
・風速検出部８は、方位・仰角制御部２から入力するビ
ーム指向制御信号と、風向・風速検出部３から入力する
風向・風速情報から、２方位の同じ仰角の風向・風速情
報を用い、空港内の風向・風速を検出し、空港風向・風
速情報として表示装置６へ出力する。表示装置６は、空
港風向・風速検出部８から入力する空港風向・風速情報
を表示する。The display device 6 displays the wind shear observation data input from the wind shear detector 5. The airport wind direction / wind speed detection unit 8 obtains the wind direction / wind speed information of the same elevation angle in two directions from the beam direction control signal input from the azimuth / elevation angle control unit 2 and the wind direction / wind speed information input from the wind direction / wind speed detection unit 3. It detects the wind direction and wind speed inside the airport and outputs it to the display device 6 as airport wind direction and wind speed information. The display device 6 displays airport wind direction / wind speed information input from the airport wind direction / wind speed detection unit 8.
【００２４】実施の形態３による発明は以上のように構
成されているので、１台のレーザレーダを用いてウイン
ドシア及び空港領域の風向・風速（背景風データ）の両
方の大気流観測・検出が可能となる。Since the invention according to the third embodiment is configured as described above, the observation and detection of both the wind direction and the wind speed (background wind data) in the wind shear and airport areas using one laser radar. Becomes possible.
【００２５】実施の形態４．なお、上記発明の実施の形
態２では、航空機の離着陸時は後方乱気流を観測し、航
空機が離着陸しない時は、ウインドシアの観測を行った
が、航空機の離着陸時は後方乱気流を観測し、航空機が
離着陸しない時は、ウインドシアの観測を行い、同時に
空港の風向・風速の観測を行ってもよい。Embodiment 4 In the second embodiment of the present invention, the wake turbulence was observed when the aircraft took off and landed, and the wind shear was observed when the aircraft did not take off and land. However, when the aircraft took off and landed, the wake turbulence was observed. If the aircraft does not take off and land, it may observe the wind shear and simultaneously measure the wind direction and speed at the airport.
【００２６】図８に示すように、飛行計画情報処理シス
テム７は、各種航空機情報やレーダ情報から離着陸時刻
及び位置情報を作成し、方位・仰角制御部２へ出力す
る。方位・仰角制御部２は、離着陸時刻及び位置情報か
ら航空機が離着陸する時間は、後方乱気流の観測期間を
指示する後方乱気流観測指示信号を作成し、ウインドシ
ア検出部５、乱気流検出部４及び空港風向・風速検出部
８へ出力する。又、方位・仰角制御部２は、後方乱気流
を観測する期間（後方乱気流観測指示信号が有効時）、
図１０に示すように航空機の方向にビーム走査するビー
ム指向制御信号を作成し、光送受信部１及び乱気流検出
部４へ出力する。As shown in FIG. 8, the flight plan information processing system 7 creates take-off and landing times and position information from various types of aircraft information and radar information, and outputs the information to the azimuth / elevation angle control unit 2. The azimuth / elevation angle control unit 2 creates a wake turbulence observation instruction signal indicating the observation period of the wake turbulence based on the takeoff / landing time and the position information, and the wind shear detection unit 5, the turbulence detection unit 4, and the airport. Output to the wind direction / wind speed detector 8. Further, the azimuth / elevation angle control unit 2 performs a period for observing the wake turbulence (when the wake turbulence observation instruction signal is valid),
As shown in FIG. 10, a beam pointing control signal for performing beam scanning in the direction of the aircraft is created and output to the optical transmitting / receiving unit 1 and the turbulence detecting unit 4.
【００２７】光送受信部１は、ビーム指向制御信号で指
示された方向に送信レーザビームを出力する。送信され
た送信レーザビームは、空気中の塵などで反射され受信
光として、光送受信部１へ入力する。光送受信部１は受
信光を光から電気信号に変換し受信信号として風向・風
速検出部３へ出力する。風向・風速検出部３は、受信信
号から風速値とドップラ成分の方向（符号）を検出し、
風向・風速情報として乱気流検出部４及び空港風向・風
速検出部８へ出力する。乱気流検出部４は、後方乱気流
観測指示信号が入力されている期間、風向・風速情報を
基に、風向及び風速値を図１０に示す様な仰角走査毎に
合成する。更に乱気流検出部４は、風向及び風速値を合
成した後に、後方乱気流を風向の符号と風速の値の変化
で検出し、方位角度情報を付加した乱気流観測データを
作成して表示装置６へ出力する。The optical transceiver 1 outputs a transmission laser beam in the direction specified by the beam pointing control signal. The transmitted transmission laser beam is reflected by dust and the like in the air, and is input to the optical transmission / reception unit 1 as reception light. The optical transmitting / receiving unit 1 converts the received light from light into an electric signal and outputs the signal to the wind direction / wind speed detecting unit 3 as a received signal. The wind direction / wind speed detection unit 3 detects the wind speed value and the direction (sign) of the Doppler component from the received signal,
The information is output to the turbulence detection unit 4 and the airport wind direction / wind speed detection unit 8 as wind direction / wind speed information. The turbulence detection unit 4 combines the wind direction and the wind speed value for each elevation scan as shown in FIG. 10 based on the wind direction / wind speed information while the backward turbulence observation instruction signal is being input. Further, the turbulence detection unit 4 combines the wind direction and the wind speed value, detects the wake turbulence by the change in the sign of the wind direction and the value of the wind speed, creates turbulence observation data to which azimuth angle information is added, and outputs it to the display device 6 I do.
【００２８】後方乱気流を観測する期間（後方乱気流観
測指示信号が有効時）は、ウインドシア検出部５でのウ
インドシアの検出処理及び空港風向・風速検出部８の空
港内の風向・風速処理を行わない。During the wake turbulence observation period (when the wake turbulence observation instruction signal is valid), the wind shear detection processing by the wind shear detection unit 5 and the wind direction / wind speed processing at the airport by the airport wind direction / wind speed detection unit 8 are performed. Not performed.
【００２９】方位・仰角制御部２は、飛行計画情報処理
システム２から入力する離着陸時刻及び位置情報に航空
機の離着陸の情報がない時（後方乱気流観測指示信号が
無効時）に、図２に示すように後方乱気流が発生してい
ないエリアも含めた広範囲のエリアを、ビーム走査する
ビーム指向制御信号を作成し、光送受信部１、ウインド
シア検出部５及び空港風向・風速検出部８へ出力する。
光送受信部１は、ビーム指向制御信号で指示された方向
に送信レーザビームを出力する。送信された送信レーザ
ビームは、空気中の塵などで反射され受信光として、光
送受信部１へ入力する。光送受信部１は受信光を光から
電気信号に変換し受信信号として風向・風速検出部３へ
出力する。風向・風速検出部３は、受信信号から風速値
とドップラ成分の方向（符号）を検出し、風向・風速情
報としてウインドシア検出部５へ出力する。ウインドシ
ア検出部５は、風向・風速情報を基に、風向及び風速値
を図３に示す様な方位走査毎に合成後に、ウインドシア
を風向の符号と風速の値の変化を検出する。たとえば、
ダウンバーストは、図４のような放射線状に風が広がる
パターンになり、シアライン（寒冷前線など）は、図５
のように線状に風向が変わるパターンになる。更にウイ
ンドシア検出部５は、ウインドシア観測データを作成し
て、表示装置６へ出力する。The azimuth / elevation angle control unit 2 is shown in FIG. 2 when the take-off and landing time and position information input from the flight plan information processing system 2 have no information on the take-off and landing of the aircraft (when the wake turbulence observation instruction signal is invalid). As described above, a beam pointing control signal for beam-scanning a wide area including an area in which no wake turbulence is generated is generated and output to the optical transmission / reception unit 1, wind shear detection unit 5, and airport wind direction / wind speed detection unit 8. .
The optical transceiver 1 outputs a transmission laser beam in the direction specified by the beam pointing control signal. The transmitted transmission laser beam is reflected by dust and the like in the air, and is input to the optical transmission / reception unit 1 as reception light. The optical transmitting / receiving unit 1 converts the received light from light into an electric signal and outputs the signal to the wind direction / wind speed detecting unit 3 as a received signal. The wind direction / wind speed detection unit 3 detects the wind speed value and the direction (sign) of the Doppler component from the received signal, and outputs the detected wind direction / wind speed information to the wind shear detection unit 5. Based on the wind direction / wind speed information, the wind shear detection unit 5 combines the wind direction and the wind speed value for each azimuth scan as shown in FIG. 3 and then detects the change in the wind shear sign and the wind speed value for the wind shear. For example,
The downburst has a pattern in which the wind spreads radially as shown in FIG. 4, and the shear line (such as a cold front) corresponds to FIG.
It becomes a pattern that the wind direction changes linearly like. Moreover wind shear detection unit 5 creates a wind shear observed data, and outputs to the display device 6.
【００３０】空港風向・風速検出部８は、方位・仰角制
御部２から入力するビーム指向制御信号と、風向・風速
検出部３から入力する風向・風速情報から、２方位の同
じ仰角の風向・風速情報を用い、空港内の風向・風速を
検出し、空港風向・風速情報として表示装置６へ出力す
る。表示装置６は、空港風向・風速検出部８から入力す
る空港風向・風速情報を表示する。後方乱気流観測指示
信号が無効時は、乱気流検出部４での乱気流検出処理を
行わない。この時は、表示装置６は、ウインドシア検出
部５から入力するウインドシア観測データを表示する。The airport wind direction / wind speed detection unit 8 calculates the wind direction / wind speed at the same elevation angle in two directions from the beam direction control signal input from the azimuth / elevation angle control unit 2 and the wind direction / wind speed information input from the wind direction / wind speed detection unit 3. Using the wind speed information, the wind direction / wind speed in the airport is detected and output to the display device 6 as airport wind direction / wind speed information. The display device 6 displays airport wind direction / wind speed information input from the airport wind direction / wind speed detection unit 8. When the rearward turbulence observation instruction signal is invalid, the turbulence detection unit 4 does not perform the turbulence detection processing. At this time, the display device 6 displays the wind shear observation data input from the wind shear detector 5.
【００３１】実施の形態４による発明は以上のように構
成されているので、１台のレーザレーダを用いてウイン
ドシア、後方乱気流及び空港領域の風向・風速（背景風
データ）の複数種の大気流観測・検出が可能となる。Since the invention according to the fourth embodiment is configured as described above, a plurality of types of wind shear, wake turbulence, and wind direction / wind speed (background wind data) in an airport area are obtained using one laser radar. Airflow observation / detection becomes possible.
【００３２】[0032]
【発明の効果】この発明は上記のように構成されている
ので、ウインドシアを観測するための専用の高価なレー
ダシステムを必要とせず、レーザレーダのみで空港面の
ウインドシアを観測することができるという効果を奏す
る。また同じレーザレーダで後方乱気流や他の風情報も
観測することができるという効果を奏する。Since the present invention is configured as described above, it is not necessary to use a dedicated and expensive radar system for observing wind shear, and it is possible to observe wind shear on an airport surface only with a laser radar. It has the effect of being able to. Also, there is an effect that wake turbulence and other wind information can be observed with the same laser radar.
【図１】 この発明の実施の形態１に係るウインドシア
検出装置の系統図である。FIG. 1 is a system diagram of a wind shear detection device according to Embodiment 1 of the present invention.
【図２】 この発明の実施の形態１に示すウインドシア
観測時のビーム走査の説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram of beam scanning during wind shear observation according to the first embodiment of the present invention.
【図３】 この発明の実施の形態１に示す風向・風速の
方位方向合成の説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram of azimuth direction synthesis of wind direction / wind speed shown in Embodiment 1 of the present invention.
【図４】 この発明の実施の形態１のダウンバーストの
検出パターンの説明図である。FIG. 4 is an explanatory diagram of a downburst detection pattern according to the first embodiment of the present invention.
【図５】 この発明の実施の形態１のシアラインの検出
パターンの説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram of a shear line detection pattern according to the first embodiment of the present invention.
【図６】 この発明の実施の形態２に係るウインドシア
検出装置の系統図である。FIG. 6 is a system diagram of a wind shear detection device according to a second embodiment of the present invention.
【図７】 この発明の実施の形態３に係るウインドシア
検出装置の系統図である。FIG. 7 is a system diagram of a wind shear detection device according to Embodiment 3 of the present invention.
【図８】 この発明の実施の形態４に係るウインドシア
検出装置の系統図である。FIG. 8 is a system diagram of a wind shear detection device according to Embodiment 4 of the present invention.
【図９】 従来のレーザ・レーダによる後方乱気流検出
装置の系統図である。FIG. 9 is a system diagram of a conventional wake turbulence detection device using a laser radar.
【図１０】 後方乱気流検出装置におけるデータ編集・
表示方法の説明図である。FIG. 10 shows data editing and data editing in a wake turbulence detector.
FIG. 5 is an explanatory diagram of a display method.
１ 光送受信部、 ２ 方位・仰角制御部、 ３ 風向
・風速検出部、 ４乱気流検出部、 ５ ウインドシア
検出部、 ６ 表示装置、 ７ 飛行計画情報処理シス
テム、 ８ 空港風向・風速検出部。1 Optical transmission / reception unit, 2 Azimuth / elevation angle control unit, 3 Wind direction / wind speed detection unit, 4 Turbulence detection unit, 5 Wind shear detection unit, 6 Display device, 7 Flight plan information processing system, 8 Airport wind direction / wind speed detection unit.
Claims (3)
しながら送信しその反射光を受信する光送受信手段と、
上記反射光のドップラ成分を分析し風速及び風向の空間
分布データを検出する風検出手段と、上記風速及び風向
の空間分布データを分析しその風向分布のパターンから
ウインドシアを検出するウインドシア検出手段とを備え
たことを特徴とするウインドシア検出装置。An optical transmitting / receiving means for transmitting a laser beam while scanning a region to be observed and receiving a reflected light thereof;
A wind detecting means for analyzing a Doppler component of the reflected light to detect a spatial distribution data of a wind speed and a wind direction, and a wind shear detecting means for analyzing the spatial distribution data of the wind speed and a wind direction and detecting a wind shear from a pattern of the wind direction distribution And a wind shear detection device.
しながら送信しその反射光を受信する光送受信手段と、
上記反射光のドップラ成分を分析し風速及び風向の空間
分布データを検出する風検出手段と、上記風速及び風向
の空間分布データを分析しその風向分布のパターンから
ウインドシアを検出するウインドシア検出手段と、上記
風速及び風向の空間分布データを分析しその風向分布の
パターンから乱気流を検出する乱気流検出手段とを備
え、航空機等の離発着に関する飛行計画情報に基づき選
択的に上記ウインドシア又は上記乱気流を検出すること
を特徴とするウインドシア検出装置。2. An optical transmitting / receiving means for transmitting a laser beam while scanning a region to be observed and receiving reflected light thereof,
A wind detecting means for analyzing a Doppler component of the reflected light to detect a spatial distribution data of a wind speed and a wind direction, and a wind shear detecting means for analyzing the spatial distribution data of the wind speed and a wind direction and detecting a wind shear from a pattern of the wind direction distribution And turbulence detection means for analyzing the spatial distribution data of the wind speed and wind direction and detecting turbulence from the pattern of the wind direction distribution, wherein the wind shear or the turbulence is selectively selected based on flight plan information relating to takeoff and landing of an aircraft or the like. A wind shear detection device for detecting.
背景風を検出する空港風向・風速検出手段を備えたこと
を特徴とする請求項１又は２に記載のウインドシア検出
装置。3. The wind shear detecting device according to claim 1, further comprising an airport wind direction / wind speed detecting means for detecting a background wind in an airport area based on the spatial distribution of the wind speed.
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