JP2016211989A - レーザレーダ装置及び観測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】風速の算出が行えない原因を特定することができるようにする。
【解決手段】遮光状態検知部３９が、Ｈ／Ｔスペクトル信号算出部３６により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号のうち、ブレード２が存在しているレンジビン内のスペクトル信号における各周波数成分の中に、受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ１以上の周波数成分が存在しているか否かを判定するように構成する。これにより、風速ｖ_ｄの算出が行えない原因として、ブレード２によってパルスが遮光されている状態であるか否かを確認することができる。
【選択図】図４

Description

この発明は、大気の風速や風向を計測するレーザレーダ装置及び観測方法に関し、特に風車に搭載されるレーザレーダ装置及び観測方法に関するものである。

遠隔点に存在する物体の位置を計測する装置として、レーダ装置が知られている。
レーダ装置は、電磁波や音波などの波動を空間に放射したのち、観測対象である物体に反射されて戻ってきた波動を受信し、その波動を解析することで、レーダ装置から物体までの距離や角度を計測するものである。
レーダ装置の中でも、大気中に浮遊する微小なエアロゾルを観測対象とし、エアロゾルに反射されて戻ってきた波動の位相回転量から、エアロゾルが動く速度を風速として計測する気象レーダ装置が知られている。
また、気象レーダ装置の中でも、特に電磁波として光を用いるレーザレーダ装置は、放射するビームの広がりが極めて小さく、高い角度分解能で物体を観測することが可能であるため、風向風速レーダとして使用されている（例えば、非特許文献１を参照）。

一般的なレーザレーダ装置では、レーザ光を大気中に放射したのち、大気中のエアロゾルに反射されて戻ってきたレーザ光、即ち、大気中のエアロゾルの移動速度に伴ってドップラー周波数シフトを受けているレーザ光を受信し、そのレーザ光とローカル光のヘテロダイン検波を行うことで、風速に相当するドップラー信号を検出するようにしている。
このようなレーザレーダ装置は、一般的にドップラーライダと呼ばれており、大気中における各高度のエアロゾルに反射されて戻ってきたレーザ光を時間毎に区切り、時間毎に区切ったレーザ光であるレンジビン内で、微小間隔のコヒーレント積分を行うようにしている。

レーザレーダ装置が、レンジビン内でコヒーレント積分を行う際、レーザ光を区切る時間は距離分解能に相当するため、風速の空間変動を詳細に把握するには、レーザ光を区切る時間を短くする必要があるが、コヒーレント積算の時間を短くすると、得られる信号量が低下するため、観測可能な距離が短くなるトレードオフの関係がある。
コヒーレント積算の時間を短くしても、観測可能な距離が短くならないようにするために、コヒーレント積分を実施したのち、レンジビン内でコヒーレント積分結果をフーリエ変換し、そのフーリエ変換結果をインコヒーレント積分することで、信号対雑音比（以降、「ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ ＮＯｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）」と称する）の向上を図る手法がある。一般的に、Ｎ回のインコヒーレント積分を実施した場合、ＳＮＲが、√Ｎだけ向上することが知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。

一般的なレーザレーダ装置では、レンジビン内でコヒーレント積分を行うことでスペクトル信号を得ると、そのスペクトル信号が最大になる周波数であるドップラーシフト量を特定し、そのドップラーシフト量から風速を算出するようにしている。また、風向を算出するようにしている。
以下の特許文献３には、レーザレーダ装置により算出された風速及び風向を用いて、風車を制御することで、風力発電の効率を高める技術が開示されている。
風力発電の効率を高めるには、風車に到来している風の向きを正確に把握して、風車の向きを風向に合わせる必要があるため、風車のブレードの後方にレーザレーダ装置が設置されることが多い。

特開２００６−２８４２６０号公報（段落番号［００１３］） 特開２００２−１６８９４８号公報（段落番号［００２９］） 特開２００４−３０１１１６（段落番号［００４３］）

気象と大気のレーダーリモートセンシング ＩＳＢＮ ４−８７６９８−６５３−３

従来のレーザレーダ装置は以上のように構成されているので、風速及び風向を算出することができる。しかし、風車のブレードの後方にレーザレーダ装置が設置される場合、風車のブレードの回転角度によっては、大気中に放射したレーザ光がブレードによって遮光されることがあり、レーザ光がブレードによって遮光された場合には、風速及び風向を算出することができなくなる。このとき、風速及び風向の算出が行えない原因が、レーザ光がブレードによって遮光されたことであることを特定することができないという課題があった。

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、風速の算出が行えない原因を特定することができるレーザレーダ装置及び観測方法を得ることを目的とする。

この発明に係るレーザレーダ装置は、レーザ光をパルス変調して第１のパルスを生成するとともに、第１のパルスよりパルス幅が狭い第２のパルスを生成する光変調部と、風車のブレードの後方に設置され、第１及び第２のパルスを大気に放射したのち、観測対象又はブレードに反射されて戻ってきたパルスの反射光を受信する送受光学系と、送受光学系により受信された第１のパルスの反射光から、レンジビン毎のスペクトル信号を算出して、レンジビン毎のスペクトル信号を積算するスペクトル積算部と、送受光学系により受信された第２のパルスの反射光から、レンジビン毎のスペクトル信号を算出するスペクトル信号算出部と、スペクトル積算部により積算されたスペクトル信号から観測対象の速度である風速を算出する風速算出部とを設け、遮光状態検知部が、スペクトル信号算出部により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号のうち、ブレードが存在しているレンジビン内のスペクトル信号における各周波数成分の中に、信号対雑音比が第１の閾値以上の周波数成分が存在していれば、ブレードによってパルスが遮光されている状態であることを認定するようにしたものである。

この発明によれば、遮光状態検知部が、スペクトル信号算出部により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号のうち、ブレードが存在しているレンジビン内のスペクトル信号における各周波数成分の中に、信号対雑音比が第１の閾値以上の周波数成分が存在していれば、ブレードによってパルスが遮光されている状態であることを認定するように構成したので、風速の算出が行えない原因として、ブレードによってパルスが遮光されている状態であるか否かを確認することができる効果がある。

この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。 風車に対するレーザレーダ装置の設置状態を示す説明図である。 光変調部から出力される大気観測用パルス及びブレード検出用パルスの一例を示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の信号処理装置を示す構成図である。 信号処理装置がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。 信号処理装置の処理内容を示すフローチャートである。 レーザレーダ装置から放射されるパルスのパルス幅と観測可能距離との関係を示す説明図である。 装置異常が発生しているときの受信ＳＮＲを示す説明図である。 この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の光変調部を示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置の信号処理装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置の信号処理装置を示す構成図である。 ブレード角度検出装置が実装されている風車を示す説明図である。 この発明の実施の形態４によるレーザレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態４によるレーザレーダ装置の信号処理装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態５によるレーザレーダ装置を示す構成図である。

以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図であり、図２は風車に対するレーザレーダ装置の設置状態を示す説明図である。
特に、図２（ａ）はレーザレーダ装置の送受光学系から放射されたパルスが風車のブレードによって遮光されている状態を示し、図２（ｂ）はレーザレーダ装置の送受光学系から放射されたパルスが風車のブレードによって遮光されていない状態を示している。
図１及び図２において、風車１はブレード２を備えており、風によってブレード２が回転すると、ブレード２の回転軸と連結されている発電機の回転軸が回転して、電気を発電するものである。

レーザレーダ装置３は風車１のブレード２の後方に設置されており、パルスを風車１の前方方向に放射したのち、大気中に浮遊する微小なエアロゾル（観測対象）に反射されて戻ってきたパルスの反射光を受信し、その反射光の受信信号からエアロゾルの移動速度である風速を算出する装置である。
風向風速計４は風車１のブレード２の後方に設置されており、例えば、風向きによって方向が変わる風見鶏に相当する風向計を備えている。また、風向風速計４は風速に応じた速度で回転する回転体の回転速度から風速を計測する風速計を備えている。

レーザレーダ装置３の光発振部１１はレーザ光を発振する光発振器である。
光カプラ１２は光発振部１１により発振されたレーザ光を送信光とローカル光に分配して、その送信光を光変調部１４に出力するとともに、そのローカル光を受信カプラ１８に出力する。
光変調ドライバ１３は信号処理装置２１から出力される制御信号にしたがって光変調部１４によるパルス変調を制御するとともに、光アンプ１５の増幅率を制御する。
また、光変調ドライバ１３は光カプラ１２から出力される送信光の漏れ込み光である内部反射光に対応する電気信号が信号処理装置２１に入力されるのを抑えるためにＲＦスイッチ２０のオンオフを制御する。

光変調部１４は例えばＡＯＭ（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ Ｍｏｄｕｌａｔｏｒ）などの光学変調器で構成されており、光変調ドライバ１３の制御の下で、光カプラ１２から出力された送信光をパルス変調することで、大気観測用パルス（第１のパルス）を繰り返し出力するとともに、大気観測用パルスよりパルス幅が狭いブレード検出用パルス（第２のパルス）を出力する。
ここで、図３は光変調部１４から出力される大気観測用パルス及びブレード検出用パルスの一例を示す説明図である。
図３では、大気観測用パルスを４回出力する度に、ブレード検出用パルスを１回出力する例を示している。

光アンプ１５は光変調ドライバ１３によって増幅率が制御され、光変調部１４から出力されたパルス（大気観測用パルス、ブレード検出用パルス）を当該増幅率で増幅し、増幅後のパルスをサーキュレータ１６に出力する。
サーキュレータ１６は光アンプ１５から出力されたパルス（大気観測用パルス、ブレード検出用パルス）を送受光学系１７に出力する一方、送受光学系１７により受信されたパルスの反射光である受信光を受信カプラ１８に出力する。

送受光学系１７は風車１のブレード２の後方に設置されており、サーキュレータ１６から出力されたパルス（大気観測用パルス、ブレード検出用パルス）を大気に放射したのち、観測対象であるエアロゾル又はブレード２に反射されて戻ってきたパルス（大気観測用パルス、ブレード検出用パルス）の反射光を受信する。
受信カプラ１８は光カプラ１２から出力されたローカル光とサーキュレータ１６から出力された受信光を合波することで、そのローカル光の周波数と受信光の周波数とを足し合わせた周波数を有する合波光を光検出器１９に出力する。

光検出器１９は例えばバランスドレシーバで構成されており、受信カプラ１８から出力された合波光を電気信号に変換し、その電気信号をＲＦスイッチ２０に出力する。
ＲＦスイッチ２０は光変調ドライバ１３の制御の下で、内部反射光の影響が大きい時間帯ではオフになり、内部反射光の影響が小さい時間帯ではオンになるスイッチである。
信号処理装置２１は光検出器１９から出力されたのち、ＲＦスイッチ２０を通過してきた電気信号を解析することで、エアロゾルの移動速度である風速を算出するとともに、送受光学系１７から放射されたパルスがブレード２によって遮光されている状態であることを検知するなどの処理を実施する。

図４はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の信号処理装置２１を示す構成図である。
図４において、長パルス幅射出制御部３１は大気観測用パルスの出力を指示する制御信号を光変調ドライバ１３及び大気スペクトル積算部３４に出力する処理を実施する。
短パルス幅射出制御部３２はブレード検出用パルスの出力を指示する制御信号を光変調ドライバ１３及びＨ／Ｔスペクトル信号算出部３６に出力する処理を実施する。
Ａ／Ｄコンバータ３３は光検出器１９から出力されたのち、ＲＦスイッチ２０を通過してきた電気信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器である。

大気スペクトル積算部３４は長パルス幅射出制御部３１から大気観測用パルスの出力を指示する制御信号が出力されると、Ａ／Ｄコンバータ３３により変換されたデジタル信号を時間毎に区切り、時間毎に区切ったデジタル信号、即ち、レンジビン毎のデジタル信号をフーリエ変換することで、レンジビン毎のスペクトル信号を算出する処理を実施する。
また、大気スペクトル積算部３４はレンジビン毎のスペクトル信号を加算するインコヒーレント積分を実施することで、受信ＳＮＲ（信号対雑音比）が改善されているスペクトルデータを算出する処理を実施する。
大気スペクトル保存部３５は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、大気スペクトル積算部３４により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号を保存するとともに、受信ＳＮＲが改善されているスペクトルデータを保存する。
なお、大気スペクトル積算部３４及び大気スペクトル保存部３５からスペクトル積算部が構成されている。

Ｈ／Ｔスペクトル信号算出部３６は短パルス幅射出制御部３２からブレード検出用パルスの出力を指示する制御信号が出力されると、Ａ／Ｄコンバータ３３により変換されたデジタル信号を時間毎に区切り、時間毎に区切ったデジタル信号、即ち、レンジビン毎のデジタル信号をフーリエ変換することで、レンジビン毎のスペクトル信号を算出する処理を実施する。
Ｈ／Ｔスペクトル保存部３７は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、Ｈ／Ｔスペクトル信号算出部３６により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号を保存する。
なお、Ｈ／Ｔスペクトル信号算出部３６及びＨ／Ｔスペクトル保存部３７からスペクトル信号算出部が構成されている。

風速算出部３８は大気スペクトル保存部３５に保存されているスペクトルデータのピーク値を検出して、そのピーク値をとる周波数をドップラーシフト量として特定する処理を実施する。
また、風速算出部３８はドップラーシフト量と大気観測用パルスの波長から、エアロゾルの移動速度である風速を算出する処理を実施する。

遮光状態検知部３９はＨ／Ｔスペクトル保存部３７に保存されているレンジビン毎のスペクトル信号のうち、ブレード２が存在しているレンジビン内のスペクトル信号、即ち、送受光学系１７とブレード２の間の距離が含まれているレンジビン内のスペクトル信号を読み出して、そのレンジビン内のスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲ（信号対雑音比）を算出する処理を実施する。
また、遮光状態検知部３９はブレード２が存在しているレンジビン内のスペクトル信号における各周波数成分の中に、受信ＳＮＲが事前に設定された閾値Ｔｈ_ＳＮＲ１（第１の閾値）以上の周波数成分が存在していれば、ブレード２によってパルスが遮光されている状態であることを認定する処理を実施する。
遮光状態通知部４０は遮光状態検知部３９によりパルスの遮光状態が認定された場合、遮光状態が発生している旨を示す遮光状態信号を出力する処理を実施する。

異常検知部４１は遮光状態通知部４０から遮光状態信号が出力されていないとき、大気スペクトル保存部３５に保存されているレンジビン毎のスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲを算出する処理を実施する。
また、異常検知部４１はレンジビン毎のスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲと事前に設定された閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２（第２の閾値）を比較し、全てのレンジビンのスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２未満であれば、装置異常の発生を認定する処理を実施する。
異常通知部４２は異常検知部４１により装置異常の発生が認定された場合、装置異常が発生している旨を示す異常発生信号を出力する処理を実施する。

風車制御部４３は遮光状態通知部４０から遮光状態信号が出力されておらず、かつ、異常通知部４２から異常発生信号が出力されていなければ、風速算出部３８により算出された風速を用いて、風車１を制御する。
また、風車制御部４３は遮光状態通知部４０から遮光状態信号が出力された場合、あるいは、異常通知部４２から異常発生信号が出力された場合、風向風速計４の計測値を用いて、風車１を制御する。

図４の例では、信号処理装置２１の構成要素である長パルス幅射出制御部３１、短パルス幅射出制御部３２、大気スペクトル積算部３４、Ｈ／Ｔスペクトル信号算出部３６、風速算出部３８、遮光状態検知部３９、遮光状態通知部４０、異常検知部４１、異常通知部４２及び風車制御部４３のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定している。専用のハードウェアとしては、例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどが考えられる。
ただし、信号処理装置２１はコンピュータで構成されているものであってもよい。図５は信号処理装置２１がコンピュータで構成される場合のハードウェア構成図である。
例えば、Ａ／Ｄコンバータ３３を除く信号処理装置２１がコンピュータで構成される場合、大気スペクトル保存部３５及びＨ／Ｔスペクトル保存部３７をコンピュータのメモリ５１上に構成するとともに、長パルス幅射出制御部３１、短パルス幅射出制御部３２、大気スペクトル積算部３４、Ｈ／Ｔスペクトル信号算出部３６、風速算出部３８、遮光状態検知部３９、遮光状態通知部４０、異常検知部４１、異常通知部４２及び風車制御部４３の処理内容を記述しているプログラムをメモリ５１に格納し、コンピュータのプロセッサ５２がメモリ５１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
図６は信号処理装置２１の処理内容を示すフローチャートである。

次に動作について説明する。
この実施の形態１では、風速を算出する装置として、レーザレーダ装置３と風向風速計４が、風車１のブレード２の後方に設置されている。
ただし、風車１のブレード２が高速に回転している等の状況化では、ブレード２の回転が巻き起こす後流の影響で風が撹拌されるため、風向風速計４では、風速や風向を正確に計測できないことがある。
これに対して、レーザレーダ装置３は、ブレード２によって風が撹拌されても、原理的に風速の算出に影響が及ぼされないため、風速を正確に算出することができる。しかし、ブレード２の回転角によっては、レーザレーダ装置３の送受光学系１７から放射されたパルスがブレード２によって遮光されてしまうため、風速を算出することができない状況が発生する。
そこで、この実施の形態１では、風車１を制御するに際して、レーザレーダ装置３が風速を算出することができる状況下では、レーザレーダ装置３により算出された精度が高い風速を用いるようにする。一方、レーザレーダ装置３が風速を算出することができない状況下では、計測精度が低くても、風車１の制御を継続するために、風向風速計４の計測値を用いるようにする。

レーザレーダ装置３の処理内容を具体的に説明する前に、レーザレーダ装置３が放射するパルスについて説明する。
図７はレーザレーダ装置３から放射されるパルスのパルス幅と観測可能距離との関係を示す説明図である。
レーザレーダ装置３が風速を算出する際、パルスを大気に放射するが、そのパルスのパルス幅が広い程、エネルギー量が大きくなるため、図７に示すように、観測可能距離が長くなる。図７では、パルス幅が狭い下側の図より、パルス幅が広い上側の図の方が、観測可能距離を示す“→”の先端が、より右側まで伸びている。
一方、パルスのパルス幅が広い程、図７に示すように、光カプラ１２から出力される送信光の漏れ込み光である内部反射光の時間が長くなる。内部反射光が生じている間は、観測を行うことができないため、最小観測距離が長くなり、近距離での風速観測が困難になる。ただし、風車１の制御にかける時間を鑑みると、可能な限り遠方での風速観測が必要であり、近距離での風速観測の必要性が低い。なお、内部反射光の時間幅は、概ねパルスのパルス幅（時間幅）の１．０〜１．３倍に相当する。

また、大気の後方散乱係数は小さいため、観測対象からのパルス反射光のスペクトルの積算回数を多くすることで受信ＳＮＲを高める必要があるが、ブレード２などのハードターゲットの場合、後方散乱係数が大きいため、少ない積算回数で十分な受信ＳＮＲが得られる。
そこで、この実施の形態１では、風速の観測に用いるパルスは、パルス幅が広い大気観測用パルスを用いるものとする。一方、ブレード２によるパルス遮断状態の検出に用いるパルスは、大気観測用パルスよりパルス幅が狭いブレード検出用パルスを用いるものとする。
以下、レーザレーダ装置３の処理内容を具体的に説明する。

まず、レーザレーダ装置３の光発振部１１は、レーザ光を発振する。
光カプラ１２は、光発振部１１により発振されたレーザ光を送信光とローカル光に分配して、その送信光を光変調部１４に出力するとともに、そのローカル光を受信カプラ１８に出力する。
この実施の形態１では、図３に示すように、送受光学系１７が大気観測用パルスを４回放射する毎に、ブレード検出用パルスを１回放射するものとしているので、信号処理装置２１の長パルス幅射出制御部３１が、大気観測用パルスの出力を指示する制御信号を光変調ドライバ１３及び大気スペクトル積算部３４に４回出力する毎に、短パルス幅射出制御部３２が、ブレード検出用パルスの出力を指示する制御信号を光変調ドライバ１３及びＨ／Ｔスペクトル信号算出部３６に１回出力する。

ここでは、送受光学系１７が大気観測用パルスを４回放射する毎に、ブレード検出用パルスを１回放射し、例えば、合計でパルスを５０００回放射することを想定しているが、大気観測用パルスをＭ（Ｍは２以上の整数）回放射する毎に、ブレード検出用パルスを１回放射するものであればよい。
なお、大気観測用パルスの放射とブレード検出用パルスの放射との切替として、例えば、大気観測用パルスを４０００回放射したのち、ブレード検出用パルスを１０００回放射するようなシーケンス的な切替方式も考えられるが、このような切替方式では、大気観測用パルスを放射している期間中はブレード２に遮光されていないが、ブレード検出用パルスを放射している期間中はブレード２に遮光されているような状況が発生する。逆に、大気観測用パルスを放射している期間中はブレード２に遮光されているが、ブレード検出用パルスを放射している期間中はブレード２に遮光されていないような状況が発生する。
このような状況下では、ブレード検出用パルスの反射光に基づいて、パルスの遮光状態の検知を行っても、大気観測用パルスの反射光によって風速の算出が正確に行えているか否かを判断することができない。
この実施の形態１では、シーケンス的な切替方式ではなく、大気観測用パルスの繰り返し放射の間に、短い周期でブレード検出用パルスの放射を挿入しているので、上記のような状況が発生せず、パルスの遮光状態を正確に検知することができる。

光変調ドライバ１３は、信号処理装置２１から大気観測用パルスの出力を指示する制御信号を受けると、大気観測用パルスが得られるように光変調部１４のパルス変調を制御するとともに、光アンプ１５の増幅率を制御する。
また、光変調ドライバ１３は、大気観測用パルスの出力を指示する制御信号を受けると、大気観測用パルスに係る内部反射光が生じている時間中、その内部反射光に対応する電気信号が信号処理装置２１に入力されるのを抑えるため、その制御信号を受けた時点から、例えば、大気観測用パルスのパルス幅（時間幅）の１．２〜１．３倍に相当する時間中、ＲＦスイッチ２０がオフになるように制御する。
内部反射光の光量は、大気からの反射光の光量と比べて非常に大きいため、過剰な電圧値の電気信号が信号処理装置に流入することを防ぐ必要がある。ただし、Ａ／Ｄコンバータ３３の入力ダイナミックレンジが大きい場合、過剰な電圧値の電気信号が信号処理装置に流入しても問題ないが、風速を正確に算出する観点では、やはり、内部反射光に対応する電気信号が信号処理装置２１に入力されるのを抑える必要がある。

光変調ドライバ１３は、信号処理装置２１からブレード検出用パルスの出力を指示する制御信号を受けると、ブレード検出用パルスが得られるように光変調部１４のパルス変調を制御するとともに、光アンプ１５の増幅率を制御する。
ブレード検出用パルスは、パルス幅が狭いため、ブレード２に反射されたブレード検出用パルスの反射光の光量が極めて大きくなることが危惧されるため、大気観測用パルスを放射する場合よりも、増幅率が小さくなるように光アンプ１５の増幅率を制御する。
また、光変調ドライバ１３は、ブレード検出用パルスの出力を指示する制御信号を受けると、ブレード検出用パルスに係る内部反射光が生じている時間中、その内部反射光に対応する電気信号が信号処理装置２１に入力されるのを抑えるため、その制御信号を受けた時点から、例えば、ブレード検出用パルスのパルス幅（時間幅）に相当する時間中、ＲＦスイッチ２０がオフになるように制御する。

これにより、光変調部１４は、信号処理装置２１から大気観測用パルスの出力を指示する制御信号が出力されているときは、光カプラ１２から出力された送信光をパルス変調することで、大気観測用パルスを生成して、その大気観測用パルスを光アンプ１５に出力する。
光変調部１４は、信号処理装置２１からブレード検出用パルスの出力を指示する制御信号が出力されているときは、光カプラ１２から出力された送信光をパルス変調することで、ブレード検出用パルスを生成して、そのブレード検出用パルスを光アンプ１５に出力する。
光アンプ１５は、光変調部１４から出力されたパルス（大気観測用パルス、ブレード検出用パルス）を受けると、そのパルスを光変調ドライバ１３によって制御された増幅率で増幅し、増幅後のパルスをサーキュレータ１６に出力する。

サーキュレータ１６は、光アンプ１５からパルス（大気観測用パルス、ブレード検出用パルス）を受けると、そのパルスを送受光学系１７に出力する。
送受光学系１７は、サーキュレータ１６からパルス（大気観測用パルス、ブレード検出用パルス）を受けると、そのパルスを大気に放射する。
送受光学系１７は、パルス（大気観測用パルス、ブレード検出用パルス）を大気に放射したのち、観測対象であるエアロゾル又はブレード２に反射されて戻ってきたパルス（大気観測用パルス、ブレード検出用パルス）の反射光を受信する。
サーキュレータ１６は、送受光学系１７により受信されたパルス（大気観測用パルス、ブレード検出用パルス）の反射光を受信光として受信カプラ１８に出力する。

受信カプラ１８は、光カプラ１２から出力されたローカル光とサーキュレータ１６から出力された受信光を合波することで、そのローカル光の周波数と受信光の周波数とを足し合わせた周波数を有する合波光を光検出器１９に出力する。
光検出器１９は、受信カプラ１８から合波光を受けると、その合波光を電気信号に変換し、その電気信号をＲＦスイッチ２０に出力する。
ＲＦスイッチ２０は、光変調ドライバ１３の制御によって内部反射光の影響が大きい時間帯ではオフになっているが、内部反射光の影響が小さくなると、光変調ドライバ１３の制御によってオンになり、光検出器１９から出力された電気信号が信号処理装置２１に入力されるようになる。

信号処理装置２１は、光検出器１９から出力されたのち、ＲＦスイッチ２０を通過してきた電気信号を解析することで、エアロゾルの移動速度である風速ｖ_ｄを算出するとともに、送受光学系１７から放射されたパルスがブレード２によって遮光されている状態であることを検知するなどの処理を実施する。
以下、信号処理装置２１の処理内容を具体的に説明する。

信号処理装置２１のＡ／Ｄコンバータ３３は、光検出器１９から出力されたのち、ＲＦスイッチ２０を通過してきた内部反射光の影響が小さい電気信号が入力されると、その電気信号をデジタル信号に変換する（図６のステップＳＴ１）。
大気スペクトル積算部３４は、長パルス幅射出制御部３１から大気観測用パルスの出力を指示する制御信号が出力されると（ステップＳＴ２：ＹＥＳの場合）、Ａ／Ｄコンバータ３３により変換されたデジタル信号を時間毎に区切り、時間毎に区切ったデジタル信号、即ち、レンジビン毎のデジタル信号をフーリエ変換することで、レンジビン毎のスペクトル信号を算出する（ステップＳＴ３）。
また、大気スペクトル積算部３４は、レンジビン毎のスペクトル信号を加算するインコヒーレント積分を実施することで、受信ＳＮＲが改善されているスペクトルデータを算出する（ステップＳＴ４）。
なお、大気スペクトル積算部３４により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号と、受信ＳＮＲが改善されているスペクトルデータは、大気スペクトル保存部３５に保存される。

Ｈ／Ｔスペクトル信号算出部３６は、短パルス幅射出制御部３２からブレード検出用パルスの出力を指示する制御信号が出力されると（ステップＳＴ２：ＮＯの場合）、Ａ／Ｄコンバータ３３により変換されたデジタル信号を時間毎に区切り、時間毎に区切ったデジタル信号、即ち、レンジビン毎のデジタル信号をフーリエ変換することで、レンジビン毎のスペクトル信号を算出する（ステップＳＴ５）。
なお、Ｈ／Ｔスペクトル信号算出部３６により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号はＨ／Ｔスペクトル保存部３７に保存される。

風速算出部３８は、大気スペクトル積算部３４がスペクトルデータを大気スペクトル保存部３５に保存すると、そのスペクトルデータのピーク値を検出して、そのピーク値をとる周波数をドップラーシフト量ｆ_ｄとして特定する。
風速算出部３８は、ドップラーシフト量ｆ_ｄを特定すると、下記の式（１）に示すように、そのドップラーシフト量ｆ_ｄと大気観測用パルスの波長λから、エアロゾルの移動速度である風速ｖ_ｄを算出する（ステップＳＴ６）。

ここでは、スペクトルデータのピーク値をとる周波数であるドップラーシフト量ｆ_ｄを特定し、そのドップラーシフト量ｆ_ｄと大気観測用パルスの波長λから風速ｖ_ｄを算出する例を示しているが、風速ｖ_ｄの算出方法はこれに限るものではなく、例えば、以下の特許文献４のように、算出方法を動的に変更するものであってもよい。
［特許文献４］ 国際公開第２０１４／０４１８５２号

遮光状態検知部３９は、Ｈ／Ｔスペクトル信号算出部３６がレンジビン毎のスペクトル信号をＨ／Ｔスペクトル保存部３７に保存すると、Ｈ／Ｔスペクトル保存部３７に保存されているレンジビン毎のスペクトル信号のうち、ブレード２が存在しているレンジビン内のスペクトル信号、即ち、送受光学系１７とブレード２の間の距離が含まれているレンジビン内のスペクトル信号を読み出して、そのレンジビン内のスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲを算出する。
また、遮光状態検知部３９は、ブレード２が存在しているレンジビン内のスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲを算出すると、そのレンジビン内のスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲと事前に設定された閾値Ｔｈ_ＳＮＲ１を比較し、各周波数成分の中に、受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ１以上の周波数成分が存在しているか否かを判定する（ステップＳＴ７）。

遮光状態検知部３９は、各周波数成分の中に、受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ１以上の周波数成分が存在していれば（ステップＳＴ７：ＹＥＳの場合）、ブレード２によってパルスが遮光されている状態であることを認定する（ステップＳＴ８）。各周波数成分の中に、受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ１以上の周波数成分が存在していなければ（ステップＳＴ７：ＮＯの場合）、遮光状態の認定は行わない。
遮光状態通知部４０は、遮光状態検知部３９がパルスの遮光状態を認定すると、遮光状態が発生している旨を示す遮光状態信号を風車制御部４３及び異常検知部４１に出力する。
ここでは、遮光状態検知部３９がパルスの遮光状態を認定すると、遮光状態通知部４０が、遮光状態が発生している旨を示す遮光状態信号を出力する例を示しているが、例えば、事前に設定された時間だけ継続して、パルスの遮光状態が認定されたときに、遮光状態が発生している旨を示す遮光状態信号を出力するようにしてもよい。

異常検知部４１は、各周波数成分の中に、受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ１以上の周波数成分が存在していないとき（ステップＳＴ７：ＮＯの場合）、即ち、遮光状態通知部４０から遮光状態信号が出力されていないとき、大気スペクトル保存部３５に保存されているレンジビン毎のスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲを算出する。
異常検知部４１は、レンジビン毎のスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲを算出すると、各周波数成分の受信ＳＮＲと事前に設定された閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２を比較し、その閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２以上の周波数成分が存在しているか否かを判定する（ステップＳＴ９）。
異常検知部４１は、全てのレンジビンのスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２未満であれば（ステップＳＴ９：ＮＯの場合）、装置異常の発生を認定する（ステップＳＴ１０）。装置異常としては、例えば、光アンプ１５や受信系の故障などが考えられる。
異常検知部４１は、閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２以上の周波数成分が存在している場合（ステップＳＴ９：ＹＥＳの場合）、装置異常の発生の認定は行わない。
異常通知部４２は、異常検知部４１が装置異常の発生を認定すると、装置異常が発生している旨を示す異常発生信号を風車制御部４３に出力する。
ここでは、異常検知部４１が装置異常の発生を認定すると、異常通知部４２が、装置異常が発生している旨を示す異常発生信号を出力する例を示しているが、例えば、事前に設定された時間だけ継続して、装置異常の発生が認定されたときに、装置異常が発生している旨を示す異常発生信号を出力するようにしてもよい。

図８は装置異常が発生しているときの受信ＳＮＲを示す説明図である。
装置異常が発生していなければ、無風状態でない限り、風速ｖ_ｄに対応する周波数の成分がピーク値になるため、その周波数成分の受信ＳＮＲは、閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２より大きくなることが想定される。しかし、例えば、光アンプ１５が故障しているような状況下では、送受光学系１７から放射される大気観測用パルスの光量が極めて小さいため、図８に示すように、全ての周波数の成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２より低くなることが想定される。

風車制御部４３は、遮光状態通知部４０から遮光状態信号が出力されておらず、かつ、異常通知部４２から異常発生信号が出力されていなければ（ステップＳＴ１１：ＹＥＳの場合）、風速算出部３８により算出された風速ｖ_ｄを用いて、風車１を制御する（ステップＳＴ１２）。
一方、遮光状態通知部４０から遮光状態信号が出力された場合、あるいは、異常通知部４２から異常発生信号が出力された場合（ステップＳＴ１１：ＮＯの場合）、風向風速計４により計測された風速を用いて、風車１を制御する（ステップＳＴ１３）。
風速を用いる風車１の制御としては、例えば、発電機と直結されているブレード２の回転軸のトルク制御が考えられる。例えば、風速が速すぎてブレード２の回転数が高くなり過ぎると、発電機の発電量が飽和することが考えられるので、ブレード２の回転軸のトルクを大きくして、ブレード２の回転数が高くなり過ぎないようにする。
一方、風速が遅すぎてブレード２の回転数が低くなり過ぎると、発電機の発電量が低くなるので、ブレード２の回転軸のトルクを小さくして、ブレード２の回転数が高くなるようにする。

この実施の形態１では、風速算出部３８により算出された風速ｖ_ｄ又は風向風速計４により計測された風速を用いて、風車１を制御する例を示しているが、風向きの急激の変化や、突風などに対処するため、風速算出部３８により算出された風速ｖ_ｄの平均値又は風向風速計４により計測された風速の平均値を算出し、その平均値を用いて、風車１を制御するようにしてもよい。

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、遮光状態検知部３９が、Ｈ／Ｔスペクトル信号算出部３６により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号のうち、ブレード２が存在しているレンジビン内のスペクトル信号における各周波数成分の中に、受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ１以上の周波数成分が存在しているか否かを判定するように構成したので、風速ｖ_ｄの算出が行えない原因として、ブレード２によってパルスが遮光されている状態であるか否かを確認することができる効果を奏する。

また、この実施の形態１によれば、遮光状態検知部３９によりパルスの遮光状態が認定されていないとき、大気スペクトル積算部３４により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲと閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２を比較し、全てのレンジビンのスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２未満であれば、装置異常の発生を認定する異常検知部４１を備え、風車制御部４３が、遮光状態検知部３９によりパルスの遮光状態が認定されておらず、かつ、異常検知部４１により装置異常の発生が認定されていなければ、風速算出部３８により算出された風速ｖ_ｄを用いて、風車１を制御し、遮光状態検知部３９によりパルスの遮光状態が認定された場合、あるいは、異常検知部４１により装置異常の発生が認定された場合、風向風速計４により計測された風速を用いて、風車１を制御するように構成したので、パルスの遮光状態が発生しておらず、装置異常が発生していなければ、風車１を高精度に制御することができる一方、パルスの遮光状態が発生している場合や、装置異常が発生している場合でも、風車１の制御を継続することができる効果を奏する。

この実施の形態１では、光変調部１４が、光カプラ１２から出力された送信光をパルス変調することで、パルス（大気観測用パルス、ブレード検出用パルス）を生成するものを示したが、光変調部１４を図９のように構成してもよい。光変調部１４を図９のように構成した場合、光変調ドライバ１３を不要にすることができる。

図９はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の光変調部１４を示す構成図である。
図９において、直線位相変調信号発生部６１は例えばファンクションジェネレータなどで構成されており、任意周期の鋸波を発生する。
光位相変調部６２は直線位相変調信号発生部６１により発生された鋸波にしたがって光カプラ１２から出力された送信光の位相変調を行う。
パルス信号発生部６３は信号処理装置２１から出力された制御信号にしたがって光強度変調部６４をオンオフするパルス信号を出力する。
なお、パルス信号発生部６３は、信号処理装置２１から大気観測用パルスの出力を指示する制御信号が出力されている場合より、信号処理装置２１からブレード検出用パルスの出力を指示する制御信号が出力されている場合の方が、光強度変調部６４のオン時間が短くなるパルス信号を出力する。

光強度変調部６４は例えばＬＮ（Ｌｉｔｈｉｕｍ Ｎｉｏｂａｔｅ）変調器や、ＭＥＭＳ光スイッチなどから構成されており、光位相変調部６２により位相変調が行われた送信光をパルス変調することで、パルス（大気観測用パルス、ブレード検出用パルス）を生成し、そのパルスを光アンプ１５に出力する。
光変調部１４を図９のように構成して、光変調ドライバ１３を実装しない場合、光アンプ１５の増幅率については、信号処理装置２１から出力された制御信号によって制御されるようにする。
即ち、信号処理装置２１から大気観測用パルスの出力を指示する制御信号が出力されている場合より、信号処理装置２１からブレード検出用パルスの出力を指示する制御信号が出力されている場合の方が、増幅率が小さくなるように制御される。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、信号処理装置２１の風速算出部３８が風速ｖ_ｄを算出し、風車制御部４３が、遮光状態検知部３９によりパルスの遮光状態が認定されておらず、かつ、異常検知部４１により装置異常の発生が認定されていなければ、風速算出部３８により算出された風速ｖ_ｄを用いて、風車１を制御するものを示したが、さらに、風向を算出し、その風向を用いて、風車１を制御するようにしてもよい。

図１０はこの発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置を示す構成図であり、図１０において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
光スイッチ２２はサーキュレータ１６から大気観測用パルスを受けると、送受光学系１７−１〜１７−Ｎに対して、その大気観測用パルスを順番に出力し、送受光学系１７−１〜１７−Ｎにより受信された大気観測用パルスの反射光をサーキュレータ１６に出力する。
この実施の形態２では、説明の簡単化のため、光スイッチ２２がサーキュレータ１６からブレード検出用パルスを受けると、そのブレード検出用パルスを送受光学系１７−１に出力し、送受光学系１７−１により受信されたブレード検出用パルスの反射光をサーキュレータ１６に出力することを想定しているが、大気観測用パルスと同様に、送受光学系１７−１〜１７−Ｎに対して、ブレード検出用パルスを順番に出力するようにしてもよい。

送受光学系１７−１〜１７−Ｎは図１の送受光学系１７と同様に、風車１のブレード２の後方に設置されており、光スイッチ２２から出力されたパルス（大気観測用パルス、ブレード検出用パルス）を大気に放射したのち、観測対象であるエアロゾル又はブレード２に反射されて戻ってきたパルス（大気観測用パルス、ブレード検出用パルス）の反射光を受信する。
ただし、送受光学系１７−１〜１７−Ｎにより送受信されるパルスの方位角方向が異なっている。なお、Ｎは２以上の整数であり、送受光学系１７が少なくとも２以上あればよい。

図１１はこの発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置の信号処理装置２１を示す構成図であり、図１１において、図４と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
大気スペクトル積算部７１は図４の大気スペクトル積算部３４と同様に、長パルス幅射出制御部３１から大気観測用パルスの出力を指示する制御信号が出力されると、Ａ／Ｄコンバータ３３により変換されたデジタル信号を時間毎に区切り、時間毎に区切ったデジタル信号、即ち、レンジビン毎のデジタル信号をフーリエ変換することで、レンジビン毎のスペクトル信号を算出する処理を実施する。
また、大気スペクトル積算部７１は図４の大気スペクトル積算部３４と同様に、レンジビン毎のスペクトル信号を加算するインコヒーレント積分を実施することで、受信ＳＮＲが改善されているスペクトルデータを算出する処理を実施する。
なお、大気スペクトル積算部７１は図４の大気スペクトル積算部３４と異なり、送受光学系１７−１〜１７−Ｎのうち、いずれかの送受光学系１７が大気観測用パルスの反射光を受信する毎に、レンジビン毎のスペクトル信号を算出して、スペクトルデータを算出する。

大気スペクトル保存部７２は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、送受光学系１７−１〜１７−Ｎのうち、いずれかの送受光学系１７が大気観測用パルスの反射光を受信する毎に、大気スペクトル積算部７１により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号を保存するとともに、受信ＳＮＲが改善されているスペクトルデータを保存する。
したがって、大気スペクトル保存部７２には、パルスの方位角方向が異なる送受光学系１７別に、大気スペクトル積算部７１により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号とスペクトルデータが保存される。
なお、大気スペクトル積算部７１及び大気スペクトル保存部７２からスペクトル積算部が構成されている。

風速算出部７３は大気スペクトル保存部７２から各方位角方向に係るスペクトルデータをそれぞれ読み出し、各スペクトルデータのピーク値を検出して、そのピーク値をとる周波数をそれぞれドップラーシフト量として特定する処理を実施する。
また、風速算出部７３は特定した各ドップラーシフト量と大気観測用パルスの波長から、エアロゾルの移動速度である風速をそれぞれ算出する処理を実施する。
風向算出部７４は風速算出部７３により算出された各方位角方向に係る風速から風向を算出する処理を実施する。
風車制御部７５は遮光状態通知部４０から遮光状態信号が出力されておらず、かつ、異常通知部４２から異常発生信号が出力されていなければ、風速算出部７３により算出された風速及び風向算出部７４により算出された風向を用いて、風車１を制御する。
また、風車制御部７５は遮光状態通知部４０から遮光状態信号が出力された場合、あるいは、異常通知部４２から異常発生信号が出力された場合、風向風速計４により計測された風速及び風向を用いて、風車１を制御する。

図１１の例では、信号処理装置２１の構成要素である長パルス幅射出制御部３１、短パルス幅射出制御部３２、大気スペクトル積算部７１、Ｈ／Ｔスペクトル信号算出部３６、風速算出部７３、風向算出部７４、遮光状態検知部３９、遮光状態通知部４０、異常検知部４１、異常通知部４２及び風車制御部７５のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定している。専用のハードウェアとしては、例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどが考えられる。
ただし、信号処理装置２１はコンピュータで構成されているものであってもよく、例えば、Ａ／Ｄコンバータ３３を除く信号処理装置２１がコンピュータで構成される場合、大気スペクトル保存部７２及びＨ／Ｔスペクトル保存部３７を図５に示すコンピュータのメモリ５１上に構成するとともに、長パルス幅射出制御部３１、短パルス幅射出制御部３２、大気スペクトル積算部７１、Ｈ／Ｔスペクトル信号算出部３６、風速算出部７３、風向算出部７４、遮光状態検知部３９、遮光状態通知部４０、異常検知部４１、異常通知部４２及び風車制御部７５の処理内容を記述しているプログラムをメモリ５１に格納し、コンピュータのプロセッサ５２がメモリ５１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

次に動作について説明する。
この実施の形態２では、風向を算出することができるようにするために、放射パルスの方位角方向が異なる送受光学系１７−１〜１７−Ｎが設けられる。
光スイッチ２２は、上記実施の形態１と同様にして、サーキュレータ１６が大気観測用パルスを出力すると、送受光学系１７−１〜１７−Ｎに対して、その大気観測用パルスを順番に出力し、送受光学系１７−１〜１７−Ｎにより受信された大気観測用パルスの反射光をサーキュレータ１６に出力する。
この実施の形態２では、説明の簡単化のため、光スイッチ２２がサーキュレータ１６からブレード検出用パルスを受けると、そのブレード検出用パルスを送受光学系１７−１に出力することを想定している。この場合のＨ／Ｔスペクトル信号算出部３６及び遮光状態検知部３９の処理内容は、上記実施の形態１と同様であるため説明を省略する。

送受光学系１７−１〜１７−Ｎは、光スイッチ２２から大気観測用パルスを受けると、その大気観測用パルスを大気に放射する。
ただし、送受光学系１７−１〜１７−Ｎから放射される大気観測用パルスの方位角方向が異なっている。
送受光学系１７−１〜１７−Ｎは、大気観測用パルスを大気に放射したのち、観測対象であるエアロゾル又はブレード２に反射されて戻ってきた大気観測用パルスの反射光を受信する。
光スイッチ２２は、送受光学系１７−１〜１７−Ｎのいずれかが大気観測用パルスの反射光を受信すると、その大気観測用パルスの反射光をサーキュレータ１６に出力する。
即ち、光スイッチ２２は、例えば、送受光学系１７−１が大気観測用パルスを大気に放射すると、送受光学系１７−１により受信された大気観測用パルスの反射光をサーキュレータ１６に出力し、送受光学系１７−Ｎが大気観測用パルスを大気に放射すると、送受光学系１７−Ｎにより受信された大気観測用パルスの反射光をサーキュレータ１６に出力する。

サーキュレータ１６は、光スイッチ２２から大気観測用パルスの反射光を受ける毎に、その大気観測用パルスの反射光を受信光として受信カプラ１８に出力する。
受信カプラ１８は、サーキュレータ１６から受信光を受ける毎に、その受信光と光カプラ１２から出力されたローカル光を合波することで、そのローカル光の周波数と受信光の周波数とを足し合わせた周波数を有する合波光を光検出器１９に出力する。
光検出器１９は、受信カプラ１８から合波光を受ける毎に、その合波光を電気信号に変換し、その電気信号をＲＦスイッチ２０に出力する。
ＲＦスイッチ２０は、上記実施の形態１と同様に、光変調ドライバ１３の制御によって内部反射光の影響が大きい時間帯ではオフになっているが、内部反射光の影響が小さくなると、光変調ドライバ１３の制御によってオンになり、光検出器１９から出力された電気信号が信号処理装置２１に入力されるようになる。

信号処理装置２１のＡ／Ｄコンバータ３３は、光検出器１９から出力されたのち、ＲＦスイッチ２０を通過してきた電気信号が入力されると、上記実施の形態１と同様に、その電気信号をデジタル信号に変換する。
大気スペクトル積算部７１は、長パルス幅射出制御部３１から大気観測用パルスの出力を指示する制御信号が出力されると、図４の大気スペクトル積算部３４と同様に、Ａ／Ｄコンバータ３３により変換されたデジタル信号を時間毎に区切り、時間毎に区切ったデジタル信号、即ち、レンジビン毎のデジタル信号をフーリエ変換することで、レンジビン毎のスペクトル信号を算出する。
また、大気スペクトル積算部７１は、図４の大気スペクトル積算部３４と同様に、レンジビン毎のスペクトル信号を加算するインコヒーレント積分を実施することで、受信ＳＮＲが改善されているスペクトルデータを算出する。
なお、大気スペクトル積算部７１は、図４の大気スペクトル積算部３４と異なり、送受光学系１７−１〜１７−Ｎのうち、いずれかの送受光学系１７が大気観測用パルスの反射光を受信する毎に、レンジビン毎のスペクトル信号を算出して、スペクトルデータを算出する。
これにより、大気スペクトル保存部７２には、パルスの方位角方向が異なる送受光学系１７別に、大気スペクトル積算部７１により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号とスペクトルデータが保存される。

風速算出部７３は、大気スペクトル保存部３５から各方位角方向に係るスペクトルデータをそれぞれ読み出し、各スペクトルデータのピーク値を検出して、そのピーク値をとる周波数をそれぞれドップラーシフト量ｆ_{ｄｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）}として特定する。
風速算出部７３は、各方位角方向に係るドップラーシフト量ｆ_ｄｎを特定すると、下記の式（２）に示すように、そのドップラーシフト量ｆ_ｄｎと大気観測用パルスの波長λから、各方位角方向に係る風速ｖ_{ｄｎ（ｎ＝１，・・・，Ｎ）}を算出する。

風向算出部７４は、風速算出部７３が各方位角方向に係る風速ｖ_ｄｎを算出すると、各方位角方向に係る風速ｖ_ｄｎを、各方位角方向を示す方向ベクトルの大きさとして取り扱い、各方向ベクトルを合成する。
風向算出部７４は、各方向ベクトルを合成すると、その合成ベクトルが示す方向を風向の算出結果として風車制御部７５に出力する。

風車制御部７５は、風速算出部７３が各方位角方向に係る風速ｖ_ｄｎを算出すると、風車１の制御に用いる風速として、風速算出部７３により算出された各方位角方向に係る風速ｖ_ｄｎの平均値あるいは中央値を算出する。
あるいは、風車１の制御に用いる風速として、風向算出部７４により求められた合成ベクトルの大きさを取得する。
風車制御部７５は、風車１の制御に用いる風速を特定すると、遮光状態通知部４０から遮光状態信号が出力されておらず、かつ、異常通知部４２から異常発生信号が出力されていなければ、その風速を用いて、風車１を制御するとともに、風向算出部７４により算出された風向を用いて、風車１を制御する。
一方、遮光状態通知部４０から遮光状態信号が出力された場合、あるいは、異常通知部４２から異常発生信号が出力された場合、風向風速計４により計測された風速及び風向を用いて、風車１を制御する。
風向を用いる風車１の制御としては、例えば、風車１の向きを風向に合わせる制御が考えられる。

この実施の形態２では、風速算出部７３により算出された風速及び風向算出部７４により算出された風向、あるいは、風向風速計４により計測された風速及び風向を用いて風車１を制御する例を示しているが、風向きの急激の変化や、突風などに対処するため、風速算出部７３により算出された風速の平均値及び風向算出部７４により算出された風向の平均値、あるいは、風向風速計４により計測された風速及び風向の平均値を算出し、それらの平均値を用いて、風車１を制御するようにしてもよい。

以上で明らかなように、この実施の形態２によれば、風速算出部７３により算出された各方位角方向に係る風速から風向を算出する風向算出部７４を備え、風車制御部７５が、風速算出部７３により算出された風速だけではなく、風向算出部７４を算出された風向を用いて、風車１を制御するように構成したので、上記実施の形態１よりも、風力発電の効率を高めることができる効果を奏する。

実施の形態３．
上記実施の形態１，２では、遮光状態通知部４０から遮光状態信号が出力されていないとき、異常検知部４１が、大気スペクトル保存部３５に保存されているレンジビン毎のスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲと閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２を比較し、全てのレンジビンのスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２未満であれば、装置異常の発生を認定するものを示したが、装置異常の発生の認定精度を高めるために、風車１のブレード２の回転角度を示す角度情報を用いて、装置異常の発生を認定するようにしてもよい。

図１２はこの発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置の信号処理装置２１を示す構成図であり、図１２において、図１１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。また、図１３はブレード角度検出装置が実装されている風車を示す説明図である。
ブレード角度検出装置５は例えばエンコーダから構成されており、風車１のブレード２の回転角度を検出し、その回転角度を示す角度情報をレーザレーダ装置３に出力する。
異常検知部８０は図１１の異常検知部４１と同様に、全てのレンジビンのスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２未満であれば、装置異常の発生を認定する処理を実施する。
ただし、異常検知部８０は図１１の異常検知部４１と異なり、予め、ブレード２によってパルスが遮光される回転角度の範囲を記憶しており、ブレード角度検出装置５から出力された角度情報が示す回転角度が、その記憶している回転角度の範囲内であれば、全てのレンジビンのスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２未満であっても、装置異常の発生を認定しないようにする。

図１２の例では、信号処理装置２１の構成要素である長パルス幅射出制御部３１、短パルス幅射出制御部３２、大気スペクトル積算部７１、Ｈ／Ｔスペクトル信号算出部３６、風速算出部７３、風向算出部７４、遮光状態検知部３９、遮光状態通知部４０、異常検知部８０、異常通知部４２及び風車制御部７５のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定している。専用のハードウェアとしては、例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどが考えられる。
ただし、信号処理装置２１はコンピュータで構成されているものであってもよく、例えば、Ａ／Ｄコンバータ３３を除く信号処理装置２１がコンピュータで構成される場合、大気スペクトル保存部７２及びＨ／Ｔスペクトル保存部３７を図５に示すコンピュータのメモリ５１上に構成するとともに、長パルス幅射出制御部３１、短パルス幅射出制御部３２、大気スペクトル積算部７１、Ｈ／Ｔスペクトル信号算出部３６、風速算出部７３、風向算出部７４、遮光状態検知部３９、遮光状態通知部４０、異常検知部８０、異常通知部４２及び風車制御部７５の処理内容を記述しているプログラムをメモリ５１に格納し、コンピュータのプロセッサ５２がメモリ５１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

次に動作について説明する。
ただし、異常検知部８０以外の処理内容は、上記実施の形態１，２と同様であるため、ここでは、異常検知部８０の処理内容だけを説明する。
全てのレンジビンのスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２未満であれば、装置異常が発生している可能性が高いと考えられるが、この実施の形態３では、さらに、装置異常の発生の認定精度を高めるために、風車１のブレード２の回転角度を示す角度情報を用いて、装置異常の発生を認定する。具体的には、以下の通りである。

異常検知部８０は、ブレード２とレーザレーダ装置３の物理的な位置関係から、パルスが遮光されるブレード２の角度範囲θ_{ｓｍａｌｌ}〜θ_{ｌａｒｇｅ}を事前に特定して、パルスが遮光されるブレード２の角度範囲θ_{ｓｍａｌｌ}〜θ_{ｌａｒｇｅ}を記憶する。
異常検知部８０は、ブレード角度検出装置５が風車１のブレード２の回転角度θを検出すると、ブレード角度検出装置５からブレード２の回転角度θを示す角度情報を収集する。
そして、異常検知部８０は、下記の式（３）に示すように、その角度情報が示す回転角度θが、事前に記憶しているブレード２の角度範囲θ_{ｓｍａｌｌ}〜θ_{ｌａｒｇｅ}内であるか否かを判定する。
θ_{ｓｍａｌｌ}≦θ≦θ_{ｌａｒｇｅ} （３）

異常検知部８０は、全てのレンジビンのスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２未満であるとき、角度情報が示す回転角度θが、ブレード２の角度範囲θ_{ｓｍａｌｌ}〜θ_{ｌａｒｇｅ}の範囲外であれば（式（３）が成立しない場合）、ブレード２によってパルスが遮光されている可能性がないため、装置異常の発生を認定する。
一方、全てのレンジビンのスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２未満であるとき、角度情報が示す回転角度θが、ブレード２の角度範囲θ_{ｓｍａｌｌ}〜θ_{ｌａｒｇｅ}の範囲内であれば（式（３）が成立する場合）、ブレード２によってパルスが遮光されているために受信ＳＮＲが低下している可能性が高いため、装置異常の発生を認定しないようにする。

風車制御部７５は、ブレード２の回転角度θが角度範囲θ_{ｓｍａｌｌ}〜θ_{ｌａｒｇｅ}の範囲内であるため、異常検知部８０が、装置異常の発生を認定していない場合、ブレード２がずれるように風車１を制御して、ブレード２によってパルスが遮光されないようにする。
異常検知部８０は、ブレード２がずれても、全てのレンジビンのスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２未満である状態が継続している場合、ブレード２によってパルスが遮光されている可能性がないため、装置異常の発生を認定する。

以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、異常検知部８０が、予めパルスが遮光されるブレード２の角度範囲θ_{ｓｍａｌｌ}〜θ_{ｌａｒｇｅ}を記憶しており、ブレード角度検出装置５から出力された角度情報が示す回転角度θが、その記憶しているブレード２の角度範囲θ_{ｓｍａｌｌ}〜θ_{ｌａｒｇｅ}内であれば、全てのレンジビンのスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２未満であっても、装置異常の発生を認定しないように構成したので、装置異常の発生の認定精度を高めることができる効果を奏する。

実施の形態４．
上記実施の形態１，２では、遮光状態通知部４０から遮光状態信号が出力されていないとき、異常検知部４１が、大気スペクトル保存部３５に保存されているレンジビン毎のスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲと閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２を比較し、全てのレンジビンのスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２未満であれば、装置異常の発生を認定するものを示したが、装置異常の発生の認定精度を高めるために、送受光学系１７の集光距離を近距離側に変更しても、全てのレンジビンのスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２未満である場合に限り、装置異常の発生を認定するようにしてもよい。

図１４はこの発明の実施の形態４によるレーザレーダ装置を示す構成図であり、図１４において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
集光距離変更部８１は送受光学系１７の集光距離を変更する装置である。例えば、送受光学系１７内のレンズの位置を変えることで、送受光学系１７の集光距離を変更することができる。
図１４では、図１のレーザレーダ装置における送受光学系１７に対して集光距離変更部８１を適用する例を示しているが、図１０のレーザレーダ装置における送受光学系１７−１〜１７−Ｎに対して集光距離変更部８１を適用するようにしてもよい。

図１５はこの発明の実施の形態４によるレーザレーダ装置の信号処理装置２１を示す構成図であり、図１５において、図１１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
異常検知部８２は図１１の異常検知部４１と同様に、装置異常の発生を認定したのち、集光距離変更部８１により送受光学系１７の集光距離が近距離側に変更されても、全てのレンジビンのスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２未満であれば、装置異常の発生を最終的に認定するが、送受光学系１７の集光距離が近距離側に変更されることで、いずれかのレンジビンのスペクトル信号における周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２以上になれば、装置異常の発生を認定しないようにする。

図１５の例では、信号処理装置２１の構成要素である長パルス幅射出制御部３１、短パルス幅射出制御部３２、大気スペクトル積算部７１、Ｈ／Ｔスペクトル信号算出部３６、風速算出部７３、風向算出部７４、遮光状態検知部３９、遮光状態通知部４０、異常検知部８２、異常通知部４２及び風車制御部７５のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定している。専用のハードウェアとしては、例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路や、ワンチップマイコンなどが考えられる。
ただし、信号処理装置２１はコンピュータで構成されているものであってもよく、例えば、Ａ／Ｄコンバータ３３を除く信号処理装置２１がコンピュータで構成される場合、大気スペクトル保存部７２及びＨ／Ｔスペクトル保存部３７を図５に示すコンピュータのメモリ５１上に構成するとともに、長パルス幅射出制御部３１、短パルス幅射出制御部３２、大気スペクトル積算部７１、Ｈ／Ｔスペクトル信号算出部３６、風速算出部７３、風向算出部７４、遮光状態検知部３９、遮光状態通知部４０、異常検知部８２、異常通知部４２及び風車制御部７５の処理内容を記述しているプログラムをメモリ５１に格納し、コンピュータのプロセッサ５２がメモリ５１に格納されているプログラムを実行するようにすればよい。

ただし、集光距離変更部８１及び異常検知部８２以外の処理内容は、上記実施の形態１，２と同様であるため、ここでは、集光距離変更部８１及び異常検知部８２の処理内容だけを説明する。
全てのレンジビンのスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２未満であれば、装置異常が発生している可能性が高いと考えられるが、送受光学系１７の集光距離を近距離側に変更すれば、ブレード２が存在しているレンジビン付近の観測精度を高めることができる。即ち、装置異常の発生の認定精度を高めることができる。
この実施の形態４では、ブレード２が存在しているレンジビン付近の観測精度を高めた上で、装置異常の発生を再度判定することにより、装置異常の発生の認定精度を高めるようにする。具体的には、以下の通りである。

異常検知部８２は、図１１の異常検知部４１と同様にして、装置異常の発生を認定すると、装置異常の発生を最終的に認定する前に、送受光学系１７の集光距離を近距離側に変更する指令を集光距離変更部８１に出力する。通常は、大気の観測精度を高めるため、送受光学系１７の集光距離は遠距離側に設定されている。
集光距離変更部８１は、異常検知部８２から集光距離を近距離側に変更する指令を受けると、例えば、送受光学系１７内のレンズの位置を変えることで、送受光学系１７の集光距離を近距離側に変更する。
ここでは、送受光学系１７の集光距離をどの程度変更するかは、予め設定されているものとする。

異常検知部８２は、集光距離変更部８１によって送受光学系１７の集光距離が近距離側に変更された後に、送受光学系１７により大気観測用パルスの反射光が受信されて、大気スペクトル積算部７１により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号を取得する。
異常検知部８２は、レンジビン毎のスペクトル信号を取得すると、レンジビン毎のスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲを算出して、各周波数成分の受信ＳＮＲと閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２を比較し、その閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２以上の周波数成分が存在しているか否かを判定する。

異常検知部８２は、全てのレンジビンのスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２未満であれば、装置異常の発生を最終的に認定する。
一方、いずれかのレンジビンのスペクトル信号における周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２以上になれば、装置異常の発生を認定しないようにする。

以上で明らかなように、この実施の形態４によれば、集光距離変更部８１により送受光学系１７の集光距離が近距離側に変更されても、全てのレンジビンのスペクトル信号における各周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２未満であれば、装置異常の発生を最終的に認定するが、送受光学系１７の集光距離が近距離側に変更されることで、いずれかのレンジビンのスペクトル信号における周波数成分の受信ＳＮＲが閾値Ｔｈ_ＳＮＲ２以上になれば、装置異常の発生を認定しないように構成したので、装置異常の発生の認定精度を高めることができる効果を奏する。

実施の形態５．
上記実施の形態１〜４では、光変調ドライバ１３が、信号処理装置２１から大気観測用パルスの出力を指示する制御信号を受けると、大気観測用パルスが得られるように光変調部１４のパルス変調を制御するとともに、光アンプ１５の増幅率及びＲＦスイッチ２０のオンオフを制御し、信号処理装置２１からブレード検出用パルスの出力を指示する制御信号を受けると、ブレード検出用パルスが得られるように光変調部１４のパルス変調を制御するとともに、光アンプ１５の増幅率及びＲＦスイッチ２０のオンオフを制御するものを示している。
しかし、光変調ドライバ１３が、光変調部１４、光アンプ１５及びＲＦスイッチ２０を制御するための電気信号を生成するには、ある程度の時間を要する。
この実施の形態５では、信号処理装置２１から制御信号を受ける毎に、光変調部１４、光アンプ１５及びＲＦスイッチ２０を制御するための電気信号を生成する手間を省いて、処理の高速化を図ることができるものについて説明する。

図１６はこの発明の実施の形態５によるレーザレーダ装置を示す構成図であり、図１６において、図１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
大気観測用電気信号格納部９１は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、大気観測用パルスを放射する際に、光変調部１４、光アンプ１５及びＲＦスイッチ２０を制御するための電気信号として、事前に大気観測用電気信号を格納している。
ブレード検出用電気信号格納部９２は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、ブレード検出用パルスを放射する際に、光変調部１４、光アンプ１５及びＲＦスイッチ２０を制御するための電気信号として、事前にブレード検出用電気信号を格納している。
選択スイッチ９３は信号処理装置２１から大気観測用パルスの出力を指示する制御信号を受けると、大気観測用電気信号格納部９１に格納されている大気観測用電気信号を読み出して、その大気観測用電気信号を光変調部１４、光アンプ１５及びＲＦスイッチ２０に出力し、信号処理装置２１からブレード検出用パルスの出力を指示する制御信号を受けると、ブレード検出用電気信号格納部９２からブレード検出用電気信号を読み出して、そのブレード検出用電気信号を光変調部１４、光アンプ１５及びＲＦスイッチ２０に出力する。

次に動作について説明する。
光変調ドライバ１３の代わりに、大気観測用電気信号格納部９１、ブレード検出用電気信号格納部９２及び選択スイッチ９３が設けられている点以外は、上記実施の形態１〜４と同様である。
大気観測用電気信号格納部９１には、大気観測用パルスを放射する際に、光変調部１４、光アンプ１５及びＲＦスイッチ２０を制御するための電気信号として、事前に大気観測用電気信号が格納されている。
ブレード検出用電気信号格納部９２には、ブレード検出用パルスを放射する際に、光変調部１４、光アンプ１５及びＲＦスイッチ２０を制御するための電気信号として、事前にブレード検出用電気信号を格納している。

選択スイッチ９３は、信号処理装置２１から大気観測用パルスの出力を指示する制御信号を受けると、大気観測用電気信号格納部９１に格納されている大気観測用電気信号を読み出して、その大気観測用電気信号を光変調部１４、光アンプ１５及びＲＦスイッチ２０に出力する。
これにより、光変調部１４、光アンプ１５及びＲＦスイッチ２０が上記実施の形態１〜４と同様に動作し、大気観測用パルスが放射されたのち、大気観測用パルスの反射波が受信されて、大気の観測が行われる。

選択スイッチ９３は、信号処理装置２１からブレード検出用パルスの出力を指示する制御信号を受けると、ブレード検出用電気信号格納部９２からブレード検出用電気信号を読み出して、そのブレード検出用電気信号を光変調部１４、光アンプ１５及びＲＦスイッチ２０に出力する。
これにより、光変調部１４、光アンプ１５及びＲＦスイッチ２０が上記実施の形態１〜４と同様に動作し、ブレード検出用パルスが放射されたのち、ブレード検出用パルスの反射波が受信されて、パルスの遮光状態の検出が可能になる。

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。

１ 風車、２ ブレード、３ レーザレーダ装置、４ 風向風速計、５ ブレード角度検出装置、１１ 光発振部、１２ 光カプラ、１３ 光変調ドライバ、１４ 光変調部、１５ 光アンプ、１６ サーキュレータ、１７，１７−１〜１７−Ｎ 送受光学系、１８ 受信カプラ、１９ 光検出器、２０ ＲＦスイッチ、２１ 信号処理装置、２２ 光スイッチ、３１ 長パルス幅射出制御部、３２ 短パルス幅射出制御部、３３ Ａ／Ｄコンバータ、３４ 大気スペクトル積算部（第１のスペクトル積算部）、３５ 大気スペクトル保存部（スペクトル積算部）、３６ Ｈ／Ｔスペクトル信号算出部（スペクトル信号算出部）、３７ Ｈ／Ｔスペクトル保存部（スペクトル信号算出部）、３８ 風速算出部、３９ 遮光状態検知部、４０ 遮光状態通知部、４１ 異常検知部、４２ 異常通知部、４３ 風車制御部、５１ メモリ、５２ プロセッサ、６１ 直線位相変調信号発生部、６２ 光位相変調部、６３ パルス信号発生部、６４ 光強度変調部、７１ 大気スペクトル積算部（スペクトル積算部）、７２ 大気スペクトル保存部（スペクトル積算部）、７３ 風速算出部、７４ 風向算出部、７５ 風車制御部、８０ 異常検知部、８１ 集光距離変更部、８２ 異常検知部、９１ 大気観測用電気信号格納部、９２ ブレード検出用電気信号格納部、９３ 選択スイッチ。

Claims (8)

1. レーザ光をパルス変調して第１のパルスを生成するとともに、前記第１のパルスよりパルス幅が狭い第２のパルスを生成する光変調部と、
   風車のブレードの後方に設置され、前記第１及び第２のパルスを大気に放射したのち、観測対象又は前記ブレードに反射されて戻ってきた前記パルスの反射光を受信する送受光学系と、
   前記送受光学系により受信された第１のパルスの反射光から、レンジビン毎のスペクトル信号を算出して、前記レンジビン毎のスペクトル信号を積算するスペクトル積算部と、
   前記送受光学系により受信された第２のパルスの反射光から、レンジビン毎のスペクトル信号を算出するスペクトル信号算出部と、
   前記スペクトル積算部により積算されたスペクトル信号から前記観測対象の速度である風速を算出する風速算出部と、
   前記スペクトル信号算出部により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号のうち、前記ブレードが存在しているレンジビン内のスペクトル信号における各周波数成分の中に、信号対雑音比が第１の閾値以上の周波数成分が存在していれば、前記ブレードによってパルスが遮光されている状態であることを認定する遮光状態検知部と
   を備えたレーザレーダ装置。
2. 前記遮光状態検知部によりパルスの遮光状態が認定されていない場合、前記風速算出部により算出された風速を用いて、前記風車を制御する風車制御部を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
3. パルスの放射方向が異なる前記送受光学系を複数設置し、
   前記スペクトル積算部は、各々の送受光学系が前記第１のパルスの反射光を受信する毎に、前記第１のパルスの反射光から、レンジビン毎のスペクトル信号を算出して、前記レンジビン毎のスペクトル信号を積算し、
   前記風速算出部は、各々の送受光学系が前記第１のパルスの反射光を受信する毎に、前記スペクトル積算部により積算されたスペクトル信号から前記観測対象の速度である風速を算出し、
   各々の送受光学系が前記第１のパルスの反射光を受信する毎に、前記風速算出部により算出された風速から風向を算出する風向算出部を備え、
   前記風車制御部は、前記遮光状態検知部によりパルスの遮光状態が認定されていない場合、前記風向算出部により算出された風向を用いて、前記風車を制御することを特徴とする請求項２記載のレーザレーダ装置。
4. 前記風車制御部は、前記遮光状態検知部によりパルスの遮光状態が認定されている場合、前記風車に取り付けられている風向風速計の計測値を用いて、前記風車を制御することを特徴とする請求項２または請求項３記載のレーザレーダ装置。
5. 前記遮光状態検知部によりパルスの遮光状態が認定されていないとき、前記スペクトル積算部により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号における各周波数成分の中に、信号対雑音比が第２の閾値以上の周波数成分が存在していなければ、装置異常の発生を認定する異常検知部を備え、
   前記風車制御部は、前記異常検知部により装置異常の発生が認定された場合、前記遮光状態検知部によりパルスの遮光状態が認定されていない場合でも、前記風向風速計の計測値を用いて、前記風車を制御することを特徴とする請求項４記載のレーザレーダ装置。
6. 前記異常検知部は、前記風車のブレードの回転角度を示す角度情報を収集し、前記角度情報が示す回転角度が、前記ブレードによってパルスが遮光される回転角度の範囲内であれば、前記スペクトル積算部により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号における各周波数成分の中に、信号対雑音比が前記第２の閾値以上の周波数成分が存在していなくても、装置異常の発生を認定しないことを特徴とする請求項５記載のレーザレーダ装置。
7. 前記送受光学系の集光距離を変更する集光距離変更部を備え、
   前記異常検知部は、前記集光距離変更部により前記送受光学系の集光距離が近距離側に変更されても、前記スペクトル積算部により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号における各周波数成分の中に、信号対雑音比が前記第２の閾値以上の周波数成分が存在していなければ、装置異常の発生を認定し、前記送受光学系の集光距離が近距離側に変更されることで、前記スペクトル積算部により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号における各周波数成分の中に、信号対雑音比が前記第２の閾値以上の周波数成分が存在していれば、装置異常の発生を認定しないことを特徴とする請求項５記載のレーザレーダ装置。
8. 光変調部が、レーザ光をパルス変調して第１のパルスを生成するとともに、前記第１のパルスよりパルス幅が狭い第２のパルスを生成し、
   風車のブレードの後方に設置されている送受光学系が、前記第１及び第２のパルスを大気に放射したのち、観測対象又は前記ブレードに反射されて戻ってきた前記パルスの反射光を受信し、
   スペクトル積算部が、前記送受光学系により受信された第１のパルスの反射光から、レンジビン毎のスペクトル信号を算出して、前記レンジビン毎のスペクトル信号を積算し、
   スペクトル信号算出部が、前記送受光学系により受信された第２のパルスの反射光から、レンジビン毎のスペクトル信号を算出し、
   風速算出部が、前記スペクトル積算部により積算されたスペクトル信号から前記観測対象の速度である風速を算出し、
   遮光状態検知部が、前記スペクトル信号算出部により算出されたレンジビン毎のスペクトル信号のうち、前記ブレードが存在しているレンジビン内のスペクトル信号における各周波数成分の中に、信号対雑音比が第１の閾値以上の周波数成分が存在していれば、前記ブレードによってパルスが遮光されている状態であることを認定する
   観測方法。

Images