JP2017003490A - Laser radar device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To enable the user to be informed of the occurrence of any system trouble without requiring mounting of a photodetector or the like.SOLUTION: A laser radar device is equipped with an SNR calculating unit 16 that calculates the SNR of the reception signal of diffuse light every time diffuse light is received by a laser beam transceiver unit 10; and a switchover determining unit 19 that determines whether or not the telescope has been correctly switched over by a telescope unit 3 by comparing SNRs, out of SNRs calculated by the SNR calculating unit 16, before and after the telescope switchover by the telescope unit 3. If an alarm presenting unit 20 presents a determination that the switchover determining unit 19 has not correctly switched over the telescope to be used, an alarm notifying the occurrence of a system trouble is presented.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

この発明は、エアロゾルの移動に伴う散乱光のドップラーシフト量から風速を計測するレーザレーダ装置に関するものである。   The present invention relates to a laser radar device that measures a wind speed from a Doppler shift amount of scattered light accompanying the movement of an aerosol.

以下の特許文献1に開示されているレーザレーダ装置は、異なる指向方向にレーザ光を出力する複数のレーザ開口部と、複数のレーザ開口部のうち、いずれかのレーザ開口部に対して、レーザ発振器により発振されたレーザ光を出力する光スイッチとを備えている。
以下の特許文献2には、エアロゾルの移動に伴う散乱光のドップラーシフト量から風速を計測するレーザレーダ装置が開示されており、このレーザレーダ装置に対して、特許文献1に開示されている複数のレーザ開口部及び光スイッチを適用すれば、レーザ光の視線方向を切り換えながら風速を計測することで、風速の鉛直プロファイルの取得や広範囲な風速計測を実現することが可能になる。
The laser radar device disclosed in the following Patent Document 1 includes a plurality of laser openings that output laser light in different directivity directions, and a laser for any one of the plurality of laser openings. And an optical switch that outputs laser light oscillated by an oscillator.
Patent Document 2 below discloses a laser radar device that measures the wind speed from the Doppler shift amount of scattered light accompanying the movement of the aerosol. A plurality of laser radar devices disclosed in Patent Document 1 are disclosed for this laser radar device. If the laser aperture and the optical switch are applied, it is possible to obtain a vertical profile of the wind speed and to measure a wide range of wind speeds by measuring the wind speed while switching the line-of-sight direction of the laser light.

特開2005−9956号公報(図3)Japanese Patent Laying-Open No. 2005-9956 (FIG. 3) 特開2003−307567号公報(図1)Japanese Patent Laying-Open No. 2003-307567 (FIG. 1)

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、レーザ光の視線方向を切り換えることができるが、実際にレーザ光の視線方向が切り換わっているか否かを確認する手段を備えていない。このため、レーザレーダ装置のシステム異常が原因で、レーザ光の視線方向が切り換わらない状況が発生しても、システム異常の発生をユーザに知らせることができないという課題があった。
なお、レーザレーダ装置内に、レーザ光の視線方向を検出するフォトディテクタなどを実装すれば、レーザ光の視線方向が切り換わっているか否かを確認することができるが、フォトディテクタなどを実装する分、装置サイズや重量が大きくなるとともに、フォトディテクタなどに対する配線が複雑になる問題が生じる。
Since the conventional laser radar apparatus is configured as described above, it can switch the line-of-sight direction of the laser light, but does not have means for confirming whether the line-of-sight direction of the laser light is actually switched. . For this reason, there has been a problem that even if a situation occurs in which the line-of-sight direction of the laser light is not switched due to the system abnormality of the laser radar apparatus, the user cannot be notified of the occurrence of the system abnormality.
In addition, if a photo detector that detects the line-of-sight direction of the laser light is mounted in the laser radar device, it can be confirmed whether the line-of-sight direction of the laser light is switched, but the amount of mounting the photo detector, etc. As the device size and weight increase, there arises a problem that the wiring for the photodetector and the like becomes complicated.

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、フォトディテクタなどを実装することなく、システム異常の発生をユーザに知らせることができるレーザレーダ装置を得ることを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a laser radar device that can notify a user of the occurrence of a system abnormality without mounting a photodetector or the like.

この発明に係るレーザレーダ装置は、開口径が異なる複数の望遠鏡と、複数の望遠鏡の中で、レーザ光の送受信に使用する使用対象の望遠鏡を切り換える望遠鏡切換部と、レーザ光を発振するレーザ光発振部と、望遠鏡切換部により切り換えられた使用対象の望遠鏡を用いて、レーザ光発振部により発振されたレーザ光を大気中に放射したのち、エアロゾルに散乱されて戻ってきたレーザ光の散乱光を受信するレーザ光送受信部と、レーザ光送受信部により散乱光が受信される毎に、散乱光の受信信号の信号対雑音比を算出する信号対雑音比算出部と、信号対雑音比算出部により算出された信号対雑音比の中で、望遠鏡切換部により使用対象の望遠鏡が切り換えられた前後での信号対雑音比を比較することで、望遠鏡切換部により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられたか否かを判定する切換判定部とを設け、警報提示部が、切換判定部により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられていない旨の判定がなされた場合、異常が発生している旨の警報を提示するようにしたものである。   A laser radar device according to the present invention includes a plurality of telescopes having different aperture diameters, a telescope switching unit that switches a telescope to be used for transmission / reception of laser light among the plurality of telescopes, and a laser beam that oscillates laser light. Using the telescope to be used switched by the oscillating unit and the telescope switching unit, the laser light oscillated by the laser light oscillating unit is radiated into the atmosphere, and then scattered by the aerosol and returned to the scattered light. A laser light transmission / reception unit that receives the signal, a signal-to-noise ratio calculation unit that calculates a signal-to-noise ratio of the received signal of the scattered light every time the scattered light is received by the laser light transmission / reception unit, and a signal-to-noise ratio calculation unit By comparing the signal-to-noise ratio before and after the target telescope is switched by the telescope switching unit in the signal-to-noise ratio calculated by A switching determination unit that determines whether or not the telescope has been switched normally, and if the alarm presenting unit determines that the telescope to be used has not been switched normally by the switching determination unit, an abnormality is detected. An alarm to the effect that it has occurred is presented.

この発明によれば、レーザ光送受信部により散乱光が受信される毎に、散乱光の受信信号の信号対雑音比を算出する信号対雑音比算出部と、信号対雑音比算出部により算出された信号対雑音比の中で、望遠鏡切換部により使用対象の望遠鏡が切り換えられた前後での信号対雑音比を比較することで、望遠鏡切換部により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられたか否かを判定する切換判定部とを設け、警報提示部が、切換判定部により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられていない旨の判定がなされた場合、異常が発生している旨の警報を提示するように構成したので、フォトディテクタなどを実装することなく、異常の発生をユーザに知らせることができる効果がある。   According to the present invention, every time scattered light is received by the laser light transmitting / receiving unit, the signal-to-noise ratio calculating unit that calculates the signal-to-noise ratio of the received signal of the scattered light is calculated by the signal-to-noise ratio calculating unit. Whether the telescope switching unit has switched the target telescope normally by comparing the signal-to-noise ratio before and after the target telescope is switched by the telescope switching unit. And a warning presenting unit presents a warning that an abnormality has occurred when the switching judging unit determines that the target telescope has not been switched normally. Since it comprised so, there exists an effect which can notify a user of generation | occurrence | production of abnormality, without mounting a photo detector etc.

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。It is a block diagram which shows the laser radar apparatus by Embodiment 1 of this invention. 信号処理部14におけるデジタル信号処理を実施する部分のハードウェア構成図である。It is a hardware block diagram of the part which performs the digital signal processing in the signal processing part. 信号処理部14におけるデジタル信号処理を実施する部分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。It is a hardware block diagram in case the part which performs the digital signal processing in the signal processing part 14 is comprised with a computer. デジタル信号処理を実施する部分の処理内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content of the part which implements digital signal processing. 大口径望遠鏡1及び小口径望遠鏡2を用いる場合のSNRの距離依存性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the distance dependence of SNR in the case of using the large aperture telescope 1 and the small aperture telescope 2. 大口径望遠鏡1及び小口径望遠鏡2における最も近距離領域でのSNR特性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the SNR characteristic in the shortest distance area | region in the large aperture telescope 1 and the small aperture telescope 2. FIG. 使用対象の望遠鏡が小口径望遠鏡2から大口径望遠鏡1に切り換えられた場合のSNRの変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the change of SNR when the telescope to be used is switched from the small-aperture telescope 2 to the large-aperture telescope 1. 使用対象の望遠鏡が大口径望遠鏡1から小口径望遠鏡2に切り換えられた場合のSNRの変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the change of SNR when the telescope to be used is switched from the large aperture telescope 1 to the small aperture telescope 2. 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。It is a block diagram which shows the laser radar apparatus by Embodiment 2 of this invention. デジタル信号処理を実施する部分の処理内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content of the part which implements digital signal processing. 大口径望遠鏡1及び小口径望遠鏡2を用いる場合のSNRの距離依存性を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the distance dependence of SNR in the case of using the large aperture telescope 1 and the small aperture telescope 2. 望遠鏡の切り換わりの判定指標として用いることが可能なパラメータを示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the parameter which can be used as a determination parameter | index of switching of a telescope. 使用対象の望遠鏡が小口径望遠鏡2から大口径望遠鏡1に切り換えられた場合のSNRの変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the change of SNR when the telescope to be used is switched from the small-aperture telescope 2 to the large-aperture telescope 1. この発明の実施の形態3によるレーザレーダ装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the laser radar apparatus by Embodiment 3 of this invention. デジタル信号処理を実施する部分の処理内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content of the part which implements digital signal processing. 切換後の望遠鏡の焦点距離が切換前の望遠鏡の焦点距離より短くなっている場合のSNRの変化を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the change of SNR when the focal distance of the telescope after switching is shorter than the focal distance of the telescope before switching.

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。   Hereinafter, in order to describe the present invention in more detail, modes for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

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1のレーザレーダ装置は、いわゆるコヒーレントドップラーライダ装置である。
図1において、大口径望遠鏡1は開口径が小口径望遠鏡2の開口径よりも大きい望遠鏡である。
小口径望遠鏡2は開口径が大口径望遠鏡1の開口径よりも小さい望遠鏡である。
Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a laser radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The laser radar apparatus of FIG. 1 is a so-called coherent Doppler lidar apparatus.
In FIG. 1, a large aperture telescope 1 is a telescope having an aperture diameter larger than the aperture diameter of a small aperture telescope 2.
The small-aperture telescope 2 is a telescope whose aperture diameter is smaller than that of the large-aperture telescope 1.

望遠鏡切換部3は望遠鏡切換制御器4及び望遠鏡切換器5から構成されている。
望遠鏡切換制御器4はレーザ光の送受信に使用する使用対象の望遠鏡を切り換える際、トリガ信号を望遠鏡切換器5及び信号処理部14に出力する。
望遠鏡切換器5は望遠鏡切換制御器4からトリガ信号を受けると、使用対象の望遠鏡を切り換える装置である。
即ち、望遠鏡切換器5は現在の使用対象の望遠鏡が大口径望遠鏡1であるとき、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号を受けると、使用対象の望遠鏡を小口径望遠鏡2に切り換えて、送受信分離部11から出力されたパルス送信光を小口径望遠鏡2に出力する一方、小口径望遠鏡2により受光された散乱光(エアロゾルに散乱されて戻ってきたパルス送信光の散乱光)を送受信分離部11に出力する。
また、望遠鏡切換器5は現在の使用対象の望遠鏡が小口径望遠鏡2であるとき、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号を受けると、使用対象の望遠鏡を大口径望遠鏡1に切り換えて、送受信分離部11から出力されたパルス送信光を大口径望遠鏡1に出力する一方、大口径望遠鏡1により受光された散乱光を送受信分離部11に出力する。
The telescope switching unit 3 includes a telescope switching controller 4 and a telescope switching device 5.
The telescope switching controller 4 outputs a trigger signal to the telescope switching device 5 and the signal processing unit 14 when switching the telescope to be used for transmission / reception of laser light.
When receiving a trigger signal from the telescope switching controller 4, the telescope switching device 5 is a device for switching the telescope to be used.
That is, when the telescope to be used is the large-aperture telescope 1 when the telescope switching device 5 receives the trigger signal from the telescope switching controller 4, the telescope switching device 5 switches the telescope to be used to the small-aperture telescope 2, The pulse transmission light output from 11 is output to the small-aperture telescope 2, while the scattered light received by the small-aperture telescope 2 (scattered light of the pulse transmission light returned after being scattered by the aerosol) is sent to the transmission / reception separating unit 11. Output.
When the telescope switching device 5 receives the trigger signal from the telescope switching controller 4 when the current telescope to be used is the small-aperture telescope 2, the telescope switching device 5 switches the telescope to be used to the large-aperture telescope 1 and transmits / receives separation. The pulse transmission light output from 11 is output to the large-aperture telescope 1, while the scattered light received by the large-aperture telescope 1 is output to the transmission / reception separating unit 11.

レーザ光発振部6は光源7、光分配器8及び光変調器9から構成されている。
光源7は単一波長の連続波光であるレーザ光を発振する。
光分配器8は光源7により発振されたレーザ光を2分岐して、一方のレーザ光を光変調器9に出力し、他方のレーザ光をローカル光として光混合器12に出力する。
光変調器9は光分配器8から出力されたレーザ光の周波数をシフトするとともに、周波数シフト後のレーザ光をパルス変調し、パルス変調後のレーザ光であるパルス送信光を送受信分離部11に出力する。
The laser light oscillation unit 6 includes a light source 7, an optical distributor 8, and an optical modulator 9.
The light source 7 oscillates laser light that is continuous wave light having a single wavelength.
The optical distributor 8 divides the laser light oscillated by the light source 7 into two, outputs one laser light to the optical modulator 9, and outputs the other laser light to the optical mixer 12 as local light.
The optical modulator 9 shifts the frequency of the laser light output from the optical distributor 8, and pulse-modulates the laser light after the frequency shift, and transmits the pulse transmission light, which is the laser light after the pulse modulation, to the transmission / reception separator 11. Output.

レーザ光送受信部10は送受信分離部11、光混合器12及び光ヘテロダイン受信器13から構成されている。
送受信分離部11は光変調器9から出力されたパルス送信光を望遠鏡切換器5に出力する一方、望遠鏡切換器5から出力された散乱光を光混合器12に出力する。
光混合器12は光分配器8から出力されたローカル光と、送受信分離部11から出力された散乱光を合波し、そのローカル光と散乱光の合波光を光ヘテロダイン受信器13に出力する。
光ヘテロダイン受信器13は光混合器12から出力された合波光をヘテロダイン検波し、そのヘテロダイン検波結果であるアナログの電気信号を受信信号として信号処理部14に出力する。
The laser beam transmission / reception unit 10 includes a transmission / reception separation unit 11, an optical mixer 12, and an optical heterodyne receiver 13.
The transmission / reception separating unit 11 outputs the pulse transmission light output from the optical modulator 9 to the telescope switch 5, and outputs the scattered light output from the telescope switch 5 to the optical mixer 12.
The optical mixer 12 combines the local light output from the optical distributor 8 and the scattered light output from the transmission / reception separator 11 and outputs the combined light of the local light and the scattered light to the optical heterodyne receiver 13. .
The optical heterodyne receiver 13 performs heterodyne detection on the combined light output from the optical mixer 12, and outputs an analog electrical signal as a result of the heterodyne detection to the signal processing unit 14 as a reception signal.

信号処理部14はA/D変換器15、SNR算出部16、風速算出部17、SNR取得部18及び切換判定部19から構成されている。
図2は信号処理部14におけるデジタル信号処理を実施する部分(A/D変換器15を除く部分)のハードウェア構成図である。
A/D変換器15は光ヘテロダイン受信器13から出力されたアナログの受信信号をデジタル信号(以下、「デジタル受信データ」と称する)に変換し、そのデジタル受信データをSNR算出部16に出力する。
The signal processing unit 14 includes an A / D converter 15, an SNR calculation unit 16, a wind speed calculation unit 17, an SNR acquisition unit 18, and a switching determination unit 19.
FIG. 2 is a hardware configuration diagram of a part (a part excluding the A / D converter 15) that performs digital signal processing in the signal processing unit 14.
The A / D converter 15 converts the analog reception signal output from the optical heterodyne receiver 13 into a digital signal (hereinafter referred to as “digital reception data”), and outputs the digital reception data to the SNR calculation unit 16. .

信号対雑音比算出部であるSNR算出部16は例えばCPU(Central Processing Unit)を実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどからなるSNR算出処理回路31で構成されており、A/D変換器15から出力されたデジタル受信データを予め設定された固定の距離ゲート毎に周波数解析することで、複数の距離領域での周波数スペクトルを算出する処理を実施する。
また、SNR算出部16は複数の距離領域での周波数スペクトルの中で、大口径望遠鏡1及び小口径望遠鏡2の集光距離が変化しても、大口径望遠鏡1及び小口径望遠鏡2におけるSNR(信号対雑音比)の高低の関係が変化しない距離領域での周波数スペクトルのSNRを算出する処理を実施する。
即ち、SNR算出部16は複数の距離領域での周波数スペクトルの中で、最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRを算出する処理を実施する。
The SNR calculation unit 16 that is a signal-to-noise ratio calculation unit includes, for example, a semiconductor integrated circuit on which a CPU (Central Processing Unit) is mounted, or an SNR calculation processing circuit 31 including a one-chip microcomputer. By performing frequency analysis on the digital reception data output from the D converter 15 for each fixed distance gate set in advance, processing for calculating frequency spectra in a plurality of distance regions is performed.
In addition, the SNR calculation unit 16 does not change the SNR in the large-aperture telescope 1 and the small-aperture telescope 2 even if the focusing distances of the large-aperture telescope 1 and the small-aperture telescope 2 change in the frequency spectrum in a plurality of distance regions. A process of calculating the SNR of the frequency spectrum in the distance region where the relationship of the signal-to-noise ratio) does not change is performed.
That is, the SNR calculation unit 16 performs a process of calculating the SNR of the frequency spectrum in the shortest distance region among the frequency spectra in a plurality of distance regions.

風速算出部17は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどからなる風速算出処理回路32で構成されており、SNR算出部16により算出された周波数スペクトルからエアロゾルによるドップラーシフト量を算出し、そのドップラーシフト量を風速(エアロゾルの移動速度)に換算する処理を実施する。
SNR取得部18は例えばCPU及びメモリを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどからなるSNR取得処理回路33で構成されており、SNR算出部16により算出された最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRのうち、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力される直前に算出されたSNRと、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力された直後に算出されたSNRとを取得する処理を実施する。
The wind speed calculation unit 17 includes a semiconductor integrated circuit on which a CPU is mounted, or a wind speed calculation processing circuit 32 made up of a one-chip microcomputer or the like. The Doppler shift due to aerosol is performed from the frequency spectrum calculated by the SNR calculation unit 16. The amount is calculated, and the Doppler shift amount is converted into the wind speed (aerosol moving speed).
The SNR acquisition unit 18 is composed of, for example, a semiconductor integrated circuit on which a CPU and a memory are mounted, or an SNR acquisition processing circuit 33 including a one-chip microcomputer, and the SNR acquisition unit 18 is the closest range calculated by the SNR calculation unit 16. Among the SNRs of the frequency spectrum, the SNR calculated immediately before the trigger signal is output from the telescope switching controller 4 and the SNR calculated immediately after the trigger signal is output from the telescope switching controller 4 are acquired. Perform the process.

切換判定部19は例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどからなる切換判定処理回路34で構成されており、SNR取得部18により取得されたトリガ信号が出力される直前のSNRと、トリガ信号が出力された直後のSNRとを比較することで、望遠鏡切換器5により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられたか否かを判定する処理を実施する。
警報提示部20は例えば液晶ディスプレイあるいはスピーカなどから構成されており、切換判定部19により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられていない旨の判定がなされた場合、レーザレーダ装置のシステム異常が発生している旨の警報を提示する。
The switching determination unit 19 is configured by a switching determination processing circuit 34 including, for example, a semiconductor integrated circuit mounted with a CPU or a one-chip microcomputer, and immediately before the trigger signal acquired by the SNR acquisition unit 18 is output. Is compared with the SNR immediately after the trigger signal is output, to determine whether or not the telescope to be used has been normally switched by the telescope switch 5.
The alarm presenting unit 20 is composed of, for example, a liquid crystal display or a speaker. When the switching determining unit 19 determines that the target telescope is not normally switched, a system abnormality of the laser radar device occurs. Present an alert to the effect.

図1では、信号処理部14におけるデジタル信号処理を実施する部分(A/D変換器15を除く部分)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が、デジタル信号処理を実施する部分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3は信号処理部14におけるデジタル信号処理を実施する部分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。
デジタル信号処理を実施する部分がコンピュータで構成される場合、SNR算出部16、風速算出部17、SNR取得部18及び切換判定部19の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリ41に格納し、コンピュータのプロセッサ42がメモリ41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4はデジタル信号処理を実施する部分の処理内容を示すフローチャートである。
In FIG. 1, it is assumed that the digital signal processing part (the part excluding the A / D converter 15) in the signal processing unit 14 is configured by dedicated hardware, but the digital signal processing is performed. The portion to be configured may be a computer.
FIG. 3 is a hardware configuration diagram in the case where the part that performs the digital signal processing in the signal processing unit 14 is configured by a computer.
When the digital signal processing part is configured by a computer, a program describing the processing contents of the SNR calculation unit 16, the wind speed calculation unit 17, the SNR acquisition unit 18, and the switching determination unit 19 is stored in the memory 41 of the computer. Then, the computer processor 42 may execute the program stored in the memory 41.
FIG. 4 is a flowchart showing the processing contents of the portion that performs digital signal processing.

次に動作について説明する。
大口径望遠鏡1及び小口径望遠鏡2は、望遠鏡切換器5から出力されたパルス送信光を大気中に出射したのち、エアロゾルに散乱されて戻ってきたパルス送信光の散乱光を受光する機能を有するが、大口径望遠鏡1及び小口径望遠鏡2におけるSNRは距離依存性が存在する。
図5は大口径望遠鏡1及び小口径望遠鏡2を用いる場合のSNRの距離依存性を示す説明図である。
Next, the operation will be described.
The large-aperture telescope 1 and the small-aperture telescope 2 have a function of receiving the scattered light of the pulse transmission light that has been scattered by the aerosol and then returned to the atmosphere after emitting the pulse transmission light output from the telescope switch 5 to the atmosphere. However, the SNR in the large-aperture telescope 1 and the small-aperture telescope 2 has distance dependency.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing the distance dependency of the SNR when the large-aperture telescope 1 and the small-aperture telescope 2 are used.

図1のようなコヒーレントレーザレーダ装置で得られるSNRの距離依存性及び受信光学系の開口径依存性は、下記の式(1)のライダ方程式によって表される。

Figure 2017003490

式(1)において、Lは計測距離[m]、hはプランク定数[Js]、Eはパルス送信光のエネルギー[J]、Bは受信帯域幅[Hz]、βはエアロゾル後方散乱定数[m−1sr−1]、Kは大気透過率[km−1]、Dは送信ビーム径(1/e径)[m]、λは波長である。
また、η(L)はシステム効率であり、下記の式(2)で表される。
Figure 2017003490

式(2)において、Fは集光距離、ηはFar Field結合効率、Aはビームのけられの影響を示す定数、Sは横コヒーレント長さである。 The distance dependency of the SNR and the aperture diameter dependency of the reception optical system obtained by the coherent laser radar device as shown in FIG. 1 are expressed by the lidar equation of the following equation (1).
Figure 2017003490

In equation (1), L is the measurement distance [m], h is the Planck constant [Js], E is the energy of the pulse transmission light [J], B is the reception bandwidth [Hz], and β is the aerosol backscattering constant [m. −1 sr −1 ], K is the atmospheric transmittance [km −1 ], D is the transmission beam diameter (1 / e 2 diameter) [m], and λ is the wavelength.
Moreover, η D (L) is system efficiency and is represented by the following formula (2).
Figure 2017003490

In the formula (2), F is the condensing distance, eta F is Far Field coupling efficiency, A C is a constant that indicates the influence of the vignetting of the beam, S 0 is the lateral coherence length.

したがって、送信ビーム径Dに対応する開口径が小さい小口径望遠鏡2を用いる場合には、集光距離Fに関わらず近距離領域において常に比較的高いSNRが得られる。
これに対して、開口径が大きい大口径望遠鏡1を用いる場合には、集光距離Fが変化すると、得られるSNRが大きく変化する。
ただし、大口径望遠鏡1を用いる場合には、開口径が大きい分だけ、受信光量も大きくなるので、小口径望遠鏡2を用いる場合よりも、遠方までの風計測が可能になる。
したがって、開口径が異なる複数の望遠鏡を備えて、使用対象の望遠鏡を適宜切り換えることで、レーザレーダ装置において、複数の運用方法が可能になる。具体的には、下記に示すような運用方法等が可能になる。
(1)近距離領域の風を安定的に計測したい場合には小口径望遠鏡2を使用し、より遠方の風速を計測したい場合には大口径望遠鏡1を使用することで、近距離〜遠距離までの風速を計測する運用方法
(2)大口径望遠鏡1と小口径望遠鏡2を上下異なる指向方向に設定しておき、パルス送信光を照射する望遠鏡を連続的に切替えながら計測を行うことで、風速の鉛直プロファイルを取得する運用方法
Therefore, when the small-aperture telescope 2 having a small aperture diameter corresponding to the transmission beam diameter D is used, a relatively high SNR is always obtained in the short-distance region regardless of the focusing distance F.
On the other hand, when the large-aperture telescope 1 having a large aperture diameter is used, when the condensing distance F changes, the obtained SNR changes greatly.
However, when the large-aperture telescope 1 is used, the amount of received light increases as the aperture diameter increases, so that it is possible to measure wind farther than when the small-aperture telescope 2 is used.
Therefore, by providing a plurality of telescopes having different aperture diameters and appropriately switching the telescope to be used, a plurality of operation methods are possible in the laser radar apparatus. Specifically, the following operation methods and the like are possible.
(1) Use the small-aperture telescope 2 when you want to stably measure the wind in the short-distance region, and use the large-aperture telescope 1 when you want to measure the wind speed at a longer distance. (2) By setting the large-aperture telescope 1 and the small-aperture telescope 2 in different vertical orientations and performing measurements while continuously switching the telescope that irradiates pulse transmission light, Operation method to obtain vertical profile of wind speed

レーザ光発振部6の光源7は、単一波長の連続波光であるレーザ光を発振する。
光分配器8は、光源7がレーザ光を発振すると、そのレーザ光を2分岐して、一方のレーザ光を光変調器9に出力し、他方のレーザ光をローカル光として光混合器12に出力する。
光変調器9は、光分配器8からレーザ光を受けると、そのレーザ光の周波数をシフトするとともに、周波数シフト後のレーザ光をパルス変調し、パルス変調後のレーザ光であるパルス送信光を送受信分離部11に出力する。
The light source 7 of the laser light oscillator 6 oscillates laser light that is single-wave continuous wave light.
When the light source 7 oscillates the laser light, the light distributor 8 splits the laser light into two, outputs one laser light to the optical modulator 9, and uses the other laser light as local light to the optical mixer 12. Output.
When the light modulator 9 receives the laser light from the light distributor 8, the light modulator 9 shifts the frequency of the laser light, and pulse-modulates the laser light after the frequency shift. The data is output to the transmission / reception separating unit 11.

送受信分離部11は、光変調器9からパルス送信光を受けると、そのパルス送信光を望遠鏡切換器5に出力する。
望遠鏡切換部3の望遠鏡切換制御器4は、使用対象の望遠鏡を切り換える際、トリガ信号を望遠鏡切換器5及び信号処理部14に出力する。
トリガ信号としては、信号レベルがHigh/Lowで切り換わる信号や、信号出力がOn/Offで切り換わる信号などを用いることができる。
When receiving the pulse transmission light from the optical modulator 9, the transmission / reception separating unit 11 outputs the pulse transmission light to the telescope switch 5.
The telescope switching controller 4 of the telescope switching unit 3 outputs a trigger signal to the telescope switching unit 5 and the signal processing unit 14 when switching the telescope to be used.
As the trigger signal, a signal whose signal level is switched at High / Low, a signal whose signal output is switched at On / Off, or the like can be used.

望遠鏡切換器5は、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号を受けると、使用対象の望遠鏡の切り換えを行う。
即ち、望遠鏡切換器5は、現在の使用対象の望遠鏡が大口径望遠鏡1であるとき、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号を受けると、使用対象の望遠鏡を小口径望遠鏡2に切り換えて、送受信分離部11から出力されたパルス送信光を小口径望遠鏡2に出力する。
また、望遠鏡切換器5は、現在の使用対象の望遠鏡が小口径望遠鏡2であるとき、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号を受けると、使用対象の望遠鏡を大口径望遠鏡1に切り換えて、送受信分離部11から出力されたパルス送信光を大口径望遠鏡1に出力する。
When receiving the trigger signal from the telescope switching controller 4, the telescope switching device 5 switches the target telescope.
In other words, when the telescope to be used is the large-aperture telescope 1 when the telescope switch 5 receives the trigger signal from the telescope switching controller 4, the telescope switch 5 switches the target telescope to the small-aperture telescope 2 and performs transmission / reception separation. The pulse transmission light output from the unit 11 is output to the small aperture telescope 2.
In addition, when the telescope to be used is the small-aperture telescope 2 when the telescope switching device 5 receives the trigger signal from the telescope switching controller 4, the telescope switching device 5 switches the telescope to be used to the large-aperture telescope 1 and separates transmission and reception. The pulse transmission light output from the unit 11 is output to the large-aperture telescope 1.

大口径望遠鏡1及び小口径望遠鏡2は、望遠鏡切換器5からパルス送信光を受けると、そのパルス送信光を大気中に出射する。
また、大口径望遠鏡1及び小口径望遠鏡2は、エアロゾルに散乱されて戻ってきたパルス送信光の散乱光を受光し、その散乱光を送受信分離部11に出力する。
When the large-aperture telescope 1 and the small-aperture telescope 2 receive the pulse transmission light from the telescope switch 5, the pulse transmission light is emitted into the atmosphere.
Further, the large-aperture telescope 1 and the small-aperture telescope 2 receive the scattered light of the pulse transmission light that has been scattered back by the aerosol and output the scattered light to the transmission / reception separating unit 11.

望遠鏡切換器5は、現在の使用対象の望遠鏡が大口径望遠鏡1であるとき、大口径望遠鏡1からパルス送信光の散乱光を受けると、その散乱光を送受信分離部11に出力する。
また、望遠鏡切換器5は、現在の使用対象の望遠鏡が小口径望遠鏡2であるとき、小口径望遠鏡2からパルス送信光の散乱光を受けると、その散乱光を送受信分離部11に出力する。
When the telescope to be used is the large-aperture telescope 1, the telescope switch 5 outputs the scattered light to the transmission / reception separating unit 11 when receiving the scattered light of the pulse transmission light from the large-aperture telescope 1.
In addition, when the telescope to be used is the small-aperture telescope 2, the telescope switch 5 outputs the scattered light to the transmission / reception separating unit 11 when receiving the scattered light of the pulse transmission light from the small-aperture telescope 2.

送受信分離部11は、望遠鏡切換器5から散乱光を受けると、その散乱光を光混合器12に出力する。
光混合器12は、光分配器8から出力されたローカル光と、送受信分離部11から出力された散乱光を合波し、そのローカル光と散乱光の合波光を光ヘテロダイン受信器13に出力する。
光ヘテロダイン受信器13は、光混合器12から合波光を受けると、その合波光をヘテロダイン検波し、そのヘテロダイン検波結果であるアナログの電気信号を受信信号として信号処理部14に出力する。
When receiving the scattered light from the telescope switch 5, the transmission / reception separating unit 11 outputs the scattered light to the optical mixer 12.
The optical mixer 12 combines the local light output from the optical distributor 8 and the scattered light output from the transmission / reception separator 11, and outputs the combined light of the local light and the scattered light to the optical heterodyne receiver 13. To do.
When receiving the combined light from the optical mixer 12, the optical heterodyne receiver 13 performs heterodyne detection on the combined light and outputs an analog electric signal as a result of the heterodyne detection to the signal processing unit 14 as a reception signal.

信号処理部14のA/D変換器15は、光ヘテロダイン受信器13からアナログの受信信号を受けると、その受信信号をA/D変換して、デジタルの受信信号であるデジタル受信データをSNR算出部16に出力する。
SNR算出部16は、A/D変換器15からデジタル受信データを受けると、そのデジタル受信データをフーリエ変換する。
即ち、SNR算出部16は、そのデジタル受信データを予め設定された固定の距離ゲート毎に周波数解析することで、複数の距離領域での周波数スペクトルを算出するとともに、複数の距離領域での周波数スペクトルの中で、最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRを算出する(図4のステップST1)。
When the A / D converter 15 of the signal processing unit 14 receives an analog reception signal from the optical heterodyne receiver 13, the A / D converter 15 performs A / D conversion on the reception signal, and calculates SNR of the digital reception data which is a digital reception signal. To the unit 16.
When receiving the digital reception data from the A / D converter 15, the SNR calculation unit 16 performs a Fourier transform on the digital reception data.
That is, the SNR calculation unit 16 calculates the frequency spectrum in a plurality of distance regions by analyzing the frequency of the digital reception data for each fixed distance gate set in advance, and the frequency spectrum in the plurality of distance regions. Among them, the SNR of the frequency spectrum in the shortest range is calculated (step ST1 in FIG. 4).

ここで、図6は大口径望遠鏡1及び小口径望遠鏡2における最も近距離領域でのSNR特性を示す説明図である。
特に図6(a)は大口径望遠鏡1及び小口径望遠鏡2の集光距離Fが長距離である場合の最も近距離領域でのSNR特性を示し、図6(b)は集光距離Fが近距離である場合の最も近距離領域でのSNR特性を示している。
図6から明らかなように、最も近距離領域でのSNRは、集光距離Fが長距離であっても、近距離であっても、常に小口径望遠鏡2>大口径望遠鏡1である。
したがって、例えば、大口径望遠鏡1と小口径望遠鏡2の集光距離Fを異なる距離に設定して風計測を行う運用においても、最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRは、望遠鏡の切り換わりの判定指標として用いることができる。
このため、この実施の形態1では、最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRを算出している。
Here, FIG. 6 is an explanatory diagram showing SNR characteristics in the shortest distance region in the large-aperture telescope 1 and the small-aperture telescope 2.
In particular, FIG. 6A shows the SNR characteristic in the shortest distance region when the condensing distance F of the large-aperture telescope 1 and the small-aperture telescope 2 is a long distance, and FIG. The SNR characteristic in the shortest distance region in the case of a short distance is shown.
As is clear from FIG. 6, the SNR in the shortest distance region is always small-aperture telescope 2> large-aperture telescope 1 regardless of whether the condensing distance F is long or short.
Therefore, for example, even in an operation in which wind measurement is performed by setting the condensing distance F of the large-aperture telescope 1 and the small-aperture telescope 2 to different distances, the SNR of the frequency spectrum in the shortest range is the switching of the telescope. It can be used as a determination index.
For this reason, in the first embodiment, the SNR of the frequency spectrum in the shortest range is calculated.

この実施の形態1では、望遠鏡の切り換わりを判定するために、最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRを算出する例を示しているが、図6において、距離Lより距離が近い領域では、大口径望遠鏡1及び小口径望遠鏡2の集光距離Fが変化しても、SNRが常に小口径望遠鏡2>大口径望遠鏡1であるため、最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRを算出する代わりに、距離Lより距離が近い領域での周波数スペクトルのSNRを算出するようにしてもよい。
また同様に、距離Lより距離が長い領域では、大口径望遠鏡1及び小口径望遠鏡2の集光距離Fが変化しても、SNRが常に小口径望遠鏡2<大口径望遠鏡1であるため、最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRを算出する代わりに、距離Lより距離が長い領域での周波数スペクトルのSNRを算出するようにしてもよい。ただし、距離Lより距離が長い領域では、小口径望遠鏡2におけるSNRが略零になるため、距離Lより距離が近い領域での周波数スペクトルのSNRを算出する必要がある。
In the first embodiment, an example is shown in which the SNR of the frequency spectrum in the shortest distance region is calculated in order to determine the switching of the telescope. In FIG. 6, in the region where the distance is shorter than the distance L 1 in FIG. Even if the condensing distance F of the large-aperture telescope 1 and the small-aperture telescope 2 changes, the SNR is always small-aperture telescope 2> the large-aperture telescope 1, and thus the SNR of the frequency spectrum in the shortest distance region is calculated. Alternatively, the distance from the distance L 1 may calculate the SNR of the frequency spectrum in the region close.
Similarly, in the distance L 2 from the long distance region, even after changing the condensing distance F of the large-diameter telescopes 1 and the small-diameter telescopes 2, SNR is always small diameter telescopes 2 <large aperture telescope 1, most instead of calculating the SNR of the frequency spectrum in the near zone, the distance from the distance L 2 may calculate the SNR of the frequency spectrum in the region longer. However, the distance L 3 from the distance is long area, for SNR in the small-diameter telescopes 2 becomes substantially zero, the distance from the distance L 3 is required to calculate the SNR of the frequency spectrum in the region close.

風速算出部17は、SNR算出部16が周波数スペクトルを算出すると、その周波数スペクトルからエアロゾルによるドップラーシフト量を算出し、そのドップラーシフト量を風速(エアロゾルの移動速度)に換算する。周波数スペクトルからドップラーシフト量を算出する処理や、ドップラーシフト量を風速に換算する処理自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。
警報提示部20は、風速算出部17により換算された風速を表示する。
When the SNR calculator 16 calculates the frequency spectrum, the wind speed calculator 17 calculates a Doppler shift amount due to the aerosol from the frequency spectrum, and converts the Doppler shift amount into a wind speed (aerosol moving speed). Since the process for calculating the Doppler shift amount from the frequency spectrum and the process for converting the Doppler shift amount into the wind speed are known techniques, detailed description thereof is omitted.
The alarm presenting unit 20 displays the wind speed converted by the wind speed calculating unit 17.

SNR取得部18は、SNR算出部16により算出された最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRのうち、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力される直前に算出されたSNRと、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力された直後に算出されたSNRとを取得する。
即ち、SNR取得部18は、SNR算出部16が最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRを算出する毎に、そのSNRを取得し(ステップST2)、この時点で未だ望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力されていなければ(ステップST3:NOの場合)、そのSNRを内部のメモリに上書き保存する(ステップST4)。
SNR取得部18は、SNR算出部16により算出されたSNRを取得した時点で、既に望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力されている場合(ステップST3:YESの場合)、その取得したSNRを、トリガ信号が出力された直後に算出されたSNRを示す判定指標情報aafterとして切換判定部19に出力する。また、内部のメモリに保存しているSNRを、トリガ信号が出力される直前に算出されたSNRを示す判定指標情報abeforeとして切換判定部19に出力する(ステップST5)。
The SNR acquisition unit 18 calculates the SNR calculated immediately before the trigger signal is output from the telescope switching controller 4 among the SNRs of the frequency spectrum in the shortest range calculated by the SNR calculation unit 16 and the telescope switching control. The SNR calculated immediately after the trigger signal is output from the device 4 is acquired.
That is, every time the SNR calculation unit 16 calculates the SNR of the frequency spectrum in the shortest range, the SNR acquisition unit 18 acquires the SNR (step ST2), and still triggers from the telescope switching controller 4 at this time. If no signal is output (step ST3: NO), the SNR is overwritten and saved in the internal memory (step ST4).
When the trigger signal has already been output from the telescope switching controller 4 at the time when the SNR calculated by the SNR calculation unit 16 is acquired (step ST3: YES), the SNR acquisition unit 18 uses the acquired SNR. Then, it is output to the switching determination unit 19 as determination index information a after indicating the SNR calculated immediately after the trigger signal is output. Further, the SNR stored in the internal memory is output to the switching determination unit 19 as determination index information a before indicating the SNR calculated immediately before the trigger signal is output (step ST5).

切換判定部19は、SNR取得部18からトリガ信号が出力される直前のSNRを示す判定指標情報abeforeと、トリガ信号が出力された直後のSNRを示す判定指標情報aafterとを受けると、その判定指標情報abeforeと判定指標情報aafterを比較することで、望遠鏡切換器5により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられたか否かを判定する。
図7は使用対象の望遠鏡が小口径望遠鏡2から大口径望遠鏡1に切り換えられた場合のSNRの変化を示す説明図である。
また、図8は使用対象の望遠鏡が大口径望遠鏡1から小口径望遠鏡2に切り換えられた場合のSNRの変化を示す説明図である。
以下、図7及び図8を参照しながら、切換判定部19による判定処理を具体的に説明する。
When the switching determination unit 19 receives determination index information a before indicating the SNR immediately before the trigger signal is output from the SNR acquisition unit 18 and determination index information a after indicating the SNR immediately after the trigger signal is output, By comparing the determination index information a before and the determination index information a after , it is determined whether or not the telescope to be used has been normally switched by the telescope switch 5.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing changes in SNR when the target telescope is switched from the small-aperture telescope 2 to the large-aperture telescope 1.
FIG. 8 is an explanatory diagram showing changes in SNR when the target telescope is switched from the large-aperture telescope 1 to the small-aperture telescope 2.
Hereinafter, the determination process by the switching determination unit 19 will be specifically described with reference to FIGS. 7 and 8.

使用対象の望遠鏡が小口径望遠鏡2から大口径望遠鏡1に切り換えられた場合、図7に示すように、集光距離Fが長距離であっても、近距離であっても、最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRが減少する。
after<abefore
一方、使用対象の望遠鏡が大口径望遠鏡1から小口径望遠鏡2に切り換えられた場合、図8に示すように、集光距離Fが長距離であっても、近距離であっても、最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRが増加する。
after>abefore
When the telescope to be used is switched from the small-aperture telescope 2 to the large-aperture telescope 1, as shown in FIG. The SNR of the frequency spectrum at decreases.
a after <a before
On the other hand, when the telescope to be used is switched from the large-aperture telescope 1 to the small-aperture telescope 2, as shown in FIG. The SNR of the frequency spectrum in the distance domain increases.
a after > a before

切換判定部19は、SNR取得部18から判定指標情報abefore,aafterを受けると、望遠鏡切換制御器4から出力されたトリガ信号によって、使用対象の望遠鏡が小口径望遠鏡2から大口径望遠鏡1に切り換えられている場合(ステップST6:YESの場合)、下記の式(3)に示すように、事前に設定されている定数である切換判定変化量ΔAを用いて、切換判定用閾値Thを算出する(ステップST7)。
Th=abefore−ΔA (3)
なお、切換判定部19は、望遠鏡切換制御器4から出力されたトリガ信号の数をカウントし、今回出力されたトリガ信号が何個目のトリガ信号であるかを確認することで、使用対象の望遠鏡が小口径望遠鏡2から大口径望遠鏡1に切り換えられたのか、大口径望遠鏡1から小口径望遠鏡2に切り換えられたのかを判断することができる。
When the switching determination unit 19 receives the determination index information a before and a after from the SNR acquisition unit 18, the switching target unit 19 changes the telescope to be used from the small-aperture telescope 2 to the large-aperture telescope 1 according to the trigger signal output from the telescope switching controller 4. (Step ST6: YES), as shown in the following equation (3), the switching determination threshold Th 1 is used by using the switching determination change amount ΔA that is a constant set in advance. Is calculated (step ST7).
Th 1 = a before −ΔA (3)
The switching determination unit 19 counts the number of trigger signals output from the telescope switching controller 4 and confirms what number the trigger signal output this time is, so that It can be determined whether the telescope has been switched from the small aperture telescope 2 to the large aperture telescope 1 or from the large aperture telescope 1 to the small aperture telescope 2.

また、切換判定部19は、望遠鏡切換制御器4から出力されたトリガ信号によって、使用対象の望遠鏡が大口径望遠鏡1から小口径望遠鏡2に切り換えられている場合(ステップST6:NOの場合)、下記の式(4)に示すように、事前に設定されている定数である切換判定変化量ΔAを用いて、切換判定用閾値Thを算出する(ステップST8)。
Th=abefore+ΔA (4)
Further, the switching determination unit 19 uses the trigger signal output from the telescope switching controller 4 when the target telescope is switched from the large-aperture telescope 1 to the small-aperture telescope 2 (step ST6: NO). as shown in equation (4) below, using the switching determination change amount ΔA is a constant set in advance, it calculates the switching determination threshold Th 2 (step ST8).
Th 2 = a before + ΔA (4)

切換判定部19は、切換判定用閾値Thを算出すると、判定指標情報aafterと切換判定用閾値Thを比較し、図7に示すように、判定指標情報aafterが切換判定用閾値Thより小さければ(ステップST9:YESの場合)、小口径望遠鏡2から大口径望遠鏡1への切り換えが正常に行われたものと判定する(ステップST11)。
一方、判定指標情報aafterが切換判定用閾値Th以上であれば(ステップST9:NOの場合)、小口径望遠鏡2から大口径望遠鏡1への切り換えが正常に行われていないものと判定する(ステップST12)。即ち、切り換えが異常であると判定する。
When the switching determination unit 19 calculates the switching determination threshold Th 1 , the switching determination unit 19 compares the determination index information a after and the switching determination threshold Th 1 , and the determination index information a after is converted into the switching determination threshold Th as shown in FIG. If it is smaller than 1 (in the case of YES at step ST9), it is determined that switching from the small-aperture telescope 2 to the large-aperture telescope 1 has been normally performed (step ST11).
On the other hand, if the determination index information a after is greater than or equal to the switching determination threshold Th 1 (step ST9: NO), it is determined that switching from the small-aperture telescope 2 to the large-aperture telescope 1 has not been performed normally. (Step ST12). That is, it is determined that the switching is abnormal.

切換判定部19は、切換判定用閾値Thを算出すると、判定指標情報aafterと切換判定用閾値Thを比較し、図8に示すように、判定指標情報aafterが切換判定用閾値Thより大きければ(ステップST10:YESの場合)、大口径望遠鏡1から小口径望遠鏡2への切り換えが正常に行われたものと判定する(ステップST11)。
一方、判定指標情報aafterが切換判定用閾値Th以下であれば(ステップST10:NOの場合)、大口径望遠鏡1から小口径望遠鏡2への切り換えが正常に行われていないものと判定する(ステップST12)。即ち、切り換えが異常であると判定する。
When the switching determination unit 19 calculates the switching determination threshold Th 2 , the switching determination unit 19 compares the determination index information a after with the switching determination threshold Th 2 , and the determination index information a after is converted into the switching determination threshold Th as shown in FIG. If larger than 2 (step ST10: YES), it is determined that switching from the large aperture telescope 1 to the small aperture telescope 2 has been performed normally (step ST11).
On the other hand, if the determination index information a after is less than or equal to the threshold value for switching determination Th 2 (step ST10: NO), it is determined that switching from the large aperture telescope 1 to the small aperture telescope 2 is not normally performed. (Step ST12). That is, it is determined that the switching is abnormal.

警報提示部20は、切換判定部19により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられている旨の判定がなされた場合、システムが正常である旨を表示する(ステップST13)。
また、警報提示部20は、切換判定部19により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられていない旨の判定がなされた場合、システム異常が発生している旨の警報を表示する(ステップST14)。
The alarm presenting unit 20 displays that the system is normal when the switching determining unit 19 determines that the target telescope has been switched normally (step ST13).
In addition, when the switching determination unit 19 determines that the target telescope is not normally switched, the alarm presenting unit 20 displays an alarm indicating that a system abnormality has occurred (step ST14).

以上で明らかなように、この実施の形態1によれば、レーザ光送受信部10により散乱光が受信される毎に、散乱光の受信信号のSNRを算出するSNR算出部16と、SNR算出部16により算出されたSNRの中で、望遠鏡切換部3により使用対象の望遠鏡が切り換えられた前後でのSNRを比較することで、望遠鏡切換部3により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられたか否かを判定する切換判定部19とを設け、警報提示部20が、切換判定部19により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられていない旨の判定がなされた場合、システム異常が発生している旨の警報を提示するように構成したので、フォトディテクタなどを実装することなく、システム異常の発生をユーザに知らせることができる効果を奏する。   As is apparent from the above, according to the first embodiment, the SNR calculation unit 16 that calculates the SNR of the received signal of the scattered light every time the scattered light is received by the laser light transmitting / receiving unit 10, and the SNR calculation unit Whether or not the telescope to be used is normally switched by the telescope switching unit 3 by comparing the SNRs before and after the telescope to be used is switched by the telescope switching unit 3 among the SNRs calculated by 16. And a switch determining unit 19 for determining whether the telescope to be used has not been switched normally by the switch determining unit 19, indicating that a system abnormality has occurred. Since it is configured to present an alarm, it is possible to notify the user of the occurrence of a system abnormality without mounting a photodetector or the like.

実施の形態2.
上記実施の形態1では、複数の距離領域での周波数スペクトルのうち、最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRを算出し、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力された前後のSNRを比較することで、望遠鏡切換部3により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられたか否かを判定する例を示している。
この場合、簡易に正常に切り換えられたか否かを判定することができるが、大口径望遠鏡1においても、近距離領域でのSNRが大きい条件で計測している場合には、望遠鏡の切換前後で、SNRが大きく変わらないために、判定精度が低下する可能性がある。
この実施の形態2では、このような条件で計測している場合でも正確な判定を行うことができるレーザレーダ装置について説明する。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the SNR of the frequency spectrum in the shortest distance region among the frequency spectra in a plurality of distance regions is calculated, and the SNR before and after the trigger signal is output from the telescope switching controller 4 is compared. Thus, an example is shown in which the telescope switching unit 3 determines whether or not the telescope to be used has been switched normally.
In this case, it is possible to easily determine whether or not the switching has been performed normally. However, even in the large-aperture telescope 1, when the measurement is performed under a condition in which the SNR in the short-range region is large, before and after the switching of the telescope. Since the SNR does not change greatly, there is a possibility that the determination accuracy is lowered.
In the second embodiment, a laser radar device capable of performing accurate determination even when measurement is performed under such conditions will be described.

図9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9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。
SNR算出部21は図1のSNR算出部16と同様に、例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどからなるSNR算出処理回路31で構成されており、A/D変換器15から出力されたデジタル受信データを予め設定された固定の距離ゲート毎に周波数解析することで、複数の距離領域での周波数スペクトルを算出する処理を実施する。
また、SNR算出部21は複数の距離領域での周波数スペクトルの中で、最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRを算出する。
さらに、SNR算出部21は複数の距離領域での周波数スペクトルのSNRを算出して、複数の距離領域での周波数スペクトルのSNRから、エアロゾルの計測が可能な距離として、エアロゾルの最大計測可能距離を特定するとともに、SNRがピークとなる距離領域であるSNRピーク位置を特定する処理を実施する。
FIG. 9 is a block diagram showing a laser radar apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. In FIG. 9, the same reference numerals as those in FIG.
Similar to the SNR calculation unit 16 in FIG. 1, the SNR calculation unit 21 includes a SNR calculation processing circuit 31 including, for example, a semiconductor integrated circuit mounted with a CPU or a one-chip microcomputer. The digital reception data output from the device 15 is subjected to frequency analysis for each fixed distance gate set in advance, thereby executing a process of calculating frequency spectra in a plurality of distance regions.
Further, the SNR calculation unit 21 calculates the SNR of the frequency spectrum in the shortest distance region among the frequency spectra in the plurality of distance regions.
Furthermore, the SNR calculation unit 21 calculates the SNR of the frequency spectrum in a plurality of distance regions, and sets the maximum measurable distance of the aerosol as the distance at which the aerosol can be measured from the SNR of the frequency spectrum in the plurality of distance regions. A process of specifying the SNR peak position, which is the distance region where the SNR peaks, is performed.

SNR取得部22は図1のSNR取得部18と同様に、例えばCPU及びメモリを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどからなるSNR取得処理回路33で構成されており、SNR算出部21により算出された最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRのうち、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力される直前に算出されたSNRと、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力された直後に算出されたSNRとを取得する処理を実施する。
また、SNR取得部22はSNR算出部21により特定された最大計測可能距離及びSNRピーク位置のうち、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力される直前に特定された最大計測可能距離及びSNRピーク位置と、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力された直後に特定された最大計測可能距離及びSNRピーク位置とを取得する処理を実施する。
Similar to the SNR acquisition unit 18 in FIG. 1, the SNR acquisition unit 22 includes a SNR acquisition processing circuit 33 including, for example, a semiconductor integrated circuit in which a CPU and a memory are mounted, or a one-chip microcomputer. Among the SNRs of the frequency spectrum in the shortest range calculated by the unit 21, the SNR calculated immediately before the trigger signal is output from the telescope switching controller 4 and the trigger signal is output from the telescope switching controller 4. Immediately after that, a process of acquiring the calculated SNR is performed.
The SNR acquisition unit 22 also identifies the maximum measurable distance and SNR peak identified immediately before the trigger signal is output from the telescope switching controller 4 among the maximum measurable distance and SNR peak position identified by the SNR calculator 21. Processing for acquiring the position and the maximum measurable distance and SNR peak position specified immediately after the trigger signal is output from the telescope switching controller 4 is performed.

切換判定部23は図1の切換判定部19と同様に、例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどからなる切換判定処理回路34で構成されており、SNR取得部22により取得されたトリガ信号出力前後のSNRの比較処理、SNR取得部22により特定されたトリガ信号出力前後の最大計測可能距離の比較処理、SNR取得部22により取得されたトリガ信号出力前後のSNRピーク位置の比較処理を実施する。
また、切換判定部23は、それらの比較処理の結果から、望遠鏡切換器5により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられたか否かを判定する処理を実施する。
Similar to the switching determination unit 19 shown in FIG. 1, the switching determination unit 23 includes a semiconductor integrated circuit on which a CPU is mounted, or a switching determination processing circuit 34 including a one-chip microcomputer, for example, and the SNR acquisition unit 22. SNR comparison processing before and after trigger signal output acquired by SNR, comparison processing of maximum measurable distance before and after trigger signal output specified by SNR acquisition unit 22, SNR peak before and after trigger signal output acquired by SNR acquisition unit 22 A position comparison process is performed.
Moreover, the switching determination part 23 implements the process which determines whether the telescope to be used was switched normally by the telescope switch 5 from the result of those comparison processes.

図9では、信号処理部14におけるデジタル信号処理を実施する部分(A/D変換器15を除く部分)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が、デジタル信号処理を実施する部分はコンピュータで構成されているものであってもよい。
デジタル信号処理を実施する部分がコンピュータで構成される場合、SNR算出部21、風速算出部17、SNR取得部22及び切換判定部23の処理内容を記述しているプログラムを図3に示すコンピュータのメモリ41に格納し、コンピュータのプロセッサ42がメモリ41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10はデジタル信号処理を実施する部分の処理内容を示すフローチャートである。
In FIG. 9, it is assumed that the digital signal processing part (the part excluding the A / D converter 15) in the signal processing unit 14 is configured by dedicated hardware, but the digital signal processing is performed. The portion to be configured may be a computer.
When the digital signal processing is implemented by a computer, a program describing the processing contents of the SNR calculation unit 21, the wind speed calculation unit 17, the SNR acquisition unit 22, and the switching determination unit 23 is shown in FIG. The program stored in the memory 41 may be executed by the processor 42 of the computer.
FIG. 10 is a flowchart showing the processing contents of the part that performs digital signal processing.

次に動作について説明する。
SNR算出部21、SNR取得部22及び切換判定部23以外は、上記実施の形態1と同様であるため、ここでは、主にSNR算出部21、SNR取得部22及び切換判定部23の処理内容を説明する。
図11は大口径望遠鏡1及び小口径望遠鏡2を用いる場合のSNRの距離依存性を示す説明図である。
大口径望遠鏡1を使用する場合に得られるSNRと、小口径望遠鏡2を使用する場合に得られるSNRとを比較すると、図11に示すように、最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRが異なるほか、エアロゾルの計測が可能な距離である最大計測可能距離や、SNRがピークとなる距離領域であるSNRピーク位置が異なっている。
したがって、この実施の形態2では、最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRのほかに、最大計測可能距離やSNRピーク位置についても、望遠鏡の切り換わりの判定指標として用いるものとする。
ここで、図12は望遠鏡の切り換わりの判定指標として用いることが可能なパラメータを示す説明図である。
図12の例では、最も近距離領域での周波数スペクトルのSNR、最大計測可能距離及びSNRピーク位置のほかに、スペクトル積分面積やSNRの傾きについても、判定指標として用いることが可能なパラメータとして列挙している。
Next, the operation will be described.
Except for the SNR calculation unit 21, the SNR acquisition unit 22, and the switching determination unit 23, the processing is the same as that of the first embodiment. Therefore, here, the processing contents of the SNR calculation unit 21, the SNR acquisition unit 22, and the switching determination unit 23 are mainly described. Will be explained.
FIG. 11 is an explanatory diagram showing the distance dependency of the SNR when the large-aperture telescope 1 and the small-aperture telescope 2 are used.
When the SNR obtained when using the large aperture telescope 1 and the SNR obtained when using the small aperture telescope 2 are compared, as shown in FIG. 11, the SNR of the frequency spectrum in the shortest range is different. In addition, the maximum measurable distance, which is the distance at which aerosol can be measured, and the SNR peak position, which is the distance region where the SNR peaks, are different.
Therefore, in the second embodiment, in addition to the SNR of the frequency spectrum in the shortest distance region, the maximum measurable distance and the SNR peak position are used as a determination index for switching the telescope.
Here, FIG. 12 is an explanatory diagram showing parameters that can be used as a determination index for switching the telescope.
In the example of FIG. 12, in addition to the SNR, the maximum measurable distance, and the SNR peak position of the frequency spectrum in the shortest distance region, the spectrum integration area and the SNR slope are listed as parameters that can be used as determination indices. doing.

信号処理部14のA/D変換器15は、光ヘテロダイン受信器13からアナログの受信信号を受けると、上記実施の形態1と同様に、その受信信号をA/D変換して、デジタルの受信信号であるデジタル受信データをSNR算出部21に出力する。
SNR算出部21は、A/D変換器15からデジタル受信データを受けると、図1のSNR算出部16と同様に、そのデジタル受信データを予め設定された固定の距離ゲート毎に周波数解析することで、複数の距離領域での周波数スペクトルを算出するとともに、複数の距離領域での周波数スペクトルの中で、最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRを算出する(図10のステップST21)。
When receiving an analog reception signal from the optical heterodyne receiver 13, the A / D converter 15 of the signal processing unit 14 performs A / D conversion on the reception signal in the same manner as in the first embodiment, and performs digital reception. Digital received data that is a signal is output to the SNR calculator 21.
When the digital reception data is received from the A / D converter 15, the SNR calculation unit 21 performs frequency analysis on the digital reception data for each fixed distance gate set in advance, like the SNR calculation unit 16 of FIG. 1. Thus, the frequency spectrum in a plurality of distance regions is calculated, and the SNR of the frequency spectrum in the shortest distance region among the frequency spectra in the plurality of distance regions is calculated (step ST21 in FIG. 10).

また、SNR算出部21は、複数の距離領域での周波数スペクトルのSNRを算出し、これらのSNRの中で、レーザレーダ装置の仕様によって事前に決められている最低限のSNR(例えば、風速算出部17で風速を算出することが可能な最低限のSNR)より小さいSNRを除外する。
そして、残っているSNRの中で、最も遠い距離領域でのSNRを特定し、その最も遠い距離領域を最大計測可能距離とする(ステップST21)。
さらに、SNR算出部21は、複数の距離領域での周波数スペクトルのSNRを比較することで、SNRがピークとなる距離領域であるSNRピーク位置を特定する(ステップST21)。
The SNR calculation unit 21 calculates SNRs of frequency spectra in a plurality of distance regions, and among these SNRs, a minimum SNR (for example, wind speed calculation) determined in advance according to the specifications of the laser radar device. The SNR smaller than the minimum SNR capable of calculating the wind speed in the unit 17 is excluded.
Then, the SNR in the farthest distance area among the remaining SNRs is specified, and the farthest distance area is set as the maximum measurable distance (step ST21).
Furthermore, the SNR calculation unit 21 identifies the SNR peak position, which is the distance region where the SNR peaks, by comparing the SNRs of the frequency spectra in a plurality of distance regions (step ST21).

SNR取得部22は、SNR算出部21により算出された周波数スペクトルのSNRのうち、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力される直前に算出されたSNRと、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力された直後に算出されたSNRとを取得する。
また、SNR取得部22は、SNR算出部21により特定された最大計測可能距離及びSNRピーク位置のうち、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力される直前に特定された最大計測可能距離及びSNRピーク位置と、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力された直後に特定された最大計測可能距離及びSNRピーク位置とを取得する。
The SNR acquisition unit 22 receives the SNR calculated immediately before the trigger signal is output from the telescope switching controller 4 out of the SNR of the frequency spectrum calculated by the SNR calculation unit 21 and the trigger signal from the telescope switching controller 4. The SNR calculated immediately after the output is obtained.
The SNR acquisition unit 22 also identifies the maximum measurable distance and SNR identified immediately before the trigger signal is output from the telescope switching controller 4 among the maximum measurable distance and SNR peak position identified by the SNR calculator 21. The peak position and the maximum measurable distance and SNR peak position specified immediately after the trigger signal is output from the telescope switching controller 4 are acquired.

即ち、SNR取得部22は、SNR算出部21が最も近距離領域での周波数スペクトルのSNR、最大計測可能距離及びSNRピーク位置を算出する毎に、そのSNR、最大計測可能距離及びSNRピーク位置を取得し(ステップST22)、この時点で未だ望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力されていなければ(ステップST23:NOの場合)、そのSNR、最大計測可能距離及びSNRピーク位置を内部のメモリに上書き保存する(ステップST24)。
SNR取得部22は、SNR算出部21により算出されたSNR、最大計測可能距離及びSNRピーク位置を取得した時点で、既に望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力されている場合(ステップST23:YESの場合)、その取得したSNR、最大計測可能距離及びSNRピーク位置を、トリガ信号が出力された直後に算出されたSNR、最大計測可能距離及びSNRピーク位置を示す判定指標情報aafter,bafter,cafterとして切換判定部23に出力する。また、内部のメモリに保存しているSNR、最大計測可能距離及びSNRピーク位置を、トリガ信号が出力される直前に算出されたSNR、最大計測可能距離及びSNRピーク位置を示す判定指標情報abefore,bbefore,cbeforeとして切換判定部23に出力する(ステップST25)。
That is, the SNR acquisition unit 22 calculates the SNR, the maximum measurable distance, and the SNR peak position each time the SNR calculation unit 21 calculates the SNR, the maximum measurable distance, and the SNR peak position of the frequency spectrum in the shortest range. If the trigger signal is not yet output from the telescope switching controller 4 at this time (step ST23: NO), the SNR, the maximum measurable distance, and the SNR peak position are stored in the internal memory. Overwrite and store (step ST24).
When the SNR acquisition unit 22 acquires the SNR, the maximum measurable distance, and the SNR peak position calculated by the SNR calculation unit 21, the trigger signal has already been output from the telescope switching controller 4 (step ST23: YES). In this case, the obtained SNR, the maximum measurable distance, and the SNR peak position are determined based on the determination index information a after and b after indicating the SNR, the maximum measurable distance, and the SNR peak position calculated immediately after the trigger signal is output. , C after and output to the switching determination unit 23. Further, the SNR, maximum measurable distance, and SNR peak position stored in the internal memory are determined as index information a before indicating the SNR, maximum measurable distance, and SNR peak position calculated immediately before the trigger signal is output. , B before , c before are output to the switching determination unit 23 (step ST25).

切換判定部23は、SNR取得部22により取得されたトリガ信号出力前後のSNRの比較処理、最大計測可能距離の比較処理、SNRピーク位置の比較処理を実施することで、望遠鏡切換器5により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられたか否かを判定する。
図13は使用対象の望遠鏡が小口径望遠鏡2から大口径望遠鏡1に切り換えられた場合のSNRの変化を示す説明図である。
以下、図13を参照しながら、切換判定部23による判定処理を具体的に説明する。
The switching determination unit 23 is used by the telescope switching unit 5 by performing comparison processing of SNR before and after the trigger signal output acquired by the SNR acquisition unit 22, comparison processing of the maximum measurable distance, and comparison processing of the SNR peak position. It is determined whether the target telescope has been switched normally.
FIG. 13 is an explanatory diagram showing changes in SNR when the target telescope is switched from the small-aperture telescope 2 to the large-aperture telescope 1.
Hereinafter, the determination process by the switching determination unit 23 will be described in detail with reference to FIG.

使用対象の望遠鏡が小口径望遠鏡2から大口径望遠鏡1に切り換えられた場合、図13(a)に示すように、最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRが減少する。
after<abefore
また、図13(b)に示すように、最大計測可能距離が増加する。
after>bbefore
さらに、図13(c)に示すように、SNRピーク位置が増加する。
after>cbefore
When the target telescope is switched from the small-aperture telescope 2 to the large-aperture telescope 1, as shown in FIG. 13A, the SNR of the frequency spectrum in the shortest range decreases.
a after <a before
Further, as shown in FIG. 13B, the maximum measurable distance increases.
b after > b before
Furthermore, as shown in FIG. 13C, the SNR peak position increases.
c after > c before

一方、使用対象の望遠鏡が大口径望遠鏡1から小口径望遠鏡2に切り換えられた場合、最も近距離領域での周波数スペクトルのSNRは増加し、最大計測可能距離は減少し、SNRピーク位置は減少する。
after>abefore
after<bbefore
after<cbefore
On the other hand, when the target telescope is switched from the large-aperture telescope 1 to the small-aperture telescope 2, the SNR of the frequency spectrum in the shortest range increases, the maximum measurable distance decreases, and the SNR peak position decreases. .
a after > a before
b after <b before
c after <c before

切換判定部23は、SNR取得部22から判定指標情報abefore,aafter,bbefore,bafter,cbefore,cafterを受けると、望遠鏡切換制御器4から出力されたトリガ信号によって、使用対象の望遠鏡が小口径望遠鏡2から大口径望遠鏡1に切り換えられている場合(ステップST26:YESの場合)、下記の式(5)〜(7)に示すように、事前に設定されている定数である切換判定変化量ΔA,ΔB,ΔCを用いて、切換判定用閾値Th,Th,Thを算出する(ステップST27)。
Th=abefore−ΔA (5)
Th=bbefore+ΔB (6)
Th=cbefore+ΔC (7)
なお、切換判定部23は、望遠鏡切換制御器4から出力されたトリガ信号の数をカウントし、今回出力されたトリガ信号が何個目のトリガ信号であるかを確認することで、使用対象の望遠鏡が小口径望遠鏡2から大口径望遠鏡1に切り換えられたのか、大口径望遠鏡1から小口径望遠鏡2に切り換えられたのかを判断することができる。
When the switching determination unit 23 receives the determination index information a before , a after , b before , b after , c before , c after from the SNR acquisition unit 22, the switching determination unit 23 uses the trigger signal output from the telescope switching controller 4. Is switched from the small-aperture telescope 2 to the large-aperture telescope 1 (in the case of YES at step ST26), as shown in the following formulas (5) to (7), the constant is set in advance. By using a certain switching determination change amount ΔA, ΔB, ΔC, switching determination threshold values Th 1 , Th 3 , Th 5 are calculated (step ST 27).
Th 1 = a before −ΔA (5)
Th 3 = b before + ΔB (6)
Th 5 = c before + ΔC (7)
The switching determination unit 23 counts the number of trigger signals output from the telescope switching controller 4 and confirms what number of trigger signals the currently output trigger signal is, so It can be determined whether the telescope has been switched from the small aperture telescope 2 to the large aperture telescope 1 or from the large aperture telescope 1 to the small aperture telescope 2.

また、切換判定部23は、望遠鏡切換制御器4から出力されたトリガ信号によって、使用対象の望遠鏡が大口径望遠鏡1から小口径望遠鏡2に切り換えられている場合(ステップST26:NOの場合)、下記の式(8)〜(10)に示すように、事前に設定されている定数である切換判定変化量ΔA,ΔB,ΔCを用いて、切換判定用閾値Th,Th,Thを算出する(ステップST28)。
Th=abefore+ΔA (8)
Th=bbefore−ΔB (9)
Th=cbefore−ΔC (10)
In addition, the switching determination unit 23, when the target telescope is switched from the large-aperture telescope 1 to the small-aperture telescope 2 by the trigger signal output from the telescope switching controller 4 (step ST26: NO), As shown in the following equations (8) to (10), the switching determination threshold values Th 2 , Th 4 , Th 6 are set using the switching determination change amounts ΔA, ΔB, ΔC, which are constants set in advance. Calculate (step ST28).
Th 2 = a before + ΔA (8)
Th 4 = b before −ΔB (9)
Th 6 = c before −ΔC (10)

切換判定部23は、切換判定用閾値Th,Th,Thを算出すると、判定指標情報aafterと切換判定用閾値Thを比較し、判定指標情報aafterが切換判定用閾値Th以上であれば(ステップST29:NOの場合)、小口径望遠鏡2から大口径望遠鏡1への切り換えが正常に行われていないものと判定する(ステップST36)。即ち、切り換えが異常であると判定する。
切換判定部23は、判定指標情報aafterが切換判定用閾値Thより小さければ(ステップST29:YESの場合)、判定指標情報bafterと切換判定用閾値Thを比較し、判定指標情報bafterが切換判定用閾値Th以下であれば(ステップST30:NOの場合)、小口径望遠鏡2から大口径望遠鏡1への切り換えが正常に行われていないものと判定する(ステップST36)。
切換判定部23は、判定指標情報bafterが切換判定用閾値Thより大きければ(ステップST30:YESの場合)、判定指標情報cafterと切換判定用閾値Thを比較し、判定指標情報cafterが切換判定用閾値Th以下であれば(ステップST31:NOの場合)、小口径望遠鏡2から大口径望遠鏡1への切り換えが正常に行われていないものと判定する(ステップST36)。
切換判定部23は、判定指標情報cafterが切換判定用閾値Thより大きければ(ステップST31:YESの場合)、小口径望遠鏡2から大口径望遠鏡1への切り換えが正常に行われたものと判定する(ステップST35)。
After calculating the switching determination threshold values Th 1 , Th 3 , Th 5 , the switching determination unit 23 compares the determination index information a after with the switching determination threshold value Th 1 , and the determination index information a after is determined as the switching determination threshold value Th 1. If it is above (step ST29: NO), it is determined that switching from the small-aperture telescope 2 to the large-aperture telescope 1 is not normally performed (step ST36). That is, it is determined that the switching is abnormal.
If the determination index information a after is smaller than the switching determination threshold Th 1 (in the case of YES at Step ST29), the switching determination unit 23 compares the determination index information b after with the switching determination threshold Th 3 , and determines the determination index information b. If after is equal to or less than the switching determination threshold Th 3 (step ST30: NO), it is determined that switching from the small-aperture telescope 2 to the large-aperture telescope 1 is not normally performed (step ST36).
If the determination index information b after is greater than the switching determination threshold Th 3 (in the case of YES at step ST30), the switching determination unit 23 compares the determination index information c after with the switching determination threshold Th 5 and determines the determination index information c. If after is equal to or less than the switching determination threshold Th 5 (step ST31: NO), it is determined that switching from the small-aperture telescope 2 to the large-aperture telescope 1 is not normally performed (step ST36).
If the determination index information c after is greater than the switching determination threshold Th 5 (in the case of YES at step ST31), the switching determination unit 23 assumes that switching from the small-aperture telescope 2 to the large-aperture telescope 1 has been performed normally. Determination is made (step ST35).

切換判定部23は、切換判定用閾値Th,Th,Thを算出すると、判定指標情報aafterと切換判定用閾値Thを比較し、判定指標情報aafterが切換判定用閾値Th以下であれば(ステップST32:NOの場合)、大口径望遠鏡1から小口径望遠鏡2への切り換えが正常に行われていないものと判定する(ステップST36)。即ち、切り換えが異常であると判定する。
切換判定部23は、判定指標情報aafterが切換判定用閾値Thより大きければ(ステップST32:YESの場合)、判定指標情報bafterと切換判定用閾値Thを比較し、判定指標情報bafterが切換判定用閾値Th以上であれば(ステップST33:NOの場合)、大口径望遠鏡1から小口径望遠鏡2への切り換えが正常に行われていないものと判定する(ステップST36)。
切換判定部23は、判定指標情報bafterが切換判定用閾値Thより小さければ(ステップST33:YESの場合)、判定指標情報cafterと切換判定用閾値Thを比較し、判定指標情報cafterが切換判定用閾値Th以上であれば(ステップST34:NOの場合)、大口径望遠鏡1から小口径望遠鏡2への切り換えが正常に行われていないものと判定する(ステップST36)。
切換判定部23は、判定指標情報cafterが切換判定用閾値Thより小さければ(ステップST34:YESの場合)、大口径望遠鏡1から小口径望遠鏡2への切り換えが正常に行われたものと判定する(ステップST35)。
When the switching determination unit 23 calculates the switching determination threshold values Th 2 , Th 4 , and Th 6 , the determination index information a after is compared with the switching determination threshold value Th 2 , and the determination index information a after is determined as the switching determination threshold value Th 2. If it is below (step ST32: NO), it is determined that the switching from the large aperture telescope 1 to the small aperture telescope 2 is not normally performed (step ST36). That is, it is determined that the switching is abnormal.
If the determination index information a after is greater than the switching determination threshold Th 2 (in the case of YES at step ST32), the switching determination unit 23 compares the determination index information b after and the switching determination threshold Th 4 to determine the determination index information b. If after is greater than or equal to the switching determination threshold Th 4 (in the case of step ST33: NO), it is determined that switching from the large aperture telescope 1 to the small aperture telescope 2 has not been performed normally (step ST36).
If the determination index information b after is smaller than the switching determination threshold Th 4 (in the case of YES at step ST33), the switching determination unit 23 compares the determination index information c after with the switching determination threshold Th 6 and determines the determination index information c. If after is greater than or equal to the switching determination threshold Th 6 (step ST34: NO), it is determined that switching from the large aperture telescope 1 to the small aperture telescope 2 has not been performed normally (step ST36).
If the determination index information c after is smaller than the switching determination threshold Th 6 (in the case of YES at step ST34), the switching determination unit 23 assumes that switching from the large-aperture telescope 1 to the small-aperture telescope 2 has been normally performed. Determination is made (step ST35).

警報提示部20は、切換判定部23により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられている旨の判定がなされた場合、システムが正常である旨を表示する(ステップST37)。
また、警報提示部20は、切換判定部23により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられていない旨の判定がなされた場合、システム異常が発生している旨の警報を表示する(ステップST38)。
The alarm presenting unit 20 displays that the system is normal when the switching determining unit 23 determines that the target telescope has been switched normally (step ST37).
Further, when the switching determination unit 23 determines that the target telescope is not normally switched, the alarm presenting unit 20 displays an alarm indicating that a system abnormality has occurred (step ST38).

以上で明らかなように、この実施の形態2によれば、トリガ信号が出力された前後の最も近距離領域でのSNRの比較処理だけでなく、最大計測可能距離の比較処理、SNRピーク位置の比較処理を実施することで、望遠鏡切換器5により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられたか否かを判定するように構成したので、上記実施の形態1よりも高精度な切換判定結果を得ることができる効果を奏する。   As is apparent from the above, according to the second embodiment, not only the SNR comparison processing in the shortest range before and after the trigger signal is output, but also the comparison processing of the maximum measurable distance, the SNR peak position By performing the comparison process, it is configured to determine whether or not the telescope to be used has been normally switched by the telescope switching unit 5, so that a switching determination result with higher accuracy than the first embodiment can be obtained. There is an effect that can.

実施の形態3.
上記実施の形態1,2では、開口径が異なる大口径望遠鏡1と小口径望遠鏡2の切換判定を実施するものを示したが、開口径が同じ複数の望遠鏡の切換判定を実施するものであってもよい。
Embodiment 3 FIG.
In the first and second embodiments, the switching determination of the large-aperture telescope 1 and the small-aperture telescope 2 having different aperture diameters is performed. However, the switching determination of a plurality of telescopes having the same aperture diameter is performed. May be.

図14はこの発明の実施の形態3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。
望遠鏡51,52は開口径が同一又は同程度の望遠鏡であり、望遠鏡切換器5から出力されたパルス送信光を大気中に出射したのち、エアロゾルに散乱されて戻ってきたパルス送信光の散乱光を受光する機能を有する。
焦点距離設定部53は望遠鏡切換制御器4からトリガ信号が出力されると、望遠鏡51,52に対して互いに異なる焦点距離を設定し、焦点距離の設定後にトリガ信号を望遠鏡切換器5及び信号処理部14に出力する。
14 is a block diagram showing a laser radar apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In FIG. 14, the same reference numerals as those in FIG.
The telescopes 51 and 52 are telescopes having the same or similar aperture diameter, and after the pulse transmission light output from the telescope switch 5 is emitted into the atmosphere, the scattered light of the pulse transmission light returned after being scattered by the aerosol Has a function of receiving light.
When a trigger signal is output from the telescope switching controller 4, the focal length setting unit 53 sets different focal lengths for the telescopes 51 and 52, and after setting the focal length, the trigger signal is sent to the telescope switching device 5 and the signal processing. To the unit 14.

この実施の形態3では、2つの望遠鏡51,52を備えることで、上記実施の形態1,2と同様に、2視線方向の風速計測を可能としている。また、焦点距離設定部53を備えることで、近距離〜遠距離まで広い範囲での計測を可能としている。
ただし、2つの望遠鏡51,52の開口径が同一である場合、望遠鏡51,52の焦点距離が同一である条件下では、風計測で得られる受信信号のスペクトルのSNR距離依存性が同一であるため、そのままではSNR距離依存性の変化を観測しても、望遠鏡の切換判定を実施することができない。
そのため、この実施の形態3では、望遠鏡51,52に対して互いに異なる焦点距離を設定するようにしている。
In the third embodiment, the provision of the two telescopes 51 and 52 enables the wind speed measurement in the two line-of-sight directions as in the first and second embodiments. In addition, by providing the focal length setting unit 53, it is possible to measure in a wide range from a short distance to a long distance.
However, when the aperture diameters of the two telescopes 51 and 52 are the same, the SNR distance dependence of the spectrum of the received signal obtained by wind measurement is the same under the condition that the focal lengths of the telescopes 51 and 52 are the same. Therefore, even if the change in SNR distance dependency is observed as it is, it is not possible to carry out the telescope switching determination.
Therefore, in the third embodiment, different focal lengths are set for the telescopes 51 and 52.

SNR算出部61は図1のSNR算出部16と同様に、例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどからなるSNR算出処理回路31で構成されており、A/D変換器15から出力されたデジタル受信データを予め設定された固定の距離ゲート毎に周波数解析することで、複数の距離領域での周波数スペクトルを算出する処理を実施する。
また、SNR算出部61は複数の距離領域での周波数スペクトルのSNRを算出して、複数の距離領域での周波数スペクトルのSNRからエアロゾルの計測が可能な距離である最大計測可能距離を特定するとともに、SNRがピークとなる値であるSNRピーク高さを特定する処理を実施する。
Similar to the SNR calculation unit 16 in FIG. 1, the SNR calculation unit 61 includes an SNR calculation processing circuit 31 including, for example, a semiconductor integrated circuit on which a CPU is mounted or a one-chip microcomputer. The digital reception data output from the device 15 is subjected to frequency analysis for each fixed distance gate set in advance, thereby executing a process of calculating frequency spectra in a plurality of distance regions.
In addition, the SNR calculation unit 61 calculates the SNR of the frequency spectrum in a plurality of distance regions, and specifies the maximum measurable distance that is the distance at which aerosol can be measured from the SNR of the frequency spectrum in the plurality of distance regions. Then, a process of specifying the SNR peak height, which is a value at which the SNR reaches a peak, is performed.

SNR取得部62は図1のSNR取得部18と同様に、例えばCPU及びメモリを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどからなるSNR取得処理回路33で構成されており、SNR算出部61により特定された最大計測可能距離及びSNRピーク高さのうち、焦点距離設定部53からトリガ信号が出力される直前に特定された最大計測可能距離及びSNRピーク高さと、焦点距離設定部53からトリガ信号が出力された直後に特定された最大計測可能距離及びSNRピーク高さとを取得する処理を実施する。   Similar to the SNR acquisition unit 18 shown in FIG. 1, the SNR acquisition unit 62 includes a semiconductor integrated circuit on which a CPU and a memory are mounted, or an SNR acquisition processing circuit 33 including a one-chip microcomputer, for example. Among the maximum measurable distance and SNR peak height specified by the unit 61, the maximum measurable distance and SNR peak height specified immediately before the trigger signal is output from the focal length setting unit 53, and the focal length setting unit 53 The processing for obtaining the maximum measurable distance and the SNR peak height specified immediately after the trigger signal is output from is performed.

切換判定部63は図1の切換判定部19と同様に、例えばCPUを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどからなる切換判定処理回路34で構成されており、SNR取得部62により特定されたトリガ信号出力前後の最大計測可能距離の比較処理、SNR取得部22により取得されたトリガ信号出力前後のSNRピーク高さの比較処理を実施する。
また、切換判定部63は、それらの比較処理の結果から、望遠鏡切換器5により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられたか否かを判定する処理を実施する。
Similar to the switching determination unit 19 in FIG. 1, the switching determination unit 63 includes a switching determination processing circuit 34 including, for example, a semiconductor integrated circuit on which a CPU is mounted or a one-chip microcomputer, and the SNR acquisition unit 62. The comparison processing of the maximum measurable distance before and after the trigger signal output specified by the above and the comparison processing of the SNR peak height before and after the trigger signal output acquired by the SNR acquisition unit 22 are performed.
Further, the switching determination unit 63 performs a process of determining whether or not the telescope to be used has been normally switched by the telescope switching unit 5 from the result of the comparison processing.

図14では、信号処理部14におけるデジタル信号処理を実施する部分(A/D変換器15を除く部分)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が、デジタル信号処理を実施する部分はコンピュータで構成されているものであってもよい。
デジタル信号処理を実施する部分がコンピュータで構成される場合、SNR算出部61、風速算出部17、SNR取得部62及び切換判定部63の処理内容を記述しているプログラムを図3に示すコンピュータのメモリ41に格納し、コンピュータのプロセッサ42がメモリ41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15はデジタル信号処理を実施する部分の処理内容を示すフローチャートである。
In FIG. 14, it is assumed that the digital signal processing part (the part excluding the A / D converter 15) in the signal processing unit 14 is configured by dedicated hardware, but the digital signal processing is performed. The portion to be configured may be a computer.
When the digital signal processing is implemented by a computer, a program describing the processing contents of the SNR calculation unit 61, the wind speed calculation unit 17, the SNR acquisition unit 62, and the switching determination unit 63 is shown in FIG. The program stored in the memory 41 may be executed by the processor 42 of the computer.
FIG. 15 is a flowchart showing the processing contents of a portion that performs digital signal processing.

次に動作について説明する。
レーザ光発振部6の光源7は、単一波長の連続波光であるレーザ光を発振する。
光分配器8は、光源7がレーザ光を発振すると、そのレーザ光を2分岐して、一方のレーザ光を光変調器9に出力し、他方のレーザ光をローカル光として光混合器12に出力する。
光変調器9は、光分配器8からレーザ光を受けると、そのレーザ光の周波数をシフトするとともに、周波数シフト後のレーザ光をパルス変調し、パルス変調後のレーザ光であるパルス送信光を送受信分離部11に出力する。
Next, the operation will be described.
The light source 7 of the laser light oscillator 6 oscillates laser light that is single-wave continuous wave light.
When the light source 7 oscillates the laser light, the light distributor 8 splits the laser light into two, outputs one laser light to the optical modulator 9, and uses the other laser light as local light to the optical mixer 12. Output.
When the light modulator 9 receives the laser light from the light distributor 8, the light modulator 9 shifts the frequency of the laser light, and pulse-modulates the laser light after the frequency shift, and applies the pulse transmission light that is the laser light after the pulse modulation. The data is output to the transmission / reception separating unit 11.

送受信分離部11は、光変調器9からパルス送信光を受けると、そのパルス送信光を望遠鏡切換器5に出力する。
望遠鏡切換部3の望遠鏡切換制御器4は、使用対象の望遠鏡を切り換える際、トリガ信号を焦点距離設定部53に出力する。
トリガ信号としては、信号レベルがHigh/Lowで切り換わる信号や、信号出力がOn/Offで切り換わる信号などを用いることができる。
When receiving the pulse transmission light from the optical modulator 9, the transmission / reception separating unit 11 outputs the pulse transmission light to the telescope switch 5.
The telescope switching controller 4 of the telescope switching unit 3 outputs a trigger signal to the focal length setting unit 53 when switching the telescope to be used.
As the trigger signal, a signal whose signal level is switched at High / Low, a signal whose signal output is switched at On / Off, or the like can be used.

焦点距離設定部53は、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号を受けると、焦点距離の設定を指示する焦点距離制御信号を望遠鏡51,52に出力することで、望遠鏡51,52に対して互いに異なる焦点距離を設定する。
焦点距離設定部53は、望遠鏡51,52の焦点距離を設定すると、トリガ信号を望遠鏡切換器5及び信号処理部14に出力する。
ここで、望遠鏡51,52に設定する焦点距離は、2つの望遠鏡51,52の受信信号のSNR距離依存性を区別できるものであればよく、例えば、(1)近距離と長距離、(2)近距離と中距離、(3)中距離と長距離など、ユーザが任意に設定することができる。
また、2つの望遠鏡51,52に対して、受信信号のSNR距離依存性を区別できるように、望遠鏡51,52の焦点距離が、予め異なる焦点距離に設定されている状態で計測を行うようにしてもよい。
この場合、焦点距離設定部53は、望遠鏡切換制御器4からトリガ信号を受ける毎に、望遠鏡51,52に対して、焦点距離の設定を行う必要がない。したがって、望遠鏡切換制御器4から出力されたトリガ信号は、上記実施の形態1,2と同様に、直接、望遠鏡切換器5及び信号処理部14に出力される。
When the focal length setting unit 53 receives the trigger signal from the telescope switching controller 4, the focal length setting unit 53 outputs a focal length control signal instructing the setting of the focal length to the telescopes 51 and 52, thereby being different from each other with respect to the telescopes 51 and 52. Set the focal length.
When the focal length setting unit 53 sets the focal lengths of the telescopes 51 and 52, the focal length setting unit 53 outputs a trigger signal to the telescope switching unit 5 and the signal processing unit 14.
Here, the focal lengths set for the telescopes 51 and 52 are not particularly limited as long as they can distinguish the SNR distance dependence of the reception signals of the two telescopes 51 and 52. For example, (1) short distance and long distance, (2 The user can arbitrarily set a short distance and a medium distance, and (3) a medium distance and a long distance.
In addition, the measurement is performed with the focal lengths of the telescopes 51 and 52 set to different focal lengths in advance so that the SNR distance dependence of the received signals can be distinguished for the two telescopes 51 and 52. May be.
In this case, the focal length setting unit 53 does not need to set the focal length for the telescopes 51 and 52 every time a trigger signal is received from the telescope switching controller 4. Therefore, the trigger signal output from the telescope switching controller 4 is directly output to the telescope switching device 5 and the signal processing unit 14 as in the first and second embodiments.

望遠鏡切換器5は、焦点距離設定部53からトリガ信号を受けると、使用対象の望遠鏡の切り換えを行う。
即ち、望遠鏡切換器5は、現在の使用対象の望遠鏡が望遠鏡51であるとき、焦点距離設定部53からトリガ信号を受けると、使用対象の望遠鏡を望遠鏡52に切り換えて、送受信分離部11から出力されたパルス送信光を望遠鏡52に出力する。
また、望遠鏡切換器5は、現在の使用対象の望遠鏡が望遠鏡52であるとき、焦点距離設定部53からトリガ信号を受けると、使用対象の望遠鏡を望遠鏡51に切り換えて、送受信分離部11から出力されたパルス送信光を望遠鏡51に出力する。
When receiving the trigger signal from the focal length setting unit 53, the telescope switching unit 5 switches the telescope to be used.
That is, when the telescope 51 currently used is the telescope 51 and receives a trigger signal from the focal length setting unit 53, the telescope switching unit 5 switches the telescope to be used to the telescope 52 and outputs it from the transmission / reception separating unit 11. The transmitted pulse transmission light is output to the telescope 52.
When the telescope switch 5 currently receives the trigger signal from the focal length setting unit 53 when the current telescope to be used is the telescope 52, the telescope switch 5 switches the telescope to be used to the telescope 51 and outputs it from the transmission / reception separation unit 11. The transmitted pulse transmission light is output to the telescope 51.

望遠鏡51,52は、望遠鏡切換器5からパルス送信光を受けると、そのパルス送信光を大気中に出射する。
また、望遠鏡51,52は、エアロゾルに散乱されて戻ってきたパルス送信光の散乱光を受光し、その散乱光を送受信分離部11に出力する。
When receiving the pulse transmission light from the telescope switch 5, the telescopes 51 and 52 emit the pulse transmission light into the atmosphere.
In addition, the telescopes 51 and 52 receive the scattered light of the pulse transmission light that has been scattered back by the aerosol and output the scattered light to the transmission / reception separating unit 11.

望遠鏡切換器5は、現在の使用対象の望遠鏡が望遠鏡51であるとき、望遠鏡51からパルス送信光の散乱光を受けると、その散乱光を送受信分離部11に出力する。
また、望遠鏡切換器5は、現在の使用対象の望遠鏡が望遠鏡52であるとき、望遠鏡52からパルス送信光の散乱光を受けると、その散乱光を送受信分離部11に出力する。
When the telescope switch 5 receives the scattered light of the pulse transmission light from the telescope 51 when the currently used telescope is the telescope 51, the telescope switch 5 outputs the scattered light to the transmission / reception separation unit 11.
When the telescope switch 5 currently receives the scattered light of the pulse transmission light from the telescope 52 when the currently used telescope is the telescope 52, the telescope switch 5 outputs the scattered light to the transmission / reception separation unit 11.

送受信分離部11は、望遠鏡切換器5から散乱光を受けると、その散乱光を光混合器12に出力する。
光混合器12は、光分配器8から出力されたローカル光と、送受信分離部11から出力された散乱光を合波し、そのローカル光と散乱光の合波光を光ヘテロダイン受信器13に出力する。
光ヘテロダイン受信器13は、光混合器12から合波光を受けると、その合波光をヘテロダイン検波し、そのヘテロダイン検波結果であるアナログの電気信号を受信信号として信号処理部14に出力する。
When receiving the scattered light from the telescope switch 5, the transmission / reception separating unit 11 outputs the scattered light to the optical mixer 12.
The optical mixer 12 combines the local light output from the optical distributor 8 and the scattered light output from the transmission / reception separator 11, and outputs the combined light of the local light and the scattered light to the optical heterodyne receiver 13. To do.
When receiving the combined light from the optical mixer 12, the optical heterodyne receiver 13 performs heterodyne detection on the combined light and outputs an analog electric signal as a result of the heterodyne detection to the signal processing unit 14 as a reception signal.

信号処理部14のA/D変換器15は、光ヘテロダイン受信器13からアナログの受信信号を受けると、上記実施の形態1と同様に、その受信信号をA/D変換して、デジタルの受信信号であるデジタル受信データをSNR算出部61に出力する。
SNR算出部61は、A/D変換器15からデジタル受信データを受けると、図9のSNR算出部21と同様に、そのデジタル受信データを予め設定された固定の距離ゲート毎に周波数解析することで、複数の距離領域での周波数スペクトルを算出する。
SNR算出部61は、複数の距離領域での周波数スペクトルを算出すると、図9のSNR算出部21と同様に、複数の距離領域での周波数スペクトルのSNRを算出することで、エアロゾルの計測が可能な距離である最大計測可能距離を特定する(図15のステップST41)。
When receiving an analog reception signal from the optical heterodyne receiver 13, the A / D converter 15 of the signal processing unit 14 performs A / D conversion on the reception signal in the same manner as in the first embodiment, and performs digital reception. Digital received data that is a signal is output to the SNR calculator 61.
When the digital reception data is received from the A / D converter 15, the SNR calculation unit 61 performs frequency analysis on the digital reception data for each fixed distance gate set in advance, like the SNR calculation unit 21 of FIG. 9. Thus, frequency spectra in a plurality of distance regions are calculated.
When the frequency spectrum in a plurality of distance regions is calculated, the SNR calculation unit 61 can measure the aerosol by calculating the SNR of the frequency spectrum in the plurality of distance regions in the same manner as the SNR calculation unit 21 in FIG. A maximum measurable distance that is a short distance is specified (step ST41 in FIG. 15).

また、SNR算出部61は、複数の距離領域での周波数スペクトルのSNRを比較することで、SNRがピークとなる値であるSNRピーク高さを特定する(ステップST41)。
この実施の形態3では、望遠鏡の切り換わりの判定指標として用いることが可能なパラメータとして、最大計測可能距離とSNRピーク高さを特定しているが、これに限るものではなく、例えば、計測可能範囲やSNRピーク位置を特定するようにしてもよい。
Moreover, the SNR calculation part 61 specifies SNR peak height which is a value by which SNR becomes a peak by comparing SNR of the frequency spectrum in a several distance area | region (step ST41).
In the third embodiment, the maximum measurable distance and the SNR peak height are specified as parameters that can be used as a determination index for switching the telescope. However, the present invention is not limited to this. For example, measurement is possible. The range and SNR peak position may be specified.

風速算出部17は、SNR算出部61が周波数スペクトルを算出すると、その周波数スペクトルからエアロゾルによるドップラーシフト量を算出し、そのドップラーシフト量を風速(エアロゾルの移動速度)に換算する。
警報提示部20は、風速算出部17により換算された風速を表示する。
When the SNR calculation unit 61 calculates a frequency spectrum, the wind speed calculation unit 17 calculates a Doppler shift amount due to aerosol from the frequency spectrum, and converts the Doppler shift amount into a wind speed (aerosol moving speed).
The alarm presenting unit 20 displays the wind speed converted by the wind speed calculating unit 17.

SNR取得部62は、SNR算出部61により特定された最大計測可能距離及びSNRピーク高さのうち、焦点距離設定部53からトリガ信号が出力される直前に特定された最大計測可能距離及びSNRピーク高さと、焦点距離設定部53からトリガ信号が出力された直後に特定された最大計測可能距離及びSNRピーク高さとを取得する。   Of the maximum measurable distance and SNR peak height identified by the SNR calculator 61, the SNR acquisition unit 62 identifies the maximum measurable distance and SNR peak identified immediately before the trigger signal is output from the focal length setting unit 53. The height and the maximum measurable distance and SNR peak height specified immediately after the trigger signal is output from the focal length setting unit 53 are acquired.

即ち、SNR取得部62は、SNR算出部61が最大計測可能距離及びSNRピーク高さを特定する毎に、その最大計測可能距離及びSNRピーク高さを取得し(ステップST42)、この時点で未だ焦点距離設定部53からトリガ信号が出力されていなければ(ステップST43:NOの場合)、その最大計測可能距離及びSNRピーク高さを内部のメモリに上書き保存する(ステップST44)。
SNR取得部62は、SNR算出部61により特定された最大計測可能距離及びSNRピーク高さを取得した時点で、既に焦点距離設定部53からトリガ信号が出力されている場合(ステップST43:YESの場合)、その取得した最大計測可能距離及びSNRピーク高さを、トリガ信号が出力された直後に特定された最大計測可能距離及びSNRピーク高さを示す判定指標情報bafter,dafterとして切換判定部63に出力する。また、内部のメモリに保存している最大計測可能距離及びSNRピーク高さを、トリガ信号が出力される直前に特定された最大計測可能距離及びSNRピーク高さを示す判定指標情報bbefore,dbeforeとして切換判定部63に出力する(ステップST45)。
That is, every time the SNR calculation unit 61 specifies the maximum measurable distance and the SNR peak height, the SNR acquisition unit 62 acquires the maximum measurable distance and the SNR peak height (step ST42), and is still at this time. If the trigger signal is not output from the focal length setting unit 53 (step ST43: NO), the maximum measurable distance and SNR peak height are overwritten and stored in the internal memory (step ST44).
When the SNR acquisition unit 62 has already obtained the trigger signal from the focal length setting unit 53 at the time of acquiring the maximum measurable distance and the SNR peak height specified by the SNR calculation unit 61 (step ST43: YES) And the obtained maximum measurable distance and SNR peak height are switched and determined as determination index information b after and d after indicating the maximum measurable distance and SNR peak height specified immediately after the trigger signal is output. To the unit 63. In addition, the maximum measurable distance and SNR peak height stored in the internal memory are determined by the determination index information b before , d indicating the maximum measurable distance and SNR peak height specified immediately before the trigger signal is output. It is output to the switching determination unit 63 as before (step ST45).

切換判定部63は、SNR取得部62により取得されたトリガ信号出力前後の最大計測可能距離の比較処理、トリガ信号出力前後のSNRピーク高さの比較処理を実施することで、望遠鏡切換器5により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられたか否かを判定する。
図16は切換後の望遠鏡の焦点距離が切換前の望遠鏡の焦点距離より短くなっている場合のSNRの変化を示す説明図である。
以下、図16を参照しながら、切換判定部63による判定処理を具体的に説明する。
The switching determination unit 63 performs the comparison process of the maximum measurable distance before and after the trigger signal output acquired by the SNR acquisition unit 62 and the comparison process of the SNR peak height before and after the trigger signal output, so that the telescope switch 5 It is determined whether the target telescope has been switched normally.
FIG. 16 is an explanatory diagram showing changes in SNR when the focal length of the telescope after switching is shorter than the focal length of the telescope before switching.
Hereinafter, the determination process by the switching determination unit 63 will be specifically described with reference to FIG.

切換後の望遠鏡の焦点距離が切換前の望遠鏡の焦点距離より短くなっている場合、図16(b)に示すように、最大計測可能距離が減少する。
after<bbefore
また、図16(a)に示すように、SNRピーク高さが増加する。
after>dbefore
一方、切換後の望遠鏡の焦点距離が切換前の望遠鏡の焦点距離より長くなっている場合、最大計測可能距離は増加し、SNRピーク高さは減少する。
after>bbefore
after<dbefore
When the focal length of the telescope after switching is shorter than the focal length of the telescope before switching, the maximum measurable distance decreases as shown in FIG.
b after <b before
Further, as shown in FIG. 16A, the SNR peak height increases.
d after > d before
On the other hand, when the focal length of the telescope after switching is longer than the focal length of the telescope before switching, the maximum measurable distance increases and the SNR peak height decreases.
b after > b before
d after <d before

切換判定部63は、SNR取得部62から判定指標情報bbefore,bafter,dbefore,dafterを受けると、焦点距離設定部53によって、切換後の望遠鏡の焦点距離が切換前の望遠鏡の焦点距離より短く設定されている場合(ステップST46:YESの場合)、下記の式(11)(12)に示すように、事前に設定されている定数である切換判定変化量ΔB,ΔDを用いて、切換判定用閾値Th,Thを算出する(ステップST47)。
Th=bbefore−ΔB (11)
Th=dbefore+ΔD (12)
When the switching determination unit 63 receives the determination index information b before , b after , d before , d after from the SNR acquisition unit 62, the focal length setting unit 53 causes the focal length of the telescope after switching to be the focal point of the telescope before switching. When set shorter than the distance (step ST46: YES), as shown in the following formulas (11) and (12), the switching determination change amounts ΔB and ΔD which are constants set in advance are used. Then, threshold values Th 4 and Th 7 for switching determination are calculated (step ST47).
Th 4 = b before −ΔB (11)
Th 7 = d before + ΔD (12)

また、切換判定部63は、焦点距離設定部53によって、切換後の望遠鏡の焦点距離が切換前の望遠鏡の焦点距離より長く設定されている場合(ステップST46:NOの場合)、下記の式(13)(14)に示すように、事前に設定されている定数である切換判定変化量ΔB,ΔDを用いて、切換判定用閾値Th,Thを算出する(ステップST48)。
Th=bbefore+ΔB (13)
Th=cbefore−ΔD (14)
Further, when the focal length setting unit 53 sets the focal length of the telescope after switching to be longer than the focal length of the telescope before switching (step ST46: NO), the switching determination unit 63 determines the following formula ( 13) As shown in (14), threshold values Th 3 and Th 8 for switching determination are calculated using switching determination change amounts ΔB and ΔD which are constants set in advance (step ST48).
Th 3 = b before + ΔB (13)
Th 8 = c before −ΔD (14)

切換判定部63は、切換判定用閾値Th,Thを算出すると、判定指標情報dafterと切換判定用閾値Thを比較し、判定指標情報dafterが切換判定用閾値Th以下であれば(ステップST49:NOの場合)、望遠鏡の切り換えが正常に行われていないものと判定する(ステップST54)。即ち、切り換えが異常であると判定する。
切換判定部63は、判定指標情報dafterが切換判定用閾値Thより大きければ(ステップST49:YESの場合)、判定指標情報bafterと切換判定用閾値Thを比較し、判定指標情報bafterが切換判定用閾値Th以上であれば(ステップST50:NOの場合)、望遠鏡の切り換えが正常に行われていないものと判定する(ステップST54)。
切換判定部63は、判定指標情報bafterが切換判定用閾値Thより小さければ(ステップST50:YESの場合)、望遠鏡の切り換えが正常に行われているものと判定する(ステップST53)。
When the switching determination unit 63 calculates the switching determination thresholds Th 4 and Th 7 , the switching determination unit 63 compares the determination index information d after and the switching determination threshold Th 7 , and if the determination index information d after is equal to or less than the switching determination threshold Th 7. If (step ST49: NO), it is determined that the telescope is not switched normally (step ST54). That is, it is determined that the switching is abnormal.
If the determination index information d after is greater than the switching determination threshold Th 7 (in the case of YES at step ST49), the switching determination unit 63 compares the determination index information b after and the switching determination threshold Th 4 and determines the determination index information b. If after is greater than or equal to switching determination threshold Th 4 (step ST50: NO), it is determined that the telescope has not been switched normally (step ST54).
If the determination index information b after is smaller than the switching determination threshold Th 4 (in the case of YES at step ST50), the switching determination unit 63 determines that the telescope has been switched normally (step ST53).

切換判定部63は、切換判定用閾値Th,Thを算出すると、判定指標情報dafterと切換判定用閾値Thを比較し、判定指標情報dafterが切換判定用閾値Th以上であれば(ステップST51:NOの場合)、望遠鏡の切り換えが正常に行われていないものと判定する(ステップST54)。
切換判定部63は、判定指標情報dafterが切換判定用閾値Thより小さければ(ステップST51:YESの場合)、判定指標情報bafterと切換判定用閾値Thを比較し、判定指標情報bafterが切換判定用閾値Th以下であれば(ステップST52:NOの場合)、望遠鏡の切り換えが正常に行われていないものと判定する(ステップST54)。
切換判定部63は、判定指標情報bafterが切換判定用閾値Thより大きければ(ステップST52:YESの場合)、望遠鏡の切り換えが正常に行われているものと判定する(ステップST53)。
When the switching determination unit 63 calculates the switching determination thresholds Th 3 and Th 8 , the switching determination unit 63 compares the determination index information d after and the switching determination threshold Th 8 , and if the determination index information d after is greater than or equal to the switching determination threshold Th 8. If (step ST51: NO), it is determined that the telescope is not switched normally (step ST54).
If the determination index information d after is smaller than the switching determination threshold Th 8 (step ST51: YES), the switching determination unit 63 compares the determination index information b after with the switching determination threshold Th 3 , and determines the determination index information b. If after is equal to or less than the switching determination threshold Th 3 (step ST52: NO), it is determined that the telescope has not been switched normally (step ST54).
If the determination index information b after is greater than the switching determination threshold Th 3 (in the case of YES at step ST52), the switching determination unit 63 determines that the switching of the telescope is normally performed (step ST53).

警報提示部20は、切換判定部63により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられている旨の判定がなされた場合、システムが正常である旨を表示する(ステップST55)。
また、警報提示部20は、切換判定部63により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられていない旨の判定がなされた場合、システム異常が発生している旨の警報を表示する(ステップST56)。
The alarm presenting unit 20 displays that the system is normal when the switching determining unit 63 determines that the telescope to be used is normally switched (step ST55).
Further, when the switching determination unit 63 determines that the target telescope is not normally switched, the alarm presenting unit 20 displays an alarm indicating that a system abnormality has occurred (step ST56).

以上で明らかなように、この実施の形態3によれば、望遠鏡51,52に対して互いに異なる焦点距離を設定する焦点距離設定部53を備え、トリガ信号が出力された前後の最大計測可能距離の比較処理、SNRピーク高さの比較処理を実施することで、望遠鏡切換器5により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられたか否かを判定するように構成したので、開口径が同一の望遠鏡51,52を使用する場合でも、フォトディテクタなどを実装することなく、システム異常の発生をユーザに知らせることができる効果を奏する。   As is apparent from the above, according to the third embodiment, the focal length setting unit 53 that sets different focal lengths for the telescopes 51 and 52 is provided, and the maximum measurable distance before and after the trigger signal is output. And the SNR peak height comparison process are performed so as to determine whether or not the telescope to be used has been normally switched by the telescope switcher 5, and thus the telescope 51 having the same aperture diameter. , 52 can be used to notify the user of the occurrence of a system abnormality without mounting a photodetector or the like.

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。   In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .

1 大口径望遠鏡(望遠鏡)、2 小口径望遠鏡(望遠鏡)、3 望遠鏡切換部、4 望遠鏡切換制御器、5 望遠鏡切換器、6 レーザ光発振部、7 光源、8 光分配器、9 光変調器、10 レーザ光送受信部、11 送受信分離部、12 光混合器、13 光ヘテロダイン受信器、14 信号処理部、15 A/D変換器、16 SNR算出部(信号対雑音比算出部)、17 風速算出部、18 SNR取得部、19 切換判定部、20 警報提示部、21 SNR算出部(信号対雑音比算出部)、22 SNR取得部、23 切換判定部、31 SNR算出処理回路、32 風速算出処理回路、33 SNR取得処理回路、34 切換判定処理回路、41 メモリ、42 プロセッサ、51,52 望遠鏡、53 焦点距離設定部、61 SNR算出部(信号対雑音比算出部)、62 SNR取得部、63 切換判定部。   1 large-aperture telescope (telescope) 2 small-aperture telescope (telescope) 3 telescope switching unit 4 telescope switching controller 5 telescope switching unit 6 laser light oscillation unit 7 light source 8 light distributor 9 light modulator DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Laser beam transmission / reception part, 11 Transmission / reception separation part, 12 Optical mixer, 13 Optical heterodyne receiver, 14 Signal processing part, 15 A / D converter, 16 SNR calculation part (signal-to-noise ratio calculation part), 17 Wind speed Calculation unit, 18 SNR acquisition unit, 19 switching determination unit, 20 alarm presentation unit, 21 SNR calculation unit (signal-to-noise ratio calculation unit), 22 SNR acquisition unit, 23 switching determination unit, 31 SNR calculation processing circuit, 32 wind speed calculation Processing circuit, 33 SNR acquisition processing circuit, 34 switching determination processing circuit, 41 memory, 42 processor, 51, 52 telescope, 53 focal length setting unit, 61 SNR calculation unit ( Signal-to-noise ratio calculation unit), 62 SNR acquisition unit, 63 switching determination unit.

Claims (7)

開口径が異なる複数の望遠鏡と、
前記複数の望遠鏡の中で、レーザ光の送受信に使用する使用対象の望遠鏡を切り換える望遠鏡切換部と、
レーザ光を発振するレーザ光発振部と、
前記望遠鏡切換部により切り換えられた使用対象の望遠鏡を用いて、前記レーザ光発振部により発振されたレーザ光を大気中に放射したのち、エアロゾルに散乱されて戻ってきた前記レーザ光の散乱光を受信するレーザ光送受信部と、
前記レーザ光送受信部により散乱光が受信される毎に、前記散乱光の受信信号の信号対雑音比を算出する信号対雑音比算出部と、
前記信号対雑音比算出部により算出された信号対雑音比の中で、前記望遠鏡切換部により使用対象の望遠鏡が切り換えられた前後での信号対雑音比を比較することで、前記望遠鏡切換部により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられたか否かを判定する切換判定部と、
前記切換判定部により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられていない旨の判定がなされた場合、異常が発生している旨の警報を提示する警報提示部と
を備えたレーザレーダ装置。
Multiple telescopes with different aperture diameters;
Among the plurality of telescopes, a telescope switching unit that switches a target telescope used for transmitting and receiving laser light; and
A laser beam oscillation unit for oscillating a laser beam;
Using the target telescope switched by the telescope switching unit, the laser beam oscillated by the laser beam oscillation unit is radiated into the atmosphere, and then the scattered light of the laser beam returned by the aerosol is returned. A laser beam transmitter / receiver for receiving;
A signal-to-noise ratio calculation unit that calculates a signal-to-noise ratio of a received signal of the scattered light every time scattered light is received by the laser light transmitting and receiving unit;
Among the signal-to-noise ratios calculated by the signal-to-noise ratio calculation unit, by comparing the signal-to-noise ratio before and after the telescope to be used is switched by the telescope switching unit, the telescope switching unit A switching determination unit that determines whether or not the target telescope has been switched normally;
A laser radar apparatus comprising: an alarm presenting unit that presents an alarm indicating that an abnormality has occurred when the switching determination unit determines that the target telescope has not been switched normally.
前記信号対雑音比算出部は、
前記レーザ光送受信部により受信された散乱光の受信信号における複数の距離領域での周波数スペクトルを算出し、前記複数の距離領域での周波数スペクトルの中で、前記複数の望遠鏡の集光距離が変化しても、前記複数の望遠鏡における信号対雑音比の高低の関係が変化しない距離領域での周波数スペクトルの信号対雑音比を算出することを特徴とする請求項1記載のレーザレーダ装置。
The signal-to-noise ratio calculator is
The frequency spectrum in a plurality of distance regions in the received signal of the scattered light received by the laser beam transmitting / receiving unit is calculated, and the focusing distance of the plurality of telescopes changes in the frequency spectrum in the plurality of distance regions. 2. The laser radar device according to claim 1, wherein a signal-to-noise ratio of a frequency spectrum in a distance region in which a signal-to-noise ratio of the plurality of telescopes does not change is calculated.
複数の望遠鏡と、
前記複数の望遠鏡に対して互いに異なる焦点距離を設定する焦点距離設定部と、
前記複数の望遠鏡の中で、レーザ光の送受信に使用する使用対象の望遠鏡を切り換える望遠鏡切換部と、
レーザ光を発振するレーザ光発振部と、
前記望遠鏡切換部により切り換えられた使用対象の望遠鏡を用いて、前記レーザ光発振部により発振されたレーザ光を大気中に放射したのち、エアロゾルに散乱されて戻ってきた前記レーザ光の散乱光を受信するレーザ光送受信部と、
前記レーザ光送受信部により散乱光が受信される毎に、前記散乱光の受信信号の信号対雑音比を算出する信号対雑音比算出部と、
前記信号対雑音比算出部により算出された信号対雑音比の中で、前記望遠鏡切換部により使用対象の望遠鏡が切り換えられた前後での信号対雑音比を比較することで、前記望遠鏡切換部により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられたか否かを判定する切換判定部と、
前記切換判定部により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられていない旨の判定がなされた場合、異常が発生している旨の警報を提示する警報提示部と
を備えたレーザレーダ装置。
Multiple telescopes,
A focal length setting unit for setting different focal lengths for the plurality of telescopes;
Among the plurality of telescopes, a telescope switching unit that switches a target telescope used for transmitting and receiving laser light; and
A laser beam oscillation unit for oscillating a laser beam;
Using the target telescope switched by the telescope switching unit, the laser beam oscillated by the laser beam oscillation unit is radiated into the atmosphere, and then the scattered light of the laser beam returned by the aerosol is returned. A laser beam transmitter / receiver for receiving;
A signal-to-noise ratio calculation unit that calculates a signal-to-noise ratio of a received signal of the scattered light every time scattered light is received by the laser light transmitting and receiving unit;
Among the signal-to-noise ratios calculated by the signal-to-noise ratio calculation unit, by comparing the signal-to-noise ratio before and after the telescope to be used is switched by the telescope switching unit, the telescope switching unit A switching determination unit that determines whether or not the target telescope has been switched normally;
A laser radar apparatus comprising: an alarm presenting unit that presents an alarm indicating that an abnormality has occurred when the switching determination unit determines that the target telescope has not been switched normally.
前記信号対雑音比算出部は、前記レーザ光送受信部により散乱光が受信される毎に、前記散乱光の受信信号における複数の距離領域での周波数スペクトルを算出して、前記複数の距離領域での周波数スペクトルの信号対雑音比を算出し、前記複数の距離領域での周波数スペクトルの信号対雑音比から前記エアロゾルの計測が可能な距離を特定し、
前記切換判定部は、前記信号対雑音比算出部により特定された計測が可能な距離の中で、前記望遠鏡切換部により使用対象の望遠鏡が切り換えられた前後での計測が可能な距離を比較することで、前記望遠鏡切換部により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられたか否かを判定することを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載のレーザレーダ装置。
The signal-to-noise ratio calculation unit calculates a frequency spectrum in a plurality of distance regions in the received signal of the scattered light every time the scattered light is received by the laser light transmission / reception unit. The signal-to-noise ratio of the frequency spectrum is calculated, and the aerosol-measurable distance is identified from the signal-to-noise ratio of the frequency spectrum in the plurality of distance regions,
The switching determination unit compares the distances that can be measured before and after the target telescope is switched by the telescope switching unit among the distances that can be measured by the signal-to-noise ratio calculation unit. 4. The laser radar device according to claim 1, wherein the telescope switching unit determines whether or not the telescope to be used has been switched normally. 5.
前記信号対雑音比算出部は、前記レーザ光送受信部により散乱光が受信される毎に、前記散乱光の受信信号における複数の距離領域での周波数スペクトルを算出し、前記複数の距離領域での周波数スペクトルの信号対雑音比を算出して、前記信号対雑音比がピークとなる距離領域を特定し、
前記切換判定部は、前記信号対雑音比算出部により特定されたピークとなる距離領域の中で、前記望遠鏡切換部により使用対象の望遠鏡が切り換えられた前後でのピークとなる距離領域を比較することで、前記望遠鏡切換部により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられたか否かを判定することを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載のレーザレーダ装置。
The signal-to-noise ratio calculation unit calculates a frequency spectrum in a plurality of distance regions in the received signal of the scattered light every time the scattered light is received by the laser light transmission / reception unit. Calculate the signal-to-noise ratio of the frequency spectrum and identify the distance region where the signal-to-noise ratio peaks,
The switching determination unit compares the peak distance range before and after the target telescope is switched by the telescope switching unit in the peak distance region specified by the signal-to-noise ratio calculation unit. 4. The laser radar device according to claim 1, wherein the telescope switching unit determines whether or not the telescope to be used has been switched normally. 5.
前記信号対雑音比算出部は、前記レーザ光送受信部により散乱光が受信される毎に、前記散乱光の受信信号における複数の距離領域での周波数スペクトルを算出し、前記複数の距離領域での周波数スペクトルの信号対雑音比を算出して、前記信号対雑音比がピークとなる値を特定し、
前記切換判定部は、前記信号対雑音比算出部により特定されたピークとなる値の中で、前記望遠鏡切換部により使用対象の望遠鏡が切り換えられた前後でのピークとなる値を比較することで、前記望遠鏡切換部により使用対象の望遠鏡が正常に切り換えられたか否かを判定することを特徴とする請求項1から請求項3のうちのいずれか1項記載のレーザレーダ装置。
The signal-to-noise ratio calculation unit calculates a frequency spectrum in a plurality of distance regions in the received signal of the scattered light every time the scattered light is received by the laser light transmission / reception unit. Calculate the signal-to-noise ratio of the frequency spectrum and identify the value at which the signal-to-noise ratio peaks,
The switching determination unit compares the peak values before and after the target telescope is switched by the telescope switching unit among the peak values specified by the signal-to-noise ratio calculation unit. 4. The laser radar device according to claim 1, wherein the telescope switching unit determines whether or not the telescope to be used has been switched normally. 5.
前記レーザ光送受信部により受信された散乱光の受信信号から前記エアロゾルによるドップラーシフト量を算出して、前記ドップラーシフト量を風速に換算する風速算出部を備えたことを特徴とする請求項1から請求項6のうちのいずれか1項記載のレーザレーダ装置。   2. The apparatus according to claim 1, further comprising: a wind speed calculation unit that calculates a Doppler shift amount due to the aerosol from a received signal of scattered light received by the laser beam transmitting / receiving unit and converts the Doppler shift amount into a wind speed. The laser radar device according to claim 6.
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