JP3633363B2 - 後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ライダ（＝レーザ・レーダ）によって気流のドップラ速度の空間分布を計測し、雑音や様々な気流がの計測結果が含まれたこの計測速度の空間分布から、航空機が発生する後方乱気流の特徴をとらえて、高い検出確率で後方乱気流の中心位置と強度を推定する機能を持つ後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は、航空機１０が発生する後方乱気流１１の摸式図である。航空機の通過した後方に左右対の気流が生じて、対の間に下降気流が生じる向きに渦が構成される。例えば、航空機の周辺では後方乱気流以外の風が吹いていない場合には、航空機の進行方向を向いて左側からライダで気流を観測すれば、図１７のように、航空機が通過した位置１２を中心に正負それぞれ２つの極大・極小値を持った特徴的な風速分布が観測される。
【０００３】
従来、後方乱気流の検出は、ライダにより半径方向の速度分布を計測し、その気流分布から渦状の気流を個々に検出するものが従来の技術であった。
【０００４】
もしくは、上下に存在する正負の風速から、個々に気流の渦が存在することを推定し、まずそれぞれの渦の中心位置を推定して、次に２つの逆回転の渦が近接して観測されれば、後方乱気流が存在すると判定していたのが従来の技術や研究である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来の後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法においては、個々の気流の渦の上下に発生する正と負の対の速度分布から、渦の中心位置を推定する技術はあったが、精度と検出確率に問題があった。
【０００６】
この発明は、航空機の後方乱気流に独特な図１７に示すような風速が極小・極大になる点がそれぞれ点対象に存在する速度分布の特徴から、後方乱気流の位置と強度を推定して、その精度と検出確率の向上を図った後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法を提供することを目的とする。
【０００７】
この発明では、ライダによって測定された気流のドップラー速度から観測領域内の速度分布を求め、航空機の後方乱気流に特有な速度分布の特徴から航空機の後方乱気流の特徴を抽出し、後方乱気流の位置と強度を推定し、さらに、その推定精度と検出確率を向上し、さらに、検出処理にかかる時間を低減させるようにした。また、後方乱気流以外に全体にわたって均一に吹いている定常風を算出し、これを計測された速度分布から減算して後方乱気流を算出しやすくした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明は、大気からの反射光を受信し周波数変換して出力するライダと、このライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出力する速度分布推定手段と、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレートを出力する速度分布テンプレート出力手段と、上記速度分布推定手段の出力と速度分布テンプレート出力手段の出力とを入力して、上記ライダによって得た速度分布のテンプレートとの類似度を求めてその類似度の分布を出力する速度分布比較手段と、この速度分布比較手段の出力を入力として、類似度の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索手段と、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出装置にある。
【０００９】
またこの発明は、上記速度分布テンプレート出力手段が、±１の簡易な速度分布テンプレートを出力することを特徴とする後方乱気流検出装置にある。
【００１０】
またこの発明は、上記速度分布テンプレート出力手段が、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレートを線状にして出力することを特徴とする後方乱気流検出装置にある。
【００１１】
またこの発明は、上記速度分布テンプレート出力手段が、±１の簡易な速度分布テンプレートを線状にして出力することを特徴とする後方乱気流検出装置にある。
【００１２】
またこの発明は、大気からの反射光を受信し周波数変換して出力するライダと、このライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出力する速度分布推定手段と、この速度分布推定手段の出力を入力として、推定された速度分布内に均一に吹く横風の速度成分を差し引き出力する定常風除去手段と、この定常風除去手段の出力を入力として、ある座標の左右もしくは上下の線状の速度分布の相関を求めて相関値の分布を出力する対象分布検出手段と、この対象分布検出手段の出力を入力として、相関値の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索手段と、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出装置にある。
【００１３】
またこの発明は、上記対象分布検出手段が、ある座標の左右もしくは上下の２次元の速度分布の相関を求めて相関値の分布を出力することを特徴とする後方乱気流検出装置にある。
【００１４】
またこの発明は、上記ライダの出力を入力とするスペクトル幅分布推定手段と、このスペクトル幅分布推定手段の出力を入力として、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較手段と、をさらに備え、上記後方乱気流検索手段が、上記スペクトル幅比較手段の出力も入力として、この入力が正の領域の後方乱気流の検出を有効とすることを特徴とする後方乱気流検出装置にある。
【００１５】
またこの発明は、上記ライダの出力を入力とするスペクトル幅分布推定手段と、このスペクトル幅分布推定手段の出力を入力として、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較手段と、をさらに備え、上記速度分布推定手段が、上記スペクトル幅比較手段の出力も入力として、この入力が正の領域でのみ速度分布推定を行うことを特徴とする後方乱気流検出装置にある。
【００１６】
またこの発明は、ライダにより大気からの反射光を受信し周波数変換して出力するステップと、上記ライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出力する速度分布推定ステップと、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレートを出力する速度分布テンプレート出力ステップと、上記速度分布推定ステップの出力と速度分布テンプレート出力ステップの出力とを入力して、上記ライダによって得た速度分布のテンプレートとの類似度を求めてその類似度の分布を出力する速度分布比較ステップと、この速度分布比較ステップの出力を入力として、類似度の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索ステップと、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出方法にある。
【００１７】
またこの発明は、上記速度分布テンプレート出力ステップで、±１の簡易な速度分布テンプレートを出力することを特徴とする後方乱気流検出方法にある。
【００１８】
またこの発明は、上記速度分布テンプレート出力ステップで、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレートを線状にして出力することを特徴とする後方乱気流検出方法にある。
【００１９】
またこの発明は、上記速度分布テンプレート出力ステップで、±１の簡易な速度分布テンプレートを線状にして出力することを特徴とする後方乱気流検出方法にある。
【００２０】
またこの発明は、ライダにより大気からの反射光を受信し周波数変換して出力するステップと、このライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出力する速度分布推定ステップと、この速度分布推定ステップの出力を入力として、推定された速度分布内に均一に吹く横風の速度成分を差し引き出力する定常風除去ステップと、この定常風除去ステップの出力を入力として、ある座標の左右もしくは上下の線状の速度分布の相関を求めて相関値の分布を出力する対象分布検出ステップと、この対象分布検出ステップの出力を入力として、相関値の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索ステップと、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出方法にある。
【００２１】
またこの発明は、上記対象分布検出ステップで、ある座標の左右もしくは上下の２次元の速度分布の相関を求めて相関値の分布を出力することを特徴とする後方乱気流検出方法にある。
【００２２】
またこの発明は、上記ライダの出力を入力とするスペクトル幅分布推定ステップと、このスペクトル幅分布推定ステップの出力を入力として、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較ステップと、をさらに備え、上記後方乱気流検索ステップで、上記スペクトル幅比較ステップの出力も入力として、この入力が正の領域の後方乱気流の検出を有効とすることを特徴とする後方乱気流検出方法にある。
【００２３】
またこの発明は、上記ライダの出力を入力とするスペクトル幅分布推定ステップと、このスペクトル幅分布推定ステップの出力を入力として、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較ステップと、をさらに備え、上記速度分布推定ステップで、上記スペクトル幅比較ステップの出力も入力として、この入力が正の領域でのみ速度分布推定を行うことを特徴とする後方乱気流検出方法にある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
まず、以下に述べるこの発明の実施の形態では共通して、図１に示すようにライダを航空機の滑走路の横に配置する。航空機１０の後部に下降気流を構成する向きの２対の後方乱気流１１の渦が発生する。ライダ１００は、パルス変調したレーザ光線１３を送信し仰角を上下に操作させて、気流によってドップラー周波数遷移を含んだ反射光を受信して、この受信信号を信号解析を行ない易い低い周波数まで変換させて出力する。この周波数変換が行なわれた信号から、ドップラー周波数遷移を推定し、ライダが操作した垂直断面の気流の観測領域１４内のドップラー速度分布１０２（図２参照）を求めることができる。そして、所定の速度分布１０２から後方乱気流の特徴抽出１５を行い、後方乱気流の中心１０９を出力する。
【００２５】
実施の形態１．
図２はこの発明の実施の形態１による後方乱気流検出装置の構成を示す図である。なお、ライダ１００以外の部分は例えばプログラムに従って動作するコンピュータおよび表示装置、メモリ等の周辺機器によって構成することができる。ライダ１００の出力信号は速度分布推定装置１０１に入力され、ライダが操作した垂直断面の２次元の速度分布１０２を推定し出力する。後方乱気流を計測した場合、後方乱気流以外の風が吹いていなければ、速度分布１０２のように正負の速度が航空機が通過した位置１２に対して点対称状に分布するのが観測される。
【００２６】
速度分布テンプレート出力装置１０３は、既知の情報として速度分布１０２の平均的な速度分布テンプレート１０４を持ち出力するものである。このテンプレート１０４は、速度分布１０２と同様な点対称の速度分布形状をもっている。
【００２７】
速度分布比較装置１０５は、速度分布１０２と速度分布テンプレート１０４とのマッチングを求めて、分布形状の類似度を算出するものである。分布形状の類似度を求める演算は、図３のように速度分布１０２の速度分布の一部分１５１について、２次元平面での畳み込み演算を行なう。
【００２８】
座標（Ｘ，Ｙ）を中心１５２とする速度分布の一部分１５１内の速度をＶ１（ｘ，ｙ）とする。同様に速度分布テンプレート１０４内の速度をＶ２（ｘ，ｙ）とする。畳み込み演算は、（１）式で表現され、類似度Ｗ（Ｘ，Ｙ）を得る。ｈ、ｗは図３に図示されている。
【００２９】
【数１】
【００３０】
座標（Ｘ，Ｙ）が、後方乱気流の中心点付近になれば、類似度Ｗ（Ｘ，Ｙ）は正の最大値をとる。さらに、同じ形状の気流で、速度がＮ倍になれば、類似度Ｗ（Ｘ，Ｙ）もＮ倍になり、乱気流の強度も併せて検出できる。
【００３１】
畳み込み演算を行う速度分布比較装置１０５は、速度分布推定装置１０１と速度分布テンプレート出力装置１０３の出力を入力として、（１）式から類似度Ｗ（Ｘ，Ｙ）を出力する。後方乱気流検索装置１０７は、類似度の分布Ｗ（Ｘ，Ｙ）から最大値または極大値を検索して、検索結果１０８のようにＭ（ＸＭ，ＹＭ）に極大点１０９とその類似度Ｗ（ＸＭ，ＹＭ）を出力する。この出力によって、乱気流の位置と強度を知ることができる。
【００３２】
さらに、テンプレート１０４は、その分布の平均が０なので、観測領域内に横風が吹いて速度分布１０２内全体にわたって一定の風速が加算されても、（１）式で類似度Ｗ（Ｘ，Ｙ）を求める際には横風成分は相殺されＷ（Ｘ，Ｙ）は変化しない。従って、この方法は観測される横風の影響を最小限にとどめて、正しく後方乱気流の中心で類似度Ｗ（Ｘ，Ｙ）の極大値を得ることができる効果もある。
【００３３】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による後方乱気流検出装置の構成を示す図である。この実施の形態では、テンプレート１０４を簡略化して、図４の簡易速度分布テンプレート１６１のように±１を用いたものにした。簡易速度分布テンプレート１６１は簡易速度分布テンプレート出力装置１６０によって出力される。このテンプレートを用いれば、（１）式は単なるＶ１（ｘ、ｙ）のものになり、演算を簡略化でき、処理時間を低減できる効果がある。
【００３４】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による後方乱気流検出装置を説明するための図である。この実施の形態では、図２に示す面状のテンプレート１０４を線状に簡略化して、左右の速度の高度分布から類似度を計算するようにした。速度分布テンプレート出力装置１０３の出力を図５の垂直速度分布テンプレート２０４のように１次元の速度分布の対にする。この方法により、処理時間を低減できる効果がある。
【００３５】
さらに、テンプレート２０４を図６示す水平速度分布テンプレート２０５のように水平な速度分布の対にするようにしてもよい。この方法も、同様に処理時間を低減できる効果がある。
【００３６】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４による後方乱気流検出装置を説明するための図である。この実施の形態では、実施の形態３のテンプレート２０４をさらに図７に示すように、簡易垂直速度分布テンプレート２０６のように±１を用いたものにするようにした。このテンプレートを用いれば、演算は簡略化でき、処理時間を低減できる効果がある。
【００３７】
また、テンプレート２０６を、さらに、図８の簡易水平速度分布テンプレート２０７のように±１を用いたものにするようにしてもよい。このテンプレートを用いれば、演算は簡略化でき、同様に処理時間を低減できる効果がある。
【００３８】
実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５による後方乱気流検出装置の構成を示す図である。実施の形態１と同様に速度分布推定装置１０１で、速度分布１０２を推定し出力する。後方乱気流を計測した場合、後方乱気流以外の風が吹いていなければ、速度分布１０２のように正負の速度が航空機が通過した位置１２に対して点対称状に分布するのが観測される。
【００３９】
速度分布１０２を入力とする定常風除去装置３０１は、速度分布１０２の全領域または後方乱気流のない領域から横風など全体にわたって均一に吹いている定常風を求めて、速度分布１０２全体の速度から差し引いた速度分布３０２を出力する。
【００４０】
対象分布検出装置３０３は、入力された速度分布３０２の座標（Ｘ，Ｙ）の左右の速度分布の相互相関を求めて、その相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）の分布３０４を出力する。
【００４１】
相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）は図１０で示すように、座標（Ｘ，Ｙ）の左右の高度Ｙ−ｈからＹ＋ｈの間の速度分布Ｖ（Ｘ−ｗ，ｙ）：３１０とＶ（Ｘ＋ｗ，ｙ）：３１１について（２）式に示す相互相関演算から求められる。
【００４２】
【数２】
【００４３】
座標（Ｘ，Ｙ）が後方乱気流の中心になれば、左右の速度分布は正負逆の同じ形状の分布になるので、相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）は極大になる。座標（Ｘ，Ｙ）が後方乱気流の中心を外せば、定常風成分成分を除去しており、乱気流外の速度は０に近づき形状の相関も小さいので、相関値は減少して相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）は０に近づく。そして、後方乱気流検索装置１０７に、相関値の分布３０４を入力して、相関値の最大値や極大値を検索することで、後方乱気流の中心の位置１０９が推定される。
【００４４】
同様に、相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）を図１１で示すような座標（Ｘ，Ｙ）の上下の水平位置Ｘ−ｗからＸ＋ｗの間の速度分布Ｖ（ｘ，Ｙ−ｈ）：３１２とＶ（ｘ，Ｙ＋ｈ）：３１３について（３）式に示す相互相関演算から求めるようにしてもよい。
【００４５】
【数３】
【００４６】
この実施の形態５は、実施の形態１〜４のようにテンプレート１０４を設定する必要が無いという長所があり、信号処理時間を短くして装置の調整を簡単にする効果がある。
【００４７】
実施の形態６．
図１２はこの発明の実施の形態６による後方乱気流検出装置を説明するための図である。実施の形態５では対になっている１次元の速度の高度分布を用いて相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）を求めていたが、これを２次元空間で座標（Ｘ，Ｙ）の速度分布について、左右（ｘ＜Ｘ側とｘ＞Ｘ側）の対称性をマッチングによって求めるようにしてもよい。この空間的にマッチングを行うことで、検出確率を向上する効果がある。図１２に示すような、座標（Ｘ，Ｙ）の左側と右側の相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）は、次の（４）式から求められる。
【００４８】
【数４】
【００４９】
また同様に、相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）を図１２に示す２次元空間で座標（Ｘ，Ｙ）の上下（ｙ＜Ｙ側とｙ＞Ｙ側）の速度分布について空間的にマッチングを求めるようにしてもよい。相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）は次の（５）式から求められる。
【００５０】
【数５】
【００５１】
この実施の形態６によって、実施の形態５よりも２次元空間上での多くのサンプルでマッチングを求めるので、速度分布に誤差が多い場合でも検出確率が低下しにくい効果がある。
【００５２】
実施の形態７．
図１３はこの発明の実施の形態７による後方乱気流検出装置を説明するための図、図１４はその後方乱気流検出装置の構成を示す図である。
【００５３】
ライダでは１パルスのエコーをサンプリングして、サンプル中の連続する数十サンプルをフーリエ変換してドップラー速度を算出する。そして、この処理によって、レンジ方向に広い領域のサンプルで速度を計測することになり、レンジ分解能は長くなる。
【００５４】
レンジ分解能が長く、乱気流の渦と同程度かそれ以上の長さになれば、図１３のように、サンプル区間上の様々な速度成分を含んだ信号をフーリエ変換することになり、スペクトル幅（＝速度幅）３６０のようにＷｉが増大する。つまり、図１４のスペクトル幅分布３７５のように乱気流などの気流の速度分布の変化が大きい領域では、スペクトル幅は大きく、逆に、広く同方向・同風速の定常風が吹いている領域ではスペクトル幅は小さくなる。しかし、スペクトル幅の大きい領域を検出しても、それだけでは航空機によって発生した後方乱気流であるのか、別の種類の乱気流なのかどうかは判別できない。
【００５５】
よって、上記実施の形態１〜６において、図１４に示すようにライダ１００の出力を入力とするスペクトル幅分布推定装置３７１を付加して、このスペクトル幅分布推定装置３７１の出力であるスペクトル幅分布３７５をスペクトル幅比較装置３７２に入力する。スペクトル幅比較装置３７２では、所定の閾値Ｗｔと入力されたスペクトル幅Ｗｉとを比較して、比較結果３７６に示すようにＷｔ−Ｗｉが正になる領域のみで後方乱気流検出の判定が有効になるようにして、負の領域では無効になるようにする。このようにすることにより、後方乱気流の検出確率を向上させる効果がある。
【００５６】
実施の形態８．
図１５はこの発明の実施の形態８による後方乱気流検出装置の構成を示す図である。上記実施の形態７において、スペクトル幅が事前に設定した閾値を越えた座標でのみ後方乱気流検出の動作を行うようにするようにしてもよい。図１５のように、スペクトル幅分布推定装置３７１の出力をスペクトル幅比較装置３７２に入力し、比較装置３７２の出力である比較結果３７６を速度分布推定装置１０１に入力する。そして、速度分布推定装置１０１で比較結果が正の領域でのみ後方乱気流検出の処理を行うようにする。
【００５７】
これにより、検出確率を向上させるだけでなく、不要な計算を中止することになり、後方乱気流検出の処理量が減少して、処理時間を低減できる効果がある。
【００５８】
【発明の効果】
上記のようにこの発明によれば、大気からの反射光を受信し周波数変換して出力するライダと、このライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出力する速度分布推定手段と、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレートを出力する速度分布テンプレート出力手段と、上記速度分布推定手段の出力と速度分布テンプレート出力手段の出力とを入力して、上記ライダによって得た速度分布のテンプレートとの類似度を求めてその類似度の分布を出力する速度分布比較手段と、この速度分布比較手段の出力を入力として、類似度の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索手段と、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法としたので、航空機の後方乱気流に独特な風速が極小・極大になる点がそれぞれ点対象に存在する速度分布の特徴から、後方乱気流の位置と強度を推定することで、その精度と検出確率の向上を図ることができる。
【００５９】
またこの発明では、上記速度分布テンプレート出力手段が、±１の簡易な速度分布テンプレートを出力することを特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法としたので、演算を簡略化でき、処理時間を低減できる。
【００６０】
またこの発明では、上記速度分布テンプレート出力手段が、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレートを線状にして出力することを特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法としたので、演算を簡略化でき、処理時間を低減できる。
【００６１】
またこの発明では、上記速度分布テンプレート出力手段が、±１の簡易な速度分布テンプレートを線状にして出力することを特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法としたので、演算を簡略化でき、処理時間を低減できる。
【００６２】
またこの発明では、大気からの反射光を受信し周波数変換して出力するライダと、このライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出力する速度分布推定手段と、この速度分布推定手段の出力を入力として、推定された速度分布内に均一に吹く横風の速度成分を差し引き出力する定常風除去手段と、この定常風除去手段の出力を入力として、ある座標の左右もしくは上下の線状の速度分布の相関を求めて相関値の分布を出力する対象分布検出手段と、この対象分布検出手段の出力を入力として、相関値の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索手段と、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法としたので、テンプレートを設定する必要が無いという長所があり、信号処理時間を短くして装置の調整を簡単にすることができる。
【００６３】
またこの発明では、上記対象分布検出手段が、ある座標の左右もしくは上下の２次元の速度分布の相関を求めて相関値の分布を出力することを特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法としたので、２次元空間上での多くのサンプルでマッチングを求めるので、速度分布に誤差が多い場合でも検出確率が低下しにくい効果がある。
【００６４】
またこの発明では、上記ライダの出力を入力とするスペクトル幅分布推定手段と、このスペクトル幅分布推定手段の出力を入力として、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較手段と、をさらに備え、上記後方乱気流検索手段が、上記スペクトル幅比較手段の出力も入力として、この入力が正の領域の後方乱気流の検出を有効とすることを特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法としたので、後方乱気流の検出確率を向上させることができる。
【００６５】
またこの発明では、上記ライダの出力を入力とするスペクトル幅分布推定手段と、このスペクトル幅分布推定手段の出力を入力として、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較手段と、をさらに備え、上記速度分布推定手段が、上記スペクトル幅比較手段の出力も入力として、この入力が正の領域でのみ速度分布推定を行うことを特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法としたので、検出確率を向上させるだけでなく、不要な計算を中止することになり、後方乱気流検出の処理量が減少して、処理時間を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】後方乱気流の概略を解説するための航空機とこの発明における後方乱気流検出装置の位置関係を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による後方乱気流検出装置の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１での速度分布比較装置の動作を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態２による後方乱気流検出装置の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３における速度分布テンプレートを説明するための垂直な速度分布の図である。
【図６】この発明の実施の形態３における速度分布テンプレートを説明するための水平な速度分布の図である。
【図７】この発明の実施の形態４における速度分布テンプレートを説明するための垂直な速度分布の図である。
【図８】この発明の実施の形態４における速度分布テンプレートを説明するための水平な速度分布の図である。
【図９】この発明の実施の形態５による後方乱気流検出装置の構成を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態６を解説するための垂直な速度分布の図である。
【図１１】この発明の実施の形態６を解説するための水平な速度分布の図である。
【図１２】この発明の実施の形態６に関する座標を説明するための速度分布の一部分を示す図である。
【図１３】乱気流の分布とドップラースペクトルについて解説をするための図である。
【図１４】この発明の実施の形態７による後方乱気流検出装置の主要構成を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態８による後方乱気流検出装置の主要構成を示す図である。
【図１６】航空機と後方乱気流の位置関係を解説するための図である。
【図１７】後方乱気流を側方から観測した場合の速度分布を示す図である。
【符号の説明】
１００ ライダ、１０１ 速度分布推定装置、１０３ 速度分布テンプレート出力装置、１０５ 速度分布比較装置、１０７ 後方乱気流検索装置、１６１ 簡易速度分布テンプレート出力装置、３０１ 定常風除去装置、３０３ 対象分布検出装置、３７１ スペクトル幅分布推定装置、３７２ スペクトル幅比較装置。
【発明の属する技術分野】
この発明は、ライダ（＝レーザ・レーダ）によって気流のドップラ速度の空間分布を計測し、雑音や様々な気流がの計測結果が含まれたこの計測速度の空間分布から、航空機が発生する後方乱気流の特徴をとらえて、高い検出確率で後方乱気流の中心位置と強度を推定する機能を持つ後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図１６は、航空機１０が発生する後方乱気流１１の摸式図である。航空機の通過した後方に左右対の気流が生じて、対の間に下降気流が生じる向きに渦が構成される。例えば、航空機の周辺では後方乱気流以外の風が吹いていない場合には、航空機の進行方向を向いて左側からライダで気流を観測すれば、図１７のように、航空機が通過した位置１２を中心に正負それぞれ２つの極大・極小値を持った特徴的な風速分布が観測される。
【０００３】
従来、後方乱気流の検出は、ライダにより半径方向の速度分布を計測し、その気流分布から渦状の気流を個々に検出するものが従来の技術であった。
【０００４】
もしくは、上下に存在する正負の風速から、個々に気流の渦が存在することを推定し、まずそれぞれの渦の中心位置を推定して、次に２つの逆回転の渦が近接して観測されれば、後方乱気流が存在すると判定していたのが従来の技術や研究である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
以上のように従来の後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法においては、個々の気流の渦の上下に発生する正と負の対の速度分布から、渦の中心位置を推定する技術はあったが、精度と検出確率に問題があった。
【０００６】
この発明は、航空機の後方乱気流に独特な図１７に示すような風速が極小・極大になる点がそれぞれ点対象に存在する速度分布の特徴から、後方乱気流の位置と強度を推定して、その精度と検出確率の向上を図った後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法を提供することを目的とする。
【０００７】
この発明では、ライダによって測定された気流のドップラー速度から観測領域内の速度分布を求め、航空機の後方乱気流に特有な速度分布の特徴から航空機の後方乱気流の特徴を抽出し、後方乱気流の位置と強度を推定し、さらに、その推定精度と検出確率を向上し、さらに、検出処理にかかる時間を低減させるようにした。また、後方乱気流以外に全体にわたって均一に吹いている定常風を算出し、これを計測された速度分布から減算して後方乱気流を算出しやすくした。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記の目的に鑑み、この発明は、大気からの反射光を受信し周波数変換して出力するライダと、このライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出力する速度分布推定手段と、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレートを出力する速度分布テンプレート出力手段と、上記速度分布推定手段の出力と速度分布テンプレート出力手段の出力とを入力して、上記ライダによって得た速度分布のテンプレートとの類似度を求めてその類似度の分布を出力する速度分布比較手段と、この速度分布比較手段の出力を入力として、類似度の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索手段と、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出装置にある。
【０００９】
またこの発明は、上記速度分布テンプレート出力手段が、±１の簡易な速度分布テンプレートを出力することを特徴とする後方乱気流検出装置にある。
【００１０】
またこの発明は、上記速度分布テンプレート出力手段が、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレートを線状にして出力することを特徴とする後方乱気流検出装置にある。
【００１１】
またこの発明は、上記速度分布テンプレート出力手段が、±１の簡易な速度分布テンプレートを線状にして出力することを特徴とする後方乱気流検出装置にある。
【００１２】
またこの発明は、大気からの反射光を受信し周波数変換して出力するライダと、このライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出力する速度分布推定手段と、この速度分布推定手段の出力を入力として、推定された速度分布内に均一に吹く横風の速度成分を差し引き出力する定常風除去手段と、この定常風除去手段の出力を入力として、ある座標の左右もしくは上下の線状の速度分布の相関を求めて相関値の分布を出力する対象分布検出手段と、この対象分布検出手段の出力を入力として、相関値の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索手段と、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出装置にある。
【００１３】
またこの発明は、上記対象分布検出手段が、ある座標の左右もしくは上下の２次元の速度分布の相関を求めて相関値の分布を出力することを特徴とする後方乱気流検出装置にある。
【００１４】
またこの発明は、上記ライダの出力を入力とするスペクトル幅分布推定手段と、このスペクトル幅分布推定手段の出力を入力として、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較手段と、をさらに備え、上記後方乱気流検索手段が、上記スペクトル幅比較手段の出力も入力として、この入力が正の領域の後方乱気流の検出を有効とすることを特徴とする後方乱気流検出装置にある。
【００１５】
またこの発明は、上記ライダの出力を入力とするスペクトル幅分布推定手段と、このスペクトル幅分布推定手段の出力を入力として、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較手段と、をさらに備え、上記速度分布推定手段が、上記スペクトル幅比較手段の出力も入力として、この入力が正の領域でのみ速度分布推定を行うことを特徴とする後方乱気流検出装置にある。
【００１６】
またこの発明は、ライダにより大気からの反射光を受信し周波数変換して出力するステップと、上記ライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出力する速度分布推定ステップと、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレートを出力する速度分布テンプレート出力ステップと、上記速度分布推定ステップの出力と速度分布テンプレート出力ステップの出力とを入力して、上記ライダによって得た速度分布のテンプレートとの類似度を求めてその類似度の分布を出力する速度分布比較ステップと、この速度分布比較ステップの出力を入力として、類似度の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索ステップと、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出方法にある。
【００１７】
またこの発明は、上記速度分布テンプレート出力ステップで、±１の簡易な速度分布テンプレートを出力することを特徴とする後方乱気流検出方法にある。
【００１８】
またこの発明は、上記速度分布テンプレート出力ステップで、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレートを線状にして出力することを特徴とする後方乱気流検出方法にある。
【００１９】
またこの発明は、上記速度分布テンプレート出力ステップで、±１の簡易な速度分布テンプレートを線状にして出力することを特徴とする後方乱気流検出方法にある。
【００２０】
またこの発明は、ライダにより大気からの反射光を受信し周波数変換して出力するステップと、このライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出力する速度分布推定ステップと、この速度分布推定ステップの出力を入力として、推定された速度分布内に均一に吹く横風の速度成分を差し引き出力する定常風除去ステップと、この定常風除去ステップの出力を入力として、ある座標の左右もしくは上下の線状の速度分布の相関を求めて相関値の分布を出力する対象分布検出ステップと、この対象分布検出ステップの出力を入力として、相関値の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索ステップと、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出方法にある。
【００２１】
またこの発明は、上記対象分布検出ステップで、ある座標の左右もしくは上下の２次元の速度分布の相関を求めて相関値の分布を出力することを特徴とする後方乱気流検出方法にある。
【００２２】
またこの発明は、上記ライダの出力を入力とするスペクトル幅分布推定ステップと、このスペクトル幅分布推定ステップの出力を入力として、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較ステップと、をさらに備え、上記後方乱気流検索ステップで、上記スペクトル幅比較ステップの出力も入力として、この入力が正の領域の後方乱気流の検出を有効とすることを特徴とする後方乱気流検出方法にある。
【００２３】
またこの発明は、上記ライダの出力を入力とするスペクトル幅分布推定ステップと、このスペクトル幅分布推定ステップの出力を入力として、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較ステップと、をさらに備え、上記速度分布推定ステップで、上記スペクトル幅比較ステップの出力も入力として、この入力が正の領域でのみ速度分布推定を行うことを特徴とする後方乱気流検出方法にある。
【００２４】
【発明の実施の形態】
まず、以下に述べるこの発明の実施の形態では共通して、図１に示すようにライダを航空機の滑走路の横に配置する。航空機１０の後部に下降気流を構成する向きの２対の後方乱気流１１の渦が発生する。ライダ１００は、パルス変調したレーザ光線１３を送信し仰角を上下に操作させて、気流によってドップラー周波数遷移を含んだ反射光を受信して、この受信信号を信号解析を行ない易い低い周波数まで変換させて出力する。この周波数変換が行なわれた信号から、ドップラー周波数遷移を推定し、ライダが操作した垂直断面の気流の観測領域１４内のドップラー速度分布１０２（図２参照）を求めることができる。そして、所定の速度分布１０２から後方乱気流の特徴抽出１５を行い、後方乱気流の中心１０９を出力する。
【００２５】
実施の形態１．
図２はこの発明の実施の形態１による後方乱気流検出装置の構成を示す図である。なお、ライダ１００以外の部分は例えばプログラムに従って動作するコンピュータおよび表示装置、メモリ等の周辺機器によって構成することができる。ライダ１００の出力信号は速度分布推定装置１０１に入力され、ライダが操作した垂直断面の２次元の速度分布１０２を推定し出力する。後方乱気流を計測した場合、後方乱気流以外の風が吹いていなければ、速度分布１０２のように正負の速度が航空機が通過した位置１２に対して点対称状に分布するのが観測される。
【００２６】
速度分布テンプレート出力装置１０３は、既知の情報として速度分布１０２の平均的な速度分布テンプレート１０４を持ち出力するものである。このテンプレート１０４は、速度分布１０２と同様な点対称の速度分布形状をもっている。
【００２７】
速度分布比較装置１０５は、速度分布１０２と速度分布テンプレート１０４とのマッチングを求めて、分布形状の類似度を算出するものである。分布形状の類似度を求める演算は、図３のように速度分布１０２の速度分布の一部分１５１について、２次元平面での畳み込み演算を行なう。
【００２８】
座標（Ｘ，Ｙ）を中心１５２とする速度分布の一部分１５１内の速度をＶ１（ｘ，ｙ）とする。同様に速度分布テンプレート１０４内の速度をＶ２（ｘ，ｙ）とする。畳み込み演算は、（１）式で表現され、類似度Ｗ（Ｘ，Ｙ）を得る。ｈ、ｗは図３に図示されている。
【００２９】
【数１】
座標（Ｘ，Ｙ）が、後方乱気流の中心点付近になれば、類似度Ｗ（Ｘ，Ｙ）は正の最大値をとる。さらに、同じ形状の気流で、速度がＮ倍になれば、類似度Ｗ（Ｘ，Ｙ）もＮ倍になり、乱気流の強度も併せて検出できる。
【００３１】
畳み込み演算を行う速度分布比較装置１０５は、速度分布推定装置１０１と速度分布テンプレート出力装置１０３の出力を入力として、（１）式から類似度Ｗ（Ｘ，Ｙ）を出力する。後方乱気流検索装置１０７は、類似度の分布Ｗ（Ｘ，Ｙ）から最大値または極大値を検索して、検索結果１０８のようにＭ（ＸＭ，ＹＭ）に極大点１０９とその類似度Ｗ（ＸＭ，ＹＭ）を出力する。この出力によって、乱気流の位置と強度を知ることができる。
【００３２】
さらに、テンプレート１０４は、その分布の平均が０なので、観測領域内に横風が吹いて速度分布１０２内全体にわたって一定の風速が加算されても、（１）式で類似度Ｗ（Ｘ，Ｙ）を求める際には横風成分は相殺されＷ（Ｘ，Ｙ）は変化しない。従って、この方法は観測される横風の影響を最小限にとどめて、正しく後方乱気流の中心で類似度Ｗ（Ｘ，Ｙ）の極大値を得ることができる効果もある。
【００３３】
実施の形態２．
図４はこの発明の実施の形態２による後方乱気流検出装置の構成を示す図である。この実施の形態では、テンプレート１０４を簡略化して、図４の簡易速度分布テンプレート１６１のように±１を用いたものにした。簡易速度分布テンプレート１６１は簡易速度分布テンプレート出力装置１６０によって出力される。このテンプレートを用いれば、（１）式は単なるＶ１（ｘ、ｙ）のものになり、演算を簡略化でき、処理時間を低減できる効果がある。
【００３４】
実施の形態３．
図５はこの発明の実施の形態３による後方乱気流検出装置を説明するための図である。この実施の形態では、図２に示す面状のテンプレート１０４を線状に簡略化して、左右の速度の高度分布から類似度を計算するようにした。速度分布テンプレート出力装置１０３の出力を図５の垂直速度分布テンプレート２０４のように１次元の速度分布の対にする。この方法により、処理時間を低減できる効果がある。
【００３５】
さらに、テンプレート２０４を図６示す水平速度分布テンプレート２０５のように水平な速度分布の対にするようにしてもよい。この方法も、同様に処理時間を低減できる効果がある。
【００３６】
実施の形態４．
図７はこの発明の実施の形態４による後方乱気流検出装置を説明するための図である。この実施の形態では、実施の形態３のテンプレート２０４をさらに図７に示すように、簡易垂直速度分布テンプレート２０６のように±１を用いたものにするようにした。このテンプレートを用いれば、演算は簡略化でき、処理時間を低減できる効果がある。
【００３７】
また、テンプレート２０６を、さらに、図８の簡易水平速度分布テンプレート２０７のように±１を用いたものにするようにしてもよい。このテンプレートを用いれば、演算は簡略化でき、同様に処理時間を低減できる効果がある。
【００３８】
実施の形態５．
図９はこの発明の実施の形態５による後方乱気流検出装置の構成を示す図である。実施の形態１と同様に速度分布推定装置１０１で、速度分布１０２を推定し出力する。後方乱気流を計測した場合、後方乱気流以外の風が吹いていなければ、速度分布１０２のように正負の速度が航空機が通過した位置１２に対して点対称状に分布するのが観測される。
【００３９】
速度分布１０２を入力とする定常風除去装置３０１は、速度分布１０２の全領域または後方乱気流のない領域から横風など全体にわたって均一に吹いている定常風を求めて、速度分布１０２全体の速度から差し引いた速度分布３０２を出力する。
【００４０】
対象分布検出装置３０３は、入力された速度分布３０２の座標（Ｘ，Ｙ）の左右の速度分布の相互相関を求めて、その相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）の分布３０４を出力する。
【００４１】
相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）は図１０で示すように、座標（Ｘ，Ｙ）の左右の高度Ｙ−ｈからＹ＋ｈの間の速度分布Ｖ（Ｘ−ｗ，ｙ）：３１０とＶ（Ｘ＋ｗ，ｙ）：３１１について（２）式に示す相互相関演算から求められる。
【００４２】
【数２】
座標（Ｘ，Ｙ）が後方乱気流の中心になれば、左右の速度分布は正負逆の同じ形状の分布になるので、相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）は極大になる。座標（Ｘ，Ｙ）が後方乱気流の中心を外せば、定常風成分成分を除去しており、乱気流外の速度は０に近づき形状の相関も小さいので、相関値は減少して相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）は０に近づく。そして、後方乱気流検索装置１０７に、相関値の分布３０４を入力して、相関値の最大値や極大値を検索することで、後方乱気流の中心の位置１０９が推定される。
【００４４】
同様に、相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）を図１１で示すような座標（Ｘ，Ｙ）の上下の水平位置Ｘ−ｗからＸ＋ｗの間の速度分布Ｖ（ｘ，Ｙ−ｈ）：３１２とＶ（ｘ，Ｙ＋ｈ）：３１３について（３）式に示す相互相関演算から求めるようにしてもよい。
【００４５】
【数３】
この実施の形態５は、実施の形態１〜４のようにテンプレート１０４を設定する必要が無いという長所があり、信号処理時間を短くして装置の調整を簡単にする効果がある。
【００４７】
実施の形態６．
図１２はこの発明の実施の形態６による後方乱気流検出装置を説明するための図である。実施の形態５では対になっている１次元の速度の高度分布を用いて相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）を求めていたが、これを２次元空間で座標（Ｘ，Ｙ）の速度分布について、左右（ｘ＜Ｘ側とｘ＞Ｘ側）の対称性をマッチングによって求めるようにしてもよい。この空間的にマッチングを行うことで、検出確率を向上する効果がある。図１２に示すような、座標（Ｘ，Ｙ）の左側と右側の相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）は、次の（４）式から求められる。
【００４８】
【数４】
また同様に、相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）を図１２に示す２次元空間で座標（Ｘ，Ｙ）の上下（ｙ＜Ｙ側とｙ＞Ｙ側）の速度分布について空間的にマッチングを求めるようにしてもよい。相関値Ｒ（Ｘ，Ｙ）は次の（５）式から求められる。
【００５０】
【数５】
この実施の形態６によって、実施の形態５よりも２次元空間上での多くのサンプルでマッチングを求めるので、速度分布に誤差が多い場合でも検出確率が低下しにくい効果がある。
【００５２】
実施の形態７．
図１３はこの発明の実施の形態７による後方乱気流検出装置を説明するための図、図１４はその後方乱気流検出装置の構成を示す図である。
【００５３】
ライダでは１パルスのエコーをサンプリングして、サンプル中の連続する数十サンプルをフーリエ変換してドップラー速度を算出する。そして、この処理によって、レンジ方向に広い領域のサンプルで速度を計測することになり、レンジ分解能は長くなる。
【００５４】
レンジ分解能が長く、乱気流の渦と同程度かそれ以上の長さになれば、図１３のように、サンプル区間上の様々な速度成分を含んだ信号をフーリエ変換することになり、スペクトル幅（＝速度幅）３６０のようにＷｉが増大する。つまり、図１４のスペクトル幅分布３７５のように乱気流などの気流の速度分布の変化が大きい領域では、スペクトル幅は大きく、逆に、広く同方向・同風速の定常風が吹いている領域ではスペクトル幅は小さくなる。しかし、スペクトル幅の大きい領域を検出しても、それだけでは航空機によって発生した後方乱気流であるのか、別の種類の乱気流なのかどうかは判別できない。
【００５５】
よって、上記実施の形態１〜６において、図１４に示すようにライダ１００の出力を入力とするスペクトル幅分布推定装置３７１を付加して、このスペクトル幅分布推定装置３７１の出力であるスペクトル幅分布３７５をスペクトル幅比較装置３７２に入力する。スペクトル幅比較装置３７２では、所定の閾値Ｗｔと入力されたスペクトル幅Ｗｉとを比較して、比較結果３７６に示すようにＷｔ−Ｗｉが正になる領域のみで後方乱気流検出の判定が有効になるようにして、負の領域では無効になるようにする。このようにすることにより、後方乱気流の検出確率を向上させる効果がある。
【００５６】
実施の形態８．
図１５はこの発明の実施の形態８による後方乱気流検出装置の構成を示す図である。上記実施の形態７において、スペクトル幅が事前に設定した閾値を越えた座標でのみ後方乱気流検出の動作を行うようにするようにしてもよい。図１５のように、スペクトル幅分布推定装置３７１の出力をスペクトル幅比較装置３７２に入力し、比較装置３７２の出力である比較結果３７６を速度分布推定装置１０１に入力する。そして、速度分布推定装置１０１で比較結果が正の領域でのみ後方乱気流検出の処理を行うようにする。
【００５７】
これにより、検出確率を向上させるだけでなく、不要な計算を中止することになり、後方乱気流検出の処理量が減少して、処理時間を低減できる効果がある。
【００５８】
【発明の効果】
上記のようにこの発明によれば、大気からの反射光を受信し周波数変換して出力するライダと、このライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出力する速度分布推定手段と、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレートを出力する速度分布テンプレート出力手段と、上記速度分布推定手段の出力と速度分布テンプレート出力手段の出力とを入力して、上記ライダによって得た速度分布のテンプレートとの類似度を求めてその類似度の分布を出力する速度分布比較手段と、この速度分布比較手段の出力を入力として、類似度の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索手段と、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法としたので、航空機の後方乱気流に独特な風速が極小・極大になる点がそれぞれ点対象に存在する速度分布の特徴から、後方乱気流の位置と強度を推定することで、その精度と検出確率の向上を図ることができる。
【００５９】
またこの発明では、上記速度分布テンプレート出力手段が、±１の簡易な速度分布テンプレートを出力することを特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法としたので、演算を簡略化でき、処理時間を低減できる。
【００６０】
またこの発明では、上記速度分布テンプレート出力手段が、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレートを線状にして出力することを特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法としたので、演算を簡略化でき、処理時間を低減できる。
【００６１】
またこの発明では、上記速度分布テンプレート出力手段が、±１の簡易な速度分布テンプレートを線状にして出力することを特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法としたので、演算を簡略化でき、処理時間を低減できる。
【００６２】
またこの発明では、大気からの反射光を受信し周波数変換して出力するライダと、このライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出力する速度分布推定手段と、この速度分布推定手段の出力を入力として、推定された速度分布内に均一に吹く横風の速度成分を差し引き出力する定常風除去手段と、この定常風除去手段の出力を入力として、ある座標の左右もしくは上下の線状の速度分布の相関を求めて相関値の分布を出力する対象分布検出手段と、この対象分布検出手段の出力を入力として、相関値の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索手段と、を備えたことを特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法としたので、テンプレートを設定する必要が無いという長所があり、信号処理時間を短くして装置の調整を簡単にすることができる。
【００６３】
またこの発明では、上記対象分布検出手段が、ある座標の左右もしくは上下の２次元の速度分布の相関を求めて相関値の分布を出力することを特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法としたので、２次元空間上での多くのサンプルでマッチングを求めるので、速度分布に誤差が多い場合でも検出確率が低下しにくい効果がある。
【００６４】
またこの発明では、上記ライダの出力を入力とするスペクトル幅分布推定手段と、このスペクトル幅分布推定手段の出力を入力として、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較手段と、をさらに備え、上記後方乱気流検索手段が、上記スペクトル幅比較手段の出力も入力として、この入力が正の領域の後方乱気流の検出を有効とすることを特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法としたので、後方乱気流の検出確率を向上させることができる。
【００６５】
またこの発明では、上記ライダの出力を入力とするスペクトル幅分布推定手段と、このスペクトル幅分布推定手段の出力を入力として、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較手段と、をさらに備え、上記速度分布推定手段が、上記スペクトル幅比較手段の出力も入力として、この入力が正の領域でのみ速度分布推定を行うことを特徴とする後方乱気流検出装置および後方乱気流検出方法としたので、検出確率を向上させるだけでなく、不要な計算を中止することになり、後方乱気流検出の処理量が減少して、処理時間を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】後方乱気流の概略を解説するための航空機とこの発明における後方乱気流検出装置の位置関係を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１による後方乱気流検出装置の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１での速度分布比較装置の動作を説明するための図である。
【図４】この発明の実施の形態２による後方乱気流検出装置の構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態３における速度分布テンプレートを説明するための垂直な速度分布の図である。
【図６】この発明の実施の形態３における速度分布テンプレートを説明するための水平な速度分布の図である。
【図７】この発明の実施の形態４における速度分布テンプレートを説明するための垂直な速度分布の図である。
【図８】この発明の実施の形態４における速度分布テンプレートを説明するための水平な速度分布の図である。
【図９】この発明の実施の形態５による後方乱気流検出装置の構成を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態６を解説するための垂直な速度分布の図である。
【図１１】この発明の実施の形態６を解説するための水平な速度分布の図である。
【図１２】この発明の実施の形態６に関する座標を説明するための速度分布の一部分を示す図である。
【図１３】乱気流の分布とドップラースペクトルについて解説をするための図である。
【図１４】この発明の実施の形態７による後方乱気流検出装置の主要構成を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態８による後方乱気流検出装置の主要構成を示す図である。
【図１６】航空機と後方乱気流の位置関係を解説するための図である。
【図１７】後方乱気流を側方から観測した場合の速度分布を示す図である。
【符号の説明】
１００ ライダ、１０１ 速度分布推定装置、１０３ 速度分布テンプレート出力装置、１０５ 速度分布比較装置、１０７ 後方乱気流検索装置、１６１ 簡易速度分布テンプレート出力装置、３０１ 定常風除去装置、３０３ 対象分布検出装置、３７１ スペクトル幅分布推定装置、３７２ スペクトル幅比較装置。
Claims (16)
- 大気からの反射光を受信し周波数変換して出力するライダと、
このライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出力する速度分布推定手段と、
後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレートを出力する速度分布テンプレート出力手段と、
上記速度分布推定手段の出力と速度分布テンプレート出力手段の出力とを入力して、上記ライダによって得た速度分布のテンプレートとの類似度を求めてその類似度の分布を出力する速度分布比較手段と、
この速度分布比較手段の出力を入力として、類似度の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索手段と、
を備えたことを特徴とする後方乱気流検出装置。 - 上記速度分布テンプレート出力手段が、±１の簡易な速度分布テンプレートを出力することを特徴とする請求項１に記載の後方乱気流検出装置。
- 上記速度分布テンプレート出力手段が、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレートを線状にして出力することを特徴とする請求項１に記載の後方乱気流検出装置。
- 上記速度分布テンプレート出力手段が、±１の簡易な速度分布テンプレートを線状にして出力することを特徴とする請求項３に記載の後方乱気流検出装置。
- 大気からの反射光を受信し周波数変換して出力するライダと、
このライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出力する速度分布推定手段と、
この速度分布推定手段の出力を入力として、推定された速度分布内に均一に吹く横風の速度成分を差し引き出力する定常風除去手段と、
この定常風除去手段の出力を入力として、ある座標の左右もしくは上下の線状の速度分布の相関を求めて相関値の分布を出力する対象分布検出手段と、
この対象分布検出手段の出力を入力として、相関値の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索手段と、
を備えたことを特徴とする後方乱気流検出装置。 - 上記対象分布検出手段が、ある座標の左右もしくは上下の２次元の速度分布の相関を求めて相関値の分布を出力することを特徴とする請求項５に記載の後方乱気流検出装置。
- 上記ライダの出力を入力とするスペクトル幅分布推定手段と、
このスペクトル幅分布推定手段の出力を入力として、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較手段と、
をさらに備え、上記後方乱気流検索手段が、上記スペクトル幅比較手段の出力も入力として、この入力が正の領域の後方乱気流の検出を有効とすることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の後方乱気流検出装置。 - 上記ライダの出力を入力とするスペクトル幅分布推定手段と、
このスペクトル幅分布推定手段の出力を入力として、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較手段と、
をさらに備え、上記速度分布推定手段が、上記スペクトル幅比較手段の出力も入力として、この入力が正の領域でのみ速度分布推定を行うことを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の後方乱気流検出装置。 - ライダにより大気からの反射光を受信し周波数変換して出力するステップと、
上記ライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出力する速度分布推定ステップと、
後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレートを出力する速度分布テンプレート出力ステップと、
上記速度分布推定ステップの出力と速度分布テンプレート出力ステップの出力とを入力して、上記ライダによって得た速度分布のテンプレートとの類似度を求めてその類似度の分布を出力する速度分布比較ステップと、
この速度分布比較ステップの出力を入力として、類似度の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索ステップと、
を備えたことを特徴とする後方乱気流検出方法。 - 上記速度分布テンプレート出力ステップで、±１の簡易な速度分布テンプレートを出力することを特徴とする請求項９に記載の後方乱気流検出方法。
- 上記速度分布テンプレート出力ステップで、後方乱気流特有の速度分布の典型例である速度分布テンプレートを線状にして出力することを特徴とする請求項９に記載の後方乱気流検出方法。
- 上記速度分布テンプレート出力ステップで、±１の簡易な速度分布テンプレートを線状にして出力することを特徴とする請求項１１に記載の後方乱気流検出方法。
- ライダにより大気からの反射光を受信し周波数変換して出力するステップと、
このライダの出力を入力として大気のドップラー速度分布を推定して出力する速度分布推定ステップと、
この速度分布推定ステップの出力を入力として、推定された速度分布内に均一に吹く横風の速度成分を差し引き出力する定常風除去ステップと、
この定常風除去ステップの出力を入力として、ある座標の左右もしくは上下の線状の速度分布の相関を求めて相関値の分布を出力する対象分布検出ステップと、
この対象分布検出ステップの出力を入力として、相関値の極大点を検索して後方乱気流の位置と強度を出力する後方乱気流検索ステップと、
を備えたことを特徴とする後方乱気流検出方法。 - 上記対象分布検出ステップで、ある座標の左右もしくは上下の２次元の速度分布の相関を求めて相関値の分布を出力することを特徴とする請求項１３に記載の後方乱気流検出方法。
- 上記ライダの出力を入力とするスペクトル幅分布推定ステップと、
このスペクトル幅分布推定ステップの出力を入力として、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較ステップと、
をさらに備え、上記後方乱気流検索ステップで、上記スペクトル幅比較ステップの出力も入力として、この入力が正の領域の後方乱気流の検出を有効とすることを特徴とする請求項９ないし１４のいずれかに記載の後方乱気流検出方法。 - 上記ライダの出力を入力とするスペクトル幅分布推定ステップと、
このスペクトル幅分布推定ステップの出力を入力として、これの所定の閾値との差分を出力とするスペクトル幅比較ステップと、
をさらに備え、上記速度分布推定ステップで、上記スペクトル幅比較ステップの出力も入力として、この入力が正の領域でのみ速度分布推定を行うことを特徴とする請求項９ないし１４のいずれかに記載の後方乱気流検出方法。
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