JP5197023B2 - Laser radar equipment - Google Patents
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Description
この発明は、レーザ光からなる送信信号を大気中に送信して大気からの散乱信号を受信し、散乱信号のドップラー周波数シフトを検出することから、大気中の風速を計測するレーザレーダ装置に関する。 The present invention relates to a laser radar device that measures a wind speed in the atmosphere by transmitting a transmission signal composed of laser light into the atmosphere, receiving a scattered signal from the atmosphere, and detecting a Doppler frequency shift of the scattered signal.
従来のこの種のレーザレーダ装置としては、例えば特許文献1や非特許文献1に記載されているものが知られている。このレーザレーダ装置では、パルスレーザ光を大気中に送信して、大気中のエアロゾルからの散乱光をヘテロダイン検波により電気信号領域に変換し、受信信号を得る。受信信号にゲートをかけて各距離からの信号に分割した後、分割後の各信号にFFT(Fast Fourier Transform)をかけて受信スペクトルを得る。受信S/N比が高い場合、この信号のピーク周波数がドップラー周波数シフトに対応するため、ピーク周波数を検出することから風速を計測することが可能となる。
As conventional laser radar devices of this type, those described in
このようなレーザレーダ装置の信号処理では、受信スペクトルのピーク周波数を検出して風速計測を行う。このピーク周波数の検出は、受信S/N比が高い場合においては問題ないが、受信S/N比が低い場合、一般的に、誤検出が生じることが知られている。図9は受信S/N比が高い場合(図9の(a))と低い場合(図9の(b))の受信スペクトルの模式図である。図9の(a)の場合では、図に示されている全周波数領域におけるピークを検出すれば、信号成分を正しく検出できるのに対し、図9の(b)の場合では、信号成分の強度が低いため、単純にピークを検出すると雑音成分を検出する、つまり誤検出してしまうという課題が存在していた。 In the signal processing of such a laser radar device, the wind speed is measured by detecting the peak frequency of the reception spectrum. The detection of the peak frequency is not problematic when the reception S / N ratio is high, but it is generally known that erroneous detection occurs when the reception S / N ratio is low. FIG. 9 is a schematic diagram of the reception spectrum when the reception S / N ratio is high ((a) in FIG. 9) and low ((b) in FIG. 9). In the case of (a) in FIG. 9, the signal component can be correctly detected by detecting peaks in the entire frequency region shown in the figure, whereas in the case of (b) in FIG. 9, the intensity of the signal component. Therefore, there is a problem that if a peak is simply detected, a noise component is detected, that is, erroneously detected.
この発明は上記した課題を鑑みてなされたもので、従来とは異なり、受信スペクトルを求めた後の信号処理において、受信S/N比が高い領域における計測結果から受信スペクトルや風速に関する先見情報を求め、この先見情報を利用することで、受信S/N比が低い領域において上記誤検出を低減できるレーザレーダ装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and unlike conventional techniques, in signal processing after obtaining a reception spectrum, foresight information regarding the reception spectrum and wind speed is obtained from measurement results in a region where the reception S / N ratio is high. Accordingly, an object of the present invention is to provide a laser radar device that can reduce the erroneous detection in a region where the reception S / N ratio is low by using this foresight information.
この発明は、単一周波数からなるレーザ光を大気中に対し送受し、ヘテロダイン検波により得られた受信信号を信号処理して風速検出を行うレーザレーダ装置において、受信信号を信号処理して風速検出を行う信号処理部が、受信信号にレーザレーダ装置からの距離に従って分割するようにゲートをかけて分割し、分割した各々の受信信号に対してFFTを行って得られた受信スペクトルから受信S/N比の距離依存性を求める手段と、前記受信S/N比の距離依存性に基づき検出対象領域を高S/N比領域と低S/N比領域に区別する手段と、前記高S/N比領域での受信スペクトルから求めた風速の距離依存性に基づいて前記高S/N比領域と低S/N比領域の風速差の標準偏差である先見情報を得て、この先見情報を用いて前記低S/N比領域の受信スペクトルにおいては、前記高S/N比領域の風速検出値を中心として前記標準偏差の幅の範囲にピーク検出範囲を限定してピーク検出を行い、ピーク検出結果に従って前記低S/N比領域での風速検出を行う手段と、を備えたことを特徴とするレーザレーダ装置等にある。
The present invention relates to a laser radar device that detects a wind speed by transmitting / receiving a laser beam having a single frequency to the atmosphere and processing the received signal obtained by heterodyne detection to detect the wind speed. A signal processing unit that performs a gate division so as to divide the received signal according to the distance from the laser radar device, and receives the received S / S from the received spectrum obtained by performing FFT on each of the divided received signals. Means for determining the distance dependence of the N ratio, means for distinguishing the detection target area into a high S / N ratio area and a low S / N ratio area based on the distance dependence of the reception S / N ratio, Based on the distance dependence of the wind speed obtained from the reception spectrum in the N ratio region, the foresight information which is the standard deviation of the wind speed difference between the high S / N ratio region and the low S / N ratio region is obtained. Using the low S / In the reception spectrum of the specific region, the high the about a wind speed detection value of the S / N ratio area by limiting the peak detection range in the range of the width of the standard deviation subjected to peak detection, the following peak detection result low S / in the laser radar apparatus and the like, characterized in that it comprises means for performing air velocity detection in N ratio region.
この発明では、受信S/N比が高い領域における計測結果から受信スペクトルや風速に関する先見情報を求め、この先見情報を利用して受信S/N比が低い領域での風速を求めることで、受信S/N比が低い領域での誤検出を低減できるレーザレーダ装置を提供することができる。 In the present invention, the foresight information regarding the reception spectrum and the wind speed is obtained from the measurement result in the region where the reception S / N ratio is high, and the wind speed in the region where the reception S / N ratio is low is obtained using this foresight information. It is possible to provide a laser radar device that can reduce erroneous detection in a region where the S / N ratio is low.
実施の形態1.
本発明の実施の形態1に係わるレーザレーダ装置について、図1〜図6を用いて説明する。図1は、本発明に係わるレーザレーダ装置の構成を模式的に示す図である。
A laser radar apparatus according to
図1において、光源1は光分配器2に接続され、光分配器2はパルス変調器3と周波数シフタ6に接続されている。パルス変調器3は光サーキュレータ4に接続されている。光サーキュレータ4は送受光学系5と光カプラ7に接続されている。光カプラ7は周波数シフタ6と光受信機8に接続されている。光受信機8はA/D変換器9に接続されている。A/D変換器9は信号処理部10に接続されている。制御部11は、A/D変換器9、信号処理部10およびパルス変調器3に接続されている。
In FIG. 1, a
また図1において、光源1と光分配器2との間、光分配器2とパルス変調器3との間、パルス変調器3と光サーキュレータ4との間、光サーキュレータ4と送受光学系5との間、光サーキュレータ4と光カプラ7との間、光分配器2と周波数シフタ6との間、周波数シフタ6と光カプラ7との間、および光カプラ7と光受信機8との間は、全て光回路接続されており(太線で示す)、たとえば光ファイバにより接続されている。また、光受信機8とA/D変換器9との間、A/D変換器9と信号処理部10との間、制御部11とA/D変換器9との間、制御部11と信号処理部10との間、制御部11とパルス変調器3との間は、全て電気回路により接続されている(細線で示す)。
In FIG. 1, between the
制御部11は、パルス変調器3に対し変調信号を、A/D変換器9と信号処理部10に対しトリガ信号を、各々送信する。光源1は、単一周波数からなるCW光を送信する。光分配器2は、光源からの光を2分して一方をパルス変調器3に、他の一方を周波数シフタ6に、各々送る。パルス変調器3は、入力された光信号に対し制御部11からの変調信号に基づいてパルス変調をかける。周波数シフタ6は、入力された光信号に所定の周波数シフトを与える。
The
光サーキュレータ4は、パルス変調器3からの光信号を送受光学系5に送り、送受光学系5からの光信号を光カプラ7に送る。送受光学系5は、光サーキュレータ4からの光信号を大気中に送信し、大気中からの散乱光を受信光として受信して光サーキュレータ4に送る。光カプラ7は、周波数シフタ6および光サーキュレータ4からの光信号を合波して光受信機8に送る。光受信機8は光カプラ7からの光信号をヘテロダイン検波により電気信号に変換して、受信信号としてA/D変換器9に送る。
The optical circulator 4 sends the optical signal from the
A/D変換器9は、制御部11からのトリガ信号が入力されると同時に上記受信信号をA/D変換し、信号処理部10に送る。信号処理部10は制御部11からのトリガ信号に同期してA/D変換器9からの受信信号を信号処理し、風速のレーザビーム送受信方向における距離依存性を計測する。
The A / D converter 9 performs A / D conversion on the received signal simultaneously with the input of the trigger signal from the
なお、図1において、上記周波数シフタ6による周波数シフトは、ヘテロダイン検波して得られる電気信号にIF周波数を乗せ、ドップラー周波数シフトの正負を識別することを目的として配置されているが、周波数シフタ6を図1に示した位置から除き、パルス変調器3に周波数シフタ6を用いてこれに変調信号を送ることで、周波数シフタ6をパルス変調器3として機能させることもできる。上記非特許文献1では、この構成をとっている。
In FIG. 1, the frequency shift by the frequency shifter 6 is arranged for the purpose of identifying the positive or negative of the Doppler frequency shift by placing the IF frequency on the electric signal obtained by heterodyne detection. 1 can be removed from the position shown in FIG. 1, and the frequency shifter 6 can be made to function as the
次に、図1のレーザレーダ装置の動作について説明する。まず、制御部11は、パルス変調器3に対し、所定のパルス幅と繰り返し周期からなる変調信号を送信するとともに、A/D変換器9および信号処理部10に対し、上記変調信号に同期したトリガ信号を送信する。これと並行し、光源1からは単一周波数からなるCW光信号を送信し、この光信号を光分配器2により分配した後、一方をパルス変調器3に、他の一方を周波数シフタ6に送る。
Next, the operation of the laser radar device of FIG. 1 will be described. First, the
次に、パルス変調器3において、制御部11からの変調信号に基づいて入力されたCW光信号をパルス化する。このパルス化された光信号を光サーキュレータ4、送受光学系5を介し大気中に送信する。大気中に送信された光信号は、大気中に浮遊するエアロゾル等の散乱体により散乱され、この散乱光が送受光学系5により受信光として受信される。この際、エアロゾル等の散乱体が風に乗って移動しているため、受信光には風速に相当するドップラー周波数シフトが生じている。上記受信光は、送受光学系5、光サーキュレータ4を介し光カプラ7に送られる。光カプラ7では、周波数シフタ6からのローカル光と上記受信光とを合波した後、光受信機8に送る。
Next, in the
光受信機8では、上記ローカル光と上記受信光とをヘテロダイン検波して電気信号領域である受信信号に変換する。このとき、受信信号の周波数は、風速に相当するドップラー周波数シフトと同じ値となる。次に、A/D変換器9において、トリガ信号を受けると同時に光受信機8からの受信信号のA/D変換を開始し、このデジタル信号を信号処理部10に送る。
In the
信号処理部10では、トリガ信号を受けとるのに同期して信号処理を開始する。この信号処理について以降において説明する。図2は、信号処理において距離ごとのドップラースペクトルを求める動作の模式図を示すものである。信号処理ではまず、受信したデジタル信号に対し、距離分解能に相当する時間幅でゲートをかけ、分割する((a)の時間サンプル)。距離分解能をΔL、ゲート番号をn(=1,2,・・・N)とすると、各ゲートは距離ΔL×nに相当する。
The
次に、分割した各々のゲートのデジタル信号に対しFFTをかけ、距離ごとの受信スペクトルを求める((b)の受信スペクトル)。次に、各受信スペクトルに関し、ピーク強度の検出を行い、この強度から、受信S/N比を求める。この受信S/N比に関しては、受信光がない場合の雑音のみのスペクトルにおける周波数軸上における強度の標準偏差を求めておき、この標準偏差に対する上記ピーク強度の比として求めればよい。 Next, the divided digital signal of each gate is subjected to FFT to obtain a reception spectrum for each distance (reception spectrum of (b)). Next, the peak intensity is detected for each received spectrum, and the received S / N ratio is obtained from this intensity. Regarding the received S / N ratio, the standard deviation of the intensity on the frequency axis in the spectrum of only noise when there is no received light is obtained, and the ratio of the peak intensity to the standard deviation may be obtained.
上記受信S/N比導出を各距離(各ゲート)に関し行い、横軸を距離、縦軸を受信S/N比とした、受信S/N比距離依存性を求める。この受信S/N比距離依存性を図3に模式的に示す。このとき、図3に示すように一般的に、近距離領域では受信S/N比が高く、遠距離領域になるにつれ受信S/N比が低下していく傾向となる。 The reception S / N ratio derivation is performed for each distance (each gate), and the reception S / N ratio distance dependency is obtained with the horizontal axis representing the distance and the vertical axis representing the reception S / N ratio. This reception S / N ratio distance dependency is schematically shown in FIG. At this time, as shown in FIG. 3, generally, the reception S / N ratio is high in the short-distance region, and the reception S / N ratio tends to decrease as the region becomes a long-distance region.
次に、予め設定した受信S/N比に関する閾値と、上記受信S/N比距離依存性とを比較し、上記閾値よりも受信S/N比が高い領域を高S/N比領域、上記閾値よりも受信S/N比が低い領域を低S/N比領域、として区別する。 Next, a threshold value relating to a reception S / N ratio set in advance is compared with the reception S / N ratio distance dependency, and a region having a reception S / N ratio higher than the threshold value is a high S / N ratio region, A region having a reception S / N ratio lower than the threshold is distinguished as a low S / N ratio region.
次に、上述の高S/N比領域に関し、風速検出を行う。この検出は従来と同じく、受信スペクトル上における予め設定した固定の風速検出範囲全体においてピーク検出を行い、このピークの周辺に関する重心演算を行う等、このピークを利用して風速検出を行う。この風速検出処理を行うのは、受信S/N比が高いゲートに対してのみ行っているので、ピーク検出における検出範囲を、受信スペクトル上における予め設定した固定の風速検出範囲全体として広くとったとしても、信号ピークを正確に検出することができる。 Next, wind speed detection is performed for the high S / N ratio region described above. In the same manner as in the prior art, the peak speed is detected in the entire fixed wind speed detection range set in advance on the reception spectrum, and the center of gravity is calculated for the periphery of this peak. Since this wind speed detection process is performed only for the gate having a high reception S / N ratio, the detection range in the peak detection is wide as the entire fixed wind speed detection range set in advance on the reception spectrum. However, the signal peak can be accurately detected.
次に、高S/N比領域に関する風速検出結果から、この領域における風速の距離依存性を求める。風速の距離依存性を模式的に示したものを図4に示す。このとき、風速の距離に対する変動は、一般的に連続的なものであるが、風速場全体の乱れの程度に応じて、図4に示すように不規則な値をとる。 Next, the distance dependence of the wind speed in this region is obtained from the wind speed detection result for the high S / N ratio region. FIG. 4 schematically shows the distance dependence of the wind speed. At this time, the fluctuation of the wind speed with respect to the distance is generally continuous, but takes an irregular value as shown in FIG. 4 according to the degree of disturbance of the entire wind speed field.
次に、図4の風速の距離依存性を分析し、隣り合うゲート(距離)間における風速の標準偏差を求める。この標準偏差は、風速場全体の乱れの程度に相当するパラメータであり、高S/N比領域における最も遠距離に相当するゲートと、これと隣り合う低S/N比領域に相当するゲートとの間において、現在の風の乱れの状態では統計的にどれだけの風速差が生じうるか、ということを示す値となる。この値を後述の低S/N比領域での信号処理において、先見情報として利用する。 Next, the distance dependence of the wind speed in FIG. 4 is analyzed, and the standard deviation of the wind speed between adjacent gates (distances) is obtained. This standard deviation is a parameter corresponding to the degree of turbulence of the entire wind velocity field, and a gate corresponding to the farthest distance in the high S / N ratio region and a gate corresponding to the low S / N ratio region adjacent thereto. In the meantime, a value indicating how much the wind speed difference can be statistically generated in the current wind turbulence state. This value is used as look-ahead information in signal processing in the low S / N ratio region described later.
次に、上述の低S/N比領域に関し、風速検出を行う。この検出では、まず、高S/N比領域における最も遠距離に相当するゲートと、これと隣り合う低S/N比領域のゲートに着目する。後者の受信スペクトルにおいては、前者の風速検出値を中心として、上記標準偏差の幅の範囲に、ピーク検出範囲を限定し、この限定された範囲の中でピーク検出を行う。ピーク検出した後は、重心演算等高S/N比領域でのものと同じ方法で風速を検出する。 Next, wind speed detection is performed for the low S / N ratio region described above. In this detection, attention is first paid to the gate corresponding to the longest distance in the high S / N ratio region and the gate in the low S / N ratio region adjacent thereto. In the latter received spectrum, the peak detection range is limited to the range of the standard deviation with the former wind speed detection value as the center, and the peak detection is performed within this limited range. After the peak detection, the wind speed is detected by the same method as that in the high S / N ratio region such as the gravity center calculation.
この低S/N比領域のゲートよりもさらに遠距離に相当する低S/N比領域のゲートに関しては、隣り合うゲートの内、近距離側のゲートにおける風速検出結果と上記標準偏差に基づいて、順次遠距離側に風速検出を行っていけばよい。 With respect to the gate in the low S / N ratio region corresponding to a far distance from the gate in the low S / N ratio region, based on the wind speed detection result and the standard deviation in the adjacent gate among the adjacent gates. Then, the wind speed may be detected sequentially on the long distance side.
以上に述べた本発明の実施の形態1に係わるレーザレーダ装置では、信号処理において従来とは異なり、受信S/N比を高S/N比領域と低S/N比領域に区別して異なる処理により風速検出を行っている。特に、低S/N比領域の信号処理において、高S/N比領域での確度の高い風速検出値と、その距離依存性から求めた乱れの程度とを先見情報として、受信スペクトルにおける検出範囲に限定をかけることで、受信スペクトルにおける誤検出を回避する確率を上げることができる。 In the laser radar apparatus according to the first embodiment of the present invention described above, in the signal processing, unlike the conventional case, the reception S / N ratio is differentiated into a high S / N ratio region and a low S / N ratio region. Is used to detect the wind speed. In particular, in the signal processing in the low S / N ratio region, the detection range in the reception spectrum using the wind speed detection value with high accuracy in the high S / N ratio region and the degree of disturbance obtained from the distance dependence as the foresight information. By limiting to the above, it is possible to increase the probability of avoiding erroneous detection in the reception spectrum.
図5は、この誤検出の回避に関する効果を示す図であり、高S/N比領域での受信スペクトルと、それと隣り合う低S/N比領域での受信スペクトルとを、模式的に示している。実線が高S/N比レンジの受信スペクトル、破線が隣接する低S/N比レンジの受信スペクトルを示す。この図において、低S/N比領域での受信スペクトルでは(破線で示す)、信号ピークよりも高い雑音ピークが生じており、受信スペクトル上の全風速検出範囲についてピーク検出を行うと、この雑音ピークを検出してしまうこととなる。しかし、本発明の実施の形態1に示した信号処理を行えば、図5に示す限定された範囲についてのみピーク検出を行うので、信号ピークを正しく検出することが可能となる。 FIG. 5 is a diagram showing an effect related to avoiding this false detection, schematically showing a reception spectrum in a high S / N ratio region and a reception spectrum in a low S / N ratio region adjacent thereto. Yes. A solid line indicates a reception spectrum with a high S / N ratio range, and a broken line indicates an adjacent reception spectrum with a low S / N ratio range. In this figure, in the received spectrum in the low S / N ratio region (indicated by a broken line), a noise peak higher than the signal peak occurs, and this noise is detected when peak detection is performed for the entire wind speed detection range on the received spectrum. A peak will be detected. However, if the signal processing shown in the first embodiment of the present invention is performed, peak detection is performed only for the limited range shown in FIG. 5, so that signal peaks can be detected correctly.
なお、以上に述べた本発明の実施の形態1に係わるレーザレーダ装置では、高S/N比領域において、隣り合うゲート(距離)間における風速の標準偏差を求め、これを先見情報として、低S/N比領域での処理に利用していた。この先見情報は、上記とは別の処理により求めても良い。これについて次に説明する。 In the laser radar apparatus according to the first embodiment of the present invention described above, the standard deviation of the wind speed between adjacent gates (distances) is obtained in the high S / N ratio region, and this is used as foresight information as a low-profile information. It was used for processing in the S / N ratio region. This foresight information may be obtained by a process different from the above. This will be described next.
高S/N比領域における風速の距離依存性をさらに詳細に分析し、横軸をゲート間の距離差、縦軸をゲート間の風速差の標準偏差としたグラフを作成する。次に、このグラフに対しモデル式を用いてフィッティングをかける。モデル式には、例えば、大気中の乱れに関する一般式であるコルモゴロフ風速場に基づいた次式(1)を用いればよい。 The distance dependence of the wind speed in the high S / N ratio region is analyzed in more detail, and a graph is created with the horizontal axis representing the distance difference between the gates and the vertical axis representing the standard deviation of the wind speed difference between the gates. Next, fitting is performed on this graph using a model formula. For example, the following equation (1) based on the Kolmogorov wind velocity field, which is a general equation related to turbulence in the atmosphere, may be used as the model equation.
σ1=√(9/20)・ε1/3・D1/3 (1) σ 1 = √ (9/20) · ε 1/3 · D 1/3 (1)
ここで、εは渦消散係数(m2/s3)、Dはゲート間の距離差、である。εが風速場の乱れの程度を示すパラメータである。式(1)を上記グラフに対しフィッティングした模式図を図6に示す。図6のフィッティング結果から、隣り合うゲート間における風速差の標準偏差を、次式(2)により求めればよい。 Here, ε is a vortex dissipation coefficient (m 2 / s 3 ), and D is a distance difference between the gates. ε is a parameter indicating the degree of disturbance of the wind speed field. FIG. 6 shows a schematic diagram obtained by fitting Equation (1) to the above graph. From the fitting result of FIG. 6, the standard deviation of the wind speed difference between adjacent gates may be obtained by the following equation (2).
σ2=√(9/20)・ε1/3・ΔL1/3 (2) σ 2 = √ (9/20) · ε 1/3 · ΔL 1/3 (2)
実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2に係わるレーザレーダ装置について、図7〜図8を用いて説明する。実施の形態1においては、風速場の乱れの程度を、高S/N比領域における風速の距離依存性から求めた。これに対し本実施の形態2においては、上記乱れの程度を、高S/N比領域における受信スペクトルの形状から求める。
Next, a laser radar apparatus according to
図7は、高S/N比領域における受信スペクトルの模式図である。実線が乱流弱、破線が乱流中、一点鎖線が乱流強の状態を示す。図7から分かるように、受信スペクトルは、風速場の乱れの程度に応じて拡がりを持ち、乱れが強くなるにつれて拡がりが大きくなる。 FIG. 7 is a schematic diagram of a reception spectrum in a high S / N ratio region. A solid line indicates a weak turbulent flow, a broken line indicates a turbulent flow, and a one-dot chain line indicates a strong turbulent flow. As can be seen from FIG. 7, the reception spectrum has a spread according to the degree of disturbance of the wind speed field, and the spread increases as the disturbance becomes stronger.
次に、本発明の実施の形態2に係わるレーザレーダ装置の動作について説明する。高S/N比領域における風速検出までの動作に関しては、本発明の実施の形態1に係わるものと同じである。 Next, the operation of the laser radar device according to the second embodiment of the present invention will be described. The operation up to wind speed detection in the high S / N ratio region is the same as that according to the first embodiment of the present invention.
次に、本実施の形態2のレーザレーダ装置では、高S/N比領域における1つ以上の受信スペクトルに着目し、この受信スペクトルもしくはこれらを積算したスペクトルから、参照スペクトルを生成する。 Next, in the laser radar device of the second embodiment, attention is paid to one or more reception spectra in the high S / N ratio region, and a reference spectrum is generated from this reception spectrum or a spectrum obtained by integrating these.
次に、低S/N比領域における信号処理について説明する。低S/N比領域に関する受信スペクトルに対しては、まず、上記参照スペクトルとの相関演算を行うマッチング処理を行う。このマッチング処理により、受信スペクトル上から、上記参照スペクトルと最も類似の特徴を持つ成分を浮き上がらせる。このマッチング処理を行った結果に対しピーク検出を行い、このピークを利用して風速検出を行う。 Next, signal processing in the low S / N ratio region will be described. For the received spectrum related to the low S / N ratio region, first, matching processing for performing a correlation operation with the reference spectrum is performed. By this matching process, the component having the most similar characteristic to the reference spectrum is raised from the received spectrum. Peak detection is performed on the result of this matching processing, and wind speed detection is performed using this peak.
図8は、このマッチング処理の効果について模式的に示したものである。図8の(a)は高S/N比領域でのスペクトルから生成した参照スペクトル、(b)は低S/N比領域での受信スペクトル、(c)にマッチング処理後のスペクトルを示す。図8において、元の受信スペクトルでは信号ピークよりも大きい雑音ピークが生じているため、このままピーク検出を行うと誤検出となるが、マッチング処理後のスペクトルでは信号成分が浮かび上がっており、ピーク検出により信号を正しく検出できることとなる。 FIG. 8 schematically shows the effect of this matching process. 8A shows a reference spectrum generated from a spectrum in a high S / N ratio region, FIG. 8B shows a received spectrum in a low S / N ratio region, and FIG. 8C shows a spectrum after matching processing. In FIG. 8, since a noise peak larger than the signal peak is generated in the original reception spectrum, if the peak detection is performed as it is, a false detection occurs. However, in the spectrum after the matching process, the signal component is highlighted and the peak detection is performed. Thus, the signal can be correctly detected.
なお、上述した本発明の実施の形態2に係わるレーザレーダ装置では、参照スペクトルを高S/N比領域における受信スペクトルから求めていたが、このスペクトルの幅を計測してこの幅をもつ左右対称なスペクトルを別途参照用として生成してもよい。 In the above-described laser radar device according to the second embodiment of the present invention, the reference spectrum is obtained from the received spectrum in the high S / N ratio region. However, the width of this spectrum is measured and symmetrical with this width. A separate spectrum may be separately generated for reference.
1 光源、2 光分配器、3 パルス変調器、4 光サーキュレータ、5 送受光学系、6 周波数シフタ、7 光カプラ、8 光受信機、9 A/D変換器、10 信号処理部、11 制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (2)
受信信号を信号処理して風速検出を行う信号処理部が、
受信信号にレーザレーダ装置からの距離に従って分割するようにゲートをかけて分割し、分割した各々の受信信号に対してFFTを行って得られた受信スペクトルから受信S/N比の距離依存性を求める手段と、
前記受信S/N比の距離依存性に基づき検出対象領域を高S/N比領域と低S/N比領域に区別する手段と、
前記高S/N比領域での受信スペクトルから求めた風速の距離依存性に基づいて前記高S/N比領域と低S/N比領域の風速差の標準偏差である先見情報を得て、この先見情報を用いて前記低S/N比領域の受信スペクトルにおいては、前記高S/N比領域の風速検出値を中心として前記標準偏差の幅の範囲にピーク検出範囲を限定してピーク検出を行い、ピーク検出結果に従って前記低S/N比領域での風速検出を行う手段と、
を備えたことを特徴とするレーザレーダ装置。 In a laser radar device that transmits and receives a laser beam having a single frequency to the atmosphere, performs signal processing on a reception signal obtained by heterodyne detection, and detects wind speed,
A signal processing unit that detects the wind speed by processing the received signal,
The received signal is divided by applying a gate so as to be divided according to the distance from the laser radar device, and the distance dependency of the received S / N ratio is obtained from the received spectrum obtained by performing FFT on each of the divided received signals. Means to seek,
Means for distinguishing a detection target region into a high S / N ratio region and a low S / N ratio region based on the distance dependency of the reception S / N ratio;
Obtaining foresight information that is a standard deviation of the wind speed difference between the high S / N ratio region and the low S / N ratio region based on the distance dependence of the wind speed obtained from the reception spectrum in the high S / N ratio region , In the reception spectrum in the low S / N ratio region using this foresight information , the peak detection range is limited to the range of the standard deviation around the detected wind speed value in the high S / N ratio region. Means for detecting the wind speed in the low S / N ratio region according to the peak detection result ;
A laser radar device comprising:
受信信号を信号処理して風速検出を行う信号処理部が、
受信信号にレーザレーダ装置からの距離に従って分割するようにゲートをかけて分割し、分割した各々の受信信号に対してFFTを行って得られた受信スペクトルから受信S/N比の距離依存性を求める手段と、
前記受信S/N比の距離依存性に基づき検出対象領域を高S/N比領域と低S/N比領域に区別する手段と、
前記高S/N比領域での受信スペクトルの1つ以上の受信スペクトルに着目し、この受信スペクトルまたは複数の受信スペクトルを積算したスペクトルから生成した参照スペクトルである先見情報を得て、この先見情報を用いて前記低S/N比領域での受信スペクトルと前記参照スペクトルとの相関演算を行うマッチング処理を行い、前記マッチング処理を行った結果に対しピーク検出を行い、ピーク検出結果に従って前記低S/N比領域での風速検出を行う手段と、
を備えたことを特徴とするレーザレーダ装置。 In a laser radar device that transmits and receives a laser beam having a single frequency to the atmosphere, performs signal processing on a reception signal obtained by heterodyne detection, and detects wind speed,
A signal processing unit that detects the wind speed by processing the received signal,
The received signal is divided by applying a gate so as to be divided according to the distance from the laser radar device, and the distance dependency of the received S / N ratio is obtained from the received spectrum obtained by performing FFT on each of the divided received signals. Means to seek,
Means for distinguishing a detection target region into a high S / N ratio region and a low S / N ratio region based on the distance dependency of the reception S / N ratio;
Focusing on one or more reception spectrums of the reception spectrum in the high S / N ratio region, obtaining foresight information that is reference spectrum generated from this reception spectrum or a spectrum obtained by integrating a plurality of reception spectra , this foresight information Is used to perform a matching process for calculating a correlation between the received spectrum in the low S / N ratio region and the reference spectrum, and a peak detection is performed on the result of the matching process, and the low S is determined according to a peak detection result. Means for detecting wind speed in the / N ratio region;
A laser radar device comprising:
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