JP6195039B1 - データ処理装置、レーザレーダ装置、及び風測定システム - Google Patents
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Abstract
Description
本実施の形態は、従来、単一のレーザレーダ装置で複数の視線方向風速値を取得する方式を、複数のレーザレーダ装置で測定したデータの視線方向風速値を一律管理・集約し、利用可能な視線方向風速値データか否かを見極めた上で、風ベクトルを計算する方式にすることで、データ品質を保ちながら有効データ取得率を向上させることができるものである。なお、風ベクトルの算出には、複数の視線方向風速値が必要となるが、従来、レーザ光が遮蔽されることによって必要数の視線方向風速値が得られなかった場合、風ベクトルの算出に用いる有効データ取得率が減少していた。
図2は、この発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置の一構成例を示す構成図である。本レーザレーダ装置1aは、光発振器1001、光カプラ1002、光変調器1003、光サーキュレータ1004、スキャナ1005、光学系1006、合波カプラ1007、光受信器1008、A/D変換器(Analog to Digital Converter)1009、信号処理器1010、角度・位置センサ1011、データ通信部1012、時刻取得部1013を備える。
信号処理器1010は、レンジビン分割器101、FFT(Fast Fourier Transform)処理器102、積算処理器103、視線方向風速算出器104、及びスキャナ制御器105を備える。
例えば、信号処理器1010は、FPGA(Field−Programmable Gate Array)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、マイコンなどで構成される。レンジビン分割器101、FFT(Fast Fourier Transform)処理器102、積算処理器103、視線方向風速算出器104、及びスキャナ制御器105は、FPGA、もしくはASICの論理回路で構成されても良いし、それぞれの機能をソフトウェアとして実行しても良い。
レンジビン分割器101は、A/D変換器1009が出力したデジタル信号を任意の時間幅で区切る。これは、各距離からの受信光を任意時間幅で区切ることを意味する。時間と距離は対応するので、以降では、時間を区切ったもの、すなわち距離を区切ったものをレンジビンと呼ぶ。当該レンジビン分割器101は、任意個数のレンジビンに受信波形を区切り、それに相当する電圧値をFFT処理器102に出力する。例えば、距離分解能Rresを30mと設定した場合、A/D変換された時間波形を区切る時間幅t = 2Rres/c (c:光速)のように設定できる。ゆえに、総レンジビン数がM個であった場合、各レンジビンにおいて区切られる時間は、A/Dを開始するためのトリガ、ここでは光変調器1003からのトリガ信号タイミングを基準にして表すと以下の式となる。ただし、ここでは、等時間間隔でレンジビン分割を行っているが、これに限らず、Tstartに相当する観測開始距離をユーザによって決定してもよいし、それをレンジビンごとに設定してもよいし、TstartとTendの範囲をオーバーラップさせても良い。
積算処理器103は、レンジビンごとにユーザによって指定された回数の積算処理を行う。各ショットで得られたスペクトルに対して、インコヒーレント積算を行う。積算処理は、各レンジビンのスペクトルデータに対して、以下の式で行う。
図6は、この発明の実施の形態1に係るスキャナ1005が制御するレーザ光の見開き角度を表す概念図である。当該角度は、図6に示すように、片側角度θかつ地上に対し水平方向にレーザ光を照射する。φは各2本のレーザ光の見開き角度を表している。スキャナ制御器105では、このレーザ光を左、右、左のように切り替える制御信号をスキャナ1005に出力する。
図7は、この発明の実施の形態1に係るデータ処理装置2の動作フローを示すフローチャートである。
ステップS101において、データ処理装置2内のデータ通信装置201は、レーザレーダ装置1aのデータ通信部1012が送信した情報を受信する。なお、データ通信装置201は、上述したレーザレーダ装置1a内のデータ通信部1012と一対のものであり、例えば、bluetoothを使用した場合は、データ通信装置201も同じくbluetoothを用いる。
本実施の形態では、データ処理装置で風ベクトルを算出する実施の形態1に対して、レーザレーダ装置からデータ処理装置に視線方向風速値のリクエストを行い、レーザレーダ装置で風ベクトルを算出する方式とすることで、データ処理装置の負荷を軽減し、風ベクトル算出時間を低減する。
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している。
本風測定システムは、レーザレーダ装置11a〜11n、データ処理装置20、風車制御装置3a〜3nを備える。レーザレーダ装置11a〜11nは、実施の形態1のレーザレーダ装置1a〜1nに比べて、信号処理器の部分が異なる。レーザレーダ装置11a〜11nでは、実施の形態1の信号処理器1010に代えて、後述する信号処理器1110が用いられる。データ処理装置20は、実施の形態1のデータ処理装置2と比べて、風ベクトルを計算する風ベクトル演算部2032が存在しない点が異なる。
信号処理器1110は、レンジビン分割器101、FFT処理器102、積算処理器103、視線方向風速算出器104、スキャナ制御器105、及び風ベクトル演算器106を備える。
レーザレーダ装置11aの信号処理器1110以外の動作は、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。また、信号処理器1110において、レンジビン分割器101、FFT処理器102、積算処理器103、視線方向風速算出器104、及びスキャナ制御器105の動作は、実施の形態1と同様であるので説明を省略する。
本実施の形態では、風測定システムをレーザレーダ装置のみで構成し、レーザレーダ装置が互いにデータを交換する方式を説明する。これにより、データ処理装置が不要になり、装置構成を減らすことができる。
信号処理器1210は、レンジビン分割器101、FFT処理器102、積算処理器103、視線方向風速算出器104、スキャナ制御器105、風ベクトル演算器106、及びデータ保存器107を備える。
レーザレーダ装置12aの信号処理器1210以外の動作は、実施の形態1と同様であるので、説明を省略する。また、信号処理器1210において、レンジビン分割器101、FFT処理器102、積算処理器103、視線方向風速算出器104、及びスキャナ制御器105の動作は、実施の形態1と同様である。
Claims (9)
- レーザレーダ装置と通信し、視線方向風速値、レーザ射出角度、姿勢情報、位置情報、時刻を取得するデータ通信装置と、
前記視線方向風速値及び前記時刻を保存する記憶装置と、
前記データ通信装置が新しく取得した前記視線方向風速値の時刻から設定時間内であって、前記記憶装置に保存された、前記レーザレーダ装置を中心として前記レーザレーダ装置の測定距離範囲内の前記視線方向風速値を抽出するデータ抽出部、並びに前記データ通信装置が新しく取得した前記視線方向風速値及び前記データ抽出部が抽出した前記視線方向風速値を用いて風ベクトルを演算する風ベクトル演算部、を実行するCentral Processing Unitと、
前記データ抽出部及び前記風ベクトル演算部を保存するメモリと、
を備えたデータ処理装置。 - 前記データ通信装置が新しく取得した前記視線方向風速値と、前記データ抽出部が抽出した前記視線方向風速値とは、異なるレーザレーダ装置で取得したものであることを特徴とする請求項1に記載のデータ処理装置。
- 前記Central Processing Unitは、前記レーザ射出角度、前記姿勢情報、及び前記位置情報を用いて、前記視線方向風速値を座標変換し、座標変換した前記視線方向風速値を前記記憶装置に保存する座標変換部を実行し、前記メモリは、前記座標変換部を保存することを特徴とする請求項2に記載のデータ処理装置。
- 請求項1に記載の前記データ処理装置と、大気中にレーザ光を照射し、レーザ光の照射方向の視線方向風速値を取得し、取得した前記視線方向風速値を前記データ処理装置に送信し、前記データ処理装置から前記風ベクトルを受信するレーザレーダ装置と、
を備えたことを特徴とする風測定システム。 - 前記データ通信装置が新しく取得した前記視線方向風速値と、前記データ抽出部が抽出した前記視線方向風速値とは、異なるレーザレーダ装置で取得したものであることを特徴とする請求項4に記載の風測定システム。
- 前記データ処理装置において、前記Central Processing Unitは、前記レーザ射出角度、前記姿勢情報、及び前記位置情報を用いて、前記視線方向風速値を座標変化し、座標変換した前記視線方向風速値を前記記憶装置に保存する座標変換部を実行し、前記メモリは、前記座標変換部を保存することを特徴とする請求項5に記載の風測定システム。
- レーザ光を出力する光発振器と、
前記光発振器が出力した前記レーザ光を変調する光変調器と、
前記光変調器が変調した前記レーザ光を送信光として出力し、前記送信光の出力先で対象物が反射した反射光を受信光として受信する光学系と、
前記光発振器が出力した前記レーザ光と前記光学系が受信した前記受信光とに基づいて第1の視線方向風速値を算出する視線方向風速算出器と、
他のレーザレーダ装置と通信するデータ通信部と、
前記第1の視線方向風速値及び前記データ通信部を介して、周辺距離半径D(m)以内に存在する前記他のレーザレーダ装置から取得した第2の視線方向風速値を用いて風ベクトルを算出する風ベクトル演算器と、
を備えたレーザレーダ装置。 - 前記第1の視線方向風速値を測定した位置と、前記第2の視線方向風速値を取得した位置とが設定距離の範囲内であることを特徴とする請求項7に記載のレーザレーダ装置。
- 前記設定距離は、前記第1の視線方向風速値に紐づく信号対雑音比が閾値以上の最大の距離に設定されることを特徴とする請求項8に記載のレーザレーダ装置。
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