JP6429733B2 - レーザレーダ装置 - Google Patents

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。

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。

特開２００５−９９５６号公報（図３） 特開２００３−３０７５６７号公報（図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。

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。

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。

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。

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。 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。 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の処理内容を示すフローチャートである。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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。 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、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面にしたがって説明する。

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図であり、図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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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^２径）［ｍ］、λは波長である。
また、η_Ｄ（Ｌ）はシステム効率であり、下記の式（２）で表される。

式（２）において、Ｆは集光距離、η_ＦはＦａｒ Ｆｉｅｌｄ結合効率、Ａ_Ｃはビームのけられの影響を示す定数、Ｓ_０は横コヒーレント長さである。

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

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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_１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_１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_２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_２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_３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_３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。

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。

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ａ_{ａｆｔｅｒ}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ａ_{ｂｅｆｏｒｅ}として切換判定部１９に出力する（ステップ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ａ_{ｂｅｆｏｒｅ}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ａ_{ａｆｔｅｒ}とを受けると、その判定指標情報ａ_{ｂｅｆｏｒｅ}と判定指標情報ａ_{ａｆｔｅｒ}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。

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。
ａ_{ａｆｔｅｒ}＜ａ_{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、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。
ａ_{ａｆｔｅｒ}＞ａ_{ｂｅｆｏｒｅ}

切換判定部１９は、ＳＮＲ取得部１８から判定指標情報ａ_{ｂｅｆｏｒｅ}，ａ_{ａｆｔｅｒ}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_１を算出する（ステップＳＴ７）。
Ｔｈ_１＝ａ_{ｂｅｆｏｒｅ}−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。

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_２を算出する（ステップＳＴ８）。
Ｔｈ_２＝ａ_{ｂｅｆｏｒｅ}＋ΔＡ （４）

切換判定部１９は、切換判定用閾値Ｔｈ_１を算出すると、判定指標情報ａ_{ａｆｔｅｒ}と切換判定用閾値Ｔｈ_１を比較し、図７に示すように、判定指標情報ａ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_１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ａ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_１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。

切換判定部１９は、切換判定用閾値Ｔｈ_２を算出すると、判定指標情報ａ_{ａｆｔｅｒ}と切換判定用閾値Ｔｈ_２を比較し、図８に示すように、判定指標情報ａ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_２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ａ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_２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。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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）。

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。

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ａ_{ａｆｔｅｒ}，ｂ_{ａｆｔｅｒ}，ｃ_{ａｆｔｅｒ}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ａ_{ｂｅｆｏｒｅ}，ｂ_{ｂｅｆｏｒｅ}，ｃ_{ｂｅｆｏｒｅ}として切換判定部２３に出力する（ステップ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。

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。
ａ_{ａｆｔｅｒ}＜ａ_{ｂｅｆｏｒｅ}
また、図１３（ｂ）に示すように、最大計測可能距離が増加する。
ｂ_{ａｆｔｅｒ}＞ｂ_{ｂｅｆｏｒｅ}
さらに、図１３（ｃ）に示すように、ＳＮＲピーク位置が増加する。
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。
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ａ_{ｂｅｆｏｒｅ}，ａ_{ａｆｔｅｒ}，ｂ_{ｂｅｆｏｒｅ}，ｂ_{ａｆｔｅｒ}，ｃ_{ｂｅｆｏｒｅ}，ｃ_{ａｆｔｅｒ}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_１，Ｔｈ_３，Ｔｈ_５を算出する（ステップＳＴ２７）。
Ｔｈ_１＝ａ_{ｂｅｆｏｒｅ}−ΔＡ （５）
Ｔｈ_３＝ｂ_{ｂｅｆｏｒｅ}＋ΔＢ （６）
Ｔｈ_５＝ｃ_{ｂｅｆｏｒｅ}＋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。

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_２，Ｔｈ_４，Ｔｈ_６を算出する（ステップ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_１，Ｔｈ_３，Ｔｈ_５を算出すると、判定指標情報ａ_{ａｆｔｅｒ}と切換判定用閾値Ｔｈ_１を比較し、判定指標情報ａ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_１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ａ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_１より小さければ（ステップＳＴ２９：ＹＥＳの場合）、判定指標情報ｂ_{ａｆｔｅｒ}と切換判定用閾値Ｔｈ_３を比較し、判定指標情報ｂ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_３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ｂ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_３より大きければ（ステップＳＴ３０：ＹＥＳの場合）、判定指標情報ｃ_{ａｆｔｅｒ}と切換判定用閾値Ｔｈ_５を比較し、判定指標情報ｃ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_５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ｃ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_５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）。

切換判定部２３は、切換判定用閾値Ｔｈ_２，Ｔｈ_４，Ｔｈ_６を算出すると、判定指標情報ａ_{ａｆｔｅｒ}と切換判定用閾値Ｔｈ_２を比較し、判定指標情報ａ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_２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ａ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_２より大きければ（ステップＳＴ３２：ＹＥＳの場合）、判定指標情報ｂ_{ａｆｔｅｒ}と切換判定用閾値Ｔｈ_４を比較し、判定指標情報ｂ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_４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ｂ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_４より小さければ（ステップＳＴ３３：ＹＥＳの場合）、判定指標情報ｃ_{ａｆｔｅｒ}と切換判定用閾値Ｔｈ_６を比較し、判定指標情報ｃ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_６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ｃ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_６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）。

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）。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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）。

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。

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。

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。

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ｂ_{ａｆｔｅｒ}，ｄ_{ａｆｔｅｒ}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ｂ_{ｂｅｆｏｒｅ}，ｄ_{ｂｅｆｏｒｅ}として切換判定部６３に出力する（ステップ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。

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。
ｂ_{ａｆｔｅｒ}＜ｂ_{ｂｅｆｏｒｅ}
また、図１６（ａ）に示すように、ＳＮＲピーク高さが増加する。
ｄ_{ａｆｔｅｒ}＞ｄ_{ｂｅｆｏｒｅ}
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。
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ｂ_{ｂｅｆｏｒｅ}，ｂ_{ａｆｔｅｒ}，ｄ_{ｂｅｆｏｒｅ}，ｄ_{ａｆｔｅｒ}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_４，Ｔｈ_７を算出する（ステップ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_３，Ｔｈ_８を算出する（ステップ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_４，Ｔｈ_７を算出すると、判定指標情報ｄ_{ａｆｔｅｒ}と切換判定用閾値Ｔｈ_７を比較し、判定指標情報ｄ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_７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ｄ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_７より大きければ（ステップＳＴ４９：ＹＥＳの場合）、判定指標情報ｂ_{ａｆｔｅｒ}と切換判定用閾値Ｔｈ_４を比較し、判定指標情報ｂ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_４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ｂ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_４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）。

切換判定部６３は、切換判定用閾値Ｔｈ_３，Ｔｈ_８を算出すると、判定指標情報ｄ_{ａｆｔｅｒ}と切換判定用閾値Ｔｈ_８を比較し、判定指標情報ｄ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_８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ｄ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_８より小さければ（ステップＳＴ５１：ＹＥＳの場合）、判定指標情報ｂ_{ａｆｔｅｒ}と切換判定用閾値Ｔｈ_３を比較し、判定指標情報ｂ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_３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ｂ_{ａｆｔｅｒ}が切換判定用閾値Ｔｈ_３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）。

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）。

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。

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

１ 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。

Claims (7)

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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。
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。
6. 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。
7. 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。

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