JP6461432B2 - 風計測装置およびライダ装置 - Google Patents
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Description
図1は、この発明の実施の形態1に係るライダ装置の風速計測に関係する構成を説明するブロック図である。ライダ装置100は、レーザ光を空間に照射するための構成として、光発振装置1、光カプラ2、光変調器3、光サーキュレータ4、光送受信部5を有する。この明細書では、風速計測または風計測とは、風向および風速すなわち風速ベクトルを計測することである。ライダ装置100は、ライダ装置100から決められた位置関係にある空間での風速ベクトルを計測する風計測装置である。
Vx=(1/2)*(v2−v4)*sinθ
Vy=(1/2)*(v1−v3)*sinθ
Vz=(1/2)*v0+(1/8)*(V1+V2+V3+V4)*cosθ
T1:風速ベクトルを計測する周期。数秒程度。
T2:ワイパ動作の要否の判断で風速の計測実績を考慮する期間の長さ。T1が数個入る長さ。
N:T2中に入る風速の計測タイミングの数。N=[T2/T1]。[X]は、実数X以下の最大の整数。
T3:ワイパの動作完了後の決められた期間の長さ。T2程度とする。
C(n):計測タイミングnでの風速取得率。
C(n)=風速ベクトルが計測できた所望レンジ数/所望レンジ数。
Dn:直近の長さT2の期間内での風速取得率。
Dp:T2前より前の長さT2の期間での風速取得率。
γ:取得率変化割合。γ=Dn/Dp。T1周期で計算。
Hd:風速取得率Dnに対する閾値。例えば、0.1程度の小さな値とする。
Hr:取得率変化割合γに対する閾値。例えば、0.5程度の値とする。
TA:ワイパを動作させる通常時間。例えば、1秒程度とする。
TB:ワイパを動作させる短縮時間。TB<TA。例えば、0.5秒程度とする。
Jc:ワイパの動作種類を表す変数。動作なし、TA、TB、1往復のどれかである。
Jw:風向条件が充足するか否かを表現する変数。充足または非充足の値を取る。
Js:SN比低下条件が充足するか否かを表す変数。充足または非充足の値を取る。
ここで、所望レンジとは、全レンジの中で運用者が指定したレンジである。風向条件とSN比低下条件は、後で説明するが、降水か否か判断する条件の一部である。
Dn=ΣC(n)/N n=m, m-1,…,m-N+1のC(n)の平均をとる
Dp=ΣC(n)/N n=m-N, m-N-1,…,m-2N+1のC(n)の平均をとる
Dnは、直近の決められた第5の期間であるT3において所望レンジで計測される風速ベクトルの総数に対する計測できた風速ベクトルの個数の比率である。直近に計測されたC(m)は、1計測タイミングを含む期間を第五の期間とした場合の風速取得率である。
正常:Dn>Hdかつγ>Hrである状態。
悪化:Dn>Hdかつγ≦Hrである状態。
不能:Dn≦Hdである状態。
このように、風速ベクトルが計測できたか否かを表す計測成否の少なくとも一部に、風速取得率を使用している。
運転状態は、以下の6種類の状態を取る。
監視中:計測状態Kが正常である状態。
不能検出:監視中の状態で、K=不能を検出した状態。
悪化検出:監視中の状態で、K=悪化を検出した状態。
ワイパ動作中:ワイパが動作中である状態。
ワイパ動作後:直近のワイパ動作からT3経過までで、K=悪化または不能が継続している状態。
間欠:ワイパ動作からT3が経過しても、K=悪化または不能である状態。
Rn:現在の運転状態。
Rp:前回の運転状態。
Tw:直近のワイパ動作からの経過時間。
Ty:2回前のワイパ動作から直近(1回前)のワイパ動作までの経過時間。
W1:運転状態が間欠で、ワイパを動作させる周期。例えば、1分程度とする。
W2:ワイパ動作を通常時間TAまたは短縮時間TBかを決めるTwに対する閾値。例えば、2分程度とする。
W3:降水を判断するためのTwとTyに対する閾値。例えば、3分程度とする。
通常動作条件=(現在の運転状態が不能検出[Rn=不能検出])
または、
(現在の運転状態が悪化検出[Rn=悪化検出]、
かつ、前回のワイパ動作からW2経過後[Tw≧W2])
短縮時間動作条件=(現在の運転状態が悪化検出[Rn=悪化検出]、
かつ、前回のワイパ動作からW2経過前[Tw<W2])
ここで、短縮時間動作条件が充足するか否かを変数Jtで表現することにする。
間欠動作条件=(現在の運転状態が間欠であり[Rn=間欠]、
かつ、前回のワイパ動作からW1経過後[Tw≧W1])
降水判断条件=(現在の運転状態が悪化検出または不能検出
[Rn=悪化検出または不能検出]、
かつ
直近のワイパ動作からW3が経過していない
[Tw<W3]、
かつ
2回前から直近のワイパ動作の間隔がW3未満
[Ty<W3]
かつ
風向条件が充足であり[Jw=充足]、
かつ
SN比低下条件が充足である[Js=充足])
Sn0(j):直近の風速計測時のレンジ0でのビームjのSN比。
Sp0(j):直近のワイパ動作直後のレンジ0でのビームjのSN比。
E(j):Sn0(j)のSp0(j)からの減少量。E(j)=Sp0(j)−Sn0(j)。
Hs:降水を判断するためのE(j)に対する閾値。規定減衰量と呼ぶ。例えば、数dB程度とする。
Ws:E(j)≧Hsであるか否かを判断する上限の時間。例えば、30秒程度とする。
Ns:E(j)≧Hsであるビーム数。規定減衰量を超えてSN比が低下したビーム数。
Hn:Nsに対する閾値。例えば5ビームを使用する場合には、例えば3ビーム。
SN比低下条件=(直近のワイパ動作からWsが経過していない
[Tw<W3]、
かつ
(レンジ0でのSN比の低下量が規定減衰量以上
となるビームj[E(j)≧Hs]の数[Ns]が、
Hn以上である[Ns≧Hn]) )
V(j,k):ビームjでのレンジkで計測された視線速度。
Vz1(k):鉛直方向のビーム0から計測される鉛直風速。
Vz1(k)=V(0,k)。
Vz2(k):南北にθ傾いたビーム1、3から計測される鉛直風速。
Vz2(k)=(V(1,k)+V(3,k))*(1/2)*cosθ
Vz3(k):東西にθ傾いたビーム2、4から計測される鉛直風速。
Vz3(k)=(V(2,k)+V(4,k))*(1/2)*cosθ
直近のワイパ動作直後に計測された風速から計算した決められたレンジkのVz1(k)、Vz2(k)、Vz3(k)が、すべて上から吹き下ろす向き[すべての決められたレンジkに対して、Vz1(k)<0かつVz2(k)<0かつVz3(k)<0]である場合に、Jw=充足とする。そうでない場合は、Jw=非充足とする。ただし、ビーム方向の速度が計測できないビームが存在するレンジkは、風向条件の判断に使用しない。決められたレンジ(高度)は、風速ベクトルを計測するすべての高度としてもよいし、ある高度以下のレンジなどのように決めてもよい。
以上のことは、他の実施の形態にもあてはまる。
実施の形態1では、運転状態が監視中の状態は1個である。この実施の形態2は、ワイパ動作間隔条件が充足する可能性があるか否かで、運転状態が監視中の状態を複数の状態に分けて表現する。そして、ワイパ動作の要否および種類を判断する際に、複数の監視中の状態を使用する。実施の形態2では、降水判断条件の判断方法が異なるが、同じ状況であれば実施の形態1と同じようにワイパは動作する。ここで、Ws<W2<W3の関係が成立するとする。
監視中:K=正常であり、降水判断条件が充足する可能性が無く、Twを計測していないか、またはW3>Tw≧W2である状態。
監視中A:K=正常であり、降水判断条件が充足する可能性が無く、Tw<W2である状態。
監視中B:K=正常であり、ワイパ動作間隔条件および風向条件が充足され、SN比低下条件が充足される可能性が有り充足されていない状態。
監視中C:K=正常であり、ワイパ動作間隔条件、風向条件およびSN比低下条件が充足されている状態。
ここで、監視中または監視中Aまたは監視中Bまたは監視中Cのことを、監視中等と呼ぶ。
降水判断条件=((前回の運転状態Rpが監視中C[Rp=監視中C]、
または
(前回の運転状態Rpが監視中B[Rp=監視中B]、
かつ、SN比低下条件が充足[Js=充足]))
かつ
現在の運転状態Rnが悪化検出または不能検出
[Rn=悪化検出または不能検出])
前回の運転状態が監視中Bである場合は、SN比低下条件が充足するかどうかチェックし、充足する場合は降水と判断する。
Nw:W3以下の間隔で連続してワイパが動作する回数。
Hw:Nwに対する閾値。例えば、2回とする。
ワイパ動作間隔条件=(W3以下の間隔で連続してワイパが動作する
回数がHw以上[Nw≧Hw]、
かつ
直近のワイパ動作からW3が経過していない
[Tw<W3])
Nw<Hwである場合は、ワイパ動作間隔条件は充足する可能性がない。また、Nw≧Hwであっても、Tw≧W3になれば、ワイパ動作間隔条件が充足する可能性がなくなる。
実施の形態3は、降水判断条件で風向条件を考慮しないように実施の形態1を変更した場合である。さらに、降水ではない場合を降水と判断する場合に対応するため、降水と判断して洗浄液なしでワイパ動作をさせて風速取得率またはSN比が改善しない場合は、洗浄液ありでワイパを動作させる。なお、実施の形態2のように、降水判断条件を判断してもよい。
降水判断条件=(現在の運転状態が悪化検出または不能検出
[Rn=悪化検出または不能検出]、
かつ
直近のワイパ動作からW3が経過していない
[Tw<W3]、
かつ
2回前から直近のワイパ動作の間隔がW3未満
[Ty<W3]
かつ
SN比低下条件が充足である[Js=充足])
監視中:計測状態Kが正常である状態。
不能検出:監視中の状態で、K=不能を検出した状態。または、1往復のワイパ動作からT3が経過して、K=不能である状態。
悪化検出:監視中の状態で、K=悪化を検出した状態。または、1往復のワイパ動作からT3が経過して、K=悪化である状態。
ワイパ動作中:ワイパが動作中である状態。
ワイパ動作後:直近のワイパ動作からT3経過までで、K=悪化または不能が継続している状態。
間欠:1往復でないワイパ動作からT3が経過しても、K=悪化または不能である状態。
以上のことは、他の実施の形態にもあてはまる。
実施の形態4は、計測状態を受信信号のSN比で判断するように、実施の形態1を変更した場合である。図21は、この発明の実施の形態4に係るライダ装置の機能構成を説明する機能ブロック図である。実施の形態1の場合の図5と異なる点だけを説明する。
1 光発振装置
2 光カプラ
3 光変調器
4 光サーキュレータ
5 光送受信部
6 合波カプラ
7 光受信器
8 A/D変換器
9 信号処理装置(風速計測部、信号対雑音比計算部、信号処理部)
10 長期記憶装置(風速記憶部)
11 表示装置
12、12B、12C 制御装置
20 光学筐体
21 光学装置
22 CPU
23 揮発性メモリ
24 不揮発性メモリ
25 回路基板
26 ハードディスク
27 風計測制御部
28、28A、28B、28C ワイパ動作制御部
29、29A、29B、29C 降水判断部
30 異物検出部
31 風計測実績
32 ワイパ動作実績
33 SN比データ
34 計測成否データ
35 風速データ
40 ビーム0の方向を表すベクトル
41 ビーム1の方向を表すベクトル
42 ビーム2の方向を表すベクトル
43 ビーム3の方向を表すベクトル
44 ビーム4の方向を表すベクトル
50 筐体
51 光透過窓
52 ワイパ
53 回転軸
54 駆動機構
55 ブレード
56 フレーム
57 洗浄液配管(洗浄液供給部)
58 洗浄液供給穴(洗浄液供給部)
60 洗浄液タンク(洗浄液供給部)
61 ポンプ(洗浄液供給部)
62 洗浄液供給管(洗浄液供給部)
63 洗浄液入口(洗浄液供給部)
Claims (10)
- レーザ光を空間に放射し、前記レーザ光が前記空間で反射された反射光を処理する光学装置と、
前記光学装置を収納する筐体と、
前記筐体に設けられて前記レーザ光および前記反射光を透過させる光透過窓と、
前記光透過窓の外面に存在する異物を除去するワイパと、
前記光透過窓の外面に洗浄液を供給する洗浄液供給部と、
前記反射光を用いて光電変換して得られる受信信号から前記空間での風速ベクトルを計測する風速計測部と、
前記風速計測部で前記風速ベクトルが計測できたか否かを表す指標である計測成否および計測した前記風速ベクトルを記憶する風速記憶部と、
前記受信信号の信号対雑音比を計算する信号対雑音比計算部と、
前記計測成否および前記信号対雑音比の少なくとも一つから、前記レーザ光および前記反射光が前記光透過窓を透過することを妨げる前記異物が前記光透過窓の外面に存在することを検出する異物検出部と、
前記異物に含まれる降水が前記光透過窓の外面に存在するか否かを、前記異物検出部が前記異物を検出する場合に、直近の前記ワイパの動作からの経過時間に基づき判断し、前記異物検出部が前記異物を検出しない場合に前記降水が存在しないと判断する降水判断部と、
前記降水が存在すると前記降水判断部が判断する場合に、前記洗浄液供給部を動作させることなく前記ワイパを動作させ、前記降水が存在すると前記降水判断部が判断しておらず、かつ前記異物が存在することを前記異物検出部が検出した場合に、前記洗浄液供給部および前記ワイパを動作させるワイパ動作制御部とを備えた風計測装置。 - 前記洗浄液供給部を動作させることなく前記ワイパを動作させた後に前記計測成否および前記信号対雑音比の少なくとも一つが決められた改善後閾値以上にならない場合に、前記ワイパ動作制御部が前記洗浄液供給部および前記ワイパを動作させる、請求項1に記載の風計測装置。
- 前記ワイパが動作した後に改善した前記計測成否および前記信号対雑音比の少なくとも一つが前記ワイパの動作から決められた第2の期間内に決められた低下閾値未満に低下することを検出することが、決められた回数以上であるワイパ動作間隔条件が充足する場合に、前記降水判断部が前記光透過窓の外面に前記降水が存在すると判断する、請求項1または請求項2に記載の風計測装置。
- 前記ワイパ動作間隔条件が充足することに加えて、前記光透過窓のそれぞれ異なる複数の箇所をそれぞれ透過する複数の前記反射光からそれぞれ得られる複数の前記受信信号の中で、決められた個数以上の前記受信信号の前記信号対雑音比が直近の前記ワイパが動作した後に改善し、前記ワイパの動作から決められた第3の期間内に規定減衰量を超えて低下していることを検出する信号対雑音比低下条件が充足する場合に、前記降水判断部が前記光透過窓の外面に前記降水が存在すると判断する、請求項3に記載の風計測装置。
- 前記光学装置からの距離により区分した前記空間である複数の区分空間に対応するように前記受信信号を区分した区分受信信号の中の決められた前記区分受信信号を対象として前記信号対雑音比低下条件が充足する場合に、前記降水判断部が前記光透過窓の外面に前記降水が存在すると判断する、請求項4に記載の風計測装置。
- 前記光学装置に最も近い前記区分受信信号を対象として前記信号対雑音比低下条件が充足する場合に、前記降水判断部が前記光透過窓の外面に前記降水が存在すると判断する、請求項5に記載の風計測装置。
- 前記ワイパ動作間隔条件が充足することに加えて、直近の前記ワイパが動作した後の第4の期間に前記風速計測部が計測した前記風速ベクトルの鉛直方向の成分が、吹き下ろす向きを負として決められた風速閾値以下である風向条件が充足する場合に、前記降水判断部が前記光透過窓の外面に前記降水が存在すると判断する、請求項3から請求項6の何れか1項に記載の風計測装置。
- 直近の前記ワイパが動作した後の最初の前記風速計測部が計測した前記風速ベクトルの鉛直方向の成分を対象として前記風向条件が充足する場合に、前記降水判断部が前記光透過窓の外面に前記降水が存在すると判断する、請求項7に記載の風計測装置。
- 前記光学装置からの距離により区分した前記空間である複数の区分空間ごとに前記風速計測部が前記風速ベクトルを算出し、
決められた前記区分空間で直近の決められた第5の期間に計測される前記風速ベクトルの総数に対する、決められた前記区分空間で前記第5の期間に計測が成功した前記風速ベクトルの個数の比率である風速取得率を前記計測成否の少なくとも一部として使用する、請求項1から請求項8の何れか1項に記載の風計測装置。 - レーザ光を空間に放射し、前記レーザ光が前記空間で反射された反射光を処理する光学装置と、
前記光学装置を収納する筐体と、
前記筐体に設けられて前記レーザ光および前記反射光を透過させる光透過窓と、
前記光透過窓の外面に存在する異物を除去するワイパと、
前記光透過窓の外面に洗浄液を供給する洗浄液供給部と、
前記反射光を用いて光電変換して得られる受信信号を処理する信号処理部と、
前記受信信号の信号対雑音比を計算する信号対雑音比計算部と、
前記信号対雑音比から、前記レーザ光および前記反射光が前記光透過窓を透過することを妨げる前記異物が前記光透過窓の外面に存在することを検出する異物検出部と、
前記異物に含まれる降水が前記光透過窓の外面に存在するか否かを、前記異物検出部が前記異物を検出する場合に、直近の前記ワイパの動作からの経過時間に基づき判断し、前記異物検出部が前記異物を検出しない場合に前記降水が存在しないと判断する降水判断部と、
前記降水が存在すると前記降水判断部が判断する場合に、前記洗浄液供給部を動作させることなく前記ワイパを動作させ、前記降水が存在すると前記降水判断部が判断しておらず、かつ前記異物が存在することを前記異物検出部が検出した場合に、前記洗浄液供給部および前記ワイパを動作させるワイパ動作制御部とを備えたライダ装置。
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