JP7164613B2 - 風計測ライダ装置 - Google Patents

Description

本開示は、大気中の風速を計測する風計測ライダ装置に関する。

従来から、風を計測する風計測ライダ(LIght Detection And Ranging:Lidar)装置が知られている（例えば、特許文献１、２および非特許文献１参照）。風計測ライダ装置は、レーザ光を大気中に送信し、大気中のエアロゾルで散乱されて戻って来た光を受信した受信光をコヒーレント検波して受信信号を生成する。受信信号のスペクトルを分析し、送信光と受信光の間のドップラー周波数偏移を求める。ドップラー周波数偏移は、エアロゾルの移動速度（風速）のレーザ光の送信方向における成分（視線方向成分）であるドップラー風速（視線方向風速）を表す。風計測ライダ装置は、このようにしてドップラー風速を計測する。

風計測ライダ装置では、大気条件の変化により計測可能な距離が増減する。例えば、大気中のエアロゾルが少ない場合は、散乱されてライダ装置が受信する光のパワーが低減し、受信信号のＳＮ比（信号対雑音比）が低下する。受信信号のＳＮ比の低下に伴って、ライダ装置の計測可能な距離が低下する。特許文献１では、受信信号を分析し、分析結果に基づいて風計測ライダ装置を制御する。特許文献１では、受信信号のスペクトル積算回数が可変であり、受信信号のＳＮ比に基づき受信信号のスペクトル積算回数が増減する。

風車のナセルに搭載されて、風車に来る風の速度を計測する風計測ライダ装置では、風車のブレードに送信光または受信光が遮蔽されて有効なスペクトルが得られない期間が発生する。受信信号の波形からブレードによる遮蔽の有無を判断し、遮蔽されている場合はスペクトルを積算しない風計測ライダ装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

ＥＰ２８８４３０６Ｂ１ ＥＰ１５８９６７８Ｂ１ 国際公開２０１７/１３０３１５

T. Ando et al., "All-fiber coherent Doppler technologies at Mitsubishi Electric Corporation," IOP Conference Series: Earth and Environmental Science, Volume 1, 2008. D. Schlipf et al., "Field Testing of Feedforward Collective Pitch Control on the CART2 Using a Nacelle-Based Lidar Scanner," Journal of Physics Science Series 555, 012090, 2014. IEC 61400-12-1, Edition 2.0, 2017.

特許文献１で示された制御方法には、複数方向で複数距離の風速を計測する場合に、課題がある。遠距離の風速を計測するには受信信号のスペクトルの積算回数を多くする必要があり、近距離の風速の計測レートが低下する。近距離で計測に必要なＳＮ比が得られた時点で風速を計測する方向を切り替えると、遠距離では異なる方向でのスペクトルが積算されることになり、遠距離での風速の計測精度が低下する。
本開示は、近距離の風速の計測レートを低下させることなく、複数のビーム方向において遠距離の風速を従来よりも高精度に算出することを目的とする。

本開示に係る風計測ライダ装置は、連続波であるレーザ光を出力する光源と、光源が出力するレーザ光を送信光とローカル光に分配する光分配器と、送信光をパルス変調するパルス変調器と、パルス変調された送信光を複数の異なるビーム方向で大気中に送信し、大気と共に移動する粒子で送信光が反射された反射光をビーム方向から受信する送受光学系と、１個のビーム方向で決められた最小パルス数以上のパルスが発生する時間であるビーム選択時間が経過すると別のビーム方向に切り替えるビーム切替部と、パルスごとに得られる反射光とローカル光を合波して検波し、光電変換して受信信号を生成する受信検波部と、送受光学系からの距離に対応させて区分された複数の時間区間に受信信号を分割して分割受信信号を生成する受信信号分割部と、分割受信信号をフーリエ変換してスペクトルを算出するスペクトル算出部と、ビーム方向および時間区間の組合せである風速計測区間ごとに１個の、複数の分割受信信号のスペクトルを積算した積算スペクトルを保存する積算スペクトル保存部と、同じビーム方向で連続して送信された複数のパルスで得られる複数の受信信号をそれぞれ分割した複数の分割受信信号からそれぞれ算出された複数のスペクトルを風速計測区間ごとに積算した積算スペクトルである第１積算スペクトル、および、第１積算スペクトルと積算スペクトル保存部に保存された積算スペクトルである保存積算スペクトルとを風速計測区間ごとに積算した積算スペクトルである第２積算スペクトルを生成するスペクトル積算部と、風速計測区間ごとに、積算スペクトルのＳＮ比を算出するスペクトルＳＮ比算出部と、ＳＮ比が第１閾値以上である第１積算スペクトルまたは第２積算スペクトルから風速計測区間の風速を算出し、ＳＮ比が第１閾値未満である第１積算スペクトルから風速計測区間の風速を算出せず、ＳＮ比が第１閾値未満である第２積算スペクトルから風速計測区間の風速を算出しない風速算出部と、風速を算出した風速計測区間について積算スペクトル保存部に保存された積算スペクトルを初期化し、第１閾値と比較された積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値未満である風速計測区間で、決められた条件が満足する場合に第１積算スペクトルまたは第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部に保存する、保存積算スペクトル修正部とを備えたものである。
また、連続波であるレーザ光を出力する光源と、光源が出力するレーザ光を送信光とローカル光に分配する光分配器と、送信光をパルス変調するパルス変調器と、パルス変調された送信光を複数の異なるビーム方向で大気中に送信し、大気と共に移動する粒子で送信光が反射された反射光をビーム方向から受信する送受光学系と、１個のビーム方向で決められた最小パルス数以上のパルスが発生する時間であるビーム選択時間が経過すると別のビーム方向に切り替えるビーム切替部と、パルスごとに得られる反射光とローカル光を合波して検波し、光電変換して受信信号を生成する受信検波部と、送受光学系からの距離に対応させて区分された複数の時間区間に受信信号を分割して分割受信信号を生成する受信信号分割部と、分割受信信号をフーリエ変換してスペクトルを算出するスペクトル算出部と、ビーム方向および時間区間の組合せである風速計測区間ごとに１個の、複数の分割受信信号のスペクトルを積算した積算スペクトルを保存する積算スペクトル保存部と、同じビーム方向で連続して送信された複数のパルスで得られる複数の受信信号をそれぞれ分割した複数の分割受信信号からそれぞれ算出された複数のスペクトルおよび積算スペクトル保存部に保存された積算スペクトルである保存積算スペクトルを風速計測区間ごとに積算した積算スペクトルである第２積算スペクトルを生成するスペクトル積算部と、風速計測区間ごとに、積算スペクトルのＳＮ比を算出するスペクトルＳＮ比算出部と、ＳＮ比が第１閾値以上である第２積算スペクトルから風速計測区間の風速を算出し、ＳＮ比が第１閾値未満である第２積算スペクトルから風速計測区間の風速を算出しない風速算出部と、風速を算出した風速計測区間について積算スペクトル保存部に保存された積算スペクトルを初期化し、第１閾値と比較された積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値未満である風速計測区間で、決められた条件が満足する場合に第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部に保存する、保存積算スペクトル修正部とを備えたものである。

本開示によれば、近距離の風速の計測レートを低下させることなく、複数のビーム方向において遠距離の風速を従来よりも高精度に算出することができる。

実施の形態１に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。 風計測ライダ装置を風車に搭載し、レーザ光を複数のビーム方向に送受信して風車の前方の風速を計測する際の模式図である。 実施の形態１に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態１に係る風計測ライダ装置の光送受信動作を説明するフローチャートである。 実施の形態１に係る風計測ライダ装置の変形例の構成を説明する模式図である。 実施の形態２に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。 実施の形態３に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。 実施の形態４に係る風計測ライダ装置において風速を計測する距離を示す模式図である。 実施の形態４に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。 実施の形態５に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。 実施の形態５に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。 風計測ライダ装置の動作を評価するために使用するパラメータの第１積算スペクトルの積算時間Ｔcに対する変化を表すグラフである。 実施の形態５に係る風計測ライダ装置の動作を評価するために使用する非遮蔽率ｘ₂、ｘ₃およびｘ₄の確率分布関数および累積分布関数を表すグラフである。 実施の形態５に係る風計測ライダ装置において第１積算スペクトルの生成回数に関する確率の第１積算スペクトルの生成回数に対する変化を表すグラフである。 実施の形態５に係る風計測ライダ装置において第１積算スペクトルの生成回数に関する確率の第１積算スペクトルの積算時間Ｔcに対する変化を表すグラフである。 実施の形態５および実施の形態１に係る風計測ライダ装置において風速を算出できない確率の第１積算スペクトルの生成回数に対する変化を表すグラフである。 実施の形態６に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。 実施の形態６に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態６に係る風計測ライダ装置において第１積算スペクトルの生成回数に関する確率の第１積算スペクトルの生成回数に対する変化を表すグラフである。 実施の形態６に係る風計測ライダ装置において第１積算スペクトルの生成回数に関する確率の第１積算スペクトルの積算時間Ｔcに対する変化を表すグラフである。 実施の形態６および実施の形態５に係る風計測ライダ装置において第１積算スペクトルの生成回数に関する確率の第１積算スペクトルの積算時間Ｔcに対する変化を表すグラフである。 実施の形態６および実施の形態１の第２変形例に係る風計測ライダ装置において風速を算出できない確率の第１積算スペクトルの生成回数に対する変化を表すグラフである。 実施の形態６、実施の形態５、実施の形態１および実施の形態１の第２変形例に係る風計測ライダ装置において未算出確率の第１積算スペクトルの積算時間Ｔcに対する変化を表すグラフである。 実施の形態７に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。 実施の形態７に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態８に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。 実施の形態８に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態９に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。 実施の形態９に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態１０に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。 実施の形態１０に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。 実施の形態１０に係る風計測ライダ装置において風速の計算に使用する積算スペクトルのＳＮ比が改善する確率および第１積算スペクトルの生成回数に関する確率の第１積算スペクトルの生成回数に対する変化を表すグラフである。 実施の形態１０に係る風計測ライダ装置において風速の計算に使用する積算スペクトルのＳＮ比が改善する確率および第１積算スペクトルの生成回数に関する確率の第１積算スペクトルの積算時間Ｔcに対する変化を表すグラフである。 実施の形態１１に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。 実施の形態１１に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。

実施の形態１．
実施の形態１に係る風計測ライダ装置の構成を説明する。図１は、実施の形態１に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。風計測ライダ装置１は、風車２（図２に図示）の正面方向の前方の風の風速を計測する。風計測ライダ装置１は、光源３、光分配器４、パルス変調器５、光増幅器６、光サーキュレータ７、光スイッチ８、送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ、光合波器１０、光受信機１１、信号処理部１２、制御部１３を主に有して構成される。

風計測ライダ装置１は、４個の送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄを有する。送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄのそれぞれは、風車２の正面方向に対して決められたビーム方向で送受信する。送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄのそれぞれは、決められたビーム方向に大気中にパルス変調された送信光を放射し、大気中のエアロゾルで反射された反射光をビーム方向で受信する。エアロゾルとは、大気と共に移動する粒子である。送受光学系の個数は、２個、３個あるいは５個以上でもよい。送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄのそれぞれは、異なるビーム方向でレーザ光を送受信する。

光源３は、単一周波数からなる連続波であるレーザ光を発振して出力する。光分配器４は、光源３が出力するレーザ光を送信光とローカル光とに２分配する。パルス変調器５は、光分配器４から入力される送信光に対して変調（パルス変調）をかけると共に、決められた周波数シフトを与える。パルス変調器５は、後述するコヒーレント検波における中間周波数のレーザ光を生成する。このような機能を持つパルス変調器５の一例としては、Acousto-Optic Frequency Shifterが存在する。光増幅器６は、パルス変調された送信光を増幅する。光サーキュレータ７は、光増幅器６から入力されるレーザ光を光スイッチ８に出力し、光スイッチ８から入力されるレーザ光を光合波器１０に出力する。なお、光増幅器６は、増幅しない場合に風速を計測できる距離より遠い地点の風速を計測する場合に必要である。光増幅器６で送信光を増幅しなくても計測すべき距離までを計測できる場合には、風計測ライダ装置１が光増幅器６を備えない場合がある。

光スイッチ８は、４個の送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの何れかを選択して送信光を切り替えて出力する。光スイッチ８は、送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄが受信する反射光を切り替えて光サーキュレータ７に出力する。光スイッチ８は、例えば送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの順に選択することで、例えば図２に示すＢｅａｍ１→Ｂｅａｍ２→Ｂｅａｍ３→Ｂｅａｍ４のビーム方向で順にレーザ光を送受信する。各ビーム方向でレーザ光を送受信する順番は、常に同じでなくてもよい。

光合波器１０は、ローカル光と受信光（反射光）を合波する。光受信機１１は、光合波器１０で合波されたレーザ光をコヒーレント検波する。光受信機１１により検波され光電変換された信号は、受信信号として信号処理部１２に送られる。信号処理部１２は、受信信号から距離ごとにドップラー風速を算出する。制御部１３は、各構成要素を制御する。

光合波器１０および光受信機１１は、パルスごとに得られる反射光とローカル光を合波して検波し、光電変換して受信信号を生成する受信検波部を構成する。

信号処理部１２は、時間ゲーティング部１２ａ、スペクトル算出部１２ｂ、第１スペクトル積算部１２ｃ、積算スペクトル保存部１２ｄ、第２スペクトル積算部１２ｅ、ＳＮ比算出部１２ｆ、ＳＮ比判定部１２ｇ、ドップラー風速算出部１２ｈおよび保存積算スペクトル修正部１２ｊを有する。

時間ゲーティング部１２ａは、光受信機１１から入力される受信信号を時間ゲートで区切った受信信号に分割する。時間ゲートとは、受信信号を区切る時間の区切りである。時間ゲーティング部１２ａは、制御部１３から入力されるトリガ信号にしたがい時間ゲートのタイミングを決める。トリガ信号は、送信光の送信開始のタイミングなどの基準となる事象が発生するタイミングで発生する。時間ゲートは、送信光が送信されてからの経過時間で受信信号を区切る。そのため、時間ゲートで区切られた受信信号は、風計測ライダ装置１からの距離に応じて区切られることになる。時間ゲートで区切られた時間の区間を時間区間と呼ぶ。時間区間は、風計測ライダ装置１（厳密には送受光学系）からの距離を意図通りに区分できるように区分される。区分した距離範囲のそれぞれを計測距離レンジと呼ぶ。複数の時間区間に分割された受信信号を、分割受信信号と呼ぶ。１個の分割受信信号が、１個の計測距離レンジに対応する。時間ゲーティング部１２ａは、分割受信信号を生成する受信信号分割部である。

スペクトル算出部１２ｂは、時間ゲートにより区切られた受信信号（分割受信信号）のそれぞれをフーリエ変換して各距離の分割受信信号のスペクトルを算出する。第１スペクトル積算部１２ｃは、送信光のパルスを送信して得られる受信信号ごとにかつ時間区間ごとに、スペクトル算出部１２ｂが求めたスペクトルを積算する。第１スペクトル積算部１２ｃが積算したスペクトルを第１積算スペクトルと呼ぶ。

積算スペクトル保存部１２ｄは、同一のビーム方向に複数回のパルスを送信することを０回以上繰り返して積算されたスペクトルを保存する。積算スペクトル保存部１２ｄは、各ビーム方向および各距離に関するスペクトルデータ（計測距離レンジ数：Ａ、ビーム数：Ｂの場合でＡ×Ｂ個のスペクトルデータ）を保存する機能を有している。つまり、積算スペクトル保存部１２ｄには、各ビーム方向、各距離に関するスペクトルデータが、１個ずつだけ保存されている。なお、積算スペクトル保存部１２ｄに保存されているスペクトルデータは、複数のスペクトルを積算した積算スペクトルのデータである。

積算スペクトル保存部１２ｄでは、ビーム方向および時間区間の組み合わせである風速計測区間ごとに、複数の分割受信信号のスペクトルを積算した積算スペクトルを保存する。また、第１スペクトル積算部１２ｃは、複数のスペクトルを風速計測区間ごとに積算して第１積算スペクトルを生成する。第１積算スペクトルは、風速計測区間ごとに複数のスペクトルを積算した積算スペクトルである。複数のスペクトルのそれぞれは、風速計測区間で決まるビーム方向および時間区間の複数の分割受信信号のそれぞれをフーリエ変換して得られる。複数の分割受信信号のそれぞれは、そのビーム方向に連続して送信された複数のパルスで得られる複数の受信信号を分割した分割受信信号である。

第２スペクトル積算部１２ｅは、積算スペクトル保存部１２ｄに保存されたスペクトルも含めてスペクトルを積算する。第２スペクトル積算部１２ｅは、第１積算スペクトルおよび積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルを積算する。積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルを、保存積算スペクトルと呼ぶ。第２スペクトル積算部１２ｅが積算したスペクトルを、第２積算スペクトルと呼ぶ。第２積算スペクトルは、風速計測区間ごとに複数のスペクトルを積算した積算スペクトルである。第２積算スペクトルは、保存積算スペクトルおよび第１積算スペクトルを積算した積算スペクトルである。

ＳＮ比算出部１２ｆは、第２スペクトル積算部１２ｅが積算した第２積算スペクトルのＳＮ比を算出する。ＳＮ比判定部１２ｇは、第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上であるかどうかを判定する。ドップラー風速算出部１２ｈは、積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合に、積算スペクトルからドップラー周波数偏移およびドップラー風速（風速と略す）を算出する風速算出部である。

図１において、光学機器の間は光ファイバで接続される。光源３と光分配器４の間、光分配器４とパルス変調器５および光合波器９との間、パルス変調器５と光増幅器６の間、光増幅器６と光サーキュレータ７の間、光サーキュレータ７と光スイッチ８の間、光スイッチ８と４個の送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの間、光サーキュレータ７と光合波器１０との間、光合波器１０と光受信機１１との間は、すべて光ファイバにより接続される。図１に示す風計測ライダ装置は、いわゆる光ファイバ型の回路構成を有する風計測ライダ装置であるが、特にこの構成である必要はない。

図１において、装置の間には電気信号線が設けられる。光受信機１１と時間ゲーティング部１２ａとの間、制御部１３とパルス変調器５との間、制御部１３と光スイッチ８の間、制御部１３と時間ゲーティング部１２ａとの間、制御部１３と積算スペクトル保存部１２ｄとの間、制御部１３とＳＮ比判定部１２ｆの間、制御部１３と保存積算スペクトル修正部１２ｊとの間は、各々電気信号線により接続されている。光スイッチ８は、制御部１３からのビーム選択信号に基づき、送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの何れかに送信光を出力する。また、光スイッチ８は、制御部１３からのビーム選択信号に基づき、送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの何れかから反射光を受信する。

制御部１３は、ビーム選択信号を光スイッチ８に送る。ビーム選択信号は、ビーム方向を別のビーム方向に切り替える信号である。１個のビーム方向で決められた最小パルス数以上のパルスが発生する時間であるビーム選択時間が経過すると、ビーム選択信号が光スイッチ８に送られる。光スイッチ８、送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄおよび制御部１３は、ビーム方向を切り替えるビーム切替部を構成する。

図１に示す風計測ライダ装置１が風速を計測する原理は、いわゆるコヒーレント方式である。コヒーレント方式の風計測ライダ装置は、非特許文献１に示されている。

風計測ライダ装置１の動作を説明する。ここでは、風計測ライダ装置１が、図２に示すように風車２のナセルに搭載されている場合を例として説明する。風計測ライダ装置１は、風車２のナセルに搭載される。風計測ライダ装置１は、風車２の正面方向の前方での風速を計測して到来風速（流入風速）を予測する。到来風は、風車２に正面方向の前方から到来し、風車２を回転させる風である。到来風速は、到来風の風速である。予測した到来風速に基づき、風車２の発電量を最大化、ないしは風車２への荷重負荷を最小化するように、風車２は制御される。図２に示す例では、風計測ライダ装置１から送受信されるレーザ光のビームの数は、Ｂｅａｍ１、Ｂｅａｍ２、Ｂｅａｍ３、Ｂｅａｍ４の４個である。各々のビームは、風車の正面方向に対してθ１、θ２、θ３、θ４の角度をなしている。これらのビームは、各々異なる互いに離れた方向に送受信される。さらに、例えば、Ｂｅａｍ１、Ｂｅａｍ２、Ｂｅａｍ３、Ｂｅａｍ４という順のように、時系列的に切り替えて送受信されて、複数のビーム方向かつ複数の距離での風速が計測される。このように計測された４方向での風速に基づき、風車２への到来風速が予測される。ここで、送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄから送受信されるレーザ光のビームが、それぞれ図２に示すＢｅａｍ１、Ｂｅａｍ２、Ｂｅａｍ３、Ｂｅａｍ４であるとする。各ビームでは、近距離ｄ１と遠距離ｄ２の２点で風速を計測する。

パルス状の送信光が大気中に送信されると、風計測ライダ装置１（厳密には光送受光学系９）からの異なる距離に存在するエアロゾルで送信光が反射されて反射光となる。反射光は、送信光よりも時間的に長くなる。近距離ｄ１で反射された反射光は、遠距離ｄ２で反射された反射光よりも早く光送受光学系９で受信される。つまり、送信光が送信されてから光送受光学系９で反射光を受信するまでの時間は、光送受光学系９から反射する位置までの距離に比例する。反射光から生成される受信信号を時間で区切ると、光送受光学系９から反射する位置までの距離に応じて受信信号を区切ることになる。

図３を参照して、風計測ライダ装置１の動作を説明する。図３は、風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。最初に、制御部１３から保存積算スペクトル修正部１２ｊに初期化信号を送る。保存積算スペクトル修正部１２ｊは、積算スペクトル保存部１２ｄに保存されている各ビーム方向および各距離に関するスペクトルデータをゼロに初期化する（ステップＳ０）。

次に、制御部１３から光スイッチ８および第２スペクトル積算部１０ｅに、ビーム選択信号を送る。光スイッチ８は、レーザ光を送受するビーム方向に対応する送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの内の１個を選択する（ステップＳ１）。

次に、制御部１３からパルス変調器５に対し、パルス変調信号を送るとともに、この信号に同期したトリガ信号を時間ゲーティング部１２ａに送る（ステップＳ２）。

このような動作を行っている状態で、次に示す光送受信動作（ステップＳ３）を実行する。光送受信動作により生成した受信信号は、信号処理部１２の時間ゲーティング部１２ａに送られる。光送受信動作について、図４を参照して説明する。図４は、風計測ライダ装置の光送受信動作を説明するフローチャートである。

まず、光源３からの連続波であるレーザ光を光分配器４によりローカル光と送信光に分配する。ローカル光を光合波器１０に送るとともに、送信光をパルス変調器５に送る（ステップＳ３Ａ）。パルス変調器５は、送信光をパルス変調するとともに、周波数シフトを与え、コヒーレント検波における中間周波数のレーザ光を生成する（ステップＳ３Ｂ）。パルス変調された送信光を、光増幅器６により増幅する（ステップＳ３Ｃ）。増幅された送信光は、制御部１３からの制御信号により光スイッチ８が選択している送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの内の１個の送受光学系９から大気中に送信される（ステップＳ３Ｄ）。なお、送信光は、光源３、光分配器４、パルス変調器５、光増幅器６、光サーキュレータ７、光スイッチ８、送受光学系９という経路で、大気中に送信される。

送信光は、大気中の各距離においてエアロゾルにより風速に応じたドップラー周波数偏移を伴って散乱（反射）される。散乱（反射）されたレーザ光は、送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの内の選択された１個の送受光学系９で受信される（ステップＳ３Ｅ）。選択されている送受光学系９で受信された受信光（反射光）は、光スイッチ８、光サーキュレータ７を介し光合波器１０に送られる（ステップＳ３Ｆ）。光合波器１０では、ローカル光と受信光（反射光）が合波される。合波された反射光は、光受信機１１によりコヒーレント検波される（ステップＳ３Ｇ）。検波により生成される電気信号である受信信号は、信号処理部１２中の時間ゲーティング部１２ａに送られる（ステップＳ３Ｈ）。

信号処理部１２では、制御部１３から時間ゲーティング部１２ａへのトリガ信号に同期してＡ／Ｄ変換を行い、受信信号をデジタル信号に変換する。時間ゲーティング部１２ａが、デジタル信号である受信信号を各距離（計測距離レンジ）に相当する時間軸上の位置に対応する時間ゲートで区切る（ステップＳ４）。計測距離レンジは、時間区間に対応する。計測距離レンジを、距離レンジとも呼ぶ。

次に、スペクトル算出部１２ｂが、時間ゲートで区切った各受信信号である複数の分割受信信号のそれぞれをフーリエ変換して各距離に対応する分割受信信号のスペクトルを算出する（ステップＳ５）。

第１スペクトル積算部１２ｃが、スペクトル算出部１２ｂが算出したスペクトルを計測距離レンジごとに積算する（ステップＳ６）。選択しているビーム方向で、決められた回数のスペクトルを算出したかチェックする（ステップＳ７）。決められた回数のスペクトルを算出していない（Ｓ７でＮＯ）場合は、Ｓ３に戻る。

決められた回数のスペクトルを算出している（Ｓ７でＹＥＳ）場合は、第１スペクトル積算部１２ｃが積算した第１積算スペクトルを、第２スペクトル積算部１２ｅに送る。送った後に第１スペクトル積算部１２ｃに残っている積算スペクトルをゼロに初期化する（ステップＳ８）。なお、Ｓ８の動作においては、積算スペクトル保存部１２ｄに保存されているデータは変化しない。

ビーム方向でスペクトルを算出した回数ではなく、１個のビーム方向に対応する送受光学系９を選択している時間であるビーム選択時間が経過した場合に、第１スペクトル積算部１２ｃによる第１積算スペクトルの積算を終了し、第２スペクトル積算部１２ｅによるスペクトルの積算を実施してもよい。ビーム選択時間は、決められた最小パルス数以上のパルスが発生する時間である。最小パルス数は、すべてのビーム方向で少なくとも最も近い距離に対応する風速計測区間で積算された積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上になるように決められている。

あるビーム方向を選択しているビーム選択時間、および、あるビーム方向で発生するパルス数（発生パルス数）は、常に一定でなくてもよい。最小パルス数以上のパルスを発生させるように、ビーム選択時間または発生パルス数に対する下限値を決めておけばよい。ビーム選択時間は、上限値を決めて上限値以下になるように変化させてもよい。ビーム選択時間の上限値は、最も近い距離の風速を計測する最長周期以下に決めておけばよい。最長周期は、近距離での風速の更新レートに応じて決めておけばよい。

次に、第２スペクトル積算部１２ｅが、各距離、各ビーム方向に関し積算スペクトル保存部１２ｄに保存されている積算スペクトルの中から、選択されているビーム方向および距離に該当する保存積算スペクトルを読み出す。そして、第２スペクトル積算部１２ｅにおいて、積算スペクトル保存部１２ｄから読み出した積算スペクトルとＳ８で第１スペクトル積算部１２ｃが積算した積算スペクトルとを、各距離に関しさらに積算する（ステップＳ９）。なお、Ｓ９で生成される積算スペクトルは、第２積算スペクトルである。

次に、ＳＮ比算出部１２ｆが、Ｓ９で得られた積算スペクトルのピークと雑音レベルとから、各距離の積算スペクトルのＳＮ比を算出する（ステップＳ１０）。

次に、ＳＮ比判定部１２ｇが、Ｓ１０で算出した各距離の積算スペクトルのＳＮ比と予め定めた第１閾値を、距離ごとに比較する（ステップＳ１１）。

積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上となる距離（Ｓ１１でＹＥＳ）に関しては、ステップＳ１２で、ドップラー風速算出部１２ｈが、Ｓ９で得られたスペクトルのピーク周波数からドップラー周波数偏移を、さらには、このドップラー周波数偏移から決められた計算式でドップラー風速（風速）を求める。さらに、制御部１３が保存積算スペクトル修正部１２ｊに初期化信号を送る。保存積算スペクトル修正部１２ｊは、積算スペクトル保存部１２ｄに保存している、風速を算出した該当ビーム方向および該当距離（風速計測区間）に関するスペクトルデータの値を初期化（ゼロにリセット）する。風計測ライダ装置１では、各風速計測区間で、第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合に、第２積算スペクトルから風速を算出する。

積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない距離（Ｓ１１でＮＯ）に関しては、制御部１３が保存積算スペクトル修正部１２ｊに更新信号を送る。更新信号を受信した保存積算スペクトル修正部１２ｊが、Ｓ９で第２スペクトル積算部１２ｅが積算したスペクトルデータを、該当風速計算区間の積算スペクトルとして、積算スペクトル保存部１２ｄに上書き保存する（ステップＳ１３）。つまり、ドップラー風速算出部１２ｈがドップラー風速を算出しない場合に、保存積算スペクトル修正部１２ｊが第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存する。

制御部１３が、光スイッチ８にビーム切替指令信号を送る（ステップＳ１４）。なお、Ｓ１４は、Ｓ７でＹＥＳになる時点以降で、Ｓ３が実行される前までに実施すればよい。

Ｓ０～Ｓ１４のように動作させることで、受信信号のスペクトルにおけるＳＮ比が低い遠方の距離に関しても風速の計測が可能となる。さらに従来とは異なり、同じビーム方向に送受信しているパルスで得られるスペクトルだけを積算できる。異なるビーム方向でのパルスで得られるスペクトルを混在させてスペクトルを積算しない。そのため、風計測ライダ装置１は、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、ビーム方向の切り替え時間自体は長くしていないため、特に高いＳＮ比が期待できる近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。

なお、風計測ライダ装置１では、ビームの数は４個で、風速を計測する距離レンジは２個であった。ビーム数も距離レンジ数のどちらも、２以上の任意の数であればよい。

風計測ライダ装置１が奏する効果は、この装置を風車に搭載して到来風速を予測する場合において特に有効である。近距離の風速場は短時間で到来するため、近距離の風速は短い周期で計測する必要がある。風計測ライダ装置１は、近距離の風速は短い周期で計測できる。遠方の風速場は到来するまでに時間を要するため、短い周期での計測への要求は高くはないが、確実に必要な精度の風速の情報を得ることが必要である。風計測ライダ装置１は、遠距離で確実に必要な精度の風速を計測できる。

なお、風計測ライダ装置１では、送受光学系の数はビーム方向数と同じ数となっていた（図２に示す例では送受光学系の数：４、ビーム方向数：４）。送受光学系に特許文献２に示された１系列の光学系で複数の方向（ビーム方向）にビームを送受信するタイプのものを用いることで、送受光学系を１系列にできる。つまり、本開示に係る風計測ライダ装置において、ビーム方向数は複数である必要はあるが、送受光学系の数は必ずしも複数である必要はない。複数の方向にビームを送受信するタイプの複数の送受光学系を使用してもよい。

風計測ライダ装置は、風車に搭載され風車の正面方向に対して決められた複数のビーム方向にパルスのレーザ光である送信光を大気中に送信し、大気と共に動く粒子に送信光が反射された反射光の送信光に対するドップラー周波数偏移から、各ビーム方向において風車からの複数の距離での風速を計測する。

（変形例）
レーザ光を送受信する方向（ビーム方向）を選択する別の方法として、図５に示す構成を用いてもよい。図５は、風計測ライダ装置の変形例の構成を説明する模式図である。図５について、図１との違いを説明する。風計測ライダ装置１Ａは、光源３の替わりに波長切替え型光源１４、光スイッチ８の替わりに波長分割型光マルチプレクサ１５を有する。波長切替え型光源１４は、光源３の機能に加え、λ１、λ２、λ３、λ４という４種類の波長のレーザ光を出力できる。制御部１３Ａからの波長選択信号に基づき、波長切替え型光源１４は指示された波長のレーザ光を出力する。波長分割型光マルチプレクサ１５は、４個の入出力ポートを有して、入力されるレーザ光の波長に応じて、レーザ光を出力するポートを切り替える。波長の数は４個でなくてもよい。波長切替え型光源は、複数の異なる波長のレーザ光を出力するものであればよい。

波長切替え型光源１４の出力するレーザ光の波長をλ１、λ２、λ３、λ４とする。波長分割型光マルチプレクサ１５の各ポートへ出力するレーザ光の波長をλ１、λ２、λ３、λ４と、波長切替え型光源１４が出力するレーザ光の波長と同じにする。さらに、各ポートに送受光学系９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄの何れかを接続する。こうしておけば、制御部１３から波長切替え型光源１４へ送る波長選択信号を切り替えることで、波長分割型光マルチプレクサ１５がレーザ光を出力するポート、すなわちビーム方向を選択できる。その他の動作は図１と同じにしておけば、図１の風計測ライダ装置と同じように動作して同じ効果を得ることができる。

一般的に、光スイッチの切り替え回数には上限回数が存在する。光スイッチの切り替え回数が上限回数に達することで、装置全体の寿命を決める場合がある。光スイッチの替わりに波長切替え型光源１４および波長分割型光マルチプレクサ１５による構成を用いれば、光スイッチの寿命の問題を回避でき、装置全体の長寿命化に寄与できる。

第１スペクトル積算部１２ｃおよび第２スペクトル積算部１２ｅは、同じビーム方向で連続して送信された複数のパルスで得られる複数の受信信号をそれぞれ分割した複数の分割受信信号からそれぞれ算出された複数のスペクトルおよび積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルを風速計測区間ごとに積算して第２積算スペクトルを生成する、あるいは第２積算スペクトルおよび同じビーム方向で連続して送信された複数のパルスで得られる複数の受信信号をそれぞれ分割した複数の分割受信信号からそれぞれ算出された複数のスペクトル風速計測区間ごとに積算して第１積算スペクトルを生成するスペクトル積算部を構成する。第１スペクトル積算部が、積算を開始する前に積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルを読み出して、読み出した積算スペクトルに分割受信信号のスペクトルを積算するようにしてもよい。その場合には、第１スペクトル積算部１２ｃが第２積算スペクトルを生成するスペクトル積算部を構成することになり、第２スペクトル積算部は不要になる。

風計測ライダ装置１では、第１積算スペクトルから風速を算出していないが、ＳＮ比が第１閾値以上である第１積算スペクトルから風速を算出してもよい。第１閾値と比較する積算スペクトルは、この実施の形態１では第２積算スペクトルである。第１積算スペクトルのＳＮ比と第１閾値とを比較し、第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない場合に、第２積算スペクトルのＳＮ比を第１閾値と比較してもよい。

スペクトル積算部は、前回に風速を算出した後に送信された複数のパルスでの分割受信信号から得られるスペクトルおよび積算スペクトル保存部に保存された積算スペクトルを、ビーム方向および時間区間の組合せである風速計測区間ごとに積算した積算スペクトルを求められるものであればよい。

なお、風計測ライダ装置１では、ＳＮ比判定を各ビームに対し行っていた。第２スペクトル積算部１２ｅで求められた各距離のスペクトルデータに関し、同じ高度での風速を計測するビームに関しては、各距離でこれらビームのすべてに関しＳＮ比が第１閾値を超えたかを判定するようにしてもよい。つまり、ドップラー風速算出部が、同じ距離で同じ高度になる複数の風速計測区間のすべてで積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合に、同じ距離で同じ高度の複数の風速計測区間のすべてで風速を算出してもよい。同じ距離で同じ高度になる複数の風速計測区間の中に積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない風速計測区間が存在する場合には、同じ距離で同じ高度の複数の風速計測区間のすべてで風速を算出しない。具体的に図２では、Ｂｅａｍ１とＢｅａｍ２の両方でＳＮ比が第１閾値以上であるかを判定する。Ｂｅａｍ１とＢｅａｍ２の両方でＳＮ比が第１閾値以上である場合に、Ｂｅａｍ１とＢｅａｍ２の当該距離で風速を計測する。さらには、Ｂｅａｍ３とＢｅａｍ４の両方でＳＮ比が第１閾値以上であるかを判定する。Ｂｅａｍ３とＢｅａｍ４の両方でＳＮ比が第１閾値以上である場合に、Ｂｅａｍ３とＢｅａｍ４の当該距離で風速を計測する。このようにすることで、各距離において各高度の風速計測に要する時間を同じにできる。

同じ距離で同じ高度になる複数の風速計測区間のすべてで積算スペクトルが風速を算出する条件を満足する場合に、同じ距離で同じ高度になる複数の風速計測区間のすべてで風速を算出すればよい。

また、積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上かどうかの判定に関し、ＳＮ比が第１閾値未満である場合に積算スペクトル保存部１２ｄに積算スペクトルを保存する回数をカウントする。このカウント値が予め定めた最大値に到達した場合には、カウント値をゼロにリセットするとともに、積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルを初期化するようにしてもよい。その場合は、風速計測の計測時間が過剰となることによる計測精度の著しい低下を避けることが可能となる。この際、カウント値が最大値になっても所要ＳＮ比に到達できなかった場合は、風速計測ができなかった旨をデータとして出力する。なお、所要ＳＮ比は、積算スペクトルのＳＮ比と比較する第１閾値である。

また、風計測ライダ装置では、ビームを１スキャン、つまり、例えばＢｅａｍ１→Ｂｅａｍ２→Ｂｅａｍ３→Ｂｅａｍ４とすべてのビームを１回ずつ計測した際に、一部のビームに関し所要ＳＮ比に到達できない状況が発生する。この場合、所要ＳＮ比に到達できないビームのデータに関しては、積算継続中であることを示すフラグをデータとして出力するようにすればよい。また、過剰に長時間の積算を行うことは風速の計測精度の顕著な劣化につながるので、積算に用いるスキャン回数、つまり、そのビーム方向を計測する回数（連続積算回数）の上限回数を決めておく。上限回数まで第１積算スペクトルを積算しても所要ＳＮ比に到達できない場合には、風速計測が困難であることを示すフラグをデータとして出力するようにすればよい。また、風速の算出結果、算出した際のＳＮ比に加え、上で説明した２種類のフラグ（積算継続中、ないしは、風速計測困難）のデータを、さらには、積算に用いているスキャン回数（上限回数に対し、現在何回目のスキャンか）を、１スキャンごとに出力できるようにしておけばよい。そうすることで、風計測ライダ装置での計測結果をリアルタイムに活用することが可能である。

スキャン回数に上限回数を設定する場合には、保存積算スペクトル修正部が以下のように動作する。積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値未満である風速計測区間について、積算スペクトル保存部の初期化後に積算スペクトル保存部に積算スペクトルを保存する回数である連続積算回数が上限回数未満である場合は、保存積算スペクトル修正部は、第２スペクトル積算部が積算した積算スペクトルを積算スペクトル保存部に保存する。連続積算回数が上限回数以上である場合は、保存積算スペクトル修正部は、積算スペクトル保存部に保存された積算スペクトルを初期化する。
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２．
実施の形態２は、風車の到来風速およびシアを予測するように実施の形態１を変更した場合である。シアとは、風速の風車正面方向の成分の値の高度方向での変化率である。図６は、実施の形態２に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図６について、実施の形態１の場合の図１とは異なる点を説明する。

風計測ライダ装置１Ｂは、風速予測部１６およびビーム方向記憶部１７を有する。風速予測部１６は、信号処理部１２が算出した風速（ドップラー風速）に基づき風車の到来風速およびシアを予測する。風速予測部１６は、ドップラー風速保存部１６ａ、到来風速予測部１６ｂ、シア予測部１６ｃ、重み係数記憶部１６ｄ、到来風速記憶部１６ｅおよびシア記憶部１６ｆを主に有して構成される。ドップラー風速保存部１６ａは、信号処理部１２が算出する風速を保存する。風速は、ビーム方向ごと距離（時間区間）ごとに計測時刻をつけて保存される。つまり、風速は、ビーム方向および時間区間の組み合わせである風速計測区間ごとに保存される。ドップラー風速保存部１６ａは、到来風速予測部１６ｂおよびシア予測部１６ｃにより参照される。

到来風速予測部１６ｂは、風速に基づき風車への到来風速を予測する。到来風速予測部１６ｂは、風速計測区間ごとの風速を重み付け平均することで風車への到来風速を予測する。シア予測部１６ｃは、風速に基づきシアを予測する。シア予測部１６ｃは、シアを複数の距離で算出して平均した平均シアを重み付け平均により算出する。

重み係数記憶部１６ｄは、到来風速予測部１６ｂが使用する到来風速予測用重み係数１６ｇと、シア予測部１６ｃが使用するシア予測用重み係数１６ｈを記憶する。到来風速記憶部１６ｅは、到来風速予測部１６ｂが予測した到来風速を記憶する。シア記憶部１６ｆは、シア予測部１６ｃが予測したシアを記憶する。

ビーム方向記憶部１７は、風計測ライダ装置１Ｂがレーザ光を送信する複数のビーム方向を表す角度を記憶する。ビーム方向を表す角度とは、風車２の正面方向を基準とした方位角、仰角および開き角度である。正面方向は、水平面上に存在する。開き角度は、風車２の正面方向とビーム方向の始点を同じにした場合に、正面方向とビーム方向の間の角度である。方位角は、水平面にビーム方向を射影した際にビーム方向と正面方向とがなす角度である。仰角は、ビーム方向を含む鉛直な平面において、水平面とビーム方向とがなす角度である。

風計測ライダ装置１Ｂは、風計測ライダ装置１と同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｂは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。さらに、風計測ライダ装置１Ｂは、風車の到来風速およびシアを予測できる。

まず、到来風速予測部１６ｂが実施する到来風速の予測方法について説明する。非特許文献３に記載の下記の式(１)により、到来風速Ｖ(t)は予測できる。風計測ライダ装置１Ｂでは、遠距離でも風速を従来よりも高精度で計測できているので、到来風速を従来よりも高い精度で予測できる。

式(１)において、ｔは計測が行われた時間（ｓ）、ｖは風車正面方向の平均風速（ｍ／ｓ）、ｄ１は到来風速予測位置（ｍ）であり、風車の位置であれば０ｍである。Ｊは、風速を計測する距離レンジの個数である。図２に示す例では、Ｊ＝２である。ｊは距離を表すレンジ番号である。図２に示す例では、ｊ＝１または２である。ｄｊは、風計測ライダ装置１Ｂで風速を計測する距離レンジの風車からの距離（ｍ）である。Ｖ_Ｌｊ(ｔ)は、風計測ライダ装置１Ｂで計測した風速から求めた各距離ｊでの風速の風車正面方向の成分の値（ｍ／ｓ）である。

Ｖ_Ｌｊの値は、風が横風であり、かつ風向と風車正面方向が一致しているとの仮定のもと、以下に示す式(２)を用いて計算される。式(２)では、異なるビーム方向での距離ｄｊでの風速の計測値を平均して計算している。なお、横風とは、風速に高さ方向の成分が存在しない風のことである。

式(２)において、Ｉはビーム数である。図２に示す例では、Ｉ＝４である。ｉはビーム番号である。図２に示す例では、ｉ＝１、２、３、４のどれかの値をとる。Ｖ_ＬＯＳ（ｉ，ｊ）は、ビーム番号ｉ、レンジ番号ｊに対応する風速（ｍ／ｓ）である。Ｖ_ＬＯＳ（ｉ，ｊ）は、ドップラー風速保存部１６ａに保存されている風速である。θ_ｉはビーム開き角度（ｒａｄ）である。θ_ｉは、図２に示すように風車正面方向に対して各ビーム方向がなす角度（開き角度）である。θ_ｉは、ビーム方向記憶部１７に記憶されている。

なお、風車正面方向の平均風速ｖを求める別の１つの方法としては、以下に示す式(３)が考えられる。式(３)は、式(１)よりも早く平均風速ｖを計算できる。

式(１)では、各距離ｊでの風速計測値が均等な係数で加算されて平均を求めている。風計測ライダ装置１Ｂでは、特に遠方での風速を計測するのに長い時間を要する場合が多い。長い時間をかけて計測すると、その時間内にいくらかの風速変化がある等で計測精度が劣化している可能性がある。したがって、各計測結果において、所要のＳＮ比に到達するためにビームをスキャンした（何回そのビーム方向で計測したか）回数を保存しておき、この回数に応じて計測値に重み付けをする。重み付けすることで、到来風速の予測精度が向上する。式(１)を重み付けする場合には、以下の式(４)となる。

式(４)において、Ｑｊは距離レンジｊ（レンジ番号がｊである距離レンジ）でのスキャン回数（連続積算回数）に応じた重み係数である。Ｑｊは、スキャン回数が大きくなると単調非増加で小さな値になるように設定する。つまり、Ｑｊは、スキャン回数が小さい場合に大きく、スキャン回数が大きい場合に小さく決める。なお、スキャン回数は、何個の第１積算スペクトルを積算したかを表す回数である。スキャン回数は距離レンジｊにより異なるので、Ｑｊは距離レンジｊにより変化する値である。Ｑｊは、重み係数記憶部１６ｄに記憶された到来風速予測用重み係数１６ｇである。

距離レンジｊごとの風速の風車正面方向の成分の値Ｖ_Ｌｊを重み付け平均するのではなく、各ビーム方向で計測される風速Ｖ_ＬＯＳ（ｉ，ｊ）を重み付け平均してＶ_Ｌｊを求めてもよい。その場合には、式(２)の替わりに、以下の式(５)を使用してもよい。以下の式(５)を使用する場合には、式(１)においてＶ_Ｌｊ(ｔ)をＶ_０Ｌｊ(ｔ)に置き換えた式(１Ａ)を使用する。

式(５)において、Ｒ（ｉ，ｊ）は、ビーム番号ｉ、レンジ番号ｊの距離レンジでのスキャン回数に応じた重み係数である。Ｒ（ｉ，ｊ）は、重み係数記憶部１６ｄに記憶された到来風速予測用重み係数１６ｇの変形例である。Ｒ（ｉ，ｊ）は、スキャン回数が小さい場合に大きく、スキャン回数が大きくなると単調非増加で小さな値になるように決める。

式(１)および式(４)を使用する場合は、到来風速予測部は、同じ距離の風速計測区間の風速から距離ごとの風速である複数の距離風速を算出し、距離風速の重み付け平均により到来風速を予測する。式(１Ａ)および式(５)を使用する場合は、到来風速予測部は、距離ごとの風速である複数の距離風速を同じ距離の風速計測区間の風速の重み付け平均により算出し、距離風速を平均することで到来風速を予測する。

シア（風速の風車正面方向の成分の値の高度方向での変化率）を予測する場合にも、重み付け平均を適用できる。到来するシアに関しても、風速計測値の信頼性に基づき重み付け平均を求めることで予測精度が向上する。まず、重み付け平均しない場合のシアの計算式を説明する。Ｓ（ｔ）を、各距離ｊでのシアの平均値とする。Ｓ_Ｌｊ（ｔ）は、風計測ライダ装置で計測した風速から求めた各距離ｊで計算したシアである。

図２に示すように、上層を２個のビーム（Ｂｅａｍ１、Ｂｅａｍ２）、下層を２個のビーム（Ｂｅａｍ３、Ｂｅａｍ４）で計測する場合、レンジ番号ｊの距離レンジでのシアＳ_Ｌｊ（ｔ）は下に示す式(７)で計算する。ここで、風が横風であると仮定する。なお、風計測ライダ装置１Ｂでは、遠距離でも風速を従来よりも高精度で計測できているので、重み付け平均しない場合でもシアを従来よりも高い精度で予測できる。

各距離ｊでのシアＳ_Ｌｊ（ｔ）を、重み係数Ｑｊによる重み付け平均を、以下の式で算出する。シアの予測にＱｊを使用する場合には、Ｑｊは重み係数記憶部１６ｄに記憶されたシア予測用重み係数１６ｈでもある。

風速Ｖ_ＬＯＳ（ｉ，ｊ）を重み付け平均して計算する場合には、以下の式(９)で重み係数Ｒ（ｉ，ｊ）を使用してＳ_ＯＬｊ（ｔ）を計算する。式(９)を使用する場合には、式(６)においてＳ_Ｌｊ(ｔ)をＳ_ＯＬｊ(ｔ)に置き換えた式(６Ａ)を使用する。シアの予測にＲ（ｉ，ｊ）を使用する場合には、Ｒ（ｉ，ｊ）は重み係数記憶部１６ｄに記憶されたシア予測用重み係数１６ｈでもある。

式(６)および式(７)を使用する場合は、シア予測部は、距離ごとのシアである複数の距離シアを予測し、距離シアの重み付け平均により平均シアを予測する。式(６Ａ)および式(９)を使用する場合は、シア予測部は、風速計測区間ごとに重み付けした風速に基づき距離ごとのシアである複数の距離シアを予測し、距離シアを平均することで平均シアを予測する。

到来風速の予測またはシアの予測のどちらか一方または両方に、風速計測値の信頼度に基づく重み係数を用いた重み付け平均を算出してもよい。風速計測値の信頼度とは、ここでは風速を計測するまでに要した、そのビーム方向でのスキャン回数である。重み係数は、風速計測値の信頼度の低下に対して、単調非増加になるように設定する。つまり、重み係数は、風速計測値の信頼度が高い場合に大きく、信頼度が低い場合に小さく設定する。到来風速の予測とシアの予測で異なる重み係数を使用してもよい。

なお、同じ距離においても、ビーム間において積算スペクトルのＳＮ比が異なる状況が発生する場合がある。結果として、１スキャン、つまり、すべてのビームを１回ずつ計測した際に、一部のビームに関し所要ＳＮ比に到達できない状況が発生しうる。例えば、図２において風車のブレードが回転し、４個のビームの１個以上を遮蔽する場合である。この場合、式(２)あるいは式(５)を用いて各距離ｊでの風速の風車正面方向の成分のＶ_Ｌｊを求める際に、上層と下層のデータ数にアンバランスが発生する。例えば、Ｂｅａｍ１、Ｂｅａｍ２、Ｂｅａｍ３のみで風速を算出できる状況である。このような状況が生じると、到来風速の予測において上層の風速の影響を強く受けるようになるが、風速場にシアが存在する場合、下層の情報が欠落することで到来風速の予測精度が低下する。このような状況であれば、下層、つまりＢｅａｍ３の風速計測値に大きい重みをかけることで、等価的に上層と下層のバランスをとり、シアの影響をある程度ではあるが回避し、到来風速の予測精度を確保することが可能である。

図２に示す例では、４個のビーム方向は、２個の仰角に２個ずつのビーム方向が存在する。ビーム方向は、４個よりも多くてもよく、異なるすべての仰角に同じ個数のビーム方向が存在するように決められていればよい。つまり、複数のビーム方向が、それぞれのビーム方向の仰角と同じ仰角を有する他のビーム方向の数が１個以上で同じになるように決められていればよい。風速が計測できているビーム方向が少ない仰角（仰角１）のビーム方向では、到来風速予測部１６ｂは重み係数を他の仰角のビーム方向よりも大きくして到来風速を予測する。なお、他の仰角では、仰角１よりも風速が計測できているビーム方向が多い。

また、ブレードによる遮蔽等の影響により、例えば上層の２個のビームのみで所要ＳＮ比に到達する場合、下層で風速計測値が得られない。下層で風速計測値が得られない場合は、上層の風速計測値と、例えば過去の直近で式(６)および式(７)を用いて計測されたシアのデータから下層の風速計測値を想定し、この想定値に基づき到来風速を予測してもよい。ここでは、ビーム数が４で上層と下層の２層の場合について述べた。ビームの上下方向の層数は、３層以上でもよい。例えば、ビーム数が６で上層、中層、下層の３層を計測する場合でもよい。

到来風速予測部は、風速が計測できているビーム方向が存在しない仰角である不計測仰角の風速を、不計測仰角に隣接する仰角を有するビーム方向で計測された風速と直近に計測されたシアに基づき推定し、不計測仰角での風速の推測値を使用して到来風速を予測する。

風計測ライダ装置１Ｂによる到来風速ないしはシアの予測結果に基づいて、風車２の向き（ヨー角）、ブレードの向き（ピッチ角）、および回転トルクの何れか１つ以上を制御することで、風車２の発電量の向上、ブレートの負荷低減、回転部の負荷低減、風車タワーの負荷低減の何れか１つ以上に寄与できる。

なお、風計測ライダ装置１Ｂでは、式(２)の説明にて記載したとおり、風向と風車正面方向が一致しているとの仮定の下で、到来風速を予測する。風向と風車正面方向を一致させる方法として、風向を計測する風向計を利用して、風向計により計測された風向と風車正面方向とが一致するように風車２の向き（ヨー角）を制御する方法がある。風向計は、例えばベーン（矢羽）方式等の風向計である。ただし、この方法では、風車のブレードが回転することで後流（Ｗａｋｅ）が発生し、後流の影響で風向値に誤差が生じる場合がある。風計測ライダ装置が風向を計測し、風計測ライダ装置が計測した風向により風車２の向きを制御するようにしてもよい。

実施の形態３．
実施の形態３は、遠距離での風向を計測する風向算出部を備えるように実施の形態２を変更した場合である。図７は実施の形態３に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図７について、実施の形態２の場合の図６とは異なる点を説明する。風計測ライダ装置１Ｃは、風向計測部１８を有する。風向計測部１８は、風車に対して遠距離での風向を計測する。

なお、遠距離とは、風車のロータ直径をＤとした際に、風車からの距離が２Ｄ以上の場合である。この遠距離の定義は、非特許文献３で風車発電量評価に使用すべきとされている距離である。

風向を遠距離で計測する理由は、前方乱れの影響を回避するためである。風車２のブレードが回転することで前方に"Induction"と呼ばれる前方乱れを引き起こす。前方乱れのために、風車の近傍では風向を計測することは難しい。"Induction"の影響を受けない遠距離では、全体の風向に乱れが生じにくい。このため、遠距離で風向を計測する。風計測ライダ装置１Ｃは、従来よりも誤差を低減して風向を計測することができる。

風向計測部１８は、異なる複数のビーム方向において遠距離の距離レンジで計測された風速（厳密には視線方向風速）と、ビーム方向記憶部１７に記憶されたビーム方向のデータとに基づき風ベクトルを算出する。ドップラー風速算出部１２ｈが算出する風速は、風ベクトルとビーム方向（視線方向）の単位ベクトル（ビーム方向ベクトル）の内積により計算される。遠距離では風ベクトルは一様であると仮定する場合には、３個以上のビーム方向での風速計測値とビーム方向のベクトルから風ベクトルを求めることができる。風向計測部１８は、遠距離で算出した風ベクトルの方向を風向として算出する。なお、横風を前提とする場合には、２個のビーム方向で風速を算出してもよい。風向計測部１８は、４個以上のビーム方向で風速を計測する場合は、例えば二乗誤差が最小になるように風ベクトルを算出する。

風計測ライダ装置１Ｃが、遠距離の距離レンジで計測した風向値は、風車２のヨー角制御に用いられる。近距離で計測する場合よりも正確に風向が計測できているので、風向と風車２の正面方向とを精度よく一致させることができる。風向と風車２の正面方向とを精度よく一致させることで、風車２の発電効率が向上する。

本開示に係る風計測ライダ装置では、遠距離の風速計測に長時間を要しやすいが、風車２のヨー角制御では、風車２の全体を動かすため、制御速度は遅い。したがって、風車２のヨー角を制御する上で、遠距離での風速計測に長時間を要する場合があることは、デメリットとはならない。

風計測ライダ装置１Ｃは、風計測ライダ装置１と同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｃは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。さらに、風計測ライダ装置１Ｃは、風車の到来風速およびシアを予測できる。また、風計測ライダ装置１Ｃは、遠距離での風向を計測できる。計測した風向を風車のヨー角制御に使用することで、風車２の発電効率を向上させることができる。

実施の形態４．
実施の形態４は、遠距離に分類される距離レンジが複数になるように距離レンジを定義し、複数の遠距離の距離レンジでの分割受信信号のスペクトルをまとめて積算するように実施の形態２を変更した場合である。図８は、実施の形態４に係る風計測ライダ装置において風速を計測する距離を示す模式図である。図９は、実施の形態４に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図９について、実施の形態２の場合の図６とは異なる点を説明する。実施の形態１、実施の形態３あるいは他の実施の形態を変更してもよい。

図８に示すように、風計測ライダ装置１Ｄは、Ｂｅａｍ１、Ｂｅａｍ２、Ｂｅａｍ３、Ｂｅａｍ４という４個のビームを送受信する。各ビームでは、距離ｄ１、距離ｄ２、距離ｄ３という３点で風速を計測する。距離ｄ２と距離ｄ３は、遠距離に分類する。距離ｄ１は、近距離（遠距離ではない）に分類する。遠距離ｄ２と遠距離ｄ３は、それぞれの距離で算出したスペクトルデータをまとめて積算する。遠距離ｄ２と遠距離ｄ３では、風速はほぼ同じと考えられる。そのため、遠距離ｄ２と遠距離ｄ３で算出したスペクトルデータをまとめて積算することで、スペクトルデータのＳＮ比を大きくでき、より正確に遠距離の風速を計測できる。

各ビームで風速を計測する距離の数は、４個以上でもよい。遠距離でない風速計測区間が複数でもよい。遠距離として処理する距離が近い方から数えて何個目以遠であるかというデータを、風計測ライダ装置１Ｄは記憶している。

風計測ライダ装置１Ｄでは、保存積算スペクトル修正部１２ｊＤを変更している、保存積算スペクトル修正部１２ｊＤは、図３に示すＳ１３で第２スペクトル積算部１２ｅが積算したスペクトルデータを積算スペクトル保存部１２ｄに保存する際に、当該ビーム方向で遠距離に分類される１個の距離で第２スペクトル積算部１２ｅが積算したスペクトルデータを、当該ビーム方向での遠距離に分類されるすべての距離に上書き保存する。保存積算スペクトル修正部１２ｊＤは、当該ビーム方向で遠距離でない距離でスペクトルを積算した場合は、当該ビーム方向および当該距離だけに、第２スペクトル積算部１２ｅが積算したスペクトルデータを積算スペクトル保存部１２ｄに上書き保存する。

このように保存積算スペクトル修正部１２ｊＤが積算スペクトルを保存すると、各ビーム方向で遠距離である距離に関して積算スペクトル保存部１２ｄに保存される積算スペクトルは遠距離である複数の距離でのスペクトルをまとめて積算したものになる。また、各ビーム方向で遠距離である各距離では、積算スペクトル保存部１２ｄに保存される積算スペクトルは、同じになる。

遠距離である複数の距離のスペクトルをまとめて積算する場合には、第２スペクトル積算部１２ｅが積算スペクトル保存部１２ｄから読み出す積算スペクトルは、同じビーム方向で遠距離である複数の距離で算出されたスペクトルデータのすべてが積算された積算スペクトルである。

風計測ライダ装置１Ｄは、風計測ライダ装置１Ｂと同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｄは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。さらに、風計測ライダ装置１Ｄは、風車の到来風速およびシアを予測できる。

風計測ライダ装置１Ｄでは、風計測ライダ装置１Ｂよりも遠距離での風速の計測を確実に行うことができる。そのため、遠距離での風速計測値を用いて突風が流入（到来）するのを事前に検知する場合において特に有効である。

遠距離に分類される複数の風速計測区間で算出されるスペクトルを積算する積算スペクトルをビーム方向ごとに１個にしてもよい。遠距離の積算スペクトルが１個でも複数個でも、スペクトル積算部が、ビーム方向ごとに遠距離に分類される複数の距離に対応する複数の時間区間での分割受信信号のスペクトルをまとめて積算すればよい。

実施の形態５．
実施の形態５は、第１スペクトル積算部で積算した第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上かどうかチェックし、第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上の場合は、今回、積算した第１積算スペクトルだけで風速を算出するように、実施の形態１を変更した場合である。図１０は、実施の形態５に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図１０について、実施の形態１の場合の図１とは異なる点を説明する。なお、実施の形態２から実施の形態４あるいは他の実施の形態を変更してもよい。

風計測ライダ装置１Ｅは、信号処理部１２Ｅを有する。信号処理部１２Ｅは、ＳＮ比算出部１２ｆ２を有する。ＳＮ比算出部１２ｆ２は、第１スペクトル積算部１２ｃが積算した第１積算スペクトルのＳＮ比および第２スペクトル積算部１２ｅが積算した第２積算スペクトルのＳＮ比を算出する。ＳＮ比算出部１２ｆ２が算出したＳＮ比を、ＳＮ比判定部１２ｇが第１閾値以上であるかどうか判定する。

第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合は、ドップラー風速算出部１２ｈが第１積算スペクトルからドップラー風速を算出する。第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない場合は、第２積算スペクトルを生成する。第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合は、ドップラー風速算出部１２ｈが第２積算スペクトルからドップラー風速を算出する。第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない場合は、保存積算スペクトル修正部１２ｊが第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存する。つまり、ドップラー風速算出部１２ｈがドップラー風速を算出しない場合に、保存積算スペクトル修正部１２ｊが第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存する。

図１１は、実施の形態５に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。図１１について、実施の形態１の場合の図３とは異なる点を説明する。Ｓ７とＳ８の間に、ステップＳ１５、Ｓ１６を追加している。Ｓ７では、選択しているビーム方向で、決められた回数のスペクトルを算出したかチェックする。決められた回数のスペクトルを算出していない（Ｓ７でＮＯ）場合は、Ｓ３に戻る。決められた回数のスペクトルを算出している（Ｓ７でＹＥＳ）場合は、Ｓ１５で、ＳＮ比算出部１２ｆ２が、第１スペクトル積算部１２ｃが積算した各距離の第１積算スペクトルのＳＮ比を算出する。Ｓ１６では、ＳＮ比判定部１２ｇが、Ｓ１５で算出した各距離の第１積算スペクトルのＳＮ比と第１閾値とを、距離ごとに比較する。

第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上となる距離レンジ（Ｓ１６でＹＥＳ）に関しては、Ｓ１２に進む。Ｓ１２では、ドップラー風速算出部１２ｈが、Ｓ１５で得られたスペクトルのピーク周波数からドップラー周波数偏移を、さらには、このドップラー周波数偏移に相当するドップラー風速（風速）を求める。さらに、制御部１３が保存積算スペクトル修正部１２ｊに初期化信号を送り、保存積算スペクトル修正部１２ｊが、積算スペクトル保存部１２ｄに保存している、風速を算出した該当ビーム方向および該当距離レンジ（風速計測区間）に関するスペクトルデータの値を初期化（ゼロにリセット）する。

第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値より小さいため風速を算出しなかった距離レンジ（Ｓ１６でＮＯ）に関しては、Ｓ８に進む。Ｓ８では、第１スペクトル積算部１２ｃが積算した第１積算スペクトルを、第２スペクトル積算部１２ｅに送る。そして、第１スペクトル積算部１２ｃに残っている積算スペクトルをゼロに初期化する。Ｓ８以後の処理は、実施の形態１の場合と同様である。

風計測ライダ装置１Ｅは、風計測ライダ装置１と同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｅは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。風計測ライダ装置１Ｅは、さらに風計測ライダ装置１よりも第１積算スペクトルを生成する回数を少なくできる。第１積算スペクトルを生成する回数を生成回数と呼ぶ。

まず、風計測ライダ装置１で第１積算スペクトルの生成回数が大きくなる状況について説明する。風車に搭載された風計測ライダ装置では、風車のブレードが回転するため頻繁にビームが遮られ、受信信号が得られない状況が発生する。そのような状況では、ブレードで反射されたパルスに関しては、受信信号にはエアロゾルで反射された反射光から生成された成分は存在しない。ブレードで遮蔽されたパルスの受信信号のスペクトルを積算した第１積算スペクトルは、ＳＮ比が低い。ＳＮ比が第１閾値以上でない第１積算スペクトルは、第２スペクトル積算部１２ｅで積算スペクトル保存部１２ｄに保存されている積算スペクトルと積算され第２積算スペクトルが生成される。第２積算スペクトルは、積算スペクトル保存部１２ｄに保存される。

ブレードで遮蔽されたパルスの受信信号を、遮蔽有の受信信号と呼ぶ。ブレードで遮蔽されていないパルスの受信信号を、遮蔽無しの受信信号と呼ぶ。遮蔽有の受信信号のスペクトルを含んで積算された第１積算スペクトルを遮蔽有の第１積算スペクトルと呼ぶ。遮蔽有の受信信号のスペクトルだけが積算された第１積算スペクトルを全遮蔽での第１積算スペクトルと呼ぶ。遮蔽有の受信信号のスペクトルと遮蔽無し受信信号のスペクトルの両方を含む第１積算スペクトルを部分遮蔽での第１積算スペクトルと呼ぶ。遮蔽無しの受信信号のスペクトルだけが積算された第１積算スペクトルを、無遮蔽での第１積算スペクトルと呼ぶ。

遮蔽有の第１積算スペクトルが連続して何個か生成されると、保存積算スペクトルのＳＮ比が低下する。その後、ＳＮ比が低下した保存積算スペクトルと同じビーム方向で、無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される。無遮蔽での第１積算スペクトルのＳＮ比は、第１閾値以上である。風計測ライダ装置１では、第１積算スペクトルは保存積算スペクトルと積算されて第２積算スペクトルが生成される。保存積算スペクトルのＳＮ比は低いので、第２積算スペクトルのＳＮ比は第１閾値以上ではない。風計測ライダ装置１では、この時点では風速は算出されない。さらに遮蔽無しの受信信号から第１積算パルスが生成されて、第２積算パルスのＳＮ比が第１閾値以上になった際に、風計測ライダ装置１では風速が算出される。

風計測ライダ装置１Ｅでは、第１積算スペクトルのＳＮ比をチェックし、第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合は、第１積算スペクトルから風速を算出する。そのため、第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でなくても、第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上の場合は、風計測ライダ装置１Ｅでは風速を算出できる。風計測ライダ装置１Ｅでは、第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない場合、第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値であれば、第２積算スペクトルから風速を算出する。そのため、風計測ライダ装置１Ｅでは、第１積算スペクトルのＳＮ比または第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値である場合に風速を算出できる。

ブレードによる遮蔽のために第１積算スペクトルのＳＮ比が低くなる現象について、定量的に検討する。ブレードによる遮蔽が発生する状況を、以下の変数により表す。
Ｔb：風車のブレードにパルスが遮蔽される時間。
Ｔn：風車のブレードにパルスが遮蔽されない時間。
Ｔn>Ｔbとする。
Ｔ ：ブレードによる遮蔽が発生する周期。Ｔ＝Ｔn+Ｔb。
Ｔc：第１積算スペクトルを積算する時間。積算時間と呼ぶ。Ｔn>Ｔc。
ｆpr：レーザ光の繰り返し周波数。１秒間に発生するパルスの個数。
ｆprは一定なので、パルスの積算回数は、パルスの積算時間に比例する。ここでは、パルスの積算回数ではなく、パルスの積算時間で検討する。

ブレードによりレーザ光が遮蔽される条件は、特許文献３と同様とする。特許文献３の段落００５４には、「例えば、ブレード２０２の回転速度を６ｒｐｍとし、ブレード２０２の幅を４ｍとし、コヒーレントライダー装置１の設置高さをブレード２０２の回転中心から５ｍと想定する。この場合、ブレード２０２が１周する時間は１０ｓであり、レーザ光がブレード２０２により遮光される時間は約１．２８ｓ×ブレード２０２の枚数である。一般的にはブレード２０２は３枚であるため、ブレード２０２が１周する間にレーザ光が遮光される時間は、１．２８ｓ×３となる。」と記載されている。

特許文献３の段落００５４に記載の条件では、Ｔb＝1.28[秒]、Ｔn＝2.053[秒]、Ｔ＝3.333[秒]になる。特許文献３では、最も遠い距離レンジ（時間ゲート）で風速を算出できるように、Ｔc＝5.0[秒]を想定している。本開示では、少なくとも最も近い距離レンジ（時間ゲート）で風速を算出できるように、Ｔcを、例えば1.0[秒]などの、特許文献３の場合よりも短い時間に設定する。

積算により第１積算スペクトルのＳＮ比の変化を検討するために、以下の変数を定義する。
Ｔx：積算時間Ｔc中にブレードによる遮蔽が発生しない時間。非遮蔽時間と呼ぶ。
Ｔc≧Ｔx≧０。
ｙ：Ｔｃ中のＴxの割合。非遮蔽割合と呼ぶ。ｙ＝Ｔx/Ｔc。１≧ｙ≧０。ｙ＝１で無遮蔽での第１積算スペクトル、１＞ｙ＞０で部分遮蔽での第１積算スペクトル、ｙ＝０で全遮蔽での第１積算スペクトルになる。
α：Ｔc中にブレードによる遮蔽が発生しない確率。
Ｔx＝Ｔcである確率。α＝(Ｔn－Ｔc)/Ｔ。
β：Ｔcの間、継続してブレードによる遮蔽が発生する確率。
Ｔx＝０である確率。β＝(Ｔb－Ｔc)/Ｔ。
Ｚ_１：第１積算スペクトルのＳＮ比。ブレードによる遮蔽の有無で変化する。
ｋ_１：第１閾値。第１積算スペクトルのＳＮ比Ｚ_１が、風速を算出できる下限値。

特許文献３と同様に、Ｔb＝1.28[秒]、Ｔn＝2.053[秒]、Ｔ＝3.333[秒]とし、Ｔcを0.6～1.2[秒]の範囲で変化させた場合の、パラメータα、β、(1-α-β)の変化を図１２に示す。(1-α-β)は、Ｔc中の一部の時間でブレードによる遮蔽が発生する確率である。図１２は、風計測ライダ装置の動作を評価するために使用するパラメータの第１積算スペクトルの積算時間Ｔcに対する変化を表すグラフである。Ｔcが増加すると、αおよびβは線形で減少し、(1-α-β)は線形で増加する。Ｔc＝1.0[秒]の場合には、α＝0.316、β＝0.084となる。Ｔc＝0.8[秒]の場合には、α＝0.376、β＝0.144となる。Ｔc＝1.2[秒]の場合には、α＝0.256、β＝0.024となる。

ここで、以下を仮定する。
(a)ブレードによる遮蔽無しにＴcだけスペクトルを積算できた場合に、無遮蔽での第１積算スペクトルのＳＮ比Ｚ_１が第１閾値ｋ_１になる(Ｚ_１＝ｋ_１)。積算時間Ｔcを変化させると無遮蔽での第１積算スペクトルのＳＮ比Ｚ_１も変化する。ＳＮ比Ｚ_１の変化に応じて、第１閾値ｋ_１もＺ_１＝ｋ_１が成立するように変化させる。
(b)ブレードに遮蔽される場合には、スペクトルの信号成分Ｓgがゼロ(Ｓg＝０)になり、ノイズ成分Ｎzはブレードに遮蔽されない場合と同じである。
なお、無遮蔽での第１積算スペクトルのＳＮ比Ｚ_１が第１閾値ｋ_１よりも高い（Ｚ_１＞ｋ_１）としてもよい。解析は複雑にはなるが、Ｚ_１＞ｋ_１が成立する場合でも、ブレードによる遮蔽の第１積算スペクトルおよび第２積算スペクトルのＳＮ比への影響を解析できる。

受信信号が信号ＳgおよびノイズＮzを含む場合には、受信信号のスペクトルをＮ個、積算すると、信号Ｓgの電力は(Ｎ*Ｓg)^２になり、ノイズＮzの電力はＮ*Ｎz^２になる。よって、積算前のＳＮ比は(Ｓg/Ｎz)であり、積算後のスペクトルのＳＮ比は√(Ｎ)*(Ｓg/Ｎz)である。積算後のスペクトルのＳＮ比は、積算前の√(Ｎ)倍になる。スペクトルがノイズＮzだけを含む場合には、スペクトルをＮ個、積算すると、信号Ｓgの電力は０であり、ノイズＮzの電力はＮ*Ｎz^２になる。積算前および積算後のスペクトルのＳＮ比は、０である。

ブレードに遮蔽されることなくＮ個のスペクトルが積算できた場合には、積算後のスペクトルのＳＮ比は√(Ｎ)*(Ｓg/Ｎz)である。その後、Ｎ個のスペクトルがすべてブレードに遮蔽された際のものである場合には、２*Ｎ個の積算後のスペクトルのＳＮ比は√(Ｎ/２)*(Ｓg/Ｎz)に低下する。後のＮ個のスペクトルがブレードに遮蔽されていない際のものである場合は、２*Ｎ個の積算後のスペクトルのＳＮ比は√(２*Ｎ)*(Ｓg/Ｎz)に向上する。

積算時間Ｔcで積算される第１積算スペクトルのＳＮ比Ｚ_１は、αの確率でブレードによる遮蔽が発生せず、無遮蔽での第１積算スペクトル（ｙ＝１）が生成されて、Ｚ_１＝ｋ_１となる。ｋ_１は、第１閾値である。ＳＮ比Ｚ_１は、βの確率で、全遮蔽での第１積算スペクトルが生成されて、Ｚ_１＝０となる。(１－α－β)の確率で、部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されて、Ｚ_１＝√(ｙ)*ｋ_１となる。非遮蔽割合ｙは、１＞ｙ＞０の範囲で一様な確率で発生する。

第２積算スペクトルを生成する前に第１積算スペクトルのＳＮ比と第１閾値とを比較し、第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合に風速を算出することで、風速を早く算出できる効果を検討するために、以下の変数を定義する。
Ｔx_j：ｊ回目に生成する第１積算スペクトルでのＴx。非遮蔽時間Ｔxは、積算時間Ｔc中のブレードによりレーザ光が遮蔽されない時間である。
ｙ_j：ｊ回目に生成する第１積算スペクトルでの非遮蔽割合ｙ。ｙ_j＝Ｔx_j/Ｔc。
ｘ_n：ｎ回目までのy_jの和。非遮蔽率と呼ぶ。
ｘ_n＝Σy_j。ここで、Σはj=1,…,nについて和をとることを意味する。
ｇ_n(ｘ_n)：非遮蔽率ｘ_nの確率分布関数。
Ｇ_n(ｘ_n)：非遮蔽率ｘ_nの累積分布関数。Ｇn(ｘ_n)＝∫ｇ_n(ｘ)dx。ここで、∫は、xが0からｘ_nまでの積分を意味する。ｎを次数と呼ぶ。Ｇn(ｘ_n)は、部分遮蔽での第１積算パルスの個数に等しい次数の関数を使用する。

ζ_ｎ：ｎ回目までに風速を算出できていない確率。未算出確率と呼ぶ。
γ_ｎ：ｎ回目に生成する第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上であり、風計測ライダ装置１Ｅでは風速を算出できるが、風計測ライダ装置１では風速が算出できない確率。第１改善確率と呼ぶ。なお、(ｎ-１)回目までには、風速を算出できていない。
γsum：γ_ｎの総和。第１改善総確率と呼ぶ。
γsum＝Σγ_ｎ、ここで、Σは２以上の整数で和をとることを意味する。
ε_n：ｎ回目に生成する第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でなく、かつ第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である確率。第２改善確率と呼ぶ。第２改善確率は、第２積算スペクトルからも風速を算出することで、第１積算スペクトルだけから風速を算出する場合に対して増加する風速を算出できる確率である。
εsum：ε_ｎの総和。第２改善総確率と呼ぶ。
εsum＝Σε_ｎ、ここで、Σは２以上の整数で和をとることを意味する。
λ_ｎ：風計測ライダ装置１で、２回目以降で(ｎ-１)回目までに無遮蔽での第１積算スペクトルが生成されるが風速が算出できず、ｎ回目に生成される第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である確率。回復確率と呼ぶ。

まず、ｇ_n(ｘ_n)およびＧ_n(ｘ_n)について説明する。ｘ₁＝ｙ＝Ｔx/Ｔcは、１＞ｘ₁＞０の範囲で一様な確率で発生する。そのため、ｇ₁(x₁)およびＧ₁(x₁)は、以下の式で計算できる。
０＜x₁＜１で、ｇ₁(x₁)＝１ (10)
０＜x₁＜１で、Ｇ₁(x₁)＝x₁ (11)
ｇ₂(x₂)は、ｇ₁(x₁)と以下の関係がある。
ｇ₂(x2)＝∫ｇ₁(x)*ｇ₁(x₂-x)dx (12)
式(12)において、∫は、xについてmax(0,x₂-１)からmin(1,x₂)まで積分することを意味する。ここで、max(x,y)は、xまたはyの中の最大値を意味する。min(x,y)は、xまたはyの中の最小値を意味する。

式(12)を計算すると、以下となる。
0＜x₂≦1で、ｇ₂(x₂)＝x₂ (13-1)
1≦x₂＜2で、ｇ₂(x₂)＝２-x₂ (13-2)
さらに、Ｇ₂(x₂)は、以下となる。
0＜x₂≦1で、Ｇ₂(x₂)＝(1/2)*x₂ ² (14-1)
1≦x₂＜2で、Ｇ₂(x₂)＝１-(1/2)*(2-x₂)² (14-2)

ｇ₃(x₃)は、ｇ₁(x₁)およびｇ₂(x₂)と以下の関係がある。
ｇ₃(x₃)＝∫ｇ₂(x)*ｇ₁(x₃-x)dx (15)
式(15)において、∫は、xについてmax(0,x₃-１)からmin(2,x₃)まで積分することを意味する。

式(15)を計算すると、以下となる。
0＜x₃≦1で、ｇ₃(x₃)＝(1/2)*x₃ ² (16-1)
1≦x₃≦2で、ｇ₃(x₃)＝3/4-(x₃-3/2)² (16-2)
2≦x₃＜3で、ｇ₃(x₃)＝(1/2)*(3-x₃)² (16-3)

さらに、Ｇ₃(x₃)は、以下となる。
0＜x₃≦1で、Ｇ₃(x₃)＝(1/6)*x₃ ³ (17-1)
1≦x₃≦2で、
Ｇ₃(x₃)＝1/2-(1/3)*x₃*(3/2-x₃)*(3-x₃) (17-2)
2≦x₃＜3で、Ｇ₃(x₃)＝１-(1/6)*(3-x₃)³ (17-3)

ｇ₄(x₄)は、ｇ₁(x₁)およびｇ₃(x₃)と以下の関係がある。
ｇ₄(x₄)＝∫ｇ₃(x)*ｇ₁(x₄-x)dx (18)
式(18)において、∫は、xについてmax(0,x₃-１)からmin(3,x₃)まで積分することを意味する。

式(18)を計算すると、ｇ₄(x₄)は、以下の式で計算できる。
0＜x₄≦1で、ｇ₄(x₄)＝(1/6)*x₄ ³ (19-1)
1≦x₄≦2で、
ｇ₄(x₄)＝(2/3)-(1/2)*x₄*(x₄-2)² (19-2)
2≦x₄≦3で、
ｇ₄(x₄)＝(2/3)-(1/2)*(4-x₄)*(x₄-2)² (19-3)
3≦x₄＜4で、ｇ₄(x₄)＝(1/6)*(4-x₄)³ (19-4)

Ｇ4(x4)は、以下の式で計算できる。
0＜x₄≦1で、Ｇ₄(x₄)＝(1/24)*x₄ ⁴ (20-1)
1≦x₄≦2で、
Ｇ₄(x₄)＝1/2-(1/8)*(2-x₄)
*((2-x₄)³-(8/3)*(2-x₄)²+(16/3)) (20-2)
2≦x₄≦3で、
Ｇ₄(x₄)＝1/2+(1/8)*(x₄-2)
*((x₄-2)³-(8/3)*(x₄-2)²+(16/3))) (20-3)
3＜x₄≦で、Ｇ₄(x₄)＝1-(1/24)*(4-x₄)⁴ (20-4)

第１積算スペクトルは、非遮蔽時間Ｔxが積算時間Ｔcと同じ（Ｔx＝Ｔc）場合にＳＮ比が第１閾値と等しくなり、第１積算スペクトルから風速を算出できる。２個の第１積算スペクトルを積算した第２積算スペクトルでは、非遮蔽率ｘ₂がｘ₂≧√(2)を充足する場合にＳＮ比が第１閾値以上になる。ｎ個の第１積算スペクトルを積算した第２積算スペクトルでは、非遮蔽率ｘ_ｎがｘ_ｎ≧√(ｎ)である場合にＳＮ比が第１閾値以上になる。

x₂≧√(2)である場合には、第２積算スペクトルから風速を算出でき、さらにスペクトルを積算する必要がない。ｇ₃(x₃)およびＧ₃(x₃)を考慮する必要があるのは、x₂＜√(2)の場合だけである。また、x₃≧√(3)である場合には、第２積算スペクトルから風速を算出でき、さらにスペクトルを積算する必要がない。それらの点を考慮するために、以下の関数を定義する。なお、ｆ_3B(ｘ₃)およびＦ_3B(ｘ₃)は、１回目または２回目に全遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合に使用する。
ｆ₃(ｘ₃)：x₂≧√(2)でｇ₂(x₂)＝０とした場合の、非遮蔽率ｘ₃の確率分布関数。
Ｆ₃(ｘ₃)：非遮蔽率ｘ₃の累積分布関数。Ｆ₃(ｘ₃)＝∫ｆ₃(ｘ)dx。∫は、ｘについて０からｘ₃までの積分を意味する。
ｆ_3B(ｘ₃)：x₂≧√(3)でｇ₂(x₂)＝０とした場合の、非遮蔽率ｘ₃の確率分布関数。
Ｆ_3B(ｘ₃)：非遮蔽率ｘ₃の累積分布関数。Ｆ_3B(ｘ₃)＝∫ｆ_3B(ｘ)dx。∫は、ｘについて０からｘ₃までの積分を意味する。
ｆ₄(ｘ₄)：x₃≧√(3)でｆ₃(x₂)＝０とした場合の、非遮蔽率ｘ₄の確率分布関数。
Ｆ₄(ｘ₄)：非遮蔽率ｘ₄の累積分布関数。Ｆ₄(ｘ₄)＝∫ｆ₄(ｘ)dx。∫は、ｘについて０からｘ₄までの積分を意味する。

ｆ₃(x₃)は、ｇ₁(x₁)およびｇ₂(x₂)と以下の関係がある。
ｆ₃(x₃)＝∫ｇ₂(x)*ｇ₁(x₃-x)dx (21)
式(21)において、∫は、xについてmax(0,x₃-1)からmin(√(2),x₃)まで積分することを意味する。

式(21)を計算すると、以下となる。
0＜x₃≦1で、 ｆ₃(x₃)＝(1/2)*x₃ ² (22-1)
1≦x₃≦√(2)で、ｆ₃(x₃)＝3/4-(x₃-3/2)² (22-2)
√(2)≦x₃≦2で、
ｆ₃(x₃)＝2*√(2)-2-(1/2)*(x₃-1)² (22-3)
2≦x₃≦1+√(2)で、
ｆ₃(x₃)＝2*√(2)-3+(1/2)*(3-x₃)² (22-4)
1+√(2)≦x₃≦3で、ｆ₃(x₃)＝0 (22-5)

さらに、Ｆ₃(x₃)は、以下となる。
0＜x₃≦1で、Ｆ₃(x₃)＝(1/6)*x₃ ³ (23-1)
1≦x₃≦√(2)で、
Ｆ₃(x₃)＝1/2-(1/3)*x₃*(3/2-x₃)*(3-x₃) (23-2)
√(2)≦x₃≦2で、
Ｆ₃(x₃)＝7/2-(13/6)*√(2)
-(1/6)*(x₃-√(2))³
-(1/2)*(√(2)-1)*(x₃-√(2))²
+(3*√(2)-(7/2))*(x₃-√(2)) (23-3)
2≦x₃≦1+√(2)で、
Ｆ₃(x₃)＝(14/3)*√(2)-35/6
+(1/3)*(x₃-2)³-(1/2)*(x₃-2)²
+(2*√(2)-5/2)*(x₃-2) (23-4)
1+√(2)≦x₃≦3で、
Ｆ₃(x₃)＝2*√(2)-2 (23-5)

ｆ_3B(x₃)は、ｇ₁(x₁)およびｇ₂(x₂)と以下の関係がある。
ｆ_3B(x₃)＝∫ｇ₂(x)*ｇ₁(x₃-x)dx (24)
式(24)において、∫は、xについてmax(0,x₃-1)からmin(√(3),x₃)まで積分することを意味する。

式(24)を計算すると、以下となる。
0＜x₃≦1で、 ｆ_3B(x₃)＝(1/2)*x₃ ² (25-1)
1≦x₃≦√(3)で、ｆ_3B(x₃)＝3/4-(x₃-3/2)² (25-2)
√(3)≦x₃≦2で、
ｆ_3B(x₃)＝2*√(3)-5/2-(1/2)*(x₃-1)² (25-3)
2≦x₃≦1+√(3)で、
ｆ_3B(x₃)＝2*√(3)-7/2+(1/2)*(3-x₃)²) (25-4)
1+√(3)≦x₃≦3で、ｆ_3B(x₃)＝0 (25-5)

さらに、Ｆ_3B(x₃)は、以下となる。
0＜x₃≦1で、Ｆ_3B(x₃)＝(1/6)*x₃ ² (26-1)
1≦x₃≦√(3)で、
Ｆ_3B(x₃)＝1/2-(1/3)*x₃*(3/2-x₃)*(3-x₃) (26-2)
√(3)≦x_3B≦2で、
Ｆ_3B(x₃)＝5-(5/2)*√(3)
+(7/3)*(√(3)-3/2)*(x₃-√(3))
-(1/6)*(x₃-√(3))*x₃*(x₃-3+√(3)) (26-3)
2≦x₃≦1+√(3)で、
Ｆ_3B(x₃)＝5*√(3)-47/6
+(2*√(3)-10/3)*(x₃-2)
+(1/6)*(x₃-2)*(x₃-3)*(x₃-4) (26-4)
1+√(3)≦x₃≦3で、
Ｆ_3B(x₃)＝2*√(3)-5/2 (26-5)

ｆ₄(x₄)は、ｇ₁(x₁)およびｆ₃(x₃)と以下の関係がある。
ｆ₄(x₄)＝∫ｆ₃(x)*ｇ₁(x₄-x)dx (27)
式(27)において∫は、xについてmax(0,x₄-1)からmin(√(3),x₄)まで積分することを意味する。

式(27)を計算すると、以下となる。
0＜x₄≦1で、 ｆ₄(x₄)＝(1/6)*x₄ ³ (28-1)
1≦x₄≦√(2)で、
ｆ₄(x₄)＝2/3-(1/2)*x₄*(x₄-2)² (28-2)
√(2)≦x₄≦√(3)で、
ｆ₄(x₄)＝14/3-3*√(2)
-(1/3)*(x₄-√(2))³
-(√(2)-1)*(x₄-√(2))²
+(4*√(2)-5)*(x₄-√(2)) (28-3)

√(3)≦x₄≦2で、
ｆ₄(x₄)＝(2/3)*√(2)+(2*√(2)-3)*√(3)
-(1/6)*(x₄-1)³ (28-4)
2≦x₄≦1+√(2)で、
ｆ₄(x₄)＝(2/3)*√(2)+(2*√(2)-3)*√(3)
-1/2+(1/3)*(x₄-1)*(5/2-x₄)*(4-x₄)) (28-5)

1+√(2)≦x₄≦1+√(3)で、
ｆ₄(x₄)＝-(7/2)+(17/6)*√(2)+(2*√(2)-3)*√(3)
+(1/6)*(x₄-1-√(2))³
+(1/2)*(√(2)-1)*(x₄-1-√(2))²
-(3*√(2)-(7/2))*(x₃-1-√(2)) (28-6)
1+√(3)≦x₄≦4で、 ｆ₄(x₄)＝0 (28-7)

さらに、Ｆ₄(x₄)は、以下となる。
0＜x₄≦1で、 Ｆ₄(x₄)＝(1/24)*x₄ ⁴ (29-1)
1≦x₄≦√(2)で、
Ｆ₄(x₄)＝(1/24)
-(1/8)*(x₄-1)⁴+(1/6)*(x₄-1)³
+(1/4)*(x₄-1)²-(1/6)*(x₄-1) (29-2)
√(2)≦x₄≦√(3)で、
Ｆ₄(x₄)＝2*√(2)-(8/3)
-(1/12)*(x₄-√(2))⁴
-(1/3)*(√(2)-1)*(x₄-√(2))³
+(1/2)*(5-4*√(2))*(x₄-√(2))²
+(3*√(2)-(11/3))*(x₄-√(2)) (29-3)

√(3)≦x₄≦2で、
Ｆ₄(x₄)＝Ｆ₄(√(3))
+((2/3)*√(2)+(2*√(2)-3)*√(3))*(x₄-√(3))
-(1/24)*((x₄-1)⁴-(√(3)-1)⁴) (29-4)
2≦x₄≦1+√(2)で、
Ｆ₄(x₄)＝Ｆ₄(2)
+(1/12)*(x₄-2)⁴-(1/6)*(x₄-2)³-(1/4)*(x₄-2)²
+(-(1/6)+(2/3)*√(2)+(2*√(2)-3)*√(3))
*(x₄-2) (29-5)

1+√(2)≦x₄≦1+√(3)で、
Ｆ₄(x₄)＝Ｆ₄(1+√(2))
+(1/24)*(x₄-1-√(2))⁴
+(1/6)*(√(2)-1)*(x₄-1-√(2))³
-((3/2)*√(2)-(7/4))*(x₃-1-√(2))²
+(-(7/2)+(17/6)*√(2)+(2*√(2)-3)*√(3))
*(x₃-1-√(2))) (29-6)
1+√(3)≦x₄≦4で、 Ｆ₄(x₄)＝Ｆ₄(1+√(3)) (29-7)

風計測ライダ装置１では、無遮蔽での第１積算スペクトルが生成されても風速を算出できない場合がある。無遮蔽での第１積算スペクトルで風速を算出できない現象が発生した後に、１個の無遮蔽での第１積算スペクトルとｎ個の部分遮蔽での第１積算スペクトルとを積算した第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上になる条件は、ｎ個の部分遮蔽での第１積算スペクトルを積算した第２積算スペクトルの非遮蔽率x_nが、x_n≧(√(n+1)-1)を充足することである。

風計測ライダ装置１で無遮蔽での第１積算スペクトルで風速を算出できない現象が発生した後で、第２積算スペクトルから風速を算出する確率を計算するために、以下の関数を使用する。
ｈ₂(ｘ₂)：x₁≧(√(2)-1)でｇ₁(x₁)＝０とした場合の、非遮蔽率ｘ₂の確率分布関数。
Ｈ₂(ｘ₂)：非遮蔽率ｘ₂の累積分布関数。Ｈ₂(ｘ₂)＝∫ｈ₂(ｘ)dx。∫は、ｘについて０からｘ₂までの積分を意味する。
ｈ_2B(ｘ₂)：x₁≧(√(3)-1)でｇ₁(x₁)＝０とした場合の、非遮蔽率ｘ₂の確率分布関数。
Ｈ_2B(ｘ₂)：非遮蔽率ｘ₂の累積分布関数。Ｈ_2B(ｘ₂)＝∫ｈ_2B(ｘ)dx。∫は、ｘについて０からｘ₂までの積分を意味する。
ｈ₃(ｘ₃)：x₂≧(√(3)-1)でｈ₂(x₂)＝０とした場合の、非遮蔽率ｘ₃の確率分布関数。
Ｈ₃(ｘ₃)：非遮蔽率ｘ₃の累積分布関数。Ｈ₃(ｘ₃)＝∫ｈ₃(ｘ)dx。∫は、ｘについて０からｘ₃までの積分を意味する。
ｈ_3B(ｘ₃)：x₂≧(√(3)-1)でｇ₂(x₂)＝０とした場合の、非遮蔽率ｘ₃の確率分布関数。
Ｈ_3B(ｘ₃)：非遮蔽率ｘ₃の累積分布関数。Ｈ_3B(ｘ₃)＝∫ｈ_3B(ｘ)dx。∫は、ｘについて０からｘ₃までの積分を意味する。

ｈ₂(x₂)は、ｇ₁(x₁)と以下の関係がある。
ｈ₂(x₂)＝∫ｇ₁(x)*ｇ₁(x₂-x)dx (30)
式(30)において、∫は、xについてmax(0,x₂-1)からmin((√(2)-1),x₂)まで積分することを意味する。

ｈ₂(x₂)は、以下のようになる。
0＜x₂≦√(2)-1で、ｈ₂(x₂)＝x₂ (31-1)
√(2)-1≦x₂＜1で、ｈ₂(x₂)＝√(2)-1 (31-2)
1≦x₂＜√(2)で、 ｈ₂(x₂)＝√(2)-x₂ (31-3)
√(2)≦x₂＜2で、 ｈ₂(x₂)＝０ (31-4)

Ｈ₂(x₂)は、以下のようになる。
0＜x₂≦√(2)-1で、
Ｈ₂(x₂)＝(1/2)*x₂ ² (32-1)
√(2)-1≦x₂＜1で、
Ｈ₂(x₂)＝(√(2)-1)*(x₂-(1/2)*(√(2)-1)) (32-2)
1≦x₂＜√(2)で、
Ｈ₂(x₂)＝√(2)-1-(1/2)*(√(2)-x₂)² (32-3)
√(2)≦x₂＜2で、
Ｈ₂(x₂)＝√(2)-1 (32-4)

ｈ₃(x₃)は、ｇ₁(x₁)およびｈ₂(x₂)と以下の関係がある。
ｈ₃(x₃)＝∫ｈ₂(x)*ｇ₁(x₃-x)dx (33)
式(33)において、∫は、xについてmax(0,x₃-1)からmin((√(3)-1),x₃)まで積分することを意味する。

式(33)を計算すると、ｈ₃(x₃)は、以下のようになる。
0＜x₃≦√(2)-1で、ｈ₃(x₃)＝(1/2)*x₃ ² (34-1)
√(2)-1≦x₃＜√(3)-1で、
ｈ₃(x₃)＝(√(2)-1)*(x₃-(1/2)*(√(2)-1)) (34-2)
√(3)-1≦x₃＜1で、
ｈ₃(x₃)＝√(6)-√(3)-1/2 (34-3)
1≦x₃＜√(2)で、
ｈ₃(x₃)＝√(6)-√(3)-1/2-(1/2)*(x₃-1)² (34-4)
√(2)≦x₃＜√(3)で、
ｈ₃(x₃)＝√(6)-√(3)-2+√(2)
-(√(2)-1)*(x₃-√(2)) (34-5)
√(3)≦x₃＜3で、ｈ₃(x₃)＝０ (34-6)

Ｈ₃(x₃)は、以下のようになる。
0＜x₃≦√(2)-1で、Ｈ₃(x₃)＝(1/6)*x₃ ³ (35-1)
√(2)-1≦x₃＜√(3)-1で、
Ｈ₃(x₃)＝(1/6)*(√(2)-1)³
+(1/2)*(√(2)-1)*x₃*(x₃-(√(2)-1)) (35-2)
√(3)-1≦x₃＜1で、
Ｈ₃(x₃)＝(1/6)*(11*√(2)-10-3*√(3))
+(√(6)-√(3)-1/2)*(x₃-(√(3)-1)) (35-3)
1≦x₃＜√(2)で、
Ｈ₃(x₃)＝1/3+2*√(6)-(7/6)*√(2)-2*√(3)
+(√(6)-√(3)-1/2)*(x₃-1)
-(1/6)*(x₃-1)³ (35-4)
√(2)≦x₃＜√(3)で、
Ｈ₃(x₃)＝2+√(3)-(5/2)*√(2)
+(√(2)-1)*(x₃-√(2))
*(√(3)-(1/2)*(x₃+√(2)) (35-5)
√(3)≦x₃＜3で、
Ｈ₃(x₃)＝√(6)-√(3)-1/2 (35-6)

ｈ_2B(x₂)は、ｇ₁(x₁)と以下の関係がある。
ｈ_2B(x₂)＝∫ｇ₁(x)*ｇ₁(x₂-x)dx (36)
式(36)において、∫は、xについてmax(0,x₂-1)からmin((√(3)-1),x₂)まで積分することを意味する。

式(36)を計算すると、ｈ_2B(x₂)は、以下のようになる。
0＜x₂≦√(3)-1で、ｈ_2B(x₂)＝x₂ (37-1)
√(3)-1≦x₂＜1で、ｈ_2B(x₂)＝√(3)-1 (37-2)
1≦x₂＜√(3)で、 ｈ_2B(x₂)＝√(3)-x₂ (37-3)
√(3)≦x₂＜2で、 ｈ_2B(x₂)＝０ (37-4)

Ｈ_2B(x₂)は、以下のようになる。
0＜x₂≦√(3)-1で、
Ｈ_2B(x₂)＝(1/2)*x₂ ² (38-1)
√(3)-1≦x₂＜1で、
Ｈ_2B(x₂)＝(√(3)-1)*(x₂-(1/2)*(√(3)-1)) (38-2)
1≦x₂＜√(3)で、
Ｈ_2B(x₂)＝√(3)-1-(1/2)*(√(3)-x₂)² (38-3)
√(3)≦x₂＜2で、
Ｈ_2B(x₂)＝√(3)-1 (38-4)

ｈ_3B(x₃)は、ｇ₁(x₁)およびｇ₂(x₂)と以下の関係がある。
ｈ_3B(x₃)＝∫ｇ₂(x)*ｇ₁(x₃-x)dx (39)
式(39)において、∫は、xについてmax(0,x₃-1)からmin((√(3)-1),x₃)まで積分することを意味する。

ｈ_3B(x₃)は、以下のようになる。
0＜x₃≦√(3)-1で、ｈ_3B(x₃)＝(1/2)*x₃ ² (40-1)
√(3)-1≦x₃＜1で、
ｈ_3B(x₃)＝2-√(3) (40-2)
1≦x₃＜√(3)で、
ｈ_3B(x₃)＝2-√(3)-(1/2)*(x₃-1)² (40-3)
√(3)≦x₃＜3で、ｈ_3B(x₃)＝０ (40-4)

Ｈ_3B(x₃)は、以下のようになる。
0＜x₃≦√(3)-1で、Ｈ_3B(x₃)＝(1/6)*x₃ ³ (41-1)
√(3)-1≦x₃＜1で、
Ｈ_3B(x₃)＝√(3)-5/3+(2-√(3))*(x₃-√(3)+1) (41-2)
1≦x₃＜√(3)で、
Ｈ_3B(x₃)＝16/3-3*√(3)
+(2-√(3))*(x₃-1)-(1/6)*(x₃-1)³ (41-3)
√(3)≦x₃＜3で、
Ｈ_3B(x₃)＝2-√(3) (41-4)

図１３に、非遮蔽率ｘ₂、ｘ₃およびｘ₄についての確率分布関数および累積分布関数を示す。図１３は、実施の形態５に係る風計測ライダ装置の動作を評価するために使用する非遮蔽率ｘ₂、ｘ₃およびｘ₄の確率分布関数および累積分布関数を表すグラフである。図１３(A)に、ｆ₃(x₃)、Ｆ₃(x₃)、ｆ_3B(x₃)、Ｆ_3B(x₃)、ｇ₃(x₃)およびＧ₃(x₃)を示す。ｆ₃(x₃)は太い破線で表示し、ｆ_3B(x₃)は一点鎖線で表示し、ｇ₃(x₃)は細い破線で表示する。Ｆ₃(x₃)は太い実線で表示し、Ｆ_3B(x₃)は長破線(線を長くした破線)で表示し、Ｇ₃(x₃)は細い実線で表示する。ｆ₃(x₃)は、x₃＝√(2)まではｇ₃(x₃)と同じだが、x₃＝√(2)から減少しはじめx₃＝(1+√(2))でゼロになる。ｇ₃(x₃)とｆ₃(x₃)との差は、x₃＝２～(１+√(2))の範囲で最大値0.172になる。ｆ_3B(x₃)はx₃＝√(3)からｇ₃(x₃)よりも小さくなる。ｇ₃(x₃)とｆ_3B(x₃)との差は、x₃＝２までは拡大し、x₃＝２～(１+√(3))の範囲で最大値0.036になる。

図１３(B)に、ｆ₄(x₄)、Ｆ₄(x₃)、ｇ₄(x₄)およびＧ₄(x₄)を示す。ｆ₄(x₄)は太い破線で表示し、ｇ₄(x₄)は細い破線で表示する。Ｆ₄(x₄)は太い実線で表示し、Ｇ₄(x₄)は細い実線で表示する。ｆ₄(x₄)は、√(2)まではｇ₄(x₄)と同じだが、x₄＝√(2)から微小な差が発生する。ｆ₄(x₄)は、x₄＝√(3)からｇ₄(x₄)との差の増加速度が大きくなり、x₄＝(1+√(2))～(１+√(3))の範囲で、ｇ₃(x₃)とｆ_3B(x₃)との間には0.33程度の差が発生する。x₄＝(1+√(3))で、ｆ₄(x₄)はゼロになる。

図１３(C)に、ｈ₂(x₂)、Ｈ₂(x₂)、ｈ_2B(x₂)、Ｈ_2B(x₂)、ｇ₂(x₂)およびＧ₂(x₂)を示す。ｈ₂(x₂)は太い破線で表示し、ｈ_2B(x₂)は一点鎖線で表示し、ｇ₂(x₂)は細い破線で表示する。Ｈ₂(x₂)は太い実線で表示し、Ｈ_2B(x₂)は長破線で表示し、Ｇ₂(x₂)は細い実線で表示する。ｈ₂(x₂)は、x₂＝(√(2)-1)まではｇ₂(x₂)と同じだが、x₂＝(√(2)-1)～１の範囲では一定値でｈ₂(x₂)＝(√(2)-1)である。ｈ₂(x₂)は、x₂＞１では線形に減少し、x₂＝√(2)でゼロになる。ｈ_2B(x₂)は、x₂＝(√(3)-1)まではｇ₂(x₂)と同じだが、x₂＝(√(3)-1)～１の範囲では一定値でｈ_2B(x₂)＝(√(3)-1)である。ｈ_2B(x₂)は、x₂＞１では線形に減少し、x₂＝√(3)でゼロになる。

図１３(D)に、ｈ₃(x₃)、Ｈ₃(x₃)、ｈ_3B(x₃)、Ｈ_3B(x₃)、ｇ₃(x₃)およびＧ₃(x₃)を示す。ｈ₃(x₃)は太い破線で表示し、ｈ_3B(x₃)は一点鎖線で表示し、ｇ₃(x₃)は細い破線で表示する。Ｈ₃(x₃)は太い実線で表示し、Ｈ_3B(x₃)は長破線で表示し、Ｇ₃(x₃)は細い実線で表示する。ｈ₃(x₃)は、x₃＝(√(2)-1)まではｇ₃(x₃)と同じだが、x₃＝(√(2)-1)から微小に小さくなり、x₃＝(√(3)-1)～１の範囲では一定値でｈ₃(x₃)＝(√(6)-√(3)-1/2)である。ｈ₃(x₃)は、x₃＞１では２次関数で減少し、x₃＝√(3)でゼロになる。ｈ_3B(x₃)は、x₃＝(√(3)-1)まではｇ₃(x₃)と同じだが、x₃＝(√(3)-1)～１の範囲では一定値でｈ_3B(x₃)＝(2-√(3))である。ｈ_3B(x₂)は、x₂＞１では２次関数で減少し、x₃＝√(3)でゼロになる。

ζnなどの計算の説明に戻る。無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される確率は、何回目に生成されるかによらず一定でαである。１回目の第１積算スペクトルに対しては、第２積算スペクトルは第１積算スペクトルと同じなので、γ₁＝ε₁＝０である。また、１回目の第１積算スペクトルで風速が算出できない確率ζ₁は、ζ₁＝１‐αである。γ₂などは、風計測ライダ装置１Ｅでの値を計算するので、添え字Eを付加して、γ_2Eなどのように表記する。

風計測ライダ装置１Ｅでは、何回目に生成されるものでも第１積算スペクトルが無遮蔽でのものである場合は、第１積算スペクトルから風速を算出できる。未算出確率ζ_2Eなどは、以下のように計算できる。
ζ_2E＝(１-α)²-ε_2E (42)
ζ_3E＝ζ_2E*(１-α)-ε_3E (43)
ζ_4E＝ζ_3E*(１-α)-ε_4E (44)

無遮蔽での第１積算スペクトルでは、非遮蔽割合ｙ＝１であり、ＳＮ比が第１閾値以上になる。２回目に生成される第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でないためには、ｘ₂＜√(2)である必要がある。１回目に生成される第２積算スペクトルでｘ₁＜(√(2)-１)である場合には、２回目に生成される無遮蔽での第１積算スペクトルと積算した第２積算スペクトルでｘ₂＜√(2)となる。ｘ₁＜(√(2)-１)であるためには、１回目に部分遮蔽でｙ＜(√(2)-１)である第１積算スペクトル、または全遮蔽での第１積算スペクトルが生成される必要がある。したがって、γ_2Eは、以下の式で計算できる。
γ_2E＝α*((1-α-β)*Ｇ₁(√(2)-1)+β)
＝α*((1-α-β)*(√(2)-1)+β) (45)

２回目の第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上であるためには、１回目および２回目の第１積算スペクトルは部分遮蔽での第１積算スペクトルであり、かつ、ｘ₂≧√(2)である必要がある。そのため、ε_2Eは、以下の式で計算できる。
ε_2E＝(1-α-β)²*(1-Ｇ₂(√(2)))
＝(1-α-β)²*(√(2)-1)² (46)

３回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合に、３回目の第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でないためには、非遮蔽率ｘ₂がｘ₂＜(√(3)-１)を充足する必要がある。風計測ライダ装置１Ｅで、ｘ₂＜(√(3)-１)であるのは、以下の３通りの場合である。
(A1)２個の部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₂＜(√(3)-１)である場合。
(A2)１個の全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、１個のｙ＜(√(3)-１)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。
(A3)２個の全遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。
したがって、γ_3Eは以下の式で計算できる。なお、非遮蔽率の累積分布関数Ｇ_n(x_n)の次数ｎは、部分遮蔽での第１積算パルスの個数である。
γ_3E＝α*((1-α-β)²*Ｇ₂(√(3)-1)
+2*β*(1-α-β)*Ｇ₁(√(3)-1))+β²)
＝α*((1-α-β)²*(2-√(3))
+2*β*(1-α-β)*(√(3)-1)+β²) (47)

３回目の第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上であるためには、非遮蔽率ｘ₃、ｘ₂がｘ₃≧√(3)かつｘ₂＜√(2)を充足する必要がある。ｘ₂＜√(2)は、２回目の第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でないために必要である。ｘ₃≧√(3)かつｘ₂＜√(2)であるのは、以下の２通りの場合である。
(B1)３個の部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₃≧√(3)である場合。
(B2)１回目または２回目に１個の全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２個の部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₃≧√(3)である場合。
したがって、ε_3Eは以下の式で計算できる。ｘ₂＜√(2)という条件下での確率なので、Ｇ₃(x₃)ではなく、Ｆ₃(x₃)を使用する。
ε_3E＝(1-α-β)³*(Ｆ₃(1+√(2))-Ｆ₃(√(3)))
+2*β*(1-α-β)²*(1-Ｇ₂(√(3))) (48)

４回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合に、４回目の第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でないためには、ｘ₃＜１である必要がある。なお、(√(4)-1)）＝１である。ｘ₃＜１であるのは、以下の４通りの場合である。
(C1)３個の部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₃＜１である場合。
(C2)１個の全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２個の部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₃＜１である場合。
(C3)２個の全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、１個のｙ＜１である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。
(C4)３個の全遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。
したがって、γ_4Eは以下の式で計算できる。
γ_4E＝α*((1-α-β)³*Ｇ₃(1)
+3*β*(1-α-β)²*Ｇ₂(1)
+3*β²*(1-α-β)*Ｇ₁(1)+β³)
＝α*((1/6)*(1-α-β)³
+(3/2)*β*(1-α-β)²
+3*β²*(1-α-β)+β³) (49)

４回目の第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上であるためには、ｘ₄≧２（＝√(４)）かつｘ₃＜√(3)かつｘ₂＜√(2)である必要がある。ｘ₃＜√(3)かつｘ₂＜√(2)は、２回目および３回目の第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でないことを表す。ｘ₄≧２であるのは、以下の３通りの場合である。
(D1)４個の部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₄≧２である場合。
(D2)１回目および２回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されてｘ₂＜√(2)であり、３回目に全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、４回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₄≧２である場合。
(D3)１回目または２回目に全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３個の部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₄≧２である場合。
したがって、ε_4Eは以下の式で計算できる。ｘ₃＜√(3)かつｘ₂＜√(2)という条件下での確率なので、(D1)ではＦ₄(x₄)を使用する。(D2)ではＦ₃(x₃)を使用し、(D3)ではＦ_3B(x₃)を使用する。
ε_4E＝(1-α-β)⁴*(Ｆ₄(1+√(3))-Ｆ₄(2))
+β*(1-α-β)³*(Ｆ₃(1+√(2))-Ｆ₃(2)
+2*β*(1-α-β)³*(Ｆ_3B(1+√(3))-Ｆ_3B(2)) (50)

風計測ライダ装置１Ｅにおいて、第１積算スペクトルの生成回数に対する第１改善確率γ_nE、第２改善確率ε_nE、未算出確率ζ_nEの変化を表すグラフを、図１４に示す。図１４は、実施の形態５に係る風計測ライダ装置において第１積算スペクトルの生成回数に関する確率の第１積算スペクトルの生成回数に対する変化を表すグラフである。図１４では、Ｔc＝１.０の場合を実線で表示し、Ｔc＝０.８の場合を破線で表示し、Ｔc＝１.０の場合を一点鎖線で表示する。図１４(A)に第１改善確率γ_nEを示す。図１４(B)に第２改善確率ε_nEを示す。図１４(C)に未算出確率ζ_nEを示す。第１改善確率γ_nEと第２改善確率ε_nEは、累積の確率を表示する。

第１改善確率γ_nEは、Ｔc＝１.０の場合に、γ_2E＝0.105、γ_2E+γ_3E＝0.161(γ_3E＝0.056)、γ_2E+γ_3E+γ_4E＝0.191(γ_4E＝0.030)である。生成回数ｎが大きくなるにしたがいγ_nEは小さくなる。γ_nEが等比数列で減少すると仮定すると、γ_sumEは０.２３程度になると推測される。Ｔc＝０.８およびＴc＝１.２の場合も同様な傾向である。Ｔc＝０.８の場合は、Ｔc＝１.０の場合よりもγ_nEは大きくなる。Ｔc＝１.２の場合は、Ｔc＝１.０の場合よりもγ_nEは小さくなる。Ｔcが小さいほどγ_sumEが大きくなる理由は、Ｔcが小さいほど全遮蔽での第１積算スペクトルが生成される確率βが大きいからである。

第２改善確率ε_nEは、Ｔc＝１.０の場合に、ε_2E＝0.062、ε_2E+ε_3E＝0.103(ε_3E＝0.041)、ε_2E+ε_3E+ε_4E＝0.133(ε_4E＝0.029)である。生成回数ｎが大きくなるにしたがいε_nEは小さくなる。ε_nEが等比数列で減少すると仮定すると、ε_sumEは０.２０程度になる。Ｔc＝０.８およびＴc＝１.２の場合も同様な傾向である。Ｔc＝１.２の場合は、Ｔc＝１.０の場合よりもε_nEは大きくなる。Ｔc＝０.８の場合は、Ｔc＝１.０の場合よりもε_nEは小さくなる。Ｔcが大きいほどε_sumEが大きくなる理由は、Ｔcが大きいほど部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成される確率(1-α-β)が大きくなるためと考えられる。

未算出確率ζ_nEは、Ｔc＝１.０の場合に、ζ_1E＝0.684、ζ_2E＝0.406(ζ_2E＝0.594*ζ_1E)、ζ_3E＝0.236(ζ_3E＝0.581*ζ_2E) 、ζ_4E＝0.132(ζ_4E＝0.560*ζ_3E)である。生成回数ｎが大きくなるにしたがい、ζ_nEは小さくなる。Ｔc＝０.８およびＴc＝１.２の場合も同様な傾向である。Ｔc＝１.２の場合は、Ｔc＝１.０の場合よりもζ_nEは大きくなる。Ｔc＝０.８の場合は、Ｔc＝１.０の場合よりもζ_nEは小さくなる。Ｔcが小さいほどζ_nEが小さくなる理由は、Ｔcが小さいほど無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される確率αが大きくなるためと考えられる。生成回数ｎが大きくなるほど、Ｔcの違いによるζ_nEの違いは小さくなる。

風計測ライダ装置１Ｅにおいて、第１積算スペクトルの積算時間Ｔcに対する第１改善総確率γ_sumE、第２改善総確率ε_sumE、未算出確率ζ_4Eの変化を表すグラフを、図１５に示す。図１５は、実施の形態５に係る風計測ライダ装置において第１積算スペクトルの生成回数に関する確率の第１積算スペクトルの積算時間Ｔcに対する変化を表すグラフである。図１５では、第１改善総確率γ_sumEを実線で表示し、第２改善総確率ε_sumEを破線で表示し、未算出確率ζ_4Eを一点鎖線で表示する。第１改善総確率γ_sumEは、γ_sumE≒(γ_2E+γ_3E+γ_4E)で近似している。第２改善総確率ε_sumEは、ε_sumE≒(ε_2E+ε_3E+ε_4E)で近似している。

第１改善総確率γ_sumEは、Ｔc＝１.０の場合にγ_sumE＞0.191であり、Ｔc＝１.２の場合にγ_sumE＞0.146であり、Ｔc＝０.８の場合にγ_sumE＞0.236である。風計測ライダ装置１Ｅでは、２０％程度の確率で、風速を算出するまでに第１積算スペクトルを生成する回数を風計測ライダ装置１よりも少なくできる。Ｔcが小さい場合に第１改善総確率γ_sumEが大きい理由は、Ｔcが小さい場合にβが大きいからである。

第２改善総確率ε_sumEは、Ｔc＝１.０の場合にε_sumE＞0.133であり、Ｔc＝１.２の場合にε_sumE＞0.209であり、Ｔc＝０.８の場合にε_sumE＞0.077である。風計測ライダ装置１Ｅでは、第１積算スペクトルから風速を算出できない場合に第２積算スペクトルから風速を算出するので、第１積算スペクトルだけから風速を算出する場合よりも、１５％程度以上の確率で第１積算スペクトルの生成回数を小さくできる。Ｔcが大きい場合に第２改善総確率ε_sumEが大きい理由は、αが小さく、(1-α-β)が大きいからである。

未算出確率ζ_4Eは、Ｔc＝１.０の場合にζ_4E＝0.132であり、Ｔc＝１.２の場合にζ_4E＝0.155であり、Ｔc＝０.８の場合にζ_4E＝0.107である。Ｔcが小さい場合に未算出確率ζ_4Eが小さい理由は、Ｔcが小さい場合にαが大きいからである。

比較例として、風計測ライダ装置１の未算出確率ζ_n0について検討する。ここで、添え字0は、風計測ライダ装置１での場合の計算値であることを示す。未算出確率ζ_n0は、風計測ライダ装置１Ｅの未算出確率ζ_nEとは、２回目以降に生成される無遮蔽での第１積算スペクトルで風速を算出できない場合がある点で相異する。２回目では第１改善確率γ_2Eだけ、未算出確率ζ₂₀はζ_2Eよりも大きくなる。３回目の未算出確率ζ₃₀は、ζ_3Eよりも、第１改善確率(γ_2E+γ_3E)だけ大きく、回復確率λ₃₀だけ小さい。ζ₄₀は、ζ_4Eよりも、第１改善確率(γ_2E+γ_3E+γ_4E)だけ大きく、回復確率(λ₃₀+λ₄₀)だけ小さい。
したがって、ζ₁₀、ζ₂₀、ζ₃₀およびζ₄₀は、以下のようになる。
ζ₁₀＝1-α (51)
ζ₂₀＝ζ_2E+γ_2E (52)
ζ₃₀＝ζ_3E+γ_2E+γ_3E-λ₃₀ (53)
ζ₄₀＝ζ_4E+γ_2E+γ_3E+γ_4E-λ₃₀-λ₄₀ (54)

回復確率λ_n0は、風計測ライダ装置１において２回目以降で無遮蔽での第１積算スペクトルが生成されても風速を算出できない現象が発生した後に風速が算出できる確率なので、λ₁₀＝λ₂₀＝０である。

風計測ライダ装置１において２回目で無遮蔽での第１積算スペクトルが生成されても風速を算出できず、３回目で風速が算出できる場合には、以下の３通りの場合がある。
(E1)３回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。
(E2)１回目にｙ＜(√(2)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₃≧√(3)である場合。
(E3)１回目に全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₃≧√(3)である場合。
したがって、λ₃₀は、以下の式で計算できる。
λ₃₀＝α*γ_2E
+α*(1-α-β)²*(Ｈ₂(√(2))-Ｈ₂(√(3)-1))
+α*β*(1-α-β)*(1-Ｇ₁(√(3)-1))
＝α*γ_2E
+α*(1-α-β)²*(√(2)+√(3)-1/2-√(6))
+α*β*(1-α-β)*(2-√(3)) (55)

風計測ライダ装置１において２回目または３回目で無遮蔽での第１積算スペクトルが生成されても風速を算出できず、４回目で風速が算出できる場合には、以下の１０通りの場合がある。
(F1)３回目に生成される無遮蔽での第１積算スペクトルから風速を算出できず、４回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。
(F2)１回目にｙ＜(√(2)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されてｘ₃＜√(3)であり、４回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。
(F3)１回目にｙ＜(√(2)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３回目に全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、４回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。
(F4)１回目に全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３回目にｙ＜(√(3)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、４回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。
(F5)１回目と３回目に全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２回目と４回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。

(F6)１回目にｙ＜(√(2)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されてｘ₃＜√(3)であり、４回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されてｘ₄≧２である場合。
(F7)１回目にｙ＜(√(2)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３回目に全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、４回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されてｘ₄≧２である場合。
(F8)１回目に全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３回目にｙ＜(√(3)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、４回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されてｘ₄≧２である場合。

(F9)１回目と２回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されてｘ₂＜(√(3)-1)であり、３回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、４回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されてｘ₄≧２である場合。
(F10)２回目までに１個の全遮蔽での第１積算スペクトルおよび１個のｙ＜(√(3)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、４回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されてｘ₄≧２である場合。

したがって、λ₄₀は、以下の式で計算できる。Ｈ₂(x₂)を(F2)および(F7)で使用し、Ｈ₃(x₃)を(F6)で使用し、Ｈ_2B(x₂)を(F8)および(F10)で使用し、Ｈ_3B(x₃)を(F9)で使用する。
λ₄₀＝α*γ_3E
+α²*(1-α-β)²*Ｈ₂(√(3)-1)
+α²*β*(1-α-β)*Ｇ₁(√(3)-1)
+α²*β*(1-α-β)*Ｇ₁(√(2)-1)
+α²*β²
+α*(1-α-β)³*(Ｈ₃(√(3))-Ｈ₃(1))
+α*β*(1-α-β)²*(Ｈ₂(√(2))-Ｈ₂(1))
+α*β*(1-α-β)²*(Ｈ_2B(√(3))-Ｈ_2B(1))
+α*(1-α-β)³*(Ｈ_3B(√(3))-Ｈ_3B(1))
+2*α*β*(1-α-β)²*(Ｈ_2B(√(3))-Ｈ_2B(1))
＝α*γ_3E
+α²*(1-α-β)²*(√(6)-√(3)-1/2)
+α²*β*(1-α-β)*(√(3)-1)
+α²*β*(1-α-β)*(√(2)-1)
+α²*β²
+α*(1-α-β)³*(2*√(6)+5*√(2)-4*√(3)-5)
+α*β*(1-α-β)²*(3/2-√(2))
+α*β*(1-α-β)²*(2-√(3))
+α*(1-α-β)³*(2*√(3)-10/3)
+2*α*β*(1-α-β)²*(2-√(3))
＝α*γ_3E
+α²*(1-α-β)²*(√(6)-√(3)-1/2)
+α²*β*(1-α-β)*(√(3)+√(2)-2)
+α²*β²
+α*(1-α-β)³*(2*√(6)+5*√(2)-2*√(3)-25/3)
+α*β*(1-α-β)²*(15/2-3*√(3)-√(2)) (56)

第１積算スペクトルの生成回数に対する未算出確率ζ_E、ζ₀の変化を表すグラフを、図１６に示す。図１６は、実施の形態５および実施の形態１に係る風計測ライダ装置において風速を算出できない確率の第１積算スペクトルの生成回数に対する変化を表すグラフである。図１６では、Ｔc＝１.０の場合の風計測ライダ装置１Ｅでの未算出確率ζ_nEを実線で表示し、風計測ライダ装置１での未算出確率ζ₀を破線で表示し、Σ(ζ₀-ζ_E)を一点鎖線で表示する。生成回数ｎでのΣ(ζ₀-ζ_E)は、ｊ＝１～ｎでの(ζ_j0-ζ_jE)の和である。

ここで、風計測ライダ装置５と風計測ライダ装置１とでの風速を算出できるまでの第１積算スペクトルの生成回数の差を表すために、以下の変数を定義する。
Δζ_E：十分に大きい生成回数ｎでのΣ(ζ₀-ζ_E)。
τ₀：ζ₀の推定減衰率。τ₀＝ζ₄₀/ζ₃₀とする。
τ_E：ζ₀の推定減衰率。τ_E＝ζ_4E/ζ_3Eとする。
Δζ_Eは、以下の式(57)で計算する。
Δζ_E＝ζ₂₀-ζ_2E+ζ₃₀-ζ_3E
+ζ₄₀/(1-τ₀)-ζ_4E/(1-τ_E) (57)
τ₀＝0.620、τ_E＝0.551とすると、式(57)から、Δζ_E＝0.467と計算できる。Ｔc＝１.０の場合に、風計測ライダ装置１Ｅは風計測ライダ装置１よりも０.５回程度、風速を算出できるまでに第１積算スペクトルを生成する回数を少なくできる。

第２積算スペクトルを必ず積算スペクトル保存部１２ｄに保存するのではなく、第２積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である場合に、第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存してもよい。第２閾値は、第１閾値よりも小さく決める。第２閾値は、例えば第１積算スペクトルに風速の信号が含まれる割合である非遮蔽割合ｙ(＝Ｔx/Ｔc)が例えば０．２になる場合の値に決める。あるいは、第１積算スペクトルのＳＮ比の計算値の中で、低い方から例えば５％に相当する値などのように決める。第２閾値は、積算することでＳＮ比を低下させる可能性が高い第１積算スペクトルを積算に使用しないように決める。

第２積算スペクトルのＳＮ比が積算スペクトル保存部１２ｄに保存されている保存積算スペクトルのＳＮ比よりも高い場合だけ、第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存してもよい。

第１積算スペクトルおよび第２積算スペクトルの何れかＳＮ比が高い方である高ＳＮ比積算スペクトルを、積算スペクトル保存部１２ｄに保存してもよい。高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存積算スペクトルのＳＮ比よりも高い場合だけ、高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存してもよい。
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６．
実施の形態６は、第１積算スペクトルのＳＮ比が低くない場合だけ、第１積算スペクトルを積算して第２積算スペクトルを生成するように、実施の形態５を変更した場合である。実施の形態６の風計測ライダ装置１Ｆでは、ビーム方向ごとに、１個または複数個の風速計測区間（距離レンジ）である判断対象風速計測区間を予め決めておく。判断対象風速計測区間の各距離レンジにおいて第１積算スペクトルのＳＮ比を計算し、ＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの数が予め決められた下限個数以上かどうか判定し、下限個数以上の場合に、今回、積算した第１積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルと積算する。なお、第２閾値は、第１閾値よりも小さく設定しておく。第２閾値は、第１積算スペクトル中に遮蔽無しの受信信号から生成されたスペクトルがある程度（例えば、２０％以上）は存在するように決める。

判断対象風速計測区間は、そのビーム方向の全ての距離レンジでもよいし、最も近い距離レンジから決められた個数でもよい。判断対象風速計測区間は、受信信号に風速を表す信号が存在するかどうか判断できる距離レンジを含むように決めておけばよい。下限個数は、１個以上の適切な個数に設定する。

ビーム方向ごとに決めた判断対象風速計測区間での第１積算スペクトルでのＳＮ比を総合的に判断して、第１積算スペクトルを第２積算スペクトルの積算に使用するかどうかを適切に判断できる。判断対象風速計測区間で個別に第１積算スペクトルでのＳＮ比を判断する場合には、同じビーム方向に第１積算スペクトルを積算に使用する風速計測区間と使用しない風速計測区間が混在する可能性がある。

図１７は、実施の形態６に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図１７について、実施の形態５の場合の図１０とは異なる点を説明する。

風計測ライダ装置１Ｆは、信号処理部１２Ｆを有する。信号処理部１２Ｆは、ＳＮ比判定部１２ｇに加えて第２ＳＮ比判定部１２ｋを有する。第２ＳＮ比判定部１２ｋは、第１積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない場合に、第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上であるかどうかを判定する。第２ＳＮ比判定部１２ｋは、判断対象風速計測区間に含まれ、かつＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの個数が下限個数以上かどうかを判定する。

第２スペクトル積算部１２ｅは、第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの個数が下限個数以上であると第２ＳＮ比判定部１２ｋが判定する場合は、そのビーム方向で第１積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルと積算する。そうでない場合は、第２スペクトル積算部１２ｅは、第１積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルと積算しない。積算しない場合は、積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルは変化しない。

図１８は、実施の形態６に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。図１８について、実施の形態５の場合の図１１とは異なる点を説明する。ステップＳ０Ｆを変更し、Ｓ１６の前にステップＳ１７を追加し、Ｓ８の前にステップＳ１８を追加している。

Ｓ０Ｆでは、ビーム方向ごとに判断対象風速計測区間を設定する。

Ｓ１７で、第２ＳＮ比判定部１２ｋは、判断対象風速計測区間に含まれ、かつ第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの個数が下限個数以上かどうかを判定する。判定の結果は、変数ＮＤsumに保存する。判断対象風速計測区間に含まれ、かつ第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの個数が下限個数以上である場合は、ＮＤsum＝ＹＥＳとする。そうでない場合は、ＮＤsum＝ＮＯとする。

Ｓ１６において、ＳＮ比が第１閾値より小さいため風速を算出しなかった距離レンジ（Ｓ１６でＮＯ）に関しては、Ｓ１８に進む。Ｓ１８で、ＮＤsum＝ＹＥＳかどうかをチェックする。ＮＤsum＝ＹＥＳである場合（Ｓ１８でＹＥＳ）は、Ｓ８へ進む。Ｓ８では、第１積算スペクトルを第２スペクトル積算部１２ｅに送る。ＮＤsum＝ＹＥＳでない場合（Ｓ１８でＮＯ）は、第１積算スペクトルを第２積算スペクトルの積算に使用することなく、次のビーム方向へレーザ光を照射するため、Ｓ１４へ進む。

風計測ライダ装置１Ｆは、風計測ライダ装置１Ｅと同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｆは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。さらに、風計測ライダ装置１Ｅよりも第１積算スペクトルを生成する回数を少なくできる。

判断対象風速計測区間に属する距離レンジで、第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジ数が下限個数以上でない場合は、風計測ライダ装置１Ｆは第１積算スペクトルを積算しない。そのため、積算スペクトル保存部１２ｄに保存される積算スペクトルのＳＮ比が、風計測ライダ装置１Ｆでは風計測ライダ装置１Ｅよりも高くなる。例えば、全距離レンジでブレードによる遮蔽が発生する場合は、そのビーム方向の全ての距離レンジでＳＮ比が０に近い値になる。風計測ライダ装置１Ｆは、そのような状況では、第１積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存されている積算スペクトルと積算しない。そのため、積算スペクトル保存部１２ｄは、第１スペクトル積算部１２ｃが第１積算スペクトルを生成する前に保存していた保存積算スペクトルを継続して保存することになる。つまり、積算スペクトル保存部１２ｄが保存する積算スペクトルは変化しない。

判断対象風速計測区間に属する距離レンジで、第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジ数が下限個数以上でない場合に、第２積算スペクトルを生成するが、第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存しないようにしてもよい。

ＳＮ比が第２閾値以上でない第１積算スペクトルを用いて第２積算スペクトルを生成しない場合について検討する。ＳＮ比が第２閾値以上でない第１積算スペクトルは、非遮蔽割合ｙ(＝Ｔx/Ｔc)が第２閾値から決まる上限値以下である。解析を簡単にするため、ＳＮ比が第２閾値以上とすることで、全遮蔽での第１積算スペクトルを積算した第２積算スペクトルが生成されないとする。

風計測ライダ装置１Ｆでの第１改善確率γ₂などを、添え字Fを付加して、γ_2Fと表記する。γ_2F、ε_2Fおよびζ_2Fは、以下の式で計算できる。γ_2Fを計算する式(58)は、γ_2Fを計算する式(45)と比較して、βの項が存在しない。
γ_2F＝α*(1-α-β)*Ｇ₁(√(2)-1)
＝α*(1-α-β)*(√(2)-1) (58)
ε_2F＝ε_2E (59)
ζ_2F＝ζ_2E (60)
なお、ζに関しては、２以上のｎに関して以下が成立する。
ζ_(n+1)F＝ζ_nF*(1-α)-ε_nF (61)

３回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合に、３回目の第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でないためには、ｘ₂＜(√(3)-１)である必要がある。風計測ライダ装置１Ｆにおいて、ｘ₂＜(√(3)-１)であるのは、以下の２通りの場合である。
(G1)２個の部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₂＜(√(3)-１)である場合。
(G2)１個の全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、１個のｙ＜(√(2)-１)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。
全遮蔽での第１積算スペクトルは第２積算スペクトルの積算に使用しない。そのため、全遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合は、第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上にならないためには、ｘ₁＜(√(2)-１)であればよい。したがって、γ_3Fは以下の式で計算できる。
γ_3F＝α*((1-α-β)²*Ｇ₂(√(3)-1)
+2*β*(1-α-β)*Ｇ₁(√(2)-1)))
＝α*((1-α-β)²*(2-√(3))
+2*β*(1-α-β)*(√(2)-1)) (62)

３回目の第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上であるためには、ｘ₃≧√(3)かつｘ₂＜√(2)である必要がある。ｘ₃≧√(3)であるのは、以下の３通りの場合である。
(H1)３個の部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₃≧√(3)である場合。
(H2)２回目までに１個の全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２個の部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₂≧√(2)である場合。
したがって、ε_3Fは以下の式で計算できる。(H2)の場合は、Ｆ₃(x₃)を使用する。
ε_3F＝(1-α-β)³*(Ｆ₃(1+√(2))-Ｆ₃(√(3)))
+2*β*(1-α-β)²*(1-Ｇ₂(√(2))) (63)

４回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合に、４回目の第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上であるのは、以下の３通りの場合である。
(J1)３個の部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₃＜１である場合。
(J2)１個の全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２個の部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₂＜(√(3)-1)である場合。
(J3)２個の全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、１個のｙ＜(√(2)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。
したがって、γ_4Fは以下の式で計算できる。
γ_4F＝α*((1-α-β)³*Ｇ₃(1)
+3*β*(1-α-β)²*Ｇ₂(√(3)-1)
+3*β²*(1-α-β)*Ｇ₁(√(2)-1))
＝α*((1/6)*(1-α-β)³
+3*(2-√(3))*β*(1-α-β)²
+3*(√(2)-1)*β²*(1-α-β)) (64)

４回目の第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上であるのは、以下の３通りの場合である。
(K1)４個の部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₄≧２である場合。
(K2)３回目までに１個の全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３個の部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₃≧√(3)である場合。
(K3)３回目までに２個の全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２個の部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₂≧√(2)である場合。
したがって、ε_4Fは以下の式で計算できる。(K1)ではＦ₄(x₄)を使用し、(K2)ではＦ₃(x₃)を使用し、(K3)ではＧ₂(x₂)を使用する。
ε_4F＝(1-α-β)⁴*(Ｆ₄(1+√(3))-Ｆ₄(2))
+3*β*(1-α-β)³*(Ｆ₃(1+√(2))-Ｆ₃(√(3)))
+3*β²*(1-α-β)²*(1-Ｇ₂(√(2))) (65)

比較例として、風計測ライダ装置１を全遮蔽での第１積算スペクトルを第２積算スペクトルの積算に使用しないように変形した場合である実施の形態１の第２変形例での未算出確率ζ_n0Fについて検討する。ここで、添え字0Fは、実施の形態１の第２変形例での場合の計算値であることを示す。実施の形態１の第２変形例を、風計測ライダ装置０Ｆ（図示せず）と表記する。未算出確率ζ_n0Fは、未算出確率ζ_n0と同様に計算できる。ζ_10F、ζ_20F、ζ_30Fおよびζ_40Fは、以下のようになる。
ζ_10F＝1-α (66)
ζ_20F＝ζ_2F+γ_2F (67)
ζ_30F＝ζ_3F+γ_2F+γ_3F-λ_30F (68)
ζ_40F＝ζ_4F+γ_2F+γ_3F+γ_4F-λ_30F-λ_40F (69)

風計測ライダ装置０Ｆにおいて２回目で無遮蔽での第１積算スペクトルが生成されても風速を算出できず、３回目で風速が算出できる場合には、以下の３通りの場合がある。
(L1)３回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。
(L2)１回目にｙ＜(√(2)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₃≧√(3)である場合。
(L3)１回目に全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、ｘ₂≧√(2)である場合。
したがって、λ_30Fは、以下の式で計算できる。
λ_30F＝α*γ_2F
+α*(1-α-β)²*(Ｈ₂(√(2))-Ｈ₂(√(3)-1))
+α*β*(1-α-β)*(1-Ｇ₁(√(2)-1))
＝α*γ_2F
+α*(1-α-β)²*(√(2)+√(3)-1/2-√(6))
+α*β*(1-α-β)*(2-√(2)) (70)

風計測ライダ装置０Ｆにおいて２回目または３回目で無遮蔽での第１積算スペクトルが生成されても風速を算出できず、４回目で風速が算出できる場合には、以下の７通りの場合がある。
(M1)３回目に生成される無遮蔽での第１積算スペクトルから風速を算出できず、４回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。
(M2)１回目にｙ＜(√(2)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されてｘ₂＜√(3)であり、４回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。
(M3)１回目にｙ＜(√(2)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３回目に全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、４回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。

(M4)１回目にｙ＜(√(2)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されてｘ₃＜√(3)であり、４回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されてｘ₄≧２である場合。
(M5)１回目と２回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されてｘ₂＜(√(3)-1)であり、３回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、４回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されてｘ₄≧２である場合。

(M6)１回目にｙ＜(√(2)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３回目までに１個の無遮蔽での第１積算スペクトルおよび１個の全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、４回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されてｘ₃≧√(3)である場合。
(M7)１回目に全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２回目にｙ＜(√(2)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、３回目に無遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、４回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されてｘ₂≧√(3)である場合。

したがって、λ_4Eは、以下の式で計算できる。ｘ₃＜√(3)かつｘ₂＜√(2)という条件下での確率として、Ｈ₂(x₂)を(M2)および(M6)および(M7)で使用し、Ｈ₃(x₃)を(M4)で使用し、Ｈ_3B(x₃)を(M5)で使用する。
λ_40F＝α*γ_3E
+α²*(1-α-β)²*Ｈ₂(√(3)-1)
+α²*β*(1-α-β)*Ｇ₁(√(2)-1)
+α*(1-α-β)³*(Ｈ₃(√(3))-Ｈ₃(1))
+α*(1-α-β)³*(Ｈ_3B(√(3))-Ｈ_3B(1))
+2*α*β*(1-α-β)²*(Ｈ₂(√(2))-Ｈ₂(√(3)-1))
+α*β*(1-α-β)²*(Ｈ₂(√(2))-Ｈ₂(√(3)-1))
＝α*γ_3E
+α²*(1-α-β)²*(√(6)-√(3)-1/2)
+α²*β*(1-α-β)*(√(2)-1)
+α*(1-α-β)³*(2*√(6)+5*√(2)-4*√(3)-5)
+α*(1-α-β)³*(2*√(3)-10/3)
+3*α*β*(1-α-β)²*(√(2)+√(3)-1/2-√(6))
＝α*γ_3E
+α²*(1-α-β)²*(√(6)-√(3)-1/2)
+α²*β*(1-α-β)*(√(2)-1)
+α*(1-α-β)³*(2*√(6)+5*√(2)-2*√(3)-25/3)
+3*α*β*(1-α-β)²*(√(2)+√(3)-1/2-√(6)) (71)

風計測ライダ装置１Ｆにおいて、第１積算スペクトルの生成回数に対する第１改善確率γ_nF、第２改善確率ε_nF、未算出確率ζ_nFの変化を表すグラフを、図１９に示す。図１９は、実施の形態６に係る風計測ライダ装置において第１積算スペクトルの生成回数に関する確率の第１積算スペクトルの生成回数に対する変化を表すグラフである。図１９では、Ｔc＝１.０の場合を実線で表示し、Ｔc＝０.８の場合を破線で表示し、Ｔc＝１.０の場合を一点鎖線で表示する。図１９(A)に第１改善確率γ_nFを示す。図１９(B)に第２改善確率ε_nFを示す。図１９(C)に未算出確率ζ_nFを示す。第１改善確率γ_nFと第２改善確率ε_nFは、累積の確率を表示する。

第１改善確率γ_nFは、Ｔc＝１.０の場合に、γ_2F＝0.078、γ_2F+γ_3F＝0.122(γ_3F＝0.044)、γ_2F+γ_3F+γ_4F＝0.143(γ_4F＝0.021)である。生成回数ｎが大きくなるにしたがいγ_nFは小さくなる。γ_nFが等比数列で減少すると仮定すると、γ_sumFは０.１６程度になる。Ｔc＝０.８およびＴc＝１.２の場合も、Ｔｃ＝１．０の場合とほぼ同じである。γ_nFは、γ_nEよりも小さい。その理由は、風計測ライダ装置１Ｆでは、全遮蔽の第１積算スペクトルが生成されても第２積算スペクトルを積算する際に使用されないので、第２積算スペクトルのＳＮ比が風計測ライダ装置１Ｅよりも高くなるからである。

第２改善確率ε_nFは、Ｔc＝１.０の場合に、ε_2F＝0.062、ε_2F+ε_3F＝0.112(ε_3F＝0.05)、ε_2F+ε_3F+ε_4F＝0.146(ε_3F＝0.034)である。生成回数ｎが大きくなるにしたがいε_nFは小さくなる。ε_nEが等比数列で減少すると仮定すると、ε_sumFは０.２２程度になる。ε_nFは、ε_nEよりも１割程度大きくなる。その理由は、風計測ライダ装置１Ｆでは、風計測ライダ装置１Ｅよりも第２積算スペクトルのＳＮ比が高くなるからである。Ｔc＝０.８およびＴc＝１.２の場合も同様な傾向である。Ｔc＝１.２の場合は、Ｔc＝１.０の場合よりもε_nFは大きくなる。Ｔc＝０.８の場合は、Ｔc＝１.０の場合よりもε_nFは小さくなる。

未算出確率ζ_nFは、Ｔc＝１.０の場合に、ζ_1F＝0.684、ζ_2F＝0.406(ζ_2F＝0.594*ζ_1F)、ζ_3F＝0.228(ζ_3F＝0.561*ζ_2F)、ζ_4F＝0.122(ζ_4F＝0.533*ζ_3F)である。生成回数ｎが大きくなるにしたがい、ζ_nFは小さくなる。ζ_nFは、ζ_nEよりも小さい。その理由は、γ_nFがγ_nEよりも小さく、ε_nFがε_nEよりも大きいからである。Ｔc＝１.２の場合は、Ｔc＝１.０の場合よりもζ_nFは大きくなる。Ｔc＝０.８の場合は、Ｔc＝１.０の場合よりもζ_nFは小さくなる。

風計測ライダ装置１Ｆにおいて、第１積算スペクトルの積算時間Ｔcに対する第１改善総確率γ_sumF、第２改善総確率ε_sumF、未算出確率ζ_4Fの変化を表すグラフを、図２０に示す。図２０は、実施の形態６に係る風計測ライダ装置において第１積算スペクトルの生成回数に関する確率の第１積算スペクトルの積算時間Ｔcに対する変化を表すグラフである。図２０では、第１改善総確率γ_sumFを実線で表示し、第２改善総確率ε_sumFを破線で表示し、未算出確率ζ_4Fを一点鎖線で表示する。第１改善総確率γ_sumFは、γ_sumF≒(γ_2F+γ_3F+γ_4F)で近似している。第２改善総確率ε_sumFは、ε_sumF≒(ε_2F+ε_3F+ε_4F)で近似している。

第１改善総確率γ_sumFは、Ｔc＝１.０の場合にγ_sumF＞0.143であり、Ｔc＝１.２の場合にγ_sumF＞0.134であり、Ｔc＝０.８の場合にγ_sumF＞0.141である。Ｔc＝１.０の場合にγ_sumFは、γ_sumEよりも0.05程度小さい。Ｔcが変化しても第１改善総確率γ_sumFほとんど変化しない理由は、式(58)に示すように、α*(1-α-β)の項だけの式になり、式(45)にあるα*βが無いからである。

第２改善総確率ε_sumFは、Ｔc＝１.０の場合にε_sumF＞0.146であり、Ｔc＝１.２の場合にε_sumF＞0.214であり、Ｔc＝０.８の場合にε_sumF＞0.092である。ε_sumFは、ε_sumEよりも0.1程度大きい。

未算出確率ζ_4Fは、Ｔc＝１.０の場合にζ_4F＝0.122であり、Ｔc＝１.２の場合にζ_4F＝0.150であり、Ｔc＝０.８の場合にζ_4F＝＞0.092である。Ｔcが小さい場合に未算出確率ζ_4Fが大きい理由は、Ｔcが小さい場合にαが大きいからである。

未算出確率ζ_4Fは、ζ_4Eよりも小さい。その理由は、風計測ライダ装置１Ｆでは、風計測ライダ装置１Ｅよりも積算スペクトル保存部１２ｄに保存する積算スペクトルのＳＮ比が高いからである。ＳＮ比が低い（第２閾値よりも小さい）第１積算スペクトルは、積算スペクトル保存部１２ｄに保存する積算スペクトルの積算に使用しないので、ＳＮ比が低い（第２閾値よりも小さい）第１積算スペクトルも積算スペクトル保存部１２ｄに保存する積算スペクトルの積算に使用する場合よりも、積算スペクトル保存部１２ｄに保存する積算スペクトルのＳＮ比が高くなる。

第１積算スペクトルの積算時間Ｔcに対する第１改善総確率γ_sumF、γ_sumEおよび第２改善総確率ε_sumF、ε_sumEの変化を表すグラフを、図２１に示す。図２１は、実施の形態６および実施の形態５に係る風計測ライダ装置において第１積算スペクトルの生成回数に関する確率の第１積算スペクトルの積算時間Ｔcに対する変化を表すグラフである。図２１では、第１改善総確率γ_sumFを太い実線で表示し、第１改善総確率γ_sumEを細い実線で表示する。第２改善総確率ε_sumFを太い破線で表示し、第２改善総確率ε_sumEを太い破線で表示する。第１改善総確率γ_sumFも、γ_sumEと同様にγ_sumF≒(γ_2F+γ_3F+γ_4F)で近似している。第２改善総確率ε_sumFも、ε_sumEと同様にε_sumF≒(ε_2F+ε_3F+ε_4F)で近似している。

第１改善総確率γ_sumFは、Ｔc＝１.０の場合にγ_sumF＞0.143であり、Ｔc＝１.２の場合にγ_sumF＞0.134であり、Ｔc＝０.８の場合にγ_sumF＞0.141である。風計測ライダ装置１Ｆでは、１４％程度の確率で、風速を算出するまでに第１積算スペクトルを生成する回数を、風計測ライダ装置０Ｆよりも少なくできる。第１改善総確率γ_sumFは、Ｔcが変化してもあまり変化せず、Ｔc＝０.８の場合にはγ_sumE-γ_sumF＝0.095である。Ｔc＝０.６～１.２の範囲で、γ_sumFがγ_sumEよりも小さい。γ_sumFが小さい理由は、比較対象である実施の形態０Ｆでは、第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上でない場合に第２積算スペクトルの積算に使用しないからである。風計測ライダ装置０Ｆでは、無遮蔽での第１積算スペクトルから風速を算出できない確率が、風計測ライダ装置１よりも小さい。

第２改善総確率ε_sumFは、Ｔc＝１.０の場合にε_sumF＞0.146であり、Ｔc＝１.２の場合にε_sumF＞0.214であり、Ｔc＝０.８の場合にε_sumF＞0.092である。Ｔc＝０.６～１.２の範囲で、ε_sumFがε_sumEよりも0.01程度大きい。ε_sumFがε_sumEよりも大きい理由は、風計測ライダ装置１Ｆでは、積算スペクトル保存部１２ｄに保存される保存積算スペクトルのＳＮ比が風計測ライダ装置１Ｅよりも高くなるからである。

第１積算スペクトルの生成回数に対する未算出確率ζ_F、ζ_0Fの変化を表すグラフを、図２２に示す。図２２は、実施の形態６および実施の形態１の第２変形例に係る風計測ライダ装置において風速を算出できない確率の第１積算スペクトルの生成回数に対する変化を表すグラフである。図２２では、Ｔc＝１.０の場合の風計測ライダ装置１Ｆでの未算出確率ζ_nFを実線で表示し、風計測ライダ装置０Ｆでの未算出確率ζ_n0Fを破線で表示し、Σ(ζ_n0F-ζ_nF)を一点鎖線で表示する。τ_0F＝ζ_40F/ζ_30F＝0.533、τ_F＝ζ_4F/ζ_3F＝0.601として、Δζ_Fを式(57)と同様な式で推定すると、Δζ_F＝0.302と計算できる。Ｔc＝１.０の場合に、風計測ライダ装置１Ｆは風計測ライダ装置０Ｆよりも０.３個程度、風速を算出できるまでに生成する第１積算スペクトルの個数を少なくできる。

第１積算スペクトルの積算時間Ｔcに対する未算出確率ζ_4F、ζ_4E、ζ_40Fおよびζ₄₀の変化を表すグラフを、図２３に示す。図２３は、実施の形態５、実施の形態１および実施の形態１の第２変形例に係る風計測ライダ装置において未算出確率の第１積算スペクトルの積算時間Ｔcに対する変化を表すグラフである。図２３では、ζ_4Fを太い実線で表示し、ζ_4Eを細い実線で表示し、ζ_40Fを太い破線で表示し、ζ₄₀を細い破線で表示する。Ｔc＝０.６～１.２の範囲で、ζ_4Fはζ_4Eよりも0.009～0.012程度小さい。ζ_40Fはζ₄₀よりも小さく、Ｔcが小さい場合にその差が大きい。その理由は、Ｔcが小さいと全遮蔽での第１積算スペクトルが生成される確率βが大きく、第１改善確率γ_Eが大きいからである。第１改善確率γ_Eは、風計測ライダ装置１で無遮蔽の第１積算スペクトルから風速が算出できない確率である。風計測ライダ装置０Ｆでは、γ_Fがγ_Eよりも小さく、かつＴcの変化に対してγ_Fがあまり変化しない。

実施の形態７．
実施の形態７は、第１積算スペクトルのＳＮ比が第３閾値以上でない距離レンジでは、そのビーム方向で第１積算スペクトルを積算する場合でも、第１積算スペクトルを積算しないように、実施の形態６を変更した場合である。第３閾値は、第２閾値よりも小さく予め決めておく。

図２４は、実施の形態７に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図２４について、実施の形態６の場合の図１７とは異なる点を説明する。

風計測ライダ装置１Ｇは、信号処理部１２Ｇを有する。信号処理部１２Ｇは、第２ＳＮ比判定部１２ｋを第２ＳＮ比判定部１２ｋＧに変更している。第２ＳＮ比判定部１２ｋＧは、第２ＳＮ比判定部１２ｋと同様なチェックに加えて、第１積算スペクトルのＳＮ比が第３閾値以上であるかどうかを判定する。第３閾値は、ＳＮ比判定部１２ｋが使用する第２閾値よりも小さく決めておく。第３閾値は、例えば第２閾値の半分などのように決める。第３閾値は、積算することでＳＮ比を低下させることが確実である第１積算スペクトルを積算に使用しないように決める。

第２ＳＮ比判定部１２ｋＧは、判断対象風速計測区間に含まれ、かつＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの個数が下限個数以上かどうかを判定する。判断対象風速計測区間に含まれ、かつＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの個数が下限個数以上である場合は、第２ＳＮ比判定部１２ｋＧは、個々の距離レンジの第１積算スペクトルのＳＮ比が第３閾値以上かどうかを判定する。

判断対象風速計測区間に含まれ、かつＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの個数が下限個数以上でない場合は、そのビーム方向では、第２積算スペクトルを積算しない。判断対象風速計測区間に含まれ、かつＳＮ比が第２閾値以上である距離レンジの個数が下限個数以上ある場合は、第２ＳＮ比判定部１２ｋＧが第１積算スペクトルのＳＮ比が第３閾値以上と判定する距離レンジでは、第１積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルと積算する。そうでない場合は、第２スペクトル積算部１２ｅは、第１積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルと積算しない。積算スペクトル保存部１２ｄは、第１スペクトル積算部１２ｃが第１積算スペクトルを生成する前に保存していた保存積算スペクトルを保存する。

図２５は、実施の形態７に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。図２５について、実施の形態６の場合の図１８とは異なる点を説明する。Ｓ１８の後にステップＳ１９を追加している。Ｓ１９では、各距離レンジの第１積算スペクトルのＳＮ比が第３閾値以上かどうかをチェックする。第３閾値以上である距離レンジの場合（Ｓ１９でＹＥＳ）は、Ｓ８へ進む。第３閾値以上でない距離レンジの場合（Ｓ１９でＹＥＳ）は、Ｓ１４へ進む。

風計測ライダ装置１Ｇは、風計測ライダ装置１Ｆと同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｇは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。また、第１積算スペクトルを生成する回数を少なくできる。

この実施の形態７では、あるビーム方向で第１積算スペクトルを第２積算スペクトルの積算に使用する場合に、各距離レンジで第１積算スペクトルのＳＮ比が第３閾値以上かどうかをチェックするので、ＳＮ比が第３閾値以上でない第１積算スペクトルを積算して、積算スペクトル保存部１２ｄに保存されている積算スペクトルのＳＮ比が低下することがない。

実施の形態８．
実施の形態８は、積算スペクトル保存部に保存されている積算スペクトルのＳＮ比よりもＳＮ比が高い第２積算スペクトルを、積算スペクトル保存部に保存するように、実施の形態１を変更した場合である。

図２６は、実施の形態８に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図２６について、実施の形態１の場合の図１とは異なる点を説明する。

風計測ライダ装置１Ｈは、信号処理部１２Ｈを有する。信号処理部１２Ｈは、ＳＮ比判定部１２ｇに加えて第３ＳＮ比判定部１２ｎを有する。積算スペクトル保存部１２ｄ２、保存積算スペクトル修正部１２ｊＨを変更している。積算スペクトル保存部１２ｄ２は、積算スペクトルと共に、積算スペクトルのＳＮ比も保存する。保存積算スペクトル修正部１２ｊＨ、積算スペクトルを保存する際に、その積算スペクトルのＳＮ比も保存する。なお、積算スペクトル保存部にＳＮ比を保存せず、積算スペクトル保存部から読み出した積算スペクトルからそのＳＮ比を計算で求めるようにしてもよい。

第３ＳＮ比判定部１２ｎは、第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でないとＳＮ比判定部１２ｇが判定する場合に動作する。第３ＳＮ比判定部１２ｎは、第２積算スペクトルのＳＮ比が積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存されている積算スペクトルのＳＮ比（保存スペクトルＳＮ比）より高いかどうかどうかを判定する。第２積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高い場合は、保存積算スペクトル修正部１２ｊＨが第２積算スペクトルとそのＳＮ比を積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存する。第２積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高くない場合は、保存積算スペクトル修正部１２ｊＨが第２積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存しない。積算スペクトル保存部１２ｄ２は、保存している積算スペクトルを保存することを継続する。

図２７は、実施の形態８に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。図２７について、実施の形態１の場合の図３とは異なる点を説明する。ステップＳ１２Ｈ、ステップＳ１３Ｈを変更している。Ｓ１３Ｈの前に、ステップＳ２０を追加している。

第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上となる距離（Ｓ１１でＹＥＳ）に関しては、Ｓ１２Ｈに進む。Ｓ１２Ｈでは、ドップラー風速算出部１２ｈが、第２積算スペクトルのピーク周波数からドップラー周波数偏移を、さらには、このドップラー周波数偏移に相当するドップラー風速（風速）を求める。さらに、制御部１３が保存積算スペクトル修正部１２ｊに初期化信号を送り、保存積算スペクトル修正部１２ｊが、積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存している、風速を算出した該当ビーム方向および該当距離レンジ（風速計測区間）に関するスペクトルデータの値およびＳＮ比を初期化（ゼロにリセット）する。

第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない距離（Ｓ１１でＮＯ）に関しては、Ｓ２０に進む。Ｓ２０では、第２積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高いかどうかをチェックする。第２積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高い（Ｓ２０でＹＥＳ）場合は、Ｓ１３Ｈで、第２積算スペクトルおよびそのＳＮ比を、当該ビーム方向、当該距離の積算スペクトルとして、積算スペクトル保存部１２ｄ２に上書き保存する。第２積算スペクトルのＳＮ比も上書き保存する。第２積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高くない（Ｓ２０でＮＯ）場合は、Ｓ１４に進む。なお、積算スペクトル保存部１２ｄ２に積算スペクトルが保存されていない場合は、Ｓ２０でＹＥＳになるものとする。

風計測ライダ装置１Ｈは、風計測ライダ装置１と同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｈは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。また、第１積算スペクトルを生成する回数を少なくできる。

風計測ライダ装置１Ｈでは、積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存されている積算スペクトルのＳＮ比よりも高いＳＮ比を持つ第２積算スペクトルだけが、積算スペクトル保存部１２ｄに保存される。そのため、風計測ライダ装置１Ｈは、積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存されている積算スペクトルのＳＮ比を低下させることがない。そのため、風計測ライダ装置１Ｈは、風速を算出する際に使用する積算スペクトルのＳＮ比を、風計測ライダ装置１よりも高くでき、より正確に風速を算出できる。積算スペクトル保存部１２ｄ２が保存する積算スペクトルのＳＮ比を高くできるので、風計測ライダ装置１Ｈは、風速を算出するまでの第１積算スペクトルの生成回数を、風計測ライダ装置１よりも少なくできる。

第１閾値よりも小さく決められた第２閾値と第１積算スペクトルのＳＮ比とを比較して、積算スペクトル保存部１２ｄ２が保存する積算スペクトルを更新するかどうかを決めてもよい。つまり、第２閾値よりもＳＮ比が低い第１積算スペクトルが生成される場合は、積算スペクトル保存部１２ｄ２が保存する積算スペクトルを更新しない。このことは、他の実施の形態にもあてはまる。

実施の形態９．
実施の形態９は、ビーム方向ごとに第１積算スペクトルをさらに積算するか判断するのではなく、距離レンジごとに判断するように実施の形態６を変更した場合である。

図２８は、実施の形態９に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図２８について、実施の形態６の場合の図１７とは異なる点を説明する。

風計測ライダ装置１Ｊは、信号処理部１２Ｊを有する。信号処理部１２Ｊは、第２ＳＮ比判定部１２ｋＪを有する。第２ＳＮ比判定部１２ｋＪは、各ビーム方向、各距離レンジで個別に、第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上であるかどうかを判定する。第２閾値は、ＳＮ比判定部１２ｇが使用する第１閾値よりも小さく決めておく。第２閾値は、実施の形態６の場合と同様に決める。

第２スペクトル積算部１２ｅは、第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である場合に、第１積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルと積算して、第２積算スペクトルを生成する。そうでない場合は、第２スペクトル積算部１２ｅは、第１積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルと積算しない。積算しない場合は、積算スペクトル保存部１２ｄに保存された積算スペクトルは変化しない。積算スペクトル保存部１２ｄは、第１スペクトル積算部１２ｃが第１積算スペクトルを生成する前に保存していた保存積算スペクトルを保存する。

図２９は、実施の形態９に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。図２９について、実施の形態６の場合の図１８とは異なる点を説明する。Ｓ０は変更しない。Ｓ１６とＳ８の間に、Ｓ１８の替わりにステップＳ１８Ｊを追加している。

Ｓ１６において、ＳＮ比が第１閾値より小さいため風速を算出しなかった距離レンジ（Ｓ１６でＮＯ）に関しては、Ｓ１８Ｊに進む。Ｓ１８Ｊで、第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上かどうかをチェックする。第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上である（Ｓ１８ＪでＹＥＳ）場合は、Ｓ８へ進む。Ｓ８では、第１積算スペクトルを第２スペクトル積算部１２ｅに送る。第１積算スペクトルのＳＮ比が第２閾値以上でない（Ｓ１８ＪでＮＯ）場合は、第１積算スペクトルを第２積算スペクトルの積算に使用することなく、次のビーム方向へレーザ光を照射するため、Ｓ１４へ進む。

風計測ライダ装置１Ｊは、風計測ライダ装置１Ｆと同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｈは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。

ＳＮ比が低い第１積算スペクトルは、第２積算スペクトルに積算されないので、積算スペクトル保存部１２ｄに保存される積算スペクトルのＳＮ比が低下することはない。そのため、第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上になるまでに第１積算スペクトルを生成する回数を少なくできる。

実施の形態１０．
実施の形態１０は、第１積算スペクトルおよび第２積算スペクトルの何れかＳＮ比が高い方である高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上かどうか判定し、ＳＮ比が第１閾値以上である高ＳＮ比積算スペクトルから風速を算出するように、実施の形態１を変更した場合である。図３０は、実施の形態１０に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図３０について、実施の形態１の場合の図１とは異なる点を説明する。

風計測ライダ装置１Ｋは、信号処理部１２Ｋを有する。信号処理部１２Ｋは、ＳＮ比算出部１２ｆ２、ＳＮ比判定部１２ｇＫ、保存積算スペクトル修正部１２ｊＫを有する。ＳＮ比算出部１２ｆ２は、第１スペクトル積算部１２ｃが積算した第１積算スペクトルおよび第２スペクトル積算部１２ｅが積算した第２積算スペクトルのＳＮ比を算出する。ＳＮ比判定部１２ｇＫが、第１積算スペクトルおよび第２積算スペクトルの何れが高ＳＮ比積算スペクトルであるかを決め、高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上であるかどうか判定する。高ＳＮ比積算スペクトルは、ＳＮ比判定部１２ｇＫ以外が決めてもよい。

高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である場合は、ドップラー風速算出部１２ｈがドップラー風速を算出する。高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない場合は、保存積算スペクトル修正部１２ｊＫが、高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存する。つまり、ドップラー風速算出部１２ｈがドップラー風速を算出しない場合に、保存積算スペクトル修正部１２ｊＫが高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存する。

図３１は、実施の形態１０に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。図３１について、実施の形態１の場合の図４とは異なる点を説明する。Ｓ７とＳ８の間にＳ１５を追加し、Ｓ１０の後にステップＳ２１を追加している。また、ステップＳ１１Ｋ、ステップＳ１２Ｋ、ステップＳ１３Ｋを変更している。

決められた回数のスペクトルを算出している（Ｓ７でＹＥＳ）場合は、Ｓ１５で、ＳＮ比算出部１２ｆ２が、第１スペクトル積算部１２ｃが積算した各距離の第１積算スペクトルのＳＮ比を算出する。

Ｓ１０で、ＳＮ比算出部１２ｆ２が、第２スペクトル積算部１２ｅが積算した各距離の第２積算スペクトルのＳＮ比を算出する。Ｓ２１では、第１積算スペクトルおよび第２積算スペクトルの何れかＳＮ比が高い方を高ＳＮ比積算スペクトルとする。

Ｓ１１Ｋでは、距離ごとに高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上かどうかをチェックする。高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上である距離（Ｓ１１ＫでＹＥＳ）では、Ｓ１２Ｋに進む。Ｓ１２Ｋでは、ドップラー風速算出部１２ｈが、高ＳＮ比積算スペクトルのピーク周波数からドップラー周波数偏移を、さらには、このドップラー周波数偏移に相当するドップラー風速（風速）を求める。さらに、制御部１３が保存積算スペクトル修正部１２ｊに初期化信号を送り、保存積算スペクトル修正部１２ｊが、積算スペクトル保存部１２ｄに保存している、風速を算出した該当ビーム方向および該当距離レンジ（風速計測区間）に関するスペクトルデータの値およびＳＮ比を初期化（ゼロにリセット）する。

高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない距離（Ｓ１１ＫでＮＯ）では、Ｓ１３Ｋに進む。Ｓ１３Ｋでは、高ＳＮ比積算スペクトルおよびそのＳＮ比を、当該ビーム方向、当該距離の積算スペクトルとして、積算スペクトル保存部１２ｄに上書き保存する。つまり、ドップラー風速算出部１２ｈがドップラー風速を算出しない場合に、保存積算スペクトル修正部１２ｊが高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存する。

風計測ライダ装置１Ｋは、風計測ライダ装置１と同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｋは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。

第１積算スペクトルのＳＮ比の最大値は、第１閾値である。第２積算スペクトルのＳＮ比の最大値は、第１閾値よりも大きい。第２積算スペクトルのＳＮ比が、第１閾値および第１積算スペクトルのＳＮ比よりも大きくなる確率について検討する。ここで、以下の変数を定義する。
η_ｎ：ｎ回目に生成する第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値より大きい確率。ＳＮ比改善確率と呼ぶ。
ηsum：第１閾値より大きいＳＮ比を持つ第２積算スペクトルから風速を算出する確率。ＳＮ比改善総確率と呼ぶ。
ηsum＝Ση_ｎ、ここで、Σは２以上の整数で和をとることを意味する。

高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存するので、積算スペクトル保存部１２ｄに保存される積算スペクトルの非遮蔽率ｘ_nの確率分布関数は、実施の形態５で示したものとは異なる。解析を簡単にするため、実施の形態５で示した確率分布関数を使用し、実施の形態６のように全遮蔽での第１積算スペクトルは第２積算スペクトルの積算に使用しない場合で検討する。

１回目の積算では第２積算スペクトルは第１積算スペクトルと同じなので、ＳＮ比改善確率η₁＝０である。２個以上の部分遮蔽での第１積算スペクトルを積算した第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値と等しくなる確率は、０(ゼロ)と考えられる。そのため、第２改善確率ε_nFは、ＳＮ比改善確率η_nに含まれる。ＳＮ比改善確率η_nは、無遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合に、第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値より大きくなる場合の確率を求めて、第２改善確率ε_nFに加算することで求めることができる。

２回目の無遮蔽での第１積算スペクトルを積算した第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値より大きくなるのは、以下の１通りの場合である。
(N1)１回目にｙ＞(√(2)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。
したがって、η₂は、以下の式で計算できる。
η₂＝ε_2F+α*(1-α-β)*(1-Ｇ₁(√(2)-1))
＝ε_2F+α*(1-α-β)*(2-√(2)) (72)

３回目の無遮蔽での第１積算スペクトルを積算した第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値より大きくなるのは、以下の２通りの場合である。
(P1)１回目にｙ＞(√(2)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２回目に全遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。
(P2)１回目と２回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されて(√(3)-1)＜ｘ₂＜√(2)である場合。
したがって、η₃は、以下の式で計算できる。
η₃＝ε_3F
+α*β*(1-α-β)*(1-Ｇ₁(√(2)-1))
+α*(1-α-β)²*(Ｇ₂(√(2))-Ｇ₂(√(3)-1)))
＝ε_3F
+α*β*(1-α-β)*(2-√(2))
+α*(1-α-β)²*(2*√(2)+√(3)-4) (73)

４回目の無遮蔽での第１積算スペクトルを積算した第２積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値より大きくなるのは、以下の３通りの場合である。
(Q1)１個のｙ＞(√(2)-1)である部分遮蔽での第１積算スペクトルおよび２個の全遮蔽での第１積算スペクトルが生成される場合。
(Q2)１個の全遮蔽での第１積算スペクトルが生成され、２個の部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されて(√(3)-1)＜ｘ₂＜√(2)である場合。
(Q3)１回目と２回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されてｘ₂＜√(2)であり、３回目に部分遮蔽での第１積算スペクトルが生成されて１＜ｘ₃＜√(3)である場合。
したがって、η₃は、以下の式で計算できる。
η₄＝ε_4F
+3*α*β²*(1-α-β)*(1-Ｇ₁(√(2)-1))
+3*α*β*(1-α-β)²*(Ｇ₂(√(2))-Ｇ₂(√(3)-1)))
+α*(1-α-β)³*(Ｆ₃(√(3))-Ｆ₃(1)))
＝ε_4F
+3*α*β²*(1-α-β)*(2-√(2))
+3*α*β*(1-α-β)²*(2*√(2)+√(3)-4)))
+α*(1-α-β)³*(Ｆ₃(√(3))-Ｆ₃(1))) (74)

風計測ライダ装置１Ｋにおいて、第１積算スペクトルの生成回数に対するＳＮ比改善確率η_nの変化を表すグラフを、図３２に示す。図３２は、実施の形態１０に係る風計測ライダ装置において風速の計算に使用する積算スペクトルのＳＮ比が改善する確率および第１積算スペクトルの生成回数に関する確率の第１積算スペクトルの生成回数に対する変化を表すグラフである。図３２では、Ｔc＝１.０の場合を実線で表示し、Ｔc＝０.８の場合を破線で表示し、Ｔc＝１.２の場合を一点鎖線で表示する。ＳＮ比改善確率η_nは、累積の確率を表示する。

ＳＮ比改善確率η_nは、Ｔc＝１.０の場合に、η₂＝0.173、η₂+η₃＝0.305(η₃＝0.132)、η₂+η₃+η₄＝0.391(γ_4E＝0.086)である。生成回数ｎが大きくなるにしたがい、η_nは小さくなる。η_nが等比数列で減少すると仮定すると、Ｔc＝１.０の場合には、η_sumは０.５５程度になる。Ｔc＝０.８およびＴc＝１.２の場合も同様な傾向である。Ｔc＝１.２の場合は、Ｔc＝１.０の場合よりもη_sumは大きくなる。Ｔc＝０.８の場合は、Ｔc＝１.０の場合よりもη_sumは小さくなる。

風計測ライダ装置１Ｋにおいて、第１積算スペクトルの積算時間Ｔcに対するＳＮ比改善総確率η_sum、第２改善総確率ε_sumFの変化を表すグラフを、図３３に示す。図３３は、実施の形態１０に係る風計測ライダ装置において風速の計算に使用する積算スペクトルのＳＮ比が改善する確率および第１積算スペクトルの生成回数に関する確率の第１積算スペクトルの積算時間Ｔcに対する変化を表すグラフである。

Ｔc＝０.６～１.２の範囲で、η_sumはε_sumFの２倍以上の大きさである。η_sumは、ε_sumFと同様に、Ｔcが大きいほどη_sumが大きくなる。Ｔcが大きいほどη_sumが大きくなる理由は、Ｔcが大きいほど(1-α-β)が大きいからである。(1-α-β)が大きい場合には、第２積算スペクトルから風速を算出する確率が大きくなり、ＳＮ比改善確率ηも大きくなる。

第１積算スペクトルまたは第２積算スペクトルの何れかＳＮ比が大きい方である高ＳＮ比積算スペクトルから風速を算出することで、第１積算スペクトルあるいは第２積算スペクトルを優先的に使用して風速を算出する場合よりも、高いＳＮ比の積算スペクトルから風速を算出することができ、算出する風速の精度が向上する。

高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄに保存するので、２回目以降で積算スペクトル保存部１２ｄに保存される積算スペクトルのＳＮ比が、常に第２積算スペクトルを保存する場合よりも高い。積算スペクトル保存部１２ｄに保存される積算スペクトルのＳＮ比が高くなるので、風速を算出できるまでの第１積算スペクトルの生成回数が少なくなる。

実施の形態１１．
実施の形態１１は、高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が積算スペクトル保存部に保存されている保存積算スペクトルのＳＮ比よりも高い場合に、高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部に保存するように、実施の形態１０を変更した場合である。図３４は、実施の形態１１に係る風計測ライダ装置の構成を説明する模式図である。図３４について、実施の形態１０の場合の図３０とは異なる点を説明する。

風計測ライダ装置１Ｌは、信号処理部１２Ｌを有する。信号処理部１２Ｌは、ＳＮ比判定部１２ｇＫに加えて第３ＳＮ比判定部１２ｎＬを有する。実施の形態８の場合と同様に、積算スペクトル保存部１２ｄ２、保存積算スペクトル修正部１２ｊＨを変更している。積算スペクトル保存部１２ｄ２は、積算スペクトルと共に、積算スペクトルのＳＮ比も保存する。保存積算スペクトル修正部１２ｊＨ、積算スペクトルを保存する際に、ＳＮ比も保存する。

第３ＳＮ比判定部１２ｎＬは、高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でないとＳＮ比判定部１２ｇＫが判定する場合に動作する。つまり、第３ＳＮ比判定部１２ｎＬは、ドップラー風速算出部１２ｈがドップラー風速を算出しない場合に動作する。第３ＳＮ比判定部１２ｎＬは、高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高いかどうかどうかを判定する。高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高い場合は、保存積算スペクトル修正部１２ｊＨが高ＳＮ比積算スペクトルをそのＳＮ比と共に積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存する。つまり、ドップラー風速算出部１２ｈがドップラー風速を算出せず、かつ高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存積算スペクトルのＳＮ比より高い場合に、保存積算スペクトル修正部１２ｊが高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存する。

高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高くない場合は、保存積算スペクトル修正部１２ｊＨが高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存しない。積算スペクトル保存部１２ｄ２は、保存している積算スペクトルを保存することを継続する。高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比と等しい場合に、保存積算スペクトル修正部１２ｊが高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存してもよい。ドップラー風速算出部１２ｈがドップラー風速を算出せず、かつ高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存積算スペクトルのＳＮ比より低い場合に、保存積算スペクトル修正部１２ｊが高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存してもよい。

図３５は、実施の形態１１に係る風計測ライダ装置の動作を説明するフローチャートである。図３５について、実施の形態１０の場合の図３１とは異なる点を説明する。Ｓ１３Ｋの前にステップＳ２０Ｌを追加している。

高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が第１閾値以上でない距離（Ｓ１１ＫでＮＯ）では、Ｓ２０Ｌに進む。Ｓ２０Ｌでは、高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高いかどうかをチェックする。高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高い（Ｓ２０ＬでＹＥＳ）場合は、Ｓ１３Ｋで、高ＳＮ比積算スペクトルおよびＳＮ比を、当該ビーム方向、当該距離の積算スペクトルおよびＳＮ比として、積算スペクトル保存部１２ｄ２に上書き保存する。高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が保存スペクトルＳＮ比より高くない（Ｓ２０ＬでＮＯ）場合は、Ｓ１４に進む。なお、積算スペクトル保存部１２ｄ２に積算スペクトルが保存されていない場合は、Ｓ２０ＬでＹＥＳになるものとする。

風計測ライダ装置１Ｌは、風計測ライダ装置１Ｋと同様に動作する。風計測ライダ装置１Ｌは、各方向、各距離の風速を高い精度で計測することが可能である。また、近距離の距離レンジでは、計測レートが低下しない。高ＳＮ比積算スペクトルから風速を算出することで、第２積算スペクトルだけから風速を算出する場合、あるいは第１積算スペクトルを優先的に使用して風速を算出する場合よりも、高いＳＮ比の積算スペクトルから風速を算出することができ、算出する風速の精度が向上する。

積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存される積算スペクトルよりもＳＮ比が高い場合だけ、高ＳＮ比積算スペクトルを積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存するので、積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存される積算スペクトルのＳＮ比が低下することがない。積算スペクトル保存部１２ｄ２に保存される積算スペクトルのＳＮ比が高くなるので、風速を算出できるまでの第１積算スペクトルの生成回数が少なくなる。

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変形や省略が可能である。

１、１Ａ、１Ｂ、１Ｃ、１Ｄ、１Ｅ、１Ｆ、０Ｆ、１Ｇ、１Ｈ、１Ｊ、１Ｋ、１Ｌ 風計測ライダ装置
２ 風車
３ 光源
４ 光分配器
５ パルス変調器
６ 光増幅器
７ 光サーキュレータ
８ 光スイッチ（ビーム切替部）
９、９ａ、９ｂ、９ｃ、９ｄ 送受光学系（ビーム切替部）
１０ 光合波器（受信検波部）
１１ 光受信機（受信検波部）
１２、１２Ｄ、１２Ｅ、１２Ｆ、１２Ｇ、１２Ｈ、１２Ｊ、１２Ｋ、１２Ｌ 信号処理部
１２ａ 時間ゲーティング部（受信信号分割部）
１２ｂ スペクトル算出部
１２ｃ 第１スペクトル積算部（スペクトル積算部）
１２ｄ、１２ｄ２ 積算スペクトル保存部
１２ｅ 第２スペクトル積算部（スペクトル積算部）
１２ｆ、１２ｆ２ ＳＮ比算出部
１２ｇ、１２ｇＫ ＳＮ比判定部
１２ｈ ドップラー風速算出部（風速算出部）
１２ｊ、１２ｊＤ、１２ｊＨ、１２ｊＫ 保存積算スペクトル修正部
１２ｋ、１２ｋＧ、１２ｋＪ 第２ＳＮ比判定部
１２ｎ、１２ｎＬ 第３ＳＮ比判定部
１３ 制御部
１４ 波長切替え型光源（光源、ビーム切替部）
１５ 波長分割型光マルチプレクサ（ビーム切替部）
１６、１６Ｃ 風速予測部
１６ａ ドップラー風速保存部
１６ｂ 到来風速予測部
１６ｃ シア予測部
１６ｄ 重み係数記憶部
１６ｅ 到来風速記憶部
１６ｆ シア記憶部
１６ｇ 到来風速予測用重み係数
１６ｈ シア予測用重み係数
１７ ビーム方向記憶部
１８ 風向計測部

Claims (23)

1. 連続波であるレーザ光を出力する光源と、
   前記光源が出力する前記レーザ光を送信光とローカル光に分配する光分配器と、
   前記送信光をパルス変調するパルス変調器と、
   パルス変調された前記送信光を複数の異なるビーム方向で大気中に送信し、大気と共に移動する粒子で前記送信光が反射された反射光を前記ビーム方向から受信する送受光学系と、
   １個の前記ビーム方向で決められた最小パルス数以上のパルスが発生する時間であるビーム選択時間が経過すると別の前記ビーム方向に切り替えるビーム切替部と、
   前記パルスごとに得られる前記反射光と前記ローカル光を合波して検波し、光電変換して受信信号を生成する受信検波部と、
   前記送受光学系からの距離に対応させて区分された複数の時間区間に前記受信信号を分割して分割受信信号を生成する受信信号分割部と、
   前記分割受信信号をフーリエ変換してスペクトルを算出するスペクトル算出部と、
   前記ビーム方向および前記時間区間の組合せである風速計測区間ごとに１個の、複数の前記分割受信信号の前記スペクトルを積算した積算スペクトルを保存する積算スペクトル保存部と、
   同じ前記ビーム方向で連続して送信された複数の前記パルスで得られる複数の前記受信信号をそれぞれ分割した複数の前記分割受信信号からそれぞれ算出された複数の前記スペクトルを前記風速計測区間ごとに積算した前記積算スペクトルである第１積算スペクトル、および、前記第１積算スペクトルと前記積算スペクトル保存部に保存された前記積算スペクトルである保存積算スペクトルとを前記風速計測区間ごとに積算した前記積算スペクトルである第２積算スペクトルを生成するスペクトル積算部と、
   前記風速計測区間ごとに、前記積算スペクトルのＳＮ比を算出するスペクトルＳＮ比算出部と、
   ＳＮ比が第１閾値以上である前記第１積算スペクトルまたは前記第２積算スペクトルから前記風速計測区間の風速を算出し、ＳＮ比が前記第１閾値未満である前記第１積算スペクトルから前記風速計測区間の前記風速を算出せず、ＳＮ比が前記第１閾値未満である前記第２積算スペクトルから前記風速計測区間の前記風速を算出しない風速算出部と、
   前記風速を算出した前記風速計測区間について前記積算スペクトル保存部に保存された前記積算スペクトルを初期化し、前記第１閾値と比較された前記積算スペクトルの前記ＳＮ比が前記第１閾値未満である前記風速計測区間で、決められた条件が満足する場合に前記第１積算スペクトルまたは前記第２積算スペクトルを前記積算スペクトル保存部に保存する、保存積算スペクトル修正部とを備えた風計測ライダ装置。
2. 前記スペクトル積算部が、前記第１積算スペクトルを生成する第１スペクトル積算部と、前記第２積算スペクトルを生成する第２スペクトル積算部を有する、請求項１に記載の風計測ライダ装置。
3. 各前記風速計測区間で、前記第１積算スペクトルのＳＮ比が前記第１閾値以上である場合に、前記第１積算スペクトルから前記風速を算出し、
   各前記風速計測区間で、前記第１積算スペクトルのＳＮ比が前記第１閾値以上でなく、かつ前記第２積算スペクトルのＳＮ比が前記第１閾値以上である場合に、前記第２積算スペクトルから前記風速を算出する、請求項１または請求項２に記載の風計測ライダ装置。
4. 各前記風速計測区間で、前記第２積算スペクトルのＳＮ比が前記第１閾値以上である場合に、前記第２積算スペクトルから前記風速を算出する、請求項１または請求項２に記載の風計測ライダ装置。
5. 各前記風速計測区間で、前記第１積算スペクトルおよび前記第２積算スペクトルの何れかＳＮ比が高い方である高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が前記第１閾値以上である場合に、前記高ＳＮ比積算スペクトルから前記風速を算出する、請求項１または請求項２に記載の風計測ライダ装置。
6. 各前記風速計測区間で、前記第１積算スペクトルのＳＮ比が前記第１閾値よりも小さく決められた第２閾値以上である場合に、前記スペクトル積算部が前記第２積算スペクトルを生成し、前記第１積算スペクトルのＳＮ比が前記第２閾値以上でない場合に、前記スペクトル積算部が前記第１積算スペクトルを生成する前に保存していた前記保存積算スペクトルを、前記スペクトル積算部が前記第１積算スペクトルを生成した後も前記積算スペクトル保存部が保存する、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
7. 各前記ビーム方向で、決められた１個または複数個の前記風速計測区間である判断対象風速計測区間の中で、前記第１積算スペクトルのＳＮ比が前記第１閾値よりも小さく決められた第２閾値以上である前記風速計測区間の数が決められた下限個数以上である場合に、その前記ビーム方向の各前記風速計測区間で、前記スペクトル積算部が前記第２積算スペクトルを生成し、
   各前記ビーム方向で、前記判断対象風速計測区間の中で、前記第１積算スペクトルのＳＮ比が前記第２閾値以上である前記風速計測区間の数が前記下限個数以上でない場合に、その前記ビーム方向の各前記風速計測区間で、前記スペクトル積算部が前記第１積算スペクトルを生成する前に前記積算スペクトル保存部が保存していた前記保存積算スペクトルを、前記スペクトル積算部が前記第１積算スペクトルを生成した後も前記積算スペクトル保存部が保存する、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
8. 各前記ビーム方向で、決められた１個または複数個の前記風速計測区間である判断対象風速計測区間の中で、前記第１積算スペクトルのＳＮ比が前記第１閾値よりも小さく決められた第２閾値以上である前記風速計測区間の数が決められた下限個数以上である場合に、その前記ビーム方向の前記風速計測区間の中で、前記第１積算スペクトルのＳＮ比が前記第２閾値よりも小さく決められた第３閾値以上である前記風速計測区間で、前記スペクトル積算部が前記第２積算スペクトルを生成し、前記第１積算スペクトルのＳＮ比が前記第３閾値以上でない前記風速計測区間で、前記スペクトル積算部が前記第１積算スペクトルを生成する前に前記積算スペクトル保存部が保存していた前記保存積算スペクトルを、前記スペクトル積算部が前記第１積算スペクトルを生成した後も前記積算スペクトル保存部が保存し、
   各前記ビーム方向で、前記判断対象風速計測区間の中で、前記第１積算スペクトルのＳＮ比が前記第２閾値以上である前記風速計測区間の数が前記下限個数以上でない場合に、その前記ビーム方向の各前記風速計測区間で、前記スペクトル積算部が前記第１積算スペクトルを生成する前に前記積算スペクトル保存部が保存していた前記保存積算スペクトルを、前記スペクトル積算部が前記第１積算スペクトルを生成した後も前記積算スペクトル保存部が保存する、請求項１から請求項５の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
9. 連続波であるレーザ光を出力する光源と、
   前記光源が出力する前記レーザ光を送信光とローカル光に分配する光分配器と、
   前記送信光をパルス変調するパルス変調器と、
   パルス変調された前記送信光を複数の異なるビーム方向で大気中に送信し、大気と共に移動する粒子で前記送信光が反射された反射光を前記ビーム方向から受信する送受光学系と、
   １個の前記ビーム方向で決められた最小パルス数以上のパルスが発生する時間であるビーム選択時間が経過すると別の前記ビーム方向に切り替えるビーム切替部と、
   前記パルスごとに得られる前記反射光と前記ローカル光を合波して検波し、光電変換して受信信号を生成する受信検波部と、
   前記送受光学系からの距離に対応させて区分された複数の時間区間に前記受信信号を分割して分割受信信号を生成する受信信号分割部と、
   前記分割受信信号をフーリエ変換してスペクトルを算出するスペクトル算出部と、
   前記ビーム方向および前記時間区間の組合せである風速計測区間ごとに１個の、複数の前記分割受信信号の前記スペクトルを積算した積算スペクトルを保存する積算スペクトル保存部と、
   同じ前記ビーム方向で連続して送信された複数の前記パルスで得られる複数の前記受信信号をそれぞれ分割した複数の前記分割受信信号からそれぞれ算出された複数の前記スペクトルおよび前記積算スペクトル保存部に保存された前記積算スペクトルである保存積算スペクトルを前記風速計測区間ごとに積算した前記積算スペクトルである第２積算スペクトルを生成するスペクトル積算部と、
   前記風速計測区間ごとに、前記積算スペクトルのＳＮ比を算出するスペクトルＳＮ比算出部と、
   ＳＮ比が第１閾値以上である前記第２積算スペクトルから前記風速計測区間の風速を算出し、ＳＮ比が第１閾値未満である前記第２積算スペクトルから前記風速計測区間の前記風速を算出しない風速算出部と、
   前記風速を算出した前記風速計測区間について前記積算スペクトル保存部に保存された前記積算スペクトルを初期化し、前記第１閾値と比較された前記積算スペクトルの前記ＳＮ比が前記第１閾値未満である前記風速計測区間で、決められた条件が満足する場合に前記第２積算スペクトルを前記積算スペクトル保存部に保存する、保存積算スペクトル修正部とを備えた風計測ライダ装置。
10. 各前記風速計測区間で、前記第１閾値と比較された前記積算スペクトルの前記ＳＮ比が前記第１閾値未満である場合に、前記保存積算スペクトル修正部が前記第２積算スペクトルを前記積算スペクトル保存部に保存する、請求項１から請求項４、請求項９の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
11. 各前記風速計測区間で、前記第１閾値と比較された前記積算スペクトルの前記ＳＮ比が前記第１閾値未満であり、かつ前記第２積算スペクトルのＳＮ比が前記保存積算スペクトルのＳＮ比より高い場合に、前記保存積算スペクトル修正部が前記第２積算スペクトルを前記積算スペクトル保存部に保存する、請求項１から請求項４の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
12. 各前記風速計測区間で、前記第１閾値と比較された前記積算スペクトルの前記ＳＮ比が前記第１閾値未満であり、かつ前記第２積算スペクトルのＳＮ比が前記保存積算スペクトルのＳＮ比より低い場合に、前記スペクトル積算部が前記第１積算スペクトルを生成する前に前記積算スペクトル保存部が保存していた前記保存積算スペクトルを、前記スペクトル積算部が前記第１積算スペクトルを生成した後も前記積算スペクトル保存部が保存する、請求項１から請求項８、請求項１１の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
13. 各前記風速計測区間で、前記高ＳＮ比積算スペクトルの前記ＳＮ比が前記第１閾値未満である場合に、前記保存積算スペクトル修正部が、前記高ＳＮ比積算スペクトルを前記積算スペクトル保存部に保存する、請求項５に記載の風計測ライダ装置。
14. 各前記風速計測区間で、前記高ＳＮ比積算スペクトルの前記ＳＮ比が前記第１閾値未満であり、かつ前記高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が前記保存積算スペクトルのＳＮ比より高い場合に、前記保存積算スペクトル修正部が前記高ＳＮ比積算スペクトルを前記積算スペクトル保存部に保存する、請求項５に記載の風計測ライダ装置。
15. 各前記風速計測区間で、前記高ＳＮ比積算スペクトルの前記ＳＮ比が前記第１閾値未満であり、かつ前記高ＳＮ比積算スペクトルのＳＮ比が前記保存積算スペクトルのＳＮ比より低い場合に、前記スペクトル積算部が前記第１積算スペクトルを生成する前に前記積算スペクトル保存部が保存していた前記保存積算スペクトルを、前記スペクトル積算部が前記第１積算スペクトルを生成した後も前記積算スペクトル保存部が保存する、請求項５または請求項１４に記載の風計測ライダ装置。
16. 前記風速算出部は、同じ前記距離で同じ高度になる複数の前記風速計測区間のすべてで、前記第１閾値と比較された前記積算スペクトルの前記ＳＮ比が前記第１閾値以上である場合に、同じ前記距離で同じ高度になる複数の前記風速計測区間のすべてで前記風速を算出する、請求項１から請求項１５の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
17. 前記最小パルス数が、すべての前記ビーム方向で少なくとも最も近い前記距離に対応する前記風速計測区間で積算された前記第１積算スペクトルのＳＮ比が前記第１閾値以上になる場合が存在するように決められている、請求項１から請求項８、請求項１１から請求項１５の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
18. 前記ビーム切替部が、前記ビーム選択時間の長さを下限値以上で上限値以下の範囲で変化させて前記ビーム方向を切り替える、請求項１から請求項１７の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
19. 前記積算スペクトルのＳＮ比が前記第１閾値未満である前記風速計測区間について、前記積算スペクトル保存部の初期化後に前記積算スペクトルを前記積算スペクトル保存部に保存する回数である連続積算回数が上限回数以下である場合は、前記スペクトル積算部が生成した前記積算スペクトルを前記保存積算スペクトル修正部が前記積算スペクトル保存部に保存し、
    前記連続積算回数が前記上限回数を超える場合は、前記積算スペクトル保存部に保存された前記積算スペクトルを前記保存積算スペクトル修正部が初期化する、請求項１から請求項１８の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
20. 前記スペクトル積算部が、遠距離に分類される複数の前記距離に対応する複数の前記時間区間での前記分割受信信号の前記スペクトルを前記ビーム方向ごとにまとめて積算する、請求項１から請求項１９の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
21. 異なる前記ビーム方向で送受信する複数の前記送受光学系を備え、
    前記ビーム切替部が、複数の前記送受光学系の何れかを選択して前記送信光を送信し、前記反射光を受信する光スイッチを有する、請求項１から請求項２０の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
22. 複数の異なる波長の前記レーザ光を出力する前記光源と、
    異なる前記ビーム方向で送受信する複数の前記送受光学系とを備え、
    前記ビーム切替部が、前記レーザ光が出力する複数の異なる波長のそれぞれのレーザ光が入出力し、複数の前記送受光学系の何れかと接続する複数の入出力ポートを有する波長分割型光マルチプレクサを有する、請求項１から請求項２０の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。
23. 風車に搭載され、前記風車の正面方向の前方での風速を計測する、請求項１から請求項２２の何れか１項に記載の風計測ライダ装置。

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