JPH071279B2 - 海上風測定方法及び測定装置 - Google Patents
海上風測定方法及び測定装置Info
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- JPH071279B2 JPH071279B2 JP1164861A JP16486189A JPH071279B2 JP H071279 B2 JPH071279 B2 JP H071279B2 JP 1164861 A JP1164861 A JP 1164861A JP 16486189 A JP16486189 A JP 16486189A JP H071279 B2 JPH071279 B2 JP H071279B2
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- Japan
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- light
- wind
- sea surface
- scattered light
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、海洋観測のひとつの計測項目である海上風を
計測するためのレーザ散乱光の受光視野分割測光による
海上風測定方法及び測定装置に関する。
計測するためのレーザ散乱光の受光視野分割測光による
海上風測定方法及び測定装置に関する。
一般に、海上のさざ波などの微細形状は海面真上を吹走
する海上風の向き、及び強さに依存する。したがって、
海面のさざ波を観測することにより海上風を測定するこ
とができる。海上風を測定することにより、例えば海面
における海と大気との間のエネルギの授受がどの程度か
を求めることができ、気象予測の貴重なデータとなる。
する海上風の向き、及び強さに依存する。したがって、
海面のさざ波を観測することにより海上風を測定するこ
とができる。海上風を測定することにより、例えば海面
における海と大気との間のエネルギの授受がどの程度か
を求めることができ、気象予測の貴重なデータとなる。
そこで、従来、海面のさざ波による太陽光の散乱光を写
真撮影により捕らえてさざ波の大きさや方向性を測定
し、この測定結果から海上風の風向及び風速を測定する
ことが行われている。
真撮影により捕らえてさざ波の大きさや方向性を測定
し、この測定結果から海上風の風向及び風速を測定する
ことが行われている。
また、マイクロ波を海面に照射しさざ波による散乱成分
を一つまたは複数のアンテナで受信し、海上風の風向及
び風速を測定する方法が開発されている（マイクロ波散
乱計、合成開口レーダ、高度計）。
を一つまたは複数のアンテナで受信し、海上風の風向及
び風速を測定する方法が開発されている（マイクロ波散
乱計、合成開口レーダ、高度計）。
さらに、連続発振のレーザ光を用いた機械走査方式によ
る海上風測定装置の開発例も報告されている。
る海上風測定装置の開発例も報告されている。
しかしながら、写真技術を用いた海上風測定法は、太陽
光による照明が必要であるため曇りの日には計測でき
ず、また、現像等の写真処理を施さないと海面形状の判
読ができないなどの問題がある。
光による照明が必要であるため曇りの日には計測でき
ず、また、現像等の写真処理を施さないと海面形状の判
読ができないなどの問題がある。
また、マイクロ波を用いた方法では、マイクロ波のフッ
トプリント（海面上での照射形状）が大きいため、散乱
マイクロ波の方向性を知るためにはアンテナを回転させ
るか、あるいは複数のアンテナを物理的にあるいは論理
的に配置する必要があり、装置が大がかりとなって高価
であるという問題がある。
トプリント（海面上での照射形状）が大きいため、散乱
マイクロ波の方向性を知るためにはアンテナを回転させ
るか、あるいは複数のアンテナを物理的にあるいは論理
的に配置する必要があり、装置が大がかりとなって高価
であるという問題がある。
また、連続発振のレーザ光を用いた海上風測定装置が過
去に開発された例があるが、回転するミラーによりレー
ザ光軸を振って海面上を走査し、同時に受光光軸も同じ
ミラーの回転により海面上を走査し、この機械的走査に
より海上風の風向、風速を求めているので、マイクロ波
と同様に装置が大がかりになって高価になってしまうと
いう問題がある。
去に開発された例があるが、回転するミラーによりレー
ザ光軸を振って海面上を走査し、同時に受光光軸も同じ
ミラーの回転により海面上を走査し、この機械的走査に
より海上風の風向、風速を求めているので、マイクロ波
と同様に装置が大がかりになって高価になってしまうと
いう問題がある。
このように、従来の海上風測定方法においては、風向を
特定するためには方位方向に測定系、あるいは光軸を回
転させるか、何等かの走査により、方位方向の情報を求
める必要があった。すなわち、ある一点におけるデータ
から風向、風速を求めるためには、方位方向の走査が必
要であり、また複数点におけるデータから風向、風速を
求めるためには計測装置の移動が必要であった。
特定するためには方位方向に測定系、あるいは光軸を回
転させるか、何等かの走査により、方位方向の情報を求
める必要があった。すなわち、ある一点におけるデータ
から風向、風速を求めるためには、方位方向の走査が必
要であり、また複数点におけるデータから風向、風速を
求めるためには計測装置の移動が必要であった。
本発明は上記課題を解決するためのものであり、回転あ
るいは走査の移動機構を必要とせず、計測装置の大幅な
簡略化を図ることができる海上風測定方法および測定装
置を提供することを目的とする。
るいは走査の移動機構を必要とせず、計測装置の大幅な
簡略化を図ることができる海上風測定方法および測定装
置を提供することを目的とする。
本発明は、所定スポット径のパルス・レーザ光を海面に
照射し、海面照射スポットからのレーザ散乱光を受光視
野において同時分割測光し、分割した各視野毎の散乱光
強度を求め、散乱光強度分布より海上風の風速および風
向を求める海上風測定方法、及び所定スポット径のパル
ス・レーザ光を海面に照射するパルス・レーザ光照射手
段、海面照射スポットからの所定視野の散乱光を受光す
る受光手段、散乱光のうち照射レーザ光以外の光を遮断
するフィルタ、フィルタ透過光を結像する光学系、結像
位置に設けられた同時分割測光手段を備え、分割した視
野毎の散乱光強度を求めることにより海上風の風速およ
び風向を求める海上風測定装置を特徴とする。
照射し、海面照射スポットからのレーザ散乱光を受光視
野において同時分割測光し、分割した各視野毎の散乱光
強度を求め、散乱光強度分布より海上風の風速および風
向を求める海上風測定方法、及び所定スポット径のパル
ス・レーザ光を海面に照射するパルス・レーザ光照射手
段、海面照射スポットからの所定視野の散乱光を受光す
る受光手段、散乱光のうち照射レーザ光以外の光を遮断
するフィルタ、フィルタ透過光を結像する光学系、結像
位置に設けられた同時分割測光手段を備え、分割した視
野毎の散乱光強度を求めることにより海上風の風速およ
び風向を求める海上風測定装置を特徴とする。
本発明は、海上風測定装置から発振されたパルスレーザ
光の海面における散乱光強度を計測する受光系におい
て、受光視野を分割し、一点の観測データから風向・風
速を求めるようにしたものであり、受光系の結像面にオ
プチカル・ファイバ・アレイを置き、それぞれのファイ
バにより視野を分割し、ファイバの一方の端にはフォト
マルチプライヤあるいはピンフォト・ダイオード等の光
電変換素子を置いて光電変換を行い、信号処理すること
により、従来のような風向・風速を決定するための回転
あるいは走査機構が不要となり、装置を簡素化すること
が可能となる。
光の海面における散乱光強度を計測する受光系におい
て、受光視野を分割し、一点の観測データから風向・風
速を求めるようにしたものであり、受光系の結像面にオ
プチカル・ファイバ・アレイを置き、それぞれのファイ
バにより視野を分割し、ファイバの一方の端にはフォト
マルチプライヤあるいはピンフォト・ダイオード等の光
電変換素子を置いて光電変換を行い、信号処理すること
により、従来のような風向・風速を決定するための回転
あるいは走査機構が不要となり、装置を簡素化すること
が可能となる。
以下、実施例を図面を参照して説明する。
第１図は本発明の一実施例を示す図である。図中、１は
ネオディウム・ヤグ・レーザ、２はビーム・エキスパン
ダ、３、４は高エネルギレーザ用ミラー、５は照射レー
ザビーム、６は海面散乱光、７はシュミット・カセグレ
イン望遠鏡補正板、８はシュミット・カセグレイン望遠
鏡主鏡、９はシュミット・カセグレイン望遠鏡副鏡、10
はシュミット・カセグレイン望遠鏡鏡筒、11、12はコリ
メータレンズ、13は全誘電体干渉フィルタ、14はオプテ
ィカル・ファイバ・アレイ、15は光電変換素子、16は信
号処理記録表示装置である。
ネオディウム・ヤグ・レーザ、２はビーム・エキスパン
ダ、３、４は高エネルギレーザ用ミラー、５は照射レー
ザビーム、６は海面散乱光、７はシュミット・カセグレ
イン望遠鏡補正板、８はシュミット・カセグレイン望遠
鏡主鏡、９はシュミット・カセグレイン望遠鏡副鏡、10
はシュミット・カセグレイン望遠鏡鏡筒、11、12はコリ
メータレンズ、13は全誘電体干渉フィルタ、14はオプテ
ィカル・ファイバ・アレイ、15は光電変換素子、16は信
号処理記録表示装置である。
図において、ネオディウム・ヤグ・レーザ１は1064nmの
基本波を発生可能なパルス・レーザであり、レーザ光の
ビーム径を拡大するためのビーム・エキスパンダ２、レ
ーザ光を望遠鏡の主光軸と同一にするための光路変更用
の高エネルギレーザ用ミラー３及び４を介してパルスレ
ーザ光を海面に対して照射する。照射パルスレーザ光
は、1064nmの波長について１パルス当たり約300mJのエ
ネルギを発生し、１パルスのパルス幅は7nsecである。
このレーザ１はシュミット・カセグレイン望遠鏡鏡筒10
と平行に取付けられる。なお、レーザ光の波長は所定の
強度が得られればこれ以外でもよく、またパルス幅は検
出素子の応答速度との関係で適宜決定する。
基本波を発生可能なパルス・レーザであり、レーザ光の
ビーム径を拡大するためのビーム・エキスパンダ２、レ
ーザ光を望遠鏡の主光軸と同一にするための光路変更用
の高エネルギレーザ用ミラー３及び４を介してパルスレ
ーザ光を海面に対して照射する。照射パルスレーザ光
は、1064nmの波長について１パルス当たり約300mJのエ
ネルギを発生し、１パルスのパルス幅は7nsecである。
このレーザ１はシュミット・カセグレイン望遠鏡鏡筒10
と平行に取付けられる。なお、レーザ光の波長は所定の
強度が得られればこれ以外でもよく、またパルス幅は検
出素子の応答速度との関係で適宜決定する。
海面での散乱光のうち望遠鏡の光軸に平行な成分が補正
板７を通してカセグレイン望遠鏡鏡筒10で受光され、こ
の受光面積により受光視野が規定される。ここでカセグ
レイン望遠鏡を使用しているのは装置を小型化するため
であり、小型化の必要がない場合には他のタイプの望遠
鏡を使用してもよい。なお、補正板７は色収差を補正す
るために設けられている。受光した光は凹面鏡である主
鏡８により望遠鏡主軸位置に設けられた凸面鏡である副
鏡９に集光され、さらにコリメータレンズ11および12に
より、光軸に平行にして結像する。平行光の中で1064nm
の光のみを観測するために結像レンズ12の前に全誘導体
干渉フィルタ13を置き、レーザ励起光以外の光を遮断す
る。オプチカル・ファイバ・アレイ14は望遠鏡の視野を
分割して受光するためのもので、第２図に示すように、
例えば８本のファイバの受光端を同心円上に等角度間隔
で配置する。もちろん、必要に応じてファイバ本数は適
宜設定すればよい。光電変換素子15は、それぞれのオプ
チカル・ファイバにより伝送される各視野において、受
光された散乱光を電気的信号に変換するためので、フォ
トマルチプライヤやピンフォトダイオードを使用する。
信号処理記録表示装置16は、予め散乱光強度分布に対す
る風向・風速変換テーブルが記憶されており、所定のデ
ータが取り込まれると、テーブルを参照して照射スポッ
ト位置における風向と風速とが算出され、記録または表
示される。なお、散乱強度分布に対する風向・風速変換
テーブルは、実際にレーザ光を照射したときの海上風を
他の風速計を使用して求めておくことにより作成すれば
よい。
板７を通してカセグレイン望遠鏡鏡筒10で受光され、こ
の受光面積により受光視野が規定される。ここでカセグ
レイン望遠鏡を使用しているのは装置を小型化するため
であり、小型化の必要がない場合には他のタイプの望遠
鏡を使用してもよい。なお、補正板７は色収差を補正す
るために設けられている。受光した光は凹面鏡である主
鏡８により望遠鏡主軸位置に設けられた凸面鏡である副
鏡９に集光され、さらにコリメータレンズ11および12に
より、光軸に平行にして結像する。平行光の中で1064nm
の光のみを観測するために結像レンズ12の前に全誘導体
干渉フィルタ13を置き、レーザ励起光以外の光を遮断す
る。オプチカル・ファイバ・アレイ14は望遠鏡の視野を
分割して受光するためのもので、第２図に示すように、
例えば８本のファイバの受光端を同心円上に等角度間隔
で配置する。もちろん、必要に応じてファイバ本数は適
宜設定すればよい。光電変換素子15は、それぞれのオプ
チカル・ファイバにより伝送される各視野において、受
光された散乱光を電気的信号に変換するためので、フォ
トマルチプライヤやピンフォトダイオードを使用する。
信号処理記録表示装置16は、予め散乱光強度分布に対す
る風向・風速変換テーブルが記憶されており、所定のデ
ータが取り込まれると、テーブルを参照して照射スポッ
ト位置における風向と風速とが算出され、記録または表
示される。なお、散乱強度分布に対する風向・風速変換
テーブルは、実際にレーザ光を照射したときの海上風を
他の風速計を使用して求めておくことにより作成すれば
よい。
このような構成において、例えば船上等に設置したレー
ザ１から所定のスポット径にした1064nmのレーザ光をミ
ラー３、４を介して海面に照射する。このとき、海面に
おけるレーザ光の照射範囲において、海上風の影響を受
けた波面は風速および風向の影響を受け、それぞれに依
存した形状を示す。これに伴い、レーザ光の散乱強度お
よび方向依存性も波面形状に依存する。この散乱光を補
正板７を介して取り込み、主鏡８、副鏡９、レンズ11を
介して平行光とし、フィルタ13で1064nm以外の光をカッ
トし、レンズ12でオプティカル・ファイバ・アレイの位
置に結像させる。オプティカル・ファイバ・アレイは第
２図に示すように８本のファイバからなり、視野を８分
割して散乱光を光電変換素子15へ伝送する。光電変換さ
れた信号は信号処理記録表示装置16へ入力され、風向・
風速変換テーブルを参照して照射スポット位置における
風向と風速とが算出され、記録または表示される。
ザ１から所定のスポット径にした1064nmのレーザ光をミ
ラー３、４を介して海面に照射する。このとき、海面に
おけるレーザ光の照射範囲において、海上風の影響を受
けた波面は風速および風向の影響を受け、それぞれに依
存した形状を示す。これに伴い、レーザ光の散乱強度お
よび方向依存性も波面形状に依存する。この散乱光を補
正板７を介して取り込み、主鏡８、副鏡９、レンズ11を
介して平行光とし、フィルタ13で1064nm以外の光をカッ
トし、レンズ12でオプティカル・ファイバ・アレイの位
置に結像させる。オプティカル・ファイバ・アレイは第
２図に示すように８本のファイバからなり、視野を８分
割して散乱光を光電変換素子15へ伝送する。光電変換さ
れた信号は信号処理記録表示装置16へ入力され、風向・
風速変換テーブルを参照して照射スポット位置における
風向と風速とが算出され、記録または表示される。
以上のように本発明によれば受光する視野を、結像面に
配置したオプチカル・ファイバ・アレイを用いて分割す
ることにより計測系を回転あるいは走査することなく、
簡単な装置構成で風速及び風向を求めることが可能とな
る。
配置したオプチカル・ファイバ・アレイを用いて分割す
ることにより計測系を回転あるいは走査することなく、
簡単な装置構成で風速及び風向を求めることが可能とな
る。
第１図は本発明の一実施例を説明するための図、第２図
は結像面におけるオプチカル・ファイバ・アレイを示す
図である。 １…ネオディウム・ヤグ・レーザ、２…ビームエキスパ
ンダ、3,4…ミラー、5,6…光路、７…受光望遠鏡のシュ
ミット補正板、８…主反射鏡、９…副反射鏡、10…鏡
筒、11,12…コリメータレンズ、13…全誘電体干渉フィ
ルタ、14…オプチカル・ファイバ・アレイ、15…光電変
換素子、16…信号処理記録表示装置。
は結像面におけるオプチカル・ファイバ・アレイを示す
図である。 １…ネオディウム・ヤグ・レーザ、２…ビームエキスパ
ンダ、3,4…ミラー、5,6…光路、７…受光望遠鏡のシュ
ミット補正板、８…主反射鏡、９…副反射鏡、10…鏡
筒、11,12…コリメータレンズ、13…全誘電体干渉フィ
ルタ、14…オプチカル・ファイバ・アレイ、15…光電変
換素子、16…信号処理記録表示装置。
Claims (4)
- 【請求項１】所定スポット径のパルス・レーザ光を海面
に照射し、海面照射スポットからのレーザ散乱光を受光
視野において同時分割測光し、分割した各視野毎の散乱
光強度を求め、散乱光強度分布より海上風の風速および
風向を求めることを特徴とする海上風測定方法。 - 【請求項２】所定スポット径のパルス・レーザ光を海面
に照射するパルス・レーザ光照射手段、海面照射スポッ
トからの所定視野の散乱光を受光する受光手段、散乱光
のうち照射レーザ光以外の光を遮断するフィルタ、フィ
ルタ透過光を結像する光学系、結像位置に設けられた同
時分割測光手段を備え、分割した視野毎の散乱光強度を
求めることにより海上風の風速および風向を求めること
を特徴とする海上風測定装置。 - 【請求項３】同時分割測光手段は、受光端が同心円上に
配置された複数のオプチカル・ファイバ、各オプチカル
・ファイバの他端に対向配置された複数の光電変換素子
からなる請求項２記載の海上風測定装置。 - 【請求項４】光電変換素子の出力が入力され、風向風速
変換テーブルを参照して風向、風速を算出して記録・表
示する信号処理記録表示手段を備えた請求項３記載の海
上風測定装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1164861A JPH071279B2 (ja) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | 海上風測定方法及び測定装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1164861A JPH071279B2 (ja) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | 海上風測定方法及び測定装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0328768A JPH0328768A (ja) | 1991-02-06 |
| JPH071279B2 true JPH071279B2 (ja) | 1995-01-11 |
Family
ID=15801316
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1164861A Expired - Lifetime JPH071279B2 (ja) | 1989-06-26 | 1989-06-26 | 海上風測定方法及び測定装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH071279B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101793905B (zh) * | 2010-04-12 | 2014-02-26 | 天津大学 | 光纤式二维风速/风向测量装置及方法 |
| US9841588B2 (en) * | 2015-12-09 | 2017-12-12 | Goodrich Corporation | Telescope and beam expander assemblies |
| CN114910661B (zh) * | 2022-05-13 | 2023-08-04 | 北京大学 | 海面风速的反演方法、装置、介质和计算设备 |
| CN117111068B (zh) * | 2023-10-19 | 2024-03-22 | 南京信大卫星应用研究院有限公司 | 一种基于卫星散射计数据的海面风场监测系统 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01113672A (ja) * | 1987-10-28 | 1989-05-02 | Kowa Co | 速度分布測定装置 |
-
1989
- 1989-06-26 JP JP1164861A patent/JPH071279B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH01113672A (ja) * | 1987-10-28 | 1989-05-02 | Kowa Co | 速度分布測定装置 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0328768A (ja) | 1991-02-06 |
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