WO2014024508A1 - レーダ装置 - Google Patents

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WO2014024508A1
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optical
unit
spectrum
reception
light
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論季 小竹
勝治 今城
俊平 亀山
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三菱電機株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a radar apparatus that measures the velocity of a minute liquid or solid particle (aerosol) floating in the atmosphere, for example.
  • a radar device is known as a device for measuring the position of an object existing at a remote point.
  • the radar device radiates waves such as electromagnetic waves and sound waves to the space, receives the waves reflected and returned to the object to be observed, and analyzes the waves to obtain the distance from the radar device to the object. It measures the angle.
  • a meteorological radar device is known which measures a minute aerosol floating in the atmosphere and measures the moving speed (wind speed) of the aerosol from the amount of phase rotation of the wave reflected by the aerosol.
  • laser radar devices that use light as electromagnetic waves, in particular, are used as wind direction and wind velocity radars because they have a very small beam spread and can observe objects with high angular resolution. (For example, see Non-Patent Document 1).
  • a conventional laser radar device radiates laser light into the atmosphere, then receives laser light that has undergone a Doppler frequency shift accompanying the moving speed of aerosol in the atmosphere, and performs heterodyne detection of the laser light and local light Thus, a Doppler signal corresponding to the wind speed is detected.
  • the laser light reflected from the aerosol in the atmosphere at each altitude is divided every time (the laser light divided every time is referred to as “range bin”), and as shown in FIG. Performs coherent integration at minute intervals.
  • the coherency of the Doppler signal is weak in the measurement of the wind speed as described above. That is, it is known that the coherent time of the Doppler signal is short. For example, when the received light of the radar device is scattered light reflected from aerosol in the atmosphere, it is known that the coherent time of the Doppler signal is on the order of microseconds ( ⁇ s).
  • Patent Documents 1 and 2 disclose a method for deriving the optimum number of integrations in order to enable highly accurate wind speed measurement. As a result of the integration process, as shown in FIG. 17, if the density of the aerosol is high, highly accurate wind speed measurement is possible.
  • JP 2006-284260 A (paragraph number [0015])
  • JP 2002-168948 A (paragraph number [0015])
  • the conventional radar apparatus is configured as described above, if the aerosol density is high, high-precision wind speed measurement is possible, but if the aerosol density is low, further integration processing is possible. Otherwise, there was a problem that high-precision wind speed measurement could not be performed. Further, if reflected light cannot be obtained from the atmospheric aerosol to be observed, the received SNR does not improve up to the detection intensity threshold even if integration processing is performed, and thus there is a problem that the wind speed cannot be obtained. In addition, when the user receives a request to obtain the wind speed of an observation target located at a relatively short distance at a high data acquisition speed, the number of integrations can be reduced, but the signal strength is reduced by reducing the number of integrations.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to obtain a radar apparatus capable of measuring the speed of an observation target located at a desired distance with high accuracy in a short time.
  • the radar apparatus radiates light oscillated by the light oscillating means and light oscillated by the light oscillating means into the atmosphere, and reflects the light reflected and returned to the observation target existing in the atmosphere.
  • An optical transmission / reception unit that has an optical system to receive light, outputs data indicating the signal intensity of light received by the optical system, calculates the spectrum by analyzing the data output from the optical transmission / reception unit, and the observation target
  • a spectrum / velocity calculating means for calculating the speed of the light and an optical condition adjusting means for adjusting the optical conditions of the optical transmitting / receiving means are provided, and the optical condition optimizing means analyzes the output data of the optical transmitting / receiving means having different optical conditions.
  • the optimum optical condition in the optical transmitting / receiving means is specified, and the optical condition by the optical condition adjusting means By controlling the integer, is obtained so as to optimize the optical conditions of the optical transmitting and receiving means.
  • the optical condition optimizing unit analyzes the output data of the optical transmitting / receiving unit having different optical conditions, and uses the respective spectra calculated by the spectrum / velocity calculating unit to optimize the optical transmitting / receiving unit.
  • the optical condition adjustment unit controls the optical condition adjustment by the optical condition adjustment unit to optimize the optical condition of the optical transmission / reception unit, so that the speed of the observation target located at a desired distance can be reduced in a short time. There is an effect that measurement can be performed with high accuracy.
  • FIG. 5 is a schematic diagram showing SNR-distance characteristics when a beam diameter and a condensing distance are combined. It is explanatory drawing which shows another form of an optical circulator.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • an aerosol 1 is an observation target, and is a minute liquid or solid particle floating in the atmosphere.
  • the optical transmission / reception unit 2 is a device that transmits and receives light, and includes an optical oscillation device 3, an optical unit 4, and an optical unit adjustment drive unit 7.
  • the optical oscillation device 3 of the optical transceiver 2 is, for example, a laser light source that oscillates laser light, and the optical oscillation device 3 constitutes an optical oscillation means.
  • the optical unit 4 of the optical transmission / reception unit 2 is composed of, for example, an optical system 5 such as a lens and a photodetector 6.
  • the optical unit 4 radiates laser light oscillated by the optical oscillation device 3 into the atmosphere, and exists in the atmosphere.
  • the laser light reflected and returned to the aerosol 1 is received, and data indicating the signal intensity of the laser light is output to the signal analysis unit 9.
  • the optical unit 4 constitutes an optical transmission / reception means.
  • the optical unit adjustment drive unit 7 of the optical transmission / reception unit 2 is an actuator that adjusts the optical condition of the optical transmission / reception unit 2 by adjusting the position where the optical unit 4 is installed under the instruction of the signal analysis unit 9. .
  • the optical unit 4 may be a single lens or a plurality of lenses. In the case of a plurality of lenses, for example, a condensing optical system such as a beam expander described later is used.
  • FIG. 18 is a configuration diagram showing details of the optical transmission / reception unit 2 of FIG.
  • a light source 101 is, for example, a laser light source that oscillates laser light.
  • the light distributor 102 is an optical component that distributes the laser light oscillated by the light source 101 at a constant ratio.
  • the amplifier 103 is an amplifier that amplifies the laser light distributed by the optical distributor 102.
  • the pulse modulator 104 includes, for example, an acousto-optic element and the like, and performs pulse modulation of the laser light amplified by the amplifier 103.
  • the optical circulator 105 is an optical component that outputs the laser light pulse-modulated by the pulse modulator 104 to the fiber end 106 and outputs the laser light (received light) incident from the fiber end 106 to the optical coupler 107.
  • the optical coupler 107 is an optical component that detects an optical beat that is a difference between the frequency of the laser light distributed by the optical distributor 102 and the frequency of the laser light (received light) output from the optical circulator 105.
  • the optical receiver 108 performs heterodyne detection on the optical beat detected by the optical coupler 107 to convert the optical signal into an electrical signal, obtains the signal intensity of the laser beam (received light) from the electrical signal, and the signal intensity
  • the process which outputs the data which shows to the signal analysis part 9 is implemented.
  • the optical receiver 108 includes a balanced receiver, so that a measurement error due to DC fluctuation can be reduced, and the optical receiver 108 is not limited to this as long as this function is satisfied.
  • the optical unit adjustment driving unit 7 moves the fiber end 106 to change the light condensing position.
  • the transmission beam and the reception beam have an ideal transmission / reception coaxial structure generated from the same single optical fiber.
  • the converging positions of the transmission beam and the receiving beam are moved together by moving the fiber end 106, but the converging positions of the transmitting beam and the receiving beam are moved individually.
  • the present invention can be applied, and the configuration will be described later.
  • the optical circulator 105, the fiber end 106, the optical coupler 107, and the optical receiver 108 constitute the photodetector 6.
  • the phrase “move the photodetector 6” not only means that the entire photodetector 6 is moved in the configuration of FIG. 18, but also a part of the photodetector 6 (for example, the fiber end 106). It also includes the meaning of moving.
  • all the optical components are connected by optical fibers, but are not necessarily connected by optical fibers.
  • the space between all the optical components may be a space.
  • the optical system 5 is provided with a converging distance variable function, and the object to be controlled by the optical unit adjustment driving unit 7 is the fiber end 106. Instead, the optical system 5 may be used.
  • condensing distance varying function for example, there is a beam expander, and a configuration in which the converging distance is varied by controlling the beam expander by the optical unit adjustment driving unit 7 is conceivable.
  • condensing distance and a term “focal length”, which have the same meaning and mean the distance to collect the transmission beam or the reception beam.
  • the signal processing unit 8 includes a signal analysis unit 9 and a display / storage unit 10.
  • the signal analysis unit 9 of the signal processing unit 8 is composed of, for example, a semiconductor integrated circuit on which a CPU is mounted, a one-chip microcomputer, or the like, and analyzes data output from the optical unit 4 to calculate a spectrum. Then, a process of calculating the wind speed as the velocity of the aerosol 1 is performed. Further, the signal analysis unit 9 uses the respective spectra calculated by analyzing the output data of the optical units 4 having different installation positions (optical conditions), and uses the respective spectrums to determine the optimal installation position (optimal optical conditions). Is specified, and the position adjustment (optical condition adjustment) by the optical unit adjustment driving unit 7 is controlled to perform the process of optimizing the installation position (optical condition) of the optical unit 4.
  • the display / save unit 10 of the signal processing unit 8 includes, for example, a storage device such as a RAM or a hard disk, a GPU (Graphics Processing Unit), a display, and the like, and stores the wind speed and the like calculated by the signal analysis unit 9. A process for displaying the wind speed and the like is performed.
  • the display / storage unit 10 constitutes observation result output means.
  • each of the optical transmission / reception unit 2 and the signal processing unit 8 which are components of the radar device is configured by dedicated hardware. You may be comprised with the computer.
  • the signal processing unit 8 that is a part of the radar apparatus is configured by a computer
  • a program describing the processing contents of the signal processing unit 8 is stored in the memory of the computer, and the CPU of the computer stores the memory.
  • the program stored in the program may be executed.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the signal analysis unit 9 of the radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the optical condition setting / setting signal output unit 21 adjusts the position where the optical detector 4 of the optical unit 4 is installed or the position where the optical system 5 of the optical unit 4 is installed ( A process of outputting a setting signal for adjusting the optical condition) to the optical unit adjustment driving unit 7 is performed.
  • the position where the photodetector 6 of the optical unit 4 is installed as shown in FIG. 4, when the distance (back focus) from the optical system 5 to the photodetector 6 is K, it is constant.
  • the optical detector 6 is moved sequentially from an initial position K 0 closest to the optical system 5 to the position K M (K 0 ⁇ K 1 ⁇ K 2 ⁇ ⁇ ... ⁇ K M ) is output to the optical unit adjustment drive unit 7.
  • the optical unit adjustment driving unit 7 and the optical condition setting / setting signal output unit 21 constitute an optical condition adjusting unit.
  • the data acquisition unit 22 performs processing for acquiring data output from the photodetector 6 of the optical unit 4.
  • the spectrum / wind speed calculation unit 23 analyzes the data acquired by the data acquisition unit 22 to calculate a spectrum, and performs a process of calculating the wind speed as the velocity of the aerosol 1.
  • the data acquisition unit 22 and the spectrum / wind speed calculation unit 23 constitute a spectrum / speed calculation means.
  • the optimum position analysis unit 24 calculates the spectrum every time the spectrum / wind speed calculation unit 23 calculates the spectrum every time the optical condition setting / setting signal output unit 21 adjusts the installation position (optical condition) of the photodetector 6.
  • the installation position of the photodetector 6 (or the installation position of the optical system 5) where the signal intensity of the laser beam received by the optical system 5 is equal to or higher than the desired signal intensity is specified. Then, a process for searching for an optimal installation position (optimal optical condition) of the photodetector 6 (or the optical system 5) is performed.
  • the optimum position analyzing unit 24 performs a process of outputting a control signal C for moving the installation position of the photodetector 6 (or the installation position of the optical system 5) to the optimum installation position to the optical unit adjustment driving unit 7. .
  • the optimum position analysis unit 24 constitutes optical condition optimization means.
  • the data self-analysis unit 25 uses the spectrum calculated by the spectrum / wind speed calculation unit 23 to determine whether or not the signal intensity of the laser beam received by the optical system 5 is equal to or higher than the desired signal intensity. If it is not equal to or greater than the signal strength, a process of outputting an installation position adjustment command to the optical unit adjustment drive unit 7 is performed.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the processing contents of the signal analysis unit 9 of the radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the shape of the envelope of the spectrum is changed as shown in FIG. 5 by dynamically changing the installation position of the photodetector 6 according to the environment such as the density of the aerosol 1. ing.
  • the shape of the envelope it is possible to dynamically change the reception intensity of the laser light reflected from the aerosol 1 located at a desired distance from the radar apparatus. This makes it possible to measure the wind speed at a relatively short distance with a high reception intensity at a high data acquisition speed.
  • reception SNR calculation formula is disclosed in Non-Patent Document 2 above, and is given by the following formulas (A) and (B).
  • h is the Planck constant (Js)
  • ⁇ is the optical frequency (Hz)
  • ⁇ is the optical wavelength (m)
  • B is the reception bandwidth (Hz)
  • Wideband SNR is calculated Is the total analog reception bandwidth.
  • R is a target distance (m) that is a distance to an observation target to be measured
  • z is a condensing distance (m)
  • D is an effective aperture diameter of the optical system (m)
  • E transmission pulse energy (J)
  • ⁇ Is the atmospheric backscattering coefficient (/ m / sr)
  • Katm is the atmospheric transmittance (/ km).
  • the denominator brackets are terms that determine the distance dependence of the reception coupling efficiency
  • the second term in parentheses is the optical system curvature (focal length setting)
  • the third term is related to atmospheric fluctuations. It is.
  • S 0 is the horizontal coherence length.
  • ⁇ F is a coefficient for considering the influence of the vignetting of the transmission beam, and AcD is the beam diameter.
  • the optical oscillation device 3 of the optical transmission / reception unit 2 oscillates laser light and outputs the laser light to the optical system 5 of the optical unit 4. Thereby, the laser light oscillated from the light oscillation device 3 is emitted into the atmosphere through the optical system 5. A part of the laser light emitted into the atmosphere is reflected by the aerosol 1 existing in the atmosphere and returns to the radar apparatus.
  • the optical system 5 of the optical unit 4 receives the laser light reflected and returned to the aerosol 1 existing in the atmosphere.
  • the optical detector 6 of the optical unit 4 detects the laser beam received by the optical system 5 and outputs data that is an electrical signal corresponding to the signal intensity of the laser beam to the signal analyzing unit 9 of the signal processing unit 8. .
  • the signal analysis unit 9 of the signal processing unit 8 receives data from the photodetector 6 of the optical unit 4, the signal analysis unit 9 analyzes the data to calculate the spectrum and calculates the wind speed as the velocity of the aerosol 1.
  • the signal analysis unit 9 specifies the optimum installation position in the optical unit 4 using each spectrum calculated by analyzing the output data of the optical unit 4 having different installation positions, and the optical unit adjustment drive unit 7 controls the position adjustment by optimizing the installation position of the optical unit 4.
  • the processing content of the signal analysis part 9 is demonstrated concretely.
  • the position change trigger is “ON”.
  • the optical condition setting / setting signal output unit 21 of the signal analysis unit 9 adjusts the position where the photodetector 6 of the optical unit 4 is installed when the position change trigger is “ON” (step ST1 in FIG. 3).
  • the setting signal Es i to be output is output to the optical unit adjustment driving unit 7.
  • the optical portion adjusting driver 7 receives the setting signal Es i from the optical condition setting and setting signal output unit 21, moves the installation position of the photodetector 6 to the position of the K i (step ST2).
  • the data acquisition unit 22 of the signal analysis unit 9 has the data output from the photodetector 6 of the optical unit 4 when the optical unit adjustment driving unit 7 adjusts the installation position of the photodetector 6 from K i ⁇ 1 ⁇ K i. Is acquired (step ST3).
  • the data output from the photodetector 6 is an electrical signal corresponding to the signal intensity of the laser beam received by the optical system 5, but the laser beam received by the optical system 5 is reflected on the aerosol 1.
  • the Doppler effect occurs according to the position speed (wind speed).
  • the data acquisition unit 22 stores the signal intensity of the laser beam indicated by each data.
  • the spectrum / wind speed calculation unit 23 of the signal analysis unit 9 analyzes the time-series data stored by the data acquisition unit 22 to calculate the spectrum, and calculates the wind speed as the velocity of the aerosol 1 (step ST4).
  • a wind speed calculation method will be described.
  • the spectrum / wind speed calculation unit 23 reflects the signal intensity of the laser beam indicated by the time-series data stored by the data acquisition unit 22 (reflected from the aerosol 1 in the atmosphere at each altitude. (Laser light) is divided every time (laser light divided every time is called “range bin”), and coherent integration is performed at minute intervals in each range bin.
  • the spectrum / wind speed calculation unit 23 performs Fourier transform in the range bin and performs incoherent integration of N pulses as shown in FIG. The number of integrations in coherent integration and incoherent integration will be described later.
  • the spectrum / wind speed calculation unit 23 also performs coherent integration with the same number of integrations as the integration in the above-described range bin even for a noise-only signal (hereinafter referred to as a “noise signal”) in which signals are not mixed. Perform incoherent integration in advance. Alternatively, a noise signal that is a noise component is acquired in real time.
  • a noise signal that is a noise component is acquired in real time.
  • the spectrum / wind speed calculation unit 23 calculates the SNR by dividing the incoherent integration result of N pulses by the noise signal. Next, the spectrum / wind speed calculation unit 23 calculates a Doppler speed (wind speed) having a predetermined SNR (power spectrum equal to or higher than a predetermined detection intensity threshold) in each range bin, and holds the SNR as the spectrum intensity.
  • the detection intensity threshold value may be set by the user, or a value determined by a sensor specific value may be used.
  • the optimum position analyzing unit 24 of the signal analyzing unit 9 is configured so that the optical condition setting / setting signal output unit 21 adjusts the installation position of the photodetector 6 (the installation position of the photodetector 6 is changed to K i ⁇ 1 ⁇ K i If each time the adjustment), the spectral wind speed calculation unit 23 calculates the spectrum, with a spectrum corresponding to the installation position K i after adjustment, whether the installation position K i after adjustment is the optimal installation position Determine whether.
  • the control signal C for moving the installation position (or the optical system 5) of the photodetector 6 to the optimum installation position. Is output to the optical unit adjustment drive unit 7 (step ST5).
  • the processing content of the optimal position analysis part 24 is demonstrated concretely.
  • the desired intensity value set by the user is T SNR and the desired distance value is equal to or greater than Z n
  • the measurable distance having an intensity equal to or greater than the desired intensity value T SNR is equal to or greater than the minimum distance Z min .
  • the installation position K i of the photodetector 6 where the measurable distance is not less than the desired distance value Z n is searched.
  • the optimum position analysis portion 24, in the installation position K i of the photodetector 6, distance value Z corresponding to the SNR is, after exceeding the minimum distance Z min, the first point to cross the desired intensity value T SNR determining the distance value as Z k, to the distance value Z k and compares the desired distance value Z n, if the distance value Z k is the desired distance value Z n or more, the optimum installation position and the installation position K i To do.
  • the installation position K i of the photodetector 6 is moved to the position K 2 , the distance value Z k becomes equal to or greater than the desired distance value Z n , and the installation position K 2 is determined as the optimum installation position.
  • the optimum position analysis unit 24 determines the installation position K i as the optimum installation position, the optimum position analysis unit 24 outputs a control signal C for moving the installation position of the photodetector 6 to the optimum installation position K i to the optical unit adjustment driving unit 7. .
  • the optical portion adjusting driver 7 receives the control signal C is moved from the optimal position analysis portion 24 the installation position of the optical detector 6 to the optimum setting position K i, control the installation position of the optical detector 6 signal C It moved to the optimum setting position K i indicated.
  • a power envelope as shown in FIG.
  • Z k ′ which is the position of the black circle, is determined as a measurable distance. Actual measurable distance is a Z k.
  • the position Z k ′ can be measured using the distance value where the maximum value of SNR exceeds the desired intensity value T SNR as a criterion. A false detection that causes a short distance occurs.
  • the minimum distance Z min is set, and after the distance value Z corresponding to the SNR exceeds the minimum distance Z min , the distance value Z k of the point that first crosses the desired intensity value T SNR is obtained. Since the condition that the distance is equal to or greater than the desired distance value Zn is added, the occurrence of the erroneous detection as described above can be prevented.
  • the position optical condition setting and setting signal output unit 21 is an installation position of the photodetector 6 from the initial position K 0 After moving in order to K M (K 0 ⁇ K 1 ⁇ K 2 ⁇ ...
  • the optimum position analyzing unit 24 sets each installation position (K 0 , K 1 , K 2 ,... - using a spectrum corresponding to the K M), light of the optical system 5
  • the position of the photodetector 6 (or the installation position of the optical system 5) where the signal intensity of the laser beam is higher than the desired signal intensity is specified, and the laser beam signal intensity is higher than the desired signal intensity
  • a method of searching for an optimum installation position of the photodetector 6 (or optical system 5) from the installation positions of the detector 6 (or the installation position of the optical system 5) (hereinafter referred to as method B) is used. (Details will be described in Embodiment 3).
  • the optimum position analysis unit 24 turns the position change trigger “OFF” (step ST6).
  • the data acquisition unit 22 acquires data output from the photodetector 6 installed at the optimum position (step ST7).
  • the spectrum / wind speed calculation unit 23 analyzes the data acquired by the data acquisition unit 22 to calculate the spectrum, and calculates the wind speed as the velocity of the aerosol 1 (step ST8).
  • the calculation method of the spectrum and the wind speed is the same as that in the case where the position change trigger is “ON”. However, since the photodetector 6 is installed at the optimum position, the spectrum and the wind speed can be calculated with high accuracy. Is possible.
  • the display / storage unit 10 of the signal processing unit 8 stores the spectrum and wind speed calculated by the signal analysis unit 9 and displays the spectrum and wind speed.
  • the data self-analysis unit 25 uses the spectrum to determine whether the signal intensity of the laser beam received by the optical system 5 is equal to or higher than the desired signal intensity. Determination (determining whether or not the installation position of the light detector 6 is an optimal installation position), and if it is not equal to or greater than the desired signal strength, an installation position adjustment command is output to the optical unit adjustment drive unit 7. That is, the data self-analysis unit 25 calculates the SNR from the spectrum calculated by the spectrum / wind speed calculation unit 23 (refer to the SNR calculation method by the spectrum / wind speed calculation unit 23 for the SNR calculation method).
  • the distance value Z k is compared with the desired distance value Z n with the distance value of the point that first crosses the desired intensity value T SNR as Z k . If the distance value Z k is equal to or greater than the desired distance value Z n , the installation position of the photodetector 6 is still the optimum installation position, and therefore the “OFF” position change trigger is maintained. On the other hand, if the distance value Z k is less than the desired distance value Z n , the position change trigger is changed to “ON” because the installation position of the photodetector 6 is not the optimum installation position. Thereby, the position adjustment of the installation position of the photodetector 6 is resumed.
  • the optimum position analysis unit 24 calculates the spectrum / wind speed calculation unit 23 by analyzing the output data of the photodetectors 6 having different installation positions. Since each spectrum is used to identify the optimum installation position in the photodetector 6, and the position adjustment by the optical unit adjustment drive unit 7 is controlled to optimize the installation position of the photodetector 6. There is an effect that the velocity of the aerosol 1 located at a desired distance can be measured with high accuracy in a short time. That is, according to the first embodiment, the number of integrations is not changed in order to increase the SNR. Therefore, the output data rate of the photodetector 6 is not deteriorated, and the user wants to see at a desired distance. High SNR wind speed measurement is possible.
  • the movable optical condition setting, setting signal output unit 21 is an installation position of the photodetector 6 to the position K M from the initial position K 0 (K 0 ⁇ K 1 ⁇ K 2 ⁇ ⁇ ⁇ K M ) is shown, but the value of M may be defined by the user, or may be calculated using a distance interval determined by the mechanism of the sensor, a minimum driving distance in the optical unit adjustment driving unit 7, and the like. It may be.
  • the minimum distance Z min is set.
  • the minimum distance Z min may be defined by the user.
  • the efficiency peak position determined by the defocus position is used. It is also possible to use a value that is theoretically determined, such as
  • the optical transmission / reception unit 2 is composed of the optical oscillation device 3 and the optical unit 4.
  • any device that can measure the Doppler speed such as the wind speed may be used.
  • the optical transceiver 2 may have other configurations. For example, a configuration as disclosed in Patent Document 1 may be used.
  • Embodiment 2 Under the instruction of the signal analysis unit 9, the optical unit adjustment drive unit 7 that adjusts the position where the optical unit 4 is installed is provided, and the optimum position analysis unit 24 uses light with different installation positions.
  • the optical unit adjustment drive unit 7 that adjusts the position where the optical unit 4 is installed is provided, and the optimum position analysis unit 24 uses light with different installation positions.
  • an optimum installation position in the photodetector 6 is specified, and a position by the optical unit adjustment driving unit 7 is determined.
  • an optical condition adjusting means for adjusting the focus (optical condition) of the optical system 5 is provided, and the optimal position analyzing unit 24 is optically connected.
  • the optimal photo in the optical system 5 is obtained. Identify Kas (optimum optical condition), and controls the focus adjustment by the optical condition adjusting means (optical condition adjustment), it may be to optimize the focus of the optical system 5 (optical condition).
  • the optical condition adjusting means when the optical system 5 is composed of a plurality of lens groups, a mechanism for extending the focus lens in the lens group can be considered as the optical condition adjusting means.
  • the optimum position analysis unit 24 in the second embodiment is basically the same as the optimum position analysis unit 24 in the first embodiment.
  • the optical unit adjustment driving unit 7 determines the installation position of the photodetector 6 under the instruction of the optical condition setting / setting signal output unit 21, K i ⁇ 1 ⁇ each time adjusting the K i, using the spectrum corresponding to the installation position K i after adjustment, but the installation position K i after adjustment is determined whether the optimum installation position, in the present
  • the optical condition adjustment unit adjusts the focus of the optical system 5 every time the focus of the optical system 5 is adjusted from F i ⁇ 1 ⁇ F i under the instruction of the optical condition setting / setting signal output unit 21. using a spectrum corresponding to the focus F i after the focus F i after adjustment is only different in that it is determined whether the optimum focus.
  • the determination as to whether the adjusted focus is the optimum focus is performed as follows.
  • the optimum position analyzing unit 24 first calculates the distance value of the point that crosses the desired intensity value T SNR first after the distance value Z corresponding to the SNR exceeds the minimum distance Z min in the focus F i of the optical system 5. as k, as compared to its distance value Z k of the desired distance value Z n, if the distance value Z k is the desired distance value Z n or more, determined in optimum focus the focus F i.
  • the optimum position analyzing unit 24 determines the focus F i as the optimum focus
  • the optimum position analyzing unit 24 outputs a control signal C for adjusting the focus of the optical system 5 to the optimum focus F i to the optical condition adjusting unit.
  • the optical condition adjusting means adjusts a focus of the optical system 5 to the optimum focus F i.
  • the optical unit adjustment driving unit 7 adjusts the focus of the optical system 5 instead of the optical unit adjustment driving unit 7 adjusting the installation position of the photodetector 6.
  • the adjustment driving unit 7 may adjust the installation position of the photodetector 6, and the optical condition adjusting unit may adjust the focus of the optical system 5.
  • FIG. FIG. 8 is a block diagram showing the signal analyzing unit 9 of the radar apparatus according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the temporary storage unit 31 is composed of a storage device such as a RAM or a hard disk, for example.
  • the optical unit adjustment driving unit 7 adjusts the installation position of the photodetector 6 (or the installation position of the optical system 5)
  • the spectrum is stored.
  • the temporary storage unit 31 constitutes a storage unit.
  • the optimum position analysis unit 32 uses one or more spectra stored in the temporary storage unit 31 to install one or more photodetectors 6 stored in the temporary storage unit 31 (or installation of the optical system 5). The process of searching for the optimum installation position of the photodetector 6 (or the optical system 5) from the position) is performed. Further, the optimum position analyzing unit 32 performs a process of outputting a control signal C for moving the installation position of the photodetector 6 (or the installation position of the optical system 5) to the optimum installation position to the optical unit adjustment driving unit 7. .
  • the optimum position analysis unit 32 constitutes an installation position optimization unit.
  • the optimum position analysis unit 24 determines whether or not the installation position of the photodetector 6 after the movement is the optimum installation position.
  • the optical condition setting / setting signal output unit 21 sequentially moves the installation position of the photodetector 6 from the initial position K 0 to the position K M (K 0 ⁇ K 1 ⁇ K 2 ⁇ ...
  • the spectrum / wind speed calculation unit 23 is set at each installation position (K 0 , K 1 , K 2 ,..., K M ).
  • the spectrum is calculated from the output data of the photodetector 6, and the spectrum at each installation position (K 0 , K 1 , K 2 ,..., K M ) is stored in the temporary storage unit 31.
  • the optimum position analysis unit 32 receives light by the optical system 5 using the spectrum corresponding to each installation position (K 0 , K 1 , K 2 ,..., K M ) stored in the temporary storage unit 31.
  • the installation position of the photodetector 6 (or the installation position of the optical system 5) at which the signal intensity of the laser beam being applied is greater than or equal to the desired signal intensity is specified, and the signal intensity of the laser beam is greater than or equal to the desired signal intensity.
  • the optimum installation position of the photodetector 6 (or the optical system 5) is searched from the installation position of the photodetector 6 (or the installation position of the optical system 5).
  • a distance value of a point that crosses the desired intensity value T SNR is set as Z k
  • the distance value Z k is compared with the desired distance value Z n
  • the optimum position analysis unit 32 determines the installation position K i having the maximum distance value Z k among the one or more installation positions. Determine the optimal installation position.
  • the optimum position analysis unit 32 determines the installation position K i as the optimum installation position, the optimum position analysis unit 32 outputs a control signal C for moving the installation position of the photodetector 6 to the optimum installation position K i to the optical unit adjustment drive unit 7. .
  • the optical transmission / reception unit 2 of the radar apparatus has a configuration as shown in FIG. 10A, the fibers for fiber transmission / reception are the same, so even if they are subjected to disturbance such as vibration, they are shifted only in the z-axis direction. For this reason, optimization can be performed by adjustment processing in the z-axis direction as in the first embodiment.
  • the optical transmission / reception unit 2 of the radar apparatus has a configuration that is not a transmission / reception integrated type as shown in FIG. Is known to shift.
  • the receiving surface is shifted not only in the z-axis direction but also in the x and y-axis directions due to disturbances such as vibration. Yes.
  • the variable of the installation position K i of the photodetector 6 is only i, but in this third embodiment, x, y, Using the variables (p, q, r) corresponding to the z axis, the data acquisition unit 22 outputs the output of the photodetector 6 while shifting (P, Q, R) times with respect to the x, y, z axes. Data is acquired, and the spectrum / wind speed calculation unit 23 analyzes the data acquired by the data acquisition unit 22 to calculate a spectrum corresponding to the variable (p, q, r).
  • the number of (P, Q, R) may be determined by the user in the same manner as the definition of the variable i. For example, the number of times determined by the minimum driving distance of the optical unit adjustment driving unit 7 and the device configuration is used. It may be.
  • the optimum position analysis unit 32 calculates the SNR of the spectrum corresponding to the variable (p, q, r) stored in the temporary storage unit 31, and determines the SNR corresponding to the variable (p, q, r) and the user.
  • a four-dimensional map of the SNR at the set desired distance value is created, and the installation position corresponding to the variable (p, q, r) when the SNR is the highest is output to the optical unit adjustment drive unit 7 as the optimal installation position. .
  • a four-dimensional map of the maximum measurement distance that exceeds the variable (p, q, r) and the detection intensity threshold set by the user is created, and the variable (p, q, r) when the maximum measurement distance that satisfies it is the longest.
  • the optical unit adjustment driving unit 7 adjusts the installation position of the photodetector 6, the spectrum calculated by the spectrum / wind speed calculation unit 23 is stored, and the spectrum is calculated.
  • a temporary storage unit 31 for storing the installation position of the photodetector 6 is provided, and the optimum position analysis unit 32 is stored by the temporary storage unit 31 using one or more spectra stored by the temporary storage unit 31.
  • the optimum installation position of the photodetector 6 is searched from among the installation positions of the one or more photodetectors 6, and a control signal for moving the installation position of the photodetector 6 to the optimum installation position is adjusted and driven by the optical unit.
  • the optimum focus of the optical system 5 may be searched from among the focus of one or more optical systems 5 that have been used.
  • FIG. FIG. 11 is a block diagram showing the signal analysis unit 9 of the radar apparatus according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the integration number setting unit 41 divides the time-series data output from the photodetector 6 by the spectrum / wind speed calculation unit 23 into range bins, performs integration processing in each range bin, and calculates the wind speed in each range bin. Executes the process of setting the number of integrations in the integration process at.
  • the integration number setting unit 41 constitutes integration number setting means.
  • the optimum position analysis unit 42 searches for the optimum installation position of the photodetector 6 (or the optical system 5) in the same manner as the optimum position analysis unit 24 (or the optimum position analysis unit 32 in FIG. 8) in FIG. However, at that time, the photodetector 6 (or the optical system 5) is controlled while controlling not only the installation position of the photodetector 6 (or the optical system 5) but also the number of integrations set by the integration number setting unit 41. ) To search for the optimal installation position.
  • the optimum position analysis unit 42 constitutes an installation position optimization unit.
  • the optimum installation position of the photodetector 6 (or optical system 5) is searched while the installation position of the photodetector 6 (or optical system 5) is moved.
  • the installation position of the photodetector 6 is moved from the initial position K 0 to the position K M (K 0 ⁇ K 1 ⁇ K 2 ⁇ ... ⁇ K M )
  • the optimum installation position cannot be found. There is.
  • received SNR is missing the installation position of the optical detector 6 exceeds a desired intensity value T SNR
  • received SNR exceeds the desired intensity value T SNR
  • first desired intensity value T SNR and cross
  • the installation position of the photodetector 6 where the distance value Z k of the point to be detected is equal to or greater than the desired distance value Z n cannot be found.
  • an integration number setting unit 41 that sets the number of integrations of the integration processing in the spectrum / wind speed calculation unit 23 is provided, and the installation position of the photodetector 6 is moved from the initial position K 0 to the position K M. (K 0 ⁇ K 1 ⁇ K 2 ⁇ ... ⁇ K M ) If the optimum installation position is not found, the optimum position analysis unit 42 instructs the integration number setting unit 41 to increase the number of integrations. By outputting, the number of integrations is gradually increased.
  • the reception SNR is improved by increasing the number of integrations of the integration processing in the spectrum / wind speed calculation unit 23, so that the reception SNR exceeds the desired intensity value T SNR , and as a result, the possibility of finding the optimum installation position increases.
  • the upper limit of the number of integrations may be set by the user, or the upper limit value may be held in the sensor. The upper limit value may be determined by the amount of memory that holds data, and is not limited to this.
  • the converging positions of the transmission beam and the reception beam are moved together by moving the fiber end 106 in the state of the transmission / reception coaxial configuration.
  • the position of the fiber end 106 is set so that the distance at which the SNR greater than or equal to the threshold can be acquired is the farthest by changing the condensing distance.
  • the optical circulator 105 is configured as shown in FIG. 19, it is possible to individually move the converging distances of the transmission beam and the reception beam.
  • laser light is output from the pulse modulator 104 of the optical oscillation device 3 to the space.
  • the optical circulator 105 includes a transmission beam adjusting optical system 111, a PBS 112 as a polarization beam splitter, an optical lens 113, and a ⁇ / 4 plate 114.
  • the transmission beam adjustment optical system 111 for example, there is a zoom beam expander. An external mechanism is added to the beam expander, and the optical unit adjustment drive unit 7 controls the beam expander, thereby collecting the beam.
  • a configuration in which the optical distance is variable is conceivable. This configuration is generally used when the light output from the pulse modulator 104 is large.
  • one or both of the transmission beam adjustment optical system 111 and the fiber end 106 are operated, and the transmission beam adjustment optical system 111 having the longest distance at which an SNR greater than or equal to the threshold can be acquired is the same as described above. The adjustment state and the position of the fiber end 106 are searched.
  • the parameters affecting the optical conditions such as temperature are greatly different between the transmission and reception, so that the converging distances of the transmission beam and the reception beam are different, and the reception SNR is different. It may be reduced.
  • the adjustment state of the transmission beam adjustment optical system 111 and the function of individually adjusting the position of the fiber end 106 are provided, so that both the transmission beam and the reception beam are collected at an intended distance. It becomes possible to shine. Further, if the condensing distance is changed from this state as in the first and second embodiments, the same effect as in the first and second embodiments can be obtained.
  • the optimum installation position of the photodetector 6 (or optical system 5) can be searched only by moving the installation position of the photodetector 6 (or optical system 5). Even if it is not possible, the optimum installation position can be searched for and the velocity of the aerosol 1 located at a desired distance can be measured with high accuracy in a short time. However, if the optimum installation position cannot be searched even if the number of integrations in the spectrum / wind speed calculation unit 23 is increased, a message requesting a condition change such as lowering the desired SNR or the like is displayed. It may be displayed on the display / save unit 10. If the user changes the conditions by looking at this message, the optimum installation position may be searched. Therefore, the efficiency of user parameter tuning can be increased.
  • the optimum position analyzing unit 42 searches for the optimum installation position of the photodetector 6 (or the optical system 5) while controlling the number of integrations set by the integration number setting unit 41.
  • the optimal position analysis unit 42 searches for the optimum focus of the optical system 5 in the same manner as in the second embodiment while controlling the number of integrations set by the integration number setting unit 41. You may make it do.
  • FIG. 12 is a block diagram showing a signal analysis unit 9 of a radar apparatus according to Embodiment 5 of the present invention.
  • the model storage unit 51 includes a storage device such as a RAM or a hard disk, and stores an envelope function model in the spectrum. Note that the model storage unit 51 constitutes a model storage unit.
  • the optimum position analysis unit 52 compares the envelope of the spectrum calculated by the spectrum / wind speed calculation unit 23 with the envelope obtained from the model stored by the model storage unit 51, and in the current environment where the aerosol 1 exists. The model is reconstructed, and processing for controlling the position adjustment by the optical unit adjustment driving unit 7 is performed using the model.
  • the optimum position analyzing unit 52 constitutes an installation position optimizing unit.
  • the signal analysis unit 9 in FIG. 12 shows a configuration in which a model storage unit 51 and an optimum position analysis unit 52 are added to the signal analysis unit 9 in FIG. 2, but the signal analysis unit in FIG. 8 or FIG. A configuration in which a model storage unit 51 and an optimum position analysis unit 52 are added to the unit 9 may be adopted.
  • the spectrum / wind speed calculation unit 23 calculates a spectrum by acquiring output data of the photodetector 6 at an arbitrary installation position of the photodetector 6 (or the optical system 5).
  • the arbitrary installation position may be any position where the reception intensity spectrum can be acquired, and may be the focal length by default.
  • the optimum position analysis unit 52 is given a spectrum envelope (power envelope) calculated by the spectrum / wind speed calculation unit 23 and a model stored by the model storage unit 51.
  • FIG. 13 is an explanatory diagram showing the envelope of the spectrum calculated by the spectrum / wind speed calculation unit 23 and the envelope obtained from the model stored by the model storage unit 51.
  • the envelope calculated by the spectrum / wind speed calculation unit 23 is represented by f (K, z) ′ and represented by a solid line.
  • An envelope obtained from the model stored by the model storage unit 51 is represented by f ⁇ (K, z) and is represented by a broken line.
  • (1) and (2) are assumed.
  • the concentration of aerosol 1 is constant
  • the power envelope changes linearly with respect to the concentration of aerosol 1
  • FIG. 14 is an explanatory diagram showing parameters of the model stored by the model storage unit 51.
  • the above formula (1) represents the formula of the optical system, and the formula (2) is a light receiving area at the time of defocus determined by geometry.
  • Expression (3) is a relational expression related to defocus, and Expression (4) is efficiency determined by the back focus and the measurement distance.
  • Expression (5) is an expression related to a power envelope including attenuation by distance and aerosol concentration.
  • the minimum back focus value K (which satisfies that the SNR is equal to or greater than the desired intensity value T SNR and the distance value Z k is equal to or greater than the desired distance value Z n ) is derived from the above equations (1) to (5). It calculates using the following formula (8).
  • the optimal position analysis unit 52 calculates the minimum back focus value K using the equation (8)
  • the optimal position analysis unit 52 controls the position of the photodetector 6 (or the optical system 5) to the back focus value K.
  • a desired distance can be obtained with a desired SNR.
  • the optimum position analyzing unit 52 compares the envelope of the spectrum calculated by the spectrum / wind speed calculating unit 23 with the envelope obtained from the model stored by the model storing unit 51, and the aerosol is analyzed.
  • the model under the present environment where 1 is present is reconstructed, and the model is used to control the position adjustment by the optical unit adjustment drive unit 7, but the model reconstructed in the same manner as described above. May be used to control focus adjustment by the optical condition adjusting means.
  • the minimum back focus value K may be calculated using the following equation (9). By obtaining the back focus value K that maximizes the SNR, an optimal installation position can be set. Further, when the beam diameter is variable, it is possible to set the optimal beam diameter and the optimal installation position by deriving the beam diameter AcD and the back focus value K as variable.
  • Embodiment 6 FIG. In the first embodiment and the like, the case where the laser light emitted from the optical system 5 of the optical transceiver 2 and the laser light received by the optical system 5 are coaxial is shown.
  • the optimum position analyzing unit 24 or the optimum position analyzing unit 32, 42, 52
  • the optical condition installation position or focus
  • the laser beam and the optical system emitted from the optical system 5 are optimized.
  • the installation position of the photodetector 6 is calculated based on the difference in angle with the laser beam received by the laser beam 5 and the target distance R (the distance to the observation target to be measured). You may make it adjust the installation position of the photodetector 6 so that the installation position of the photodetector 6 may correspond with the calculation result of the optimal position analysis part 24 grade
  • the radar apparatus according to the sixth embodiment has the configuration shown in FIG. 2, which is the configuration of the radar apparatus according to the first, second, and third embodiments, or the configuration shown in FIGS. Further, as shown in FIG. 10B and FIG. 24, the radar apparatus has the configuration of the photodetector 6 when the transmission beam and the reception beam are not generated from the same single fiber (non-coaxial). .
  • the transmission rate of the transmission / reception beam is slow, and the configuration applicable to the case where the transmission beam and the reception beam can be approximately integrated is shown.
  • the scanning speed of the transmitted / received beam is fast or the distance measurement is performed with a configuration that is non-coaxial as shown in FIG.
  • the fiber end 106 is adjusted to correct the deviation between the light reception field of view by the optical transceiver 2 and the beam arrival direction.
  • the optical unit adjustment driving unit 7 moves the position of the fiber end 106 when not scanning to shift the reception field of view, thereby correcting the shift between the reception field of view and the scattering direction caused by scanning.
  • the scanning angle of the mirror that rotates during transmission and reception is ⁇
  • the magnification of the optical system 5 for example, a beam expander
  • the distance between the optical lens 113 and the fiber end 106 when not scanning is DF.
  • the movement distance D r of the fiber end 106 is expressed by the following equation (11).
  • the mirror scanning angular velocity is ⁇ (rad / sec) and the target distance is R
  • the mirror scanning angle ⁇ is expressed by the following equation (12).
  • c represents the speed of light.
  • the target distance R may be, for example, a target distance set by the user, or a maximum distance that can be measured by the sensor.
  • the movement distance D r of the fiber end 106, the optimum position analysis portion 24 and the like are calculated, the optimum position analysis portion 24 and the like, as the installation position of the optical detector 6, the optical unit moving distance D r from the current installation position Output to the adjustment drive unit 7.
  • the optical portion adjusting driver 7 receives the movement distance D r from the optimum position analysis unit 24 or the like, by the movement distance D r, by moving the position of the fiber end 106, receiving field and the scattering direction generated by scanning Correct the deviation. In this way, by correcting the shift between the reception field of view and the scattering direction, the efficiency of the received light can be increased, so that the SNR is improved and the far distance measurement is possible compared to the first embodiment and the like. Play.
  • the moving distance D r in the lateral direction of the fiber ends 106, vertical fiber ends 106 The movement distance D r ′ is calculated, and the movement of the fiber end 106 in the left-right direction and the vertical movement may be performed.
  • the moving distance D r of the fiber end 106 showed that calculated by the formula (11), not limited thereto.
  • the adjustment accuracy of the optical unit adjustment driving unit 7 is low, there may be a case where the optical unit adjustment drive unit 7 cannot move to a desired position.
  • obtaining a table indicating the travel distance D r is referred to as variable parameters SNR- distance characteristics in advance (or, acquired during the observation), and farthest measurement exceeding the intensity threshold T SNR from the table May be read out, and the movement distance Dr may be adopted as a set value.
  • a model that can obtain the same effect may be used.
  • the optical unit adjustment driving unit 7 moves the position of the fiber end 106 by the moving distance Dr, but the optical unit adjustment driving unit 7 further includes the magnification A of the optical system 5 and
  • the fiber end 106 may be tilted in the beam arrival direction based on the mirror scanning angle ⁇ . That is, when the mirror scanning angle ⁇ is large, the incident angle to the fiber end 106 increases, the area that the fiber end 106 can receive decreases, and the SNR decreases. Therefore, in order to increase the SNR by increasing the area that the fiber end 106 can receive, the fiber end 106 is inclined based on the magnification A of the optical system 5 and the scanning angle ⁇ of the mirror.
  • the target distance R of Formula (12) becomes far.
  • the SNR at a short distance may decrease. Therefore, when the target distance R is larger than a predetermined threshold, the target value R ′ is a value obtained by reducing the target distance R by the median value (R / 2) of the target distance R or the offset distance R offs determined by the user. It may be used as the distance R.
  • R ′ R ⁇ R offs (13) This makes it possible to perform more stable measurement from a short distance to a long distance.
  • the signal analysis unit 9 includes an integration number setting unit 41 as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 10B and FIG. 24, the radar apparatus has the configuration of the photodetector 6 when the transmission beam and the reception beam are not generated from the same single fiber (non-coaxial). . Similar to the sixth embodiment, when the beam is scanned at a high speed, the received SNR is lowered with respect to the data of the far range bin. Therefore, in the seventh embodiment, the optimum position analysis unit 42 controls the number of integrations set by the integration number setting unit 41 so that the SNR of each range bin is equal to or greater than the threshold value.
  • FIG. FIG. 22 is a block diagram showing the signal analyzing unit 9 of the radar apparatus according to Embodiment 8 of the present invention.
  • the beam diameter setting unit 61 performs processing for setting the beam diameter of the laser light emitted from the optical system 5 of the optical transmission / reception unit 2.
  • the beam diameter setting unit 61 constitutes a beam diameter setting unit.
  • the optimum position analysis unit 62 performs the same processing as the optimum position analysis unit 42 in FIG. 11 and performs the number of integrations so that the SNR of each range bin at the beam diameter set by the beam diameter setting unit 61 is equal to or greater than the threshold value.
  • a process for controlling the number of integrations set by the setting unit 41 is performed.
  • a process of controlling the beam diameter set by the beam diameter setting unit 61 is performed so that the SNR of each range bin at the number of integrations set by the integration number setting unit 41 is equal to or greater than a threshold value.
  • the optimum position analyzing unit 62 constitutes optical condition adjusting means.
  • the beam diameter is variable in addition to the focusing distance.
  • FIG. 23 is a schematic diagram showing SNR-distance characteristics when the beam diameter and the condensing distance are combined.
  • the beam diameter setting unit 61 includes in advance a table showing SNR-distance characteristics (see FIG. 23) when the beam diameter and the condensing distance are combined, from which a measurable distance set by the user and a desired distance can be set.
  • the beam diameter corresponding to the SNR is read, and the optical system 5 is controlled so that the beam diameter of the laser light emitted from the optical system 5 becomes the read beam diameter.
  • the beam diameter AcD of the laser light emitted from the optical system 5 may be calculated using the following model.
  • h is the Planck constant (Js)
  • ⁇ is the optical frequency (Hz)
  • ⁇ is the optical wavelength (m)
  • B is the reception bandwidth (Hz)
  • Wideband SNR is calculated Is the total analog reception bandwidth.
  • R is a target distance (m)
  • z is a condensing distance (m)
  • D is an optical system effective aperture diameter (m)
  • E transmission pulse energy (J)
  • ⁇ is an atmospheric backscattering coefficient (/ m / sr).
  • Katm is the atmospheric transmittance (/ km).
  • brackets in the denominator are the terms that determine the distance dependence of the reception coupling efficiency
  • the second term in the brackets is the optical system curvature (focal length setting)
  • the third term is the term related to atmospheric fluctuations. It is.
  • S 0 is the horizontal coherence length.
  • ⁇ F is a coefficient for considering the influence of the vignetting of the transmission beam
  • AcD is the beam diameter.
  • the optimum position analysis unit 62 sets the number of integrations set by the integration number setting unit 41 so that the SNR of each range bin at the beam diameter AcD is equal to or greater than a threshold value. Control.
  • the optimum position analysis unit 62 controls the number of integrations set by the integration number setting unit 41.
  • the optimum position analysis unit 62 may control the beam diameter set by the beam diameter setting unit 61 so that the SNR of each range bin at the number of integrations is equal to or greater than the threshold value. Good.
  • a one-dimensional scan is performed to obtain a wind speed cross section in the LOS (Line Of Light) direction.
  • the present invention can be applied to the PPI (Plane Position Indicator) measurement to be acquired, the VAD (Velocity AZIMUTH Display) method for calculating the wind speed / wind direction value in the scanning space by scanning in the azimuth direction.
  • the S / N ratio distance dependency in each direction is once measured at a certain scanning speed. If the signal analysis unit 9 uses the method of determining the scanning speed in each direction, the optimum position of the fiber end 106 corresponding to the photodetector 6, the beam diameter, and the number of integrations, it depends on the direction to be measured. Optimal measurement.
  • the radar device according to the present invention is suitable, for example, for a device that needs to be measured with high accuracy in a short time when measuring the velocity of a minute liquid or solid particle floating in the atmosphere.

Abstract

　最適位置解析部２４が、設置位置が異なる光検出器６の出力データをそれぞれ解析することでスペクトル・風速演算部２３により算出された各々のスペクトルを用いて、光検出器６における最適な設置位置を特定し、光学部調整駆動部７による位置調整を制御して、光検出器６の設置位置を最適化する。

Description

レーダ装置
　この発明は、例えば、大気中に浮遊する微小な液体又は固体の粒子（エアロゾル）などの速度などを計測するレーダ装置に関するものである。
　遠隔点に存在する物体の位置を計測するものとして、レーダ装置が知られている。
　レーダ装置は、電磁波や音波などの波動を空間に放射して、観測対象となる物体に反射して戻ってきた波動を受信し、その波動を解析することにより、レーダ装置から物体までの距離や角度を計測するものである。
　レーダ装置の中でも、大気中に浮遊する微小なエアロゾルを観測対象とし、エアロゾルに反射された波動の位相回転量からエアロゾルの動く速度（風速）を計測する気象レーダ装置が知られている。
　また、気象レーダ装置の中でも、特に電磁波として光を用いるレーザレーダ装置は、放射するビームの広がりが極めて小さく、高い角度分解能で物体を観測することが可能であるため、風向風速レーダとして使用されている（例えば、非特許文献１を参照）。
　従来のレーザレーダ装置は、レーザ光を大気中に放射した後、大気中のエアロゾルの移動速度に伴うドップラー周波数シフトを受けているレーザ光を受信し、そのレーザ光とローカル光のヘテロダイン検波を行うことで、風速に相当するドップラー信号を検出するようにしている。
　一般的に、各高度における大気中のエアロゾルから反射されたレーザ光を時間毎に区切り（時間毎に区切ったレーザ光を「レンジビン」と称する）、図１５に示すように、各レンジビン内で、微小間隔でのコヒーレント積分を行う。
　その後、レンジビン内でのフーリエ変換を実施した後、図１６に示すように、Ｎ回のパルスのインコヒーレント積分を行うことで、信号対雑音比（以降、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ　ｔｏ　Ｎｏｉｓｅ　Ｒａｔｉｏ）と称する）の向上を図るようにする。
　一般的に、Ｎ回のインコヒーレント積分を実施した場合、そのＳＮＲが√Ｎだけ向上することが知られている（例えば、特許文献１，２を参照）。
　その結果、図１７に示すようなパワーエンベロップを得ることができる。
　ただし、上記のような風速の測定においては、ドップラー信号のコヒーレンシーが弱いことが知られている。即ち、ドップラー信号のコヒーレント時間が短いことが知られている。
　例えば、レーダ装置の受信光が大気中のエアロゾルから反射された散乱光である場合、ドップラー信号のコヒーレント時間はマイクロ秒（μｓ）のオーダーであることが知られている。
　そこで、従来のレーザレーダ装置では、上述したように、Ｎ回のパルスのインコヒーレント積分を行うことで、ＳＮＲの向上を図っている。
　例えば、特許文献１，２には、高精度な風速測定を可能にするために、最適な積分回数を導出する方法が開示されている。
　この積分処理の結果、図１７に示すように、エアロゾルの密度が高密度であれば、高精度な風速測定が可能になる。
特開２００６－２８４２６０号公報（段落番号［００１５］） 特開２００２－１６８９４８号公報（段落番号［００１５］）
「気象と大気のレーダーリモートセンシング」　ＩＳＢＮ　４－８７６９８－６５３－３ Syumpei Kameyama et al., "Semianalytic pulsed coherent laser radar equation for coaxial and apertured systems using nearest Gaussian approximation, " Appl. Opt., Vol49, No.27,pp 5169-5174, 2010.
　従来のレーダ装置は以上のように構成されているので、エアロゾルの密度が高密度であれば、高精度な風速測定が可能になるが、エアロゾルの密度が低密度である場合、更なる積分処理を行わなければ、高精度な風速測定を行うことができない課題があった。
　また、観測対象である大気中のエアロゾルから反射光が得られなければ、積分処理を行っても、検出強度閾値まで受信ＳＮＲが向上しないため、風速を得ることができない課題があった。
　また、ユーザから高速なデータ取得速度で比較的近距離に位置する観測対象の風速を得る要求を受けた場合、積分回数を下げることは可能であるが、積分回数を下げることで信号強度が低下するため、高い信号強度を維持したままデータ取得速度を高めることは困難である課題があった。
　さらに、送受信ビームを高速走査する場合や遠方の風速測定を行う場合、受信結合効率が低下して、高精度な風速測定を行うことができない課題があった。
　この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、所望の距離に位置する観測対象の速度を短時間で高精度に測定することができるレーダ装置を得ることを目的とする。
　この発明に係るレーダ装置は、光を発振する光発振手段と、光発振手段により発振された光を大気中に放射する一方、大気中に存在する観測対象に反射して戻ってきた上記光を受光する光学系を有し、その光学系により受光された光の信号強度を示すデータを出力する光送受信手段と、光送受信手段から出力されたデータを解析してスペクトルを算出するとともに、観測対象の速度を算出するスペクトル・速度算出手段と、光送受信手段の光学条件を調整する光学条件調整手段とを設け、光学条件最適化手段が、光学条件が異なる光送受信手段の出力データをそれぞれ解析することでスペクトル・速度算出手段により算出された各々のスペクトルを用いて、光送受信手段における最適な光学条件を特定し、光学条件調整手段による光学条件調整を制御して、光送受信手段の光学条件を最適化するようにしたものである。
　この発明によれば、光学条件最適化手段が、光学条件が異なる光送受信手段の出力データをそれぞれ解析することでスペクトル・速度算出手段により算出された各々のスペクトルを用いて、光送受信手段における最適な光学条件を特定し、光学条件調整手段による光学条件調整を制御して、光送受信手段の光学条件を最適化するように構成したので、所望の距離に位置する観測対象の速度を短時間で高精度に測定することができる効果がある。
この発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置の信号解析部９を示す構成図である。 この発明の実施の形態１によるレーダ装置の信号解析部９の処理内容を示すフローチャートである。 光検出器６の設置位置の調整を示す説明図である。 変更前後のパワーエンベロップ及び検出強度閾値を示す説明図である。 光検出器６の設置位置がＫｉ（ｉ＝０，１，２，・・・，Ｍ）であるときの距離値ＺとＳＮＲの関係を示す説明図である。 大気中に雲などのクラッタが存在する際に、光検出器６から得られるパワーエンベロップを示す説明図である。 この発明の実施の形態３によるレーダ装置の信号解析部９を示す構成図である。 振動などの外乱によって、光検出器６がｚ軸からずれてしまっている場合を示す説明図である。 レーダ装置の光送受信部２の構成を示す説明図である。 この発明の実施の形態４によるレーダ装置の信号解析部９を示す構成図である。 この発明の実施の形態５によるレーダ装置の信号解析部９を示す構成図である。 スペクトル・風速演算部２３により算出されたスペクトルのエンベロップと、モデル保存部５１により保存されているモデルから得られるエンベロップとを示す説明図である。 モデル保存部５１により保存されるモデルの各パラメータを示す説明図である。 各レンジビン内でのコヒーレント積分を示す説明図である。 各レンジビンにおけるＮ回のパルスのインコヒーレント積分を示す説明図である。 パワーエンベロップのエアロゾル濃度依存性を示す説明図である。 図１の光送受信部２の詳細を示す構成図である。 図１の光送受信部２の詳細を示す構成図である。 送受非一体型のレーダ装置の場合において、スキャンミラーの走査角速度が高速の場合に発生する光学軸ずれを示す説明図である。 光軸ずれの補正方法を示す説明図である。 この発明の実施の形態８によるレーダ装置の信号解析部９を示す構成図である。 ビーム径と集光距離を組み合わせた場合のＳＮＲ－距離特性を示す模式図である。 光サーキュレータの別形態を示す説明図である。
　以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
実施の形態１．
　図１はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置を示す構成図である。
　図１において、エアロゾル１は観測対象であり、大気中に浮遊する微小な液体又は固体の粒子である。
　光送受信部２は光を送受信する装置であり、光発振装置３、光学部４及び光学部調整駆動部７から構成されている。
　光送受信部２の光発振装置３は例えばレーザ光を発振するレーザ光源であり、光発振装置３は光発振手段を構成している。
　光送受信部２の光学部４は例えばレンズなどの光学系５と光検出器６から構成されており、光発振装置３により発振されたレーザ光を大気中に放射する一方、大気中に存在するエアロゾル１に反射して戻ってきたレーザ光を受光し、そのレーザ光の信号強度を示すデータを信号解析部９に出力する処理を実施する。なお、光学部４は光送受信手段を構成している。
　光送受信部２の光学部調整駆動部７は信号解析部９の指示の下で、光学部４が設置されている位置を調整することで、光送受信部２の光学条件を調整するアクチュエータである。
　なお、光学部４は、単レンズの場合もあれば、複数枚のレンズから構成される場合もある。複数枚のレンズから構成される場合、例えば、後述するビームエクスパンダーなどの集光光学系などを用いる。
　図１８は簡易的に示している図１の光送受信部２の詳細を示す構成図である。
　図１８において、光源１０１は例えばレーザ光を発振するレーザ光源である。
　光分配器１０２は光源１０１により発振されたレーザ光を一定比率で分配する光学部品である。
　アンプ１０３は光分配器１０２により分配されたレーザ光を増幅する増幅器である。
　パルス変調器１０４は例えば音響光学素子等などから構成されており、アンプ１０３により増幅されたレーザ光のパルス変調を行う。
　光サーキュレータ１０５はパルス変調器１０４によりパルス変調されたレーザ光をファイバ端１０６に出力する一方、ファイバ端１０６から入射されたレーザ光（受信光）を光カプラ１０７に出力する光学部品である。
　光カプラ１０７は光分配器１０２により分配されたレーザ光の周波数と光サーキュレータ１０５から出力されたレーザ光（受信光）の周波数の差分である光ビートを検出する光学部品である。
　光受信機１０８は光カプラ１０７により検出された光ビートに対するヘテロダイン検波を実施して光信号を電気信号に変換し、その電気信号からレーザ光（受信光）の信号強度を求めて、その信号強度を示すデータを信号解析部９に出力する処理を実施する。
　また、光受信機１０８はバランスドレシーバを備えることで、ＤＣのゆらぎによる測定誤差を低減することもでき、本機能を満たすものであれば、これに限るものではない。
　図１８の例では、光学部調整駆動部７が、ファイバ端１０６を移動させて、光の集光位置を変化させるようにしている。ここでは、送信ビームと受信ビームが、同じ一本の光ファイバから生成される理想的な送受同軸の構成としている。
　図１８の例では、ファイバ端１０６の移動により、送信ビームと受信ビームの集光位置を一緒に動かすものを示しているが、送信ビームと受信ビームの集光位置を個別に移動させるようにしても、本発明を適用することが可能であり、その構成については後述する。
　図１８の例では、光サーキュレータ１０５、ファイバ端１０６、光カプラ１０７及び光受信機１０８から光検出器６が構成されている。
　以降、「光検出器６を移動する」という文言は、図１８の構成において、光検出器６の全体を移動させるという意味だけでなく、光検出器６の一部（例えば、ファイバ端１０６）を移動させるという意味も含むものとする。
　また、図１８に示す光送受信部２では、全ての光部品の間が光ファイバで接続されているが、必ずしも光ファイバで接続されている必要はない。例えば、全ての光部品の間が空間になっていてもよく、その場合には、集光距離可変機能を光学系５に持たせて、光学部調整駆動部７が制御する対象をファイバ端１０６ではなく、光学系５としてもよい。
　集光距離可変機能を持つ具体例としては、例えば、ビームエクスパンダーがあり、光学部調整駆動部７が、ビームエクスパンダーを制御することで、集光距離を可変する構成が考えられる。
　以下、「集光距離」という文言と、「焦点距離」という文言が存在するが、これらは同じ意味を持っており、送信ビーム、もしくは受信ビームを集光する距離という意味を持っている。
　信号処理部８は信号解析部９及び表示・保存部１０から構成されている。
　信号処理部８の信号解析部９は例えばＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコンなどから構成されており、光学部４から出力されたデータを解析してスペクトルを算出するとともに、エアロゾル１の速度として風速を算出する処理を実施する。
　また、信号解析部９は設置位置（光学条件）が異なる光学部４の出力データをそれぞれ解析することで算出した各々のスペクトルを用いて、光学部４における最適な設置位置（最適な光学条件）を特定し、光学部調整駆動部７による位置調整（光学条件調整）を制御して、光学部４の設置位置（光学条件）を最適化する処理を実施する。
　信号処理部８の表示・保存部１０は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）及びディスプレイなどから構成されており、信号解析部９により算出された風速等を保存するとともに、その風速等を表示する処理を実施する。なお、表示・保存部１０は観測結果出力手段を構成している。
　図１の例では、レーダ装置の構成要素である光送受信部２及び信号処理部８のそれぞれが専用のハードウェアで構成されているものを想定しているが、レーダ装置の全部又は一部がコンピュータで構成されていてもよい。
　例えば、レーダ装置の一部である信号処理部８がコンピュータで構成されている場合、信号処理部８の処理内容を記述しているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。
　図２はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置の信号解析部９を示す構成図である。
　図２において、光学条件設定・設定信号出力部２１は光学部４の光検出器６が設置されている位置、あるいは、光学部４の光学系５が設置されている位置を調整させる設定信号（光学条件を調整する設定信号）を光学部調整駆動部７に出力する処理を実施する。
　例えば、光学部４の光検出器６が設置されている位置を調整する場合、図４に示すように、光学系５から光検出器６までの距離（バックフォーカス）がＫであるとき、一定間隔のステップ又は事前に作成しているテーブルを参照しながら、光検出器６が光学系５に最も近い初期位置Ｋ０から位置ＫＭまで順番に移動（Ｋ０→Ｋ１→Ｋ２→・・・→ＫＭ）させる設定信号を光学部調整駆動部７に出力する。
　なお、光学部調整駆動部７及び光学条件設定・設定信号出力部２１から光学条件調整手段が構成されている。
　データ取得部２２は光学部４の光検出器６から出力されたデータを取得する処理を実施する。
　スペクトル・風速演算部２３はデータ取得部２２により取得されたデータを解析してスペクトルを算出するとともに、エアロゾル１の速度として風速を算出する処理を実施する。
　なお、データ取得部２２及びスペクトル・風速演算部２３からスペクトル・速度算出手段が構成されている。
　最適位置解析部２４は光学条件設定・設定信号出力部２１が光検出器６の設置位置（光学条件）を調整する毎に、スペクトル・風速演算部２３がスペクトルを算出すると、各々の設置位置に対応するスペクトルを用いて、光学系５により受光されているレーザ光の信号強度が所望の信号強度以上になる光検出器６の設置位置（あるいは、光学系５の設置位置）を特定することで、光検出器６（あるいは、光学系５）の最適な設置位置（最適な光学条件）を探索する処理を実施する。
　また、最適位置解析部２４は光検出器６の設置位置（あるいは、光学系５の設置位置）を最適な設置位置に移動させる制御信号Ｃを光学部調整駆動部７に出力する処理を実施する。
　なお、最適位置解析部２４は光学条件最適化手段を構成している。
　データ自己解析部２５はスペクトル・風速演算部２３により算出されたスペクトルを用いて、光学系５により受光されているレーザ光の信号強度が所望の信号強度以上であるか否かを判定し、所望の信号強度以上でなければ、設置位置の調整指令を光学部調整駆動部７に出力する処理を実施する。
　図３はこの発明の実施の形態１によるレーダ装置の信号解析部９の処理内容を示すフローチャートである。
　次に動作について説明する。
　この実施の形態１では、エアロゾル１の密度などの環境に応じて、光検出器６の設置位置を動的に変化させることで、図５に示すように、スペクトルのエンベロップの形状を変えるようにしている。
　エンベロップの形状を変えることで、レーダ装置から所望の距離に位置しているエアロゾル１から反射されるレーザ光の受信強度を動的に変化させることが可能になる。これにより、高速なデータ取得速度で比較的近距離における風速を高い受信強度で測定することが可能になる。
　ここで、集光により受信強度を高くできる理由について説明する。
　受信ＳＮＲの計算式は、上記の非特許文献２に開示されており、下記の式（Ａ）（Ｂ）で与えられる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
　式（Ａ）（Ｂ）において、ｈはプランク定数（Ｊｓ）、νは光周波数（Ｈｚ）、λは光波長（ｍ）、Ｂは受信帯域幅（Ｈｚ）であり、Ｗｉｄｅｂａｎｄ　ＳＮＲを計算する場合には全アナログ受信帯域幅である。
　また、Ｒは測定を行う観測対象までの距離であるターゲット距離（ｍ）、ｚは集光距離（ｍ）、Ｄは光学系有効開口径（ｍ）、Ｅは送信パルスエネルギー（Ｊ）、βは大気後方散乱係数（／ｍ／ｓｒ）、Ｋａｔｍは大気透過率（／ｋｍ）である。
　式（Ｂ）において、分母大括弧内は、受信結合効率の距離依存性を決める項であり、括弧内第２項は光学系曲率（焦点距離設定）、第３項は大気ゆらぎに関係する項である。
　また、Ｓ０は横方向コヒーレンス長である。ηＦは送信ビームのケラレの影響を考慮するための係数であり、ＡｃＤはビーム直径である。
　この式からも分かるように、あるターゲット距離Ｒの測定を行う場合、集光距離をターゲット距離Ｒと一致させることで、受信ＳＮＲが最大になる。
　光送受信部２の光発振装置３は、レーザ光を発振して、そのレーザ光を光学部４の光学系５に出力する。
　これにより、光発振装置３から発振されたレーザ光が光学系５を通じて大気中に放射される。
　大気中に放射されたレーザ光の一部は、大気中に存在するエアロゾル１に反射して、レーダ装置に戻ってくる。
　光学部４の光学系５は、大気中に存在するエアロゾル１に反射して戻ってきたレーザ光を受光する。
　光学部４の光検出器６は、光学系５により受光されたレーザ光を検出し、そのレーザ光の信号強度に相当する電気信号であるデータを信号処理部８の信号解析部９に出力する。
　信号処理部８の信号解析部９は、光学部４の光検出器６からデータを受けると、そのデータを解析してスペクトルを算出するとともに、エアロゾル１の速度として風速を算出する。
　また、信号解析部９は、設置位置が異なる光学部４の出力データをそれぞれ解析することで算出した各々のスペクトルを用いて、光学部４における最適な設置位置を特定し、光学部調整駆動部７による位置調整を制御して、光学部４の設置位置を最適化する。
　以下、信号解析部９の処理内容を具体的に説明する。
　ユーザが図示せぬマンマシンインタフェース（例えば、キーボード、マウスなど）を操作して、光検出器６の設置位置の変更要求を入力している場合、あるいは、後述するデータ自己解析部２５が設置位置の調整指令を出力している場合、位置変更トリガが「ＯＮ」になる。
　信号解析部９の光学条件設定・設定信号出力部２１は、位置変更トリガが「ＯＮ」である場合（図３のステップＳＴ１）、光学部４の光検出器６が設置されている位置を調整させる設定信号Ｅｓｉを光学部調整駆動部７に出力する。
　例えば、光学部４の光検出器６が設置されている位置を調整する場合、図４に示すように、光学系５から光検出器６までの距離（バックフォーカス）がＫであるとき、一定間隔のステップ又は事前に作成しているテーブルを参照しながら、光検出器６が光学系５に最も近い初期位置Ｋ０から位置ＫＭまで順番に移動（Ｋ０→Ｋ１→Ｋ２→・・・→ＫＭ）させる設定信号Ｅｓｉを光学部調整駆動部７に出力する。ｉ＝０，１，２，・・・，Ｍである。
　光学部調整駆動部７は、光学条件設定・設定信号出力部２１から設定信号Ｅｓｉを受けると、光検出器６の設置位置をＫｉの位置まで移動させる（ステップＳＴ２）。
　信号解析部９のデータ取得部２２は、光学部調整駆動部７が光検出器６の設置位置をＫｉ－１→Ｋｉに調整すると、光学部４の光検出器６から出力されたデータを取得する（ステップＳＴ３）。
　ここで、光検出器６から出力されたデータは、光学系５により受光されたレーザ光の信号強度に相当する電気信号であるが、光学系５により受光されたレーザ光は、エアロゾル１における反射位置の速度（風速）に応じてドップラー効果が生じている。
　データ取得部２２は、光検出器６からデータが出力される毎に、各々のデータが示すレーザ光の信号強度を保存する。
　信号解析部９のスペクトル・風速演算部２３は、データ取得部２２により保存されている時系列のデータを解析してスペクトルを算出するとともに、エアロゾル１の速度として風速を算出する（ステップＳＴ４）。
　ここで、風速の算出手法の一例を説明する。
　まず、スペクトル・風速演算部２３は、図１５に示すように、データ取得部２２により保存されている時系列のデータが示すレーザ光の信号強度（各高度における大気中のエアロゾル１から反射されたレーザ光）を時間毎に区切り（時間毎に区切ったレーザ光を「レンジビン」と称する）、各レンジビン内で、微小間隔でのコヒーレント積分を行う。
　スペクトル・風速演算部２３は、各レンジビン内でコヒーレント積分を行うと、レンジビン内でフーリエ変換を実施し、図１６に示すように、Ｎ回のパルスのインコヒーレント積分を行う。
　コヒーレント積分及びインコヒーレント積分における積分回数については後述する。
　また、スペクトル・風速演算部２３は、信号が混ざっていない雑音のみの信号（以下、「ノイズ信号」と称する）に対しても、上記のレンジビン内での積分と同様の積分回数によるコヒーレント積分及びインコヒーレント積分を事前に実施して取得する。あるいは、リアルタイムに雑音成分であるノイズ信号を取得する。
　そして、スペクトル・風速演算部２３は、Ｎ回のパルスのインコヒーレント積分結果をノイズ信号で除算することでＳＮＲを算出する。
　次に、スペクトル・風速演算部２３は、各レンジビンにおける所定のＳＮＲ（所定の検出強度閾値以上のパワースペクトル）を持つドップラー速度（風速）を算出し、そのＳＮＲをスペクトル強度として保持する。
　なお、検出強度閾値は、ユーザが設定するようにしてもよいし、センサ固有のもので決定される値を用いるようにしてもよい。
　信号解析部９の最適位置解析部２４は、光学条件設定・設定信号出力部２１が光検出器６の設置位置を調整する毎に（光検出器６の設置位置をＫｉ－１→Ｋｉに調整する毎に）、スペクトル・風速演算部２３がスペクトルを算出すると、調整後の設置位置Ｋｉに対応するスペクトルを用いて、調整後の設置位置Ｋｉが最適な設置位置であるか否かを判定する。
　最適位置解析部２４は、調整後の設置位置Ｋｉが最適な設置位置であると判定すると、光検出器６の設置位置（あるいは、光学系５）を最適な設置位置に移動させる制御信号Ｃを光学部調整駆動部７に出力する（ステップＳＴ５）。
　以下、最適位置解析部２４の処理内容を具体的に説明する。
　図６は光検出器６の設置位置がＫｉ（ｉ＝０，１，２，・・・，Ｍ）であるときの距離値ＺとＳＮＲの関係を示す説明図である。
　例えば、ユーザにより設定された所望の強度値がＴＳＮＲ、所望の距離値がＺｎ以上である場合、所望強度値ＴＳＮＲ以上の強度を持つ測定可能距離が最低距離Ｚｍｉｎ以上であって、測定可能距離が所望距離値Ｚｎ以上となる光検出器６の設置位置Ｋｉを探索する。
　即ち、最適位置解析部２４は、光検出器６の設置位置Ｋｉにおいて、ＳＮＲに対応する距離値Ｚが、最低距離Ｚｍｉｎを超えたのち、最初に所望強度値ＴＳＮＲとクロスするポイントの距離値をＺｋとして、その距離値Ｚｋと所望距離値Ｚｎを比較し、その距離値Ｚｋが所望距離値Ｚｎ以上であれば、その設置位置Ｋｉを最適な設置位置に決定する。
　図６の例では、光検出器６の設置位置Ｋｉが位置Ｋ２に移動されたとき、距離値Ｚｋが所望距離値Ｚｎ以上となり、設置位置Ｋ２が最適な設置位置に決定される。
　最適位置解析部２４は、設置位置Ｋｉを最適な設置位置に決定すると、光検出器６の設置位置を最適な設置位置Ｋｉに移動させる制御信号Ｃを光学部調整駆動部７に出力する。
　光学部調整駆動部７は、最適位置解析部２４から光検出器６の設置位置を最適な設置位置Ｋｉに移動させる制御信号Ｃを受けると、光検出器６の設置位置を制御信号Ｃが示す最適な設置位置Ｋｉまで移動させる。
　例えば、大気中に雲などのクラッタが存在する場合、光検出器６から図７に示すようなパワーエンベロップが得られる。
　図７において、仮に、ＳＮＲの最大値が所望強度値ＴＳＮＲを超える距離値を判断基準とする場合、黒丸の位置であるＺｋ’を測定可能な距離として判断してしまうことになるが、実際の測定可能な距離はＺｋである。
　一般的に、大気中のエアロゾル１のみで得られるパワーエンベロップは緩やかな曲線となるため、ＳＮＲの最大値が所望強度値ＴＳＮＲを超える距離値を判断基準とすると、位置Ｚｋ’を測定可能な距離とするような誤検知が発生する。
　この実施の形態１では、最低距離Ｚｍｉｎを設定し、ＳＮＲに対応する距離値Ｚが、最低距離Ｚｍｉｎを超えたのち、最初に所望強度値ＴＳＮＲとクロスするポイントの距離値Ｚｋが所望距離値Ｚｎ以上であるという条件を加えているため、上記のような誤検知の発生を防止することができる。
　この実施の形態１では、光学条件設定・設定信号出力部２１が光検出器６の設置位置をＫｉ－１→Ｋｉに調整したとき、光検出器６の設置位置Ｋｉにおいて、ＳＮＲに対応する距離値Ｚが、最低距離Ｚｍｉｎを超えたのち、最初に所望強度値ＴＳＮＲとクロスするポイントの距離値Ｚｋが所望距離値Ｚｎ以上であれば、その設置位置Ｋｉを最適な設置位置に決定する方式（以下、方式Ａと称する）を用いるものを示したが、最初に、光学条件設定・設定信号出力部２１が光検出器６の設置位置を初期位置Ｋ０から位置ＫＭまで順番に移動（Ｋ０→Ｋ１→Ｋ２→・・・→ＫＭ）させたのち、最適位置解析部２４が、各々の設置位置（Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２，・・・，ＫＭ）に対応するスペクトルを用いて、光学系５により受光されているレーザ光の信号強度が所望の信号強度以上になる光検出器６の設置位置（あるいは、光学系５の設置位置）を特定し、レーザ光の信号強度が所望の信号強度以上になる光検出器６の設置位置（あるいは、光学系５の設置位置）の中から、光検出器６（あるいは、光学系５）の最適な設置位置を探索する方式（以下、方式Ｂと称する）を用いるようにしてもよい（詳細は、実施の形態３で説明する）。
　ただし、方式Ａを用いる場合、最適な設置位置が初期位置Ｋ０と近い位置にあれば、初期位置Ｋ０から遠い位置での光検出器６の出力データを解析する必要がないため、方式Ｂを用いる場合よりも、速やかに最適な設置位置を決定することができる。
　一方、方式Ｂを用いる場合、ＳＮＲに対応する距離値Ｚが、最低距離Ｚｍｉｎを超えたのち、最初に所望強度値ＴＳＮＲとクロスするポイントの距離値Ｚｋが所望距離値Ｚｎ以上となる光検出器６の設置位置が複数存在する場合、距離値が長い方の設置位置を最適な設置位置に決定することができるメリットなどがある。
　最適位置解析部２４は、光検出器６（あるいは、光学系５）の設置位置を最適な設置位置に移動させると、位置変更トリガを「ＯＦＦ」にする（ステップＳＴ６）。
　データ取得部２２は、位置変更トリガが「ＯＦＦ」になると、最適な位置に設置されている光検出器６から出力されたデータを取得する（ステップＳＴ７）。
　スペクトル・風速演算部２３は、データ取得部２２により取得されたデータを解析してスペクトルを算出するとともに、エアロゾル１の速度として風速を算出する（ステップＳＴ８）。
　スペクトル及び風速の算出方法は、位置変更トリガが「ＯＮ」である場合と同様であるが、光検出器６が最適な位置に設置されているので、スペクトル及び風速を高精度に算出することが可能である。
　信号処理部８の表示・保存部１０は、信号解析部９により算出されたスペクトル及び風速を保存するとともに、そのスペクトル及び風速を表示する。
　データ自己解析部２５は、スペクトル・風速演算部２３がスペクトルを算出すると、そのスペクトルを用いて、光学系５により受光されているレーザ光の信号強度が所望の信号強度以上であるか否かを判定（光検出器６の設置位置が、最適な設置位置であるか否かを判定）し、所望の信号強度以上でなければ、設置位置の調整指令を光学部調整駆動部７に出力する。
　即ち、データ自己解析部２５は、スペクトル・風速演算部２３により算出されたスペクトルからＳＮＲを算出し（ＳＮＲの算出方法は、スペクトル・風速演算部２３によるＳＮＲの算出方法を参照）、そのＳＮＲに対応する距離値Ｚが、最低距離Ｚｍｉｎを超えたのち、最初に所望強度値ＴＳＮＲとクロスするポイントの距離値をＺｋとして、その距離値Ｚｋと所望距離値Ｚｎを比較する。
　そして、その距離値Ｚｋが所望距離値Ｚｎ以上であれば、光検出器６の設置位置が、現在も最適な設置位置であるため、「ＯＦＦ」の位置変更トリガを維持する。
　一方、その距離値Ｚｋが所望距離値Ｚｎ未満であれば、光検出器６の設置位置が、最適な設置位置でなくなっているため、位置変更トリガを「ＯＮ」に変更する。これにより、光検出器６の設置位置の位置調整が再開される。
　以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、最適位置解析部２４が、設置位置が異なる光検出器６の出力データをそれぞれ解析することでスペクトル・風速演算部２３により算出された各々のスペクトルを用いて、光検出器６における最適な設置位置を特定し、光学部調整駆動部７による位置調整を制御して、光検出器６の設置位置を最適化するように構成したので、所望の距離に位置するエアロゾル１の速度を短時間で高精度に測定することができる効果を奏する。
　即ち、この実施の形態１によれば、ＳＮＲを高めるために積分回数の変更を行うものではないため、光検出器６の出力データのレートを劣化させず、ユーザが見たい所望の距離において、高いＳＮＲの風速測定が可能になる。
　この実施の形態１では、光学条件設定・設定信号出力部２１が光検出器６の設置位置を初期位置Ｋ０から位置ＫＭまで移動（Ｋ０→Ｋ１→Ｋ２→・・・→ＫＭ）させるものを示したが、Ｍの値については、ユーザによる定義としてもよいし、当該センサの機構で決定する距離間隔と光学部調整駆動部７における最小駆動距離などを用いて算出するようにしてもよい。
　この実施の形態１では、最低距離Ｚｍｉｎが設定されているものを示したが、最低距離Ｚｍｉｎについては、ユーザによる定義としてもよいが、例えば、デフォーカス位置で決定される効率のピーク位置を用いるなど、理論的に決定される値を用いるようにしてもよい。
　この実施の形態１では、光送受信部２が、光発振装置３と光学部４などから構成されているものを示したが、風速などのドップラー速度を測定することができる装置であればよく、光送受信部２が他の構成であってもよい。例えば、特許文献１に開示されているような構成でもよい。
実施の形態２．
　上記実施の形態１では、信号解析部９の指示の下で、光学部４が設置されている位置を調整する光学部調整駆動部７を設け、最適位置解析部２４が、設置位置が異なる光検出器６の出力データをそれぞれ解析することでスペクトル・風速演算部２３により算出された各々のスペクトルを用いて、光検出器６における最適な設置位置を特定し、光学部調整駆動部７による位置調整を制御して、光検出器６の設置位置を最適化するものを示したが、光学系５のフォーカス（光学条件）を調整する光学条件調整手段を設け、最適位置解析部２４が、光学系５のフォーカス（光学条件）が異なる光検出器６の出力データをそれぞれ解析することでスペクトル・風速演算部２３により算出された各々のスペクトルを用いて、光学系５における最適なフォーカス（最適な光学条件）を特定し、上記光学条件調整手段によるフォーカス調整（光学条件調整）を制御して、光学系５のフォーカス（光学条件）を最適化するようにしてもよい。
　例えば、光学系５が複数のレンズ群から構成されている場合、光学条件調整手段としては、レンズ群におけるフォーカスレンズの繰り出しを行う機構が考えられる。
　この実施の形態２における最適位置解析部２４は、上記実施の形態１における最適位置解析部２４と基本的には同じである。
　即ち、上記実施の形態１における最適位置解析部２４では、光学部調整駆動部７が光学条件設定・設定信号出力部２１の指示の下で、光検出器６の設置位置をＫｉ－１→Ｋｉに調整する毎に、調整後の設置位置Ｋｉに対応するスペクトルを用いて、調整後の設置位置Ｋｉが最適な設置位置であるか否かを判定しているが、この実施の形態２における最適位置解析部２４では、光学条件調整手段が光学条件設定・設定信号出力部２１の指示の下で、光学系５のフォーカスをＦｉ－１→Ｆｉに調整する毎に、調整後のフォーカスＦｉに対応するスペクトルを用いて、調整後のフォーカスＦｉが最適なフォーカスであるか否かを判定している点でだけ相違している。
　調整後のフォーカスが最適なフォーカスであるか否かの判定は、例えば、以下のように行われる。
　最適位置解析部２４は、光学系５のフォーカスＦｉにおいて、ＳＮＲに対応する距離値Ｚが、最低距離Ｚｍｉｎを超えたのち、最初に所望強度値ＴＳＮＲとクロスするポイントの距離値をＺｋとして、その距離値Ｚｋと所望距離値Ｚｎを比較し、その距離値Ｚｋが所望距離値Ｚｎ以上であれば、そのフォーカスＦｉを最適なフォーカスに決定する。
　最適位置解析部２４は、フォーカスＦｉを最適なフォーカスに決定すると、光学系５のフォーカスを最適なフォーカスＦｉに調整させる制御信号Ｃを光学条件調整手段に出力する。
　これにより、光学条件調整手段は、光学系５のフォーカスを最適なフォーカスＦｉに調整する。
　この結果、上記実施の形態１と同様に、所望の距離に位置するエアロゾル１の速度を短時間で高精度に測定することができる効果を奏する。
　なお、この実施の形態２では、光学部調整駆動部７が光検出器６の設置位置を調整する代わりに、光学条件調整手段が光学系５のフォーカスを調整するものを示したが、光学部調整駆動部７が光検出器６の設置位置を調整するとともに、光学条件調整手段が光学系５のフォーカスを調整するようにしてもよい。
実施の形態３．
　図８はこの発明の実施の形態３によるレーダ装置の信号解析部９を示す構成図であり、図において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
　一時保存部３１は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、光学部調整駆動部７が光検出器６の設置位置（あるいは、光学系５の設置位置）を調整する毎に、スペクトル・風速演算部２３により算出されたスペクトルを記憶するとともに、そのスペクトルが算出された際の光検出器６の設置位置（あるいは、光学系５の設置位置）を記憶する。なお、一時保存部３１は記憶手段を構成している。
　最適位置解析部３２は一時保存部３１により記憶されている１以上のスペクトルを用いて、一時保存部３１により記憶されている１以上の光検出器６の設置位置（あるいは、光学系５の設置位置）の中から、光検出器６（あるいは、光学系５）の最適な設置位置を探索する処理を実施する。
　また、最適位置解析部３２は光検出器６の設置位置（あるいは、光学系５の設置位置）を最適な設置位置に移動させる制御信号Ｃを光学部調整駆動部７に出力する処理を実施する。
　なお、最適位置解析部３２は設置位置最適化手段を構成している。
　次に動作について説明する。
　一時保存部３１及び最適位置解析部３２以外は、上記実施の形態１と同様であるため、一時保存部３１及び最適位置解析部３２の処理内容を主に説明する。
　上記実施の形態１では、光検出器６の設置位置を１回移動させる毎に、最適位置解析部２４が、移動後の光検出器６の設置位置が最適な設置位置であるか否かを判定するものを示したが、この実施の形態３では、最初に、光学条件設定・設定信号出力部２１が光検出器６の設置位置を初期位置Ｋ０から位置ＫＭまで順番に移動（Ｋ０→Ｋ１→Ｋ２→・・・→ＫＭ）させるようにして、スペクトル・風速演算部２３が各々の設置位置（Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２，・・・，ＫＭ）での光検出器６の出力データからスペクトルをそれぞれ算出し、各々の設置位置（Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２，・・・，ＫＭ）でのスペクトルを一時保存部３１に格納する。
　最適位置解析部３２は、一時保存部３１に記憶されている各々の設置位置（Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２，・・・，ＫＭ）に対応するスペクトルを用いて、光学系５により受光されているレーザ光の信号強度が所望の信号強度以上になる光検出器６の設置位置（あるいは、光学系５の設置位置）を特定し、レーザ光の信号強度が所望の信号強度以上になる光検出器６の設置位置（あるいは、光学系５の設置位置）の中から、光検出器６（あるいは、光学系５）の最適な設置位置を探索する。
　即ち、最適位置解析部３２は、各々の設置位置（Ｋ０，Ｋ１，Ｋ２，・・・，ＫＭ）において、ＳＮＲに対応する距離値Ｚが、最低距離Ｚｍｉｎを超えたのち、最初に所望強度値ＴＳＮＲとクロスするポイントの距離値をＺｋとして、その距離値Ｚｋと所望距離値Ｚｎを比較し、その距離値Ｚｋが所望距離値Ｚｎ以上であるか否かを判定する。
　最適位置解析部３２は、距離値Ｚｋが所望距離値Ｚｎ以上である設置位置が１以上存在する場合、１以上の設置位置の中で、距離値Ｚｋが最大の設置位置Ｋｉを最適な設置位置に決定する。
　最適位置解析部３２は、設置位置Ｋｉを最適な設置位置に決定すると、光検出器６の設置位置を最適な設置位置Ｋｉに移動させる制御信号Ｃを光学部調整駆動部７に出力する。
　以下、図８の構成を最大限に活かせる形態として、図９に示すように、振動などの外乱によって、光検出器６がｚ軸からずれてしまっている場合でも、光検出器６の設置位置Ｋｉを最適な設置位置に決定することができることが挙げられる。
　レーダ装置の光送受信部２が図１０（ａ）のような構成である場合、ファイバ送受のファイバが同一のため、振動などの外乱を受けても、ｚ軸方向にだけずれる。このため、上記実施の形態１のように、ｚ軸方向への調整処理で、最適化が可能になる。
　しかし、レーダ装置の光送受信部２が図１０（ｂ）のように、送受一体型でない構成である場合、振動などの外乱によって、ｚ軸方向だけでなく、ｘ，ｙ軸方向にも受信面がずれることが知られている。
　また、光送信部２における光サーキュレータ５の構成が図２４のような場合も、振動などの外乱によって、ｚ軸方向だけでなく、ｘ，ｙ軸方向にも受信面がずれることが知られている。
　そこで、上記実施の形態１では、光検出器６の設置位置Ｋｉの変数がｉだけであったが、この実施の形態３では、光検出器６の設置位置の変数として、ｘ，ｙ，ｚ軸に対応する変数（ｐ，ｑ，ｒ）を使用し、ｘ，ｙ，ｚ軸に対して、（Ｐ，Ｑ，Ｒ）回ずつずらしながら、データ取得部２２が光検出器６の出力データを取得して、スペクトル・風速演算部２３がデータ取得部２２により取得されたデータを解析して、変数（ｐ，ｑ，ｒ）に対応するスペクトルを算出するようにする。
　（Ｐ，Ｑ，Ｒ）の回数については、変数ｉの定義と同様に、ユーザによる決定でもよいし、例えば、光学部調整駆動部７の最小駆動距離と装置構成で決定される回数を用いるようにしてもよい。
　最適位置解析部３２は、一時保存部３１に記憶されている変数（ｐ，ｑ，ｒ）に対応するスペクトルのＳＮＲを算出して、変数（ｐ，ｑ，ｒ）に対応するＳＮＲ及びユーザにより設定された所望距離値におけるＳＮＲの４次元マップを作成し、ＳＮＲが最も高いときの変数（ｐ，ｑ，ｒ）に対応する設置位置を最適な設置位置として光学部調整駆動部７に出力する。
　あるいは、変数（ｐ，ｑ，ｒ）及びユーザにより設定された検出強度閾値を超える最大測定距離の４次元マップを作成し、それを満たす最大測定距離が最も長いときの変数（ｐ，ｑ，ｒ）に対応する設置位置を最適な設置位置として光学部調整駆動部７に出力する。
　これにより、振動などの外乱によって、光検出器６がｚ軸からずれてしまっている場合でも、光検出器６の設置位置Ｋｉを最適な設置位置に決定することができるため、より安定した風速測定が可能になる効果が得られる。
　この実施の形態３では、光学部調整駆動部７が光検出器６の設置位置を調整する毎に、スペクトル・風速演算部２３により算出されたスペクトルを記憶するとともに、そのスペクトルが算出された際の光検出器６の設置位置を記憶する一時保存部３１を設け、最適位置解析部３２が、一時保存部３１により記憶されている１以上のスペクトルを用いて、一時保存部３１により記憶されている１以上の光検出器６の設置位置の中から、光検出器６の最適な設置位置を探索し、光検出器６の設置位置を最適な設置位置に移動させる制御信号を光学部調整駆動部７に出力するものを示したが、上述した光学条件調整手段が光学系５のフォーカスを調整する毎に、スペクトル・風速演算部２３により算出されたスペクトルを記憶するとともに、そのスペクトルが算出された際の光学系５のフォーカスを記憶する一時保存部を設け、最適位置解析部が、その一時保存部により記憶されている１以上のスペクトルを用いて、その一時保存部により記憶されている１以上の光学系５のフォーカスの中から、光学系５の最適なフォーカスを探索するようにしてもよい。
実施の形態４．
　図１１はこの発明の実施の形態４によるレーダ装置の信号解析部９を示す構成図であり、図において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
　積分回数設定部４１はスペクトル・風速演算部２３が光検出器６から出力された時系列のデータをレンジビンに分割し、各レンジビン内で積分処理を実施して風速を算出する際、各レンジビン内での積分処理における積分回数を設定する処理を実施する。なお、積分回数設定部４１は積分回数設定手段を構成している。
　最適位置解析部４２は図２の最適位置解析部２４（あるいは、図８の最適位置解析部３２）と同様の方法で、光検出器６（あるいは、光学系５）の最適な設置位置を探索するが、その際、光検出器６（あるいは、光学系５）の設置位置だけでなく、積分回数設定部４１により設定される積分回数を制御しながら、光検出器６（あるいは、光学系５）の最適な設置位置を探索する処理を実施する。なお、最適位置解析部４２は設置位置最適化手段を構成している。
　上記実施の形態１，３では、光検出器６（あるいは、光学系５）の設置位置を移動させながら、光検出器６（あるいは、光学系５）の最適な設置位置を探索するものを示したが、光検出器６の設置位置を初期位置Ｋ０から位置ＫＭまで移動（Ｋ０→Ｋ１→Ｋ２→・・・→ＫＭ）させても、最適な設置位置が見つからない場合がある。即ち、受信ＳＮＲが所望強度値ＴＳＮＲを超える光検出器６の設置位置が見つからない場合もあり、また、受信ＳＮＲが所望強度値ＴＳＮＲを超えても、最初に所望強度値ＴＳＮＲとクロスするポイントの距離値Ｚｋが所望距離値Ｚｎ以上になる光検出器６の設置位置が見つからない場合もある。
　そこで、この実施の形態４では、スペクトル・風速演算部２３における積分処理の積分回数を設定する積分回数設定部４１を設け、光検出器６の設置位置を初期位置Ｋ０から位置ＫＭまで移動（Ｋ０→Ｋ１→Ｋ２→・・・→ＫＭ）させても、最適な設置位置が見つからなければ、最適位置解析部４２が、その積分回数を増やす指示を積分回数設定部４１に出力することで、その積分回数を徐々に増やすようにする。
　スペクトル・風速演算部２３における積分処理の積分回数が増えることで受信ＳＮＲが向上するため、受信ＳＮＲが所望強度値ＴＳＮＲを超えるようになり、その結果、最適な設置位置が見つかる可能性が高まる。
　なお、積分回数の上限に関しては、ユーザが設定するようにしてもよいし、センサ内において上限値を保持しておくようにしてもよい。また、その上限値は、データを保持するメモリ量で決定してもよく、これに限るものではない。
　上記実施の形態３で記述したように、上記実施の形態１，２の場合、送受同軸構成である状態で、ファイバ端１０６の移動によって、送信ビームと受信ビームの集光位置を一緒に動かすことにより集光距離を変化させて、閾値以上のＳＮＲが取得可能な距離が、最も遠方になるようなファイバ端１０６の位置を設定している。
　しかし、光サーキュレータ１０５が、図１９に示すような構成の場合、送信ビームと受信ビームの集光距離を個別に動かすことも可能になる。
　図１９の例では、光発振装置３のパルス変調器１０４からレザー光が空間に出力される形態になっている。
　また、光サーキュレータ１０５は、送信ビーム調整光学系１１１、偏光ビームスプリッターであるＰＢＳ１１２、光学レンズ１１３及びλ／４板１１４から構成されている。
　ここで、送信ビーム調整光学系１１１としては、例えば、ズームビームエクスパンダーがあり、このビームエクスパンダーに外部機構を付加して、光学部調整駆動部７がビームエクスパンダーを制御することで、集光距離を可変する構成が考えられる。
　この構成は、パルス変調器１０４からの光出力が大きい場合に一般的に用いられるものである。
　この構成の場合、送信ビーム調整光学系１１１又はファイバ端１０６の一方、もしくは両方を動作させて、上記と同様に、閾値以上のＳＮＲが取得可能な距離が最も遠くなる送信ビーム調整光学系１１１の調整状態及びファイバ端１０６の位置を探索する。
　例えば、パルス変調器１０４からの光出力が大きい場合、送受両者の間で、温度などの光学条件に影響を与えるパラメータが大きく異なるため、送信ビームと受信ビームの集光距離が異なり、受信ＳＮＲが低下することも考えられる。しかしながら、上述のように、送信ビーム調整光学系１１１の調整状態と、ファイバ端１０６の位置を個別に調整する機能を持たせておくことで、送信ビームと受信ビームの両方を意図した距離に集光することが可能になる。また、この状態から、上記実施の形態１，２と同じように集光距離を変化させれば、上記実施の形態１，２と同じ効果が得られる。
　この実施の形態４によれば、光検出器６（あるいは、光学系５）の設置位置を移動させるだけでは、光検出器６（あるいは、光学系５）の最適な設置位置を探索することができない場合でも、最適な設置位置を探索して、所望の距離に位置するエアロゾル１の速度を短時間で高精度に測定することができる効果を奏する。
　ただし、スペクトル・風速演算部２３における積分処理の積分回数を増やしても、最適な設置位置を探索することができない場合には、例えば、所望のＳＮＲ等を下げるなどの条件変更を要求するメッセージを表示・保存部１０に表示するようにしてもよい。
　ユーザが、このメッセージを見ることで、条件を変更すれば、最適な設置位置を探索することができる場合がある。したがって、ユーザのパラメータチューニングの効率を上げることができる。
　この実施の形態４では、最適位置解析部４２が、積分回数設定部４１により設定される積分回数を制御しながら、光検出器６（あるいは、光学系５）の最適な設置位置を探索するものを示したが、最適位置解析部４２が、積分回数設定部４１により設定される積分回数を制御しながら、上記実施の形態２と同様の方法で、光学系５のフォーカスの最適なフォーカスを探索するようにしてもよい。
実施の形態５．
　図１２はこの発明の実施の形態５によるレーダ装置の信号解析部９を示す構成図であり、図において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
　モデル保存部５１は例えばＲＡＭやハードディスクなどの記憶装置から構成されており、スペクトルにおけるエンベロップ関数のモデルを保存している。なお、モデル保存部５１はモデル保存手段を構成している。
　最適位置解析部５２はスペクトル・風速演算部２３により算出されたスペクトルのエンベロップとモデル保存部５１により保存されているモデルから得られるエンベロップを比較して、エアロゾル１が存在している現在の環境下でのモデルを再構築し、そのモデルを用いて、光学部調整駆動部７による位置調整を制御する処理を実施する。なお、最適位置解析部５２は設置位置最適化手段を構成している。
　図１２の信号解析部９は、図２の信号解析部９に対して、モデル保存部５１及び最適位置解析部５２を追加している構成を示しているが、図８又は図１１の信号解析部９に対して、モデル保存部５１及び最適位置解析部５２を追加している構成であってもよい。
　次に動作について説明する。
　モデル保存部５１及び最適位置解析部５２以外は、上記実施の形態１等と同様であるため、ここでは、モデル保存部５１及び最適位置解析部５２の処理内容を主に説明する。
　まず、光検出器６（あるいは、光学系５）の任意の設置位置で、光検出器６の出力データを取得することで、スペクトル・風速演算部２３がスペクトルを算出する。任意の設置位置については、受信強度スペクトルが取得可能な位置であればどこでもよく、デフォルトで焦点距離としてもよい。
　最適位置解析部５２には、スペクトル・風速演算部２３により算出されたスペクトルのエンベロップ（パワーエンベロップ）と、モデル保存部５１により保存されているモデルが与えられる。
　ここで、図１３はスペクトル・風速演算部２３により算出されたスペクトルのエンベロップと、モデル保存部５１により保存されているモデルから得られるエンベロップとを示す説明図である。
　図１３において、スペクトル・風速演算部２３により算出されたエンベロップはｆ（Ｋ，ｚ）’で表され、実線で表記している。
　また、モデル保存部５１により保存されているモデルから得られるエンベロップはｆα（Ｋ，ｚ）で表され、破線で表記している。
　ただし、ここでは、以下の（１）（２）を前提としている。
（１）エアロゾル１の濃度が一定である
（２）パワーエンベロップがエアロゾル１の濃度に対して線形に変化する
　モデル保存部５１により保存されるモデルとしては、例えば、以下に示すようなモデルが考えられる。
　図１４はモデル保存部５１により保存されるモデルの各パラメータを示す説明図である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000004

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000005

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000006


Figure JPOXMLDOC01-appb-I000007
　上記の式（１）は光学系の公式を表し、式（２）は幾何により決定されるデフォーカス時の受光面積である。
　また、式（３）はデフォーカスに関する関係式であり、式（４）はバックフォーカスと測定距離によって決定される効率である。
　また、式（５）は距離による減衰とエアロゾル濃度を加えたパワーエンベロップに関する式である。
　最適位置解析部５２は、バックフォーカスが任意のＫであるときのパワーエンベロップｆ（Ｋ，ｚ）’を取得し、最小二乗誤差（ＬＳＭ）が最も小さいα（＝αｍｉｎ）を下記の式（６）によって導出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000008
　最適位置解析部５２は、αを導出したのち、ユーザにより定義される値である所望最大距離計測値をｚ＝ＵＲ、所望ＳＮＲをＵＳＮＲとして、下記の条件式（７）を満足する（受信ＳＮＲが所望強度値ＴＳＮＲ以上であって、距離値Ｚｋが所望距離値Ｚｎ以上であることを満足する）最小のバックフォーカス値Ｋを、上記式（１）～（５）より導出される下記の式（８）を用いて算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000009

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000010
　最適位置解析部５２は、式（８）を用いて、最小のバックフォーカス値Ｋを算出すると、そのバックフォーカス値Ｋに光検出器６（あるいは、光学系５）の位置を制御することで、所望の距離を所望のＳＮＲで取得することができる。
　この実施の形態５によれば、上記実施の形態１～４のように、複数回の位置変更を行う制御を実施する必要がなくなり、比較的短時間で、最適な設置位置を設定することが可能になるメリットが挙げられる。
　なお、この実施の形態５では、最適位置解析部５２が、スペクトル・風速演算部２３により算出されたスペクトルのエンベロップとモデル保存部５１により保存されているモデルから得られるエンベロップを比較して、エアロゾル１が存在している現在の環境下でのモデルを再構築し、そのモデルを用いて、光学部調整駆動部７による位置調整を制御するものを示したが、上記と同様に再構築したモデルを用いて、光学条件調整手段によるフォーカス調整を制御するようにしてもよい。
　上記モデルの代わりに、下記の式（９）を用いて、最小のバックフォーカス値Ｋを算出するようにしてもよい。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000011

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000012
　ＳＮＲが最大となるようなバックフォーカス値Ｋを求めることで、最適な設置位置を設定することが可能になる。また、ビーム径を可変としている場合には、ビーム直径ＡｃＤ，バックフォーカス値Ｋを可変として導出することで、最適なビーム径と最適な設置位置を設定することが可能になる。
実施の形態６．
　上記実施の形態１等では、光送受信部２の光学系５から放射されるレーザ光と光学系５により受光されるレーザ光とが同軸である場合について示したが、非同軸である場合には、最適位置解析部２４（あるいは、最適位置解析部３２，４２，５２）が、光学条件（設置位置、あるいは、フォーカス）を最適化する前に、光学系５から放射されるレーザ光と光学系５により受光されるレーザ光との角度差と、ターゲット距離Ｒ（測定を行う観測対象までの距離）とに基づいて、光検出器６の設置位置を算出し、光学部調整駆動部７が、光検出器６の設置位置が、最適位置解析部２４等の算出結果と一致するように、光検出器６の設置位置を調整するようにしてもよい。
　具体的には、以下の通りである。
　この実施の形態６のレーダ装置は、上記実施の形態１，２，３によるレーダ装置の構成である図２、あるいは図８，１１，１２の構成を有している。
　また、図１０（ｂ）や図２４に示すように、送信ビームと受信ビームが同じ一本のファイバから生成されない場合（非同軸である場合）の光検出器６の構成を持つレーダ装置である。
　上記実施の形態１，２と上記実施の形態３の一部では、送受信ビームの走査速度が遅く、送信ビームと受信ビームがほぼ一体と近似できる場合に適応可能な形態を示したが、図１０（ｂ）や図２４に示すように非同軸である構成で、送受信ビームの走査速度が速い場合や、遠方の測定を行う場合、図２０に示すように、ビーム送信時のミラーの角度（スキャナの角度）と、ビーム受信時のミラーの角度とが変化することにより、送受同軸である場合の受信視野（受信ビームの方向）と散乱方向（ビーム到来方向）との間にずれが発生する。
　これにより、受信効率が低下するため、この実施の形態６では、ファイバ端１０６を調整することで、光送受信部２による光の受信視野と、ビーム到来方向とのずれを補正するようにする。
　光学部調整駆動部７は、図２１に示すように、走査しない時のファイバ端１０６の位置を移動させて受信視野をずらすことで、走査によって発生する受信視野と散乱方向のずれを補正する。
　例えば、送受の間に回転するミラーの走査角度がθ、光学系５（例えば、ビームエクスパンダー）の倍率がＡ、光学レンズ１１３と走査しない時のファイバ端１０６との距離がＤＦであるとすると、ファイバ端１０６の移動距離Ｄｒは、下記の式（１１）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000013
　また、ミラーの走査角速度がω（ｒａｄ／ｓｅｃ）、ターゲット距離がＲであるとすると、ミラーの走査角度θは、下記の式（１２）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000014
　式（１２）において、ｃは光速を表している。
　なお、ターゲット距離Ｒは、例えば、ユーザにより設定される目標距離であってもよいし、センサが測定可能な最大距離などであってもよい。
　ファイバ端１０６の移動距離Ｄｒは、最適位置解析部２４等が算出し、最適位置解析部２４等が、光検出器６の設置位置として、現在の設置位置からの移動距離Ｄｒを光学部調整駆動部７に出力する。
　光学部調整駆動部７は、最適位置解析部２４等から移動距離Ｄｒを受けると、その移動距離Ｄｒだけ、ファイバ端１０６の位置を移動させることで、走査によって発生する受信視野と散乱方向のずれを補正する。
　このように、受信視野と散乱方向のずれを補正することで、受信光の効率を上げることができるためＳＮＲが向上し、上記実施の形態１等よりも更に遠距離の測定が可能になる効果を奏する。
　この実施の形態６では、１次元走査の場合を説明したが、二次元走査の場合には、同様の概念で、ファイバ端１０６の左右方向の移動距離Ｄｒと、ファイバ端１０６の垂直方向の移動距離Ｄｒ’とを算出して、ファイバ端１０６の左右方向の移動と垂直方向の移動とを行えばよい。
　また、この実施の形態６では、ファイバ端１０６の移動距離Ｄｒを式（１１）で算出するものを示したが、これに限るものではない。
　例えば、光学部調整駆動部７の調整精度が低い場合、所望の位置への移動ができない場合が考えられる。このような場合には、移動距離Ｄｒを可変パラメータとするＳＮＲ－距離特性を示すテーブルを事前に取得（あるいは、観測中に取得）し、そのテーブルから強度閾値ＴＳＮＲを越える最も遠方の測定が可能な移動距離Ｄｒを読み出して、その移動距離Ｄｒを設定値として採用するようにしてもよい。また、同等の効果が得られるモデルを用いるようにしてもよい。
　この実施の形態６では、光学部調整駆動部７が移動距離Ｄｒだけファイバ端１０６の位置を移動させるものを示したが、更に、光学部調整駆動部７が、光学系５の倍率Ａとミラーの走査角度θに基づいて、ファイバ端１０６をビーム到来方向に傾けるようにしてもよい。
　即ち、ミラーの走査角度θが大きい場合、ファイバ端１０６への入射角度が大きくなり、ファイバ端１０６が受信可能な面積が小さくなり、ＳＮＲが低下する。
　そこで、ファイバ端１０６が受信可能な面積を大きくしてＳＮＲを高めるため、光学系５の倍率Ａとミラーの走査角度θに基づいてファイバ端１０６を傾けるようにする。
　なお、式（１２）のターゲット距離Ｒが遠方になるほど、移動距離Ｄｒの値が大きくなる。
　一方、ターゲット距離Ｒの値が大きいほど、近距離のＳＮＲが低下する場合がある。
　そのため、ターゲット距離Ｒが所定の閾値よりも大きい場合、そのターゲット距離Ｒの中央値（Ｒ／２）、または、ユーザにより決定されるオフセット距離Ｒｏｆｆｓだけターゲット距離Ｒを小さくした値Ｒ’をターゲット距離Ｒとして用いるようにしてもよい。
　Ｒ’＝Ｒ－Ｒｏｆｆｓ　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（１３）
　これにより、近距離から遠距離に亘って、より安定な測定が可能になる。
実施の形態７．
　この実施の形態７のレーダ装置は、図１１に示すように、信号解析部９が積分回数設定部４１を備えている。
　また、図１０（ｂ）や図２４に示すように、送信ビームと受信ビームが同じ一本のファイバから生成されない場合（非同軸である場合）の光検出器６の構成を持つレーダ装置である。
　上記実施の形態６と同様に、ビームを高速に走査すると、遠方のレンジビンのデータに関しては、受信ＳＮＲが低下する。
　そこで、この実施の形態７では、最適位置解析部４２が、各レンジビンのＳＮＲが閾値以上になるように、積分回数設定部４１により設定される積分回数を制御するようにする。
　このように、各レンジビンのＳＮＲが閾値以上になるように積分回数を設定することは、各レンジビンに異なる角度分解能を設定することと等価であり、遠・近距離のＳＮＲを確保しながら、高速のスキャン速度での測定が可能になる。
　また、積算回数を増やす代わりにＳＮ比の低下を認識して、ビームの走査速度を落とすことによっても、遠・近距離のＳＮＲを確保しながら、最適なスキャン速度での測定が可能になる。
実施の形態８．
　図２２はこの発明の実施の形態８によるレーダ装置の信号解析部９を示す構成図であり、図２２において、図１１と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
　ビーム径設定部６１は光送受信部２の光学系５から放射されるレーザ光のビーム径を設定する処理を実施する。なお、ビーム径設定部６１はビーム径設定手段を構成している。
　最適位置解析部６２は図１１の最適位置解析部４２と同様の処理を実施するほか、ビーム径設定部６１により設定されたビーム径での各レンジビンのＳＮＲが閾値以上になるように、積分回数設定部４１により設定される積分回数を制御する処理を実施する。
　あるいは、積分回数設定部４１により設定された積分回数での各レンジビンのＳＮＲが閾値以上になるように、ビーム径設定部６１により設定されるビーム径を制御する処理を実施する。
　なお、最適位置解析部６２は光学条件調整手段を構成している。
　この実施の形態８のレーダ装置では、集光距離に加え、ビーム径を可変としている。
　図２３はビーム径と集光距離を組み合わせた場合のＳＮＲ－距離特性を示す模式図である。
　集光距離を無限遠として、ビーム径を大きくすることで、低いＳＮＲながらも遠方まで測定することが可能になる。また、ビーム径を小さくして、集光距離を小さくすることで、高いＳＮＲでの集光距離以下の風速測定が可能になる。
　以下、この実施の形態８のレーダ装置の処理内容を具体的に説明する。ここでは、説明の便宜上、上記実施の形態４の構成に新たな機能を付加しているレーダ装置を説明するが、上記実施の形態１～７の構成に新たな機能を付加することができる。
　ビーム径設定部６１は、事前に、ビーム径と集光距離を組み合わせた場合のＳＮＲ－距離特性（図２３を参照）を示すテーブルを備え、そのテーブルからユーザが設定する測定可能距離及び所望のＳＮＲに対応するビーム径を読み出し、光学系５から放射されるレーザ光のビーム径が、読み出したビーム径となるように光学系５を制御する。
　ここでは、テーブルからビーム径を読み出す例を示したが、以下のモデルを用いて、光学系５から放射されるレーザ光のビーム径ＡｃＤを算出するようにしてもよい。

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000015

Figure JPOXMLDOC01-appb-I000016
　式（１３）（１４）において、ｈはプランク定数（Ｊｓ）、νは光周波数（Ｈｚ）、λは光波長（ｍ）、Ｂは受信帯域幅（Ｈｚ）であり、Ｗｉｄｅｂａｎｄ　ＳＮＲを計算する場合には全アナログ受信帯域幅である。
　また、Ｒはターゲット距離（ｍ）、ｚは集光距離（ｍ）、Ｄは光学系有効開口径（ｍ）、Ｅは送信パルスエネルギー（Ｊ）、βは大気後方散乱係数（／ｍ／ｓｒ）、Ｋａｔｍは大気透過率（／ｋｍ）である。
　式（１４）において、分母大括弧内は、受信結合効率の距離依存性を決める項であり、括弧内第２項は光学系曲率（焦点距離設定）、第３項は大気ゆらぎに関係する項である。
　また、Ｓ０は横方向コヒーレンス長である。ηＦは送信ビームのケラレの影響を考慮するための係数であり、ＡｃＤはビーム直径である。
　この式からも分かるように、あるターゲット距離Ｒの測定を行う場合、集光距離をターゲット距離Ｒと一致させることで、受信ＳＮＲが最大になる。
　最適位置解析部６２は、ビーム径設定部６１がビーム径ＡｃＤを設定すると、そのビーム径ＡｃＤでの各レンジビンのＳＮＲが閾値以上になるように、積分回数設定部４１により設定される積分回数を制御する。
　ここでは、ビーム径設定部６１がビーム径ＡｃＤを設定してから、最適位置解析部６２が積分回数設定部４１により設定される積分回数を制御するものを示したが、積分回数設定部４１が積分回数を設定してから、最適位置解析部６２が、その積分回数での各レンジビンのＳＮＲが閾値以上になるように、ビーム径設定部６１により設定されるビーム径を制御するようにしてもよい。
　上記実施の形態１～８における集光距離の調整やビーム径の調整方法については、一点の風速を観測するｐｏｉｎｔ観測のほか、一次元走査を行ってＬＯＳ（Ｌｉｎｅ　Ｏｆ　Ｓｉｇｈｔ）方向の風速断面を取得するＰＰＩ（Ｐｌａｎｅ　Ｐｏｓｉｔｉｏｎ　Ｉｎｄｉｃａｔｏｒ）測定や、方位角方向に走査を行って走査空間内の風速・風向値を算出するＶＡＤ（Ｖｅｌｏｃｉｔｙ　ＡＺＩＭＵＴＨ　Ｄｉｓｐｌａｙ）法などに適用することができる。
　なお、最適位置、ビーム径、積算回数及び走査速度の変更については、リアルタイムに行うほか、ＰＰＩ走査やＶＡＤ走査の場合、一度ある走査速度で各方向のＳＮ比距離依存性を計測し、その結果に基づいて、信号解析部９が、各方向での走査速度、光検出器６に対応するファイバ端１０６の最適位置、ビーム径、積算回数を決定するという方法を用いると、計測する方向に応じて最適な計測を実現することができる。
　なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。
　この発明に係るレーダ装置は、例えば、大気中に浮遊する微小な液体又は固体の粒子などの速度等を計測する際、短時間で高精度に測定する必要があるものに適している。
　１　エアロゾル（観測対象）、２　光送受信部、３　光発振装置（光発振手段）、４　光学部（光送受信手段）、５　光学系、６　光検出器、７　光学部調整駆動部（光学条件調整手段）、８　信号処理部、９　信号解析部、１０　表示・保存部（観測結果出力手段）、２１　光学条件設定・設定信号出力部（光学条件調整手段）、２２　データ取得部（スペクトル・速度算出手段）、２３　スペクトル・風速演算部（スペクトル・速度算出手段）、２４　最適位置解析部（光学条件最適化手段）、２５　データ自己解析部、３１　一時保存部（記憶手段）、３２　最適位置解析部（光学条件最適化手段）、４１　積分回数設定部（積分回数設定手段）、４２　最適位置解析部（光学条件最適化手段）、５１　モデル保存部（モデル保存手段）、５２　最適位置解析部（光学条件最適化手段）、６１　ビーム径設定部（ビーム径設定手段）、６２　最適位置解析部（光学条件調整手段）、１０１　光源、１０２　光分配器、１０３　アンプ、１０４　パルス変調器、１０５　光サーキュレータ、１０６　ファイバ端、１０７　光カプラ、１０８　光受信機、１１１　送信ビーム調整光学系、１１２　ＰＢＳ、１１３　光学レンズ、１１４　λ／４板。

Claims (18)

  1. 　光を発振する光発振手段と、
    　上記光発振手段により発振された光を大気中に放射する一方、大気中に存在する観測対象に反射して戻ってきた上記光を受光する光学系を有し、上記光学系により受光された光の信号強度を示すデータを出力する光送受信手段と、
    　上記光送受信手段から出力されたデータを解析してスペクトルを算出するとともに、上記観測対象の速度を算出するスペクトル・速度算出手段と、
    　上記光送受信手段の光学条件を調整する光学条件調整手段と、
    　光学条件が異なる上記光送受信手段の出力データをそれぞれ解析することで上記スペクトル・速度算出手段により算出された各々のスペクトルを用いて、上記光送受信手段における最適な光学条件を特定し、上記光学条件調整手段による光学条件調整を制御して、上記光送受信手段の光学条件を最適化する光学条件最適化手段と
    　を備えたレーダ装置。
  2. 　光学条件調整手段は、光送受信手段の光学条件として、上記光送受信手段が設置されている位置を調整し、
    　光学条件最適化手段は、設置位置が異なる上記光送受信手段の出力データをそれぞれ解析することでスペクトル・速度算出手段により算出された各々のスペクトルを用いて、上記光送受信手段における最適な設置位置を特定し、上記光学条件調整手段による位置調整を制御して、上記光送受信手段の光学条件である上記光送受信手段の設置位置を最適化する
    　ことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  3. 　光学条件調整手段は、光送受信手段の光学条件として、光学系のフォーカスを調整し、
    　光学条件最適化手段は、フォーカスが異なる上記光送受信手段の出力データをそれぞれ解析することで上記スペクトル・速度算出手段により算出された各々のスペクトルを用いて、上記光学系における最適なフォーカスを特定し、上記光学条件調整手段によるフォーカス調整を制御して、上記光送受信手段の光学条件である上記光学系のフォーカスを最適化する
    　ことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  4. 　スペクトル・速度算出手段により算出された観測対象の速度を保存するとともに、観測対象の速度を表示する観測結果出力手段を設けたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  5. 　スペクトル・速度算出手段により算出されたスペクトルを記憶するとともに、上記スペクトルが算出された際の光送受信手段の設置位置を記憶する記憶手段を設け、
    　光学条件最適化手段は、上記記憶手段により記憶されている１以上のスペクトルを用いて、上記記憶手段により記憶されている１以上の上記光送受信手段の設置位置の中から、上記光送受信手段の最適な設置位置を探索することを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
  6. 　スペクトル・速度算出手段により算出されたスペクトルを記憶するとともに、上記スペクトルが算出された際の光学系のフォーカスを記憶する記憶手段を設け、
    　光学条件最適化手段は、上記記憶手段により記憶されている１以上のスペクトルを用いて、上記記憶手段により記憶されている１以上の上記光学系のフォーカスの中から、上記光学系の最適なフォーカスを探索することを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
  7. 　スペクトル・速度算出手段が、光送受信手段から出力された時系列のデータをレンジビンに分割し、各レンジビン内で積分処理を実施することで、観測対象の速度を算出する手法を用いる場合、
    　各レンジビン内での積分処理における積分回数を設定する積分回数設定手段を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  8. 　スペクトル・速度算出手段が、光送受信手段から出力された時系列のデータをレンジビンに分割し、各レンジビン内で積分処理を実施することで、観測対象の速度を算出する手法を用いる場合、
    　各レンジビン内での積分処理における積分回数を設定する積分回数設定手段を備え、
    　光学条件最適化手段は、上記積分回数設定手段により設定される積分回数を制御しながら、上記光送受信手段における最適な設置位置を探索することを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
  9. 　スペクトル・速度算出手段が、光送受信手段から出力された時系列のデータをレンジビンに分割し、各レンジビン内で積分処理を実施することで、観測対象の速度を算出する手法を用いる場合、
    　各レンジビン内での積分処理における積分回数を設定する積分回数設定手段を備え、
    　光学条件最適化手段は、上記積分回数設定手段により設定される積分回数を制御しながら、光学系における最適なフォーカスを探索することを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
  10. 　スペクトルにおけるエンベロップ関数のモデルを保存するモデル保存手段を設け、
    　光学条件最適化手段は、スペクトル・速度算出手段により算出されたスペクトルのエンベロップと上記モデル保存手段により保存されているモデルから得られるエンベロップを比較して、観測対象が存在している現在の環境下でのモデルを再構築し、上記モデルを用いて、光学条件調整手段による位置調整を制御する
    　ことを特徴とする請求項２記載のレーダ装置。
  11. 　スペクトルにおけるエンベロップ関数のモデルを保存するモデル保存手段を設け、
    　光学条件最適化手段は、スペクトル・速度算出手段により算出されたスペクトルのエンベロップと上記モデル保存手段により保存されているモデルから得られるエンベロップを比較して、観測対象が存在している現在の環境下でのモデルを再構築し、上記モデルを用いて、光学条件調整手段によるフォーカス調整を制御する
    　ことを特徴とする請求項３記載のレーダ装置。
  12. 　光学条件最適化手段は、光送受信手段の光学系から放射される光と上記光学系により受光される光とが非同軸である場合、上記光送受信手段の光学条件を最適化する前に、上記光学系から放射される光と上記光学系により受光される光との角度差と、測定を行う観測対象までの距離とに基づいて、上記光送受信手段の設置位置を算出し、
    　光学条件調整手段は、上記光送受信手段の設置位置が上記光学条件最適化手段の算出結果と一致するように、上記光送受信手段の設置位置を調整することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  13. 　光学条件調整手段は、光を受光する光送受信手段におけるファイバ端の位置を調整することで、上記光送受信手段による光の受信視野と、光の到来方向とのずれを補正することを特徴とする請求項１２記載のレーダ装置。
  14. 　スペクトル・速度算出手段が、光送受信手段から出力された時系列のデータをレンジビンに分割し、各レンジビン内で積分処理を実施することで、観測対象の速度を算出する手法を用いる場合、各レンジビン内での積分処理における積分回数を設定する積分回数設定手段を備え、
    　光学条件最適化手段は、各レンジビンの信号対雑音比が閾値以上になるように、上記積分回数設定手段により設定される積分回数を制御することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  15. 　スペクトル・速度算出手段が、光送受信手段から出力された時系列のデータをレンジビンに分割し、各レンジビン内で積分処理を実施することで、観測対象の速度を算出する手法を用いる場合、各レンジビン内での積分処理における積分回数を設定する積分回数設定手段と、上記光送受信手段の光学系から放射される光のビーム径を設定するビーム径設定手段とを備え、
    　光学条件最適化手段は、上記ビーム径設定手段により設定されたビーム径での各レンジビンの信号対雑音比が閾値以上になるように、上記積分回数設定手段により設定される積分回数を制御することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  16. 　スペクトル・速度算出手段が、光送受信手段から出力された時系列のデータをレンジビンに分割し、各レンジビン内で積分処理を実施することで、観測対象の速度を算出する手法を用いる場合、各レンジビン内での積分処理における積分回数を設定する積分回数設定手段と、上記光送受信手段の光学系から放射される光のビーム径を設定するビーム径設定手段とを備え、
    　光学条件最適化手段は、上記積分回数設定手段により設定された積分回数での各レンジビンの信号対雑音比が閾値以上になるように、上記ビーム径設定手段により設定されるビーム径を制御することを特徴とする請求項１記載のレーダ装置。
  17. 　光を発振する光発振手段と、
    　上記光発振手段により発振された光を大気中に放射する一方、大気中に存在する観測対象に反射して戻ってきた上記光を受光する光学系を有し、上記光学系により受光された光の信号強度を示すデータを出力する光送受信手段と、
    　上記光送受信手段から出力されたデータを解析してスペクトルを算出するとともに、上記観測対象の速度を算出するスペクトル・速度算出手段と、
    　上記スペクトル・速度算出手段が、上記光送受信手段から出力された時系列のデータをレンジビンに分割し、各レンジビン内で積分処理を実施することで、観測対象の速度を算出する手法を用いる場合、各レンジビン内での積分処理における積分回数を設定する積分回数設定手段と
    　を備えたレーダ装置。
  18. 　光を発振する光発振手段と、
    　上記光発振手段により発振された光を大気中に放射する一方、大気中に存在する観測対象に反射して戻ってきた上記光を受光する光学系を有し、上記光学系により受光された光の信号強度を示すデータを出力する光送受信手段と、
    　上記光送受信手段から出力されたデータを解析してスペクトルを算出するとともに、上記観測対象の速度を算出するスペクトル・速度算出手段と、
    　上記光送受信手段の光学系から放射される光のビーム径を設定するビーム径設定手段と
    　を備えたレーダ装置。
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