WO2017130315A1 - コヒーレントライダー装置 - Google Patents

コヒーレントライダー装置 Download PDF

Info

Publication number
WO2017130315A1
WO2017130315A1 PCT/JP2016/052297 JP2016052297W WO2017130315A1 WO 2017130315 A1 WO2017130315 A1 WO 2017130315A1 JP 2016052297 W JP2016052297 W JP 2016052297W WO 2017130315 A1 WO2017130315 A1 WO 2017130315A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
unit
reception
signal
spectrum
optical
Prior art date
Application number
PCT/JP2016/052297
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
勝治 今城
論季 小竹
俊平 亀山
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to JP2017563448A priority Critical patent/JP6301040B2/ja
Priority to CN201680079067.6A priority patent/CN109073755A/zh
Priority to PCT/JP2016/052297 priority patent/WO2017130315A1/ja
Priority to US16/070,390 priority patent/US20190018144A1/en
Priority to EP16887902.1A priority patent/EP3410155A4/en
Publication of WO2017130315A1 publication Critical patent/WO2017130315A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/95—Lidar systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4917—Receivers superposing optical signals in a photodetector, e.g. optical heterodyne detection
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
    • G01P5/26—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft by measuring the direct influence of the streaming fluid on the properties of a detecting optical wave
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/483—Details of pulse systems
    • G01S7/486—Receivers
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/493—Extracting wanted echo signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/497—Means for monitoring or calibrating
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation

Definitions

  • This invention relates to a coherent lidar device that measures the wind speed in the atmosphere.
  • a coherent lidar device that measures the wind speed in the atmosphere is known (see, for example, Patent Document 1).
  • a received signal is obtained by irradiating laser light into the atmosphere, receiving scattered light from the atmosphere with respect to the laser light, and performing heterodyne detection.
  • the received spectrum is obtained by Fourier-transforming this received signal.
  • This reception spectrum includes a noise spectrum in addition to the signal spectrum. Therefore, the reception signal-to-noise ratio (signal-to-noise ratio) is increased by acquiring the reception spectrum a plurality of times and accumulating these.
  • reception signal-to-noise ratio can be expressed as the following equation (1), where S is the signal spectrum level, N is the noise spectrum level, and n is the number of integrations.
  • FIG. 16 is a diagram for explaining the operation of integrating received spectrum by the conventional coherent lidar apparatus.
  • FIG. 16A shows a reception spectrum for each time gate and a reception spectrum after integration when the laser light is irradiated into the atmosphere without being blocked.
  • the present invention has been made in order to solve the above-described problems, and provides a coherent lidar apparatus that can prevent deterioration of a reception SN ratio even when a period in which laser light is shielded exists. It is aimed.
  • the coherent lidar apparatus is an optical transmission / reception unit that irradiates laser light having a single frequency into the atmosphere, receives scattered light from the atmosphere with respect to the laser light, and performs heterodyne detection to obtain a received signal.
  • An A / D converter that converts the received signal obtained by the optical transmission / reception unit into a digital signal, and a fast Fourier transform of the received signal converted into a digital signal by the A / D converter for each time gate, and A fast Fourier analysis unit that obtains a reception spectrum for each gate, a signal integration determination unit that determines whether or not the reception spectrum obtained by the fast Fourier analysis unit needs to be integrated for each time gate, and a high speed according to a determination result by the signal integration determination unit A spectrum integration unit that integrates the received spectrum obtained by the Fourier analysis unit, and a reception spectrum integrated by the spectrum integration unit.
  • the present invention since it is configured as described above, it is possible to prevent the reception signal-to-noise ratio from being deteriorated even when there is a period during which the laser beam is shielded.
  • Embodiment 1 of this invention It is a block diagram which shows the structural example of the coherent rider apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is a block diagram which shows the function structural example of the signal processor in Embodiment 1 of this invention. It is a flowchart which shows the operation example of the signal processor in Embodiment 1 of this invention. It is a flowchart which shows the operation example of the signal processor in Embodiment 1 of this invention. 4A and 4B are diagrams for explaining the operation of the signal integration discriminating unit according to the first embodiment of the present invention. When the laser light is irradiated in the atmosphere without being blocked, and immediately after the laser light is irradiated. It is a figure which shows the case where light-shielding.
  • Embodiment 1 of this invention It is a figure explaining operation
  • 6A and 6B are diagrams for explaining the operation of the noise level correction unit according to Embodiment 1 of the present invention, showing a reception spectrum and a noise spectrum, and a diagram showing a reception spectrum after noise level correction. . It is a flowchart which shows another example of operation
  • FIG. 9A to 9C are views showing a case where the coherent lidar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention is mounted on a wind power generator, and are a side view, a front view, and a top view.
  • 10A to 10C are diagrams for explaining the operation of the signal integration determining unit in the configuration shown in FIG. 9, showing a case where only scattered light from the aerosol is received, scattered light from the aerosol, and from the blade.
  • FIG. 14 is a diagram illustrating an example of an integration determination signal in the configuration illustrated in FIG. 13.
  • FIG. 16A and FIG. 16B are diagrams for explaining the operation of integrating received spectrum by a conventional coherent lidar device. After the integration of the received spectrum for each time gate when the laser light is irradiated into the atmosphere without being blocked.
  • FIG. 6 is a diagram showing the received spectrum, and a diagram showing a received spectrum for each time gate and a received spectrum after integration when there is a period in which the laser beam is shielded.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration example of a coherent rider apparatus 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the coherent rider device 1 according to the first embodiment includes an optical transceiver 11, an A / D converter 12, a signal processor 13, an optical switch driver 14, and a display 15.
  • a thick connection line represents an optical fiber cable
  • a thin connection line represents an electric signal cable.
  • the optical transmitter / receiver 11 irradiates a single-frequency laser beam into the atmosphere, receives scattered light from the atmosphere with respect to the laser beam, and performs heterodyne detection to obtain a received signal.
  • the optical transceiver 11 includes a reference light source (light source) 16, an optical distributor 17, a pulse modulator 18, an optical amplifier 19, an optical circulator 20, an optical switch 21, a plurality of optical antennas 22, an optical coupler 23, and an optical receiver 24. have.
  • the reference light source 16 emits laser light that is a continuous wave of a single frequency. Note that the line width of the emission spectrum of the laser light is several MHz (for example, 10 MHz) or less.
  • the reference light source 16 is configured by, for example, any one of a semiconductor laser, a fiber laser, a solid laser, or a combination thereof.
  • the laser light emitted from the reference light source 16 is output to the light distributor 17.
  • the light distributor 17 divides the laser light emitted from the reference light source 16.
  • the division ratio at this time is, for example, 90% of the ratio of the laser light for signal light irradiated into the atmosphere and 10% of the ratio of the laser light for reference light used in heterodyne detection.
  • the light distributor 17 is constituted by a beam splitter, for example.
  • One laser light (signal light) divided by the optical distributor 17 is output to the pulse modulator 18, and the other laser light (reference light) is output to the optical coupler 23.
  • the pulse modulator 18 performs pulse intensity modulation and frequency shift on one laser beam divided by the light distributor 17. At this time, the pulse modulator 18 performs pulse intensity modulation so that the light intensity of the laser light has a Gaussian shape or a rectangular shape, thereby pulsing the laser light. Further, the pulse modulator 18 shifts the frequency of the laser beam by a predetermined value (for example, 20 MHz or more and 200 MHz or less) in accordance with a trigger signal input from the outside.
  • the pulse modulator 18 is composed of, for example, an acousto-optic element or a modulation element using a lithium niomate crystal. Laser light that has been subjected to pulse intensity modulation and frequency shift by the pulse modulator 18 is output to an optical amplifier 19.
  • the optical amplifier 19 amplifies the intensity of the laser light that has been subjected to pulse intensity modulation and frequency shift by the pulse modulator 18.
  • the optical amplifier 19 includes, for example, an optical fiber amplifier, a waveguide amplifier, a solid-state laser amplifier such as a slab amplifier, or a semiconductor optical amplifier.
  • the laser light whose intensity is amplified by the optical amplifier 19 is output to the optical circulator 20.
  • the optical circulator 20 switches the output path according to the path of the input laser beam.
  • the optical circulator 20 outputs the laser light to the optical switch 21.
  • the optical circulator 20 outputs the laser beam to the optical coupler 23.
  • the optical circulator 20 is composed of, for example, a polarizing beam splitter and a wave plate.
  • the optical switch 21 switches the irradiation direction of the laser beam output from the optical circulator 20.
  • the optical switch 21 switches the irradiation direction of the laser light according to the control by the optical switch driver 14 and outputs the laser light from the optical circulator 20 to the optical antenna 22 corresponding to the irradiation direction.
  • the optical switch 21 is composed of, for example, a polarization beam splitter and a wave plate.
  • the optical antenna 22 expands the beam diameter of the laser beam output from the optical switch 21 and then irradiates it into the atmosphere.
  • the laser light irradiated to the atmosphere by the optical antenna 22 is scattered by the aerosol floating in the atmosphere or reflected by the hard target.
  • the optical antenna 22 receives the scattered light (reflected light) from the atmosphere among the irradiated laser light.
  • the optical antenna 22 is composed of, for example, a plurality of refractive lenses or a plurality of mirrors. Scattered light received by the optical antenna 22 is output to the optical circulator 20 via the optical switch 21.
  • the optical coupler 23 combines and divides the other laser light (reference light) divided by the optical distributor 17 and the scattered light output from the optical circulator 20. At this time, the optical coupler 23 is divided at the same ratio. The light combined and divided by the optical coupler 23 is output to the optical receiver 24.
  • the optical receiver 24 obtains a received signal by performing heterodyne detection on the light combined and divided by the optical coupler 23. That is, the optical receiver 24 takes out the beat signal of the reference light from the optical distributor 17 and the scattered light from the optical circulator 20 and converts it into an electrical signal.
  • the optical receiver 24 is composed of a balanced receiver that reduces common-mode noise using, for example, two photodiodes.
  • the reception signal obtained by the optical receiver 24 is output to the A / D converter 12.
  • the A / D converter 12 converts the received signal (analog signal) obtained by the optical receiver 24 into a digital signal.
  • the reception signal converted into a digital signal by the A / D converter 12 is output to the signal processor 13.
  • the signal processor 13 measures the wind speed in the atmosphere using the received signal converted into a digital signal by the A / D converter 12. The signal processor 13 outputs a control signal for designating the next irradiation direction of the laser light to the optical switch driver 14 at a predetermined timing. Data indicating the measurement result by the signal processor 13 is output to the display 15.
  • the signal processor 13 is, for example, a CPU (Central Processing Unit, central processing unit, processing unit, arithmetic unit, microprocessor, microcomputer, processor, DSP) 25 that executes a program stored in the memory 26 or This is realized by the combined use of the CPU 25 and FPGA (not shown).
  • CPU Central Processing Unit
  • processing unit processing unit
  • arithmetic unit microprocessor
  • microcomputer processor
  • DSP digital signal processor
  • each function of the signal processor 13 is realized by software, firmware, or a combination of software and firmware.
  • Software and firmware are described as programs and stored in the memory 26.
  • the signal processor 13 implements each function by reading and executing a program stored in the memory 26. That is, the signal processor 13 includes a memory 26 for storing a program in which each function is executed as a result.
  • the memory 26 corresponds to, for example, a nonvolatile or volatile semiconductor memory such as RAM, ROM, flash memory, EPROM, or EEPROM, a magnetic disk, a flexible disk, an optical disk, a compact disk, a mini disk, a DVD, or the like. .
  • the optical switch driver 14 causes the optical switch 21 to switch the irradiation direction of the laser light in accordance with the control signal output from the signal processor 13. In the first embodiment, the optical switch driver 14 causes the optical switch 21 to switch the irradiation direction of the laser light to the irradiation direction specified by the control signal.
  • the optical switch driver 14 is composed of, for example, a microcomputer or a D / A converter.
  • the display 15 displays data indicating the measurement result obtained by the signal processor 13.
  • FIG. 1 shows the case where the coherent rider apparatus 1 is provided with the display 15, the coherent rider apparatus 1 may not be provided with the display 15 but a separate display may be used.
  • the signal processor 13 includes a fast Fourier analysis unit 1301, a signal integration determination unit 1302, a spectrum integration unit 1303, an irradiation direction designation unit 1304, a noise level correction unit 1305, a frequency shift calculation unit 1306, and a wind speed calculation. Part 1307.
  • the fast Fourier analysis unit 1301 obtains a reception spectrum for each time gate by performing a fast Fourier transform on the reception signal converted into a digital signal by the A / D converter 12 for each predetermined time gate. is there. Data indicating the reception spectrum for each time gate obtained by the fast Fourier analysis unit 1301 is output to the spectrum integration unit 1303.
  • the signal integration determination unit 1302 determines whether or not the reception spectrum obtained by the fast Fourier analysis unit 1301 needs to be integrated for each time gate.
  • the signal integration determination unit 1302 divides the reception signal converted into a digital signal by the A / D converter 12 for each time gate, and the amplitude of the reception signal for each time gate has an amplitude threshold value. Judge whether it exceeds.
  • the amplitude threshold is set for each received signal divided for each time gate. Then, the signal integration determination unit 1302 sets a flag for the received signal exceeding the amplitude threshold, and generates an integration determination signal for identifying whether or not the corresponding reception spectrum needs to be integrated for each time gate.
  • the integration determination signal generated by the signal integration determination unit 1302 is output to the spectrum integration unit 1303.
  • the spectrum integration unit 1303 integrates the reception spectrum obtained by the fast Fourier analysis unit 1301 in accordance with the integration determination signal generated by the signal integration determination unit 1302. Further, the spectrum integration unit 1303 determines whether the number of times of integration of the received spectrum has reached the reference number of integrations in the same irradiation direction. If the spectrum integration unit 1303 determines that the number of integrations has reached the reference integration number, it outputs a trigger signal to the irradiation direction designating unit 1304. On the other hand, when spectrum integration section 1303 determines that the number of integrations has not reached the reference integration number, it repeats the integration of the received spectrum. The reference number of times of integration is set in advance.
  • spectrum integrating section 1303 determines whether or not the received S / N ratio of the received spectrum after integration is lower than the received S / N ratio reference value. If the spectrum integrating unit 1303 determines that the received S / N ratio is lower than the received S / N ratio reference value, the spectrum integrating unit 1303 stores the received spectrum in the memory 26 and acquires the received spectrum in the previous time stored in the memory 26. The received spectra in the same irradiation direction are integrated. On the other hand, if it is determined that the received S / N ratio is not lower than the received S / N ratio reference value, the received spectrum is stored in the memory 26 and the previously acquired received spectrum in the same irradiation direction is integrated into the received spectrum. Does not run. The reception SN ratio reference value is set in advance. Data indicating the reception spectrum integrated by the spectrum integration unit 1303 is output to the noise level correction unit 1305.
  • the irradiation direction designation unit 1304 designates the next irradiation direction of the laser light in accordance with the trigger signal output from the spectrum integration unit 1303. Then, the irradiation direction specifying unit 1304 generates a control signal indicating the specified irradiation direction and outputs the control signal to the optical switch driver 14.
  • the noise level correction unit 1305 removes noise by subtracting the noise spectrum from the reception spectrum integrated by the spectrum integration unit 1303. Note that the noise level correction unit 1305 stores the reception spectrum integrated by the spectrum integration unit 1303 in the memory 26 as a noise spectrum in advance (in the noise acquisition mode) without irradiating the laser light into the atmosphere. . Data indicating the reception spectrum from which noise has been removed by the noise level correction unit 1305 is output to the frequency shift calculation unit 1306.
  • the frequency shift calculation unit 1306 calculates a frequency shift amount from the laser light emitted from the optical transmission / reception unit 11 using the reception spectrum from which noise has been removed by the noise level correction unit 1305. Data indicating the frequency shift amount calculated by the frequency shift calculation unit 1306 is output to the wind speed calculation unit 1307.
  • the wind speed calculation unit 1307 calculates the wind speed in the line-of-sight direction that is the irradiation direction of the laser light emitted from the optical transmission / reception unit 11 from the frequency shift amount calculated by the frequency shift calculation unit 1306.
  • the wind speed calculation unit 1307 also performs vector calculation of the wind direction and wind speed in the horizontal direction from the calculated wind speeds in a plurality of line-of-sight directions.
  • Data indicating the calculation result by the wind speed calculation unit 1307 is output to the display unit 15 as data indicating the measurement result by the signal processor 13.
  • FIG. 3A and 3B an operation example of the signal processor 13 in Embodiment 1 will be described with reference to FIGS. 3A, 3B, and 4 to 6.
  • the fast Fourier analysis unit 1301 performs processing on the received signal converted into a digital signal by the A / D converter 12. Fast Fourier transform is performed for each predetermined time gate (step ST301). Thereby, the reception spectrum for every time gate can be obtained.
  • the signal integration discriminating unit 1302 compares the amplitude of the received signal converted into the digital signal by the A / D converter 12 for each time gate with the amplitude threshold value, so that the reception spectrum obtained by the fast Fourier analysis unit 1301 is obtained. Is determined for each time gate (step ST302). At this time, the signal integration determination unit 1302 first divides the reception signal converted into the digital signal by the A / D converter 12 for each time gate, and whether the amplitude of the reception signal for each time gate exceeds the amplitude threshold value. Judging. Then, the signal integration determination unit 1302 sets a flag for the received signal exceeding the amplitude threshold value, and generates an integration determination signal for identifying whether or not the corresponding reception spectrum needs to be integrated.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of the signal integration determination unit 1302.
  • the upper waveform in FIG. 4 is a time waveform of the laser light emitted by the optical transmission / reception unit 11, and shows a case where a transmission pulse corresponding to several tens of ms is emitted into the atmosphere as the laser light.
  • the waveform on the left side of FIG. 4A is a time waveform of a reception signal when the laser light is irradiated into the atmosphere without being blocked.
  • Reference numeral 401 indicates a reception signal based on the internally reflected light of the coherent lidar apparatus 1
  • reference numeral 402 indicates a reception signal based on the scattered light from the aerosol. Further, the waveform on the left side of FIG.
  • Reference numeral 403 indicates a received signal by reflected light from the hard target.
  • a period surrounded by a broken line in the figure indicates a time gate that is a target for determining whether or not integration is required
  • reference numeral 404 indicates an amplitude threshold for the received signal of the time gate.
  • the signal integration determination unit 1302 sets the integration determination signal to 0 (no integration) when exceeding the amplitude threshold, and sets the integration determination signal to 1 (requires integration) when the amplitude threshold is not exceeded, for example.
  • the amplitude threshold is set for the reception signal divided for each time gate as described above.
  • This amplitude threshold is set externally, and its value is determined assuming the reflectance of the hard target that blocks the laser beam. For example, it is assumed that a part of the laser beam is shielded from the hard target and the rest is irradiated into the atmosphere behind the hard target. In this case, the optical antenna 22 can receive scattered light from the aerosol. However, since a part is shielded from light by the hard target, whether the reception SN ratio of the reception spectrum integrated by the spectrum integration unit 1303 is improved or deteriorated is determined by the ratio of the light shielding.
  • the level of the received signal by the reflected light from the hard target when the level of the received signal by the scattered light from the aerosol becomes the device noise level is set as the amplitude threshold.
  • the device noise includes thermal noise of the optical receiver 24, spontaneously amplified optical noise generated by the optical amplifier 19, and the like.
  • spectrum integration section 1303 integrates the reception spectrum obtained by fast Fourier analysis section 1301 according to the integration determination signal generated by signal integration determination section 1302 (step ST303). That is, the spectrum integration unit 1303 controls, for each time gate, whether or not to integrate the reception spectrum based on the integration determination signal.
  • the integration determination signal is 1 (requires integration)
  • the corresponding reception spectrum is integrated
  • the integration determination signal is 0 (integration is not possible)
  • the corresponding reception spectrum is not integrated.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the operation of the spectrum integration unit 1303.
  • the received spectrum after integration is shown.
  • the broken line indicates the case of the conventional coherent lidar apparatus (corresponding to FIG. 16B), and the solid line indicates the case of the coherent lidar apparatus 1 of the first embodiment.
  • spectrum integrating section 1303 of Embodiment 1 does not integrate the second and third received spectra corresponding to the period during which scattered light from the aerosol cannot be received.
  • the coherent lidar device 1 according to the first embodiment has the same signal spectrum amplitude as that of the conventional coherent lidar device indicated by the broken line, but the noise spectrum amplitude. Becomes smaller. That is, it can be seen that the coherent rider device 1 of the first embodiment has an improved reception S / N ratio.
  • the spectrum integration unit 1303 determines whether or not the number of integrations of the received spectrum has reached the reference integration number in the same irradiation direction (step ST304). In this step ST304, when the spectrum integration unit 1303 determines that the integration number of the received spectrum has not reached the reference integration number, the sequence returns to step ST301.
  • step ST304 the spectrum integrating unit 1303 outputs a trigger signal to the irradiation direction designating unit 1304 when determining that the number of integrations of the received spectrum has reached the reference integration number. Then, the irradiation direction specifying unit 1304 specifies the next irradiation direction of the laser light in response to the trigger signal, and outputs a control signal indicating the irradiation direction to the optical switch driver 14 (step ST305). In response to this control signal, the optical switch driver 14 causes the optical switch 21 to switch the irradiation direction of the laser light to the irradiation direction specified by the control signal. Thereby, it can transfer to the wind speed measurement with respect to the following irradiation direction (line-of-sight direction).
  • step ST306 spectrum integration section 1303 determines whether or not the received S / N ratio of the received spectrum after integration is lower than the received S / N ratio reference value.
  • step ST306 when the spectrum integration section 1303 determines that the reception S / N ratio of the reception spectrum after integration is lower than the reception S / N ratio reference value, the spectrum integration section 1303 stores the reception spectrum in the memory 26, The reception spectra in the same irradiation direction acquired last time stored in the memory 26 are integrated (steps ST307 and 308). The reception spectrum stored in the memory 26 is used when the reception SN ratio of the reception spectrum after integration in the same irradiation direction is below the reception SN ratio reference value next time.
  • step ST306 when spectrum integrating section 1303 determines that the received S / N ratio of the received spectrum after integration is greater than or equal to the received S / N ratio reference value, the processes in steps ST307 and 308 are skipped.
  • the noise level correction unit 1305 determines whether the coherent rider device 1 is in the noise acquisition mode (step ST309).
  • step ST309 when the noise level correction unit 1305 determines that the coherent lidar apparatus 1 is in the noise acquisition mode, the received spectrum integrated by the spectrum integration unit 1303 without irradiating the laser light into the atmosphere. Is stored in the memory 26 as a noise spectrum (step ST310). That is, the noise level correction unit 1305 acquires in advance the shape of the reception spectrum that is distorted by device noise such as thermal noise of the optical receiver 24 and spontaneously amplified optical noise generated by the optical amplifier 19 as a noise spectrum.
  • the noise level correction unit 1305 determines in step ST309 that the coherent lidar apparatus 1 is not in the noise acquisition mode, determines that the noise spectrum is obtained from the reception spectrum integrated by the spectrum integration unit 1303. To eliminate noise (step ST311). That is, when the coherent lidar device 1 is in the wind speed measurement mode, the baseline is made constant by subtracting the noise spectrum stored in the memory 26 from the received spectrum.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining the operation of the noise level correction unit 1305.
  • the reception spectrum integrated by the spectrum integration unit 1303 is obtained by adding a noise spectrum to the signal spectrum.
  • a solid line indicates a reception spectrum (signal spectrum + noise spectrum), and a broken line indicates a noise spectrum.
  • the signal spectrum uses laser light having a single frequency, it appears only in a specific frequency range.
  • the noise spectrum has frequency characteristics such as thermal noise of the optical receiver 24 and spontaneously amplified optical noise generated by the optical amplifier 19. Therefore, by acquiring only the noise spectrum in advance and subtracting it from the reception spectrum accumulated by the spectrum accumulating unit 1303, it is possible to correct the signal spectrum shape as shown in FIG. 6B.
  • the frequency shift calculation unit 1306 calculates the amount of frequency shift from the laser light emitted by the optical transmission / reception unit 11 using the reception spectrum from which noise has been removed by the noise level correction unit 1305 (step ST312). At this time, the frequency shift calculation unit 1306 performs peak detection on the reception spectrum from which noise has been removed by the noise level correction unit 1305 to calculate a peak frequency, and the optical transmission / reception unit 11 irradiates the peak from the peak frequency. A shift amount from the frequency of the laser light is calculated.
  • the wind speed calculation unit 1307 calculates the wind speed in the line-of-sight direction from the frequency shift amount calculated by the frequency shift calculation unit 1306 (step ST313).
  • the wind speed calculation unit 1307 also performs vector calculation of the horizontal wind direction and wind speed from the calculated wind speeds in a plurality of irradiation directions.
  • the data indicating the calculation result by the wind speed calculation unit 1307 is output to the display unit 15 as data indicating the measurement result by the signal processor 13 and displayed.
  • the signal integration determination unit 1302 compares the amplitude of the reception signal from the A / D converter 12 for each time gate with the amplitude threshold value, thereby integrating the reception spectrum obtained by the fast Fourier analysis unit 1301. A case is shown in which NO is determined for each time gate (step ST302).
  • the operation example of the signal integration determination unit 1302 is not limited to this.
  • the signal integration determination unit 1302 compares the amplitude of the reception spectrum obtained by the fast Fourier analysis unit 1301 for each time gate with the amplitude threshold value, thereby calculating the integration requirement of the reception spectrum. You may make it discriminate
  • the signal integration determination unit 1302 first performs fast Fourier transform on the reception signal from the A / D converter 12 for each time gate to obtain a reception spectrum for each time gate. (Step ST801). Then, by comparing the amplitude of the obtained reception spectrum for each time gate with the amplitude threshold value, it may be determined for each time gate whether or not the reception spectrum obtained by the fast Fourier analysis unit 1301 needs to be integrated ( Step ST802).
  • the amplitude threshold value in the case of FIGS. 7A, 7B, 8A, and 8B is similar to the above.
  • the received signal by the reflected light from the hard target when the level of the received signal by the scattered light from the aerosol becomes the level of the apparatus noise. Is set as the amplitude threshold.
  • the received signal overlaps with the signal due to the internally reflected light of the coherent lidar apparatus 1, and therefore it is difficult to determine the shielding state from the amplitude value of the received signal or the received spectrum. It is. However, by extracting the signal after the period overlapping with the signal of the internally reflected light for each time gate, the light shielding state immediately after the laser light irradiation can be identified.
  • the signal integration determination unit 1302 generates the integration determination signal using the amplitude threshold.
  • the present invention is not limited to this, and the signal integration determination unit 1302 receives the reception obtained by the fast Fourier analysis unit 1301 based on the external signal indicating the timing at which the laser beam irradiated by the optical transmission / reception unit 11 is blocked.
  • the necessity of spectrum integration may be determined for each time gate, and an integration determination signal may be generated.
  • the coherent lidar device 1 is mounted on the nacelle 201 of the wind power generator 2, encoder data indicating the position of the blade 202, data provided by a sensor for detecting the position of the blade 202 such as a separately provided laser sensor or a camera, etc.
  • the integration determination signal may be generated using the external signal.
  • FIG. 9 is a diagram showing a case where the coherent rider device 1 is mounted on the nacelle 201.
  • the coherent rider apparatus 1 is installed behind the blade 202 and measures the inflow air to the blade 202.
  • the rotational speed of the blade 202 is 6 rpm
  • the width of the blade 202 is 4 m
  • the installation height of the coherent rider device 1 is 5 m from the rotational center of the blade 202.
  • the time that the blade 202 makes one round is 10 s
  • the time that the laser beam is shielded by the blade 202 is about 1.28 s ⁇ the number of blades 202.
  • the time during which the laser beam is shielded during one round of the blade 202 is 1.28 s ⁇ 3.
  • the repetition frequency of the laser beam by the coherent lidar apparatus 1 is 1 kHz
  • the number of times the received spectrum is integrated is 5000 times.
  • the time required to integrate the received spectrum 5000 times is 5 s.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining the operation of the signal integration determination unit 1302 in the configuration shown in FIG.
  • the upper waveform of FIG. 10 is a time waveform of the laser light emitted by the optical transmission / reception unit 11, and shows a case where a transmission pulse corresponding to several tens of ms is emitted to the atmosphere as the laser light.
  • the waveform on the left side of FIG. 10A is the time waveform of the received signal in the case of (1) above.
  • reference numeral 1001 denotes a received signal based on the internally reflected light of the coherent lidar apparatus 1
  • reference numeral 1002 denotes a received signal based on scattered light from the aerosol.
  • FIG. 10B is the time waveform of the received signal in the case (2).
  • Reference numeral 1003 indicates a received signal based on scattered light from the aerosol and reflected light from the blade 202. Further, the waveform on the left side of FIG. 10C is the time waveform of the received signal in the case of (3) above.
  • Reference numeral 1004 denotes a received signal by reflected light from the blade 202.
  • a period surrounded by a broken line in the figure indicates a time gate that is a target for determining whether or not integration is required, and reference numeral 1005 indicates an amplitude threshold for the received signal of the time gate.
  • the received signals in FIG. 10A and FIG. 10C are the same as the received signals in FIG. 4A and FIG.
  • the received signal in FIG. 10B shows a case where a part of the laser light emitted from the coherent lidar apparatus 1 is shielded by the blade 202 and the rest is irradiated into the air behind the blade 202.
  • the signal integration determination unit 1302 sets the integration determination signal to 0 (integration failure), for example, when the amplitude of the reception signal extracted for each time gate exceeds the amplitude threshold, and exceeds the amplitude threshold. If not, the integration determination signal is set to 1 (integration required).
  • the spectrum integration unit 1303 operates according to the integration determination signal so as not to integrate reception spectra whose reception S / N ratio deteriorates.
  • the conventional coherent lidar apparatus requires a continuous measurement time of 5 seconds.
  • the reception signal-to-noise ratio deteriorates. Therefore, in order to obtain a desired reception S / N ratio in consideration of a period during which the laser beam is shielded, it is necessary to improve the reception S / N ratio deteriorated as described above by further integrating the reception spectrum. It takes measurement time (it takes more than the measurement time 7.56 s of the present invention described later).
  • the reception spectrum corresponding to the period is not integrated.
  • the shortest is the sum of the net period 5s during which the laser beam is not shielded and the period 1.28s ⁇ 2 during which the laser beam is shielded by the two blades 202 during this period.
  • a desired reception signal-to-noise ratio can be obtained at a measurement time of 7.56 s. Thereby, a desired reception S / N ratio can be obtained in a shorter measurement time than the conventional configuration.
  • the time resolution of wind speed measurement is improved in the coherent lidar device 1 according to the first embodiment compared to the conventional coherent lidar device. Even when the measurement time is limited, a high reception SN ratio is obtained, so that high wind speed measurement accuracy is obtained and a high data acquisition rate is obtained.
  • the data acquisition rate is the number of data exceeding the required reception SN ratio with respect to the number of data of the reception spectrum acquired during the measurement time.
  • the reception SN can be obtained even when there is a period during which the laser beam is shielded.
  • the deterioration of the ratio can be prevented.
  • the reception signal-to-noise ratio required for the required wind speed measurement accuracy can be obtained in a short time compared to the conventional configuration.
  • the laser switch 21 is used to switch the irradiation direction of the laser light.
  • the present invention is not limited to this, and the optical switch 21 may not be used, and the laser light output from the optical circulator 20 may be irradiated to the atmosphere by the single optical antenna 22. In this case, the optical switch driver 14 and the irradiation direction designation unit 1304 are also unnecessary.
  • FIG. FIG. 11 is a block diagram showing a functional configuration example of the signal processor 13 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the signal processor 13 according to the second embodiment shown in FIG. 11 is obtained by adding a light shielding timing calculation unit 1308 to the signal processor 13 according to the first embodiment shown in FIG.
  • Other configurations are the same, and only the different parts are described with the same reference numerals.
  • the signal integration determination unit 1302 has a function of outputting the generated integration determination signal to the light shielding timing calculation unit 1308 in addition to the function according to the first embodiment.
  • the light shielding timing calculation unit 1308 calculates the timing at which the laser beam irradiated by the optical transceiver 11 is shielded. In the configuration illustrated in FIG. 11, the light shielding timing calculation unit 1308 calculates the timing at which the laser light emitted by the optical transmission / reception unit 11 is shielded from the integration determination signal generated by the signal integration determination unit 1302. The light shielding timing calculation unit 1308 calculates, for example, a period or a period during which the laser light is shielded as the timing. Data indicating the timing calculated by the light shielding timing calculation unit 1308 is output to the irradiation direction designating unit 1304.
  • the irradiation direction designating unit 1304 in the second embodiment has a function of designating an irradiation direction in which the laser beam is not shielded at the timing calculated by the light shielding timing calculation unit 1308.
  • the irradiation direction specifying unit 1304 generates a control signal indicating the timing calculated by the light shielding timing calculation unit 1308 and the irradiation direction specified by itself, and outputs the control signal to the optical switch driver 14.
  • the optical switch driver 14 in addition to the function according to the first embodiment, the optical switch driver 14 receives the control signal indicating the timing at which the laser light is shielded and the irradiation direction at which the laser light is not shielded. 21 has a function of switching the irradiation direction of the laser light to the irradiation direction at the timing described above.
  • step ST1201 is added to the operation example of the signal processor 13 in the first embodiment shown in FIGS. 3A and 3B.
  • ST305 is changed to step ST1202.
  • Other operations are the same, and a description thereof will be omitted.
  • the light shielding timing calculation unit 1308 receives the laser light emitted from the optical transmission / reception unit 11 from the integration determination signal generated by the signal integration determination unit 1302.
  • the timing for light shielding is calculated. That is, the light shielding timing calculation unit 1308 stores the integration determination signal generated by the signal integration determination unit 1302 in the memory 26 one by one. Then, the timing at which the laser beam irradiated by the optical transmission / reception unit 11 is shielded is calculated from the time series data of the stored integration determination signal. At this time, the light shielding timing calculation unit 1308 calculates, for example, a period or time during which the laser light is shielded as the timing at which the laser light is shielded.
  • the irradiation direction designation unit 1304 designates an irradiation direction in which the laser beam is not shielded at the timing calculated by the light shielding timing calculation unit 1308, and outputs a control signal indicating the timing and the irradiation direction to the optical switch driver 14 (step). ST1202). That is, the irradiation direction designating unit 1304 predicts the timing at which the laser beam is not shielded by the hard target from the timing at which the laser beam is shielded. Then, the irradiation direction in which the laser beam is not shielded by the hard target is calculated with respect to the irradiation direction of the laser beam determined by the installation angle of the optical switch 21 and the optical antenna 22.
  • the optical switch driver 14 causes the optical switch 21 to change the irradiation direction of the laser light to the irradiation direction specified by the control signal at the timing indicated by the control signal in response to the control signal from the irradiation direction specifying unit 1304. Let them switch. Thereby, it is possible to avoid the laser beam being shielded by the hard target.
  • step ST1201 is added and step ST305 is changed to step ST1202 with respect to the operation example of the signal processor 13 shown in FIGS. 3A and 3B is shown.
  • step ST1201 may be added to step ST1202 for the operation example of the signal processor 13 shown in FIGS. 7A, 7B, 8A, and 8B, and step ST305 may be changed to step ST1202.
  • the light shielding timing calculation unit 1308 has calculated the timing at which the laser light is shielded using the integration determination signal from the signal integration determination unit 1302.
  • the present invention is not limited to this, and the light blocking timing calculation unit 1308 may calculate the timing at which the laser beam is blocked using an external signal.
  • the coherent lidar device 1 is mounted on the nacelle 201 of the wind power generator 2, encoder data indicating the position of the blade 202, data provided by a sensor for detecting the position of the blade 202 such as a separately provided laser sensor or a camera, etc.
  • the timing at which the laser beam is shielded may be calculated using the external signal.
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an example of an irradiation pattern of laser light when the coherent lidar apparatus 1 is mounted on the nacelle 201.
  • FIG. 14 is a diagram showing an example of shielding the laser beam at each time when the blade 202 rotates.
  • the circle in a figure has shown the irradiation direction of the laser beam, and the number in a circle has shown the irradiation order.
  • the coherent rider device 1 is installed behind the blade 202 and measures the inflow air to the blade 202.
  • FIG. 15 shows an example of a change over time of the integration determination signal in the configuration shown in FIG.
  • the integration determination signal is 0 when the reception spectrum is not integrated, and the integration determination signal is 1 when the reception spectrum needs to be integrated.
  • the laser beam irradiation direction is No. 7 at times t0 and t1
  • the laser beam irradiation direction is No. 8 at times t2 and t3.
  • the 7th irradiation direction is shielded at time t1
  • the 8th irradiation direction is shielded at times t2 and t3.
  • the coherent lidar apparatus 1 based on the timing at which the laser light calculated by the light shielding timing calculation unit 1308 is shielded, for example, at time t0 and t1, the irradiation direction of the laser light is set to 8 And at the times t2 and t3, the irradiation direction of the laser beam is changed to No. 7.
  • loss of measurement time due to light shielding can be eliminated, and wind speeds in a plurality of line-of-sight directions can be efficiently measured.
  • the timing at which the laser beam is shielded is calculated, and at this timing, the irradiation direction is switched so that the laser beam is not shielded.
  • the signal processor 13 is provided with the noise level correction unit 1305.
  • the present invention is not limited to this, and the noise level correction unit 1305 may not be provided.
  • the invention of the present application can be freely combined with each embodiment, modified with any component in each embodiment, or omitted with any component in each embodiment. .
  • the coherent lidar apparatus according to the present invention can prevent deterioration of the reception SN ratio even when there is a period during which the laser beam is shielded, and is suitable for use in a coherent lidar apparatus that measures the wind speed in the atmosphere. Yes.
  • 1 coherent lidar device 2 wind power generator, 11 optical transmitter / receiver, 12 A / D converter, 13 signal processor, 14 optical switch driver, 15 indicator, 16 reference light source (light source), 17 optical distributor, 18 pulses Modulator, 19 optical amplifier, 20 optical circulator, 21 optical switch, 22 optical antenna, 23 optical coupler, 24 optical receiver, 25 CPU, 26 memory, 201 nacelle, 202 blade, 1301, fast Fourier analysis unit, 1302 signal integration discrimination Part, 1303 spectrum integrating part, 1304 irradiation direction specifying part, 1305 noise level correcting part, 1306 frequency shift calculating part, 1307 wind speed calculating part, 1308 shading timing calculating part.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

受信信号を時間ゲート毎に高速フーリエ変換して当該時間ゲート毎の受信スペクトルを得る高速フーリエ解析部（１３０１）と、高速フーリエ解析部（１３０１）により得られた受信スペクトルの積算要否を時間ゲート毎に判別する信号積算判別部（１３０２）と、信号積算判別部（１３０２）による判別結果に従い、高速フーリエ解析部（１３０３）により得られた受信スペクトルの積算を行うスペクトル積算部（１３０４）と、スペクトル積算部（１３０４）により積算された受信スペクトルから、光送受信部（１１）により照射されたレーザ光に対する周波数シフト量を算出する周波数シフト算出部（１３０６）と、周波数シフト算出部（１３０６）により算出された周波数シフト量から、光送受信部（１１）によりレーザ光が照射された方向の風速を算出する風速演算部（１３０７）とを備えた。

Description

コヒーレントライダー装置
　この発明は、大気中の風速を計測するコヒーレントライダー装置に関するものである。
　従来から、大気中の風速を計測するコヒーレントライダー装置が知られている（例えば特許文献１参照）。このコヒーレントライダー装置では、レーザ光を大気中に照射して、当該レーザ光に対する大気中からの散乱光を受信してヘテロダイン検波を行うことで、受信信号を得ている。そして、この受信信号をフーリエ変換することで受信スペクトルを得ている。なお、この受信スペクトルには、信号スペクトルの他に雑音スペクトルが含まれている。そのため、受信スペクトルの取得を複数回行い、これを積算することで受信ＳＮ比（信号対雑音比）を高めている。
国際公開２０１４／００２５６４号
　一方、コヒーレントライダー装置から照射されたレーザ光が遮光された場合には、大気中からの信号を受信することができず、雑音のみのデータとなる。しかしながら、従来のコヒーレントライダー装置では、レーザ光の予期しない遮光の有無にかかわらず、レーザ光を照射したときには受信スペクトルの積算を行っている。そのため、上記のようにレーザ光が遮光される期間が存在する場合には、受信ＳＮ比が劣化するという課題があった。
　また、風速の計測精度を確保するためには、所定の受信ＳＮ比を得る必要がある。受信ＳＮ比は、信号スペクトルのレベルをＳとし、雑音スペクトルのレベルをＮとし、積算回数をｎとした場合、下式（１）のように表すことができる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
　図１６は従来のコヒーレントライダー装置による受信スペクトルの積算動作を説明する図である。図１６Ａは、レーザ光が遮光されずに大気中に照射された場合での、時間ゲート毎の受信スペクトルと、積算後の受信スペクトルとを示している。また、図１６Ｂは、２，３番目（ｎ＝２，３）に取得した受信スペクトルに対応する期間にレーザ光が遮光された場合での、時間ゲート毎の受信スペクトルと、積算後の受信スペクトルとを示している。
　この図１６から、積算後の受信スペクトルについて、雑音スペクトルは同等であるが、図１６Ａの場合に対して図１６Ｂの場合の方が、信号スペクトルが低くなっていることが分かる。すなわち、図１６Ｂの場合には受信ＳＮ比が劣化している。
　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、レーザ光が遮光される期間が存在する場合でも、受信ＳＮ比の劣化を防ぐことができるコヒーレントライダー装置を提供することを目的としている。
　この発明に係るコヒーレントライダー装置は、単一周波数のレーザ光を大気中に照射して、当該レーザ光に対する大気中からの散乱光を受信してヘテロダイン検波を行うことで受信信号を得る光送受信部と、光送受信部により得られた受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換された受信信号を時間ゲート毎に高速フーリエ変換して当該時間ゲート毎の受信スペクトルを得る高速フーリエ解析部と、高速フーリエ解析部により得られた受信スペクトルの積算要否を時間ゲート毎に判別する信号積算判別部と、信号積算判別部による判別結果に従い、高速フーリエ解析部により得られた受信スペクトルの積算を行うスペクトル積算部と、スペクトル積算部により積算された受信スペクトルから、光送受信部により照射されたレーザ光に対する周波数シフト量を算出する周波数シフト算出部と、周波数シフト算出部により算出された周波数シフト量から、光送受信部によりレーザ光が照射された方向の風速を算出する風速演算部とを備えたものである。
　この発明によれば、上記のように構成したので、レーザ光が遮光される期間が存在する場合でも、受信ＳＮ比の劣化を防ぐことができる。
この発明の実施の形態１に係るコヒーレントライダー装置の構成例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１における信号処理機の機能構成例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態１における信号処理機の動作例を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１における信号処理機の動作例を示すフローチャートである。 図４Ａ、図４Ｂは、この発明の実施の形態１における信号積算判別部の動作を説明する図であり、レーザ光が遮光されずに大気中に照射された場合と、レーザ光が照射直後に遮光された場合を示す図である。 この発明の実施の形態１におけるスペクトル積算部の動作を説明する図であり、レーザ光が遮光された期間が存在する場合での時間ゲート毎の受信スペクトルと積算後の受信スペクトルとを示す図である。 図６Ａ、図６Ｂは、この発明の実施の形態１における雑音レベル補正部の動作を説明する図であり、受信スペクトル及び雑音スペクトルを示す図と、雑音レベル補正後の受信スペクトルを示す図である。 この発明の実施の形態１における信号処理機の別の動作例を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１における信号処理機の別の動作例を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１における信号処理機の別の動作例を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態１における信号処理機の別の動作例を示すフローチャートである。 図９Ａ～図９Ｃは、この発明の実施の形態１に係るコヒーレントライダー装置が風力発電機に搭載された場合を示す図であり、側面図と、正面図と、上面図である。 図１０Ａ～図１０Ｃは、図９に示す構成における信号積算判別部の動作を説明する図であり、エアロゾルからの散乱光のみを受信した場合を示す図と、エアロゾルからの散乱光及びブレードからの反射光を受信した場合を示す図と、ブレードからの反射光のみを受信した場合を示す図である。 この発明の実施の形態２における信号処理機の機能構成例を示すブロック図である。 この発明の実施の形態２における信号処理機の動作例を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２における信号処理機の動作例を示すフローチャートである。 この発明の実施の形態２に係るコヒーレントライダー装置が風力発電機に搭載された場合での、レーザ光の照射パターンの一例を示す図である。 図１４Ａ～図１４Ｄは、図１３に示す構成における各時刻でのレーザ光の遮光の一例を示す図である。 図１３に示す構成における積算判別信号の一例を示す図である。 図１６Ａ、図１６Ｂは、従来のコヒーレントライダー装置による受信スペクトルの積算動作を説明する図であり、レーザ光が遮光されずに大気中に照射された場合での時間ゲート毎の受信スペクトルと積算後の受信スペクトルとを示す図と、レーザ光が遮光された期間が存在する場合での時間ゲート毎の受信スペクトルと積算後の受信スペクトルとを示す図である。
　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に係るコヒーレントライダー装置１の構成例を示すブロック図である。
　実施の形態１に係るコヒーレントライダー装置１は、図１に示すように、光送受信部１１、Ａ／Ｄ変換器１２、信号処理機１３、光スイッチドライバ１４及び表示器１５を備えている。なお図１において、太い接続線は光ファイバケーブルを表し、細い接続線は電気信号ケーブルを表している。
　光送受信部１１は、単一周波数のレーザ光を大気中に照射して、当該レーザ光に対する大気中からの散乱光を受信してヘテロダイン検波を行うことで受信信号を得るものである。この光送受信部１１は、基準光源（光源）１６、光分配器１７、パルス変調器１８、光増幅器１９、光サーキュレータ２０、光スイッチ２１、複数の光アンテナ２２、光カプラ２３及び光受信機２４を有している。
　基準光源１６は、単一周波数の連続波であるレーザ光を発光するものである。なお、レーザ光の発光スペクトルの線幅は、数ＭＨｚ（例えば１０ＭＨｚ）以下とする。この基準光源１６は、例えば、半導体レーザ、ファイバレーザ又は固体レーザのうちの何れか、若しくはその組み合わせによって構成される。この基準光源１６により発光されたレーザ光は光分配器１７に出力される。
　光分配器１７は、基準光源１６により発光されたレーザ光を分割するものである。この際の分割比は、例えば、大気中に照射する信号光用のレーザ光の割合を９割とし、ヘテロダイン検波で用いる参照光用のレーザ光の割合を１割とする。この光分配器１７は、例えばビームスプリッタで構成される。この光分配器１７により分割された一方のレーザ光（信号光）はパルス変調器１８に出力され、他方のレーザ光（参照光）は光カプラ２３に出力される。
　パルス変調器１８は、光分配器１７により分割された一方のレーザ光に対してパルス強度変調及び周波数シフトを行うものである。この際、パルス変調器１８は、レーザ光の光強度がガウス形状又は矩形状となるようにパルス強度変調を行って、レーザ光をパルス化する。また、パルス変調器１８は、外部から入力されたトリガ信号に応じて、所定の値（例えば２０ＭＨｚ以上且つ２００ＭＨｚ以下）だけレーザ光に対して周波数シフトを行う。このパルス変調器１８は、例えば音響光学素子又はニオム酸リチウム結晶を用いた変調素子で構成される。このパルス変調器１８によりパルス強度変調及び周波数シフトが行われたレーザ光は光増幅器１９に出力される。
　光増幅器１９は、パルス変調器１８によりパルス強度変調及び周波数シフトが行われたレーザ光の強度を増幅するものである。この光増幅器１９は、例えば、光ファイバ増幅器や導波路型増幅器、スラブ型増幅器等の固体レーザ増幅器、半導体光増幅器で構成される。この光増幅器１９により強度が増幅されたレーザ光は光サーキュレータ２０に出力される。
　光サーキュレータ２０は、入力されたレーザ光の経路に応じて出力する経路を切替えるものである。ここで、光サーキュレータ２０は、光増幅器１９からレーザ光が出力された場合には、当該レーザ光を光スイッチ２１に出力する。一方、光サーキュレータ２０は、光スイッチ２１を介して光アンテナ２２からレーザ光が出力された場合には、当該レーザ光を光カプラ２３に出力する。この光サーキュレータ２０は、例えば偏光ビームスプリッタ及び波長板で構成される。
　光スイッチ２１は、光サーキュレータ２０から出力されたレーザ光の照射方向を切替えるものである。この光スイッチ２１は、光スイッチドライバ１４による制御に従ってレーザ光の照射方向を切替え、当該照射方向に対応する光アンテナ２２に対して光サーキュレータ２０からのレーザ光を出力する。この光スイッチ２１は、例えば偏光ビームスプリッタ及び波長板で構成される。
　光アンテナ２２は、光スイッチ２１から出力されたレーザ光のビーム径を拡大した後、大気中に照射するものである。この光アンテナ２２により大気中に照射されたレーザ光は、大気中に浮遊しているエアロゾルにより散乱され、又はハードターゲットにより反射される。そして、光アンテナ２２は、上記照射したレーザ光のうち、大気中からの散乱光（反射光）を受信する。この光アンテナ２２は、例えば複数の屈折レンズ又は複数のミラーで構成される。この光アンテナ２２により受信された散乱光は光スイッチ２１を介して光サーキュレータ２０に出力される。
　光カプラ２３は、光分配器１７により分割された他方のレーザ光（参照光）と、光サーキュレータ２０から出力された散乱光との合波及び分割を行うものである。この際、光カプラ２３は同一比率で分割する。この光カプラ２３により合波及び分割が行われた光は光受信機２４に出力される。
　光受信機２４は、光カプラ２３により合波及び分割が行われた光に対してヘテロダイン検波を行うことで受信信号を得るものである。すなわち、光受信機２４は、光分配器１７からの参照光と光サーキュレータ２０からの散乱光とのビート信号を取り出して、電気信号に変換する。この光受信機２４は、例えば２つのフォトダイオードを用いて同相雑音を軽減するバランスドレシーバで構成される。この光受信機２４により得られた受信信号はＡ／Ｄ変換器１２に出力される。
　Ａ／Ｄ変換器１２は、光受信機２４により得られた受信信号（アナログ信号）をディジタル信号に変換するものである。このＡ／Ｄ変換器１２によりディジタル信号に変換された受信信号は信号処理機１３に出力される。
　信号処理機１３は、Ａ／Ｄ変換器１２によりディジタル信号に変換された受信信号を用いて、大気中の風速を計測するものである。また、信号処理機１３は、所定のタイミングでレーザ光の次の照射方向を指定する制御信号を光スイッチドライバ１４に出力する。この信号処理機１３による計測結果を示すデータは表示器１５に出力される。
　なお、信号処理機１３は、例えば、メモリ２６に記憶されたプログラムを実行するＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ、中央処理装置、処理装置、演算装置、マイクロプロセッサ、マイクロコンピュータ、プロセッサ、ＤＳＰともいう）２５又はＣＰＵ２５とＦＰＧＡ（不図示）の併用により実現される。信号処理機１３がＣＰＵ２６で構成される場合、信号処理機１３の各機能はソフトウェア、ファームウェア、又はソフトウェアとファームウェアとの組み合わせにより実現される。ソフトウェアやファームウェアはプログラムとして記述され、メモリ２６に記憶される。信号処理機１３は、メモリ２６に記憶されたプログラムを読み出して実行することにより、各機能を実現する。すなわち、信号処理機１３は、各機能が結果的に実行されることになるプログラムを格納するためのメモリ２６を備える。また、これらのプログラムは、信号処理機１３の手順や方法をコンピュータに実行させるものであるともいえる。ここで、メモリ２６とは、例えばＲＡＭ，ＲＯＭ、フラッシュメモリ、ＥＰＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ等の不揮発性又は揮発性の半導体メモリや、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、ＤＶＤ等が該当する。
　光スイッチドライバ１４は、信号処理機１３から出力された制御信号に応じて、光スイッチ２１にレーザ光の照射方向を切替えさせるものである。実施の形態１では、光スイッチドライバ１４は、光スイッチ２１に、レーザ光の照射方向を上記制御信号で指定された照射方向に切替えさせる。この光スイッチドライバ１４は、例えばマイコン又はＤ／Ａ変換器等で構成される。
　表示器１５は、信号処理機１３による計測結果を示すデータを表示するものである。なお図１では、コヒーレントライダー装置１に表示器１５を設けた場合を示したが、コヒーレントライダー装置１には表示器１５を設けず、別体の表示器を用いてもよい。
　次に、信号処理機１３の機能構成例について、図２を用いて説明する。
　信号処理機１３は、図２に示すように、高速フーリエ解析部１３０１、信号積算判別部１３０２、スペクトル積算部１３０３、照射方向指定部１３０４、雑音レベル補正部１３０５、周波数シフト算出部１３０６及び風速演算部１３０７を有している。
　高速フーリエ解析部１３０１は、Ａ／Ｄ変換器１２によりディジタル信号に変換された受信信号に対して所定の時間ゲート毎に高速フーリエ変換を行うことで、当該時間ゲート毎の受信スペクトルを得るものである。この高速フーリエ解析部１３０１により得らえた時間ゲート毎の受信スペクトルを示すデータはスペクトル積算部１３０３に出力される。
　信号積算判別部１３０２は、高速フーリエ解析部１３０１により得られた受信スペクトルの積算要否を時間ゲート毎に判別するものである。図２に示す構成では、信号積算判別部１３０２は、Ａ／Ｄ変換器１２によりディジタル信号に変換された受信信号を時間ゲート毎に分割し、当該時間ゲート毎の受信信号の振幅が振幅閾値を超えるかを判断する。なお、振幅閾値は、時間ゲート毎に分割した受信信号に対してそれぞれ設定される。そして、信号積算判別部１３０２は、振幅閾値を超える受信信号に対してフラッグを立て、対応する受信スペクトルの積算要否を識別するための積算判別信号を時間ゲート毎に生成する。すなわち、受信信号の振幅が振幅閾値を超える場合には、対応する受信スペクトルを積算否とし、受信信号の振幅が振幅閾値を超えない場合には、対応する受信スペクトルを積算要とする。この信号積算判別部１３０２により生成された積算判別信号はスペクトル積算部１３０３に出力される。
　スペクトル積算部１３０３は、信号積算判別部１３０２により生成された積算判別信号に従い、高速フーリエ解析部１３０１により得られた受信スペクトルの積算を行うものである。
　また、スペクトル積算部１３０３は、同一の照射方向において、受信スペクトルの積算回数が基準積算回数に達したかを判断する。そして、スペクトル積算部１３０３は、上記積算回数が基準積算回数に達したと判断した場合には、照射方向指定部１３０４に対してトリガ信号を出力する。一方、スペクトル積算部１３０３は、上記積算回数が基準積算回数に達していないと判断した場合には、上記受信スペクトルの積算を繰り返す。なお、基準積算回数は予め設定される。
　また、スペクトル積算部１３０３は、積算後の受信スペクトルの受信ＳＮ比が受信ＳＮ比基準値を下回るかを判断する。そして、スペクトル積算部１３０３は、上記受信ＳＮ比が受信ＳＮ比基準値を下回ると判断した場合には、当該受信スペクトルをメモリ２６に保存し、当該受信スペクトルに、メモリ２６に保存された前回取得した同じ照射方向の受信スペクトルを積算する。一方、上記受信ＳＮ比が受信ＳＮ比基準値を下回らないと判断した場合には、当該受信スペクトルのメモリ２６への保存、及び、当該受信スペクトルへの前回取得した同じ照射方向の受信スペクトルの積算は、実行しない。なお、受信ＳＮ比基準値は予め設定される。
　このスペクトル積算部１３０３により積算された受信スペクトルを示すデータは雑音レベル補正部１３０５に出力される。
　照射方向指定部１３０４は、スペクトル積算部１３０３から出力されたトリガ信号に応じて、レーザ光の次の照射方向を指定するものである。そして、照射方向指定部１３０４は、指定した照射方向を示す制御信号を生成し、光スイッチドライバ１４に出力する。
　雑音レベル補正部１３０５は、スペクトル積算部１３０３により積算された受信スペクトルから雑音スペクトルを差分することで、雑音を除去するものである。なお、雑音レベル補正部１３０５は、事前（雑音取得モード時）に、レーザ光を大気中には照射しない状態でスペクトル積算部１３０３により積算された受信スペクトルを雑音スペクトルとしてメモリ２６に保存している。この雑音レベル補正部１３０５により雑音が除去された受信スペクトルを示すデータは周波数シフト算出部１３０６に出力される。
　周波数シフト算出部１３０６は、雑音レベル補正部１３０５により雑音が除去された受信スペクトルを用いて、光送受信部１１で照射されたレーザ光からの周波数シフト量を算出するものである。この周波数シフト算出部１３０６により算出された周波数シフト量を示すデータは風速演算部１３０７に出力される。
　風速演算部１３０７は、周波数シフト算出部１３０６により算出された周波数シフト量から、光送受信部１１で照射されたレーザ光の照射方向である視線方向での風速を算出するものである。また、風速演算部１３０７は、算出した複数の視線方向での風速から、水平方向の風向及び風速のベクトル演算も行う。この風速演算部１３０７による演算結果を示すデータは、信号処理機１３による計測結果を示すデータとして表示器１５に出力される。
　次に、実施の形態１における信号処理機１３の動作例について、図３Ａ，３Ｂ，４～６を用いて説明する。
　実施の形態１における信号処理機１３の動作例では、図３Ａ，３Ｂに示すように、まず、高速フーリエ解析部１３０１は、Ａ／Ｄ変換器１２によりディジタル信号に変換された受信信号に対して所定の時間ゲート毎に高速フーリエ変換を行う（ステップＳＴ３０１）。これにより、時間ゲート毎の受信スペクトルを得ることができる。
　また、信号積算判別部１３０２は、Ａ／Ｄ変換器１２によりディジタル信号に変換された受信信号の時間ゲート毎の振幅を振幅閾値と比較することで、高速フーリエ解析部１３０１により得られた受信スペクトルの積算要否を当該時間ゲート毎に判別する（ステップＳＴ３０２）。この際、信号積算判別部１３０２は、まず、Ａ／Ｄ変換器１２によりディジタル信号に変換された受信信号を時間ゲート毎に分割し、当該時間ゲート毎の受信信号の振幅が振幅閾値を超えるかを判断する。そして、信号積算判別部１３０２は、振幅閾値を超える受信信号に対してフラッグを立て、対応する受信スペクトルの積算要否を識別するための積算判別信号を生成する。
　図４は信号積算判別部１３０２の動作を説明する図である。ここで、図４の上段の波形は光送受信部１１により照射されたレーザ光の時間波形であり、レーザ光として数十ｍｓ相当の送信パルスが大気中に照射された場合を示している。また、図４Ａの左側の波形はレーザ光が遮光されずに大気中に照射された場合の受信信号の時間波形である。なお、符号４０１はコヒーレントライダー装置１の内部反射光による受信信号を示し、符号４０２はエアロゾルからの散乱光による受信信号を示している。また、図４Ｂの左側の波形はレーザ光が照射直後に遮光された場合の受信信号の時間波形である。なお、符号４０３はハードターゲットからの反射光による受信信号を示している。また、図中の破線で囲まれた期間は積算要否の判別対象である時間ゲートを示し、符号４０４は当該時間ゲートの受信信号に対する振幅閾値を示している。
　ここで、破線で囲まれた期間である時間ゲートの受信信号を抽出した場合、図４Ａでは受信信号の振幅が振幅閾値を超えず、図４Ｂでは受信信号の振幅が振幅閾値を超える。そして、信号積算判別部１３０２では、例えば、振幅閾値を超える場合には積算判別信号を０（積算否）とし、振幅閾値を超えない場合には積算判別信号を１（積算要）とする。
　なお、振幅閾値は、上述したように、時間ゲート毎に分割した受信信号に対して設定される。この振幅閾値は外部で設定され、その値は、レーザ光を遮光するハードターゲットの反射率を想定して決定される。
　例えば、ハードターゲットにレーザ光の一部が遮光され、残りが当該ハードターゲットの後方の大気中に照射された場合を想定する。この場合、光アンテナ２２では、エアロゾルからの散乱光を受信することはできる。しかしながら、一部がハードターゲットにより遮光されているため、その遮光されている割合によって、スペクトル積算部１３０３で積算された受信スペクトルの受信ＳＮ比が向上するか劣化するかが決まる。したがって、エアロゾルからの散乱光による受信信号のレベルが装置雑音のレベルになるときの、ハードターゲットからの反射光による受信信号のレベルを振幅閾値として設定する。なお、装置雑音には、光受信機２４の熱雑音及び光増幅器１９で発生した自然放射増幅光雑音等が含まれる。
　次いで、スペクトル積算部１３０３は、信号積算判別部１３０２により生成された積算判別信号に従い、高速フーリエ解析部１３０１により得られた受信スペクトルの積算を行う（ステップＳＴ３０３）。すなわち、スペクトル積算部１３０３は、積算判別信号に基づいて、受信スペクトルを積算するか否かを時間ゲート毎に制御する。上記の例では、積算判別信号が１（積算要）の場合には該当する受信スペクトルの積算を行い、積算判別信号が０（積算否）の場合には該当する受信スペクトルの積算は行わない。
　図５はスペクトル積算部１３０３の動作を説明する図である。図５は、高速フーリエ解析部１３０１により得られた２，３番目（ｎ＝２，３）の受信スペクトルに対応する期間にレーザ光が遮光された場合での、時間ゲート毎の受信スペクトルと、積算後の受信スペクトルとを示している。また、積算後の受信スペクトルについて、破線は従来のコヒーレントライダー装置の場合（図１６Ｂに相当）を示し、実線は実施の形態１のコヒーレントライダー装置１の場合を示している。
　この場合、実施の形態１のスペクトル積算部１３０３では、エアロゾルからの散乱光が受信できていない期間に対応する２，３番目の受信スペクトルは積算しない。これにより、図５の積算後の受信スペクトルについて、破線で示す従来のコヒーレントライダー装置に対して、実施の形態１のコヒーレントライダー装置１では、信号スペクトルの振幅は同等であるが、雑音スペクトルの振幅は小さくなる。すなわち、実施の形態１のコヒーレントライダー装置１の方が受信ＳＮ比が向上していることが分かる。
　また、スペクトル積算部１３０３は、同一の照射方向において、受信スペクトルの積算回数が基準積算回数に達したかを判断する（ステップＳＴ３０４）。このステップＳＴ３０４において、スペクトル積算部１３０３が受信スペクトルの積算回数が基準積算回数に達していないと判断した場合には、シーケンスはステップＳＴ３０１に戻る。
　一方、ステップＳＴ３０４において、スペクトル積算部１３０３は、受信スペクトルの積算回数が基準積算回数に達したと判断した場合には、照射方向指定部１３０４に対してトリガ信号を出力する。そして、照射方向指定部１３０４は、このトリガ信号に応じて、レーザ光の次の照射方向を指定し、その照射方向を示す制御信号を光スイッチドライバ１４に出力する（ステップＳＴ３０５）。そして、光スイッチドライバ１４は、この制御信号に応じて、光スイッチ２１に、レーザ光の照射方向を当該制御信号で指定された照射方向に切替えさせる。これにより、次の照射方向（視線方向）に対する風速計測に移行することができる。
　次いで、スペクトル積算部１３０３は、積算後の受信スペクトルの受信ＳＮ比が受信ＳＮ比基準値を下回るかを判断する（ステップＳＴ３０６）。
　このステップＳＴ３０６において、スペクトル積算部１３０３は、積算後の受信スペクトルの受信ＳＮ比が受信ＳＮ比基準値を下回ると判断した場合には、当該受信スペクトルをメモリ２６に保存し、当該受信スペクトルに、メモリ２６に保存された前回取得した同じ照射方向の受信スペクトルを積算する（ステップＳＴ３０７，３０８）。なお、メモリ２６に保存された受信スペクトルは、次回、同じ照射方向における積算処理で積算後の受信スペクトルの受信ＳＮ比が受信ＳＮ比基準値を下回った場合に、用いられる。
　一方、ステップＳＴ３０６において、スペクトル積算部１３０３が積算後の受信スペクトルの受信ＳＮ比が受信ＳＮ比基準値以上であると判断した場合には、ステップＳＴ３０７，３０８の処理はスキップする。
　次いで、雑音レベル補正部１３０５は、コヒーレントライダー装置１が雑音取得モードであるかを判断する（ステップＳＴ３０９）。
　このステップＳＴ３０９において、雑音レベル補正部１３０５は、コヒーレントライダー装置１が雑音取得モードであると判断した場合には、レーザ光を大気中には照射しない状態でスペクトル積算部１３０３により積算された受信スペクトルを雑音スペクトルとしてメモリ２６に保存する（ステップＳＴ３１０）。すなわち、雑音レベル補正部１３０５では、光受信機２４の熱雑音及び光増幅器１９で発生した自然放射増幅光雑音等の装置雑音によって歪んでいる受信スペクトルの形状を、予め雑音スペクトルとして取得する。
　一方、ステップＳＴ３０９において、雑音レベル補正部１３０５は、コヒーレントライダー装置１が雑音取得モードではないと判断した場合には、雑音レベル補正部１３０５は、スペクトル積算部１３０３により積算された受信スペクトルから雑音スペクトルを差分することで、雑音を除去する（ステップＳＴ３１１）。すなわち、コヒーレントライダー装置１が風速計測モードである場合には、受信スペクトルから、メモリ２６に保存された雑音スペクトルを差分することで、ベースラインを一定にする補正を行う。
　図６は雑音レベル補正部１３０５の動作を説明する図である。
　スペクトル積算部１３０３により積算された受信スペクトルは、図６Ａに示すように、信号スペクトルに雑音スペクトルが加算されたものである。なお図６Ａにおいて、実線は受信スペクトル（信号スペクトル＋雑音スペクトル）を示し、破線は雑音スペクトルを示している。
　ここで、信号スペクトルは、単一周波数のレーザ光を用いているため、特定の周波数レンジにのみ現れる。一方、雑音スペクトルは、光受信機２４の熱雑音及び光増幅器１９で発生した自然放射増幅光雑音等の周波数特性を有している。したがって、雑音スペクトルのみを予め取得し、スペクトル積算部１３０３により積算された受信スペクトルから差分することで、図６Ｂに示すように、正確な信号スペクトルの形状に補正することができる。
　次いで、周波数シフト算出部１３０６は、雑音レベル補正部１３０５により雑音が除去された受信スペクトルを用いて、光送受信部１１で照射されたレーザ光からの周波数シフト量を算出する（ステップＳＴ３１２）。この際、周波数シフト算出部１３０６は、雑音レベル補正部１３０５により雑音が除去された受信スペクトルに対してピーク検出を行ってピーク周波数を算出し、当該ピーク周波数から、光送受信部１１で照射されたレーザ光の周波数からのシフト量を算出する。
　次いで、風速演算部１３０７は、周波数シフト算出部１３０６により算出された周波数シフト量から、視線方向での風速を算出する（ステップＳＴ３１３）。また、風速演算部１３０７は、算出した複数の照射方向での風速から、水平方向の風向及び風速のベクトル演算も行う。この風速演算部１３０７による演算結果を示すデータは、信号処理機１３による計測結果を示すデータとして表示器１５に出力され、表示される。
　なお上記では、信号積算判別部１３０２が、Ａ／Ｄ変換器１２からの受信信号の時間ゲート毎の振幅を振幅閾値と比較することで、高速フーリエ解析部１３０１により得られた受信スペクトルの積算要否を当該時間ゲート毎に判別する場合を示した（ステップＳＴ３０２）。しかしながら、信号積算判別部１３０２の動作例としては、これに限るものではない。
　例えば、図７Ａ，７Ｂに示すように、信号積算判別部１３０２は、高速フーリエ解析部１３０１により得られた受信スペクトルの時間ゲート毎の振幅を振幅閾値と比較することで、当該受信スペクトルの積算要否を当該時間ゲート毎に判別するようにしてもよい（ステップＳＴ７０１）。
　また、図８Ａ，８Ｂに示すように、信号積算判別部１３０２は、まず、Ａ／Ｄ変換器１２からの受信信号を時間ゲート毎に高速フーリエ変換して、当該時間ゲート毎の受信スペクトルを得る（ステップＳＴ８０１）。そして、得た受信スペクトルの時間ゲート毎の振幅を振幅閾値と比較することで、高速フーリエ解析部１３０１により得られた受信スペクトルの積算要否を当該時間ゲート毎に判別するようにしてもよい（ステップＳＴ８０２）。
　なお図７Ａ，７Ｂ，８Ａ，８Ｂの場合の振幅閾値についても上記と同様に、エアロゾルからの散乱光による受信信号のレベルが装置雑音のレベルになるときの、ハードターゲットからの反射光による受信信号のレベルを振幅閾値として設定する。
　また、レーザ光が照射直後に遮光される場合には、受信信号がコヒーレントライダー装置１の内部反射光による信号と重なるため、この受信信号又は受信スペクトルの振幅値から遮光状態を判断することは困難である。しかしながら、内部反射光による信号と重なる期間以降の信号を時間ゲート毎に抽出することで、レーザ光の照射直後の遮光状態も識別することができる。
　また上記では、信号積算判別部１３０２は、振幅閾値を用いて積算判別信号を生成する場合を示した。しかしながら、これに限るものではなく、信号積算判別部１３０２は、光送受信部１１により照射されるレーザ光が遮光されるタイミングを示した外部信号に基づいて、高速フーリエ解析部１３０１により得られた受信スペクトルの積算要否を時間ゲート毎に判別し、積算判別信号を生成してもよい。例えば、コヒーレントライダー装置１が風力発電機２のナセル２０１に搭載される場合、ブレード２０２の位置を示すエンコーダデータ、別途備え付けたレーザセンサ又はカメラ等のブレード２０２の位置検知用のセンサ等によるデータ等の外部信号を用いて、積算判別信号を生成してもよい。
　次に、レーザ光が遮光される例として、コヒーレントライダー装置１が風力発電機２のナセル２０１に搭載され、ブレード２０２によりレーザ光が遮光される場合を説明する。
　図９はコヒーレントライダー装置１がナセル２０１に搭載された場合を示す図である。
　この図９に示すように、コヒーレントライダー装置１は、ブレード２０２の後方に設置され、ブレード２０２への流入風を計測する。この場合、風力発電機２の風力発電時、つまりブレード２０２の回転時に、コヒーレントライダー装置１から照射されたレーザ光がブレード２０２により遮光されてしまう期間がある。
　例えば、ブレード２０２の回転速度を６ｒｐｍとし、ブレード２０２の幅を４ｍとし、コヒーレントライダー装置１の設置高さをブレード２０２の回転中心から５ｍと想定する。この場合、ブレード２０２が１周する時間は１０ｓであり、レーザ光がブレード２０２により遮光される時間は約１．２８ｓ×ブレード２０２の枚数である。一般的にはブレード２０２は３枚であるため、ブレード２０２が１周する間にレーザ光が遮光される時間は、１．２８ｓ×３となる。
　一方、コヒーレントライダー装置１によるレーザ光の繰り返し周波数を１ｋＨｚとし、受信スペクトルの積算回数を５０００回とする。この場合、受信スペクトルを５０００回積算するのに要する時間は５ｓとなる。この計測時間の間、コヒーレントライダー装置１により得られる受信信号としては３パターンがある。すなわち、（１）エアロゾルからの散乱光のみによる受信信号、（２）エアロゾルからの散乱光とブレード２０２からの反射光による受信信号、（３）ブレード２０２からの反射光のみによる受信信号、である。
　図１０は図９に示す構成における信号積算判別部１３０２の動作を説明する図である。ここで、図１０の上段の波形は、光送受信部１１により照射されたレーザ光の時間波形であり、レーザ光として数十ｍｓ相当の送信パルスが大気中に照射された場合を示している。また、図１０Ａの左側の波形は上記（１）の場合の受信信号の時間波形である。なお、符号１００１はコヒーレントライダー装置１の内部反射光による受信信号であり、符号１００２はエアロゾルからの散乱光による受信信号を示している。また、図１０Ｂの左側の波形は上記（２）の場合の受信信号の時間波形である。なお、符号１００３はエアロゾルからの散乱光及びブレード２０２からの反射光による受信信号を示している。また、図１０Ｃの左側の波形は上記（３）の場合の受信信号の時間波形である。なお、符号１００４はブレード２０２からの反射光による受信信号を示している。また、図中の破線で囲まれた期間は積算要否の判別対象である時間ゲートを示し、符号１００５は当該時間ゲートの受信信号に対する振幅閾値を示している。
　ここで、図１０Ａ及び図１０Ｃの受信信号については、図４Ａ及び図４Ｂの受信信号の場合と同様であり、その説明を省略する。一方、図１０Ｂの受信信号は、コヒーレントライダー装置１から照射されたレーザ光のうち、一部がブレード２０２によって遮光され、残りがブレード２０２の後方の大気中に照射された場合を示している。この図１０Ｂの受信信号では、信号積算判別部１３０２は、例えば、時間ゲート毎に抽出した受信信号の振幅が振幅閾値を超える場合には積算判別信号を０（積算否）とし、振幅閾値を超えない場合には積算判別信号を１（積算要）とする。そして、スペクトル積算部１３０３では、この積算判別信号に従い、受信ＳＮ比が劣化する受信スペクトルは積算しないように動作する。
　また、風速の計測精度を確保するための受信ＳＮ比を得るために、受信スペクトルの積算回数が５０００回必要であるとする。この場合、従来のコヒーレントライダー装置では、連続した計測時間が５ｓ必要である。しかしながら、計測中にブレード２０２等のハードターゲットによりレーザ光が遮光される期間が存在する場合には、受信ＳＮ比が劣化する。よって、レーザ光が遮光される期間を考慮して所望の受信ＳＮ比を得るためには、上記のように劣化した受信ＳＮ比を、受信スペクトルの更なる積算によって改善する必要があり、その分計測時間がかかる（後述する本発明の計測時間７．５６ｓよりもかかる）。
　それに対して、実施の形態１に係るコヒーレントライダー装置１では、ブレード２０２等のハードターゲットによりレーザ光が遮光される期間がある場合には、その期間に対応する受信スペクトルの積算は行わない。これにより、上記の例では、最短で、レーザ光が遮光されない正味の期間５ｓと、この期間の間で２枚のブレード２０２によりレーザ光が遮光される期間１．２８ｓ×２との和である計測時間７．５６ｓで所望の受信ＳＮ比を得ることができる。これにより、従来構成に対して短い計測時間で所望の受信ＳＮ比を得ることができる。
　また、従来のコヒーレントライダー装置に対して、実施の形態１に係るコヒーレントライダー装置１では、風速計測の時間分解能が向上する。また、計測時間に制限がある場合にも、高い受信ＳＮ比が得られるため、高い風速の計測精度が得られ、高いデータ取得率が得られる。なお、データ取得率とは、計測時間中に取得した受信スペクトルのデータ数に対して、所要の受信ＳＮ比を超えたデータ数のことである。
　以上のように、この実施の形態１によれば、レーザ光が遮光される期間に対応する受信スペクトルは積算しないように構成したので、レーザ光が遮光される期間が存在する場合でも、受信ＳＮ比の劣化を防ぐことができる。その結果、要求される風速の計測精度に必要な受信ＳＮ比を従来構成に対して短時間に得ることができる。
　なお上記では、光スイッチ２１を用いてレーザ光の照射方向を切替える場合を示した。しかしながら、これに限るものではなく、光スイッチ２１は用いず、光サーキュレータ２０から出力されたレーザ光を単一の光アンテナ２２により大気中に照射する構成としてもよい。この場合には、光スイッチドライバ１４及び照射方向指定部１３０４も不要となる。
実施の形態２．
　図１１はこの発明の実施の形態２における信号処理機１３の機能構成例を示すブロック図である。この図１１に示す実施の形態２における信号処理機１３は、図２に示す実施の形態１における信号処理機１３に遮光タイミング演算部１３０８を追加したものである。その他の構成は同様であり、同一の符号を付して異なる部分についてのみ説明を行う。
　実施の形態２における信号積算判別部１３０２では、実施の形態１における機能に加え、生成した積算判別信号を遮光タイミング演算部１３０８にも出力する機能を有している。
　遮光タイミング演算部１３０８は、光送受信部１１により照射されるレーザ光が遮光されるタイミングを算出するものである。図１１に示す構成では、遮光タイミング演算部１３０８は、信号積算判別部１３０２により生成された積算判別信号から、光送受信部１１により照射されるレーザ光が遮光されるタイミングを算出する。なお、遮光タイミング演算部１３０８は、上記タイミングとして、例えばレーザ光が遮光される周期又は期間等を算出する。この遮光タイミング演算部１３０８により算出されたタイミングを示すデータは照射方向指定部１３０４に出力される。
　実施の形態２における照射方向指定部１３０４では、実施の形態１における機能に加え、遮光タイミング演算部１３０８により算出されたタイミングにおいてレーザ光が遮光されない照射方向を指定する機能を有している。そして、照射方向指定部１３０４は、遮光タイミング演算部１３０８により算出されたタイミングと、自身が指定した照射方向とを示す制御信号を生成し、光スイッチドライバ１４に出力する。
　実施の形態２における光スイッチドライバ１４では、実施の形態１における機能に加え、レーザ光が遮光されるタイミング及びその際にレーザ光が遮光されない照射方向を示す制御信号を受けた場合に、光スイッチ２１に、上記タイミングで、レーザ光の照射方向を上記照射方向に切替えさせる機能を有している。
　次に、実施の形態２における信号処理機１３の動作例について説明する。なお図１２Ａ，１２Ｂに示す実施の形態２における信号処理機１３の動作例では、図３Ａ，３Ｂに示す実施の形態１における信号処理機１３の動作例に対して、ステップＳＴ１２０１を追加し、ステップＳＴ３０５をステップＳＴ１２０２に変更したものである。その他の動作は同様であり、その説明を省略する。
　実施の形態２における信号処理機１３の動作例では、ステップＳＴ１２０１において、遮光タイミング演算部１３０８は、信号積算判別部１３０２により生成された積算判別信号から、光送受信部１１により照射されたレーザ光が遮光されるタイミングを算出する。すなわち、遮光タイミング演算部１３０８では、信号積算判別部１３０２により生成された積算判別信号を逐一メモリ２６に保存する。そして、この保存した積算判別信号の時系列データから、光送受信部１１により照射されたレーザ光が遮光されるタイミングを算出する。この際、遮光タイミング演算部１３０８は、レーザ光が遮光されるタイミングとして、例えば、レーザ光が遮光される周期又は時間等を算出する。
　次いで、照射方向指定部１３０４は、遮光タイミング演算部１３０８により算出されたタイミングにおいてレーザ光が遮光されない照射方向を指定し、そのタイミングと照射方向を示す制御信号を光スイッチドライバ１４に出力する（ステップＳＴ１２０２）。すなわち、照射方向指定部１３０４では、レーザ光が遮光されるタイミングから、ハードターゲットによりレーザ光が遮光されないタイミングを予測する。そして、光スイッチ２１及び光アンテナ２２の設置角度で決まるレーザ光の照射方向に対して、ハードターゲットによりレーザ光が遮光されない照射方向を算出する。そして、光スイッチドライバ１４は、照射方向指定部１３０４からの制御信号に応じて、光スイッチ２１に、当該制御信号が示すタイミングで、レーザ光の照射方向を当該制御信号で指定された照射方向に切替えさせる。これにより、レーザ光がハードターゲットにより遮光されることを回避することができる。
　なお上記では、図３Ａ，３Ｂに示す信号処理機１３の動作例に対して、ステップＳＴ１２０１を追加し、ステップＳＴ３０５をステップＳＴ１２０２に変更した場合を示した。しかしながら、これに限るものではなく、例えば図７Ａ，７Ｂ，８Ａ、８Ｂに示す信号処理機１３の動作例に対して、ステップＳＴ１２０１を追加し、ステップＳＴ３０５をステップＳＴ１２０２に変更してもよい。
　また上記では、遮光タイミング演算部１３０８は、信号積算判別部１３０２からの積算判別信号を用いてレーザ光が遮光されるタイミングを算出する場合を示した。しかしながら、これに限るものではなく、遮光タイミング演算部１３０８は、外部信号を用いて、レーザ光が遮光されるタイミングを算出してもよい。例えば、コヒーレントライダー装置１が風力発電機２のナセル２０１に搭載される場合、ブレード２０２の位置を示すエンコーダデータ、別途備え付けたレーザセンサ又はカメラ等のブレード２０２の位置検知用のセンサ等によるデータ等の外部信号を用いて、レーザ光が遮光されるタイミングを算出してもよい。
　次に、レーザ光が遮光される例として、コヒーレントライダー装置１が風力発電機２のナセル２０１に搭載され、ブレード２０２によりレーザ光が遮光される場合を説明する。
　図１３はコヒーレントライダー装置１がナセル２０１に搭載された場合での、レーザ光の照射パターンの一例を示す図である。また、図１４はブレード２０２の回転時における各時刻でのレーザ光の遮光の一例を示す図である。なお、図中の丸はレーザ光の照射方向を示しており、丸の中の数字は照射順を示している。
　このコヒーレントライダー装置１は、実施の形態１の場合と同様に、ブレード２０２の後方に設置され、ブレード２０２への流入風を計測する。この場合、図１３，１４に示すように、風力発電機２の風力発電時、つまりブレード２０２の回転時に、コヒーレントライダー装置１から照射されたレーザ光はブレード２０２により遮光されてしまう照射方向がある。
　図１３に示す構成における積算判別信号の時間変化例を図１５に示す。図１５において、受信スペクトルが積算否の場合には積算判別信号は０であり、受信スペクトルが積算要の場合には積算判別信号は１であるとする。
　ここで、従来のコヒーレントライダー装置において、時刻ｔ０、ｔ１ではレーザ光の照射方向が７番であり、時刻ｔ２、ｔ３ではレーザ光の照射方向が８番であるとする。この場合、図１４，１５に示すように、時刻ｔ１では７番の照射方向が遮光され、時刻ｔ２、ｔ３では８番の照射方向が遮光されてしまう。
　それに対して、実施の形態２に係るコヒーレントライダー装置１では、遮光タイミング演算部１３０８により算出されたレーザ光が遮光されるタイミングに基づいて、例えば、時刻ｔ０、ｔ１ではレーザ光の照射方向を８番に変更し、時刻ｔ２、ｔ３ではレーザ光の照射方向を７番に変更する。これにより、遮光による計測時間のロスをなくすことができ、複数の視線方向での風速を効率的に計測することが可能となる。
　以上のように、この実施の形態２によれば、レーザ光が遮光されるタイミングを算出して、このタイミングにおいてレーザ光が遮光されない照射方向へ切替えるように構成したので、実施の形態１における効果に加え、複数の視線方向での風速を効率的に計測することが可能となる。
　なお実施の形態１，２では、信号処理機１３に雑音レベル補正部１３０５を設けた場合を示したが、これに限るものではなく、雑音レベル補正部１３０５を設けなくてもよい。
　また、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。
　この発明に係るコヒーレントライダー装置は、レーザ光が遮光される期間が存在する場合でも、受信ＳＮ比の劣化を防ぐことができ、大気中の風速を計測するコヒーレントライダー装置等に用いるのに適している。
　１　コヒーレントライダー装置、２　風力発電機、１１　光送受信部、１２　Ａ／Ｄ変換器、１３　信号処理機、１４　光スイッチドライバ、１５　表示器、１６　基準光源（光源）、１７　光分配器、１８　パルス変調器、１９　光増幅器、２０　光サーキュレータ、２１　光スイッチ、２２　光アンテナ、２３　光カプラ、２４　光受信機、２５　ＣＰＵ、２６　メモリ、２０１　ナセル、２０２　ブレード、１３０１　高速フーリエ解析部、１３０２　信号積算判別部、１３０３　スペクトル積算部、１３０４　照射方向指定部、１３０５　雑音レベル補正部、１３０６　周波数シフト算出部、１３０７　風速演算部、１３０８　遮光タイミング演算部。

Claims (7)

  1. 　単一周波数のレーザ光を大気中に照射して、当該レーザ光に対する大気中からの散乱光を受信してヘテロダイン検波を行うことで受信信号を得る光送受信部と、
    　前記光送受信部により得られた受信信号をディジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器と、
    　前記Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換された受信信号を時間ゲート毎に高速フーリエ変換して当該時間ゲート毎の受信スペクトルを得る高速フーリエ解析部と、
    　前記高速フーリエ解析部により得られた受信スペクトルの積算要否を前記時間ゲート毎に判別する信号積算判別部と、
    　前記信号積算判別部による判別結果に従い、前記高速フーリエ解析部により得られた受信スペクトルの積算を行うスペクトル積算部と、
    　前記スペクトル積算部により積算された受信スペクトルから、前記光送受信部により照射されたレーザ光に対する周波数シフト量を算出する周波数シフト算出部と、
    　前記周波数シフト算出部により算出された周波数シフト量から、前記光送受信部によりレーザ光が照射された方向の風速を算出する風速演算部と
    　を備えたコヒーレントライダー装置。
  2. 　前記信号積算判別部は、前記Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換された受信信号の前記時間ゲート毎の振幅に基づいて、前記高速フーリエ解析部により得られた受信スペクトルの積算要否を当該時間ゲート毎に判別する
    　ことを特徴とする請求項１記載のコヒーレントライダー装置。
  3. 　前記信号積算判別部は、前記高速フーリエ解析部により得られた受信スペクトルの前記時間ゲート毎の振幅に基づいて、当該受信スペクトルの積算要否を当該時間ゲート毎に判別する
    　ことを特徴とする請求項１記載のコヒーレントライダー装置。
  4. 　前記信号積算判別部は、前記Ａ／Ｄ変換器によりディジタル信号に変換された受信信号を前記時間ゲート毎に高速フーリエ変換して当該時間ゲート毎の受信スペクトルを得て、当該受信スペクトルの当該時間ゲート毎の振幅に基づいて、前記高速フーリエ解析部により得られた受信スペクトルの積算要否を当該時間ゲート毎に判別する
    　ことを特徴とする請求項１記載のコヒーレントライダー装置。
  5. 　前記信号積算判別部は、前記光送受信部により照射されるレーザ光が遮光されるタイミングを示した外部信号に基づいて、前記高速フーリエ解析部により得られた受信スペクトルの積算要否を前記時間ゲート毎に判別する
    　ことを特徴とする請求項１記載のコヒーレントライダー装置。
  6. 　前記光送受信部は、レーザ光の照射方向を切替える光スイッチを有し、
    　前記光送受信部により照射されるレーザ光が遮光されるタイミングを算出する遮光タイミング演算部と、
    　前記遮光タイミング演算部により算出されたタイミングにおいてレーザ光が遮光されない照射方向を指定する照射方向指定部と、
    　前記光スイッチに、前記遮光タイミング演算部により算出されたタイミングで、レーザ光の照射方向を前記照射方向指定部により指定された照射方向に切替えさせる光スイッチドライバとを備えた
    　ことを特徴とする請求項１記載のコヒーレントライダー装置。
  7. 　前記光送受信部は、
    　単一周波数の連続波であるレーザ光を発光する光源と、
    　前記光源により発光されたレーザ光を分割する光分配器と、
    　前記光分配器により分割された一方のレーザ光に対してパルス強度変調及び周波数シフトを行うパルス変調器と、
    　前記パルス変調器によりパルス強度変調及び周波数シフトが行われたレーザ光を増幅する光増幅器と、
    　前記光増幅器により増幅されたレーザ光を大気中に照射し、当該レーザ光に対する大気中からの散乱光を受信する光アンテナと、
    　前記光分配器により分割された他方のレーザ光と、前記光アンテナにより受信された散乱光との合波及び分割を行う光カプラと、
    　前記光カプラにより合波及び分割が行われた光に対してヘテロダイン検波を行うことで前記受信信号を得る光受信機とを備えた
    　ことを特徴とする請求項１記載のコヒーレントライダー装置。
PCT/JP2016/052297 2016-01-27 2016-01-27 コヒーレントライダー装置 WO2017130315A1 (ja)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2017563448A JP6301040B2 (ja) 2016-01-27 2016-01-27 コヒーレントライダー装置
CN201680079067.6A CN109073755A (zh) 2016-01-27 2016-01-27 相干激光雷达装置
PCT/JP2016/052297 WO2017130315A1 (ja) 2016-01-27 2016-01-27 コヒーレントライダー装置
US16/070,390 US20190018144A1 (en) 2016-01-27 2016-01-27 Coherent lidar
EP16887902.1A EP3410155A4 (en) 2016-01-27 2016-01-27 COHERENT LIDAR DEVICE

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2016/052297 WO2017130315A1 (ja) 2016-01-27 2016-01-27 コヒーレントライダー装置

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017130315A1 true WO2017130315A1 (ja) 2017-08-03

Family

ID=59399112

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2016/052297 WO2017130315A1 (ja) 2016-01-27 2016-01-27 コヒーレントライダー装置

Country Status (5)

Country Link
US (1) US20190018144A1 (ja)
EP (1) EP3410155A4 (ja)
JP (1) JP6301040B2 (ja)
CN (1) CN109073755A (ja)
WO (1) WO2017130315A1 (ja)

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108387909A (zh) * 2018-01-23 2018-08-10 国耀量子雷达科技有限公司 基于激光雷达网的区域环境监测系统
JPWO2017175297A1 (ja) * 2016-04-05 2018-09-20 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置
WO2020026920A1 (ja) * 2018-08-01 2020-02-06 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置
WO2020209279A1 (ja) 2019-04-08 2020-10-15 三菱電機株式会社 風計測ライダ装置
WO2020208896A1 (ja) 2019-04-08 2020-10-15 三菱電機株式会社 風計測ライダ装置
WO2020246269A1 (ja) * 2019-06-06 2020-12-10 三菱電機株式会社 コヒーレントライダ装置
WO2021024759A1 (ja) * 2019-08-08 2021-02-11 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 遠隔気流観測装置、遠隔気流観測方法及びプログラム
WO2022162810A1 (ja) 2021-01-28 2022-08-04 三菱電機株式会社 ライダ装置及び送受分離装置

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110018325A (zh) * 2019-04-10 2019-07-16 驭乘(天津)科技有限公司 近场风速测量的测风仪器
CN110058258B (zh) * 2019-05-15 2021-12-21 山东国耀量子雷达科技有限公司 一种基于混合型激光雷达的大气边界层探测方法
KR20210073367A (ko) 2019-12-10 2021-06-18 삼성전자주식회사 단속적인 연속파 광을 이용한 라이다 장치
WO2021051696A1 (zh) * 2019-12-24 2021-03-25 深圳市速腾聚创科技有限公司 一种fmcw激光雷达系统
CN115508580B (zh) * 2022-11-16 2023-03-24 中国海洋大学 基于激光遥感技术的机场跑道虚拟风杆构建方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004285858A (ja) * 2003-03-19 2004-10-14 Mitsubishi Electric Corp 風力発電システムおよび風力発電機の制御方法
JP2005009956A (ja) * 2003-06-18 2005-01-13 Mitsubishi Electric Corp レーザ装置
JP2014035276A (ja) * 2012-08-09 2014-02-24 Mitsubishi Electric Corp ウィンドプロファイラにおける信号処理装置および信号処理方法
JP2014081331A (ja) * 2012-10-18 2014-05-08 Mitsubishi Electric Corp 風計測装置
WO2015052839A1 (ja) * 2013-10-11 2015-04-16 三菱電機株式会社 風計測ライダ装置

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005500553A (ja) * 2001-08-23 2005-01-06 テレ−アイピー リミテッド 低大気圧における空気の特徴の計測
US7561067B2 (en) * 2006-03-30 2009-07-14 Japan Aerospace Exploration Agency Airspeed / wind speed measurement device for aircraft, and display device for same
US7827861B2 (en) * 2007-06-01 2010-11-09 Second Wind, Inc. Position correction in sodar and meteorological lidar systems
US7872603B2 (en) * 2008-09-04 2011-01-18 The Boeing Company Method and apparatus for making airborne radar horizon measurements to measure atmospheric refractivity profiles
US8508721B2 (en) * 2009-08-18 2013-08-13 The Boeing Company Multifunction aircraft LIDAR
FR2951275B1 (fr) * 2009-10-09 2012-11-02 Epsiline Dispositif de mesure de la vitesse du vent
US8961181B2 (en) * 2011-12-23 2015-02-24 Optical Air Data Systems, Llc LDV system for improving the aim of a shooter
US9618530B2 (en) * 2012-09-24 2017-04-11 Mitsubishi Electric Corporation Laser radar device
FR3000561B1 (fr) * 2012-12-28 2016-04-29 Thales Sa Procede de determination de la vitesse par rapport a l'air environnant d'un aeronef a voilure tournante
US9007570B1 (en) * 2013-01-11 2015-04-14 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Airborne wind profiling algorithm for Doppler Wind LIDAR
US9606234B2 (en) * 2013-10-18 2017-03-28 Tramontane Technologies, Inc. Amplified optical circuit
FR3022349B1 (fr) * 2014-06-13 2016-09-23 Thales Sa Lidar doppler a mesure relative de vitesse

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004285858A (ja) * 2003-03-19 2004-10-14 Mitsubishi Electric Corp 風力発電システムおよび風力発電機の制御方法
JP2005009956A (ja) * 2003-06-18 2005-01-13 Mitsubishi Electric Corp レーザ装置
JP2014035276A (ja) * 2012-08-09 2014-02-24 Mitsubishi Electric Corp ウィンドプロファイラにおける信号処理装置および信号処理方法
JP2014081331A (ja) * 2012-10-18 2014-05-08 Mitsubishi Electric Corp 風計測装置
WO2015052839A1 (ja) * 2013-10-11 2015-04-16 三菱電機株式会社 風計測ライダ装置

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3410155A4 *

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2017175297A1 (ja) * 2016-04-05 2018-09-20 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置
CN108387909A (zh) * 2018-01-23 2018-08-10 国耀量子雷达科技有限公司 基于激光雷达网的区域环境监测系统
JPWO2020026920A1 (ja) * 2018-08-01 2020-10-22 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置
WO2020026920A1 (ja) * 2018-08-01 2020-02-06 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置
JPWO2020208896A1 (ja) * 2019-04-08 2021-04-30 三菱電機株式会社 風計測ライダ装置
WO2020208896A1 (ja) 2019-04-08 2020-10-15 三菱電機株式会社 風計測ライダ装置
WO2020209279A1 (ja) 2019-04-08 2020-10-15 三菱電機株式会社 風計測ライダ装置
JPWO2020209279A1 (ja) * 2019-04-08 2021-04-30 三菱電機株式会社 風計測ライダ装置
JP7164624B2 (ja) 2019-04-08 2022-11-01 三菱電機株式会社 風計測ライダ装置
JP7164613B2 (ja) 2019-04-08 2022-11-01 三菱電機株式会社 風計測ライダ装置
WO2020246269A1 (ja) * 2019-06-06 2020-12-10 三菱電機株式会社 コヒーレントライダ装置
WO2021024759A1 (ja) * 2019-08-08 2021-02-11 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 遠隔気流観測装置、遠隔気流観測方法及びプログラム
JP2021025976A (ja) * 2019-08-08 2021-02-22 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 遠隔気流観測装置、遠隔気流観測方法及びプログラム
JP7336134B2 (ja) 2019-08-08 2023-08-31 国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構 遠隔気流観測装置、遠隔気流観測方法及びプログラム
WO2022162810A1 (ja) 2021-01-28 2022-08-04 三菱電機株式会社 ライダ装置及び送受分離装置

Also Published As

Publication number Publication date
US20190018144A1 (en) 2019-01-17
CN109073755A (zh) 2018-12-21
EP3410155A1 (en) 2018-12-05
JPWO2017130315A1 (ja) 2018-05-24
EP3410155A4 (en) 2019-01-09
JP6301040B2 (ja) 2018-03-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6301040B2 (ja) コヒーレントライダー装置
JP4104991B2 (ja) 光波距離計
US9702975B2 (en) Lidar measuring system and lidar measuring method
US10175346B2 (en) Laser radar apparatus and wind velocity observation method
EP2728377A2 (en) Modulated laser range finder and method
JP6366880B2 (ja) レーザレーダ装置
JP6429723B2 (ja) レーザレーダ装置及び観測方法
US20180259385A1 (en) Dynamic Sensitivity Distributed Acoustic Sensing
JP2023539144A (ja) Ｌｉｄａｒシステムにおけるノイズ校正およびターゲット検出
US11543524B2 (en) Laser radar device
JP6753755B2 (ja) 測距装置、車両及び測距方法
US11506521B2 (en) Optical fiber characteristics measurement apparatus and optical fiber characteristics measurement method
JP6858523B2 (ja) 測距装置、測距方法及び車両
US20240103150A1 (en) Laser radar device
KR101604867B1 (ko) 분광기술을 적용한 검지장치
JP6832118B2 (ja) 測距装置、車両、及び測距方法
JP6747115B2 (ja) レーザレーダ装置
JP6415762B2 (ja) Ｆｍｃｗレーダ装置
US11815399B2 (en) Spectrum measurement method and spectrum measurement device
KR101670474B1 (ko) 광학 장치 및 이의 동작 방법
KR102447598B1 (ko) 광거리 측정 장치, 및 가공 장치
US11585930B2 (en) Silicon photonics integrated optical velocimeter
KR20180066731A (ko) 선형주파수변조 파형발생장치를 이용한 레이더 장치
WO2023079673A1 (ja) 測距装置及び測距方法
US20160146642A1 (en) Optical fiber sensing optical system and optical fiber sensing system

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16887902

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017563448

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2016887902

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2016887902

Country of ref document: EP

Effective date: 20180827