WO2017134821A1 - レーザレーダ装置および風車制御システム - Google Patents

レーザレーダ装置および風車制御システム Download PDF

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optical
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laser radar
blade
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英介 原口
俊行 安藤
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三菱電機株式会社
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    • F03D7/02—Controlling wind motors  the wind motors having rotation axis substantially parallel to the air flow entering the rotor
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    • Y02E10/70—Wind energy
    • Y02E10/72—Wind turbines with rotation axis in wind direction

Definitions

  • the present invention relates to a technique for measuring wind speed and direction in a weather space using laser light.
  • a predetermined frequency shift is given to the laser light oscillated from the light source, and the pulse modulated pulse light is irradiated into the atmosphere via the optical antenna, and the pulse light irradiated in the atmosphere is floating in the atmosphere.
  • Receives scattered light reflected back to a minute liquid or solid particles hereinafter referred to as aerosol
  • analyzes the digital signal of the received signal analyzes the velocity of the aerosol, that is, the laser irradiation direction, from the spectrum.
  • Laser radar devices that calculate wind speed are known.
  • the laser radar device described above may be applied to a wind turbine for wind power generation.
  • a wind turbine for wind power generation is required to have a configuration that can be easily started even under wind speed conditions in order to increase the operating rate of wind power generation.
  • the wind-up assist current supply system is turned on when the windmill is in a non-rotating state, and the wind-up assist current supply system is turned off when the windmill is rotated at a certain number of revolutions or more by wind power.
  • An activation assist control device is disclosed.
  • the wind speed is taken as a control element in addition to the rotational speed of the windmill, and when the windmill is in a non-rotating state and the wind speed is equal to or higher than the self-starting wind speed of the windmill, the activation assist current supply system is turned on.
  • the technology is disclosed.
  • the measurement resolution of the pulse Doppler lidar that measures the wind speed at the wind turbine position is limited by the pulse width of the transmitted light, and the shortest measurable distance is It is limited by the leakage light of the transmission pulse light generated in the pulse type Doppler lidar. Therefore, it is difficult to detect the rotational speed of the wind turbine and the wind speed at the wind turbine position by measurement within one pulse of the laser radar device, and there is a problem that measurement resolution is limited.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, enables frequency analysis of two frequency components in one pulse, and improves measurement resolution in one pulse of transmission light of a laser radar device. The purpose is to let you.
  • the laser radar device is a light that performs phase modulation of laser light transmission light based on a reference light source that oscillates laser light and a linear phase modulation signal having a first frequency component and a second frequency component. Transmitted light that has undergone phase modulation by the optical phase modulator based on the phase modulator and a pulsed light generation signal for generating pulsed light having different pulse widths for the first frequency component and the second frequency component, respectively.
  • a light intensity modulator that modulates the light intensity of the light, and transmission light whose light intensity is modulated by the light intensity modulator is irradiated to the space, and the irradiated transmission light is reflected at the first point and the second point.
  • An optical antenna for receiving the reflected light, an optical receiver for heterodyne detection of the combined light of the received light received by the optical antenna and the local light of the laser beam, and reception obtained by heterodyne detection of the optical receiver No. was separated on the basis of the first frequency component and second frequency component are those comprising a signal processing unit for performing frequency analysis of the first point and the second reception signal at a point of.
  • the present invention it is possible to improve the measurement resolution within one pulse of the transmission light of the laser radar device.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a laser radar device according to a first embodiment.
  • 2 is a block diagram showing a hardware configuration of the laser radar apparatus according to Embodiment 1.
  • FIG. 3 is a flowchart showing the operation of the laser radar device according to the first embodiment.
  • 5A to 5D are explanatory diagrams illustrating phase modulation and intensity modulation of the modulation unit of the laser radar device according to Embodiment 1.
  • 3 is a flowchart showing an operation of the laser radar device according to Embodiment 1 with respect to received light.
  • FIG. 1 is a diagram showing a spectrum image of a laser radar device according to Embodiment 1.
  • FIG. 9A to 9D are diagrams illustrating images of time-series data of each modulation signal and reception signal of the laser radar device according to Embodiment 1.
  • FIG. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a laser radar device according to a second embodiment.
  • 11A to 11D are explanatory diagrams illustrating phase modulation and intensity modulation of the modulation unit of the laser radar device according to Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an operation of a laser radar device according to Embodiment 2 with respect to received light.
  • FIG. 13A to 13D are diagrams showing images of time-series data of each modulation signal and reception signal of the laser radar device according to Embodiment 2.
  • FIG. FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of a laser radar device according to a third embodiment. It is a block diagram which shows the structure of the windmill control system which concerns on Embodiment 4. 10 is a flowchart showing the operation of the windmill control system according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an application example of the laser radar device 100 according to the first embodiment to a wind turbine 900.
  • the windmill 900 has a control device 901 and a drive device 902 at the top, and a blade 903 is rotatably fixed to the tips of the control device 901 and the drive device 902.
  • the blade 903 rotates to generate power.
  • the control device 901 performs control to apply a start assist current, and the drive device 902 Based on the control of the control device 901, a current is applied to assist the activation of the blade 903.
  • the control device 901 performs control to turn off the activation assist current.
  • the laser radar device 100 detects the wind speed at the wind turbine position (first point) and the rotational speed of the blade 903 (second point).
  • the rotation speed of the blade 903 is detected at a point closer to the laser radar apparatus 100 than the wind speed measurement point.
  • the measurement point of the wind speed is referred to as a long-distance point
  • the measurement point of the rotation speed of the blade is referred to as a short-distance point.
  • the laser radar device 100 connected to the control device 901 outputs transmission light B in the direction of arrow A.
  • the output transmission light B is reflected by the blade 903 located at a short distance point and received by the laser radar device 100 as reflected light. Further, the output transmission light B is reflected by the aerosol moving on the wind in the atmosphere located at a long distance point and received by the laser radar device 100 as backscattered light.
  • the laser radar device 100 performs signal processing of the received reflected light to measure the rotational speed of the blade, and performs signal processing of the received backscattered light to measure the wind speed at the wind turbine position. A detailed configuration of the laser radar device 100 will be described below.
  • FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the laser radar device 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the laser radar apparatus 100 includes a reference light source 1, an optical branching coupler 2, an optical phase modulator 3, an optical intensity modulator 4, an optical amplifier 5, an optical circulator 6, an optical switch 7, an optical switch control signal generation unit 8, a first
  • the optical antenna 9, the second optical antenna 10, the optical coupler 11, the optical receiver 12, the modulation unit 20, and the signal processing unit 30 are configured.
  • the optical phase modulator 3 and the optical intensity modulator 4 also constitute the modulation unit 20.
  • the reference light source 1 is a device that oscillates continuous wave light (laser light) having a single frequency called reference light.
  • the optical branching coupler 2 divides the continuous wave light oscillated from the reference light source 1 into transmission light and local light.
  • the distributed transmission light is output to the optical phase modulator 3 on the transmission optical path side, and the local light is output to the optical coupler 11 on the local light path side.
  • the optical phase modulator 3 gives a predetermined frequency shift to the transmission light output from the optical branching coupler 2.
  • the optical phase modulator 3 uses, for example, an LN (Lithium Niobate) crystal as a constituent material, and performs high-speed phase modulation by utilizing the change in the refractive index of the propagation optical path due to the electro-optic effect.
  • LN Lithium Niobate
  • the light intensity modulator 4 modulates the transmission light after the frequency shift to generate pulsed light.
  • a semiconductor optical amplifier, a Mach-Zehnder type intensity modulator, or the like is applicable.
  • the optical amplifier 5 amplifies the generated pulsed light.
  • an EDFA Erbium-Doped Fiber Amplifier
  • the optical circulator 6 is a device that separates an optical path into a transmission optical path and a light reception optical path.
  • the optical circulator 6 outputs the pulsed light amplified by the optical amplifier 5 to the first optical antenna 9 and the second optical antenna 10 through the optical switch 7 as transmission light. Furthermore, the optical circulator 6 gives the reflected light and backscattered light (pulse light) received by the first optical antenna 9 and the second optical antenna 10 to the optical coupler 11 as received light.
  • the optical switch 7 separates the transmission optical path into an optical path that outputs to the first optical antenna 9 and an optical path that outputs to the second optical antenna 10.
  • the optical switch control signal generation unit 8 generates a control signal for driving the optical switch 7.
  • the first optical antenna 9 and the second optical antenna 10 irradiate the atmosphere with transmission light input from the optical path separated by the optical switch 7.
  • the first optical antenna 9 and the second optical antenna 10 are configured such that the transmitted light that has been transmitted is reflected by the aerosol present in the atmosphere and returned, and the reflected light that is reflected by the blade 903.
  • the optical coupler 11 multiplexes the local light branched by the optical branching coupler 2 and the received light separated by the optical circulator 6.
  • the optical receiver 12 converts the optical signal combined by the optical coupler 11 into an electrical signal, and performs heterodyne reception.
  • the modulation unit 20 includes a first signal generation unit 21, a second signal generation unit 22, a signal addition circuit 23, and a third signal generation unit 24.
  • the signal addition circuit 23 adds the first linear phase modulation signal generated by the first signal generation unit 21 and the second linear phase modulation signal generated by the second signal generation unit 22 and adds two frequency components.
  • a burst linear phase modulation signal is generated.
  • the modulation frequency f2 is set in the rising region of the pulse, and the modulation frequency f1 is set in the main region of the pulse.
  • the signal adding circuit 23 applies the generated burst linear phase modulation signal having two frequency components to the optical phase modulator 3.
  • the third signal generation unit 24 generates a pulse generation signal that instructs generation of pulsed light having pulse widths having different frequency components of the modulation frequency f1 and the modulation frequency f2, and applies the pulse generation signal to the light intensity modulator 4.
  • the signal processing unit 30 includes an RF separation coupler 31, a first bandpass filter 32, a wind measurement signal processing unit 33, a wind speed detection unit 34, a second bandpass filter 35, a blade measurement signal processing unit 36, and a blade rotation speed detection.
  • the unit 37 is provided.
  • the RF separation coupler 31 splits the received signal of the optical receiver 12 into two, inputs one received signal to the first bandpass filter 32, and inputs the other received signal to the second bandpass filter 35.
  • the first bandpass filter 32 is a bandpass filter that passes a reception signal in a frequency band centered on the modulation frequency f1.
  • the wind measurement signal processing unit 33 performs AD conversion on the reception signal centered on the modulation frequency f1 that has passed through the first bandpass filter 32, and calculates a Doppler frequency shift due to wind.
  • the wind speed detection unit 34 detects the wind speed from the Doppler frequency shift calculated by the wind measurement signal processing unit 33.
  • the second band-pass filter 35 is a band-pass filter that passes a reception signal in a frequency band centered on the modulation frequency f2.
  • the blade measurement signal processing unit 36 performs AD conversion on the reception signal centered on the modulation frequency f2 that has passed through the second bandpass filter 35, and calculates a Doppler shift component by the blade 903 of the windmill 900.
  • the blade rotation speed detection unit 37 detects the blade rotation speed from the Doppler shift component calculated by the blade measurement signal processing unit 36.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a hardware configuration of the laser radar device 100 according to the first embodiment.
  • the blade measurement signal processing unit 36 and the blade rotation speed detection unit 37 are realized by the processor 110 executing a program stored in the memory 120. Further, a plurality of processors 110 and a plurality of memories 120 may be configured to cooperate to execute the above-described functions.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the laser radar apparatus 100 according to the first embodiment.
  • the optical branching coupler 2 separates the continuous wave light into transmission light and local light (step ST2).
  • the optical phase modulator 3 adds two types of frequency shifts separated in time to the transmission light separated in step ST2 (step ST3).
  • the two types of time-separated frequency shifts to be added are burst linear phase modulation signals generated by the first signal generation unit 21, the second signal generation unit 22, and the signal addition circuit 23, Details will be described later.
  • the light intensity modulator 4 applies the pulse generation signal generated by the third signal generation unit 24 to the transmission light frequency-shifted in step ST3 and performs pulse modulation to generate pulse light (step ST4).
  • the optical amplifier 5 amplifies the pulsed light generated in step ST4 and inputs it to the optical switch 7 via the optical circulator 6 (step ST5).
  • the optical switch 7 separates the optical path based on the control signal generated by the optical switch control signal generation unit 8 (step ST6).
  • the first optical antenna 9 and the second optical antenna 10 irradiate the atmosphere from the first optical antenna 9 and the second optical antenna 10 with the pulsed light that has passed through the optical path separated in step ST6 (step ST7). ).
  • the first optical antenna 9 and the second optical antenna 10 receive the backscattered light reflected by the aerosol in the atmosphere and the reflected light reflected by the blade 903 as the received light.
  • the received light is input to the optical coupler 11 via the optical switch 7 and the optical circulator 6, and the optical coupler 11 multiplexes the input received light and the local light separated in step ST2 (step ST9).
  • the optical receiver 12 converts the optical signal combined in step ST9 into an electric signal (step ST10).
  • the signal processing unit 30 detects the wind speed and the rotational speed of the blade 903 at the wind turbine position based on the optical signal converted into the electrical signal in step ST10 (step ST11), and ends the process.
  • step ST7 for example, when the first optical antenna 9 emits pulsed light for wind measurement and the second optical antenna 10 emits pulsed light for blade rotation measurement, step ST8. Then, the first optical antenna 9 receives the backscattered light reflected by the aerosol in the atmosphere, the second optical antenna 10 receives the reflected light reflected by the blade 903, etc. It is assumed that irradiation light and reception light are set in advance for the second optical antenna 10.
  • phase modulation that is the frequency shift addition process shown in step ST3 of the flowchart of FIG. 4 and the intensity modulation that is the pulse generation signal application process shown in step ST4 will be described.
  • the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates amplitude.
  • the horizontal axis indicates time, and the vertical axis indicates intensity.
  • pulse light having a pulse width of 500 ns is output from the light intensity modulator 4 will be described as an example.
  • the first signal generation unit 21 generates a first linear phase modulation signal (period 1 / f1) corresponding to the modulation frequency f1 for wind measurement, and outputs the first linear phase modulation signal to the signal addition circuit 23 as a burst pulse.
  • a first linear phase modulation signal (period 1 / f1) corresponding to the modulation frequency f1 for wind measurement, and outputs the first linear phase modulation signal to the signal addition circuit 23 as a burst pulse.
  • An example of the first linear phase modulation signal is shown in FIG. 5A.
  • the output time of the first linear phase modulation signal is 10 ns to 500 ns.
  • the second signal generation unit 22 generates a second linear phase modulation signal (period 1 / f2) corresponding to the modulation frequency f2 for blade rotation measurement, and outputs the second linear phase modulation signal to the signal addition circuit 23.
  • a second linear phase modulation signal (period 1 / f2) corresponding to the modulation frequency f2 for blade rotation measurement, and outputs the second linear phase modulation signal to the signal addition circuit 23.
  • An example of the second linear phase modulation signal is shown in FIG. 5B.
  • the output time of the second linear phase modulation signal is 0 ns to 10 ns.
  • the pulse width of the second linear phase modulation signal is set according to the distance from the laser radar apparatus 100 to the blade 903.
  • the signal adding circuit 23 adds the first linear phase modulation signal shown in FIG. 5A and the second linear phase modulation signal shown in FIG. 5B, thereby having the two frequency components shown in FIG. 5C.
  • a burst linear phase modulation signal having a pulse width of 500 ns is generated.
  • the third signal generation unit 24 generates a pulse generation signal for performing intensity modulation on the transmission light output from the optical phase modulator 3 and applies the pulse generation signal to the light intensity modulator 4.
  • An example of the pulse generation signal is shown in FIG. 5D.
  • the pulse generation signal shown in FIG. 5D is an intensity modulation signal in which the pulsed light output from the light intensity modulator 4 has a usable light intensity in the output time range of 0 ns to 500 ns.
  • pulse light was not generated in the range C where the output time was 0 ns to 10 ns.
  • pulse light in the range C is used for blade rotation measurement. Therefore, an intensity modulation signal is generated even when the output time is in the range of 0 ns to 10 ns.
  • a range D in FIG. 5D is an intensity modulation signal for generating pulsed light used for wind measurement.
  • FIG. 6 shows using the blade 903 shown in FIG.
  • the Doppler speed Vdop generated by the rotation of the blade 903 is expressed by the following equation (1). Is done.
  • the Doppler speed Vdop is calculated to be about 0.33 to 2.11 [m / s].
  • the Therefore, the detected Doppler shift component fdop is estimated to be less than 3 [MHz].
  • the blade 903 is provided with a pitch angle ⁇ in order to obtain lift by wind power.
  • the inclination of the blade 903 is the inclination relative to the wind arrival direction and the direction perpendicular to the wind turbine 900 body, that is, the pitch angle ⁇ .
  • an arrow C in FIG. 6 indicates transmission light
  • an arrow D indicates a Doppler shift component fdop.
  • the received light received by the first optical antenna 9 and the second optical antenna 10 includes first received light used for wind measurement and second received light used for blade rotation measurement.
  • first optical antenna 9 receives first received light used for wind measurement
  • second optical antenna 10 receives second received light used for blade rotation measurement.
  • the frequency of the first received light used for wind measurement is added with the Doppler shift component fw due to the wind speed. Therefore, the frequency of the first received light received by the first optical antenna 9 is represented by f0 + f1 + fw.
  • the frequency of the second received light used for blade rotation measurement is added with the Doppler shift component fdop by the blade 903 described above. Therefore, the frequency of the second received light received by the second optical antenna 10 is represented by f0 + f2 + fdop.
  • f0 is the frequency of the reference light that the reference light source 1 oscillates.
  • FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the laser radar device 100 according to Embodiment 1 with respect to the received light.
  • the first optical antenna 9 receives the first received light
  • the second optical antenna 10 receives the second received light (step ST21)
  • the first received light and the second received light are optical It is separated from the transmission circuit by the circulator 6 and input to the optical coupler 11 (step ST22).
  • the optical coupler 11 combines the input first received light and second received light with local light (step ST23). Note that the processing of step ST22 and step ST23 corresponds to the processing of step ST9 in the flowchart of FIG.
  • the optical receiver 12 performs heterodyne reception of the first received light and the second received light combined in step ST23 (step ST24).
  • a process of generating an electrical signal corresponding to the light intensity of the difference frequency component between the first received light and the local light is performed.
  • the difference frequency component between the first received light and the local light received by the optical receiver 12 is f1 + fw.
  • a process for generating an electrical signal corresponding to the light intensity of the difference frequency component between the second received light and the local light is performed.
  • the difference frequency component between the second received light and the local light received by the optical receiver 12 is f2 + fdop. Note that the process of step ST24 corresponds to the process of step ST10 in the flowchart of FIG.
  • the RF separation coupler 31 branches the electrical signal heterodyne received by the optical receiver 12 into two, and outputs the branched signal to the first bandpass filter 32 and the second bandpass filter 35 (step ST25).
  • the first bandpass filter 32 passes an electrical signal having the modulation frequency f1 as a central band (step ST26).
  • the wind measurement signal processing unit 33 performs a Fourier transform on the electrical signal having the modulation frequency f1 as the central band, and calculates a Doppler shift component fw that is information indicating the wind direction and wind speed at the windmill position (step ST27).
  • the wind speed detector 34 detects the wind speed at the wind turbine position from the Doppler shift component fw calculated by the wind measurement signal processor 33 in step ST27 (step ST28).
  • the second band-pass filter 35 passes an electrical signal having the modulation frequency f2 as the center band (step ST29).
  • the blade measurement signal processing unit 36 performs Fourier transform on the electrical signal having the modulation frequency f2 as the center band, and calculates a Doppler shift component fdop of the blade 903, which is information indicating the rotation of the blade 903 (step ST30).
  • the blade rotation speed detector 37 detects the rotation speed of the blade 903 from the Doppler shift component fdop calculated in step ST30 (step ST31).
  • step ST25 to step ST31 corresponds to the processing of step ST11 in the flowchart of FIG.
  • the reception of the first received light and the second received light shown in step ST21 described above is received continuously by the first optical antenna 9 and the second optical antenna 10 during the pulse OFF period of the transmitted light. It shall be done by collecting light.
  • FIG. 8 shows a spectrum image of the heterodyne reception signal generated by the transmission light, the reception light, and the local light emitted from the laser radar apparatus 100.
  • a frequency region X indicates a frequency region including first transmission light and first reception light used for wind measurement.
  • the frequency region X is a region where the frequency range is f1 ⁇ 50 MHz.
  • a frequency region Y indicates a frequency region including second transmission light and second reception light used for blade rotation measurement.
  • the frequency region Y is a region where the frequency range is f2 ⁇ 3 MHz.
  • the frequency range of the Doppler shift component fdop (for example, ⁇ 3 MHz) estimated from the Doppler velocity Vdop generated by the rotation of the blade 903 calculated based on the above-described equation (1) is applied.
  • the spectrum X 1 in the frequency domain X is a spectrum having the modulation frequency f 1 of the linear phase modulation signal generated by the first signal generation unit 21.
  • the spectrum X 1 is a local light and the transmission light.
  • the optical receiver 12 is a spectrum of the heterodyne receiver signal having a modulation frequency f1 ⁇ fw that heterodyne receiver.
  • Spectrum X 2 is the local light and the received light, the frequency is shifted to a lower frequency side by the Doppler shift component fw wind.
  • the spectrum Y 1 in the frequency domain Y is a spectrum having the modulation frequency f 2 of the linear phase modulation signal generated by the second signal generation unit 22.
  • the spectrum Y 1 is transmitted light to the blade 903 and local light.
  • a spectrum Y 2 is a spectrum of a heterodyne reception signal having a modulation frequency f 2 ⁇ fdop that is heterodyne received by the optical receiver 12.
  • Spectrum Y 2 is the local light and the received light by the blade 903, the frequency shifts to the lower frequency side by the Doppler shift component fdop by the blade 903.
  • FIG. 9A to 9D are diagrams showing images of time-series data of each modulation signal and reception signal of the laser radar device 100 according to Embodiment 1.
  • FIG. 9A is the same as the time-series data of the modulation signal shown in FIG. 5C
  • FIG. 9B is the same as the time-series data of the light intensity shown in FIG. 5D
  • FIG. 9C shows the intensity of the received signal of the laser radar device 100
  • FIG. 9D shows the received signal of the laser radar device 100 by frequency.
  • the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents amplitude
  • 9B and 9C the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates intensity
  • FIG. 9D the horizontal axis represents time
  • the vertical axis represents frequency.
  • FIGS. 9A and 9B when the output time is from 0 ns to 10 ns, pulse light for blade rotation measurement is irradiated, and when the output time is from 10 ns to 500 ns, pulse light for wind measurement is irradiated.
  • the pulse width 20 ns in FIG. 9 corresponds to a distance of 2 m, and indicates the time from when the pulse light emitted from the laser radar device 100 is emitted until the reflected light reflected by the blade 903 is received by the laser radar device 100. ing. Note that FIG. 9A and FIG. 9B are the same data as FIG. 5C and FIG.
  • the leakage light E shown in FIG. 9C indicates the leakage light in the laser radar device 100 that is the light irradiated to the region not to be irradiated
  • the received signal F indicates the reflected light reflected by the blade 903, and is received.
  • a signal G indicates scattered light by aerosol in the atmosphere.
  • FIG. 9D shows the leaked light and the received signal separated into the modulation frequency f1 and the modulation frequency f2.
  • the leaked light Ea indicates the leaked light having the modulation frequency f1 in the leaked light E
  • the leaked light Eb indicates the leaked light having the modulation frequency f2 in the leaked light E.
  • the received signal F is reflected light reflected by the blade 903, it has a modulation frequency f2 + fdop and is shifted to the high frequency side with respect to the leakage light Ea. Since the received signal G is light scattered by aerosol, it has a modulation frequency f1 + fw.
  • the leaked light Ea that is the leaked light of the modulation frequency f2 is received only in the section from the output time 0 ns to 10 ns.
  • the laser radar apparatus 100 radiates the transmission light having the modulation frequency f2 in the section from 0 ns to 10 ns, which was not conventionally used for wind measurement. Therefore, transmission light in a section from 0 ns to 10 ns can be used for rotation measurement of the blade 903, and transmission light in a section whose output time is 10 ns or later can be used for wind measurement.
  • the first linear phase modulation signal corresponding to the modulation frequency f1 and the second linear phase modulation signal corresponding to the modulation frequency f2 are added, and two frequency components are added. Is generated and applied to the optical phase modulator 3, and the optical intensity modulator 4 that has generated the pulse generation signal instructing generation of the pulsed light having the two frequency components respectively having different pulse widths.
  • An optical phase modulator 3 that applies a frequency shift to the transmission light based on the applied burst linear phase modulation signal, and generates a pulse light by pulse-modulating the transmission light using the applied pulse generation signal After the transmission light is irradiated into the atmosphere, the modulation unit 20 configured by the light intensity modulator 4 to be transmitted is reflected by the blade 903 located at a short distance point from the laser radar device 100.
  • the reflected light and the backscattered light reflected by the aerosol located at a long distance point from the laser radar device 100 are received, the received signal is frequency-separated, the wind speed is measured from the received signal of the modulation frequency f1, and the modulation frequency f2 Since the signal processing unit 30 for measuring the rotation of the blade 903 from the received signal is provided, the modulation frequency can be varied within one pulse of the transmission light, and the short distance point and the long distance point with one transmission light pulse. Detection can be made compatible with That is, it is possible to measure the rotational speed of the windmill and the wind speed at the windmill position only with the laser radar device. Therefore, the measurement resolution within one pulse of the transmitted light can be improved, and the resolution of the laser radar device can be increased.
  • the laser radar device 100 can measure the rotational speed of the blade and the wind speed at the wind turbine position, by applying the laser radar device of the present invention to a wind turbine not equipped with a blade rotational measurement sensor, The wind turbine can be efficiently started up, and the efficiency of wind power generation can be increased.
  • the modulation unit 20 generates the first linear phase modulation signal corresponding to the modulation frequency f1 as a burst pulse in the main region of the pulsed light
  • a second signal generator 22 that generates a second linear phase modulation signal corresponding to the modulation frequency f2 as a burst pulse in a region where the energy of pulsed light is low in the conventional measurement, that is, the rising region of pulsed light. Therefore, the rising area of the pulsed light that was not used in the conventional measurement, that is, the area where the light intensity of the pulsed light is low, can be used for blade rotation measurement at a short distance point, One pulse of transmission light can be used efficiently.
  • the second linear phase modulation signal corresponding to the modulation frequency f2 is generated in the rising region within one pulse of the transmission light, and the first region corresponding to the modulation frequency f1 is generated in the main region. Since the linear phase modulation signal is generated, the reflected light from the blade of the windmill has a short measurement distance, so that return light is generated within one pulse of the transmitted light. However, the modulation frequency f1 component for wind measurement and the blade Since the modulation frequency f2 component for rotation measurement is different, frequency separation is possible, and both wind measurement and rotation measurement can be performed with one pulse of transmission light.
  • the blade rotation speed detection unit 37 that detects the rotation speed of the blade using the Doppler speed Vdop when the blade passes and the passage speed Vhub of the blade is provided. Therefore, the rotational speed of the blade can be calculated with high accuracy. Further, since the rotation speed of the blade is calculated using two types of information, that is, the Doppler signal when the blade passes and the passage interval of the blade, highly accurate calculation can be performed.
  • the semiconductor optical amplifier is applied as the light intensity modulator, the loss of transmitted light is suppressed in the light intensity modulator, and the output of the laser radar device is increased. Can be realized.
  • two lines of sight the case where the two optical antennas of the first optical antenna 9 and the second optical antenna 10 are provided (hereinafter referred to as “two lines of sight”) is described as an example.
  • the present invention can be applied to one line of sight without providing the optical switch 7, and can also be applied to multiple lines of sight by increasing the number of branch paths of the optical switch 7.
  • Embodiments 2 to 4 described below the same applies to Embodiments 2 to 4 described below.
  • Embodiment 2 in the burst linear phase modulation, a modulation signal for blade rotation measurement is applied to the rising region of the pulse, a modulation signal for wind measurement is applied to the main region of the pulse, and two types of modulation signals are obtained.
  • a modulation signal having a frequency different from that of the main pulse region is applied to a subsequent stage region of the pulse by applying the application to the wind measurement and blade rotation measurement within one pulse. A configuration for suppressing leakage light is shown.
  • FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a laser radar device 100a according to the second embodiment.
  • an RF switch 38 is additionally provided in the signal processing unit 30 of the laser radar device 100 shown in the first embodiment to constitute a signal processing unit 30a.
  • the same or corresponding parts as those of the laser radar device 100 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those used in the first embodiment, and the description thereof is omitted or simplified. .
  • the first signal generation unit 21 and the second signal generation unit 22 generate the first linear phase modulation signal and the second linear phase modulation signal as in the first embodiment.
  • the signal addition circuit 23 adds the first linear phase modulation signal and the second linear phase modulation signal to generate a burst linear phase modulation signal having two frequency components.
  • the modulation frequency f1 is set in the main region of the pulse
  • the modulation frequency f2 is set in the falling region of the pulse.
  • the difference from Embodiment 1 is that the modulation frequency f2 is set in the falling region of the pulse.
  • the RF switch 38 provided in the signal processing unit 30a suppresses a reception signal having a predetermined frequency out of pulse light of the reception signal input from the optical receiver 12, and converts the reception signal having a frequency other than the predetermined frequency into an RF separation coupler.
  • a switch to be supplied to 31 is provided. Specifically, when the frequency of the reception signal is the same as the modulation frequency f1 or the modulation frequency f2 of the transmission signal, it is determined that the light is leaked in the laser radar device 100a and is input from the optical receiver 12. The input of pulsed light of the received signal is suppressed.
  • phase modulation which is the frequency shift addition processing by the modulation unit 20, and the intensity modulation, which is the pulse generation signal application processing, will be described with reference to FIGS. 11A to 11D.
  • the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates amplitude
  • the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates intensity.
  • FIG. 11A An example of the first linear phase modulation signal corresponding to the modulation frequency f1 generated by the first signal generation unit 21 is shown in FIG. 11A.
  • the output time of the first linear phase modulation signal is 0 ns to 490 ns.
  • FIG. 11B An example of the second linear phase modulation signal corresponding to the modulation frequency f2 generated by the second signal generation unit 22 is shown in FIG. 11B.
  • the output time of the second linear phase modulation signal is 490 ns to 500 ns.
  • the pulse width of the second linear phase modulation signal is set according to the distance from the laser radar apparatus 100 to the blade 903.
  • the signal addition circuit 23 adds the first linear phase modulation signal shown in FIG. 11A and the second linear phase modulation signal shown in FIG. 11B to thereby have the two frequency components shown in FIG. 11C.
  • a burst linear phase modulation signal having a pulse width of 500 ns is generated.
  • the third signal generation unit 24 generates a pulse generation signal for performing intensity modulation on the transmission light output from the optical phase modulator 3, and applies the pulse generation signal to the light intensity modulator 4.
  • An example of the pulse generation signal is shown in FIG. 11D.
  • the pulse generation signal shown in FIG. 11D is an intensity modulation signal in which the pulsed light output from the light intensity modulator 4 has a light intensity that can be used in an output time range of 0 ns to 500 ns. In the example shown in FIG.
  • an intensity modulation signal for generating pulsed light for use in wind measurement is generated in the range H in which the output time is 0 ns to 490 ns.
  • an intensity modulation signal for generating pulsed light for use in blade rotation measurement is generated in a range I in which the output time is 490 ns to 500 ns (the range I corresponds to the falling region of the pulsed light).
  • the overall operation of the laser radar device 100a according to the second embodiment is the same as the process shown in the flowchart of FIG.
  • the processing operation for the received light of the laser radar device 100a according to the second embodiment will be described with reference to the flowchart of FIG.
  • the same steps as those of the laser radar device 100a according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those used in FIG. 7, and the description thereof is omitted or simplified.
  • the RF switch 38 refers to the frequency of the electric signal input from the optical receiver 12, and the received signal is a laser radar. It is determined whether or not the light leaks in the apparatus 100a (step ST41). When the received light is leaked light in the laser radar device 100a (step ST41; YES), the RF switch 38 suppresses the received light (step ST42) and returns to the process of step ST41. On the other hand, when the received light is not leaked light in the laser radar device 100a (step ST41; NO), the RF switch 38 outputs the received light to the RF separation coupler 31 side (step ST43).
  • the RF separation coupler 31 branches the electrical signal, which is the received light input in step ST43, into two, and outputs the branched signal to the first bandpass filter 32 and the second bandpass filter 35 (step ST25). Then, the same process as the process of step ST26 to step ST31 is performed, and a process is complete
  • FIGS. 13A to 13D are diagrams showing images of time-series data of each modulation signal and reception signal of the laser radar device 100a according to the second embodiment.
  • 13A is the same as the time-series data of the modulation signal shown in FIG. 11C
  • FIG. 13B is the same as the time-series data of the light intensity shown in FIG. 11D
  • FIG. 13C shows the intensity of the received signal of the laser radar device 100a
  • FIG. 13D shows the received signal of the laser radar device 100a by frequency.
  • the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates amplitude
  • the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates intensity
  • FIG. 13D the horizontal axis indicates time
  • the vertical axis indicates frequency.
  • the pulse light for wind measurement is irradiated in the range of the output time from 0 ns to 490 ns
  • the pulse light for blade rotation measurement is irradiated in the range of 490 ns to 500 ns.
  • 20 ns corresponds to a distance of 2 m, and indicates the time from when the pulsed light emitted from the laser radar device 100a is emitted until the reflected light reflected by the windmill blade 903 is received by the laser radar device 100a.
  • FIG. 13A and FIG. 13B are the same data as FIG. 11C and FIG.
  • the leakage light J shown in FIG. 13C indicates the leakage light in the laser radar device 100a, which is the light irradiated to the non-irradiation target region, and the reception signal K indicates the reflected light reflected by the windmill blade 903.
  • the received signal L indicates scattered light caused by aerosol in the atmosphere.
  • FIG. 13D shows the leaked light and the received signal separated into the modulation frequency f1 and the modulation frequency f2.
  • the leaked light Ja indicates the leaked light having the modulation frequency f1 in the leaked light J
  • the leaked light Jb indicates the received signal having the modulation frequency f2 in the leaked light J.
  • the received signal K Since the received signal K is reflected light reflected by the blade 903 of the windmill, it has a modulation frequency f2 + fdop and is shifted to the high frequency side with respect to the leaked light Ja. Since the received signal L is scattered light by aerosol, it has a modulation frequency f1 + fw.
  • the leaked light Jb that is the leaked light of the modulation frequency f2 is received in the section from 490 ns to 500 ns, and the reflected light reflected by the blade 903 and the scattered light from the aerosol are received in the subsequent area.
  • the RF switch 38 that suppresses the received light of the modulation frequency f1 and the modulation frequency f2
  • FIG. 13D since reception of the scattered light reception signal L starts from the moment when reception of the leakage light Ja is actually started, it is assumed that the reception signal K and the reception signal L overlap. Even in this case, since the frequency components of the reception signal K and the reception signal L are different, frequency separation is possible.
  • the first linear phase modulation signal corresponding to the modulation frequency f1 is generated in the main region within one pulse of the transmission light, and the modulation frequency f2 is corresponding to the falling region.
  • FIG. 14 is a block diagram illustrating a configuration of a laser radar device 100b according to the third embodiment.
  • a variable wavelength light source 13 and a wavelength separation filter 14 are provided in place of the reference light source 1, the optical switch 7, and the optical switch control signal generation unit 8 of the laser radar device 100 shown in the first embodiment. is doing.
  • the same or corresponding parts as those of the laser radar device 100 according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals as those used in the first embodiment, and the description thereof is omitted or simplified. .
  • the laser radar device 100b applies the wavelength variable light source 13 as a reference light source, and switches the line-of-sight direction based on the wavelength in the wavelength separation filter 14.
  • the wavelength tunable light source 13 such as ITLA (Integrable Tunable Laser Assemble) are applicable, it switches the wavelength of the output light in a wavelength alpha 2 from the wavelength alpha 1, the wavelength alpha 2 in a wavelength alpha 1.
  • ITLA Intelligent Tunable Laser Assemble
  • DWDM Dens Wavelength Division Multiplexing
  • the wavelength separation filter 14 can be applied to the wavelength separation filter 14, and only the wavelength ⁇ 1 is connected to the first optical antenna 9, and the other wavelengths (for example, the wavelength ⁇ 2 ) are set to the second wavelength.
  • the line-of-sight direction is switched by switching the wavelength of the wavelength tunable light source 13 applied as the reference light source.
  • the wavelength variable light source 13 that switches the wavelength of the output light and one wavelength of the switching wavelengths of the wavelength variable light source 13 is connected to the first optical antenna 9. Since the wavelength separation filter 14 for connecting the other wavelength to the second optical antenna 10 is provided, an optical switch for separating the transmitted light becomes unnecessary, and the laser radar device can be downsized. it can. Since a mechanical separation operation is not used for transmission light separation, the reliability of transmission light separation can be improved.
  • FIG. 15 is a functional block diagram showing the configuration of the wind turbine control system 200 according to the fourth embodiment.
  • the windmill control system 200 includes a laser radar device 100, a control device 901, and a drive device 902.
  • the windmill control system 200 is mounted on the top of the windmill 900 shown in FIG. 1, for example, and has a function of assisting rotation activation of the blade 903 of the windmill 900.
  • Laser radar apparatus 100 is a laser radar apparatus having the configuration and functions shown in the first embodiment, and detects the wind speed of wind arriving at windmill 900 and the rotation of blade 903 of windmill 900.
  • the detection result of the laser radar device 100 is output to the control device 901.
  • the control device 901 refers to the detection result input from the laser radar device 100 and determines whether or not to perform start-up assistance for rotating the blade 903 based on the rotation state of the blade 903 and the wind speed.
  • the control device 901 outputs a control signal for turning on / off the activation assist current of the blade 903 to the drive device 902 based on the determination result.
  • the driving device 902 drives the blade 903 based on a control signal input from the control device 901.
  • FIG. 16 is a flowchart showing the operation of the windmill control system 200 according to the fourth embodiment.
  • the control apparatus 901 refers to the detection results to determine whether the blade 903 is in a rotating state. It is determined whether or not (step ST52).
  • the determination of whether or not the rotation state is in step ST52 may determine that the blade 903 is not in a rotating state when the rotation speed of the blade 903 is 0, or determine that the blade 903 is not in a rotating state when the rotation speed of the blade 903 is equal to or less than a threshold. May be.
  • control device 901 determines whether or not the wind speed at the wind turbine position is equal to or greater than a threshold value with reference to the detection result (step ST53). When the wind speed is not equal to or higher than the threshold (step ST53; NO), the process returns to step ST51 and the above-described process is repeated.
  • step ST53 when the wind speed is equal to or higher than the threshold (step ST53; YES), the control device 901 outputs a control signal instructing application of a current for assisting activation of the blade 903 (step ST54). Based on the control signal output in step ST54, the driving device 902 applies a current for starting assist (step ST55).
  • the control device 901 refers to the drive state of the drive device 902 and determines whether or not the rotation of the blade 903 has reached a predetermined rotation number (step ST56). When the rotation of the blade 903 has not reached the predetermined rotation number (step ST56; NO), the process returns to the determination process of step ST56. On the other hand, when the rotation of the blade 903 reaches a predetermined number of rotations (step ST56; YES), the control device 901 outputs a control signal instructing to turn off the activation assist current (step ST57). Based on the control signal output in step ST57, drive device 902 turns off the activation assist current (step ST58). Thereafter, the flowchart returns to the process of step ST51 and repeats the above-described process.
  • the wind turbine control system 200 refers to the detection result of the laser radar device 100, and starts the rotation of the blade 903 when the blade 903 is in the non-rotating state and the wind at the wind speed equal to or higher than the threshold value is blowing.
  • a current for assisting is applied to assist the rotation of the blade 903. While the current for assisting the rotation of the blade 903 is applied, the control device 901 monitors the driving state of the driving device 902, and when the current for rotating the blade 903 a certain number of times is applied, It is determined that the rotation is stable, and control to turn off the activation assist current is performed.
  • the laser radar device 100 that detects the wind speed at the wind turbine position and the rotational speed of the blade 903 within one pulse of the transmitted light, and the blade based on the detection result of the laser radar device 100. Since the control device 901 that controls the application of the start assist current 903 and the drive device 902 that drives the start assist of the blade 903 based on the control instruction of the control device 901 are provided, , The rotation of the blade 903 of the windmill 900 can be activated efficiently. Thereby, the power generation capability of the windmill can be improved.
  • the configuration in which the laser radar device 100 described in the first embodiment is applied to the windmill control system 200 has been described.
  • the laser radar device 100a described in the second embodiment and the second embodiment are described.
  • the laser radar device is applied to a windmill is shown as an example, but the present invention can also be applied to a structure including a rotating body that rotates by wind power.
  • the present invention can be freely combined with each embodiment, modified any component of each embodiment, or omitted any component in each embodiment. Is possible.
  • the laser radar device can analyze the frequency of the reflected light at the short distance point and the reflected light at the long distance point within one pulse of the transmission light, the wind speed at the windmill position and the rotation of the windmill It is suitable for wind power generators that detect and control measured values.
  • 1 reference light source 2 optical branching coupler, 3 optical phase modulator, 4 optical intensity modulator, 5 optical amplifier, 6 optical circulator, 7 optical switch, 8 optical switch control signal generator, 9 first optical antenna, 10th 2 optical antennas, 11 optical coupler, 12 optical receiver, 13 wavelength variable light source, 14 wavelength separation filter, 20 modulation unit, 21 first signal generation unit, 22 second signal generation unit, 23 signal addition circuit, 24 Third signal generation unit, 30, 30a signal processing unit, 31 RF separation coupler, 32 first band pass filter, 33 wind measurement signal processing unit, 34 wind speed detection unit, 35 second band pass filter, 36 blade measurement Signal processing unit, 37 blade rotation speed detection unit, 100, 100a, 100b laser radar device, 200 windmill control System, 900 windmill, 901 control unit, 902 drive, 903 blade.

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Abstract

レーザ光を発振する基準光源（１）と、第１の周波数成分および第２の周波数成分とを有する直線位相変調信号に基づいて、レーザ光の送信光の位相変調を行う光位相変調器（３）と、第１の周波数成分と第２の周波数成分がそれぞれ異なるパルス幅を有するパルス光を生成するためのパルス光生成信号に基づいて、送信光の光強度を変調する光強度変調器（４）と、送信光を空間に照射すると共に、照射した送信光が第１の地点および第２の地点で反射された反射光を受信する第１および第２の光アンテナ（９，１０）と、受信光と局発光とを合波した光をヘテロダイン検波する光受信器と、受信信号を第１および第２の周波数成分に基づいて分離し、第１の地点および第２の地点における受信信号の周波数分析を行う信号処理ユニット（３０）を備える。

Description

レーザレーダ装置および風車制御システム
　この発明は、レーザ光を用いて、気象空間における風速および風向を計測する技術に関するものである。
　光源から発振されたレーザ光に対して所定の周波数シフトを与え、パルス変調したパルス光を光アンテナを介して大気中に照射し、大気中に照射されたパルス光が大気中に浮遊している微小な液体または個体の粒子（以下、エアロゾルと称する）に反射して戻ってくる散乱光を受光し、受光した信号のデジタル信号を周波数解析し、スペクトルからエアロゾルの移動速度、すなわちレーザ照射方向の風速を算出するレーザレーダ装置が知られている。
　そして、上述したレーザレーダ装置は、風力発電用風車に適用される場合がある。風力発電用風車では、風力発電の稼働率を高めるために、微風の風速条件でも起動し易い構成が求められる。例えば、特許文献１では、風車が非回転状態にあるときに起動アシスト用電流供給系統をオンとし、風車が風力により一定回転数以上で回転したときに起動アシスト用電流供給系統をオフとする風車の起動アシスト制御装置が開示されている。さらに、特許文献１では、風車の回転数に加えて風速を制御要素として取り込み、風車が非回転状態にあり、且つ風速が風車の自己起動風速以上である場合に起動アシスト用電流供給系統をオンとする技術が開示されている。
特開２００４－２８５９９１号公報
　しかしながら、上述した特許文献１に開示された技術では、風車が非回転状態にあるときに起動アシスト用電流供給系統をオンとするため、風速が風車の自己起動風速以下である場合にも、起動アシスト用電流が供給し続けられて電力に無駄が生じるという課題があった。さらに、風車の回転を検出するための回転数検出回路を設ける必要があるという課題があった。
　また、レーザレーダ装置において風車の回転数と風車位置における風速を検出する場合、風車位置の風速を計測するパルス型ドップラライダの計測分解能は送信光のパルス幅で制限され、計測可能な最短距離はパルス型ドップラライダ内で生じる送信パルス光の漏れ光により制限される。そのため、レーザレーダ装置の１パルス内の計測で風車の回転数と風車位置における風速を検出することは困難であり、計測分解能に制限があるという課題があった。
　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、１パルス内の２つの周波数成分についての周波数分析を可能にし、レーザレーダ装置の送信光１パルス内での計測分解能を向上させることを目的とする。
　この発明に係るレーザレーダ装置は、レーザ光を発振する基準光源と、第１の周波数成分および第２の周波数成分を有する直線位相変調信号に基づいて、レーザ光の送信光の位相変調を行う光位相変調器と、第１の周波数成分と第２の周波数成分がそれぞれ異なるパルス幅を有するパルス光を生成するためのパルス光生成信号に基づいて、光位相変調器が位相変調を行った送信光の光強度を変調する光強度変調器と、光強度変調器により光強度が変調された送信光を空間に照射すると共に、当該照射した送信光が第１の地点および第２の地点で反射された反射光を受信する光アンテナと、光アンテナが受信した受信光とレーザ光の局発光とを合波した光をヘテロダイン検波する光受信器と、光受信器のヘテロダイン検波により得られた受信信号を、第１の周波数成分および第２の周波数成分に基づいて分離し、第１の地点および第２の地点における受信信号の周波数分析を行う信号処理ユニットを備えるものである。
　この発明によれば、レーザレーダ装置の送信光１パルス内での計測分解能を向上させることができる。
実施の形態１に係るレーザレーダ装置の風車への適用例を示す図である。 実施の形態１に係るレーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係るレーザレーダ装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施の形態１に係るレーザレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 図５Ａから図５Ｄは、実施の形態１に係るレーザレーダ装置の変調ユニットの位相変調および強度変調を示す説明図である。 風車のブレードにより生じるドップラシフト成分について説明するための図である。 実施の形態１に係るレーザレーダ装置の受信光に対する動作を示すフローチャートである。 実施の形態１に係るレーザレーダ装置のスペクトルイメージを示す図である。 図９Ａから図９Ｄは、実施の形態１に係るレーザレーダ装置の各変調信号および受信信号の時系列データのイメージを示す図である。 実施の形態２に係るレーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。 図１１Ａから図１１Ｄは、実施の形態２に係るレーザレーダ装置の変調ユニットの位相変調および強度変調を示す説明図である。 実施の形態２に係るレーザレーダ装置の受信光に対する動作を示すフローチャートである。 図１３Ａから図１３Ｄは、実施の形態２に係るレーザレーダ装置の各変調信号および受信信号の時系列データのイメージを示す図である。 実施の形態３に係るレーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。 実施の形態４に係る風車制御システムの構成を示すブロック図である。 実施の形態４に係る風車制御システムの動作を示すフローチャートである。
　以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
　図１は、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００の風車９００への適用例を示す図である。
　風車９００は、頂部に制御装置９０１および駆動装置９０２を有し、当該制御装置９０１および駆動装置９０２の先端にブレード９０３が回転可能に固定されている。風車９００に風が到来することにより、ブレード９０３が回転して発電が行われる。風車９００の発電効率を向上させるため、ブレード９０３が非回転状態であって、風車９００に微風が到来した場合に、制御装置９０１が起動アシスト用の電流を印加する制御を行い、駆動装置９０２が制御装置９０１の制御に基づいて電流を印加してブレード９０３の起動をアシストする。ブレード９０３が一定の回数数に到達すると、制御装置９０１は起動アシスト用の電流をＯＦＦにする制御を行う。
　上述した制御を行うため、実施の形態１のレーザレーダ装置１００は、風車位置（第１の地点）における風速と、ブレード９０３（第２の地点）の回転速度とを検出する。ブレード９０３の回転速度の検出は、風速の測定地点よりもレーザレーダ装置１００により近い地点で行われる。以下では、風速の測定地点を長距離地点と称し、ブレードの回転速度の測定地点を短距離地点と称する。
　制御装置９０１に接続されたレーザレーダ装置１００は、矢印Ａ方向に送信光Ｂを出力する。出力された送信光Ｂは、短距離地点に位置するブレード９０３によって反射されて反射光としてレーザレーダ装置１００に受信される。さらに、出力された送信光Ｂは、長距離地点に位置する大気中を風に乗って移動するエアロゾルによって反射されて後方散乱光として、レーザレーダ装置１００に受信される。レーザレーダ装置１００は、受信した反射光の信号処理を行ってブレードの回転速度を計測し、受信した後方散乱光の信号処理を行って風車位置の風速を計測する。当該レーザレーダ装置１００の詳細な構成を、以下に示す。
　図２はこの発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００の構成を示すブロック図である。
　レーザレーダ装置１００は、基準光源１、光分岐カプラ２、光位相変調器３、光強度変調器４、光増幅器５、光サーキュレータ６、光スイッチ７、光スイッチ制御信号生成部８、第１の光アンテナ９、第２の光アンテナ１０、光カプラ１１、光受信器１２、変調ユニット２０および信号処理ユニット３０を備えて構成されている。図２で示したブロック図では、光位相変調器３および光強度変調器４も変調ユニット２０を構成している。
　基準光源１は、基準光と呼ばれる単一周波数からなる連続波光（レーザ光）を発振する機器である。光分岐カプラ２は、基準光源１から発振された連続波光を、送信光と局発光とに２分配する。分配された送信光は送信光路側の光位相変調器３に出力し、局発光は局発光路側の光カプラ１１に出力する。光位相変調器３は、光分岐カプラ２から出力された送信光に対して所定の周波数シフトを与える。光位相変調器３は、例えばＬＮ（Lithium Niobate）結晶を構成材料とし、電気光学効果による伝搬光路の屈折率変化を利用することにより、高速な位相変調を行う。光強度変調器４は、周波数シフト後の送信光をパルス変調してパルス光を生成する。光強度変調器４として、半導体光増幅器、マッハツェンダ型強度変調器などが適用可能である。光増幅器５は、生成されたパルス光を増幅する。光増幅器５として、ＥＤＦＡ(Erbium-Doped Fiber Amplifier)などが適用可能である。
　光サーキュレータ６は、光路を送信光路と受光光路とに分離する機器である。光サーキュレータ６は、光増幅器５で増幅されたパルス光を、光スイッチ７を介して送信光として第１の光アンテナ９および第２の光アンテナ１０に出力する。さらに、光サーキュレータ６は、第１の光アンテナ９および第２の光アンテナ１０により受光された反射光および後方散乱光（パルス光）を受信光として光カプラ１１に与える。光スイッチ７は、送信光路を第１の光アンテナ９に出力する光路と、第２の光アンテナ１０に出力する光路とに分離する。光スイッチ制御信号生成部８は、光スイッチ７を駆動させる制御信号を生成する。
　第１の光アンテナ９および第２の光アンテナ１０は、光スイッチ７で分離された光路から入力された送信光を大気中に照射する。また、第１の光アンテナ９および第２の光アンテナ１０は、送信した送信光が大気中に存在しているエアロゾルによって反射されて戻ってきた後方散乱光と、ブレード９０３によって反射された反射光とを受信する。光カプラ１１は、光分岐カプラ２で分岐された局発光と、光サーキュレータ６で分離された受信光とを合波する。光受信器１２は、光カプラ１１で合波された光信号を電気信号に変換し、ヘテロダイン受信する。
　変調ユニット２０は、上述した光位相変調器３および光強度変調器４に加えて、第１の信号生成部２１、第２の信号生成部２２、信号加算回路２３および第３の信号生成部２４を備える。
　第１の信号生成部２１は、変調周波数ｆ１に相当する第１の直線位相変調信号（周期＝１／ｆ１）をバーストパルスとして生成する。第２の信号生成部２２は、変調周波数ｆ２に相当する第２の直線位相変調信号（周期＝１／ｆ２）をバーストパルスとして生成する。信号加算回路２３は、第１の信号生成部２１が生成した第１の直線位相変調信号と第２の信号生成部２２が生成した第２の直線位相変調信号とを加算し、２つの周波数成分を有するバースト直線位相変調信号を生成する。バースト直線位相変調信号は、パルスの立ち上がり領域に変調周波数ｆ２が設定され、パルスの主領域には変調周波数ｆ１が設定されるものとする。信号加算回路２３は、生成した２つの周波数成分を有するバースト直線位相変調信号を光位相変調器３に印加する。
　第３の信号生成部２４は、変調周波数ｆ１と変調周波数ｆ２の周波数成分がそれぞれ異なるパルス幅を有するパルス光の生成を指示するパルス生成信号を生成し、光強度変調器４に印加する。
　信号処理ユニット３０は、ＲＦ分離カプラ３１、第１のバンドパスフィルタ３２、風計測信号処理部３３、風速検出部３４、第２のバンドパスフィルタ３５、ブレード計測信号処理部３６およびブレード回転速度検出部３７を備える。
　ＲＦ分離カプラ３１は、光受信器１２の受信信号を２分岐し、一方の受信信号を第１のバンドパスフィルタ３２に入力し、他方の受信信号を第２のバンドパスフィルタ３５に入力する。第１のバンドパスフィルタ３２は、変調周波数ｆ１を中心とする周波数帯域の受信信号を通過させるバンドパスフィルタである。風計測信号処理部３３は、第１のバンドパスフィルタ３２を通過した変調周波数ｆ１を中心とした受信信号をＡＤ変換し、風によるドップラ周波数シフトを算出する。風速検出部３４は、風計測信号処理部３３が算出したドップラ周波数シフトから風速を検出する。
　第２のバンドパスフィルタ３５は、変調周波数ｆ２を中心とする周波数帯域の受信信号を通過させるバンドパスフィルタである。ブレード計測信号処理部３６は、第２のバンドパスフィルタ３５を通過した変調周波数ｆ２を中心とした受信信号をＡＤ変換し、風車９００のブレード９０３によるドップラシフト成分を算出する。ブレード回転速度検出部３７は、ブレード計測信号処理部３６が算出したドップラシフト成分からブレード回転速度を検出する。
　図３は、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００のハードウェア構成を示すブロック図である。
　変調ユニット２０の第１の信号生成部２１、第２の信号生成部２２、信号加算回路２３および第３の信号生成部２４、信号処理ユニット３０の風計測信号処理部３３、風速検出部３４、ブレード計測信号処理部３６およびブレード回転速度検出部３７は、プロセッサ１１０がメモリ１２０に格納されたプログラムを実行することにより実現される。また複数のプロセッサ１１０および複数のメモリ１２０が連携して上述した機能を実行するように構成してもよい。
　次に、レーザレーダ装置１００の動作について説明する。
　図４は、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００の動作を示すフローチャートである。
　レーザレーダ装置１００の基準光源１から連続波光が出力されると（ステップＳＴ１）、光分岐カプラ２は当該連続波光を送信光と局発光に分離する（ステップＳＴ２）。光位相変調器３は、ステップＳＴ２で分離された送信光に対して、時間的に分離された２種類の周波数シフトを付加する（ステップＳＴ３）。ここで、付加する時間的に分離された２種類の周波数シフトは、第１の信号生成部２１および第２の信号生成部２２および信号加算回路２３により生成されたバースト直線位相変調信号であり、詳細は後述する。
　光強度変調器４は、ステップＳＴ３で周波数シフトされた送信光に対して第３の信号生成部２４が生成したパルス生成信号を印加してパルス変調し、パルス光を生成する（ステップＳＴ４）。光増幅器５は、ステップＳＴ４で生成されたパルス光を増幅し、光サーキュレータ６を介して光スイッチ７に入力する（ステップＳＴ５）。光スイッチ７は、光スイッチ制御信号生成部８が生成した制御信号に基づいて光路の分離を行う（ステップＳＴ６）。第１の光アンテナ９および第２の光アンテナ１０は、ステップＳＴ６で分離された光路を通過したパルス光を第１の光アンテナ９および第２の光アンテナ１０から大気中に照射する（ステップＳＴ７）。
　第１の光アンテナ９および第２の光アンテナ１０は、ステップＳＴ７で照射された送信光が大気中のエアロゾルで反射された後方散乱光、およびブレード９０３により反射された反射光を受信光として受信する（ステップＳＴ８）。受信光は光スイッチ７および光サーキュレータ６を介して光カプラ１１に入力し、光カプラ１１は、入力された受信光と、ステップＳＴ２で分離された局発光とを合波する（ステップＳＴ９）。光受信器１２は、ステップＳＴ９で合波された光信号を電気信号に変換する（ステップＳＴ１０）。信号処理ユニット３０は、ステップＳＴ１０で電気信号に変換された光信号に基づいて、風車位置における風速およびブレード９０３の回転速度を検出し（ステップＳＴ１１）、処理を終了する。
　なお、上述したフローチャートの説明において、ステップＳＴ７として、例えば第１の光アンテナ９が風計測のパルス光を照射し、第２の光アンテナ１０がブレード回転計測のパルス光を照射した場合、ステップＳＴ８では、第１の光アンテナ９が大気中のエアロゾルで反射された後方散乱光を受信し、第２の光アンテナ１０がブレード９０３により反射された反射光を受信するなど、第１の光アンテナ９と第２の光アンテナ１０に対して照射光と受信光とが予め設定されているものとする。
　上述した図４のフローチャートのステップＳＴ３で示した周波数シフトの付加処理である位相変調およびステップＳＴ４で示したパルス生成信号の印加処理である強度変調の詳細について、図５Ａから図５Ｄを参照して説明する。図５Ａから図５Ｃでは、横軸が時間、縦軸が振幅を示している。図５Ｄでは、横軸が時間、縦軸が強度を示している。
　なお、以下の説明では、一例として光強度変調器４からパルス幅５００ｎｓのパルス光を出力させる場合を例に説明する。
　第１の信号生成部２１は、風計測用として、変調周波数ｆ１に相当する第１の直線位相変調信号（周期１／ｆ１）を生成し、バーストパルスとして信号加算回路２３に出力する。第１の直線位相変調信号の一例を図５Ａに示している。図５Ａの例では、第１の直線位相変調信号の出力時間は１０ｎｓから５００ｎｓである。
　第２の信号生成部２２は、ブレード回転計測用として、変調周波数ｆ２に相当する第２の直線位相変調信号（周期１／ｆ２）を生成し、信号加算回路２３に出力する。第２の直線位相変調信号の一例を図５Ｂに示している、図５Ｂの例では、第２の直線位相変調信号の出力時間は０ｎｓから１０ｎｓである。第２の直線位相変調信号のパルス幅は、レーザレーダ装置１００からブレード９０３の距離に応じて設定される。
　信号加算回路２３が、図５Ａで示した第１の直線位相変調信号と、図５Ｂで示した第２の直線位相変調信号とを加算することにより、図５Ｃで示した２つの周波数成分を有するパルス幅５００ｎｓのバースト直線位相変調信号を生成する。
　第３の信号生成部２４は、光位相変調器３から出力される送信光に対して強度変調を行うためのパルス生成信号を生成し、光強度変調器４に印加する。パルス生成信号の一例を図５Ｄに示している。図５Ｄで示したパルス生成信号は、光強度変調器４が出力するパルス光が、出力時間が０ｎｓから５００ｎｓの範囲で使用可能な光強度とする強度変調信号である。図５Ｄで示した例において、従来、出力時間が０ｎｓから１０ｎｓの範囲Ｃではパルス光を発生させていていなかったが、本願発明のレーザレーダ装置１００では、範囲Ｃのパルス光をブレード回転計測に用いるため、出力時間が０ｎｓから１０ｎｓの範囲においても強度変調信号が生成される。なお、図５Ｄにおける範囲Ｄは風計測に用いるパルス光を生成するための強度変調信号である。
　次に、図６を参照して、風車９００のブレード９０３により生じるドップラシフト成分について説明する。図６は、図１で示したブレード９０３を用いて示している。
　ブレード９０３の回転速度をω、ブレード９０３の通過速度をＶｈｕｂ、ブレード９０３の傾斜をδ、ブレード９０３の半径をＲとすると、ブレード９０３の回転により生じるドップラ速度Ｖｄｏｐは以下の式（１）で表される。
Ｖｈｕｂ＝２πω／６０Ｒ
Ｖｄｏｐ＝Ｖｈｕｂ×ｔａｎδ　　　　　　　　　　　　　　　（１）
　一例として、ブレード９０３の回転速度ω＝１６～４９[ｒｐｍ]、ブレード９０３のピッチ角を５～１０度とすると、ドップラ速度Ｖｄｏｐは０．３３から２．１１[ｍ／ｓ]程度と算出される。よって、検出されるドップラシフト成分ｆｄｏｐは３[ＭＨｚ]未満と推定される。
　図６で示したように、ブレード９０３には風力による揚力を得るために、ピッチ角δが設けられている。ブレード９０３は風の到来方向に向けて設置されることから、ブレード９０３の傾斜は風の到来方向、且つ風車９００本体に直交する方向に対する傾斜、即ちピッチ角δとなる。
　また、図６の矢印Ｃは送信光を示し、矢印Ｄはドップラシフト成分ｆｄｏｐを示している。
　第１の光アンテナ９および第２の光アンテナ１０が受信する受信光には、風計測に用いる第１の受信光とブレード回転計測に用いる第２の受信光とが存在する。ここでは、第１の光アンテナ９が風計測に用いる第１の受信光を受信し、第２の光アンテナ１０がブレード回転計測に用いる第２の受信光を受信する場合を例に説明する。
　まず、風計測に用いる第１の受信光の周波数は、風速によるドップラシフト成分ｆｗが加わる。そのため、第１の光アンテナ９が受信する第１の受信光の周波数はｆ０＋ｆ１＋ｆｗで表される。一方、ブレード回転計測に用いる第２の受信光の周波数は、上述したブレード９０３によるドップラシフト成分ｆｄｏｐが加わる。そのため、第２の光アンテナ１０が受信する第２の受信光の周波数はｆ０＋ｆ２＋ｆｄｏｐで表される。ここで、ｆ０は基準光源１が発振する基準光の周波数である。
　上述した第１の受信光および第２の受信光を用いた信号処理ユニット３０の動作について説明する。上述した図４のフローチャートのステップＳＴ８からステップＳＴ１１の処理を、図７のフローチャートを参照しながらより詳細に説明する。
　図７は、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００の受信光に対する動作を示すフローチャートである。
　第１の光アンテナ９が第１の受信光を受信し、第２の光アンテナ１０が第２の受信光を受信すると（ステップＳＴ２１）、第１の受信光および第２の受信光は、光サーキュレータ６にて送信回路と分離されて光カプラ１１に入力される（ステップＳＴ２２）。光カプラ１１は、入力した第１の受信光をおよび第２の受信光を、局発光と合波する（ステップＳＴ２３）。なお、ステップＳＴ２２およびステップＳＴ２３の処理は、図４のフローチャートのステップＳＴ９の処理に相当する。
　光受信器１２は、ステップＳＴ２３で合波された第１の受信光および第２の受信光をヘテロダイン受信する（ステップＳＴ２４）。光受信器１２によるヘテロダイン受信は、まず第１の受信光と局発光との差分周波数成分の光強度に応じた電気信号を生成する処理が行われる。光受信器１２が受信する第１の受信光と局発光との差分周波数成分は、ｆ１＋ｆｗとなる。同様に、第２の受信光と局発光との差分周波数成分の光強度に応じた電気信号を生成する処理が行われる。光受信器１２が受信する第２の受信光と局発光との差分周波数成分は、ｆ２＋ｆｄｏｐとなる。なお、ステップＳＴ２４の処理は、図４のフローチャートのステップＳＴ１０の処理に相当する。
　ＲＦ分離カプラ３１は、光受信器１２でヘテロダイン受信された電気信号を２分岐し、第１のバンドパスフィルタ３２および第２のバンドパスフィルタ３５に出力する（ステップＳＴ２５）。第１のバンドパスフィルタ３２は、変調周波数ｆ１を中心帯域とする電気信号を通過させる（ステップＳＴ２６）。風計測信号処理部３３は、変調周波数ｆ１を中心帯域とする電気信号に対してフーリエ変換を行い、風車位置における風向および風速を示す情報であるドップラシフト成分ｆｗを算出する（ステップＳＴ２７）。風速検出部３４は、ステップＳＴ２７で風計測信号処理部３３が算出したドップラシフト成分ｆｗから風車位置における風速を検出する（ステップＳＴ２８）。
　上述したステップＳＴ２６からステップＳＴ２８の処理と平行して、第２のバンドパスフィルタ３５は、変調周波数ｆ２を中心帯域とする電気信号を通過させる（ステップＳＴ２９）。ブレード計測信号処理部３６は、変調周波数ｆ２を中心帯域とする電気信号に対してフーリエ変換を行い、ブレード９０３の回転を示す情報であるブレード９０３のドップラシフト成分ｆｄｏｐを算出する（ステップＳＴ３０）。ブレード回転速度検出部３７は、ステップＳＴ３０で算出されたドップラシフト成分ｆｄｏｐからブレード９０３の回転速度を検出する（ステップＳＴ３１)。ステップＳＴ２８およびステップＳＴ３１の処理が行われると、信号処理ユニット３０は処理を終了する。
　上述したステップＳＴ２５からステップＳＴ３１の処理は、図４のフローチャートのステップＳＴ１１の処理に相当する。
　なお、上述したステップＳＴ２１で示した第１の受信光および第２の受信光の受信は、第１の光アンテナ９および第２の光アンテナ１０が、送信光のパルスＯＦＦ期間に連続的に受信光を収集することにより行われるものとする。
　レーザレーダ装置１００の送信光、受信光、局発光により生じるヘテロダイン受信信号のスペクトルイメージを図８に示している。
　図８において周波数領域Ｘは、風計測に用いる第１の送信光および第１の受信光を含む周波数領域を示している。周波数領域Ｘは、周波数範囲がｆ１±５０ＭＨｚの領域である。
　また、周波数領域Ｙは、ブレード回転計測に用いる第２の送信光および第２の受信光を含む周波数領域を示している。周波数領域Ｙは、周波数範囲がｆ２±３ＭＨｚの領域である。周波数領域Ｙでは、上述した式（１）に基づいて算出されたブレード９０３の回転により生じるドップラ速度Ｖｄｏｐから推定されたドップラシフト成分ｆｄｏｐ（例えば、＜３ＭＨｚ）の周波数範囲が適用される。
　周波数領域ＸにおけるスペクトルＸ１は、第１の信号生成部２１が生成した直線位相変調信号の変調周波数ｆ１を有するスペクトルである。なお、スペクトルＸ１は、送信光と局発光である。スペクトルＸ２は、光受信器１２がヘテロダイン受信した変調周波数ｆ１±ｆｗを有するヘテロダイン受信信号のスペクトルである。スペクトルＸ２は、受信光と局発光であり、風によるドップラシフト成分ｆｗにより周波数が低周波数側にシフトしている。
　同様に、周波数領域ＹにおけるスペクトルＹ１は、第２の信号生成部２２が生成した直線位相変調信号の変調周波数ｆ２を有するスペクトルである。なお、スペクトルＹ１は、ブレード９０３への送信光と局発光である。スペクトルＹ２は、光受信器１２がヘテロダイン受信した変調周波数ｆ２±ｆｄｏｐを有するヘテロダイン受信信号のスペクトルである。スペクトルＹ２は、ブレード９０３による受信光と局発光であり、ブレード９０３によるドップラシフト成分ｆｄｏｐにより周波数が低周波数側にシフトしている。
　図９Ａから図９Ｄは、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００の各変調信号および受信信号の時系列データのイメージを示す図である。図９Ａは図５Ｃで示した変調信号の時系列データと同一であり、図９Ｂは図５Ｄで示した光強度の時系列データと同一である。図９Ｃはレーザレーダ装置１００の受信信号の強度を示し、図９Ｄはレーザレーダ装置１００の受信信号を周波数別に示した図である。図９Ａでは横軸に時間、縦軸に振幅を示している。図９Ｂおよび図９Ｃでは横軸に時間、縦軸に強度を示している。図９Ｄでは横軸に時間、縦軸に周波数を示している。
　図９Ａおよび図９Ｂに示すように、出力時間が０ｎｓから１０ｎｓではブレード回転計測用のパルス光が照射され、出力時間が１０ｎｓから５００ｎｓでは風計測用のパルス光が照射される。図９におけるパルス幅２０ｎｓは距離２ｍに相当し、レーザレーダ装置１００から照射されたパルス光が照射されてからブレード９０３によって反射された反射光がレーザレーダ装置１００に受信されるまでの時間を示している。
　なお、図９Ａおよび図９Ｂは、図５Ｃおよび図５Ｄと同一のデータであることから説明を省略する。
　図９Ｃに示した、漏れ光Ｅは、照射対象外の領域に照射された光であるレーザレーダ装置１００内の漏れ光を示し、受信信号Ｆはブレード９０３により反射された反射光を示し、受信信号Ｇは大気中のエアロゾルによる散乱光を示している。
　図９Ｄは、漏れ光および受信信号を変調周波数ｆ１と変調周波数ｆ２に分離して示している。漏れ光Ｅａは漏れ光Ｅのうち変調周波数ｆ１の漏れ光を示し、漏れ光Ｅｂは漏れ光Ｅのうち変調周波数ｆ２の漏れ光を示している。受信信号Ｆはブレード９０３により反射された反射光であることから、変調周波数ｆ２＋ｆｄｏｐとなり、漏れ光Ｅａに対して高周波数側にシフトしている。受信信号Ｇはエアロゾルによる散乱光であることから、変調周波数ｆ１＋ｆｗである。
　図９Ｄにおいて、変調周波数ｆ２の漏れ光である漏れ光Ｅａが出力時間０ｎｓから１０ｎｓの区間でのみ受信されている。これにより、従来では風計測に用いていなかった０ｎｓから１０ｎｓの区間において、レーザレーダ装置１００が変調周波数ｆ２の送信光を照射していることが分かる。そのため、０ｎｓから１０ｎｓの区間の送信光をブレード９０３の回転計測に用いることができ、出力時間が１０ｎｓ以降の区間の送信光を風計測に用いることができる。
　以上のように、この実施の形態１によれば、変調周波数ｆ１に相当する第１の直線位相変調信号と変調周波数ｆ２に相当する第２の直線位相変調信号とを加算し、２つの周波数成分を有するバースト直線位相変調信号を生成して光位相変調器３に印加し、２つの周波数成分がそれぞれ異なるパルス幅を有するパルス光の生成を指示するパルス生成信号を生成した光強度変調器４に印加し、印加されたバースト直線位相変調信号に基づいて送信光に対して周波数シフトを与える光位相変調器３と、印加されたパルス生成信号を用いて送信光をパルス変調してパルス光を生成する光強度変調器４とで構成された変調ユニット２０と、送信光が大気中に照射された後、レーザレーダ装置１００から短距離地点に位置するブレード９０３で反射された反射光、およびレーザレーダ装置１００から長距離地点に位置するエアロゾルによって反射された後方散乱光を受信し、受信信号を周波数分離して変調周波数ｆ１の受信信号から風速計測を行い、変調周波数ｆ２の受信信号からブレード９０３の回転計測を行う信号処理ユニット３０を備えるように構成したので、送信光１パルス内で変調周波数を可変とすることができ、送信光１パルスで短距離地点と長距離地点での検出を両立することができる。すなわち、レーザレーダ装置のみで、風車の回転数の計測および風車位置における風速の計測を行うことができる。よって、送信光１パルス内での計測分解能を向上させることができ、レーザレーダ装置の高分解能化を実現することができる。
　レーザレーダ装置１００のみでブレードの回転速度および風車位置での風速を計測することができるので、ブレードの回転計測センサを備えていない風車にも本願発明のレーザレーダ装置を適用することにより、微風時の風車の起動を効率良く行うことができ、風力発電の効率を高めることができる。
　また、この実施の形態１によれば、変調ユニット２０が、変調周波数ｆ１に相当する第１の直線位相変調信号をパルス光の主領域のバーストパルスとして生成する第１の信号生成部２１と、従来測定には未使用であったパルス光のエネルギーが小さい領域、即ちパルス光の立ち上がり領域に変調周波数ｆ２に相当する第２の直線位相変調信号をバーストパルスとして生成する第２の信号生成部２２とを備えるように構成したので、従来測定には未使用であったパルス光の立ち上がり領域、すなわちパルス光の光強度が低い領域を、短距離地点でのブレードの回転計測に用いることができ、送信光の１パルスを効率良く使用することができる。
　また、この実施の形態１によれば、送信光の１パルス内の立ち上がり領域に変調周波数ｆ２に相当する第２の直線位相変調信号を生成し、主領域に変調周波数ｆ１に相当する第１の直線位相変調信号を生成するように構成したので、風車のブレードによる反射光は計測距離が短いため、送信光の１パルス内に戻り光が生じるが、風計測用の変調周波数ｆ１成分とブレードの回転計測用の変調周波数ｆ２成分とが異なることから、周波数分離が可能となり、１パルスの送信光で風計測と回転計測の双方を行うことができる。
　また、この実施の形態１によれば、ブレードが通過する際のドップラ速度Ｖｄｏｐと、ブレードの通過速度Ｖｈｕｂとを用いてブレードの回転速度を検出するブレード回転速度検出部３７を備えるように構成したので、ブレードの回転速度を高精度に算出することができる。また、ブレードの回転速度を、ブレードが通過する際のドップラ信号と、ブレードの通過間隔との２種類の情報を用いて算出することから、高精度な算出を行うことができる。
　また、この実施の形態１によれば、光強度変調器として半導体光増幅器を適用するように構成したので、当該光強度変調器において送信光の損失が抑制され、レーザレーダ装置の高出力化を実現することができる。
　なお、上述した実施の形態１では、第１の光アンテナ９および第２の光アンテナ１０の２つの光アンテナを備える場合（以下、２視線と称する）を例に示したが、２視線に限定されるものではなく、光スイッチ７を設けずに１視線に適用可能であり、さらに光スイッチ７の分岐経路を増加させることにより多視線にも適用可能である。以下に示す実施の形態２から実施の形態４においても同様である。
実施の形態２．
　上述した実施の形態１では、バースト直線位相変調にパルスの立ち上がり領域にブレード回転計測用の変調信号を印加し、パルスの主領域に風計測用の変調信号を印加し、２種類の変調信号を印加することにより、１パルス内で風計測およびブレード回転計測を実現する構成を示したが、この実施の形態２ではパルスの後段領域にパルス主領域と異なる周波数の変調信号を印加し、ＲＦスイッチにより漏れ光を抑圧する構成を示す。
　図１０は、実施の形態２に係るレーザレーダ装置１００ａの構成を示すブロック図である。
　この実施の形態２では、実施の形態１で示したレーザレーダ装置１００の信号処理ユニット３０内にＲＦスイッチ３８を追加して設け、信号処理ユニット３０ａを構成している。なお、以下では、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００の構成要素と同一または相当する部分には、実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
　第１の信号生成部２１および第２の信号生成部２２は、実施の形態１と同様に第１の直線位相変調信号および第２の直線位相変調信号を生成する。信号加算回路２３も、実施の形態１と同様に第１の直線位相変調信号と第２の直線位相変調信号とを加算し、２つの周波数成分を有するバースト直線位相変調信号を生成するが、生成したバースト直線位相変調信号は、パルスの主領域に変調周波数ｆ１が設定され、パルスの立ち下り領域に変調周波数ｆ２が設定されるものとする。パルスの立ち下り領域に変調周波数ｆ２が設定される点が実施の形態１と異なる点である。
　信号処理ユニット３０ａに設けたＲＦスイッチ３８は、光受信器１２から入力された受信信号のパルス光のうち所定の周波数の受信信号を抑制し、所定の周波数以外の周波数の受信信号をＲＦ分離カプラ３１に供給するスイッチを備える。具体的には、受信信号の周波数が送信信号の変調周波数ｆ１または変調周波数ｆ２と同一であった場合には、レーザレーダ装置１００ａ内の漏れ光であると判定し、光受信器１２から入力される受信信号のパルス光の入力を抑制する。
　ここで、変調ユニット２０による周波数シフトの付加処理である位相変調、およびパルス生成信号の印加処理である強度変調の詳細について、図１１Ａから図１１Ｄを参照して説明する。図１１Ａから図１１Ｃでは、横軸が時間、縦軸が振幅を示している。図１１Ｄでは、横軸が時間、縦軸が強度を示している。
　なお、以下の説明では、一例として光強度変調器４からパルス幅５００ｎｓのパルス光を出力させる場合を例に説明する。
　第１の信号生成部２１が生成する、変調周波数ｆ１に相当する第１の直線位相変調信号の一例を図１１Ａに示している。図１１Ａの例では、第１の直線位相変調信号の出力時間は０ｎｓから４９０ｎｓである。
　第２の信号生成部２２が生成する、変調周波数ｆ２に相当する第２の直線位相変調信号の一例を図１１Ｂに示している。図１１Ｂの例では、第２の直線位相変調信号の出力時間は４９０ｎｓから５００ｎｓである。第２の直線位相変調信号のパルス幅は、レーザレーダ装置１００からブレード９０３の距離に応じて設定される。
　信号加算回路２３が、図１１Ａで示した第１の直線位相変調信号と、図１１Ｂで示した第２の直線位相変調信号とを加算することにより、図１１Ｃで示した２つの周波数成分を有するパルス幅５００ｎｓのバースト直線位相変調信号を生成する。
　第３の信号生成部２４は、光位相変調器３から出力される送信光に対して強度変調を行うためのパルス生成信号を生成し、光強度変調器４に印加する。パルス生成信号の一例を図１１Ｄに示している。図１１Ｄで示したパルス生成信号は、光強度変調器４が出力するパルス光が、出力時間が０ｎｓから５００ｎｓの範囲で使用可能な光強度とする強度変調信号である。図１１Ｄで示した例において、出力時間が０ｎｓから４９０ｎｓの範囲Ｈにおいて風計測に用いるためのパルス光を生成するための強度変調信号が生成される。また、出力時間が４９０ｎｓから５００ｎｓの範囲Ｉ（当該範囲Ｉがパルス光の立ち下り領域に相当する）においてブレード回転計測に用いるためのパルス光を生成するための強度変調信号が生成されている。
　次に、実施の形態２に係るレーザレーダ装置１００ａの動作について説明する。なお、実施の形態２のレーザレーダ装置１００ａの全体の動作は、図４のフローチャートで示した処理と同一であるため、説明を省略する。図１２のフローチャートを参照しながら、実施の形態２に係るレーザレーダ装置１００ａの受信光に対する処理動作について説明する。なお、以下では実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００ａと同一のステップには図７で使用した符号と同一の符号を付し、説明を省略または簡略化する。
　光受信器１２が第１の受信光および第２の受信光をヘテロダイン受信すると（ステップＳＴ２４）、ＲＦスイッチ３８は光受信器１２から入力される電気信号の周波数を参照し、受信信号がレーザレーダ装置１００ａ内の漏れ光であるか否か判定を行う（ステップＳＴ４１）。受信光がレーザレーダ装置１００ａ内の漏れ光である場合（ステップＳＴ４１；ＹＥＳ）、ＲＦスイッチ３８は、受信光を抑圧し（ステップＳＴ４２）、ステップＳＴ４１の処理に戻る。一方、受信光がレーザレーダ装置１００ａ内の漏れ光でない場合（ステップＳＴ４１；ＮＯ）、ＲＦスイッチ３８は受信光をＲＦ分離カプラ３１側に出力する（ステップＳＴ４３）。
　ＲＦ分離カプラ３１は、ステップＳＴ４３で入力された受信光である電気信号を２分岐し、第１のバンドパスフィルタ３２および第２のバンドパスフィルタ３５に出力する（ステップＳＴ２５）。その後、ステップＳＴ２６からステップＳＴ３１の処理と同一の処理を行い、処理を終了する。
　図１３Ａから図１３Ｄは、実施の形態２に係るレーザレーダ装置１００ａの各変調信号および受信信号の時系列データのイメージを示す図である。図１３Ａは図１１Ｃで示した変調信号の時系列データと同一であり、図１３Ｂは図１１Ｄで示した光強度の時系列データと同一である。図１３Ｃはレーザレーダ装置１００ａの受信信号の強度を示し、図１３Ｄはレーザレーダ装置１００ａの受信信号を周波数別に示した図である。図１３Ａでは横軸に時間、縦軸に振幅を示している。図１３Ｂおよび図１３Ｃでは横軸に時間、縦軸に強度を示している。図１３Ｄでは横軸に時間、縦軸に周波数を示している。
　図１３Ａおよび図１３Ｂに示すように、出力時間が０ｎｓから４９０ｎｓの範囲では風計測用のパルス光が照射され、４９０ｎｓから５００ｎｓではブレード回転計測用のパルス光が照射される。図１３における２０ｎｓは距離２ｍに相当し、レーザレーダ装置１００ａから照射されたパルス光が照射されてから風車のブレード９０３によって反射された反射光がレーザレーダ装置１００ａに受信されるまでの時間を示している。
　なお、図１３Ａおよび図１３Ｂは、図１１Ｃおよび図１１Ｄと同一のデータであることから説明を省略する。
　図１３Ｃに示した、漏れ光Ｊは、照射対象外の領域に照射された光であるレーザレーダ装置１００ａ内の漏れ光を示し、受信信号Ｋは風車のブレード９０３により反射された反射光を示し、受信信号Ｌは大気中のエアロゾルによる散乱光を示している。
　図１３Ｄは、漏れ光および受信信号を変調周波数ｆ１と変調周波数ｆ２に分離して示している。漏れ光Ｊａは漏れ光Ｊのうち変調周波数ｆ１の漏れ光を示し、漏れ光Ｊｂは漏れ光Ｊのうち変調周波数ｆ２の受信信号を示している。受信信号Ｋは風車のブレード９０３により反射された反射光であることから、変調周波数ｆ２＋ｆｄｏｐとなり、漏れ光Ｊａに対して高周波数側にシフトしている。受信信号Ｌはエアロゾルによる散乱光であることから、変調周波数ｆ１＋ｆｗとなる。
　図１３Ｄにおいて、変調周波数ｆ２の漏れ光である漏れ光Ｊｂが４９０ｎｓから５００ｎｓの区間で受信され、以降の領域でブレード９０３により反射された反射光およびエアロゾルによる散乱光が受信されていることから、０ｎｓから５００ｎｓの範囲において、変調周波数ｆ１および変調周波数ｆ２の受信光を抑圧するＲＦスイッチ３８を設けることにより、レーザレーダ装置１００ａ内の漏れ光による影響を抑制することができる。
　また、図１３Ｄにおいて、実際には、漏れ光Ｊａの受信が開始された瞬間から散乱光の受信信号Ｌの受信が始まるため、受信信号Ｋと受信信号Ｌとが重なることが想定される。この場合でも、受信信号Ｋと受信信号Ｌとの周波数成分が異なることから周波数分離が可能となる。
　以上のように、この実施の形態２によれば、送信光の１パルス内の主領域に変調周波数ｆ１に相当する第１の直線位相変調信号を生成し、立ち下り領域に変調周波数ｆ２に相当する第２の直線位相変調信号を生成する変調ユニット２０と、光受信器１２から入力される受信光のうち、所定の周波数の受信光を抑制するＲＦスイッチ３８を有する信号処理ユニット３０とを備えるように構成したので、レーザレーダ装置内の漏れ光による影響を抑制し、パルス立ち下り領域直後の受信光を用いてブレード９０３の回転計測を行うことができる。これにより、レーザレーダ装置のみで、風車の回転数の計測および風車位置における風速の計測を行うことができ、レーザレーダ装置の高分解能化を実現することができる。
実施の形態３．
　上述した実施の形態１では、光サーキュレータ６から出力された送信信号を分岐させる光スイッチ７を設ける構成を示したが、この実施の形態３では、送信信号をフィルタで分離する構成を示す。
　図１４は、実施の形態３に係るレーザレーダ装置１００ｂの構成を示すブロック図である。
　この実施の形態３では、実施の形態１で示したレーザレーダ装置１００の基準光源１、光スイッチ７および光スイッチ制御信号生成部８に替えて波長可変光源１３および波長分離フィルタ１４を設けて構成している。なお、以下では、実施の形態１に係るレーザレーダ装置１００の構成要素と同一または相当する部分には、実施の形態１で使用した符号と同一の符号を付して説明を省略または簡略化する。
　実施の形態３のレーザレーダ装置１００ｂは、基準光源として波長可変光源１３を適用し、波長分離フィルタ１４において視線方向を波長に基づいて切り替える。波長可変光源１３として、例えばＩＴＬＡ（Integrable Tunable Laser Assemble）などが適用可能であり、出力光の波長を波長α１から波長α２に、波長α２から波長α１に切り替える。波長分離フィルタ１４は、例えばＤＷＤＭ（Dense Wavelength Division Multiplexing）などが適用可能であり、波長α１のみを第１の光アンテナ９に接続し、その他の波長（例えば、波長α２）を第２の光アンテナ１０に接続する。このように、基準光源として適用した波長可変光源１３の波長の切り替えにより、視線方向の切り替えが行われる。
　以上のように、この実施の形態３によれば、出力光の波長の切り替えを行う波長可変光源１３と、波長可変光源１３の切り替え波長のうち一方の波長を第１の光アンテナ９に接続し、他方の波長を第２の光アンテナ１０に接続する波長分離フィルタ１４を備えるように構成したので、送信光を分離するための光スイッチが不要となり、レーザレーダ装置の小型化を実現することができる。送信光の分離に機械的な分離動作が用いられないことから、送信光の分離の信頼性を向上させることができる。
実施の形態４．
　上述した実施の形態１－３のレーザレーダ装置１００，１００ａ，１００ｂは、例えば風車制御システムなどに適用することができる。この実施の形態４では、実施の形態１のレーザレーダ装置１００を風車制御システムに適用した場合について示す。
　図１５は、実施の形態４に係る風車制御システム２００の構成を示す機能ブロック図である。
　風車制御システム２００は、レーザレーダ装置１００、制御装置９０１および駆動装置９０２で構成される。風車制御システム２００は、例えば図１で示した風車９００の頂部に搭載され、風車９００のブレード９０３の回転起動をアシストする機能を有する。
　レーザレーダ装置１００は、実施の形態１で示した構成および機能を備えたレーザレーダ装置であり、風車９００に到来する風の風速、および風車９００のブレード９０３の回転を検出する。レーザレーダ装置１００の検出結果は、制御装置９０１に出力される。制御装置９０１は、レーザレーダ装置１００から入力される検出結果を参照し、ブレード９０３の回転状態および風速に基づいて、ブレード９０３を回転させるための起動アシストを行うか否か判定を行う。制御装置９０１は、判定結果に基づいてブレード９０３の起動アシスト用の電流をＯＮ／ＯＦＦするための制御信号を駆動装置９０２に出力する。駆動装置９０２は、制御装置９０１から入力される制御信号に基づいて、ブレード９０３を駆動させる。
　図１６は、実施の形態４に係る風車制御システム２００の動作を示すフローチャートである。
　レーザレーダ装置１００が図４で示したフローチャートに従って検出した風速およびブレード９０３の回転速度を検出結果として出力すると（ステップＳＴ５１）、制御装置９０１は当該検出結果を参照して、ブレード９０３が回転状態か否か判定を行う（ステップＳＴ５２）。ステップＳＴ５２の回転状態かの判定は、ブレード９０３の回転速度が０である場合に回転状態でないと判定してもよいし、ブレード９０３の回転速度が閾値以下である場合に回転状態でないと判定してもよい。
　ブレード９０３が回転状態である場合（ステップＳＴ５２；ＹＥＳ）、ステップＳＴ５１の処理に戻り、上述した処理を繰り返す。一方、ブレード９０３が回転状態でない場合（ステップＳＴ５２；ＮＯ）、制御装置９０１はさらに検出結果を参照して風車位置における風速が閾値以上であるか判定を行う（ステップＳＴ５３）。風速が閾値以上でない場合（ステップＳＴ５３；ＮＯ）、ステップＳＴ５１の処理に戻り、上述した処理を繰り返す。一方、風速が閾値以上である場合（ステップＳＴ５３；ＹＥＳ）、制御装置９０１はブレード９０３の起動をアシストするための電流の印加を指示する制御信号を出力する（ステップＳＴ５４）。駆動装置９０２は、ステップＳＴ５４で出力された制御信号に基づいて、起動アシスト用の電流を印加する（ステップＳＴ５５）。
　ブレード９０３の起動アシストが開始されると、制御装置９０１は駆動装置９０２の駆動状態を参照し、ブレード９０３の回転が所定の回転数に到達したか否か判定を行う（ステップＳＴ５６）。ブレード９０３の回転が所定の回転数に到達していない場合（ステップＳＴ５６；ＮＯ）、ステップＳＴ５６の判定処理に戻る。一方、ブレード９０３の回転が所定の回転数に到達した場合（ステップＳＴ５６；ＹＥＳ）、制御装置９０１は起動アシスト用の電流のＯＦＦを指示する制御信号を出力する（ステップＳＴ５７）。駆動装置９０２は、ステップＳＴ５７で出力された制御信号に基づいて、起動アシスト用の電流をＯＦＦにする（ステップＳＴ５８）。その後、フローチャートはステップＳＴ５１の処理に戻り、上述した処理を繰り返す。
　このように、風車制御システム２００は、レーザレーダ装置１００の検出結果を参照し、ブレード９０３が非回転状態であり、且つ閾値以上の風速の風が吹いている場合に、ブレード９０３の回転起動をアシストするための電流を印加し、ブレード９０３の回転をアシストする。ブレード９０３の回転をアシストする電流を印加している間、制御装置９０１は駆動装置９０２の駆動状態をモニタし、ブレード９０３が一定回数回転するための電流が印加された場合には、ブレード９０３の回転が安定したと判断して、起動アシスト用電流をＯＦＦする制御を行う。
　以上のように、この実施の形態４によれば、送信光１パルス内で風車位置における風速とブレード９０３の回転速度を検出するレーザレーダ装置１００と、レーザレーダ装置１００の検出結果に基づいてブレード９０３の起動アシスト用電流の印加を制御する制御装置９０１と、制御装置９０１の制御指示に基づいてブレード９０３の起動アシストを駆動する駆動装置９０２とを備えるように構成したので、風車に対して微風が吹いている場合に、効率よく風車９００のブレード９０３の回転を起動させることができる。これにより、風車の発電能力を向上させることができる。
　なお、上述した実施の形態４では、風車制御システム２００に実施の形態１で示したレーザレーダ装置１００を適用する構成を示したが、実施の形態２で示したレーザレーダ装置１００ａ、実施の形態３で示したレーザレーダ装置１００ｂを適用して構成してもよい。
　また、上述した実施の形態１から実施の形態４では、レーザレーダ装置を風車に適用する場合を例に示したが、風力により回転する回転体を備えた構造物などにも適用可能である。
　上記以外にも、本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ザレーダ装置は、送信光の１パルス内で短距離地点での反射光および長距離地点での反射光の周波数分析が可能なため、風車位置における風速および風車の回転の２つの計測値の検出して制御を行う風力発電装置などに適している。
　１　基準光源、２　光分岐カプラ、３　光位相変調器、４　光強度変調器、５　光増幅器、６　光サーキュレータ、７　光スイッチ、８　光スイッチ制御信号生成部、９　第１の光アンテナ、１０　第２の光アンテナ、１１　光カプラ、１２　光受信器、１３　波長可変光源、１４　波長分離フィルタ、２０　変調ユニット、２１　第１の信号生成部、２２　第２の信号生成部、２３　信号加算回路、２４　第３の信号生成部、３０，３０ａ　信号処理ユニット、３１　ＲＦ分離カプラ、３２　第１のバンドパスフィルタ、３３　風計測信号処理部、３４　風速検出部、３５　第２のバンドパスフィルタ、３６　ブレード計測信号処理部、３７　ブレード回転速度検出部、１００，１００ａ，１００ｂ　レーザレーダ装置、２００　風車制御システム、９００　風車、９０１　制御装置、９０２　駆動装置、９０３　ブレード。

Claims (8)

  1. 　レーザ光を発振する基準光源と、
    　第１の周波数成分および第２の周波数成分を有する直線位相変調信号に基づいて、前記レーザ光の送信光の位相変調を行う光位相変調器と、
    　前記第１の周波数成分と前記第２の周波数成分がそれぞれ異なるパルス幅を有するパルス光を生成するためのパルス光生成信号に基づいて、前記光位相変調器が位相変調を行った送信光の光強度を変調する光強度変調器と、
    　前記光強度変調器により光強度が変調された送信光を空間に照射すると共に、当該照射した送信光が第１の地点および第２の地点で反射された反射光を受信する光アンテナと、
    　前記光アンテナが受信した受信光と前記レーザ光の局発光とを合波した光をヘテロダイン検波する光受信器と、
    　前記光受信器のヘテロダイン検波により得られた受信信号を、前記第１の周波数成分および第２の周波数成分に基づいて分離し、前記第１の地点および前記第２の地点における受信信号の周波数分析を行う信号処理ユニットを備えたレーザレーダ装置。
  2. 　前記光位相変調器は、前記第２の周波数成分を前記生成するパルス光の立ち上がり領域に印加することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
  3. 　前記光位相変調器は、前記第２の周波数成分を前記生成するパルス光の立ち下り領域に印加し、
    　前記信号処理ユニットは、当該レーザレーダ装置からの漏れ光を抑圧するＲＦスイッチを備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
  4. 　前記光強度変調器として、半導体光増幅器を適用したことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
  5. 　前記光アンテナは、前記送信光を照射する第１の光アンテナおよび第２の光アンテナを備え、
    　前記光強度変調器により変調された送信光の光路を第１の光アンテナと第２の光アンテナとで切り替える光スイッチを備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
  6. 　前記基準光源は、２波長の前記レーザ光を発振する波長可変光源であり、
    　前記アンテナは、前記レーザ光の第１波長の送信光を照射する第１のアンテナと、前記レーザ光の第２波長の送信光を照射する第２のアンテナとを備え、
    　前記光強度変調器により変調された送信光の波長に基づいて、前記第１波長の送信光と前記第２波長の送信光に分離して前記第１のアンテナおよび前記第２のアンテナに出力する波長分離フィルタを備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
  7. 　前記信号処理ユニットは、前記第１の周波数成分に基づいて前記第１の地点の風向風速情報を計測する風計測信号処理部と、前記風計測信号処理部が計測した風向風速情報から前記第１の地点の風速を検出する風速検出部と、前記第２の周波数成分に基づいて前記第２の地点に位置する回転部材の回転情報を計測する回転部材計測信号処理部と、前記回転部材計測信号処理部が計測した回転情報から前記回転部材の回転速度を検出する回転速度検出部とを備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
  8. 　ブレードを備えた風車と、
    　レーザ光を発振する基準光源と、第１の周波数成分および第２の周波数成分を有する直線位相変調信号に基づいて、前記レーザ光の送信光の位相変調を行う光位相変調器と、前記第１の周波数成分と前記第２の周波数成分がそれぞれ異なるパルス幅を有するパルス光を生成するためのパルス光生成信号に基づいて、前記光位相変調器が位相変調を行った送信光の光強度を変調する光強度変調器と、前記光強度変調器により光強度が変調された送信光を空間に照射すると共に、当該照射した送信光が大気中のエアロゾルおよび前記ブレードで反射された反射光を受信する光アンテナと、前記光アンテナが受信した受信光と前記レーザ光の局発光とを合波した光をヘテロダイン検波する光受信器と、前記第１の周波数成分に基づいて前記風車位置における風向風速情報を計測する風計測信号処理部と、前記風計測信号処理部が計測した風向風速情報から前記風車位置における風速を検出する風速検出部と、前記第２の周波数成分に基づいて前記ブレードの回転情報を計測する回転部材計測信号処理部と、前記回転部材計測信号処理部が計測した回転情報から前記ブレードの回転速度を検出する回転速度検出部とを備えたレーザレーダ装置と、
    　前記レーザレーダ装置が検出した前記風車位置における風速と、前記ブレードの回転速度を参照し、前記風速が閾値以上であり、且つ前記ブレードが非回転状態である場合に、前記ブレードの回転起動をアシストする電流を印加する制御を行う制御装置と、
    　前記制御装置の制御に基づいて、前記ブレードの回転起動をアシストする電流を印加する駆動装置とを備えた風車制御システム。
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