JP3322214B2 - Airflow detection method and laser radar device - Google Patents
Airflow detection method and laser radar deviceInfo
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- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、気象観測
や航空管制のために風や乱気流を検出する気流検出方法
およびレーザレーダ装置に関し、特に、雨中での風の状
況(風向、風速)から所定空間における乱気流を検出す
る気流検出方法およびレーザレーダ装置に関するもので
ある。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an airflow detection method and a laser radar device for detecting wind and turbulence for, for example, weather observation and air traffic control, and more particularly to a method of detecting wind conditions (wind direction and speed) in rain. The present invention relates to an airflow detection method for detecting a turbulent airflow in a predetermined space and a laser radar device.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のレーザレーダ装置として、例え
ば、図15に示す、「プラズマと気体のレーザ応用計
測」(村岡克紀・前田三男共著:産業図書)に記載され
たレーザレーダ装置がある。同図に示す装置は、架台1
50に固定された受信用望遠鏡115と信号処理器10
3を備え、受信用望遠鏡115は、レーザ送信器11
3、コリメータ114、光検出器116、光フィルタ1
17を有する。また、信号処理器103は、信号処理部
103a、制御部103bを有し、この制御部103b
に内蔵されるコンピュータ118からは、表示器104
と記録器105に対して所定の出力がなされる。2. Description of the Related Art As a conventional laser radar apparatus, there is, for example, a laser radar apparatus described in "Applied Measurement of Plasma and Gas Laser" (Katsunori Muraoka and Mitsuo Maeda: Sangyo Tosho) shown in FIG. The device shown in FIG.
The receiving telescope 115 fixed to 50 and the signal processor 10
3 and the receiving telescope 115 includes the laser transmitter 11
3, collimator 114, photodetector 116, optical filter 1
Seventeen. The signal processor 103 has a signal processing unit 103a and a control unit 103b.
From the computer 118 built in the display 104
Is output to the recorder 105.
【0003】次に、上記従来のレーザレーダ装置の動作
を説明する。図15に示すレーザレーダ装置のレーザ送
信器113は、パルス幅τのレーザ光を、コリメータ1
14でコリメートして、大気中に送り出し、大気からの
後方散乱光を受信用望遠鏡115で受光した後、光検出
器116で、その光信号を電気信号に変換する。光の速
度をcとすると、距離Rの点から戻ってきた光のパワー
は、以下のライダ方程式で与えられる。Next, the operation of the conventional laser radar device will be described. The laser transmitter 113 of the laser radar device shown in FIG.
After being collimated at 14 and sent out to the atmosphere, and the backscattered light from the atmosphere is received by the receiving telescope 115, the optical signal is converted by the photodetector 116 into an electric signal. Assuming that the speed of the light is c, the power of the light returned from the point at the distance R is given by the following lidar equation.
【0004】 P(R)=PoK(cτ/2)Aβ(R)Y(R)To(R)2/R2 …(1) ここで、Poは送信パワー、Kは受信光学系の効率、A
は望遠鏡の有効面積、β(R)は微分後方散乱断面積、
Y(R)は、送信ビームと望遠鏡視野の重なりファク
タ、To(R)は、片道あたりの透過率である。P (R) = PoK (cτ / 2) Aβ (R) Y (R) To (R) 2 / R2 (1) where Po is the transmission power, K is the efficiency of the receiving optical system, A
Is the effective area of the telescope, β (R) is the differential backscattering cross section,
Y (R) is the overlap factor between the transmitted beam and the telescope field of view, and To (R) is the transmittance per way.
【0005】また、この受信信号は、次の式で表される
風速に応じた周波数のドップラシフトを受ける。 Δf=2V/λ …(2) ここで、Vは風速、λは光(送信レーザ光)の波長であ
る。上記のレーザレーダ装置は、信号処理部103a
で、この周波数のシフト量を検出し、それを制御部10
3b内のコンピュータ118で解析した後、その結果よ
り得られた風速を表示器104に表示する。[0005] The received signal is subjected to a Doppler shift of a frequency corresponding to the wind speed represented by the following equation. Δf = 2V / λ (2) where V is the wind speed, and λ is the wavelength of light (transmitted laser light). The above-described laser radar device includes a signal processing unit 103a
Then, the shift amount of this frequency is detected, and it is
After analysis by the computer 118 in 3b, the wind speed obtained from the analysis is displayed on the display 104.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のレーザレーダ装置には、以下のような問題がある。
すなわち、風を検出するレーザレーダ装置は、トレーサ
としてエアロゾルを用いているため、晴天時の観測には
非常に有効な手段であるが、雨天時には、エアロゾルよ
りも、はるかに粒径の大きい雨滴により散乱を受ける。
そのため、雨滴のエコーに比べて、エアロゾルのエコー
の方がはるかに弱く、その検知が非常に困難となる。However, the conventional laser radar device has the following problems.
In other words, a laser radar device that detects wind uses an aerosol as a tracer, so it is a very effective means for observation in fine weather.However, in rainy weather, raindrops with a much larger particle size than aerosols use Receive scattering.
Therefore, the aerosol echo is much weaker than the raindrop echo, and it is very difficult to detect it.
【0007】一方、航空管制用レーダ装置では、偏波を
切り替える(円偏波にする)ことにより、降雨からのエ
コーをキャンセルする手法を取るが、気象用途では、対
象物(ターゲット)である雨滴もエアロゾルも球形状で
あるため、それらを区別できない。On the other hand, an air traffic control radar apparatus employs a technique of canceling echoes from rainfall by switching the polarization (making it circularly polarized). However, in a meteorological application, a raindrop which is an object (target) is used. And aerosols are spherical and cannot be distinguished.
【0008】特開平6−308234号に開示された距
離測定装置においては、降雨を検出する雨滴センサを設
け、この雨滴センサからの降雨情報に基づいて、つま
り、雨量に応じて光パルスの強度、受信機のゲインを制
御して、降雨による測定距離の減少を防ぐよう構成され
ている。他方、風を検出するレーザレーダ装置では、信
号強度の制御だけでは雨滴のエコーが強まるだけで、風
を分離検出することができない。In the distance measuring device disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 6-308234, a raindrop sensor for detecting rainfall is provided, and based on rainfall information from the raindrop sensor, that is, the intensity of the light pulse according to the amount of rainfall, It is configured to control the gain of the receiver to prevent a decrease in the measurement distance due to rainfall. On the other hand, in a laser radar device that detects wind, control of the signal intensity alone only enhances the echo of raindrops and cannot separate and detect the wind.
【0009】本発明は、上述の課題に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、降雨時においても、雨
滴の影響を受けずに風や特徴的な後方乱気流の運動を捉
える気流検出方法およびレーザレーダ装置を提供するこ
とである。SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and has as its object to detect an airflow which captures the movement of a wind or a characteristic backward turbulence without being affected by raindrops even during rainfall. It is to provide a method and a laser radar device.
【0010】[0010]
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
め、本発明は、測定対象空間にレーザ光を照射する工程
と、上記測定対象空間内の雨滴による上記レーザ光の散
乱信号を受信する工程と、上記受信した散乱信号をもと
に、上記雨滴の運動ベクトルを求める第1の演算工程
と、上記雨滴に対して、鉛直下方より上方へ所定波長の
電波を照射する工程と、上記雨滴からの上記電波の反射
波を受信する工程と、上記受信した反射波をもとに、上
記雨滴の鉛直落下速度成分を求める第2の演算工程と、
上記運動ベクトルと鉛直落下速度成分とのベクトル演算
から風速を求める第3の演算工程とを備える気流検出方
法を提供する。In order to achieve the above object, the present invention provides a step of irradiating a laser beam to a measurement target space and receiving a scattering signal of the laser light by a raindrop in the measurement target space. A first calculating step of obtaining a motion vector of the raindrop based on the received scattered signal; a step of irradiating the raindrop with a radio wave of a predetermined wavelength upward from below vertically; Receiving the reflected wave of the radio wave from the first and second, based on the received reflected wave, a second calculation step of calculating the vertical drop velocity component of the raindrop,
A third calculation step for obtaining a wind speed from a vector calculation of the motion vector and the vertical drop velocity component is provided.
【0011】好ましくは、上記電波の照射にマイクロ波
レーダを使用する。また、上記マイクロ波レーダは二重
偏波レーダであり、上記第2の演算工程は、この二重偏
波レーダの垂直偏波と水平偏波を切り替えて、上記雨滴
の鉛直落下速度成分を求める。さらに、上記雨滴の鉛直
落下速度成分には、上記二重偏波レーダの偏波切替えに
よって得た雨滴の扁平度に基づく雨滴の粒径、および、
空気抵抗から推定した落下速度の補正がなされている。Preferably, a microwave radar is used for the irradiation of the radio waves. Further, the microwave radar is a dual-polarization radar, and the second operation step switches the vertical polarization and the horizontal polarization of the dual-polarization radar to obtain a vertical drop velocity component of the raindrop. . Furthermore, the vertical drop velocity component of the raindrop, the particle size of the raindrop based on the flatness of the raindrop obtained by the polarization switching of the dual polarization radar, and,
The fall velocity estimated from the air resistance is corrected.
【0012】また、好ましくは、上記電波の照射に音波
レーダを使用する。[0012] Preferably, a sound wave radar is used for the irradiation of the radio wave.
【0013】他の発明によれば、後方乱気流を含む測定
対象空間にレーザ光を照射する工程と、上記測定対象空
間内の雨滴による上記レーザ光の散乱信号のドップラ成
分を検出する工程と、気象ドップラレーダより、上記雨
滴に対して所定波長の電波を照射する工程と、上記電波
の照射によって、上記雨滴に対するドップラデータを得
る工程と、上記ドップラ成分とドップラデータとから、
上記後方乱気流の運動成分を演算する工程とを備え、上
記後方乱気流の運動成分をもとに風速を求める気流検出
方法を提供する。According to another aspect of the present invention, a step of irradiating a measurement target space including a wake turbulence with a laser beam, a step of detecting a Doppler component of the scattered signal of the laser beam due to raindrops in the measurement target space, From the Doppler radar, irradiating the raindrops with a radio wave of a predetermined wavelength, and irradiating the radio waves, obtaining Doppler data for the raindrops, from the Doppler component and Doppler data,
Calculating a motion component of the wake turbulence, and providing an airflow detection method for obtaining a wind speed based on the motion component of the wake turbulence.
【0014】また、他の発明によれば、後方乱気流の発
生空間にレーザ光を照射する第1の照射工程と、上記後
方乱気流の発生空間から所定距離離れた後方乱気流の非
発生空間にレーザ光を照射する第2の照射工程と、上記
後方乱気流の発生空間内の雨滴による上記レーザ光の散
乱信号の第1のドップラ成分を検出する工程と、上記後
方乱気流の非発生空間内の雨滴による上記レーザ光の散
乱信号の第2のドップラ成分を検出する工程と、上記第
1のドップラ成分と第2のドップラ成分とから、上記後
方乱気流の運動成分を演算する工程とを備え、上記後方
乱気流の運動成分をもとに風速を求める気流検出方法を
提供する。According to another aspect of the present invention, the first irradiation step of irradiating the rear turbulence generation space with the laser beam, and the laser light is irradiated to the rear turbulence non-generation space separated from the rear turbulence generation space by a predetermined distance. A second irradiating step; a step of detecting a first Doppler component of the scattered signal of the laser light by the raindrops in the space where the wake turbulence is generated; and Detecting a second Doppler component of the scattered signal of the laser light; and calculating a motion component of the wake turbulence from the first Doppler component and the second Doppler component. Provided is an airflow detection method for obtaining a wind speed based on a motion component.
【0015】他の発明によれば、後方乱気流の発生空間
にレーザ光を照射する第1および第2の照射工程と、上
記後方乱気流の発生空間内の雨滴による上記レーザ光の
第1および第2のドッブラエコーを検出する工程と、上
記第1のドップラエコーと第2のドップラエコーとか
ら、上記後方乱気流の運動成分を演算する工程とを備
え、上記第1のドッブラエコーの検出に係るレーザ送受
信機の距離分解能が、上記第2のドッブラエコーの検出
に係るレーザ送受信機の距離分解能よりも高く設定し
て、上記後方乱気流の運動成分をもとに風速を求める気
流検出方法を提供する。According to another aspect of the present invention, the first and second irradiation steps of irradiating a laser beam to the space where the wake turbulence occurs, and the first and second irradiation steps of the laser light due to raindrops in the space where the wake turbulence occurs. Detecting the Doppler echo, and calculating the motion component of the wake turbulence from the first Doppler echo and the second Doppler echo, wherein the laser transceiver according to the detection of the first Doppler echo An airflow detection method is provided in which the distance resolution is set higher than the distance resolution of the laser transceiver for detecting the second Doppler echo, and the wind speed is obtained based on the motion component of the wake turbulence.
【0016】好適には、上記第1のドッブラエコーの検
出に係るレーザ送受信機と、上記第2のドッブラエコー
の検出に係るレーザ送受信機は、上記後方乱気流の発生
空間を間に挟んで物理的に対称な位置に配置されてい
る。Preferably, the laser transceiver for detecting the first Doppler echo and the laser transceiver for detecting the second Doppler echo are physically symmetrical with the space where the wake turbulence is generated therebetween. It is arranged in a suitable position.
【0017】また、他の発明によれば、上記の気流検出
方法を使用して風速を求めるレーザレーダ装置を提供す
る。According to another aspect of the present invention, there is provided a laser radar apparatus for determining a wind speed by using the above-described airflow detecting method.
【0018】[0018]
【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明に係る実施の形態を説明する。 実施の形態1.以下、本発明に係る実施の形態1につい
て説明する。図1は、本発明の実施の形態に係るレーザ
レーダ装置の構成を示すブロック図である。また、図1
3は、本レーザレーダ装置における処理手順を示すフロ
ーチャートである。図1に示すレーザレーダ装置10
は、対象に向けてレーザビームを照射し、そこからの散
乱信号を受信するレーザ送受信機1(ここでは、単一の
送受光学系を持つ装置としている)、マイクロ波レーダ
装置2、信号処理器3、そして、表示器4を備える。な
お、本装置の動作については、後述する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. Embodiment 1 FIG. Hereinafter, Embodiment 1 according to the present invention will be described. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a laser radar device according to an embodiment of the present invention. FIG.
FIG. 3 is a flowchart showing a processing procedure in the present laser radar device. Laser radar device 10 shown in FIG.
Is a laser transceiver 1 that irradiates a target with a laser beam and receives a scattered signal therefrom (here, a device having a single transmission / reception optical system), a microwave radar device 2, a signal processor 3 and a display 4. The operation of the present apparatus will be described later.
【0019】図2は、雨滴に外部から作用する力(風)
と運動との関係を示す。同図に示すように、雨滴21
は、重力による落下運動と風の作用を合成した方向(図
中、「雨滴の運動ベクトル」と記された方向)に運動す
る。大気の移動という、大きなスケールでの風の作用に
よる雨滴の運動では、雨滴の風方向の速度成分は、風の
速度と等しいとみなすことができる。従って、レーザレ
ーダ装置によって検出された雨滴の速度、方向より、重
力による鉛直落下速度成分を除去すれば、風の速度、方
向を求めることができる。FIG. 2 shows the force (wind) acting on raindrops from outside.
Shows the relationship between and exercise. As shown in FIG.
Moves in the direction (the direction indicated by “motion vector of raindrop” in the figure) in which the drop motion due to gravity and the action of the wind are combined. In the movement of the raindrop by the action of the wind on a large scale, which is the movement of the atmosphere, the velocity component of the raindrop in the wind direction can be considered to be equal to the wind velocity. Therefore, if the vertical falling velocity component due to gravity is removed from the speed and direction of the raindrop detected by the laser radar device, the speed and direction of the wind can be obtained.
【0020】雨の鉛直落下速度は、夕立のような大粒の
雨では速く、霧雨のような小粒の雨では遅い、というこ
とが知られているように、一定の速度で落下するわけで
はなく、以下のように考えることができる。すなわち、
水蒸気の凝結により成長した雨滴は、重力の影響により
落下運動を始め、次第に加速される。そして、加速され
た雨滴に対しては、空気抵抗により、上向きの抵抗力が
大きくなり、やがて、上向きの力と下向きの力がつりあ
う速度で落下するようになる。It is known that the vertical falling speed of rain is not constant at a constant speed, as it is known that the speed of vertical rain is large in heavy rain such as showers and low in small rain such as drizzle. It can be considered as follows. That is,
The raindrops grown by the condensation of water vapor begin to fall under the influence of gravity and are gradually accelerated. The upward resistance of the accelerated raindrop increases due to the air resistance, and the raindrop eventually falls at a speed at which the upward force and the downward force balance.
【0021】粒子の落下が等速になる速度を終端速度と
いい、それは、次の式(ストークスの法則)で表され
る。 V=2ρLIQr2g/9η …(3) ここで、Vは終端速度、ρLIQは雨の密度、rは雨滴
の半径、gは重力の加速度、ηは空気の粘性係数を示
す。上記の式(3)で示されるように、雨滴の落下速度
は、その半径の2乗に比例するが、雨滴の半径およびそ
の他の係数は、その時々の降雨状況により異なるので、
落下速度も一様ではない。そこで、本実施の形態に係る
レーザレーダ装置では、雨の落下速度を、図1のマイク
ロ波レーダ装置2で検出する。The speed at which particles fall at a constant speed is called the terminal speed, which is expressed by the following equation (Stokes' law). V = 2ρLIQr2g / 9η (3) where V is the terminal velocity, ρLIQ is the density of rain, r is the radius of the raindrop, g is the acceleration of gravity, and η is the viscosity coefficient of air. As shown in the above equation (3), the falling speed of the raindrop is proportional to the square of its radius, but the radius of the raindrop and other coefficients differ depending on the rainfall situation at each time.
The falling speed is not uniform either. Therefore, in the laser radar device according to the present embodiment, the falling speed of rain is detected by the microwave radar device 2 in FIG.
【0022】図1に示すマイクロ波レーダ装置2は、計
測対象が降雨であるため、一般の大型レーダ装置のよう
に、遠距離の検知能力を必要としない。そこで、マイク
ロ波レーダ装置2そのものは、小電力の装置として実現
できる。The microwave radar device 2 shown in FIG. 1 does not require a long-distance detection capability unlike a general large-sized radar device because the measurement target is rainfall. Therefore, the microwave radar device 2 itself can be realized as a low-power device.
【0023】本実施の形態では、このマイクロ波レーダ
装置2のビームを鉛直上方に固定して、観測対象空間
(ターゲットボリューム)が、マイクロ波レーダ装置2
の真上に来るよう位置させる。これにより、マイクロ波
レーダ装置2より得られる速度情報は、水平方向の速度
成分を含まないことになる。そこで、風が、図2に示す
ように、雨滴に対して水平方向に吹いているものと仮定
すると、マイクロ波レーダ装置2より得られる速度情報
は、雨の鉛直落下速度を示す、とすることができる。In the present embodiment, the beam of the microwave radar device 2 is fixed vertically upward so that the observation target space (target volume) is
Position so that it is directly above. Thus, the speed information obtained from the microwave radar device 2 does not include a horizontal speed component. Therefore, assuming that the wind is blowing horizontally with respect to raindrops as shown in FIG. 2, the speed information obtained from the microwave radar device 2 indicates the vertical falling speed of rain. Can be.
【0024】ところが、風は、常に水平方向にのみ吹い
ているわけではなく、一般的には、図3に示すように、
鉛直方向の速度成分を持つ。このため、単純に上記方法
で検出した速度には、誤差が含まれることになる。この
測定誤差を軽減させるために、測定結果の高度分布の分
析(地表に十分近い測定点では、鉛直方向の風速は0に
近い)や平均化処理、または、適当な距離をおいて設置
された複数の降雨速度検出器による測定結果の解析を行
うことにより、その測定精度を向上させることが必要と
なる。However, the wind does not always blow only in the horizontal direction, but generally, as shown in FIG.
It has a vertical velocity component. Therefore, the speed simply detected by the above method includes an error. In order to reduce the measurement error, analysis of the altitude distribution of the measurement results (at a measurement point sufficiently close to the ground surface, the wind speed in the vertical direction is close to 0), averaging processing, or installation at an appropriate distance It is necessary to improve the measurement accuracy by analyzing the measurement results by a plurality of rain rate detectors.
【0025】そこで、上記の方法で、マイクロ波レーダ
装置2によって検出された降雨速度と、レーザ送受信機
1より得られた受信信号とから、雨の影響を除去した風
の速度情報を求める方法を説明する。Therefore, a method of obtaining wind speed information from which the influence of rain has been removed from the rainfall speed detected by the microwave radar device 2 and the reception signal obtained from the laser transceiver 1 by the above method. explain.
【0026】雨の影響を除去した風の速度情報を求める
ため、本実施の形態に係るレーザレーダ装置10の信号
処理器3において、以下の演算処理を行う。The following processing is performed in the signal processor 3 of the laser radar device 10 according to the present embodiment in order to obtain wind speed information from which the influence of rain has been removed.
【0027】今、図3に示すように、レーザ送受信機1
より得られた雨滴の速度(説明の簡略化のため、雨滴の
運動方向は、レーザ送受信機の方向に真っ直ぐ向かって
いるものとする)をV1、マイクロ波レーダ装置2よ
り、上述の方法によって得られた雨滴の鉛直落下速度を
V2、ビームの垂線とのなす角度をθとする。この場
合、図中、点線で示される成分V1cosθは、レーダ
装置2で検出される見かけ上の落下速度成分であるか
ら、風速Vxは、次式によって計算できる。Now, as shown in FIG.
The obtained raindrop velocity (for simplicity of explanation, the direction of movement of the raindrop is assumed to be straight toward the direction of the laser transceiver) is obtained from V1 and the microwave radar device 2 by the above-described method. The vertical drop velocity of the raindrop is V2, and the angle between the vertical drop and the beam is θ. In this case, the component V1cos θ indicated by the dotted line in the figure is an apparent falling speed component detected by the radar device 2, and therefore, the wind speed Vx can be calculated by the following equation.
【0028】 Vx=√{(V1sinθ)2+(V1cosθ−V2)2} =√(V12+V22−2V1V2cosθ) …(4)Vx = {(V1 sin θ) 2+ (V1cosθ−V2) 2} = {(V12 + V22-2V1V2cosθ) (4)
【0029】本レーザレーダ装置は、このように、レー
ザ送受信機より対象に向けてレーザビームを照射し、そ
こからの散乱信号を受信する(図13のステップS
1)。そして、雨滴の運動ベクトルを求めた後(ステッ
プS2)、その鉛直落下速度を検出し(ステップS
3)、得られた速度成分をレーザレーダ装置の受信信号
より除去する演算を実行する(ステップS4)ことによ
り、雨の影響を除去した風速を得ている。As described above, the present laser radar device irradiates a laser beam from a laser transceiver toward a target and receives a scattered signal from the laser beam (step S in FIG. 13).
1). Then, after obtaining the motion vector of the raindrop (step S2), the vertical drop speed is detected (step S2).
3) An operation for removing the obtained velocity component from the received signal of the laser radar device is executed (step S4), thereby obtaining a wind speed from which the influence of rain has been removed.
【0030】つまり、雨滴が、風の影響による速度成分
と重力の影響による鉛直落下成分を合成した運動をして
おり、雨滴の運動=風の運動とすることはできないた
め、雨天時の雨滴速度を観測して、雨の影響を除去した
風の速度情報をもとに、風速Vxを求めている。なお、
その結果は、表示器4に可視表示される(ステップS
5)。That is, the raindrop has a motion that combines the velocity component under the influence of the wind and the vertical drop component under the influence of the gravity, and the motion of the raindrop cannot be the wind motion. And the wind speed Vx is obtained based on the wind speed information from which the influence of rain has been removed. In addition,
The result is visually displayed on the display 4 (step S
5).
【0031】上記の表示器4への表示形態や表現方法に
ついて、ここでは特に限定しない。よって、得られた結
果は、例えば、航空管制官に伝達できる情報文を作成す
るための情報として使用するとともに、得られた生の情
報を、管制官に対して付属的な情報として表示器4に可
視表示するようにしてもよい。The display form and expression method on the display 4 are not particularly limited here. Therefore, the obtained result is used, for example, as information for preparing an information sentence that can be transmitted to an air traffic controller, and the obtained raw information is used as ancillary information for the controller on the display 4. May be visually displayed.
【0032】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、降雨時には、エアロゾルからの反射エコーよりも雨
滴からの反射エコーがはるかに強いことに着目して、降
雨時に雨滴による散乱エコーを測定し、このときの雨滴
の鉛直落下速度成分をレーザレーダ装置の受信信号より
除去することにより、雨天での風の観測を可能にしてい
る。As described above, according to the present embodiment, the scattered echo due to raindrops is measured during rainfall, focusing on the fact that the reflected echoes from raindrops are much stronger than the echoes reflected from aerosols during rainfall. The vertical drop velocity component of the raindrop at this time is removed from the reception signal of the laser radar device, thereby enabling observation of the wind in rainy weather.
【0033】なお、上記実施の形態1に係るレーザレー
ダ装置では、降雨の鉛直落下速度成分の検出にマイクロ
波レーダ装置を用いているが、これに限定されず、例え
ば、音波レーダ装置を用いてもよい。つまり、音波レー
ダを用いることで、測定範囲に広がりを持たせることが
でき、測定範囲の受信信号の平均化処理を行えるという
効果がある。In the laser radar device according to the first embodiment, the microwave radar device is used for detecting the vertical falling velocity component of rainfall. However, the present invention is not limited to this. For example, a sound wave radar device may be used. Is also good. That is, by using the acoustic wave radar, the measurement range can be widened, and there is an effect that the averaging process of the received signal in the measurement range can be performed.
【0034】実施の形態2.以下、本発明の実施の形態
2について説明する。図4は、本実施の形態に係るレー
ザレーダ装置の構成を示すブロック図である。なお、同
図に示すレーザレーダ装置20において、図1に示す、
上記実施の形態1に係るレーザレーダ装置と同一構成要
素には同一符号を付し、ここでは、それらの説明を省略
する。Embodiment 2 Hereinafter, Embodiment 2 of the present invention will be described. FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of the laser radar device according to the present embodiment. In the laser radar device 20 shown in FIG.
The same components as those of the laser radar device according to the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.
【0035】図4に示すレーザレーダ装置20では、実
施の形態1に係るマイクロ波レーダ装置2の代わりに二
重偏波レーダ装置5を用いている。この二重偏波レーダ
装置5は、図4に示すように、観測対象空間に対して斜
め下方に配置されており、垂直偏波と水平偏波を切り替
えて測定することによって、降雨のドップラの測定とと
もに、雨滴の扁平度を測定している。In the laser radar device 20 shown in FIG. 4, a dual polarization radar device 5 is used instead of the microwave radar device 2 according to the first embodiment. As shown in FIG. 4, the dual-polarization radar device 5 is disposed obliquely below the observation target space, and performs measurement by switching between vertical polarization and horizontal polarization. Along with the measurement, the flatness of raindrops is measured.
【0036】雨滴は、一般に完全な球形ではなく、その
粒が受ける空気抵抗のため、上下にひしゃげた形となっ
ている。そこで、その扁平度を知り、それにより雨滴の
粒径、および、空気抵抗から落下速度を推定する。な
お、二重偏波レーダによって、垂直偏波と水平偏波を切
り替えて、雨滴の扁平度や粒径を知ることは、公知の技
術であるため、ここでは、その説明を省略する。Raindrops are generally not perfectly spherical, but are in the form of whiskers due to the air resistance of the grains. Therefore, the degree of flatness is known, and the falling velocity is estimated from the particle diameter of the raindrop and the air resistance. It is a known technique to know the flatness and the particle size of raindrops by switching between vertically polarized waves and horizontally polarized waves by using a dual-polarization radar, and a description thereof will be omitted here.
【0037】このように、本実施の形態では、雨滴の扁
平度を知り、その粒径、および、空気抵抗から落下速度
を推定することで、ドップラ信号による降雨速度の測定
結果を補正し、雨の影響を除去した風の速度情報をもと
に、より正確に風速Vxを求めることができる。As described above, in the present embodiment, the measurement result of the rainfall speed based on the Doppler signal is corrected by knowing the flatness of the raindrop, and estimating the falling speed from the particle size and the air resistance. The wind speed Vx can be obtained more accurately based on the wind speed information from which the influence of the wind has been removed.
【0038】実施の形態3.以下、本発明に係る実施の
形態3について説明する。図5は、本実施の形態に係る
レーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。な
お、同図に示すレーザレーダ装置30において、図1に
示す、上記実施の形態1に係るレーザレーダ装置と同一
構成要素には同一符号を付し、ここでは、それらの説明
を省略する。Embodiment 3 Hereinafter, a third embodiment according to the present invention will be described. FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of the laser radar device according to the present embodiment. In the laser radar device 30 shown in the figure, the same components as those of the laser radar device according to the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted here.
【0039】本実施の形態に係るレーザレーダ装置30
は、図5に示すように、観測対象空間に対して斜め下方
に配置された空港気象台の気象ドップラレーダ装置6か
らの降雨ドップラ情報を、インタフェース装置7を介し
て、信号処理器3に取り入れている。Laser radar device 30 according to the present embodiment
As shown in FIG. 5, rainfall Doppler information from the weather Doppler radar device 6 of the airport meteorological observatory arranged obliquely below the observation target space is taken into the signal processor 3 via the interface device 7. I have.
【0040】図6は、航空機の航跡に発生する後方乱気
流の様子を示す図である。同図に示すように、航跡に発
生する後方乱気流は、航空機61の左右主翼に、それぞ
れ反対方向の渦62,63を作る。その渦の大きさは、
航空機の大きさによって異なるが、例えば、ジャンボ・
ジェット機では、直径百数十メートルになり、それが数
分間、存続するとされている。FIG. 6 is a diagram showing the state of wake turbulence generated on the wake of an aircraft. As shown in the figure, the wake turbulence generated in the wake creates vortices 62 and 63 in opposite directions on the left and right main wings of the aircraft 61, respectively. The size of the vortex is
Depending on the size of the aircraft, for example, jumbo
Jets have a diameter of a few hundred meters and are said to last for a few minutes.
【0041】気象用ドップラレーダ装置6は、そのレン
ジ分解能が後方乱気流検出に適していないため、航空機
の航跡付近に対して測定を行っても、後方乱気流を検出
することができない。この後方乱気流の運動は、上記の
レンジ内で平均化されるため、降雨時のドップラデータ
は、後方乱気流の影響を受けない、上空の風の動きによ
るものとなる。The meteorological Doppler radar device 6 cannot detect the wake turbulence even if the measurement is performed in the vicinity of the wake of the aircraft because the range resolution is not suitable for the wake turbulence detection. Since the motion of the wake turbulence is averaged within the above range, the Doppler data at the time of rainfall is based on the wind motion in the sky, which is not affected by the wake turbulence.
【0042】なお、ここでは、測定対象空間内の雨滴に
よる、レーザ光の散乱信号のドップラ成分を検出してい
る。このドップラ成分は、大気からの後方散乱をレーザ
受信機が受信し、その受信信号から周波数成分をシフト
した信号である。また、上記のドップラデータは、風に
関する量子化した情報であり、他の装置、例えば、ドッ
プラレーダ装置より通信情報として送られてくるデータ
である。Here, the Doppler component of the scattered signal of the laser beam due to raindrops in the measurement target space is detected. The Doppler component is a signal in which the backscatter from the atmosphere is received by the laser receiver and the frequency component is shifted from the received signal. The above Doppler data is quantized information relating to wind, and is data sent as communication information from another device, for example, a Doppler radar device.
【0043】図5に示すレーザレーダ装置のレーザ送受
信機1によって得られる測定ボリュームからのデータ
は、後方乱気流の運動と、上空の大気の流れ(降雨速度
も含む)を合成したものとなっている。このため信号処
理器3は、この合成信号から、気象用ドップラレーダ装
置6によって与えられた上空の大気の流れ成分を、演算
処理により除去することで、後方乱気流の運動成分のみ
を取り出している。The data from the measurement volume obtained by the laser transceiver 1 of the laser radar device shown in FIG. 5 is obtained by synthesizing the motion of the wake turbulence and the flow of the air above the air (including the rainfall velocity). . For this reason, the signal processor 3 extracts only the motion component of the wake turbulence by removing the flow component of the air in the sky provided by the meteorological Doppler radar device 6 from the composite signal by arithmetic processing.
【0044】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、後方乱気流の運動と、上空の大気の流れが合成され
た測定データから、気象用ドップラレーダ装置によって
与えられた上空の大気の流れ成分を除去することで、後
方乱気流の運動成分のみを取り出し、降雨時においても
特徴的な後方乱気流の運動を捉えることができる。As described above, according to the present embodiment, the above-mentioned turbulence motion and the above-mentioned atmospheric air flow given by the meteorological Doppler radar device are obtained from the combined measurement data of the above-mentioned atmospheric air flow. By removing the component, only the motion component of the wake turbulence is extracted, and the characteristic wake turbulence motion can be captured even during rainfall.
【0045】実施の形態4.以下、本発明に係る実施の
形態4について説明する。図7は、本実施の形態に係る
レーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。な
お、同図に示すレーザレーダ装置40において、図1に
示す、上記実施の形態1に係るレーザレーダ装置と同一
構成要素には同一符号を付し、ここでは、それらの説明
を省略する。Embodiment 4 Hereinafter, a fourth embodiment according to the present invention will be described. FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of the laser radar device according to the present embodiment. In the laser radar device 40 shown in the figure, the same components as those of the laser radar device according to the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted here.
【0046】図7に示すレーザレーダ装置40は、後方
乱気流発生空間に直接向けられたレーザ送受信機1
(8)と、この測定対象空間から少し離れた空間(後方
乱気流非発生空間)に向けられたレーザ送受信機2
(9)の2つのレーザ送受信機を有する。これらのレー
ザ送受信機の内、レーザ送受信機1(8)によって、後
方乱気流の運動と、上空の気流の影響を受けた雨滴の運
動の合成運動を測定する。また、後方乱気流非発生空間
に向けられたレーザ送受信機2(9)により、上空の気
流の影響を受けた雨滴の運動のみを測定する。The laser radar device 40 shown in FIG. 7 is a laser transmitter / receiver 1 directly directed to the wake turbulence generating space.
(8) and a laser transceiver 2 directed to a space (space in which no wake turbulence occurs) slightly away from the measurement target space
(9) Two laser transceivers are provided. Of these laser transceivers, the laser transceiver 1 (8) measures the combined motion of the wake turbulence motion and the raindrop motion affected by the airflow above. Further, only the movement of the raindrop affected by the airflow in the sky is measured by the laser transceiver 2 (9) directed to the space where no turbulence is generated.
【0047】そして、信号処理器3内の演算処理装置
(不図示)において、上記2つのレーザ送受信機より得
られた信号の差分を求め、その結果から後方乱気流の運
動成分のみを取り出す。Then, in an arithmetic processing unit (not shown) in the signal processor 3, a difference between the signals obtained from the two laser transceivers is obtained, and only the motion component of the wake turbulence is extracted from the result.
【0048】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、2つのレーザ送受信機によって、後方乱気流発生空
間および後方乱気流非発生空間からの信号を得て、その
差分をもとに後方乱気流の運動成分を取り出すことがで
きる。As described above, according to the present embodiment, the signals from the wake turbulence generating space and the wake turbulence non-generating space are obtained by the two laser transceivers, and the turbulence of the wake turbulence is obtained based on the difference between them. The motion component can be extracted.
【0049】なお、上記実施の形態4では、2つのレー
ザ送受信機で構成されたレーザレーダ装置の例を示して
いるが、単一のレーザ送受信機のみで、2つのレーザ送
受信機の機能を実現するよう構成してもよい。すなわ
ち、1つのレーザ送受信機で2サイクルのビーム走査を
行い、一方のサイクルで後方乱気流空間に向けた測定を
し、他方のサイクルで後方乱気流非発生空間に対する測
定をすることにより、2つのレーザ送受信機を使用した
場合と同様の効果が得られる。In the above-described fourth embodiment, an example of a laser radar device composed of two laser transceivers is shown. However, the function of the two laser transceivers is realized only by a single laser transceiver. May be configured. That is, one laser transceiver performs two-cycle beam scanning, performs measurement in the wake turbulence space in one cycle, and performs measurement in the non-wake turbulence space in the other cycle. The same effect as when using a machine can be obtained.
【0050】また、単一のレーザ送受信機のみで、2つ
のレーザ送受信機の機能を実現する他の方法として、図
8に示す例がある。つまり、同図に示すように、レーザ
送受信機1からの送信ビームを、ビームスプリッタ80
で2つに分離し、一方をビーム拡大器82aに直接、入
力する。また、他方のビームについては、ミラー81で
反射後、ビーム拡大器82bへ入力する。FIG. 8 shows another method for realizing the functions of two laser transceivers using only a single laser transceiver. That is, as shown in the figure, the transmission beam from the laser transceiver 1 is transmitted to the beam splitter 80.
And one is directly input to the beam expander 82a. The other beam is reflected by a mirror 81 and then input to a beam expander 82b.
【0051】このような構成によって、ビーム拡大器8
2aからはビーム1を、また、ビーム拡大器82bから
はビーム2を、それぞれの測定空間において一定の距離
を持たせながら出力する。そして、それぞれの測定空間
より得られる受信信号の差分を演算し、上記と同様、後
方乱気流の運動成分を取り出すことができる。With such a configuration, the beam expander 8
The beam 1 is output from the beam expander 2a, and the beam 2 is output from the beam expander 82b while keeping a certain distance in each measurement space. Then, the difference between the received signals obtained from the respective measurement spaces is calculated, and the motion component of the wake turbulence can be extracted as described above.
【0052】実施の形態5.以下、本発明に係る実施の
形態5について説明する。図9は、本実施の形態に係る
レーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。な
お、同図に示すレーザレーダ装置50において、図7に
示す、上記実施の形態4に係るレーザレーダ装置と同一
構成要素には同一符号を付し、ここでは、それらの説明
を省略する。Embodiment 5 FIG. Hereinafter, a fifth embodiment according to the present invention will be described. FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of the laser radar device according to the present embodiment. In the laser radar device 50 shown in the figure, the same components as those of the laser radar device according to the fourth embodiment shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted here.
【0053】図9に示すレーザレーダ装置50は、後方
乱気流の運動成分を取り出す装置であり、後方乱気流の
渦の大きさは、直径が百数十m程度とされているため、
ここでは、レーザ送受信機1(8)のレンジ分解能を数
十メートルに設定し、レーザ送受信機2(9)のレンジ
分解能を数百メートルに設定している。The laser radar device 50 shown in FIG. 9 is a device for extracting the motion component of the wake turbulence, and the vortex of the wake turbulence has a diameter of about one hundred and several tens m.
Here, the range resolution of the laser transceiver 1 (8) is set to several tens of meters, and the range resolution of the laser transceiver 2 (9) is set to several hundred meters.
【0054】航空機の発生する後方乱気流は、限られた
範囲内で渦を巻く運動をするため、風のベクトルと強さ
を、その範囲内で平均すると0になる。上述のように、
レーザ送受信機2(9)は、後方乱気流の大きさに対し
て、十分大きなレンジ分解能で設定されているため、そ
の受信エコーについては、後方乱気流の運動を無視する
ことができ、得られるのは、バックグランドの気流とみ
なすことができる。Since the wake turbulence generated by the aircraft makes a swirling motion within a limited range, the vector and intensity of the wind become zero on average within that range. As mentioned above,
Since the laser transceiver 2 (9) is set to have a sufficiently large range resolution with respect to the magnitude of the wake turbulence, the movement of the wake turbulence can be ignored for the received echo, and the obtained result is , Can be regarded as background airflow.
【0055】そこで、レーザ送受信機2(9)からの受
信データと、レーザ送受信機1(8)によって得られ
た、後方乱気流が含まれるデータとを、信号処理器3内
の不図示の演算処理装置で比較処理し、その結果をもと
に、後方乱気流の運動成分のみを取り出す。なお、上記
の受信エコー(ドップラエコー)は、ここでは、レーザ
送信機からレーザを出力し、大気からの後方散乱をレー
ザ受信機が受けた生の信号を指す。Then, the data received from the laser transceiver 2 (9) and the data containing the wake turbulence obtained by the laser transceiver 1 (8) are processed by an arithmetic processing (not shown) in the signal processor 3. The comparison processing is performed by the device, and based on the result, only the motion component of the wake turbulence is extracted. Here, the above-mentioned reception echo (Doppler echo) refers to a raw signal that is obtained by outputting a laser from a laser transmitter and receiving the backscatter from the atmosphere by the laser receiver.
【0056】以上説明したように、本実施の形態によれ
ば、2つのレーザ送受信機の分解能に差を設け、その一
方については、後方乱気流の大きさに対して、十分大き
なレンジ分解能を設定して、双方より得られた受信デー
タを比較することで、後方乱気流の運動成分のみを取り
出すことができる。As described above, according to the present embodiment, a difference is provided between the resolutions of the two laser transceivers, and for one of them, a sufficiently large range resolution is set with respect to the magnitude of the wake turbulence. Thus, by comparing the received data obtained from both, it is possible to extract only the motion component of the wake turbulence.
【0057】なお、上記実施の形態5では、レンジ分解
能の異なる2つのレーザ送受信機を使用した構成例を示
しているが、これに限定されず、例えば、単一のレーザ
送受信機を用いて、2種類の幅を持つ送信パルスを時分
割で送信し、それぞれのエコーを分離、比較処理するこ
とによっても、同様の効果を得ることができる。Although the fifth embodiment shows an example of a configuration using two laser transceivers having different range resolutions, the present invention is not limited to this. For example, a single laser transceiver may be used. A similar effect can be obtained by transmitting transmission pulses having two types of widths in a time-division manner, separating and comparing each echo.
【0058】実施の形態6.以下、本発明に係る実施の
形態6について説明する。図10は、本実施の形態に係
るレーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。な
お、同図に示すレーザレーダ装置60において、図9に
示す、上記実施の形態5に係るレーザレーダ装置と同一
構成要素には同一符号を付し、ここでは、それらの説明
を省略する。Embodiment 6 FIG. Hereinafter, a sixth embodiment according to the present invention will be described. FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of the laser radar device according to the present embodiment. In the laser radar device 60 shown in the figure, the same components as those of the laser radar device according to the fifth embodiment shown in FIG. 9 are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted here.
【0059】本実施の形態に係るレーザレーダ装置60
では、図10に示すように、その測定範囲を挟んで対称
な位置に、レーザ送受信機1(8)とレーザ送受信機2
(9)を配置し、互いのビームの走査角を同期させて、
ターゲットボリュームの測定を行う。具体的には、航空
機201の航跡に発生する後方乱気流(それぞれ反対方
向の渦202,203)の発生している空間に対し、左
右対称な位置にセンサとしてのレーザ送受信機1,2を
配置する。[0059] Laser radar device 60 according to the present embodiment.
Then, as shown in FIG. 10, the laser transceiver 1 (8) and the laser transceiver 2 are located at positions symmetrical with respect to the measurement range.
(9) is arranged, and the beam scanning angles are synchronized with each other,
Measure the target volume. Specifically, the laser transceivers 1 and 2 as sensors are disposed at symmetrical positions with respect to the space where the wake turbulence (vortices 202 and 203 in opposite directions) generated in the wake of the aircraft 201 is generated. .
【0060】図14は、本実施の形態に係る装置におけ
る後方乱気流の観測位置と、レーザ送受信機からのビー
ム走査方式を説明するための図である。同図に示すビー
ム走査方式は、航空機201の後方乱気流の特徴を最も
捉えやすい縦方向のビーム走査を基本走査とするもの
で、SRHIスキャンと呼ばれる。FIG. 14 is a diagram for explaining the position of observation of the wake turbulence in the apparatus according to the present embodiment, and the beam scanning method from the laser transceiver. The beam scanning method shown in FIG. 3 uses the vertical beam scanning in which the characteristics of the wake turbulence of the aircraft 201 are most easily captured as the basic scanning, and is called SRHI scanning.
【0061】すなわち、図14の(a)は、本ビーム走
査を横方向から見た様子を示しており、レーザ送受信機
9からは、航空機201の航跡90と交わる方向にビー
ムが発せられる。後方乱気流の測定は、所定の測定範
囲、つまり、同図において斜線が付された、航空機20
1の後方域95において行われる。また、図14の
(b)は、このビーム走査を真上方向から見た様子を示
しており、測定範囲である後方域95は、航跡90を中
心とした、水平方向に500mの距離を有した範囲内に
ある。That is, FIG. 14A shows a state in which the main beam scanning is viewed from the lateral direction. A beam is emitted from the laser transceiver 9 in a direction crossing the wake 90 of the aircraft 201. The measurement of the wake turbulence is performed in a predetermined measurement range, that is, the aircraft 20 indicated by hatching in FIG.
1 in the rear area 95. FIG. 14B shows this beam scanning viewed from directly above. The rear area 95, which is the measurement range, has a distance of 500 m in the horizontal direction around the wake 90. Within the range.
【0062】図11,図12は、本実施の形態における
雨滴の運動方向を説明するための図である。図11は、
雨滴が水平方向の速度成分を有する場合、また、図12
は、雨滴が鉛直方向の運動のみを行う場合の、レーザ送
受信機1,2での受信信号の差を示している。FIG. 11 and FIG. 12 are diagrams for explaining the direction of movement of the raindrop in the present embodiment. FIG.
When the raindrop has a horizontal velocity component, FIG.
Shows the difference between the signals received by the laser transceivers 1 and 2 when the raindrops only make vertical movements.
【0063】図11に示すように、雨滴が横方向の運動
成分を伴うときは、レーザ送受信機1により検出される
雨滴の速度成分V1と、レーザ送受信機2によって検出
される雨滴の速度成分V2は、その大きさが異なる(|
V1|≠|V2|)ため、それぞれのレーザ送受信機の
受信信号も異なる。As shown in FIG. 11, when the raindrop has a horizontal motion component, the speed component V1 of the raindrop detected by the laser transceiver 1 and the speed component V2 of the raindrop detected by the laser transceiver 2 Have different sizes (|
V1 | ≠ | V2 |), the received signals of the respective laser transceivers are also different.
【0064】これに対して、雨滴が鉛直方向にのみ落下
しているときは、図12に示すように、|V1|=|V
2|となり、レーザ送受信機1,2の受信信号が等しく
なる。そこで、本実施の形態では、この速度成分の差を
利用して、レーザ送受信機それぞれの受信信号を演算処
理装置により比較、処理することにより、降雨の影響を
軽減させながら、後方乱気流の運動を捉える。On the other hand, when the raindrop is falling only in the vertical direction, | V1 | = | V, as shown in FIG.
2 |, and the reception signals of the laser transceivers 1 and 2 become equal. Therefore, in the present embodiment, by utilizing the difference between the velocity components, the received signals of the respective laser transceivers are compared and processed by the arithmetic processing unit, thereby reducing the effect of rainfall and reducing the motion of the wake turbulence. Catch.
【0065】このように、本実施の形態では、後方乱気
流の発生している空間に対して左右対称な位置に2つの
レーザ送受信機を配置し、それぞれの受信信号を比較、
処理するよう構成することで、降雨時においても、特徴
的な後方乱気流の運動を捉えることができる。As described above, in the present embodiment, two laser transceivers are arranged at symmetrical positions with respect to the space where the wake turbulence is generated, and the respective received signals are compared.
By performing the processing, it is possible to capture a characteristic wake turbulence motion even during rainfall.
【0066】[0066]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
受信した散乱信号をもとに雨滴の運動ベクトルを求め、
照射した電波の反射から鉛直落下速度を求めて、これら
運動ベクトルと鉛直落下速度とにベクトル演算を施すこ
とで、雨天での雨滴の影響を受けずに風速の観測が可能
になる。As described above, according to the present invention,
The motion vector of the raindrop is obtained based on the received scattered signal,
By calculating the vertical drop speed from the reflection of the radiated radio wave and performing a vector operation on these motion vectors and the vertical drop speed, it becomes possible to observe the wind speed without being affected by raindrops in rainy weather.
【0067】また、上記電波の照射にマイクロ波レーダ
を使用することで、装置の小電力化が可能になる。そし
て、このマイクロ波レーダを二重偏波レーダとし、上記
第2の演算工程が、この二重偏波レーダの垂直偏波と水
平偏波を切り替えて、上記雨滴の鉛直落下速度成分を求
め、さらに、雨滴の鉛直落下速度成分に、二重偏波レー
ダの偏波切替えによって得た雨滴の扁平度に基づく雨滴
の粒径、および、空気抵抗から推定した落下速度の補正
を施すことで、より正確に風速を求めることができる。Further, by using a microwave radar for the irradiation of the radio waves, the power consumption of the apparatus can be reduced. The microwave radar is a dual-polarization radar, and the second operation step switches the vertical polarization and the horizontal polarization of the dual-polarization radar to obtain a vertical drop velocity component of the raindrop, Furthermore, by applying the vertical drop velocity component of the raindrop to the raindrop particle size based on the flatness of the raindrop obtained by the polarization switching of the dual-polarization radar and the correction of the drop velocity estimated from the air resistance, The wind speed can be determined accurately.
【0068】また、電波の照射に音波レーダを使用する
ことで、測定範囲に広がりを持たせることができ、測定
範囲の受信信号の平均化処理を行える。Also, by using a sound wave radar for radiating radio waves, the measurement range can be widened, and the received signal in the measurement range can be averaged.
【0069】気象ドップラレーダより雨滴に対して所定
波長の電波を照射して、雨滴に対するドップラデータを
得、レーザ光の散乱信号によるドップラ成分と、このド
ップラデータとから後方乱気流の運動成分を演算するこ
とで、後方乱気流の運動成分をもとに、所望の風速を求
めることができる。The weather Doppler radar emits radio waves of a predetermined wavelength to raindrops to obtain Doppler data for the raindrops, and calculates a Doppler component based on a scattered signal of laser light and a motion component of the wake turbulence from the Doppler data. Thus, a desired wind speed can be obtained based on the motion component of the wake turbulence.
【0070】他の発明によれば、後方乱気流の発生空間
内の雨滴によるレーザ光の散乱信号の第1のドップラ成
分と、後方乱気流の非発生空間内の雨滴によるレーザ光
の散乱信号の第2のドップラ成分を検出し、これらのド
ップラ成分の比較処理から、降雨時においても特徴的な
後方乱気流の運動を捉えることができる。According to another aspect of the invention, the first Doppler component of the laser light scattered signal by the raindrop in the space where the wake turbulence is generated and the second Doppler component of the laser light scattered signal by the raindrop in the space where no wake turbulence is generated By detecting the Doppler components of the above, and by comparing these Doppler components, it is possible to capture the characteristic wake turbulence motion even during rainfall.
【0071】また、他の発明によれば、第1のドッブラ
エコーの検出に係るレーザ送受信機の距離分解能を、第
2のドッブラエコーの検出に係るレーザ送受信機の距離
分解能よりも高く設定し、後方乱気流の発生空間内の雨
滴によるレーザ光についての、これら第1および第2の
ドッブラエコーより後方乱気流の運動成分を演算するこ
とで、降雨時における特徴的な後方乱気流の運動を捉え
ることができる。According to another aspect of the present invention, the distance resolution of the laser transceiver for detecting the first Doppler echo is set to be higher than the distance resolution of the laser transceiver for detecting the second Doppler echo. By calculating the motion component of the wake turbulence from the first and second Doppler echoes of the laser light caused by the raindrops in the space where the turbulence occurs, the characteristic wake turbulence motion during rainfall can be captured.
【0072】そして、第1のドッブラエコーの検出に係
るレーザ送受信機と、第2のドッブラエコーの検出に係
るレーザ送受信機を、後方乱気流の発生空間を間に挟ん
で物理的に対称な位置に配置することで、それぞれの受
信信号を比較、処理でき、降雨時においても、特徴的な
後方乱気流の運動を捉えることができる。Then, the laser transceiver for detecting the first Doppler echo and the laser transceiver for detecting the second Doppler echo are arranged at physically symmetric positions with a space for generating the wake turbulence interposed therebetween. Thus, the received signals can be compared and processed, and the characteristic wake turbulence motion can be captured even during rainfall.
【0073】また、他の発明によれば、レーザレーダ装
置において、上記の気流検出方法を使用することで、雨
天での風速の観測が可能となるばかりでなく、降雨時に
おいても特徴的な後方乱気流の運動を捉えることができ
る。According to another aspect of the present invention, in the laser radar device, by using the above-described airflow detection method, not only the wind speed can be observed in rainy weather, but also the characteristic rearward direction during rainfall. The motion of the turbulence can be captured.
【図1】 本発明の実施の形態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。FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a laser radar device according to Embodiment 1 of the present invention.
【図2】 雨滴に外部から作用する力と運動の関係を示
す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a relationship between a force acting on a raindrop from the outside and a motion.
【図3】 雨滴に外部から作用する力と運動の関係を示
す図である。FIG. 3 is a diagram showing a relationship between a force acting externally on a raindrop and a movement.
【図4】 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。FIG. 4 is a block diagram showing a configuration of a laser radar device according to a second embodiment.
【図5】 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。FIG. 5 is a block diagram showing a configuration of a laser radar device according to a third embodiment.
【図6】 航空機の航跡に発生する後方乱気流の様子を
示す図である。FIG. 6 is a diagram illustrating a state of wake turbulence generated in a wake of an aircraft.
【図7】 実施の形態4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。FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a laser radar device according to a fourth embodiment.
【図8】 単一のレーザ送受信機のみで、実施の形態4
に係る機能を実現する他の構成例を示すブロック図であ
る。FIG. 8 shows Embodiment 4 using only a single laser transceiver.
FIG. 13 is a block diagram showing another configuration example for realizing the function according to FIG.
【図9】 実施の形態5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。FIG. 9 is a block diagram showing a configuration of a laser radar device according to a fifth embodiment.
【図10】 実施の形態6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。FIG. 10 is a block diagram showing a configuration of a laser radar device according to a sixth embodiment.
【図11】 実施の形態6における雨滴の運動方向を説
明するための図である。FIG. 11 is a diagram for explaining a moving direction of a raindrop according to the sixth embodiment.
【図12】 実施の形態6における雨滴の運動方向を説
明するための図である。FIG. 12 is a diagram for explaining a direction of movement of a raindrop according to a sixth embodiment.
【図13】 実施の形態1に係るレーザレーダ装置にお
ける処理手順を示すフローチャートである。FIG. 13 is a flowchart showing a processing procedure in the laser radar device according to the first embodiment.
【図14】 実施の形態6に係る装置における後方乱気
流の観測位置を示す図である。FIG. 14 is a diagram showing a wake turbulence observation position in the device according to the sixth embodiment.
【図15】 従来のレーザレーダ装置の基本構成を示す
ブロック図である。FIG. 15 is a block diagram showing a basic configuration of a conventional laser radar device.
1,8,9…レーザ送受信機、2…マイクロ波レーダ装
置、3…信号処理器、4…表示器、5…二重偏波レーダ
装置、6…気象ドップラレーダ装置、7…インタフェー
ス装置、10,20,30,40,50,60…レーザ
レーダ装置、21…雨滴、61,201…航空機、80
…ビームスプリッタ、82a,82b…ビーム拡大器、
90…航跡、95…測定範囲(後方域)1, 8, 9 laser transceiver, 2 microwave radar device, 3 signal processor, 4 display device, 5 dual polarization radar device, 6 weather Doppler radar device, 7 interface device, 10 , 20, 30, 40, 50, 60: laser radar device, 21: raindrop, 61, 201: aircraft, 80
... beam splitters, 82a and 82b ... beam expanders,
90: track, 95: measurement range (rear area)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平10−39022(JP,A) 特開 平1−187479(JP,A) 特開 平4−269685(JP,A) 特開 平10−104255(JP,A) 特開 平6−214024(JP,A) 特開 平3−252586(JP,A) 特開 平11−183615(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01S 7/00 - 17/88 G01W 1/00 - 1/18 G01P 5/00 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-10-39022 (JP, A) JP-A-1-187479 (JP, A) JP-A-4-269685 (JP, A) JP-A-10-108 104255 (JP, A) JP-A-6-214024 (JP, A) JP-A-3-252586 (JP, A) JP-A-11-183615 (JP, A) (58) Fields investigated (Int. Cl. 7 , DB name) G01S 7/ 00-17/88 G01W 1/00-1/18 G01P 5/00
Claims (10)
と、 前記測定対象空間内の雨滴による前記レーザ光の散乱信
号を受信する工程と、 前記受信した散乱信号をもとに、前記雨滴の運動ベクト
ルを求める第1の演算工程と、 前記雨滴に対して、鉛直下方より上方へ所定波長の電波
を照射する工程と、 前記雨滴からの前記電波の反射波を受信する工程と、 前記受信した反射波をもとに、前記雨滴の鉛直落下速度
成分を求める第2の演算工程と、 前記運動ベクトルと鉛直落下速度成分とのベクトル演算
から風速を求める第3の演算工程とを備えることを特徴
とする気流検出方法。A step of irradiating the measurement target space with laser light; a step of receiving a scattered signal of the laser light due to raindrops in the measurement target space; and a step of irradiating the raindrop based on the received scattered signal. A first calculation step of obtaining a motion vector; a step of irradiating a radio wave of a predetermined wavelength to the raindrop upward from below vertically; a step of receiving a reflected wave of the radio wave from the raindrop; A second calculating step of calculating a vertical falling velocity component of the raindrop based on the reflected wave; and a third calculating step of calculating a wind velocity from a vector calculation of the motion vector and the vertical falling velocity component. Airflow detection method.
用することを特徴とする請求項1記載の気流検出方法。2. The airflow detection method according to claim 1, wherein a microwave radar is used for irradiating the radio wave.
であり、前記第2の演算工程は、この二重偏波レーダの
垂直偏波と水平偏波を切り替えて、前記雨滴の鉛直落下
速度成分を求めることを特徴とする請求項2記載の気流
検出方法。3. The microwave radar is a dual-polarization radar, and in the second operation step, the vertical polarization and the horizontal polarization of the dual-polarization radar are switched, and the vertical drop velocity of the raindrop is changed. 3. The method according to claim 2, wherein a component is obtained.
二重偏波レーダの偏波切替えによって得た雨滴の扁平度
に基づく雨滴の粒径、および、空気抵抗から推定した落
下速度の補正がなされていることを特徴とする請求項3
記載の気流検出方法。4. The vertical drop velocity component of the raindrop is corrected for a raindrop particle diameter based on the flatness of the raindrop obtained by the polarization switching of the dual-polarization radar and a fall velocity estimated from air resistance. 4. The method according to claim 3, wherein
Airflow detection method as described.
ことを特徴とする請求項1記載の気流検出方法。5. The airflow detection method according to claim 1, wherein a sound wave radar is used for irradiating the radio wave.
光を照射する工程と、 前記測定対象空間内の雨滴による前記レーザ光の散乱信
号のドップラ成分を検出する工程と、 気象ドップラレーダより、前記雨滴に対して所定波長の
電波を照射する工程と、 前記電波の照射によって、前記雨滴に対するドップラデ
ータを得る工程と、 前記ドップラ成分とドップラデータとから、前記後方乱
気流の運動成分を演算する工程とを備え、 前記後方乱気流の運動成分をもとに風速を求めることを
特徴とする気流検出方法。6. A step of irradiating a laser beam to a measurement target space including a wake turbulence; a step of detecting a Doppler component of a scattered signal of the laser light due to raindrops in the measurement target space; Irradiating a radio wave of a predetermined wavelength to the raindrop; irradiating the radio wave to obtain Doppler data for the raindrop; and calculating a motion component of the wake turbulence from the Doppler component and the Doppler data. An airflow detection method comprising: obtaining a wind speed based on a motion component of the wake turbulence.
する第1の照射工程と、 前記後方乱気流の発生空間から所定距離離れた後方乱気
流の非発生空間にレーザ光を照射する第2の照射工程
と、 前記後方乱気流の発生空間内の雨滴による前記レーザ光
の散乱信号の第1のドップラ成分を検出する工程と、 前記後方乱気流の非発生空間内の雨滴による前記レーザ
光の散乱信号の第2のドップラ成分を検出する工程と、 前記第1のドップラ成分と第2のドップラ成分とから、
前記後方乱気流の運動成分を演算する工程とを備え、 前記後方乱気流の運動成分をもとに風速を求めることを
特徴とする気流検出方法。7. A first irradiation step of irradiating a laser beam onto a space where wake turbulence is generated, and a second irradiation irradiating laser light onto a space where no wake turbulence is generated at a predetermined distance from the space where the wake turbulence is generated. Detecting a first Doppler component of the scattered signal of the laser light due to the raindrops in the space where the wake turbulence is generated, and detecting the first Doppler component of the scattered signal of the laser light due to the raindrops in the space where the wake turbulence is not generated. Detecting two Doppler components; and from the first Doppler component and the second Doppler component,
Calculating a motion component of the wake turbulence; and calculating a wind speed based on the motion component of the wake turbulence.
する第1および第2の照射工程と、 前記後方乱気流の発生空間内の雨滴による前記レーザ光
の第1および第2のドッブラエコーを検出する工程と、 前記第1のドップラエコーと第2のドップラエコーとか
ら、前記後方乱気流の運動成分を演算する工程とを備
え、 前記第1のドッブラエコーの検出に係るレーザ送受信機
の距離分解能が、前記第2のドッブラエコーの検出に係
るレーザ送受信機の距離分解能よりも高く設定して、前
記後方乱気流の運動成分をもとに風速を求めることを特
徴とする気流検出方法。8. A first and a second irradiation step of irradiating a laser beam to a wake turbulence generating space, and detecting first and second Doppler echoes of the laser light due to raindrops in the wake turbulence generating space. And calculating a motion component of the wake turbulence from the first Doppler echo and the second Doppler echo. The distance resolution of the laser transceiver according to the detection of the first Doppler echo is An airflow detecting method, wherein the wind speed is determined based on the motion component of the wake turbulence by setting the distance higher than the distance resolution of the laser transceiver for detecting the second Doppler echo.
レーザ送受信機と、前記第2のドッブラエコーの検出に
係るレーザ送受信機は、前記後方乱気流の発生空間を間
に挟んで物理的に対称な位置に配置されていることを特
徴とする請求項8記載の気流検出方法。9. A laser transceiver for detecting the first Doppler echo and a laser transceiver for detecting the second Doppler echo are located at physically symmetric positions with the wake turbulence generation space interposed therebetween. The airflow detection method according to claim 8, wherein:
流検出方法を使用して風速を求めることを特徴とするレ
ーザレーダ装置。10. A laser radar device, wherein a wind speed is obtained by using the airflow detection method according to claim 1.
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