JP5000082B2 - 光波レーダ装置 - Google Patents
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Description
また、本発明に係る光波レーダ装置は、送信光を生成する光源部と、生成した送信光を大気中に放出し、大気中からの散乱光を収集して受信光として取り出す光送受信部と、光送受信部から放出される送信光の光路をあらかじめ設定した方向に走査する走査駆動部と、取り出された受信光を光電変換して受信信号を生成する受信信号生成部と、受信信号を周波数変換して視線方向風速値を検出するとともに走査駆動部から視線方向風速値に対応する仰角及び方位角を読み取り、検出した複数の視線方向風速値と、対応する仰角及び方位角とから風速ベクトルを算出する風速ベクトル算出部とを備え、走査駆動部は、観測空間までの距離に基づいて、走査中心から所定値離れた観測空間内の複数の点を走査するように距離に応じた走査角を算出し、算出した走査角に基づいて送信光の光路を走査し、風速ベクトル算出部は、走査された送信光の複数の点の方位に対応するそれぞれの風速ベクトルを算出し、複数の風速ベクトルを合成して観測空間内の風向風速を算出する光波レーダ装置において、風速ベクトル算出部は、ある円錐走査角において送信光を走査して求まる各視線方向風速値と、風速ベクトルから各視線方向風速成分を算出した結果との残差の標準偏差を求める機能を有し、それぞれの観測空間において、あらかじめ決められた複数の走査角に対応するそれぞれの標準偏差を算出し、算出したそれぞれの標準偏差があらかじめ設定された許容標準偏差以内となる走査角の中から最大の走査角を求め、最大の走査角を採用して風向風速を算出するものである。
図1は、本発明の実施の形態1における光波レーダ装置の構成図である。光波レーダ装置10は、光源部11、光送受信部12、走査駆動部13、受信信号生成部14、及び風速ベクトル算出部15で構成される。
実施の形態2においては、視線方向風速Vmを算出する際に、前処理を行う場合について説明する。具体的には、図4のステップ406における散乱光ドップラシフトから視線方向風速Vmを算出する前処理として、受信信号の信号対雑音比(SNR)による閾値処理を追加する場合について説明する。図5は、本発明の実施の形態2における受信信号の信号対雑音比(SNR)に基づく閾値処理のフローチャートである。図5は、図4におけるステップ405とステップ406との間に、閾値処理を追加した場合を示している。
実施の形態1、2では、観測空間として、地表面近くの一般的な風況測定を想定している。実施の形態3では、実施の形態1、2の光波レーダ装置を風力発電設備の風況精査に適用する場合について説明する。図6は、本発明の実施の形態3における風力発電設備の風況精査を行うための構成を示す図である。すなわち、風速場が一様と見なせる観測空間215〜220内のそれぞれに対して水平型風力発電設備を設置する場合を想定する。
実施の形態1〜3では、観測空間内で風速場が一様である仮定の下、光波レーダ装置による送信光を円錐状に走査して風向風速を測定する場合について説明した。これに対して、本実施の形態4では、観測空間内で風向のみが一定で風速が変化する場合を想定し、円錐走査した送信光による各視線方向風速成分から、特定方向の風速成分を算出する場合について説明する。光波レーダ装置の設置場所及び視線方向風速の検出機能については、実施の形態1〜3と同様であり、説明を省略する。
実施の形態5では、実施の形態4の光波レーダ装置を風力発電設備の風況精査に適用する場合について説明する。実施の形態4の光波レーダ装置を風力発電用の水平型風車の風況精査に適用した場合、風車翼面内での風速の違いを測定することができるため、より精度の高い発電量予測が期待できる。
実施の形態1では、観測空間内で風速場が一様である仮定の下、光波レーダ装置による送信光を円錐状に走査して風向風速を測定する場合について説明した。これに対して、本実施の形態6では、送信光を地表面に平行に左右走査する場合について説明する。光波レーダ装置の設置場所及び視線方向風速の検出機能については、実施の形態1と同様であり、説明を省略する。
実施の形態6では、観測空間内で風速場が一様である仮定の下、光波レーダ装置による送信光を地表面に平行に左右走査して風向風速を測定する場合について説明した。これに対して、本実施の形態7では、送信光を地表面に対して上下走査する場合について説明する。光波レーダ装置の設置場所及び視線方向風速の検出機能については、実施の形態1と同様であり、説明を省略する。
実施の形態1〜7では、光波レーダ装置による送信光を、空間走査(円錐走査、左右走査、上下走査)しているが、本実施の形態8では、このような空間走査の具体的な実施方法の一例を説明する。
実施の形態1、6、7では、観測空間として、風速場が一様であることを仮定した場合について説明した。本実施の形態9では、風速場の一様性を確保できる観測空間を自動的に設定する方法について説明する。
Claims (7)
- 送信光を生成する光源部と、
生成した送信光を大気中に放出し、大気中からの散乱光を収集して受信光として取り出す光送受信部と、
前記光送受信部から放出される前記送信光の光路をあらかじめ設定した方向に走査する走査駆動部と、
取り出された前記受信光を光電変換して受信信号を生成する受信信号生成部と、
前記受信信号を周波数変換して視線方向風速値を検出するとともに前記走査駆動部から前記視線方向風速値に対応する仰角及び方位角を読み取り、検出した複数の前記視線方向風速値と、対応する前記仰角及び前記方位角とから風速ベクトルを算出する風速ベクトル算出部と
を備え、
前記走査駆動部は、観測空間までの距離に基づいて、走査中心から所定値離れた前記観測空間内の複数の点を走査するように前記距離に応じた走査角を算出し、算出した前記走査角に基づいて前記送信光の光路を走査し、
前記風速ベクトル算出部は、走査された送信光の前記複数の点の方位に対応するそれぞれの風速ベクトルを算出し、複数の前記風速ベクトルを合成して前記観測空間内の風向風速を算出する
光波レーダ装置において、
前記走査駆動部は、走査中心から所定の等しい半径で前記観測空間内を円錐走査するように、前記観測空間までの距離に応じた円錐走査角を算出し、算出した前記円錐走査角に基づいて前記送信光の光路を円錐走査し、
前記風速ベクトル算出部は、走査された送信光の前記複数の点の方位に対応して算出されたそれぞれの風速ベクトルと、前記複数の点の方位における既知の風向値とに基づいて、観測空間内における特定方向の風速成分を算出し、前記観測空間内の特定方向の風速成分分布を求める
ことを特徴とする光波レーダ装置。 - 請求項1に記載の光波レーダ装置において、
前記走査駆動部は、方向の異なる複数の観測空間に対して走査中心方向を順次移動して、前記複数の観測空間に対して算出されたそれぞれの風向風速から風況測定を行う
ことを特徴とする光波レーダ装置。 - 請求項1または2に記載の光波レーダ装置において、
前記風速ベクトル算出部は、風速成分と対応づけられた円錐走査角のデータが蓄積された記憶部を有し、算出した前記特定方向の風速成分に対応する円錐走査角のデータを前記記憶部から取り出して円錐走査を行い、風速成分を算出し直す
ことを特徴とする光波レーダ装置。 - 請求項1または2に記載の光波レーダ装置において、
前記風速ベクトル算出部は、特定の観測空間内に水平型風力発電設備を設置する場合を想定して、前記水平型風力発電設備に設けられる翼の回転中心に対して走査中心方向を一致させ、前記翼の回転半径に対してある決められた範囲で複数の円錐走査角を設定して、前記複数の円錐走査角のそれぞれに対して前記特定方向の風速成分分布を求める
ことを特徴とする光波レーダ装置。 - 請求項1ないし4のいずれか1項に記載の光波レーダ装置において、
送信光の光路上に設置され、2個のくさび形状を有するプリズムがそれぞれ独立して回転することにより、送信光を偏向させる走査機構部をさらに備え、
前記走査駆動部は、前記走査機構部のそれぞれの前記プリズムに対して、初期位相、回転速度、回転方向を制御することにより送信光を円錐走査あるいは直線走査させる
ことを特徴とする光波レーダ装置。 - 請求項1ないし5のいずれか1項に記載の光波レーダ装置において、
前記風速ベクトル算出部は、前記受信信号の信号対雑音比を測定し、測定された前記信号対雑音比の値があらかじめ設定された信号対雑音比の許容範囲内のときは、前記受信信号を採用して風速ベクトルを算出し、測定された前記信号対雑音比の値があらかじめ設定された信号対雑音比の許容範囲外のときは、前記受信信号を採用せずに前記受信信号生成部から新たな受信信号を受信して前記新たな受信信号の信号対雑音比を測定し直す
ことを特徴とする光波レーダ装置。 - 送信光を生成する光源部と、
生成した送信光を大気中に放出し、大気中からの散乱光を収集して受信光として取り出す光送受信部と、
前記光送受信部から放出される前記送信光の光路をあらかじめ設定した方向に走査する走査駆動部と、
取り出された前記受信光を光電変換して受信信号を生成する受信信号生成部と、
前記受信信号を周波数変換して視線方向風速値を検出するとともに前記走査駆動部から前記視線方向風速値に対応する仰角及び方位角を読み取り、検出した複数の前記視線方向風速値と、対応する前記仰角及び前記方位角とから風速ベクトルを算出する風速ベクトル算出部と
を備え、
前記走査駆動部は、観測空間までの距離に基づいて、走査中心から所定値離れた前記観測空間内の複数の点を走査するように前記距離に応じた走査角を算出し、算出した前記走査角に基づいて前記送信光の光路を走査し、
前記風速ベクトル算出部は、走査された送信光の前記複数の点の方位に対応するそれぞれの風速ベクトルを算出し、複数の前記風速ベクトルを合成して前記観測空間内の風向風速を算出する
光波レーダ装置において、
前記風速ベクトル算出部は、ある円錐走査角において送信光を走査して求まる前記各視線方向風速値と、前記風速ベクトルから各視線方向風速成分を算出した結果との残差の標準偏差を求める機能を有し、それぞれの観測空間において、あらかじめ決められた複数の走査角に対応するそれぞれの標準偏差を算出し、算出したそれぞれの前記標準偏差があらかじめ設定された許容標準偏差以内となる走査角の中から最大の走査角を求め、前記最大の走査角を採用して風向風速を算出する
ことを特徴とする光波レーダ装置。
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