JP2012145531A

JP2012145531A - 航空機搭載用大気浮遊物質検知ライダー

Info

Publication number: JP2012145531A
Application number: JP2011005722A
Authority: JP
Inventors: Takashi Asahara; 隆淺原; Hamaki Inokuchi; 浜木井之口; Kazuhiro Asai; 和弘浅井
Original assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA; Tohoku Institute of Technology
Current assignee: Japan Aerospace Exploration Agency JAXA; Tohoku Institute of Technology
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-01-14
Publication date: 2012-08-02
Also published as: EP2477044A2; US8724099B2; EP2477044A3; US20120182544A1

Abstract

【課題】本発明の目的課題は、航空機が飛行中に前方の氷晶や火山灰等に代表される大気中の浮遊物質を検知する装置を提供することにある。
【解決手段】本発明の大気浮遊物質検知方法は、レーザ光を利用した航空機搭載ドップラーライダーにおいて、レーザ光を大気中に放射する送信光と遠隔領域の大気浮遊物質によって散乱された受信光との偏波面の角度差からレーザ光を反射散乱させた物質の成分を遠隔計測することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ光を大気中に放射して、そのレーザ光の大気中での散乱光を受信することにより、数１００ｍから数１０ｋｍ程度までの遠隔領域の大気浮遊物質の成分をレーザ光の偏光解消度に基づき計測する航空機搭載用の大気浮遊物質検知ライダー技術に関するものである。

航空機の運航に対する気象現象の脅威は乱気流に代表されるが、それ以外にも氷晶や火山灰など危険な大気状態は存在し、これらは現状の気象レーダでは検知できないこともあって運航上の障害となっている。本発明者らは乱気流事故を防止する対策としては、レーザ光を利用したドップラーライダーを研究開発している。（例えば、特許文献１や非特許文献１を参照。）なお、ライダー（ＬＩＤＡＲ）とは、光を利用した検知手法で「Light Detection And Ranging」を略したものである。また、照射された光線が、大気中に浮遊する微小なエアロゾルによって散乱され、その散乱光を受信してドップラー効果による周波数変化量（波長変化量）を測定することによって風速を測定することからドップラーライダーと呼ばれている。本ドップラーライダーでは、エアロゾルの空間分布を計測することは可能であるが、そのエアロゾルの成分を計測することはできないため、水滴などの航空機の運航に対して危険性のないものと氷晶や火山灰など危険性の大きいものとの区別ができない。また、航空機搭載用として既に実用化されている気象レーダは、波長数センチのマイクロ波を利用しているために氷晶や火山灰などの微細な粒子に対しては効果がない。地上設備による上空の観測や人工衛星からの観測は可能であるが、全飛行空域をカバーすることはその費用対効果の面で現実的ではない。特許文献２では、大気浮遊物質が存在する領域を推定する方法を示しているが、その成分を特定する方法までには至らなかった。

氷晶が原因で航空機事故が発生したと推定されている例としては、１９９４年１０月３１日のアメリカンイーグル４１８４便があげられる。本事故では、氷晶に遭遇して主翼に着氷したことにより機体の制御を失い、墜落したとされている。また、２００１年５月２１日の全日空１７３便や２００４年９月２３日の日本航空２４０８便は、乱気流事故とされているが、積乱雲上部の氷晶を事前に検知していれば乱気流を予測できた可能性がある。その他、原因不明の墜落事故の中には氷晶が関係しているのではないかと疑われている例が数多く存在する。

航空機に対する浮遊物質の脅威は氷晶だけでなく、火山灰も極めて危険な存在である。１９８２年６月２４日の英国航空９便では火山灰がジェットエンジンの熱で溶解し、内部で粘着したためにエンジンが全発停止したとされている。これは安全性が高いとされている４発ジェット機のすべてのエンジンが停止した初めての事例である。その後、１９８９年１２月１５日のオランダ航空８６７便でもエンジン全発停止が発生しており、再発防止のために航空路火山灰情報センター (Volcanic Ash Advisory Center, International Airways Volcano Watch等)が世界９ヶ所に設置された。しかし、その業務は活火山の監視や火山灰拡散予測など広域の情報提供であって、個別の航空便に対する詳細な情報はない。なお、エンジンが火山灰を吸い込んだ場合、たとえ事故には至らなくとも高額な修理費用を要し、我が国でも桜島や三宅島の噴煙の影響で少なからず被害が生じている。２０１０年４月にはアイスランド南部の火山が噴火して、大量の火山灰が吹き上げられたが、大気の安定した高高度では火山灰が特定の高度に長期間滞留する可能性がある。今回は危険空域を詳細に特定することができなかったために、欧州全体の運航を全面的に停止せざるをえず、全世界で甚大な経済的損失をもたらした。

日常的に多発している航空機に対する落雷は、大事故に至ることはまずないとはいえ、機材が破損する事象がたびたび生じている。航空機に対する落雷は氷晶や火山灰などが機体と衝突することにより機体に静電気が過度に帯電することが原因となっており、氷晶や火山灰の事前検知は落雷防止の効果も期待できる。

特開２００３−１４８４５号公報「風擾乱予知システム」平成１５年１月１５日公開特願２００９−６５８０４号「遠隔気流の警報表示方法及びそのシステム」平成２１年３月１８日出願

H. Inokuchi, H. Tanaka, and T. Ando, "Development of an Onboard Doppler LIDAR for Flight Safety,"Volume 46, Number 4 of the Journal of Aircraft, AIAA, July-August, 2009.

本発明の目的課題は、上記の問題点を解決するもの、すなわち航空機が飛行中に前方の氷晶や火山灰等に代表される大気中の浮遊物質を検知する装置を提供することにある。

本発明の大気浮遊物質検知方法は、レーザ光を利用した航空機搭載ドップラーライダーにおいて、レーザ光を大気中に放射する送信光と遠隔領域の大気浮遊物質によって散乱された受信光との偏波面の角度差からレーザ光を反射散乱させた物質の成分を遠隔計測することを特徴とする。
偏波面の角度差は、大気中に放射する送信光には一方向（Ｘ軸方向）の偏光面をもつレーザ光を用い、大気浮遊物質からの散乱によって送信光に対する受信光の偏光状態が変化する割合を示す指標である受信光の偏光解消度δを、次式で表すものとした。
δ＝｜Ｒｙ｜／｜Ｒｘ｜
ここで、｜Ｒｘ｜は大気浮遊物質により散乱され送信元に戻ってきた受信光ＲのＸ軸方向（送信光の偏光方向と平行）の偏光成分の強度、｜Ｒｙ｜は受信光ＲのＹ軸方向（送信光の偏光方向と垂直）の偏光成分の強度である。
また、本発明の大気浮遊物質検知方法は、受信光における受信強度の距離減衰特性から大気浮遊物質の浮遊領域を推定し、その推定された浮遊領域に対してレーザ光を反射させた物質の成分を遠隔計測するようにした。

本発明の大気浮遊物質検知ライダー装置は、レーザ光を送信光として大気中に放射（送信）すると共に、該レーザ光の大気中のエアロゾルによるレーザ散乱光を受信光として受信する光学望遠鏡と、該送信光と該受信光の間における偏光解消度を計測する手段と、該計測された偏光状態の変化した割合から氷晶や火山灰などの大気浮遊物質の成分を検知する大気浮遊物質検知手段とから構成されるものとした。
本発明の大気浮遊物質検知ライダー装置の１形態では、前記送信光と前記受信光との間のドップラーシフト量に基づき遠隔領域の気流の風速を計測するドップラーライダー手段を兼ね備えるものとした。

本発明の大気浮遊物質検知ライダーは、送信光と受信光の間の偏光解消度からレーザ光を反射させた物質の成分を計測するもので、航空機の前方に悪影響を及ぼす物質が存在するかどうかを事前に検知することが可能となる。すなわち、パイロットが本発明の大気浮遊物質検知ライダーを飛行中に使用することにより、飛行前方の大気状況を事前に認識できるため、危険を回避するための適切な措置を取ることが可能となる。あるいは専用の観測機に本発明の大気浮遊物質検知ライダーを搭載し、危険空域を詳細に調査することも可能である。
また、旅客機が巡航するような高高度では、一般的に大気が安定しているので、浮遊物質は一定の高度に層状に広がることが多い。したがって検知した危険物質は急旋回により回避するよりも、特に危険な高度を飛行しないか、短時間で危険高度を通過してしまうことが現実的である。回避できなかった場合には火山灰の吸い込み量を積算することにより、その量に対応してエンジンの点検間隔を短くするなど判断材料に活用することも可能である。従って、本発明の大気浮遊物質検知ライダーは、航空機事故や機材損傷を効果的に防止することが期待できる。

本発明の大気浮遊物質検知ライダーの構成説明図である。本発明による大気浮遊物質検知の原理を説明する図である。本発明の偏光解消度計測器の構成説明図である。本発明の実施例１に係る大気浮遊物質検知ライダーの構成説明図である。本発明の実施例２に係るライダーの受信強度が距離に応じて反転している領域がある場合の例を示す説明図である。本発明の実施例３に係る大気浮遊物質検知ライダーの構成説明図である。

以下、図に示す実施の形態により本発明を詳細に説明する。なお、これにより本発明が限定されるものではない。
図１は、本発明の大気浮遊物質検知ライダーの構成説明図である。この大気浮遊物質検知ライダー１００は、レーザ光を送信光として大気中に放射（送信）して、該レーザ光の大気中のエアロゾルによるレーザ散乱光を受信光として受信し、該送信光と該受信光との間のドップラーシフト量に基づき遠隔領域の気流の風速を計測するドップラーライダー１０と、該送信光と該受信光の間における偏光解消度を計測し、その計測された偏光状態の変化した割合から氷晶や火山灰などの大気浮遊物質の成分を検知する大気浮遊物質検知部２０から構成されている。

ドップラーライダー１０は、送信光となる微弱なレーザ光（参照光）を発生する基準光源１と、その微弱なレーザ光を増幅して送信光とする光アンプ２と、光アンプ２を励起するポンプ光としてのレーザ光を発生する励起光源３と、送信光を遠方に放射すると共に遠方からの散乱光を集光する光学望遠鏡４と、レーザ散乱光を受信し参照光と合成しビート信号を出力する光受信機５と、そのビート信号を処理し機体前方の気流の風速を計測する信号処理器６と、風速の計測結果や後述する浮遊物質識別結果を表示する表示器７とから成る。なお、送信光としては、例えば気象状態の影響を受け難く網膜に対する安全性の高い波長1.5μm帯の近赤外線レーザ光を、励起光源としては高効率のレーザダイオードを各々使用する。

大気浮遊物質検知部２０は、受信光と送信光の間における偏光解消度を計測する偏光解消度計測器８と、その計測された偏光解消度から氷晶や火山灰などの大気浮遊物質の成分を識別し浮遊物質識別結果を出力する大気浮遊物質識別器９とから成る。

次に、大気浮遊物質の成分を検知する計測原理の詳細を説明する。レーザ光は電磁波として特定の方向に振動する偏光の性質を持っており、大気中の浮遊物質などにより散乱の影響を受けると浮遊物質の形状に応じてその偏光状態が変化する。例えば、球形の形状またはレーザ光の波長に比して十分に滑らかな表面を持つ浮遊物質からの散乱であればその偏光状態はあまり変化しないが、非球形の形状、結晶構造を持つあるいは火山灰のように表面がレーザ光の波長オーダーでの複雑な凹凸を持つ浮遊物質からの散乱であればその偏光状態は大きく変化する。すなわち、浮遊物資の形状に応じてその偏光状態が変化するため、散乱体で偏光状態が変化する割合（偏光解消度）を計測することにより形状の異なる浮遊物質の成分を識別することが可能となる。

偏光解消度計測器８では、例えば、図２に示すように、レーザ光としてある一つの方向（この場合は10軸方向）に偏光したレーザ光を送信光として大気中に放射し、大気中の氷晶や火山灰などの大気浮遊物質によるレーザ散乱光を受信光として受信し、この送信光と受信光の間における偏光解消度を計測する。偏光解消度δは、大気浮遊物質からの散乱によって送信光に対する受信光の偏光状態が変化する割合を示す指標であり、例えば、以下のように表される。
δ＝｜Ｒｙ｜／｜Ｒｘ｜（１）
ここで、｜Ｒｘ｜は大気浮遊物質により散乱され送信元に戻ってきた受信光ＲのＸ軸方向（送信光の偏光方向と平行）の偏光成分の強度、｜Ｒｙ｜は受信光ＲのＹ軸方向（送信光の偏光方向と垂直）の偏光成分の強度である。

図３は偏光解消度計測器８の構成例である。３０は受信光分離手段、３１は参照光分離手段、３２は第１の光受信機、３３は第２の光受信機、３４は第１の信号処理器である。
図に基づいて、偏光解消度計測器８の動作を説明する。受信光分離手段３０は受信光を10方向の偏光成分（Ｒｘ）とＹ方向の偏光成分（Ｒｙ）に分離する。参照光分離手段３１は基準光源からの参照光より10方向に直線偏光した参照光ＬｘとＹ方向に直線偏光した参照光Ｌｙを生成する。第１の光受信機は受信光のＸ方向の偏光成分（Ｒｘ）とＸ方向に直線偏光した参照光Ｌｘとをコヒーレント検波する。第２の光受信機は同様に受信光のＹ方向の偏光成分（Ｒｙ）とＹ方向に直線偏光した参照光Ｌｙとをコヒーレント検波する。第１の信号処理器３４において、第１の光受信機の受信信号から受信光のＸ方向の偏光成分（Ｒｘ）の強度｜Ｒｘ｜を、第２の光受信機の受信信号から受信光のＹ方向の偏光成分（Ｒｙ）の強度｜Ｒｙ｜を求め、両者の比を取ることにより偏光解消度（δ＝｜Ｒｙ｜／｜Ｒｘ｜）を得ることができる。

大気浮遊物質識別器９は、偏光解消度計測器８により計測された偏光解消度から氷晶や火山灰などの大気浮遊物質の成分を識別する。例えば、偏光解消度δと大気浮遊物質成分の対応関係を実測などで事前に測定して表１に示すような対応表を作成し、その対応表を用いて偏光解消度δの値から大気浮遊物質の成分を識別する。

一方、ドップラーライダーは、エアロゾルが大気の流れと共に移動することを利用し、このエアロゾルにより散乱された受信光を観測することにより大気の流れを検知し、風速を計測する。すなわち、送信光に対して受信光はエアロゾルの移動に応じたドップラーシフトにより波長が変化するため、装置内部の送信光（参照光）と受信光との間には波長ずれが生じ、この波長ずれによるビート信号を信号処理して風速を求める。

このように、本発明では、ドップラーライダーに大気浮遊物質の成分を検知する機能を付加した構成としており、この構成により光アンプや光学望遠鏡などの装置を共有することができるため、コストの増加などを抑えながら航空機に悪影響を及ぼす乱気流の検知に加えて氷晶や火山灰などの大気浮遊物質の成分を検知する機能を増強することができる。また、ドップラーライダーを使用して乱気流の検知を行う場合においては、最大数１０ｋｍに及ぶ遠隔領域かつ高度１０ｋｍ以上に及ぶ高高度領域に浮遊するエアロゾルからの散乱光を観測する必要があり、乱気流に伴う風速を精度良く検知するためにその送信光の出力を大きくしている。一方、航空機の運航に危険を及ぼす氷晶や火山灰などの大気浮遊物質の成分を検知する場合においては、氷晶や火山灰などの大気浮遊物質の浮遊密度が乱気流計測時に観測するエアロゾルの浮遊密度と比較して十分に高いと想定されるため、ドップラーライダーにおける高出力の送信光を利用してその大気浮遊物質を観測した場合は、乱気流検知に比べて有効レンジが長くなり、その検知性能も向上するという利点がある。また、ライダーでは、均一な大気状態の場合、観測距離の２乗にほぼ反比例して受信強度が低下するが、観測距離の増大に応じて散乱光の受信強度が低減しない領域については、散乱光が強く発生していることから雲、氷晶または火山灰浮遊領域の前面と推定することもできる。すなわち、この受信強度の情報と偏光解消度により得られた情報を併用することにより、大気浮遊物質成分の検知性能をより一層高めることも可能である。

このように、本発明の装置を航空機に搭載することにより、航空機の運航に危険を及ぼす乱気流だけでなく、氷晶や火山灰などの大気浮遊物質の成分についても事前に検知することが可能となり、航空機の安全運航に大きく貢献することができる。

なお、本発明では、ドップラーライダーに付加する構成を示したが、必ずしもドップラーライダーが必要というわけではなく、大気浮遊物質の成分を検知する機能のみを具備する構成としてもかまわない。また、受信方式はコヒーレント検波方式としているが直接検波方式でも構わない。同様に赤外線領域のレーザ光としているが、可視領域あるいは紫外領域のレーザ光で実施することも可能である。

図４は、航空機に本発明の大気浮遊物質検知ライダーを搭載した状態を示す図である。図では、光学望遠鏡と光アンプを機体の下面に搭載し、空気抵抗を減らすなどの目的のために機外装置にフェアリング４１を被せた構成としている。また、レーザ光が送信される方向にはウインドウ４２を設置し、レーザ光の送信及び散乱光の受信ができるようにしている。なお、本実施例では、光学望遠鏡と光アンプを機体の下面に搭載する構成としたが、これに限らず、機首側面や主翼下面などへの搭載も考えられ、個々の機体によって搭載しやすい場所に搭載することが可能である。上記以外の機器は、機内に搭載する。

大気浮遊物質成分の識別では、レーザ光としてある一つの方向に偏光したレーザを送信光として大気中に放射し、大気中の氷晶や火山灰などの大気浮遊物質によるレーザ散乱光を受信光として受信し、この送信光と受信光の間における偏光解消度を計測し、その偏光解消度から大気浮遊物質成分の識別を行う。特に、航空機に搭載する場合は、運航に脅威となる氷晶や火山灰とその危険性のない水滴などを識別できればよいため、表２に示すような偏光解消度と大気浮遊物質成分の対応関係を事前に決定し、これを利用して大気浮遊物質成分の識別を行えばよい。

例えば、具体例として可視光領域のレーザ光（緑色レーザ光［波長：532nm］）を送信光として使用した場合、偏光解消度と大気浮遊物質成分の対応関係は、表３のようになる。

なお、赤外線領域のレーザ光［波長：1550nm］であっても、送信波長の第２高調波［波長：775nm］や第３高調波［波長：516nm］を利用すれば、上記の対応関係をそのまま適用することができる。また、その他の波長の異なるレーザ光であっても、実測することにより同様の対応関係を事前に取得することが可能である。

また、大気浮遊物質の成分を検知する機能はドップラーライダーに付加した構成としている。ドップラーライダーでは、最大数１０ｋｍに及ぶ遠隔領域かつ高度１０ｋｍ以上に及ぶ高高度領域に浮遊するエアロゾルを観測するために、その送信光の出力を大きくしている。本装置ではこの高出力の送信光を利用して氷晶や火山灰などの大気浮遊物質の成分を検知するため、乱気流検知に比べて大気浮遊物質成分の検知における有効レンジが長くなり、その検知精度も向上する。この計測により得られた飛行前方の大気状況を表示器などによりパイロットに知らせ、パイロットが航空機の運航における危険を回避するための適切な措置を行えるようにする。

図５は、ライダーの受信強度が距離に応じて反転している領域がある場合の例を示す説明図である。通常は距離に応じて散乱光の受信強度が低下するが、光学系の焦点距離は２ｋｍ〜無限大の範囲に設定しており、近距離に関しては散乱光の強度が高くても効率的に受信できないため、受信強度が低下する。この領域をＡとすると、Ａ領域に関しては、装置固有のものでしかも近距離に限られるため、Ａ領域については反転があっても無視することが可能である。
一方、遠方で受信強度が反転しているＢ領域に関しては、レーザ光を強く散乱させる物質が浮遊していると考えられる。ただし、その物質の存在によりレーザ光の減衰も大きいため、その物質が浮遊する領域全体が観測できるわけではなく、観測できるのは自機から見てその領域の前面部分のみである。
距離方向の受信強度に反転部分があり、かつ、その全領域でノイズレベル以上の受信強度がある場合には、雲、氷晶または火山灰浮遊領域の前面と推定することができる。このＢ領域のみに対して実施例１で示した偏光解消度による大気浮遊物質成分の識別を行い、運航上の危険性を検知した場合は、音声、警告灯またはフラットパネル上の表示により自動的に警報を発する。すなわち、この受信強度の情報と偏光解消度により得られた情報を併用することにより大気浮遊物質成分の検知性能をより一層高めることができ、警報の信頼度を上げることができる。

図６は、実施例３に係る大気浮遊物質検知ライダーの構成説明図である。この大気浮遊物質検知ライダー１００では、送信側を、送信光となるレーザ光（参照光）を発生するレーザダイオードなどを使用した基準光源１ｂと、基準光源１ｂから出力される送信光を遠方に放射すると共に遠方からの散乱光を集光する光学望遠鏡４からなる構成としている。これは、ドップラーライダーを使用して乱気流の検知を行う場合においては、最大数１０ｋｍに及ぶ遠隔領域かつ高度１０ｋｍ以上に及ぶ高高度領域に浮遊するエアロゾルからの散乱光を観測する必要があり、乱気流に伴う風速を精度良く検知するために光アンプを用いて送信光の出力を大きくする必要があるが、航空機の運航に危険を及ぼす氷晶や火山灰などの大気浮遊物質成分を検知する機能に特化した場合は、氷晶や火山灰などの大気浮遊物質の浮遊密度が乱気流計測時に観測するエアロゾルの浮遊密度と比較して十分に高いと想定されるため、光アンプや励起光源の削減あるいは低増幅の光アンプを使用しても氷晶や火山灰などの大気浮遊物質成分を検知することが可能であり、低コストな装置で実現することができる。

乱気流検知用のドップラーライダーは晴天時でも気流が計測できるという特長があり、乱気流事故防止用として期待されているが、コストが高いために費用対効果の面で実用化に対する障害が生じている。しかし本発明の適用により、ドップラーライダーの機能を増強すれば、氷晶や火山灰を原因とする航空機事故や機材損傷防止にも効果があるため、ドップラーライダーの実用性向上が見込まれる。

１、１ｂ基準光源２光アンプ
３励起光源４光学望遠鏡
５光受信機６信号処理器
７表示器８偏光解消度計測器
９大気浮遊物質識別器１０ドップラーライダー
２０大気浮遊物質検知部３０受信光分離手段
３１参照光分離手段３２第１の光受信機
３３第２の光受信機３４第１の信号処理機
４０機外装置４１フェアリング
４２ウインドウ５０機内装置
１００大気浮遊物質検知ライダー２００機体

偏光解消度計測器８では、例えば、図２に示すように、レーザ光としてある一つの方向（この場合はＸ軸方向）に偏光したレーザ光を送信光として大気中に放射し、大気中の氷晶や火山灰などの大気浮遊物質によるレーザ散乱光を受信光として受信し、この送信光と受信光の間における偏光解消度を計測する。偏光解消度δは、大気浮遊物質からの散乱によって送信光に対する受信光の偏光状態が変化する割合を示す指標であり、例えば、以下のように表される。
δ＝｜Ｒｙ｜／｜Ｒｘ｜（１）
ここで、｜Ｒｘ｜は大気浮遊物質により散乱され送信元に戻ってきた受信光ＲのＸ軸方向（送信光の偏光方向と平行）の偏光成分の強度、｜Ｒｙ｜は受信光ＲのＹ軸方向（送信光の偏光方向と垂直）の偏光成分の強度である。

図３は偏光解消度計測器８の構成例である。３０は受信光分離手段、３１は参照光分離手段、３２は第１の光受信機、３３は第２の光受信機、３４は第１の信号処理器である。
図に基づいて、偏光解消度計測器８の動作を説明する。受信光分離手段３０は受信光をＸ方向の偏光成分（Ｒｘ）とＹ方向の偏光成分（Ｒｙ）に分離する。参照光分離手段３１は基準光源からの参照光よりＸ方向に直線偏光した参照光ＬｘとＹ方向に直線偏光した参照光Ｌｙを生成する。第１の光受信機は受信光のＸ方向の偏光成分（Ｒｘ）とＸ方向に直線偏光した参照光Ｌｘとをコヒーレント検波する。第２の光受信機は同様に受信光のＹ方向の偏光成分（Ｒｙ）とＹ方向に直線偏光した参照光Ｌｙとをコヒーレント検波する。第１の信号処理器３４において、第１の光受信機の受信信号から受信光のＸ方向の偏光成分（Ｒｘ）の強度｜Ｒｘ｜を、第２の光受信機の受信信号から受信光のＹ方向の偏光成分（Ｒｙ）の強度｜Ｒｙ｜を求め、両者の比を取ることにより偏光解消度（δ＝｜Ｒｙ｜／｜Ｒｘ｜）を得ることができる。

Claims

レーザ光を利用した航空機搭載ドップラーライダーにおいて、レーザ光を大気中に放射する送信光と遠隔領域の大気浮遊物質によって散乱された受信光との偏波面の角度差からレーザ光を反射散乱させた物質の成分を遠隔計測することを特徴とする大気浮遊物質検知方法。
大気中に放射する送信光には一方向（Ｘ軸方向）の偏光面をもつレーザ光を用い、大気浮遊物質からの散乱によって送信光に対する受信光の偏光状態が変化する割合を示す指標である受信光の偏光解消度δを、次式で表すものとした請求項１に記載の大気浮遊物質検知方法。
δ＝｜Ｒｙ｜／｜Ｒｘ｜
ここで、｜Ｒｘ｜は大気浮遊物質により散乱され送信元に戻ってきた受信光ＲのＸ軸方向（送信光の偏光方向と平行）の偏光成分の強度、｜Ｒｙ｜は受信光ＲのＹ軸方向（送信光の偏光方向と垂直）の偏光成分の強度である。
受信光における受信強度の距離減衰特性から大気浮遊物質の浮遊領域を推定し、その推定された浮遊領域に対してレーザ光を反射させた物質の成分を遠隔計測することを特徴とする請求項１または２に記載の大気浮遊物質検知方法。
レーザ光を送信光として大気中に放射（送信）すると共に、該レーザ光の大気中のエアロゾルによるレーザ散乱光を受信光として受信する光学望遠鏡と、該送信光と該受信光の間における偏光解消度を計測する手段と、該計測された偏光状態の変化した割合から氷晶や火山灰などの大気浮遊物質の成分を検知する大気浮遊物質検知手段とから構成されている大気浮遊物質検知ライダー装置。
前記送信光と前記受信光との間のドップラーシフト量に基づき遠隔領域の気流の風速を計測するドップラーライダー手段を兼ね備えたものである請求項４に記載の大気浮遊物質検知ライダー装置。