JPH06342084A - 気象パラメータ測定装置 - Google Patents

気象パラメータ測定装置

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JPH06342084A
JPH06342084A JP3181834A JP18183491A JPH06342084A JP H06342084 A JPH06342084 A JP H06342084A JP 3181834 A JP3181834 A JP 3181834A JP 18183491 A JP18183491 A JP 18183491A JP H06342084 A JPH06342084 A JP H06342084A
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JP
Japan
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meteorological parameter
measuring device
laser
light
backscattered
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JP3181834A
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Mollerat Du Jeu Christian M De
クリスティアン，マリー，クロード・ドゥ・モレラ・デュ・ジュー
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Original Assignee
EUROP DE SYST OPT SESO SOC
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Publication date
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    • G01S17/88—Lidar systems specially adapted for specific applications
    • G01S17/95—Lidar systems specially adapted for specific applications for meteorological use
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザ発振器およびその受光装置各１台ずつ
で数多くの気象パラメータを測定可能とするとともに、
出力レーザ光およびその後方散乱されたレーザ光を連続
的に解析することにより直接的且つ簡単に気象パラメー
タを測定可能な装置を提供することにある。 【構成】 本気象パラメータ測定装置は、パルスレーザ
（上記パルスレーザは大気により少なくともその一部が
後方散乱される）を出力するレーザ発振器（１０）と、
実質的に単色のスペクトルフィルタ手段１６、１８を有
する受光装置と、上記レーザ発振器の出力スペクトルお
よび上記受光装置の受光スペクトルの中心波長をそれぞ
れ調整する手段（２４、２６）と、高度の関数における
後方散乱された光の変化量の解析に続いて、上記出力レ
ーザ光および後方散乱光の間のドップラシフトの関数と
しての解析と観測方向の関数としての解析を行う信号処
理手段（２２）とにより構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、風速、風向、種々の高
度における気温、透明度などの気象パラメータを測定す
るための装置に関する。
【０００２】
【従来技術】予め定められた方向にレーザ光を出力し且
つ伝送するレーザ発振器と、大気によりその一部が後方
散乱された上記光を受光する受光装置とを備えた装置、
所謂ライダ（Light detection and randing ；“lida
r"）は、すでに上記気象パラメータの幾つかの測定のた
めに使用されている。上記受光されたレーザ光が時間の
関数および波長の関数として解析されることにより、雲
の高度或いは風速が測定される。
【０００３】
【発明が解決すべき課題】上記ライダについては詳説さ
れ且つ広く知られており、任意のパラメータを単一、或
いは少数測定する装置として設計されている。上記受光
装置により受光された後方散乱レーザ光の強度変化量を
時間関数として求めるだけでなく、上記レーザ発振器か
ら出力されるレーザ光および上記後方散乱レーザ光の間
のドップラシフト、或いは後方散乱レーザ光のスペクト
ル幅の変化量をも検出したい場合には、多くのレーザ発
振器、または多くの受光装置の使用が避けられないとと
もに、測定すべきパラメータを得るためにそれ以外の物
理的パラメータのモデルが必要となる。このような装置
においては、費用が高額となるとともに信号処理の点で
かなり複雑となる。
【０００４】本発明の第１の目的は、上記不都合を解消
することにある。本発明の第２の目的は、レーザ発振器
およびその受光装置各１台ずつで数多くの気象パラメー
タを測定可能な装置を提供することにある。本発明の第
３の目的は、上記形式の装置において、上記レーザ光お
よびその後方散乱レーザ光を連続的に解析することによ
り直接的且つ簡単に気象パラメータを測定可能な装置を
提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、パルスレーザ光を出力する単一のレーザ
発振器と、そのレーザ発振器の光軸Ｄと近接するか或い
はほぼ一致する光軸Ｄ’を有して光検出器とともに配置
された実質的に単色のスペクトルフィルタ手段を備えた
単一の受光装置と、大気により後方散乱された前記パル
スレーザ光を測定および解析する手段とを備えた気象パ
ラメータ測定装置であって、(a) 前記レーザ発振器から
出力される出力レーザ光の中心波長、および前記受光装
置に受光される波長のいずれか一方を調節する手段と、
(b) 前記後方散乱されたレーザ光の強度を時間の関数と
して解析する手段と、前記レーザ発振器から出力された
出力レーザ光および上記後方散乱されたレーザ光の間の
ドップラシフトを連続的に解析する手段とを備え、前記
受光装置により受光された後方散乱されたレーザ光を連
続的に解析する手段と、を有する。
【０００６】
【作用および発明の効果】上記装置によれば、レーザ発
振器からの出力レーザ光の中心波長、或いは受光装置の
受光波長を調節することにより、前記ドップラシフト或
いは上記後方散乱レーザ光のスペクトル幅の変化量を直
接的に得ることが可能となる。
【０００７】好適には、上記装置は、所定の空間領域を
走査するための照準制御手段を有する。このような装置
においては、複数の異なる方向の測定が可能となるた
め、たとえば風向および雲の遮蔽度などの複数の気象パ
ラメータを得ることが可能となる。
【０００８】本発明の一具体例において、上記スペクト
ルフィルタ手段はファブリペロー（Fabry-Perot ）型の
干渉計に使用される狭帯域干渉フィルタにより構成され
る。
【０００９】上記干渉計は微調整手段、たとえば圧電式
のものを備えており、前記受光装置の受光波長を微調整
し得る。
【００１０】上記レーザ発振器はその出力波長の調整が
可能な型式であるか、または温度安定化レーザダイオー
ドから構成される。後者の場合は、レーザ発振器から出
力されるレーザ光スペクトルの中心波長を変更調節する
手段は、上記レーザダイオードに適用される温度を調節
する手段を有している。
【００１１】前記後方散乱されたレーザ光、すなわち受
光されたレーザ光の連続的な解析により、本発明の装置
は、高度の関数としての上記受光レーザ光の強度変化
量、各高度における前記出力レーザ光のスペクトルおよ
び上記受光レーザ光のスペクトルの間の波長変化量、お
よび種々の異なる方向における強度およびスペクトルの
変化量を検出し得る。
【００１２】上記装置により、以下の測定が可能とな
る。 風速：予め定められた高度における上記出力レーザ光お
よび上記受光されたレーザ光の間のドップラシフトを解
析することによって測定される。 風向：少なくとも３方向における風速を測定することに
よって測定される。 予め定められた高度における気温：出力レーザ光および
受光されたレーザ光の間のスペクトル幅の変化量を解析
することによる 透明度：受光されたレーザ光（後方散乱レーザ光）の強
度の変化量を解析することによって測定される。 雲の高度：受光されたレーザ光（後方散乱レーザ光）の
強度の変化量を高度の関数として解析することによって
測定される。 雲の遮蔽度：種々の異なった方向における雲の高度の変
化量を解析することによる 大気乱流度：受光されたレーザ光の強度の変化量を経時
的に解析することによって測定される。および／また
は、ドップラシフトの変化量を経時的に解析することに
よって測定される。
【００１３】
【実施例】図１に概略的に示された本発明の一装置は、
パルスレーザ光を出力するレーザ発振器１０を備えてい
る。上記パルスレーザ光はビームの直径を拡大するとと
もに、その発散を抑制する無限焦点光学装置１２により
Ｄ方向に発射される。
【００１４】本装置の受光装置は、光軸Ｄ’がレーザ発
振器１０の光軸Ｄと極めて近接しているか、或いは同一
である光学装置１４、たとえば望遠鏡、或いは無限焦点
光学装置から構成されており、その下流側には、極めて
狭い通過帯域を有する干渉フィルタ１６から構成される
単色スペクトルフィルタ装置、および所定の波長に調整
されたファブリペロー型干渉計１８が順次配置されてい
る。上記干渉フィルタ１６およびファブリペロー型干渉
計１８から構成されるスペクトルフィルタ装置の下流側
には光検出器２０が配置されている。上記光検出器２０
の出力信号は上記出力信号の強度を解析するためによく
知られたコンピュータを含む信号処理手段２２に供給さ
れるようになっている。
【００１５】レーザ発振器１０は波長を調節可能な型式
であるか、または温度安定化レーザタイオードによって
構成されている。後者の場合には、レーザダイオードに
は波長制御手段２４が共に設けられている。この波長制
御手段２４は上記レーザダイオードの温度を変化させ、
上記レーザ発振器１０からの出力レーザ光の中心波長の
変化量が温度に対応する値となるようにその温度をレー
ザダイオードに作用させる。
【００１６】ファブリペロー型干渉計１８には微調整手
段２６が付加的に備えられる。上記微調整手段２６は、
たとえば圧電式であって、光検出器２０に向かって通過
する後方散乱レーザ光の波長を変化させる。
【００１７】信号処理手段２２はマイクロコンピュータ
を必須の構成要素とし、レーザ発振器１０、上記波長調
整手段２４および微調整手段２６の作動を制御する。
【００１８】上記のように構成された光学装置全体は移
動支持台２８の上に載置され、照準制御手段３０と協働
して所定の空間領域を通過するように光軸ＤおよびＤ’
を走査する。
【００１９】以下、本装置の作動を図２に従って説明す
る。上記レーザ発振器１０は、１〜１０００Hzの範囲内
の所定のパルス周波数でパルスレーザ光をＤ方向に出力
する。このパルスレーザ光の波長スペクトルは良く知ら
れたものであって、その中心波長λe は、たとえばレー
ザダイオードが使用された場合、８００nm、或いは１５
５０nmである。また上記レーザ発振器１０の出力はたと
えば１mJ/pulseである。レーザ源が固体である場合、上
記出力は１Ｊを上回る。パルス持続時間は、たとえば１
００nsである。
【００２０】上記レーザ発振器１０の出力レーザパルス
は、大気中の粒子によりその一部が後方散乱〔レイリー
- ブリユアン（Rayleigh-Brillouin）散乱および／ま
たはミー（Mie ）散乱〕させられた後、受光装置である
光学装置１４により受光され、干渉フィルタ１６および
ファブリペロー型干渉計１８を透過させられる。この干
渉フィルタ１６は、１ナノメータのオーダの極めて狭い
通過帯域を有しており、通過光をたとえば中心波長λe
の平均値に設定された干渉計１８にたとえば１０ピコメ
ートルの精度で通過させる。そして干渉計１８からの出
力光は、たとえばゲルマニウムホトダイオード、或いは
光電子倍増管から構成された光検出器２０に伝送され
る。なお、光検出器２０は、伝送される光の中心波長に
応じてたとえば上記ゲルマニウムホトダイオード、或い
は光電子倍増管が選択される。
【００２１】光検出器２０からの出力信号は、信号処理
手段２２によりその強度変化量が時間の関数として解析
される。この時間の関数としての強度変化量は、高度の
関数としての強度変化量に対応する。
【００２２】そして、スペクトル条件が変化させられる
（レーザ発振器１０の出力レーザ光の中心波長、または
受光波長が変化されることにより実行される）か、或い
は幾何的条件が変化させられ（光軸Ｄ、Ｄ’と基準装置
との角度αが変化させられることにより実行される）、
その後再び前述の作動が実行される。
【００２３】気象パラメータ測定工程は、Ｎ×Ｍ×Ｌ個
のレーザパルスを解析する工程を含んでいる。上記Ｎは
予め定められた幾何的条件およびスペクトル条件下にお
ける同一パルスの数であり、上記Ｍはレーザ光出力時あ
るいは受光時における連続して観測する中心波長の値の
数であり、上記Ｌは連続して観測する観測方向の数であ
る。
【００２４】そのような測定を連続して行う時間の長さ
は、測定すべき気象パラメータがその測定の間を通じて
一定であると見なされるように決定される（すなわち、
ばらつきが測定誤差以下となる）。
【００２５】本実施例によれば、上記測定は相対的なも
のであり、高度０から、後方散乱されたレーザ光に基づ
いて順次実施される。
【００２６】各気象パラメータ測定は、異なる複数の高
度における上記後方散乱光の強度の解析に続いて、波長
の関数としての解析、および観測方向の関数としての解
析とが行われる。そして、図２に示されるように、以下
のパラメータが決定される。
【００２７】風速：予め定められた高度における出力レ
ーザ光およびその後方散乱光の間のドップラシフトを解
析することによって測定される。 風向：少なくとも異なる３方向における風速を測定する
ことによって測定される。 予め定められた高度における温度：出力レーザ光および
予め定められた高度からの後方散乱光の間のスペクトル
幅の変化量を解析することによって測定される。 透明度：後方散乱光の波長域の強度変化量を解析するこ
とによって測定される。 雲の高度：後方散乱光の強度変化量を高度の関数として
解析することによって測定される。 雲の遮蔽度：雲の高度変化量を観測方向の関数として解
析することによって測定される。 大気乱流度：後方散乱光の強度変化量を時間の関数とし
て解析することによって測定される。および／または、
ドップラシフトの変化量を時間の関数として解析するこ
とによって測定される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の測定装置の一実施例を示す骨子図であ
る。
【図２】図１の装置の作動を示すフローチャートであ
る。
【符号の説明】
１０：レーザ発振器 〔１４：光学装置、１６：干渉フィルタ、１８：干渉
計、２０：光検出器〕 （受光装置） ２２：信号処理手段 ２４：波長制御手段 ２６：微調整手段

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 パルスレーザ光を出力する単一のレーザ
    発振器（１０）と、該レーザ発振器の光軸Ｄと近接する
    か或いはほぼ一致する光軸Ｄ’を有して光検出器（２
    ０）とともに配置された実質的に単色のスペクトルフィ
    ルタ手段（１６、１８）を備えた単一の受光装置（１
    ６、１８、２０）と、大気により後方散乱された前記パ
    ルスレーザ光を測定および解析する手段（１４−２２）
    とを備えた気象パラメータ測定装置であって、 前記レーザ発振器（１０）から出力される出力レーザ光
    の中心波長、および前記受光装置に受光される波長のい
    ずれか一方を調節する手段（２２、２４）と、 前記後方散乱されたレーザ光の強度を時間の関数として
    解析する手段と、前記レーザ発振器（１０）から出力さ
    れた出力レーザ光および該後方散乱されたレーザ光の間
    のドップラシフトを連続的に解析する手段とを備え、前
    記受光装置により受光された該後方散乱されたレーザ光
    を連続的に解析する手段と、 を備えたことを特徴とする気象パラメータ測定装置。
  2. 【請求項２】 前記気象パラメータ測定装置は、所定の
    空間領域を走査するための照準制御装置（３０）を備え
    たものである請求項１に記載の気象パラメータ測定装
    置。
  3. 【請求項３】 前記スペクトルフィルタ手段は、ファブ
    リペロー型の干渉計（１８）とともに配置された狭帯域
    干渉フィルタ（１６）を有する請求項１および２に記載
    の気象パラメータ装置。
  4. 【請求項４】 前記ファブリペロー干渉計（１８）は、
    圧電式の微調整手段（２６）を有するものである請求項
    ３に記載の気象パラメータ測定装置。
  5. 【請求項５】 前記レーザ発振器（１０）は、波長の調
    整が可能である請求項１乃至４のいずれか一つに記載の
    気象パラメータ測定装置。
  6. 【請求項６】 前記レーザ発振器（１０）は温度安定化
    レーザダイオードであり、且つ該レーザ発振器から出力
    されるスペクトルの中心波長を変調するための前記手段
    は、該レーザダイオードに適用される温度を調節する手
    段を有するものである請求項１乃至４のいずれか一つに
    記載の気象パラメータ測定装置。
  7. 【請求項７】 前記レーザ発振器（１０）は、該レーザ
    発振器から出力されたビームの直径を拡大する無限焦点
    光学装置（１２）を有し、且つ前記受光装置は、前記後
    方散乱された光を受光する望遠鏡および無限焦点光学装
    置（１４）のいずれか一方である請求項１乃至７のいず
    れか一つに記載の気象パラメータ測定装置。
  8. 【請求項８】 前記気象パラメータ測定装置は、前記レ
    ーザ発振器から出力されたスペクトルおよび予め定めら
    れた高度からの後方散乱されたスペクトルの間の波長シ
    フトを測定することにより風速を測定するものである請
    求項１乃至７のいずれか一つに記載の気象パラメータ測
    定装置。
  9. 【請求項９】 前記気象パラメータ測定装置は、少なく
    とも異なる３方向において風速を測定することにより風
    向を測定するものである請求項８に記載の気象パラメー
    タ測定装置。
  10. 【請求項１０】 前記気象パラメータ測定装置は、予め
    定められた高度からの後方散乱された光のスペクトル幅
    の変化を解析することにより気温を測定するものである
    請求項１乃至７のいずれか一つに記載の気象パラメータ
    測定装置。
  11. 【請求項１１】 前記気象パラメータ測定装置は、前記
    後方散乱された光のスペクトルの強度変化量を解析する
    ことにより透明度を測定するものである請求項１乃至７
    のいずれか一つに記載の気象パラメータ測定装置。
  12. 【請求項１２】 前記気象パラメータ測定装置は、前記
    後方散乱された光の強度の変化量を高度の関数として解
    析することにより雲の高度を測定するものである請求項
    １乃至７のいずれか一つに記載の気象パラメータ測定装
    置。
  13. 【請求項１３】 前記気象パラメータ測定装置は、該測
    定装置の観測方向の関数として雲の高度の変化量を解析
    することにより雲の遮蔽度を測定するものである請求項
    １２に記載の気象パラメータ測定装置。
  14. 【請求項１４】 前記気象パラメータ測定装置は、大気
    乱流度を測定するものである請求項８に記載の気象パラ
    メータ測定装置。
JP3181834A 1990-06-25 1991-06-25 気象パラメータ測定装置 Pending JPH06342084A (ja)

Applications Claiming Priority (2)

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FR9007927 1990-06-25
FR9007927A FR2663752B1 (fr) 1990-06-25 1990-06-25 Dispositif de mesure de parametres meteorologiques.

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ID=9397956

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JP3181834A Pending JPH06342084A (ja) 1990-06-25 1991-06-25 気象パラメータ測定装置

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US (1) US5214484A (ja)
EP (1) EP0463914A1 (ja)
JP (1) JPH06342084A (ja)
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FR (1) FR2663752B1 (ja)

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