WO2026009542A1 - 風速検出装置、風速検出方法、及び飛行体制御装置 - Google Patents

Abstract

風速検出装置１は、周波数が時間と共に線形に変調するレーザ光Ｌを出力する出力部２と、レーザ光Ｌを測定光Ｌｍ及び参照光Ｌｒに分岐する分岐部３と、測定光Ｌｍをパルス光に変換する第１増幅部（変換部）５と、測定光Ｌｍを大気Ｍ中に出力し、大気Ｍ中での測定光Ｌｍの散乱光Ｌｆを信号光Ｌｓとして受光する測定光学系７と、参照光Ｌｒと信号光Ｌｓとの干渉結果に基づく検出信号Ｄを出力する検出部９と、を備える。

Description

風速検出装置、風速検出方法、及び飛行体制御装置

　本開示は、風速検出装置、風速検出方法、及び飛行体制御装置に関する。

　光を用いたセンシング技術の一つとして、ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）が知られている。ＬＩＤＡＲは、近年では自動運転の分野での応用が進展しているが、元々は気象などの分野で広く用いられている技術である。気象の分野で用いられるＬＩＤＡＲとしては、風速を検出する、いわゆるＷｉｎｄＬＩＤＡＲが知られている。ＷｉｎｄＬＩＤＡＲは、例えば風力発電機の設置場所を選定するための風況調査などに利用されているほか、近年では、ドローンなどの無人飛行体、ＡＡＭ（Advanced Air Mobility）或いはＵＡＭ（Urban Air Mobility）などの有人飛行体の安全な運行管理への応用が期待されている。

　ＬＩＤＡＲでの風速検出には、コヒーレント検波が用いられている。この手法では、光源から出力したレーザ光を測定光及び参照光に分岐し、測定光に変調及び増幅を加えた後、大気中に出射する。ＷｉｎｄＬＩＤＡＲでの信号源は、測定光が大気中の無数のエアロゾルで散乱して生じる散乱光である。風が吹くと、風に乗ってエアロゾルが移動し、散乱光の周波数が変化（ドップラーシフト）する。したがって、大気からの散乱光を信号光として参照光と干渉させ、干渉光のビートスペクトルにおけるピーク周波数のシフト量を求めることで、大気中の風速を検出できる（例えば特許文献1参照）。

米国特許出願公開第２０２１／０１０９２１８号明細書

Gerhard Peters, Piet Markmann, "Wind Ranger 100/200 FM-CW Doppler Wind Lidar for Wind Profiles for Low Range Wind Profiles"（METEK GmbH技術資料） Gerhard Peters, Piet Markmann, "Removal of range uncertainty of CW Wind Lidar by frequency modulation"（METEK GmbH技術資料）

　ＬＩＤＡＲの方式には、周波数を変調したＣＷ（Continuous Wave）光を測定光として用いるＦＭＣＷ（Frequency-Modulated Continuous Wave）方式がある（例えば非特許文献１，２参照）。非特許文献１，２では、線形に周波数を変調したＣＷ光を測定光として用いることで、ドップラーシフトの正負（追い風及び向かい風）を判別可能としている。しかしながら、現存のＦＭＣＷ方式では、周波数変調の線形性が低い場合に干渉光のビートスペクトルのスペクトル幅が拡がり、風速分解能及び信号光のＣＮＲ（Carrier to Noise ratio）が低下するという問題がある。

　本開示は、上記課題の解決のためになされたものであり、周波数変調の線形性の高低に依らず、風速分解能及び信号光のＣＮＲを十分に確保できる風速検出装置、風速検出方法、及び飛行体制御装置を提供することを目的とする。

　本開示の要旨は、以下に示すとおりである。

　［１］周波数が時間と共に線形に変調するレーザ光を出力する出力部と、前記レーザ光を測定光及び参照光に分岐する分岐部と、前記測定光をパルス光に変換する変換部と、前記測定光を大気中に出力し、前記大気中での前記測定光の散乱光を信号光として受光する測定光学系と、前記参照光と前記信号光との干渉結果に基づく検出信号を出力する検出部と、を備える風速検出装置。

　この風速検出装置では、周波数が時間と共に線形に変調するレーザ光をパルス光に変換して測定光に用いる。このような測定光を用いてコヒーレント検波を実施する場合、測定光であるパルス光には、時間と共に線形に変調する周波数のうちの一部のみが含まれる。これにより、仮に周波数変調の線形性が低い場合であっても、パルス光の時間幅内では線形性が改善され、干渉光のビートスペクトルのスペクトル幅の拡がりを抑制できる。したがって、この風速検出装置では、周波数変調の線形性の高低に依らず、風速分解能及び信号光のＣＮＲを十分に確保できる。

　［２］前記出力部は、周波数が時間と共に線形に増加する増加領域と、周波数が時間と共に線形に減少する減少領域と、を有する光を前記レーザ光として出力し、前記変換部は、前記増加領域に対応する周波数のみを含む第１パルス光、及び前記減少領域に対応する周波数のみを含む第２パルス光の少なくとも一方が生成されるように、前記測定光を前記パルス光に変換する、［１］記載の風速検出装置。この場合、パルス光が増加領域と減少領域とに跨った周波数を含まないことで、干渉光のビートスペクトルの変化と風速との対応付けが容易となり、風速検出を好適に実施できる。

　［３］前記変換部は、前記第１パルス光及び前記第２パルス光の双方が生成されるように、前記測定光を前記パルス光に変換する、［２］記載の風速検出装置。この場合、干渉光のビートスペクトルの変化と風速との対応付けの精度を十分に確保でき、風速検出の精度の向上が図られる。

　［４］前記変換部は、前記第１パルス光が前記増加領域における時間軸の前半部分の周波数を含み、前記第２パルス光が前記減少領域における時間軸の前半部分の周波数を含むように、前記測定光を前記パルス光に変換する、［３］記載の風速検出装置。散乱光のパルスは、時間的に遅れる方向にシフトする傾向がある。信号光のパルスが時間軸の前半部分の周波数を含むことで、散乱光のパルスの時間的な遅れを十分に許容できる。

　［５］前記分岐部と前記検出部との間の光路には、前記参照光と前記信号光との間の光路差を調整する光路差調整部が配置されている、［１］～［４］のいずれか記載の風速検出装置。信号光の光路長を参照光の光路長に比べて長くすることで、検出距離が小さい場合でも十分な精度で干渉光のビートスペクトルを得ることが可能となる。また、信号光Ｌｓと参照光Ｌｒとの間の光路長差を小さくする場合には、ＰＩＩＮ（Phase Induced Intensity Noise）の低減が図られる。

　［６］前記測定光学系は、前記大気中に出力される前記測定光の集光状態を調整する集光調整部を有する、［１］～［５］のいずれか記載の風速検出装置。この場合、例えば検出距離に基づいて測定光の状態を制御することで、検出距離に応じた最適な風速検出を実施できる。

　［７］前記出力部は、前記レーザ光としてＣＷ光を出力し、前記検出部は、ＣＷ光である前記参照光と前記信号光との干渉結果に基づく検出信号を出力する、［１］～［６］のいずれか記載の風速検出装置。参照光をＣＷ光とすることで、信号光がパルス光であっても、或いは複数のパルス光の時間的な重ね合わせの状態であっても、検出距離の設定に依らずに信号光と参照光との干渉信号を得ることができる。

　［８］前記測定光学系は、前記大気中に向かう前記測定光の出力方向を偏向する偏向部を有する、［１］～［７］のいずれか記載の風速検出装置。この場合、測定光の出力方向が可変となり、風向及び風速の情報を含む三次元風速ベクトルの測定が可能となる。

　［９］少なくとも前記出力部、前記分岐部、及び前記検出部は、光集積回路によって構成されている、［１］～［８］のいずれか記載の風速検出装置。少なくとも出力部、分岐部、及び検出部を光集積回路で構成することで、装置の小型化を実現できる。

　［１０］前記検出信号に基づいて前記大気中での風速を解析する解析部を更に備える、［１］～［９］のいずれか記載の風速検出装置。この場合、レーザ光の出力から風速の解析までの一連の処理を一つの装置内で実施できる。

　［１１］周波数が時間と共に線形に変調するレーザ光を出力する出力ステップと、前記レーザ光を測定光及び参照光に分岐する分岐ステップと、前記測定光をパルス光に変換する変換ステップと、前記測定光を大気中に出力し、前記大気中での前記測定光の散乱光を信号光として受光する測定ステップと、前記参照光と前記信号光との干渉結果に基づく検出信号を出力する検出ステップと、を備える、風速検出方法。

　この風速検出方法では、周波数が時間と共に線形に変調するレーザ光をパルス光に変換して測定光に用いる。このような測定光を用いてコヒーレント検波を実施する場合、測定光であるパルス光には、時間と共に線形に変調する周波数のうちの一部のみが含まれる。これにより、仮に周波数変調の線形性が低い場合であっても、パルス光の時間幅内では線形性が改善され、干渉光のビートスペクトルのスペクトル幅の拡がりを抑制できる。したがって、この風速検出方法では、周波数変調の線形性の高低に依らず、風速分解能及び信号光のＣＮＲを十分に確保できる。

　［１２］出力ステップでは、周波数が時間と共に線形に増加する増加領域と、周波数が時間と共に線形に減少する減少領域と、を有する光を前記レーザ光として出力し、前記変換ステップでは、前記増加領域に対応する周波数のみを含む第１パルス光、及び前記減少領域に対応する周波数のみを含む第２パルス光の少なくとも一方が生成されるように、前記測定光を前記パルス光に変換する、［１１］記載の風速検出方法。この場合、パルス光が増加領域と減少領域とに跨った周波数を含まないことで、干渉光のビートスペクトルの変化と風速との対応付けが容易となり、風速検出を好適に実施できる。

　［１３］前記変換ステップでは、前記第１パルス光及び前記第２パルス光の双方が生成されるように、前記測定光を前記パルス光に変換する、［１２］記載の風速検出方法。この場合、干渉光のビートスペクトルの変化と風速との対応付けの精度を十分に確保でき、風速検出の精度の向上が図られる。

　［１４］前記変換ステップでは、前記第１パルス光が前記増加領域における時間軸の前半部分の周波数を含み、前記第２パルス光が前記減少領域における時間軸の前半部分の周波数を含むように、前記測定光を前記パルス光に変換する、［１３］記載の風速検出方法。散乱光のパルスは、時間的に遅れる方向にシフトする傾向がある。信号光のパルスが時間軸の前半部分の周波数を含むことで、散乱光のパルスの時間的な遅れを十分に許容できる。

　［１５］前記測定ステップでは、前記参照光と前記信号光との間の光路差を調整する、［１１］～［１４］のいずれか記載の風速検出方法。信号光の光路長を参照光の光路長に比べて長くすることで、検出距離が小さい場合でも十分な精度で干渉光のビートスペクトルを得ることが可能となる。また、信号光Ｌｓと参照光Ｌｒとの間の光路長差を小さくする場合には、ＰＩＩＮ（Phase Induced Intensity Noise）の低減が図られる。

　［１６］前記測定ステップでは、前記大気中に出力される前記測定光の集光状態を調整する、［１１］～［１５］のいずれか記載の風速検出方法。この場合、例えば検出距離に基づいて測定光の状態を制御することで、検出距離に応じた最適な風速検出を実施できる。

　［１７］前記出力ステップでは、前記レーザ光としてＣＷ光を出力し、前記検出ステップでは、ＣＷ光である前記参照光と前記信号光との干渉結果に基づく検出信号を出力する、［１１］～［１６］のいずれか記載の風速検出方法。参照光をＣＷ光とすることで、信号光がパルス光であっても、或いは複数のパルス光の時間的な重ね合わせの状態であっても、検出距離の設定に依らずに信号光と参照光との干渉信号を得ることができる。

　［１８］前記測定ステップは、前記大気中に向かう前記測定光の出力方向を偏向する偏向ステップを有する、［１１］～［１７］のいずれか記載の風速検出方法。この場合、測定光の出力方向が可変となり、風向及び風速の情報を含む三次元風速ベクトルの測定が可能となる。

　［１９］前記検出信号に基づいて前記大気中での風速を解析する解析ステップを更に備える、［１１］～［１８］のいずれか記載の風速検出方法。この場合、レーザ光の出力から風速の解析までの一連の処理を一つの装置内で実施できる。

　［２０］［１］～［１０］のいずれか一項記載の風速検出装置と、前記風速検出装置から出力する前記検出信号に基づいて、飛行体の離発着に関する制御信号を生成する制御装置と、を備える、飛行体制御装置。

　この飛行体制御装置では、風速検出装置において高い距離分解能で複雑な乱流などを検出することで、ドローン、ＡＡＭ、ＵＡＭなどの飛行体の安全な運行管理を実現できる。

　本開示によれば、周波数変調の線形性の高低に依らず、風速分解能及び信号光のＣＮＲを十分に確保できる。

（ａ）及び（ｂ）は、本開示の一実施形態に係る飛行体制御装置の模式図である。 従来のＦＭＣＷ方式において測定光及び参照光の線形性が高い場合の干渉光のビートスペクトルを示す模式図である。 従来のＦＭＣＷ方式において測定光及び参照光の線形性が低い場合の干渉光のビートスペクトルを示す模式図である。 本実施形態のＦＭパルス方式において測定光及び参照光の線形性が高い場合の干渉光のビートスペクトルを示す模式図である。 本実施形態のＦＭパルス方式において測定光及び参照光の線形性が低い場合の干渉光のビートスペクトルを示す模式図である。 本開示の一実施形態に係る風速検出装置の模式図である。 （ａ）は、測定光の強度の時間波形を示す模式図であり、（ｂ）は、測定光の周波数変調を示す模式図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の風速測定原理を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の風速測定原理を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、本実施形態の風速測定原理を示す図である。 （ａ）は、パルス幅が２００ｎｓである場合の検出距離とＣＮＲとの関係を示す図であり、（ｂ）は、パルス幅が２００ｎｓである場合の検出距離と周波数シフト量の関係を示す図である。 （ａ）は、パルス幅が４００ｎｓである場合の検出距離とＣＮＲとの関係を示す図であり、（ｂ）は、パルス幅が４００ｎｓである場合の検出距離と周波数シフト量の関係を示す図である。 （ａ）は、パルス幅Δｔが２００ｎｓ、チャープレートγが１０ＴＨｚ／ｓ、検出距離Ｚが３０ｍである場合の強度スペクトルを示す図であり、（ｂ）は、パルス幅Δｔが４００ｎｓ、チャープレートγが２．５ＴＨｚ／ｓ、検出距離Ｚが６０ｍである場合の強度スペクトルを示す図である。 チャープレートとＣＮＲとの関係を示す図である。 本開示の一実施形態に係る風速検出方法の一例を示すフローチャートである。 本開示の別実施形態に係る風速検出装置の模式図である。 検出距離毎の測定光の状態を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、実施例１における検出距離６０ｍ～９００ｍでの風速検出の様子を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、実施例１における検出距離６０ｍ～９００ｍでの風速検出の様子を示す図である。 （ａ）～（ｃ）は、実施例２における検出距離１０ｍでの風速検出の様子を示す図である。 （ａ）～（ｃ）は、実施例２における検出距離６０ｍでの風速検出の様子を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、実施例２における検出距離９０ｍ～９００ｍでの風速検出の様子を示す図である。 （ａ）及び（ｂ）は、実施例２における検出距離９０ｍ～９００ｍでの風速検出の様子を示す図である。

　以下、図面を参照しながら、本開示の一側面に係る風速検出装置、風速検出方法、及び飛行体制御装置の好適な実施形態について詳細に説明する。

　図１（ａ）及び図１（ｂ）は、本開示の一実施形態に係る飛行体制御装置を模式的に示す図である。図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、飛行体制御装置１０１は、風速検出装置１と、風速検出装置１から出力する検出信号Ｄ（図６参照）に基づいて、飛行体Ｈの動作を制御する制御装置１０２とを備えて構成されている。飛行体Ｈとしては、例えばドローンなどの無人飛行体、ＡＡＭ（Advanced Air Mobility）或いはＵＡＭ（Urban Air Mobility）などの有人飛行体が挙げられる。

　飛行体制御装置１０１は、例えば地表面付近に設置される。飛行体制御装置１０１の設置高さとしては、例えば接地層と称される大気層が想定される。接地層は、地表面からの高さが１００ｍ以下で、風速や気温の鉛直勾配が特に大きい大気層を指す。飛行体制御装置１０１は、例えば図１（ａ）に示すように、地上面に設置されていてもよい。飛行体制御装置１０１は、図１（ｂ）に示すように、ビルなどの建物の屋上や屋根に設置されていてもよい。飛行体制御装置１０１は、飛行体Ｈを運行する管制塔内の装置として組み込まれていてもよい。

　風速検出装置１は、大気中の風速を検出する装置である。飛行体制御装置１０１においては、風速検出装置１は、特に地上付近の多くの構造物に起因して生じる複雑な乱流を検出し、検出信号Ｄを制御装置１０２に出力する。制御装置１０２は、飛行体Ｈの離発着に関する制御信号Ｑを生成する装置である。制御装置１０２は、物理的には、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ、ＣＰＵ等のプロセッサ（演算回路）、通信インターフェイス、ハードディスク等の格納部、ディスプレイ等の表示部を備えたコンピュータシステムである。制御装置１０２は、風速検出装置１からの検出信号Ｄに基づいて、例えば飛行体Ｈの離発着時の速度、走行経路、或いは離着陸の許可・禁止に関する制御信号Ｑを飛行体Ｈに出力する。

　風速検出装置１は、検出信号Ｄを気象情報提供者が所有するサーバに送信してもよい。この場合、例えば気象情報提供者は、サーバに送信された検出信号Ｄや気象データを元に気象予報を行い、生成した気象予報情報を端末装置等から管制塔内の飛行体制御装置１０１に送信してもよい。管制塔内の飛行体制御装置１０１は、気象予報情報に基づいて制御信号Ｑを生成してもよい。風速検出装置１は、検出信号Ｄを管制塔内の飛行体制御装置１０１に直接送信してもよい。

　次に、上述した風速検出装置１について説明する。風速検出装置１は、ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）によって大気Ｍ中の風速を検出する装置である。風速検出装置１では、レーザ光をパルス化した測定光Ｌｍを用い、信号光Ｌｓと参照光Ｌｒとによるコヒーレント検波を実施することで、大気Ｍ中の風速を検出する。

　従来のＬＩＤＡＲの方式としては、周波数を変調したＣＷ（Continuous Wave）光を測定光として用いるＦＭＣＷ（Frequency-Modulated Continuous Wave）方式がある。ＦＭＣＷ方式では、線形に周波数を変調したＣＷ光を測定光として用いることで、ドップラーシフトの正負（追い風及び向かい風）を判別可能としている。しかしながら、現存のＦＭＣＷ方式では、風速分解能及び信号光のＣＮＲ（Carrier to Noise ratio）が周波数変調の線形性に依存してしまうという問題がある。

　現存のＦＭＣＷ方式では、測定光及び参照光の周波数変調の線形性が高い場合、例えば図２に示すように、大気中からの信号光の周波数変調の線形性も維持される。風速０ｍ／ｓにおける信号光と参照光との周波数差ｆ_{ＳＨＩＦＴ}は、チャープレートと検出距離とによって定まる。したがって、信号光と参照光との干渉信号をフーリエ変換することで、周波数ｆ_{ＳＨＩＦＴ}にピークを持つ干渉光のビートスペクトルが得られる。

　一方、現存のＦＭＣＷ方式では、例えば図３に示すように、測定光及び参照光の周波数変調の線形性が低い場合、大気中からの信号光の周波数変調の線形性も低いままとなる。信号光と参照光との周波数差は、時間と共に変化する。したがって、信号光と参照光との干渉信号をフーリエ変換した場合に、干渉光のビートスペクトルのスペクトル幅が拡がり、風速分解能及び信号光のＣＮＲ（Carrier to Noise ratio）が低下してしまうことが考えられる。

　本実施形態に係る風速検出装置１は、後述するように、周波数が時間と共に線形に変調するレーザ光をパルス光に変換して測定光として用いる、いわゆるＦＭパルス方式を採用している。この方式では、図４及び図５に示すように、測定光であるパルス光には、時間と共に線形に変調する周波数のうちの一部のみが含まれる。測定光及び参照光の周波数変調の線形性が高い場合は、図４に示すように、現存のＦＭＣＷ方式と同様に風速分解能及び信号光のＣＮＲ（Carrier to Noise ratio）が得られる。

　また、この方式では、測定光及び参照光の周波数変調の線形性が低い場合であっても、図５に示すように、パルス光の時間幅内では周波数変調の線形性が改善され、干渉光のビートスペクトルのスペクトル幅の拡がりを抑制できる。したがって、風速検出装置１では、周波数変調の線形性の高低に依らず、風速分解能及び信号光のＣＮＲの十分な確保を実現できる。以下、風速検出装置１の各構成要素について説明する。

　図６は、本開示の一実施形態に係る風速検出装置の模式図である。出力部２と、分岐部３と、第１増幅部（変換部）５と、第２増幅部６と、測定光学系７と、合波部８と、検出部９と、デジタイザ１０と、解析部１１とを含んで構成されている。本実施形態では、出力部２と分岐部３、分岐部３と第１増幅部５、第１増幅部５と第２増幅部６、第２増幅部６と測定光学系７、測定光学系７と合波部８、分岐部３と合波部８、合波部８と検出部９は、いずれも光ファイバＦによって光学的に接続されている。

　風速検出装置１では、少なくとも出力部２、分岐部３、及び検出部９は、光集積回路（ＰＩＣ：Photonic Integrated Circuit）１２によって構成されている。本実施形態では、出力部２、分岐部３、第１増幅部５、第２増幅部６、合波部８、検出部９、及びこれらを接続する光ファイバＦが光集積回路１２によって構成されている。

　出力部２は、周波数が時間と共に線形に変調するレーザ光Ｌを出力する部分である。出力部２を構成するレーザ装置としては、例えば分布帰還型（ＤＦＢ）レーザ装置、分散型ブラッグ反射（ＤＢＲ）レーザ装置、外部共振型レーザ装置などが挙げられる。ここでは、出力部２から出力されるレーザ光Ｌは、ＣＷ光となっている。レーザ光Ｌは、拡散光のような光ではなく、一定の指向性を有するビーム状の光となっている。

　出力部２には、不図示の電流制御部及び温度制御部が接続されている。電流制御部は、出力部２を構成するレーザ装置に駆動電流を供給する制御器である。電流制御部は、駆動電流を変調することにより、出力部２から出力されるレーザ光Ｌの周波数を変調する。温度制御部は、出力部２を構成するレーザ装置の温度を一定に維持する制御器である。温度制御部は、例えばサーミスタ及びペルチェ素子を含んで構成されており、レーザ装置に取り付けられたサーミスタの温度測定値に基づいて、レーザ装置の温度が一定に維持されるようにペルチェ素子を駆動する。

　出力部２には、信号生成部１３が接続されている。信号生成部１３は、レーザ光Ｌに対する変調信号Ｇを生成する部分である。信号生成部１３は、例えば波形生成器、ファンクションジェネレータなどによって構成されている。信号生成部１３は、出力部２に接続される電流制御部から出力される電流波形を任意の形状に変調するための電圧信号を生成する。信号生成部１３で生成される変調信号Ｇは、出力部２の動作と解析部１１の動作との同期のため、デジタイザ１０にも出力される。

　分岐部３は、出力部２からのレーザ光Ｌを測定光Ｌｍ及び参照光Ｌｒに分岐する部分である。分岐部３は、例えば光ファイバカプラによって構成されている。測定光Ｌｍは、分岐部３の一の出力ポートから第１増幅部５に出力され、参照光Ｌｒは、分岐部３の別の出力ポートから合波部８に出力される。参照光Ｌｒは、ＣＷ光のまま合波部８に入力される。

　本実施形態では、分岐部３と第１増幅部５との間にディレイファイバ（光路差調整部）１６が接続されている。ディレイファイバ１６は、例えば偏波保持ファイバ、ファイバコイルなどによって構成されている。ディレイファイバ１６により、合波部８に入力される信号光Ｌｓと参照光Ｌｒとの間の光路長差を調整できる。信号光Ｌｓの光路長を参照光Ｌｒの光路長に比べて長くすることで、検出距離が小さい場合でも十分な精度で干渉光Ｌｄのビートスペクトルを得ることが可能となる。

　第１増幅部５は、分岐部３からの測定光Ｌｍをパルス光に変換する部分である。第１増幅部５は、例えば半導体光増幅器、光ファイバ増幅器などによって構成されている。第１増幅部５は、測定光Ｌｍのうちの特定の成分を増幅することで、ＣＷ光である測定光Ｌｍをパルス光に変換する。第１増幅部５には、不図示の電流制御部及び温度制御部が接続されている。電流制御部は、第１増幅部５を構成する増幅装置に駆動電流を供給する制御器である。電流制御部は、駆動電流を変調することにより、第１増幅部５での測定光Ｌｍの増幅率を制御する。温度制御部は、第１増幅部５を構成する増幅装置の温度を一定に維持する制御器である。温度制御部は、例えばサーミスタ及びペルチェ素子を含んで構成されており、増幅装置に取り付けられたサーミスタの温度測定値に基づいて、増幅装置の温度が一定に維持されるようにペルチェ素子を駆動する。

　図７（ａ）は、測定光Ｌｍの強度の時間波形を示す模式図である。図７（ａ）に示すように、測定光Ｌｍは、周波数が時間と共に線形に変調するＣＷのレーザ光Ｌを第１増幅部５でパルス光に変換することによって生成されている。測定光Ｌｍは、パルス幅Δｔをもって時間軸上で間欠的に強度が立ち上がる光となる。図７（ｂ）は、測定光の周波数変調を示す模式図である。本実施形態では、出力部２は、周波数が時間と共に線形に増加する増加領域と、周波数が時間と共に線形に減少する減少領域と、を有する光をレーザ光Ｌとして出力する。そして、このような周波数変調を有するレーザ光Ｌを第１増幅部５でパルス光に変換して測定光Ｌｍを生成する。

　測定光Ｌｍは、例えばランプ波形となるように周波数が変調されている。図７（ｂ）の例では、周波数が時間と共に線形に増加するＵＰランプ（増大領域）Ｌ_ＵＰと、周波数が時間と共に線形に減少するＤＯＷＮランプ（減少領域）Ｌ_ＤＯＷＮとがパルス毎に交互に対応している。第１増幅部５は、ＵＰランプＬ_ＵＰに対応する周波数のみを含む第１パルス光ＬｐＡ、及びＤＯＷＮランプＬ_ＤＯＷＮに対応する周波数のみを含む第２パルス光ＬｐＢの少なくとも一方が生成されるように、測定光Ｌｍをパルス光に変換する。本実施形態では、第１パルス光ＬｐＡ及び第２パルス光ＬｐＢの双方が生成されるように、測定光Ｌｍをパルス光に変換する。

　また、第１増幅部５は、第１パルス光ＬｐＡがＵＰランプＬ_ＵＰにおける時間軸の前半部分の周波数を含み、第２パルス光ＬｐＢがＤＯＷＮランプＬ_ＤＯＷＮにおける時間軸の前半部分の周波数を含むように、測定光Ｌｍをパルス光に変換する。第１パルス光ＬｐＡは、ＵＰランプＬ_ＵＰの期間の中点となる時間よりも前に位置し、第２パルス光ＬｐＢは、ＤＯＷＮランプＬ_ＤＯＷＮの期間の中点となる時間よりも前に位置している。

　第２増幅部６は、パルス光となった測定光Ｌｍの強度を増幅する部分である。第２増幅部６は、例えば半導体光増幅器、光ファイバ増幅器などによって構成されている。第２増幅部６には、不図示の電流制御部及び温度制御部が接続されている。電流制御部は、第２増幅部６を構成する増幅装置に駆動電流を供給する制御器である。電流制御部は、駆動電流を変調することにより、第２増幅部６での測定光Ｌｍの増幅率を制御する。温度制御部は、第２増幅部６を構成する増幅装置の温度を一定に維持する制御器である。温度制御部は、例えばサーミスタ及びペルチェ素子を含んで構成されており、増幅装置に取り付けられたサーミスタの温度測定値に基づいて、増幅装置の温度が一定に維持されるようにペルチェ素子を駆動する。

　測定光学系７は、測定光Ｌｍを大気Ｍ中に出力し、大気Ｍ中での測定光Ｌｍの散乱光Ｌｆを信号光Ｌｓとして受光する部分である。測定光学系７は、図６に示すように、空間光学系型のサーキュレータ２１と、可動ステージ（集光調整部）２２と、レンズ２３と、ビーム偏向板２４が搭載された回転ステージ（偏向部）２５とを含んで構成されている。サーキュレータ２１は、偏光ビームスプリッタ２６と、λ／４波長板２７とによって構成されている。偏光ビームスプリッタ２６の前段には、レンズ２８が配置され、λ／４波長板２７の後段には、可動ステージ２２に搭載されたレンズ２９が配置されている。また、検出部９に接続される光ファイバＦの前段には、当該光ファイバＦへの信号光Ｌｓの光学的な結合に用いられるレンズ３０が配置されている。

　サーキュレータ２１の性能の安定化のため、温度制御部（不図示）によってサーキュレータ２１の全体の温度が一定となるように制御を行ってもよい。温度制御部は、例えばサーミスタ及びペルチェ素子を含んで構成されており、サーキュレータ２１に取り付けられたサーミスタの温度測定値に基づいて、サーキュレータ２１の全体の温度が一定に維持されるようにペルチェ素子を駆動する。

　可動ステージ２２は、少なくとも測定光Ｌｍの光軸方向に可動軸を有するステージである。可動ステージ２２の駆動には、例えばステッピングモータ、ピエゾ素子などの駆動素子が用いられる。可動ステージ２２には、不図示のステージコントローラが接続されている。ステージコントローラは、可動ステージ２２の位置を制御する制御信号を駆動素子に出力する。

　レンズ２３は、測定光Ｌｍを平行光化して大気Ｍ中に出力する光学素子である。レンズ２３としては、例えば凸レンズ、アクロマティックレンズ、非球面レンズ、複数のレンズを組み合わせてなる組み合わせレンズなどが用いられる。レンズ２３，２９は、望遠鏡を構成するレンズ対となっている。可動ステージ２２が測定光Ｌｍの光軸方向に変位することで、レンズ２３とレンズ２９との間の距離が調整される。これにより、レンズ２３を介して大気Ｍ中に出射する測定光Ｌｍの焦点位置を測定光Ｌｍの光軸方向に変位させることができる。本実施形態では、測定光Ｌｍが平行光化された状態で大気Ｍ中に出力されるように、レンズ２３，２９間の距離が調整される。

　ビーム偏向板２４は、大気Ｍ中に向かう測定光Ｌｍの出力方向を任意の方向に偏向する部分である。ビーム偏向板２４としては、例えばウェッジ基板などを用いることができる。回転ステージ２５は、ビーム偏向板２４を測定光Ｌｍの光軸回りに回転させるステージである。回転ステージ２５の駆動には、例えばステッピングモータ、ピエゾ素子などの駆動素子が用いられる。可動ステージ２２には、不図示のステージコントローラが接続されている。ステージコントローラは、回転ステージの位置を制御する制御信号Ｊを駆動素子に出力する。当該制御信号Ｊは、出力部２及び解析部１１の動作の同期のため、信号生成部１３に出力される。

　測定光学系７においては、第２増幅部６の出力側の光ファイバＦから出射した測定光Ｌｍは、レンズ２３を介し、一定の指向性を有するビーム状の光として大気Ｍ中に出射する。測定光Ｌｍの出力方向は、回転ステージ２５によるビーム偏向板２４の回転角に基づいて変化する。風速検出装置１での信号源は、測定光Ｌｍが大気Ｍ中の無数のエアロゾルＰで散乱して生じる散乱光Ｌｆである。散乱光Ｌｆの一部は、レンズ２３を介し、信号光Ｌｓとして測定光学系７に戻る。信号光Ｌｓは、サーキュレータ２１によって測定光Ｌｍと分離され、合波部８に出力される。

　合波部８は、分岐部３からの参照光Ｌｒと、大気Ｍから戻った信号光Ｌｓとを合波する部分である。合波部８は、例えば光ファイバカプラによって構成されている。合波部８により、参照光Ｌｒと信号光Ｌｓとの干渉光Ｌｄが生成される。干渉光Ｌｄは、合波部８の出力ポートから検出部９に出力される。

　検出部９は、参照光Ｌｒと信号光Ｌｓとの干渉結果に基づく検出信号Ｄを出力する部分である。本実施形態では、測定光Ｌｍがパルス光であるため、特定の距離における測定光Ｌｍの散乱で生じる散乱光Ｌｆ（信号光Ｌｓ）もパルス光である。一方、参照光Ｌｒは、出力部２からのレーザ光Ｌの一部が分岐部３で分岐したものであり、ＣＷ光である。したがって、検出部９は、ＣＷ光である参照光Ｌｒと複数のパルス光の時間的な重ね合わせである信号光Ｌｓとの干渉結果に基づく検出信号Ｄを出力する。

　検出部９は、例えばフォトディテクタ、アバランシェフォトダイオード、バランス検出器などによって構成されている。検出部９は、合波部８から入力された干渉光Ｌｄの強度に基づくアナログ電気信号を検出信号Ｄとしてデジタイザ１０に出力する。デジタイザ１０は、アナログ電気信号をデジタル信号に変換する装置である。デジタイザ１０は、例えばＡ／Ｄ変換器などによって構成されている。デジタイザ１０は、アナログ電気信号である検出信号Ｄをデジタル信号に変換し、変換後のデジタル信号を解析部１１に出力する。

　解析部１１は、検出信号Ｄに基づいて大気Ｍ中での風速を解析する部分である。解析部１１は、物理的には、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ、及びＣＰＵ、ＧＰＵ等のプロセッサ、通信インターフェイス、ハードディスク等の格納部を備えたコンピュータシステムである。かかるコンピュータシステムとしては、例えばパーソナルコンピュータ、クラウドサーバ、スマートデバイス（スマートフォン、タブレット端末など）、マイクロコンピュータ、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などが挙げられる。当該コンピュータシステムは、メモリに格納されるプログラムをＣＰＵ或いはＧＰＵで実行することにより、解析部１１として機能する。

　上述したように、風速検出装置１での信号源は、測定光Ｌｍが大気Ｍ中の無数のエアロゾルＰで散乱して生じる散乱光Ｌｆである。大気Ｍで風が吹くと、風に乗ってエアロゾルＰが移動し、散乱光Ｌｆの周波数が変化（ドップラーシフト）する。解析部１１は、デジタイザ１０から出力される検出信号Ｄを受け取ると、検出信号Ｄに基づいて干渉光Ｌｄのビートスペクトルのピーク周波数を参照する。解析部１１は、干渉光Ｌｄのビートスペクトルのピーク周波数のシフト量を求めることで、大気Ｍ中の風速を検出する。

　風速検出装置１では、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示したように、周波数が時間と共に線形に変調するレーザ光Ｌｗをパルス化して測定光Ｌｍとして用いている。大気Ｍが無風である場合、図８（ａ）に示すように、信号光Ｌｓの第１パルスＬｐＡに含まれるＵＰランプＬ_ＵＰと参照光Ｌｒとの周波数差と、信号光Ｌｓの第２パルスＬｐＢに含まれるＤＯＷＮランプＬ_ＤＯＷＮと参照光Ｌｒとの周波数差とが一致する。したがって、図８（ｂ）に示すように、ＵＰランプＬ_ＵＰの強度スペクトル（平均強度スペクトル）Ｓ_ＵＰの重心周波数ｆ_ＵＰ及びＵＰランプＬ_ＵＰの強度スペクトル（平均強度スペクトル）Ｓ_ＤＯＷＮの重心周波数ｆ_ＤＯＷＮは、基準の周波数ｆ_{ＳＨＩＦＴ}において一致する。基準の周波数ｆ_{ＳＨＩＦＴ}は、測定光Ｌｍのチャープレートをγ、測定光Ｌｍの検出距離をＺ、光速をｃとした場合に、ｆ_{ＳＨＩＦＴ}＝γ×（（２×Ｌ）／２）で算出される。

　大気Ｍの風が測定光Ｌｍの光軸に対して正の方向に吹く風（追い風）である場合、図９（ａ）に示すように、信号光Ｌｓのパルスに含まれるＵＰランプＬ_ＵＰの周波数と、信号光Ｌｓのパルスに含まれるＤＯＷＮランプＬ_ＤＯＷＮの周波数とがドップラーシフトにより小さくなる。したがって、図９（ｂ）に示すように、ＵＰランプＬ_ＵＰの強度スペクトル（平均強度スペクトル）Ｓ_ＵＰの重心周波数ｆ_ＵＰは、基準の周波数ｆ_{ＳＨＩＦＴ}よりも高周波数側にシフトし、ＤＯＷＮランプＬ_ＤＯＷＮの強度スペクトル（平均強度スペクトル）Ｓ_ＤＯＷＮの重心周波数ｆ_ＤＯＷＮは、基準の周波数ｆ_{ＳＨＩＦＴ}よりも低周波数側にシフトする。重心周波数ｆ_ＵＰ及び重心周波数ｆ_ＤＯＷＮのシフトの方向に基づいて風向を判別することができ、基準の周波数ｆ_{ＳＨＩＦＴ}からの重心周波数ｆ_ＵＰ及び重心周波数ｆ_ＤＯＷＮのシフト量ｆ_{ｄоｐｐｅｒ}に基づいて風速を算出することができる。

　大気Ｍの風が測定光Ｌｍの光軸に対して負の方向に吹く風（向かい風）である場合、図１０（ａ）に示すように、信号光Ｌｓのパルスに含まれるＤＯＷＮランプＬ_ＤＯＷＮの周波数と、信号光Ｌｓのパルスに含まれるＵＰランプＬ_ＵＰの周波数とがドップラーシフトにより大きくなる。したがって、図１０（ｂ）に示すように、ＵＰランプＬ_ＵＰの強度スペクトル（平均強度スペクトル）Ｓ_ＵＰの重心周波数ｆ_ＵＰは、基準の周波数ｆ_{ＳＨＩＦＴ}よりも低周波数側にシフトし、ＤＯＷＮランプＬ_ＤＯＷＮの強度スペクトル（平均強度スペクトル）Ｓ_ＤＯＷＮの重心周波数ｆ_ＤＯＷＮは、基準の周波数ｆ_{ＳＨＩＦＴ}よりも高周波数側にシフトする。重心周波数ｆ_ＵＰ及び重心周波数ｆ_ＤＯＷＮのシフトの方向に基づいて風向を判別することができ、基準の周波数ｆ_{ＳＨＩＦＴ}からの重心周波数ｆ_ＵＰ及び重心周波数ｆ_ＤＯＷＮのシフト量ｆ_{ｄоｐｐｅｒ}に基づいて風速を算出することができる。

　また、本実施形態では、測定光Ｌｍのパルス幅Δｔに応じて、レーザ光Ｌにおける周波数変調のチャープレートγを変更する。図１１（ａ）は、パルス幅Δｔが２００ｎｓである測定光Ｌｍを用いた場合の検出距離Ｚと信号光ＬｓのＣＮＲとの関係を示す図であり、図１１（ｂ）は、パルス幅が２００ｎｓである場合の検出距離と周波数シフト量の関係を示す図である。図１２（ａ）は、パルス幅Δｔが４００ｎｓである測定光Ｌｍを用いた場合の検出距離Ｚと信号光ＬｓのＣＮＲとの関係を示す図であり、図１２（ｂ）は、パルス幅が４００ｎｓである場合の検出距離と周波数シフト量の関係を示す図である。図１３（ａ）は、パルス幅Δｔが２００ｎｓ、チャープレートγが１０ＴＨｚ／ｓ、検出距離Ｚが３０ｍである場合の強度スペクトルを示す図であり、図１３（ｂ）は、パルス幅Δｔが４００ｎｓ、チャープレートγが２．５ＴＨｚ／ｓ、検出距離Ｚが６０ｍである場合の強度スペクトルを示す図である。

　図１１、図１２、図１３（ａ）、及び図１３（ｂ）の結果から、チャープレートγが小さくなると、検出距離Ｚが小さくなるにつれて信号成分がＤＣに近づき、風速の検出が困難（重心周波数の検出が困難）になることが分かる。また、図１４は、パルス幅Δｔが２００ｎｓの場合及び４００ｎｓの場合のチャープレートγとＣＮＲとの関係を示す図である。図１４に示すように、例えば周波数シフタを利用した場合と同様のＣＮＲ（＝ＣＮＲ１．０程度）を実現するためには、チャープレートγが小さくすべきであることが分かる。

　図１４の結果から、パルス幅Δｔが２００ｎｓの場合では、チャープレートγを１０ＴＨｚ／ｓ以下程度にすることが好ましい。また、パルス幅Δｔが４００ｎｓの場合では、チャープレートγを２．５ＴＨｚ／ｓ以下程度にすることが好ましい。図１１～図１３の結果も合わせると、チャープレートγは、検出距離Ｚが小さい場合の検出可能範囲が可能な限り限定されない範囲で選択することが好適である。上述したように、分岐部３と第１増幅部５との間のディレイファイバ（光路差調整部）１６により、信号光Ｌｓの光路長を参照光Ｌｒの光路長に比べて長くすることで、検出距離が小さい場合の検出可能範囲を拡げることが可能となる。

　また、後述の別実施形態（図１６参照）のように、検出距離Ｚが小さい場合に測定光Ｌｍを大気Ｍ中で集光する方式を採用し、集光方式に適したチャープレートγ及びパルス幅Δｔを設定することで、検出距離が小さい場合の検出可能範囲を拡げることが可能となる。この実施形態の詳細は後述する。

　図１５は、本開示の一実施形態に係る風速検出方法の一例を示すフローチャートである。本実施形態に係る風速検出方法は、上述した風速検出装置１を用いて実施される。この風速検出方法は、図１５に示すように、設定ステップＳ０１と、出力ステップＳ０２と、分岐ステップＳ０３と、変換ステップＳ０４と、測定ステップＳ０５と、検出ステップＳ０６と、解析ステップＳ０７とを含んで構成されている。

　設定ステップＳ０１は、風速検出に用いる各種の測定条件を設定するステップである。設定ステップＳ０１では、まず、パルス幅Δｔに依存しないパラメータを設定する。パルス幅Δｔに依存しないパラメータとしては、例えばレンズ２３の直径、測定光Ｌｍのパルス波形、測定光Ｌｍのパルスの繰り返し周波数などが挙げられる。次に、設定ステップＳ０１では、パルス幅Δｔを設定し、設定したパルス幅Δｔに応じてレーザ光Ｌのチャープレートγを決定する。その他、設定ステップＳ０１では、出力部２から出力するレーザ光Ｌの強度、第１増幅部５及び第２増幅部における光の増幅率、ビーム偏向板２４による測定光Ｌｍの出力方向などを設定する。

　出力ステップＳ０２は、周波数が線形且つ周期的に変調するレーザ光Ｌを出力するステップである。出力ステップＳ０２では、出力部２からＣＷ光であるレーザ光Ｌを出力する。レーザ光Ｌの周波数の変調にあたっては、信号生成部１３で生成した変調信号Ｇを出力部２に入力する。これにより、周波数が線形且つ周期的に変調するレーザ光Ｌを生成し、出力部２から出力する。本実施形態では、ＵＰランプＬ_ＵＰとＤＯＷＮランプＬ_ＤＯＷＮとを交互に含むランプ波形となるようにレーザ光Ｌの周波数を変調する。

　分岐ステップＳ０３は、レーザ光Ｌを測定光Ｌｍ及び参照光Ｌｒに分岐するステップである。分岐ステップＳ０３では、出力部２から出力したレーザ光Ｌを分岐部３によって分岐し、一方を測定光Ｌｍとし、他方を参照光Ｌｒとする。測定光Ｌｍは、ディレイファイバ１６を経て第１増幅部５に入力され、参照光Ｌｒは、合波部８に入力される。

　変換ステップＳ０４は、測定光Ｌｍをパルス光に変換するステップである。変換ステップＳ０４では、第１増幅部５で測定光Ｌｍのうちの特定の成分を増幅することで、ＣＷ光である測定光Ｌｍをパルス光に変換する。変換ステップＳ０４では、ＵＰランプＬ_ＵＰにおける時間軸の前半部分の周波数を含む第１パルス光ＬｐＡと、ＤＯＷＮランプＬ_ＤＯＷＮにおける時間軸の前半部分の周波数を含む第１パルス光ＬｐＡと、を含む測定光Ｌｍを生成する。パルス光に変換された測定光Ｌｍは、第２増幅部６による強度の増幅を経て測定光学系７に入力される。

　測定ステップＳ０５は、測定光Ｌｍを大気Ｍ中に出力し、大気Ｍ中での測定光Ｌｍの散乱光Ｌｆを信号光Ｌｓとして受光するステップである。測定ステップＳ０５では、測定光学系７を介し、測定光Ｌｍを平行光化した状態で大気Ｍ中に出射する。測定光Ｌｍは、大気Ｍ中の無数のエアロゾルＰで散乱し、散乱光Ｌｆとなる。散乱光Ｌｆの一部は、測定光学系７に戻り、信号光Ｌｓとして合波部８に入力される。合波部８では、ＣＷ光である参照光Ｌｒと信号光Ｌｓとが合波し、干渉光Ｌｄが生成される。

　検出ステップＳ０６は、参照光Ｌｒと信号光Ｌｓとの干渉結果に基づく検出信号を出力するステップである。検出ステップＳ０６では、合波部８で生成された干渉光Ｌｄを検出部９で検出し、干渉光Ｌｄに基づくアナログ電気信号を検出信号Ｄとして生成する。生成された検出信号Ｄは、デジタイザ１０によってアナログ／デジタル変換され、解析部１１に出力される。

　解析ステップＳ０７は、検出信号Ｄに基づいて大気Ｍ中での風速を解析するステップである。解析ステップＳ０７では、検出信号Ｄに基づいて干渉光Ｌｄのビートスペクトルのピーク周波数を参照する。そして、干渉光Ｌｄのビートスペクトルにおけるピーク周波数のシフト量を求めることで、大気Ｍ中の風速を検出する。異なる距離で検出を行う場合には、ステップＳ０１にて検出距離などを再設定し、ステップＳ０２～ステップＳ０７を再実行する。所望の距離の範囲で風速の検出を実施した後、処理を終了する。

　以上説明したように、風速検出装置１では、周波数が時間と共に線形に変調するレーザ光Ｌをパルス光に変換して測定光Ｌｍに用いる。このような測定光Ｌｍを用いてコヒーレント検波を実施する場合、測定光Ｌｍであるパルス光には、時間と共に線形に変調する周波数のうちの一部のみが含まれる。これにより、仮に周波数変調の線形性が低い場合であっても、パルス光の時間幅内では線形性が改善され、干渉光Ｌｄのビートスペクトルのスペクトル幅の拡がりを抑制できる。したがって、風速検出装置１では、周波数変調の線形性の高低に依らず、風速分解能及び信号光のＣＮＲを十分に確保できる。

　本実施形態では、出力部２は、周波数が時間と共に線形に増加するＵＰランプＬ_ＵＰ（増加領域）と、周波数が時間と共に線形に減少するＤＯＷＮランプＬ_ＤＯＷＮ（減少領域）と、を有する光をレーザ光Ｌとして出力する。また、第１増幅部（変換部）５は、ＵＰランプＬ_ＵＰに対応する周波数のみを含む第１パルス光ＬｐＡ、及びＤＯＷＮランプＬ_ＤＯＷＮに対応する周波数のみを含む第２パルス光ＬｐＢの少なくとも一方が生成されるように、測定光Ｌｍをパルス光に変換する。この場合、パルス光がＵＰランプＬ_ＵＰとＤＯＷＮランプＬ_ＤＯＷＮとに跨った周波数を含まないことで、干渉光Ｌｄのビートスペクトルの変化と風速との対応付けが容易となり、風速検出を好適に実施できる。

　本実施形態では、第１増幅部５は、第１パルス光ＬｐＡ及び第２パルス光ＬｐＢの双方が生成されるように、測定光Ｌｍをパルス光に変換する。この場合、干渉光Ｌｄのビートスペクトルの変化と風速との対応付けの精度を十分に確保でき、風速検出の精度の向上が図られる。

　本実施形態では、第１増幅部５は、第１パルス光ＬｐＡがＵＰランプＬ_ＵＰにおける時間軸の前半部分の周波数を含み、第２パルス光ＬｐＢがＤＯＷＮランプＬ_ＤＯＷＮにおける時間軸の前半部分の周波数を含むように、測定光Ｌｍをパルス光に変換する。散乱光Ｌｆのパルスは、時間的に遅れる方向にシフトする傾向がある。信号光Ｌｓのパルスが時間軸の前半部分の周波数を含むことで、散乱光Ｌｆのパルスの時間的な遅れを十分に許容できる。

　本実施形態では、分岐部３と検出部９との間の光路（ここでは、分岐部３と第１増幅部５との間の光路）に、参照光Ｌｒと信号光Ｌｓとの間の光路差を調整するディレイファイバ（光路差調整部）１６が配置されている。信号光Ｌｓの光路長を参照光Ｌｒの光路長に比べて長くすることで、検出距離が小さい場合でも十分な精度で干渉光Ｌｄのビートスペクトルを得ることが可能となる。

　本実施形態では、測定光学系７は、大気Ｍ中に出力される測定光Ｌｍの集光状態を調整する可動ステージ（集光調整部）２２を有している。この場合、例えば検出距離に基づいて測定光Ｌｍの状態を制御することで、検出距離に応じた最適な風速検出を実施できる。

　本実施形態では、出力部２は、レーザ光ＬとしてＣＷ光を出力し、検出部９は、ＣＷ光である参照光Ｌｒと信号光Ｌｓとの干渉結果に基づく検出信号Ｄを出力する。参照光ＬｒをＣＷ光とすることで、信号光Ｌｓがパルス光であっても、或いは複数のパルス光の時間的な重ね合わせの状態であっても、検出距離の設定に依らずに信号光Ｌｓと参照光Ｌｒとの干渉信号を得ることができる。

　本実施形態では、測定光学系７は、大気Ｍ中に向かう測定光Ｌｍの出力方向を偏向する偏向部として、ビーム偏向板２４が搭載された回転ステージ２５を有する。このような偏向部を用いることで、測定光Ｌｍの出力方向が可変となり、風向及び風速の情報を含む三次元風速ベクトルの測定が可能となる。

　本実施形態では、風速検出装置１の構成要素のうち、少なくとも出力部２、分岐部３、及び検出部９が光集積回路１２によって構成されている。少なくとも出力部２、分岐部３、及び検出部９を光集積回路１２で構成することで、装置の小型化を実現できる。また、本実施形態では、検出信号Ｄに基づいて大気Ｍ中での風速を解析する解析部１１を更に備える。これにより、レーザ光Ｌの出力から風速の解析までの一連の処理を一つの装置内で実施できる。

　図１６は、本開示の別実施形態に係る風速検出装置の模式図である。図１６に示すように、風速検出装置１Ａでは、ディレイファイバ１６が分岐部３と合波部８との間に配置されており、信号光Ｌｓの光路長を参照光Ｌｒの光路長との差が実質的に無い状態となっている。信号光Ｌｓと参照光Ｌｒとの間の光路長差を小さくすることで、ＰＩＩＮ（Phase Induced Intensity Noise）の低減が図られる。また、風速検出装置１Ａは、測定光Ｌｍによる検出距離Ｚに基づいて、測定光学系７から出力する測定光Ｌｍの状態を制御する制御部１５を備えている。

　制御部１５は、解析部１１と同様に、物理的には、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ、及びＣＰＵ、ＧＰＵ等のプロセッサ、通信インターフェイス、ハードディスク等の格納部を備えたコンピュータシステムである。かかるコンピュータシステムとしては、例えばパーソナルコンピュータ、クラウドサーバ、スマートデバイス（スマートフォン、タブレット端末など）、マイクロコンピュータ、ＦＰＧＡ（field-programmable gate array）などが挙げられる。当該コンピュータシステムは、メモリに格納されるプログラムをＣＰＵ或いはＧＰＵで実行することにより、解析部１１として機能する。解析部１１と制御部１５とは、同一のコンピュータシステムによって構成されていてもよい。

　制御部１５は、測定光Ｌｍによる検出距離Ｚの設定の入力を受け付ける。制御部１５は、図１７に示すように、入力された検出距離Ｚの設定に基づいて、測定光学系７から出力する測定光Ｌｍの状態を制御する。本実施形態では、検出距離Ｚに対して第１閾値Ｔ１が設定されている。制御部１５は、検出距離Ｚが第１閾値Ｔ１以下の近距離範囲Ｒ１に属する場合には、大気Ｍ中に出力される測定光Ｌｍが集光されるように測定光学系７を制御する。制御部１５は、検出距離Ｚが第１閾値Ｔ１を超える遠距離範囲Ｒ２に属する場合には、大気Ｍ中に出力される測定光Ｌｍが平行光化されるように測定光学系７を制御する。いずれの距離範囲においても、測定光Ｌｍとしては、周波数が時間と共に線形に変化するパルス光が用いられる。

　本実施形態では、近距離範囲Ｒ１に対して第２閾値Ｔ２が設定されている。制御部１５は、検出距離Ｚが第２閾値Ｔ２以下の超近距離範囲Ｒ１ａに属する場合には、検出距離Ｚに依らず測定光Ｌｍのパルス幅Δｔが一定となるように第１増幅部５を制御する。超近距離範囲Ｒ１ａでは、距離分解能がパルス幅Δｔに依存しない。一般には、測定光Ｌｍのパルス幅Δｔが大きいほど信号光ＬｓのＣＮＲが高くなる傾向があることから、超近距離範囲Ｒ１ａにおける測定光Ｌｍのパルス幅Δｔは、中近距離範囲Ｒ１ｂ及び遠距離範囲Ｒ２における測定光Ｌｍのパルス幅Δｔに比べて大きく設定されることが好ましい。

　また、制御部１５は、検出距離Ｚが超近距離範囲Ｒ１ａに属する場合には、検出距離Ｚに応じて測定光Ｌｍのチャープレートγが線形に減少するように出力部２を制御する。超近距離範囲Ｒ１ａでは、測定光学系７などで生じる迷光成分が信号成分に対して大きくなり、かつ時間的に重なるため、参照光Ｌｒと信号光Ｌｓとの干渉結果に基づく風速の解析が難しくなることが考えられる。これに対し、レーザ光Ｌとして周波数が変調された光を用いることで、信号成分と迷光成分とを周波数軸上で分離することが可能となる。また、検出距離Ｚに応じてチャープレートγを小さくすることで、測定光ＬｍのＣＮＲの向上も図られる（図１４等参照）。

　制御部１５は、検出距離Ｚが近距離範囲Ｒ１に設定された第２閾値Ｔ２を超える中近距離範囲Ｒ１ｂに属する場合には、検出距離に応じて測定光Ｌｍのパルス幅Δｔが変化するように第１増幅部（変換部）５を制御する。制御部１５は、中近距離範囲Ｒ１ｂでは、検出距離に比例して測定光Ｌｍのパルス幅Δｔが線形に増加するように第１増幅部５を制御する。測定光Ｌｍのパルス幅Δｔは、当該パルス幅Δｔに相当する距離が検出距離よりも小さくなる範囲で設定される。これにより、迷光成分と信号成分とを時間軸上で分離することができる。

　制御部１５は、検出距離Ｚが中近距離範囲Ｒ１ｂに属する場合には、超近距離範囲Ｒ１ａの場合と同様に、検出距離Ｚに応じて測定光Ｌｍのチャープレートγが線形に減少するように出力部２を制御する。中近距離範囲Ｒ１ｂでは、上述したパルス幅Δｔの設定により、迷光成分と信号成分とを時間軸上で分離しつつ、検出距離Ｚに応じてチャープレートγを小さくすることで、測定光ＬｍのＣＮＲの向上を併せて図ることができる。

　制御部１５は、検出距離Ｚが遠距離範囲Ｒ２に属する場合には、検出距離Ｚに依らず測定光Ｌｍのパルス幅Δｔが一定となるように第１増幅部５を制御する。遠距離範囲Ｒ２におけるパルス幅Δｔは、ＣＮＲと距離分解能とのバランスが取れる範囲に設定される。一例として、遠距離範囲Ｒ２におけるパルス幅Δｔは、超近距離範囲Ｒ１ａにおけるパルス幅Δｔよりも小さい範囲に設定される。また、遠距離範囲Ｒ２におけるパルス幅Δｔは、中近距離範囲Ｒ１ｂで用いられる最小のパルス幅Δｔより大きく、最大のパルス幅Δｔより小さい範囲に設定される。遠距離範囲Ｒ２では、距離分解能が測定光Ｌｍのパルス幅Δｔによって定まり、検出距離Ｚに依存せずに一定の距離分解能が維持される。

　また、制御部１５は、検出距離Ｚが遠距離範囲Ｒ２に属する場合には、検出距離Ｚに依らず測定光Ｌｍのチャープレートγが一定となるように出力部２を制御する。一例として、遠距離範囲Ｒ２のチャープレートγは、中近距離範囲Ｒ１ｂにおけるチャープレートγの最小値と同じ値に設定される。

　このような風速検出装置１Ａにおいても、風速検出装置１と同様の作用効果を奏し、仮に周波数変調の線形性が低い場合であっても、パルス光の時間幅内では線形性が改善され、干渉光のビートスペクトルのスペクトル幅の拡がりを抑制できる。したがって、周波数変調の線形性の高低に依らず、風速分解能及び信号光ＬｓのＣＮＲを十分に確保できる。また、風速検出装置１Ａでは、検出距離Ｚに基づいて測定光Ｌｍの状態を制御することで、検出距離Ｚに応じた最適な風速検出を実施できる。

　以下、本開示の実施例について説明する。本実施例では、実施例１として、風速検出装置１による検出距離３０ｍ～９００ｍの範囲での風速解析例を紹介する。また、実施例２として、風速検出装置１Ａによる検出距離１０ｍ（超近距離範囲）、検出距離３０ｍ（中近距離範囲）、検出距離６０ｍ～９００ｍ（遠距離範囲）での風速解析例を紹介する。
＜実施例１＞

　実施例１では、風速検出装置１において、可動ステージ２２により、大気Ｍ中に出力する測定光Ｌｍが平行光となるように、レンズ２３とレンズ２９との間隔を調整した。次に、パルス幅Δｔに依存しないパラメータとして、レンズ２３の直径を５０ｍｍとした。また、図１８（ａ）に示すように、測定光Ｌｍのパルス波形を矩形、測定光Ｌｍのパルスの繰り返し周波数を１００ｋＨｚ（＝パルス間隔Δｒ＝１０μｓ）とした。

　ここでは、パルス幅Δｔを２００ｎｓとした。測定光Ｌｍの周波数は、ＵＰランプとＤＯＷＮランプとがパルス毎に交互に対応するように線形且つ周期的に変調した。チャープレートγは、パルス幅Δｔに応じて１０ＴＨｚ／ｓとした。この条件で大気Ｍ中への測定光Ｌｍの出力を開始し、大気Ｍからの信号光Ｌｓをコヒーレント検波によって検出した。デジタイザ１０から出力される検出信号Ｄは、図１８（ｂ）に示すように、測定光Ｌｍのパルスの繰り返し周波数に応じた時間間隔の連続した信号となる。当該信号の各パルス成分には、検出距離３０ｍの整数倍となる複数の距離での干渉光Ｌｄのビートスペクトルのピーク周波数の情報が含まれる。

　風速解析にあたっては、まず、得られた検出信号Ｄをパルス間隔（＝１０μｓ）毎のタイムスロットに区分する。さらに、各タイムスロットを２００ｎｓ毎のサブスロット♯１～♯３０に区分する。サブスロット＃１～＃３０の各データに対し、パルス幅Δｔに基づく２００ｎｓ幅の窓関数を乗算した後、フーリエ変換を行うことで、それぞれの強度スペクトルを算出する。窓関数としては、例えばBlackman関数を用いることができる。

　算出したそれぞれの強度スペクトルについて、５０００タイムスロット分の強度を平均化することで、図１９（ａ）に示すように、検出距離３０ｍ毎のＵＰランプの平均強度スペクトルＳ_ＵＰ３０、Ｓ_ＵＰ６０、…Ｓ_{ＵＰ９００}と、検出距離３０ｍ毎のＤＯＷＮランプの平均強度スペクトルＳ_{ＤＯＷＮ３０}、Ｓ_{ＤＯＷＮ６０}、…Ｓ_{ＤＯＷＮ９００}とが得られる。得られた平均強度スペクトルに基づいて、重心周波数ｆ_ＵＰ３０、ｆ_ＵＰ６０、…ｆ_{ＵＰ９００}と、重心周波数ｆ_{ＤＯＷＮ３０}、ｆ_{ＤＯＷＮ６０}、…ｆ_{ＤＯＷＮ９００}とを取得する。

　重心周波数に基づく視線風速Ｖ_ＬＯＳの算出式は、以下の式（１）及び式（２）のとおりである。式（１）及び式（２）により、図１９（ｂ）に示すように、距離３０ｍ～９００ｍにおける視線風速を３０ｍ毎に検出することができる。下記式（１）中、λは測定光Ｌｍの波長である。視線風速Ｖ_ＬＯＳとは、大気Ｍ中に出射する測定光Ｌｍの出力方向における風速である。なお、風向や風速の状態により、重心周波数ｆ_ＵＰ，ｆ_ＤＯＷＮの一方のみしか得られない場合は、下記式（３）又は式（４）により、ｆ_{ｄоｐｐｌｅｒ}を算出してもよい。下記式（３）及び式（４）中、γはチャープレート、Ｚは検出距離、ｃは光速、τは検出距離０ｍにおける信号光Ｌｓと参照光Ｌｒとの間の時間差である。
　　Ｖ_ＬＯＳ＝λ×（ｆ_{ｄоｐｐｌｅｒ}／２）　　…（１）
　　ｆ_{ｄоｐｐｌｅｒ}＝（ｆ_ＵＰ－ｆ_ＤＯＷＮ）／２　　…（２）
　　ｆ_{ｄоｐｐｌｅｒ}＝γ×（（（２×Ｚ）／ｃ）＋τ）－ｆ_ＵＰ　　…（３）
　　ｆ_{ｄоｐｐｌｅｒ}＝ｆ_ＤＯＷＮ－γ×（（（２×Ｚ）／ｃ）＋τ）　　…（４）
＜実施例２＞

　検出距離１０ｍでの風速解析にあたっては、風速検出装置１Ａにおいて、まず、可動ステージ２２により測定光Ｌｍの集光位置を１０ｍに調整した。次に、パルス幅Δｔに依存しないパラメータとして、レンズ２３の直径を５０ｍｍとした。また、図２０（ａ）に示すように、測定光Ｌｍのパルス波形を矩形、測定光Ｌｍのパルスの繰り返し周波数を１００ｋＨｚ（＝パルス間隔Δｒ＝１０μｓ）とした。

　ここでは、パルス幅Δｔを８００ｎｓとした。測定光Ｌｍの周波数は、ＵＰランプとＤＯＷＮランプとがパルス毎に交互に対応するように線形且つ周期的に変調した。チャープレートγは、パルス幅Δｔに応じて９４ＴＨｚ／ｓとした。この条件で大気Ｍ中への測定光Ｌｍの出力を開始し、大気Ｍからの信号光Ｌｓをコヒーレント検波によって検出した。デジタイザ１０から出力される検出信号Ｄは、図２０（ｂ）に示すように、測定光Ｌｍのパルスの繰り返し周波数に応じた時間間隔のパルス信号となる。当該信号の各パルス成分には、検出距離１０ｍにおける干渉光Ｌｄのビートスペクトルのピーク周波数の情報が含まれる。

　風速解析にあたっては、まず、得られた検出信号Ｄをパルス間隔（＝１０μｓ）毎のタイムスロットに区分する。次に、各タイムスロットにおいて、０ｎｓ～８００ｎｓの範囲の窓関数を乗算した後、フーリエ変換を行うことで、それぞれの強度スペクトルを算出する。ＵＰランプ及びＤＯＷＮランプのそれぞれについて、５００タイムスロット分の強度スペクトルを平均化することで、図２０（ｃ）に示すように、検出距離１０ｍにおけるＵＰランプの平均強度スペクトルＳ_ＵＰ及びＤＯＷＮランプの平均強度スペクトルＳ_ＤＯＷＮが迷光成分と周波数軸上で分離された状態で得られる。得られたＵＰランプの平均強度スペクトルＳ_ＵＰ及びＤＯＷＮランプの平均強度スペクトルＳ_ＤＯＷＮに基づいて、それぞれの重心周波数ｆ_ＵＰ及びｆ_ＤＯＷＮを取得する。重心周波数ｆ_ＵＰ及びｆ_ＤＯＷＮに基づく視線風速Ｖ_ＬＯＳの算出には、上述した式（１）及び式（２）を用いることができる。なお、風向や風速の状態により、重心周波数ｆ_ＵＰ，ｆ_ＤＯＷＮの一方のみしか得られない場合は、上述した式（３）又は式（４）により、ｆ_{ｄоｐｐｌｅｒ}を算出してもよい。

　検出距離６０ｍでの風速解析にあたっては、風速検出装置１Ａにおいて、まず、可動ステージ２２により測定光Ｌｍの集光位置を６０ｍに調整した。次に、パルス幅Δｔに依存しないパラメータとして、レンズ２３の直径を５０ｍｍとした。また、図２１（ａ）に示すように、測定光Ｌｍのパルス波形を矩形、測定光Ｌｍのパルスの繰り返し周波数を１００ｋＨｚ（＝パルス間隔Δｒ＝１０μｓ）とした。

　ここでは、パルス幅Δｔを４００ｎｓとした。測定光Ｌｍの周波数は、ＵＰランプとＤＯＷＮランプとがパルス毎に交互に対応するように線形且つ周期的に変調した。チャープレートγは、パルス幅Δｔに応じて２０ＴＨｚ／ｓとした。この条件で大気Ｍ中への測定光Ｌｍの出力を開始し、大気Ｍからの信号光Ｌｓをコヒーレント検波によって検出した。デジタイザ１０から出力される検出信号Ｄは、図２１（ｂ）に示すように、測定光Ｌｍのパルスの繰り返し周波数に応じた時間間隔のパルス信号となる。当該信号の各パルス成分には、検出距離６０ｍにおける干渉光Ｌｄのビートスペクトルのピーク周波数の情報が含まれる。

　風速解析にあたっては、まず、得られた検出信号Ｄをパルス間隔（＝１０μｓ）毎のタイムスロットに区分する。次に、各タイムスロットにおいて、４００ｎｓ～８００ｎｓの範囲の窓関数を乗算した後、フーリエ変換を行うことで、それぞれの強度スペクトルを算出する。ＵＰランプ及びＤＯＷＮランプのそれぞれについて、５００タイムスロット分の強度スペクトルを平均化することで、図２１（ｃ）に示すように、検出距離６０ｍにおけるＵＰランプの平均強度スペクトルＳ_ＵＰ及びＤＯＷＮランプの平均強度スペクトルＳ_ＤＯＷＮが得られる。得られたＵＰランプの平均強度スペクトルＳ_ＵＰ及びＤＯＷＮランプの平均強度スペクトルＳ_ＤＯＷＮに基づいて、それぞれの重心周波数ｆ_ＵＰ及びｆ_ＤＯＷＮを取得する。重心周波数ｆ_ＵＰ及びｆ_ＤＯＷＮに基づく視線風速Ｖ_ＬＯＳの算出には、上述した式（１）及び式（２）を用いることができる。なお、風向や風速の状態により、重心周波数ｆ_ＵＰ，ｆ_ＤＯＷＮの一方のみしか得られない場合は、上述した式（３）又は式（４）により、ｆ_{ｄоｐｐｌｅｒ}を算出してもよい。

　検出距離９０ｍ～９００ｍでの風速解析にあたっては、風速検出装置１Ａにおいて、可動ステージ２２により、大気Ｍ中に出力する測定光Ｌｍが平行光となるように、レンズ２３とレンズ２９との間隔を調整した。次に、パルス幅Δｔに依存しないパラメータとして、レンズ２３の直径を５０ｍｍとした。また、図２２（ａ）に示すように、測定光Ｌｍのパルス波形を矩形、測定光Ｌｍのパルスの繰り返し周波数を１００ｋＨｚ（＝パルス間隔Δｒ＝１０μｓ）とした。

　ここでは、パルス幅Δｔを２００ｎｓとした。測定光Ｌｍの周波数は、ＵＰランプとＤＯＷＮランプとがパルス毎に交互に対応するように線形且つ周期的に変調した。チャープレートγは、パルス幅Δｔに応じて１０ＴＨｚ／ｓとした。この条件で大気Ｍ中への測定光Ｌｍの出力を開始し、大気Ｍからの信号光Ｌｓをコヒーレント検波によって検出した。デジタイザ１０から出力される検出信号Ｄは、図１８（ｂ）に示すように、測定光Ｌｍのパルスの繰り返し周波数に応じた時間間隔のパルス信号となる。当該信号の各パルス成分には、検出距離３０ｍの整数倍となる複数の距離での干渉光Ｌｄのビートスペクトルのピーク周波数の情報が含まれる。

　風速解析にあたっては、まず、得られた検出信号Ｄをパルス間隔（＝１０μｓ）毎のタイムスロットに区分する。さらに、各タイムスロットを２００ｎｓ毎のサブスロット♯１～♯３０に区分する。サブスロット＃３～＃３０の各データに対し、パルス幅Δｔに基づく２００ｎｓ幅の窓関数を乗算した後、フーリエ変換を行うことで、それぞれの強度スペクトルを算出する。窓関数としては、例えばBlackman関数を用いることができる。

　算出したそれぞれの強度スペクトルについて、５０００タイムスロット分の強度を平均化することで、図２３（ａ）に示すように、検出距離９０ｍ以降の３０ｍ毎のＵＰランプの平均強度スペクトルＳ_ＵＰ９０、Ｓ_{ＵＰ１２０}、…Ｓ_{ＵＰ９００}と、検出距離９０ｍ以降の３０ｍ毎のＤＯＷＮランプの平均強度スペクトルＳ_{ＤＯＷＮ９０}、Ｓ_{ＤＯＷＮ１２０}、…Ｓ_{ＤＯＷＮ９００}とが得られる。得られた平均強度スペクトルに基づいて、重心周波数ｆ_ＵＰ９０、ｆ_{ＵＰ１２０}、…ｆ_{ＵＰ９００}と、重心周波数ｆ_{ＤＯＷＮ９０}、ｆ_{ＤＯＷＮ１２０}、…ｆ_{ＤＯＷＮ９００}とを取得する。重心周波数に基づく視線風速Ｖ_ＬＯＳの算出には、上述した式（１）及び式（２）を用いることができる。式（１）及び式（２）により、図２３（ｂ）に示すように、距離９０ｍ～９００ｍにおける視線風速を３０ｍ毎に検出することができる。なお、風向や風速の状態により、重心周波数ｆ_ＵＰ，ｆ_ＤＯＷＮの一方のみしか得られない場合は、上述した式（３）又は式（４）により、ｆ_{ｄоｐｐｌｅｒ}を算出してもよい。

　本開示は、上記実施形態に限られるものではない。例えば上記実施形態では、測定光学系７に空間光学系型のサーキュレータ２１を用いる構成を例示したが、測定光学系７に光ファイバデバイス型のサーキュレータを用いてもよい。例えば光ファイバデバイス型のサーキュレータの出力ポートに接続された光ファイバの端部を可動ステージに搭載し、可動ステージによって光ファイバの端部からレンズ２３までの距離を変えることで、レンズ２３を介して大気Ｍ中に出射する測定光Ｌｍの焦点位置を測定光Ｌｍの光軸方向に変位させることができる。

　また、上記実施形態では、ビーム偏向板２４を用いて大気Ｍ中に向かう測定光Ｌｍの出力方向を任意の方向に偏向させているが、測定光Ｌｍの出力方向の偏向は、他の構成を用いて実現してもよい。例えばレンズ２３の外側にミラーを配置し、当該ミラーの角度を調整することで、大気Ｍ中に向かう測定光Ｌｍの出力方向を任意の方向に偏向させてもよい。測定光学系７に光ファイバデバイス型のサーキュレータを用いる例では、光ファイバの端部の向きを上下左右に動かすことで、大気Ｍ中に向かう測定光Ｌｍの出力方向を任意の方向に偏向させてもよい。

　１…風速検出装置、２…出力部、３…分岐部、５…第１増幅部（変換部）、７…測定光学系、９…検出部、１１…解析部、１２…光集積回路、１５…制御部、１６…ディレイファイバ（光路差調整部）、２２…可動ステージ（集光調整部）、２４…ビーム偏向板（偏向部）、２５…回転ステージ（偏向部）、Ｍ…大気、Ｌ…レーザ光、ＬｐＡ…第１パルス光、ＬｐＢ…第２パルス光、Ｌ_ＵＰ…ＵＰランプ（増大領域）、Ｌ_ＤＯＷＮ…ＤＯＷＮランプ（減少領域）、Ｌｍ…測定光、Ｌｆ…散乱光、Ｌｓ…信号光、Ｌｒ…参照光、Ｄ…検出信号、１０１…飛行体制御装置、１０２…制御装置、Ｈ…飛行体、Ｑ…制御信号。

Claims (20)

1. 　周波数が時間と共に線形に変調するレーザ光を出力する出力部と、
   　前記レーザ光を測定光及び参照光に分岐する分岐部と、
   　前記測定光をパルス光に変換する変換部と、
   　前記測定光を大気中に出力し、前記大気中での前記測定光の散乱光を信号光として受光する測定光学系と、
   　前記参照光と前記信号光との干渉結果に基づく検出信号を出力する検出部と、を備える風速検出装置。
2. 　前記出力部は、周波数が時間と共に線形に増加する増加領域と、周波数が時間と共に線形に減少する減少領域と、を有する光を前記レーザ光として出力し、
   　前記変換部は、前記増加領域に対応する周波数のみを含む第１パルス光、及び前記減少領域に対応する周波数のみを含む第２パルス光の少なくとも一方が生成されるように、前記測定光を前記パルス光に変換する、請求項１記載の風速検出装置。
3. 　前記変換部は、前記第１パルス光及び前記第２パルス光の双方が生成されるように、前記測定光を前記パルス光に変換する、請求項２記載の風速検出装置。
4. 　前記変換部は、前記第１パルス光が前記増加領域における時間軸の前半部分の周波数を含み、前記第２パルス光が前記減少領域における時間軸の前半部分の周波数を含むように、前記測定光を前記パルス光に変換する、請求項３記載の風速検出装置。
5. 　前記分岐部と前記検出部との間の光路には、前記参照光と前記信号光との間の光路差を調整する光路差調整部が配置されている、請求項１～４のいずれか一項記載の風速検出装置。
6. 　前記測定光学系は、前記大気中に出力される前記測定光の集光状態を調整する集光調整部を有する、請求項１～５のいずれか一項記載の風速検出装置。
7. 　前記出力部は、前記レーザ光としてＣＷ光を出力し、
   　前記検出部は、ＣＷ光である前記参照光と前記信号光との干渉結果に基づく検出信号を出力する、請求項１～６のいずれか一項記載の風速検出装置。
8. 　前記測定光学系は、前記大気中に向かう前記測定光の出力方向を偏向する偏向部を有する、請求項１～７のいずれか一項記載の風速検出装置。
9. 　少なくとも前記出力部、前記分岐部、及び前記検出部は、光集積回路によって構成されている、請求項１～８のいずれか一項記載の風速検出装置。
10. 　前記検出信号に基づいて前記大気中での風速を解析する解析部を更に備える、請求項１～９のいずれか一項記載の風速検出装置。
11. 　周波数が時間と共に線形に変調するレーザ光を出力する出力ステップと、
    　前記レーザ光を測定光及び参照光に分岐する分岐ステップと、
    　前記測定光をパルス光に変換する変換ステップと、
    　前記測定光を大気中に出力し、前記大気中での前記測定光の散乱光を信号光として受光する測定ステップと、
    　前記参照光と前記信号光との干渉結果に基づく検出信号を出力する検出ステップと、を備える、風速検出方法。
12. 　出力ステップでは、周波数が時間と共に線形に増加する増加領域と、周波数が時間と共に線形に減少する減少領域と、を有する光を前記レーザ光として出力し、
    　前記変換ステップでは、前記増加領域に対応する周波数のみを含む第１パルス光、及び前記減少領域に対応する周波数のみを含む第２パルス光の少なくとも一方が生成されるように、前記測定光を前記パルス光に変換する、請求項１１記載の風速検出方法。
13. 　前記変換ステップでは、前記第１パルス光及び前記第２パルス光の双方が生成されるように、前記測定光を前記パルス光に変換する、請求項１２記載の風速検出方法。
14. 　前記変換ステップでは、前記第１パルス光が前記増加領域における時間軸の前半部分の周波数を含み、前記第２パルス光が前記減少領域における時間軸の前半部分の周波数を含むように、前記測定光を前記パルス光に変換する、請求項１３記載の風速検出方法。
15. 　前記測定ステップでは、前記参照光と前記信号光との間の光路差を調整する、請求項１１～１４のいずれか一項記載の風速検出方法。
16. 　前記測定ステップでは、前記大気中に出力される前記測定光の集光状態を調整する、請求項１１～１５のいずれか一項記載の風速検出方法。
17. 　前記出力ステップでは、前記レーザ光としてＣＷ光を出力し、
    　前記検出ステップでは、ＣＷ光である前記参照光と前記信号光との干渉結果に基づく検出信号を出力する、請求項１１～１６のいずれか一項記載の風速検出方法。
18. 　前記測定ステップは、前記大気中に向かう前記測定光の出力方向を偏向する偏向ステップを有する、請求項１１～１７のいずれか一項記載の風速検出方法。
19. 　前記検出信号に基づいて前記大気中での風速を解析する解析ステップを更に備える、請求項１１～１８のいずれか一項記載の風速検出方法。
20. 　請求項１～１０のいずれか一項記載の風速検出装置と、
    　前記風速検出装置から出力する前記検出信号に基づいて、飛行体の離発着に関する制御信号を生成する制御装置と、を備える、飛行体制御装置。