気象災害予測を目的とした雲の外形・内部計測に関する研究

2001 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 12780347
• 研究機関: 和歌山大学
• 研究代表者: 椎名 達雄 和歌山大学, システム工学部, 助手 (80304187)
• キーワード: ライダー / 雲 / インライン / サーキュレータ / 非回折ビーム / 環境ビーム / 偏光 / 気象災害

研究概要

気象災害予測を最終目的とし、ライダーを用いた雲の外形・内部計測を行うことを目的として研究を進めてきた。製作したライダーシステムは特にその光学系に工夫を凝らした。送受信に共通の光学系を使用するインライン型を採用し、その実現のために光サーキュレータを応用した。この光サーキュレータは送信ビームと受信エコーを分離するだけでなく、エコーを直交する偏光成分によって個別に受光できる特徴をもつ。また、カセグレン式望遠鏡の副鏡がビーム出射を妨げるのを防ぐために、送信レーザビームは1組のアキシコンプリズムによって環状ビームに変換される。この環状ビームは大気中を伝搬するにつれ、強度分布を変化させ、擬似的な非回折ビーム(Nearly Non-diffractive Beam)となる。これらの趣向をもとに望遠鏡視野角0.1mrad.で250mからの観測を可能とするインライン型ライダーシステムを製作した。
レーザ光源にLD励起YLFレーザ(出力16kW、パルス幅5ns)、受光器にNIR enhanced Si-APD(感受率36A/W、量子効率40%)を使用してフィールドテストを行った。受光したエコー信号を製作した80dBLog-Amp.および1000倍Linear Amp.で増幅して観測を行った。現状として3km以上先のハードターゲット(山など)からのエコーは得られたものの、雲や大気からの後方散乱光を受光するには至っていない。kmレンジでの送受信光学系の光軸調整、APD受光回路のノイズ除去・S/Nの改善、および高分解能A/Dコンバータ、DSP等の利用で対応を図っていく。雲や大気からのエコー計測を可能とした上で、エコーを偏光成分で分離して測定できるメリットを活かし、雲内外の構造(氷晶/雨滴の識別、気流変化他)を計測・解析する予定である。統計的な解析を加味することで、局所的な気象災害の兆候を導出する。

研究成果

• [文献書誌] 南 英治, 他: "インライン型ライダー送受信分離用光サーキュレータ"電子情報通信学会 技術研究報告. Vol.100 No.427. 43-48 (2000)
• [文献書誌] Tastuo Shiina, c.: "Design Concideration of Compact Lidar Optical System for Disaster Prodiction"20th International Laser Radar Conference Conference Abstracts. 21 (2000)
• [文献書誌] 南 英治, 他: "インライン型ライダーシステムの光学系の検討"電子情報通信学会 2001年総合大会講演論文集 エレクトロニクス1. 394 (2001)
• [文献書誌] Eiji Minami, c: "In-line Type Lidar System for Cloud Measurement"PLERS 2001 Proceedings. 576 (2001)
• [文献書誌] 椎名 達雄, 他: "インライン型コンパクトライダー光学特性の解析"第21回レーザセンシングシンポジウム 予稿集. 66-69 (2001)
• [文献書誌] Tastuo Shiina, c: "Optical Circulator for In-line Type Compact Lidar"Applied Optics. (Accepted).