特許 7489150 風速計、風速計算方法、及び、プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-05-15

(45)【発行日】2024-05-23

(54)【発明の名称】風速計、風速計算方法、及び、プログラム

(51)【国際特許分類】

   G01P 5/24 20060101AFI20240516BHJP

【ＦＩ】

G01P5/24 B

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2023202855

(22)【出願日】2023-11-30

【審査請求日】2023-11-30

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】708000683

【氏名又は名称】金子 陽一

(74)【代理人】

【識別番号】110000442

【氏名又は名称】弁理士法人武和国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】金子 陽一

【審査官】藤澤 和浩

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０２０／０４５１２０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開平０７－２１８５２５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２６４１８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１４－５２１９６８（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１５／１２９３３７（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２０２０／０２５６８８８（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２０１９－０９０７４１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｇ０１Ｐ ５／００

Ｇ０１Ｐ ５／２４

Ｇ０１Ｗ １／００ ～ １／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

移動体に設置する風速計であって、
第１計測点で計測して第１計測結果を出力する第１計測部と、
第２計測点で計測して第２計測結果を出力する第２計測部と、
第３計測点で計測して第３計測結果を出力する第３計測部と、
第４計測点で計測して第４計測結果を出力する第４計測部と、
前記第１計測結果、前記第２計測結果、前記第３計測結果、及び、前記第４計測結果に基づき、風速を計算する計算部とを備え、
前記第１計測点、前記第３計測点、及び、前記第４計測点が設置される設置平面において、
前記設置平面は、水平面であり、
前記第１計測点と前記第２計測点を結ぶ線分の水平成分の長さが第１距離であり、かつ、前記移動体の進行方向である第１方向において、前記第１計測点が前記第２計測点より上流に位置し、
前記第３計測点と前記第２計測点を結ぶ線分の前記水平成分の長さが第２距離であり、
前記第４計測点と前記第２計測点を結ぶ線分の前記水平成分の長さが第３距離であり、
前記第１距離は、前記第２距離、及び、前記第３距離のいずれよりも長い距離であり、
無風状態における前記移動体の補正ベクトルを記憶し、
前記計算部は、
前記補正ベクトルに基づき、前記風速を補正する
風速計。

【請求項2】

移動体に設置する風速計であって、
第１計測点で計測して第１計測結果を出力する第１計測部と、
第２計測点で計測して第２計測結果を出力する第２計測部と、
第３計測点で計測して第３計測結果を出力する第３計測部と、
第４計測点で計測して第４計測結果を出力する第４計測部と、
前記第１計測結果、前記第２計測結果、前記第３計測結果、及び、前記第４計測結果に基づき、風速を計算する計算部とを備え、
前記第１計測点、前記第３計測点、及び、前記第４計測点が設置される設置平面において、
前記設置平面は、水平面であり、
前記第１計測点と前記第２計測点を結ぶ線分の水平成分の長さが第１距離であり、かつ、前記移動体の進行方向である第１方向において、前記第１計測点が前記第２計測点より上流に位置し、
前記第３計測点と前記第２計測点を結ぶ線分の前記水平成分の長さが第２距離であり、
前記第４計測点と前記第２計測点を結ぶ線分の前記水平成分の長さが第３距離であり、
前記第１距離は、前記第２距離、及び、前記第３距離のいずれよりも長い距離であり、
第１コイルに印加した電力を第２コイルで取り出す電源構成であって、
前記第１コイル、及び、前記第２コイルのコアーが支柱となり、
前記第１コイルを有する本体側に対して、前記第２コイルを有する天板側が前記支柱によってささえられる構成である
風速計。

【請求項3】

前記第２計測点は、
垂直方向において前記第１計測点、前記第３計測点、及び、前記第４計測点よりも高い位置であり、
前記第１計測点、前記第３計測点、及び、前記第４計測点は、
前記垂直方向において同じ高さの位置である請求項１に記載の風速計。

【請求項4】

前記第２距離、及び、前記第３距離は、等しい距離であり、
前記第１距離は、前記第２距離、及び、前記第３距離の１．５倍以上の距離である請求項１に記載の風速計。

【請求項5】

前記移動体のピッチング角、及び、前記移動体のローリング角を計測し、
前記ピッチング角、及び、前記ローリング角に基づき、対地風速を計算する請求項１に記載の風速計。

【請求項6】

第１計測点で計測して第１計測結果を出力する第１計測部と、
第２計測点で計測して第２計測結果を出力する第２計測部と、
第３計測点で計測して第３計測結果を出力する第３計測部と、
第４計測点で計測して第４計測結果を出力する第４計測部と、
前記第１計測結果、前記第２計測結果、前記第３計測結果、及び、前記第４計測結果に基づき、風速を計算する計算部とを備え、
移動体に設置する風速計が実行する風速計算方法であって、
前記第１計測点で計測して前記第１計測結果を前記第１計測部が出力する第１計測手順と、
前記第２計測点で計測して前記第２計測結果を前記第２計測部が出力する第２計測手順と、
前記第３計測点で計測して前記第３計測結果を前記第３計測部が出力する第３計測手順と、
前記第４計測点で計測して前記第４計測結果を前記第４計測部が出力する第４計測手順と、
前記第１計測結果、前記第２計測結果、前記第３計測結果、及び、前記第４計測結果に基づき、風速を前記計算部が計算する計算手順とを含み、
前記第１計測点、前記第３計測点、及び、前記第４計測点が設置される設置平面において、
前記設置平面は、水平面であり、
前記第１計測点と前記第２計測点を結ぶ線分の水平成分の長さが第１距離であり、かつ、前記移動体の進行方向である第１方向において、前記第１計測点が前記第２計測点より上流に位置し、
前記第３計測点と前記第２計測点を結ぶ線分の前記水平成分の長さが第２距離であり、
前記第４計測点と前記第２計測点を結ぶ線分の前記水平成分の長さが第３距離であり、
前記第１距離は、前記第２距離、及び、前記第３距離のいずれよりも長い距離であり、
無風状態における前記移動体の補正ベクトルを記憶し、
前記計算手順では、
前記補正ベクトルに基づき、前記風速を補正する
風速計算方法。

【請求項7】

請求項６に記載の風速計算方法を情報処理装置に実行させるためのプログラム。

【請求項8】

第１計測点で計測して第１計測結果を出力する第１計測部と、
第２計測点で計測して第２計測結果を出力する第２計測部と、
第３計測点で計測して第３計測結果を出力する第３計測部と、
第４計測点で計測して第４計測結果を出力する第４計測部と、
前記第１計測結果、前記第２計測結果、前記第３計測結果、及び、前記第４計測結果に基づき、風速を計算する計算部とを備え、
第１コイルに印加した電力を第２コイルで取り出す電源構成であって、
前記第１コイル、及び、前記第２コイルのコアーが支柱となり、
前記第１コイルを有する本体側に対して、前記第２コイルを有する天板側が前記支柱によってささえられる構成である
移動体に設置する風速計が実行する風速計算方法であって、
前記第１計測点で計測して前記第１計測結果を前記第１計測部が出力する第１計測手順と、
前記第２計測点で計測して前記第２計測結果を前記第２計測部が出力する第２計測手順と、
前記第３計測点で計測して前記第３計測結果を前記第３計測部が出力する第３計測手順と、
前記第４計測点で計測して前記第４計測結果を前記第４計測部が出力する第４計測手順と、
前記第１計測結果、前記第２計測結果、前記第３計測結果、及び、前記第４計測結果に基づき、風速を前記計算部が計算する計算手順とを含み、
前記第１計測点、前記第３計測点、及び、前記第４計測点が設置される設置平面において、
前記設置平面は、水平面であり、
前記第１計測点と前記第２計測点を結ぶ線分の水平成分の長さが第１距離であり、かつ、前記移動体の進行方向である第１方向において、前記第１計測点が前記第２計測点より上流に位置し、
前記第３計測点と前記第２計測点を結ぶ線分の前記水平成分の長さが第２距離であり、
前記第４計測点と前記第２計測点を結ぶ線分の前記水平成分の長さが第３距離であり、
前記第１距離は、前記第２距離、及び、前記第３距離のいずれよりも長い距離である
風速計算方法。

【請求項9】

請求項８に記載の風速計算方法を情報処理装置に実行させるためのプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、風速計、風速計算方法、及び、プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

超音波等を用いて風速を計測する技術が知られている。

【0003】

具体的には、４個の超音波送受信器を正方形の頂点に配置する。次に、正方形の対角線で対向して向かい合う２組の測定器対で、風向を計測する。また、同一の２組の測定器対で、風速を計測する。そして、超音波送受信器の対向角度を風速、及び、風向の計測結果に基づき変更する。このようにして、従来の超音波風速計では測定することができなかった強風速域において計測を可能にする技術が知られている（例えば、特許文献１等を参照）。

【0004】

ほかには、白色雑音を出力した後、白色雑音を散乱させる。次に、散乱された白色雑音を受信して電気信号に変換する。続いて、変換した電気信号から相互相関関数を演算する。そして、相互相関関数から、白色雑音を出力するスピーカと散乱板との間を通過する風の風向、又は、風速をベクトル演算する。このようにして、外乱の影響を受けにくくし、かつ、測定精度の向上を図る技術が知られている（例えば、特許文献２等を参照）。

【0005】

水平方向、及び、鉛直方向の風向を計測する風向計と、水平方向、及び、鉛直方向の風速を計測する風速計とを使用して、風向、及び、風速に関するデータを送信し、かつ、マルチホップ接続によって他の装置からのデータも無線通信で取得する。このようにして、屋外の高所にも好適に設置でき、複数台を設置することで、所定の経路に沿った風向、及び、風速の情報を効率よく取得する技術が知られている（例えば、特許文献３等を参照）。

【0006】

ほかにも、複数のセンサを使う技術が知られている。まず、到来する風を平面上で、少なくとも３方向においてそれぞれ捉え、前記３方向毎に風強度情報を得る風強度取得手段と、得られた少なくとも３方向の風強度情報の大小比較を行って第１位の風強度情報と第２位の風強度情報が得られた風方向中の２方向を検出する２方向検出手段と、２方向検出手段で検出した２方向のそれぞれの方向をベクトルの向きとし、それぞれの方向の風強度情報をベクトルの大きさとする２つのベクトルを発生し、このベクトルの加算を行って１つの加算結果ベクトルを得るベクトル加算手段と、風の方向と風速とにより構成される風情報を出力するための風情報出力手段と、ベクトル加算手段により得られた加算結果ベクトルの方向を風方向情報とし、加算結果ベクトルの大きさを風速情報として風情報出力手段に出力する出力制御手段と、数回の試験運用によって得られた加算結果ベクトルにより求められた風方向と風速と、試験運用時に実測した風方向と風速との比較結果に基づき補正係数を求める補正係数取得手段とを具備する。そして、ベクトル加算手段は、第２位の風強度情報に補正係数を掛けて第２位の補正風強度情報を得て、この第２位の補正風強度情報を用いてベクトルの加算を行って１つの加算結果ベクトルを得る。このようにして、小型の構成とし、かつ、必要な場所へ移動させて簡便に風向風速の測定が可能となる技術が知られている（例えば、特許文献４等を参照）。

【0007】

ほかにも、土台板と、前記土台板の上面側に設けられ、風向風速を計測するための超音波センサと、前記土台板の下面側に設けられ、電子部品を収容する収容部とを具備する風向風速計の技術が知られている。風向風速計では、土台板は、収容部の平面視形状よりも大きく、土台板の辺縁は、収容部に衝突した風が前記土台板の上面側に回り込むことを防ぐための防風部である。このようにして、収容部に衝突した風による計測結果への影響を低減する技術が知られている（例えば、特許文献５等を参照）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【文献】特許第６９３１９５３号公報

【文献】特開２０２１－１７５９６３号公報

【文献】特開２０１９－０９５２２２号公報

【文献】特許第７２８８２０５号公報

【文献】特開２０１７－２０８３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

従来の技術は、計測精度が条件によって低くなる場合がある。すなわち、従来の技術は、計測精度が低い課題がある。

【0010】

本発明は、風速計による計測精度を向上させることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記の課題を解決するため、本発明の一態様では、風速計は、
移動体に設置する風速計であって、
第１計測点で計測して第１計測結果を出力する第１計測部と、
第２計測点で計測して第２計測結果を出力する第２計測部と、
第３計測点で計測して第３計測結果を出力する第３計測部と、
第４計測点で計測して第４計測結果を出力する第４計測部と、
前記第１計測結果、前記第２計測結果、前記第３計測結果、及び、前記第４計測結果に基づき、風速を計算する計算部とを備え、
前記第１計測点、前記第３計測点、及び、前記第４計測点が設置される設置平面において、
前記第１計測点と前記第２計測点が前記移動体の進行方向である第１方向において、前記設置平面の水平成分が第１距離であり、
前記第３計測点と前記第２計測点の前記水平成分が第２距離であり、
前記第４計測点と前記第２計測点の前記水平成分が第３距離であり、
前記第１距離は、前記第２距離、及び、前記第３距離のいずれよりも長い距離である。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、風速計による計測精度を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】風速計における音波送受信器の配置例（Ｘ－Ｙ平面）を示す図である。

【図2】風速計における音波送受信器の配置例（Ｙ－Ｚ平面）を示す図である。

【図3】風速計を移動体に設置した例を示す図である。

【図4】移動体への設置する装置構成例を示す図である。

【図5】移動体への設置する装置構成における内部構造例を示す図である。

【図6】ハードウェア構成例を示す図である。

【図7】電源構成、及び、通信回線構成の例を示す図である。

【図8】風速の計算例を説明する図である。

【図9】計算式例を示す図（その１）である。

【図10】実験結果を示す図である。

【図11】風速の計算第２例における各名称を説明する図である。

【図12】船首方向成分の算出例を示す図である。

【図13】進行方向風の削除例を示す図である。

【図14】船首方向の風のベクトル図である。

【図15】船舶のピッチングの例を示す図である。

【図16】船舶のローリングの例を示す図である。

【図17】ピッチングにおける座標系を示す図である。

【図18】ローリングにおける座標系を示す図である。

【図19】ローリング、かつ、ピッチングにおける座標系を示す図である。

【図20】ピッチング角の例を示す図である。

【図21】ローリング角の例を示す図である。

【図22】複数の移動体座標系の例を示す図である。

【図23】計算式例を示す図（その２）である。

【図24】音波の送受信タイミング例を示す図である。

【図25】全体処理例を示す図である。

【図26】機能構成例を示す図である。

【図27】ドローンへ搭載する場合の第１例を示す図である。

【図28】ビット合成の第１例を示す図である。

【図29】ドローンへ搭載する場合の第２例を示す図である。

【図30】ＦＦＴ解析結果の例である。

【図31】ビット合成の第２例を示す図である。

【図32】配置の第１変形例を示す図である。

【図33】配置の第２変形例を示す図である。

【図34】配置の第３変形例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、添付する図面を参照して、具体例を説明する。なお、以下の説明において、図面に記載する符号は、同一の要素を指す。

【0015】

図１は、風速計における音波送受信器の第１配置例（Ｘ－Ｙ平面）を示す図である。以下、一方向を「Ｙ軸方向」とする。そして、Ｙ軸方向に対して直交方向を「Ｘ軸方向」とする。また、Ｘ－Ｙによる平面が水平面とする。さらに、Ｘ－Ｙ平面に対して垂直となる方向を「Ｚ軸方向」とする。したがって、Ｚ軸方向が重力方向となる。

【0016】

図２は、風速計における音波送受信器の第１配置例（Ｙ－Ｚ平面）を示す図である。

【0017】

風速計１０は、４点で音波を送受信して風速を計測する。例えば、４点の計測点には、第１音波送受信器１、第２音波送受信器２、第３音波送受信器３、及び、第４音波送受信器４が設置される。各々の音波送受信器は、計測結果を示すデータを生成する。

【0018】

第１計測点と第２計測点を結ぶ線分を「第１線分Ｌ１２」という。なお、第１計測点と第２計測点を配置する方向、すなわち、第１線分Ｌ１２と一致する方向を「第１方向」という場合がある。また、第１方向は、Ｙ軸方向とも一致する。

【0019】

同様に、第２計測点と第３計測点を結ぶ線分を「第２線分Ｌ２３」という。また、第２線分Ｌ２３と一致する方向を「第２方向」という場合がある。

【0020】

第２計測点と第４計測点を結ぶ線分を「第３線分Ｌ２４」という。また、第３線分Ｌ２４と一致する方向を「第３方向」という場合がある。

【0021】

第１計測点と第２計測点のＸ－Ｙ平面における距離、すなわち、第１線分Ｌ１２のＸ－Ｙ平面における長さ（すなわち、水平成分の長さである。）を「第１距離Ｄ１」とする。同様に、第２計測点と第３計測点の距離、すなわち、第２線分Ｌ２３のＸ－Ｙ平面における長さを「第２距離Ｄ２」とする。また、第２計測点と第４計測点の距離、すなわち、第３線分Ｌ２４のＸ－Ｙ平面における長さを「第３距離Ｄ３」とする。

【0022】

［計測点の第１配置例］
以下、第２音波送受信器２を中心とする。したがって、第１音波送受信器１、第３音波送受信器３、及び、第４音波送受信器４は、第２音波送受信器２を中心にして、第２音波送受信器２の周辺に配置される。

【0023】

Ｘ－Ｙ平面上において、すなわち、図１において、第２音波送受信器２に対して、第１音波送受信器１は、Ｙ軸方向において前方向の位置に設置される。したがって、第１音波送受信器１、及び、第２音波送受信器２は、どちらもＹ軸上に位置（Ｙ座標で示す。第１音波送受信器１、及び、第２音波送受信器２は、Ｙ座標が異なる。）し、Ｘ軸方向の位置（Ｘ座標で示す。）が一致する位置関係である。また、第１音波送受信器１、及び、第２音波送受信器２は、高さ（Ｚ座標で示す。）が異なる位置関係である。

【0024】

第３音波送受信器３、及び、第４音波送受信器４は、第１線分Ｌ１２を対称軸として線対称（図１における左右対称である。）となる配置である。したがって、第２距離Ｄ２、及び、第３距離Ｄ３は同じ長さである。

【0025】

さらに、第２線分Ｌ２３、及び、第３線分Ｌ２４は、第１線分Ｌ１２に対してのＸ－Ｙ平面における角度が同一である。したがって、第１線分Ｌ１２、第２線分Ｌ２３、及び、第３線分Ｌ２４は、Ｙ軸方向を起点「０°」とし、Ｙ軸方向に対して時計回りに「１２０°」、「２４０°」の角度で設置される。このような角度の配置であると、第１線分Ｌ１２、第２線分Ｌ２３、及び、第３線分Ｌ２４が形成する角度がいずれも「１２０°」に同一となる。したがって、第１方向と第２方向の間に形成される角度は、「１２０°」となる。同様に、第１方向と第３方向の間に形成される角度は、「１２０°」となる。

【0026】

Ｙ－Ｚ平面、すなわち、図２において、第１音波送受信器１、第３音波送受信器３、及び、第４音波送受信器４は、同一の高さに設置される。一方で、第２音波送受信器２は、第１音波送受信器１等より高い配置である。以下、第１音波送受信器１、第３音波送受信器３、及び、第４音波送受信器４が配置される高さを基準とし、第２音波送受信器２の設置される高さを「設置高Ｈ１」という。

【0027】

Ｘ－Ｙ平面において、第１音波送受信器１が進行方向に対して前に配置され、かつ、第３音波送受信器３、及び、第４音波送受信器４が進行方向に対して後に配置される。したがって、Ｘ－Ｙ平面において、第１音波送受信器１乃至第４音波送受信器４は、「逆Ｙ字形状」に配置される。

【0028】

具体的には、「逆Ｙ字形状」の配置では、移動体の進行方向において、第１音波送受信器１が最も前方となる配置である。そして、移動体の進行方向において後方に向かって、第１音波送受信器１より後方、かつ、第３音波送受信器３と第４音波送受信器４より前方に、第２音波送受信器２が配置される。次に、移動体の進行方向において後方に向かって、第２音波送受信器２から分岐するように、第２音波送受信器２より後方に第３音波送受信器３と第４音波送受信器４が配置される。

【0029】

一方で、「逆Ｙ字形状」の配置では、直交方向において、第１音波送受信器１と第２音波送受信器２は、同一の位置である。これに対し、第３音波送受信器３は、移動体の進行方向に対して、第２音波送受信器２より右手に配置される。さらに、第４音波送受信器４は、移動体の進行方向に対して、第２音波送受信器２より左手に配置される。

【0030】

また、垂直方向において、第２音波送受信器２が他の音波送受信器より高い位置となる、第２音波送受信器２が突起する配置となる。一方で、第１音波送受信器１、第３音波送受信器３、及び、第４音波送受信器４は、高さが同一の同一平面上に配置される。

【0031】

以下、第１音波送受信器１、第３音波送受信器３、及び、第４音波送受信器４が設置されるＸ－Ｙ平面を「設置平面」という。また、以下の説明では、設置平面を高さの基準とする。したがって、第２音波送受信器２は、設置平面に対して高い位置にある配置である。

【0032】

［移動体への設置例］
図３は、風速計を移動体に設置した例を示す図である。例えば、風速計１０は、車両２０等の移動体に設置される。このように移動体に設置する場合には、移動体の主な進行方向がＹ軸方向であるとする。ゆえに、風速計１０は、第１線分Ｌ１２が移動体の主な進行方向（この例ではＹ軸方向とも一致する。）と一致するように設置される。

【0033】

移動体は、車両２０に限られず、船舶等の水上を移動する移動体、又は、ドローン等の空中を移動する移動体等でもよい。

【0034】

図４は、移動体への設置する装置構成例を示す図である。例えば、風速計１０は、Ｙ軸方向（長手方向である。）に「２５０ｍｍ」、かつ、Ｘ軸方向（幅方向である。）に「２２５ｍｍ」の寸法である。

【0035】

風速計１０は、屋根となる天板１２を支柱１３で支え、土台となる本体１１と２段構造である。そして、天板１２と本体１１の間が通風路１４となる。なお、風速計１０は、この構造に限られず、第１音波送受信器１乃至第４音波送受信器４が「逆Ｙ字形状」に配置できればよい。

【0036】

第１音波送受信器１乃至第４音波送受信器４は、位置が固定でなくともよい。例えば、第１音波送受信器１は、進行方向に対し、手動、又は、アクチュエータ等で位置が変更できてもよい。したがって、風速計１０は、第１線分Ｌ１２、すなわち、第１音波送受信器１と第２音波送受信器２の距離等が設置後に変更できる構造でもよい。

【0037】

図５は、移動体への設置する装置構成における内部構造例を示す図である。以下、図４における「Ａ－Ａ’」の断面図で説明する。

【0038】

進行方向に対して、風速計１０は、長手方向が一致する向きで設置される。そのため、通風路１４には、進行方向から風が流れ込む構成となる。図では、左から右（図において矢印で示す方向である。以下「流入方向１５」という。）に風が流れ込む構成となる。ゆえに、流入方向１５において、第１音波送受信器１が最も上流に位置する配置となる。そして、第２音波送受信器２は、流入方向１５において、第１音波送受信器１より下流、かつ、第３音波送受信器３等より上流に位置する配置である。さらに、第３音波送受信器３、及び、第４音波送受信器４が最も下流に位置する配置となる。

【0039】

ただし、流入方向１５、及び、通風路１４の構造は、これに限定されない。例えば、通風路１４の構造は、分岐路がある等の構造でもよい。したがって、流入方向１５も一方でなく複数あってもよい。

【0040】

［ハードウェア構成例］
図６は、ハードウェア構成例を示す図である。例えば、風速計１０は、マイクロコンピュータ３１、主記憶装置３２、補助記憶装置３３、入力装置３４、出力装置３５、及び、通信装置３６等を備える。そして、風速計１０は、第１音波送受信器１乃至第４音波送受信器４を接続し、データを送受信する。

【0041】

マイクロコンピュータ３１は、演算装置、及び、制御装置の例である。したがって、マイクロコンピュータ３１は、主記憶装置３２等と協働して処理を実行する装置である。

【0042】

主記憶装置３２は、メモリ等である。また、補助記憶装置３３は、データ、及び、プログラム等を記憶する。

【0043】

入力装置３４は、ユーザによる操作、又は、外部装置から受信するデータ等を入力する装置である。

【0044】

出力装置３５は、ユーザへの表示、又は、外部装置へデータを送信する等の出力を行う装置である。

【0045】

通信装置３６は、外部装置とデータを送受信する通信を行う。なお、通信は、有線、無線、又は、これらの組み合わせである。

【0046】

また、第１音波送受信器１乃至第４音波送受信器４がケーブル等による有線、又は、アンテナ等による無線で接続し、計測結果等を示すデータが送受信される。

【0047】

なお、ハードウェア構成は、上記の構成に限られない。例えば、風速計１０は、他に演算装置、制御装置、記憶装置、入力装置、出力装置、通信装置、センサ、又は、補助装置等を更に備えてもよい。

【0048】

図７は、電源構成、及び、通信回線構成の例を示す図である。図５に示す通り、風速計１０は、第２音波送受信器２等が天板１２側、すなわち、本体１１に対して離れた位置に配置される。したがって、天板１２側等のように本体１１に対して離れた位置に配置されるハードウェアに対して、本体１１は、電力供給、及び、通信を行う構成を備える。

【0049】

図７（ａ）は、高周波トランス３７の構成例を示す図である。例えば、高周波トランス３７は、四角形の形状である。また、高周波トランス３７は、高周波用高透磁率鉄心トランスコアーとして使用される構成である。

【0050】

高周波の周波数は、１０ｋＨｚ以上の周波数である。特に、２０ｋＨｚ以上の周波数が望ましい。

【0051】

図７（ｂ）は、高周波トランス３７の電源供給における概略図を示す図である。図７（ａ）に示すように、高周波トランス３７は、天板１２側に天板側コイルを配置し、かつ、本体１１側に本体側コイルを配置する構成である。このようなコイルの配置とすると、電力を本体１１側から天板１２側に高周波で供給することができる。

【0052】

本体側から第１コイル（図７（ａ）における「本体側コイル」である。）に高周波電力を印加すると、電力は、磁束に変換されてコアーを通る。一方で、天板側の第２コイル（図７（ａ）における「天板側コイル」である。）により、磁束は、電力として取り出される。

【0053】

パーマロイの硬い金属等を用いると、支柱としても兼用できる強度を備える。例えば、鉄製のコアーに高周波を印加すると、発熱して電力をコアーが消費する。そのため、変換効率が悪くなりやすい。一方で、パーマロイ等の金属を用いると、発熱を少なくでき、高効率で変換できる。高周波は、少ないコイルの巻数で大きな電流を伝達させることができる。

【0054】

なお、高周波トランスの鉄心は、パーマロイ以外の素材でもよい。例えば、鉄心は、フェライト、又は、アモルファス（これらの合金でもよい。）等でもよい。

【0055】

なお、電力の供給は、ケーブル等を用いて有線で行ってもよい。

【0056】

トランスコアーには、高透磁率材であるパーマロイ（Ｐｅｒｍａｌｌｏｙ）を使用する。パーマロイは、ニッケル（Ｎｉ）を３５乃至８０％程度含むニッケル及び鉄の合金である。

【0057】

通信は、電源用とは別の支柱１３を用いる構成とする。具体的には、支柱１３内に２本の光ファイバを通す。２本の光ファイバのうち、１本をＩ２Ｃ（登録商標）（Ｉｎｔｅｒ－Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）通信に用いる。そして、光ファイバによる光通信でデータの送受信を行う。一方で、２本の光ファイバのうち、他方の１本は、送受音の開始同期信号を送受信する通信路として使用する。このような構成であると、Ｉ２Ｃ（登録商標）方式において、開始信号を送った場合の遅延時間を少なくできる。

【0058】

以上のように、支柱１３と通信に用いるケーブルの配線経路等を兼ねる構成であると、別々に設置する構成等と比較して、風速計１０を小型化させることができる。

【0059】

［風速の計算第１例］
図８は、風速の計算例を説明する図である。以下、変数を下記の通りとする。

【0060】

Ｌａｇ 第１音波送受信器１と第２音波送受信器２の距離（以下、「センサ間距離Ｌａｇ」という。）
λ 設置平面（本体１１の表面と一致する。）と第１線分Ｌ１２の形成する角度（以下、「傾斜角度λ」という。）
Ｖｓ 音速 下記（１）式で定まる。下記（１）式における「Ｔ」は、風の絶対温度である。以下、単に「音速Ｖｓ」という。なお、第１音波送受信器１から第２音波送受信器２へ（後方へ）をプラスとする。単位系は「ｍ／ｓ」
Ｖｓ＝３３１．５＋０．６０７７ × Ｔ （１）
Ｖｃ 計測風速 実際の風速に対して移動体の移動速度分が加算された値（以下、「計測風速Ｖｃ」という。）である。単位系は「ｍ／ｓ」
Ｖｘ Ｖｘ＝音速＋風速＋移動体の移動速度
＝Ｖｓ＋Ｖｃ （２）
Ｖｘ１ センサ間距離Ｌａｇにおける第１音波送受信器１から第２音波送受信器２へ（後方へ）発する音波の音速（以下「第１音速Ｖｘ１」という。）である。単位系は「ｍ／ｓ」
Ｖｘ１＝音速＋風速＋移動体の移動速度
＝Ｖｓ＋Ｖｃ （３）
Ｖｘ２ センサ間距離Ｌａｇにおける第２音波送受信器２から第１音波送受信器１へ（前方へ）発する音波の音速（以下「第２音速Ｖｘ２」という。）である。単位系は「ｍ／ｓ」
Ｖｘ２＝音速－（風速＋移動体の移動速度）
＝Ｖｓ－Ｖｃ （４）
第２音速Ｖｘ２は、音速の向きを基準とする計算であり、（風速＋移動体の移動速度）を減算する計算
Ｖｍ 移動体の速度（以下「移動体速度Ｖｍ」という。移動体は水平移動するため、移動体速度Ｖｍは水平成分のみである。）である。単位系は「ｍ／ｓ」
例えば、移動体速度ＶｍはＧＮＳＳ（Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｓｙｓｔｅｍ）又は速度計等で計測される速度
Ｖｍｃ 移動体速度Ｖｍで水平移動する移動体の傾斜角度λ上での移動体速度である。以下、「センサ間距離Ｌａｇ上の移動体速度Ｖｍｃ」という。単位系は「ｍ／ｓ」
Ｖｍｃ＝Ｖｍ × ｃｏｓλ （５）
Ｖｗｃ Ｖｗで水平移動する移動体におけるセンサ間距離Ｌａｇ上での風速である。以下、「センサ間距離Ｌａｇ上の風速Ｖｗｃ」という。単位系は「ｍ／ｓ」
Ｖｗｃ＝Ｖｗ × ｃｏｓλ （６）
Ｖｗ センサ間距離Ｌａｇ上の風速Ｖｗｃをｃｏｓλで除算すると求まるセンサ間距離Ｌａｇ上の風速Ｖｗｃの水平成分である。以下「出力風速Ｖｗ」という。単位系は「ｍ／ｓ」
Ｖｗ＝Ｖｗｃ ÷ ｃｏｓλ （７）
Ｔｘ１ 第１音波送受信器１から第２音波送受信器２へ（後方へ）音波を伝搬するのにかかる時間の実測値である。単位系は「μｓ」
Ｖｘ１＝Ｌａｇ ÷ Ｔｘ１ （８）
Ｔｘ２ 第２音波送受信器２から第１音波送受信器１へ（前方へ）音波を伝搬するのにかかる時間の実測値である。単位系は「μｓ」
Ｖｘ２＝Ｌａｇ ÷ Ｔｘ２ （９）
Ｔｍｃ 計測風速Ｖｃ中の移動体風速の占める時間である。単位系は「μｓ」
Ｔｗｃ 計測風速Ｖｃ中の風速の占める時間である。単位系は「μｓ」
出力風速Ｖｗが計測結果として計算される。なお、センサ間距離Ｌａｇ上の風速Ｖｗｃ等が計測結果に含まれてもよい。

【0061】

図９は、計算式例を示す図（その１）である。風速計１０は、図示する計算式を用いて計測結果から、最終的には出力風速Ｖｗを計算する。具体的には、各式は下記のような計算である。

【0062】

（１０）式は、傾斜角度λ、設置高Ｈ１、及び、センサ間距離Ｌａｇの関係を示す式である。（１０）式が示すように、本体１１の表面に対して、第１音波送受信器１から第２音波送受信器２への傾斜角度λは、設置高Ｈ１、及び、センサ間距離Ｌａｇで定まる。

【0063】

（１１）式は、センサ間距離Ｌａｇ、すなわち、第１音波送受信器１及び第２音波送受信器２の間で音波が伝搬する距離の関係を示す式である。（１１）式が示すように、第１音波送受信器１及び第２音波送受信器２の間で音波が伝搬する距離は、設置高Ｈ１、及び、センサ間距離Ｌａｇで定まる。

【0064】

（３）式が示す通り、音は風に乗り、追い風では速くなる。一方で、（４）式が示す通り、向かい風では音は遅く進む。まず、３組の音の伝搬時間から速度を算出し、図８に示すようにベクトル解析して出力風速Ｖｗを計算する。

【0065】

３組の音は、第２音波送受信器２から送信されて、第１音波送受信器１、第３音波送受信器３、及び、第４音波送受信器４の３つの計測点で受信されるまでの伝搬時間が計測される。

【0066】

次に、第１音波送受信器１、第３音波送受信器３、及び、第４音波送受信器４から第２音波送受信器２へ向かって順に音が送信され、第２音波送受信器２で受信されるまでの各々の伝搬時間が計測される。

【0067】

図９の（１２）式に示す通り、各音波送受信器を往復すると、往路と復路の伝搬時間の差、（３）式、（４）式、及び、（１）式に基づき、追い風、向い風、及び、温度変化の影響を相殺できる。

【0068】

次に、移動体が移動するため、風速計１０は、移動体速度Ｖｍの影響を除く計算を行う。具体的には、風速計１０は、図９の（１３）式を計算する。

【0069】

進行方向、すなわち、流入方向１５には、対地風速に移動体速度Ｖｍが加わる。そして、各々の音波送受信器送受音器が送受信する音波の音速、対地風速、及び、移動体速度Ｖｍが合わさった速度で音波が伝搬する。そのため、移動体速度Ｖｍが速くなると、対地風速は、少ないクロック数で計測されるため、分解能が低下しやすい。そこで、分解能を保持するため、第１距離Ｄ１は、第２距離Ｄ２、及び、第３距離Ｄ３より長い距離、すなわち、伝搬時間が長くなる距離とする。したがって、同じ速度であれば長い距離を移動する方が、伝搬時間がかかるため、音波を多くのクロック数で計測できる。ゆえに、第１距離Ｄ１を長くすると、分解能を高めることができる。このため、第１距離Ｄ１、第２距離Ｄ２、及び、第３距離Ｄ３のうち、第１距離Ｄ１が他の距離よりも長い不平衡のスター形（「逆Ｙ字」の形状と同じ意味である。）とする。

【0070】

なお、移動体速度Ｖｍは、第１方向と第２方向の間に形成される角度、及び、第１方向と第３方向の間に形成される角度がいずれも「１２０°」である場合、移動体速度Ｖｍの影響は、第１方向を「１」とすると、第２方向、及び、第３方向は、いずれも「ｃｏｓ１２０＝－０．５」の影響が生じる。

【0071】

（１３）式に示す計算を行うと、往路と復路の平均を計算するに相当し、音速の成分である音速Ｖｓが削除される。ただし、計測風速Ｖｃには、センサ間距離Ｌａｇ上の「センサ間距離Ｌａｇ上の風速Ｖｗｃ」と「センサ間距離Ｌａｇ上の移動体速度Ｖｍｃ」を含む。

【0072】

（１４）式が、計測風速Ｖｃ、「センサ間距離Ｌａｇ上の風速Ｖｗｃ」、及び、「センサ間距離Ｌａｇ上の移動体速度Ｖｍｃ」の関係を示す関係式である。

【0073】

「センサ間距離Ｌａｇ上の移動体速度Ｖｍｃ」は、移動体速度Ｖｍの斜め方向（センサ間距離Ｌａｇの方向である。）の成分であるため、（５）式、及び、（６）式に示す通り、「Ｖｗｃ」を「Ｖｍｃ」に、「Ｖｗ」を「Ｖｍ」に置き換えた計算で計算される。

【0074】

なお、移動体の移動方向と風速計１０の向きが異なる場合には、移動体速度Ｖｍを移動方向ベクトルに変換して「Ｖｍ」とする。

【0075】

（１３）式における「計測風速Ｖｃ」から「センサ間距離Ｌａｇ上の移動体速度Ｖｍｃ」を減算する計算を行うと、「センサ間距離Ｌａｇ上の風速Ｖｗｃ」が求まる。「センサ間距離Ｌａｇ上の風速Ｖｗｃ」は、斜め方向（センサ間距離Ｌａｇの方向である。）の成分である。そこで、「センサ間距離Ｌａｇ上の風速Ｖｗｃ」から、（７）式の計算により、出力風速Ｖｗ、すなわち、対地風速とする。

【0076】

［実験結果］
図１０は、実験結果を示す図である。実験結果表４０は、「解析番号」が「１」乃至「４」の４つの解析結果を示す。なお、実験結果表４０における変数は、上記と同様のものは説明を省略する。

【0077】

「Ｔｗｃ差」は、センサ間距離Ｌａｇが異なることにより生じる「Ｔｗｃ」の差である。

【0078】

「解析番号」が「１」乃至「４」の４つで、いずれも「風速Ｖｗ」は１０（ｍ／ｓ）である。同様に、「解析番号」が「１」乃至「４」の４つで、いずれも「音速Ｖｓ」は３４０（ｍ／ｓ）である。

【0079】

一方で、「解析番号」が「１」乃至「４」の４つにおいて、下記の通り、センサ間距離Ｌａｇ、及び、移動体速度Ｖｍの実験条件が異なる。

【0080】

「解析番号 １」 Ｌａｇ＝０．１ｍ、Ｖｍ＝０（ｍ／ｓ）
「解析番号 ２」 Ｌａｇ＝０．１ｍ、Ｖｍ＝３０（ｍ／ｓ）
「解析番号 ３」 Ｌａｇ＝０．２ｍ、Ｖｍ＝０（ｍ／ｓ）
「解析番号 ４」 Ｌａｇ＝０．２ｍ、Ｖｍ＝３０（ｍ／ｓ）
以上の通り、「解析番号 １」及び「解析番号 ２」は、「解析番号 ３」及び「解析番号 ４」とセンサ間距離Ｌａｇが異なる実験条件である。また、「解析番号 １」及び「解析番号 ３」は、「解析番号 ２」及び「解析番号 ４」と移動体速度Ｖｍが異なる実験条件である。

【0081】

第１方向における「計測風速Ｖｃ」には、進行方向と一致するため、移動体速度Ｖｍの影響が含まれる。そして、第２方向、及び、第３方向には、第１方向に対して、いずれも「１２０°」の角度であると、移動体速度Ｖｍは、第１方向の「０．５倍」の影響となる。すなわち、第２方向、及び、第３方向に対し、第１方向は、移動体速度Ｖｍの影響が２倍ともいえる。

【0082】

したがって、第１距離Ｄ１、第２距離Ｄ２、及び、第３距離Ｄ３が同じ距離になるように送受音器を配置すると、第１距離Ｄ１における計算の精度が低くなる。

【0083】

「解析番号 ２」と「解析番号 ４」を比較すると、「Ｔｗｃ差」が６．７３（μｓ）である。したがって、センサ間距離Ｌａｇを２倍にすると、倍の分解能となる。したがって、風速を計測する分解能を向上させることができる。

【0084】

（１５）式は、送受音器の配置角度と距離を任意に変更可能にした場合のベクトル計算式である。

【0085】

（１５）式において、「Ｗｘ」は、直交座標系のＸ軸値である。また、（１５）式において、「Ｗｙ」は、直交座標系のＹ軸値である。

【0086】

以下、（１５）式では、「Ａ」、「Ｂ」、及び、「Ｃ」という３つの任意のセンサを想定して、（１５－１）式、（１５－２）式、（１５－３）式とする。具体的には、（１５）式において、「Ｗａｘ」は、「Ａ」というセンサによるＸ軸上の値である。同様に、（１５）式において、「Ｗａｙ」は、「Ａ」というセンサによるＹ軸上の値である。

【0087】

（１５）式において、「Ｗｂｘ」は、「Ｂ」というセンサによるＸ軸上の値である。同様に、（１５）式において、「Ｗｂｙ」は、「Ｂ」というセンサによるＹ軸上の値である。

【0088】

（１５）式において、「Ｗｃｘ」は、「Ｃ」というセンサによるＸ軸上の値である。同様に、（１５）式において、「Ｗｃｙ」は、「Ｃ」というセンサによるＹ軸上の値である。

【0089】

以上のように、（１５－１）式、（１５－２）式、（１５－３）式に示すように、各センサ値をＸ軸の成分とＹ軸の成分に分解して計算する。

【0090】

（１５－４）式に示す通り、Ｘ軸の成分である「Ｗｘ」は、「Ａ」、「Ｂ」、及び、「Ｃ」のセンサで計測するセンサ値のＸ軸の各成分を加算して計算する。

【0091】

同様に、（１５－５）式に示す通り、Ｙ軸の成分である「Ｗｙ」は、「Ａ」、「Ｂ」、及び、「Ｃ」のセンサで計測するセンサ値のＹ軸の各成分を加算して計算する。

【0092】

（１５－６）式の左辺は、ベクトルで示す風向風速値である。

【0093】

第１距離、第２距離、及び、第３距離、すなわち、軸の長さは、風防を被せて無風状態で再キャリブレーションを行うと変更できる。この距離の計測結果が（１５）式における「Ｗａ」、「Ｗｂ」、及び、「Ｗｃ」となる。

【0094】

各計測点同士が成す角度は、風防を被せて無風状態で再キャリブレーションを行うと変更できる。この角度の計測結果が（１５）式における「Ａ」、「Ｂ」、及び、「Ｃ」となる。具体的には、図１では、いずれの角度も３６０°を均等に分けているため、「Ａ＝Ｂ＝Ｃ＝１２０°」である。また、角度を動的に変えながら計測する場合には、エンコーダ等の角度計測器があるのが望ましい。

【0095】

なお、距離、及び、角度を同時に変更する場合は、距離を計測するためのキャリブレーションを先に行うのが望ましい。

【0096】

（１５）式に基づき、風向と風速のベクトル値を算出して、移動体風向風速を求める。

【0097】

（１５）式における（Ｗｘ、Ｗｙ）は、直交座標系に変換されて算出されたＸ軸、及び、Ｙ軸の各ベクトル値となる。

【0098】

（１５）式における（Ｗａｘ＋Ｗｂｘ＋Ｗｃｘ）、（Ｗａｙ＋Ｗｂｙ＋Ｗｃｙ）は、（Ｗｘ、Ｗｙ）の値となる。

【0099】

この計算式は、軸の角度が１２０度以外でも、軸が重らなければいかなる角度でも計算が行える。

【0100】

軸の長さは、風速の計算処理で単位が一致するため（１５）式とは関連しない。

【0101】

［風速の計算第２例］
第２例では、風速計１０は、例えば、船舶に設置される。第１例では、移動体は車両であり、車両は主に水平面、すなわち、ピッチ軸（Ｐｉｔｃｈ軸）の移動があまりない。一方で、第２例で説明する船舶は、ピッチ軸の回転がある。

【0102】

図１１は、風速の計算第２例における各名称を説明する図である。以下、移動体を船舶５０とする例で説明する。

【0103】

第１例と同様に、船舶５０の進行方向を「Ｙ軸方向」とする。そして、Ｙ軸方向に対して直交方向を「Ｘ軸方向」とする。垂直となる方向を「Ｚ軸方向」とする。したがって、Ｚ軸方向が重力方向となる。

【0104】

図１２は、Ｘ－Ｙ平面、すなわち、水平面を示す図である。そして、船舶５０は、基本的には水平面を移動する移動体である。

【0105】

船舶５０は、風で船体が流されるのを防ぐため、Ｙ軸方向に対して、船首を風上に向けて進行する場合がある。また、船舶５０は、波浪を正船首に受けないように波に対して角度（例えば２０°乃至３０°程度である。）をつける場合もある。例えば、図１１は、船首を「船首方向５１」に向けた例を示す図である。以下、北となる方向を「磁北方向５２」という。磁北方向５２は、例えば、ＧＮＳＳ、又は、コンパス等で計測される。

【0106】

磁北方向５２に対して、船首方向５１が成す角度を「船首磁北方角５３」という。また、磁北方向５２に対して、進行方向が成す角度を「進行方向角度５６」という。

【0107】

図１２は、船首方向成分の算出例を示す図である。進行方向（Ｙ軸方向となる。）に吹く風を船首方向５１と、船首方向５１に対して直交する船首方向側舷風５８の方向に分解する。

【0108】

以下、船首方向５１に分解した成分を「船首方向成分Ｓｈ」と示す。一方で、船首方向側舷風５８の方向に分解した成分を「直交成分Ｓｌ」と示す。

【0109】

図１３は、進行方向風の削除例を示す図である。進行方向風を「Ｖｐ」とすると、「船首方向ベクトルＷｅ」は、（１６）式の計算で算出される。

【0110】

図１４は、船首方向の風のベクトル図である。磁北方向５２に対して進行方向に「進行方向風角度θ」の角度で風が吹くとする。

【0111】

図１５は、船舶のピッチングの例を示す図である。船舶５０は、波によってピッチング（Ｐｉｔｃｈ回転、Ｘ軸を回転中心とする回転である。）が生じる。具体的には、船舶５０は、波を受けてピッチングすると、船首が上下（Ｚ軸方向である。）に動く。以下、ピッチングによって生じる船首と水平の角度を「ピッチング角α」とする。

【0112】

図１６は、船舶のローリングの例を示す図である。船舶５０は、船舶５０は、波によってローリング（Ｒｏｌｌ回転、Ｙ軸を回転中心とする回転である。）が生じる。具体的には、船舶５０は、波を受けてローリングすると、船体が左右に揺れるように動く。以下、ローリングによって生じる船体と水平の角度を「ローリング角β」とする。

【0113】

図１７は、ピッチングにおける座標系を示す図である。地上、すなわち、ピッチングがない状態では、「地上座標系６０」となる。これに対して、船舶５０がピッチング角αとなるピッチングが生じると、船舶５０における座標系は、「ピッチング座標系６１」となる。

【0114】

図１８は、ローリングにおける座標系を示す図である。地上、すなわち、ローリングがない状態では、「地上座標系６０」となる。これに対して、船舶５０がローリング角βとなるローリングが生じると、船舶５０における座標系は、「ローリング座標系６２」となる。

【0115】

図１９は、ローリング、かつ、ピッチングにおける座標系を示す図である。地上、すなわち、ローリング、かつ、ピッチングがない状態では、「地上座標系６０」となる。これに対して、ローリング、及び、ピッチングが同時に生じると、船舶５０における座標系は、「ローリング・ピッチング座標系６３」となる。

【0116】

図２０は、ピッチング角の例を示す図である。船舶５０にピッチングが起きている状態をＹ－Ｚ面、進行方向に対して左舷側から見る視点とすると、地上座標系６０とピッチング座標系６１のなす角度がピッチング角αとなる。

【0117】

風速計１０、すなわち、ピッチング座標系６１における計測値から、地上座標系６０の風（以下「前後風Ｗα」という。）に換算するには、（１７）式の計算を行う。前後風Ｗαは、地上座標系６０におけるＹ軸方向の成分の風である。

【0118】

（１７）式における「Ｖｈ」は、出力風速Ｖｗの船首方向５１のベクトルである。

【0119】

図２１は、ローリング角の例を示す図である。船舶５０にローリングが起きている状態をＸ‐Ｚ面、進行方向に対して船首位置から見る視点とすると、地上座標系６０とローリング座標系６２のなす角度がローリング角βとなる。

【0120】

風速計１０、すなわち、ローリング座標系６２における計測値から、地上座標系６０の風（以下「左右風Ｗβ」という。）に換算するには、（１８）式の計算を行う。左右風Ｗβは、地上座標系６０におけるＸ軸方向の成分の風である。

【0121】

（１８）式における「Ｖｌ」は、出力風速Ｖｗの船首方向５１に対して直交方向のベクトルである。

【0122】

船舶５０が波等によって傾けば、船舶５０上に設置される風速計１０は、対地の位置関係が静止状態の場合とは、ずれが生じる。

【0123】

図２２は、複数の移動体座標系の例を示す図である。船舶５０における設置の高さは、設置高軸６４における位置となる。例えば、設置高軸６４における位置は、船舶５０が備えるマストの高さである。したがって、マストの高さによって、移動体における座標系は、例えば、「第１移動体座標系６５」、又は、「第２移動体座標系６６」のようになる。

【0124】

第１移動体座標系６５、又は、第２移動体座標系６６から地上座標系６０に下す法線の位置に投影するベクトルを第１投影ベクトル６７、及び、第２投影ベクトル６８とする。

【0125】

第１投影ベクトル６７、及び、第２投影ベクトル６８は、ベクトルの長さ、及び、方向は同一となる。したがって、第１移動体座標系６５、及び、第２移動体座標系６６の組み合わせのように、高さが異なっても、地上座標系６０に投影したベクトルの長さ、及び、方向は同一となる。

【0126】

第１投影ベクトル６７、及び、第２投影ベクトル６８は、船舶５０上のベクトルであるため、対地風向風速（対地風向風速は、「真風向風速」ともいう。）とするには、船首方向５１から磁北方向５２に合わせる計算を行う。

【0127】

図２３は、計算式例を示す図（その２）である。

【0128】

進行方向風角度θは、例えば、ＧＮＳＳ等で特定する。また、船首磁北方角５３は、例えば、船舶５０に備えるジャイロコンパス等で特定する。以下、船首磁北方角５３を「δ」とする。

【0129】

なお、船舶では、ＧＰＳを受信して、例えば、ＲＳ－４２２通信規格で配信する。この配信によって、位置情報の必要な機器は、ＧＰＳの電波の届かない場所（例えば、船底等である。）に位置しても、それらの機器にＧＰＳに関する機器が不要となる。

【0130】

風速計１０は、例えば、船外に設置される。このような設置場所であっても、風速計１０の設置において、ＮＭＥＡ（Ｎａｔｉｏｎａｌ Ｍａｒｉｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ Ａｓｓｏｃｉａｔｉｏｎ、米国海洋電子機器協会）に規定する情報をＲＳ－４２２ケーブル等で、マストの上まで引き込む等の配線を不要にできる。

【0131】

（１９）式は、船首方向風向角度φを計算する式である。この計算は、ベクトルの対地方向と風速値はそのままとし、風向の呼び方を対地方角に変更する処理となる。

【0132】

（２０）式は、対地風向を計算する式である。「対地風向Ｗｄ」（すなわち、（２０）式の左辺である。）は、船首磁北方角５３である「δ」、（１９）式で計算する船首方向風向角度φ、及び、進行方向風角度θの和で定まる。

【0133】

［音波の送受信タイミング例］
図２４は、音波の送受信タイミング例を示す図である。例えば、「送信タイミング」に示すように、第１送信タイミングＴＭ０１、及び、第２送信タイミングＴＭ０２のタイミングで送信をする例で説明する。

【0134】

例えば、風速計１０は、第２音波送受信器２から音波が第１音波送受信器１に向かって送信される。したがって、この例では、第２音波送受信器２が送信器となる。一方で、第１音波送受信器１が受信器となる。ゆえに、この例では、第２音波送受信器２が送信した音波を第１音波送受信器１が受信する関係となる。なお、送信器、及び、受信器の関係は、適宜設定される。

【0135】

例えば、風速が「０ｍ／ｓ」、すなわち、無風の条件下では、「送信タイミング」で送信される音波は、「受信タイミング（風速０ｍ／ｓ）」のタイミングで受信する。具体的には、第１送信タイミングＴＭ０１で送信する音波は、無風の条件下では、第１１受信タイミングＴＭ１１のタイミングで受信される。同様に、第２送信タイミングＴＭ０２で送信する音波は、無風の条件下では、第１２受信タイミングＴＭ１２のタイミングで受信される。

【0136】

風速が「１００ｍ／ｓ」、すなわち、送信側から受信側に向かって風が吹く条件下では、送信される音波は、「受信タイミング（風速１００ｍ／ｓ）」のタイミングで受信する。具体的には、第１送信タイミングＴＭ０１で送信する音波は、送信側から受信側に向かって風が吹く条件下では、第２１受信タイミングＴＭ２１のタイミングで受信される。同様に、第２送信タイミングＴＭ０２で送信する音波は、送信側から受信側に向かって風が吹く条件下では、第２２受信タイミングＴＭ２２のタイミングで受信される。

【0137】

このように、送信側から受信側に向かって風が吹く条件であると、音波は、風によって、無風の条件よりも速くなる。そのため、無風の条件と比較して、送信側から受信側に向かって風が吹く条件下では、受信タイミングは、タイミングが早くなる。

【0138】

風速が「－１００ｍ／ｓ」、すなわち、受信側から送信側に向かって風が吹く条件下では、送信される音波は、「受信タイミング（風速－１００ｍ／ｓ）」のタイミングで受信する。具体的には、第１送信タイミングＴＭ０１で送信する音波は、受信側から送信側に向かって風が吹く条件下では、第３１受信タイミングＴＭ３１のタイミングで受信される。同様に、第２送信タイミングＴＭ０２で送信する音波は、受信側から送信側に向かって風が吹く条件下では、第３２受信タイミングＴＭ３２のタイミングで受信される。

【0139】

このように、受信側から送信側に向かって風が吹く条件であると、音波は、風によって、無風の条件よりも遅くなる。そのため、無風の条件と比較して、受信側から送信側に向かって風が吹く条件下では、受信タイミングは、タイミングが遅くなる。

【0140】

上記に説明の通り、受信タイミングは、風の条件によりタイミングが変動する。したがって、受信可能のタイミング（以下、受信可能なタイミングを「窓７０」で示す。）は、時間幅を持つように設定される。具体的には、窓７０は、風速が「－１００ｍ／ｓ」乃至「１００ｍ／ｓ」となっても受信できるように設定される。

【0141】

一方で、窓７０以外の範囲では、例えば、受信する音波は、ノイズとして処理するのが望ましい。ノイズは、例えば、反射波等である。このように窓７０が設定されると、あまりに速い、又は、あまりに遅いタイミングでノイズが混入した場合でも、ノイズの影響がなく、風速が精度良く計測できる。

【0142】

また、窓７０を受信する時間帯とし、音波の音量で更にフィルタリングがされてもよい。すなわち、閾値を事前に設定し、閾値よりも小さい音量の音波は、受信の際にノイズとして処理する。同様に、閾値よりも大きい音量の音波は、受信の際にノイズとして処理する。なお、音量の大きい用、又は、小さい用の閾値は、別々に設定、所謂「上限値」、及び、「下限値」のように２種類設定される。このように、音量で更にノイズがフィルタリングできると、より精度良く計測ができる。

【0143】

［全体処理例］
図２５は、全体処理例を示す図である。例えば、風速計１０は、以下のような全体処理を実行して風速計算方法を実行する。

【0144】

ステップＳ０１では、風速計１０は、第１計測結果を出力する。

【0145】

ステップＳ０２では、風速計１０は、第２計測結果を出力する。

【0146】

ステップＳ０３では、風速計１０は、第３計測結果を出力する。

【0147】

ステップＳ０４では、風速計１０は、第４計測結果を出力する。

【0148】

ステップＳ０１乃至ステップＳ０４は、例えば、並列に実行する。ただし、ステップＳ０１乃至ステップＳ０４は、前後して実行されてもよい。

【0149】

例えば、第２音波送受信器２から音波を送信し、第１音波送受信器１が受信した場合には、計測結果が第１計測結果として出力される。一方で、第２音波送受信器２と第１音波送受信器１の間に対して音波を往復させる場合には、往路の結果が第１計測結果として出力され、かつ、復路の結果が第２計測結果として出力される。

【0150】

ステップＳ０５では、風速計１０は、第１計測結果乃至第４計測結果に基づき、風速を計算する。

【0151】

ステップＳ０１乃至ステップＳ０４によって、第１計測点、第２計測点、第３計測点、及び、第４計測点では、音波の送受信が行われて、第１計測結果乃至第４計測結果が各々の計測点で計測される。

【0152】

［機能構成例］
図２６は、機能構成例を示す図である。例えば、風速計１０は、第１計測部１０Ｆ１、第２計測部１０Ｆ２、第３計測部１０Ｆ３、第４計測部１０Ｆ４、及び、計算部１０Ｆ５を備える。

【0153】

第１計測部１０Ｆ１は、第１計測点で計測して第１計測結果を出力する第１計測手順を行う。例えば、第１計測部１０Ｆ１は、第１音波送受信器１等で実現する。

【0154】

第２計測部１０Ｆ２は、第２計測点で計測して第２計測結果を出力する第２計測手順を行う。例えば、第２計測部１０Ｆ２は、第２音波送受信器２等で実現する。

【0155】

第３計測部１０Ｆ３は、第３計測点で計測して第３計測結果を出力する第３計測手順を行う。例えば、第３計測部１０Ｆ３は、第３音波送受信器３等で実現する。

【0156】

第４計測部１０Ｆ４は、第４計測点で計測して第４計測結果を出力する第４計測手順を行う。例えば、第４計測部１０Ｆ４は、第４音波送受信器４等で実現する。

【0157】

計算部１０Ｆ５は、第１計測結果、第２計測結果、第３計測結果、及び、第４計測結果に基づき、風速を計算する計算手順を行う。例えば、計算部１０Ｆ５は、マイクロコンピュータ３１等で実現する。

【0158】

第１計測部１０Ｆ１乃至第４計測部１０Ｆ４は、例えば、図１に示す通り、移動体の進行方向に対して、「逆Ｙ字」等の配置とする。具体的には、第１距離は、第２距離、及び、第３距離のいずれよりも長い距離である。したがって、第２計測部１０Ｆ２が他の計測部より進行方向において前に位置する。

【0159】

また、第１計測部１０Ｆ１乃至第４計測部１０Ｆ４のうち、第１計測部１０Ｆ１、第３計測部１０Ｆ３、及び、第４計測部１０Ｆ４は、同一の設置平面、すなわち、同じ高さに設置される。一方で、第２計測部１０Ｆ２は、第１計測部１０Ｆ１、第３計測部１０Ｆ３、及び、第４計測部１０Ｆ４より高い位置に設置されるのが望ましい。

【0160】

以上のような位置関係の構成であると、風速計１０による計測精度を向上させることができる。

【0161】

［ドローンへの搭載例］

【0162】

［第１補正方法例］
図２７は、ドローンへ搭載する場合の第１例を示す図である。所謂マルチコプター型のドローンでは、プロペラが生じさせる風の影響を補正する。

【0163】

ドローンのプロペラの回転制御は、Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ（ＰＷＭ、パルス幅変調）制御で行われる。具体的には、ＰＷＭ信号８０は、アンプ８１を通し出力される。アンプ８１によって増幅した後、ＰＷＭ信号８０は、平滑化される。その後、Ａ／Ｄ変換器８２によって、ＰＷＭ信号８０は、数値化、すなわち、デジタルデータに変換される。デジタルデータとなった後、デジタルデータは、ビット合成回路８３によって合成される。

【0164】

図２８は、ビット合成の第１例を示す図である。合成されたデータは、無線機８４（例えば、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）等で無線通信を行う。）によって送信される。

【0165】

ドローンは、無風状態で計測される風速を事前に記憶する。以下、記憶するデータを「補正ベクトル」という。

【0166】

図２８に示す通り、合成されたデータは、Ａ／Ｄ変換器８２の分解能のプロペラの数乗となる。例えば、４ビットのＡ／Ｄ変換器８２で４基のプロペラであれば、合成されたデータは、１６ビットである。したがって、その組み合わせは６５５３６行が必要となる。

【0167】

このように、事前に補正ベクトルを記憶しておく。その後、計測結果から補正ベクトルを減算すると、プロペラの影響分を補正できる。

【0168】

［第２補正方法例］
図２９は、ドローンへ搭載する場合の第２例を示す図である。第２例では、ドローンにマイクロフォン９０を設置する。マイクロフォン９０は、プロペラごとに設置する。

【0169】

マイクロフォン９０で収録したプロペラの風を切る音を収録した音データをＦＦＴ（高速フーリエ変換）する。そして、ＦＦＴ解析において、ピーク値を求める。

【0170】

図３０は、ＦＦＴ解析結果の例である。ピーク値を求めた後、スペクトル番号変換の例のように、周波数帯別に番号分けを行う。この結果をビット合成する回路を経て、合成されたデータは、無線機で送信される。

【0171】

第１補正方法例と同様に、ドローンは、無風状態で計測される風速を事前に「補正ベクトル」として記憶する。

【0172】

図３１は、ビット合成の第２例を示す図である。第２補正方法例では、合成されたデータは、Ａ／Ｄ変換器８２の分解能のプロペラの数乗となる。例えば、４ビットのＡ／Ｄ変換器８２で４基のプロペラであれば、合成されたデータは、１６ビットである。したがって、その組み合わせは６５５３６行が必要となる。

【0173】

基本周波数、及び、１５の高調波数の場合では、１６周波数であるため、１６段階に分類される。なお、例えば、３２周波数では、２つの周波数ごとに分類し、１６段階に情報を圧縮する。

【0174】

指向性マイクロフォンは、他のプロペラ音の影響を避けるために用いられる。

【0175】

ドローンのような、急激な方向変換、又は、速度増減による加速度の影響が無視できない移動体では、加速度計の時間積分により、その影響を時間経過上の速度として求める事で補正が行われる。

【0176】

［他の配置例］
計測点は、以下のような配置であってもよい。

【0177】

図３２は、配置の第１変形例を示す図である。例えば、第３計測点、及び、第４計測点は、Ｘ軸方向に狭く展開してもよい。このように、第１計測点、第３計測点、及び、第４計測点は、角度が等間隔でない配置でもよい。

【0178】

図３３は、配置の第２変形例を示す図である。第３計測点、及び、第４計測点は、第２計測点よりも進行方向に対して、前に位置してもよい。

【0179】

図３４は、配置の第３変形例を示す図である。このように計測点の配置は、左右対称でなくともよい。

【0180】

［他の実施形態］
複数の計測点から、風向風速のベクトルをマイクロコンピュータ３１等の計算機が受け取ると、多種多様の応用が可能となる。

【0181】

複数の風速計１０で計測すると、「点」での計測が「線」での計測になる。例えば、複数の漁船が移動しながら各々で計測すると、「面」、すなわち、漁場全体の風の変化が捉えられる。このように、「面」で風速が計測できると、漁場の危険海域、又は、漁場のポイントの経験的にしか知りえない暗黙知を、数値化することで形式知として知ることができる。

【0182】

例えば、荒波の揺れが補正されると、風速計１０は、台風下でも風向風速が平常時の状態と同じ結果で得られる。したがって、気象情報の精度を向上させることができる。例えば、ブイに取り付けた定点観測は、荒波の影響を受ける事が少なく、平常時の精度で計測される。

【0183】

例えば、高速道路の風の状態を一台の車で計測すると、未測定部分が発生する場合がある。そこで、複数のドライバーにより、風速計１０が個々の車両で風を計測し、走行中の風の情報を情報センターに送信してもらうと、道路の始点から終点までの風をすべて同時に知ることができる。この情報を電光掲示板に表示する事で運転者の行先の情報として提供できる。また、小型で安価に実現できる。そのため、普及することで公共の利益に供するものである。

【0184】

例えば、風速計１０によって計測した結果に基づき、高速道路の電波ビーコンから風に関する情報を発信すると、カーナビ等に目的地迄の風向風速が表示できる。したがって、危険場所が分かり、う回路の選定が行える。

【0185】

例えば、風速計１０は、滑走路脇等に設置しても離着陸の障害となりにくい。具体的には、風速計１０は、縦置きと横置きにすると、飛行場でのダウンバーストを監視できる。

【0186】

滑走路長が４０００ｍ等の場合、長距離の滑走路上の風は一様では無い場合が多い。そこで、滑走路脇に複数個を設置することで、滑走路全体のダウンバースト、又は、横風の状態が監視できる。このようにして、空港における飛行機の安全性を向上させることができる。

【0187】

風速計１０は、携帯可能である。例えば、登山では、谷風の吹き上げ風速、角度、及び、温度の観測を行うと、進退の判断に有益な情報となる。風速計１０にＧＰＳを内蔵させると、緯度、経度、高度が取得できる。そして、地図上の現在位置の把握が行える。また、内蔵ジャイロコンパスは、磁針コンパスとしての機能を備える。このようにして、登山の安全性を向上させることができる。

【0188】

消防活動において延焼を避けるための予防放水、又は、避難を行う指標として風向、及び、風速が有益な情報となる場合が多い。例えば、消防車両の屋根に設置すると、複数の消防車両で計測ができる。そして、複数の計測結果に基づき、風向風速と位置情報を地図上に矢印で表示する。このようにして、火災旋風の発生の有無、又は、延焼方向の判断のもとに予防放水地区と避難経路の決定等に役立てることができる。

【0189】

森林火災（山火事）において山を駆け上る風の迎角と風速と方向から、火の進む方向を推測することができる。あらかじめ樹木を伐採する等によって、空白地帯を設けて延焼を食い止める際の指標となる。例えば、携帯用であれば、消防隊員が携行可能である。そして、三次元風向風速計等では水平に保つ必要があるが、風速計１０は、風に向けるだけで迎角が傾斜計で読み取れる。

【0190】

例えば、マルチコプター型のドローン等に搭載する。このようにして、ドローン空域の風向風速を観測すると、計測結果はドローンの交通情報として活用できる。例えば、風による事故を未然に防ぐことができる。例えば、１０ｍ上空等は、地上とは異なる風が吹いく場合も多いため、局所の風の情報を活用できる。

【0191】

例えば、農薬散布を行うドローンに風速計１０を搭載し、風向、及び、風速を計測しながら散布を行うと、無駄のない散布を行うことができる。

【0192】

例えば、ドローンでゴルフコース場上空の風の状態を計測してゴルフ等のレジャーに用いられてもよい。

【0193】

地、海、空の風速、風向、温度の同時測定により、三次元的な気象学の学術的検証に用いるのも可能である。

【0194】

例えば、渡り鳥、又は、野生動物に取り付けて生態の観測が行える。例えば、位置、風向風速、温度、加速度、又は、傾斜の各種データを記録すると、ヒマラヤ越えする白鳥の精密な調査の資料と成り得る。白鳥は２週間の飛行を行う事から、記録はその期間を記録出来る記録時間間隔で行う。必ずしも連続測定の必要は無く、数分間隔で行う事でバッテリの消耗を抑え、また太陽電池を組み込む事で充電しながら観測を行う事が可能である。

【0195】

例えば、クリーンルームや無菌室での塵埃の飛翔は、人が室内に入ると急激に増加する。風の流れは、塵埃を嫌う機器の室内の配置の参考となる。風速計１０は、固定して測定する事が可能である。また、風速計１０は、微風向風速の測定が可能で有り、かつ、水平又は垂直に設置できるため、三次元的な微風個風速の計測ができる。ゆえに、風速計１０は、空調の最適な強度と方向の指標となる情報を提供できる。

【0196】

例えば、風速計１０は、人に取り付けた場合、気候変化による行動パターンの解析が可能となる。

【0197】

例えば、風速計１０は、固定して使用する場合、設置作業での水平出しと風向風速計の先頭を北に合わせる作業が不要となる。

【0198】

［その他の実施形態］
計測点は、５点以上あってもよい。また、１つの計測点で複数回計測がされてもよい。

【0199】

風速計算方法は、プログラム（ファームウェア、及び、一部の処理を処理回路等で実行する構成を含む。）で実現されてもよい。すなわち、プログラムに基づいて処理を実行する情報処理装置、又は、情報処理システムにより、演算装置、制御装置、及び、記憶装置が協働して処理を実行する構成でもよい。

【0200】

なお、各構成は、一体でなくともよい。すなわち、各装置は、複数の装置を組み合わせた構成でもよい。例えば、処理を複数の情報処理装置で実行する情報処理システムの構成であってもよい。したがって、情報処理システムは、処理を並列、冗長、又は、分散して実行するでもよい。

【0201】

なお、本発明は、上記に例示する各実施形態に限定されない。したがって、本発明は、技術的な要旨を逸脱しない範囲で、構成要素の追加、又は、変形が可能である。ゆえに、特許請求の範囲に記載された技術思想に含まれる技術的事項のすべてが本発明の対象となる。なお、上記に例示する実施形態は、実施において好適な具体例である。そして、当業者であれば、開示した内容から様々な変形例を実現で可能であって、このような変形例は、特許請求の範囲に記載された技術的範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0202】

１ ：第１音波送受信器
２ ：第２音波送受信器
３ ：第３音波送受信器
４ ：第４音波送受信器
１０ ：風速計
１０Ｆ１ ：第１計測部
１０Ｆ２ ：第２計測部
１０Ｆ３ ：第３計測部
１０Ｆ４ ：第４計測部
１０Ｆ５ ：計算部
１１ ：本体
１２ ：天板
１３ ：支柱
１４ ：通風路
１５ ：流入方向
２０ ：車両
５０ ：船舶
５１ ：船首方向
５２ ：磁北方向
５３ ：船首磁北方角
５６ ：進行方向角度
５８ ：船首方向側舷風
６０ ：地上座標系
６１ ：ピッチング座標系
６２ ：ローリング座標系
６３ ：ピッチング座標系
６４ ：設置高軸
６５ ：第１移動体座標系
６６ ：第２移動体座標系
６７ ：第１投影ベクトル
６８ ：第２投影ベクトル
７０ ：窓
Ｄ１ ：第１距離
Ｄ２ ：第２距離
Ｄ３ ：第３距離
Ｈ１ ：設置高
Ｌ１２ ：第１線分
Ｌ２３ ：第２線分
Ｌ２４ ：第３線分
Ｌａｇ ：センサ間距離
Ｓｈ ：船首方向成分
Ｓｌ ：直交成分
ＴＭ０１ ：第１送信タイミング
ＴＭ０２ ：第２送信タイミング
ＴＭ１１ ：第１１受信タイミング
ＴＭ１２ ：第１２受信タイミング
ＴＭ２１ ：第２１受信タイミング
ＴＭ２２ ：第２２受信タイミング
ＴＭ３１ ：第３１受信タイミング
ＴＭ３２ ：第３２受信タイミング
Ｖｃ ：計測風速
Ｖｍ ：移動体速度
Ｖｍｃ ：移動体速度
Ｖｓ ：音速
Ｖｗ ：出力風速
Ｖｗｃ ：風速
Ｖｘ１ ：第１音速
Ｖｘ２ ：第２音速
Ｗｄ ：対地風向
Ｗｅ ：船首方向ベクトル
Ｗα ：風
Ｗβ ：左右風
α ：ピッチング角
β ：ローリング角
θ ：進行方向風角度
λ ：傾斜角度
φ ：船首方向風向角度

【要約】

【課題】風速計による計測精度を向上させる。
【解決手段】移動体に設置する風速計が、第１計測点で計測して第１計測結果を出力する第１計測部と、第２計測点で計測して第２計測結果を出力する第２計測部と、第３計測点で計測して第３計測結果を出力する第３計測部と、第４計測点で計測して第４計測結果を出力する第４計測部と、前記第１計測結果、前記第２計測結果、前記第３計測結果、及び、前記第４計測結果に基づき、風速を計算する計算部とを備え、前記第１計測点、前記第３計測点、及び、前記第４計測点が設置される設置平面において、前記第１計測点と前記第２計測点が前記移動体の進行方向である第１方向において、前記設置平面の水平成分が第１距離であり、前記第３計測点と前記第２計測点の前記水平成分が第２距離であり、前記第４計測点と前記第２計測点の前記水平成分が第３距離であり、前記第１距離は、前記第２距離、及び、前記第３距離のいずれよりも長い距離である。
【選択図】図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】