JP2012098121A - Mobile object direction detection apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明の実施形態は、移動する対象物<移動体)の方向を検知する移動体方向検知装置に関する。 Embodiments described herein relate generally to a moving body direction detection device that detects the direction of a moving object <moving body).
飛しょう体など、空間を移動する対象物の位置を測定する装置として、例えば特許文献1に記載されている移動体位置測定装置が知られている。
As a device for measuring the position of an object that moves in space, such as a flying object, for example, a moving object position measuring device described in
この装置は、所定間隔で発生する2つのパルスレーザ光を対象物に照射しその反射光を2次元の受光部を有する多チャンネル光検出部により受けて、対象物の方向とそれまでの距離を検知するものである。 This apparatus irradiates an object with two pulsed laser beams generated at a predetermined interval, receives the reflected light by a multi-channel light detection unit having a two-dimensional light receiving unit, and determines the direction of the object and the distance to it. It is something to detect.
本発明が解決しようとする課題は、上記のような移動体の方向を更に正確に2次元的に検知する移動体方向検知装置を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a moving body direction detecting device that more accurately two-dimensionally detects the direction of the moving body as described above.
上記の課題を解決するために、実施形態の移動体方向検知装置は、所定時間間隔をおいて周波数の異なる複数のパルスレーザ光を発生するレーザ発生器と、このレーザ発生器により発生したレーザ光を移動体に向けて照射するレーザ光照射部と、前記移動体及びその背景からの反射光を受光する直線状のスリットを有し、このスリットに対して垂直方向に往復駆動されるマスクと、このマスクを通過した光を分光する分光器と、2次元に配列された複数の光センサ素子から成り、前記分光器により分光された光を受ける2次元センサと、前記スリットの行方向の各波長の光の強度累計値を求め、前記背景からの光から識別できる前記パルスレーザ光の反射光を検知する識別反射光検知部と、前記マスクの往復駆動の方向と直角な方向の前記2次元センサにおける前記光センサ素子の列の受光強度の累積値により前記パルスレーザ光の波長の強度の最大な列を求める最大強度列検知部と、この最大強度列検知部による求められた強度最大列及び前記識別反射光検知部により検知された反射光の最も強度の大きい累積値が得られる前記マスクの往復の位置及びこの往復の方向に対して垂直な前記2次元センサの位置により前記移動体の方向を検知する方向検知部と、を有することを特徴とする移動体方向検知装置を提供する。 In order to solve the above-described problems, a moving body direction detection device according to an embodiment includes a laser generator that generates a plurality of pulse laser beams having different frequencies at predetermined time intervals, and a laser beam generated by the laser generator. A laser beam irradiating unit that irradiates the movable body, a linear slit that receives reflected light from the movable body and its background, and a mask that is driven to reciprocate in a direction perpendicular to the slit; A spectroscope that splits light that has passed through the mask, a two-dimensional sensor that includes a plurality of two-dimensionally arranged photosensor elements, and that receives light split by the spectroscope, and each wavelength in the row direction of the slits An identification reflected light detector for detecting the reflected light of the pulsed laser light that can be identified from the light from the background, and the 2 in the direction perpendicular to the reciprocating drive direction of the mask. A maximum intensity column detector for obtaining a maximum column of the intensity of the wavelength of the pulse laser beam based on a cumulative value of received light intensity of the column of the photosensor elements in the original sensor, and a maximum intensity column determined by the maximum intensity column detector And the reciprocating position of the mask from which the accumulated value with the highest intensity of the reflected light detected by the identification reflected light detection unit is obtained and the position of the two-dimensional sensor perpendicular to the reciprocating direction of the moving body. A moving body direction detecting device including a direction detecting unit for detecting a direction is provided.
以下、本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。図1にこの一実施形態の構成例を示す。本発明は、移動体の方向を検知するものであるが、方向の他に移動体までの距離を算出して移動体の位置を特定することも可能であり、図1に示す実施形態はこの移動体位置を検知する移動体方向検知装置である。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a configuration example of this embodiment. Although the present invention detects the direction of the moving body, it is also possible to specify the position of the moving body by calculating the distance to the moving body in addition to the direction, and the embodiment shown in FIG. It is a moving body direction detection apparatus which detects a moving body position.
この移動体方向検知装置10は、所定間隔の2つのパルス状レーザ光を発生するレーダ発生部11と、このレーダ発生部11で発生したレーザパルスの光路を変更し、対象とする背景12の前に存在する移動体13の方向にレーザ光を照射する反射鏡14a,14bと、背景12及び移動体13からの反射レーザ光などを通過させる水平スリット15を有するマスク16と、このマスク16の水平スリット15を通過した光を集光するレンズLと、このレンズLで集められた光を分光する分光器17と、分光された光を受光する2次元センサ18と、この2次元センサ18で受光した光を光電変換した電気信号を処理する電気信号処理部21と、この反射信号から距離を検知する距離検知部22と、上記反射信号から移動体13の方向を検知する方向検知部23と、この方向検知部23により検知された移動体13の方向と、距離検知部22により検知された移動体13までの距離から、移動体の位置を特定する移動体特定部24と、上記マスク16を上下に往復駆動するマスク駆動部25と、上記背景12及び移動体13方向へ照射されるレーザ光及び背景12及び移動体13からの光を集光するレンズ26と、これら各部を制御する全体制御部27とを有する。
This moving body
レーザ発生器11は、例えば波長がλa,λbの2つのパルス状のレーザ光を発生するものである。このレーザ発生器11から発射されたレーザ光は、レーザ光照射部を形成する反射鏡14a、14bを経由してレンズ26を通過して移動体13の方向に照射される。移動体方向検知装置10が受ける光は、移動体13からの反射光が強いが、背景12から上記レーザ光とは異なる他の波長の光も含まれている。
The
2次元センサ18は、図5に示すように、複数の光センサ素子がx方向とy方向に2次元的に配列された構造を有しており、これら各々は入る光の量に応じた電気信号を出力するようになっている。例えばx軸方向(列)に100個、y軸方向(行)に100個の光センサが設けられているとする。各光センサを、光センサ素子S(1,1)〜S(100,1)、S(1,i)〜S(100,i)、S(100,1)〜S(100,100)で表すこととする。そして、これらの光センサ素子の受光値に対する電気信号の値をP(1,1)〜P(100,1)、P(1,i)〜P(100,i)、P(100,1)〜P(100,100)で表すこととする。これらの光センサ素子や電気信号の位置を特定しない場合には、簡略化してこれらの光センサ素子をS,電気信号をPとも表す。
As shown in FIG. 5, the two-
上記の2次元センサ18の各光センサ素子Sから出力された電気信号は、電気信号処理部21に入力される。図2に、電気信号処理部21と距離検知部22の構成を示す。電気信号処理部21は、各光センサ素子Sで受光した光の強度に対応した電気信号の大きさを検出する各センサ強度検出部31と、各行の累積値を求めそのグラフを作成する行累積値グラフ作成部32と、この行累積値グラフ作成部32で得られたグラフから、背景に埋没しないで識別できる反射光を検知する識別反射光検知部33と、各光センサ素子Sの列毎の累積値を算出する列センサ累積値算出部34とを有する。
The electrical signal output from each photosensor element S of the two-
図1における方向検知部23の構成を図3に示す。方向検知部23は、電気信号処理部21の列センサ累積値算出部34の出力からその累積値が最大となる列を求めその検知された列を知らせる信号を移動体特定部24に送る最大強度列検知部37と、マスク駆動部25により駆動されるマスク16の上下の位置を検知しその位置を知らせる位置信号を移動体特定部24に送るマスク上下位置検知部38とを有する。
The configuration of the
列センサ累積値算出部34は、その列(i)毎の光センサ素子S(i,j)の強度の累積値即ち、j=1〜100までのΣP(i,j)を求める。
The column sensor cumulative
距離検知部22は、電気信号処理部21の識別反射光検知部33で検知された反射光の周波数の光の強度を中心にその時系列データを抽出する受光時系列データ取得部35と、この取得した時系列データから移動体13までの距離を算出する距離算出部36を有する。
The
次に、図4に示すフローチャートにしたがって、この実施形態の移動体方向検知装置の動作を説明する。 Next, according to the flowchart shown in FIG. 4, operation | movement of the moving body direction detection apparatus of this embodiment is demonstrated.
ステップS401では、マスク16を縦方向の次の位置に移動する。ステップS402では、2波長λa,λbのレーザパルスを、レンズ26を介して移動体方向検知装置10から移動体13に向けて照射する。2波長のレーザパルスの移動体13からの反射波及び背景12からの光はレンズ26を介し、マスク16の水平スリット15を介して分光器17に入り、2次元センサ18で受光される。2次元センサ18で受光された光は光電変換され電気信号処理部21で処理される。すなわち、電気信号処理部21の各センサ強度検出部31で各光センサ素子における強度が検知され電気信号に変えられ、行累積値グラフ作成部32に入る。ここでステップS403の波長毎の各行の累積値が算出される。
In step S401, the
この2次元センサ18に対して、マスク16を上下に移動させると、水平スリット15を通過して分光器18に入る水平方向の光は上下に移動することになる。この水平光は、分光器18で分光され波長がλ1〜λ100に分かれて、2次元センサ19に入射する。
When the
この2次元センサ19に入射した光を各行毎、即ち行毎の電気信号P(1,i)〜P(100,i)の受光に対応する電気信号値に合計値Σ(i=1〜100)を求めると、例えば図3に示すように表され、これが水平スリット15の移動に応じて、即ち時刻tの関数として変化することになる。
The light incident on the two-dimensional sensor 19 is added to each row, that is, the electric signal value corresponding to the reception of the electric signals P (1, i) to P (100, i) for each row. ) Is expressed as shown in FIG. 3, for example, and this changes with the movement of the
なお、背景12から入ってくる光は広い波長範囲にあり、移動体13からの反射光は、レーザ光として照射した、波長がλa,λbの光の反射光である。したがって図6に示すように、2次元センサ18で受ける、各時刻毎の光は背景12から来る光は広い波長の光であり、一方、移動体13からの反射光は、41a、41bに示すよう、特定の波長λa,λbの信号となる。なお、この反射信号41a,41bに対応する反射光の波長は、移動体の移動の方向、速度に伴うドプラ効果によって少し変化する場合もあるが、ここでは、ほとんど変わらないとして説明する。
Note that light entering from the
ステップS404では、1回のマスク16の移動が終了したか検知し、終了していなければステップS401に戻って上記の動作を繰り返す。1回のマスク移動が終了したら、ステップS405で所定回までマスク16の移動を繰り返す。
In step S404, it is detected whether one movement of the
行累積値グラフ作成部32は、例えばj行(j=1〜100)の各光センサ素子S(j,i)の受光する強度P(j,i)の累積値を求めてそのグラフを作成する。図6は、横軸に各行の波長λ(λ1〜λ100)を取り、縦軸にその行の強度の累積値を取っている。
The row cumulative value
波長λaと波長λbにおける受光累積値61,62は、レーザ発生器11で発生した波長λa,λbの光が移動体方向検知装置10から照射された後、移動体13から反射され移動体方向検知装置10で受光された反射光を示し、相当の高い値を示す。一方、図6において、受光部分63、64は、背景12から反射などで生じた光のうち移動体方向検知装置10で受光された光の各行の累積値を表している。
The received light accumulated
図6に示した波長λaの行では、受光累積値61は受光部分63において、値が小さいために識別することができない。しかし、波長λbの行では、この反射光の累積値が受光部分64より大きくなるので、この波長の反射光を識別することができる。図6に示すようなグラフが所定時刻毎に作成される。識別反射光検知部33は、上述のような識別できる反射光を検知する。この処理は、ステップS406でなされる。
In the row of the wavelength λa shown in FIG. 6, the accumulated
次のステップS407では、該当反射光の波長、今の例では波長λbを検出する。 In the next step S407, the wavelength of the corresponding reflected light, in this example, the wavelength λb is detected.
そしてステップS408で、該当反射光の行累積値の最大値を求めることにより、上下方向(エレベーション方向)に対して移動体13がどの方向にいるか、視軸がどの方向に向いているかを検知することができる。
In step S408, by detecting the maximum value of the row accumulated value of the corresponding reflected light, it is detected which direction the moving
次のステップS409では、その波長に対する経時的なグラフを作成する。すなわち、受光時系列データ抽出部36では、上述した識別反射光からその反射光の波長λbにおける時系列的なデータを抽出しそのグラフを作成する。その例を図7に示す。
In the next step S409, a graph over time for the wavelength is created. That is, the light reception time series
このグラフにおいて、横軸はレーザ光を照射した時刻からの時間であり、縦軸はその経過時間における光の強度を取っている。これにより反射光が検知された時刻を検知できる(ステップS410)。したがって、反射光λbの反射光を受けた時間Tを2で除して、その片道の時間を算出し、光速で除して、移動体13までの距離を算出できる。このようにして、ステップS410では、当該反射光が検出された時刻(経過時間)を検知して、ステップS411で距離算出部36において、移動体13までの距離を算出する。
In this graph, the horizontal axis represents the time from the time of laser light irradiation, and the vertical axis represents the light intensity at the elapsed time. Thereby, the time when the reflected light is detected can be detected (step S410). Accordingly, the time T when the reflected light of the reflected light λb is received is divided by 2 to calculate the one-way time, and the distance to the moving
一方、ステップS412では、該当反射光から移動体13の方位方向の位置を検知することができる。ステップS413では、ステップS408で検知した上下方向とステップS413で検知した方位方向により、移動体13の方向を検知できる。
On the other hand, in step S412, the position of the moving
このように、最大強度列検知部37の出力により移動体13のアジマス方向(方位方向)を検知し、マスク上下位置検知部38の出力により移動体13のエレベーション方向(上下方向)を検知する。更に距離検知部22の距離算出部36で移動体13までの距離が得られるから、図1に示す移動体特定部24では、移動体13までの距離も得ることができる。このようにして、移動体特定部24では、その方向と距離から移動体13の位置を特定することができる。
As described above, the azimuth direction (azimuth direction) of the moving
この実施形態では、2つの波長を有するレーザ光を移動体方向に照射しその反射光を得ていた。しかし、照射する光は2波長のレーザ光に限られず、3以上であってもよい。波長の異なるレーザ光が多いほど、背景に埋もれず識別できる反射光を得る可能性は増加する。 In this embodiment, the reflected light is obtained by irradiating laser light having two wavelengths toward the moving body. However, the irradiation light is not limited to two-wavelength laser light, and may be three or more. The more laser beams having different wavelengths, the greater the possibility of obtaining reflected light that is not buried in the background and can be identified.
この実施形態では、水平スリットを有するマスクを上下(垂直)方向に駆動していた。しかし、本発明では垂直方向のスリットを有するマスクを(水平)方向に駆動するようにしてもよく、そのスリットの方向と直角の方向に駆動することができればよい。 In this embodiment, a mask having a horizontal slit is driven in the vertical (vertical) direction. However, in the present invention, a mask having a vertical slit may be driven in the (horizontal) direction as long as it can be driven in a direction perpendicular to the direction of the slit.
この実施形態によれば、移動体の方向だけでなく、装置から移動体までの距離を求めてその位置を特定することが可能である。本発明では、移動体の方向を検知できればよく、移動体までの距離を検知する必要は必ずしもない。 According to this embodiment, it is possible to determine not only the direction of the moving body but also the distance from the device to the moving body and specify the position. In the present invention, it is only necessary to detect the direction of the moving body, and it is not always necessary to detect the distance to the moving body.
本発明によれば、移動体の方向を、正確に検知することが可能な移動体方向検知装置が得られる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the moving body direction detection apparatus which can detect the direction of a moving body correctly is obtained.
本発明のいくつかの実施形態を説明したがこれらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented by way of example and are not intended to limit the scope of the invention. These novel embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the scope of the invention. These embodiments and modifications thereof are included in the scope and gist of the invention, and are included in the invention described in the claims and the equivalents thereof.
10・・・・移動体方向検知装置、
12・・・・背景、
13・・・・移動体、
14a,14b・・・・反射鏡、
15・・・・水平スリット、
16・・・・マスク、
17・・・・分光器、
18・・・・2次元センサ、
21・・・・電気信号処理部、
22・・・・距離検知部、
23・・・・方向検知部、
24・・・・移動体特定部、
25・・・・マスク駆動部、
26・・・・レンズ、
27・・・・全体制御部、
31・・・・各センサ強度検出部、
32・・・・行累積値グラフ作成部、
33・・・・識別反射光検知部、
34・・・・列センサ累積値算出部、
35・・・・受光時系列データ取得部、
36・・・・距離算出部、
37・・・・最大強度列検知部、
38・・・・マスク上下位置検知部。
10... Moving body direction detection device,
12 ... Background,
13 .... Moving object,
14a, 14b ... Reflector,
15 ... Horizontal slit,
16 .... Mask,
17 .. Spectroscope,
18 ... 2D sensor,
21... Electrical signal processing unit,
22 ··· Distance detector,
23... Direction detection unit,
24... Moving body specifying part,
25... Mask driving unit,
26 ... Lens,
27... Overall control unit,
31... Each sensor strength detection unit,
32... Line cumulative value graph creation unit,
33... Identification reflected light detection unit,
34... Column sensor cumulative value calculation unit,
35... Received light time series data acquisition unit,
36... Distance calculation unit,
37... Maximum intensity row detector,
38... Mask up / down position detector.
Claims (4)
このレーザ発生器により発生したレーザ光を移動体に向けて照射するレーザ光照射部と、
前記移動体及びその背景からの反射光を受光する直線状のスリットを有し、このスリットに対して垂直方向に往復駆動されるマスクと、
このマスクを通過した光を分光する分光器と、
2次元に配列された複数の光センサ素子から成り、前記分光器により分光された光を受ける2次元センサと、
前記スリットの行方向の各波長の光の強度累計値を求め、前記背景からの光から識別できる前記パルスレーザ光の反射光を検知する識別反射光検知部と、
前記マスクの往復駆動の方向と直角な方向の前記2次元センサにおける前記光センサ素子の列の受光強度の累積値により前記パルスレーザ光の波長の強度の最大な列を求める最大強度列検知部と、
この最大強度列検知部による求められた強度最大列及び前記識別反射光検知部により検知された反射光の最も強度の大きい累積値が得られる前記マスクの往復の位置及びこの往復の方向に対して垂直な前記2次元センサの位置により前記移動体の方向を検知する方向検知部と、
を有することを特徴とする移動体方向検知装置。 A laser generator that generates a plurality of pulsed laser beams having different frequencies at predetermined time intervals;
A laser beam irradiation unit for irradiating the moving body with the laser beam generated by the laser generator;
A mask having a linear slit for receiving reflected light from the moving body and its background, and a reciprocating mask in a direction perpendicular to the slit;
A spectroscope that splits the light that has passed through the mask;
A two-dimensional sensor comprising a plurality of photosensor elements arranged two-dimensionally and receiving the light dispersed by the spectrometer;
A cumulative reflected value of each wavelength in the row direction of the slits is obtained, and an identification reflected light detection unit that detects reflected light of the pulsed laser light that can be identified from the light from the background,
A maximum intensity sequence detector for obtaining a maximum sequence of the intensity of the wavelength of the pulsed laser beam based on a cumulative value of received light intensity of the sequence of the photosensor elements in the two-dimensional sensor in a direction perpendicular to the reciprocal drive direction of the mask; ,
With respect to the reciprocating position of the mask and the reciprocating direction of the mask at which the maximum intensity sequence obtained by the maximum intensity array detecting unit and the accumulated value with the highest intensity of the reflected light detected by the identification reflected light detecting unit are obtained. A direction detection unit that detects the direction of the moving body based on the position of the vertical two-dimensional sensor;
A moving body direction detection device comprising:
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