CN104662440A - 相干激光雷达装置以及激光雷达装置 - Google Patents

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Abstract

具备相干长度测定装置(10)，其根据由FFT装置(9)计算出的频谱(v)，计算出相干长度(Lc)，在该相干长度(Lc)小于FFT选通脉冲宽度(Gw)的情况下，进行用于缩小该FFT选通脉冲宽度(Gw)以及脉冲宽度(Pw)的设定变更，FFT装置(9)以设定变更后的FFT选通脉冲为单位，对从A/D变换器(8)输出的接收信号进行频率分析，计算该接收信号的频谱v。

Description

相干激光雷达装置以及激光雷达装置
技术领域
本发明涉及相干激光雷达装置(coherent lidar device)以及激光雷达装置(laserradar device)，根据因环境条件的变动等而发生变化的相干长度，将距离选通脉冲(range gate)的宽度设定为适当的值，由此能够改善外差效率。
背景技术
在如以下的专利文献1所公开那样的一般的激光雷达装置中，向大气中放射作为脉冲光的激光之后，接收由大气中存在的浮质(aerosol)反射回的激光(散射光)。
激光雷达装置通过实施对该散射光和发送脉冲光的外差检波，求出伴随浮质的移动而产生的多普勒偏移，根据该多普勒偏移，计测激光照射方向的风速(浮质的移动速度)。
图9是示出一般的激光雷达装置的结构图，激光雷达装置由以下的要素构成。
(1)光源101，其激励出被称作本地光的由单一频率构成的连续波光(激光)；
(2)光分配器102，其将从光源101激励出的连续波光分配成2份连续波光，向脉冲调制器103输出一份连续波光，而向光耦合器106输出另一份连续波光；
(3)脉冲调制器103，其对从光分配器102输出的连续波光赋予规定的频率偏移，并且对频率偏移后的连续波光进行脉冲调制，而向光循环器104输出脉冲光；
(4)光循环器104，其向光天线105输出从脉冲调制器103输出的脉冲光，另一方面向光耦合器106输出由光天线105接收的散射光；
(5)光天线105，其向大气中放射从光循环器104输出的脉冲光之后，接收由大气中存在的浮质反射回的散射光(脉冲光)；
(6)光耦合器106，其将从光分配器102输出的连续波光和从光循环器104输出的散射光进行合波，且向光接收机107输出作为合波后的光的光信号；
(7)光接收机107，其对从光耦合器106输出的光信号进行外差检波，将该光信号变换成电信号，且向A/D变换器108输出该电信号；
(8)A/D变换器108，其将从光接收机107输出的电信号由模拟信号变换成数字信号；
(9)FFT装置109，其以固定宽度的FFT选通脉冲(FFT gate)(距离选通脉冲)为单位，对从A/D变换器108输出的数字信号进行频率分析，来计算出该数字信号的频谱；
(10)频率偏移分析装置110，其根据由FFT装置109计算出的频谱，计算出伴随浮质的移动而产生的频率偏移量；
(11)风速换算装置111，其根据由频率偏移分析装置110计算出的频率偏移量，换算出激光照射方向的风速(浮质的移动速度)。
在激光雷达装置中，如上所述，FFT装置109以固定宽度的FFT选通脉冲为单位，对从A/D变换器108输出的数字信号进行频率分析，计算出该数字信号的频谱，但是为了提高作为信噪比的SNR(Signal to Noise ratio：信噪比)，需要将FFT选通脉冲的宽度设定为较长。
然而，由于相干长度因环境条件的变动等而发生变化，所以有时该相干长度小于FFT选通脉冲的宽度。
在此，图10是示出相干长度大于FFT选通脉冲(距离选通脉冲)的宽度情况下和小于FFT选通脉冲(距离选通脉冲)的宽度的情况下的外差效率的说明图。
图10(a)示出相干长度大于FFT选通脉冲的宽度的情况，且示出信号分量的振幅与噪声分量的振幅相比充分地大且外差效率高的情况。
图10(b)示出相干长度小于FFT选通脉冲的宽度的情况，且示出信号分量的振幅与噪声分量的振幅相比并没有充分地大且外差效率低的情况。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-162678号公报(段落编号[0009]到[0013]、图1)
发明内容
发明所要解决的课题
由于如上所述那样构成了现有的激光雷达装置，所以当相干长度因环境条件的变动等而变短时，有时该相干长度小于FFT选通脉冲的宽度。则存在如下问题：如果相干长度小于FFT选通脉冲的宽度，则外差效率降低，而导致风速的测定精度降低。
本发明是为了解决如上所述的问题而提出的，其目的在于，提供一种即使相干长度因环境条件的变动等而发生变化也能够获得高外差效率的激光雷达装置。
此外，本发明的目的在于提供一种即使相干长度因环境条件的变动等而发生变化，也能够高精度地测定风速的激光雷达装置。
用于解决问题的手段
本发明的相干激光雷达装置，具备：激光接收单元，其接收从激光雷达装置放射到大气中之后由大气中存在的测定对象物反射回的激光，并输出该激光的接收信号；频谱计算单元，其以距离选通脉冲为单位，对从激光接收单元输出的接收信号进行频率分析，计算该接收信号的频谱；以及设定变更单元频谱，其根据由频谱计算单元计算出的接收信号的频谱，计算相干长度，在该相干长度小于上述距离选通脉冲的宽度的情况下，进行缩小该距离选通脉冲的宽度的设定变更，在由设定变更单元进行了缩小宽度的设定变更的情况下，频谱计算单元以具有设定变更后的宽度的距离选通脉冲为单位，对从激光接收单元输出的接收信号进行频率分析，计算该接收信号的频谱。
发明效果
根据本发明，由于构成为如下：具备设定变更单元，其根据由频谱计算单元计算出的接收信号的频谱，计算相干长度，在该相干长度小于上述距离选通脉冲的宽度的情况下，进行缩小该距离选通脉冲的宽度的设定变更，在由设定变更单元进行了缩小宽度的设定变更的情况下，频谱计算单元以具有设定变更后的宽度的距离选通脉冲为单位，对从激光接收单元输出的接收信号进行频率分析，计算该接收信号的频谱，所以具有如下效果：即使相干长度因环境条件的变动等而发生变化，也能够也能够获得高外差效率。
附图说明
图1是示出安装有本发明的实施方式1的相干激光雷达装置的激光雷达装置的结构图。
图2是示出相干长度的计算处理的说明图。
图3是示出相干长度大于FFT选通脉冲(距离选通脉冲)的宽度的情况下和小于FFT选通脉冲(距离选通脉冲)的宽度的情况下的外差效率的说明图。
图4是示出安装有本发明的实施方式2的相干激光雷达装置的激光雷达装置的结构图。
图5是示出安装有本发明的实施方式3的相干激光雷达装置的激光雷达装置的结构图。
图6是示出本发明的实施方式3的相干激光雷达装置的处理内容的流程图。
图7是示出安装有本发明的实施方式4的相干激光雷达装置的激光雷达装置的结构图。
图8是示出本发明的实施方式4的相干激光雷达装置的处理内容的流程图。
图9是示出一般的激光雷达装置的结构图。
图10是示出相干长度大于FFT选通脉冲(距离选通脉冲)的宽度的情况下和小于FFT选通脉冲(距离选通脉冲)的宽度的情况下的外差效率的说明图。
具体实施方式
以下，为了更详细地说明本发明，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。
实施方式1.
图1是示出安装有本发明的实施方式1的相干激光雷达装置的激光雷达装置的结构图。
在图1中，光源1是激励出被称作本地光的由单一频率构成的连续波光(激光)的设备。
光分配器2是将从光源1激励出的连续波光分配成2份连续波光，向脉冲调制器3输出一份连续波光，而向光耦合器6输出另一份连续波光的设备。
脉冲调制器3是对从光分配器2输出的连续波光赋予规定的频率偏移，并且对频率偏移后的连续波光进行脉冲调制，而向光循环器4输出脉冲光的设备。
光循环器4是向光天线5输出从脉冲调制器3输出的脉冲光，另一方面向光耦合器6输出由光天线5接收的散射光的设备。
光天线5是向大气中放射从光循环器4输出的脉冲光之后，接收由大气中存在的浮质(测定对象物)反射回的散射光(脉冲光)的设备。
此外，由光源1、光分配器2、脉冲调制器3、光循环器4以及光天线5构成激光放射单元。
光耦合器6是将从光分配器2输出的连续波光和从光循环器4输出的散射光进行合波，且向光接收机7输出作为合波后的光的光信号的设备。
光接收机7是对从光耦合器6输出的光信号进行外差检波，将该光信号变换成电信号，且向A/D变换器8输出该电信号作为接收信号的设备。
此外，由光循环器4、光天线5、光耦合器6以及光接收机7构成激光接收单元。
A/D变换器8是将从光接收机7输出的接收信号由模拟信号变换成数字信号的设备。
作为快速傅里叶分析装置的FFT装置9由例如安装有CPU的半导体集成电路或单芯片微机(one-chip microcomputer)等构成，其实施如下处理：以由相干长度测定装置10设定的宽度的FFT选通脉冲(距离选通脉冲)为单位，对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行频率分析，计算出该接收信号的频谱。
此外，由A/D变换器8以及FFT装置9构成频谱计算单元。
相干长度测定装置10由例如安装有CPU的半导体集成电路或单芯片微机等构成，其根据由FFT装置9计算出的频谱，计算出相干长度，在该相干长度小于FFT选通脉冲宽度的情况下，进行用于缩小该FFT选通脉冲宽度和脉冲宽度的设定变更，以使得该FFT选通脉冲宽度以及从脉冲调制器3输出的脉冲光的脉冲宽度、与该相干长度一致。此外，相干长度测定装置10构成设定变更单元。
频率偏移分析装置11由例如安装有CPU的半导体集成电路或单芯片微机等构成，其实施如下处理：根据由FFT装置9计算出的频谱，计算出伴随浮质的移动而产生的频率偏移量。此外，频率偏移分析装置11构成频率偏移量计算单元。
风速换算装置12由例如安装有CPU的半导体集成电路或单芯片微机等构成，其实施如下处理：根据由频率偏移分析装置11计算出的频率偏移量，换算出激光照射方向的风速(浮质的移动速度)。此外，风速换算装置12构成速度计算单元。
在图1的激光雷达装置中，由例如光纤线缆等光线路连接了光源1与光分配器2之间、光分配器2与脉冲调制器3之间、脉冲调制器3与光循环器4之间、光循环器4与光天线5之间、光分配器2以及光循环器4与光耦合器6之间、光耦合器6与光接收机7之间。
另外，由例如电信号线缆等电线路连接了光接收机7与A/D变换器8之间、A/D变换器8与FFT装置9之间、FFT装置9与相干长度测定装置10之间、相干长度测定装置10与频率偏移分析装置11之间、频率偏移分析装置11与风速换算装置12之间、相干长度测定装置10与脉冲调制器3之间。
接下来对动作进行说明。
首先，光源1激励出被称作本地光的由单一频率构成的连续波光。
当光源1激励出连续波光时，光分配器2将该连续波光分配成2份，向脉冲调制器3输出一方的连续波光，而向光耦合器6输出另一方的连续波光。
脉冲调制器3在从光分配器2接收到连续波光时，对该连续波光赋予规定的频率偏移，并且使用具有规定的脉冲宽度和重复周期的调制信号，对频率偏移后的连续波光进行脉冲调制，由此生成脉冲光，并向光循环器4输出该脉冲光。
后面叙述的相干长度测定装置10控制例如调制信号的脉冲宽度，由此调整由脉冲调制器3生成的脉冲光的脉冲宽度Pw。
在此，示出了脉冲调制器3对连续波光赋予规定的频率偏移，使用具有规定的脉冲宽度和重复周期的调制信号，将频率偏移后的连续波光进行脉冲化的示例，但是也可以为：在光分配器2与光耦合器6之间插入对连续波光赋予规定的频率偏移的声光元件等，并在脉冲调制器3中仅仅进行使用具有规定的脉冲宽度和重复周期的调制信号，将从光分配器2输出的连续波光进行脉冲化的处理。
光循环器4在从脉冲调制器3接收到脉冲光后，向光天线5输出该脉冲光。
据此，从光天线5向大气中放射脉冲光。
放射到大气中的脉冲光由于大气中浮游的浮质等散射体而发生散射，该发生了散射的一部分的脉冲光(散射光)被光天线5接收。
此时，由于浮质等散射体随风而移动，所以由光天线5接收的散射光产生相当于风速的多普勒偏移频率。
当光天线5接收到散射光后，光循环器4向光耦合器6输出该散射光。
光耦合器6将从光分配器2输出的连续波光和从光循环器4输出的散射光进行合波，且向光接收机7输出作为合波后的光的光信号。
光接收机7在从光耦合器6接收到光信号时，对该光信号进行外差检波，将该光信号变换成电信号，且向A/D变换器8输出该电信号作为接收信号。
此外，接收信号的频率偏移量为与相当于风速的多普勒偏移频率相同的值。
A/D变换器8在从光接收机7接收到接收信号后，将该接收信号由模拟信号变换成数字信号，且向FFT装置9输出数字信号的接收信号。
由后面叙述的相干长度测定装置10设定FFT选通脉冲(距离选通脉冲)的宽度Gw，FFT装置9以该FFT选通脉冲为单位，对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行频率分析，来计算出该接收信号的频谱v(参照图10)。
即，FFT装置9按每个FFT选通脉冲对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行傅里叶变换，只以预先设定的积分次数N对傅里叶变换后的接收信号进行非相干累积(incoherent integration)，由此计算出该接收信号的频谱v。
当FFT装置9计算出频谱v时，相干长度测定装置10如图2所示那样确定该频谱v的频谱宽度Δv。
相干长度测定装置10在确定频谱宽度Δv时，例如将该频谱宽度Δv代入以下的公式(1)，由此计算出相干长度Lc。
L c = 21 n 2 π c Δv - - - ( 1 )
在公式(1)中，c是光速。
相干长度测定装置10在计算出相干长度Lc时，比较该相干长度Lc与FFT装置9中的FFT选通脉冲宽度Gw。
在该相干长度Lc大于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下(Lc≥Gw)，由于信号分量的振幅与噪声分量的振幅相比充分地大且外差效率高，所以相干长度测定装置10向频率偏移分析装置11输出FFT装置9计算出的频谱v。
另一方面，在该相干长度Lc小于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下(Lc<Gw)，如上所述，由于信号分量的振幅与噪声分量的振幅相比并没有充分地大且外差效率低，所以不向频率偏移分析装置11输出由FFT装置9计算出的频谱v，而进行FFT装置9中的FFT选通脉冲宽度Gw以及由脉冲调制器3生成的脉冲光的脉冲宽度Pw的设定变更。
即，在缩小FFT装置9中的FFT选通脉冲宽度Gw的情况下，与FFT选通脉冲宽度Gw较长的情况相比，所计测的距离单元(range bin)中的噪声功率降低，而外差效率提高。另外，即使缩窄脉冲光的脉冲宽度Pw，外差效率也会提高。只不过，如果过度地缩窄脉冲光的脉冲宽度Pw，则受光功率降低。
因此，在相干长度Lc小于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下(Lc<Gw)，相干长度测定装置10进行用于缩短该FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw的设定变更，以使得该FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw、与该相干长度Lc一致。
在此，图3是示出相干长度大于FFT选通脉冲(距离选通脉冲)的宽度的情况下和小于FFT选通脉冲(距离选通脉冲)的宽度的情况下的外差效率的说明图。
图3(a)示出相干长度大于FFT选通脉冲的宽度的情况，且示出信号分量的振幅与噪声分量的振幅相比充分地大且外差效率高的情况。
图3(b)示出相干长度小于FFT选通脉冲的宽度的情况，且示出信号分量的振幅与噪声分量的振幅相比并没有充分地大且外差效率低的情况。
在由相干长度测定装置10进行缩小脉冲宽度Pw的设定变更的情况下，脉冲调制器3生成具有设定变更后的脉冲宽度Pw的脉冲光，且向光循环器4输出该脉冲光。
光循环器4在从脉冲调制器3接收到具有设定变更后的脉冲宽度Pw的脉冲光时，向光天线5输出该脉冲光，然后，向光耦合器6输出由光天线5接收到的散射光。
光耦合器6将从光分配器2输出的连续波光和从光循环器4输出的散射光(具有设定变更后的脉冲宽度Pw的脉冲光的散射光)进行合波，且向光接收机7输出作为合波后的光的光信号。
光接收机7在从光耦合器6接收到光信号后，对该光信号进行外差检波，将该光信号变换成电信号，且向A/D变换器8输出该电信号作为接收信号。
A/D变换器8在从光接收机7接收到接收信号时，将该接收信号由模拟信号变换成数字信号，且向FFT装置9输出数字信号的接收信号。
FFT装置9以具有由相干长度测定装置10设定变更而得到的宽度Gw的FFT选通脉冲为单位，对从A/D变换器8输出的接收信号进行频率分析，来计算出该接收信号的频谱v。
在FFT装置9计算出频谱v时，相干长度测定装置10通过与上述同样的方式计算出相干长度Lc，如果该相干长度Lc大于FFT选通脉冲宽度Gw(Lc≥Gw)，则相干长度测定装置10向频率偏移分析装置11输出由FFT装置9计算出的频谱v。
另一方面，在该相干长度Lc小于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下(Lc<Gw)，再次进行用于缩小FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw的设定变更。
频率偏移分析装置11在从相干长度测定装置10接收到由FFT装置9计算出的频谱v后，如图2(b)所示那样，实施该频谱v的噪声校正(由于噪声校正处理是公知的技术，所以省略详细的说明)，例如频率偏移分析装置11对噪声校正后的频谱v实施重心运算，由此计算出伴随浮质的移动而产生的频率偏移量。由于根据频谱v计算出频率偏移量的处理本身是公知的技术，所以省略详细的说明。
当频率偏移分析装置11计算出频率偏移量后，风速换算装置12根据该频率偏移量换算出激光照射方向的风速(浮质的移动速度)。由于根据频率偏移量计算出风速的处理本身是公知的技术，所以省略详细的说明。
由以上可知，根据本实施方式1，由于构成为如下：具备相干长度测定装置10，其根据由FFT装置9计算出的频谱v计算出相干长度Lc，在该相干长度Lc小于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下，进行用于缩小该FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw的设定变更，在由相干长度测定装置10进行了用于缩短FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw的设定变更的情况下，FFT装置9以设定变更后的FFT选通脉冲为单位，对从A/D变换器8输出的接收信号进行频率分析，计算出该接收信号的频谱v，所以发挥如下效果：即使相干长度Lc因环境条件的变动等而发生变化，也能够获得高外差效率。
即，在相干长度Lc小于FFT选通脉冲宽度Gw时，缩小该FFT选通脉冲宽度Gw，由此所计测的距离单元中的噪声功率降低，而外差效率提高。因此，获得与FFT选通脉冲宽度Gw宽的情况相同的级别的信号强度。因此，作为信噪比的SNR(Signal toNoise ratio：信噪比)提高，而能够改善风速的测定精度。
在本实施方式1中示出了相干长度测定装置10缩小FFT选通脉冲宽度Gw和脉冲宽度Pw双方的情况，但是即使只缩小FFT选通脉冲宽度Gw，也能够改善风速的测定精度。
实施方式2.
图4是示出安装有本发明的实施方式2的相干激光雷达装置的激光雷达装置的结构图，图中与图1相同的标号示出相同或相应部分，因此省略说明。
相干长度测定装置21由例如安装有CPU的半导体集成电路或单芯片微机等构成，实施根据由FFT装置9计算出的频谱来计算相干长度Lc的处理。
接收SN比测定装置22由例如安装有CPU的半导体集成电路或单芯片微机等构成，实施根据由FFT装置9计算出的频谱计算SNR的处理。此外，接收SN比测定装置22构成信噪比计算单元。
计测条件设定装置23由例如安装有CPU的半导体集成电路或单芯片微机等构成，其在由相干长度测定装置21计算出的相干长度Lc小于FFT装置9中的FFT选通脉冲宽度Gw的情况下，如果由接收SN比测定装置22计算出的SNR比基准SNR(规定的设定值)更高，则进行缩小该FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw的设定变更，如果该SNR比基准SNR更低，则进行用于增加如下接收信号(频域的接收信号)的累积次数N(对接收信号进行非相干累积的次数)的设定变更，所述接收信号是由FFT装置9计算接收信号的频谱v时进行的傅里叶变换后的接收信号(频域的接收信号)。
此外，由相干长度测定装置21以及计测条件设定装置23构成设定变更单元。
在图4的激光雷达装置中，由例如光纤线缆等光线路连接了光源1与光分配器2之间、光分配器2与脉冲调制器3之间、脉冲调制器3与光循环器4之间、光循环器4与光天线5之间、光分配器2以及光循环器4与光耦合器6之间、光耦合器6与光接收机7之间。
另外，由例如电信号线缆等电线路连接了光接收机7与A/D变换器8之间、A/D变换器8与FFT装置9之间、FFT装置9与相干长度测定装置21以及接收SN比测定装置22之间、相干长度测定装置21以及接收SN比测定装置22与计测条件设定装置23之间、计测条件设定装置23与频率偏移分析装置11之间、频率偏移分析装置11与风速换算装置12之间、计测条件设定装置23与脉冲调制器3以及FFT装置9之间。
接下来对动作进行说明。
首先，光源1激励出被称作本地光的由单一频率构成的连续波光。
当光源1激励出连续波光时，光分配器2与上述实施方式1同样地将该连续波光分配成2份连续波光，向脉冲调制器3输出一方的连续波光，而向光耦合器6输出另一方的连续波光。
脉冲调制器3在从光分配器2接收到连续波光时，与上述实施方式1同样地对该连续波光赋予规定的频率偏移，并且使用具有规定的脉冲宽度和重复周期的调制信号，对频率偏移后的连续波光进行脉冲调制，由此生成脉冲光，并向光循环器4输出该脉冲光。
后面叙述的计测条件设定装置23控制例如调制信号的脉冲宽度，由此调整由脉冲调制器3生成的脉冲光的脉冲宽度Pw。
光循环器4在从脉冲调制器3接收到脉冲光后，与上述实施方式1同样地向光天线5输出该脉冲光。
据此，从光天线5向大气中放射脉冲光。
放射到大气中的脉冲光由于大气中浮游的浮质等的散射体而发生散射，该发生了散射的一部份的脉冲光(散射光)被光天线5接收。
此时，由于浮质等的散射体随风而移动，所以由光天线5接收的散射光产生相当于风速的多普勒偏移频率。
光循环器4在从光天线5接收到散射光后，与上述实施方式1同样地向光耦合器6输出该散射光。
光耦合器6将从从光分配器2输出的连续波光和从光循环器4输出的散射光进行合波，且向光接收机7输出作为合波后的光的光信号。
光接收机7在从光耦合器6接收到光信号时，与上述实施方式1同样地对该光信号进行外差检波，将该光信号变换成电信号，且向A/D变换器8输出该电信号作为接收信号。
此外，接收信号的频率偏移量为与相当于风速的多普勒偏移频率相同的值。
A/D变换器8在从光接收机7接收到接收信号后，与上述实施方式1同样地将该接收信号由模拟信号变换成数字信号，且向FFT装置9输出数字信号的接收信号。
由后面叙述的计测条件设定装置23设定FFT选通脉冲的宽度Gw，FFT装置9以该FFT选通脉冲为单位，对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行频率分析，计算出该接收信号的频谱v(参照图10)。
即，FFT装置9按每个FFT选通脉冲对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行傅里叶变换，且只以预先设定的积分次数N对傅里叶变换后的接收信号进行非相干累积，由此计算出该接收信号的频谱v。
当FFT装置9计算出频谱v时，相干长度测定装置21如图2所示那样确定该频谱v的频谱宽度Δv。
相干长度测定装置21在确定了频谱宽度Δv时，与图1的相干长度测定装置10同样地将该频谱宽度Δv代入上述的公式(1)，由此计算出相干长度Lc。
当FFT装置9计算频谱v时，接收SN比测定装置22按每个FFT选通脉冲，例如将接收信号的频谱v除以预先存储的噪声信号(没有混杂信号而只有噪声信号的信号:噪声信号)的频谱，由此计算出作为信噪比的SNR。
当相干长度测定装置21计算出相干长度Lc、且接收SN比测定装置22计算出SNR时，计测条件设定装置23比较该相干长度Lc与FFT装置9中的FFT选通脉冲宽度Gw。
在该相干长度Lc大于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下(Lc≥Gw)，由于信号分量的振幅与噪声分量的振幅相比充分地大且外差效率高，所以计测条件设定装置23向频率偏移分析装置11输出由FFT装置9计算出的频谱v。
另一方面，在该相干长度Lc小于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下(Lc<Gw)，如上所述，由于信号分量的振幅与噪声分量的振幅相比并没有充分地大且外差效率低，所以不向频率偏移分析装置11输出由FFT装置9计算出的频谱v，而比较由接收SN比测定装置22计算出的SNR与基准SNR。
计测条件设定装置23在该SNR比基准SNR更高的情况下，为了提高外差效率，进行用于缩小该FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw的设定变更，以使得该FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw、与该相干长度Lc一致。
另一方面，在该SNR比基准SNR更低的情况下，即使对FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw进行设定变更，无法获得所期望的风速测定精度的可能性高，但是如果增加FFT装置9计算接收信号的频谱v时进行的傅里叶变换后的接收信号的累积次数N，则能够提高风速测定精度(只不过，计算处理时间变长)。
因此，在该SNR比基准SNR更低的情况下，计测条件设定装置23进行用于增加FFT装置9计算接收信号的频谱v时进行的傅里叶变换后的接收信号的累积次数N的设定变更。
在由计测条件设定装置23进行用于缩小脉冲宽度Pw的设定变更的情况下，脉冲调制器3生成具有设定变更后的脉冲宽度Pw的脉冲光，且向光循环器4输出该脉冲光。
光循环器4在从脉冲调制器3接收到具有设定变更后的脉冲宽度Pw的脉冲光时，向光天线5输出该脉冲光，然后，向光耦合器6输出由光天线5接收到的散射光。
光耦合器6将从光分配器2输出的连续波光和从光循环器4输出的散射光(具有设定变更后的脉冲宽度Pw的脉冲光的散射光)进行合波，且向光接收机7输出作为合波后的光的光信号。
光接收机7在从光耦合器6接收到光信号时，对该光信号进行外差检波，将该光信号变换成电信号，且向A/D变换器8输出该电信号作为接收信号。
A/D变换器8在从光接收机7接收到接收信号时，将该接收信号由模拟信号变换成数字信号，且向FFT装置9输出数字信号的接收信号。
FFT装置9以具有由计测条件设定装置23进行设定变更而得到的宽度Gw的FFT选通脉冲为单位，对从A/D变换器8输出的接收信号进行频率分析，计算出该接收信号的频谱v。在进行了累积次数N的设定变更而不是FFT选通脉冲宽度Gw的设定变更的情况下，对从A/D变换器8输出的接收信号进行傅里叶变换，只以由计测条件设定装置23进行了设定变更而得到的累积次数N，对傅里叶变换后的接收信号进行非相干累积，由此计算出该接收信号的频谱v。
当FFT装置9计算出频谱v时，相干长度测定装置21通过与上述同样的方式计算出相干长度Lc。
当FFT装置9计算出频谱v时，接收SN比测定装置22通过与上述同样的方式计算出SNR。
如果该相干长度Lc大于FFT选通脉冲宽度Gw(Lc≥Gw)，则计测条件设定装置23向频率偏移分析装置11输出由FFT装置9计算出的频谱v。
另一方面，在该相干长度Lc小于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下(Lc<Gw)，再次进行用于缩小FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw的设定变更、或者用于增加接收信号的累积次数N的设定变更。
频率偏移分析装置11在从计测条件设定装置23接收到由FFT装置9计算出的频谱v时，与上述实施方式1同样地计算出伴随浮质的移动而产生的频率偏移量。
当频率偏移分析装置11计算出频率偏移量时，风速换算装置12与上述实施方式1同样地根据该频率偏移量换算出激光照射方向的风速(浮质的移动速度)。
由以上可知，根据本实施方式2，由于构成为如下：设置有接收SN比测定装置22，其根据由FFT装置9计算出的频谱，计算出SNR，在由相干长度测定装置21计算出的相干长度Lc小于FFT装置9中的FFT选通脉冲宽度Gw的情况下，如果由接收SN比测定装置22计算出的SNR比基准SNR更高，则计测条件设定装置23进行用于缩小该FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw的设定变更，如果该SNR比基准SNR更低，则进行用于增加由FFT装置9计算接收信号的频谱v时进行的傅里叶变换后的接收信号的累积次数N的设定变更，因此起到如下效果：即使在SNR比基准SNR更低的情况下，也能够改善风速的测定精度。
在本实施方式2中示出了计测条件设定装置23缩小FFT选通脉冲宽度Gw和脉冲宽度Pw双方的情况，但是即使只缩小FFT选通脉冲宽度Gw，也能够改善风速的测定精度。
实施方式3.
图5是示出安装有本发明的实施方式3的相干激光雷达装置的激光雷达装置的结构图。图中与图1相同的标号示出相同或相应部分，因此省略说明。
距离分辨率计算部31由例如安装有CPU的半导体集成电路或单芯片微机等构成，其实施如下处理：根据由相干长度测定装置32进行设定变更后得到的FFT选通脉冲宽度Gw(或者脉冲宽度Pw)，计算出距离分辨率ΔR。此外，距离分辨率计算部31构成距离分辨率计算单元。
相干长度测定装置32由例如安装有CPU的半导体集成电路或单芯片微机等构成，根据由FFT装置33计算出的频谱v，计算出相干长度Lc，在该相干长度Lc小于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下，进行用于缩小该FFT选通脉冲宽度Gw和脉冲宽度Pw的设定变更，以使得该FFT选通脉冲宽度Gw以及从脉冲调制器3输出的脉冲光的脉冲宽度Pw、与该相干长度Lc一致。
另外，相干长度测定装置32实施如下处理：在由距离分辨率计算部31计算出的距离分辨率ΔR比用户指定的距离分辨率ΔRUSER更低的情况下，将该FFT选通脉冲宽度Gw和脉冲宽度Pw设定变更为与用户指定的距离分辨率ΔRUSER对应的宽度(FFT选通脉冲宽度GwUSER、脉冲宽度PwUSER)。
此外，相干长度测定装置32构成设定变更单元。
FFT装置33由例如安装有CPU的半导体集成电路或单芯片微机等构成，其实施如下处理：在由距离分辨率计算部31计算出的距离分辨率ΔR比用户指定的距离分辨率ΔRUSER更高的情况下，以宽度Gw的FFT选通脉冲为单位，对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行频率分析，来计算出该接收信号的频谱v，并且将该频谱v变换成以用户指定的距离分辨率ΔRUSER为单位的频谱vUSER，且向频率偏移分析装置11输出变换后的频谱vUSER。
另一方面，在由距离分辨率计算部31计算出的距离分辨率ΔR比用户指定的距离分辨率ΔRUSER更低的情况下，以由相干长度测定装置32进行设定变更而得到的宽度GwUSER的FFT选通脉冲为单位，对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行频率分析，计算该接收信号的频谱vUSER，且向频率偏移分析装置11输出该频谱vUSER。
此外，由A/D变换器8以及FFT装置33构成频谱计算单元。
在图1的激光雷达装置中，由例如光纤线缆等光线路连接了光源1与光分配器2之间、光分配器2与脉冲调制器3之间、脉冲调制器3与光循环器4之间、光循环器4与光天线5之间、光分配器2以及光循环器4与光耦合器6之间、光耦合器6与光接收机7之间。
另外，由例如电信号线缆等电线路连接了光接收机7与A/D变换器8之间、A/D变换器8与FFT装置33之间、FFT装置33与相干长度测定装置32以及距离分辨率计算部31之间、相干长度测定装置32与距离分辨率计算部31之间、相干长度测定装置32与频率偏移分析装置11之间、频率偏移分析装置11与风速换算装置12之间、相干长度测定装置32与脉冲调制器3之间。
图6是示出本发明的实施方式3的相干激光雷达装置的处理内容的流程图。
接下来对动作进行说明。
其中，除了距离分辨率计算部31、相干长度测定装置32以及FFT装置33以外，与上述实施方式1相同，因此省略详细的说明。
FFT装置33与图1的FFT装置9同样地，由相干长度测定装置32设定FFT选通脉冲的宽度Gw，并以该FFT选通脉冲为单位对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行频率分析，来计算出该接收信号的频谱v(步骤ST1)。
即，FFT装置33按每个FFT选通脉冲对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行傅里叶变换，且只以预先设定的积分次数N对傅里叶变换后的接收信号进行非相干累积，由此计算出该接收信号的频谱v。
在FFT装置33计算出频谱v时，相干长度测定装置32与图1的相干长度测定装置10同样地确定该频谱v的频谱宽度Δv，且将该频谱宽度Δv代入上述的公式(1)，由此计算出相干长度Lc(步骤ST2)。
相干长度测定装置32在计算出相干长度Lc时，比较该相干长度Lc与FFT装置33中的FFT选通脉冲宽度Gw(步骤ST3)。
在该相干长度Lc大于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下(Lc≥Gw)，相干长度测定装置32与图1的相干长度测定装置10同样地向频率偏移分析装置11输出由FFT装置33计算出的频谱v。
当从相干长度测定装置32接收到由FFT装置33计算出的频谱v时，频率偏移分析装置11与上述实施方式1同样地计算出伴随浮质的移动而产生的频率偏移量(步骤ST4)。
在频率偏移分析装置11计算出频率偏移量后，风速换算装置12与上述实施方式1同样地根据该频率偏移量换算出激光照射方向的风速(浮质的移动速度)(步骤ST5)。
在该相干长度Lc小于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下(Lc<Gw)，相干长度测定装置32与图1的相干长度测定装置10同样地，进行用于缩小FFT装置33中的FFT选通脉冲宽度Gw以及由脉冲调制器3生成的脉冲光的脉冲宽度Pw的设定变更，而不向频率偏移分析装置11输出由FFT装置33计算出的频谱(步骤ST6)。
在相干长度测定装置32进行了FFT选通脉冲宽度Gw及脉冲宽度Pw的设定变更的情况下，则距离分辨率计算部31如下述的公式(2)所示那样根据设定变更后的FFT选通脉冲宽度Gw或者设定变更后的脉冲宽度Pw计算出距离分辨率ΔR(步骤ST7)。
&Delta;R = CT 2
T＝Gw、或者T＝Pw   (2)
在公式(2)中，C是光速。
相干长度测定装置32在距离分辨率计算部31计算出距离分辨率ΔR的情况下，比较该距离分辨率ΔR与用户指定的距离分辨率ΔRUSER(步骤ST8，ST9)。
在该距离分辨率ΔR比用户指定的距离分辨率ΔRUSER更低的情况下(ΔR>ΔRUSER)，相干长度测定装置32如下述的公式(3)所示那样计算出与用户指定的距离分辨率ΔRUSER对应的FFT选通脉冲宽度GwUSER以及脉冲宽度PwUSER，将该FFT选通脉冲宽度Gw设定变更为FFT选通脉冲宽度GwUSER，并且将该脉冲宽度Pw设定变更为脉冲宽度PwUSER(步骤ST10)。
T USER = 2 &Delta; R USER C
TUSER＝GwUSER＝PwUSER   (3)
FFT装置33当在由相干长度测定装置32将FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw设定变更为FFT选通脉冲宽度GwUSER以及脉冲宽度PwUSER之后、从A/D变换器8接收到数字信号的接收信号的情况下，以具有宽度GwUSER的FFT选通脉冲为单位，对该接收信号进行频率分析，计算出该接收信号的频谱vUSER(步骤ST11)。
当FFT装置33计算出频谱vUSER后，相干长度测定装置32通过与上述同样的方式计算出相干长度Lc，如果该相干长度Lc大于FFT选通脉冲宽度GwUSER(Lc≥GwUSER)，则向频率偏移分析装置11输出由FFT装置33计算出的频谱vUSER。
另一方面，在该相干长度Lc小于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下(Lc<GwUSER)，再次进行FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw的设定变更。
频率偏移分析装置11在从相干长度测定装置32接收到由FFT装置33计算出的频谱vUSER后，与上述实施方式1同样地计算出伴随浮质的移动而产生的频率偏移量(步骤ST4)。
风速换算装置12在频率偏移分析装置11计算出频率偏移量后，与上述实施方式1同样地根据该频率偏移量换算出激光照射方向的风速(浮质的移动速度)(步骤ST5)。
在步骤ST8、ST9中，相干长度测定装置32比较该距离分辨率ΔR与用户指定的距离分辨率ΔRUSER，在该距离分辨率ΔR比用户指定的距离分辨率ΔRUSER更高的情况下(ΔR<ΔRUSER)、或者该距离分辨率ΔR与用户指定的距离分辨率ΔRUSER一致的情况下(ΔR＝ΔRUSER)，向FFT装置33通知该旨意。
FFT装置33在从相干长度测定装置32接收到距离分辨率ΔR与用户指定的距离分辨率ΔRUSER一致的旨意的通知(ΔR＝ΔRUSER)时，以具有由相干长度测定装置32设定的宽度Gw的FFT选通脉冲为单位，对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行频率分析，计算出该接收信号的频谱v(步骤ST12)。
相干长度测定装置32在FFT装置33计算出频谱v后，通过与上述同样的方式计算出相干长度Lc，如果该相干长度Lc大于FFT选通脉冲宽度GwUSER(Lc≥GwUSER)，则向频率偏移分析装置11输出由FFT装置33计算出的频谱v。
另一方面，在该相干长度Lc小于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下(Lc<GwUSER)，再次进行FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw的设定变更。
频率偏移分析装置11在从相干长度测定装置32接收到由FFT装置33计算出的频谱v时，与上述实施方式1同样地计算出伴随浮质的移动而产生的频率偏移量(步骤ST4)。
风速换算装置12在频率偏移分析装置11计算出频率偏移量后，与上述实施方式1同样地根据该频率偏移量换算出激光照射方向的风速(浮质的移动速度)(步骤ST5)。
FFT装置33在从相干长度测定装置32接收到距离分辨率ΔR比用户指定的距离分辨率ΔRUSER更高的旨意的通知(ΔR<ΔRUSER)，以具有由相干长度测定装置32设定的宽度Gw的FFT选通脉冲为单位，对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行频率分析，计算出该接收信号的频谱v(步骤ST13)。
FFT装置33在计算出接收信号的频谱v后，将该频谱v变换成以用户指定的距离分辨率ΔRUSER为单位的频谱vUSER(步骤ST14)。
例如，将与具有宽度Gw的多个FFT选通脉冲对应的频谱v仅仅加上相当于与用户指定的距离分辨率ΔRUSER对应的FFT选通脉冲宽度GwUSER的量，计算出该相加值的平均值作为以用户指定的距离分辨率ΔRUSER为单位的频谱vUSER。
在FFT装置33计算出以用户指定的距离分辨率ΔRUSER为单位的频谱vUSER时，相干长度测定装置32通过与上述同样的方式计算出相干长度Lc，如果该相干长度Lc大于FFT选通脉冲宽度GwUSER(Lc≥GwUSER)，则向频率偏移分析装置11输出由FFT装置33计算出的频谱vUSER。
另一方面，在该相干长度Lc小于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下(Lc<GwUSER)，再次进行FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw的设定变更。
频率偏移分析装置11在从相干长度测定装置32接收到由FFT装置33计算出的频谱vUSER时，与上述实施方式1同样地计算出伴随浮质的移动而产生的频率偏移量(步骤ST4)。
当频率偏移分析装置11计算出频率偏移量后，风速换算装置12与上述实施方式1同样地根据该频率偏移量换算出激光照射方向的风速(浮质的移动速度)(步骤ST5)。
由以上可知，根据本实施方式3，由于构成为如下：设置有距离分辨率计算部31，其根据由相干长度测定装置32进行设定变更后得到的FFT选通脉冲宽度Gw(或者，脉冲宽度Pw)，计算出距离分辨率ΔR，
(1)在由距离分辨率计算部31计算出的距离分辨率ΔR比用户指定的距离分辨率ΔRUSER更高的情况下(ΔR<ΔRUSER)，
FFT装置33以具有由相干长度测定装置32设定的宽度Gw的FFT选通脉冲为单位，对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行频率分析，计算出该接收信号的频谱v，并且将该频谱v变换成以用户指定的距离分辨率ΔRUSER为单位的频谱vUSER，向频率偏移分析装置11输出变换后的频谱vUSER。
(2)在由距离分辨率计算部31计算出的距离分辨率ΔR比用户指定的距离分辨率ΔRUSER更低的情况下(ΔR>ΔRUSER)，
相干长度测定装置32将该FFT选通脉冲宽度Gw设定变更为FFT选通脉冲宽度GwUSER，并且将该脉冲宽度Pw设定变更为脉冲宽度PwUSER，FFT装置33以具有由相干长度测定装置32进行设定变更后得到的宽度GwUSER的FFT选通脉冲为单位，对该接收信号进行频率分析，计算出该接收信号的频谱vUSER，且向频率偏移分析装置11输出该频谱vUSER，所以发挥如下效果：即使环境条件发生变动，也能够以与用户指定的距离分辨率ΔRUSER对应的测定精度来测定风速。
在本实施方式3中示出了相干长度测定装置32缩小FFT选通脉冲宽度Gw和脉冲宽度Pw双方的情况，但是即使只缩小FFT选通脉冲宽度Gw，也能够改善风速的测定精度。
实施方式4.
图7是示出安装有本发明的实施方式4的相干激光雷达装置的激光雷达装置的结构图，图中与图4相同的标号示出相同或相应部分，因此省略说明。
距离分辨率计算部41由例如安装有CPU的半导体集成电路或单芯片微机等构成，其实施如下处理：根据由计测条件设定装置42设定变更后得到的FFT选通脉冲宽度Gw(或者，脉冲宽度Pw)，计算出距离分辨率ΔR。此外，距离分辨率计算部41构成距离分辨率计算单元。
计测条件设定装置42由例如安装有CPU的半导体集成电路或单芯片微机等构成，其在由相干长度测定装置21计算出的相干长度Lc小于FFT装置43中的FFT选通脉冲宽度Gw的情况下，如果由接收SN比测定装置22计算出的SNR比基准SNR(规定的设定值)更高，则进行用于缩小该FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw的设定变更，如果该SNR比基准SNR更低，则进行用于增加FFT装置9计算接收信号的频谱v时进行的傅里叶变换后的接收信号(频域的接收信号)的累积次数N(对接收信号进行非相干累积的次数)的设定变更。
另外，计测条件设定装置42实施如下处理：在由距离分辨率计算部41计算出的距离分辨率ΔR比用户指定的距离分辨率ΔRUSER更低的情况下，将该FFT选通脉冲宽度Gw和脉冲宽度Pw设定变更为与用户指定的距离分辨率ΔRUSER对应的宽度(FFT选通脉冲宽度GwUSER、脉冲宽度PwUSER)。
此外，由相干长度测定装置21以及计测条件设定装置42构成设定变更单元。
FFT装置43由例如安装有CPU的半导体集成电路或单芯片微机等构成，其实施如下处理：在由距离分辨率计算部41计算出的距离分辨率ΔR比用户指定的距离分辨率ΔRUSER更高的情况下，以宽度Gw的FFT选通脉冲为单位，对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行频率分析，计算出该接收信号的频谱v，并且将该频谱v变换成以用户指定的距离分辨率ΔRUSER为单位的频谱vUSER，向频率偏移分析装置11输出变换后的频谱vUSER。
另一方面，在由距离分辨率计算部41计算出的距离分辨率ΔR比用户指定的距离分辨率ΔRUSER更低的情况下，以由计测条件设定装置42设定变更后的宽度GwUSER的FFT选通脉冲为单位，对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行频率分析，计算出该接收信号的频谱vUSER，并向频率偏移分析装置11输出该频谱vUSER。
此外，由A/D变换器8以及FFT装置43构成频谱计算单元。
在图7的激光雷达装置中，由例如光纤线缆等光线路连接了光源1与光分配器2之间、光分配器2与脉冲调制器3之间、脉冲调制器3与光循环器4之间、光循环器4与光天线5之间、光分配器2以及光循环器4与光耦合器6之间、光耦合器6与光接收机7之间。
另外，由例如电信号线缆等电线路连接了光接收机7与A/D变换器8之间、A/D变换器8与FFT装置43之间、FFT装置43与相干长度测定装置21、接收SN比测定装置22以及距离分辨率计算部41之间、相干长度测定装置21、接收SN比测定装置22以及距离分辨率计算部41与计测条件设定装置42之间、计测条件设定装置42与频率偏移分析装置11之间、频率偏移分析装置11与风速换算装置12之间、计测条件设定装置42与脉冲调制器3以及FFT装置43之间。
图8是示出本发明的实施方式4的相干激光雷达装置的处理内容的流程图。
接下来对动作进行说明。
其中，除了距离分辨率计算部41、计测条件设定装置42以及FFT装置43以外，与上述实施方式2相同，因此省略详细的说明。
FFT装置43与图4的FFT装置9同样地由计测条件设定装置42设定FFT选通脉冲的宽度Gw，以该FFT选通脉冲为单位，对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行频率分析，计算出该接收信号的频谱v(步骤ST1)。
即，FFT装置43按每个FFT选通脉冲对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行傅里叶变换，且仅仅以预先设定的积分次数N对傅里叶变换后的接收信号进行非相干累积，由此计算出该接收信号的频谱v。
相干长度测定装置21在FFT装置43计算出频谱v后，与上述实施方式2同样地确定该频谱v的频谱宽度Δv，且将该频谱宽度Δv代入上述的公式(1)，由此计算出相干长度Lc(步骤ST2)。
接收SN比测定装置22在FFT装置43计算出频谱v后，与上述实施方式2同样地，按每个FFT选通脉冲将例如接收信号的频谱v除以预先存储的噪声信号的频谱，由此计算出作为信噪比的SNR。
在相干长度测定装置21计算出相干长度Lc、且接收SN比测定装置22计算出SNR时，计测条件设定装置42与图4的计测条件设定装置23同样地，比较该相干长度Lc与FFT装置43中的FFT选通脉冲宽度Gw(步骤ST3)。
在该相干长度Lc大于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下(Lc≥Gw)，计测条件设定装置42与图4的计测条件设定装置23同样地向频率偏移分析装置11输出由FFT装置43计算出的频谱v。
频率偏移分析装置11在从计测条件设定装置42接收到由FFT装置43计算出的频谱v的情况下，与上述实施方式2同样地计算出伴随浮质的移动而产生的频率偏移量(步骤ST4)。
风速换算装置12在频率偏移分析装置11计算出频率偏移量后，与上述实施方式2同样地根据该频率偏移量换算出激光照射方向的风速(浮质的移动速度)(步骤ST5)。
在该相干长度Lc小于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下(Lc<Gw)，计测条件设定装置42与图4的计测条件设定装置23同样地比较由接收SN比测定装置22计算出的SNR和基准SNR，而不向频率偏移分析装置11输出由FFT装置43计算出的频谱v(步骤ST21)。
在该SNR比基准SNR更高的情况下(SNR>基准SNR)，计测条件设定装置42与图4的计测条件设定装置23同样地进行用于缩小该FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw的设定变更，以使得该FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw、与该相干长度Lc一致(步骤ST22)。
另一方面，在该SNR比基准SNR更低的情况下(SNR≤基准SNR)，即使对FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw进行设定变更，也无法获得所期望的风速测定精度的可能性高，但是如果增加由FFT装置43计算接收信号的频谱v时进行的傅里叶变换后的接收信号的累积次数N，则能够提高风速测定精度(只不过，计算处理时间变长)。
因此，在该SNR比基准SNR更低的情况下，计测条件设定装置43与图4的计测条件设定装置23同样地进行用于增加由FFT装置43计算接收信号的频谱v时进行的傅里叶变换后的接收信号的累积次数N的设定变更(步骤ST23)。
在计测条件设定装置42进行FFT选通脉冲宽度Gw及脉冲宽度Pw的设定变更(或者，累积次数N的设定变更)后，距离分辨率计算部41与图5的距离分辨率计算部31同样地根据设定变更后的FFT选通脉冲宽度Gw或者设定变更后的脉冲宽度Pw计算出距离分辨率ΔR(步骤ST7)。
计测条件设定装置42在距离分辨率计算部41计算出距离分辨率ΔR后，比较该距离分辨率ΔR与用户指定的距离分辨率ΔRUSER(步骤ST8、ST9)。
在该距离分辨率ΔR比用户指定的距离分辨率ΔRUSER更低的情况下(ΔR>ΔRUSER)，计测条件设定装置42如上述的公式(3)所示那样计算与用户指定的距离分辨率ΔRUSER对应的FFT选通脉冲宽度GwUSER以及脉冲宽度PwUSER，将该FFT选通脉冲宽度Gw设定变更为FFT选通脉冲宽度GwUSER，并且将该脉冲宽度Pw设定变更为脉冲宽度PwUSER(步骤ST10)。
FFT装置43在由计测条件设定装置42将FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw设定变更为FFT选通脉冲宽度GwUSER以及脉冲宽度PwUSER之后、从A/D变换器8接收到数字信号的接收信号时，以具有宽度GwUSER的FFT选通脉冲为单位对该接收信号进行频率分析，计算出该接收信号的频谱vUSER(步骤ST11)。
当FFT装置43计算出频谱vUSER后，相干长度测定装置21通过与上述同样的方式计算相干长度Lc。
如果该相干长度Lc大于FFT选通脉冲宽度GwUSER(Lc≥GwUSER)，则计测条件设定装置42向频率偏移分析装置11输出由FFT装置43计算出的频谱vUSER。
另一方面，在该相干长度Lc小于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下(Lc<GwUSER)，再次进行FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw的设定变更、或者累积次数N的设定变更。
频率偏移分析装置11在从计测条件设定装置42接收到由FFT装置43计算出的频谱vUSER后，与上述实施方式1同样地计算出伴随浮质的移动而产生的频率偏移量(步骤ST4)。
风速换算装置12在频率偏移分析装置11计算出频率偏移量后，与上述实施方式1同样地根据该频率偏移量换算出激光照射方向的风速(浮质的移动速度)(步骤ST5)。
在步骤ST8、ST9中，计测条件设定装置42比较该距离分辨率ΔR和用户指定的距离分辨率ΔRUSER，在该距离分辨率ΔR比用户指定的距离分辨率ΔRUSER更高的情况下(ΔR<ΔRUSER)、或者该距离分辨率ΔR与用户指定的距离分辨率ΔRUSER一致的情况下(ΔR＝ΔRUSER)，向FFT装置43通知该旨意。
FFT装置43在从计测条件设定装置42接收到距离分辨率ΔR与用户指定的距离分辨率ΔRUSER一致的旨意的通知(ΔR＝ΔRUSER)的情况下，以具有由计测条件设定装置42设定的宽度Gw的FFT选通脉冲为单位，对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行频率分析，计算出该接收信号的频谱v(步骤ST12)。
相干长度测定装置21在FFT装置43计算出频谱v后，通过与上述同样的方式计算相干长度Lc。
如果由相干长度测定装置21计算出的相干长度Lc大于FFT选通脉冲宽度GwUSER(Lc≥GwUSER)，则计测条件设定装置42向频率偏移分析装置11输出由FFT装置43计算出的频谱v。
另一方面，在该相干长度Lc小于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下(Lc<GwUSER)，再次进行FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw的设定变更、或者累积次数N的设定变更。
频率偏移分析装置11在从计测条件设定装置42接收到由FFT装置43计算出的频谱v后，与上述实施方式1同样地计算出伴随浮质的移动而产生的频率偏移量(步骤ST3)。
风速换算装置12在频率偏移分析装置11计算出频率偏移量后，与上述实施方式1同样地根据该频率偏移量换算出激光照射方向的风速(浮质的移动速度)(步骤ST4)。
FFT装置43在从计测条件设定装置42接收到距离分辨率ΔR比用户指定的距离分辨率ΔRUSER更高的旨意的通知(ΔR<ΔRUSER)，以具有由计测条件设定装置42设定的宽度Gw的FFT选通脉冲为单位，对从A/D变换器8输出的数字信号的接收信号进行频率分析，计算出该接收信号的频谱v(步骤ST13)。
FFT装置43在计算出接收信号的频谱v后，将该频谱v变换成以用户指定的距离分辨率ΔRUSER为单位的频谱vUSER(步骤ST14)。
例如，将与具有宽度Gw的多个FFT选通脉冲对应的频谱v只加上以相当于与用户指定的距离分辨率ΔRUSER对应的FFT选通脉冲宽度GwUSER的量，计算出该相加值的平均值作为以用户指定的距离分辨率ΔRUSER为单位的频谱vUSER。
相干长度测定装置21在FFT装置43计算出以用户指定的距离分辨率ΔRUSER为单位的频谱vUSER后，通过与上述同样的方式计算出相干长度Lc。
如果由相干长度测定装置21计算出的相干长度Lc大于FFT选通脉冲宽度GwUSER(Lc≥GwUSER)，则计测条件设定装置42向频率偏移分析装置11输出由FFT装置43计算出的频谱vUSER。
另一方面，在该相干长度Lc小于FFT选通脉冲宽度Gw的情况下(Lc<GwUSER)，再次进行FFT选通脉冲宽度Gw以及脉冲宽度Pw的设定变更、或者累积次数N的设定变更。
频率偏移分析装置11在从计测条件设定装置42接收到由FFT装置33计算出的频谱vUSER时，与上述实施方式1同样地计算出伴随浮质的移动而产生的频率偏移量(步骤ST3)。
风速换算装置12在频率偏移分析装置11计算出频率偏移量后，与上述实施方式1同样地根据该频率偏移量换算出激光照射方向的风速(浮质的移动速度)(步骤ST4)。
由以上可知，根据本实施方式4，与上述实施方式3同样地实现如下效果：即使环境条件发生变动，也能够以与用户指定的距离分辨率ΔRUSER对应的测定精度来测定风速。
另外，与上述实施方式2同样地实现如下效果：即使在SNR比基准SNR更低的情况下，也能够改善风速的测定精度。
在本实施方式4中示出了计测条件设定装置42缩小FFT选通脉冲宽度Gw和脉冲宽度Pw双方的情况，但是即使只缩小FFT选通脉冲宽度Gw，也能够改善风速的测定精度。
在本实施方式4中示出了采用用户指定的距离分辨率ΔRUSER的情况，但是也可以采用用户指定的风速测定精度ΔVUSER、用户指定的数据更新速率fUSER。
例如，在采用用户指定的风速测定精度ΔVUSER的情况下，如下述的公式(4)所示，构成风速测定精度计算单元的距离分辨率计算部41根据由接收SN比测定装置22计算出的SNR，计算出风速测定精度ΔV来取代距离分辨率ΔR。
&Delta;V = A SNR - - - ( 4 )
在公式(4)中，A是示出风速的测定灵敏度的常数。
计测条件设定装置42比较该风速测定精度ΔV与用户指定的风速测定精度ΔVUSER，来取代对距离分辨率ΔR与用户指定的距离分辨率ΔRUSER的比较。
即，在步骤ST8中，判定是否为该风速测定精度ΔV>用户指定的风速测定精度ΔVUSER，在步骤ST9中，判定是否为该风速测定精度ΔV<用户指定的风速测定精度ΔVUSER。
这样，实现如下效果：在比较风速测定精度ΔV与用户指定的风速测定精度ΔVUSER的情况下，即使环境条件发生变动，也能够以用户指定的风速测定精度ΔVUSER来测定风速。
此外，本发明能够在其发明范围内进行各实施方式的自由组合、或各实施方式的任意结构要素的变形、或各实施方式中的任意结构要素的省略。
产业上的可利用性
本发明的相干激光雷达装置构成为如下：具备设定变更单元，其根据由频谱计算单元计算出的接收信号的频谱，计算出相干长度，在该相干长度小于上述距离选通脉冲的宽度的情况下，进行用于缩小该距离选通脉冲的宽度的设定变更，在由设定变更单元进行了用于缩小宽度的设定变更的情况下，频谱计算单元以具有设定变更后的宽度的距离选通脉冲为单位，对从激光接收单元输出的接收信号进行频率分析，来计算出该接收信号的频谱，即使相干长度因环境条件的变动等而发生变化，也能够获得高外差效率，所以适合使用于激光雷达装置等。
标号说明
1：光源(激光放射单元)、2：光分配器(激光放射单元)、3：脉冲调制器(激光放射单元)、4：光循环器(激光放射单元、激光接收单元)、5：光天线(激光放射单元、激光接收单元)、6：光耦合器(激光接收单元)、7：光接收机(激光接收单元)、8：A/D变换器(频谱计算单元)、9：FFT装置(频谱计算单元)、10：相干长度测定装置(设定变更单元)、11：频率偏移分析装置(频率偏移量计算单元)、12：风速换算装置(速度计算单元)、21：相干长度测定装置(设定变更单元)、22：接收SN比测定装置(信噪比计算单元)、23：计测条件设定装置(设定变更单元)、31：距离分辨率计算部(距离分辨率计算单元)、32：相干长度测定装置(设定变更单元)、33：FFT装置(频谱计算单元)、41：距离分辨率计算部(距离分辨率计算单元、风速测定精度计算单元)、42：计测条件设定装置(设定变更单元)、43：FFT装置(频谱计算单元)、101：光源、102：光分配器、103：脉冲调制器、104：光循环器、105：光天线、106：光耦合器、107：光接收机、108：A/D变换器、109：FFT装置、110：频率偏移分析装置、111：风速换算装置。

Claims (8)

1.一种相干激光雷达装置，其特征在于，
具备：
激光接收单元，其接收从激光雷达装置放射到大气中之后由大气中存在的测定对象物反射回的激光，并输出上述激光的接收信号；
频谱计算单元，其以距离选通脉冲为单位，对从上述激光接收单元输出的接收信号进行频率分析，计算上述接收信号的频谱；以及
设定变更单元，其根据由上述频谱计算单元计算出的接收信号的频谱，计算出相干长度，在上述相干长度小于上述距离选通脉冲的宽度的情况下，进行缩小上述距离选通脉冲的宽度的设定变更，
在由上述设定变更单元进行了缩小宽度的设定变更的情况下，上述频谱计算单元以具有设定变更后的宽度的距离选通脉冲为单位，对从上述激光接收单元输出的接收信号进行频率分析，计算上述接收信号的频谱。
2.根据权利要求1所述的相干激光雷达装置，其特征在于，
上述激光雷达装置设置有信噪比计算单元，上述信噪比计算单元根据由频谱计算单元计算出的接收信号的频谱，计算信噪比，
在相干长度小于距离选通脉冲的宽度的情况下，如果由上述信噪比计算单元计算出的信噪比高于规定的设定值，则设定变更单元进行缩小上述距离选通脉冲的宽度的设定变更，如果上述信噪比低于规定的设定值，则上述设定变更单元进行如下的设定变更：增加上述频谱计算单元计算频谱时的频域中的接收信号的累积次数。
3.根据权利要求1所述的相干激光雷达装置，其特征在于，
设定变更单元在缩小距离选通脉冲的宽度的时候，进行缩小从激光雷达装置向大气中放射的激光的脉冲宽度的设定变更。
4.根据权利要求3所述的相干激光雷达装置，其特征在于，
设定变更单元进行使距离选通脉冲的宽度以及脉冲宽度与相干长度相一致的设定变更。
5.一种激光雷达装置，其特征在于，
具备：
激光放射单元，其向大气中放射激光；
激光接收单元，其接收由上述激光放射单元放射到大气中之后由大气中存在的测定对象物反射回的激光，并输出上述激光的接收信号；
频谱计算单元，其以距离选通脉冲为单位，对从上述激光接收单元输出的接收信号进行频率解析，计算上述接收信号的频谱；
设定变更单元，其根据由上述频谱计算单元计算出的接收信号的频谱，计算相干长度，在上述相干长度小于上述距离选通脉冲的宽度的情况下，进行缩小上述距离选通脉冲的宽度的设定变更；
频率偏移量计算单元，其根据由上述频谱计算单元计算出的接收信号的频谱，计算伴随上述测定对象物的移动而产生的频率偏移量，以及
速度计算单元，其根据由上述频率偏移量计算单元计算出的频率偏移量，计算上述测定对象物的移动速度，
在由上述设定变更单元进行了缩小宽度的设定变更的情况下，上述频谱计算单元以具有设定变更后的宽度的距离选通脉冲为单位，对从上述激光接收单元输出的接收信号进行频率分析，计算上述接收信号的频谱。
6.根据权利要求5所述的激光雷达装置，其特征在于，
设置有信噪比计算单元，上述信噪比计算单元根据由频谱计算单元计算出的接收信号的频谱，计算信噪比，
在相干长度小于距离选通脉冲的宽度的情况下，如果由上述信噪比计算单元计算出的信噪比高于规定的设定值，则设定变更单元进行缩小上述距离选通脉冲的宽度的设定变更，如果上述信噪比低于规定的设定值，则上述设定变更单元进行如下的设定变更：增加上述频谱计算单元计算频谱时的频域中的接收信号的累积次数。
7.根据权利要求5所述的激光雷达装置，其特征在于，
上述激光雷达装置设置有距离分辨率计算单元，该距离分辨率计算单元根据由设定变更单元进行设定变更后的距离选通脉冲的宽度，计算距离分辨率，
在由上述距离分辨率计算单元计算出的距离分辨率高于用户指定的距离分辨率的情况下，
频谱计算单元以由上述设定变更单元设定变更了宽度的距离选通脉冲为单位，对从激光接收单元输出的接收信号进行频率分析，计算上述接收信号的频谱，并且将上述频谱变换成以用户指定的距离分辨率为单位的频谱，并向频率偏移量计算单元输出变换后的频谱，
在由上述距离分辨率计算单元计算出的距离分辨率低于用户指定的距离分辨率的情况下，
上述设定变更单元将上述距离选通脉冲的宽度设定变更为与用户指定的距离分辨率对应的宽度，
上述频谱计算单元以由上述设定变更单元设定变更了宽度的距离选通脉冲为单位，对从上述激光接收单元输出的接收信号进行频率分析，计算上述接收信号的频谱，并向频率偏移量计算单元输出上述频谱。
8.根据权利要求6所述的激光雷达装置，其特征在于，
上述激光雷达装置设置有风速测定精度计算单元，上述风速测定精度计算单元根据由信噪比计算单元计算出的信噪比，计算风速测定精度，
在由上述风速测定精度计算单元计算出的风速测定精度高于用户指定的风速测定精度的情况下，
频谱计算单元以由设定变更单元设定变更了宽度的距离选通脉冲为单位，对从激光接收单元输出的接收信号进行频率分析，计算上述接收信号的频谱，并且将上述频谱变换成以用户指定的距离分辨率为单位的频谱，并向频率偏移量计算单元输出变换后的频谱，
在由上述风速测定精度计算单元计算出的风速测定精度低于用户指定的风速测定精度的情况下，
上述设定变更单元将上述距离选通脉冲的宽度设定变更为与用户指定的距离分辨率对应的宽度，
上述频谱计算单元以由上述设定变更单元设定变更了宽度的距离选通脉冲为单位，对从上述激光接收单元输出的接收信号进行频率分析，计算上述接收信号的频谱，并向频率偏移量计算单元输出上述频谱。
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