CN111512182B - 激光雷达装置 - Google Patents

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Abstract

激光雷达装置(1)具有：基准光源(10)，其对分别具有彼此不同的多个波长的多个激光进行合波，生成基准光；光分配器(21)，其将所述基准光分解成发送光和参照光；光调制器(22)，其对所述发送光进行调制，生成调制发送光；光发送接收部(23)，其向外部空间放射所述调制发送光，接收被目标散射或漫射的光；光合波器(26)，其对所述参照光和接收光进行合波，生成光拍信号；光检测电路(27)，其对所述光拍信号进行光电转换，生成接收信号；以及信号处理电路(31)，其根据所述接收信号计算与所述目标有关的计测值。

Description

激光雷达装置
技术领域
本发明涉及一种激光雷达技术，通过计测被接受激光照射的目标散射或反射的光，检测该目标的速度等信息。
背景技术
激光雷达装置向外部空间放射激光，接收被目标散射或反射的光，计测该接收光，由此，能够检测该目标的速度或与该目标之间的距离这样的信息。例如公知有如下的激光雷达技术：从气溶胶(由大气中浮游的液体或固体构成的微粒子)、云粒子或大气分子等目标接收散射光，计测该接收光，由此检测风速等观测值。此外，还公知有如下的激光雷达技术：接收被构造物、地形物或移动体等目标反射的漫射光，计测该接收光，由此检测与该目标之间的距离。
在专利文献1中公开有对通过光外差检波得到的接收信号进行信号处理来检测风速的激光雷达装置(以下称作“现有的激光雷达装置”)。该现有的激光雷达装置具有输出单一频率的CW光的激光光源、将该CW光分配成发送用的第1光和参照用的第2光的光分配器、对该第1光实施脉冲调制的脉冲调制器、对该第2光进行频移而生成参照光的移频器、以及向大气中放射脉冲调制器的输出光并从大气中接收散射光作为接收光的发送接收光学系统。现有的激光雷达装置还具有对接收光和参照光进行合波的光耦合器、将该光耦合器的输出光转换成电信号的光接收机、将该电信号转换成数字形式的接收信号的A/D转换器、以及对该接收信号实施信号处理并检测视线方向的风速的信号处理部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-162678号公报
发明内容
发明要解决的课题
在上述现有的激光雷达装置中，当使用输出谱线宽度较窄的激光的激光光源时，产生被目标的表面反射的漫射光的干涉，产生斑点(speckle)噪声。在激光雷达装置的情况下，斑点噪声使接收光的振幅变动，存在使接收信号的信噪比(Signal-to-NoiseRatio：SNR)劣化这样的课题。
鉴于上述情况，本发明的目的在于，提供能够抑制斑点噪声的产生并提高接收信号的信噪比的激光雷达装置。
用于解决课题的手段
本发明的一个方式的激光雷达装置的特征在于，该激光雷达装置具有：基准光源，其对分别具有彼此不同的多个波长的多个激光进行合波，生成基准光；光分配器，其将所述基准光分解成发送光和参照光；光调制器，其对所述发送光进行调制，生成调制发送光；光发送接收部，其向外部空间放射所述调制发送光，接收被所述外部空间内的目标散射或漫射的光；光合波器，其对所述参照光和由所述光发送接收部接收到的光进行合波，生成光拍信号；光检测电路，其对所述光拍信号进行光电转换，生成接收信号；以及信号处理电路，所述信号处理电路包含：频率分析器，其以预定的频率分辨率对所述接收信号实施频率分析，计算所述接收信号的谱；以及计测值计算部，其根据该计算出的谱计算与所述目标有关的计测值，所述多个波长被设定成，在所述接收信号的谱中与所述多个波长分别对应地出现的多个峰值间的频率差为所述频率分辨率以下。
发明效果
根据本发明，能够抑制斑点噪声的产生并提高接收信号的信噪比。
附图说明
[图1]是示出本发明的实施方式1的激光雷达装置的概略结构的框图。
[图2]是概略地示出实施方式1的信号处理电路的结构例的框图。
[图3]是概略地示出实施方式1的信号处理电路的硬件结构例的框图。
[图4]是示意地示出在目标上反射的漫射光的状态的图。
[图5]图5A～图5E是示出发送光、接收光、接收信号(外差检波信号)、接收谱和校正谱的例子的曲线图。
[图6]是示出多普勒频移谱成分的例子的曲线图。
[图7]是示出多普勒频移谱成分的另一个例子的曲线图。
[图8]是示出实施方式1的发送光、接收光、接收信号(外差检波信号)、包络线检波信号和边缘检测信号的例子的曲线图。
[图9]是概略地示出本发明的实施方式2的激光雷达装置的结构例的图。
[图10]是概略地示出实施方式2的信号处理电路的结构例的框图。
[图11]是示出实施方式2的带通滤波器的通过频带和遮断频带的例子的曲线图。
[图12]是概略地示出本发明的实施方式3的激光雷达装置的结构例的图。
[图13]是概略地示出实施方式3的信号处理电路的结构例的框图。
[图14]图14A和图14B是示出多普勒频移谱成分的例子的曲线图。
[图15]是概略地示出本发明的实施方式4的激光雷达装置的结构例的图。
[图16]是概略地示出实施方式4的信号处理电路的结构例的框图。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的各种实施方式进行详细说明。另外，全体附图中标注有相同标号的结构要素具有相同结构和相同功能。
实施方式1
图1是示出本发明的实施方式1的激光雷达装置1的概略结构的图。如图1所示，激光雷达装置1构成为具有：多波长基准光源10(以下简称作“基准光源10”)，其对具有彼此不同的波长的多个激光进行合波，生成基准光；光分配器21，其将从基准光源10输入的基准光分配成发送光和参照光；光调制器22，其对该发送光实施频率调制和振幅调制，生成调制发送光；光发送接收部23，其在朝向外部空间内的特定的视线方向放射该调制发送光后，接收被目标散射或漫射的光；光合波器26，其对该接收光和该参照光进行合波，生成光拍信号；光检测电路27，其对该光拍信号进行光电转换，生成模拟接收信号(外差检波信号)，并且将该模拟接收信号A/D转换成数字接收信号；以及信号处理电路31，其根据该数字接收信号计算与目标有关的计测值。另外，通过光合波器26和光检测电路27构成光外差检波器(opticalheterodyne detector)。
基准光源10和光分配器21经由光传输路径C0而彼此光学耦合，光分配器21和光调制器22经由光传输路径C1而彼此光学耦合，光分配器21和光合波器26经由光传输路径C2而彼此光学耦合，光调制器22和光发送接收部23经由光传输路径C3而彼此光学耦合，光发送接收部23和光合波器26经由光传输路径C5而彼此光学耦合，光合波器26和光检测电路27经由光传输路径C6、C7而彼此光学耦合。例如，这些光传输路径C0～C3、C5～C7能够由光纤缆线构成。
如图1所示，基准光源10包含激光光源11、12、光合波器13、会聚光学系统14和光连接部15。激光光源11、12是输出谱线宽度(以下称作“线宽度”)较窄的激光的光振荡器。激光光源11、12例如构成为分别输出大约100MHz以下的窄线宽度的激光束即可。这些激光束是偏振方向保持在固定方向的线偏振光。该情况下，以使这些激光间的频率差为100MHz以上的方式进行选择。这些激光光源11、12能够由半导体激光器或固体激光器构成。
此外，基准光源10不限于图1所示的结构。例如，也可以使用能够同时生成多个波长的光的波长可变组件(Integrable Tunable Laser Assembly：ITLA)或光梳光源。此外，激光光源11、12分别不需要由输出单一波长的光的单一的光振荡器构成。也可以通过同时输出规定的波长宽度内包含的多个波长的光的多个光振荡器分别构成激光光源11、12。
光合波器13对从激光光源11、12入射的激光进行合波，生成基准光，向会聚光学系统14输出基准光。光合波器13例如能够由使用电介质多层膜滤波器的分支镜或分束器构成。会聚光学系统14使从光合波器13入射的基准光会聚在光连接部15的光输入端。光连接部15使从会聚光学系统14入射的基准光输入到光传输路径C0。
光分配器21是将从基准光源10经由光传输路径C0输入的基准光分配给光传输路径C1、C2的光部件。即，光分配器21将输入的基准光以规定的分支比分解成发送光和参照光，将发送光输出到光传输路径C1，并且将参照光输出到光传输路径C2。光分配器21的分支比根据系统设计而预先决定。例如，光分配器21能够由使用电介质多层膜滤波器的分支镜或分束器构成。
光调制器22对从光分配器21经由光传输路径C1输入的发送光实施频率调制和强度调制，生成具有调制频率fm的调制发送光。即，光调制器22是如下的调制器：通过对发送光的频率进行调制，使该发送光的频率偏移，并且通过对发送光的强度进行调制，使该发送光脉冲化。此时，光调制器22将表示使发送光脉冲化的定时的脉冲触发信号PT供给到光检测电路27和信号处理电路31，因此，光检测电路27和信号处理电路31能够与被供给的脉冲触发信号PT同步地进行动作。
这里，光调制器22以规定的脉宽和脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency：PRF)对发送光进行强度调制。脉宽相当于距离分辨率值。用户能够从激光雷达装置1的外部设定与期望的距离分辨率值相当的脉宽。或者，光调制器22也可以以系统设计时设定的固定的脉宽和固定的PRF进行动作。此外，在光调制器22的输出光的强度不足的情况下，也可以在光调制器22的后级追加光放大器。
例如，光调制器22的强度调制器部分能够使用LN(Lithium Niobate)调制器构成，光调制器22的频率调制器部分能够使用声光移频器(Acousto-Optical FrequencyShifter：AOFS)或由多个光相位调制器构成的移频器构成。或者，能够使用声光元件构成光调制器22的强度调制器部分和频率调制器部分双方。作为脉冲触发信号PT，使用具有5伏的TTL电平的TTL(Transistor-Transistor Logic)脉冲信号即可。
光发送接收部23包含经由光传输路径C4而彼此光学耦合的光环行器24和光天线25。光环行器24是具有3个端口的非相反型的光学部件。即，光环行器24针对从光传输路径C3正向输入的调制发送光，使光传输路径C3与光传输路径C4耦合，但是不使光传输路径C4与光传输路径C5耦合。因此，光环行器24将从光传输路径C3正向输入的调制发送光的绝大部分供给到光天线25。光天线25向外部空间的特定的视线方向放射该调制发送光。另一方面，针对从光传输路径C4逆向输入的接收光，使光传输路径C4与光传输路径C5耦合，但是不使光传输路径C4与光传输路径C3耦合。因此，光环行器24将从光传输路径C4逆向输入的接收光的绝大部分供给到光传输路径C5。
这种光环行器24例如能够由包含1/4波长板和偏振分束器的空间传播型的环行器构成。该情况下，例如，作为垂直偏振光透射过偏振分束器的调制发送光被1/4波长板转换成圆偏振光后，从光天线25放射。由光天线25接收到的接收光被1/4波长板转换成水平偏振光后，利用偏振分束器朝向光传输路径C5的方向反射。这样，空间传播型的环行器能够使调制发送光和接收光彼此分离。
光天线25是如下的光学系统：能够对输入的调制发送光进行准直并向外部空间放射，接收从外部空间内的目标到来的散射光或漫射光作为接收光。接收光在光传输路径C4和光环行器24中传播而入射到光合波器26。作为外部空间内的目标，可举出气溶胶(由大气中浮游的液体或固体构成的微粒子)、云粒子或大气分子等目标或者构造物、地形物或移动体(例如车辆)等硬目标。这种光天线25能够使用光学望远镜或照相机镜头构成。此外，光天线25也可以具有利用调制发送光扫描外部空间内的规定范围的光扫描仪(未图示)和会聚调整功能。
接着，光合波器26对从光传输路径C2输入的参照光和从光传输路径C5输入的接收光进行合波，生成包含光拍信号成分的合波光。合波光在光传输路径C6、C7中传播而入射到光检测电路27。本实施方式的光合波器26构成为，根据光检测电路27的平衡接收器(balanced receiver)结构，将具有彼此相差180°的相位的合波光(正相的光和逆相的光)分别输出到光传输路径C6、C7。这种光合波器26例如能够使用90°混合耦合器构成。
光检测电路27包含具有平衡接收器结构的光检测器28、以及将光检测器28的输出转换成数字信号的A/D转换器(Analog-to-Digital Converter：ADC)29。光检测器28具有分别对从光传输路径C6输入的正相的光和从光传输路径C7输入的逆相的光进行光电转换的2个受光元件(例如光电二极管)。光检测器28根据这些受光元件的输出电流的差分生成模拟接收信号BS。光检测电路27具有这种平衡接收器结构，因此，能够实现由于基准光源10而引起的相对强度噪声(Relative Intensity Noise：RIN)的降低。
ADC29将从光调制器22供给的脉冲触发信号PT作为触发，对模拟接收信号BS进行采样，由此将模拟接收信号BS转换成数字接收信号DS(以下简称作“接收信号DS”)。ADC29将接收信号DS输出到信号处理电路31。例如，ADC29能够由双积分型A/D转换器、逐次比较型A/D转换器或并列比较型A/D转换器构成。
信号处理电路31具有如下的功能：根据数字区域中的载波信号即接收信号DS，计算目标相对于激光雷达装置1的相对速度(移动速度)和激光雷达装置1与目标之间的距离这样的计测值，输出由这些计测值构成的计测数据MD。图2是概略地示出实施方式1的信号处理电路31的结构例的框图。
如图2所示，信号处理电路31包含第1计测部40和第2计测部60。第1计测部40具有频率分析器44、谱校正部45和计测值计算部50。
频率分析器44针对接收信号DS，以预定的频率分辨率Δf执行包含高速傅里叶变换(Fast Fourier Transform：FFT)在内的频率分析，计算接收信号DS的谱(以下称作“接收谱”)，将表示接收谱的谱信号输出到谱校正部45。接收谱可以是表示接收信号DS的功率和频率之间的关系的功率谱或表示接收信号DS的振幅和频率之间的关系的振幅谱中的任意一方。以FFT段数NFFT执行FFT。NFFT表示FFT中使用的点数，例如使用256值作为FFT段数NFFT。此外，频率分辨率Δf与接收谱的各频率段的宽度相等。
谱校正部45对接收谱进行校正而生成校正谱，将表示生成的校正谱的信号输出到计测值计算部50。具体而言，谱校正部45能够从接收谱中去除在未接收到信号光的状态下预先测定出的本底噪声(频率与噪声电平之间的关系)，由此对接收谱的形状进行校正。
计测值计算部50根据校正谱，计算针对视线方向的计测值。具体而言，计测值计算部50能够根据校正谱计算激光的多普勒频移量即多普勒频移频率，根据计算出的多普勒频移量，计算目标相对于视线方向的相对速度作为计测值。在多普勒频移量为零的情况下，由光调制器22提供的调制频率fm成为载波频率。另一方面，在目标相对于激光雷达装置1相对移动的情况下，从调制频率fm偏移多普勒频移频率后的频率成为载波频率。计测值计算部50还能够根据相对于多个视线方向的多个计测值计算三维的相对速度向量。
另一方面，如图2所示，第2计测部60包含包络线检波器61、边缘检测部62和测距部63。包络线检波器61相对于接收信号DS具有规定的透射频带宽度。包络线检波器61对接收信号DS的包络线进行检波，将表示其检波结果的包络线检波信号输出到边缘检测部62。边缘检测部62检测包络线检波信号的信号波形的边缘(例如上升边缘、下降边缘、或上升边缘和下降边缘双方)，将表示其检测结果的边缘检测信号输出到测距部63。作为边缘检测信号，能够使用TTL信号。
测距部63能够计测表示发送光脉冲的发送时刻和与其对应的接收光的检测时刻之间的时间差的延迟时间τ，根据该延迟时间τ计算与目标之间的距离。例如，测距部63能够使用时间-数字转换器(Time-to-Digital Converter：TDC)或时间-波高转换器(Time-to-Amplitude Converter：TAC)等时间计测器构成。
上述信号处理电路31的硬件结构例如通过具有DSP(Digital SignalProcessor)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)或FPGA(Field-Programmable Gate Array)等半导体集成电路的一个或多个处理器实现即可。或者，信号处理电路31的硬件结构也可以通过包含执行从存储器读出的软件或固件的程序代码的CPU(Central Processing Unit)或GPU(Graphics Processing Unit)等运算装置的一个或多个处理器实现。也可以通过包含DSP等半导体集成电路和CPU等运算装置的组合的一个或多个处理器实现信号处理电路31的硬件结构。
图3是概略地示出实现信号处理电路31的功能的硬件结构例即信号处理电路70的框图。信号处理电路70构成为包含处理器71、存储器72、输入接口部73、输出接口部74和信号路径75。信号路径75是用于使处理器71、存储器72、输入接口部73和输出接口部74相互连接的总线。输入接口部73具有将从外部输入的接收信号DS经由信号路径75转送到处理器71的功能。处理器71能够对被转送的接收信号DS实施数字信号处理，计算与目标有关的计测值，将表示这些计测值的计测数据MD经由信号路径75和输出接口部74输出到外部设备。
这里，存储器72是处理器71执行数字信号处理时使用的数据存储区域。在处理器71内置有CPU等运算装置的情况下，存储器72具有存储由处理器71执行的软件或固件的程序代码的数据存储区域。作为存储器72，例如能够使用ROM(Read Only Memory)和SDRAM(Synchronous Dynamic Random Access Memory)等半导体存储器。
接着，更加详细地说明上述激光雷达装置1的动作和结构。
光天线25能够对输入的调制发送光进行准直并向外部空间放射，接收从外部空间内的目标到来的散射光或漫射光作为接收光。公知当使用输出线宽度较窄的激光的激光光源时，在观测面出现对比度较高的细微的斑点花纹(斑点图案)即斑点噪声。假设在本实施方式中仅使用一个激光光源11的情况下，当在光发送接收部23的光天线面产生斑点噪声时，存在该斑点噪声与光传输路径C4耦合的情况和该斑点噪声不与光传输路径C4耦合的情况。图4是示意地示出仅使用一个激光光源11的情况下在目标Tgt上反射的漫射光的状态的图。该情况下，被目标Tgt的测定对象面上的多个点反射的漫射光的波面WF1、WF2、WF3在目标Tgt与受光面之间的传播路径RP内相互干涉。可认为这种光的干涉产生斑点噪声。在仅利用一个激光光源11执行外差检波的情况下，大致按照高斯分布产生由斑点噪声引起的光强度变动。因此，在利用一发发送光脉冲计算计测值的情况下，接收信号DS的振幅大幅变动，或者该振幅大致为零，由此，可能实质上不能进行计测值的计算。
与此相对，在本实施方式中，基准光源10对分别具有彼此不同的多个波长的多个激光进行合波，生成基准光，因此，在目标Tgt与受光面之间的传播路径内产生与多个波长分别对应的多个干涉条件。由此，能够抑制随机地由于斑点噪声而引起的接收信号DS的强度变动。
在本实施方式中，独立的激光光源11、12的个数为2个，但是不限于该个数。在使用n个(n为2以上的整数)激光光源的情况下，如果接收信号DS的电平示出“0”～“1”的范围内的值，则接收强度的偏差(标准偏差)为n1/2。
接着，参照图2，在信号处理电路31的第1计测部40中，频率分析器44针对数字区域中的载波信号即接收信号DS，以预定的频率分辨率Δf执行频率分析，计算接收谱。谱校正部45对接收谱进行校正，生成校正谱。计测值计算部50能够根据校正谱计算目标的相对速度作为计测值。具体而言，计测值计算部50通过最大值检测法或重心法检测校正谱中出现的峰值，根据检测到的峰值的位置计算多普勒频移量(多普勒频移频率)δ。计测值计算部50能够根据多普勒频移量δ计算目标相对于视线方向的相对速度Vr。
图5A～图5E是示出发送光、接收光、接收信号(外差检波信号)、接收谱和校正谱的例子的曲线图。在发送了具有图5A所示的振幅的发送光的情况下，接收具有图5B所示的振幅的接收光。图5C示出根据图5B所示的接收光得到的接收信号波形。图5D示出根据图5C所示的接收信号波形得到的接收谱。该接收谱具有载波频率成分Sa。图5E示出对图5D所示的接收谱进行校正而得到的校正谱。该校正谱具有载波频率成分(多普勒频移谱成分)Sb。计测值计算部50能够检测载波频率成分(多普勒频移谱成分)Sb的峰值，根据检测到的峰值的位置计算多普勒频移量δ。
在多普勒频移量δ为零的情况下，由光调制器22提供的调制频率fm是与峰值位置对应的载波频率。另一方面，在目标相对移动的情况下，从该调制频率fm偏移多普勒频移频率δ后的频率成为与峰值位置对应的载波频率。多普勒频移量δ、激光的波长λ和相对速度Vr之间的关系由下式(1)表示。
Vr＝λ×δ/2 (1)
激光光源11、12使用分别不同的波长λ1、λ2，因此，与波长λ1、λ2对应地分别产生的多普勒频移量δ1、δ2也彼此不同。该情况下，与多普勒频移量δ1、δ2分别对应的相对速度Vr1、Vr2由下式(2A)、(2B)给出。
Vr1＝λ1×δ1/2 (2A)
Vr2＝λ2×δ2/2 (2B)
例如，考虑假设如λ1＝1550.0nm、λ2＝1551.0nm那样选定波长λ1、λ2的条件。在该条件下目标的相对速度的可计测范围(以下称作“速度计测范围”)内的速度的绝对值的最大值Vmax为100m/秒的情况下，当目标以最大值Vmax的相对速度移动时，多普勒频移量δ1为129.032MHz，多普勒频移量δ2为128.949MHz。图6是概略地示出与这种条件下的波长λ1、λ2分别对应的多普勒频移谱成分S1、S2的例子的曲线图。在图6中，S1是在校正谱中与波长λ1对应的多普勒频移谱成分，S2是在校正谱中与波长λ2对应的多普勒频移谱成分。此外，在图6中还示出谐波成分等不需要频率成分U1、U2。这些不需要频率成分U1、U2在后面叙述。
在图6的例子中，多普勒频移谱成分S1、S2的2个峰值未收敛于相同的频率段内。换言之，多普勒频移谱成分S1、S2的峰值间的频率差大于与频率分辨率相当的频率段的宽度Δf。当这些多普勒频移谱成分S1、S2的2个峰值存在于彼此不同的频率段的位置时，在接收质量较低的环境下，可能产生峰值检测的失败或相对速度Vr的计算精度的降低。例如，在接收光的强度较低的情况下或接收信号DS的信噪比劣化的情况下，产生峰值检测的失败或相对速度Vr的计算精度的降低。
因此，在本实施方式中，选定激光光源11、12的振荡波长λ1、λ2，使得多普勒频移谱成分S1、S2的峰值收敛于相同的频率段内。换言之，设定激光光源11、12的振荡波长λ1、λ2，使得针对速度计测范围内的任意速度，在频率分析前的接收信号DS的谱中与波长λ1、λ2分别对应地出现的峰值间的频率差为频率分辨率(各频率段的宽度)Δf以下。由此，能够使在接收谱中与波长λ1、λ2分别对应地出现的峰值收敛于相同的频率段内。
更具体而言，在速度计测范围内的速度的绝对值的最大值用Vmax表示，波长λ1、λ2中的最大波长用λmax表示，波长λ1、λ2中的最小波长用λmin表示，频率分辨率(各频率段的宽度)用Δf表示时，优选选定输出满足下式(3)的波长λ1、λ2的激光的激光光源11、12。
Δf>2×Vmax×(1/λmin-1/λmax) (3)
图7是示出进行优化以使激光光源11、12的振荡波长λ1、λ2满足式(3)时的多普勒频移谱成分S1、S2的例子的曲线图。如图7所示，多普勒频移谱成分S1、S2的峰值收敛于相同的频率段内。因此，与图6的情况相比，由于多普勒频移谱成分S1、S2的重合而形成尖锐的峰值，因此，峰值的检测精度提高，相对速度Vr的计算精度也提高。
这里，在本实施方式中，独立的激光光源11、12的个数为2个，但是不限于该个数。也可以使用分别输出彼此不同的n个(n为2以上的整数)波长λ1、λ2、…、λn的激光的n个激光光源。该情况下，设n个波长λ1～λn中的最大波长为λmax，设n个波长λ1～λn中的最小波长为λmin，优选选定输出满足上式(3)的波长λ1～λn的激光的n个激光光源。通过这样选定构成基准光源的n个激光光源，能够使在接收谱和校正谱中与波长λ1～λn对应地出现的n个峰值收敛于相同的频率段内。因此，在接收谱和校正谱中形成尖锐的峰值，因此，峰值的检测精度提高，相对速度Vr的计算精度也提高。
接着，对图2所示的第2计测部60的动作进行说明。在第2计测部60中，如上所述，包络线检波器61对与数字区域中的载波信号相当的接收信号DS的包络线进行检波，将表示其检波结果的包络线检波信号输出到边缘检测部62。包络线检波器61相对于接收信号DS具有规定的透射频带宽度BW。透射频带宽度BW是设第1计测部40中的速度计测宽度为最大值Vmax时使多普勒频移频率成分通过的频带宽度即可。因此，关于激光的波长λ，能够根据下式(4)计算透射频带宽度BW。
BW＝4×Vmax/λ (4)
图8A～图8E是示出发送光、接收光、接收信号(外差检波信号)、包络线检波信号和边缘检测信号的例子的曲线图。在发送了具有图8A所示的振幅的发送光的情况下，接收具有图8B所示的振幅的接收光。图8C示出根据图8B所示的接收光得到的接收信号波形。图8D示出根据图8C所示的接收信号波形得到的包络线检波信号的波形。
边缘检测部62检测包络线检波信号的信号波形的边缘，将表示其检测结果的边缘检测信号(例如TTL信号)输出到测距部63。图8E示出通过检测图8D所示的包络线检波信号的信号波形的上升边缘和下降边缘而生成的边缘检测信号的脉冲波形。
测距部63能够计测表示发送光脉冲的发送定时和与其对应的接收光的接收定时之间的时间差的延迟时间τ，根据该延迟时间τ计算与目标之间的距离。该延迟时间τ根据与目标之间的距离R而变化。延迟时间τ例如由下式(5)给出。这里，c是光速。
τ＝2×R/c (5)
如以上说明的那样，根据实施方式1，激光雷达装置1具有基准光源10，该基准光源10对分别具有彼此不同的多个波长λ1、λ2的多个激光进行合波而生成基准光，因此，能够在目标与光检测器28的受光面之间的传播路径内，产生与多个波长λ1、λ2分别对应的多个干涉条件。由此，能够抑制斑点噪声的产生，抑制由于斑点噪声而引起的接收信号DS的强度变动。因此，实施方式1的激光雷达装置1能够提高接收信号DS的信噪比。因此，计测值的计算精度提高，利用一发发送光脉冲就能够进行计测值的高精度计算。
此外，根据实施方式1，设定激光光源11、12的振荡波长λ1、λ2，使得针对速度计测范围内的任意速度，在频率分析前的接收信号DS的谱中与波长λ1、λ2分别对应地出现的峰值间的频率差为频率分辨率(各频率段的宽度)Δf以下。由此，能够使在接收谱中与波长λ1、λ2分别对应地出现的峰值收敛于相同的频率段内。因此，峰值的检测精度提高，计测值的计算精度也提高。
实施方式2
接着，对本发明的实施方式2进行说明。在上述实施方式1中，设置了构成基准光源10的激光光源11、12的振荡波长λ1、λ2的选择条件。与此相对，在实施方式2中未设置这种选择条件。此外，在实施方式2中具有频带限制滤波器，该频带限制滤波器对通过外差检波得到的模拟接收信号或数字接收信号的频带进行限制，去除不需要的频率成分。这种频带限制滤波器可以是模拟滤波器或数字滤波器中的任意一方。
图9是概略地示出本发明的实施方式2的激光雷达装置2的结构例的图。如图9所示，激光雷达装置2构成为具有基准光源10、光分配器21、光调制器22、光发送接收部23、光合波器26、光检测电路27和信号处理电路32。除了代替实施方式1的信号处理电路31(图1)而具有图9的信号处理电路32这点以外，本实施方式的激光雷达装置2的结构与上述实施方式1的激光雷达装置1的结构相同。在图9的结构例中，信号处理电路32具有频带限制滤波器。
图10是概略地示出实施方式2的信号处理电路32的结构例的框图。如图10所示，信号处理电路32包含第1计测部41和第2计测部60。第2计测部60的结构与上述实施方式1的第2计测部60的结构相同。第1计测部41与上述实施方式1的第1计测部40同样，具有频率分析器44、谱校正部45和计测值计算部50。
本实施方式的第1计测部41还具有作为频带限制滤波器进行动作的带通滤波器46。带通滤波器46设置于计测值计算部50的前级，对由谱校正部45计算出的校正谱的频带进行限制，由此生成频带限制谱，将生成的频带限制谱输出到计测值计算部50。带通滤波器46通过对校正谱的频带进行限制，能够去除不需要的频率成分。
图11是示出带通滤波器46的通过频带和遮断频带的例子的曲线图。在图11中示出与波长λ1、λ2分别对应的多普勒频移谱成分S1、S2。通过带通滤波器46的遮断频带去除谐波成分等不需要频率成分U1、U2。
此外，计测值计算部50在检测到频带限制谱中出现的单一峰值的情况下，根据与该检测到的峰值对应的多普勒频移量计算目标的相对速度Vr。另一方面，计测值计算部50在检测到频带限制谱中与多个波长λ1、λ2分别对应地出现的多个峰值的情况下，根据与该检测到的多个峰值分别对应的多普勒频移量计算目标的多个相对速度成分Vr1、Vr2。进而，计测值计算部50能够对这些多个相对速度成分Vr1、Vr2进行平均，由此计算该目标的相对速度Vr。作为平均处理，使用平方平均即可。此时，能够根据下式(6)计算相对速度Vr。
Vr＝[(Vr1)2+(Vr2)2]1/2 (6)
另外，计测值计算部50也可以具有如下的功能：在检测到频带限制谱中与多个波长λ1、λ2分别对应地出现的多个峰值的情况下，检测与这些多个峰值分别对应的多个多普勒频移谱成分的信噪比，根据检测到的信噪比，针对多普勒频移谱成分分别评价频率检测精度。计测值计算部50根据该评价结果，能够不进行平均处理，而仅根据评价较高的一个多普勒频移谱成分的检测峰值计算目标的相对速度Vr。
如以上说明的那样，与上述实施方式1的情况同样，本实施方式的激光雷达装置2具有基准光源10，因此，能够抑制斑点噪声的产生，抑制由于斑点噪声而引起的接收信号DS的强度变动。因此，能够提高接收信号DS的信噪比。因此，计测值的计算精度提高，利用一发发送光脉冲就能够进行计测值的高精度计算。
此外，在实施方式2中，带通滤波器46对由谱校正部45计算出的校正谱的频带进行限制，由此生成频带限制谱，因此，能够去除不需要的频率成分。进而，计测值计算部50在检测到频带限制谱中与多个波长λ1、λ2分别对应地出现的多个峰值的情况下，也根据该检测到的多个峰值计算目标的多个相对速度成分Vr1、Vr2，对这些多个相对速度成分Vr1、Vr2进行平均，由此计算该目标的相对速度Vr。因此，在构成基准光源10的激光光源11、12的振荡波长λ1、λ2未被限制的情况下，也能够根据检测到的多个峰值计算目标的相对速度Vr。
另外，在本实施方式中，激光光源11、12的个数为2个，但是不限于该个数。也可以使用分别输出彼此不同的n个(n为2以上的整数)波长λ1、λ2、…、λn的激光的n个激光光源。该情况下，计测值计算部50检测与波长数对应的数量的峰值即可。即，计测值计算部50检测频带限制谱中与多个波长λ1、λ2、…、λn分别对应地出现的多个峰值，根据该检测到的多个峰值计算目标的多个相对速度成分即可。计测值计算部50能够对该多个相对速度成分进行平均(例如平方平均)，由此计算目标的相对速度。
此外，也可以代替上述带通滤波器46而使用对模拟接收信号BS的频带进行限制并去除不需要的频率成分的模拟滤波器、或对频率分析前的接收信号DS的频带进行限制并去除不需要的频率成分的数字滤波器。
实施方式3
接着，对本发明的实施方式3进行说明。图12是概略地示出本发明的实施方式3的激光雷达装置3的结构例的图。如图12所示，激光雷达装置3构成为具有基准光源10、光分配器21、光调制器22、光发送接收部23、切换控制部80、光开关81、光合波器26、光检测电路27和信号处理电路33。
除了具有切换控制部80和光开关81这点、以及代替实施方式2的信号处理电路32(图9)而具有图12的信号处理电路33这点以外，本实施方式的激光雷达装置3的结构与上述实施方式2的激光雷达装置2的结构相同。
光开关81设置于光分配器21与光合波器26之间的光传输路径。光分配器21和光开关81经由光传输路径C2a而彼此光学耦合，光开关81和光合波器26经由光传输路径C2b而彼此光学耦合。例如，这些光传输路径C2a、C2b能够由光纤缆线构成。
光开关81是按照从切换控制部80供给的切换控制信号SC进行切换波长的动作的光分离器。即，光开关81按照切换控制信号SC，在从光传输路径C2a输入的参照光中，选择性地依次分离分别具有多个波长λ1、λ2的多个参照光成分。具体而言，光开关81首先从参照光中分离波长λ1的参照光成分，将该参照光成分输出到光传输路径C2b，接着从参照光中分离波长λ2的参照光成分，将该参照光成分输出到光传输路径C2b。
该情况下，首先，光合波器26对波长λ1的参照光成分和接收光进行合波而生成合波光，将该合波光输出到光检测电路27。接着，光合波器26对波长λ2的参照光成分和接收光进行合波而生成合波光，将该合波光输出到光检测电路27。由此，光检测电路27首先将与波长λ1的参照光成分对应的接收信号DS(以下称作“第1接收信号DS1”)输出到信号处理电路33，接着将与波长λ2的参照光成分对应的接收信号DS(以下称作“第2接收信号DS2”)输出到信号处理电路33。
图13是概略地示出实施方式3的信号处理电路33的结构例的框图。如图13所示，信号处理电路33包含第1计测部42和第2计测部60。第2计测部60的结构与上述实施方式1的第2计测部60的结构相同。第1计测部42与上述实施方式2的第1计测部41同样，具有频率分析器44、谱校正部45、带通滤波器46和计测值计算部50。本实施方式的第1计测部42还具有与切换控制信号SC同步地进行动作的尺度转换部47、暂时存储尺度转换部47的输出的存储器48以及与切换控制信号SC同步地进行动作的谱累计部49。
带通滤波器46首先生成与第1接收信号DS1对应的频带限制谱(以下称作“第1频带限制谱”)，接着生成与第2接收信号DS2对应的频带限制谱(以下称作“第2频带限制谱”)。尺度转换部47将这些第1频带限制谱和第2频带限制谱中的一方设为基准谱，利用规定的转换系数k对剩余的频带限制谱的频率轴方向的尺度进行转换，由此生成尺度转换谱。由此，使尺度转换谱中出现的多普勒频移谱成分在频率轴上的位置与基准谱中出现的多普勒频移谱成分在频率轴上的位置大致一致，能够将这些多普勒频移谱成分收敛于相同的频率段(基准谱的频率段)。尺度转换部47使存储器48暂时存储表示基准谱和尺度转换谱的数据。
例如，在选择第2频带限制谱作为基准谱的情况下，能够利用转换系数k＝λ2/λ1对第1频带限制谱的频率轴方向的尺度进行转换。图14A是示出包含通过尺度转换得到的多普勒频移谱成分S1c的第1频带限制谱的例子的曲线图，图14B是示出包含多普勒频移谱成分S2的第2频带限制谱的例子的图。如图14A和图14B所示，多普勒频移谱成分S1c的位置与多普勒频移谱成分S2的频率段的位置一致。
谱累计部49从存储器48中读出表示基准谱和尺度转换谱的数据，对这些基准谱和尺度转换谱进行累计，计算累计谱。计测值计算部50通过最大值检测法或重心法检测累计谱中出现的峰值，根据检测到的峰值的位置计算多普勒频移量。计测值计算部50能够根据多普勒频移量计算目标相对于视线方向的相对速度。
尺度转换谱中出现的多普勒频移谱成分的峰值位置与基准谱中出现的多普勒频移谱成分的峰值位置大致一致。因此，在累计谱中，由于这些多普勒频移谱成分的重合而在单一的频率段的位置形成尖锐的峰值。因此，计测值计算部50能够高精度地检测峰值，能够高精度地计算目标的相对速度。
如以上说明的那样，根据实施方式3，与上述实施方式1的情况同样，激光雷达装置3具有基准光源10，因此，能够抑制斑点噪声的产生，抑制由于斑点噪声而引起的接收信号DS的强度变动。因此，能够提高接收信号DS的信噪比。此外，激光雷达装置3的信号处理电路33具有计算累计谱的谱累计部49，因此，计测值计算部50能够根据低噪声的累计谱计算计测值。因此，计测值的计算精度提高，利用一发发送光脉冲就能够进行计测值的高精度计算。
此外，信号处理电路33具有尺度转换部47，因此，能够使尺度转换谱中出现的多普勒频移谱成分在频率轴上的位置与基准谱中出现的多普勒频移谱成分在频率轴上的位置大致一致。因此，在累计谱中，由于多普勒频移谱成分的重合而在单一的频率段的位置形成尖锐的峰值。因此，本实施方式的激光雷达装置3在构成基准光源10的激光光源11、12的振荡波长λ1、λ2未被限制的情况下，也能够根据检测到的多个峰值高精度地计算与目标有关的计测值。
另外，在本实施方式中，激光光源11、12的个数为2个，但是不限于该个数。也可以使用分别输出彼此不同的n个(n为2以上的整数)波长λ1、λ2、…、λn的激光的n个激光光源。
此外，与上述实施方式2的情况同样，在本实施方式中，也可以代替带通滤波器46而使用对模拟接收信号BS的频带进行限制并去除不需要的频率成分的模拟滤波器、或对频率分析前的接收信号DS的频带进行限制并去除不需要的频率成分的数字滤波器。
实施方式4
接着，对本发明的实施方式4进行说明。实施方式4是上述实施方式3的变形例，构成为发挥与上述实施方式3相同的效果。
图15是概略地示出本发明的实施方式4的激光雷达装置4的结构例的图。如图15所示，激光雷达装置4与实施方式3的激光雷达装置3同样，具有基准光源10、光分配器21、光调制器22和光发送接收部23。本实施方式的激光雷达装置4还具有光分配器82、波长分波器83、光合波器(光合波元件)26A、26B、光检测电路27M和信号处理电路33M。
光分配器82设置于光环行器24与光合波器26A之间的光传输路径。光环行器24和光分配器82经由光传输路径C5a而彼此光学耦合，光分配器82和光合波器26A经由光传输路径C5b而彼此光学耦合。此外，波长分波器83设置于光分配器21与光合波器26A之间的光传输路径。光分配器21和波长分波器83经由光传输路径C2a而彼此光学耦合，波长分波器83和光合波器26A经由光传输路径C2b而彼此光学耦合。进而，光分配器82和光合波器26B经由光传输路径C5c而彼此光学耦合，波长分波器83和光合波器26B经由光传输路径C2c而彼此光学耦合。
光分配器82是将从光环行器24经由光传输路径C5a输入的接收光分配给光传输路径C5b、C5c的光部件。即，光分配器82将输入的接收光以规定的分支比(50：50)分解成第1接收光和第2接收光，将第1接收光输出到光传输路径C5b，并且将第2接收光输出到光传输路径C5c。例如，光分配器82能够由使用电介质多层膜滤波器的分支镜或分束器构成。
波长分波器83是在从光传输路径C2a输入的参照光中同时分离分别具有多个波长λ1、λ2的多个参照光成分的光分离器。即，波长分波器83从参照光中分离波长λ1的参照光成分，将该参照光成分输出到光传输路径C2b，同时，从参照光中分离波长λ2的参照光成分，将该参照光成分输出到光传输路径C2c。
光合波器26A是对从光传输路径C2b输入的参照光和从光传输路径C5b输入的第1接收光进行合波而生成包含光拍信号成分的合波光的光合波元件。合波光在光传输路径C6、C7中传播，入射到光检测电路27M。光合波器26A构成为，根据光检测电路27M的平衡接收器结构，将具有彼此相差180°的相位的合波光(正相的光和逆相的光)分别输出到光传输路径C6、C7。这种光合波器26A例如能够使用90°混合耦合器构成。
另一方面，光合波器26B是对从光传输路径C2c输入的参照光和从光传输路径C5c输入的第2接收光进行合波而生成包含光拍信号成分的合波光的光合波元件。合波光在光传输路径C8、C9中传播，入射到光检测电路27M。与光合波器26A同样，光合波器26B构成为，根据光检测电路27M的平衡接收器结构，将具有彼此相差180°的相位的合波光(正相的光和逆相的光)分别输出到光传输路径C8、C9。这种光合波器26B例如能够使用90°混合耦合器构成。
光检测电路27M包含分别具有平衡接收器结构的光检测器28A、28B、将光检测器28A的输出转换成数字信号的A/D转换器(ADC)29A以及将光检测器28B的输出转换成数字信号的A/D转换器(ADC)29B。光检测器28A具有分别对从光传输路径C6输入的正相的光和从光传输路径C7输入的逆相的光进行光电转换的2个受光元件(例如光电二极管)。光检测器28A根据这些受光元件的输出电流的差分生成模拟接收信号BS1。另一方面，光检测器28B具有分别对从光传输路径C8输入的正相的光和从光传输路径C9输入的逆相的光进行光电转换的2个受光元件(例如光电二极管)。光检测器28B根据这些受光元件的输出电流的差分生成模拟接收信号BS2。光检测电路27A、27B具有平衡接收器结构，因此，能够实现由于基准光源10而引起的相对强度噪声(RIN)的降低。
ADC29A将从光调制器22供给的脉冲触发信号PT作为触发，对模拟接收信号BS1进行采样，由此将模拟接收信号BS1转换成数字接收信号DS1(以下称作“第1接收信号DS1”)。另一方面，ADC29B将脉冲触发信号PT作为触发，对模拟接收信号BS2进行采样，由此将模拟接收信号BS2转换成数字接收信号DS2(以下称作“第2接收信号DS2”)。ADC29A、ADC 29B将这些第1接收信号DS1和第2接收信号DS2输出到信号处理电路33M。例如，ADC29A、ADC 29B能够由双积分型A/D转换器、逐次比较型A/D转换器或并列比较型A/D转换器构成。
图16是概略地示出实施方式4的信号处理电路33M的结构例的框图。如图16所示，信号处理电路33M包含第1计测部42M和第2计测部60。第2计测部60的结构与上述实施方式1的第2计测部60的结构相同。第2计测部60能够根据第1接收信号DS1检测与目标之间的距离。
第1计测部42M具有频率分析器44A、44B、谱校正部45A、45B、带通滤波器46A、46B、尺度转换部47M、谱累计部49M和计测值计算部50。这里，频率分析器44A、谱校正部45A和带通滤波器46A的结构与上述频率分析器44、谱校正部45和带通滤波器46的结构相同，频率分析器44B、谱校正部45B和带通滤波器46B的结构与上述频率分析器44、谱校正部45和带通滤波器46的结构相同。
带通滤波器46A生成与第1接收信号DS1对应的频带限制谱(以下称作“第1频带限制谱”)。并行地，带通滤波器46B生成与第2接收信号DS2对应的频带限制谱(以下称作“第2频带限制谱”)。尺度转换部47M与实施方式3的尺度转换部47同样，将这些第1频带限制谱和第2频带限制谱中的一方设为基准谱，利用规定的转换系数k对剩余的频带限制谱的频率轴方向的尺度进行转换，由此生成尺度转换谱。
谱累计部49M与实施方式3的谱累计部49同样，对基准谱和尺度转换谱进行累计，计算累计谱。计测值计算部50通过最大值检测法或重心法检测累计谱中出现的峰值，根据检测到的峰值的位置计算多普勒频移量。计测值计算部50能够根据多普勒频移量计算目标相对于视线方向的相对速度。
尺度转换谱中出现的多普勒频移谱成分的峰值位置与基准谱中出现的多普勒频移谱成分的峰值位置大致一致。因此，在累计谱中，由于这些多普勒频移谱成分的重合而在单一的频率段的位置形成尖锐的峰值。因此，计测值计算部50能够高精度地检测峰值，能够高精度地计算目标的相对速度。
如以上说明的那样，根据实施方式4，与上述实施方式1的情况同样，激光雷达装置4具有基准光源10，因此，能够抑制斑点噪声的产生，抑制由于斑点噪声而引起的接收信号DS1、DS2的强度变动。因此，能够提高接收信号DS1、DS2的信噪比。此外，激光雷达装置4的信号处理电路33M具有计算累计谱的谱累计部49M，因此，计测值计算部50能够根据低噪声的累计谱计算计测值。因此，计测值的计算精度提高。利用一发发送光脉冲就能够进行计测值的高精度计算。
此外，信号处理电路33M具有尺度转换部47M，因此，能够使尺度转换谱中出现的多普勒频移谱成分在频率轴上的位置与基准谱中出现的多普勒频移谱成分在频率轴上的位置大致一致。因此，在累计谱中，由于多普勒频移谱成分的重合而在单一的频率段的位置形成尖锐的峰值。因此，本实施方式的激光雷达装置4在构成基准光源10的激光光源11、12的振荡波长λ1、λ2未被限制的情况下，也能够根据检测到的多个峰值高精度地计算与目标有关的计测值。
另外，在本实施方式中，激光光源11、12的个数为2个，但是不限于该个数。也可以使用分别输出彼此不同的n个(n为2以上的整数)波长λ1、λ2、…、λn的激光的n个激光光源。
此外，与上述实施方式2的情况同样，在本实施方式中，也可以代替带通滤波器46A、46B而使用对模拟接收信号BS1、BS2的频带进行限制并去除不需要的频率成分的模拟滤波器、或对频率分析前的接收信号DS1、DS2的频带进行限制并去除不需要的频率成分的数字滤波器。
实施方式1～4的变形例
以上参照附图叙述了本发明的各种实施方式，但是，这些实施方式只是本发明的例示，还能够采用这些实施方式以外的各种方式。
上述实施方式2～4的信号处理电路32、33、33M各自的硬件结构与上述实施方式1的情况同样，例如通过具有DSP、ASIC或FPGA等半导体集成电路的一个或多个处理器实现即可。或者，信号处理电路32、33、33M各自的硬件结构也可以通过包含执行从存储器读出的软件或固件的程序代码的CPU或GPU等运算装置的一个或多个处理器实现。也可以通过包含DSP等半导体集成电路和CPU等运算装置的组合的一个或多个处理器实现信号处理电路32、33、33M各自的硬件结构。进而，还可以通过图3所示的信号处理电路70实现信号处理电路32、33、33M各自的硬件结构。
此外，上述实施方式1～4的激光雷达装置1～4是根据发送光脉冲检测计测值的脉冲型的激光雷达装置。取而代之，上述实施方式1～4的激光雷达装置1～4的结构也可以变更成利用CW波(Continuous Wave)方式计算计测值。
此外，上述实施方式1构成为第1计测部40和第2计测部60同时并行进行动作，但是，取而代之，实施方式1的结构也可以变更成根据确定动作条件的测定参数，仅第1计测部40和第2计测部60中的任意一方或第1计测部40和第2计测部60双方进行动作。该情况下，实施方式1的激光雷达装置1能够以与该测定参数对应的动作模式(即仅计算目标的相对速度的动作模式、仅计算与目标之间的距离的动作模式以及计算相对速度和距离双方的动作模式中的任意一方)进行动作。同样，实施方式2的结构也可以变更成根据测定参数，仅第1计测部41和第2计测部60中的任意一方或第1计测部41和第2计测部60双方进行动作，实施方式3的结构也可以变更成根据测定参数，仅第1计测部42和第2计测部60中的任意一方或第1计测部42和第2计测部60双方进行动作，实施方式4的结构也可以变更成根据测定参数，仅第1计测部42M和第2计测部60中的任意一方或第1计测部42M和第2计测部60双方进行动作。
在本发明的范围内，能够进行上述实施方式1～4的自由组合、各实施方式的任意结构要素的变形或各实施方式的任意结构要素的省略。
产业上的可利用性
本发明的激光雷达装置能够使用激光计测被目标散射或反射的光，由此检测该目标的速度等信息，因此，例如适合应用于观测大气状态的观测系统和检测车辆等移动体的移动体检测系统。
标号说明
1～4：激光雷达装置；10：多波长基准光源；11、12：激光光源；13：光合波器；14：会聚光学系统；15：光连接部；21：光分配器；22：光调制器；23：光发送接收部；24：光环行器；25：光天线；26、26A、26B：光合波器；27、27M：光检测电路；28、28A、28B：光检测器；29：A/D转换器(ADC)；31～33、33M：信号处理电路；40～42、42M：第1计测部；44、44A、44b：频率分析器；45、45A、45B：谱校正部；46、46A、46B：带通滤波器；47、47M：尺度转换部；48：存储器；49、49M：谱累计部；50：计测值计算部；60：第2计测部；61：包络线检波器；62：边缘检测部；63：测距部；70：信号处理电路；71：处理器；72：存储器；73：输入接口部；74：输出接口部；75：信号路径；80：切换控制部；81：光开关(光分离器)；82：光分配器；83：波长分波器(光分离器)；C0～C9：光传输路径；Tgt：目标。

Claims (7)

1.一种激光雷达装置，其特征在于，该激光雷达装置具有：
基准光源，其对分别具有彼此不同的多个波长的多个激光进行合波，生成基准光；
光分配器，其将所述基准光分解成发送光和参照光；
光调制器，其对所述发送光进行调制，生成调制发送光；
光发送接收部，其向外部空间放射所述调制发送光，接收被所述外部空间内的目标散射或漫射的光；
光合波器，其对所述参照光和由所述光发送接收部接收到的光进行合波，生成光拍信号；
光检测电路，其对所述光拍信号进行光电转换，生成接收信号；以及
信号处理电路，
所述信号处理电路包含：
频率分析器，其以预定的频率分辨率对所述接收信号实施频率分析，计算所述接收信号的谱；以及
计测值计算部，其根据该计算出的谱计算与所述目标有关的计测值，
所述多个波长被设定成，在所述接收信号的谱中与所述多个波长分别对应地出现的多个峰值间的频率差为所述频率分辨率以下；
所述计测值计算部在预定的速度计测范围内计算所述目标的相对速度作为所述计测值，
在所述速度计测范围内的速度的绝对值的最大值用Vmax表示，所述多个波长中的最大波长用λmax表示，所述多个波长中的最小波长用λmin表示，所述频率分辨率用Δf表示时，所述多个波长被设定成满足以下的关系式，
Δf>2×Vmax×(1/λmin-1/λmax)。
2.根据权利要求1所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述多个激光各自的谱线宽度为100MHz以下。
3.一种激光雷达装置，其特征在于，该激光雷达装置具有：
基准光源，其对分别具有彼此不同的多个波长的多个激光进行合波，生成基准光；
光分配器，其将所述基准光分解成发送光和参照光；
光调制器，其对所述发送光进行调制，生成调制发送光；
光发送接收部，其向外部空间放射所述调制发送光，接收被所述外部空间内的目标散射或漫射的光；
光分离器，其从所述参照光中分离分别具有所述多个波长的多个参照光成分；
光合波器，其对所述多个参照光成分和由所述光发送接收部接收到的光进行合波，生成多个光拍信号；
光检测电路，其对所述多个光拍信号进行光电转换，生成多个接收信号；
频率分析器，其对所述多个接收信号实施频率分析，计算所述多个接收信号各自的多个谱；
谱累计部，其对所述多个谱进行累计，计算累计谱；
计测值计算部，其根据所述累计谱计算与所述目标有关的计测值；以及
尺度转换部，其将所述多个谱中的一个谱作为基准谱，对所述多个谱中的所述基准谱以外的一个或多个谱的频率轴方向的尺度进行转换，生成尺度转换谱，
所述谱累计部对所述基准谱和所述尺度转换谱进行累计，计算所述累计谱。
4.根据权利要求3所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述光分离器是从所述参照光中选择性地依次分离所述多个参照光成分的光开关。
5.根据权利要求3所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述光分离器是从所述参照光中同时分离所述多个参照光成分的波长分波器，
所述光合波器包含多个光合波元件，该多个光合波元件将由所述光发送接收部接收到的光与所述多个参照光成分分别进行合波，同时生成所述多个光拍信号，
所述光检测电路包含多个光检测器，该多个光检测器分别对所述多个光拍信号进行光电转换，同时生成所述多个接收信号。
6.根据权利要求3所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述多个激光各自的谱线宽度为100MHz以下。
7.一种激光雷达装置，其特征在于，该激光雷达装置具有：
基准光源，其对分别具有彼此不同的多个波长的多个激光进行合波，生成基准光；
光分配器，其将所述基准光分解成发送光和参照光；
光调制器，其对所述发送光进行调制，生成调制发送光；
光发送接收部，其向外部空间放射所述调制发送光，接收被所述外部空间内的目标散射或漫射的光；
光分离器，其从所述参照光中分离分别具有所述多个波长的多个参照光成分；
光合波器，其分别对各所述参照光成分和由所述光发送接收部接收到的光进行合波，生成多个光拍信号；
光检测电路，其分别对各所述光拍信号进行光电转换，生成多个接收信号；
频率分析器，其分别对各所述接收信号实施频率分析，计算所述多个接收信号各自的多个谱；
谱累计部，其对所述多个谱进行累计，计算累计谱；以及
计测值计算部，其根据所述累计谱计算与所述目标有关的计测值，
所述光分离器是从所述参照光中选择性地依次分离所述多个参照光成分的光开关。
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