CN116848434A - 信号处理装置、信号处理方法及激光雷达装置 - Google Patents

信号处理装置、信号处理方法及激光雷达装置 Download PDF

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Abstract

信号处理装置(15)构成为，计算存在于空间的多个观测对象各自相对于激光雷达装置的相对速度，作为各个观测对象的移动速度。根据从光源(1)输出的激光生成光频率互不相同的多个脉冲光，向空间辐射各个脉冲光，接收由各个观测对象散射后的各个脉冲光作为散射光，对各个散射光与激光的合波光进行检波。信号处理装置(15)具备：多普勒频率计算部(16)，其根据所生成的多个脉冲光具有的光频率和各个合波光的检波信号，计算各个散射光具有的光频率所包含的与各个观测对象的移动相伴的多普勒频率；以及速度计算部(17)，其根据由多普勒频率计算部(16)计算出的各个多普勒频率，计算各个观测对象的相对速度。

Description

信号处理装置、信号处理方法及激光雷达装置
技术领域
本公开涉及信号处理装置、信号处理方法及激光雷达装置。
背景技术
在激光雷达装置中，具有计算多个观测对象各自的移动速度的激光雷达装置(以下称为“以往的激光雷达装置”)。
以往的激光雷达装置具备输出激光的光源、根据该激光生成脉冲光的脉冲光生成部、向空间重复辐射该脉冲光并接收由各个观测对象散射后的各个脉冲光作为散射光的收发部、以及对各个散射光与该激光的合波光进行检波的光合波部。此外，以往的激光雷达装置具备信号处理部，该信号处理部根据由光合波部检波出的各个合波光的光频率来计算与各个观测对象的移动相伴的多普勒频率，根据各个多普勒频率来计算各个观测对象的移动速度。由信号处理部计算的移动速度是激光的辐射方向的移动速度。
此外，在专利文献1中公开了一种测距装置，该测距装置基于从辐射脉冲光之后到接收由观测对象散射后的脉冲光即散射光为止的时间，来计算从测距装置到观测对象的距离。
该测距装置具备生成多个脉冲光的生成部、向空间辐射由生成部生成的各个脉冲光的发送部、以及接收由观测对象散射后的各个脉冲光作为散射光的接收部。此外，该测距装置具备距离计算部，该距离计算部基于从发送部辐射脉冲光之后到接收部接收散射光为止的时间，计算距观测对象的距离。在距观测对象的距离较长的情况下，或者在脉冲光的辐射周期较短的情况下，在发送部辐射辐射顺序为第N个(N为1以上的整数)的脉冲光之后到接收部接收与第N个脉冲光对应的散射光之前，发送部有时会辐射辐射顺序为第(N+1)个的脉冲光。为了即便在这样的情况下，也知晓由接收部接收到的散射光是与第几个脉冲光对应的散射光，生成部生成光频率互不相同的多个脉冲光，将各个脉冲光输出到发送部。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2020-079776号
发明内容
发明要解决的问题
存在于激光雷达装置的远方的观测对象(以下称为“远方的观测对象”)的移动速度与存在于该激光雷达装置的附近的观测对象(以下称为“附近的观测对象”)的移动速度有时是相同的速度。在远方的观测对象的移动速度与附近的观测对象的移动速度是相同的速度时，来自远方的观测对象的散射光(以下称为“远方散射光”)和来自附近的观测对象的散射光(以下称为“附近散射光”)有时在相互重叠的状态下到达该激光雷达装置。
在以往的激光雷达装置中，收发部在分别接收到相互重叠的远方散射光和附近散射光时，由于远方散射光具有的光频率与附近散射光具有的光频率是相同的频率，因此，信号处理部无法识别远方散射光和附近散射光。因此，存在以下问题：该信号处理部即便能够检测到附近的观测对象和远方的观测对象中的任意一方的观测对象的存在并计算该观测对象的移动速度，也无法检测到另一方的观测对象的存在。
专利文献1所公开的测距装置具备生成光频率互不相同的多个脉冲光的生成部。但是，该测距装置的距离计算部不能在远方散射光与附近散射光相互重叠时识别远方散射光和附近散射光。因此，即便假设将该测距装置应用于以往的激光雷达装置，也无法解决上述问题。
本公开是为了解决上述问题而完成的，其目的在于，得到如下的信号处理装置和信号处理方法：即便在远方散射光与附近散射光相互重叠的状态下，也与远方的观测对象的移动速度与附近的观测对象的移动速度是否为相同的速度无关，而能够计算各个观测对象的移动速度的。
用于解决问题的手段
本公开的信号处理装置计算存在于空间的多个观测对象各自相对于激光雷达装置的相对速度，作为各个观测对象的移动速度。
根据从光源输出的激光而生成光频率互不相同的多个脉冲光，向空间辐射各个脉冲光，接收由各个观测对象散射后的各个脉冲光作为散射光，对各个散射光与激光的合波光进行检波。该信号处理装置具备：多普勒频率计算部，其根据所生成的各个脉冲光具有的光频率和各个合波光的检波信号，计算各个散射光具有的光频率所包含的与各个观测对象的移动相伴的多普勒频率；以及速度计算部，其根据由多普勒频率计算部计算出的各个多普勒频率，计算各个观测对象的相对速度。
发明的效果
根据本公开，即便在远方散射光与附近散射光相互重叠的状态下，也与远方的观测对象的移动速度与附近的观测对象的移动速度是否为相同的速度无关，而能够计算各个观测对象的移动速度。
附图说明
图1是示出包含实施方式1的信号处理装置15的激光雷达装置的结构图。
图2是示出触发生成部4的内部的结构图。
图3是示出实施方式1的信号处理装置15的结构图。
图4是示出实施方式1的信号处理装置15的硬件的硬件结构图。
图5是信号处理装置15由软件或者固件等实现的情况下的计算机的硬件结构图。
图6是示出图1所示的激光雷达装置的处理步骤的流程图。
图7是示出作为信号处理装置15的处理步骤的信号处理方法的流程图。
图8是示出从激光雷达装置辐射的脉冲光P1、来自第1观测对象的散射光R1、以及来自第2观测对象的散射光R2的说明图。
图9是示出从激光雷达装置辐射脉冲光P1、P2的辐射时刻T1、T2、来自第1观测对象的散射光R1、R3的接收时刻T1’、T3’、以及来自第2观测对象的散射光R2、R4的接收时刻T2’、T4’的说明图。
图10A是示出距离仓信号(7)具有的峰值频谱的说明图，图10B是示出脉冲光P1具有的光频率与脉冲光P2具有的光频率是相同频率的情况下的、距离仓信号(7)具有的峰值频谱的说明图。
图11是示出存在与合波光C1相关的散射光R1的距离仓、存在与合波光C2、C3相关的散射光R2、R3的距离仓、以及存在与合波光C4相关的散射光R4的距离仓的说明图。
图12是示出距离仓(n)的距离与SNR的对应关系的距离特性(a-scope)的说明图。
图13是示出实施方式2的激光雷达装置的脉冲调制器5的结构图。
图14是示出实施方式3的激光雷达装置的结构图。
图15是示出包含实施方式4的信号处理装置15的激光雷达装置的结构图。
图16是示出实施方式4的信号处理装置15的结构图。
图17是示出实施方式4的信号处理装置15的硬件的硬件结构图。
图18是示出气体的吸收波段、从光源71输出的第1激光具有的波长以及从光源71输出的第2激光具有的波长的说明图。
具体实施方式
以下，为了更加详细地说明本公开，按照附图对用于实施本公开的方式进行说明。
实施方式1.
图1是示出包含实施方式1的信号处理装置15的激光雷达装置的结构图。
图1所示的激光雷达装置具备光源1、脉冲调制部2、收发部6、光检波部11及信号处理装置15。
激光雷达装置计算存在于空间的多个观测对象各自相对于激光雷达装置的相对速度，作为各个观测对象的移动速度。观测对象是固体、液体、或者气体。
在图1所示的激光雷达装置中，为了简化说明，设为观测对象的数量为2个，一方的观测对象是第1观测对象，另一方的观测对象是第2观测对象。但是，这只不过是一例，观测对象的数量也可以为3个以上。
光源1例如是发出单一频率的激光的激光器，由发光光频的线宽为几MHz以下的半导体激光器、光纤激光器或者固体激光器实现。或者，光源1由半导体激光器、光纤激光器及固体激光器中的1个以上的激光器的组合实现。
光源1将作为连续光的激光输出到脉冲调制部2。从光源1输出的激光具有的光频率是f0。
脉冲调制部2具备光分割部3、触发生成部4及脉冲调制器5。
脉冲调制部2根据从光源1输出的激光而生成光频率互不相同的多个脉冲光。
如果由脉冲调制部2生成的多个脉冲光例如是2个脉冲光P1、P2，则脉冲光P1具有的光频率是f0+fIF1，脉冲光P2具有的光频率是f0+fIF2。例如，fIF2＞fIF1。fIF2与fIF1之间的频率差Δf(＝fIF2-fIF1)大于在第1观测对象和第2观测对象分别以假定的最高速度进行了移动的情况下产生的多普勒频率的绝对值的2倍。如果频率差Δf大于多普勒频率的绝对值的2倍，则只要第1观测对象和第2观测对象各自的移动速度为假定的范围内的速度，则后述的多个散射光具有的光频率成为互不相同的频率。
如果由脉冲调制部2生成的多个脉冲光为M(M是3个以上的整数)个脉冲光P1、P2、···、PM，则脉冲光Pm(m＝1、2、···、M)具有的光频率是f0+fIFm。例如，fIFM＞fIF(M-1)＞···＞fIF1。
在图1所示的激光雷达装置中，为了简化说明，设为脉冲调制部2生成2个脉冲光P1、P2。
光分割部3例如由分束器、光纤型耦合器或者半反射镜实现。
光分割部3以规定的比率将从光源1输出的激光分配为两部分。作为规定的比率，例如是脉冲调制器5侧是2、后述的光合波部12是1的比率。
光分割部3将分配后的一方的激光输出到脉冲调制器5，将分配后的另一方的激光作为参照光输出到光合波部12。
触发生成部4例如由脉冲发生器、函数发生器或者FPGA(Field-ProgrammableGate Array：现场可编程门阵列)实现。
如图2所示，触发生成部4具备脉冲信号生成部4a、基准信号生成部4b、第1频移信号生成部4c、第2频移信号生成部4d及开关4e。
触发生成部4将脉冲信号分别输出到脉冲调制器5、后述的模数转换器(以下称为“A/D转换部”)14和信号处理装置15。
此外，触发生成部4将表示调制频率fIF1的第1频移信号和表示调制频率fIF2的第2频移信号分别输出到脉冲调制器5和信号处理装置15。
图2是示出触发生成部4的内部的结构图。
脉冲信号生成部4a生成脉冲宽度ΔT的脉冲信号。
脉冲信号生成部4a以周期Trep将脉冲宽度ΔT的脉冲信号分别反复输出到脉冲调制器5、A/D转换部14及信号处理装置15。
基准信号生成部4b生成作为频率f的电信号的基准信号。
基准信号生成部4b将基准信号分别输出到第1频移信号生成部4c和第2频移信号生成部4d。
第1频移信号生成部4c取得从基准信号生成部4b输出的基准信号，根据基准信号而生成表示调制频率fIF1的第1频移信号。
第1频移信号生成部4c将第1频移信号输出到开关4e。
第2频移信号生成部4d取得从基准信号生成部4b输出的基准信号，根据基准信号而生成表示调制频率fIF2的第2频移信号。
第2频移信号生成部4d将第2频移信号输出到开关4e。
开关4e将从第1频移信号生成部4c输出的第1频移信号和从第2频移信号生成部4d输出的第2频移信号依次分别输出到脉冲调制器5和信号处理装置15。
脉冲调制器5例如由使用声光学元件的调制元件或使用铌酸锂晶体的调制元件、以及半导体光放大器等光放大器实现。
脉冲调制器5在每次从脉冲信号生成部4a收到脉冲宽度ΔT的脉冲信号时，按照该脉冲信号，对从光分割部3输出的激光进行脉冲调制。即，脉冲调制器5将作为连续光的激光转换成具有脉冲宽度ΔT的脉冲光。
此外，如果从开关4e输出第1频移信号，则脉冲调制器5通过使具有脉冲宽度ΔT的脉冲光的光频率f0偏移到光频率f0+fIF1，生成具有光频率f0+fIF1的脉冲光P1。
脉冲调制器5将脉冲光P1输出到发送侧光学系统7。
如果从开关4e输出第2频移信号，则脉冲调制器5通过使具有脉冲宽度ΔT的脉冲光的光频率f0偏移到光频率f0+fIF2，生成具有光频率f0+fIF2的脉冲光P2。
脉冲调制器5将脉冲光P2输出到发送侧光学系统7。
收发部6具备发送侧光学系统7、收发分离部8、望远镜9及接收侧光学系统10。
收发部6向空间辐射由脉冲调制部2生成的各个脉冲光P1、P2。
收发部6接收由第1观测对象散射后的脉冲光P1作为散射光R1，接收由第2观测对象散射后的脉冲光P1作为散射光R2。
收发部6接收由第1观测对象散射后的脉冲光P2作为散射光R3，接收由第2观测对象散射后的脉冲光P2作为散射光R4。
如果第1观测对象沿脉冲光P1、P2的辐射方向移动，则散射光R1、R3具有的光频率包含与第1观测对象的移动相伴的多普勒频率fdp1。因此，散射光R1具有的光频率成为f0+fIF1+fdp1，散射光R3具有的光频率成为f0+fIF2+fdp1。
如果第2观测对象沿脉冲光P1、P2的辐射方向移动，则散射光R2、R4具有的光频率包含与第2观测对象的移动相伴的多普勒频率fdp2。因此，散射光R2具有的光频率成为f0+fIF1+fdp2，散射光R4具有的光频率成为f0+fIF2+fdp2。
发送侧光学系统7对从脉冲调制器5输出的各个脉冲光P1、P2进行整形，将整形后的各个脉冲光P1、P2输出到收发分离部8。作为脉冲光的整形，除了脉冲光的光束直径的整形之外，还对应于脉冲光的发散角的整形。
收发分离部8例如由偏振分束器和波长板实现。
收发分离部8被设置在从发送侧光学系统7输出的整形后的各个脉冲光P1、P2的光轴上。
收发分离部8将从发送侧光学系统7输出的整形后的各个脉冲光P1、P2输出到望远镜9，将由望远镜9会聚的各个散射光R1、R2、R3、R4输出到接收侧光学系统10。
望远镜9例如由多个折射透镜或者多个反射镜实现。
望远镜9向空间辐射从收发分离部8输出的整形后的各个脉冲光P1、P2。
望远镜9会聚由第1观测对象散射后的脉冲光P1作为散射光R1，会聚由第2观测对象散射后的脉冲光P1作为散射光R2。
望远镜9会聚由第1观测对象散射后的脉冲光P2作为散射光R3，会聚由第2观测对象散射后的脉冲光P2作为散射光R4。
望远镜9将各个散射光R1、R2、R3、R4输出到收发分离部8。
接收侧光学系统10设置为使从收发分离部8输出的各个散射光R1、R2、R3、R4的光轴与光合波部12的光轴一致。
接收侧光学系统10对从收发分离部8输出的各个散射光R1、R2、R3、R4进行整形，将整形后的各个散射光R1、R2、R3、R4输出到光合波部12。作为散射光的整形，除了散射光的光束直径的整形之外，还对应于散射光的发散角的整形。
光检波部11具备光合波部12、受光部13及A/D转换部14。
光检波部11对由收发部6接收到的各个散射光R1、R2、R3、R4与从光源1输出的激光即参照光的合波光C1、C2、C3、C4进行检波。
光检波部11将各个合波光C1、C2、C3、C4的检波信号D1、D2、D3、D4输出到信号处理装置15。
光合波部12例如由分束器或者光纤型耦合器实现。
光合波部12对从接收侧光学系统10输出的整形后的各个散射光R1、R2、R3、R4与从光分割部3输出的参照光的合波光C1、C2、C3、C4进行检波。
即，光合波部12通过混合各个散射光R1、R2、R3、R4与从光源1输出的参照光而对合波光C1、C2、C3、C4进行外差检波。合波光C1具有的光频率是fIF1+fdp1，合波光C2具有的光频率是fIF1+fdp2。合波光C3具有的光频率是fIF2+fdp1，合波光C4具有的光频率是fIF2+fdp2。
光合波部12将各个合波光C1、C2、C3、C4输出到受光部13。
受光部13例如由光电二极管实现。
受光部13将从光合波部12输出的各个合波光C1、C2、C3、C4转换成电信号。
受光部13将各个电信号输出到A/D转换部14。
受光部13在散射光R1、R2、R3、R4中的哪一个都没有从接收侧光学系统10输出的期间内，将电压大致为0的电信号输出到A/D转换部14。
A/D转换部14在从触发生成部4的脉冲信号生成部4a输出脉冲宽度ΔT的脉冲信号的期间内，进行将从受光部13输出的电信号从模拟信号转换成数字信号Dig(t)的处理。t是表示采样时刻的变量。
A/D转换部14将数字信号Dig(t)输出到信号处理装置15。在从接收侧光学系统10输出散射光R1的期间内，数字信号Dig(t)表示合波光C1的检波信号D1，在从接收侧光学系统10输出散射光R2的期间内，数字信号Dig(t)表示合波光C2的检波信号D2。在从接收侧光学系统10输出散射光R3的期间内，数字信号Dig(t)表示合波光C3的检波信号D3，在从接收侧光学系统10输出散射光R4的期间内，数字信号Dig(t)表示合波光C4的检波信号D4。
在散射光R1、R2、R3、R4中的哪一个都没有被输出的期间内，数字信号Dig(t)表示大致为0的值。
图3是示出实施方式1的信号处理装置15的结构图。
信号处理装置15具备多普勒频率计算部16、速度计算部17、SNR(Signal to NoiseRatio：信噪比)计算部30及距离特性计算部31。
信号处理装置15基于从A/D转换部14输出的数字信号Dig(t)，计算第1观测对象相对于激光雷达装置的相对速度V1和第2观测对象相对于激光雷达装置的相对速度V2，作为第1观测对象和第2观测对象各自的移动速度。
图4是示出实施方式1的信号处理装置15的硬件的硬件结构图。
多普勒频率计算部16例如由图4所示的多普勒频率计算电路41实现。
多普勒频率计算部16具备光频率校正部21和频率计算处理部28。
多普勒频率计算部16取得由脉冲调制部2生成的各个脉冲光P1、P2具有的光频率f0+fIF1、f0+fIF2和从光检波部11输出的各个合波光C1、C2、C3、C4的检波信号D1、D2、D3、D4。
多普勒频率计算部16根据各个脉冲光P1、P2具有的光频率f0+fIF1、f0+fIF2和各个检波信号D1、D2、D3、D4，计算各个散射光R1、R2、R3、R4具有的光频率所包含的与各个观测对象的移动相伴的多普勒频率。
即，多普勒频率计算部16计算多个脉冲光P1、P2中的1个脉冲光P1具有的光频率f0+fIF1与其余的脉冲光P2具有的光频率的频率f0+fIF2之间的频率差Δf(＝fIF2-fIF1)。
多普勒频率计算部16根据频率差Δf和数字信号Dig(t)所包含的各个检波信号D1、D3，计算各个散射光R1、R3具有的光频率所包含的多普勒频率fdp1作为与第1观测对象的相对速度V1对应的多普勒频率fdp1。
多普勒频率计算部16根据频率差Δf和数字信号Dig(t)所包含的各个检波信号D2、D4，计算各个散射光R2、R4具有的光频率所包含的多普勒频率fdp2作为与第2观测对象的相对速度V2对应的多普勒频率fdp2。
多普勒频率计算部16将多普勒频率fdp1和多普勒频率fdp2输出到频率计算处理部28。
光频率校正部21具备距离仓分割部22、频率解析部23、距离校正部24、频率校正处理部25、频谱累计部26及峰值频率检测部27。
光频率校正部21从触发生成部4分别取得第1频移信号和第2频移信号。
光频率校正部21通过从第2频移信号所表示的调制频率fIF2减去第1频移信号所表示的调制频率fIF1来计算频率差Δf。
光频率校正部21从A/D转换部14取得包含各个检波信号D1、D2、D3、D4的数字信号Dig(t)。
光频率校正部21基于频率差Δf，对合波光C3具有的光频率fIF2+fdp1进行校正。
光频率校正部21基于频率差Δf，对合波光C4具有的光频率fIF2+fdp2进行校正。
距离仓分割部22在时间方向上对从A/D转换部14输出的数字信号Dig(t)进行分割。数字信号Dig(t)中的时间方向的分割宽度Δt对应于距离仓宽度Rbw。因此，与采样时刻t＝1相关的分割后的数字信号Dig(1)对应于距离仓(1)，与采样时刻t＝2相关的分割后的数字信号Dig(2)对应于距离仓(2)。此外，与采样时刻t＝3相关的分割后的数字信号Dig(3)对应于距离仓(3)。
距离仓分割部22将分割后的各个数字信号Dig(t)作为距离仓信号(n)输出到频率解析部23。n是表示距离仓的变量，n＝1、2、3、···。
频率解析部23针对从距离仓分割部22输出的各个距离仓信号(n)实施FFT(FastFourier Transform：快速傅立叶变换)处理，由此，计算各个距离仓信号(n)的频谱FS(n)。
频率解析部23将各个频谱FS(n)输出到距离校正部24。
距离校正部24从频率解析部23取得各个频谱FS(n)。
距离校正部24从触发生成部4取得第1频移信号和第2频移信号。
距离校正部24从频谱FS(n)中分别检测峰值频谱Sp1、峰值频谱Sp2、峰值频谱Sp3及峰值频谱Sp4。
此外，距离校正部24检测与峰值频谱Sp1对应的峰值频率fp1，检测与峰值频谱Sp2对应的峰值频率fp2。
距离校正部24检测与峰值频谱Sp3对应的峰值频率fp3，检测与峰值频谱Sp4对应的峰值频率fp4。
距离校正部24计算峰值频率fp1与第1频移信号所表示的调制频率fIF1的差分的绝对值|Δf1-1|、以及峰值频率fp1与第2频移信号所表示的调制频率fIF2的差分的绝对值|Δf1-2|。
如果差分的绝对值|Δf1-1|为差分的绝对值|Δf1-2|以下，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp1的合波光是对应于脉冲光P1的合波光C1或者对应于脉冲光P1的合波光C2。
如果差分的绝对值|Δf1-1|比差分的绝对值|Δf1-2|大，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp1的合波光是对应于脉冲光P2的合波光C3或者对应于脉冲光P2的合波光C4。
距离校正部24计算峰值频率fp2与调制频率fIF1的差分的绝对值|Δf2-1|、以及峰值频率fp2与调制频率fIF2的差分的绝对值|Δf2-2|。
如果差分的绝对值|Δf2-1|为差分的绝对值|Δf2-2|以下，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp2的合波光是对应于脉冲光P1的合波光C1或者对应于脉冲光P1的合波光C2。
如果差分的绝对值|Δf2-1|比差分的绝对值|Δf2-2|大，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp2的合波光是对应于脉冲光P2的合波光C3或者对应于脉冲光P2的合波光C4。
距离校正部24计算峰值频率fp3与调制频率fIF1的差分的绝对值|Δf3-1|、以及峰值频率fp3与调制频率fIF2的差分的绝对值|Δf3-2|。
如果差分的绝对值|Δf3-1|为差分的绝对值|Δf3-2|以下，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp3的合波光是对应于脉冲光P1的合波光C1或者对应于脉冲光P1的合波光C2。
如果差分的绝对值|Δf3-1|比差分的绝对值|Δf3-2|大，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp3的合波光是对应于脉冲光P2的合波光C3或者对应于脉冲光P2的合波光C4。
距离校正部24计算峰值频率fp4与调制频率fIF1的差分的绝对值|Δf4-1|、以及峰值频率fp4与调制频率fIF2的差分的绝对值|Δf4-2|。
如果差分的绝对值|Δf4-1|为差分的绝对值|Δf4-2|以下，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp4的合波光是对应于脉冲光P1的合波光C1或者对应于脉冲光P1的合波光C2。
如果差分的绝对值|Δf4-1|比差分的绝对值|Δf4-2|大，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp4的合波光是对应于脉冲光P2的合波光C3或者对应于脉冲光P2的合波光C4。
这里，为了方便说明，设为具有峰值频谱Sp1的合波光和具有峰值频谱Sp2的合波光分别是对应于脉冲光P1的合波光C1或者对应于脉冲光P1的合波光C2。
此外，设为具有峰值频谱Sp3的合波光和具有峰值频谱Sp4的合波光分别是对应于脉冲光P2的合波光C3或者对应于脉冲光P2的合波光C4。
在该情况下，如果峰值频谱Sp1的距离仓为峰值频谱Sp2的距离仓以下，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp1的合波光是对应于脉冲光P1的合波光C1，具有峰值频谱Sp2的合波光是对应于脉冲光P1的合波光C2。如果峰值频谱Sp1的距离仓比峰值频谱Sp2的距离仓大，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp1的合波光是对应于脉冲光P1的合波光C2，具有峰值频谱Sp2的合波光是对应于脉冲光P1的合波光C1。
此外，如果峰值频谱Sp3的距离仓为峰值频谱Sp4的距离仓以下，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp3的合波光是对应于脉冲光P2的合波光C3，具有峰值频谱Sp4的合波光是对应于脉冲光P2的合波光C4。如果峰值频谱Sp3的距离仓比峰值频谱Sp4的距离仓大，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp3的合波光是对应于脉冲光P2的合波光C4，具有峰值频谱Sp4的合波光是对应于脉冲光P2的合波光C3。
这里，为了方便说明，设为具有峰值频谱Sp1的合波光是合波光C1，具有峰值频谱Sp2的合波光是合波光C2。此外，设为具有峰值频谱Sp3的合波光是合波光C3，具有峰值频谱Sp4的合波光是合波光C4。
距离校正部24在判定为合波光C1、C2是对应于脉冲光P1的合波光且合波光C3、C4是对应于脉冲光P2的合波光时，如后述的图11所示，对存在与合波光C3相关的散射光R3的距离仓(7)和存在与合波光C4相关的散射光R4的距离仓(13)进行校正。
即，距离校正部24通过从存在与合波光C3相关的散射光R3的距离仓(7)减去周期Trep(＝6)，从而将存在与合波光C3相关的散射光R3的距离仓(7)校正为距离仓(1)。
此外，距离校正部24通过从存在与合波光C4相关的散射光R4的距离仓(13)减去周期Trep(＝6)，从而将存在与合波光C4相关的散射光R4的距离仓(13)校正为距离仓(7)。
在图11的例子中，脉冲光P1的辐射时刻T1与脉冲光P2的辐射时刻T2的时刻差相当于距离仓(6)，周期Trep为6。因此，作为存在与合波光C3相关的散射光R3的校正后的距离仓的n’成为1(＝7-6)，作为存在与合波光C4相关的散射光R4的校正后的距离仓的n’成为7(＝13-6)。
距离校正部24将多个频谱FS(1)～FS(N)中的、关于存在与合波光C1、C2相关的散射光R1、R2的距离仓(n)的频谱FS(n)输出到频率校正处理部25。
此外，距离校正部24将多个频谱FS(1)～FS(N)中的、关于存在与合波光C3、C4相关的散射光R3、R4的校正后的距离仓(n’)的频谱FS(n’)输出到频率校正处理部25。
距离校正部24将合波光C1具有的光频率fIF1+fdp1(＝fp1)、合波光C2具有的光频率fIF1+fdp2(＝fp2)、合波光C3具有的光频率fIF2+fdp1(＝fp3)、以及合波光C4具有的光频率fIF2+fdp2(＝fp4)输出到频率校正处理部25。
距离校正部24将存在与合波光C1相关的散射光R1的距离仓和存在与合波光C2相关的散射光R2的距离仓输出到距离特性计算部31。
频率校正处理部25从触发生成部4取得第1频移信号和第2频移信号。
频率校正处理部25计算第1频移信号所表示的调制频率fIF1与第2频移信号所表示的调制频率fIF2之间的频率差Δf(＝fIF2-fIF1)。
频率校正处理部25从距离校正部24取得关于存在与合波光C1、C2相关的散射光R1、R2的距离仓(n)的频谱FS(n)、以及关于存在与合波光C3、C4相关的散射光R3、R4的校正后的距离仓(n’)的频谱FS(n’)。
频率校正处理部25从距离校正部24取得合波光C1具有的光频率fIF1+fdp1、合波光C2具有的光频率fIF1+fdp2、合波光C3具有的光频率fIF2+fdp1、以及距离仓校正后的合波光C4具有的光频率fIF2+fdp2。
频率校正处理部25通过从距离仓校正后的合波光C3具有的光频率fIF2+fdp1减去频率差Δf来校正合波光C3具有的光频率。合波光C3具有的校正后的光频率是fIF1+fdp1，是与合波光C1具有的光频率fIF1+fdp1相同的频率。
频率校正处理部25通过从距离仓校正后的合波光C4具有的光频率fIF2+fdp2减去频率差Δf来校正合波光C4具有的光频率。合波光C4具有的校正后的光频率是fIF1+fdp2，是与合波光C2具有的光频率fIF1+fdp2相同的频率。
在图3所示的信号处理装置15中，频率校正处理部25以使距离仓校正后的合波光C3、C4具有的光频率与未校正距离仓的合波光C1、C2具有的光频率一致的方式进行校正。但是，这只不过是一例，也可以以使未校正距离仓的合波光C1、C2具有的光频率与距离仓校正后的合波光C3、C4具有的光频率一致的方式进行校正。
频率校正处理部25将关于存在与合波光C1相关的散射光R1的距离仓(n＝1)的频谱FS(n＝1)输出到频谱累计部26。
频率校正处理部25将关于存在与合波光C2相关的散射光R2的距离仓(n＝7)的频谱FS(n＝7)输出到频谱累计部26。
频率校正处理部25将关于存在与合波光C3相关的散射光R3的校正后的距离仓(n’＝1)的频谱FS(n’＝1)的光频率变更为合波光C3具有的校正后的光频率fIF1+fdp1。
频率校正处理部25将光频率变更后的频谱FS(n’＝1)输出到频谱累计部26。
频率校正处理部25将关于存在与合波光C4相关的散射光R4的校正后的距离仓(n’＝7)的频谱FS(n’＝7)的光频率变更为合波光C4具有的校正后的光频率fIF1+fdp2。
频率校正处理部25将光频率变更后的频谱FS(n’＝7)输出到频谱累计部26。
频谱累计部26从频率校正处理部25取得频谱FS(n＝1)、频谱FS(n＝7)、光频率变更后的频谱FS(n’＝1)、以及光频率变更后的频谱FS(n’＝7)。
频谱累计部26对频谱FS(n＝1)、频谱FS(n＝7)、光频率变更后的频谱FS(n’＝1)、以及光频率变更后的频谱FS(n’＝7)进行累计。通过由频谱累计部26进行累计，对应于光频率fIF1+fdp1的频谱的频谱强度和对应于光频率fIF1+fdp2的频谱的频谱强度变大。
频谱累计部26将累计后的频谱ΣHFS输出到峰值频率检测部27。
峰值频率检测部27从频谱累计部26取得累计后的频谱ΣHFS。
峰值频率检测部27在累计后的频谱ΣHFS所包含的多个频谱强度中确定阈值以上的频谱强度FSmax1、FSmax2。由于第1观测对象和第2观测对象存在于空间，因此，确定出2个频谱强度FSmax1、FSmax2。可以将阈值存储于峰值频率检测部27的内部存储器，也可以从图1所示的激光雷达装置的外部提供阈值。
峰值频率检测部27将与各个频谱强度FSmax1、FSmax2对应的峰值频率fpeak1、fpeak2输出到频率计算处理部28，将累计后的频谱ΣHFS输出到SNR计算部30。
频率计算处理部28从峰值频率检测部27取得各个峰值频率fpeak1、fpeak2。
频率计算处理部28从触发生成部4取得第1频移信号和第2频移信号。
频率计算处理部28通过从峰值频率fpeak1减去第1频移信号所表示的调制频率fIF1，来计算合波光C1具有的光频率fIF1+fdp1所包含的多普勒频率fdp1。
频率计算处理部28通过从峰值频率fpeak2减去第2频移信号所表示的调制频率fIF2，来计算合波光C2具有的光频率fIF2+fdp2所包含的多普勒频率fdp2。
频率计算处理部28将各个多普勒频率fdp1、fdp2输出到速度计算处理部29。
速度计算部17例如由图4所示的速度计算电路42实现。
速度计算部17具备速度计算处理部29。
速度计算处理部29从频率计算处理部28取得各个多普勒频率fdp1、fdp2。
速度计算处理部29根据多普勒频率fdp1来计算第1观测对象的相对速度V1。
速度计算处理部29根据多普勒频率fdp2来计算第2观测对象的相对速度V2。
SNR计算部30例如由图4所示的SNR计算电路43实现。
SNR计算部30从峰值频率检测部27取得累计后的频谱ΣHFS。
SNR计算部30通过对累计后的频谱ΣHFS进行逆FFT处理来计算各个距离仓(n)的信号。
SNR计算部30通过将各个距离仓(n)的信号除以带外噪声来计算各个距离仓(n)的SNR。
SNR计算部30将各个距离仓(n)的SNR输出到距离特性计算部31。
距离特性计算部31例如由图4所示的距离特性计算电路44实现。
距离特性计算部31从距离校正部24取得存在与合波光C1相关的散射光R1的距离仓(n＝1)和存在与合波光C2相关的散射光R2的距离仓(n＝7)。
距离特性计算部31根据存在与合波光C1相关的散射光R1的距离仓(n＝1)、A/D转换部14的A/D转换率Rate、以及距离仓宽度Rbw，来计算从激光雷达装置到第1观测对象的距离L1。
距离特性计算部31根据存在与合波光C2相关的散射光R2的距离仓(n＝7)、A/D转换部14的A/D转换率Rate、以及距离仓宽度Rbw，来计算从激光雷达装置到第2观测对象的距离L2。
距离特性计算部31使表示距离仓(n)的距离与由SNR计算部30计算出的SNR的对应关系的距离特性(a-scope)例如显示于未图示的显示装置。
在图1中，假定作为信号处理装置15的结构要素的多普勒频率计算部16、速度计算部17、SNR计算部30及距离特性计算部31分别由图4所示的专用的硬件实现。即，假定信号处理装置15由多普勒频率计算电路41、速度计算电路42、SNR计算电路43及距离特性计算电路44实现。
多普勒频率计算电路41、速度计算电路42、SNR计算电路43及距离特性计算电路44分别例如对应于单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、ASIC(Application Specific Integrated Circuit：专用集成电路)、FPGA、或者它们的组合。
信号处理装置15的结构要素不限于由专用的硬件实现，信号处理装置15也可以由软件、固件、或者软件与固件的组合实现。
软件或者固件以程序的形式存于计算机的存储器。计算机是指执行程序的硬件，例如对应于CPU(Central Processing Unit：中央处理单元)、中央处理装置、处理装置、运算装置、微处理器、微型计算机、处理器、或者DSP(Digital Signal Processor：数字信号处理器)。
图5是信号处理装置15由软件或者固件等实现的情况下的计算机的硬件结构图。
在信号处理装置15由软件或者固件等实现的情况下，用于使计算机执行多普勒频率计算部16、速度计算部17、SNR计算部30及距离特性计算部31中的各个处理步骤的程序被存储在存储器51中。而且，计算机的处理器52执行存储在存储器51中的程序。
此外，在图4中，示出信号处理装置15的结构要素分别由专用的硬件实现的例子，在图5中，示出信号处理装置15由软件或者固件等实现的例子。但是，这只不过是一例，也可以是，信号处理装置15中的一部分结构要素由专用的硬件实现，剩余的结构要素由软件或者固件等实现。
接着，对图1所示的激光雷达装置的动作进行说明。
图6是示出图1所示的激光雷达装置的处理步骤的流程图。
图7是示出作为信号处理装置15的处理步骤的信号处理方法的流程图。
光源1将作为光频率f0的连续光的激光输出到脉冲调制部2的光分割部3(图6的步骤ST1)。
光分割部3在从光源1收到激光时，将激光分配为两部分(图6的步骤ST2)。
光分割部3将分配后的一方的激光输出到脉冲调制器5，将分配后的另一方的激光作为参照光输出到光合波部12。
触发生成部4的脉冲信号生成部4a生成脉冲宽度ΔT的脉冲信号。
脉冲信号生成部4a以周期Trep将脉冲信号分别反复输出到脉冲调制器5、A/D转换部14及信号处理装置15。
触发生成部4的基准信号生成部4b生成作为频率f的电信号的基准信号。
基准信号生成部4b将基准信号输出到第1频移信号生成部4c。
第1频移信号生成部4c在从基准信号生成部4b收到基准信号时，根据基准信号而生成表示调制频率fIF1的第1频移信号(图6的步骤ST3)。
第1频移信号生成部4c将第1频移信号输出到开关4e。
开关4e在从第1频移信号生成部4c收到第1频移信号时，将第1频移信号分别输出到脉冲调制器5和信号处理装置15。
脉冲调制器5在每次从脉冲信号生成部4a收到脉冲宽度ΔT的脉冲信号时，按照该脉冲信号，对从光分割部3输出的激光进行脉冲调制。
即，脉冲调制器5将从光分割部3输出的激光转换成具有脉冲宽度ΔT的脉冲光P。
脉冲调制器5在从开关4e输出第1频移信号时，使脉冲光P的光频率f0偏移为光频率f0+fIF1，由此生成具有光频率f0+fIF1的脉冲光P1。
脉冲调制器5将脉冲光P1输出到发送侧光学系统7(图6的步骤ST4)。
发送侧光学系统7在从脉冲调制器5收到脉冲光P1时，对脉冲光P1进行整形，将整形后的脉冲光P1输出到收发分离部8。
收发分离部8在从发送侧光学系统7收到整形后的脉冲光P1时，将整形后的脉冲光P1输出到望远镜9。
望远镜9向空间辐射从收发分离部8输出的整形后的脉冲光P1(图6的步骤ST5)。
如果第1观测对象和第2观测对象存在于脉冲光P1的照射区域内的空间，则如图8所示，脉冲光P1被第1观测对象和第2观测对象分别散射。
图8是示出从激光雷达装置辐射的脉冲光P1、来自第1观测对象的散射光R1、以及来自第2观测对象的散射光R2的说明图。
在图8的例子中，从激光雷达装置到第1观测对象的距离L1比从激光雷达装置到第2观测对象的距离L2短。因此，来自第1观测对象的散射光R1比来自第2观测对象的散射光R2提前返回激光雷达装置。
图9是示出从激光雷达装置辐射的脉冲光P1、P2的辐射时刻T1、T2、来自第1观测对象的散射光R1、R3的接收时刻T1’、T3’、以及来自第2观测对象的散射光R2、R4的接收时刻T2’、T4’的说明图。
在图9中，横轴表示时间，纵轴表示光强度。
望远镜9会聚由第1观测对象散射后的脉冲光P1作为散射光R1，将散射光R1输出到收发分离部8(图6的步骤ST6)。
在图9的例子中，从激光雷达装置到第1观测对象的距离L1较近，因此，在从望远镜9辐射脉冲光P2之前，由望远镜9会聚来自第1观测对象的散射光R1。另一方面，从激光雷达装置到第2观测对象的距离L2较远，因此，在从望远镜9辐射了脉冲光P2之后，来自第2观测对象的散射光R2被望远镜9会聚。
在图9的例子中，在从望远镜9辐射脉冲光P2之后，来自第2观测对象的散射光R2被望远镜9会聚。但是，这只不过是一例，也可以在从望远镜9辐射脉冲光P2之前，来自第2观测对象的散射光R2被望远镜9会聚。
此外，在图9的例子中，在从望远镜9辐射脉冲光P2之前，来自第1观测对象的散射光R1被望远镜9会聚。但是，这只不过是一例，也可以在从望远镜9辐射脉冲光P2之后，自第1观测对象的散射光R1被望远镜9会聚来。
收发分离部8在从望远镜9收到来自第1观测对象的散射光R1时，将散射光R1输出到接收侧光学系统10。
接收侧光学系统10在从收发分离部8收到散射光R1时，对散射光R1进行整形，将整形后的散射光R1输出到光合波部12。
光合波部12在从接收侧光学系统10收到整形后的散射光R1时，将整形后的散射光R1与从光源1输出的参照光混合，由此对合波光C1进行外差检波(图6的步骤ST7)。合波光C1具有的光频率是fIF1+fdp1。
光合波部12将合波光C1输出到受光部13。
受光部13在从光合波部12收到合波光C1时，将合波光C1转换成电信号，将电信号输出到A/D转换部14。
A/D转换部14在从触发生成部4的脉冲信号生成部4a输出脉冲宽度ΔT的脉冲信号的期间内，进行将从受光部13输出的电信号从模拟信号转换成数字信号Dig(t)的处理。
A/D转换部14将包含合波光C1的检波信号D1的数字信号Dig(t)输出到信号处理装置15的距离仓分割部22。
触发生成部4的脉冲信号生成部4a在从输出脉冲信号起经过周期Trep的时间时，将脉冲信号分别输出到脉冲调制器5、A/D转换部14及信号处理装置15。
基准信号生成部4b在从将基准信号输出到第1频移信号生成部4c起经过周期Trep的时间时，将基准信号输出到第2频移信号生成部4d。
第2频移信号生成部4d在从基准信号生成部4b收到基准信号时，根据基准信号而生成表示调制频率fIF2的第2频移信号(图6的步骤ST8)。
第2频移信号生成部4d将第2频移信号输出到开关4e。
在图1所示的激光雷达装置中，fIF2＞fIF1，调制频率fIF2与调制频率fIF1之间的频率差Δf(＝fIF2-fIF1)大于在第1观测对象和第2观测对象分别以假定的最高速度进行了移动的情况下产生的多普勒频率的绝对值的2倍。如果频率差Δf大于多普勒频率的绝对值的2倍，则只要第1观测对象和第2观测对象各自的移动速度为假定的范围内的速度，各个散射光R1、R2、R3、R4的光频率就成为互不相同的频率。
开关4e在从第2频移信号生成部4d收到第2频移信号时，将第2频移信号分别输出到脉冲调制器5和信号处理装置15。
脉冲调制器5在从开关4e输出第2频移信号时，使脉冲光P的光频率f0偏移为光频率f0+fIF2，由此生成具有光频率f0+fIF2的脉冲光P2。
脉冲调制器5将脉冲光P2输出到发送侧光学系统7(图6的步骤ST9)。
发送侧光学系统7在从脉冲调制器5收到脉冲光P2时，对脉冲光P2进行整形，将整形后的脉冲光P2输出到收发分离部8。
收发分离部8在从发送侧光学系统7收到整形后的脉冲光P2时，将整形后的脉冲光P2输出到望远镜9。
望远镜9向空间辐射从收发分离部8输出的整形后的脉冲光P2(图6的步骤ST10)。
望远镜9会聚由第2观测对象散射后的脉冲光P1作为散射光R2，将散射光R2输出到收发分离部8(图6的步骤ST11)。
此外，望远镜9会聚由第1观测对象散射后的脉冲光P2作为散射光R3，将散射光R3输出到收发分离部8(图6的步骤ST11)。
在图9的例子中，由第2观测对象散射后的脉冲光P1即散射光R2和由第1观测对象散射后的脉冲光P2即散射光R3同时被望远镜9会聚。
关于这里的同时，散射光R2的一部分与散射光R3的一部分相互重叠即可，不限于散射光R2的接收时刻和散射光R3的接收时刻是严格上相同的时刻。因此，这里的同时也包含散射光R2的接收时刻与散射光R3的接收时刻稍微偏离的情况。
收发分离部8在从望远镜9收到来自第2观测对象的散射光R2和来自第1观测对象的散射光R3相互重叠的散射光R2，3时，将散射光R2，3输出到接收侧光学系统10。
接收侧光学系统10在从收发分离部8收到散射光R2、3时，对散射光R2、3进行整形，将整形后的散射光R2，3输出到光合波部12。
光合波部12在从接收侧光学系统10收到整形后的散射光R2，3时，将整形后的散射光R2，3与从光源1输出的参照光混合，由此对合波光C2，3进行外差检波(图6的步骤ST12)。合波光C2，3具有的光频率是fIF1+fdp2、fIF2+fdp1。
光合波部12将合波光C2，3输出到受光部13。
受光部13在从光合波部12收到合波光C2，3时，将合波光C2，3转换成电信号，将电信号输出到A/D转换部14。
A/D转换部14在从触发生成部4的脉冲信号生成部4a输出脉冲宽度ΔT的脉冲信号的期间内，进行将从受光部13输出的电信号从模拟信号转换成数字信号Dig(t)的处理。
A/D转换部14将包含合波光C2，3的检波信号D2，3的数字信号Dig(t)输出到信号处理装置15的距离仓分割部22。
之后，望远镜9会聚由第2观测对象散射后的脉冲光P2作为散射光R4，将散射光R4输出到收发分离部8(图6的步骤ST13)。
收发分离部8在从望远镜9收到来自第2观测对象的散射光R4时，将散射光R4输出到接收侧光学系统10。
接收侧光学系统10在从收发分离部8收到散射光R4时，对散射光R4进行整形，将整形后的散射光R4输出到光合波部12。
光合波部12在从接收侧光学系统10收到整形后的散射光R4时，将整形后的散射光R4与从光源1输出的参照光混合，由此对合波光C4进行外差检波(图6的步骤ST14)。合波光C4具有的光频率是fIF2+fdp2。
光合波部12将合波光C4输出到受光部13。
受光部13在从光合波部12收到合波光C4时，将合波光C4转换成电信号，将电信号输出到A/D转换部14。
A/D转换部14在从触发生成部4的脉冲信号生成部4a输出脉冲宽度ΔT的脉冲信号的期间内，进行将从受光部13输出的电信号从模拟信号转换成数字信号Dig(t)的处理。
A/D转换部14将包含合波光C4的检波信号D4的数字信号Dig(t)输出到信号处理装置15的距离仓分割部22。
距离仓分割部22在从A/D转换部14收到数字信号Dig(t)时，在时间方向上对数字信号Dig(t)进行分割(图7的步骤ST21)。
数字信号Dig(t)中的时间方向的分割宽度Δt对应于距离仓宽度Rbw。
如图11所示，假定望远镜9在相当于距离仓(0)的采样时刻t＝0时辐射了脉冲光P1、在相当于距离仓(6)的采样时刻t＝6时辐射了脉冲光P2的情况。
而且，设为从激光雷达装置到第1观测对象的距离L1对应于距离仓(1)的距离，从激光雷达装置到第2观测对象的距离L2对应于距离仓(7)的距离。
在该情况下，分割后的数字信号Dig(1)包含合波光C1的检波信号D1，分割后的数字信号Dig(7)包含合波光C2，3的检波信号D2，3，分割后的数字信号Dig(13)包含合波光C4的检波信号D4。
距离仓分割部22将分割后的各个数字信号Dig(t)作为距离仓信号(n)输出到频率解析部23。
频率解析部23针对从距离仓分割部22输出的各个距离仓信号(n)实施FFT处理，由此计算各个距离仓信号(n)的频谱FS(n)(图7的步骤ST22)。
频率解析部23将各个频谱FS(n)输出到距离校正部24。
距离仓信号(7)包含合波光C2，3的检波信号D2，3。由于合波光C2具有的光频率fIF1+fdp2与合波光C3具有的光频率fIF2+fdp1不同，因此，距离仓信号(7)如图10A所示那样具有2个峰值频谱。
距离仓信号(1)包含合波光C1的检波信号D1。因此，距离仓信号(1)具有1个峰值频谱。
距离仓信号(13)包含合波光C4的检波信号D4。因此，距离仓信号(13)具有1个峰值频谱。
距离仓信号(1)、(7)、(13)以外的距离仓信号(n)不具有峰值频谱，该距离仓信号(n)具有的频谱大致为0。
图10A是示出距离仓信号(7)具有的峰值频谱的说明图。
图10B是示出脉冲光P1具有的光频率与脉冲光P2具有的光频率为相同频率的情况下的、距离仓信号(7)具有的峰值频谱的说明图。在图10B的情况下，无法识别合波光C2和合波光C3。
在图10A和图10B中，横轴表示时间，纵轴表示频谱强度。
距离校正部24从频率解析部23取得各个频谱FS(n)。
距离校正部24从触发生成部4取得第1频移信号和第2频移信号。
距离校正部24从各个频谱FS(n)中检测多个峰值频谱。
即，距离校正部24从频谱FS(1)中检测峰值频谱Sp1。
距离校正部24从频谱FS(7)中检测峰值频谱Sp2和峰值频谱Sp3。
此外，距离校正部24从频谱FS(13)中检测峰值频谱Sp4。
此外，距离校正部24检测与峰值频谱Sp1对应的峰值频率fp1，并检测与峰值频谱Sp2对应的峰值频率fp2。
距离校正部24检测与峰值频谱Sp3对应的峰值频率fp3，并检测与峰值频谱Sp4对应的峰值频率fp4。
距离校正部24计算峰值频率fp1与第1频移信号所表示的调制频率fIF1的差分的绝对值|Δf1-1|，计算峰值频率fp1与第2频移信号所表示的调制频率fIF2的差分的绝对值|Δf1-2|。
如果差分的绝对值|Δf1-1|为差分的绝对值|Δf1-2|以下，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp1的合波光是对应于脉冲光P1的合波光C1或者对应于脉冲光P1的合波光C2。
如果差分的绝对值|Δf1-1|比差分的绝对值|Δf1-2|大，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp1的合波光是对应于脉冲光P2的合波光C3或者对应于脉冲光P2的合波光C4。
距离校正部24计算峰值频率fp2与调制频率fIF1的差分的绝对值|Δf2-1|，并计算峰值频率fp2与调制频率fIF2的差分的绝对值|Δf2-2|。
如果差分的绝对值|Δf2-1|为差分的绝对值|Δf2-2|以下，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp2的合波光是对应于脉冲光P1的合波光C1或者对应于脉冲光P1的合波光C2。
如果差分的绝对值|Δf2-1|比差分的绝对值|Δf2-2|大，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp2的合波光是对应于脉冲光P2的合波光C3或者对应于脉冲光P2的合波光C4。
距离校正部24计算峰值频率fp3与调制频率fIF1的差分的绝对值|Δf3-1|，并计算峰值频率fp3与调制频率fIF2的差分的绝对值|Δf3-2|。
如果差分的绝对值|Δf3-1|为差分的绝对值|Δf3-2|以下，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp3的合波光是对应于脉冲光P1的合波光C1或者对应于脉冲光P1的合波光C2。
如果差分的绝对值|Δf3-1|比差分的绝对值|Δf3-2|大，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp3的合波光是对应于脉冲光P2的合波光C3或者对应于脉冲光P2的合波光C4。
距离校正部24计算峰值频率fp4与调制频率fIF1的差分的绝对值|Δf4-1|，并计算峰值频率fp4与调制频率fIF2的差分的绝对值|Δf4-2|。
如果差分的绝对值|Δf4-1|为差分的绝对值|Δf4-2|以下，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp4的合波光是对应于脉冲光P1的合波光C1或者对应于脉冲光P1的合波光C2。
如果差分的绝对值|Δf4-1|比差分的绝对值|Δf4-2|大，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp4的合波光是对应于脉冲光P2的合波光C3或者对应于脉冲光P2的合波光C4。
这里，为了方便说明，设为具有峰值频谱Sp1的合波光和具有峰值频谱Sp2的合波光分别是对应于脉冲光P1的合波光C1或者对应于脉冲光P1的合波光C2。
此外，设为具有峰值频谱Sp3的合波光和具有峰值频谱Sp4的合波光分别是对应于脉冲光P2的合波光C3或者对应于脉冲光P2的合波光C4。
在该情况下，如果峰值频谱Sp1的距离仓为峰值频谱Sp2的距离仓以下，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp1的合波光是对应于脉冲光P1的合波光C1，具有峰值频谱Sp2的合波光是对应于脉冲光P1的合波光C2。
如果峰值频谱Sp1的距离仓比峰值频谱Sp2的距离仓大，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp1的合波光是对应于脉冲光P1的合波光C2，具有峰值频谱Sp2的合波光是对应于脉冲光P1的合波光C1。
此外，如果峰值频谱Sp3的距离仓为峰值频谱Sp4的距离仓以下，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp3的合波光是对应于脉冲光P2的合波光C3，具有峰值频谱Sp4的合波光是对应于脉冲光P2的合波光C4。
如果峰值频谱Sp3的距离仓比峰值频谱Sp4的距离仓大，则距离校正部24判定为具有峰值频谱Sp3的合波光对应于脉冲光P2的合波光C4，具有峰值频谱Sp4的合波光对应于脉冲光P2的合波光C3。
这里，为了方便说明，设为具有峰值频谱Sp1的合波光是合波光C1，具有峰值频谱Sp2的合波光是合波光C2。此外，设为具有峰值频谱Sp3的合波光是合波光C3，具有峰值频谱Sp4的合波光是合波光C4。
在判定为合波光C1、C2是对应于脉冲光P1的合波光且合波光C3、C4是对应于脉冲光P2的合波光时，如图11所示，距离校正部24对存在合波光C3的距离仓(7)和存在合波光C4的距离仓(13)进行校正。
即，距离校正部24通过从存在合波光C3的距离仓(7)减去周期Trep(＝6)，将存在合波光C3的距离仓(7)校正为距离仓(1)(图7的步骤ST23)。
此外，距离校正部24通过从存在合波光C4的距离仓(13)减去周期Trep(＝6)，将存在合波光C4的距离仓(13)校正为距离仓(7)(图7的步骤ST23)。
图11是示出存在与合波光C1相关的散射光R1的距离仓、存在与合波光C2、C3相关的散射光R2、R3的距离仓、以及存在与合波光C4相关的散射光R4的距离仓的说明图。
在图11中，横轴表示时间，纵轴表示光强度。在图11中，将距离仓简称为“距离”。
在图11的例子中，存在散射光R1的距离仓是距离仓(1)，存在散射光R2、R3的距离仓是距离仓(7)，存在散射光R4的距离仓是距离仓(13)。
脉冲光P1的辐射时刻T1与脉冲光P2的辐射时刻T2的时刻差相当于距离仓(6)，周期Trep为6。因此，作为存在与合波光C3相关的散射光R3的校正后的距离仓的n’成为1(＝7-6)，作为存在与合波光C4相关的散射光R4的校正后的距离仓的n’成为7(＝13-6)。
距离校正部24将多个频谱FS(1)～FS(N)中的、关于存在与合波光C1、C2相关的散射光R1、R2的距离仓(n)的频谱FS(n)输出到频率校正处理部25。
此外，距离校正部24将多个频谱FS(1)～FS(N)中的、关于存在与合波光C3、C4相关的散射光R3、R4的校正后的距离仓(n’)的频谱FS(n’)输出到频率校正处理部25。
距离校正部24将合波光C1具有的光频率fIF1+fdp1(＝fp1)、合波光C2具有的光频率fIF1+fdp2(＝fp2)、合波光C3具有的光频率fIF2+fdp1(＝fp3)、以及合波光C4具有的光频率fIF2+fdp2(＝fp4)输出到频率校正处理部25。
距离校正部24将存在与合波光C1相关的散射光R1的距离仓和存在与合波光C2相关的散射光R2的距离仓输出到距离特性计算部31。
频率校正处理部25从触发生成部4取得第1频移信号和第2频移信号。
频率校正处理部25计算第1频移信号所表示的调制频率fIF1与第2频移信号所表示的调制频率fIF2之间的频率差Δf(＝fIF2-fIF1)。
频率校正处理部25从距离校正部24取得关于存在与合波光C1、C2相关的散射光R1、R2的距离仓(n)的频谱FS(n)、以及关于存在与合波光C3、C4相关的散射光R3、R4的校正后的距离仓(n’)的频谱FS(n’)。
频率校正处理部25从距离校正部24取得合波光C1具有的光频率fIF1+fdp1、合波光C2具有的光频率fIF1+fdp2、合波光C3具有的光频率fIF2+fdp1、以及合波光C4具有的光频率fIF2+fdp2。
频率校正处理部25通过从合波光C3具有的光频率fIF2+fdp1减去频率差Δf来校正合波光C3具有的光频率(图7的步骤ST24)。合波光C3具有的校正后的光频率是fIF1+fdp1，是与合波光C1具有的光频率fIF1+fdp1相同的频率。
频率校正处理部25通过从合波光C4具有的光频率fIF2+fdp2减去频率差Δf来校正合波光C4具有的光频率(图7的步骤ST24)。合波光C4具有的校正后的光频率是fIF1+fdp2，是与合波光C2具有的光频率fIF1+fdp2相同的频率。
频率校正处理部25将关于存在与合波光C1相关的散射光R1的距离仓(n＝1)的频谱FS(n＝1)输出到频谱累计部26。
频率校正处理部25将关于存在与合波光C2相关的散射光R2的距离仓(n＝7)的频谱FS(n＝7)输出到频谱累计部26。
频率校正处理部25将关于存在与合波光C3相关的散射光R3的校正后的距离仓(n’＝1)的频谱FS(n’＝1)的光频率变更为合波光C3具有的校正后的光频率fIF1+fdp1。
频率校正处理部25将光频率变更后的频谱FS(n’＝1)输出到频谱累计部26。
频率校正处理部25将关于存在与合波光C4相关的散射光R4的校正后的距离仓(n’＝7)的频谱FS(n’＝7)的光频率变更为合波光C4具有的校正后的光频率fIF1+fdp2。
频率校正处理部25将光频率变更后的频谱FS(n’＝7)输出到频谱累计部26。
频谱累计部26从频率校正处理部25取得频谱FS(n＝1)、频谱FS(n＝7)、光频率变更后的频谱FS(n’＝1)、以及光频率变更后的频谱FS(n’＝7)。
频谱累计部26对频谱FS(n＝1)、频谱FS(n＝7)、光频率变更后的频谱FS(n’＝1)、以及光频率变更后的频谱FS(n’＝7)进行累计(图7的步骤ST25)。通过由频谱累计部26进行累计，对应于光频率fIF1+fdp1的频谱的频谱强度与对应于光频率fIF1+fdp2的频谱的频谱强度变大。
频谱累计部26将累计后的频谱ΣHFS输出到峰值频率检测部27。
峰值频率检测部27从频谱累计部26取得累计后的频谱ΣHFS。
峰值频率检测部27在累计后的频谱ΣHFS所包含的多个频谱强度中确定阈值以上的频谱强度FSmax1、FSmax2。由于第1观测对象和第2观测对象存在于空间，因此，确定出2个频谱强度FSmax1、FSmax2。
峰值频率检测部27将对应于频谱强度FSmax1的峰值频率fpeak1和对应于频谱强度FSmax2的峰值频率fpeak2输出到频率计算处理部28(图7的步骤ST26)。
峰值频率fpeak1分别对应于合波光C1具有的光频率fIF1+fdp1和光频率校正后的合波光C3具有的光频率fIF1+fdp1。
峰值频率fpeak2分别对应于合波光C2具有的光频率fIF1+fdp2和光频率校正后的合波光C4具有的光频率fIF1+fdp2。
此外，峰值频率检测部27将累计后的频谱ΣHFS输出到SNR计算部30。
频率计算处理部28从峰值频率检测部27取得各个峰值频率fpeak1、fpeak2。
频率计算处理部28从触发生成部4取得第1频移信号和第2频移信号。
频率计算处理部28通过从峰值频率fpeak1减去第1频移信号所表示的调制频率fIF1，来计算合波光C1和光频率校正后的合波光C3各自具有的光频率fIF1+fdp1所包含的多普勒频率fdp1(图7的步骤ST27)。
频率计算处理部28通过从峰值频率fpeak2减去第2频移信号所表示的调制频率fIF2，来计算合波光C2和光频率校正后的合波光C4各自具有的光频率fIF1+fdp2所包含的多普勒频率fdp2(图7的步骤ST27)。
频率计算处理部28将各个多普勒频率fdp1、fdp2输出到速度计算处理部29。
速度计算处理部29从频率计算处理部28取得各个多普勒频率fdp1、fdp2。
速度计算处理部29如以下的式(1)所示那样根据多普勒频率fdp1来计算第1观测对象的相对速度V1(图7的步骤ST28)。
V1＝λ×fdp1/2 (1)
在式(1)中，λ是各个脉冲光P1、P2的波长。
速度计算处理部29如以下的式(2)所示那样根据多普勒频率fdp2来计算第2观测对象的相对速度V2(图7的步骤ST28)。
V2＝λ×fdp2/2 (2)
速度计算处理部29使第1观测对象的相对速度V1和第2观测对象的相对速度V2分别例如显示于未图示的显示装置。
SNR计算部30从峰值频率检测部27取得累计后的频谱ΣHFS。
SNR计算部30通过对累计后的频谱ΣHFS进行逆FFT处理来计算各个距离仓(n)的信号。
SNR计算部30通过将各个距离仓(n)的信号除以带外噪声来计算各个距离仓(n)的SNR。
SNR计算部30将各个距离仓(n)的SNR输出到距离特性计算部31。
距离特性计算部31从距离校正部24取得存在与合波光C1相关的散射光R1的距离仓(n＝1)、以及存在与合波光C2相关的散射光R2的距离仓(n＝7)。
距离特性计算部31如以下的式(3)所示那样根据存在与合波光C1相关的散射光R1的距离仓(n＝1)、A/D转换部14的A/D转换率Rate、以及距离仓宽度Rbw，来计算从激光雷达装置到第1观测对象的距离L1。
L1＝c×Rate×n/2
＝c×Rate×1/2(3)
在式(3)中，c是光速。
距离特性计算部31如以下的式(4)所示那样根据存在与合波光C2相关的散射光R2的距离仓(n＝7)、A/D转换部14的A/D转换率Rate、以及距离仓宽度Rbw，来计算从激光雷达装置到第2观测对象的距离L2。
L2＝c×Rate×n/2
＝c×Rate×7/2(4)
如图12所示，距离特性计算部31使表示距离仓(n)的距离与由SNR计算部30计算出的SNR的对应关系的距离特性(a-scope)例如显示于未图示的显示装置。
图12是表示距离仓(n)的距离与SNR的对应关系的距离特性(a-scope)的说明图。
在图12中，横轴表示距离仓(n)的距离[m]，纵轴表示SNR[dB]。
在以上的实施方式1中，信号处理装置15构成为，计算存在于空间的多个观测对象各自相对于激光雷达装置的相对速度作为各个观测对象的移动速度。根据从光源1输出的激光而生成光频率互不相同的多个脉冲光，向空间辐射各个脉冲光，接收由各个观测对象散射后的各个脉冲光作为散射光，对各个散射光与激光的合波光进行检波。信号处理装置15具备：多普勒频率计算部16，其根据所生成的多个脉冲光具有的光频率和各个合波光的检波信号，来计算各个散射光具有的光频率所包含的与各个观测对象的移动相伴的多普勒频率；速度计算部17，其根据由多普勒频率计算部16计算出的各个多普勒频率，来计算各个观测对象的相对速度。因此，信号处理装置15即便在远方散射光与附近散射光相互重叠的状态下，也与远方的观测对象的移动速度与附近的观测对象的移动速度是否为相同的速度无关，而能够计算各个观测对象的移动速度。
图1所示的激光雷达装置具备对光进行处理的多个结构要素，各个结构要素通过光纤而与其他的结构要素连接。而且，各个结构要素经由光纤而与其他的结构要素之间收发光。但是，这只不过是一例，各个结构要素也可以通过空间传播而与其他的结构要素之间收发光。多个结构要素是光源1、光分割部3、脉冲调制器5、发送侧光学系统7、收发分离部8、望远镜9、接收侧光学系统10、光合波部12及受光部13。
在图3所示的信号处理装置15中，多普勒频率计算部16具备光频率校正部21和频率计算处理部28。此外，光频率校正部21具备距离仓分割部22、频率解析部23、距离校正部24、频率校正处理部25及频谱累计部26，以提高各个检波信号D1、D2、D3、D4的SNR。
但是，即便不提高各个检波信号D1、D2的SNR，只要能够计算与各个观测对象的移动相伴的多普勒频率V1、V2，则光频率校正部21也可以不具备距离仓分割部22、频率解析部23、距离校正部24、频率校正处理部25及频谱累计部26。
在光频率校正部21不具备距离仓分割部22、频率解析部23、距离校正部24、频率校正处理部25及频谱累计部26的情况下，峰值频率检测部27对各个检波信号D1、D2进行FFT处理，求出各个检波信号D1、D2的频谱。然后，峰值频率检测部27在各个频谱所包含的多个频谱强度中确定阈值以上的频谱强度FSmax1、FSmax2。峰值频率检测部27将对应于频谱强度FSmax1的峰值频率fpeak1和对应于频谱强度FSmax2的峰值频率fpeak2输出到频率计算处理部28。
实施方式2.
在实施方式2中，对如下激光雷达装置进行说明：脉冲调制器5具备光分支部5a、第1调制部5b、第2调制部5c及光合波部5d。
实施方式2的激光雷达装置的结构与实施方式1的激光雷达装置的结构相同，图1是示出实施方式2的激光雷达装置的结构图。
图13是示出实施方式2的激光雷达装置的脉冲调制器5的结构图。
图13所示的脉冲调制器5具备光分支部5a、第1调制部5b、第2调制部5c及光合波部5d。
光分支部5a由耦合器或者光开关等实现。
光分支部5a将从光分割部3输出的激光分支为两部分，将分支为两部分后的一方的激光输出到第1调制部5b，将分支为两部分后的另一方的激光输出到第2调制部5c。
图13所示的光分支部5a将从光分割部3输出的激光分支为两部分。但是，这只不过是一例，光分支部5a也可以是将从光分割部3输出的激光的输出目的地交替地切换为第1调制部5b或者第2调制部5c的开关。
第1调制部5b例如由使用声光学元件的调制元件或者使用铌酸锂晶体的调制元件、以及半导体光放大器等光放大器实现。
第1调制部5b在每次从脉冲信号生成部4a收到脉冲宽度ΔT的脉冲信号时，按照该脉冲信号，对从光分支部5a输出的激光进行脉冲调制，由此将该激光转换成具有脉冲宽度ΔT的脉冲光。
此外，第1调制部5b按照从触发生成部4的开关4e输出的第1频移信号，使该脉冲光的光频率f0偏移为光频率f0+fIF1，由此生成具有光频率f0+fIF1的脉冲光P1。
第1调制部5b将脉冲光P1输出到光合波部5d。
第2调制部5c例如由使用声光学元件的调制元件或者使用铌酸锂晶体的调制元件、以及半导体光放大器等光放大器实现。
第2调制部5c在每次从脉冲信号生成部4a收到脉冲宽度ΔT的脉冲信号时，按照该脉冲信号，对从光分支部5a输出的激光进行脉冲调制，由此，将该激光转换成具有脉冲宽度ΔT的脉冲光。
此外，第2调制部5c按照从触发生成部4的开关4e输出的第2频移信号，使该脉冲光的光频率f0偏移为光频率f0+fIF2，由此，生成具有光频率f0+fIF2的脉冲光P2。
第2调制部5c将脉冲光P2输出到光合波部5d。
光合波部5d在从第1调制部5b收到脉冲光P1时，将脉冲光P1输出到发送侧光学系统7。
光合波部5d在从第2调制部5c收到脉冲光P2时，将脉冲光P2输出到发送侧光学系统7。
接着，对实施方式2的激光雷达装置的动作进行说明。脉冲调制器5以外与图1所示的激光雷达装置相同，因此，这里主要对脉冲调制器5的动作进行说明。
光分支部5a在从光分割部3收到作为连续光的激光时，将激光分支为两部分。
光分支部5a将分支为两部分后的一方的激光输出到第1调制部5b，将分支为两部分后的另一方的激光输出到第2调制部5c。
第1调制部5b在每次从脉冲信号生成部4a收到脉冲宽度ΔT的脉冲信号时，按照该脉冲信号，对从光分支部5a输出的激光进行脉冲调制，由此，将该激光转换成具有脉冲宽度ΔT的脉冲光。
第1调制部5b在从触发生成部4的开关4e收到第1频移信号时，按照第1频移信号，使该脉冲光的光频率f0偏移为光频率f0+fIF1，由此生成具有光频率f0+fIF1的脉冲光P1。
第1调制部5b将脉冲光P1输出到光合波部5d。
第2调制部5c在每次从脉冲信号生成部4a收到脉冲宽度ΔT的脉冲信号时，按照该脉冲信号，对从光分支部5a输出的激光进行脉冲调制，由此，将该激光转换成具有脉冲宽度ΔT的脉冲光。
触发生成部4的开关4e在从将第1频移信号输出到第1调制部5b起经过周期Trep的时间时，将第2频移信号输出到第2调制部5c。
第2调制部5c在从触发生成部4的开关4e收到第2频移信号时，按照第2频移信号，使该脉冲光的光频率f0偏移为光频率f0+fIF2，由此，生成具有光频率f0+fIF2的脉冲光P2。
第2调制部5c将脉冲光P2输出到光合波部5d。
光合波部5d在从第1调制部5b收到脉冲光P1时，将脉冲光P1输出到发送侧光学系统7。
光合波部5d在从第1调制部5b收到脉冲光P1之后，在经过周期Trep的时间而从第2调制部5c收到脉冲光P2时，将脉冲光P2输出到发送侧光学系统7。
脉冲调制器5具备光分支部5a、第1调制部5b、第2调制部5c及光合波部5d的激光雷达装置与图1所示的激光雷达装置同样，即便在远方散射光与附近散射光相互重叠的状态下，也与远方的观测对象的移动速度与附近的观测对象的移动速度是否为相同的速度无关，而都能够计算各个观测对象的移动速度。
实施方式3.
在实施方式3中，对具备扫描器61和切换速度控制部62的激光雷达装置进行说明。
图14是示出实施方式3的激光雷达装置的结构图。在图14中，与图1相同的标号表示相同或者相当的部分，因此省略说明。
扫描器61切换从收发部6的望远镜9辐射的各个脉冲光P1、P2的辐射方向。
即，扫描器61通过在时间上扫描从望远镜9辐射的各个脉冲光P1、P2的光轴而对各个脉冲光P1、P2的扫描范围进行扫描。
切换速度控制部62对扫描器61的辐射方向的切换速度进行控制。
即，切换速度控制部62根据脉冲光P1和脉冲光P2的重复频率来控制切换速度，使得由收发部6辐射的各个脉冲光P1、P2满足眼睛安全条件。
接着，对图14所示的激光雷达装置的动作进行说明。扫描器61和切换速度控制部62以外与图1所示的激光雷达装置相同，因此，这里仅对扫描器61和切换速度控制部62的动作进行说明。
图14所示的激光雷达装置在辐射各个脉冲光P1、P2的情况下，限制各个脉冲光P1、P2的功率和各个脉冲光P1、P2的扫描范围的扫描速度，使得满足眼睛安全条件。
因此，如果缩短从图14所示的激光雷达装置辐射的激光的周期Trep，则能够加快各个脉冲光P1、P2的扫描范围的扫描速度Vscan。另一方面，如果增长从图14所示的激光雷达装置辐射的激光的周期Trep，则需要减慢各个脉冲光P1、P2的扫描范围的扫描速度Vscan。
作为激光雷达装置判定是否满足眼睛安全条件的指标，有时使用脉冲激光的可达发射极限AEL(例如参照非专利文献1)。
[非专利文献1]
“レーザ安全ガイドブック”，光产业技术振兴协会编，2006年，新技术通讯出版
从图14所示的激光雷达装置辐射的各个脉冲光P1、P2的波长例如为1.5μm波段。
在波长为1.5μm波段的脉冲激光的情况下，针对单一脉冲的曝光量为8×10-3[J]。
在射出持续时间为3秒以下且波长为1.5μm波段的脉冲激光对出射的脉冲激光进行扫描的情况下，通过横穿Φ为1[mm]的圆形孔径光阑的时间来定义时间基准T。
时间基准T如以下的式(5)那样表示。
时间基准T所包含的脉冲激光的脉冲总数Total由Total＝frep×T表示。frep＝1/Trep。
此外，如以下的式(6)所示，每1个脉冲的能量Epulse＝Power×Trep不能超过与取决于脉冲总数Total的校正系数K相乘的针对单一脉冲的可达发射极限AELs。校正系数K是已知值。
Epulse ＜ AELs×K (6)
因此，为了使从图14所示的激光雷达装置辐射的各个脉冲光P1、P2满足眼睛安全条件，重复频率frep和扫描速度Vscan需要满足以下的关系式(7)。
切换速度控制部62取得表示重复频率frep的频率信息，将频率信息所表示的重复频率frep和校正系数K代入到关系式(7)，由此计算满足眼睛安全条件的扫描速度Vscan。
切换速度控制部62生成用于实现扫描速度Vscan的扫描器驱动信号，将扫描器驱动信号输出到扫描器61。
如果从图14所示的激光雷达装置辐射的脉冲光的重复频率frep下降，则切换速度控制部62生成用于加快扫描速度Vscan的扫描器驱动信号。
如果从图14所示的激光雷达装置辐射的脉冲光的重复频率frep上升，则切换速度控制部62生成用于减慢扫描速度Vscan的扫描器驱动信号。
扫描器61的扫描速度Vscan由从切换速度控制部62输出的扫描器驱动信号控制。
扫描器61以扫描速度Vscan切换从收发部6的望远镜9辐射的各个脉冲光P1、P2的辐射方向。
在以上的实施方式3中，将图14所示的激光雷达装置构成为，具备：扫描器61，其切换从收发部6辐射的脉冲光的辐射方向；以及切换速度控制部62，其根据脉冲光的重复频率来控制扫描器61的辐射方向的切换速度，使得从收发部6辐射的脉冲光满足眼睛安全条件。因此，图14所示的激光雷达装置与图1所示的激光雷达装置同样，即便在远方散射光与附近散射光相互重叠的状态下，也与远方的观测对象的移动速度与附近的观测对象的移动速度是否为相同的速度无关，而能够计算各个观测对象的移动速度。此外，图14所示的激光雷达装置能够在脉冲光满足眼睛安全条件的状态下切换脉冲光的辐射方向。
实施方式4.
在实施方式4中，对观测对象为气体且具备光源71的激光雷达装置进行说明，该光源71依次输出具有包含在气体的吸收波段中的波长的第1激光、以及第2激光，气体对该第2激光的吸收率比对第1激光的吸收率低。
在实施方式4中，设为在设置有激光雷达装置的气中存在作为观测对象气体的气体(以下称为“观测对象气体”)。但是，这只不过是一例，也可以是，在设置有激光雷达装置的气中不存在观测对象气体，而是隔着窗等在其他空间存在观测对象气体。
作为观测对象气体，例如，对应于大气中的组成分子。大气中的组成分子是氮、氧、二氧化碳或者水蒸气。在大气中的组成分子中也包含氮氧化物(NOx)这样的大气污染物质。在激光雷达装置中，气体的吸收波段是已知值。观测对象气体包含散射体。作为散射体，对应于云、烟、灰尘、气溶胶或者雨滴等。
实施方式4的信号处理装置15具备密度计算部72，该密度计算部72根据光源71输出了第1激光时的检波信号的频率和光源71输出了第2激光时的检波信号的频率，来计算气体的密度。
图15是示出包含实施方式4的信号处理装置15的激光雷达装置的结构图。在图15中，与图1相同的标号表示相同或者相当的部分，因此省略说明。
图16是示出实施方式4的信号处理装置15的结构图。图17是示出实施方式4的信号处理装置15的硬件的硬件结构图。
在图16和图17中，与图3及图4相同的标号表示相同或者相当的部分，因此省略说明。
光源71例如是发出单一频率的激光的激光器，由发光光谱的线宽为几MHz以下的半导体激光器、光纤激光器或者固体激光器实现。或者，光源71由半导体激光器、光纤激光器及固体激光器中的1个以上的激光器的组合实现。
光源71将具有包含在气体的吸收波段中的波长的第1激光、以及气体中的吸收率比第1激光低的第2激光依次输出到脉冲调制部2的光分割部3。
密度计算部72例如由图17所示的密度计算电路81实现。
密度计算部72在从光源71输出了第1激光时，对从光检波部11输出的各个检波信号D1～D4的频率进行解析，在从光源71输出了第2激光时，对从光检波部11输出的各个检波信号D1～D4的频率进行解析。
密度计算部72根据各个频率的解析结果来计算气体的密度den。
在图16中，假定作为信号处理装置15的结构要素的多普勒频率计算部16、速度计算部17、SNR计算部30、距离特性计算部31及密度计算部72分别由图17所示的专用的硬件实现。即，假定信号处理装置15由多普勒频率计算电路41、速度计算电路42、SNR计算电路43、距离特性计算电路44及密度计算电路81实现。
多普勒频率计算电路41、速度计算电路42、SNR计算电路43、距离特性计算电路44及密度计算电路81分别例如对应于单一电路、复合电路、程序化的处理器、并行程序化的处理器、ASIC、FPGA、或者它们的组合。
信号处理装置15的结构要素不限于由专用的硬件实现，信号处理装置15也可以由软件、固件、或者软件与固件的组合实现。
在信号处理装置15由软件或者固件等实现的情况下，用于使计算机执行多普勒频率计算部16、速度计算部17、SNR计算部30、距离特性计算部31及密度计算部72中的各个处理步骤的程序被存储在图5所示的存储器51中。而且，图5所示的处理器52执行存储器51所存储的程序。
此外，在图17中，示出信号处理装置15的结构要素分别由专用的硬件实现的例子，在图5中，示出信号处理装置15由软件或者固件等实现的例子。但是，这只不过是一例，也可以是，信号处理装置15中的一部分结构要素由专用的硬件实现，剩余的结构要素由软件或者固件等实现。
对图15所示的激光雷达装置的动作进行说明。光源71和密度计算部72以外与图1所示的激光雷达装置相同，因此，这里主要对光源71和密度计算部72的动作进行说明。
首先，光源71将具有包含在气体的吸收波段中的波长的第1激光输出到脉冲调制部2的光分割部3。从光源71输出的第1激光具有的光频率是f0A。
光检波部11在从光源71输出了第1激光时，与实施方式1同样，对由收发部6接收到的各个散射光R1、R2、R3、R4与作为从光源1输出的激光的参照光的合波光进行检波。
这里，为了方便说明，如C1A、C2A、C3A、C4A那样表述由光检波部11检波的各个合波光。
光检波部11将各个合波光C1A、C2A、C3A、C4A的检波信号D1A、D2A、D3A、D4A输出到信号处理装置15。
距离仓分割部22、频率解析部23、距离校正部24、频率校正处理部25及频谱累计部26分别与实施方式1同样地进行动作。
频谱累计部26将累计后的频谱输出到密度计算部72。
这里，为了方便说明，如ΣHFSA那样表述从频谱累计部26输出的累计后的频谱。
接着，光源71将气体中的吸收率比第1激光低的第2激光输出到脉冲调制部2的光分割部3。从光源71输出的第2激光具有的光频率是f0B。
图18是示出气体的吸收波段、从光源71输出的第1激光具有的波长以及从光源71输出的第2激光具有的波长的说明图。
在图18中，横轴是波长，纵轴是激光相对于气体的透过率。
虚线表示从光源71输出的第1激光，单点划线表示从光源71输出的第2激光。实线表示气体的吸收波段。第1波长包含在气体的吸收波段中，第2波长不包含在气体的吸收波段中。气体中的第2波长的透过率比气体中的第1波长的透过率大。即，气体中的第2波长的吸收率比气体中的第1波长的吸收率小。
光检波部11在从光源71输出了第2激光时，与实施方式1同样，对由收发部6接收到的各个散射光R1、R2、R3、R4与作为从光源1输出的激光的参照光的合波光进行检波。
这里，为了方便说明，如C1B、C2B、C3B、C4B那样表述由光检波部11检波的各个合波光。
光检波部11将各个合波光C1B、C2B、C3B、C4B的检波信号D1B、D2B、D3B、D4B输出到信号处理装置15。
密度计算部72在从光源71输出了第1激光时，对从光检波部11输出的各个检波信号D1A～D4A的频率进行解析，在从光源71输出了第2激光时，对从光检波部11输出的各个检波信号D1～D4的频率进行解析。
密度计算部72根据各个频率的解析结果，计算气体的密度den。
以下，对密度计算部72的密度den的计算处理具体地进行说明。
密度计算部72从光频率校正部21取得从光源71输出了第1激光时的各个频谱强度FSmax1、FSmax2。这里，为了方便说明，如FSmax1A(n1A)、FSmax2A(n2A)那样表述由密度计算部72取得的各个频谱强度。n1A表示频谱强度FSmax1A的距离仓，n2A表示频谱强度FSmax2A的距离仓。
此外，密度计算部72从光频率校正部21取得从光源71输出了第2激光时的频谱强度FSmax1、FSmax2。这里，为了方便说明，如FSmax1B(n1B)、FSmax2B(n2B)那样表述由密度计算部72取得的各个频谱强度。n1B表示频谱强度FSmax1B的距离仓，n2B表示频谱强度FSmax2B的距离仓。
在图16所示的信号处理装置15中，密度计算部72从光频率校正部21取得频谱强度FSmax1A(n1A)、FSmax2A(n2A)、FSmax1B(n1B)、FSmax2B(n2B)。但是，这只不过是一例，如果密度计算部72具备与光频率校正部21同样的光频率校正部，则也可以从该光频率校正部取得频谱强度FSmax1A(n1A)、FSmax2A(n2A)、FSmax1B(n1B)、FSmax2B(n2B)。
密度计算部72通过将频谱强度FSmax1A(n1A)、FSmax2A(n2A)、FSmax1B(n1B)、FSmax2B(n2B)代入到以下的式(8)来计算气体的密度den。
在式(8)中，kON是第1激光具有的波长的吸收系数，是已知值的系数。kOFF是第2激光具有的波长的吸收系数，是已知值的系数。ln是表示底为e的对数函数的数学符号。
在以上的实施方式4中，观测对象为气体，光源71依次输出第1激光和第2激光，该第1激光具有包含在气体的吸收波段中的波长，气体对该第2激光的吸收率比对第1激光的吸收率低。将图15所示的激光雷达装置构成为，具备密度计算部72，该密度计算部72在从光源71输出了第1激光时，对从光检波部11输出的各个检波信号的频率进行解析，在从光源71输出了第2激光时，对从光检波部11输出的各个检波信号的频率进行解析，根据各个频率的解析结果来计算气体的密度。因此，图15所示的激光雷达装置与图1所示的激光雷达装置同样，即便在远方散射光与附近散射光相互重叠的状态下，也与远方的观测对象的移动速度与附近的观测对象的移动速度是否为相同的速度无关，而能够计算各个观测对象的移动速度。此外，图15所示的激光雷达装置能够计算作为观测对象的气体的密度。
另外，本公开能够进行各实施方式的自由的组合或各实施方式的任意的结构要素的变形，或者在各实施方式中能够省略任意的结构要素。
产业上的可利用性
本公开适合于信号处理装置、信号处理方法及激光雷达装置。
附图标记说明
1光源，2脉冲调制部，3光分割部，4触发生成部，4a脉冲信号生成部，4b基准信号生成部，4c第1频移信号生成部，4d第2频移信号生成部，4e开关，5脉冲调制器，5a光分支部，5b第1调制部，5c第2调制部，5d光合波部，6收发部，7发送侧光学系统，8收发分离部，9望远镜，10接收侧光学系统，11光检波部，12光合波部，13受光部，14A/D转换部，15信号处理装置，16多普勒频率计算部，17速度计算部，21光频率校正部，22距离仓分割部，23频率解析部，24距离校正部，25频率校正处理部，26频谱累计部，27峰值频率检测部，28频率计算处理部，29速度计算处理部，30SNR计算部，31距离特性计算部，41多普勒频率计算电路，42速度计算电路，43SNR计算电路，44距离特性计算电路，51存储器，52处理器，61扫描器，62切换速度控制部，71光源，72密度计算部，81密度计算电路。

Claims (9)

1.一种信号处理装置，其计算存在于空间的多个观测对象各自相对于激光雷达装置的相对速度，作为各个观测对象的移动速度，其中，
根据从光源输出的激光生成光频率互不相同的多个脉冲光，向空间辐射各个脉冲光，接收由各个观测对象散射后的各个脉冲光作为散射光，对各个散射光与所述激光的合波光进行检波，
所述信号处理装置具备：
多普勒频率计算部，其根据所生成的各个脉冲光具有的光频率和各个合波光的检波信号，计算各个散射光具有的光频率所包含的与各个观测对象的移动相伴的多普勒频率；以及
速度计算部，其根据由所述多普勒频率计算部计算出的各个多普勒频率，计算各个观测对象的相对速度。
2.根据权利要求1所述的信号处理装置，其特征在于，
所述多普勒频率计算部具备：
光频率校正部，其基于所生成的多个脉冲光中的1个脉冲光具有的光频率与其余的脉冲光具有的光频率之间的频率差，校正各个合波光具有的光频率；以及
频率计算处理部，其根据由所述光频率校正部校正后的各个合波光具有的光频率和所生成的各个脉冲光具有的光频率，计算各个散射光具有的光频率所包含的多普勒频率。
3.根据权利要求2所述的信号处理装置，其特征在于，
所述多普勒频率计算部具备频谱累计部，该频谱累计部对由所述光频率校正部进行光频率校正后的多个合波光的频谱进行累计，
所述频率计算处理部根据由所述频谱累计部累计后的频谱，确定各个合波光具有的光频率，根据各个合波光具有的光频率和所生成的各个脉冲光具有的光频率，计算各个散射光具有的光频率所包含的多普勒频率计算多普勒频率。
4.一种信号处理方法，其计算存在于空间的多个观测对象各自相对于激光雷达装置的相对速度，作为各个观测对象的移动速度，其中，
根据从光源输出的激光而生成光频率互不相同的多个脉冲光，向空间辐射各个脉冲光，接收由各个观测对象散射后的各个脉冲光作为散射光，对各个散射光与所述激光的合波光进行检波，
多普勒频率计算部根据所生成的各个脉冲光具有的光频率和各个合波光的检波信号，计算各个散射光具有的光频率所包含的与各个观测对象的移动相伴的多普勒频率，
速度计算部根据由所述多普勒频率计算部计算出的各个多普勒频率，计算各个观测对象的相对速度。
5.一种激光雷达装置，其计算存在于空间的多个观测对象各自相对于激光雷达装置的相对速度，作为各个观测对象的移动速度，其中，
所述激光雷达装置具备：
光源，其输出激光；
脉冲调制部，其根据从所述光源输出的激光，生成光频率互不相同的多个脉冲光；
收发部，其向空间辐射由所述脉冲调制部生成的各个脉冲光，接收由各个观测对象散射后的各个脉冲光作为散射光；
光检波部，其对由所述收发部接收到的各个散射光和从所述光源输出的激光的合波光进行检波，输出各个合波光的检波信号；
多普勒频率计算部，其根据由所述脉冲调制部生成的各个脉冲光具有的光频率和从所述光检波部输出的各个合波光的检波信号，计算各个散射光具有的光频率所包含的与各个观测对象的移动相伴的多普勒频率；以及
速度计算部，其根据由所述多普勒频率计算部计算出的各个多普勒频率，计算各个观测对象的相对速度。
6.根据权利要求5所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述激光雷达装置具备：
扫描器，其切换从所述收发部辐射的脉冲光的辐射方向；以及
切换速度控制部，其控制所述扫描器的辐射方向的切换速度。
7.根据权利要求6所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述切换速度控制部根据从所述收发部辐射的脉冲光的重复频率来控制所述切换速度，使得从所述收发部辐射的脉冲光满足眼睛安全条件。
8.根据权利要求5所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述观测对象是气体，
所述光源将第1激光和第2激光依次输出到所述脉冲调制部，所述第1激光具有包含在所述气体的吸收波段中的波长，所述气体对所述第2激光的吸收率比对所述第1激光的吸收率低。
9.根据权利要求8所述的激光雷达装置，其特征在于，
所述激光雷达装置具备密度计算部，在从所述光源输出了第1激光时，该密度计算部对从所述光检波部输出的各个检波信号的频率进行解析，在从所述光源输出了第2激光时，该密度计算部对从所述光检波部输出的各个检波信号的频率进行解析，根据各个频率的解析结果来计算所述气体的密度。
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