JP2001201573A - コヒーレントレーザレーダ装置および目標測定方法 - Google Patents

コヒーレントレーザレーダ装置および目標測定方法

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JP2001201573A JP2000011985A JP2000011985A JP2001201573A JP 2001201573 A JP2001201573 A JP 2001201573A JP 2000011985 A JP2000011985 A JP 2000011985A JP 2000011985 A JP2000011985 A JP 2000011985A JP 2001201573 A JP2001201573 A JP 2001201573A
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Kimio Asaka
公雄 浅香
Yoshihito Hirano
嘉仁 平野
Takayuki Yanagisawa
隆行 柳澤
Shuzo Wadaka
修三 和高
Etsuo Sugimoto
悦夫 杉本
Yasunori Oga
康功 大鋸
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Mitsubishi Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 装置が複雑な構成になりコストを低減するこ
とが困難であった。 【解決手段】 パルスレーザ１からのパルスレーザ光が
光分岐器２により２分岐される。分岐された光の一方は
ビームスプリッタ３等を介して送信光として目標に向け
て送出される。他方の光はローカル光として結合光学系
９等を介して遅延線路１１で所定の時間だけ遅延された
後、光結合器８に入射される。一方、目標からの受信光
は、走査光学系６等を介して光結合器８に入射する。そ
して光結合器８により結合された光が光検波器１２によ
りコヒーレント検波し、検波により生成され、ＡＤ変換
器１３によりＡＤ変換された信号に基づいて信号処理装
置１４により目標の速度等が計算される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、目標の距離、速
度、密度分布、速度分布等の物理情報を測定するコヒー
レントレーザレーダ装置および目標測定方法に関し、特
に単一波長（単一周波数）のパルスレーザ光を発振する
パルスレーザを光源に使用するコヒーレントレーザレー
ダ装置および目標測定方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】目標の距離、速度、密度分布、速度分布
等の物理情報を測定することを目的とする装置としては
マイクロ波またはミリ波を使用するパルスドップラレー
ダ装置と光波（レーザ光）を使用するコヒーレントレー
ザレーダ装置とがある。両者の周波数の違いにより、前
者では広範囲、長距離の測定が可能であり、後者では高
空間分解能、高速度分解能での測定が可能である。
【０００３】ソフトターゲットが目標である風速や風速
分布等の測定の場合、パルスドップラレーダ装置では主
に大気中の雨滴、霧または雲の粒子を散乱体とし、その
エコーのドップラシフトから風速を計算する。したがっ
て、大気中に雨滴、霧または雲の粒子のない晴天時では
十分な強度のエコーが得られず、パルスドップラレーダ
装置では晴天時の乱気流を測定することが困難であると
いう欠点がある。
【０００４】一方、レーザ光を使用するコヒーレントレ
ーザレーダ装置では大気中のエアロゾルでも十分な散乱
強度が得られるため、晴天時でも風速や風速分布の測定
が可能である。このため、コヒーレントレーザレーダ装
置を空港に設置したり、航空機に搭載して、乱気流等の
障害物を検知する装置として期待されている。このよう
なコヒーレントレーザレーダ装置には単一周波数のパル
スレーザ光を発振するパルスレーザを光源に使用したも
のと単一周波数の連続光を発振するＣＷ（Ｃｏｎｔｉｎ
ｕｏｕｓ Ｗａｖｅ）レーザを光源に使用したものがあ
る。
【０００５】図１６は例えば米国特許５，２３７，３３
１号に記載の従来のコヒーレントレーザレーダ装置の構
成を示すブロック図である。この従来のコヒーレントレ
ーザレーダ装置では光源にインジェクションシーディン
グパルスレーザが使用されている。
【０００６】図において、１０１は単一周波数でＣＷレ
ーザ光を発振するＣＷレーザ光源であり、１０２はＣＷ
レーザ光の一部をローカル光として分岐する光分岐器で
あり、１０３はＣＷレーザ光の周波数をシフトする周波
数シフタであり、１０４はＣＷレーザ光をシード光とし
てパルスレーザ光を生成するインジェクションシーディ
ングパルスレーザであり、１０５はパルスレーザ光を分
岐する光分岐器であり、１０６は偏光方向の違いを利用
して光分岐器１０５からの光を反射するとともに１／４
波長板１０７からの光を透過するビームスプリッタであ
り、１０７はその結晶軸に対し所定の偏光方向を持つ直
線偏光を円偏光に、また円偏光を直線偏光に変換する１
／４波長板であり、１０８は同一光路に沿って１／４波
長板１０７からの光を走査光学系１０９に供給するとと
もに走査光学系１０９からの光を１／４波長板１０７に
供給する送受光学系であり、１０９は目標に向けて送信
光を送出し、目標からの散乱光を受信光として受光する
走査光学系である。
【０００７】１１０はローカル光を分岐する光分岐器で
あり、１１１は光分岐器１１０により分岐されたローカ
ル光と光分岐器１０５により分岐されたパルスレーザ光
とを結合する光結合器であり、１１２は光分岐器１１０
により分岐されたローカル光とビームスプリッタ１０６
を透過した受信光とを結合する光結合器であり、１１３
は光結合器１１１により結合された光を検波する光検波
器であり、１１４は光結合器１１２により結合された光
を検波する光検波器であり、１１５は光検波器１１３，
１１４により検波され、生成された電気信号をデジタル
信号にそれぞれ変換するＡＤ変換器であり、１１６はＡ
Ｄ変換器１１５によりデジタル信号にされた２つの検波
信号に基づいて目標の距離、速度、密度分布、速度分布
等の物理情報を計算する信号処理装置である。
【０００８】１１７は信号処理装置１１６からの信号に
基づいて調整機構１１８を制御する制御回路であり、１
１８はインジェクションシーディングパルスレーザ１０
４の共振器長を調整するピエゾ素子等の調整機構であ
る。
【０００９】図１７は従来のコヒーレントレーザレーダ
装置の信号処理装置１１６の構成例を示すブロック図で
ある。図において、１２１はＡＤ変換器１１５からのデ
ジタル信号を一時的に記憶するメモリ等の記憶装置であ
り、１２２は記憶装置１２１に記憶されたデジタル信号
のうち、一定の距離範囲からの受信光に対応するデジタ
ル信号を選択する時間ゲート部であり、１２３はハニン
グ（Ｈａｎｎｉｎｇ）処理やハミング（Ｈａｍｍｉｎ
ｇ）処理等のウィンドウ処理を実行するウィンドウ処理
部であり、１２４は高速フーリエ変換を実行するＦＦＴ
部であり、１２５はフーリエ変換された信号に基づいて
ドップラ周波数を検出するドップラ周波数検出部であ
る。
【００１０】次に動作について説明する。図１８は従来
のコヒーレントレーザレーダ装置の動作を説明するタイ
ミングチャートである。
【００１１】ＣＷレーザ光源１０１は単一周波数ｆ０で
（すなわち単一波長で）ＣＷレーザ光を発振し、光分岐
器１０２に供給する。光分岐器１０２はそのＣＷレーザ
光を２分岐する。分岐された２本のＣＷレーザ光のうち
の一方はローカル光とされ、他方は周波数シフタ１０３
に供給される。ローカル光は光分岐器１１０によりさら
に２分岐され、光結合器１１１，１１２にそれぞれ供給
される。一方、周波数シフタ１０３はそのＣＷレーザ光
の周波数を周波数ｆＩＦだけ周波数を増加し、周波数ｆ
０＋ｆＩＦのＣＷレーザ光をシード光としてインジェク
ションシーディングパルスレーザ１０４に供給する。
【００１２】インジェクションシーディングパルスレー
ザ１０４はシード光の周波数に一番近い周波数の軸モー
ドで単一周波数（すなわち単一波長）のパルスレーザ光
を発振する。インジェクションシーディングパルスレー
ザ１０４からのパルスレーザ光は光分岐器１０５により
一部を分岐された後、ビームスプリッタ１０６に入射す
る。光分岐器１０５により分岐された一部のパルスレー
ザ光は光結合器１１１に入射する。
【００１３】インジェクションシーディングパルスレー
ザ１０４からのパルスレーザ光は所定の偏光方向の直線
偏光であり、ビームスプリッタ１０６により反射され、
１／４波長板１０７に入射する。そして１／４波長板１
０７により円偏光に変換された後、そのパルスレーザ光
は送受光学系１０８および走査光学系１０９を介して送
信光として目標に向けて送出される。
【００１４】このようにして目標へ向けて送出されたパ
ルスレーザ光は目標により散乱し、その散乱光の一部が
走査光学系１０９に入射する。
【００１５】受信光であるこの目標からの散乱光は、走
査光学系１０９および送受光学系１０８において送信光
と同一の光路を逆方向に進行し、１／４波長板１０７に
入射する。受信光は１／４波長板１０７により上記パル
スレーザ光の偏光方向から９０度回転した偏光方向の直
線偏光になり、ビームスプリッタ１０６に入射する。
【００１６】ビームスプリッタ１０６は、その受信光を
透過し、光結合器１１２に供給する。光結合器１１２は
その受信光とローカル光を結合し、その結合光を光検波
器１１４に供給する。光検波器１１４はその結合光をコ
ヒーレント検波し、検波により生成された電気信号をＡ
Ｄ変換器１１５に供給する。
【００１７】一方、光結合器１１１は光分岐器１０５に
より分岐された上記パルスレーザ光とローカル光を結合
し、その結合光を光検波器１１３に供給する。光検波器
１１３はその結合光をコヒーレント検波し、検波により
生成された電気信号をＡＤ変換器１１５に供給する。
【００１８】光検波器１１３，１１４からの電気信号は
ＡＤ変換器１１５によりサンプリングされ、デジタル信
号として信号処理装置１１６に供給される。信号処理装
置１１６は光検波器１１４からの信号に基づいて、その
信号の強度の時間波形から目標の距離を計算し、その信
号のドップラ信号成分から目標の速度を計算する。
【００１９】なお、ローカル光の周波数は、正確な測定
のために、このサンプリングの間、パルスレーザ光の周
波数と一定の関係を維持する必要がある。すなわちＣＷ
レーザ光源１０１には周波数安定度が要求される。例え
ば、波長２マイクロメートルのＣＷレーザ光をローカル
光とし、最大測定距離を１５キロメートルとし、目標の
速度の測定誤差を０．１ｍ／ｓ以下とする場合、０．１
ミリ秒の間においてＣＷレーザ光の周波数変動を１００
キロヘルツ以下にする必要がある。したがってこのよう
な周波数安定度を実現するために、ＣＷレーザはより複
雑な構成になり、波長が適宜選択され、温度安定あるい
は電源安定が確保されている。
【００２０】信号処理装置１１６では、ＡＤ変換器１１
５によりサンプリングされた受信光とローカル光との結
合光に対応する信号（図１５に示すビート信号）が記憶
装置１２１に蓄積される。なお、ＡＤ変換器１１５によ
りサンプリングされる時間はパルス発振から最大測定距
離にある目標からの散乱光が受信されるまでの時間であ
る。
【００２１】そして時間ゲート部１２２により、任意の
距離範囲に有る目標の情報を得るために、記憶装置１２
１に蓄積されたサンプリング信号のうちの目標からの散
乱光を含む部分が取り出され、ウィンドウ処理部１２３
に供給される。ウィンドウ処理部１２３は、周波数測定
精度を向上させるため、そのサンプリング信号に対して
ウィンドウ処理を行う。これにより図１５に示すような
波形の信号が得られる。
【００２２】そしてＦＦＴ部１２４によりウィンドウ処
理後の信号の周波数スペクトルを計算し、ドップラ周波
数検出部１２５によりドップラ周波数を検出して目標の
速度を計算する。
【００２３】このようにして、従来のコヒーレントレー
ザレーダ装置により目標の速度等が測定される。
【００２４】なお、光検波器１１３からの信号は目標の
距離や速度の計算の精度を向上するために使用される。
上述のように、インジェクションシーディングパルスレ
ーザ４はシード光の周波数に一番近い周波数の軸モード
でパルス発振するので、正確なドップラ信号を得るため
にはパルスレーザ光とローカル光の周波数差を監視する
必要がある。このため、光分岐器１０５，１１０により
それぞれパルスレーザ光とローカル光の一部をそれぞれ
取り出し、光結合器１１１により両者を結合した光を光
検波器１１３によりコヒーレント検波している。そして
検波された信号を受信光と同様にＡＤ変換器１１５によ
りサンプリングし、信号処理装置１１６によりパルスレ
ーザ光とローカル光との周波数差等を計算し、その計算
結果に基づいて制御回路１１７にパルスレーザ光の周波
数を制御するための信号を供給する。
【００２５】ここでローカル光の周波数をｆ０とする
と、シード光、パルスレーザ光、受信光、周波数モニタ
信号および受信信号の周波数ｆＳ，ｆＴ，ｆＲ，ｆＭ，
ｆｓｉ ｇはそれぞれ次式に示すようになる。 ｆＳ＝ｆ０＋ｆＩＦ ｆＴ＝ｆＳ＋Δｆ ｆＲ＝ｆＴ＋ｆｄ ｆＭ＝ｆＩＦ＋Δｆ ｆｓｉｇ＝ｆＭ＋ｆｄ なお、Δｆはパルスレーザ光とシード光の周波数差であ
り、ｆｄは目標のドップラ周波数である。また、周波数
モニタ信号は、パルスレーザ光の発振周波数を安定させ
るために使用される。
【００２６】したがって、目標のドップラ周波数ｆ
ｄは、受信信号の周波数ｆｓｉｇと周波数モニタ信号の
周波数ｆＭとの差となる。
【００２７】そして、安定してインジェクションシーデ
ィング動作を実行するために、調整機構１１８を制御し
てインジェクションシーディングパルスレーザ１０４の
共振器長を調整することにより、パルスレーザ光の周波
数を調整する。信号処理装置１１６は、周波数モニタ信
号の周波数ｆＭに基づいてパルスレーザ光とローカル光
との周波数差Δｆを制御回路１１７に供給する。制御回
路１１７は、その周波数差Δｆの値が所定の設定値以下
もしくは０になるように、調整機構１１８を制御してイ
ンジェクションシーディングパルスレーザ１０４の共振
器長を調整してパルスレーザ光の周波数を調整する。
【００２８】このようにして、インジェクションシーデ
ィングパルスレーザ１０４から安定した単一モード（単
一波長）のパルスレーザ光が得られる。
【００２９】
【発明が解決しようとする課題】従来のコヒーレントレ
ーザレーダ装置は以上のように構成されているので、コ
ヒーレント検波を行うために、送信光を生成するパルス
レーザの他にローカル光源としてＣＷレーザを設ける必
要があり、また、このＣＷレーザには単一周波数のＣＷ
レーザ光を高い周波数安定度で発振する必要があるため
ＣＷレーザ自身が複雑な構成であり、さらに、送信パル
スレーザ光とローカル光との周波数差を監視する機構を
設ける必要があり、装置が複雑な構成になりコストの低
減、小型化および高信頼性化をすることが困難であるな
どの課題があった。
【００３０】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、単一周波数（単一波長）のパルス
レーザ光を目標に対して送受信するとともに、そのパル
スレーザ光の一部を遅延させて受信光と結合し、その結
合光をコヒーレント検波するようにして、ＣＷレーザ光
源や、送信パルスレーザ光とローカル光との周波数差を
監視する機構を設ける必要がなく、簡素な構成で低コス
ト、小型、かつ高信頼性のコヒーレントレーザレーダ装
置を得ることを目的とする。
【００３１】
【課題を解決するための手段】この発明に係るコヒーレ
ントレーザレーダ装置は、単一波長のパルスレーザ光を
発振するパルスレーザと、パルスレーザにより発振され
たパルスレーザ光を目標に向けて送出し、目標からの散
乱光を受信光として受光する送受光学系と、パルスレー
ザにより発振されたパルスレーザ光の一部を分岐する光
分岐手段と、光分岐手段により分岐されたパルスレーザ
光の一部を遅延させる遅延手段と、遅延手段により遅延
されたパルスレーザ光の一部を受信光と結合する光結合
手段と、光結合手段により結合された光をコヒーレント
検波する光検波手段と、光検波手段によりコヒーレント
検波された信号に基づいて目標の物理情報を特定する信
号処理装置とを備えるものである。
【００３２】この発明に係るコヒーレントレーザレーダ
装置は、遅延手段を、所定の長さの光ファイバにより構
成される遅延線路としたものである。
【００３３】この発明に係るコヒーレントレーザレーダ
装置は、光分岐手段により分岐されたパルスレーザ光の
一部をｎ本の光に分岐する光分岐器と、分岐されたｎ本
の光を異なる遅延時間だけそれぞれ遅延させるｎ本の遅
延線路と、ｎ本の遅延線路により遅延されたｎ本の光を
結合する光結合器とを遅延手段に有するものである。
【００３４】この発明に係るコヒーレントレーザレーダ
装置は、レーザ光を伝送するループ線路と、光分岐手段
により分岐されたパルスレーザ光の一部をループ線路内
に導入するとともに、ループ線路内のレーザ光を分岐す
る光結合器とを遅延手段に有するものである。
【００３５】この発明に係るコヒーレントレーザレーダ
装置は、遅延手段のループ線路の途中に光増幅器を有す
るものである。
【００３６】この発明に係るコヒーレントレーザレーダ
装置は、遅延手段と光結合手段との間にローカル光を増
幅する光増幅器を備えるものである。
【００３７】この発明に係るコヒーレントレーザレーダ
装置は、光増幅器を光ファイバ増幅器としたものであ
る。
【００３８】この発明に係るコヒーレントレーザレーダ
装置は、光増幅器を半導体光増幅器としたものである。
【００３９】この発明に係るコヒーレントレーザレーダ
装置は、光増幅器を固体レーザ媒質のレーザ増幅器とし
たものである。
【００４０】この発明に係るコヒーレントレーザレーダ
装置は、光結合器を、分岐比が可変である可変光結合器
としたものである。
【００４１】この発明に係るコヒーレントレーザレーダ
装置は、光分岐手段により分岐されたパルスレーザ光の
一部およびループ線路内の光のいずれか一方をループ線
路に出力する光音響光学素子の光スイッチと、ループ線
路内の光を分岐する光分岐器とを光結合器に有するもの
である。
【００４２】この発明に係る目標測定情報は、単一波長
のパルスレーザ光を発振するステップと、パルスレーザ
光の一部を分岐するステップと、パルスレーザ光を目標
に向けて送出し、目標からの光を受信光として受光する
ステップと、分岐したパルスレーザ光の一部を遅延させ
るステップと、遅延されたパルスレーザ光を受信光と結
合するステップと、結合した光をコヒーレント検波する
ステップと、コヒーレント検波された信号に基づいて目
標の物理情報を特定するステップとを備えるものであ
る。
【００４３】
【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の一形態を
説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１によるコ
ヒーレントレーザレーダ装置の構成を示すブロック図で
ある。図において、１は単一周波数（単一波長）のパル
スレーザ光を発振するパルスレーザであり、２はパルス
レーザ光の一部を分岐する光分岐器（光分岐手段）であ
り、３は偏光方向の違いを利用して送信光と受信光との
光路を分離するビームスプリッタであり、４はその結晶
軸に対し所定の偏光方向を持つ直線偏光を円偏光に、ま
た円偏光を直線偏光に変換する１／４波長板であり、５
は同一光路に沿って１／４波長板４からの光を走査光学
系６に供給するとともに走査光学系６からの光を１／４
波長板４に供給する送受光学系であり、６は目標に向け
て送信光を送出し、目標からの散乱光または反射光を受
信光として受光する走査光学系である。なお、送受光学
系５および走査光学系６により、パルスレーザ１により
発振されたパルスレーザ光を目標に向けて送出し、目標
からの光を受信光として受光する送受光学手段が構成さ
れる。
【００４４】７はビームスプリッタ３からの受信光を光
結合器８に入射させる結合光学系であり、８は受信光
と、周波数シフトされ遅延されたパルスレーザ光とを結
合する光結合器（光結合手段）であり、９は光分岐器２
により分岐されたパルスレーザ光を周波数シフタ１０に
入射させる結合光学系であり、１０は分岐されたパルス
レーザ光の一部の周波数を所定の周波数だけ増加する周
波数シフタであり、１１は所定の時間だけレーザ光を遅
延させる遅延線路（遅延手段）である。
【００４５】１２は光結合器８により結合された光をコ
ヒーレント検波する光検波器（光検波手段）であり、１
３は光検波器１２により検波され生成された電気信号を
デジタル信号に変換するＡＤ変換器であり、１４はコヒ
ーレント検波された信号に基づいて目標の速度、距離等
の物理情報を特定する信号処理装置である。
【００４６】図２は図１の信号処理装置の構成の一例を
示すブロック図である。図２において、２１はＡＤ変換
器１３からのデジタル信号を一時的に記憶するメモリ等
の記憶装置であり、２２は記憶装置２１に記憶されたデ
ジタル信号のうち、一定の距離範囲からの受信光に対応
するデジタル信号を選択する時間ゲート部であり、２３
は高速フーリエ変換を実行するＦＦＴ部であり、２４は
フーリエ変換された信号に基づいてドップラ周波数を検
出するドップラ周波数検出部である。
【００４７】また、図３は図１の信号処理装置の構成の
他の例を示すブロック図である。図３において、２５は
一定の距離範囲からの受信光に対応する期間のみＡＤ変
換器１３を動作させる時間ゲート部である。
【００４８】次に動作について説明する。図４は実施の
形態１によるコヒーレントレーザレーダ装置の動作を説
明するタイミングチャートである。なお、このときの目
標は大気などのソフトターゲットである。
【００４９】パルスレーザ１は単一周波数（単一波長）
でパルスレーザ光を発振する。このパルスレーザ光は光
分岐器２により２分岐され、分岐された光の一方はビー
ムスプリッタ３に入射し、他方はローカル光として結合
光学系９を介して周波数シフタ１０に入射する。なお、
ローカル光は結合光学系９に結合された光ファイバを進
行して周波数シフタ１０に入射する。周波数シフタ１０
により所定の中間周波数分だけ周波数を増加されたロー
カル光は遅延線路１１に入射する。遅延線路１１は所定
の時間だけそのローカル光を遅延させた後、光結合器８
に入射させる。
【００５０】ビームスプリッタ３に入射したパルスレー
ザ光はビームスプリッタ３を透過して１／４波長板４に
入射する。そして１／４波長板４より円偏光に変換され
た後、そのパルスレーザ光は送受光学系５および走査光
学系６を介して送信光として目標に向けて送出される。
【００５１】このようにして目標へ向けて送出されたパ
ルスレーザ光は目標により散乱または反射し、その散乱
光または反射光の一部が走査光学系６に入射する。
【００５２】受信光である目標からの光は、走査光学系
６および送受光学系５において送信光と同一の光路を逆
方向に進行し、１／４波長板４に入射する。受信光は１
／４波長板４により上記パルスレーザ光の偏光方向から
９０度回転した偏光方向の直線偏光になり、ビームスプ
リッタ３に入射する。
【００５３】ビームスプリッタ３は上記パルスレーザ光
とは偏光方向の異なるその受信光を反射し、受信光は結
合光学系７を介して光結合器８に入射する。なお、受信
光は結合光学系７に結合された光ファイバを進行して光
結合器８に入射する。光結合器８はその受信光と遅延線
路１１からのローカル光を結合し、その結合光を光検波
器１２に供給する。光検波器１２はその結合光をコヒー
レント検波（光ヘテロダイン検波）し、検波により生成
された電気信号をＡＤ変換器１３に供給する。
【００５４】光検波器１２からの電気信号はＡＤ変換器
１３によりサンプリングされ、デジタル信号として信号
処理装置１４に供給される。信号処理装置１４は光検波
器１２からの信号に基づいて目標の速度等を計算する。
このとき、目標の測定距離は遅延線路１１による遅延時
間により決定される。すなわち、送信光が送出されてか
ら受信光が受信されるまでの時間がその遅延時間とほぼ
等しくなる距離にある目標のみが測定される。
【００５５】ここで信号処理装置１４が図２に示すもの
である場合、図４に示すように、例えばＡＤ変換器１３
によりサンプリングされた受信光とローカル光との結合
光に対応する信号（図４に示すビート信号）が記憶装置
２１に蓄積される。このときのビート信号の周波数は中
間周波数とドップラ周波数の和となる。なお、ビート信
号が得られるのはパルスレーザ光であるローカル光が存
在する時のみである。
【００５６】そして時間ゲート部２２により、記憶装置
２１に蓄積されたサンプリング信号からビート信号を含
む部分が取り出され、ＦＦＴ部２３によりその信号の周
波数スペクトルを計算し、ドップラ周波数検出部２４に
よりドップラ周波数を検出して目標の速度を計算する。
【００５７】なお、ローカル光がパルスレーザ光である
ため検波後の電気信号もパルス状になり、従来の装置で
のウィンドウ処理と同様の処理は不要となるため、より
装置を簡素化することができる。
【００５８】また、信号処理装置１４が図３に示すもの
である場合、時間ゲート部２５は、ローカル光が光検波
器１２に受光される時間だけ、ＡＤ変換器１３を動作さ
せ、その期間のビート信号だけがＦＦＴ部２３に供給さ
れる。したがって、信号処理装置１４を図３に示すもの
にすることにより、メモリ等の記憶装置２１を不要とす
ることができ、より装置を簡素化することができる。
【００５９】以上のように、この実施の形態１によれ
ば、単一周波数のパルスレーザ光を目標に対して送受信
するとともに、そのパルスレーザ光の一部を遅延させて
受信光と結合し、その結合光をコヒーレント検波するよ
うにしたので、ＣＷレーザ光源や、送信パルスレーザ光
とローカル光との周波数差を監視する機構を設ける必要
がなく、装置の構成を簡素化することができ、それによ
りコストの低減、小型化および高信頼性化をすることが
できるという効果が得られる。
【００６０】なお、遅延線路１１は例えば長尺の光ファ
イバにより構成される。この光ファイバの長さにより遅
延時間を容易に設定することができ、光ファイバをリー
ルに巻くことにより小型で低損失の遅延線路が得られ、
装置の規模を低減することができるという効果が得られ
る。また、偏波保持光ファイバを使用することにより、
ローカル光の偏光状態の変化を小さくすることができ
る。
【００６１】なお、実施の形態１（図１）においては、
パルスレーザ光の一部を取り出す光分岐器２をパルスレ
ーザ１の共振器外に設けているが、共振器内の光学部品
に光分岐器２の機能を持たせて、パルスレーザ光の一部
を抽出するようにしても同様の効果が得られる。
【００６２】実施の形態２．図５はこの発明の実施の形
態２によるコヒーレントレーザレーダ装置の遅延線路の
構成を示すブロック図である。図５に示す遅延線路１１
において、３１は、入射するローカル光をｎ本（ｎ＞
１）の光に分岐する光分岐器であり、３２−１〜３２−
ｎは、分岐されたｎ本の光をそれぞれ異なる遅延時間だ
け遅延させるｎ本の遅延線路であり、３３はｎ本の遅延
線路により遅延されたｎ本の光を結合する光結合器であ
る。
【００６３】なお、実施の形態２によるコヒーレントレ
ーザレーダ装置におけるその他の構成要素については実
施の形態１によるもの（図１）と同様であるので、その
説明を省略する。
【００６４】次に動作について説明する。図６は実施の
形態２によるコヒーレントレーザレーダ装置の動作を説
明するタイミングチャートである。なお、このときの目
標は大気などのソフトターゲットである。
【００６５】実施の形態２における遅延線路１１におい
ては、光分岐器３１と光結合器３３が遅延時間の異なる
ｎ本の遅延線路３２−１〜３２−ｎで結合されている。
これにより、図６に示すように、パルスレーザ光の一部
（単一パルス）から、ｎ個のパルスを有するローカル光
が生成される。なお、図６には、一例として、遅延線路
３２−ｉと遅延線路３２−（ｉ＋１）との遅延時間の差
がパルス幅τの２倍とした場合のローカル光を示してい
る。なお、その他の動作については実施の形態１による
ものと同様であるので、その説明を省略する。ただし、
信号処理装置１４の時間ゲート部２２，２５は、ローカ
ル光の各パルスの時間位置に応じて、各パルスに対応す
るビート信号を取り出し、ＦＦＴ部２３に供給する。そ
して、ＦＦＴ部２３およびドップラ周波数検出部２４に
より、各パルスに対応する距離にある目標の速度がそれ
ぞれ計算される。
【００６６】実施の形態１によるコヒーレントレーザレ
ーダ装置ではローカル光が単一パルスであるため単一の
距離にある目標の速度等が測定されるが、実施の形態２
によるコヒーレントレーザレーダ装置では、ローカル光
のｎ個のパルスに対応する複数の距離にある目標からの
受信光との複数のビート信号が得られ、それらの距離に
ある目標の速度等が測定される。その際、遅延線路１１
における各遅延線路３２−ｉの遅延時間の間隔と遅延線
路３２−１〜３２−ｎの本数ｎを適宜設定することによ
り、ソフトターゲットについて速度分布測定または目標
検知測定を適宜実行することができる。
【００６７】なお、光分岐器３１および光結合器３３と
して１：ｎの光ファイバ分岐（いわゆるスターカプラ）
を使用し、遅延線路３２−１〜３２−ｎとして長さの異
なるｎ本の光ファイバを使用することにより、小型の遅
延線路１１が得られる。
【００６８】以上のように、この実施の形態２によれ
ば、実施の形態１による効果の他、各遅延線路３２−１
〜３２−ｎの各遅延時間の間隔とその本数ｎを適宜選択
することによりソフトターゲットについて速度分布測定
または目標検知測定を実行することができるという効果
が得られる。
【００６９】実施の形態３．図７はこの発明の実施の形
態３によるコヒーレントレーザレーダ装置の遅延線路の
構成を示すブロック図である。図７に示す遅延線路１１
において、４１は、レーザ光を伝送するループ線路であ
り、４２は、入射するローカル光をループ線路４１内に
導入するとともに、ループ線路４１内の光を分岐する光
結合器である。
【００７０】なお、実施の形態３によるコヒーレントレ
ーザレーダ装置におけるその他の構成要素については実
施の形態１によるもの（図１）と同様であるので、その
説明を省略する。
【００７１】次に動作について説明する。図８は実施の
形態３によるコヒーレントレーザレーダ装置の動作を説
明するタイミングチャートである。なお、このときの目
標は大気などのソフトターゲットである。
【００７２】光結合器４２は、周波数シフタ１０からの
パルスレーザ光（単一パルス）をリング状のループ線路
４１に導入する。導入されたパルスレーザ光はループ線
路４１内を周回する。そしてこのパルスレーザ光がルー
プ線路４１を１周回するごとに光結合器４２からその一
部をローカル光として分岐して光結合器８に入射させ
る。これにより、パルス間隔がループ線路４１内のパル
スレーザ光の周回時間（すなわち周期）であるパルス列
を有するローカル光が光結合器８に入射される。
【００７３】なお、その他の動作については実施の形態
１によるものと同様であるので、その説明を省略する。
ただし、信号処理装置１４の時間ゲート部２２，２５
は、ローカル光の各パルスの時間位置に応じて、各パル
スに対応するビート信号を取り出し、ＦＦＴ部２３に供
給する。そして、ＦＦＴ部２３およびドップラ周波数検
出部２４により、各パルスに対応する距離にある目標の
速度がそれぞれ計算される。
【００７４】以上のように、この実施の形態３によれ
ば、実施の形態１による効果の他、実施の形態２と同様
に、ループ線路４１の長さと光結合器４２による分岐量
を適宜選択することによりソフトターゲットについて速
度分布測定または目標検知測定を実行することができる
という効果が得られる。
【００７５】また、遅延線路１１が１つのループ線路４
１と光結合器４２のみで構成されるので、遅延線路１１
を小型化することができるという効果が得られる。
【００７６】実施の形態４．図９はこの発明の実施の形
態４によるコヒーレントレーザレーダ装置の遅延線路の
構成を示すブロック図である。図９に示す遅延線路１１
において、４３はパルスレーザ光をループ線路４１に導
入する光スイッチであり、４４はそのパルスレーザ光の
単一パルスがループ線路４１を１周回するごとにその一
部をローカル光として出力する光分岐器である。すなわ
ち、光結合器４２が光スイッチ４３と光分岐器４４で構
成される。なお、実施の形態４によるコヒーレントレー
ザレーダ装置におけるその他の構成要素については実施
の形態３によるものと同様であるので、その説明を省略
する。
【００７７】なお、光スイッチ４３として光音響光学素
子（Ａｃｏｕｓｔｏ−Ｏｐｔｉｃ素子）を使用すること
により、周波数シフタ１０の機能を光スイッチ４３に備
えることができる。その場合、周波数シフタ１０は省略
される。
【００７８】次に動作について説明する。図１０は図９
の光スイッチの動作を説明する図である。光スイッチ４
３は、周波数シフタ１０からのパルスレーザ光をループ
線路４１に導入するときに開き、導入後に閉じてパルス
レーザ光をループ線路４１内に閉じ込める。例えば図１
０に示すように、供給されるパルスレーザ光を１次回折
光として入力し、ループ線路４１内の光を０次回折光と
するようにして、光スイッチ４３によりパルスレーザ光
がループ線路４１内に導入されるようにする。
【００７９】そして光分岐器４４はそのパルスレーザ光
がループ線路４１を１周回するごとにその一部をローカ
ル光として出力する。なお、その他の動作については実
施の形態３によるものと同様であるので、その説明を省
略する。
【００８０】以上のように、この実施の形態４によれ
ば、実施の形態３による効果の他、光スイッチとして光
音響光学素子を使用した場合には、周波数シフタの機能
を光スイッチに持たせることができるので、装置を簡素
化することができるという効果が得られる。
【００８１】実施の形態５．図１１はこの発明の実施の
形態５によるコヒーレントレーザレーダ装置の遅延線路
の構成を示すブロック図である。図において、４２Ａは
光スイッチ４３と可変光分岐器４４Ａで構成される可変
光結合器であり、４４Ａは分岐比が制御可能な可変光分
岐器である。なお、実施の形態５によるコヒーレントレ
ーザレーダ装置におけるその他の構成要素については実
施の形態４によるものと同様であるので、その説明を省
略する。
【００８２】次に動作について説明する。実施の形態３
によるコヒーレントレーザレーダ装置では、図８に示す
ように、ループ線路４１内を周回する単一パルスのパワ
ーが周回ごとに小さくなるため、時間の経過とともにロ
ーカル光の出力が小さくなる。このため、遠距離の目標
になるほど、ショット雑音限界から外れてＳ／Ｎ比が劣
化する可能性がある。
【００８３】そのため、この実施の形態５によるコヒー
レントレーザレーダ装置の遅延線路１１においては、図
示せぬ制御回路により可変光分岐器４４Ａの出力分岐比
を、ローカル光の強度が図８に示すように一定にもしく
は急激に減少させないように制御する。なお、その他の
動作については実施の形態４によるものと同様であるの
で、その説明を省略する。
【００８４】以上のように、この実施の形態５によれ
ば、可変光分岐器４４Ａによりループ線路４１から出力
されるパルスレーザ光のパワーをほぼ一定に確保するよ
うにしたので、ローカル光の出力の変動に起因する検波
後の信号のＳ／Ｎ比の劣化を抑制することができるとい
う効果が得られる。
【００８５】実施の形態６．図１２はこの発明の実施の
形態６によるコヒーレントレーザレーダ装置の遅延線路
の構成を示すブロック図である。図において、４５はル
ープ線路４１の途中に設けられた光増幅器である。な
お、実施の形態６によるコヒーレントレーザレーダ装置
におけるその他の構成要素については実施の形態３によ
るものと同様であるので、その説明を省略する。
【００８６】次に動作について説明する。実施の形態３
によるコヒーレントレーザレーダ装置では、図８に示す
ように、ループ線路４１内を周回する単一パルスのパワ
ーが徐々に小さくなるため、時間の経過とともにローカ
ル光の出力が小さくなる。このため、遠距離の目標を測
定する場合、Ｓ／Ｎ比が劣化する可能性がある。
【００８７】そのため、ローカル光の出力の変化を小さ
くするために、ループ線路４１の途中に設けられた光増
幅器４５が、ループ線路４１内を周回する単一パルスの
パワーを一定にもしくは急激に減少させないように増幅
する。
【００８８】なお、その他の動作については実施の形態
３によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【００８９】以上のように、この実施の形態６によれ
ば、光増幅器４５によりループ線路４１内のパルスレー
ザ光のパワーを確保するようにしたので、ローカル光の
出力の変動に起因する検波後の信号のＳ／Ｎ比の劣化を
抑制することができるという効果が得られる。
【００９０】なお、実施の形態６においては、光増幅器
４５としては光ファイバ増幅器、半導体光増幅器、固体
レーザ媒質を用いたレーザ増幅器を使用することがで
き、どの光増幅器を使用しても同様の効果を得ることが
できる。
【００９１】実施の形態７．図１３はこの発明の実施の
形態７によるコヒーレントレーザレーダ装置の構成を示
すブロック図である。図において、５０は遅延線路１１
と光結合器８との間に設けられた光増幅器である。な
お、図１３におけるその他の構成要素については実施の
形態１によるものと同様であるので、その説明を省略す
る。
【００９２】次に動作について説明する。光ヘテロダイ
ン検波においては、ローカル光のパワーを可能な限り大
きくすることにより、ショット雑音限界に近いＳ／Ｎ比
が得られる。しかしながら光検波器１２に供給するロー
カル光のパワーには限度がある。このため、ローカル光
のパワーを、線形に応答が得られる限界である飽和光量
を超えない範囲で可能な限り高く、すなわち飽和光量近
傍にして、微弱な受信光を検波する際のＳ／Ｎ比を高く
する。
【００９３】図１４は実施の形態２における遅延線路１
１を使用した場合の光増幅器５０の動作を説明するタイ
ミングチャートであり、図１５は実施の形態３における
遅延線路１１を使用した場合の光増幅器５０の動作を説
明するタイミングチャートである。
【００９４】実施の形態２における遅延線路１１を使用
した場合、光増幅器５０は図１４に示すように一定の増
幅率でローカル光を増幅してローカル光のパワーを飽和
光量近傍にし、そのローカル光を光結合器８に供給す
る。光結合器８はそのローカル光と受信光とを結合し、
光検波器１２はその結合光をコヒーレント検波する。
【００９５】また、実施の形態３における遅延線路１１
を使用した場合、光増幅器５０は図１５に示すように時
間とともに増幅率を増加させてローカル光を増幅してロ
ーカル光のパワーを飽和光量近傍でほぼ一定のパワーと
し、そのローカル光を光結合器８に供給する。光結合器
８はそのローカル光と受信光とを結合し、光検波器１２
はその結合光をコヒーレント検波する。
【００９６】なお、その他の動作については実施の形態
１によるものと同様であるので、その説明を省略する。
【００９７】以上のように、実施の形態７によれば、遅
延線路１１と光結合器８との間に光増幅器５０を設ける
ようにしたので、ショット雑音限界に近い高Ｓ／Ｎ比で
コヒーレント検波を実行することができるという効果が
得られる。また、ローカル光のパワーが一定でないこと
に起因して発生するＳ／Ｎ比の劣化を抑制することがで
きるという効果が得られる。
【００９８】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、単一
波長のパルスレーザ光を発振し、パルスレーザ光の一部
を分岐し、パルスレーザ光を目標に向けて送出して目標
からの光を受信光として受光し、分岐したパルスレーザ
光の一部を遅延させ、遅延されたパルスレーザ光を受信
光と結合した光をコヒーレント検波し、コヒーレント検
波された信号に基づいて目標の物理情報を特定するよう
にしたので、装置の構成を簡素化することができ、コス
トの低減、小型化および高信頼性化をすることができる
という効果がある。
【００９９】この発明によれば、遅延手段を、所定の長
さの光ファイバにより構成される遅延線路としたので、
小型で低損失の遅延手段が得られ、装置の規模を低減す
ることができるという効果がある。
【０１００】この発明によれば、光分岐手段により分岐
されたパルスレーザ光の一部をｎ本の光に分岐する光分
岐器と、分岐されたｎ本の光を異なる遅延時間だけそれ
ぞれ遅延させるｎ本の遅延線路と、ｎ本の遅延線路によ
り遅延されたｎ本の光を結合する光結合器とを遅延手段
に有するように構成したので、ソフトターゲットについ
て速度分布測定または目標検知測定を実行することがで
きるという効果がある。
【０１０１】この発明によれば、レーザ光を伝送するル
ープ線路と、光分岐手段により分岐されたパルスレーザ
光の一部をループ線路内に導入するとともに、ループ線
路内のレーザ光を分岐する光結合器とを遅延手段に有す
るように構成したので、ソフトターゲットについて速度
分布測定または目標検知測定を実行することができると
いう効果がある。
【０１０２】この発明によれば、遅延手段のループ線路
の途中に光増幅器を有するように構成したので、ローカ
ル光の出力の変動に起因する検波後の信号のＳ／Ｎ比の
劣化を抑制することができるという効果がある。
【０１０３】この発明によれば、遅延手段と光結合手段
との間にローカル光を増幅する光増幅器を備えるように
したので、ショット雑音限界に近い高Ｓ／Ｎ比でコヒー
レント検波を実行することができるという効果がある。
また、ローカル光のパワーが一定でないことに起因して
発生するＳ／Ｎ比の劣化を抑制することができるという
効果がある。
【０１０４】この発明によれば、光結合器を、分岐比が
可変である可変光結合器としたので、ローカル光の出力
の変動に起因する検波後の信号のＳ／Ｎ比の劣化を抑制
することができるという効果がある。
【０１０５】この発明によれば、光分岐手段により分岐
されたパルスレーザ光の一部およびループ線路内の光の
いずれか一方をループ線路に出力する光音響光学素子の
光スイッチと、ループ線路内の光を分岐する光分岐器と
を光結合器に有するようにしたので、周波数シフタの機
能を光スイッチに持たせることができ、装置を簡素化す
ることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１によるコヒーレント
レーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図２】 図１の信号処理装置の構成の一例を示すブロ
ック図である。
【図３】 図１の信号処理装置の構成の他の例を示すブ
ロック図である。
【図４】 実施の形態１によるコヒーレントレーザレー
ダ装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図５】 この発明の実施の形態２によるコヒーレント
レーザレーダ装置の遅延線路の構成を示すブロック図で
ある。
【図６】 実施の形態２によるコヒーレントレーザレー
ダ装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図７】 この発明の実施の形態３によるコヒーレント
レーザレーダ装置の遅延線路の構成を示すブロック図で
ある。
【図８】 実施の形態３によるコヒーレントレーザレー
ダ装置の動作を説明するタイミングチャートである。
【図９】 この発明の実施の形態４によるコヒーレント
レーザレーダ装置の遅延線路の構成を示すブロック図で
ある。
【図１０】 図９の光スイッチの動作を説明する図であ
る。
【図１１】 この発明の実施の形態５によるコヒーレン
トレーザレーダ装置の遅延線路の構成を示すブロック図
である。
【図１２】 この発明の実施の形態６によるコヒーレン
トレーザレーダ装置の遅延線路の構成を示すブロック図
である。
【図１３】 この発明の実施の形態７によるコヒーレン
トレーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。
【図１４】 実施の形態２における遅延線路を使用した
場合の光増幅器の動作を説明するタイミングチャートで
ある。
【図１５】 実施の形態３における遅延線路を使用した
場合の光増幅器の動作を説明するタイミングチャートで
ある。
【図１６】 従来のコヒーレントレーザレーダ装置の構
成を示すブロック図である。
【図１７】 従来のコヒーレントレーザレーダ装置の信
号処理装置の構成例を示すブロック図である。
【図１８】 従来のコヒーレントレーザレーダ装置の動
作を説明するタイミングチャートである。
【符号の説明】
１ パルスレーザ、２ 光分岐器（光分岐手段）、５
送受光学系（送受光学手段）、６ 走査光学系（送受光
学手段）、８ 光結合器（光結合手段）、１１遅延線路
（遅延手段）、１２ 光検波器（光検波手段）、１４
信号処理装置、３１ 光分岐器、３２−１〜３２−ｎ
遅延線路、３３，４２ 光結合器、４１ ループ線路、
４２Ａ 可変光結合器、４３ 光スイッチ、４４ 光分
岐器、４５，５０ 光増幅器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 柳澤 隆行 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 和高 修三 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 杉本 悦夫 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 (72)発明者 大鋸 康功 東京都千代田区丸の内二丁目２番３号 三 菱電機株式会社内 Ｆターム(参考） 2K002 AA04 AB04 AB07 HA10 5F072 JJ01 KK15 SS06 5J084 AA05 AA07 BA03 BA11 BB14 BB16 BB21 BB31 BB35 CA03 CA48 CA61 CA64

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 単一波長のパルスレーザ光を発振するパ
    ルスレーザと、 前記パルスレーザにより発振されたパルスレーザ光を目
    標に向けて送出し、目標からの光を受信光として受光す
    る送受光学手段と、 前記パルスレーザにより発振されたパルスレーザ光の一
    部を分岐する光分岐手段と、 前記光分岐手段により分岐されたパルスレーザ光の一部
    を遅延させる遅延手段と、 前記遅延手段により遅延されたパルスレーザ光の一部を
    前記受信光と結合する光結合手段と、 前記光結合手段により結合された光をコヒーレント検波
    する光検波手段と、 前記光検波手段によりコヒーレント検波された信号に基
    づいて目標の物理情報を特定する信号処理装置とを備え
    たコヒーレントレーザレーダ装置。
  2. 【請求項２】 遅延手段は、所定の長さの光ファイバに
    より構成される遅延線路であることを特徴とする請求項
    １記載のコヒーレントレーザレーダ装置。
  3. 【請求項３】 遅延手段は、光分岐手段により分岐され
    たパルスレーザ光の一部をｎ本の光に分岐する光分岐器
    と、分岐された前記ｎ本の光を異なる遅延時間だけそれ
    ぞれ遅延させるｎ本の遅延線路と、前記ｎ本の遅延線路
    により遅延されたｎ本の光を結合する光結合器とを有す
    ることを特徴とする請求項１または請求項２記載のコヒ
    ーレントレーザレーダ装置。
  4. 【請求項４】 遅延手段は、レーザ光を伝送するループ
    線路と、光分岐手段により分岐されたパルスレーザ光の
    一部を前記ループ線路内に導入するとともに、前記ルー
    プ線路内のレーザ光を分岐する光結合器とを有すること
    を特徴とする請求項１または請求項２記載のコヒーレン
    トレーザレーダ装置。
  5. 【請求項５】 遅延手段は、ループ線路の途中に光増幅
    器を有することを特徴とする請求項４記載のコヒーレン
    トレーザレーダ装置。
  6. 【請求項６】 遅延手段と光結合手段との間に前記パル
    スレーザ光の一部を増幅する光増幅器を備えることを特
    徴とする請求項１、請求項３および請求項４のうちのい
    ずれか一項記載のコヒーレントレーザレーダ装置。
  7. 【請求項７】 光増幅器は、光ファイバ増幅器であるこ
    とを特徴とする請求項５または請求項６記載のコヒーレ
    ントレーザレーダ装置。
  8. 【請求項８】 光増幅器は、半導体光増幅器であること
    を特徴とする請求項５または請求項６記載のコヒーレン
    トレーザレーダ装置。
  9. 【請求項９】 光増幅器は、固体レーザ媒質のレーザ増
    幅器であることを特徴とする請求項５または請求項６記
    載のコヒーレントレーザレーダ装置。
  10. 【請求項１０】 光結合器は、分岐比が可変である可変
    光結合器であることを特徴とする請求項４記載のコヒー
    レントレーザレーダ装置。
  11. 【請求項１１】 光結合器は、光分岐手段により分岐さ
    れたパルスレーザ光の一部および前記ループ線路内の光
    のいずれか一方を前記ループ線路に出力する光音響光学
    素子の光スイッチと、前記ループ線路内の光を分岐する
    光分岐器とを有することを特徴とする請求項４記載のコ
    ヒーレントレーザレーダ装置。
  12. 【請求項１２】 単一波長のパルスレーザ光を発振する
    ステップと、 前記パルスレーザ光の一部を分岐するステップと、 前記パルスレーザ光を目標に向けて送出し、目標からの
    光を受信光として受光するステップと、 分岐した前記パルスレーザ光の一部を遅延させるステッ
    プと、 遅延された前記パルスレーザ光を前記受信光と結合する
    ステップと、 結合した光をコヒーレント検波するステップと、 コヒーレント検波された信号に基づいて目標の物理情報
    を特定するステップとを備えた目標測定方法。
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