JP2001324563A - Laser radar device - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】この発明は、目標の距離、速
度等の物理情報を測定するためのレーザレーダ装置に関
する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a laser radar device for measuring physical information such as a target distance and speed.
【0002】[0002]
【従来の技術】任意の車両や建築物等の目標(ハードタ
ーゲット)の距離、速度等の物理情報を測定することを
目的とする装置として光波(レーザ)を用いたレーザレ
ーダ装置がある。目標の距離情報を得るレーザレーダ装
置には、パルスレーザ光を送信し目標からの反射散乱光
を受信するまでの時間により目標の距離を得るパルス方
式と、変調したCW(Continuous Wave)レーザ光を送
信する変調CW方式がある。パルス方式には直接検波方
式とコヒーレント検波方式があり、コヒーレント検波方
式では受信光のドップラーシフトから目標の速度情報を
得ることができる。変調CW方式としてはCWレーザ光
を周波数変調するFMCW(Frequency Modulated Cont
inuous Wave)方式がある。2. Description of the Related Art There is a laser radar apparatus using a light wave (laser) as an apparatus for measuring physical information such as distance and speed of a target (hard target) such as an arbitrary vehicle or building. The laser radar device that obtains the target distance information includes a pulse method that obtains the target distance by the time from when the pulse laser light is transmitted to when the reflected scattered light from the target is received, and a modulated CW (Continuous Wave) laser light. There is a modulation CW method for transmitting. The pulse method includes a direct detection method and a coherent detection method. In the coherent detection method, target speed information can be obtained from Doppler shift of received light. As a modulation CW method, an FMCW (Frequency Modulated Control) for frequency-modulating a CW laser beam is used.
inuous Wave) method.
【0003】パルス方式として、コヒーレント検波方式
の従来例を示す。図5は、Sammy W. Henderson等により
米国特許5、237、331号に示されたもので、光源
にインジェクションシーディングパルスレーザ装置を用
いたコヒーレントレーザレーダ装置の構成図である。図
5において、1は単一周波数で発振するCWレーザ光
源、2は第1の光分岐器、3は周波数シフタ、4はイン
ジェクションシーディングパルスレーザ、5はビームス
プリッタ、6は1/4波長板、7は送受光学系、8は走
査光学系、9は第1の光混合器、10は第1の光検波
器、11は第2の光分岐器、12は第3の光分岐器、1
3は第2の光混合器、14は第2の光検出器、15はA
D変換器、16は信号処理装置、17はインジェクショ
ンシーディングパルスレーザ4の共振器長の調整機構、
18は調整機構17の制御回路、19はレーザ光源1か
らのレーザ光、20はシード光、21はパルスレーザ
光、22は送受信光の光軸、23は送信光、24は受信
光、25はローカル光、26は第1の光混合器9による
受信光24とローカル光25の混合光である。As a pulse method, a conventional example of a coherent detection method will be described. FIG. 5 is a configuration diagram of a coherent laser radar device disclosed in US Pat. No. 5,237,331 by Sammy W. Henderson et al., Which uses an injection seeding pulse laser device as a light source. 5, reference numeral 1 denotes a CW laser light source that oscillates at a single frequency, 2 denotes a first optical splitter, 3 denotes a frequency shifter, 4 denotes an injection seeding pulse laser, 5 denotes a beam splitter, and 6 denotes a quarter-wave plate. , 7 is a transmission / reception optical system, 8 is a scanning optical system, 9 is a first optical mixer, 10 is a first optical detector, 11 is a second optical splitter, 12 is a third optical splitter, 1
3 is a second light mixer, 14 is a second light detector, 15 is A
D converter, 16 is a signal processing device, 17 is a mechanism for adjusting the cavity length of the injection seeding pulse laser 4,
18 is a control circuit of the adjusting mechanism 17, 19 is a laser beam from the laser light source 1, 20 is a seed beam, 21 is a pulse laser beam, 22 is an optical axis of transmission and reception light, 23 is a transmission beam, 24 is a reception beam, and 25 is a reception beam. The local light 26 is a mixed light of the received light 24 and the local light 25 by the first optical mixer 9.
【0004】次に、動作について説明する。単一波長f
0で発振するレーザ1からのレーザ光19は、第1の光
分岐器2により2分岐され、一方はローカル光25に用
いられ、他方は周波数シフタ3により周波数fIFだけ周
波数増加したレーザ光となり、シード光20としてイン
ジェクションシーディングパルスレーザ4に供給され
る。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20に一番近い周波数を持つ軸モードで単一周
波数(単一波長)のパルス発振を行う。インジェクショ
ンシーディングパルスレーザ4からのパルスレーザ光2
1は、直線偏光しており、ビームスプリッタ5により反
射される。1/4波長板6により円偏光に変換された
後、送受光学系7および走査光学系8を経て、送信光2
3として目標に向けて照射される。Next, the operation will be described. Single wavelength f
The laser light 19 from the laser 1 oscillating at 0 is split into two by the first optical splitter 2, one of which is used as the local light 25, and the other is the laser light whose frequency is increased by the frequency f IF by the frequency shifter 3. , As seed light 20 to the injection seeding pulse laser 4. Injection seeding pulse laser 4
Pulse oscillation of a single frequency (single wavelength) is performed in the axial mode having the frequency closest to the seed light 20. Pulse laser beam 2 from injection seeding pulse laser 4
1 is linearly polarized and is reflected by the beam splitter 5. After being converted into circularly polarized light by the 波長 wavelength plate 6, the transmission light 2 is transmitted through the transmission / reception optical system 7 and the scanning optical system 8.
Irradiation toward the target is performed as 3.
【0005】目標からの散乱光は、送信光とは逆の経路
を経て受信される。受信光24は1/4波長板6によ
り、パルスレーザ光21の偏光面とは90度ずれた直線
偏光になり、ビームスプリッタ5を透過し第1の光混合
器9に導かれる。第1の光混合器9において、受信光2
4とローカル光25は混合される。混合光26は第1の
光検出器10においてコヒーレント検波される。第1の
光検出器10からの信号はAD変換器15によりサンプ
リングされ、信号処理装置16により強度信号の時間波
形から目標の距離が抽出されると共に、ドップラー信号
から目標の速度が抽出される。[0005] Scattered light from the target is received via a path opposite to that of the transmitted light. The received light 24 is linearly polarized by 90 ° from the polarization plane of the pulsed laser light 21 by the quarter-wave plate 6, passes through the beam splitter 5, and is guided to the first optical mixer 9. In the first optical mixer 9, the received light 2
4 and the local light 25 are mixed. The mixed light 26 is coherently detected by the first photodetector 10. The signal from the first photodetector 10 is sampled by the AD converter 15, and the signal processor 16 extracts the target distance from the time waveform of the intensity signal and the target velocity from the Doppler signal.
【0006】前述のように、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20に一番近い周波数
を持つ軸モードで単一周波数のパルス発振を行うので、
正確なドップラー信号を得るためには、パルスレーザ光
21とローカル光25の周波数差をモニタする必要があ
る。このため、第2、第3の光分岐器11、12により
それぞれパルスレーザ光21とローカル光25の一部を
取り出し、第2の光混合器13で両者を混合した後、第
2の光検出器14でコヒーレント検波を行う。受信光と
同様にAD変換器15によりサンプリングし、信号処理
装置16によりパルスレーザ光21とローカル光25の
周波数差等を求める。ローカル光25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、受信信号のそれぞれの周波数fs、fT、
fR、fM、fsigは次式で表される。As described above, the injection seeding pulse laser 4 oscillates at a single frequency in the axial mode having the frequency closest to the seed light 20.
In order to obtain an accurate Doppler signal, it is necessary to monitor the frequency difference between the pulse laser light 21 and the local light 25. For this reason, the pulse laser light 21 and a part of the local light 25 are respectively extracted by the second and third optical splitters 11 and 12, and the two are mixed by the second optical mixer 13, and then the second light detection is performed. The coherent detection is performed by the detector 14. The sampling is performed by the AD converter 15 in the same manner as the reception light, and the signal processor 16 determines the frequency difference between the pulse laser light 21 and the local light 25. Assuming that the frequency of the local light 25 is f 0 , the respective frequencies f s , f T , of the seed light, the pulse laser light, the reception light, the frequency monitor signal, and the reception signal
f R , f M , and f sig are represented by the following equations.
【0007】[0007]
【数1】 (Equation 1)
【0008】ここで、fIFは中間周波数、δfはパルス
レーザ光とシード光の周波数差、f dは目標のドップラ
ー周波数であり、受信信号fsigと周波数モニタ信号fM
の差を取ることにより得ることができる。Here, fIFIs the intermediate frequency, δf is the pulse
Frequency difference between laser light and seed light, f dIs the target Doppler
-Frequency and the received signal fsigAnd frequency monitor signal fM
Can be obtained by taking the difference
【0009】パルス方式における距離分解能は、送信レ
ーザパルスのパルス幅により決まり、受信信号のSN比
の強弱や目標のスペックル効果による信号強度の変動を
考慮すると、距離精度も距離分解能程度であると考えら
れる。パルス方式の距離分解能ΔRは次式で表される。The distance resolution in the pulse method is determined by the pulse width of the transmission laser pulse. Considering the strength of the S / N ratio of the received signal and the fluctuation of the signal intensity due to the target speckle effect, the distance accuracy is about the same as the distance resolution. Conceivable. The distance resolution ΔR of the pulse method is expressed by the following equation.
【0010】[0010]
【数2】 (Equation 2)
【0011】ここで、τはレーザパルスのパルス幅、c
は光速度である。Where τ is the pulse width of the laser pulse, c
Is the speed of light.
【0012】数(2)より明かなように、距離分解能Δ
Rを小さくし精度の高い測定をするには、送信するレー
ザパルスの幅τを小さくすればよい。距離分解能の値と
して1mを得るにはパルス幅τを6.6nsとすること
が必要である。高出力のパルスレーザ発振器には、通
常、共振器のQを制御してレーザパルスを得るQスイッ
チパルスレーザ発振器が用いられる。Qスイッチパルス
レーザ発振器により、狭パルス幅のレーザパルスを得る
には高利得が必要である。利得が高くとれる四準位系レ
ーザであるNd系(発振波長1μm)のレーザにおいて
は数nsのパルス幅も達成されているが、アイセーフ波
長(>1.4μm)で発振するEr系、Ho系およびt
m系のレーザは利得の低い3準位系のレーザであり、数
nsのパルス幅の達成は困難であり、利得を大きくする
ために励起パワーを大きくしたり、励起効率をあげるた
めの工夫をしたりするなどより複雑な構成を必要とす
る。さらに、パルス幅を小さくすると、受信信号の周波
数帯域が広くなるため、同じSN比を確保するためにピ
ークパワーを高くする必要がある。As is clear from equation (2), the distance resolution Δ
In order to reduce R and perform highly accurate measurement, the width τ of the transmitted laser pulse may be reduced. To obtain 1 m as the value of the distance resolution, the pulse width τ needs to be 6.6 ns. As a high-output pulse laser oscillator, a Q-switched pulse laser oscillator that normally obtains a laser pulse by controlling the Q of a resonator is used. High gain is required to obtain a laser pulse with a narrow pulse width by using a Q-switched pulse laser oscillator. A four-level Nd laser (oscillation wavelength 1 μm), which is a four-level laser capable of obtaining a high gain, has achieved a pulse width of several ns, but Er and Ho lasers oscillating at an eye-safe wavelength (> 1.4 μm). And t
The m-system laser is a three-level laser having a low gain, and it is difficult to achieve a pulse width of several ns. Therefore, it is necessary to increase the pump power in order to increase the gain or to improve the pump efficiency. It requires a more complicated configuration. Further, when the pulse width is reduced, the frequency band of the received signal is widened, so that it is necessary to increase the peak power in order to secure the same SN ratio.
【0013】したがって、パルス方式で高い距離分解能
を得るには高利得のQスイッチパルスレーザ発振器が必
要であるためレーザが複雑な構成となる。また、ピーク
パワーが高くなるため、装置に用いる光学部品に焼けが
生じる可能性が高くなり、信頼性の低下や耐レーザパワ
ー性の高い高価な部品を用いる必要性が生じる問題があ
る。Therefore, a high-gain Q-switched pulse laser oscillator is required to obtain a high distance resolution by the pulse method, so that the laser has a complicated structure. In addition, since the peak power is increased, there is a high possibility that optical components used in the apparatus are burned, and there is a problem that reliability is reduced and expensive components having high laser power resistance need to be used.
【0014】また、コヒーレント検波方式においては、
パルス幅を小さくして距離分解能を小さくすると速度分
解能が大きくなる問題がある。これは、距離分解能ΔR
と速度分解能Δvの間には次式の関係があるためであ
る。In the coherent detection system,
When the distance resolution is reduced by reducing the pulse width, there is a problem that the speed resolution increases. This is the distance resolution ΔR
This is because there is the following relationship between the speed resolution and the speed resolution Δv.
【0015】[0015]
【数3】 (Equation 3)
【0016】ここで、λ:レーザパルスの波長である。Here, λ is the wavelength of the laser pulse.
【0017】次に、変調CW方式であるFMCW方式の
従来例を示す。図6は、Christer J. Karlson等によりA
pplied Optics 誌(Vol. 38, No. 15, pp33766-3386,
1999)に開示されたFMCW方式のレーザレーダ装置
を示す構成図である。図6において、27は半導体レー
ザ(以下、LDと称す)、28は電源、29はFM変調
回路、30は光カプラ、31は送受信光学系、32は光
検出器、33は信号処理装置である。Next, a conventional example of the FMCW system which is a modulation CW system will be described. Figure 6 shows A by Christer J. Karlson et al.
pplied Optics (Vol. 38, No. 15, pp33766-3386,
1999) is a configuration diagram showing an FMCW type laser radar device disclosed in US Pat. 6, reference numeral 27 denotes a semiconductor laser (hereinafter referred to as an LD); 28, a power supply; 29, an FM modulation circuit; 30, an optical coupler; 31, a transmission / reception optical system; 32, a photodetector; .
【0018】図6に示す構成の動作について説明する。
単一モードで発振するLD27からのCWレーザ光は、
光カプラ30を経て、送受光学系31より目標に向けて
照射される。目標からの散乱光の一部は、送受光学系3
1により受光され、光カプラ30を経て、光検出器32
に至る。また、送受光学系31において、送信光の一部
は、例えば光ファイバの出射端におけるフレネル反射に
より反射される。反射された反射光は、ローカル光とし
て受信光と同様に光カプラ30を経て光検出器32に至
る。光検出器32により、受信光とローカル光はヘテロ
ダイン検波される。光検出器32からの受信信号は、信
号処理装置33により周波数解析され、目標の距離およ
び速度情報が抽出される。The operation of the configuration shown in FIG. 6 will be described.
The CW laser light from the LD 27 oscillating in a single mode is
The light passes through the optical coupler 30 and is emitted from the transmission / reception optical system 31 toward the target. Part of the scattered light from the target is
1 and received by the photodetector 32 through the optical coupler 30.
Leads to. In the transmission / reception optical system 31, a part of the transmission light is reflected by, for example, Fresnel reflection at the emission end of the optical fiber. The reflected light reaches the photodetector 32 as local light via the optical coupler 30 in the same manner as the received light. The received light and the local light are subjected to heterodyne detection by the photodetector 32. The signal received from the photodetector 32 is frequency-analyzed by the signal processing device 33 to extract target distance and speed information.
【0019】ここで、LD27からのCWレーザ光は、
FM変調回路29により周波数変調される。図7に、周
波数変調の一例を示す。CWレーザ光は、周期tmの2
等辺三角形状の三角波に周波数変調される。このときの
送信光、ローカル光および受信光の周波数変化は図7に
示す通りである。Here, the CW laser light from the LD 27 is
The frequency is modulated by the FM modulation circuit 29. FIG. 7 shows an example of frequency modulation. The CW laser beam has a period tm of 2
The frequency is modulated to an equilateral triangular wave. The frequency changes of the transmission light, the local light and the reception light at this time are as shown in FIG.
【0020】図8に、受信信号から目標の距離、速度を
求める方法を説明するために、受信光、ローカル光およ
び受信信号の1周期分の周波数の時間変化を示す。受信
光の周波数変調は、ローカル光に比べ、目標までのラウ
ンドトリップ時間tr分遅れる。このため、ローカル光
と受信光の周波数変調関数が同一の傾きである時間にお
いて、受信光とローカル光とのビート信号である受信信
号は一定の周波数frを持つ。(固定(静止)目標の
時)一定の周波数frが得られる時間は、周波数変調の
1周期時間をtmとすると、変調関数が正の傾きにおい
てtr〜t m/2、負の傾きにおいてtm/2+tr〜tmで
ある。目標が移動目標(装置に対して相対的な速度を持
つ)である場合、ドップラー周波数fdが受信光の周波
数に加わるため、得られるビート周波数は、変調関数が
正の傾きにおいてfr-fd、負の傾きにおいてfr+fdと
なる。正負両者の傾きの時のビート周波数より、frお
よびfdを求めることができる。これにより、目標の距
離と速度情報を得ることができる。FIG. 8 shows the target distance and speed from the received signal.
Received light, local light and
And the time change of the frequency of one cycle of the received signal. Receiving
The frequency modulation of light has a lower
Round trip time trMinutes late. Because of this, the local light
And the frequency modulation function of the received light have the same slope.
The received signal, which is the beat signal between the received light and the local light.
The signal is a constant frequency frhave. (Fixed (stationary) goal
Time) constant frequency frIs obtained by the frequency modulation
One cycle time is tmThen the modulation function has a positive slope
Tr~ T m/ 2, t at negative slopem/ 2 + tr~ Tmso
is there. If the target is a moving target (has a speed
), The Doppler frequency fdIs the frequency of the received light
Because of the number, the resulting beat frequency is
F at positive sloper-fd, With a negative sloper+ fdWhen
Become. From the beat frequency when both the positive and negative slopes, frYou
And fdCan be requested. This allows the target distance
Release and speed information can be obtained.
【0021】最大測定距離Rmaxは、理論的にはローカ
ル光と受信光の変調関数が同一の傾きを持つ時間が存在
する条件tr=tm/2で決まる距離となるが、計測時間
が限り無く0に近くなり現実的ではない。ここで、計測
時間が50%dutyとなる条件を設けると、最大測定
距離Rmaxと周波数frおよび距離分解能ΔR、周波数分
解能dfrは以下のように求まる。The maximum measuring distance R max is in theory a distance determined by the condition t r = t m / 2 there is a time modulation function of the local light and the received light have the same slope, the measurement time It is not realistic because it is close to 0 as much as possible. Here, providing the condition that the measured time is 50% duty, the maximum measuring distance R max and the frequency f r and the distance resolution [Delta] R, the frequency resolution df r is determined as follows.
【0022】[0022]
【数4】 (Equation 4)
【0023】ここで、Δfは変調周波数幅、fm:変調
周波数、df:変調関数の傾きである。Here, Δf is the modulation frequency width, f m is the modulation frequency, and df is the slope of the modulation function.
【0024】距離分解能ΔRは変調周波数幅Δfによ
り、変調周波数fmによらない。一方、周波数分解能d
frは次式で表されるから、最大測定距離Rmaxが大きく
なると、周波数分解能dfrは小さくなる。[0024] The range resolution ΔR is the modulation frequency width Delta] f, it does not depend on the modulation frequency f m. On the other hand, the frequency resolution d
Since f r is expressed by the following equation, the maximum measuring distance R max increases, the frequency resolution df r decreases.
【0025】[0025]
【数5】 (Equation 5)
【0026】このことは、単に計測時間が長くなるだけ
ではなく、光源の線幅および周波数変調の精度も周波数
分解能以下が必要であるため、影響は大きい。ΔR=1
mとすると、測定距離範囲、即ち最大測定距離が1km
において、光源の線幅および周波数変調の精度は300
kHz、最大測定距離が10kmとすると30kHzが
必要となる。通常入手可能なLDの線幅は1MHz程度
であるので、上記の条件では使用することができない。This has a great effect not only because the measurement time becomes longer but also the line width of the light source and the accuracy of frequency modulation need to be lower than the frequency resolution. ΔR = 1
m, the measurement distance range, that is, the maximum measurement distance is 1 km
The accuracy of the line width and frequency modulation of the light source is 300
If the maximum measurement distance is 10 km at 30 kHz, 30 kHz is required. Since the line width of a normally available LD is about 1 MHz, it cannot be used under the above conditions.
【0027】[0027]
【発明が解決しようとする課題】上述のように、従来の
パルス方式を用いたレーザレーダ装置では、高い距離分
解能を得るには短パルス幅のパルスが必要である。この
ため、高利得のQスイッチパルスレーザ発振器が必要と
なり、レーザが複雑な構成となる。また、ピークパワー
が高くなるため、装置に用いる光学部品に焼けが生じる
可能性が高くなり、信頼性の低下や耐レーザパワー性の
高い高価な部品を用いる必要性が生じる問題があった。
さらに、コヒーレント検波を用いたパルス方式において
は、距離分解能ΔRと速度分解能Δvの間は逆比例の関
係にあるため、パルス幅を小さくして距離分解能を小さ
くすると速度分解能が大きくなる問題があった。As described above, in a conventional laser radar apparatus using a pulse method, a pulse having a short pulse width is required to obtain a high distance resolution. For this reason, a high-gain Q-switched pulse laser oscillator is required, and the laser has a complicated configuration. Further, since the peak power is increased, there is a high possibility that optical components used in the apparatus are burnt, and there is a problem that reliability is reduced and expensive components having high laser power resistance need to be used.
Further, in the pulse method using coherent detection, since the distance resolution ΔR and the velocity resolution Δv are in inverse proportion, there is a problem that the velocity resolution increases when the pulse width is reduced and the distance resolution is reduced. .
【0028】一方、従来のFMCW方式では、距離分解
能を小さくすることと測定距離範囲を大きくすることを
両立するには、光源の線幅および周波数変調の精度に高
い条件が必要となり、LDのような安価で変調の容易な
光源が使えなくなるという問題があった。On the other hand, in the conventional FMCW system, in order to reduce the distance resolution and increase the measurement distance range, high conditions are required for the line width of the light source and the accuracy of frequency modulation, and such as the LD. There is a problem that a light source that is inexpensive and easy to modulate cannot be used.
【0029】この発明は上述した点に鑑みてなされたも
ので、従来のパルス方式に比べ、同じ距離分解能を得る
のに構成のより簡単な光源が利用でき、信頼性の高いレ
ーザレーダ装置を得ることを目的とする。また、従来の
FMCW方式に比べ線幅および周波数変調の精度に対す
る条件を緩和し、より簡便な光源が利用できるレーザレ
ーダ装置を得ることを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and provides a highly reliable laser radar device in which a light source having a simpler structure can be used to obtain the same distance resolution as compared with the conventional pulse method. The purpose is to: It is another object of the present invention to provide a laser radar device in which conditions for line width and frequency modulation accuracy are relaxed as compared with the conventional FMCW method, and a simpler light source can be used.
【0030】[0030]
【課題を解決するための手段】この発明に係るレーザレ
ーダ装置は、レーザパルスを発生するレーザパルス発生
手段と、ローカル光を発生するローカル光発生手段と、
上記レーザパルス発生手段からのレーザパルスを目標に
向けて送信し、目標からの散乱光の一部を受信する光送
受信手段と、上記ローカル光発生手段からのローカル光
と上記送受信光学手段で受信された受信光を混合する光
混合手段と、上記光混合手段により混合された混合光を
光ヘテロダイン検波する光検波手段と、上記光検波手段
からの信号から目標の情報を抽出する信号処理手段とを
有するコヒーレントレーザレーダ装置において、上記レ
ーザパルス発生手段は、レーザパルスを周波数変調する
第1の周波数変調手段を有し、上記ローカル光発生手段
は、上記レーザパルス発生手段からのレーザパルスと同
様の周波数変調を1周期とする繰返し周波数変調をロー
カル光に与える第2の周波数変調手段を有することを特
徴とするものである。A laser radar device according to the present invention comprises: a laser pulse generating means for generating a laser pulse; a local light generating means for generating local light;
The laser pulse from the laser pulse generating means is transmitted toward the target, the light transmitting / receiving means for receiving a part of the scattered light from the target, the local light from the local light generating means and the light transmitted / received by the transmitting / receiving optical means. Light mixing means for mixing the received light, optical detection means for optical heterodyne detection of the mixed light mixed by the light mixing means, and signal processing means for extracting target information from a signal from the light detection means. In the coherent laser radar device having the above, the laser pulse generation means has first frequency modulation means for frequency-modulating the laser pulse, and the local light generation means has the same frequency as the laser pulse from the laser pulse generation means. A second frequency modulating means for applying repetitive frequency modulation having one cycle of modulation to the local light. .
【0031】また、上記第1の周波数変調手段は、レー
ザパルス毎に複数の傾きの異なる直線周波数変調で交互
に変調することを特徴とするものである。Further, the first frequency modulating means is characterized by alternately modulating a plurality of linear frequency modulations having different slopes for each laser pulse.
【0032】また、上記レーザパルス発生手段と上記ロ
ーカル光発生手段は、単一モードで発振するCWレーザ
と、上記CWレーザからのCWレーザ光を周波数変調す
る変調手段と、上記CWレーザ光を2つに分ける光分岐
手段と、上記光分岐手段で分岐された一方のCWレーザ
光をパルス光として取出す光スイッチ手段とで構成され
ることを特徴とするものである。The laser pulse generating means and the local light generating means are a CW laser oscillating in a single mode, a modulating means for frequency modulating the CW laser light from the CW laser, and a CW laser light. It is characterized by comprising a light splitting means for dividing the light into two, and an optical switch means for extracting one of the CW laser lights split by the light splitting means as pulse light.
【0033】また、上記光分岐手段と上記光送受信手段
との間に、光増幅器を設けたことを特徴とするものであ
る。Further, an optical amplifier is provided between the optical branching means and the optical transmitting / receiving means.
【0034】さらに、上記光増幅器は、光ファイバ増幅
器であることを特徴とするものである。Further, the optical amplifier is an optical fiber amplifier.
【0035】[0035]
【発明の実施の形態】実施の形態1.図1は、この発明
の実施の形態1に係るレーザレーダ装置を示す構成図で
ある。図1において、34は単一モードで発振するパル
スレーザ、35は第1の周波数変調手段、36は送受信
光分離手段、37は送受光学系、38は光混合手段、3
9は光検出器、40は単一モードで発振するCWレー
ザ、41は第2の周波数変調手段、42は信号処理装
置、43は周波数変調制御回路である。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 FIG. 1 is a configuration diagram showing a laser radar device according to Embodiment 1 of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 34 denotes a pulse laser oscillating in a single mode; 35, a first frequency modulating unit; 36, a transmitting and receiving light separating unit; 37, a transmitting and receiving optical system;
9 is a photodetector, 40 is a CW laser oscillating in a single mode, 41 is a second frequency modulating means, 42 is a signal processing device, and 43 is a frequency modulation control circuit.
【0036】次に、図に基づき動作を説明する。パルス
レーザ34は、単一モードの送信レーザパルスを発振す
る。第1の周波数変調手段35は、上記レーザパルスを
周波数変調制御回路43からの制御信号により、パルス
内で上記レーザパルスの光周波数を周波数変調する。変
調する手段としては、パルスレーザ34の共振器長を変
調する、または励起パワーを変調する、またはレーザパ
ルスを直接変調する手段等が考えられる。送信レーザパ
ルスは、送受信光分離手段36を経て、送受光学系37
から目標に向けて照射される。目標からの散乱光の一部
を送受光学系37により受光し、送受信光分離手段36
により送信レーザパルスと分離して光混合器38に受信
光を送る。Next, the operation will be described with reference to the drawings. The pulse laser 34 oscillates a single mode transmission laser pulse. The first frequency modulation means 35 frequency-modulates the optical frequency of the laser pulse within the pulse according to a control signal from the frequency modulation control circuit 43. As means for modulating, a means for modulating the cavity length of the pulse laser 34, modulating the pump power, or directly modulating the laser pulse can be considered. The transmission laser pulse passes through the transmission / reception light separating means 36 and is transmitted / received by the transmission / reception optical system 37.
Irradiates toward the target. A part of the scattered light from the target is received by the transmission / reception optical system 37 and the transmission / reception light separation means 36
The received light is sent to the optical mixer 38 after being separated from the transmission laser pulse.
【0037】一方、単一モードで発振するCWレーザ4
0は、上記レーザパルスに対し光周波数Δfsを持つC
Wレーザ光を発振する。第2の周波数変調手段41は、
第1の周波数変調手段35のレーザパルスに対する周波
数変調と同一の周波数変調を1周期とする繰返し周波数
変調を上記CWレーザ光の光周波数に対して与える。第
2の周波数変調手段41がCWレーザ光を変調する手段
としては、CWレーザ40の共振器長を変調する、また
は励起パワーを変調する、またはCWレーザ光を直接変
調する手段等が考えられる。変調されたCWレーザ光
は、ローカル光として光混合器38に供給される。On the other hand, a CW laser 4 oscillating in a single mode
0 is C having the optical frequency Δfs with respect to the laser pulse.
Oscillates W laser light. The second frequency modulating means 41 includes:
The repetitive frequency modulation in which one cycle is the same frequency modulation as that of the laser pulse of the first frequency modulation means 35 is given to the optical frequency of the CW laser light. As means for the second frequency modulating means 41 to modulate the CW laser light, means for modulating the resonator length of the CW laser 40, modulating the pump power, or directly modulating the CW laser light can be considered. The modulated CW laser light is supplied to the optical mixer 38 as local light.
【0038】周波数変調制御回路43は、パルスレーザ
34から繰り返し送信される送信レーザパルス光を2種
類以上の異なった傾きを持つ変調関数で交互に切り替え
て周波数変調を行う制御信号を第1の周波数変調手段3
5に送る。また、第1の周波数変調手段35と同期を取
ってCWレーザ光を周波数変調するよう第2の周波数変
調手段41に制御信号を送る。光混合器38は、受信光
とローカル光を混合して、光検出器39に送る。光検出
器39では、光ヘテロダイン検波を行い、その受信信号
を信号処理装置42に送る。信号処理装置42では、受
信信号の時間および周波数解析を行い、目標の距離およ
び速度情報を求める。The frequency modulation control circuit 43 converts a control signal for frequency modulation by alternately switching the transmission laser pulse light repeatedly transmitted from the pulse laser 34 with two or more types of modulation functions having different slopes. Modulation means 3
Send to 5. Further, a control signal is sent to the second frequency modulating means 41 so that the CW laser light is frequency-modulated in synchronization with the first frequency modulating means 35. The optical mixer 38 mixes the received light and the local light and sends the mixed light to the photodetector 39. The photodetector 39 performs optical heterodyne detection, and sends the received signal to the signal processing device 42. The signal processing device 42 analyzes the time and frequency of the received signal to obtain target distance and speed information.
【0039】この発明による方式は、送信レーザ光を1
周期分のパルス光としたFMCW方式であるFMパルス
方式である。図2に、FMCW方式とFMパルス方式の
送信光とローカル光の強度と周波数の時間概念図を示
す。FMCW方式は、送信光およびローカル光が強度一
定で周波数が三角波の変調がかけられたCW光であるの
に対し、FMパルス方式は、送信光がFMCW方式にお
ける三角波の周波数変調の1周期分を斜辺毎に分割した
2つのパルスとなっていることが特徴である。ローカル
光は、各々の送信光パルスに対し、同期しかつ送信光と
同一の周波数波形の繰り返しである鋸歯状の周波数変調
光である。通常のパルス方式における距離分解能はパル
ス幅程度であるが、FMCW方式の手法を用いることに
より距離分解能を向上させることができる。In the method according to the present invention, the transmission laser light is
This is an FM pulse method, which is an FMCW method using pulse light for a period. FIG. 2 is a time conceptual diagram of the intensity and frequency of the transmission light and the local light in the FMCW method and the FM pulse method. In the FMCW system, the transmission light and the local light are CW light in which the intensity is constant and the frequency of the triangular wave is modulated. On the other hand, in the FM pulse system, the transmission light is one cycle of the frequency modulation of the triangular wave in the FMCW system. It is characterized by two pulses divided for each hypotenuse. The local light is a sawtooth frequency-modulated light that is synchronized with each transmission light pulse and has the same frequency waveform as the transmission light. The distance resolution in the ordinary pulse method is about the pulse width, but the distance resolution can be improved by using the FMCW method.
【0040】第1パルスと第2パルスの対応するタイム
ゲート(レンジビン)の信号の周波数からレンジビン内
の目標の距離に対応した周波数frまたはfr'が求ま
る。さらに、ドップラー周波数dfも同時に求まるの
で、目標の速度情報も得ることができる。図3に、第1
パルスの受信信号とタイムゲートの関係を示す。dtの
値により信号の周波数の値、時間形状が異なるが、少な
くともτ/2の間は周波数一定の区間が存在することが
分かる。τ/2毎にタイムゲートを切り、信号処理を行
うことにより、上記周波数を求めることができる。この
周波数と第2パルスの同一のタイムゲートから求まる周
波数からレンジビン内の目標の距離に対応した周波数f
rまたはfr’およびドップラー周波数dfを求めるこ
とができる。The frequency fr or fr 'corresponding to the target distance in the range bin is determined from the frequency of the signal of the time gate (range bin) corresponding to the first pulse and the second pulse. Further, since the Doppler frequency df is also obtained at the same time, target speed information can be obtained. FIG.
4 shows a relationship between a pulse reception signal and a time gate. Although the value of the frequency and the time shape of the signal differ depending on the value of dt, it can be seen that there is a constant frequency section at least during τ / 2. The above frequency can be obtained by turning off the time gate every τ / 2 and performing signal processing. From this frequency and the frequency obtained from the same time gate of the second pulse, the frequency f corresponding to the target distance in the range bin
r or fr 'and the Doppler frequency df can be determined.
【0041】frおよびfr'とレンジビン内の目標の
距離R’の関係は次式で表される。The relationship between fr and fr 'and the target distance R' in the range bin is expressed by the following equation.
【数6】 (Equation 6)
【0042】ここで、fmは変調周波数、cは光速度で
ある。Here, fm is the modulation frequency, and c is the speed of light.
【0043】周波数分解能dfrと距離分解能ΔRの関
係は次式で表される。The relationship between the frequency resolution df r and the distance resolution ΔR is expressed by the following equation.
【0044】[0044]
【数7】 (Equation 7)
【0045】また、周波数分解能dfrと装置の受信機
帯域Bは等しくとることから、次式となる。Since the frequency resolution df r is equal to the receiver band B of the apparatus, the following equation is obtained.
【0046】[0046]
【数8】 (Equation 8)
【0047】よって、次式が得られる。Therefore, the following equation is obtained.
【数9】 (Equation 9)
【0048】この発明であるFMパルス方式を用いれ
ば、例えば、最大測定距離10km、距離分解能ΔR=
1mとしたとき、送信レーザパルス幅τ=1μs、周波
数分解能dfr=2MHzで装置を構築することが可能
である。これは、パルス方式がパルス幅τ=6.7ns
が必要であることに比べて、レーザパルスのピークパワ
ーおよびパルス幅の条件を緩和し、パルスレーザにより
簡単な構成のパルスレーザを用いることができる。ま
た、必要な周波数分解能はパルス幅と距離分解能により
決まる。このため、最大測定距離に係わらず上記の条件
では周波数分解能dfr=2MHzと変わらない。よっ
て、FMCW方式と比較した場合、光源の線幅および周
波数変調の精度の条件が緩くなり、より簡便な光源が利
用できる。即ち、LDのような安価で変調の容易な光源
が使える可能性がある。If the FM pulse method of the present invention is used, for example, the maximum measurement distance is 10 km, and the distance resolution ΔR =
When the distance is 1 m, it is possible to construct a device with a transmission laser pulse width τ = 1 μs and a frequency resolution df r = 2 MHz. This means that the pulse width is τ = 6.7 ns
Is required, the conditions for the peak power and pulse width of the laser pulse are relaxed, and a pulse laser having a simpler configuration can be used. The required frequency resolution is determined by the pulse width and the distance resolution. Therefore, regardless of the maximum measurement distance, the frequency resolution does not change to df r = 2 MHz under the above conditions. Therefore, as compared with the FMCW method, the conditions of the line width of the light source and the accuracy of the frequency modulation are relaxed, and a simpler light source can be used. That is, there is a possibility that an inexpensive and easily modulated light source such as an LD can be used.
【0049】この発明によるFMパルス方式において
は、送信レーザパルスを周波数変調し、ローカル光を送
信レーザパルスに与えた周波数変調を1周期とする繰返
し周波数変調を行うようにしたので、従来のパルス方式
に比べ、同じ距離分解能を得るのにピークパワーを小さ
いかつパルス幅の広い光源が利用できるので、より簡単
な構成のパルスレーザが利用でき、装置の信頼性も向上
できる効果がある。また、従来のFMCW方式に比べた
場合、最大測定距離が大きくなっても光源に要求される
線幅および周波数変調の精度は厳しくならないため、よ
り簡便な光源が利用できる効果があり、LDのような安
価で変調の容易な光源が使える可能性がある。さらに、
送信レーザパルス光を2種類以上の異なった傾きを持つ
変調関数で交互に切り替えて周波数変調を行うようにし
たので、目標の距離だけでなく、速度情報も得られる効
果がある。In the FM pulse system according to the present invention, the transmission laser pulse is frequency-modulated, and the frequency modulation in which local light is applied to the transmission laser pulse is performed in one cycle, so that the repetition frequency modulation is performed. As compared with the above, a light source having a small peak power and a wide pulse width can be used to obtain the same distance resolution, so that a pulse laser having a simpler configuration can be used and the reliability of the apparatus can be improved. Also, compared to the conventional FMCW method, the line width and frequency modulation accuracy required for the light source do not become strict even if the maximum measurement distance increases, so that there is an effect that a simpler light source can be used, and such an effect as LD There is a possibility that a cheap and easy-to-modulate light source can be used. further,
Since the transmission laser pulse light is alternately switched by two or more types of modulation functions having different inclinations to perform frequency modulation, there is an effect that not only a target distance but also velocity information can be obtained.
【0050】実施の形態2.図4は、この発明の実施の
形態2に係るレーザレーダ装置を示す構成図である。図
4において、図1に示す実施の形態1と同一部分は同一
符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、
44は、周波数変調手段を有し、単一モードの周波数変
調CWレーザ光を出力する基準光源、45は、光分岐器
である光カプラ、46は、光スイッチ、47は、光ファ
イバ増幅器である。Embodiment 2 FIG. 4 is a configuration diagram showing a laser radar device according to Embodiment 2 of the present invention. 4, the same components as those in the first embodiment shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. As a new code,
Reference numeral 44 denotes a reference light source having frequency modulating means and outputting a single-mode frequency-modulated CW laser beam; 45, an optical coupler as an optical splitter; 46, an optical switch; and 47, an optical fiber amplifier. .
【0051】次に、図に基づき動作について説明する。
基本的な動作は、実施の形態1に等しい。基準光源4
4、光カプラ45および光スイッチ46により、実施の
形態1におけるパルスレーザ34、CWレーザ40およ
び第1、2の周波数変調手段35,41の機能を実現し
ている。基準光源44は、周波数変調制御回路43によ
り、図2に示したローカル光のような周波数変調された
CWレーザ光を出力する。即ち、2つ以上の異なった傾
きを持つ周期τの鋸歯状の周波数変調の組み合わせで繰
返し変調されたCWレーザ光である。基準光源44から
のCWレーザ光は、光カプラ45により2つに分けられ
る。分岐された一方のCWレーザ光は、ローカル光とし
て光混合器38に送られる。光スイッチ46は、周波数
変調制御回路43による制御信号により、他方の分岐さ
れたCWレーザ光から鋸歯状の周波数変調の1周期分を
レーザパルスとして切り出す。切り出されたレーザパル
スは、送信レーザ光として、光ファイバ増幅器47によ
り増幅され、送受信光分離手段36を経て、送受光学系
37から目標に向けて照射される。Next, the operation will be described with reference to the drawings.
The basic operation is the same as in the first embodiment. Reference light source 4
4. The functions of the pulse laser 34, the CW laser 40, and the first and second frequency modulating units 35 and 41 in the first embodiment are realized by the optical coupler 45 and the optical switch 46. The reference light source 44 outputs frequency-modulated CW laser light such as the local light shown in FIG. 2 by the frequency modulation control circuit 43. That is, it is a CW laser beam repeatedly modulated by a combination of two or more sawtooth frequency modulations with a period τ having different slopes. The CW laser beam from the reference light source 44 is split into two by an optical coupler 45. One of the branched CW laser lights is sent to the optical mixer 38 as local light. The optical switch 46 cuts out one cycle of the sawtooth frequency modulation from the other branched CW laser beam as a laser pulse in accordance with a control signal from the frequency modulation control circuit 43. The cut laser pulse is amplified by an optical fiber amplifier 47 as transmission laser light, passes through a transmission / reception light separation unit 36, and is emitted from a transmission / reception optical system 37 toward a target.
【0052】上記のように、パルスレーザ、CWレーザ
および第1、2の周波数変調手段の機能を、基準光源4
4、光カプラ45および光スイッチ46により構成した
ので、レーザ光源および周波数変調手段を一つにするこ
とができ、実施の形態1で記述した効果をより単純な構
成で実現できる効果がある。さらに、光増幅器を用いて
送信レーザ光を増幅しているので、基準光源に必要とさ
れる出力を低減でき、低出力な光源を利用できる効果が
ある。これにより、基準光源には、安価で周波数変調が
注入電流で容易にできるLDを利用できる効果がある。
次いで、光増幅器を光ファイバ増幅器で構成したことに
より、上記の効果を用意に達成できるばかりでなく、装
置内の光の取り回しを光ファイバで構成することがで
き、装置の組み立てや部品配置を容易に行え、振動等の
環境条件にも強い装置を構成できる効果がある。As described above, the functions of the pulse laser, the CW laser, and the first and second frequency modulation means are changed to the reference light source 4.
4. Since the laser light source and the frequency switch are constituted by the optical coupler 45 and the optical switch 46, the laser light source and the frequency modulation means can be integrated into one, and the effect described in the first embodiment can be realized with a simpler configuration. Furthermore, since the transmission laser light is amplified using the optical amplifier, the output required for the reference light source can be reduced, and there is an effect that a light source having a low output can be used. Thus, the reference light source has an effect that an LD that is inexpensive and can easily perform frequency modulation with an injection current can be used.
Next, by configuring the optical amplifier with an optical fiber amplifier, not only the above effects can be achieved easily, but also the arrangement of light in the device can be configured with an optical fiber, which facilitates assembly and component arrangement of the device. This makes it possible to construct a device that is strong against environmental conditions such as vibration.
【0053】[0053]
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、FM
パルス方式においては、送信レーザパルスを周波数変調
し、ローカル光に送信レーザパルスに与えた周波数変調
を1周期とする繰返し周波数変調を行うようにしたの
で、従来のパルス方式に比べ、同じ距離分解能を得るの
にピークパワーが小さく、かつパルス幅の広い光源が利
用できるので、より簡単な構成のパルスレーザが利用で
き、装置の信頼性も向上できる効果がある。また、従来
のFMCW方式に比べた場合、最大測定距離が大きくな
っても光源に要求される線幅および周波数変調の精度は
厳しくならないため、より簡便な光源が利用できる効果
があり、LDのような安価で変調の容易な光源が使える
可能性がある。As described above, according to the present invention, the FM
In the pulse method, the transmission laser pulse is frequency-modulated, and the local light is subjected to repetitive frequency modulation in which the frequency modulation given to the transmission laser pulse is one cycle. Therefore, compared to the conventional pulse method, the same distance resolution is obtained. Since a light source having a small peak power and a wide pulse width can be used to obtain the pulse laser, a pulse laser having a simpler configuration can be used and the reliability of the apparatus can be improved. Also, compared to the conventional FMCW method, the line width and frequency modulation accuracy required for the light source do not become strict even if the maximum measurement distance increases, so that there is an effect that a simpler light source can be used, and such an effect as LD There is a possibility that a cheap and easy-to-modulate light source can be used.
【0054】また、送信レーザパルス光を複数の異なっ
た傾きの直線周波数変調で交互に切り替えて周波数変調
を行うようにしたので、目標の距離だけでなく、速度情
報も得られる効果がある。Further, since the frequency modulation is performed by alternately switching the transmission laser pulse light with a plurality of linear frequency modulations having different inclinations, not only the target distance but also velocity information can be obtained.
【0055】また、パルスレーザ、CWレーザおよび第
1、2の周波数変調手段の機能を、CWレーザ、変調手
段および光スイッチ手段により構成したので、レーザ光
源および周波数変調手段を一つにすることができ、より
単純な構成で実現できる効果がある。Further, since the functions of the pulse laser, the CW laser, and the first and second frequency modulation means are constituted by the CW laser, the modulation means and the optical switch means, the laser light source and the frequency modulation means can be integrated into one. There is an effect that can be realized with a simpler configuration.
【0056】また、光増幅器を用いて送信レーザ光を増
幅しているので、CWレーザに必要とされる出力を低減
でき、低出力な光源を利用できる効果がある。これによ
り、CWレーザには、安価で周波数変調が注入電流で容
易にできるLDを利用できる効果がある。Further, since the transmission laser light is amplified using the optical amplifier, the output required for the CW laser can be reduced, and there is an effect that a light source having a low output can be used. Thus, the CW laser has an effect of using an LD which is inexpensive and can easily perform frequency modulation with an injection current.
【0057】さらに、光増幅器を光ファイバ増幅器で構
成したことにより、上記の効果を用意に達成できるばか
りでなく、装置内の光の取り回しを光ファイバで構成す
ることができ、装置の組み立てや部品配置を容易に行
え、振動等の環境条件にも強い装置を構成できる効果が
ある。Further, by configuring the optical amplifier with an optical fiber amplifier, not only the above-mentioned effects can be easily achieved, but also the arrangement of light in the device can be configured with an optical fiber. There is an effect that the device can be easily arranged and a device that is strong against environmental conditions such as vibration can be configured.
【図1】 この発明の実施の形態1に係るレーザレーダ
装置を示す構成図である。FIG. 1 is a configuration diagram showing a laser radar device according to Embodiment 1 of the present invention.
【図2】 FMCW方式とFMパルス方式の送信光とロ
ーカル光の強度と周波数の時間概念図である。FIG. 2 is a conceptual diagram of the intensity and frequency of transmission light and local light in the FMCW method and the FM pulse method.
【図3】 受信信号とタイム(レンジ)ゲートの関係を
示す説明図である。FIG. 3 is an explanatory diagram showing a relationship between a received signal and a time (range) gate.
【図4】 この発明の実施の形態2に係るレーザレーダ
装置を示す構成図である。FIG. 4 is a configuration diagram showing a laser radar device according to Embodiment 2 of the present invention.
【図5】 Sammy W. Henderson等により米国特許5、2
37、331号に示されたもので、光源にインジェクシ
ョンシーディングパルスレーザ装置を用いたコヒーレン
トレーザレーダ装置の構成図である。FIG. 5. US Patents 5,2 by Sammy W. Henderson et al.
37, which is a configuration diagram of a coherent laser radar device using an injection seeding pulse laser device as a light source.
【図6】 Christer J. Karlson等によりApplied Optic
s 誌(Vol. 38, No.15, pp33766-3386, 1999)に開
示されたFMCW方式のレーザレーダ装置を示す構成図
である。FIG. 6 Applied Optic by Christer J. Karlson et al.
FIG. 1 is a configuration diagram showing an FMCW laser radar device disclosed in s magazine (Vol. 38, No. 15, pp33766-3386, 1999).
【図7】 周波数変調の一例を示す説明図である。FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating an example of frequency modulation.
【図8】 受信信号から目標の距離、速度を求める方法
を説明するために、受信光、ローカル光および受信信号
の1周期分の周波数の時間変化を示す説明図である。FIG. 8 is an explanatory diagram showing a time change of the frequency of one cycle of the reception light, the local light, and the reception signal in order to explain a method of obtaining a target distance and a speed from the reception signal.
1 CWレーザ光源、2 第1の光分岐器、3 周波数
シフタ、4 インジェクションシーディングパルスレー
ザ、5 ビームスプリッタ、6 1/4波長板、7 送
受光学系、8 走査光学系、9 第1の光混合器、10
第1の光検波器、11 第2の光分岐器、12 第3
の光分岐器、13 第2の光混合器、14 第2の光検
出器、15 AD変換器、16 信号処理装置、17
インジェクションシーディングパルスレーザ4の共振器
長の調整機構、18 調整機構17の制御回路、19
レーザ光源1からのレーザ光、20 シード光、21
パルスレーザ光、22 送受信光の光軸、23 送信
光、24 受信光、25 ローカル光、26 第1の光
混合器9による受信光24とローカル光25の混合光、
27 半導体レーザ(LD)、28 電源、29 FM
変調回路、30 光カプラ、31 送受信光学系、32
光検出器、33 信号処理装置、34 パルスレー
ザ、35 第1の周波数変調手段、36 送受信光分離
手段、37 送受信系、38 光混合手段、39 光検
出器、40 単一モードで発信するCWレーザ、41
第2の周波数変調手段、42 信号処理装置、43 周
波数変調回路、44 基準光源、45 光カプラ、46
光スイッチ、47 光ファイバ増幅器。Reference Signs List 1 CW laser light source, 2 first optical splitter, 3 frequency shifter, 4 injection seeding pulse laser, 5 beam splitter, 6 1/4 wavelength plate, 7 transmitting / receiving optical system, 8 scanning optical system, 9 first light Mixer, 10
1st optical detector, 11 2nd optical splitter, 12 3rd
13 optical splitter, 13 second optical mixer, 14 second photodetector, 15 AD converter, 16 signal processing device, 17
Adjustment mechanism of cavity length of injection seeding pulse laser 4, 18 Control circuit of adjustment mechanism 17, 19
Laser light from laser light source 1, 20 seed light, 21
Pulse laser light, 22 optical axis of transmission / reception light, 23 transmission light, 24 reception light, 25 local light, 26 mixed light of reception light 24 and local light 25 by the first optical mixer 9,
27 semiconductor laser (LD), 28 power supply, 29 FM
Modulation circuit, 30 optical coupler, 31 transmission / reception optical system, 32
Photodetector, 33 signal processing device, 34 pulse laser, 35 first frequency modulation means, 36 transmission / reception light separation means, 37 transmission / reception system, 38 light mixing means, 39 photodetector, 40 CW laser transmitting in single mode , 41
Second frequency modulation means, 42 signal processing device, 43 frequency modulation circuit, 44 reference light source, 45 optical coupler, 46
Optical switch, 47 Optical fiber amplifier.
───────────────────────────────────────────────────── 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 Fターム(参考) 5J084 AA05 AA07 BA03 BB16 BB31 CA03 CA08 EA04 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Takayuki Yanagisawa 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo F-term in Mitsubishi Electric Corporation (reference) 5J084 AA05 AA07 BA03 BB16 BB31 CA03 CA08 EA04
Claims (5)
生手段と、 ローカル光を発生するローカル光発生手段と、 上記レーザパルス発生手段からのレーザパルスを目標に
向けて送信し、目標からの散乱光の一部を受信する光送
受信手段と、 上記ローカル光発生手段からのローカル光と上記送受信
光学手段で受信された受信光を混合する光混合手段と、 上記光混合手段により混合された混合光を光ヘテロダイ
ン検波する光検波手段と、 上記光検波手段からの信号から目標の情報を抽出する信
号処理手段とを有するコヒーレントレーザレーダ装置に
おいて、 上記レーザパルス発生手段は、レーザパルスを周波数変
調する第1の周波数変調手段を有し、 上記ローカル光発生手段は、上記レーザパルス発生手段
からのレーザパルスと同様の周波数変調を1周期とする
繰返し周波数変調をローカル光に与える第2の周波数変
調手段を有することを特徴とするレーザレーダ装置。1. A laser pulse generating means for generating a laser pulse, a local light generating means for generating local light, a laser pulse from the laser pulse generating means is transmitted toward a target, and scattered light from the target is transmitted. An optical transmitting / receiving unit that receives a part of the light; a light mixing unit that mixes the local light from the local light generating unit with the reception light received by the transmission / reception optical unit; In a coherent laser radar device having a light detection means for heterodyne detection, and a signal processing means for extracting target information from a signal from the light detection means, the first laser pulse generation means performs frequency modulation of a laser pulse. Frequency modulating means, wherein the local light generating means has the same frequency as the laser pulse from the laser pulse generating means. The laser radar apparatus characterized by having a second frequency modulation means for providing a repetition frequency modulation to one cycle adjustment locally light.
いて、 上記第1の周波数変調手段は、レーザパルス毎に複数の
傾きの異なる直線周波数変調で交互に変調制御すること
を特徴とするレーザレーダ装置。2. A laser radar apparatus according to claim 1, wherein said first frequency modulation means performs modulation control alternately with a plurality of linear frequency modulations having different slopes for each laser pulse. apparatus.
装置において、 上記レーザパルス発生手段と上記ローカル光発生手段
は、 単一モードで発振するCWレーザと、 上記CWレーザからのCWレーザ光を周波数変調する変
調手段と、 上記CWレーザ光を2つに分ける光分岐手段と、 上記光分岐手段で分岐された一方のCWレーザ光をパル
ス光として取出す光スイッチ手段とで構成されることを
特徴とするレーザレーダ装置。3. The laser radar device according to claim 1, wherein said laser pulse generating means and said local light generating means output a CW laser oscillating in a single mode, and a CW laser light from said CW laser. It is characterized by comprising a modulating means for modulating the frequency, an optical splitting means for splitting the CW laser light into two, and an optical switch means for extracting one of the CW laser lights split by the optical splitting means as pulse light. Laser radar device.
いて、 上記光分岐手段と上記光送受信手段との間に、光増幅器
を設けたことを特徴とするレーザレーダ装置。4. The laser radar device according to claim 3, wherein an optical amplifier is provided between the optical branching unit and the optical transmitting / receiving unit.
いて、 上記光増幅器は、光ファイバ増幅器であることを特徴と
するレーザレーダ装置。5. The laser radar device according to claim 4, wherein said optical amplifier is an optical fiber amplifier.
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