JP2002524731A - 広帯域信号を使用するコヒーレント検出器についてのスペックル緩和 - Google Patents

広帯域信号を使用するコヒーレント検出器についてのスペックル緩和

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ターゲットをレーザーパルス列で照射し、パルス列が照射信号内に線スペクトルを発生することによって、ターゲットから反射された光の多数回の独立スペクトル計測を並行して行う。 【解決手段】 受信口径の特性寸法は、照射波長、ターゲットの照射領域の断面寸法、及びターゲットと受信口径即ち像平面との間の範囲に基づいて定められる。特性寸法は、像平面のスペックルパターンのピーク間間隔である。スペックルは、ターゲットから反射されたコヒーレントな光波の弱め合う干渉及び強め合う干渉によって生じる。特性寸法を持つ多数の望遠鏡を使用することにより、夫々の望遠鏡の各々によって独立計測を並行して行うことができる。更に、パルス列スペクトルの線周波数で正弦成分を同期するため、レーザーのモードロック作動によって、レーザーによる照射放射線又は光のパルス列を発生する。スペクトル線の間隔は少なくとも非相関周波数である。各パルス内に伝送されたスペクトル線の数は、光の反射パルス列の受信中に並行して得ることができる独立計測の数と等しい。別の態様では、線スペクトルの代わりに、周波数掃引の全帯域幅がパルスの線スペクトルによって取り囲まれる帯域幅と等しいように、周波数をパルスの持続時間中に直線をなして掃引できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、独立計測を同時に並行して行うことができるようにするのに十分な
距離だけ周波数が離間された複数のスペクトル線を持つ信号を使用して赤外線等
の放射線のコヒーレントなビームを大気を通して伝送することによってスペクト
ル特性を計測することに関する。次いで、独立計測を平均し、スペックルにより
生じる信号の変動を減少し、これによってスペクトル特性の計測の精度を高める
。スペクトル伝送特性の正確な計測を提供するために平均される別の独立計測を
導入することによってスペックル変動を減少するため、ビーム伝送口径の大きさ
に限定された多数の受信口径を使用するのがよい。
【０００２】
【従来の技術】
光源から遠隔のターゲットまで光ビームを伝送し、照射放射線をターゲットで
散乱させ、散乱したエネルギをトランスミッターと一致した又はトランスミッタ
ーの近くに設けられたレシーバー（又は多数のレシーバー）によって検出するこ
とを含む長距離計測を行う上でレーザーが理想的に適している。戻り信号の強さ
及び他のパラメータ、例えば往復移動時間、戻り放射線のドップラーシフト、分
極変化を計測することによって情報が得られる。この情報には、ターゲットの性
質（大きさ、距離、速度、及び距離分解回転速度並びに光ビームがターゲットへ
及びターゲットから通過する媒体の性質が含まれる。ターゲットに関する情報は
、レーザーレーダー（レーダー（ｌａｄａｒ））の一般的カレゴリーでグループ
分けされ、この際、光媒体に関する計測は遠隔測定（ライダー）でグループ分け
される。
【０００３】 例えば、地上に設置した光源と飛行しているターゲットの場合には、信号強度
の計測によりターゲットの物理的性質についての情報が得られ、ターゲットへの
及びターゲットからの往復移動時間がターゲットの距離の計測値を提供し、戻り
放射線の周波数シフトを決定することにより、光源に対するターゲットの速度を
直接計測する。これは、光レーダーシフトの基本である。
【０００４】 照射源が飛行しており、ターゲットが地上にある場合には、後方散乱信号の強
さを計測することによって、伝送波長で光路に沿って吸収大気種（ａｂｓｏｒｂ
ｉｎｇ ａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃ ｓｐｅｃｉｅｓ）があるものと推論される。
これは、環境中の化学的種を遠隔測定するための重要な技術である。パルスレー
ザー源を使用する標準的な経路積分計測又は距離分解吸収差計測によって、空中
浮遊汚染物の遠隔測定を行うことができる。経路積分システムは、エコー信号の
地形戻り信号に基づくが、距離分解センサはエアロゾルの後方散乱を使用する。
汚染物質は、スペクトルに分解した吸収の徴候から同定される。吸収計測は、一
般的には赤外線大気窓（波長が３μｍ乃至５μｍ、及び８μｍ乃至１２μｍ）で
行われるが、以下に説明する技術は、可視領域及び近赤外線領域（波長：０．４
μｍ乃至２．０μｍ）で等価の利点を提供する。計測は、標準的な直接検出を使
用して、又は赤外線領域で遙かに良い感度でコヒーレントな（ヘテロダインな）
検出を使用して行うことができる。
【０００５】 ライダー計測及びレーダー計測の両方の有用性は、長距離での作動可能性に左
右される。所与の距離では、ターゲットの大きさ、反射性、及び表面の品質、及
びシステムの伝送エネルギ、トランスミッター及びレシーバーの口径、及び検出
感度等の全システムパラメータをＳＮ比が決定する。
【０００６】 システム性能を最適化するため、単光子検出感度（ｓｉｎｇｌｅ ｐｈｏｔｏ
ｎ ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙ）を得る努力がなされている
。熱ノイズ源が僅かな拮抗信号を発生する可視領域及び近赤外線領域では、戻り
信号のエネルギ即ち出力に左右され、戻り電界振幅の平方と比例する直接検出に
より、単光子検出性能が提供される。熱放射線誘導ノイズにより戻り信号が遮蔽
される場合がある赤外線領域の比較的長い波長では、戻り信号の電界の振幅に左
右され且つ局部発振器として役立つ追加の光源を必要とするコヒーレント検出器
が、単光子検出性能を提供する。スペクトル作動範囲、ハードウェアの複雑さ、
及び所望の感度で検出モードが決まるけれども、両方の方法には、レーザービー
ムの空間的コヒーレンスによるレーザービームの高い輝度及び指向性の利点があ
る。
【０００７】 一時的コヒーレンスは、電界間の干渉によりレシーバー平面にスペックルパタ
ーンが発生することによって、両検出モードについて問題が生じ、これは、粗い
（拡散する）ターゲット表面からの散乱に寄与する。表面は、照射された放射線
を表面粗さのスケールサイズに応じて鏡面反射又は拡散反射する。表面の凹凸の
スケールサイズが照射波長と比較して小さい場合には、戻りは鏡面反射である。
表面粗さのスケールサイズが照射波長に適するか或いはそれよりも長い場合には
、散乱が拡散しスペックルが発生する。
【０００８】 スペックルは、戻り信号の電界にランダムなパルス間変動を加えることによっ
てシステムの性能を劣化する。変動は、光路長（照射放射線の波長に匹敵する）
の小さな変化による。光路長のこのような変化は、ターゲット又は放射線源の運
動によって、又はレーザー放射線の連続パルス間の光伝送路で見られる大気の揺
らぎによって発生する。パルス間スペックルが発生する変動は、戻り信号計測の
分散を増大し、これにより有効ＳＮ比が減少し、これによって計測の正確さが低
下する。
【０００９】 戻り信号の電界の平方を計測し、その位相に対して感度がない直接検出システ
ムについては、多数のスペックルを同時に収集するようにレシーバー口径を大き
くすることによってスペックルを吸収できる（及び分散を結果的に減少する）。
結果的に得られた検出器の出力は個々のスペックルの強さの平均を表し、ターゲ
ットから散乱された平均出力を更に近く表す。しかしながら、この技術はコヒー
レント検出には適用できない。これは、出力信号が電界の振幅及び位相で決まる
ためである。周知の分析によれば、口径が減少するため、コヒーレントに検出さ
れた信号における分散は減少しない。従来、スペックルによる分散を減少する有
効な手段がなかったため、コヒーレント検出の使用が思いとどめられており、赤
外領域での直接検出と比較した場合のその非常に大きな感度が利用されてこなか
った。
【００１０】 コヒーレント照射を使用するシステム、及び直接検出又はコヒーレント検出の
いずれかの方法が、スペックルによる上述の干渉が解決できるのであれば、多く
の監視型機能で望ましい長レンジを得る可能性を提供できる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、両検出方法について、スペックルにより生じる変動を減少す
る方法を提供することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
以上の問題点は、本発明によれば、レーダー及びライダーのいずれかで、ター
ゲットのレーザー照射を使用することによって汚染物質等の空気中に漂う物質の
スペクトル計測を行うことによって、上述のレーダー及びライダー状況の両方で
、受信したレーザー信号の分散を減少することによって解決される。スペクトル
特性の独立計測を並行して行い、独立計測を平均し、ランダムなスペックルによ
り生じる、コヒーレント検出システムで見られる戻り信号振幅の乱れを減少する
ことによって、スペックル干渉が緩和される。多数の受信口径を使用することに
よって及び／又は多数の搬送スペクトル線を持つレーザー信号を伝送することに
よって独立計測が並行して行われる。多数の搬送スペクトル線は、レーザー信号
の各搬送成分が、他の搬送周波数のレーザー信号によって行われた計測とは独立
した計測を行うことができるのに十分離間されている。
【００１３】 多数の受信口径を使用することに関し、ターゲットをコヒーレントな放射線で
照射することにより受信口径の平面に形成されるスペックルパターンを考慮しな
ければならない。スペックルの効果は、受信平面を横切って進むときに受信信号
の振幅を変化させるということである。この変化は、ピークを持つ準定期的であ
ると説明でき、スペックル戻り信号の強め合う干渉及び弱め合う干渉のため、受
信パターンがほぼゼロである。ピーク間間隔は、受信信号の特性寸法に関して説
明でき、これはモノスタティックレーダーの場合には、レーザー信号の伝送に使
用される円形の伝送口径の直径に等しい。かくして、受信口径の直径を特性寸法
に限定することによって、信号応答を最大にするため、口径が受信した信号を強
め合う干渉の領域に拘束する。更に、計測の独立性を確保するため、受信口径を
これらの受信口径の中央で特性寸法の整数と等しい間隔だけ離間する。これによ
って、受信口径のアレイを形成できる。ここで、夫々の受信口径は、レーザービ
ームが通過して伝播する環境のスペクトル特性の独立計測を行うように作動する
。
【００１４】 伝送されたレーザー信号のパルス列に関して独立計測を並行して行うことに関
し、伝送されたパルスのスペクトル成分の帯域幅及びスペクトルの個々の成分の
間隔がパルス列の繰り返し周波数と関連した櫛状スペクトルを発生することが、
モードロックレーザーの共振器の長さの特性であるということに着目されたい。
このスペクトルは、レーザーによって放射された放射線（代表的には、赤外線）
の搬送周波数の公称値に中心を持つ。これによりパルス列に線周波数のところで
一組の正弦波成分を提供する。正弦波成分が同期されており、ランダムに発生し
たものと区別され、スペクトル線の間隔は、正弦波成分の各々が発生するスペッ
クルパターンを非相関にするのに十分大きい。
【００１５】 夫々のスペクトル成分の各々の波長の数は、レーザーの共振チャンバ内の往復
伝播路内の波長の整数である。これによって、共振チャンバの長さを短くするこ
とによって、スペクトル成分間の周波数差の分数増分が増大し、共振チャンバの
往復路が増大し、伝送されたスペクトルの連続した周波数線間の周波数差の分数
増分を減少する。伝送された振動の並行成分がスペクトルの様々な部分で互いに
非相関の成分戻り振動を発生するように、様々なスペクトル線の間で十分大きな
周波数差を提供することによって計測の独立性が得られる。非相関を得るための
隣接したスペクトル線間の周波数差の大きさは、以下に論じるように、ターゲッ
トの形状で決まる。
【００１６】 レーザービームを地上に向かって下方に５°乃至１０°、代表的には７°乃至
８°の仰角で差し向けた場合には、放射線のパターン列は、ターゲット領域に沿
って進むように見える。円形断面のビームの場合には、仰角が小さいため、地上
でのビームのフットプリントが楕円形になり、放射線のパターンはこのフットプ
リントに沿って伝播する。ここでも、戻り振動の一連の最大値及び最小値をもた
らす強め合う干渉及び弱め合う干渉の両方を持つ干渉パターンがある。楕円形の
フットプリント（長軸）の寸法が、必要な周波数差を決定する。一つの正弦波成
分から第２の正弦波成分まで、周波数が十分に異なることにより、正弦波成分間
で、照射領域の位相の蓄積における差を提供し、非相関にされるべき様々な正弦
波成分の戻り信号を可能にする。必須の周波数シフトを非相関周波数シフトと呼
ぶ。
【００１７】 レーザーの共振チャンバは、非相関を行うため、出力されたレーザー信号のレ
ーザー成分間に必須の周波数差を提供するように選択される。これによって、戻
り信号は、周波数成分の夫々の値で並行した独立計測の組を提供する。これは、
レーザービームが通過して伝播する環境のスペクトル特性の必須の多数回の独立
計測を提供する。戻り信号から独立計測を取り出すため、信号の伝送時及び戻り
信号の受信時に信号のフーリエ変換を行う。第１のフーリエ変換は基準スペクト
ルとして使用され、第２のフーリエ変換は受信信号のスペクトルを伝送信号のス
ペクトルと相関するために使用される。フーリエ変換の結果及び相関は、戻り信
号の様々なスペクトル線での伝送出力と受信出力の比較を行うためである。これ
により、レーザービームが通過して伝播する環境の所望のデータが得られる。
【００１８】 受信口径のアレイを使用した場合には、以上のデータ処理方法を受信口径の各
々について繰り返し、独立計測の平均を行うのがよい。かくして、平均効果を得
るのに二つのモードがある。即ち、櫛状スペクトルからの複合計測及び様々な受
信口径からの計測の平均の二つのモードがある。これにより、環境のスペクトル
特性を、非常に正確に且つ従来可能であったよりも遙かに迅速に計測する。
【００１９】 本発明の以上の特徴及び他の特徴を、添付図面を参照して以下に説明する。 同じ参照番号を附したエレメントが異なる図における同じエレメントに関して
異なる図に示してあるが、全ての図についての説明で参照されない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
図１は、光信号を航空機２４に伝送するために地上２２に設置したレーザーシ
ステム２０を示す。このシステム２０は、出射光信号を発生するためのトランス
ミッター２６、航空機２４から反射された光信号を検出するためのレシーバー２
８、及び望遠鏡３０を含む。光信号は、放射線の一連のパルスである。望遠鏡３
０は、出射信号を焦合し、大気を通して航空機２４まで伝播するビーム３２を形
成するためにトランスミッター２６とともに使用される。望遠鏡３０は、レシー
バー２８を作動するために反射信号の輻射エネルギを集めるのにも役立つ。受信
された信号は、伝送した信号の性質を持つが、航空機の物理的特性、及びその運
動２４及び大気中の汚染物３４によって伝送した信号から変更される。受信信号
におけるこのような変更には、様々なスペクトル成分のドップラー周波数シフト
及び選択的減衰が含まれる。このような変更の検出及び分析は、レシーバー２８
に連結された信号プロセッサ３６によって行われる。
【００２１】 図２は、伝送された光エネルギ及び反射された光信号によって計測を行うため
の構成を示す。この構成は、図１に示す構成と逆である。図２では、レーザーシ
ステム２０は航空機２４によって運搬され、放射線のビーム３２を地上２２に向
かって下方に差し向ける。出射信号は、トランスミッター２６によって、ビーム
３２を形成する望遠鏡３０を介して伝送される。ビーム３２は、フットプリント
３８として表示された地上２２の部分を照射する。地上２２は、大きな空間領域
に亘って放射線を反射するのに十分な粗さを有し、光を望遠鏡３０に向かって反
射する。地面２２の表面の粗さは、地面２２の表面の乱れ即ち凹凸によって構成
され、乱れの個々の一つの大きさは、照射放射線の波長程度である。レーザーシ
ステム２０によって伝送された放射線は、以下に詳細に説明するように、レーザ
ーのモードをロックする（ｍｏｄｅ ｌｏｃｋｉｎｇ）ことによって発生させた
コヒーレントな放射線である。放射線がコヒーレントであるため、フットプリン
ト３８に亘る多くの乱れから反射された波が干渉し、この干渉がスペックルとし
て周知の現象を生じる。
【００２２】 図３は、スペックルの効果を示すグラフであり、従来のレシーバー３８の像平
面４０で強め合う干渉及び弱め合う干渉が観察される。図３は、受信した放射線
の強さのスペックルパターンを決定する確率分布である。像平面４０は、垂線に
よって表される。望遠鏡３０の軸線４２を、像平面４０と交差する水平線で表す
。更に、像平面４０の垂線は、望遠鏡３０のボアサイトからの離間距離を計測す
るのに役立ち、水平線即ち軸線４２もまた像平面４０のところで受信された放射
線の強さの基準として役立つ。トレース４４は、像平面４０での受信放射線の強
さを軸線４２からの距離の関数として示す。グラフは、強さのピーク値４６が軸
線４２のところで受け入れられることを示す。強さは、軸線４２の両側での距離
が大きくなるにつれて落ち込む。更に別のピーク（図示せず）が、軸線４２から
別の距離のところに存在する。三つのピーク４６、５２、及び５４は、像平面４
０に沿ってほぼ同じ幅である。
【００２３】 像平面４０上に結果的に形成されたスペックルパターンを、特性寸法ｒに関し
て説明するのが便利である。この特性寸法ｒは、像平面４０（図５参照）からタ
ーゲット即ちフットプリント３８までの距離Ｒ（図５参照）に比例する。特性寸
法ｒは、更に、放射線の波長λをフットプリント３８の幅Ｄ（図５参照）で除し
た比と比例する。特性寸法ｒは、ピーク４６、５２、及び５４の各々の間の間隔
と本質的に等しいということがわかっている。これを図３のグラフに示す。放射
線の波長に匹敵する光路長の小さな変化により、スペックルパターンを時間で変
化させることができる。光路長における小さな変化は、システム２０が表す放射
線源とフットプリント３８が表すターゲットとの間の相対的移動により、並びに
システム２０が伝送する連続した放射線パルス間の大気の揺らぎにより生じる。
【００２４】 図４は、システム２０Ａとして示す、システム２０の別の実施例を示す。この
実施例では、コヒーレント検出の利点を実現するため、追加の望遠鏡を望遠鏡３
０と関連してアレイ６０をなして使用する。二つのこのような望遠鏡５６及び５
８を例として示す。望遠鏡アレイ６０は、特性寸法ｒと等しい直径の光学的口径
を各望遠鏡３０、５６、及び５８に提供することによって形成されている。喜ば
しいことに、望遠鏡の口径についてのこのような直径により、望遠鏡３０、５６
、及び５８を、図４に示すように側部と側部とを向き合わせたアレイ、例えばア
レイ６０をなして配置できる。これにより、望遠鏡５６及び５８に夫々連結され
た追加のレシーバー６２及び６４を、望遠鏡３０に連結されたレシーバー２８と
協働して作動し、単一のスペックルを観察できる。ターゲットを照射した連続し
たパルス間の受信信号の揺らぎは、望遠鏡３０、５６、及び５８の各々が受信す
るのと同じ特性を備えている。これにより、夫々のレシーバー２８、６２、及び
６４を上述の協働態様で作動させ、信号の分散を大幅に減少させ、受信信号のス
ペクトル特性の計測を改善できる。
【００２５】 トレース４４を一つの寸法（ディメンジョン）で示す図３を更に参照すると、
図３のトレース４４が、像平面の二つの直交する次元内において軸線４２を中心
として対称であるということが理解されよう。従って、アレイ６０を図４におい
て一次元だけの直線状のアレイとして示したが、アレイ６０は、スペクトル計測
で更に改良がなされるようにするため、望遠鏡３０を中心として対称に位置決め
された望遠鏡の二次元アレイ（図示せず）として形成できる。
【００２６】 戻り信号のエネルギの平均値を正確に表すために戻り信号の強さを計測するた
め、受信信号の多数のパルスを平均し、受信信号の信号強さの変動を所望のレベ
ルまで減少することが必要である。所与の戻り信号の強さの計測における不確実
性は、独立計測の数の平方の逆数に従って減少する。
【００２７】 本発明によれば、計測の独立性を確保するため、上述の特性寸法ｒだけ離間さ
れた複数の位置で同時に、ターゲットからの単一のエコーパルスを同時に見るこ
とによって平均を行うことができる。これは、受信信号パルスの連続を見ること
によっても行うことができる。この場合、一つのパルスの信号は、一つのパルス
の信号が独立しているという意味で、非相関であるという意味で、互いのパルス
から独立している。このような独立性は、パルス列の各パルス内で同時に発生す
る複数のスペクトル線を同時に見る場合でも得ることができ、スペクトル線間の
周波数の相違量を非相関周波数と呼ぶ。図５及び図６を参照して非相関周波数を
得ることを説明する。
【００２８】 図５は、図２と同様であり、ビーム３２がシステム２０の望遠鏡３０によって
下方に地上２２に向かって小さな仰角θで差し向けられる。仰角の値は、代表的
には、５°乃至１０°であり、代表的には、７°乃至８°である。ビームは、図
６に示すように、長さがｘで幅がＤのフットプリント３８を照射する。地面近く
でのビームの直径は、代表的には１０ｍ乃至１５ｍの範囲内にある。長さｘ及び
幅Ｄは等式ｘ＝Ｄ／ｓｉｎ（θ）によって数学的に関連している。伝送光線には
参照番号６６が附してあり、反射光線には参照番号６８が附してある。伝送放射
線のパルス７０の持続時間は約１ｎｓであり、これは、放射線がフットプリント
３８に沿って伝播する際のフットプリント３８に沿った約１フィートの距離と対
応する。
【００２９】 上述のように、計測を改良するため、一連のパルスに亘って平均を行うことが
できる。しかしながら、これには時間がかかり、及び従って、不利である。この
不利は、本発明によって、パルス７０の各々は光又は放射線の多くのスペクトル
線の合成であることを考慮することによって解決できる。この場合、多くの同時
もしくは平行（ｃｏｎｃｕｒｒｅｎｔ）スペクトル線の各々は他のラインと周波
数が異なっている。周波数は、非相関周波数Ｆｄと呼ばれる量だけ十分に異なっ
ており、同時スペクトル線のうちの任意の一つのスペクトル線を使用することに
よって行われる計測は、同時スペクトル線のうちの任意の他の一つのスペクトル
線について発生された計測とは独立している。これによって、パルス７０のうち
の一つのパルスを使用することによって多数の独立した計測を行うことができる
。これにより計測を行うのに必要な時間が大幅に減少する。
【００３０】 異なる搬送周波数のパルス間の以上の独立計測を行うため、非相関周波数Ｆｄ
は、ｃ／（２ｘ）と等しいか或いはそれ以上である。ここで、ｃは光速であり、
ｘは上述のフットプリント３８の長さである。この関係は、パルスがフットプリ
ント３８に沿って伝播する際にパルスの二つの正弦波成分間での位相差を考慮す
ることによって理解できる。信号６６と６８（図５参照）との間の往復移相（ｒ
ｏｕｎｄ ｔｒｉｐ ｐｈａｓｅ ｓｈｉｆｔ）θは、２（π／λ）ｃｏｓ（θ
）によって与えられる。ここで、ｃｏｓ（θ）は、低い仰角θではほぼ一定であ
る。搬送周波数が異なる二つの信号間の往復位相の差θの量を考えなければなら
ない。大きさがπ／２に等しい量Δθが、像平面４０でのスペックルの最大値又
は最小値を提供する（図３及び図５参照）。Ｆｄについての最小値を決定するた
めに非相関についてのこの判断基準を使用することによって、Δθの大きさが２
（π／λ）（２ｘ）（１／８ｘ）に等しいという関係をつくりだす。〔伝送放射
線が、波長λが１０-5ｍに等しく、フットプリント３８の長さｘが２５ｍである
と仮定すると、Ｆｄは、１．５ＭＨｚと等しいか或いはそれ以上でなければなら
ない。波長及びフットプリント長さの以上の値を例として提供したが、これらの
値は本発明の好ましい実施例で使用される。
【００３１】 本発明の以上の実施例では、パルス７０のうちの単一のパルス内にＮ本のスペ
クトル線があると仮定した場合、Ｎ個の独立計測即ちスペックル実現（ｓｐｅｃ
ｋｌｅ ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ）があり、これにより単一のパルス７０につい
ての反射信号の分散をＮの平方根だけ減少する。本発明を実施する上での変形例
により、搬送周波数が異なるＮ個の同時パルスを提供する代わりに単一のパルス
を提供して、搬送周波数がＮ（Ｆｄ）に等しい周波数範囲に亘り掃引されるよう
にしてもよい。更に、これにより、Ｎ個の独立計測又はスペックル実現が、単一
のパルス７０についての反射信号の分散をＮの平方根だけ減少することを可能に
する。
【００３２】 レーザーシステム２０でモードロックレーザーを使用することによって、図８
で説明するように、レーザーは、所定の関係、即ちモード間隔がｃ／（２Ｌ）に
等しいという関係によって、周波数間隔が等しい又は等しいモード間隔のライン
スペクトルの性質を有する複数の搬送周波数を端ミラー間で同時に発生できる。
ここで、ｃはレーザーの光速である。レーザーの作動領域内には、振動を発生す
るための十分なゲインがあり、上述のモード間隔を有する多数のスペクトル線を
発生するのに十分な帯域幅がある。モードロックレーザーについて同時発生させ
たスペクトル線のこのような間隔を図７に簡単に示す。
【００３３】 図８を参照して詳細に説明するレーザー共振器内のモジュレータを作動し、パ
ルス持続時間が１ｎｓのモードロックパルスを発生する。これにより、図５を参
照して上文中に説明した複数のスペクトル線を持つパルス７０を発生する。パル
ス７０の他の持続時間を使用できるが、本発明の好ましい実施例では１ｎｓの持
続時間を使用する。１ｎｓのパルスの周波数スペクトルの帯域幅は、単一パルス
でスペクトルが連続している場合には、１０００ＭＨｚである。しかしながら、
パルスの繰り返し列を発生するとき、スペクトルは、パルス間の時間間隔の逆数
に比例する線間隔になる。かくして、パルス列のパルスの繰り返し周波数が高い
と、線即ちスペクトル間の周波数差が大きくなる。共振器の長さＬは、２５ＭＨ
ｚのモード間隔を発生するように選択される。モード間隔と釣り合った周波数で
モジュレータを作動させることによって、以下に説明する理由のため、１２．５
ＭＨｚのモジュレータ周波数を使用する。モジュレータにより、反射の各往復毎
に反射輻射エネルギをモードロックを行うためのレーザーの端ミラー間で通すこ
とができる。パルスを２５ＭＨｚで出力する。かくして、レーザーは、互いから
２５ＭＨｚ離間された４０本の線スペクトルを発生する。これによって、Ｎ個の
独立計測の並行計測をレーザーによりＮ＝４０で行うことができる。
【００３４】 図８は、図１及び図２を参照して上文中に論じたレーザーシステム２０の構造
を詳細に示す。この構造は、望遠鏡３０及び信号プロセッサ３６及びこれらとト
ランスミッター２６及びレシーバー２８との相互接続部を含む。レシーバー２８
は、ヘテロダイン型のレシーバーであり、局部発振器７２、半反射性ミラー７４
、ヘテロダイン検波器７６、及び受信回路７８を含む。トランスミッター２６は
レーザー８０を含み、このレーザーは、二つの端ミラー８４と８６との間に配置
されたレイジング媒体８２を含む。入力電源９０による媒体８２の賦勢に応じて
赤外線ビーム８８を媒体８２内で発生させ、ミラー８４と８６との間で反射させ
、強さを高める。ミラー８６は部分的に透明であり、ビームエネルギの一部をレ
ーザー８０から出し、伝送／受信スイッチ９２を介して望遠鏡３０に伝播し、シ
ステム２０からビーム３２として出す。このビーム３２は航空機２４（図１参照
）又は地上２２（図２参照）の形態のターゲットを照射する。図７の線スペクト
ルを提供するため、レーザー８０は、レーザー８０のモードロックを行うために
ドライバー９６により駆動されるモジュレータ９４を含む。
【００３５】 上文中に説明したように、モードロックによりレーザー８０からパルス列７０
を図９に示すように出力する。ここで、各パルス７０は、各パルス７０内に多数
のモードロックスペクトル線を含む複合パルスである。本発明の好ましい実施例
では、上文中に説明したように、パルス７０の各々は、幅が１ｎｍであり、パル
ス間間隔が４０ｎｓである。更に、レーザー８０は、約１１μｍの波長を提供す
る二酸化炭素レイジング媒体８２を使用する。パルス列は、約３μｓ乃至５μｓ
の時間間隔に亘って延びている。
【００３６】 モジュレータ９４は、圧電材料製の音響光学変調器即ちブラッグセル（Ｂｒａ
ｇｇ ｃｅｌｌ）として形成されているのがよく、ドライバー９６が圧電材料内
で音響波を賦勢する。波は、正又は負の何れかのピーク値の格子の外観をセルに
与え、圧電材料を圧縮して格子を形成するのに役立つ。かくして、格子の空間周
波数はドライバー９６の励起周波数の倍である。従って、２５ＭＨｚのモード間
隔をつくりだすため、ドライバー９６は上記周波数の半分、即ち１２．５ＭＨｚ
のドライバー信号を出力する。ブラッグセルの格子は、レーザービームをレーザ
ーの長さ方向軸線から変向する傾向があり、これによりレーザーパルスを終了さ
せ、レーザー８０が出力した光の各パルスが生じる長さ及び時間を制御するのに
役立つ。
【００３７】 所望であれば、本発明の別の実施例に従ってレーザー８０を作動させることが
できる。この実施例では、線スペクトルを発生させる代わりに、ミラー８４を格
子に変えることによってレーザー８０を改造する。格子を傾けることによってレ
ーザー８０が出力する放射線の周波数を時間間隔に亘って周波数掃引する。例え
ば、傾斜は、仮想線で示す制御装置９８によって行うことができる。この制御装
置は、レーザー８０が出力したパルス７０の持続時間等の時間間隔中、レーザー
８０の長さ方向軸線に対して垂直な軸線を中心として格子を所定の回転速度で回
転する。これにより、パルス７０の持続時間中、ビーム３２の搬送周波数を直線
的に掃引する。
【００３８】 作動では、ターゲットから反射されたエコーの受信中、スイッチ９２が作動し
、受信した光をミラー７４を通して検出器７６に差し向ける。単一の周波数を出
力するために連続的に作動するレーザーであるのがよい局部発振器７２が基準信
号をミラー７４を介して検出器７６に差し向ける。局部発振器７２の周波数は、
検出器７６から回路７８にベースバンド信号を出力するようにレーザー８０の搬
送周波数からずれている。回路７８でベースバンド信号を濾波し、増幅し、アナ
ログからデジタルにフォーマットを変換した後、デジタル信号として信号プロセ
ッサ３６に出力する。信号プロセッサ３６は、フーリエ変換器１００、メモリー
１０２、及び相関器１０４を含む。スペクトル計測を行う前に、レーザー信号の
サンプルをスイッチ９２を介して引き出し、検出器７６に加える。検出されたサ
ンプル信号をフーリエ変換器１００に加え、基準スペクトルを提供し、これをメ
モリー１０２に記憶する。フーリエ変換は、伝送された信号の線スペクトルの各
周波数のサンプル採取点でデジタル式に行われる。掃引周波数を使用する本発明
の別の変形例では、周波数の掃引は、周波数の掃引を行わないパルス列を使用す
る実施例の場合に存在するのと同じスペクトル帯域に亘って行われる。更に、掃
引周波数の実施例では、フーリエ変換を行うために周波数スペクトルのデジタル
式にサンプル採取した点は、少なくとも、周波数スペクトルで非相関周波数Ｆｄ
によって間隔が隔てられたサンプル採取点を含む。その後、スペクトル計測の実
施中、受信信号のフーリエ変換をメモリー１０２に記憶された基準スペクトルと
相関する。相関の結果をデータ出力ユニット１０６に加える。この出力ユニット
は、例えば、システム２０を使用する人に出力データを提供するのに役立つプリ
ンター、ディスプレー、又は記憶装置であるのがよい。
【００３９】 受信信号の以上の処理は、図４のシステム２０Ａについても行うことができる
。この場合、望遠鏡３０、５６、及び５８の各々について相関器１０４がデータ
を出力し、その後、データ出力ユニットに出力する前に平均値算出ユニット１０
８によって平均する。本発明の掃引周波数の実施例の場合には、フーリエ変換器
による周波数のサンプリングを、櫛状スペクトルを処理する場合と同じスペクト
ル帯域に亘って行う。従って、本発明の両実施例において、信号プロセッサ３６
によってスペクトルデータを得ることができる。これは、図２におけるように単
一の望遠鏡３０が設けられている場合でも、図４におけるように多数の望遠鏡３
０、５６、及び５８が設けられている場合でも適用される。
【００４０】 本発明を実施する上での手順を図１０のＡ及びＢのフローチャートに記載した
。手順は、ブロック１１０で始まり、レーザーが照射されるべきターゲットの種
類について選択を行う。かくして、ブロック１１２を参照すると、ターゲットは
飛行しているターゲットでもよく、図１に示すように地上に置いたレーザーシス
テムによってターゲットを照射する。別の態様では、ブロック１１４に記載して
あるように、ターゲットは図２に示すように地上にあり、レーザーシステムは航
空機等によって高い高度で運ばれている。ブロック１１０でターゲットを選択し
た後、手順はブロック１１６に続き、ここで、ターゲットが拡散するように散乱
するときに照射領域のフットプリントの断面寸法Ｄを決定する。次いでブロック
１１８で、ターゲットの照射で使用されるレーザーの波長を選択する。手順はブ
ロック１２０に続き、ここでターゲットとレーザーシステムの受信器との間のタ
ーゲット視認距離Ｒを決定する。
【００４１】 以上の情報をブロック１２２で使用し、ターゲットから反射された放射線を見
るためにモノスタティックレーダー又はバイスタティックレーダーを使用する本
発明の形態について、レシーバーの像平面内のスペックルの特性寸法（ディメン
ジョン）ｒを決定する。特性寸法ｒは、レーダーが図１及び図２に示すモノスタ
ティック形態であろうとバイスタティック形態（図示せず）であろうと、照射光
の波長、照射されたフットプリントの断面寸法、及びターゲットと受信機器の像
平面との間の距離に関して与えられる。ブロック１２２で決定された特性寸法ｒ
を使用し、スペックルの信号受信を最大にするように視認望遠鏡の断面寸法を形
成する。本発明の好ましい実施例に開示されたモノスタティックレーダー形態の
場合には、最適の望遠鏡の受信口径は、望遠鏡の伝送口径と等しい。ブロック１
２６では、ターゲットフットプリントｘが特性寸法とターゲットからトランスミ
ッターまでの仰角の正弦との比に等しいということに着目されたい。手順は、次
いで、ブロック１２６から末端Ａを介して図１０のＢのブロック１２８に進む。
【００４２】 図１０Ｂのブロック１２８では、照射レーザー光の非相関周波数シフトＦｄを
、光速ｃ、レーザー共振器の長さＬに関して計算する。Ｆｄは、光パルス列を発
生するパルスモードロックレーザーのスペクトル線の間隔になる。手順はブロッ
ク１３０に進み、Ｆｄの周波数軸線に沿った間隔の数がＮの周波数帯域を含む所
定範囲の光周波数を各光パルス内で選択する。これらの間隔は、図７に示すよう
に、スペクトル線間のモード間隔である。モード間隔が非相関周波数と等しいた
め、周波数帯域によりパルス列内で全部でＮ個のスペクトル成分を伝送できる。
これは、受信機器のところで受信された各光パルス中にスペクトル特性のＮ個の
独立計測を同時に並行して得るためである。
【００４３】 その後、ブロック１３２のところでターゲットにレーザー光のパルス列を照射
する。レーザーをモードロック態様で作動させることによって得られたパルス列
のパルスの個々のスペクトル線を同期させる。このようなモードロックが行われ
ない場合には、様々なスペクトル線で波形の個々の正弦波成分が互いに対してド
リフトし、これにより計測の正確さを損なう。本発明を実施する上での随意の実
施例によって、ブロック１３４で、ターゲットからの戻り散乱レーザー光を視認
するため、図４に示すように、全部でＭ個の受信口径を与える追加の受信口径を
提供する。更に、本発明を実施する上での変形例によって、伝送放射線のパルス
中に搬送周波数を直線的に掃引できる。ここで、信号伝送の帯域幅はブロック１
３０で上文中に記載した帯域幅と同じである。ブロック１３６に開示したように
複数の受信口径を使用することにより、戻り散乱光を観察し、追加の独立計測が
積ＮＭによって与えられる。ブロック１３８で、変換、基準スペクトルの記憶、
及び受信口径の各々が受信した信号の相関を使用する信号プロセッサを作動する
ことによって独立スペクトル計測を行う（図８参照）。この際、ブロック１４０
で、受信口径の各々から発生された計測の平均を行う。平均を図８に開示する。
【００４４】 本発明の上述の実施例は単なる例示であり、従って、当業者は変更を思い付く
ことができるということは理解されよう。従って、本発明は、本願に開示された
実施例に限定されるものと考えられるべきではなく、添付の特許請求の範囲のみ
によって限定されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】 地面に配置されており、放射線のビームを上方に航空機の形態のターゲットに
伝送するレーザーシステムの概略図である。
【図２】 航空機に配置されており、放射線のビームを下方に地面の一部として示すター
ゲットに伝送するレーザーシステムの概略図である。
【図３】 図２のターゲットから反射され、レーザーシステムのところでスペックルパタ
ーンをなして受信された信号の強さの変化を示すグラフである。
【図４】 受信信号を観察するために追加の望遠鏡を使用するレーザーシステムの変形例
を示す図である。
【図５】 図２のレーザーシステムと地面上のフットプリントとして示すターゲットとの
間を伝播する伝送信号及び受信信号の概略図である。
【図６】 図５のフットプリントの平面図である。
【図７】 モードロックレーザーの線スペクトルを示すグラフである。
【図８】 図１又は図２のいずれかのレーザーシステムの概略図である。
【図９】 レーザーが出力するパルス列を表すグラフである。
【図１０】 １０Ａは、本発明のプロセスのフローチャートである。 １０Ｂは、本発明のプロセスのフローチャートである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ， ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，Ｋ Ｅ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＬ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，Ｅ Ａ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ ，ＴＭ)，ＡＥ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ， ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，Ｇ Ｅ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，Ｍ Ｎ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ， ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＡ，Ｚ Ｗ (72)発明者 コヴァクス，マーク・エイ アメリカ合衆国ニューハンプシャー州 03087，ウィンダム，ヴィオウ・ロード 15 Ｆターム(参考） 5J084 AA05 AB03 AD01 AD04 BA03 CA03 CA48 CA68 CA70 EA04 【要約の続き】 クトルの代わりに、周波数掃引の全帯域幅がパルスの線 スペクトルによって取り囲まれる帯域幅と等しいよう に、周波数をパルスの持続時間中に直線をなして掃引で きる。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 コヒーレント放射線を使用するシステムでスペックルの効果
    を緩和するため、多数回の独立スペクトル計測を同時に行う方法において、 レーザーをモードロック態様で作動し、パルス列信号の周波数成分の夫々1 つ
    を非相関にするのに十分に線が離間された線スペクトルによって周波数領域が特
    徴付けられた放射線のパルスからなる列を含む信号を発生する工程、 ターゲットを照射するため、パルス列信号を含む光ビームをレーザーからター
    ゲットに差し向け、ターゲットの領域をフットプリントの形態で照射する工程、 前記フットプリントの長さ寸法、及び前記フットプリントの前記長さに反比例
    する非相関周波数の大きさを決定する工程、 前記ターゲットから反射された信号にフーリエ変換を実行し、受信信号スペク
    トルを提供する工程、及び 前記受信信号スペクトルを前記レーザーから伝送された前記信号の基準スペク
    トルと比較し、独立スペクトル計測からデータを得る工程を含む、方法。
  2. 【請求項２】 前記フットプリントの幅の寸法を決定する工程、 前記ターゲットから反射された光の受信位置にある像平面でのスペックルの特
    性寸法を決定する工程であって、前記特性寸法は、前記放射線の波長及び前記タ
    ーゲットと前記受信位置との間の距離と比例し、前記特性寸法は、前記フットプ
    リントの前記幅と反比例する、工程、及び アレイをなして配置された複数の受信望遠鏡を像平面に設け、前記望遠鏡の位
    置は、前記特性寸法によって離間されている工程を更に含む、請求項１に記載の
    方法。
  3. 【請求項３】 前記複数の望遠鏡の夫々一つが受信した信号についてフーリ
    エ変換を行う工程、及び 前記複数の望遠鏡のところで受信された前記信号のフーリエ変換により発生さ
    れたスペクトル計測を平均する工程を更に含む、請求項２に記載の方法。
  4. 【請求項４】 コヒーレント放射線を使用するシステムでスペックルの効果
    を緩和するため、多数回の独立スペクトル計測を同時に行う方法において、 レーザーが出力する信号の周波数を掃引することにより、前記レーザーを作動
    する工程、 ターゲットを照射するため、パルス列信号を含む光ビームをレーザーからター
    ゲットに差し向け、ターゲットの領域をフットプリントの形態で照射する工程、 前記フットプリントの長さ寸法、及び前記フットプリントの前記長さに反比例
    する非相関周波数の大きさを決定する工程、 前記ターゲットから反射された信号にフーリエ変換を実行し、受信信号スペク
    トルを提供する工程であって、前記フーリエ変換は、前記レーザーによって伝送
    された信号の周波数帯域に亘って取り出された周波数のサンプルについてデジタ
    ル式に行われ、周波数領域のサンプル採取点には、少なくとも非相関周波数によ
    って離間されたスペクトル線を含む、工程、及び 前記受信信号スペクトルを前記レーザーから伝送された前記信号の基準スペク
    トルと比較し、独立スペクトル計測からデータを得る工程を含む、方法。
  5. 【請求項５】 前記フットプリントの幅の寸法を決定する工程、 前記ターゲットから反射された光の受信位置にある像平面でのスペックルの特
    性寸法を決定する工程であって、前記特性寸法は、前記光の波長及び前記ターゲ
    ットと前記受信位置との間の距離と比例し、前記特性寸法は、前記フットプリン
    トの前記幅と反比例する、工程、及び アレイをなして配置された複数の受信望遠鏡を像平面に設け、前記望遠鏡の位
    置は、前記特性寸法によって離間されている工程を更に含む、請求項４に記載の
    方法。
  6. 【請求項６】 前記複数の望遠鏡の夫々一つが受信した信号についてフーリ
    エ変換を行う工程、及び 前記複数の望遠鏡のところで受信された前記信号のフーリエ変換により発生さ
    れたスペクトル計測を平均する工程を更に含む、請求項３に記載の方法。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6631842B1 (en) * 2000-06-07 2003-10-14 Metrologic Instruments, Inc. Method of and system for producing images of objects using planar laser illumination beams and image detection arrays
US6736321B2 (en) 1995-12-18 2004-05-18 Metrologic Instruments, Inc. Planar laser illumination and imaging (PLIIM) system employing wavefront control methods for reducing the power of speckle-pattern noise digital images acquired by said system
US6629641B2 (en) 2000-06-07 2003-10-07 Metrologic Instruments, Inc. Method of and system for producing images of objects using planar laser illumination beams and image detection arrays
DE19703730A1 (de) * 1997-01-31 1998-08-06 Daimler Benz Ag Verfahren und Vorrichtung zur Beseitigung von Bildspeckles bei scannender Laserbildprojektion
US7028899B2 (en) 1999-06-07 2006-04-18 Metrologic Instruments, Inc. Method of speckle-noise pattern reduction and apparatus therefore based on reducing the temporal-coherence of the planar laser illumination beam before it illuminates the target object by applying temporal phase modulation techniques during the transmission of the plib towards the target
US7584893B2 (en) * 1998-03-24 2009-09-08 Metrologic Instruments, Inc. Tunnel-type digital imaging system for use within retail shopping environments such as supermarkets
US6934038B2 (en) * 2000-02-15 2005-08-23 Asml Holding N.V. Method for optical system coherence testing
US7077319B2 (en) * 2000-11-24 2006-07-18 Metrologic Instruments, Inc. Imaging engine employing planar light illumination and linear imaging
US7954719B2 (en) * 2000-11-24 2011-06-07 Metrologic Instruments, Inc. Tunnel-type digital imaging-based self-checkout system for use in retail point-of-sale environments
US7140543B2 (en) * 2000-11-24 2006-11-28 Metrologic Instruments, Inc. Planar light illumination and imaging device with modulated coherent illumination that reduces speckle noise induced by coherent illumination
US8042740B2 (en) * 2000-11-24 2011-10-25 Metrologic Instruments, Inc. Method of reading bar code symbols on objects at a point-of-sale station by passing said objects through a complex of stationary coplanar illumination and imaging planes projected into a 3D imaging volume
US7513428B2 (en) * 2001-11-21 2009-04-07 Metrologic Instruments, Inc. Planar laser illumination and imaging device employing laser current modulation to generate spectral components and reduce temporal coherence of laser beam, so as to achieve a reduction in speckle-pattern noise during time-averaged detection of images of objects illuminated thereby during imaging operations
KR100982900B1 (ko) * 2002-03-15 2010-09-20 록히드 마틴 코포레이션 목표 시그니처 계산 및 인식을 위한 시스템 및 방법
US7245742B2 (en) * 2002-07-01 2007-07-17 The Regents Of The University Of California Video surveillance with speckle imaging
US7841533B2 (en) * 2003-11-13 2010-11-30 Metrologic Instruments, Inc. Method of capturing and processing digital images of an object within the field of view (FOV) of a hand-supportable digitial image capture and processing system
DE102005034729B3 (de) * 2005-07-21 2007-02-08 Eads Deutschland Gmbh Verfahren und Lidar-System zur Messung von Luftturbulenzen an Bord von Luftfahrzeugen sowie für Flughäfen und Windfarmen
US7767966B2 (en) * 2008-06-20 2010-08-03 Bowling Green State University Method and apparatus for detecting organic materials and objects from multispectral reflected light
US8030615B2 (en) * 2008-06-20 2011-10-04 Bowling Green State University Method and apparatus for detecting organic materials and objects from multispectral reflected light
DE102008031682A1 (de) * 2008-07-04 2010-03-11 Eads Deutschland Gmbh Direktempfang-Doppler-LIDAR-Verfahren und Direktempfang-Doppler-LIDAR-Vorrichtung
DE102009012646A1 (de) * 2009-03-11 2010-09-23 Amt Gmbh Abstandsmessung
EP2385391A3 (en) * 2010-05-04 2012-08-01 Sony Corporation Active imaging device and method for speckle noise reduction
RU2655040C1 (ru) * 2017-08-16 2018-05-23 Российская Федерация в лице Министерства промышленности и торговли Российской Федерации (Минромторг России) Доплеровский сканирующий лидар бортового базирования
FR3082007B1 (fr) * 2018-06-01 2020-09-11 Thales Sa Procede et systeme de determination d'une dimension caracteristique d'un navire

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3819920A (en) * 1973-01-29 1974-06-25 Singer Co Digital frequency tracker
US3973852A (en) 1974-08-30 1976-08-10 The Dow Chemical Company Method and apparatus for measuring particulate concentration in the atmosphere
US4176959A (en) 1978-04-17 1979-12-04 Raytheon Company High gain laser spectrometer
US4475816A (en) 1980-02-15 1984-10-09 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method for determining in situ the absorption coefficient of particulate media using pulsed laser technique
US4450356A (en) 1982-06-07 1984-05-22 Sri International Frequency-mixed CO2 laser radar for remote detection of gases in the atmosphere
US4496839A (en) 1982-11-03 1985-01-29 Spectral Sciences Incorporated System and method for remote detection and identification of chemical species by laser initiated nonresonant infrared spectroscopy
US4648276A (en) * 1984-01-27 1987-03-10 Klepper John R Apparatus for measuring the characteristics of an ultrasonic wave medium
US4934816A (en) 1988-05-18 1990-06-19 Southwest Sciences, Incorporated Laser absorption detection enhancing apparatus and method
JPH0315742A (ja) 1989-03-23 1991-01-24 Anritsu Corp ガス検出装置
US5026991A (en) 1989-09-20 1991-06-25 Spectral Sciences, Inc. Gaseous species absorption monitor
US5267016A (en) * 1991-11-27 1993-11-30 United Technologies Corporation Laser diode distance measurement
US5252060A (en) 1992-03-27 1993-10-12 Mckinnon J Thomas Infrared laser fault detection method for hazardous waste incineration
US5381222A (en) * 1992-05-20 1995-01-10 The United States Of America As Represented By The Department Of Commerce Method of remote sensing of ocean surface currents
US5241315A (en) 1992-08-13 1993-08-31 The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration Micro pulse laser radar
US5426504A (en) * 1994-07-28 1995-06-20 United Technologies Corporation Optical depth gauge for optically rough surfaces

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019130472A1 (ja) * 2017-12-27 2019-07-04 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置
JPWO2019130472A1 (ja) * 2017-12-27 2020-04-02 三菱電機株式会社 レーザレーダ装置

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