JP2006513399A - レーザ出力の周波数変調を用いて速度を測定するためのシステム及び方法 - Google Patents

Abstract

本発明は速度を測定するためのシステムに関する。本発明の一態様において、システムは、レーザ発光装置（２３０）と、光学素子アセンブリ（２４０）と、結合器（２３０）と、信号プロセッサ（２７０）とを備える。レーザ発光装置（２３０）は、周波数変調されたレーザ信号を発生する。光学素子アセンブリ（２４０）は、周波数変調された信号を、複数のレーザ信号に分割し、分割された信号をターゲット（２５０）に向け、ターゲット（２５０）から反射された少なくとも１つの信号を受信する。結合器（２３０）は、１つの信号経路を介して送信された分割信号の１つと、もう１つの信号経路を介して送信された少なくとも１つの反射された信号とを受信し、それら受信信号を乗算する。信号プロセッサ（２７０）は、乗算された信号から速度情報を抽出する。

Description

本発明は、速度測定システムに関し、特に、レーザ出力の周波数変調を行うことによりターゲットの速度の方向及び大きさを測定するシステム及び方法に関する。

種々の方法を用いて物体の距離及び速度を測定するための多くのシステム及び装置が開発されてきた。

システムの一例として、米国特許第６，１３３，９９３号には、「長さ及び速度の測定装置」が開示されている。該装置は、速度を測定するために、搬送波のドップラ・シフト及び振幅変調（ＡＭ）を用いることを開示している。

システムのもう１つの例として、米国特許第６，３１７，０７３号には、「ターゲットまでの距離及びその相対速度を測定するためのＦＷ−ＣＷレーダ・システム」が開示されている。該システムは、レーダ波を用いて車両の速度及び距離を測定する。

上述の特許に加えて、米国特許第６，３１１，１２１号、第６，１４１，０８６号、第５，１６４，７８４号及び第３，９１５，５７２号等のような他の多くの米国特許が、ターゲットの速度を測定するための方法を説明している。
米国特許第６，１３３，９９３号 米国特許第６，３１７，０７３号 米国特許第６，３１１，１２１号 米国特許第６，１４１，０８６号 米国特許第５，１６４，７８４号 米国特許第３，９１５，５７２号

本発明の一態様は、速度を測定するためのシステムを提供する。該システムは、電源と、レーザ発光装置と、周波数変調部と、光学素子アセンブリと、結合部と、検出器と、信号プロセッサとを備える。電源は、電流を供給し、レーザ発光装置は、電流によって付勢されて、レーザ信号を発するよう構成される。周波数変調部は、レーザ信号を周波数変調する。光学素子アセンブリは、周波数変調された信号を複数のレーザ信号に分割し、該分割信号をターゲットに向け、ターゲットから反射された少なくとも１つの信号を受信する。結合部は、１つの信号経路を介して送信された分割信号の１つと、もう１つの信号経路を介して送信された、反射された少なくとも１つの信号とを結合する。検出器は、結合された信号を検出する。信号プロセッサは、該検出された信号からの速度情報を抽出する。

本発明のこの態様において、レーザ発光装置及び検出器は、一緒になってレーザ・アセンブリとして構成されている。周波数変調部は、レーザ・アセンブリ内に配置される。結合部は、分割信号の１つと、少なくとも１つの反射された信号とを受信し、該受信された信号を乗算して前記結合された信号を供給する。レーザ発光装置は、レーザ・ダイオードを含む。信号プロセッサは、速度情報から、ターゲットまでの距離情報を抽出する。システムは、さらに、信号プロセッサ内で用いられるよう適合された、検出された信号を処理するよう構成された直角位相ミキサを備え、ここに、信号プロセッサは、通常のドップラ信号プロセッサである。抽出された速度情報は、ターゲットの速度の大きさ及び方向を含む。

本発明のもう１つの態様は、速度を測定する方法を提供する。該方法は、レーザ信号を発する段階と、レーザ信号を周波数変調する段階と、該周波数変調された信号を複数のレーザ信号に分割する段階と、を含む。該方法は、また、該分割信号をターゲットに向ける段階と、ターゲットから反射された少なくとも１つの信号を受信する段階と、１つの信号経路を介して送信された分割信号の１つと、もう１つの信号経路を介して送信された少なくとも１つの反射された信号とを結合する段階と、をも含む。該方法は、さらに、結合された信号を検出する段階と、該検出された信号から速度情報を抽出する段階と、を含む。

本発明のこの態様において、結合する段階は、分割された信号の１つと、少なくとも１つの反射された信号とをサンプリングする段階と、該サンプリングされた信号を乗算する段階とを含む。乗算する段階は、サンプリングされた信号を合計する段階と、該合計を二乗する段階とを含む。該方法は、さらに、該乗算された信号に比例する電圧信号を発生する段階を含む。抽出する段階は、符号を含むドップラ周波数を得るように電圧信号を処理する段階を含む。該方法は、さらに、速度情報から、ターゲットに向かう距離情報を計算する段階を含む。

本発明のもう１つの態様は、速度を測定するためのシステムを提供する。該システムは、レーザ発光装置と、周波数変調部と、光学素子アセンブリと、検出器と、信号プロセッサとを備える。レーザ発光装置は、レーザ信号を発する。周波数変調部は、発せられたレーザ信号に周波数変調を行う。光学素子アセンブリは、周波数変調された信号を複数のレーザ信号に分割し、該分割信号をターゲットに向け、ターゲットから反射された少なくとも１つの信号を受信する。検出器は、１つの信号経路を介して送信された分割信号のうちの１つと、もう１つの信号経路を介して送信された、反射された少なくとも１つの信号との結合信号を検出する。信号プロセッサは、検出された信号からの速度情報を抽出する。

本発明のこの態様において、レーザ発光装置と検出器とは一緒に、レーザ・アセンブリとして構成される。検出器は、検出器ダイオードを含む。該システムは、さらに、正弦波を発生するよう構成された正弦波発生器を備え、ここに、周波数変調部は、正弦波を有したレーザ信号を周波数変調するよう構成される。

本発明のもう１つの態様は、速度を測定するためのシステムを提供する。該システムは、レーザ発光装置と、光学素子アセンブリと、結合器と、信号プロセッサとを備える。レーザ発光装置は、周波数変調されたレーザ信号を発生する。光学素子アセンブリは、周波数変調された信号を、複数のレーザ信号に分割し、分割された信号をターゲットに向け、ターゲットから反射された少なくとも１つの信号を受信する。結合器は、１つの信号経路を介して送信された分割信号の１つと、もう１つの信号経路を介して送信された少なくとも１つの反射された信号とを受信し、それらの受信信号を乗算する。信号プロセッサは、乗算された信号から速度情報を抽出する。

本発明のこの態様において、レーザ発光装置及び結合器は一緒になってレーザ・アセンブリとして構成される。結合器は検出器を備える。

本発明のもう１つの態様は、速度を測定する方法を提供する。該方法は、周波数変調されたレーザを信号を発生する段階と、周波数変調された信号を複数のレーザ信号に分割する段階と、分割された信号をターゲットに向ける段階と、ターゲットから反射された少なくとも１つの信号を受信する段階と、を含む。該方法は、また、１つの信号経路を介して送信された分割信号の１つと、もう１つの信号経路を介して送信された少なくとも１つの反射された信号とを結合する段階と、該結合された信号から速度情報を抽出する段階と、をも含む。

本発明のこの態様において、結合する段階は、分割された信号の１つと、少なくとも１つの反射された信号とを受信し、それらの受信信号を乗算する段階を含む。該方法は、さらに、結合された信号を検出する段階を含み、抽出する段階は検出された信号からである。該方法は、さらに、速度情報からターゲットに向かう距離情報を抽出する段階を含む。

本発明のもう１つの態様は、速度を測定するためのシステムを提供する。該システムは、レーザ装置と、検出器と、信号プロセッサとを備える。レーザ装置は、周波数変調されたレーザ信号を発生し、該周波数変調された信号はターゲットに向けられかつターゲットから反射される。検出器は、１つの信号経路を介して送信された周波数変調されたレーザ信号と、もう１つの信号経路を介して送信された少なくとも１つの反射された信号との結合された信号を検出する。信号プロセッサは、検出された信号から速度情報を抽出する。

本発明のこの態様において、レーザ装置及び検出器は一緒になってレーザ・アセンブリとして構成される。該システムは、さらに、周波数変調されたレーザ信号と、少なくとも１つの反射された信号とを受信し、受信された信号を乗算して、結合された信号を提供するよう構成された結合器を備える。検出器は、乗算された信号に比例する電圧信号を生成する。検出器は、検出器ダイオードを含む。該システムは、周波数変調された信号を複数のレーザ信号に分割し、分割された信号をターゲットに向けてターゲットから反射された少なくとも１つの信号を受信するよう構成された光学素子アセンブリをさらに備える。光学素子アセンブリは、周波数変調されたレーザ信号を、互いに異なった信号経路を有する第１及び第２の分割信号に分割するよう構成されたパワー・スプリッタと、第１の分割信号をターゲットに向けてコリメートし、反射されたレーザ信号を検出器に向けてコリメートするよう構成されたコリメータと、を備え、検出器は反射されたレーザ信号と第２の分割信号との結合された信号を検出するよう構成されている。該システムは、さらに、第１の分割レーザ信号を受信してコリメータに向けて経路付け、そして反射された信号を受信して、検出器に向けて経路付けるよう構成されたサーキュレータを備える。コリメータは、第１の分割信号をコリメートしてターゲットに向けるよう構成された第１のコリメータと、反射されたレーザ信号をコリメートして検出器に向けるよう構成された第２のコリメータと、を備える。該システムは、パワー・スプリッタと第１及び第２のコリメータとの間で第１の分割レーザ信号を切換えるよう構成されたスイッチをさらに備える。

本発明のもう１つの態様は、速度を測定する方法を提供する。該方法は、ターゲットに向けられてターゲットから反射される周波数変調されたレーザ信号を発生する段階を含む。該方法は、また、１つの信号経路を介して送信された周波数変調された信号と、もう１つの信号経路を解して送信された少なくとも１つの反射された信号とを結合する段階と、結合された信号から速度情報を抽出する段階と、をも含む。

本発明のこの態様において、結合された段階は、周波数変調されたレーザ信号と、少なくとも１つの反射された信号とをサンプリングする段階、及び結合された信号を提供するようサンプリングされた信号を乗算する段階を含む。乗算された段階は、サンプリングされた信号を加算してその合計を二乗する段階を含む。該方法は、乗算された信号に比例する電圧信号を生成する段階をさらに含み、ここに、抽出された段階は、生成された電圧信号からのものである。該方法は、結合された信号を検出する段階をさらに含む。

本発明のもう１つの態様は、速度を測定する方法を提供する。該方法は、レーザ信号を周波数変調する段階を含み、該周波数変調された信号は複数のレーザ信号に分割され、ターゲットに向けられて該ターゲットから反射される。該方法は、また、１つの信号経路を介して送信された分割信号の１つと、もう１つの信号経路を介して送信された少なくとも１つの反射された信号とを受信する段階と、受信された信号を乗算する段階と、乗算された信号から速度情報を抽出する段階と、をも含む。

本発明のこと態様において、乗算する段階は、受信された信号を加算して該合計を二乗する段階を含む。該方法は、乗算された信号に比例する電圧信号を生成する段階をさらに含み、抽出された段階は、該生成された電圧信号からのものである。該方法は、偶発的に発生された振幅変調成分をフィルタリングする段階をさらに含む。

本発明のもう１つの態様は、速度を測定するためのシステムを提供する。該システムは、レーザ発光装置と、周波数変調部と、パワー・スプリッタと、結合器と、信号プロセッサと、を備える。レーザ発光装置は、レーザ信号を発光する。周波数変調部は、該レーザ信号に周波数変調を行ない、ここに、該周波数変調されたレーザ信号は、移動するターゲットに向けられる。パワー・スプリッタは、周波数変調されたレーザ信号を第１及び第２のレーザ信号に分割し、ここに、レーザ信号の一方は他方に対して遅延される。結合器は、ターゲットから反射された信号を受信して結合し、結合された信号を提供する。信号プロセッサは、結合された信号から速度情報を抽出する。本発明のこの態様において、該システムは、結合された信号を検出するよう構成された検出器をさらに含む。

本発明のもう１つの態様は、速度を測定する方法を提供する。該方法は、レーザ信号を周波数変調する段階であって、該周波数変調された信号は複数のレーザ信号に分割される、前記段階と、分割されたレーザ信号をターゲットに向ける段階と、を含む。該方法は、また、分割されたレーザ信号の１つを、ターゲットからの反射された信号に結合する段階と、結合された信号から速度情報を抽出する段階と、をも含む。結合する段階は、分割されたレーザ信号の１つと、反射された信号とを受信する段階、並びに結合された信号を提供するよう該受信された信号を乗算する段階を含む。本発明のこの態様において、該方法は、結合された信号を検出する段階をさらに含む。

本発明のさらにもう１つの態様は、速度を測定するためのシステムを提供する。該システムは、レーザ・アセンブリと信号プロセッサとを備える。レーザ・アセンブリは、周波数変調されたレーザ信号を発生し、該周波数変調された信号は複数のレーザ信号に分割されてターゲットに向けられ、該ターゲットから反射され、該レーザ・アセンブリは、１つの信号経路を介して送信された分割された信号の１つと、もう１つの経路を介して送信された少なくとも１つの反射された信号とを受信して、それら受信された信号を結合する。信号プロセッサは、結合された信号から速度情報を抽出する。

本発明のこの態様において、レーザ・アセンブリは、レーザ信号を発光するよう構成されたレーザ発光装置と、発光されたレーザ信号に周波数変調を行なうように構成された周波数変調部と、分割された信号の１つと少なくとも１つの反射された信号とを受信して結合するよう構成された結合器と、を備える。代替的には、レーザ・アセンブリは、レーザ信号を発光するよう構成されたレーザ発光装置と、発光されたレーザ信号に周波数変調を行なうように構成された周波数変調部と、分割された信号の１つと少なくとも１つの反射された信号とを受信し、結合された信号を提供するよう該受信された信号を乗算するよう構成された検出器と、を備える。

本発明のさらにもう１つの態様は、速度を測定するためのシステムを提供する。該システムは、周波数変調されたレーザ信号を発生するための手段であって、該周波数変調された信号は複数のレーザ信号に分割されてターゲットに向けられ、ターゲットから反射されるものである、前記発生するための手段と、１つの信号経路を介して送信された分割信号の１つと、もう１つの信号経路を介して送信された少なくとも１つの反射信号とを受信するための手段と、該受信された信号を乗算するための手段と、該乗算された信号から速度情報を抽出する手段と、を備える。

本発明のさらにもう１つの態様は、速度を測定する方法を提供する。該方法は、ターゲットに向けられる周波数変調されたレーザ信号を発生する段階と、周波数変調されたレーザ信号と、ターゲットから反射された信号との結合に基づいてターゲットの速度を測定する段階と、を含む。

本発明のこの態様において、速度を測定する段階は、以下のターゲット、すなわち、移動している車両、ダイから押し出されているケーブル、ローラを介してローリングされている板金、２つのスプール間を搬送されているケーブル、液体の表面、振動している物体、回転している機械、または車両に対して移動している地面、の１つの速度を測定する段階を含む。該方法は、測定された速度からターゲットまでの距離を得る段階をさらに含む。速度を測定する段階は、２つの航空機の接近速度を測定する段階、もしくは航空機またはミサイルの地動速度を測定する段階を含む。測定する段階は、５０Ｈｚから１ｋＨｚまでの音響周波数において１秒につき数マイクロメータの程度でターゲットの地動速度を感知する段階を含む。該方法は、反射されたレーザ信号の干渉型（インターフェロメトリック）またはヘテロダイン感知を用いる段階をさらに含む。

本発明のさらにもう１つの態様は、速度及び距離を測定する方法を提供する。該方法は、ターゲットに向けられる周波数変調されたレーザ信号を発生する段階と、周波数変調されたレーザ信号及びターゲットから反射された信号の結合に基づいてターゲットの速度を測定する段階と、測定された速度によってターゲットまでの距離を得る段階と、を含む。本発明のこの態様において、測定する段階は、発射制御またはナビゲーション・システムを援助する、もしくは推測航法を許容する地上車の移動の速度及び方向を測定する段階を含む。

ドップラ効果を用いてターゲットの速度を測定する多くのドップラ速度計がある。それらの中で、幾つかのドップラ速度計はレーザを用いており、それらを以後、便宜のため、「レーザ・ドップラ速度計」と称する。レーザ・ドップラ速度計は、型１システムまたは型２システムのいずれかとして分類され得る。

型１システムは、ビームに沿ってシステムに向かって（またはそれから離れる方向に）移動するターゲットの速度を測定する。レーザ出力は、２つのビームに分割される。一方のビームは、ターゲットに向けられてそれにより反射される。ターゲットにより反射されたエネルギは収集されて、他方の基準ビームに加えられる。合計のビームは、検出器に与えられる。移動が無ければ検出器においてゼロ周波数出力を創成する。いずれの方向においても等しい移動は検出器の同じ出力を生ずる。ドップラ周波数は、次に、幾つかの型の信号プロセッサによって検出器出力を処理することによって決定される。型１システムはクラスＡ−Ｇを含む。幾つかのクラスは、移動の方向を決定するための方法に関する。

型１クラスＡシステムは、移動の方向を決定することを試みていない。

型１クラスＢシステムは、２つのビームの一方、普通は基準ビーム、と直列のブラッグ・セルでもって作られる。ブラッグ・セルは、ビームにおける周波数を正確な既知の量だけオフセットするために用いられる。結果は、検出器の出力における「ゼロ・ドップラ」周波数が、ブラッグ・セルによって創成された周波数オフセットであるということである。システムの方に向かっているターゲット速度は、この周波数を一方向にさらにオフセットし、そして他方の方向における移動は、他方の方向における周波数をオフセットする。このシステムは、移動の方向を識別することができる。

型１クラスＣシステムにおいて、レーザの周波数は周波数で上昇掃引され（チャープされ）、次に下降掃引される。掃引は、それらが２つの独立したステップであるかのように扱われる。レーザから検出器までの直接の経路長さは、レーザからターゲットを介して検出器までの経路長さとは異なっている（より短い）ので、検出器出力における各掃引中の周波数は、ドップラ周波数が加えられた場合、掃引速度と経路長さの差との積に比例するであろう。掃引の各々中の検出器の出力における周波数の測定値を結合することにより、方向情報を含むドップラ周波数が決定される。例えば、掃引速度の各々が等しいが符号が反対ならば、ドップラ周波数は、各掃引中の周波数出力の合計の半分である。２つの経路長さにおける差は、２つの測定値をも加えることにより分かる。従って、このシステムは、ターゲットまでの距離、及びシステムに向かうまたはそこから離れるターゲットの速度の双方を決定することができる。このシステムが有する問題は、掃引速度を正確に制御しなければならないということである。正確に制御されないならば、ドップラ・シフトの誤差が創成される。これは、レーザで行うには非常に難しい。

型１クラスＤシステムは、正及び負のドップラ周波数を分離するために、２つの「エッジ・フィルタ」を用いる。ターゲットからの反射されたビーム及び基準ビームは、それぞれ２つのビームに分割され、ターゲットからのビームの一方は、ゼロ・ドップラ周波数における通過帯域の下部エッジを有するフィルタを通して行く。正のドップラ周波数はこのフィルタを通過し、そして負のものは拒絶される。フィルタを通過した後、該ビームは、基準ビームの一方に追加され、そして検出器に与えられる。この検出器は、正のドップラのために用いられる。ターゲットからの他方のビームはフィルタを通過し、その通過帯域の上部エッジは、ゼロ・ドップラ周波数にある。このフィルタは、正のドップラ周波数を拒絶し、そして負のドップラ周波数を通過させる。フィルタを通過した後、それは基準ビームに加えられて、検出器に与えられる。この検出器は、負のドップラのために用いられる。このように、移動の方向が決定される。このシステムは、ゼロ・ドップラ周波数において、フィルタのエッジを正確に設定すること及びドリフトの問題がないのを確実にすることが困難であるという点において問題を有する。また、フィルタの通過帯域における何等かの利得勾配が、ドップラ周波数測定において誤差を誘起し得る。

型１クラスＥシステムは、型１クラスＡシステムと同様であるが、このシステムにおいては、実際、２つの検出器がある。基準ビーム及びターゲットからのビームが追加される前に、それらの各々は２つのビームに分割される。各々のビームは追加されて、検出器に与えられる。検出器への２つの経路に含まれる経路長さは、２つの場合において９０度だけ異なる。２つの検出器出力は、大きさにおいて移動の方向の決定をも許容する直角位相対を形成する。この方法は、レーダ及びソナーにおいて一般的であるが、しかしレーザ・システムにとっては、経路長さの差を創成して維持することは困難である。というのは、それらが非常に小さいからである。

型１クラスＦシステムは、反射されたエネルギの周波数が光学的に測定されるのを許容する装置を通して、反射されたエネルギを通過させる。受信されたエネルギは、周波数を、周波数のためのアナログとして測定される振幅に変換するある型のフィルタを通される。

型１クラスＧシステムは、光源及び検出器／ミキサの双方としてレーザを用いる。ターゲットからの反射された光は、レーザに再び入る。レーザは、レーザにおける光を、反射された光と混合して、差の周波数を生成する。これは、一般に、半導体レーザで行われ、その理由は、それらが実際、ミキサ／検出器（Ｒｕｄｄ，Ｊ．Ｐｈｙｓ．Ｅ１，１９６８，７２３−７２６の「ミキサ発振器としてレーザを用いるレーザ・ドップラ速度計」またはＳｈｉｎｏｈａｒａ等、Ａｐｐｌｉｅｄ Ｏｐｔｉｃｓ ２５，１９８６年５月１日、１４１７−１４１９の「半導体レーザ・ダイオードの自己混合効果を用いたレーザ・ドップラ速度計」を参照）として用いられ得るが、また他のレーザ型と共にも行われ得るレーザ出力電力を測定するための検出器ダイオードを有するからである。ターゲットからレーザに反射された光が、充分に強いならば、それはレーザの動作を変化させ、そしてミキサから発生される波形の形状を歪ませるであろう。新しい波形形状はのこぎり歯であり、移動の方向は、のこぎり歯形状から決定され得る。方向感知のためのこの機構は、反射された信号が、ほとんどのシステム応用において発見されない、強いということを必要とする。

型２のシステムは、（ビームに沿ってではなく）ビームを横切る速度を測定し、そしてレーザ出力が２つのビームに分割されるという特徴を有する。双方のビームは、ほとんど平行であり、同じスポットにおいてターゲットで交差するように向けられる。これは、ターゲット上に干渉パターンを創成する。ターゲットからの反射されたエネルギは収集されて、検出器に与えられる。次に、ドップラ周波数が、ある型の信号プロセッサによって検出器出力を処理することによって決定される。型２のシステムは、クラスＡ−Ｃを含む。

型２クラスＡシステムにおいては、レーザ出力は、２つの（等しい出力の）ビームに分割される。双方のビームは、同じスポットにおいてであるが、僅かに異なった方向からターゲットに達し、このことは、ターゲット上に干渉パターンを創成する。ターゲットからの反射されたエネルギのあるものは収集されて、検出器に与えられる。干渉パターンを横切ってターゲットの移動があるとき、検出器に達するエネルギは揺動する。検出器出力の周波数から、ターゲットの移動が決定され得る。このシステムは、移動の方向を識別することができない。

型２クラスＢシステムにおいては、型２クラスＡシステムの２つのアームの一方と直列にブラッグ・セルが追加される。結果は、ターゲットが静止しているときでさえ、ターゲット上の干渉パターンがターゲットを横切って掃引するということである。これは、型１クラスＢシステムにおけるものと同様に、検出器の出力においてオフセットを創成する。この結果は、検出器の出力における「ゼロ・ドップラ」周波数がブラッグ・セルによって創成される周波数オフセットであるということである。干渉パターンを横切るターゲット速度は、この周波数を一方向にさらにオフセットし、他方向における移動は、他方向に周波数をオフセットする。従って、このシステムは、移動の方向を識別することができる。

型２クラスＣシステムは、型２クラスＡシステムと同様である。２つのアームの一方に加えられる遅延があり、レーザ周波数は、上昇掃引され（swept up）、次に下降掃引される（swept down）。掃引は、２つの独立したステップとして処理される。遅延及び周波数掃引のために、ターゲット上に着陸する２つのアームから外れた周波数は異なっており、ターゲット上の干渉パターンは、一方の掃引中には一方向にスライドし、他方の掃引中には他方向にスライドする。移動の方向は、型１クラスＣシステムの方法と同様の方法を用いて決定され得る。このシステムが持つ問題は、掃引速度が正確に制御されなければならないということである。これは、レーザで行うには非常に困難である。正確に制御されなければ、ドップラ・シフトの誤差が発生される。

しかしながら、上述のシステムは、複雑な速度計を有するか、もしくは高価で相当な電力を必要とする構成要素を必要とする。

また、ターゲットの速度を測定する従来のドップラ・レーダ・システムも存在する。このシステムは、送信及び受信セクションのために別々のアンテナを有する。受信された信号は、直角位相ミキサを用いて、送信信号のサンプルと混合される。混合動作の結果は、一対の信号（一方は「実数」と呼ばれ、他方は「虚数」と呼ばれる）を与えることであり、該一対の信号は、結合して、ドップラ・シフト（速度）及び方向の双方を決定するために用いられ得る。実数及び虚数信号が互いに対してプロットされ、時間に渡ってドップラ・シフトがあるならば、それらは円を描く。描かれる方向（時計回りか、反時計回り）は、ドップラ・シフト（速度）の方向を与え、１秒当りに描かれる円の数は、ドップラ・シフト（速度）の大きさを与える。これは、型１クラスＥシステムに匹敵する。

また、従来のシステムとは非常に異なって創設されたドップラ・レーダ・システムの型もある。殆どのレーザ・システム及びこのドップラ・レーダ・システムは、ただ１つのミキサだけを有し、このことは、従来のレーダ・システムにおいて用いられる上述の技術はうまく働かないということを意味する。

図１は、ドップラ・レーダ・システムの単純化されたブロック図を示す。送信出力及び局部発振器周波数（直角位相ミキサ１５０のための基準周波数）を発生するために用いられる、例えば１３．３ＧＨｚで動作する発振器１１０がある。発振器１１０は、例えば、４５０ＫＨｚ離れた２つの周波数間の発振器周波数を周波数変調するために用いられる周波数制御を有する。周波数シフトの目的は、ドップラ周波数の符号が容易に決定され得るように、画像拒絶ミキサ１４０の出力におけるゼロ・ドップラ周波数を非ゼロの値（この場合、４５０ＫＨｚ）に置くことである。送信及び受信の双方のために１つのアンテナ１６０を用いるために、それは、２つの機能間で時分割される。送信及び受信スイッチ１２０及び１３０は、アンテナ１６０がこれら機能のいずれのために用いられているかを制御するために用いられる。発振器１１０の周波数は、送信／受信スイッチ１２０及び１３０と同時に切換えられる。一方は送信するための周波数であり、他方は受信するための周波数である。この考え方は、同じ発振器１１０が、受信中に、送信とは異なった周波数で、送信出力及び局部発振器出力の双方のために用いられるということである。これは、２つの発振器周波数間の差で、画像拒絶ミキサ１４０の外に、ゼロ・ドップラ周波数を置く。

画像拒絶ミキサ１４０の出力は、増幅され、帯域通過フィルタリングされ（図示せず）、そして直角位相ミキサ１５０に与えられる。このミキサ１５０の出力は、ドップラ周波数及びその符号を決定するために、標準システムにおけるものとして用いられ得る。

しかしながら、発振器１１０から発生される２つの異なった周波数間の差は、正確に制御されることができない。このことは、画像拒絶ミキサ１４０の出力におけるゼロ・ドップラ周波数が正確に分からず、受け入れることができない誤差を創成していまうだろうということを意味する。数ヘルツの誤差が重大であるであろう。表面的には、このシステムは、うまく働くことができないように見えるが、しかしうまく働く。

これらのシステムの数学的な分析の後に、ゼロ・ドップラ周波数は、送信／受信を制御するために用いられる周波数、及び周波数制御によって決定されるということが明らかになる。そのスイッチング率の高調波である周波数だけが存在し得る。発振器周波数シフトは、スイッチ率の高調波間の出力配分を制御するだけである。レーザ周波数シフトが所望の動作周波数シフトからドリフトするならば、それは測定誤差を創成せず、それは、信号出力、及びターゲットがシステムから存在し得る最大距離を変化させるだけである。

本発明の一実施形態は、ドップラ・レーダ・システムを、レーザをベースにした速度測定システムと組み合わせることにより、移動の方向及び大きさの双方を感知することができる速度測定システムである。特に、ブラッグ・セルまたは他の同様の装置を追加することなく、移動の方向を感知する方法に関する。

本発明の一実施形態は、装置及びターゲット間の相対移動を測定するために用いられる。適切な履行でもって、装置及びターゲット間の離間は、１メートルの数分の１から数１００メートルまたは数１０００メートル以上までであり得る。１つのビームだけを有するシステムが示されるけれども、殆どの応用は、少なくとも２つ、普通は３つまたは４つ、場合によっては５つまたは６つのビームを有し得る。追加のビームが第１のビームとして履行され、恐らくは幾つかまたは殆どの履行を分担することが理解される。

一実施形態では、図２に示すように、レーザ・ダイオード２３０が、１９８６年の５月１日のApplied Optics 25 の１４１７−１４１９のShinohara 等の「半導体レーザ・ダイオードの自己混合効果を用いたレーザ・ドップラ速度計」に記載された検出器及びエネルギ源の双方として用いられる。多くのレーザ・ダイオード・アセンブリは、レーザ・ダイオード、及び該レーザ・ダイオードの出力を監視するよう意図された検出器ダイオードの双方を含む。そのダイオードは、また、受信された信号のレーザ・エネルギの検出器としても用いられ得る。定電流電源２１０は、レーザ・ダイオード２３０を付勢するための電流を供給する。ダイオード２３０を横切る電圧は、受信された光エネルギによって変化される。通常、これは避けられるべきであり、アイソレータが、反射されたエネルギをブロックすることによってこれが起こるのを阻止するために用いられる。ここで、この効果の幾つかの利点が取られている。

一実施形態において、レーザ・ダイオード２３０は、Honeywell から入手可能なＶＣＳＥＬ（垂直キャビティ表面発光レーザ）を含む。このダイオードは８７０ｎｍで動作し、波長は、ドップラ・シフトの４３５ナノメータ／秒／ヘルツの感度換算係数を与える。

レーザ・ダイオード２３０は、定電流電源２１０から供給されるＤＣ電流源によって付勢される。一実施形態において、レーザ・ダイオード２３０の電力は、ほぼ１ｍｗ（ミリワット）であり、この電力は、それを「アイ・セーフ（目の安全）」の電力レベルに置くと共に、この速度計システムとターゲットとの間の最大離間を数インチ、場合によっては１フィートに制限する。

供給される電流は、正弦波発生器２２０で発生される小さい（ＤＣ電流源の１００万分率）振幅の正弦波によって変調される。この正弦波は、レーザ光信号を振幅変調（ＡＭ）及び周波数変調（ＦＭ）するためにダイオード２３０によって用いられる。正弦波はまた、ダイオード２３０への電気入力における電圧をも変化させる。この場合、振幅変調及び電圧変化は邪魔であり、周波数変調が所望である。しかしながら、他の殆どの通信応用においては、振幅変調が所望であるであろうし、該変調が非常に大きい。従って、本発明の一実施形態は、振幅変調及びダイオード２３０の電圧変化を無視する。ダイオード２３０における電流を変化させれば、ダイオード２３０における電荷密度を変化させ、これは、光及びレイジング周波数を変化させる。

本発明の他の実施形態においては、別の周波数変調部分が設けられ得て、レーザ・ダイオード２３０の内側または外側のいずれかに配置され得る。

レーザ光出力は、光学アセンブリ２４０によってターゲット２５０上に集束され、光を反射する。反射されたエネルギの幾つかは、光学アセンブリ２４０によって収集されて、レーザ・ダイオード２３０上に集束され戻す。この光は、レーザ・ダイオード２３０に入り、その動作に影響を与え、レーザ・ダイオード２３０の電気入力における電圧を変化させる。モニタ・ダイオードが利用可能であり、検出のために用いられる場合、レーザ・ダイオード２３０及びターゲット２５０からの双方の光は、検出器上の同じスポットに同じ方向から着陸しなければならない。検出された「出力」は、次に、ターゲット２５０の速度を決定するために、代表的なドップラ信号プロセッサ２７０で処理される。処理された信号は、出力／表示２８０を介して出力されるかもしくは表示される。参照数字２６０は、ターゲット２５０の速度の方向を表す。

ダイオード２３０を変調するために用いられる小さい量の正弦波電流のために、ダイオード電気入力における電流によって創成される電圧及び振幅変調もまた正弦波であると仮定することができる。正弦波の周波数はＦであると仮定することができる。次に、変調信号は非常に小さいので、振幅変調及び電圧変化もまた周波数Ｆを有する信号である。このことは、振幅変調及び電圧変化に発生される２Ｆ、３Ｆ、４Ｆ等の高調波がないということを意味する。これは、多くの高調波を発生するＦＭについては真実ではない。正弦波変調の場合、ＦＭ高調波は、ベッセル関数によって決定される。

数学的には、次のようである。周波数変調されたレーザ・ダイオード２３０の出力は、以下の数式１のように表され得る。

送信された信号は、それがターゲット２５０に走行して戻るとき、ｔ_Ｄだけ遅延され、（遅延されない）送信された信号と混合される。その結果は、

のようになり、ここに、Ｒ（ｔ）は混合動作の結果であり、ω_ｃは搬送周波数であり、ω_Ｄはドップラ・シフトであり、φ（ｔ）は位相変調である。

高周波の項を捨てた後、ランダム位相シフトであるω_Ｄｔ_Ｄを無視すると、

となる。

φ（ｔ）＝βＣｏｓ（ω_ｍｔ）と仮定すると、次に、

となり、そして、（インディアナ州、インディアナポリス，Ｈｏｗａｒｄ Ｗ．Ｓａｍｓ ＆ Ｃｏ．，の１９８５年のＲａｄｉｏ，Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｃｏｍｐｕｔｅｒ ａｎｄ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓの頁４６−３９のラジオ技術者のための変調理論または基準データに関する任意の著作を参照して）

となる。

Ｃｏｓ（ω_Ｄｔ）項は、偶数次数の高調波及びベッセル次数と関連し、Ｓｉｎ（ω_Ｄｔ）項は、奇数の高調波及びベッセル次数と関連するということに留意されたし。ゼロ次（高調波）は、それがダイオード上のＤＣバイアスと混同され得るので、便宜のため無視されるということを仮定する。また、１次（高調波）も、それが変調信号と混同されるであろうので、無視されるということを仮定する。

２次及び３次を用いると、

が与えられる。

さて、Ｒ（ｔ）（及び無視された高周波項）と別々に混合される２つの局部発振器
Ｃｏｓ（２ω_ｍ（ｔ−ｔ_Ｄ／２））及びＳｉｎ（３ω_ｍ（ｔ−ｔ_Ｄ／２））
を提供すると、

となる。

数式７及び８は、それぞれ、ドップラ処理を行うために必要とされる複素数対を表す。ドップラ処理は、ここから幾つかの方法で行われ得る。通常、Ｒｅ（ｔ）及びＩｍ（ｔ）は、複素チャンネルＲｅ（ｔ）＋ｊＩｍ（ｔ）（ｊ＝√（−１））に結合されて処理される。

本発明の一実施形態は、或る便宜的な遅れτ_Ｌにおいて、複素自己相関

関数を計算し、

からドップラ周波数を計算する。１９７２年９月の情報理論に関するＩＥＥＥ議事録のｐｐ．５８８−５９６のＭｉｌｌｅｒ等による「スペクトル・モーメント評価に対する共分散方法」を参照。

一実施形態において、ドップラ信号プロセッサ２７０は、通常のドップラ信号プロセッサを備える。この実施形態において、システムは、レーザ・ダイオード２３０とドップラ信号プロセッサ２７０との間に（図１に示されたような）直角位相ミキサを備える。直角位相ミキサは、発せられた（周波数変調された）信号、及びレーザ・ダイオード２３０から受信された反射された（検出された）信号を処理し、以下で説明するように、通常のドップラ信号プロセッサで使用するために適切な信号を提供する。

周波数変調正弦波が、次に、Ｃｏｓ（ω_ｍｔ）であるならば、実数部を得るために、直角位相ミキサは、検出された信号に、Ｃｏｓ［２ω_ｍ（ｔ−ｔ_ｄ）］を乗算し（数式７参照）、虚数部を得るために、それは、検出された信号に、Ｓｉｎ［３ω_ｍ（ｔ−ｔ_ｄ）］を乗算する（数式８参照）。ｔ_ｄは、レーザ・ダイオード２３０の周波数変調部とターゲット２５０との間の往復旅行の遅延時間である。一実施形態において、時間ｔ_ｄは充分に小さく、無視され得る。

一実施形態において、ｔ_ｄは、ターゲット２５０に向かう距離を決定するために用いられ得る。結果の信号が無効にされるまでＳｉｎ［２ω_ｍ（ｔ−ｔ_ｄ）］及びＣｏｓ［３ω_ｍ（ｔ−ｔ_ｄ）］のｔ_ｄを調整することによって（ｓｉｎとｃｏｓとが入れ替えられたことに留意されたし）、距離（範囲）の評価もしくは推定値を得ることができる。一例においては、距離（範囲）は、ｔ_ｄ×ｃ／２であり、ここに、ｃは光の速度である。

代替的には、図２に示されるように、ドップラ信号プロセッサ２７０は、直角位相ミキサを必要としなくても良く、発せられた（周波数変調された）信号と、レーザ・ダイオード２３０から受信された検出された信号とから速度情報を直接得ても良い。

本発明は、以下のように、速度の大きさ及び方向を測定する、上述の種々のシステムに対して実施され得る。

例１は、非常に短い距離（範囲）において型１システムを用いた速度の判定を表す。例１においては、ビームがターゲット上にあるか否かが容易に分かるように、６３５ｎｍの波長を有したレーザが用いられるということが仮定される。

例１においては、最大速度が５０ｍ／ｓであるので、最大ドップラ周波数は、
３．１５ＭＨｚ（ｍ／ｓ）×５０（ｍ／ｓ）＝１５７ＭＨｚである。ＦＭ高調波の１つをドップラと混同するのを避けるために、上述における最小変調周波数は、それの２倍である３１５ＭＨｚと定義される。ベータは、変調周波数に対する、ＦＭの周波数偏差の比である。正弦ＦＭプロセスの第２及び第３高調波は、約３．７７のベータ（ベータ１）において等しい。β_１＝２βＳｉｎ（ω_ｍｔＤ／２）＝２βＳｉｎ（ω_ｍｄＤ／ｃ）という関係が、ベータ及びベータ１間にあり、ここに、ｄＤはターゲット距離である。ベータ１が、３．７７であること、及び式における他の係数を知れば、ベータ＝３．０７である。このように、最小変調周波数が３１５ＭＨｚであるならば、次に、偏差は、３．０７×３１５ＭＨｚ＝９６８．５ＭＨｚである。これは、レーザの周波数の２ｐｐｍ（百万分率）に対応する。

ドップラ換算（スケール）係数（ＳＦ）は、レーザ波長ＳＦ＝２／λから決定される。速度測定範囲が最大速度の２倍であると仮定すると、ドップラ周波数範囲の範囲は、
２（ＳＦ）Ｖ_ｍａｘ＝４Ｖ_ｍａｘ／λである。変調周波数Ｆ_ｍ，ω_ｍ＝２πＦ_ｍは、少なくともこの量である。

例１は、「同調可能」なレーザは必要でないということを示すための機会を提供する。語「同調可能（tunable）」は、レーザ周波数が相当の周波数（波長）範囲に渡って同調され得るということを意味する。ここでは、百万における２つの分だけが必要とされる。これは、レーザ・ダイオードの動作電流の小さい変調によって、またはヘリウム、ネオンのような電流の流れによって付勢される他のレーザを駆動する電流の小さい変調によって容易に達成される。例えば、Ｈｏｎｅｙｗｅｌｌは、それらの製品をたとえ「同調可能」とは呼んでいないだろうとしても、そのＶＣＳＥＬレーザを、１００ｐｐｍ／ｍＡに等価である、ｄｌ／ｄＩ〜０．０９ｎｍ／ｍＡの波長同調感度を有するものとして特徴付けている。駆動電流を変化させることによって変化されるレーザ周波数は、代表的には、通信システムにおける問題であり、その理由は、駆動がレーザをオン及びオフに同調するよう変化されるので、周波数も「チャーピング（chirp）」効果を創成するよう掃引されるからである。

例２は、長い範囲もしくは距離に型１システムを用いた速度判定を表す。例２においては、ＣＯ_２レーザが用いられる。

ＣＯ_２レーザは、非常に高い出力でもって作られ得、そしてそれはより長い波長を有するので、便宜であり得る一層低いスケール係数を有し、与えられた最大速度に対して一層低い変調周波数を許容する。

本発明の一実施形態において、レーザ光は、肉眼に対して可視ではないが、カムコーダを含めＣＣＤまたはＣＭＯＳビデオ・カメラにとっては容易に可視である。従って、レーダをベースにしたシステムとは異なって、実際のターゲットが意図されたターゲットであるのを確認することが可能である。

本発明の一実施形態は、型２システムにおいても用いられる。型２システムは、レーザ出力が、ターゲット上で再結合される２つのビームに分割されるのを必要とし、ターゲットからの反射を監視するために検出器が用いられる。それらは、２つのアームに等しくない遅延を置くことによってこれらの原理を用いて作られ得る。これを行うための方法は、レーザ出力を光ファイバ内に発進させることである。出力は、出力スプリッタを用いて２つの経路に分割され得る。次に、２つの経路は異なった長さを有して、ターゲットを照射する。差の経路長さは、上述の式においてｔ_Ｄである。

本発明のもう１つの実施形態は、ソース及び検出器の双方としてレーザを用いる代わりに、図３に示されたような分離検出器３５０を用いる。電源、変調器及びドップラ信号プロセッサは、図３には示されていない。レーザ・ダイオード３００からのレーザ出力は、パワー・スプリッタ３１０によって２つの経路に分割される。一方は、サーキュレータ３２０及びコリメータ３３０を介して進み、ターゲット（図示せず）によって反射され、コリメータ３３０及びサーキュレータ３２０を通して戻り、パワー結合器３４０へ、そして検出器３５０へ行く。他方の経路は、パワー・スプリッタ３１０を出発し、パワー結合器３４０において第１の経路と結合され、該第１の経路に沿って検出器３５０に行く。サーキュレータ３２０は、ターゲットからの反射を、レーザ・ダイオード３００から離れて、かつ検出器３５０に向けて経路付けるために用いられる。この履行は、ファイバ光成分の使用に適している。上述のものと同じ信号処理機構がドップラ速度情報を抽出するために用いられ得る。この発明の一実施形態は、エネルギがレーザ・ダイオード３００内に反射戻りされるのを阻止するために、レーザ・ダイオード３００とパワー・スプリッタ３１０との間にアイソレータを挿入しても良い。

一実施形態において、別の周波数変調部が、レーザ・ダイオード３００の内側または外側に配置されても良い。一実施形態においては、２つの（周波数変調された）レーザ信号の一方及びターゲット２５０からの１つの反射された信号は、互いに異なった信号経路を有するが、それらはサンプリングされ得て、検出器３５０に与えられ得る。もう１つの実施形態において、検出器３５０は、発せられたレーザ信号の一方及び１つの反射された信号を受信して結合し得る。もう１つの実施形態において、検出器３５０の内部または外部に配置されて良い別の結合部が、結合された信号の乗算のような結合作用を行い得る。

本発明のもう１つの実施形態は、図４に示されるように、別々の送信及び受信コリメータ３３０及び３６０を用いる。この履行は、送信及び受信のために完全に独立した経路を用い、局部発振器出力の流れだけが２つを接続する。再度、電源、変調器及びドップラ信号プロセッサは、図４には示されていない。レーザ・ダイオード３００からのレーザ出力は、パワー・スプリッタ３１０によって２つの経路に分割される。今度は、レーザ出力の第１の経路は、送信コリメータ３３０に供給され、ターゲット（図示せず）によって反射され、受信コリメータ３６０及びパワー結合器３４０を通して戻り、検出器３５０へ行く。他方の経路は、パワー・スプリッタ３１０を出発し、パワー結合器３４０において第１の経路と結合され、該第１の経路に沿って検出器３５０に行く。上述のものと同じ信号処理機構がドップラ速度情報を抽出するために用いられ得る。

本発明のもう１つの実施形態は、図５に示されるように送信／受信スイッチ３７０を用いる。送信器をターン・オン及びターン・オフすることが望ましい場合があるかも知れない。このことが望ましいかも知れない１つの状況は、霧または雨の中である。送信が連続している場合、システム近辺の霧または雨からの反射が受信器を過剰動作させ得、システムが一層遠い距離のターゲットに応答するのを阻止する。このバージョンでは、正弦波に代わって、方形波変調が望ましい。この実施形態においては、レーザ周波数が受信中には１つの値であり、送信中にはもう１つの値であるように、スイッチング及び変調が一緒に行われ得る。レーザ・ダイオード３００は、そのコヒーレンスもしくは干渉性を失うので同調され得ないということが認められる。

上述のシステムは、種々の状況において選択されるオプションに依存して、望ましくは１つまたは２つのコリメータを用い得る。

エコーもしくはこだまの遅延が送信−受信サイクル時間の半分であるならば、受信されるエコーはないであろう。エコーは送信時間中に戻る。これは、レンジ・ホールと呼ばれる。レンジ・ホールは、送信受信状態を決定するために、擬似ランダム・シーケンスを用いることによって相当に減少され得る。

その遅延が送信−受信時間に比較して小さいならば、信号プロセッサに受信された信号はレンジ（距離）とはほとんど無関係である。これは、それが存在する短時間中に、瞬間受信信号電圧がレンジ（距離）に逆比例するからである。しかし、パルスの幅はレンジ（距離）に比例する。これらを組み合わせれば、ｓｉｎ（ｘ）／ｘ が与えられ、ここに、ｘ＝Ｔ_ｒπ／Ｔであり、Ｔ_ｒは受信期間であって、ターゲット・レンジに比例し、Ｔは送信−受信サイクル時間である。これは、受信されたエコーのいくつかが次のレンジ・ホールに落ち始めるときの、Ｔ_ｒ＝Ｔ／２ まで保持する。

本発明は、ダイもしくは金型を通して押し出される材料の速度または量の感知、ローラを通る板金の速度または量の感知、スプールに巻かれる（またはスプールから解かれる）ケーブルの速度または量の感知、自動車、電車またはボールの速度の感知、水のような液体またはアルミニウムを含む溶融金属の表面の速度の感知に応用され得る。すなわち、速度測定システムの多くの応用が、実際、速度測定の積分により長さを測定する。例えば、レーザ・ドップラ速度計システムは、それの下を移動しているケーブル（または繊維または材木、ロープ）の速度を測定するために用いられる。速度測定の積分により、ケーブル（または繊維または材木、ロープ）の長さが決定され得る。長さがユーザの主な興味であって、速度は主な測定ではないかも知れない。レーザ・ドップラ速度計がトレーラ（貨車、トラクタ）に取り付けられるならば、それはトレーラの速度を測定し得る。積分により、走行した経路の距離が決定される。前進した及び最初の位置が加えられるならば、当該位置が決定される。これは、推測航法として知られている。

速度が積分されて距離になり得、それ故、主たる測定が速度であったとしても、距離または量がすぐ後に続くということにも留意されたし。複数の応用について、以下に一層詳細に説明する。

異なった応用に対するレーザ・ビームの形態
すべてのドップラをベースにしたシステムと同様、速度の３つの成分（ｕ，ｖ，ｗ）を測定することは、異なった方向に向けられる少なくとも３つのビームを必要とする。速度成分ｕ，ｖ及びｗは、それぞれｘ，ｙ及びｚの方向にある。物事を簡単にするために、Ｖ，Ｘ及びＦが、速度、位置または場所の変化、及びドップラ周波数の成分の評価を含むベクトルを表すために用いられ、そしてＶｉ，Ｘｉ及びＦｉは、速度、位置場所変化、及びドップラ周波数のｉ番目の成分を表すために用いられる。

ドップラ周波数は、Ｆ（ｔ）＝２^λＡＶ（ｔ）から計算され、ここに、Ａは、ドップラ・ビーム方向の方向余弦から作られるＮ×Ｍマトリクスであり、Ｎはビームの数であり、Ｍは速度の成分の数であり、１、２または３である。測定された周波数から速度までを得るために、Ｎ＝Ｍを仮定して、以下の式、Ｖ（ｔ）＝Ａ^−１Ｆ（ｔ）／２^λ が与えられ、、ここに、Ａ^−１はＡの逆数である。

速度の１つの成分だけを有した単一のビームの特別の場合には、速度は、
Ｖ（ｔ）＝Ｆ（ｔ）^λ／２Ｃｏｓ（θ） であり、ここに、θは、ビーム方向と移動の方向との間の角度である。

速度が既知ならば、位置または場所の変化は、速度を積分することによって計算され得る。古典的な例は、推測航法である。推測航法は、現代の航行援助装置の出現の前に飛行機のパイロットが航行したところのものである。この考えは、飛行機が飛行の開始点においてどこにいたかを、そしてそれからの飛行機の速度及び方向をパイロットが知っているならば、飛行機が今どこにいるかをパイロットが知っているということである。数学的には、速度成分から方向を含む距離を得るために、必要とされる計算は積分である。

一度測定された速度成分は、速度掛ける時間が距離に等しいので、移動した距離を得るために積分され得る。従って、ビームのターゲットまたはドップラ・システム（またはそれのマウントもしくは乗り物）が移動されたならば、移動された距離は、測定された速度を時間に対して積分することにより得られ得る。

一層明瞭に積分を示すために、式は、

である。ここに、Ｘ_{ｉｎｉｔｉａｌ}は、初期場所または量であり、通常はゼロである。

単一のビーム・システムのための多くの応用がある。これらは、量、または例えば何かが生成される割合を測定するために用いられ得る。図６は、ケーブル６４０がダイ６２０を通して押し出される速度を測定するための構成を示す。これを行うための一般的な方法は、プーリを越えてケーブルを進ませ、そしてプーリの回転を計数することである。この方法は精度が要求されないならば、非常に良好に働く。ケーブルがプーリを越えて進むにつれ、プーリは未知の量だけ必ずスリップし、プーリを越えて進んだケーブルの量を過小評価してしまう。また、ケーブル・ジャケットは、プーリと接触したときに損傷されないために充分に硬いように充分に冷えていなければならない。

角度θ以外に、レーザ６６０から発せられたビームは、レンズ６８０を介して移動の方向に向けられると仮定される。速度は、Ｖ（ｔ）＝Ｆ（ｔ）λ／２Ｃｏｓ（θ） から計算される。この仮定が間違っているならば、誤差は、Ｃｏｓ（φ）でさらに割られることによって修正され得、ここに、φはビームがケーブルの移動と誤整列している量である。

材料６４０が押し出されたこの場合において、測定された速度は、接近する速度に対して正である。この式、及び誤整列に対する修正は、ここに与えられた他の単一ビームの全てに対して用いられる。ケーブル６４０がダイ６２０に戻って移動するという起こりそうにもない場合には、負の速度が測定され、ケーブル６４０が後方に移動したということを示す。速度が積分されると、押し出されたケーブル６４０の量が得られる。ケーブル６４０が真直ぐであるケーブル６４０の部分にセンサを置くことが望ましいということに留意されたし。例えば、ケーブルを越えて進む場合にケーブル６４０が曲がっている場合には（もう１つのプーリ・エラー）、曲がり部の外側上のケーブル６４０は、僅かに長く過剰測定された長さを得、そして曲がり部の内側上のケーブル６４０は、過小測定されるであろう。

図７は、ローラ・ミルにおけるローラ７２０を材料（例えば、板金）が通過するときの材料の量または速度を測定するために単一のビームを用いることを示している。図７は、ローラを通過する材料の速度及び／または量を測定することに関連している同様の応用である。再度、速度は、Ｖ（ｔ）＝Ｆ（ｔ）^λ／２Ｃｏｓ（θ） から計算される。レーザ６６０は、材料に接触しないということに留意されたし。レーザ・エネルギだけが、測定されているアイテムと接触していることが認められる。このことは、材料７００が、ローラによって接触されている場合に損傷されるほどに充分に柔らかい、または材料７００と接触しているセンサを損傷するのに充分に熱い場合に、望ましい。ローリングの応用において、ローラ７２０の両端において異なった量の材料をローリングすることが可能である。レーザ・ドップラ方法は、ローラ７２０に沿って多数のセンサが設置されるのを許容して、ローラ７２０の全長さに沿って同じ量の材料が作られるのを確実にする。

図８は、２つのスプール７６０、７８０間に搬送されているケーブルの速度及び／または量を測定するために、ビームを用いることを示している。これは、ここでは、ちょうどオプションが存在すると言うことを指摘するために示されており、結果として、ケーブル７４０が先の例のビームに対して反対方向に移動するので、正常の動作に対しては符号が負である。もちろん、システムは、設置中に符号が反転されるのを許容するように設計され得る。また、ケーブル７４０は、エラーを避けるために、測定点においては真直ぐであるべきである。

図８においては、測定は、普通、プーリ上にケーブル７４０をローリングさせてプーリの回転を計数することによって行われ、そしてスリップ・エラーを受ける。この例は、ケーブルが、供給スプール７８０から巻き取りスプール７６０に流れるときに、ケーブルの移動と比較して反対方向に向かうビームを示す。これは、移動及び距離（長さ）の符合が、図６及び７に示された他の例のものと反対であるという点を作るために、種々に行われる。正の移動の方向を設定することが設置中に可能である。

図９は、チャネル内の液体８００の流れを測定するために用いられるビームを示す。液体８００は、溶融金属、水または任意の他の液体であり得る。レーザ・ドップラ・システムがチャネルと整列されており、そして該チャネルは真直ぐであるということを仮定している。レーザ・ドップラ・システムを用いることは、センサが流体８００と接触するのを必要としないこの場合において、利点を有する。流体８００は、接触センサが存続するもしくは機能するのを許容するためには熱すぎるまたは腐食性すぎるものであっても良い。

図１０は、車両（鉄道、自動車、軍事用タンク、等）に装着されたレーザ・ドップラ・システムを示す。この場合において、レーザ・ドップラ・システムは車両に装着される。速度計またはオドメータ（走行距離計）を創設するための普通の方法は、車輪の回転速度を評価すること、または車輪の回転数を計数することである。この解決法は、車両の車輪８２０が、地面、路床（道路）またはレール８４０上でスリップするので、追加の誤り要因を含む。

測定の符号は、反転されたということが注目される。正の速度は、ドップラ・システムとそのターゲットとの間の、より小さい距離（速度に近接）である。他の場合においては、ドップラ・システムは、静止しており、ターゲットは移動していた。この場合においてそれは他の方法であり、従って、符号は変化する。

速度の３つの成分の全てを測定することは、３つのレーザ・ビームを必要とする。これら３つの成分を測定するためのレーザ・ドップラ・ビームの可能な無限に多くの構成のうちの２つが図１１及び１３に示されている。図では明瞭でないが、ビームは、速度が評価されるべき表面またはシートに向かって下方に（図６〜１０においてθとして）傾斜されて集束される。代替的には、表面は静止していて良く、ドップラ・システムの速度であるか、もしくはそれの上に装着されているものが望ましい。

図１１は３つのレーザ８６０〜９００の配列を示しており、それらの光学素子は、速度の３つの成分を得るために、３つの異なった方向に向いている。これは上から見た図である。ビームは速度が測定されている表面に向かって下方に傾斜されている。この構成は、互いの近くにレーザ及びそれらの光学素子を有することが望ましい場合には便利である。この構成の場合、同じレンズを共用することが可能であり得る。この構成は、ターゲットが、普通の場合であるように、３つのターゲット場所のすべてにおいて、同じ速度を有するということが必要である。

図１２は、３つのレーザ９１０〜９３０の代替的な配列を示し、それらの光学素子は、速度の３つの成分を得るために、３つの異なった方向に向いている。これは上から見た図である。ビームは速度が測定されている表面に向かって下方に傾斜されている。この構成は、ビームの全てが同じ点の近辺において集束されるので、ターゲットが小さい場合、もしくはターゲットが流体である場合に普通であるように表面速度が異なった場所において異なっている場合に、望ましい。

図１３は、２つのレーザ９４０、９５０の配列を示し、それらの光学素子は、速度の２つの成分を得るために２つの異なった方向に向いている。第３の成分は、既知である、普通はゼロである、と仮定している。これは上から見た図である。ビームは、速度が測定されている表面に向かって下方に傾斜されている。

図１４は、４つのビーム９６０〜９９０を示す。この４つ（それ以上）のビーム・システムは、過剰に決定され、誤差速度が評価されるもしくは推定されるのを許容する。４つのビーム・システムは、ヤヌス（Ｊａｎｕｓ）構成として知られている。

４つまたはそれ以上のビームを使用したシステムは、それらが過剰決定されるので、誤差速度を評価もしくは推定するのを許容する。「過剰決定される」は、測定すべき速度成分より多くのビームがあるということを意味する。２つの成分を評価するために３つのビームを用いることは、「過剰決定される」のもう１つの例である。これは、（実際の世界では）存在しない、ゼロであるはずの速度成分の計算を許容し、そしてそれらが存在しない程度まで測定誤差を示し、全体の速度評価を判断するために用いられる。

要約すれば、本発明の合理的な応用は、これに制限されるものではないが、以下のものを含む。
＊ 発射制御またはナビゲーション（航法）・システムを助けるもしくは推測航法を許容する地上車（タンク）の（２つの軸、３つのビームを用いた）移動の速度及び方向の測定、
＊ ２つの航空機の接近速度の測定もしくは航空機またはミサイルの対地速度の測定、
＊ 速度ガン、
＊ 回転機械の速度、
＊ 開いた通路の液体の流れ、
＊ ＤＣから多くのＭＨｚまでの非接触の振動測定、及び
＊ ＬＤＶの出力を積分することが距離測定を与える。これは焦点で移動するターゲット（ケーブル、繊維、ロープ）の長さを測定するために用いられ得る。

本発明の一実施形態は、約５０Ｈｚから約１ｋＨｚまでの音響周波数において１秒につき数マイクロメータの程度で（小さい変位、代表的には数ナノメータで）対地速度を感知することができる。

本発明のもう１つの実施形態は、レーザ・ビームをセンサの頭部への内部に向けそして操作するための反射された光の干渉型もしくはインターフェロメトリック（またはヘテロダイン）感知を用いることができる。

レーザ・ドップラ速度計のためのもう１つの応用は、レーザ・ドップラ振動計としてである。振動しているターゲットにレーザ・ドップラ速度計を向けることによって、速度計は、振動計として用いることができる。速度計が振動しているターゲットに向けられているとき、測定された速度はターゲットの振動の速度である。速度の測定（速度のサンプリング・レート）が最高の振動周波数の２倍よりも相当に大きいならば、ターゲットの振動速度の時系列が得られる。

通常、速度計によって生成される所望の振動情報は、振動の変位であり、振動の速度ではない。変位は時間に対する速度時系列を積分することによって得られる。通常の場合のように、振動の周波数スペクトルが望まれるならば、速度時系列のフーリエ変換が計算され得る。変位のフーリエ変換が必要とされる場合には、速度周波数スペクトルの各値を、その周波数の値で割ることにより得ることができる。

これは、非接触の振動計が望まれる場合に有用であり得る。これはまた、非接触が重要である場合、例えば、ターゲットが接触するには柔らかすぎる、熱すぎる、液体である、または平らでないような場合にも、有用であり得る。応用のもう１つのタイプは、それがターゲットと接触しないので、何かを探し求めて表面ターゲットを横切って走査するまたは掃引するために用いられ得る、ということである。

レーザ・ドップラ速度計のためのもう１つの応用は、マイクロフォンとしてである。速度計を振動計として用いることにより、そして音波によって振動されるよう設計されている膜にそれを向けることによって、レーザ・ドップラ速度計の出力は、マイクロフォンが行うところのものである、膜を打つ音圧の時系列である。部屋または室の壁が該壁の他側での音波によって振動されている場合、これは、壁の他側での音を聞くために用いられ得る。

上述の説明は、種々の実施形態に適用される本発明の新規な特徴を示しているけれども、示された装置またはプロセスの形態及び詳細における種々の省略、置換、そして変更が、本発明の範囲を逸脱することなく行なわれ得るということを当業者なら理解するであろう。従って、本発明の範囲は上述の説明によってではなく、特許請求の範囲によって限定されるものである。特許請求の範囲と等価な意味及び範囲内にあるすべての変形は、本発明の範囲内に包含されるものである。

ドップラ・レーダ・システムを示すブロック図である。 本発明の一実施形態による速度測定システムを示すブロック図である。 本発明のもう１つの実施形態による速度測定システムを示すブロック図である。 本発明のさらにもう１つの実施形態による速度測定システムを示すブロック図である。 本発明のさらにもう１つの実施形態による速度測定システムを示すブロック図である。 本発明の１つの応用においてケーブルがダイを通して押出される速度を測定するための形態を示す図である。 本発明のもう１つの応用においてローラを用いた金属のような材料の量または速度を測定するために単一のビームの使用を示す図である。 本発明のもう１つの応用において２つのスプール間で搬送されているケーブルの速度及び／または量を測定するためにビームの使用を示す図である。 本発明のもう１つの応用において通路内の液体の流れを測定するために用いられるビームを示す図である。 本発明のもう１つの応用において車両に装着されたレーザ・ドップラ・システムを示す図である。 本発明のもう１つの応用において速度の３つの成分を得るために３つの異なった方向に向けられた３つのレーザ及びそれらの光学素子の配列を示す図である。 本発明のもう１つの応用において速度の３つの成分を得るために３つの異なった方向に向けられた３つのレーザ及びそれらの光学素子の代替的な配列を示す図である。 本発明のもう１つの応用において速度の２つの成分を得るために２つの異なった方向に向けられた２つのレーザ及びそれらの光学素子の配列を示す図である。 本発明のもう１つの応用において過決定されて誤差速度が推定されるのを許容する４つのビーム・システムを示す図である。

符号の説明

２１０・・・定電流電源、２２０・・・正弦波発生器、２３０・・・レーザ・ダイオード、２４０・・・光学アセンブリ、２５０・・・ターゲット、２７０・・・ドップラ信号プロセッサ、２８０・・・出力／表示、３００・・・レーザ・ダイオード、３１０・・・パワー・スプリッタ、３２０・・・サーキュレータ、３３０・・・コリメータ、３４０・・・パワー結合器、３５０・・・検出器、３７０・・・送信／受信スイッチ。

Claims (61)

1. 速度を測定するためのシステムであって、
   電流を供給するよう構成された電源と、
   電流によって付勢されて、レーザ信号を発するよう構成されたレーザ発光装置と、
   レーザ信号を周波数変調するよう構成された周波数変調部と、
   周波数変調された信号を複数のレーザ信号に分割し、該分割信号をターゲットに向け、ターゲットから反射された少なくとも１つの信号を受信するよう構成された光学素子アセンブリと、
   １つの信号経路を介して送信された分割信号の１つと、もう１つの信号経路を介して送信された、反射された少なくとも１つの信号とを結合するよう構成された結合部と、
   該結合された信号を検出するよう構成された検出器と、
   該検出された信号からの速度情報を抽出するよう構成された信号プロセッサと、
   を備えたシステム。
2. レーザ発光装置及び検出器は、一緒になってレーザ・アセンブリとして構成されている請求項１に記載のシステム。
3. 周波数変調部は、レーザ・アセンブリ内に配置される請求項２に記載のシステム。
4. 結合部は、分割信号の１つと、少なくとも１つの反射された信号とを受信し、該受信された信号を乗算して前記結合された信号を供給するよう構成されている請求項１に記載のシステム。
5. レーザ発光装置は、レーザ・ダイオードを含む請求項１に記載のシステム。
6. 信号プロセッサは、さらに、速度情報から、ターゲットまでの距離情報を抽出するよう構成された請求項１に記載のシステム。
7. さらに、信号プロセッサ内で用いられるよう適合された、検出された信号を処理するよう構成された直角位相ミキサを備え、ここに、信号プロセッサは、通常のドップラ信号プロセッサである請求項１に記載のシステム。
8. 抽出された速度情報は、ターゲットの速度の大きさ及び方向を含む請求項１に記載のシステム。
9. 速度を測定する方法であって、
   レーザ信号を発する段階と、
   レーザ信号を周波数変調する段階と、
   該周波数変調された信号を複数のレーザ信号に分割する段階と、
   該分割信号をターゲットに向ける段階と、
   ターゲットから反射された少なくとも１つの信号を受信する段階と、
   １つの信号経路を介して送信された分割信号の１つと、もう１つの信号経路を介して送信された少なくとも１つの反射された信号とを結合する段階と、
   該結合された信号を検出する段階と、
   該検出された信号から速度情報を抽出する段階と、
   を含む方法。
10. 結合する段階は、分割された信号の１つと、少なくとも１つの反射された信号とをサンプリングする段階と、該サンプリングされた信号を乗算する段階とを含む請求項９に記載の方法。
11. 乗算する段階は、サンプリングされた信号を合計する段階と、該合計を二乗する段階とを含む請求項１０に記載の方法。
12. さらに、該乗算された信号に比例する電圧信号を発生する段階を含む請求項１０に記載の方法。
13. 抽出する段階は、符号を含むドップラ周波数を得るように電圧信号を処理する段階を含む請求項１２に記載の方法。
14. さらに、速度情報から、ターゲットに向かう距離情報を計算する段階を含む請求項９に記載の方法。
15. 速度を測定するためのシステムであって、
    レーザ信号を発するよう構成されたレーザ発光装置と、
    発せられたレーザ信号に周波数変調を行うよう構成された周波数変調部と、
    周波数変調された信号を複数のレーザ信号に分割し、該分割信号をターゲットに向け、ターゲットから反射された少なくとも１つの信号を受信するよう構成された光学素子アセンブリと、
    １つの信号経路を介して送信された分割信号のうちの１つと、もう１つの信号経路を介して送信された、反射された少なくとも１つの信号との結合信号を検出するよう構成された検出器と、
    該検出された信号からの速度情報を抽出するよう構成された信号プロセッサと、
    を備えたシステム。
16. レーザ発光装置と検出器とは一緒に、レーザ・アセンブリとして構成される請求項１５に記載のシステム。
17. 検出器は、検出器ダイオードを含む請求項１５に記載のシステム。
18. さらに、正弦波を発生するよう構成された正弦波発生器を備え、ここに、周波数変調部は、正弦波を有したレーザ信号を周波数変調するよう構成された請求項１５に記載のシステム。
19. 速度を測定するためのシステムであって、
    周波数変調されたレーザ信号を発生するように構成されたレーザ発光装置と、
    周波数変調された信号を、複数のレーザ信号に分割し、分割された信号をターゲットに向けて、ターゲットから反射された少なくとも１つの信号を受信するよう構成された光学素子アセンブリと、
    １つの信号経路を介して送信された分割信号の１つと、もう１つの信号経路を介して送信された少なくとも１つの反射された信号とを受信し、それらの受信信号を乗算するよう構成された結合器と、
    乗算された信号から速度情報を抽出するように構成された信号プロセッサと、
    を備えたシステム。
20. レーザ発光装置及び結合器は一緒になってレーザ・アセンブリとして構成される請求項１９に記載のシステム。
21. 結合器は検出器を備える請求項１９に記載のシステム。
22. 速度を測定する方法であって、
    周波数変調されたレーザを信号を発生する段階と、
    周波数変調された信号を複数のレーザ信号に分割する段階と、
    分割された信号をターゲットに向ける段階と、
    ターゲットから反射された少なくとも１つの信号を受信する段階と、
    １つの信号経路を介して送信された分割信号の１つと、もう１つの信号経路を介して送信された少なくとも１つの反射された信号とを結合する段階と、
    結合された信号から速度情報を抽出する段階と、
    を含む方法。
23. 結合する段階は、分割された信号の１つと、少なくとも１つの反射された信号とを受信し、それらの受信信号を乗算する段階を含む請求項２２に記載の方法。
24. さらに、結合された信号を検出する段階を含み、抽出する段階は検出された信号からである請求項２２に記載の方法。
25. さらに、速度情報からターゲットに向かう距離情報を抽出する段階を含む請求項２２に記載の方法。
26. 速度を測定するためのシステムであって、
    周波数変調されたレーザ信号を発生し、該周波数変調された信号はターゲットに向けられかつターゲットから反射されるよう構成されたレーザ装置と、
    １つの信号経路を介して送信された周波数変調されたレーザ信号と、もう１つの信号経路を介して送信された少なくとも１つの反射された信号との結合された信号を検出するよう構成された検出器と、
    検出された信号から速度情報を抽出するよう構成された信号プロセッサと、
    を備えたシステム。
27. レーザ装置及び検出器は一緒になってレーザ・アセンブリとして構成される請求項２６に記載のシステム。
28. 周波数変調されたレーザ信号と、少なくとも１つの反射された信号とを受信し、受信された信号を乗算して、結合された信号を提供するよう構成された結合器をさらに備える請求項２６に記載のシステム。
29. 検出器は、さらに、乗算された信号に比例する電圧信号を生成するように構成された請求項２８に記載のシステム。
30. 検出器は、検出器ダイオードを含む請求項２６に記載のシステム。
31. 周波数変調された信号を複数のレーザ信号に分割し、分割された信号をターゲットに向けてターゲットから反射された少なくとも１つの信号を受信するよう構成された光学素子アセンブリをさらに備えた請求項２６に記載のシステム。
32. 光学素子アセンブリは、
    周波数変調されたレーザ信号を、互いに異なった信号経路を有する第１及び第２の分割信号に分割するよう構成されたパワー・スプリッタと、
    第１の分割信号をターゲットに向けてコリメートし、反射されたレーザ信号を検出器に向けてコリメートするよう構成されたコリメータと、
    を備え、検出器は反射されたレーザ信号と第２の分割信号との結合された信号を検出するよう構成された請求項３１に記載のシステム。
33. さらに、第１の分割レーザ信号を受信してコリメータに向けて経路付け、そして反射された信号を受信して、検出器に向けて経路付けるよう構成されたサーキュレータを備えた請求項３２に記載のシステム。
34. コリメータは、
    第１の分割信号をコリメートしてターゲットに向けるよう構成された第１のコリメータと、
    反射されたレーザ信号をコリメートして検出器に向けるよう構成された第２のコリメータと、
    を備えた請求項３２に記載のシステム。
35. パワー・スプリッタと第１及び第２のコリメータとの間で第１の分割レーザ信号を切換えるよう構成されたスイッチをさらに備えた請求項３４に記載のシステム。
36. 速度を測定する方法であって、
    ターゲットに向けられてターゲットから反射される周波数変調されたレーザ信号を発生する段階と、
    １つの信号経路を介して送信された周波数変調された信号と、もう１つの信号経路を解して送信された少なくとも１つの反射された信号とを結合する段階と、
    結合された信号から速度情報を抽出する段階と、
    を含む方法。
37. 結合された段階は、周波数変調されたレーザ信号と、少なくとも１つの反射された信号とをサンプリングする段階、及び結合された信号を提供するようサンプリングされた信号を乗算する段階を含む請求項３６に記載の方法。
38. 乗算された段階は、サンプリングされた信号を加算してその合計を二乗する段階を含む請求項３７に記載の方法。
39. 乗算された信号に比例する電圧信号を生成する段階をさらに含み、ここに抽出された段階は、生成された電圧信号からのものである請求項３７に記載の方法。
40. 結合された信号を検出する段階をさらに含む請求項３６に記載の方法。
41. 速度を測定する方法であって、
    レーザ信号を周波数変調する段階であって、該周波数変調された信号は複数のレーザ信号に分割され、ターゲットに向けられて該ターゲットから反射されるものである前記段階と、
    １つの信号経路を介して送信された分割信号の１つと、もう１つの信号経路を介して送信された少なくとも１つの反射された信号とを受信する段階と、
    受信された信号を乗算する段階と、
    乗算された信号から速度情報を抽出する段階と、
    を含む方法。
42. 乗算する段階は、受信された信号を加算して該合計を二乗する段階を含む請求項４１に記載の方法。
43. 乗算された信号に比例する電圧信号を生成する段階をさらに含み、抽出された段階は、該生成された電圧信号からのものである請求項４１に記載の方法。
44. 偶発的に発生された振幅変調成分をフィルタリングする段階をさらに含む請求項４１に記載の方法。
45. 速度を測定するためのシステムであって、
    レーザ信号を発光するよう構成されたレーザ発光装置と、
    該レーザ信号に周波数変調を行なうように構成された周波数変調部であって、該周波数変調されたレーザ信号は、移動するターゲットに向けられるものである前記周波数変調部と、
    周波数変調されたレーザ信号を第１及び第２のレーザ信号に分割するように構成されたパワー・スプリッタであって、レーザ信号の一方は他方に対して遅延されているものである前記パワー・スプリッタと、
    ターゲットから反射された信号を受信して結合し、結合された信号を提供するよう構成された結合器と、
    結合された信号から速度情報を抽出するよう構成された信号プロセッサと、
    を備えたシステム。
46. 結合された信号を検出するよう構成された検出器をさらに含む請求項４５に記載のシステム。
47. 速度を測定する方法であって、
    レーザ信号を周波数変調する段階であって、該周波数変調された信号は複数のレーザ信号に分割される、前記段階と、
    分割されたレーザ信号をターゲットに向ける段階と、
    分割されたレーザ信号の１つを、ターゲットからの反射された信号に結合する段階と、
    結合された信号から速度情報を抽出する段階と、
    を含む方法。
48. 結合する段階は、分割されたレーザ信号の１つと、反射された信号とを受信する段階、並びに結合された信号を提供するよう該受信された信号を乗算する段階を含む請求項４７に記載の方法。
49. 結合された信号を検出する段階をさらに含む請求項４７に記載の方法。
50. 速度を測定するためのシステムであって、
    周波数変調されたレーザ信号を発生するよう構成されたレーザ・アセンブリであって、周波数変調された信号は複数のレーザ信号に分割されてターゲットに向けられ、該ターゲットから反射され、該レーザ・アセンブリは、１つの信号経路を介して送信された分割された信号の１つと、もう１つの経路を介して送信された少なくとも１つの反射された信号とを受信して、それら受信された信号を結合するように構成されたレーザ・アセンブリと、
    結合された信号から速度情報を抽出するよう構成された信号プロセッサと、
    を備えたシステム。
51. レーザ・アセンブリは、
    レーザ信号を発光するよう構成されたレーザ発光装置と、
    発光されたレーザ信号に周波数変調を行なうように構成された周波数変調部と、
    分割された信号の１つと少なくとも１つの反射された信号とを受信して結合するよう構成された結合器と、
    を備えた請求項５０に記載のシステム。
52. レーザ・アセンブリは、
    レーザ信号を発光するよう構成されたレーザ発光装置と、
    発光されたレーザ信号に周波数変調を行なうように構成された周波数変調部と、
    分割された信号の１つと少なくとも１つの反射された信号とを受信し、結合された信号を提供するよう該受信された信号を乗算するよう構成された検出器と、
    を備えた請求項５０に記載のシステム。
53. 速度を測定するためのシステムであって、
    周波数変調されたレーザ信号を発生するための手段であって、該周波数変調された信号は複数のレーザ信号に分割されてターゲットに向けられ、ターゲットから反射されるものである、前記発生するための手段と、
    １つの信号経路を介して送信された分割信号の１つと、もう１つの信号経路を介して送信された少なくとも１つの反射信号とを受信するための手段と、
    該受信された信号を乗算するための手段と、
    該乗算された信号から速度情報を抽出する手段と、
    を備えたシステム。
54. 速度を測定する方法であって、
    ターゲットに向けられる周波数変調されたレーザ信号を発生する段階と、
    周波数変調されたレーザ信号と、ターゲットから反射された信号との結合に基づいてターゲットの速度を測定する段階と、
    を含む方法。
55. 速度を測定する段階は、以下のターゲット、すなわち、移動している車両、ダイから押し出されているケーブル、ローラを介してローリングされている板金、２つのスプール間を搬送されているケーブル、液体の表面、振動している物体、回転している機械、または車両に対して移動している地面、の１つの速度を測定する段階を含む請求項５４に記載の方法。
56. 測定された速度からターゲットまでの距離を得る段階をさらに含む請求項５５に記載の方法。
57. 測定する段階は、５０Ｈｚから１ｋＨｚまでの音響周波数において１秒につき数マイクロメータの程度でターゲットの地動速度を感知する段階を含む請求項５４に記載の方法。
58. 反射されたレーザ信号の干渉型（インターフェロメトリック）またはヘテロダイン感知を用いる段階をさらに含む請求項５４に記載の方法。
59. 速度を測定する段階は、２つの航空機の接近速度を測定する段階、もしくは航空機またはミサイルの地動速度を測定する段階を含む請求項５４に記載の方法。
60. 速度及び距離を測定する方法であって、
    ターゲットに向けられる周波数変調されたレーザ信号を発生する段階と、
    周波数変調されたレーザ信号及びターゲットから反射された信号の結合に基づいてターゲットの速度を測定する段階と、
    測定された速度によってターゲットまでの距離を得る段階と、
    を含む方法。
61. 測定する段階は、発射制御またはナビゲーション・システムを援助する、もしくは推測航法を許容する地上車の移動の速度及び方向を測定する段階を含む請求項６０に記載の方法。
    
    
    
    
    
    

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