JP2009244192A - Device, method, and program for measuring moving body position - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、移動するターゲットの位置を測定する移動体位置測定装置、移動体位置測定方法、及び移動体位置測定プログラムに係り、特には、遠距離にある飛翔体までの距離と移動方向とを同時に測定することができる移動体位置測定装置、移動体位置測定方法、及び移動体位置測定プログラムに関する。 The present invention relates to a moving object position measuring device, a moving object position measuring method, and a moving object position measuring program for measuring the position of a moving target, and in particular, the distance to a flying object at a long distance and the moving direction. The present invention relates to a moving body position measuring apparatus, a moving body position measuring method, and a moving body position measuring program that can measure simultaneously.
従来より、移動するターゲット、特に、遠距離にある航空機などの飛翔体までの距離と、その移動方向及び移動角速度を測定するための飛翔体位置測定装置の技術が開示されている(例えば、特許文献1参照)。この技術によれば、パルスレーザ測距装置と画像追尾装置とを組み合わせた位置検出により、飛翔体に対して追尾遅れの誤差角度が発生しても、画像追尾によってレーザ光を飛翔体に向けることにより、飛翔体がレーザ光の広がり角の範囲から外れないようにして飛翔体の位置を正確に測定することができる。また、飛翔体にレーザ光を照射するレーザ照射器と、飛翔体から反射するレーザ光を受光する3個のレーザ受光器とを用いて、小さな飛翔体(例えば、ゴルフボールなど)の弾道計測を行う技術も開示されている(例えば、特許文献2参照)。この技術によれば、飛翔体と空間的に隔てた3個のレーザ受光器とによる三角測量法によって飛翔体の弾道計測を行うことができる。 Conventionally, a technology of a flying object position measuring device for measuring a distance to a moving target, in particular, a flying object such as an aircraft at a long distance, a moving direction, and a moving angular velocity thereof has been disclosed (for example, patents). Reference 1). According to this technology, even if an error angle of tracking delay occurs with respect to a flying object by position detection combining a pulse laser ranging device and an image tracking apparatus, laser light is directed to the flying object by image tracking. Thus, the position of the flying object can be accurately measured so that the flying object does not deviate from the range of the spread angle of the laser beam. In addition, the ballistic measurement of a small flying object (for example, a golf ball) is performed using a laser irradiator that irradiates the flying object with laser light and three laser receivers that receive laser light reflected from the flying object. The technique to perform is also disclosed (for example, refer patent document 2). According to this technique, the trajectory of the flying object can be measured by a triangulation method using three laser receivers spatially separated from the flying object.
また、図7に示すような移動体位置測定装置の技術も知られている。すなわち、この移動体位置測定装置は、単一チャンネルのパルスレーザ測距方式を用いたレーザ測距部10と画像追尾部20とを左右方向に移動させる2軸ジンバル機構の走査部30に搭載し、走査制御部40と制御部50とによって全体を制御するように構成されている。これによって、ターゲット60へのレーザ方向、すなわち、レーザ測距部10からの送信レーザパルスの送信方向は、画像追尾部20の角度データに基づいて走査部30を制御することによって追尾されるので、ターゲット60が送信レーザパルス(レーザ光)の広がり角の範囲から外れないようにしてターゲット60の位置を正確に測定することができる。
図7に示すような従来の飛翔体位置測定装置は、レーザ測距部10によってターゲット60までの距離を測定し、ターゲット60の移動方向(または移動角度)を画像追尾部20によって検出している。しかしながら、飛翔体までの距離と飛翔体の移動方向とを別々の装置で測定しているために飛翔体位置測定装置が複雑かつ大きくなってしまう。また、特許文献1に開示された飛翔体位置測定装置についても、パルスレーザ測距装置と画像追尾装置とを用いて飛翔体の位置測定と追尾とを行っているために、飛翔体位置測定装置が複雑で大きくなってしまう。また、特許文献2に開示された技術は、飛翔体の位置検出精度を高くするためには、飛翔体からの反射光を受光するレーザ受光器を多数配置しなければならないので、飛翔体の位置測定システムの全体的な構成が大きくなってしまう。
In the conventional flying object position measuring apparatus as shown in FIG. 7, the distance to the
この発明は、上述の事情に鑑みてなされたもので、測距装置と追尾装置などのような複数の装置を組み合わせて用いることなく、光学系による測定方法を工夫することによって飛翔体の位置測定精度を高めることができる移動体位置測定装置、移動体位置測定方法、及び移動体位置測定プログラムを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and does not use a combination of a plurality of devices such as a distance measuring device and a tracking device, but measures the position of a flying object by devising a measurement method using an optical system. It is an object of the present invention to provide a moving body position measuring device, a moving body position measuring method, and a moving body position measuring program that can improve accuracy.
上記課題を解決するために、この発明の第1の構成は、レーザパルスの伝播時間を計測して移動体までの距離を測定する移動体位置測定装置に係り、少なくとも2つの連続する前記レーザパルスを所定の時間間隔で前記移動体へ送信し、かつ、該移動体で反射した前記レーザパルスを入射方向に対応してほぼ焦点位置に設置された各チャンネルで受信し、前記レーザパルスの送信時刻と受信時刻との時間差によって前記移動体までの距離を算出すると共に、2つの連続する前記レーザパルスを受信した2つのチャンネルに基づいて前記移動体の移動方向を算出する構成になされている。 In order to solve the above-mentioned problems, a first configuration of the present invention relates to a moving body position measuring device that measures a propagation time of a laser pulse and measures a distance to the moving body, and at least two continuous laser pulses are provided. Is transmitted to the mobile body at a predetermined time interval, and the laser pulse reflected by the mobile body is received by each channel installed substantially at the focal position corresponding to the incident direction, and the transmission time of the laser pulse is received. The distance to the moving body is calculated based on the time difference between the time and the reception time, and the moving direction of the moving body is calculated based on two channels that have received two consecutive laser pulses.
この発明の第2の構成は、レーザパルスの伝播時間を計測して移動体までの距離を測定する移動体位置測定方法に係り、少なくとも2つの連続する前記レーザパルスを生成する第1のステップと、前記第1のステップで生成されたレーザパルスを送信レーザパルスとして所定の時間間隔で前記移動体へ送信する第2のステップと、前記移動体で反射した前記レーザパルスを、集光光学系で、受信レーザパルスとして集光する第3のステップと、前記集光光学系のほぼ焦点位置にて、前記受信レーザパルスを、入射方向に対応するチャンネルごとに検出する第4のステップと、前記送信レーザパルスの送信時刻と前記受信レーザパルスの受信時刻との時間差を測定する第5のステップと、前記第5のステップで測定した時間差によって、前記移動体までの距離を算出すると共に、前記第4のステップで検出されたチャンネルの位置から前記移動体の移動方向を算出する第6のステップと、を含むことを特徴としている。 According to a second configuration of the present invention, there is provided a moving body position measuring method for measuring a distance to a moving body by measuring a propagation time of a laser pulse, and a first step of generating at least two continuous laser pulses; A second step of transmitting the laser pulse generated in the first step to the moving body as a transmission laser pulse at a predetermined time interval; and the laser pulse reflected by the moving body is collected by a condensing optical system. A third step of focusing as a received laser pulse, a fourth step of detecting the received laser pulse for each channel corresponding to an incident direction at a substantially focal position of the focusing optical system, and the transmission The fifth step of measuring the time difference between the transmission time of the laser pulse and the reception time of the received laser pulse, and the time difference measured in the fifth step, Calculates the distance to the body, is characterized in that it comprises a sixth step of calculating a moving direction of the moving body from the position of the channel detected by the fourth step.
この発明の構成によれば、ターゲットへレーザパルスを送信する送信光学系と、ターゲットから反射したレーザパルスを受信する受信光学系との送受信の時間差による測位と、受信光学系が受信したレーザパルスのチャンネルの検出位置とを組み合わせることにより、移動するターゲットまでの距離、特に、遠距離にある飛翔体までの距離と、ターゲットの移動角速度とを同時に測定することができる。このため、レーザ測距部と画像追尾部とを用いることなく、一組の光学系のみによって飛翔体の位置を正確に測定することができるので、飛翔体位置測定装置を小型かつ軽量化することが可能となる。 According to the configuration of the present invention, positioning based on the transmission / reception time difference between the transmission optical system that transmits a laser pulse to the target and the reception optical system that receives the laser pulse reflected from the target, and the laser pulse received by the reception optical system By combining with the detection position of the channel, it is possible to simultaneously measure the distance to the moving target, particularly the distance to the flying object at a long distance and the moving angular velocity of the target. For this reason, since the position of the flying object can be accurately measured by only one set of optical systems without using the laser distance measuring part and the image tracking part, the flying object position measuring apparatus can be reduced in size and weight. Is possible.
まず、この発明の実施形態の概要について説明する。この発明の好ましい実施形態としての移動体位置測定装置は、少なくとも2つの連続するレーザパルスを生成するレーザ部と、レーザ部で生成されたレーザパルスを送信レーザパルスとして所定の時間間隔で移動体へ送信する送信光学部と、移動体で反射したレーザパルスを受信レーザパルスとして集光する受信光学部と、該受信光学部のほぼ焦点位置に設置され、受信レーザパルスを入射方向に対応するチャンネルごとに検出する多チャンネンル光検出部と、送信レーザパルスの送信時刻と受信レーザパルスの受信時刻との時間差を測定する多チャンネル測距部と、多チャンネル測距部が測定した時間差によって移動体までの距離を算出すると共に、多チャンネンル光検出部で検出されたチャンネルの位置から移動体の移動方向を算出する制御部とを備えている。 First, an outline of an embodiment of the present invention will be described. A moving body position measuring apparatus as a preferred embodiment of the present invention includes a laser unit that generates at least two continuous laser pulses, and a laser pulse generated by the laser unit as a transmission laser pulse at a predetermined time interval. Transmitting optical unit for transmitting, receiving optical unit for condensing the laser pulse reflected by the moving body as a received laser pulse, and installed at a substantially focal position of the receiving optical unit, and receiving laser pulse for each channel corresponding to the incident direction A multi-channel light detection unit that detects the time difference between the transmission time of the transmission laser pulse and the reception time of the reception laser pulse, and the time difference measured by the multi-channel distance measurement unit. The distance is calculated, and the moving direction of the moving body is calculated from the position of the channel detected by the multi-channel light detector. And a control unit.
以下、図面を参照して、この発明の実施形態について詳細に説明する。
図1は、この発明の第1の実施形態である移動体位置測定装置の構成図である。なお、以下に説明する各実施形態において、同一の構造要素は同一の符号を付して示し、かつ重複する説明は省略する。また、図2は、図1の送信光学部2から送信される送信レーザパルスP1と、受信光学部3が受信する受信レーザパルスP2の時間的推移を示す波形図であり、横軸に時間を表わしている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a configuration diagram of a moving body position measuring apparatus according to a first embodiment of the present invention. In each embodiment described below, the same structural elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted. FIG. 2 is a waveform diagram showing temporal transitions of the transmission laser pulse P1 transmitted from the transmission
先ず、図1に示す移動体位置測定装置の構成について説明する。この移動体位置測定装置は、パルス状のレーザ光(以下、レーザパルスという)を生成して発射するレーザ部1と、レーザ部1から受信したレーザパルス(送信レーザパルスP1)をターゲット10に向けて出力する送信光学部2と、ターゲット10から反射したレーザパルス(受信レーザパルスP2)を集光する受信光学部3と、受信光学部3のほぼ焦点位置に設置され、受信レーザパルスP2を検知するための多チャンネンル光検出部多チャンネンル光検出部4と、送信レーザパルスP1と受信レーザパルスP2の時間差を測定する多チャンネル測距部5と、送信光学部2及び受信光学部3の光軸をターゲット10の方向に向けるための走査部6と、走査部6を制御する走査制御部7と、装置全体を制御する制御部8とを備えて構成されている。
First, the configuration of the moving body position measuring apparatus shown in FIG. 1 will be described. This moving body position measuring apparatus directs a laser unit 1 that generates and emits a pulsed laser beam (hereinafter referred to as a laser pulse) and a laser pulse (transmission laser pulse P1) received from the laser unit 1 toward a
各構成要素の機能についてさらに詳しく説明する。レーザ部1は、波長1.5μm帯のレーザパルスを生成し、少なくとも2つの連続したレーザパルスを所定の時間間隔で送信光学部2へ送信する。例えば、レーザ部1は、LD(Laser Diode)によって励起されたNd:YAGレーザ(ネオジウムをドープしたイットリウム、アルミニウム、ガーネットの結晶体によるレーザ)とOPO(Optical Parametric Oscillator:光パラメトリック発振器)の発振信号とを組み合わせたQスイッチレーザ(高エネルギのレーザ)を生成して送信光学部2へ送信する。
The function of each component will be described in more detail. The laser unit 1 generates a laser pulse with a wavelength of 1.5 μm, and transmits at least two continuous laser pulses to the transmission
送信光学部2は、レーザ部1から受信したレーザパルスに基づいて、図2に示すような時刻t1と時刻t2で発生する時間間隔Δtの連続した2つの送信レーザパルスP1をΔt=1〜100msの時間間隔で発射し、ターゲット10へ向けて送信する。この送信光学部2から出力されるそれぞれの送信レーザパルスP1のエネルギは200mJであって、パルス幅は5nsである。また、受信光学部3は、ターゲット10から反射した図2に示すような時刻t3と時刻t4で発生する時間間隔Δtの連続した受信レーザパルスP2を受信する。
Based on the laser pulse received from the laser unit 1, the transmission
多チャンネル光検出部4は、各チャンネルが2次元または1次元に配置されており、受信レーザパルスP2が受信光学部3へ入射する方向に対応したチャンネルから受信信号を出力する。多チャンネル測距部5は、多チャンネル光検出部4の各チャンネルに対応した複数の測距回路部(図示せず)を有する。走査部6は、走査制御部7の制御に基づいて、送信光学部2と受信光学部3の光軸の方向をターゲット10に向けるように、送信光学部2と受信光学部3の3次元走査を行う。走査制御部7は、送信光学部2と受信光学部3が3次元走査を行うように走査部6に対して制御信号を送信する。制御部8は、多チャンネル測距部5からの出力信号に基づいて、測定位置(つまり、移動体位置測定装置)からターゲット10までの距離を算出し、同時に、受信レーザパルスP2が受信されたチャンネルの位置からターゲット10の移動方向を算出する。これにより、ターゲット10までの距離とターゲット10の移動方向とを同時に検出することができる。
In the multi-channel
図3は、図1に示す送信光学部2の内部構成及び周辺部を示すブロック図であり、図4は、図1に示す受信光学部3の内部構成及び周辺部を示すブロック図である。送信光学部2は、図3に示すように、凸レンズ201aと凹レンズ201bが直線上に配置されたビームエキスパンダ201によって構成されている。このビームエキスパンダ201の凸レンズ201aと凹レンズ201bのレンズ間隔を制御部8(図1参照)によって制御することにより、送信レーザパルスP1の広がり角Ωtを0.5〜5mradの間で制御することができる。
FIG. 3 is a block diagram showing the internal configuration and peripheral portion of the transmission
受信光学部3は、図4に示すように、受信望遠鏡301とズーム光学系302とが直線上に配置されて構成されている。なお、光検出器アレイ401は多チャンネル光検出部4(図1参照)の構成要素である。図4では、受信望遠鏡301を模式的に凸レンズ1枚で表わしているが、実際には、放物面主鏡と双曲面副鏡からなるカセグレン型の望遠鏡である。受信望遠鏡301の有効径は200mmであり、ズーム光学系302と合わせた実行焦点距離を制御部8によって制御することで、受信レーザパルスP2の視野角Ωrが送信レーザパルスP1の広がり角Ωtとほぼ一致するように制御している。
As shown in FIG. 4, the reception optical unit 3 is configured by arranging a reception telescope 301 and a zoom
図1の多チャンネル光検出部4は、各チャンネルが2次元配置されている2次元のAPD(Avalanche Photo Diode)アレイであり、図4に示すような光検出器アレイ401によって構成されている。ここでは、光検出器アレイ401は、10×10個の素子を用いて構成されている。なお、各チャンネルの素子間隔は0.1mmである。
1 is a two-dimensional APD (Avalanche Photo Diode) array in which each channel is two-dimensionally arranged, and is configured by a
図5は、多チャンネル光検出部4とターゲット10の方向の関係を模式的に表した図であり、(a)は平面的に見た図、(b)は側面的に見た図である。図5(b)に示すように、最初に光検出器アレイ401のAチャンネルで検出された受信レーザパルスP2は、飛翔体の移動によって所定の時間の後にはBチャンネルで検出される。すなわち、図5(a)に示すように、光検出器アレイ401の検出位置がAチャンネルからBチャンネルに移動することによって、受信レーザパルスP2のEL(Elevation)方向(仰角方向)の角度はΔΩEL変化し、AZ(Azimuth)方向(方位角方向)の角度はΔΩAZ変化していることになる。なお、図4に示す受信レーザパルスP2の視野角Ωrが1mradの場合は、図5(a)、(b)においてEL方向(仰角方向)及びAZ方向(方位角方向)の角度分解能はそれぞれ0.1mradとなる。
FIG. 5 is a diagram schematically showing the relationship between the directions of the multi-channel
多チャンネル測距部5は、多チャンネル光検出部4の各チャンネルに対応した複数の測距回路(図示せず)から構成される。多チャンネル測距部5の測距回路は、光の伝播時間を計測して物体までの距離を算出するタイム・オブ・フライト方式の測距回路であって、送信レーザパルスP1の送信時刻と、多チャンネル光検出部4のいずれかのチャンネルに入力された受信レーザパルスP2の受信時刻との間の時間差、つまり、測距カウンタのクロック数を計測することでターゲット10までの距離を算出する。なお、測距カウンタの周波数は50MHzであり、これは距離分解能が3mである場合に相当する。
The multi-channel
走査部6は、一般的なステッピングモータによって振り子のように左右に駆動させる2軸ジンバルによって構成されている。この2軸ジンバルの上にレーザ部1、送信光学部2、受信光学部3、多チャンネル光検出部4、及び多チャンネル測距部5が設置されている。走査部6の走査範囲は、Az方向(方位角方向)が360度、EL方向(仰角方向)が0度から70度、最大回転角速度は1度/秒、角度分解能は0.01度(0.18mrad)である。
The
走査制御部7は、走査部6の回転軸を制御する装置、つまり受信視野中心の方向を制御する制御装置である。制御部8は、通常のCPUと周辺装置とのインターフェースから構成されている。この制御部8は、移動体位置測定装置全体を制御すると共に、多チャンネル測距部5の出力信号に基づいてターゲット10までの距離を算出し、同時に受信レーザパルスP2が受信されたチャンネルの位置からターゲット10の移動方向を算出する。
The
次に、図1に示す移動体位置測定装置の動作について説明する。レーザ部1は、図2に示すような2つの連続したレーザパルス(送信レーザパルスP1)を所定の時間間隔で生成し、送信光学部2よりターゲット10に向けて発射させる。図5に示す多チャンネル光検出部4とターゲットの方向の関係を表した図のように、例えば、図2の時刻t1で1番目の送信レーザパルスP1がターゲット10に向けて発射され、その反射パルスである受信レーザパルスP2が時刻t3で多チャンネル光検出部4における光検出器アレイ401のAチャンネルに入力されたとする。
Next, the operation of the moving body position measuring apparatus shown in FIG. 1 will be described. The laser unit 1 generates two continuous laser pulses (transmission laser pulse P1) as shown in FIG. 2 at a predetermined time interval, and emits the laser beam toward the
このときの時刻t1の送信レーザパルスP1と時刻t3の受信レーザパルスP2との時間間隔は、多チャンネル測距部5のAチャンネルの信号を用いて測定される。測定された時間間隔に基づいてターゲット10までの距離Rは、式(1)で与えられる。
R=c(t3−t1) ………(1)
ここで、cは大気中の光速である。
At this time, the time interval between the transmission laser pulse P1 at time t1 and the reception laser pulse P2 at time t3 is measured using the A channel signal of the multi-channel
R = c (t3-t1) (1)
Here, c is the speed of light in the atmosphere.
続いて、時間Δtの後に時刻t2で2番目の送信レーザパルスP1がターゲット10に向けて発射され、その反射パルスである時刻t4の受信レーザパルスP2が多チャンネル光検出部4における光検出器アレイ401のBチャンネルに入力されたとする(図5参照)。このとき、時間Δtは小さな値(例えば、1〜100ms)であるため、Bチャンネルの信号から測定される距離もAチャンネルとほぼ同じ距離である。
Subsequently, after time Δt, the second transmission laser pulse P1 is emitted toward the
図5(a)、(b)に示すような多チャンネル光検出部4のAチャンネルとBチャンネルの空間位置は、受信光学部3に入射される受信レーザパルスP2の入射方向に対応しており、受信レーザパルスP2に入射される2つのチャンネル(AチャンネルとBチャンネル)の相対位置から、時間Δtの間にターゲット10が移動した方向を算出することができる。多チャンネル光検出部4の複数の光検出器(つまり、図4の光検出器アレイ401)が、図5に示すように2次元アレイ状(つまり、AとB)に配置されている場合は、AチャンネルとBチャンネルの位置から、ターゲット10のAz方向(方位角方向)とEL方向(仰角方向)の移動方向及び移動角速度を検出することができる。
The spatial positions of the A channel and the B channel of the multi-channel
例えば、EL方向の移動角速度ωELは、式(2)のように表わされる。
ωEL=ΔΩEL/Δt ………(2)
For example, the moving angular velocity ωEL in the EL direction is expressed as in Expression (2).
ωEL = ΔΩEL / Δt (2)
送信レーザパルスP1の送信光軸と受信レーザパルスP2の受信光軸は一致するよう調整されているが、同時に、図3に示すような送信レーザパルスP1の広がり角Ωtと、図4に示すような受信レーザパルスP2の視野角Ωrがほぼ同じになるように調整されている。受信レーザパルスP2の視野角Ωrは、ターゲット10が時間Δtの間に移動する角度より大きく設定する必要があるが、ターゲット10の大凡の移動角速度が分かっている場合は、受信レーザパルスP2の視野角Ωrの設定は比較的容易である。
The transmission optical axis of the transmission laser pulse P1 and the reception optical axis of the reception laser pulse P2 are adjusted to coincide with each other. At the same time, the spread angle Ωt of the transmission laser pulse P1 as shown in FIG. The viewing angle Ωr of the received laser pulse P2 is adjusted to be substantially the same. The viewing angle Ωr of the received laser pulse P2 needs to be set larger than the angle at which the
例えば、ターゲット10が約50km遠方を視線方向と垂直な方向に秒速1000mで移動している場合、Δtを10msと設定と、その間の移動角度は0.2mradである。したがって、受信レーザパルスP2の視野角Ωrを1mrad程度に設定すれば良い。受信レーザパルスP2の視野角Ωr、及び送信レーザパルスP1の広がり角Ωtは、それぞれ、受信光学部3及び送信光学部2にズーム機能を持たせることで容易に制御することが可能である。また、固定した受信レーザパルスP2の視野角Ωrでも、ターゲット10の移動角速度に応じて時間Δtを変化させ、ターゲット10の移動角速度が大きい場合は時間Δtを小さくすることにより、ターゲット10を受信レーザパルスP2の視野角Ωrの中で捉えることができる。
For example, when the
ターゲット10を連続的に追尾しながら、そのターゲット10の距離と移動方向を検知するためには、ターゲット10からの受信レーザパルスP2を受けるチャンネルが常に受信視野のぼぼ中心に来るように、制御部8からの指令で走査部6の回転軸方向を制御する必要がある。このためには、連続した送信レーザパルスP1の次の測定を行うときに、2番目の受信レーザパルスP2を受信したチャンネルが受信視野のぼぼ中心に来るように走査部6を制御する。あるいは、ターゲット10の移動方向を予測してその方向に走査部6を制御する。
In order to detect the distance and the moving direction of the
第1の実施形態では、多チャンネル光検出部4として2次元のAPDアレイ素子を用いたが、ターゲット10の移動方向がほぼ一定の場合であって、距離と移動角速度だけを検出すれば良い場合は1次元のAPDアレイ素子を用いても良い。
In the first embodiment, a two-dimensional APD array element is used as the multi-channel
図6は、図1に示す受信光学部3における第2の実施形態の内部構成を示すブロック図である。第2の実施形態では、第1の実施形態の2次元のAPDアレイを用いる代わりに、2次元に配列した光ファイバアレイ402と各ファイバに接続される複数の単体APD素子からなる光検出器群403の組み合わせによって受信光学部3を構成している。なお、光ファイバアレイ402の間隔は0.1mmであり、アレイの配列方法は第1の実施形態と同様に10×10の2次元配列である。
FIG. 6 is a block diagram showing an internal configuration of the second embodiment in the receiving optical unit 3 shown in FIG. In the second embodiment, instead of using the two-dimensional APD array of the first embodiment, a group of photodetectors including a two-dimensionally arranged
受信レーザパルスP2を光ファイバアレイ402に入射するために、ズーム光学系302の光学パラメータを第1の実施形態と変更する必要があるが、その他の構成は第1の実施形態と同じである。
In order to make the received laser pulse P2 incident on the
以上、この発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があってもこの発明に含まれる。
例えば、従来技術で説明したような画像追尾部20(図7参照)を組み込んで、これと第1の実施形態の追尾方式を併用してターゲットの追尾をより容易にすることも可能である。また、第1の実施形態や第2の実施形態では、送信レーザパルスP1の広がり角Ωt及び受信レーザパルスP2の視野角Ωrが可変できる機能を備えているが、あらかじめ一定の受信レーザパルスP2の視野角Ωrで良い場合は、これらの可変機能を削除しても良い。さらに、本発明は使用するレーザの波長や出力が変わっても基本的な機能は同じである。ターゲットの種類や移動速度などに応じてこれらのパラメータを変更しても良い。
The embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings. However, the specific configuration is not limited to this embodiment, and there are design changes and the like without departing from the gist of the present invention. Are also included in the present invention.
For example, it is also possible to incorporate the image tracking unit 20 (see FIG. 7) as described in the prior art, and to make tracking of the target easier by using this together with the tracking method of the first embodiment. Further, in the first and second embodiments, the function of changing the spread angle Ωt of the transmission laser pulse P1 and the viewing angle Ωr of the reception laser pulse P2 is provided. If the viewing angle Ωr is sufficient, these variable functions may be deleted. Further, the basic functions of the present invention are the same even if the wavelength and output of the laser used are changed. These parameters may be changed according to the type of target and moving speed.
この発明の移動体位置検出装置は、ロケットや航空機などのような遠方の飛翔体の位置検出や追尾などに有効に利用することができる。 The moving body position detection apparatus of the present invention can be effectively used for position detection and tracking of a distant flying object such as a rocket or an aircraft.
1 レーザ部
2 送信光学部
3 受信光学部
4 多チャンネル光検出部
5 多チャンネル測距部
6 走査部
7 走査制御部
8 制御部
201 ビームエキスパンダ
301 受信望遠鏡
302 ズーム光学系
401 光検出器アレイ
402 光ファイバアレイ
403 光検出器群
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (10)
少なくとも2つの連続する前記レーザパルスを所定の時間間隔で前記移動体へ送信し、かつ、該移動体で反射した前記レーザパルスを入射方向に対応してほぼ焦点位置に設置された各チャンネルで受信し、前記レーザパルスの送信時刻と受信時刻との時間差によって前記移動体までの距離を算出すると共に、2つの連続する前記レーザパルスを受信した2つのチャンネルに基づいて前記移動体の移動方向を算出することを特徴とする移動体位置検出装置。 A moving body position measuring device that measures the propagation time of a laser pulse and measures the distance to the moving body,
At least two consecutive laser pulses are transmitted to the moving body at a predetermined time interval, and the laser pulses reflected by the moving body are received by each channel installed substantially at the focal position corresponding to the incident direction. The distance to the moving body is calculated based on the time difference between the transmission time and the receiving time of the laser pulse, and the moving direction of the moving body is calculated based on two channels that have received two consecutive laser pulses. A moving body position detecting device.
少なくとも2つの連続する前記レーザパルスを生成するレーザ部と、
前記レーザ部で生成されたレーザパルスを送信レーザパルスとして所定の時間間隔で前記移動体へ送信する送信光学部と、
前記移動体で反射した前記レーザパルスを受信レーザパルスとして集光する受信光学部と、
該受信光学部のほぼ焦点位置に設置され、前記受信レーザパルスを入射方向に対応するチャンネルごとに検出する多チャンネンル光検出部と、
前記送信レーザパルスの送信時刻と前記受信レーザパルスの受信時刻との時間差を測定する多チャンネル測距部と、
前記多チャンネル測距部が測定した前記時間差によって前記移動体までの距離を算出すると共に、前記多チャンネンル光検出部で検出されたチャンネルの位置から前記移動体の移動方向を算出する制御部と
を備えることを特徴とする移動体位置測定装置。 A moving body position measuring device that measures the propagation time of a laser pulse and measures the distance to the moving body,
A laser section for generating at least two successive laser pulses;
A transmission optical unit that transmits a laser pulse generated by the laser unit to the moving body as a transmission laser pulse at a predetermined time interval; and
A receiving optical unit that focuses the laser pulse reflected by the moving body as a received laser pulse;
A multi-channel light detection unit which is installed at a substantially focal position of the reception optical unit and detects the reception laser pulse for each channel corresponding to the incident direction;
A multi-channel distance measuring unit for measuring a time difference between a transmission time of the transmission laser pulse and a reception time of the reception laser pulse;
Calculating a distance to the moving body based on the time difference measured by the multi-channel ranging unit, and calculating a moving direction of the moving body from the position of the channel detected by the multi-channel light detecting unit; A moving body position measuring device comprising:
前記走査部を駆動制御する走査制御部と
を備えることを特徴とする請求項2記載の移動体位置測定装置。 A scanning unit that three-dimensionally drives the transmission optical unit so that the transmission laser pulse is directed toward the moving body and three-dimensionally drives the reception optical unit so that the reception laser pulse from the moving body is received. When,
The moving body position measuring apparatus according to claim 2, further comprising: a scanning control unit that drives and controls the scanning unit.
前記画像追尾装置と前記走査制御部とを併用して前記走査部を駆動制御し、前記送信レーザパルスが前記移動体の方向に向くように前記送信光学部を駆動させることを特徴とする請求項3記載の移動体位置測定装置。 Furthermore, an image tracking device that tracks the image of the moving body is provided,
The image tracking device and the scanning control unit are used together to drive and control the scanning unit, and the transmission optical unit is driven so that the transmission laser pulse is directed toward the moving body. 3. A moving body position measuring apparatus according to 3.
少なくとも2つの連続する前記レーザパルスを生成する第1のステップと、
前記第1のステップで生成されたレーザパルスを送信レーザパルスとして所定の時間間隔で前記移動体へ送信する第2のステップと、
前記移動体で反射した前記レーザパルスを、集光光学系で、受信レーザパルスとして集光する第3のステップと、
前記集光光学系のほぼ焦点位置にて、前記受信レーザパルスを、入射方向に対応するチャンネルごとに検出する第4のステップと、
前記送信レーザパルスの送信時刻と前記受信レーザパルスの受信時刻との時間差を測定する第5のステップと、
前記第5のステップで測定した時間差によって、前記移動体までの距離を算出すると共に、前記第4のステップで検出されたチャンネルの位置から前記移動体の移動方向を算出する第6のステップと、
を含むことを特徴とする移動体位置測定方法。 A moving body position measuring method for measuring a propagation time of a laser pulse and measuring a distance to the moving body,
A first step of generating at least two consecutive laser pulses;
A second step of transmitting the laser pulse generated in the first step to the moving body as a transmission laser pulse at a predetermined time interval;
A third step of condensing the laser pulse reflected by the moving body as a received laser pulse by a condensing optical system;
A fourth step of detecting the received laser pulse for each channel corresponding to the incident direction at a substantially focal position of the condensing optical system;
A fifth step of measuring a time difference between a transmission time of the transmission laser pulse and a reception time of the reception laser pulse;
A sixth step of calculating a distance to the moving body based on the time difference measured in the fifth step, and calculating a moving direction of the moving body from the position of the channel detected in the fourth step;
A moving body position measuring method comprising:
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