JP2010127839A - Laser radar device - Google Patents

Laser radar device Download PDF

Info

Publication number
JP2010127839A
JP2010127839A JP2008304760A JP2008304760A JP2010127839A JP 2010127839 A JP2010127839 A JP 2010127839A JP 2008304760 A JP2008304760 A JP 2008304760A JP 2008304760 A JP2008304760 A JP 2008304760A JP 2010127839 A JP2010127839 A JP 2010127839A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
signal
modulation
light
target
distance
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2008304760A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Shunpei Kameyama
俊平 亀山
Katsuji Imashiro
勝治 今城
Yukihisa Tamagawa
恭久 玉川
Yoshihito Hirano
嘉仁 平野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP2008304760A priority Critical patent/JP2010127839A/en
Publication of JP2010127839A publication Critical patent/JP2010127839A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser radar device capable of measuring a distance by transmitting and receiving a laser light signal whose intensity is modulated by a CW (Continuous Wave) modulation signal, and detecting an accurate distance by removing uncertainty in each period by utilizing foresight information. <P>SOLUTION: This device includes a GPS (Global Positioning System) 10, an INS (Inertial Navigation System), a map information holding part 12, a light source 1, a light intensity modulator 2 for performing intensity modulation by a CW modulation signal to a laser light signal from the light source 1, a transmission optical system 5 and a reception optical system 6 for transmitting a laser light signal 30a subjected to intensity modulation toward a target 30 and receiving a scattered light signal 30b from the target 30, a light receiver 7 for performing intensity detection of the scattered light signal 30b and converting it into an electric signal, a phase detector 8 for detecting a phase difference Δϕ between the CW modulation signal and a reception signal, and a distance detector 9 for detecting a distance L to the target 30 based on the phase difference Δϕ and the foresight information. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

この発明は、CW(Continuous Wave:連続波)からなるCW変調信号で強度変調されたCWレーザ光信号(以下、単に「レーザ光信号」ともいう)を、ターゲットに対して送受して受信光(CW受信信号)を強度検波し、CW変調信号と検波により得られた受信信号の位相差に基づいて、装置からターゲットまでの間(以下、「装置−ターゲット間」という)の距離を計測するレーザレーダ装置に関するものである。   The present invention transmits and receives a CW laser light signal (hereinafter also simply referred to as “laser light signal”), which is intensity-modulated with a CW modulation signal composed of CW (Continuous Wave), to a target to receive light ( CW received signal) is intensity-detected, and the laser measures the distance from the device to the target (hereinafter referred to as “device-target”) based on the phase difference between the CW modulation signal and the received signal obtained by the detection. The present invention relates to a radar device.

従来から、この種のレーザレーダ装置は、レーザ光信号に強度変調をかけて空間中に送信し、ターゲットからの散乱光を受信して強度検波し、送受間の変調成分の位相差を利用して、装置−ターゲット間の距離を計測している(たとえば、特許文献1参照)。   Conventionally, this type of laser radar device modulates the intensity of the laser light signal and transmits it to the space, receives the scattered light from the target, detects the intensity, and uses the phase difference of the modulation component between the transmission and reception. Thus, the distance between the device and the target is measured (for example, see Patent Document 1).

特開平9−15334号公報Japanese Patent Laid-Open No. 9-15334

従来のレーザレーダ装置では、特許文献1に記載の技術の場合、変調周波数の1周期に相当する装置−ターゲット間の距離ごとに同じ位相が生じるので、たとえば変調周波数に1MHzを使用した場合に、装置−ターゲット間の距離が150mだけ変化するごとに同じ位相が生じてしまい、受信信号の位相から、距離を一義的に決定することができないという課題があった。
また、従来のレーザレーダ装置では、上述した原理的に生じる測距値の不確定性を回避する手段がないという課題があった。
In the conventional laser radar apparatus, in the case of the technique described in Patent Document 1, since the same phase is generated for each distance between the apparatus and the target corresponding to one period of the modulation frequency, for example, when 1 MHz is used as the modulation frequency, The same phase occurs every time the distance between the device and the target changes by 150 m, and there is a problem that the distance cannot be uniquely determined from the phase of the received signal.
Further, the conventional laser radar device has a problem that there is no means for avoiding the uncertainty of the distance measurement value that occurs in principle.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、CW変調信号で強度変調されたレーザ光信号を送受して距離計測を行うとともに、位置情報、姿勢情報および地図情報などの先見情報を利用して1周期ごとの不確定性を除去することにより、正確な距離を検出可能な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 order to solve the above-described problems, and performs distance measurement by transmitting and receiving a laser light signal intensity-modulated with a CW modulation signal, as well as position information, posture information, map information, and the like. An object of the present invention is to obtain a laser radar device capable of detecting an accurate distance by removing uncertainty for each period using the foresight information.

この発明によるレーザレーダ装置は、地球上の位置情報を生成するGPSと、慣性航法のための姿勢情報を生成するINSと、地図情報を保存している地図情報保存部と、レーザ光信号を発生する光信号発生手段と、光信号発生手段からのレーザ光信号に対してCW変調信号により強度変調をかける光強度変調手段と、光強度変調手段により強度変調されたレーザ光信号をターゲットに向けて送信するとともに、ターゲットからの散乱光信号を受信する光学系手段と、ターゲットからの散乱光信号を強度検波して電気信号からなる受信信号に変換する光受信手段と、CW変調信号と受信信号との位相差を検出する位相検波手段と、位相検波手段により検出された位相差と、GPS、INSおよび地図情報保存部から得られた位置情報、姿勢情報および地図情報のうちの1つ以上の先見情報とに基づいて、ターゲットまでの距離を検出する距離検出手段とを備えたものである。   A laser radar device according to the present invention generates a position information on the earth, an INS that generates attitude information for inertial navigation, a map information storage unit that stores map information, and a laser light signal. An optical signal generating means for performing an intensity modulation on the laser light signal from the optical signal generating means with a CW modulation signal, and a laser light signal modulated by the light intensity modulating means directed toward the target. An optical system means for transmitting and receiving a scattered light signal from the target, an optical receiving means for detecting the intensity of the scattered light signal from the target and converting it into a received signal comprising an electric signal, a CW modulation signal and a received signal; Phase detection means for detecting the phase difference between the GPS, the INS and the position information and attitude information obtained from the GPS, INS and map information storage unit. And based on one or more look-ahead information in the map information, in which a distance detecting means for detecting a distance to the target.

この発明によれば、CW変調信号で強度変調されたレーザ光信号を送受して距離計測を行うとともに、先見情報を利用して1周期ごとの不確定性を除去することにより、正確な距離を検出することができる。   According to the present invention, a distance measurement is performed by transmitting and receiving a laser light signal intensity-modulated with a CW modulation signal, and an accurate distance is obtained by removing uncertainty for each period using foresight information. Can be detected.

実施の形態1.
以下、図1〜図3を参照しながら、この発明の実施の形態1について説明する。
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の構成を模式的に示すブロック図であり、航空機14に搭載されたレーザレーダ装置13の例を示している。
Embodiment 1 FIG.
Embodiment 1 of the present invention will be described below with reference to FIGS.
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a laser radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention, and shows an example of a laser radar apparatus 13 mounted on an aircraft 14.

図1において、レーザレーダ装置13は、光源1と、光強度変調器2と、発振器3と、分配器4と、送信光学系5と、受信光学系6と、光受信機7と、位相検波器8と、距離検出器9と、GPS(Global Positioning System:全地球測位システム)10と、INS(Inertial Navigation System:慣性航法システム)11と、地図情報保存部12とを備えている。   In FIG. 1, a laser radar apparatus 13 includes a light source 1, a light intensity modulator 2, an oscillator 3, a distributor 4, a transmission optical system 5, a reception optical system 6, an optical receiver 7, and a phase detection. A device 8, a distance detector 9, a GPS (Global Positioning System) 10, an INS (Internal Navigation System) 11, and a map information storage unit 12.

なお、図1では、一例として、レーザレーダ装置13のシステム全体を航空機14に搭載しているが、たとえば、衛星に搭載してもよく、また、地上に設置してもよい。
図1において、光源1と光強度変調器2との間の伝送手段、光強度変調器2と送信光学系5との間の伝送手段、および、受信光学系6と光受信機7との間の伝送手段は、それぞれ光回路(たとえば、光ファイバ)により構成されている。
In FIG. 1, the entire system of the laser radar device 13 is mounted on the aircraft 14 as an example. However, for example, it may be mounted on a satellite or installed on the ground.
In FIG. 1, transmission means between the light source 1 and the light intensity modulator 2, transmission means between the light intensity modulator 2 and the transmission optical system 5, and between the reception optical system 6 and the optical receiver 7. Each transmission means is constituted by an optical circuit (for example, an optical fiber).

分配器4は、入力端子が発振器3に接続され、出力端子が光強度変調器2および位相検波器8に接続されており、発振器3から入力されるCW変調信号を、光強度変調器2および位相検波器8に分配入力する。
位相検波器8は、入力端子が光受信機7に接続され、出力端子が距離検出器9に接続されている。また、距離検出器9は、GPS10、INS11および地図情報保存部12に接続されている。発振器3、分配器4、位相検波器8〜地図情報保存部12の相互間の接続手段は、それぞれ電気信号線により構成されている。
The distributor 4 has an input terminal connected to the oscillator 3 and an output terminal connected to the light intensity modulator 2 and the phase detector 8, and the CW modulation signal input from the oscillator 3 is converted into the light intensity modulator 2 and A distribution input is made to the phase detector 8.
The phase detector 8 has an input terminal connected to the optical receiver 7 and an output terminal connected to the distance detector 9. The distance detector 9 is connected to the GPS 10, the INS 11, and the map information storage unit 12. Connection means among the oscillator 3, the distributor 4, the phase detector 8 to the map information storage unit 12 are each constituted by an electric signal line.

光源1は、レーザ光信号を発生して送信する機能を有する。
光強度変調器2は、分配器4を介して入力される発振器3からのCW変調信号に基づいて、光源1からのレーザ光信号に対してCWの強度変調をかける機能を有する。
なお図1では、光源1からのレーザ光信号を光強度変調器2で変調する構成としたが、光強度変調器2を用いずに、光源1に対して直接変調をかける構成としてもよい。
The light source 1 has a function of generating and transmitting a laser light signal.
The light intensity modulator 2 has a function of performing CW intensity modulation on the laser light signal from the light source 1 based on the CW modulation signal from the oscillator 3 input via the distributor 4.
In FIG. 1, the laser light signal from the light source 1 is modulated by the light intensity modulator 2, but the light source 1 may be directly modulated without using the light intensity modulator 2.

送信光学系5は、光強度変調器2により変調されたレーザ光信号を、所定のビームサイズおよびビーム形状に成形して、空間中に存在するターゲット30(たとえば、地面)に向けてレーザ光信号30aを放射する機能を有する。
一方、受信光学系6は、ターゲット30からの散乱光信号30bを受信して、CW受信信号(以下、単に「受信信号」ともいう)として光受信機7に送る機能を有する。
The transmission optical system 5 shapes the laser light signal modulated by the light intensity modulator 2 into a predetermined beam size and beam shape, and directs the laser light signal toward a target 30 (for example, the ground) existing in the space. It has a function of emitting 30a.
On the other hand, the reception optical system 6 has a function of receiving the scattered light signal 30b from the target 30 and sending it to the optical receiver 7 as a CW reception signal (hereinafter also simply referred to as “reception signal”).

光受信機7は、受信光学系6を介して受信したターゲット30からの散乱光信号30bを強度検波して電気信号に変換し、位相検波器8に送る機能を有する。
位相検波器8は、光受信機7からの受信信号と、分配器4を介して入力される発振器3からのCW変調信号との位相検波を行い、両信号の位相差Δφを検出して距離検出器9に送る機能を有する。
The optical receiver 7 has a function of detecting the intensity of the scattered light signal 30 b received from the target 30 via the receiving optical system 6, converting it into an electrical signal, and sending it to the phase detector 8.
The phase detector 8 performs phase detection between the received signal from the optical receiver 7 and the CW modulation signal from the oscillator 3 input via the distributor 4, and detects the phase difference Δφ between the two signals to detect the distance. It has a function to send to the detector 9.

GPS10、INS11および地図情報保存部12は、それぞれ、飛行位置、飛行姿勢および地図情報などの各種情報を、先見情報として距離検出器9に送る機能を有する。
距離検出器9は、GPS10、INS11および地図情報保存部12から得られる先見情報のうち、いずれか1つ以上の先見情報を用いて、位相検波器8からの位相差情報を信号処理することにより、装置−ターゲット間の距離Lを求める機能を有する。
The GPS 10, the INS 11, and the map information storage unit 12 each have a function of sending various information such as a flight position, a flight posture, and map information to the distance detector 9 as foresight information.
The distance detector 9 performs signal processing on the phase difference information from the phase detector 8 using any one or more of the foresight information obtained from the GPS 10, the INS 11, and the map information storage unit 12. , Has a function of obtaining the distance L between the device and the target.

次に、図1に示したこの発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置の動作について説明する。
まず、光源1は、光強度変調器2に対してCWレーザ光信号を送信する。
また、これと並行して、発振器3は、或る変調周波数fmのCW変調信号を発生させ、分配器4は、CW変調信号を2分配して、一方のCW変調信号を光強度変調器2に入力し、他方のCW変調信号を位相検波器8に入力する。
Next, the operation of the laser radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention shown in FIG. 1 will be described.
First, the light source 1 transmits a CW laser light signal to the light intensity modulator 2.
In parallel with this, the oscillator 3 generates a CW modulation signal having a certain modulation frequency fm, the distributor 4 distributes the CW modulation signal into two, and the one CW modulation signal is distributed to the light intensity modulator 2. The other CW modulation signal is input to the phase detector 8.

これにより、光強度変調器2は、光源1からのレーザ光信号に対して、CW変調信号を用いて変調周波数fmの強度変調をかけ、強度変調されたレーザ光信号を送信光学系5に入力する。続いて、送信光学系5は、光強度変調器2から送信されたレーザ光信号を、所定のビームサイズおよびビーム形状に成形して放射用のレーザ光信号30aとし、空間中のターゲット30に向けて放射する。   Thereby, the light intensity modulator 2 applies intensity modulation of the modulation frequency fm to the laser light signal from the light source 1 using the CW modulation signal, and inputs the intensity-modulated laser light signal to the transmission optical system 5. To do. Subsequently, the transmission optical system 5 shapes the laser light signal transmitted from the light intensity modulator 2 into a predetermined beam size and beam shape to form a laser light signal 30a for radiation, which is directed toward the target 30 in space. Radiate.

次に、受信光学系6は、ターゲット30からの散乱光信号30bを受信して光受信機7に送り、光受信機7は、受信信号を強度検波することにより、電気信号からなる受信信号に変換して位相検波器8に入力する。
このとき、送信光学系5および受信光学系6は、CW変調信号で強度変調されたレーザ光信号30aおよび散乱光信号30bを送受しているので、受信信号は、変調周波数fmのCW信号となる。
Next, the receiving optical system 6 receives the scattered light signal 30b from the target 30 and sends it to the optical receiver 7. The optical receiver 7 detects the intensity of the received signal, thereby converting the received signal into an electric signal. The signal is converted and input to the phase detector 8.
At this time, since the transmission optical system 5 and the reception optical system 6 transmit and receive the laser light signal 30a and the scattered light signal 30b that have been intensity-modulated with the CW modulation signal, the reception signal becomes a CW signal having the modulation frequency fm. .

図2はCW変調信号と受信信号との関係を模式的に示す説明図である。
図2から分かるように、CW変調信号および受信信号は、変調周波数fmからなるCW信号であるが、受信信号には、CW変調信号に対して遅延時間τ(位相差Δφを含む)が生じる。
このとき、両信号間の位相差Δφは、装置−ターゲット間の距離Lに相当しており、光速度cおよび距離Lを用いて、以下の式(1)で与えられる。
FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing the relationship between the CW modulated signal and the received signal.
As can be seen from FIG. 2, the CW modulation signal and the reception signal are CW signals having the modulation frequency fm, but the reception signal has a delay time τ (including phase difference Δφ) with respect to the CW modulation signal.
At this time, the phase difference Δφ between the two signals corresponds to the distance L between the apparatus and the target, and is given by the following equation (1) using the light velocity c and the distance L.

Δφ=2π×(2L/c)×fm[rad] ・・・(1)   Δφ = 2π × (2L / c) × fm [rad] (1)

ただし、式(1)から明らかなように、位相差Δφは、CW変調信号の変調周波数fmの1周期に相当する距離ごとに同じ位相差が生じるので、不確定性を有する。
続いて、位相検波器8は、光受信器6からの受信信号とCW変調信号とを位相検波し、CW変調信号と受信信号との位相差Δφを検出して、位相差情報を距離検出器9に入力する。
However, as apparent from the equation (1), the phase difference Δφ has uncertainty because the same phase difference is generated for each distance corresponding to one period of the modulation frequency fm of the CW modulation signal.
Subsequently, the phase detector 8 detects the phase difference Δφ between the received signal from the optical receiver 6 and the CW modulated signal, detects the phase difference Δφ between the CW modulated signal and the received signal, and converts the phase difference information into the distance detector. 9

一方、GPS10およびINS11は、飛行位置および飛行姿勢を計測し、地図情報保存部12からの地図情報とともに、先見情報として距離検出器9に入力する。
距離検出器9は、まず、先見情報に基づいて装置−ターゲット間の概略距離(真値が取り得る範囲)を予測し、続いて、位相検波器8からの位相差情報に基づいて、真の距離Lを検出する。
On the other hand, the GPS 10 and the INS 11 measure the flight position and the flight attitude, and input to the distance detector 9 as foresight information together with the map information from the map information storage unit 12.
The distance detector 9 first predicts the approximate distance between the device and the target (the range in which the true value can be obtained) based on the foresight information, and then determines the true distance based on the phase difference information from the phase detector 8. The distance L is detected.

図3は距離Lと位相差Δφとの関係を模式的に示す説明図である。
図3において、位相差Δφは、CW変調信号(変調周波数fm)の1周期Tm(=1/fm)に対応した距離Lごとに、周期的に範囲「0〜2π」内で変化する。
したがって、検出位相(破線参照)に対する距離Lの真値(黒四角点)のみならず、1周期Tmごとの不確定性により、複数の候補点(黒丸点)が発生する。
FIG. 3 is an explanatory diagram schematically showing the relationship between the distance L and the phase difference Δφ.
In FIG. 3, the phase difference Δφ periodically changes within the range “0 to 2π” for each distance L corresponding to one period Tm (= 1 / fm) of the CW modulation signal (modulation frequency fm).
Therefore, not only the true value (black square point) of the distance L with respect to the detection phase (see the broken line) but also a plurality of candidate points (black circle points) are generated due to the uncertainty for each period Tm.

上述したように、単に位相差Δφのみから距離Lを求めようとすると、変調周波数fmの1周期Tmごとに不確定性(黒丸点)が生じる。
しかし、距離検出器9で予測する概略距離の予測精度の範囲(図3内の1点鎖線枠)が周期Tよりも小さければ、この予測範囲における位相差Δφと距離Lとの対応関係は「1対1」となり、位相差情報から一義的に真値(黒四角点)の距離Lを特定して測定することが可能となる。
As described above, when the distance L is simply determined from only the phase difference Δφ, uncertainty (black dot) occurs for each period Tm of the modulation frequency fm.
However, if the range of the approximate distance predicted by the distance detector 9 (the one-dot chain line in FIG. 3) is smaller than the period T, the correspondence between the phase difference Δφ and the distance L in the predicted range is “ It becomes possible to specify and measure the distance L of the true value (black square point) uniquely from the phase difference information.

以上のように、この発明の実施の形態1(図1〜図3)に係るレーザレーダ装置は、地球上の位置情報を生成するGPS10と、慣性航法のための姿勢情報を生成するINS11と、地図情報を保存している地図情報保存部12と、レーザ光信号を発生する光源(光信号発生手段)1と、光源1からのレーザ光信号に対してCW変調信号により強度変調をかける光強度変調器2と、光強度変調器2により強度変調されたレーザ光信号30aをターゲット30に向けて送信するとともに、ターゲット30からの散乱光信号30bを受信する送信光学系5および受信光学系6(光学系手段)と、ターゲット30からの散乱光信号30bを強度検波して電気信号からなる受信信号に変換する光受信機7と、CW変調信号と受信信号との位相差Δφを検出する位相検波器8と、位相検波器8により検出された位相差Δφと、GPS10、INS11および地図情報保存部12から得られた位置情報、姿勢情報および地図情報のうちの1つ以上の先見情報とに基づいて、ターゲット30までの距離Lを検出する距離検出器9とを備えている。   As described above, the laser radar device according to Embodiment 1 (FIGS. 1 to 3) of the present invention includes the GPS 10 that generates position information on the earth, the INS 11 that generates attitude information for inertial navigation, A map information storage unit 12 that stores map information, a light source (optical signal generating means) 1 that generates a laser light signal, and a light intensity that modulates the laser light signal from the light source 1 with a CW modulation signal. The transmitter 2 transmits the laser light signal 30a intensity-modulated by the light intensity modulator 2 to the target 30 and receives the scattered light signal 30b from the target 30 and the receiving optical system 6 ( Optical system means), an optical receiver 7 for detecting the intensity of the scattered light signal 30b from the target 30 and converting it into a received signal consisting of an electrical signal, and detecting the phase difference Δφ between the CW modulated signal and the received signal. The phase detector 8 to be output; the phase difference Δφ detected by the phase detector 8; and one or more foresights of position information, attitude information, and map information obtained from the GPS 10, the INS 11, and the map information storage unit 12 And a distance detector 9 for detecting a distance L to the target 30 based on the information.

距離検出器9は、GPS10、INS11および地図情報保存部12からの先見情報のうちのいずれか1つ以上の情報に基づいて、装置−ターゲット間の距離Lに関する概略予測を行うとともに、CW変調信号で強度変調されたレーザ光信号30aおよび散乱光信号30bを送受して、CW変調信号と受信信号との位相差Δφを利用して距離Lを計測する。
このように、GPS10、INS11および地図情報保存部12からの先見情報を利用して概略距離を予測することにより、位相差Δφを利用した距離計測時に原理的に生じるCW変調信号の1周期ごとの不確定性を除去して、一義的に正確な距離Lを検出することができる。
The distance detector 9 performs rough prediction on the distance L between the device and the target based on any one or more of the foresight information from the GPS 10, the INS 11, and the map information storage unit 12, and the CW modulation signal The laser light signal 30a and the scattered light signal 30b that have been intensity-modulated in (1) and (2) are transmitted and received, and the distance L is measured using the phase difference Δφ between the CW modulated signal and the received signal.
Thus, by predicting the approximate distance using the foresight information from the GPS 10, the INS 11, and the map information storage unit 12, the CW modulation signal generated in principle at the time of distance measurement using the phase difference Δφ is obtained for each period. Uncertainty can be removed and a uniquely accurate distance L can be detected.

また、発振器1に関連した周波数設定手段(図示せず)を設け、位置情報、姿勢情報および地図情報のうちの1つ以上の先見情報の精度に応じてCW変調信号の変調周波数fmを可変設定するように構成してもよい。
この場合、GPS10、INS11および地図情報保存部12の情報精度が、時刻や場所によって変化する場合においても、先見情報の精度を把握しておき、さらに変調周波数の1波長を、予測精度以上となるように可変設定することにより、予測範囲(図3内の1点鎖線枠)が1周期T以下となるので、確実に高精度の測距機能を実現することが可能となる。
Further, a frequency setting means (not shown) related to the oscillator 1 is provided, and the modulation frequency fm of the CW modulation signal is variably set according to the accuracy of one or more pieces of foresight information among position information, posture information, and map information. You may comprise.
In this case, even when the information accuracy of the GPS 10, the INS 11, and the map information storage unit 12 changes depending on time and place, the accuracy of the foreseeing information is grasped, and one wavelength of the modulation frequency is equal to or higher than the prediction accuracy. By variably setting as described above, the prediction range (one-dot chain line in FIG. 3) becomes one period T or less, so that it is possible to reliably realize a highly accurate distance measuring function.

実施の形態2.
なお、上記実施の形態1では、空間中のガス濃度を検出する機能について言及しなかったが、図4のように、2つの光源1a、1b、2つの光強度変調器2a、2bおよび2つの発振器3a、3bを用いて送受を行うとともに、光吸収量検出器18およびガス濃度検出器19を設け、装置−ターゲット間の計測対象ガスの濃度を計測するように構成してもよい。
Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the function of detecting the gas concentration in the space is not mentioned, but as shown in FIG. 4, two light sources 1a, 1b, two light intensity modulators 2a, 2b, and two While transmitting and receiving using the oscillators 3a and 3b, a light absorption amount detector 18 and a gas concentration detector 19 may be provided to measure the concentration of the measurement target gas between the apparatus and the target.

以下、図4を参照しながら、この発明の実施の形態2について説明する。
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の構成を模式的に示すブロック図であり、前述(図1参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
The second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG.
4 is a block diagram schematically showing the configuration of a laser radar apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The same components as those described above (see FIG. 1) are denoted by the same reference numerals as those described above and described in detail. Is omitted.

図4において、レーザレーダ装置13Aは、公知の差分吸収ライダ装置(たとえば、特開2007−248126号公報参照)の構成をベースとしており、2つの異なる波長のレーザ光信号30aおよび散乱光信号30bを、ターゲット30(図1参照)に対して送受して、装置−ターゲット間に存在する計測対象ガスの濃度を計測する。   In FIG. 4, the laser radar device 13A is based on the configuration of a known differential absorption lidar device (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-248126), and two laser light signals 30a and scattered light signals 30b having different wavelengths are obtained. Then, it is sent to and received from the target 30 (see FIG. 1), and the concentration of the measurement target gas existing between the apparatus and the target is measured.

この場合、光源は2つの光源1a、1bからなり、各光源1a、1bは、互いに異なる波長λON、λOFFを有するCWレーザ光信号を個別に送信する。
同様に、光強度変調器は2つの光強度変調器2a、2bからなり、光強度変調器2a、2bには、各光源1a、1bからのレーザ光信号が個別に入力される。
また、発振器は、2つの発振器3a、3bからなり、各発振器3a、3bは、互いに異なる変調周波数fm1、fm2のCW変調信号を、光強度変調器2a、2bに個別に入力する。
In this case, the light source is composed of two light sources 1a and 1b, and each of the light sources 1a and 1b individually transmits CW laser light signals having different wavelengths λON and λOFF.
Similarly, the light intensity modulator includes two light intensity modulators 2a and 2b, and laser light signals from the light sources 1a and 1b are individually input to the light intensity modulators 2a and 2b.
The oscillator includes two oscillators 3a and 3b. The oscillators 3a and 3b individually input CW modulation signals having different modulation frequencies fm1 and fm2 to the light intensity modulators 2a and 2b.

光強度変調器2a、2bと送信光学系5との間には、光強度変調器2a、2bからのレーザ光信号を合波する光合波器15と、光合波器15からのレーザ光信号を増幅する光アンプ16とが、直列に挿入されている。
また、光受信機7と位相検波器8との間には、分配器4a、フィルタ17bおよび分配器4bが、直列に挿入されている。
Between the optical intensity modulators 2a and 2b and the transmission optical system 5, an optical multiplexer 15 for combining the laser optical signals from the optical intensity modulators 2a and 2b, and a laser optical signal from the optical multiplexer 15 are combined. An amplifying optical amplifier 16 is inserted in series.
A distributor 4a, a filter 17b, and a distributor 4b are inserted in series between the optical receiver 7 and the phase detector 8.

分配器4aの他方の出力端子には、フィルタ17aを介して光吸収量検出器18が接続されている。分配器4bの他方の出力端子には、光吸収量検出器18が接続されている。
光吸収量検出器18の出力端子には、ガス濃度検出器19が接続されている。
距離検出器9で検出された装置−ターゲット間の距離Lは、ガス濃度検出器19に入力されている。
A light absorption amount detector 18 is connected to the other output terminal of the distributor 4a through a filter 17a. A light absorption amount detector 18 is connected to the other output terminal of the distributor 4b.
A gas concentration detector 19 is connected to the output terminal of the light absorption detector 18.
The apparatus-target distance L detected by the distance detector 9 is input to the gas concentration detector 19.

図4において、光源1aと光強度変調器2aとの間の伝送手段、光源1bと光強度変調器2bとの間の伝送手段、光合波器15と光強度変調器2a、2bおよび光アンプ16との間の伝送手段、光アンプ16と送信光学系5との間の伝送手段、および、受信光学系6と光受信機7との間の伝送手段は、全て光回路線(たとえば、光ファイバ)により構成されている。   In FIG. 4, the transmission means between the light source 1a and the light intensity modulator 2a, the transmission means between the light source 1b and the light intensity modulator 2b, the optical multiplexer 15, the light intensity modulators 2a and 2b, and the optical amplifier 16 The transmission means between the optical amplifier 16 and the transmission optical system 5, and the transmission means between the reception optical system 6 and the optical receiver 7 are all optical circuit lines (for example, optical fibers). ).

一方、発振器3aと光強度変調器2aとの間の伝送手段、発振器3bと分配器4との間の伝送手段、分配器4と光強度変調器2bおよび位相検波器8との間の伝送手段、光受信機7と分配器4aとの間の伝送手段、分配器4aとフィルタ17a、17bとの間の伝送手段、フィルタ17bと分配器4bとの間の伝送手段、フィルタ17aと光吸収量検出器18との間の伝送手段、分配器4bと光吸収量検出器18および位相検波器8との間の伝送手段、濃度検出器19とガス吸収量検出器18および距離検出器9との間の伝送手段、距離検出器9と位相検波器8、GPS10、INS11および地図情報保存部12との間の伝送手段は、全て電線ケーブルにより構成されている。   On the other hand, transmission means between the oscillator 3a and the light intensity modulator 2a, transmission means between the oscillator 3b and the distributor 4, transmission means between the distributor 4, the light intensity modulator 2b and the phase detector 8 Transmission means between the optical receiver 7 and the distributor 4a, transmission means between the distributor 4a and the filters 17a and 17b, transmission means between the filter 17b and the distributor 4b, and the filter 17a and the light absorption amount Transmission means between the detector 18, transmission means between the distributor 4 b, the light absorption detector 18 and the phase detector 8, a concentration detector 19, a gas absorption detector 18, and a distance detector 9. The transmission means between the distance detector 9 and the phase detector 8, the GPS 10, the INS 11, and the map information storage unit 12 are all constituted by electric cables.

光源1aは波長λONのレーザ光信号を送信し、光源1bは波長λOFFのレーザ光信号を送信する。
このとき、計測対象ガスに関して、波長λONは、吸収係数が大きい波長に設定されており、波長λOFFは、吸収係数が小さい波長に設定されている。
The light source 1a transmits a laser light signal having a wavelength λON, and the light source 1b transmits a laser light signal having a wavelength λOFF.
At this time, for the measurement target gas, the wavelength λON is set to a wavelength having a large absorption coefficient, and the wavelength λOFF is set to a wavelength having a small absorption coefficient.

また、発振器3aは、変調周波数fm1のCW変調信号を出力して光強度変調器2aに送信し、発振器3bは、変調周波数fm2のCW変調信号を出力して光強度変調器2bに送信する。ここで、変調周波数fm1、fm2は、各々ベースバンド帯の周波数である。
光強度変調器2a、2bは、発振器3a、3bからのCW変調信号により、光源1a、1bからの各レーザ光信号に強度変調をかける。
The oscillator 3a outputs a CW modulation signal having a modulation frequency fm1 and transmits it to the light intensity modulator 2a. The oscillator 3b outputs a CW modulation signal having a modulation frequency fm2 and transmits it to the light intensity modulator 2b. Here, the modulation frequencies fm1 and fm2 are baseband frequencies, respectively.
The light intensity modulators 2a and 2b modulate the intensity of the laser light signals from the light sources 1a and 1b with the CW modulation signals from the oscillators 3a and 3b.

光合波器15は、光強度変調器2a、2bからの強度変調されたレーザ光信号を合波して光アンプ16に送信し、光アンプ16は、光合波器15からの合波された2波長のレーザ光信号を増幅した後、送信光学系5に送信する。   The optical multiplexer 15 multiplexes the intensity-modulated laser light signals from the optical intensity modulators 2 a and 2 b and transmits them to the optical amplifier 16, and the optical amplifier 16 receives the multiplexed 2 from the optical multiplexer 15. After amplifying the laser light signal of the wavelength, it is transmitted to the transmission optical system 5.

送信光学系5は、光アンプ16からの増幅されたレーザ光信号を、所定のビームサイズおよびビーム形状に成形して空間中に放射し、受信光学系6は、ターゲット30からの散乱光信号3bを受信して光回路線(光ファイバ)に結合させ、光受信機7に送信する。
光受信機7は、受信光学系9を介して受信した散乱光信号30bを強度検波して電気信号に変換し、分配器4aに送信する。分配器4aは、光受信機7からの電気信号を2分配して、一方をフィルタ17aに送信し、他方をフィルタ17bに送信する。
The transmission optical system 5 shapes the amplified laser light signal from the optical amplifier 16 into a predetermined beam size and beam shape and radiates it into the space. The reception optical system 6 transmits the scattered light signal 3b from the target 30. Is coupled to an optical circuit line (optical fiber) and transmitted to the optical receiver 7.
The optical receiver 7 detects the intensity of the scattered light signal 30b received via the receiving optical system 9, converts it into an electrical signal, and transmits it to the distributor 4a. The distributor 4a distributes the electric signal from the optical receiver 7 in two, and transmits one to the filter 17a and the other to the filter 17b.

フィルタ17a、17bは、分配器4aからの電気信号(受信信号)をフィルタリングし、フィルタ17aの出力信号(fm1)は、ガス吸収量検出器18に直接入力され、フィルタ17bの出力信号(fm2)は、分配器4bを介してガス吸収量検出器18に入力される。   The filters 17a and 17b filter the electrical signal (received signal) from the distributor 4a, and the output signal (fm1) of the filter 17a is directly input to the gas absorption amount detector 18, and the output signal (fm2) of the filter 17b. Is input to the gas absorption amount detector 18 via the distributor 4b.

フィルタ17a、17bは、所定の周波数成分のみを抽出するバンドパスフィルタであり、フィルタ17aが抽出する周波数値は、発振器3aからのCW変調信号の変調周波数fm1に設定され、フィルタ17bが抽出する周波数値は、発振器3bからのCW変調信号の変調周波数fm2に設定されている。   The filters 17a and 17b are band-pass filters that extract only predetermined frequency components. The frequency value extracted by the filter 17a is set to the modulation frequency fm1 of the CW modulation signal from the oscillator 3a, and the frequency extracted by the filter 17b. The value is set to the modulation frequency fm2 of the CW modulation signal from the oscillator 3b.

分配器4は、発振器3bからのCW変調信号(fm2)の一部をタップして位相検波器8に送信し、分配器4bは、フィルタ17bからの出力信号(fm2)の一部をタップして位相検波器8に送信する。
位相検波器8は、分配器4、4bからの各信号を位相検波して、両信号間の位相差Δφを検出して距離検出器9に入力する。
The distributor 4 taps a part of the CW modulation signal (fm2) from the oscillator 3b and transmits it to the phase detector 8, and the distributor 4b taps a part of the output signal (fm2) from the filter 17b. To the phase detector 8.
The phase detector 8 detects each signal from the distributors 4 and 4b, detects a phase difference Δφ between the two signals, and inputs the detected signal to the distance detector 9.

以下、前述と同様に、距離検出器9は、GPS10からの位置情報、INS11からの飛行姿勢情報、地図情報保存部12からの地図情報のうちのいずれか1つ以上と、位相検波器8からの位相差Δφの情報とを用いて、装置−ターゲット間の距離Lを計測する。   Hereinafter, as described above, the distance detector 9 includes one or more of position information from the GPS 10, flight attitude information from the INS 11, and map information from the map information storage unit 12, and from the phase detector 8. The distance L between the apparatus and the target is measured using the information of the phase difference Δφ.

一方、光吸収量検出器18は、フィルタ17a、17bからのフィルタリング出力信号を信号処理し、大気中に存在する計測対象ガスによる光吸収量を求める。
濃度検出器19は、光吸収量検出器18で求めた計測対象ガスによる光吸収量と、距離検出器9で求めた距離Lとから、装置−ターゲット間における計測対象ガスの濃度を算出する。
On the other hand, the light absorption amount detector 18 performs signal processing on the filtering output signals from the filters 17a and 17b, and obtains the light absorption amount by the measurement target gas existing in the atmosphere.
The concentration detector 19 calculates the concentration of the measurement target gas between the apparatus and the target from the light absorption amount by the measurement target gas obtained by the light absorption amount detector 18 and the distance L obtained by the distance detector 9.

次に、図4に示したこの発明の実施の形態2に係るレーザレーダ装置の動作について説明する。
まず、光源1a、1bから2波長のCWレーザ光信号を送信し、光強度変調器2a、2bに入力する。続いて、発振器3a、3bから、互いに異なる2つの変調周波数fm1、fm2を有するCW変調信号を出力し、各々を光強度変調器2a、2bに送信する。
Next, the operation of the laser radar apparatus according to Embodiment 2 of the present invention shown in FIG. 4 will be described.
First, CW laser light signals of two wavelengths are transmitted from the light sources 1a and 1b and input to the light intensity modulators 2a and 2b. Subsequently, CW modulation signals having two different modulation frequencies fm1 and fm2 are output from the oscillators 3a and 3b, and are transmitted to the light intensity modulators 2a and 2b, respectively.

このとき、発振器3bからのCW変調信号に関しては、その一部を分配器3aによりタップして位相検波器8に送信する。
光強度変調器2a、2bは、発振器3a、3bからの各CW変調信号に基づいて、光源1a、1bからのCWレーザ光信号に強度変調をかける。
これにより、光源1aからの波長λONを有する送信用のレーザ光信号については、変調周波数fm1で強度変調され、光源1bからの波長λOFFを有する送信用のレーザ光信号については、変調周波数fm2で強度変調される。
At this time, a part of the CW modulation signal from the oscillator 3 b is tapped by the distributor 3 a and transmitted to the phase detector 8.
The light intensity modulators 2a and 2b modulate the intensity of the CW laser light signals from the light sources 1a and 1b based on the CW modulation signals from the oscillators 3a and 3b.
Thus, the intensity of the transmission laser light signal having the wavelength λON from the light source 1a is modulated at the modulation frequency fm1, and the intensity of the transmission laser light signal having the wavelength λOFF from the light source 1b is modulated at the modulation frequency fm2. Modulated.

次に、光合波器15は、光強度変調器2a、2bからの強度変調されたレーザ光信号を合波して光アンプ16に送信し、光アンプ16は、光合波器15からの合波された2波長のレーザ光信号を増幅して送信光学系5に送信する。
送信光学系5は、レーザ光信号を所定のビームサイズおよびビーム形状に成形して、空間中にレーザ光信号30aを放射する。
Next, the optical multiplexer 15 combines the intensity-modulated laser light signals from the optical intensity modulators 2 a and 2 b and transmits them to the optical amplifier 16, and the optical amplifier 16 combines the optical signals from the optical multiplexer 15. The two-wavelength laser light signals thus amplified are amplified and transmitted to the transmission optical system 5.
The transmission optical system 5 shapes the laser light signal into a predetermined beam size and beam shape, and emits the laser light signal 30a into the space.

空間中に放射されたレーザ光信号30aのうち2波長の信号間には、計測対象ガスに関する吸収係数が異なることから、空間中を伝搬する過程における減衰量に差が生じる。したがって、2波長のレーザ光信号間では、装置−ターゲット間の往復伝搬過程において減衰量の差が生じる。
つまり、同一の送信パワーで2波長のレーザ光信号を送信したとしても、受信光量においては、2波長の信号間で減衰量の差が生じる。
Between the two-wavelength signals of the laser light signal 30a radiated into the space, the absorption coefficient relating to the measurement target gas differs, so that a difference occurs in the amount of attenuation in the process of propagating in the space. Therefore, a difference in attenuation occurs between the two-wavelength laser light signals in the round-trip propagation process between the apparatus and the target.
That is, even if two-wavelength laser light signals are transmitted with the same transmission power, a difference in attenuation occurs between the two-wavelength signals in the received light quantity.

受信光学系6は、ターゲット30からの散乱光信号30bを受信し、光回路線(光ファイバ)に結合させて光受信機7に送信する。
次に、光受信機7は、受信光学系6を介して受信した受信光を強度検波して電気信号に変換し、分配器4aに送信する。
The receiving optical system 6 receives the scattered light signal 30 b from the target 30, couples it to the optical circuit line (optical fiber), and transmits it to the optical receiver 7.
Next, the optical receiver 7 detects the intensity of the received light received via the receiving optical system 6, converts it into an electric signal, and transmits it to the distributor 4a.

このとき、レーザ光信号の放射時に、波長λONの成分については変調周波数fm1で変調され、波長λOFFの成分については変調周波数fm2で変調されているので、光受信機7からの電気信号においても、波長λONの成分については変調周波数fm1を有し、波長λOFFの成分については変調周波数fm2を有することになる。なお、上述したように、変調周波数fm1、fm2は、ベースバンド帯の周波数である。   At this time, when the laser light signal is emitted, the component of the wavelength λON is modulated with the modulation frequency fm1, and the component of the wavelength λOFF is modulated with the modulation frequency fm2, so even in the electric signal from the optical receiver 7, The component of wavelength λON has a modulation frequency fm1, and the component of wavelength λOFF has a modulation frequency fm2. As described above, the modulation frequencies fm1 and fm2 are baseband frequencies.

光受信機7のトランスインピーダンスゲインは、受信周波数帯を低くすることにより、高いゲイン値に設定可能なことが知られている。したがって、変調周波数fm1、fm2をベースバンド帯に設定することにより、光受信機7のトランスインピーダンスゲインを大きく設定して、光受信感度を高くし、高い受信S/N比を実現することが可能となる。   It is known that the transimpedance gain of the optical receiver 7 can be set to a high gain value by lowering the reception frequency band. Therefore, by setting the modulation frequencies fm1 and fm2 to the baseband, it is possible to increase the transimpedance gain of the optical receiver 7, increase the optical reception sensitivity, and realize a high reception S / N ratio. It becomes.

次に、分配器4aは、光受信機7からの電気信号を分配し、一方をフィルタ17aに送信し、他方をフィルタ17bに送信する。
フィルタ17a、17bは、分配器4aからの電気信号をフィルタリングし、光吸収量検出器18に送信する。
Next, the distributor 4a distributes the electric signal from the optical receiver 7, transmits one to the filter 17a, and transmits the other to the filter 17b.
The filters 17 a and 17 b filter the electrical signal from the distributor 4 a and transmit it to the light absorption amount detector 18.

このとき、フィルタ17aは変調周波数fm1の成分のみを抽出し、フィルタ17bは変調周波数fm2の成分のみを抽出するので、フィルタ17aからのフィルタリング出力信号(fm1)は、波長λONの成分となり、フィルタ17bからのフィルタリング出力信号(fm2)は、波長λOFFの成分となる。
分配器4bは、フィルタ17bからの出力信号の一部をタップして、位相検波器8に送信する。
At this time, since the filter 17a extracts only the component of the modulation frequency fm1, and the filter 17b extracts only the component of the modulation frequency fm2, the filtering output signal (fm1) from the filter 17a becomes a component of the wavelength λON, and the filter 17b The filtered output signal (fm2) from is a component of wavelength λOFF.
The distributor 4b taps a part of the output signal from the filter 17b and transmits it to the phase detector 8.

光吸収量検出器18は、2つのフィルタ17a、17bからの出力信号を用いて、装置−ターゲット間における計測対象ガスによる光吸収量を求める。
具体的には、まず、2つのフィルタ17a、17bからの各出力信号をA/D変換することにより、2つのデジタル信号の時間波形を変調周波数fm1、fm2の信号とする。
The light absorption amount detector 18 uses the output signals from the two filters 17a and 17b to determine the light absorption amount by the measurement target gas between the apparatus and the target.
Specifically, first, the respective output signals from the two filters 17a and 17b are A / D converted, whereby the time waveforms of the two digital signals are converted into signals of the modulation frequencies fm1 and fm2.

次に、2つのデジタル信号の時間波形の振幅を比較する。
このとき、装置−ターゲット間の空間に計測対象ガスがほとんど存在しない場合には、2波長が空間中の伝搬過程において受ける吸収の影響は、いずれもほとんど発生しないので、2つの時間波形の振幅はほぼ同じとなる。
Next, the amplitudes of the time waveforms of the two digital signals are compared.
At this time, when there is almost no measurement target gas in the space between the apparatus and the target, the effects of absorption of the two wavelengths in the propagation process in the space hardly occur, so the amplitudes of the two time waveforms are It will be almost the same.

一方、装置−ターゲット間の空間に、計測対象ガスが大きい濃度で存在する場合には、2波長が空間中の伝搬過程において受ける吸収の影響は大きく、これにともない、2つのデジタル信号の時間波形の振幅にも大きな差が生じる。
具体的には、波長λONに対応する変調周波数fm1の成分の時間波形の振幅が、波長λOFFに対応する変調周波数fm2の成分の時間波形の振幅よりも顕著に小さくなる。
On the other hand, when the measurement target gas is present in a large concentration in the space between the apparatus and the target, the influence of absorption of the two wavelengths in the propagation process in the space is large, and accordingly, the time waveforms of the two digital signals There is also a large difference in the amplitude of
Specifically, the amplitude of the time waveform of the component of the modulation frequency fm1 corresponding to the wavelength λON is significantly smaller than the amplitude of the time waveform of the component of the modulation frequency fm2 corresponding to the wavelength λOFF.

2つのデジタル信号の時間波形の振幅の差異は、2波長λON、λOFFの受信光量の差異と対応づけることができ、この受信光量の差異は、2波長の空間中における計測対象ガスに関する吸収量の差異に対応づけることができる。
すなわち、吸収量の差異は、装置−ターゲット間における計測対象ガスの分子数に相当し、光吸収量検出器18は、計測対象ガスの分子数を光吸収量情報としてガス濃度検出器19に入力する。
The difference between the amplitudes of the time waveforms of the two digital signals can be associated with the difference between the received light amounts of the two wavelengths λON and λOFF. Can be associated with differences.
That is, the difference in absorption amount corresponds to the number of molecules of the measurement target gas between the apparatus and the target, and the light absorption amount detector 18 inputs the number of molecules of the measurement target gas to the gas concentration detector 19 as light absorption amount information. To do.

位相検波器8は、分配器4、4bからのCW変調信号と受信信号との位相差Δφを求めるが、前述のように、位相差Δφは、距離Lに相当するものの、変調周波数fm2の1周期に相当する距離ごとに同じ位相が出現するので、不確定性を有する。
したがって、前述と同様に、位相差Δφに基づく距離検出時の不確定性を、GPS10、INS11および地図情報保存部12からの先見情報に基づく予測範囲(図3内の1点鎖線枠)を用いて除去する。
The phase detector 8 obtains the phase difference Δφ between the CW modulated signal from the distributors 4 and 4b and the received signal. As described above, the phase difference Δφ corresponds to the distance L, but 1 of the modulation frequency fm2. Since the same phase appears for every distance corresponding to the period, it has uncertainty.
Therefore, similarly to the above, the uncertainty at the time of distance detection based on the phase difference Δφ is used as the prediction range (one-dot chain line in FIG. 3) based on the foresight information from the GPS 10, the INS 11, and the map information storage unit 12. To remove.

次に、濃度検出器19は、光吸収量検出器18で求めた装置−ターゲット間における計測対象ガスの分子数と、距離検出器9で求めた装置−ターゲット間の距離Lとから、装置−ターゲット間の計測対象ガスの濃度を算出する。   Next, the concentration detector 19 uses the number of molecules of the gas to be measured between the device and the target obtained by the light absorption amount detector 18 and the distance L between the device and the target obtained by the distance detector 9 as a device. The concentration of the measurement target gas between the targets is calculated.

以上のように、この発明の実施の形態2(図4)に係るレーザレーダ装置は、距離検出器9により検出されたターゲット30までの距離Lに基づいて、ターゲット30までの間に存在する計測対象ガスの濃度を検出するガス濃度検出器19を備えている。
この場合、光信号発生手段は、互いに異なる波長λON、λOFFを有する複数のレーザ光信号を発生する複数の光源1a、bを含む。
As described above, the laser radar device according to the second embodiment (FIG. 4) of the present invention is based on the distance L to the target 30 detected by the distance detector 9 and the measurement existing between the target 30 and the target 30. A gas concentration detector 19 for detecting the concentration of the target gas is provided.
In this case, the optical signal generating means includes a plurality of light sources 1a and 1b that generate a plurality of laser light signals having different wavelengths λON and λOFF.

同様に、光強度変調手段は、複数のレーザ光信号の各波長成分に対して、互いに異なる変調周波数fm1、fm2のCW変調信号で強度変調をかける複数の光強度変調器2a、2bを含む。
光学系手段は、複数の光強度変調器2a、2bからの各レーザ光信号を合波してターゲット30に送信する送信光学系5と、ターゲット30からの散乱光信号を受信する受信光学系6とを含む。
Similarly, the light intensity modulation means includes a plurality of light intensity modulators 2a and 2b that modulate the intensity of each wavelength component of a plurality of laser light signals with CW modulation signals having different modulation frequencies fm1 and fm2.
The optical system means includes a transmission optical system 5 that multiplexes and transmits the laser light signals from the plurality of light intensity modulators 2 a and 2 b to the target 30, and a reception optical system 6 that receives the scattered light signal from the target 30. Including.

光受信手段は、受信光学系6から得られる受信信号から、強度変調に使用した複数の周波数成分を抽出する複数のフィルタ17a、17bと、複数のフィルタ17a、17bにより抽出された各周波数成分の振幅または強度の差異から、計測対象ガスによる光吸収量を検出する光吸収量検出器18とを含む。
ガス濃度検出器19は、ターゲット30までの距離Lと光吸収量検出器18により検出された光吸収量とに基づいて、計測対象ガスの濃度を求める。
The optical receiving means extracts a plurality of frequency components used for intensity modulation from the received signal obtained from the receiving optical system 6, and a plurality of filters 17a and 17b and each frequency component extracted by the plurality of filters 17a and 17b. And a light absorption amount detector 18 for detecting the light absorption amount by the measurement target gas from the difference in amplitude or intensity.
The gas concentration detector 19 obtains the concentration of the measurement target gas based on the distance L to the target 30 and the light absorption amount detected by the light absorption amount detector 18.

これにより、公知の差分吸収ライダ装置の構成をベースとして、さらに装置−ターゲット間の距離Lを検出する機能をさらに実現することができる。
また、公知の差分吸収ライダ装置では、光吸収量から装置−ターゲット間の計測対象ガスの濃度を求める際に、装置−ターゲット間の距離Lを知るための別の装置を必要としていたが、この発明の実施の形態2によれば、距離検出器9を付加することにより、別の装置を不要として、単一のレーザレーダ装置により、装置−ターゲット間の距離Lを検出するとともに、計測対象ガスの濃度を求めることが可能となる。
Accordingly, it is possible to further realize a function of detecting the distance L between the apparatus and the target based on the configuration of a known differential absorption lidar apparatus.
Further, in the known differential absorption lidar apparatus, when obtaining the concentration of the measurement target gas between the apparatus and the target from the light absorption amount, another apparatus for knowing the distance L between the apparatus and the target is required. According to the second embodiment of the present invention, the distance detector 9 is added to eliminate the need for another device, and the distance L between the device and the target is detected by a single laser radar device, and the measurement target gas It becomes possible to obtain | require the density | concentration of.

実施の形態3.
なお、上記実施の形態1、2(図1、図4)では、分配器4を用いてタップすることにより、発振器3、3bからのCW変調信号を位相検波器8に分岐導入したが、図5のように、実際に送信放射されるレーザ光信号の一部をタップして、位相検波器8に分岐導入してもよい。
Embodiment 3 FIG.
In the first and second embodiments (FIGS. 1 and 4), the CW modulation signal from the oscillators 3 and 3b is branched and introduced into the phase detector 8 by tapping using the distributor 4. As shown in FIG. 5, a part of the laser light signal actually transmitted and emitted may be tapped and introduced into the phase detector 8.

以下、図5を参照しながら、この発明の実施の形態3に係るレーザレーダ装置について説明する。ここでは、代表的に、前述の実施の形態2(図4)の構成に適用した場合を示している。
図5はこの発明の実施の形態3に係るレーザレーダ装置を示すブロック図であり、前述(図4参照)と同様のものについては、前述と同一符号を付して詳述を省略する。
Hereinafter, a laser radar apparatus according to Embodiment 3 of the present invention will be described with reference to FIG. Here, the case where it applies to the structure of above-mentioned Embodiment 2 (FIG. 4) is shown typically.
FIG. 5 is a block diagram showing a laser radar apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. The same components as those described above (see FIG. 4) are denoted by the same reference numerals as those described above, and detailed description thereof is omitted.

図5において、光アンプ16の出力側には、光分配器20が挿入されており、光分配器20と位相検波器8との間には、モニタ光受信機21およびフィルタ17cが挿入されている。
光分配器20は、送信用のレーザ光信号の一部をタップして、分岐したレーザ光信号をモニタ光受信機21に入力する。
In FIG. 5, an optical distributor 20 is inserted on the output side of the optical amplifier 16, and a monitor light receiver 21 and a filter 17 c are inserted between the optical distributor 20 and the phase detector 8. Yes.
The optical distributor 20 taps a part of the laser light signal for transmission, and inputs the branched laser light signal to the monitor light receiver 21.

モニタ光受信機21は、光分配器20を介してタップされたレーザ光信号を、電気信号に変換してフィルタ17cに入力する。
フィルタ17cは、通過周波数が変調周波数fm2に設定されたバンドパスフィルタからなり、変調周波数fm2の成分を抽出して位相検波器8に入力する。
これにより、位相検波器8は、送信時の変調周波数fm2の成分と、受信信号における変調周波数fm2の成分との位相差Δφを求めることができる。
The monitor light receiver 21 converts the laser light signal tapped via the optical distributor 20 into an electric signal and inputs it to the filter 17c.
The filter 17c is composed of a bandpass filter whose pass frequency is set to the modulation frequency fm2, extracts a component of the modulation frequency fm2, and inputs it to the phase detector 8.
Thereby, the phase detector 8 can obtain the phase difference Δφ between the component of the modulation frequency fm2 at the time of transmission and the component of the modulation frequency fm2 in the received signal.

以上のように、この発明の実施の形態3によれば、光強度変調器9からのレーザ光信号(CW変調信号)、または光合波器15で合波されたレーザ光信号の一部をモニタ信号として抽出するモニタ光受信機21を備え、位相検波器8は、モニタ光受信機21により抽出されたモニタ信号と、受信信号から抽出された成分のうちのモニタ信号と同じ変調周波数を有する成分との位相差Δφを検出するので、分配器4を用いることなく、前述と同様の作用効果を奏する。   As described above, according to the third embodiment of the present invention, the laser light signal (CW modulation signal) from the light intensity modulator 9 or a part of the laser light signal combined by the optical multiplexer 15 is monitored. The phase detector 8 includes a monitor optical receiver 21 that extracts as a signal, and the phase detector 8 has a component having the same modulation frequency as the monitor signal extracted from the monitor optical receiver 21 and the monitor signal extracted from the received signal. The phase difference Δφ is detected, and the same effects as described above can be obtained without using the distributor 4.

なお、前述の実施の形態2で述べたように、光受信機7で電気信号に変換した後の処理を全てデジタル領域で実行してもよい。すなわち、光受信機7からの電気信号と、位相検波器8に入力されるCW変調信号の一部をタップしたものを直接AD変換すれることにより、前述の実施の形態2の場合と同じ動作をデジタル領域で行うことも可能である。   Note that, as described in the above-described second embodiment, all processing after conversion to an electrical signal by the optical receiver 7 may be executed in the digital domain. That is, the same operation as in the second embodiment is performed by directly AD-converting the electrical signal from the optical receiver 7 and a part of the CW modulation signal input to the phase detector 8 that has been tapped. Can also be performed in the digital domain.

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ブロック図である。It is a block diagram which shows the laser radar apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1におけるCW変調信号と受信信号との間に生じる位相差を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the phase difference which arises between the CW modulation signal and received signal in Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1における位相差とターゲットまでの距離との関係を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the relationship between the phase difference in Embodiment 1 of this invention, and the distance to a target. 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ブロック図である。It is a block diagram which shows the laser radar apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態3に係るレーザレーダ装置を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the laser radar apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1、1a、1b 光源、2、2a、2b 光強度変調器、3、3a、3b 発振器、4、4a、4b 分配器、5 送信光学系、6 受信光学系、7 光受信機、8 位相検波器、9 距離検出器、10 GPS、11 INS、12 地図情報保存部、13、13A、13B レーザレーダ装置、14 航空機、15 光合波器、16 光アンプ、17a〜17c フィルタ、18 光吸収量検出器、19 濃度検出器、20 光分配器、21 モニタ光受信機、30 ターゲット、30a レーザ光信号、30b 散乱光信号、Δφ 位相差。   1, 1a, 1b light source, 2, 2a, 2b light intensity modulator, 3, 3a, 3b oscillator, 4, 4a, 4b distributor, 5 transmission optical system, 6 reception optical system, 7 optical receiver, 8 phase detection , 9 Distance detector, 10 GPS, 11 INS, 12 Map information storage unit, 13, 13A, 13B Laser radar device, 14 Aircraft, 15 Optical multiplexer, 16 Optical amplifier, 17a-17c filter, 18 Optical absorption detection , 19 concentration detector, 20 light distributor, 21 monitor light receiver, 30 target, 30a laser light signal, 30b scattered light signal, Δφ phase difference.

Claims (5)

地球上の位置情報を生成するGPSと、
慣性航法のための姿勢情報を生成するINSと、
地図情報を保存している地図情報保存部と、
レーザ光信号を発生する光信号発生手段と、
前記光信号発生手段からのレーザ光信号に対してCW変調信号により強度変調をかける光強度変調手段と、
前記光強度変調手段により強度変調されたレーザ光信号をターゲットに向けて送信するとともに、前記ターゲットからの散乱光信号を受信する光学系手段と、
前記ターゲットからの散乱光信号を強度検波して電気信号からなる受信信号に変換する光受信手段と、
前記CW変調信号と前記受信信号との位相差を検出する位相検波手段と、
前記位相検波手段により検出された位相差と、前記GPS、前記INSおよび前記地図情報保存部から得られた位置情報、姿勢情報および地図情報のうちの1つ以上の先見情報とに基づいて、前記ターゲットまでの距離を検出する距離検出手段と
を備えたレーザレーダ装置。
GPS that generates location information on the earth,
INS for generating attitude information for inertial navigation;
A map information storage unit storing map information;
An optical signal generating means for generating a laser optical signal;
A light intensity modulating means for modulating the intensity of the laser light signal from the light signal generating means by a CW modulation signal;
An optical system means for transmitting a laser light signal intensity-modulated by the light intensity modulation means toward a target, and receiving a scattered light signal from the target;
Light receiving means for detecting the intensity of the scattered light signal from the target and converting it into a received signal comprising an electrical signal;
Phase detection means for detecting a phase difference between the CW modulation signal and the reception signal;
Based on the phase difference detected by the phase detection means and one or more foresight information of the position information, posture information, and map information obtained from the GPS, the INS, and the map information storage unit, A laser radar device comprising: distance detection means for detecting a distance to the target.
前記距離検出手段は、前記CW変調信号で強度変調されたレーザ光信号を送受して前記ターゲットまでの距離を計測するとともに、前記先見情報を利用して概略距離を予測することにより、前記CW変調信号の1周期ごとの不確定性を除去して前記距離を検出することを特徴とする請求項1に記載のレーザレーダ装置。   The distance detecting means transmits and receives a laser light signal intensity-modulated with the CW modulation signal, measures a distance to the target, and predicts an approximate distance using the look-ahead information, whereby the CW modulation is performed. The laser radar apparatus according to claim 1, wherein the distance is detected by removing uncertainty for each period of the signal. 前記CW変調信号の変調周波数を可変設定する周波数設定手段を備え、
前記周波数設定手段は、前記先見情報の精度に応じて、前記CW変調信号の1周期が前記概略距離の予測範囲以上となるように、前記CW変調信号の変調周波数を可変設定することを特徴とする請求項2に記載のレーザレーダ装置。
Frequency setting means for variably setting the modulation frequency of the CW modulation signal;
The frequency setting means variably sets the modulation frequency of the CW modulation signal so that one period of the CW modulation signal is equal to or greater than the predicted range of the approximate distance according to the accuracy of the look-ahead information. The laser radar device according to claim 2.
前記距離検出手段により検出された前記ターゲットまでの距離に基づいて、前記ターゲットまでの間に存在する計測対象ガスの濃度を検出するガス濃度検出手段を備え、
前記光信号発生手段は、互いに異なる波長を有する複数のレーザ光信号を発生する複数の光信号発生手段を含み、
前記光強度変調手段は、前記複数のレーザ光信号の各波長成分に対して、互いに異なる変調周波数のCW変調信号で強度変調をかける複数の光強度変調手段を含み、
前記光学系手段は、
前記複数の光強度変調手段からの各レーザ光信号を合波して前記ターゲットに送信する送信光学系と、
前記ターゲットからの散乱光信号を受信する受信光学系と、を含み、
前記光受信手段は、
前記受信光学系から得られる受信信号から、前記強度変調に使用した複数の周波数成分を抽出する複数のフィルタ手段と、
前記複数のフィルタ手段により抽出された各周波数成分の振幅または強度の差異から、前記計測対象ガスによる光吸収量を検出する光吸収量検出手段と、を含み、
前記ガス濃度検出手段は、前記ターゲットまでの距離と前記光吸収量検出手段により検出された光吸収量とに基づいて、前記計測対象ガスの濃度を求めることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載のレーザレーダ装置。
Based on the distance to the target detected by the distance detection means, the gas concentration detection means for detecting the concentration of the measurement target gas existing between the target,
The optical signal generating means includes a plurality of optical signal generating means for generating a plurality of laser optical signals having different wavelengths,
The light intensity modulation means includes a plurality of light intensity modulation means for performing intensity modulation with CW modulation signals having different modulation frequencies for each wavelength component of the plurality of laser light signals,
The optical system means includes
A transmission optical system that multiplexes and transmits the laser light signals from the plurality of light intensity modulation means to the target;
Receiving optical system for receiving the scattered light signal from the target,
The optical receiving means includes
A plurality of filter means for extracting a plurality of frequency components used for the intensity modulation from a reception signal obtained from the reception optical system;
A light absorption amount detection means for detecting a light absorption amount by the measurement target gas from a difference in amplitude or intensity of each frequency component extracted by the plurality of filter means,
The said gas concentration detection means calculates | requires the density | concentration of the said measurement object gas based on the distance to the said target, and the light absorption amount detected by the said light absorption amount detection means. 4. The laser radar device according to any one of up to 3.
前記光強度変調手段からのレーザ光信号、または前記送信光学系で合波されたレーザ光信号の一部をモニタ信号として抽出するモニタ光受信手段を備え、
前記位相検波手段は、前記モニタ光受信手段により抽出されたモニタ信号と、前記受信信号から抽出された成分のうちの前記モニタ信号と同じ周波数を有する成分との位相差を検出することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載のレーザレーダ装置。
A monitor light receiving means for extracting, as a monitor signal, a part of the laser light signal from the light intensity modulating means or the laser light signal combined by the transmission optical system;
The phase detection unit detects a phase difference between a monitor signal extracted by the monitor light receiving unit and a component having the same frequency as the monitor signal among components extracted from the reception signal. The laser radar device according to any one of claims 1 to 4.
JP2008304760A 2008-11-28 2008-11-28 Laser radar device Pending JP2010127839A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008304760A JP2010127839A (en) 2008-11-28 2008-11-28 Laser radar device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008304760A JP2010127839A (en) 2008-11-28 2008-11-28 Laser radar device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2010127839A true JP2010127839A (en) 2010-06-10

Family

ID=42328338

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008304760A Pending JP2010127839A (en) 2008-11-28 2008-11-28 Laser radar device

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2010127839A (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012021878A (en) * 2010-07-14 2012-02-02 Mitsubishi Electric Corp Distance change measuring device
CN104931973A (en) * 2015-06-17 2015-09-23 浙江理工大学 Asymmetric phase encoding ranging method applied to laser radar system
KR20160088578A (en) * 2015-01-16 2016-07-26 김태민 Method of measuring distance based on optical signals and apparatus thereof
CN109407108A (en) * 2018-12-17 2019-03-01 北京瑞特森传感科技有限公司 A kind of laser radar system and distance measuring method
KR20190032789A (en) * 2017-09-20 2019-03-28 연세대학교 산학협력단 Lidar sensor for vehicle and method of the same
JP2019522211A (en) * 2016-07-28 2019-08-08 ストローブ, インク.Strobe, Inc. Distributed lidar system
CN111512182A (en) * 2017-12-27 2020-08-07 三菱电机株式会社 Laser radar device

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2012021878A (en) * 2010-07-14 2012-02-02 Mitsubishi Electric Corp Distance change measuring device
KR20160088578A (en) * 2015-01-16 2016-07-26 김태민 Method of measuring distance based on optical signals and apparatus thereof
KR101654665B1 (en) 2015-01-16 2016-09-06 김태민 Method of measuring distance based on optical signals having different wavelength and apparatus thereof
CN104931973A (en) * 2015-06-17 2015-09-23 浙江理工大学 Asymmetric phase encoding ranging method applied to laser radar system
JP2019522211A (en) * 2016-07-28 2019-08-08 ストローブ, インク.Strobe, Inc. Distributed lidar system
KR20190032789A (en) * 2017-09-20 2019-03-28 연세대학교 산학협력단 Lidar sensor for vehicle and method of the same
KR102016942B1 (en) * 2017-09-20 2019-09-02 연세대학교 산학협력단 Lidar sensor for vehicle and method of the same
US10935658B2 (en) 2017-09-20 2021-03-02 Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University Lidar sensor for vehicles and method of operating the same
CN111512182A (en) * 2017-12-27 2020-08-07 三菱电机株式会社 Laser radar device
CN111512182B (en) * 2017-12-27 2023-10-03 三菱电机株式会社 Laser radar device
CN109407108A (en) * 2018-12-17 2019-03-01 北京瑞特森传感科技有限公司 A kind of laser radar system and distance measuring method

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4657956B2 (en) Differential absorption lidar device
CN106707291B (en) Double-frequency linear frequency modulation coherent wind lidar
EP3546982B1 (en) Laser radar device
AU2008355731B2 (en) Laser doppler velocimeter
US5847817A (en) Method for extending range and sensitivity of a fiber optic micro-doppler ladar system and apparatus therefor
US7742152B2 (en) Coherent detection scheme for FM chirped laser radar
JP2010127839A (en) Laser radar device
US6388739B1 (en) Self-referencing microdoppler ladar receiver and associated detection method
JP4987360B2 (en) Differential absorption lidar device
US11243307B2 (en) Method for processing a signal from a coherent lidar in order to reduce noise and related lidar system
CA3034765A1 (en) Method for processing a signal arising from coherent lidar and associated lidar system
JP2013238474A (en) Laser radar device
JP2010127840A (en) Light wave radar apparatus
JP2007085758A (en) Lidar device
US10408925B1 (en) Low probability of intercept laser range finder
JP4053542B2 (en) Laser radar equipment
WO2023125093A1 (en) Transmission apparatus, detection system, and detection method of laser radar
JP4932378B2 (en) Coherent rider device
EP1596222B1 (en) Laser radar
JP2021510834A (en) Transmitter for transmitting light
JP5473405B2 (en) Differential absorption lidar device
JP7406833B2 (en) Optical system including high performance optical receiver and method thereof
JP2015017967A (en) Radar device
CN116601529A (en) Laser radar device and wind measuring method
JP6226854B2 (en) Optical pulse test apparatus and optical pulse test method