JP2010127918A - 光波レーダ装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】第1及び第2コリメータ光学系106A,106Bは、第1及び第2送信光A4,A5のそれぞれを略平行化する。また、第1及び第2コリメータ光学系106A,106Bは、第1及び第2送信光A4,A5のそれぞれのビーム径及び集光距離を調整可能となっている。第1コリメータ光学系106A及び第2コリメータ光学系106Bを経た第1送信光A4及び第2送信光A5は、偏光合成分離手段108によって、互いの直交偏光成分が合成される。直交2偏光の送信光は、送受信同軸の望遠鏡109によって、大気中の所望の目標へ向けて照射される。
【選択図】図1
Description
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1による光波レーダ装置を示す構成図である。なお、図1では、各ブロックの接続線のうち、太実線は光ファイバによる光路を示し、細実線は電気信号の伝送経路を示し、破線は送信光及び受信光の空間伝搬経路を示す。
図1において、実施の形態1の光波レーダ装置では、偏光保持型シングルモードの光ファイバによって、一連の光路が形成されている。この光ファイバは、第1及び第2光ファイバ終端部100a,100bを有している。第1及び第2光ファイバ終端部100a,100bの開口数(NA)は、0.1となるように予め設計(設定)されている。
実施の形態1では、遠距離計測用の第1受信光A6と近距離計測用の第2受信光A7とのそれぞれの検波に、互いに独立した第1及び第2光ヘテロダイン受信機110A,110Bを用いた。これに対して、実施の形態2では、第1受信光A6及び第2受信光A7の偏光状態が互いに直交している特徴を利用して、単一の光ヘテロダイン受信機210で、第1受信光A6及び第2受信光A7を検波する。
実施の形態1,2では、種光A1が光ファイバ増幅器104によって増幅されて、第1及び第2送信光A4,A5とされた。即ち、第1及び第2送信光A4,A5の増幅率が互いに同一であった。これに対して、実施の形態3では、第1及び第2送信光A4,A5の増幅率が互いに異なっている。
実施の形態1〜3では、第1及び第2送信光A4,A5の2種類のビームを風速計測に用いた。これに対して、実施の形態4では、第1送信光A4、第2送信光A41及び第3送信光A43の3種類のビームを風速計測に用いる。
実施の形態4では、単一波長で発振された基準光A1から3種類の第1〜第3送信光A4,A41,A42が生成された。これに対して、実施の形態5では、異なる波長の第1〜第3基準光A51,A52,A53から、それぞれ第1〜第3送信光A56,A57,A58が生成される。
実施の形態3では、直列に接続された第1及び第2光ファイバ増幅器304A,304B間に第2光カプラ102Bが介在され、近距離計測用の送信パワーと遠距離計測用の送信パワーとの間に出力差が設定された。これに対して、実施の形態6では、第1及び第2光ファイバ増幅器304A,304B間に第2周波数強度変調器603Bが介在されており、第2周波数強度変調器603Bが、入力されたトリガ信号に応じて、種光A1の出力先を第1及び第2光信号A4,A5の一方に切り替える。
実施の形態1〜6の光波レーダ装置は、図14に示すような従来の光波レーダ装置よりも、測定可能範囲を拡大させるものであった。これに対して、実施の形態7の光波レーダ装置は、測定可能範囲を所望の範囲に変化させるものである。
Claims (11)
- 単一周波数でかつ直線偏光の基準光を発振する基準光源部を有し、前記基準光から複数の送信光と複数の局部発振光とを生成する光信号生成部と、
前記複数の送信光のそれぞれの光軸を略平行化するとともに、それらの複数の送信光のそれぞれのビーム径及び集光距離を調整可能な複数のコリメータ光学系と、
前記複数のコリメータ光学系からの前記複数の送信光を合成する光合成手段と、
前記光合成手段から受けた複数の送信光を所望の目標へ向けて照射し、前記目標からの複数の散乱光を複数の受信光として受ける送受信同軸の送受信光学系と、
前記送受信光学系からの前記複数の受信光と、前記信号生成部からの前記複数の局部発振光とを受けて、ヘテロダイン検波により、前記複数の受信光のそれぞれについて、前記局部発振光との差分周波数成分の光強度に応じた電気信号を生成する光ヘテロダイン受信部と、
前記光ヘテロダイン受信部から受けた電気信号に基づいて、前記目標の情報を抽出する信号処理手段と
を備えることを特徴とする光波レーダ装置。 - 前記光信号生成部と前記複数のコリメータ光学系との間の光路、前記複数のコリメータ光学系と前記送受信光学系との間の光路、前記送受信光学系と前記光ヘテロダイン受信部との間の光路、及び前記光信号生成部と光ヘテロダイン受信部との間の光路をそれぞれ形成する偏光保持型の光ファイバ
をさらに備え、
前記光信号生成部は、前記複数の送信光のそれぞれの偏光状態を直交関係となる直線偏光として生成するとともに、前記複数の局部発振光のそれぞれの偏光状態を直交関係となる直線偏光として生成する
ことを特徴とする請求項1記載の光波レーダ装置。 - 前記複数の受信光の直線偏光成分を偏光合成するための第1偏光合成手段と、
前記複数の局部発振光の直線偏光成分を偏光合成するための第2偏光合成手段と
をさらに備え、
前記光ヘテロダイン受信部は、偏光合成された前記複数の受信光の直線偏光成分について、偏光合成された前記複数の局部発振光の直線偏光成分との差分周波数成分の強度に応じた電気信号を生成する
ことを特徴とする請求項2記載の光波レーダ装置。 - 前記光信号生成部は、
前記基準光の周波数及び光強度を変調する周波数強度変調手段と、
前記周波数強度変調手段によって変調された前記基準光を増幅して前記送信光とする第1光ファイバ増幅手段と、
前記第1光ファイバ増幅手段に直列に接続され、前記送信光をさらに増幅する第2光ファイバ増幅手段と、
前記第1及び第2光ファイバ増幅手段間に介在され、前記第1光ファイバ増幅手段からの前記送信光の光路を分岐させて前記複数の送信光とする光路分岐手段と
を有している
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項に記載の光波レーダ装置。 - 前記複数のコリメータ光学系は、第1コリメータ光学系、第2コリメータ光学系及び第3コリメータ光学系であり、
前記第1コリメータ光学系は、前記複数の送信光のうち一部の送信光のビーム径を前記送受信光学系の対物側有効開口径と一致するように調整し、調整した前記送信光を遠距離計測用の送信光として前記送受信光学系に送り、
前記第2コリメータ光学系は、前記複数の送信光のうち一部の送信光のビーム径を前記送受信光学系の対物側有効開口径よりも小さくなるように調整し、調整した前記送信光を中距離計測用の送信光として前記送受信光学系に送り、
前記第3コリメータ光学系は、前記複数の送信光のうち一部の送信光のビーム径を前記送受信光学系の対物側有効開口径よりも小さくなるように調整し、調整した前記送信光を近距離計測用の送信光として前記送受信光学系に送り、
前記第2及び第3コリメータ光学系は、前記近距離計測用送信光の光軸、及び前記中距離計測用送信光の光軸を、互いに平行で、かつ前記送受信光学系の対物面で重ならないようにずらす
ことを特徴とする請求項1記載の光波レーダ装置。 - 前記光信号生成部と前記複数のコリメータ光学系との間の光路、前記複数のコリメータ光学系と前記送受信光学系との間の光路、前記送受信光学系と前記光ヘテロダイン受信部との間の光路、及び前記光信号生成部と光ヘテロダイン受信部との間の光路をそれぞれ形成する偏光保持型の光ファイバ
をさらに備え、
前記光信号生成部は、
前記複数の送信光のそれぞれの偏光状態を直交関係となる直線偏光として生成するとともに、前記複数の局部発振光のそれぞれの偏光状態を直交関係となる直線偏光として生成し、
前記複数の送信光を前記第2コリメータ光学系及び前記第3コリメータ光学系に分岐して送るとともに、前記第2コリメータ光学系及び前記第3コリメータ光学系からの複数の受信光を合成する中近合成分離用光カプラを有しており、
前記光合成手段は、前記第1コリメータ光学系と前記第2及び第3コリメータ光学系とのそれぞれから入力された前記複数の送信光の直線偏光光成分を合成するとともに分離する偏向合成分離手段である
ことを特徴とする請求項5記載の光波レーダ装置。 - 単一周波数でかつ直線偏光の基準光をそれぞれ異なる波長で発振する複数の基準光源部と、前記複数の基準光源部からの前記複数の基準光を合成する基準光合成手段と、前記基準光合成手段によって合成された前記基準光を合成種光と合成局部発振光とに分ける光路分岐手段と、前記光路分岐手段を経た前記合成種光を強度変調するとともに増幅する変調増幅手段と、前記変調増幅手段を経た前記合成種光を波長毎に分離して複数の送信光を生成する波長分離手段とを有する光信号生成部と、
前記複数の送信光のそれぞれの光軸を略平行化するとともに、それらの複数の送信光のそれぞれのビーム径及び集光距離を調整可能な複数のコリメータ光学系と、
前記複数のコリメータ光学系からの前記複数の送信光を合成して合成送信光とする光合成手段と、
前記光合成手段からの前記合成送信光を所望の目標へ向けて照射し、前記目標からの複数の散乱光を複数の受信光として受ける送受信同軸の送受信光学系と、
前記送受信光学系からの前記複数の受信光を合成する受信光合成手段と、
前記受信光合成手段によって合成された前記受信光と、前記光路分岐手段を経た前記合成局部発振光とを受けて、ヘテロダイン検波により、前記複数の受信光のそれぞれについて、前記局部発振光との差分周波数成分の強度に応じた電気信号を生成する光ヘテロダイン受信部と、
前記光ヘテロダイン受信部から受けた電気信号に基づいて、前記目標の情報を抽出する信号処理手段と
を備えることを特徴とする光波レーダ装置。 - 前記光信号生成部は、
前記第1光ファイバ増幅手段の前段に設けられ、外部から第1駆動信号を受けた場合に、前記第1光ファイバ増幅手段へ前記送信光の周波数及び強度を変調して送る第1周波数強度変調手段と、
前記送信光分岐手段に代えて前記第1及び第2光ファイバ増幅手段間に介在され、0次出力端及び1次出力端を有し、外部から第2駆動信号を受けていない場合に、前記複数のコリメータ光学系のうちの一部に前記第1光ファイバ増幅手段からの前記送信光を前記0次出力端から送り、外部から前記第2駆動信号を受けた場合に、前記複数のコリメータ光学系のうちの残りに前記第1光ファイバ増幅手段からの前記送信光の周波数及び強度を変調して前記1次出力端から送る第2周波数強度変調手段と、
前記第1周波数強度変調手段への前記第1駆動信号を所定周期で生成するとともに、前記第2周波数強度変調手段への前記第2駆動信号を前記所定周期の半分の周期で、前記第1駆動信号に同期して生成する駆動信号生成手段
ことを特徴とする請求項4記載の光波レーダ装置。 - 単一周波数でかつ直線偏光の基準光を発振する基準光源部を有し、前記基準光から送信光と局部発振光とを生成する光信号生成部と、
前記光信号生成部から受けた前記送信光を所望の目標へ向けて照射し、前記目標からの散乱光を受信光として受ける送受信同軸の送受信光学系と、
前記送受信光学系からの前記受信光と、前記信号生成部からの前記局部発振光とを受けて、ヘテロダイン検波により、前記受信光について、前記局部発振光との差分周波数成分の強度に応じた電気信号を生成する光ヘテロダイン受信部と、
前記光ヘテロダイン受信部から受けた電気信号に基づいて、前記目標の情報を抽出する信号処理手段と
を備え
前記送受信光学系は、
前記送信光の集光距離を調整するための集光距離調整機構と、
前記送信光のビーム径を調整するためのビーム径調整機構と
を有している
ことを特徴とする光波レーダ装置。 - 前記送受信光学系は、
前記光信号生成部から受けた前記送信光を略平行化するコリメータ光学系と、
第1及び第2凸レンズと、第1及び第2凹レンズとを含み、前記コメリータ光学系から受けた前記送信光を所望の目標へ向けて照射するアフォーカル光学系と
を有しており、
前記コリメータ光学系のレンズ間隔調整により前記送信光の集光距離を調整可能となっており、
前記アフォーカル光学系の前記第1凸レンズの位置調整により前記送信光のビーム径を調整可能となっている
ことを特徴とする請求項9記載の光波レーダ装置。 - 前記信号処理手段は、
ドップラスペクトルの信号対雑音比の計測距離と前記送受信光学系の有効開口径との依存性を前記送受信光学系の集光距離に対して算出した等高線マップを予め記憶しており、
前記等高線マップに基づいて、前記送受信光学系の有効開口径と集光距離とのパラメータの組合せを算出し、前記ビーム径調整機構及び前記集光距離調整機構の駆動を制御する
ことを特徴とする請求項9又は請求項10に記載の光波レーダ装置。
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