JP2012251862A - Laser radar apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a laser radar apparatus having high distance measuring accuracy and a wide measurable distance interval without requiring a distance measuring device other than the laser radar apparatus.SOLUTION: The laser radar apparatus includes: a light transmitting/receiving part 10 for oscillating a laser beam to an object, receiving reflected light from the object and converting the received reflected light into a reception signal; a distance and intensity calculation part 20 for calculating a distance signal indicating a distance up to an irradiation point of the laser beam by measuring time required from the oscillation of the laser beam from the light transmitting/receiving part 10 up to the reception of the reflected light on the basis of a previously set measurable time interval and calculating an intensity signal indicating the reflected light intensity of the laser beam from the irradiation point of the laser beam; and a signal processing part 30 for setting a measurable time interval narrower than the previously set measurable time interval on the basis of the distance signal and the intensity signal calculated by the distance and intensity calculation part 20. The distance and intensity calculation part 20 calculates the distance signal on the basis of the narrow measurable time interval set by the signal processing part 30.

Description

この発明は、レーザ光の発振時間と反射光の受光時間の差から目標までの距離を導出するレーザ距離測定法を用いたレーザレーダ装置に関するものである。   The present invention relates to a laser radar apparatus using a laser distance measurement method for deriving a distance to a target from a difference between an oscillation time of laser light and a light reception time of reflected light.

従来のレーザレーダ装置では、時間測定の基準となる時間標準を有しており、時間標準を基にレーザ光の発振時間から反射光の受光時間までの時間間隔である反射光帰還時間を測定し、反射光帰還時間と光速度から目標までの距離値を算出していた。   A conventional laser radar device has a time standard as a reference for time measurement. Based on the time standard, the reflected light feedback time, which is the time interval from the laser light oscillation time to the reflected light receiving time, is measured. The distance value to the target was calculated from the reflected light feedback time and the light velocity.

図12は、レーザレーダ装置におけるレーザ光の発信時間と反射光の受光時間の差を測定する時間測定部の構成図例である。図12に示す時間測定部は時間標準として定電流源を用いたランプ電圧を有している。ランプ電圧はレーザ光の発振時間の基準となるゲート信号により定電流源のスイッチが入ることで電圧上昇を始め、定電流源の電流値に応じて時間に対して比例して増加する。反射光の受光による受信信号が発生するとピーク検出回路によりS/Hトリガが出力される。S/Hトリガによりランプ電圧のその瞬間の電圧値をS/H回路が読み取り、ホールド電圧値として出力する。その後、ゲート信号の入力が止まり、リセット信号が入力され、ランプ電圧が放電される。ゲート信号の時間とランプ電圧の時間に対する比例定数とホールド電圧値から上記反射光帰還時間を算出する。   FIG. 12 is a configuration diagram of a time measurement unit that measures the difference between the laser beam transmission time and the reflected light reception time in the laser radar device. The time measuring unit shown in FIG. 12 has a lamp voltage using a constant current source as a time standard. The lamp voltage starts to increase when the constant current source is switched on by a gate signal which is a reference for the oscillation time of the laser beam, and increases in proportion to the time according to the current value of the constant current source. When a reception signal is generated due to reception of the reflected light, an S / H trigger is output by the peak detection circuit. The S / H trigger reads the instantaneous voltage value of the lamp voltage by the S / H circuit and outputs it as a hold voltage value. Thereafter, the input of the gate signal is stopped, the reset signal is input, and the lamp voltage is discharged. The reflected light feedback time is calculated from the proportionality constant to the time of the gate signal and the lamp voltage and the hold voltage value.

定電流源には一定のノイズが存在するため、ランプ電圧にもノイズが存在し、S/Hトリガのタイミングに対してホールド電圧値が誤差を有する。ホールド電圧値が誤差を有することにより、算出される反射光帰還時間も誤差を有することになる。   Since constant noise exists in the constant current source, noise also exists in the lamp voltage, and the hold voltage value has an error with respect to the timing of the S / H trigger. Since the hold voltage value has an error, the calculated reflected light feedback time also has an error.

ここで、ランプ電圧の比例定数を大きくすると時間に対するホールド電圧変化量が大きくなる一方、ホールド電圧値の誤差は一定値であるので、相対的に算出される反射光帰還時間の誤差は小さくなる。逆にランプ電圧の比例定数を小さくすると相対的に算出される反射光帰還時間の誤差は大きくなる。ランプ電圧の比例定数を大きくすることで算出される反射光帰還時間の誤差は小さくなるが、ランプ電圧値には上限があるので、測定可能時間間隔は短くなる。逆にランプ電圧の比例定数を小さくすると、誤差は大きくなるが測定可能時間間隔を長くすることが可能である。   Here, when the proportionality constant of the lamp voltage is increased, the hold voltage change amount with respect to time is increased. On the other hand, the error of the hold voltage value is a constant value, so that the error of the relatively calculated reflected light feedback time is reduced. Conversely, when the proportional constant of the lamp voltage is reduced, the error of the reflected light feedback time calculated relatively increases. The error of the reflected light feedback time calculated by increasing the proportional constant of the lamp voltage is reduced, but since the lamp voltage value has an upper limit, the measurable time interval is shortened. Conversely, if the proportional constant of the lamp voltage is reduced, the error increases, but the measurable time interval can be increased.

よって、反射光帰還時間の測定可能時間間隔が長いほど時間測定精度が悪くなり、測定可能時間間隔が短いほど時間測定精度が良くなる。   Therefore, the longer the measurable time interval of the reflected light feedback time, the worse the time measuring accuracy, and the shorter the measurable time interval, the better the time measuring accuracy.

同様に距離測定誤差は測定可能距離間隔に反比例する。広い距離間隔を測定する場合には距離測定精度が粗く、狭い距離間隔を測定する場合には細かい精度となる。これにより測定可能距離間隔と距離測定精度は両方高めることはできず、トレードオフの関係にある。   Similarly, the distance measurement error is inversely proportional to the measurable distance interval. When measuring a wide distance interval, the distance measurement accuracy is coarse, and when measuring a narrow distance interval, the accuracy is fine. As a result, both the measurable distance interval and the distance measurement accuracy cannot be increased, and are in a trade-off relationship.

この問題を解決する従来技術として、例えば特許文献1では、レーザレーダ装置と他の距離測定法を併せ持つ装置が提案されている。この発明は広い測定可能距離間隔を持つ他の距離測定法で目標を粗検出し、粗検出の結果を用いて高い距離測定精度を持つレーザレーダ装置で目標を精検出するという装置である。   As a conventional technique for solving this problem, for example, Patent Document 1 proposes an apparatus having both a laser radar apparatus and another distance measurement method. The present invention is an apparatus in which a target is roughly detected by another distance measuring method having a wide measurable distance interval, and a target is precisely detected by a laser radar apparatus having high distance measurement accuracy using the result of the rough detection.

特開2007−240276号公報JP 2007-240276 A

しかしながら、特許文献1のようなレーザレーダ装置と他の距離測定法を併せ持つ装置では、レーザレーダ装置以外に他の距離測定装置を備えなければならず、装置が大きくなり、また部品数も多くなってしまうという課題があった。   However, an apparatus having both a laser radar apparatus and another distance measuring method as in Patent Document 1 must include another distance measuring apparatus in addition to the laser radar apparatus, and the apparatus becomes large and the number of parts increases. There was a problem that it would end up.

本発明はこのような課題を解決するためになされたもので、レーザレーダ装置以外の他の距離測定装置を備えずに、高い距離測定精度と広い測定可能距離間隔を有するレーザレーダ装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve such a problem, and provides a laser radar device having high distance measurement accuracy and a wide measurable distance interval without providing any other distance measurement device other than the laser radar device. For the purpose.

上記の目的を達成するために、この発明に係るレーザレーダ装置は、レーザ光を目標に向けて発振し、目標からの反射光を受信して受信信号に変換する送受信部と、あらかじめ設定された測定可能時間間隔に基づき、送受信部によるレーザ光の発振から反射光の受信までの時間を測定することでレーザ光の照射点までの距離を示す距離信号を算出すると共に、レーザ光の照射点からのレーザ光の反射光強度を示す強度信号を算出する距離強度算出部と、距離強度算出部により算出された距離信号及び強度信号に基づきあらかじめ設定された測定可能時間間隔より狭い測定可能時間間隔を設定する信号処理部とを備え、距離強度算出部は信号処理部により設定された狭い測定可能時間間隔に基づいて距離信号を算出する。   In order to achieve the above object, a laser radar device according to the present invention includes a transmission / reception unit configured to oscillate laser light toward a target, receive reflected light from the target, and convert the received light into a received signal. Based on the measurable time interval, the distance signal indicating the distance to the laser beam irradiation point is calculated by measuring the time from the oscillation of the laser beam by the transmitter / receiver to the reception of the reflected light, and from the laser beam irradiation point A distance intensity calculation unit that calculates an intensity signal indicating the reflected light intensity of the laser beam, and a measurable time interval that is narrower than a measurable time interval preset based on the distance signal and the intensity signal calculated by the distance intensity calculation unit. A distance processing unit that calculates a distance signal based on the narrow measurable time interval set by the signal processing unit.

本発明に係るレーザレーダ装置によれば、目標までの距離の測定を複数回行い、初回測定では測定可能距離間隔を広く設定し目標を低精度で検出し、次回以降の測定では前回の測定の結果を用いて測定可能距離間隔を狭く再設定して目標を高精度に検出するため、レーザレーダ装置以外の他の距離測定装置を備えずに、高い距離測定精度と広い測定可能距離間隔を併せ持つことができる。   According to the laser radar device of the present invention, the distance to the target is measured a plurality of times, the measurable distance interval is set wide in the initial measurement, and the target is detected with low accuracy. In order to detect the target with high accuracy by resetting the measurable distance interval narrowly using the result, it has both high distance measurement accuracy and a wide measurable distance interval without providing any other distance measuring device other than the laser radar device. be able to.

この発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置の全体構成である。1 is an overall configuration of a laser radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. この発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置の初回測定時のランプ電圧を示したグラフである。It is the graph which showed the lamp voltage at the time of the first measurement of the laser radar apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置の初回測定及び測定可能距離間隔の再設定について示したグラフである。It is the graph shown about the reset of the initial measurement of the laser radar apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention, and a measurable distance interval. この発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置の次回測定時のランプ電圧について示したグラフである。It is the graph shown about the lamp voltage at the time of the next measurement of the laser radar apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置の処理手順のフローチャートである。It is a flowchart of the process sequence of the laser radar apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置における時間測定部のランプ電圧の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the lamp voltage of the time measurement part in the laser radar apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置の目標強度データが示す信号の強度が高い時と信号の強度が低い時のランプ電圧の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the lamp voltage when the intensity | strength of the signal which the target intensity data of the laser radar apparatus which concerns on Embodiment 1 of this invention shows is high, and the intensity | strength of a signal is low. 図1のレーザレーダ装置の全体構成において、受信視野中心とレーザ光伝搬方向が同軸方向でない場合の構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration in a case where the center of a reception field of view and a laser beam propagation direction are not coaxial in the overall configuration of the laser radar apparatus of FIG. この発明の実施の形態2に係るレーザレーダ装置の全体構成である。It is the whole structure of the laser radar apparatus which concerns on Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態2に係るレーザレーダ装置のランプ電圧の時間変化を示す図である。It is a figure which shows the time change of the lamp voltage of 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の全体構成である。It is a whole structure of the laser radar apparatus which concerns on Embodiment 3 of this invention. レーザレーダ装置におけるレーザ光の発信時間と反射光の受光時間の差を測定する時間測定部の構成図例である。It is an example of a block diagram of the time measurement part which measures the difference of the transmission time of the laser beam in the laser radar apparatus, and the light reception time of reflected light.

実施の形態1.
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全体構成である。この発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置は、レーザ光を発振し、レーザ光の反射光を集光して電気信号である受信信号に変換する光送受信部10と、測定可能時間間隔の可変な時間標準を有し、光送受信部10によって変換された受信信号からセンサからレーザ光照射点までの距離を示す距離信号及びレーザ照射点からのレーザ光の反射光強度を示す強度信号を算出する距離強度算出部20と、距離信号及び強度信号から目標を検出し、検出された目標に対して最適な測定可能距離間隔を算出する信号処理部30を備えており、光送受信部10は、トリガ発生部11、レーザ部12、スキャナ部13、角度モニタ部14、受信レンズ部15、受光器部16によって、距離強度算出部20は、強度測定部21、時間測定部22、距離算出部23によって、信号処理部30は、距離強度画像算出部31、目標検出部32、最適測定可能距離間隔算出部33によって、それぞれ構成されている。
Embodiment 1 FIG.
FIG. 1 shows the overall configuration of a laser radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. The laser radar device according to the first embodiment of the present invention includes an optical transmission / reception unit 10 that oscillates laser light, condenses the reflected light of the laser light, and converts it into a reception signal that is an electrical signal, and a measurable time interval. A distance signal indicating a distance from the sensor to the laser beam irradiation point and an intensity signal indicating the reflected light intensity of the laser beam from the laser irradiation point are calculated from the reception signal converted by the optical transceiver 10 with a variable time standard. A distance intensity calculating unit 20 and a signal processing unit 30 that detects a target from the distance signal and the intensity signal, and calculates an optimal measurable distance interval for the detected target. The distance intensity calculation unit 20 includes an intensity measurement unit 21, a time measurement unit 22, a distance calculation by the trigger generation unit 11, the laser unit 12, the scanner unit 13, the angle monitor unit 14, the reception lens unit 15, and the light receiver unit 16. The section 23, the signal processor 30, the distance strength image calculating unit 31, the target detection unit 32, by the optimum measurement distance interval calculating unit 33 are respectively configured.

トリガ発生部11はレーザ光の発振時間の基準となるトリガ信号を生成してレーザ部12と時間測定部22に出力し、レーザ部12はトリガ発生部11によって生成されたトリガ信号に基づいてレーザ光を発振する。スキャナ部13はレーザ部12によって発振されたレーザ光とレーザ光の反射光を受光可能な角度範囲である受信視野を2次元走査し、角度モニタ部14はスキャナ部13のその時のスキャナ角度を読み取り、スキャナ角度信号として距離強度画像算出部31に出力する。   The trigger generation unit 11 generates a trigger signal that serves as a reference for the oscillation time of the laser beam, and outputs the trigger signal to the laser unit 12 and the time measurement unit 22. The laser unit 12 performs laser processing based on the trigger signal generated by the trigger generation unit 11. Oscillates light. The scanner unit 13 two-dimensionally scans the reception visual field, which is an angle range in which the laser beam oscillated by the laser unit 12 and the reflected light of the laser beam can be received, and the angle monitor unit 14 reads the scanner angle of the scanner unit 13 at that time. And output to the distance intensity image calculation unit 31 as a scanner angle signal.

受信レンズ部15は受信視野中心に対して同軸方向に伝搬する目標からの散乱光を集光した反射光を受光器部16へ出力し、受光器部16は受信レンズ部15によって集光された反射光を電気信号である受信信号に変換して強度測定部21と時間測定部22に出力する。   The receiving lens unit 15 outputs reflected light obtained by collecting scattered light from the target propagating in the coaxial direction with respect to the center of the receiving field to the light receiving unit 16, and the light receiving unit 16 is collected by the receiving lens unit 15. The reflected light is converted into a received signal that is an electrical signal and output to the intensity measuring unit 21 and the time measuring unit 22.

強度測定部21は、受光器部16によって変換された受信信号のピーク値を計測し、それに対応する電圧を強度信号として距離強度画像算出部31へ出力する。   The intensity measurement unit 21 measures the peak value of the reception signal converted by the light receiver unit 16 and outputs the corresponding voltage to the distance intensity image calculation unit 31 as an intensity signal.

時間測定部22は図12に示すように構成されており、トリガ発生部11によって発生されたトリガ信号の時間を時間原点として時間に比例して増加するランプ電圧を時間標準として有する。時間測定部22は受光器部16によって変換された受信信号が入力されるとその受信信号のピークを検出してS/Hトリガを出力する。S/H回路はS/Hトリガの入力タイミングのランプ電圧値を読み取り、ホールド電圧値として距離算出部23に出力する。
時間測定部22は、ランプ電圧比例定数とゲート時間を変更することで測定可能時間間隔を変更することができ、初回測定においては測定可能距離間隔が広くなるようにあらかじめ決められた初回ランプ電圧比例定数Cと初回ゲート時間tg1を設定し、2回目以降の測定においては初回測定よりも測定可能距離間隔が狭くなるように最適測定可能距離間隔算出部33によって算出された次回ランプ電圧比例定数Cと次回ゲート時間tg2を設定する。
The time measurement unit 22 is configured as shown in FIG. 12, and has a ramp voltage that increases in proportion to the time as a time standard with the time of the trigger signal generated by the trigger generation unit 11 as the time origin. When the reception signal converted by the light receiver 16 is input, the time measurement unit 22 detects the peak of the reception signal and outputs an S / H trigger. The S / H circuit reads the ramp voltage value at the input timing of the S / H trigger and outputs it to the distance calculation unit 23 as a hold voltage value.
The time measurement unit 22 can change the measurable time interval by changing the lamp voltage proportional constant and the gate time. In the initial measurement, the initial lamp voltage proportionality determined in advance so as to increase the measurable distance interval. set constants C 1 and the first gate time t g1, next ramp voltage proportional constant calculated by the optimal measurement distance interval calculating unit 33 so that the measurable distance interval than the first time measurement becomes narrower in the second and subsequent measurement C 2 to set the next gate time t g2.

図1に示す距離算出部23は、時間測定部22によって出力されたホールド電圧値からランプ電圧比例定数とゲート時間を用いて反射光帰還時間を算出し、反射光帰還時間と光速度から距離信号を算出して距離強度画像算出部31に出力する。
ここで、反射光帰還時間の算出に用いるランプ電圧比例定数とゲート時間は時間測定部22において設定される値であり、初回測定においては初回ランプ電圧比例定数Cと初回ゲート時間tg1に設定され、2回目以降の測定においては最適測定可能距離間隔算出部33によって算出された次回ランプ電圧比例定数Cと次回ゲート時間tg2に設定される。
The distance calculation unit 23 shown in FIG. 1 calculates the reflected light feedback time from the hold voltage value output by the time measuring unit 22 using the lamp voltage proportional constant and the gate time, and calculates the distance signal from the reflected light feedback time and the light velocity. Is output to the distance intensity image calculation unit 31.
Here, the lamp voltage proportional constant and the gate time used for calculating the reflected light feedback time is a value set in the time measuring unit 22, set the initial ramp voltage proportional constant C 1 and the first gate time t g1 in the first measurement It is, in the second and subsequent measurements are set to the optimum measurement distance next interval calculated by the calculating unit 33 the lamp voltage proportional constant C 2 and the next gate time t g2.

距離強度画像算出部31は、角度モニタ部14によって出力されたスキャナ角度信号から得られるレーザ光照射点の2次元情報と、距離算出部23から得られる距離信号と、強度測定部21から得られる強度信号により生成される、空間的に3次元の画像データである3次元距離画像データと、空間的に2次元の反射光強度画像データである2次元強度画像データを算出して目標検出部32へ出力する。   The distance intensity image calculation unit 31 is obtained from the two-dimensional information of the laser beam irradiation point obtained from the scanner angle signal output from the angle monitor unit 14, the distance signal obtained from the distance calculation unit 23, and the intensity measurement unit 21. The target detection unit 32 calculates three-dimensional distance image data, which is spatially three-dimensional image data, and two-dimensional intensity image data, which is spatially two-dimensional reflected light intensity image data, generated by the intensity signal. Output to.

目標検出部32は、距離強度画像算出部31によって算出された3次元距離画像データと2次元強度画像データから目標を検出し、検出した目標までの距離を示す目標距離データと検出した目標の反射光強度を示す目標強度データを算出して最適測定可能距離間隔算出部33へ出力する。   The target detection unit 32 detects a target from the three-dimensional distance image data and the two-dimensional intensity image data calculated by the distance intensity image calculation unit 31, and target distance data indicating the distance to the detected target and reflection of the detected target. Target intensity data indicating the light intensity is calculated and output to the optimum measurable distance interval calculator 33.

最適測定可能距離間隔算出部33は、目標検出部32によって出力された目標距離データから最適な測定可能距離間隔を算出し、算出した測定可能距離間隔に基づきランプ電圧比例定数信号とゲート信号を算出して時間測定部22と距離算出部23に出力する。   The optimum measurable distance interval calculation unit 33 calculates the optimum measurable distance interval from the target distance data output by the target detection unit 32, and calculates the lamp voltage proportional constant signal and the gate signal based on the calculated measurable distance interval. And output to the time measuring unit 22 and the distance calculating unit 23.

ここで、最適な測定可能距離間隔とこれに基づくランプ電圧比例定数信号、ゲート信号の算出について説明する。図2は、この発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置の初回測定時のランプ電圧を示したグラフであり、図2の時間原点はレーザ発振タイミングとし、ランプ電圧開始時間(初回ゲート時間)をtg1、ランプ電圧の傾きをC、ランプ電圧の最大値をVmax、ランプ電圧終了時間をtmax1とする。光速をcとすると、このときの測定可能距離Lmin1〜Lmax1は、tg1×c〜tmax1×cとなる。ランプ電圧において設定可能なのはランプ電圧開始時間とランプ電圧傾きの2つのパラメータであり、ランプ電圧の最大値Vmaxは不変の値である。また、tmax1は式(1)で表わされる。
max1=tg1+Vmax/C (1)
Here, calculation of the optimum measurable distance interval and the lamp voltage proportional constant signal and the gate signal based on this will be described. FIG. 2 is a graph showing the lamp voltage at the time of the first measurement of the laser radar device according to the first embodiment of the present invention. The time origin in FIG. 2 is the laser oscillation timing, and the lamp voltage start time (initial gate time). T g1 , the slope of the lamp voltage is C 1 , the maximum value of the lamp voltage is V max , and the lamp voltage end time is t max1 . If the speed of light is c, the measurable distances L min1 to L max1 at this time are t g1 × c to t max1 × c. Two parameters that can be set in the lamp voltage are the lamp voltage start time and the lamp voltage slope, and the maximum value V max of the lamp voltage is an invariable value. Further, t max1 is expressed by the formula (1).
t max1 = t g1 + V max / C 1 (1)

図3は、この発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置の初回測定及び測定可能距離間隔の再設定について示したグラフである。ある時間tにレーザ反射光を受光し、その瞬間のランプ電圧Vをホールド電圧値として出力する。このホールド電圧値VR1と時間tの関係を式(2)に示す。
R1=C×(t−tg1) (2)
また、このときのランプ電圧誤差をΔVR1とする。
FIG. 3 is a graph showing the initial measurement and resetting of the measurable distance interval of the laser radar device according to the first embodiment of the present invention. Receiving the laser light reflected at a certain time t, and outputs the instantaneous lamp voltage V R as a hold voltage value. The relationship between the hold voltage value VR1 and time t is shown in Expression (2).
V R1 = C 1 × (t−t g1 ) (2)
Further, the lamp voltage error at this time is [Delta] V R1.

ランプ電圧誤差ΔVR1から時間誤差Δtを逆算する。ΔtとΔVR1の関係は式(3)で表される。
Δt=ΔVR1/C (3)
また、距離誤差ΔLは光速cを用いて式(4)で表わされる。
ΔL=c×Δt (4)
The time error Δt 1 is calculated backward from the lamp voltage error ΔV R1 . The relationship between Δt 1 and ΔV R1 is expressed by Equation (3).
Δt 1 = ΔV R1 / C 1 (3)
Further, the distance error ΔL is expressed by Expression (4) using the speed of light c.
ΔL 1 = c × Δt 1 (4)

ここで、次回ランプ電圧のランプ電圧開始時間tg2と終了時間tmax2が、図3に示すように時間誤差Δtに一致するよう、ランプ電圧開始時間とランプ電圧傾きを再設定する。このときの測定可能距離Lmin2〜Lmax2は、tg2×c〜tmax2×cとなる。この測定可能距離が距離誤差を含んだ最小の測定可能距離となるため、「最適な測定可能距離間隔」となる。また、このときのランプ電圧傾きをCとすると、次回ランプ電圧のランプ電圧開始時間tg2及びランプ電圧傾きCは式(5)、式(6)で表わされる。
g2=t−Δt/2 (5)
=Vmax/Δt (6)
また、ランプ電圧終了時間tmax2は式(7)で表わされる。
max2=t+Δt/2 (7)
Here, the lamp voltage start time t g2 and the end time t max2 next lamp voltage, to match the time error Δt as shown in FIG. 3, to reset the ramp voltage starting time and the lamp voltage gradient. The measurable distances L min2 to L max2 at this time are t g2 × c to t max2 × c. Since this measurable distance is the minimum measurable distance including a distance error, it is an “optimum measurable distance interval”. Further, when the lamp voltage slope of this time and C 2, the lamp voltage start time t g2 and lamp voltage gradient C 2 next ramp voltage represented by the formula (5), equation (6).
t g2 = t-Δt 1/ 2 (5)
C 2 = V max / Δt 1 (6)
Further, the lamp voltage end time t max2 is expressed by Expression (7).
t max2 = t + Δt 1/ 2 (7)

次に、初回測定と同様に、測定可能距離間隔を再設定されたランプ電圧を用いて、次回測定を行う。図4は、この発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置の次回測定時のランプ電圧について示したグラフである。レーザ拡散光を受光するタイミングは図3と同じtである。このときホールドされるホールド電圧値VR2は式(8)で表わされる。
R2=C×(t−tg2) (8)
また、ランプ電圧誤差は、図3と同じΔVとする。
Next, similarly to the first measurement, the next measurement is performed using the lamp voltage with the measurable distance interval reset. FIG. 4 is a graph showing the lamp voltage at the next measurement of the laser radar device according to the first embodiment of the present invention. The timing for receiving the laser diffused light is t as in FIG. Hold voltage value V R2 that is held at this time is represented by the formula (8).
V R2 = C 2 × (t−t g2 ) (8)
Further, the lamp voltage error are the same [Delta] V R as FIG.

初回測定と同様にランプ電圧誤差ΔVから時間誤差Δtを逆算する。ΔtとΔVの関係は式(9)で表わされる。
Δt=ΔV/C (9)
また、距離誤差ΔLは式(10)で表わされる。
ΔL=c×Δt (10)
Calculated backward the time error Delta] t 2 from the lamp voltage similar to the initial measurement error [Delta] V R. Relationship Delta] t 2 and [Delta] V R is represented by formula (9).
Δt 2 = ΔV R / C 2 (9)
Further, the distance error ΔL 2 is expressed by Expression (10).
ΔL 2 = c × Δt 2 (10)

初回測定時の距離誤差ΔLと次回測定時の距離誤差ΔLを比較した結果を(4)、式(6)、式(9)、式(10)を用いて、式(11)に示す。 The result of comparing the distance error ΔL 1 at the time of the first measurement and the distance error ΔL 2 at the time of the next measurement is shown in Expression (11) using (4), Expression (6), Expression (9), and Expression (10). .

ΔL/ΔL=Δt/Δt=ΔV/C/Δt=ΔV/Vmax(11) ΔL 2 / ΔL 1 = Δt 2 / Δt 1 = ΔV R / C 2 / Δt 1 = ΔV R / V max (11)

以上のことから最適な測定可能距離を設定することで、距離誤差をΔV/Vmaxに減少させることが可能となる。 From the above, by setting the optimum measurable distance, the distance error can be reduced to ΔV R / V max .

次に、この実施の形態1に係るレーザレーダ装置の動作について説明する。図5は、この発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置の処理手順のフローチャートである。まず、時間測定部22が、ランプ電圧比例定数とゲート時間に初期値を設定する(ステップST1)。   Next, the operation of the laser radar device according to the first embodiment will be described. FIG. 5 is a flowchart of the processing procedure of the laser radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. First, the time measuring unit 22 sets initial values for the lamp voltage proportional constant and the gate time (step ST1).

次に、トリガ発生部11がトリガ信号を生成し、このトリガ信号に基づいてレーザ部12がレーザ光を発振する(ステップST2)。   Next, the trigger generation part 11 produces | generates a trigger signal, and the laser part 12 oscillates a laser beam based on this trigger signal (step ST2).

次に、受信視野の中心がレーザ光の伝搬方向と同軸方向に配向している受信レンズ部15が目標からの反射光を集光し、受信レンズ部15によって集光された反射光を、受光器部16が電気信号である受信信号に変換して強度測定部21と時間測定部22へ出力する(ステップST3)。受光器部16によって変換された受信信号から強度測定部21がレーザ光の反射光強度を読み取って強度信号として距離強度画像算出部31に出力する(ステップST4)。   Next, the receiving lens unit 15 having the center of the receiving field oriented in the direction coaxial with the propagation direction of the laser beam collects the reflected light from the target, and receives the reflected light collected by the receiving lens unit 15. The instrument unit 16 converts the received signal, which is an electrical signal, to output to the intensity measuring unit 21 and the time measuring unit 22 (step ST3). The intensity measuring unit 21 reads the reflected light intensity of the laser light from the received signal converted by the light receiving unit 16, and outputs it as an intensity signal to the distance intensity image calculating unit 31 (step ST4).

次に、受光器部16によって変換された受信信号が時間測定部22に入力されると、時間測定部22がその瞬間のランプ電圧値を読み取ってホールド電圧値として距離算出部23に出力し(ステップST5)、時間測定部22によって出力されたホールド電圧値から距離算出部23が反射光帰還時間を算出し、反射光帰還時間と光速度からセンサからレーザ光照射点までの距離を算出し、距離信号として距離強度画像算出部31に出力する(ステップST6)。   Next, when the reception signal converted by the light receiver unit 16 is input to the time measurement unit 22, the time measurement unit 22 reads the instantaneous lamp voltage value and outputs it as a hold voltage value to the distance calculation unit 23 ( Step ST5), the distance calculation unit 23 calculates the reflected light feedback time from the hold voltage value output by the time measurement unit 22, and calculates the distance from the sensor to the laser beam irradiation point from the reflected light feedback time and the light velocity, It outputs to the distance intensity image calculation part 31 as a distance signal (step ST6).

ここで、図6はこの発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置における時間測定部22のランプ電圧の時間変化を示す図である。トリガ発生部11によって発生されたトリガ信号を時間原点とし、時間測定部22の初回ホールド電圧値をV、初回ゲート時間をtg1、初回ランプ電圧比例定数をCとそれぞれすると、時間測定部22によって出力されたホールド電圧値から距離算出部23が反射光帰還時間tを算出する処理は式(12)で表される。 Here, FIG. 6 is a diagram showing a time change of the lamp voltage of the time measuring unit 22 in the laser radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention. When the trigger signal generated by the trigger generation unit 11 is a time origin, the initial hold voltage value of the time measurement unit 22 is V R , the initial gate time is t g1 , and the initial ramp voltage proportional constant is C 1. The process in which the distance calculation unit 23 calculates the reflected light feedback time t from the hold voltage value output by 22 is expressed by Expression (12).

t=V/C+tg1 (12) t = V R / C 1 + t g1 (12)

つまり、距離算出部23は(12)の式により、初回ホールド電圧値VとステップST1において設定された初回ランプ電圧比例定数Cと初回ゲート時間tg1から目標からの反射光帰還時間tを算出する。 That is, the distance calculation unit 23 by the formula (12), the reflected light feedback time t from the target from the first ramp voltage proportional constant C 1 and the first gate time t g1 set in the first hold voltage values V R and the step ST1 calculate.

次に、図5に示すように、角度モニタ部14がスキャナ角度信号を出力し、スキャナ部13が駆動してレーザを走査する(ステップST7)。そして、距離強度画像算出部31が、出力されたスキャナ角度信号から2次元走査が完了したかを判定する(ステップST8)。   Next, as shown in FIG. 5, the angle monitor unit 14 outputs a scanner angle signal, and the scanner unit 13 is driven to scan the laser (step ST7). Then, the distance intensity image calculation unit 31 determines whether the two-dimensional scanning is completed from the output scanner angle signal (step ST8).

距離強度画像算出部31が、2次元走査が完了していないと判定した場合(ステップST8のNOの場合)は、ステップST2に戻って処理を繰り返す。一方、距離強度画像算出部31が、2次元走査が完了していると判定した場合(ステップST8のYESの場合)には、距離強度画像算出部31が3次元距離画像データと2次元強度画像データを算出して目標検出部32に出力する(ステップST9)。   When the distance intensity image calculation unit 31 determines that the two-dimensional scanning is not completed (NO in step ST8), the process returns to step ST2 and repeats the process. On the other hand, when the distance intensity image calculation unit 31 determines that the two-dimensional scanning has been completed (YES in step ST8), the distance intensity image calculation unit 31 calculates the three-dimensional distance image data and the two-dimensional intensity image. Data is calculated and output to the target detection unit 32 (step ST9).

距離強度画像算出部31によって出力された3次元距離画像データと2次元強度画像データから目標検出部32が目標を検出したか判定する(ステップST10)。目標検出部32が、目標を検出しなかったと判定した場合(ステップST10のNOの場合)、ステップST1に戻って処理を繰り返す。一方、目標検出部32が目標を検出したと判定した場合(ステップST10のYESの場合)には、目標距離データと目標強度データを算出し(ステップST11)、最適測定可能距離間隔算出部33に出力する。   It is determined whether the target detection unit 32 has detected a target from the three-dimensional distance image data and the two-dimensional intensity image data output by the distance intensity image calculation unit 31 (step ST10). When the target detection unit 32 determines that the target has not been detected (NO in step ST10), the process returns to step ST1 and the process is repeated. On the other hand, when it is determined that the target detection unit 32 has detected the target (YES in step ST10), target distance data and target intensity data are calculated (step ST11), and the optimum measurable distance interval calculation unit 33 is calculated. Output.

次に、最適測定可能距離間隔算出部33が目標検出部32によって算出された目標距離データから最適な測定可能距離間隔を算出し、最適な測定可能距離間隔に合わせた次回ランプ電圧比例定数Cと次回ゲート時間tg2を算出する(ステップST12)。 Next, the optimum measurable distance interval calculation unit 33 calculates the optimum measurable distance interval from the target distance data calculated by the target detection unit 32, and the next lamp voltage proportional constant C 2 is adjusted to the optimum measurable distance interval. The next gate time tg2 is calculated (step ST12).

その後、最適測定可能距離間隔算出部33が、算出した次回ランプ電圧比例定数Cと次回ゲート時間tg2をそれぞれランプ電圧比例定数信号とゲート信号として時間測定部22及び距離算出部23に出力して再設定を行い(ステップST13)、ステップST2に戻って処理を繰り返す。 Thereafter, the optimum measurement distance interval calculating unit 33, and outputs the calculated next ramp voltage proportional constant C 2 next gate time t g2 each ramp voltage proportional constant signal and time measuring unit 22 and the distance calculation unit 23 as a gate signal Then, resetting is performed (step ST13), and the process returns to step ST2 to repeat the process.

時間測定部22及び距離算出部23の再設定は、時間測定部22がランプ電圧比例定数とゲート時間について最適測定可能距離間隔算出部33によって算出された次回ランプ電圧比例定数Cと次回ゲート時間tg2をそれぞれ設定する。よって、次回測定におけるステップST6において距離算出部23によって算出される反射光帰還時間tは式(13)で表わされる。また、次回測定におけるランプ電圧の時間変化を図6に示す。 Resetting the time measuring unit 22 and the distance calculation unit 23, the next time the lamp voltage proportional constant C 2 and the next gate time calculated by the optimum measurement distance interval calculating unit 33 the time measuring unit 22 for lamp voltage proportional constant and the gate time Set tg2 respectively. Therefore, the reflected light feedback time t calculated by the distance calculation unit 23 in step ST6 in the next measurement is expressed by Expression (13). In addition, FIG. 6 shows the time change of the lamp voltage in the next measurement.

t=V/C+tg2 (13) t = V R / C 2 + t g2 (13)

このように、ゲート時間とランプ電圧比例定数について測定結果に基づいて再設定を複数回繰り返すことで、測定精度を高めることができる。   As described above, the measurement accuracy can be improved by repeating the resetting of the gate time and the lamp voltage proportional constant a plurality of times based on the measurement result.

ここで、最適測定可能距離間隔算出部33による最適な測定可能距離間隔の算出は、目標距離データだけでなく、目標強度データも加えて用いて行ってもよい。図3を用いて上述したように、最適な測定可能距離は、目標距離データとランプ電圧誤差によって決定され、通常の場合、このランプ電圧誤差は事前に設定した値を用いる。しかし、目標強度データが大きいほど、このランプ電圧誤差は小さくなるため、この対応関係を用いて、誤差を最適化して再設定することも可能となる。これにより変動する誤差に応じて最適な測定可能距離を測定できるようになる。   Here, the calculation of the optimum measurable distance interval by the optimum measurable distance interval calculating unit 33 may be performed using not only the target distance data but also the target intensity data. As described above with reference to FIG. 3, the optimum measurable distance is determined by the target distance data and the lamp voltage error, and in the normal case, a preset value is used for the lamp voltage error. However, the larger the target intensity data is, the smaller the lamp voltage error is. Therefore, it is possible to optimize and reset the error using this correspondence. As a result, the optimum measurable distance can be measured in accordance with the fluctuating error.

目標強度データを用いて最適な測定可能距離間隔を算出する場合、目標強度データが示す目標の強度値が高いほど、距離測定精度が高くなる。そのため、初回測定において目標の強度値が高い場合は距離測定精度も高いので、次回測定ではより精密な距離測定を行うことができる。   When calculating the optimum measurable distance interval using the target intensity data, the higher the target intensity value indicated by the target intensity data, the higher the distance measurement accuracy. Therefore, when the target intensity value is high in the first measurement, the distance measurement accuracy is also high, so that a more accurate distance measurement can be performed in the next measurement.

図7は、この発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置の目標強度データが示す信号の強度が高い時と信号の強度が低い時のランプ電圧の時間変化を示す図である。図7に示すように、初回測定における信号の強度が高い場合は信号の強度が低い場合よりも次回ゲート時間tg2を反射光帰還時間の近くに設定し、次回ランプ電圧比例定数Cをより大きく設定するものとする。これにより初回測定時の強度値に応じて次回測定の距離測定精度を高めることができる。 FIG. 7 is a diagram showing the time change of the lamp voltage when the signal intensity indicated by the target intensity data of the laser radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention is high and when the signal intensity is low. As shown in FIG. 7, sets the next gate time t g2 than when the intensity of the signal at the first measurement is high strength of the signal is low in the vicinity of the reflected light feedback time, more the next time the lamp voltage proportional constant C 2 It shall be set large. Thereby, the distance measurement accuracy of the next measurement can be increased according to the intensity value at the first measurement.

なお、次回ゲート時間tg2は反射光帰還時間に可能な限り近づけて設定してもよい。例えば、図3において、ランプ電圧誤差ΔVと強度信号Iに反比例した場合、ΔVは定数kを用いて式(14)で表される。
ΔV=k/I (14)
すると、ゲート時間tg2は、式(3)、式(5)、式(14)より、式(15)のように設定される。
g2=t−k/2CI (15)
よって、強度信号Iが強いほど、ゲート時間tg2を反射光帰還時間tに近づけて設定することができると言える。
The next gate time tg2 may be set as close as possible to the reflected light feedback time. For example, in FIG. 3, if inversely proportional to the lamp voltage error [Delta] V R and the intensity signal I, [Delta] V R is expressed by Equation (14) using a constant k.
ΔV R = k / I (14)
Then, the gate time t g2 is set as shown in Expression (15) from Expression (3), Expression (5), and Expression (14).
t g2 = t−k / 2C 1 I (15)
Therefore, it can be said that the stronger the intensity signal I, the closer the gate time tg2 can be set to the reflected light feedback time t.

また、図7に示すように、時間測定部22の時間標準であるランプ電圧は定電流を時間積分することによって時間に比例して上昇する。ここで、定電流源が一定の電流ノイズIを有する場合、ランプ電圧を示すホールド電圧値のノイズVはランプ電圧比例定数Cを用いて式(16)によって算出することができる。 Further, as shown in FIG. 7, the lamp voltage, which is the time standard of the time measuring unit 22, increases in proportion to the time by integrating the constant current over time. Here, if the constant current source having a constant current noise I n, noise V n of the hold voltage value indicating the lamp voltage can be calculated by equation (16) using a ramp voltage proportional constant C.


Figure 2012251862

Figure 2012251862

ここで、図3において、ランプ電圧誤差ΔVがゲート時間tg2からの経過時間に比例するため、ΔVは比例定数hを用いて式(17)のように表わされる。
ΔV=h(t−tg2) (17)
よって、ゲート時間tg2から反射光帰還時間tまでの経過時間がなるべく短くなるようにゲート時間tg2を設定することで、ノイズの上昇を抑え、高精度な測距が可能となる。
Here, in FIG. 3, since the lamp voltage error [Delta] V R is proportional to the time elapsed from the gate time t g2, [Delta] V R is expressed by equation (17) using the proportionality constant h.
ΔV R = h (t−t g2 ) (17)
Therefore, by setting the gate time tg2 so that the elapsed time from the gate time tg2 to the reflected light feedback time t is as short as possible, an increase in noise can be suppressed, and highly accurate distance measurement can be performed.

また、受信視野中心とレーザ光伝搬方向は同軸方向でなくてもよい。図8は図1のレーザレーダ装置の全体構成において、受信視野中心とレーザ光伝搬方向が同軸方向でない場合の構成を示す図である。受信視野中心とレーザ光伝搬方向が同軸方向でない場合、図8に示すようにスキャナ部13は受信視野を走査せず、レーザ光のみ受信レンズ部15の固定された視野内に2次元走査する。   Further, the center of the reception visual field and the laser light propagation direction do not have to be coaxial. FIG. 8 is a diagram showing a configuration when the center of the reception field of view and the laser beam propagation direction are not coaxial in the overall configuration of the laser radar device of FIG. When the center of the reception field and the laser beam propagation direction are not coaxial, the scanner unit 13 does not scan the reception field as shown in FIG. 8, but only the laser beam is two-dimensionally scanned in the fixed field of the reception lens unit 15.

受信視野をスキャナ部13と分離することにより、受信開口がスキャナ部13の大きさにより制限されなくなり、受信光強度を大きくすることができる。   By separating the reception field of view from the scanner unit 13, the reception aperture is not limited by the size of the scanner unit 13, and the received light intensity can be increased.

スキャナ部13が行う走査は2次元走査でも1次元走査でもよい。1次元走査の場合、ラインセンサとなり1次元の距離データと強度データを取得する。   The scanning performed by the scanner unit 13 may be two-dimensional scanning or one-dimensional scanning. In the case of one-dimensional scanning, it becomes a line sensor and acquires one-dimensional distance data and intensity data.

なお、スキャナ部13はなくても良い。スキャナ部13が備えない構成の場合、実施の形態1のレーザレーダ装置は定点の測距装置となり、ある定点の距離データと強度データが取得できる。この場合、スキャナ部13の他に角度モニタ部14、距離強度画像算出部31、目標検出部32が必要なくなる。なお、最適測定可能距離間隔算出部33は距離信号と強度信号から最適な測定可能距離間隔を算出する。   The scanner unit 13 may not be provided. In the case where the scanner unit 13 is not provided, the laser radar device according to the first embodiment is a fixed-point distance measuring device and can acquire distance data and intensity data at a fixed point. In this case, in addition to the scanner unit 13, the angle monitor unit 14, the distance intensity image calculation unit 31, and the target detection unit 32 are not necessary. The optimum measurable distance interval calculation unit 33 calculates an optimum measurable distance interval from the distance signal and the intensity signal.

以上のようにして、レーザ光を目標に向けて発振し、目標からの反射光を受信して受信信号に変換する光送受信部10と、あらかじめ設定された測定可能時間間隔に基づき、光送受信部10によるレーザ光の発振から反射光の受信までの時間を測定することで目標までの距離を示す距離信号を算出すると共に、受信信号の強度を示す強度信号を算出する距離強度算出部20と、距離強度算出部20により算出された距離信号及び強度信号に基づきあらかじめ設定された測定可能時間間隔より狭い測定可能時間間隔を設定する信号処理部30とを備え、距離強度算出部20は信号処理部30により設定された狭い測定可能時間間隔に基づいて距離信号を算出するように構成したので、レーザレーダ装置以外の他の距離測定装置を備えずに、高い距離測定精度と広い測定可能距離間隔を併せ持つことができる。   As described above, the optical transmission / reception unit 10 that oscillates the laser beam toward the target, receives the reflected light from the target and converts it into a reception signal, and the optical transmission / reception unit based on a preset measurable time interval. A distance signal indicating the distance to the target by measuring the time from the oscillation of the laser beam by 10 to the reception of the reflected light, and a distance intensity calculator 20 for calculating an intensity signal indicating the intensity of the received signal; A signal processing unit 30 for setting a measurable time interval narrower than a measurable time interval set in advance based on the distance signal and the intensity signal calculated by the distance intensity calculating unit 20, and the distance intensity calculating unit 20 is a signal processing unit. Since the distance signal is calculated based on the narrow measurable time interval set by 30, it is high without providing any other distance measuring device other than the laser radar device. Away measurement accuracy and wide measurable distance interval can be combines.

実施の形態2.
図9は、この発明の実施の形態2に係るレーザレーダ装置の全体構成であり、実施の形態1の図1に示すレーザレーダ装置の構成に対して、目標距離誤差算出部34を信号処理部30の構成に追加で備えるものである。図1と同一符号は同一又は相対部分を示すので説明を省略する。
Embodiment 2. FIG.
FIG. 9 shows the overall configuration of the laser radar apparatus according to the second embodiment of the present invention. Compared with the configuration of the laser radar apparatus shown in FIG. In addition to the 30 configurations. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or relative parts, and thus description thereof is omitted.

目標距離誤差算出部34は、あらかじめ設定された目標最大移動速度と1回の測定にかかる時間から目標距離誤差値を算出して目標距離誤差データとして最適測定可能距離間隔算出部33に出力する。   The target distance error calculation unit 34 calculates a target distance error value from a preset target maximum moving speed and the time required for one measurement, and outputs the target distance error value to the optimum measurable distance interval calculation unit 33 as target distance error data.

最適測定可能距離間隔算出部33は、目標検出部32によって算出された目標距離データと目標強度データから最適な測定可能距離間隔だけでなく、目標距離誤差算出部34によって算出された目標距離誤差値を用いて、最適な測定可能距離間隔を算出して次回ランプ電圧比例定数Cと次回ゲート時間tg2をそれぞれランプ電圧比例定数信号、ゲート信号として時間測定部22に出力する。 The optimum measurable distance interval calculation unit 33 not only calculates the optimum measurable distance interval from the target distance data and target intensity data calculated by the target detection unit 32 but also the target distance error value calculated by the target distance error calculation unit 34. It is used to output optimum measurement distance to calculate the interval between the next ramp voltage proportional constant C 2 for the next gate time t g2 lamp voltage proportional constant signal respectively, the time measuring unit 22 as a gate signal.

目標の最大移動速度vが想定できる場合、目標距離誤差算出部34が目標の最大移動速度vと距離強度画像取得における初回測定と次回測定の時間差Δtから目標が移動する最大の距離を示す目標距離誤差ΔLとする。目標距離誤差ΔLを表す式を式(18)に示す。 When the target maximum moving speed v t can be assumed, the target distance error calculating unit 34 determines the maximum distance that the target moves from the target maximum moving speed v t and the time difference Δt d between the first measurement and the next measurement in the distance intensity image acquisition. The target distance error ΔL shown in FIG. An expression representing the target distance error ΔL is shown in Expression (18).

Figure 2012251862
Figure 2012251862

目標距離誤差算出部34は式(18)を用いて、あらかじめ設定された目標の最大移動速度vと時間差Δtから目標距離誤差ΔLを計算して最適測定可能距離間隔算出部33に出力する。 The target distance error calculation unit 34 calculates the target distance error ΔL from the preset target maximum moving speed v t and the time difference Δt d using the equation (18) and outputs the target distance error ΔL to the optimum measurable distance interval calculation unit 33. .

最適測定可能距離間隔算出部33は、目標距離誤差算出部34によって算出された目標距離誤差ΔLから目標の反射光帰還時間誤差Δt’を算出する。目標距離誤差ΔLから目標の反射光帰還時間誤差Δt’を表す式を式(19)を示す。ここでcは光速を示す。 The optimum measurable distance interval calculation unit 33 calculates the target reflected light feedback time error Δt r ′ from the target distance error ΔL calculated by the target distance error calculation unit 34. Expression (19) is an expression representing the target reflected light feedback time error Δt r ′ from the target distance error ΔL. Here, c indicates the speed of light.


Figure 2012251862

Figure 2012251862

最適測定可能距離間隔算出部33は式(19)を用いて、目標距離誤差ΔLから目標の反射光帰還時間誤差Δt’を算出し、算出したΔt’を用いて次回ゲート時間tg2と次回ランプ電圧比例定数Cの設定を行う。 Optimal measurement distance interval calculating unit 33 using equation (19), the target distance error ΔL goal of the reflected light back time to 'is calculated, the calculated Delta] t r' error Delta] t r a next gate time with t g2 next to set the lamp voltage proportional constant C 2.

図10は、この発明の実施の形態2に係るレーザレーダ装置のランプ電圧の時間変化を示す図である。次回ゲート時間tg2と次回ランプ電圧比例定数Cは図10に示すように上記反射光帰還時間誤差Δt’の幅を含むように設定する。 FIG. 10 is a diagram showing a change over time in the lamp voltage of the laser radar apparatus according to Embodiment 2 of the present invention. The next gate time t g2 and the next lamp voltage proportional constant C 2 are set so as to include the width of the reflected light feedback time error Δt r ′ as shown in FIG.

例えば、図3において、目標が移動することを想定し、距離誤差ΔLに目標移動距離誤差ΔLを追加する。よって距離誤差ΔL’は式(20)で表される。
ΔL’= ΔL+ΔL (20)
式(20)より算出した時間誤差ΔL’からΔt’を算出し、式(5)、式(6)により次回ゲート時間tg2と次回ランプ電圧比例定数Cを設定する。
For example, in FIG. 3, assuming that the target moves, the target moving distance error ΔL m is added to the distance error ΔL 1 . Therefore, the distance error ΔL 1 ′ is expressed by Expression (20).
ΔL 1 ′ = ΔL 1 + ΔL m (20)
Δt 1 ′ is calculated from the time error ΔL 1 ′ calculated from the equation (20), and the next gate time t g2 and the next lamp voltage proportional constant C 2 are set according to the equations (5) and (6).

以上のようにして、信号処理部30は、あらかじめ設定された目標の最大移動速度と1回の測定にかかる時間から目標距離誤差値を算出する目標距離誤差算出部34を備え、目標距離誤差値を用いて測定可能時間間隔より狭い測定可能時間間隔を算出するように構成したので、これにより目標が移動しても目標が測定可能距離間隔内に収まるので、目標を検出することができる。   As described above, the signal processing unit 30 includes the target distance error calculation unit 34 that calculates the target distance error value from the preset maximum moving speed of the target and the time required for one measurement. Since the measurable time interval that is narrower than the measurable time interval is calculated using, the target is within the measurable distance interval even if the target moves, so that the target can be detected.

実施の形態3.
図11は、この発明の実施の形態3に係るレーザレーダ装置の全体構成であり、実施の形態1の図1に示すレーザレーダ装置の構成に対して、トリガ周期制御部41を追加で備えるものである。図1と同一符号は同一又は相対部分を示すので説明を省略する。
Embodiment 3 FIG.
FIG. 11 shows the overall configuration of the laser radar device according to the third embodiment of the present invention, which additionally includes a trigger cycle control unit 41 in addition to the configuration of the laser radar device shown in FIG. 1 of the first embodiment. It is. The same reference numerals as those in FIG. 1 denote the same or relative parts, and thus description thereof is omitted.

トリガ周期制御部41は、最適測定可能距離間隔算出部33によって算出された測定可能距離間隔に基づいて算出されたゲート信号及びランプ電圧比例定数信号から最適なトリガ周期信号を算出してトリガ発生部11に出力する。   The trigger cycle control unit 41 calculates an optimum trigger cycle signal from the gate signal and the lamp voltage proportional constant signal calculated based on the measurable distance interval calculated by the optimum measurable distance interval calculation unit 33, and generates a trigger generation unit. 11 is output.

最適なトリガ周期信号の算出方法について説明すると、トリガ周期Tは、測定終了時間であるランプ電圧終了時間tmax1よりも大きな値を取る。
>tmax1
例えば、再設定されたランプ電圧終了時間tmax2が初回ランプ電圧時間tmax1の1/A倍(Aは定数)だったとする。
max2=tmax1/A
すると、再設定されたトリガ周期Tもランプ電圧終了時間の変化に応じて1/A倍にすることが可能となる。
=T/A
このように、トリガ周期を短くすることで、データ取得を高速化することができる。
The optimum trigger cycle signal calculation method will be described. The trigger cycle T 1 takes a value larger than the lamp voltage end time t max1 that is the measurement end time.
T 1 > t max1
For example, it is assumed that the reset lamp voltage end time t max2 is 1 / A times the initial lamp voltage time t max1 (A is a constant).
t max2 = t max1 / A
Then, it is possible to 1 / A times in accordance with a change of the trigger period T 2 which is reset also the lamp voltage end time.
T 2 = T 1 / A
Thus, data acquisition can be speeded up by shortening the trigger cycle.

トリガ周期制御部41によって最適なトリガ周期信号が出力されると、トリガ発生部11は最適なトリガ周期信号に応じた周期でトリガを発生させる。   When an optimal trigger cycle signal is output by the trigger cycle control unit 41, the trigger generation unit 11 generates a trigger at a cycle corresponding to the optimal trigger cycle signal.

反射光帰還時間を測定するために、レーザ部12は測定可能距離間隔に応じた測定可能時間間隔だけ次のレーザ光の発振を待つ必要がある。測定可能距離間隔が広い場合には測定可能時間間隔が長くなるので、レーザ光の発振繰り返し周期を長くする必要がある。逆に測定可能距離間隔が狭い場合には測定可能時間間隔が短くなり、レーザ光の発振周期を短くすることができる。   In order to measure the reflected light feedback time, the laser unit 12 needs to wait for oscillation of the next laser beam for a measurable time interval corresponding to the measurable distance interval. When the measurable distance interval is wide, the measurable time interval becomes long, so it is necessary to lengthen the oscillation repetition period of the laser beam. Conversely, when the measurable distance interval is narrow, the measurable time interval is shortened, and the laser light oscillation period can be shortened.

実施の形態3に係るレーザレーダ装置では2回目以降の測定において測定可能距離間隔を目標距離付近に最適化するので、測定可能時間間隔は小さくなる。そこで、この発明の実施の形態3に係るレーザレーダ装置では、最適測定可能距離間隔算出部33によって算出されたランプ電圧比例定数信号とゲート信号からトリガ周期制御部41が測定可能時間間隔を算出し、算出した測定可能時間間隔に応じて最適なレーザ光のトリガ周期を決定するトリガ周期を算出する。   In the laser radar device according to the third embodiment, the measurable distance interval is optimized in the vicinity of the target distance in the second and subsequent measurements, so the measurable time interval becomes small. Therefore, in the laser radar device according to Embodiment 3 of the present invention, the trigger cycle control unit 41 calculates the measurable time interval from the ramp voltage proportional constant signal calculated by the optimum measurable distance interval calculating unit 33 and the gate signal. Then, the trigger period for determining the optimum trigger period of the laser beam is calculated according to the calculated measurable time interval.

以上のようにして、測定可能時間間隔より狭い測定可能時間間隔隔から最適なトリガ周期信号を算出するトリガ周期制御部41を備え、光送受信部10は最適なトリガ周期信号に応じた周期でトリガを発生させるように構成したので、2回目以降の測定において最適なトリガ周期信号に応じた周期でレーザ光を発振し、レーザ発振繰り返し周期を短縮することができる。   As described above, the trigger cycle control unit 41 that calculates the optimum trigger cycle signal from the measurable time interval narrower than the measurable time interval is provided, and the optical transceiver 10 triggers at a cycle according to the optimum trigger cycle signal. Therefore, in the second and subsequent measurements, the laser beam can be oscillated at a cycle corresponding to the optimum trigger cycle signal, and the laser oscillation repetition cycle can be shortened.

また、1回の距離強度画像の撮像周期はレーザの発振周期に比例するので、レーザ発振繰り返し周期を短縮することで2回目以降の測定において距離強度画像の撮像周期を短縮することができる。   In addition, since the imaging interval of one distance intensity image is proportional to the laser oscillation cycle, the imaging cycle of the distance intensity image can be shortened in the second and subsequent measurements by shortening the laser oscillation repetition cycle.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。   In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .

10 光送受信部、11 トリガ発生部、12 レーザ部、13 スキャナ部、14 角度モニタ部、15 受信レンズ部、16 受光器部、20 距離強度算出部、21 強度測定部、22 時間測定部、23 距離算出部、30 信号処理部、31 距離強度画像算出部、32 目標検出部、33 最適測定可能距離間隔算出部、34 目標距離誤差算出部、41 トリガ周期制御部。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Optical transmission / reception part, 11 Trigger generation part, 12 Laser part, 13 Scanner part, 14 Angle monitor part, 15 Reception lens part, 16 Light receiver part, 20 Distance intensity | strength calculation part, 21 Intensity measurement part, 22 Time measurement part, 23 Distance calculation unit, 30 signal processing unit, 31 distance intensity image calculation unit, 32 target detection unit, 33 optimum measurable distance interval calculation unit, 34 target distance error calculation unit, 41 trigger cycle control unit.

Claims (4)

レーザ光を目標に向けて発振し、目標からの反射光を受信して受信信号に変換する光送受信部と、
あらかじめ設定された測定可能時間間隔に基づき、前記光送受信部によるレーザ光の発振から反射光の受信までの時間を測定することで前記レーザ光の照射点までの距離を示す距離信号を算出すると共に、前記レーザ光の照射点からのレーザ光の反射光強度を示す強度信号を算出する距離強度算出部と、
前記距離強度算出部により算出された距離信号及び強度信号に基づき前記あらかじめ設定された測定可能時間間隔より狭い測定可能時間間隔を設定する信号処理部とを備え、
前記距離強度算出部は前記信号処理部により設定された狭い測定可能時間間隔に基づいて距離信号を算出する
ことを特徴とするレーザレーダ装置。
An optical transceiver that oscillates laser light toward a target, receives reflected light from the target, and converts it into a received signal;
Based on a preset measurable time interval, it calculates a distance signal indicating the distance to the laser beam irradiation point by measuring the time from the oscillation of the laser beam by the optical transceiver to reception of the reflected light. A distance intensity calculation unit for calculating an intensity signal indicating the intensity of reflected light of the laser beam from the irradiation point of the laser beam;
A signal processing unit for setting a measurable time interval narrower than the preset measurable time interval based on the distance signal and the intensity signal calculated by the distance intensity calculating unit,
The laser radar apparatus according to claim 1, wherein the distance intensity calculation unit calculates a distance signal based on a narrow measurable time interval set by the signal processing unit.
前記送受信部は、前記発振されたレーザ光と当該レーザ光の反射光の受信視野を2次元走査するスキャナ部と、前記スキャナ部のスキャナ角度を読み取って前記信号処理部へ出力する角度モニタ部とを有し、
前記信号処理部は前記角度モニタ部によって読み取られたスキャナ角度に基づいて前記測定可能時間間隔より狭い測定可能時間間隔を算出する
ことを特徴とする請求項1記載のレーザレーダ装置。
The transmission / reception unit includes a scanner unit that two-dimensionally scans the reception field of the oscillated laser beam and the reflected light of the laser beam, and an angle monitor unit that reads a scanner angle of the scanner unit and outputs the scanner angle to the signal processing unit. Have
The laser radar device according to claim 1, wherein the signal processing unit calculates a measurable time interval narrower than the measurable time interval based on a scanner angle read by the angle monitor unit.
前記信号処理部は、あらかじめ設定された目標の最大移動速度と1回の測定にかかる時間から目標距離誤差値を算出する目標距離誤差算出部を備え、前記目標距離誤差値を用いて測定可能時間間隔より狭い測定可能時間間隔を算出する
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載のレーザレーダ装置。
The signal processing unit includes a target distance error calculation unit that calculates a target distance error value from a preset target maximum moving speed and a time required for one measurement, and a measurable time using the target distance error value The laser radar device according to claim 1, wherein a measurable time interval narrower than the interval is calculated.
前記測定可能時間間隔より狭い測定可能時間間隔から最適なトリガ周期信号を算出するトリガ周期制御部を備え、
前記送受信部は前記最適なトリガ周期信号に応じた周期でトリガを発生させる
ことを特徴とする請求項1または請求項2記載のレーザレーダ装置。
A trigger cycle controller that calculates an optimal trigger cycle signal from a measurable time interval narrower than the measurable time interval;
The laser radar device according to claim 1, wherein the transmission / reception unit generates a trigger at a cycle according to the optimum trigger cycle signal.
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