JP2014134405A - 計測システム、及び計測方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分散開口レーダにおいて、光波による高精度な測位計測／方位計測を実現する。
【解決手段】測距装置は、被測定物に搭載された光信号入出力装置に光信号を送信する。光信号入出力装置は、測距装置から光信号を受信し、その光信号に光学的変化を加えた光信号を測距装置に送信する。測距装置は、光信号入出力装置から光学的変化を加えた光信号を受信し、光源から光信号入出力装置を介して受光装置に至るまでの伝搬距離を計測し、伝搬距離を基に、光信号入出力装置の相対位置を計測する。なお、測距装置は、光信号を出力する光源や、光学的変化を加えた光信号を受信する受光装置を、それぞれ少なくとも１つ以上備える。また、上記の被測定物は、少なくとも１つ以上存在し、被測定物毎に光信号入出力装置を少なくとも１つ以上備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、計測システムに関し、特に分散開口レーダにおける計測システムに関する。

レーダシステムの分野における現在の技術では、所定の位置に分散して配置（固定）された複数のアンテナ（サブアレー）の各々の送受信信号を振幅・位相制御してビーム合成を行う「分散開口レーダ」が知られている。

分散開口レーダにおいて、分散配置された各アンテナ（サブアレー）の相対位置を計測する手法として、「（１）ＧＰＳで計測する手法」、「（２）金属球等疑似目標を各アンテナにてレーダ波で追尾することで計測する手法」、及び「（３）各アンテナにレーザ測距装置を搭載し、レーザ光で追尾することで計測する手法」の３つの手法が考えられる。以下に、それぞれの手法の詳細について説明する。

（１）ＧＰＳで計測する手法
ＧＰＳによる計測は、単独測位（単独瞬時計測）では１０〜１００ｍ程度の測位精度である。また、スタティック計測（既知点と計測点のＧＰＳ受信機で３０分〜１時間程度時間をかけて計測）等の干渉測位を用いたとしても測位精度はｃｍオーダであり、ＧＰＳ衛星の配置によっては、測位精度が悪化する場合がある。

（２）金属球等疑似目標を各アンテナにてレーダ波で追尾することで計測する手法
金属球等疑似目標をレーダ波で追尾して相対測位を行う場合は、分散配置された各アンテナ（サブアレー）では十分な角度精度が得られないために相対位置が大きくずれる問題がある。そもそも、レーダの測角精度を向上するためにアンテナを分散配置して分散開口（大開口径アンテナ）を構成するものであり、各アンテナ単体ではアンテナ径が小さく、ビーム幅が広がるため、十分な角度精度が出ない。

また、上記のようなＧＰＳや金属球を用いた測位結果は、レーダ波の波長レベルのオーダから見ると各アンテナ（サブアレー）の概ね（大体）の位置しか計測できないため、分散開口レーダを構成するアンテナ（サブアレー）の相対位置に応じた各々のアンテナ（サブアレー）におけるレーダ波の送受信を正確に制御できない、すなわち、正確なビーム形成ができないという問題がある。例えば、分散開口レーダで利用される波長が数ｃｍ〜数ｍｍのレーダ波であるとすると、アンテナ配置計測精度が数ｃｍ程度では、ビーム成形に影響を与えてしまう。すなわち、ＧＰＳや金属球を用いた電波による測位計測／方位計測には精度に限界がある。

（３）各アンテナにレーザ測距装置を搭載し、レーザ光で追尾することで計測する手法
レーザ光を用いた測距を行った場合、レーザ光の波長が電波に対して十分に小さいことから、十分な測距及び方位計測精度が得られるが、レーザ測距装置をアンテナ（サブアレー）へ搭載して疑似目標を追尾するようなアライメント装置を構成した場合、全てのアンテナ（サブアレー）に高価なレーザ測距装置を搭載することになり、コスト（費用）面で不利である。

［公知技術］
なお、当該技術分野における公知技術として、特許文献１（特許２５００３７７号公報）が開示されている。特許文献１には、衛星搭載用パラボラアンテナの主鏡の歪（理想パラボラ曲面からのズレ量）を遠方から計測する技術が記載されている。特許文献１に記載の技術では、地球から衛星の主鏡に対して、光（４入射光、例えばレーザ光源）を照射する。また、アンテナ主鏡面の複数箇所に散在させて設けた歪み測定領域（例えば、３小型凹面鏡）にて反射させて集光する。また、集光位置に配した撮像センサにより各歪み測定領域からの反射光を同時に検出してスポット像を取得する。また、アンテナ主鏡面を理想面とした状態で取得される基準スポット像と鏡面歪み測定時に取得したスポット像とのずれに基づいて、アンテナ主鏡面の理想面からのずれを測定する。しかし、特許文献１では、複数設けられた歪み測定領域（例えば、３小型凹面鏡）は、入射光を単に反射するだけの機能となっている。

特許２５００３７７号公報

図１を参照して、現状の技術において、現状の技術では、分散開口レーダにおける各アンテナ（サブアレー）からの電磁波を特定方位にて同位相になるように出力したい場合の一例について説明する。

ここでは、各アンテナ（サブアレー）からの送信波の送信方向を、「アンテナ（サブアレー）０の送信方向：θ０」、「アンテナ（サブアレー）１の送信方向：θ１」、「アンテナ（サブアレー）２の送信方向：θ２」とする。また、「アンテナ（サブアレー）０とアンテナ（サブアレー）１との間の距離：Ｄ１」、「アンテナ（サブアレー）０とアンテナ（サブアレー）２との間の距離：Ｄ２」とする。また、各アンテナ（サブアレー）からの送信波の送信位相を、「アンテナ（サブアレー）０の送信位相：０°」、「アンテナ（サブアレー）１の送信位相：＋（２π／λ）×Ｄ１×ｓｉｎ（θ０）」、「アンテナ（サブアレー）２の送信位相：＋（２π／λ）×Ｄ２×ｓｉｎ（θ０）」とする。このとき、ビーム制御を行うためには、アンテナ相対位置（Ｄ１、Ｄ２）及びアンテナ相対角度（θ０、θ１、θ２）が既知である必要がある。

また、レーダ波の波長が数ｃｍ〜数ｍｍであるとすると、アンテナ配置計測制度が数ｃｍ程度のオーダ（ｃｍオーダ）でしか実現できない場合、正確なビーム制御ができなくなる。比較的測位精度が良いＧＰＳのスタティック計測を行ったとしても、その精度はｃｍオーダであり、レーダの正確なビーム制御に影響を及ぼす。

本発明では、測距装置は、被測定物に搭載された光信号入出力装置に光信号を送信する。光信号入出力装置は、測距装置から光信号を受信し、その光信号に光学的変化を加えた光信号を測距装置に送信する。測距装置は、光信号入出力装置から光学的変化を加えた光信号を受信し、光源から光信号入出力装置を介して受光装置に至るまでの伝搬距離を計測し、伝搬距離を基に、光信号入出力装置の相対位置を計測する。なお、測距装置は、光信号を出力する光源と光学的変化を加えた光信号を受信する受光装置を、光源から光学変調波反射装置を介して受光装置に至るまでの光信号の独立した伝搬ルートを３つ以上得られるように備える（例えば、光源３台と受光装置３台、又は、光源３台と受光装置１台、又は、光源１台と受光装置３台、又は、光源２台と受光装置２台、等）。また、上記の被測定物は、少なくとも１つ以上存在し、被測定物毎に光信号入出力装置を少なくとも１つ以上備える。例えば、３つ以上の光源と、３つ以上の受光装置と、３つ以上の光信号入出力装置を用いて、光信号入出力装置の相対位置を３点交差法（３点以上でも良い）により計測する。

分散開口レーダにおいて、光波による高精度な測位計測／方位計測を実現する。

現状技術の説明図である。 本発明に係る計測システムの構成例を示す図である。 本発明の第１実施形態の説明図である。 本発明に係る相対方位の算出法の説明図である。 第１実施形態に係る光学変調波反射装置の説明図である。 本発明の第２実施形態の説明図である。 第２実施形態に係る光学変調波反射装置の説明図である。 本発明の第３実施形態の説明図である。 本発明の第４実施形態の説明図である。 本発明の第５実施形態の説明図である。

＜第１実施形態＞
以下に、本発明の第１実施形態について添付図面を参照して説明する。

本実施形態では、分散開口レーダや分散開口アンテナを構成する複数のアンテナ（サブアレー）の相対位置及び相対方位を、１台のレーザ測距装置により計測する技術について提案する。なお、実際には、複数のレーザ測距装置により計測しても良い。

［計測システムの構成例］
図２に示すように、本実施形態に係る計測システムは、レーザ測距装置１０と、アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ：Ｎは任意）を含む。

レーザ測距装置１０は、光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ：Ｍは任意）と、受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’：Ｍ’は任意）と、計測装置１３を備える。

アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）の各々は、光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ：Ｐは任意）を備える。

レーザ測距装置１０に配置された光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）の各々は、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に配置された各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）に対してビームを照射する。このビームは、光信号に相当する。各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）は、いずれも適切な位置に適切な精度で設置される。各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）の配置（正確な配置の計測値）は既知データとして、レーザ測距装置１０に事前入力されているものとする。

なお、レーザ測距装置１０の各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）は一般的にレーザ光源であるが、実際には、各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）はレーザ光源に限らず、通常光源でも良い。すなわち、レーザ測距装置１０の各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）は、レーザ光源に限定されない。

レーザ測距装置１０に配置された受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）の各々は、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に配置された各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）からの反射光を受光する。各受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）は、いずれも適切な位置に適切な精度で設置される。各受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）の配置（正確な配置の計測値）は既知データとして、レーザ測距装置１０に事前入力されているものとする。

レーザ測距装置１０に配置された計測装置１３は、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）からの反射光に基づいて、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）の相対位置を計測する。具体的には、計測装置１３は、光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）から光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）を介して受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）に至るまでの光信号の伝搬距離を計測し、伝搬距離を基に、光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）の相対位置を計測する。

各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に配置された各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）は、レーザ測距装置１０に配置された各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）からの入射光に対し、疑似ランダムパターン等により変調を加えて反射する。すなわち、光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）は、入射光として光信号を入力し、反射光として光学的変化を加えた光信号を出力する光信号入出力装置でもある。各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）は、いずれも適切な位置に適切な精度で設置される。各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）の配置データ（正確な配置の計測値）は既知データとして、レーザ測距装置１０に事前入力されているものとする。例えば、配置データは、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）が配置されているアンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）と、そのアンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）上における設置位置（座標情報等）を示す。また、レーザ測距装置１０は、配置データを、対応テーブル等のファイル形式で、手動操作（直接入力）や通信を介して事前入手する。

また、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）は、各々固有の変調パターンにより入射光の変調を行う。各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）に固有の変調パターンは既知データとして、レーザ測距装置１０に事前入力されているものとする。例えば、レーザ測距装置１０は、固有の変調パターンを、対応テーブル等のファイル形式で、手動操作（直接入力）や通信を介して事前入手する。

なお、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に配置された各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）は、レンズ、ＬＮ変調器等の変調デバイス、ミラー等で形成されている。各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）は、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）の相対方位を計測する場合は、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に、少なくとも（最低でも）３つずつ配置されるが、実際には、これらの例に限定されない。

［動作の概要］
本実施形態では、光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）から光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）を介して受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）に至るまでの光信号の伝搬ルートが３つ以上得られる様に、レーザ測距装置１０へ搭載する光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）及び受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）の台数（Ｍ、Ｍ’）を決定し、レーザ測距装置１０は、光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）及び受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）を用いて、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）の相対位置を３点交差法により計測する。なお、３点交差法は一例に過ぎない。実際には、３点以上（光信号の伝搬ルートを３つ以上）として計測（多点交差法）しても良い。

具体的には、レーザ測距装置１０は、全てのアンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に配置された全ての光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）に対し、各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）からビーム照射を行い、各受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）で反射光を受光する。なお、ビーム照射は、１回に限らず、複数回でも良い。

各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）は、各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）からの入射光を異なる符号で変調し、反射光として出力する。

そのため、レーザ測距装置１０に配置された計測装置１３は、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）からの反射光が重畳された状態においても、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）に対応した変調パターンを用いて、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）からの反射光を分離識別できる。これにより、レーザ測距装置１０に配置された計測装置１３は、全てのアンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に配置された全ての光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）の相対位置を高精度に計測する。

また、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）を各々３つ以上配置した場合、計測装置１３は、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）の相対方位を、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に設置されている光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）の相対位置の計測値からベクトル計算により計測（算出）することが可能である。

［本実施形態における計測手法］
図３を参照して、本実施形態における計測手法の詳細について説明する。

レーザ測距装置１０に配置された各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）は、時分割／周波数分割で、光信号を出力する。ここでは、光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）の各々は、全てのアンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に配置された全ての光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）に対してビームを照射することで、光信号を送信する。

各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に配置された各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）は、各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）からの入射光に、各々異なる光学変調を加えて反射する。

レーザ測距装置１０に配置された各受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）は、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）からの反射光を受光する。

レーザ測距装置１０に配置された計測装置１３は、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）に対応した変調パターンで受光波を相関処理する。また、計測装置１３は、光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）から光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）を介して受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）に至るまでの光信号の伝搬距離を高精度に測定する。また、計測装置１３は、高精度距離測定結果を用いた３点交差法（３点以上の高精度距離測定結果を用いても良い）により、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）の相対位置を計測し、相対位置計測結果を用いて、図４に示すように、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）の相対方位を計測する。

［光学変調波反射装置の構成例］
図５を参照して、本実施形態に係る光学変調波反射装置の構成例について説明する。

本実施形態に係る光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）の各々は、受信レンズ２１１と、光スプリッタ２１２と、ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）２１３と、変調器ドライバ２１４と、レーザドライバ２１５と、変調器２１６と、レーザ増幅器２１７と、送信レンズ２１８を備える。

受信レンズ２１１は、レーザ測距装置１０に配置された各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）からの光信号（受信信号）を受信する。ここでは、受信レンズ２１１は、レーザ測距装置１０の各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）から照射されたビームを受光することで、光信号を受信する。

光スプリッタ２１２は、受信レンズ２１１で受光した光信号を、ＰＤ２１３と変調器２１６に分配する。

ＰＤ２１３は、光信号を電気信号へ変換し、その電気信号を変調器ドライバ２１４とレーザドライバ２１５に向けて出力する。

変調器ドライバ２１４は、ＰＤ２１３からの電気信号に応じて、変調器２１６を制御するための電気信号を出力する。

レーザドライバ２１５は、ＰＤ２１３からの電気信号に応じて、レーザ増幅器２１７を制御するための電気信号を出力する。

レーザドライバ２１５は、レーザ測距装置１０に配置された各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）の出力レベルを手動操作（直接入力）や通信を介して事前入力する。また、レーザドライバ２１５は、ＰＤ２１３からの電気信号の振幅レベルから受信信号の振幅レベルを計測する。また、レーザドライバ２１５は、事前入力した各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）の出力レベルと受信信号の振幅レベル計測結果用いて、送信信号の振幅レベルがレーザ測距装置の位置において手動操作（直接入力）や通信を介して設定された設定値となるようにレーザ増幅器２１７における光増幅度を制御する。なお、レーザドライバ２１５によるレーザ増幅器２１７の光増幅度の制御は、省略も可能である、また、レーザドライバ２１５及びレーザ増幅器２１７を省略することも可能である。すなわち、レーザドライバ２１５及びレーザ増幅器２１７は、必要に応じて設けるものであり、不要であれば設けなくても良い。

変調器２１６は、変調器ドライバ２１４からの電気信号に応じて、光スプリッタ２１２からの光信号を変調し、変調された光信号（変調波）をレーザ増幅器２１７に向けて出力する。

レーザ増幅器２１７は、レーザドライバ２１５からの電気信号に応じて、変調器２１６からの光信号（変調波）の振幅を制御し、送信レンズ２１８に向けて出力する。ここでは、レーザ増幅器２１７は、光信号（変調波）の振幅がレーザ測距装置１０側で一定の振幅になるように出力を制御する。

送信レンズ２１８は、レーザ増幅器２１７からの光信号（送信信号）を、レーザ測距装置１０に向けて送信する。ここでは、送信レンズ２１８は、レーザ測距装置１０の各受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）に対してビームを照射することで、光信号を送信する。

なお、本実施形態では、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）は、光信号の受信から送信までの時間が一定精度内に収まるようにしている。

また、本実施形態では、光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）における光路を、ミラーやレンズを用いて光路を構成する自由空間光伝送路とした場合、及び、ファイバやフォトニック結晶等の導波路を用いた光伝送路とした場合のいずれの場合でも対応可能である。

［第１実施形態の固有の作用・効果］
本実施形態では、有事等で即時展開した分散開口レーダの複数のアンテナ（サブアレー）の各々の相対位置及び相対方位を計測する。

被測定物である各アンテナ（サブアレー）の相対位置及び相対方位を計測するために、各アンテナ（サブアレー）に反射鏡を設置して遠方の計測器から光を照射して各アンテナ（サブアレー）の反射鏡からの反射光を計測する。

このとき、各アンテナ（サブアレー）に設置する反射鏡を、入射光を各々異なる疑似ランダムパターン等により変調してから反射する光学変調反射鏡としている点を特徴とする。

これにより、各反射光を測定器で計測した後、各光学変調反射鏡の変調パターンに対応したレプリカ信号で相関処理を行うことで、どのアンテナ（サブアレー）からの反射光であるかを分離識別することができる。

本実施形態により、複数の被測定物の設置位置及び設置方位を遠方から即座に高精度で計測することが可能である。例えば、上記のように、３個以上の複数光源からビームを照射することで複数の各光学変調波反射装置の相対位置及び相対方位を同時に高精度に計測することができる。

＜第２実施形態＞
以下に、本発明の第２実施形態について説明する。

本実施形態では、光学変調波反射装置の機能を簡素化した事例について説明する。

第１実施形態では、光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）においてＬＮ変調器等のアクティブデバイスを使用したが、第２実施形態では、光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）において偏光素子等のパッシブデバイスを使用して変調器の機能を簡素化したものとする。計測システムの構成自体は、第１実施形態と同じである

［本実施形態における計測手法］
図６を参照して、本実施形態における計測手法の詳細について説明する。

レーザ測距装置１０に配置された各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）は、時分割／周波数分割で、光信号を出力する。ここでは、光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）の各々は、全てのアンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に配置された全ての光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）に対してビームを照射することで、光信号を送信する。

本実施形態では、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に配置された各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）は、各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）からの入射光に、ファラデー回転子等の偏光素子を用いて各々異なる偏光を加えて反射する。

レーザ測距装置１０に配置された各受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）は、複数の偏光フィルタを介して、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）からの反射光を受光する。このとき、レーザ測距装置１０又は各受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）は、複数の偏光フィルタを有しているものとする。

レーザ測距装置１０に配置された計測装置１３は、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）に対応した偏光パターンで受光波を分離識別する。これにより、第１実施形態と同様の計測機能を実現する。

偏光フィルタは、偏光パターンと同数以上であると好適である。すなわち、偏光フィルタは、少なくとも各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）と同数以上である。

［光学変調波反射装置の構成例］
図７を参照して、本実施形態に係る光学変調波反射装置の構成例について説明する。

本実施形態に係る光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）の各々は、受信レンズ２１１と、送信レンズ２１８と、偏光素子２１９を備える。

受信レンズ２１１は、レーザ測距装置１０に配置された各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）からの光信号（受信信号）を受信する。ここでは、受信レンズ２１１は、レーザ測距装置１０の各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）から照射されたビームを受光することで、光信号を受信する。

送信レンズ２１８は、レーザ増幅器２１７からの光信号（送信信号）を、レーザ測距装置１０に向けて送信する。ここでは、送信レンズ２１８は、レーザ測距装置１０の各受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）に対してビームを照射することで、光信号を送信する。

偏光素子２１９は、受信レンズ２１１で受光した光信号を偏光し、偏光された光信号を送信レンズ２１８に向けて出力する。ここでは、偏光素子２１９は、光信号（変調波）がレーザ測距装置１０側で一定の偏光パターンになるように偏光する。

なお、本実施形態では、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）は、光信号の受信から送信までの時間が一定精度内に収まるようにしている。

また、本実施形態は第１実施形態と同様に、光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）における光路を、ミラーやレンズを用いて光路を構成する自由空間光伝送路とした場合、及び、ファイバやフォトニック結晶等の導波路を用いた光伝送路とした場合のいずれの場合でも対応可能である。但し、導波路を用いた光伝送を採用する場合は、偏波保持型の光伝送路を採用するものとする。

［第２実施形態の固有の作用・効果］
本実施形態は、複数のアンテナ（サブアレー）の数が少ない場合に有効である。

また、光学変調波反射装置の機能を簡素化することで、コスト（費用）低減につなげることができる。

＜第３実施形態＞
以下に、本発明の第３実施形態について説明する。

第３実施形態では、アンテナ（サブアレー）が移動可能である事例について説明する。

なお、実際には、アンテナ（サブアレー）自体が移動体であっても良いし、アンテナ（サブアレー）を移動体に搭載していても良い。

ここでは、移動体の例として、自走式の車輌を想定している。また、車輌に限らず、自走ロボット（多脚ロボット等）や船舶等も考えられる。また、水陸両用車等でも良い。但し、実際には、これらの例に限定されない。

［本実施形態における計測手法］
図８を参照して、本実施形態における計測手法の詳細について説明する。

レーザ測距装置１０に配置された各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）は、逐次／周期的に、時分割／周波数分割で、光信号を出力する。ここでは、光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）の各々は、逐次／周期的に、全てのアンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に配置された全ての光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）に対してビームを照射することで、光信号を送信する。

本実施形態では、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）は移動体に搭載されている。或いは、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）自体が移動体である。各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に配置された各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）は、移動体の移動中／停止中を問わず、各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）からの入射光に、各々異なる光学変調を加えて反射する。

レーザ測距装置１０に配置された各受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）は、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）からの反射光を受光する。

レーザ測距装置１０に配置された計測装置１３は、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）に対応した変調パターンで受光波を相関処理する。また、計測装置１３は、光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）から光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）を介して受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）に至るまでの光信号の伝搬距離を高精度に測定する。また、計測装置１３は、高精度距離測定結果を用いた３点交差法（３点以上の高精度距離測定結果を用いても良い）により、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）の相対位置を計測し、相対位置計測結果を用いて、図４に示すように、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）の相対方位を計測する。

更に、計測装置１３は、ビームの出力周期（出力間隔）や反射光の受光周期（受光間隔）等の時間情報を取得することで、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）の相対速度を計測することも可能となる。

なお、本実施形態では、各光学変調波反射装置に対応した変調パターンを用いる事例について説明しているが、第２実施形態と同じく、各光学変調波反射装置に対応した偏光パターンを用いて実施することも可能である。

［第３実施形態の固有の作用・効果］
本実施形態では、光学変調波反射装置を搭載した分散開口レーダのアンテナ（サブアレー）を移動体としても、瞬時に全てのアンテナ（サブアレー）の相対位置／相対方位が計測できるため、分散開口レーダの信号処理（ビーム制御）に適用できる。

＜第４実施形態＞
以下に、本発明の第４実施形態について説明する。

第４実施形態では、レーダ測距装置が移動可能である事例について説明する。

なお、実際には、レーダ測距装置自体が移動体であっても良いし、レーダ測距装置を移動体に搭載しても良い。また、レーダ測距装置に配置された光源及び受光装置が可動式／回転式（回転台等）の機構であっても良い。

ここでは、移動体の例として、航空機等の飛翔体を想定している。但し、実際には、これらの例に限定されない。

［本実施形態における計測手法］
図９を参照して、本実施形態における計測手法の詳細について説明する。

本実施形態では、レーザ測距装置１０は移動体に搭載されている。或いは、レーザ測距装置１０自体が移動体である。また、レーザ測距装置１０自体の移動に関わらず、レーザ測距装置１０に配置された各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）及び各受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）を可動式／回転式（回転台等）の機構としても良い。レーザ測距装置１０に配置された各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）は、逐次／周期的に、時分割／周波数分割で、光信号を出力する。ここでは、光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）の各々は、移動体の移動中／停止中を問わず、逐次／周期的に、全てのアンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に配置された全ての光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）に対してビームを照射することで、光信号を送信する。

各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に配置された各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）は、各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）からの入射光に、各々異なる光学変調を加えて反射する。

レーザ測距装置１０に配置された各受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）は、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）からの反射光を受光する。

レーザ測距装置１０に配置された計測装置１３は、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）に対応した変調パターンで受光波を相関処理する。また、計測装置１３は、光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）から光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）を介して受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）に至るまでの光信号の伝搬距離を高精度に測定する。また、計測装置１３は、高精度距離測定結果を用いた３点交差法（３点以上の高精度距離測定結果を用いても良い）により、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）の相対位置を計測し、相対位置計測結果を用いて、図４に示すように、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）の相対方位を計測する。

なお、本実施形態では、各光学変調波反射装置に対応した変調パターンを用いる事例について説明しているが、第２実施形態と同じく、各光学変調波反射装置に対応した偏光パターンを用いて実施することも可能である。

［第４実施形態の固有の作用・効果］
本実施形態では、レーダ測距装置が移動体に搭載されたシステムとした場合も、瞬時に全てのアンテナ（サブアレー）の相対位置／相対方位が計測できるため、分散開口レーダの信号処理（ビーム制御）に適用できる。

＜第５実施形態＞
以下に、本発明の第５実施形態について説明する。

第５実施形態は、第３実施形態と第４実施形態を組み合わせたものである。本実施形態では、レーダ測距装置とアンテナ（サブアレー）がそれぞれ移動可能である事例について説明する。

なお、第１実施形態及び第２実施形態のレーダ測距装置やアンテナ（サブアレー）自体が移動体であっても良い。
なお、実際には、レーダ測距装置やアンテナ（サブアレー）自体が移動体であっても良いし、レーダ測距装置やアンテナ（サブアレー）を移動体に搭載しても良い。また、レーダ測距装置に配置された光源及び受光装置が可動式／回転式（回転台等）の機構であっても良い。

［本実施形態における計測手法］
図１０を参照して、本実施形態における計測手法の詳細について説明する。

本実施形態では、レーザ測距装置１０は移動体に搭載されている。或いは、レーザ測距装置１０自体が移動体である。レーザ測距装置１０に配置された各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）は、逐次／周期的に、時分割／周波数分割で、光信号を出力する。ここでは、光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）の各々は、移動体の移動中／停止中を問わず、逐次／周期的に、全てのアンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に配置された全ての光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）に対してビームを照射することで、光信号を送信する。

本実施形態では、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）は移動体に搭載されている。或いは、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）自体が移動体である。各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）に配置された各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）は、移動体の移動中／停止中を問わず、各光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）からの入射光に、各々異なる光学変調を加えて反射する。

レーザ測距装置１０に配置された各受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）は、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）からの反射光を受光する。

レーザ測距装置１０に配置された計測装置１３は、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）に対応した変調パターンで受光波を相関処理する。また、計測装置１３は、光源１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）から光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）を介して受光装置１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）に至るまでの光信号の伝搬距離を高精度に測定する。また、計測装置１３は、高精度距離測定結果を用いた３点交差法（３点以上の高精度距離測定結果を用いても良い）により、各光学変調波反射装置２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）の相対位置を計測し、相対位置計測結果を用いて、図４に示すように、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）の相対方位を計測する。

更に、計測装置１３は、ビームの出力周期（出力間隔）や反射光の受光周期（受光間隔）等の時間情報を取得することで、各アンテナ（サブアレー）２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）の相対速度を計測することも可能となる。

なお、本実施形態では、各光学変調波反射装置に対応した変調パターンを用いる事例について説明しているが、第２実施形態と同じく、各光学変調波反射装置に対応した偏光パターンを用いて実施することも可能である。

［第５実施形態の固有の作用・効果］
本実施形態では、レーダ測距装置やアンテナ（サブアレー）が移動可能であるシステムとした場合も、瞬時に全てのアンテナ（サブアレー）の相対位置／相対方位が計測できるため、分散開口レーダの信号処理（ビーム制御）に適用できる。

＜各実施形態の関係＞
なお、上記の各実施形態は、組み合わせて実施することも可能である。また、上記の各実施形態において、アンテナ（サブアレー）は、アンテナ装置（サブアレーユニット）と読み替えても良い。また、実際には、上記の各実施形態において、個々のアンテナ（サブアレー）が、レーダ測距装置又はその構成を搭載することも可能である。例えば、移動可能な個々のアンテナ（サブアレー）が、自動制御／自律制御により、相互に相対位置／相対方位を計測するようにしても良い。また、アンテナ（サブアレー）は、一例に過ぎない。実際には、本発明における被測定物は、アンテナ（サブアレー）に限定されない。したがって、上記の各実施形態において、アンテナ（サブアレー）は、単に被測定物と読み替えても良い。

＜本発明の特徴＞
本発明は、被測定物に設置する反射鏡を（入射光を各々異なる疑似ランダムパターン等により変調してから反射する）光学変調反射鏡とし、各反射鏡からの反射光を測定器で検出した後、相関処理で分離識別することで、複数の被測定物の相対位置及び相対方位を遠方から同時（即座）に高精度で計測できることを特徴としている。

本発明は、分散開口レーダを始め、アンテナ装置の精密相対測位が必要な製品に適用可能である。

＜備考＞
以上、本発明の実施形態を詳述してきたが、実際には、上記の実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があっても本発明に含まれる。

１０… レーザ測距装置
１１（１１−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ）… 光源
１２（１２−ｍ、ｍ＝１〜Ｍ’）… 受光装置
１３… 計測装置
２０（２０−ｎ、ｎ＝１〜Ｎ）… アンテナ（サブアレー）
２１（２１−ｐ、ｐ＝１〜Ｐ）… 光学変調波反射装置（光信号入出力装置）
２１１… 受信レンズ
２１２… 光スプリッタ
２１３… ＰＤ（Ｐｈｏｔｏ Ｄｉｏｄｅ）
２１４… 変調器ドライバ
２１５… レーザドライバ
２１６… 変調器
２１７… レーザ増幅器
２１８… 送信レンズ
２１９… 偏光素子

Claims (12)

1. 被測定物に搭載され、光信号を入力し、前記光信号に光学的変化を加えた光信号を出力する光信号入出力装置と、
   前記光信号入出力装置に前記光信号を送信し、前記光信号入出力装置から前記光学的変化を加えた光信号を受信し、前記光学的変化を加えた光信号を基に、前記光信号の送信から前記光学的変化を加えた光信号の受信に至るまでの光信号の伝搬距離を計測し、前記伝搬距離を基に、前記光信号入出力装置の相対位置を計測する測距装置と
   を具備する
   計測システム。
2. 請求項１に記載の計測システムであって、
   前記測距装置は、
   前記光信号入出力装置にビームを照射して前記光信号を送信する光源と、
   前記光信号入出力装置から反射光を受光して前記光学的変化を加えた光信号を受信する受光装置と、
   前記光学的変化を加えた光信号を基に、前記光源から前記光信号入出力装置を介して前記受光装置に至るまでの光信号の伝搬距離を計測し、前記伝搬距離を基に、前記光信号入出力装置の相対位置を計測する計測装置と
   を具備する
   計測システム。
3. 請求項２に記載の計測システムであって、
   各々単数乃至複数の前記光源及び前記受光装置を有し、
   前記光源から前記光信号入出力装置を介して前記受光装置に至るまでの光信号の独立した伝搬ルートは、３次元計測の場合には３つ以上存在し、２次元計測の場合には２つ以上存在し、
   単数乃至複数の前記光源の各々は、前記光信号入出力装置に前記光信号を送信し、
   単数乃至複数の前記受光装置の各々は、前記光信号入出力装置から前記光信号を受信し、
   前記計測装置は、前記各光源から前記光信号入出力装置を介して前記各受光装置に至るまでの各々の光信号の伝搬距離を計測する
   計測システム。
4. 請求項１乃至３のいずれか一項に記載の計測システムであって、
   前記被測定物は、前記光信号入出力装置を単数乃至複数搭載しており、
   単数乃至複数の前記光信号入出力装置の各々は、前記光信号に各々固有の光学的変化を加えた光信号を出力する
   計測システム。
5. 請求項４に記載の計測システムであって、
   前記各光信号入出力装置は、各々固有の変調パターンにより前記光信号の変調を行い、前記光学的変化を加えた光信号として出力し、
   前記測距装置は、前記各変調パターンに基づいて、前記光学的変化を加えた光信号の各々を分離識別する
   計測システム。
6. 請求項４に記載の計測システムであって、
   前記各光信号入出力装置は、各々固有の偏光パターンにより前記光信号の偏光を行って
   前記光学的変化を加えた光信号として出力し、
   前記測距装置は、前記各偏光パターンに基づいて、前記光学的変化を加えた光信号の各々を分離識別する
   計測システム。
7. 請求項１乃至６のいずれか一項に記載の計測システムであって、
   前記被測定物は、単数乃至複数存在し、
   単数乃至複数の前記被測定物の各々は、前記光信号入出力装置を３次元計測の場合は３つ以上、２次元計測の場合は２つ以上搭載し、
   前記測距装置は、前記各被測定物に搭載された３つ以上の前記光信号入出力装置の各々の相対位置を計測し、前記相対位置を基に、前記被測定物の相対方位を計測する
   計測システム。
8. 請求項１乃至７のいずれか一項に記載の計測システムであって、
   前記被測定物と前記測距装置とのうち少なくとも一方は、移動体であり、
   前記測距装置は、逐次、前記光信号入出力装置に前記光信号を送信し、前記光信号入出力装置から前記光学的変化を加えた光信号を受信し、前記光学的変化を加えた光信号を基に、前記光信号の送信から前記光学的変化を加えた光信号の受信に至るまでの光信号の伝搬距離を計測し、前記伝搬距離を基に、前記光信号入出力装置の相対位置を計測する
   計測システム。
9. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の計測システムで使用される光信号入出力装置。
10. 請求項１乃至８のいずれか一項に記載の計測システムで使用される測距装置。
11. 前記測距装置が、被測定物に搭載された光信号入出力装置に対して光信号を送信するステップと、
    前記光信号入出力装置が、前記測距装置から前記光信号を受信し、前記光信号に光学的変化を加えた光信号を前記測距装置に対して送信するステップと、
    前記測距装置が、前記光信号入出力装置から前記光学的変化を加えた光信号を受信するステップと、
    前記測距装置が、前記光学的変化を加えた光信号を基に、前記光信号の送信から前記光学的変化を加えた光信号の受信に至るまでの光信号の伝搬距離を計測し、前記伝搬距離を基に、前記光信号入出力装置の相対位置を計測するステップと
    を含む
    計測方法。
12. 請求項１１に記載の計測方法であって、
    前記被測定物に搭載された３つ以上の前記光信号出力装置の相対位置を基に、前記被測定物の相対方位を計測するステップ
    を更に含む
    計測方法。

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