JP3598666B2 - レーザレーダ装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いて大気中の物体の状態を計測するレーザレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
レーザレーダ装置は、大気中の物体にレーザ光を照射し、該レーザ光の物体による散乱光に基づいて計測対象である物体の状態を映像表示する。例えば、このようなレーザレーダ装置を用いて、市街地上空に浮遊する浮遊粒子の密度分布を計測した場合、浮遊粒子の密度に応じて部分的に表示の異なる計測映像が表示される。
【０００３】
しかし、上記レーザレーダ装置では、反射物（ハードターゲット）からの反射光が散乱光と共に受光される場合がある。この場合、従来のレーザレーダ装置は、例えばビル等の反射物による高強度の反射光と、浮遊粒子の粒子密度の高い部分からの比較的強度の大きな散乱光とを識別することができない。このため、粒子密度の高い部分とハードターゲットとは計測映像に同一表示されて、その識別が困難であるという問題点がある。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、以下の点を目的とするものである。
（１）反射光と散乱光とを識別することが可能なレーザレーダ装置を提供する。
（２）計測対象物である物体とは異なる形で反射物を映像表示することが可能なレーザレーダ装置を提供する。
（３）計測映像の解釈が容易なレーザレーダ装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の手段として、レーザ光を大気中の物体に照射し、該レーザ光の物体による散乱光に基づいて該物体の状態を示す計測映像を生成し、該計測映像を表示装置に表示するレーザレーダ装置において、前記散乱光の強度を検出する光検出器と、光検出器から出力された検出信号の飽和部からレーザ光を反射する反射物を検出する飽和検出部と、該飽和検出部の出力に基づいて前記反射物の反射物映像を生成するハードターゲット映像生成部と、前記計測映像に反射物映像を合成する映像合成部とを具備する手段が採用される。
【０００６】
第２の手段として、上記第１の手段において、飽和検出部は検出信号の飽和部の時間幅を計時し、ハードターゲット映像生成部は該時間幅に応じた反射物映像を生成するという手段が採用される。
【０００７】
第３の手段として、上記第１または第２の手段において、物体は大気中に浮遊する浮遊粒子であり、レーザ光を走査して得られる浮遊粒子からの散乱光の強度に基づいて該浮遊粒子の粒子濃度分布を計測するという手段が採用される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図３を参照して、本発明に係わるレーザレーダ装置の一実施形態について説明する。
【０００９】
図１は、本実施形態の構成を示す機能ブロック図である。この図において、符号１はレーザレーダ望遠鏡であり、筒状の本体１ａと、一定周期のレーザパルスａを発振するレーザ発振器１ｂと、該レーザパルスａを本体１ａの軸線方向に全反射する全反射板１ｃと、該全反射板１ｃから観測対象物である物体（例えば大気中に浮遊する浮遊粒子）Ｘによって後方散乱された散乱光ｂを反射する凹面反射鏡１ｄと、該凹面反射鏡１ｄによって反射された散乱光ｂを一点に集光する集光鏡１ｅと、該集光鏡１ｅによって集光された散乱光ｂの強度を検出し、検出信号ｃとして信号処理装置２に出力する光検出器１ｆとから形成される。
【００１０】
上記レーザ発振器１ｂは、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザにＱスイッチ法を適用したものであり、波長２μｓ（マイクロ秒）でパルス幅５０ｎｓ（ナノ秒）、かつ繰返数１０Ｈｚ（ヘルツ）で１パルス当たりの出力５０ｍＪ（ミリジュール）のレーザパルスａを出力する。また、光検出器１ｆには、上記波長帯のレーザパルスａの強度を高感度で検出するアバランシュフォトダイオード（ＡＰＤ）等が適用される。
【００１１】
該レーザレーダ望遠鏡１は走査架台３上に載置され、該走査架台３の作動によって本体１ａの向きが変えられて、レーザパルスａが浮遊粒子Ｘに対して水平方向及び上下方向に順次走査されるようになっている。例えば、レーザレーダ望遠鏡１は、建物の屋上等、視界の良い屋外に設置される。
【００１２】
信号処理装置２は、コンピュータからなる装置であり、計測映像生成部２ａと飽和検出部２ｂとハードターゲット映像生成部２ｃと映像合成部２ｄとから構成される。計測映像生成部２ａは、上記検出信号ｃから浮遊粒子Ｘの濃度分布状態を示す計測映像信号ｄを生成する。
【００１３】
図２は、飽和検出部２ｂの作用を説明するための検出信号ｃの波形図である。上記レーザパルスａがビル等の反射物（ハードターゲット）によって反射されてレーザレーダ望遠鏡１に入射された反射光は、浮遊粒子Ｘによる散乱光ｂに比較して極めて高い強度となる。したがって、このようなハードターゲットからの反射光が光検出器１ｆに入射されると、光検出器１ｆの出力つまり検出信号ｃは波形部（飽和部）ｃ１に示すように飽和する。
【００１４】
飽和検出部２ｂは、予め確認されている光検出器１ｆの飽和レベルＤ０と検出信号ｃとを比較し、該検出信号ｃが飽和レベルＤ０を越える時間幅（飽和時間）Ｔを計時して計時信号ｅとして出力する。ハードターゲット映像生成部２ｃは、計時信号ｅによって示される飽和時間Ｔ及びレーザパルスａの走査速度から、レーザパルスａの走査方向におけるハードターゲットの幅を算出してハードターゲット映像信号ｆを出力する。
【００１５】
映像合成部２ｄは、計測映像信号ｄ及びハードターゲット映像信号ｆとを合成して計測映像にハードターゲット映像を重ね合わせた合成映像Ａを生成し、合成映像信号ｇとして表示装置４に出力する。表示装置４は、合成映像信号ｇに基づいて合成映像Ａを表示する。
【００１６】
上記レーザレーダ装置によれば、図３に示するような合成映像Ａが表示装置４に表示される。この図において、符号Ｏはレーザレーダ望遠鏡１の設置位置すなわちレーザパルスａの出射位置を、またＲは上記ハードターゲット映像を示している。すなわち、該合成映像Ａは、レーザレーダ望遠鏡１からある距離だけ離間した一定範囲において、一定の水平角度に亘ってレーザパルスａを走査して得られた計測結果を示すものである。例えばハードターゲット映像Ｒは黒色で表示される。また、ハードターゲット映像Ｒを除く他の部分は計測映像部であり、浮遊粒子Ｘの濃度に応じて黒色以外の他の色によって色分け表示される。
【００１７】
なお、上記実施形態では、検出信号と光検出器の飽和レベルとの比較に基づいてハードターゲットを識別するように構成したが、本願発明はこれに限定されるものではない。通常、物体からの散乱光とハードターゲットからの反射光とには、極めて大きなレベル差がある。したがって、上記光検出器の飽和レベル以下のレベルにしきい値を設けてハードターゲットを識別することが可能である。また、検出信号が飽和すると、飽和部は一定の時間幅に亘って一定レベルとなる。この検出信号が一定レベルに固定されて変化しない波形部の時間幅を検出することによってハードターゲットを識別することも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わるレーザレーダ装置によれば、以下のような効果を奏する。
（１）レーザ光を大気中の物体に照射し、該レーザ光の物体による散乱光に基づいて該物体の状態を示す計測映像を生成し、該計測映像を表示装置に表示するレーザレーダ装置において、前記散乱光の強度を検出する光検出器と、光検出器から出力された検出信号の飽和部からレーザ光を反射する反射物を検出する飽和検出部と、該飽和検出部の出力に基づいて前記反射物の反射物映像を生成するハードターゲット映像生成部と、前記計測映像に反射物映像を合成する映像合成部とを具備するので、検出信号の飽和部に基づいて計測対象である物体からの散乱光と反射物からの反射光とを識別することができる。
（２）飽和検出部は検出信号の飽和部の時間幅を計時し、ハードターゲット映像生成部は該時間幅に応じた反射物映像を生成するので、反射物映像が計測映像とは別々に生成されて異なる形で表示することが可能である。
（３）反射物映像が計測映像と異なる形で表示されるので、反射物映像と計測映像とを明確に識別することが可能であり、よって計測映像の解釈が極めて容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるレーザレーダ装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明に係わるレーザレーダ装置の一実施形態において、飽和検出部の作用を説明する計測信号の波形図である
【図３】本発明に係わるレーザレーダ装置の一実施形態において、計測結果として表示装置に表示される合成映像を示す平面図である。
【符号の説明】
１……レーザレーダ望遠鏡，１ａ……本体，１ｂ……レーザ発振器，１ｃ……全反射板，１ｄ……凹面反射鏡，１ｅ……集光鏡，１ｆ……光検出器，２……信号処理装置，２ａ……計測映像生成部，２ｂ……飽和検出部，２ｃ……ターゲット映像生成部，２ｄ……映像合成部，３……走査架台，４……表示装置，Ｘ……浮遊粒子（物体），Ａ……合成映像，ａ……レーザパルス，ｂ……散乱光，ｃ……計測信号，ｄ……計測映像信号，ｅ……計数信号，ｆ……ターゲット映像信号，ｇ……合成映像信号
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ光を用いて大気中の物体の状態を計測するレーザレーダ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
レーザレーダ装置は、大気中の物体にレーザ光を照射し、該レーザ光の物体による散乱光に基づいて計測対象である物体の状態を映像表示する。例えば、このようなレーザレーダ装置を用いて、市街地上空に浮遊する浮遊粒子の密度分布を計測した場合、浮遊粒子の密度に応じて部分的に表示の異なる計測映像が表示される。
【０００３】
しかし、上記レーザレーダ装置では、反射物（ハードターゲット）からの反射光が散乱光と共に受光される場合がある。この場合、従来のレーザレーダ装置は、例えばビル等の反射物による高強度の反射光と、浮遊粒子の粒子密度の高い部分からの比較的強度の大きな散乱光とを識別することができない。このため、粒子密度の高い部分とハードターゲットとは計測映像に同一表示されて、その識別が困難であるという問題点がある。
【０００４】
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、以下の点を目的とするものである。
（１）反射光と散乱光とを識別することが可能なレーザレーダ装置を提供する。
（２）計測対象物である物体とは異なる形で反射物を映像表示することが可能なレーザレーダ装置を提供する。
（３）計測映像の解釈が容易なレーザレーダ装置を提供する。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、第１の手段として、レーザ光を大気中の物体に照射し、該レーザ光の物体による散乱光に基づいて該物体の状態を示す計測映像を生成し、該計測映像を表示装置に表示するレーザレーダ装置において、前記散乱光の強度を検出する光検出器と、光検出器から出力された検出信号の飽和部からレーザ光を反射する反射物を検出する飽和検出部と、該飽和検出部の出力に基づいて前記反射物の反射物映像を生成するハードターゲット映像生成部と、前記計測映像に反射物映像を合成する映像合成部とを具備する手段が採用される。
【０００６】
第２の手段として、上記第１の手段において、飽和検出部は検出信号の飽和部の時間幅を計時し、ハードターゲット映像生成部は該時間幅に応じた反射物映像を生成するという手段が採用される。
【０００７】
第３の手段として、上記第１または第２の手段において、物体は大気中に浮遊する浮遊粒子であり、レーザ光を走査して得られる浮遊粒子からの散乱光の強度に基づいて該浮遊粒子の粒子濃度分布を計測するという手段が採用される。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１ないし図３を参照して、本発明に係わるレーザレーダ装置の一実施形態について説明する。
【０００９】
図１は、本実施形態の構成を示す機能ブロック図である。この図において、符号１はレーザレーダ望遠鏡であり、筒状の本体１ａと、一定周期のレーザパルスａを発振するレーザ発振器１ｂと、該レーザパルスａを本体１ａの軸線方向に全反射する全反射板１ｃと、該全反射板１ｃから観測対象物である物体（例えば大気中に浮遊する浮遊粒子）Ｘによって後方散乱された散乱光ｂを反射する凹面反射鏡１ｄと、該凹面反射鏡１ｄによって反射された散乱光ｂを一点に集光する集光鏡１ｅと、該集光鏡１ｅによって集光された散乱光ｂの強度を検出し、検出信号ｃとして信号処理装置２に出力する光検出器１ｆとから形成される。
【００１０】
上記レーザ発振器１ｂは、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザにＱスイッチ法を適用したものであり、波長２μｓ（マイクロ秒）でパルス幅５０ｎｓ（ナノ秒）、かつ繰返数１０Ｈｚ（ヘルツ）で１パルス当たりの出力５０ｍＪ（ミリジュール）のレーザパルスａを出力する。また、光検出器１ｆには、上記波長帯のレーザパルスａの強度を高感度で検出するアバランシュフォトダイオード（ＡＰＤ）等が適用される。
【００１１】
該レーザレーダ望遠鏡１は走査架台３上に載置され、該走査架台３の作動によって本体１ａの向きが変えられて、レーザパルスａが浮遊粒子Ｘに対して水平方向及び上下方向に順次走査されるようになっている。例えば、レーザレーダ望遠鏡１は、建物の屋上等、視界の良い屋外に設置される。
【００１２】
信号処理装置２は、コンピュータからなる装置であり、計測映像生成部２ａと飽和検出部２ｂとハードターゲット映像生成部２ｃと映像合成部２ｄとから構成される。計測映像生成部２ａは、上記検出信号ｃから浮遊粒子Ｘの濃度分布状態を示す計測映像信号ｄを生成する。
【００１３】
図２は、飽和検出部２ｂの作用を説明するための検出信号ｃの波形図である。上記レーザパルスａがビル等の反射物（ハードターゲット）によって反射されてレーザレーダ望遠鏡１に入射された反射光は、浮遊粒子Ｘによる散乱光ｂに比較して極めて高い強度となる。したがって、このようなハードターゲットからの反射光が光検出器１ｆに入射されると、光検出器１ｆの出力つまり検出信号ｃは波形部（飽和部）ｃ１に示すように飽和する。
【００１４】
飽和検出部２ｂは、予め確認されている光検出器１ｆの飽和レベルＤ０と検出信号ｃとを比較し、該検出信号ｃが飽和レベルＤ０を越える時間幅（飽和時間）Ｔを計時して計時信号ｅとして出力する。ハードターゲット映像生成部２ｃは、計時信号ｅによって示される飽和時間Ｔ及びレーザパルスａの走査速度から、レーザパルスａの走査方向におけるハードターゲットの幅を算出してハードターゲット映像信号ｆを出力する。
【００１５】
映像合成部２ｄは、計測映像信号ｄ及びハードターゲット映像信号ｆとを合成して計測映像にハードターゲット映像を重ね合わせた合成映像Ａを生成し、合成映像信号ｇとして表示装置４に出力する。表示装置４は、合成映像信号ｇに基づいて合成映像Ａを表示する。
【００１６】
上記レーザレーダ装置によれば、図３に示するような合成映像Ａが表示装置４に表示される。この図において、符号Ｏはレーザレーダ望遠鏡１の設置位置すなわちレーザパルスａの出射位置を、またＲは上記ハードターゲット映像を示している。すなわち、該合成映像Ａは、レーザレーダ望遠鏡１からある距離だけ離間した一定範囲において、一定の水平角度に亘ってレーザパルスａを走査して得られた計測結果を示すものである。例えばハードターゲット映像Ｒは黒色で表示される。また、ハードターゲット映像Ｒを除く他の部分は計測映像部であり、浮遊粒子Ｘの濃度に応じて黒色以外の他の色によって色分け表示される。
【００１７】
なお、上記実施形態では、検出信号と光検出器の飽和レベルとの比較に基づいてハードターゲットを識別するように構成したが、本願発明はこれに限定されるものではない。通常、物体からの散乱光とハードターゲットからの反射光とには、極めて大きなレベル差がある。したがって、上記光検出器の飽和レベル以下のレベルにしきい値を設けてハードターゲットを識別することが可能である。また、検出信号が飽和すると、飽和部は一定の時間幅に亘って一定レベルとなる。この検出信号が一定レベルに固定されて変化しない波形部の時間幅を検出することによってハードターゲットを識別することも可能である。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係わるレーザレーダ装置によれば、以下のような効果を奏する。
（１）レーザ光を大気中の物体に照射し、該レーザ光の物体による散乱光に基づいて該物体の状態を示す計測映像を生成し、該計測映像を表示装置に表示するレーザレーダ装置において、前記散乱光の強度を検出する光検出器と、光検出器から出力された検出信号の飽和部からレーザ光を反射する反射物を検出する飽和検出部と、該飽和検出部の出力に基づいて前記反射物の反射物映像を生成するハードターゲット映像生成部と、前記計測映像に反射物映像を合成する映像合成部とを具備するので、検出信号の飽和部に基づいて計測対象である物体からの散乱光と反射物からの反射光とを識別することができる。
（２）飽和検出部は検出信号の飽和部の時間幅を計時し、ハードターゲット映像生成部は該時間幅に応じた反射物映像を生成するので、反射物映像が計測映像とは別々に生成されて異なる形で表示することが可能である。
（３）反射物映像が計測映像と異なる形で表示されるので、反射物映像と計測映像とを明確に識別することが可能であり、よって計測映像の解釈が極めて容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係わるレーザレーダ装置の一実施形態を示す機能ブロック図である。
【図２】本発明に係わるレーザレーダ装置の一実施形態において、飽和検出部の作用を説明する計測信号の波形図である
【図３】本発明に係わるレーザレーダ装置の一実施形態において、計測結果として表示装置に表示される合成映像を示す平面図である。
【符号の説明】
１……レーザレーダ望遠鏡，１ａ……本体，１ｂ……レーザ発振器，１ｃ……全反射板，１ｄ……凹面反射鏡，１ｅ……集光鏡，１ｆ……光検出器，２……信号処理装置，２ａ……計測映像生成部，２ｂ……飽和検出部，２ｃ……ターゲット映像生成部，２ｄ……映像合成部，３……走査架台，４……表示装置，Ｘ……浮遊粒子（物体），Ａ……合成映像，ａ……レーザパルス，ｂ……散乱光，ｃ……計測信号，ｄ……計測映像信号，ｅ……計数信号，ｆ……ターゲット映像信号，ｇ……合成映像信号
Claims (3)
- レーザ光（ａ）を大気中の物体（Ｘ）に照射し、該レーザ光の物体による散乱光（ｂ）に基づいて該物体の状態を示す計測映像を生成し、該計測映像を表示装置に表示するレーザレーダ装置において、
前記散乱光の強度を検出する光検出器（１ｆ）と、
光検出器から出力された検出信号の飽和部からレーザ光を反射する反射物を検出する飽和検出部（２ｂ）と、
該飽和検出部の出力に基づいて前記反射物の反射物映像を生成するハードターゲット映像生成部（２ｃ）と、
前記計測映像に反射物映像を合成する映像合成部（２ｄ）と、
を具備することを特徴とするレーザレーダ装置。 - 請求項１記載のレーザレーダ装置において、飽和検出部は検出信号の飽和部の時間幅を計時し、ハードターゲット映像生成部は該時間幅に応じた反射物映像を生成することを特徴とするレーザレーダ装置。
- 請求項１または２記載のレーザレーダ装置において、物体は大気中に浮遊する浮遊粒子であり、レーザ光を走査して得られる浮遊粒子からの散乱光の強度に基づいて該浮遊粒子の粒子濃度分布を計測することを特徴とするレーザレーダ装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20263096A JP3598666B2 (ja) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | レーザレーダ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20263096A JP3598666B2 (ja) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | レーザレーダ装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1048335A JPH1048335A (ja) | 1998-02-20 |
| JP3598666B2 true JP3598666B2 (ja) | 2004-12-08 |
Family
ID=16460537
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20263096A Expired - Fee Related JP3598666B2 (ja) | 1996-07-31 | 1996-07-31 | レーザレーダ装置 |
Country Status (1)
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Families Citing this family (3)
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| CN103776742B (zh) * | 2014-01-15 | 2016-08-17 | 东南大学 | 联合测量气固系统颗粒运动参数的装置及方法 |
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1996
- 1996-07-31 JP JP20263096A patent/JP3598666B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
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| JPH1048335A (ja) | 1998-02-20 |
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