JP4657956B2 - 差分吸収ライダ装置 - Google Patents
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Description
この発明の実施の形態1に係る差分吸収ライダ装置について図1を参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係る差分吸収ライダ装置の構成を示すブロック図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
この発明の実施の形態2に係る差分吸収ライダ装置について図2及び図3を参照しながら説明する。図2は、この発明の実施の形態2に係る差分吸収ライダ装置の構成を示すブロック図である。
Claims (8)
- ターゲットに関する吸収係数が大きい第1の波長を持つ第1のCW光信号、及び前記ターゲットに関する吸収係数が小さい第2の波長を持つ第2のCW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出力される前記第1のCW光信号に、ベースバンド帯の第1の周波数を持つ第1のCW変調信号で、強度変調をかけるとともに、前記光信号発生手段から出力される前記第2のCW光信号に、ベースバンド帯の第2の周波数を持つ第2のCW変調信号で、強度変調をかける第1の光強度変調手段と、
前記第1の光強度変調手段から出力され強度変調された前記第1及び第2のCW光信号を合波し、合波した2波長の光信号を所定のビームサイズ、ビーム形状に成形して空間中に放射する放射手段と、
前記空間中に存在する前記ターゲットからの散乱光を直接検波して電気信号に変換する受信手段と、
前記受信手段から出力された電気信号から前記第1及び第2の周波数成分のみをそれぞれ抽出し、2つの信号の振幅または電力の差異から前記ターゲットの濃度を検出する信号処理手段と
を備え、
前記信号処理手段は、
前記光受信機から出力される電気信号の周波数スペクトルを計算し、前記第1及び第2の周波数成分の各々の、前記周波数スペクトル上における振幅または電力の差異から前記ターゲットの濃度を検出する信号処理器を含む
ことを特徴とする差分吸収ライダ装置。 - 前記光信号発生手段は、
ターゲットに関する吸収係数が大きい第1の波長を持つ第1のCW光信号を発生する第1の光源と、
前記ターゲットに関する吸収係数が小さい第2の波長を持つ第2のCW光信号を発生する第2の光源と、
前記第1の光源から出力される前記第1のCW光信号を分配する第1の光分配器と、
前記第2の光源から出力される前記第2のCW光信号を分配する第2の光分配器と、
前記第1及び第2の光分配器から出力される前記第1及び第2のCW光信号の波長を監視し、前記第1及び第2の波長に保持されるように、前記第1及び第2の光源を制御する波長ロック回路とを含み、
前記第1の光強度変調手段は、
ベースバンド帯の第1の周波数を持つ第1のCW変調信号を出力する第1の発振器と、
ベースバンド帯の第2の周波数を持つ第2のCW変調信号を出力する第2の発振器と、
前記第1の光分配器から出力される前記第1のCW光信号に前記第1のCW変調信号で強度変調をかける第1の光強度変調器と、
前記第2の光分配器から出力される前記第2のCW光信号に前記第2のCW変調信号で強度変調をかける第2の光強度変調器とを含み、
前記放射手段は、
前記第1及び第2の光強度変調器から出力され強度変調された第1及び第2のCW光信号を合波する光合波器と、
前記光合波器から出力され合波された2波長の光信号を増幅する光アンプと、
前記光アンプから出力され増幅された2波長の光信号を所定のビームサイズ、ビーム形状に成形して空間中に放射する送信光学系とを含み、
前記受信手段は、
前記空間中に存在する前記ターゲットからの散乱光を受信する受信光学系と、
前記受信光学系から出力される散乱光を直接検波して電気信号に変換する光受信機とを含む
ことを特徴とする請求項1記載の差分吸収ライダ装置。 - 前記信号処理手段は、
前記光受信機から出力される電気信号を分配する電気信号分配器と、
前記電気信号分配器から出力され分配された電気信号から前記第1の周波数成分のみを抽出する第1のフィルタと、
前記電気信号分配器から出力され分配された電気信号から前記第2の周波数成分のみを抽出する第2のフィルタと、
前記第1及び第2のフィルタから出力される2つの信号の振幅もしくは電力の差異から前記ターゲットの濃度を検出する信号処理器とを含む
ことを特徴とする請求項1記載の差分吸収ライダ装置。 - ターゲットに関する吸収係数が大きい第1の波長を持つ第1のCW光信号、及び前記ターゲットに関する吸収係数が小さい第2の波長を持つ第2のCW光信号を発生する光信号発生手段と、
ベースバンド帯の第1の周波数及びマイクロ波帯の周波数を含む周波数を持つ第1のCW電気信号に、所定のコード幅を持つ擬似ランダム系列である変調コードで、BPSK変調をかけて第1の変調信号を生成するとともに、ベースバンド帯の第2の周波数及び前記マイクロ波帯の周波数を含む周波数を持つ第2のCW電気信号に、前記変調コードで、BPSK変調をかけて第2の変調信号を生成し、前記光信号発生手段から出力される前記第1のCW光信号に、前記第1の変調信号で、強度変調をかけるとともに、前記光信号発生手段から出力される前記第2のCW光信号に、前記第2の変調信号で、強度変調をかける第2の光強度変調手段と、
前記第2の光強度変調手段から出力され強度変調された前記第1及び第2のCW光信号を合波し、合波した2波長の光信号を所定のビームサイズ、ビーム形状に成形して空間中に放射する放射手段と、
前記マイクロ波帯の周波数を持つ第3のCW電気信号に、前記変調コードを装置−ターゲット間の光信号往復時間と同じ時間だけ遅延させた変調コードで、変調をかけて復調信号を生成し、前記復調信号に基づいて、前記空間中に存在する前記ターゲットからの散乱光が受けている強度変調の周波数を復調し、復調された光信号を直接検波して電気信号に変換する受信復調手段と、
前記受信復調手段から出力された電気信号から前記第1及び第2の周波数成分のみをそれぞれ抽出し、2つの信号の振幅または電力の差異から前記ターゲットの濃度を検出する信号処理手段と
を備えたことを特徴とする差分吸収ライダ装置。 - 前記変調コードの遅延時間を可変する遅延時間可変手段をさらに備えた
ことを特徴とする請求項4記載の差分吸収ライダ装置。 - 前記光信号発生手段は、
ターゲットに関する吸収係数が大きい第1の波長を持つ第1のCW光信号を発生する第1の光源と、
前記ターゲットに関する吸収係数が小さい第2の波長を持つ第2のCW光信号を発生する第2の光源と、
前記第1の光源から出力される前記第1のCW光信号を分配する第1の光分配器と、
前記第2の光源から出力される前記第2のCW光信号を分配する第2の光分配器と、
前記第1及び第2の光分配器から出力される前記第1及び第2のCW光信号の波長を監視し、前記第1及び第2の波長に保持されるように、前記第1及び第2の光源を制御する波長ロック回路とを含み、
前記第2の光強度変調手段は、
ベースバンド帯の第1の周波数及びマイクロ波帯の周波数を含む周波数を持つ第1のCW電気信号を出力する第1の発振器と、
ベースバンド帯の第2の周波数及びマイクロ波帯の周波数を含む周波数を持つ第2のCW電気信号を出力する第2の発振器と、
所定のコード幅を持つ擬似ランダム系列である変調コードを発生する変調コード発生器と、
前記第1の発振器から出力される前記第1のCW電気信号に前記変調コードでBPSK変調をかけて第1の変調信号として出力する第1の電気ミキサと、
前記第2の発振器から出力される前記第2のCW電気信号に前記変調コードでBPSK変調をかけて第2の変調信号として出力する第2の電気ミキサと、
前記第1の光分配器から出力される前記第1のCW光信号に前記第1の変調信号で強度変調をかける第1の光強度変調器と、
前記第2の光分配器から出力される前記第2のCW光信号に前記第2の変調信号で強度変調をかける第2の光強度変調器とを含み、
前記放射手段は、
前記第1及び第2の光強度変調器から出力され強度変調された第1及び第2のCW光信号を合波する光合波器と、
前記光合波器から出力され合波された2波長の光信号を増幅する光アンプと、
前記光アンプから出力され増幅された2波長の光信号を所定のビームサイズ、ビーム形状に成形して空間中に放射する送信光学系とを含み、
前記受信復調手段は、
前記空間中に存在する前記ターゲットからの散乱光を受信する受信光学系と、
前記マイクロ波帯の周波数を持つ第3のCW電気信号を出力する第3の発振器と、
前記変調コード発生器から出力される前記変調コードを、装置−ターゲット間の光信号往復時間と同じ時間だけ遅延させる遅延器と、
前記第3の発振器から出力される前記第3のCW電気信号に前記遅延された変調コードでBPSK変調をかけて復調信号として出力する第3の電気ミキサと、
前記復調信号に基づいて、前記受信光学系から出力される散乱光が受けている強度変調の周波数を復調する光ミキサと、
前記光ミキサから出力され復調された光信号を直接検波して電気信号に変換する光受信機とを含む
ことを特徴とする請求項4記載の差分吸収ライダ装置。 - 前記信号処理手段は、
前記光受信機から出力される電気信号を分配する電気信号分配器と、
前記電気信号分配器から出力され分配された電気信号から前記第1の周波数成分のみを抽出する第1のフィルタと、
前記電気信号分配器から出力され分配された電気信号から前記第2の周波数成分のみを抽出する第2のフィルタと、
前記第1及び第2のフィルタから出力される2つの信号の振幅または電力の差異から前記ターゲットの濃度を検出する信号処理器とを含む
ことを特徴とする請求項4記載の差分吸収ライダ装置。 - 前記信号処理手段は、
前記光受信機から出力される電気信号の周波数スペクトルを計算し、前記第1及び第2の周波数成分の各々の、前記周波数スペクトル上における振幅または電力の差異から前記ターゲットの濃度を検出する信号処理器を含む
ことを特徴とする請求項4記載の差分吸収ライダ装置。
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