JP6577465B2

JP6577465B2 - 水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距装置

Info

Publication number: JP6577465B2
Application number: JP2016526104A
Authority: JP
Inventors: イェルムスタードイェンス
Original assignee: Hjelmstad As; Ladar Ltd
Current assignee: Hjelmstad As; Ladar Ltd
Priority date: 2013-10-23
Filing date: 2014-10-23
Publication date: 2019-09-18
Anticipated expiration: 2034-10-23
Also published as: JP6940563B2; US20160291156A1; EP2866051A1; EP3441790A1; US10175356B2; US20190146074A1; WO2015059244A1; DK2866051T3; US11467269B2; JP2019219414A; EP2866051B1; JP2016540198A

Description

本発明は、物体探知に関する。

水面下の物体、すなわち海中の物体は、音ナビゲーション測距（ソナー）装置を用いて、水面上の位置から大まかに探知することができる。

音ナビゲーション測距装置は、物体に向けて水中で音波を送信し、物体によって反射された音波を探知することに基づいている。音波は、パルス化および／または変調することができる。一般的な変調方式は、たとえば、連続送信周波数変調（ＣＴＦＭ）方式を含む。

達成可能な物体探知の精度および解像度は、主に、中心周波数またはカバーされる音波の周波数帯域などの、適用される音波の特性によって影響される。更に、水中での音波の伝搬シナリオが、とりわけ減衰および伝搬速度が、物体探知の達成可能な精度および解像度に影響を与える。

水面下の物体探知のための一般的な音ナビゲーション測距装置は、１０ｋＨｚ〜１ＭＨｚに延在する音波周波数範囲で動作する。伝搬シナリオは、圧力の変動およびその結果として水媒体の伝搬速度の変動のために非定常的であり、物体探知に対して重大な難題を課す。水面および水底における音波の望ましくない反射が、物体探知を更に妨げる。

したがって、音ナビゲーション測距装置を用いた水面下の物体探知は、近距離または中程度の距離における大きい物体の探知に限定される。小さい物体の探知または遠距離の物体の探知は、非定常的な伝搬シナリオおよび限られた音波の周波数帯域のため、通常は不可能である。

したがって、水面下の物体を探知するための改良された概念を提供することが、本発明の目的である。

この目的は、独立請求項の特徴によって達成される。更なる実施形態が、従属請求項、本明細書、および図から明らかになる。

本発明は、水面下の物体が、レーザー探知測距（レーダー）装置を用いて正確に探知することができるという知見に基づいている。レーザー探知測距装置は、レーザービームを変調し、変調されたレーザービームを水面に向けて伝送することができる。次いで、伝送されたレーザービームは、水面で屈折し、水面下の物体によって反射されることができる。次いで、反射されたレーザービームはレーザー探知測距装置によって探知することができ、水面下の物体は、反射されたレーザービームに基づいて探知することができる。したがって、水面下の物体は、水面より上の位置より、近距離、中程度の距離、および遠距離において探知することができる。変調されたレーザービームを使用することにより、物体の高精度でかつ高解像度の探知を更に可能にすることができる。

一態様によれば、本発明は、水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距装置に関し、このレーザー探知測距装置は、レーザー送信機であって、バイナリ疑似ランダムコードシーケンスによってレーザービームを変調して、変調されたレーザービームを取得し、かつ、変調されたレーザービームを水面に向けて送信するように構成されるレーザー送信機と、反射されたレーザービームを探知するためのレーザー探知器であって、反射されたレーザービームが送信されたレーザービームの反射バージョンを形成する、レーザー探知器と、反射されたレーザービームに基づいて水面下の物体を探知するためのプロセッサとを含む。

レーザー探知測距装置は、航海用遠洋船舶、たとえば船に、または海洋静止プラットフォーム、たとえば石油生産プラットフォームに取り付けることができる。レーザー探知測距装置は、更に、海洋港または海洋ポートに設置することができる。

物体は、海中の障害物であり得る。水面は、水と空気との間の表面層として定義することができる。

レーザー送信機は、たとえば、ネオジムがドープされたイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザーなどの固体レーザーとすることができる。レーザー送信機は更に、色素レーザーまたは気体レーザーとすることができる。レーザー送信機は、たとえば周波数倍増のために、非線形光学素子を含むことができる。レーザー送信機は、赤外線周波数帯域、可視周波数帯域、または紫外線周波数帯域で動作することができる。レーザー送信機は、レーザービームを生成するために、レーザーを、特に青−緑色レーザーを含むことができる。

レーザー探知器は、半導体ベースのレーザー探知器、または管ベースのレーザー探知器とすることができる。レーザー探知器は、探知されたレーザービームを電気信号に変換するように構成されることができる。

プロセッサは、反射されたレーザービームに基づいて水面下の物体を探知するようにプログラム可能に構成することができる。

送信されたレーザービームは、空間的におよび／または時間的に干渉性であることができる。送信されたレーザービームは、ガウスビームであり得る。送信されたレーザービームは、たとえば垂直に偏光されるなど、偏光されることができる。反射されたレーザービームは、空間的におよび／または時間的に干渉性であることができる。反射されたレーザービームは、ガウスビームであり得る。反射されたレーザービームは、たとえば垂直に偏光されるなど、偏光されることができる。

バイナリ疑似ランダムコードシーケンスは、バイナリか、または２値のアルファベット、たとえば｛−１、１｝または｛０、１｝から値を取ることができる。バイナリ疑似ランダムコードシーケンスは、線形帰還シフトレジスタによって生成することができる。バイナリ疑似ランダムコードシーケンスは、最長系列、すなわちＭ系列であり得る。

実施形態に従って、レーザー送信機は、４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長範囲内の青−緑色レーザービームを送信するように構成される。したがって、レーザービームは水および／または霧を通して効率的に送信することができる。

青−緑色レーザービームの波長は、青−緑色レーザービームが最小限の吸収損失で水および／または霧を通って伝搬するのを可能にするように調節することができる。

実施形態に従って、レーザー送信機は、楕円形のレーザービーム断面を有するレーザービームを送信するように構成される。したがって、等しい解像度を有する方位角範囲のセルを遠距離で実現することができる。

レーザービームの断面は、ビームの方向に対して垂直であることができる。楕円形のレーザービームの断面は、楕円形の形状を有することができる。

実施形態に従って、レーザー送信機は、方形波シーケンスによってバイナリ疑似ランダムコードシーケンスを変調して、変調されたレーザービームを取得するように構成される。したがって、レーザービームの波動を達成することができる。

方形波シーケンスは、バイナリか、または２値のアルファベット、たとえば｛−１、１｝または｛０、１｝から値を取ることができる。方形波シーケンスは、周期的であり得る。方形波シーケンスは、たとえば４０％などのデューティサイクルによって定義することができる。方形波シーケンスの比率は、バイナリ疑似ランダムコードシーケンスの比率よりも低くすることができる。

実施形態に従って、バイナリ疑似ランダムコードシーケンスは、ＧＰＳＬ２民間用中間長シーケンスまたはＧＰＳＬ２民間用長いシーケンスである。したがって、バイナリ疑似ランダムコードシーケンスを効率的に生成することができる。

ＧＰＳＬ２民間用中間（Ｌ２ＣＭ）長シーケンスおよびＧＰＳＬ２民間用長い（Ｌ２ＣＬ）シーケンスは、たとえば、文献“ＩｎｔｅｒｆａｃｅＳｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎＩＳ−ＧＰＳ−２００ＲｅｖｉｓｉｏｎＧ”、ＧｌｏｂａｌＰｏｓｉｔｉｏｎｉｎｇＳｙｓｔｅｍｓＤｉｒｅｃｔｏｒａｔｅ、２０１２年９月５日に従って生成することができる。

実施形態に従って、レーザー送信機は、オンオフキーイング変調または振幅シフトキーイング変調によってレーザービームを変調して、変調されたレーザービームを取得するように構成される。したがって、レーザービームの効率的な変調を実現することができる。

オンオフキーイング変調は、たとえばバイナリ疑似ランダムコードシーケンスなどの変調シーケンスに基づいて、レーザービームのオンおよびオフを切り替えることに関連することができる。

振幅シフトキーイング変調は、たとえばバイナリ疑似ランダムコードシーケンスなどの変調シーケンスに基づいて、レーザービームの振幅または強度を異なる値の間で切り替えることに関連することができる。

実施形態に従って、レーザー送信機は、水面に対して所定の角度で水面に向けてレーザービームを送信するように構成される。したがって、送信されたレーザービームは、レーザー探知測距装置に対して所定の範囲で水面に進入することができる。その結果として、水面下の物体を、所定の角度に基づいて探知することができる。

所定の角度は、グレージング角または傾斜角であることができる。所定の角度は、たとえば、水面に対して、１°、２°、５°、１０°、２０°、３０°、または４５°であり得る。

実施形態に従って、レーザー探知器は、反射されたレーザービームを探知するために、レーザー探知ダイオードまたは光電子増倍管を含む。したがって、反射されたレーザービームを効率的に探知することができる。

レーザー探知ダイオードは、たとえばアバランシェフォトダイオードなどの半導体フォトダイオードであり得る。レーザー探知ダイオードは、探知されたレーザービームを電気信号に変換するための電気回路を含むことができる。

光電子増倍管は、真空フォトチューブであり得る。光電子増倍管は、探知されたレーザービームを電気信号に変換するための電気回路を含むことができる。

実施形態に従って、レーザー探知器は、光学バンドパスフィルタを含む。したがって、反射されたレーザービームを望ましくない周囲の光成分から分離することができる。

光学バンドパスフィルタは、反射されたレーザービームを通過させ、望ましくない周囲の光成分を減衰させるように構成することができる。

実施形態に従って、プロセッサは、物体の距離を決定するために、レーザービームの送信と反射されたレーザービームの探知との間の時間遅延を決定するように構成される。したがって、物体の距離を効率的に決定することができる。

時間遅延は、レーザー送信機から物体までの、および物体からレーザー送信機までの、レーザービームの往復時間に関連することができる。時間遅延は、たとえば、１μｓ、２μｓ、５μｓ、または１０μｓであることができる。

物体の距離は、レーザー探知測距装置から物体までの距離に関連することができる。物体の距離は、たとえば、レーザービームの伝搬速度により時間遅延を乗算して、２で割ることにより、決定することができる。物体の距離は、たとえば、１５０ｍ、３００ｍ、７５０ｍ、または１．５ｋｍとすることができる。

実施形態に従って、プロセッサは、送信されたレーザービームと探知されたレーザービームを時間で相互に関連付けることにより距離プロファイルを決定するように構成され、距離プロファイルは、物体または水面の距離を示している。したがって、レーザービームの伝搬条件を効率的に特徴付けることができる。

送信されたレーザービームと探知されたレーザービームとの時間的な相関は、送信されたレーザービームと探知されたレーザービームとの間の時間的な相互相関関数を決定することに関連することができる。送信されたレーザービームと探知されたレーザービームとの時間的な相関は、パルス圧縮および／または整合フィルタリングを実現することができる。

距離プロファイルは、更なる物体および／または多重経路成分の距離および反射率を更に示すこともできる。距離プロファイルの最大値に対応する時間遅延は、物体または水面の距離を示すことができる。

実施形態に従って、プロセッサは、物体または水面の距離を距離プロファイルにおいて決定するように構成され、プロセッサは、物体または水面の決定された距離に基づいて物体を探知するように更に構成される。したがって、物体は、決定された距離プロファイルに基づいて探知することができる。

物体または水面の距離を決定するために、たとえば、連続取り消し方式などの多重経路軽減方式を使用することができる。物体または水面は、相関ピーク形状に基づいて距離プロファイル中で識別することができる。

決定された水面の距離は、レーザー探知測距装置から水面までの空気中におけるレーザービームの伝搬長さを示すことができる。決定された物体の距離は、レーザー探知測距装置から水面を介した物体までの、空気中および水中におけるレーザービームの伝搬長さを示すことができる。

実施形態に従って、プロセッサは、探知されたレーザービームのスペクトルを決定して、物体によって吸収または反射されたレーザービームの波長を決定するように構成される。したがって、物体のスペクトル特性に基づく物体の特徴付けおよび／または識別を実現することができる。

実施形態に従って、レーザー探知測距装置が、レーザー探知測距装置の運動を決定するための運動参照ユニットを更に含み、レーザービームのビーム方向が、レーザー探知測距装置の決定された運動に基づいて安定化される。したがって、レーザービームのビーム方向を効率的に安定させることができる。

運動参照ユニットは、レーザー探知測距装置のロール、ピッチ、および／または方向を決定するように構成することができる。レーザー探知測距装置の運動は、レーザー探知測距装置の動きに起因することができる。

ビーム方向は、レーザービームの伝搬の方向を示すことができる。ビーム方向は、レーザー探知測距装置に対する方位角および／または仰角によって定義することができる。

安定化は、ビーム方向を、レーザー探知測距装置に対して、たとえば５°などの所定の方位角に向けて、および／または−２°などの所定の仰角に向けて制御することによって実現することができる。

実施形態に従って、レーザー探知測距装置は、水面下の物体の方位角を探知するために水平面に沿って、または水面下の物体の仰角を探知するために垂直面に沿って、水面を走査するように構成される。したがって、物体を水面下で効率的に探知することができる。

走査は、異なる所定の方位角および／または仰角に向かってレーザービームを連続的に向けることによって実施することができる。

水平面は、レーザー探知測距装置に対して可変の方位角および固定された仰角のビーム方向によって定義することができる。垂直面は、レーザー探知測距装置に対して固定された方位角および可変の仰角のビーム方向によって定義することができる。

実施形態に従って、レーザー送信機は、４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長範囲内の青−緑色レーザービームを発生させるために、発光ダイオード（ＬＥＤ）、特に青−緑色発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む。したがって、物体を効率的に探知することができる。

この手法は、探索救助の目的のために、有益に使用することができる。たとえばレーザー送信機によって生成される青−緑色の光線の使用を、海洋環境の海表面および海の縦列の３Ｄ画像化を供給するために規定することができる。

レーザー送信機は、レーザー光源の特別な場合として、青−緑色発光ダイオード（ＬＥＤ）を含むことができる。青−緑色のＬＥＤは、水の透過に適しているスペクトルの波長および帯域幅の内部で放射することもできる。海洋環境において物体を探知する用途は、走査を実施するための狭いビーム、または全域を同時に照射するための広角の送信機のいずれかに基づくことができる。このことは、青−緑色のＬＥＤの使用が好ましいことにつながり得る。

より安価なコスト、より長い動作寿命、簡略化されたメンテナンス、固体送信機からの高い全照射、機械的走査の関与なし、より簡単に対応される人間の眼の安全性、より簡単な認定、および商用カメラソリューションの形態での探知器の応用が有利であり得る。更に、速い時間処理を全く使用しないことでもよい。特定地点および／または時間サンプルあたりの低減された電力密度に起因して課題が生じることがあり、この低減された電力密度は、海のクラッター、距離ゲーティング機能が無いこと、３Ｄ機能が無いこと、および他の表面クラッター除去メカニズムの必要性のため、ゼロ未満の信号に対して探知可能性を低減させることがある。

この手法は、組み合わされた能動的および／または受動的な動作の概念を含むことができる。このことは、太陽光線が明るい場合に、能動的なレーザーをスイッチオフすることができ、処理が、たとえば同じメカニズムを介する代わりに、太陽からの放射を使用することに基づくことができることを意味し得る。

実施形態に従って、プロセッサは、反射されたレーザービームに基づいて、油膜、分散した油流出、またはガス漏れを探知するように構成される。したがって、海洋環境の監視を効率的にもたらすことができる。

一態様によれば、本発明は、水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距方法に関し、このレーザー探知測距方法は、変調されたレーザービームを取得するためにバイナリ疑似ランダムコードシーケンスによってレーザービームを変調するステップと、変調されたレーザービームを水面に向けて送信するステップと、反射されたレーザービームを探知するステップであって、反射されたレーザービームが送信されたレーザービームの反射バージョンを形成する、ステップと、反射されたレーザービームに基づいて水面下の物体を探知するステップとを含む。

レーザー探知測距方法は、レーザー探知測距装置によって実行することができる。レーザー探知測距方法の更なる特徴が、レーザー探知測距装置の機能から直接的に生じ得る。

本発明は、ハードウェアおよび／またはソフトウェアにおいて実施することができる。

本発明の更なる実施形態を以下の図に関連して説明する。

実施形態に従った水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距装置の概略図を示す。実施形態に従った水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距方法の概略図を示す。実施形態に従った水面下の物体を探知するための探知シナリオの２つの概略図を示す。実施形態に従った水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距装置のサブシステムの概略図を示す。実施形態に従った水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距装置のセンサーユニットの概略図を示す。実施形態に従った水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距装置のデータプロセッサユニットの概略図を示す。実施形態に従った水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距装置のディスプレイユニットの概略図を示す。実施形態に従った水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距装置のシステムコンソールユニットの概略図を示す。実施形態に従った水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距装置のインターフェースの概略図を示す。実施形態に従ったセンサーユニットのセンサー部品の概略図を示す。実施形態に従ったセンサーユニットの処理部品の概略図を示す。実施形態に従ったレーザービームの断面の概略図を示す。実施形態に従ったセンサーユニットのレーダーカバレッジエリアの概略図を示す。実施形態に従ったセンサーユニットのレーダーカバレッジエリアの概略図を示す。実施形態に従ったセンサーユニットのレーダーカバレッジエリアの概略図を示す。実施形態に従ったセンサーユニットの可視バンドカバレッジエリアの概略図を示す。実施形態に従ったセンサーユニットの赤外線カバレッジエリアの概略図を示す。実施形態に従った水面下の物体を探知するためのレーザービーム屈折の概略図を示す。実施形態に従った水面下の物体を探知するための探知スキームの概略図を示す。実施形態に従った水面下の物体を探知するための探知スキームの概略図を示す。実施形態に従ったレーザー探知測距装置の可能な設置位置の概略図を示す。

図１は、実施形態に従った水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距装置１００の概略図を示す。

レーザー探知測距装置１００は、レーザー送信機１０１であって、バイナリ疑似ランダムコードシーケンスによってレーザービームを変調して、変調されたレーザービームを取得し、かつ、変調されたレーザービームを水面に向けて送信するように構成されるレーザー送信機１０１と、反射されたレーザービームを探知するためのレーザー探知器１０３であって、反射されたレーザービームが送信されたレーザービームの反射バージョンを形成する、レーザー探知器１０３と、反射されたレーザービームに基づいて水面下の物体を探知するためのプロセッサ１０５とを含む。

レーザー探知測距装置１００は、航海用遠洋船舶、たとえば船に、または海洋静止プラットフォーム、たとえば石油生産プラットフォームに取り付けることができる。レーザー探知測距装置１００は、更に、海洋港または海洋ポートに設置することができる。

レーザー送信機１０１は、たとえば、ネオジムがドープされたイットリウムアルミニウムガーネット（Ｎｄ：ＹＡＧ）レーザーなどの固体レーザーとすることができる。レーザー送信機１０１は更に、色素レーザーまたは気体レーザーとすることができる。レーザー送信機１０１は、たとえば周波数倍増のために、非線形光学素子を含むことができる。レーザー送信機１０１は、赤外線周波数帯域、可視周波数帯域、または紫外線周波数帯域で動作することができる。レーザー送信機１０１は、レーザービームを生成するために、レーザーを、特に青−緑色レーザーを含むことができる。

レーザー探知器１０３は、半導体ベースのレーザー探知器、または管ベースのレーザー探知器とすることができる。レーザー探知器１０３は、探知されたレーザービームを電気信号に変換するように構成されることができる。

プロセッサ１０５は、反射されたレーザービームに基づいて水面下の物体を探知するようにプログラム可能に構成することができる。

図２は、実施形態に従った水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距方法２００の概略図を示す。

レーザー探知測距方法２００は、変調されたレーザービームを取得するためにバイナリ疑似ランダムコードシーケンスによってレーザービームを変調するステップ２０１と、変調されたレーザービームを水面に向けて送信するステップ２０３と、反射されたレーザービームを探知するステップ２０５であって、反射されたレーザービームが送信されたレーザービームの反射バージョンを形成するステップ２０５と、反射されたレーザービームに基づいて水面下の物体を探知するステップ２０７とを含む。

レーザー探知測距方法２００は、レーザー探知測距装置によって実行することができる。レーザー探知測距方法２００の更なる特徴が、レーザー探知測距装置の機能から直接的に生じ得る。

図３は、実施形態に従った水面３０３の下の物体３０１を探知するための探知シナリオの２つの概略図３００Ａ、３００Ｂを示す。

２つの図３００Ａ、３００Ｂは、物体３０１、水面３０３、海洋航海船舶３０５、送信されたレーザービーム３０７、および反射されたレーザービーム３０９を含む。レーザー探知測距装置１００は、海洋航海船舶３０５上に取り付けられている。送信されたレーザービーム３０７が、レーザー探知測距装置１００から物体３０１に向かって向けられている。反射されたレーザービーム３０９が、物体３０１からレーザー探知測距装置１００に向かって向けられている。図３００Ａは、側面からの探知シナリオを示している。図３００Ｂは、上方視点からの探知シナリオを示している。

物体３０１は、海中の障害物であり得る。

水面３０３は、水と空気との間の表面層として定義することができる。

海洋航海船舶３０５は、たとえば船であり得る。

送信されたレーザービーム３０７は、空間的におよび／または時間的に干渉性であることができる。送信されたレーザービーム３０７は、ガウスビームであり得る。送信されたレーザービーム３０７は、たとえば垂直に偏光されるなど、偏光されることができる。

反射されたレーザービーム３０９は、空間的におよび／または時間的に干渉性であることができる。反射されたレーザービーム３０９は、ガウスビームであり得る。反射されたレーザービーム３０９は、たとえば垂直に偏光されるなど、偏光されることができる。

物体３０１は、レーザー探知測距方法に従って、水面３０３の下で探知することができる。レーザー探知測距方法は、変調されたレーザービーム３０７を取得するためにバイナリ疑似ランダムコードシーケンスによってレーザービーム３０７を変調するステップと、変調されたレーザービーム３０７を水面３０３に向けて送信するステップと、反射されたレーザービーム３０９を探知するステップであって、反射されたレーザービーム３０９が送信されたレーザービーム３０７の反射バージョンを形成するステップと、反射されたレーザービーム３０９に基づいて水面３０３の下の物体３０１を探知するステップとを含む。

図４は、実施形態に従った水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距装置１００のサブシステムの概略図を示す。レーザー探知測距装置１００は、海洋表層の観察を提供するために用いることができる。

レーザー探知測距装置１００は、センサーユニット４０１、センサーユニット４０３、データプロセッサユニット４０５、ディスプレイユニット４０７、システムコンソールユニット４０９、レーダーユニット４１１、レーダーユニット４１３、ジャイロユニット４１５、ＧＰＳユニット４１７、ＡＩＳユニット４１９、およびコンパスユニット４２１を含む。レーザー探知測距装置１００はシステムオペレータ４２３によって操作され、かつ、システムエンジニア４２５によって設定される。

レーザー探知測距装置１００は４つのサブシステムを含む。４つのサブシステムは、海表面におけるまたは海表面下での高解像度の観測を可能にする光学計測機器としてのセンサーユニット４０１、４０３と、センサーユニットからのデータを処理しかつそのデータをレーダーなどの既存のセンサーからのデータと結合するデータプロセッサとしてのデータプロセッサユニット４０５と、光学計器およびデータプロセッサからの情報をオペレータに分かりやすい方法で表示することができるオペレータディスプレイとしてのディスプレイユニット４０７と、レーザー探知測距装置１００を設定するために使用されるコンピュータとしてのシステムコンソールユニット４０９とである。

この図が、サブシステム間の関係の概略的な概要を与える。これらのサブシステムは、レーダーユニット４１１、レーダーユニット４１３、ジャイロユニット４１５、ＧＰＳユニット４１７、ＡＩＳユニット４１９、およびコンパスユニット４２１などの船舶のセンサーシステムと接続することができる。データプロセッサユニット４０５は、受動的なリスナーとして船舶のセンサーに接続される。システムコンソールユニット４０９およびディスプレイユニット４０７は、既存の船舶の通信ネットワークを使用してデータプロセッサユニット４０５と接続することができる。

センサーユニット、ディスプレイユニット、システムコンソールユニットおよびレーダーユニットの数は変更することができる。ディスプレイユニットは、ブリッジ上の既存のディスプレイ共有システムを使用することができ、その結果、システムはブリッジ上の幾つかのコンソールから見ることができるようになる。

ある実施形態では、１つのみのセンサーユニットが使用され、データプロセッサユニットが単一のレーダーユニットのみを使用する。

図５は、実施形態に従った水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距装置のセンサーユニット４０１、４０３の概略図を示す。

センサーユニット４０１、４０３は、レーザーユニット５０１、補助センサーユニット５０３、機械走査ユニット５０５、リアルタイム運動参照ユニット５０７、リアルタイム制御ユニット５０９、電源ユニット５１１、およびＡ／Ｄ変換ユニット５１３を含む。

センサーユニット４０１、４０３は、船舶の環境を計測するセンサーの組を含む。次のセンサー、たとえば、青−緑色レーザーおよび／または光学カメラが使用され得る。この計器は、レーダーよりも優れた解像度で、海表面におけるまたは海表面下の物体を観察する能力を提供することができる。

加えて、センサーユニット４０１、４０３は、振動、姿勢、および加速度を測定する運動参照ユニット（ＭＲＵ）を有することができる。振動測定値は、測定値が得られたと報告された角度を補正するのに使用することができ、姿勢および加速度はデータプロセッサユニットに報告され、データプロセッサユニットはこの情報を使用して、センサーユニット計測値をデカルト船舶中心フレームに変換し、センサーユニットのデータを他の計器からのデータと融合することができる。

図６は、実施形態に従った水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距装置のデータプロセッサユニット４０５の概略図を示す。この図は、データプロセッサユニット４０５のインターフェースを示す。

データプロセッサユニット４０５は、データプロセッサコアユニット６０１、イーサネット（登録商標）ネットワークカードユニット６０３、およびシリアルインターフェースユニット６０５を含む。

イーサネット（登録商標）ネットワークカードユニット６０３は、ファイバー／イーサネット（登録商標）スイッチユニット６０７に接続されている。ファイバー／イーサネット（登録商標）スイッチユニット６０７は、データ監視制御信号線６１３を介して、センサーユニット４０１に接続されている。ファイバー／イーサネット（登録商標）スイッチユニット６０７は、データ監視制御信号線６１５を介して、センサーユニット４０３に更に接続されている。

イーサネット（登録商標）ネットワークカードユニット６０３は、観測信号線６１７を介してレーダーユニット４１１に更に接続されており、観測信号線６１９を介してレーダーユニット４１３に更に接続されている。

イーサネット（登録商標）ネットワークカードユニット６０３は、ブリッジスイッチユニット６０９に更に接続されている。ブリッジスイッチユニット６０９は、ディスプレイユニット４０７およびシステムコンソールユニット４０９に接続されている。

シリアルインターフェースユニット６０５は、船舶センサーユニット６１１に接続されている。

データプロセッサユニット４０５は、センサーユニット４０１、４０３のデータおよび船舶センサーのデータを処理する。データプロセッサユニット４０５は、次のハードウェアユニット、すなわち、主機能に関連した処理が実行されるコアシステムと、光ファイバーケーブル用のポートを備えたイーサネット（登録商標）スイッチと、レーダーおよび他の船舶センサーへの受動的な接続を生成するためのレーダースレーブ接続箱と、レーダーデジタイザと、船舶センサーに接続するためのネットワークシリアルインターフェースとを含む。

データプロセッサユニット４０５は、自律的に動作することができ、システムコンソールユニット４０９を介して設定および監視することができる。データプロセッサユニット４０５は、次の処理、すなわち、各センサーユニット４０１、４０３のレーダーおよび可視バンドカメラによる計測値を読み取り、これらを船舶に対する位置を有する点群に変換する処理、たとえばトップマストのＸバンドレーダーなどの船上のレーダーユニット４１１、４１３による計測値を読み取り、これらを船舶に対する位置を有する点群に変換する処理、センサーユニット４０１、４０３および船舶レーダーユニット４１１、４１３の計測値を同一の参照に変換する処理、ノイズから物体を区別するためにクラスタリングおよびトラッキングを実行する処理、可能であれば、探知された物体に追加の分析および特性評価を実行する処理、およびエンドユーザに対して表示するためにディスプレイユニット４０７へ結果を報告する処理を実行する。

図７は、実施形態に従った水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距装置のディスプレイユニット４０７の概略図を示す。

ディスプレイユニット４０７は、可視化ユニット７０１、および相互作用ユニット７０３を含む。

可視化ユニット７０１および相互作用ユニット７０３は、データプロセッサユニット４０５に接続されている。可視化ユニット７０１および相互作用ユニット７０３は、キーボード−ビデオ−マウススイッチユニット７０５に更に接続されている。

キーボード−ビデオ−マウススイッチユニット７０５は、ディスプレイユニット７０７およびマウスユニット７０９に接続されている。ディスプレイユニット７０７およびマウスユニット７０９は、システムオペレータ４２３によって操作される。

ディスプレイユニット４０７は、システムとオペレータとの間のインターフェースであることができ、オペレータは、キャプテン、一等航海士、舵手、またはシステムによって利用可能になる情報に関心のある任意の人であり得る。ブリッジは、画面共有システムを装備することができ、この画面共有システムは、キーボード−ビデオ−マウス（ＫＶＭ）スイッチ７０５を介して接続された幾つかのコンピュータおよび幾つかのディスプレイを含む。

各ディスプレイ７０７は、たとえば、４つのコンピュータのうちの１つを選択して接続することができる。ディスプレイユニット４０７は、システムの出力を幾つかの画面上で見ることができるようにシステムに接続されたコンピュータであり得る。加えて、別のコンピュータ、たとえばノート型コンピュータを、使用することができる。司令局またはＥＣＤＩＳなどの既存のブリッジシステムとの統合を実現することができる。

任意選択のマウス入力を備えた１つまたは複数のディスプレイは、キーボード−ビデオ−マウス（ＫＶＭ）スイッチユニット７０５を介して、ディスプレイユニット４０７に接続することができる。

図８は、実施形態に従った水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距装置のシステムコンソールユニット４０９の概略図を示す。

システムコンソールユニット４０９は、キーボード−マウス−タッチユニット８０１、コマンド生成ユニット８０３、ネットワークカードユニット８０５、ディスプレイ制御ユニット８０７、およびディスプレイユニット８０９を含む。

ネットワークカードユニット８０５は、センサーユニット４０１、センサーユニット４０３、およびデータプロセッサユニット４０５に接続されている。キーボード−マウス−タッチユニット８０１およびディスプレイユニット８０９は、システムエンジニア４２５によって操作される。

システムコンソールユニット４０９は、センサーユニット４０１、４０３およびデータプロセッサユニット４０５を制御するのに使用することができる。システムコンソールユニット４０９は、センサーユニット４０１、４０３の内部機能の技術的なビューを提供し、各々のモードおよび設定を変更するために使用することができる。この機能は、オペレータディスプレイユニット４０７に統合することができる。

システムコンソールユニット４０９を使用して、システムを付随的に設定することができる。一旦これが行われると、計器の操作はディスプレイユニット４０７を介して発生し得る。システムコンソールユニット４０９の対象ユーザは、航海士またはキャプテンではなく、エンジニアであり得る。

システムコンソールユニット４０９を使用して、センサーユニット４０１、４０３に加えてデータプロセッサユニット４０５の両方を制御することができる。センサーユニット４０１、４０３との通信は、データプロセッサユニット４０５を介してルーティングすることができる。

図９は、実施形態に従った水面下の物体を探知するためのレーザー探知測距装置のインターフェース９０３、９０５、９０７、９０９、９１１、９１３、９１５、９１７の概略図を示す。この図は、センサーユニット４０１、４０３、データプロセッサユニット４０５、ディスプレイユニット４０７、システムコンソールユニット４０９、船舶センサーユニット６１１、および船舶構造体９０１を含む。

インターフェース９０３は、センサーユニット４０１、４０３を船舶構造体９０１に接続する。このインターフェースは、センサーユニット４０１、４０３が船舶に搭載される方法を示す。インターフェース９０３は、たとえば２３０ＶＡＣ、６０Ｈｚなどの電力ケーブル、およびネットワークへのネットワーク光ファイバーケーブルを含む。光ファイバーケーブルは、たとえば、６２．５／１２５μｍのコア／クラッド径で、センサーユニット４０１、４０３の端部ではコネクタ型ＳＣで終端しており、データプロセッサユニット４０５の端部ではＬＣで終端している、マルチモードタイプのものであり得る。

インターフェース９０５は、センサーユニット４０１、４０３をデータプロセッサユニット４０５に接続する。センサーユニット４０１、４０３は、ＬＡＮネットワークを介して、データプロセッサユニット４０５へ接続することができる。センサーユニット４０１、４０３は、データおよびコマンド用の特定のプロトコルを使用して、ＬＡＮを介してデータを提供することができる。時刻同期は、ネットワークタイムプロトコル（ＮＴＰ）を用いて実施することができる。センサーユニット４０１、４０３とデータプロセッサユニット４０５との間のリンクのデータレートは、１Ｇｂｐｓであり得る。ＬＡＮは、光ファイバーネットワークとして実装することができ、既存の船舶ネットワークとは分離することができる。センサーユニット４０１、４０３は、各撮影について次の情報、すなわち、ＣＰＩＣＦにおける電力遅延プロファイル、出射時におけるレーザーの指している方向、ある時刻からのマイクロ秒での測定時間、ならびにヨー／ピッチ／ロールおよびサージ／スウェイ／ヒーブを記述するパラメータの定期的な間隔での現在の最良の推定値を提供する。

インターフェース９０７は、データプロセッサユニット４０５を船舶センサーユニット６１１に接続する。レーダー信号の２つの種類のデータが利用可能であり得る。ナビゲーションメッセージおよびアナログビデオ信号である。たとえば、時刻情報、位置、および方位などの、レーダーおよび他の船舶センサーのナビゲーションメッセージは、ネットワークシリアルインターフェースを用いて、ナビゲーション装置により利用可能にすることができる。この装置は、ＮＭＥＡ−０１８３メッセージを含む１つまたは複数のシリアル回線を、たとえば、各々で３８．４ｋｂｐｓの最大データレートにおいて提供することができる。アナログビデオ信号を、ナビゲーション装置スレーブ接続箱を介して提供することができる。走査ストリーマーは、レーダーのビデオ信号およびデータ信号を読み取り、これらを、イーサネット（登録商標）ポートを介してデータプロセッサユニット４０５が利用可能であるデジタルメッセージに変換することができる。たとえば、システムが情報を受信することができる、３つのレーダーシステム、すなわち、船首レーダー、マストレーダー、および／または船尾レーダーが存在し得る。しかしながら、１つのレーダーのみを使用することができる。このレーダーは、視野、解像度、および高さに関する十分な特性を有することができる。このレーダーは、たとえば１ｃｍの解像度および３６０°の視界を備えたトップＸバンドレーダーであり得る。

インターフェース９０９は、データプロセッサユニット４０５を船舶構造体９０１に接続する。データプロセッサユニット４０５は、サーバーシステムであり得る。フォームファクターは変えることができる。データプロセッサユニット４０５は、たとえば、壁掛け可能システムとすることができる。更に、イーサネット（登録商標）スイッチを取り付けることができる。センサーユニット４０１、４０３からの光ファイバーケーブルが、たとえばコネクタ型ＬＣを使用して利用可能である。更に、たとえば２４ＶＤＣ、または１００〜２４０ＶＡＣの電力が利用可能である。また、ディスプレイユニット４０７およびシステムコンソールユニット４０９が接続されているネットワーク接続のためのネットワークケーブルが利用可能である。また、レーダービデオ信号用のナビゲーション装置スレーブ接続箱からの信号と、ナビゲーション装置ネットワークシリアルインターフェースからのシリアル信号線とが利用可能である。

インターフェース９１１は、データプロセッサユニット４０５をディスプレイユニット４０７に接続する。データプロセッサユニット４０５は、ネットワークケーブルを介して、オペレータディスプレイユニット４０７に接続することができる。データプロセッサユニット４０５とディスプレイユニット４０７との間のプロトコルは、オープンなＮＭＥＡ−０１８３またはＮＭＥＡ−２０００文を備えた特定のプロトコルであり得る。加えて、計器制御のためのＨＴＴＰトラフィックが存在し得る。

インターフェース９１３は、ディスプレイユニット４０７を船舶構造体９０１に接続する。オペレータディスプレイユニット４０７は、ノート型コンピュータであり得る。データプロセッサユニット４０５からオペレータディスプレイユニット４０７への接続を容易にするために、ネットワークケーブルを使用することができる。

インターフェース９１５は、システムコンソールユニット４０９をデータプロセッサユニット４０５に接続する。オペレータコンソールについては、異なる可能な実現方法が存在する。オペレータコンソールは、たとえば、別のノート型コンピュータとすることができ、またはオペレータコンソールはオペレータディスプレイユニット４０７の特別なモードとすることができ、ユーザに対して完全なコンピュータキーボードが利用可能である。オペレータコンソールは、運用時間全体にわたり使用される必要はない。コンピュータキーボード用の表面は、キーボードコネクタの範囲で利用可能とすることができ、またはネットワーク接続を有するノート型コンピュータについて利用可能とすることができる。したがって、データプロセッサユニット４０５に到達することができる。システムコンソールユニット４０９は、ディスプレイユニット４０７と統合することができる。ディスプレイユニット４０７は、メンテナンス作業および診断を実行するために使用できるウェブブラウザを含むこともできる。

インターフェース９１７は、システムコンソールユニット４０９をセンサーユニット４０１、４０３に接続する。システムコンソールユニット４０９、またはオペレータコンソールは、センサーユニット４０１、４０３およびデータプロセッサユニット４０５を制御するために使用することができる。これは、センサーユニット４０１、４０３にコマンドを送信してモードまたは設定を変更すること、およびハウスキーピングデータを取得することを伴うことができる。システムコンソールユニット４０９またはオペレータコンソールとセンサーユニット４０１、４０３との間のプロトコルは、特定のプロトコルに基づくことができる。システムコンソールユニット４０９またはオペレータコンソールとセンサーユニット４０１、４０３との間の通信は、データプロセッサユニット４０５を介してルーティングすることができる。なぜなら、たとえば光ファイバーネットワークを用いて、センサーユニット４０１、４０３が接続されているのはデータプロセッサユニット４０５であり得るからである。

次の座標フレーム、すなわち、座標が往復時間および固定された計器に対するたとえば方位角および仰角などの未補正のレーザーポインティング角度である、未補償極座標計器中心フレーム（ＵＰＩＣＦ）、座標が距離および固定された計器に対するたとえば方位角および仰角などのレーザーポインティング角度でありセンサーユニット４０１、４０３によって測定された振動について補正されている、補償済極座標計器中心フレーム（ＣＰＩＣＦ）、座標が船舶の中心を原点とするデカルトであり、Ｘが前方であり、Ｙが右舷方向であり、Ｚが下方向に正であり得る、デカルト船舶中心フレーム（ＣＳＣＦ）、座標が地球の中心を原点とするデカルトである地球中心慣性フレーム（ＥＣＩＦ）、および／または座標が、たとえばＷＧＳ８４に従った小数の緯度および経度であり、高度がローカルのジオイドに対するものである、緯度経度高度（ＬＬＡ）フレームを使用することができる。

座標フレーム間の変換を行うことができる。センサーユニット４０１、４０３に対して特定の方向に測定された電力遅延プロファイルとして提供され得る、センサーユニット４０１、４０３からの情報を処理するために、この情報をデカルト船舶中心フレーム（ＣＳＣＦ）に変換することができ、その結果、同様にこのフレームに変換され得るレーダー測定値と比較することができる。

ＵＰＩＣＦからＣＰＩＣＦへの変換を、センサーユニット４０１、４０３上で行うことができる。次のステップ、すなわち、計器の幾何学的パラメータを入力することができる、ミラー角度からセンサーユニット４０１、４０３に対する角度への変換を行うステップと、運動参照ユニット（ＭＲＵ）からの測定値を入力することができる、振動に対する補正を行うステップと、計器較正パラメータを入力することができる、往復時間をセンサーユニット４０１、４０３内の基準点に対する距離に変換するステップとが含まれ得る。センサーユニットの測定値は、データプロセッサユニット４０５へＣＰＩＣＦで送信することができる。

ＣＰＩＣＦからＣＳＣＦへの変換を行うことができる。データプロセッサユニット４０５は、各計器内のいずれかの基準点に原点を有するＣＰＩＣＦで、センサーユニットおよびレーダーの測定値を受信することができる。これらの測定値は、結果を結合することができるように、まず、共通のデカルト船舶中心フレーム（ＣＳＣＦ）に変換することができる。これは、次のステップ、すなわち、船舶の中心に対する計器の位置を入力することができる、基準点をセンサーユニット／レーダーの中心から船舶の中心へシフトするステップと、計器の向きを入力することができる、計器に対する姿勢を船舶の水平位置に対する姿勢に変換するステップと、ＭＲＵおよび／または船舶のジャイロからの船舶のロール、ピッチ、およびヨー角を入力することができる、船舶に対する姿勢をローカルの水平線に対する姿勢に変換するステップと、極座標の方位角、仰角、および距離から、たとえばＸが前方で、Ｙが右舷方向で、Ｚが下方などの船舶を原点とするデカルト座標に変換するステップと、ＭＲＵおよび／または船舶ＧＰＳからの船舶のヒーブ、サージ、およびスウェイ運動を入力することができる、ヒーブ、サージ、およびスウェイを補正することにより平均の船舶中心にシフトするステップとを用いて行うことができる。

ＣＳＣＦからＥＣＩへの変換を行うことができる。ＣＳＣＦからＥＣＩへ変換するために、ＧＰＳから取得される船舶位置を使用することができる。

ＥＣＩからＬＬＡへの変換を行うことができる。幾つかのＮＭＥＡ文が、緯度／経度／高度（ＬＬＡ）座標における位置を表すことができる。たとえば、ＷＧＳ８４座標系定義を用いて、ＬＬＡ座標をＥＣＩに変換することができ、逆も行うことができる。

図１０は、実施形態に従ったセンサーユニット４０１、４０３のセンサー部品の概略図を示す。

センサーユニット４０１、４０３は、レーダーユニット１００１、可視ミラー１００３、可視窓１００５、ＩＲ／ＢＩＬユニット１００７、ＩＲミラー１００９、ＩＲ窓１０１１、ミラー駆動ユニット１０１３、カムユニット１０１５、カムユニット１０１７、制御、ＩＭＵおよび電力ユニット１０１９を含む。

センサーユニット４０１、４０３は、センサーポッド内のセンサーの次の組を含むことができる。

第１に、ＣＣＤ可視バンド撮像装置が、センサーユニット４０１、４０３内に含まれ得る。これは、センサーからの無指向性の視界を提供するために、円形の構造に配置することができる。

第２に、レーダーユニットを、センサーユニット４０１、４０３内に含めることができる。レーダーユニットは、レーザー送信機と、ビーム整形光学系と、受信光学系と、複数の探知チャンネルとを含むことができる。別々のシステムが、高感度、長距離ウィンドウと、シーンのマトリクス探知とを提供することができる。ミラーまたはプリズムベースの精密ポインティングシステムが、ビームを制御することができる。

第３に、赤外線の能動および受動撮像装置を、センサーユニット４０１、４０３内に含めることができる。このユニットは、高倍率で長距離の目標探知および撮像をもたらすことができる。このユニットは、長距離全天候の分類を提供するための能動的な近ＩＲ波形と、長距離の受動的探知のための中波ＩＲ波形とを使用することができる。システムのこの部分は、レーダーの付属センサーとして見ることができる。

このユニットは、ローカルシステムに制御と高スループットのローカルセンサー処理とを提供することができる、処理およびインターフェースユニットを含むことができる。船上の運動参照ユニット（ＩＭＵ）は、位置および姿勢のデータを提供することができる。運動センサーデータを使用して、補正データを提供することができ、またはセンサーの向きを動的に安定化させることができる。

システムの機械的な設計は、いかなる環境条件にも耐える能力を有する、堅固で利用者に負担をかけない設計を提供するように実装することができる。

機械系および光学的開口部は、２つの光学的開口部を有する自立垂直円柱を含み、１つの円柱状の開口部はたとえば４００〜８００ｎｍなどの可視バンド用であり、別の１つの円柱状の開口部は、たとえば１２００ｎｍ〜６０００ｎｍなどの赤外線バンド用である。この光学的開口部は次の仕様を有することができ、すなわち、外部表面は光学品質表面を有し水および汚染に対して耐久性であり得、内部表面は光学品質表面を有し非反射的に被覆されることができ、機械的強度は環境および鳥の衝突に耐えることができる。

レーダーシステムは、スペクトルの青−緑色の部分で動作することができ、表面および水面下の撮像のためのデータを提供することができる。主な仕様は次の通り、すなわち、４８０ｎｍ〜６００ｎｍの領域内の波長、固体レーザー技術、１パルスあたり１〜１０ｍＪのパルスエネルギー、１ｎｓ〜１００ｎｓで制御可能であり名目上３ｎｓのパルス長、および５ｋＨｚ〜５０ｋＨｚの領域内の、名目上１０ｋＨｚのパルス繰り返し周波数とすることができる。第１の探知器は、高感度時系列記録、最低３００ＭＨｚのサンプリング速度、および最低９０ｄＢのダイナミックレンジによって特徴付けることができる。第２の探知器は、非常に高感度の光電子増倍管を含むことができ、単一のレンジセルを供給することができる。第３の探知器は、モノクロ高解像度の撮像装置を含むことができる。第４の探知器は、任意選択的にハイパースペクトルまたはラインアレイとすることができる。

可視バンド撮像装置は、船舶の周囲に連続的な対象範囲を提供することができる。主な仕様は次の通り、すなわち、１９２０×１０８０以上の解像度を有するＣＭＯＳ撮像装置、１０９度の水平方向のカバレッジを提供する正規直交レンズ、および特定のデータ出力とすることができる。

赤外線撮像装置は任意選択であってもよい。主な仕様は次の通り、すなわち、３６０度の方位角、＋２０度〜−４５度の仰角の走査領域、能動の１５００ｎｍおよび受動の５０００ｎｍの赤外線を有する２つの同時に存在するモードであって、１５００ｎｍにおいては１．５×１．５度の観察セクターを有し、５０００ｎｍにおいては１５×１５度の観察セクターを有するモード、および特定のデータ出力とすることができる。

走査ミラーシステムは、連続走査および目標追跡のための機能を提供することができる。主な仕様は次の通り、すなわち、１５ｃｍのビーム包絡線を支持するためのミラー寸法と、垂直揺動を備えた方位角ステップ、方位角揺動を備えた垂直ステップおよび位置への回転を含む走査モードと、特定の走査速度と、たとえば１ｍｒａｄなどの走査精度と、ＩＭＵタグ付けを備えた自由走査およびＩＭＵ回転走査を含むＩＭＵ参照モードとすることができる。

ナビゲーションおよび慣性基準は、船舶の動きを補償するために、プラットフォームの動きを測定することができる。ナビゲーションおよび慣性基準は、次の方向、すなわち、ピッチ、ロール、およびヒーブをカバーすることができる。

船首方向はシステムにおいて関連性があり得るが、船首方向の変化はゆっくりであるとみなせるため、船舶のコンパスが使用可能である。センサーの更新レートは最低１秒であるため、最も重要なパラメータは、動的ピッチ、ロール、およびヒーブ測定値であると考えることができる。

主な仕様は次の通り、すなわち、±２Ｍのヒーブ範囲、１秒の繰り返し率での±０．２Ｍのヒーブ精度、±５°のピッチ範囲、１秒の繰り返し率での±０．０２５°のピッチ精度、±１°／秒のピッチ角速度、±５°のロール範囲、１秒の繰り返し率での±０．０２５°のロール精度、および±０．５°／秒のロール角速度とすることができる。

図１１は、実施形態に従ったセンサーユニットの処理部品の概略図を示す。

処理部品は、ＦＰＧＡユニット１１０１、ＲＡＭユニット１１０３、Ａ／Ｄ変換ユニット１１０５、Ａ／Ｄ変換ユニット１１０７、ＣＰＵユニット１１０９、ＲＡＭユニット１１１１、ＦＬＡＳＨユニット１１１３、イーサネット（登録商標）ユニット１１１５、ＩＭＵユニット１１１７、走査制御ユニット１１１９、ステップモーター駆動ユニット１１２１、ステップモーター駆動ユニット１１２３、圧電駆動ユニット１１２５、および圧電駆動ユニット１１２７を含む。

レーダー処理システムは、ｐｉｎｇメッセージ平均、デジタルフィルタリング、および／または振動補正などの処理を行うようにセンサーを扱うことができる。加えて、処理システムは、ミラーシステムの走査動作を制御することができる。

図１２は、実施形態に従ったレーザービームの断面の概略図を示す。

図は、理想的な円形のレーザービーム１２０１の断面と、範囲における発散性の円形のレーザービーム１２０３の断面と、範囲における非対称的に発散性の楕円形のレーザービーム１２０５の断面とを含む。

レーザー生成ユニットは、５３２ｎｍの波長の光を放射するＱスイッチＮｄ：ＹＡＧレーザーに基づくことができる。この近辺の波長が望ましく、なぜなら、スペクトルのこの領域の光、すなわち、青−緑色の色は、わずかな減衰を伴って水中を通過することができ、水面下の物体の照射を可能にするからである。システムの波長は、５３２ｎｍから４８８ｎｍに変更することができる。青色の光に向かうこのわずかなシフトは、システムがより簡単に水中を透過することを可能にする。

センサーユニット光学系は、システムの出力電力、探知器の性能、および眼の安全性のバランスをもたらすことができる。眼の安全性と探知性能の両方が得られる方法は、それぞれ、大きいビーム拡散および集光光学系を使用している。眼を安全に保ったまま放射することができる光の電力量を増加させるために、コリメーターを使用してビームを広げ、したがってエネルギー密度と、したがって眼の損傷の危険性とを低下させることができる。

同様に、探知性能は、戻ってきた光エネルギーのより大きい表面面積を集めることにより、かつ、これを探知器の表面上に集束させることにより、改善することができる。また、送信および受信の光学経路を物理的に分離して探知器の性能を最大化することができる、分割バッフルを用いることができる。符号化された探知波形の使用によりクロストークの危険性を低減することができる一方で、慎重な光学経路の設計がシステム性能にとって有利であり得る。

一般的なレーザーシステムは、レーザーの光学経路中に可視光カメラを使用することにより較正することができるが、センサーユニット内のレーザーは低電力連続波放射が可能であるため、較正は、遠隔でビーム交差点を観察することにより実施することができ、光学系組立体の可動部分からのプリズムおよびカメラの重量の除去を可能にする。

出力ビーム径および入力探知器開口の両方を増加させることが可能である一方で、これらのパラメータの両方がより大きい光学組立体に基づくことができ、この組立体は次いで、光学系が走査され得る速度を制限する。センサーユニットは、固定された出力光学系を有することができ、または毎秒１０００空間点まで走査するように設計することができる。

５０ｍｍの発散を伴うこの電力レベルにおける平行にされたビームの使用は、たとえば、ｉｅｃ６０８２５−１第２．０版で規定される、最大許容線量限界（ＭＰＥ）より下で維持することができるが、双眼鏡などの補助光学系を有する、ビームの偶発的な観測に対する設備を供給することも望ましいことがあり得る。このために、ビームは非対称の発散を付与されることができる。このことは、システムの眼の安全性を向上させ得ると共に、ほぼ円形のビームのフットプリントを、この形状が範囲において水面上に投影されたときに提供し得る。

センサーユニットは、たとえば、３．１ｅ−５平方メートルの表面面積上の１５ｎｓのパルス中に１３０ｍＪのエネルギーを放出することができる。センサーユニットは、はるかに大きい表面面積に加えてはるかに長い期間にわたって、そのエネルギーを拡散することができる。たとえば、２．０ｅ−３平方メートルの表面積上に１ｍｓにわたり５０％のデューティサイクルの光２００ｍＷを放射することにより、システムは、短期エネルギー密度、すなわち、１５ｎｓにわたる２．８×１０ｅ８より低い単位面積あたりのエネルギーを有することができ、また、１ｍｓの期間にわたってセンサーユニットシステムのエネルギーの７７％を付与する。たとえば３０Ｈｚなどのパルス繰り返しレート（ＰＲＦ）の限界のため、非常に高電力の個々のパルスを用いることが有利であることがあり、一方でセンサーユニットの変調されたダイオードが多数の低電力でかつはるかに危険性のないパルスの使用を許可することができ、また一方で、１秒あたりでより多数の測定を行う。

センサーユニットは、時間ゲート測距概念を用いて異なる距離の目標物を探知することができる。センサーユニットは、高度な信号処理を使用して、複数の距離推測の同時測定を可能にすることができ、加えて、同一目標物の複数のより弱い照射を作ることにより、低電力レベルでの動作を可能にすることができる。

符号変調および測距ピーク探知スキームを適用することができる。この目的のために、システムのサンプリングおよびトリガー部品を使用することができる。トリガー処理は、変調器、レーザー、フォトダイオード、およびデジタイザの組み合わせによって実施することができる。

＋／−１の疑似ランダムシーケンスを使用してレーザーを変調することができる。変調または拡散波形の、高い自己相関抑制特性が望ましいことがあり得る。ＳＮＲの改善により、システムの高い達成可能な相互相関抑制を示すことができる。信号自体により発生したノイズフロアが、自己相関抑制を示すことができる。相関のピークが、複数の環境的な反射を示すことができる。ノイズフロアの人為的に増加されたレベルが、有限の相互相関抑制を伴う高いＳＮＲ信号に起因することがある。

レーザーの戻り波形の探知は、アバランシェフォトダイオード（ＡＰＤ）によって達成することができ、このダイオードは、送信レーザーによって使用される青−緑色レーザー光に対して感度を有するように、加えて、たとえば公称５３０ＭＨｚなどの広いバンド幅を有するように特に設計される。広いセンサーの帯域幅は、高帯域幅のダイオードレーザーが鋭い相関または探知ピークを生成することを可能にし、これにより次いで目標物に対する距離の決定において３０ｃｍまでの精度を可能にすることができる。

センサーユニットによって提供される状況認識を強化するために、システムは、複数の可視バンドカメラを装備することができる。これらにより、探知された物体への人間が読むことができるオーバーレイの可能性を提供することに加えて、日中の間、脅威の探知を潜在的に増強するという、２つの目的を果たすことができる。バースト照明システムなどの赤外線システムを、表面目標物探知のために更に使用することができる。

レーザービームは、レーザー式距離測定のための一般的なスペクトル拡散変調を用いて変調することができる。変調は、次の一般的な特性によって特徴付けることができる。レーザービームの変調は、最適な距離解像度および目標物探知クラッター抑圧のための、高度な時間符号化変調方式に基づくことができる。変調方式は、非常に高いデューティサイクルおよび非常に高い処理利得を有することにより、最大範囲の性能を達成することができる。変調方式は、たとえば光外乱などの外部の外乱の最大抑制を与えるように構築することができる。変調は、任意のクローズアップ効果を打ち消すように構築することもできる。

レーザービームは次のように実装することができる。レーザービームは、非常に狭い帯域幅で動作するように安定化させることができる。レーザービームは、たとえば２５ＭＨｚ〜最大２００ＭＨｚ以上などの非常に高いレートで変調することができる。変調はオンオフ変調とすることができ、任意選択的に振幅偏移変調を、強化された平均電力のために使用することができる。最小サイドローブ拡散符号を用いることができる。拡散符号は、たとえば１００００チップ超などの、全範囲の幅のための固有の符号を提供するために十分に長くすることができる。拡散符号は、たとえば典型的に１０ｋＨｚなどの低レートの、デューティサイクルがたとえば典型的に４０％などの５０％未満であり得る、方形波変調を重ね合わせることができる。この変調は、所望の距離の感度プロファイルを提供するように調節された、結果として得られる距離感度曲線を有する受信機において適合およびフィルタされ得る。

加えて、次の特徴を用いることができる。正のＳＮＲ比を与え効率的な統合を可能にするための、高凝集したレーザービームを利用することができる。非常に高精度の安定化を利用して、距離および仰角の測定を通じた二重モード測距を可能にすることができる。非常に非対称のレーザービームを、傾斜角で最適に目標物探知するために利用することができる。目標物を探知するための、特定の角度および／または走査パターン、たとえば、カーペットモード、距離のみモード、セクターモード等を使用することができる。

図１３は、実施形態に従ったセンサーユニットのレーダーカバレッジエリア１３２３の概略図を示す。

この図は、水平線１３０１、仰角線１３０３、仰角線１３０５、仰角線１３０７、仰角線１３０９、仰角線１３１１、正面方向線１３１３、船尾方向線１３１５、更なる船尾方向線１３１７、右舷方向線１３１９、および左舷方向線１３２１を更に含む。

仰角線１３０３は、−０．９度の仰角および／または２ｋｍの距離と関連することができる。仰角線１３０５は、−１．７度の仰角および／または１ｋｍの距離と関連することができる。仰角線１３０７は、−３．４度の仰角および／または５００ｍの距離と関連することができる。仰角線１３０９は、−１６度の仰角および／または１００ｍの距離と関連することができる。仰角線１３１１は、−４５度の仰角および／または３０ｍの距離と関連することができる。

正面方向線１３１３、船尾方向線１３１５、更なる船尾方向線１３１７、右舷方向線１３１９、および左舷方向線１３２１は、方位角を示すことができる。

船上のナビゲーションレーダーまたは複数のレーダーへのインターフェースは、一般的な状況認識および表面目標物の探知を提供することができる。ナビゲーションレーダーは、３６０度のセクターで、約３００ｍから、レーダーの高さ、目標物の大きさ、および環境条件に依存する限界、たとえば２０〜３０ｋｍの範囲までの距離カバレッジを伴って目標物を探知することができる。

抽出装置を、中央データ融合システムの一部とすることができ、この抽出装置からのデータを使用して、データの一般的な状況認識画像を提供し、目標物の確認および特定の目標物の調査のためにセンサーユニットに合図を送ることができる。

図１４は、実施形態に従ったセンサーユニットのレーダーカバレッジエリア１４０１、１４０３の概略図を示す。レーダーカバレッジエリア１４０１は、正面に関連することができる。レーダーカバレッジエリア１４０３は、船尾に関連することができる。

レーダーシステムは、水面および／または水面下の目標物を探知するために、所定の１つのセクターまたは所定の複数のセクターを走査する能力を有することができる。船または船舶の通常の前進動作の間、前方視モードを利用して船の前方経路内の目標物を走査することができる。

前方視モードは、たとえば２０度などの狭いセクターの内部で、船舶の正面で見下ろした短距離から、環境条件およびオペレータの設定によって決定される最大距離まで、走査することができる。最適な条件下で非常に浅い目標物を探索している場合、最大２ｋｍの前方視範囲を用いることができる。

船舶上で２つのセンサーユニットが使用される場合、別個の正面および後方視セクターが使用され得るまたは活性化され得る。

図１５は、実施形態に従ったセンサーユニットのレーダーカバレッジエリア１５０１、１５０３、１５０５の概略図を示す。レーダーカバレッジエリア１５０１、レーダーカバレッジエリア１５０３、レーダーカバレッジエリア１５０５は、船舶の周りに無指向性のカバレッジを実現することができる。

停泊中または船舶の警備を重視する場合、システムのラウンドスキャンモードを活性化させることができる。これは、船舶の周りに外辺部モードで能動レーザービームを走査することができる。この走査が実行可能な範囲は、目標物の深さ探知設定によって決定することができる。最も深くレーザーが貫通するために、外辺部はできる限り船舶の近くに設定することができる。これは、設置場所によっても決定され得る。

図１６は、実施形態に従ったセンサーユニットの可視バンドカバレッジエリア１６０１、１６０３、１６０５、１６０７、１６０９の概略図を示す。可視バンドカバレッジエリア１６０１、可視バンドカバレッジエリア１６０３、可視バンドカバレッジエリア１６０５、可視バンドカバレッジエリア１６０７、および可視バンドカバレッジエリア１６０９は、セクターカメラによって実現することができる。

船のまたは船舶の周囲の完全な全方位の視覚的描写が、セクターアンテナの組から提供され得る。たとえば、歪みの無い光学系を備えた４台のカメラのスタックを用いることができる。これらは、設置位置からの視界によって決定される近距離から水平線までの連続的なカバレッジを、参考のために水平線より上の眺望も含めて提供することができる。

カメラは非常に低い光視認性を提供することができ、無光に近い状況において画像目標物に対して強化された近赤外線の感度を有することができる。

図１７は、実施形態に従ったセンサーユニットの赤外線カバレッジエリア１７０１、１７０３の概略図を示す。赤外線カバレッジエリア１７０１および赤外線カバレッジエリア１７０３は走査領域および／または係合要素を示すことができる。

組み合わされた能動／受動の赤外線撮像装置が、全方位角および仰角の走査領域にわたって走査し配置することができる高倍率の撮像セクターを有することができる。このセンサーは、他のセンサーからの探知を確認するために、オペレータからの要求またはシステムからの自動の要求に基づいて、使用されるかまたは活性化されることができる。

このセンサーは、手動の検分または自動の分類のために、詳細画像またはライブビデオを提供することにより、非常に長距離の、たとえば２ｋｍより遠く１５ｋｍまでの、目標物の分類を提供することもできる。このセンサーは、水中の目標物を探知する能力を提供することもできる。

図１８は、実施形態に従った水面３０３下の物体３０１を探知するためのレーザービーム屈折の概略図を示す。送信されたレーザービーム３０７および反射されたレーザービーム３０９は、水面３０３上で屈折することがある。

斜めの角度で、レーザービーム３０７、３０９は、スネルの屈折の法則に従って、入射角よりも急勾配の角度で水中に入ることができる。

これは、ｎ_Ｗ・ｓｉｎ（θ_Ｗ）＝ｎ_Ａｉｒ・ｓｉｎ（θ_Ａｉｒ）で示すことができる。ｎ_Ｗ＝１．３３、ｎ_Ａｉｒ＝１．００８、およびかすり入射角θ_Ａｉｒ＝９０°と仮定すると、臨界角θ_{Ｃｒｉｔｉｃａｌ}＝θ_Ｗ＝４９．３°を得ることができる。

これは、船から見た場合にたとえ長距離であっても、水中を見下ろすことが可能であることを意味し得る。

図１９は、実施形態に従った水面３０３の下の物体３０１を探知するための探知スキームの概略図を示す。

この図は、海洋航海船舶３０５上に搭載されたレーザー探知測距装置１００を更に含む。送信されたレーザービーム３０７および反射されたレーザービーム３０９は、水面３０３上で屈折する。

物体の位置は、（ｘ、ｙ）として表わされる。レーザー探知測距装置１００から水面３０３までの距離は、Ｒ１として表わされる。水面３０３から物体３０１までの距離は、Ｒ２として表わされる。角度αは、水面３０３とレーザービーム３０７、３０９との間で測定される。

Ｒ＝Ｒ１＋Ｒ２およびαを測定することにより、ｘおよびｙの絶対値を得ることができる。

次の海の推論を考慮することができる。第１に、反射および屈折の振幅は、偏光に依存し得る。ＶＶ、すなわち垂直−垂直の偏波が望ましいことがある。第２に、荒れた海の表面については、水面は水平から１０度までの角度を有し、平坦ではないことがあり得る。海表面は、重力波および／または表面張力波を含むことができる。

図２０は、実施形態に従った水面３０３の下の物体３０１を探知するための探知スキームの概略図を示す。

レーザービームは、レーザー探知測距装置１００から物体３０１への経路および同一の戻りの経路を経て進むことができる。

反射の計算は、以下に基づくことができる。センサーは、海抜３０メートルに搭載することができる。物体または目標物までの距離は、１ｋｍとすることができる。物体３０１または目標物での水面３０３へのレーザービームの入射角度は、ａｒｃｔａｎ（３０／１０００）＝１．７度であり得る。

空気／水の界面からの反射および水中への透過は、フレネル反射についての式によって計算することができる。空気／水の界面への非常に低い入射角度において、反射は非常に高くなり、水中への透過は非常に低くなることがある。

水中への透過は、垂直偏波について２１．５％であり、水平偏波について１２．５％に達することができる。したがって、水中へのレーザー光の結合の最大化が望まれる場合は、レーザーは垂直偏波とすることができる。その時、レーザー光の２１．５％が水中に進むことができる。

この光は、物体３０１または目標物の水面下の部分に当たることがあり、反射されて戻ってくることがある。この反射されたレーザー光は、もう１度、空気／水の界面を通過しなくてはならないことがある。目標物が完全なランバーシアン反射体であると仮定する場合、反射されたレーザー光は偏光していないことができる。つまり、反射されたレーザー光は５０％−５０％垂直および水平に偏光され得ることを意味している。

反射損失、およびそれによって水中から空気中への透過率は、次いで、垂直および水平偏光の平均値とすることができる。つまり、Ｔ＝１７％である。その結果、水中へのおよび水中からの全透過率は、たとえば垂直に偏光された入力レーザー光に対して、２１．５％×１７％＝３．６％となり、同様に、水平に偏光された入力レーザー光に対しては、１２．５％×１７％＝２．１％となり得る。目標物の反射係数が、更にこれを低減することができる。

物体３０１または目標物は、水線の上および下で同一の表面色を有することができると仮定することができる。したがって、水の上からのおよび水の下からの反射係数は同じであることができる。ビームの水の下の部分は、非常に低減されていることがある、なぜなら、それは空気／水の界面を２度通過しなくてはならないことがあるからである。

追加のポイントは、水中での伝送損失であり得る。レーザービームが１メートルの直径を有すると仮定する場合、ビームの下方部分は、物体３０１または目標物に当たる前に、水中を２５メートル進まなくてはならず、次いで、水／空気の界面に再び当たる前に、２５メートル戻らなくてはならないことがある。水中でのレーザー光の減衰の値は、たとえば、０．０００１〜０．０１ｃｍ^−１であり得る。０．００１ｃｍ^−１と仮定する場合、透過率は５０メートルを通じて０．７％になり得る。これは、レーザービームの上方部分が、物体３０１または目標物からの反射に主に寄与し得ることを示している。

更なるポイントは、レーザービームの２１．５％が水に結合される場合、７８．５％が空気／水の界面から反射され得ることである。このレーザー光の一部は、物体３０１または目標物の水上の部分に当たり、センサーに向かって反射されて戻り得る。これは、物体３０１の水上の部分からの信号への寄与を増加させることができる。

これらの計算では、波が全く想定されていない。これは、理想化された状況であり得る。しかしながら、物体３０１または目標物の水上の部分からの反射が、水面下の部分からの反射よりも強くなり得るという点を示すことができる。

図２１は、実施形態に従ったレーザー探知測距装置の可能な設置位置の概略図を示す。

レーザー探知測距装置または光探知測距装置の可能な展開位置または配置は、プラットフォームからの大気の中、ブイからの水面上、遠隔運用船舶（ＲＯＶ）または浮揚器からの水柱の中、および／または井戸またはパイプラインからの海底上とすることができる。

レーザー探知測距（レーダー）ベースの、または光探知測距（ライダー）ベースの概念は、井戸からプラットフォームに及ぶパイプライン全体にわたるオイル流出を探知および評価する能力を提供し得る、独自の能力を提供することができる。レーザービームまたはレーザー光は、水中でオイルの分散を追跡するために使用することができる。青色−光レーザービームを備えたレーダーまたはライダー装置は、水面または海表面の中、上、および下の小さい物体を探知するために使用することができる。

両方の概念の組み合わせが、海水中のオイルおよびガス（Ｏ＆Ｇ）を探知し、追跡し、特徴付けすることが可能なレーザー探知測距装置へとつながることができ、レーザー探知測距装置自体が、海洋内部および／または掘削装置／船舶上の両方に配備されて、大気から水中へとオイルまたはガスを監視することができる。

レーダーまたはライダー装置の利点としては、低い誤警報率（ＦＡＲ）と対になった小さい漏れ率に対する更に高い探知能力と、高い空間解像度、すなわち、濁度および浮遊物質に依存してミリメートルの距離から５０ｍまでと、４Ｄの撮像能力、すなわち、３Ｄプラス／時間と、オイルの化学構造を決定する能力とが挙げられる。

更に、レーザー探知測距装置は、たとえば１Ｗ程度などの低電力のみを使用することでよく、その結果、単純な電池電力で１年間以上動作することができ、このことは、水面下での設備に関連し得る。レーザー探知測距装置は、プラットフォーム設備用のＥＸ認証とも互換性がある。小規模の漏れを探知する能力は大きい利点を有しており、なぜなら、流出があるかどうかについて、または流出が単に時折ある場合について、または流出が連続してあり井戸および／または輸送の完全性において最終的に深刻な破壊が生じることの可能な前兆を表し得る場合について、オペレータに、深い海底および水柱のはるかに優れた認識を持たせることを可能にするからである。

レーザー探知測距装置は構成部品によって実現することができ、これらの構成部品の組み合わせ、ならびに波長、変調、および／または送信／受信（ＴＸ／ＲＸ）アーキテクチャなどの設計パラメータの選択により固有の機能を作り出すことができる。

レーザー探知測距装置は、高速振幅変調および相関を有する固体レーザーと、微小機械走査装置とを含むことができる。レーザービームまたは光の波長を選択することにより、レーザービームまたは光は、水と空気の両方、ならびに水から空気へ、およびその逆を透過することができる。レーザー探知測距装置は、油流出探知（ＯＳＤ）システムとして動作するように最適化することができる。レーザー探知測距装置は、スタンドアローンシステムとして使用することができ、または、はるかに改善された解像度および４Ｄ追跡を追加することにより、既存のＯＳＤソリューションを補完することができる。その水の透過能力は、４Ｄ追跡機能を追加して、任意のオイルまたはガス流出の分散を追跡することを可能にする。

レーザー探知測距装置は、任意の流出をオペレータに警告することができる、連続的なリモートセンシングソリューションを、オイルオペレータに提供することができる。レーザー探知測距装置は、オペレータが、オイル流出がたとえば１ｍ^３／１０００リットルの限界値を超えているかどうかを決定することを可能にする。更に、レーザー探知測距装置は、オイルの化学的特性評価を可能にするマルチスペクトル探知器を備えることができる。これは、オペレータが流出したオイルの種類を決定するのを支援することができる。また、オイルの種類の特性評価が洗浄方法の選択に影響を与えることができ、すなわち、レーザー探知測距装置が厚みおよびオイルの種類を空間的に識別できるため、レーザー探知測距装置を使用して洗浄処理を支援することができる。３Ｄまたは４Ｄ追跡は、分散有効性を含めて、洗浄処理の効率に関する連続的なフィードバックを提供することができる。

レーザー探知測距装置は、いつどこで漏れ／流出があるのか、流出の種類、および流出の量を知ることにより、原則として井戸からプラットフォームまでの、井戸および／またはパイプラインの完全性についての主要評価装置として使用することができる。レーザー探知測距装置は、流出量を非常に低いＦＡＲで素早く評価することを可能にする。

たとえば、１ｍ^３の放出制限に従うために、オペレータが連続的に監視する場合、彼等はたとえばＳＡＲ衛星などの人工衛星による監視に主として依存する。これは高価であることがあり、限られた空間的／時間的解像度を提供することができ、人工衛星の再訪時間が通常、最大でもＮ時間毎に１回であり、気象条件とりわけ風速が衛星画像に更に影響するため、限られたカバレッジのみを提供することができる。レーザー探知測距装置は、高精度で高解像度を有する、全天候の能力を備えた真に連続的な現場での監視を可能にすることができる。

レーザー探知測距装置は、センサーデータを、たとえば複数の探知装置、センサー、および／またはセンサープラットフォームの他の情報源と、データ融合によって結び付けることができ、探知、またはセンサーデータおよび他のデータが融合された探知器もしくはセンサーの完全性を、すなわち、システムの健全性を監視することにより、監視することができる。オペレータは、実際のＯ＆Ｇ放出を認識することができ、影響について調査し取り組むことができる。

レーザー探知測距装置は、水の透過のために最適化された波長を有するレーザービームまたは光と、透過したレーザービームまたは光信号に疑似ランダムノイズ（ＰＲＮ）を追加するレーザービームまたは光の振幅変調器と、ノイズからレーザービームまたは光信号を認識するために適合されたフィルタを有する受信機または探知器と、レーザービームまたは光信号を反射する部分の化学構造を特性評価するためのマルチスペクトル探知器とを含む、レーダーまたはライダーベースのシステムとすることができる。

海洋用途のためのレーダーまたはライダーベースの装置または技術は、次の領域、すなわち、潜水艦、浮遊／水中機雷、および／または潜水夫／水泳者の探知を含む軍事利用、船舶および航空機からの海洋地底／海底のマッピングのための水深測量術、魚類一覧および船舶からの環境マッピングに関する生物学的特性評価、船舶からの物体探知、探索および救助用途、波、潮流、風、前線、渦、内部波、礁、浮氷、海氷、小氷山、哺乳動物、海賊、浮遊容器、および／または漂流物体などの目印、漂流物、海洋気象条件の探知に焦点を当てることができる。

実施形態に従って、本発明は、レーザー探知測距装置、または海洋環境に関連した幾つかの応用領域を有するセンサーおよびセンサー利用システムに関する。これらは、船舶の安全性と警備、沖合のエネルギープロジェクト、沿岸および河川の用途を含むことがある。本発明の特徴は、能動撮像手法によってたとえば５〜５０ｍなどのかなりの水域を通る光の透過をたとえば可能にする、可視範囲の狭い部分での電磁放射線を完全に利用することに関連することができる。

この特徴は、たとえば船舶の警備のための、用途に合わせて調整することができる付属センサーという補完物を有することにより、更に強化することができる。能動のレーダーは、長距離動作および視覚特性評価のために受動光学撮像装置で補完することができ、かつ、表面上の目標物の補完的な物体探知のためのレーダー抽出方法を充当されることができる。したがって、本発明は、信号の３Ｄおよび時間ドメイン融合を提供するための専用のデータ融合手法と、適切なインターフェースおよび表示ツールとを含むことができる。

本発明は、距離ゲート能動照射光学目標物探知および撮像システムに関することができる。これは、本発明が、たとえば変調された固体レーザーの形式などの符号化されたレーザー放射の形式で、能動照射を利用する、かつ、距離プロファイルを生成するために非常に高速のデータ取得システムおよび信号処理の実装を有することにより探知を提供する、レーザー探知測距装置またはシステムに関することを示唆し得る。また、機械走査システムが、領域走査を可能にするために、かつ３Ｄデータを生成するために含まれ得る。更に、移動または振動環境におけるセンサーの動作を可能にするために、衛星測位および慣性測定を介して高精度の位置合わせを含めることができる。加えて、可視および赤外の波長帯域での受動光学センサーの使用と、また、マイクロ波レーダーの使用およびデータ融合方式の使用とを含むことができる。

本発明は、海洋船舶およびプラットフォームのための警備および安全性に関することができ、このことは、オペレータが船舶の周囲の海中の物体についての知識を有することを望むことを示唆し得る。これは、特に、表面からは見えない、船舶を損傷するおそれのある深さに存在し得る物体を含むことがある。

本発明は、海表面を透過して水中深くの目標物を見ることができる波長を使用して、相当な距離を超えて物体を探知するためのレーダーの機能と、能動の光学システムの機能とを組み合わせることができる、レーザー探知測距装置またはセンサーの実装に関することができる。機能のこの組み合わせは以前は存在しておらず、本発明は、この課題に対する解決策を提示することができる。

実施形態に従って、本発明は、専用中央処理システムによって定義される関心の持たれる特定の物体または船舶への脅威の探知および状況認識を提供する目的のための、能動的なレーダーセンサーおよび受動的な電気光学センサーと連携した能動的なレーザー照射センサーを利用した、海洋船舶および海上プラットフォームの近傍で海表面のまたは海表面下の物体を探知して追跡し分類するための、レーザー探知測距装置またはシステムに関し、本発明は、ある電磁波長を使用した能動的なレーザー照射センサーの設計および運用を含み、この電磁波長は水面を相当に透過することができる一方で、非常に斜めの角度で水面を照射し、したがって、到来する水平に近い照射を受け入れるための屈折および散乱過程による空気／水の界面の固有の特性を使用して、相当な距離の表面近傍および水面下の目標物探知を取得し、また一方で、より近くの垂直の角度の光束を水柱に伝搬させ、また、物体からの反射時には、照射された電磁波は上方に再放射されると、再び水平に近い方向に屈折して散乱され、受信機械によって受信され処理され、そのうえ、同一表面からのデータを与える、特に表面および表面近傍の物体の追加の探知および分類をもたらす、受動光学系からの追加データと結合され、また、表面物体のみの探知および検証を与えることができる能動レーダーセンサーからのデータと結合されるが、それによって、悪天候の特定の形態および大規模な範囲でのレーザー探知測距装置またはシステムの機能が拡張される。全体的な組み合わされた実装により、エリアカバレッジを提供することができ、このエリアカバレッジは、最大で完全な３６０度のカバレッジに至るセクターによって制限され、船舶またはプラットフォームに隣接する範囲からレーザー探知測距装置またはシステムの物理的能力によって制限される距離範囲までであり、表面から物理的特性によって制限される深さまでの探知を与え、したがって、プラットフォームまたは船舶からの周囲の水面および水面近傍領域の完全な３Ｄカバレッジを提供する。

実施形態に従って、本発明は、能動的なレーザー照射システムが符号化された波形を利用して高平均電力および最大探知範囲を可能にする、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、本発明は、能動的なレーザー照射システムが、同時発生の符号であり、通信および衛星測位システムから導き出される符号波形技術を用いた符号を利用した、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、本発明は、能動的なレーザー照射システムが、符号化された波形を高スイッチング周波数で利用して、距離識別および不要なエコーのフィルタリングを可能にする、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、本発明は、能動的なレーザー照射システムが、符号化された波形上に重ね合わせられた断続波形を利用して、レーザーセンサーユニットに近いエコーのフィルタリングおよび打ち消しを可能にする、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、本発明は、能動的なレーザー照射が、最大の透過深度を与えるために４８８ｎｍの最適な波長上でまたはその近傍であるように選択される、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、本発明は、物理的条件が許す場合に、最大透過度が５ｍより大きく３０ｍまで達成される、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、本発明は、探知される典型的な物体の寸法を大きく超えない角度カバレッジに延在する狭いビームに、レーザーエネルギーが集中した、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、本発明は、レーザーエネルギーが狭いビームに集中しており、このビームが、遠く離れた海の一部を照射するとき、距離−方位角等解像度を可能にする楕円形に成形される、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、本発明は、光学受信機システムが、送信されたビームとほぼ同じ程度に狭いビームを有する光学受信機械を含んで能動レーザーからの光のみを登録し、それによって周囲光を抑制する、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、本発明は、受信システムが非常に狭い帯域フィルタを有して周囲光を抑制し、したがって、そうしなければ探知器に影響を及ぼし得る波長での探知距離に制限をもたらす、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、本発明は、受信システムが同時パルス圧縮を利用してリアルタイムでデータ処理装置に距離プロファイルを提供する、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、本発明は、組み合わされた受信および送信光学系が、垂直面内で走査動作を実施し、それによって特定のセクターを距離および深さでマッピングする、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、本発明は、組み合わされた受信および送信光学系が、水平面内で走査動作を実施し、それによって特定のセクターを方位角および深さでマッピングする、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、本発明は、組み合わされた受信および送信光学系が、垂直面内に加えて水平面内で走査動作を実施し、それによって特定のセクターを方位角、距離、および深さでマッピングし、それによって３Ｄシステムを構成する、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、本発明は、サブシステムが、熱センサー、レーザー、赤外線センサー、およびハイパー／マルチスペクトルセンサーのうちの少なくとも１つを更に含む、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、本発明は、能動レーザーシステムが、表面および表面近傍の物体の追加的なデータ捕捉のために、レーザーシステム受動画像化可視バンド撮像装置への同軸ケーブルを補充されている、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、本発明は、能動レーザーシステムが、日光、薄明かり、および非常に暗い光での動作という条件の下で、表面および表面近傍の物体の追加的なデータ捕捉のために、レーザーシステム受動近赤外、中間赤外、または長波赤外撮像装置への同軸ケーブルを補充されている、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、本発明は、能動レーザーシステムが、日光、薄明かり、および非常に暗い光での動作という条件の下で、表面および表面近傍の物体の追加的なデータ捕捉のために、パノラマビューを有するカメラの組を補充されている、レーザー探知測距装置またはシステムに関する。

実施形態に従って、レーザー探知測距装置は、狭い走査ビームを使用し、眼の安全性のために設計され、斜めの入射を使用し、非パルス波形を使用し、特定の走査パターンを採用し、周囲光の除去を適用し、かつ／または精密なポインティングを使用する。

実施形態に従って、レーザー探知測距装置は海表面に沿った距離と水中の深さとを識別することができる。レーザー探知測距装置は、精密なポインティングを適用し、狭いレーザービームを採用し、高い距離解像度を提供し、かつ／または仰角と同様に距離を正確に測定することができる。

実施形態に従って、レーザー探知測距装置は太陽光を抑制するために偏波を使用し、かつ／または強化された探知のために二重偏波を使用する。

これらの結果につながる研究は、補助金協定ｎ°２８６２２０の下で、欧州共同体の第７回フレームワークプログラムＦＰ７／２００７−２０１３から資金を提供されている。

１００レーザー探知測距装置
１０１レーザー送信機
１０３レーザー探知器
１０５プロセッサ
２００レーザー探知測距方法
２０１レーザービームを変調するステップ
２０３変調されたレーザービームを送信するステップ
２０５反射されたレーザービームを探知するステップ
２０７水面下の物体を探知するステップ
３００Ａ図
３００Ｂ図
３０１物体
３０３水面
３０５海洋航海船舶
３０７送信されたレーザービーム
３０９反射されたレーザービーム
４０１センサーユニット
４０３センサーユニット
４０５データプロセッサユニット
４０７ディスプレイユニット
４０９システムコンソールユニット
４１１レーダーユニット
４１３レーダーユニット
４１５ジャイロユニット
４１７ＧＰＳユニット
４１９ＡＩＳユニット
４２１コンパスユニット
４２３システムオペレータ
４２５システムエンジニア
５０１レーザーユニット
５０３補助センサーユニット
５０５機械走査ユニット
５０７リアルタイム運動参照ユニット
５０９リアルタイム制御ユニット
５１１電源ユニット
５１３Ａ／Ｄ変換ユニット
６０１データプロセッサコアユニット
６０３イーサネット（登録商標）ネットワークカードユニット
６０５シリアルインターフェースユニット
６０７ファイバー／イーサネット（登録商標）スイッチユニット
６０９ブリッジスイッチユニット
６１１船舶センサーユニット
６１３データ監視制御信号線
６１５データ監視制御信号線
６１７観測信号線
６１９観測信号線
７０１可視化ユニット
７０３相互作用ユニット
７０５キーボード−ビデオ−マウススイッチユニット
７０７ディスプレイユニット
７０９マウスユニット
８０１キーボード−マウス−タッチユニット
８０３コマンド生成ユニット
８０５ネットワークカードユニット
８０７ディスプレイ制御ユニット
８０９ディスプレイユニット
９０１船舶構造体
９０３インターフェース
９０５インターフェース
９０７インターフェース
９０９インターフェース
９１１インターフェース
９１３インターフェース
９１５インターフェース
９１７インターフェース
１００１レーダーユニット
１００３可視ミラー
１００５可視窓
１００７ＩＲ／ＢＩＬユニット
１００９ＩＲミラー
１０１１ＩＲ窓
１０１３ミラー駆動ユニット
１０１５カムユニット
１０１７カムユニット
１０１９制御、ＩＭＵおよび電力ユニット
１１０１ＦＰＧＡユニット
１１０３ＲＡＭユニット
１１０５Ａ／Ｄ変換ユニット
１１０７Ａ／Ｄ変換ユニット
１１０９ＣＰＵユニット
１１１１ＲＡＭユニット
１１１３ＦＬＡＳＨユニット
１１１５イーサネット（登録商標）ユニット
１１１７ＩＭＵユニット
１１１９走査制御ユニット
１１２１ステップモーター駆動ユニット
１１２３ステップモーター駆動ユニット
１１２５圧電駆動ユニット
１１２７圧電駆動ユニット
１２０１理想的な円形レーザービーム
１２０３発散円形レーザービーム
１２０５発散楕円形レーザービーム
１３０１水平線
１３０３仰角線
１３０５仰角線
１３０７仰角線
１３０９仰角線
１３１１仰角線
１３１３正面方向線
１３１５船尾方向線
１３１７更なる船尾方向線
１３１９右舷方向線
１３２１左舷方向線
１３２３レーダーカバレッジエリア
１４０１レーダーカバレッジエリア
１４０３レーダーカバレッジエリア
１５０１レーダーカバレッジエリア
１５０３レーダーカバレッジエリア
１５０５レーダーカバレッジエリア
１６０１可視バンドカバレッジエリア
１６０３可視バンドカバレッジエリア
１６０５可視バンドカバレッジエリア
１６０７可視バンドカバレッジエリア
１６０９可視バンドカバレッジエリア
１７０１赤外線カバレッジエリア
１７０３赤外線カバレッジエリア

Claims

水面（３０３）下の物体（３０１）を探知するためのレーザー探知測距装置（１００）であって、
ビーム整形光学系を有するレーザー送信機（１０１）であって、バイナリ疑似ランダムコードシーケンスによってレーザービーム（３０７）を変調して、変調されたレーザービーム（３０７）を取得し、かつ、等しい解像度を有する方位角範囲セルを前記水面に実現するために、楕円形のレーザービーム断面を有する前記変調されたレーザービーム（３０７）を前記水面（３０３）に向けて送信するように構成されるレーザー送信機（１０１）と、
反射されたレーザービーム（３０９）を探知するためのレーザー探知器（１０３）であって、前記反射されたレーザービーム（３０９）が前記送信されたレーザービーム（３０７）の反射バージョンを形成する、レーザー探知器（１０３）と、
前記反射されたレーザービーム（３０９）に基づいて前記水面（３０３）下の前記物体（３０１）を探知するためのプロセッサ（１０５）と、
を含み、
前記プロセッサ（１０５）は、前記探知されたレーザービーム（３０９）のスペクトルを決定して、前記物体（３０１）によって吸収または反射されたレーザービームの波長を決定するように構成される、
レーザー探知測距装置（１００）。
請求項１に記載のレーザー探知測距装置（１００）であって、前記レーザー送信機（１０１）が、４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長範囲内の青−緑色レーザービームを送信するように構成される、レーザー探知測距装置（１００）。
請求項１又は２に記載のレーザー探知測距装置（１００）であって、前記レーザー送信機（１０１）が、方形波シーケンスによって前記バイナリ疑似ランダムコードシーケンスを変調して、前記変調されたレーザービーム（３０７）を取得するように構成される、レーザー探知測距装置（１００）。
請求項１〜３のいずれか一項に記載のレーザー探知測距装置（１００）であって、前記バイナリ疑似ランダムコードシーケンスが、ＧＰＳＬ２民間用中間長シーケンスまたはＧＰＳＬ２民間用長いシーケンスである、レーザー探知測距装置（１００）。
請求項１〜４のいずれか一項に記載のレーザー探知測距装置（１００）であって、前記レーザー送信機（１０１）が、オンオフキーイング変調または振幅シフトキーイング変調によって前記レーザービーム（３０７）を変調して、前記変調されたレーザービーム（３０７）を取得するように構成される、レーザー探知測距装置（１００）。
請求項１〜５のいずれか一項に記載のレーザー探知測距装置（１００）であって、前記レーザー送信機（１０１）が、前記水面（３０３）に対して所定の角度で前記水面（３０３）に向けて前記レーザービーム（３０７）を送信するように構成される、レーザー探知測距装置（１００）。
請求項１〜６のいずれか一項に記載のレーザー探知測距装置（１００）であって、前記レーザー探知器（１０３）が、前記反射されたレーザービーム（３０９）を探知するために、レーザー探知ダイオードまたは光電子増倍管を含む、レーザー探知測距装置（１００）。
請求項１〜７のいずれか一項に記載のレーザー探知測距装置（１００）であって、前記レーザー探知器（１０３）が、光学バンドパスフィルタを含む、レーザー探知測距装置（１００）。
請求項１〜８のいずれか一項に記載のレーザー探知測距装置（１００）であって、前記プロセッサ（１０５）が、前記物体（３０１）の距離を決定するために、前記レーザービーム（３０７）の送信と前記反射されたレーザービーム（３０９）の探知との間の時間遅延を決定するように構成される、レーザー探知測距装置（１００）。
請求項１〜９のいずれか一項に記載のレーザー探知測距装置（１００）であって、前記プロセッサ（１０５）が、前記送信されたレーザービーム（３０７）と前記探知されたレーザービーム（３０９）を時間で相互に関連付けることにより距離プロファイルを決定するように構成され、前記距離プロファイルが、前記物体（３０１）または前記水面（３０３）の距離を示している、レーザー探知測距装置（１００）。
請求項１０に記載のレーザー探知測距装置（１００）であって、前記プロセッサ（１０５）が、前記物体（３０１）または前記水面（３０３）の前記距離を前記距離プロファイルにおいて決定するように構成され、前記プロセッサ（１０５）が、前記物体（３０１）または前記水面（３０３）の前記決定された距離に基づいて前記物体（３０１）を探知するように更に構成される、レーザー探知測距装置（１００）。
請求項１〜１１のいずれか一項に記載のレーザー探知測距装置（１００）であって、前記レーザー探知測距装置（１００）の運動を決定するための運動参照ユニットを更に含み、前記レーザービーム（３０７）のビーム方向が、前記レーザー探知測距装置（１００）の前記決定された運動に基づいて安定化される、レーザー探知測距装置（１００）。
請求項１〜１２のいずれか一項に記載のレーザー探知測距装置（１００）であって、前記レーザー送信機（１０１）が、４００ｎｍ〜６００ｎｍの波長範囲内の青−緑色レーザービームを発生させるために、発光ダイオード（ＬＥＤ）、特に青−緑色発光ダイオード（ＬＥＤ）を含む、レーザー探知測距装置（１００）。
請求項１〜１３のいずれか一項に記載のレーザー探知測距装置（１００）であって、前記プロセッサ（１０５）が、前記反射されたレーザービーム（３０９）に基づいて、油膜、分散した油流出、またはガス漏れを探知するように構成される、レーザー探知測距装置（１００）。
水面（３０３）下の物体（３０１）を探知するためのレーザー探知測距方法（２００）であって、
変調されたレーザービーム（３０７）を取得するためにバイナリ疑似ランダムコードシーケンスによってレーザービーム（３０７）を変調するステップ（２０１）と、
ビーム整形光学系を有するレーザー送信機によって、等しい解像度を有する方位角範囲セルを前記水面に実現するために、楕円形のレーザービーム断面を有する前記変調されたレーザービーム（３０７）を前記水面（３０３）に向けて送信するステップ（２０３）と、
反射されたレーザービーム（３０９）を探知するステップ（２０５）であって、前記反射されたレーザービーム（３０９）が前記送信されたレーザービーム（３０７）の反射バージョンを形成する、ステップ（２０５）と、
前記反射されたレーザービーム（３０９）に基づいて前記水面（３０３）下の前記物体（３０１）を探知するステップ（２０７）と、
前記探知されたレーザービーム（３０９）のスペクトルを決定して、前記物体（３０１）によって吸収または反射されたレーザービームの波長を決定するステップと、
を含む、レーザー探知測距方法（２００）。