JP6954494B2 - Laser radar device - Google Patents

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Description

この発明は、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 device.

従来、大気中にレーザ光を照射することで風速計測を行うレーザレーダ装置として、ヘテロダイン検波方式のレーザレーダ装置が知られている(例えば、特許文献1参照。)。ヘテロダイン検波方式のレーザレーダ装置は、レーザ光を送信光として大気中に照射し、エアロゾル(大気中の塵等の極小の浮遊粒子)が送信光を反射した反射光を受信光として受信する。レーザレーダ装置は、ヘテロダイン検波によって参照光と受信光を合波して干渉光を生成し干渉光を電気信号に変換する。そして、当該電気信号をフーリエ変換して得られる周波数スペクトルからエアロゾルの移動によって生じたドップラーシフト量を求め、当該ドップラーシフト量からレーザ照射方向の風速を計測する。 Conventionally, a heterodyne detection type laser radar device is known as a laser radar device that measures wind speed by irradiating a laser beam into the atmosphere (see, for example, Patent Document 1). The heterodyne detection type laser radar device irradiates the atmosphere with laser light as transmitted light, and receives reflected light reflected by aerosol (minimal suspended particles such as dust in the atmosphere) as received light. The laser radar device combines the reference light and the received light by heterodyne detection to generate interference light, and converts the interference light into an electric signal. Then, the Doppler shift amount generated by the movement of the aerosol is obtained from the frequency spectrum obtained by Fourier transforming the electric signal, and the wind speed in the laser irradiation direction is measured from the Doppler shift amount.

WO2016/117159WO2016 / 117159

レーザレーダ装置を用いて送信光を、大気中ではなく、対象物に向けて送信した場合、対象物からの反射光を受信することで、対象物の速度を計測することが考えられる。例えば、海面に向けてレーザ光を照射することで、海面の移動速度を計測することが考えられる。しかし、特許文献1に記載のレーザレーダ装置が受信する受信光には、対象物からの反射光だけでなく、エアロゾルからの反射光も含まれるため、フーリエ変換して得られるドップラーシフト量には、対象物の速度だけでなく、エアロゾルの速度による影響が含まれてしまう。その結果、ドップラーシフト量から対象物の速度を算出すると、エアロゾルの影響により対象物の速度を精度よく算出できないという問題があった。
本発明は上記のような課題を解決するためになされたものであり、対象物の速度をより精度良く算出することができるレーザレーダ装置を得ることを目的とする。
When the transmitted light is transmitted to the object instead of the atmosphere by using the laser radar device, it is conceivable to measure the velocity of the object by receiving the reflected light from the object. For example, it is conceivable to measure the moving speed of the sea surface by irradiating the sea surface with a laser beam. However, since the received light received by the laser radar device described in Patent Document 1 includes not only the reflected light from the object but also the reflected light from the aerosol, the Doppler shift amount obtained by Fourier conversion is included in the Doppler shift amount. , Not only the speed of the object, but also the influence of the speed of the aerosol is included. As a result, when the velocity of the object is calculated from the Doppler shift amount, there is a problem that the velocity of the object cannot be calculated accurately due to the influence of the aerosol.
The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to obtain a laser radar device capable of calculating the speed of an object with higher accuracy.

本発明に係るレーザレーダ装置は、対象物が反射可能な帯域のレーザ光を生成する光源部と、光源部が生成したレーザ光に基づいて第1の偏光成分と第1の偏光成分とは異なる第2の偏光成分とを含む送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信し、受信光に含まれる第1の偏光成分から第1の電気信号を生成し、受信光に含まれる第2の偏光成分から第2の電気信号を生成する検波部と、第1の電気信号と、第2の電気信号との差に基づいて、対象物の速度を算出する信号処理部と、を備えたものである。 The laser radar device according to the present invention has a light source unit that generates laser light in a band in which an object can be reflected, and a first polarization component and a first polarization component based on the laser light generated by the light source unit. The transmitted light including the second polarizing component is transmitted toward the object, the transmitted light receives the reflected light reflected by the object as the received light, and the first polarized light contained in the received light is first. Based on the difference between the detector, the first electric signal, and the second electric signal, which generates the electric signal of the above and generates the second electric signal from the second polarization component contained in the received light. It is equipped with a signal processing unit that calculates the speed of an object.

本発明に係るレーザレーダ装置によれば、光源部が生成したレーザ光に基づいて第1の偏光成分と第1の偏光成分とは異なる第2の偏光成分とを含む送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信し、受信光に含まれる第1の偏光成分から第1の電気信号を生成し、受信光に含まれる第2の偏光成分から第2の電気信号を生成する検波部と、第1の電気信号と、第2の電気信号との差に基づいて、対象物の速度を算出する信号処理部とを備えることにより、エアロゾルでの反射は偏光依存性がないため第1の電気信号と第2の電気信号との差をとることでエアロゾルからの反射成分を取り除くことができ、より精度良く対象物の速度を算出することができる。 According to the laser radar device according to the present invention, the transmitted light including the first polarization component and the second polarization component different from the first polarization component is directed to the object based on the laser light generated by the light source unit. The transmitted light receives the reflected light reflected by the object as the received light, generates a first electric signal from the first polarized light component included in the received light, and generates a first electric signal, and a second included in the received light. By providing a detection unit that generates a second electric signal from a polarized light component and a signal processing unit that calculates the speed of an object based on the difference between the first electric signal and the second electric signal. Since the reflection in the aerosol has no polarization dependence, the reflected component from the aerosol can be removed by taking the difference between the first electric signal and the second electric signal, and the velocity of the object is calculated more accurately. be able to.

実施の形態1におけるレーザレーダ装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the laser radar apparatus in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における信号処理部の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the signal processing part in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1における信号処理部のハードウェア構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the hardware structure of the signal processing part in Embodiment 1. FIG. 実施の形態1におけるレーザレーダ装置により、対象物の速度を算出する動作を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing an operation of calculating the speed of an object by the laser radar device according to the first embodiment. 実施の形態1における低周波信号取得部が包絡線を取得する動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operation which the low frequency signal acquisition part in Embodiment 1 acquires an envelope. 実施の形態1における差分算出部が差分を算出する動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operation which the difference calculation part in Embodiment 1 calculates a difference. 実施の形態1における抽出部が第1の電気信号から海面からの反射成分を抽出する動作を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the operation which the extraction part in Embodiment 1 extracts the reflection component from the sea surface from the 1st electric signal. 実施の形態2におけるレーザレーダ装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the laser radar apparatus in Embodiment 2. FIG. 実施の形態2における信号処理部の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the signal processing part in Embodiment 2. 実施の形態2におけるレーザレーダ装置により、対象物の速度を算出する動作を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing an operation of calculating the speed of an object by the laser radar device according to the second embodiment. 実施の形態3におけるレーザレーダ装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the laser radar apparatus in Embodiment 3. 実施の形態3におけるレーザレーダ装置により、対象物の速度を算出する動作を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing an operation of calculating the speed of an object by the laser radar device according to the third embodiment. 実施の形態4におけるレーザレーダ装置の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the laser radar apparatus in Embodiment 4. 実施の形態4における信号処理部の構成を示す構成図である。It is a block diagram which shows the structure of the signal processing part in Embodiment 4. 実施の形態4におけるレーザレーダ装置により、対象物の速度を算出する動作を示すフローチャートである。FIG. 5 is a flowchart showing an operation of calculating the speed of an object by the laser radar device according to the fourth embodiment. 第1の偏光成分と第2の偏光成分とを含む送信光を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the transmitted light which contains the 1st polarization component and the 2nd polarization component. 第1の偏光成分と第2の偏光成分とを含む送信光を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the transmitted light which contains the 1st polarization component and the 2nd polarization component.

実施の形態1.
実施の形態1に係るレーザレーダ装置1は、第1の偏光成分を有する受信光から生成された第1の電気信号と、第1の偏光成分とは異なる第2の偏光成分を有する受信光から生成された第2の電気信号との差に基づいて、対象物の速度を算出することにより、エアロゾルからの影響を低減して対象物の速度を算出することができるものである。
Embodiment 1.
The laser radar device 1 according to the first embodiment is derived from a first electric signal generated from a received light having a first polarized light component and a received light having a second polarized light component different from the first polarized light component. By calculating the velocity of the object based on the difference from the generated second electric signal, the influence from the aerosol can be reduced and the velocity of the object can be calculated.

図1は、実施の形態1におけるレーザレーダ装置1の構成を示す構成図であり、図2は、実施の形態1における信号処理部4の構成を示す構成図である。 FIG. 1 is a configuration diagram showing the configuration of the laser radar device 1 according to the first embodiment, and FIG. 2 is a configuration diagram showing the configuration of the signal processing unit 4 according to the first embodiment.

図1に示したレーザレーダ装置1は、対象物が反射可能な帯域のレーザ光を生成する光源部2と、光源部が生成したレーザ光に基づいて第1の偏光成分と第1の偏光成分とは異なる第2の偏光成分とを含む送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信し、受信光に含まれる第1の偏光成分から第1の電気信号を生成し、受信光に含まれる第2の偏光成分から第2の電気信号を生成する検波部3と、第1の電気信号と、第2の電気信号との差に基づいて、対象物の速度を算出する信号処理部4と、を備えたものである。
本明細書において、第1の電気信号と第2の電気信号との差に基づくとは、第1の電気信号と第2の電気信号の直接の差分に基づくだけでなく、包絡線の取得等、所定の処理を施した後の第1の電気信号と第2の電気信号との差分に基づくことも含む。実施の形態1では、後述する第1の包絡線と第2の包絡線との差分に基づき、対象物の速度を算出する。
本明細書において、送信光とは、一つのパルスだけを指すのではなく、時間的に離れた複数のパルスを含むものである。そして、以下において送信パルスとは送信光に含まれるパルスを意味する。
また、本明細書において、第1の偏光成分と第2の偏光成分とを含む送信光とは、図16に示すように、第1の偏光成分E1を有する第1の偏光状態の送信パルス1011と第2の偏光成分E2を有する第2の偏光状態の送信パルス1012を時間の経過に伴い交互に送信する場合と、図17に示すように、第1の偏光成分と第2の偏光成分の両方を有する偏光状態の送信パルス1013を送信する場合の両方を意味する。実施の形態1では、第1の偏光成分と第2の偏光成分とを含む送信光として、図16に示す第1の偏光状態の送信パルス1011と第2の偏光状態の送信パルス1012を時間の経過に伴い交互に送信する場合について説明する。
また、第1の偏光成分を有する受信光とは、受信光のうち第1の偏光成分を有する第1の偏光状態の送信パルスが対象物で反射された反射光を受信して得られた受信光であり、第2の偏光成分を有する受信光とは、受信光のうち第2の偏光成分を有する第2の偏光状態の送信パルスが対象物で反射された反射光を受信して得られた受信光である。干渉光においても同様に、第1の偏光成分を有する干渉光とは、第1の偏光状態の送信パルスに対応するものであり、第2の偏光成分を有する干渉光とは、第2の偏光状態の送信パルスに対応するものである。
レーザレーダ装置1は、上記のように構成されており、以下で各部を詳細に説明する。
The laser radar device 1 shown in FIG. 1 has a light source unit 2 that generates laser light in a band in which an object can be reflected, and a first polarization component and a first polarization component based on the laser light generated by the light source unit. A transmitted light containing a second polarization component different from that of the object is transmitted toward the object, the transmitted light receives the reflected light reflected by the object as received light, and the first polarized component included in the received light is received. The difference between the detection unit 3 that generates the first electric signal from the light and generates the second electric signal from the second polarization component contained in the received light, the first electric signal, and the second electric signal. It is provided with a signal processing unit 4 for calculating the speed of an object based on the light.
In the present specification, based on the difference between the first electric signal and the second electric signal is not only based on the direct difference between the first electric signal and the second electric signal, but also the acquisition of the envelope, etc. It also includes being based on the difference between the first electric signal and the second electric signal after performing a predetermined process. In the first embodiment, the velocity of the object is calculated based on the difference between the first envelope and the second envelope, which will be described later.
As used herein, the transmitted light does not refer to only one pulse, but includes a plurality of pulses separated by time. In the following, the transmission pulse means a pulse included in the transmission light.
Further, in the present specification, the transmitted light including the first polarized light component and the second polarized light component is the transmission pulse 1011 in the first polarized state having the first polarized light component E1 as shown in FIG. And the case where the transmission pulse 1012 in the second polarized state having the second polarized component E2 is alternately transmitted with the passage of time, and the case where the first polarized component and the second polarized component are transmitted as shown in FIG. It means both when transmitting a transmitted pulse 1013 in a polarized state having both. In the first embodiment, as the transmission light including the first polarization component and the second polarization component, the transmission pulse 1011 in the first polarization state and the transmission pulse 1012 in the second polarization state shown in FIG. 16 are used for time. A case of alternately transmitting with the lapse of time will be described.
Further, the received light having the first polarization component is the reception obtained by receiving the reflected light in which the transmission pulse in the first polarized state having the first polarization component of the received light is reflected by the object. The received light which is light and has a second polarization component is obtained by receiving the reflected light in which the transmission pulse in the second polarized state having the second polarization component of the received light is reflected by the object. It is the received light. Similarly, in the interference light, the interference light having the first polarization component corresponds to the transmission pulse in the first polarization state, and the interference light having the second polarization component is the second polarization. It corresponds to the transmission pulse of the state.
The laser radar device 1 is configured as described above, and each part will be described in detail below.

光源部2は、対象物が反射可能な帯域のレーザ光を生成するものである。ここで、レーザレーダ装置1が測定対象とする対象物は、反射光が偏光依存性を有するものであり、例えば、海面や車両等である。以下では、対象物は海面とし、海面が移動する速度、すなわち潮流速度を算出するものとする。
光源部2にて生成されるレーザ光は、海面が反射可能な帯域の単一周波数からなる連続光である。光源部2には例えば半導体レーザ装置や固体レーザ装置が用いられる。また、光源部2から出力されるレーザ光の偏光状態は、楕円偏光やランダム偏光等、どのようなものでも問題ないが、以下では、光源部2から出力されるレーザ光は直線偏光状態にあるものとする。
The light source unit 2 generates laser light in a band in which the object can be reflected. Here, the object to be measured by the laser radar device 1 is one in which the reflected light has polarization dependence, such as a sea surface or a vehicle. In the following, it is assumed that the object is the sea surface, and the speed at which the sea surface moves, that is, the tidal current speed is calculated.
The laser light generated by the light source unit 2 is continuous light having a single frequency in a band where the sea surface can be reflected. For example, a semiconductor laser device or a solid-state laser device is used for the light source unit 2. Further, the polarization state of the laser light output from the light source unit 2 may be any one such as elliptically polarized light and randomly polarized light, but in the following, the laser light output from the light source unit 2 is in a linearly polarized state. It shall be.

検波部3は、光源部2が生成したレーザ光に基づいて第1の偏光成分と第1の偏光成分とは異なる第2の偏光成分とを含む送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信し、受信光に含まれる第1の偏光成分から第1の電気信号を生成し、受信光に含まれる第2の偏光成分から第2の電気信号を生成するものである。
実施の形態1における検波部3は、光源部2が生成したレーザ光に第1の偏光成分と第2の偏光成分を含むように偏光を施し、送信光と、送信光と同じ偏光状態の参照光とを出力する光制御部5と、光制御部5から出力された送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信する送受信部6と、送受信部6で受信した受信光と光制御部5から出力された参照光を合波して干渉光を生成する合波部7と、入力された干渉光を変換して第1の電気信号と第2の電気信号とを含む電気信号を生成する光検出部8と、を有する。また、実施の形態1において、第1の電気信号は光検出部8で第1の偏光成分を有する干渉光を変換して生成された電気信号であり、第2の電気信号は光検出部で第2の偏光成分を有する干渉光を変換して生成された電気信号である。
The detection unit 3 transmits and transmits the transmitted light including the first polarization component and the second polarization component different from the first polarization component to the object based on the laser light generated by the light source unit 2. The reflected light reflected by the object is received as the received light, a first electric signal is generated from the first polarized light component contained in the received light, and a second polarized light component contained in the received light is used to generate a second electric signal. It generates an electric signal of.
The detection unit 3 in the first embodiment polarizes the laser light generated by the light source unit 2 so as to include the first polarization component and the second polarization component, and refers to the transmission light and the same polarization state as the transmission light. An optical control unit 5 that outputs light and a transmission / reception unit 6 that transmits the transmitted light output from the optical control unit 5 toward an object and receives the reflected light reflected by the object as received light. And the combine light unit 7 that generates interference light by combining the received light received by the transmission / reception unit 6 and the reference light output from the optical control unit 5, and the first electricity by converting the input interference light. It has an optical detection unit 8 that generates an electric signal including a signal and a second electric signal. Further, in the first embodiment, the first electric signal is an electric signal generated by converting the interference light having the first polarization component by the photodetector 8, and the second electric signal is the photodetector. It is an electric signal generated by converting the interference light having the second polarization component.

光制御部5は、光源部2が生成したレーザ光に第1の偏光成分と第2の偏光成分とを含むように偏光を施し、第1の偏光成分と第2の偏光成分とを含む送信光と、送信光と同じ偏光状態の参照光とを出力するものである。実施の形態1において、光制御部5は、光源部2で出力されたレーザ光を偏光させる偏光部51と、偏光部51で偏光されたレーザ光を送信光と参照光に分配する分配部52と、分配部52で分配された送信光を変調する変調部53と、を含む。 The optical control unit 5 polarizes the laser light generated by the light source unit 2 so as to include a first polarized light component and a second polarized light component, and transmits the first polarized light component and the second polarized light component. It outputs light and reference light in the same polarized state as the transmitted light. In the first embodiment, the optical control unit 5 has a polarization unit 51 that polarizes the laser light output by the light source unit 2, and a distribution unit 52 that distributes the laser light polarized by the polarization unit 51 into transmission light and reference light. And a modulation unit 53 that modulates the transmitted light distributed by the distribution unit 52.

偏光部51は、光源部2で生成されたレーザ光に偏光を施し、第1の偏光成分と第2の偏光成分とを含むレーザ光を生成するものである。具体的には、実施の形態1における偏光部51は、光源部2で出力されたレーザ光を第1の偏光成分を有する第1の偏光状態と、第1の偏光成分とは異なる第2の偏光成分を有する第2の偏光状態に、時間の経過に伴い交互に偏光させるものである。後述する第1の電気信号と第2の電気信号の強度差を大きくするために、以下では、第1の偏光状態は第1の偏光成分のみを有する直線偏光状態とし、第2の偏光状態は第2の偏光成分のみを有する直線偏光状態とする。
偏光部51としては、例えば、波長板や光ファイバ偏光スイッチ、ポッケルスセルが用いられる。また、光源部2と偏光部51は光ファイバーケーブルで接続される。
また、光源部2から出力されるレーザ光の偏光状態が、第1の偏光状態と一致している場合、偏光部51は、第1の偏光状態の光をそのまま透過する構成として良い。すなわち、上記において、偏光部51がレーザ光を第1の偏光状態に偏光させるとは、偏光部51から出力されるレーザ光が第1の偏光状態であればよく、第1の偏光状態と異なる状態から第1の偏光状態に偏光させることだけではなく、第1の偏光状態のレーザ光を入力し、偏光状態を変化させず、そのまま第1の偏光状態のレーザ光を出力することを含む。これは、第2の偏光状態に対しても同様である。
The polarizing unit 51 polarizes the laser light generated by the light source unit 2 to generate a laser beam containing a first polarization component and a second polarization component. Specifically, the polarizing unit 51 in the first embodiment has a first polarization state in which the laser beam output by the light source unit 2 has a first polarization component, and a second polarization state different from the first polarization component. A second polarized state having a polarized component is alternately polarized with the passage of time. In order to increase the intensity difference between the first electric signal and the second electric signal, which will be described later, in the following, the first polarization state is a linearly polarized state having only the first polarization component, and the second polarization state is A linearly polarized state having only a second polarized component is used.
As the polarizing unit 51, for example, a wave plate, an optical fiber polarizing switch, or a Pockels cell is used. Further, the light source unit 2 and the polarizing unit 51 are connected by an optical fiber cable.
Further, when the polarization state of the laser light output from the light source unit 2 matches the first polarization state, the polarization unit 51 may be configured to transmit the light in the first polarization state as it is. That is, in the above, the fact that the polarizing unit 51 polarizes the laser light to the first polarization state means that the laser light output from the polarization unit 51 may be in the first polarization state, which is different from the first polarization state. It includes not only polarization from the state to the first polarized state, but also inputting the laser light of the first polarized state and outputting the laser light of the first polarized state as it is without changing the polarized state. This also applies to the second polarized state.

分配部52は、偏光部51で偏光されたレーザ光を送信光と参照光に分配するものである。実施の形態1において、分配部52は、偏光部51で偏光されたレーザ光を所定の比率で変調部53と合波部7に分配する。ここで、変調部53に出力されるレーザ光が送信光であり、合波部7に出力されるレーザ光が参照光である。
なお、分配部52としては、例えば、光ファイバカプラや誘電体多層膜フィルタを用いた分岐ミラー、ビームスプリッタが用いられる。また、偏光部51と分配部52は光ファイバーケーブルで接続される。
The distribution unit 52 distributes the laser light polarized by the polarization unit 51 into the transmission light and the reference light. In the first embodiment, the distribution unit 52 distributes the laser light polarized by the polarization unit 51 to the modulation unit 53 and the combine unit 7 at a predetermined ratio. Here, the laser light output to the modulation unit 53 is the transmission light, and the laser light output to the combiner unit 7 is the reference light.
As the distribution unit 52, for example, a branch mirror using an optical fiber coupler, a dielectric multilayer filter, or a beam splitter is used. Further, the polarizing unit 51 and the distribution unit 52 are connected by an optical fiber cable.

変調部53は、分配部52で分配された送信光を変調するものである。実施の形態1において、変調部53は、分配部52からの送信光に対して連続光をパルスに変換するパルス変調と周波数を周波数シフト量だけ偏移させる周波数シフトを施し、送信パルスを生成する。また、パルス変調は、所定のパルス幅及びパルス変調周波数で施される。パルス幅は、距離分解能に対応し、ユーザによって、所望の距離分解能に相当するパルス幅を設定する構成としてもよいし、システム設計時に設定された固定のパルス幅で動作するようにしてもよい。周波数シフトについても同様に、ユーザが設定する構成としてもよいし、システム設計時に設定された固定の周波数シフト量で動作する構成としてもよい。
また、偏光部51と変調部53は、第1の偏光状態への偏光と第2の偏光状態への偏光の切り替えを行う頻度を表す偏光切り替え周波数と、パルス変調を行う頻度を表すパルス変調周波数を同期することにより、1パルス毎に偏光状態の異なる送信パルスを生成する。
変調部53としては、例えば、電気光学結晶や音響光学結晶を含む光変調器が用いられ、変調部53と分配部52は光ファイバーケーブルで接続される。
なお、変調部53から出力される送信光の強度が弱い場合、変調部53の後段に光増幅器を追加してもよい。
The modulation unit 53 modulates the transmitted light distributed by the distribution unit 52. In the first embodiment, the modulation unit 53 performs pulse modulation for converting continuous light into a pulse and frequency shift for shifting the frequency by a frequency shift amount with respect to the transmission light from the distribution unit 52 to generate a transmission pulse. .. Further, the pulse modulation is performed with a predetermined pulse width and pulse modulation frequency. The pulse width may be configured to correspond to the distance resolution and the pulse width corresponding to the desired distance resolution may be set by the user, or may be operated with a fixed pulse width set at the time of system design. Similarly, the frequency shift may be configured by the user, or may be configured to operate with a fixed frequency shift amount set at the time of system design.
Further, the polarization unit 51 and the modulation unit 53 have a polarization switching frequency indicating the frequency of switching the polarization to the first polarization state and the polarization to the second polarization state, and a pulse modulation frequency indicating the frequency of performing pulse modulation. By synchronizing the above, transmission pulses having different polarization states are generated for each pulse.
As the modulation unit 53, for example, an optical modulator including an electro-optical crystal or an acoustic-optical crystal is used, and the modulation unit 53 and the distribution unit 52 are connected by an optical fiber cable.
If the intensity of the transmitted light output from the modulation unit 53 is weak, an optical amplifier may be added after the modulation unit 53.

送受信部6は、光制御部5から出力された第1の偏光成分と第2の偏光成分を含む送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信するものである。実施の形態1において、送受信部6は、送受分離部61と送受共用光学系62とを有する。 The transmission / reception unit 6 transmits the transmission light including the first polarization component and the second polarization component output from the optical control unit 5 toward the object, and receives the reflected light reflected by the object. It is received as light. In the first embodiment, the transmission / reception unit 6 has a transmission / reception separation unit 61 and a transmission / reception shared optical system 62.

送受分離部61は、変調部53から入力された送信光を送受共用光学系62に出力し、送受共用光学系62から入力された受信光を合波部7に出力するものである。送受分離部61には、例えば、波長板と偏光ビームスプリッタを組み合わせた光サーキュレータが用いられ、変調部53と送受分離部61は光ファイバーケーブルで接続される。 The transmission / reception separation unit 61 outputs the transmission light input from the modulation unit 53 to the transmission / reception shared optical system 62, and outputs the reception light input from the transmission / reception shared optical system 62 to the combiner unit 7. For the transmission / reception separation unit 61, for example, an optical circulator in which a wave plate and a polarization beam splitter are combined is used, and the modulation unit 53 and the transmission / reception separation unit 61 are connected by an optical fiber cable.

送受共用光学系62は、送受分離部61から入力された送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信し、送受分離部61に出力するものである。ここで、送受共用光学系62が受信する反射光(受信光)には、対象物からの反射成分だけでなく、エアロゾルからの反射成分が含まれ、対象物からの反射成分には第1の偏光成分を有する送信光が対象物で反射された反射成分と第2の偏光成分を有する送信光が対象物で反射された反射成分とが含まれる。なお、送受共用光学系62には、例えば、光学望遠鏡やカメラレンズが用いられる。また、送受分離部61と送受共用光学系62は光ファイバーケーブルで接続される。
実施の形態1では、第1の偏光成分を有する送信光と第2の偏光成分を有する送信光は同一の光学系を用いて対象物に送信されるため、それぞれの送信光の光路は、周囲の環境の時間変化を無視できるスケールにおいて一致し、光路に由来する光学的損失は両偏光で同一となる。これは、信号処理部4で第1の包絡線と第2の包絡線の差分を取る際の精度を向上する。
また、本発明において送信用光学系と受信用光学系を別々の構成としても構わないが、実施の形態1では、送信光を対象物に向けて送信する送信用光学系と、対象物からの反射光を受信する受信用光学系をまとめて一つの送受共用光学系で構成しているため、送信光と反射光の光軸を一致させることができる。
The transmission / reception shared optical system 62 transmits the transmission light input from the transmission / reception separation unit 61 toward the object, receives the reflected light reflected by the object as the reception light, and outputs the transmission light to the transmission / reception separation unit 61. Is what you do. Here, the reflected light (received light) received by the transmission / reception shared optical system 62 includes not only the reflected component from the object but also the reflected component from the aerosol, and the reflected component from the object is the first. A reflection component in which the transmitted light having a polarization component is reflected by the object and a reflection component in which the transmission light having a second polarization component is reflected by the object are included. For the transmission / reception shared optical system 62, for example, an optical telescope or a camera lens is used. Further, the transmission / reception separation unit 61 and the transmission / reception shared optical system 62 are connected by an optical fiber cable.
In the first embodiment, since the transmitted light having the first polarization component and the transmitted light having the second polarization component are transmitted to the object using the same optical system, the optical paths of the respective transmitted lights are ambient. The time changes in the environment are consistent on a negligible scale, and the optical loss from the optical path is the same for both polarized light. This improves the accuracy when the signal processing unit 4 takes the difference between the first envelope and the second envelope.
Further, in the present invention, the transmitting optical system and the receiving optical system may be configured separately, but in the first embodiment, the transmitting optical system that transmits the transmitted light toward the object and the transmitting optical system from the object are used. Since the receiving optical system that receives the reflected light is collectively composed of one transmission / reception shared optical system, the optical axes of the transmitted light and the reflected light can be matched.

合波部7は、送受信部6で受信した受信光と光制御部5から出力された参照光を合波して干渉光を生成するものである。より詳細には、送受信部6が受信する受信光に第1の偏光成分を有する送信光の反射成分と第2の偏光成分を有する送信光が含まれるため、合波部7が生成する干渉光においても第1の偏光成分を有する干渉光と第2の偏光成分を有する干渉光とが含まれる。ここで、干渉光とは、合波により生成される光の干渉成分を意味する。実施の形態1における合波部7は、光検出部8の構成に合わせて、互いに180°異なる位相の2本の干渉光を光検出部8に出力するように構成される。
なお、合波部7としては、例えば、誘電体多層膜フィルタを用いた分岐ミラーやビームスプリッタ、光ファイバカプラが用いられる。また、分配部52と合波部7及び送受分離部61と合波部7は光ファイバーケーブルで接続される。
The combiner 7 generates interference light by combining the received light received by the transmitter / receiver 6 with the reference light output from the optical control unit 5. More specifically, since the received light received by the transmission / reception unit 6 includes a reflection component of the transmission light having a first polarization component and a transmission light having a second polarization component, the interference light generated by the combiner 7 is generated. Also includes interference light having a first polarization component and interference light having a second polarization component. Here, the interference light means an interference component of light generated by a combined wave. The combiner 7 in the first embodiment is configured to output two interference lights having phases 180 ° different from each other to the photodetector 8 according to the configuration of the photodetector 8.
As the combiner 7, for example, a branch mirror using a dielectric multilayer filter, a beam splitter, or an optical fiber coupler is used. Further, the distribution unit 52 and the combine unit 7 and the transmission / reception separation unit 61 and the combine unit 7 are connected by an optical fiber cable.

光検出部8は、合波部7で生成された干渉光を変換して第1の電気信号と第2の電気信号とを含む電気信号を生成するものである。また、実施の形態1において、第1の電気信号とは、合波部7が生成した第1の偏光成分を有する干渉光を光検出部8が変換して生成した電気信号であり、第2の電気信号とは、合波部7が生成した第2の偏光成分を有する干渉光を光検出部8が変換して生成した電気信号である。 The photodetector 8 converts the interference light generated by the combiner 7 to generate an electric signal including a first electric signal and a second electric signal. Further, in the first embodiment, the first electric signal is an electric signal generated by the light detection unit 8 by converting the interference light having the first polarization component generated by the combiner unit 7. The electric signal is an electric signal generated by the light detection unit 8 by converting the interference light having the second polarization component generated by the combiner unit 7.

より具体的には、光検出部8は、合波部7で生成された干渉光を変換してアナログの電気信号を生成する光検出器81と光検出器81で生成された電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するA/D変換部82を有する。 More specifically, the photodetector 8 converts the interference light generated by the combiner 7 into an analog electric signal, and the photodetector 81 and the photodetector 81 generate an analog electric signal. It has an A / D conversion unit 82 that converts a signal into a digital signal.

光検出器81は、バランスド受信機構成を有し、フォトダイオードからなる受光素子を2つ備える。各受光素子は合波部7から出力される位相の異なる干渉光をそれぞれ受光し、光検出器81は、各受光素子の出力電流の差分に基づいて電気信号を生成する。上記の構成により、光検出器81は、光源部2に起因するノイズを低減することができる。また、合波部7と光検出器81は光ファイバーケーブルで接続される。 The photodetector 81 has a balanced receiver configuration and includes two light receiving elements made of photodiodes. Each light receiving element receives interference light having different phases output from the combiner 7, and the photodetector 81 generates an electric signal based on the difference in the output current of each light receiving element. With the above configuration, the photodetector 81 can reduce the noise caused by the light source unit 2. Further, the combiner 7 and the photodetector 81 are connected by an optical fiber cable.

A/D変換部82は、光検出器81から出力される電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するものである。実施の形態1において、A/D変換部82は、デジタル信号に変換した電気信号を低周波信号取得部41と抽出部43に出力する。また、光検出器81とA/D変換部82は、電気信号ケーブルで接続される。 The A / D converter 82 converts the electrical signal output from the photodetector 81 from an analog signal to a digital signal. In the first embodiment, the A / D conversion unit 82 outputs the electric signal converted into a digital signal to the low frequency signal acquisition unit 41 and the extraction unit 43. Further, the photodetector 81 and the A / D converter 82 are connected by an electric signal cable.

図2において、信号処理部4は、第1の電気信号と、第2の電気信号との差に基づいて、対象物の速度を算出するものである。 In FIG. 2, the signal processing unit 4 calculates the speed of the object based on the difference between the first electric signal and the second electric signal.

また、実施の形態1における信号処理部4は、光検出部8で生成された電気信号から高周波成分が除去された低周波信号を取得する低周波信号取得部41と、低周波信号取得部41が第1の電気信号から取得した第1の低周波信号と、低周波信号取得部41が第2の電気信号から取得した第2の低周波信号との差分を、第1の電気信号と前記第2の電気信号との差として算出する差分算出部42と、差分算出部42で算出された差分と光検出部8で生成された第1の電気信号とに基づいて、第1の電気信号から、対象物からの反射成分を抽出した電気信号を生成する抽出部43と、抽出部43で抽出された電気信号を用いて、対象物の速度を算出する速度算出部44と、を有する。
また、A/D変換部82と信号処理部4は、電気信号ケーブルで接続される。
Further, the signal processing unit 4 in the first embodiment includes a low frequency signal acquisition unit 41 that acquires a low frequency signal from which a high frequency component is removed from the electric signal generated by the light detection unit 8, and a low frequency signal acquisition unit 41. The difference between the first low-frequency signal acquired from the first electric signal and the second low-frequency signal acquired by the low-frequency signal acquisition unit 41 from the second electric signal is the difference between the first electric signal and the above. The first electric signal is based on the difference calculation unit 42 calculated as the difference from the second electric signal, the difference calculated by the difference calculation unit 42, and the first electric signal generated by the light detection unit 8. It has an extraction unit 43 that generates an electric signal that extracts a reflection component from the object, and a speed calculation unit 44 that calculates the speed of the object using the electric signal extracted by the extraction unit 43.
Further, the A / D conversion unit 82 and the signal processing unit 4 are connected by an electric signal cable.

低周波信号取得部41は、光検出部で生成された電気信号から高周波成分が除去された低周波信号を取得するものである。第1の低周波信号とは、第1の電気信号から取得される低周波信号であり、第2の低周波信号とは、第2の電気信号から取得される低周波信号である。
実施の形態1において、低周波信号取得部41は、低周波信号として電気信号の包絡線を取得する。また、第1の低周波信号は第1の電気信号から取得される包絡線である第1の包絡線であり、第2の低周波信号は第2の電気信号から取得される包絡線である第2の包絡線である。包絡線を取得するには、例えば、各プログラミング言語に用意された関数を用いる。
The low-frequency signal acquisition unit 41 acquires a low-frequency signal from which high-frequency components have been removed from the electric signal generated by the photodetector. The first low-frequency signal is a low-frequency signal acquired from the first electric signal, and the second low-frequency signal is a low-frequency signal acquired from the second electric signal.
In the first embodiment, the low frequency signal acquisition unit 41 acquires the envelope of the electric signal as the low frequency signal. Further, the first low frequency signal is the first envelope which is the envelope acquired from the first electric signal, and the second low frequency signal is the envelope acquired from the second electric signal. The second envelope. To get the envelope, for example, use the functions provided in each programming language.

差分算出部42は、低周波信号取得部41が第1の電気信号から取得した第1の低周波信号と、低周波信号取得部41が第2の電気信号から取得した第2の低周波信号との差分を、第1の電気信号と第2の電気信号との差として算出するものである。実施の形態1において、差分算出部42は、第1の包絡線と第2の包絡線との差分を算出する。また、実施の形態1における差分算出部は第1の包絡線が入力された後、第2の包絡線が入力され、差分を算出するまでの間、第1の包絡線を記憶する機能を有する。 The difference calculation unit 42 includes a first low-frequency signal acquired by the low-frequency signal acquisition unit 41 from the first electric signal and a second low-frequency signal acquired by the low-frequency signal acquisition unit 41 from the second electric signal. Is calculated as the difference between the first electric signal and the second electric signal. In the first embodiment, the difference calculation unit 42 calculates the difference between the first envelope and the second envelope. Further, the difference calculation unit in the first embodiment has a function of storing the first envelope until the second envelope is input and the difference is calculated after the first envelope is input. ..

抽出部43は、差分算出部42で算出された差分と光検出部8で生成された第1の電気信号に基づいて、第1の電気信号から、対象物からの反射成分を抽出した電気信号を生成するものである。実施の形態1において、抽出部43は、差分算出部42で算出された差分と光検出部8で生成された第1の電気信号を乗算することにより、第1の電気信号から対象物からの反射成分を抽出する。
差分算出部42と抽出部43は、上記の構成により、干渉光からエアロゾルによる反射成分を取り除き、海面による反射成分を抽出する。以下で、この仕組みについて詳細に説明する。
The extraction unit 43 extracts the reflection component from the object from the first electric signal based on the difference calculated by the difference calculation unit 42 and the first electric signal generated by the light detection unit 8. Is to generate. In the first embodiment, the extraction unit 43 multiplies the difference calculated by the difference calculation unit 42 with the first electric signal generated by the photodetection unit 8 to obtain the first electric signal from the object. Extract the reflective components.
The difference calculation unit 42 and the extraction unit 43 remove the reflection component due to the aerosol from the interference light and extract the reflection component due to the sea surface according to the above configuration. This mechanism will be described in detail below.

差分算出部42及び抽出部43は、干渉光を変換して生成された電気信号から海面による反射成分を抽出するが、これは、海面による光の反射が偏光依存性を有するのに対して、エアロゾルによる光の反射が偏光依存性を有さない、あるいは偏光依存性が小さいことを利用している。説明を簡素化するため、ここでは、エアロゾルによる反射は偏光依存性を有さないものとして扱う。
海面による反射は偏光依存性を有するため、送受信部6で受信した受信光及び合波部7で生成された干渉光は、それぞれ偏光状態の違いにより強度差を有する。すなわち、第1の偏光成分を有する受信光及び干渉光と第2の偏光成分を有する受信光及び干渉光は強度差を有する。これに対して、エアロゾルからの反射は偏光依存性を有さないため、送受信部6で受信した受信光と合波部7で生成された干渉光も、エアロゾルからの反射成分は偏光状態の違いによる強度差を有さない。すなわち、第1の偏光成分を有する受信光及び干渉光と第2の偏光成分を有する受信光及び干渉光のうちエアロゾルからの反射成分は強度差を有さない。そのため、第1の偏光成分を有する干渉光から生成された第1の電気信号と第2の偏光成分を有する干渉光から生成された第2の電気信号との差を取ると、エアロゾルからの反射成分が取り除かれ、海面からの反射成分だけが残存する。実施の形態1においては、第1の電気信号と第2の電気信号との差として、第1の電気信号から取得される第1の包絡線と第2の電気信号から取得される第2の包絡線との差分を用いる。
具体的には、図6で図示されるように、第1の包絡線101と第2の包絡線102の差を取ると、得られた差分103は、エアロゾルからの反射成分がゼロとなり、海面からの反射成分のみがゼロでない値を有する。
そして、図7で図示されるように、得られた差分103を第1の電気信号100と乗算すると、差分103は海面からの反射成分のみゼロでない値を有しているため、乗算して得られる電気信号106も海面からの反射成分に対応する時間範囲のみゼロでない値を有する。このようにして、差分算出部42及び抽出部43は、光検出部8で得られる電気信号においてエアロゾルからの影響を低減する。
図6及び図7については、後述するレーザレーダ装置1の動作の説明において、詳細に説明する。
The difference calculation unit 42 and the extraction unit 43 extract the reflection component by the sea surface from the electric signal generated by converting the interference light, whereas the reflection of the light by the sea surface has polarization dependence. It utilizes the fact that the reflection of light by the aerosol has no polarization dependence or has a small polarization dependence. For the sake of brevity, aerosol reflections are treated here as having no polarization dependence.
Since the reflection by the sea surface has polarization dependence, the received light received by the transmission / reception unit 6 and the interference light generated by the combiner 7 have different intensities due to the difference in the polarization state. That is, the received light and the interference light having the first polarization component and the reception light and the interference light having the second polarization component have an intensity difference. On the other hand, since the reflection from the aerosol has no polarization dependence, the reflected component from the aerosol is different in the polarization state between the received light received by the transmission / reception unit 6 and the interference light generated by the combiner 7. There is no difference in strength due to. That is, of the received light and the interference light having the first polarization component and the reception light and the interference light having the second polarization component, the reflection component from the aerosol has no difference in intensity. Therefore, if the difference between the first electric signal generated from the interference light having the first polarization component and the second electric signal generated from the interference light having the second polarization component is taken, the reflection from the aerosol is taken. The component is removed and only the reflected component from the sea surface remains. In the first embodiment, as a difference between the first electric signal and the second electric signal, a second envelope acquired from the first electric signal and a second electric signal acquired from the second electric signal are obtained. Use the difference from the envelope.
Specifically, as shown in FIG. 6, when the difference between the first envelope 101 and the second envelope 102 is taken, the obtained difference 103 has a zero reflection component from the aerosol and the sea surface. Only the reflection component from has a non-zero value.
Then, as shown in FIG. 7, when the obtained difference 103 is multiplied by the first electric signal 100, the difference 103 is obtained by multiplying because only the reflection component from the sea surface has a non-zero value. The electric signal 106 to be generated also has a non-zero value only in the time range corresponding to the reflected component from the sea surface. In this way, the difference calculation unit 42 and the extraction unit 43 reduce the influence of the aerosol on the electric signal obtained by the photodetection unit 8.
6 and 7 will be described in detail in the description of the operation of the laser radar device 1 described later.

速度算出部44は、抽出部43で抽出された電気信号を用いて、対象物の速度を算出するものである。実施の形態1において、速度算出部44は、抽出部43で抽出された電気信号を複数のレンジビンで分割するレンジビン分割部441と、レンジビン分割部441で分割された電気信号のレンジビンごとの周波数スペクトルを算出する周波数スペクトル算出部442と、周波数スペクトル算出部442で算出された周波数スペクトルのドップラーシフト量から対象物の速度を算出するドップラー速度算出部443とを備える。 The velocity calculation unit 44 calculates the velocity of the object by using the electric signal extracted by the extraction unit 43. In the first embodiment, the speed calculation unit 44 has a range bin division unit 441 that divides the electric signal extracted by the extraction unit 43 into a plurality of range bins, and a frequency spectrum for each range bin of the electric signal divided by the range bin division unit 441. It is provided with a frequency spectrum calculation unit 442 for calculating the frequency spectrum, and a Doppler speed calculation unit 443 for calculating the speed of the object from the Doppler shift amount of the frequency spectrum calculated by the frequency spectrum calculation unit 442.

レンジビン分割部441は、抽出部43で抽出された電気信号を複数のレンジビンで分割するものである。ここで、レンジビンとは所定の時間幅を持つ時間範囲のことであり、電気信号をレンジビンに分割するとは、電気信号を所定の時間幅ごとに分割することである。 The range bin dividing unit 441 divides the electric signal extracted by the extraction unit 43 into a plurality of range bins. Here, the range bin is a time range having a predetermined time width, and dividing the electric signal into the range bin means dividing the electric signal into predetermined time widths.

周波数スペクトル算出部442は、レンジビン分割部441で分割された電気信号のレンジビンごとの周波数スペクトルを算出するものである。実施の形態1における周波数スペクトル算出部442は、レンジビンごとに分割された電気信号に対してFFT(Fast Fourier Transform)処理を行う。
ここで、光検出部8から出力される電気信号の周波数は、変調部53で付与された周波数シフト量と対象物の速度に対応するドップラーシフト量の和となり、周波数スペクトル算出部442で算出される周波数スペクトルは、当該周波数シフト量と当該ドップラーシフト量の和の周波数値にピーク値を持つ。
The frequency spectrum calculation unit 442 calculates the frequency spectrum for each range bin of the electric signal divided by the range bin division unit 441. The frequency spectrum calculation unit 442 according to the first embodiment performs FFT (Fast Fourier Transform) processing on the electric signal divided for each range bin.
Here, the frequency of the electric signal output from the light detection unit 8 is the sum of the frequency shift amount given by the modulation unit 53 and the Doppler shift amount corresponding to the speed of the object, and is calculated by the frequency spectrum calculation unit 442. The frequency spectrum has a peak value at the frequency value of the sum of the frequency shift amount and the Doppler shift amount.

ドップラー速度算出部443は、周波数スペクトル算出部442で算出された周波数スペクトルのドップラーシフト量から対象物の速度を算出するものである。周波数スペクトル算出部442で算出された周波数スペクトルは周波数シフト量とドップラーシフト量の和の周波数値にピーク値を持つため、周波数スペクトルのピーク値に対応する周波数値から周波数シフト量を減算し、ドップラーシフト量を算出することにより、対象物の速度を算出することができる。 The Doppler velocity calculation unit 443 calculates the velocity of the object from the Doppler shift amount of the frequency spectrum calculated by the frequency spectrum calculation unit 442. Since the frequency spectrum calculated by the frequency spectrum calculation unit 442 has a peak value at the frequency value of the sum of the frequency shift amount and the Doppler shift amount, the frequency shift amount is subtracted from the frequency value corresponding to the peak value of the frequency spectrum, and the Doppler shift amount is subtracted. By calculating the shift amount, the speed of the object can be calculated.

信号処理部4の各機能は、コンピュータにより実現される。図3は信号処理部4を実現するコンピュータのハードウェア構成の例を示す構成図である。
図3に示したハードウェアには、CPU(Central Processing Unit)等の処理装置1000と、ROM(Read Only Memory)やハードディスク等の記憶装置1001と、入力インターフェース部1002が備えられている。また、処理装置1000と記憶装置1001は、電気信号ケーブルにより接続され、同様に、処理装置1000と入力インターフェース部1002は、電気信号ケーブルにより接続される。
Each function of the signal processing unit 4 is realized by a computer. FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of a hardware configuration of a computer that realizes the signal processing unit 4.
The hardware shown in FIG. 3 includes a processing device 1000 such as a CPU (Central Processing Unit), a storage device 1001 such as a ROM (Read Only Memory) and a hard disk, and an input interface unit 1002. Further, the processing device 1000 and the storage device 1001 are connected by an electric signal cable, and similarly, the processing device 1000 and the input interface unit 1002 are connected by an electric signal cable.

図1に示す、低周波信号取得部41、差分算出部42、抽出部43、速度算出部44は、記憶装置1001に記憶されたプログラムが処理装置1000で実行されることにより実現される。入力インターフェース部1002は、外部から入力された電気信号を処理装置1000に出力する機能を有し、特に、検波部3から入力された電気信号を処理装置1000へと出力する。
また、信号処理部4の各機能を実現する方法は、上記したハードウェアとプログラムの組み合わせに限らず、処理装置にプログラムをインプリメントしたLSI(Large Scale Integrated Circuit)のような、ハードウェア単体で実現するようにしてもよいし、一部の機能を専用のハードウェアで実現し、一部を処理装置とプログラムの組み合わせで実現するようにしてもよい。
The low frequency signal acquisition unit 41, the difference calculation unit 42, the extraction unit 43, and the speed calculation unit 44 shown in FIG. 1 are realized by executing the program stored in the storage device 1001 on the processing device 1000. The input interface unit 1002 has a function of outputting an electric signal input from the outside to the processing device 1000, and particularly outputs an electric signal input from the detection unit 3 to the processing device 1000.
Further, the method of realizing each function of the signal processing unit 4 is not limited to the combination of the hardware and the program described above, and is realized by the hardware alone such as an LSI (Large Scale Integrated Circuit) in which the program is implemented in the processing device. Alternatively, some functions may be realized by dedicated hardware, and some may be realized by a combination of a processing device and a program.

以上のように、実施の形態1におけるレーザレーダ装置1は構成されている。
また、光源部2及び検波部3の各部を接続する光ファイバーケーブルには、偏光保持光ファイバーケーブルを用いることとする。各部の接続に偏光保持光ファイバーケーブルを用いる場合、当該偏光保持光ファイバーケーブルのFast軸及びSlow軸を第1の偏光成分の方向と第2の偏光成分の方向にそれぞれ一致させることにより、偏光状態を維持したまま光を伝搬させることができる。
As described above, the laser radar device 1 according to the first embodiment is configured.
Further, a polarization-retaining optical fiber cable is used for the optical fiber cable connecting each part of the light source unit 2 and the detection unit 3. When a polarization-retaining optical fiber cable is used to connect each part, the polarization state is maintained by matching the Fast axis and Slow axis of the polarization-retaining optical fiber cable with the direction of the first polarization component and the direction of the second polarization component, respectively. Light can be propagated as it is.

次に、本実施の形態におけるレーザレーダ装置1の動作について説明する。
図4は、本実施の形態におけるレーザレーダ装置1により、対象物の速度を算出する動作を示すフローチャートである。
Next, the operation of the laser radar device 1 in the present embodiment will be described.
FIG. 4 is a flowchart showing an operation of calculating the speed of an object by the laser radar device 1 in the present embodiment.

レーザレーダ装置1が、対象物の速度を算出する動作を開始すると、ますステップS1で、光源部2がレーザ光を出力する。上述したように、実施の形態1における対象物は海面であり、海面の速度を算出するものとする。また、当該レーザ光は、海面が反射可能な帯域の単一周波数からなる連続光である。 When the laser radar device 1 starts the operation of calculating the speed of the object, the light source unit 2 outputs the laser beam in step S1. As described above, the object in the first embodiment is the sea surface, and the velocity of the sea surface is calculated. Further, the laser beam is continuous light having a single frequency in a band where the sea surface can be reflected.

次にステップS2で、偏光部51は、ステップS1で光源部2が出力したレーザ光を第1の偏光状態に偏光させる。以下では、第1の偏光成分を海面に対するS偏光成分、第2の偏光成分を海面に対するP偏光成分とする。これにより、第1の偏光成分を有する反射光と第2の偏光成分を有する反射光の強度差、ひいては、第1の電気信号と第2の電気信号の強度差を最大化することができる。 Next, in step S2, the polarizing unit 51 polarizes the laser light output by the light source unit 2 in step S1 to the first polarized state. In the following, the first polarized light component will be referred to as an S polarized light component with respect to the sea surface, and the second polarized light component will be referred to as a P polarized light component with respect to the sea surface. Thereby, the intensity difference between the reflected light having the first polarization component and the reflected light having the second polarization component, and by extension, the intensity difference between the first electric signal and the second electric signal can be maximized.

次にステップS3で、分配部52は、偏光部51で第1の偏光状態に偏光されたレーザ光を送信光と参照光に分配する。分配部52は、送信光を変調部53に出力するとともに、参照光を合波部7に出力する。 Next, in step S3, the distribution unit 52 distributes the laser light polarized in the first polarized state by the polarization unit 51 to the transmission light and the reference light. The distribution unit 52 outputs the transmitted light to the modulation unit 53 and outputs the reference light to the combine unit 7.

次にステップS4で、変調部53は、ステップS3において分配部52で分配された送信光にパルス変調と周波数シフトを施す。変調部53は変調を施した送信光を送受分離部61に出力する。 Next, in step S4, the modulation unit 53 performs pulse modulation and frequency shift on the transmitted light distributed by the distribution unit 52 in step S3. The modulation unit 53 outputs the modulated transmission light to the transmission / reception separation unit 61.

次にステップS5で、送受共用光学系62は、送受分離部61を介して入力された送信光を海面に向けて送信する。 Next, in step S5, the transmission / reception shared optical system 62 transmits the transmission light input via the transmission / reception separation unit 61 toward the sea surface.

次にステップS6で、送受共用光学系62は、海面で反射された送信光を受信光として受信する。送受共用光学系62は、受信した受信光を送受分離部61に出力する。 Next, in step S6, the transmission / reception shared optical system 62 receives the transmission light reflected on the sea surface as reception light. The transmission / reception shared optical system 62 outputs the received received light to the transmission / reception separation unit 61.

次にステップS7で、合波部7は、送受分離部61を介して合波部7に入力された受信光と、分配部52で分配された参照光とを合波して、干渉光を生成する。合波部7は、生成した干渉光を光検出器81に出力する。 Next, in step S7, the combiner 7 combines the received light input to the combiner 7 via the transmission / reception separation unit 61 with the reference light distributed by the distributor 52 to generate interference light. Generate. The combiner 7 outputs the generated interference light to the photodetector 81.

次にステップS8で、光検出器81は、ステップS7において合波部7で生成された干渉光を変換しアナログの電気信号を生成する。また、光検出器81で生成された電気信号は、A/D変換部82でアナログ信号からデジタル信号に変換された後、低周波信号取得部41と抽出部43に出力される。
このステップで得られる電気信号は、第1の電気信号である。
Next, in step S8, the photodetector 81 converts the interference light generated by the combiner 7 in step S7 to generate an analog electric signal. Further, the electric signal generated by the optical detector 81 is converted from an analog signal to a digital signal by the A / D conversion unit 82, and then output to the low frequency signal acquisition unit 41 and the extraction unit 43.
The electrical signal obtained in this step is the first electrical signal.

次にステップS9で、低周波信号取得部41は、入力された電気信号から低周波信号を取得する。このステップで得られる低周波信号は、第1の低周波信号であり、すなわち第1の包絡線である。
図5は、低周波信号取得部41が包絡線を取得する動作を示す説明図である。図5において、第1の電気信号100は細い実線で図示され、第1の包絡線101は太い実線で図示される。図5において、低周波信号取得部41は、A/D変換部82から入力した第1の電気信号100から第1の包絡線101を取得する。そして、低周波信号取得部41は、取得した第1の包絡線101を差分算出部42に出力する。差分算出部42は、後のステップで第2の包絡線が入力され、差分を算出するまで、入力された第1の包絡線101を記憶する。
Next, in step S9, the low frequency signal acquisition unit 41 acquires a low frequency signal from the input electric signal. The low frequency signal obtained in this step is the first low frequency signal, i.e. the first envelope.
FIG. 5 is an explanatory diagram showing an operation in which the low frequency signal acquisition unit 41 acquires an envelope. In FIG. 5, the first electrical signal 100 is illustrated by a thin solid line, and the first envelope 101 is illustrated by a thick solid line. In FIG. 5, the low frequency signal acquisition unit 41 acquires the first envelope 101 from the first electric signal 100 input from the A / D conversion unit 82. Then, the low frequency signal acquisition unit 41 outputs the acquired first envelope 101 to the difference calculation unit 42. The difference calculation unit 42 stores the input first envelope 101 until the second envelope is input in a later step and the difference is calculated.

次にステップS10で、偏光部51は、光源部2が出力したレーザ光を第2の偏光状態に偏光させる。ここで、ステップS1からステップS10までの時間間隔は、あらかじめ設定された偏光切り替え周波数によって決定される。 Next, in step S10, the polarizing unit 51 polarizes the laser light output by the light source unit 2 into the second polarized state. Here, the time interval from step S1 to step S10 is determined by a preset polarization switching frequency.

その後のステップS11からステップS17までの動作は、処理する光の偏光状態が異なるだけであり、ステップS3からステップS9までの動作と同様である。 Subsequent operations from step S11 to step S17 are the same as the operations from step S3 to step S9, except that the polarization state of the light to be processed is different.

ステップS11で、分配部52は、偏光部51で第2の偏光状態に偏光されたレーザ光を送信光と参照光に分配する。分配部52は、送信光を変調部53に出力するとともに、参照光を合波部7に出力する。 In step S11, the distribution unit 52 distributes the laser light polarized in the second polarization state by the polarization unit 51 to the transmission light and the reference light. The distribution unit 52 outputs the transmitted light to the modulation unit 53 and outputs the reference light to the combine unit 7.

次にステップS12で、変調部53は、ステップS3において分配部52で分配された送信光にパルス変調と周波数シフトを施す。変調部53は変調を施した送信光を送受分離部61に出力する。 Next, in step S12, the modulation unit 53 performs pulse modulation and frequency shift on the transmitted light distributed by the distribution unit 52 in step S3. The modulation unit 53 outputs the modulated transmission light to the transmission / reception separation unit 61.

次にステップS13で、送受共用光学系62は、送受分離部61を介して入力された送信光を海面に向けて送信する。 Next, in step S13, the transmission / reception shared optical system 62 transmits the transmission light input via the transmission / reception separation unit 61 toward the sea surface.

次にステップS14で、送受共用光学系62は、海面で反射された送信光を受信光として受信する。 Next, in step S14, the transmission / reception shared optical system 62 receives the transmission light reflected on the sea surface as reception light.

次にステップS15で、合波部7は、送受分離部61を介して合波部7に入力された受信光と、分配部52で分配された参照光とを合波し、干渉光を生成する。合波部7は、生成した干渉光を光検出器81に出力する。 Next, in step S15, the combiner 7 combines the received light input to the combiner 7 via the transmission / reception separation unit 61 with the reference light distributed by the distributor 52 to generate interference light. do. The combiner 7 outputs the generated interference light to the photodetector 81.

次にステップS16で、光検出器81は、ステップS7において合波部7で生成された干渉光を変換しアナログの電気信号を生成する。また、光検出器81で生成された電気信号は、A/D変換部82でアナログ信号からデジタル信号に変換された後、信号処理部4に出力される。
このステップで得られる電気信号は、第2の電気信号である。
Next, in step S16, the photodetector 81 converts the interference light generated by the combiner 7 in step S7 to generate an analog electric signal. Further, the electric signal generated by the photodetector 81 is converted from an analog signal to a digital signal by the A / D conversion unit 82, and then output to the signal processing unit 4.
The electrical signal obtained in this step is the second electrical signal.

次にステップS17で、低周波信号取得部41は、入力された電気信号から低周波信号を取得する。このステップで得られる低周波信号は、第2の低周波信号であり、すなわち第2の包絡線である。 Next, in step S17, the low frequency signal acquisition unit 41 acquires a low frequency signal from the input electric signal. The low frequency signal obtained in this step is the second low frequency signal, i.e. the second envelope.

次にステップS18で、差分算出部42は、ステップS9で取得した第1の包絡線と、ステップS17で取得した第2の包絡線との差分を算出する。
図6は、差分算出部42が差分を算出する動作を示す説明図である。図6において、第1の包絡線101は実線で図示され、第2の包絡線102は点線で図示され、差分103は一点鎖線で図示される。差分算出部42は、低周波信号取得部41から第2の包絡線102が入力されると、予め記憶していた第1の包絡線101との差分103を算出する。第1の包絡線101と第2の包絡線102とで、エアロゾルからの反射成分は共通であるので、差分を取るとエアロゾルからの反射成分を受信していた時間範囲104では信号電圧はゼロとなり、海面からの反射成分を受信していた時間範囲105の信号電圧だけがゼロでない値を取る。そして、差分算出部42は、算出した差分103を抽出部43に出力する。
Next, in step S18, the difference calculation unit 42 calculates the difference between the first envelope acquired in step S9 and the second envelope acquired in step S17.
FIG. 6 is an explanatory diagram showing an operation in which the difference calculation unit 42 calculates the difference. In FIG. 6, the first envelope 101 is shown by a solid line, the second envelope 102 is shown by a dotted line, and the difference 103 is shown by a alternate long and short dash line. When the second envelope 102 is input from the low frequency signal acquisition unit 41, the difference calculation unit 42 calculates the difference 103 from the first envelope 101 stored in advance. Since the reflection component from the aerosol is common to the first envelope 101 and the second envelope 102, the signal voltage becomes zero in the time range 104 in which the reflection component from the aerosol is received when the difference is taken. , Only the signal voltage in the time range 105 that received the reflected component from the sea surface takes a non-zero value. Then, the difference calculation unit 42 outputs the calculated difference 103 to the extraction unit 43.

次にステップS19で、抽出部43は、差分算出部42で算出された差分とA/D変換部82から入力された第1の電気信号を乗算することにより、第1の電気信号から海面からの反射成分を抽出する。
図7は、抽出部43が第1の電気信号100から海面からの反射成分を抽出する動作を示す説明図である。図7において、第1の電気信号100と、海面からの反射成分のみ抽出された電気信号106は細い実線で図示され、差分103は太い実線で図示される。
抽出部43は、A/D変換部から入力した第1の電気信号100と差分算出部42が算出した差分103とを乗算し、海面からの反射成分のみ抽出された電気信号106を取得する。抽出部43は、海面からの反射成分のみ抽出された電気信号106をレンジビン分割部441に出力する。
Next, in step S19, the extraction unit 43 multiplies the difference calculated by the difference calculation unit 42 with the first electric signal input from the A / D conversion unit 82 to obtain the first electric signal from the sea surface. Extract the reflection component of.
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an operation in which the extraction unit 43 extracts a reflected component from the sea surface from the first electric signal 100. In FIG. 7, the first electric signal 100 and the electric signal 106 from which only the reflection component from the sea surface is extracted are shown by a thin solid line, and the difference 103 is shown by a thick solid line.
The extraction unit 43 multiplies the first electric signal 100 input from the A / D conversion unit and the difference 103 calculated by the difference calculation unit 42 to acquire the electric signal 106 from which only the reflection component from the sea surface is extracted. The extraction unit 43 outputs the electric signal 106 extracted only from the reflected component from the sea surface to the range bin division unit 441.

次にステップS20で、レンジビン分割部441は、ステップS19において抽出部43で抽出された電気信号を複数のレンジビンに分割する。 Next, in step S20, the range bin dividing unit 441 divides the electric signal extracted by the extraction unit 43 in step S19 into a plurality of range bins.

次にステップS21で、周波数スペクトル算出部442は、ステップS20においてレンジビン分割部441で分割された電気信号にFFT処理を行い、レンジビンごとに電気信号の周波数スペクトルを算出する。 Next, in step S21, the frequency spectrum calculation unit 442 performs FFT processing on the electric signal divided by the range bin division unit 441 in step S20, and calculates the frequency spectrum of the electric signal for each range bin.

次にステップS22で、ドップラー速度算出部443は、ステップS21において周波数スペクトル算出部442で算出された周波数スペクトルのドップラーシフト量から対象物の速度を算出する。 Next, in step S22, the Doppler velocity calculation unit 443 calculates the velocity of the object from the Doppler shift amount of the frequency spectrum calculated by the frequency spectrum calculation unit 442 in step S21.

以上のようなレーザレーダ装置1の動作により、第1の電気信号と第2の電気信号との差をとることでエアロゾルからの反射成分を取り除くことができ、より精度良く対象物の速度を算出することができる。 By the operation of the laser radar device 1 as described above, the reflected component from the aerosol can be removed by taking the difference between the first electric signal and the second electric signal, and the velocity of the object can be calculated more accurately. can do.

また、実施の形態1のレーザレーダ装置1は、第1の偏光成分を有する第1の偏光状態の送信パルスと、第2の偏光成分を有する第2の偏光状態の送信パルスとを送信するようにしたので、一つの光検出器で第1の電気信号と第2の電気信号とを生成することができる。さらに、第1の偏光状態の送信パルスと第2の偏光状態の送信パルスを時間の経過に伴い交互に送信するようにしたので、第1の偏光状態の送信パルスと第2の偏光状態の送信パルスを送信したときの周囲の環境の変化は、複数の送信パルス毎に偏光状態を切り替える場合に比べて小さく、両偏光における光学的損失の差を小さくすることができる。 Further, the laser radar device 1 of the first embodiment transmits a transmission pulse in a first polarized state having a first polarized component and a transmission pulse in a second polarized state having a second polarized component. Therefore, one light detector can generate a first electric signal and a second electric signal. Further, since the transmission pulse in the first polarized state and the transmission pulse in the second polarized state are alternately transmitted with the passage of time, the transmission pulse in the first polarized state and the transmission pulse in the second polarized state are transmitted. The change in the surrounding environment when the pulse is transmitted is smaller than when the polarization state is switched for each of a plurality of transmission pulses, and the difference in optical loss between the two polarizations can be reduced.

また、低周波信号取得部41を備え、高周波成分が除去された第1の低周波信号と第2の低周波信号との差分を算出するようにしたので、第1の電気信号と第2の電気信号の位相が揃っていない場合においても、細かい時間変動成分(高周波成分)に影響されず信号電圧の差を求め、エアロゾルからの反射成分を取り除くことができる。
さらに、実施の形態1においては、低周波信号として包絡線を取得するようにしたので、ローパスフィルター等で低周波信号を取得する場合のように、取り除く周波数の閾値を設定することなく、低周波信号を取得することができる。
Further, since the low frequency signal acquisition unit 41 is provided and the difference between the first low frequency signal from which the high frequency component has been removed and the second low frequency signal is calculated, the first electric signal and the second electric signal can be calculated. Even when the phases of the electric signals are not aligned, the difference in signal voltage can be obtained without being affected by fine time fluctuation components (high frequency components), and the reflected component from the aerosol can be removed.
Further, in the first embodiment, since the envelope is acquired as the low frequency signal, the low frequency is not set as in the case of acquiring the low frequency signal with a low-pass filter or the like. The signal can be acquired.

以下で、実施の形態1におけるレーザレーダ装置1の変形例について説明する。 Hereinafter, a modified example of the laser radar device 1 according to the first embodiment will be described.

上記の動作の実施例では、ステップS9まで終了した後に、第2の偏光状態への切り替えを行う構成としたが、第1の偏光成分を有する干渉光を生成した後であれば、第1の偏光成分を有する干渉光に係る動作と並行して、第2の偏光成分を有する光に係る動作を行っても良く、ステップS8及びステップS9で第1の電気信号及び第1の包絡線を取得する動作と並行して、ステップS10の動作を開始する構成としてもよい。 In the embodiment of the above operation, the configuration is such that the switching to the second polarization state is performed after the completion up to step S9, but if the interference light having the first polarization component is generated, the first In parallel with the operation related to the interference light having a polarized light component, the operation related to the light having a second polarized light component may be performed, and the first electric signal and the first envelope are acquired in steps S8 and S9. The operation of step S10 may be started in parallel with the operation to be performed.

低周波信号取得部41は、低周波信号として包絡線を取得する構成としたが、包絡線を取得するのは、電気信号から高周波成分を取り除くためであり、高周波成分を取り除くことができれば、他の構成でもよく、例えば、ローパスフィルターを設けたり、移動平均を求めることにより、高周波成分を取り除く構成としてもよい。あるいは、後述する実施の形態4のように、応答の遅い光検出器を用いる構成であってもよい。 The low-frequency signal acquisition unit 41 is configured to acquire the envelope as a low-frequency signal, but the envelope is acquired in order to remove the high-frequency component from the electric signal. For example, a low-pass filter may be provided or a moving average may be obtained to remove high-frequency components. Alternatively, as in the fourth embodiment described later, a configuration using a photodetector having a slow response may be used.

差分算出部42は、第1の包絡線と第2の包絡線との差分を算出する構成としたが、差分を算出することによりエアロゾルからの反射成分を対象物からの反射成分に対して無視できる程度に小さな値にできれば、他の構成でもよく、例えば、時間方向のキャリブレーションにより第1の電気信号と第2の電気信号の時間変動を揃えることができる場合には、キャリブレーション後の第1の電気信号と第2の電気信号との差分を算出する構成でもよい。 The difference calculation unit 42 is configured to calculate the difference between the first envelope and the second envelope, but by calculating the difference, the reflected component from the aerosol is ignored with respect to the reflected component from the object. Other configurations may be used as long as the value can be made as small as possible. For example, if the time variation of the first electric signal and the second electric signal can be made uniform by calibration in the time direction, the first after calibration is used. The difference between the electric signal of 1 and the electric signal of the second may be calculated.

抽出部43は、差分算出部42が算出した差分とA/D変換部82から入力された第1の電気信号を乗算することにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としたが、対象物からの反射成分を抽出できれば、他の構成でもよい。例えば、第1の電気信号に対して、差分の値が所定の閾値以上の時間範囲は元の値のままとし、差分の値が当該閾値未満の時間範囲の値はゼロにする変換を行うことにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としてもよい。
また、差分と乗算する電気信号は第1の電気信号に限らず、第2の電気信号としてもよい。あるいは、抽出部43は第1の電気信号と第2の電気信号の両方から対象物の反射成分を抽出し、速度算出部44は、それぞれの抽出された電気信号から算出された速度を平均して最終的な算出結果としての速度を算出するようにしてもよい。
The extraction unit 43 is configured to extract the reflection component from the object by multiplying the difference calculated by the difference calculation unit 42 with the first electric signal input from the A / D conversion unit 82. Other configurations may be used as long as the reflective component from the object can be extracted. For example, for the first electric signal, a conversion is performed in which the time range in which the difference value is greater than or equal to a predetermined threshold value remains the original value, and the value in the time range in which the difference value is less than the threshold value is set to zero. Therefore, the reflection component from the object may be extracted.
Further, the electric signal to be multiplied by the difference is not limited to the first electric signal, and may be a second electric signal. Alternatively, the extraction unit 43 extracts the reflected component of the object from both the first electric signal and the second electric signal, and the velocity calculation unit 44 averages the velocities calculated from the respective extracted electric signals. The speed as the final calculation result may be calculated.

送受信部6において、送信光を送信する送信用光学系と受信光を受信する受信用光学系を一つの送受共用光学系62で構成するようにしたが、送信用光学系と受信用光学系を別々の光学系で構成してもよい。この場合には、光学系の前段に送受分離部61を設ける必要はない。
また、送受共用光学系62は、送信光の送信方向を制御する走査機構を有してもよい。あるいは、複数の送受共用光学系62を設けることにより、一度に複数の方向に送信光を送信する構成としても良い。上記の構成を備えた場合、対象物の移動方向をより容易に推定することができる。
In the transmission / reception unit 6, the transmission optical system for transmitting the transmission light and the reception optical system for receiving the reception light are configured by one transmission / reception shared optical system 62, but the transmission optical system and the reception optical system are included. It may be composed of separate optical systems. In this case, it is not necessary to provide the transmission / reception separation unit 61 in front of the optical system.
Further, the transmission / reception shared optical system 62 may have a scanning mechanism for controlling the transmission direction of the transmission light. Alternatively, by providing a plurality of transmission / reception shared optical systems 62, transmission light may be transmitted in a plurality of directions at one time. With the above configuration, the moving direction of the object can be estimated more easily.

差分算出部42は、第1の電気信号から取得した第1の包絡線と、第2の電気信号から取得した第2の包絡線との差分を算出するが、光検出部8が生成する電気信号にはレーザレーダ装置1自身の偏光依存性に由来した強度差が存在すると予想されるため、対象物からの反射成分を含まない時間範囲における強度差がゼロとなるようにキャリブレーションを実施してもよい。 The difference calculation unit 42 calculates the difference between the first envelope obtained from the first electric signal and the second envelope obtained from the second electric signal, and the light detection unit 8 generates electricity. Since it is expected that the signal has an intensity difference due to the polarization dependence of the laser radar device 1 itself, calibration is performed so that the intensity difference in the time range excluding the reflection component from the object becomes zero. You may.

合波部7における合波動作では、参照光と受信光の偏光が一致していない場合に、干渉光の生成効率が低下するが、実施の形態1では、参照光も偏光部51により送信光と同じ偏光状態に偏光されているので、参照光と受信光の偏光もほぼ一致しており、高い生成効率で干渉光を得ることができる。また、参照光と受信光の偏光が一致していない場合において、干渉光の生成効率は低下するが、非干渉光、すなわち合波光の非干渉成分は光検出部8におけるバランスド検出の際に打ち消されるため、対象物の速度を算出する動作を実施するのに問題はない。 In the merging operation in the merging unit 7, when the polarizations of the reference light and the received light do not match, the generation efficiency of the interference light decreases, but in the first embodiment, the reference light is also transmitted by the polarizing unit 51. Since the light is polarized in the same polarization state as the above, the polarizations of the reference light and the received light are almost the same, and the interference light can be obtained with high generation efficiency. Further, when the polarizations of the reference light and the received light do not match, the generation efficiency of the interference light decreases, but the non-interference light, that is, the non-interference component of the combined wave light is used during the balanced detection in the photodetector 8. Since it is canceled, there is no problem in performing the operation of calculating the speed of the object.

また、偏光部51を分配部52の前段に設ける構成としたが、送信光及び参照光を偏光させることができれば、他の位置に設けても良く、例えば分配部52の後段かつ変調部53の前段、あるいは送受分離部61の後段かつ送受共用光学系62の前段と、分配部52の後段かつ合波部7の前段とにそれぞれ設け、計二つの偏光部を設ける構成としても良い。偏光部が送受分離部61の後段かつ送受共用光学系62の前段に設けられる場合には、受信光も送信光と同じ偏光状態に偏光させることにより、余分な偏光成分を除去することができる。 Further, although the polarizing unit 51 is provided in the front stage of the distribution unit 52, it may be provided in another position as long as the transmitted light and the reference light can be polarized. For example, in the rear stage of the distribution unit 52 and the modulation unit 53. A total of two polarizing portions may be provided in the front stage, in the rear stage of the transmission / reception separation unit 61 and in the front stage of the transmission / reception shared optical system 62, and in the rear stage of the distribution unit 52 and in the front stage of the combiner unit 7. When the polarizing unit is provided in the rear stage of the transmission / reception separation unit 61 and in the front stage of the transmission / reception shared optical system 62, the received light is also polarized in the same polarization state as the transmission light, so that an excess polarization component can be removed.

偏光部51と変調部53は、偏光切り替え周波数とパルス変調周波数を等しくすることにより、偏光の切り替えとパルス変調を同期する構成としたが、偏光部51と変調部53が同期して動作を行うことができればこの構成に限らず、例えば、偏光部51が偏光の切り替えを行う際に、偏光の切り替えを行ったことを示す信号を変調部53に送信し、この信号に基づき変調部53が動作を行うことにより偏光部51と変調部53が同期して動作を行う構成としてもよい。また、各種制御を行う制御部をレーザレーダ装置1がさらに備え、この制御部が出力する制御信号に基づき、偏光部51と変調部53が同期して動作を行う構成としてもよい。 The polarization section 51 and the modulation section 53 are configured to synchronize the polarization switching and the pulse modulation by making the polarization switching frequency and the pulse modulation frequency equal to each other, but the polarization section 51 and the modulation section 53 operate in synchronization with each other. If possible, the present invention is not limited to this configuration. For example, when the polarization unit 51 switches the polarization, a signal indicating that the polarization has been switched is transmitted to the modulation unit 53, and the modulation unit 53 operates based on this signal. The polarization unit 51 and the modulation unit 53 may be configured to operate in synchronization with each other. Further, the laser radar device 1 may further include a control unit that performs various controls, and the polarizing unit 51 and the modulation unit 53 may operate in synchronization with each other based on the control signal output by the control unit.

また、光制御部5は、1パルス毎に偏光状態を切り替えているが、パルス変調周波数を偏光切り替え周波数の整数倍とすることで、複数パルス毎に偏光状態を切り替える構成としても良い。 Further, although the optical control unit 5 switches the polarization state for each pulse, the polarization state may be switched for each plurality of pulses by setting the pulse modulation frequency to an integral multiple of the polarization switching frequency.

また、ドップラー速度算出部443は、1パルス毎に対象物の速度を算出する構成としたが、複数のパルスをインコヒーレント積分し、信号対雑音比を向上してから速度を算出する構成としてもよい。 Further, although the Doppler speed calculation unit 443 is configured to calculate the speed of the object for each pulse, it is also possible to perform incoherent integration of a plurality of pulses to improve the signal-to-noise ratio and then calculate the speed. good.

また、信号処理部4が有する各部はアナログ回路で実装するようにしてもよい。例えば、抽出部43までをアナログ回路で実装してもよく、この場合には、A/D変換部82は、抽出部43の後段かつ速度算出部44の前段に設けられる。 Further, each part of the signal processing unit 4 may be mounted by an analog circuit. For example, the extraction unit 43 may be mounted by an analog circuit. In this case, the A / D conversion unit 82 is provided after the extraction unit 43 and before the speed calculation unit 44.

また、光源部2及び検波部3の各部は光ファイバーケーブルで接続する構成としたが、空間伝搬型の伝送路を用いて接続する構成としても良い。 Further, although each of the light source unit 2 and the detection unit 3 is connected by an optical fiber cable, it may be connected by using a space propagation type transmission line.

実施の形態2.
次に、本発明の実施の形態2について説明する。
Embodiment 2.
Next, Embodiment 2 of the present invention will be described.

図8は、実施の形態2におけるレーザレーダ装置1の構成を示す構成図である。
また、図9は、実施の形態2における信号処理部40の構成を示す構成図である。
FIG. 8 is a configuration diagram showing the configuration of the laser radar device 1 according to the second embodiment.
Further, FIG. 9 is a configuration diagram showing the configuration of the signal processing unit 40 according to the second embodiment.

実施の形態1において、レーザレーダ装置1に備えられた偏光部51は、光源部2で出力されたレーザ光を第1の偏光成分を有する第1の偏光状態と、第1の偏光成分とは異なる第2の偏光成分を有する第2の偏光状態に、時間の経過に伴い交互に偏光させるものであった。
これに対して、実施の形態2における偏光部501は、光源部2で出力されたレーザ光を第1の偏光成分と第2の偏光成分の両方を有する偏光状態に偏光させるものである。
すなわち、実施の形態1において、検波部3は、第1の偏光状態の送信パルスと第2の偏光状態の送信パルスとを時間の経過に伴い交互に送信するものであったのに対し、実施の形態2において、検波部3は、第1の偏光成分と第2の偏光成分との両方を有する送信パルスを送信するものである。
そのため、実施の形態1との主な相違点は、偏光部501と偏光分離部9である。
偏光部501には、実施の形態1と同様に、例えば、波長板や光ファイバ偏光スイッチ、ポッケルスセルが用いられる。
In the first embodiment, the polarizing unit 51 provided in the laser radar device 1 has a first polarization state having a first polarization component for the laser light output by the light source unit 2, and the first polarization component. The second polarized state having a different second polarized component was alternately polarized with the passage of time.
On the other hand, the polarization unit 501 in the second embodiment polarizes the laser light output by the light source unit 2 into a polarized state having both a first polarization component and a second polarization component.
That is, in the first embodiment, the detection unit 3 alternately transmits the transmission pulse in the first polarized state and the transmission pulse in the second polarized state with the passage of time. In the second embodiment, the detection unit 3 transmits a transmission pulse having both a first polarization component and a second polarization component.
Therefore, the main difference from the first embodiment is the polarization section 501 and the polarization separation section 9.
As the polarizing unit 501, for example, a wave plate, an optical fiber polarizing switch, and a Pockels cell are used as in the first embodiment.

また、実施の形態2におけるレーザレーダ装置1は、入力された光を第1の偏光成分を有する第1の偏光状態の光と第2の偏光成分を有する第2の偏光状態の光に分離する偏光分離部9を備える。ここで、実施の形態2における偏光分離部9は、合波部7の後段かつ光検出部8の前段に設けられ、合波部7で生成された干渉光を第1の偏光状態の干渉光と第2の偏光状態の干渉光に分離するものである。
実施の形態1と同様に、第1の偏光状態は第1の偏光成分のみを有する直線偏光状態とし、第2の偏光状態は第2の偏光成分のみを有する直線偏光状態とする。
偏光分離部9には、例えば、偏光ビームスプリッタやファイバ偏光カプラが用いられる。
Further, the laser radar device 1 according to the second embodiment separates the input light into light in a first polarized state having a first polarized light component and light in a second polarized state having a second polarized light component. A polarization separating unit 9 is provided. Here, the polarization separation unit 9 in the second embodiment is provided in the rear stage of the combine unit 7 and in the front stage of the light detection unit 8, and the interference light generated by the combine unit 7 is used as the interference light in the first polarized state. And the second polarized light are separated into the interference light.
Similar to the first embodiment, the first polarized light state is a linearly polarized light state having only the first polarized light component, and the second polarized light state is a linearly polarized light state having only the second polarized light component.
For the polarization separating unit 9, for example, a polarization beam splitter or a fiber polarization coupler is used.

また、実施の形態2における光検出部80は、偏光分離部9で分離された第1の偏光成分を有する干渉光を変換して第1の電気信号を生成する第1偏光用光検出部810と、偏光分離部9で分離された第2の偏光成分を有する干渉光を変換して第2の電気信号を生成する第2偏光用光検出部820を有する。 Further, the light detection unit 80 in the second embodiment converts the interference light having the first polarization component separated by the polarization separation unit 9 to generate a first electric signal, and the first polarization light detection unit 810. And a second polarization light detection unit 820 that converts interference light having a second polarization component separated by the polarization separation unit 9 to generate a second electric signal.

第1偏光用光検出部810は、第1の偏光成分を有する干渉光を変換してアナログの第1の電気信号を生成する第1偏光用光検出器811と、第1偏光用光検出器811が生成した第1の電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する第1偏光用A/D変換部812を有する。また、第1偏光用光検出器811は、実施の形態1における光検出器81と同様に、2つの受光素子を備えたバランスド受信機構成を有する。
第2偏光用光検出部820は、第2の偏光成分を有する干渉光を変換してアナログの第2の電気信号を生成する第2偏光用光検出器821と、第2偏光用光検出器821が生成した第2の電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する第2偏光用A/D変換部822を有する。また、第2偏光用光検出器821は、第1偏光用光検出器811と同様に、2つの受光素子を備えたバランスド受信機構成を有する。
The first polarization light detection unit 810 includes a first polarization light detector 811 that converts interference light having a first polarization component to generate an analog first electric signal, and a first polarization light detector. It has a first polarization A / D conversion unit 812 that converts the first electric signal generated by 811 from an analog signal to a digital signal. Further, the first polarization photodetector 811 has a balanced receiver configuration including two light receiving elements, similarly to the photodetector 81 in the first embodiment.
The second polarization light detection unit 820 is a second polarization light detector 821 that converts interference light having a second polarization component to generate an analog second electric signal, and a second polarization light detector. It has a second polarization A / D conversion unit 822 that converts a second electric signal generated by 821 from an analog signal to a digital signal. Further, the second polarization photodetector 821 has a balanced receiver configuration including two light receiving elements, similarly to the first polarization photodetector 811.

また、実施の形態2における信号処理部40は、光検出部80で生成された電気信号から高周波成分が除去された低周波信号を取得する低周波信号取得部401と、低周波信号取得部が第1の電気信号から取得した第1の低周波信号と、低周波信号取得部が第2の電気信号から取得した第2の低周波信号との差分を、第1の電気信号と第2の電気信号との差として算出する差分算出部402と、差分算出部402で算出された差分と光検出部80で生成された第1の電気信号とに基づいて、第1の電気信号から、対象物からの反射成分を抽出した電気信号を生成する抽出部403と、抽出部403で抽出された電気信号を用いて対象物の速度を算出する速度算出部44と、を有する。 Further, the signal processing unit 40 according to the second embodiment includes a low frequency signal acquisition unit 401 that acquires a low frequency signal from which a high frequency component is removed from the electric signal generated by the light detection unit 80, and a low frequency signal acquisition unit 401. The difference between the first low-frequency signal acquired from the first electric signal and the second low-frequency signal acquired by the low-frequency signal acquisition unit from the second electric signal is the difference between the first electric signal and the second electric signal. From the first electric signal, the target is based on the difference calculation unit 402 calculated as the difference from the electric signal, the difference calculated by the difference calculation unit 402, and the first electric signal generated by the light detection unit 80. It has an extraction unit 403 that generates an electric signal that extracts a reflection component from an object, and a speed calculation unit 44 that calculates the speed of an object using the electric signal extracted by the extraction unit 403.

低周波信号取得部401は、実施の形態1と同様に、光検出部80で生成された電気信号から高周波成分を除去し、低周波信号を取得するものである。実施の形態1においては、電気信号の入力先がA/D変換部82であったのに対し、実施の形態2においては、電気信号の入力先は第1偏光用A/D変換部812と第2偏光用A/D変換部822であり、一見異なるが、これは、光検出部8が光検出器81のみ備える構成であったのに対し、光検出部80が第1偏光用光検出器811と第2偏光用光検出器821の二つの光検出器を備えることによる形式的な違いであり、入力される電気信号及び入力された電気信号に行う動作は実施の形態1と同様である。
また、実施の形態1と同様に、実施の形態2における低周波信号取得部401も低周波信号として包絡線を取得するものである。
Similar to the first embodiment, the low frequency signal acquisition unit 401 removes high frequency components from the electric signal generated by the photodetector 80 to acquire the low frequency signal. In the first embodiment, the input destination of the electric signal is the A / D conversion unit 82, whereas in the second embodiment, the input destination of the electric signal is the first polarization A / D conversion unit 812. It is an A / D conversion unit 822 for the second polarization, which is different at first glance, but this is a configuration in which the photodetector 8 has only the photodetector 81, whereas the photodetector 80 detects the light for the first polarization. It is a formal difference due to the provision of two photodetectors, the photodetector 811 and the photodetector 821 for the second polarization, and the input electric signal and the operation performed on the input electric signal are the same as those in the first embodiment. be.
Further, similarly to the first embodiment, the low frequency signal acquisition unit 401 in the second embodiment also acquires the envelope as a low frequency signal.

差分算出部402は、実施の形態1と同様に、低周波信号取得部401が第1の電気信号から取得した第1の低周波信号と、低周波信号取得部401が第2の電気信号から取得した第2の低周波信号との差分を、第1の電気信号と第2の電気信号との差として算出する。
実施の形態1においては、第1の包絡線が差分算出部42に入力され、その後第2の包絡線が入力される構成であったため、差分算出部42は、先に入力された第1の包絡線を差分を算出するまで記憶する構成であったが、実施の形態2においては、第1の包絡線と第2の包絡線はほぼ同時に差分算出部402に入力されるので、差分算出部42は第1の包絡線を長時間記憶しなくてもよい。なお、実施の形態2において、差分算出部402は、第1の包絡線と第2の包絡線のうち、先に差分算出部402に入力された包絡線を、他方の包絡線が入力され、差分を算出するまで一時的に記憶する構成とする。
Similar to the first embodiment, the difference calculation unit 402 uses the first low-frequency signal acquired by the low-frequency signal acquisition unit 401 from the first electric signal and the low-frequency signal acquisition unit 401 from the second electric signal. The difference from the acquired second low frequency signal is calculated as the difference between the first electric signal and the second electric signal.
In the first embodiment, since the first envelope is input to the difference calculation unit 42 and then the second envelope is input, the difference calculation unit 42 is the first input first. The configuration was such that the envelope was stored until the difference was calculated, but in the second embodiment, since the first envelope and the second envelope are input to the difference calculation unit 402 almost at the same time, the difference calculation unit 42 does not have to memorize the first envelope for a long time. In the second embodiment, the difference calculation unit 402 inputs the envelope that was previously input to the difference calculation unit 402 among the first envelope and the second envelope, and the other envelope is input. The configuration is such that the difference is temporarily stored until it is calculated.

抽出部403は、実施の形態1と同様に、差分算出部402で算出された差分と光検出部80で生成された第1の電気信号とに基づいて、第1の電気信号から、対象物からの反射成分を抽出した電気信号を生成するものである。実施の形態2における抽出部403は、第1偏光用A/D変換部812から入力された第1の電気信号を用いるが、低周波信号取得部401と同様に、実施の形態1との違いは入力先の違いのみであり、入力される電気信号及び入力された電気信号に行う動作は実施の形態1と同様である。 Similar to the first embodiment, the extraction unit 403 extracts the object from the first electric signal based on the difference calculated by the difference calculation unit 402 and the first electric signal generated by the light detection unit 80. It generates an electric signal by extracting the reflected component from. The extraction unit 403 in the second embodiment uses the first electric signal input from the first polarization A / D conversion unit 812, but is different from the first embodiment as in the low frequency signal acquisition unit 401. Is only the difference in the input destination, and the input electric signal and the operation performed on the input electric signal are the same as those in the first embodiment.

その他の構成は、実施の形態1における構成と同じである。 Other configurations are the same as those in the first embodiment.

次に、実施の形態2におけるレーザレーダ装置1の動作について説明する。
図9は、実施の形態2におけるレーザレーダ装置1により、対象物の速度を算出する動作を示すフローチャートである。
Next, the operation of the laser radar device 1 according to the second embodiment will be described.
FIG. 9 is a flowchart showing an operation of calculating the speed of an object by the laser radar device 1 according to the second embodiment.

レーザレーダ装置1が、対象物の速度を算出する動作を開始すると、ますステップS201で、光源部2がレーザ光を出力する。ここで、実施の形態2における対象物も実施の形態1と同様に海面であり、レーザレーダ装置1は海面の速度を算出するものとする。 When the laser radar device 1 starts the operation of calculating the speed of the object, the light source unit 2 outputs the laser beam in step S201. Here, it is assumed that the object in the second embodiment is also the sea surface as in the first embodiment, and the laser radar device 1 calculates the speed of the sea surface.

次にステップS202で、偏光部501は、光源部2で出力されたレーザ光を第1の偏光成分と第2の偏光成分の両方を有する偏光状態に偏光させる。実施の形態2においても、実施の形態1と同様、第1の偏光成分は海面に対するS偏光成分、第2の偏光成分は海面に対するP偏光成分とする。
また、上記の第1の偏光成分と第2の偏光成分の両方を有する偏光状態は、S偏光成分とP偏光成分の振幅が等しく、S偏光成分とP偏光成分の位相が同期した直線偏光状態であるとする。これにより、エアロゾルからの反射成分の影響を低減しつつ、第1の電気信号と第2の電気信号における対象物からの反射成分の強度差を大きくすることができる。
Next, in step S202, the polarization unit 501 polarizes the laser light output by the light source unit 2 into a polarized state having both a first polarization component and a second polarization component. Also in the second embodiment, as in the first embodiment, the first polarized light component is an S polarized light component with respect to the sea surface, and the second polarized light component is a P polarized light component with respect to the sea surface.
Further, the polarized state having both the first polarized component and the second polarized component described above is a linearly polarized state in which the amplitudes of the S polarized component and the P polarized component are equal and the phases of the S polarized component and the P polarized component are synchronized. Suppose that As a result, it is possible to increase the intensity difference of the reflected component from the object in the first electric signal and the second electric signal while reducing the influence of the reflected component from the aerosol.

また、実施の形態1と同様に、光源部2及び検波部3の各部を接続する光ファイバーケーブルには、偏光保持光ファイバーケーブルを用いる。この場合、Fast軸とSlow軸で実行屈折率が異なるため、第1の偏光成分と第2の偏光成分の相対位相が変動し、送受共用光学系62から出射される送信光の偏光状態は、直線偏光から円偏光や楕円偏光に変わりうる。しかしながら、第1の偏光成分と第2の偏光成分の振幅は変動しないため、対象物の速度を算出する動作に問題は与えない。 Further, as in the first embodiment, a polarization-retaining optical fiber cable is used as the optical fiber cable connecting each of the light source unit 2 and the detection unit 3. In this case, since the effective refractive index differs between the Fast axis and the Slow axis, the relative phases of the first polarization component and the second polarization component fluctuate, and the polarization state of the transmitted light emitted from the transmission / reception shared optical system 62 changes. It can change from linearly polarized light to circularly polarized light or elliptically polarized light. However, since the amplitudes of the first polarized light component and the second polarized light component do not fluctuate, there is no problem in the operation of calculating the velocity of the object.

ステップS203からステップS207までの動作は、実施の形態1におけるステップS3からステップS7までの動作と同様である。
ステップS203で、分配部52は、偏光部501で偏光されたレーザ光を送信光と参照光に分配する。分配部52は、送信光を変調部53に出力するとともに、参照光を合波部7に出力する。
The operation from step S203 to step S207 is the same as the operation from step S3 to step S7 in the first embodiment.
In step S203, the distribution unit 52 distributes the laser light polarized by the polarization unit 501 to the transmission light and the reference light. The distribution unit 52 outputs the transmitted light to the modulation unit 53 and outputs the reference light to the combine unit 7.

次にステップS204で、変調部53は、ステップS203において分配部52で分配された送信光にパルス変調と周波数シフトを施す。変調部53は変調を施した送信光を送受分離部61に出力する。 Next, in step S204, the modulation unit 53 performs pulse modulation and frequency shift on the transmitted light distributed by the distribution unit 52 in step S203. The modulation unit 53 outputs the modulated transmission light to the transmission / reception separation unit 61.

次にステップS205で、送受共用光学系62は、送受分離部61を介して入力された送信光を海面に向けて送信する。 Next, in step S205, the transmission / reception shared optical system 62 transmits the transmission light input via the transmission / reception separation unit 61 toward the sea surface.

次にステップS206で、送受共用光学系62は、海面で反射された送信光を受信光として受信する。送受共用光学系62は、受信した受信光を送受分離部61に出力する。 Next, in step S206, the transmission / reception shared optical system 62 receives the transmission light reflected on the sea surface as reception light. The transmission / reception shared optical system 62 outputs the received received light to the transmission / reception separation unit 61.

次にステップS207で、合波部7は、送受分離部61を介して合波部7に入力された受信光と、分配部52で分配された参照光とを合波し、干渉光を生成する。合波部7は、生成した干渉光を偏光分離部9に出力する。 Next, in step S207, the combiner 7 combines the received light input to the combiner 7 via the transmission / reception separation unit 61 with the reference light distributed by the distributor 52 to generate interference light. do. The combiner 7 outputs the generated interference light to the polarization separation section 9.

次に、ステップS208で、偏光分離部9は、合波部7が生成した干渉光を第1の偏光状態の干渉光と第2の偏光状態の干渉光に分離する。偏光分離部9は、第1の偏光状態の干渉光を第1偏光用光検出器811に出力するとともに、第2の偏光状態の干渉光を第2偏光用光検出器821に出力する。 Next, in step S208, the polarization separating unit 9 separates the interference light generated by the combining unit 7 into the interference light in the first polarization state and the interference light in the second polarization state. The polarization separation unit 9 outputs the interference light in the first polarization state to the first polarization photodetector 811 and outputs the interference light in the second polarization state to the second polarization photodetector 821.

次にステップS209で、第1偏光用光検出器811がステップS208において偏光分離部9が分離した第1の偏光状態の干渉光を変換し、アナログの第1の電気信号を生成する。第1偏光用A/D変換部812は、第1偏光用光検出器811が生成した第1の電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、低周波信号取得部401及び抽出部403に出力する。 Next, in step S209, the first polarization photodetector 811 converts the interference light in the first polarization state separated by the polarization separation unit 9 in step S208, and generates an analog first electric signal. The first polarization A / D conversion unit 812 converts the first electric signal generated by the first polarization photodetector 811 from an analog signal to a digital signal, and outputs the first electric signal to the low frequency signal acquisition unit 401 and the extraction unit 403. do.

また、ステップS209の動作と並行して、ステップS210において第2偏光用光検出器821は、ステップS208において偏光分離部9が分離した第2の偏光状態の干渉光を変換し、アナログの第2の電気信号を生成する。また、第2偏光用A/D変換部822は、第2偏光用光検出器821が生成した第2の電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、低周波信号取得部401に出力する。 Further, in parallel with the operation of step S209, in step S210, the second polarization photodetector 821 converts the interference light in the second polarization state separated by the polarization separation unit 9 in step S208, and the analog second Generates an electrical signal. Further, the second polarization A / D conversion unit 822 converts the second electric signal generated by the second polarization photodetector 821 from an analog signal to a digital signal, and outputs the second electric signal to the low frequency signal acquisition unit 401.

ステップS211で、低周波信号取得部401は、ステップS209で生成された第1の電気信号から第1の包絡線を取得するとともに、第2の電気信号から第2の包絡線を取得し、第1の包絡線及び第2の包絡線を差分算出部402に出力する。 In step S211 the low frequency signal acquisition unit 401 acquires the first envelope from the first electric signal generated in step S209, and acquires the second envelope from the second electric signal. The 1st envelope and the 2nd envelope are output to the difference calculation unit 402.

実施の形態2におけるステップS212からステップS216における動作は、実施の形態1におけるステップS18からステップS22における動作と同様である。 The operation from step S212 to step S216 in the second embodiment is the same as the operation from step S18 to step S22 in the first embodiment.

次にステップS212で、差分算出部402は、ステップS211で取得した第1の包絡線と第2の包絡線の差分を算出する。差分算出部402は取得した差分を抽出部403に出力する。 Next, in step S212, the difference calculation unit 402 calculates the difference between the first envelope and the second envelope acquired in step S211. The difference calculation unit 402 outputs the acquired difference to the extraction unit 403.

ステップS213で、抽出部403は、差分算出部402で算出された差分と第1偏光用A/D変換部812から入力された第1の電気信号を乗算することにより、第1の電気信号から海面からの反射成分を抽出する。 In step S213, the extraction unit 403 multiplies the difference calculated by the difference calculation unit 402 with the first electric signal input from the first polarization A / D conversion unit 812 to obtain the first electric signal. Extract the reflected component from the sea surface.

次にステップS214で、レンジビン分割部441は、ステップS213において抽出部403で抽出された電気信号を複数のレンジビンに分割する。 Next, in step S214, the range bin dividing unit 441 divides the electric signal extracted by the extraction unit 403 in step S213 into a plurality of range bins.

次にステップS215で、周波数スペクトル算出部442は、ステップS214においてレンジビン分割部441で分割された電気信号にFFT処理を行い、レンジビンごとに電気信号の周波数スペクトルを算出する。 Next, in step S215, the frequency spectrum calculation unit 442 performs FFT processing on the electric signal divided by the range bin division unit 441 in step S214, and calculates the frequency spectrum of the electric signal for each range bin.

次にステップS216で、ドップラー速度算出部443は、ステップS215において周波数スペクトル算出部442で算出された周波数スペクトルのドップラーシフト量から対象物の速度を算出する。 Next, in step S216, the Doppler velocity calculation unit 443 calculates the velocity of the object from the Doppler shift amount of the frequency spectrum calculated by the frequency spectrum calculation unit 442 in step S215.

以上のようなレーザレーダ装置1に動作により、第1の電気信号と第2の電気信号との差をとることでエアロゾルからの反射成分を取り除くことができ、より精度良く対象物の速度を算出することができる。 By operating the laser radar device 1 as described above, the reflected component from the aerosol can be removed by taking the difference between the first electric signal and the second electric signal, and the velocity of the object can be calculated more accurately. can do.

実施の形態2では、第1の偏光成分を有する送信光と第2の偏光成分を有する送信光を重ね合わせて一本の送信光として同時に送信するため、両偏光の光は同一の光路を通過し、実施の形態1におけるレーザレーダ装置1以上に光学的損失を両偏光の光で一致させることができる。 In the second embodiment, since the transmitted light having the first polarized light component and the transmitted light having the second polarized light component are overlapped and simultaneously transmitted as one transmitted light, the light of both polarized light passes through the same optical path. However, the optical loss can be matched with the bipolarized light as compared with the laser radar device 1 in the first embodiment.

また、実施の形態2におけるレーザレーダ装置1によれば、第1の電気信号と第2の電気信号を同時に取得することができるので、対象物の速度を実施の形態1におけるレーザレーダ装置1より早く算出することができる。 Further, according to the laser radar device 1 in the second embodiment, since the first electric signal and the second electric signal can be acquired at the same time, the speed of the object can be determined from the laser radar device 1 in the first embodiment. It can be calculated quickly.

以下で、実施の形態2におけるレーザレーダ装置1の変形例について説明する。 Hereinafter, a modified example of the laser radar device 1 according to the second embodiment will be described.

偏光分離部9は、合波部7の後段かつ光検出部80の前段に設け、干渉光を第1の偏光状態の干渉光と第2の偏光状態の干渉光に分離する構成としたが、分配部52の後段かつ合波部7の前段と、送受分離部61の後段かつ合波部7の前段とにそれぞれ設け、計二つの偏光分離部を設け、参照光と受信光をそれぞれ第1の偏光状態の参照光と第2の偏光状態の参照光、第1の偏光状態の受信光と第2の偏光状態の受信光に分離する構成としてもよい。 The polarization separation unit 9 is provided after the combiner 7 and in front of the light detection unit 80, and is configured to separate the interference light into the interference light in the first polarization state and the interference light in the second polarization state. A total of two polarization separation units are provided in the rear stage of the distribution unit 52 and the front stage of the combine unit 7 and in the rear stage of the transmission / reception separation unit 61 and the front stage of the combine unit 7, and the reference light and the received light are each first. The reference light in the polarized state and the reference light in the second polarized state, and the received light in the first polarized state and the received light in the second polarized state may be separated.

実施の形態1と同様に、低周波信号取得部401は、入力された電気信号から高周波成分を取り除くことができれば、他の構成でもよく、例えば、ローパスフィルターを設けたり、移動平均を求めることにより、高周波成分を取り除く構成としてもよい。 Similar to the first embodiment, the low frequency signal acquisition unit 401 may have another configuration as long as the high frequency component can be removed from the input electric signal, for example, by providing a low-pass filter or obtaining a moving average. , The configuration may be such that the high frequency component is removed.

実施の形態1と同様に、差分算出部402は、第1の包絡線と第2の包絡線との差分を算出する構成としたが、差分を算出することによりエアロゾルからの反射成分を対象物からの反射成分に対して無視できる程度に小さな値にできれば、他の構成でもよく、例えば、時間方向のキャリブレーションにより第1の電気信号と第2の電気信号の時間変動を揃えることができる場合には、キャリブレーション後の第1の電気信号と第2の電気信号との差分を算出する構成でもよい。 Similar to the first embodiment, the difference calculation unit 402 is configured to calculate the difference between the first envelope and the second envelope, but the reflection component from the aerosol is an object by calculating the difference. Other configurations may be used as long as the value can be made negligibly small with respect to the reflection component from, for example, when the time variation of the first electric signal and the second electric signal can be made uniform by calibration in the time direction. May be configured to calculate the difference between the first electrical signal and the second electrical signal after calibration.

実施の形態1と同様に、送受信部6において、送信光を送信する送信用光学系と受信光を受信する受信用光学系を一つの送受共用光学系62で構成するようにしたが、送信用光学系と受信用光学系を別々の光学系で構成してもよい。この場合には、光学系の前段に送受分離部61を設ける必要はない。
また、送受共用光学系62は、送信光の送信方向を制御する走査機構を有してもよい。あるいは、複数の送受共用光学系62を設けることにより、一度に複数の方向に送信光を送信する構成としても良い。上記の構成を備えた場合、対象物の移動方向をより容易に推定することができる。
Similar to the first embodiment, in the transmission / reception unit 6, the transmission optical system for transmitting the transmission light and the reception optical system for receiving the reception light are configured by one transmission / reception shared optical system 62, but for transmission. The optical system and the receiving optical system may be configured as separate optical systems. In this case, it is not necessary to provide the transmission / reception separation unit 61 in front of the optical system.
Further, the transmission / reception shared optical system 62 may have a scanning mechanism for controlling the transmission direction of the transmission light. Alternatively, by providing a plurality of transmission / reception shared optical systems 62, transmission light may be transmitted in a plurality of directions at one time. With the above configuration, the moving direction of the object can be estimated more easily.

実施の形態1と同様に、差分算出部402は、対象物からの反射成分を含まない時間範囲における強度差がゼロとなるようにキャリブレーションを実施する機能を有してもよい。 Similar to the first embodiment, the difference calculation unit 402 may have a function of performing calibration so that the intensity difference in the time range excluding the reflection component from the object becomes zero.

実施の形態1と同様に、偏光部501は、送信光を偏光させることができれば、他の位置に設けても良く、例えば分配部52の後段かつ変調部53の前段、あるいは送受分離部61の後段かつ送受共用光学系の前段に一つと、分配部52の後段かつ合波部7の前段に一つ、計二つの偏光部を設ける構成としても良い。また、偏光部501が送受分離部61の後段かつ送受共用光学系62の前段に設けられる場合には、受信光も送信光と同じ偏光状態に偏光させることにより、余分な偏光成分を除去することができる。 Similar to the first embodiment, the polarizing unit 501 may be provided at another position as long as the transmitted light can be polarized, for example, the rear stage of the distribution unit 52 and the front stage of the modulation unit 53, or the transmission / reception separation unit 61. A total of two polarizing units may be provided, one in the rear stage and in the front stage of the transmission / reception shared optical system, and one in the rear stage of the distribution unit 52 and in the front stage of the combiner unit 7. Further, when the polarizing unit 501 is provided in the subsequent stage of the transmission / reception separation unit 61 and in the front stage of the transmission / reception shared optical system 62, the received light is also polarized in the same polarization state as the transmission light to remove the excess polarization component. Can be done.

実施の形態1と同様に、ドップラー速度算出部443は、1パルス毎に対象物の速度を算出するのではなく、複数のパルスをインコヒーレント積分し、信号対雑音比を向上してから速度を算出する構成としてもよい。 Similar to the first embodiment, the Doppler velocity calculation unit 443 does not calculate the velocity of the object for each pulse, but incoherently integrates a plurality of pulses to improve the signal-to-noise ratio and then increase the velocity. It may be a configuration to be calculated.

実施の形態1と同様に、信号処理部40が有する各部はアナログ回路で実装するようにしてもよい。例えば、抽出部403までをアナログ回路で実装してもよく、この場合には、各A/D変換部は、抽出部403の後段かつ速度算出部44の前段に設けられる。 Similar to the first embodiment, each part of the signal processing unit 40 may be mounted by an analog circuit. For example, up to the extraction unit 403 may be mounted by an analog circuit. In this case, each A / D conversion unit is provided after the extraction unit 403 and before the speed calculation unit 44.

実施の形態1と同様に、光源部2及び検波部3の各部は光ファイバーケーブルで接続する構成としたが、空間伝搬型の伝送路を用いて接続する構成としても良い。 Similar to the first embodiment, each part of the light source unit 2 and the detection unit 3 is connected by an optical fiber cable, but may be connected by using a space propagation type transmission line.

実施の形態1と同様に、抽出部403は、差分算出部402が算出した差分と第1偏光用A/D変換部812から入力された第1の電気信号を乗算することにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としたが、対象物からの反射成分を抽出できれば、他の構成でもよい。例えば、第1の電気信号に対して、差分の値が所定の閾値以上の時間範囲は元の値のままとし、差分の値が当該閾値未満の時間範囲の値はゼロにする変換を行うことにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としてもよい。
また、差分と乗算する電気信号は第1の電気信号に限らず、第2の電気信号としてもよい。あるいは、抽出部403は第1の電気信号と第2の電気信号の両方から対象物の反射成分を抽出し、速度算出部44は、それぞれの抽出された電気信号から算出された速度を平均して最終的な算出結果としての速度を算出するようにしてもよい。
Similar to the first embodiment, the extraction unit 403 multiplies the difference calculated by the difference calculation unit 402 with the first electric signal input from the first polarization A / D conversion unit 812 to obtain the object from the object. Although the configuration is such that the reflection component of the above is extracted, another configuration may be used as long as the reflection component from the object can be extracted. For example, for the first electric signal, a conversion is performed in which the time range in which the difference value is greater than or equal to a predetermined threshold value remains the original value, and the value in the time range in which the difference value is less than the threshold value is set to zero. Therefore, the reflection component from the object may be extracted.
Further, the electric signal to be multiplied by the difference is not limited to the first electric signal, and may be a second electric signal. Alternatively, the extraction unit 403 extracts the reflected component of the object from both the first electric signal and the second electric signal, and the velocity calculation unit 44 averages the velocities calculated from the respective extracted electric signals. The speed as the final calculation result may be calculated.

実施の形態3.
次に、本発明の実施の形態3について説明する。
Embodiment 3.
Next, Embodiment 3 of the present invention will be described.

図11は、実施の形態3におけるレーザレーダ装置1の構成を示す構成図である。
実施の形態1及び実施の形態2において、第1の偏光状態の送信光と第2の偏光状態の送信光は、同じ送受共用光学系を用いて送受信されるものであった。
これに対して、実施の形態3におけるレーザレーダ装置1は、それぞれ異なる送受共用光学系を用いて第1の偏光状態の送信光と第2の偏光状態の送信光の送受信を行うものである。
そのため、実施の形態1及び2との主な相違点は、光制御部500と送受信部60である。
以下で、上記の構成について詳細に説明する。
FIG. 11 is a configuration diagram showing the configuration of the laser radar device 1 according to the third embodiment.
In the first embodiment and the second embodiment, the transmitted light in the first polarized state and the transmitted light in the second polarized state are transmitted and received using the same transmission / reception shared optical system.
On the other hand, the laser radar device 1 in the third embodiment transmits and receives the transmitted light in the first polarized state and the transmitted light in the second polarized state by using different transmission / reception shared optical systems.
Therefore, the main difference from the first and second embodiments is the optical control unit 500 and the transmission / reception unit 60.
The above configuration will be described in detail below.

実施の形態3における検波部3は、光源部2が生成したレーザ光に第1の偏光成分と第2の偏光成分を含むように偏光を施し、送信光と、送信光と同じ偏光が施された参照光とを出力する光制御部500と、光制御部500から出力された送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信する送受信部60と、送受信部60で受信した受信光と光制御部500から出力された参照光を合波して干渉光を生成する合波部70と、入力された干渉光を変換して第1の電気信号と第2の電気信号とを含む電気信号を生成する光検出部80と、を有する。 The detection unit 3 in the third embodiment polarizes the laser light generated by the light source unit 2 so as to include the first polarization component and the second polarization component, and applies the transmission light and the same polarization as the transmission light. Transmission / reception in which the optical control unit 500 that outputs the reference light and the transmitted light output from the optical control unit 500 are transmitted toward the object, and the transmitted light receives the reflected light reflected by the object as the received light. The first unit 60 converts the received light received by the transmission / reception unit 60 and the reference light output from the optical control unit 500 to generate interference light, and the input interference light is converted into the first unit. It has an optical detection unit 80 that generates an electric signal including the electric signal of the above and a second electric signal.

実施の形態1及び2と同様に、光制御部500は、光源部2が生成したレーザ光に第1の偏光成分と第2の偏光成分を含むように偏光を施し、第1の偏光成分と第2の偏光成分とを含む送信光と、送信光と同じ偏光状態の参照光とを出力するものである。
また、実施の形態3において、光制御部500は、光源部2が出力したレーザ光を参照光と送信光に分配する第1分配部5001と、第1分配部5001で分配された送信光を変調する変調部5002と、変調部5002で変調された送信光を第1の送信光と第2の送信光に分配する第2分配部5003と、第2分配部5003で分配された第1の送信光を第1の偏光成分を有する第1の偏光状態に偏光させる送信光用第1偏光部5004と、第2分配部5003で分配された第2の送信光を第2の偏光成分を有する第2の偏光状態に偏光させる送信光用第2偏光部5005と、第1分配部5001で分配された参照光を第1の参照光と第2の参照光に分配する第3分配部5006と、第3分配部5006で分配された第1の参照光を第1の偏光状態に偏光させる参照光用第1偏光部5007と、第3分配部5006で分配された第2の参照光を第2の偏光状態に偏光させる参照光用第2偏光部5008と、を含むものである。
Similar to the first and second embodiments, the optical control unit 500 polarizes the laser light generated by the light source unit 2 so as to include the first polarized light component and the second polarized light component, and obtains the first polarized light component. It outputs the transmitted light including the second polarized light component and the reference light having the same polarization state as the transmitted light.
Further, in the third embodiment, the optical control unit 500 distributes the first distribution unit 5001 that distributes the laser light output by the light source unit 2 to the reference light and the transmission light, and the transmission light distributed by the first distribution unit 5001. The modulation unit 5002 to be modulated, the second distribution unit 5003 that distributes the transmission light modulated by the modulation unit 5002 to the first transmission light and the second transmission light, and the first distribution unit 5003 distributed by the second distribution unit 5003. The first polarizing unit 5004 for transmission light that polarizes the transmitted light to the first polarization state having the first polarization component, and the second transmission light distributed by the second distribution unit 5003 have the second polarization component. A second polarizing unit 5005 for transmission light that is polarized to a second polarization state, and a third distribution unit 5006 that distributes the reference light distributed by the first distribution unit 5001 to the first reference light and the second reference light. , The first polarizing unit 5007 for reference light that polarizes the first reference light distributed by the third distribution unit 5006 to the first polarization state, and the second reference light distributed by the third distribution unit 5006. It includes a second polarization section 50008 for reference light that is polarized to the polarization state of 2.

第1分配部5001は、光源部2が出力したレーザ光を参照光と送信光に分配するものであり、実施の形態1における分配部52と同様に、例えば、光ファイバカプラや誘電体多層膜フィルタを用いた分岐ミラー、ビームスプリッタが用いられる。 The first distribution unit 5001 distributes the laser light output by the light source unit 2 to the reference light and the transmission light, and like the distribution unit 52 in the first embodiment, for example, an optical fiber coupler or a dielectric multilayer film. A branch mirror using a filter and a beam splitter are used.

変調部5002は第1分配部5001で分配された送信光を変調するものであり、実施の形態1における変調部53と同様に、送信光にパルス変調と周波数シフトを施す。実施の形態1における変調部53と同様に、変調部5002としては、例えば、電気光学結晶や音響光学結晶を含む光変調器が用いられる。 The modulation unit 5002 modulates the transmission light distributed by the first distribution unit 5001, and similarly to the modulation unit 53 in the first embodiment, the transmission light is pulse-modulated and frequency-shifted. Similar to the modulation unit 53 in the first embodiment, as the modulation unit 5002, for example, an optical modulator including an electro-optical crystal or an acoustic optical crystal is used.

第2分配部5003は、変調部5002で変調された送信光を第1の送信光と第2の送信光に分配するものであり、第1分配部5001と同様に、例えば、光ファイバカプラや誘電体多層膜フィルタを用いた分岐ミラー、ビームスプリッタが用いられる。 The second distribution unit 5003 distributes the transmission light modulated by the modulation unit 5002 to the first transmission light and the second transmission light, and like the first distribution unit 5001, for example, an optical fiber coupler or the like. A branch mirror and a beam splitter using a dielectric multilayer filter are used.

送信光用第1偏光部5004は、第2分配部5003で分配された第1の送信光を第1の偏光成分を有する第1の偏光状態に偏光させるものであり、実施の形態1における偏光部51と同様に、例えば、波長板や光ファイバ偏光スイッチ、ポッケルスセルが用いられる。第1の送信光には、第1の偏光成分を有する第1の偏光状態の送信パルスが複数含まれる。 The first polarization unit 5004 for transmission light polarizes the first transmission light distributed by the second distribution unit 5003 into a first polarization state having a first polarization component, and is polarized in the first embodiment. Similar to the part 51, for example, a wave plate, an optical fiber polarizing switch, and a Pockels cell are used. The first transmitted light includes a plurality of transmitted pulses in a first polarized state having a first polarized component.

送信光用第2偏光部5005は、第2分配部5003で分配された第2の送信光を第2の偏光成分を有する第2の偏光状態に偏光させるものであり、送信光用第1偏光部5004と同様に、例えば、波長板や光ファイバ偏光スイッチ、ポッケルスセルが用いられる。第2の送信光には、第2の偏光成分を有する第2の偏光状態の送信パルスが複数含まれる。 The second polarization unit 5005 for transmission light polarizes the second transmission light distributed by the second distribution unit 5003 into a second polarization state having a second polarization component, and is the first polarization for transmission light. Similar to the part 5004, for example, a wave plate, an optical fiber polarizing switch, and a Pockels cell are used. The second transmitted light includes a plurality of transmitted pulses in a second polarized state having a second polarized component.

実施の形態1及び2と同様に、以下では、送信光用第1偏光部5004が偏光させる第1の偏光状態は、第1の偏光成分のみを有する直線偏光状態とし、送信光用第2偏光部5005が偏光させる第2の偏光状態は、第2の偏光成分のみを有する直線偏光状態とする。 Similar to the first and second embodiments, in the following, the first polarization state to be polarized by the first polarization unit 5004 for transmission light is a linearly polarized state having only the first polarization component, and the second polarization for transmission light. The second polarized state to be polarized by the unit 5005 is a linearly polarized state having only the second polarized component.

第3分配部5006は、第1分配部5001で分配された参照光を第1の参照光と第2の参照光に分配するものであり、第1分配部5001及び第2分配部5003と同様に、例えば、例えば、光ファイバカプラや誘電体多層膜フィルタを用いた分岐ミラー、ビームスプリッタが用いられる。 The third distribution unit 5006 distributes the reference light distributed by the first distribution unit 5001 to the first reference light and the second reference light, and is the same as the first distribution unit 5001 and the second distribution unit 5003. For example, a branch mirror or a beam splitter using an optical fiber coupler or a dielectric multilayer film filter is used.

参照光用第1偏光部5007は、第3分配部5006で分配された第1の参照光を第1の偏光状態に偏光させるものであり、送信光用第1偏光部5004と同様に、例えば、波長板や光ファイバ偏光スイッチ、ポッケルスセルが用いられる。 The first polarization unit 5007 for reference light polarizes the first reference light distributed by the third distribution unit 5006 into the first polarization state, and is similar to the first polarization unit 5004 for transmission light, for example. , Wave plates, optical fiber polarizing switches, and Pockels cells are used.

参照光用第2偏光部5008は、第3分配部5006で分配された第2の参照光を第2の偏光状態に偏光させるものであり、送信光用第1偏光部5004と同様に、例えば、波長板や光ファイバ偏光スイッチ、ポッケルスセルが用いられる。 The second polarization unit 5008 for reference light polarizes the second reference light distributed by the third distribution unit 5006 into the second polarization state, and is similar to the first polarization unit 5004 for transmission light, for example. , Wave plates, optical fiber polarizing switches, and Pockels cells are used.

送受信部60は、光制御部500から出力された第1の偏光成分と第2の偏光成分とを含む送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信するものである。
実施の形態3において、送受信部60は、送信光用第1偏光部5004で偏光された第1の送信光を対象物に向けて送信し、第1の送信光が対象物で反射された第1の反射光を第1の受信光として受信する第1送受信部610と、送信光用第2偏光部5005で偏光された第2の送信光を対象物に向けて送信し、第2の送信光が対象物で反射された第2の反射光を第2の受信光として受信する第2送受信部620と、を含む。
The transmission / reception unit 60 transmits the transmission light including the first polarization component and the second polarization component output from the light control unit 500 toward the object, and the transmitted light reflects the reflected light by the object. It is received as received light.
In the third embodiment, the transmission / reception unit 60 transmits the first transmission light polarized by the first polarization unit 5004 for transmission light toward the object, and the first transmission light is reflected by the object. The first transmission / reception unit 610 that receives the reflected light of 1 as the first reception light and the second transmission light polarized by the second polarization unit 5005 for transmission light are transmitted toward the object, and the second transmission is performed. Includes a second transmitter / receiver 620 that receives the second reflected light reflected by the object as the second received light.

第1送受信部610は、送信光用第1偏光部5004から入力された第1の送信光を対象物に向けて送信し、対象物で反射された第1の反射光を第1の受信光として受信するものであり、第1送受分離部611と第1送受共用光学系612とを有する。すなわち、第1送受信部610は、第1の送信光を対象物に向けて送信する第1送信部としての機能と、第1の受信光を受信する第1受信部としての機能を有する。
第1送受分離部611は、送信光用第1偏光部5004から入力された第1の送信光を第1送受共用光学系に出力し、第1送受共用光学系612から入力された第1の受信光を第1合波部701に出力するものであり、実施の形態1における送受分離部61と同様に、例えば、波長板と偏光ビームスプリッタを組み合わせた光サーキュレータが用いられる。
第1送受共用光学系612は、第1送受分離部611から入力された第1の送信光を対象物に向けて送信し、対象物で反射された第1の反射光を第1の受信光として受信し、第1の受信光を第1送受分離部611に出力するものであり、実施の形態1における送受共用光学系62と同様に、例えば、光学望遠鏡やカメラレンズが用いられる。
The first transmission / reception unit 610 transmits the first transmission light input from the first polarization unit 5004 for transmission light toward the object, and the first reflected light reflected by the object is the first reception light. It has a first transmission / reception separation unit 611 and a first transmission / reception shared optical system 612. That is, the first transmission / reception unit 610 has a function as a first transmission unit that transmits the first transmission light toward the object and a function as a first reception unit that receives the first reception light.
The first transmission / reception separation unit 611 outputs the first transmission light input from the first polarization unit 5004 for transmission light to the first transmission / reception shared optical system, and the first transmission / reception separation unit 611 is input from the first transmission / reception shared optical system 612. The received light is output to the first confluence unit 701, and similarly to the transmission / reception separation unit 61 in the first embodiment, for example, an optical circulator in which a wave plate and a polarizing beam splitter are combined is used.
The first transmission / reception shared optical system 612 transmits the first transmission light input from the first transmission / reception separation unit 611 toward the object, and the first reflected light reflected by the object is the first reception light. The first received light is output to the first transmission / reception separation unit 611. As in the transmission / reception shared optical system 62 in the first embodiment, for example, an optical telescope or a camera lens is used.

第2送受信部620は、送信光用第2偏光部5005から入力された第2の送信光を対象物に向けて送信し、対象物で反射された第2の反射光を第2の受信光として受信するものであり、第2送受分離部621と第2送受共用光学系622とを有する。すなわち、第2送受信部620は、第2の送信光を対象物に向けて送信する第2送信部としての機能と、第2の受信光を受信する第2受信部としての機能を有する。
第2送受分離部621は、送信光用第2偏光部5005から入力された第2の送信光を第2送受共用光学系に出力し、第2送受共用光学系622から入力された第2の受信光を第2合波部702に出力するものであり、第1送受分離部611と同様に、例えば、波長板と偏光ビームスプリッタを組み合わせた光サーキュレータが用いられる。
第2送受共用光学系622は、第2送受分離部621から入力された第2の送信光を対象物に向けて送信し、対象物で反射された第2の反射光を第2の受信光として受信し、第2の受信光を第2送受分離部621に出力するものであり、第1送受共用光学系612と同様に、例えば、光学望遠鏡やカメラレンズが用いられる。
The second transmission / reception unit 620 transmits the second transmission light input from the second polarization unit 5005 for transmission light toward the object, and the second reflected light reflected by the object is the second reception light. It has a second transmission / reception separation unit 621 and a second transmission / reception shared optical system 622. That is, the second transmission / reception unit 620 has a function as a second transmission unit that transmits the second transmission light toward the object and a function as a second reception unit that receives the second reception light.
The second transmission / reception separation unit 621 outputs the second transmission light input from the second polarization unit 5005 for transmission light to the second transmission / reception shared optical system, and the second transmission / reception separation unit 621 is input from the second transmission / reception shared optical system 622. The received light is output to the second confluence unit 702, and like the first transmission / reception separation unit 611, for example, an optical circulator in which a wave plate and a polarizing beam splitter are combined is used.
The second transmission / reception shared optical system 622 transmits the second transmission light input from the second transmission / reception separation unit 621 toward the object, and the second reflected light reflected by the object is the second reception light. The second received light is output to the second transmission / reception separation unit 621. Similar to the first transmission / reception shared optical system 612, for example, an optical telescope or a camera lens is used.

合波部70は、送受信部60で受信した受信光と光制御部500から出力された参照光を合波して干渉光を生成するものである。
実施の形態3において、合波部70は、第1送受信部610で受信した第1の受信光と第3分配部5006で分配された第1の参照光を合波して第1の干渉光を生成する第1合波部701と、第2送受信部620で受信した第2の受信光と第3分配部5006で分配された第2の参照光を合波して第2の干渉光を生成する第2合波部702と、を含む。
The combined wave unit 70 generates interference light by combining the received light received by the transmitting / receiving unit 60 with the reference light output from the optical control unit 500.
In the third embodiment, the combiner 70 combines the first received light received by the first transmitter / receiver 610 and the first reference light distributed by the third distributor 5006 to form the first interference light. The first interference unit 701 that generates the light, the second reception light received by the second transmission / reception unit 620, and the second reference light distributed by the third distribution unit 5006 are combined to generate the second interference light. Includes a second confluence section 702 to be generated.

第1合波部701は、第1送受信部610で受信した第1の受信光と第3分配部5006で分配された第1の参照光を合波して第1の干渉光を生成するものであり、実施の形態1における合波部7と同様に、例えば、誘電体多層膜フィルタを用いた分岐ミラーやビームスプリッタ、光ファイバカプラが用いられる。 The first combiner unit 701 generates the first interference light by combining the first received light received by the first transmission / reception unit 610 and the first reference light distributed by the third distribution unit 5006. A branch mirror, a beam splitter, and an optical fiber coupler using a dielectric multilayer film filter are used, as in the case of the combine 7 in the first embodiment.

第2合波部702は、第2送受信部620で受信した第2の受信光と第3分配部5006で分配された第2の参照光を合波して第2の干渉光を生成するものであり、実施の形態1における合波部7と同様に、例えば、誘電体多層膜フィルタを用いた分岐ミラーやビームスプリッタ、光ファイバカプラが用いられる。 The second combing unit 702 combines the second received light received by the second transmitting / receiving unit 620 with the second reference light distributed by the third splitting unit 5006 to generate the second interference light. A branch mirror, a beam splitter, and an optical fiber coupler using a dielectric multilayer film filter are used, as in the case of the combine 7 in the first embodiment.

光検出部80は、第1の干渉光を変換して第1の電気信号を生成するとともに、第2の干渉光を変換して第2の電気信号を生成するものであり、干渉光の入力先が異なるのみで実施の形態2における光検出部80と同様のものである。
第1偏光用光検出部810は、第1合波部から第1の干渉光を入力し、第1の電気信号を生成する。また、第2偏光用光検出部820は、第2合波部から第2の干渉光を入力し、第2の電気信号を生成する。
The photodetector 80 converts the first interference light to generate a first electric signal, and also converts the second interference light to generate a second electric signal, and inputs the interference light. It is the same as the photodetector 80 in the second embodiment except that the tip is different.
The first polarization light detection unit 810 inputs the first interference light from the first confluence unit and generates the first electric signal. Further, the second polarization light detection unit 820 inputs the second interference light from the second confluence unit and generates a second electric signal.

その他の構成は、実施の形態1及び2と同様である。特に、信号処理部40は、実施の形態2における信号処理部40と同様のものである。 Other configurations are the same as those of the first and second embodiments. In particular, the signal processing unit 40 is the same as the signal processing unit 40 in the second embodiment.

次に、実施の形態3におけるレーザレーダ装置1の動作について説明する。
図12は、実施の形態3におけるレーザレーダ装置1が対象物の速度を算出する動作を示すフローチャートである。
Next, the operation of the laser radar device 1 according to the third embodiment will be described.
FIG. 12 is a flowchart showing the operation of the laser radar device 1 in the third embodiment to calculate the speed of the object.

レーザレーダ装置1が、対象物の速度を算出する動作を開始すると、ますステップS301で、光源部2がレーザ光を出力する。ここで、実施の形態3における対象物も実施の形態1及び2と同様に海面であり、レーザレーダ装置1は海面の速度を算出するものとする。また、実施の形態3においても、実施の形態1及び2と同様、第1の偏光成分は海面に対するS偏光成分、第2の偏光成分は海面に対するP偏光成分とする。 When the laser radar device 1 starts the operation of calculating the speed of the object, the light source unit 2 outputs the laser beam in step S301. Here, the object in the third embodiment is also the sea surface as in the first and second embodiments, and the laser radar device 1 calculates the velocity of the sea surface. Further, also in the third embodiment, as in the first and second embodiments, the first polarized light component is an S polarized light component with respect to the sea surface, and the second polarized light component is a P polarized light component with respect to the sea surface.

次にステップS302で、第1分配部5001は、光源部2で出力されたレーザ光を送信光と参照光に分配する。第1分配部5001は、送信光を変調部5002に出力するとともに、参照光を第3分配部5006に出力する。 Next, in step S302, the first distribution unit 5001 distributes the laser light output by the light source unit 2 to the transmission light and the reference light. The first distribution unit 5001 outputs the transmitted light to the modulation unit 5002 and outputs the reference light to the third distribution unit 5006.

次にステップS303で、ステップS302で分配された参照光は、第3分配部5006により、第1の参照光と第2の参照光に分配される。第3分配部5006は、第1の参照光を参照光用第1偏光部5007に出力するとともに、第2の参照光を参照光用第2偏光部5008に出力する。 Next, in step S303, the reference light distributed in step S302 is distributed to the first reference light and the second reference light by the third distribution unit 5006. The third distribution unit 5006 outputs the first reference light to the first polarization unit 5007 for reference light, and outputs the second reference light to the second polarization unit 5008 for reference light.

次にステップS304で、参照光用第1偏光部5007は、ステップS302で分配された第1の参照光を第1の偏光状態に偏光させ、偏光させた第1の参照光を第1合波部701に出力する。 Next, in step S304, the first polarization unit 5007 for reference light polarizes the first reference light distributed in step S302 into the first polarized state, and the polarized first reference light is the first combined wave. Output to unit 701.

また、ステップS304と並行して、ステップS305において参照光用第2偏光部5008は、ステップS303で分配された第2の参照光を第2の偏光状態に偏光させ、偏光させた第2の参照光を第2合波部702に出力する。 Further, in parallel with step S304, in step S305, the second polarization unit 5008 for reference light polarized the second reference light distributed in step S303 into the second polarized state and polarized the second reference. The light is output to the second combined wave section 702.

下記のステップS306からステップS310までの動作は、上記のステップS303からステップS304までの動作と並行して行われ、下記のステップS306からステップS316までの動作は、上記のステップS303からステップS305までの動作と並行して行われる。また、下記のステップS308からステップS313までの動作は、下記のステップS314からステップS319までの動作と並行して行われる。 The following operations from step S306 to step S310 are performed in parallel with the above operations from step S303 to step S304, and the following operations from step S306 to step S316 are from the above steps S303 to S305. It is done in parallel with the operation. Further, the following operations from step S308 to step S313 are performed in parallel with the following operations from step S314 to step S319.

ステップS306で、変調部5002は、ステップS302において第1分配部5001で分配された送信光にパルス変調と周波数シフトを施す。変調部5002は変調を施した送信光を第2分配部5003に出力する。 In step S306, the modulation unit 5002 performs pulse modulation and frequency shift on the transmitted light distributed by the first distribution unit 5001 in step S302. The modulation unit 5002 outputs the modulated transmission light to the second distribution unit 5003.

次にステップS307で、第2分配部5003は、ステップS306で変調された送信光を第1の送信光と第2の送信光に分配する。第2分配部5003は、第1の送信光を送信光用第1偏光部5004に出力するとともに、第2の送信光を送信光用第2偏光部5005に出力する。 Next, in step S307, the second distribution unit 5003 distributes the transmitted light modulated in step S306 to the first transmitted light and the second transmitted light. The second distribution unit 5003 outputs the first transmitted light to the first polarization unit 5004 for transmission light, and outputs the second transmission light to the second polarization unit 5005 for transmission light.

次にステップS308で、送信光用第1偏光部5004は、ステップS304で分配された第1の送信光を第1の偏光状態に偏光させ、偏光させた第1の送信光を第1送受分離部611に出力する。 Next, in step S308, the first polarization unit 5004 for transmission light polarizes the first transmission light distributed in step S304 into the first polarization state, and the polarized first transmission light is separated by the first transmission / reception. Output to unit 611.

次にステップS309で、第1送受共用光学系612は、第1送受分離部611を介して入力された第1の送信光を海面に向けて送信する。 Next, in step S309, the first transmission / reception shared optical system 612 transmits the first transmission light input via the first transmission / reception separation unit 611 toward the sea surface.

次にステップS310で、第1送受共用光学系612は、海面で反射された第1の反射光を第1の受信光として受信する。第1送受共用光学系612は、受信した第1の受信光を第1送受分離部611に出力する。 Next, in step S310, the first transmission / reception shared optical system 612 receives the first reflected light reflected on the sea surface as the first reception light. The first transmission / reception shared optical system 612 outputs the received first reception light to the first transmission / reception separation unit 611.

次にステップS311で、第1合波部701は第1送受分離部611を介して入力された第1の受信光と、ステップS304で偏光させた第1の参照光を合波して、第1の干渉光を生成する。 Next, in step S311, the first merging unit 701 combines the first received light input via the first transmission / reception separating unit 611 with the first reference light polarized in step S304, and the first Generates 1 interference light.

次にステップS312で、第1偏光用光検出器811が、ステップS311において第1合波部701が生成した第1の干渉光を変換し、アナログの第1の電気信号を生成する。第1偏光用A/D変換部812は、第1偏光用光検出器811が生成した第1の電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、信号処理部40に出力する。 Next, in step S312, the first polarization photodetector 811 converts the first interference light generated by the first confluence unit 701 in step S311 to generate an analog first electric signal. The first polarization A / D conversion unit 812 converts the first electric signal generated by the first polarization photodetector 811 from an analog signal to a digital signal and outputs it to the signal processing unit 40.

次にステップS313で、低周波信号取得部401は、ステップS312で取得した第1の電気信号から第1の包絡線を取得する。低周波信号取得部401は、取得した第1の包絡線を差分算出部402に出力する。 Next, in step S313, the low frequency signal acquisition unit 401 acquires the first envelope from the first electric signal acquired in step S312. The low frequency signal acquisition unit 401 outputs the acquired first envelope to the difference calculation unit 402.

ステップS314からステップS319までの動作は、扱う光の偏光状態が異なるのみで、ステップS308からステップS313までの動作と同様である。また、上述したようにステップS314からステップS319までの動作は、ステップS308からステップS319までの動作と並行して行われる。 The operation from step S314 to step S319 is the same as the operation from step S308 to step S313 except that the polarization state of the light to be handled is different. Further, as described above, the operations from step S314 to step S319 are performed in parallel with the operations from step S308 to step S319.

ステップS314で、送信光用第2偏光部5005は、ステップS304で分配された第2の送信光を第2の偏光状態に偏光させ、偏光させた第2の送信光を第2送受分離部621に出力する。 In step S314, the second polarization unit 5005 for transmission light polarized the second transmission light distributed in step S304 into the second polarized state, and the polarized second transmission light was transferred to the second transmission / reception separation unit 621. Output to.

次にステップS315で、第2送受共用光学系622は、第2送受分離部621を介して入力された第2の送信光を海面に向けて送信する。 Next, in step S315, the second transmission / reception shared optical system 622 transmits the second transmission light input via the second transmission / reception separation unit 621 toward the sea surface.

次にステップS316で、第2送受共用光学系622は、海面で反射された第2の反射光を第2の受信光として受信する。第2送受共用光学系622は、受信した第2の受信光を第2送受分離部621に出力する。 Next, in step S316, the second transmission / reception shared optical system 622 receives the second reflected light reflected on the sea surface as the second reception light. The second transmission / reception shared optical system 622 outputs the received second reception light to the second transmission / reception separation unit 621.

次にステップS317で、第2合波部702は第2送受分離部621を介して入力された第2の受信光と、ステップS305で偏光させた第2の参照光を合波して、第2の干渉光を生成する。 Next, in step S317, the second interference unit 702 combines the second received light input via the second transmission / reception separation unit 621 with the second reference light polarized in step S305, and the second wave is combined. Generates 2 interference lights.

次にステップS318で、第2偏光用光検出器821がステップS317において第2合波部702が生成した第2の干渉光を変換し、アナログの第2の電気信号を生成する。第2偏光用A/D変換部822は、第2偏光用光検出器821が生成した第2の電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、信号処理部40に出力する。 Next, in step S318, the second polarization photodetector 821 converts the second interference light generated by the second wave unit 702 in step S317 to generate an analog second electric signal. The second polarization A / D conversion unit 822 converts the second electric signal generated by the second polarization photodetector 821 from an analog signal to a digital signal and outputs the second electric signal to the signal processing unit 40.

次にステップS319で、低周波信号取得部401は、ステップS318で取得した第2の電気信号から第2の包絡線を取得する。低周波信号取得部401は、取得した第2の包絡線を差分算出部402に出力する。 Next, in step S319, the low frequency signal acquisition unit 401 acquires a second envelope from the second electric signal acquired in step S318. The low frequency signal acquisition unit 401 outputs the acquired second envelope to the difference calculation unit 402.

次のステップS320からステップS324までの動作は、実施の形態2のステップS212からステップS216までの動作と同様である。 The operation from the next step S320 to step S324 is the same as the operation from step S212 to step S216 of the second embodiment.

次にステップS320で、差分算出部402は、ステップS313で取得した第1の包絡線とステップS319で取得した第2の包絡線の差分を算出する。差分算出部402は取得した差分を抽出部403に出力する。 Next, in step S320, the difference calculation unit 402 calculates the difference between the first envelope acquired in step S313 and the second envelope acquired in step S319. The difference calculation unit 402 outputs the acquired difference to the extraction unit 403.

ステップS321で、抽出部403は、差分算出部402で算出された差分とA/D変換部から入力された第1の電気信号を乗算することにより、第1の電気信号から海面からの反射成分を抽出する。 In step S321, the extraction unit 403 multiplies the difference calculated by the difference calculation unit 402 with the first electric signal input from the A / D conversion unit, so that the reflection component from the sea surface from the first electric signal is multiplied. Is extracted.

次にステップS322で、レンジビン分割部441は、ステップS321において抽出部43で抽出された電気信号を複数のレンジビンに分割する。 Next, in step S322, the range bin dividing unit 441 divides the electric signal extracted by the extraction unit 43 in step S321 into a plurality of range bins.

次にステップS323で、周波数スペクトル算出部442は、ステップS322においてレンジビン分割部441で分割された電気信号にFFT処理を行い、レンジビンごとに電気信号の周波数スペクトルを算出する。 Next, in step S323, the frequency spectrum calculation unit 442 performs FFT processing on the electric signal divided by the range bin division unit 441 in step S322, and calculates the frequency spectrum of the electric signal for each range bin.

次にステップS324で、ドップラー速度算出部443は、ステップS323において周波数スペクトル算出部442で算出された周波数スペクトルのドップラーシフト量から対象物の速度を算出する。 Next, in step S324, the Doppler velocity calculation unit 443 calculates the velocity of the object from the Doppler shift amount of the frequency spectrum calculated by the frequency spectrum calculation unit 442 in step S323.

以上のようなレーザレーダ装置1の動作により、第1の電気信号と第2の電気信号との差をとることでエアロゾルからの反射成分を取り除くことができ、より精度良く対象物の速度を算出することができる。 By the operation of the laser radar device 1 as described above, the reflected component from the aerosol can be removed by taking the difference between the first electric signal and the second electric signal, and the velocity of the object can be calculated more accurately. can do.

また、実施の形態3におけるレーザレーダ装置1によれば、実施の形態2と同様に、第1の電気信号と第2の電気信号を同時に取得することができるので、対象物の速度を実施の形態1におけるレーザレーダ装置1より早く算出することができる。 Further, according to the laser radar device 1 in the third embodiment, as in the second embodiment, the first electric signal and the second electric signal can be acquired at the same time, so that the speed of the object can be adjusted. It can be calculated faster than the laser radar device 1 in the first embodiment.

また、実施の形態3においては、第1の偏光成分を有する第1の偏光状態の送信パルスを送信する送信部と、第2の偏光成分を有する第2の偏光状態の送信パルスを送信する送信部とを別々に設けたので、偏光保持光ファイバーケーブルを伝搬する際に直線偏光状態を保持したまま、送信光を伝搬させることができる。 Further, in the third embodiment, a transmission unit for transmitting a transmission pulse in a first polarized state having a first polarized component and a transmission unit for transmitting a transmission pulse in a second polarized state having a second polarized component are transmitted. Since the unit is provided separately, it is possible to propagate the transmitted light while maintaining the linearly polarized state when propagating the polarization-retaining optical fiber cable.

以下で、実施の形態3におけるレーザレーダ装置1の変形例について説明する。 Hereinafter, a modified example of the laser radar device 1 according to the third embodiment will be described.

光制御部500は、送信光用第1偏光部5004及び送信光用第2偏光部5005を第2分配部5003の後段に有し、参照光用第1偏光部5007及び参照光用第2偏光部5008を第3分配部5006の後段に有する構成としたが、送信光と参照光を偏光させることができれば、各偏光部を設ける位置はこれに限らず、例えば、送信光用第1偏光部5004と参照光用第1偏光部5007をまとめて第1光源部として、光源部2の後段かつ第1分配部5001の前段に設ける構成としても良い。 The optical control unit 500 has a first polarization unit 5004 for transmission light and a second polarization unit 5005 for transmission light after the second distribution unit 5003, and has a first polarization unit 5007 for reference light and a second polarization for reference light. Although the unit 5008 is provided after the third distribution unit 5006, the position where each polarization unit is provided is not limited to this as long as the transmission light and the reference light can be polarized, for example, the first polarization unit for transmission light. The 5004 and the first polarizing unit 5007 for reference light may be collectively provided as the first light source unit in the rear stage of the light source unit 2 and in the front stage of the first distribution unit 5001.

第1送受信部610及び第2送受信部620は、送信光を送信する送信用光学系と受信光を受信する受信用光学系をそれぞれ一つの送受共用光学系で構成するようにしたが、送信用光学系と受信用光学系を別々の光学系で構成してもよい。この場合には、光学系の前段に送受分離部を設ける必要はない。
また、第1送受共用光学系612及び第2送受共用光学系622は、送信光の送信方向を制御する走査機構を有してもよい。あるいは、複数の送受共用光学系を設けることにより、一度に複数の方向に送信光を送信する構成としても良い。上記の構成を備えた場合、対象物の移動方向をより容易に推定することができる。
The first transmission / reception unit 610 and the second transmission / reception unit 620 are configured such that the transmission optical system for transmitting the transmission light and the reception optical system for receiving the reception light are each composed of one transmission / reception shared optical system. The optical system and the receiving optical system may be configured as separate optical systems. In this case, it is not necessary to provide a transmission / reception separation unit in front of the optical system.
Further, the first transmission / reception shared optical system 612 and the second transmission / reception shared optical system 622 may have a scanning mechanism for controlling the transmission direction of the transmitted light. Alternatively, by providing a plurality of transmission / reception shared optical systems, the transmission light may be transmitted in a plurality of directions at one time. With the above configuration, the moving direction of the object can be estimated more easily.

実施の形態1及び2と同様に、低周波信号取得部401は、入力された電気信号から高周波成分を取り除くことができれば、他の構成でもよく、例えば、ローパスフィルターを設けたり、移動平均を求めることにより、高周波成分を取り除く構成としてもよい。 Similar to the first and second embodiments, the low-frequency signal acquisition unit 401 may have another configuration as long as the high-frequency component can be removed from the input electric signal. For example, a low-pass filter is provided or a moving average is obtained. As a result, the configuration may be such that the high frequency component is removed.

実施の形態1及び2と同様に、差分算出部402は、第1の包絡線と第2の包絡線との差分を算出する構成としたが、差分を算出することによりエアロゾルからの反射成分を対象物からの反射成分に対して無視できる程度に小さな値にできれば、他の構成でもよく、例えば、時間方向のキャリブレーションにより第1の電気信号と第2の電気信号の時間変動を揃えることができる場合には、キャリブレーション後の第1の電気信号と第2の電気信号との差分を算出する構成でもよい。 Similar to the first and second embodiments, the difference calculation unit 402 is configured to calculate the difference between the first envelope and the second envelope, but the reflection component from the aerosol is calculated by calculating the difference. Other configurations may be used as long as the value can be made negligibly small with respect to the reflected component from the object. For example, the time variation of the first electric signal and the second electric signal can be made uniform by calibration in the time direction. If possible, the difference between the first electrical signal and the second electrical signal after calibration may be calculated.

実施の形態1及び2と同様に、抽出部403は、対象物からの反射成分を抽出できれば、他の構成でもよい。例えば、第1の電気信号に対して、差分が所定の閾値以上の時間範囲は元の値のままとし、差分が当該閾値未満の時間範囲の値はゼロにする変換を行うことにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としてもよい。 Similar to the first and second embodiments, the extraction unit 403 may have another configuration as long as the reflective component from the object can be extracted. For example, for the first electric signal, a time range in which the difference is greater than or equal to a predetermined threshold value is left as the original value, and a value in the time range in which the difference is less than the threshold value is converted to zero. It may be configured to extract the reflection component from.

実施の形態1及び2と同様に、差分算出部402は、対象物からの反射成分を含まない時間範囲における強度差がゼロとなるようにキャリブレーションを実施する機能を有してもよい。 Similar to the first and second embodiments, the difference calculation unit 402 may have a function of performing calibration so that the intensity difference in the time range excluding the reflection component from the object becomes zero.

実施の形態1及び2と同様に、ドップラー速度算出部443は、1パルス毎に対象物の速度を算出するのではなく、複数のパルスをインコヒーレント積分し、信号対雑音比を向上してから速度を算出する構成としてもよい。 Similar to the first and second embodiments, the Doppler speed calculation unit 443 does not calculate the speed of the object for each pulse, but incoherently integrates a plurality of pulses to improve the signal-to-noise ratio. It may be configured to calculate the speed.

実施の形態1及び2と同様に、信号処理部40が有する各部はアナログ回路で実装するようにしてもよい。例えば、抽出部403までをアナログ回路で実装してもよく、この場合には、A/D変換部は、抽出部403の後段かつ速度算出部44の前段に設けられる。 Similar to the first and second embodiments, each part of the signal processing unit 40 may be mounted by an analog circuit. For example, the extraction unit 403 may be mounted by an analog circuit. In this case, the A / D conversion unit is provided after the extraction unit 403 and before the speed calculation unit 44.

実施の形態1及び2と同様に、光源部2及び検波部3の各部は光ファイバーケーブルで接続する構成としたが、空間伝搬型の伝送路を用いて接続する構成としても良い。 Similar to the first and second embodiments, the light source unit 2 and the detection unit 3 are connected by an optical fiber cable, but may be connected by using a space propagation type transmission line.

実施の形態1及び2と同様に、抽出部403は、差分算出部402が算出した差分と第1偏光用A/D変換部812から入力された第1の電気信号を乗算することにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としたが、対象物からの反射成分を抽出できれば、他の構成でもよい。例えば、第1の電気信号に対して、差分の値が所定の閾値以上の時間範囲は元の値のままとし、差分の値が当該閾値未満の時間範囲の値はゼロにする変換を行うことにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としてもよい。
また、差分と乗算する電気信号は第1の電気信号に限らず、第2の電気信号としてもよい。あるいは、抽出部403は第1の電気信号と第2の電気信号の両方から対象物の反射成分を抽出し、速度算出部44は、それぞれの抽出された電気信号から算出された速度を平均して最終的な算出結果としての速度を算出するようにしてもよい。
Similar to the first and second embodiments, the extraction unit 403 multiplies the difference calculated by the difference calculation unit 402 with the first electric signal input from the first polarization A / D conversion unit 812. Although the configuration is such that the reflection component from the object is extracted, another configuration may be used as long as the reflection component from the object can be extracted. For example, for the first electric signal, a conversion is performed in which the time range in which the difference value is greater than or equal to a predetermined threshold value remains the original value, and the value in the time range in which the difference value is less than the threshold value is set to zero. Therefore, the reflection component from the object may be extracted.
Further, the electric signal to be multiplied by the difference is not limited to the first electric signal, and may be a second electric signal. Alternatively, the extraction unit 403 extracts the reflected component of the object from both the first electric signal and the second electric signal, and the velocity calculation unit 44 averages the velocities calculated from the respective extracted electric signals. The speed as the final calculation result may be calculated.

実施の形態4.
次に、本発明の実施の形態4について説明する。
Embodiment 4.
Next, Embodiment 4 of the present invention will be described.

図13は、実施の形態4におけるレーザレーダ装置1の構成を示す構成図である。
また、図14は、実施の形態4における信号処理部400の構成を示す構成図である。
実施の形態1から3において、第1の電気信号は第1の偏光成分を有する干渉光を変換して生成された電気信号であり、第2の電気信号は第2の偏光成分を有する干渉光を変換して生成された電気信号であった。これに対して、実施の形態4において、第1の電気信号は、合波していない第1の偏光成分を有する受信光を変換して生成された電気信号であり、第2の電気信号は、合波していない第2の偏光成分を有する受信光を変換して生成された電気信号である。
そのため、実施の形態1から3との主な相違点は、受信光分配部10と光検出部800である。
以下で、上記の構成について詳細に説明する。
FIG. 13 is a configuration diagram showing the configuration of the laser radar device 1 according to the fourth embodiment.
Further, FIG. 14 is a configuration diagram showing the configuration of the signal processing unit 400 according to the fourth embodiment.
In the first to third embodiments, the first electric signal is an electric signal generated by converting the interference light having the first polarization component, and the second electric signal is the interference light having the second polarization component. It was an electric signal generated by converting. On the other hand, in the fourth embodiment, the first electric signal is an electric signal generated by converting the received light having the first unwavering polarized light component, and the second electric signal is , Is an electrical signal generated by converting received light having a second polarization component that is not combined.
Therefore, the main difference from the first to third embodiments is the received light distribution unit 10 and the light detection unit 800.
The above configuration will be described in detail below.

実施の形態4における検波部3は、光源部2が生成したレーザ光に第1の偏光成分と第2の偏光成分を含むように偏光を施し、第1の偏光成分と第2の偏光成分とを含む送信光と、送信光と同じ偏光状態の参照光とを出力する光制御部5と、光制御部5から出力された送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信する送受信部6と、送受信部6で受信した受信光を第1の受信光と第2の受信光に分配する受信光分配部10と、光制御部5から出力された参照光と受信光分配部10で分配された第1の受信光を合波して干渉光を生成する合波部700と、合波部700で生成された干渉光を変換して電気信号を生成する干渉光検出部8010と、受信光分配部10で分配された第2の受信光を変換して第1の電気信号と第2の電気信号とを含む電気信号を生成する受信光検出部8020とを含む光検出部800と、を有する。 The detection unit 3 in the fourth embodiment polarizes the laser light generated by the light source unit 2 so as to include the first polarization component and the second polarization component, and obtains the first polarization component and the second polarization component. The optical control unit 5 that outputs the transmitted light including the A transmission / reception unit 6 that receives the reflected reflected light as reception light, a reception light distribution unit 10 that distributes the reception light received by the transmission / reception unit 6 to a first reception light and a second reception light, and an optical control unit 5. The reference light output from the light source and the first received light distributed by the reception light distribution unit 10 are combined to generate interference light, and the interference light generated by the wave combination unit 700 is converted. The interference light detection unit 8010 that generates an electric signal and the second received light distributed by the received light distribution unit 10 are converted to generate an electric signal including the first electric signal and the second electric signal. It has a light detection unit 800 including a reception light detection unit 8020.

実施の形態4における光制御部5及び送受信部6は、実施の形態1における光制御部5及び送受信部6と同様のものである。また、実施の形態4における合波部700は、受信光の入力先が異なるのみで実施の形態1における合波部700と同様のものである。
実施の形態4における合波部700は、光制御部5から出力された参照光と受信光分配部10で分配された第1の受信光を合波して干渉光を生成する。
The optical control unit 5 and the transmission / reception unit 6 in the fourth embodiment are the same as the optical control unit 5 and the transmission / reception unit 6 in the first embodiment. Further, the combiner 700 in the fourth embodiment is the same as the combiner 700 in the first embodiment except that the input destination of the received light is different.
The combiner 700 in the fourth embodiment combines the reference light output from the optical control unit 5 and the first received light distributed by the received light distribution unit 10 to generate interference light.

受信光分配部10は、送受信部6で受信した受信光を干渉用受信光と差分用受信光に分配するものである。実施の形態4において、受信光分配部10は、送受信部6で受信した受信光を所定の比率で合波部700と受信光検出部8020に分配する。ここで、合波部700に出力される受信光が干渉用受信光であり、ヘテロダイン検波を行うためのものである。また、受信光検出部8020に出力される受信光が差分用受信光であり、第1の電気信号と第2の電気信号の差分を取得しエアロゾルからの影響を低減するためのものである。
なお、受信光分配部10としては、実施の形態1における分配部52と同様に、例えば、光ファイバカプラや誘電体多層膜フィルタを用いた分岐ミラー、ビームスプリッタが用いられる。
The reception light distribution unit 10 distributes the reception light received by the transmission / reception unit 6 to the interference reception light and the difference reception light. In the fourth embodiment, the received light distribution unit 10 distributes the received light received by the transmission / reception unit 6 to the combiner 700 and the received light detection unit 8020 at a predetermined ratio. Here, the received light output to the combiner 700 is the interference received light, and is for performing heterodyne detection. Further, the received light output to the received light detection unit 8020 is the difference receiving light, which is for acquiring the difference between the first electric signal and the second electric signal and reducing the influence from the aerosol.
As the receiving light distribution unit 10, for example, a branch mirror or a beam splitter using an optical fiber coupler or a dielectric multilayer filter is used as in the distribution unit 52 in the first embodiment.

光検出部800は、合波部700で生成された干渉光を変換して電気信号を生成する干渉光検出部8010と、受信光分配部10で分配された差分用受信光を変換して電気信号を生成する受信光検出部8020とを含む。
ここで、干渉光検出部8010は、合波部700で生成された干渉光を変換してアナログの電気信号を生成する干渉光検出器8011と、干渉光検出器8011が生成した電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する干渉光用A/D変換部8012を有する。
また、受信光検出部8020は、受信光分配部10で分配された干渉用受信光を変換してアナログの電気信号を生成する受信光検出器8021と、受信光検出器8021が生成した電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する受信光用A/D変換部8022を有する。ここで、受信光検出器8021には、光の検出において応答が遅い検出器を用いる。これにより、受信光検出器8021が生成する電気信号は、高周波成分が除去されており、低周波信号を得ることができる。すなわち、実施の形態4における受信光検出部8020は、実施の形態1から3における低周波信号取得部と同等の機能を有する。
以下では、区別のために、干渉光検出部8010で干渉光を変換して生成された電気信号をビート信号と呼び、受信光検出部8020で受信光を変換して生成された電気信号を低周波信号と呼ぶ。また、第1の偏光成分を有する干渉光を変換して生成されたビート信号を第1のビート信号と呼び、第2の偏光成分を有する干渉光を変換して生成されたビート信号を第2のビート信号と呼ぶ。
同様に、第1の偏光成分を有する受信光を変換して生成された低周波信号を第1の低周波信号と呼び、第2の偏光成分を有する受信光を変換して生成された低周波信号を第2の低周波信号と呼ぶ。
The photodetector 800 converts the interference light detection unit 8010 that converts the interference light generated by the combiner 700 to generate an electric signal and the difference reception light distributed by the reception light distribution unit 10 to generate electricity. It includes a received light detection unit 8020 that generates a signal.
Here, the interference light detection unit 8010 converts the interference light generated by the combiner 700 into an analog electric signal, and the interference light detector 8011 and the electric signal generated by the interference light detector 8011 are analog. It has an A / D conversion unit 8012 for interference light that converts a signal into a digital signal.
Further, the received photodetector 8020 includes a received photodetector 8021 that converts the interference received light distributed by the received light distribution unit 10 to generate an analog electric signal, and an electric signal generated by the received photodetector 8021. 8022 for receiving light, which converts an analog signal into a digital signal. Here, as the received photodetector 8021, a detector having a slow response in detecting light is used. As a result, the electric signal generated by the received photodetector 8021 has the high frequency component removed, and a low frequency signal can be obtained. That is, the received light detection unit 8020 in the fourth embodiment has the same function as the low frequency signal acquisition unit in the first to third embodiments.
In the following, for the sake of distinction, the electric signal generated by converting the interference light by the interference light detection unit 8010 is called a beat signal, and the electric signal generated by converting the reception light by the reception light detection unit 8020 is low. Called a frequency signal. Further, the beat signal generated by converting the interference light having the first polarization component is called the first beat signal, and the beat signal generated by converting the interference light having the second polarization component is called the second beat signal. It is called the beat signal of.
Similarly, the low frequency signal generated by converting the received light having the first polarization component is called the first low frequency signal, and the low frequency generated by converting the received light having the second polarization component is called the first low frequency signal. The signal is called a second low frequency signal.

実施の形態4における信号処理部400が有する差分算出部4002は、受信光用A/D変換部8022が出力した電気信号を用いて差分を算出する。すなわち、差分算出部4002は、第1の低周波信号と第2の低周波信号の差分を、第1の電気信号と第2の電気信号との差として算出する。また、差分算出部4002は、実施の形態1における差分算出部42が、差分を算出するまで第1の包絡線を記憶していたのと同様に、差分を算出するまで入力された第1の低周波信号を記憶する。 The difference calculation unit 4002 included in the signal processing unit 400 in the fourth embodiment calculates the difference using the electric signal output by the received light A / D conversion unit 8022. That is, the difference calculation unit 4002 calculates the difference between the first low frequency signal and the second low frequency signal as the difference between the first electric signal and the second electric signal. Further, the difference calculation unit 4002 is the first input until the difference is calculated, in the same manner that the difference calculation unit 42 in the first embodiment stores the first envelope until the difference is calculated. Memorize low frequency signals.

また、実施の形態4における抽出部4003は、干渉光用A/D変換部8012から入力される第1のビート信号と差分算出部4002から入力される差分を乗算することにより、第1のビート信号から海面からの反射成分を抽出するものであり、実施の形態1から3の抽出部と同様の機能を有するものである。 Further, the extraction unit 4003 in the fourth embodiment multiplies the first beat signal input from the interference light A / D conversion unit 8012 and the difference input from the difference calculation unit 4002 to obtain the first beat. It extracts the reflected component from the sea surface from the signal, and has the same function as the extraction unit of the first to third embodiments.

その他の構成は、実施の形態1における構成と同じである。
次に、実施の形態4におけるレーザレーダ装置1の動作について説明する。
図15は、実施の形態4におけるレーザレーダ装置1が対象物の速度を算出する動作を示すフローチャートである。
Other configurations are the same as those in the first embodiment.
Next, the operation of the laser radar device 1 according to the fourth embodiment will be described.
FIG. 15 is a flowchart showing the operation of the laser radar device 1 in the fourth embodiment to calculate the speed of the object.

ステップS401からステップS406までの動作は、実施の形態1におけるレーザレーダ装置1のステップS1からステップS6までの動作と同様である。 The operation from step S401 to step S406 is the same as the operation from step S1 to step S6 of the laser radar device 1 in the first embodiment.

レーザレーダ装置1が、対象物の速度を算出する動作を開始すると、ますステップS401で、光源部2がレーザ光を出力する。ここで、実施の形態4における対象物も、実施の形態1から3と同様に、海面であり、海面の速度を算出するものとする。 When the laser radar device 1 starts the operation of calculating the speed of the object, the light source unit 2 outputs the laser beam in step S401. Here, the object in the fourth embodiment is also the sea surface as in the first to the third embodiments, and the velocity of the sea surface is calculated.

次にステップS402で、偏光部51は、ステップS401で光源部2が出力したレーザ光を第1の偏光成分を有する第1の偏光状態に偏光させる。実施の形態4においても、実施の形態1から3と同様に、第1の偏光成分を海面に対するS偏光成分、第2の偏光成分を海面に対するP偏光成分とする。 Next, in step S402, the polarizing unit 51 polarizes the laser beam output by the light source unit 2 in step S401 into a first polarized state having a first polarization component. Also in the fourth embodiment, as in the first to third embodiments, the first polarized light component is an S polarized light component with respect to the sea surface, and the second polarized light component is a P polarized light component with respect to the sea surface.

次にステップS403で、分配部52は、偏光部51で偏光されたレーザ光を送信光と参照光に分配する。分配部52は、送信光を変調部53に出力するとともに、参照光を合波部700に出力する。 Next, in step S403, the distribution unit 52 distributes the laser light polarized by the polarization unit 51 to the transmission light and the reference light. The distribution unit 52 outputs the transmitted light to the modulation unit 53 and outputs the reference light to the combine unit 700.

次にステップS404で、変調部53は、ステップS403において分配部52で分配された送信光にパルス変調と周波数シフトを施す。変調部53は変調を施した送信光を送受分離部61に出力する。 Next, in step S404, the modulation unit 53 performs pulse modulation and frequency shift on the transmitted light distributed by the distribution unit 52 in step S403. The modulation unit 53 outputs the modulated transmission light to the transmission / reception separation unit 61.

次にステップS405で、送受共用光学系62は、送受分離部61を介して入力された送信光を海面に向けて送信する。 Next, in step S405, the transmission / reception shared optical system 62 transmits the transmission light input via the transmission / reception separation unit 61 toward the sea surface.

次にステップS406で、送受共用光学系62は、海面で反射された送信光を受信光として受信する。送受共用光学系62は、受信した受信光を送受分離部61に出力する。 Next, in step S406, the transmission / reception shared optical system 62 receives the transmission light reflected on the sea surface as reception light. The transmission / reception shared optical system 62 outputs the received received light to the transmission / reception separation unit 61.

次にステップS407で、受信光分配部10は、送受分離部61を介して入力された受信光を干渉用受信光と差分用受信光に分配する。すなわち、受信光分配部10は、干渉用受信光を合波部700に出力するとともに、差分用受信光を受信光検出部8020に出力する。 Next, in step S407, the reception light distribution unit 10 distributes the reception light input via the transmission / reception separation unit 61 into the interference reception light and the difference reception light. That is, the reception light distribution unit 10 outputs the interference reception light to the combiner 700 and outputs the difference reception light to the reception light detection unit 8020.

次にステップS408で、合波部700は、ステップS403において分配部52で分配された参照光と、ステップS407において受信光分配部10で分配された干渉用受信光を合波して干渉光を生成する。 Next, in step S408, the combiner 700 combines the reference light distributed by the distribution unit 52 in step S403 with the interference received light distributed by the reception light distribution unit 10 in step S407 to generate interference light. Generate.

次にステップS409で、干渉光検出器8011は、ステップS408において合波部700で生成された干渉光を変換しアナログのビート信号を生成する。また、干渉光検出器8011で生成されたビート信号は、干渉光用A/D変換部8012でアナログ信号からデジタル信号に変換された後、抽出部4003に出力される。 Next, in step S409, the interference light detector 8011 converts the interference light generated by the combiner 700 in step S408 to generate an analog beat signal. Further, the beat signal generated by the interference light detector 8011 is converted from an analog signal to a digital signal by the interference light A / D conversion unit 8012, and then output to the extraction unit 4003.

ステップS408及びステップS409と並行して、ステップS410で、受信光検出器8021は、ステップS407で分配された差分用受信光を変換しアナログの低周波信号を生成する。また、受信光検出器8021で生成された低周波信号は、受信光用A/D変換部8022でアナログ信号からデジタル信号に変換された後、差分算出部4002に出力される。 In parallel with step S408 and step S409, in step S410, the received photodetector 8021 converts the differential received light distributed in step S407 to generate an analog low frequency signal. Further, the low frequency signal generated by the received photodetector 8021 is converted from an analog signal to a digital signal by the received light A / D conversion unit 8022, and then output to the difference calculation unit 4002.

次にステップS411で、偏光部51は、光源部2が出力したレーザ光を第2の偏光成分を有する第2の偏光状態に偏光させる。実施の形態1と同様に、ステップS402からステップS411までの時間間隔は、あらかじめ設定された偏光切り替え周波数によって決定される。 Next, in step S411, the polarization unit 51 polarizes the laser light output by the light source unit 2 into a second polarization state having a second polarization component. Similar to the first embodiment, the time interval from step S402 to step S411 is determined by a preset polarization switching frequency.

ステップS412からステップS418までの動作は、処理する光の偏光状態が異なるだけであり、ステップS403からステップS409までの動作と同様である。また、ステップS412からステップS419までの動作は、処理する光の偏光状態が異なるだけであり、ステップS403からステップS410までの動作と同様である。 The operation from step S412 to step S418 is the same as the operation from step S403 to step S409 except that the polarization state of the light to be processed is different. Further, the operations from step S412 to step S419 are the same as the operations from step S403 to step S410, except that the polarization state of the light to be processed is different.

次にステップS412で、分配部52は、偏光部51で偏光されたレーザ光を送信光と参照光に分配する。分配部52は、送信光を変調部53に出力するとともに、参照光を合波部700に出力する。 Next, in step S412, the distribution unit 52 distributes the laser light polarized by the polarization unit 51 to the transmission light and the reference light. The distribution unit 52 outputs the transmitted light to the modulation unit 53 and outputs the reference light to the combine unit 700.

次にステップS413で、変調部53は、ステップS3において分配部52で分配された送信光にパルス変調と周波数シフトを施す。変調部53は変調を施した送信光を送受分離部61に出力する。 Next, in step S413, the modulation unit 53 performs pulse modulation and frequency shift on the transmitted light distributed by the distribution unit 52 in step S3. The modulation unit 53 outputs the modulated transmission light to the transmission / reception separation unit 61.

次にステップS414で、送受共用光学系62は、送受分離部61を介して入力された送信光を海面に向けて送信する。 Next, in step S414, the transmission / reception shared optical system 62 transmits the transmission light input via the transmission / reception separation unit 61 toward the sea surface.

次にステップS415で、送受共用光学系62は、海面で反射された送信光を受信光として受信する。送受共用光学系62は、受信した受信光を送受分離部61に出力する。 Next, in step S415, the transmission / reception shared optical system 62 receives the transmission light reflected on the sea surface as reception light. The transmission / reception shared optical system 62 outputs the received received light to the transmission / reception separation unit 61.

次にステップS416で、受信光分配部10は、ステップS406で受信した受信光を干渉用受信光と差分用受信光に分配する。すなわち、受信光分配部10は、干渉用受信光を合波部700に出力するとともに、差分用受信光を受信光検出部8020に出力する。 Next, in step S416, the received light distribution unit 10 distributes the received light received in step S406 into the interference received light and the difference received light. That is, the reception light distribution unit 10 outputs the interference reception light to the combiner 700 and outputs the difference reception light to the reception light detection unit 8020.

次にステップS417で、合波部700は、ステップS412において分配部52で分配された参照光と、ステップS416において受信光分配部10で分配された差分用受信光を合波して干渉光を生成する。 Next, in step S417, the combiner 700 combines the reference light distributed by the distribution unit 52 in step S412 with the difference reception light distributed by the reception light distribution unit 10 in step S416 to generate interference light. Generate.

次にステップS418で、干渉光検出器8011は、ステップS417において合波部700で生成された干渉光を変換しアナログのビート信号を生成する。また、干渉光検出器8011で生成されたビート信号は、干渉光用A/D変換部8012でアナログ信号からデジタル信号に変換された後、抽出部4003に出力される。 Next, in step S418, the interference light detector 8011 converts the interference light generated by the combiner 700 in step S417 to generate an analog beat signal. Further, the beat signal generated by the interference light detector 8011 is converted from an analog signal to a digital signal by the interference light A / D conversion unit 8012, and then output to the extraction unit 4003.

ステップS417及びステップS418と並行して、ステップS419で、受信光検出器8021は、ステップS416で分配された差分用受信光を変換しアナログの低周波信号を生成する。また、受信光検出器8021で生成された低周波信号は、受信光用A/D変換部8022でアナログ信号からデジタル信号に変換された後、差分算出部4002に出力される。 In parallel with step S417 and step S418, in step S419, the received photodetector 8021 converts the differential received light distributed in step S416 to generate an analog low frequency signal. Further, the low frequency signal generated by the received photodetector 8021 is converted from an analog signal to a digital signal by the received light A / D conversion unit 8022, and then output to the difference calculation unit 4002.

次のステップS420からステップS424までの動作は、実施の形態1におけるステップS18からステップS22までの動作と同様である。 The operation from the next step S420 to step S424 is the same as the operation from step S18 to step S22 in the first embodiment.

次にステップS420で、差分算出部4002は、ステップS410で取得した第1の低周波信号と、ステップS419で取得した第2の低周波信号との差分を算出する。そして、差分算出部4002は、算出した差分を抽出部4003に出力する。 Next, in step S420, the difference calculation unit 4002 calculates the difference between the first low-frequency signal acquired in step S410 and the second low-frequency signal acquired in step S419. Then, the difference calculation unit 4002 outputs the calculated difference to the extraction unit 4003.

次にステップS421で、抽出部4003は、ステップS420において差分算出部4002で算出された差分と、干渉光用A/D変換部8012から入力された第1のビート信号を乗算することにより、第1のビート信号から海面からの反射成分を抽出する。抽出部4003は、海面成分のみ抽出されたビート信号をレンジビン分割部に出力する。 Next, in step S421, the extraction unit 4003 multiplies the difference calculated by the difference calculation unit 4002 in step S420 by the first beat signal input from the interference light A / D conversion unit 8012. The reflected component from the sea surface is extracted from the beat signal of 1. The extraction unit 4003 outputs a beat signal extracted only from the sea surface component to the range bin division unit.

次にステップS422で、レンジビン分割部441は、ステップS421において抽出部43で抽出されたビート信号を複数のレンジビンに分割する。 Next, in step S422, the range bin dividing unit 441 divides the beat signal extracted by the extraction unit 43 in step S421 into a plurality of range bins.

次にステップS423で、周波数スペクトル算出部442は、ステップS422においてレンジビン分割部441で分割された電気信号にFFT処理を行い、レンジビンごとに電気信号の周波数スペクトルを算出する。 Next, in step S423, the frequency spectrum calculation unit 442 performs FFT processing on the electric signal divided by the range bin division unit 441 in step S422, and calculates the frequency spectrum of the electric signal for each range bin.

次にステップS424で、ドップラー速度算出部443は、ステップS423において周波数スペクトル算出部442で算出された周波数スペクトルのドップラーシフト量から対象物の速度を算出する。 Next, in step S424, the Doppler velocity calculation unit 443 calculates the velocity of the object from the Doppler shift amount of the frequency spectrum calculated by the frequency spectrum calculation unit 442 in step S423.

以上のようなレーザレーダ装置1の動作により、第1の電気信号と第2の電気信号との差をとることでエアロゾルからの反射成分を取り除くことができ、より精度良く対象物の速度を算出することができる。 By the operation of the laser radar device 1 as described above, the reflected component from the aerosol can be removed by taking the difference between the first electric signal and the second electric signal, and the velocity of the object can be calculated more accurately. can do.

また、実施の形態4におけるレーザレーダ装置1によれば、ビート信号の取得と並行して低周波信号を取得することができる。 Further, according to the laser radar device 1 in the fourth embodiment, a low frequency signal can be acquired in parallel with the acquisition of the beat signal.

以下で、実施の形態4におけるレーザレーダ装置1の変形例について説明する。 Hereinafter, a modified example of the laser radar device 1 according to the fourth embodiment will be described.

受信光検出部8020は、応答が遅い光検出器である受信光検出器8021を有することにより、低周波信号を生成する構成としたが、受信光検出器8021の代わりに通常の応答速度の光検出器を用い、当該光検出器の後段にローパスフィルターを設ける構成でもよい。 The received light detector 8020 is configured to generate a low frequency signal by having a received photodetector 8021 which is a slow response photodetector, but instead of the received light detector 8021, light having a normal response speed is used. A detector may be used and a low-pass filter may be provided after the photodetector.

また、受信光検出部8020を低周波信号を取得する低周波信号取得部として用いる構成としたが、実施の形態1から3と同様に、受信光用A/D変換部8022の後段にデジタル回路で低周波信号取得部を設ける構成してもよい。 Further, although the received light detection unit 8020 is used as a low frequency signal acquisition unit for acquiring a low frequency signal, a digital circuit is installed after the A / D conversion unit 8022 for received light as in the first to third embodiments. A low frequency signal acquisition unit may be provided in the above.

光制御部5が有する偏光部51は実施の形態1の偏光部51と同様のものとしたが、実施の形態2の偏光部501と同様のものを設ける構成としても良い。この場合には、干渉光検出部8010と受信光検出部8020のそれぞれが、第1の偏光成分を有する光を検出するための第1光検出部と第2の偏光成分を有する光を検出するための第2光検出部を含む構成とする。 The polarizing unit 51 included in the optical control unit 5 is the same as the polarizing unit 51 of the first embodiment, but the same as the polarizing unit 501 of the second embodiment may be provided. In this case, each of the interference light detection unit 8010 and the reception light detection unit 8020 detects the light having the first light detection unit and the light having the second polarization component for detecting the light having the first polarization component. The configuration includes a second light detection unit for this purpose.

実施の形態1から3と同様に、抽出部4003は、差分算出部4002が算出した差分と干渉光用A/D変換部8012から入力された第1のビート信号を乗算することにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としたが、対象物からの反射成分を抽出できれば、他の構成でもよい。例えば、第1のビート信号に対して、差分が所定の閾値以上の時間範囲は元の値のままとし、差分が当該閾値未満の時間範囲の値はゼロにする変換を行うことにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としてもよい。 Similar to the first to third embodiments, the extraction unit 4003 multiplies the difference calculated by the difference calculation unit 4002 with the first beat signal input from the interference light A / D conversion unit 8012 to obtain an object. Although the configuration is such that the reflection component from the object is extracted, another configuration may be used as long as the reflection component from the object can be extracted. For example, for the first beat signal, the object is converted by performing a conversion in which the time range in which the difference is greater than or equal to a predetermined threshold value remains the original value and the value in the time range in which the difference is less than the threshold value is set to zero. It may be configured to extract the reflection component from.

実施の形態1から3と同様に、送受信部6において、送信光を送信する送信用光学系と受信光を受信する受信用光学系を一つの送受共用光学系62で構成するようにしたが、送信用光学系と受信用光学系を別々の光学系で構成してもよい。この場合には、光学系の前段に送受分離部61を設ける必要はない。
また、送受共用光学系62は、送信光の送信方向を制御する走査機構を有してもよい。あるいは、複数の送受共用光学系62を設けることにより、一度に複数の方向に送信光を送信する構成としても良い。上記の構成を備えた場合、対象物の移動方向をより容易に推定することができる。
Similar to the first to third embodiments, in the transmission / reception unit 6, the transmission optical system for transmitting the transmission light and the reception optical system for receiving the reception light are configured by one transmission / reception shared optical system 62. The transmitting optical system and the receiving optical system may be configured as separate optical systems. In this case, it is not necessary to provide the transmission / reception separation unit 61 in front of the optical system.
Further, the transmission / reception shared optical system 62 may have a scanning mechanism for controlling the transmission direction of the transmission light. Alternatively, by providing a plurality of transmission / reception shared optical systems 62, transmission light may be transmitted in a plurality of directions at one time. With the above configuration, the moving direction of the object can be estimated more easily.

実施の形態1から3と同様に、差分算出部4002は、第1の包絡線と第2の包絡線との差分を算出する構成としたが、差分を算出することによりエアロゾルからの反射成分を対象物からの反射成分に対して無視できる程度に小さな値にできれば、他の構成でもよく、例えば、時間方向のキャリブレーションにより第1の電気信号と第2の電気信号の時間変動を揃えることができる場合には、キャリブレーション後の第1の電気信号と第2の電気信号との差分を算出する構成でもよい。 Similar to the first to third embodiments, the difference calculation unit 4002 is configured to calculate the difference between the first envelope and the second envelope, but the reflection component from the aerosol is calculated by calculating the difference. Other configurations may be used as long as the value can be made negligibly small with respect to the reflected component from the object. For example, the time variation of the first electric signal and the second electric signal can be made uniform by calibration in the time direction. If possible, the difference between the first electrical signal and the second electrical signal after calibration may be calculated.

実施の形態1から3と同様に、差分算出部4002は、第1の低周波信号と、第2の低周波信号との差分を算出するが、光検出部800が生成する電気信号にはレーザレーダ装置1自身の偏光依存性に由来した強度差が存在すると予想されるため、対象物を含まない時間領域における強度差がゼロとなるようにキャリブレーションを実施してもよい。 Similar to the first to third embodiments, the difference calculation unit 4002 calculates the difference between the first low frequency signal and the second low frequency signal, but the electric signal generated by the photodetection unit 800 is a laser. Since it is expected that there is an intensity difference due to the polarization dependence of the radar device 1 itself, calibration may be performed so that the intensity difference in the time domain not including the object becomes zero.

また、実施の形態1及び2と同様に、偏光部51を分配部52の前段に設ける構成としたが、送信光及び参照光を偏光させることができれば、他の位置の設けても良く、例えば分配部52の後段かつ変調部53の前段、あるいは送受分離部61の後段かつ送受共用光学系の前段に一つと、分配部52の後段かつ合波部700の前段に一つ、計二つの偏光部を設ける構成としても良い。偏光部51が送受分離部61の後段かつ送受共用光学系62の前段に設けられる場合には、受信光も送信光と同じ偏光状態に偏光させることにより、余分な偏光成分を除去することができる。 Further, as in the first and second embodiments, the polarizing unit 51 is provided in front of the distribution unit 52, but other positions may be provided as long as the transmitted light and the reference light can be polarized, for example. A total of two polarized light, one in the rear stage of the distribution unit 52 and the front stage of the modulation unit 53, one in the rear stage of the transmission / reception separation unit 61 and the front stage of the transmission / reception shared optical system, and one in the rear stage of the distribution unit 52 and the front stage of the combiner 700. A configuration may be provided in which a portion is provided. When the polarizing unit 51 is provided in the rear stage of the transmission / reception separation unit 61 and in the front stage of the transmission / reception shared optical system 62, the received light is also polarized in the same polarization state as the transmission light, so that an excess polarization component can be removed. ..

また、実施の形態1と同様に、偏光部51と変調部53は、偏光切り替え周波数とパルス変調周波数を等しくすることにより、偏光とパルス変調を同期する構成としたが、偏光部51と変調部53が同期して動作を行うことができれば他の構成でもよく、例えば、偏光部51が偏光の切り替えを行う際に、偏光の切り替えを行ったことを示す信号を変調部53に送信し、この信号に基づき変調部53が動作を行うことにより偏光部51と変調部53が同期して動作を行う構成としてもよい。また、レーザレーダ装置1が各種制御を行う制御部をさらに備え、この制御部が出力する制御信号に基づき、偏光部51と変調部53が同期して動作を行う構成としてもよい。 Further, as in the first embodiment, the polarization unit 51 and the modulation unit 53 are configured to synchronize the polarization and the pulse modulation by making the polarization switching frequency and the pulse modulation frequency equal to each other. However, the polarization unit 51 and the modulation unit are configured. Other configurations may be used as long as the 53 can operate in synchronization. For example, when the polarizing unit 51 switches the polarization, a signal indicating that the polarization has been switched is transmitted to the modulation unit 53, and this configuration is used. A configuration may be configured in which the polarizing unit 51 and the modulation unit 53 operate in synchronization with each other by the modulation unit 53 operating based on the signal. Further, the laser radar device 1 may further include a control unit that performs various controls, and the polarizing unit 51 and the modulation unit 53 may operate in synchronization with each other based on the control signal output by the control unit.

また、実施の形態1から3と同様に、光制御部5は、1パルス毎に偏光状態を切り替えているが、パルス変調周波数を偏光切り替え周波数の整数倍とすることで、複数パルス毎に偏光状態を切り替える構成としても良い。 Further, as in the first to third embodiments, the optical control unit 5 switches the polarization state for each pulse, but by setting the pulse modulation frequency to an integral multiple of the polarization switching frequency, the polarized light is polarized for each of a plurality of pulses. It may be configured to switch the state.

また、実施の形態1から3と同様に、ドップラー速度算出部443は、1パルス毎に対象物の速度を算出する構成としたが、複数のパルスをインコヒーレント積分し、信号対雑音比を向上してから速度を算出する構成としてもよい。 Further, similarly to the first to third embodiments, the Doppler speed calculation unit 443 is configured to calculate the speed of the object for each pulse, but a plurality of pulses are incoherently integrated to improve the signal-to-noise ratio. Then, the speed may be calculated.

また、実施の形態1から3と同様に、信号処理部400が有する各部はアナログ回路で実装するようにしてもよい。例えば、抽出部4003までをアナログ回路で実装してもよく、この場合には、A/D変換部は、抽出部4003の後段かつ速度算出部44の前段に設けられる。 Further, as in the first to third embodiments, each part of the signal processing unit 400 may be mounted by an analog circuit. For example, the extraction unit 4003 may be mounted by an analog circuit. In this case, the A / D conversion unit is provided after the extraction unit 4003 and before the speed calculation unit 44.

また、実施の形態1から3と同様に、光源部2及び検波部3の各部は光ファイバーケーブルで接続する構成としたが、空間伝搬型の伝送路を用いて接続する構成としても良い。 Further, as in the first to third embodiments, the light source unit 2 and the detection unit 3 are connected by an optical fiber cable, but may be connected by using a space propagation type transmission line.

実施の形態1から3と同様に、抽出部4003は、差分算出部4002が算出した差分と干渉光用A/D変換部8012から入力された第1のビート信号を乗算することにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としたが、対象物からの反射成分を抽出できれば、他の構成でもよい。例えば、第1のビート信号に対して、差分の値が所定の閾値以上の時間範囲は元の値のままとし、差分の値が当該閾値未満の時間範囲の値はゼロにする変換を行うことにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としてもよい。
また、差分と乗算する電気信号は第1のビート信号に限らず、第2のビート信号としてもよい。あるいは、抽出部4003は第1のビート信号と第2のビート信号の両方から対象物の反射成分を抽出し、速度算出部44は、それぞれの抽出されたビート信号から算出された速度を平均して最終的な算出結果としての速度を算出するようにしてもよい。
Similar to the first to third embodiments, the extraction unit 4003 multiplies the difference calculated by the difference calculation unit 4002 with the first beat signal input from the interference light A / D conversion unit 8012 to obtain an object. Although the configuration is such that the reflection component from the object is extracted, another configuration may be used as long as the reflection component from the object can be extracted. For example, for the first beat signal, a conversion is performed in which the time range in which the difference value is greater than or equal to a predetermined threshold value remains the original value, and the value in the time range in which the difference value is less than the threshold value is set to zero. Therefore, the reflection component from the object may be extracted.
Further, the electric signal to be multiplied by the difference is not limited to the first beat signal, and may be a second beat signal. Alternatively, the extraction unit 4003 extracts the reflection component of the object from both the first beat signal and the second beat signal, and the velocity calculation unit 44 averages the velocity calculated from each extracted beat signal. The speed as the final calculation result may be calculated.

実施の形態1から4において、レーザレーダ装置1の対象物は海面としたが、反射光が偏光依存性を持つ物質であれば、他の物でもよく、例えば、車両や飛行機等の人工物に対しても用いることができる。 In the first to fourth embodiments, the object of the laser radar device 1 is the sea surface, but other substances may be used as long as the reflected light is a substance having polarization dependence, for example, an artificial object such as a vehicle or an airplane. It can also be used for.

本発明に係るレーザレーダ装置は、速度等の対象物の情報を測定するレーダシステムに用いられるのに適している。 The laser radar device according to the present invention is suitable for use in a radar system that measures information on an object such as speed.

1 レーザレーダ装置、2 光源部、3 検波部、4,40,400 信号処理部、41,401 低周波信号取得部、42,402,4002 差分算出部、43,403,4003 抽出部、44 速度算出部、441 レンジビン分割部、442 周波数スペクトル算出部、443 ドップラー速度算出部、5,50,500 光制御部、51,501 偏光部、52 分配部、53,5002 変調部、5001 第1分配部、5003 第2分配部、5004 送信光用第1偏光部、5005 送信光用第2偏光部、5006 第3分配部、5007 参照光用第1偏光部、5008 参照光用第2偏光部、6,60 送受信部、61 送受分離部、62 送受共用光学系、610 第1送受信部、620 第2送受信部、611 第1送受分離部、612 第1送受共用光学系、621 第2送受分離部、622 第2送受共用光学系、7,70 合波部、701 第1合波部、702 第2合波部、8,80,800 光検出部、81 光検出器、82 A/D変換部、810 第1偏光用光検出部、811 第1偏光用光検出器、812 第1偏光用A/D変換部、820 第2偏光用光検出部、821 第2偏光用光検出器、822 第2偏光用A/D変換部、8010 干渉光検出部、8011 干渉光検出器、8012 干渉光用A/D変換部、8020 受信光検出部、8021 受信光検出器、8022 受信光用A/D変換部、9 偏光分離部、10 受信光分配部、100 第1の電気信号、101 第1の包絡線、102 第2の包絡線、103 差分、104 エアロゾルからの反射成分を受信していた時間範囲、105 海面からの反射成分を受信していた時間範囲、106 海面からの反射成分のみ抽出された電気信号、1000 処理装置、1001 記憶装置、1002 入力インターフェース部、1011,1012,1013 送信パルス。 1 Laser radar device, 2 Light source unit, 3 Detection unit, 4,40,400 Signal processing unit, 41,401 Low frequency signal acquisition unit, 42,402,4002 Difference calculation unit, 43,403,4003 Extraction unit, 44 Speed Calculation unit, 441 range bin division unit, 442 frequency spectrum calculation unit, 443 Doppler speed calculation unit, 5,50,500 optical control unit, 51,501 polarization unit, 52 distribution unit, 53,5002 modulation unit, 5001 first distribution unit , 5003 2nd distribution unit, 5004 1st polarization unit for transmission light, 5005 2nd polarization unit for transmission light, 5006 3rd distribution unit, 5007 1st polarization unit for reference light, 5008 2nd polarization unit for reference light, 6 , 60 Transmission / reception unit, 61 Transmission / reception separation unit, 62 Transmission / reception shared optical system, 610 1st transmission / reception unit, 620 2nd transmission / reception unit, 611 1st transmission / reception separation unit, 612 1st transmission / reception shared optical system, 621 2nd transmission / reception separation unit, 622 2nd transmission / reception shared optical system, 7,70 confluence unit, 701 1st confluence unit, 702 2nd confluence unit, 8,80,800 optical detector unit, 81 optical detector, 82 A / D converter, 810 1st polarization light detection unit, 811 1st polarization light detector, 812 1st polarization A / D conversion unit, 820 2nd polarization light detection unit, 821 2nd polarization light detector, 822 2nd A / D conversion unit for polarization, 8010 interference light detector, 8011 interference light detector, 8012 A / D conversion unit for interference light, 8020 reception light detector, 8021 reception light detector, 8022 A / D conversion for reception light Unit, 9 Polarization separator, 10 Received light distributor, 100 1st electrical signal, 101 1st optic line, 102 2nd optic line, 103 Difference, 104 Time range in which the reflection component from the aerosol was received. , 105 Time range in which the reflected component from the sea surface was received, 106 Electrical signal extracted only from the reflected component from the sea surface, 1000 processing device, 1001 storage device, 1002 input interface unit, 1011, 1012, 1013 transmission pulse.

Claims (10)

対象物が反射可能な帯域のレーザ光を生成する光源部と、
前記光源部が生成した前記レーザ光に基づいて第1の偏光成分と前記第1の偏光成分とは異なる第2の偏光成分とを含む送信光を前記対象物に向けて送信し、前記送信光が前記対象物で反射された反射光を受信光として受信し、前記受信光に含まれる第1の偏光成分から第1の電気信号を生成し、前記受信光に含まれる第2の偏光成分から第2の電気信号を生成する検波部と、
前記第1の電気信号と、前記第2の電気信号との差に基づいて、前記対象物の速度を算出する信号処理部と、
を備えたレーザレーダ装置。
A light source unit that generates laser light in the band where the object can be reflected,
Based on the laser beam generated by the light source unit, transmitted light containing a first polarized light component and a second polarized light component different from the first polarized light component is transmitted toward the object, and the transmitted light is transmitted. Receives the reflected light reflected by the object as received light, generates a first electric signal from the first polarized light component contained in the received light, and generates a first electric signal from the second polarized light component contained in the received light. A detector that generates a second electrical signal,
A signal processing unit that calculates the speed of the object based on the difference between the first electric signal and the second electric signal.
Laser radar device equipped with.
前記検波部が送信する送信光は、前記第1の偏光成分を有する第1の偏光状態の送信パルスと、前記第2の偏光成分を有する第2の偏光状態の送信パルスとを含む
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザレーダ装置。
The transmitted light transmitted by the detection unit includes a transmission pulse in a first polarized state having the first polarized component and a transmission pulse in a second polarized state having the second polarized component. The laser radar device according to claim 1.
前記検波部は、前記第1の偏光成分を有する第1の偏光状態の送信パルスを送信する第1送信部と、前記第2の偏光成分を有する第2の偏光状態の送信パルスを送信する第2送信部と、を有する
ことを特徴とする請求項1または2に記載のレーザレーダ装置。
The detection unit transmits a first transmitting unit that transmits a transmission pulse in a first polarized state having the first polarized component, and a second transmitting unit that transmits a transmission pulse in a second polarized state having the second polarized component. The laser radar apparatus according to claim 1 or 2, further comprising two transmitters.
前記検波部は、前記第1の偏光状態の送信パルスと、前記第2の偏光状態の送信パルスとを時間の経過に伴い交互に送信する
ことを特徴とする請求項2に記載のレーザレーダ装置。
The laser radar apparatus according to claim 2, wherein the detection unit alternately transmits the transmission pulse in the first polarized state and the transmission pulse in the second polarized state with the passage of time. ..
前記検波部が送信する送信光は、前記第1の偏光成分と前記第2の偏光成分との両方を有する送信パルスを含む
ことを特徴とする請求項1に記載のレーザレーダ装置。
The laser radar apparatus according to claim 1, wherein the transmitted light transmitted by the detection unit includes a transmission pulse having both the first polarized light component and the second polarized light component.
前記検波部は、
前記光源部が生成した前記レーザ光に前記第1の偏光成分と前記第2の偏光成分とを含むように偏光を施し、前記送信光と、前記送信光と同じ偏光状態の参照光とを出力する光制御部と、
前記光制御部から出力された前記送信光を前記対象物に向けて送信し、前記送信光が前記対象物で反射された前記反射光を前記受信光として受信する送受信部と、
前記送受信部で受信した前記受信光と前記光制御部から出力された前記参照光を合波して干渉光を生成する合波部と、
入力された前記干渉光を変換して前記第1の電気信号と前記第2の電気信号とを含む電気信号を生成する光検出部と、を有し、
前記第1の電気信号は、前記光検出部で前記第1の偏光成分を有する前記干渉光を変換して生成された前記電気信号であり、
前記第2の電気信号は、前記光検出部で前記第2の偏光成分を有する前記干渉光を変換して生成された前記電気信号である
ことを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
The detection unit
The laser light generated by the light source unit is polarized so as to include the first polarized light component and the second polarized light component, and the transmitted light and the reference light having the same polarization state as the transmitted light are output. Optical control unit and
A transmission / reception unit that transmits the transmitted light output from the optical control unit toward the object and receives the reflected light reflected by the object as the received light.
A wave combination unit that generates interference light by combining the received light received by the transmission / reception unit with the reference light output from the optical control unit.
It has an optical detection unit that converts the input interference light to generate an electric signal including the first electric signal and the second electric signal.
The first electric signal is the electric signal generated by converting the interference light having the first polarization component by the photodetector.
Any one of claims 1 to 5, wherein the second electric signal is the electric signal generated by converting the interference light having the second polarization component by the photodetector. The laser radar device according to the section.
前記信号処理部は、
前記光検出部で生成された前記電気信号から高周波成分が除去された低周波信号を取得する低周波信号取得部と、
前記低周波信号取得部が前記第1の電気信号から取得した第1の低周波信号と、前記低周波信号取得部が前記第2の電気信号から取得した第2の低周波信号との差分を、前記第1の電気信号と前記第2の電気信号との差として算出する差分算出部と、
前記差分算出部で算出された前記差分と前記光検出部で生成された前記第1の電気信号とに基づいて、前記第1の電気信号から、前記対象物からの反射成分を抽出した電気信号を生成する抽出部と、
前記抽出部で抽出された電気信号を用いて、前記対象物の速度を算出する速度算出部と、を有する
ことを特徴とする請求項6に記載のレーザレーダ装置。
The signal processing unit
A low-frequency signal acquisition unit that acquires a low-frequency signal from which high-frequency components have been removed from the electrical signal generated by the photodetector unit, and a low-frequency signal acquisition unit.
The difference between the first low-frequency signal acquired by the low-frequency signal acquisition unit from the first electric signal and the second low-frequency signal acquired by the low-frequency signal acquisition unit from the second electric signal. , A difference calculation unit that calculates the difference between the first electric signal and the second electric signal,
An electric signal obtained by extracting a reflection component from the object from the first electric signal based on the difference calculated by the difference calculation unit and the first electric signal generated by the light detection unit. And the extraction part that generates
The laser radar apparatus according to claim 6, further comprising a speed calculation unit that calculates the speed of the object using an electric signal extracted by the extraction unit.
前記低周波信号取得部が取得する前記低周波信号は、前記光検出部で生成された前記電気信号から取得される包絡線であり、前記第1の低周波信号は前記第1の電気信号から取得される第1の包絡線であり、前記第2の低周波信号は前記第2の電気信号から取得される第2の包絡線である
ことを特徴とする請求項7に記載のレーザレーダ装置。
The low-frequency signal acquired by the low-frequency signal acquisition unit is an envelope acquired from the electric signal generated by the light detection unit, and the first low-frequency signal is from the first electric signal. The laser radar apparatus according to claim 7, wherein the first envelope is acquired, and the second low-frequency signal is the second envelope acquired from the second electric signal. ..
前記速度算出部は、
前記抽出部で抽出された前記電気信号を複数のレンジビンで分割するレンジビン分割部と、
前記レンジビン分割部で分割された前記電気信号の前記レンジビンごとの周波数スペクトルを算出する周波数スペクトル算出部と、
前記周波数スペクトル算出部で算出された前記周波数スペクトルのドップラーシフト量から前記対象物の速度を算出するドップラー速度算出部と、
を備えたことを特徴とする請求項7または8に記載のレーザレーダ装置。
The speed calculation unit
A range bin dividing unit that divides the electric signal extracted by the extraction unit into a plurality of range bins, and a range bin dividing unit.
A frequency spectrum calculation unit that calculates the frequency spectrum of the electric signal divided by the range bin division unit for each range bin, and a frequency spectrum calculation unit.
A Doppler velocity calculation unit that calculates the velocity of the object from the Doppler shift amount of the frequency spectrum calculated by the frequency spectrum calculation unit, and a Doppler velocity calculation unit.
7. The laser radar apparatus according to claim 7 or 8.
前記光制御部は、
前記光源部で生成された前記レーザ光に偏光を施し、前記第1の偏光成分と前記第2の偏光成分とを含む前記レーザ光を生成する偏光部と、
前記偏光部で生成された前記レーザ光を前記送信光と前記参照光に分配する分配部と、
を含む
ことを特徴とする請求項6から9のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
The optical control unit
A polarizing unit that polarizes the laser light generated by the light source unit and generates the laser light including the first polarization component and the second polarization component.
A distribution unit that distributes the laser light generated by the polarizing unit to the transmission light and the reference light, and a distribution unit.
The laser radar apparatus according to any one of claims 6 to 9, wherein the laser radar apparatus comprises.
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