JP7034398B1 - レーザレーダ装置 - Google Patents

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Abstract

レーザレーダ装置は、レーザ光を互いに異なる周波数の強度変調信号により周期的に強度変調して複数の強度変調パルスを出力する光源部(60;60A;60B)と、複数の強度変調パルスをターゲットに送信し、ターゲットによる反射光を受信光として受信するテレスコープ(9)と、受信光を光電変換して受信電気信号を生成する受光部(11)と、受信電気信号に基づいてターゲットの距離および物性パラメータを算出する信号処理部(12)と、を備える。

Description

本開示はレーザレーダ装置に関する。
レーザレーダ装置による距離計測の手法として、強度変調パルスToF(Time of Flight)方式と呼ばれる手法がある。強度変調パルスToF方式とは、発光開始から受光までのパルス飛行時間からターゲットまでの距離を求めるパルスToF方式のうち、光パルスに対して周期的な強度変調を加えることで、散乱の強いボリュームターゲットVT中に存在するハードターゲットHTからの反射信号(HT信号)の信号対雑音比(SNR:Signal-to-noise ratio)を上げてHT信号を抽出し、ハードターゲットHTの位置を算出する手法のことをいう。非特許文献1は強度変調パルスToF方式に関する文献であり、非特許文献1にはパルスの合分波方式により生成された、疑似的に単一強度変調周波数で強度変調したパルスを用いて、ボリュームターゲットVT(volume target)中のハードターゲットHT(hard target)を識別する装置に関する記載がなされている。
L. J. Mullen, A. J. C. Vieira, P. R. Herezfeld and V. M. Contarino, "Application of RADAR technology to aerial LIDAR systems for enhancement of shallow underwater target detection," in IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, vol. 43, no. 9, pp. 2370-2377, Sept. 1995, doi: 10.1109/22.414591.
非特許文献1に記載の技術によれば、ターゲットの位置を算出できるが、ターゲットの消光係数などの物性パラメータを算出できないという課題がある。
本開示は、このような課題を解決するためになされたものであり、ターゲットの消光係数などの物性パラメータを算出できる強度変調パルスToF方式のレーザレーダ装置を提供することを目的とする。
本開示の実施形態によるレーザレーダ装置は、レーザ光を互いに異なる周波数の強度変調信号により周期的に強度変調して複数の強度変調パルスを出力する光源部と、前記複数の強度変調パルスをターゲットに送信し、前記ターゲットによる反射光を受信光として受信するテレスコープと、前記受信光を光電変換して受信電気信号を生成する受光部と、前記受信電気信号に基づいて前記ターゲットの距離および物性パラメータを算出する信号処理部と、を備える。
本開示の実施形態によるレーザレーダ装置は、ターゲットの消光係数などの物性パラメータを算出できる。
実施の形態1によるレーザレーダ装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態1による信号処理部の構成例を示すブロック図である。 信号処理部のハードウェアの構成例を示す図である。 信号処理部のハードウェアの構成例を示す図である。 実施の形態1によるレーザレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 パルス列の模式図である。 受信信号の波形を示す模式図である。 受信信号波形と周波数解析の模式図である。 距離と受信信号のSNRとの関係の模式図である。 伝達関数算出部による信号処理方法の模式図である。 図9Aおよび図9Bは、それぞれ評価された伝達関数の模式図である。 物性パラメータの距離特性を示す模式図である。 実施の形態2によるレーザレーダ装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態2による強度変調信号生成部の構成例を示すブロック図である。 実施の形態2によるレーザレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 図14Aは、パルス列の模式図である。図14Bは、評価されたハードターゲットHTの伝達関数の模式図である。図14Cは、評価されたボリュームターゲットVTの伝達関数の模式図である。 図15Aは、パルス列の模式図である。図15Bは、評価されたハードターゲットHTの伝達関数の模式図である。図15Cは、評価されたボリュームターゲットVTの伝達関数の模式図である。 実施の形態3によるレーザレーダ装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態3によるレーザレーダ装置の動作を示すフローチャートである。 実施の形態4によるレーザレーダ装置の構成例を示すブロック図である。 実施の形態4による信号処理部の構成例を示すブロック図である。 実施の形態4によるレーザレーダ装置の動作を示すフローチャートである。
以下、図1から図17を参照して、本開示における種々の実施形態について詳細に説明する。なお、図面において同一または類似の符号を付された構成要素は、同一または類似の構成または機能を有するものであり、そのような構成要素についての重複する説明は省略する。
実施の形態1.
まず、図1から図10を参照して、実施の形態1によるレーザレーダ装置について説明する。
<構成>
図1から図3Bを参照して、本開示の実施の形態1によるレーザレーダ装置の構成例について説明する。図1に示すとおり、実施の形態1によるレーザレーダ装置は、一例として、光源1、強度変調器2、トリガ生成回路部3、強度変調信号生成部4、パルス信号生成部5、パルス変調部6、送信側光学系7、送受分離器8、テレスコープ9、受信側光学系10、受光部11、信号処理部12、およびスキャナ13を備える。光源1、強度変調器2、強度変調信号生成部4、パルス信号生成部5、およびパルス変調部6は、光源部60を構成する。送信側光学系7および受信側光学系10は、選択的な構成部である。図1において、黒太矢印は送信光の流れを示し、白太矢印は受信光の流れを示し、細矢印は電気信号の流れを示す。光源1と強度変調器2の間、強度変調器2とパルス変調部6の間、パルス変調部6と送信側光学系7の間、送信側光学系7と送受分離器8の間、送受分離器8とテレスコープ9の間、送受分離器8と受信側光学系10の間、受信側光学系10と受光部11の間の光路は、例えば光ファイバにより実現できる。テレスコープ9とスキャナ13の間は自由空間である。電気信号が流れる電気経路は電気配線により実現される。
(光源)
光源1は単一周波数からなる連続波レーザ光を出射する光源である。光源1は強度変調器2に接続され、連続波レーザ光を強度変調器2に供給する。
(トリガ生成回路部)
トリガ生成回路部3は、強度変調信号生成部4、パルス信号生成部5および信号処理部12に接続され、これらの構成部を駆動するためのトリガ信号(パルス照射トリガ)を生成して、トリガ信号を強度変調信号生成部4、パルス信号生成部5および信号処理部12へ出力する。トリガ生成回路部3として、例えば、パルスジェネレータ、ファンクションジェネレータ、またはFPGA(field-programmable gate array)を用いることができる。
(強度変調信号生成部4)
強度変調信号生成部4は、トリガ信号に基づいて周波数fkの強度変調信号を経時的に生成する。k=1~M(Mは2以上の整数)である。強度変調信号生成部4は、強度変調器2および信号処理部12に接続され、生成した周波数fkの強度変調信号を強度変調器2および信号処理部12へ出力する。異なる周波数で強度変調された信号が生成されるように、周波数f1~fMは互いに異なるように設定される。異なる周波数fkの生成法としては、例えば、周波数混合器を用いてf1の周波数信号に対してδfkだけのオフセット周波数を与えた信号を生成する方法、および基準信号発生器で発生する信号の周波数を基準周波数として、基準周波数を逓倍器で逓倍しまたは分周器で分周して生成する方法がある。強度変調周波数信号を生成する際の基準信号は同一である必要はなく、各強度変調周波数に対して個別に基準信号を用意してもよい。
(パルス信号生成部)
パルス信号生成部5は、トリガ信号に基づいてパルス信号を生成する。パルス信号生成部5は、パルス変調部6に接続され、生成したパルス信号をパルス変調部6へ出力する。
(強度変調器)
強度変調器2は、強度変調信号生成部4から出力された強度変調信号に基づいて光源1からの連続波レーザ光を周期的に強度変調する。強度変調器2として、例えば、光アッテネータ、半導体光増幅器、音響光学素子、位相変調器を用いた干渉計型強度変調器を用いることができる。強度変調器2は、パルス変調部6に接続され、強度変調された連続波レーザ光をパルス変調部6へ出力する。
(パルス変調部)
パルス変調部6は、パルス変調器を備え、パルス信号生成部5から出力されたパルス信号に基づいて強度変調器2からの強度変調された連続波レーザ光を、繰返し周期Trepおよびパルス幅δTのパルスにパルス変調する。パルス変調部6として、例えば、音響光学素子または位相変調器を用いることができる。パルス変調部6は、高いSNR(信号対雑音比)を得るために、光増幅器を備え、パルス変調されたレーザ光の光パワーを増幅してもよい。パルス変調部6は、送信側光学系7に接続され、増幅されたレーザ光を送信側光学系7へ出力する。以上のようにして、光源部60は、連続波レーザ光を互いに異なる周波数の強度変調信号により周期的に強度変調して、変調周波数が異なる複数の強度変調パルスを出力する。なお、「周期的に強度変調する」とは、光パワーが周期的に変化するように変調を行うことを意味する。周期的に強度変調されたパルスの例は、例えば図5のパルスP1またはパルスP2である。パルスP1は、光パワーの最大値を一定に保ったまま、光パワーが変調周波数f1で周期的に変化する様子を示す。パルスP2は、光パワーの最大値を一定に保ったまま、光パワーが変調周波数f2で周期的に変化する様子を示す。
(送信側光学系)
送信側光学系7は、パルス変調部6からのパルス変調され又は増幅されたレーザ光を所望のビーム径且つ広がり角に整形する。送信側光学系7は、凹面および凸面からなるレンズ群で構成される。送信側光学系7は、ミラーを利用する反射型の光学系であってもよい。送信側光学系7によるレーザ光の整形は高SNRを得るためになされるものであるので、送信側光学系7が無くても十分なSNRが得られる場合には送信側光学系7を設けなくてもよい。送信側光学系7は、送受分離器8に接続され、整形後のレーザ光を送受分離器8へ出力する。
(送受分離器)
送受分離器8は、送信光と受信光を所定のポートに分離する分離器である。送受分離器8と他の構成部との間のレーザ光の伝搬を空間伝搬により行う場合、送受分離器8として偏光ビームスプリッタ(PBS:polarizing beam splitter)が利用できる。レーザ光の伝搬を空間伝搬により行う場合、送受分離器8は、送信側光学系7とテレスコープ9の間であって、かつ送信光の光軸上に設置される。送受分離器8と他の構成部がファイバで接続されている場合、送受分離器8としてサーキュレータを利用することができる。送受分離器8は、送信光をテレスコープ9へ出力し、受信光を受信側光学系10へ出力する。
(テレスコープ;スキャナ)
テレスコープ9は、送信光をスキャナ13を介して所望の方向へ送信するとともに、ターゲットからの反射光である受信光をスキャナ13を介して受信する。テレスコープ9は、凹面および凸面からなるレンズ群で構成される。テレスコープ9は、ミラー利用による反射型のテレスコープであってもよい。スキャナ13は、不図示の制御部により所定の方向を向くように回転される。テレスコープ9は、受信光を送受分離器8へ出力する。
(受信側光学系)
受信側光学系10は、送受分離器8からの受信光を所望のビーム径且つ広がり角に整形する。受信側光学系10は、凹面および凸面からなるレンズ群で構成される。受信側光学系10は、ミラー利用による反射型の光学系であってもよい。受信側光学系10による整形は高SNRを得るためであるので、受信側光学系10が無くても十分なSNRが得られる場合には受信側光学系10を設けなくてもよい。受信側光学系10は、受光部11に接続され、受信光を受光部11へ出力する。
(受光部)
受光部11は、受信光を光電変換して受信電気信号を生成する。受光部11は、信号処理部12に接続され、受信電気信号を信号処理部12へ出力する。
(信号処理部)
信号処理部12は、受信電気信号に対して信号処理を行って物性距離特性を算出する。以下、図2を参照して、信号処理部12の構成について説明する。図2に示されているように、信号処理部12は、フィルタ処理部12-1、A/D変換部12-2、レンジビン分割部12-3、周波数解析部12-4、積算処理部12-5、SNR算出部12-6、距離特性算出部12-7、伝達関数算出部12-8、物性特性算出部12-9、および物性距離特性算出部12-10を備える。
(フィルタ処理部)
フィルタ処理部12-1は、強度変調信号生成部4からの周波数fkの強度変調信号に基づいて、受光部11からの受信電気信号を周波数フィルタ処理する。フィルタ処理部12-1は、例えば中心周波数fk(k=1、2、3,・・・、M)のバンドパスフィルタにより実現され、通過帯域内にある受光部11からの受信電気信号を通過させる。フィルタ処理部12-1は、A/D変換部12-2に接続され、フィルタ処理後の電気信号をA/D変換部12-2へ出力する。なお、フィルタ処理部12-1は、A/D変換部12-2から積算処理部12-5までの間にあってもよい。
(A/D変換部)
A/D変換部12-2は、トリガ生成回路部3からのトリガ信号(パルス照射トリガ)に基づいて、フィルタ処理部12-1からのフィルタ処理後の電気信号をAD変換する。A/D変換部12-2は、レンジビン分割部12-3に接続され、AD変換後のデジタル信号をレンジビン分割部12-3へ出力する。
(レンジビン分割部)
レンジビン分割部12-3は、トリガ信号(パルス照射トリガ)に基づいて、AD変換後のデジタル信号をパルス幅相当の幅で時間方向に分割する。レンジビン分割部12-3は、周波数解析部12-4に接続され、分割後の信号を周波数解析部12-4へ出力する。
(周波数解析部)
周波数解析部12-4は、強度変調信号生成部4からの周波数fkの強度変調信号に基づいて、分割されたビン毎の信号に対して高速フーリエ変換(FFT:Fast Fourier Transform)処理を行うことでビン毎の信号をスペクトルに変換する。周波数解析部12-4は、積算処理部12-5に接続され、スペクトルを積算処理部12-5へ出力する。
(積算処理部)
積算処理部12-5は、同一周波数fkの複数ショットのデータから得られる複数のスペクトルをスペクトル空間で積算する。積算処理部12-5は、SNR算出部12-6に接続され、積算後のスペクトルをSNR算出部12-6へ出力する。
(SNR算出部)
SNR算出部12-6は、ある時刻且つある強度変調周波数での受信信号のSNRを算出する。SNR算出部12-6は、距離特性算出部12-7に接続され、算出したSNRを距離特性算出部12-7へ出力する。
(距離特性算出部)
距離特性算出部12-7は、ある強度変調周波数での距離とSNRの関係(距離特性:A-scope)を算出する。距離特性算出部12-7は、強度変調周波数f1~fMの全てについてA-scopeを算出する。距離特性算出部12-7は、伝達関数算出部12-8に接続され、算出した複数の距離特性(A-scope)を伝達関数算出部12-8へ出力する。
(伝達関数算出部)
伝達関数算出部12-8は、あるレンジビンに関する複数の強度変調周波数(f1~fM)の複数の距離特性(A-scope)から、そのレンジビンにおけるターゲットの伝達関数を算出する。このようにして、伝達関数算出部12-8は、SNRの周波数依存性から、同一レンジのターゲットの伝達関数特性を解析する。伝達関数算出部12-8は、物性特性算出部12-9に接続され、算出した伝達関数を物性特性算出部12-9へ出力する。
(物性特性算出部)
物性特性算出部12-9は、伝達関数算出部12-8により求められた各レンジビンnにおける伝達関数から判明した伝達関数特性と、後述する式(4)若しくは式(6)による伝達関数式またはこれらの式に類似する式による伝達関数式とを比較することにより、レンジビンnに存在するターゲットの物性特性を算出する。また、物性特性算出部12-9は、距離特性算出部12-7により求められた各レンジビンnにおけるSNRと、想定されるSNRとを比較することで、レンジビンnに存在するターゲットの物性特性を算出してもよい。物性特性算出部12-9は、物性距離特性算出部12-10に接続され、算出した物性特性を物性距離特性算出部12-10へ出力する。
(物性距離特性算出部)
物性距離特性算出部12-10は、物性特性算出部12-9により算出された物性パラメータデータについて、距離特性算出部12-7と同様に、図10に示すようにレンジビン情報とAD変換レートとレンジビン幅からΔt=ADレート×レンジビン幅×(n-1)を計算し、L=v×Δt/2(vは光速)によりΔtを距離に変換し、距離ごとの物性パラメータグラフを出力する。
次に、図3Aおよび図3Bを参照して、信号処理部12のハードウェア構成例について説明する。一例として、図3Aに示されているように、信号処理部12は処理回路100aにより実現される。処理回路100aは、例えば、単一回路、複合回路、プログラム化したプロセッサ、並列プログラム化したプロセッサ、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)、又は、これらの組合せである。信号処理部12が備える構成部の機能を別個の処理回路で実現してもよく、複数の構成部の機能をまとめて1つの処理回路で実現してもよい。
別の例として、図3Bに示されているように、信号処理部12は、プロセッサ100bと、メモリ100cとにより実現される。メモリ100cに格納されたプログラムがプロセッサ100bに読み出されて実行されることにより、信号処理部12が備える構成部の機能が実現される。プログラムは、ソフトウェア、ファームウェア又はソフトウェアとファームウェアとの組合せとして実現される。メモリ100cの例には、例えば、RAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、フラッシュメモリ、EPROM(Erasable Programmable Read Only Memory)、EEPROM(Electrically-EPROM)などの不揮発性又は揮発性の半導体メモリ、磁気ディスク、フレキシブルディスク、光ディスク、コンパクトディスク、ミニディスク、DVDが含まれる。
<動作>
次に、図4~図10を参照して、本実施の形態1のレーザレーダ装置の動作について説明する。
ステップST1において、強度変調信号生成部4は、トリガ信号に基づいて周波数f1の強度変調信号を生成し、生成した周波数f1の強度変調信号を強度変調器2および信号処理部12へ出力する。これに引き続き、強度変調器2は、光源1からの単一周波数の連続波レーザ光を、周波数f1の強度変調信号で周期的に強度変調し、強度変調された連続波レーザ光をパルス変調部6へ出力する。
ステップST2において、パルス変調部6は、パルス信号生成部5からのパルス信号に基づいて、強度変調された連続波レーザ光を所定の繰り返し周期Trep、パルス幅δTからなるパルス光P1にパルス変調し(図5のパルスP1を参照)、パルス光P1を送信側光学系7へ出力する。以下、k番目の送信パルス信号を「Pk」と表記する。また、送信パルスPkに対応する強度変調周波数およびターゲットからの受信信号パルスを、それぞれfkおよびRkと表記する。
ステップST3において、テレスコープ9は、送信側光学系7により所定のビーム径とビーム拡がり角に変換されたパルス光P1を、スキャナ13を介してターゲットに向かって照射する。大気中に照射された送信光P1はターゲットに照射され、送信光P1がターゲットによって散乱された際に受信光R1が生じる。
ステップST4において、テレスコープ9は、受信光R1を開口で受信し、受信光R1を送受分離器8へ出力する。受信光R1は送受分離器8を介して受信側光学系10へと送られる。受信光R1は受信側光学系10で所定のビーム径及びビーム拡がり角に変換された後、受光部11へと送られる。受信光R1は受光部11により受信電気信号に変換され、受信電気信号は信号処理部12へ送られる。
レーザレーダ装置は、以上のステップST2からST4の送受信処理をa回繰り返す。aは1以上の整数であり、設計値である。以下、このaをパルス積算回数と称する。すなわち、aは同一強度変調パルスにおける積算回数である。
図5のように、パルスP1をa回ターゲットに照射して繰返し周期Trepだけ経過した後、ステップST5において、強度変調信号生成部4は、トリガ信号に基づいて周波数f2の強度変調信号を生成し、生成した周波数f2の強度変調信号を強度変調器2および信号処理部12へ出力する。これに引き続き、強度変調器2は、光源1からの単一周波数の連続波レーザ光を、周波数f2の強度変調信号で周期的に強度変調し、強度変調された連続波レーザ光をパルス変調部6へ出力する。
ステップST6において、パルス変調部6は、強度変調された連続波レーザ光をパルス信号生成部5からのパルス信号に基づいてパルス変調してパルス光P1と異なるパルス光P2を生成し(図5のパルスP2を参照)、生成したパルス光P2を送信側光学系7へ出力する。
ステップST7において、テレスコープ9は、送信側光学系7により所定のビーム径とビーム拡がり角に変換されたパルス光P2を、スキャナ13を介してターゲットに向かって照射する。大気中に照射された送信光P2はターゲットに照射され、送信光P2がターゲットによって散乱された際に受信光R2が生じる。
ステップST8において、テレスコープ9は、受信光R2を開口で受信し、受信光R2を送受分離器8へ出力する。受信光R2は送受分離器8を介して受信側光学系10へと送られる。受信光R2は受信側光学系10で所定のビーム径及びビーム拡がり角に変換された後、受光部11へと送られる。受信光R2は受光部11により受信電気信号に変換され、受信電気信号は信号処理部12へ送られる。
レーザレーダ装置は、k=Mに達するまでステップST5の処理を行い、ステップST6~ステップST8の処理をkの各値の場合についてa回ずつ繰り返す。以上の動作により、受信光R1~RMが、それぞれa回受光される。
次に、ステップST9~ST14に係る信号処理について説明する。信号処理は、ステップST4に引き続いて各受信光が得られる毎に行ってもよいし、ステップST8に引き続いてすべての受信光R1~RMが得られた後に行ってもよい。以下では、ステップST9~ST14に係る信号処理は、すべての受信光R1~RMが得られた後に行われる場合に即して説明する。
ステップST9において、フィルタ処理部12-1は、強度変調信号生成部4からの周波数fkの強度変調信号に基づいて、すべての受信光(R1およびRk)の受信信号について周波数フィルタ処理して、各変調周波数に対応した電気信号を得る。
ステップST10において、A/D変換部12-2は、受信光Rkの受信信号をAD変換する。A/D変換部12-2は、トリガ生成回路部3からのトリガ信号をAD変換の開始トリガとする。したがって、AD変換の開始時刻は送信パルスが送信されたタイミングに略一致し、所定期間あるいは次の送信パルスが生じるまでの間AD変換を続ける。AD変換を開始してからΔT後にAD変換している信号は、距離L=v×ΔT/2(vは光速)離れた空間に位置するターゲットからの受信信号に相当する。デジタル化された受信信号は1パルス分に相当する。
ステップST11において、レンジビン分割部12―3は、デジタル化された受信信号をレンジビン毎の信号に分割する。レンジビン幅はパルス幅に相当するように区切られ、パルス幅は設計により定められる。図6Aは、1パルス分のパルス送信光Pkが照射されたターゲットからの受信光Rkを受信することで得られる、受信信号の時間変化を示す。nは分割したレンジビンのラベルを表し、nの値が小さいラベルはより近傍からの反射信号であることを示す。
ステップST12において、周波数解析部12-4は、レンジビン毎に分割された受信信号を、レンジビン毎にFFTしてスペクトル信号に変換し、得られたスペクトル信号を積算処理部12-5へ出力する。送信パルスPk(変調周波数fk)に対応する受信光Rkの受信信号をFFTして得られるスペクトルは、ターゲットや環境由来の周波数シフトを受けるが、受信帯域幅B内で変調周波数に略一致する。以下では、変調周波数fkに対応する受信スペクトルをfmと表記する。受信帯域幅Bはターゲット移動速度や周囲環境で決定される、想定される周波数シフト幅である。
ステップST13において、積算処理部12-5は、図6Bに示すように、各レンジビンの信号に対するFFTにより得られたスペクトル信号をa回積算する。
ステップST14において、SNR算出部12-6は、ピーク強度と帯域外雑音との比を計算することで、受信信号のスペクトルfmのSNRを計算する。SNR算出部12-6は、積算後のスペクトルfmと各レンジビンにおけるSNRの情報を、距離特性算出部12-7へ出力する。
ステップST15において、距離特性算出部12-7は、距離ごとのSNRを表すグラフであるA-scopeを算出する。図7に示すように、スペクトルf1~fMについて、任意のレンジビンnにおけるSNRの情報が集まる。距離特性算出部12-7は、レンジビン情報とAD変換レートとレンジビン幅からΔt=ADレート×レンジビン幅×(n-1)を計算し、L=v×Δt/2(vは光速)によりΔtを距離に変換し、A-scopeを算出する。以下では、スペクトルfmでレンジビンnでのSNRを、SNRmnと表記する。また、伝達関数算出部12-8は、図8に示すように、SNRmnの情報をもとに、各レンジビンn(n=1、2、3、・・・)における、スペクトルf1~fMのSNRをデータ処理し、各レンジビンの伝達関数(縦軸T、横軸スペクトル周波数fのグラフ)を求める。なお、図8では、n=3のレンジビンについて、スペクトルf1~fMのSNRを周波数軸に沿って並べて伝達関数を求める具体例を示している。
ステップST16において、物性特性算出部12-9は、レンジビンnに存在するターゲットの物性特性を算出する。具体的には、物性特性算出部12-9は、伝達関数算出部12-8により求められた各レンジビンnにおける伝達関数から判明した伝達関数特性と、下記の式(4)若しくは式(6)による伝達関数式またはこれらの式に類似する式による伝達関数式とを比較することにより、レンジビンnに存在するターゲットの物性特性を算出する。また、物性特性算出部12-9は、距離特性算出部12-7により求められた各レンジビンnにおけるSNRと、想定されるSNRとを比較することで、レンジビンnに存在するターゲットの物性特性を算出してもよい。ここで、伝達関数特性とは、図9Aまたは図9Bに示されているようなグラフの全形、グラフの傾き、またはグラフをローパスフィルタの伝達関数と同等とみなしたときのカットオフ周波数fcなどである。
強度変調パルスToF方式において、距離L(=vt/2)に存在するターゲット(消光係数c、吸収係数α、後方散乱係数β)からの受信信号パワーPrは、次の式(1)で表現される。式(1)において、vはボリュームターゲットVT内での伝搬速度、tは時間、Aはシステム係数であり、Yは規格化定数である。式(1)を式(2)の仮定のもとでフーリエ変換すると、式(3)となる。

Figure 0007034398000001
したがって、強度変調角周波数ω=2πfの強度変調パルスをターゲットに送信したとき、得られる受信信号の変調周波数ω成分は式(4)で表される。式(2)の仮定の下でターゲットの伝達関数T(ω)は式(4)で表され、これは1次のローパスフィルタ(LPF)の場合と等価である。

Figure 0007034398000002
伝達関数のカットオフ周波数fcは、式(2)の仮定の下では消光係数cを用いて式(5)で表される。

Figure 0007034398000003
例えば、c=1m-1、屈折率n=1.3の散乱媒質(VT)の伝達関数のカットオフ周波数はfc=37MHzに相当する。
なお厳密には、式(1)においてL(t)=vt/2であるので、より正確なターゲットの伝達関数は次の式(6)で表される。

Figure 0007034398000004
測定結果をもとに算出されたターゲットの伝達関数特性(図8の右下図)と、式(4)若しくは式(6)の伝達関数式又は式(4)若しくは式(6)に類する伝達関数式とを比較することにより、物性パラメータ(例えば消光係数c)を推定することができる。図9Aは式(4)の伝達関数式によるフィッテングを表し、図9Bは式(6)の伝達関数式によるフィッテングを表す。例えば、消光係数cを推定する場合であれば、測定結果に基づく伝達関数特性と式(4)などの伝達関数式とを比較してカットオフ周波数fcを求め、式(5)から消光係数cを算出する。
また、物性距離特性算出部12-10は、物性特性算出部12-9により算出された物性パラメータデータについて、距離特性算出部12-7と同様に、図10に示すようにレンジビン情報とAD変換レートとレンジビン幅からΔt=ADレート×レンジビン幅×(n-1)を計算し、L=v×Δt/2(vは光速)によりΔtを距離に変換し、距離ごとの物性パラメータグラフを出力する。
式(1)の消光係数cは、次式(7)のように、吸収係数αと散乱係数b(あるいは後方散乱係数β)を用いて表される。なお、Ωは送受信光学系の立体角である。

Figure 0007034398000005
式(7)で表されるように、消光係数cは2つ以上の物性パラメータと相関関係があるため、従来技術では、これらのパラメータ間に一定の関係を仮定していた。例えば、レーザセンサの設計においては、後方散乱係数βと消光係数cを線形な関係と仮定し、これらの比をライダ比Sとおき、次式(8)の関係を仮定していた。

Figure 0007034398000006
ライダ比Sは、粒子サイズ、レーザ波長λ、粒子形状等で決定される。測定対象を定め、シミュレーションやその他の測定で数値が定まったライダ比Sと、式(1)および(8)を用いることで、ターゲットの後方散乱係数を算出する。
このような従来の手法によれば、測定ターゲットの物性情報が未知である場合、または上空若しくは海中等の特殊な環境で測定する場合では、式(8)の仮定を利用できない、あるいは式(8)を用いると算出された物性値の精度が下がるという課題があった。
これに対して、本開示の手法によれば、従来技術で必要であった物性パラメータ間の相関関係を具体的に仮定することなく、物性パラメータを推定することができる。
<効果>
伝達関数算出部12-8から出力されるデータの伝達関数は消光係数の情報を有し、SNR算出部12-6から出力されるSNRは消光係数および散乱係数の情報を有するので、上記のように距離Lに存在するターゲットからのパルス受信信号について、SNRに加えて強度変調周波数fkの伝達関数特性を算出することで、ターゲットの消光係数と散乱係数を独立して検出することが可能となる。
従来のレーザレーダ装置では消光係数と散乱係数を独立に算出することが不可能であるという課題があり、通常は既知のターゲット情報を利用し、または既知のターゲット情報をもとに消光係数と散乱係数の関係性を近似のうえ定式化して利用していたため、測定値の精度が低い、あるいはターゲットが想定と異なる未知の場合は測定物性パラメータを誤算出するという課題があった。本開示の手法を使用することで、消光係数と散乱係数の関係性を定式化する必要がなくなり、従来のレーザレーダ装置の課題を解決することができる。
<変形例>
以下、実施の形態1の変形例について説明する。パルスレーザの発生手法としては、連続波レーザをパルス化する手法のみでなく、Qスイッチレーザやモード同期レーザなどのパルス波レーザを直接発生する手法等の一般的手法のいずれか、あるいはその組み合わせを用いてもよい。強度変調パルスの生成方法としては、電解吸収変調器、電気光学結晶若しくは光ブロック、若しくはそれらに類するもの、またはそれらを用いて作成された強度変調器を用いて強度変調パルスを生成する手法、光源を直接電気信号パルス列で励起することで疑似的な強度変調パルスを生成する手法、パルスレーザをビームスプリッタで分割させて片方のパルスを遅延させて再び合波することで疑似的な強度変調パルスを生成する手法、片側のミラーのみ反射率を下げた共振器内に波長変換結晶を設置し疑似的な強度変調パルスを生成する手法などを利用してもよい。
光検出部において直接検波方式を仮定したが、強度変調パルスを送信光として利用していれば、本開示の技術をコヒーレントライダ、差分吸収ライダ、二重偏光型ライダに適用してもよい。コヒーレントライダに適用する場合、ターゲットの物性情報に加えてターゲット移動速度を算出することができるので、より高精度かつ多数のパラメータ計測を実施することが可能となる。差分吸収ライダに適用する場合、光源部は、第1の波長の強度変調パルスと、第1の波長と異なる第2の波長の強度変調パルスとを出力し、信号処理部は、第1の波長の受信光と第2の波長の受信光の受信信号強度比から、ターゲットの物性情報として、ターゲットの吸収波長および濃度をさらに算出することができる。二重偏光型ライダに適用する場合、光源部は2つの直交する偏光状態を持つ強度変調パルスを出力し、信号処理部は2つの偏光による受信信号強度比から、ターゲットの物性情報として、ターゲットの粒形をさらに算出することができる。また、光学系において、送受光学系を前提としたが、送受別軸の構成であってもよい。送受別軸の場合、テレスコープ9とは異なる不図示のテレスコープが受信側光学系10と接続され、送受分離部8と受信側光学系10とが接続されない。このような送受別軸の構成は一般的であり、実施の形態1の動作において影響を及ぼさない。
実施の形態2.
以下、図11から図13を参照して、実施の形態2によるレーザレーダ装置について説明する。
<構成>
図11に示されているように、実施の形態2によるレーザレーダ装置の全体的な構成は、図1に示した実施の形態1のレーザレーダ装置の構成と同様である。図12に示されているように、実施の形態2のレーザレーダ装置においては、光源部60Aは、光源1、強度変調器2、強度変調信号生成部4A、パルス信号生成部5、およびパルス変調部6を備える。実施の形態2によるレーザレーダ装置においては、光源部60Aが備える強度変調信号生成部4Aの構成が実施の形態1の強度変調信号生成部4と異なる。
図12に示されているように、強度変調信号生成部4Aは、M個の強度変調信号(f)生成部からなる強度変調信号(f)生成部群4-1と、強度変調信号(f)生成部群4-1に接続された強度変調信号混合部4-2を備える。
強度変調信号(f)生成部群4-1は、M個の異なる周波数の強度変調信号を生成する。強度変調信号(f)生成部群4-1は、ファンクションジェネレータ、FPGA、基準信号発生器と逓倍機あるいは分周期等のRF周波数信号発生器で構成される。
強度変調信号混合部4-2は、強度変調信号(f)生成部群4-1からのM個の強度変調信号を混合する。強度変調信号混合部4-2は、例えばRF周波数のミキサで構成される。
<動作>
実施の形態1においては、ある強度変調周波数fkでレーザ光を強度変調してパルスを生成し、M種のパルスのそれぞれを積算のためにa回ずつ照射した。これに対し、実施の形態2では、M個の異なる周波数(f1~fM)をもつ強度変調信号を同時に送信パルスに付与し、送信パルスを積算のためにa回照射する。実施の形態2の動作は、この点について実施の形態1の場合と相違する。その他については、実施の形態2の動作は実施の形態1の動作と同様である。相違点について、図13を参照して説明する。
る。
ステップST21において、強度変調信号(f)生成部群4-1は、トリガ信号に基づいて周波数f1~fMの強度変調信号を生成し、周波数f1~fMのM個の強度変調信号を強度変調信号混合部4-2および信号処理部12へ出力する。
ステップST22において、強度変調信号混合部4-2は、M個の強度変調信号を混合する。強度変調信号混合部4-2は、混合した信号を、強度変調器2へ出力する。強度変調信号混合部4-2は、混合した信号を信号処理部12へ出力してもよい。強度変調信号混合部4-2による動作に引き続き、強度変調器2は、光源1からの単一周波数の連続波レーザ光を、混合された強度変調信号で強度変調し、強度変調された連続波レーザ光をパルス変調部6へ出力する。
ステップST23において、パルス変調部6は、パルス信号生成部5からのパルス信号に基づいて、強度変調された連続波レーザ光をパルス光Pにパルス変調し、パルス光Pを送信側光学系7へ出力する。
ステップST24において、テレスコープ9は、送信側光学系7により所定のビーム径とビーム拡がり角に変換されたパルス光Pを、スキャナ13を介してターゲットに向かって照射する。大気中に照射された送信光Pはターゲットに照射され、送信光Pがターゲットによって散乱された際に受信光Rが生じる。
ステップST25において、テレスコープ9は、受信光Rを開口で受信し、受信光Rを送受分離器8へ出力する。受信光Rは送受分離器8を介して受信側光学系10へと送られる。受信光Rは受信側光学系10で所定のビーム径及びビーム拡がり角に変換された後、受光部11へと送られる。受信光Rは受光部11により受信電気信号に変換され、受信電気信号は信号処理部12へ送られる。
レーザレーダ装置は、以上のステップST23からST25の送受信処理をa回繰り返す。
ステップST26からステップST33の処理は、実施の形態1におけるステップST9からステップST16の処理と同様である。
<変形例>
以上の説明では、M個の異なる強度変調信号生成部を用意したが、M=XYとなるようなXとYにおいて、X個の異なる強度変調信号生成部を用意し、1パルスにX個の強度変調を付与し、強度変調周波数を変化させながらY回パルスを照射することでYパルスでM個の異なる強度変調に対するターゲットの伝達関数特性を算出することができる。このような信号発生器の個数とパルス照射回数の変更は適宜行ってよい。
実施の形態3.
以下、図14~図17を参照して、実施の形態3によるレーザレーダ装置について説明する。実施の形態1および2の構成では、各パルスPkに周波数fkの強度変調を付与した際に生じる各強度変調パルス間のパルスパワーまたは強度変調する度合いの不均一性により、算出される伝達関数特性に誤差が生じる場合がある。段落を変えて説明する。
図14Aのように、各強度変調パルスのパルスパラメータの差が小さい場合、図14Bまたは図14Cのように、ターゲットからの受信信号SNRから評価された伝達関数(点線)は真値(実線)とほぼ一致する。その一方で、例えば図15Aのように、各強度変調パルスのパルスパラメータの差が大きい場合、図15Bまたは図15Cのように、ターゲットからの受信信号SNRから評価された伝達関数(点線)は真値(実線)と一致せず、誤算出の要因となる。ここで、パルスパラメータとは、各強度変調パルスの包絡線形状や、各強度変調パルスを構成するピーク成分や、光パルスに付与された強度変調周波数や、それに類するパラメータを表す。また、パルスパラメータの差とは、各強度変調パルスの包絡線形状や、各強度変調パルスを構成するピーク成分や、光パルスに付与された強度変調周波数や、それに類するパラメータの理想値に対する差を表す。
そこで、実施の形態3のレーザレーダ装置は、強度変調パルス信号の一部をモニタして各パルス(P1~PM)のパルスパラメータが最適になるような制御を加えることで、検出されたSNRからより正確な伝達関数を算出するように構成される。
<構成>
実施の形態3によるレーザレーダ装置は、実施の形態1のレーザレーダ装置に対して、次の点で異なる。すなわち、図16に示されているように、実施の形態3によるレーザレーダ装置は、光パルス分岐部14、光パルスモニタ部15、および光パルス補正部16を更に備える。光パルス分岐部14は、パルス変調部6と送信側光学系7の間に備えられる。光パルスモニタ部15は、光パルス分岐部14の後段に備えられる。光パルス補正部16は、光パルスモニタ部15の後段に備えられ、強度変調信号生成部4Bおよびパルス信号生成部5Bに接続される。なお、光源1、強度変調器2、強度変調信号生成部4B、パルス信号生成部5B、およびパルス変調部6は、光源部60Bを構成する。なお、光パルス分岐部14、光パルスモニタ部15、および光パルス補正部16を実施の形態2によるレーザレーダ装置に対して追加するように、実施の形態2によるレーザレーダ装置を変形してもよい。
光パルス分岐部14は、パルス変調部6で生成された強度変調パルスの一部を分岐し、分岐された一部のパルスを光パルスモニタ部15へ出力する。
光パルスモニタ部15は、光パルス信号を電気信号に変換する。
光パルス補正部16は、光パルスモニタ部15からの電気信号と、あらかじめ保有している理想的な強度変調パルス波形とを比較し、パルス変調部から出力されるパルスの波形が理想的になるよう強度変調信号生成部4およびパルス信号生成部5へフィードバック信号を出力する。例えば、光パルス補正部16は、送信パルスのパルスパワーと変調強度を制御するためのフィードバック信号を出力する。
<動作>
次に、図17を参照して、実施の形態3のレーザレーダ装置の動作について説明する。実施の形態3のレーザレーダ装置の動作は、実施の形態3のレーザレーダ装置の動作に対してステップST41、ST42、ST43およびST44の処理が追加された点で異なる。重複する説明を省略するため、実施の形態1の動作と相違する点についてのみ説明する。
ステップST41において、光パルスモニタ部15は、光パルス分岐部14から分岐されたモニタ信号としての光パルス信号を受光し、受光した光パルス信号を電気信号に変換する。
ステップST42において、光パルス補正部16は、光パルスモニタ部15からの電気信号の波形と、あらかじめ保有している理想的な強度変調パルス波形とを比較し、これらの波形の偏差が抑制されるように、即ちパルス変調部から出力されたパルスの波形が理想的になるように、強度変調信号生成部4およびパルス信号生成部5へフィードバック信号を出力する。
フィードバック信号が生成された後のステップST1において、強度変調信号生成部4Bは、フィードバック信号に基づいて周波数f1の強度変調信号を生成し、生成した周波数f1の強度変調信号を強度変調器2および信号処理部12へ出力する。これに引き続き、強度変調器2は、光源1からの単一周波数の連続波レーザ光を、フィードバック信号に基づいて生成された周波数f1の強度変調信号で強度変調し、強度変調された連続波レーザ光をパルス変調部6へ出力する。
フィードバック信号が生成された後のステップST2において、パルス変調部6は、パルス信号生成部5からのフィードバック信号に基づいて生成されたパルス信号に基づいて、強度変調された連続波レーザ光をパルス変調する。
パルスPk(k=2~M)の場合についても同様に、ステップST43において光パルスモニタ部15によりモニタ信号が受光され、ST44においてフィードバック信号が生成される。フィードバック信号に基づいた周波数fkの強度変調信号が生成され(ステップST5)、フィードバック信号に基づいたパルスPkが生成される。
<効果>
実施の形態3によるレーザレーダ装置によれば、各パルスPkに周波数fkの強度変調を付与した際に生じる各強度変調パルス間のパルスパワーや強度変調度の理想値に対する差を抑制することができるので、算出される伝達関数特性に誤差が生じることを防止できる。
実施の形態4.
以下、図18~図20を参照して、実施の形態4によるレーザレーダ装置について説明する。実施の形態4によるレーザレーダ装置は、実施の形態3によるレーザレーダ装置と同様に、各パルスPkに周波数fkの強度変調を付与した際に生じる各強度変調パルス間のパルスパワーや強度変調度の不均一性から算出される伝達関数特性の誤差を補正することを目的とする。この目的を達成する手法が、実施の形態4によるレーザレーダ装置と実施の形態3によるレーザレーダ装置とでは異なる。端的には、実施の形態4のレーザレーダ装置は、強度変調パルス信号の一部をモニタして理想的な強度変調パルスパラメータに対する実際の強度変調パルスのパラメータを観測し、それらの情報をもとに発生しうる伝達関数の誤差などの受信信号の不確定性を算出し、それらの情報を用いて検出されたSNRを補正することでより正確な伝達関数を算出するように構成される。以下にて、詳しく説明する。
<構成>
実施の形態4によるレーザレーダ装置は、実施の形態1のレーザレーダ装置に対して、次の点で異なる。すなわち、図18に示されているように、実施の形態4によるレーザレーダ装置は、光パルス分岐部14、および光パルスモニタ部15Aを更に備える。光パルス分岐部14は、パルス変調部6と送信側光学系7の間に備えられる。光パルスモニタ部15Aは、光パルス分岐部14の後段に備えられる。光パルスモニタ部15Aは信号処理部12Aに電気的に接続される。光パルスモニタ部15Aは光パルス信号を電気信号に変換して変換後の電気信号を光パルスモニタ信号として信号処理部12Aへ供給する。また、図19に示されているように、信号処理部12Aは、伝達関数算出補正部12-11を更に備える。伝達関数算出補正部12-11は、一例として、信号処理部12において伝達関数算出部12-8と物性特性算出部12-9の間に備えられる。なお、光源1、強度変調器2、強度変調信号生成部4、パルス信号生成部5、およびパルス変調部6は、実施の形態1の場合と同様に光源部60を構成する。なお、光パルス分岐部14、光パルスモニタ部15A、および伝達関数算出補正部12-11を実施の形態2によるレーザレーダ装置に対して追加するように、実施の形態2によるレーザレーダ装置を変形してもよい。
光パルス分岐部14は、パルス変調部6で生成された強度変調パルスの一部を分岐し、分岐された一部のパルスを光パルスモニタ部15Aへ出力する。
光パルスモニタ部15Aは、光パルス信号を電気信号(光パルスモニタ信号)に変換する。
伝達関数算出補正部12-11は、光パルスモニタ部15Aからの電気信号(光パルスモニタ信号)と、受信信号の周波数応答特性が一様なターゲットからの受信信号のスペクトル特性が一様となるような強度変調パルスの最適駆動条件に関する情報とを比較し、伝達関数算出部12-8からの出力を補正する。その情報には、理想的な強度変調パルス波形が含まれる。
<動作>
次に、図20を参照して、実施の形態4のレーザレーダ装置の動作について説明する。実施の形態4のレーザレーダ装置の動作は、実施の形態3のレーザレーダ装置の動作に対してステップST55の処理が追加された点、およびモニタ信号を受光するステップ(ST41A)の後に行われる処理がステップST55の処理である点で異なる。重複する説明を省略するため、実施の形態3の動作と相違する点についてのみ説明する。
なお、図20におけるステップST51~ST54は、実施の形態3に係る図17のステップST1~ST8と実質的に同様である。「実質的に」とは、モニタ信号に基づいてフィードバック信号を生成する処理(ステップST41~ST44)を省略している点で、図20に示された処理は図17に示された処理と相違するからである。なお、実施の形態4のレーザレーダ装置も、実施の形態3と同様に、モニタ信号に基づいてフィードバック信号を生成する処理(ステップST41~ST44)を行ってもよい。
図20のステップST41Aにおいて、光パルスモニタ部15Aは、光パルス分岐部14から分岐されたモニタ信号としての光パルス信号を受光し、受光した光パルス信号を電気信号に変換し、変換後の電気信号を光パルスモニタ信号として信号処理部12Aの伝達関数算出補正部12-11へ供給する。
ステップST55において、伝達関数算出補正部12-11は、ステップST41Aにおいて取得された光パルスモニタ部15からの電気信号(光パルスモニタ信号)の波形と、あらかじめ保有している理想的な強度変調パルス波形とを比較し、これらの波形の偏差から生じうる伝達関数算出結果の誤差を予測あるいは計算し、その誤差を訂正することで伝達関数の補正を行う。
本実施の形態では、伝達関数算出補正部12-11による補正を積算処理後かつSNR算出後に実施したが、伝達関数算出補正部12-11による補正を積算処理前またはSNR算出前に実施するように本実施の形態を変形してもよい。伝達関数算出補正部12-11による補正を積算処理前に補正を行う場合、伝達関数算出補正部12-11は周波数解析部12-4と積算処理部12-5の間に備えられ、ステップST55における処理はステップST12の直後に実施される。伝達関数算出補正部12-11による補正をSNR算出前に補正を行う場合、伝達関数算出補正部12-11は積算処理部12-5とSNR算出部12-6の間に備えられ、ステップST55における処理はステップST13の直後に実施される。
<効果>
実施の形態4によるレーザレーダ装置によれば、各パルスPkに周波数fkの強度変調を付与した際に生じる各強度変調パルス間のパルスパワーや強度変調度の不均一性から算出される伝達関数特性の誤差を補正し、より正確な物性特性算出ができる。
なお、実施形態を組み合わせたり、各実施形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
本開示のレーザレーダ装置は、ターゲットの消光係数などの物性パラメータを算出するためのレーザレーダ装置として用いることができる。
1 光源、2 強度変調器、3 トリガ生成回路部、4 強度変調信号生成部、4-1 強度変調信号生成部群、4-2 強度変調信号混合部、4A 強度変調信号生成部、4B 強度変調信号生成部、5 パルス信号生成部、5B パルス信号生成部、6 パルス変調部、7 送信側光学系、8 送受分離器、9 テレスコープ、10 受信側光学系、11 受光部、12 信号処理部、12A 信号処理部、12-1 フィルタ処理部、12-2 A/D変換部、12-3 レンジビン分割部、12-4 周波数解析部、12-5 積算処理部、12-6 SNR算出部、12-7 距離特性算出部、12-8 伝達関数算出部、12-9 物性特性算出部、12-10 物性距離特性算出部、12-11 伝達関数算出補正部、13 スキャナ、14 光パルス分岐部、15 光パルスモニタ部、15A 光パルスモニタ部、16 光パルス補正部、60 光源部、60A 光源部、60B 光源部、100a 処理回路、100b プロセッサ、100c メモリ。

Claims (12)

  1. レーザ光を互いに異なる周波数の強度変調信号により周期的に強度変調して複数の強度変調パルスを出力する光源部と、
    前記複数の強度変調パルスをターゲットに送信し、前記ターゲットによる反射光を受信光として受信するテレスコープと、
    前記受信光を光電変換して受信電気信号を生成する受光部と、
    前記受信電気信号に基づいて前記ターゲットの距離および消光係数を算出する信号処理部と、
    を備えるレーザレーダ装置。
  2. 前記光源部は、互いに異なる周波数の複数の強度変調信号を経時的に発生し、または互いに異なる周波数の複数の強度変調信号を同時に発生させて混合することにより、前記複数の強度変調パルスを生成する、
    請求項1に記載のレーザレーダ装置。
  3. 前記光源部は、前記互いに異なる周波数の強度変調信号を、前記信号処理部へ出力し、
    前記信号処理部は、前記複数の強度変調パルスの何れか1つの強度変調パルスの生成に用いられた周波数の情報を用いて、前記受信電気信号を周波数解析してスペクトル信号を生成して前記スペクトル信号の周波数と信号対雑音比を検出する、
    請求項2に記載のレーザレーダ装置。
  4. 前記信号処理部は、前記複数の強度変調パルスの2種以上の強度変調パルスの生成に用いられた周波数の情報を用いて、前記受信電気信号を周波数解析して同一レンジのターゲットから反射された受信光に係る複数のスペクトルを生成し、前記複数のスペクトルの信号対雑音比の周波数依存性を解析する、
    請求項3に記載のレーザレーダ装置。
  5. 前記信号処理部は、前記信号対雑音比の周波数依存性から、前記同一レンジのターゲットの伝達関数特性を解析する、
    請求項4に記載のレーザレーダ装置。
  6. 前記伝達関数特性に基づいて、前記同一レンジのターゲットの消光係数を評価する、
    請求項5に記載のレーザレーダ装置。
  7. 前記光源部は、第1の波長の強度変調パルスと、前記第1の波長と異なる第2の波長の強度変調パルスとを出力し、
    前記信号処理部は、前記第1の波長の受信光と前記第2の波長の受信光の受信信号強度比からターゲットの吸収波長と濃度を算出する、
    請求項6に記載のレーザレーダ装置。
  8. 前記光源部は、2つの直交する偏光状態を持つ強度変調パルスを出力し、
    前記信号処理部は、前記2つの偏光による受信信号強度比からターゲットの粒形を評価する、
    請求項6に記載のレーザレーダ装置。
  9. 前記光源部で生成された強度変調パルスを光電変換する光パルスモニタ部と、
    前記光パルスモニタ部からの電気信号に基づいて、送信パルスのパルスパワーと変調強度を制御するためのフィードバック信号を出力する光パルス補正部と、
    を更に備える、
    請求項6に記載のレーザレーダ装置。
  10. 前記光パルス補正部は、理想的な強度変調パルス波形を保持し、光パルスモニタ部からの電気信号の波形と前記理想的な強度変調パルス波形とを比較して偏差を算出し、前記偏差を抑制するように前記光源部に対してフィードバック信号を出力する、
    請求項9に記載のレーザレーダ装置。
  11. 前記光源部で生成された強度変調パルスを光電変換する光パルスモニタ部を更に備え、
    前記信号処理部は、前記光パルスモニタ部に接続され、前記光パルスモニタ部からの電気信号に基づいて補正を行う伝達関数算出補正部を更に備える、
    請求項6に記載のレーザレーダ装置。
  12. 前記伝達関数算出補正部は、受信信号の周波数応答特性が一様なターゲットからの受信信号のスペクトル特性が一様となるような強度変調パルスの最適駆動条件に関する情報を予め保有し、前記光パルスモニタ部からの電気信号と前記情報を比較することで前記強度変調送信パルスにより生じる受信信号の不確定性を補正する、
    請求項11に記載のレーザレーダ装置。
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