JP7240121B2 - 目標物検出システム - Google Patents

Description

本発明は、空域に位置する目標物を検出する目標物検出システムに関する。

特許文献１には、ステルス化された目標物をレーダによって検出する技術の一例が開示されている。かかる技術では、主サイトから送信された電波の目標物についての前方散乱波を二箇所の副サイトで受信し、受信波を再び目標物の方向へ送り返し、これによって生じた新たな前方散乱波を主サイトで受信して目標物を検出する。

特開平３－９４１８５号公報

ところで、送信点から光を送信し、目標物で反射した光（反射光）を受信点で受信することで、目標物を検出する技術がある。しかし、目標物がステルス化されたものである場合、目標物における反射光の強度が非常に小さく、反射光を受信点で受信することが難しい。このため、ステルス化された目標物を、光を用いて検出することが難しかった。

そこで、本発明は、空域に位置する目標物を、光を用いて検出可能な目標物検出システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の目標物検出システムは、送信装置と、送信装置から離隔している受信装置と、を含んで構成された目標物検出システムであって、送信装置は、検査光を送信する検査光送信部と、参照光を受信装置に送信する参照光送信部と、を備え、受信装置は、受信した光から、検査光の送信経路において散乱された散乱光および参照光を検出する光検出部と、受信した散乱光の強度の時間推移を導出する散乱光処理部と、散乱光の強度の時間推移に基づいて目標物を検出する目標物検出部と、を備え、目標物検出部は、散乱光の強度が、所定の第１推移よりも大きな所定の第２推移よりも大きい場合、ステルス化されていない目標物があると判定し、散乱光の強度が、第２推移よりも大きくならずに第１推移以下となった場合、ステルス化された目標物があると判定し、第１推移以下となった時刻と前記参照光の受信時刻との時間差に基づいて、第１推移以下となった時刻に対応する送信経路上の位置を、ステルス化された目標物の位置として導出する。

また、送信装置および受信装置は、各々空中に位置してもよい。

本発明によれば、空域に位置する目標物を、光を用いて検出することが可能となる。

本実施形態による目標物検出システムの概要を説明する説明図である。 目標物検出システムの検出規模の一例を説明する説明図である。 目標物検出システムの構成を示す概略図である。 検査光を１の送信方向に送信した場合の第２光電変換部の出力の時間推移を示す図である。 目標物の位置の導出について説明する説明図である。 検査光を１の送信方向に送信した場合の第２光電変換部の出力の時間推移の他の例を示す図である。 送信装置の送信制御部の動作を説明するフローチャートである。 受信装置の動作を説明するフローチャートである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態の一態様について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本実施形態による目標物検出システム１の概要を説明する説明図である。目標物検出システム１は、ステルス化された航空機等、空域に位置する目標物１０を検出するシステムである。ここで、ステルスとは、レーダ等のセンサから観測され難くする技術である。

目標物検出システム１は、送信装置１２および受信装置１４を含んで構成される。送信装置１２は、例えば、ヘリコプタ１６ａに搭載される。受信装置１４は、送信装置１２が搭載されるヘリコプタ１６ａとは別体のヘリコプタ１６ｂに搭載される。各ヘリコプタ１６ａ、１６ｂは、目標物１０の検出時において空中で互いに離隔してその位置を維持する（ホバリング）。つまり、送信装置１２および受信装置１４は、目標物１０の検出時に互いに離隔して空中に位置することとなる。また、各ヘリコプタ１６ａ、１６ｂが空中でその位置を維持するため、送信装置１２および受信装置１４の位置関係が変化しない。なお、本実施形態における「位置」は、三次元空間での位置を示す。

送信装置１２は、目標物１０の検出用の光を送信する。以後、目標物１０の検出用の光を検査光と呼ぶ。送信装置１２は、目標物１０の検出対象となる空域である対象空域１８に向けて検査光を送信する。図１では、検査光の進行方向を実線の矢印Ａ１０で示している。また、送信装置１２は、検査光とは別に、受信装置１４に向けて光を送信する。以後、受信装置１４に送信する光を参照光と呼ぶ。図１では、参照光の進行方向を一点鎖線の矢印Ａ１２で示している。検査光および受信光は、レーザ光である。

検査光は、目標物１０に当たると反射する。以後、目標物１０で反射した光を反射光と呼ぶ。図１では、反射光の進行方向を二点鎖線の矢印Ａ１４で示している。目標物１０がステルス化されたものではない場合、反射光の強度は大きいので、受信装置１４は容易に反射光を検出することができる。

しかし、目標物１０がステルス化されたものである場合、目標物１０が検査光を吸収し易いため、目標物１０での反射光の強度は非常に小さくなる。つまり、ステルス化された目標物１０による反射光の強度は、ステルス化されていない目標物１０による反射光の強度よりも小さい。このため、この場合には、反射光を受信装置１４で検出することが難しい。

ここで、検査光は、空気中の粒子や分子などで散乱される。以後、散乱された光を散乱光と呼ぶ。図１では、散乱光の進行方向を実線の矢印Ａ１６で示している。検査光による散乱光は、検査光の送信経路上において発生する。図１では、検査光の送信経路上で複数の散乱光が発生している様子を表し、それを実線の矢印Ａ１６で示している。

また、検査光は、送信装置１２から遠くなるほど強度が徐々に低下する。このため、散乱光の発生時の強度も、送信装置１２から遠くなるほど徐々に低下する。また、散乱光の強度は、発生位置から遠くなるほどさらに低下する。図１では、散乱光の強度が徐々に低下することを矢印Ａ１６の長さで示している。

また、検査光が目標物１０に当たると、目標物１０が検査光を遮断するため、目標物１０から先においては検査光が残らない。図１では、検査光が目標物１０から先に進行しないことを破線の矢印Ａ１８で示している。したがって、送信経路を目標物１０から先に延長した延長方向上では、散乱光は発生しない。その結果、目標物１０から先の延長方向上における散乱光については、受信装置１４で検出されない。

そこで、本実施形態の目標物検出システム１は、検査光による散乱光を受信装置１４で検出し、散乱光が検出されなくなった位置に、検査光および散乱光が途絶えた原因である目標物１０があると特定する。

図２は、目標物検出システム１の検出規模の一例を説明する説明図である。図２（ａ）では、目標物１０等を鳥瞰的に示している。図２（ｂ）は、目標物１０等の上方から見た平面図を示している。

送信装置１２および受信装置１４は、互いに、例えば、１５０ｋｍ離れて位置する。送信装置１２と受信装置１４とを結ぶ直線を参照線と呼ぶ。送信装置１２は、参照線に対して水平方向に約２０度～約６０度の範囲、鉛直方向に約－１０度～約１０度の範囲に検査光を送信する。これらの範囲に検査光が送信されると、参照線から約５０ｋｍ離れた空域であり、参照線に平行な方向に約１００ｋｍ、鉛直方向に約２０ｋｍのエリア１８ａに検査光が送信されることとなる。送信光が送信される対象空域１８は、このエリア１８ａを含む。

送信装置１２は、水平方向に約０．０５度ごとに、参照線に対して約６０度となる方向から参照線に対して約２０度となる方向に向かって（図２（ｂ）の破線Ａ１０ａで示すように中央上側から右下側に）順に検査光を送信する。これにより、エリア１８ａでは、図２（ｂ）の実線Ａ１０ｂで示すように、左側から右側に向かって走査される。そして、送信装置１２は、検査光を水平方向に順に送信することを、鉛直上側から鉛直下側に向かって（図２（ａ）の上側から下側に向かって）約０．０５度ごとに順に繰り返す。送信装置１２は、このようにして対象空域１８を走査する。送信装置１２は、例えば、対象空域１８の全域を約３０秒で走査する。

図３は、目標物検出システム１の構成を示す概略図である。図３では、信号の流れを破線の矢印で示している。送信装置１２は、検査レーザ発振部２０、検査光送信部２２、参照レーザ発振部２４、参照光送信部２６、送信制御部２８を含んで構成される。

検査レーザ発振部２０は、送信制御部２８の制御の下、検査光であるレーザ光を発振する。検査レーザ発振部２０は、例えば、半導体レーザや固体レーザなどである。

検査光送信部２２は、検査レーザ発振部２０で発振された検査光で対象空域１８を走査する。検査光送信部２２は、例えば、送信制御部２８の制御の下、レンズの方位角（アジマス）および仰角（エレベーション）を調整し、検査レーザ発振部２０で発振された検査光の送信方向を変更させる。

参照レーザ発振部２４は、送信制御部２８の制御の下、参照光であるレーザ光を発振する。参照レーザ発振部２４は、例えば、半導体レーザや固体レーザなどである。また、参照レーザ発振部２４は、例えば、検査光の波長とは異なる波長の参照光を出力する。

参照光送信部２６は、参照レーザ発振部２４で発振された参照光を受信装置１４に向けて送信する。参照光送信部２６は、例えば、受信装置１４を追従制御し、受信装置１４が参照光の送信方向に位置するように参照光の送信方向を調整する。

送信制御部２８は、中央処理装置、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成される。送信制御部２８は、プログラムを実行することで、送信装置１２の各部を制御する。

送信制御部２８は、検査レーザ発振部２０に検査光の光強度変調を行わせる。具体的には、検査レーザ発振部２０は、レーザ発振するための閾値を電流値が超えると電流値に比例した強度の検査光を発振する。このため、検査レーザ発振部２０の電流値が変化すると、検査光の強度が変化する。そこで、送信制御部２８は、検査レーザ発振部２０の電流値を変化させるための電気信号である走査変調信号を生成して検査レーザ発振部２０に送る。検査レーザ発振部２０では、送信制御部２８から送られた走査変調信号の強度の変化にしたがって電流値が変化する。これにより、検査レーザ発振部２０は、走査変調信号に基づく電流値の変化にしたがって強度が変化する検査光を発振する。検査光は、例えば、数Ｍｂｐｓ（メガビット毎秒）程度で強度が変化する。

また、送信制御部２８は、参照レーザ発振部２４に参照光の光強度変調も行わせる。具体的には、送信制御部２８は、参照レーザ発振部２４の電流値を変化させるための電気信号である参照変調信号を生成して参照レーザ発振部２４に送る。参照レーザ発振部２４では、送信制御部２８から送られた参照変調信号の強度の変化にしたがって電流値が変化する。これにより、参照レーザ発振部２４は、参照変調信号に基づく電流値の変化にしたがって強度が変化する参照光を発振する。参照光は、例えば、数Ｍｂｐｓ（メガビット毎秒）程度で強度が変化する。

また、送信制御部２８は、参照光の光強度変調を行わせる際に、検査光の送信方向を示す情報および参照光の送信方向を示す情報を参照光に含ませる。例えば、送信制御部２８は、検査光の送信方向を示すビット列および参照光の送信方向を示すビット列に基づいて参照変調信号を生成する。そして、参照レーザ発振部２４がその参照変調信号にしたがってレーザ発振を行うことで、検査光の送信方向を示す情報および参照光の送信方向を示す情報が参照光に含まれることとなる。

また、送信制御部２８は、検査光送信部２２による走査（換言すると、検査光の送信方向）を制御する。具体的には、送信制御部２８は、検査光の送信方向に対応する方位角および仰角の各情報を検査光送信部２２に送る。なお、送信制御部２８では、検査光の送信方向と、方位角および仰角とが関連付けられている。

また、送信制御部２８は、参照光が受信装置１４に直接到達するように、参照光送信部２６による参照光の送信方向の調整を行う。具体的には、送信制御部２８は、検出された受信装置１４の相対方向に応じて、受信装置１４の相対方向と現在の参照光の送信方向との差分がなくなるように参照光の新たな送信方向を決定し、参照光送信部２６に送る。参照光送信部２６は、参照光の送信方向を新たな送信方向に変更する。

また、送信制御部２８は、検査光と参照光とをほぼ同時刻に送信させる。また、送信制御部２８は、検査光の送信方向が新たな送信方向に更新されると、更新された新たな送信方向への検査光の送信ごとに参照光を送信させる。

受信装置１４は、光検出部３０および信号処理部４０を含んで構成される。光検出部３０は、参照光、検査光による散乱光および反射光を含む光を受信する。光検出部３０は、受信した光から参照光、散乱光および反射光を検出する。

光検出部３０は、分光部３２、第１光電変換部３４および第２光電変換部３６を含んで構成される。分光部３２は、例えば、プリズムであり、受信した光を各波長の光に分光する。第１光電変換部３４および第２光電変換部３６は、例えば、フォトダイオードである。

第１光電変換部３４には、分光部３２で分光された光のうち、参照光の波長を中心とした第１の波長範囲の光が入力される。第１光電変換部３４は、入力された第１の波長範囲の光を電気信号に変換して出力する。第１光電変換部３４の出力信号には、参照光を示す信号（以下、参照信号という）が含まれる。

第２光電変換部３６には、分光部３２で分光された光のうち、検査光の波長を中心とした第２の波長範囲の光が入力される。第２光電変換部３６は、入力された第２の波長範囲の光を電気信号に変換して出力する。ここで、散乱光の波長および反射光の波長は、検査光の波長と大凡一致する。このため、第２光電変換部３６の出力信号には、散乱光を示す信号（以下、散乱信号という）および反射光を示す信号（以下、反射信号という）が含まれる。なお、反射光の波長については、検査光の波長から少しずれることがあるが、第２の波長範囲を反射光の波長のずれを考慮した範囲とすることで、第２光電変換部３６の出力信号に反射信号を含ませることができる。

信号処理部４０は、中央処理装置、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路で構成される。信号処理部４０は、プログラムを実行することで、参照光処理部４２、散乱光処理部４４および目標物検出部４６として機能する。

参照光処理部４２は、光検出部３０の第１光電変換部３４の出力信号に基づいて、参照光の受信時刻を導出する。光検出部３０が参照光を受信する前においては、第１光電変換部３４の出力信号の振幅は小さいが、光検出部３０が参照光の受信を開始すると、第１光電変換部３４の出力信号の振幅が大きくなる。このため、参照光処理部４２は、第１光電変換部３４の出力信号の振幅が所定の振幅よりも大きくなった時刻を、参照光の受信時刻に決定する。参照光処理部４２は、検査光の送信方向ごとに送信される参照光の受信ごとに参照光の受信時刻を導出する。

また、参照光処理部４２は、光検出部３０の第１光電変換部３４の出力信号に基づいて、検査光の送信方向および参照光の送信方向を導出する。上述のように、参照光には、検査光の送信方向を示す情報および参照光の送信方向を示す情報が含まれている。このため、参照光処理部４２は、時間とともに振幅が変化する第１光電変換部３４の出力信号をデジタル信号に変換し、そのデジタル信号が示すビット列から検査光の送信方向を示す情報および参照光の送信方向を読み取る。

図４は、検査光を１の送信方向に送信した場合の第２光電変換部３６の出力の時間推移を示す図である。上述のように、散乱光は、検査光の送信経路上において発生する。このため、送信装置１２の近傍で発生した散乱光と、送信装置１２から遠い位置で発生した散乱光とでは、受信装置１４で検出される時刻に差が生じる。

例えば、参照光と検査光とが同時に送信されるため、送信装置１２の極近傍で発生した散乱光は、受信装置１４において参照光と大凡同時刻で検出される。一方、送信装置１２から遠い位置で発生した散乱光は、受信装置１４において参照光の受信時刻から遅れて検出される。そして、散乱光の発生位置が送信装置１２から遠くなるほど、その散乱光の受信時刻は、参照光の受信時刻から遅くなる。

図４において、時刻Ｔ０は、参照光の受信時刻を示すとともに、送信装置１２の極近傍で発生した散乱光の受信時刻を示している。また、図４では、横軸の値が時刻Ｔ０よりも大きくなるほど、散乱光の受信時刻が遅くなることを示している。つまり、図４の横軸は、参照光の受信時刻に対する散乱光の受信時刻の遅延時間を示している。そして、この遅延時間（図４の横軸）は、検査光の経路の距離と散乱光の経路の距離とを合計した合計距離と、参照光の経路の距離との差分（距離差）に対応する。

なお、送信装置１２から遠い位置で発生した散乱光ほど、受信装置１４に到達する距離が長くなるため、空中でのさらなる散乱などによって、散乱光の受信時の強度が低下する。

散乱光処理部４４は、参照光処理部４２で導出された参照光の受信時刻を取得する。また、散乱光処理部４４は、第２光電変換部３６の出力信号をデジタル信号に変換する。そして、散乱光処理部４４は、変換後のデジタル信号を、参照光の受信時刻から所定時間分だけ蓄積する。ここでの所定時間は、例えば、検査光を１の送信方向に送信している時間に設定される。そして、散乱光処理部４４は、蓄積した情報から第２光電変換部３６の出力の時間推移を導出する。第２光電変換部３６には散乱信号が含まれるため、導出された第２光電変換部３６の出力の時間推移は、散乱光の強度の時間推移に相当する。

図４において、一点鎖線Ｂ１０は、検査光の送信方向に目標物１０が存在しなかった場合の第２光電変換部３６の出力の時間推移を示している。この場合、第２光電変換部３６の出力の時間推移を示す一点鎖線Ｂ１０の傾きが時間に依らずほぼ一定となる。つまり、第２光電変換部３６の出力は、時間が経過するに連れて、ほぼ一定の割合で漸減する。

一方、図４において、実線Ｂ１２は、検査光の送信方向においてステルス化された目標物１０が存在した場合の第２光電変換部３６の出力の時間推移を示している。

ここで、上述のように、検査光の送信経路上にステルス化された目標物１０があると、その目標物１０から先に延長した延長方向上では、散乱光が検出されなくなる。図４では、実線Ｂ１２で示すように、時刻Ｔ１において第２光電変換部３６の出力が大幅に低下している。このため、この時刻Ｔ１に対応する検査光の送信経路上の位置においてステルス化された目標物１０（少なくとも、何かしらの目標物１０）があると推定することができる。

そこで、目標物検出部４６は、散乱光処理部４４で導出された第２光電変換部３６の出力の時間推移（散乱光の強度の時間推移）を取得する。目標物検出部４６は、第２光電変換部３６の出力の時間推移（散乱光の強度の時間推移）に基づいて目標物１０を検出する。

具体的には、目標物検出部４６は、第２光電変換部３６の出力の時間推移（散乱光の強度の時間推移）において、第２光電変換部３６の出力（散乱光の強度）が所定の第１推移以下となるか否かを判定する。図４の二点鎖線Ｂ１４は、所定の第１推移を示す。所定の第１推移は、予想される散乱光の強度の時間推移（例えば、図４の一点鎖線Ｂ１０）の下限値よりさらに所定値以下に設定される。したがって、所定の第１推移は、散乱光の検出の有無を区別することが可能なように設定される。

目標物検出部４６は、第２光電変換部３６の出力（散乱光の強度）が第１推移以下とならない場合、目標物１０がないと判定する。ただし、参照光の受信時刻に対する散乱光の遅延時間が非常に長くなること、つまり、検査光の送信距離が非常に長くなることで、目標物１０がないにもかかわらず、第２光電変換部３６の出力が第１推移以下となるような場合は、ここでの判定の対象から除く。

なお、目標物検出部４６は、判定の対象となる時間の上限（換言すると、参照光の受信時刻に対する散乱光の遅延時間の上限）を予め設定してもよい。

一方、目標物検出部４６は、第２光電変換部３６の出力（散乱光の強度）が第１推移以下となる場合、目標物１０があるとして、目標物１０の位置を特定する。目標物検出部４６は、散乱光の強度が第１推移以下となる時刻（時刻Ｔ１）と参照光の受信時刻（時刻Ｔ０）との時間差（Ｔ１－Ｔ０）に基づいて目標物１０の位置を導出する。

図５は、目標物１０の位置の導出について説明する説明図である。目標物検出部４６は、導出された時間差（Ｔ１－Ｔ０）を用いて、検査光の経路の距離Ｄ１０と、散乱光の経路の距離Ｄ１６とを合計した合計距離と、参照光の経路の距離Ｄ１２との距離差を導出する。また、目標物検出部４６は、参照光処理部４２で導出された検査光の送信方向および参照光の送信方向を取得する。そして、目標物検出部４６は、検査光の送信方向、参照光の送信方向、導出された距離差、参照光の経路の距離Ｄ１２を用いて、散乱位置Ｃ１０を導出する。このようにして導出された散乱位置Ｃ１０が、目標物１０の位置に相当する。

図６は、検査光を１の送信方向に送信した場合の第２光電変換部３６の出力の時間推移の他の例を示す図である。図６において、一点鎖線Ｅ１０は、検査光の送信方向に目標物１０が存在しなかった場合の第２光電変換部３６の出力の時間推移を示している。また、実線Ｅ１２は、検査光の送信方向においてステルス化されていない目標物１０が存在した場合の第２光電変換部３６の出力の時間推移を示している。第２光電変換部３６の出力の時間推移は、概ね散乱光の強度の時間推移に相当する。図６において、時刻Ｔ１０は、参照光の受信時刻を示すとともに、送信装置１２の極近傍で発生した散乱光の受信時刻を示している。

検査光がステルス化されていない目標物１０に当たると、強度の大きな反射光が発生する。図６において、時刻Ｔ１１は、ステルス化されていない目標物１０に当たって発生した反射光の受信時刻を示す。図６では、実線Ｅ１２で示すように、時刻Ｔ１１において第２光電変換部３６の出力が瞬間的に大幅に増加している。これは、時刻Ｔ１１において第２光電変換部３６の出力に散乱信号だけでなく反射信号も含まれているためである。

そこで、目標物検出部４６は、第２光電変換部３６の出力の時間推移において、第２光電変換部３６の出力が所定の第２推移よりも大きくなるか否かを判定する。図６の二点鎖線Ｅ１４は、所定の第２推移を示す。所定の第２推移は、第１推移よりも大きく、予想される散乱光の強度の時間推移（例えば、図６の一点鎖線Ｅ１０）の上限値と、予測される反射光の強度の時間推移（例えば、図６の実線Ｅ１２の時刻Ｔ１１付近）の下限値との間に設定される。したがって、所定の第２推移は、強度が大きな反射光の検出の有無を区別することが可能なように設定される。

第２光電変換部３６の出力が所定の第２推移よりも大きくなる場合、目標物検出部４６は、ステルス化されていない目標物１０があると判定し、目標物１０の位置を導出する。目標物検出部４６は、第２光電変換部３６の出力が第２推移よりも大きくなる時刻（時刻Ｔ１１）と参照光の受信時刻（時刻Ｔ１０）との時間差（Ｔ１１－Ｔ１０）に基づいて目標物１０の位置を導出する。

第２光電変換部３６の出力が所定の第２推移よりも大きくならない場合、少なくともステルス化されていない目標物１０はないと推定できる。

なお、反射光の受信時刻（時刻Ｔ１１）の後、第２光電変換部３６の出力は、非常に小さくなる。これは、ステルス化されていない目標物１０であっても、その目標物１０から先の散乱光が検出されないからである。

図４に戻って、検査光がステルス化された目標物１０に当たると、目標物１０による反射光の強度は非常に小さくなる。図４では、反射光の強度が非常に小さいため、時刻Ｔ１における第２光電変換部３６の出力の増加量は非常に小さい。つまり、目標物１０がステルス化されたものである場合、第２光電変換部３６の出力（散乱光の強度）の時間推移において、第２光電変換部３６の出力（散乱光の強度）が第２推移（図４の二点鎖線Ｅ１４）よりも大きくならずに、第２光電変換部３６の出力（散乱光の強度）が第１推移以下となる。このような場合、目標物検出部４６は、目標物１０がステルス化されたものであると判定する。

図７は、送信装置１２の送信制御部２８の動作を説明するフローチャートである。図７は、検査光を１の送信方向に送信するときの処理の流れを示している。

まず、送信制御部２８は、検査光の送信方向を決定する（Ｓ１００）。送信制御部２８は、今回の送信方向が走査の最初の送信方向である場合、検査光の送信方向の初期値を設定する。一方、送信制御部２８は、今回の送信方向が走査の最初の送信方向ではない場合、検査光の送信方向を、走査順における前回の送信方向の次に相当する送信方向に決定する。送信制御部２８は、決定した送信方向に対応する方位角および仰角を検査光送信部２２に送る。

次に、送信制御部２８は、検査光の送信方向を示す情報および参照光の送信方向を示す情報を含む参照変調信号を生成する（Ｓ１１０）。次に、送信制御部２８は、検査変調信号を生成する（Ｓ１２０）。

次に、送信制御部２８は、参照変調信号にしたがって参照レーザ発振部２４を発振させ、参照光を参照光送信部２６から受信装置１４に向かって送信させるとともに、検査変調信号にしたがって検査レーザ発振部２０を発振させ、検査光を検査光送信部２２から対象空域１８に向かって送信させる（Ｓ１３０）。このとき、送信制御部２８は、参照光と検査光とをほぼ同時刻に送信させる。また、送信制御部２８は、参照光および検査光の送信開始から所定時間の経過後、参照光および検査光の送信を一旦停止する。

送信制御部２８は、図７に示す各処理を、対象空域１８の全範囲について繰り返す。つまり、送信制御部２８は、検査光および参照光の送信を、検査光の送信方向ごと（換言すると、走査の角度ごと）に繰り返す。

図８は、受信装置１４の動作を説明するフローチャートである。受信装置１４の光検出部３０は、光を受信すると、受信した光に少なくとも参照光が含まれているか否かを検出する（Ｓ２００）。具体的には、分光部３２が、受信した光を分光し、第１光電変換部３４が参照光の検出を行う。

光検出部３０は、受信した光に参照光が含まれていない場合、参照光を受光するまで待機する（Ｓ２００におけるＮＯ）。

一方、光検出部３０は、受信した光に参照光が含まれている場合（Ｓ２００におけるＹＥＳ）、参照光に加え、散乱光および反射光を検出する（Ｓ２１０）。具体的には、分光部３２が、受信した光を分光し、第１光電変換部３４が参照光の検出を行うとともに、第２光電変換部３６が散乱光および反射光の検出を行う。また、光検出部３０では、参照光の受信開始から所定時間（例えば、次の走査の角度に移るまでの時間）、参照光、散乱光および反射光の検出が継続される。

次に、参照光処理部４２は、第１光電変換部３４の出力信号に基づいて、参照光の受信時刻を導出する（Ｓ２２０）。参照光の受信時刻は、送信装置１２の極近傍で発生する散乱光の受信時刻に対応する。

次に、参照光処理部４２は、第１光電変換部３４の出力信号に基づいて、検査光の送信方向および参照光の送信方向を導出する（Ｓ２３０）。検査光の送信方向および参照光の送信方向は、目標物１０の位置を特定する際に用いられる。

次に、散乱光処理部４４は、１の送信方向分の第２光電変換部３６の出力（散乱光の強度）の時間推移を導出する（Ｓ２４０）。このとき、散乱光処理部４４は、参照光の受信時刻を、散乱光の受信時刻の基準時刻とみなして、第２光電変換部３６の出力の時間推移を導出する。

次に、目標物検出部４６は、第２光電変換部３６の出力の時間推移において、第２光電変換部３６の出力が第２推移よりも大きくなるか否かを判定する（Ｓ２５０）。

第２光電変換部３６の出力が第２推移よりも大きくなる場合（Ｓ２５０におけるＹＥＳ）、強度の大きい反射光を検出したことに相当し、目標物検出部４６は、ステルス化されていない（非ステルスの）目標物１０があると判定する（Ｓ２６０）。

ステップＳ２６０の後、目標物検出部４６は、目標物１０の位置を導出する（Ｓ２７０）。具体的には、目標物検出部４６は、第２光電変換部３６の出力が第２推移よりも大きくなった時刻と参照光の受信時刻との時間差に基づいて、第２光電変換部３６の出力が第２推移よりも大きくなった時刻に対応する検査光の送信経路上の位置を導出する。目標物検出部４６は、導出された位置をステルス化されていない目標物１０の位置とする。

ステップＳ２７０の後、目標物検出部４６は、その結果を出力する（Ｓ２８０）。例えば、目標物検出部４６は、ステルス化されていない目標物１０を検出したこと、および、検出された目標物１０の位置を出力する。

一方、第２光電変換部３６の出力が第２推移よりも大きくならない場合（Ｓ２５０におけるＮＯ）、目標物検出部４６は、第２光電変換部３６の出力（散乱光の強度）が第１推移以下となるか否かを判定する（Ｓ２９０）。

第２光電変換部３６の出力が第１推移以下となる場合（Ｓ２９０におけるＹＥＳ）、目標物検出部４６は、ステルス化された目標物１０があると判定する（Ｓ３００）。

ステップＳ３００の後、目標物検出部４６は、目標物１０の位置を導出する（Ｓ２７０）。具体的には、目標物検出部４６は、第２光電変換部３６の出力（散乱光の強度）が第１推移以下となった時刻と参照光の受信時刻との時間差に基づいて、第２光電変換部３６の出力（散乱光の強度）が第１推移以下となった時刻に対応する検査光の送信経路上の位置を導出する。目標物検出部４６は、導出された位置をステルス化された目標物１０の位置とする。

ステップＳ２７０の後、目標物検出部４６は、その結果を出力する（Ｓ２８０）。例えば、目標物検出部４６は、ステルス化された目標物１０を検出したこと、および、検出された目標物１０の位置を出力する。

一方、第２光電変換部３６の出力が第１推移以下とならない場合（Ｓ２９０におけるＮＯ）、目標物検出部４６は、目標物１０がないと判定し（Ｓ３１０）、その結果を出力する（Ｓ２８０）。

なお、送信装置１２では、検査光の送信方向ごとに参照光が送信される。このため、受信装置１４では、参照光を検出するごとに図８の一連の処理が行われる。

また、受信装置１４は、次の参照光が所定時間を超えて検出されない場合、対象空域１８の走査が終了したとみなして、これまでの目標物１０の検出結果を出力してもよい。

また、図８のフローチャートにおいて、目標物検出部４６は、第２光電変換部３６の出力が第２推移よりも大きくなるか否かの判定を行っていた（Ｓ２５０）。しかし、目標物検出部４６は、第２光電変換部３６の出力が第２推移よりも大きくなるか否かの判定を行わず、第２光電変換部３６の出力が第１推移以下となるか否かの判定を行ってもよい。この態様において、第２光電変換部３６の出力が第１推移以下となった場合、目標物検出部４６は、ステルス化された目標物１０を含む何かしらの目標物１０を検出することができる。

以上のように、本実施形態の目標物検出システム１は、検査光の送信経路上で発生する散乱光を検出し、散乱光の強度が、第１推移以下となった場合に、第１推移以下となった時刻と参照光の受信時刻との時間差に基づいて、第１推移以下となった時刻に対応する送信経路上の位置を目標物１０の位置として導出する。

したがって、本実施形態の目標物検出システム１によれば、空域に位置する目標物１０を、光を用いて検出することが可能となる。

また、本実施形態の目標物検出システム１は、散乱光の強度の時間推移において、散乱光の強度が、第２推移よりも大きい場合、目標物１０がステルス化されていない目標物１０であると判定し、第２推移よりも大きくならずに第１推移以下となった場合、目標物１０がステルス化された目標物１０であると判定する。このため、本実施形態の目標物検出システム１は、目標物１０がステルス化された目標物１０であるか、ステルス化されていない目標物１０であるかを、明確に区別して特定することができる。

また、本実施形態の目標物検出システム１は、目標物１０の検出の際に、送信装置１２および受信装置１４が空中に位置する。このため、本実施形態の目標物検出システム１は、送信装置１２および受信装置１４が地上に配置される態様に比べ、散乱光および反射光の検査光に対する角度を広くすることができ、散乱光および反射光をより精度よく検出することが可能となる。

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、上記実施形態において、目標物検出部４６は、散乱光の強度が第１推移以下となった場合、目標物１０の位置の特定精度を上げるため、散乱光が受信されなくなった時刻に対応する検査光の送信経路上の位置付近に対して局所的な走査（本走査）を行ってもよい。

具体的には、受信装置１４にも検査レーザ発振部および検査光送信部を設ける。目標物検出部４６は、散乱光の強度が第１推移以下となった場合、ステルス化された目標物１０があると判定し、一旦、目標物１０の位置を導出する。次に、目標物検出部４６は、検査レーザ発振部にレーザ光である補助検査光を出力させ、検査光送信部に補助検査光の走査を行わせる。この際、検査光送信部は、先に導出した目標物１０の位置を中心とし、送信装置１２からの検査光の送信方向を走査方向とした走査を行う。

次に、目標物検出部４６は、補助検査光についての散乱光（補助散乱光）を受信し、補助散乱光の強度の時間推移を導出する。目標物検出部４６は、補助散乱光の強度の時間推移における補助散乱光の強度が第１推移以下となる時刻および補助検査光の送信方向に基づいて、目標物１０の位置を補正する。この態様によれば、ステルス化された目標物１０をより精度良く検出することができる。なお、この態様は、ステルス化されていない目標物１０の位置の導出時に行ってもよい。

また、上記実施形態において、検査光送信部２２は、検査光で対象空域１８を走査していた。しかし、目標物検出システム１は、検査光送信部２２が対象空域１８を走査する態様に限らない。例えば、検査光送信部２２は、水平方向の３６０度に亘って検査光を送信してもよいし、所定の送信方向のみに検査光を送信してもよい。

また、上記実施形態において、散乱光の強度の判定基準である第１推移、および、反射光の強度の判定基準である第２推移は、予測される散乱光の強度の時間推移に概ね平行なものであり、時間の変化に合わせて変化するものであった。しかし、散乱光の強度の判定基準として、固定値である第１閾値を用いてもよく、反射光の強度の判定基準として、固定値である第２閾値を用いてもよい。

本発明は、目標物を検出する目標物検出システムに利用できる。

１ 目標物検出システム
１０ 目標物
１２ 送信装置
１４ 受信装置
２２ 検査光送信部
２６ 参照光送信部
３０ 光検出部
４４ 散乱光処理部
４６ 目標物検出部

Claims (2)

1. 送信装置と、前記送信装置から離隔している受信装置と、を含んで構成された目標物検出システムであって、
   前記送信装置は、
   検査光を送信する検査光送信部と、
   参照光を前記受信装置に送信する参照光送信部と、
   を備え、
   前記受信装置は、
   受信した光から、前記検査光の送信経路において散乱された散乱光および前記参照光を検出する光検出部と、
   受信した前記散乱光の強度の時間推移を導出する散乱光処理部と、
   前記散乱光の強度の時間推移に基づいて目標物を検出する目標物検出部と、
   を備え、
   前記目標物検出部は、
   前記散乱光の強度が、所定の第１推移よりも大きな所定の第２推移よりも大きい場合、ステルス化されていない目標物があると判定し、
   前記散乱光の強度が、前記第２推移よりも大きくならずに前記第１推移以下となった場合、ステルス化された目標物があると判定し、前記第１推移以下となった時刻と前記参照光の受信時刻との時間差に基づいて、前記第１推移以下となった時刻に対応する前記送信経路上の位置を、ステルス化された目標物の位置として導出する目標物検出システム。
2. 前記送信装置および前記受信装置は、各々空中に位置する請求項１に記載の目標物検出システム。

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