JPH02228579A - 光レーダ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は周囲に光を送光し、物標からの反射光を受光す
ることによって、物標の有無、物標までの距離、物標の
速度等の少なくとも１つを検出する光レーダ装置の改良
に係わり、特に受信感度の向上を図った光レーダ装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

従来の光レーダ装置は、例えば文献：　［レーザーハン
ドブック」、昭和４８年朝倉書店発行。

６６４頁〜６７７頁、“レーザレーダー”等に開示され
ている。

第６図は上記文献に開示された従来の光レーダ装置の基
本的構成を示し、同図において、１はパルス発生器、２
はパルス発生器１からの電気信号を光信号に変換する−
ための発光素子（レーザダイオード等）とその駆動回路
とレンズ系で構成される送光器、３は物標からの反射光
を受光するためのレンズ系と光信号を電気信号に変換す
るための受光素子（ホトダイオード等）で構成される受
光器、４はパルス信号を通過させるような広帯域増幅器
、５は物標までの距離等を検出する信号処理器である。

次に動作について説明する。パルス発生器１は、パルス
間隔が最大警戒レンジに対応する時間以上であるクロッ
クパルスを発生する。この信号は、送光器２へ駆動パル
スとして入力され、送光パルスが送出される。物標から
反射して返ってきたこの光は、受光器３で受光されて光
電変換により電気信号に変換された後、通過帯域幅Ｂ２
がＢ、−１，２／τ（τ：送信パルス幅）で決−まるよ
うな広帯域増幅器４によって必要レベルまで増幅されて
受信パル不となる。このとき、受信パルスは極めて狭い
幅のパルスであり、かつ微弱信号を判定レベルまで増幅
することが可能でなければならぬため、広帯域増幅器４
は非常に広帯域かつ高利得のものが必要となる。信号処
理器５では、送信パルスと受信パルスの時間差を測るこ
とにより物標までの距離等の検出を行う。

従来の光レーダ装置においては、レーダの最大探知距離
Ｒ１Ｘは、 となる、ここで、Ｐ、は送信ピーク出力、Ｓ　ｍｉｍは
最小探知信号電力である。また、最小探知信号電力Ｓ、
、、は下記式のように与えられる。

ここで、Ｋはボルツマン定数、Ｔｏは絶対温度、Ｂ、は
受信機の周波数帯域幅、ＮＦは受信機雑音対雑音比−ミ
ーの最小値である。また、Ｂ７は送信パルス幅τとの関
係でいうと、例えば、１．２ Ｂｒ　−・・・・・・（３） τ となる、更に、距離分解能Ｒ１，、は送信パルス幅τに
よって次のように定まる。

Ｒ２ｏ−・・・・・・（４） ここで、Ｃは光の速度である２゜ 光レーダ装置はレーダ性能として最大探知距離Ｒｗａｘ
を長くとろうとすれば式（１）かられかるように、最小
探知信号電力Ｓ、、１を小さくするか、又は送信ピーク
出力Ｐｔ　を大きくする必要がある。

最小探知信号電力Ｓ　ｍａｎを小さくするためには、式
（２）をみると、Ｋ−Ｔ、・（七り、、は一意的に決ま
る量であるので、受信機の周波数帯域幅Ｂ、を狭くする
か、受信機雑音指数ＮＦを小さくする必要がある。第６
図の光レーダ装置において、送信ピーク出力Ｐｔ、受信
機雑音指数ＮＦが一定と仮定した場合、レーダ性能とし
て距離分解能を良くしようとすれば、式（４）より送信
パルス幅τを狭くする必要がある。そうすると式（３）
より受信機の周波数帯域幅Ｂ、が大きくなり、受信感度
が悪くなってしまう。

〔発明が解決しようとする課題〕

従来の光レーダ装置は以上のように構成されているので
、ある一定の距離分解能Ｒ７０，を確保するためには、
式（３）及び式（４）で決まる受信機の周波数帯域幅Ｂ
、以下にはできないので、この通過帯域幅によって限定
される感度以上には高感度にできない課題があった。ま
た、この必要とされる周波数帯域幅Ｂ、を保ち、かつ高
利得の広帯域増幅器を得ようとすれば、回路が複雑で非
常に高価になる等の課題があった。

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、従来と同等又は同等以上の距離分解能の性能を保
有しながら、受信感度の向上を図り、最大探知距離を伸
ばすことができ、かつ回路が簡単で安価に製造できる光
レーダ装置を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

本発明に係る光レーダ装置は、受信側に、一定距離に相
当する時間幅を掃引幅として、その範囲を繰り返し掃引
するサンプルパルスのパルス掃引手段と、サンプルパル
スによって受信パルス信号をサンプリングするサンプリ
ング手段を設けたものである。

〔作　用〕

本発明における光レーダ装置は、受信側で受信された受
信パルス信号をサンプルパルスでサンプリングすれば、
サンプルパルスのサンプルタイミングによってサンプリ
ング出力が変動し、受信パルス信号を一定距離に相当す
る時間幅を掃引幅としてその範囲を低周波の繰り返しで
もって掃引するので、上記サンプリング出力を低周波の
受信パルス信号に変換することにより、低周波受信パル
ス信号を狭帯域幅・高利得で増幅でき、送信タイミング
とサンプルタイミングとから物標の有無。

距離、速度等の少なくとも１つを検出できる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図について説明する。

第１図は本発明の一実施例を示す光レーダ装置の回路の
ブロック図である。第１図において、従来装置と同−又
は相当部分には第６図と同一符号を付し、その説明を省
略する（但し、広帯域増幅器４ば、後述するように低利
得である事が従来例と異なる）、６はサンプリング処理
器であり、掃引器７、サンプルパルス発生器８、サンプ
ルホールド器９、低周波増幅器１０から構成されている
。

掃引器７は、パルス発生器１からクロックパルスを入力
し、一定距離に相当する時間幅を掃引幅１゜とする低周
波の送信タイミング信号とその掃引幅ｔ２を低周波の繰
り返しく掃引時間ｔｉ）でもって掃引したサンプルタイ
ミング信号を出力する。サンプルパルス発生器８は上記
サンプルタイミング信号を入力してサンプルホールドす
るためのサンプルパルスを生成して出力する。サンプル
ホールド器９は上記サンプルパルスにより広帯域増幅器
４の出力信号をサンプルホールドする。このサンプルホ
ールドされた信号は低周波増幅器１０により増幅される
。なお、この低周波増幅器１０は、汎用のＯＰアンプで
もよく、狭帯域高利得のものである。信号処理器５は、
レベル判定器１１、距離・速度検出器１２、基準クロッ
ク１３、カウンタ１４で構成されている。レベル判定器
１１は低周波増幅器１０からの受信パルス信号が所定レ
ベル以上となっているか否かを判定する。カウンタ１４
は、基準クロック１３からの基準クロックパルスを計数
するもので、上記送信タイミング信号とレベル判定器１
１の出力信号により計数開始、終了を行う、距離・速度
検出器１２はカウンタ１４の計数結果に基づいて距離・
速度等の測定値を算出する。

次に動作について説明する。パルス発生器ｌの出力信号
は、第２図で示すＡの波形のクロックパルスで、この信
号は送光器２への駆動パルスとなり、第２図のＢの波形
に示すように送光パルスとして送出される。物標（図示
せず）から反射してきたこの信号光は、第２図のＣの波
形に示すようにその物標までの往復距離に相当する遅延
時間１゜をもった反射光となり、受光器３で受光されて
光電変換により電気信号に変換される。そして、この受
信信号は広帯域増幅器４により増幅されるが、この受信
信号はパルス信号であるので、通過帯域幅が例えば１．
２／τ（τ：送信パルス幅）で決まる帯域幅を必要とす
るが、その利得は後述するサンプルホールド器９以降の
雑音レベルで信号対雑音比が悪化しない程度の低利得で
良い。第２図のＤで波形を示すように上記増幅された受
信パルス信号はサンプルホールド器９にてサンプルパル
ス発生器８からのサンプルパルス（第２図のＦ参［）に
よってサンプルホールドされる。このサンプルパルスは
、パルス発生器１の出力信号を掃引器７に通すことによ
って得られた第２図の已に波形を示すサンプルタイミン
グ信号から生成される。掃引器７は、一定距離に相当す
る時間幅を掃引幅１゜として、その範囲を低周波の繰り
返しく掃引時間ｔｉ）でもって掃引し、上記サンプルタ
イミング信号をサンプルパルス発生器８に出力する。サ
ンプルパルス発生器８はこのサンプルタイミング信号か
ら上記サンプルパルスを生成して出力する。

上記のようにサンプルホールドされた受信パルス信号は
低周波増幅器１０によって必要レベルまで増幅される。

この信号は第２図のＨの波形に示すように掃引周波数に
等しい低周波の受信パルス信号である。即ち、元の受信
パルス信号に対して、時間軸が変換されただけで形状の
保存されたパルス信号になる。この場合の受信機出力の
信号対雑音比Ｔについて考察すると、広帯域増幅器４の
みの場合に比べて、低周波信号を通過させる帯域幅を低
周波増幅器ｌＯにて極めて狭くできる分だけ大幅に改善
できる。但し、一方ではサンプリングすることによる付
加雑音が生じる分だけの雑音指数の劣化があり、この劣
化による信号対雑音比への影響は、実験によれば第３図
に示すように約１０　ｄＢ／ｄｅｃの傾きで繰り返し周
波数に依存してい合の改善度Ａｏ（ｄＢ）は次式のよう
になる。

ここで、ｆｌは広帯域増幅器の通過帯域幅、ｆＬは低周
波信号の通過帯域幅、ｆｏはサンプルパルスの繰り返し
周波数、ｆｗはサンプルパルスのもつ周波数帯域幅であ
る０本実施例では、−例として、ｆ＋＋＝　１００ＭＨ
ｚ、　　ｆＬ−１００Ｈｚ、　　ｆｏ−１０ＫＨｚ、　
　ｆｗ−１００ＭＨｚとすると、（５）式から、Ａ、−
２０ｄＢの改善度が得られる事になる。

低周波増幅器１０により増幅された第２図の波形Ｈの受
信低周波パルス信号はレベル判定器１１により所定レベ
ル以上か否かレベル判定される。

信号処理器５では、掃引器７からの低周波に変換した第
２図の波形Ｇの送信タイミング信号とレベル判定器１１
からの第２図の波形Ｈの受信低周波パルス信号のタイミ
ングとの時間差ｔ４（第２図参照、但し、Ｇ、Ｈは時間
軸を引き伸ばして掃引時間ｔ、の間でみた場合を示す）
を、基準クロック１３からの基準クロックパルスを用い
てカウンター４で計数する。そして、この計数値から距
離・速度検出器１２にて物標までの距離や速度を検出し
ている０本実施例では、掃引幅１．に相当する距離をＲ
ｔ（Ｒ１−””　）とすると、物標までの距離Ｒは、Ｒ
””　”　　’　Ｒｚのようにあられされる。

本発明によれば、従来装置に比べて、同等又は同等以上
の距離分解能で、受信感度を向上させ、最大探知距離を
長くとることができ、かつ高価で複雑な高出力の送光器
や広帯域・高利得の増幅器が不要になることで、簡単な
構成で安価な光レーダ装置を得ることができるようにな
った。

この光レーダ装置は自動車等の移動物体に搭載装備され
ることによって、自軍の前方、後方、又は側方など周辺
の物標の有無の検知や、距離、速度等の検出を可能とす
るので、衝突防止９車間距離制御、路面状況検知、車線
変更時の隣接レーンの状況検知等に有効に使用すること
ができる。

なお、上記実施例では、所定距離を一系統のパルス掃引
手段で検知する場合について述べたが複数領域の距離に
分割し、それぞれに対応した複数のパルス掃引手段をも
ってもよい、このようにすると、同様の効果を失なわな
いままで、検知時間の短縮が図れる。

また、上記実施例では、時間軸変換後の低周波パルス信
号に対して基準クロックパルスを計数して物標までの距
離等を検出するようにしたが、第４図に示すように送信
タイミングとサンプルタイミングの位相差を積分して、
両信号の時間差に比例したアナログ信号から物標までの
距離等を検出するようにしてもよい、第４図において、
１５は第５図に示すＡの波形の信号を入力し且つ第５図
の波形Ｅのサンプルタイミング信号を入力して位相を比
較する位相比較器、１６はその後段の積分・増幅器、１
７はサンプルホールド器で、レベル判定器１１の判定結
果によりサンプルパルスを発生するサンプルパルス発生
器１日からのサンプルパルスにより積分・増幅器１６の
出力をサンプリングする。このサンプルホールド器１７
の出力信号は距離・速度検出器１２に入力されるように
構成されている。第４図には信号処理器５のみを示した
がその他の構成及びその動作は第１図と同じなのでその
説明を省略する。

次に第４図及び第５図により第２実施例の動作について
説明する９位相比較器１５には、第５図に示す波形Ａの
送信タイミング信号と、同じくＥの波形のサンプルタイ
ミング信号が入力され、両信号の位相差が積分・増幅器
１６にて時間的に積分され、所要レベルに増幅される。

この出力信号は第５図のＩの波形〔但し、時間りを縦軸
（Ｔ、は掃引時間）に、距離アナログ出力ＳＡを横軸に
示している。〕に示すように振幅が距離に対応する信号
となる。レベル判定器１．１によって第１実施例と同様
に波形Ｈの受信低周波パルス信号のタイミングを得て、
サンプルパルス発生器１日からのサンプルパルスによっ
てサンプルホールド器１７によって積分・増幅器１６の
距離アナログ出力のサンプリングを行う、その結果、距
離アナログ値がサンプルホールドされ、距離・速度検出
器１２を通すことによって物標までの距離等が検出でき
る０以上のように第２実施例の場合も、第１実施例の場
合と同様の効果を発揮することができる。

また、第４図のような第２実施例で、送信タイミング信
号及びサンプルタイミング信号の周波数を実際の送信パ
ルス周波数に対して逓倍したものを使用してもよい。こ
のようにすると、上記実施例と同様の効果を発揮すると
共に、加えて位相比較器１５、積分・増幅器１６を通過
した後の波形Ｉで示される距離アナログ信号の精度が良
くなる効果がある。

ところで、上記実施例は、主として車両へ応用した場合
について述べたが、移動物体に限定しなくて、固定した
物体に対して他の物体が接近する場合等に応用してもよ
く、ひろく一般の産業分野にも適用することが可能であ
る。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によればサンプルパルスを一定距
離に相当する時間幅を掃引幅としてその範囲で低周波の
繰り返しで掃引し、上記サンプルパルスにより受信パル
ス信号をサンプリングし、送信タイミングとサンプルタ
イミングとから物標を探知するように構成したので、簡
単でかつ安価な構成で、すぐれた距離分解能をもちつつ
、受信感度の高い性能のよいものが得られる効果がある
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すプロ・ンク図、第２図
は第１図の回路における主要各部の動作中の信号波形図
、第３図はサンプリング処理における繰り返し周波数と
信号対雑音比の関係を示した図、第４図は本発明の他の
一実施例による回路の一部を示すブロック図、第５図は
第４図の回路における主要各部の動作中の信号波形図、
第６図は従来の光レーダ装置を示すブロック図である。 図において、■・・・パルス発生器、２・・・送光器、
３・・・受光器、４・・・広帯域増幅器、５・・・信号
処理器、６・・・サンプリング処理器、７・・・掃引器
、８・・・サンプルパルス発生器、９・・・サンプルホ
ールド器、１０・・・低周波増幅器。 なお、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. パルス光を送信する送光手段と、上記パルス光を照射さ
   れた物標からの反射パルス光を受信する受光手段と、一
   定距離に相当する時間幅を掃引幅とし、該範囲を繰り返
   し掃引してサンプルパルスを生成するパルス掃引手段と
   、上記受光手段の受信パルス信号を上記サンプルパルス
   によってサンプリングするサンプリング手段と、送信タ
   イミングとサンプルタイミングとから上記物標の有無、
   距離、速度等の少なくとも１つを検出する信号処理手段
   とを備えた光レーダ装置。