JPH02271279A - レーザレーダ装置 - 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］ この発明は、目標とする遠方の物体に照射したレーザ光
の反射により物体の位置等を高精度に計測するレーザレ
ーダ装置に関するものである。

［従来の技術］ 第３図は１例えばレーザハンドブック（１９７３年、朝
会書店発行）　ｐ６６５に示された従来のレーザレーダ
装置を示す簡略構成図である。図中、１はパルスレーザ
光源、２は送信光学系、３は出射ビーム、４は目標、５
は目標４からの反射光、７は受信光学系、８は光電変換
を行うフォトダイオード（以下ＰＤと記す）、９はＰＤ
８の出力により目標５の位置を表示する表示器である。

次に動作について説明する。

パルスレーザ光源１から出射されたパルスレーザ光は、
送信光学系２を介して出射ビーム３となる。出射ビーム
３は目標４で反射され、目標４からの反射光５となって
受信光学系７を介してｒ’Ｄ８に入射する。ＰＤ８は光
電変換により入射光の強度に応じた電気信号を出力する
。従って、パルスレーザ光源１よりパルスレーザ光が出
射されてからの時間毎のＰＤ８出力の大きさを表示器９
に表示すれば、目標４の位置を知ることができる。

上記のメカニズムはレーダの原理として良く知られた事
柄である。

［発明が解決しようとする課題］ 第４図は、従来のレーザレーダ装置において、１］標の
手前に半透明の大きな物体が存在する場合の状況を示す
図、第５図（ａｌ、　（ｂｌは第４図に示す状況におい
てレーザレーダ装置が受信する光電力及びＰＤ小出力時
間変化を表す図である。第４図［１１，１〜９は第３図
と同様なもの、１０は雲などの半透明で大きな妨害物体
、１１は妨害物体１０からの反射光であり、第５図（ａ
ｌの１２は目標４からの光エコー、１３３は妨害物体１
０からの光エコー、第５図（ｂｌの１４は目標４に対応
したＰＤ小出力１５は妨害物体１０に対応したＩ）Ｄ出
力である。

第４図に示すように、目標４の手前に妨害物体１０が存
在すると、目標４へ到達する出射ビーム３のエネルギー
が減少し、１１標４からの反射光５のエネルギーは更に
減少する。また、妨害物体１０からの反射光１１の方が
；」標４からの反射光５より光路長が短く、ＰＤ８へ入
射する光エコーとしては、第５図ｔａ＋に示すように、
妨害物体１０からの光エコー１３の方が目標４からの光
エコー１２より先となる。ところで、ＰＤ等の光電変換
手段は一般に寄生容量等の原因により、強い光パルスが
入射した場合には出力に裾引き現象が生じることが知ら
れている。従って、」二連のように妨害物体１０からの
大レベルの光エコー１３の後に目標４からの小レベルの
光エコー１２がＰ　Ｄ　８に入射した場合のＰＤ小出力
、第５図（ｂｌに示すように妨害物体１０に対応したＰ
Ｄ出力１５の裾部分に目標４に対応したＰＤ出力１４が
埋もれてしまい、目標４の位置の正確な測定が困難とな
る。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、目標の手１涌に大きな半透明妨害物体が存在
しても、目標の位置を正確にａｔＩｌ定できるレーザレ
ーダ装置を１！）ることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この発明）こ係るレーザレーダ装置は、連続光を出射す
るレーザ光源と、このレーザ光源の出力光の一部をパル
ス状にして送信光学系に導く光パルス生成手段と、前記
レーザ光源の出力光のうち光パルス生成手段に入射しな
い出力成分を偏向するとともに周波数をシフトさせる光
変調偏向器と。

この光変調偏向器を目標からの光エコーに同期してパル
ス状に所定の周波数で駆動する駆動手段と、前記光変調
偏向器の変調偏向光を偏光面が互いに直行する２つの光
線に分離する偏光分離器と、この偏光分離器のそれぞれ
の出力光毎に設けらた２つの光電変換手段と、受信光学
系を介して受信した受信光を２分割しｔ　ＯＩＬ記偏光
分離器の各出力光に合波した後に前記各光電変換手段に
入射させる光学手段と、ｌ′ｉ？ｆ記各光電変換手段の
出力を電力合成する電力合成回路と、この電力合成回路
の出力のうち前記光変調偏向器が駆動される周波数の近
傍の周波数成分のみを通過させる帯域通過フィルタとを
備えたものである。

［作用コ この発明にお（ｊるレーザレーダ装置は、目標からの光
エコーに同期して光変調偏向器を動作させて、元のレー
ザ光源とは僅かに周波数が異なったローカル光を目標か
らの光エコーに同期してパルス的に発生させ、このロー
カル光を用いて受信光をヘテロダイン検波するため、目
標からの光エコーのみを選択的に高感度に検出すること
ができる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。なお
、前記従来例と同一符号は同−又は相当部分を示してお
り、その説明は省略する。

第１図は実施例の構成図であり、図において、１６は連
続光を出射するＣＷ　（Ｃｏｎｔｊｎｕｏｕｓ　Ｗａｖ
ｅ；連続発振）レーザ光源、１７はこのＣＷレーザ光源
１６の出力光の一部をパルス的に増幅した後に送信光学
系２に導く光パルス増幅器（光パルス生成手段）、１８
は上記ＣＷレーザ光源１６の出力光のうち光パルス増幅
器１７に入射しない出力成分を音響光学効果により偏向
するとともに周波数をシフトさせるＡ　Ｏ（Ａｃｏｕｓ
ｔｏｏｐｔｉｃ　；音響光学）変調偏向器、１９はこの
ＡＯ変調偏向器１８を励振するための高周波電源、２０
は高周波電源１９からＡＯ変調偏向器１８への出力をオ
ン・オフするスイッチ回路、２１はスイッチ回路２０の
オン・オフを制御するゲート発生回路、２２は前記ＡＯ
変調偏向器１８の変調偏向光を偏光面が互いに直行する
２つの光線に分離する偏光分離器、２３ａ、２３ｂはこ
の偏光分離器２２のそれぞれの出力光毎に設けられたｐ
ｉｎフォトダイオード等の高速ＰＤ（光電変換手段）、
２４はこれら２つの高速ＰＤ２３ａ、２３ｂの出力を電
力合成する電力合成回路、２５はこの電力合成回路２４
の出力のうち前記高周波電源１−９の周波数近傍の周波
数成分のみを通過させ表示器９に供給するＢ　Ｐ　Ｆ　
（Ｂａｎｄ　Ｐａ５ｓ　Ｆｉｌシｅｒ；帯域通過フィル
タ）。

２７は無変調光、２８は変調偏向光、３０〜３３はハー
フミラ−であり、前記高周波電源１９．スイッチ回路２
０及びゲート発生回路２１により本願のｌ原動手段３４
が構成され、また、前記ハーフミラ−３１〜３３は本願
の光学手段を成している。なお、４０は目標４からの反
射光５及び妨害物体１０からの反射光１１を含む受信光
である。

次に動作について説明する。

ＣＷレーザ光源１６の出射光の一部は、ハーフミラ−３
０を透過し、光パルス増幅器１７で増幅されてパルスレ
ーザ光となり、送信光学系２を介して目標４に向かう。

一方、ハーフミラ−３０で反射されたＣＷレーザ光源１
６の出射光はＡＯ変調偏向器１８に入射する。ＡＯ変調
偏向器１８は、スイッチ回路２０がオン状態のときに高
周波電源１９の電気信号を受けて慄動され、入射光を偏
光分離器２２の方向に偏向するとともに、偏向された光
の周波数を入射光の周波数に対して高周波電源１９の周
波数だけシフトさせる。ΔＯ変調偏向器１８のＬ記動作
は音響光学効果を用いた変調及び偏向として当該分野の
専門家にとっては公知の事実である。なお、スイッチ回
路２０がオフ状態のときのＡＯ変調偏向器１８の出力は
無変調光２７であり１本装置では利用されない。スイッ
チ回路２０がオン状態のときのＡＯ変調偏向器１８の出
力は変調偏向光２８であり、偏光分離器２２に入射する
６偏光分離器２２は、例えば変調偏向光２８の偏光面に
対して透過偏光面が４５゜傾いた偏光ビームスプリッタ
で構成され、互いに偏光面が直交した光線を出力する。

２つの高速ＰＤ２３ａ、２３ｂは、上記偏光分離器２２
の２つの出力光をそれぞれローカル光として用い、ハー
フミラ−３１〜３３により分配２合波された受信光４０
をヘテロダイン検波する。受信光学系７で集光された受
信光４０には、大気の揺らぎにより種々の偏光成分が含
まれている。ヘテロダイン検波では、゛ローカル光と同
一偏光の光線しか検波できないので、２つの高速ＰＤ２
３ａ、２３ｂのヘテロダイン検波出力は、受信光４０の
各々のローカル光の偏光成分と同一の偏光成分に応じた
出力となる。電力合成回路２４はこの２つのヘテロダイ
ン検波出力を電力合成し、受信光４０の偏光成分に依存
せず、受信光４０の電力のみに応じた出力を得るもので
ある。上述の、偏光面が互いに直交した光線をローカル
光として用いてヘテロダイン検波し、電力合成すること
によって受信光の偏光に対する検波出力の依存性を除去
する方法は、偏波ダイパーシティ法として当該分野の専
門家にとっては公知の技術である。

前述のように、ＡＯ変調偏向器１８を介して２つの高速
ＰＤ２３ａ、２３ｂに入射したローカル光の周波数は、
ＣＷレーザ光源１６の周波数に対して高周波電源１９の
周波数だけずれている。−方、受信光４０の周波数はＣ
Ｗレーザ光＠１６の周波数に等しいので、２つの高速Ｐ
Ｄ２３ａ。

２３ｂのヘテロダイン検波出力は高周波電源１９の周波
数成分を大きく持っている。ＢＰＦ２５はこの周波数成
分のみを通過させるフィルタであり５表示器９に雑音の
少ない情報を供給する。

第２図（ａＬ　（ｂｌ、　（ｃｌは、第１図に示した装
置における受信光電力、高速Ｉ）　Ｄに入射するローカ
ル光電力及びヘテロダイン検波出力の時間変化を表す図
である。同図Ｃｂ）の４１は目標４からの光エコー１２
に同期したローカル光パルス、同図（Ｃ１の４２は目標
４に対応したヘテロダイン検波出力である。第１図に示
した装置において、ゲート発生回路２１は表示器９に示
された情報をもとに手動もしくは自動的に、目標４から
の光エコー１２に同期してスイッチ回路２０をオン状態
にさせる。高速ＰＤ２３ａ、２３ｂに入射するローカル
光の電力は、一般のヘテロダイン検波システムと同様に
、受信光よりも十分に大きくなっている。また、ローカ
ル光も上述のゲート発生回路２１の働きにより目標４か
らの光エコー１２に同期したローカル光パルス４１とな
っているため、妨害物体１０からの光エコー１３による
裾引き現象は無視できる。また、小レベルの目標４から
の光エコー１２は、ローカル光パルス４１によって選択
的にヘテロダイン検波されて目標に対応したヘテロダイ
ン検波出力４２となる。また、良く知られているように
、ヘテロダイン検波は従来例において示した直接検波に
比べ信号対雑音比が大幅に改善できる。従って、妨害物
体１０の存在によってレベルが低下した目標４からの光
エコー１２に対しても有効に検波が行え、目標４の位置
が正確に計測できる。

［発明の効果］ 以上のように、この発明によれば、連続光を出射するレ
ーザ光源と、このレーザ光源の出力光の一部をパルス状
にして送信光学系に導く光パルス生成手段と、前記レー
ザ光源の出力光のうち光パルス生成手段に入射しない出
力成分を偏向するとともに周波数をシフトさせる光変調
偏向器と、この光変調偏向器を目標からの光エコーに同
期してパルス状に所定の周波数で駆動する駆動手段と、
前記光変調偏向器の変調偏向光を偏光面が互いに直行す
る２つの光線に分離する偏光分離器と、この偏光分離器
のそれぞれの出力光毎に設けらた２つの光電変換手段と
、受信光学系を介して受信した受イΔ光を２分割し、前
記偏光分離器の各出力光に合波した後に前記各光電変換
手段に入射させる光学手段と、前記各光電変換手段の出
力を電力合成する電力合成回路と、この電力合成回路の
出力のうち前記光変調偏向器が駆動される周波数の近傍
の周波数成分のみを通過させる帯域通過フィルタとを備
え、目標からの光エコーに同期して発生するローカル光
を用いて受信光をヘテロダイン検波するため、半透明の
妨害物体の背後に存在する目標の位置を高感度に測定す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示す構成図、第２図ｔａ
＋〜ｆｃ）は実施例における受信光電力、高速ＰＤに入
射するローカル光電力及びヘテロダイン検波出力の時間
変化を表す図、第３図は従来のレーザレーダ装置を示す
簡略構成図、第４図は従来のレーザレーダ装置において
目標の手前に半透明の妨害物体が存在する場合の状況を
示す図、第５図（ａｌ、　（ｂｌは第４図に示す状況に
おける受信光電力及びＩ’Ｄ出力の時間変化を表す図で
ある。 ２は送信光学系、３は出射ビーム（パルスレーザ光）、
４は目標、５，１１−は反射光（光エコー）、７は受信
光学系、９は表示器、１０は妨害物体、１６はＣＷレー
ザ光源、１７は光パルス増幅器（光パルス生成手段）、
１８はΔＯ変調偏向器（光変調偏向器）、１９は高周波
電源、２０はスイッチ回路、２１はゲート発生回路、２
２は偏光分離器、２３ａ、２３ｂは高速ＰＤ（光電変換
手段）、２４は電力合成回路、２５はＤＩ）Ｆ（帯域通
過フィルタ）、２８は変調偏向光、３０はハーフミラ−
１３１〜３３はハーフミラ−（光学手段）、３４は駆動
手段、４０は受信光。 なお、図中、同一符号は同一、又は相当部分を示す。 代理人　　大　岩　　増　Ｍｌ　（ばか２名）郭２図 領５図 ｆｆＦｆ開

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 パルスレーザ光を送信光学系を介して目標に照射し、目
   標からの光エコーを受信光学系を介して検波することに
   より目標の位置等を計測するレーザレーダ装置において
   、 連続光を出射するレーザ光源と、このレーザ光源の出力
   光の一部をパルス状にして送信光学系に導く光パルス生
   成手段と、前記レーザ光源の出力光のうち光パルス生成
   手段に入射しない出力成分を偏向するとともに周波数を
   シフトさせる光変調偏向器と、この光変調偏向器を目標
   からの光エコーに同期してパルス状に所定の周波数で駆
   動する駆動手段と、前記光変調偏向器の変調偏向光を偏
   光面が互いに直行する２つの光線に分離する偏光分離器
   と、この偏光分離器のそれぞれの出力光毎に設けらた２
   つの光電変換手段と、受信光学系を介して受信した受信
   光を２分割し、前記偏光分離器の各出力光に合波した後
   に前記各光電変換手段に入射させる光学手段と、前記各
   光電変換手段の出力を電力合成する電力合成回路と、こ
   の電力合成回路の出力のうち前記光変調偏向器が駆動さ
   れる周波数の近傍の周波数成分のみを通過させる帯域通
   過フィルタとを備えたことを特徴とするレーザレーダ装
   置。