JPH03200090A - 自動追尾光通信装置 - 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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は、空中を移動する航空機（無人機を含む）に対
し、光ビームを用いて自動追尾し通信を行う装置に関す
るものである。

（従来の技術） 船舶のようなゆっくりとした速度で移動する受信局の位
置又は距離を、自動的に測定し位置決めを行う装置とし
て、特開昭６３−５８１８５に開示された自動規準式光
波距離計が存在する。これは、二次元位置センサを用い
た光検出系と、光波測距系により三次元座標測定装置を
構成したものである。これにより、特に沿岸作業船台な
どのような移動体としての受信局の位置又は距離を、陸
棚の固定位置から測定することができる。

しかしこのような従来の装置には、受信局として単一の
ものに対してしか情報を送信することができないという
問題があった。

さらに、対象物の存在位置を自動的に広範囲に渡って追
尾するためには、出力の大きい光源が必要となり、装置
の大型化やコストの上昇を招いていた。

また、航空機等を光ビームを用いて誘導する技術として
、特公昭５８−４２４３１号公報、あるいは特公昭６１
−１３２４７号公報に開示された飛翔体の光ビーム誘導
装置が存在する。この装置は、ビームライダ一方式を採
用し、光ビームを変調せずに飛翔体に照射して、正確に
誘導するものである。この装置によれば、小出力のレー
ザで必要な太さ及び強度を持った光ビームを得ることが
できる。

ところが、例えば走査中心への追尾命令等の簡単な命令
しか航空機に送信できないという問題があった。

（発明が解決しようとする課題） このように従来は、移動する受信局への通信を、単一の
ものに対してしか行えなかったり、装置の大型化を招く
といった問題を抱えていた。あるいは、送信可能な情報
が簡単なものに限られるという問題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、小出力のレ
ーザで複数の航空機との間で必要な通信を行うことがで
きる自動追尾光通信装置を提供することを目的とする。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段） 本発明は、パルス状の光ビームを螺旋走査して航空機に
照射し、自動追尾を行って情報を送信する自動追尾光通
信装置であって、光ビームを照射する側に、光ビームを
出力する光ビーム出力手段と、出力された光ビームを、
出力されたことを示すスタート・パルス光と、距離の測
定に用いられる距離測定用パルス光とに分離するビーム
・スプリッタと、分離された距離測定用パルス光を螺旋
状に走査するスキャナと、螺旋状に走査された距離測定
用パルス光に、航空機に送信すべき情報が盛り込まれた
通信用レーザ光を混合する手段と、混合された距離測定
用パルス光を航空機に向けて照射するレンズ・ユニット
と、照射された距離測定用パルス光のうち、航空機によ
り反射されたものを受光し受光信号を出力する受光手段
と、スタート・パルス光と受光信号とを与えられて航空
機の座標と、航空機に前記通信用レーザ光を送信する方
位を定めるスキャナの走査を制御する信号と、レンズ・
ユニットの視野角度を定める駆動制御信号とを算出する
手段とを備え、航空機側に送信された通信用レーザ光を
受信する手段を備えたことを特徴としている。

ここで、距離測定用パルス光と通信用レーザ光とを混合
する手段として、レーザ・ミラーを使用し、航空機の座
標を求める螺旋走査と、航空機への情報の送信とを同時
に行うものであってもよい。

またレンズ・ユニットは、ズーム機能を有するものであ
るのが好ましい。

（作　用） 光ビームを螺旋状に走査させて、航空機に照射すること
により、必要な光ビームの太さと受光点でのビーム強度
を確保しつつ、光源の小出力化が達成される。さらに、
航空機までの距離と座標に関する情報が得られるため、
三次元レーダとして機能し、複数の航空機を自動追尾し
、情報を送信することができる。螺旋走査を継続するこ
とにより、飛行中の航空機の座標を絶えず求めることが
でき、情報を送信する際に方位の制御を適切に行うこと
ができる。

ここで、距離測定用パルス光と通信用レーザ光とを混合
する手段として、レーザ・ミラーを使用する場合には、
航空機の座標を求める螺旋走査と、航空機への情報の送
信とを同時に行うことができる。

またレンズ・ユニットがズーム機能を有する場合には、
レンズの分解能の変更が可能で、さらに航空機を追従す
る機能が高められる。

（実施例） 以下、本実施例の自動追尾光通信装置について、図面を
参照して説明する。この装置は、ビームライダ一方式を
採用し、光ビームを螺旋状に走査して航空機へ照射する
三次元レーザ・レーダ技術を応用したものである。

第１図に、第１の実施例の概略構成を示す。自動追尾光
通信装置３は艦艇２に装備されており、空中を移動する
航空機１を追尾し光通信を行うことによって誘導する。

この装置３の各主要構成要素の動作は、次のようである
。

先ず、航空機１の誘導を開始する直前に、操作員が目視
等によって自動追尾光通信装置３を航空機１に指向させ
る。

そして、パルス・レーザ発生器４から出力パルス光Ｓ５
が出力される。出力された出力パルス光Ｓ５は、ビーム
・スプリッタ６によって、スタート◆パルス光Ｓ７と距
離測定用パルス光Ｓ８とに分けられる。

このうちスタート・パルス光Ｓ７は、これを検出した受
光器９によって光電変換されて、スタート信号Ｓ１０と
して中央制御装置１１に送信される。

他方の距離測定用パルス光Ｓ８は、螺旋走査用Ｘ軸スキ
ャナ１４と螺旋走査用Ｙ軸スキャナ１５とに与えられて
、螺旋状に走査される。ここで、螺旋走査用Ｘ軸スキャ
ナ１４は螺旋走査用Ｘ軸スキャナ駆動信号Ｓ１２によっ
てその駆動を制御され、螺旋走査用Ｙ軸スキャナ１５は
螺旋走査用Ｙ軸スキャナ駆動信号Ｓ１３によって駆動制
御される。そして螺旋状に走査された距離測定用パルス
光Ｓ８は、レーザ・ミラー１６によって通信用レーザ光
Ｓ１７と混合された後、レンズ・ユニット１９を通過し
、航空機１へ向けて照射される。ここでレンズ・ユニッ
ト１９は、駆動用サーボ・モータ１８によってその視野
の角度を制御される。

航空機１に対して照射された距離測定用パルス光Ｓ８は
、航空機１に搭載された反射器２０によって反射される
。反射された距離測定用パルス光Ｓ８は、艦艇２側の自
動追尾光装置３における受光器２２によってストップ・
パルス光Ｓ２１として受光され、光電変換される。この
後、ストップ信号３２３として中央制御装置１１に送信
される。

スタート信号Ｓ１０とストップ信号Ｓ２３とを与えられ
た中央制御装置１１は、この二つの信号を用いて航空機
１の座標を算出する。そして中央制御装置１１において
、求めた座標に応じた変調器制御信号Ｓ２４、光送信方
位Ｘ軸駆動信号Ｓ２５、光送信方位Ｙ軸駆動信号Ｓ２６
、レンズ・ユニット駆動信号Ｓ２７をそれぞれ生成する
。

そして変調器制御信号Ｓ２４は変調器２９に、光送信方
位Ｘ軸駆動信号Ｓ２５は光送信方位Ｘ軸制御用スキャナ
３０に送信され、さらに光送信方位Ｙ軸駆動信号Ｓ２６
は光送信方位Ｙ軸制御用スキャナ３１に、レンズ・ユニ
ット駆動信号Ｓ２７は駆動用サーボ・モータ１８にそれ
ぞれ送信される。

光通信用レーザ発生器２８からレーザ光が出力され、変
調器制御信号Ｓ２４を入力された変調器２９によって変
調されて、通信用レーザ光Ｓ１７として出力される。こ
の通信用レーザ光Ｓ１７の送信方位は、そのＸ軸方向に
ついて光送信方位Ｘ軸制御用スキャナ３０によって制御
され、光送信方位Ｙ軸制御用スキャナ３１によってＹ軸
方向について制御される。送信方位の定められた通信用
レーザ光Ｓ１７は、レーザ・ミラー１６において、距離
測定用パルス光Ｓ８と混合された後、レンズ・ユニット
１９を経て航空機１へ送信される。この通信用レーザ光
Ｓ１７と距離測定用パルス光Ｓ８とが混合した光が、航
空機１の反射器２０の近傍に設置された受光器３２に受
光されると、受信装置３３に送信される。このようにし
て、艦艇２から航空機１に向けて送信すべき内容が自動
的に追尾しつつ伝達されることになる。

ここで自動追尾光通信装置３は、第２図に示されたよう
な構成となっている。この装置３は、大きく分けて距離
＃１定部３４、位置検出部３５、及び制御部３６とから
成っている。距離測定部３４は、航空機１までの距離を
測定し、位置検出部３５は航空機１の座標位置を検出し
、制御部３６はレンズ・ユニット１９と変調器２９の動
作を制御するものである。

先ず距離測定部３４において、上述したようにスタート
・パルス光Ｓ７が光電変換されてスタート信号Ｓ１０と
なり、送信光検出回路３７に入力される。これにより、
艦艇１から航空機１へ向けて走査が開始されたことが検
出され、整形されスタート・トリガ信号３８として距離
演算回路３９に与えられる。これにより、距離測定のた
め時間の計測が開始される。

この距離演算回路３９からは、利得制御信号Ｓ４０が反
射光検出回路４１に入力される。反射光検出回路４１に
は、受光器２２からストップ信号３２３が与えられて、
反射器２０により距離測定用パルス光８が反射されたこ
とが検出される。このストップ信号３２３は、ストップ
・トリが信号Ｓ４２として距離演算回路３９に与えられ
、この時点で時間の計測が停止される。このようにして
、航空機１によってパルス光が反射されるまでの時間が
計測されて、航空機１までの距離が測定される。そして
測定結果は、距離信号５４３として、制御部３６の中央
信号処理回路６４に出力される。

位置検出部３５において、螺旋クロック信号発生器４４
から螺旋クロック信号Ｓ４５がＳＩＮ関数発生器４６、
ＣＯ８関数発生器４８、ランプ信号発生器５０にそれぞ
れ出力される。そして、ＳＩＮ関数発生器４６からＳＩ
Ｎ信号Ｓ４７が出力され、ＣＯ８関数発生器４８からは
ＣＯ８信号Ｓ４９が、さらにランプ信号発生器５０から
ランプ信号Ｓ５１が出力される。このうちＳＩＮ信号Ｓ
４７は、乗算器５２においてランプ信号Ｓ５１と乗算さ
れ、Ｘ軸周螺旋走査信号Ｓ５４となって出力される。同
様に、ＣＯ８信号Ｓ４９は、乗算器５３によりランプ信
号Ｓ５１と乗算されて、Ｙ信用螺旋走査信号Ｓ５５とし
て出力される。

この後、Ｘ軸周螺旋走査信号Ｓ５４は増幅器５６により
増幅されて、螺旋走査用Ｘ軸スキャナ１４を駆動する。

他方のＹ信用螺旋走査信号Ｓ５５は、増幅器５７により
増幅されて、螺旋走査用Ｙ軸スキャナ１５を駆動する。

上述の距離測定部３４における送信光検出回路３７より
出力された、スタート・トリガ信号５３８は、距離を測
定するために距離演算回路３９に与えられるだけでなく
、位置検出部３５の方位検出回路５８及び５９にも同時
に与えられる。

これにより、パルス光が送信された時におけるＸ軸周螺
旋走査信号Ｓ５４が方位検出回路５８に記録され、同様
にＹ信用螺旋走査信号Ｓ５５が方位検出回路５９に記録
される。

次に、距離測定部３４における反射光検出回路４１より
出力されたストップ・トリガ信号Ｓ４２が、方位検出回
路５８及び５９に入力され、それぞれ検出結果としての
Ｘ軸方位信号Ｓ６０及びＹ軸方位信号Ｓ６１が、制御部
３６の中央信号処理回路６４に出力される。またランプ
信号Ｓ５１の状態は、モード判定器６２において判定さ
れて、螺旋走査の状態を示すモード判定信号Ｓ６３とし
て中央信号処理回路６４に出力される。

制御部３６では、中央信号処理回路６４が上述したＸ軸
方位信号Ｓ６０、Ｙ軸方位信号Ｓ６１、及びモード判定
信号８６３を与えられて、自動追尾光通信装置３を駆動
するために必要な４種類の信号を出力する。レンズ・ユ
ニットの動作を制御するレンズ・ユニット制御信号Ｓ６
５がレンズ・ユニット制御回路６６に送信され、変調信
号８６９が変調回路７０に送信される。また光送信方位
Ｘ軸制御信号５７１及び光送信方位Ｙ軸制御信号５７３
が、それぞれ増幅器７２及び７４に与えられて増幅され
、それぞれ光送信方位Ｘ軸駆動信号Ｓ２５及び光送信方
位Ｙ軸駆動信号Ｓ２６となって出力され、上述した光送
信方位Ｘ軸制御用スキャナ３０及び光送信方位Ｙ軸制御
用スキャナ３１をそれぞれ制御する。

次に、距離測定回路３４のより詳細な構成及びその動作
について、第３図を用いて説明する。送信光検出回路３
７において、電流電圧変換回路７５に入力されたスター
ト信号Ｓ１０が、電圧信号に変換されたスタート信号Ｓ
７６として増幅回路７７に与えられ、増幅される。この
増幅されたスタート信号５７８が、信号判定回路８０に
おいて参照信号ＶＲｃｆｌＳ　７９と比較され、参照信
号ＶＲｅｒｌＳ　７９を超えた場合にスタート・パルス
信号Ｓ８１として認識され、トリガ回路８２からスター
ト・トリガ信号Ｓ３８として距離演算回路３９に出力さ
れる。

出力されたスタート・トリが信号Ｓ３８は、距離演算回
路３９のカウンタ８３に与えられる。このカウンタ８３
は、スタート・トリガ信号Ｓ３８を与えられると、測距
用タイマ８４から出力された測距クロック信号Ｓ８５の
カウントを始め、ラッチ回路８７ヘカウントした値を出
力する。ラッチ回路８７は、このカウント値を一時的に
保持し、後述する反射光検出回路４１のトリガ回路１０
０からストップ・トリガ信号Ｓ４２を入力された時点の
値を、距離信号Ｓ４３として出力する。

反射光検出回路４１において、反射器２０よりストップ
信号８２３が電流電圧変換回路８８に入力される。そし
て、電圧信号として変換されたストップ信号Ｓ８９とし
て、帯域フィルタ９０に出力される。帯域フィルタ９０
において、このストップ信号Ｓ８９のうち出力パルス光
Ｓ５と同一の変調周波数を有する成分のみ取りだされて
、ＳＺＮ比が高められる。利得増幅回路９３には、距離
演算回路３９のカウンタ８３より利得制御信号Ｓ４０が
与えられる。この利得制御信号４０には、ある環境にお
けるレーザ光の減衰度を示す参照信号Ｖｌ？ｅｌ’２Ｓ
　９２が与えられて、利得制御信号Ｓ４０が増幅され、
利得信号Ｓ９４としてＡＧＣ付増幅回路９５に出力され
る。ＡＧＣ付増幅回路９５は、この利得信号Ｓ９４を与
えられ、帯域フィルタ９０から出力されたストップ信号
Ｓ９１の出力レベルを安定化させ、ストップ信号Ｓ９６
として信号判定回路９８に出力する。信号判定回路９８
は、このストップ信号Ｓ９６を参照信号ＶＲｃｆ３Ｓ　
９７と比較し、参照信号ＶＲｅｆ３Ｓ　９７を超えると
判定した場合に、反射パルス光として認識したとして判
定信号Ｓ９９をトリガ回路１００に出力する。そしてト
リガ回路１００から、ストップ・トリガ信号Ｓ４２が距
離演算回路３９のラッチ回路８７に入力され、上述した
ように距離信号Ｓ４３が出力される。

この第１の実施例によれば、パルス光を螺旋走査して航
空機へ照射するため、光源の小出力化により、装置の小
型化、コストの低減化を図ることができる。また航空機
までの距離を測定し座標を求めるための走査用パルス光
と、通信用パルス光とを混合して送信するため、螺旋走
査と光通信とを同時に行うことができ、さらに複数の航
空機を対象とすることが可能である。

上述した第１の実施例では、レーザ光として波長の異な
る出力パルス光Ｓ５と、光通信用レーザ光Ｓ２８とを用
いており、これにより螺旋走査と光通信とを同時に行う
ことができる。これに対し、第４図に示された第２の実
施例では、単一のレーザ光を螺旋走査と光通信の両方に
用いている。この場合には、時分割方式を採用し、パル
ス・レーザ発生器４からの出力パルス光Ｓ５を、螺旋走
査モードと光通信モードとに分けて交互に使用する。

従ってこの第２の実施例では、その主要な構成を第１の
実施例と比較すると、光通信用レーザ発生器２８、変調
器２９、光送信方位Ｘ軸制御用スキャナ３０、光送信方
位Ｙ軸制御用スキャナ３１とが不要である。また、この
中央制御装置１１Ｈの構成は第５図のようである。ここ
で、位置検出部３５における乗算器５２．５３から出力
されたＸ軸周螺旋走査信号Ｓ５４及びＹ信用螺旋走査信
号Ｓ５５と、制御部３６から出力され光送信方位Ｘ軸制
御信号Ｓ７１及び光送信方位Ｙ軸制御信号８７３は、そ
れぞれデータセレクタ７５．７６に与えられ、選択され
た後増幅器７２．７４で増幅される点が異なっている。

他の同一の構成要素については、同一の番号を付して説
明を省略する。

上述した実施例は、いずれも−例であって本発明を限定
するものではない。例えば、第１図から第３図、あるい
は第４図及び第５図に示された第１、又は第２の実施例
としての各構成要素を必ずしも全て備えている必要はな
い。

【発明の効果〕

以上説明したように本発明は、光ビームを螺旋状に走査
させて航空機に照射することにより、必要な光ビームの
太さと受光点でのビーム強度を確保しつつ光源を小出力
化することができ、装置の小型化及びコストの低減化が
達成され、また航空機までの距離と座標に関する情報が
得られて三次元レーダとして機能し、複数の航空機を自
動追尾して情報を送信することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例による自動追尾光通信装
置の概略構成を示すブロック図、第２図は同装置におけ
る中央制御装置の構成を詳細に示したブロック図、第３
図は同中央制御装置における距離測定部の構成を詳細に
示したブロック図、第４図は本発明の第２の実施例によ
る自動追尾光通信装置の概略構成を示すブロック図、第
５図は同装置における中央制御装置の構成を詳細に示し
たブロック図である。 １・・・航空機、２・・・艦艇、３・・・自動追尾光通
信装置、４・・・パルスレーザ発生器、Ｓ５・・・出力
パルス光、６・・・ビーム・スプリッタ、Ｓ７・・・ス
タートφパルス信号、Ｓ８・・・距離測定用パルス光、
９・・・受光器、Ｓ１０・・・スタート信号、Ｓ１２・
・・螺旋走査用Ｘ軸スキャナ駆動用信号、８１３・・・
螺旋走査用Ｙ軸スキャナ駆動用信号、１４・・・螺旋走
査用Ｘ軸スキャナ、１５・・・螺旋走査用Ｙ軸スキャナ
、１６・・・レーザ・ミラー、Ｓ１７・・・光通信用レ
ーザ信号、１８・・・駆動用サーボ・モータ、１９・・
・レンズ−ユニット、２０・・・反射器、Ｓ２１・・・
ストップ・パルス信号、２２・・・受光器、Ｓ２３・・
・ストップ信号、Ｓ２４・・・変調器制御信号、Ｓ２５
・・・光送信方位Ｘ軸駆動信号、Ｓ２６・・・光送信方
位Ｙ軸駆動信号、３２７・・・レンズ・ユニット駆動信
号、５２８・・・通信用レーザ光、２９・・・変調器、
３０・・・光送信方位Ｘ軸制御用スキャナ、３１・・・
光送信方位Ｙ軸制御用スキャナ、３２・・・受光器、３
３・・・受信装置、３４・・・距離測定部、３５・・・
位置検出部、３６・・・制御部、３７・・・送信光検出
回路、３９・・・距離演算回路、４１・・・反射光検出
回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、パルス状の光ビームを螺旋走査して航空機に照射し
   、自動追尾を行って情報を送信する自動追尾光通信装置
   において、 前記光ビームを照射する側に、 前記光ビームを出力する光ビーム出力手段と、出力され
   た前記光ビームを、出力されたことを示すスタート・パ
   ルス光と、距離の測定に用いられる距離測定用パルス光
   とに分離するビーム・スプリッタと、 分離された前記距離測定用パルス光を螺旋状に走査する
   スキャナと、 螺旋状に走査された前記距離測定用パルス光に、前記航
   空機に送信すべき情報を有する通信用レーザ光を混合す
   る手段と、 混合された前記距離測定用パルス光を前記航空機に向け
   て照射するレンズ・ユニットと、照射された前記距離測
   定用パルス光のうち、前記航空機により反射されたもの
   を受光し受光信号を出力する受光手段と、 前記スタート・パルス光と前記受光信号とを与えられて
   、前記航空機の座標と、前記航空機に前記通信用レーザ
   光を送信する際の前記スキャナの走査を制御する信号と
   、前記レンズ・ユニットの視野角度を定める駆動制御信
   号とを求める手段とを備え、 前記航空機側に、 送信された前記通信用レーザ光を受信する手段を備えた
   ことを特徴とする自動追尾光通信装置。 ２、前記距離測定用パルス光と前記通信用レーザ光とを
   混合する手段としてレーザ・ミラーを使用し、前記航空
   機の座標を求める螺旋走査と、前記航空機への情報の送
   信とを同時に行うことを特徴とする請求項１記載の自動
   追尾光通信装置。 ３、前記レンズ・ユニットは、ズーム機能を有するもの
   であることを特徴とする請求項１又は一記載の自動追尾
   光通信装置。