JPH0666937A - 水中物体探知方法 - Google Patents
水中物体探知方法Info
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- JPH0666937A JPH0666937A JP22001192A JP22001192A JPH0666937A JP H0666937 A JPH0666937 A JP H0666937A JP 22001192 A JP22001192 A JP 22001192A JP 22001192 A JP22001192 A JP 22001192A JP H0666937 A JPH0666937 A JP H0666937A
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- JP
- Japan
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- light
- laser light
- mirror
- target
- laser
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- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 レーザ光を利用してターゲットの位置確定精
度を向上させた水中物体探知方法の提供を目的とする。 【構成】 スリットレーザ光にて垂直方向の掃引を行な
い、垂直方向でのターゲット検出に伴いその垂直位置に
てスポットレーザ光による水平方向の掃引を行なうこと
により、レーザ光を放射状に拡大することなく充分な光
強度にてターゲットの位置決めを行なった。
度を向上させた水中物体探知方法の提供を目的とする。 【構成】 スリットレーザ光にて垂直方向の掃引を行な
い、垂直方向でのターゲット検出に伴いその垂直位置に
てスポットレーザ光による水平方向の掃引を行なうこと
により、レーザ光を放射状に拡大することなく充分な光
強度にてターゲットの位置決めを行なった。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、レーザ光を用いた水中
物体や水中航走体の探知方法に関する。
物体や水中航走体の探知方法に関する。
【0002】
【従来の技術】水中物体の探知手段として従来から存在
するものは、音響を利用した方式があるが、最近例えば
100m以内の近距離用の検知手段として水中での減衰
率の小さなブルーグリーンレーザ光を用いた方式が検討
されている。
するものは、音響を利用した方式があるが、最近例えば
100m以内の近距離用の検知手段として水中での減衰
率の小さなブルーグリーンレーザ光を用いた方式が検討
されている。
【0003】図5は、このレーザ光による検知手段を示
している。水中での減衰の小さなパルスYAGレーザ1
の第2高調波(入=532nm)は、凹レンズ16によ
りスポット光2が拡大されて水中に照射される。水中に
照射された拡大レーザ光18は、放射状に拡がりつつ進
行し、進行方向にターゲット13があると散乱光14が
発生する。この散乱光14は、パルスYAGレーザ1と
同一サイドに設置されたカメラ17により受光され、信
号処理器12によりターゲット13の距離と方向を求め
ている。
している。水中での減衰の小さなパルスYAGレーザ1
の第2高調波(入=532nm)は、凹レンズ16によ
りスポット光2が拡大されて水中に照射される。水中に
照射された拡大レーザ光18は、放射状に拡がりつつ進
行し、進行方向にターゲット13があると散乱光14が
発生する。この散乱光14は、パルスYAGレーザ1と
同一サイドに設置されたカメラ17により受光され、信
号処理器12によりターゲット13の距離と方向を求め
ている。
【0004】図6はレーザ発振パルスに基づくタイミン
グチャートであり、同図の如くまずパルスYAGレーザ
1によるスポットレーザ光2は、適当な時間間隔T0 に
て照射される。この場合、水中物体13から散乱光が戻
ってくる時間Tは(2L・Nw)/Cにて求められる。
ここで、Tは距離Lの物体から散乱光が戻る時間、2L
は往復距離、Nwは水の屈折率(1、333)、Cは光
の速さ(3×108 m/s)である。したがって、例え
ば100m以内の物体を探知する時には、T=889n
secとなり、パルスYAGレーザ1の発振間隔T0 を
約900nsecとすればよい。
グチャートであり、同図の如くまずパルスYAGレーザ
1によるスポットレーザ光2は、適当な時間間隔T0 に
て照射される。この場合、水中物体13から散乱光が戻
ってくる時間Tは(2L・Nw)/Cにて求められる。
ここで、Tは距離Lの物体から散乱光が戻る時間、2L
は往復距離、Nwは水の屈折率(1、333)、Cは光
の速さ(3×108 m/s)である。したがって、例え
ば100m以内の物体を探知する時には、T=889n
secとなり、パルスYAGレーザ1の発振間隔T0 を
約900nsecとすればよい。
【0005】こうして、発振間隔T0 にてパルスP1 ,
P2 ,P3 ・・・が水中に照射される一方、カメラ17
はこのパルスYAGレーザ1の発振に同期してN個の画
像の取込みを開始し、順次時間を遅らせることにより散
乱光の取り込まれた遅れ時間から前述の式を利用して距
離が求められる。この場合、散乱光受光ゲート時間(シ
ャッタのオープン時間)が重要であり、例えばゲート時
間を長くすると得られたデータがその間の積算になるの
で物体の位置分解能が悪くなる。このため、ゲート時間
としてはレーザパルス幅と同程度かそれより少し長い位
が良い。この結果、t1 〜tn のゲート時間と同じ数だ
け信号処理器12にて映像データが得られ、映像データ
の取り込み時間からターゲット13までの距離を求め、
映像データ内における散乱光が占める位置からターゲッ
ト13の方向が求められる。
P2 ,P3 ・・・が水中に照射される一方、カメラ17
はこのパルスYAGレーザ1の発振に同期してN個の画
像の取込みを開始し、順次時間を遅らせることにより散
乱光の取り込まれた遅れ時間から前述の式を利用して距
離が求められる。この場合、散乱光受光ゲート時間(シ
ャッタのオープン時間)が重要であり、例えばゲート時
間を長くすると得られたデータがその間の積算になるの
で物体の位置分解能が悪くなる。このため、ゲート時間
としてはレーザパルス幅と同程度かそれより少し長い位
が良い。この結果、t1 〜tn のゲート時間と同じ数だ
け信号処理器12にて映像データが得られ、映像データ
の取り込み時間からターゲット13までの距離を求め、
映像データ内における散乱光が占める位置からターゲッ
ト13の方向が求められる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、かかるレー
ザ光による水中物体検知は、放射状に拡大するレーザ光
を用いるためしかも水中による光減衰もあってその照射
光の強度が問題となっている。レーザ光の水中での減衰
は次式による。
ザ光による水中物体検知は、放射状に拡大するレーザ光
を用いるためしかも水中による光減衰もあってその照射
光の強度が問題となっている。レーザ光の水中での減衰
は次式による。
【0007】
【数1】
【0008】ここで、IL は距離Lmでのレーザ光強
度、I0 は入射レーザ光強度、αは減衰係数(1/
m)、Lはレーザ光の水中での距離(m)である。清浄
な水における減衰係数αは、YAGレーザ光(λ=53
2nm)にてα=0.15〜0.2である。α=0.1
5としてレーザ光の減衰率を試算すると、距離が20m
で4.6×10-2,40mで2.1×10-3,80mで
4.5×10-6となり、この減衰はさけることができな
いので、如何に効率よくレーザ光をターゲットに照射で
きるかが問題である。
度、I0 は入射レーザ光強度、αは減衰係数(1/
m)、Lはレーザ光の水中での距離(m)である。清浄
な水における減衰係数αは、YAGレーザ光(λ=53
2nm)にてα=0.15〜0.2である。α=0.1
5としてレーザ光の減衰率を試算すると、距離が20m
で4.6×10-2,40mで2.1×10-3,80mで
4.5×10-6となり、この減衰はさけることができな
いので、如何に効率よくレーザ光をターゲットに照射で
きるかが問題である。
【0009】また、レーザビームを凹レンズにより一点
より放射状に拡大して照射され、面としての拡がりをも
った映像としてデータが得られる反面、レーザ光の照射
面積は距離の2乗に比例するので単位面積当りの強度は
距離の2乗に反比例して小さくなる。例えば、距離10
0mにて30mの範囲を照射しようとすると、入射(拡
大前)レーザビームを5mmであるため、入射側レーザ
光はI0 /(π/4)52 、物体側レーザ光はI0 /
(π/4)300002 となり、その比は52 /300
002 =2.78×10-8となって非常に減衰する。こ
の結果、水中による光減衰と拡がりによる強度減衰とに
より、殊に拡がりによりレーザ光の強度低下が甚だしく
ターゲットの探知に限界がある。
より放射状に拡大して照射され、面としての拡がりをも
った映像としてデータが得られる反面、レーザ光の照射
面積は距離の2乗に比例するので単位面積当りの強度は
距離の2乗に反比例して小さくなる。例えば、距離10
0mにて30mの範囲を照射しようとすると、入射(拡
大前)レーザビームを5mmであるため、入射側レーザ
光はI0 /(π/4)52 、物体側レーザ光はI0 /
(π/4)300002 となり、その比は52 /300
002 =2.78×10-8となって非常に減衰する。こ
の結果、水中による光減衰と拡がりによる強度減衰とに
より、殊に拡がりによりレーザ光の強度低下が甚だしく
ターゲットの探知に限界がある。
【0010】本発明は、ターゲットの位置確定精度を向
上させた水中物体探知方法の提供を目的とする。
上させた水中物体探知方法の提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成する本
発明は、円形スポット状のレーザ光とこのレーザ光を変
換して得たスリット光とのいずれかを振動ミラーにて水
平方向及び垂直方向のいずれかに振動させ、探知当初は
スリット光を振動させて水中に発射し、水中物体検出後
はスポット光を振動させて水中に発射することを特徴と
する。
発明は、円形スポット状のレーザ光とこのレーザ光を変
換して得たスリット光とのいずれかを振動ミラーにて水
平方向及び垂直方向のいずれかに振動させ、探知当初は
スリット光を振動させて水中に発射し、水中物体検出後
はスポット光を振動させて水中に発射することを特徴と
する。
【0012】
【作用】スポット状レーザ光をスリット光とすることに
より、単に放射状に拡げるだけのレーザ光と異なり、そ
の強度を向上させることができ、しかもスリット光を走
査することで強いスリット光にてある領域を一方向にて
掃引することができ、ついで更に強いスポット光にてタ
ーゲットの他方向での位置を探知することができる。
より、単に放射状に拡げるだけのレーザ光と異なり、そ
の強度を向上させることができ、しかもスリット光を走
査することで強いスリット光にてある領域を一方向にて
掃引することができ、ついで更に強いスポット光にてタ
ーゲットの他方向での位置を探知することができる。
【0013】
【実施例】ここで、図1〜図4及び図7を参照して本発
明の実施例を説明する。図1は全体の構成で、1はパル
スYAGレーザ(λ=532nm)、2はレーザ光、3
はレーザ光路に挿入離脱可能なシリンドルカルレンズで
レーザ光をスリット光にする。4はリニアモータでシリ
ンドルカルレンズ3の移動装置、5は水平偏向振動ミラ
ー(以下水平偏光ミラーと称す)、6は駆動装置をかね
たガルバノメータ、7は垂直偏向振動ミラー(以下垂直
偏向ミラーと称す)、8は駆動装置をかねたガルバノメ
ータ、9は集光レンズ、10は光電変換器、11はモー
タ制御器、12は信号処理器、13はターゲット、14
は散乱光を示す。
明の実施例を説明する。図1は全体の構成で、1はパル
スYAGレーザ(λ=532nm)、2はレーザ光、3
はレーザ光路に挿入離脱可能なシリンドルカルレンズで
レーザ光をスリット光にする。4はリニアモータでシリ
ンドルカルレンズ3の移動装置、5は水平偏向振動ミラ
ー(以下水平偏光ミラーと称す)、6は駆動装置をかね
たガルバノメータ、7は垂直偏向振動ミラー(以下垂直
偏向ミラーと称す)、8は駆動装置をかねたガルバノメ
ータ、9は集光レンズ、10は光電変換器、11はモー
タ制御器、12は信号処理器、13はターゲット、14
は散乱光を示す。
【0014】かかる図1をふまえて図2によりスリット
光による垂直方向探知法を説明する。まず、リニアモー
タ4を操作してシリンドルカルレンズ3をレーザ光2の
光路上に置く。そして、水平偏光ミラー5は任意の角度
で固定状態におく。かかる状態でパルスYAGレーザ1
より発振したレーザ光2はシリンドルカルレンズ3によ
り水平方向に拡大された扇状のスリット光15となる。
スリットレーザ光15は、固定された水平偏光ミラー5
を経由して水直振動ミラー7で反射し水中に照射され
る。この場合、垂直偏向ミラー7はモータ制御器11か
らの角度信号に応じてガルバノメータ8により駆動され
振動される。その為にスリットレーザ光15は、垂直偏
向ミラー7の角度変化に応じて水中を垂直方向に掃引す
る。このような扇状のスリットレーザ光15による垂直
方向の掃引によってターゲット13に光が照射される
と、ターゲット13から散乱光14が生じ、この散乱光
14は集光レンズ9を介して光電変換器10に集光され
る。
光による垂直方向探知法を説明する。まず、リニアモー
タ4を操作してシリンドルカルレンズ3をレーザ光2の
光路上に置く。そして、水平偏光ミラー5は任意の角度
で固定状態におく。かかる状態でパルスYAGレーザ1
より発振したレーザ光2はシリンドルカルレンズ3によ
り水平方向に拡大された扇状のスリット光15となる。
スリットレーザ光15は、固定された水平偏光ミラー5
を経由して水直振動ミラー7で反射し水中に照射され
る。この場合、垂直偏向ミラー7はモータ制御器11か
らの角度信号に応じてガルバノメータ8により駆動され
振動される。その為にスリットレーザ光15は、垂直偏
向ミラー7の角度変化に応じて水中を垂直方向に掃引す
る。このような扇状のスリットレーザ光15による垂直
方向の掃引によってターゲット13に光が照射される
と、ターゲット13から散乱光14が生じ、この散乱光
14は集光レンズ9を介して光電変換器10に集光され
る。
【0015】図3はレーザ光の発振とガルバノメータの
角度及び散乱光の受光のタイミングチャートを示してお
り、パルス状レーザ発振信号P1 P2 P3 ・・・に同期
して垂直偏光ミラー7の角度θをθ1 θ2 θ3 ・・・と
いう具合に変更する。そして、ターゲットが存在してい
る場合には、散乱光が受光され、信号処理器12では垂
直偏向ミラー7のどの角度でターゲット13からの散乱
光が光電変換器10より出力されたかを解析する。図3
では角度θ3 で散乱光が受光されている。
角度及び散乱光の受光のタイミングチャートを示してお
り、パルス状レーザ発振信号P1 P2 P3 ・・・に同期
して垂直偏光ミラー7の角度θをθ1 θ2 θ3 ・・・と
いう具合に変更する。そして、ターゲットが存在してい
る場合には、散乱光が受光され、信号処理器12では垂
直偏向ミラー7のどの角度でターゲット13からの散乱
光が光電変換器10より出力されたかを解析する。図3
では角度θ3 で散乱光が受光されている。
【0016】次に、図2に示す垂直方向の掃引にてター
ゲット13が存在していることが判明すると、図4に示
すように、その垂直方向の角度に垂直偏向ミラー7を固
定し、リニアモータ4の駆動によってシリンドルカルレ
ンズ3を光軸上から離脱させる。そして、ガルバノメー
タ6にて水平偏向振動ミラー5を駆動する。この結果、
円形スポット状のレーザ光2が水平偏光ミラー5により
水平方向に掃引され、ターゲット13による散乱光14
が受光されることになる。この場合、図2に示す垂直掃
引にてターゲット13の存在が判明しているので、この
水平方向の掃引にてターゲット13による散乱光が必ず
得られることになる。こうして、水平方向の角度を信号
処理器12にて散乱光の受光により得ることによりター
ゲット13の水平位置が判明する。水平角度の検出は、
図3に示す方法と同様レーザ発振信号と同期した水平偏
光ミラー5の角度を得て散乱光検出によるターゲット1
3の方向を得る。
ゲット13が存在していることが判明すると、図4に示
すように、その垂直方向の角度に垂直偏向ミラー7を固
定し、リニアモータ4の駆動によってシリンドルカルレ
ンズ3を光軸上から離脱させる。そして、ガルバノメー
タ6にて水平偏向振動ミラー5を駆動する。この結果、
円形スポット状のレーザ光2が水平偏光ミラー5により
水平方向に掃引され、ターゲット13による散乱光14
が受光されることになる。この場合、図2に示す垂直掃
引にてターゲット13の存在が判明しているので、この
水平方向の掃引にてターゲット13による散乱光が必ず
得られることになる。こうして、水平方向の角度を信号
処理器12にて散乱光の受光により得ることによりター
ゲット13の水平位置が判明する。水平角度の検出は、
図3に示す方法と同様レーザ発振信号と同期した水平偏
光ミラー5の角度を得て散乱光検出によるターゲット1
3の方向を得る。
【0017】また、ターゲット13までの距離Lはレー
ザ光の照射開始から受光までの時間Tにより次式より求
まる。 L=(T/2)・(C/Nw) ここで、Cは光の速さ(3×108 )m/s、Nwは水
の屈折率(1.333)である。
ザ光の照射開始から受光までの時間Tにより次式より求
まる。 L=(T/2)・(C/Nw) ここで、Cは光の速さ(3×108 )m/s、Nwは水
の屈折率(1.333)である。
【0018】こうして、垂直方向と水平方向との2段階
のレーザ光の掃引にてターゲット方向が判明するのであ
るが、角度の検出に当っては、レーザ光の照射、受光位
置を図7に示すように直角座標の原点0として扱う。こ
の図7にあって、検知装置の位置を0、検知装置の前方
方向をX軸、水平面でX軸と直角方向をY軸、X−Y平
面に垂直な軸をZ軸とする。ターゲット位置をPとし、
PよりX−Y平面に下した垂線との交点をQとする。こ
の時Pの位置は、X−Y面内における水平方向角度α、
X−Y面に垂直な垂直方向角度θ及び距離Lで示され
る。そして、検知の手順としては、次のようになる。レ
ーザ光をX−Y方向に拡げたスリット光とし、点0を中
心に垂直方向に振らせる。(すなわち角度θを変え
る。)ターゲットからの散乱光を受光した時の角度θ
で、振動ミラー7を固定する。(すなわち、上記のθが
検知できた。)角度θの位置でスリット光をスポット光
に切換え、Z軸の廻りを振らせる。(すなわち角度αを
変える。)ターゲットからの散乱光を受光した水平方向
の角度αを求める。(αが検知できた。)垂直方向角度
θと水平方向角度αによりターゲットの方向が検知でき
る。
のレーザ光の掃引にてターゲット方向が判明するのであ
るが、角度の検出に当っては、レーザ光の照射、受光位
置を図7に示すように直角座標の原点0として扱う。こ
の図7にあって、検知装置の位置を0、検知装置の前方
方向をX軸、水平面でX軸と直角方向をY軸、X−Y平
面に垂直な軸をZ軸とする。ターゲット位置をPとし、
PよりX−Y平面に下した垂線との交点をQとする。こ
の時Pの位置は、X−Y面内における水平方向角度α、
X−Y面に垂直な垂直方向角度θ及び距離Lで示され
る。そして、検知の手順としては、次のようになる。レ
ーザ光をX−Y方向に拡げたスリット光とし、点0を中
心に垂直方向に振らせる。(すなわち角度θを変え
る。)ターゲットからの散乱光を受光した時の角度θ
で、振動ミラー7を固定する。(すなわち、上記のθが
検知できた。)角度θの位置でスリット光をスポット光
に切換え、Z軸の廻りを振らせる。(すなわち角度αを
変える。)ターゲットからの散乱光を受光した水平方向
の角度αを求める。(αが検知できた。)垂直方向角度
θと水平方向角度αによりターゲットの方向が検知でき
る。
【0019】なお、スリット光にした場合の光の強度が
従来との関連で問題となるが、従来説明で述べた5mm
のスポットレーザ光を100m先で30mの範囲の照射
と同様、5mmのレーザ光を100m先で30m長のス
リット光にした場合を考えるに、入射レーザ光I0 /
(π/4)52 、物体側スリット光はI0 /(π/4)
・5・30000となり、その比は52 /5×3000
0=1.67×10-4となり、前掲従来説明の2.78
×10-8と比べると0.6×104 倍向上する。
従来との関連で問題となるが、従来説明で述べた5mm
のスポットレーザ光を100m先で30mの範囲の照射
と同様、5mmのレーザ光を100m先で30m長のス
リット光にした場合を考えるに、入射レーザ光I0 /
(π/4)52 、物体側スリット光はI0 /(π/4)
・5・30000となり、その比は52 /5×3000
0=1.67×10-4となり、前掲従来説明の2.78
×10-8と比べると0.6×104 倍向上する。
【0020】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば次の
効果を有する。 1.探知レーザビームを放射状に拡大した円形ビームか
ら、扇形のスリット光にすることにより単位面積当りの
レーザ強度を増すことができる。これにより同一感度の
受光器なら、より長い距離のターゲットの探知が可能と
なる。 2.スリット光の探知によりターゲットの存在する方向
が判り、さらにビーム状のレーザ光で、いっそう単位面
積当りのレーザ強度を高めて探知するので散乱光強度も
増しターゲットの位置確定の精度が向上する。
効果を有する。 1.探知レーザビームを放射状に拡大した円形ビームか
ら、扇形のスリット光にすることにより単位面積当りの
レーザ強度を増すことができる。これにより同一感度の
受光器なら、より長い距離のターゲットの探知が可能と
なる。 2.スリット光の探知によりターゲットの存在する方向
が判り、さらにビーム状のレーザ光で、いっそう単位面
積当りのレーザ強度を高めて探知するので散乱光強度も
増しターゲットの位置確定の精度が向上する。
【図1】本発明の実施例に係る装置構成図。
【図2】スリット光による垂直掃引に係る動作説明図。
【図3】スリット光のタイミングチャート。
【図4】円形スポット光による水平掃引に係る動作説明
図。
図。
【図5】従来例の装置構成図。
【図6】従来例のタイミングチャート。
【図7】角度検出の説明図。
1 パルスYAGレーザ 2 レーザ光 3 シリンドルカルレンズ 4 リニアモータ 5 水平偏光ミラー 6,8 ガルバノメータ 7 垂直偏向ミラー 9 集光レンズ 10 光電変換器 11 モータ制御器 12 信号処理器 13 ターゲット 14 散乱光 15 スリットレーザ光
Claims (1)
- 【請求項1】 円形スポット状のレーザ光とこのレーザ
光を変換して得たスリット光とのいずれかを振動ミラー
にて水平方向及び垂直方向のいずれかに振動させ、 探知当初はスリット光を振動させて水中に発射し、水中
物体検出後はスポット光を振動させて水中に発射する水
中物体探知方法。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22001192A JPH0666937A (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 水中物体探知方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP22001192A JPH0666937A (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 水中物体探知方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0666937A true JPH0666937A (ja) | 1994-03-11 |
Family
ID=16744537
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP22001192A Withdrawn JPH0666937A (ja) | 1992-08-19 | 1992-08-19 | 水中物体探知方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0666937A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998019178A1 (fr) * | 1996-10-28 | 1998-05-07 | JAPAN as represented by THE DIRECTOR GENERAL OF THE 1ST DISTRICT PORT CONSTRUCTION BUREAU, MINISTRY OF TRANSPORT | Television laser immergee et dispositif de reconnaissance visuelle a laser immerge |
CN110068831A (zh) * | 2019-04-02 | 2019-07-30 | 深圳市速腾聚创科技有限公司 | 闪光雷达及其发射装置和探测方法 |
-
1992
- 1992-08-19 JP JP22001192A patent/JPH0666937A/ja not_active Withdrawn
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO1998019178A1 (fr) * | 1996-10-28 | 1998-05-07 | JAPAN as represented by THE DIRECTOR GENERAL OF THE 1ST DISTRICT PORT CONSTRUCTION BUREAU, MINISTRY OF TRANSPORT | Television laser immergee et dispositif de reconnaissance visuelle a laser immerge |
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