JPH1152057A - レーザレーダ用距離補正増幅器 - Google Patents
レーザレーダ用距離補正増幅器Info
- Publication number
- JPH1152057A JPH1152057A JP9211532A JP21153297A JPH1152057A JP H1152057 A JPH1152057 A JP H1152057A JP 9211532 A JP9211532 A JP 9211532A JP 21153297 A JP21153297 A JP 21153297A JP H1152057 A JPH1152057 A JP H1152057A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- signal
- distance
- amplifier
- receiving
- time
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 測定対象物の距離の遠近に関わらず受信信号
の大きさを一定とする増幅器を提供する。 【解決手段】 レーザ光を大気中の測定対象に照射しそ
の散乱光を受信信号として受信しこれを増幅する増幅器
であって、レーザ光を照射してから受信信号を受信する
までの時間ｔの二乗ｔ2 を受信信号に乗じた値に比例す
る信号を出力する。
の大きさを一定とする増幅器を提供する。 【解決手段】 レーザ光を大気中の測定対象に照射しそ
の散乱光を受信信号として受信しこれを増幅する増幅器
であって、レーザ光を照射してから受信信号を受信する
までの時間ｔの二乗ｔ2 を受信信号に乗じた値に比例す
る信号を出力する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、大気中の雲やスモ
ッグなどを測定するレーザレーダに係わり、特に測定対
象物の距離の遠近に関わらず受信信号を一定の大きさに
補正するレーザレーダ用距離補正増幅器に関する。
ッグなどを測定するレーザレーダに係わり、特に測定対
象物の距離の遠近に関わらず受信信号を一定の大きさに
補正するレーザレーダ用距離補正増幅器に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザレーダはパルス光を大気中に送り
出し、雲やスモッグなどで散乱した後方散乱光を受光
し、散乱光の強度を時間分解して対象物の形状あるいは
分布を測定する。レーダは、通常マイクロ波が使われ
る。これに対してレーザを電磁波源とするレーダは、レ
ーザレーダあるいはライダ（light detection and rang
ing,lidar)と呼ばれる。
出し、雲やスモッグなどで散乱した後方散乱光を受光
し、散乱光の強度を時間分解して対象物の形状あるいは
分布を測定する。レーダは、通常マイクロ波が使われ
る。これに対してレーザを電磁波源とするレーダは、レ
ーザレーダあるいはライダ（light detection and rang
ing,lidar)と呼ばれる。
【０００３】電磁波は、一般にその波長より十分小さい
物質に対しては散乱断面積は小さい。従ってマイクロ波
は雲やスモッグのような微粒子中を通り抜けるのに対し
て、光波は大きな散乱を受ける。その結果、ライダでは
雲やスモッグに隠された物質を検知することはできない
が、そういう微粒子の分布は感度よく検出できる。短波
長のライダでは、空気分子の散乱であるレイリー散乱も
観測できる。さらにレーザー分光の手法を応用すると、
大気中にある特定の原子・分子の空間分布もリモートセ
ンシングできるという特徴を有している。ライダの持つ
このような特徴は、従来のマイクロ波レーダとは相補的
であり、気象や大気環境のモニタリング法として有用で
ある。特にグローバルな大気環境問題が重要視されてい
る今日、地上から高度１００ｋｍにも及ぶ大気中の粒子
分布をリモートセンシングできるライダは、大気環境の
モニタリング法として大変有効な方法である。
物質に対しては散乱断面積は小さい。従ってマイクロ波
は雲やスモッグのような微粒子中を通り抜けるのに対し
て、光波は大きな散乱を受ける。その結果、ライダでは
雲やスモッグに隠された物質を検知することはできない
が、そういう微粒子の分布は感度よく検出できる。短波
長のライダでは、空気分子の散乱であるレイリー散乱も
観測できる。さらにレーザー分光の手法を応用すると、
大気中にある特定の原子・分子の空間分布もリモートセ
ンシングできるという特徴を有している。ライダの持つ
このような特徴は、従来のマイクロ波レーダとは相補的
であり、気象や大気環境のモニタリング法として有用で
ある。特にグローバルな大気環境問題が重要視されてい
る今日、地上から高度１００ｋｍにも及ぶ大気中の粒子
分布をリモートセンシングできるライダは、大気環境の
モニタリング法として大変有効な方法である。
【０００４】このように有用なライダでは、対象物から
の後方散乱光は距離の二乗に反比例する受信信号として
得られる。光の速さは一定なので距離は受信信号の伝達
時間に比例し、これにより受信信号の大きさは伝達時間
の二乗に反比例する。このため遠方からの受信信号の大
きさは極めて小さな値となり、ノイズが混合すると正確
な測定値を得ることが難しい。
の後方散乱光は距離の二乗に反比例する受信信号として
得られる。光の速さは一定なので距離は受信信号の伝達
時間に比例し、これにより受信信号の大きさは伝達時間
の二乗に反比例する。このため遠方からの受信信号の大
きさは極めて小さな値となり、ノイズが混合すると正確
な測定値を得ることが難しい。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】このため利得倍増型の
電圧増幅器または電流増幅器、あるいは入力信号（電
圧）の対数に比例した出力信号（電圧）を出力する対数
増幅器が用いられている。しかし利得増幅型増幅器では
遠距離の信号の大きさを基準にすると近距離の信号が計
測レンジを越えてしまい出力信号の飽和が生じる。また
対数増幅器では入力と出力が線型でないため、較正が必
要になる。
電圧増幅器または電流増幅器、あるいは入力信号（電
圧）の対数に比例した出力信号（電圧）を出力する対数
増幅器が用いられている。しかし利得増幅型増幅器では
遠距離の信号の大きさを基準にすると近距離の信号が計
測レンジを越えてしまい出力信号の飽和が生じる。また
対数増幅器では入力と出力が線型でないため、較正が必
要になる。
【０００６】本発明は上述の問題点に鑑みてなされたも
ので、測定対象物の距離の遠近に関わらず受信信号の大
きさを一定とする増幅器を提供することを目的とする。
ので、測定対象物の距離の遠近に関わらず受信信号の大
きさを一定とする増幅器を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１の発明では、レーザ光を大気中の測定対象
に照射しその散乱光を受信信号として受信しこれを増幅
する増幅器であって、レーザ光を照射してから受信信号
を受信するまでの時間ｔの二乗ｔ2 を受信信号に乗じた
値に比例する信号を出力する。
め、請求項１の発明では、レーザ光を大気中の測定対象
に照射しその散乱光を受信信号として受信しこれを増幅
する増幅器であって、レーザ光を照射してから受信信号
を受信するまでの時間ｔの二乗ｔ2 を受信信号に乗じた
値に比例する信号を出力する。
【０００８】レーザ光を対象物に照射するとその散乱光
が受信信号として得られるが、受信信号は対象物と受信
装置（レーザ照射装置と一体）との距離の二乗に反比例
する。レーザ光は光速度で進むのでこの距離は対象物か
ら受信装置まで散乱光が進む時間に比例する。この時間
はレーザ光を照射してから受信信号を受信するまでの１
／２の時間であるので、受信信号はレーザ光を照射して
から受信信号を受信するまでの時間ｔの二乗ｔ2 に反比
例した値となる。このため遠くからの受信信号の大きさ
は極めて小さいものになる。そこでこの受信信号にレー
ザ光を照射してから受信するまでの時間ｔの二乗ｔ2 を
乗じた値に比例する値を出力する増幅器とすれば、この
増幅器の出力は距離によって減少することのない信号と
なり、遠くから信号を確実に受信することができる。
が受信信号として得られるが、受信信号は対象物と受信
装置（レーザ照射装置と一体）との距離の二乗に反比例
する。レーザ光は光速度で進むのでこの距離は対象物か
ら受信装置まで散乱光が進む時間に比例する。この時間
はレーザ光を照射してから受信信号を受信するまでの１
／２の時間であるので、受信信号はレーザ光を照射して
から受信信号を受信するまでの時間ｔの二乗ｔ2 に反比
例した値となる。このため遠くからの受信信号の大きさ
は極めて小さいものになる。そこでこの受信信号にレー
ザ光を照射してから受信するまでの時間ｔの二乗ｔ2 を
乗じた値に比例する値を出力する増幅器とすれば、この
増幅器の出力は距離によって減少することのない信号と
なり、遠くから信号を確実に受信することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照して説明する。図１は本実施形態の増幅器が
使用されているライダの基本構成を示す。パルス幅τの
レーザ光をコリメーターで平行光として大気中に送り出
し、大気からの後方散乱光を大型の望遠鏡で受光し、そ
の強度を時間分解して記録する。光の速度をｃとして、
距離Ｒの点から戻ってきた光のパワーＰ（Ｒ）は次のラ
イダ方程式で与えられる。 Ｐ（Ｒ）＝Ｐ0 Ｋ（ｃτ／２）Ａβ（Ｒ）Ｙ（Ｒ）Ｔ0 （Ｒ）2/Ｒ2 …（１） ここでＰ0 は送信パワー，Ｋは受信光学系の効率，Ａは
望遠鏡の有効面積，β（Ｒ）は微分後方散乱断面積，Ｙ
（Ｒ）は送信ビームと望遠鏡視野の重なりファクター，
Ｔ0 （Ｒ）は片道当たりの透過率で、αを消散係数，σ
を大気分子の吸収断面積，Ｎをその密度とすると、次式
で与えられる。 Ｔ0 （Ｒ）＝ｅｘｐ（−∫（α（ｒ）＋σＮ（ｒ））ｄｒ）…（２） ここで積分は０〜Ｒの範囲とする。
図面を参照して説明する。図１は本実施形態の増幅器が
使用されているライダの基本構成を示す。パルス幅τの
レーザ光をコリメーターで平行光として大気中に送り出
し、大気からの後方散乱光を大型の望遠鏡で受光し、そ
の強度を時間分解して記録する。光の速度をｃとして、
距離Ｒの点から戻ってきた光のパワーＰ（Ｒ）は次のラ
イダ方程式で与えられる。 Ｐ（Ｒ）＝Ｐ0 Ｋ（ｃτ／２）Ａβ（Ｒ）Ｙ（Ｒ）Ｔ0 （Ｒ）2/Ｒ2 …（１） ここでＰ0 は送信パワー，Ｋは受信光学系の効率，Ａは
望遠鏡の有効面積，β（Ｒ）は微分後方散乱断面積，Ｙ
（Ｒ）は送信ビームと望遠鏡視野の重なりファクター，
Ｔ0 （Ｒ）は片道当たりの透過率で、αを消散係数，σ
を大気分子の吸収断面積，Ｎをその密度とすると、次式
で与えられる。 Ｔ0 （Ｒ）＝ｅｘｐ（−∫（α（ｒ）＋σＮ（ｒ））ｄｒ）…（２） ここで積分は０〜Ｒの範囲とする。
【００１０】（１）式で示すように、受信信号となる距
離Ｒの点から戻ってきた光のパワーＰ（Ｒ）は、距離の
二乗Ｒ2 に反比例している。この距離Ｒはこの距離を光
が光速で進む時間に比例するので、（１）式のＲを時間
で置き換えることができる。時間としてはレーザ光を照
射してからこの後方散乱光を受信するまでの時間ｔ（つ
まり距離Ｒ進む時間の２倍の時間）を用いる。この時間
ｔはライダ装置において計測できる時間である。
離Ｒの点から戻ってきた光のパワーＰ（Ｒ）は、距離の
二乗Ｒ2 に反比例している。この距離Ｒはこの距離を光
が光速で進む時間に比例するので、（１）式のＲを時間
で置き換えることができる。時間としてはレーザ光を照
射してからこの後方散乱光を受信するまでの時間ｔ（つ
まり距離Ｒ進む時間の２倍の時間）を用いる。この時間
ｔはライダ装置において計測できる時間である。
【００１１】図２は（１）式に基づく受信信号を電圧で
示したものである。横軸は時間である。縦軸は電圧を示
す。時間ｔは図１に示すレーザ送信部よりレーザのパル
ス光を照射したときからの時間を示す。Ｖｉｎは受信信
号を示す。Ｖｉｎの値はｔ2に逆比例するためｔが大き
くなると（散乱体が遠くなると）急激に減少している。
示したものである。横軸は時間である。縦軸は電圧を示
す。時間ｔは図１に示すレーザ送信部よりレーザのパル
ス光を照射したときからの時間を示す。Ｖｉｎは受信信
号を示す。Ｖｉｎの値はｔ2に逆比例するためｔが大き
くなると（散乱体が遠くなると）急激に減少している。
【００１２】図３は本実施形態の距離補正増幅器の概念
図を示す。本増幅器は受信信号（電圧Ｖｉｎ）をＡ倍し
かつｔ2 倍するものである。図４は図３に示す増幅器を
具体化した一例を示すもので、時間の二乗倍の増幅は、
受信信号（電圧Ｖｉｎ）を二重積分することで得られ
る。これは例えば、積分器を２段直列に設けることで得
られる。
図を示す。本増幅器は受信信号（電圧Ｖｉｎ）をＡ倍し
かつｔ2 倍するものである。図４は図３に示す増幅器を
具体化した一例を示すもので、時間の二乗倍の増幅は、
受信信号（電圧Ｖｉｎ）を二重積分することで得られ
る。これは例えば、積分器を２段直列に設けることで得
られる。
【００１３】図５は図３，図４で示した増幅器により得
られた増幅曲線を示す。増幅器の出力Ｖｏｕｔは時間ｔ
（距離）にかかわらずほぼ一定となる。これにより遠く
にある測定対象からの信号を確実に再現できる。
られた増幅曲線を示す。増幅器の出力Ｖｏｕｔは時間ｔ
（距離）にかかわらずほぼ一定となる。これにより遠く
にある測定対象からの信号を確実に再現できる。
【００１４】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、測定距離による信号強度の変化を補正して一定の大
きさの信号を得ることができる。これにより遠距離の信
号レベルに合わせれば近距離の信号が飽和するという事
態を防止することができる。また距離補正された信号電
圧が直接得られるため、オシロスコープ等を用いてレー
ザレーダの調節が容易となる。
は、測定距離による信号強度の変化を補正して一定の大
きさの信号を得ることができる。これにより遠距離の信
号レベルに合わせれば近距離の信号が飽和するという事
態を防止することができる。また距離補正された信号電
圧が直接得られるため、オシロスコープ等を用いてレー
ザレーダの調節が容易となる。
【図１】ライダの基本構成図である。
【図２】ライダの受信信号を示す図である。
【図３】本発明の増幅器の概念図である。
【図４】本発明の増幅器の一例を示す図である。
【図５】本発明の増幅器の増幅特性を示す図である。
Claims (1)
- 【請求項１】 レーザ光を大気中の測定対象に照射しそ
の散乱光を受信信号として受信しこれを増幅する増幅器
であって、レーザ光を照射してから受信信号を受信する
までの時間ｔの二乗ｔ2 を受信信号に乗じた値に比例す
る信号を出力することを特徴とするレーザレーダ用距離
補正増幅器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9211532A JPH1152057A (ja) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | レーザレーダ用距離補正増幅器 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9211532A JPH1152057A (ja) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | レーザレーダ用距離補正増幅器 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1152057A true JPH1152057A (ja) | 1999-02-26 |
Family
ID=16607442
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9211532A Pending JPH1152057A (ja) | 1997-08-06 | 1997-08-06 | レーザレーダ用距離補正増幅器 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1152057A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013124882A (ja) * | 2011-12-13 | 2013-06-24 | Mitsubishi Electric Corp | レーザレーダ装置 |
| JP2013137324A (ja) * | 2013-03-07 | 2013-07-11 | Toyota Motor Corp | 画像取得装置及び方法 |
| CN105676226A (zh) * | 2014-11-19 | 2016-06-15 | 上海机电工程研究所 | 一种射频阵列天线校准装置 |
-
1997
- 1997-08-06 JP JP9211532A patent/JPH1152057A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013124882A (ja) * | 2011-12-13 | 2013-06-24 | Mitsubishi Electric Corp | レーザレーダ装置 |
| JP2013137324A (ja) * | 2013-03-07 | 2013-07-11 | Toyota Motor Corp | 画像取得装置及び方法 |
| CN105676226A (zh) * | 2014-11-19 | 2016-06-15 | 上海机电工程研究所 | 一种射频阵列天线校准装置 |
| CN105676226B (zh) * | 2014-11-19 | 2018-10-16 | 上海机电工程研究所 | 一种射频阵列天线校准装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2219010C (en) | Method for an automated visual range measurement by means of a lidar system | |
| CA2000049C (en) | Lidar arrangement for measuring atmospheric turbidities | |
| CN108415028B (zh) | 脉冲参数加密的激光测距系统及方法 | |
| US5267010A (en) | Laser radar device | |
| Freudenthaler et al. | EARLINET lidar quality assurance tools | |
| JPH05508934A (ja) | レーザレーダ装置 | |
| Kavaya et al. | Lidar aerosol backscatter measurements: systematic, modeling, and calibration error considerations | |
| Henderson et al. | Wind lidar | |
| US20220350028A1 (en) | Doppler lidar for the detection of wind and/or vortex situations | |
| Strauch et al. | Atmospheric water vapor measurement by Raman lidar | |
| JPH11304909A (ja) | 信号光の電気光学的補正装置付レーザレーダ | |
| JPH1152057A (ja) | レーザレーダ用距離補正増幅器 | |
| Molero et al. | The laser as a tool in environmental problems | |
| JP2020071164A (ja) | 距離測定装置 | |
| CN112904308B (zh) | 探测云相态及云水含量的激光雷达系统及方法 | |
| Zygmunt et al. | Real-time measurement technique of the echo signal magnitude in ToF laser scanners | |
| US11280884B2 (en) | LIDAR instrument and method for operating a LIDAR instrument | |
| Li et al. | Radar observations and modeling of fog at 35 GHz | |
| Hagard et al. | Infrared transmission measurement in the atmosphere | |
| Wulfmeyer et al. | Raman lidar for water vapor and temperature profiling | |
| Refaat et al. | MCT APD detection system for atmospheric profiling applications using two-micron lidar | |
| CN115128639A (zh) | 一种实时调整种子光功率的差分吸收激光雷达 | |
| WO2023133666A1 (zh) | 激光雷达系统及光纤传感系统的自发辐射噪声的拟合方法 | |
| Gasmi | Fast and low noise optical receiver using Si APD for cloud-aerosol LIDAR | |
| EP3985413A1 (en) | Distance measuring device and method for measuring distance by using the same |