JPWO2013072956A1 - レーザレーダ装置、惑星着陸用セーフランディングセンサ、宇宙機用ドッキングセンサ、宇宙ごみ回収センサおよび車載衝突防止センサ - Google Patents
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Abstract
Description
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置の構成を示す模式図である。
レーザレーダ装置は、図1に示すように、レーザドライバ1、パルスレーザ(光源)2、送信光学系3、折り返しミラー4(図1では2つの折り返しミラー4a,4b)、スキャナミラー5、受信光学系6、受光素子アレイ7、電気回路アレイ8、信号処理部9および制御部10から構成されている。
パルスレーザ2は、レーザドライバ1からの信号に応じて、所定の送信パルスであるレーザ(送信光)を出力するものである。
スキャナミラー5は、制御部10からの信号に応じてモータ51の回動軸が回動することでミラー本体が回動し、折り返しミラー4により導かれたレーザの進行方向を変化させるものである。このスキャナミラー5はイメージングモードで動作し、ファンビーム用光学系32および折り返しミラー4を通過したライン状のレーザの進行方向を、このラインと直交する方向に変化させる。
受光素子アレイ7は、複数の素子を有するリニアアレイであり、受信光学系6により収束された散乱光を各素子で受光し、電気信号からなる受信信号に変換するものである。この受光素子アレイ7の各素子により受信・変換された受信信号は電気回路アレイ8に出力される。
信号処理部9は、図2に示すように、距離・3次元形状出力部(計測部)91および判定部92から構成されている。
なお以下では、運用のイメージに合わせて、「測距モード」を意味する文言として「高度計モード」という文言を用いることとする。また、動作開始時においては、図3に示す惑星探査機11が高高度に位置(図の左側)している場合を想定し、高度計モードで動作開始するものとする。
基本的に、受信強度または受信SN比が十分大きければ、イメージングモードに移行して受信光の強度が各素子に分散される形となっても、十分なSN比で各素子での信号検出は可能である。また、ターゲットまでの距離が近距離になるにつれ、受信光の強度は大きくなるため、距離の計測結果から受信強度を概略把握することは可能である。したがって、上記(1)〜(3)のいずれか1つ以上が成立しているかを判定することで、イメージングモードへ移行すべきか否かの自動判定を行うことが可能となる。
その後、レーザレーダ装置は、ファンビームでの送受信動作を行う(ステップST8)。この際、惑星表面12上の照射スポットはライン状となるが、このスポットと受光素子アレイ7全体の瞬時視野が一致するようにファンビームの拡がり角を決めておく。このようにしておくことで、照射スポットの各点からの散乱光は受光素子アレイ7の各素子で受光され、電気信号に変換される。
また、宇宙ごみの回収用宇宙機にこのレーザレーダを搭載し、宇宙ごみ回収センサとして用いることで、上記ドッキングセンサと同様の動作を行うことで、より正確なシステム動作が可能となる。
実施の形態1.
図1はこの発明の実施の形態1に係るレーザレーダ装置の構成を示す模式図である。
レーザレーダ装置は、図1に示すように、レーザドライバ1、パルスレーザ(光源)2、送信光学系3、折り返しミラー4(図1では2つの折り返しミラー4a,4b)、スキャナミラー5、受信光学系6、受光素子アレイ7、電気回路アレイ8、信号処理部9および制御部10から構成されている。
パルスレーザ2は、レーザドライバ1からの信号に応じて、所定の送信パルスであるレーザ(送信光)を出力するものである。
スキャナミラー5は、制御部10からの信号に応じてモータ51の回動軸が回動することでミラー本体が回動し、折り返しミラー4により導かれたレーザの進行方向を変化させるものである。このスキャナミラー5はイメージングモードで動作し、ファンビーム用光学系32および折り返しミラー4を通過したライン状のレーザの進行方向を、このラインと直交する方向に変化させる。
受光素子アレイ7は、複数の素子を有するリニアアレイであり、受信光学系6により収束された散乱光を各素子で受光し、電気信号からなる受信信号に変換するものである。この受光素子アレイ7の各素子により受信・変換された受信信号は電気回路アレイ8に出力される。
信号処理部9は、図2に示すように、距離・3次元形状出力部(計測部)91および判定部92から構成されている。
なお以下では、運用のイメージに合わせて、「測距モード」を意味する文言として「高度計モード」という文言を用いることとする。また、動作開始時においては、図3に示す惑星探査機11が高高度に位置(図の左側)している場合を想定し、高度計モードで動作開始するものとする。
基本的に、受信強度または受信SN比が十分大きければ、イメージングモードに移行して受信光の強度が各素子に分散される形となっても、十分なSN比で各素子での信号検出は可能である。また、ターゲットまでの距離が近距離になるにつれ、受信光の強度は大きくなるため、距離の計測結果から受信強度を概略把握することは可能である。したがって、上記(1)〜(3)のいずれか1つ以上が成立しているかを判定することで、イメージングモードへ移行すべきか否かの自動判定を行うことが可能となる。
その後、レーザレーダ装置は、ファンビームでの送受信動作を行う(ステップST8)。この際、惑星表面12上の照射スポットはライン状となるが、このスポットと受光素子アレイ7全体の瞬時視野が一致するようにファンビームの拡がり角を決めておく。このようにしておくことで、照射スポットの各点からの散乱光は受光素子アレイ7の各素子で受光され、電気信号に変換される。
また、宇宙ごみの回収用宇宙機にこのレーザレーダを搭載し、宇宙ごみ回収センサとして用いることで、上記ドッキングセンサと同様の動作を行うことで、より正確なシステム動作が可能となる。
Claims (6)
- ターゲットへの送信光を出力する光源と、
前記光源により出力された送信光を、所定のビーム拡がり角とする送信光学系と、
前記送信光学系により前記所定のビーム拡がり角とされた送信光に対する前記ターゲットからの散乱光を受光し、電気信号に変換する受光素子アレイと、
前記受光素子アレイにより変換された電気信号から、受信強度および受信時間を検出する電気回路アレイと、
前記電気回路アレイにより検出された受信時間に基づいて、前記ターゲットまでの距離または当該ターゲットの3次元形状を計測する計測部と、
前記電気回路アレイにより検出された受信強度および受信時間に基づいて、前記送信光学系によるビーム拡がり角を変更するかを判定する判定部と、
前記判定部による判定結果に基づいて、前記送信光学系によるビーム拡がり角を変更する制御部と
を備えたレーザレーダ装置。 - 前記判定部は、前記ターゲットまでの距離、前記受信強度、および当該受信強度に基づく受信SN比のうちのいずれか1つ以上に基づいて判定を行う
ことを特徴とする請求項1記載のレーザレーダ装置。 - 請求項1記載のレーザレーダ装置を搭載した
ことを特徴とする惑星着陸用セーフランディングセンサ。 - 請求項1記載のレーザレーダ装置を搭載した
ことを特徴とする宇宙機用ドッキングセンサ。 - 請求項1記載のレーザレーダ装置を搭載した
ことを特徴とする宇宙ごみ回収センサ。 - 請求項1記載のレーザレーダ装置を搭載した
ことを特徴とする車載衝突防止センサ。
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