JPWO2018083749A1 - レーザレーダ装置 - Google Patents

Abstract

従来のレーザレーダ装置では、測定データから視線方向を確認することが困難であるという課題があった。
本発明のレーザレーダ装置は、複数の波長の光を出力する波長可変光源と、波長可変光源が出力した光を局発光と送信光とに分岐する光分岐カプラと、送信光または局発光に対して、波長可変光源が出力する光の波長に応じてシフト量の異なる波長判別用周波数シフトを行う光位相変調器と、送信光の波長に応じて出力する光路を切り替える波長分離器と、送信光の波長に応じて視線方向が決定されており、波長分離器が出力した送信光を空間に放射し、送信光の空間における後方散乱光を受信光として受信する光アンテナと、局発光と受信光とが入力され、ヘテロダイン検波を行う光ヘテロダイン受信機と、光ヘテロダイン受信機の出力信号を周波数解析する信号処理器とを備える。

Description

本発明は、レーザレーダ装置に関するものである。

以下の特許文献ＷＯ２０１５／０８７８４２には、光ファイバ型の風計測ライダにおいて、波長の異なるレーザ光を波長毎に分離し、視線方向を切り替える手法が開示されている。本手法では、各視線方向測定データと視線方向切り替え信号との同期をとり、風向風速データを取得している。

ＷＯ２０１５／０８７８４２

しかしながら、視線方向切り替え時に通信エラーが生じた場合や、同期検出にエラーが生じた場合に視線方向を確認する術がなく、測定データから視線方向を確認することが困難であるという課題があった。

本発明は上記のような問題点を解決するためになされたもので、レーザレーダ装置の送信パルス光において、それぞれの視線方向に対して異なる周波数シフトを付加しタグ付することにより、測定データと視線方向との関連付けが可能するものであり、風計測ライダの信頼性向上を目的とするものである。

本発明のレーザレーダ装置は、複数の波長の光を出力する波長可変光源と、波長可変光源が出力した光を局発光と送信光とに分岐する光分岐カプラと、送信光または局発光に対して、波長可変光源が出力する光の波長に応じてシフト量の異なる波長判別用周波数シフトを行う光位相変調器と、送信光の波長に応じて出力する光路を切り替える波長分離器と、送信光の波長に応じて視線方向が決定されており、波長分離器が出力した送信光を空間に放射し、送信光の空間における後方散乱光を受信光として受信する光アンテナと、局発光と受信光とが入力され、ヘテロダイン検波を行う光ヘテロダイン受信機と、光ヘテロダイン受信機の出力信号を周波数解析する信号処理器とを備える。

本発明によれば、測定データから視線方向を確認することができるという効果がある。

この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の一構成例を示す構成図である。 この発明の実施の形態１に係る変調信号のイメージを表す図である。 この発明の実施の形態１に係る送信光の波長とセロダイン変調信号周波数との関係を示す図である。 この発明の実施の形態１に係るメモリに格納される信号のイメージを示す図である。 この発明の実施の形態１に係るパワースペクトルを示すイメージ図である。 この発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置の一構成例を示す構成図である。 この発明の実施の形態２に係る送信光の波長とセロダイン変調信号周波数との関係を示す図である。 この発明の実施の形態２に係るメモリに格納される信号のイメージを示す図である。 この発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置の一構成例を示す構成図である。 この発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置の一構成例を示す構成図である。 この発明の実施の形態３に係る波長切り替えによる視線方向切り替えを実施した際の信号イメージ図である。

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一構成例を示す構成図である。図１において、実線の矢印は光信号の伝送路を示し、点線の矢印は電気信号の伝送路を示す。
本レーザレーダ装置は、波長選択器１、波長可変光源２、光分岐カプラ４、光位相変調器５、時分割鋸波生成回路８、パルス生成回路９、半導体光増幅器１０、光増幅器１１、偏波保持光サーキュレータ１２、波長分離器１３、第１の光アンテナ１４ａ、第２の光アンテナ１４ｂ、第Ｎの光アンテナ１４ｎ、光合波カプラ１５、光ヘテロダイン受信機１６、ＡＤコンバータ（ＡＤＣ：Ａｎａｌｏｇ ｔｏ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｃｏｎｖｅｒｔｅｒ）１７、メモリ１８、及び信号処理器１９を備える。

波長選択器１は、波長可変光源２に出力波長を示す波長選択信号を出力する波長選択器である。波長選択器１は、波長可変光源２に接続され、波長可変光源２が出力する光の波長を制御する。例えば、波長選択器１には、ＰＣ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）、マイコン（マイクロコンピュータ）、スイッチ等が用いられる。ＰＣから波長可変光源２をコマンド制御し、波長可変光源の出力波長を制御する。また、波長を切り替える場合、波長選択器１は、波長可変光源２の温度または注入電流等の動作点を制御することにより、波長可変光源２の出力波長を切り替えるようにしても良い。

波長可変光源２は、波長選択器１の波長選択信号に基づいて選択された波長の光を出力する波長可変光源である。波長可変光源２は、第１の基準光源２ａ、第２の基準光源２ｂ、第Ｎの基準光源２Ｎ、及び波長多重カプラ３を備える。第１の基準光源２ａ、第２の基準光源２ｂ、及び第Ｎの基準光源２Ｎは、それぞれキャリアとなる単一波長の光を出力する光源である。波長選択器１は、第１から第Ｎの基準光源から一つの基準光源を選択し、選択された基準光源は光を発生させる。波長多重カプラ３は、各基準光源の光路を合波するカプラである。波長多重カプラ３は、合波した光を光分岐カプラ４に出力する。

光分岐カプラ４は、出力光路を局発光路と送信光路とに分離するカプラである。光分岐カプラ４は、波長可変光源２が出力した光を局発光と送信光とに分離し、局発光を光合波カプラ１５に出力し、送信光を光位相変調器５に出力する。

光位相変調器５は、時分割鋸波生成回路８が出力した鋸波信号に基づいて送信光の位相を変調し、送信光の周波数をシフトさせる光位相変調器である。例えば、光位相変調器５には、ＬＮ（ＬｉＮｂＯ３）位相変調器、半導体光変調器、シリコン変調器等が用いられる。

時分割鋸波生成回路８は、送信光の周波数シフトを制御する鋸波信号を生成する回路である。時分割鋸波生成回路８は、第１の鋸波生成回路６ａ、第２の鋸波生成回路６ｂ、加算回路７を備える。第１の鋸波生成回路６ａ及び第２の鋸波生成回路６ｂは、それぞれ異なる時間にそれぞれ周期の異なる鋸波信号を生成し、加算回路７に出力する鋸波生成回路である。加算回路７は、第１の鋸波生成回路６ａ及び第２の鋸波生成回路６ｂの鋸波信号を加算する加算回路である。加算回路７は、時間的に分離された２種類の鋸波信号を合成し、ひとつの鋸波信号として出力する。

パルス生成回路９は、半導体光増幅器１０が送信光をパルス化するときの制御信号を出力するパルス生成回路である。制御信号はパルス信号であり、このパルス信号によって送信光のパルス周期は制御される。

半導体光増幅器１０は、変調された送信光を増幅するとともに、パルス生成回路９が出力するパルス信号に基づいて、送信光をパルス化する半導体光増幅器である。例えば、半導体光増幅器には、ＩｎＰ/ＩｎＧａＡｓＰの半導体光増幅器等が用いられる。

光増幅器１１は、パルス化された送信光を増幅し、偏波保持光サーキュレータ１２に出力する増幅器である。

偏波保持光サーキュレータ１２は、送信光路と受信光路とを分離するサーキュレータである。偏波保持光サーキュレータ１２は、光増幅器１１が出力した送信光を波長分離器１３に出力し、光アンテナで受信した受信光を光合波カプラ１５に出力する。

波長分離器１３は、波長によって光路を分離し、それぞれの光路に接続された光アンテナに送信光を出力する波長分離器である。また、波長分離器１３は、光アンテナで受信した受信光を合成し、偏波保持光サーキュレータ１２に出力する。例えば、波長分離器１３には、ＤＷＤＭ（Ｄｅｎｓｅ Ｗａｖｅｌｅｎｇｔｈ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉｐｌｅｘｉｎｇ）フィルタ、ＦＢＧ（Ｆｉｂｅｒ Ｂｒａｇｇ Ｇｒａｔｉｎｇ）フィルタ、ＡＷＧ（Ａｒｒａｙｅｄ-Ｗａｖｅｇｕｉｄｅ Ｇｒａｔｉｎｇ）フィルタ等が用いられる。

第１の光アンテナ１４ａ、第２の光アンテナ１４ｂ、及び第Ｎの光アンテナ１４ｎは、送信光を送信するとともに、エアロゾルで散乱された送信光を受信光として受信する光アンテナである。ここで、送信光の波長に応じて各光アンテナの視線方向は異なる。

光合波カプラ１５は、光分岐カプラ４が出力する局発光と偏波保持光サーキュレータ１２が出力する受信光とを合波するカプラである。

光ヘテロダイン受信機１６は、光合波カプラ１５が合波した合波光を受信し、ヘテロダイン検波する受信機である。

ＡＤコンバータ１７は、光ヘテロダイン受信機１６がヘテロダイン検波したアナログ信号をデジタル信号に変換するアナログデジタル変換器である。ＡＤコンバータ１７は、デジタルに変換した受信信号を送信光のパルス幅に対応した受信ゲート幅（時間ゲート幅）ごとに分割し、メモリ１８に出力する。

メモリ１８は、時間ゲート幅ごとに信号を格納する。

信号処理器１９は、メモリ１８に格納された受信ゲートごとの受信信号を高速フーリエ変換することで、受信ゲートごとにパワースペクトルのピーク値、スペクトル幅、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ ｔｏ Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ）等を算出する信号処理器である。例えば、信号処理器１９は、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）、マイコンなどが用いられる。

次に、この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の動作について説明する。

波長選択器１は、第１〜第Ｎの基準光源から１つの基準光源を選択する選択信号を波長可変光源２に出力する。波長可変光源２は、波長選択信号に従って、基準光源を選択し、その基準光源の光を出力する。

光分岐カプラ４は、波長可変光源２が出力した光を局発光と送信光とに分離して、局発光を光合波カプラ１５に、送信光を光位相変調器５に出力する。

時分割鋸波生成回路８は、第１の鋸波生成回路が出力した第１の鋸波信号と第２の鋸波生成回路が出力した第２の鋸波信号とを加算回路７で加算し、加算した鋸波信号を光位相変調器５に出力する。第１の鋸波信号と第２の鋸波信号とは、周期が異なり、時間も分離されている。

図２は、この発明の実施の形態１に係る変調信号のイメージを表す図である。図２において、加算した鋸波信号は、２種類の鋸波信号から構成され、時間が０〜０．９ＰＷまでは第１の鋸波信号であり、０．９ＰＷ〜ＰＷまでが第２の鋸波信号であるという信号である。ＰＷ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ）は、パルス幅である。送信光の波長に応じて第２の鋸波信号の周期は異なるので、後述する光位相変調器５における送信光の周波数シフト量は異なる。ここではパルスの立下り部分に第２の鋸波信号を配置したが、立ち上がり部分に配置しても良い。

光位相変調器５は、時分割鋸波生成回路８が出力する鋸波信号に従って、送信光の位相を変調し、送信光の周波数をシフトする。位相変化と周波数シフトの関係は、下記の式の通りである。ｆは、周波数、φは位相である。

ここで、位相φと鋸波の周期Ｔの関係は以下の通りである。

図２を見ると分かるように、第１の鋸波信号の領域では、送信光の変調周波数はｆｍであり、第２の鋸波信号の領域では、送信光の変調信号はｆｉである。このように、時分割鋸波生成回路８が出力する鋸波信号に応じて、光位相変調器５は、波長に応じてパルス立ち下がり部分のバースト直線位相変調周波数を変化させる。

半導体光増幅器１０は、パルス生成回路９が出力するパルス信号に応じて、変調された送信光を増幅するとともにパルス化する。

光増幅器１１は、パルス化した送信光を増幅し、増幅した送信光を偏波保持光サーキュレータ１２に出力する。

偏波保持光サーキュレータ１２は、光増幅器１１が出力した送信光を波長分離器１３に出力する。

波長分離器１３は、光の波長に応じて送信光の光路を決定し、その光路に対応する光アンテナに出力する。ここで、送信光は、光アンテナ端で散乱され、内部散乱光となる光もある。内部散乱光は、偏波保持光サーキュレータ１２に出力される。

第１の光アンテナ１４ａ、第２の光アンテナ１４ｂ、または第Ｎの光アンテナ１４ｎは、送信光を空間に照射する。それぞれの光アンテナは、視線方向が決められているため、送信光の波長によって照射する方向が異なる。

図３は、この発明の実施の形態１に係る送信光の波長とセロダイン変調信号周波数との関係を示す図である。セロダイン変調信号周波数とは、鋸波信号による光位相変調によって生じる周波数シフト量である。時間に対して波長が変化しており、各波長に対応するパルス立下り領域におけるセロダイン変調信号周波数は異なっている。ｆｍは、第１の鋸波信号による周波数シフト量（変調用周波数シフト）に対応し、ｆ１・・・ｆ６は、第２の鋸波信号による周波数シフト量（波長判別用周波数シフト）に対応する。セロダイン変調信号周波数ｆ１・・・ｆ６は、波長λ１・・・λ６に対応しているので、ｆ１・・・ｆ６が分かれば、視線方向を判断できる。

空間照射された光は、それぞれの視線方向での観測空間における散乱対象（例えば風速と同じ速度で移動するエアロゾル）により後方散乱され、散乱対象の移動速度に応じたドップラ周波数シフトを受ける。そして、送信光を照射した光アンテナは、散乱対象からの後方散乱光を受信光として受信する。

偏波保持光サーキュレータ１２は、受信光を光合波カプラ１５に出力する。
光合波カプラ１５は、局発光と受信光とを合波し、合波した光を光ヘテロダイン受信機１６に出力する。同様に、偏波保持光サーキュレータ１２は、局発光と内部散乱光とを合波し、合波した光を光ヘテロダイン受信機１６に出力する。

光ヘテロダイン受信機１６は、合波した光をヘテロダイン検波し、検波した信号をＡＤコンバータ１７に出力する。検波した信号のパワースペクトル中心周波数は、第１の鋸波信号による周波数シフト量と上記ドップラ周波数シフト量との合算値となる。

ＡＤコンバータ１７は、受信した信号を特定のサンプリングレートでデジタル信号に変換する。そして、変換した受信信号を送信光のパルス幅に対応した受信ゲート幅（時間ゲート幅）ごとに分割し、メモリ１８に出力する。メモリ１８は、時間ゲート幅ごとに信号を記憶する。

図４は、この発明の実施の形態１に係るメモリに格納される信号のイメージを示す図である。ｃｈ１〜ｃｈ５が、視線（１）〜（５）に対応する。

信号処理器１９は、メモリ１８に格納された時間ゲートごとの信号を高速フーリエ変換し、パワースペクトルのピーク値、スペクトル幅、ＳＮＲを算出する。

図５は、この発明の実施の形態１に係るパワースペクトルを示すイメージ図である。ｆｍを中心とした領域が風計測で使用する範囲であるｆ１・・・ｆ６は、風計測で使用しない周波数帯に存在する。また、ｆ１・・・ｆ６は、パルスの立下り部の内部散乱光から求めるため、風計測で使用しない時間帯に存在する。上記で述べたようにｆ１・・・ｆ６は、波長λ１・・・λ６に対応しているので、ｆ１・・・ｆ６のピークを測定することで、視線方向を知ることができる。図５に示すように、風計測に使用しない周波数帯及び時間帯の測定データから視線方向を割り出すことが可能となる。なお、内部散乱光を用いて視線方向を算出する場合を示したが、受信光から視線方向を算出しても良い。

以上の通り、実施の形態１によれば、従来測定していない内部散乱光の周波数シフト量を測定することにより、測定データと視線方向との関連付けが可能となり、ライダの信頼性向上に寄与する。また、本発明を用いる事で、視線切り替え信号と測定信号との同期回路が不要となり、ライダの簡素化、小型化が可能となる。

なお、本実施の形態で使用する光位相変調器は、ＬＮ結晶の電気光学効果による伝搬光路の屈折率変化を利用しており高速変調切り替えが可能であるが、音響光学変調器ではこのように１パルス内での変調周波数を可変とすることは実現不可である。

実施の形態２．
実施の形態１では、バースト直線位相変調(鋸波変調)において、パルス中心部分の風計測用変調信号に加えて、パルス立ち下がり部分にパルス内計測用の変調信号を印加し、パルス内計測用の変調周波数を視線方向に対応し異なる周波数とし、さらに内部散乱光のデータを取得することで、視線方向と風計測データとを関連付けしているが、実施形態２では、空間出力しない光路を設けることで、設定波長と出力波長との関係を確認できる。

図６は、この発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置の一構成例を示す構成図である。図６において、図１と同一符号は、同一又は相当部分を示し、説明を省略する。また、図６において、実線の矢印は光信号の伝送路を示し、点線の矢印は電気信号の伝送路を示す。図１と比べて、光終端器２０が、波長分離器１３に接続されている点が異なる。

光終端器２０は、波長分離器１３が出力する送信光を吸収し、波長分離器１３への戻り光を抑圧する光終端器である。例えば、光終端器２０には、斜めカットされた光コネクタ、金属ドープ光ファイバを用いた光終端器、光アッテネータ等が用いられる。

次に、この発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置の動作について説明する。波長分離器１３で送信光の光路を分離するまでの動作は、実施の形態１と同様であるので、説明を省略する。
波長分離器１３は、送信光の波長がλ０の場合、光終端器２０に送信光を出力することで、空間出力しない光路を設ける。この場合、０レンジのみしか測定できない。

図７は、この発明の実施の形態２に係る送信光の波長とセロダイン変調信号周波数との関係を示す図である。図７に示すように、原則、視線方向(波長)は、λ０、λ１・・・λＮ、λ０・・・の順に切り替えていく。しかし、波長選択信号のデータ破損等により波長選択信号が正常に波長可変光源に印加されず、切り替え波長が設定と異なる可能性が生じる。実施の形態２のレーザレーダ装置では、λ０の設定情報と０レンジの測定結果とを比較することで、設定波長と出力波長とが一致していることを確認することができる。

図８は、この発明の実施の形態２に係るメモリに格納される信号のイメージを示す図である。ここで、チャンネル番号と波長番号とが対応している。つまりｃｈ０がλ０に、ｃｈ１がλ１に、ｃｈ２がλ２に対応している。この場合、ｃｈ０では、０レンジのみが測定されるため、Ｒａｎｇｅ０には、データが存在するが、ＲａｎｇｅＮにはデータが存在しない。したがって、ｃｈ０において、Ｒａｎｇｅ０以外にデータが入っている場合、設定波長の順序と出力波長の順序との間にずれが生じていることが分かる。

以上の通り、実施の形態２によれば、波長を順次切り替えて測定を行う際に、所定の波長の送信光を光終端器に出力し、０レンジに対する測定データを調べることで、設定波長の順序と出力波長の順序とが一致していることを検証することができる。

実施の形態３．
実施の形態１では、バースト直線位相変調(鋸波変調)において、パルス中心部分の風計測用変調信号に加えて、パルス立ち下がり部分にパルス内計測用の変調信号を印加し、パルス内計測用の変調周波数を視線方向に対応し異なる周波数とし、さらに内部散乱光のデータを取得することで、視線方向と風計測データとを関連付けしているが、実施形態３では、送信光には一定周期のバースト直線位相変調を印加し、局発光に送信光と逆特性の周波数シフトを与えることで、パルス立ち上がり及び立下り部分も風計測に利用できる。

図９は、この発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置の一構成例を示す構成図である。図９において、図６と同一符号は、同一又は相当部分を示し、説明を省略する。また、図９において、実線の矢印は光信号の伝送路を示し、点線の矢印は電気信号の伝送路を示す。図６と比べて、局発光の光路に光位相変調器２１及び第３の鋸波生成回路が追加されている点、並びに第１の鋸波生成回路６ａのみが光位相変調器５を制御している点が異なる。

光位相変調器２１（光位相変調器の一例）は、第３の鋸波生成回路２２が出力する鋸波信号に基づいて、光分岐カプラ４が分岐した局発光の位相を変調し、周波数シフトを行う光位相変調器である。
第３の鋸波生成回路２２は、送信光と逆特性の周波数シフト与える第３の鋸波信号を光位相変調器２１に出力する鋸波生成回路である。

次に、この発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置の動作について説明する実施の形態１と同様の動作については説明を省略する。

送信光を変調する光位相変調器５（第２の光位相変調器の一例）には、第１の鋸波生成回路６ａからバースト的な直線位相変調信号をパルス幅だけ印加する(変調周波数：ｆｍ)。一方、局発光路に新たに設けた光位相変調器２１には、逆傾斜となる基準光源の波長にタグ付けされた周波数(ｆｉ)の鋸波を第３の鋸波生成回路２２から印加する。これにより、局発光は基準光源の波長に応じて−ｆ１，−ｆ２，・・・−ｆｎと周波数シフトされる。

図１０は、この発明の実施の形態２に係る変調信号のイメージを表す図である。
光位相変調器２１に入力される鋸波信号は、光位相変調器５に入力される鋸波信号と逆傾斜になっている。このため、光位相変調器２１が局発光に与える周波数シフト（波長判別用周波数シフト）と、光位相変調器５が送信光に与える周波数シフト（変調用周波数シフト）とは、逆符号になる。したがって、局発光と内部散乱光とを合波した光の変調周波数は、ｆｍ−ｆｉとなる。

図 １１は、この発明の実施の形態３に係る波長切り替えによる視線方向切り替えを実施した際の信号イメージ図である。
本レーザレーダ装置は、視線方向(基準光源波長)に応じて局発光の周波数シフト量を切り替えることにより、内部散乱光全体の受信信号周波数を視線方向に応じてシフトさせる。これにより、視線方向識別信号の時間幅が受信ゲート幅と同一になるため、受信ゲート幅に比べ視線方向識別信号の時間幅が短い場合と比べて、信号処理精度良く内部散乱光の周波数解析が可能となる。また、送信光に対しては一定の周波数シフトを付加するため、パルス立ち上がり及び立下り部分も風計測に適用可能となる。

以上の通り、実施の形態３によれば、送信光に対しては一定の周波数シフト（変調用周波数シフト）を行い、局発光に対して、視線方向に対応する周波数シフト（波長判別用周波数シフト）を行うことで、パルス立ち上がり及び立下り部分も風計測に利用できる効果がある。

なお、実施形態１から３は、光位相変調器を用いた場合を記述したものであるが、光位相変調器に代えて、異なる周波数シフトを時間的に分割して付加することができる機能を有する手段、例えば４電極型のＩＱ変調器や２電極型マッハツェンダ型変調器、光周波数シフタを用いても実現可能である．

１ 波長選択器、２ 波長可変光源、２ａ 第１の基準光源、２ｂ 第２の基準光源、２ｎ 第Ｎの基準光源、３ 波長多重カプラ、４ 光分岐カプラ、５ 光位相変調器、６ａ 第１の鋸波生成回路、６ｂ 第２の鋸波生成回路、７ 加算回路、８ 時分割鋸波生成回路、９ パルス生成回路、１０ 半導体光増幅器、１１ 光増幅器、１２ 偏波保持光サーキュレータ、１３ 波長分離器、１４ａ 第１の光アンテナ、１４ｂ 第２の光アンテナ、１４ｎ 第Ｎの光アンテナ、１５ 光合波カプラ、１６ 光ヘテロダイン受信機、１７ ＡＤコンバータ（ＡＤＣ）、１８ メモリ、１９ 信号処理器、２０ 光終端器、２１ 光位相変調器、２２ 第３の鋸波生成回路。

本発明のレーザレーダ装置は、複数の波長の光を出力する波長可変光源と、波長可変光源が出力した光を局発光と送信光とに分岐する光分岐カプラと、送信光または局発光に対して、波長可変光源が出力する光の波長に応じてシフト量の異なる波長判別用周波数シフトを行う光位相変調器と、送信光の波長に応じて出力する光路を切り替える波長分離器と、送信光の波長に応じて視線方向が決定されており、波長分離器が出力した送信光を空間に放射し、送信光の空間における後方散乱光を受信光として受信する光アンテナと、局発光と受信光とが入力され、ヘテロダイン検波を行う光ヘテロダイン受信機と、光ヘテロダイン受信機の出力信号を周波数解析する信号処理器とを備え、光位相変調器は、送信光に対して、送信光の波長によらない変調用周波数シフト及び波長判別用周波数シフトを時分割に行う。

図９は、この発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置の一構成例を示す構成図である。図９において、図６と同一符号は、同一又は相当部分を示し、説明を省略する。また、図９において、実線の矢印は光信号の伝送路を示し、点線の矢印は電気信号の伝送路を示す。図６と比べて、局発光の光路に光位相変調器２１及び第３の鋸波生成回路２２が追加されている点、並びに第１の鋸波生成回路６ａのみが光位相変調器５を制御している点が異なる。

図１０は、この発明の実施の形態３に係る変調信号のイメージを表す図である。
光位相変調器２１に入力される鋸波信号は、光位相変調器５に入力される鋸波信号と逆傾斜になっている。このため、光位相変調器２１が局発光に与える周波数シフト（波長判別用周波数シフト）と、光位相変調器５が送信光に与える周波数シフト（変調用周波数シフト）とは、逆符号になる。したがって、局発光と内部散乱光とを合波した光の変調周波数は、ｆｍ−ｆｉとなる。

Claims (7)

1. 複数の波長の光を出力する波長可変光源と、
   前記波長可変光源が出力した光を局発光と送信光とに分岐する光分岐カプラと、
   前記送信光または前記局発光に対して、前記波長可変光源が出力する光の波長に応じてシフト量の異なる波長判別用周波数シフトを行う光位相変調器と、
   前記送信光の波長に応じて出力する光路を切り替える波長分離器と、
   前記送信光の波長に応じて視線方向が決定されており、前記波長分離器が出力した前記送信光を空間に放射し、送信光の空間における後方散乱光を受信光として受信する光アンテナと、
   前記局発光と前記受信光とが入力され、ヘテロダイン検波を行う光ヘテロダイン受信機と、
   前記光ヘテロダイン受信機の出力信号を周波数解析する信号処理器と、
   を備えたレーザレーダ装置。
2. 前記光位相変調器は、前記送信光に対して、前記送信光の波長によらない変調用周波数シフト及び前記波長判別用周波数シフトを時分割に行うことを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
3. 前記送信光をパルス化する半導体光増幅器を備え、
   前記光位相変調器は、前記送信光に対してパルスの立ち上がり部分もしくは立下り部分に前記波長判別用周波数シフトを行うことを特徴とする請求項２に記載のレーザレーダ装置。
4. 前記波長分離器の光路を終端する光終端器を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
5. 前記波長可変光源は、異なる波長の光を順次出力し、
   前記信号処理器は、前記光終端器からの内部散乱光を周波数解析することにより、前記波長可変光源が出力する光の順序を検証することを特徴とする請求項４に記載のレーザレーダ装置。
6. 前記光位相変調器は、前記局発光に対して前記波長判別用周波数シフトを行い、
   前記送信光に対して、前記送信光の波長によらない変調用周波数シフトを行う第２の光位相変調器を備えたことを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
7. 前記波長判別用周波数シフトは、前記変調用周波数シフトと逆符号であることを特徴とする請求項６に記載のレーザレーダ装置。

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