WO2018235160A1 - レーザレーダ装置及び周波数変調制御方法 - Google Patents

レーザレーダ装置及び周波数変調制御方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2018235160A1
WO2018235160A1 PCT/JP2017/022684 JP2017022684W WO2018235160A1 WO 2018235160 A1 WO2018235160 A1 WO 2018235160A1 JP 2017022684 W JP2017022684 W JP 2017022684W WO 2018235160 A1 WO2018235160 A1 WO 2018235160A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
light
optical
frequency
signal
laser radar
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/022684
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
祐一 西野
勝治 今城
俊平 亀山
Original Assignee
三菱電機株式会社
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 三菱電機株式会社 filed Critical 三菱電機株式会社
Priority to EP17914943.0A priority Critical patent/EP3627184B1/en
Priority to JP2017565884A priority patent/JP6430044B1/ja
Priority to US16/612,269 priority patent/US11249190B2/en
Priority to PCT/JP2017/022684 priority patent/WO2018235160A1/ja
Publication of WO2018235160A1 publication Critical patent/WO2018235160A1/ja

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G01S17/34—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated using transmission of continuous, frequency-modulated waves while heterodyning the received signal, or a signal derived therefrom, with a locally-generated signal related to the contemporaneously transmitted signal
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/32—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/481—Constructional features, e.g. arrangements of optical elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4911—Transmitters
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/48—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S17/00
    • G01S7/491—Details of non-pulse systems
    • G01S7/4912—Receivers
    • G01S7/4915—Time delay measurement, e.g. operational details for pixel components; Phase measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S17/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems

Definitions

  • the present invention relates to radar technology, and more particularly to laser radar technology capable of measuring target information such as distance measurement values using frequency-modulated laser light.
  • a frequency-modulated continuous wave (FMCW) radar apparatus radiates a transmission wave, which is a frequency-modulated continuous wave (FMCW), to an external space, and the target exists in the external space.
  • the reflected transmission wave is received.
  • This type of radar apparatus can measure the frequency difference between the received wave and the transmitted wave, and detect target information such as the distance to the target based on the frequency difference.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2008-039640 discloses an FMCW laser radar apparatus (coherent lidar apparatus) that detects a target using frequency-modulated continuous wave laser light as a transmission wave. .
  • the conventional laser radar device disclosed in Patent Document 1 comprises a frequency shifter for frequency-shifting only the reception scattered light from the target, an optical coupler for multiplexing the output light of the frequency shifter and the local light, and the light An optical receiver for heterodyne detection of the multiplexed light output from the coupler; a filter for passing only the beat signal component of the electrical output signal of the optical receiver; and an FM demodulator for performing demodulation processing on the output of the filter Have.
  • the filter substantially blocks the internally reflected light component and passes the reflected signal component (received scattered light component with a small Doppler shift frequency or received scattered light component from a non-moving target).
  • the FM demodulator can perform demodulation processing on the reflected signal component separated from the internally reflected light component.
  • JP 2008-039640 A (for example, FIG. 4 and paragraphs 0025 to 0029)
  • the frequency of the reflected signal component from the target may change depending on the state of the target (eg, acceleration motion or vibration of the target). Therefore, in the above-described conventional laser radar device, due to the performance limit of the demodulation band (frequency band that can be demodulated) of the FM demodulator, the frequency of the signal component reflected from the target may not fall within the demodulation band of the FM demodulator. Sometimes. In such a state, the FM demodulator can not demodulate the reflected signal component, and the laser radar device has a problem of failing to measure the target information.
  • a radar device includes a modulated light generation unit that generates modulated laser light that has been subjected to frequency modulation based on control parameters, and a light splitter that divides the modulated laser light into transmission light and local light. And a transmission / reception optical system for transmitting the transmission light toward the external space and receiving the transmission light reflected by the target present in the external space as the reception light, combining the reception light and the local light And an optical multiplexer for generating interference light, a photodetector for detecting the interference light and outputting an electric signal, a demodulation circuit for performing demodulation processing on the electric signal output from the photodetector, and the light
  • a frequency-voltage converter that converts an electrical signal output from a detector into a voltage signal having a signal voltage according to the frequency of the electrical signal; a characteristic calculation unit that measures a characteristic value of the voltage signal; Based on the value
  • a determination unit that determines whether or not the center frequency of the reflected signal component included in the electrical signal is within the range of
  • the center frequency of the signal component reflected from the target can be contained in the demodulation band. Therefore, even if there is a performance limit in the demodulation band of the demodulation circuit, the target information can be accurately obtained. It can be measured.
  • FIG. 7 is a graph illustrating the relationship between the frequency of a transmission wave and the frequency of a reception wave in Embodiment 1.
  • FIG. 5 is a flowchart schematically showing an example of the procedure of measurement processing according to the first embodiment.
  • FIG. 4A and FIG. 4B are graphs for explaining frequency modulation control according to the first embodiment.
  • FIG. 1 schematically shows an example of the hardware configuration of a laser radar device according to a first embodiment. It is a figure which shows roughly the structure of the laser radar apparatus of Embodiment 2 which concerns on this invention.
  • FIG. 8 schematically shows an example of a configuration of an optical delay circuit according to a second embodiment.
  • FIG. 16 is a flowchart schematically showing an example of the procedure of measurement processing according to Embodiment 2.
  • FIG. 16 is a flowchart schematically showing an example of the procedure of measurement processing according to Embodiment 2.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a laser radar device 1 according to a first embodiment of the present invention.
  • the laser radar device 1 includes a modulated light generation unit including a laser light source 10 and a frequency modulator 11, and FMCW laser light (frequency-modulated continuous wave laser light) output from the frequency modulator 11.
  • a modulated light generation unit including a laser light source 10 and a frequency modulator 11, and FMCW laser light (frequency-modulated continuous wave laser light) output from the frequency modulator 11.
  • An optical splitter 12 that splits the light into a transmission light and a reference light (local light), and a transmission / reception optical system that transmits the transmission light Tw input from the light splitter 12 via the optical circulator 13 toward an external space
  • An optical antenna (transmission / reception optical system) 14 an optical circulator 13 for outputting the reception reflection light input from the optical antenna 14 to the optical multiplexer 15, an optical multiplexer 15 for multiplexing reception reflection light and reference light
  • the optical coupler 20 is provided with a photodetector 20 that detects the interference light output from the optical multiplexer 15 and generates an electrical signal.
  • an optical coupler may be used as the optical distributor 12, and a four-port optical coupler may be used as the optical multiplexer 15, for example.
  • the light output end of the laser light source 10 and the light input end of the frequency modulator 11 are connected by an optical path P0.
  • the light output end of the frequency modulator 11 and the light input end of the light distributor 12 are connected by the light path P1, and the light output end of the light distributor 12 and the light input end of the light circulator 13 are connected.
  • the optical path P2 is connected, and the optical input / output port of the optical circulator 13 and the optical input end of the optical antenna 14 are connected by an optical path P3.
  • the other light output end of the light distributor 12 and the light input end of the light multiplexer 15 are connected by the light path P4, and the light output port of the light circulator 13 and the other light input end of the light multiplexer 15 Are connected by an optical path P5, and the optical output end of the optical multiplexer 15 and the optical input end of the light detector 20 are connected by an optical path P6.
  • the light paths P0 to P6 may be made of, for example, an optical transmission medium such as an optical fiber line.
  • the laser light source 10 may be configured using, for example, a tunable laser assembly (Integratable Tunable Laser Assembly, ITLA) or a laser diode (Laser Diode, LD).
  • the frequency modulator 11 can generate FMCW laser light by frequency-modulating the output laser light of the laser light source 10 based on a control parameter specified by the modulation control unit 30 described later.
  • the modulation light generation part of this Embodiment is comprised by the combination of the laser light source 10 and the frequency modulator 11, it is not limited to this. Instead of the combination of the laser light source 10 and the frequency modulator 11, a modulated light generation circuit that generates the FMCW laser light by directly controlling the drive current of the laser light source may be used.
  • the optical antenna (transmission / reception optical system) 14 can irradiate the transmission light input from the optical circulator 13 onto the target Tgt with a desired beam diameter and a spread angle. Further, the optical antenna 14 receives the transmitted light Tw reflected and returned by the target Tgt present in the external space as a reflected light Rw, and outputs the received reflected light to the optical circulator 13.
  • the light antenna 14 for example, optical components such as a collimator lens and a condenser lens may be used.
  • the optical circulator 13 is a nonreciprocal optical device having three ports. That is, the optical circulator 13 includes an optical input port coupled to the optical distributor 12 via the optical path P2, an optical input / output port coupled to the optical antenna 14 via the optical path P3, and an optical path P5. And an optical output port coupled to the optical multiplexer 15.
  • the optical circulator 13 outputs the transmission light incident on the light input port on the light path P2 side from the light input / output port on the light path P3 side, and does not output the transmission light from the light output port on the light path P5 side. Further, the optical circulator 13 outputs the reception reflection light incident on the light input / output port on the light path P3 side from the light output port on the light path P5 side, and the reception reflection light from the light input port on the light path P2 side Does not output.
  • the photodetector 20 converts the interference light input from the optical multiplexer 15 into an electric signal (beat signal), and outputs the electric signal to the modulation control unit 30 and the demodulation circuit 21.
  • the photodetector 20 can be configured using, for example, a photodiode (Photo Diode, PD), an avalanche photodiode (Avalanche Photo Diode, APD), or a balanced receiver incorporating a photoelectric conversion element.
  • the laser radar device 1 performs demodulation processing on the output signal of the light detector 20 to generate a demodulation signal, and signal processing for calculating target information based on the demodulation signal.
  • a modulation control unit 30 that controls frequency modulation in the frequency modulator 11.
  • the signal processing unit 22 A / D converts the demodulated signal input from the demodulation circuit 21 into a digital signal, and performs digital signal processing on the digital signal to obtain the distance to the target Tgt and the relative velocity of the target Tgt, Target information such as frequency and displacement can be calculated.
  • an FM detection circuit such as a quadrature detector, a ratio detector, or a Foster-Seeley Discriminator can be used.
  • the hardware configuration of the signal processing unit 22 may be realized by, for example, a semiconductor integrated circuit such as a one-chip microcomputer, an application specific integrated circuit (ASIC), or a field-programmable gate array (FPGA).
  • a semiconductor integrated circuit such as a one-chip microcomputer, an application specific integrated circuit (ASIC), or a field-programmable gate array (FPGA).
  • the hardware configuration of the signal processing unit 22 may be realized by a semiconductor integrated circuit including a central processing unit (CPU) or a graphics processing unit (GPU).
  • the modulation control unit 30 includes an FV converter (frequency-voltage converter) 31, a characteristic calculation unit 32, a comparison unit (determination unit) 33, a parameter setting unit 34, and a signal generator. It is configured to include 35.
  • the FV converter 31 is a circuit that converts the electrical signal output from the light detector 20 into an analog voltage signal having a signal voltage corresponding to the frequency of the electrical signal.
  • an electrical signal having a beat frequency f b (unit: Hz) is input at a certain moment, the F-V converter 31 has a signal voltage V m (unit: volt) proportional to the beat frequency f b
  • An analog voltage signal can be output.
  • FIG. 2 is a graph showing an example of the relationship between the frequency Tf of the transmission wave and the frequency Rf of the reception reflected wave corresponding thereto.
  • f w is the frequency change width at the sweep time t s, ie, the sweep frequency width.
  • the frequency Rf of the received reflected wave changes as shown by the broken line in FIG.
  • t d is a delay time between the transmission wave and the reception reflection wave
  • f b is a beat frequency indicating a frequency difference between the transmission wave and the reception reflection wave
  • f d is the Doppler frequency (ie, the amount of frequency shift between the average frequency of the transmitted wave and the average frequency of the received reflected wave changed due to the Doppler effect).
  • the delay time t d can be calculated according to the following equation (2).
  • t d (t s / f w ) ⁇ f b (2)
  • the frequency-voltage conversion factor set in the F-V converter 31 is represented by a FV (unit: volt / Hz), and the voltage corresponding to the beat frequency f b is represented by V b (unit: volt)
  • the characteristic calculation unit 32 can calculate the distance L to the target Tgt according to the equations (2) to (4).
  • the comparison unit 33 sets the center frequency of the spectrum of the reflected signal component included in the output signal of the light detector 20 based on the characteristic value such as the inclination a described above to the range of the demodulation band (frequency band that can be demodulated) of the demodulation circuit 21. It is determined whether or not it is inside, and the determination result is given to the parameter setting unit 34. Specifically, the comparison unit 33 determines whether the center frequency is within the demodulation band range by determining whether the characteristic value is within the predetermined numerical range corresponding to the demodulation band. can do.
  • the comparison unit 33 compares the slope a with the allowable range represented by the following expression (5), and determines that the center frequency is within the demodulation band if the slope a is included in the allowable range. If not, it can be determined that the center frequency is out of range of the demodulation band.
  • V A and V C are a set of voltages corresponding to the demodulation band of the demodulation circuit 21.
  • the parameter setting unit 34 supplies a control parameter for controlling frequency modulation in the frequency modulator 11 to the signal generator 35.
  • Parameter setting unit 34 for example, can be supplied to the signal generator 35 a control value that specifies the sweep time t s to determine the sweep rate of frequency as a control parameter.
  • the internal memory of the parameter setting unit 34 stores a default value (initially set value) of the control parameter. The user can set this default value in advance.
  • the signal generator 35 generates a control signal for controlling the frequency modulation in the frequency modulator 11 based on the control parameter, and supplies the control signal to the frequency modulator 11.
  • a known signal generator or function generator can be used as the signal generator 35.
  • the parameter setting unit 34 When the comparison unit 33 determines that the center frequency is out of the range of the demodulation band, the parameter setting unit 34 does not change the set value of the control parameter. On the other hand, when the comparison unit 33 determines that the center frequency is within the range of the demodulation band, the parameter setting unit 34 sets the control parameter setting value so that the center frequency falls within the range of the demodulation band. change. Specifically, the parameter setting unit 34 can generate a control value for changing the sweep rate of the transmission wave frequency as a set value of the control parameter.
  • FIG. 3 is a flowchart schematically showing an example of the procedure of measurement processing according to the first embodiment.
  • the frequency modulator 11 frequency-modulates the output laser light of the laser light source 10 to generate modulated light (FMCW laser light) (step ST11). As described above, part of this modulated light is transmitted from the optical antenna 14 toward the target Tgt. Thereafter, the received light (reflected light) propagated from the target Tgt is input to the optical multiplexer 15.
  • the optical multiplexer 15 multiplexes the received light input from the optical circulator 13 and the reference light input from the optical distributor 12 to generate interference light (step ST12).
  • the light detector 20 detects the interference light input from the light multiplexer 15 via the light path P6 and generates an electric signal (beat signal) (step ST13).
  • the demodulation circuit 21 executes the demodulation process (step ST30), and the signal processing unit 22 calculates target information based on the demodulation signal (step ST30).
  • the timing when demodulation starts may be the timing when each reflected light Rw is received, or the timing after steps ST15, ST16, and ST21 to ST23 have been performed a certain number of times. Alternatively, demodulation may be started at a timing designated by the user.
  • the FV converter 31 converts the electrical signal output from the light detector 20 into a voltage signal having a signal voltage according to the frequency of the electrical signal (Ste ST15). Then, the characteristic calculation unit 32 measures the characteristic value of the voltage signal and the distance L as described above (step ST16).
  • the comparison unit 33 determines whether the measurement distance L is within the predetermined range ⁇ R (step ST20). For example, when measurement distance L is equal to or larger than a predetermined threshold, or when measured distance L is equal to or larger than a predetermined lower threshold and equal to or smaller than a predetermined upper threshold, comparison unit 33 has measurement distance L within predetermined range ⁇ R.
  • the comparing unit 33 further determines whether the characteristic value such as the inclination a is within the allowable range, It is determined whether the center frequency of the spectrum of the reflected signal component included in the output signal of the detector 20 is within the range of the demodulation band of the demodulation circuit 21 (step ST21). If it is determined that the characteristic value is included in the allowable range (YES in step ST21), the frequency modulator 11 executes frequency modulation processing based on the current control parameter (control parameter that is not changed) (step ST23). At this time, the parameter setting unit 34 does not change the setting value of the current control parameter, and the signal generator 35 supplies the frequency modulator 11 with a control signal according to the current control parameter. After step ST23, step ST11 is executed again.
  • the frequency modulator 11 executes frequency modulation processing based on the changed control parameter (step ST22, ST23).
  • the parameter setting unit 34 changes the control parameter so that the characteristic value falls within the allowable range (step ST22).
  • the signal generator 35 supplies the frequency modulator 11 with a control signal according to the changed control parameter.
  • step ST20 When it is determined in step ST20 that the measured distance L is not within the predetermined range ⁇ R (for example, when the measured distance L is less than the threshold), the comparison unit 33 performs processing to avoid frequency modulation control based on the internal reflection component. The procedure shifts to step ST23. Thereby, the comparison unit 33 can avoid the determination process (step ST21) based on the internal reflection component. In the next step ST23, the comparison unit 33 determines whether or not the characteristic value such as the slope a is within the allowable range. After that, step ST11 is executed again.
  • FIG. 4A and 4B are graphs showing an example of the relationship between the spectrum of the beat signal and the sweep frequency.
  • FIG. 4A shows the spectrum of the beat signal (horizontal axis shows frequency, vertical axis shows signal amplitude), and
  • FIG. 4B shows change in sweep frequency of transmission wave (horizontal axis shows frequency, vertical axis shows time). Is indicated by a solid line and a broken line.
  • the center frequency f 0 of the internal reflection component IRC is in the frequency range below the lower limit frequency of the demodulation band.
  • the lower limit frequency f A and the upper limit frequency f C of the demodulation band of the demodulation circuit 21 exist.
  • the center frequency f B of the reflected signal components RCb falls within the demodulation bandwidth.
  • the slope a is out of the allowable range of the equation (5), as shown in FIG.
  • the parameter setting unit 34 can, for example, set the sweep frequency width f w as a fixed value and generate a control parameter for changing the delay time t d to keep the inclination a within the allowable range. .
  • the signal processing unit 22 determines the target such as the motion frequency (frequency) and displacement amount of the vibrating target Tgt based on the demodulated signal. Information is calculated (step ST31).
  • the signal processing unit 22 calculates a frequency domain signal by performing discrete Fourier transform such as FFT (Fast Fourier Transform) on the demodulated signal in the time domain, and calculates the spectrum of this frequency domain signal (FIG.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • the frequency (peak frequency) corresponding to the peak appearing in the amplitude spectrum or the power spectrum can be detected.
  • the signal processing unit 22 can calculate the peak frequency as the motion frequency f S (unit: Hz) of the target Tgt.
  • the signal processing unit 22 follows the following equation (6):
  • the signal processing unit 22 vibrates the target Tgt according to the following equation (7)
  • the signal processing unit 22 can calculate the frequency shift amount f d according to the following equation (8).
  • f d V out / a FV (8)
  • step ST31 when the measurement is ended (YES in step ST32), the signal processing unit 22 stops the operation of the laser radar device 2. On the other hand, when the measurement is not finished (NO in step ST32), the signal processing unit 22 executes the steps after step ST11 again.
  • the hardware configuration of the modulation control unit 30 described above may be realized by, for example, a semiconductor integrated circuit such as a one-chip microcomputer, an ASIC, or an FPGA.
  • the hardware configuration of the modulation control unit 30 may be realized by a semiconductor integrated circuit including a CPU or a GPU.
  • FIG. 5 is a block diagram showing an example of a hardware configuration for realizing the functions of the characteristic calculation unit 32, the comparison unit 33, and the parameter setting unit 34.
  • the signal processing apparatus 40 shown in FIG. 5 includes a processor 41 configured of a semiconductor integrated circuit, a memory 42, an input interface unit 43, an output interface unit 44, and a signal path 45.
  • the signal path 45 is a bus for mutually connecting the processor 41, the memory 42, the input interface unit 43 and the output interface unit 44.
  • the input interface unit 43 has a function of A / D converting an analog voltage signal input from the FV converter 31 into a digital voltage signal, and transferring the digital voltage signal to the processor 41 via the signal path 45.
  • the processor 41 can output control parameters to the signal generator 35 via the signal path 45 and the output interface unit 44.
  • the memory 42 is a data storage area used when the processor 41 executes frequency modulation control processing.
  • the memory 42 is used as an area for storing a software program or firmware program for frequency modulation control executed by the CPU or GPU.
  • a plurality of semiconductor memories such as ROM (Read Only Memory) and SDRAM (Synchronous Dynamic Random Access Memory) may be used.
  • the modulation control unit 30 converts the output signal of the light detector 20 into a voltage signal, and based on the characteristic value of this voltage signal, the reflected signal component It can be determined whether or not the center frequency of the spectrum of ⁇ is within the demodulation band of the demodulation circuit 21.
  • the modulation control unit 30 changes control parameters when it is determined that the center frequency is out of the range of the demodulation band.
  • the frequency of the signal component reflected from the target can be contained in the demodulation band, so that even when the demodulation band of the demodulation circuit 21 has a performance limit, the signal processing unit 22 measures the target information with high accuracy.
  • Can. it is possible to measure the frequency and displacement of the vibrating target Tgt with high accuracy.
  • the laser radar device 1 with high vibration resistance is provided. Can.
  • the comparison unit 33 executes the determination process (step ST21) only when the measurement distance L is within the predetermined range (YES in step ST20), the internal reflection signal from the inside of the end face of the optical antenna 14 or the like It is possible to avoid frequency modulation control based on. This enables frequency modulation control based only on the reflected signal component from the target Tgt.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a schematic configuration of a laser radar device 2 according to a second embodiment of the present invention.
  • the laser radar device 2 of the present embodiment includes a modulation control unit 30A and an optical delay circuit 23, as shown in FIG.
  • the modulation control unit 30A includes an FV converter 31, a characteristic calculation unit 32A, a comparison unit 33, a parameter setting unit 34, and a signal generator 35.
  • the configuration of the laser radar device 2 of the present embodiment is the same as that of the first embodiment except that it has the characteristic calculation unit 32A instead of the characteristic calculation unit 32 of the first embodiment and has the optical delay circuit 23.
  • the configuration is the same as that of the laser radar device 1 of FIG.
  • the optical delay circuit 23 intervenes in the optical paths P4a and P4b between the optical distributor 12 and the optical multiplexer 15, and has a plurality of optical fiber lines having different optical path lengths.
  • the optical delay circuit 23 responds to the switching control signal SC from the characteristic calculation unit 32A, from among the optical fiber lines, the optical path length ⁇ L1 from the optical distributor 12 to the optical multiplexer 15 via the target Tgt. And an optical fiber line that makes the length .DELTA.L2 of another optical path from the optical distributor 12 to the optical multiplexer 15 via the optical delay circuit 23 equal to each other, and the optical distribution is performed by the selected optical fiber line It has a switch function to connect between the unit 12 and the optical multiplexer 15.
  • the characteristic calculation unit 32A has the same function as the characteristic calculation unit 32 of the first embodiment, and further, based on the value of the measurement distance L, an optical fiber line that makes the two optical path lengths ⁇ L1 and ⁇ L2 equal to each other. A switch control signal SC to be selected is generated.
  • FIG. 7 schematically shows the structure of the optical delay circuit 23.
  • the optical delay circuit 23 includes an optical switch 231 coupled to an end of the optical path P4a, an optical switch 232 coupled to an end of the optical path P4b, and the optical switches 231 and 232.
  • the optical fiber lines FV1 to FV5 have different optical path lengths. In the example of FIG. 7, the number of optical fiber lines FV1 to FV5 is five, but the number is not limited to this.
  • the driver circuit 233 designates one optical fiber line FVk out of the optical fiber lines FV1 to FV5 according to the switching control signal SC, and connects the optical paths P4a and P4b with the optical fiber line FVk.
  • the switch operation of the switches 231 and 232 is controlled.
  • the optical switches 231 and 232 operate so as to pass light only to the optical fiber line FVk and not to pass light to other optical fiber lines. The user can select a predetermined optical fiber line in advance.
  • FIG. 8 is a flowchart schematically illustrating an example of the procedure of measurement processing according to the second embodiment.
  • the processing content of the flowchart of FIG. 8 is the same as the processing content of the flowchart of FIG. 3 except for steps ST17 and ST18.
  • the characteristic calculation unit 32A determines whether to change the light path in the optical delay circuit 23 based on the value of the measurement distance L (step ST17). If, for example, the difference between the length ⁇ L1 of the optical path including the target Tgt and the length ⁇ L2 of another optical path including the optical delay circuit 23 is within the preset allowable range, the characteristic calculation unit 32A Can be determined not to change (NO in step ST17), and when the difference between the lengths .DELTA.L1 and .DELTA.L2 of the optical paths is not within the allowable range, it can be determined that the light path is changed (step ST17). YES). When it is determined that the light path is not changed (NO in step ST17), step ST20 is performed.
  • step ST17 when it is determined that the light path is to be changed (YES in step ST17), the characteristic calculation unit 32A makes the light path lengths ⁇ L1 and ⁇ L2 substantially equal to each other, that is, the light path lengths ⁇ L1 and ⁇ L2 And the switching control signal SC for selecting the optical fiber line FVk that brings the optical path difference between them into the allowable range (step ST18). Thereafter, step ST11 is executed.
  • the characteristic calculation unit 32A can select the optical fiber line FVk that realizes the optical path length ⁇ L2 closest to the value of the measurement distance L based on the measurement distance L.
  • the relationship between the actual length L e (unit: meter) of the optical fiber line FVk, the optical path length ⁇ L 2, and the refractive index n f of the optical path with respect to the laser wavelength can be expressed by the following equation (9) it can.
  • L e ⁇ L 2 / n f (9)
  • the laser radar device 2 of the present embodiment can switch the transmission path length of the reference light according to the value of the measurement distance L.
  • the signal processing unit 22 can measure the target information with high accuracy. Furthermore, even when a low coherency light source is used, it is possible to measure the vibration of the target Tgt placed at a long distance.
  • the laser radar device is suitable for use in a radar system that measures target information such as distance to a target and frequency using a frequency-modulated laser beam.
  • 1, 2 laser radar device 10 laser light source, 11 frequency modulator, 12 light splitter, 13 light circulator, 14 light antenna, 15 light multiplexer, 20 light detector, 21 demodulation circuit, 22 signal processing unit, 23 light Delay circuit, 231, 232 optical switch, 233 driver circuit, 30, 30 A modulation control unit, 31 FV converter (frequency-voltage converter), 32, 32 A characteristic calculation unit, 33 comparison unit (determination unit), 34 Parameter setting unit, 35 signal generator, 40 signal processor, 41 processor, 42 memory, 43 input interface unit, 44 output interface unit, 45 signal path, Tgt target, P0 to P6, P4a, P4b light path, FV1 to FV5 Optical path (optical fiber line).

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Abstract

レーザレーダ装置（１）は、制御パラメータを基に周波数変調が施された変調レーザ光を生成する変調光生成部（１０，１１）と、受信光とローカル光とを合波して干渉光を生成する光合波器（１５）と、干渉光を検出して電気信号を出力する光検出器（２０）と、前記電気信号を電圧信号に変換する周波数－電圧変換器（３１）と、前記電圧信号の特性値を計測する特性算出部（３２）と、前記特性値に基づいて、反射信号成分のスペクトルの中心周波数が復調回路（２１）の復調帯域の範囲内か否かを判定する判定部（３３）と、前記中心周波数が前記復調帯域の範囲外であると判定されたとき、前記制御パラメータを変更するパラメータ設定部（３４）とを備える。

Description

レーザレーダ装置及び周波数変調制御方法
　本発明は、レーダ技術に関し、特に、周波数変調されたレーザ光を用いて測距値などのターゲット情報を測定することができるレーザレーダ技術に関するものである。
　一般に、周波数変調連続波（ＦＭＣＷ）方式のレーダ装置は、周波数変調された連続波（Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－Ｍｏｄｕｌａｔｅｄ　Ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ　Ｗａｖｅ，ＦＭＣＷ）である送信波を外部空間に放射し、当該外部空間内に存在するターゲットで反射された当該送信波を受信する。この種のレーダ装置は、その受信波と送信波との間の周波数差を測定し、その周波数差を基にターゲットまでの距離などの目標情報を検出することができる。特許文献１（特開２００８－０３９６４０号公報）には、周波数変調された連続波レーザ光を送信波として使用してターゲットを検出するＦＭＣＷ方式のレーザレーダ装置（コヒーレントライダ装置）が開示されている。
　特許文献１に開示されている従来のレーザレーダ装置は、ターゲットからの受信散乱光のみを周波数シフトする周波数シフタと、この周波数シフタの出力光とローカル光とを合波する光カプラと、この光カプラから出力された合波光をヘテロダイン検波する光受信器と、この光受信器の電気出力信号のうちビート信号成分のみを通過させるフィルタと、このフィルタの出力に復調処理を施すＦＭ復調器とを備えている。この従来のレーザレーダ装置では、フィルタが内部反射光成分を実質的に遮断し、反射信号成分（ドップラーシフト周波数が小さい受信散乱光成分または移動しないターゲットからの受信散乱光成分）を通過させるので、ＦＭ復調器は、内部反射光成分から分離された反射信号成分に対して復調処理を行うことができる。
特開２００８－０３９６４０号公報（たとえば、図４及び段落００２５～００２９）
　しかしながら、ターゲットからの反射信号成分の周波数は、ターゲットの状態（たとえば、ターゲットの加速度運動または振動）に応じて変化し得る。このため、上記した従来のレーザレーダ装置では、ＦＭ復調器の復調帯域（復調できる周波数帯域）の性能限界により、ターゲットからの反射信号成分の周波数がＦＭ復調器の復調帯域に収まらない状態が生ずることがある。このような状態では、ＦＭ復調器は反射信号成分に対して復調処理を行うことができず、レーザレーダ装置はターゲット情報の測定に失敗するという課題がある。
　上記に鑑みて本発明の目的は、復調帯域に性能限界がある場合でも、ターゲット情報の高精度測定を可能にするレーザレーダ装置及び周波数変調制御方法を提供することである。
　本発明の一態様によるレーダ装置は、制御パラメータを基に周波数変調が施された変調レーザ光を生成する変調光生成部と、前記変調レーザ光を送信光とローカル光とに分配する光分配器と、前記送信光を外部空間に向けて送信し、前記外部空間に存在するターゲットで反射された当該送信光を受信光として受信する送受信光学系と、前記受信光と前記ローカル光とを合波して干渉光を生成する光合波器と、前記干渉光を検出して電気信号を出力する光検出器と、前記光検出器から出力された電気信号に復調処理を施す復調回路と、前記光検出器から出力された電気信号を、当該電気信号の周波数に応じた信号電圧を有する電圧信号に変換する周波数－電圧変換器と、前記電圧信号の特性値を計測する特性算出部と、前記特性値に基づいて、前記電気信号に含まれる反射信号成分の中心周波数が前記復調回路の復調帯域の範囲内か否かを判定する判定部と、前記判定部により前記中心周波数が前記復調帯域の範囲外であると判定されたとき、前記制御パラメータを変更するパラメータ設定部とを備えることを特徴とする。
　本発明によれば、制御パラメータの変更により、ターゲットからの反射信号成分の中心周波数を復調帯域に収めることができるので、復調回路の復調帯域に性能限界がある場合でも、ターゲット情報を高い精度で測定することができる。
本発明に係る実施の形態１のレーザレーダ装置の構成を概略的に示す図である。 実施の形態１における送信波の周波数と受信波の周波数との間の関係を例示するグラフである。 実施の形態１に係る測定処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。 図４Ａ及び図４Ｂは、実施の形態１に係る周波数変調制御を説明するためのグラフである。 実施の形態１のレーザレーダ装置のハードウェア構成例を概略的に示す図である。 本発明に係る実施の形態２のレーザレーダ装置の構成を概略的に示す図である。 実施の形態２における光遅延回路の構成例を概略的に示す図である。 実施の形態２に係る測定処理の手順の一例を概略的に示すフローチャートである。
　以下、図面を参照しつつ、本発明に係る種々の実施の形態について詳細に説明する。なお、図面全体において同一符号を付された構成要素は、同一構成及び同一機能を有するものとする。
実施の形態１．
　図１は、本発明に係る実施の形態１であるレーザレーダ装置１の概略構成を示すブロック図である。図１に示されるようにレーザレーダ装置１は、レーザ光源１０及び周波数変調器１１からなる変調光生成部と、周波数変調器１１から出力されたＦＭＣＷレーザ光（周波数変調された連続波レーザ光）を送信光と参照光（ローカル光）とに分配する光分配器１２と、光分配器１２から光サーキュレータ１３を介して入力された送信光Ｔｗを外部空間に向けて送信する送受信光学系である光アンテナ（送受信光学系）１４と、光アンテナ１４から入力された受信反射光を光合波器１５に出力する光サーキュレータ１３と、受信反射光と参照光とを合波する光合波器１５と、光合波器１５から出力された干渉光を検出して電気信号を生成する光検出器２０とを備えている。光分配器１２としては、たとえば光カプラが使用されればよく、光合波器１５としては、たとえば４ポート光カプラが使用されればよい。
　図１に示されるように、レーザ光源１０の光出力端と周波数変調器１１の光入力端との間は光経路Ｐ０で接続されている。また、周波数変調器１１の光出力端と光分配器１２の光入力端との間は光経路Ｐ１で接続され、光分配器１２の光出力端と光サーキュレータ１３の光入力端との間は光経路Ｐ２で接続され、光サーキュレータ１３の光入出力ポートと光アンテナ１４の光入力端との間は光経路Ｐ３で接続されている。更に、光分配器１２の他の光出力端と光合波器１５の光入力端との間は光経路Ｐ４で接続され、光サーキュレータ１３の光出力ポートと光合波器１５の他の光入力端との間は光経路Ｐ５で接続され、光合波器１５の光出力端と光検出器２０の光入力端との間は光経路Ｐ６で接続されている。光経路Ｐ０～Ｐ６は、たとえば、光ファイバ線路などの光伝送媒体で構成されていればよい。
　レーザ光源１０は、たとえば、波長可変レーザアセンブリ（Ｉｎｔｅｇｒａｂｌｅ　Ｔｕｎａｂｌｅ　Ｌａｓｅｒ　Ａｓｓｅｍｂｌｙ，ＩＴＬＡ）またはレーザダイオード（Ｌａｓｅｒ　Ｄｉｏｄｅ，ＬＤ）を用いて構成されればよい。周波数変調器１１は、後述する変調制御部３０によって指定された制御パラメータに基づいて、レーザ光源１０の出力レーザ光を周波数変調することでＦＭＣＷレーザ光を生成することができる。なお、本実施の形態の変調光生成部は、レーザ光源１０と周波数変調器１１との組合せで構成されているが、これに限定されるものではない。レーザ光源１０と周波数変調器１１との組合せに代えて、レーザ光源の駆動電流を直接制御することでＦＭＣＷレーザ光を生成する変調光生成回路が使用されてもよい。
　光アンテナ（送受信光学系）１４は、光サーキュレータ１３から入力された送信光を所望のビーム径と拡がり角にてターゲットＴｇｔに照射することができる。また、光アンテナ１４は、外部空間に存在するターゲットＴｇｔで反射されて戻ってきた送信光Ｔｗを反射光Ｒｗとして受信し、その受信反射光を光サーキュレータ１３に出力する。光アンテナ１４としては、たとえば、コリメートレンズ及び集光レンズなどの光学部品が使用されればよい。
　光サーキュレータ１３は、３ポートを有する非相反型の光デバイスである。すなわち、光サーキュレータ１３は、光経路Ｐ２を介して光分配器１２に結合された光入力ポートと、光経路Ｐ３を介して光アンテナ１４に結合された光入出力ポートと、光経路Ｐ５を介して光合波器１５に結合された光出力ポートとを有している。光サーキュレータ１３は、光経路Ｐ２側の光入力ポートに入射された送信光を光経路Ｐ３側の光入出力ポートから出力し、当該送信光を光経路Ｐ５側の光出力ポートからは出力しない。また、光サーキュレータ１３は、光経路Ｐ３側の光入出力ポートに入射された受信反射光を光経路Ｐ５側の光出力ポートから出力し、当該受信反射光を光経路Ｐ２側の光入力ポートからは出力しない。
　光検出器２０は、光合波器１５から入力された干渉光を電気信号（ビート信号）に変換し、この電気信号を変調制御部３０及び復調回路２１にそれぞれ出力する。光検出器２０は、たとえば、フォトダイオード（Ｐｈｏｔｏ　Ｄｉｏｄｅ，ＰＤ）、アバランシェフォトダイオード（Ａｖａｌａｎｃｈｅ　Ｐｈｏｔｏ　Ｄｉｏｄｅ，ＡＰＤ）、または、光電変換素子を内蔵するバランスドレシーバを用いて構成することが可能である。
　図１に示されるように、レーザレーダ装置１は、光検出器２０の出力信号に復調処理を施して復調信号を生成する復調回路２１と、当該復調信号に基づいてターゲット情報を算出する信号処理部２２と、周波数変調器１１における周波数変調を制御する変調制御部３０とを備えている。信号処理部２２は、復調回路２１から入力された復調信号をディジタル信号にＡ／Ｄ変換し、当該ディジタル信号にディジタル信号処理を施すことで、ターゲットＴｇｔまでの距離、並びにターゲットＴｇｔの相対速度、振動数及び変位量などのターゲット情報を算出することができる。
　復調回路２１としては、たとえば、クワドラチャ検波回路（Ｑｕａｄｒａｔｕｒｅ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）、レシオ検波回路（Ｒａｔｉｏ　Ｄｅｔｅｃｔｏｒ）またはフォスター・シーレー型弁別回路（Ｆｏｓｔｅｒ－Ｓｅｅｌｅｙ　Ｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｏｒ）などのＦＭ検波回路が使用可能である。
　信号処理部２２のハードウェア構成は、たとえば、ワンチップマイコン、ＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）またはＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ）などの半導体集積回路で実現されればよい。あるいは、信号処理部２２のハードウェア構成は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）またはＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ）を含む半導体集積回路で実現されてもよい。
　次に、変調制御部３０の構成について説明する。図１に示されるように、変調制御部３０は、Ｆ－Ｖ変換器（周波数－電圧変換器）３１、特性算出部３２、比較部（判定部）３３、パラメータ設定部３４、及び信号発生器３５を含んで構成されている。
　Ｆ－Ｖ変換器３１は、光検出器２０から出力された電気信号を、当該電気信号の周波数に応じた信号電圧を有するアナログ電圧信号に変換する回路である。Ｆ－Ｖ変換器３１は、或る瞬間にビート周波数ｆｂ（単位：Ｈｚ）を有する電気信号が入力されると、そのビート周波数ｆｂに比例した信号電圧Ｖｍ（単位：ボルト）を有するアナログ電圧信号を出力することができる。
　特性算出部３２は、Ｆ－Ｖ変換器３１から入力されたアナログ電圧信号をディジタル電圧信号（以下「電圧信号」という。）にＡ／Ｄ変換し、このディジタル電圧信号の特性値を計測する。具体的には、特性算出部３２は、受信反射波の周波数の掃引時間ｔｓ（単位：秒）とこれに対応する信号電圧の変化幅Ｖｍとを検出し、掃引時間ｔｓと信号電圧の変化幅Ｖｍとの間の関係を示す傾きａを特性値として算出することができる。特性算出部３２は、電圧信号に基づき、次式（１）で表現される傾きａ（単位：秒／ボルト）を算出することが可能である。
　　　ａ＝ｔｓ／Ｖｍ　　　　　　　　　　　（１）
　図２は、送信波の周波数Ｔｆとこれに対応する受信反射波の周波数Ｒｆとの間の関係の例を示すグラフである。周波数変調器１１は、周波数掃引モードで動作し、図２の実線で示されるように、送信波の周波数Ｔｆを、下限周波数と上限周波数との間の範囲内で指定された掃引速度（＝＋ｆｗ／ｔｓまたは－ｆｗ／ｔｓ）で変化させる。ｆｗは、掃引時間ｔｓにおける周波数変化幅すなわち掃引周波数幅である。受信反射波の周波数Ｒｆは、図２の破線で示されるように変化する。ｔｄは、送信波と受信反射波との間の遅延時間であり、ｆｂは、送信波と受信反射波との間の周波数差を示すビート周波数である。また、ｆｄは、ドップラ周波数（すなわち、送信波の平均周波数と、ドップラー効果により変化した受信反射波の平均周波数との間の周波数シフト量）である。
　遅延時間ｔｄは、次式（２）に従って算出することができる。
　　　ｔｄ＝（ｔｓ／ｆｗ）×ｆｂ　　　　　　（２）
　Ｆ－Ｖ変換器３１で設定されている周波数－電圧変換係数がａＦＶ（単位：ボルト／Ｈｚ）で表され、ビート周波数ｆｂに相当する電圧がＶｂ（単位：ボルト）で表されるとき、ビート周波数ｆｂは、次式（３）で与えられる。
　　　ｆｂ＝Ｖｂ／ａＦＶ　　　　　　　　　　（３）
　光速をｃで表すとき、ターゲットＴｇｔまでの距離Ｌ（単位：メートル）は、次式（４）で表現される。
　　　Ｌ＝ｃ×ｔｄ／２　　　　　　　　　　　（４）
　特性算出部３２は、式（２）～（４）に従って、ターゲットＴｇｔまでの距離Ｌを算出することが可能である。
　比較部３３は、上記した傾きａなどの特性値に基づいて、光検出器２０の出力信号に含まれる反射信号成分のスペクトルの中心周波数が復調回路２１の復調帯域（復調できる周波数帯域）の範囲内であるか否かを判定し、その判定結果をパラメータ設定部３４に与える。具体的には、比較部３３は、特性値が復調帯域に対応する所定の数値範囲内であるか否かを判定することにより、当該中心周波数が復調帯域の範囲内にあるか否かを判定することができる。たとえば、比較部３３は、傾きａを次式（５）で示される許容範囲と比較し、傾きａが当該許容範囲に含まれる場合には、当該中心周波数が復調帯域の範囲内にあると判定することができ、そうでない場合には、当該中心周波数が復調帯域の範囲外にあると判定することができる。
　　　ｔｓ／ＶＡ≦ａ≦ｔｓ／ＶＣ　　　　　　　（５）
　式（５）において、ＶＡ，ＶＣは、復調回路２１の復調帯域に対応する、電圧の組である。
　パラメータ設定部３４は、周波数変調器１１における周波数変調を制御するための制御パラメータを信号発生器３５に供給する。パラメータ設定部３４は、たとえば、周波数の掃引速度を定める掃引時間ｔｓを指定する制御値を制御パラメータとして信号発生器３５に供給することができる。パラメータ設定部３４の内部メモリには、制御パラメータのデフォルト値（初期設定値）が記憶されている。ユーザは、あらかじめこのデフォルト値を設定しておくことができる。
　信号発生器３５は、当該制御パラメータに基づいて、周波数変調器１１における周波数変調を制御する制御信号を生成し、この制御信号を周波数変調器１１に供給する。信号発生器３５としては、たとえば、公知のシグナル・ジェネレータまたはファンクション・ジェネレータを使用することができる。
　比較部３３において前記中心周波数が前記復調帯域の範囲外にあると判定されたとき、パラメータ設定部３４は、制御パラメータの設定値を変更しない。一方、比較部３３において前記中心周波数が前記復調帯域の範囲内にあると判定されたとき、パラメータ設定部３４は、前記中心周波数が前記復調帯域の範囲内に収まるように制御パラメータの設定値を変更する。具体的には、パラメータ設定部３４は、送信波周波数の掃引速度を変更させる制御値を制御パラメータの設定値として生成することができる。
　次に、図３を参照しつつ、本実施の形態に係る周波数変調制御方法を含む測定処理の手順について説明する。図３は、実施の形態１に係る測定処理の手順の例を概略的に示すフローチャートである。
　図３を参照すると、先ず、周波数変調器１１は、レーザ光源１０の出力レーザ光を周波数変調することで変調光（ＦＭＣＷレーザ光）を生成する（ステップＳＴ１１）。上述のとおり、この変調光の一部が光アンテナ１４からターゲットＴｇｔに向けて送信される。その後、ターゲットＴｇｔから伝播した受信光（反射光）が光合波器１５に入力される。
　光合波器１５は、光サーキュレータ１３から入力された受信光と光分配器１２から入力された参照光とを合波して干渉光を発生させる（ステップＳＴ１２）。光検出器２０は、光合波器１５から光経路Ｐ６を介して入力された干渉光を検出して電気信号（ビート信号）を生成する（ステップＳＴ１３）。
　その後、復調が開始される場合には（ステップＳＴ１４のＹＥＳ）、復調回路２１は、上記復調処理を実行し（ステップＳＴ３０）、信号処理部２２は、復調信号に基づいてターゲット情報を算出する（ステップＳＴ３１）。復調が開始されるタイミングは、各反射光Ｒｗが受信されたタイミングでもよいし、または、ステップＳＴ１５，ＳＴ１６，ＳＴ２１～ＳＴ２３が一定回数だけ実行された後のタイミングでもよい。あるいは、ユーザによって指定されたタイミングに復調が開始されてもよい。
　復調が開始されない場合（ステップＳＴ１４のＮＯ）、Ｆ－Ｖ変換器３１は、光検出器２０から出力された電気信号を、当該電気信号の周波数に応じた信号電圧を有する電圧信号に変換する（ステップＳＴ１５）。次いで、特性算出部３２は、上記のとおり、電圧信号の特性値及び距離Ｌを計測する（ステップＳＴ１６）。
　次に、レーザレーダ装置１の内部で反射された内部反射成分に基づく周波数変調制御を回避させるために、比較部３３は、計測距離Ｌが所定範囲ΔＲ内にあるか否かを判定する（ステップＳＴ２０）。たとえば、計測距離Ｌが所定の閾値以上のとき、あるいは、計測距離Ｌが所定の下限閾値以上でかつ所定の上限閾値以下のときに、比較部３３は、計測距離Ｌが所定範囲ΔＲ内にあると判定することができる。計測距離Ｌが所定範囲ΔＲ内にあると判定した場合（ステップＳＴ２０のＹＥＳ）、比較部３３は、更に、傾きａなどの特性値が許容範囲内にあるか否かを判定することにより、光検出器２０の出力信号に含まれる反射信号成分のスペクトルの中心周波数が復調回路２１の復調帯域の範囲内であるか否かを判定する（ステップＳＴ２１）。特性値が当該許容範囲に含まれると判定された場合には（ステップＳＴ２１のＹＥＳ）、周波数変調器１１は、現在の制御パラメータ（変更されない制御パラメータ）に基づいた周波数変調処理を実行する（ステップＳＴ２３）。このとき、パラメータ設定部３４は、現在の制御パラメータの設定値を変更せず、信号発生器３５は、その現在の制御パラメータに応じた制御信号を周波数変調器１１に供給する。ステップＳＴ２３の後は、ステップＳＴ１１が再度実行される。
　一方、特性値が当該許容範囲に含まれないと判定された場合には（ステップＳＴ２１のＮＯ）、周波数変調器１１は、変更された制御パラメータに基づいた周波数変調処理を実行する（ステップＳＴ２２，ＳＴ２３）。このとき、パラメータ設定部３４は、特性値が当該許容範囲内に収まるように制御パラメータを変更する（ステップＳＴ２２）。信号発生器３５は、その変更された制御パラメータに応じた制御信号を周波数変調器１１に供給する。
　ステップＳＴ２０で計測距離Ｌが所定範囲ΔＲ内にないと判定した場合（たとえば、計測距離Ｌが閾値未満の場合）、比較部３３は、内部反射成分に基づく周波数変調制御を回避させるために、処理手順をステップＳＴ２３に移行させる。これにより、比較部３３は、内部反射成分に基づく判定処理（ステップＳＴ２１）を回避することができる。次のステップＳＴ２３では、比較部３３は、傾きａなどの特性値が許容範囲内にあるか否かを判定する。その後は、ステップＳＴ１１が再度実行される。
　図４Ａ及び図４Ｂは、ビート信号のスペクトルと掃引周波数との間の関係の例を示すグラフである。図４Ａは、ビート信号のスペクトル（横軸は周波数、縦軸は信号振幅を示す。）を表し、図４Ｂは、送信波の掃引周波数の変化（横軸は周波数、縦軸は時間を示す。）を実線及び破線で表している。この例では、内部反射成分ＩＲＣの中心周波数ｆ０は、復調帯域の下限周波数よりも下の周波数領域に存在する。
　図４Ａ及び図４Ｂに示されるように、復調回路２１の復調帯域の下限周波数ｆＡ及び上限周波数ｆＣが存在する。この場合、上式（５）に示したように、周波数ｆＡ，ｆＣにそれぞれ対応する電圧ＶＡ，ＶＣで定められる許容範囲を設定することができる。傾きａが式（５）の許容範囲内のとき、図４Ａに示されるように、反射信号成分ＲＣｂの中心周波数ｆＢは、復調帯域内に収まる。一方、傾きａが式（５）の許容範囲外のときは、図４Ａに示されるように、反射信号成分ＲＣｍの中心周波数ｆｍは、復調帯域から外れている。このような場合、パラメータ設定部３４は、たとえば、掃引周波数幅ｆｗを固定値とし、かつ遅延時間ｔｄを変更する制御パラメータを生成することで、傾きａを許容範囲内に収めることができる。
　その後、復調回路２１において復調が開始されると（ステップＳＴ１４のＹＥＳ及びステップＳＴ３０）、信号処理部２２は、復調信号に基づいて、振動するターゲットＴｇｔの運動周波数（振動数）及び変位量といったターゲット情報を算出する（ステップＳＴ３１）。
　具体的には、信号処理部２２は、時間領域の復調信号に対して、ＦＦＴ（Ｆａｓｔ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）などの離散フーリエ変換を実行することにより周波数領域信号を算出し、この周波数領域信号のスペクトル（振幅スペクトルまたは電力スペクトル）に現れるピークに対応する周波数（ピーク周波数）を検出することができる。信号処理部２２は、当該ピーク周波数をターゲットＴｇｔの運動周波数ｆＳ（単位：Ｈｚ）として算出することができる。
　また、振動するターゲットＴｇｔの変位量をｄ（単位：メートル）、このターゲットＴｇｔの相対速度をｖ（単位：メートル毎秒）とすると、信号処理部２２は、次式（６）に従い、ターゲットＴｇｔの変位量ｄを算出することができる。
　　　ｄ＝ｖ／（２πｆＳ）　　　　　　　　　　　（６）
　また、周波数シフト量（ドップラ周波数）をｆｄ（単位：Ｈｚ）とし、レーザ波長をλ（単位：メートル）とすれば、信号処理部２２は、次式（７）に従い、振動するターゲットＴｇｔの相対速度ｖを算出することができる。
　　　ｖ＝ｆｄ×λ／２　　　　　　　　　　　　　（７）
　ここで、信号処理部２２は、復調回路２１の出力電圧をＶｏｕｔ（単位：ボルト）とすれば、次式（８）に従い、周波数シフト量ｆｄを算出することが可能である。
　　　ｆｄ＝Ｖｏｕｔ／ａＦＶ　　　　　　　　　　（８）
　上記したステップＳＴ３１の後、測定を終了する場合（ステップＳＴ３２のＹＥＳ）、信号処理部２２は、レーザレーダ装置２の動作を停止させる。一方、測定を終了しない場合（ステップＳＴ３２のＮＯ）、信号処理部２２は、ステップＳＴ１１以後のステップを再度実行させる。
　以上に説明した変調制御部３０のハードウェア構成は、たとえば、ワンチップマイコン、ＡＳＩＣまたはＦＰＧＡなどの半導体集積回路で実現されればよい。あるいは、変調制御部３０のハードウェア構成は、ＣＰＵまたはＧＰＵを含む半導体集積回路で実現されてもよい。
　図５は、特性算出部３２、比較部３３及びパラメータ設定部３４の機能を実現するハードウェア構成例を示すブロック図である。図５に示される信号処理装置４０は、半導体集積回路で構成されたプロセッサ４１、メモリ４２、入力インタフェース部４３、出力インタフェース部４４及び信号路４５を含んで構成されている。信号路４５は、プロセッサ４１、メモリ４２、入力インタフェース部４３及び出力インタフェース部４４を相互に接続するためのバスである。入力インタフェース部４３は、Ｆ－Ｖ変換器３１から入力されたアナログ電圧信号をディジタル電圧信号にＡ／Ｄ変換し、このディジタル電圧信号を信号路４５を介してプロセッサ４１に転送する機能を有する。プロセッサ４１は、制御パラメータを、信号路４５及び出力インタフェース部４４を介して信号発生器３５に出力することができる。
　メモリ４２は、プロセッサ４１が周波数変調制御処理を実行する際に使用されるデータ記憶領域である。プロセッサ４１がＣＰＵまたはＧＰＵを含む場合には、メモリ４２は、ＣＰＵまたはＧＰＵで実行される周波数変調制御用のソフトウェアプログラムまたはファームウェアプログラムを格納する領域として使用される。このようなメモリ４２としては、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ　Ｏｎｌｙ　Ｍｅｍｏｒｙ）及びＳＤＲＡＭ（Ｓｙｎｃｈｒｏｎｏｕｓ　Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）などの複数の半導体メモリが使用されればよい。
　以上で説明したように実施の形態１のレーザレーダ装置１では、変調制御部３０は、光検出器２０の出力信号を電圧信号に変換し、この電圧信号の特性値に基づいて、反射信号成分のスペクトルの中心周波数が復調回路２１の復調帯域の範囲内にあるか否かを判定することができる。変調制御部３０は、前記中心周波数が前記復調帯域の範囲外にあると判定されたとき、制御パラメータを変更する。これにより、ターゲットからの反射信号成分の周波数を復調帯域に収めることができるので、復調回路２１の復調帯域に性能限界がある場合でも、信号処理部２２は、ターゲット情報を高い精度で測定することができる。特に、振動するターゲットＴｇｔの振動数及び変位量を高い精度で測定することが可能である。
　また、本実施の形態では、上記した従来のレーザレーダ装置のように光アンテナと光サーキュレータとの間に周波数シフタを設ける必要がない。よって、本実施の形態では、光アンテナ１４と光サーキュレータ１３との間を、直接、光ファイバ線路などの光経路で接続することができるので、耐振動性の高いレーザレーダ装置１を提供することができる。
　更に、比較部３３は、計測距離Ｌが所定範囲内にある場合にのみ（ステップＳＴ２０のＹＥＳ）、判定処理（ステップＳＴ２１）を実行するので、光アンテナ１４の端面などの内部からの内部反射信号に基づく周波数変調制御を回避することができる。これにより、ターゲットＴｇｔからの反射信号成分のみに基づく周波数変調制御が可能となる。
実施の形態２．
　次に、本発明に係る実施の形態２について説明する。図６は、本発明に係る実施の形態２であるレーザレーダ装置２の概略構成を示すブロック図である。本実施の形態のレーザレーダ装置２は、図６に示すように変調制御部３０Ａ及び光遅延回路２３を備えている。変調制御部３０Ａは、Ｆ－Ｖ変換器３１、特性算出部３２Ａ、比較部３３、パラメータ設定部３４及び信号発生器３５を有する。
　本実施の形態のレーザレーダ装置２の構成は、実施の形態１の特性算出部３２に代えて特性算出部３２Ａを有し、かつ光遅延回路２３を有する点を除いて、上記実施の形態１のレーザレーダ装置１の構成と同じである。
　光遅延回路２３は、光分配器１２と光合波器１５との間の光経路Ｐ４ａ，Ｐ４ｂに介在し、互いに異なる光路長を有する複数の光ファイバ線路を有している。光遅延回路２３は、特性算出部３２Ａからの切替制御信号ＳＣに応じて、これら光ファイバ線路の中から、光分配器１２からターゲットＴｇｔを経由して光合波器１５に至る光路の長さΔＬ１と、光分配器１２から光遅延回路２３を経由して光合波器１５に至る別の光路の長さΔＬ２とを互いに等しくする光ファイバ線路を選択し、当該選択された光ファイバ線路で光分配器１２と光合波器１５との間を接続するスイッチ機能を有している。
　特性算出部３２Ａは、実施の形態１の特性算出部３２と同じ機能を有し、更に、計測距離Ｌの値に基づいて、２つの光路の長さΔＬ１，ΔＬ２を互いに等しくする光ファイバ線路を選択させる切替制御信号ＳＣを生成する。
　図７は、光遅延回路２３の構成を概略的に示す図である。図７に示されるように、光遅延回路２３は、光経路Ｐ４ａの端部に結合された光スイッチ２３１と、光経路Ｐ４ｂの端部に結合された光スイッチ２３２と、これら光スイッチ２３１，２３２間に並列に配置された５本の光ファイバ線路ＦＶ１～ＦＶ５と、光スイッチ２３１，２３２のスイッチ動作を制御するドライバ回路２３３とを有している。光ファイバ線路ＦＶ１～ＦＶ５は、互いに異なる光路長を有している。図７の例では、光ファイバ線路ＦＶ１～ＦＶ５の本数は５本であるが、この本数に限定されるものではない。２本～４本の光ファイバ線路または６本以上の光ファイバ線路を有するように光遅延回路２３の構成を適宜変更することが可能である。ドライバ回路２３３は、切替制御信号ＳＣに応じて、光ファイバ線路ＦＶ１～ＦＶ５の中から１つの光ファイバ線路ＦＶｋを指定し、当該光ファイバ線路ＦＶｋで光経路Ｐ４ａ，Ｐ４ｂ間を接続するように光スイッチ２３１，２３２のスイッチ動作を制御する。光スイッチ２３１，２３２は、光ファイバ線路ＦＶｋのみに光を通過させ、他の光ファイバ線路に光を通過させないように動作する。ユーザは、あらかじめ既定の光ファイバ線路を選択することができる。
　次に、図８を参照しつつ、本実施の形態に係る周波数変調制御方法を含む測定処理の手順について説明する。図８は、実施の形態２に係る測定処理の手順の例を概略的に示すフローチャートである。図８のフローチャートの処理内容は、ステップＳＴ１７，ＳＴ１８を除いて、図３のフローチャートの処理内容と同じである。
　ステップＳＴ１６で電圧信号の特性値及び距離Ｌが計測された後は、特性算出部３２Ａは、計測距離Ｌの値に基づいて光遅延回路２３における光経路を変更するか否かを判定する（ステップＳＴ１７）。特性算出部３２Ａは、たとえば、ターゲットＴｇｔを含む光路の長さΔＬ１と、光遅延回路２３を含む別の光路の長さΔＬ２との差が予め設定された許容範囲内にあるときは、光経路を変更しないと判定することができ（ステップＳＴ１７のＮＯ）、光路の長さΔＬ１，ΔＬ２間の差が当該許容範囲内にないときは、光経路を変更すると判定することができる（ステップＳＴ１７のＹＥＳ）。光経路を変更しないとの判定がなされたときは（ステップＳＴ１７のＮＯ）、ステップＳＴ２０が実行される。
　一方、光経路を変更するとの判定がなされたとき（ステップＳＴ１７のＹＥＳ）、特性算出部３２Ａは、光路の長さΔＬ１，ΔＬ２を実質的に互いに等しくする、すなわち、光路の長さΔＬ１，ΔＬ２間の光路差を許容範囲内に収める光ファイバ線路ＦＶｋを選択させる切替制御信号ＳＣを出力する（ステップＳＴ１８）。その後、ステップＳＴ１１が実行される。
　特性算出部３２Ａは、計測距離Ｌに基づいて、この計測距離Ｌの値に最も近い光路長ΔＬ２を実現する光ファイバ線路ＦＶｋを選択することができる。ここで、光ファイバ線路ＦＶｋの実長Ｌｅ（単位：メートル）、光路長ΔＬ２、及び、レーザ波長に対する光経路の屈折率ｎｆの間の関係は、次式（９）で表現することができる。
　　　Ｌｅ＝ΔＬ２／ｎｆ　　　　　　　　　　　　（９）
　長距離計測が実行される場合は、受信反射光と参照光とが互いに干渉しにくい状況が生じ得る。このような状況でも、本実施の形態のレーザレーダ装置２は、計測距離Ｌの値に応じて、参照光の伝送路長を切り替えることができる。これにより、あらかじめターゲットＴｇｔまでの距離が把握されていない場合でも、信号処理部２２は、ターゲット情報を高い精度で測定することができる。更に、コヒーレンシーの低い光源が使用される場合でも、長距離離れて配置されたターゲットＴｇｔの振動計測が可能である。
　以上、図面を参照して本発明に係る種々の実施の形態について述べたが、これら実施の形態は本発明の例示であり、これら実施の形態以外の様々な形態を採用することもできる。
　本発明の範囲内において、上記実施の形態１，２の自由な組み合わせ、各実施の形態の任意の構成要素の変形、または各実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
　本発明に係るレーザレーダ装置は、周波数変調されたレーザ光を用いてターゲットまでの距離及び振動数などのターゲット情報を測定するレーダシステムに用いられるのに適している。
　１，２　レーザレーダ装置、１０　レーザ光源、１１　周波数変調器、１２　光分配器、１３　光サーキュレータ、１４　光アンテナ、１５　光合波器、２０　光検出器、２１　復調回路、２２　信号処理部、２３　光遅延回路、２３１，２３２　光スイッチ、２３３　ドライバ回路、３０，３０Ａ　変調制御部、３１　Ｆ－Ｖ変換器（周波数－電圧変換器）、３２，３２Ａ　特性算出部、３３　比較部（判定部）、３４　パラメータ設定部、３５　信号発生器、４０　信号処理装置、４１　プロセッサ、４２　メモリ、４３　入力インタフェース部、４４　出力インタフェース部、４５　信号路、Ｔｇｔ　ターゲット、Ｐ０～Ｐ６，Ｐ４ａ，Ｐ４ｂ　光経路、ＦＶ１～ＦＶ５　光経路（光ファイバ線路）。

Claims (10)

  1. 　制御パラメータを基に周波数変調が施された変調レーザ光を生成する変調光生成部と、
    　前記変調レーザ光を送信光とローカル光とに分配する光分配器と、
    　前記送信光を外部空間に向けて送信し、前記外部空間に存在するターゲットで反射された当該送信光を受信光として受信する送受信光学系と、
    　前記受信光と前記ローカル光とを合波して干渉光を生成する光合波器と、
    　前記干渉光を検出して電気信号を出力する光検出器と、
    　前記光検出器から出力された電気信号に復調処理を施す復調回路と、
    　前記光検出器から出力された電気信号を、当該電気信号の周波数に応じた信号電圧を有する電圧信号に変換する周波数－電圧変換器と、
    　前記電圧信号の特性値を計測する特性算出部と、
    　前記特性値に基づいて、前記電気信号に含まれる反射信号成分の中心周波数が前記復調回路の復調帯域の範囲内か否かを判定する判定部と、
    　前記判定部により前記中心周波数が前記復調帯域の範囲外であると判定されたとき、前記制御パラメータを変更するパラメータ設定部と
    を備えることを特徴とするレーザレーダ装置。
  2. 　請求項１記載のレーザレーダ装置であって、前記特性算出部は、周波数の掃引時間と信号電圧の変化幅との間の関係を示す傾きを前記特性値として計測することを特徴とするレーザレーダ装置。
  3. 　請求項１記載のレーザレーダ装置であって、
    　前記変調光生成部は、前記変調レーザ光の周波数を指定された掃引速度で変化させることで前記周波数変調を実行し、
    　前記パラメータ設定部は、前記判定部により前記中心周波数が前記復調帯域の範囲外であると判定されたとき、前記掃引速度を変更させる制御値を前記制御パラメータとして生成する、
    ことを特徴とするレーザレーダ装置。
  4. 　請求項３記載のレーザレーダ装置であって、前記制御値は、周波数の掃引時間を指定する値であることを特徴とするレーザレーダ装置。
  5. 　請求項１記載のレーザレーダ装置であって、前記復調回路の出力に基づいて、前記ターゲットの振動数及び変位量のうちの少なくとも一方を算出する信号処理部を更に備えることを特徴とするレーザレーダ装置。
  6. 　請求項１記載のレーザレーダ装置であって、互いに異なる光路長を有する複数の光ファイバ線路を含み、かつ前記光分配器と前記光合波器との間の光経路に介在する光遅延回路を更に備え、
    　前記特性算出部は、前記電圧信号に基づいて前記ターゲットまでの距離を計測し、
    　前記光遅延回路は、前記複数の光ファイバ線路の中から当該距離の計測値に応じた光ファイバ線路を選択し、当該選択された光ファイバ線路で前記光分配器と前記光合波器との間を接続する、
    ことを特徴とするレーザレーダ装置。
  7. 　請求項６記載のレーザレーダ装置であって、前記光遅延回路は、前記複数の光ファイバ線路の中から、前記光分配器から前記ターゲットを経由して前記光合波器に至る光路の長さと、前記光分配器から前記光遅延回路を経由して前記光合波器に至る光路の長さとを互いに等しくする光ファイバ線路を選択することを特徴とするレーザレーダ装置。
  8. 　請求項６記載のレーザレーダ装置であって、
    　前記光遅延回路は、
    　前記複数の光ファイバ線路の中から当該距離の計測値に応じた光ファイバ線路を指定するドライバ回路と、
    　当該指定された光ファイバ線路のみに光を通過させ、前記複数の光ファイバ線路のうち当該指定された光ファイバ線路以外の光ファイバ線路に光を通過させない光スイッチと
    を含むことを特徴とするレーザレーダ装置。
  9. 　制御パラメータを基に周波数変調が施された変調レーザ光を生成する変調光生成部と、前記変調レーザ光を送信光とローカル光とに分配する光分配器と、前記送信光を外部空間に向けて送信し、前記外部空間に存在するターゲットで反射された当該送信光を受信光として受信する送受信光学系と、前記受信光と前記ローカル光とを合波して干渉光を生成する光合波器と、前記干渉光を検出して電気信号を出力する光検出器と、前記光検出器から出力された電気信号に復調処理を施す復調回路と、前記光検出器から出力された電気信号を、当該電気信号の周波数に応じた信号電圧を有する電圧信号に変換する周波数－電圧変換器とを備えるレーザレーダ装置において実行される周波数変調制御方法であって、
    　前記電圧信号の特性値を計測するステップと、
    　前記特性値に基づいて、前記電気信号に含まれる反射信号成分の中心周波数が前記復調回路の復調帯域の範囲内か否かを判定するステップと、
    　前記中心周波数が前記復調帯域の範囲外であると判定されたとき、前記制御パラメータを変更するステップと
    を備えることを特徴とする周波数変調制御方法。
  10. 　請求項９記載の周波数変調制御方法であって、前記特性値は、周波数の掃引時間と信号電圧の変化幅との間の関係を示す傾きとして計測されることを特徴とする周波数変調制御方法。
PCT/JP2017/022684 2017-06-20 2017-06-20 レーザレーダ装置及び周波数変調制御方法 WO2018235160A1 (ja)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP17914943.0A EP3627184B1 (en) 2017-06-20 2017-06-20 Laser radar device and frequency modulation control method
JP2017565884A JP6430044B1 (ja) 2017-06-20 2017-06-20 レーザレーダ装置及び周波数変調制御方法
US16/612,269 US11249190B2 (en) 2017-06-20 2017-06-20 Laser radar device and method for controlling frequency modulation
PCT/JP2017/022684 WO2018235160A1 (ja) 2017-06-20 2017-06-20 レーザレーダ装置及び周波数変調制御方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2017/022684 WO2018235160A1 (ja) 2017-06-20 2017-06-20 レーザレーダ装置及び周波数変調制御方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018235160A1 true WO2018235160A1 (ja) 2018-12-27

Family

ID=64480538

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/022684 WO2018235160A1 (ja) 2017-06-20 2017-06-20 レーザレーダ装置及び周波数変調制御方法

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11249190B2 (ja)
EP (1) EP3627184B1 (ja)
JP (1) JP6430044B1 (ja)
WO (1) WO2018235160A1 (ja)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021004800A (ja) * 2019-06-26 2021-01-14 国立研究開発法人産業技術総合研究所 光学的測定装置及び測定方法

Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11428786B2 (en) * 2017-12-03 2022-08-30 Munro Design & Technologies, Llc Dual waveforms for three-dimensional imaging systems and methods thereof
CN109391322B (zh) * 2018-12-14 2023-09-05 珠海任驰光电科技有限公司 一种中短光纤跳线长度测量装置及测量方法
CN111289993A (zh) * 2020-03-27 2020-06-16 北京雷瑟瑞达科技有限公司 一种用于脉冲飞行时间法激光雷达抗互相干扰的系统及方法
KR102322126B1 (ko) * 2020-04-13 2021-11-04 국방과학연구소 광신호 지연 모듈을 이용한 광자기반 fmcw 레이다 시스템
US11714194B2 (en) * 2020-04-14 2023-08-01 Silc Technologies, Inc. Reduction of sampling rates in lidar systems
CN111565039B (zh) * 2020-06-03 2023-03-21 电子科技大学 一种基于数字激光鉴频的脉冲锁相环路
KR20220027541A (ko) * 2020-08-27 2022-03-08 삼성전자주식회사 시간 지연된 국부 발진 광을 이용한 라이다 장치 및 그 작동 방법
EP4057030B1 (de) * 2021-03-10 2022-12-14 Sick Ag Optoelektronische vorrichtung und verfahren zur abstandsmessung
US20220373681A1 (en) * 2021-05-12 2022-11-24 Velodyne Lidar Usa, Inc. Systems and methods for chirp linearization using a partial reflector as a reference reflector
CN113534103B (zh) * 2021-06-29 2024-04-09 昂纳科技(深圳)集团股份有限公司 激光频率自适应调制方法、系统、探测设备和存储介质
CN113572535B (zh) * 2021-07-05 2022-03-04 北京极光星通科技有限公司 通信激光信号捕获的方法、装置以及激光通信系统
US11874404B2 (en) * 2021-07-14 2024-01-16 Voyant Photonics, Inc. Multi-chirp pre-distorted laser linearization for FMCW LiDAR
CN116413689A (zh) * 2021-12-30 2023-07-11 武汉万集光电技术有限公司 一种同轴收发激光雷达和光芯片

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0755925A (ja) * 1993-08-11 1995-03-03 Daikin Ind Ltd Ｆｍｃｗレーダの距離補正方法およびｆｍｃｗレーダ
JPH09211128A (ja) * 1996-02-02 1997-08-15 Mitsubishi Electric Corp 速度測定装置
JP2001041706A (ja) * 1999-07-27 2001-02-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 光周波数領域反射測定装置および光周波数領域反射測定方法
JP2002162465A (ja) * 2000-11-24 2002-06-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> レーダ装置
US20040130482A1 (en) * 2003-01-02 2004-07-08 Yu-Shan Lin Digital controlled linear sweep frequency mode for FMCW radar altimeter
JP2005009956A (ja) * 2003-06-18 2005-01-13 Mitsubishi Electric Corp レーザ装置
JP2008039640A (ja) 2006-08-08 2008-02-21 Mitsubishi Electric Corp コヒーレントライダ装置
US20130044311A1 (en) * 2011-08-16 2013-02-21 George Rakuljic Three-dimensional tomographic imaging camera
JP2015125062A (ja) * 2013-12-26 2015-07-06 株式会社豊田中央研究所 レーダ装置および速度の方向測定方法

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4846571A (en) 1986-11-03 1989-07-11 Raytheon Company AM-FM laser
US5289252A (en) * 1992-12-08 1994-02-22 Hughes Aircraft Company Linear frequency modulation control for FM laser radar
US5748295A (en) * 1996-07-31 1998-05-05 University Of Georgia Research Foundation Method and apparatus for determining the range, direction and velocity of an object
US5781297A (en) * 1996-08-23 1998-07-14 M&M Precision Systems Corporation Mixed frequency and amplitude modulated fiber optic heterodyne interferometer for distance measurement
JP4506490B2 (ja) 2005-02-04 2010-07-21 セイコーエプソン株式会社 電子ファイリング装置及びシステム
KR100989510B1 (ko) * 2008-09-02 2010-10-22 임유섭 휴대용 착탈식작동기
US9088369B2 (en) 2012-12-28 2015-07-21 Synergy Microwave Corporation Self injection locked phase locked looped optoelectronic oscillator

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0755925A (ja) * 1993-08-11 1995-03-03 Daikin Ind Ltd Ｆｍｃｗレーダの距離補正方法およびｆｍｃｗレーダ
JPH09211128A (ja) * 1996-02-02 1997-08-15 Mitsubishi Electric Corp 速度測定装置
JP2001041706A (ja) * 1999-07-27 2001-02-16 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 光周波数領域反射測定装置および光周波数領域反射測定方法
JP2002162465A (ja) * 2000-11-24 2002-06-07 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> レーダ装置
US20040130482A1 (en) * 2003-01-02 2004-07-08 Yu-Shan Lin Digital controlled linear sweep frequency mode for FMCW radar altimeter
JP2005009956A (ja) * 2003-06-18 2005-01-13 Mitsubishi Electric Corp レーザ装置
JP2008039640A (ja) 2006-08-08 2008-02-21 Mitsubishi Electric Corp コヒーレントライダ装置
US20130044311A1 (en) * 2011-08-16 2013-02-21 George Rakuljic Three-dimensional tomographic imaging camera
JP2015125062A (ja) * 2013-12-26 2015-07-06 株式会社豊田中央研究所 レーダ装置および速度の方向測定方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP3627184A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021004800A (ja) * 2019-06-26 2021-01-14 国立研究開発法人産業技術総合研究所 光学的測定装置及び測定方法
JP7291385B2 (ja) 2019-06-26 2023-06-15 国立研究開発法人産業技術総合研究所 光学的測定装置及び測定方法

Also Published As

Publication number Publication date
US11249190B2 (en) 2022-02-15
US20210156999A1 (en) 2021-05-27
JP6430044B1 (ja) 2018-11-28
EP3627184A4 (en) 2020-04-22
EP3627184B1 (en) 2021-12-15
EP3627184A1 (en) 2020-03-25
JPWO2018235160A1 (ja) 2019-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6430044B1 (ja) レーザレーダ装置及び周波数変調制御方法
JP6687301B2 (ja) レーザレーダ装置
US9817121B2 (en) Radar apparatus and method of determining sign of velocity
JPWO2019008670A1 (ja) レーザレーダ装置
JP6241283B2 (ja) レーダ装置および距離速度測定方法
JP6366880B2 (ja) レーザレーダ装置
JP2023545775A (ja) コヒーレントｌｉｄａｒシステムにおけるゴースト低減技術
CN116736319B (zh) 激光雷达及测速测距的方法
US20130268173A1 (en) Object detecting device, object detecting method, object detecting program, and motion control system
CN117561457A (zh) 一种激光雷达的发送装置、探测系统以及探测方法
JP3307153B2 (ja) レーザレーダ装置
US20100007548A1 (en) Method and device for determining a distance to a target object
JP7406833B2 (ja) 高性能光受信機を含む光学システム及びその方法
JP2017003490A (ja) レーザレーダ装置
US10684114B2 (en) Speckle mitigation
CN116660917A (zh) 激光雷达
JP6947294B2 (ja) 測距装置及び制御方法
CN116087971A (zh) 一种opa激光雷达
CN115308715A (zh) 一种稀疏调制测风雷达的方法和系统
EP0851210B1 (en) Non-contact strain meter
US11815399B2 (en) Spectrum measurement method and spectrum measurement device
JP7074889B2 (ja) センサ装置
US11585930B2 (en) Silicon photonics integrated optical velocimeter
CN116243326A (zh) 一种激光测距装置、激光测距方法和光电集成芯片
JP2023135347A (ja) 測定装置

Legal Events

Date Code Title Description
ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017565884

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17914943

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2017914943

Country of ref document: EP

Effective date: 20191216