JP2008298604A - レーダ装置 - Google Patents
レーダ装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2008298604A JP2008298604A JP2007145422A JP2007145422A JP2008298604A JP 2008298604 A JP2008298604 A JP 2008298604A JP 2007145422 A JP2007145422 A JP 2007145422A JP 2007145422 A JP2007145422 A JP 2007145422A JP 2008298604 A JP2008298604 A JP 2008298604A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- pulse signal
- filter
- reception
- transmission
- incident angle
- 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
Images
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
【課題】受信パルス信号のパルス波形が変化した場合であっても、最適な受信フィルタのフィルタ特性を設定し、高い受信S/N比を実現できるレーダ装置を提供する。
【解決手段】周期的にオンオフを繰り返す送信パルス信号を発生するパルスレーザ光源4と、送信パルス信号を大気中に送信するとともに、地表面3で散乱した送信パルス信号を受信パルス信号として受信する送受光学系6と、受信パルス信号をフィルタリングして、フィルタ後パルス信号を出力する受信フィルタ8と、受信フィルタ8のフィルタ特性を設定する制御部10と、フィルタ後パルス信号に基づいて地表面3までの距離を検出する距離検出部12とを備え、制御部10は、受信パルス信号のパルス波形を予測し、予測したパルス波形に応じてフィルタ特性を設定する。
【選択図】図2
【解決手段】周期的にオンオフを繰り返す送信パルス信号を発生するパルスレーザ光源4と、送信パルス信号を大気中に送信するとともに、地表面3で散乱した送信パルス信号を受信パルス信号として受信する送受光学系6と、受信パルス信号をフィルタリングして、フィルタ後パルス信号を出力する受信フィルタ8と、受信フィルタ8のフィルタ特性を設定する制御部10と、フィルタ後パルス信号に基づいて地表面3までの距離を検出する距離検出部12とを備え、制御部10は、受信パルス信号のパルス波形を予測し、予測したパルス波形に応じてフィルタ特性を設定する。
【選択図】図2
Description
この発明は、例えば光や電磁波からなる送信パルス信号を大気中に送信するとともに、ターゲットで散乱した送信パルス信号を受信パルス信号として受信し、パルス信号の往復時間に基づいて、ターゲットまでの距離を検出するレーダ装置に関する。
従来の車両用光パルスレーダ装置は、レーザの出力光を局発光と搬送光とに分配し、搬送光を一定周期毎にパルス変調とするとともに、所定周波数の高周波信号により周波数変換して所定の方向へ放射する送光手段と、送光手段より放射された光出力のターゲットからの散乱光を受光し、局発光とヘテロダイン検波してビート信号を出力する受光手段と、受光手段からのビート信号を、所定帯域幅をもって増幅処理し、ターゲットまでの距離、相対速度、および方向を検出する信号処理手段とを有している(例えば、特許文献1参照)。
このようなレーダ装置では、一般的に、S/N比の改善を目的として、受光手段で受光した散乱光を電気信号である受信パルス信号に変換し、この受信パルス信号を受信フィルタに通して雑音を除去している。
ここで、受信パルス信号から雑音を除去し、受信パルス信号の信号成分を効率的に通過させるために、受信フィルタのフィルタ特性は、受信パルス信号のパルス波形に対応した最適な特性に設定される必要がある。
ここで、受信パルス信号から雑音を除去し、受信パルス信号の信号成分を効率的に通過させるために、受信フィルタのフィルタ特性は、受信パルス信号のパルス波形に対応した最適な特性に設定される必要がある。
従来のレーダ装置では、送信したパルス信号のパルス波形と、受信パルス信号のパルス波形とが同一であると仮定し、送信パルス信号のパルス波形に基づいて、受信フィルタのフィルタ特性が設定されている。
しかしながら、レーダ装置での計測において、実際には、受信パルス信号のパルス波形は、ターゲットの形状等に応じて変化するので、送信パルス信号のパルス波形と受信パルス信号のパルス波形とは、同一の形状にならない場合が多く生じる。
しかしながら、レーダ装置での計測において、実際には、受信パルス信号のパルス波形は、ターゲットの形状等に応じて変化するので、送信パルス信号のパルス波形と受信パルス信号のパルス波形とは、同一の形状にならない場合が多く生じる。
従来の車両用光パルスレーダ装置では、受信フィルタのフィルタ特性が、受信パルス信号のパルス波形に対応した最適な特性に設定されていない。
そのため、最適なフィルタ特性が設定された場合と比較して、受信S/N比が低下するという問題点があった。
そのため、最適なフィルタ特性が設定された場合と比較して、受信S/N比が低下するという問題点があった。
この発明は、上記のような問題点を解決することを課題とするものであって、その目的は、受信パルス信号のパルス波形が送信パルス信号のパルス波形に対して変化した場合であっても、最適な受信フィルタのフィルタ特性を設定し、高い受信S/N比を実現することができるレーダ装置を提供することにある。
この発明に係るレーダ装置は、周期的にオンオフを繰り返す送信パルス信号を発生するパルス発生手段と、送信パルス信号を大気中に送信するとともに、ターゲットで散乱した送信パルス信号を受信パルス信号として受信する送受信手段と、受信パルス信号をフィルタリングして、フィルタ後パルス信号を出力する受信フィルタ手段と、受信フィルタ手段のフィルタ特性を設定するフィルタ特性設定手段と、フィルタ後パルス信号に基づいてターゲットまでの距離を検出する距離検出手段とを備え、フィルタ特性設定手段は、受信パルス信号のパルス波形を予測し、予測したパルス波形に応じてフィルタ特性を設定するものである。
この発明のレーダ装置によれば、フィルタ特性設定手段は、受信パルス信号のパルス波形を予測し、予測したパルス波形に応じてフィルタ特性を設定する。
そのため、受信パルス信号のパルス波形が送信パルス信号のパルス波形に対して変化した場合であっても、最適な受信フィルタのフィルタ特性を設定し、高い受信S/N比を実現することができる。
そのため、受信パルス信号のパルス波形が送信パルス信号のパルス波形に対して変化した場合であっても、最適な受信フィルタのフィルタ特性を設定し、高い受信S/N比を実現することができる。
以下、この発明の各実施の形態について図に基づいて説明するが、各図において同一、または相当する部材、部位については、同一符号を付して説明する。
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置1による距離検出状態を示す説明図である。
図1において、レーダ装置1は、航空機2(飛行物体)に搭載され、ターゲットである地表面3までの距離を検出する。レーダ装置1は、地表面3に対してパルスレーザ光信号を送信し、地表面3で散乱したパルスレーザ光信号を受信するレーザレーダ装置である。
図1は、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置1による距離検出状態を示す説明図である。
図1において、レーダ装置1は、航空機2(飛行物体)に搭載され、ターゲットである地表面3までの距離を検出する。レーダ装置1は、地表面3に対してパルスレーザ光信号を送信し、地表面3で散乱したパルスレーザ光信号を受信するレーザレーダ装置である。
図2は、この発明の実施の形態1に係るレーダ装置1を地表面3とともに示すブロック図である。
図2において、レーダ装置1は、パルスレーザ光源4(パルス発生手段)と、サーキュレータ5と、送受光学系6(送受信手段)と、光受信機7と、受信フィルタ8(受信フィルタ手段)と、信号処理部9と、制御部10(フィルタ特性設定手段)とを備えている。
図2において、レーダ装置1は、パルスレーザ光源4(パルス発生手段)と、サーキュレータ5と、送受光学系6(送受信手段)と、光受信機7と、受信フィルタ8(受信フィルタ手段)と、信号処理部9と、制御部10(フィルタ特性設定手段)とを備えている。
ここで、信号処理部9および制御部10は、CPUとプログラムを格納したメモリとを有するマイクロプロセッサ(図示せず)で構成されている。
また、信号処理部9は、A/D変換部11と、距離検出部12(距離検出手段)とを含んでいる。
また、信号処理部9は、A/D変換部11と、距離検出部12(距離検出手段)とを含んでいる。
また、図2において、パルスレーザ光源4は、例えば光ファイバ等によりサーキュレータ5と光回路接続されている。サーキュレータ5は、送受光学系6および光受信機7とそれぞれ光回路接続されている。
また、光受信機7は、例えば同軸ケーブル等の電線ケーブルにより受信フィルタ8と電気回路接続されている。受信フィルタ8は、信号処理部9(A/D変換部11)と電気回路接続されている。A/D変換部11は、距離検出部12と電気回路接続されている。
また、制御部10は、パルスレーザ光源4、受信フィルタ8および信号処理部9とそれぞれ電気回路接続されている。
また、光受信機7は、例えば同軸ケーブル等の電線ケーブルにより受信フィルタ8と電気回路接続されている。受信フィルタ8は、信号処理部9(A/D変換部11)と電気回路接続されている。A/D変換部11は、距離検出部12と電気回路接続されている。
また、制御部10は、パルスレーザ光源4、受信フィルタ8および信号処理部9とそれぞれ電気回路接続されている。
制御部10は、パルスレーザ光源4に対して送信タイミング信号を出力するとともに、信号処理部9に対してトリガ信号を出力する。
また、制御部10は、送受光学系6から送信される送信パルス信号が地表面3に入射する際の入射角度θを逐次予測し、予測した入射角度θに基づいて、送受光学系6で受信される受信パルス信号のパルス波形を予測する。また、制御部10は、予測したパルス波形に応じて、受信フィルタ8のフィルタ特性を設定するための制御信号を、受信フィルタ8に出力する。
また、制御部10は、送受光学系6から送信される送信パルス信号が地表面3に入射する際の入射角度θを逐次予測し、予測した入射角度θに基づいて、送受光学系6で受信される受信パルス信号のパルス波形を予測する。また、制御部10は、予測したパルス波形に応じて、受信フィルタ8のフィルタ特性を設定するための制御信号を、受信フィルタ8に出力する。
ここで、図1のように、航空機2にレーダ装置1を搭載し、地表面3に対してレーザ光を送信する場合、制御部10は、航空機2の飛行角度と地表面3の傾斜角度とに基づいて、入射角度θを予測することができる。
すなわち、航空機2の飛行角度は、航空機2に設けられた角度センサ(図示せず)から得ることができ、地表面3の傾斜角度は、制御部10のメモリに記憶された地図情報から得ることができる。
なお、地表面3の傾斜角度が不明な場合には、傾斜がなく水平な地表面3を暫定的に想定してもよい。
すなわち、航空機2の飛行角度は、航空機2に設けられた角度センサ(図示せず)から得ることができ、地表面3の傾斜角度は、制御部10のメモリに記憶された地図情報から得ることができる。
なお、地表面3の傾斜角度が不明な場合には、傾斜がなく水平な地表面3を暫定的に想定してもよい。
パルスレーザ光源4は、制御部10からの送信タイミング信号に応じて、所定の時間幅を有し、周期的にオンオフを繰り返す送信パルス信号を光領域で発生し、サーキュレータ5に出力する。
サーキュレータ5は、パルスレーザ光源4からの送信パルス信号を送受光学系6に出力するとともに、送受光学系6からの受信パルス信号を光受信機7に出力する。
サーキュレータ5は、パルスレーザ光源4からの送信パルス信号を送受光学系6に出力するとともに、送受光学系6からの受信パルス信号を光受信機7に出力する。
送受光学系6は、サーキュレータ5からの送信パルス信号を大気中に送信するとともに、地表面3で散乱した送信パルス信号を受信パルス信号として受信し、サーキュレータ5に出力する。
光受信機7は、サーキュレータ5からの受信パルス信号を直接検波(自乗検波)することによって、光領域から電気信号領域の受信パルス信号に変換し、受信フィルタ8に出力する。
光受信機7は、サーキュレータ5からの受信パルス信号を直接検波(自乗検波)することによって、光領域から電気信号領域の受信パルス信号に変換し、受信フィルタ8に出力する。
受信フィルタ8は、光受信機7からの受信パルス信号を所定のフィルタ特性に基づいてフィルタリングし、フィルタ後パルス信号を信号処理部9に出力する。
また、受信フィルタ8は、制御部10からの制御信号に応じて、フィルタ特性を可変設定する。
また、受信フィルタ8は、制御部10からの制御信号に応じて、フィルタ特性を可変設定する。
また、A/D変換部11は、受信フィルタ8からのフィルタ後パルス信号をA/D変換し、デジタル化されたフィルタ後パルス信号を距離検出部12に出力する。
距離検出部12は、デジタル領域において、制御部10からのトリガ信号の入力タイミングと、A/D変換部11からのフィルタ後パルス信号(デジタル信号)に含まれる受信パルス信号の受信タイミングとの時間差から、パルス信号の地表面3までの往復時間を計測し、この往復時間と光速とに基づいて、地表面3までの距離を検出する。
距離検出部12は、デジタル領域において、制御部10からのトリガ信号の入力タイミングと、A/D変換部11からのフィルタ後パルス信号(デジタル信号)に含まれる受信パルス信号の受信タイミングとの時間差から、パルス信号の地表面3までの往復時間を計測し、この往復時間と光速とに基づいて、地表面3までの距離を検出する。
以下、上記構成のレーダ装置1の動作について説明する。
まず、受信フィルタ8のフィルタ特性は、制御部10からの制御信号によって、所定のフィルタ特性に設定されている。
次に、制御部10は、パルスレーザ光源4に対して送信タイミング信号を出力するとともに、信号処理部9に対してトリガ信号を出力する。
まず、受信フィルタ8のフィルタ特性は、制御部10からの制御信号によって、所定のフィルタ特性に設定されている。
次に、制御部10は、パルスレーザ光源4に対して送信タイミング信号を出力するとともに、信号処理部9に対してトリガ信号を出力する。
続いて、制御部10からの送信タイミング信号により、パルスレーザ光源4から所定の時間幅を有する送信パルス信号が光領域で発生される。送信パルス信号は、サーキュレータ5を介して、送受光学系6から大気中に送信される。
送信パルス信号は、大気中を伝搬し、地表面3上の有限サイズの領域に照射される。地表面3で散乱した送信パルス信号は、再び大気中を伝搬し、受信パルス信号として送受光学系6で受信される。
送信パルス信号は、大気中を伝搬し、地表面3上の有限サイズの領域に照射される。地表面3で散乱した送信パルス信号は、再び大気中を伝搬し、受信パルス信号として送受光学系6で受信される。
このとき、受信パルス信号のパルス波形は、送信パルス信号のパルス波形に対して変化する。
以下、図1、2とともに、図3を参照しながら、送信パルス信号のパルス波形に対する受信パルス信号のパルス波形の変化が発生する仕組みについて説明する。
図3は、この発明の実施の形態1に係る送信パルス信号の地表面3に対する入射および散乱を示す説明図であり、送信パルス信号が地表面3に対して入射角度θで入射した場合の伝搬経路を示している。
以下、図1、2とともに、図3を参照しながら、送信パルス信号のパルス波形に対する受信パルス信号のパルス波形の変化が発生する仕組みについて説明する。
図3は、この発明の実施の形態1に係る送信パルス信号の地表面3に対する入射および散乱を示す説明図であり、送信パルス信号が地表面3に対して入射角度θで入射した場合の伝搬経路を示している。
ここで、まず、送信パルス信号が地表面3に対して垂直に入射した場合について説明する。
送信パルス信号が地表面3に対して垂直に入射した場合、送信パルス信号は、照射される領域上の全ての箇所について、それぞれ同じ長さの伝搬経路を通って入射し、さらに散乱後、再び同じ長さの伝搬経路を通って送受光学系6で受信される。
送信パルス信号が地表面3に対して垂直に入射した場合、送信パルス信号は、照射される領域上の全ての箇所について、それぞれ同じ長さの伝搬経路を通って入射し、さらに散乱後、再び同じ長さの伝搬経路を通って送受光学系6で受信される。
このとき、照射される領域上の各箇所で散乱される複数の光パルスのパルス波形は、送信パルス信号のパルス波形とそれぞれ同一であり、かつ、送受光学系6には全て同じタイミングで到達する。
送受光学系6では、これら複数の光パルスが重畳されて受信されるので、受信パルス信号のパルス波形は、送信パルス信号のパルス波形と同一となる。
送受光学系6では、これら複数の光パルスが重畳されて受信されるので、受信パルス信号のパルス波形は、送信パルス信号のパルス波形と同一となる。
これに対して、図3のように、送信パルス信号が地表面3に対して入射角度θで入射した場合について説明する。
送信パルス信号が地表面3に対して入射角度θで入射した場合、送信パルス信号は、照射される領域上の各箇所について、それぞれ異なる長さの伝搬経路を通って入射し、さらに散乱後、再び異なる長さの伝搬経路を通って送受光学系6で受信される。
送信パルス信号が地表面3に対して入射角度θで入射した場合、送信パルス信号は、照射される領域上の各箇所について、それぞれ異なる長さの伝搬経路を通って入射し、さらに散乱後、再び異なる長さの伝搬経路を通って送受光学系6で受信される。
このとき、照射される領域上の各箇所で散乱される複数の光パルスのパルス波形は、送信パルス信号のパルス波形とそれぞれ同一であるが、送受光学系6にはそれぞれ異なるタイミングで到達する。
送受光学系6では、これら複数の光パルスが重畳されて受信されるので、受信パルス信号のパルス波形は、送信パルス信号のパルス波形に対して変化することになる。
送受光学系6では、これら複数の光パルスが重畳されて受信されるので、受信パルス信号のパルス波形は、送信パルス信号のパルス波形に対して変化することになる。
すなわち、具体的には、受信パルス信号の強度波形(パルス波形)S(t)は、次式(1)で表される。
式(1)において、tは時間、τは任意の変数、P(t)は送信パルス信号の強度波形(パルス波形)、R(t)はインパルス応答関数、*(アスタリスク)は畳み込み積分をそれぞれ示している。
式(1)において、tは時間、τは任意の変数、P(t)は送信パルス信号の強度波形(パルス波形)、R(t)はインパルス応答関数、*(アスタリスク)は畳み込み積分をそれぞれ示している。
S(t)=P(τ−t)*R(t) ・・・(1)
また、式(1)において、インパルス応答関数R(t)は、図3に示した送信パルス信号の入射および散乱におけるインパルス応答関数であり、次式(2)で表される。
式(2)において、Lはレーダ装置1から地表面3上の送信パルス信号が照射される領域の中心部までの距離、dhは照射長さ、θは入射角度、c(=3×108m/s)は光速をそれぞれ示している。
式(2)において、Lはレーダ装置1から地表面3上の送信パルス信号が照射される領域の中心部までの距離、dhは照射長さ、θは入射角度、c(=3×108m/s)は光速をそれぞれ示している。
ここで、一例として、入射角度θを40度、照射長さdhを40cm、送信パルス信号の強度波形P(t)をパルス幅(両側半値幅)5nsのガウシアン形状とした場合について、上記式(1)および式(2)から受信パルス信号の強度波形S(t)を演算し、送信パルス信号の強度波形P(t)と比較した結果を図4に示す。
図4において、強度(縦軸)およびパルス幅(横軸)は、それぞれ規格化された相対値として示されている。
図4において、強度(縦軸)およびパルス幅(横軸)は、それぞれ規格化された相対値として示されている。
図4より、図3に示した送信パルス信号の入射および散乱において、受信パルス信号のピーク値が低下し、パルス幅が増加している。
すなわち、受信パルス信号のパルス波形が送信パルス信号のパルス波形に対して変化していることが分かる。
すなわち、受信パルス信号のパルス波形が送信パルス信号のパルス波形に対して変化していることが分かる。
再びレーダ装置1の動作に戻って、送受光学系6で受信された受信パルス信号は、サーキュレータ5を介して光受信機7に入力され、直接検波されて、光領域から電気信号領域の受信パルス信号に変換される。
このとき、電気信号領域の受信パルス信号の振幅は、光領域の受信パルス信号の光強度に比例する。また、光受信機7からの受信パルス信号には、パルスによる信号成分だけでなく、熱雑音やショット雑音といった雑音成分も重畳されている。
このとき、電気信号領域の受信パルス信号の振幅は、光領域の受信パルス信号の光強度に比例する。また、光受信機7からの受信パルス信号には、パルスによる信号成分だけでなく、熱雑音やショット雑音といった雑音成分も重畳されている。
光受信機7からの受信パルス信号は、受信フィルタ8に入力されて、所定のフィルタ特性に基づいてフィルタリングされ、フィルタ後パルス信号として信号処理部9に出力される。
受信フィルタ8からのフィルタ後パルス信号は、A/D変換部11に入力されてA/D変換され、デジタル化されたフィルタ後パルス信号として距離検出部12に出力される。
受信フィルタ8からのフィルタ後パルス信号は、A/D変換部11に入力されてA/D変換され、デジタル化されたフィルタ後パルス信号として距離検出部12に出力される。
距離検出部12では、デジタル領域において、制御部10からのトリガ信号の入力タイミングと、A/D変換部11からのフィルタ後パルス信号(デジタル信号)に含まれる受信パルス信号の受信タイミングとの時間差から、パルス信号の地表面3までの往復時間が計測され、この往復時間と光速とに基づいて、地表面3までの距離が検出される。
ここで、制御部10が受信パルス信号のパルス波形を予測し、予測したパルス波形に応じて、受信フィルタ8のフィルタ特性を設定するための制御信号を出力する動作について詳細に説明する。
まず、制御部10は、航空機2の飛行角度と地表面3の傾斜角度とに基づいて、前述のように、地表面3に対する送信パルス信号の入射角度θを予測する。
まず、制御部10は、航空機2の飛行角度と地表面3の傾斜角度とに基づいて、前述のように、地表面3に対する送信パルス信号の入射角度θを予測する。
続いて、制御部10は、地表面3上の送信パルス信号が照射される領域の照射長さdhを演算する。
照射長さdhは、送信パルス信号の光ビーム拡がり全角θ’と、前述したレーダ装置1から送信パルス信号が照射される領域の中心部までの距離Lとに基づいて、次式(3)で表される。
照射長さdhは、送信パルス信号の光ビーム拡がり全角θ’と、前述したレーダ装置1から送信パルス信号が照射される領域の中心部までの距離Lとに基づいて、次式(3)で表される。
dh=θ’・L ・・・(3)
次に、制御部10は、予測した入射角度θ、および上記式(1)〜式(3)に基づいて、受信パルス信号のパルス波形を予測する。
続いて、制御部10は、この予測したパルス波形の通過効率が高くなるように、受信フィルタ8のフィルタ特性を設定するための制御信号を出力する。
続いて、制御部10は、この予測したパルス波形の通過効率が高くなるように、受信フィルタ8のフィルタ特性を設定するための制御信号を出力する。
ここで、具体的には、制御部10は、予測したパルス波形に対するマッチドフィルタ特性を設定することが望ましい。しかしながら、マッチドフィルタ特性の設定がハードウェア上困難な場合が考えられる。
そこで、マッチドフィルタ特性の設定が困難な場合、制御部10は、受信フィルタ8のフィルタ特性を、予測したパルス波形のパルス幅wの逆数(1/w)をカットオフ周波数とするローパスフィルタに設定すればよい。
これにより、マッチドフィルタ特性に近い状態を実現するとともに、ハードウェアを容易に実現することができる。
そこで、マッチドフィルタ特性の設定が困難な場合、制御部10は、受信フィルタ8のフィルタ特性を、予測したパルス波形のパルス幅wの逆数(1/w)をカットオフ周波数とするローパスフィルタに設定すればよい。
これにより、マッチドフィルタ特性に近い状態を実現するとともに、ハードウェアを容易に実現することができる。
この発明の実施の形態1に係るレーダ装置1によれば、制御部10は、地表面3に対する送信パルス信号の入射角度θに基づいて、送受光学系6で受信される受信パルス信号のパルス波形を予測し、予測したパルス波形に応じて、受信フィルタ8のフィルタ特性を設定するための制御信号を、受信フィルタ8に出力する。
また、受信フィルタ8は、制御部10からの制御信号によって設定されたフィルタ特性に基づいて、受信パルス信号をフィルタリングする。
そのため、受信パルス信号のパルス波形が送信パルス信号のパルス波形に対して変化した場合であっても、最適な受信フィルタ8のフィルタ特性を設定し、高い受信S/N比を実現することができる。
したがって、レーダ装置1からターゲットである地表面3までの距離を高精度に検出することができる。
また、受信フィルタ8は、制御部10からの制御信号によって設定されたフィルタ特性に基づいて、受信パルス信号をフィルタリングする。
そのため、受信パルス信号のパルス波形が送信パルス信号のパルス波形に対して変化した場合であっても、最適な受信フィルタ8のフィルタ特性を設定し、高い受信S/N比を実現することができる。
したがって、レーダ装置1からターゲットである地表面3までの距離を高精度に検出することができる。
なお、上記実施の形態1に係るレーダ装置1では、受信フィルタ8からのフィルタ後パルス信号をA/D変換し、デジタル化されたフィルタ後パルス信号に基づいて地表面3までの距離を検出していた。しかしながら、これに限定されず、カウンタ回路と比較器とを用いて地表面3までの距離を検出してもよい。
このとき、カウンタ回路は、制御部10からの送信タイミング信号に同期してカウントを開始する。また、比較器は、受信パルス信号の振幅と比較器に設定された振幅閾値とを逐次比較し、受信パルス信号の振幅が振幅閾値よりも大きくなったときに、カウンタ回路でのカウントを停止する。
ここで、停止したカウンタ回路のカウント値から、パルス信号の地表面3までの往復時間が計測され、この往復時間と光速とに基づいて、地表面3までの距離が検出される。
この場合も、上記実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
このとき、カウンタ回路は、制御部10からの送信タイミング信号に同期してカウントを開始する。また、比較器は、受信パルス信号の振幅と比較器に設定された振幅閾値とを逐次比較し、受信パルス信号の振幅が振幅閾値よりも大きくなったときに、カウンタ回路でのカウントを停止する。
ここで、停止したカウンタ回路のカウント値から、パルス信号の地表面3までの往復時間が計測され、この往復時間と光速とに基づいて、地表面3までの距離が検出される。
この場合も、上記実施の形態1と同様の効果を奏することができる。
実施の形態2.
図5は、この発明の実施の形態2に係るレーダ装置1Aを地表面3とともに示すブロック図である。
図5において、レーダ装置1Aは、図2に示した信号処理部9に代えて、信号処理部9Aを備えている。
信号処理部9Aは、A/D変換部11と、距離検出部12(距離検出手段)と、記憶部13(記憶手段)と、入射角度予測部14(入射角度予測手段)とを含んでいる。
図5は、この発明の実施の形態2に係るレーダ装置1Aを地表面3とともに示すブロック図である。
図5において、レーダ装置1Aは、図2に示した信号処理部9に代えて、信号処理部9Aを備えている。
信号処理部9Aは、A/D変換部11と、距離検出部12(距離検出手段)と、記憶部13(記憶手段)と、入射角度予測部14(入射角度予測手段)とを含んでいる。
また、図5において、記憶部13は、A/D変換部11、距離検出部12および入射角度予測部14とそれぞれ電気回路接続されている。また、入射角度予測部14は、A/D変換部11、距離検出部12および記憶部13とそれぞれ電気回路接続されている。
制御部10は、ある(任意の)送信パルス信号が地表面3に入射する際の入射角度を想定した場合に、この入射角度における受信フィルタ8のフィルタ特性を最適な特性に設定するための制御信号を、受信フィルタ8に出力する。
また、制御部10は、この制御信号を受信フィルタ8に出力すると同時に、信号処理部9Aの記憶部13に出力する。
また、制御部10は、この制御信号を受信フィルタ8に出力すると同時に、信号処理部9Aの記憶部13に出力する。
記憶部13は、制御部10からの制御信号に基づいて、受信フィルタ8のフィルタ特性および想定した入射角度(以下、「想定入射角度」と称する)と、A/D変換部11からのデジタル化されたフィルタ後パルス信号とを対応させて記憶する。
入射角度予測部14は、記憶部13に記憶されたフィルタ後パルス信号(デジタル信号)と、対応して記憶された受信フィルタ8のフィルタ特性および想定入射角度とに基づいて、地表面3に対する送信パルス信号の入射角度θを予測する。
その他の構成については、前述の実施の形態1と同様であり、その説明を省略する。
その他の構成については、前述の実施の形態1と同様であり、その説明を省略する。
以下、上記構成のレーダ装置1Aの動作について説明する。
なお、実施の形態1と同様の動作については、詳述を省略する。
まず、制御部10は、ある送信パルス信号の地表面3に対する入射角度を想定した場合に、この入射角度における受信フィルタ8のフィルタ特性を最適な特性に設定するための制御信号を受信フィルタ8に出力するとともに、この制御信号を記憶部13に出力する(以下、この動作を「ステップ1」と称する)。
なお、実施の形態1と同様の動作については、詳述を省略する。
まず、制御部10は、ある送信パルス信号の地表面3に対する入射角度を想定した場合に、この入射角度における受信フィルタ8のフィルタ特性を最適な特性に設定するための制御信号を受信フィルタ8に出力するとともに、この制御信号を記憶部13に出力する(以下、この動作を「ステップ1」と称する)。
続いて、前述した実施の形態1と同様に、光領域で発生された送信パルス信号が大気中に送信され、地表面3で散乱した後に受信パルスとして受信されて、光受信機7により、光領域から電気信号領域の受信パルス信号に変換される(以下、この動作を「ステップ2」と称する)。
次に、光受信機7からの受信パルス信号は、受信フィルタ8に入力されて、制御信号によって設定されたフィルタ特性に基づいてフィルタリングされ、フィルタ後パルス信号として信号処理部9に出力される。また、受信フィルタ8からのフィルタ後パルス信号は、A/D変換部11に入力されてA/D変換され、デジタル化されたフィルタ後パルス信号として記憶部13に出力される(以下、この動作を「ステップ3」と称する)。
続いて、A/D変換部11からのフィルタ後パルス信号(デジタル信号)は、受信フィルタ8のフィルタ特性および想定入射角度と対応して記憶部13に記憶される(以下、この動作を「ステップ4」と称する)。
次に、上記ステップ1〜ステップ4の動作が、想定入射角度を変化させながら複数回実行される。この結果、記憶部13には、受信フィルタ8のフィルタ特性を変化させて取得したフィルタ後パルス信号(デジタル信号)が、想定入射角度と対応付けられた状態で複数記憶される。
ここで、想定入射角度と実際の送信パルス信号の入射角度θとが最も近い場合に、受信フィルタ8のフィルタ特性が最適な特性となって通過効率が最大となる。
また、このときのフィルタ後パルス信号(デジタル信号)において、最大のピーク振幅を得ることができる。
また、このときのフィルタ後パルス信号(デジタル信号)において、最大のピーク振幅を得ることができる。
続いて、入射角度予測部14では、上記最大のピーク振幅が生じているフィルタ後パルス信号(デジタル信号)が検索され、このフィルタ後パルス信号(デジタル信号)に対応して記憶された想定入射角度が、地表面3に対する送信パルス信号の入射角度θとして予測される。
また、距離検出部12では、上記最大のピーク振幅が生じているフィルタ後パルス信号(デジタル信号)に関して、制御部10からのトリガ信号の入力タイミングと、このフィルタ後パルス信号(デジタル信号)に含まれる受信パルス信号の受信タイミングとの時間差から、パルス信号の地表面3までの往復時間が計測され、この往復時間と光速とに基づいて、地表面3までの距離が検出される。
この発明の実施の形態2に係るレーダ装置1Aによれば、入射角度予測部14は、最大のピーク振幅が生じているフィルタ後パルス信号(デジタル信号)を検索し、このフィルタ後パルス信号(デジタル信号)に対応して記憶された想定入射角度を、地表面3に対する送信パルス信号の入射角度θとして予測する。
そのため、この入射角度θとレーダ装置1A自身の角度(ここでは、航空機2の飛行角度)とに基づいて、ターゲットの傾斜角度、具体的には、地表面3の傾斜角度を求めることができる。
そのため、この入射角度θとレーダ装置1A自身の角度(ここでは、航空機2の飛行角度)とに基づいて、ターゲットの傾斜角度、具体的には、地表面3の傾斜角度を求めることができる。
また、上記実施の形態2に係るレーダ装置1Aに対して、送受光学系6を駆動して送信パルス信号を上下左右に走査するとともに、ターゲットである地表面3上の複数の箇所における送信パルス信号の入射角度θ、および地表面3までの距離を計測する形状予測手段(図示せず)を設けてもよい。
形状予測手段を設けることにより、ターゲットの形状(ここでは、地表面3の形状)を3次元で予測することができる。
形状予測手段を設けることにより、ターゲットの形状(ここでは、地表面3の形状)を3次元で予測することができる。
なお、上記実施の形態2に係るレーダ装置1Aでは、受信フィルタ8からのフィルタ後パルス信号をA/D変換し、デジタル化されたフィルタ後パルス信号を記憶部13に記憶し、このフィルタ後パルス信号(デジタル信号)に基づいて地表面3までの距離を検出していた。しかしながら、これに限定されず、A/D変換部11の代わりにアナログ的なピーク検出回路とピーク時間検出回路とを用いて地表面3までの距離を検出してもよい。
このとき、ピーク検出回路とピーク時間検出回路とは、受信フィルタ8からのフィルタ後パルス信号のピーク振幅と、このピーク振幅が生じた時間とをそれぞれ検出し、この2つの値のみを記憶部13に記憶させる。
距離検出部12および入射角度予測部14は、この2つの値を記憶部13から読み出すことにより、地表面3までの距離を検出するとともに、地表面3に対する送信パルス信号の入射角度θを予測する。
この場合も、上記実施の形態2と同様の効果を奏することができる。
このとき、ピーク検出回路とピーク時間検出回路とは、受信フィルタ8からのフィルタ後パルス信号のピーク振幅と、このピーク振幅が生じた時間とをそれぞれ検出し、この2つの値のみを記憶部13に記憶させる。
距離検出部12および入射角度予測部14は、この2つの値を記憶部13から読み出すことにより、地表面3までの距離を検出するとともに、地表面3に対する送信パルス信号の入射角度θを予測する。
この場合も、上記実施の形態2と同様の効果を奏することができる。
また、上記実施の形態2に係るレーダ装置1Aでは、受信フィルタ8が1つ設けられ、制御部10が想定入射角度の変化に応じて受信フィルタ8のフィルタ特性を設定しなおす構成としていたが、これに限定されない。
図6に示すように、レーダ装置1Bは、想定される入射角度に対応したフィルタ特性を有する複数の受信フィルタ8a〜8nと、受信フィルタ8a〜8nに対応して設けられた複数のA/D変換部11a〜11nとを有していてもよい。
このとき、記憶部13Bは、受信フィルタ8a〜8nのフィルタ特性および想定入射角度と、A/D変換部11a〜11nからのデジタル化されたフィルタ後パルス信号とを対応させて記憶する。
また、入射角度予測部14Bは、最大のピーク振幅が生じているフィルタ後パルス信号(デジタル信号)を検索し、このフィルタ後パルス信号(デジタル信号)に対応して記憶された想定入射角度を、地表面3に対する送信パルス信号の入射角度θとして予測する。
また、距離検出部12Bは、最大のピーク振幅が生じているフィルタ後パルス信号(デジタル信号)に関して、制御部10Bからのトリガ信号の入力タイミングと、このフィルタ後パルス信号(デジタル信号)に含まれる受信パルス信号の受信タイミングとの時間差から、パルス信号の地表面3までの往復時間を計測し、この往復時間と光速とに基づいて、地表面3までの距離を検出する。
この場合も、上記実施の形態2と同様の効果を奏することができる。
図6に示すように、レーダ装置1Bは、想定される入射角度に対応したフィルタ特性を有する複数の受信フィルタ8a〜8nと、受信フィルタ8a〜8nに対応して設けられた複数のA/D変換部11a〜11nとを有していてもよい。
このとき、記憶部13Bは、受信フィルタ8a〜8nのフィルタ特性および想定入射角度と、A/D変換部11a〜11nからのデジタル化されたフィルタ後パルス信号とを対応させて記憶する。
また、入射角度予測部14Bは、最大のピーク振幅が生じているフィルタ後パルス信号(デジタル信号)を検索し、このフィルタ後パルス信号(デジタル信号)に対応して記憶された想定入射角度を、地表面3に対する送信パルス信号の入射角度θとして予測する。
また、距離検出部12Bは、最大のピーク振幅が生じているフィルタ後パルス信号(デジタル信号)に関して、制御部10Bからのトリガ信号の入力タイミングと、このフィルタ後パルス信号(デジタル信号)に含まれる受信パルス信号の受信タイミングとの時間差から、パルス信号の地表面3までの往復時間を計測し、この往復時間と光速とに基づいて、地表面3までの距離を検出する。
この場合も、上記実施の形態2と同様の効果を奏することができる。
また、上記実施の形態1および2に係るレーダ装置1、1Aでは、送受信されるパルス信号は、レーザ光信号であった。しかしながら、送受信されるパルス信号の波形が変化するのは、レーザ光信号に限定されず、電磁波の場合であっても同様である。
そのため、この発明は、レーザ光信号を送受信するレーザレーダ装置だけでなく、電磁波を送受信する電磁波レーダ装置にも適用することができる。
ここで、レーザレーダ装置の場合には、文献1(R.M.Marino他,“High−resolution 3D imaging laser radar flight test experiments”,Proc. of SPIE,Vol 5791,pp.138−pp.151)に示されているように、高距離分解能を目的としたパルス幅(距離幅)15cm以下に相当する1ns以下の非常に狭いパルスを送受信することができるので、入射角に依存したパルス波形の送受信間における変化が生じやすい。
したがって、この発明に係るレーダ装置は、レーザ光信号を送受信するレーザレーダ装置において特に有効である。
そのため、この発明は、レーザ光信号を送受信するレーザレーダ装置だけでなく、電磁波を送受信する電磁波レーダ装置にも適用することができる。
ここで、レーザレーダ装置の場合には、文献1(R.M.Marino他,“High−resolution 3D imaging laser radar flight test experiments”,Proc. of SPIE,Vol 5791,pp.138−pp.151)に示されているように、高距離分解能を目的としたパルス幅(距離幅)15cm以下に相当する1ns以下の非常に狭いパルスを送受信することができるので、入射角に依存したパルス波形の送受信間における変化が生じやすい。
したがって、この発明に係るレーダ装置は、レーザ光信号を送受信するレーザレーダ装置において特に有効である。
1、1A、1B レーダ装置、2 航空機(飛行物体)、3 地表面(ターゲット)、4 パルスレーザ光源(パルス発生手段)、6 送受光学系(送受信手段)、8、8a〜8n 受信フィルタ(受信フィルタ手段)、10、10B 制御部(フィルタ特性設定手段)、12、12B 距離検出部(距離検出手段)、13、13B 記憶部(記憶手段)、14、14B 入射角度予測部(入射角度予測手段)。
Claims (7)
- 周期的にオンオフを繰り返す送信パルス信号を発生するパルス発生手段と、
前記送信パルス信号を大気中に送信するとともに、ターゲットで散乱した前記送信パルス信号を受信パルス信号として受信する送受信手段と、
前記受信パルス信号をフィルタリングして、フィルタ後パルス信号を出力する受信フィルタ手段と、
前記受信フィルタ手段のフィルタ特性を設定するフィルタ特性設定手段と、
前記フィルタ後パルス信号に基づいて前記ターゲットまでの距離を検出する距離検出手段とを備え、
前記フィルタ特性設定手段は、前記受信パルス信号のパルス波形を予測し、予測した前記パルス波形に応じて前記フィルタ特性を設定することを特徴とするレーダ装置。 - 前記フィルタ特性設定手段は、前記送信パルス信号のパルス幅と、前記ターゲットに対する前記送信パルス信号の入射角度とに基づいて、前記パルス波形を予測することを特徴とする請求項1に記載のレーダ装置。
- 飛行物体に搭載され、
前記フィルタ特性設定手段は、前記飛行物体の飛行角度と、前記ターゲットである地表面の傾斜角度とに基づいて、前記入射角度を予測することを特徴とする請求項2に記載のレーダ装置。 - 周期的にオンオフを繰り返す送信パルス信号を発生するパルス発生手段と、
前記送信パルス信号を大気中に送信するとともに、ターゲットで散乱した前記送信パルス信号を受信パルス信号として受信する送受信手段と、
前記受信パルス信号をフィルタリングして、フィルタ後パルス信号を出力する受信フィルタ手段と、
前記受信フィルタ手段のフィルタ特性を設定するフィルタ特性設定手段と、
前記フィルタ後パルス信号を前記フィルタ特性の変化に応じて複数記憶するか、または前記フィルタ後パルス信号のピーク振幅とこのピーク振幅が生じたピーク時間とを前記フィルタ特性の変化に応じて複数記憶する記憶手段と、
前記ターゲットに対する前記送信パルス信号の入射角度を予測する入射角度予測手段と、
前記記憶手段に記憶された前記フィルタ後パルス信号のピーク振幅のうち、最大のピーク振幅を有するフィルタ後パルス信号、または前記最大のピーク振幅が生じたピーク時間に基づいて前記ターゲットまでの距離を検出する距離検出手段とを備え、
前記入射角度予測手段は、前記最大のピーク振幅が生じた際の前記受信フィルタ手段のフィルタ特性に基づいて、前記入射角度を予測することを特徴とするレーダ装置。 - 周期的にオンオフを繰り返す送信パルス信号を発生するパルス発生手段と、
前記送信パルス信号を大気中に送信するとともに、ターゲットで散乱した前記送信パルス信号を受信パルス信号として受信する送受信手段と、
それぞれ異なるフィルタ特性を有し、前記受信パルス信号をフィルタリングして、それぞれフィルタ後パルス信号を出力する複数の受信フィルタ手段と、
前記複数の受信フィルタ手段からの前記フィルタ後パルス信号をそれぞれ記憶するか、または前記複数の受信フィルタ手段からの前記フィルタ後パルス信号のピーク振幅とこのピーク振幅が生じたピーク時間とをそれぞれ記憶する記憶手段と、
前記ターゲットに対する前記送信パルス信号の入射角度を予測する入射角度予測手段と、
前記記憶手段に記憶された前記フィルタ後パルス信号のピーク振幅のうち、最大のピーク振幅を有するフィルタ後パルス信号、または前記最大のピーク振幅が生じたピーク時間に基づいて前記ターゲットまでの距離を検出する距離検出手段とを備え、
前記入射角度予測手段は、前記最大のピーク振幅が生じた際の受信フィルタ手段のフィルタ特性に基づいて、前記入射角度を予測することを特徴とするレーダ装置。 - 前記送受信手段を駆動して前記送信パルス信号を走査するとともに、前記ターゲット上の複数の点における前記入射角度および前記ターゲットまでの距離を計測し、前記入射角度および前記ターゲットまでの距離に基づいて、前記ターゲットの形状を予測する形状予測手段を備えたことを特徴とする請求項4または請求項5に記載のレーダ装置。
- 前記送信パルス信号は、レーザ光信号であることを特徴とする請求項1から請求項6までの何れか1項に記載のレーダ装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007145422A JP2008298604A (ja) | 2007-05-31 | 2007-05-31 | レーダ装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2007145422A JP2008298604A (ja) | 2007-05-31 | 2007-05-31 | レーダ装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2008298604A true JP2008298604A (ja) | 2008-12-11 |
Family
ID=40172251
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2007145422A Pending JP2008298604A (ja) | 2007-05-31 | 2007-05-31 | レーダ装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2008298604A (ja) |
Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013170860A (ja) * | 2012-02-20 | 2013-09-02 | Pasuko:Kk | 計測点抽出プログラム、計測点抽出方法及び計測点抽出装置 |
JP2017032459A (ja) * | 2015-08-04 | 2017-02-09 | 日本電気株式会社 | 目標識別レーザ観測システム |
JP2019190837A (ja) * | 2018-04-18 | 2019-10-31 | 株式会社デンソー | 地表勾配検出装置 |
JP2020034455A (ja) * | 2018-08-30 | 2020-03-05 | パイオニア株式会社 | 地図データ構造 |
JP2020034456A (ja) * | 2018-08-30 | 2020-03-05 | パイオニア株式会社 | 信号処理装置 |
JP2020034454A (ja) * | 2018-08-30 | 2020-03-05 | パイオニア株式会社 | 信号処理装置 |
-
2007
- 2007-05-31 JP JP2007145422A patent/JP2008298604A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013170860A (ja) * | 2012-02-20 | 2013-09-02 | Pasuko:Kk | 計測点抽出プログラム、計測点抽出方法及び計測点抽出装置 |
JP2017032459A (ja) * | 2015-08-04 | 2017-02-09 | 日本電気株式会社 | 目標識別レーザ観測システム |
JP2019190837A (ja) * | 2018-04-18 | 2019-10-31 | 株式会社デンソー | 地表勾配検出装置 |
JP7021598B2 (ja) | 2018-04-18 | 2022-02-17 | 株式会社デンソー | 地表勾配検出装置 |
JP2020034455A (ja) * | 2018-08-30 | 2020-03-05 | パイオニア株式会社 | 地図データ構造 |
JP2020034456A (ja) * | 2018-08-30 | 2020-03-05 | パイオニア株式会社 | 信号処理装置 |
JP2020034454A (ja) * | 2018-08-30 | 2020-03-05 | パイオニア株式会社 | 信号処理装置 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11255728B2 (en) | Systems and methods for efficient multi-return light detectors | |
US6753950B2 (en) | Optical distance measurement | |
CN109521435B (zh) | 距离计测装置 | |
US5619317A (en) | Light-wave distance meter based on light pulses | |
US11467288B2 (en) | Lidar system and method of operation | |
CN108781116A (zh) | 一种功率调整方法及激光测量装置 | |
US20220342073A1 (en) | Lidar system and method of operation | |
JP2008298604A (ja) | レーダ装置 | |
JP2006521536A5 (ja) | ||
JP2023145615A (ja) | 全波形マルチパルス光学式距離計器 | |
KR101260280B1 (ko) | 3차원 광 스캔 장치 및 방법 | |
KR102114781B1 (ko) | 히페리온 라이더 시스템을 위한 초점면 2d apd 어레이의 구현 | |
US20220252730A1 (en) | Time-of-flight imaging apparatus and time-of-flight imaging method | |
JP5832067B2 (ja) | 光測距装置 | |
CN114402225A (zh) | 测距方法、测距装置和可移动平台 | |
JP2007170975A (ja) | 物体検知装置 | |
EP3730967A1 (en) | Method of generating a time domain echo waveform and electromagnetic radiation echo waveform generation system | |
KR101604867B1 (ko) | 분광기술을 적용한 검지장치 | |
US20110288801A1 (en) | Method and system for determining the time-of-flight of a signal | |
JP4437804B2 (ja) | レーダ装置および距離測定方法 | |
JP2006023245A (ja) | 微小振動検出装置 | |
JP2007278805A (ja) | 超音波センサ、超音波立体視装置及び距離方向特定方法 | |
US11899115B1 (en) | Chirped illumination LIDAR system | |
US20220120904A1 (en) | Imaging lidar | |
CN112654884B (zh) | 雷达***、信号处理方法及装置 |