JP3881313B2 - コヒーレントレーザレーダ装置 - Google Patents
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Description
この発明は、レーザレーダ装置に関し、特に目標の距離、速度、密度分布、速度分布等の物理情報を測定することを目的とする光源に単一波長で発振するパルスレーザを用いたコヒーレントレーザレーダ装置に関する。
背景技術
レーザ光を用いたコヒーレントレーザレーダ装置は大気中のエアロゾルでも十分な散乱強度が得られるため、晴天時でも風速や風速分布の測定ができる。このため、コヒーレントレーザレーダ装置は空港設置や航空機搭載に好適であり、乱気流を含む障害物検知装置として期待されている。
コヒーレントレーザレーダ装置には、光源に単一周波数で発振するパルスレーザを使用したものと、CW(Continuous Wave:連続波)レーザを用いたものとがある。
図9は、Sammy W.Henderson等により米国特許5、237、331号に示された、光源にインジェクションシーディングパルスレーザ装置を用いたコヒーレントレーザレーダ装置に、庄司、平野により特開平10−54760号公報に示された、レーザレーダ光源の波長を安定化させるための波長同調回路を組み合わせたレーザレーダ装置の構成図である。
図9に示されるレーザレーダ装置は、単一周波数で発振するCWレーザ光源1、CWレーザ光源1からのレーザ光19を分岐する第1の光分岐器2、周波数シフタ3、インジェクションシーディングパルスレーザ4、ビームスプリッタ5、1/4波長板6、テレスコープ7、走査光学系8、第1の光混合器9、光検波部10、第2の光分岐器11、第3の光分岐器12、第2の光混合器13、信号処理装置16、インジェクションシーディングパルスレーザ4の共振器長の調整機構17、調整機構の制御回路18を備える。なお、20は周波数シフタ3からのシード光、21はインジェクションシーディングパルスレーザ4からのパルスレーザ光、22は送受信光の光軸、23は送信光、24は受信光、25はローカル光、26は第1の光混合器9による受信光24とローカル光25の混合光である。
次に、図9に示されるレーザレーダ装置の動作を説明する。単一周波数f0で発振するレーザ光源1からのレーザ光19は第1の光分岐器2により2分岐され、一方はローカル光25となり、他方は周波数シフタ3により周波数fIFだけ周波数増加したレーザ光となってシード光20としてインジェクションシーディングパルスレーザ4に供給される。
インジェクションシーディングパルスレーザ4は、シード光20に一番近い周波数を持つ軸モードで単一周波数(単一波長)のパルス発振を行う。インジェクションシーディングパルスレーザ4からのレーザパルス21は直線偏光しており、第2の光分岐器11を介してビームスプリッタ5により反射される。その後、その反射光は、1/4波長板6により円偏光に変換され、テレスコープ7および走査光学系8を経て、送信光23として目標に向けて照射される。
目標からの散乱光は、送信光とは逆の経路を経て受信される。受信光24は、1/4波長板6によりレーザパルス21の偏光面とは90度ずれた直線偏光になり、ビームスプリッタ5を透過し第1の光混合器9に導かれる。第1の光混合器9において、受信光24とローカル光25は混合され、その混合光26は光検波部10に供給される。
ここで、前記光検波部10は、図10に示す構成を備えている。
図10に示すように、光検波部10は、第1の光検出器27と第2の光検出器28を備えている。第1の光検出器27および第2の光検出器28は、それぞれ光コヒーレント検波を行う自乗検波器であるフォトダイオードと、フォトダイオードからの信号を電気的に増幅するマイクロ波増幅器とにより構成される。マイクロ波増幅器は、図において、プリアンプとポストアンプの組み合わせで示されている。第1の光検出器27からの検波出力は受信信号として信号処理装置16へ出力され、第2の光検出器28からの検波出力はモニタ信号として信号処理装置16へ出力される。
図9に戻って、第1の光混合器9からの混合光26は、光検波部10の第1の光検出器27においてコヒーレント検波される。第1の光検出器27からの信号は、受信信号として信号処理装置16へ入力される。信号処理装置16は、受信信号の到達時間(目標に送信光を送信して目標からの受信光を受信するまでの時間)から目標の距離を演算し、受信信号を周波数解析してドップラー信号を得てそのドップラー信号から目標の速度を抽出する。
前述のように、インジェクションシーディングパルスレーザ4は、シード光20に一番近い周波数を持つ軸モードで単一周波数のパルス発振を行うので、正確なドップラー信号を得るためにはパルスレーザ光21とローカル光25の周波数差をモニタする必要がある。このため、第2、第3の光分岐器11、12によりそれぞれモニタ光としてレーザパルス21の一部とローカル光25の一部を取り出し、第2の光混合器13で両者を混合した後、光検波部10a内の第2の光検出器28でコヒーレント検波を行う。第2の光検出器28からの信号はモニタ信号となる。
信号処理装置16において、モニタ信号からレーザパルス21とローカル光25の周波数差(モニタ信号の周波数)fMとレーザパルスの発振タイミングを求める。ローカル光25の周波数をf0とすると、シード光、レーザパルス、受信光、モニタ信号、受信信号のそれぞれの周波数fs,fT,fR,fM,fsigは次式で表される。
fs=f0+fIF
fT=fs+Δf
fR=fT+fd
fM=fIF+Δf
fsig=fM+fd
ここで、Δfはレーザパルス21とシード光20の周波数差、fdは目標のドップラー周波数である。受信信号の周波数fsigとモニタ信号の周波数fMの差を取ることにより目標のドップラー周波数fdを得ることができる。
インジェクションシーディングパルスレーザ4は、安定してインジェクションシーディング動作を得るため、共振器長の調整機構17としてピエゾ素子を用いパルスレーザの共振器長を調整している。共振器長の調整機構17としてのピエゾ素子は制御回路18により制御される。信号処理装置16では、モニタ信号からレーザパルス21とローカル光25の周波数差fMの値に基づく誤差信号を制御回路18に送る。制御回路18では、Δfの値が設定値以下もしくは0となるようにピエゾ素子によりパルスレーザ4の共振器長を調整する。
このように、安定して単一モード(単一波長)で発振するレーザパルスを得ている。
図11は、信号処理装置16の一例としての信号処理装置16aの構成を示すブロック図である。信号処理装置16aは、第1の周波数弁別器101、第2の周波数弁別器102、第3の周波数弁別器103および演算装置104を備えている。
第1の周波数弁別器101は、第1の光検出器27からの受信信号を受け周波数解析を行い、目標からのドップラー周波数を抽出する。第2の周波数弁別器102は、モニタ信号の周波数解析を行い、モニタ信号からレーザパルス21とローカル光25の周波数差fMとレーザパルスの発振タイミングを求める。第3の周波数弁別器103は、モニタ信号からレーザパルス21とローカル光25の周波数差fMの値に基づく誤差信号を制御回路18に送る。演算装置104は、第1、第2の周波数弁別器101,102からの出力信号に基づいて目標の距離と速度を演算する。
ここで、第1の周波数弁別器101、第2の周波数弁別器102、第3の周波数弁別器103としての周波数弁別器の構成は、図12に示すように、受信信号またはモニタ信号をデジタル信号に変換するAD変換器と、AD変換器で変換されたデジタル信号を高速フーリエ変換(FFT)等の周波数解析手段により必要な信号に処理する信号処理部と備えている。
また、この周波数弁別器は、図13に示すように、1ないし複数の電気フィルタからなる電気フィルタ部と、電気フィルタ部からの信号の透過率から必要な信号処理を行う信号処理部とからなる構成でもよい。
また、信号処理装置16は、図14に示すように、図11に示す第3の周波数弁別器103の機能を、第2の周波数弁別器102に集約した信号処理装置16bを用いることが可能であり、図11に示す信号処理装置16aと同等の機能を有す。
以上のように、従来のインジェクションシーディングパルスレーザ4を光源に用いたコヒーレントレーザレーダ装置の光検波部10においては、図10に示す光検波部10aに示すように、受信光を検出する第1の光検出器27の他に、インジェクションシーディングパルスレーザ4の発振周波数をモニターするための第2の光検出器28を設けていた。さらに、図11及び図14に示すように、周波数弁別器も受信信号用とモニター用等少なくとも2系統を用意していた。
なお、モニタ光の強度が十分大きい場合には、第2の光検出器28のマイクロ波増幅器の一部あるいは全てを省略することが可能である。
次に、図9に示したパルスレーザ光源と同軸型の送受光学系を用いたコヒーレントレーザレーダ装置の内部反射光の影響について述べる。
図9において、ビームスプリッタ5、1/4波長板6、テレスコープ7および走査光学系8は、送受信光の光軸22を略一致させた同軸型の送受光学系となっている。
このような同軸の送受光学系を用いたコヒーレントレーザレーダ装置においては、同軸の送受光学系を構成する光学素子からの内部反射光が受信光と同じ経路を経て、光検波部10に至る。特に、テレスコープ7および走査光学系8からの内部反射光はビームスプリッタ5を受信側にして通過するので、影響は大きい。通常、テレスコープ7および走査光学系8の反射減衰量は約60〜70dB程度である。これに対し、大気中のエアロゾルからの受信光の反射減衰量は100dBを超える。
精度の高い測定を行うため、図10に示す光検波部10a内の第1の光検出器27のプリアンプとポストアンプでなるマイクロ波増幅器は、受信信号を、第1の周波数弁別器101のサンプリング最大振幅に見合う程度まで増幅する必要がある。受信光が微少であることから、第1の光検出器27のマイクロ波増幅器は高い増幅率を持つ。内部反射光は受信光に比べパワーが非常に大きいので、内部反射光は第1の光検出器27のマイクロ波増幅器の飽和を引き起こす。マイクロ波増幅器が飽和してから回復するまでの間は信号の線形の増幅が行われないので、測定を行うことができない。通常、このような内部反射光の影響がなくなるまでは数μsかかる。このため、装置から数百mの近距離は測定ができない“ブラインドゾーン”が発生する。
以上のように、図9に示したような従来のインジェクションシーディングパルスレーザ4を光源に用い、また、同軸型の送受光学系を用いたコヒーレントレーザレーダ装置では、以下のような欠点があった。
1.インジェクションシーディングパルスレーザ4の発振周波数をモニターするために、受信光を検出する光検出器の他にモニター用の光検出器を設けており、光検波部を複雑にしていた。
2.同様に、周波数弁別器も受信信号用とモニター用の少なくとも2系統を設けており、信号処理装置を複雑にしていた。
3.送受光学系の内部反射光の影響により、装置から数百mの近距離におよぶ広い測定不能な“ブラインドゾーン”が発生していた。
この発明は上述した問題点を解消するためになされたもので、インジェクションシーディングパルスレーザを光源に用いると共に、同軸型の送受光学系を用いたコヒーレントレーザレーダ装置において、光検出器を1系統にすると共に、ブラインドゾーンをなくすことができるコヒーレントレーザレーダ装置を得ることを目的とする。
発明の開示
前記目的を達成するために、この発明に係るコヒーレントレーザレーダ装置は、単一周波数で発振するローカル光源と、前記ローカル光源の出力光と同一もしくは近傍の周波数で単一周波数で発振するパルスレーザと、前記パルスレーザからのパルスレーザ光を送信光として目標に向けて照射し、目標からの散乱光を受信光として受光する送受光学系と、前記ローカル光源からの出力光と前記受信光とを混合する光混合手段と、前記光混合手段により混合された光を光コヒーレント検波する光検波部と、前記光検波部からの出力から目標の速度や距離を演算する信号処理装置とを備え、前記光検波部は、光コヒーレント検波を行う光検出素子と、前記光検出素子からの出力の伝播線路を切り替えるマイクロ波スイッチと、マイクロ波増幅器と、前記パルスレーザからのパルス光が前記送受光学系を通過終了する時間を基準として、その基準時間の以前をモニタ信号として前記信号処理装置に送信すると共に、基準時間以後を受信信号として前記信号処理装置に送信するように、前記マイクロ波スイッチを切り替えるスイッチ制御手段とを有するものである。
また、前記パルスレーザは、共振器長を調整する調整機構を有し、前記調整機構を制御する制御回路をさらに備え、前記制御回路は、前記信号処理装置からのレーザパルスとローカル光の周波数差に基づく誤差信号に基づいて前記パルスレーザの共振器長を調整する制御信号を前記調整機構に出力するものである。
また、前記マイクロ波増幅器は、前記光検出素子からの信号を増幅するプリアンプと、そのプリアンプの出力を増幅するポストアンプとでなり、前記マイクロ波スイッチは、前記プリアンプと前記ポストアンプとの間に設けられて、前記プリアンプで増幅された信号をモニタ信号として出力すると共に、前記ポストアンプを経た信号を受信信号として出力するものである。
また、前記マイクロ波増幅器は、前記光検出素子からの信号を増幅するプリアンプと、そのプリアンプの出力を増幅するポストアンプとでなり、前記マイクロ波スイッチは、前記光検出素子と前記プリアンプとの間に設けられて、前記光検出素子からの信号をモニタ信号として出力すると共に、前記ポストアンプを経た信号を受信信号として出力するものである。
また、他の発明に係るコヒーレントレーザレーダ装置は、単一周波数で発振するローカル光源と、前記ローカル光源の出力光と同一もしくは近傍の周波数で単一周波数で発振するパルスレーザと、前記パルスレーザからのパルスレーザ光を送信光として目標に向けて照射し、目標からの散乱光を受信光として受光する送受光学系と、前記ローカル光源からの出力光と前記受信光を混合する光混合手段と、前記光混合手段により混合された光を光コヒーレント検波する光検波部と、前記光検波部からの出力から目標の速度や距離を検出する信号処理装置とを備え、前記光検波部は、光コヒーレント検波を行う光検出素子と、前記光検出素子からの出力信号を増幅するマイクロ波増幅部と、前記マイクロ波増幅部からの出力信号の振幅がある閾値を超えないように前記マイクロ波増幅部の利得を制御する利得制御手段とを有するものである。
また、前記パルスレーザは、共振器長を調整する調整機構を有し、前記調整機構を制御する制御回路をさらに備え、前記制御回路は、前記信号処理装置からのレーザパルスとローカル光の周波数差に基づく誤差信号に基づいて前記パルスレーザの共振器長を調整する制御信号を前記調整機構に出力するものである。
また、前記マイクロ波増幅器は、前記光検出素子からの信号を増幅するプリアンプと、そのプリアンプの出力を増幅するゲインコントロールアンプとでなり、前記利得制御手段は、前記ゲインコントロールアンプの利得を制御するものである。
また、前記マイクロ波増幅器は、前記光検出素子からの信号を増幅するプリアンプと、そのプリアンプの出力を増幅するポストアンプとでなり、前記利得制御手段は、前記プリアンプと前記ポストアンプとの間に設けられたマイクロ波可変減衰器と、当該マイクロ波可変減衰器の減衰量を制御する減衰量制御回路とでなるものである。
また、さらに他の発明に係るコヒーレントレーザレーダ装置は、単一周波数で発振するローカル光源と、前記ローカル光源の出力光と同一もしくは近傍の周波数で単一周波数で発振するパルスレーザと、前記パルスレーザからのパルスレーザ光を送信光として目標に向けて照射し、目標からの散乱光を受信光として受光する送受光学系と、前記ローカル光源からの出力光と前記受信光を混合する光混合手段と、前記光混合器により混合された光を光コヒーレント検波する光検波部と、前記光検波部からの出力から目標の速度や距離を検出する信号処理装置と、前記送受光学系と前記光検波部との間に設けられた光可変減衰器と、前記光検波部からの出力の振幅がある閾値を超えないように前記光可変減衰器の減衰量を制御する制御手段と備えたものである。
さらに、前記パルスレーザは、共振器長を調整する調整機構を有し、前記調整機構を制御する制御回路をさらに備え、前記制御回路は、前記信号処理装置からのレーザパルスとローカル光の周波数差に基づく誤差信号に基づいて前記パルスレーザの共振器長を調整する制御信号を前記調整機構に出力するものである。
発明を実施するための最良の形態
実施の形態1.
図1は、この発明の実施の形態1に係るコヒーレントレーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。図1において、図9に示す従来例と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。
図1に示すコヒーレントレーザレーダ装置において、図9に示す従来例と異なる点を説明すると、まず、後述する如く従来例とは内部構成が異なる光検波部10Aを備えている。また、ビームスプリッタ5と第1の光混合器9の間に結合光学系29が設けられている。さらに、レーザ光源1−第1の光分岐器2−周波数シフタ3−インジェクションシーディングパルスレーザ4の間、第1の光分岐器2−第1の光混合器9の間、および結合光学系29−第1の光混合器9−実施の形態1の光検波部10Aの間は、それぞれ光ファイバによって連結されている。そして、受信光24は、結合光学系29により光ファイバに結合され、ファイバインライン型の光混合器9においてローカル光25と混合される。受信光24とローカル光25の混合光26は、光ファイバを通過して光検波部10Aに供給される。
他方、図9に示す従来例と等しい点を説明すると、インジェクションシーディングパルスレーザ(以下、単にパルスレーザと称す)4が単一周波数で発振する過程と、その出力レーザパルスが送信光として目標に向けて送信され、目標からの散乱光を受信する過程は図9に示す従来例に等しい。また、実施の形態1の光検波部10Aからモニタ信号と受信信号が信号処理装置16に供給され、信号処理装置16における信号処理までの過程も図9に示す従来例に等しい。この信号処理装置16としては、図11に示す信号処理装置16aまたは図14に示す信号処理装置16bのいずれでもよい。
図2は、実施の形態1における光検波部10Aとして用いる光検波部10Aaの構成を示すブロック図である。図2に示される光検波部10Aaは、フォトダイオード30と、プリアンプ31と、ポストアンプ32と、マイクロ波スイッチ33と、マイクロ波スイッチ33を制御するスイッチ制御回路34とで構成される。
マイクロ波スイッチ33は、スイッチ制御回路34により次のように制御される。パルスレーザ4が発振する前からフォトダイオード30に送受光学系からの内部反射光が受光されている間、マイクロ波スイッチ33は、プリアンプ31で増幅されたフォトダイオード30からの信号をモニタ信号として信号処理装置16に送信する。内部反射光が十分減衰した後、マイクロ波スイッチ33は、フォトダイオード30からの信号をポストアンプ32を経て、受信信号として信号処理装置16に送信する。すなわち、スイッチ制御回路34は、パルスレーザ4からのパルス光が送受光学系を通過終了する時間を基準として、その基準時間の以前をモニタ信号として信号処理装置16に送信すると共に、基準時間以後を受信信号として信号処理装置16に送信するように、マイクロ波スイッチを切り替える。
内部反射光もパルスレーザ4の出力レーザパルスの一部であるので、その光コヒーレント検波の信号は、レーザパルス21とローカル光25の周波数差とレーザパルスの発振タイミングとを求めるモニタ信号として用いることができる。内部反射光が十分減衰した後に、マイクロ波スイッチ33を切り替えることにより、ポストアンプ32を飽和させることなく受信信号を送信することができる。
さらに、マイクロ波スイッチ33を切り替えるタイミングを、内部反射光に起因する信号がポストアンプ32を飽和させない程度に減衰した時点とすれば、“ブラインドゾーン”を小さくすることできる。例えば、レーザパルス21のパルス幅が200nsであれば、切り替えタイミングは発振後1μs以下にすることが可能である。即ち、“ブラインドゾーン”を150m以下にすることができる。
内部反射光のピーク強度が十分強ければ、図3に示す光検波部10Abのように、マイクロ波スイッチ33を、フォトダイオード30とプリアンプ31との間に設けても良い。この際、マイクロ波スイッチ33の切り替えタイミングはプリアンプ31およびポストアンプ32を飽和させない程度に内部反射光が減衰した時点となる。
なお、マイクロ波スイッチ33には0.1μs程度のスイッチング速度と信号OFF時にアンプを飽和させない十分なIn−Outアイソレーションが要求されるが、GaAs等を用いた半導体スイッチにおいてスイッチング速度数10nsと40dB以上のIn−Outアイソレーションが実現されており、マイクロ波スイッチ33には半導体スイッチを用いることができる。
前記の構成により、マイクロ波スイッチ33を切り替えることにより、内部反射光を用いてモニタ信号を作ることができるので、別途、レーザパルス24の一部を取り出すための光学系やモニタ信号を作るための光検出器が不要となり、装置を簡略化できる効果が得られる。また、マイクロ波スイッチ33の切り替えタイミングにより、プリアンプ31およびポストアンプ32を飽和することなく、“ブラインドゾーン”小さくできる効果がある。
実施の形態2.
図4は、この発明の実施の形態2に係る光検波部10Bの構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態2における光検波部10Bは、図1において、実施の形態1に係る光検波部10Aの代わりに用いられるもので、フォトダイオード30と、プリアンプ31と、ゲインコントロールアンプ35と、ゲインコントロールアンプ35の利得を制御する利得制御回路36とを備えている。
プリアンプ31とゲインコントロールアンプ35は、光検波部10Bにおけるマイクロ波増幅器を構成し、ゲインコントロールアンプ35と利得制御回路36によりマイクロ波増幅器の利得制御手段を構成している。
また、図5は、この発明の実施の形態2に係る信号処理装置16として用いる信号処理装置16Aの構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態2における信号処理装置16Aは、図1に示す信号処理装置16として用いられるもので、周波数弁別器110と、演算装置104のみで構成される。
本実施の形態2において、インジェクションシーディングパルスレーザ4が単一周波数で発振する過程と、その出力レーザパルスが送信光として目標に向けて送信され、目標からの散乱光を受信し光検波部10Bに供給する過程は、実施の形態1に等しい。本実施の形態2では、光検波部10Bにおけるマイクロ波増幅器の利得を時間により制御することを特徴としている。フォトダイオード30に送受光学系からの内部反射光が受光されている間は、内部反射光に起因する信号振幅のピーク値が周波数弁別器110のサンプリング最大振幅を超えない値にマイクロ波増幅器の利得を低く設定する。その後、内部反射光が十分減衰した後は、受信信号を周波数弁別器110のサンプリング最大振幅に見合う程度に増幅するのに十分な高い利得に設定する。
このように、マイクロ波増幅器の利得を制御することにより、従来“ブラインドゾーン”として、信号処理に用いてこなかった受信信号の時間帯にモニタ信号を入れることができる。一つの信号ラインに時分割でモニタ信号と受信信号を流すことができるので、従来、受信信号とモニタ信号として2系統の光検出器と周波数弁別器が必要であったものが、1系統に簡略化することができる。さらに、実施の形態1と同様に、マイクロ波増幅器の利得の切り替えタイミングにより、“ブラインドゾーン”を小さくできる効果もある。
以上の構成により、従来、受信信号とモニタ信号として2系統の光検出器と周波数弁別器が必要であったものが、1系統に簡略化することができる効果と、実施の形態1と同様にマイクロ波増幅器の利得の切り替えタイミングにより、“ブラインドゾーン”を小さくできる効果を得ることができる。
実施の形態3.
図6は、この発明の実施の形態3に係る光検波部10Cの構成を示すブロック図である。この発明の実施の形態3における光検波部10Cは、図1において、実施の形態1に係る光検波部10Aの代わりに用いられるもので、フォトダイオード30と、プリアンプ31と、ポストアンプ32と、マイクロ波可変減衰器37と、可変減衰器37の減衰量を制御する減衰量制御回路38とを備えている。
すなわち、実施の形態3における光検波部10Cは、プリアンプ31とポストアンプ32の間にマイクロ波可変減衰器37を挿入して光検出器のマイクロ波増幅器を構成している。そして、減衰量制御回路38により、可変減衰器37の減衰量を制御する。
これにより、一つの出力信号ラインに時分割でモニタ信号と受信信号を流すことができる。
なお、この発明の実施の形態3における信号処理装置16は、図5に示す実施の形態2と同様な信号処理装置16Aを用いる。
以上の構成により、従来、受信信号とモニタ信号として2系統の光検出器と周波数弁別器が必要であったものが、1系統に簡略化することができる効果と、実施の形態1と同様にマイクロ波増幅器の利得の切り替えタイミングにより、“ブラインドゾーン”を小さくできる効果を得ることができる。
なお、可変減衰器37には、GaAs等を用いた半導体スイッチを用いることも可能である。
実施の形態4.
図7は、この発明の実施の形態4に係るコヒーレントレーザレーダ装置の構成を示すブロック図である。図7において、図1に示す実施の形態1と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。この実施の形態4に係るコヒーレントレーザレーダ装置においては、図1に示す実施の形態1に対し、図7に示すように、結合光学系29と第1の光混合器9との間に、可変光減衰器39と、可変光減衰器39の減衰量を制御する減衰量制御回路40とをさらに備えている。また、後述する如く実施の形態1〜3とは内部構成が異なる光検波部10Dを備えている。なお、この発明の実施の形態3における信号処理装置16は、図5に示す実施の形態2と同様な信号処理装置16Aを用いる。
図8は、本実施の形態4における光検波部10Dとその直前の光学系の構成を示すブロック図である。
図8に示すように、この実施の形態4において、光検波部10Dは、コヒーレント検波を行う光検出素子であるフォトダイオード30と、プリアンプ31とポストアンプ32とでなる固定の利得を持つマイクロ波増幅器との組み合わせにより、1組の光検出器を構成している。
この実施の形態4では、図4及び図5に示す実施の形態2の構成における機能を、可変光減衰器39と減衰量制御回路40とによって受信光24に対する減衰量を制御することにより達成している。すなわち、実施の形態2において、光検出器10Bのマイクロ波増幅器の利得制御回路36により、光検出器10Bから信号処理装置16Bへの出力信号が、フォトダイオード30に送受光学系からの内部反射光が受光されている間においても、周波数弁別器110のサンプリング最大振幅を超えないようにしていた機能を、可変光減衰器39と減衰量制御回路40とによって受信光24に対する減衰量を制御することにより達成している。
図8に示すフォトダイオード30に送受光学系からの内部反射光が受光されている間は、内部反射光に起因する信号振幅のピーク値が図5に示す周波数弁別器110のサンプリング最大振幅を超えないように、可変光減衰器39の減衰量を高く設定してフォトダイオード30に受光される内部反射光のパワーを制限する。その後、内部反射光が十分減衰した後は、可変光減衰器39の減衰量を0もしくは0近傍にし、フォトダイオード30に受光される受信光のパワー損失を低くするよう制御する。マイクロ波増幅器の利得はこのときの受信信号を周波数弁別器110のサンプリング最大振幅に見合う程度に増幅するのに十分な高い利得に設定される。
このように、可変光減衰器39の減衰量を制御することにより、実施の形態2と同様に、従来“ブラインドゾーン”として、信号処理に用いてこなかった受信信号の時間帯にモニタ信号を入れることができる。一つの信号ラインに時分割でモニタ信号と受信信号を流すことができるので、従来、受信信号とモニタ信号として2系統の光検出器と周波数弁別器が必要であったものが、1系統に簡略化することができる。さらに、実施の形態2と同様に、マイクロ波増幅器の利得の切り替えタイミングにより、“ブラインドゾーン”を小さくできる効果もある。
以上の構成により、従来、受信信号とモニタ信号として2系統の光検出器と周波数弁別器が必要であったものが、1系統に簡略化することができる効果と、実施の形態1と同様にマイクロ波増幅器の利得の切り替えタイミングにより、“ブラインドゾーン”を小さくできる効果を得ることができる。
上記実施の形態1から4においては、レーザ光源1−第1の光分岐器2−周波数シフタ3−インジェクションシーディングパルスレーザ4の間、第1の光分岐器2−第1の光混合器9の間、および結合光学系29−第1の光混合器9−光検波部10(10A,10Aa,10Ab,10B,10C,10D)の間は、それぞれ光ファイバによって連結され、ローカル光25、受信光24、シード光20および混合光26を光ファイバ中に伝搬させている構成例を示している。この実施の形態1から4において、図9に示した従来例のように、結合光学系29および光ファイバの全体または一部を省略して、ローカル光25、受信光24、シード光20および混合光26の全体または一部を空間を伝搬させる構造としてもよく、上記と同様の効果を得ることができる。
産業上の利用の可能性
以上のように、この発明によれば、インジェクションシーディングパルスレーザを光源に用いると共に、同軸型の送受光学系を用いたコヒーレントレーザレーダ装置において、受信信号とモニタ信号用として2系統備えられた光検出器を1系統に簡略化することができると共に、ブラインドゾーンを小さくすることができるコヒーレントレーザレーダ装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
図1は、この発明の実施の形態1に係るコヒーレントレーザレーダ装置の構成を示すブロック図、
図2は、この発明の実施の形態1における光検波部10Aとして用いる光検波部10Aaの構成を示すブロック図、
図3は、この発明の実施の形態1における光検波部10Aとして用いる光検波部10Abの構成を示すブロック図、
図4は、この発明の実施の形態2に係る光検波部10Bの構成を示すブロック図、
図5は、この発明の実施の形態2に係る信号処理装置16として用いる信号処理装置16Aの構成を示すブロック図、
図6は、この発明の実施の形態3に係る光検波部10Cの構成を示すブロック図、
図7は、この発明の実施の形態4に係るコヒーレントレーザレーダ装置の構成を示すブロック図、
図8は、この発明の実施の形態4における光検波部10Dとその直前の光学系の構成を示すブロック図、
図9は、米国特許5、237、331号に示された、光源にインジェクションシーディングパルスレーザ装置を用いたコヒーレントレーザレーダ装置に、特開平10−54760号公報に示された、レーザレーダ光源の波長を安定化させるための波長同調回路を組み合わせたレーザレーダ装置の構成を示すブロック図、
図10は、従来例に係る光検波部10aの構成を示すブロック図、
図11は、従来例に係る信号処理装置16の一例としての信号処理装置16aの構成を示すブロック図、
図12は、図11における周波数弁別器の構成の一例を示すブロック図、
図13は、図11における周波数弁別器の構成の他の例を示すブロック図、
図14は、従来例に係る信号処理装置16の一例としての信号処理装置16bの構成を示すブロック図である。
Claims (4)
- 単一周波数で発振するローカル光源と、
前記ローカル光源の出力光と同一もしくは近傍の周波数で単一周波数で発振するパルスレーザと、
前記パルスレーザからのパルスレーザ光を送信光として目標に向けて照射し、目標からの散乱光を受信光として受光する送受光学系と、
前記ローカル光源からの出力光と前記受信光とを混合する光混合手段と、
前記光混合手段により混合された光を光コヒーレント検波する光検波部と、
前記光検波部からの出力から目標の速度や距離を演算する信号処理装置と
を備え、
前記光検波部は、
光コヒーレント検波を行う光検出素子と、
前記光検出素子からの出力の伝播線路を切り替えるマイクロ波スイッチと、
マイクロ波増幅器と、
前記パルスレーザからのパルス光が前記送受光学系を通過終了する時間を基準として、その基準時間の以前をモニタ信号として前記信号処理装置に送信すると共に、基準時間以後を受信信号として前記信号処理装置に送信するように、前記マイクロ波スイッチを切り替えるスイッチ制御手段と
を有する
ことを特徴とするコヒーレントレーザレーダ装置。 - 請求項1に記載のコヒーレントレーザレーダ装置において、
前記パルスレーザは、共振器長を調整する調整機構を有し、
前記調整機構を制御する制御回路をさらに備え、
前記制御回路は、前記信号処理装置からのレーザパルスとローカル光の周波数差に基づく誤差信号に基づいて前記パルスレーザの共振器長を調整する制御信号を前記調整機構に出力する
ことを特徴とするコヒーレントレーザレーダ装置。 - 請求項1に記載のコヒーレントレーザレーダ装置において、
前記マイクロ波増幅器は、前記光検出素子からの信号を増幅するプリアンプと、そのプリアンプの出力を増幅するポストアンプとでなり、
前記マイクロ波スイッチは、前記プリアンプと前記ポストアンプとの間に設けられて、前記プリアンプで増幅された信号をモニタ信号として出力すると共に、前記ポストアンプを経た信号を受信信号として出力する
ことを特徴とするコヒーレントレーザレーダ装置。 - 請求項1に記載のコヒーレントレーザレーダ装置において、
前記マイクロ波増幅器は、前記光検出素子からの信号を増幅するプリアンプと、そのプリアンプの出力を増幅するポストアンプとでなり、
前記マイクロ波スイッチは、前記光検出素子と前記プリアンプとの間に設けられて、前記光検出素子からの信号をモニタ信号として出力すると共に、前記ポストアンプを経た信号を受信信号として出力する
ことを特徴とするコヒーレントレーザレーダ装置。
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