JP6021324B2

JP6021324B2 - Laser radar equipment

Info

Publication number: JP6021324B2
Application number: JP2011272605A
Authority: JP
Inventors: 秀晃落水; 俊平亀山; 幹夫高林; 平野　嘉仁; 嘉仁平野
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-12-13
Filing date: 2011-12-13
Publication date: 2016-11-09
Anticipated expiration: 2031-12-13
Also published as: JP2013124882A

Description

この発明は、レーザ光の送信時刻と反射光の受信時刻の差から測定対象物までの距離を導出するレーザレーダ装置に関するものである。 The present invention relates to a laser radar device that derives a distance to a measurement object from a difference between a transmission time of laser light and a reception time of reflected light.

例えば、以下の特許文献１に開示されているレーザレーダ装置では、雪や雨などによる周辺環境の変化を検知する環境条件検出部を設け、環境条件検出部が周辺環境の変化を検知すると、光走査部の走査速度を遅くし、その走査速度と対応するようにゲート回路を開く周期を長くするようにしている。
このように、ゲート回路を開く周期を長くすることで、反射光の受光信号量が増大するため、閾値判定部が信号強度と閾値を比較して、測定対象物からの反射光の受信信号を抽出する際、誤って雑音要因からの反射光の受信信号を抽出する確率を低減することができる。 For example, in the laser radar device disclosed in Patent Document 1 below, an environmental condition detection unit that detects a change in the surrounding environment due to snow or rain is provided, and when the environmental condition detection unit detects a change in the surrounding environment, The scanning speed of the scanning unit is slowed down, and the period for opening the gate circuit is lengthened so as to correspond to the scanning speed.
As described above, since the amount of the received light signal of the reflected light is increased by increasing the period of opening the gate circuit, the threshold determination unit compares the signal intensity with the threshold value, and determines the received signal of the reflected light from the measurement object. When extracting, it is possible to reduce the probability of erroneously extracting the received signal of the reflected light from the noise factor.

ただし、例えば、海中のように、レーザ光のエネルギーの伝搬損失が大きい環境では、一般的に、レーザ光の送信点から遠方になる程、伝搬経路上の媒質を起因とする光強度減衰によって信号強度が指数関数的に減少する。
このため、測定対象物までの経路上に、海中におけるマリンスノーや、大気中における雨、雪、あられなどの比較的粒径が大きい雑音要因が存在する環境、あるいは、レーザ光の伝搬経路上の媒質で後方散乱光が発生する環境では、図１０に示すように、雑音要因からの反射光の信号強度や、後方散乱光の信号強度レベルが、測定対象物からの反射光の信号強度よりも大きくなる。 However, for example, in an environment where the propagation loss of laser light energy is large, such as in the sea, in general, as the distance from the laser light transmission point increases, the signal is attenuated due to light intensity attenuation caused by the medium on the propagation path. The intensity decreases exponentially.
For this reason, on the path to the object to be measured, there is a marine snow in the sea, an environment where there are relatively large noise factors such as rain, snow, hail in the atmosphere, or on the propagation path of the laser beam. In an environment where backscattered light is generated in the medium, as shown in FIG. 10, the signal intensity of reflected light from noise factors and the signal intensity level of backscattered light are higher than the signal intensity of reflected light from the measurement object. growing.

特開平１０−１９７６３５号公報（段落番号［０００８］、図３）JP-A-10-197635 (paragraph number [0008], FIG. 3)

従来のレーザレーダ装置は以上のように構成されているので、比較的粒径が大きい雑音要因が存在する環境や、後方散乱光が発生する環境では、レーザの走査速度を遅くすることで、ゲート回路を開く周期を長くしても、距離に依存する信号量の損失が改善されない。このため、大きな閾値を設定しても、測定対象物の前方に存在している雑音要因等からの不要信号の誤検出を招き、測定対象物までの距離を正確に導出することができないなどの課題があった。 Since the conventional laser radar apparatus is configured as described above, in an environment where there is a noise factor having a relatively large particle diameter or an environment where backscattered light is generated, the laser scanning speed is reduced to reduce the gate. Even if the period for opening the circuit is lengthened, the loss of the signal amount depending on the distance is not improved. For this reason, even if a large threshold value is set, erroneous detection of unnecessary signals from noise factors, etc. existing in front of the measurement object is caused, and the distance to the measurement object cannot be accurately derived. There was a problem.

この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、比較的粒径が大きい雑音要因が存在する環境や、後方散乱光が発生する環境でも、測定対象物までの距離を正確に導出することができるレーザレーダ装置を得ることを目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described problems, and the distance to the measurement object can be accurately determined even in an environment where there is a noise factor having a relatively large particle diameter or an environment where backscattered light is generated. An object is to obtain a laser radar device that can be derived.

この発明に係るレーザレーダ装置は、パルス状のレーザ光を測定対象物に向けて照射する送信光学系と、送信光学系から１パルスのレーザ光が照射される毎に、測定対象物により反射された当該レーザ光の反射光を受信する受信光学系と、クロック回路から出力されるパルス信号に同期して、受信光学系により受信された反射光の受信信号をサンプリングし、今回のサンプリングタイミングでサンプリングした受信信号である今回サンプリングの受信信号の信号強度が、前回のサンプリングタイミングでサンプリングした受信信号である前回サンプリングの受信信号の信号強度より低ければ、前回サンプリングの受信信号の信号強度を今回サンプリングの受信信号の信号強度で除算し、その除算結果の対数を光速で除算するとともに、前回サンプリングの受信信号の受信時刻と今回サンプリングの受信信号の受信時刻との時刻差で除算することで、伝搬経路上の媒質を起因とするレーザ光のエネルギーの減衰係数を算出する減衰係数算出手段と、今回サンプリングの受信信号に対応するレーザ光の送信時刻と当該受信信号の受信時刻との差と、減衰係数算出手段により算出された減衰係数と、光速とを乗算することでバイアスを算出し、そのバイアスを今回サンプリングの受信信号に印加することで、当該受信信号の信号強度を補償する信号強度補償手段と、信号強度補償手段により信号強度が補償された受信信号の中から、測定対象物に係る受信信号を抽出し、当該受信信号に対応するレーザ光の送信時刻と当該受信信号の受信時刻との差から、測定対象物までの距離を導出する距離導出手段と、距離導出手段により導出された距離及び信号強度補償手段により信号強度が補償された受信信号の信号強度から、測定対象物を画像化する画像生成手段とを備え、減衰係数算出手段が、１パルス当りの減衰係数の平均値を算出して、その減衰係数の平均値に対する移動平均処理を実施し、信号強度補償手段が、減衰係数算出手段による移動平均処理後の減衰係数を用いて、バイアスを算出するようにしたものである。 The laser radar device according to the present invention is a transmission optical system that irradiates a measurement target with pulsed laser light, and is reflected by the measurement target every time one pulse of laser light is emitted from the transmission optical system. The received optical signal received by the receiving optical system is sampled at the current sampling timing in synchronization with the receiving optical system that receives the reflected light of the laser beam and the pulse signal output from the clock circuit. If the signal strength of the received signal of this sampling that is the received signal is lower than the signal strength of the received signal of the previous sampling that is the received signal sampled at the previous sampling timing, the signal strength of the received signal of the previous sampling is Divide by the signal strength of the received signal and divide the logarithm of the division result by the speed of light. An attenuation coefficient calculating means for calculating the attenuation coefficient of the energy of the laser beam caused by the medium on the propagation path by dividing by the time difference between the reception time of the reception signal of the pulling and the reception time of the reception signal of the current sampling; The bias is calculated by multiplying the difference between the transmission time of the laser beam corresponding to the reception signal of the sampling this time and the reception time of the reception signal, the attenuation coefficient calculated by the attenuation coefficient calculation means, and the speed of light, By applying the bias to the received signal of this sampling, the signal strength compensation means for compensating the signal strength of the received signal, and the received signal whose signal strength is compensated by the signal strength compensation means are applied to the measurement object. The received signal is extracted, and the distance to the measurement object is derived from the difference between the transmission time of the laser beam corresponding to the received signal and the received time of the received signal. Attenuation coefficient calculating means comprising: a separation deriving means; and an image generating means for imaging the measurement object from the distance derived by the distance deriving means and the signal strength of the received signal whose signal strength is compensated by the signal strength compensating means. However, the average value of the attenuation coefficient per pulse is calculated, the moving average process is performed on the average value of the attenuation coefficient, and the signal strength compensating means uses the attenuation coefficient after the moving average process by the attenuation coefficient calculating means. Thus, the bias is calculated.

この発明によれば、クロック回路から出力されるパルス信号に同期して、受信光学系により受信された反射光の受信信号をサンプリングし、今回のサンプリングタイミングでサンプリングした受信信号である今回サンプリングの受信信号の信号強度が、前回のサンプリングタイミングでサンプリングした受信信号である前回サンプリングの受信信号の信号強度より低ければ、前回サンプリングの受信信号の信号強度を今回サンプリングの受信信号の信号強度で除算し、その除算結果の対数を光速で除算するとともに、前回サンプリングの受信信号の受信時刻と今回サンプリングの受信信号の受信時刻との時刻差で除算することで、伝搬経路上の媒質を起因とするレーザ光のエネルギーの減衰係数を算出する減衰係数算出手段と、今回サンプリングの受信信号に対応するレーザ光の送信時刻と当該受信信号の受信時刻との差と、減衰係数算出手段により算出された減衰係数と、光速とを乗算することでバイアスを算出し、そのバイアスを今回サンプリングの受信信号に印加することで、当該受信信号の信号強度を補償する信号強度補償手段とを設け、距離導出手段が、信号強度補償手段により信号強度が補償された受信信号の中から、測定対象物に係る受信信号を抽出し、当該受信信号に対応するレーザ光の送信時刻と当該受信信号の受信時刻との差から、測定対象物までの距離を導出するように構成したので、比較的粒径が大きい雑音要因が存在する環境や、後方散乱光が発生する環境でも、測定対象物までの距離を正確に導出することができる効果がある。 According to the present invention, the received signal of the reflected light received by the receiving optical system is sampled in synchronization with the pulse signal output from the clock circuit , and the reception of the current sampling that is the received signal sampled at the current sampling timing is received. If the signal strength of the signal is lower than the signal strength of the reception signal of the previous sampling that is the reception signal sampled at the previous sampling timing, the signal strength of the reception signal of the previous sampling is divided by the signal strength of the reception signal of the current sampling, The logarithm of the division result is divided by the speed of light, and the laser light caused by the medium on the propagation path is divided by the time difference between the reception time of the reception signal of the previous sampling and the reception time of the reception signal of the current sampling. Attenuation coefficient calculation means for calculating the attenuation coefficient of the energy of The bias is calculated by multiplying the difference between the transmission time of the laser beam corresponding to the received signal of the optical signal and the reception time of the received signal, the attenuation coefficient calculated by the attenuation coefficient calculating means, and the speed of light. Is applied to the received signal of the current sampling to provide a signal strength compensating means for compensating the signal strength of the received signal, and the distance deriving means is selected from the received signals whose signal strength is compensated by the signal strength compensating means. Since the reception signal related to the measurement object is extracted and the difference between the transmission time of the laser beam corresponding to the reception signal and the reception time of the reception signal is configured to derive the distance to the measurement object, There is an effect that the distance to the measurement object can be accurately derived even in an environment where a noise factor having a relatively large particle size exists or in an environment where backscattered light is generated.

この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。It is a block diagram which shows the laser radar apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置のサンプリング回路９を示す構成図である。It is a block diagram which shows the sampling circuit 9 of the laser radar apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の距離減衰推定回路１０を示す構成図である。It is a block diagram which shows the distance attenuation | damping estimation circuit 10 of the laser radar apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置のゲイン回路１１を示す構成図である。It is a block diagram which shows the gain circuit 11 of the laser radar apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の距離・強度検出回路１３を示す構成図である。It is a block diagram which shows the distance and intensity | strength detection circuit 13 of the laser radar apparatus by Embodiment 1 of this invention. この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の距離減衰推定回路１０の処理内容を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing content of the distance attenuation | damping estimation circuit 10 of the laser radar apparatus by Embodiment 1 of this invention. 伝搬損失分の強度補償前後の受信信号を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the received signal before and after intensity compensation for a propagation loss. この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置のサンプリング回路９を示す構成図である。It is a block diagram which shows the sampling circuit 9 of the laser radar apparatus by Embodiment 2 of this invention. この発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置の距離減衰推定回路１０を示す構成図である。It is a block diagram which shows the distance attenuation | damping estimation circuit 10 of the laser radar apparatus by Embodiment 3 of this invention. 比較的粒径が大きい雑音要因が存在する環境や、後方散乱光が発生する環境で、レーザ光が空間中に放射された場合の受信信号を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows a received signal when a laser beam is radiated | emitted in space in the environment where the noise factor with a comparatively large particle size exists, or the environment where backscattered light generate | occur | produces.

実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置を示す構成図である。
図１において、レーザ光出力部１はレーザドライバ２及びレーザ発振器３から構成されており、パルス発振トリガ信号ｃを出力するとともに、そのパルス発振トリガ信号ｃに同期して、パルス状のレーザ光を発振する処理を実施する。
レーザドライバ２は送信光学系４から１パルスのレーザ光を照射させる際、パルス発振トリガ信号ｃをレーザ発振器３、信号強度補償部８及び画像処理部１２に出力する処理を実施する。
レーザ発振器３はレーザドライバ２からパルス発振トリガ信号ｃを受ける毎に、１パルスのレーザ光を送信光学系４に出力する発振器である。 Embodiment 1 FIG.
1 is a block diagram showing a laser radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 1, a laser beam output unit 1 is composed of a laser driver 2 and a laser oscillator 3, which outputs a pulse oscillation trigger signal c and outputs a pulsed laser beam in synchronization with the pulse oscillation trigger signal c. Perform the process of oscillation.
When the laser driver 2 irradiates one pulse of laser light from the transmission optical system 4, the laser driver 2 performs a process of outputting a pulse oscillation trigger signal c to the laser oscillator 3, the signal intensity compensation unit 8, and the image processing unit 12.
The laser oscillator 3 is an oscillator that outputs one pulse of laser light to the transmission optical system 4 every time the pulse oscillation trigger signal c is received from the laser driver 2.

送信光学系４はレーザ発振器３から出力されたパルス状のレーザ光のビーム形状を整形し、内部のビームスキャナによって測定範囲を走査しながら、整形後のレーザ光を測定対象物に向けて照射するとともに、ビームスキャナのスキャン角度を画像処理部１２に出力する処理を実施する。
レーザ光受信部５は受信光学系６と受光器７から構成されており、受信光学系６は送信光学系４から照射されたのち、測定対象物により反射されたレーザ光の反射光を受信する処理を実施する。
受光器７は受信光学系６により受信された反射光を電気信号に変換し、その電気信号である受信信号ｄを信号強度補償部８に出力する処理を実施する。 The transmission optical system 4 shapes the beam shape of the pulsed laser beam output from the laser oscillator 3, and irradiates the shaped laser beam toward the measurement object while scanning the measurement range with an internal beam scanner. At the same time, a process of outputting the scan angle of the beam scanner to the image processing unit 12 is performed.
The laser beam receiver 5 includes a receiving optical system 6 and a light receiver 7. The receiving optical system 6 receives the reflected light of the laser beam reflected by the measurement object after being irradiated from the transmitting optical system 4. Perform the process.
The light receiver 7 converts the reflected light received by the receiving optical system 6 into an electrical signal, and performs a process of outputting the received signal d, which is the electrical signal, to the signal intensity compensator 8.

信号強度補償部８はサンプリング回路９、距離減衰推定回路１０及びゲイン回路１１から構成されており、伝搬経路上の媒質を起因とする上記レーザ光のエネルギーの減衰係数を算出するとともに、減衰係数を用いて、受光器７から出力された受信信号ｄの信号強度を補償する処理を実施する。
サンプリング回路９は受光器７から出力された受信信号ｄをＡ／Ｄ変換して、ディジタルの受信信号ｄであるサンプリングデータｆを距離減衰推定回路１０に出力する処理を実施する。 The signal intensity compensator 8 includes a sampling circuit 9, a distance attenuation estimation circuit 10, and a gain circuit 11. The signal intensity compensation unit 8 calculates the attenuation coefficient of the energy of the laser beam due to the medium on the propagation path, and calculates the attenuation coefficient. The processing for compensating the signal intensity of the reception signal d output from the light receiver 7 is performed.
The sampling circuit 9 performs a process of A / D converting the reception signal d output from the light receiver 7 and outputting the sampling data f that is the digital reception signal d to the distance attenuation estimation circuit 10.

距離減衰推定回路１０はサンプリング回路９から今回出力されたサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度が、前回出力されたサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度より低い場合、今回出力されたサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの受信時刻と一緒に、そのサンプリングデータｆを内部メモリに保存する処理を実施する。
また、距離減衰推定回路１０は内部メモリに保存しているサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度と受信時刻を用いて、伝搬経路上の媒質を起因とするレーザ光のエネルギーの減衰係数ｇを算出する処理を実施する。
なお、サンプリング回路９及び距離減衰推定回路１０から減衰係数算出手段が構成されている。 The distance attenuation estimation circuit 10 is output this time when the signal strength of the reception signal d indicated by the sampling data f output this time from the sampling circuit 9 is lower than the signal strength of the reception signal d indicated by the sampling data f output last time. Along with the reception time of the reception signal d indicated by the sampling data f, processing for storing the sampling data f in the internal memory is performed.
Further, the distance attenuation estimation circuit 10 uses the signal intensity of the reception signal d indicated by the sampling data f stored in the internal memory and the reception time, and the attenuation coefficient g of the energy of the laser beam caused by the medium on the propagation path. The process of calculating is performed.
The sampling circuit 9 and the distance attenuation estimation circuit 10 constitute attenuation coefficient calculation means.

ゲイン回路１１は距離減衰推定回路１０により算出された減衰係数ｇを用いて、受光器７から出力された受信信号ｄの信号強度を補償し、強度補償後の受信信号ｅを出力する処理を実施する。なお、ゲイン回路１１は信号強度補償手段を構成している。 The gain circuit 11 uses the attenuation coefficient g calculated by the distance attenuation estimation circuit 10 to compensate the signal strength of the reception signal d output from the light receiver 7 and outputs the received signal e after the intensity compensation. To do. The gain circuit 11 constitutes signal strength compensation means.

画像処理部１２は距離・強度検出回路１３及び画像処理回路１４から構成されており、測定対象物を示す２次元画像及び３次元画像を生成する処理を実施する。
距離・強度検出回路１３はゲイン回路１１により信号強度が補償された受信信号ｅの中から、測定対象物に係る受信信号を抽出し、その受信信号に対応するレーザ光の送信時刻Ｔ_ｔｘと、その受信信号の受信時刻Ｔ_ｒｘとの時刻差ΔＴから、測定対象物までの距離Ｌを導出する処理を実施する。なお、距離・強度検出回路１３は距離導出手段を構成している。 The image processing unit 12 includes a distance / intensity detection circuit 13 and an image processing circuit 14, and performs a process of generating a two-dimensional image and a three-dimensional image showing a measurement object.
The distance / intensity detection circuit 13 extracts a reception signal related to the measurement object from the reception signal e whose signal intensity has been compensated by the gain circuit 11, and transmits a transmission time T _tx of the laser beam corresponding to the reception signal; From the time difference ΔT with the reception time T _rx of the received signal, a process for deriving the distance L to the measurement object is performed. The distance / intensity detection circuit 13 constitutes a distance deriving unit.

画像処理回路１４は距離・強度検出回路１３により導出された距離Ｌと、距離・強度検出回路１３により抽出された測定対象物に係る受信信号の信号強度Ｓから、送信光学系４におけるビームスキャナのスキャン角度に基づいて測定対象物を画像化して、その測定対象物を示す２次元画像及び３次元画像を生成する処理を実施する。なお、画像処理回路１４は画像生成手段を構成している。 The image processing circuit 14 uses the distance L derived by the distance / intensity detection circuit 13 and the signal intensity S of the received signal related to the measurement object extracted by the distance / intensity detection circuit 13 to determine the beam scanner of the transmission optical system 4. The measurement object is imaged based on the scan angle, and processing for generating a two-dimensional image and a three-dimensional image showing the measurement object is performed. The image processing circuit 14 constitutes image generation means.

図１の例では、レーザレーダ装置の構成要素であるレーザ光出力部１、送信光学系４、レーザ光受信部５、信号強度補償部８及び画像処理部１２のそれぞれが専用のハードウェア（例えば、ＣＰＵを実装している半導体集積回路、あるいは、ワンチップマイコン）で構成されているものを想定しているが、レーザレーダ装置がコンピュータで構成されていてもよい。
レーザレーダ装置がコンピュータで構成されている場合、レーザ光出力部１、送信光学系４、レーザ光受信部５、信号強度補償部８及び画像処理部１２の処理内容が記述されているプログラムをコンピュータのメモリに格納し、当該コンピュータのＣＰＵが当該メモリに格納されているプログラムを実行するようにすればよい。 In the example of FIG. 1, each of the laser beam output unit 1, the transmission optical system 4, the laser beam reception unit 5, the signal intensity compensation unit 8, and the image processing unit 12, which are components of the laser radar apparatus, has dedicated hardware (for example, In this example, a semiconductor integrated circuit on which a CPU is mounted or a one-chip microcomputer) is assumed, but the laser radar device may be configured by a computer.
When the laser radar device is constituted by a computer, a program in which the processing contents of the laser light output unit 1, the transmission optical system 4, the laser light reception unit 5, the signal intensity compensation unit 8 and the image processing unit 12 are described is stored in the computer. The CPU of the computer may execute the program stored in the memory.

図２はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置のサンプリング回路９を示す構成図である。
図２において、クロック回路２１は所定の時間周期のパルス信号ａを出力する処理を実施する。
Ａ／Ｄ変換回路２２はクロック回路２１から出力されるパルス信号ａに同期して、受光器７から出力されたアナログの受信信号ｄをＡ／Ｄ変換し、ディジタルの受信信号ｄであるサンプリングデータｆを距離減衰推定回路１０に出力する処理を実施する。 FIG. 2 is a block diagram showing a sampling circuit 9 of the laser radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 2, the clock circuit 21 performs a process of outputting a pulse signal a having a predetermined time period.
The A / D conversion circuit 22 performs A / D conversion on the analog reception signal d output from the light receiver 7 in synchronization with the pulse signal a output from the clock circuit 21 to obtain sampling data which is a digital reception signal d. A process of outputting f to the distance attenuation estimation circuit 10 is performed.

図３はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の距離減衰推定回路１０を示す構成図である。
図３において、クロック回路３１はレーザドライバ２からパルス発振トリガ信号ｃを受けると、所定の時間周期のパルス信号を出力する処理を実施する。
時間計測回路３２はクロック回路３１から出力されたパルスの数をカウントすることで、レーザドライバ２からパルス発振トリガ信号ｃが出力された時点（≒送信光学系４からレーザ光が放射された時点）からの経過時間を計測する処理を実施する。 FIG. 3 is a block diagram showing the distance attenuation estimation circuit 10 of the laser radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 3, when receiving a pulse oscillation trigger signal c from the laser driver 2, the clock circuit 31 performs a process of outputting a pulse signal having a predetermined time period.
The time measuring circuit 32 counts the number of pulses output from the clock circuit 31, so that the pulse oscillation trigger signal c is output from the laser driver 2 (≈when the laser light is emitted from the transmission optical system 4). The process of measuring the elapsed time from is implemented.

フィルタ回路３３はサンプリング回路９から今回出力されたサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度が、前回出力されたサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度より高い場合、今回出力されたサンプリングデータｆを破棄し、今回出力されたサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度が、前回出力されたサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度より低い場合、今回出力されたサンプリングデータｆに対して、時間計測回路３２により計測された経過時間を示す時間情報を付加するとともに、信号入力順の番号を付与して、そのサンプリングデータｆを内部メモリ３４に保存する処理を実施する。 When the signal strength of the reception signal d indicated by the sampling data f output this time from the sampling circuit 9 is higher than the signal strength of the reception signal d indicated by the sampling data f output last time, the filter circuit 33 outputs the sampling data output this time. When the signal strength of the received signal d indicated by the sampling data f output this time is lower than the signal strength of the received signal d indicated by the previously output sampling data f, the f is discarded. In addition, time information indicating the elapsed time measured by the time measuring circuit 32 is added, a signal input order number is assigned, and the sampling data f is stored in the internal memory 34.

内部メモリ３４は付与されている番号が小さい順に、時間情報付のサンプリングデータｆを格納する記録媒体である。
対数演算回路３５は内部メモリ３４により格納されているサンプリングデータｆの中から、付与されている番号が小さい順にサンプリングデータｆを２つずつ取り出し、２つのサンプリングデータｆのうち、番号が小さい方のサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度で、番号が大きい方のサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度を除算し、その除算結果の対数を演算する処理を実施する。 The internal memory 34 is a recording medium that stores sampling data f with time information in ascending order of assigned numbers.
The logarithmic arithmetic circuit 35 takes out two pieces of sampling data f from the sampling data f stored in the internal memory 34 in ascending order of the assigned numbers, and the smaller of the two sampling data f has the smaller number. The signal strength of the received signal d indicated by the sampling data f indicated by the sampling data f is divided by the signal strength of the received signal d indicated by the sampling data f having the larger number, and the logarithm of the division result is calculated.

除算回路３６は対数演算回路３５により取り出された２つのサンプリングデータｆに付加されている時刻情報が示す経過時間の差を求め、対数演算回路３５の演算結果を経過時間の差で除算するとともに、定数である光速で除算することにより、２つのサンプリングデータｆ間の減衰係数αを算出する処理を実施する。
平均演算回路３７は除算回路３６により２つのサンプリングデータｆ間の減衰係数αが算出される毎に、それらの減衰係数αの平均値を算出する処理を実施する。なお、平均演算回路３７により算出される減衰係数αの平均値は、レーザ発振器３から１パルスのレーザ光が出力される時間中の減衰係数αの平均を示す値となる。 The division circuit 36 obtains the difference in elapsed time indicated by the time information added to the two sampling data f taken out by the logarithmic operation circuit 35, divides the operation result of the logarithmic operation circuit 35 by the difference in elapsed time, A process of calculating an attenuation coefficient α between two sampling data f is performed by dividing by a constant speed of light.
Whenever the division circuit 36 calculates the attenuation coefficient α between the two sampling data f, the average arithmetic circuit 37 performs a process of calculating an average value of the attenuation coefficients α. The average value of the attenuation coefficient α calculated by the average calculation circuit 37 is a value indicating the average of the attenuation coefficient α during the time when one pulse of laser light is output from the laser oscillator 3.

内部メモリ３８は平均演算回路３７により算出された減衰係数αの平均値を格納する記録媒体である。
移動平均演算回路３９は内部メモリ３８により格納されている減衰係数αの平均値に対する移動平均処理を実施し、移動平均処理後の減衰係数αを減衰係数ｇとしてゲイン回路１１に出力する処理を実施する。
なお、図６はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の距離減衰推定回路１０の処理内容を示すフローチャートである。 The internal memory 38 is a recording medium that stores the average value of the attenuation coefficient α calculated by the average calculation circuit 37.
The moving average calculation circuit 39 performs a moving average process on the average value of the attenuation coefficient α stored in the internal memory 38, and executes a process of outputting the attenuation coefficient α after the moving average process to the gain circuit 11 as the attenuation coefficient g. To do.
FIG. 6 is a flowchart showing the processing contents of the distance attenuation estimation circuit 10 of the laser radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.

図４はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置のゲイン回路１１を示す構成図である。
図４において、クロック回路４１はレーザドライバ２からパルス発振トリガ信号ｃを受けると、所定の時間周期のパルス信号を出力する処理を実施する。
バイアス演算回路４２はクロック回路４１から出力されたパルスの数をカウントすることで、レーザドライバ２からパルス発振トリガ信号ｃが出力された時点（≒送信光学系４からレーザ光が放射された時点）からの経過時間を計測し、その経過時間と距離減衰推定回路１０により算出された減衰係数ｇを用いて、可変利得回路４３に与えるバイアスＶを算出する処理を実施する。
可変利得回路４３はバイアス演算回路４２により算出されたバイアスＶを受光器７から出力された受信信号ｄに印加することで、その受信信号ｄの信号強度を補償し、強度補償後の受信信号ｅを距離・強度検出回路１３に出力する処理を実施する。 FIG. 4 is a block diagram showing the gain circuit 11 of the laser radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 4, when receiving a pulse oscillation trigger signal c from the laser driver 2, the clock circuit 41 performs a process of outputting a pulse signal having a predetermined time period.
The bias calculation circuit 42 counts the number of pulses output from the clock circuit 41, so that the time point when the pulse oscillation trigger signal c is output from the laser driver 2 (≈ time point when the laser light is emitted from the transmission optical system 4). The process of measuring the elapsed time from the time and calculating the bias V applied to the variable gain circuit 43 using the elapsed time and the attenuation coefficient g calculated by the distance attenuation estimation circuit 10 is performed.
The variable gain circuit 43 applies the bias V calculated by the bias calculation circuit 42 to the reception signal d output from the light receiver 7, thereby compensating the signal intensity of the reception signal d and receiving signal e after the intensity compensation. Is output to the distance / intensity detection circuit 13.

図５はこの発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の距離・強度検出回路１３を示す構成図である。
図５において、クロック回路５１はレーザドライバ２からパルス発振トリガ信号ｃを受けると、所定の時間周期のパルス信号を出力する処理を実施する。
ピーク検出回路５２はクロック回路５１から出力されたパルス信号の入力タイミングで動作を開始して、一定時間後に放電するピークホールド回路であり、ゲイン回路１１により信号強度が補償された受信信号ｅの中のピーク値を検出する処理を実施する。 FIG. 5 is a block diagram showing the distance / intensity detection circuit 13 of the laser radar apparatus according to Embodiment 1 of the present invention.
In FIG. 5, when receiving a pulse oscillation trigger signal c from the laser driver 2, the clock circuit 51 performs a process of outputting a pulse signal having a predetermined time period.
The peak detection circuit 52 is a peak hold circuit that starts operation at the input timing of the pulse signal output from the clock circuit 51 and discharges after a predetermined time. Among the received signals e whose signal strength is compensated by the gain circuit 11, The process which detects the peak value of is implemented.

コンパレータ５３は測定対象物に係る受信信号と不要信号を仕分けるための閾値が設定されており、ピーク検出回路５２により検出されたピーク値と閾値を比較し、そのピーク値が閾値より大きければ、そのピーク値を時間計測回路５４により計測された経過時間を示す時間情報と一緒に内部メモリ５５に保存する処理を実施する。
時間計測回路５４はクロック回路５１から出力されたパルスの数をカウントすることで、レーザドライバ２からパルス発振トリガ信号ｃが出力された時点（≒送信光学系４からレーザ光が放射された時点）からの経過時間を計測する処理を実施する。
内部メモリ５５はピーク検出回路５２により検出されたピーク値を時間情報と一緒に格納する記録媒体である。 The comparator 53 is set with a threshold value for sorting the received signal and the unnecessary signal related to the measurement object. The comparator 53 compares the peak value detected by the peak detection circuit 52 with the threshold value, and if the peak value is larger than the threshold value, Processing for storing the peak value in the internal memory 55 together with time information indicating the elapsed time measured by the time measuring circuit 54 is performed.
The time measuring circuit 54 counts the number of pulses output from the clock circuit 51, so that the time when the pulse oscillation trigger signal c is output from the laser driver 2 (≈the time when the laser light is emitted from the transmission optical system 4). The process of measuring the elapsed time from is implemented.
The internal memory 55 is a recording medium that stores the peak value detected by the peak detection circuit 52 together with time information.

強度検出回路５６は内部メモリ５５により時間情報と一緒に格納されているピーク値を読み出して、そのピーク値に対応する時刻情報を距離演算回路５７に出力するとともに、そのピーク値が示す信号強度Ｓを画像処理回路１４に出力する処理を実施する。
距離演算回路５７は強度検出回路５６から出力された時刻情報が示す経過時間からレーザ光の送信時刻Ｔ_ｔｘと、そのピーク値の受信時刻Ｔ_ｒｘとの時刻差ΔＴを把握し、その時刻差ΔＴから、測定対象物までの距離Ｌを導出する処理を実施する。 The intensity detection circuit 56 reads the peak value stored together with the time information from the internal memory 55, outputs the time information corresponding to the peak value to the distance calculation circuit 57, and the signal intensity S indicated by the peak value. Is output to the image processing circuit 14.
The distance calculation circuit 57 grasps the time difference ΔT between the transmission time T _{tx of the} laser beam and the reception time T _rx of the peak value from the elapsed time indicated by the time information output from the intensity detection circuit 56, and the time difference ΔT From this, the process of deriving the distance L to the measurement object is performed.

次に動作について説明する。
まず、レーザ光出力部１のレーザドライバ２は、送信光学系４から１パルスのレーザ光を照射させる際、パルス発振トリガ信号ｃをレーザ発振器３、信号強度補償部８及び画像処理部１２に出力する。
レーザ光出力部１のレーザ発振器３は、レーザドライバ２からパルス発振トリガ信号ｃを受ける毎に、１パルスのレーザ光を送信光学系４に出力する。 Next, the operation will be described.
First, the laser driver 2 of the laser light output unit 1 outputs a pulse oscillation trigger signal c to the laser oscillator 3, the signal intensity compensation unit 8, and the image processing unit 12 when irradiating one pulse of laser light from the transmission optical system 4. To do.
The laser oscillator 3 of the laser beam output unit 1 outputs one pulse of laser beam to the transmission optical system 4 every time the pulse oscillation trigger signal c is received from the laser driver 2.

送信光学系４は、レーザ発振器３からパルス状のレーザ光の受けると、そのレーザ光のビーム形状を整形し、内部のビームスキャナによって測定範囲を走査しながら、整形後のレーザ光（略平行光のレーザ光）を測定対象物に向けて照射する。
また、送信光学系４は、そのビームスキャナのスキャン角度を画像処理部１２に出力する。
このとき、送信光学系４によるレーザ光の送信方向に測定対象物が存在していれば、送信光学系４が１パルスのレーザ光を送信する毎に、測定対象物による当該レーザ光の反射光が戻ってくる。 Upon receiving pulsed laser light from the laser oscillator 3, the transmission optical system 4 shapes the beam shape of the laser light and scans the measurement range with an internal beam scanner, while shaping the laser light (substantially parallel light). Irradiate the object to be measured.
Further, the transmission optical system 4 outputs the scan angle of the beam scanner to the image processing unit 12.
At this time, if there is an object to be measured in the transmission direction of the laser light by the transmission optical system 4, the reflected light of the laser light by the measurement object every time the transmission optical system 4 transmits one pulse of laser light. Will come back.

レーザ光受信部５の受信光学系６は、送信光学系４から送信されたレーザ光が測定対象物に反射されて戻ってくると、そのレーザ光の反射光を受信する。
受光器７は、受信光学系６が反射光を受信すると、その反射光を電気信号に変換し、その電気信号である受信信号ｄをサンプリング回路９及びゲイン回路１１に出力する。 The receiving optical system 6 of the laser beam receiving unit 5 receives the reflected light of the laser beam when the laser beam transmitted from the transmitting optical system 4 is reflected by the measurement object and returns.
When the receiving optical system 6 receives the reflected light, the light receiver 7 converts the reflected light into an electrical signal, and outputs the received signal d, which is the electrical signal, to the sampling circuit 9 and the gain circuit 11.

サンプリング回路９は、受光器７から受信信号ｄを受けると、その受信信号ｄをＡ／Ｄ変換して、ディジタルの受信信号ｄであるサンプリングデータｆを距離減衰推定回路１０に出力する。
即ち、サンプリング回路９のクロック回路２１は、所定の時間周期のパルス信号ａをＡ／Ｄ変換回路２２に出力する。
サンプリング回路９のＡ／Ｄ変換回路２２は、受光器７から受信信号ｄを受けると、クロック回路２１から出力されるパルス信号ａに同期して、その受信信号ｄ（アナログの受信信号）をＡ／Ｄ変換し、ディジタルの受信信号ｄであるサンプリングデータｆを距離減衰推定回路１０に出力する。 When the sampling circuit 9 receives the reception signal d from the light receiver 7, the sampling circuit 9 A / D converts the reception signal d and outputs the sampling data f that is the digital reception signal d to the distance attenuation estimation circuit 10.
That is, the clock circuit 21 of the sampling circuit 9 outputs a pulse signal a having a predetermined time period to the A / D conversion circuit 22.
When the A / D conversion circuit 22 of the sampling circuit 9 receives the reception signal d from the light receiver 7, the A / D conversion circuit 22 converts the reception signal d (analog reception signal) to A in synchronization with the pulse signal a output from the clock circuit 21. The D / D conversion is performed, and the sampling data f which is the digital reception signal d is output to the distance attenuation estimation circuit 10.

距離減衰推定回路１０は、サンプリング回路９からサンプリングデータｆを受けると、そのサンプリングデータｆに基づいて、伝搬経路上の媒質を起因とするレーザ光のエネルギーの減衰係数ｇを算出する。
以下、図６を参照しながら、距離減衰推定回路１０の処理内容を具体的に説明する。 When the distance attenuation estimation circuit 10 receives the sampling data f from the sampling circuit 9, the distance attenuation estimation circuit 10 calculates the attenuation coefficient g of the energy of the laser beam caused by the medium on the propagation path based on the sampling data f.
Hereinafter, the processing content of the distance attenuation estimation circuit 10 will be described in detail with reference to FIG.

まず、距離減衰推定回路１０のクロック回路３１は、レーザドライバ２からパルス発振トリガ信号ｃを受信すると、その受信タイミングを起点として、所定の時間周期のパルス信号を時間計測回路３２に出力する。
時間計測回路３２は、クロック回路３１から出力されたパルスの数をカウントすることで、レーザドライバ２からパルス発振トリガ信号ｃが出力された時点（≒送信光学系４からレーザ光が放射された時点）からの経過時間を計測する。 First, when receiving the pulse oscillation trigger signal c from the laser driver 2, the clock circuit 31 of the distance attenuation estimation circuit 10 outputs a pulse signal having a predetermined time period to the time measurement circuit 32 from the reception timing.
The time measuring circuit 32 counts the number of pulses output from the clock circuit 31, so that the time when the pulse oscillation trigger signal c is output from the laser driver 2 (≈the time when the laser light is emitted from the transmission optical system 4). ) Is measured.

フィルタ回路３３は、サンプリング回路９からサンプリングデータｆが出力される毎に、そのサンプリングデータｆを取り込み（図６のステップＳＴ１）、今回取り込んだサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度と、前回取り込んだサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度とを比較する（ステップＳＴ２）。
フィルタ回路３３は、今回取り込んだサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度が、前回取り込んだサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度より高い場合、今回取り込んだサンプリングデータｆを破棄する（ステップＳＴ３）。
このようにサンプリングデータｆを破棄することで、減衰係数の推定に影響を及ぼす異常な信号強度を有する受信信号を排除することが可能になる。 Each time the sampling data f is output from the sampling circuit 9, the filter circuit 33 captures the sampling data f (step ST1 in FIG. 6), and the signal strength of the received signal d indicated by the sampling data f captured this time and the previous time The signal strength of the received signal d indicated by the acquired sampling data f is compared (step ST2).
When the signal strength of the reception signal d indicated by the sampling data f acquired this time is higher than the signal strength of the reception signal d indicated by the sampling data f acquired last time, the filter circuit 33 discards the sampling data f acquired this time (step). ST3).
By discarding the sampling data f in this way, it is possible to eliminate a received signal having an abnormal signal strength that affects the estimation of the attenuation coefficient.

フィルタ回路３３は、今回取り込んだサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度が、前回取り込んだサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度より低い場合、今回取り込んだサンプリングデータｆに対して、時間計測回路３２により計測された経過時間を示す時間情報を付加する（ステップＳＴ４）。
そして、フィルタ回路３３は、信号入力順の番号を時間情報付のサンプリングデータｆに付与して内部メモリ３４に保存する（ステップＳＴ５）。 When the signal strength of the reception signal d indicated by the sampling data f acquired this time is lower than the signal strength of the reception signal d indicated by the sampling data f acquired last time, the filter circuit 33 performs time processing on the sampling data f acquired this time. Time information indicating the elapsed time measured by the measurement circuit 32 is added (step ST4).
Then, the filter circuit 33 assigns a signal input order number to the sampling data f with time information and stores it in the internal memory 34 (step ST5).

ここで、レーザドライバ２からパルス発振トリガ信号ｃが出力された時点からｔ秒後の時間における受信信号ｄの信号強度がＩ_ｔであるとするとき、減衰係数がα、光速がｃであれば、ｔ_１秒後の信号強度Ｉ_ｔ１とｔ_２秒後の信号強度Ｉ_ｔ２の関係は、ランバート・ベールの法則より、下記の式（１）で表される。
Ｉ_ｔ２／Ｉ_ｔ１＝ｅｘｐ（−α×ｃ×（ｔ_２−ｔ_１））（１）
距離減衰推定回路１０では、下記に示すように、式（１）を利用して、減衰係数αを算出する。 Here, when the signal strength of the received signal d at time t second after the pulse oscillation trigger signal c from the laser driver 2 is output is assumed to be I _t, the attenuation coefficient alpha, if speed of light is a c The relationship between the signal intensity I _t1 after t ₁ second and the signal intensity I _t2 after t ₂ seconds is expressed by the following equation (1) from Lambert-Beer's law.
I _t2 / I _t1 = exp (−α × c × (t ₂ −t ₁ )) (1)
The distance attenuation estimation circuit 10 calculates the attenuation coefficient α using the equation (1) as shown below.

対数演算回路３５は、内部メモリ３４により格納されているサンプリングデータｆの中で（既に取り出し済みのサンプリングデータｆを除く）、付与されている番号が１番小さいサンプリングデータｆと、２番目に小さいサンプリングデータｆとを取り出して、以下に示すような除算処理と対数処理を行う。
ここでは、説明の便宜上、１番小さいサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度をＩ_ｔ１、２番目に小さいサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度をＩ_ｔ２とする。 The logarithmic arithmetic circuit 35 is the second smallest sampling data f to which the assigned number is the smallest among the sampling data f stored in the internal memory 34 (excluding the sampling data f already taken out). The sampling data f is taken out, and division processing and logarithmic processing as shown below are performed.
Here, for convenience of explanation, the signal strength of the received signal d the signal strength of the received signal d indicated I _{t1, 2} th small sampling data f indicating that flies small sampling data f and I _t2.

対数演算回路３５は、１番小さいサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度Ｉ_ｔ１で、２番目に小さいサンプリングデータｆが示す受信信号ｄの信号強度Ｉ_ｔ２を除算する除算処理を実施する。
Ｄ＝Ｉ_ｔ２／Ｉ_ｔ１
また、対数演算回路３５は、その除算結果Ｄの対数を演算する。
Ｅ＝ｌｏｇ（Ｄ）
ここで、対数演算回路３５の演算結果Ｅは、式（１）より、下記のように表される。
Ｅ＝ｌｏｇ（Ｉ_ｔ２／Ｉ_ｔ１）＝−α×ｃ×（ｔ_２−ｔ_１） Logarithmic operation circuit 35 is a No. 1 small sampling data f is the signal strength of the received signal d shown I _t1, implementing the division process of dividing the signal intensity I _t2 of the received signal d shown is smaller sampling data f second.
D = I _t2 / I _t1
The logarithmic operation circuit 35 calculates the logarithm of the division result D.
E = log (D)
Here, the calculation result E of the logarithmic calculation circuit 35 is expressed as follows from the equation (1).
E = log (I _t2 / I _t1 ) = − α × c × (t ₂ −t ₁ )

除算回路３６は、１番小さいサンプリングデータｆに付加されている時刻情報が示す経過時間ｔ_１と、２番目に小さいサンプリングデータｆに付加されている時刻情報が示す経過時間ｔ_２との時刻差Δｔ（＝ｔ_２−ｔ_１）を求め、対数演算回路３５の演算結果Ｅを時刻差Δｔで除算するとともに、定数である光速ｃで除算することにより、２つのサンプリングデータｆ間の減衰係数αを算出する。
α＝−Ｅ／（ｃ×（ｔ_２−ｔ_１）） Dividing circuit 36, No. 1 small as the elapsed time t ₁ indicated by the time information added to the sampling data f, the time difference between the elapsed time t ₂ indicated by the time information added to the second smallest sampling data f Δt (= t ₂ −t ₁ ) is obtained, and the calculation result E of the logarithmic operation circuit 35 is divided by the time difference Δt and by the light speed c, which is a constant, to thereby reduce the attenuation coefficient α between the two sampling data f. Is calculated.
α = −E / (c × (t ₂ −t ₁ ))

平均演算回路３７は、除算回路３６が２つのサンプリングデータｆ間の減衰係数αを算出する毎に、これまでに除算回路３６により算出された減衰係数αの平均値を算出する（ステップＳＴ６）。
フィルタ回路３３、対数演算回路３５、除算回路３６及び平均演算回路３７の処理は、１パルスのレーザ光が出力されている間、繰り返し実施される。
これにより、平均演算回路３７により算出される減衰係数αの平均値は、レーザ発振器３から１パルスのレーザ光が出力される時間中の減衰係数αの平均を示す値となる。
対数演算回路３５は、減衰係数αの平均値を内部メモリ３８に格納する（ステップＳＴ７）。 Each time the division circuit 36 calculates the attenuation coefficient α between the two sampling data f, the average calculation circuit 37 calculates the average value of the attenuation coefficient α calculated by the division circuit 36 so far (step ST6).
The processing of the filter circuit 33, the logarithmic operation circuit 35, the division circuit 36, and the average operation circuit 37 is repeatedly performed while one pulse of laser light is being output.
Thus, the average value of the attenuation coefficient α calculated by the average arithmetic circuit 37 is a value indicating the average of the attenuation coefficient α during the time when one pulse of laser light is output from the laser oscillator 3.
The logarithmic arithmetic circuit 35 stores the average value of the attenuation coefficient α in the internal memory 38 (step ST7).

移動平均演算回路３９は、平均演算回路３７が１パルス当りの減衰係数αの平均値を内部メモリ３８に格納すると、その減衰係数αの平均値に対する移動平均処理を実施し（ステップＳＴ８）、移動平均処理後の減衰係数αを減衰係数ｇとしてゲイン回路１１に出力する（ステップＳＴ９）。
これにより、環境が時間的に変化しても常に最新の減衰係数を取り込むことができるため、環境の変化に追従することが可能になる。
また、移動平均演算回路３９が移動平均処理後の減衰係数ｇをゲイン回路１１に出力しているので、減衰係数αが大きく変化しても、ゲイン回路１１に与える減衰係数ｇの変化を緩和して、急激な制御の変動を防止することができる。 When the average calculation circuit 37 stores the average value of the attenuation coefficient α per pulse in the internal memory 38, the moving average calculation circuit 39 performs a moving average process on the average value of the attenuation coefficient α (step ST8). The attenuation coefficient α after the averaging process is output to the gain circuit 11 as the attenuation coefficient g (step ST9).
As a result, the latest attenuation coefficient can always be taken in even if the environment changes with time, so that it is possible to follow changes in the environment.
In addition, since the moving average calculation circuit 39 outputs the attenuation coefficient g after the moving average processing to the gain circuit 11, even if the attenuation coefficient α changes greatly, the change of the attenuation coefficient g given to the gain circuit 11 is alleviated. Thus, sudden control fluctuations can be prevented.

ゲイン回路１１は、距離減衰推定回路１０から減衰係数ｇを受けると、その減衰係数ｇを用いて、受光器７から出力された受信信号ｄの信号強度を補償し、強度補償後の受信信号ｅを距離・強度検出回路１３に出力する。
即ち、ゲイン回路１１のクロック回路４１は、レーザドライバ２からパルス発振トリガ信号ｃを受信すると、その受信タイミングを起点として、所定の時間周期のパルス信号をバイアス演算回路４２に出力する。 When the gain circuit 11 receives the attenuation coefficient g from the distance attenuation estimation circuit 10, the gain circuit 11 uses the attenuation coefficient g to compensate the signal intensity of the reception signal d output from the light receiver 7, and receives the received signal e after the intensity compensation. Is output to the distance / intensity detection circuit 13.
That is, when the clock circuit 41 of the gain circuit 11 receives the pulse oscillation trigger signal c from the laser driver 2, the clock circuit 41 outputs a pulse signal having a predetermined time period to the bias calculation circuit 42 from the reception timing.

バイアス演算回路４２は、クロック回路４１から出力されたパルスの数をカウントすることで、レーザドライバ２からパルス発振トリガ信号ｃが出力された時点（≒送信光学系４からレーザ光が放射された時点）からの経過時間ｔを計測する。
そして、バイアス演算回路４２は、下記の式（２）に示すように、その経過時間ｔと距離減衰推定回路１０により算出された減衰係数ｇを用いて、可変利得回路４３に与えるバイアスＶを算出する。
Ｖ＝ｇ×ｃ×ｔ／β （２）
ただし、ｃは光速、βは可変利得回路４３のバイアス当りの利得変化量である。 The bias calculation circuit 42 counts the number of pulses output from the clock circuit 41, so that the pulse oscillation trigger signal c is output from the laser driver 2 (≈the time when the laser light is emitted from the transmission optical system 4). The elapsed time t from) is measured.
Then, the bias calculation circuit 42 calculates the bias V applied to the variable gain circuit 43 using the elapsed time t and the attenuation coefficient g calculated by the distance attenuation estimation circuit 10 as shown in the following equation (2). To do.
V = g × c × t / β (2)
Here, c is the speed of light, and β is the amount of gain change per bias of the variable gain circuit 43.

可変利得回路４３は、バイアス演算回路４２からバイアスＶを受けると、そのバイアスＶを受光器７から出力された受信信号ｄに印加することで、その受信信号ｄの信号強度を補償し、強度補償後の受信信号ｅを距離・強度検出回路１３に出力する。
なお、ゲイン回路１１では、レーザ発振器３から１パルスのレーザ光が送信されるタイミング毎に、距離減衰推定回路１０により新たに算出された減衰係数ｇを用いて、受光器７から出力された受信信号ｄの信号強度を補償している。
ここで、図７は伝搬損失分の強度補償前後の受信信号を示す説明図である。
図７からも明らかなように、レーザの伝搬距離に依存している強度損失が補償されるため、反射光の信号強度を、送信したレーザ光を反射する物質の反射率のみに依存している信号強度に変換することが可能になる。 When the variable gain circuit 43 receives the bias V from the bias calculation circuit 42, the variable gain circuit 43 applies the bias V to the reception signal d output from the light receiver 7, thereby compensating the signal intensity of the reception signal d, thereby compensating the intensity. The subsequent reception signal e is output to the distance / intensity detection circuit 13.
The gain circuit 11 uses the attenuation coefficient g newly calculated by the distance attenuation estimation circuit 10 for each timing at which one pulse of laser light is transmitted from the laser oscillator 3 and receives the signal output from the light receiver 7. The signal strength of the signal d is compensated.
Here, FIG. 7 is an explanatory diagram showing received signals before and after intensity compensation for propagation loss.
As apparent from FIG. 7, since the intensity loss that depends on the propagation distance of the laser is compensated, the signal intensity of the reflected light depends only on the reflectance of the substance that reflects the transmitted laser light. It becomes possible to convert to signal strength.

距離・強度検出回路１３は、ゲイン回路１１から強度補償後の受信信号ｅを受けると、強度補償後の受信信号ｅの中から、測定対象物に係る受信信号を抽出し、その受信信号に対応するレーザ光の送信時刻Ｔ_ｔｘと、その受信信号の受信時刻Ｔ_ｒｘとの時刻差ΔＴから、測定対象物までの距離Ｌを導出する。
以下、距離・強度検出回路１３の処理内容を具体的に説明する。 When the distance / intensity detection circuit 13 receives the received signal e after the intensity compensation from the gain circuit 11, the distance / intensity detection circuit 13 extracts the received signal related to the measurement object from the received signal e after the intensity compensation, and corresponds to the received signal. The distance L to the measurement object is derived from the time difference ΔT between the transmission time T _tx of the laser light to be received and the reception time T _rx of the received signal.
The processing contents of the distance / intensity detection circuit 13 will be specifically described below.

距離・強度検出回路１３のクロック回路５１は、レーザドライバ２からパルス発振トリガ信号ｃを受信すると、その受信タイミングを起点として、所定の時間周期のパルス信号をピーク検出回路５２及び時間計測回路５４に出力する。
時間計測回路５４は、クロック回路５１から出力されたパルスの数をカウントすることで、レーザドライバ２からパルス発振トリガ信号ｃが出力された時点（≒送信光学系４からレーザ光が放射された時点）からの経過時間ｔを計測する。 When receiving the pulse oscillation trigger signal c from the laser driver 2, the clock circuit 51 of the distance / intensity detection circuit 13 sends a pulse signal having a predetermined time period to the peak detection circuit 52 and the time measurement circuit 54 from the reception timing. Output.
The time measuring circuit 54 counts the number of pulses output from the clock circuit 51, so that the time when the pulse oscillation trigger signal c is output from the laser driver 2 (≈the time when the laser light is emitted from the transmission optical system 4). The elapsed time t from) is measured.

ピーク検出回路５２は、クロック回路５１から出力されたパルス信号の入力タイミングで動作を開始して、一定時間後に放電するピークホールド回路であり、ゲイン回路１１により信号強度が補償された受信信号ｅの中のピーク値を検出する。
コンパレータ５３は、図７（ｂ）に示すように、測定対象物に係る受信信号と不要信号を仕分けるための閾値が設定されており、ピーク検出回路５２により検出されたピーク値と閾値を比較する。
コンパレータ５３は、ピーク検出回路５２により検出されたピーク値が閾値より大きければ、そのピーク値は測定対象物に係る受信信号であると判断し、そのピーク値を時間計測回路５４により計測された経過時間ｔを示す時間情報と一緒に内部メモリ５５に保存する。 The peak detection circuit 52 is a peak hold circuit that starts operation at the input timing of the pulse signal output from the clock circuit 51 and discharges after a predetermined time. The peak detection circuit 52 receives the received signal e whose signal strength is compensated by the gain circuit 11. The peak value in the middle is detected.
As shown in FIG. 7B, the comparator 53 is set with a threshold value for sorting the received signal and the unnecessary signal related to the measurement object, and compares the peak value detected by the peak detection circuit 52 with the threshold value. .
If the peak value detected by the peak detection circuit 52 is greater than the threshold value, the comparator 53 determines that the peak value is a received signal related to the measurement object, and the time measured by the time measurement circuit 54 is measured. It is stored in the internal memory 55 together with time information indicating the time t.

強度検出回路５６は、内部メモリ５５により時間情報と一緒に格納されているピーク値を読み出して、そのピーク値に対応する時刻情報を距離演算回路５７に出力するとともに、そのピーク値が示す信号強度Ｓを画像処理回路１４に出力する。
距離演算回路５７は、強度検出回路５６からピーク値に対応する時刻情報を受けると、その時刻情報が示す経過時間ｔからレーザ光の送信時刻Ｔ_ｔｘと、そのピーク値の受信時刻Ｔ_ｒｘとの時刻差ΔＴを把握する。
即ち、距離演算回路５７は、時間計測回路５４により計測される経過時間が０の時刻（レーザドライバ２からパルス発振トリガ信号ｃが出力された時刻）をレーザ光の送信時刻Ｔ_ｔｘと認識し、その送信時刻Ｔ_ｔｘから経過時間ｔを加えた時刻（Ｔ_ｔｘ＋ｔ）をピーク値の受信時刻Ｔ_ｒｘと認識して、レーザ光の送信時刻Ｔ_ｔｘとピーク値の受信時刻Ｔ_ｒｘとの時刻差ΔＴを把握する。
距離演算回路５７は、その時刻差ΔＴと光速ｃから、測定対象物までの距離Ｌを導出し、その距離Ｌを画像処理回路１４に出力する。
Ｌ＝ｃ×ΔＴ The intensity detection circuit 56 reads the peak value stored together with the time information from the internal memory 55, outputs the time information corresponding to the peak value to the distance calculation circuit 57, and the signal intensity indicated by the peak value. S is output to the image processing circuit 14.
When the distance calculation circuit 57 receives the time information corresponding to the peak value from the intensity detection circuit 56, the distance calculation circuit 57 calculates the transmission time T _{tx of the} laser light from the elapsed time t indicated by the time information and the reception time T _rx of the peak value. The time difference ΔT is grasped.
That is, the distance calculation circuit 57 recognizes the time when the elapsed time measured by the time measurement circuit 54 is 0 (the time when the pulse oscillation trigger signal c is output from the laser driver 2) as the laser light transmission time T _tx , the transmission time _{T tx} time obtained by adding the elapsed time t since the _(T tx + t) recognizes the reception time _{T rx} peak value, the time difference between the receiving time _{T rx} transmission time _{T tx} and peak value of the laser beam Know ΔT.
The distance calculation circuit 57 derives the distance L to the measurement object from the time difference ΔT and the speed of light c, and outputs the distance L to the image processing circuit 14.
L = c × ΔT

画像処理回路１４は、距離・強度検出回路１３から測定対象物に係る受信信号の信号強度Ｓと測定対象物までの距離Ｌを受けると、その信号強度Ｓと距離Ｌから、送信光学系７から出力されるビームスキャナのスキャン角度に基づいて測定対象物を画像化し、その測定対象物を示す２次元画像及び３次元画像を生成する。
信号強度Ｓと距離Ｌから測定対象物を画像化する技術自体は公知の技術であるため詳細な説明を省略する。 When the image processing circuit 14 receives the signal intensity S of the received signal related to the measurement object and the distance L to the measurement object from the distance / intensity detection circuit 13, the image processing circuit 14 receives the signal intensity S and the distance L from the transmission optical system 7. The measurement object is imaged based on the output scan angle of the beam scanner, and a two-dimensional image and a three-dimensional image showing the measurement object are generated.
Since the technique itself for imaging the measurement object from the signal intensity S and the distance L is a known technique, detailed description thereof is omitted.

以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、受光器７により変換された電気信号である受信信号ｄをサンプリングするサンプリング回路９と、今回サンプリングの受信信号ｄの信号強度が前回サンプリングの受信信号ｄの信号強度より低ければ、今回サンプリングの受信信号ｄの信号強度と受信時刻を用いて、伝搬経路上の媒質を起因とするレーザ光のエネルギーの減衰係数ｇを算出する距離減衰推定回路１０と、距離減衰推定回路１０により算出された減衰係数ｇを用いて、受光器７により変換された電気信号である受信信号ｄの信号強度を補償するゲイン回路１１とを設け、距離・強度検出回路１３が、ゲイン回路１１により信号強度が補償された受信信号ｅの中から、測定対象物に係る受信信号を抽出し、その受信信号に対応するレーザ光の送信時刻と上記受信信号の受信時刻との差から、測定対象物までの距離Ｌを導出するように構成したので、比較的粒径が大きい雑音要因が存在する環境や、後方散乱光が発生する環境でも、測定対象物までの距離Ｌを正確に導出することができる効果を奏する。 As is apparent from the above, according to the first embodiment, the sampling circuit 9 that samples the reception signal d, which is an electrical signal converted by the light receiver 7, and the signal strength of the reception signal d of the current sampling are the previous sampling. If the received signal d is lower than the signal strength of the received signal d, distance attenuation estimation for calculating the attenuation coefficient g of the energy of the laser beam caused by the medium on the propagation path using the signal strength of the received signal d sampled this time and the reception time A circuit 10 and a gain circuit 11 that compensates for the signal strength of the received signal d, which is an electrical signal converted by the light receiver 7, using the attenuation coefficient g calculated by the distance attenuation estimation circuit 10, are provided. The detection circuit 13 extracts the reception signal related to the measurement object from the reception signal e whose signal intensity is compensated by the gain circuit 11, and corresponds to the reception signal. Since the distance L to the measurement object is derived from the difference between the transmission time of the laser beam and the reception time of the received signal, the environment where there is a noise factor having a relatively large particle size, backscattering Even in an environment where light is generated, the distance L to the measurement object can be accurately derived.

即ち、この実施の形態１によれば、レーザ発振器３がパルス状のレーザ光を送信光学系４に出力するタイミングで、距離減衰推定回路１０が、伝搬経路上の媒質を起因とする減衰係数ｇを推定し、その減衰係数ｇを用いて、ゲイン回路１１が伝搬損失分の強度補償を実施しているので、受光器７により変換された電気信号である受信信号ｄから伝搬損失の影響を取り除くことができ、測定対象物の反射率に依存する信号強度に置換される。
これにより、閾値を可変にしても取り除くことができなかった雑音要因からの反射信号を排除することができるようになり、安定した測定対象物からの信号検出及び測距を行うことが可能になる。 That is, according to the first embodiment, at the timing when the laser oscillator 3 outputs the pulsed laser beam to the transmission optical system 4, the distance attenuation estimation circuit 10 causes the attenuation coefficient g caused by the medium on the propagation path. Since the gain circuit 11 performs intensity compensation for the propagation loss using the attenuation coefficient g, the influence of the propagation loss is removed from the received signal d which is an electrical signal converted by the light receiver 7. And is replaced by a signal intensity that depends on the reflectivity of the measurement object.
As a result, it becomes possible to eliminate the reflected signal from the noise factor that could not be removed even if the threshold value was made variable, and it is possible to perform stable signal detection and distance measurement from the measurement object. .

また、この実施の形態１によれば、１パルスのレーザ光を送信する毎に、伝搬経路上の媒質を起因とする減衰係数ｇを推定し、過去に推定している減衰係数ｇと合わせ移動平均を取っていることから、周辺環境が変化して、伝搬経路上の減衰係数ｇが徐々に変化している場合でも、最新の減衰係数を取り込んで周辺環境に追従している安定した距離測定が可能になる。 Further, according to the first embodiment, every time one pulse of laser light is transmitted, the attenuation coefficient g caused by the medium on the propagation path is estimated and moved together with the previously estimated attenuation coefficient g. Since the average is taken, even if the surrounding environment changes and the attenuation coefficient g on the propagation path gradually changes, the latest distance is taken in and the distance measurement is stable. Is possible.

なお、この実施の形態１では、距離・強度検出回路１３のコンパレータ５３が、ピーク検出回路５２により検出されたピーク値と閾値を比較し、そのピーク値が閾値より大きければ、そのピーク値は測定対象物に係る受信信号であると判断するものを示したが、伝搬経路上の雑音要因からの反射率が高い場合、伝搬損失分の強度補償を実施しても、測定対象物からの信号強度と比べて、雑音要因からの信号強度が同等あるいは高い場合があり得る。
この場合、コンパレータ５３が使用する閾値を調整しても、複数のピーク値が閾値より大きくなることがある。
しかし、測定対象物は、雑音要因よりも必ず後方に存在しているため、１回のパルスレーザ光の送信で、最後に得られたピーク値が測定対象物に係る受信信号となる。 In the first embodiment, the comparator 53 of the distance / intensity detection circuit 13 compares the peak value detected by the peak detection circuit 52 with a threshold value, and if the peak value is larger than the threshold value, the peak value is measured. Although the signal that is judged to be a received signal related to the object is shown, the signal strength from the object to be measured even if the intensity compensation for the propagation loss is performed when the reflectance from the noise factor on the propagation path is high Compared with, the signal intensity from the noise factor may be equal or high.
In this case, even if the threshold value used by the comparator 53 is adjusted, a plurality of peak values may be larger than the threshold value.
However, since the measurement object always exists behind the noise factor, the peak value obtained last by transmission of the pulse laser beam once becomes a reception signal related to the measurement object.

そこで、コンパレータ５３は、複数のピーク値が閾値より大きくなる場合、それらのピーク値の受信時刻を参照して、受信時刻が最も遅いピーク値を測定対象物に係る受信信号であると判断して、そのピーク値を内部メモリ５５に保存するようにする。
これにより、伝搬経路上の雑音要因からの反射率が高いために、複数のピーク値が閾値より大きくなる場合でも、測定対象物までの距離Ｌを正確に導出することができる効果を奏する。 Therefore, when the plurality of peak values are larger than the threshold, the comparator 53 refers to the reception times of those peak values and determines that the peak value with the latest reception time is the received signal related to the measurement object. The peak value is stored in the internal memory 55.
Thereby, since the reflectance from the noise factor on the propagation path is high, there is an effect that the distance L to the measurement object can be accurately derived even when the plurality of peak values are larger than the threshold value.

実施の形態２．
上記実施の形態１では、サンプリング回路９がクロック回路２１とＡ／Ｄ変換回路２２から構成されているものを示したが、サンプリング回路９は他の構成であってもよい。
図８はこの発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置のサンプリング回路９を示す構成図であり、図において、図２と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
ゲート回路６１はクロック回路２１からパルス信号を受ける毎に、受光器７により変換された電気信号である受信信号ｄを与えるマルチチャンネルＡ／Ｄ回路６２のセルを順次切り替える処理を実施する。
マルチチャンネルＡ／Ｄ変換回路６２は複数のセル（各セルは、Ａ／Ｄ変換機能を備えている）を有しており、ゲート回路６１から受信信号ｄを与えられたセルがＡ／Ｄ変換処理を実施して、ディジタルの受信信号であるサンプリングデータｆを出力する処理を実施する。 Embodiment 2. FIG.
In the first embodiment, the sampling circuit 9 includes the clock circuit 21 and the A / D conversion circuit 22, but the sampling circuit 9 may have other configurations.
8 is a block diagram showing a sampling circuit 9 of a laser radar device according to Embodiment 2 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG.
Each time the gate circuit 61 receives a pulse signal from the clock circuit 21, the gate circuit 61 performs a process of sequentially switching the cells of the multi-channel A / D circuit 62 that provides the reception signal d that is an electric signal converted by the light receiver 7.
The multi-channel A / D conversion circuit 62 has a plurality of cells (each cell has an A / D conversion function), and the cell to which the reception signal d is given from the gate circuit 61 is A / D converted. Processing is performed to output sampling data f that is a digital received signal.

上記実施の形態１では、サンプリング回路９のＡ／Ｄ変換回路２２が、マルチチャンネルの構成ではないため、クロック回路２１のパルス周期に追従可能な高速なＡ／Ｄ変換回路を搭載する必要がある。
この実施の形態２では、マルチチャンネルＡ／Ｄ変換回路６２が複数のセルを有し、ゲート回路６１がクロック回路２１から出力されるパルス信号を複数のセルに分散するため、個々のセルについては、低速でＡ／Ｄ変換処理を行っても、上記実施の形態１のサンプリング回路９と同様の処理を実現することができる。
例えば、マルチチャンネルＡ／Ｄ変換回路６２が、Ｎ個のセルを有している場合、個々のセルの処理周期は、クロック回路２１のパルス周期の１／Ｎ倍まで低減することが可能になる。 In the first embodiment, since the A / D conversion circuit 22 of the sampling circuit 9 does not have a multi-channel configuration, it is necessary to mount a high-speed A / D conversion circuit that can follow the pulse period of the clock circuit 21. .
In the second embodiment, the multi-channel A / D conversion circuit 62 has a plurality of cells, and the gate circuit 61 distributes the pulse signal output from the clock circuit 21 to the plurality of cells. Even if the A / D conversion processing is performed at a low speed, the same processing as that of the sampling circuit 9 of the first embodiment can be realized.
For example, when the multi-channel A / D conversion circuit 62 has N cells, the processing cycle of each cell can be reduced to 1 / N times the pulse cycle of the clock circuit 21. .

実施の形態３．
上記実施の形態１では、距離減衰推定回路１０が除算回路３６と平均演算回路３７を実装している構成を示したが、距離減衰推定回路１０は他の構成であってもよい。
図９はこの発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置の距離減衰推定回路１０を示す構成図であり、図において、図３と同一符号は同一または相当部分を示すので説明を省略する。
最小二乗法演算回路７０は対数演算回路３５の演算結果に対して、一次式の最小二乗法処理を行うことで、減衰係数αの平均値を算出する処理を実施する。 Embodiment 3 FIG.
In the first embodiment, the distance attenuation estimation circuit 10 has a configuration in which the division circuit 36 and the average arithmetic circuit 37 are mounted. However, the distance attenuation estimation circuit 10 may have other configurations.
FIG. 9 is a block diagram showing a distance attenuation estimation circuit 10 of a laser radar apparatus according to Embodiment 3 of the present invention. In the figure, the same reference numerals as those in FIG.
The least square method arithmetic circuit 70 performs a process of calculating an average value of the attenuation coefficient α by performing a linear least square method process on the calculation result of the logarithmic arithmetic circuit 35.

次に動作について説明する。
ただし、距離減衰推定回路１０が、除算回路３６及び平均演算回路３７の代わりに、最小二乗法演算回路７０を実装している点以外は、上記実施の形態１と同様であるため、最小二乗法演算回路７０の処理内容だけを説明する。 Next, the operation will be described.
However, since the distance attenuation estimation circuit 10 is the same as that of the first embodiment except that the least square method calculation circuit 70 is mounted instead of the division circuit 36 and the average calculation circuit 37, the least square method is used. Only the processing contents of the arithmetic circuit 70 will be described.

最小二乗法演算回路７０は、対数演算回路３５から演算結果を受けると、その演算結果に対して、一次式の最小二乗法処理を行う。
推定する減衰係数αは、式（１）からも分かる通り、信号強度を対数で表すと、時間に対する一次方程式の傾きであることが分かる。
このことから、内部メモリ３４に保存されているサンプリングデータｆに対して、一次方程式の最小二乗法を適用することで得られる近似式の傾きを減衰係数αとして算出する。 When receiving the calculation result from the logarithmic calculation circuit 35, the least square method calculation circuit 70 performs a least square method process of a linear expression on the calculation result.
As can be seen from the equation (1), the estimated attenuation coefficient α is a slope of a linear equation with respect to time when the signal intensity is expressed in a logarithm.
From this, the slope of the approximate expression obtained by applying the least square method of the linear equation to the sampling data f stored in the internal memory 34 is calculated as the attenuation coefficient α.

具体的には、内部メモリ３４に保存されているサンプリングデータｆの個数がＮ、ｎ番目に対数処理された信号強度がＡ_ｎ、サンプリングデータｆに係る受信信号の受信時刻がｔ_ｎであるとすると、減衰係数αは、下記の式（３）のように表される。

Specifically, the number of sampling data f stored in the internal memory 34 is N, n-th logarithmic processing signal strength is A _n, when the reception time of the received signal according to sampling data f is a t _n Then, the attenuation coefficient α is expressed as the following formula (3).

最小二乗法演算回路７０は、式（３）を演算することで減衰係数αを求め、その減衰係数αを内部メモリ３８に格納する。
この演算処理は、１パルスのレーザ光が送信される毎に行われる。 The least square method arithmetic circuit 70 calculates the attenuation coefficient α by calculating Expression (3), and stores the attenuation coefficient α in the internal memory 38.
This calculation process is performed each time one pulse of laser light is transmitted.

上記実施の形態１では、減衰係数αを算出する際、Ｎ個のサンプリングデータｆが内部メモリ３４に格納されている場合、対数演算回路３５で（Ｎ−１）回の除算処理が行われ、さらに除算回路３６で（Ｎ−１）回の除算処理が行われるため、一回の減衰係数αの算出で２（Ｎ−１）回の除算処理を行う必要がある。
この実施の形態３では、最小二乗法演算回路７０が式（３）の除算処理を１回行えばよく、計算処理の速度を大幅に向上させることが可能になる。 In the first embodiment, when N pieces of sampling data f are stored in the internal memory 34 when calculating the attenuation coefficient α, the logarithmic arithmetic circuit 35 performs (N−1) times of division processing. Further, since the division circuit 36 performs (N−1) division processing, it is necessary to perform 2 (N−1) division processing by calculating the attenuation coefficient α once.
In the third embodiment, the least squares method arithmetic circuit 70 only needs to perform the division process of Expression (3) once, and the speed of the calculation process can be greatly improved.

なお、本願発明はその発明の範囲内において、各実施の形態の自由な組み合わせ、あるいは各実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは各実施の形態において任意の構成要素の省略が可能である。 In the present invention, within the scope of the invention, any combination of the embodiments, or any modification of any component in each embodiment, or omission of any component in each embodiment is possible. .

１レーザ光出力部、２レーザドライバ、３レーザ発振器、４送信光学系、５レーザ光受信部、６受信光学系、７受光器、８信号強度補償部、９サンプリング回路（減衰係数算出手段）、１０距離減衰推定回路（減衰係数算出手段）、１１ゲイン回路（信号強度補償手段）、１２画像処理部、１３距離・強度検出回路（距離導出手段）、１４画像処理回路（画像生成手段）、２１クロック回路、２２Ａ／Ｄ変換回路、３１クロック回路、３２時間計測回路、３３フィルタ回路、３４内部メモリ、３５対数演算回路、３６除算回路、３７平均演算回路、３８内部メモリ、３９移動平均演算回路、４１クロック回路、４２バイアス演算回路、４３可変利得回路、５１クロック回路、５２ピーク検出回路、５３コンパレータ、５４時間計測回路、５５内部メモリ、５６強度検出回路、５７距離演算回路、６１ゲート回路、６２マルチチャンネルＡ／Ｄ変換回路、７０最小二乗法演算回路。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Laser light output part, 2 Laser driver, 3 Laser oscillator, 4 Transmission optical system, 5 Laser light receiving part, 6 Reception optical system, 7 Light receiver, 8 Signal intensity compensation part, 9 Sampling circuit (Attenuation coefficient calculation means), DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Distance attenuation | damping estimation circuit (attenuation coefficient calculation means), 11 Gain circuit (signal strength compensation means), 12 Image processing part, 13 Distance / intensity detection circuit (distance derivation means), 14 Image processing circuit (image generation means), 21 Clock circuit, 22 A / D conversion circuit, 31 clock circuit, 32 time measurement circuit, 33 filter circuit, 34 internal memory, 35 logarithmic operation circuit, 36 division circuit, 37 average operation circuit, 38 internal memory, 39 moving average operation circuit , 41 clock circuit, 42 bias calculation circuit, 43 variable gain circuit, 51 clock circuit, 52 peak detection circuit, Third comparator, 54 hours measuring circuit, 55 an internal memory, 56 intensity detection circuit, 57 a distance computation circuit, 61 a gate circuit, 62 a multi-channel A / D conversion circuit, 70 the least squares method calculation circuit.

Claims

パルス状のレーザ光を測定対象物に向けて照射する送信光学系と、上記送信光学系から１パルスのレーザ光が照射される毎に、上記測定対象物により反射された当該レーザ光の反射光を受信する受信光学系と、クロック回路から出力されるパルス信号に同期して、上記受信光学系により受信された反射光の受信信号をサンプリングし、今回のサンプリングタイミングでサンプリングした受信信号である今回サンプリングの受信信号の信号強度が、前回のサンプリングタイミングでサンプリングした受信信号である前回サンプリングの受信信号の信号強度より低ければ、前回サンプリングの受信信号の信号強度を今回サンプリングの受信信号の信号強度で除算し、その除算結果の対数を光速で除算するとともに、前回サンプリングの受信信号の受信時刻と今回サンプリングの受信信号の受信時刻との時刻差で除算することで、伝搬経路上の媒質を起因とする上記レーザ光のエネルギーの減衰係数を算出する減衰係数算出手段と、今回サンプリングの受信信号に対応するレーザ光の送信時刻と当該受信信号の受信時刻との差と、上記減衰係数算出手段により算出された減衰係数と、上記光速とを乗算することでバイアスを算出し、上記バイアスを今回サンプリングの受信信号に印加することで、当該受信信号の信号強度を補償する信号強度補償手段と、上記信号強度補償手段により信号強度が補償された受信信号の中から、上記測定対象物に係る受信信号を抽出し、当該受信信号に対応するレーザ光の送信時刻と当該受信信号の受信時刻との差から、上記測定対象物までの距離を導出する距離導出手段と、上記距離導出手段により導出された距離及び上記信号強度補償手段により信号強度が補償された受信信号の信号強度から、上記測定対象物を画像化する画像生成手段とを備え、
上記減衰係数算出手段は、上記１パルス当りの減衰係数の平均値を算出して、上記減衰係数の平均値に対する移動平均処理を実施し、
上記信号強度補償手段は、上記減衰係数算出手段による移動平均処理後の減衰係数を用いて、上記バイアスを算出することを特徴とするレーザレーダ装置。 A transmission optical system that irradiates the measurement target with pulsed laser light, and reflected light of the laser light reflected by the measurement target every time one pulse of laser light is emitted from the transmission optical system This is a received signal sampled at the current sampling timing by sampling the received signal of the reflected light received by the receiving optical system in synchronization with the receiving optical system that receives the signal and the pulse signal output from the clock circuit If the signal strength of the received signal of sampling is lower than the signal strength of the received signal of the previous sampling that is the received signal sampled at the previous sampling timing, the signal strength of the received signal of the previous sampling is the signal strength of the received signal of the current sampling. Divide the result and divide the logarithm of the result by the speed of light. An attenuation coefficient calculating means for calculating the attenuation coefficient of the energy of the laser beam caused by the medium on the propagation path by dividing by the time difference between the transmission time and the reception time of the reception signal of the current sampling; The bias is calculated by multiplying the difference between the transmission time of the laser beam corresponding to the reception signal and the reception time of the reception signal, the attenuation coefficient calculated by the attenuation coefficient calculation means, and the speed of light, and the bias Is applied to the received signal sampled this time, the signal strength compensation means for compensating the signal strength of the received signal, and the received signal whose signal strength is compensated by the signal strength compensation means, to the measurement object. The received signal is extracted, and the distance to the measurement object is derived from the difference between the transmission time of the laser beam corresponding to the received signal and the received time of the received signal. Distance deriving means from the signal strength of the received signals the signal intensity is compensated for by the distance and the signal intensity compensation means derived by said distance deriving means, and an image generating means for imaging the measurement object,
The attenuation coefficient calculating means calculates an average value of the attenuation coefficient per pulse , and performs a moving average process on the average value of the attenuation coefficient,
The laser radar apparatus according to claim 1, wherein the signal intensity compensation means calculates the bias using an attenuation coefficient after the moving average processing by the attenuation coefficient calculation means.

上記距離導出手段は、上記信号強度補償手段により信号強度が補償された受信信号の中に、上記測定対象物に係る受信信号の候補が複数存在している場合、複数の受信信号の候補の中から、受信時刻が最も遅い受信信号を抽出することを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。 The distance deriving means includes a plurality of received signal candidates when there are a plurality of received signal candidates related to the measurement object in the received signal whose signal strength is compensated by the signal strength compensating means. 2. The laser radar apparatus according to claim 1, wherein a received signal having the latest reception time is extracted from the received signal.