JP7347553B2 - レーザ測距装置、方法、プログラム - Google Patents
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Description
送信レーザを出力するレーザ部と、
前記ターゲット装置から受信したレーザに基づき、前記送信レーザの発射方向を前記ターゲット装置に向けるポインティング部と、
複数のセンシング素子がアレイ状に配置されたアレイセンサを含む光検知器と、
を備え、
前記光検知器の前記アレイセンサは、1つで測距用とポインティング検出用の信号検出を行い、
さらに、
前記送信レーザの送信タイミングと、前記ターゲット装置から受信したレーザの受信タイミングに基づき、前記自装置と前記ターゲット装置との間の距離を算出する手段を備えている。
レーザを送信及び受信するターゲット装置から受信したレーザに基づき、前記送信レーザの発射方向を前記ターゲット装置に向けるポインティング部と、
複数の素子がアレイ状に配置されたアレイセンサを含む光検知器と、
を備えたレーザ測距装置を備えた自装置と前記ターゲット装置との間の距離を測定するレーザ測距方法は、
(a)前記光検知器の前記アレイセンサでは、1つで測距用とポインティング検出用の信号検出を行うこと、
(b)前記送信レーザの送信タイミングと、前記ターゲット装置から受信したレーザの受信タイミングに基づき、前記自装置と前記ターゲット装置との間の距離を算出すること、
(c)前記アレイセンサで検出した信号に対して時間的ゲートと空間的ゲートを施し、ノイズデータを除去すること、
(d)前記レーザ部での送信レーザパルスの送信タイミングを時間変調し測距送信レーザパルスに通信データを重畳させること、
のうち、
前記(a)と前記(b)、
前記(a)と前記(b)と前記(c)、
前記(a)と前記(b)と前記(d)、
前記(a)と前記(b)と前記(c)と前記(d)、
のうちのいずれかの組み合せを行う。
送信レーザを出力するレーザ部と、
前記ターゲット装置から受信したレーザに基づき、前記送信レーザの発射方向を前記ターゲット装置に向けるポインティング部と、
複数の素子がアレイ状に配置されたアレイセンサを含む光検知器と、
を備え、前記光検知器の前記アレイセンサでは、1つで測距用とポインティング検出用の信号検出を行うレーザ測距装置を備えた自装置を構成するコンピュータに、
(a)前記送信レーザの送信タイミングと、前記ターゲット装置から受信したレーザの受信タイミングに基づき、前記自装置と前記ターゲット装置との間の距離を算出する処理、
(b)前記アレイセンサで検出した信号に対して時間的ゲートと空間的ゲートを施し、ノイズデータを除去する処理、
(c)前記レーザ部での送信レーザパルスの送信タイミングを時間変調し測距送信レーザパルスに通信データを重畳させる処理、
のうち、
前記(a)、
前記(a)と前記(b)
前記(a)と前記(b)と前記(c)、
のうちのいずれかの組み合せの処理を実行させる、プログラムが提供される。さらに、本開示によれば、上記プログラムを記憶したコンピュータ可読型記録媒体(例えばRAM(Random Access Memory)、ROM(Read Only Memory)、又は、EEPROM(Electrically Erasable and Programmable ROM))等の半導体ストレージ、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disc)が提供される。
図1は、本発明の一実施形態の構成例を例示する図である。図1には、1つの衛星(自衛星)10に搭載されるレーザ測距装置(衛星間測距装置)100の構成例が例示されている。上記した特許文献1の構成との相違点は、図1では、図10(B)を参照して説明したポインティング用センサが無いことである。なお、図1では、図10(A)のディスクリミネータ206、イベントタイマ207、ポインティング駆動部204、電源部210等は不図示とされる。なお、図1において、1つの衛星(自衛星)10に対向する衛星(対向衛星)20もレーザ測距装置(衛星間測距装置)100を搭載しているものとする。
(A)送信レーザパルスの送信タイミングと、対向衛星20から送信されたレーザ光の受信タイミングから衛星間の距離を算出する衛星間距離計算機能103Aと、
(B)LOS角を検出するLOS角検出機能103Bと、
(C)レーザ部102での送信レーザパルスの送信タイミングを制御(変調)して通信データを重畳させる送信タイミング制御(通信データ重畳)機能103Cと、
(D)光検知器106のアレイセンサで受信したデータに対して時間的・空間的なゲート処理を行って、ノイズデータを除去するノイズ除去機能103Dと、
(E)光検知器106のアレイセンサで受信した全てのデータに時刻タグを付与してデータ処理・制御部104に該データを送信する時刻情報付与機能103E、等を有する。
(a)衛星バスシステム30との間で制御情報の送受(電力制御、コメンドテレメトリ、衛星軌道情報、衛星姿勢情報等)を行う通信機能104Aと、
(b)自衛星10の姿勢と軌道の制御機能104Bと、
(c)対向衛星20の軌道情報を基にしたポインティング部109のLOS角制御機能104Cと、
(d)送信レーザパルスに重畳させる通信データの生成機能104Dと、
(e)対向衛星20から送信され光検知器106で受信されたレーザ光の受信タイミングから通信データをデコードするデコード機能104Eと、
(f)対向衛星20から送られてくる対向衛星20での測距データと自衛星10の測距データを比較し、自衛星10と対向衛星20間の時計の誤差をキャンセルした測距データの算出を行う測距データ算出機能104F、等を有する。
衛星S1からレーザ光を送信した時刻T1、
衛星S1で衛星S2からのレーザ光を受信した時刻T1’、
衛星S2でレーザ光を送信した時刻T2、
衛星S2で衛星S1からのレーザ光を受信した時刻T2’
から推定できる。
L1 = (T1’ - T1)×c … (1)
L2 = (T2’ - T2)×c … (2)
L = (L1 + L2)/2 … (3)
T1’ = T2 + L/c … (4)
T2’ = T1 + L/c … (5)
= (T2 + L/c - T1)×c
= (T1 + δt + L/c - T1)×c
= L + δt×c … (7)
= (T1 + L/c - T2)×c
= (T2 - δt + L/c - T2)×c
= L -δt×c … (8)
L1+L2=L+δt×c + L -δt×c =2L … (9)
の2分の1を衛星間Lとして求めており、衛星S1、S2間の時間誤差δtはキャンセル(相殺)されている。
20 対向衛星
30 衛星バスシステム
40 レンジゲート
50 空間ゲート
60 APDセルアレイ
61 APDセル
62 基板
63 基板
64 バンプ
70 ROICセルアレイ
71 ROICセル
72 電流電圧変換器
73 比較器
74 時間-デジタル変換器(TDC)
75 出力回路
100 衛星間測距装置
101、101’ 基準時計
102、102’ レーザ部
103 タイミング・角度測定部
103A 衛星間距離計算機能
103B LOS角検出機能
103C 送信タイミング(通信データ重畳)機能
103D ノイズ除去機能
103E 時刻情報付与処機能
104 データ処理・制御部
104A 通信機能
104B 姿勢・軌道制御機能
104C LOS角制御機能
104D 通信データ生成機能
104E デコード機能
104F 測距データ算出機能
105 ハーフミラー
106、106’ 光検知器
107 送信光学部
108 受信光学部
109 ポインティング部
201 レーザ部
202 送信光学系
203 ポインティング部
204 ポインティング駆動部
205 受光部
206 ディスクリミネータ
207 イベントタイマ
208 制御部
209 インタフェース
210 電源部
301 第1のビームスプリッタ
302 第1の集光レンズ
303 粗調用ポインティングセンサ
304 第2のビームスプリッタ
305 第2の集光レンズ
306 微調用ポインティングセンサ
307 第3の集光レンズ
308 測距用受光素子
400 コンピュータ装置
401 プロセッサ
402 メモリ
403 インタフェース
Claims (10)
- レーザを送信及び受信するターゲット装置と自装置との間の距離を測定するレーザ測距装置であって、
送信レーザを出力するレーザ部と、
前記ターゲット装置から受信したレーザに基づき、前記送信レーザの発射方向を前記ターゲット装置に向けるポインティング部と、
複数のセンシング素子がアレイ状に配置されたアレイセンサを含む光検知器と、
を備え、
前記光検知器の前記アレイセンサは、1つで測距用とポインティング検出用の信号検出を行い、
さらに、
前記ターゲット装置から送信され前記光検知器で受信したレーザの受信タイミングから通信データをデコードするデコード手段と、
前記送信レーザの送信タイミングと、前記ターゲット装置から受信したレーザの受信タイミングに基づき、前記自装置と前記ターゲット装置との間の第1の測距データを算出する手段を備え、
前記デコード手段で、前記光検知器で検出された前記ターゲット装置からの受信レーザに含まれる前記ターゲット装置で計測された前記ターゲット装置と前記自装置との間の第2の測距データを取得し、前記第1の測距データと前記第2の測距データの演算により、前記ターゲット装置と前記自装置との間の時間差をキャンセルした前記自装置と前記ターゲット装置との間の距離を算出する手段を備えたレーザ測距装置。 - 予め定められたレーザ繰り返し周波数に対応する1周期内に、所定の時間分解能の2のN乗個(Nは所定の正整数)の区間を設け、前記2のN乗個の区間のどこに測距信号を配置するかによってNビットの情報の送信が行われ、前記レーザ繰り返し周波数と前記Nビットの積で定まる通信レートが実現する手段を備え、
前記デコード手段は、前記受信レーザに含まれる前記2のN乗個の区間のどこに測距信号が配置されているかを検出することで、通信データをデコードする、請求項1に記載のレーザ測距装置。 - 前記アレイセンサで検出した信号に対して時間的ゲートと空間的ゲートを施し、ノイズデータを除去する手段をさらに備えた請求項1又は2に記載のレーザ測距装置。
- レーザを送信及び受信するターゲット装置と自装置との間の距離を測定するレーザ測距装置であって、
送信レーザを出力するレーザ部と、
前記ターゲット装置から受信したレーザに基づき、前記送信レーザの発射方向を前記ターゲット装置に向けるポインティング部と、
複数のセンシング素子がアレイ状に配置されたアレイセンサを含む光検知器と、
を備え、
前記光検知器の前記アレイセンサは、1つで測距用とポインティング検出用の信号検出を行い、
前記レーザ部での送信レーザパルスの送信タイミングを変調し測距送信レーザパルスに通信データを重畳させる手段であって、
予め定められたレーザ繰り返し周波数に対応する1周期内に、所定の時間分解能の2のN乗個(Nは所定の正整数)の区間を設け、前記2のN乗個の区間のどこに測距信号を配置するかによってNビットの情報の送信が行われ、前記レーザ繰り返し周波数で動作させることで、前記レーザ繰り返し周波数と前記Nビットの積で定まる通信レートを実現する手段と、
前記送信レーザの送信タイミングと、前記ターゲット装置から受信したレーザの受信タイミングに基づき、前記自装置と前記ターゲット装置との間の第1の測距データを算出する手段を備えた、レーザ測距装置。 - 前記ターゲット装置から送信され前記光検知器で受信されたレーザの受信タイミングから通信データをデコードするデコード手段をさらに備えた請求項4に記載のレーザ測距装置。
- 前記デコード手段で、前記光検知器で検出された前記ターゲット装置からの受信レーザに含まれる前記ターゲット装置で計測された前記ターゲット装置と前記自装置との間の第2の測距データを取得し、
前記第1の測距データと前記第2の測距データとの演算により、前記自装置と前記ターゲット装置間の時計の誤差をキャンセルした前記自装置と前記ターゲット装置との間の距離を算出する手段をさらに備えた請求項5に記載のレーザ測距装置。 - 前記アレイセンサが、前記センシング素子としてAPD(Avalanche Photo Diode)セルを含むAPDセルアレイからなり、各APDセルでレーザ受信した時間を計測する時間計測回路を備えた請求項1乃至6のいずれか1項に記載のレーザ測距装置。
- 前記自装置が衛星であり、
前記ターゲット装置が前記衛星に対向し、前記レーザ測距装置を備えた対向衛星である、請求項1乃至7のいずれか1項に記載のレーザ測距装置。 - 送信レーザを出力するレーザ部と、
レーザを送信及び受信するターゲット装置から受信したレーザに基づき、前記送信レーザの発射方向を前記ターゲット装置に向けるポインティング部と、
複数の素子がアレイ状に配置されたアレイセンサを含む光検知器と、
を備えたレーザ測距装置を備えた自装置と、前記ターゲット装置との間の距離を測定するレーザ測距方法であって、
(a)前記光検知器の前記アレイセンサでは1つで測距用とポインティング検出用の信号検出を行うこと、
(b)前記送信レーザの送信タイミングと、前記ターゲット装置から受信したレーザの受信タイミングに基づき、前記自装置と前記ターゲット装置との間の第1の測距データを算出すること、
(c)前記アレイセンサで検出した信号に対して時間的ゲートと空間的ゲートを施し、ノイズデータを除去すること、
(d)前記レーザ部での送信レーザパルスの送信タイミングを時間変調し測距送信レーザパルスに通信データを重畳させること、
(e)前記ターゲット装置から送信され前記光検知器で受信したレーザの受信タイミングから通信データをデコードし、前記光検知器で検出された前記ターゲット装置からの受信レーザに含まれる前記ターゲット装置で計測された前記ターゲット装置と前記自装置との間の第2の測距データを取得すること、
(f)前記第1の測距データと前記第2の測距データの演算により、前記ターゲット装置と前記自装置との間の時間差をキャンセルした前記自装置と前記ターゲット装置との間の距離を算出すること、
を行う、レーザ測距方法。 - レーザを送信及び受信するターゲット装置との間の距離を測定するレーザ測距装置であって、
送信レーザを出力するレーザ部と、
前記ターゲット装置から受信したレーザに基づき、前記送信レーザの発射方向を前記ターゲット装置に向けるポインティング部と、
複数の素子がアレイ状に配置されたアレイセンサを含む光検知器と、
を備え、前記光検知器の前記アレイセンサでは1つで測距用とポインティング検出用の信号検出を行うレーザ測距装置を備えた自装置を構成するコンピュータに、
(a)前記送信レーザの送信タイミングと、前記ターゲット装置から受信したレーザの受信タイミングに基づき、前記自装置と前記ターゲット装置との間の第1の測距データを算出する処理、
(b)前記アレイセンサで検出した信号に対して時間的ゲートと空間的ゲートを施し、ノイズデータを除去する処理、
(c)前記レーザ部での送信レーザパルスの送信タイミングを時間変調し測距送信レーザパルスに通信データを重畳させる処理、
(d)前記ターゲット装置から送信され前記光検知器で受信したレーザの受信タイミングから通信データをデコードし、前記光検知器で検出された前記ターゲット装置からの受信レーザに含まれる前記ターゲット装置で計測された前記ターゲット装置と前記自装置との間の第2の測距データを取得する処理、
(e)前記第1の測距データと前記第2の測距データの演算により、前記ターゲット装置と前記自装置との間の時間差をキャンセルした前記自装置と前記ターゲット装置との間の距離を算出する処理、
を実行させる、プログラム。
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