(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置の外部へ送信信号を送信する送信手段と、
この送信手段から送信された送信信号のうち物体で反射されて戻って来て入射する入射信号を２分割する信号分割手段と、
この２分割された入射信号のそれぞれを受信して雑音混じりの第１，第２の受信信号を出力する第１，第２の受信手段と、
これら第１，第２の受信手段から出力される雑音混じりの第１，第２の受信手段を２値化する２値化回路と、
この２値化された受信信号の論理積を作成するアンド回路と
を備えたことを特徴とするレーダ装置。
【請求項２】
請求項１において、  前記入射信号はパルス状のレーザビームであり、前記信号分割手段はハーフミラーであり、かつ前記受信手段はアバランシェ・フォト・ダイオードであることを特徴とするレーダ装置。
【請求項３】
入射信号を２分割する信号分割手段と、
この２分割された入射信号のそれぞれを受信して雑音混じりの第１，第２の受信信号を出力する第１，第２の受信手段と、
これら第１，第２の受信手段から出力される雑音混じりの第１，第２の受信手段を２値化する２値化回路と、
この２値化された受信信号の論理積を作成するアンド回路と
を備えたことを特徴とする信号受信装置。
【請求項４】
請求項３において、  前記入射信号はパルス状のレーザビームであり、前記信号分割手段はハーフミラーであり、かつ前記受信手段はアバランシェ・フォト・ダイオードであることを特徴とする信号受信装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接岸速度計などとして利用されるレーザレーダ装置などのレーダ装置と、このようなレーダ装置などを構成するための信号受信装置に関するものであり、特に、雑音を軽減することによって性能を向上させたレーダ装置と、信号受信回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
パルスレーザレーダを利用したサンプリング方式の接岸速度計が本出願人が先に特許出願した特公平７ー６９４２３  号公報、特公平７ー６９４２７  号公報、特公平７ー７８５３７  号公報などに開示されている。このサンプリング方式の接岸速度計は、パルス状のレーザ光線を一定の送信周期で反復して送信すると共に、反射体である接岸動作中の船舶からの反射パルスを上記送信周期よりも微小量ずつ累積的に増加されてゆく受信周期で多数回にわたって受信することにより、時間軸を伸長しながら反射パルスを受信するように構成されている。このサンプリング方式のレーザレーダは、半値幅数ｎｓｅｃ  の鋭いレーザパルスを使用することによって高精度の計測が可能である反面、一点の測定に数千回のレーザパルスの送受信が必要になるため、測定に時間がかかるという問題がある。
【０００３】
測定時間を短縮するためサンプリング方式によらない慣用のパルスレーザレーダを構成しようとする場合、測定可能な最大距離を確保するうえでどのように雑音を低減するかが問題となる。一般に、信号処理の分野では、複数回にわたって出現した信号の論理積を取ることにより、これらに含まれる雑音を消去する方法が知られている。すなわち、信号成分と雑音成分とから構成される見掛けの信号について論理積を作成することにより、信号成分とは異なり出現時点に規則性がない雑音成分のみが除去される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記論理積の作成による雑音成分の除去をパルスレーザレーダに応用する場合には、解決しなければならない種々の課題が存在する。まず、パルス信号を送信してからその反射パルスを受信するまでの時間が反射体の位置に応じて変化するため、過去何回かにわたって受信した反射パルスをどのように保存しておけば良いかの問題がある。
【０００５】
複数回にわたって受信した反射パルスを、毎回、ディジタル信号や周波数スペクトルに変換してメモリに保存しておく構成が採用できれば、上述したデータの保存方法についての問題はない。しかしながら、接岸速度計などでは、距離に関しては数十ｃｍ程度の高い検出精度を実現するために、半値幅が数ｎｓｅｃ（周波数帯域；  数十ＭＨｚ  ）  の鋭いパルスの送受信が必要になるという固有の事情がある。このような鋭いパルスを、サンプリング方式による時間軸伸長を行うことなく、直接Ａ／Ｄ変換によってディジタル信号に変換したり、高速フーリエ変換などによって周波数スペクトルに変換することは処理速度の点で実現が困難である。
【０００６】
このため、過去の受信信号をメモリではなく、なんらかの遅延回路を利用して保存しておくことが必要になる。このような遅延回路を利用する場合、遅延対象のパルスが半値幅が数ｎｓｅｃ  の鋭いパルスである反面その遅延時間が極めて長くなるという接岸速度計などに固有の特殊な事情がある。すなわち、通常の信号処理回路では、高速になるにつれてこの高速性に見合うように遅延時間も短縮されるが、典型的な接岸速度計では、計測可能な最大距離を  ２００メートルとした場合、反射体までの往復の伝播距離はこの最大距離の２倍の  ４００メートルとなり、必要な遅延時間は１．３３μｓ  となる。
【０００７】
上述のような高速で大きな遅延量の遅延回路をＬＣの集中定数による慣用の遅延回路で実現しようとすると、千段にもおよぶ縦列接続段数が必要になり、大型かつ高価になるという問題がある。同軸ケーブルなどの分布定数の遅延回路を使用する場合、比誘電率による波長短縮効果を考慮しても１６０  メートル程度もの長さが必要になるという問題がある。超音波式遅延線路が利用できれば、小型・安価であるが、この超音波式遅延線路では数十  ＭＨｚ程度の高周波特性を実現することは困難である。
【０００８】
上述のような事情から、従来は、半値幅が数ｎｓｅｃ  の鋭いパルスを送受信する接岸速度計などのレーダ装置においては、フロントエンドの段階で論理積を作成することにより雑音成分を除去するという手法は、発明者の知る限りでは採用されていない。このフロントエンドでの雑音除去処理を行う代わりに、雑音によってばらついた距離を多数回にわたって測定し、これらの測定結果に対して統計的な処理を施すことによりフロントエンドにおいて発生した雑音を間接的に除去するというバックエンドでの処理が採用されてきた。
【０００９】
しかしながら、上記従来のバックエンドでの統計的処理による雑音除去は、処理対象のデータが多数必要となるため、処理に時間がかかるという問題がある。従って、本発明の目的は、フロントエンドであるレーダヘッドの部分において雑音除去が可能なレーザレーダ装置などのレーダ装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記従来技術の課題を解決する本発明のレーダ装置は、装置の外部へ送信信号を送信する送信手段と、この送信手段から送信された送信信号のうち物体で反射されて戻って来た入射信号を２分割する信号分割手段と、この２分割された入射信号のそれぞれを受信して雑音混じりの第１，第２の受信信号を出力する第１，第２の受信手段と、これら第１，第２の受信手段から出力される雑音混じりの第１，第２の受信信号を乗算することにより雑音が除去された受信信号を生成し出力する乗算手段とを備えている。
【００１１】
【発明の実施の形態】
本発明の一つの好適な実施の形態に係わるレーダ装置によれば、前記乗算手段は前記雑音混じりの第１，第２の受信信号を２値化する２値化回路と、この２値化された受信信号の論理積を作成するアンド回路とを備えている。本発明の他の好適な実施の形態に係わるレーダ装置によれば、前記入射信号はパルス状のレーザビームであり、前記信号分割手段はハーフミラーであり、かつ前記受信手段はアバランシェ・フォト・ダイオードから構成されている。
【００１２】
【実施例】
図１は本発明の一実施例の接岸速度計のフロントエンド部分であるレーザレーダ・ヘッドの構成を示すブロック図である。このレーザレーダ・ヘッドは、送光部１０と、受光部２０と、カウンタ３０とから構成されている。
【００１３】
送光部１０は、レーザダイオード（ＬＤ）１１、レーザダイオード駆動回路１２、送光レンズ１４及び送信同期信号発生回路１３を備えている。受光部２０はアバランシェ・フォト・ダイオード（ＡＰＤ）を主体とする光電変換回路２１ａ，２１ｂ、増幅回路２２ａ，２２ｂ、電圧比較回路２３ａ，２３ｂ、受光レンズ２４、ハーフミラー２５及びアンドゲート２６を備えている。このように、受光部２０の光電変換回路、増幅回路及び電圧比較回路から成るフロントエンド部分は、２系統設置されている。
【００１４】
送信同期信号発生回路１３は、周波数１ＫＨｚ  の矩形波を送信同期信号として発生し出力する。この送信同期信号は、レーザダイオード駆動回路１２に供給される。レーザダイオード駆動回路１２は、送信同期信号の立上がりエッジに同期した送信トリガ信号を発生し、レーザダイオード１１を駆動する。駆動されたレーザダイオードは、半値幅数ｎｓｅｃ  の鋭いレーザパルスを発生する。このレーザパルスは、送光レンズ１４による集束を受けながら接岸動作中の船舶に向けて送信される。
【００１５】
送光部１０から放射され、接岸動作中の船舶で反射され、往路と逆向きに伝播したレーザパルスは受光部に入射し、ハーフミラーでほぼ等分割されたのち、一方はアバランシェ・フォト・ダイオードを主体とする第１の光電変換回路２１ａに入射し、他方は同じくアバランシェ・フォト・ダイオードを主体とする第２の光電変換回路２１ｂに入射する。第１，第２の光電変換回路に入射したレーザパルスは、半値幅が数ｎsec の鋭い電気パルスから成る受信信号に変換される。これらの受信信号は、それぞれ、高周波かつ低雑音の第１, 第２の増幅回路２２ａ，２２ｂで増幅され、第１，第２の電圧比較回路２３ａ，２３ｂの一方の入力端子に供給される。
【００１６】
第１，第２の電圧比較回路２３ａ，２３ｂの他方の入力端子には、基準電圧発生回路（図示せず）から一定値の基準電圧Ｖｒｅｆ  が供給されている。第１，第２の電圧比較回路２３ａ，２３ｂは、一方の入力端子に供給される第１，第２の増幅回路２２ａ，２２ｂの出力と、他方の入力端子に供給される基準電圧Ｖｒｅｆ  とを比較し、前者が後者よりも大きければ出力をハイに立上げ、前者が後者に満たなければ出力をローに立下げることにより、第１，第２の増幅回路２２ａ，２２ｂのそれぞれから出力されるアナログの受信信号を２値化する。第１，第２の電圧比較回路２３ａ，２３ｂのそれぞれから出力された２値化受信信号は、２入力アンドゲート２６の各入力端子に供給される。
【００１７】
図２の波形図中の波形（Ａ）は、第１の電圧比較回路２３ａの出力である。この出力は、上向きの矢印を付して示す２値化受信信号成分と、前段の光電変換回路２１ａや増幅回路２２ａの内部で発生したショット雑音に基づき不規則にオン状態とオフ状態の間を遷移する２値化前記成分とから成っている。同様に、波形（Ｂ）に示すように、第２の電圧比較回路２３ｂの出力も、上向きの矢印を付して示す２値化受信信号成分と、前段の光電変換回路２１ｂや増幅回路２２ｂの内部で発生したショット雑音に基づき不規則にオン状態とオフ状態の間を遷移する２値化雑音成分とから成っている。
【００１８】
上記波形（Ａ）と波形（Ｂ）とに示す２値化受信信号について、アンドゲート２６において論理積が取られると、波形（Ｃ）に示すように、出現時点に規則性のない雑音どうしは相殺されて消滅すると共に、出現時点に規則性を持つ２値化受信信号のみが残存する波形が得られる。これは、異なる２個の光電変換回路２１ａ，２１ｂのそれぞれの内部において同時に発生するショット雑音などの雑音には、１個の光電変換回路２１ａ（又は２１ｂ）の内部において異なる時点に発生する雑音と同様、何らの相関性も存在しなためである。
【００１９】
再び図１を参照すれば、カウンタ３０は、レーザダイオード駆動回路１２から出力される送信トリガ信号をスタート端子に受けてカウント動作を開始し、上述したアンドゲート２６から出力される波形（Ｃ）に示す雑音除去後の２値化受信信号をストップ端子に受けると、カウント動作を停止する。
【００２０】
上記カウンタ３０のカウント動作は、レーザパルスが接岸動作中の船舶との間を往復するための伝播所要時間にわたって継続される。すなわち、カウンタ３０によってレーザパルスの往復の伝播所要時間τが計測され、これが、図示しないデータプロセッサに通知される。このデータプロセッサは、レーザパルスの往復の伝播所要時間τを２等分することにより片道の伝播所要時間τ／２を算定し、さらに、このτ／２を光の速度で除算することにより、接岸動作中の船舶までの距離を検出する。さらに、データプロセッサは、この接岸動作中の船舶までの距離の変化速度から、接岸中の船舶の接岸速度を検出する。
【００２１】
以上、接岸速度計に応用する場合を例にとって本発明を説明したが、衝突防止用の車両用のレーザレーダなどに本発明を適用できる。
【００２２】
また、レーザパルスを送光するレーザレーダの場合を例にとって本発明を説明したが、電磁波のパルスを送信するレーダに対しても本発明を適用できる。電磁波を使用する場合には、アンテナで受信した受信信号を電力分配器でほぼ２等分して受信器に分配すればよい。
【００２３】
さらに、レーザビームや電磁波のビームを送信して反射波を受信するレーダ装置の場合を例示した。しかしながら、レーザビームや電磁波のビームの送信を行うことなく、レーザビームや電磁波ビームの入射信号の受信のみを行う受信装置や、無線通信装置の受信部や、ＧＰＳ受信機などに本発明を適用することもできる。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳細に説明したように、本発明のレーダ装置は、物体で反射されて戻って来た入射信号をほぼ等分割して受信することにより雑音混じりの第１，第２の受信信号を生成し、これらの受信信号を乗算することにより雑音が除去された受信信号を生成する構成であるから、超高速のＤ／Ａ変換回路や、大きな遅延量の遅延回路を使用することなく、レーダヘッド内のフロントエンドの段階で雑音除去を行うことが可能になる。この結果、従来のバックエンドでの統計的処理による間接的な雑音除去に比べて、対象の多数のデータが不要となり、処理時間が大幅に短縮される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例の接岸速度計のフロントエンド部分であるレーザレーダ・ヘッドの構成を示すブロック図である。
【図２】図１のレーザレーダ・ヘッドの動作を説明する波形図である。
【符号の説明】
１０            送光部
１１        レーザダイオード
１２        レーザダイオード駆動回路
２０        受光部
２１ａ，２１ｂ  ＡＰＤを主体とする光電変換回路
２２ａ，２２ｂ  幅回路
２３ａ，２３ｂ  電圧比較回路
２６        アンドゲート
３０    カウンタ
【図１】
0003564250.tif 000002
【図２】
0003564250.tif 000003