(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
移動体が備えるレーザレーダ装置であって、
上記レーザレーダ装置からの第１のレーザ光が伝搬中に散乱されることで得られる散乱光における散乱光強度の時間変化を測定する散乱光測定手段と、
上記レーザレーダ装置からの第２のレーザ光の反射光を用いて、上記移動体の周囲を測距する測距手段と、
上記散乱光測定手段が測定した散乱光強度の時間変化から上記第１のレーザ光の伝搬時の減衰量を算出し、上記減衰量から上記測距手段における測距可能距離を算出する測距可能距離算出手段と、
上記測距手段により測定した周囲各点の距離から三次元データを算出し、上記三次元データから目標物を検出する目標物検出手段と、
上記測距可能距離算出手段が算出した測距可能距離を用いて上記測距手段によって目標物探索領域を重複せず漏れなく探索できる移動体の移動経路を算出する移動経路算出手段と、
上記移動体の加速度を測定して上記移動体の現在の位置および方向を認識する位置方向認識手段と、
上記移動経路算出手段が算出した移動経路に従い上記移動体を移動させる移動制御手段とを備えることを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項２】
移動体が備えるレーザレーダ装置であって、
上記レーザレーダ装置からの第１のレーザ光が伝搬中に散乱されることで得られる散乱光における散乱光強度の時間変化を測定する散乱光測定手段と、
上記散乱光測定手段が測定した散乱光強度の時間変化から上記第１のレーザ光の伝搬時の減衰量を算出し、上記減衰量からレーザ光パワーを算出し、上記レーザ光パワーからパルス変調の繰り返し周期を算出する繰り返し周期算出手段と、
上記繰り返し周期算出手段が算出した繰り返し周期に比例して第２のレーザ光のパワーを増幅する光増幅手段と、
上記レーザレーダ装置からの上記第２のレーザ光の反射光を用いて、上記移動体の周囲を測距する測距手段と、
上記測距手段により測定した周囲各点の距離から三次元データを算出し、上記三次元データから目標物を検出する目標物検出手段と、
上記移動体の加速度を測定して上記移動体の現在の位置および方向を認識する位置方向認識手段と、
上記繰り返し周期算出手段が算出した繰り返し周期を用いてフレームレートを算出し上記フレームレートから移動体の移動速度、及び設定される探索可能距離を用いて上記測距手段によって目標物探索領域を重複せず漏れなく探索できる移動体の移動経路を算出する移動速度算出手段と、
上記移動速度算出手段が算出した移動速度に従い上記移動体を移動させる移動制御手段とを備えることを特徴とするレーザレーダ装置。
【請求項３】
上記散乱光測定手段用の上記第１のレーザ光を投光する散乱光測定用投光手段と、
上記散乱光測定用投光手段が投光した上記第１のレーザ光の散乱光を受光する散乱光測定用受光手段と、
上記測距手段用の上記第２のレーザ光を投光する測距用投光手段と、
上記測距用投光手段が投光した上記第２のレーザ光の反射光を受光する測距用受光手段とを備えることを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
【請求項４】
上記散乱光測定手段用の上記第１のレーザ光を投光する散乱光測定用投光手段と、
上記散乱光測定用投光手段が投光した上記第１のレーザ光の散乱光を受光する散乱光測定用受光手段と、
上記測距手段用の上記第２のレーザ光を投光する測距用投光手段と、
上記測距用投光手段が投光した上記第２のレーザ光の反射光を受光する測距用受光手段とを備えることを特徴とする請求項２記載のレーザレーダ装置。
【請求項５】
上記散乱光測定手段用及び上記測距手段用のレーザ光を投光する共通投光手段と、
上記散乱光測定手段用及び上記測距手段用の共通受光手段と、
上記散乱光測定手段を動作させる散乱光測定モードと、上記測距手段を動作させる測距モードとの切替制御を行なう切替制御手段とを備えることを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
【請求項６】
上記散乱光測定手段用及び上記測距手段用のレーザ光を投光する共通投光手段と、
上記散乱光測定手段用及び上記測距手段用の共通受光手段と、
上記散乱光測定手段を動作させる散乱光測定モードと、上記測距手段を動作させる測距モードとの切替制御を行なう切替制御手段とを備えることを特徴とする請求項２記載のレーザレーダ装置。
【請求項７】
移動体が備えるレーザレーダ装置であって、
上記レーザレーダ装置からの第１のレーザ光が伝搬中に散乱されることで得られる散乱光における散乱光強度の時間変化を測定する散乱光測定手段と、
上記散乱光測定手段が測定した散乱光強度の時間変化から上記第１のレーザ光の伝搬時の減衰量を算出し、上記減衰量から目標物からの上記第１のレーザ光の光波照射範囲を算出する光波照射範囲算出手段と、
上記目標物からの目標物送信レーザ光を検出する目標物光波検出手段と、
上記光波照射範囲算出手段が算出した光波照射範囲を用いて上記目標物光波検出手段によって上記目標物を検出できるように目標物探索領域を重複せず漏れなく探索できる移動体の移動経路を算出する移動経路算出手段と、
上記移動体の加速度を測定して上記移動体の現在の位置および方向を認識する位置方向認識手段と、
上記移動経路算出手段が算出した移動経路に従い上記移動体を移動させる移動制御手段とを備えることを特徴とするレーザレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、光波を用いて物体を検出するレーザレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のレーザレーダ装置は、光波を目標物に照射し、その反射光の往復時間から目標物までの距離を算出し、上記光波を二次元走査することで目標物の位置及び大きさを特定するとともに、位置及び大きさの閾値に基づいて判断し、目標物を検出していた（例えば特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１６４２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
目標物を探索する必要のある領域が、光波の反射光を受光できる領域よりも広く指定される場合、目標物を検出するには光波を照射しながら移動し、その領域を探索する必要がある。
しかしながら、上記のような場合において特許文献１に示される技術を適用した場合、光波が伝搬する媒質中に散乱物質が存在すると、光波が散乱により減衰するため、探索可能距離（測距可能距離）つまりレーザレーダ装置位置からその反射光を検知できる範囲が狭くなることになる。そして、光波が減衰することで狭くなった探索可能距離の値を認識していない場合、光波を照射しながら移動しても、光波による探索が行き届かない領域が発生してしまい、目標物を検出できない可能性がある。
一方、散乱物質があまり存在せずに探索可能距離が広い場合であっても、探索可能距離の値を認識していない場合、ある位置での探索範囲と該位置から移動した位置での探索範囲との一部において重複が生じて、探索時間に無駄が生じることがある。
つまり、探索可能距離が分からない状況下では、レーザレーダ装置による探索は非効率的なものとなる。【０００５】
本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、目標物の検出漏れや、探索範囲の重複による探索時間の増加を防ぎ、効率的な探索を行なえるレーザレーダ装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係るレーザレーダ装置は、移動体が備えるレーザレーダ装置であって、上記レーザレーダ装置からの第１のレーザ光が伝搬中に散乱されることで得られる散乱光における散乱光強度の時間変化を測定する散乱光測定手段と、上記レーザレーダ装置からの第２のレーザ光の反射光を用いて、上記移動体の周囲を測距する測距手段と、上記散乱光測定手段が測定した散乱光強度の時間変化から上記第１のレーザ光の伝搬時の減衰量を算出し、上記減衰量から上記測距手段における測距可能距離を算出する測距可能距離算出手段と、上記測距手段により測定した周囲各点の距離から三次元データを算出し、上記三次元データから目標物を検出する目標物検出手段と、上記測距可能距離算出手段が算出した測距可能距離を用いて上記測距手段によって目標物探索領域を重複せず漏れなく探索できる移動体の移動経路を算出する移動経路算出手段と、上記移動体の加速度を測定して上記移動体の現在の位置および方向を認識する位置方向認識手段と、上記移動経路算出手段が算出した移動経路に従い上記移動体を移動させる移動制御手段とを備えることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００７】
この発明によれば、レーザレーダ装置の探索可能距離を把握することができるので、レーザレーダ装置において、目標物の検出漏れや、探索範囲の重複による探索時間の増加を防ぎ、効率的な探索を行なうことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置のマリンスノー測定装置の構成を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の目標物探索装置の構成を示す図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の慣性航法装置の構成を示す図である。
【図５】散乱光強度信号の一例を示す図である。
【図６】マリンスノーが少ない場合の移動経路を示す図である。
【図７】マリンスノーが多い場合の移動経路を示す図である。
【図８】この発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。
【図９】この発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置の目標物探索装置の構成を示す図である。
【図１０】この発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。
【図１１】この発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置のレーザレーダの構成を示す図である。
【図１２】この発明の実施の形態４に係るレーザレーダ装置の構成を示す図である。
【図１３】マリンスノーが少ない場合の移動経路を示す図である。
【図１４】マリンスノーが多い場合の移動経路を示す図である。
【図１５】この発明の実施の形態４に係るレーザレーダ装置の目標物送信レーザ光測定装置の設置位置を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、この発明をより詳細に説明するために、この発明を実施するための形態について、添付の図面に従って説明する。
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置について、図１を用いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置の構成図である。この発明の実施の形態１に係るレーザレーダ装置は、マリンスノー測定装置１、探索可能距離算出装置２、ビークル移動経路算出装置３、目標物探索装置４、慣性航法装置５、ビークル動作制御装置６を備える。
【００１０】
マリンスノー測定装置１の構成を図２に示す。マリンスノー測定装置１は、レーザ装置１１、発振器１２、変調器１３、送信レンズ１４、受信レンズ１５、受光器１６、散乱光強度検出装置１７を備える。
レーザ装置１１は、第１のレーザ光を発振させる機能を持つ。発振器１２は、第１の変調信号を出力する機能を持つ。変調器１３は、第１の変調信号に従い第１のレーザ光に強度変調をかける機能を持つ。送信レンズ１４は、第１のレーザ光の拡がり角を調整する機能を持つ。
受信レンズ１５は、受信視野中心に対して同軸方向に伝搬する対象物からの散乱光を集光する機能を持つ。受光器１６は、受信レンズ１５により集光された光を電気信号に変換し、第１の受信信号として出力する機能を持つ。
散乱光強度検出装置１７は、第１の受信信号と第１の変調信号から、第１の変調信号の入力タイミングを時間原点として散乱光強度の時間変化を測定し、散乱光強度信号として出力する機能を持つ。
なお、レーザ装置１１、発振器１２、変調器１３、送信レンズ１４は、散乱光測定用投光手段を構成している。
また、受信レンズ１５、受光器１６は、散乱光測定用受光手段を構成している。
また、散乱光強度検出装置１７は、散乱光測定手段を構成している。
【００１１】
探索可能距離算出装置２は、あらかじめユーザなどにより設定された２つの閾値電圧Ｖ１、Ｖ２を用いて、散乱光強度信号が閾値電圧Ｖ１、Ｖ２を下回る際の時間ｔ１、ｔ２を計測し、レーザ光の減衰量の程度を示す減衰係数を算出する機能を持つ。また、探索可能距離算出装置２は、この減衰係数から探索可能距離を算出し、探索可能距離信号として出力する機能を持つ。
なお、探索可能距離算出装置２は、測距可能距離算出手段を構成している。
【００１２】
ビークル移動経路算出装置３は、探索可能距離信号とあらかじめユーザなどにより設定された目標物探索領域とを用いて、その目標物探索領域において、漏れなく、また重複なく目標物を探索できる移動経路を算出し、移動経路信号として出力する機能を持つ。
なお、ビークル移動経路算出装置３は、移動経路算出手段を構成している。
【００１３】
目標物探索装置４の構成を図３に示す。目標物探索装置４は、レーザ装置４１、発振器４２、変調器４３、送信レンズ４４、スキャナ４５、スキャナドライバ４６、受信レンズ４７、受光器４８、距離検出装置４９、信号処理装置５０を備える。
レーザ装置４１は、第２のレーザ光を発振させる機能を持つ。発振器４２は、第２の変調信号を出力する機能を持つ。変調器４３は、第２の変調信号に従い第２のレーザ光に強度変調をかける機能を持つ。送信レンズ４４は、第２のレーザ光の拡がり角を調整する機能を持つ。スキャナドライバ４６は、スキャナ４５の角度を指定するスキャナ角度信号を出力する機能を持つ。スキャナ４５は、スキャナ角度信号に従い、第２のレーザ光の送信方向と受信視野をスキャンする機能を持つ。
受信レンズ４７は、受信視野中心に対して同軸方向に伝搬する対象物からの反射光を集光する機能を持つ。受光器４８は、受信レンズ４７により集光された光を電気信号に変換し、第２の受信信号として出力する機能を持つ。
距離検出装置４９は、第２の受信信号と第２の変調信号から、上記反射光の飛行距離時間を測定することで、反射光を発生させた対象物からレーザレーダ装置までの距離を検出し、距離信号として出力する機能を持つ。
【００１４】
信号処理装置５０は、距離信号とスキャナ角度信号を用いてビークル周辺の三次元データを作成する機能を持つ。また、信号処理装置５０は、上記三次元データを用いてあらかじめユーザなどにより指定された目標物の想定サイズと同等の物体が存在するかを判断し、上記物体が存在すると判断した場合に目標物検出信号を出力する機能を持つ。
なお、レーザ装置４１、発振器４２、変調器４３、送信レンズ４４、スキャナ４５、スキャナドライバ４６は、測距用投光手段を構成している。
また、受信レンズ４７、受光器４８は、測距用受光手段を構成している。
また、距離検出装置４９は、測距手段を構成している。
なお、信号処理装置５０は、目標物検出手段を構成している。
【００１５】
慣性航法装置５の構成を図４に示す。慣性航法装置５は、ジャイロスコープ５１、加速度計５２、位置方位算出装置５３を備える。
慣性航法装置５の機能について説明する。ジャイロスコープ５１はビークルの角速度を測定し、角速度信号として出力する機能を持つ。加速度計５２はビークルの加速度を測定し、加速度信号として出力する機能を持つ。
位置方位算出装置５３は、海中航行する前の海上あるいは陸上においてＧＰＳ等により測定した方位を基準として、角速度信号により示される角速度を時間積分して方位変化量を算出することで、現在の方位を算出し、方位信号として出力する機能を持つ。
また、位置方位算出装置５３は、海中航行する前の海上あるいは陸上においてＧＰＳ等により測定した位置を基準として、加速度信号により示される加速度を時間積分して速度の変化量を算出し、さらに速度の変化量を時間積分して位置の変化量を算出することで、現在の位置を算出し、位置信号として出力する機能を持つ。
なお、慣性航法装置５は、位置方向認識手段を構成している。
【００１６】
ビークル動作制御装置６は、位置信号と方位信号が示す現在位置および方位に基づいて、移動経路信号が示す移動経路に従い移動するようビークルを制御する機能を持つ。また、ビークル動作制御装置６は、目標物検出信号が入力された場合、ビークルの移動を停止させる機能を持つ。
なお、ビークル動作制御装置６は、移動制御手段を構成している。
【００１７】
次に、上記のように構成された、この実施の形態１に係るレーザレーダ装置の動作について説明する。
マリンスノー測定装置１のレーザ装置１１は、第１のレーザ光を発振して変調器１３へ出力する。発振器１２は、第１の変調信号を変調器１３および散乱光強度検出装置１７へ出力する。変調器１３は、第１の変調信号に従い第１のレーザ光の強度を変調し、送信レンズ１４へ出力する。送信レンズ１４は、入力された第１のレーザ光の拡がり角を調整し、海中へと出力する。
【００１８】
受信レンズ１５は、海中のマリンスノーにより散乱された散乱光を集光し、受光器１６へ出力する。受光器１６は、受信レンズ１５により集光された光を電気信号に変換し、第１の受信信号として散乱光強度検出装置１７へ出力する。
散乱光強度検出装置１７は、第１の受信信号と第１の変調信号から、第１の変調信号の入力タイミングを時間原点として散乱光強度の時間変化を測定し、散乱光強度信号として探索可能距離算出装置２へ出力する。図５に散乱光強度信号の一例を示す。
【００１９】
探索可能距離算出装置２は、図５に示すように、あらかじめユーザなどにより設定された２つの閾値電圧Ｖ１、Ｖ２を用いて、入力された散乱光強度信号が閾値電圧Ｖ１、Ｖ２を下回る際の時間ｔ１、ｔ２を計測する。なお、閾値電圧Ｖ１はＶ１＞Ｖ２となるよう設定され、閾値電圧Ｖ２は雑音電圧よりも高く設定される。
また、探索可能距離算出装置２は、計測した時間ｔ１、ｔ２を用いて、減衰係数を算出する。減衰係数の算出式を以下の式（１）に示す。
0005955458.tif 000002
式（１）において、cは光速、αは減衰係数を示す。
もし、散乱光強度信号のピーク電圧が閾値電圧Ｖ１よりも低い場合、上記時間ｔ１は測定できず、減衰係数を測定できない。この場合には、マリンスノーの量が少ないと判断して、あらかじめユーザなどにより設定されたマリンスノーが存在しない場合の減衰係数を用いる。
【００２０】
また、探索可能距離算出装置２は、減衰係数αを用いて探索可能距離Ｌを算出し、探索可能距離信号としてビークル移動経路算出装置３に出力する。探索可能距離Ｌの算出式を以下の式（２）に示す。
0005955458.tif 000003
式（２）において、ＰＲは検出限界の受光パワー、ＰＬはレーザ光パワー、ηはシステム効率、Ｒは目標物の反射率を示す。ＰＲ、ＰＬ、η、Ｒのパラメータはあらかじめユーザなどにより設定される。
【００２１】
ビークル移動経路算出装置３は、探索可能距離Ｌと、あらかじめユーザなどにより設定された目標物が存在する可能性のある目標物探索領域から、探索範囲が重複せず、また目標物探索領域を漏れなく探索するビークルの移動経路を算出し、移動経路信号としてビークル動作制御装置６に出力する。
例えばマリンスノーが少ない場合、探索可能距離が長いため、図６に示すように、算出される移動経路は、目標物探索領域の境界とビークルの移動経路との間隔（例えば図中Ｋ１）や、移動経路で隣合う経路の間隔（図中Ｋ２）などが広くなり、移動経路全体の長さは短くなる。一方、図７のようにマリンスノーが多い場合、探索可能距離が短いため、図７に示すように、算出される移動経路は、目標物探索領域の境界とビークルの移動経路との間隔（例えば図中Ｋ１）や、移動経路で隣合う経路の間隔（図中Ｋ２）などが狭くなり、移動経路全体の長さは長くなる。
図６、図７いずれの場合においても、目標物探索領域を漏れなく、また、探索範囲が無駄に重複することなく探索できる経路となっている。
【００２２】
慣性航法装置５のジャイロスコープ５１は、角速度を測定し、角速度信号として位置方位算出装置５３へ出力する。また、加速度計５２は、加速度を測定し、加速度信号として位置方位算出装置５３へ出力する。
位置方位算出装置５３は、海中航行する前の海上あるいは陸上においてＧＰＳ等により測定した方位を基準として、角速度信号により示される角速度を時間積分して方位変化量を算出することで、現在の方位を算出し、方位信号として出力する。また、位置方位算出装置５３は同様に、海中航行する前の海上あるいは陸上においてＧＰＳ等により測定した位置を基準として、加速度信号により示される加速度を時間積分して速度の変化量を算出し、さらに速度の変化量を時間積分して位置の変化量を算出することで、現在の位置を算出し、位置信号として出力する。
【００２３】
ビークル動作制御装置６は、位置方位算出装置５３が出力した位置信号と方位信号が示す現在位置および方位に基づいて、ビークル移動経路算出装置３が出力した移動経路信号が示す移動経路に従い移動するよう、ビークルを制御する。また、ビークル動作制御装置６は、後述する目標物検出信号が目標物探索装置４から入力された場合、ビークルの移動を停止させる。
【００２４】
本発明のレーザレーダ装置は、上記のようにビークルの移動を制御するとともに、目標物探索装置４により目標物を探索する。
目標物探索装置４のレーザ装置４１は、第２のレーザ光を発振して変調器４３へ出力する。発振器４２は、第２の変調信号を変調器４３および距離検出装置４９へ出力する。変調器４３は、第２の変調信号に従い第２のレーザ光の強度を変調し、送信レンズ４４へ出力する。送信レンズ４４は、第２のレーザ光の拡がり角を調整し、海中へ出力する。このとき、第２のレーザ光は、スキャナ４５により走査される。つまり、スキャナドライバ４６は、スキャナ４５の角度を指定するスキャナ角度信号をスキャナ４５へ出力し、スキャナ４５はスキャナ角度信号に従い、第２のレーザ光の送信方向と受信視野をスキャンする。また、スキャナドライバ４６は、信号処理装置５０へスキャナ角度信号を出力する。
受信レンズ４７は、受信視野中心に対して同軸方向に伝搬する対象物からの反射光を集光し、受光器４８へ出力する。受光器４８は、上記集光された光を電気信号に変換し、第２の受信信号として距離検出装置４９へ出力する。
距離検出装置４９は、第２の受信信号と第２の変調信号から、上記反射光の飛行距離時間を測定することで対象物までの距離を検出し、距離信号として信号処理装置５０へ出力する。
【００２５】
信号処理装置５０は、距離信号とスキャナ角度信号を用いてビークル周辺の三次元データを作成する。また、信号処理装置５０は、上記三次元データを用いてあらかじめユーザなどにより指定された目標物の想定サイズと同等の物体が存在するかを判断し、上記物体が存在すると判断した場合に、目標物検出信号を出力する。前述したように、目標物検出信号がビークル動作制御装置６へ出力されると、ビークルの移動は停止される。
【００２６】
以上のようにこの実施の形態１によれば、探索可能距離を算出し、目標物が存在する可能性のある領域を漏れなく、また、探索範囲が重複することなく探索できる経路に沿ってビークルを移動させることができる。従って、マリンスノーが起因の探索可能距離の減少による目標物検知漏れや、探索範囲が重複することによる探索時間の増加を防ぎ、効率的な探索を行なうことができる。
なお、上記では、ビークル移動経路算出装置３がビークルの移動経路を算出するものとして説明したが、適宜人が算出された探索可能距離を参照して、目標物検知漏れや、探索範囲が重複することのないビークルの移動経路を、手動で設定し、ビークルの動作を制御するようにしてもよい。
【００２７】
目標物探索装置４のレーザ装置４１およびマリンスノー測定装置１のレーザ装置１１は、例えばＬＥＤやランプのようなレーザ光でない発光源でもよい。
また、レーザ装置４１およびレーザ装置１１が出力する光の波長は、あらかじめ海中の透過率の高い波長に設定してもよい。また、マリンスノーの透過損失に分光特性がある場合、マリンスノーの透過損失が低い波長に設定してもよい。これにより、探索可能距離を延伸し、探索時間を短縮することができる。
【００２８】
散乱光強度信号から減衰係数αを算出する際、指数関数をフィッティングして決定してもよい。図５を用いて上記フィッティングについて説明する。散乱光強度信号は時間原点から時間が経過すると一旦増加し、途中から減少する。上記減少を開始した時間以降の信号に対して指数関数によるフィッティングを行い、減衰係数αを決定する。フィッティングに使用する関数を以下の式（３）に示す。
0005955458.tif 000004
ここでＡは任意定数である。
【００２９】
マリンスノー測定装置１は、ビークルの移動開始前に一度だけ動作させてもよいし、移動中に動作させ続けてもよい。
一度だけ動作させる場合においては、移動経路に従って移動している間にマリンスノーの量が変化した場合、探索可能距離も変化するため、探索可能距離の減少による目標物検知漏れや、探索範囲の重複による探索時間の増加が発生することがある。
一方、移動中に動作させ続けた場合、移動中にマリンスノーの量が変化しても、再度探索可能距離、移動経路を算出し、移動経路を途中で修正することで、探索可能距離の減少による目標物検知漏れや、探索範囲の重複による探索時間の増加を防ぐことができる。
【００３０】
また、マリンスノー測定装置１を移動中に動作させ続けた場合、マリンスノー測定装置１と目標物探索装置４は同時に動作させてもよいし、タイミングをずらして動作させてもよい。
同時に動作させる場合、目標物探索装置４の第２のレーザ光によるマリンスノーの散乱光がマリンスノー測定装置１に入力され、クロストークによりマリンスノーによる散乱光強度が正確に測定できない可能性がある。同様に、マリンスノー測定装置１の第１のレーザ光による目標物からの反射光が目標物探索装置４に入力され、クロストークにより目標物の三次元形状が正確に測定できない可能性がある。この場合、第１のレーザ光と第２のレーザ光をそれぞれ異なる波長に設定し、マリンスノー測定装置１に第１のレーザ光を透過し、第２のレーザ光を透過させない第１のフィルタを、目標物探索装置４に第１のレーザ光を透過せず、第２のレーザ光を透過する第２のフィルタを備えることで、クロストークを回避することができる。
また、タイミングをずらして動作させる場合、第１および第２のフィルタは不要となり、部品点数を削減することができる。一方、タイミングをずらして動作させるため、各レーザ光のパルス変調のタイミングを制御する必要がある。
【００３１】
ジャイロスコープ５１は、方位磁針としてもよい。
アクティブソナーやレーザレーダにより海底地形や海中の人工物が測定できる場合、これらの情報を用いてビークルの位置および方位を算出してもよい。この場合、慣性航法装置５が不要になるため、部品点数を減らすことができる。
【００３２】
本発明のレーザレーダ装置は、音波を用いたアクティブソナーと併用してもよい。
音波を用いたアクティブソナーは、レーザ光と比較して海中伝搬時の減衰が少ないため、遠方の目標物からのエコーを検出することができる。よって、レーザレーダ装置と音波を用いたアクティブソナーを併用することで、目的に応じて使い分けることが可能になる。
例えば、遠方の目標物をアクティブソナーで検出し、ビークルでその方向に接近する。その後、レーザレーダ装置で高精度に測定することで、物体形状や大きさを判別して検出することができる。
また、海底等の複雑地形近辺では高い空間分解能が必要になるため、レーザレーダ装置を使うことで高精度に測定することができ、それ以外の広い空間ではアクティブソナーを使うことで広範囲に測定することができる。
【００３３】
目標物探索装置４では、散乱光強度を用いて目標物を検出してもよい。この場合、距離検出装置４９を、距離以外に散乱光強度も検出できる距離強度検出装置に変更する。
上記のように散乱光強度を用いて目標物を検出する場合、信号処理装置５０であらかじめ想定した目標物の散乱光強度のパターンを備え、測定した散乱光強度のパターンとマッチングを行うことで、目標物を検出する。これにより、目標物に船体表示がある場合、船体表示を判別して目標物を検出することが可能になる。
【００３４】
目標物にあらかじめプリズム等の高反射率物体を備えさせ、目標物探索装置４でこの高反射率物体を基準に目標物を検出してもよい。これにより、より遠方の目標物が測定できるため、探索可能距離を延伸することができる。
【００３５】
目標物探索装置４およびマリンスノー測定装置１におけるレーザ光の変調方法は、ＣＷ変調でもよい。ＣＷ変調の場合、変調信号と受信信号の位相差から時間を測定する。
目標物探索装置４では、第２のレーザ光をスキャナ４５によりスキャンせず、二次元に拡散させて一度に照射しても良い。この場合、受光器４８を二次元アレイにする必要がある。
目標物を検出した後にレーザ光通信を実施する場合には、目標物探索装置４で取得した目標物の三次元情報を用いて通信装置の位置を認識してもよい。
【００３６】
本発明のレーザレーダ装置は、海中ビークルの代わりに車や航空機、ヘリコプター、艦船などの移動体に搭載し、マリンスノーの代わりに霧や雨などによる光波の減衰を測定し、探索可能距離を決定してもよい。
また、上記のように海中以外において本発明のレーザレーダ装置を使用する場合や、海中においてもＧＰＳ信号が受信できる浅い水深の場合や、潜望鏡等により海上でＧＰＳ信号が受信できる場合には、慣性航法装置５の代わりにＧＰＳ信号を直接受信して位置および方位を決定してもよい。この場合、慣性航法装置５が不要になるため、部品点数を減らすことができる。
本発明のレーザレーダ装置は、海底や目標とは異なる物体を障害物として検知し、衝突を回避するよう移動経路を変更してもよい。これにより、移動経路中に障害物が存在した場合、衝突を回避することができる。
【００３７】
実施の形態２．
上記実施の形態１は、光波の減衰量から測定可能距離を算出するようにしたものであるが、実施の形態２では、測定可能距離を一定に保つようにしたレーザレーダ装置について示す。
この発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置について、図８を用いて説明する。図８は、この発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置の構成図である。この発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置は、マリンスノー測定装置１、目標物探索装置４、慣性航法装置５、ビークル動作制御装置６、フレームレート算出装置７、ビークル移動速度算出装置８を備える。
なお、実施の形態１で示したものと同じものについては、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００３８】
マリンスノー測定装置１の構成、機能は、実施の形態１で示したものと同様である。
目標物探索装置４の構成を図９に示す。目標物探索装置４は、実施の形態１で示したものに光アンプ４０１を加えた構成であり、すなわち、レーザ装置４１、発振器４２、変調器４３、光アンプ４０１、送信レンズ４４、スキャナ４５、スキャナドライバ４６、受信レンズ４７、受光器４８、距離検出装置４９、信号処理装置５０を備える。
光アンプ４０１は、パルス変調された第２のレーザ光のパワーを、パルス変調の繰り返し周期に比例して増幅して出力する機能を持つ。スキャナドライバ４６はスキャナ４５の角度を示すスキャナ角度信号を繰り返し周期信号に従って出力する機能を持つ。発振器４２は、繰り返し周期信号に従った繰り返し周期で第２の変調信号を出力する機能を持つ。
なお、光アンプ４０１は、光増幅手段を構成している。
【００３９】
慣性航法装置５の構成、機能は、実施の形態１で示したものと同様である。
ビークル動作制御装置６は、移動速度信号に従いビークルの移動速度を設定し、位置信号と方位信号が示す現在位置および方位に基づいて、移動経路信号が示す移動経路に従い移動するようビークルを制御する機能を持つ。また、ビークル動作制御装置６は、目標物検出信号が入力された場合、ビークルの移動を停止させる機能を持つ。
【００４０】
フレームレート算出装置７は、あらかじめユーザなどにより設定された２つの閾値電圧Ｖ１、Ｖ２を用いて、散乱光強度信号が閾値電圧Ｖ１、Ｖ２を下回る際の時間ｔ１、ｔ２を計測し、レーザ光の減衰の程度を示す減衰係数を算出する機能を持つ。また、フレームレート算出装置７は、減衰係数からフレームレートと、目標物探索装置４における第２のレーザ光の変調の繰り返し周期を算出し、それぞれフレームレート信号と繰り返し周期信号として出力する機能を持つ。
なお、フレームレート算出装置７は、繰り返し周期算出手段を構成している。
ビークル移動速度算出装置８は、フレームレート信号を用いて移動速度を算出し、移動速度信号として出力する機能を持つ。また、あらかじめユーザなどにより設定される探索可能距離に基づき、実施の形態１のビークル移動経路算出装置３と同様に検索範囲が重複せず、また漏れなく目標物探索領域を探索するビークルの移動経路を算出し、移動経路信号としてビークル動作制御装置６に出力する機能を持つ。
なお、ビークル移動速度算出装置８は、移動速度算出手段を構成している。
【００４１】
次に、上記のように構成された、この発明の実施の形態２に係るレーザレーダ装置の動作について説明する。なお、実施の形態１と同様の部分については、適宜説明を省略する。
フレームレート算出装置７は、実施の形態１における探索可能距離算出装置２と同様の方法で、マリンスノー測定装置１が出力した散乱光強度信号からマリンスノーによる減衰係数αを算出する。
また、フレームレート算出装置７は、算出した減衰係数αを用いて、目標物探索装置４においてビークル周辺の三次元データを測定するフレームレートＦを算出し、フレームレート信号としてビークル移動速度算出装置８に出力する。また、パルス変調の繰り返し周期Ｔを算出し、繰り返し周期信号として発振器４２およびスキャナドライバ４６へ出力する。フレームレートＦおよび繰り返し周期Ｔの算出方法を以下に示す。
【００４２】
減衰係数αを用いて、あらかじめユーザなどにより設定された探索可能距離Ｌを満たすレーザ光パワーＰＬを算出する。レーザ光パワーＰＬの算出式を以下の式（４）に示す。
0005955458.tif 000005
ここで、ＰＲは検出限界の受光パワー、ηはシステム効率、Ｒは目標物の反射率、Ｌは探索可能距離を示す。上記ＰＲ、Ｌ、η、Ｒのパラメータは、あらかじめユーザなどにより設定される。
上記レーザ光パワーＰＬは、光アンプ４０１の出力により決定される。光アンプ４０１は、変調器４３におけるパルス変調の繰り返し周期Ｔに比例したパワーを出力するので、以下の式（５）を用いて繰り返し周期Ｔを算出する。
0005955458.tif 000006
ここで、ａは繰り返し周期Ｔと光アンプ４０１のレーザ光パワーＰＬの比例係数である。このパラメータａは、あらかじめユーザなどにより設定される。
また、フレームレートＦは、繰り返し周期Ｔと１フレーム内の測定点数Ｎを用いて以下の式（６）により算出する。
0005955458.tif 000007
ここで、測定点数Ｎはあらかじめユーザなどにより設定される。
以上のようにして算出したフレームレートＦをフレームレート信号としてビークル移動速度算出装置８へ、また、繰り返し周期Ｔを繰り返し周期信号として発振器４２およびスキャナドライバ４６へ出力する。
【００４３】
ビークル移動速度算出装置８は、フレームレート信号として入力されるフレームレートＦと設定されている探索可能距離Ｌとから、ビークル移動速度ｖを算出し、移動速度信号としてビークル動作制御装置６へ出力する。ビークル移動速度ｖの算出式（７）を以下に示す。
0005955458.tif 000008
また、あらかじめユーザなどにより設定される探索可能距離に基づき、実施の形態１のビークル移動経路算出装置３と同様に検索範囲が重複せず、また漏れなく目標物探索領域を探索するビークルの移動経路を算出し、移動経路信号としてビークル動作制御装置６へ出力する。
【００４４】
ビークル動作制御装置６は、移動速度信号に従いビークルの移動速度を設定し、慣性航法装置５が出力する位置信号と方位信号が示す現在位置および方位に基づいて、移動経路信号が示す移動経路に従い移動するようビークルを制御する。また、ビークル動作制御装置６は、目標物検出信号が入力された場合、ビークルの移動を停止させる。
【００４５】
本発明のレーザレーダ装置は、上記のようにビークルの移動を制御するとともに、目標物探索装置４により目標物を探索する。
目標物探索装置４の発振器４２は、繰り返し周期信号に従った繰り返し周期Ｔで第２の変調信号を変調器４３および距離検出装置４９へ出力する。光アンプ４０１は、パルス変調された第２のレーザ光のパワーを、パルス変調の繰り返し周期Ｔに比例して増幅し、送信レンズ４４へ出力する。スキャナドライバ４６は繰り返し周期信号に従って、スキャナ４５の角度を示すスキャナ角度信号をスキャナ４５と信号処理装置５０へ出力する。その他の目標物探索装置４の各構成は、実施の形態１で示したものと同様の動作を行い、目標物を検出した場合には、ビークル動作制御装置６へ目標物検出信号を出力する。
【００４６】
以上のようにこの実施の形態２によれば、マリンスノーによる光波の減衰量が変化した際、探索可能距離を一定に保つようにレーザ光のパルス変調の繰り返し周期を変えて光アンプ４０１のレーザ光パワーを変化させ、探索可能距離を一定にすることで、マリンスノーが起因の探索可能距離の減少による目標物検知漏れや、探索範囲が重複することによる探索時間の増加を防ぎ、効率的な探索を行なうことができる。
また、探索可能距離を一定に保つので、実施の形態１と比較してビークルの移動経路を変更する必要がなくなり、ビークルの速度の調整だけ実施すればよいため、ビークルの方向転換等の複雑な機動が必要なくなり、ビークル動作制御を簡素化することができる。
なお、上記では、ビークル移動速度算出装置８がビークルの移動経路とビークル移動速度とを算出するものとして説明したが、探索可能距離に基づき移動経路を算出する装置を別に設けて、その装置から移動経路信号を出力させてもよい。あるいは、適宜人が設定された探索可能距離を参照して移動経路を、また、探索可能距離とフレームレート信号を参照して移動速度を設定し、目標物検知漏れや、探索範囲が重複することのないようにビークルの動作を制御するようにしてもよい。
【００４７】
実施の形態３． 
上記実施の形態１および実施の形態２では、マリンスノー測定装置１と目標物探索装置４とを別個に備えていたが、実施の形態３では、マリンスノー測定装置１と目標物探索装置４とを一体化して構成したレーザレーダ装置について示す。
この発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置について、図１０を用いて説明する。図１０は、この発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置の構成図である。この発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置は、探索可能距離算出装置２、ビークル移動経路算出装置３、慣性航法装置５、ビークル動作制御装置６、レーザレーダ９を備える。
なお、実施の形態１で示したものと同じものについては、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００４８】
レーザレーダ９の構成を図１１に示す。レーザレーダ９は、レーザ装置４１、発振器４２、変調器４３、送信レンズ４４、スキャナ４５、スキャナドライバ４６、受信レンズ４７、受光器４８、距離検出装置４９、散乱光強度検出装置１７、信号処理装置５０を備える。
信号処理装置５０は、実施の形態１で示した機能を持つことに加え、測定モードを設定する測定モード信号を出力する機能を持つ切替制御装置５０１を持つ。切替制御装置５０１には、探索開始信号が入力される。
なお、切替制御装置５０１は、切替制御手段を構成している。
スキャナドライバ４６は、実施の形態１で示した機能に加え、測定モード信号の一つであるマリンスノー測定モード（散乱光測定モード）信号が入力されると動作を停止する機能を持つ。また、測定モード信号の１つである目標物探索モード（測距モード）信号が入力されると動作を開始する機能を持つ。
なお、レーザ装置４１、発振器４２、変調器４３、送信レンズ４４、スキャナ４５、スキャナドライバ４６は共通投光手段を、受信レンズ４７、受光器４８は共通受光手段を構成している。
【００４９】
距離検出装置４９は、第２の受信信号と第２の変調信号から、反射光の飛行距離時間を測定することで距離を検出し、距離信号として信号処理装置５０へ出力する機能を持つ。また、マリンスノー測定モード信号が入力されると動作を停止する機能を持つ。また、目標物探索モード信号が入力されると動作を開始する機能を持つ。
散乱光強度検出装置１７は、第２の受信信号と第２の変調信号から、第２の変調信号の入力タイミングを時間原点として散乱光強度の時間変化を測定し、散乱光強度信号として出力する機能を持つ。また、マリンスノー測定モード信号が入力されると動作を開始する機能を持つ。また、目標物探索モード信号が入力されると動作を停止する機能を持つ。
ビークル動作制御装置６は、実施の形態１で示した機能に加え、移動経路信号が入力された場合、探索開始信号を出力する機能を持つ。
【００５０】
次に、上記のように構成された、この発明の実施の形態３に係るレーザレーダ装置の動作について説明する。なお、実施の形態１と同様の部分については、適宜その説明を省略する。
レーザレーダ９の信号処理装置５０は、レーザレーダ装置の動作開始時に測定モード信号の１つであるマリンスノー測定モード信号を距離検出装置４９とスキャナドライバ４６と散乱光強度検出装置１７へ出力する。
マリンスノー測定モード信号が入力されると、距離検出装置４９およびスキャナドライバ４６は動作を停止し、散乱光強度検出装置１７は動作を開始する。
散乱光強度検出装置１７は、第２の受信信号と第２の変調信号から、第２の変調信号の入力タイミングを時間原点として散乱光強度の時間変化を測定し、散乱光強度信号として探索可能距離算出装置２へ出力する。
ここで、第２の受信信号は、実施の形態１での説明と同様に、受信レンズ４１で集光された散乱光が、受光器４８で電気信号に変換されたものであり、散乱光は、レーザ装置４１で発振、変調器４３にて変調され、送信レンズ４４とスキャナ４５を介して出力された第２のレーザ光が、海中で散乱されたものである。
【００５１】
探索可能距離算出装置２は、散乱光強度信号を用いて探索可能距離を算出し、探索可能距離信号としてビークル移動経路算出装置３へ出力する。
ビークル移動経路算出装置３は、探索可能距離信号を用いて移動経路を算出し、移動経路信号としてビークル動作制御装置６へ出力する。
ビークル動作制御装置６は、慣性航法装置５が出力する位置信号と方向信号を用い、移動経路信号に従ってビークルの移動を開始させる。また、移動経路信号が入力されたことを契機に、探索開始信号を信号処理装置５０へ出力する。
信号処理装置５０は、探索開始信号が入力されると、測定モード信号の１つである目標物探索モード信号を、距離検出装置４９とスキャナドライバ４６と散乱光強度検出装置１７へ出力する。
【００５２】
目標物探索モード信号が入力されると、距離検出装置４９およびスキャナドライバ４６は動作を開始し、散乱光強度検出装置１７は動作を停止する。
スキャナドライバ４６は、スキャナ４５の角度を指定するスキャナ角度信号をスキャナ４５へ出力する。
スキャナ４５はスキャナ角度信号に従い、レーザ装置４１で発振、変調器４３にて変調され、送信レンズ４４を通った第２のレーザ光の送信方向と受信視野とをスキャンする。
受信レンズ４１で集光された反射光は、受光器４８で第２の受信信号に変換されて、距離検出装置４９へ出力される。
距離検出装置４９は、第２の受信信号と第２の変調信号から、反射光の飛行距離時間を測定することで距離を検出し、距離信号として信号処理装置５０へ出力する。
【００５３】
信号処理装置５０は、目標物を検出した場合、目標物検出信号をビークル動作制御装置６へ出力する。
なお、上記では、実施の形態１におけるマリンスノー測定装置１と目標物探索装置４とを、レーザレーダ９として一体化した構成について示したが、実施の形態２におけるマリンスノー測定装置１と目標物探索装置４とを、レーザレーダ９として一体化して構成してもよい。
【００５４】
以上のようにこの実施の形態３によれば、探索可能距離を算出し、目標物が存在する可能性のある領域を漏れなく、また、探索範囲が重複することなく探索できる経路に沿ってビークルを移動させることができる。従って、マリンスノーが起因の探索可能距離の減少による目標物検知漏れや、探索範囲が重複することによる探索時間の増加を防ぎ、効率的な探索を行なうことができる。
また、実施の形態３のレーザレーダ装置は、実施の形態１および実施の形態２で示したレーザレーダ装置において目標物探索装置４とマリンスノー測定装置１とをレーザレーダ９として一体化したものであり、レーザ装置、発振器、変調器、送信レンズ、受信レンズ、受光器を共用するため、装置品点数が少なくなり、装置を低コストおよび小型化することができる。
【００５５】
なお、マリンスノー測定モードはレーザレーダ装置の動作開始時に一度だけ動作させてもよいし、ビークルの移動中に目標物探索モードからマリンスノー測定モードへと切り替えてもよい。
一度だけ動作させる場合においては、移動経路に従って移動している間にマリンスノーの量が変化した場合、探索可能距離も変化するため、探索可能距離の減少による目標物検知漏れや、探索範囲の重複による探索時間の増加が発生することがある。
一方、移動中にマリンスノー測定モードに切り替えた場合、再度探索可能距離を算出し、移動経路を算出し、移動経路を途中で修正することで、探索可能距離の減少による目標物検知漏れや、探索範囲の重複による探索時間の増加を防ぐことができる。
【００５６】
実施の形態４．
上記実施の形態１〜３は、第２のレーザ光を用いて目標物の探索を行なうようにしたものであるが、実施の形態４では、目標物が送信するレーザ光を検出することで目標物の探索を行なうようにしたレーザレーダ装置について示す。
この発明の実施の形態４に係るレーザレーダ装置について、図１２を用いて説明する。図１２は、この発明の実施の形態４に係るレーザレーダ装置の構成図である。この発明の実施の形態４に係るレーザレーダ装置は、マリンスノー測定装置１、ビークル移動経路算出装置３、慣性航法装置５、ビークル動作制御装置６、レーザ照射範囲半径算出装置１０、目標物送信レーザ光測定装置２０を備える。
なお、実施の形態１で示したものと同じものについては、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。
【００５７】
マリンスノー測定装置１及び慣性航法装置５の構成、機能は、実施の形態１で示したものと同様である。
レーザ照射範囲半径算出装置１０は、実施の形態１における探索可能距離算出装置２と同様に、マリンスノー測定装置１が出力する散乱光強度信号を用いて、レーザ光の減衰の程度を示す減衰係数αを上記の式（１）に基づき算出する機能を持つ。
【００５８】
また、レーザ照射範囲半径算出装置１０は、算出した減衰係数αを用いてレーザ照射範囲半径Ｌｔを算出し、レーザ照射範囲半径信号としてビークル移動経路算出装置３に出力する機能を持つ。レーザ照射範囲半径Ｌｔは、目標物を中心として、目標物が送信するレーザ光を目標物送信レーザ光測定装置２０で検出可能な範囲の半径を指し、その算出式を以下の式（８）に示す。
0005955458.tif 000009
式（８）において、ＰＲは目標物送信レーザ光測定装置２０での検出限界の受光パワー、Ｐｔは目標物が照射するレーザ光パワーを示す。ＰＲ、Ｐｔのパラメータはあらかじめユーザなどにより設定される。
なお、レーザ照射範囲半径算出装置１０は、光波照射範囲算出手段を構成している。
【００５９】
ビークル移動経路算出装置３は、レーザ照射範囲半径信号とあらかじめユーザなどにより設定された目標物が存在する可能性のある目標物探索領域とを用いて、その目標物探索領域において、漏れなく、また重複なく目標物を探索できる移動経路を算出し、移動経路信号として出力する機能を持つ。
【００６０】
目標物（不図示）は、目標物送信レーザ光として、レーザ光を全方位に送信する。
目標物送信レーザ光測定装置２０は、受信レンズ２０１、アレイ型受信機２０２を備える。受信レンズ２０１は、目標物から送信されるレーザ光である目標物送信レーザ光を集光し、アレイ型受信機２０２に出力する機能を持つ。アレイ型受信機２０２は、受信レンズ２０１により集光された目標物送信レーザ光のパワーが、自身の検出限界以上のパワーであると、当該集光された目標物送信レーザ光を電気信号に変換し、強度信号として出力する機能を持つ。また、アレイ型受信機２０２は、受信レンズ２０１によりこのときに集光された目標物送信レーザ光の位置である集光位置から、目標物送信レーザ光の入射方向を算出し、目標物方位信号として出力する機能を持つ。
【００６１】
目標物送信レーザ光の入射方向θは、受信レンズ２０１の焦点距離をｆ、アレイ型受信機２０２の中心から集光位置までの距離をｈとすると、以下の式（９）より算出される。
0005955458.tif 000010
なお、目標物送信レーザ光測定装置２０は、目標物光波検出手段を構成している。
【００６２】
ビークル動作制御装置６は、慣性航法装置５が出力する位置信号と方位信号が示す現在位置および方位に基づいて、移動経路信号が示す移動経路に従い移動するようビークルを制御する機能を持つ。また、ビークル動作制御装置６は、強度信号及び目標物方位信号が入力された場合、ビークルの移動を停止させる機能を持つ。
【００６３】
次に、上記のように構成された、この発明の実施の形態４に係るレーザレーダ装置の動作について説明する。なお、実施の形態１と同様の部分については、適宜説明を省略する。
レーザ照射範囲半径算出装置１０は、実施の形態１における探索可能距離算出装置２と同様の方法で、マリンスノー測定装置１が出力した散乱光強度信号からマリンスノーによる減衰係数αを算出する。
また、レーザ照射範囲半径算出装置１０は、算出した減衰係数αを用いて、上記の式（８）の通りレーザ照射範囲半径Ｌｔを算出し、レーザ照射範囲半径信号としてビークル移動経路算出装置３に出力する。
【００６４】
ビークル移動経路算出装置３は、レーザ照射範囲半径信号として入力されるレーザ照射範囲半径Ｌｔと、あらかじめユーザなどにより設定された目標物が存在する可能性のある目標物探索領域から、探索範囲が重複せず、また目標物探索領域を漏れなく探索するビークルの移動経路を算出し、移動経路信号としてビークル動作制御装置６に出力する。
【００６５】
例えばマリンスノーが少ない場合、レーザ照射範囲半径Ｌｔが長いため、図１３に示すように、算出される移動経路は、目標物探索領域の境界とビークルの移動経路との間隔（例えば図中Ｋ１）、移動経路で隣合う経路の間隔（図中Ｋ２）などが広くなり、移動経路全体の長さは短くなる。一方、図１４のようにマリンスノーが多い場合、レーザ照射範囲半径Ｌｔが短いため、図１４に示すように、算出される移動経路は、目標物探索領域の境界とビークルの移動経路との間隔（例えば図中Ｋ１）、移動経路で隣合う経路の間隔（図中Ｋ２）などが狭くなり、移動経路全体の長さは長くなる。
図１３、図１４いずれの場合においても、目標物探索領域を漏れなく、また、探索範囲が無駄に重複することなく探索できる経路となっている。
【００６６】
ビークル動作制御装置６は、慣性航法装置５が出力する位置信号と方位信号が示す現在位置および方位に基づいて、ビークル移動経路算出装置３が出力する移動経路信号が示す移動経路に従い移動するよう、ビークルを制御する。また、ビークル動作制御装置６は、強度信号及び目標物方位信号が目標物送信レーザ光測定装置２０から入力された場合、ビークルの移動を停止させる。
【００６７】
本発明のレーザレーダ装置は、上記のようにビークルの移動を制御するとともに、目標物が送信する目標物送信レーザ光を目標物送信レーザ光測定装置２０により検出することで、目標物を探索する。
探索対象の目標物は、目標物送信レーザ光として、レーザ光を全方位に送信しており、受信レンズ２０１は、目標物から送信されたこの目標物送信レーザ光を集光して、アレイ型受信機２０２に出力する。
【００６８】
アレイ型受信機２０２は、受信レンズ２０１により集光された目標物送信レーザ光のパワーが、自身の検出限界以上のパワーであると、当該集光された目標物送信レーザ光を電気信号に変換し、強度信号としてビークル動作制御装置６に出力する。また、アレイ型受信機２０２は、受信レンズ２０１によりこのときに集光された目標物送信レーザ光の位置である集光位置から上記の式（９）の通り目標物送信レーザ光の入射方向θを算出し、目標物方位信号としてビークル動作制御装置６に出力する。
前述したように、強度信号及び目標物方位信号がビークル動作制御装置６へ出力されると、ビークルの移動は停止される。
【００６９】
以上のようにこの実施の形態４によれば、レーザ照射範囲半径を算出し、目標物が存在する可能性のある領域を漏れなく、また、探索範囲が重複することなく探索できる経路に沿ってビークルを移動させることができる。従って、マリンスノーが起因のレーザ照射範囲半径の減少による目標物検知漏れ、探索範囲が重複することによる探索時間の増加を防ぎ、効率的な探索を行なうことができる。
また、実施の形態４のレーザレーダ装置は、目標物探索装置４を備える必要がないために、実施の形態１，２と比較して、スキャナ４５、レーザ装置４１等の部品点数及び消費電力を減少でき、ビークルを軽量化及び省電力化することができる。
【００７０】
なお、上記では、ビークル移動経路算出装置３がビークルの移動経路を算出するものとして説明したが、適宜人が算出されたレーザ照射範囲半径を参照して、目標物検知漏れ、探索範囲が重複することのないビークルの移動経路を、手動で設定し、ビークルの動作を制御するようにしてもよい。
【００７１】
目標物が全方位に送信するレーザ光は、一度に全方位に送信されてもよいし、全方位にスキャンされることで送信されてもよい。
目標物送信レーザ光測定装置２０の受信レンズ２０１は、魚眼レンズ等の広角レンズを用いて、目標物送信レーザ光を確実に受信できるように構成してもよい。
【００７２】
目標物送信レーザ光測定装置２０は、半球状の視野を持つ目標物送信レーザ光測定装置２０ａ，２０ｂをビークル両側面に１つずつ設置することにより構成してもよい。この場合のビークルの平面図を図１５に示す。このようにすることで、全方位へ送信される目標物送信レーザ光を取りこぼすことなく受信することが可能となる。
【００７３】
アレイ型受信機２０２は、２次元アレイの受光器を用いることで、２次元の視野を確保できるようにしてもよい。
ビークルと目標物が通信を行うように構成される場合、ビークル動作制御装置６は、目標物送信レーザ光測定装置２０が出力する目標物方位信号に基づき、ビークルを目標物に向かって接近させるように制御してもよい。これにより、信号対雑音比（ＳＮ比）が高い状態での通信が可能となる。
また、ビークル動作制御装置６は、目標物送信レーザ光測定装置２０が出力する強度信号と、レーザ照射範囲半径算出装置１０が算出する減衰係数αに基づき、ビークルから目標物までの距離を算出してもよい。これにより、ビークルが一定距離まで目標物に接近するように、ビークル動作制御装置６はビークルの移動を制御することができる。さらに、ビークルから目標物までの距離を算出することで、ビークルを目標物に接近させる際に目標物に衝突することを防ぐことができるので、安全に目標物に接近することができる。
【００７４】
目標物が送信するのは、例えばＬＥＤ（Ｌｉｇｈｔ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｄｉｏｄｅ）、ランプのようなレーザ光以外の光でもよい。
また、目標物が送信するレーザ光の波長は、あらかじめ海中の透過率の高い波長に設定してもよい。また、マリンスノーの透過損失に分光特性がある場合、マリンスノーの透過損失が低い波長に設定してもよい。これにより、レーザ照射範囲半径を延伸し、探索時間を短縮することができる。
【００７５】
マリンスノー測定装置１は、ビークルの移動開始前に一度だけ動作させてもよいし、移動中に動作させ続けてもよい。
一度だけ動作させる場合においては、移動経路に従って移動している間にマリンスノーの量が変化した場合、レーザ照射範囲半径も変化するため、レーザ照射範囲半径の減少による目標物検知漏れ、探索範囲の重複による探索時間の増加が発生することがある。
一方、移動中に動作させ続けた場合、移動中にマリンスノーの量が変化しても、再度レーザ照射範囲半径、移動経路を算出し、移動経路を途中で修正することで、レーザ照射範囲半径の減少による目標物検知漏れ、探索範囲の重複による探索時間の増加を防ぐことができる。
【００７６】
実施の形態４のレーザレーダ装置は、音波を用いたアクティブソナーと併用してもよい。
音波を用いたアクティブソナーは、レーザ光と比較して海中伝搬時の減衰が少ないため、遠方の目標物からのエコーを検出することができる。よって、レーザレーダ装置と音波を用いたアクティブソナーを併用することで、目的に応じて使い分けることが可能になる。
例えば、遠方の目標物をアクティブソナーで検出し、ビークルでその方向に接近する。その後、レーザレーダ装置により目標物からのレーザ光を検出することで、目標物の位置を正確に把握することができる。
【００７７】
実施の形態４に係るレーザレーダ装置は、海中ビークルの代わりに車、航空機、ヘリコプター、艦船などの移動体に搭載し、マリンスノーの代わりに霧、雨などによる光波の減衰を測定し、レーザ照射範囲半径を決定してもよい。
【００７８】
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。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
以上のようにこの発明に係るレーザレーダ装置は、目標物の検出漏れ、探索範囲の重複による探索時間の増加を防ぎ、効率的な探索を行なうことができるため、光波を用いて物体を検出する装置として利用するのに適している。
【符号の説明】
【００８０】
１  マリンスノー測定装置、１１  レーザ装置（散乱光測定用投光手段）、１２  発振器（散乱光測定用投光手段）、１３  変調器（散乱光測定用投光手段）、１４  送信レンズ（散乱光測定用投光手段）、１５  受信レンズ（散乱光測定用受光手段）、１６  受光器（散乱光測定用受光手段）、１７  散乱光強度検出装置（散乱光測定手段）、２  探索可能距離算出装置（測距可能距離算出手段）、３  ビークル移動経路算出装置（移動経路算出手段）、４  目標物探索装置、４１  レーザ装置（測距用投光手段、共通投光手段）、４２  発振器（測距用投光手段、共通投光手段）、４３  変調器（測距用投光手段、共通投光手段）、４４  送信レンズ（測距用投光手段、共通投光手段）、４５  スキャナ（測距用投光手段、共通投光手段）、４６  スキャナドライバ（測距用投光手段、共通投光手段）、４７  受信レンズ（測距用受光手段、共通受光手段）、４８  受光器（測距用受光手段、共通受光手段）、４９  距離検出装置（測距手段）、５０  信号処理装置（目標物検出手段）、４０１  光アンプ（光増幅手段）、５０１  切替制御装置（切替制御手段）、５  慣性航法装置（位置方向認識手段）、５１  ジャイロスコープ、５２  加速度計、５３  位置方位算出装置、６  ビークル動作制御装置（移動制御手段）、７  フレームレート算出装置（繰り返し周期算出手段）、８  ビークル移動速度算出装置（移動速度算出手段）、９  レーザレーダ、１０  レーザ照射範囲半径算出装置（光波照射範囲算出手段）、２０，２０ａ，２０ｂ  目標物送信レーザ光測定装置（目標物光波検出手段）、２０１  受信レンズ、２０２  アレイ型受信機。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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