(57)【要約】  交通感知及びモニタリング装置（１００）は、光ファイバ（１１２）と、一連のパルス対を該ファイバの入力端内に導入するように構成された手段（１０２、１０３、１０４、１０６、１０７、１０９、１１９）とを備え、パルス対の各々は、周波数差Ωを有する放射の第１及び第２のパルスを備え、第２のパルスは、遅延τだけ第１のパルスに対して遅延され、本装置は、更に、入力端に向かってファイバ内でレイリー後方散乱される放射を検出し、かつ、それに応答して出力信号を生成するように構成された光検出器とを備える。本発明の装置は、長い道路（例えば、５ｋｍ）に沿って任意の位置にて交通の感知及びモニタリングを可能にするものであり、同じ空間分解能を実現する従来技術によるシステムと比較すると単位長さ当たりの設置費用及び維持費が低減される。
2009514081.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
長さｌの光ファイバと、
一連のパルス対を光ファイバの入力端内に導入するように構成された手段と
を備える交通感知及びモニタリング装置であって、
パルス対の各々が、周波数差Ωを有する放射の第１及び第２のパルスを備え、第２のパルスが遅延τだけ第１のパルスに対して遅延され、
入力端に向かってファイバ内でレイリー後方散乱される放射を検出し、かつ、それに応答して出力信号を生成するように構成された光検出器と
を更に備える、光感知及びモニタリング装置。
【請求項２】
一連のパルス対を光ファイバ内に導入するように構成された手段が、ｖ／２ｌ以下、好ましくは実質的にｖ／２ｌのレートで動作するように構成され、ここで、ｖが、光ファイバ内のパルスの速度である、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
ｖτ／２が、感知及びモニタリングされる交通の単位の長さに実質的に対応する、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
各パルス対の第１のパルスが長さｌの光ファイバに入った後に、特定の時間ｔ０にて光検出器の出力信号をサンプリングすることによって１組の信号サンプルを取得するように、かつ、信号サンプルを処理して前記サンプルで構成された信号の周波数又は位相に対応する出力信号を生成するように構成された応答システムを更に備える、請求項１から３のいずれか一項に記載の装置。
【請求項５】
応答システムが、各パルス対の第１のパルスが長さｌの光ファイバに入った後に、時間ｔ０−Δｔ、ｔ０及びｔ０＋Δｔにて光検出器出力信号をサンプリングすることによって種々の組の信号サンプルを取得するように、かつ、ほぼΩの周波数を有する最大信号に対応する種々のサンプルを有する組を処理するように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
応答システムが、第１の組のサンプルが少なくとも所定の量だけ対応する信号を上回る信号に第２の組のサンプルが対応するときに、処理される組を第１の組から第２の組に変えるように構成される、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
応答システムが、処理される組が第１の組から第２の組に変えられたときに、両方の組が、第１及び第２の出力信号を生成するように一期間にわたって処理されるように構成され、応答システムが、更に、第２の出力信号と第１の出力信号の差を評価するように、かつ、対応するオフセットを第２の出力信号に適用して第１及び第２の出力信号間の一切の不連続性を低減するように構成される、請求項５又は６に記載の装置。
【請求項８】
Δｔ≦τ／１０である、請求項５から７のいずれか一項に記載の装置。
【請求項９】
応答システムが、各パルス対の第１のパルスが長さｌの光ファイバに入った後に、複数の時間の各々にて光検出器の出力信号をサンプリングすることによって複数の組の信号サンプルを取得するように、かつ、各組のサンプルを処理して、各々が所与の組のサンプルで構成された信号の周波数又は位相に対応するそれぞれの出力信号を生成するように構成される、請求項４に記載の装置。
【請求項１０】
連続的な時間が、時間において少なくともｖτ／２だけ分離される、請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
光ファイバが、標準的な光ファイバである、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１２】
光ファイバが、偏光維持ファイバであり、一連のパルス対を光ファイバの入力端内に導入するように構成された手段が、放射個別パルスがファイバの主軸に沿って偏光されるように前記ファイバ内に偏光パルス対を送り出すように構成される、請求項１から１０のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
一連のパルス対を光ファイバの入力端内に導入するように構成された手段が、コヒーレント放射を少なくとも部分的に受光するように、かつ、それぞれ、ここで、ω１−ω２＝Ωである、周波数ω１の放射の第１のパルスと、周波数ω２の放射の第２のパルスとを出力するように構成された第１及び第２の音響光学変調器（ＡＯＭ）と、第１のパルスに対して第２のパルスを遅延させる手段と、パルスを光ファイバ内に結合する手段とを備える、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項１４】
レーザと、レーザの出力の第１及び第２の部分を、それぞれ、第１及び第２のＡＯＭ内に入力するように構成された手段とを更に備える、請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
レーザが、ｃｗレーザである、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
ＡＯＭが、同期動作が得られるように構成され、第１のパルスに対して第２のパルスを遅延させる手段が、光ファイバのループを備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項１７】
ｃｗレーザの出力を受光するように、かつ、各ＡＯＭが変調器によって各出力パルスの一部を受光するようにパルス放射を前記入力する手段に出力するように構成された光変調器を更に備え、各ＡＯＭが、パルスを含む時間ウィンドウの外側でＡＯＭへのパルス入力の消光比を増大するように構成される、請求項１６に記載の装置。
【請求項１８】
変調器が、一体式光変調器又は半導体光増幅器である、請求項１７に記載の装置。
【請求項１９】
第１のパルスに対して第２のパルスを遅延させる手段が、ＡＯＭを非同期で動作させるように構成された手段を備える、請求項１５に記載の装置。
【請求項２０】
レーザが、パルスレーザである、請求項１４に記載の装置。
【請求項２１】
一連のパルス対を光ファイバの入力端内に導入するように構成された手段が、ｃｗレーザと、レーザの光学的出力を受光するように、かつ、各々が第１及び第２のパルスを備える一連のパルス対を生成するように構成されたＡＯＭとを備え、パルスが、周波数差Ωを有し、第２のパルスが、第１のパルスに対して遅延τだけ遅延される、請求項１から１２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
Ωが、４０ｋＨｚ≦Ω≦４０ＭＨｚの範囲にある、請求項１から２１のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
光検出器が、フォトダイオードである、請求項１から２２のいずれか一項に記載の装置。
【請求項２４】
（ｉ）表面を使用する車両の重量が前記光ファイバに作用するように、車両を担持する表面上に又は表面より下方に光ファイバを設置するステップと、
（ｉｉ）一連のパルス対を光ファイバの入力端内に導入するステップであって、パルス対の各々が、周波数差Ωを有する放射の第１及び第２のパルスを備え、第２のパルスが、遅延τだけ第１のパルスに対して遅延されるステップと、
（ｉｉｉ）入力端に向かってファイバ内でレイリー後方散乱される放射を検出し、それに応答して出力信号を生成するステップと
を備える、交通を感知及びモニタリングする方法。
【請求項２５】
パルス対が、ｖ／２ｌ以下、好ましくは実質的にｖ／２ｌのレートで前記光ファイバ内に導入され、ここで、ｖが、光ファイバ内のパルスのレートである、請求項２４に記載の方法。
【請求項２６】
ｖτ／２が、感知及びモニタリングされる交通の単位の長さに実質的に対応する、請求項２４又は２５に記載の方法。
【請求項２７】
（ｉ）各パルス対の第１のパルスが長さｌの光ファイバに入った後に、特定の時間ｔ０にて光検出器の出力信号をサンプリングするステップと、
（ｉｉ）ステップ（ｉ）において取得されたサンプルを処理して前記サンプルで構成された信号の周波数又は位相に対応する出力信号を生成するステップと
を更に備える、請求項２４から２６のいずれか一項に記載の方法。
【請求項２８】
（ｉ）各パルス対の第１のパルスが長さｌの光ファイバに入った後に、時間ｔ０−Δｔ、ｔ０及びｔ０＋Δｔにて光検出器出力信号をサンプリングしてそれぞれの組の信号サンプルを生成するステップと、
（ｉｉ）ほぼΩの周波数を有する最大信号に対応する種々のサンプルを有する組を処理するステップと
を備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
Δｔ≦τ／１０である、請求項２８に記載の方法。
【請求項３０】
（ｉ）各パルス対の第１のパルスが長さｌの光ファイバに入った後に、複数の時間の各々にて光検出器の出力信号をサンプリングすることによって複数の組の信号サンプルを取得するステップと
（ｉｉ）各組のサンプルを処理して、各々が所与の組のサンプルで構成された信号の周波数又は位相に対応するそれぞれの出力信号を生成するステップと
を備える、請求項２７に記載の方法。
【請求項３１】
連続的な時間が、時間において少なくともｖτ／２だけ分離される、請求項３０に記載の方法。
【請求項３２】
実質的に、図１を参照して上述したような装置。
【請求項３３】
実質的に、図２を参照して上述したような装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、交通、特に、限定するものではないが道路交通を感知かつモニタリングする装置及び方法に関する。例えば、本発明は、鉄道交通又は滑走路上の航空機の感知及びモニタリングに適用することもできる。
【背景技術】
【０００２】
道路又は複数車線の幹線道路の車線で自動車を感知かつモニタリングする能力は、道路の混雑区間の検出を可能にするために有用である。このような検出で、運転者達に当該部分の事前の警告を与えることができ、更なる交通渋滞が防止される。感知及びモニタリングが十分に詳説された場合、このような検出によって、当局も利用可能な道路資源を適当に利用することができる。例えば、高速道路の一部の車線が混雑状態になったとき、運転者らによる通常の利用に向けて硬路肩を利用可能にすることができる。長い目で見れば、交通量に関する詳細な情報は、既設道路の改修又は改善及び新規道路建設の長期的計画に有用である。
【０００３】
現在、道路交通を感知かつモニタリングする装置では、現行の交通感知モニタリング装置の費用及び限られた距離範囲のために、道路沿いの交通状態に関してわずかな情報しか得られない。ほぼ５０ｍの距離にわたって交通の鮮明な光景が得られるのは、ＣＣＴＶシステムのみである。誘導ループセンサは、一地点での情報が得られるにすぎず、かつ、一般的に、センサの高線形密度化は法外に経費が掛かるために連続するセンサ間では相対的な長い隔たり（例えば、５００ｍ）で、道路内に設置されているだけである。これは、各誘導ループセンサには個別の処理電子機器及び電源装置が必要だからである。これらのタイプの装置は、こまめな間隔で、したがって、高い経費で設置された場合、効率的な道路管理に必要とされるタイプの詳細な情報が得られるにすぎない。これらのシステムをこまめな間隔で設置すると、多量のハードウェアを採用するために高い維持費も発生する。誘導ループセンサの場合、更に、こまめな設置に関連した高い設置費用という問題がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
現行の交通感知及びモニタリング装置では、高い購入費、設置費用及び維持費に相伴って、道路長単位に従って高度な交通情報が得られるにすぎない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の目的は、これらの問題の少なくとも１つを改善することである。本発明の第１の態様によれば、この目的は、長さｌの光ファイバと、一連のパルス対を該光ファイバの入力端内に導入するように構成された手段とを備える交通モニタリング装置であって、パルス対の各々が、周波数差Ωを有する放射の第１及び第２のパルスを備え、第２のパルスが遅延τだけ第１のパルスに対して遅延され、入力端に向かってファイバ内でレイリー後方散乱される放射を検出し、かつ、それに応答して出力信号を生成するように構成された光検出器とを更に備える交通モニタリング装置によって達成される。使用面においては、光ファイバが、車両を担持する表面上に又は表面より下方に構成され、表面を使用する車両の重量が光ファイバに作用するようになっている。光検出器に同時に到着するように各パルス対の第１及び第２のパルスのそれぞれの部分がレイリー後方散乱される位置によって画定されたファイバの区間上にある移動中の車両によって、光検出器の出力信号の周波数が値Ωから偏差し、その結果、その区間上にある移動中の車両の存在が表示される。本発明の装置は、相対的に長距離の（例えば）道路の任意の区間を例えば数キロメートルモニタリングすることを可能にするものである。光ファイバの構成は、本発明の装置と同じ空間分解能を提供する一連の誘導ループセンサと比較すると簡単である。更に、ファイバは、受動的なものであり、したがって、保守が不要である。ビート信号を生成するために異なる周波数の放射のパルスを使用するので、光ファイバに沿って異なる位置からレイリー後方散乱された単一の周波数の放射が光学干渉法によって光検出器にて信号を生成するために使用される場合より、容易にかつ大きな信号対雑音比で信号のその後の処理を行うことができる。
【０００６】
ファイバは、数キロメートルとすることができる。より長い距離にわたって交通感知及びモニタリングを行うために、それぞれのファイバが近接して、又は、ほぼ近接して構成された状態でいくつかの単位の装置を設置することができる。高速道路又はアウトバーンなど車道あたり複数の車線を有する道路の場合、いくつもの単位の本装置を各車線の下に設置することができる。
【０００７】
ファイバが応答され得る最大レートは、ｖ／２ｌであり、ここで、ｖは、２ｌ／ｖはパルスがファイバ内を一周するのに掛かる時間であることから、ファイバ内のパルスの速度である。
【０００８】
パルス対内の個々のパルス間の遅延τによって、光検出器に同時に到着するように所与のパルス対のパルスのそれぞれの部分がレイリー後方散乱される、ファイバに沿った位置間の距離ｖτ／２が固定される。τは、感知される一般的な車両の長さにｖτ／２が実質的に対応するような値に設定されることが好ましい。次に、各パルス対がファイバに入った後の特定の時間での光検出器出力信号が、特定の時間に対応する道路の区間の上にある、単一の移動中の車両又は移動中の車両の一部の有無に関する情報を提供する。
【０００９】
本装置は、各パルス対の第１のパルスが長さｌの光ファイバに入った後に、特定の時間ｔ０にて光検出器の出力信号をサンプリングすることによって１組の信号サンプルを取得するように、かつ、信号サンプルを処理してこのサンプルで構成された信号の周波数又は位相に対応する出力信号を生成するように構成された応答（ｉｎｔｅｒｒｏｇａｔｉｏｎ）システムを更に備えることが好ましい。これによって、特定の時間に対応するファイバの区間を有意な期間にわたってモニタリングすることができる。
【００１０】
道路の特定の区間をモニタリングしたときに時折発生する場合がある低い後方散乱に関連した問題を回避するために、応答システムは、各パルス対の第１のパルスが長さｌの光ファイバに入った後に、時間ｔ０−Δｔ、ｔ０及びｔ０＋Δｔなどの時間にて光検出器出力信号をサンプリングすることによって種々の組の信号サンプルを取得するように、かつ、ほぼΩの周波数を有する最大信号に対応する種々のサンプルを有する組を処理するように構成されることが好ましい。更に、応答システムは、第１の組のサンプルが少なくとも所定の量だけ対応する信号を上回る信号に第２の組のサンプルが対応するときに、処理される組を第１の組から第２の組に変えるように構成可能であることが好ましい。これによって、処理されるサンプルセットが変えられる頻度が低減され、したがって、出力信号内の不連続性の実例数が少なくなる。
【００１１】
出力信号内の不連続性を回避するために、処理される組が第１の組から第２の組に変えられたときに、両方の組が、第１及び第２の出力信号を生成するように一期間にわたって処理されるように構成され、応答システムは、更に、第２の出力信号と第１の出力信号の差を評価するように、かつ、対応するオフセットを第２の出力信号に適用して第１及び第２の出力信号間の一切の不連続性を低減するように構成されることが好ましい。上記期間は、処理資源が効率的に使用されるように上記差を評価するために必要以上に長くないことが好ましい。
【００１２】
光検出器出力（ビート）信号を発生させるファイバの区間は、応答されるように本来意図される区間からの変位量がその区間の１／１０を上回らないようにΔｔ≦τ／１０であることが好ましい。これによって、応答されるように本来意図される区間から重大な距離を隔てるファイバの区間の応答が防止され、その結果、別の車両の検出又は検出対象車両皆無が防止される。
【００１３】
各々が光ファイバの異なる区間に対応する様々な場所にて移動中の交通をモニタリングするために、応答システムは、各パルス対の第１のパルスが長さｌの光ファイバに入った後に、複数の時間の各々にて光検出器の出力信号をサンプリングすることによって複数の組の信号サンプルを取得するように、かつ、各組のサンプルを処理して、各々が所与の組のサンプルで構成された信号の周波数又は位相に対応するそれぞれの出力信号を生成するように構成することができる。連続的な時間は、ファイバの隣接応答区間の重なり合いを回避するために時間において少なくともｖτ／２だけ分離されることが好ましい。
【００１４】
他の市販のファイバと比較してこのようなファイバは光損失が低く、したがって、長距離、例えば、５ｋｍ以上にわたる交通モニタリングを可能にするように、光ファイバは、標準的な光ファイバであることが好ましい。
【００１５】
光ファイバの第１の区間上にある車両の存在は、光ファイバの第１の区間と遠位端との間に位置する第２の部分から偽の信号を時折発生させる恐れがあり、即ち、ファイバの第２の区間をモニタリングしたとき、道路の対応する区間に移動中の車両が存在しないときでさえも異常なビート信号周波数が生成される。これは、道路の対応する区間に移動中の車両がない場合でさえも位相変調されるファイバの第２の区間における放射によるものである。この問題は、ファイバが偏光維持ファイバであり、一連のパルス対を光ファイバの入力端内に導入するように構成された手段が、個別のパルスがファイバの主軸に沿って偏光されるように上記ファイバ内に偏光パルス対を送り出すように構成された場合に改善される（生じた場合）。
【００１６】
一連のパルス対を光ファイバの入力端内に導入するように構成された手段は、コヒーレント放射を少なくとも部分的に受光するように、かつ、それぞれ、周波数ω１の放射の第１のパルスと、周波数ω２の放射の第２のパルスとを出力するように構成された第１及び第２の音響光学変調器（ＡＯＭ）と（ここで、ω１−ω２＝Ω）、第１のパルスに対して第２のパルスを遅延させる手段と、パルスを光ファイバ内に結合する手段とを備えることができる。
【００１７】
好都合なことに、本装置は、レーザと、レーザの出力の第１及び第２の部分を、それぞれ、第１及び第２のＡＯＭ内に入力するように構成された手段とを備える。
【００１８】
レーザが、ｃｗレーザとすることができ、ＡＯＭは、同期動作が得られるように構成され、第１のパルスに対して第２のパルスを遅延させる手段が、光ファイバ遅延ループを備える。
【００１９】
本発明の装置の最適な動作は、一連のパルス対の消光比（即ち、パルス対間での、個々のパルスの強度とファイバへの放射入力の強度の比）がＴ／τｗより大きいときに達成され、ここで、Ｔは、パルス対間の期間であり、τｗは、個々のパルスの持続時間である。ＡＯＭは、一般的に、約５０ｄＢの消光比及び５０ｎｓの最低パルス持続時間を提供する。したがって、最高可能レート（２０ｋＨｚ）にて応答される５ｋｍのファイバについては、ＡＯＭの消光比は、先に定義された最小値を約２桁分上回る。しかしながら、５０ｎｓパルスでは、結果的に１０ｍの空間分解能となり、これは、特定の状況においては問題となるほど大きい場合がある。満足な消光比を維持しながらパルスの短尺化を図るために、本装置は、ｃｗレーザの出力を受光するように、かつ、各ＡＯＭが変調器による各出力パルスの一部を受光するようにパルス放射を上記入力する手段に出力するように構成された光変調器を更に備え、各ＡＯＭが、パルスを含む時間ウィンドウの外側でＡＯＭへのパルス入力の消光比を増大するように構成されることが好ましい。このようにすれば、ＡＯＭによって実現された高い消光比を、他のタイプの光変調器、例えば、一体式光変調器又は半導体光増幅器を使用して取得可能である短いパルス持続時間と組み合わせることができる。
【００２０】
ｃｓレーザ放射がＡＯＭの入力部に直接適用される場合、各パルスの第１のパルスに対して第２のパルスを遅延させる手段は、光ファイバ遅延ループの採用の代案としてＡＯＭを非同期で動作させる手段を備えることができる。
【００２１】
直接パルスを生成するために、ｃｓレーザの代わりにパルスレーザを使用することができる。パルスレーザからの出力パルスは、それぞれの同期動作ＡＯＭに同時に送出される２つの部分が得られるように分割することができ、ファイバループが、他方のＡＯＭに対して一方のＡＯＭの出力を遅延させるために採用される。あるいは、２つの部分の一方は、ＡＯＭへの入力前にファイバループによって遅延させることができ、ＡＯＭは、非同期に動作される。
【００２２】
パルス対は、２種類の異なる周波数でパルスを生成するように構成された単一のＡＯＭにｃｗレーザの出力放射を通過させることによって生成することもできる。
【００２３】
標準的な電子構成機器を使用した光検出器出力信号の処理を可能にするために、Ωは、４０ｋＨｚ≦Ω≦４０ＭＨｚの範囲にあることが好ましい。フォトダイオードは、光検出器に好都合な選択である。
【００２４】
本発明の第１の態様に対応して、本発明の第２の態様は、（ｉ）表面を使用する車両の重量がこの光ファイバに作用するように、車両を担持する表面上に又は表面より下方に光ファイバを設置するステップと、（ｉｉ）一連のパルス対を光ファイバの入力端内に導入するステップであって、パルス対の各々が、周波数差Ωを有する放射の第１及び第２のパルスを備え、第２のパルスが、遅延τだけ第１のパルスに対して遅延されるステップと、（ｉｉｉ）入力端に向かってファイバ内でレイリー後方散乱される放射を検出し、それに応答して出力信号を生成するステップとを備える、交通を感知及びモニタリングする方法を提供する。
【００２５】
本発明の実施形態を一例としてのみ、かつ、添付図面を参照して以下で説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
図１においては、全体として１００で示す本発明の第１の例示的な交通感知及びモニタリング装置は、ｃｗレーザ１０２と、音響光学変調器（ＡＯＭ）１０４、１０６と、近位端１１５及び遠位端１２１を有する感知部分１１２を有する光ファイバ１１１と、光検出器１０８（例えば、フォトダイオード）と、光検出器出力信号のサンプルを取得するように、かつ、サンプルを処理して出力信号を生成するように構成された応答システム１１０とを備える。レーザ１０２の光出力は、光ファイバ１０３に結合されている。光ファイバ１０７は、カプラ１１９によってファイバ１０３に結合されている。ファイバ１０３、１０７は、それぞれ、ＡＯＭ１０４、１０６に入力される。ＡＯＭ１０４、１０６の出力部は、それぞれ、光ファイバ１１１、１０９に結合されており、ファイバ１０９は、位置１１３にてファイバ１１１に結合されている。ＡＯＭ１０４と位置１１３との間の光路長は、ファイバ１１１の２４ｍ遅延ループ１０５のため、ＡＯＭ１０６と位置１１３との間の光路長より大きい。ファイバ１１１の感知部分１１２は、５ｋｍの長さを有する。光ファイバ１１７は、感知部分１１２内でのレイリー後方散乱によって逆反射された放射がファイバ１１７内に結合されるように感知部分１１２の近位端１１５に結合されている。ファイバ１１７は、光検出器１０８に結合されている。システム１００は、ファイバ１１１の感知部分１１２が道路（図示せず）の車道の下に、かつ、実質的に車道に平行である状態で構成される。長距離の道路にわたって交通を感知及びモニタリングするために、いくつかの組の本装置を近接、又はほぼ近接である感知ファイバ部分と共に採用することができる。
【００２７】
装置１００は、以下のように動作する。レーザ１０２から出力され、かつ、ファイバ１０３に結合された放射出力は、カプラ１１９によって２つの部分に分割される。それぞれの部分は、ＡＯＭ１０４、１０６に入力される。ＡＯＭ１０４は、ＡＯＭ１０４に入力されたｃｗ放射入力をファイバ１１１に結合される周波数ω２のパルス周波数偏位放射に変換するように動作する。ＡＯＭ１０６は、パルス周波数偏位放射をファイバ１０９内に結合するように同様に動作するが、適用された周波数偏位は、ＡＯＭ１０４によって適用されたものを上回り、ＡＯＭ１０６からの放射出力は、周波数ω１を有し、ここで、ω１−ω２＝Ωは、数百ｋＨｚ台である。ＡＯＭ１０６からファイバ１０９へ出力されたパルスは、１１３にてファイバ１１１に結合される。遅延ループ１０５は、ＡＯＭ１０４から出力されたパルスがＡＯＭ１０６から出力されたパルスに対してほぼ１２０ｎｓだけ遅延されるように２４ｍの長さを有する。（ファイバ内のパルスの速度ｖは、ほぼ２×１０８ｍ／ｓである）。ＡＯＭ１０４、１０６は、ファイバ１１１の感知部分１１２が５０μｓ毎に１対のパルスによって応答されるように２０ｋＨｚの繰り返しレートでパルス対を生成し、各対内のパルスは、数百ＫＨｚの周波数差及びほぼ１２０ｎｓの相対遅延を有する。
【００２８】
図２は、ファイバ１１１の感知部分１１２内に導入された２つのパルス対に関する強度と時間のプロットである。個々のパルスは、５０ｎｓの持続時間τｗを有する。ＡＯＭ１０４、１０６は、５０ｄＢの消光比を提供する。
【００２９】
再び図１を参照すると、ファイバ１１１の感知部分１１２に沿った距離は、ｘによって表され、感知部分１１２の近位端１１５は、ｘ＝０にある。ファイバ１１７の長さが無視し得るものである場合、１対のパルスのうち第１のパルスが感知部分１１２の近位端１１５に入った後の時間ｔに、光検出器１０８は、ファイバ部分１１２に沿って位置ｘ１＝ｖｔ／２からレイリー後方散乱された第１のパルス（周波数ω１）の部分を検出し、同時に、位置ｘ２＝ｖ（ｔ−τ）／２からレイリー後方散乱されたその対の第２のパルス部分を検出し、ここで、τ＝１２０ｎｓは、その対のパルス間の遅延である。（第２のパルス部分は、第１のパルス部分が後方散乱された後に時間τ／２に後方散乱される）。２つの後方散乱位置間のファイバの区間は、長さがほぼ１２ｍ（≒ｘ１−ｘ２＝ｖτ／２）である。ｘ１とｘ２との間の感知部分１１２の１２ｍ区間よりも上方にある道路の１２ｍ区間に移動中の車両がない場合、光検出器１０８は、周波数Ωのビート信号を応答システム１１０に出力する。応答システム１１０は、各パルス対の第１のパルスが位置１１３を通過した後に時間ｔにて光検出器出力信号をサンプリングして、サンプルを処理してこれらのサンプルで構成された信号の周波数又は位相に対応する出力信号を生成する。移動中の車両が道路の１２ｍ区間に存在する場合、ｘ１とｘ２との間の感知部分１１２の対応する１２ｍ部分の光路長は、その区間に掛けられた圧力の変化のために変調される。これによって、結果的に、ｘ１からレイリー後方散乱された放射の位相変調、及び、値Ωから離れた光ダイオード１０８から出力されたビート信号の周波数の付随的な偏差が発生する。したがって、応答システム１１０は、光検出器出力信号のサンプルで構成された信号の周波数の偏差から、ｘ１とｘ２との間の道路の約１２ｍ区間での移動中の車両の存在を推断し、各サンプルは、各パルス対の第１のパルスが位置１１３を通過した後に同じ時間ｔにて取得される。値Ωから離れたこの信号の周波数の偏差がない場合、これは、道路のその区間に車両が存在しないか、又は、静止した車両が存在することを示唆している。
【００３０】
例えば、ｘ＝２４８８ｍとｘ＝２５００ｍ間の道路の１２ｍ区間をモニタリングするために、応答システム１１０は、各パルス対が感知部分１１２の近位端１１５に導入されたほぼ２５μｓ後に光検出器出力信号をサンプリングするように構成されている。モニタリングされる道路の特定の１２ｍ区間は、各パルス対の第１のパルスが位置１１３を通過した後に光検出器出力信号がサンプリングされる時間を変えることによって変えることができる。応答システム１１０は、種々の組のサンプルを生成するために各パルス対が感知部分１１２内に導入された後に、複数の時間の各々にて光検出器出力信号をサンプリングするように構成することもでき、各組は、ファイバ１１２の異なる１２ｍ部分、したがって、道路の異なる１２ｍ区間に対応する。次に、各組は、各組のサンプルに対応する信号の周波数又は位相を見つけるために処理される。特定の組に対応する道路の１２ｍ区間上の移動中の車両の存在は、再度、その組のサンプルに対応する信号の周波数又は位相から推断される。
【００３１】
ファイバ１１１の部分１１２の長さが５ｋｍ以上である必要がある場合、ファイバ１１１は、当該のファイバは損失が任意の市販のファイバの単位長さにつき最低であるように、標準的な光ファイバ製であることが好ましい。
【００３２】
個々のパルスはファイバ１１１の部分１１２内に長さｖτｗを有することから、個々のパルスの持続時間τｗによって、装置１００の最低空間分解能が決まる。τｗを小さくすると部分１１２内の所与の位置からレイリー後方散乱されるパルス部分のエネルギーも小さくなることから、τｗは、所望の空間分解能が得られるように必要以上に短くないことが好ましい。ＡＯＭによって生成することができる最低パルス持続時間は、約５０ｎｓであるが、ＡＭＯは、５０ｄＢ台の良好な消光比を提供する。
【００３３】
放射が感知部分１１２の近位端１１５から遠位端１２１に進んで戻るのに掛かる時間は、ほぼ５０μｓであることから、感知部分１１２には、２０ｋＨｚの最高レートにてパルスによって応答することができるが、必要であればこれより遅い応答レートを用いることができる。最低応答レートは、ファイバ１１１の部分１１２の交通誘導変調の振幅及び周波数に左右される。
【００３４】
遅延ループ１０５を使用して各対のパルスの一方を他方のパルスに対して遅延させる代わりに、非同期動作の繰り返しが得られるように、即ち、各動作サイクルにおいてＡＯＭ１０６のスイッチが入り始めて１２０ｎｓ後にＡＯＭ１０４のスイッチが入り始めるように、ＡＯＭ１０４、１０６を構成することができる。あるいは、レーザ１０２は、パルスレーザとすることができ、レーザ１０２の出力パルスは、１１９にて分割され、ＡＯＭ１０４、１０６は、同期して動作する。
【００３５】
図３を参照すると、本発明の第２の例示的な交通感知及びモニタリング装置が全体的に２００によって示されている。装置１００の各部に対応する装置２００の各部は、図１の対応する各部の記載内容と装置１００の値だけ異なる参照符号で記載されている。装置２００の基本的機能は、図１の１００と同じである。装置２００は、ｃｗレーザ２０２と、２０ｋＨｚ（即ち、５ｋｍの感知部分２１２の最高応答レート）の繰り返しレートで１０ｎｓの持続時間を有するパルスを生成するように構成された一体式光変調器（ＩＯＭ）２１４とを備える。ＩＯＭ２１４は、ほぼ３０ｄＢの消光比を提供する。ＩＯＭ２１４によって出力された個々のパルスは、それぞれのＡＯＭ２０４、２０６に渡されるパルス部分を生成するためにカプラ２１９によって分割される。各ＡＯＭ２０４、２０６は、ＩＯＭ２１４によって生成された各１０ｎｓパルス上に５０ｎｓの持続時間が集中している時間ウィンドウの外側で、ＡＯＭに入力された放射の強度を更に５０ｄＢだけ低減するように動作する。ファイバ２１１は、ＡＯＭ２０６から同時に出力された対応するパルスに対してＡＯＭ２０４から出力されたパルスを５０ｎｓだけ遅らせる１０ｍの遅延ループ２０５を有する。したがって、応答システム２１０は、ファイバ２１１の感知部分２１２の対応する５ｍの区間より上方にある道路の５ｍ区間上の移動中の車両を検出する。
【００３６】
図４は、ファイバ２１１の感知部分２１２内に導入された２つのパルス対に関する強度と時間のプロットである。連続的なパルス対は、時間において５０μｓだけ分離される。パルス対内の個々のパルス間では、ＩＯＭ２１４は、３０ｄＢの消光比を提供するが、パルスの連続的な対間では、ＩＯＭ２１４とＡＯＭ２０４、２０６との組み合わせ動作によって、８０ｄＢの消光比が提供される。ＩＯＭ２１４をＡＯＭ２０４、２０６と組み合わせるので、短いパルス持続時間を高い消光比と組み合わせることができる。
【００３７】
装置２００においては、感知部分２１２の第１の区間によって検出された移動中の車両が、ファイバ２１１の感知部分２１２の第１の区間と遠位端２２１との間に位置する感知部分２１２の第２の区間に対応する道路の５ｍ区間上での車両の偽の検出を発生させないように、ファイバ２１１は、偏光維持ファイバとすることができる。この場合、ファイバ２１１の感知部分２１２内に導入されたパルスは偏光され、感知部分２１２の主軸の１つに沿って偏光されるように感知部分２１２内に送り出されなければならない。図１の装置１００は、同様に改変することができる。
【００３８】
場合によっては、感知部分２１２の特定の区間が、有用な光検出器出力信号を提供するには弱すぎるレイリー後方散乱放射を発生させる場合がある。位置ｘ１＝ｖｔ０／２とｘ２＝ｖ（ｔ０−τ）／２との間で道路の特定の５ｍ区間をモニタリングするときにこの潜在的な問題を克服するために、応答システム２１０は、ｔ０でのサンプリングに加えて、各パルス対が部分２１２入った後に時間ｔ０±Δｔにて光検出器出力信号をサンプリングするように構成することもできる。これらの時間は、位置ｘ３＝ｖ（ｔ＋Δｔ）／２、ｘ４＝ｖ（ｔ＋Δｔ−τ）／２、及びｘ５＝ｖ（ｔ−Δｔ）／２、ｘ６＝ｖ（ｔ−Δｔ−τ）／２間に位置する部分２１２の種々の区間に対応する。位置ｘ３、ｘ４、及びｘ５、ｘ６は、ｘ１及びｘ２によって定義された５ｍ区間から±ｖΔｔ／２だけ変位される感知部分２１２の５ｍ区間を画定するものである。したがって、位置ｘ１とｘ２との間の区間からほぼ±１ｍだけ変位される５ｍ区間をモニタリングするために、応答システム２１０は、各パルス対が感知部分２１２に入った後にｔ０±１０ｎｓにて光検出器出力信号をサンプリングするように構成される。各パルス対が部分２１２に入った後に時間ｔ０−Δｔにて取られた光検出器出力信号サンプルは、第１の組のサンプルを形成する。時間ｔ０とｔ０＋Δｔにて取られたサンプルは、第２及び第３の組のサンプルを形成する。この操作モードにおいては、応答システム２１０は、３つの組のサンプルを連続的にモニタリングするように、かつ、ほぼΩの周波数を有する最大信号に対応するサンプルを有する組を処理するように構成される。あるいは、応答システム２１０は、第１の組のサンプルが少なくとも所定の量だけ対応し、かつ、ほぼΩの周波数を有する信号を上回る信号に第２の組のサンプルが対応するときにのみ、処理される組を第１の組から第２の組に変えるように構成することができる。
【００３９】
処理されるサンプルの組が第１の組から第２の組に変えられるときに応答システム２１０の出力信号における不連続性の場合を少なくするために、両方の組を、２つの出力信号を生成するように一期間にわたって処理することができる。この場合、応答システム２１０は、２つの出力信号の差を評価するように、かつ、対応するオフセットを第２の出力信号に適用して、処理される組が変えられたときに応答システム２１０の出力信号における一切の不連続性を低減するように構成される。
【００４０】
ｃｗレーザ２０２及びＩＯＭ２１４は、パルスレーザで置き換えることができ、ＡＯＭ２０４、２０６は、上述したように、周波数偏移、又は周波数偏位及びパルス短尺化を提供する。
【００４１】
ファイバ１１１、２１１の感知部分１１２、２１２は、表面下に静置する代案として道路表面に固定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の例示的な交通感知及びモニタリング装置を示す図である。
【図２】図１の装置において使用されるパルスを例示する図である。
【図３】本発明の第２の例示的な交通感知及びモニタリング装置を示す図である。
【図４】図３の装置において使用されるパルスを例示する図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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