(57)【要約】  基準光源（２）により発振された送信種光の周波数νに対して、予め設定された周波数であるオフセット周波数（ｆｏｆｓ）から移動体の移動速度に対応するドップラシフト周波数（ｆｍｏｖｅ）を差し引いた周波数（ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）を付与し、周波数（ν＋ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）の送信種光をパルス変調してパルス光を出力する変調ユニット（４）を設け、光ヘテロダイン受信機（８）が、光アンテナ（７）により受信された周波数（ν＋ｆｏｆｓ＋ｆｄｏｐ）の後方散乱光と周波数νの局部発振光とを光学的に合波して、その後方散乱光と局部発振光の差周波数（ｆｏｆｓ＋ｆｄｏｐ）のビート信号を求める。
2015189915.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信種光を発振する光源と、  前記光源により発振された送信種光の周波数から自装置を搭載している移動体の速度に対応するドップラシフト周波数を減算し、ドップラシフト周波数減算後の送信種光をパルス変調してパルス光を出力するパルス光出力手段と、  前記パルス光出力手段から出力されたパルス光を空間に放射したのち、前記空間に存在している観測対象に後方散乱された前記パルス光の後方散乱光を受信する光アンテナと、  前記光アンテナにより受信された後方散乱光と前記光源により発振された送信種光とを合波して、前記後方散乱光と前記送信種光の差周波数のビート信号を出力する光ヘテロダイン受信機と、  前記光ヘテロダイン受信機から出力されたビート信号から前記観測対象の移動速度を算出する移動速度算出手段と  を備えたレーザレーダ装置。
【請求項２】
前記パルス光出力手段は、  前記移動体の速度を計測する速度計測手段と、  前記速度計測手段により計測された速度に対応する周期の鋸波を発生する鋸波発生手段と、  前記鋸波発生手段により発生された鋸波にしたがって前記光源により発振された送信種光を位相変調して、前記送信種光の周波数をシフトする位相変調手段と、  パルス信号を繰り返し発生するパルス信号発生手段と、  前記パルス信号発生手段により発生されたパルス信号にしたがって前記位相変調手段により位相変調された送信種光をパルス変調してパルス光を出力するパルス変調手段とから構成されてい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３】
前記パルス変調手段が複数個縦続に接続され、前記複数のパルス変調手段が前記パルス信号発生手段により発生されたパルス信号によって同期駆動され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４】
前記パルス信号発生手段からパルス信号が発生されている期間中だけ、前記鋸波発生手段により発生された鋸波を前記位相変調手段に与える鋸波切出し手段を備えた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】
前記パルス光出力手段から出力されたパルス光を増幅し、増幅後のパルス光を前記光アンテナに出力する光増幅器を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  この発明は、単一周波数のレーザ光を空間に放射することで、空間内の観測対象の移動速度を測定するレーザレーダ装置に関し、特に航空機など移動体に搭載されるレーザレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】  空間内の観測対象の移動に伴う散乱光（観測対象に散乱されたレーザ光の散乱光）のドップラシフトから観測対象の移動速度を測定するレーザレーダ装置のうち、例えば、風速などの空間分布を遠隔から観測することができるレーザレーダ装置は、気象観測や気象予測の用途でニーズがある。また、航空の交通安全に寄与する乱気流の検出や、風力利用の適地調査など、多岐の応用観点からニーズがある。  特に、レーザレーダ装置を航空機に搭載することで、航空機の前方に存在する晴天乱気流を検出することができるため、乱気流への突入を回避することが可能になり、航空機の交通安全に寄与する。【０００３】  風速の計測に用いるレーザレーダ装置は、コヒーレントドップラライダ（ＣＤＬ）と呼ばれ、単一の周波数のレーザ光を大気中に放射したのち、大気中の観測対象（風計測では、エアロゾルが観測対象になる）に後方散乱されたレーザ光の後方散乱光を光ヘテロダイン検出することで、ドップラシフトから観測対象の移動速度を求めることができる。  ＣＤＬにおいて、十分な速度計測範囲を確保するには、広い帯域幅の受信信号を周波数分析する必要がある。例えば、波長１．５ｕｍ帯で風速±３０ｍ／ｓの範囲を計測するために必要な周波数分析範囲は１００ＭＨｚである。  よく知られているサンプリング定理によると、信号を所望の帯域まで再生するには、必要な帯域の２倍以上のサンプリング周波数で、信号をＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換する必要があるとされており、従来のＣＤＬでは、２００ＭＳａｍｐｌｅｓ／ｓ程度のサンプリング周波数で動作するＡ／Ｄ変換器が用いられている。【０００４】  また、航空機などの移動体にＣＤＬを搭載する場合、移動体の飛行速度に対応するドップラシフト周波数が風速の風計測値に加わるため、更に高い周波数範囲の検出が必要になる。  このため、更に高速なサンプリング周波数で動作するＡ／Ｄ変換器を用いる必要があるため、レーザレーダ装置がコスト高になる。【０００５】  以下の特許文献１には、高速なサンプリング周波数で動作するＡ／Ｄ変換器を不要にするために、光ヘテロダイン受信機の受信信号に含まれている移動体の飛行速度に対応するドップラシフト周波数と等しい周波数の信号を発生する電圧制御発振器（ＶＣＯ：Ｖｏｌｔａｇｅ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｏｓｃｉｌｌａｔｏｒ）を備え、ミキサがＶＣＯにより発生された信号と光ヘテロダイン受信機の受信信号とをミキシングして、それらの信号の差周波成分を検出することで、移動体の飛行速度に対応するドップラシフト周波数を相殺しているレーザレーダ装置が開示されている。  これにより、高速なサンプリング周波数で動作するＡ／Ｄ変換器を用いることなく、観測対象の移動速度を検出することができる。【０００６】  また、以下の特許文献２には、ＶＣＯの実現性と入手性を考慮し、比帯域が狭いＶＣＯを用いた構成で、移動体の飛行速度の成分を補正する技術が提案されている。 
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平１−１１４７７４号公報（図１）
【特許文献２】特開２００３−２４０８５２号公報（段落番号［０００６］、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】  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、移動体の飛行速度に対応するドップラシフト周波数と等しい周波数の信号を発生するＶＣＯを備えれば、高速なサンプリング周波数で動作するＡ／Ｄ変換器が不要になる。しかし、ＶＣＯにより発生された信号の基本波及び高調波信号がミキサの出力側に漏洩して、光ヘテロダイン受信機の受信信号から得られる周波数スペクトル上にスパイクノイズが現れてしまうため、観測対象の移動速度の測定精度が劣化してしまう課題があった。  また、ＶＣＯの高調波信号の成分と光ヘテロダイン受信機の受信信号との差周波数の成分が周波数スペクトル上に偽ピークとして現れる場合があり、このような偽ピークが現れると、更に観測対象の移動速度の測定精度が劣化してしまう課題があった。【０００９】  なお、スパイクノイズや偽ピークなどの不要信号は、観測対象の移動速度の測定精度の劣化要因になるため、従来のレーザレーダ装置では、ＶＣＯの出力、ミキサのダイナミックレンジや帯域透過フィルタの特性に注意して設計されることが想定される。しかし、一般にレーダレーダ装置の受信信号の信号レベルは小さいため、設計に注意を払ったとしても、スパイクノイズや偽ピークの影響を完全に除去することは困難である。このため、例えば、速度検出範囲の限定処理や固定雑音ピーク周波数の除外処理などの周波数分析後の信号処理が必要になる。よって、レーダレーダ装置の複雑化や高コスト化を招くとともに、データの信頼性が低下することが考えられる。【００１０】  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、ＶＣＯを搭載することなく、移動体の移動速度に対応するドップラシフト周波数を相殺できるようにして、観測対象の移動速度の測定精度を高め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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】  この発明に係るレーザレーダ装置は、送信種光を発振する光源と、光源により発振された送信種光の周波数から自装置を搭載している移動体の速度に対応するドップラシフト周波数を減算し、ドップラシフト周波数減算後の送信種光をパルス変調してパルス光を出力するパルス光出力手段と、パルス光出力手段から出力されたパルス光を空間に放射したのち、空間に存在している観測対象に後方散乱されたパルス光の後方散乱光を受信する光アンテナと、光アンテナにより受信された後方散乱光と光源により発振された送信種光とを合波して、その後方散乱光と送信種光の差周波数のビート信号を出力する光ヘテロダイン受信機とを設け、移動速度算出手段が、光ヘテロダイン受信機から出力されたビート信号から観測対象の移動速度を算出するようにしたものである。
【発明の効果】
【００１２】  この発明によれば、光源により発振された送信種光の周波数から自装置を搭載している移動体の速度に対応するドップラシフト周波数を減算し、ドップラシフト周波数減算後の送信種光をパルス変調してパルス光を光アンテナに出力するパルス光出力手段を設け、光ヘテロダイン受信機が、光アンテナにより受信された後方散乱光と光源により発振された送信種光とを合波して、その後方散乱光と送信種光の差周波数のビート信号を移動速度算出手段に出力するように構成したので、ＶＣＯを搭載することなく、移動体の移動速度に対応するドップラシフト周波数を相殺することができるようになり、その結果、観測対象の移動速度の測定精度を高めることができる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】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２】この発明の実施の形態１によるレーザレーダ装置の光送信ユニット１を示す構成図である。
【図３】図２の鋸波発生ユニット２１における自機速度情報出力部２２の詳細を示す構成図である。
【図４】光位相変調部２４に対する制御信号である駆動信号（周期Ｔの鋸波ＷＦ０２）と光ヘテロダイン受信機８により得られるビート信号の波形例を示す説明図である。
【図５】この発明の実施の形態１における送信光と受信光と光ヘテロダイン信号スペクトルとの関係を示す説明図である。
【図６】この発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置の光送信ユニット１を示す構成図である。
【図７】光強度変調部２６によるパルスＯＦＦ期間の消光特性が理想的でない場合の送信光と受信光と光ヘテロダイン信号スペクトルとの関係を示す説明図である。
【図８】光強度変調部２６，２７が同期駆動された場合の送信光と受信光と光ヘテロダイン信号スペクトルとの関係を示す説明図である。
【図９】この発明の実施の形態３によるレーザレーダ装置の光送信ユニット１を示す構成図である。
【図１０】この発明の実施の形態３における送信光と受信光と光ヘテロダイン信号スペクトルとの関係を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】  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．  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。  この実施の形態１では、図１のレーザレーダ装置が例えば航空機などの移動体に搭載されているものとする。  図１において、光送信ユニット１は基準光源２、光路分岐カプラ３及び変調ユニット４から構成されており、パルス光及び局部発振光を出力するユニットである。  基準光源２は単一周波数ν（単一波長）の送信種光を連続発振し、その送信種光を定偏光で光路ＯＦ（１）に出力する。
【００１５】  光路分岐カプラ３は基準光源２から出力された周波数νの送信種光を２分岐して、一方の送信種光を光路ＯＦ（２）に出力し、他方の送信種光を周波数νの局部発振光として光路ＯＦ（３）に出力する光学部品である。  変調ユニット４は光路分岐カプラ３から出力された送信種光の周波数νに対して、予め設定された周波数であるオフセット周波数ｆｏｆｓから移動体（レーザレーダ装置を搭載している移動体）の速度に対応するドップラシフト周波数ｆｍｏｖｅを差し引いた周波数（ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）を付与し、周波数（ν＋ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）の送信種光をパルス変調してパルス光を光路ＯＦ（４）に出力する。なお、変調ユニット４はパルス光出力手段を構成している。
【００１６】  光増幅器５は変調ユニット４から出力されたパルス光を増幅し、増幅後のパルス光を光路ＯＦ（５）に出力する。  光サーキュレータ６は光増幅器５により増幅されたパルス光を光路ＯＦ（６）を介して光アンテナ７に出力する一方、光アンテナ７により受信された後方散乱光を光路ＯＦ（７）に出力する。  光アンテナ７は光サーキュレータ６から出力されたパルス光を空間に放射する一方、空間に存在している観測対象（例えば、図１のレーザレーダ装置が風計測ライダとして用いられる場合、風速と同じ速度で移動するエアロゾルが観測対象となる）に後方散乱された前記パルス光の後方散乱光を受信する。  なお、後方散乱光の周波数は、光アンテナ７から放射されたパルス光の周波数（ν＋ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）に対して、観測対象の移動速度（例えば、風速）に対応するドップラシフト周波数ｆｄｏｐと、移動体の速度に対応するドップラシフト周波数ｆｍｏｖｅとが加わっている周波数となる。
【００１７】  光ヘテロダイン受信機８は光アンテナ７により受信された周波数（ν＋ｆｏｆｓ＋ｆｄｏｐ）の後方散乱光と光路分岐カプラ３から出力された周波数νの局部発振光とを光学的に合波して、その後方散乱光と局部発振光の差周波数（ｆｏｆｓ＋ｆｄｏｐ）のビート信号を求め、そのビート信号を光電変換して、電気信号であるビート信号を信号処理ユニット９に出力する。  信号処理ユニット９は例えば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などから構成されており、光ヘテロダイン受信機８から出力されたビート信号の周波数を分析することで、観測対象の移動速度を算出する処理を実施する。信号処理ユニット９は移動速度算出手段構成している。
【００１８】  即ち、信号処理ユニット９は光ヘテロダイン受信機８から出力されたビート信号を所定のサンプリングレートでＡＤ変換して、デジタル信号であるビート信号を変調ユニット４から出力されたパルス光のパルス幅に対応する受信ゲート幅毎に分割し、分割後のビート信号をそれぞれ高速フーリエ変換してパワースペクトルを算出する処理を実施する。  また、信号処理ユニット９は受信ゲート幅毎のビート信号のパワースペクトルにおけるピーク値、スペクトル幅、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）などを算出するとともに、そのパワースペクトルのピーク値から観測対象の移動速度を算出する処理を実施する。  なお、信号処理ユニット９は視線方向（パルス光の放射方向）に対する指令値を光アンテナ７に出力する機能を有している。この指令値に従って得られた各視線方向に対する観測対象までの距離や風速の計測値を格納しておくことで、ベクトル演算によって風速の３次元分布の推定や、観測距離毎の風向風速分布の算出が可能になる。  計測結果表示部１０は例えばＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）や液晶ディスプレイなどから構成されており、例えば、信号処理ユニット９により推定された観測対象の移動速度や、風速の３次元分布などを表示する。
【００１９】  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光送信ユニット１を示す構成図である。  鋸波発生ユニット２１は自機速度情報出力部２２及び直線位相変調信号発生部２３から構成されており、自装置を搭載している移動体の速度に対応する周期の鋸波を発生する装置である。  自機速度情報出力部２２は自装置を搭載している移動体の速度に対応する鋸波の周期Ｔを出力する処理を実施する。  直線位相変調信号発生部２３はファンクションジェネレータあるいは任意波形発生装置などで構成されており、自機速度情報出力部２２から出力された周期Ｔの鋸波ＷＦ０２を発生する処理を実施する。即ち、直線位相変調信号発生部２３は光位相変調部２４で変調位相２π（３６０度）を実現するために、周期Ｔの鋸波ＷＦ０２で光位相変調部２４を駆動する処理を実施する。  ここで、周期Ｔの鋸波ＷＦ０２は、光位相変調部２４で変調位相２π（３６０度）を実現するために必要な駆動電圧２Ｖπの整数倍（ｍ倍）に相当する２ｍＶπの振幅を有している。  なお、直線位相変調信号発生部２３は鋸波発生手段を構成している。
【００２０】  光位相変調部２４は直線位相変調信号発生部２３により発生された鋸波ＷＦ０２にしたがって光路分岐カプラ３から出力された周波数νの送信種光を位相変調して、その送信種光の周波数をシフトし、周波数（ν＋ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）の送信種光を光強度変調部２６に出力する処理を実施する。なお、光位相変調部２４は位相変調手段を構成している。  パルス信号発生部２５はパルス型のレーザレーダ装置の送信光に必要となるパルス位相変調駆動信号ＷＦ０１を発生（パルス信号を繰り返し発生）する処理を実施する。なお、パルス信号発生部２５はパルス信号発生手段を構成している。
【００２１】  光強度変調部２６は例えばＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型ＬＮ変調器やＥＡ（Ｅｌｅｃｔｒｏ  Ａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ）変調器などの強度変調器、あるいは、半導体光増幅器や光ファイバ増幅器などの光増幅器、あるいは、ＭＥＭＳ光スイッチなどの光スイッチなどから構成されており、パルス信号発生部２５により発生されたパルス位相変調駆動信号ＷＦ０１にしたがって光位相変調部２４から出力された周波数（ν＋ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）の送信種光をパルス変調してパルス光を光路ＯＦ（４）に出力する処理を実施する。なお、光強度変調部２６はパルス変調手段を構成している。  ここでは、光強度変調部２６がＭａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型ＬＮ変調器などから構成されている例を示しているが、レーザレーダ装置に必要となるパルス幅数として１００ｎｓｅｃ〜１ｕｓｅｃ、繰り返し周波数として数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚ程度で応答することができる手段であれば何でもよい。
【００２２】  図３は図２の鋸波発生ユニット２１における自機速度情報出力部２２の詳細を示す構成図である。  図３において、自機速度計測部２２ａは自装置を搭載している移動体の速度を計測する処理を実施する。自機速度計測部２２ａは移動体の速度（３０００ｋｍ／ｈ程度）を数値的に十分に計測可能な計器であればよく、例えば、航空機に搭載される対気速度計などが考えられる。なお、自機速度計測部２２ａは速度計測手段を構成している。  速度−鋸波周期情報変換部２２ｂは自機速度計測部２２ａにより計測された移動体の速度に対応する鋸波の周期Ｔを出力する処理を実施する。
【００２３】  次に動作について説明する。  基準光源２は、単一周波数νの送信種光を連続発振し、その送信種光を定偏光で光路ＯＦ（１）に出力する。  光路分岐カプラ３は、基準光源２から周波数νの送信種光を受けると、その送信種光の偏光状態を維持したまま、その送信種光を２分岐して、一方の送信種光を光路ＯＦ（２）に出力し、他方の送信種光を周波数νの局部発振光として光路ＯＦ（３）に出力する。
【００２４】  変調ユニット４は、光路分岐カプラ３から周波数νの送信種光を受けると、その送信種光の周波数νに対して、予め設定された周波数であるオフセット周波数ｆｏｆｓから移動体（レーザレーダ装置を搭載している移動体）の速度に対応するドップラシフト周波数ｆｍｏｖｅを差し引いた周波数（ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）を付与し、周波数（ν＋ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）の送信種光をパルス変調してパルス光を光路ＯＦ（４）に出力する。  レーザレーダ装置が風計測ライダ装置として用いられる場合、例えば、送信種光の周波数νは１９５ＴＨｚ、オフセット周波数ｆｏｆｓは１０ＭＨｚ〜数１００ＭＨｚ、パルス光のパルス幅は数１００ｎｓｅｃ〜１μｓｅｃ程度に設定される。
【００２５】  以下、変調ユニット４の処理内容を具体的に説明する。  鋸波発生ユニット２１の自機速度計測部２２ａは、自装置を搭載している移動体の速度を計測し、その移動体の速度を速度−鋸波周期情報変換部２２ｂに出力する。  速度−鋸波周期情報変換部２２ｂは、予め移動体の速度と鋸波の周期Ｔとの対応関係を示すテーブルを保持しており、自機速度計測部２２ａから移動体の速度を受けると、そのテーブルを参照して、その移動体の速度に対応する鋸波の周期Ｔを把握し、その鋸波の周期Ｔを直線位相変調信号発生部２３に出力する。  ここでは、速度−鋸波周期情報変換部２２ｂが、予め移動体の速度と鋸波の周期Ｔとの対応関係を示すテーブルを保持している例を示しているが、これに限るものではなく、例えば、移動体の速度と鋸波の周期Ｔとの対応関係を示す関数を用いて、移動体の速度から鋸波の周期Ｔを算出するようにしてもよい。
【００２６】  直線位相変調信号発生部２３は、速度−鋸波周期情報変換部２２ｂから鋸波の周期Ｔを受けると、後段の光位相変調部２４で変調位相２π（３６０度）を実現するために、光位相変調部２４の駆動電圧２Ｖπの整数倍（ｍ倍）に相当する２ｍＶπの振幅を有する周期Ｔの鋸波ＷＦ０２を発生する。  光位相変調部２４は、直線位相変調信号発生部２３が鋸波ＷＦ０２を発生すると、その鋸波ＷＦ０２にしたがって光路分岐カプラ３から出力された周波数νの送信種光を位相変調して、その送信種光の周波数をシフトし、周波数（ν＋ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）の送信種光を光強度変調部２６に出力する。
【００２７】  ここで、光位相変調部２４から出力される周波数（ν＋ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）の送信種光の位相φ（ｔ）は、下記の式（１）に示すように、時間ｔに対して一定の変化率２ｍπ／Ｔ［ｒａｄ／ｓ］で変化するものとなる。2015189915.tif 000003
式（１）において、ｍｏｄ（ｔ，Ｔ）は時間ｔを鋸波の周期Ｔで除算した際の剰余を表している。
【００２８】  位相φ（ｔ）に対する周波数ｆは、下記の式（２）に示すように、位相φの時間微分で定義することができる。2015189915.tif 000004
位相φ（ｔ）の時間変化率は、２ｍπ／Ｔ［ｒａｄ／ｓ］であるため、光位相変調部２４によって、鋸波の周期Ｔの逆数に比例する周波数シフト（ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）を実現することができる。
【００２９】  図４は光位相変調部２４に対する制御信号である駆動信号（周期Ｔの鋸波ＷＦ０２）と光ヘテロダイン受信機８により得られるビート信号の波形例を示す説明図である。  図４の例では、１ｋＨｚの周波数シフト（ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）を実現するための駆動信号を示しており、その駆動信号は、振幅が７Ｖ（２Ｖπ電圧（３６０度））で、周期Ｔが１ｍｓｅｃの鋸波である。  この場合、光ヘテロダイン受信機８により得られるビート信号は、図４に示すように、一定周期１ｍｓｅｃの正弦波となり、１ｋＨｚの周波数シフトが得られていることが分かる。  したがって、光位相変調部２４によって、例えば、５０ＭＨｚ（＝１ｋＨｚの５００００倍）の周波数シフト（ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）を実現するには、鋸波発生ユニット２１が、振幅が７Ｖで周期Ｔが２０ｎｓｅｃ（＝１ｍｓｅｃ／５００００）の鋸波を発生すればよいことが分かる。
【００３０】  パルス信号発生部２５は、光強度変調部２６をＯＮ／ＯＦＦ制御するパルス位相変調駆動信号ＷＦ０１を発生する。  光強度変調部２６は、パルス信号発生部２５により発生されたパルス位相変調駆動信号ＷＦ０１にしたがって光位相変調部２４から出力された周波数（ν＋ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）の送信種光をパルス変調してパルス光を光路ＯＦ（４）に出力する。  このパルス光は、パルス幅が数１００ｎｓｅｃ〜１ｕｓｅｃで、繰り返し周波数が数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚ程度である。
【００３１】  光増幅器５は、変調ユニット４の光強度変調部２６からパルス光を受けると、そのパルス光を増幅し、増幅後のパルス光を光路ＯＦ（５）に出力する。  即ち、光増幅器５は、増幅媒体の蓄積作用を利用して、光強度変調部２６から出力されたパルス光のＯＦＦ期間（パルス光の信号レベルがＬレベルの期間）に蓄積されるエネルギーをパルス光のＯＮ期間（パルス光の信号レベルがＨレベルの期間）に解放することで、パルス光を光増幅する。  光サーキュレータ６は、光増幅器５から増幅後のパルス光を受けると、そのパルス光を光路ＯＦ（６）を介して光アンテナ７に出力する。
【００３２】  光アンテナ７は、光サーキュレータ６からパルス光を受けると、そのパルス光のビーム径を所定のビーム径に拡大してから、そのパルス光を信号処理ユニット９が指示する方向の空間に放射する。  光アンテナ７から放射されたパルス光は、空間に存在している観測対象（レーザレーダ装置が風計測ライダとして用いられる場合、風速と同じ速度で移動するエアロゾルが観測対象となる）に後方散乱される。観測対象に後方散乱されたパルス光の後方散乱光は光アンテナ７により受信されるが、この後方散乱光は、観測対象の移動速度に応じたドップラ周波数シフトを受けている。  したがって、後方散乱光の周波数は、下記の式（３）に示すように、光アンテナ７から放射されたパルス光の周波数（ν＋ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）に対して、観測対象の移動速度に対応するドップラシフト周波数ｆｄｏｐと、移動体の速度に対応するドップラシフト周波数ｆｍｏｖｅとが加わっている周波数となる。      （ν＋ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）＋（ｆｄｏｐ＋ｆｍｏｖｅ）    ＝ν＋ｆｏｆｓ＋ｆｄｏｐ                                        （３）
【００３３】  光サーキュレータ６は、光アンテナ７により受信された後方散乱光を光路ＯＦ（７）に出力する。  光ヘテロダイン受信機８は、光サーキュレータ６から光アンテナ７により受信された周波数（ν＋ｆｏｆｓ＋ｆｄｏｐ）の後方散乱光を受けると、その後方散乱光と光路分岐カプラ３から出力された周波数νの局部発振光とを光学的に合波して、その後方散乱光と局部発振光の差周波数（ｆｏｆｓ＋ｆｄｏｐ）のビート信号を求め、そのビート信号を光電変換して、電気信号であるビート信号を信号処理ユニット９に出力する。  光ヘテロダイン受信機８で得られるビート信号の周波数ｆは、下記の式（４）のように表される。      ｆ＝ｆｏｆｓ＋ｆｄｏｐ                          （４）  したがって、ビート信号の周波数ｆは、例えば、オフセット周波数ｆｏｆｓが５０ＭＨｚで、観測対象の移動速度（例えば、風速）に対応するドップラシフト周波数ｆｄｏｐが−５０〜＋５０ＭＨｚの範囲である仮定すると、１００ＭＨｚ以下の中間周波数になる。
【００３４】  ここで、図５はこの発明の実施の形態１における送信光（光アンテナ７から放射されるパルス光）と、受信光（光アンテナ７により受信される後方散乱光）と、光ヘテロダイン信号スペクトル（光ヘテロダイン受信機８により得られるビート信号のスペクトル）との関係を示す説明図である。  光アンテナ７から放射されるパルス光である送信光１０１の周波数は（ν＋ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）であり、所定のパルス幅で繰り返し放射されている。なお、変調ユニット４により付与された周波数シフトは（ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）である。  光アンテナ７の受信光１０２は、観測対象に後方散乱された送信光１０１の後方散乱光であり、送信光１０１のパルスＯＦＦ期間に連続的に収集される。  図５では、説明の簡単化のために、特定の距離レンジに対応している受信光１０２だけを記載しているが、実際には送信光１０１のパルスＯＦＦ期間に連続的に収集される。  受信光１０２の周波数は、観測対象の移動速度（例えば、風速）に対応するドップラシフト周波数ｆｄｏｐと、移動体の移動速度に対応するドップラシフト周波数ｆｍｏｖｅとが加わるため、（ν＋ｆｏｆｓ＋ｆｄｏｐ）で表される。
【００３５】  一方、光路分岐カプラ３から出力される局部発振光１０３は時間的に連続して出力され、局部発振光１０３の周波数は、基準光源２から発振される送信種光の周波数νと一致している。  光ヘテロダイン受信機８は、上述したように、受信光１０２と局部発振光１０３を光学的に合波して、受信光１０２と局部発振光１０３の差周波数のビート信号（周波数（ｆｏｆｓ＋ｆｄｏｐ）のビート信号）を得るものである。  したがって、ビート信号のスペクトルである光ヘテロダイン信号スペクトルの時系列データは、中心周波数であるオフセット周波数ｆｏｆｓから観測対象の移動速度に対応するドップラシフト周波数ｆｄｏｐだけ離調したスペクトルとして得られる。  図５において、１０４は特定の距離レンジにおける風速ドップラの存在帯域（風速ドップラが存在している周波数の範囲）を示し、１０５は観測対象の移動速度（風速）に対応するドップラシフト周波数ｆｄｏｐがゼロ以外（風速≠０）のときに観測されるピーク周波数を示し、１０６は観測対象の移動速度に対応するドップラシフト周波数ｆｄｏｐがゼロ（風速＝０）のときに観測されるピーク周波数を示している。
【００３６】  風速＝０の場合には、ビート信号の中心周波数が、中間周波数であるオフセット周波数ｆｏｆｓと一致する。  図５の例では、送信光１０１が理想的にＯＮ／ＯＦＦされ、パルスＯＦＦ時に漏洩光がない場合を想定しているため、光ヘテロダイン受信機８により得られるビート信号には、漏洩光に伴う不要ビート成分が存在していない。  したがって、後段の信号処理ユニット９では、風速ドップラの存在帯域１０４だけをフィルタで切り出して信号処理を行うようにすればよい。
【００３７】  信号処理ユニット９は、光ヘテロダイン受信機８からビート信号を受けると、下記の式（５）に示すように、光アンテナ７からパルス光が放射された時刻ｔ１と、光ヘテロダイン受信機８からビート信号（時刻ｔ１に放射されたパルス光の後方散乱光から得られたビート信号）が出力された時刻ｔ２との時刻差である到来時間Δｔ（＝ｔ２−ｔ１）から、観測対象までの距離Ｌを算出する。2015189915.tif 000005
式（５）において、ｃは光速である。
【００３８】  また、信号処理ユニット９は、光ヘテロダイン受信機８から出力されたビート信号を所定のサンプリングレートでＡＤ変換して、デジタル信号であるビート信号を変調ユニット４から出力されたパルス光のパルス幅に対応する受信ゲート幅毎に分割し、分割後のビート信号をそれぞれ高速フーリエ変換してパワースペクトルを算出する。  信号処理ユニット９は、受信ゲート幅毎に、ビート信号のパワースペクトルを算出すると、そのパワースペクトルのピーク値、スペクトル幅、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ  Ｎｏｉｓｅ  Ｒａｔｉｏ）などを算出するとともに、そのパワースペクトルのピーク値から観測対象の移動速度を算出する。  なお、各々の受信ゲート幅（時間ゲート）は、光アンテナ７からパルス光が放射されてから、後方散乱光が受信されるまでの時間に対応し、観測対象までの距離Ｌに対応している。このため、観測対象までの距離Ｌ毎に、視線方向（パルス光の放射方向）の風速によるドップラシフト周波数ｆｄｏｐの分布を得ることができる。 
【００３９】  信号処理ユニット９は、視線方向に対する指令値を光アンテナ７に出力する機能を有しており、光アンテナ７を制御することで、例えば、パルス光を１次元あるいは２次元に走査する。  信号処理ユニット９は、この指令値に従って得られた各視線方向に対する観測対象までの距離Ｌや風速（風速はパワースペクトルのピーク値から得られる）の計測値を格納しておくことで、ベクトル演算によって風速の３次元分布の推定や、観測距離毎の風向風速分布の算出を行うことができる。  信号処理ユニット９は、各種の算出結果を内部のデータ蓄積部であるメモリに格納するほか、必要な情報（例えば、観測対象の移動速度（風速）や、風速の３次元分布など）を計測結果表示部１０に表示する。
【００４０】  以上で明らかなように、この実施の形態１によれば、基準光源２により発振された送信種光の周波数νに対して、予め設定された周波数であるオフセット周波数ｆｏｆｓから移動体の移動速度に対応するドップラシフト周波数ｆｍｏｖｅを差し引いた周波数（ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）を付与し、周波数（ν＋ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）の送信種光をパルス変調してパルス光を出力する変調ユニット４を設け、光ヘテロダイン受信機８が、光アンテナ７により受信された周波数（ν＋ｆｏｆｓ＋ｆｄｏｐ）の後方散乱光と周波数νの局部発振光とを光学的に合波して、その後方散乱光と局部発振光の差周波数（ｆｏｆｓ＋ｆｄｏｐ）のビート信号を求め、そのビート信号を光電変換して、電気信号であるビート信号を信号処理ユニット９に出力するように構成したので、ＶＣＯを搭載することなく、移動体の移動速度に対応するドップラシフト周波数ｆｍｏｖｅを相殺することができるようになり、その結果、観測対象の移動速度の測定精度を高めることができる効果を奏する。
【００４１】  即ち、この実施の形態１では、ＶＣＯを搭載することなく、移動体の移動速度に対応するドップラシフト周波数ｆｍｏｖｅを相殺することができるため、ＶＣＯにより発生された信号の基本波及び高調波信号が光ヘテロダイン受信機８の出力側に漏洩することがない。このため、光ヘテロダイン受信機８から得られるビート信号の周波数スペクトル上にスパイクノイズが現れることがないため、観測対象の移動速度の測定精度を高めることができる。  また、ＶＣＯの高調波信号の成分と光ヘテロダイン受信機８から得られるビート信号との差周波数の成分が周波数スペクトル上に偽ピークとして現れることもないため、偽ピークが現れることに伴う観測対象の移動速度の測定精度の劣化を防止することができる。
【００４２】  また、この実施の形態１によれば、光ヘテロダイン受信機８の後段の電気信号を扱う領域に、移動体の移動速度に対応するドップラシフト周波数ｆｍｏｖｅを相殺するための補正回路を搭載する必要がないため、レーザレーダ装置の構成の簡素化や小型化を図ることができる効果を奏する。
【００４３】  この実施の形態１によれば、移動体の移動速度が変化しても、鋸波発生ユニット２１から発生される鋸波の振幅を一定にすることができるため、省電力化を図ることができる。  なお、鋸波発生ユニット２１から発生される鋸波の傾きを反転させることで、移動体の進行方向が負方向であっても、移動体の移動速度に対応するドップラシフト周波数ｆｍｏｖｅを相殺することができる。
【００４４】実施の形態２．  上記実施の形態１では、光強度変調部２６で理想的なパルス変調が行われることで（光強度変調部２６によるパルスＯＦＦ期間の消光特性が理想的である）、パルスＯＦＦ期間の漏洩光が存在していないものを示しているが、この実施の形態２では、光強度変調部２６でのパルス変調が必ずしも理想的でないために（光強度変調部２６によるパルスＯＦＦ期間の消光特性が理想的でない）、パルスＯＦＦ期間の漏洩光が存在していても、観測対象の移動速度の測定精度を高めることができるレーザレーダ装置について説明する。
【００４５】  図６はこの発明の実施の形態２によるレーザレーダ装置の光送信ユニット１を示す構成図であり、図６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。  この実施の形態２では、２つの光強度変調部２６，２７を縦続に接続し、２つの光強度変調部２６，２７がパルス信号発生部２５により発生されたパルス位相変調駆動信号ＷＦ０１によって同期駆動されるように構成されている。
【００４６】  次に動作について説明する。  ただし、２つの光強度変調部２６と光強度変調部２７が縦続に接続されている点以外は上記実施の形態１と同様であるため、上記実施の形態１と相違している部分を説明する。  図７は光強度変調部２６によるパルスＯＦＦ期間の消光特性が理想的でない場合の送信光と受信光と光ヘテロダイン信号スペクトルとの関係を示す説明図である。
【００４７】  光アンテナ７から放射されるパルス光である送信光１０１の周波数は（ν＋ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）であり、上記実施の形態１と同様に、所定のパルス幅で繰り返し放射されている。  この送信光１０１は、パルス信号発生部２５により発生されたパルス位相変調駆動信号ＷＦ０１のＯＮ期間（パルス信号発生部２５からパルス信号が出力されている期間であり、以下、「パルスＯＮ期間」と称する）中に放射されるが、パルス位相変調駆動信号ＷＦ０１のＯＦＦ期間（パルス信号発生部２５からパルス信号が出力されていない期間であり、以下、「パルスＯＦＦ期間」と称する）中には、光強度変調部２６によるパルスＯＦＦ期間の消光特性が理想的でないために、光強度変調部２６から漏洩光の成分１１１が出力される。  漏洩光の成分１１１は、後段の光増幅器５によって増幅されたのち、光サーキュレータ６に出力される。  その結果、光サーキュレータ６における光路ＯＦ（５）から光路ＯＦ（７）へのクロストーク成分が光ヘテロダイン受信機８に入射されるとともに、パルスＯＮ期間においては、光アンテナ７の内部部品の反射による送信光１０１の受信光路へのクロストーク成分１１２が光ヘテロダイン受信機８に入射され、パルスＯＦＦ期間においては、漏洩光の成分１１１による受信光路への漏洩光として漏洩光１１３が光ヘテロダイン受信機８に入射される。
【００４８】  受信光路への漏洩光１１３の周波数は、パルスＯＮ期間の送信光１０１と同じ周波数（ν＋ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）である。  このため、光ヘテロダイン受信機８の内で、受信光路への漏洩光１１３と局部発振光１０３が干渉して、不要なビート信号１１４が発生する。   この不要なビート信号１１４の周波数は、受信光路への漏洩光１１３と局部発振光１０３との差周波数（ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）であり、不要なビート信号１１４が時間的に常に存在する。 
【００４９】  一方、光ヘテロダイン受信機８により得られるビート信号のスペクトルである光ヘテロダイン信号スペクトルでは、観測対象の移動速度に対応するドップラシフト周波数ｆｄｏｐのピーク周波数１０５，１０６と、不要なビート信号１１４とが重なるため、直接的に観測対象の移動速度に対応するドップラシフト周波数ｆｄｏｐのピーク周波数１０５，１０６だけを検出することが困難になる。  不要なビート信号１１４の周波数（ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）は、中間周波数であるため、レーザレーダ装置を搭載している移動体と同等の速度計測は困難である。
【００５０】  そこで、この実施の形態２では、２つの光強度変調部２６，２７を縦続に接続し、２つの光強度変調部２６，２７がパルス信号発生部２５により発生されたパルス位相変調駆動信号ＷＦ０１によって同期駆動されるように構成することで、光強度変調部２６によるパルスＯＦＦ期間での漏洩光１１３を抑圧している。  光強度変調部２６，２７が同期駆動されることで、光強度変調部２６によるパルスＯＦＦ期間と光強度変調部２７によるパルスＯＦＦ期間が一致するため、光強度変調部２６が１つだけ搭載されている場合よりも、パルスＯＦＦ期間の消光特性を高めることができる。
【００５１】  図８は光強度変調部２６，２７が同期駆動された場合の送信光と受信光と光ヘテロダイン信号スペクトルとの関係を示す説明図である。  光強度変調部２７が光強度変調部２６によるパルスＯＦＦ期間での漏洩光１１３を抑圧するため（図８では、パルスＯＦＦ期間での漏洩光１１３が抑圧されている）、受信光として、パルスＯＮ期間における送信光１０１の受信光路へのクロストーク成分１１２と、観測対象の移動速度によるドップラシフトを受けた受信光成分（受信光１０２）とが得られる。
【００５２】  これにより、光ヘテロダイン受信機８で受信光が局部発振光１０３と合成される結果、信号スペクトルには、パルスＯＮ期間における送信光１０１のクロストーク成分１１２と局部発振光１０３とのビート成分（不要なビート信号１１５）と、観測対象の移動速度によるドップラ成分（ドップラシフト周波数ｆｄｏｐのピーク周波数１０５，１０６、風速ドップラの存在帯域１０４）だけがスペクトル上に現れる。  パルスＯＮ期間における送信光１０１のクロストーク成分１１２と局部発振光１０３とのビート成分（不要なビート信号１１５）は、レーザレーダ装置での観測において不要な距離０ｍでの信号に対応するため、時間的に棄却すればよい。  観測対象を観測したいパルスＯＦＦ期間において、光ヘテロダイン信号スペクトル内から、不要なビート信号１１５を抑圧することができるため、正確に観測対象の移動速度に対応するドップラシフト周波数ｆｄｏｐを検出することが可能になる。
【００５３】  この実施の形態２では、２つの光強度変調部２６，２７を縦続に接続している例を示したが、３つ以上の光強度変調部を縦続に接続して、３つ以上の光強度変調部がパルス信号発生部２５により発生されたパルス位相変調駆動信号ＷＦ０１によって同期駆動されるように構成してもよく、更にパルスＯＦＦ期間の消光特性を高めることができる。
【００５４】  光強度変調部２７は、光強度変調部２６と同様に、レーザレーダ装置に必要となるパルス幅数として１００ｎｓｅｃ〜１ｕｓｅｃ、繰り返し周波数として数ｋＨｚ〜数１０ｋＨｚ程度で応答することができる手段であればよく、例えば、Ｍａｃｈ−Ｚｅｈｎｄｅｒ型ＬＮ変調器やＥＡ変調器などの強度変調器、あるいは、半導体光増幅器や光ファイバ増幅器などの光増幅器、あるいは、ＭＥＭＳ光スイッチなどの光スイッチなどを用いることができる。  上記のうち、半導体光増幅器や光ファイバ増幅器を用いる場合には、多段接続によって増加したパルスＯＮ期間の挿入損失を、光増幅による利得で補填することも可能になる。
【００５５】実施の形態３．  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光送信ユニット１を示す構成図であり、図９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。  信号乗算部２８は鋸波発生ユニット２１により発生された鋸波に対して、パルス信号発生部２５により発生されたパルス位相変調駆動信号ＷＦ０１を乗算することで、パルス位相変調駆動信号ＷＦ０１がＯＮ期間（パルス信号が出力されている期間）であるときだけ、鋸波発生ユニット２１により発生された鋸波を光位相変調部２４に与える処理を実施する。なお、信号乗算部２８は鋸波切出し手段を構成している。
【００５６】  上記実施の形態１では、鋸波発生ユニット２１の直線位相変調信号発生部２３が、連続的な鋸波ＷＦ０２を光位相変調部２４に出力しているものを示しているが、信号乗算部２８が、鋸波発生ユニット２１により発生された鋸波ＷＦ０２に対して、パルス信号発生部２５により発生されたパルス位相変調駆動信号ＷＦ０１を乗算することで、連続的な鋸波ＷＦ０２をバースト鋸波ＷＦ０３（離散的な鋸波）に変換し、そのバースト鋸波ＷＦ０３を光位相変調部２４に出力するようにしてもよい。  これにより、光位相変調部２４は、バースト鋸波ＷＦ０３によって駆動されて、光路分岐カプラ３から出力された周波数νの送信種光を位相変調することになるため、パルス信号発生部２５により発生されたパルス位相変調駆動信号ＷＦ０１がＯＮ期間であるときだけ、送信種光の周波数をシフトして、周波数（ν＋ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）の送信種光を光強度変調部２６に出力することなる。  したがって、パルス信号発生部２５により発生されたパルス位相変調駆動信号ＷＦ０１がＯＦＦ期間では、送信種光の周波数をシフトしないため、周波数νの送信種光を光強度変調部２６に出力することなる。
【００５７】  このように、パルス位相変調駆動信号ＷＦ０１がＯＦＦ期間では、送信種光の周波数シフト（ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）が行われないが、パルス信号のＯＦＦ期間に存在する漏洩光にも周波数シフト（ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）が行われなくなるため、パルスＯＦＦ期間の消光特性を高めることができる。  図１０はこの発明の実施の形態３における送信光と受信光と光ヘテロダイン信号スペクトルとの関係を示す説明図である。
【００５８】  パルス光である送信光１０１は、図１０に示すように、パルス信号発生部２５により発生されたパルス位相変調駆動信号ＷＦ０１がＯＮ期間であるときに、光強度変調部２６から光路ＯＦ（４）に出力されるが、パルス位相変調駆動信号ＷＦ０１がＯＦＦ期間であるときには出力されず、漏洩光の成分２００が光路ＯＦ（４）に出力される。  漏洩光の成分２００は、後段の光増幅器５によって増幅されたのち、光サーキュレータ６に出力される。  その結果、光サーキュレータ６における光路ＯＦ（５）から光路ＯＦ（７）へのクロストーク成分が光ヘテロダイン受信機８に入射されるとともに、パルスＯＮ期間においては、光アンテナ７の内部部品の反射による送信光１０１の受信光路へのクロストーク成分２０１が光ヘテロダイン受信機８に入射され、パルスＯＦＦ期間においては、漏洩光の成分２００による受信光路への漏洩光として漏洩光２０２が光ヘテロダイン受信機８に入射される。
【００５９】  パルスＯＮ期間の受信光路へのクロストーク成分２０１の周波数は、パルスＯＮ期間における送信光１０１の周波数と同じ周波数（ν＋ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）であるが、パルスＯＦＦ期間の受信光路への漏洩光２０２は、パルスＯＦＦ期間中に周波数シフト（ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）が行われていないため、漏洩光２０２の周波数はνである。  このため、光ヘテロダイン受信機８内で、パルスＯＮ期間の受信光路へのクロストーク成分２０１と局部発振光１０３が干渉して、不要なビート信号２１１が発生する。  この不要なビート信号２１１は、パルスＯＮ期間のときだけ中間周波数である（ｆｏｆｓ−ｆｍｏｖｅ）に現れる。
【００６０】  一方、観測対象の移動速度に対応するドップラシフト周波数ｆｄｏｐを観測する時間帯（パルスＯＦＦ期間）では、観測対象の移動速度に対応するドップラ成分（ドップラシフト周波数ｆｄｏｐのピーク周波数１０５，１０６、風速ドップラの存在帯域１０４）の周波数（ｆｏｆｓ＋ｆｄｏｐ）が、不要なビート信号２１２とスペクトル上で離れて存在するため、電気的に観測対象の移動速度に対応するドップラ成分と不要なビート信号２１２の分離が可能になる。
【００６１】  以上で明らかなように、この実施の形態３によれば、信号乗算部２８が、パルス信号発生部２５により発生されたパルス位相変調駆動信号ＷＦ０１がＯＮ期間であるときだけ、鋸波発生ユニット２１により発生された鋸波を光位相変調部２４に与えるように構成したので、光強度変調部２６によるパルスＯＦＦ期間の消光特性が理想的でない場合（パルスＯＮ／ＯＦＦが不完全な場合）でも、観測対象の移動速度に対応するドップラ成分を不要なビート信号２１１，２１２とスペクトル上で容易に分離することができる効果を奏する。  また、光強度変調部２６によるパルスＯＦＦ期間の消光特性に対する性能要求を緩和することができるため、低コスト化を図ることができる効果を奏する。
【００６２】  また、この実施の形態３によれば、上記実施の形態２のように、複数の光強度変調部を縦続に接続する必要がないため、複数の光強度変調部を縦続に接続することに伴う挿入損失の増加を回避することができるため、低消費電力化に寄与する。
【００６３】  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】
【００６４】  この発明に係るレーザレーダ装置は、空間内の観測対象（例えば、エアロゾル）の移動速度を高精度に測定する必要がある風計測ライダなどに適している。
【符号の説明】
【００６５】  １  光送信ユニット、２  基準光源、３  光路分岐カプラ、４  変調ユニット（パルス光出力手段）、５  光増幅器、６  光サーキュレータ、７  光アンテナ、８  光ヘテロダイン受信機、９  信号処理ユニット（移動速度算出手段）、１０  計測結果表示部、２１  鋸波発生ユニット、２２  自機速度情報出力部、２２ａ  自機速度計測部（速度計測手段）、２２ｂ  速度−鋸波周期情報変換部、２３  直線位相変調信号発生部（鋸波発生手段）、２４  光位相変調部（位相変調手段）、２５  パルス信号発生部（パルス信号発生手段）、２６，２７  光強度変調部（パルス変調手段）、２８  信号乗算部（鋸波切出し手段）、１０１  送信光（パルス光）、１０２  受信光（後方散乱光）、１０３  局部発振光、１０４  風速ドップラの存在帯域、１０５  風速≠０のときに観測されるピーク周波数、１０６  風速＝０のときに観測されるピーク周波数、１１１  漏洩光の成分、１１２  受信光路へのクロストーク成分、１１３  受信光路への漏洩光、１１４，１１５  不要なビート信号、２０１  受信光路へのクロストーク成分、２０２  受信光路への漏洩光、２１１，２１２  不要なビート信号。
【図１】
2015189915.tif 000006
【図２】
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【図３】
2015189915.tif 000008
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2015189915.tif 000012
【図８】
2015189915.tif 000013
【図９】
2015189915.tif 000014
【図１０】
2015189915.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成28年5月6日(2016.5.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
この発明に係るレーザレーダ装置は、送信種光を発振する光源と、自装置を搭載している移動体の速度を計測する速度計測手段と、速度計測手段により計測された速度に対応する周期の鋸波を発生する鋸波発生手段と、パルス信号を繰り返し発生するパルス信号発生手段と、パルス信号発生手段からパルス信号が発生されている期間中だけ、鋸波発生手段により発生された鋸波を出力する鋸波切出し手段と、鋸波切出し手段により与えられた鋸波にしたがって送信種光を位相変調して、送信種光の周波数をシフトする位相変調手段と、パルス信号発生手段により発生されたパルス信号にしたがって送信種光をパルス変調してパルス光を出力するパルス変調手段と、位相変調手段により周波数をシフトされ、かつ、パルス変調手段によりパルス変調された送信種光であるパルス光を空間に放射したのち、空間に存在している観測対象に後方散乱されたパルス光の後方散乱光を受信する光アンテナと、光アンテナにより受信された後方散乱光と光源により発振された送信種光とを合波して、その後方散乱光と送信種光の差周波数のビート信号を出力する光ヘテロダイン受信機と、光ヘテロダイン受信機から出力されたビート信号から観測対象の移動速度を算出する移動速度算出手段とを備えたものである。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
この発明によれば、自装置を搭載している移動体の速度を計測する速度計測手段と、速度計測手段により計測された速度に対応する周期の鋸波を発生する鋸波発生手段と、パルス信号を繰り返し発生するパルス信号発生手段と、パルス信号発生手段からパルス信号が発生されている期間中だけ、鋸波発生手段により発生された鋸波を出力する鋸波切出し手段と、鋸波切出し手段により与えられた鋸波にしたがって送信種光を位相変調して、送信種光の周波数をシフトする位相変調手段と、パルス信号発生手段により発生されたパルス信号にしたがって送信種光をパルス変調してパルス光を出力するパルス変調手段と、位相変調手段により周波数をシフトされ、かつ、パルス変調手段によりパルス変調された送信種光であるパルス光を空間に放射したのち、空間に存在している観測対象に後方散乱されたパルス光の後方散乱光を受信する光アンテナと、光アンテナにより受信された後方散乱光と光源により発振された送信種光とを合波して、後方散乱光と送信種光の差周波数のビート信号を出力する光ヘテロダイン受信機と、光ヘテロダイン受信機から出力されたビート信号から観測対象の移動速度を算出する移動速度算出手段とを設け、光ヘテロダイン受信機が、光アンテナにより受信された後方散乱光と光源により発振された送信種光とを合波して、その後方散乱光と送信種光の差周波数のビート信号を移動速度算出手段に出力するように構成したので、ＶＣＯを搭載することなく、移動体の移動速度に対応するドップラシフト周波数を相殺することができるようになり、その結果、観測対象の移動速度の測定精度を高めることができる効果がある。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
送信種光を発振する光源と、
自装置を搭載している移動体の速度を計測する速度計測手段と、
前記速度計測手段により計測された速度に対応する周期の鋸波を発生する鋸波発生手段と、
パルス信号を繰り返し発生するパルス信号発生手段と、
前記パルス信号発生手段からパルス信号が発生されている期間中だけ、前記鋸波発生手段により発生された鋸波を出力する鋸波切出し手段と、
前記鋸波切出し手段により与えられた鋸波にしたがって前記送信種光を位相変調して、前記送信種光の周波数をシフトする位相変調手段と、
前記パルス信号発生手段により発生されたパルス信号にしたがって前記送信種光をパルス変調してパルス光を出力するパルス変調手段と、
前記位相変調手段により周波数をシフトされ、かつ、前記パルス変調手段によりパルス変調された前記送信種光であるパルス光を空間に放射したのち、前記空間に存在している観測対象に後方散乱された前記パルス光の後方散乱光を受信する光アンテナと、
前記光アンテナにより受信された後方散乱光と前記光源により発振された送信種光とを合波して、前記後方散乱光と前記送信種光の差周波数のビート信号を出力する光ヘテロダイン受信機と、
前記光ヘテロダイン受信機から出力されたビート信号から前記観測対象の移動速度を算出する移動速度算出手段と
を備えたレーザレーダ装置。
【請求項２】
前記パルス変調手段が複数個縦続に接続され、前記複数のパルス変調手段が前記パルス信号発生手段により発生されたパルス信号によって同期駆動され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３】
前記位相変調手段により周波数をシフトされ、かつ、前記パルス変調手段によりパルス変調されたパルス光を増幅し、増幅後のパルス光を前記光アンテナに出力する光増幅器を備えたことを特徴とする請求項１記載のレーザレーダ装置。
【国際調査報告】
2015189915.tif 000016
2015189915.tif 000017
2015189915.tif 000018
2015189915.tif 000019