(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
レーザー装置と、
前記レーザー装置に光学的に接続された光サーキュレータと、
前記光サーキュレータに光学的に接続されたテレスコープと、
前記光サーキュレータに光学的に接続されたチューナブル干渉計と、
前記チューナブル干渉計に光学的に接続された光検出器と、
前記光検出器に電気的に接続された信号プロセッサと、を含むシステムであって、
前記チューナブル干渉計は、複数の圧電トランスデューサを含む走査型ファブリ・ペロー干渉計であり、前記信号プロセッサは、前記圧電トランスデューサに電気的に接続されており、
前記信号プロセッサは、次の動作、すなわち、
（ａ）前記レーザー装置によって出射された光の波長と、まず前記レーザー装置によって出射され次に目標によってドップラーシフトされた光の波長と、を含む波長範囲内で変化するように、前記チューナブル干渉計の波長を調節する作用を有する、前記圧電トランスデューサに走査電圧を供給することと、
（ｂ）前記圧電トランスデューサに供給された走査電圧の関数としての、前記光検出器によって生成された検出電圧を監視すること、
（ｃ）ピーク検出電圧が発生する走査電圧を特定すること、
（ｄ）ピークが発生する走査電圧の差を較正テーブルの参照電圧と比較することによって、前記目標の相対速度ならびに前記目標の共振周波数を求めること、
（ｅ）動作（ｄ）において求めた前記共振周波数に基づいて目標を識別すること、を行うようにさらに構成されている、システム。
【請求項２】
前記チューナブル干渉計は、１ＭＨｚを含む範囲内のドップラーシフトを検出するように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記光サーキュレータは、前記レーザー装置によって出射された光の第１部分を前記テレスコープへ、そして、前記レーザー装置によって出射された光の第２部分を前記チューナブル干渉計へと通過させるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記光サーキュレータは、前記テレスコープからの光を前記チューナブル干渉計へと通過させるようにさらに構成されている、請求項３に記載のシステム。
【請求項５】
前記光サーキュレータは、前記レーザー装置によって出射された光の第１部分を前記テレスコープへと通過させるとともに、前記テレスコープからの光を前記チューナブル干渉計へと通過させるように構成されている、請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
前記光サーキュレータは、前記レーザー装置によって出射された光の第２部分を前記チューナブル干渉計へと通過させるように構成されている、請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
少なくとも前記レーザー装置、前記光サーキュレータ、前記テレスコープ、前記チューナブル干渉計、及び前記光検出器を支持する地上プラットフォームをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項８】
少なくとも前記レーザー装置、前記光サーキュレータ、前記テレスコープ、前記チューナブル干渉計、及び前記光検出器を支持する空中プラットフォームをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項９】
少なくとも前記レーザー装置、前記光サーキュレータ、前記テレスコープ、前記チューナブル干渉計、及び前記光検出器を支持する宇宙プラットフォームをさらに含む、請求項１に記載のシステム。
【請求項１０】
レーザー装置と、
前記レーザー装置に光学的に接続された光サーキュレータと、
前記光サーキュレータに光学的に接続されたテレスコープと、
前記光サーキュレータに光学的に接続され、複数の圧電トランスデューサを含む走査型ファブリ・ペロー干渉計と、
前記走査型ファブリ・ペロー干渉計に光学的に接続された光検出器と、
前記光検出器と前記圧電トランスデューサとに電気的に接続された信号プロセッサと、を含むシステムであって、
前記光サーキュレータは、前記レーザー装置によって出射された光の第１部分を前記テレスコープへ、前記レーザー装置によって出射された光の第２部分を前記走査型ファブリ・ペロー干渉計へ、そして前記テレスコープからの光を前記走査型ファブリ・ペロー干渉計へと通過させるように構成されており、
前記信号プロセッサは、次の動作、すなわち、
（ａ）前記レーザー装置によって出射された光の波長と、まず前記レーザー装置によって出射され次に目標によってドップラーシフトされた光の波長と、を含む波長範囲内で変化するように、前記走査型ファブリ・ペロー干渉計の波長を調節する作用を有する、前記圧電トランスデューサに走査電圧を供給することと、
（ｂ）前記圧電トランスデューサに供給された走査電圧の関数としての、前記光検出器によって生成された検出電圧を監視すること、
（ｃ）ピーク検出電圧が発生する走査電圧を特定すること、
（ｄ）ピークが発生する走査電圧の差を較正テーブルの参照電圧と比較することによって、前記目標の相対速度ならびに前記目標の共振周波数を求めること、
（ｅ）動作（ｄ）において求めた前記共振周波数に基づいて目標を識別すること、を行うようにさらに構成されている、システム。
【請求項１１】
光サーキュレータ内にレーザー光を入射させることと、
前記レーザー光を、テレスコープと干渉計とに一部分ずつ送ることと、
前記光サーキュレータから前記テレスコープが受信した前記レーザー光を、目標に向かって照射することと、
前記目標から反射されたレーザー光を前記テレスコープによって再捕捉することと、
前記再捕捉されたレーザー光を、前記テレスコープから前記光サーキュレータを介して前記干渉計に送ることと、
前記干渉計の圧電トランスデューサに走査電圧を供給することと、
前記干渉計を通過する再捕捉されたレーザー光を光検出することと、
前記走査電圧の関数としての検出電圧を監視することと、
ピーク検出電圧が発生する走査電圧を特定することと、
ピークが発生する走査電圧の差を較正テーブル内のデータと比較することによって、前記目標の共振周波数を求めることと、
求めた前記共振周波数に基づいて前記目標を識別することを含む、方法。
【請求項１２】
ピークが発生する走査電圧の差を較正テーブル内のデータと比較することによって、前記目標の相対速度を求めること、をさらに含む、請求項１１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、概して、遠隔地にある移動中の目標を識別するためのシステム及び方法に関する。特に、本開示は、目標識別を目的として、移動中の目標の振動を測定することに関する。
【背景技術】
【０００２】
移動中の目標を追尾するために、レーダー装置は、通常、移動目標から反射されたレーダー信号から得られるドップラー情報に基づいて、目標の動きを検出する。レーダー装置に対して目標が径方向に移動すると、移動目標で反射されるレーダー信号は、レーダー装置によって送信された周波数とは異なる周波数でレーダー装置に戻ってくる。具体的には、目標が径方向に移動すると、レーダー信号の周波数は、目標の相対速度に比例する量だけ変化する。従って、レーダー信号の周波数の変化を利用して、移動目標の位置及び速度を判定し、これによって移動目標を追尾することができる。
【０００３】
レーザードップラー振動計（ＬＤＶ）を用いると、非接触にて表面振動測定を行うことができる。ＬＤＶからのレーザービームを対象の表面に照射し、当該表面の動きによるドップラーシフトを検出することによって、表面から反射したレーザー光から振動の振幅及び周波数を抽出する。ＬＤＶの出力は、一般的に、レーザービームの方向に沿う目標の速度成分に正比例する、連続的なアナログ電圧である。
【０００４】
典型的な振動計は、内部基準ビームと試験ビームの周波数（又は位相）の差を測定する二ビームレーザー干渉計を含む。試験ビームを目標に照射し、目標からの散乱光を集め、典型的にはフォトダイオードである光検出器において、基準ビームと干渉させる。ほとんどの市販の振動計は、ビームの一方に既知の周波数シフト（典型的には３０〜４０ＭＨｚ）を加えることにより、ヘテロダイン方式で動作する。この周波数シフトは、通常、ブラッグセル（Bragg cell）、すなわち音響光学変調器（acousto-optic modulator）によって発生させる。このタイプの振動計においては、周波数ｆoを有するレーザーからのビームが、ビームスプリッターによって基準ビームと試験ビームとに分光される。次に、試験ビームは、ブラッグセルを通過し、ブラッグセルが周波数シフトｆbを加える。この周波数シフトされたビームは、次に、目標に向かって照射される。目標の動きによって、このビームにドップラーシフトが加わるが、これは、fd＝2*v(t)*cos(α)/λで表される。ここで、v(t)は、時間の関数としての目標の速度であり、αは、レーザービームと速度ベクトルの間の角度であり、λは光の波長である。光は、目標からあらゆる方向に散乱するが、この光の一部がＬＤＶによって集められ、ビームスプリッターによって光検出器へと反射される。この光は、ｆo＋ｆb＋ｆdに等しい周波数を有する。この散乱光は、光検出器において基準ビームと結合される。レーザーの当初の周波数は非常に高く（＞１０14Ｈｚ）、検出器の応答よりも高い。しかしながら、検出器は、実際には２つのビーム間のうなり周波数（beat frequency）に対して応答する。このうなり周波数は、ｆb＋ｆd（通常、数十メガヘルツの範囲内）である。光検出器の出力は、標準的な周波数変調信号であり、搬送波周波数としてのブラッグセル周波数、及び、変調周波数としてのドップラーシフトを有するものである。この信号を復調することによって、振動している目標の時間に対する速度を導出することができる。
【０００５】
先のパラグラフで説明したＬＤＶには、少なくとも以下の制限がある。
（１）音響光学変調器ブラッグセルは、約４００ＭＨｚの最大変調周波数を有するのに対し、マッハ１０の目標は、４．４ＧＨｚのドップラーシフトを有する。
（２）検出範囲が、レーザーのコヒーレンス長によって制限される。コヒーレントヘテロダイン検出では、離隔距離がレーザーのコヒーレンス長の半分より小さいことを要件とする。
（３）複雑な光学縦列、すなわちビームスプリッターのために、戻り信号の一部しか中間の周波数混合に加わらず、混合効率が低い。
上述の制限を有しない、目標識別のためのＬＤＶを提供することが望ましいであろう。
【発明の概要】
【０００６】
以下に詳しく説明する要旨は、走査型（すなわちチューナブル）ファブリ・ペロー干渉計を用いて固有振動周波数に基づいて目標を遠隔で識別するＬＤＶ構成及び検出方法に向けられたものである。提示のシステム及び方法では、ローカルの発振器を用いるコヒーレントヘテロダイン検出に代えて分光学的検出法を用いることによって、レーザーのコヒーレンス長よりも長い離隔距離での検出が可能である。高出力のパルスレーザーを用いることができる。加えて、音響光学変調器を用いないことによって、検出可能な目標の速度に制限が無い。また、戻り信号の混合効率も改善することができる。
【０００７】
以下に詳しく開示される要旨の一側面は、レーザー装置と、レーザー装置に光学的に接続された光サーキュレータと、光サーキュレータに光学的に接続されたテレスコープと、光サーキュレータに光学的に接続されたチューナブル干渉計と、チューナナブル干渉計に光学的に接続された光検出器と、光検出器に電気的に接続された信号プロセッサと、を含むシステムである。本明細書に開示の実施形態によれば、チューナブル干渉計は、複数の圧電トランスデューサを含む走査型ファブリ・ペロー干渉計であり、信号プロセッサは、圧電トランスデューサに電気的に接続されている。信号プロセッサは、圧電トランスデューサに走査電圧を供給するように構成することができ、当該圧電トランスデューサは、レーザー装置によって出射された光の波長と、まずレーザー装置によって出射され次に目標によってドップラーシフトされた光の波長と、を含む波長範囲内で変化するように、チューナブル干渉計の波長を調節する効果を有する。
【０００８】
少なくともいくつかの実施形態によれば、信号プロセッサは、次の動作、すなわち、（ａ）圧電トランスデューサに供給された走査電圧の関数としての、光検出器によって生成された検出電圧を監視すること、（ｂ）ピーク検出電圧が発生する走査電圧を特定すること、（ｃ）ピークが発生する走査電圧の差を較正テーブルと比較することによって、目標の相対速度ならびに目標の共振周波数を求めること、（ｄ）動作（ｃ）において求めた共振周波数に基づいて目標を識別すること、を行うように、さらに構成されうる。
【０００９】
少なくともいくつかの実施形態によれば、光サーキュレータは、レーザー装置によって出射された光の第１部分をテレスコープへ、レーザー装置によって出射された光の第２部分をチューナブル干渉計へ、そして、テレスコープからの光をチューナブル干渉計へと通過させるように構成されている。
【００１０】
以下に詳しく開示される要旨の別の側面は、レーザー装置と、レーザー装置に光学的に接続された光サーキュレータと、光サーキュレータに光学的に接続されたテレスコープと、光サーキュレータに光学的に接続されるとともに複数の圧電トランスデューサを含む走査型ファブリ・ペロー干渉計と、走査型ファブリ・ペロー干渉計に光学的に接続された光検出器と、光検出器及び圧電トランスデューサに電気的に接続された信号プロセッサとを含み、光サーキュレータは、レーザー装置によって出射された光の第１部分をテレスコープへ、レーザー装置によって出射された光の第２部分を走査型ファブリ・ペロー干渉計へ、そして、テレスコープからの光を走査型ファブリ・ペロー干渉計へと通過させるように構成されている、システムである。
【００１１】
開示の要旨のさらなる側面は、光サーキュレータ内にレーザー光を入射させることと、レーザー光を、テレスコープと干渉計とに一部分ずつ送ることと、光サーキュレータからテレスコープが受信したレーザー光を、目標に向かって照射することと、目標から反射されたレーザー光をテレスコープによって再捕捉することと、再捕捉されたレーザー光を、テレスコープから光サーキュレータを介して干渉計に送ること、を含む方法である。当該方法は、干渉計の圧電トランスデューサに走査電圧を供給することと、干渉計を通過する再捕捉レーザー光を光検出すること、走査電圧の関数としての検出電圧を監視することと、ピーク検出電圧が発生する走査電圧を特定することと、ピークが発生する走査電圧の差を較正テーブル内のデータと比較することによって、目標の相対速度、及び／又は共振周波数を求めること、をさらに含みうる。当該方法は、求めた共振周波数に基づいて目標を識別することをさらに含みうる。
【００１２】
本明細書に開示のシステム及び方法は、遠隔目標の監視に用いることができる。監視は、地上、空中、または宇宙ベースのプラットフォームからの行うことができる。システムは、軍事的、産業的（危険な環境を含む）、都市的、商業的、及びその他の臨機目標（target of opportunity）に向けることができるであろう。
【００１３】
レーザードップラー振動測定によって固有振動周波数に基づいて遠隔目標を識別するシステム及び方法の他の側面は、以下に開示される。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】一実施形態によるレーザードップラー振動計のいくつかのコンポーネントを表すとともに、当該レーザードップラー振動計の構成を示すブロック図である。
【図２】一実施形態による走査型ファブリ・ペロー干渉計の概念図である。
【図３】図１に示したファブリ・ペロー干渉計を通過した光の強度に依存する、光検出器によって生成される走査電圧を示すグラフである。
【図４】一実施形態による、チューナブル干渉計を用いて遠隔目標を識別する方法の工程を表すフローチャートである。
【図５】表面振動周波数（Ｈｚ）及びこれに関連付けられた表面速度（ｍ／ｓ）の関数としてのレーザードップラーシフト（ＭＨｚ）を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下では、図面を参照するが、これらの図面においては、同様の要素には異なる図面であっても同じ参照符号を付している。
【００１６】
遠隔目標の追尾及び識別に適したレーザードップラー振動計の例示的な実施形態について、以下に幾分詳しく説明する。ただし、実際の実施態様の特徴のすべてを本明細書において説明するわけではない。当業者であれば理解するように、このような実際の実施形態のいずれの開発においても、システム関連及びビジネス関連の制約の順守などの開発者固有の目的を達成するために、その実施態様固有の多くの決定を行わなければならず、そのような決定は、実施態様によって異なるものである。さらに、このような開発努力は、複雑で時間がかかるかもしれないが、それでも本開示の利益を有する当業者にとっては、日常的な作業となるであろう。
【００１７】
図１は、一実施形態によるレーザードップラー振動計のいくつかのコンポーネントを表すとともに、当該レーザードップラー振動計の構成を示すブロック図である。図１に示したシステムは、レーザー装置２、光カプラー４を介してレーザー装置２に光学的に接続されたポートＰ１を有する光サーキュレータ６、光サーキュレータ６のポートＰ２に光学的に接続されたテレスコープ８、光サーキュレータ６のポートＰ３に光学的に接続された走査型（すなわちチューナブル）ファブリ・ペロー干渉計１２、ファブリ・ペロー干渉計１２に光学的に接続された光検出器１４（例えばフォトダイオード）、及び、光検出器１４に電気的に接続された信号プロセッサ１６を含む。テレスコープを用いて、目標１０に向かってレーザー光を照射し、目標１０によって反射又は散乱された戻りレーザー光を再捕捉することができる。この再捕捉されたレーザー光は、光サーキュレータ６のポートＰ２に入り、次に、ポートＰ３から出る。光サーキュレータ６のポートＰ３を出たレーザー光は、ファブリ・ペロー干渉計１２に入る。また、レーザー源２によって出射されたレーザー光の一部は、光サーキュレータ６によって、ファブリ・ペロー干渉計１２に送られる。
【００１８】
図２に示すように、ファブリ・ペロー干渉計１２は、通常、２つの平行な高反射性ミラー１２ａ、１２ｂによって一部が規定されたキャビティ２２内に、透光性の媒体（例えば、空気又は光ファイバ）を含む。一実施形態によれば、キャビティ２２内に配置された一本のシングルモード光ファイバーが、ミラー１２ａと１２ｂの間に延びている。ミラー１２ａ及び１２ｂは、入射光のうちの一部を反射し、一部を透過するように構成されている。図２における矢印Ａは、光サーキュレータ６（図１）からミラー１２ａに入射するレーザー光を表している。（入射光のうちミラー１２ａによって反射される部分は、図２に示していない。）図２における両矢印Ｂは、キャビティ２２内における内部反射レーザー光を表している。図２における矢印Ｃは、ファブリ・ペロー干渉計１２によって光検出器１４へと透過される光を表している。
【００１９】
波長の関数としてのファブリ・ペロー干渉計１２の透過スペクトルは、当該干渉計の共振に対応する高い透過率のピークを呈する。ファブリ・ペロー干渉計１２の透過関数は、２つの反射ミラー１２ａ、１２ｂの間で多重に反射される光の干渉によって決まる。透過ビーム同士が同相であれば、強め合う干渉が起こり、これが、干渉計の高透過ピークに対応する。透過ビーム同士の位相が逆である場合、弱め合う干渉が起こり、これが透過の最小値に対応する。透過ビーム間の光路長差が波長の整数倍である場合に、最大の透過が起こる。隣接する透過ピーク同士の波長の間隔は、干渉計の自由スペクトル領域（free spectral range）と称される。ファブリ・ペロー干渉計１２は、キャビティ長の整数分の１に等しい波長を透過させる。他のすべての波長は、減衰される。
【００２０】
引き続き図２を参照すると、ファブリ・ペロー干渉計１２は、複数の圧電トランスデューサ１８をさらに含む。当該圧電トランスデューサは、ミラー１２ａと１２ｂの間のキャビティ２２の長さを変更し、これによってファブリ・ペロー干渉計１２の波長を調整してファブリ・ペロー干渉計をフィルターとして機能させるために設けられている。圧電トランスデューサ１８の長さは、通常、当該圧電トランスデューサ１８に正の可変電圧を印加することによって変更される。これによって、ミラー１２ａと１２ｂの間の距離が調整され、走査型ファブリ・ペロー干渉計１２によって透過される波長を変化させることができる。
【００２１】
図１に示した実施形態において、走査型ファブリ・ペロー干渉計１２は、測定に用いられる波長に一致する通過帯域を有するように制御される。より具体的には、ミラー１２ａと１２ｂの間の距離が、信号プロセッサ１６によって制御される。ここで、信号プロセッサは、電圧供給線２０を介して、圧電トランスデューサ１８に可変走査電圧を供給する。このように、ファブリ・ペロー干渉計１２は、例えば図３に示した波長範囲などの必要な波長範囲にわたる通過帯域を走査するように制御される。
【００２２】
図３は、走査電圧（横軸）を変化させた際の、光検出器１４によって生成される検出電圧（縦軸）を示すグラフであり、当該検出電圧は、ファブリ・ペロー干渉計１２を通過したレーザー光の強度に依存するものである。図３に示した実施例において、光サーキュレータ６によって、レーザー源２からファブリ・ペロー干渉計１２へと漏出させられたレーザー光は、走査電圧Ｖ1を中心とする透過ピークを生成する。走査電圧Ｖ1におけるこの透過ピークは、信号プロセッサ１６によって、基準信号として処理される。レーザ源２からのレーザー光の残りの部分は、光サーキュレータ６によってテレスコープ８へと通過させられ、テレスコープは、当該レーザー光を目標１０に向かって照射する。目標１０からテレスコープ８に戻ったレーザー光は、光サーキュレータ６を介してファブリ・ペロー干渉計１２へと通過する。ファブリ・ペロー干渉計は、キャビティ長を変化させながら、入射光をスキャンする。図３に示した実施例においては、この結果得られるファブリ・ペロー干渉計１２からの出力によって、走査電圧Ｖ2、Ｖ3、Ｖ4において、光検出器１４が透過ピークを生成する。走査電圧Ｖ1とＶ3の差は、テレスコープ８の照準線に沿う、目標１０の質量中心の速度成分によって生成されたドップラーシフトを表すものである。一方、走査電圧Ｖ2及びＶ4を中心とする透過ピーク（図３に破線で示す）は、目標１０の表面振動に起因するものである。
【００２３】
走査速度は、信号プロセッサ１６によって制御されるが、この制御は、各波長の放射において、所定のトータル量の透過光が走査中にファブリ・ペロー干渉計１２の後段で受信されるように行われる。適当な走査率関数をプログラミングすることによって、目標のいくつかの特性に関する、目標固有のスペクトル測定値を得ることができる。
【００２４】
図４は、一実施形態による、チューナブル干渉計を用いて遠隔目標を識別する方法の工程を表すフローチャートである。レーザードップラー振動計の動作は、単色の、低ノイズ且つ高いスペクトル純度を有するレーザーによって開始される。レーザー源２によって出射されたレーザー光は、光サーキュレータのポートＰ１に向かって照射され、当該ポート内に伝播する（工程２４）。ポートＰ１を介して光サーキュレータに入ったレーザー光の一部は、ポートＰ２から出てテレスコープ８に送られ、他のレーザー光は、ポートＰ３を介してファブリ・ペロー干渉計１２へと漏出させられる（工程２６）。伝播は、光ファイバー又は空気や真空を介して行われうる。ポートＰ１からポートＰ３への漏出光は、信号プロセッサ１６によって、基準信号として用いられる。ポートＰ２を出た光は、テレスコープ内に送られ、目標へと伝播する（工程２８）。目標から反射されたレーザー光は、ドップラーシフトされ、テレスコープによって再捕捉される（工程３０）。再捕捉されたレーザー光は、光サーキュレータ６のポートＰ２に入り、ポートＰ３から出て、ファブリ・ペロー干渉計１２に送られる（工程３２）
【００２５】
ファブリ・ペロー干渉計１２は、圧電トランスデューサに電圧（走査電圧）を印加することによって、調整される（工程３４）。走査電圧は、圧電トランスデューサの長さを変化させ、ひいては、ファブリ・ペロー干渉計１２内の２つのミラー１２ａ、１２ｂ間の距離を変化させる。２つのミラー間の距離が、通過する光の波長を決める。ファブリ・ペロー干渉計１２によって除去されなかった光はすべて、光検出器１４（例えばフォトダイオード）によって検出され、当該光検出器は、光強度を電圧（検出電圧）に変換する（工程３６）。
【００２６】
信号プロセッサ１６は、走査電圧の関数としての検出電圧を監視する（工程３８）。信号プロセッサは、ピーク検出電圧が発生する走査電圧を特定する（工程４０）。次に、ピークが発生する走査電圧の差を較正テーブルと比較することによって、目標の相対速度ならびに目標の共振周波数を求める（工程４２）。求めた共振周波数に基づいて、目標を識別することができる（工程４４）。
【００２７】
図５は、表面振動周波数（Ｈｚ）及びこれに関連付けられた表面速度（ｍ／ｓ）の関数としてのレーザードップラーシフト（ＭＨｚ）を示すグラフである。例示を目的として、振動周波数が１ｋＨｚでピーク変位が１ｍｍの目標の表面振動を当該システムが検出すると仮定すると、ピーク表面速度は、図５に垂直破線で示すように、１ｍ／ｓとなる。図５に水平破線で示すように、１ｍ／ｓの表面速度は、約１ＭＨｚのドップラーシフトを生み出す。適切に設計された走査ファブリ・ペロー干渉計は、この１ＭＨｚのシフトを容易に検出することができる。
【００２８】
上記で開示したシステムは、数十又は数百キロメートル離れて使用しても、固有振動周波数に基づいて目標の特定及び識別を行うことができる。レーザーパワー出力及びスペクトル純度の近年の進歩によって、新たな用途も可能となるであろう。例えば、１．５５μｍ、１０Ｗ連続波出力、スペクトル幅１ｋＨｚ未満の市販のファイバーレーザーは、少なくとも１００ｋｍのコヒーレンス長をもたらす。レーザーレーダ式（１０ｃｍ開口）を用いれば、５０ｋｍの離間距離（往復で１００ｋｍ）であれば約３００倍すなわち２５ｄｂのショット雑音限界の信号対雑音比（ＳＮＲ）をもたらすと計算することができる。これは、標準的な光信号処理方法に通常必要な２０ｄＢのＳＮＲよりも良い。１Ｈｚ未満のスペクトル幅のレーザーも存在する。
【００２９】
この技術の１つの用途として提案されるのは、大陸間弾道ミサイル（ＩＣＢＭ）のデコイ弾頭を検出することである。検出方式は、実際の弾頭が、デコイ弾頭とは質量が異なり、ひいては固有振動周波数が異なるという仮定に基づく。励起エネルギーは、ロケットエンジン、又は、再突入時にカップリングされる空力に由来する。最大の課題は、マッハ１０において、５０キロメートルの離隔距離では、防衛側は、追尾、識別、及び目標設定に１５秒しか与えられないということである。
【００３０】
別の用途として提案されるのは、地上、空中、または宇宙ベースのプラットフォームからの持続的な監視のために、レーザードップラー振動測定を用いることである。システムを、軍事的又は産業的な臨機目標に向けることができるであろう。例えば、ミサイルサイロの蓋の振動周波数を監視することにより、充填されたかどうかを判定することができるであろう。コヒーレンス長より長い距離の場合、ファブリ・ペロー及びレーザコム分光法などの分光検出技術が必要とされる。大気の乱流は、適応光学によって補正するか、あるいは長期間のデータの信号処理におけるランダムノイズフロアの一部と考えることができる。
【００３１】
レーザードップラー振動計を用いて目標を追尾及び識別するシステム及び方法を、様々な実施形態を参照して説明したが、当業者であれば分かるように、本明細書における教示から逸脱することなく、様々な変更を行い、構成要素をその均等物で代替することが可能である。更に、本明細書に開示されている概念及び発明の実施化を特定の状況に適用するために、多くの改変を行うことが可能である。従って、特許請求の範囲に包含される要旨は、開示されている実施形態に限定されるものではない。
【００３２】
以下に記載の方法クレームは、記載した工程を、アルファベット順又は記載の順に実行することを要件とすると解釈されるべきでない。また、２つ以上の工程の一部を同時又は交互に行うことを排除するものと解釈されるべきではない。
【００３３】
注：以下の項は、本開示のさらなる側面を記載している。
【００３４】
Ａ１．レーザー装置と、
前記レーザー装置に光学的に接続された光サーキュレータと、
前記光サーキュレータに光学的に接続されたテレスコープと、
前記光サーキュレータに光学的に接続されるとともに複数の圧電トランスデューサを含む走査型ファブリ・ペロー干渉計と、
前記走査型ファブリ・ペロー干渉計に光学的に接続された光検出器と、
前記光検出器及び前記圧電トランスデューサに電気的に接続された信号プロセッサとを含み、
前記光サーキュレータは、前記レーザー装置によって出射された光の第１部分を前記テレスコープへ、前記レーザー装置によって出射された光の第２部分を前記走査型ファブリ・ペロー干渉計へ、そして、前記テレスコープからの光を前記走査型ファブリ・ペロー干渉計へと通過させるように構成されている、システム。
【００３５】
Ａ２．  前記信号プロセッサは、前記圧電トランスデューサに走査電圧を供給するように構成されており、当該圧電トランスデューサは、前記レーザー装置によって出射された光の波長と、まず前記レーザー装置によって出射され次に目標によってドップラーシフトされた光の波長と、を含む波長範囲内で変化するように、前記走査型ファブリ・ペロー干渉計の波長を調節する作用を有する、項Ａ１に記載のシステム。
【００３６】
Ａ３．  前記信号プロセッサは、次の動作、すなわち、
（ａ）前記圧電トランスデューサに供給された走査電圧の関数としての、前記光検出器によって生成された検出電圧を監視すること、
（ｂ）ピーク検出電圧が発生する走査電圧を特定すること、
（ｃ）ピークが発生する走査電圧の差を較正テーブルと比較することによって、目標の相対速度ならびに前記目標の共振周波数を求めること、
（ｄ）動作（ｃ）において求めた前記共振周波数に基づいて目標を識別すること、を行うようにさらに構成されている、項Ａ２に記載のシステム。
【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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