(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
対象物が反射可能な帯域のレーザ光を生成する光源部と、
前記光源部が生成した前記レーザ光に基づいて第１の偏光成分と前記第１の偏光成分とは異なる第２の偏光成分とを含む送信光を前記対象物に向けて送信し、前記送信光が前記対象物で反射された反射光を受信光として受信し、前記受信光に含まれる第１の偏光成分から第１の電気信号を生成し、前記受信光に含まれる第２の偏光成分から第２の電気信号を生成する検波部と、
前記第１の電気信号と、前記第２の電気信号との差に基づいて、前記対象物の速度を算出する信号処理部と、
を備えたレーザレーダ装置。
【請求項２】
前記検波部が送信する送信光は、前記第１の偏光成分を有する第１の偏光状態の送信パルスと、前記第２の偏光成分を有する第２の偏光状態の送信パルスとを含む
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
【請求項３】
前記検波部は、前記第１の偏光成分を有する第１の偏光状態の送信パルスを送信する第１送信部と、前記第２の偏光成分を有する第２の偏光状態の送信パルスを送信する第２送信部と、を有する
ことを特徴とする請求項１または２に記載のレーザレーダ装置。
【請求項４】
前記検波部は、前記第１の偏光状態の送信パルスと、前記第２の偏光状態の送信パルスとを時間の経過に伴い交互に送信する
ことを特徴とする請求項２に記載のレーザレーダ装置。
【請求項５】
前記検波部が送信する送信光は、前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分との両方を有する送信パルスを含む
ことを特徴とする請求項１に記載のレーザレーダ装置。
【請求項６】
前記検波部は、
前記光源部が生成した前記レーザ光に前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分とを含むように偏光を施し、前記送信光と、前記送信光と同じ偏光状態の参照光とを出力する光制御部と、
前記光制御部から出力された前記送信光を前記対象物に向けて送信し、前記送信光が前記対象物で反射された前記反射光を前記受信光として受信する送受信部と、
前記送受信部で受信した前記受信光と前記光制御部から出力された前記参照光を合波して干渉光を生成する合波部と、
入力された前記干渉光を変換して前記第１の電気信号と前記第２の電気信号とを含む電気信号を生成する光検出部と、を有し、
前記第１の電気信号は、前記光検出部で前記第１の偏光成分を有する前記干渉光を変換して生成された前記電気信号であり、
前記第２の電気信号は、前記光検出部で前記第２の偏光成分を有する前記干渉光を変換して生成された前記電気信号である
ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載のレーザレーダ装置。
【請求項７】
前記信号処理部は、
前記光検出部で生成された前記電気信号から高周波成分が除去された低周波信号を取得する低周波信号取得部と、
前記低周波信号取得部が前記第１の電気信号から取得した第１の低周波信号と、前記低周波信号取得部が前記第２の電気信号から取得した第２の低周波信号との差分を、前記第１の電気信号と前記第２の電気信号との差として算出する差分算出部と、
前記差分算出部で算出された前記差分と前記光検出部で生成された前記第１の電気信号とに基づいて、前記第１の電気信号から、前記対象物からの反射成分を抽出した電気信号を生成する抽出部と、
前記抽出部で抽出された電気信号を用いて、前記対象物の速度を算出する速度算出部と、を有する
ことを特徴とする請求項６に記載のレーザレーダ装置。
【請求項８】
前記低周波信号取得部が取得する前記低周波信号は、前記光検出部で生成された前記電気信号から取得される包絡線であり、前記第１の低周波信号は前記第１の電気信号から取得される第１の包絡線であり、前記第２の低周波信号は前記第２の電気信号から取得される第２の包絡線である
ことを特徴とする請求項７に記載のレーザレーダ装置。
【請求項９】
前記速度算出部は、
前記抽出部で抽出された前記電気信号を複数のレンジビンで分割するレンジビン分割部と、
前記レンジビン分割部で分割された前記電気信号の前記レンジビンごとの周波数スペクトルを算出する周波数スペクトル算出部と、
前記周波数スペクトル算出部で算出された前記周波数スペクトルのドップラーシフト量から前記対象物の速度を算出するドップラー速度算出部と、
を備えたことを特徴とする請求項７または８に記載のレーザレーダ装置。
【請求項１０】
前記光制御部は、
前記光源部で生成された前記レーザ光に偏光を施し、前記第１の偏光成分と前記第２の偏光成分とを含む前記レーザ光を生成する偏光部と、
前記偏光部で生成された前記レーザ光を前記送信光と前記参照光に分配する分配部と、
を含む
ことを特徴とする請求項６から９のいずれか一項に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、レーザレーダ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、大気中にレーザ光を照射することで風速計測を行うレーザレーダ装置として、ヘテロダイン検波方式のレーザレーダ装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。ヘテロダイン検波方式のレーザレーダ装置は、レーザ光を送信光として大気中に照射し、エアロゾル（大気中の塵等の極小の浮遊粒子）が送信光を反射した反射光を受信光として受信する。レーザレーダ装置は、ヘテロダイン検波によって参照光と受信光を合波して干渉光を生成し干渉光を電気信号に変換する。そして、当該電気信号をフーリエ変換して得られる周波数スペクトルからエアロゾルの移動によって生じたドップラーシフト量を求め、当該ドップラーシフト量からレーザ照射方向の風速を計測する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＷＯ２０１６／１１７１５９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レーザレーダ装置を用いて送信光を、大気中ではなく、対象物に向けて送信した場合、対象物からの反射光を受信することで、対象物の速度を計測することが考えられる。例えば、海面に向けてレーザ光を照射することで、海面の移動速度を計測することが考えられる。しかし、特許文献１に記載のレーザレーダ装置が受信する受信光には、対象物からの反射光だけでなく、エアロゾルからの反射光も含まれるため、フーリエ変換して得られるドップラーシフト量には、対象物の速度だけでなく、エアロゾルの速度による影響が含まれてしまう。その結果、ドップラーシフト量から対象物の速度を算出すると、エアロゾルの影響により対象物の速度を精度よく算出できないという問題があった。
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あり、対象物の速度をより精度良く算出す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】
【０００５】
本発明に係るレーザレーダ装置は、対象物が反射可能な帯域のレーザ光を生成する光源部と、光源部が生成したレーザ光に基づいて第１の偏光成分と第１の偏光成分とは異なる第２の偏光成分とを含む送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信し、受信光に含まれる第１の偏光成分から第１の電気信号を生成し、受信光に含まれる第２の偏光成分から第２の電気信号を生成する検波部と、第１の電気信号と、第２の電気信号との差に基づいて、対象物の速度を算出する信号処理部と、を備えたものである。
【発明の効果】
【０００６】
本発明に係るレーザレーダ装置によれば、光源部が生成したレーザ光に基づいて第１の偏光成分と第１の偏光成分とは異なる第２の偏光成分とを含む送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信し、受信光に含まれる第１の偏光成分から第１の電気信号を生成し、受信光に含まれる第２の偏光成分から第２の電気信号を生成する検波部と、第１の電気信号と、第２の電気信号との差に基づいて、対象物の速度を算出する信号処理部とを備えることにより、エアロゾルでの反射は偏光依存性がないため第１の電気信号と第２の電気信号との差をとることでエアロゾルからの反射成分を取り除くことができ、より精度良く対象物の速度を算出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施の形態１におけるレーザレーダ装置の構成を示す構成図である。
【図２】実施の形態１における信号処理部の構成を示す構成図である。
【図３】実施の形態１における信号処理部のハードウェア構成を示す構成図である。
【図４】実施の形態１におけるレーザレーダ装置により、対象物の速度を算出する動作を示すフローチャートである。
【図５】実施の形態１における低周波信号取得部が包絡線を取得する動作を示す説明図である。
【図６】実施の形態１における差分算出部が差分を算出する動作を示す説明図である。
【図７】実施の形態１における抽出部が第１の電気信号から海面からの反射成分を抽出する動作を示す説明図である。
【図８】実施の形態２におけるレーザレーダ装置の構成を示す構成図である。
【図９】実施の形態２における信号処理部の構成を示す構成図である。
【図１０】実施の形態２におけるレーザレーダ装置により、対象物の速度を算出する動作を示すフローチャートである。
【図１１】実施の形態３におけるレーザレーダ装置の構成を示す構成図である。
【図１２】実施の形態３におけるレーザレーダ装置により、対象物の速度を算出する動作を示すフローチャートである。
【図１３】実施の形態４におけるレーザレーダ装置の構成を示す構成図である。
【図１４】実施の形態４における信号処理部の構成を示す構成図である。
【図１５】実施の形態４におけるレーザレーダ装置により、対象物の速度を算出する動作を示すフローチャートである。
【図１６】第１の偏光成分と第２の偏光成分とを含む送信光を示す説明図である。
【図１７】第１の偏光成分と第２の偏光成分とを含む送信光を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
実施の形態１．
実施の形態１に係るレーザレーダ装置１は、第１の偏光成分を有する受信光から生成された第１の電気信号と、第１の偏光成分とは異なる第２の偏光成分を有する受信光から生成された第２の電気信号との差に基づいて、対象物の速度を算出することにより、エアロゾルからの影響を低減して対象物の速度を算出することができるものである。
【０００９】
図１は、実施の形態１におけるレーザレーダ装置１の構成を示す構成図であり、図２は、実施の形態１における信号処理部４の構成を示す構成図である。
【００１０】
図１に示したレーザレーダ装置１は、対象物が反射可能な帯域のレーザ光を生成する光源部２と、光源部が生成したレーザ光に基づいて第１の偏光成分と第１の偏光成分とは異なる第２の偏光成分とを含む送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信し、受信光に含まれる第１の偏光成分から第１の電気信号を生成し、受信光に含まれる第２の偏光成分から第２の電気信号を生成する検波部３と、第１の電気信号と、第２の電気信号との差に基づいて、対象物の速度を算出する信号処理部４と、を備えたものである。
本明細書において、第１の電気信号と第２の電気信号との差に基づくとは、第１の電気信号と第２の電気信号の直接の差分に基づくだけでなく、包絡線の取得等、所定の処理を施した後の第１の電気信号と第２の電気信号との差分に基づくことも含む。実施の形態１では、後述する第１の包絡線と第２の包絡線との差分に基づき、対象物の速度を算出する。
本明細書において、送信光とは、一つのパルスだけを指すのではなく、時間的に離れた複数のパルスを含むものである。そして、以下において送信パルスとは送信光に含まれるパルスを意味する。
また、本明細書において、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを含む送信光とは、図１６に示すように、第１の偏光成分Ｅ１を有する第１の偏光状態の送信パルス１０１１と第２の偏光成分Ｅ２を有する第２の偏光状態の送信パルス１０１２を時間の経過に伴い交互に送信する場合と、図１７に示すように、第１の偏光成分と第２の偏光成分の両方を有する偏光状態の送信パルス１０１３を送信する場合の両方を意味する。実施の形態１では、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを含む送信光として、図１６に示す第１の偏光状態の送信パルス１０１１と第２の偏光状態の送信パルス１０１２を時間の経過に伴い交互に送信する場合について説明する。
また、第１の偏光成分を有する受信光とは、受信光のうち第１の偏光成分を有する第１の偏光状態の送信パルスが対象物で反射された反射光を受信して得られた受信光であり、第２の偏光成分を有する受信光とは、受信光のうち第２の偏光成分を有する第２の偏光状態の送信パルスが対象物で反射された反射光を受信して得られた受信光である。干渉光においても同様に、第１の偏光成分を有する干渉光とは、第１の偏光状態の送信パルスに対応するものであり、第２の偏光成分を有する干渉光とは、第２の偏光状態の送信パルスに対応するものである。
レーザレーダ装置１は、上記のように構成されており、以下で各部を詳細に説明する。
【００１１】
光源部２は、対象物が反射可能な帯域のレーザ光を生成するものである。ここで、レーザレーダ装置１が測定対象とする対象物は、反射光が偏光依存性を有するものであり、例えば、海面や車両等である。以下では、対象物は海面とし、海面が移動する速度、すなわち潮流速度を算出するものとする。
光源部２にて生成されるレーザ光は、海面が反射可能な帯域の単一周波数からなる連続光である。光源部２には例えば半導体レーザ装置や固体レーザ装置が用いられる。また、光源部２から出力されるレーザ光の偏光状態は、楕円偏光やランダム偏光等、どのようなものでも問題ないが、以下では、光源部２から出力されるレーザ光は直線偏光状態にあるものとする。
【００１２】
検波部３は、光源部２が生成したレーザ光に基づいて第１の偏光成分と第１の偏光成分とは異なる第２の偏光成分とを含む送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信し、受信光に含まれる第１の偏光成分から第１の電気信号を生成し、受信光に含まれる第２の偏光成分から第２の電気信号を生成するものである。
実施の形態１における検波部３は、光源部２が生成したレーザ光に第１の偏光成分と第２の偏光成分を含むように偏光を施し、送信光と、送信光と同じ偏光状態の参照光とを出力する光制御部５と、光制御部５から出力された送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信する送受信部６と、送受信部６で受信した受信光と光制御部５から出力された参照光を合波して干渉光を生成する合波部７と、入力された干渉光を変換して第１の電気信号と第２の電気信号とを含む電気信号を生成する光検出部８と、を有する。また、実施の形態１において、第１の電気信号は光検出部８で第１の偏光成分を有する干渉光を変換して生成された電気信号であり、第２の電気信号は光検出部で第２の偏光成分を有する干渉光を変換して生成された電気信号である。
【００１３】
光制御部５は、光源部２が生成したレーザ光に第１の偏光成分と第２の偏光成分とを含むように偏光を施し、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを含む送信光と、送信光と同じ偏光状態の参照光とを出力するものである。実施の形態１において、光制御部５は、光源部２で出力されたレーザ光を偏光させる偏光部５１と、偏光部５１で偏光されたレーザ光を送信光と参照光に分配する分配部５２と、分配部５２で分配された送信光を変調する変調部５３と、を含む。
【００１４】
偏光部５１は、光源部２で生成されたレーザ光に偏光を施し、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを含むレーザ光を生成するものである。具体的には、実施の形態１における偏光部５１は、光源部２で出力されたレーザ光を第１の偏光成分を有する第１の偏光状態と、第１の偏光成分とは異なる第２の偏光成分を有する第２の偏光状態に、時間の経過に伴い交互に偏光させるものである。後述する第１の電気信号と第２の電気信号の強度差を大きくするために、以下では、第１の偏光状態は第１の偏光成分のみを有する直線偏光状態とし、第２の偏光状態は第２の偏光成分のみを有する直線偏光状態とする。
偏光部５１としては、例えば、波長板や光ファイバ偏光スイッチ、ポッケルスセルが用いられる。また、光源部２と偏光部５１は光ファイバーケーブルで接続される。
また、光源部２から出力されるレーザ光の偏光状態が、第１の偏光状態と一致している場合、偏光部５１は、第１の偏光状態の光をそのまま透過する構成として良い。すなわち、上記において、偏光部５１がレーザ光を第１の偏光状態に偏光させるとは、偏光部５１から出力されるレーザ光が第１の偏光状態であればよく、第１の偏光状態と異なる状態から第１の偏光状態に偏光させることだけではなく、第１の偏光状態のレーザ光を入力し、偏光状態を変化させず、そのまま第１の偏光状態のレーザ光を出力することを含む。これは、第２の偏光状態に対しても同様である。
【００１５】
分配部５２は、偏光部５１で偏光されたレーザ光を送信光と参照光に分配するものである。実施の形態１において、分配部５２は、偏光部５１で偏光されたレーザ光を所定の比率で変調部５３と合波部７に分配する。ここで、変調部５３に出力されるレーザ光が送信光であり、合波部７に出力されるレーザ光が参照光である。
なお、分配部５２としては、例えば、光ファイバカプラや誘電体多層膜フィルタを用いた分岐ミラー、ビームスプリッタが用いられる。また、偏光部５１と分配部５２は光ファイバーケーブルで接続される。
【００１６】
変調部５３は、分配部５２で分配された送信光を変調するものである。実施の形態１において、変調部５３は、分配部５２からの送信光に対して連続光をパルスに変換するパルス変調と周波数を周波数シフト量だけ偏移させる周波数シフトを施し、送信パルスを生成する。また、パルス変調は、所定のパルス幅及びパルス変調周波数で施される。パルス幅は、距離分解能に対応し、ユーザによって、所望の距離分解能に相当するパルス幅を設定する構成としてもよいし、システム設計時に設定された固定のパルス幅で動作するようにしてもよい。周波数シフトについても同様に、ユーザが設定する構成としてもよいし、システム設計時に設定された固定の周波数シフト量で動作する構成としてもよい。
また、偏光部５１と変調部５３は、第１の偏光状態への偏光と第２の偏光状態への偏光の切り替えを行う頻度を表す偏光切り替え周波数と、パルス変調を行う頻度を表すパルス変調周波数を同期することにより、１パルス毎に偏光状態の異なる送信パルスを生成する。
変調部５３としては、例えば、電気光学結晶や音響光学結晶を含む光変調器が用いられ、変調部５３と分配部５２は光ファイバーケーブルで接続される。
なお、変調部５３から出力される送信光の強度が弱い場合、変調部５３の後段に光増幅器を追加してもよい。
【００１７】
送受信部６は、光制御部５から出力された第１の偏光成分と第２の偏光成分を含む送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信するものである。実施の形態１において、送受信部６は、送受分離部６１と送受共用光学系６２とを有する。
【００１８】
送受分離部６１は、変調部５３から入力された送信光を送受共用光学系６２に出力し、送受共用光学系６２から入力された受信光を合波部７に出力するものである。送受分離部６１には、例えば、波長板と偏光ビームスプリッタを組み合わせた光サーキュレータが用いられ、変調部５３と送受分離部６１は光ファイバーケーブルで接続される。
【００１９】
送受共用光学系６２は、送受分離部６１から入力された送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信し、送受分離部６１に出力するものである。ここで、送受共用光学系６２が受信する反射光（受信光）には、対象物からの反射成分だけでなく、エアロゾルからの反射成分が含まれ、対象物からの反射成分には第１の偏光成分を有する送信光が対象物で反射された反射成分と第２の偏光成分を有する送信光が対象物で反射された反射成分とが含まれる。なお、送受共用光学系６２には、例えば、光学望遠鏡やカメラレンズが用いられる。また、送受分離部６１と送受共用光学系６２は光ファイバーケーブルで接続される。
実施の形態１では、第１の偏光成分を有する送信光と第２の偏光成分を有する送信光は同一の光学系を用いて対象物に送信されるため、それぞれの送信光の光路は、周囲の環境の時間変化を無視できるスケールにおいて一致し、光路に由来する光学的損失は両偏光で同一となる。これは、信号処理部４で第１の包絡線と第２の包絡線の差分を取る際の精度を向上する。
また、本発明において送信用光学系と受信用光学系を別々の構成としても構わないが、実施の形態１では、送信光を対象物に向けて送信する送信用光学系と、対象物からの反射光を受信する受信用光学系をまとめて一つの送受共用光学系で構成しているため、送信光と反射光の光軸を一致させることができる。
【００２０】
合波部７は、送受信部６で受信した受信光と光制御部５から出力された参照光を合波して干渉光を生成するものである。より詳細には、送受信部６が受信する受信光に第１の偏光成分を有する送信光の反射成分と第２の偏光成分を有する送信光が含まれるため、合波部７が生成する干渉光においても第１の偏光成分を有する干渉光と第２の偏光成分を有する干渉光とが含まれる。ここで、干渉光とは、合波により生成される光の干渉成分を意味する。実施の形態１における合波部７は、光検出部８の構成に合わせて、互いに１８０°異なる位相の２本の干渉光を光検出部８に出力するように構成される。
なお、合波部７としては、例えば、誘電体多層膜フィルタを用いた分岐ミラーやビームスプリッタ、光ファイバカプラが用いられる。また、分配部５２と合波部７及び送受分離部６１と合波部７は光ファイバーケーブルで接続される。
【００２１】
光検出部８は、合波部７で生成された干渉光を変換して第１の電気信号と第２の電気信号とを含む電気信号を生成するものである。また、実施の形態１において、第１の電気信号とは、合波部７が生成した第１の偏光成分を有する干渉光を光検出部８が変換して生成した電気信号であり、第２の電気信号とは、合波部７が生成した第２の偏光成分を有する干渉光を光検出部８が変換して生成した電気信号である。
【００２２】
より具体的には、光検出部８は、合波部７で生成された干渉光を変換してアナログの電気信号を生成する光検出器８１と光検出器８１で生成された電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換部８２を有する。
【００２３】
光検出器８１は、バランスド受信機構成を有し、フォトダイオードからなる受光素子を２つ備える。各受光素子は合波部７から出力される位相の異なる干渉光をそれぞれ受光し、光検出器８１は、各受光素子の出力電流の差分に基づいて電気信号を生成する。上記の構成により、光検出器８１は、光源部２に起因するノイズを低減することができる。また、合波部７と光検出器８１は光ファイバーケーブルで接続される。
【００２４】
Ａ／Ｄ変換部８２は、光検出器８１から出力される電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換するものである。実施の形態１において、Ａ／Ｄ変換部８２は、デジタル信号に変換した電気信号を低周波信号取得部４１と抽出部４３に出力する。また、光検出器８１とＡ／Ｄ変換部８２は、電気信号ケーブルで接続される。
【００２５】
図２において、信号処理部４は、第１の電気信号と、第２の電気信号との差に基づいて、対象物の速度を算出するものである。
【００２６】
また、実施の形態１における信号処理部４は、光検出部８で生成された電気信号から高周波成分が除去された低周波信号を取得する低周波信号取得部４１と、低周波信号取得部４１が第１の電気信号から取得した第１の低周波信号と、低周波信号取得部４１が第２の電気信号から取得した第２の低周波信号との差分を、第１の電気信号と前記第２の電気信号との差として算出する差分算出部４２と、差分算出部４２で算出された差分と光検出部８で生成された第１の電気信号とに基づいて、第１の電気信号から、対象物からの反射成分を抽出した電気信号を生成する抽出部４３と、抽出部４３で抽出された電気信号を用いて、対象物の速度を算出する速度算出部４４と、を有する。
また、Ａ／Ｄ変換部８２と信号処理部４は、電気信号ケーブルで接続される。
【００２７】
低周波信号取得部４１は、光検出部で生成された電気信号から高周波成分が除去された低周波信号を取得するものである。第１の低周波信号とは、第１の電気信号から取得される低周波信号であり、第２の低周波信号とは、第２の電気信号から取得される低周波信号である。
実施の形態１において、低周波信号取得部４１は、低周波信号として電気信号の包絡線を取得する。また、第１の低周波信号は第１の電気信号から取得される包絡線である第１の包絡線であり、第２の低周波信号は第２の電気信号から取得される包絡線である第２の包絡線である。包絡線を取得するには、例えば、各プログラミング言語に用意された関数を用いる。
【００２８】
差分算出部４２は、低周波信号取得部４１が第１の電気信号から取得した第１の低周波信号と、低周波信号取得部４１が第２の電気信号から取得した第２の低周波信号との差分を、第１の電気信号と第２の電気信号との差として算出するものである。実施の形態１において、差分算出部４２は、第１の包絡線と第２の包絡線との差分を算出する。また、実施の形態１における差分算出部は第１の包絡線が入力された後、第２の包絡線が入力され、差分を算出するまでの間、第１の包絡線を記憶する機能を有する。
【００２９】
抽出部４３は、差分算出部４２で算出された差分と光検出部８で生成された第１の電気信号に基づいて、第１の電気信号から、対象物からの反射成分を抽出した電気信号を生成するものである。実施の形態１において、抽出部４３は、差分算出部４２で算出された差分と光検出部８で生成された第１の電気信号を乗算することにより、第１の電気信号から対象物からの反射成分を抽出する。
差分算出部４２と抽出部４３は、上記の構成により、干渉光からエアロゾルによる反射成分を取り除き、海面による反射成分を抽出する。以下で、この仕組みについて詳細に説明する。
【００３０】
差分算出部４２及び抽出部４３は、干渉光を変換して生成された電気信号から海面による反射成分を抽出するが、これは、海面による光の反射が偏光依存性を有するのに対して、エアロゾルによる光の反射が偏光依存性を有さない、あるいは偏光依存性が小さいことを利用している。説明を簡素化するため、ここでは、エアロゾルによる反射は偏光依存性を有さないものとして扱う。
海面による反射は偏光依存性を有するため、送受信部６で受信した受信光及び合波部７で生成された干渉光は、それぞれ偏光状態の違いにより強度差を有する。すなわち、第１の偏光成分を有する受信光及び干渉光と第２の偏光成分を有する受信光及び干渉光は強度差を有する。これに対して、エアロゾルからの反射は偏光依存性を有さないため、送受信部６で受信した受信光と合波部７で生成された干渉光も、エアロゾルからの反射成分は偏光状態の違いによる強度差を有さない。すなわち、第１の偏光成分を有する受信光及び干渉光と第２の偏光成分を有する受信光及び干渉光のうちエアロゾルからの反射成分は強度差を有さない。そのため、第１の偏光成分を有する干渉光から生成された第１の電気信号と第２の偏光成分を有する干渉光から生成された第２の電気信号との差を取ると、エアロゾルからの反射成分が取り除かれ、海面からの反射成分だけが残存する。実施の形態１においては、第１の電気信号と第２の電気信号との差として、第１の電気信号から取得される第１の包絡線と第２の電気信号から取得される第２の包絡線との差分を用いる。
具体的には、図６で図示されるように、第１の包絡線１０１と第２の包絡線１０２の差を取ると、得られた差分１０３は、エアロゾルからの反射成分がゼロとなり、海面からの反射成分のみがゼロでない値を有する。
そして、図７で図示されるように、得られた差分１０３を第１の電気信号１００と乗算すると、差分１０３は海面からの反射成分のみゼロでない値を有しているため、乗算して得られる電気信号１０６も海面からの反射成分に対応する時間範囲のみゼロでない値を有する。このようにして、差分算出部４２及び抽出部４３は、光検出部８で得られる電気信号においてエアロゾルからの影響を低減する。
図６及び図７については、後述するレーザレーダ装置１の動作の説明において、詳細に説明する。
【００３１】
速度算出部４４は、抽出部４３で抽出された電気信号を用いて、対象物の速度を算出するものである。実施の形態１において、速度算出部４４は、抽出部４３で抽出された電気信号を複数のレンジビンで分割するレンジビン分割部４４１と、レンジビン分割部４４１で分割された電気信号のレンジビンごとの周波数スペクトルを算出する周波数スペクトル算出部４４２と、周波数スペクトル算出部４４２で算出された周波数スペクトルのドップラーシフト量から対象物の速度を算出するドップラー速度算出部４４３とを備える。
【００３２】
レンジビン分割部４４１は、抽出部４３で抽出された電気信号を複数のレンジビンで分割するものである。ここで、レンジビンとは所定の時間幅を持つ時間範囲のことであり、電気信号をレンジビンに分割するとは、電気信号を所定の時間幅ごとに分割することである。
【００３３】
周波数スペクトル算出部４４２は、レンジビン分割部４４１で分割された電気信号のレンジビンごとの周波数スペクトルを算出するものである。実施の形態１における周波数スペクトル算出部４４２は、レンジビンごとに分割された電気信号に対してＦＦＴ（Ｆａｓｔ  Ｆｏｕｒｉｅｒ  Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ）処理を行う。
ここで、光検出部８から出力される電気信号の周波数は、変調部５３で付与された周波数シフト量と対象物の速度に対応するドップラーシフト量の和となり、周波数スペクトル算出部４４２で算出される周波数スペクトルは、当該周波数シフト量と当該ドップラーシフト量の和の周波数値にピーク値を持つ。
【００３４】
ドップラー速度算出部４４３は、周波数スペクトル算出部４４２で算出された周波数スペクトルのドップラーシフト量から対象物の速度を算出するものである。周波数スペクトル算出部４４２で算出された周波数スペクトルは周波数シフト量とドップラーシフト量の和の周波数値にピーク値を持つため、周波数スペクトルのピーク値に対応する周波数値から周波数シフト量を減算し、ドップラーシフト量を算出することにより、対象物の速度を算出することができる。
【００３５】
信号処理部４の各機能は、コンピュータにより実現される。図３は信号処理部４を実現するコンピュータのハードウェア構成の例を示す構成図である。
図３に示したハードウェアには、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）等の処理装置１０００と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）やハードディスク等の記憶装置１００１と、入力インターフェース部１００２が備えられている。また、処理装置１０００と記憶装置１００１は、電気信号ケーブルにより接続され、同様に、処理装置１０００と入力インターフェース部１００２は、電気信号ケーブルにより接続される。
【００３６】
図１に示す、低周波信号取得部４１、差分算出部４２、抽出部４３、速度算出部４４は、記憶装置１００１に記憶されたプログラムが処理装置１０００で実行されることにより実現される。入力インターフェース部１００２は、外部から入力された電気信号を処理装置１０００に出力する機能を有し、特に、検波部３から入力された電気信号を処理装置１０００へと出力する。
また、信号処理部４の各機能を実現する方法は、上記したハードウェアとプログラムの組み合わせに限らず、処理装置にプログラムをインプリメントしたＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ  Ｓｃａｌｅ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）のような、ハードウェア単体で実現するようにしてもよいし、一部の機能を専用のハードウェアで実現し、一部を処理装置とプログラムの組み合わせで実現するようにしてもよい。
【００３７】
以上のように、実施の形態１におけるレーザレーダ装置１は構成されている。
また、光源部２及び検波部３の各部を接続する光ファイバーケーブルには、偏光保持光ファイバーケーブルを用いることとする。各部の接続に偏光保持光ファイバーケーブルを用いる場合、当該偏光保持光ファイバーケーブルのＦａｓｔ軸及びＳｌｏｗ軸を第１の偏光成分の方向と第２の偏光成分の方向にそれぞれ一致させることにより、偏光状態を維持したまま光を伝搬させることができる。
【００３８】
次に、本実施の形態におけるレーザレーダ装置１の動作について説明する。
図４は、本実施の形態におけるレーザレーダ装置１により、対象物の速度を算出する動作を示すフローチャートである。
【００３９】
レーザレーダ装置１が、対象物の速度を算出する動作を開始すると、ますステップＳ１で、光源部２がレーザ光を出力する。上述したように、実施の形態１における対象物は海面であり、海面の速度を算出するものとする。また、当該レーザ光は、海面が反射可能な帯域の単一周波数からなる連続光である。
【００４０】
次にステップＳ２で、偏光部５１は、ステップＳ１で光源部２が出力したレーザ光を第１の偏光状態に偏光させる。以下では、第１の偏光成分を海面に対するＳ偏光成分、第２の偏光成分を海面に対するＰ偏光成分とする。これにより、第１の偏光成分を有する反射光と第２の偏光成分を有する反射光の強度差、ひいては、第１の電気信号と第２の電気信号の強度差を最大化することができる。
【００４１】
次にステップＳ３で、分配部５２は、偏光部５１で第１の偏光状態に偏光されたレーザ光を送信光と参照光に分配する。分配部５２は、送信光を変調部５３に出力するとともに、参照光を合波部７に出力する。
【００４２】
次にステップＳ４で、変調部５３は、ステップＳ３において分配部５２で分配された送信光にパルス変調と周波数シフトを施す。変調部５３は変調を施した送信光を送受分離部６１に出力する。
【００４３】
次にステップＳ５で、送受共用光学系６２は、送受分離部６１を介して入力された送信光を海面に向けて送信する。
【００４４】
次にステップＳ６で、送受共用光学系６２は、海面で反射された送信光を受信光として受信する。送受共用光学系６２は、受信した受信光を送受分離部６１に出力する。
【００４５】
次にステップＳ７で、合波部７は、送受分離部６１を介して合波部７に入力された受信光と、分配部５２で分配された参照光とを合波して、干渉光を生成する。合波部７は、生成した干渉光を光検出器８１に出力する。
【００４６】
次にステップＳ８で、光検出器８１は、ステップＳ７において合波部７で生成された干渉光を変換しアナログの電気信号を生成する。また、光検出器８１で生成された電気信号は、Ａ／Ｄ変換部８２でアナログ信号からデジタル信号に変換された後、低周波信号取得部４１と抽出部４３に出力される。
このステップで得られる電気信号は、第１の電気信号である。
【００４７】
次にステップＳ９で、低周波信号取得部４１は、入力された電気信号から低周波信号を取得する。このステップで得られる低周波信号は、第１の低周波信号であり、すなわち第１の包絡線である。
図５は、低周波信号取得部４１が包絡線を取得する動作を示す説明図である。図５において、第１の電気信号１００は細い実線で図示され、第１の包絡線１０１は太い実線で図示される。図５において、低周波信号取得部４１は、Ａ／Ｄ変換部８２から入力した第１の電気信号１００から第１の包絡線１０１を取得する。そして、低周波信号取得部４１は、取得した第１の包絡線１０１を差分算出部４２に出力する。差分算出部４２は、後のステップで第２の包絡線が入力され、差分を算出するまで、入力された第１の包絡線１０１を記憶する。
【００４８】
次にステップＳ１０で、偏光部５１は、光源部２が出力したレーザ光を第２の偏光状態に偏光させる。ここで、ステップＳ１からステップＳ１０までの時間間隔は、あらかじめ設定された偏光切り替え周波数によって決定される。
【００４９】
その後のステップＳ１１からステップＳ１７までの動作は、処理する光の偏光状態が異なるだけであり、ステップＳ３からステップＳ９までの動作と同様である。
【００５０】
ステップＳ１１で、分配部５２は、偏光部５１で第２の偏光状態に偏光されたレーザ光を送信光と参照光に分配する。分配部５２は、送信光を変調部５３に出力するとともに、参照光を合波部７に出力する。
【００５１】
次にステップＳ１２で、変調部５３は、ステップＳ３において分配部５２で分配された送信光にパルス変調と周波数シフトを施す。変調部５３は変調を施した送信光を送受分離部６１に出力する。
【００５２】
次にステップＳ１３で、送受共用光学系６２は、送受分離部６１を介して入力された送信光を海面に向けて送信する。
【００５３】
次にステップＳ１４で、送受共用光学系６２は、海面で反射された送信光を受信光として受信する。
【００５４】
次にステップＳ１５で、合波部７は、送受分離部６１を介して合波部７に入力された受信光と、分配部５２で分配された参照光とを合波し、干渉光を生成する。合波部７は、生成した干渉光を光検出器８１に出力する。
【００５５】
次にステップＳ１６で、光検出器８１は、ステップＳ７において合波部７で生成された干渉光を変換しアナログの電気信号を生成する。また、光検出器８１で生成された電気信号は、Ａ／Ｄ変換部８２でアナログ信号からデジタル信号に変換された後、信号処理部４に出力される。
このステップで得られる電気信号は、第２の電気信号である。
【００５６】
次にステップＳ１７で、低周波信号取得部４１は、入力された電気信号から低周波信号を取得する。このステップで得られる低周波信号は、第２の低周波信号であり、すなわち第２の包絡線である。
【００５７】
次にステップＳ１８で、差分算出部４２は、ステップＳ９で取得した第１の包絡線と、ステップＳ１７で取得した第２の包絡線との差分を算出する。
図６は、差分算出部４２が差分を算出する動作を示す説明図である。図６において、第１の包絡線１０１は実線で図示され、第２の包絡線１０２は点線で図示され、差分１０３は一点鎖線で図示される。差分算出部４２は、低周波信号取得部４１から第２の包絡線１０２が入力されると、予め記憶していた第１の包絡線１０１との差分１０３を算出する。第１の包絡線１０１と第２の包絡線１０２とで、エアロゾルからの反射成分は共通であるので、差分を取るとエアロゾルからの反射成分を受信していた時間範囲１０４では信号電圧はゼロとなり、海面からの反射成分を受信していた時間範囲１０５の信号電圧だけがゼロでない値を取る。そして、差分算出部４２は、算出した差分１０３を抽出部４３に出力する。
【００５８】
次にステップＳ１９で、抽出部４３は、差分算出部４２で算出された差分とＡ／Ｄ変換部８２から入力された第１の電気信号を乗算することにより、第１の電気信号から海面からの反射成分を抽出する。
図７は、抽出部４３が第１の電気信号１００から海面からの反射成分を抽出する動作を示す説明図である。図７において、第１の電気信号１００と、海面からの反射成分のみ抽出された電気信号１０６は細い実線で図示され、差分１０３は太い実線で図示される。
抽出部４３は、Ａ／Ｄ変換部から入力した第１の電気信号１００と差分算出部４２が算出した差分１０３とを乗算し、海面からの反射成分のみ抽出された電気信号１０６を取得する。抽出部４３は、海面からの反射成分のみ抽出された電気信号１０６をレンジビン分割部４４１に出力する。
【００５９】
次にステップＳ２０で、レンジビン分割部４４１は、ステップＳ１９において抽出部４３で抽出された電気信号を複数のレンジビンに分割する。
【００６０】
次にステップＳ２１で、周波数スペクトル算出部４４２は、ステップＳ２０においてレンジビン分割部４４１で分割された電気信号にＦＦＴ処理を行い、レンジビンごとに電気信号の周波数スペクトルを算出する。
【００６１】
次にステップＳ２２で、ドップラー速度算出部４４３は、ステップＳ２１において周波数スペクトル算出部４４２で算出された周波数スペクトルのドップラーシフト量から対象物の速度を算出する。
【００６２】
以上のようなレーザレーダ装置１の動作により、第１の電気信号と第２の電気信号との差をとることでエアロゾルからの反射成分を取り除くことができ、より精度良く対象物の速度を算出することができる。
【００６３】
また、実施の形態１のレーザレーダ装置１は、第１の偏光成分を有する第１の偏光状態の送信パルスと、第２の偏光成分を有する第２の偏光状態の送信パルスとを送信するようにしたので、一つの光検出器で第１の電気信号と第２の電気信号とを生成することができる。さらに、第１の偏光状態の送信パルスと第２の偏光状態の送信パルスを時間の経過に伴い交互に送信するようにしたので、第１の偏光状態の送信パルスと第２の偏光状態の送信パルスを送信したときの周囲の環境の変化は、複数の送信パルス毎に偏光状態を切り替える場合に比べて小さく、両偏光における光学的損失の差を小さくすることができる。
【００６４】
また、低周波信号取得部４１を備え、高周波成分が除去された第１の低周波信号と第２の低周波信号との差分を算出するようにしたので、第１の電気信号と第２の電気信号の位相が揃っていない場合においても、細かい時間変動成分（高周波成分）に影響されず信号電圧の差を求め、エアロゾルからの反射成分を取り除くことができる。
さらに、実施の形態１においては、低周波信号として包絡線を取得するようにしたので、ローパスフィルター等で低周波信号を取得する場合のように、取り除く周波数の閾値を設定することなく、低周波信号を取得することができる。
【００６５】
以下で、実施の形態１におけるレーザレーダ装置１の変形例について説明する。
【００６６】
上記の動作の実施例では、ステップＳ９まで終了した後に、第２の偏光状態への切り替えを行う構成としたが、第１の偏光成分を有する干渉光を生成した後であれば、第１の偏光成分を有する干渉光に係る動作と並行して、第２の偏光成分を有する光に係る動作を行っても良く、ステップＳ８及びステップＳ９で第１の電気信号及び第１の包絡線を取得する動作と並行して、ステップＳ１０の動作を開始する構成としてもよい。
【００６７】
低周波信号取得部４１は、低周波信号として包絡線を取得する構成としたが、包絡線を取得するのは、電気信号から高周波成分を取り除くためであり、高周波成分を取り除くことができれば、他の構成でもよく、例えば、ローパスフィルターを設けたり、移動平均を求めることにより、高周波成分を取り除く構成としてもよい。あるいは、後述する実施の形態４のように、応答の遅い光検出器を用いる構成であってもよい。
【００６８】
差分算出部４２は、第１の包絡線と第２の包絡線との差分を算出する構成としたが、差分を算出することによりエアロゾルからの反射成分を対象物からの反射成分に対して無視できる程度に小さな値にできれば、他の構成でもよく、例えば、時間方向のキャリブレーションにより第１の電気信号と第２の電気信号の時間変動を揃えることができる場合には、キャリブレーション後の第１の電気信号と第２の電気信号との差分を算出する構成でもよい。
【００６９】
抽出部４３は、差分算出部４２が算出した差分とＡ／Ｄ変換部８２から入力された第１の電気信号を乗算することにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としたが、対象物からの反射成分を抽出できれば、他の構成でもよい。例えば、第１の電気信号に対して、差分の値が所定の閾値以上の時間範囲は元の値のままとし、差分の値が当該閾値未満の時間範囲の値はゼロにする変換を行うことにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としてもよい。
また、差分と乗算する電気信号は第１の電気信号に限らず、第２の電気信号としてもよい。あるいは、抽出部４３は第１の電気信号と第２の電気信号の両方から対象物の反射成分を抽出し、速度算出部４４は、それぞれの抽出された電気信号から算出された速度を平均して最終的な算出結果としての速度を算出するようにしてもよい。
【００７０】
送受信部６において、送信光を送信する送信用光学系と受信光を受信する受信用光学系を一つの送受共用光学系６２で構成するようにしたが、送信用光学系と受信用光学系を別々の光学系で構成してもよい。この場合には、光学系の前段に送受分離部６１を設ける必要はない。
また、送受共用光学系６２は、送信光の送信方向を制御する走査機構を有してもよい。あるいは、複数の送受共用光学系６２を設けることにより、一度に複数の方向に送信光を送信する構成としても良い。上記の構成を備えた場合、対象物の移動方向をより容易に推定することができる。
【００７１】
差分算出部４２は、第１の電気信号から取得した第１の包絡線と、第２の電気信号から取得した第２の包絡線との差分を算出するが、光検出部８が生成する電気信号にはレーザレーダ装置１自身の偏光依存性に由来した強度差が存在すると予想されるため、対象物からの反射成分を含まない時間範囲における強度差がゼロとなるようにキャリブレーションを実施してもよい。
【００７２】
合波部７における合波動作では、参照光と受信光の偏光が一致していない場合に、干渉光の生成効率が低下するが、実施の形態１では、参照光も偏光部５１により送信光と同じ偏光状態に偏光されているので、参照光と受信光の偏光もほぼ一致しており、高い生成効率で干渉光を得ることができる。また、参照光と受信光の偏光が一致していない場合において、干渉光の生成効率は低下するが、非干渉光、すなわち合波光の非干渉成分は光検出部８におけるバランスド検出の際に打ち消されるため、対象物の速度を算出する動作を実施するのに問題はない。
【００７３】
また、偏光部５１を分配部５２の前段に設ける構成としたが、送信光及び参照光を偏光させることができれば、他の位置に設けても良く、例えば分配部５２の後段かつ変調部５３の前段、あるいは送受分離部６１の後段かつ送受共用光学系６２の前段と、分配部５２の後段かつ合波部７の前段とにそれぞれ設け、計二つの偏光部を設ける構成としても良い。偏光部が送受分離部６１の後段かつ送受共用光学系６２の前段に設けられる場合には、受信光も送信光と同じ偏光状態に偏光させることにより、余分な偏光成分を除去することができる。
【００７４】
偏光部５１と変調部５３は、偏光切り替え周波数とパルス変調周波数を等しくすることにより、偏光の切り替えとパルス変調を同期する構成としたが、偏光部５１と変調部５３が同期して動作を行うことができればこの構成に限らず、例えば、偏光部５１が偏光の切り替えを行う際に、偏光の切り替えを行ったことを示す信号を変調部５３に送信し、この信号に基づき変調部５３が動作を行うことにより偏光部５１と変調部５３が同期して動作を行う構成としてもよい。また、各種制御を行う制御部をレーザレーダ装置１がさらに備え、この制御部が出力する制御信号に基づき、偏光部５１と変調部５３が同期して動作を行う構成としてもよい。
【００７５】
また、光制御部５は、１パルス毎に偏光状態を切り替えているが、パルス変調周波数を偏光切り替え周波数の整数倍とすることで、複数パルス毎に偏光状態を切り替える構成としても良い。
【００７６】
また、ドップラー速度算出部４４３は、１パルス毎に対象物の速度を算出する構成としたが、複数のパルスをインコヒーレント積分し、信号対雑音比を向上してから速度を算出する構成としてもよい。
【００７７】
また、信号処理部４が有する各部はアナログ回路で実装するようにしてもよい。例えば、抽出部４３までをアナログ回路で実装してもよく、この場合には、Ａ／Ｄ変換部８２は、抽出部４３の後段かつ速度算出部４４の前段に設けられる。
【００７８】
また、光源部２及び検波部３の各部は光ファイバーケーブルで接続する構成としたが、空間伝搬型の伝送路を用いて接続する構成としても良い。
【００７９】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。
【００８０】
図８は、実施の形態２におけるレーザレーダ装置１の構成を示す構成図である。
また、図９は、実施の形態２における信号処理部４０の構成を示す構成図である。
【００８１】
実施の形態１において、レーザレーダ装置１に備えられた偏光部５１は、光源部２で出力されたレーザ光を第１の偏光成分を有する第１の偏光状態と、第１の偏光成分とは異なる第２の偏光成分を有する第２の偏光状態に、時間の経過に伴い交互に偏光させるものであった。
これに対して、実施の形態２における偏光部５０１は、光源部２で出力されたレーザ光を第１の偏光成分と第２の偏光成分の両方を有する偏光状態に偏光させるものである。
すなわち、実施の形態１において、検波部３は、第１の偏光状態の送信パルスと第２の偏光状態の送信パルスとを時間の経過に伴い交互に送信するものであったのに対し、実施の形態２において、検波部３は、第１の偏光成分と第２の偏光成分との両方を有する送信パルスを送信するものである。
そのため、実施の形態１との主な相違点は、偏光部５０１と偏光分離部９である。
偏光部５０１には、実施の形態１と同様に、例えば、波長板や光ファイバ偏光スイッチ、ポッケルスセルが用いられる。
【００８２】
また、実施の形態２におけるレーザレーダ装置１は、入力された光を第１の偏光成分を有する第１の偏光状態の光と第２の偏光成分を有する第２の偏光状態の光に分離する偏光分離部９を備える。ここで、実施の形態２における偏光分離部９は、合波部７の後段かつ光検出部８の前段に設けられ、合波部７で生成された干渉光を第１の偏光状態の干渉光と第２の偏光状態の干渉光に分離するものである。
実施の形態１と同様に、第１の偏光状態は第１の偏光成分のみを有する直線偏光状態とし、第２の偏光状態は第２の偏光成分のみを有する直線偏光状態とする。
偏光分離部９には、例えば、偏光ビームスプリッタやファイバ偏光カプラが用いられる。
【００８３】
また、実施の形態２における光検出部８０は、偏光分離部９で分離された第１の偏光成分を有する干渉光を変換して第１の電気信号を生成する第１偏光用光検出部８１０と、偏光分離部９で分離された第２の偏光成分を有する干渉光を変換して第２の電気信号を生成する第２偏光用光検出部８２０を有する。
【００８４】
第１偏光用光検出部８１０は、第１の偏光成分を有する干渉光を変換してアナログの第１の電気信号を生成する第１偏光用光検出器８１１と、第１偏光用光検出器８１１が生成した第１の電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する第１偏光用Ａ／Ｄ変換部８１２を有する。また、第１偏光用光検出器８１１は、実施の形態１における光検出器８１と同様に、２つの受光素子を備えたバランスド受信機構成を有する。
第２偏光用光検出部８２０は、第２の偏光成分を有する干渉光を変換してアナログの第２の電気信号を生成する第２偏光用光検出器８２１と、第２偏光用光検出器８２１が生成した第２の電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する第２偏光用Ａ／Ｄ変換部８２２を有する。また、第２偏光用光検出器８２１は、第１偏光用光検出器８１１と同様に、２つの受光素子を備えたバランスド受信機構成を有する。
【００８５】
また、実施の形態２における信号処理部４０は、光検出部８０で生成された電気信号から高周波成分が除去された低周波信号を取得する低周波信号取得部４０１と、低周波信号取得部が第１の電気信号から取得した第１の低周波信号と、低周波信号取得部が第２の電気信号から取得した第２の低周波信号との差分を、第１の電気信号と第２の電気信号との差として算出する差分算出部４０２と、差分算出部４０２で算出された差分と光検出部８０で生成された第１の電気信号とに基づいて、第１の電気信号から、対象物からの反射成分を抽出した電気信号を生成する抽出部４０３と、抽出部４０３で抽出された電気信号を用いて対象物の速度を算出する速度算出部４４と、を有する。
【００８６】
低周波信号取得部４０１は、実施の形態１と同様に、光検出部８０で生成された電気信号から高周波成分を除去し、低周波信号を取得するものである。実施の形態１においては、電気信号の入力先がＡ／Ｄ変換部８２であったのに対し、実施の形態２においては、電気信号の入力先は第１偏光用Ａ／Ｄ変換部８１２と第２偏光用Ａ／Ｄ変換部８２２であり、一見異なるが、これは、光検出部８が光検出器８１のみ備える構成であったのに対し、光検出部８０が第１偏光用光検出器８１１と第２偏光用光検出器８２１の二つの光検出器を備えることによる形式的な違いであり、入力される電気信号及び入力された電気信号に行う動作は実施の形態１と同様である。
また、実施の形態１と同様に、実施の形態２における低周波信号取得部４０１も低周波信号として包絡線を取得するものである。
【００８７】
差分算出部４０２は、実施の形態１と同様に、低周波信号取得部４０１が第１の電気信号から取得した第１の低周波信号と、低周波信号取得部４０１が第２の電気信号から取得した第２の低周波信号との差分を、第１の電気信号と第２の電気信号との差として算出する。
実施の形態１においては、第１の包絡線が差分算出部４２に入力され、その後第２の包絡線が入力される構成であったため、差分算出部４２は、先に入力された第１の包絡線を差分を算出するまで記憶する構成であったが、実施の形態２においては、第１の包絡線と第２の包絡線はほぼ同時に差分算出部４０２に入力されるので、差分算出部４２は第１の包絡線を長時間記憶しなくてもよい。なお、実施の形態２において、差分算出部４０２は、第１の包絡線と第２の包絡線のうち、先に差分算出部４０２に入力された包絡線を、他方の包絡線が入力され、差分を算出するまで一時的に記憶する構成とする。
【００８８】
抽出部４０３は、実施の形態１と同様に、差分算出部４０２で算出された差分と光検出部８０で生成された第１の電気信号とに基づいて、第１の電気信号から、対象物からの反射成分を抽出した電気信号を生成するものである。実施の形態２における抽出部４０３は、第１偏光用Ａ／Ｄ変換部８１２から入力された第１の電気信号を用いるが、低周波信号取得部４０１と同様に、実施の形態１との違いは入力先の違いのみであり、入力される電気信号及び入力された電気信号に行う動作は実施の形態１と同様である。
【００８９】
その他の構成は、実施の形態１における構成と同じである。
【００９０】
次に、実施の形態２におけるレーザレーダ装置１の動作について説明する。
図９は、実施の形態２におけるレーザレーダ装置１により、対象物の速度を算出する動作を示すフローチャートである。
【００９１】
レーザレーダ装置１が、対象物の速度を算出する動作を開始すると、ますステップＳ２０１で、光源部２がレーザ光を出力する。ここで、実施の形態２における対象物も実施の形態１と同様に海面であり、レーザレーダ装置１は海面の速度を算出するものとする。
【００９２】
次にステップＳ２０２で、偏光部５０１は、光源部２で出力されたレーザ光を第１の偏光成分と第２の偏光成分の両方を有する偏光状態に偏光させる。実施の形態２においても、実施の形態１と同様、第１の偏光成分は海面に対するＳ偏光成分、第２の偏光成分は海面に対するＰ偏光成分とする。
また、上記の第１の偏光成分と第２の偏光成分の両方を有する偏光状態は、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の振幅が等しく、Ｓ偏光成分とＰ偏光成分の位相が同期した直線偏光状態であるとする。これにより、エアロゾルからの反射成分の影響を低減しつつ、第１の電気信号と第２の電気信号における対象物からの反射成分の強度差を大きくすることができる。
【００９３】
また、実施の形態１と同様に、光源部２及び検波部３の各部を接続する光ファイバーケーブルには、偏光保持光ファイバーケーブルを用いる。この場合、Ｆａｓｔ軸とＳｌｏｗ軸で実行屈折率が異なるため、第１の偏光成分と第２の偏光成分の相対位相が変動し、送受共用光学系６２から出射される送信光の偏光状態は、直線偏光から円偏光や楕円偏光に変わりうる。しかしながら、第１の偏光成分と第２の偏光成分の振幅は変動しないため、対象物の速度を算出する動作に問題は与えない。
【００９４】
ステップＳ２０３からステップＳ２０７までの動作は、実施の形態１におけるステップＳ３からステップＳ７までの動作と同様である。
ステップＳ２０３で、分配部５２は、偏光部５０１で偏光されたレーザ光を送信光と参照光に分配する。分配部５２は、送信光を変調部５３に出力するとともに、参照光を合波部７に出力する。
【００９５】
次にステップＳ２０４で、変調部５３は、ステップＳ２０３において分配部５２で分配された送信光にパルス変調と周波数シフトを施す。変調部５３は変調を施した送信光を送受分離部６１に出力する。
【００９６】
次にステップＳ２０５で、送受共用光学系６２は、送受分離部６１を介して入力された送信光を海面に向けて送信する。
【００９７】
次にステップＳ２０６で、送受共用光学系６２は、海面で反射された送信光を受信光として受信する。送受共用光学系６２は、受信した受信光を送受分離部６１に出力する。
【００９８】
次にステップＳ２０７で、合波部７は、送受分離部６１を介して合波部７に入力された受信光と、分配部５２で分配された参照光とを合波し、干渉光を生成する。合波部７は、生成した干渉光を偏光分離部９に出力する。
【００９９】
次に、ステップＳ２０８で、偏光分離部９は、合波部７が生成した干渉光を第１の偏光状態の干渉光と第２の偏光状態の干渉光に分離する。偏光分離部９は、第１の偏光状態の干渉光を第１偏光用光検出器８１１に出力するとともに、第２の偏光状態の干渉光を第２偏光用光検出器８２１に出力する。
【０１００】
次にステップＳ２０９で、第１偏光用光検出器８１１がステップＳ２０８において偏光分離部９が分離した第１の偏光状態の干渉光を変換し、アナログの第１の電気信号を生成する。第１偏光用Ａ／Ｄ変換部８１２は、第１偏光用光検出器８１１が生成した第１の電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、低周波信号取得部４０１及び抽出部４０３に出力する。
【０１０１】
また、ステップＳ２０９の動作と並行して、ステップＳ２１０において第２偏光用光検出器８２１は、ステップＳ２０８において偏光分離部９が分離した第２の偏光状態の干渉光を変換し、アナログの第２の電気信号を生成する。また、第２偏光用Ａ／Ｄ変換部８２２は、第２偏光用光検出器８２１が生成した第２の電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、低周波信号取得部４０１に出力する。
【０１０２】
ステップＳ２１１で、低周波信号取得部４０１は、ステップＳ２０９で生成された第１の電気信号から第１の包絡線を取得するとともに、第２の電気信号から第２の包絡線を取得し、第１の包絡線及び第２の包絡線を差分算出部４０２に出力する。
【０１０３】
実施の形態２におけるステップＳ２１２からステップＳ２１６における動作は、実施の形態１におけるステップＳ１８からステップＳ２２における動作と同様である。
【０１０４】
次にステップＳ２１２で、差分算出部４０２は、ステップＳ２１１で取得した第１の包絡線と第２の包絡線の差分を算出する。差分算出部４０２は取得した差分を抽出部４０３に出力する。
【０１０５】
ステップＳ２１３で、抽出部４０３は、差分算出部４０２で算出された差分と第１偏光用Ａ／Ｄ変換部８１２から入力された第１の電気信号を乗算することにより、第１の電気信号から海面からの反射成分を抽出する。
【０１０６】
次にステップＳ２１４で、レンジビン分割部４４１は、ステップＳ２１３において抽出部４０３で抽出された電気信号を複数のレンジビンに分割する。
【０１０７】
次にステップＳ２１５で、周波数スペクトル算出部４４２は、ステップＳ２１４においてレンジビン分割部４４１で分割された電気信号にＦＦＴ処理を行い、レンジビンごとに電気信号の周波数スペクトルを算出する。
【０１０８】
次にステップＳ２１６で、ドップラー速度算出部４４３は、ステップＳ２１５において周波数スペクトル算出部４４２で算出された周波数スペクトルのドップラーシフト量から対象物の速度を算出する。
【０１０９】
以上のようなレーザレーダ装置１に動作により、第１の電気信号と第２の電気信号との差をとることでエアロゾルからの反射成分を取り除くことができ、より精度良く対象物の速度を算出することができる。
【０１１０】
実施の形態２では、第１の偏光成分を有する送信光と第２の偏光成分を有する送信光を重ね合わせて一本の送信光として同時に送信するため、両偏光の光は同一の光路を通過し、実施の形態１におけるレーザレーダ装置１以上に光学的損失を両偏光の光で一致させることができる。
【０１１１】
また、実施の形態２におけるレーザレーダ装置１によれば、第１の電気信号と第２の電気信号を同時に取得することができるので、対象物の速度を実施の形態１におけるレーザレーダ装置１より早く算出することができる。
【０１１２】
以下で、実施の形態２におけるレーザレーダ装置１の変形例について説明する。
【０１１３】
偏光分離部９は、合波部７の後段かつ光検出部８０の前段に設け、干渉光を第１の偏光状態の干渉光と第２の偏光状態の干渉光に分離する構成としたが、分配部５２の後段かつ合波部７の前段と、送受分離部６１の後段かつ合波部７の前段とにそれぞれ設け、計二つの偏光分離部を設け、参照光と受信光をそれぞれ第１の偏光状態の参照光と第２の偏光状態の参照光、第１の偏光状態の受信光と第２の偏光状態の受信光に分離する構成としてもよい。
【０１１４】
実施の形態１と同様に、低周波信号取得部４０１は、入力された電気信号から高周波成分を取り除くことができれば、他の構成でもよく、例えば、ローパスフィルターを設けたり、移動平均を求めることにより、高周波成分を取り除く構成としてもよい。
【０１１５】
実施の形態１と同様に、差分算出部４０２は、第１の包絡線と第２の包絡線との差分を算出する構成としたが、差分を算出することによりエアロゾルからの反射成分を対象物からの反射成分に対して無視できる程度に小さな値にできれば、他の構成でもよく、例えば、時間方向のキャリブレーションにより第１の電気信号と第２の電気信号の時間変動を揃えることができる場合には、キャリブレーション後の第１の電気信号と第２の電気信号との差分を算出する構成でもよい。
【０１１６】
実施の形態１と同様に、送受信部６において、送信光を送信する送信用光学系と受信光を受信する受信用光学系を一つの送受共用光学系６２で構成するようにしたが、送信用光学系と受信用光学系を別々の光学系で構成してもよい。この場合には、光学系の前段に送受分離部６１を設ける必要はない。
また、送受共用光学系６２は、送信光の送信方向を制御する走査機構を有してもよい。あるいは、複数の送受共用光学系６２を設けることにより、一度に複数の方向に送信光を送信する構成としても良い。上記の構成を備えた場合、対象物の移動方向をより容易に推定することができる。
【０１１７】
実施の形態１と同様に、差分算出部４０２は、対象物からの反射成分を含まない時間範囲における強度差がゼロとなるようにキャリブレーションを実施する機能を有してもよい。
【０１１８】
実施の形態１と同様に、偏光部５０１は、送信光を偏光させることができれば、他の位置に設けても良く、例えば分配部５２の後段かつ変調部５３の前段、あるいは送受分離部６１の後段かつ送受共用光学系の前段に一つと、分配部５２の後段かつ合波部７の前段に一つ、計二つの偏光部を設ける構成としても良い。また、偏光部５０１が送受分離部６１の後段かつ送受共用光学系６２の前段に設けられる場合には、受信光も送信光と同じ偏光状態に偏光させることにより、余分な偏光成分を除去することができる。
【０１１９】
実施の形態１と同様に、ドップラー速度算出部４４３は、１パルス毎に対象物の速度を算出するのではなく、複数のパルスをインコヒーレント積分し、信号対雑音比を向上してから速度を算出する構成としてもよい。
【０１２０】
実施の形態１と同様に、信号処理部４０が有する各部はアナログ回路で実装するようにしてもよい。例えば、抽出部４０３までをアナログ回路で実装してもよく、この場合には、各Ａ／Ｄ変換部は、抽出部４０３の後段かつ速度算出部４４の前段に設けられる。
【０１２１】
実施の形態１と同様に、光源部２及び検波部３の各部は光ファイバーケーブルで接続する構成としたが、空間伝搬型の伝送路を用いて接続する構成としても良い。
【０１２２】
実施の形態１と同様に、抽出部４０３は、差分算出部４０２が算出した差分と第１偏光用Ａ／Ｄ変換部８１２から入力された第１の電気信号を乗算することにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としたが、対象物からの反射成分を抽出できれば、他の構成でもよい。例えば、第１の電気信号に対して、差分の値が所定の閾値以上の時間範囲は元の値のままとし、差分の値が当該閾値未満の時間範囲の値はゼロにする変換を行うことにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としてもよい。
また、差分と乗算する電気信号は第１の電気信号に限らず、第２の電気信号としてもよい。あるいは、抽出部４０３は第１の電気信号と第２の電気信号の両方から対象物の反射成分を抽出し、速度算出部４４は、それぞれの抽出された電気信号から算出された速度を平均して最終的な算出結果としての速度を算出するようにしてもよい。
【０１２３】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。
【０１２４】
図１１は、実施の形態３におけるレーザレーダ装置１の構成を示す構成図である。
実施の形態１及び実施の形態２において、第１の偏光状態の送信光と第２の偏光状態の送信光は、同じ送受共用光学系を用いて送受信されるものであった。
これに対して、実施の形態３におけるレーザレーダ装置１は、それぞれ異なる送受共用光学系を用いて第１の偏光状態の送信光と第２の偏光状態の送信光の送受信を行うものである。
そのため、実施の形態１及び２との主な相違点は、光制御部５００と送受信部６０である。
以下で、上記の構成について詳細に説明する。
【０１２５】
実施の形態３における検波部３は、光源部２が生成したレーザ光に第１の偏光成分と第２の偏光成分を含むように偏光を施し、送信光と、送信光と同じ偏光が施された参照光とを出力する光制御部５００と、光制御部５００から出力された送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信する送受信部６０と、送受信部６０で受信した受信光と光制御部５００から出力された参照光を合波して干渉光を生成する合波部７０と、入力された干渉光を変換して第１の電気信号と第２の電気信号とを含む電気信号を生成する光検出部８０と、を有する。
【０１２６】
実施の形態１及び２と同様に、光制御部５００は、光源部２が生成したレーザ光に第１の偏光成分と第２の偏光成分を含むように偏光を施し、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを含む送信光と、送信光と同じ偏光状態の参照光とを出力するものである。
また、実施の形態３において、光制御部５００は、光源部２が出力したレーザ光を参照光と送信光に分配する第１分配部５００１と、第１分配部５００１で分配された送信光を変調する変調部５００２と、変調部５００２で変調された送信光を第１の送信光と第２の送信光に分配する第２分配部５００３と、第２分配部５００３で分配された第１の送信光を第１の偏光成分を有する第１の偏光状態に偏光させる送信光用第１偏光部５００４と、第２分配部５００３で分配された第２の送信光を第２の偏光成分を有する第２の偏光状態に偏光させる送信光用第２偏光部５００５と、第１分配部５００１で分配された参照光を第１の参照光と第２の参照光に分配する第３分配部５００６と、第３分配部５００６で分配された第１の参照光を第１の偏光状態に偏光させる参照光用第１偏光部５００７と、第３分配部５００６で分配された第２の参照光を第２の偏光状態に偏光させる参照光用第２偏光部５００８と、を含むものである。
【０１２７】
第１分配部５００１は、光源部２が出力したレーザ光を参照光と送信光に分配するものであり、実施の形態１における分配部５２と同様に、例えば、光ファイバカプラや誘電体多層膜フィルタを用いた分岐ミラー、ビームスプリッタが用いられる。
【０１２８】
変調部５００２は第１分配部５００１で分配された送信光を変調するものであり、実施の形態１における変調部５３と同様に、送信光にパルス変調と周波数シフトを施す。実施の形態１における変調部５３と同様に、変調部５００２としては、例えば、電気光学結晶や音響光学結晶を含む光変調器が用いられる。
【０１２９】
第２分配部５００３は、変調部５００２で変調された送信光を第１の送信光と第２の送信光に分配するものであり、第１分配部５００１と同様に、例えば、光ファイバカプラや誘電体多層膜フィルタを用いた分岐ミラー、ビームスプリッタが用いられる。
【０１３０】
送信光用第１偏光部５００４は、第２分配部５００３で分配された第１の送信光を第１の偏光成分を有する第１の偏光状態に偏光させるものであり、実施の形態１における偏光部５１と同様に、例えば、波長板や光ファイバ偏光スイッチ、ポッケルスセルが用いられる。第１の送信光には、第１の偏光成分を有する第１の偏光状態の送信パルスが複数含まれる。
【０１３１】
送信光用第２偏光部５００５は、第２分配部５００３で分配された第２の送信光を第２の偏光成分を有する第２の偏光状態に偏光させるものであり、送信光用第１偏光部５００４と同様に、例えば、波長板や光ファイバ偏光スイッチ、ポッケルスセルが用いられる。第２の送信光には、第２の偏光成分を有する第２の偏光状態の送信パルスが複数含まれる。
【０１３２】
実施の形態１及び２と同様に、以下では、送信光用第１偏光部５００４が偏光させる第１の偏光状態は、第１の偏光成分のみを有する直線偏光状態とし、送信光用第２偏光部５００５が偏光させる第２の偏光状態は、第２の偏光成分のみを有する直線偏光状態とする。
【０１３３】
第３分配部５００６は、第１分配部５００１で分配された参照光を第１の参照光と第２の参照光に分配するものであり、第１分配部５００１及び第２分配部５００３と同様に、例えば、例えば、光ファイバカプラや誘電体多層膜フィルタを用いた分岐ミラー、ビームスプリッタが用いられる。
【０１３４】
参照光用第１偏光部５００７は、第３分配部５００６で分配された第１の参照光を第１の偏光状態に偏光させるものであり、送信光用第１偏光部５００４と同様に、例えば、波長板や光ファイバ偏光スイッチ、ポッケルスセルが用いられる。
【０１３５】
参照光用第２偏光部５００８は、第３分配部５００６で分配された第２の参照光を第２の偏光状態に偏光させるものであり、送信光用第１偏光部５００４と同様に、例えば、波長板や光ファイバ偏光スイッチ、ポッケルスセルが用いられる。
【０１３６】
送受信部６０は、光制御部５００から出力された第１の偏光成分と第２の偏光成分とを含む送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信するものである。
実施の形態３において、送受信部６０は、送信光用第１偏光部５００４で偏光された第１の送信光を対象物に向けて送信し、第１の送信光が対象物で反射された第１の反射光を第１の受信光として受信する第１送受信部６１０と、送信光用第２偏光部５００５で偏光された第２の送信光を対象物に向けて送信し、第２の送信光が対象物で反射された第２の反射光を第２の受信光として受信する第２送受信部６２０と、を含む。
【０１３７】
第１送受信部６１０は、送信光用第１偏光部５００４から入力された第１の送信光を対象物に向けて送信し、対象物で反射された第１の反射光を第１の受信光として受信するものであり、第１送受分離部６１１と第１送受共用光学系６１２とを有する。すなわち、第１送受信部６１０は、第１の送信光を対象物に向けて送信する第１送信部としての機能と、第１の受信光を受信する第１受信部としての機能を有する。
第１送受分離部６１１は、送信光用第１偏光部５００４から入力された第１の送信光を第１送受共用光学系に出力し、第１送受共用光学系６１２から入力された第１の受信光を第１合波部７０１に出力するものであり、実施の形態１における送受分離部６１と同様に、例えば、波長板と偏光ビームスプリッタを組み合わせた光サーキュレータが用いられる。
第１送受共用光学系６１２は、第１送受分離部６１１から入力された第１の送信光を対象物に向けて送信し、対象物で反射された第１の反射光を第１の受信光として受信し、第１の受信光を第１送受分離部６１１に出力するものであり、実施の形態１における送受共用光学系６２と同様に、例えば、光学望遠鏡やカメラレンズが用いられる。
【０１３８】
第２送受信部６２０は、送信光用第２偏光部５００５から入力された第２の送信光を対象物に向けて送信し、対象物で反射された第２の反射光を第２の受信光として受信するものであり、第２送受分離部６２１と第２送受共用光学系６２２とを有する。すなわち、第２送受信部６２０は、第２の送信光を対象物に向けて送信する第２送信部としての機能と、第２の受信光を受信する第２受信部としての機能を有する。
第２送受分離部６２１は、送信光用第２偏光部５００５から入力された第２の送信光を第２送受共用光学系に出力し、第２送受共用光学系６２２から入力された第２の受信光を第２合波部７０２に出力するものであり、第１送受分離部６１１と同様に、例えば、波長板と偏光ビームスプリッタを組み合わせた光サーキュレータが用いられる。
第２送受共用光学系６２２は、第２送受分離部６２１から入力された第２の送信光を対象物に向けて送信し、対象物で反射された第２の反射光を第２の受信光として受信し、第２の受信光を第２送受分離部６２１に出力するものであり、第１送受共用光学系６１２と同様に、例えば、光学望遠鏡やカメラレンズが用いられる。
【０１３９】
合波部７０は、送受信部６０で受信した受信光と光制御部５００から出力された参照光を合波して干渉光を生成するものである。
実施の形態３において、合波部７０は、第１送受信部６１０で受信した第１の受信光と第３分配部５００６で分配された第１の参照光を合波して第１の干渉光を生成する第１合波部７０１と、第２送受信部６２０で受信した第２の受信光と第３分配部５００６で分配された第２の参照光を合波して第２の干渉光を生成する第２合波部７０２と、を含む。
【０１４０】
第１合波部７０１は、第１送受信部６１０で受信した第１の受信光と第３分配部５００６で分配された第１の参照光を合波して第１の干渉光を生成するものであり、実施の形態１における合波部７と同様に、例えば、誘電体多層膜フィルタを用いた分岐ミラーやビームスプリッタ、光ファイバカプラが用いられる。
【０１４１】
第２合波部７０２は、第２送受信部６２０で受信した第２の受信光と第３分配部５００６で分配された第２の参照光を合波して第２の干渉光を生成するものであり、実施の形態１における合波部７と同様に、例えば、誘電体多層膜フィルタを用いた分岐ミラーやビームスプリッタ、光ファイバカプラが用いられる。
【０１４２】
光検出部８０は、第１の干渉光を変換して第１の電気信号を生成するとともに、第２の干渉光を変換して第２の電気信号を生成するものであり、干渉光の入力先が異なるのみで実施の形態２における光検出部８０と同様のものである。
第１偏光用光検出部８１０は、第１合波部から第１の干渉光を入力し、第１の電気信号を生成する。また、第２偏光用光検出部８２０は、第２合波部から第２の干渉光を入力し、第２の電気信号を生成する。
【０１４３】
その他の構成は、実施の形態１及び２と同様である。特に、信号処理部４０は、実施の形態２における信号処理部４０と同様のものである。
【０１４４】
次に、実施の形態３におけるレーザレーダ装置１の動作について説明する。
図１２は、実施の形態３におけるレーザレーダ装置１が対象物の速度を算出する動作を示すフローチャートである。
【０１４５】
レーザレーダ装置１が、対象物の速度を算出する動作を開始すると、ますステップＳ３０１で、光源部２がレーザ光を出力する。ここで、実施の形態３における対象物も実施の形態１及び２と同様に海面であり、レーザレーダ装置１は海面の速度を算出するものとする。また、実施の形態３においても、実施の形態１及び２と同様、第１の偏光成分は海面に対するＳ偏光成分、第２の偏光成分は海面に対するＰ偏光成分とする。
【０１４６】
次にステップＳ３０２で、第１分配部５００１は、光源部２で出力されたレーザ光を送信光と参照光に分配する。第１分配部５００１は、送信光を変調部５００２に出力するとともに、参照光を第３分配部５００６に出力する。
【０１４７】
次にステップＳ３０３で、ステップＳ３０２で分配された参照光は、第３分配部５００６により、第１の参照光と第２の参照光に分配される。第３分配部５００６は、第１の参照光を参照光用第１偏光部５００７に出力するとともに、第２の参照光を参照光用第２偏光部５００８に出力する。
【０１４８】
次にステップＳ３０４で、参照光用第１偏光部５００７は、ステップＳ３０２で分配された第１の参照光を第１の偏光状態に偏光させ、偏光させた第１の参照光を第１合波部７０１に出力する。
【０１４９】
また、ステップＳ３０４と並行して、ステップＳ３０５において参照光用第２偏光部５００８は、ステップＳ３０３で分配された第２の参照光を第２の偏光状態に偏光させ、偏光させた第２の参照光を第２合波部７０２に出力する。
【０１５０】
下記のステップＳ３０６からステップＳ３１０までの動作は、上記のステップＳ３０３からステップＳ３０４までの動作と並行して行われ、下記のステップＳ３０６からステップＳ３１６までの動作は、上記のステップＳ３０３からステップＳ３０５までの動作と並行して行われる。また、下記のステップＳ３０８からステップＳ３１３までの動作は、下記のステップＳ３１４からステップＳ３１９までの動作と並行して行われる。
【０１５１】
ステップＳ３０６で、変調部５００２は、ステップＳ３０２において第１分配部５００１で分配された送信光にパルス変調と周波数シフトを施す。変調部５００２は変調を施した送信光を第２分配部５００３に出力する。
【０１５２】
次にステップＳ３０７で、第２分配部５００３は、ステップＳ３０６で変調された送信光を第１の送信光と第２の送信光に分配する。第２分配部５００３は、第１の送信光を送信光用第１偏光部５００４に出力するとともに、第２の送信光を送信光用第２偏光部５００５に出力する。
【０１５３】
次にステップＳ３０８で、送信光用第１偏光部５００４は、ステップＳ３０４で分配された第１の送信光を第１の偏光状態に偏光させ、偏光させた第１の送信光を第１送受分離部６１１に出力する。
【０１５４】
次にステップＳ３０９で、第１送受共用光学系６１２は、第１送受分離部６１１を介して入力された第１の送信光を海面に向けて送信する。
【０１５５】
次にステップＳ３１０で、第１送受共用光学系６１２は、海面で反射された第１の反射光を第１の受信光として受信する。第１送受共用光学系６１２は、受信した第１の受信光を第１送受分離部６１１に出力する。
【０１５６】
次にステップＳ３１１で、第１合波部７０１は第１送受分離部６１１を介して入力された第１の受信光と、ステップＳ３０４で偏光させた第１の参照光を合波して、第１の干渉光を生成する。
【０１５７】
次にステップＳ３１２で、第１偏光用光検出器８１１が、ステップＳ３１１において第１合波部７０１が生成した第１の干渉光を変換し、アナログの第１の電気信号を生成する。第１偏光用Ａ／Ｄ変換部８１２は、第１偏光用光検出器８１１が生成した第１の電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、信号処理部４０に出力する。
【０１５８】
次にステップＳ３１３で、低周波信号取得部４０１は、ステップＳ３１２で取得した第１の電気信号から第１の包絡線を取得する。低周波信号取得部４０１は、取得した第１の包絡線を差分算出部４０２に出力する。
【０１５９】
ステップＳ３１４からステップＳ３１９までの動作は、扱う光の偏光状態が異なるのみで、ステップＳ３０８からステップＳ３１３までの動作と同様である。また、上述したようにステップＳ３１４からステップＳ３１９までの動作は、ステップＳ３０８からステップＳ３１９までの動作と並行して行われる。
【０１６０】
ステップＳ３１４で、送信光用第２偏光部５００５は、ステップＳ３０４で分配された第２の送信光を第２の偏光状態に偏光させ、偏光させた第２の送信光を第２送受分離部６２１に出力する。
【０１６１】
次にステップＳ３１５で、第２送受共用光学系６２２は、第２送受分離部６２１を介して入力された第２の送信光を海面に向けて送信する。
【０１６２】
次にステップＳ３１６で、第２送受共用光学系６２２は、海面で反射された第２の反射光を第２の受信光として受信する。第２送受共用光学系６２２は、受信した第２の受信光を第２送受分離部６２１に出力する。
【０１６３】
次にステップＳ３１７で、第２合波部７０２は第２送受分離部６２１を介して入力された第２の受信光と、ステップＳ３０５で偏光させた第２の参照光を合波して、第２の干渉光を生成する。
【０１６４】
次にステップＳ３１８で、第２偏光用光検出器８２１がステップＳ３１７において第２合波部７０２が生成した第２の干渉光を変換し、アナログの第２の電気信号を生成する。第２偏光用Ａ／Ｄ変換部８２２は、第２偏光用光検出器８２１が生成した第２の電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換し、信号処理部４０に出力する。
【０１６５】
次にステップＳ３１９で、低周波信号取得部４０１は、ステップＳ３１８で取得した第２の電気信号から第２の包絡線を取得する。低周波信号取得部４０１は、取得した第２の包絡線を差分算出部４０２に出力する。
【０１６６】
次のステップＳ３２０からステップＳ３２４までの動作は、実施の形態２のステップＳ２１２からステップＳ２１６までの動作と同様である。
【０１６７】
次にステップＳ３２０で、差分算出部４０２は、ステップＳ３１３で取得した第１の包絡線とステップＳ３１９で取得した第２の包絡線の差分を算出する。差分算出部４０２は取得した差分を抽出部４０３に出力する。
【０１６８】
ステップＳ３２１で、抽出部４０３は、差分算出部４０２で算出された差分とＡ／Ｄ変換部から入力された第１の電気信号を乗算することにより、第１の電気信号から海面からの反射成分を抽出する。
【０１６９】
次にステップＳ３２２で、レンジビン分割部４４１は、ステップＳ３２１において抽出部４３で抽出された電気信号を複数のレンジビンに分割する。
【０１７０】
次にステップＳ３２３で、周波数スペクトル算出部４４２は、ステップＳ３２２においてレンジビン分割部４４１で分割された電気信号にＦＦＴ処理を行い、レンジビンごとに電気信号の周波数スペクトルを算出する。
【０１７１】
次にステップＳ３２４で、ドップラー速度算出部４４３は、ステップＳ３２３において周波数スペクトル算出部４４２で算出された周波数スペクトルのドップラーシフト量から対象物の速度を算出する。
【０１７２】
以上のようなレーザレーダ装置１の動作により、第１の電気信号と第２の電気信号との差をとることでエアロゾルからの反射成分を取り除くことができ、より精度良く対象物の速度を算出することができる。
【０１７３】
また、実施の形態３におけるレーザレーダ装置１によれば、実施の形態２と同様に、第１の電気信号と第２の電気信号を同時に取得することができるので、対象物の速度を実施の形態１におけるレーザレーダ装置１より早く算出することができる。
【０１７４】
また、実施の形態３においては、第１の偏光成分を有する第１の偏光状態の送信パルスを送信する送信部と、第２の偏光成分を有する第２の偏光状態の送信パルスを送信する送信部とを別々に設けたので、偏光保持光ファイバーケーブルを伝搬する際に直線偏光状態を保持したまま、送信光を伝搬させることができる。
【０１７５】
以下で、実施の形態３におけるレーザレーダ装置１の変形例について説明する。
【０１７６】
光制御部５００は、送信光用第１偏光部５００４及び送信光用第２偏光部５００５を第２分配部５００３の後段に有し、参照光用第１偏光部５００７及び参照光用第２偏光部５００８を第３分配部５００６の後段に有する構成としたが、送信光と参照光を偏光させることができれば、各偏光部を設ける位置はこれに限らず、例えば、送信光用第１偏光部５００４と参照光用第１偏光部５００７をまとめて第１光源部として、光源部２の後段かつ第１分配部５００１の前段に設ける構成としても良い。
【０１７７】
第１送受信部６１０及び第２送受信部６２０は、送信光を送信する送信用光学系と受信光を受信する受信用光学系をそれぞれ一つの送受共用光学系で構成するようにしたが、送信用光学系と受信用光学系を別々の光学系で構成してもよい。この場合には、光学系の前段に送受分離部を設ける必要はない。
また、第１送受共用光学系６１２及び第２送受共用光学系６２２は、送信光の送信方向を制御する走査機構を有してもよい。あるいは、複数の送受共用光学系を設けることにより、一度に複数の方向に送信光を送信する構成としても良い。上記の構成を備えた場合、対象物の移動方向をより容易に推定することができる。
【０１７８】
実施の形態１及び２と同様に、低周波信号取得部４０１は、入力された電気信号から高周波成分を取り除くことができれば、他の構成でもよく、例えば、ローパスフィルターを設けたり、移動平均を求めることにより、高周波成分を取り除く構成としてもよい。
【０１７９】
実施の形態１及び２と同様に、差分算出部４０２は、第１の包絡線と第２の包絡線との差分を算出する構成としたが、差分を算出することによりエアロゾルからの反射成分を対象物からの反射成分に対して無視できる程度に小さな値にできれば、他の構成でもよく、例えば、時間方向のキャリブレーションにより第１の電気信号と第２の電気信号の時間変動を揃えることができる場合には、キャリブレーション後の第１の電気信号と第２の電気信号との差分を算出する構成でもよい。
【０１８０】
実施の形態１及び２と同様に、抽出部４０３は、対象物からの反射成分を抽出できれば、他の構成でもよい。例えば、第１の電気信号に対して、差分が所定の閾値以上の時間範囲は元の値のままとし、差分が当該閾値未満の時間範囲の値はゼロにする変換を行うことにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としてもよい。
【０１８１】
実施の形態１及び２と同様に、差分算出部４０２は、対象物からの反射成分を含まない時間範囲における強度差がゼロとなるようにキャリブレーションを実施する機能を有してもよい。
【０１８２】
実施の形態１及び２と同様に、ドップラー速度算出部４４３は、１パルス毎に対象物の速度を算出するのではなく、複数のパルスをインコヒーレント積分し、信号対雑音比を向上してから速度を算出する構成としてもよい。
【０１８３】
実施の形態１及び２と同様に、信号処理部４０が有する各部はアナログ回路で実装するようにしてもよい。例えば、抽出部４０３までをアナログ回路で実装してもよく、この場合には、Ａ／Ｄ変換部は、抽出部４０３の後段かつ速度算出部４４の前段に設けられる。
【０１８４】
実施の形態１及び２と同様に、光源部２及び検波部３の各部は光ファイバーケーブルで接続する構成としたが、空間伝搬型の伝送路を用いて接続する構成としても良い。
【０１８５】
実施の形態１及び２と同様に、抽出部４０３は、差分算出部４０２が算出した差分と第１偏光用Ａ／Ｄ変換部８１２から入力された第１の電気信号を乗算することにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としたが、対象物からの反射成分を抽出できれば、他の構成でもよい。例えば、第１の電気信号に対して、差分の値が所定の閾値以上の時間範囲は元の値のままとし、差分の値が当該閾値未満の時間範囲の値はゼロにする変換を行うことにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としてもよい。
また、差分と乗算する電気信号は第１の電気信号に限らず、第２の電気信号としてもよい。あるいは、抽出部４０３は第１の電気信号と第２の電気信号の両方から対象物の反射成分を抽出し、速度算出部４４は、それぞれの抽出された電気信号から算出された速度を平均して最終的な算出結果としての速度を算出するようにしてもよい。
【０１８６】
実施の形態４．
次に、本発明の実施の形態４について説明する。
【０１８７】
図１３は、実施の形態４におけるレーザレーダ装置１の構成を示す構成図である。
また、図１４は、実施の形態４における信号処理部４００の構成を示す構成図である。
実施の形態１から３において、第１の電気信号は第１の偏光成分を有する干渉光を変換して生成された電気信号であり、第２の電気信号は第２の偏光成分を有する干渉光を変換して生成された電気信号であった。これに対して、実施の形態４において、第１の電気信号は、合波していない第１の偏光成分を有する受信光を変換して生成された電気信号であり、第２の電気信号は、合波していない第２の偏光成分を有する受信光を変換して生成された電気信号である。
そのため、実施の形態１から３との主な相違点は、受信光分配部１０と光検出部８００である。
以下で、上記の構成について詳細に説明する。
【０１８８】
実施の形態４における検波部３は、光源部２が生成したレーザ光に第１の偏光成分と第２の偏光成分を含むように偏光を施し、第１の偏光成分と第２の偏光成分とを含む送信光と、送信光と同じ偏光状態の参照光とを出力する光制御部５と、光制御部５から出力された送信光を対象物に向けて送信し、送信光が対象物で反射された反射光を受信光として受信する送受信部６と、送受信部６で受信した受信光を第１の受信光と第２の受信光に分配する受信光分配部１０と、光制御部５から出力された参照光と受信光分配部１０で分配された第１の受信光を合波して干渉光を生成する合波部７００と、合波部７００で生成された干渉光を変換して電気信号を生成する干渉光検出部８０１０と、受信光分配部１０で分配された第２の受信光を変換して第１の電気信号と第２の電気信号とを含む電気信号を生成する受信光検出部８０２０とを含む光検出部８００と、を有する。
【０１８９】
実施の形態４における光制御部５及び送受信部６は、実施の形態１における光制御部５及び送受信部６と同様のものである。また、実施の形態４における合波部７００は、受信光の入力先が異なるのみで実施の形態１における合波部７００と同様のものである。
実施の形態４における合波部７００は、光制御部５から出力された参照光と受信光分配部１０で分配された第１の受信光を合波して干渉光を生成する。
【０１９０】
受信光分配部１０は、送受信部６で受信した受信光を干渉用受信光と差分用受信光に分配するものである。実施の形態４において、受信光分配部１０は、送受信部６で受信した受信光を所定の比率で合波部７００と受信光検出部８０２０に分配する。ここで、合波部７００に出力される受信光が干渉用受信光であり、ヘテロダイン検波を行うためのものである。また、受信光検出部８０２０に出力される受信光が差分用受信光であり、第１の電気信号と第２の電気信号の差分を取得しエアロゾルからの影響を低減するためのものである。
なお、受信光分配部１０としては、実施の形態１における分配部５２と同様に、例えば、光ファイバカプラや誘電体多層膜フィルタを用いた分岐ミラー、ビームスプリッタが用いられる。
【０１９１】
光検出部８００は、合波部７００で生成された干渉光を変換して電気信号を生成する干渉光検出部８０１０と、受信光分配部１０で分配された差分用受信光を変換して電気信号を生成する受信光検出部８０２０とを含む。
ここで、干渉光検出部８０１０は、合波部７００で生成された干渉光を変換してアナログの電気信号を生成する干渉光検出器８０１１と、干渉光検出器８０１１が生成した電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する干渉光用Ａ／Ｄ変換部８０１２を有する。
また、受信光検出部８０２０は、受信光分配部１０で分配された干渉用受信光を変換してアナログの電気信号を生成する受信光検出器８０２１と、受信光検出器８０２１が生成した電気信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する受信光用Ａ／Ｄ変換部８０２２を有する。ここで、受信光検出器８０２１には、光の検出において応答が遅い検出器を用いる。これにより、受信光検出器８０２１が生成する電気信号は、高周波成分が除去されており、低周波信号を得ることができる。すなわち、実施の形態４における受信光検出部８０２０は、実施の形態１から３における低周波信号取得部と同等の機能を有する。
以下では、区別のために、干渉光検出部８０１０で干渉光を変換して生成された電気信号をビート信号と呼び、受信光検出部８０２０で受信光を変換して生成された電気信号を低周波信号と呼ぶ。また、第１の偏光成分を有する干渉光を変換して生成されたビート信号を第１のビート信号と呼び、第２の偏光成分を有する干渉光を変換して生成されたビート信号を第２のビート信号と呼ぶ。
同様に、第１の偏光成分を有する受信光を変換して生成された低周波信号を第１の低周波信号と呼び、第２の偏光成分を有する受信光を変換して生成された低周波信号を第２の低周波信号と呼ぶ。
【０１９２】
実施の形態４における信号処理部４００が有する差分算出部４００２は、受信光用Ａ／Ｄ変換部８０２２が出力した電気信号を用いて差分を算出する。すなわち、差分算出部４００２は、第１の低周波信号と第２の低周波信号の差分を、第１の電気信号と第２の電気信号との差として算出する。また、差分算出部４００２は、実施の形態１における差分算出部４２が、差分を算出するまで第１の包絡線を記憶していたのと同様に、差分を算出するまで入力された第１の低周波信号を記憶する。
【０１９３】
また、実施の形態４における抽出部４００３は、干渉光用Ａ／Ｄ変換部８０１２から入力される第１のビート信号と差分算出部４００２から入力される差分を乗算することにより、第１のビート信号から海面からの反射成分を抽出するものであり、実施の形態１から３の抽出部と同様の機能を有するものである。
【０１９４】
その他の構成は、実施の形態１における構成と同じである。
次に、実施の形態４におけるレーザレーダ装置１の動作について説明する。
図１５は、実施の形態４におけるレーザレーダ装置１が対象物の速度を算出する動作を示すフローチャートである。
【０１９５】
ステップＳ４０１からステップＳ４０６までの動作は、実施の形態１におけるレーザレーダ装置１のステップＳ１からステップＳ６までの動作と同様である。
【０１９６】
レーザレーダ装置１が、対象物の速度を算出する動作を開始すると、ますステップＳ４０１で、光源部２がレーザ光を出力する。ここで、実施の形態４における対象物も、実施の形態１から３と同様に、海面であり、海面の速度を算出するものとする。
【０１９７】
次にステップＳ４０２で、偏光部５１は、ステップＳ４０１で光源部２が出力したレーザ光を第１の偏光成分を有する第１の偏光状態に偏光させる。実施の形態４においても、実施の形態１から３と同様に、第１の偏光成分を海面に対するＳ偏光成分、第２の偏光成分を海面に対するＰ偏光成分とする。
【０１９８】
次にステップＳ４０３で、分配部５２は、偏光部５１で偏光されたレーザ光を送信光と参照光に分配する。分配部５２は、送信光を変調部５３に出力するとともに、参照光を合波部７００に出力する。
【０１９９】
次にステップＳ４０４で、変調部５３は、ステップＳ４０３において分配部５２で分配された送信光にパルス変調と周波数シフトを施す。変調部５３は変調を施した送信光を送受分離部６１に出力する。
【０２００】
次にステップＳ４０５で、送受共用光学系６２は、送受分離部６１を介して入力された送信光を海面に向けて送信する。
【０２０１】
次にステップＳ４０６で、送受共用光学系６２は、海面で反射された送信光を受信光として受信する。送受共用光学系６２は、受信した受信光を送受分離部６１に出力する。
【０２０２】
次にステップＳ４０７で、受信光分配部１０は、送受分離部６１を介して入力された受信光を干渉用受信光と差分用受信光に分配する。すなわち、受信光分配部１０は、干渉用受信光を合波部７００に出力するとともに、差分用受信光を受信光検出部８０２０に出力する。
【０２０３】
次にステップＳ４０８で、合波部７００は、ステップＳ４０３において分配部５２で分配された参照光と、ステップＳ４０７において受信光分配部１０で分配された干渉用受信光を合波して干渉光を生成する。
【０２０４】
次にステップＳ４０９で、干渉光検出器８０１１は、ステップＳ４０８において合波部７００で生成された干渉光を変換しアナログのビート信号を生成する。また、干渉光検出器８０１１で生成されたビート信号は、干渉光用Ａ／Ｄ変換部８０１２でアナログ信号からデジタル信号に変換された後、抽出部４００３に出力される。
【０２０５】
ステップＳ４０８及びステップＳ４０９と並行して、ステップＳ４１０で、受信光検出器８０２１は、ステップＳ４０７で分配された差分用受信光を変換しアナログの低周波信号を生成する。また、受信光検出器８０２１で生成された低周波信号は、受信光用Ａ／Ｄ変換部８０２２でアナログ信号からデジタル信号に変換された後、差分算出部４００２に出力される。
【０２０６】
次にステップＳ４１１で、偏光部５１は、光源部２が出力したレーザ光を第２の偏光成分を有する第２の偏光状態に偏光させる。実施の形態１と同様に、ステップＳ４０２からステップＳ４１１までの時間間隔は、あらかじめ設定された偏光切り替え周波数によって決定される。
【０２０７】
ステップＳ４１２からステップＳ４１８までの動作は、処理する光の偏光状態が異なるだけであり、ステップＳ４０３からステップＳ４０９までの動作と同様である。また、ステップＳ４１２からステップＳ４１９までの動作は、処理する光の偏光状態が異なるだけであり、ステップＳ４０３からステップＳ４１０までの動作と同様である。
【０２０８】
次にステップＳ４１２で、分配部５２は、偏光部５１で偏光されたレーザ光を送信光と参照光に分配する。分配部５２は、送信光を変調部５３に出力するとともに、参照光を合波部７００に出力する。
【０２０９】
次にステップＳ４１３で、変調部５３は、ステップＳ３において分配部５２で分配された送信光にパルス変調と周波数シフトを施す。変調部５３は変調を施した送信光を送受分離部６１に出力する。
【０２１０】
次にステップＳ４１４で、送受共用光学系６２は、送受分離部６１を介して入力された送信光を海面に向けて送信する。
【０２１１】
次にステップＳ４１５で、送受共用光学系６２は、海面で反射された送信光を受信光として受信する。送受共用光学系６２は、受信した受信光を送受分離部６１に出力する。
【０２１２】
次にステップＳ４１６で、受信光分配部１０は、ステップＳ４０６で受信した受信光を干渉用受信光と差分用受信光に分配する。すなわち、受信光分配部１０は、干渉用受信光を合波部７００に出力するとともに、差分用受信光を受信光検出部８０２０に出力する。
【０２１３】
次にステップＳ４１７で、合波部７００は、ステップＳ４１２において分配部５２で分配された参照光と、ステップＳ４１６において受信光分配部１０で分配された差分用受信光を合波して干渉光を生成する。
【０２１４】
次にステップＳ４１８で、干渉光検出器８０１１は、ステップＳ４１７において合波部７００で生成された干渉光を変換しアナログのビート信号を生成する。また、干渉光検出器８０１１で生成されたビート信号は、干渉光用Ａ／Ｄ変換部８０１２でアナログ信号からデジタル信号に変換された後、抽出部４００３に出力される。
【０２１５】
ステップＳ４１７及びステップＳ４１８と並行して、ステップＳ４１９で、受信光検出器８０２１は、ステップＳ４１６で分配された差分用受信光を変換しアナログの低周波信号を生成する。また、受信光検出器８０２１で生成された低周波信号は、受信光用Ａ／Ｄ変換部８０２２でアナログ信号からデジタル信号に変換された後、差分算出部４００２に出力される。
【０２１６】
次のステップＳ４２０からステップＳ４２４までの動作は、実施の形態１におけるステップＳ１８からステップＳ２２までの動作と同様である。
【０２１７】
次にステップＳ４２０で、差分算出部４００２は、ステップＳ４１０で取得した第１の低周波信号と、ステップＳ４１９で取得した第２の低周波信号との差分を算出する。そして、差分算出部４００２は、算出した差分を抽出部４００３に出力する。
【０２１８】
次にステップＳ４２１で、抽出部４００３は、ステップＳ４２０において差分算出部４００２で算出された差分と、干渉光用Ａ／Ｄ変換部８０１２から入力された第１のビート信号を乗算することにより、第１のビート信号から海面からの反射成分を抽出する。抽出部４００３は、海面成分のみ抽出されたビート信号をレンジビン分割部に出力する。
【０２１９】
次にステップＳ４２２で、レンジビン分割部４４１は、ステップＳ４２１において抽出部４３で抽出されたビート信号を複数のレンジビンに分割する。
【０２２０】
次にステップＳ４２３で、周波数スペクトル算出部４４２は、ステップＳ４２２においてレンジビン分割部４４１で分割された電気信号にＦＦＴ処理を行い、レンジビンごとに電気信号の周波数スペクトルを算出する。
【０２２１】
次にステップＳ４２４で、ドップラー速度算出部４４３は、ステップＳ４２３において周波数スペクトル算出部４４２で算出された周波数スペクトルのドップラーシフト量から対象物の速度を算出する。
【０２２２】
以上のようなレーザレーダ装置１の動作により、第１の電気信号と第２の電気信号との差をとることでエアロゾルからの反射成分を取り除くことができ、より精度良く対象物の速度を算出することができる。
【０２２３】
また、実施の形態４におけるレーザレーダ装置１によれば、ビート信号の取得と並行して低周波信号を取得することができる。
【０２２４】
以下で、実施の形態４におけるレーザレーダ装置１の変形例について説明する。
【０２２５】
受信光検出部８０２０は、応答が遅い光検出器である受信光検出器８０２１を有することにより、低周波信号を生成する構成としたが、受信光検出器８０２１の代わりに通常の応答速度の光検出器を用い、当該光検出器の後段にローパスフィルターを設ける構成でもよい。
【０２２６】
また、受信光検出部８０２０を低周波信号を取得する低周波信号取得部として用いる構成としたが、実施の形態１から３と同様に、受信光用Ａ／Ｄ変換部８０２２の後段にデジタル回路で低周波信号取得部を設ける構成してもよい。
【０２２７】
光制御部５が有する偏光部５１は実施の形態１の偏光部５１と同様のものとしたが、実施の形態２の偏光部５０１と同様のものを設ける構成としても良い。この場合には、干渉光検出部８０１０と受信光検出部８０２０のそれぞれが、第１の偏光成分を有する光を検出するための第１光検出部と第２の偏光成分を有する光を検出するための第２光検出部を含む構成とする。
【０２２８】
実施の形態１から３と同様に、抽出部４００３は、差分算出部４００２が算出した差分と干渉光用Ａ／Ｄ変換部８０１２から入力された第１のビート信号を乗算することにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としたが、対象物からの反射成分を抽出できれば、他の構成でもよい。例えば、第１のビート信号に対して、差分が所定の閾値以上の時間範囲は元の値のままとし、差分が当該閾値未満の時間範囲の値はゼロにする変換を行うことにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としてもよい。
【０２２９】
実施の形態１から３と同様に、送受信部６において、送信光を送信する送信用光学系と受信光を受信する受信用光学系を一つの送受共用光学系６２で構成するようにしたが、送信用光学系と受信用光学系を別々の光学系で構成してもよい。この場合には、光学系の前段に送受分離部６１を設ける必要はない。
また、送受共用光学系６２は、送信光の送信方向を制御する走査機構を有してもよい。あるいは、複数の送受共用光学系６２を設けることにより、一度に複数の方向に送信光を送信する構成としても良い。上記の構成を備えた場合、対象物の移動方向をより容易に推定することができる。
【０２３０】
実施の形態１から３と同様に、差分算出部４００２は、第１の包絡線と第２の包絡線との差分を算出する構成としたが、差分を算出することによりエアロゾルからの反射成分を対象物からの反射成分に対して無視できる程度に小さな値にできれば、他の構成でもよく、例えば、時間方向のキャリブレーションにより第１の電気信号と第２の電気信号の時間変動を揃えることができる場合には、キャリブレーション後の第１の電気信号と第２の電気信号との差分を算出する構成でもよい。
【０２３１】
実施の形態１から３と同様に、差分算出部４００２は、第１の低周波信号と、第２の低周波信号との差分を算出するが、光検出部８００が生成する電気信号にはレーザレーダ装置１自身の偏光依存性に由来した強度差が存在すると予想されるため、対象物を含まない時間領域における強度差がゼロとなるようにキャリブレーションを実施してもよい。
【０２３２】
また、実施の形態１及び２と同様に、偏光部５１を分配部５２の前段に設ける構成としたが、送信光及び参照光を偏光させることができれば、他の位置の設けても良く、例えば分配部５２の後段かつ変調部５３の前段、あるいは送受分離部６１の後段かつ送受共用光学系の前段に一つと、分配部５２の後段かつ合波部７００の前段に一つ、計二つの偏光部を設ける構成としても良い。偏光部５１が送受分離部６１の後段かつ送受共用光学系６２の前段に設けられる場合には、受信光も送信光と同じ偏光状態に偏光させることにより、余分な偏光成分を除去することができる。
【０２３３】
また、実施の形態１と同様に、偏光部５１と変調部５３は、偏光切り替え周波数とパルス変調周波数を等しくすることにより、偏光とパルス変調を同期する構成としたが、偏光部５１と変調部５３が同期して動作を行うことができれば他の構成でもよく、例えば、偏光部５１が偏光の切り替えを行う際に、偏光の切り替えを行ったことを示す信号を変調部５３に送信し、この信号に基づき変調部５３が動作を行うことにより偏光部５１と変調部５３が同期して動作を行う構成としてもよい。また、レーザレーダ装置１が各種制御を行う制御部をさらに備え、この制御部が出力する制御信号に基づき、偏光部５１と変調部５３が同期して動作を行う構成としてもよい。
【０２３４】
また、実施の形態１から３と同様に、光制御部５は、１パルス毎に偏光状態を切り替えているが、パルス変調周波数を偏光切り替え周波数の整数倍とすることで、複数パルス毎に偏光状態を切り替える構成としても良い。
【０２３５】
また、実施の形態１から３と同様に、ドップラー速度算出部４４３は、１パルス毎に対象物の速度を算出する構成としたが、複数のパルスをインコヒーレント積分し、信号対雑音比を向上してから速度を算出する構成としてもよい。
【０２３６】
また、実施の形態１から３と同様に、信号処理部４００が有する各部はアナログ回路で実装するようにしてもよい。例えば、抽出部４００３までをアナログ回路で実装してもよく、この場合には、Ａ／Ｄ変換部は、抽出部４００３の後段かつ速度算出部４４の前段に設けられる。
【０２３７】
また、実施の形態１から３と同様に、光源部２及び検波部３の各部は光ファイバーケーブルで接続する構成としたが、空間伝搬型の伝送路を用いて接続する構成としても良い。
【０２３８】
実施の形態１から３と同様に、抽出部４００３は、差分算出部４００２が算出した差分と干渉光用Ａ／Ｄ変換部８０１２から入力された第１のビート信号を乗算することにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としたが、対象物からの反射成分を抽出できれば、他の構成でもよい。例えば、第１のビート信号に対して、差分の値が所定の閾値以上の時間範囲は元の値のままとし、差分の値が当該閾値未満の時間範囲の値はゼロにする変換を行うことにより、対象物からの反射成分を抽出する構成としてもよい。
また、差分と乗算する電気信号は第１のビート信号に限らず、第２のビート信号としてもよい。あるいは、抽出部４００３は第１のビート信号と第２のビート信号の両方から対象物の反射成分を抽出し、速度算出部４４は、それぞれの抽出されたビート信号から算出された速度を平均して最終的な算出結果としての速度を算出するようにしてもよい。
【０２３９】
実施の形態１から４において、レーザレーダ装置１の対象物は海面としたが、反射光が偏光依存性を持つ物質であれば、他の物でもよく、例えば、車両や飛行機等の人工物に対しても用いることができる。
【産業上の利用可能性】
【０２４０】
本発明に係るレーザレーダ装置は、速度等の対象物の情報を測定するレーダシステムに用いられるのに適している。
【符号の説明】
【０２４１】
１  レーザレーダ装置、２  光源部、３  検波部、４，４０，４００  信号処理部、４１，４０１  低周波信号取得部、４２，４０２，４００２  差分算出部、４３，４０３，４００３  抽出部、４４  速度算出部、４４１  レンジビン分割部、４４２  周波数スペクトル算出部、４４３  ドップラー速度算出部、５，５０，５００  光制御部、５１，５０１  偏光部、５２  分配部、５３，５００２  変調部、５００１  第１分配部、５００３  第２分配部、５００４  送信光用第１偏光部、５００５  送信光用第２偏光部、５００６  第３分配部、５００７  参照光用第１偏光部、５００８  参照光用第２偏光部、６，６０  送受信部、６１  送受分離部、６２  送受共用光学系、６１０  第１送受信部、６２０  第２送受信部、６１１  第１送受分離部、６１２  第１送受共用光学系、６２１  第２送受分離部、６２２  第２送受共用光学系、７，７０  合波部、７０１  第１合波部、７０２  第２合波部、８，８０，８００  光検出部、８１  光検出器、８２  Ａ／Ｄ変換部、８１０  第１偏光用光検出部、８１１  第１偏光用光検出器、８１２  第１偏光用Ａ／Ｄ変換部、８２０  第２偏光用光検出部、８２１  第２偏光用光検出器、８２２  第２偏光用Ａ／Ｄ変換部、８０１０  干渉光検出部、８０１１  干渉光検出器、８０１２  干渉光用Ａ／Ｄ変換部、８０２０  受信光検出部、８０２１  受信光検出器、８０２２  受信光用Ａ／Ｄ変換部、９  偏光分離部、１０  受信光分配部、１００  第１の電気信号、１０１  第１の包絡線、１０２  第２の包絡線、１０３  差分、１０４  エアロゾルからの反射成分を受信していた時間範囲、１０５  海面からの反射成分を受信していた時間範囲、１０６  海面からの反射成分のみ抽出された電気信号、１０００  処理装置、１００１  記憶装置、１００２  入力インターフェース部、１０１１，１０１２，１０１３  送信パルス。
【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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【図１６】
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【図１７】
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