(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
送受光学系からの内部反射光およびターゲットからの散乱光の偏波面を制御する偏波面コントローラと、
ローカル光と前記偏波面コントローラを介した受信光の一部とをヘテロダイン検波してビート信号を出力するヘテロダインレシーバと、
前記送受光学系からの内部反射光を利用して前記偏波面コントローラを制御する偏波面制御回路と
を備え、
前記偏波面制御回路は、
前記送受光学系からの内部反射光のピーク強度に比例した値を検出する第１のピークホールド回路と、
ローカル光と内部反射光とのビート信号のピーク振幅に比例した値を検出する第２のピークホールド回路と、
前記第１と第２のピークホールド回路からの出力に基づいて前記送受光学系からの前記内部反射光のピーク強度に比例した値をＡとすると共に、前記ローカル光と前記内部反射光とのビート信号のピーク振幅に比例した値をＢとして、Ｂ／Ａの値を求め、Ｂ／Ａの値が最大となるように、前記偏波面コントローラを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするレーザードップラーレーダ装置。
【請求項２】
送受光学系からの内部反射光およびターゲットからの散乱光の偏波面を制御する偏波面コントローラと、
ローカル光と前記偏波面コントローラを介した受信光の一部とをヘテロダイン検波してビート信号を出力するヘテロダインレシーバと、
前記送受光学系からの内部反射光を利用して前記偏波面コントローラを制御する偏波面制御回路と
を備え、
前記偏波面制御回路は、
前記送受光学系からの内部反射光のピーク強度に比例した値を検出する第１のピークホールド回路と、
前記内部反射光成分においてローカル光と直交する向きの偏波面を持つ成分のピーク強度に比例した値を検出する第２のピークホールド回路と、
前記第１と第２のピークホールド回路からの出力に基づいて前記送受光学系からの前記内部反射光のピーク強度に比例した値をＡとすると共に、前記内部反射光成分において前記ローカル光と直交する向きの偏波面を持つ成分のピーク強度に比例した値をＢとして、Ｂ／Ａの値を求め、Ｂ／Ａの値が最小となるように、前記偏波面コントローラを制御する制御手段と
を備えたことを特徴とするレーザードップラーレーダ装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載のレーザードップラーレーダ装置において、
前記偏波面制御回路は、
送信パルス光の繰返し周波数と同じ周波数の信号を発振する発振器と、
前記第１と第２のピークホールド回路へ入力される信号と前記発振器からの信号とをロックイン検波してそれぞれ前記第１と第２のピークホールド回路へ出力する一対のロックインアンプと
をさらに備えることを特徴とするレーザードップラーレーダ装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のレーザードップラーレーダ装置において、
前記制御手段は、
前記第１と第２のピークホールド回路によりホールドした値をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換された値に基づいてヘテロダイン検波効率を最大にすべく前記偏波面コントローラに対して最適値探索アルゴリズムに従ったフィードバック制御を行う
ことを特徴とするレーザードップラーレーダ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光信号の偏波面を制御する偏波面コントローラの動作を司る機能を有するレーザードップラーレーダ装置に関するものであり、特に、フィードバック制御を用いて、レーザードップラーレーダ装置において重要なローカル光と受信光とのヘテロダイン検波時における検波効率を向上させるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の技術として、例えば文献［１］（G. N. Pearson他著、“A 1.5μm coherent pulsed Doppler lidar using fibre-optics components”, Proceeding of 11th Coherent Laser Radar Conference, July, 2001, pp. 144-146）に示されているものが存在する。文献［１］においては、光ファイバ内を伝搬する光信号の偏波面の向きを、偏波面コントローラを用いて制御している。これにより、レーザードップラーレーダ装置のヘテロダイン検波時における検波効率を最大に保っている。また、これにより、高価な偏波面保存型の光ファイバを使用する必要性を除去し、システム全体を廉価にする工夫をしている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、文献［１］に示されたような従来の方法では、時間的に変動する偏波面の向きを逐次コントロールするには、偏波面コントローラの動作を手動により逐次行う必要があった。
【０００４】
この発明は前記事情に鑑みてなされたもので、受信光の偏波面が不規則に変動した際に、偏波面を自動制御して、ヘテロダイン検波における検波効率を最大にするレーザードップラーレーダ装置を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明に係るレーザードップラーレーダ装置は、送受光学系からの内部反射光およびターゲットからの散乱光の偏波面を制御する偏波面コントローラと、ローカル光と前記偏波面コントローラを介した受信光の一部とをヘテロダイン検波してビート信号を出力するヘテロダインレシーバと、前記送受光学系からの内部反射光を利用して前記偏波面コントローラを制御する偏波面制御回路とを備えたものである。
【０００６】
また、前記偏波面制御回路は、前記送受光学系からの内部反射光のピーク強度に比例した値を検出する第１のピークホールド回路と、ローカル光と内部反射光とのビート信号のピーク振幅に比例した値を検出する第２のピークホールド回路と、前記第１と第２のピークホールド回路からの出力に基づいて前記送受光学系からの前記内部反射光のピーク強度に比例した値をＡとすると共に、前記ローカル光と前記内部反射光とのビート信号のピーク振幅に比例した値をＢとして、Ｂ／Ａの値を求め、Ｂ／Ａの値が最大となるように、前記偏波面コントローラを制御する制御手段とを備えたものである。
【０００７】
また、前記偏波面制御回路は、前記送受光学系からの内部反射光のピーク強度に比例した値を検出する第１のピークホールド回路と、前記内部反射光成分においてローカル光と直交する向きの偏波面を持つ成分のピーク強度に比例した値を検出する第２のピークホールド回路と、前記第１と第２のピークホールド回路からの出力に基づいて前記送受光学系からの前記内部反射光のピーク強度に比例した値をＡとすると共に、前記内部反射光成分において前記ローカル光と直交する向きの偏波面を持つ成分のピーク強度に比例した値をＢとして、Ｂ／Ａの値を求め、Ｂ／Ａの値が最小となるように、前記偏波面コントローラを制御する制御手段とを備えたものである。
【０００８】
また、前記偏波面制御回路は、送信パルス光の繰返し周波数と同じ周波数の信号を発振する発振器と、前記第１と第２のピークホールド回路へ入力される信号と前記発振器からの信号とをロックイン検波してそれぞれ前記第１と第２のピークホールド回路へ出力する一対のロックインアンプとをさらに備えるものである。
【０００９】
さらに、前記制御手段は、前記第１と第２のピークホールド回路によりホールドした値をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換された値に基づいてヘテロダイン検波効率を最大にすべく前記偏波面コントローラに対して最適値探索アルゴリズムに従ったフィードバック制御を行うものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るレーザードップラーレーダ装置について図１を用いて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係るレーザードップラーレーダ装置の構成図である。図１において、１は偏波面制御回路である。１１はフォトダイオード、１２はピークホールド回路であり、図１においては２つのピークホールド回路１２１および１２２が示されている。１３は比較器、１４は制御手段としてのＣＰＵである。１５はアンプであり、図１においては２つのアンプ１５１および１５２が示されている。
【００１１】
また、図１において、２は光源である。３は光カップラであり、図１においては２つの光カップラ３１と３２とが示されている。４は光強度変調器、５は光増幅器である。６は送受光学系であり、光サーキュレータとしての機能を有している。７は偏波面コントローラ、８はヘテロダインレシーバ、９は分配器、１０はＡ／Ｄ変換器である。
【００１２】
図１において、光源２は光カップラ３１に接続されており、光カップラ３１の２つの出力の内の一方はヘテロダインレシーバ８に接続されている。他の一方は光強度変調器４に接続されている。光強度変調器４は光増幅器５に接続されている。光増幅器５は送受光学系６に接続されている。送受光学系６は光カップラ３２に接続されている。光カップラ３２からの２つの出力の内の一方は偏波面コントローラ７に接続されており、他の一方は偏波面制御回路１中のフォトダイオード１１に接続されている。偏波面コントローラ７は偏波面制御回路１中のＣＰＵ１４とヘテロダインレシーバ８とに接続されている。ヘテロダインレシーバ８は分配器９に接続されている。分配器９の出力の一方はＡ／Ｄ変換器１０に接続されており、他の一方は偏波面制御回路１中のアンプ１５２に接続されている。
【００１３】
フォトダイオード１１はアンプ１５１に接続されている。アンプ１５１の出力は２つに分割され、ピークホールド回路１２１および比較器１３にそれぞれ接続されている。アンプ１５２は、ピークホールド回路１２２に接続されている。ピークホールド回路１２１とピークホールド回路１２２および比較器１３の出力端子はＣＰＵ１４に接続されている。
【００１４】
なお、図１において、光源２と光カップラ３１との間、光カップラ３１とヘテロダインレシーバ７との間、光カップラ３１と光強度変調器４との間、光強度変調器４と光増幅器５との間、光増幅器５と送受光学系６との間、送受光学系６と光カップラ３２との間、光カップラ３２とフォトダイオード１１との間、光カップラ３２と偏波面コントローラ７との間、および偏波面コントローラ７とヘテロダインレシーバ８との間は、光ファイバケーブルによりそれぞれ接続されている。光ファイバケーブルには、偏波無依存のシングルモード型の光ファイバケーブルを用いている。他の部品間は電線ケーブルにより接続されている。
【００１５】
以下の説明において、図１に示す構成のレーザードップラーレーダ装置は、風速検出を目的として風速のドップラー周波数を求めるものとして説明するが、この発明は、ドップラー周波数を求める他の用途、例えば、自動車の走行速度測定装置等にも適用できる。
【００１６】
また、図１における偏波面コントローラ７は、ＣＰＵ１４からの信号により光ファイバケーブル中を伝播する光信号の偏波面の向きを変化させてヘテロダインレシーバ８に送るもの、例えば、ＣＰＵ１４からの信号をもとにピエゾアクチュエータを駆動して光ファイバケーブルに応力を与える方式のものを用いればよい。
【００１７】
次に、この発明の偏波面制御回路１を含むレーザードップラーレーダ装置の動作を説明する。まず、光源２から光信号を送信し、光カップラ３１によりこの信号を分割する。分割した２つの信号の内、一方はローカル光としてヘテロダインレシーバ８に送られる。他の一方は、光強度変調器４により強度変調されてパルス化され、光増幅器５により増幅される。光増幅器５からの信号の一部は送受光学系６内における内部反射により、内部反射光として受信側の光ファイバケーブルに漏れ込み、その他の光増幅器５からの信号は送受光学系６を介して大気中に送信信号として送信される。
【００１８】
大気中に送信された送信信号は、ターゲット例えばエアロゾルといった大気中の散乱体により散乱された後に受信される。このとき、受信光のキャリア周波数は、送信信号のキャリア周波数に対し、送信方向における風速のドップラー周波数だけシフトした値となる。
【００１９】
受信光は、送受光学系６を介して内部反射光とともに光カップラ３２に送られる。送受光学系から光カップラに送られる信号の波形の模式図を図２に示す。図２においては、内部反射光成分が占める時間帯と大気中からの散乱光成分が占める時間帯とが含まれている。例えばエアロゾルといった大気中からの散乱体の反射率は一般に非常に小さいので、大気中からの散乱光の強度は、内部反射光の強度と比較して小さな値となる。光カップラ３１からヘテロダインレシーバ８に送られるローカル光および送受光学系６から光カップラ３２に送られる信号（内部反射光および大気中からの散乱光）の偏波面の向きは、光ファイバケーブル内で不規則な変動を受けている。したがって、もし、このままヘテロダインレシーバ８に送られてローカル信号と共にヘテロダイン検波されると、偏波面が一致していないことにより大気中からの散乱信号の検出効率が劣化する。
【００２０】
光カップラ３２のからの信号の内の一方は偏波面制御回路１中のフォトダイオード１１に送られて電気信号に変換され、他の一方は偏波面コントローラ７により偏波面が制御された後にヘテロダインレシーバ８に送信される。ヘテロダインレシーバ８においては、ローカル光と受信光の一部とがヘテロダイン検波され、２つの信号のビート信号が出力される。このビート信号は、分配器９により、内部反射光の成分が含まれる時間帯の信号と、大気中からの散乱光が含まれる時間帯の信号が含まれる時間帯の信号とに切り分けられる。
【００２１】
２つの信号の内、大気中からの散乱光が含まれる時間帯の信号は、Ａ／Ｄ変換器１０に送られて周波数解析され、ドップラー周波数を検出することから風速が求められる。また、内部反射光の成分が含まれる時間帯の信号は偏波面制御回路１中のアンプ１５２に送られる。このとき、内部反射光が含まれる時間帯の信号、つまりローカル光と内部反射光とのビート信号のＳＮ比が十分高い値となるように、送受光学系６において内部反射光強度を調節しておく。
【００２２】
フォトダイオード１１からの信号は、アンプ１５１により増幅された後、２つに分けられ、ピークホールド回路１２１および比較器１３に対して、それぞれ送られる。ピークホールド回路１２１においては、入力された信号に対してピークホールドが行われる。このとき、ホールドされる値は内部反射光が占める時間帯のピーク値である。
【００２３】
アンプ１５２により増幅された、ビート信号の内の内部反射光の成分が含まれる時間帯の信号は、ピークホールド回路１２２に送られる。ピークホールド回路１２２においては、入力された信号に対してピークホールドが行われる。このとき、ホールドされる値は内部反射光が占める時間帯のピーク値である。
【００２４】
比較器１３においては、アンプ１５１から送られてきた信号の電圧値と、予め設定された基準電圧とを比較し、基準電圧よりも大きい電圧値を受信した時点でＴＴＬ信号をＣＰＵ１４に送信する。この基準電圧は、内部反射光が占める時間帯の信号を受信した時点でこの値を超えるように設定しておく。ＣＰＵ１４では、ＴＴＬ信号の受信回数をカウントし、この回数が予め設定した回数Ｎと同じとなった時点で２つのピークホールド回路１２１および１２２でのホールド値をＡ／Ｄ変換する。
【００２５】
ここで、ホールドされる値は、ピークホールド回路１２１および１２２ともに内部反射光が含まれる時間帯における信号振幅の値、つまり、ピークホールド回路１２１については内部反射光強度のピーク強度に比例した値（以下、Ａ）、ピークホールド回路１３２については内部反射光とローカル光とのビート信号のピーク振幅に比例した値（以下、Ｂ）となる。
【００２６】
次に、ＣＰＵ１４は、２つのピークホールド回路１２１および１２２にリセットコマンドを送信する。ここで、ピークホールド回路１２１および１２２のホールド時間は、（ＴＴＬ信号の受信回数に関する前記設定回数Ｎ）／（送信パルス光の繰返し周波数）により決まる。このホールド時間は、内部反射光および大気中からの散乱光の偏波面の変動周期よりも十分に短い時間に設定する。
【００２７】
ＣＰＵ１４では、Ｂ／Ａの値が計算される。Ｂ／Ａの値は、ローカル光と内部反射光との偏波面が合致するときに最大となる。このとき、内部反射光強度に時間的な変動が存在すると、内部反射光とローカル光とのビート信号強度に比例した値Ｂの大きさからのみでは、偏波面の合致度を把握することはできないが、この値Ｂを内部反射光強度に比例した値Ａにより基準化し、Ｂ／Ａの値を求めることにより、前記偏波面の合致度に対応した値を求めることが可能となる。
【００２８】
ＣＰＵ１４では、ＣＰＵ１４にプログラムされた最適値探索アルゴリズムとして既知の最大値検出アルゴリズムにしたがって制御信号の電圧値を決定し、この信号を偏波面コントローラ７に送って偏波面コントローラ７内のピエゾアクチュエータを変位させ、光ファイバケーブルに応力を与えることにより光ファイバケーブル内を伝播する内部反射光および大気中からの散乱光の偏波面の方向を変化させる。最大値検出アルゴリズムには、例えば、文献［２］（長尾著、“最適化アルゴリズム”、昭晃堂、初版２刷、５４頁〜７０頁）に示されている、山登り法を用いればよい。
【００２９】
以上に述べた、レーザドップラーレーダ装置の動作は繰返し行われ、Ｂ／Ａの値が最大値となるよう、偏波面制御回路１から偏面コントローラ７に対して前記最大値検知アルゴリズムに従ったフィードバック制御が行われる。このように、送受光学系６からの内部反射光の強度をもとに前記偏波面コントローラ７を制御することにより、内部反射光の偏波面が時間的に変動する場合においても、ヘテロダイン検波時におけるローカル光と内部反射光との偏波面が一致した状態を保持することが可能となる。このとき、内部反射光と大気中からの散乱光との偏波面の向きは同じと考えられるので、ローカル光と大気中からの散乱光との偏波面が一致した状態を保持することも可能となる。したがって、ヘテロダイン検波時における大気中からの散乱信号の検出効率を最大に保持するという動作を自動で行うことができるという効果が生じる。
【００３０】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係るレーザードップラーレーダ装置について図３を用いて説明する。図３は、この発明の実施の形態２に係るレーザードップラーレーダ装置の構成図である。図３において、図１に示す実施の形態１と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１１０は偏波分離型光カップラである。また、図３においては、フォトダイオード１１として２つのフォトダイオード１１１および１１２が存在している。
【００３１】
図３において、偏波分離型光カップラ１１０は、偏波面コントローラ７とヘテロダインレシーバ８とフォトダイオード１１２に対し、光ファイバケーブルにより接続されている。フォトダイオード１１２はアンプ１５２に接続されている。ヘテロダインレシーバ８はＡ／Ｄ変換器１０に電線ケーブルにより接続されている。また、光カプラ３１とヘテロダインレシーバ８との間のみ偏波面保存型シングルモード光ファイバにより接続されている。図３における他の部分の構成は図１と同じである。
【００３２】
図３において、偏波分離型光カップラ１１は、光ファイバケーブル内を伝搬してくる内部反射光および大気中からの散乱光を、所望方向の偏波面を持つ成分と、所望方向と直交する方向の偏波面を持つ成分とに分離して出力する機能を有している。所望方向の偏波面を持つ成分についてはヘテロダインレシーバ８に、所望方向と直交する方向の偏波面を持つ成分についてはフォトダイオード１１２に、それぞれ出力される。ここで、偏波面の所望方向は、光カップラ３１からヘテロダインレシーバ８に送られるローカル光の偏波面の向きと同じとしておく。
【００３３】
実施の形態２においては、実施の形態１に示したのと同じ動作で送信光を送信して、内部反射光および大気中からの散乱光を受信する。
また、実施の形態２においては、実施の形態１において分配器９から偏波面制御回路１に入力していた信号の代わりに、フォトダイオード１１２からの信号を用いる。
【００３４】
また、実施の形態１では、図１において、フォトダイオード１１からの信号をアンプ１５１により増幅した信号をピークホールドした値をＡとし、ヘテロダインレシーバ８からの信号をアンプ１５２により増幅した信号をピークホールドした値をＢとしていたが、この実施の形態２においては、この代わりに、図３において、フォトダイオード１１１からの信号をアンプ１５１により増幅した信号をピークホールドした値をＡとし、フォトダイオード１２２からの信号をアンプ１５２により増幅した信号をピークホールドした値をＢとする。
【００３５】
また、実施の形態１においては、Ｂ／Ａの値を最大にするようにフィードバック制御をかけていたが、この実施の形態２においては、Ｂ／Ａの値を最小にするようにフィードバック制御をかける。フォトダイオード１１２に入力されるのはローカル光の偏波面の向きと直交する向きの偏波面を持つ成分であるので、ローカル光の偏波面と、内部反射光および大気からの散乱光との偏波面とが一致すると、Ｂ／Ａの値は０となる。したがって、Ｂ／Ａの値を最小とするようにフィードバック制御を行うことで、内部反射光および大気からの散乱光との偏波面とが一致した状態を保持することが可能となる。さらに、実施の形態１においては、ＣＰＵ１４において最適値探索アルゴリズムとして最大値検知アルゴリズムがプログラミングされていたが、この実施の形態２においては、ＣＰＵ１４に既知の最小値検知アルゴリズムをプログラミングしておけばよい。
【００３６】
この発明の実施の形態２においては、フィードバック制御により追い込むＢ／Ａの値の目標値が、最小値であるというだけでなく、０という具体的な値であるので、単に最大値に追い込むという実施の形態１と比較して、さらにフィードバック制御を行いやすいという効果を持つ。
【００３７】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３に係るレーザードップラーレーダ装置について図４を用いて説明する。図４は、この発明の実施の形態３に係るレーザードップラーレーダ装置の構成図である。図４において、図３に示す実施の形態２と同一部分は同一符号を付してその説明は省略する。新たな符号として、１６は発振器である。また、１７はロックインアンプであり、図４においては２つのロックインアンプ１７１および１７２が存在している。
【００３８】
図４において、発振器１６は、ロックインアンプ１７１と１７２に接続されている。ロックインアンプ１７１は、フォトダイオード１１１とピークホールド回路１２１と比較器１３に、電線ケーブルにより接続されている。ロックインアンプ１７２は、フォトダイオード１１２とピークホールド回路１２２に、電線ケーブルによりそれぞれ接続されている。図４における他の部分の構成は図３と同じである。
【００３９】
図３において、発振器１６から発振する信号の周波数は、パルス状の送信パルス光の、送信繰返し周波数と同じとする。
【００４０】
実施の形態３においては、実施の形態１に示したのと同じ動作で送信光を送信して、内部反射光および大気中からの散乱光を受信する。
【００４１】
また、実施の形態２においては、フォトダイオード１１１および１１２からの信号をアンプ１５により増幅していたが、この実施の形態３においては、ロックインアンプ１７１および１７２を用い、フォトダイオード１１１および１１２からの信号と発振器１６からの信号とをロックイン検波する。このとき、発振器１６から発振する信号の周波数は、送信パルス光の、送信繰返し周波数と同じであるので、フォトダイオード１１１および１１２からの信号における、前記繰返し周波数に同期した信号、つまり内部反射光成分を抽出する。
【００４２】
このように、ロックインアンプ１７１および１７２と、発振器１６を用いることにより、内部反射光の強度が小さいために、フォトダイオード１１１および１１２からの信号における内部反射光の成分がノイズに埋もれて検出できない場合において、内部反射光成分の検出能力が向上する効果がある。
【００４３】
なお、この発明の実施の形態３では、実施の形態２においてアンプ１５の代わりにロックインアンプ１７を用いる構造となっているが、実施の形態２においてアンプ１５の代わりにロックインアンプ１７を用いる構造としても同様の効果が得られる。
【００４４】
【発明の効果】
以上のように、この発明によれば、送受光学系からの内部反射光およびターゲットからの散乱光の偏波面を制御する偏波面コントローラと、ローカル光と前記偏波面コントローラを介した受信光の一部とをヘテロダイン検波してビート信号を出力するヘテロダインレシーバと、前記送受光学系からの内部反射光を利用して前記偏波面コントローラを制御する偏波面制御回路とを備えたので、受信光の偏波面が不規則に変動する場合であっても偏波面を自動的に制御でき、ヘテロダイン検波における検波効率を最大にすることができる。
【００４５】
また、前記偏波面制御回路は、前記送受光学系からの内部反射光のピーク強度に比例した値を検出する第１のピークホールド回路と、ローカル光と内部反射光とのビート信号のピーク振幅に比例した値を検出する第２のピークホールド回路と、前記第１と第２のピークホールド回路からの出力に基づいて前記送受光学系からの前記内部反射光のピーク強度に比例した値をＡとすると共に、前記ローカル光と前記内部反射光とのビート信号のピーク振幅に比例した値をＢとして、Ｂ／Ａの値を求め、Ｂ／Ａの値が最大となるように、前記偏波面コントローラを制御する制御手段とを備えたので、内部反射光の偏波面が時間的に変動する場合においても、ヘテロダイン検波時におけるローカル光と内部反射光との偏波面が一致した状態を保持することが可能となり、このとき、内部反射光と散乱光との偏波面の向きは同じと考えられるので、ローカル光と散乱光との偏波面が一致した状態を保持することも可能となり、ヘテロダイン検波時における大気中からの散乱信号の検出効率を最大に保持するという動作を自動で行うことができる。
【００４６】
また、前記偏波面制御回路は、前記送受光学系からの内部反射光のピーク強度に比例した値を検出する第１のピークホールド回路と、前記内部反射光成分においてローカル光と直交する向きの偏波面を持つ成分のピーク強度に比例した値を検出する第２のピークホールド回路と、前記第１と第２のピークホールド回路からの出力に基づいて前記送受光学系からの前記内部反射光のピーク強度に比例した値をＡとすると共に、前記内部反射光成分において前記ローカル光と直交する向きの偏波面を持つ成分のピーク強度に比例した値をＢとして、Ｂ／Ａの値を求め、Ｂ／Ａの値が最小となるように、前記偏波面コントローラを制御する制御手段とを備えたので、内部反射光および散乱光との偏波面とが一致した状態を保持することが可能となり、ヘテロダイン検波時における大気中からの散乱信号の検出効率を最大に保持するという動作を自動で行うことができると共に、Ｂ／Ａの値の目標値は最小値であるというだけでなく、０という具体的な値を取り得るので、単に最大値に求める場合よりもフィードバック制御を行い易くなるという効果を持つ。
【００４７】
また、前記偏波面制御回路は、送信パルス光の繰返し周波数と同じ周波数の信号を発振する発振器と、前記第１と第２のピークホールド回路へ入力される信号と前記発振器からの信号とをロックイン検波してそれぞれ前記第１と第２のピークホールド回路へ出力する一対のロックインアンプとをさらに備えたので、内部反射光の強度が小さいために、内部反射光の成分がノイズに埋もれて検出できない場合において、内部反射光成分の検出能力が向上するという効果がある。
【００４８】
さらに、前記制御手段は、前記第１と第２のピークホールド回路によりホールドした値をＡ／Ｄ変換し、Ａ／Ｄ変換された値に基づいてヘテロダイン検波効率を最大にすべく前記偏波面コントローラに対して最適値探索アルゴリズムに従ったフィードバック制御を行うようにしたので、受信光の偏波面が不規則に変動する場合であっても偏波面を自動的に制御でき、ヘテロダイン検波時における大気中からの散乱信号の検出効率を最大に保持するという動作を自動で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  この発明の実施の形態１に係るレーザードップラーレーダ装置の構成を説明するための図である。
【図２】  この発明の実施の形態１に係るレーザードップラーレーダ装置の動作を説明するための図である。
【図３】  この発明の実施の形態２に係るレーザードップラーレーダ装置の構成を説明するための図である。
【図４】  この発明の実施の形態３に係るレーザードップラーレーダ装置の構成を説明するための図である。
【符号の説明】
１  偏波面制御回路、１１  フォトダイオード、１１１  フォトダイオード、１１２  フォトダイオード、１２  ピークホールド回路、１２１  ピークホールド回路、１２２  ピークホールド回路、１３  比較器、１４  ＣＰＵ、１５  アンプ、１５１  アンプ、１５２  アンプ、１６  発振器、１７  ロックインアンプ、１７１  ロックインアンプ、１７２  ロックイアンプ、２  光源、３  光カップラ、３１  光カップラ、３２  光カップラ、４  光強度変調器、５  光増幅器、６  送受光学系、７  偏波面コントローラ、８  ヘテロダインレシーバ、９分配器、１０  Ａ／Ｄ変換器、１１０  偏波分離型光カップラ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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