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レーザレーダ装置およびレーザ合成開口レーダ装置

国内特許コード P110005725
整理番号 S2011-0281-N0
掲載日 2011年9月2日
出願番号 特願2011-015915
公開番号 特開2012-154863
登録番号 特許第5686342号
出願日 平成23年1月28日(2011.1.28)
公開日 平成24年8月16日(2012.8.16)
登録日 平成27年1月30日(2015.1.30)
発明者
  • 犬竹 正明
  • 池地 弘行
  • 間瀬 淳
  • 近木 祐一郎
  • 佐藤 源之
出願人
  • 国立大学法人東北大学
  • 国立大学法人九州大学
発明の名称 レーザレーダ装置およびレーザ合成開口レーダ装置
発明の概要 【課題】レーザレーダ装置(ライダ装置)において、測定可能距離を長くすると共に、距離測定分解能を向上させることを目的とする。
【解決手段】時間変化に対し周波数が変化する検出用信号を生成する検出用信号生成部12と、検出用信号によって発振光を変調するレーザ発振・変調部14と、レーザ発振・変調部14によって変調されたレーザ光を送信する送信光学系17と、レーザ反射光を受信する受信光学系18と、受信されたレーザ反射光に対し復調を行う復調部20と、復調された復調信号とのタイミングを、レーザレーダ装置10の位置に応じて調整する遅延時間設定部24と、遅延時間設定部24によってタイミングが調整された参照用信号を生成する参照用信号生成部13、および参照用信号と復調信号との差異を示す差異信号を生成する差異信号生成部22と、差異信号に基づいて、目標物の情報を取得する情報記録・処理部30とを備える。
【選択図】図2
従来技術、競合技術の概要


人工衛星、飛行機等の飛翔体に搭載され、地形観測等を行うレーダ装置が広く用いられている。レーダ装置は、電磁波を送信し目標物からの反射電磁波を受信する。そして、送信電磁波および受信された反射電磁波との物理的関係に基づいて目標物までの距離、目標物の画像データ等を求める。



レーダ装置には、パルス信号によって振幅変調が施された一定周波数の電磁波を送受信するパルスレーダ装置がある。パルスレーダ装置では、送信電磁波および受信された反射電磁波との時間関係に基づいて目標物までの距離等を求める。パルスレーダ装置の距離測定分解能は、パルス信号のパルス幅時間に依存し、パルス幅時間を短くすることで距離測定分解能を向上させることができる。しかし、パルス幅時間を短くすると受信電力が低下するため、目標物の観測が困難となることがある。



そこで、送信する電磁波の周波数を予め定められた規則性を以て変化させる周波数変調波レーダ装置が考え出されている。周波数変調波レーダ装置は、送信している電磁波と、受信される反射電磁波との周波数差を信号周波数とする信号を求める。そして、そのような周波数差信号が目標物までの往復伝搬時間を示すことに基づき、目標物までの距離等を求める。



周波数変調波レーダ装置では、同一地点で反射した電磁波の全周波数成分が重ね合わされる。これにより、パルスレーダ装置においてパルス幅時間を短縮した場合と同様の効果(パルス圧縮法)を得ることができる。そのため、周波数変調波レーダ装置によれば、距離測定分解能を向上させることができる。



なお、図1(a)には、パルスレーダ装置について、送信パルス100(送信電磁波)と、反射パルス102(反射電磁波)との時間関係が示されている。パルスレーダ装置は、送信パルス100を送信してから時間Tr後に反射パルス102を受信する。そして、時間Trと電磁波の伝搬速度とに基づいて目標物までの距離を求める。図1(b)には、周波数変調波レーダ装置の一つであるマイクロ波周波数変調(チャープ)レーダ装置において扱われる信号の時間関係が示されている。マイクロ波周波数変調レーダ装置は、パルス幅時間がTpであり、時間変化に対して周波数が線形に変化する送信チャープ信号104を送信すると共に、送信開始から時間Tr後に反射チャープ信号106を受信する。マイクロ波周波数変調レーダ装置は、送信チャープ信号104と反射チャープ信号106とが重なる時間帯Tfにおいて、これらの周波数差信号である差異(デチャープ)信号を求める。マイクロ波周波数変調レーダ装置は、差異信号に基づいて目標物までの距離等を求める。



レーダ装置では、送受信用の電磁波として、赤外線(波長が0.7μm~1mmの電磁波)の波長よりも長い波長を有する電磁波(以下、電波とする。)や、赤外線波長以下の波長を有する電磁波(以下、光とする。)が用いられる。以下の特許文献1~3には、電波を用いたレーダ装置について記載されている。また、特許文献4には、光を用いたレーダ装置について記載されている。なお、光を用いたレーダ装置は、レーザレーダ装置あるいはライダ装置とも称される。

産業上の利用分野


本発明は、レーザ光の送信および受信によって目標物の情報を取得するレーザレーダ装置およびレーザ合成開口レーダ装置に関する。

特許請求の範囲 【請求項1】
レーザ光の送信および受信によって目標物の情報を取得するレーザレーダ装置において、
時間変化に対し周波数が変化する検出用信号を生成する検出用信号生成部と、
前記検出用信号によってレーザ光を変調する変調部と、
前記変調部によって変調されたレーザ光を送信する送信部と、
レーザ反射光を受信する受信部と、
前記受信部によって受信されたレーザ反射光に対し復調を行う復調部と、
参照用信号と、前記復調部によって復調された復調信号とのタイミングを、前記レーダ装置の位置に応じて設定する遅延時間設定部と、
前記遅延時間設定部によってタイミングが調整された前記参照用信号を生成する参照用信号生成部と、
前記参照用信号と前記復調信号との差異を示す差異信号を生成する差異信号生成部と、
前記差異信号に基づいて、目標物の情報を取得する情報記録・処理部と、
自らの位置を測定する測位部と、を備え、
前記遅延時間設定部は、
前記測位部によって測定された位置と、予め定められた基準位置との間の距離に応じて、前記参照用信号を遅延させる遅延手段を備えることを特徴とするレーザレーダ装置。

【請求項2】
請求項1に記載のレーザレーダ装置において、
前記検出用信号は、
時間変化に対し周波数が線形に変化するチャープ変調信号であり、
前記差異信号生成部は、
前記遅延時間設定部によってタイミングが調整された前記参照用信号と、前記復調信号との周波数差を信号周波数とする信号を、前記差異信号として生成することを特徴とするレーザレーダ装置。

【請求項3】
飛翔体に搭載される請求項1または請求項2に記載のレーザレーダ装置において、
前記送信部は、
前記目標物が存在する方向にレーザ光が送信されるよう、前記飛翔体の位置に応じてレーザ光の送信方向を調整する送信方向調整手段と、
前記目標物が占有する領域がレーザ光のビームスポット範囲に含まれるよう、レーザ光のビーム発散角を調整するビーム発散角調整手段と、
を備え、
前記情報記録・処理部は、
前記差異信号に対してフーリエ変換処理を施すフーリエ変換手段と、
フーリエ変換処理が施された前記差異信号に基づいて前記目標物の位置情報または2次元画像情報を生成する情報生成手段と、
を備えることを特徴とする合成開口式のレーザレーダ装置。

【請求項4】
飛翔体に搭載される請求項1または請求項2に記載のレーザレーダ装置において、
前記目標物が占有する領域よりもレーザ光のビームスポット範囲が狭くなるようレーザ光のビーム発散角を調整するビーム発散角調整手段と、
レーザ光のビームスポットが前記目標物が占有する領域内を走査するよう、レーザ光の送信方向を変化させるレーザビーム走査手段と、
を備え、
前記情報記録・処理部は、
前記差異信号に対してフーリエ変換処理を施すフーリエ変換手段と、
フーリエ変換処理が施された前記差異信号に基づいて前記目標物の位置および距離情報、または3次元画像を生成する情報生成手段と、
を備えることを特徴とするレーザレーダ装置。

【請求項5】
請求項1から請求項のいずれか1項に記載のレーザレーダ装置において、
前記情報記録・処理部は、
前記差異信号の位相に基づいて前記目標物の速度を求める速度算出手段を備えることを特徴とするレーザレーダ装置。

【請求項6】
請求項1から請求項のいずれか1項に記載のレーザレーダ装置において、
前記変調部は、
前記検出用信号によってレーザ光を振幅変調する振幅変調回路を備え、
前記復調部は、
前記受信したレーザ光に対し包絡線検波を行う包絡線検波回路を備えることを特徴とするレーザレーダ装置。
産業区分
  • 測定
  • 伝送方式
国際特許分類(IPC)
Fターム
画像

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JP2011015915thum.jpg
出願権利状態 登録
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