JP4580720B2 - リモートセンシング装置 - Google Patents

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Description

本発明は、レーザ送信光を測定対象に向けて送出し、そのレーザ反射光を光受信器によって受信した信号を周波数領域に変換して周波数分析を行うリモートセンシング装置に関する。
従来のレーザ・レーダに代表されるリモートセンシング装置にあっては、測定対象に対してレーザ光を照射し、測定対象からのレーザ反射光を受信し、その反射光を周波数領域に変換して周波数分析することによって測定対象の特徴情報を抽出している（例えば特許文献１参照０）。このような従来のリモートセンシング装置では、レーザ反射光がＦＭ変調の場合、周波数分析方法として、キャリア周波数と側波周波数の差が回転周波数であることを利用し、キャリア周波数候補値を求める際に、キャリア周波数領域で最大の振幅である周波数をキャリア周波数候補値としている。しかしながら、この方法では、キャリア周波数が最大値とならない場合に、正しくキャリア周波数候補値を選定することができないことがあって、一つの問題となっている。
特願２００３−１９９１０４号
以上述べたように、従来のリモートセンシング装置に用いられる周波数分析方法では、レーザ反射光がＦＭ変調のとき、キャリア周波数が最大値とならない場合に、正しくキャリア周波数候補値を選定することができないという問題があった。
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、レーザ反射光がＦＭ変調のとき、キャリア周波数が最大値とならない場合でも、正しくキャリア周波数候補値を選定することのできるリモートセンシング装置とその周波数分析方法を提供することを目的とする。
上記問題を解決するために、本発明に係るリモートセンシング装置は、回転中心から放射状に透過／不透過の対による分割領域を交互に配置したパターン形成面を備え、任意の回転周波数で回転する光学パターン回転板を測定対象とし、当該測定対象の回転周波数を求める装置において、前記光学パターン回転板の前記パターン形成面に向けてレーザ光源で発生されるレーザ光を送出し、前記パターン形成面の透過／不透過の領域によって変調を受けた前記レーザ光の反射光を光受信器によって受信する光学系装置と、前記光受信器によって得られた前記反射光の受信信号を周波数領域の信号に変換する周波数変換器と、前記周波数変換器によって得られた周波数領域の信号の周波数成分を分析する周波数分析器とを具備し、前記周波数分析器は、前記周波数領域の信号の周波数成分の分析結果から側波周波数の候補値を選定し、それらの間隔の多数決で前記光学パターン回転板の回転周波数の概略値を求め、この概略値から前記光学パターン回転板からの反射光のキャリア周波数の候補値を求め、その候補値の左右対称度からキャリア周波数を求め、求めたキャリア周波数と前記回転周波数の概略値から前記分割領域による分割数を求め、求めた分割数と前記キャリア周波数から前記光学パターン回転板の回転周波数を選定することを特徴とする。
また、本発明に係るリモートセンシング装置の周波数分析方法は、回転中心から放射状に透過／不透過の対による分割領域を交互に配置したパターン形成面を備え、任意の回転周波数で回転する光学パターン回転板を測定対象とし、当該測定対象の回転周波数を求めるリモートセンシング装置に用いられ、レーザ光を前記測定対象とする光学パターン回転板のパターン形成面に向けて送出し、前記パターン形成面の透過／不透過の領域によって変調を受けた前記レーザ光の反射光を光受信器によって受信したことによって得られる信号を周波数領域に変換して周波数分析を行う周波数分析方法において、前記周波数領域に変換された信号の周波数成分の分析結果から側波周波数の候補値を選定し、前記側波周波数の候補値の間隔の多数決で前記光学パターン回転板の回転周波数の概略値を求め、この概略値から前記光学パターン回転板からの反射光のキャリア周波数の候補値を求め、前記キャリア周波数の候補値の左右対称度からキャリア周波数を求め、求めたキャリア周波数と前記回転周波数の概略値から前記分割領域による分割数を求め、求めた分割数と前記キャリア周波数から前記光学パターン回転板の回転周波数を選定することを特徴とする。
本発明によれば、キャリア周波数が最大値とならない場合でも、正しくキャリア周波数候補値を選定することができるリモートセンシング装置を提供することができる。
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明が適用されるリモートセンシング装置の概略構成を示す図である。図１において、１１は測定対象において回転中心から放射状に透過／不透過のパターンを形成した光学パターン板である。レーザ１２から放射されるレーザ送信光は測定対象である光学パターン板１１によってチョッピングされつつ反射され、そのレーザ反射光はパルス列となって光受信器１３によって受信される。ここで得られた受信信号は、周波数変換器１４に入力され、所定の精度を有するＦＦＴによって時間領域の信号から周波数領域の信号に変換される。このようにして得られた周波数領域の信号は周波数分析器１５により周波数分析が行われる。その分析結果は、表示装置１６に適宜表示される。
上記構成において、まず本発明の概要について説明する。
リモートセンシング装置では、光学パターン板のキャリア周波数を演算し、キャリア周波数から回転周波数の可能性のある候補値を演算し、この回転周波数候補値を基に回転周波数を選定して、得られたキャリア周波数、回転周波数の結果を演算する。ここで、反射光がＦＭ変調を受けていると、回転周波数成分が得られない場合がある。この場合は、側波周波数とキャリア周波数の差が回転周波数となることを利用する。キャリア周波数として予め想定される領域における振幅の最大値を光学パターン板のキャリア周波数frcとする。
次に、frc=frs×ndの関係とndの候補値nが有限の整数値をとることを用いて、回転周波数の候補値frs’(n)をfrs’(n)=frc/nで求める。ここで、ndの候補値nとは、想定している範囲の整数値であり、回転周波数の候補値frs’(n)を基に、frc’-frs’(n)の周波数の振幅の最も大きいnを分割数（光学パターン板１１の透過／不透過のペア数）ndとして選定する。光学パターン板の回転周波数frsはfrs=frc/ndから求められる。
但し、ＦＭ変調の変調指数が大きい場合には、図３に示すようにキャリア周波数の候補値が２つの山のような分布となり、正しいキャリ周波数を求めることができない。そこで、本実施形態では、キャリア周波数を求めた後、回転周波数を求めるのではなく、図４のように、側波周波数候補値を選定し、それらの間隔の多数決で回転周波数概略値を求め（ステップＳ２１）、その後、キャリア周波数候補値を求める（ステップＳ２２）。以後、先に述べたように、回転周波数候補値を基に回転周波数を選定して（ステップＳ２３）、得られたキャリア周波数、回転周波数の結果を演算し表示する（ステップＳ２４）。
以下に、本発明の特徴とするステップＳ２１とステップＳ２２を詳細に説明する。
ステップＳ２１では、図４に示すように、キャリア周波数領域内で振幅が大きい周波数を大きいものから順に数個（図の例では５個）までの周波数frc’(1)〜frc’(5)を抽出し、それらの周波数の間隔（回転周波数領域内に限る）frs’(1)=frc’(2)-frc’(1), frs’(2)=frc’(3)-frc’(2), frs’(3)=frc’(4)-fec’(3), frs’(4)=frc’(5)-frc(4)の多数決で回転周波数概略値を求める。ステップ２２では、図５に示すように、キャリア周波数領域内の振幅が最大となる周波数から、回転周波数概略値の整数倍（キャリア周波数領域で振幅が最大となる周波数を基準として、回転周波数概略値の間隔がとれる数）離れた周波数近傍にキャリア周波数若しくは側波周波数がある可能性が大きい。これを利用して、キャリア周波数領域内の振幅が最大となる周波数から回転周波数概略値の整数倍離れた周波数近傍での振幅が最大となる周波数を抽出する。
キャリア周波数に対して側波周波数成分は、常に左右対称の形をとっている特徴を利用して、図６に示すように、左右対称度が最も大きくなる周波数をキャリア周波数として選択する。左右対称度を評価するための評価関数を以下に示す。但し、
Figure 0004580720
はV(fn-2)からV(fn+2)までの平均値である。
Figure 0004580720
上記のEnが小さい時に左右対称度が良いと判定する。これにより、Enが最も小さい場合のfnをキャリア周波数とする。分割数nは、従来技術と同様にキャリア周波数frcと回転周波数概略値frs’で求めることができる。
nd = frc / frs’
以上より、回転周波数frsは、キャリア周波数frcと分割数nより次式で求めることができる。
frs = frc / n
したがって、上記構成によるリモートセンシング装置は、ＦＭ変調の変調指数が大きい場合には、キャリア周波数の候補値が２つの山のような分布となり、正しいキャリ周波数を求めることができないことを考慮し、キャリア周波数を求めた後、回転周波数を求めるのではなく、側波周波数候補値を選定し、それらの間隔の多数決で回転周波数概略値を求め、その後、キャリア周波数候補値を求め、回転周波数候補値を基に回転周波数を選定して、得られたキャリア周波数、回転周波数の結果を演算し表示するようにしているので、キャリア周波数が最大値とならない場合でも、正しくキャリア周波数候補値を選定することが可能となる。
尚、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。さらに、異なる実施形態にわたる構成要素を適宜組み合わせてもよい。
本発明に係るリモートセンシング装置の一実施形態の構成を示すブロック図。 図１に示すリモートセンシング装置の処理の流れを示すフローチャート。 図１に示すリモートセンシング装置において、変調の変調指数が大きい場合のキャリア周波数の候補値が２つの山のような分布となることを説明するための図。 図２に示す回転周波数概略値抽出ステップの処理を説明するための図。 図２に示すキャリア周波数候補値抽出ステップの処理内容を説明するための図。 図２に示すキャリア周波数候補値抽出ステップのキャリア周波数選択方法を説明するための図。
符号の説明
１１…光学パターン板、１２…レーザ、１３…光受信器、１４…周波数変換器、１５…周波数分析器、１６…表示装置。

Claims (2)

  1. 回転中心から放射状に透過／不透過の対による分割領域を交互に配置したパターン形成面を備え、任意の回転周波数で回転する光学パターン回転板を測定対象とし、当該測定対象の回転周波数を求めるリモートセンシング装置において、
    前記光学パターン回転板の前記パターン形成面に向けてレーザ光源で発生されるレーザ光を送出し、前記パターン形成面の透過／不透過の領域によって変調を受けた前記レーザ光の反射光を光受信器によって受信する光学系装置と、
    前記光受信器によって得られた前記反射光の受信信号を周波数領域の信号に変換する周波数変換器と、
    前記周波数変換器によって得られた周波数領域の信号の周波数成分を分析する周波数分析器とを具備し、
    前記周波数分析器は、前記周波数領域の信号の周波数成分の分析結果から側波周波数の候補値を選定し、それらの間隔の多数決で前記光学パターン回転板の回転周波数の概略値を求め、この概略値から前記光学パターン回転板からの反射光のキャリア周波数の候補値を求め、その候補値の左右対称度からキャリア周波数を求め、求めたキャリア周波数と前記回転周波数の概略値から前記分割領域による分割数を求め、求めた分割数と前記キャリア周波数から前記光学パターン回転板の回転周波数を選定することを特徴とするリモートセンシング装置。
  2. 回転中心から放射状に透過／不透過の対による分割領域を交互に配置したパターン形成面を備え、任意の回転周波数で回転する光学パターン回転板を測定対象とし、当該測定対象の回転周波数を求めるリモートセンシング装置に用いられ、レーザ光を前記測定対象とする光学パターン回転板のパターン形成面に向けて送出し、前記パターン形成面の透過／不透過の領域によって変調を受けた前記レーザ光の反射光を光受信器によって受信したことによって得られる信号を周波数領域に変換して周波数分析を行う周波数分析方法において、
    前記周波数領域に変換された信号の周波数成分の分析結果から側波周波数の候補値を選定し、
    前記側波周波数の候補値の間隔の多数決で前記光学パターン回転板の回転周波数の概略値を求め、
    この概略値から前記光学パターン回転板からの反射光のキャリア周波数の候補値を求め、
    前記キャリア周波数の候補値の左右対称度からキャリア周波数を求め、
    求めたキャリア周波数と前記回転周波数の概略値から前記分割領域による分割数を求め、求めた分割数と前記キャリア周波数から前記光学パターン回転板の回転周波数を選定することを特徴とするリモートセンシング装置の周波数分析方法。
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