JPH03252586A - レーザレーダ装置 - Google Patents
レーザレーダ装置Info
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- JPH03252586A JPH03252586A JP2409701A JP40970190A JPH03252586A JP H03252586 A JPH03252586 A JP H03252586A JP 2409701 A JP2409701 A JP 2409701A JP 40970190 A JP40970190 A JP 40970190A JP H03252586 A JPH03252586 A JP H03252586A
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- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
［０００１１
【産業上の利用分野］
本発明は、レーザレーダ装置、特に遠方の風を検知する
ためのパルス化コーヒーレント・ドツプラー・レーザ・
レーダに関する。 ［０００２］ 【従来の技術】 大気中の清浄な空気中の乱れを測定するために、数多く
の技術及び装置が使用されて来た。通常、大気のモデル
を解析して、乱れにより影響を受けた大気の状態が検出
される。 ［０００３］ 例えば、従来のものには、能動的及び受動的音響装置、
光学的星シンチレーション検知装置、ラジオのマイクロ
波シンチレーション、星及び人工衛星のビーコン、赤外
線及びマイクロ波バックスキャツタ一対流圏パイスタテ
イ・ンクラジオスキャッター、超高性能レーダがある。 ［０００４］
ためのパルス化コーヒーレント・ドツプラー・レーザ・
レーダに関する。 ［０００２］ 【従来の技術】 大気中の清浄な空気中の乱れを測定するために、数多く
の技術及び装置が使用されて来た。通常、大気のモデル
を解析して、乱れにより影響を受けた大気の状態が検出
される。 ［０００３］ 例えば、従来のものには、能動的及び受動的音響装置、
光学的星シンチレーション検知装置、ラジオのマイクロ
波シンチレーション、星及び人工衛星のビーコン、赤外
線及びマイクロ波バックスキャツタ一対流圏パイスタテ
イ・ンクラジオスキャッター、超高性能レーダがある。 ［０００４］
空気中で前記の技術を使用するのに、多くの問題が生じ
た。例えば、マイクロ波技術を使用する場合には、非常
に多くのアンテナが必要であった。 ［０００５］ 前記光学星シンチレーション装置に基づく技術において
は、速度情報の適当な範囲と精度において、充分でなか
った。そこで、空気の乱れを測定するために、航空機に
使用するのに好適で、広い範囲で高精度のパルス化され
たレーザレーダ装置が開発された。 ［０００６］ 例えば、米国特許第３８５６４０２号明細書には、パル
ス化されたレーザ・ドツプラーレーダ装置が開示されて
いる。この米国特許発明においては、レーザ源特にＣ○
２レーザにより生成した放射線の短かｌ、）パルス列が
、航空機の飛行方向と同一のパルス伝搬方向に延びてい
る。レーザパルスは、大気エーロゾルから後方散乱され
る。 ［０００７］ 後方散乱した返送路を検知するために、光受信器が設け
られている。大気粒子により後方散乱された放射線は、
航空機内の光受信器に供給され、２Ｖ／λに等しいｆＤ
で、ドツプラー変換される。式中、■は、空気中の瞬間
的に点滅する体積中の、航空機と空気の間のパルス伝搬
の方向に沿う速度成分を示し、λはレーザの波長を示し
ている。 ［０００８１ 伝搬したパルスの長さは、大気中の空間的解像度とドツ
プラー解像度を決定している。装置における乱れ検出能
力は、大気中における瞬間的な、パルス体積の異なる部
分からのドツプラーシフトの同時測定の結果であり、こ
こで空中の乱れは、後方散乱された信号の帯幅から推定
される。乱れへの距離は、往復伝搬時間から推定される
。 ［０００９］ 正確な周波数測定法は、連続波と、高度に安定なレーザ
ビームにより、散乱させた放射線を繰り返したたくこと
によりなされる。この方法は、速度成分に正比例するビ
ート周波数を発生する。パルス化レーザ源は、レーザの
出力を変調するパルスにより、安定な連続波レーザ源か
ら分離される。 この技術は、使用されるホモダイン周波数変換プロセス
のための基準ビームの存在を保証する。 ［００１０］ 米国特許第３８５６４０２号明細書に開示された装置の
欠点と限界は、主発振器レーザが、レーザ増幅器を使用
する送信のために、局部発振器ビームと高エネルギーパ
ルスを生成するために使用されることである。このよう
な装置は、送信機と局部発振器ビームの間で不十分な分
離を受ける。必要な分離を実施するために、前記米国特
許に記載されたような精巧な装置が必要とされる。 ［００１１］ この装置の他の欠点と限界は、高エネルギー送信パルス
を発生するのに使用される高利得レーザ増幅器が、配置
に関して非常に敏感であり、また震動や温度変化のよう
な環境的な要因に影響を受けやすいことである。 ［００１２］ 従来の他のコーヒーレント・ドツプラー・レーザレーダ
は、注入発振器におけるような、高安定低出力連続波レ
ーザを使用している。注入発振器は、パルス化された高
出力送信レーザと変調出力連続波局部発振器レーザを周
波固定するための手段を提供する。 ［００１３］ 局部発振器と送信器レーザの他に、注入発振器レーザを
使用する装置の欠点と限界は、その複雑さと大きさのた
めに、いろいろな使用には適しないことである［００１
４］ レーザレーダ装置における送信発振器と局部発振器の両
方のため、１個のパルス化レーザ源を使用することが望
まれている。この型の装置は、米国特許第４４４７１４
９号明細書に開示されている。 ［００１５］ この米国特許における装置は、１個のＱスイッチレーザ
を使用して、ヘテロダイン信号検波器に使用されるター
ゲット信号と局部発振信号の両方を発生する。 レーザパルスが発生した後に、レーザユニットは、次の
レーザパルスを発生する前に、時間の大部分のための非
常に低い信号出力レベルに維持される。 ［００１６］ これは、レーザ媒体、共振器パラメータ及び必要なパル
ス型にする時間の関数として、Ｑスイッチ送信を設定す
ることによりなされる。レーザが非常に低い信号出力レ
ベルで操作される時間中に、レーザの出力は、局部発振
器として使用され、検波ユニットに印加される前に、返
送ターゲット信号と混合される。 ［００１７］ 米国特許第４４４７１４９号明細書に開示されているレ
ーダ装置の欠点と限界は、高強度パルスと尾部の両方を
含むレーザビームが、ビームスプリッタ−に入射し、そ
れにより、全光エネルギーの１部分がターゲットに向け
られ、別の部分が局部発振器として使用されることであ
る。 ［００１８］ しかし、光ヘテロダイン検波においては、検波ノイズを
抑えるために、十分に大きな光学的力を有する局部発振
器を使用することが望ましい。 ［００１９］ 上記米国特許に開示された装置においては、パルスの高
強度部により、検波器を損傷せずに、十分な量の局部発
振力を提供することが出来ない。ビームの尾部から高強
度パルス部を分離することにより、このような問題は解
決される。またターゲットに送られる高強度パルス部に
おけるエネルギー損失により、レーザレーダの範囲は限
定される。 ［００２０］ 本発明の第１の目的は、上述の従来技術の欠点と限界を
克服することにある。 本発明の第２の目的は、検波器を損傷せずに、かつター
ゲットに向けられた高強度パルスを顕著に減衰させずに
、局部発振器と送信器の両方のための１個のし−ザ源が
最適のヘテロダイン検波をなしうるパルス化レーザレー
ダ装置を提供することにある。 本発明の第３の目的は、送信器と局部発振源との間に、
精巧な分離装置を必要とせずに、振動と温度変化のよう
な環境条件を克服した装置を提供することにある。 本発明の第４の目的は、いろいろな使用形態、特に小さ
な範囲のエビオニクスに好適な装置を提供することにあ
る。 ［００２１］
た。例えば、マイクロ波技術を使用する場合には、非常
に多くのアンテナが必要であった。 ［０００５］ 前記光学星シンチレーション装置に基づく技術において
は、速度情報の適当な範囲と精度において、充分でなか
った。そこで、空気の乱れを測定するために、航空機に
使用するのに好適で、広い範囲で高精度のパルス化され
たレーザレーダ装置が開発された。 ［０００６］ 例えば、米国特許第３８５６４０２号明細書には、パル
ス化されたレーザ・ドツプラーレーダ装置が開示されて
いる。この米国特許発明においては、レーザ源特にＣ○
２レーザにより生成した放射線の短かｌ、）パルス列が
、航空機の飛行方向と同一のパルス伝搬方向に延びてい
る。レーザパルスは、大気エーロゾルから後方散乱され
る。 ［０００７］ 後方散乱した返送路を検知するために、光受信器が設け
られている。大気粒子により後方散乱された放射線は、
航空機内の光受信器に供給され、２Ｖ／λに等しいｆＤ
で、ドツプラー変換される。式中、■は、空気中の瞬間
的に点滅する体積中の、航空機と空気の間のパルス伝搬
の方向に沿う速度成分を示し、λはレーザの波長を示し
ている。 ［０００８１ 伝搬したパルスの長さは、大気中の空間的解像度とドツ
プラー解像度を決定している。装置における乱れ検出能
力は、大気中における瞬間的な、パルス体積の異なる部
分からのドツプラーシフトの同時測定の結果であり、こ
こで空中の乱れは、後方散乱された信号の帯幅から推定
される。乱れへの距離は、往復伝搬時間から推定される
。 ［０００９］ 正確な周波数測定法は、連続波と、高度に安定なレーザ
ビームにより、散乱させた放射線を繰り返したたくこと
によりなされる。この方法は、速度成分に正比例するビ
ート周波数を発生する。パルス化レーザ源は、レーザの
出力を変調するパルスにより、安定な連続波レーザ源か
ら分離される。 この技術は、使用されるホモダイン周波数変換プロセス
のための基準ビームの存在を保証する。 ［００１０］ 米国特許第３８５６４０２号明細書に開示された装置の
欠点と限界は、主発振器レーザが、レーザ増幅器を使用
する送信のために、局部発振器ビームと高エネルギーパ
ルスを生成するために使用されることである。このよう
な装置は、送信機と局部発振器ビームの間で不十分な分
離を受ける。必要な分離を実施するために、前記米国特
許に記載されたような精巧な装置が必要とされる。 ［００１１］ この装置の他の欠点と限界は、高エネルギー送信パルス
を発生するのに使用される高利得レーザ増幅器が、配置
に関して非常に敏感であり、また震動や温度変化のよう
な環境的な要因に影響を受けやすいことである。 ［００１２］ 従来の他のコーヒーレント・ドツプラー・レーザレーダ
は、注入発振器におけるような、高安定低出力連続波レ
ーザを使用している。注入発振器は、パルス化された高
出力送信レーザと変調出力連続波局部発振器レーザを周
波固定するための手段を提供する。 ［００１３］ 局部発振器と送信器レーザの他に、注入発振器レーザを
使用する装置の欠点と限界は、その複雑さと大きさのた
めに、いろいろな使用には適しないことである［００１
４］ レーザレーダ装置における送信発振器と局部発振器の両
方のため、１個のパルス化レーザ源を使用することが望
まれている。この型の装置は、米国特許第４４４７１４
９号明細書に開示されている。 ［００１５］ この米国特許における装置は、１個のＱスイッチレーザ
を使用して、ヘテロダイン信号検波器に使用されるター
ゲット信号と局部発振信号の両方を発生する。 レーザパルスが発生した後に、レーザユニットは、次の
レーザパルスを発生する前に、時間の大部分のための非
常に低い信号出力レベルに維持される。 ［００１６］ これは、レーザ媒体、共振器パラメータ及び必要なパル
ス型にする時間の関数として、Ｑスイッチ送信を設定す
ることによりなされる。レーザが非常に低い信号出力レ
ベルで操作される時間中に、レーザの出力は、局部発振
器として使用され、検波ユニットに印加される前に、返
送ターゲット信号と混合される。 ［００１７］ 米国特許第４４４７１４９号明細書に開示されているレ
ーダ装置の欠点と限界は、高強度パルスと尾部の両方を
含むレーザビームが、ビームスプリッタ−に入射し、そ
れにより、全光エネルギーの１部分がターゲットに向け
られ、別の部分が局部発振器として使用されることであ
る。 ［００１８］ しかし、光ヘテロダイン検波においては、検波ノイズを
抑えるために、十分に大きな光学的力を有する局部発振
器を使用することが望ましい。 ［００１９］ 上記米国特許に開示された装置においては、パルスの高
強度部により、検波器を損傷せずに、十分な量の局部発
振力を提供することが出来ない。ビームの尾部から高強
度パルス部を分離することにより、このような問題は解
決される。またターゲットに送られる高強度パルス部に
おけるエネルギー損失により、レーザレーダの範囲は限
定される。 ［００２０］ 本発明の第１の目的は、上述の従来技術の欠点と限界を
克服することにある。 本発明の第２の目的は、検波器を損傷せずに、かつター
ゲットに向けられた高強度パルスを顕著に減衰させずに
、局部発振器と送信器の両方のための１個のし−ザ源が
最適のヘテロダイン検波をなしうるパルス化レーザレー
ダ装置を提供することにある。 本発明の第３の目的は、送信器と局部発振源との間に、
精巧な分離装置を必要とせずに、振動と温度変化のよう
な環境条件を克服した装置を提供することにある。 本発明の第４の目的は、いろいろな使用形態、特に小さ
な範囲のエビオニクスに好適な装置を提供することにあ
る。 ［００２１］
本発明によれば、伝搬コーヒーレント波エネルギーが、
高強度パルス部とほぼ低強度の尾部とを有している。エ
ネルギーが入射するスイッチ装置は、パルス部のほぼす
べてのエネルギーをターゲットの方向へ、第１伝搬路に
沿って、尾部のエネルギーのほとんどを第２伝搬路に沿
って送る。ターゲットは、パルス部をエコーパルスとし
て反射する。各パルスと尾部のそれぞれが入射する検波
器により尾部について、エコーパルスのドツプラーシフ
トが測定される。 ［００２２］ 本発明のある実施例においては、伝搬コーヒーレント波
エネルギーは、Ｑスイッチパルス化レーザ源である。レ
ーザ源共振器、パルス生成ネットワーク及びＱスイッチ
は、所望の時間形状で、１個の周波パルスを生成するよ
うになっている。スイッチ装置は、音響−光学変調器で
あり、この変調器は、Ｑスイッチレーザパルスにより発
展させられたレーザビームにより点滅させられる。 ［００２３］ 変調器は、高強度パルス部の間では「○ＦＦＪであり、
高強度パルスを第１伝搬路に沿って送信する。次に変調
器は、第２伝搬路に沿って、尾部を屈折する。 次にヘテロダイン検波器よりなる検波器は局部振幅器と
して尾部を用いる。 ［００２４］
高強度パルス部とほぼ低強度の尾部とを有している。エ
ネルギーが入射するスイッチ装置は、パルス部のほぼす
べてのエネルギーをターゲットの方向へ、第１伝搬路に
沿って、尾部のエネルギーのほとんどを第２伝搬路に沿
って送る。ターゲットは、パルス部をエコーパルスとし
て反射する。各パルスと尾部のそれぞれが入射する検波
器により尾部について、エコーパルスのドツプラーシフ
トが測定される。 ［００２２］ 本発明のある実施例においては、伝搬コーヒーレント波
エネルギーは、Ｑスイッチパルス化レーザ源である。レ
ーザ源共振器、パルス生成ネットワーク及びＱスイッチ
は、所望の時間形状で、１個の周波パルスを生成するよ
うになっている。スイッチ装置は、音響−光学変調器で
あり、この変調器は、Ｑスイッチレーザパルスにより発
展させられたレーザビームにより点滅させられる。 ［００２３］ 変調器は、高強度パルス部の間では「○ＦＦＪであり、
高強度パルスを第１伝搬路に沿って送信する。次に変調
器は、第２伝搬路に沿って、尾部を屈折する。 次にヘテロダイン検波器よりなる検波器は局部振幅器と
して尾部を用いる。 ［００２４］
本発明の顕著の利点は、最適のヘテロダイン検波をなし
つつ、顕著に減衰させずに、局部振幅器と高強度パルス
の送信に使用されるように、１個のレーザ源を切り換え
るべく音響−光学変調器が使用されることである。 もう１つの利点は、精巧な分離装置を不要としたことで
ある。 ［００２５］ 本発明による装置は、多くの実際的な使用、特に小さな
範囲のエビオニクスに好適であり、かつ簡単で、コンパ
クトな構造となっている。 本発明による前記及び他の利点、目的、特徴について、
添付図面に基づき以下に説明する。 ［００２６］
つつ、顕著に減衰させずに、局部振幅器と高強度パルス
の送信に使用されるように、１個のレーザ源を切り換え
るべく音響−光学変調器が使用されることである。 もう１つの利点は、精巧な分離装置を不要としたことで
ある。 ［００２５］ 本発明による装置は、多くの実際的な使用、特に小さな
範囲のエビオニクスに好適であり、かつ簡単で、コンパ
クトな構造となっている。 本発明による前記及び他の利点、目的、特徴について、
添付図面に基づき以下に説明する。 ［００２６］
図１と図２は、パルス化コーヒーレント・ドツプラー・
レーザ・レーダ装置（１０）が示されている。 ［００２７］ このレーダ装置（１０）は、１個のパルス化レーザ源（
１２）よりなるエネルギー源を備えている。レーザ源（
１２）は、Ｑ切換パルス化レーザ源よりなり、レーザビ
ーム（１４）を発射する。レーザビーム（１４）は、図
２に示されているように、高強度パルス部（１６）と低
強度尾部（１８）よりなっている。レーザ源（１２）は
、１個の周波数パルスを生成する。この周波数パルスは
、ターゲットまでのレーザパルスの往復時間中に安定で
ある。 ［００２８］ レーザビーム（１４）は、音響−光学変調器（２０）を
点滅する。音響−光学変調器（２０）は、スイッチとし
て機能し、第１伝搬路（２２）に沿って、パルス部（１
６）のほぼすべてのエネルギーを伝達し、第２伝搬路（
２４）に沿って、尾部（１８）のほぼすべてのエネルギ
ーを伝達するようになっている。 ［００２９］ 従来知られているように、音響−光学変調器（２０）は
、ブラッグ回折原理に基づいて操作される。音響−光学
変調器（２０）のスイッチ作用は、レーザ源内でのレー
ザＱスイッチの点火により同期化される。 音響−光学変調器（２０）のスイッチ作用のタイミング
は、図２に示されている。 ［００３０］ 音響−光学変調器（２０）は、高強度パルス部（１６）
の伝搬中には「ＯＦＦ」であり、尾部（１８）の伝搬の
間には「ＯＮＪである。 高強度パルス部（１６）の次の発生のために切られる前
に、尾部（１８）の間で、レーザビーム（１４）を存続
させるために、音響−光学変調器（２０）は「ＯＮＪに
維持される。 ［００３１］ 音響−光学変調器（２０）が「ｏＦＦ」であると、高強
度パルス部（１６）は顕著に減衰することなく、変調器
（２０）の中を通る。しかし「ＯＮ」であると尾部（１
８）は減衰する。 ［００３２］ パルス部（１６）のエネルギーの一部は、ターゲットに
より逆向きに散乱され第１伝搬路（２２）に沿って、受
信信号として戻される。ヘテロダイン検波器（２８）は
、尾部（１８）と受信信号（２６）の両方によって点滅
させられる。 ヘテロダイン検波器（２８）は、局部発振器として尾部
に使用され、尾部（１８）に対する受信信号（２６）の
ドツプラーシフトを測定する。ターゲットは、大気中の
エーロゾルであるのがよい。 第１伝搬路（２２）に対するこれらのエーロゾルの相対
速度を測定することにより、清浄な空気の乱れが検出さ
れる。 ［００３３］ 音響−光学変調器（２０）は、光学スイッチ装置として
の機能の他に、尾部（１８）の周波数をアップシフトす
る。 周波数の局部発振器シフトは、ヘテロダイン検波の固定
システム及び飛行システムにおいて、飛行運動による大
きなドツプラー周波数シフトを補償するのに必要である
。 ［００３４］ レーダ装置（１０）について更に説明する。 第１伝搬路（２２）に偏波ビームスプリッタ−（３０）
が設けられている。ビームスプリッタ−（３０）により
、高強度パルス部（１６）をターゲットの方向に向け、
以下に説明するように、受信信号（２６）をヘテロダイ
ン検波器（２８）の方向へ屈折させる。 ［００３５］ 偏波ビームスプリッタ−（３０）には、すべて直角方向
に偏光したレーザパルス部（１６）が通ることが必須で
ある。次に高強度パルス部（１６）が、四分の一波長板
（３３）により、円形に偏波され、ミラー（３５）によ
り送信器／受信器テレスコープ（４０）を介して、方向
を変えられる。受信信号（２６）は、テレスコープ（４
０）により集められ、四分の一波長板（３３）に送られ
る。受信信号（２６）は偏波され、円形から水平に変換
され、偏波ビームスプリッタ−（３０）に反射される。 受信信号（２６）は偏波ビームスプリッタ−（３０）に
より、ビームスプリッタ−（３２）に送られ、レンズ（
３７）により検波器（２８）に集められる。 ［００３６］ レーザビームの尾部（１８）をヘテロダイン検波器（２
８）に送るなめに、第１ミラー（３４）が第２伝搬路（
２２）に設けられている。第１ミラー（３４）により反
射した尾部（１８）は、第２ミラー（３６）に入射する
。 ［００３７］ 偏波を垂直から水平に変え、受信信号の偏波に合わせる
ために、第２ミラー（３６）により、尾部（１８）を二
分の一波長板（３９）の方向へ送る。ビームスプリッタ
−（３２）で、そのエネルギーの一部を受信信号（２６
）の伝搬路に転換することにより、尾部（１８）を、受
信信号（２６）と結合する。 ［００３８］ レンズ（３７）により、受信信号（２６）と尾部（１８
）の一部をヘテロダイン検波器（２８）に集める。ヘテ
ロダイン検波器（２８）の出力は、増幅器（４１）によ
り増幅され、ディジタル信号プロセッサ（５０）により
、ディジタル化されて処理される。ヘテロダイン検波器
（２８）の出力信号は、音響−光学変調器（−２０）の
周波数により差し引きされた、発信された放射線と受信
された放射線との間のドツプラーシフトに等しい周波数
を持っている。 ［００３９］ 第１伝搬路（２２）に沿っての第１ビームスプリッタ−
（３０）に続いて、レータ装置（１０）の範囲を増大さ
せるために、第１ビームスプリッタ−（３０）とターゲ
ットの間に、テレスコープ（４０）が設けられている。 ［００４０］ このテレスコープ（４０）は、凸面ミラー（４４）と楕
円ミラー（４６）よりなるオフ軸ダル・カークハム（ｏ
ｆｆ−ａｘｉｓ Ｄａｌｌ Ｋｉｒｋｈａｍ）で構
成されている。 ［００４１］ 前述のレーダ装置（１０）は、大気中の風を検知するの
に特に有用である。上記したように、エーロゾルは高強
度パルス部（１６）を散乱させ、その反射を受信信号（
２６）として返送する。高強度部（１６）の発信された
パルス幅は、大気エーロゾルバックスキャツタ−に関わ
る相関時間とほぼ同じになるように選択される。 ［００４２］ ２．１ミクロン波長で作動すると、大気相関時間は約２
００ナノ秒である。２００ナノ秒のパルス幅は理想的な
サンプル時間を考慮したもので、６０ｍの経路解像度に
対応している。尾部（１８）を含む全レーザパルス幅は
、送信された高強度パルス幅（１６）の循環行程時間と
等しいが、それよりも長い。 ［００４３］ 複数の整列は、ディジタル信号プロセッサ（５０）によ
る処理の際の基準として、レーザ源（１２）の開始時間
を使用してなされる。大気エーロゾルからの受信信号（
２６）の受信と処理は、送信したパルス（１６）の幅と
等しい一時的なウィンドウでなされる。ウィンドウの一
部は、異なる範囲に対応する返送信号を受信したり処理
したりするのに使用される。 ［００４４］ 上記では、遠く離れた風を検知するため新規なパルス・
コーヒーレント・ドツプラー・レーザレーダについて述
べた。 当業者であれば、ここに述べた発明の原理を逸脱しない
限り、幾多の変更や修正をなすことが出来る。従って、
本発明は、特許請求の範囲によってのみ定義されるもの
である。
レーザ・レーダ装置（１０）が示されている。 ［００２７］ このレーダ装置（１０）は、１個のパルス化レーザ源（
１２）よりなるエネルギー源を備えている。レーザ源（
１２）は、Ｑ切換パルス化レーザ源よりなり、レーザビ
ーム（１４）を発射する。レーザビーム（１４）は、図
２に示されているように、高強度パルス部（１６）と低
強度尾部（１８）よりなっている。レーザ源（１２）は
、１個の周波数パルスを生成する。この周波数パルスは
、ターゲットまでのレーザパルスの往復時間中に安定で
ある。 ［００２８］ レーザビーム（１４）は、音響−光学変調器（２０）を
点滅する。音響−光学変調器（２０）は、スイッチとし
て機能し、第１伝搬路（２２）に沿って、パルス部（１
６）のほぼすべてのエネルギーを伝達し、第２伝搬路（
２４）に沿って、尾部（１８）のほぼすべてのエネルギ
ーを伝達するようになっている。 ［００２９］ 従来知られているように、音響−光学変調器（２０）は
、ブラッグ回折原理に基づいて操作される。音響−光学
変調器（２０）のスイッチ作用は、レーザ源内でのレー
ザＱスイッチの点火により同期化される。 音響−光学変調器（２０）のスイッチ作用のタイミング
は、図２に示されている。 ［００３０］ 音響−光学変調器（２０）は、高強度パルス部（１６）
の伝搬中には「ＯＦＦ」であり、尾部（１８）の伝搬の
間には「ＯＮＪである。 高強度パルス部（１６）の次の発生のために切られる前
に、尾部（１８）の間で、レーザビーム（１４）を存続
させるために、音響−光学変調器（２０）は「ＯＮＪに
維持される。 ［００３１］ 音響−光学変調器（２０）が「ｏＦＦ」であると、高強
度パルス部（１６）は顕著に減衰することなく、変調器
（２０）の中を通る。しかし「ＯＮ」であると尾部（１
８）は減衰する。 ［００３２］ パルス部（１６）のエネルギーの一部は、ターゲットに
より逆向きに散乱され第１伝搬路（２２）に沿って、受
信信号として戻される。ヘテロダイン検波器（２８）は
、尾部（１８）と受信信号（２６）の両方によって点滅
させられる。 ヘテロダイン検波器（２８）は、局部発振器として尾部
に使用され、尾部（１８）に対する受信信号（２６）の
ドツプラーシフトを測定する。ターゲットは、大気中の
エーロゾルであるのがよい。 第１伝搬路（２２）に対するこれらのエーロゾルの相対
速度を測定することにより、清浄な空気の乱れが検出さ
れる。 ［００３３］ 音響−光学変調器（２０）は、光学スイッチ装置として
の機能の他に、尾部（１８）の周波数をアップシフトす
る。 周波数の局部発振器シフトは、ヘテロダイン検波の固定
システム及び飛行システムにおいて、飛行運動による大
きなドツプラー周波数シフトを補償するのに必要である
。 ［００３４］ レーダ装置（１０）について更に説明する。 第１伝搬路（２２）に偏波ビームスプリッタ−（３０）
が設けられている。ビームスプリッタ−（３０）により
、高強度パルス部（１６）をターゲットの方向に向け、
以下に説明するように、受信信号（２６）をヘテロダイ
ン検波器（２８）の方向へ屈折させる。 ［００３５］ 偏波ビームスプリッタ−（３０）には、すべて直角方向
に偏光したレーザパルス部（１６）が通ることが必須で
ある。次に高強度パルス部（１６）が、四分の一波長板
（３３）により、円形に偏波され、ミラー（３５）によ
り送信器／受信器テレスコープ（４０）を介して、方向
を変えられる。受信信号（２６）は、テレスコープ（４
０）により集められ、四分の一波長板（３３）に送られ
る。受信信号（２６）は偏波され、円形から水平に変換
され、偏波ビームスプリッタ−（３０）に反射される。 受信信号（２６）は偏波ビームスプリッタ−（３０）に
より、ビームスプリッタ−（３２）に送られ、レンズ（
３７）により検波器（２８）に集められる。 ［００３６］ レーザビームの尾部（１８）をヘテロダイン検波器（２
８）に送るなめに、第１ミラー（３４）が第２伝搬路（
２２）に設けられている。第１ミラー（３４）により反
射した尾部（１８）は、第２ミラー（３６）に入射する
。 ［００３７］ 偏波を垂直から水平に変え、受信信号の偏波に合わせる
ために、第２ミラー（３６）により、尾部（１８）を二
分の一波長板（３９）の方向へ送る。ビームスプリッタ
−（３２）で、そのエネルギーの一部を受信信号（２６
）の伝搬路に転換することにより、尾部（１８）を、受
信信号（２６）と結合する。 ［００３８］ レンズ（３７）により、受信信号（２６）と尾部（１８
）の一部をヘテロダイン検波器（２８）に集める。ヘテ
ロダイン検波器（２８）の出力は、増幅器（４１）によ
り増幅され、ディジタル信号プロセッサ（５０）により
、ディジタル化されて処理される。ヘテロダイン検波器
（２８）の出力信号は、音響−光学変調器（−２０）の
周波数により差し引きされた、発信された放射線と受信
された放射線との間のドツプラーシフトに等しい周波数
を持っている。 ［００３９］ 第１伝搬路（２２）に沿っての第１ビームスプリッタ−
（３０）に続いて、レータ装置（１０）の範囲を増大さ
せるために、第１ビームスプリッタ−（３０）とターゲ
ットの間に、テレスコープ（４０）が設けられている。 ［００４０］ このテレスコープ（４０）は、凸面ミラー（４４）と楕
円ミラー（４６）よりなるオフ軸ダル・カークハム（ｏ
ｆｆ−ａｘｉｓ Ｄａｌｌ Ｋｉｒｋｈａｍ）で構
成されている。 ［００４１］ 前述のレーダ装置（１０）は、大気中の風を検知するの
に特に有用である。上記したように、エーロゾルは高強
度パルス部（１６）を散乱させ、その反射を受信信号（
２６）として返送する。高強度部（１６）の発信された
パルス幅は、大気エーロゾルバックスキャツタ−に関わ
る相関時間とほぼ同じになるように選択される。 ［００４２］ ２．１ミクロン波長で作動すると、大気相関時間は約２
００ナノ秒である。２００ナノ秒のパルス幅は理想的な
サンプル時間を考慮したもので、６０ｍの経路解像度に
対応している。尾部（１８）を含む全レーザパルス幅は
、送信された高強度パルス幅（１６）の循環行程時間と
等しいが、それよりも長い。 ［００４３］ 複数の整列は、ディジタル信号プロセッサ（５０）によ
る処理の際の基準として、レーザ源（１２）の開始時間
を使用してなされる。大気エーロゾルからの受信信号（
２６）の受信と処理は、送信したパルス（１６）の幅と
等しい一時的なウィンドウでなされる。ウィンドウの一
部は、異なる範囲に対応する返送信号を受信したり処理
したりするのに使用される。 ［００４４］ 上記では、遠く離れた風を検知するため新規なパルス・
コーヒーレント・ドツプラー・レーザレーダについて述
べた。 当業者であれば、ここに述べた発明の原理を逸脱しない
限り、幾多の変更や修正をなすことが出来る。従って、
本発明は、特許請求の範囲によってのみ定義されるもの
である。
【図１】
本発明による、１個のレーザ源を使用するパルス化レー
ザ装置のプロ・ツク図である。
ザ装置のプロ・ツク図である。
【図２】
図１の装置に使用される、高強度パルス部と尾部よりな
るレーザ出力波の波形を示す図である。
るレーザ出力波の波形を示す図である。
（１０） レーダ装置 （１２） パルス化レー
ザ源（１４） レーザビーム （１６） 高強度パ
ルス部（１８） 尾部 （２０） 音響−
光学変調器（２２） 第１伝搬路 （２４） 第
２伝搬路（２６） 受信信号 （２８） ヘテ
ロダイン検波器（３０） 偏波ビームスプリッタ−（３
３） 四分の一波長板（３４） 第１ミラー 、
（３５） ミラー（３６） 第２ミラー （
３９） 二分の一波長板（４０） テレスコープ
（４１） 増幅器（４４） ミラー （
４６） 楕円ミラー
ザ源（１４） レーザビーム （１６） 高強度パ
ルス部（１８） 尾部 （２０） 音響−
光学変調器（２２） 第１伝搬路 （２４） 第
２伝搬路（２６） 受信信号 （２８） ヘテ
ロダイン検波器（３０） 偏波ビームスプリッタ−（３
３） 四分の一波長板（３４） 第１ミラー 、
（３５） ミラー（３６） 第２ミラー （
３９） 二分の一波長板（４０） テレスコープ
（４１） 増幅器（４４） ミラー （
４６） 楕円ミラー
【図１】
図面
【図２】
ＦＩＧ。
Ｃ
Claims (12)
- 【請求項１】高強度パルス部と低強度の尾部よりなる伝
搬コーヒーレント波エネルギーのためのエネルギー源と
、 前記エネルギーが入射して、前記パルス部のほぼすべて
のエネルギーが第１伝搬路に沿ってターゲットの方向へ
送られ、前記尾部のほぼすべてのエネルギーが第２伝搬
路に沿って送られるようにするためのスイッチ装置とを
備え、前記ターゲットが受信信号として前記パルス部を
反射しており、更に前記受信信号と前記尾部のそれぞれ
が入射して、前記尾部に対する前記受信信号のドップラ
ーシフトを測定するための検波器を備えるレーザレーダ
装置。 - 【請求項２】エネルギー源が、パルスの存在時間中に安
定な１個の周波パルスを生成するＱスイッチパルス化レ
ーザ源である請求項１のレーザレーダ装置。 - 【請求項３】スイッチ装置が音響−光学変調器であり、
エネルギーがレーザエネルギーである請求項１のレーザ
レーダ装置。 - 【請求項４】検波器がヘテロダイン検波器である請求項
１のレーザレーダ装置。 - 【請求項５】高強度パルス部と、低強度の尾部を有する
レーザビームを発生するＱスイッチパルス化レーザ源と
、 前記レーザビームにより点滅され、切り換えることによ
り、第１伝搬路に沿ってターゲットの方向へ前記パルス
部を送り、第２伝搬路に沿って前記尾部を送るための音
響−光学変調器とを備え、 前記ターゲットが前記パルス部を受信信号として反射し
、更に、前記尾部と前記受信信号のそれぞれにより点滅
され、前記局部発振器として、前記尾部を用いるヘテロ
ダイン検波器を有する、パルス化コーヒーレント・ドッ
プラー・レーザレーダ。 - 【請求項６】第１伝搬路に偏光ビームスプリッターが設
けられ、このビームスプリッターがターゲットに向かっ
て四分の一波長板の方向へパルス部を送り、第１伝搬路
に沿い、検波器の方向へ、返送された受信信号を屈折さ
せる請求項５のレーザレーダ。 - 【請求項７】ビームスプリッターとターゲットの間に、
四分の一波長板が設けられている請求項６のレーザレー
ダ。 - 【請求項８】検波器を点滅させる前に、尾部と受信信号
を結合する第２のビームスプリッターが設けられている
請求項６のレーザレーダ。 - 【請求項９】第２伝搬路に設けた第１ミラーと、前記第
１ミラーで反射された尾部を第２ビームスプリッターへ
と送る第２ミラーを備える請求項８のレーザレーダ。 - 【請求項１０】第１ミラーと第２ビームスプリッターの
間に、二分の一波長板が設けられている請求項９のレー
ザレーダ。 - 【請求項１１】第１伝搬路に沿って第１ビームスプリッ
ターとターゲットの間に、テレスコープが設けられてい
る請求項６のレーザレーダ。 - 【請求項１２】音響−光学変調器周波数が、尾部をアッ
プシフトするようになっている請求項５のレーザレーダ
。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US449975 | 1989-12-12 | ||
| US07/449,975 US4995720A (en) | 1989-12-12 | 1989-12-12 | Pulsed coherent Doppler laser radar |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03252586A true JPH03252586A (ja) | 1991-11-11 |
Family
ID=23786236
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2409701A Pending JPH03252586A (ja) | 1989-12-12 | 1990-12-11 | レーザレーダ装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4995720A (ja) |
| EP (1) | EP0432887A3 (ja) |
| JP (1) | JPH03252586A (ja) |
| AU (1) | AU625478B2 (ja) |
| CA (1) | CA2025008A1 (ja) |
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| JP2009115696A (ja) * | 2007-11-08 | 2009-05-28 | Mitsubishi Electric Corp | 光波レーダ装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0432887A3 (en) | 1992-09-09 |
| US4995720A (en) | 1991-02-26 |
| AU6220490A (en) | 1991-06-20 |
| AU625478B2 (en) | 1992-07-09 |
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| CA2025008A1 (en) | 1991-06-13 |
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