JPH0815433A - レーザ通信兼測距装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】レーザ光を使用した通信及び測距を同時に行な
うことを可能にする。 【構成】レーザ送信器としての光変調装置５１と、レー
ザ受信機としての光復調装置５２と、距離計測のための
計測信号の生成、及び自装置で生成した計測信号の送信
から受信までの時間差をもとにした距離の算出、並びに
情報交信並びに距離の確認を行なう相手側装置よりの計
測信号に遅れ時間情報を付加して返信する機能を有する
時間差検出装置５０２と、時間差検出装置５０２によっ
て生成された計測信号及び情報交信用の信号を送信のた
めに多重化して光変調装置に出力する多重変換装置５０
１と、光復調装置５２によって受信された多重化信号を
情報交信用の元の信号及び計測信号に復元して、復元し
た計測信号を時間差検出装置５０２に出力する多重変換
装置５０３とを具備して構成し、相対的に移動する複数
の移動体に設けられたレーザ通信兼測距装置間で情報交
信並びに距離の測定をする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば相対的に移動す
る複数の移動体相互間において測距及び通信を行なうレ
ーザ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のレーザ光を使用した通信及び測距
手法は、それぞれ以下（１）（２）に説明するとおりで
あり、その両者を同時に達成するものはない。 （１）レーザ光による通信手法 図４は、双方向の多重通信が可能なレーザ通信装置の構
成例を示している。

【０００３】レーザ通信装置Ａは、信号処理器１、光変
調装置２、及び光復調装置３をもって構成される。さら
に、信号処理器１は、多重変換装置１１及び多重変換装
置１２から構成される。

【０００４】また、レーザ通信装置Ｂは、同様に、信号
処理器４、光変調装置５、及び光復調装置６をもって構
成される。さらに、信号処理器４は、多重変換装置４１
及び多重変換装置４２から構成される。

【０００５】いま、レーザ通信装置Ａに対して、外部か
ら信号Ａまたは信号Ａ〜Ｘ（以下、「信号Ａ」とい
う。）が与えられると、信号処理器１の多重変換装置１
１に入力される。多重変換装置１１は、時分割多重化あ
るいは周波数分割多重化等の手法によって、複数の信号
Ａを重ね合わせ、光変調装置２に送出する。光変調装置
２は、信号Ａを電気／レーザ光変換し、レーザ光として
空間へ放射する。

【０００６】レーザ光となった信号Ａは、レーザ通信装
置Ｂの光復調装置６に達し、ここでレーザ光／電気変換
され、電気信号に置き換えられる。光復調装置６は、電
気信号となったＡを、信号処理器４内の多重変換装置４
２へ送出する。多重変換装置４２は、信号Ａを多重化す
る前の信号Ａまたは信号Ａ〜Ｘに復元して、外部へ伝え
る。これにより、レーザ通信装置Ａからレーザ通信装置
Ｂへの送信が行われる。

【０００７】同時に、レーザ通信装置Ｂからレーザ通信
装置Ａへの送信も、信号ａまたは信号ａ〜ｘが信号処理
器４の多重変換装置４１に入力されると、前述したレー
ザ通信装置Ａからレーザ通信Ｂへの送信と同じようにし
て、多重変換装置４１、光変調装置５、光復調装置３、
多重変換装置１２を介して、同時に行われる。

【０００８】（２）レーザ光による測距手法 図５は、レーザ光の反射を利用したレーザ測距装置の構
成例を示している。レーザ測距装置は、時間差検出装置
１５、光変調装置２、光復調装置３、及び反射器７をも
って構成される。

【０００９】まず、距離を測定したい地点に反射器７を
設置しておく。測距を行なう場合には、時間差検出装置
１５で生成されたバースト状の計測信号ａを光変調装置
２へ伝達し、光変調装置２によって電気信号をレーザ光
に変換した後、反射器７へ向け放射する。

【００１０】反射器７で反射されたレーザ光は、光復調
装置３によって電気信号に変換され、バースト状の計測
信号ａ′となって時間差検出装置１５に戻される。時間
差検出装置１５は、計測信号を送信した時刻と同信号を
受信した時刻の時間差（遅れ時間）を検出し、光の速度
と遅れ時間から反射器７までの距離を演算、距離信号と
して外部へ出力する。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】このように従来では、
レーザ光を使用した通信及び測距を同時に行なう場合、
それぞれ独立したレーザ通信装置及びレーザ測距装置を
併設しなければならず、また独立した２つ装置が必要と
なるため高価なものとなってしまう。

【００１２】本発明は前記のような事情を考慮してなさ
れたもので、レーザ光を使用した通信及び測距を同時に
行なうことが可能なレーザ通信兼測距装置を提供するこ
とを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、相対的に移動
する複数の移動体相互間の情報交信並びに距離の測定を
行なうためのレーザ通信兼測距装置であって、前記レー
ザ通信兼測距装置は、レーザ送信器としての光変調装置
と、レーザ受信機としての光復調装置と、距離計測のた
めの計測信号の生成、及び自装置で生成した前記計測信
号の送信から受信までの時間差をもとにした距離の算
出、並びに情報交信並びに距離の確認を行なう相手側装
置よりの計測信号に遅れ時間情報を付加して返信する機
能を有する時間差検出装置と、前記時間差検出装置によ
って生成された計測信号及び情報交信用の信号を送信の
ために多重化して前記光変調装置に出力する第１の多重
変換装置と、前記光復調装置によって受信された多重化
信号を情報交信用の元の信号及び計測信号に復元して、
復元した計測信号を前記時間差検出装置に出力する第２
の多重変換装置とを具備し、前記レーザ通信兼測距装置
間で情報交信並びに距離の測定を同時に行なうことを特
徴とする。

【００１４】

【作用】このような手段を採ることにより、その働きは
次のようにあらわれる。すなわち、相対的に移動する複
数の移動体の各々にレーザ送・受信器としての光変調装
置と光復調装置等を備え、送・受信用の二つの多重変換
装置に加え時間差検出装置を内蔵した信号処理器を設備
することによって、移動体間のレーザ通信と測距が同時
に可能となる本発明であるが、その作用・働きについて
以下に述べる。（通信そのものについては省略） レーザ通信兼測距装置の通信は複数の信号を同時に送受
できる。この数を通信回線数というが、この内の一つの
回線を測距（距離の測定）するための計測信号の送受用
に割り当てておく。

【００１５】Ａ移動体とＢ移動体との測距をＡ移動体側
より行う場合についていえば、Ａの信号処理器内に設け
た時間差検出装置で生成された計測信号を、前述の測距
用の通信回線を通じてＢ移動体のレーザ通信兼測距装置
に送信する。

【００１６】受信したＢ側装置の時間差検出装置では、
受信した計測信号が自らが生成したものか否かを判断
し、否の場合はその計測信号にＢ側装置内での遅れ時間
情報を付加し、再度、測距用の通信回線を通じＡ移動体
のレーザ通信兼測距装置へ送り返す。

【００１７】Ａ移動体の装置に返ってきた計測信号は、
その時間差検出装置へ送られ、同装置はその信号が自ら
生成したものか否かを判断する。この場合、自ら生成し
た計測信号となるので、送信から受信までの時間差及び
Ａ移動体装置内での遅れ時間並びにＢ移動体装置で付加
された遅れ時間情報から距離を演算し同装置外部に出力
する。上記は、Ｂ移動体側からのＡ移動体に対する測距
も同様の手順で行われる。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の一実施例を説
明する。図１は本実施例に係わるレーザ通信兼測距装置
の構成を示すブロック図である。本発明によるレーザ通
信兼測距装置は、レーザ光を使用した通信及び測距（距
離の測定）を同時に行なうことが可能である。

【００１９】図１に示すように、本実施例のレーザ通信
兼測距装置は、一対のレーザ通信兼測距装置Ａ，Ｂによ
って構成されている。レーザ通信兼測距装置Ａは、信号
処理器５０、光変調装置５１、光復調装置５２をもって
構成される。さらに、信号処理器５０は、多重変換装置
５０１、時間差検出装置５０２、及び多重変換装置５０
３から構成される。

【００２０】多重変換装置５０１は、複数の信号Ａ〜
Ｘ、及び時間差検出装置５０２から出力される計測信号
αを、時分割多重化手法あるいは周波数分割多重化手法
等によって多重化する送信用の変換装置である。

【００２１】時間差検出装置５０２は、自装置で測距を
行なうための計測信号αの生成、及び計測信号αの送信
から、レーザ通信兼測距装置Ｂを介して計測信号αが受
信されるまでの時間差をもとにした距離算出、並びに相
手のレーザ通信兼測距装置Ｂから送られてくる計測信号
βへ遅れ情報（詳細については後述する）を付加するも
のである。

【００２２】多重変換装置５０３は、レーザ通信兼測距
装置Ｂにおいて多重化された信号を、元の信号ａ〜ｘ及
び測距のための計測信号に復元する受信用の変換装置で
ある。

【００２３】光変調装置５１は、多重変換装置５０１か
ら出力された多重化された信号について、電気／レーザ
光変換し、レーザ光として空間（レーザ通信兼測距装置
Ｂの光復調装置６２に向けて）へ放射するレーザ送信機
である。

【００２４】光復調装置５２は、レーザ通信兼測距装置
Ｂの光変調装置６１から出力されたレーザ光を、レーザ
光／電気変換し、電気信号として多重変換装置５０３へ
出力するレーザ受信機である。

【００２５】レーザ通信兼測距装置Ｂは、信号処理器６
０、光変調装置６１、光復調装置６２をもって構成され
る。さらに、信号処理器６０は、多重変換装置６０１、
時間差検出装置６０２、及び多重変換装置６０３から構
成される。

【００２６】多重変換装置６０１は、複数の信号ａ〜
ｘ、及び時間差検出装置６０２から出力される計測信号
βを、時分割多重化手法あるいは周波数分割多重化手法
等によって多重化する送信用の変換装置である。

【００２７】時間差検出装置６０２は、自装置で測距を
行なうための計測信号βの生成、及び計測信号βの送信
から、レーザ通信兼測距装置Ａを介して計測信号βが受
信までの時間差をもとにした距離算出、並びに相手のレ
ーザ通信兼測距装置Ａから送られてくる計測信号へ遅れ
情報を付加するものである。

【００２８】多重変換装置６０３は、レーザ通信兼測距
装置Ａにおいて多重化された信号を、元の信号Ａ〜Ｘ及
び測距のための計測信号に復元する受信用の変換装置で
ある。

【００２９】光変調装置６１は、多重変換装置６０１か
ら出力された多重化された信号について、電気／レーザ
光変換し、レーザ光として空間（レーザ通信兼測距装置
Ａの光復調装置５２に向けて）へ放射するレーザ送信機
である。

【００３０】光復調装置６２は、レーザ通信兼測距装置
Ａの光変調装置５１から出力されたレーザ光を、レーザ
光／電気変換し、電気信号として多重変換装置６０３へ
出力するレーザ受信機である。

【００３１】以下に、レーザ通信兼測距装置の動作
（（１）通信機能、（２）測距機能）について説明す
る。 （１）通信機能 いま、レーザ通信兼測距装置Ａに対して、外部から信号
Ａまたは信号Ａ〜Ｘ（以下、「信号Ａ」という。）が与
えられると、信号処理器５０の多重変換装置５０１に入
力される。多重変換装置５０１は、時分割多重化あるい
は周波数分割多重化等の手法によって、複数の信号Ａを
重ね合わせ、光変調装置５１に送出する。光変調装置５
１は、信号Ａを電気／レーザ光変換し、レーザ光として
空間へ放射する。

【００３２】レーザ光となった信号Ａは、レーザ通信兼
測距装置Ｂの光復調装置６２に達し、ここでレーザ光／
電気変換され、電気信号に置き換えられる。光復調装置
６２は、電気信号となった信号Ａを、信号処理器６０内
の多重変換装置６０３へ送出する。多重変換装置６０３
は、信号Ａを多重化する前の信号Ａまたは信号Ａ〜Ｘに
復元して、外部へ伝える。これにより、レーザ通信兼測
距装置Ａからレーザ通信兼測距装置Ｂへの送信が行なわ
れる。

【００３３】同時に、レーザ通信兼測距装置Ｂからレー
ザ通信兼測距装置Ａへの送信も、信号ａまたは信号ａ〜
ｘが信号処理器６０の多重変換装置６０１に入力される
と、前述したレーザ通信兼測距装置Ａからレーザ通信兼
測距装置Ｂへの送信と同じようにして、多重変換装置６
０１、光変調装置６１、光復調装置５２、多重変換装置
５０３を介して、同時に行われる。 （２）測距機能 レーザ通信兼測距装置Ａ，Ｂ間の通信では、同時に複数
（通信回線数）の信号を送受することができが、このう
ちの１つの信号を送受信する回線を、測距（距離の測
定）するために用いる計測信号の送受用に割り当ててお
く。

【００３４】いま、レーザ通信兼測距装置Ａで測距する
場合、レーザ通信兼測距装置Ａ内の時間差検出装置５０
２は、計測信号αを生成し、前述した測距用に割り当て
られた通信回線を通じて、レーザ通信兼測距装置Ｂへ送
出する。

【００３５】なお、計測信号αは、レーザ通信兼測距装
置Ａで生成されたことを示す固有情報（デジタル符号化
信号等で成る情報で、以下「機器識別情報Ａ」とい
う。）を含んで構成されている。

【００３６】図２にはレーザ通信兼測距装置Ａ，Ｂにお
ける計測信号の送受信のタイミングを示している。以
下、図２を参照しながら説明する。レーザ通信兼測距装
置Ａからは、図２（ａ）に示すタイミングで計測信号α
（機器識別情報Ａ）が送信されたものとする。

【００３７】レーザ通信兼測距装置Ｂ内の時間差検出装
置６０２は、レーザ通信兼測距装置Ａからの計測信号α
を、光復調装置６２、多重変換装置６０３を介して入力
する。時間差検出装置６０２は、送られてきた計測信号
が、自装置６０２が生成したものか否かを計測信号中の
機器識別情報に基づいて判断する。

【００３８】この判断の結果、自装置６０２で生成した
ものでないと判断した場合、時間差検出装置６０２は、
図２（ｂ）（ｃ）に示すように、送られてきた計測信号
αに、レーザ通信兼測距装置Ｂ内での遅れ時間に応じた
遅れ情報、及びレーザ通信兼測距装置Ｂの機器識別情報
Ｂを計測信号α′として付加し、多重変換装置６０１に
出力する。

【００３９】多重変換装置６０１は、光変調装置６１を
介して測距用の通信回線を通じ、計測信号α′をレーザ
通信兼測距装置Ａへ送り返す。レーザ通信兼測距装置Ｂ
からレーザ通信兼測距装置Ａに帰ってきた計測信号は、
レーザ通信兼測距装置Ａ内の光復調装置５２、多重変換
装置５０３を介して時間差検出装置５０２へ送り込まれ
る。

【００４０】時間差検出装置５０２は、レーザ通信兼測
距装置Ｂから送られてきた計測信号が、自装置５０２で
生成したものか否かを計測信号中の機器識別情報に基づ
いて判断する。

【００４１】この判断の結果、計測信号中の機器識別情
報が機器識別情報Ａと一致した場合、自装置５０２で生
成した計測信号と判断される。この場合、時間差検出装
置５０２は、図２（ｄ）に示すように、計測信号αを送
信してからレーザ通信兼測距装置Ｂを介して受信するま
での時間差、及びレーザ通信兼測距装置Ａ内での遅れ時
間並びにレーザ通信兼測距装置Ｂ内で付加された遅れ情
報とレーザ通信兼測距装置Ｂの機器識別情報を含む計測
信号α′に基づいて、レーザ通信兼測距装置Ａからレー
ザ通信兼測距装置Ｂまでの距離を示す情報への変換を行
い外部へ出力する。

【００４２】一方、レーザ通信兼測距装置Ｂで測距する
場合には、時間差検出装置６０２において計測信号βを
生成し、レーザ通信兼測距装置Ａを介して受信される計
測信号に基づいて、前述した説明と同様の手順で距離を
示す情報を求める。

【００４３】次に、「機器識別情報」の処理例を、前述
のレーザ通信兼測距装置Ａで測距する場合について、図
３を参照しながら以下に述べる。いま、機器識別情報
は、デジタル信号の４ｂｉｔをもって構成され、遅れ情
報は、デジタル信号の８ｂｉｔをもって構成されている
とする。ここで、レーザ通信兼測距装置Ａの機器識別情
報を「５」、レーザ通信兼測距装置Ｂの機器識別情報を
「６」、レーザ通信兼測距装置の遅れ時間を「１０ｍ
ｓ」とすると、計測信号の構成は、図３（ａ）に示す計
測信号の構成のとおりとなる。

【００４４】すなわち、機器識別情報を１６進コードで
表し、機器識別情報「５」に対して「０１０１」、機器
識別情報「６」に対して「０１１０」のビット列とな
り、さらに送れ情報をＢＣＤコードで表し、「１０ｍ
ｓ」に対して「０００１００００」のビット列となる。

【００４５】ただし、各信号の順序、及びｂｉｔ構成
は、予め規定しておくならば、図３（ａ）に示す構成以
外であってもよい。次に、計測信号の抽出（時間的変化
と処理）について図３（ｂ）を参照しながら以下に述べ
る。

【００４６】レーザ通信兼測距装置Ｂの時間差検出装置
６０２に送られた計測信号は、図３（ｂ）に示すように
「５ ０００」である。この信号の最上位４ｂｉｔ
「５」（１６進コードで「０１０１」）を、時間差検出
装置６０２は、レーザ通信兼測距装置Ｂの機器識別情報
「６」（１６進コードで「０１１０」）と比較する。な
お、時間差検出装置６０２における機器識別情報の比較
はデジタル比較器等を用いて行う。

【００４７】この比較の結果、機器識別情報が合致すれ
ば、計測信号の下位８ｂｉｔの遅れ情報を用いて距離の
算出が行われる。この場合、機器識別情報が合致しない
ため、時間差検出装置６０２は、図３（ｂ）に示すよう
に、計測信号の最上位４ｂｉｔの次の４ｂｉｔにレーザ
通信兼測距装置Ｂの機器識別情報「６」を、下位８ｂｉ
ｔに遅れ情報「１０」（「１０ｍｓ」の送れを示す）を
付加し、レーザ通信兼測距装置Ａに返信する。

【００４８】このようにして、本装置を活用することに
より、レーザ光を用いた通信と測距を、一対のレーザ通
信兼測距装置Ａ，Ｂで構成される装置で同時に行なうこ
とが可能となる。

【００４９】なお、通信は、予め通信回線を決めておく
ことで多数の相手と同時に通信可能である。また、測距
を行なう際、計測信号に付加する遅れ情報に機器識別情
報を重たんすることにより、多数の相手の測距を行うこ
とも可能となる。（１対１の通信兼測距を行なう場合
は、機器識別信号の重たんは不要）さらに、光変調装置
５１，６１及び光復調装置５２，６２に広がりをもつ指
向性を有するものを採用することにより、光軸合わせを
簡素化することが可能となり、移動物体（車、船等）間
の通信兼測距を容易にすることができる。また、本発明
によるレーザ通信兼測距装置を、車、船間の間隔維持制
御装置等に適用することも可能である。

【００５０】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、レーザ通
信装置及びレーザ測距装置を併設することなく、レーザ
光を使用した通信及び測距を同時に行なうことが可能と
なるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わるレーザ通信兼測距装
置の構成を示すブロック図。

【図２】本実施例におけるレーザ通信兼測距装置の動作
を補足説明するためのタイミングチャート。

【図３】本実施例における「機器識別情報」の付加及び
抽出例を説明するための図。

【図４】従来のレーザ通信装置の構成を示すブロック
図。

【図５】従来のレーザ測距装置の構成を示すブロック
図。

【符号の説明】

５０，６０…信号処理器、５０１，５０３，６０１，６
０３…多重変換装置、５０２，６０２…時間差検出装
置、５１，６１…光変調装置、５２，６２…光復調装
置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 // Ｈ０１Ｓ 3/00 Ｇ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 相対的に移動する複数の移動体相互間の
   情報交信並びに距離の測定を行なうためのレーザ通信兼
   測距装置であって、 前記レーザ通信兼測距装置は、 レーザ送信器としての光変調装置と、 レーザ受信機としての光復調装置と、 距離計測のための計測信号の生成、及び自装置で生成し
   た前記計測信号の送信から受信までの時間差をもとにし
   た距離の算出、並びに情報交信並びに距離の確認を行な
   う相手側装置よりの計測信号に遅れ時間情報を付加して
   返信する機能を有する時間差検出装置と、 前記時間差検出装置によって生成された計測信号及び情
   報交信用の信号を送信のために多重化して前記光変調装
   置に出力する第１の多重変換装置と、 前記光復調装置によって受信された多重化信号を情報交
   信用の元の信号及び計測信号に復元して、復元した計測
   信号を前記時間差検出装置に出力する第２の多重変換装
   置と、 を具備し、 前記レーザ通信兼測距装置間で情報交信並びに距離の測
   定を同時に行なうことを特徴とするレーザ通信兼測距装
   置。