JPH0833443B2 - 光レ−ダ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、周囲に光を送光し、この光が照射された
物標からの反射光を受光することによつて物標の有無、
物標までの距離、物標の速度等を検出する光レーダ装置
の改良に関するもので、特に受信感度の向上を図ろうと
するものである。

〔従来の技術〕

従来の光レーダ装置としては、例えば特願昭61−8282
号に示されるものがあり、その概略ブロック図を第３図
に示す。この図において、（１）はクロツクパルス発生
器、（２）は上記クロツクパルス発生器の出力を分周し
て低周波信号、特に図の場合は方形信号を発生させる分
周器、（３）はパルス変調器、（４）は周囲に光を送光
する送光器で、上記パルス変調器からのパルス変調信号
を光信号に変換するための発光素子（レーザダイオード
等）と、その駆動回路と、レンズ系等とで構成されてい
る。（4A）は送信されたパルス変調光、（５）は適宜の
箇所に存在する物標、（5A）は物標からの反射光、
（６）は上記反射光を受光する受光器で、受光用のレン
ズ系と、光信号を電気信号に変換するための受光素子
（ホトダイオード等）等で構成されている。（７）はパ
ルス信号を通過させるようにされた広帯域増幅器、
（８）は増巾された信号をサンプリングするためのサン
プルホールド回路、（９）は低周波増幅器、（10）は検
波器、（11）は検波器からの出力を適宜処理することに
よつて物標の有無等を検出する信号処理器、（12）はサ
ンプルパルス発生器である。

次にこの装置の作用について説明する。クロックパル
ス発生器（１）は、パルス間隔が最大警戒レンジに対応
する時間以上であるクロックパルスを発生する。この信
号は分周器（２）にて低周波信号に変換される。この低
周波信号及びクロツクパルス発生器（１）からのクロツ
クパルスがパルス変調器（３）に入力され、クロツクパ
ルスにパルス変調が加えられる。この変調を受けたパル
ス信号は駆動パルスとして送光器（４）に入力され、こ
の波形を保つたパルス変調光（4A）が周囲に送光され
る。一方、物標（５）から反射して返つてきた反射光
（5A）は受光器（６）で受光され、光電変換により電気
信号に変換される。その電気信号はパルス信号であるの
で、通過帯域幅Ｂが例えば1.2/τ（τ：送信パルス幅）
で決まるような広帯域増幅器（７）で増幅される。増幅
された信号は、サンプルパルス発生器（12）からのサン
プルパルスに応じてサンプルホールド回路（８）にてサ
ンプリングされる。サンプリング後の信号は低周波増幅
器（９）によつて必要レベルまで増幅され、検波器（1
0）にて検波される。検波器（10）の出力は信号処理器
（11）で処理され、物標の有無等の検出が行なわれる。
信号処理器（11）は又、サンプルパルス発生器（12）が
発生するサンプルパルスの位相、即ちサンプリングすべ
き位相の制御をも行なうものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の光レーダ装置は以上のように構成されており、
レーダの最大探知距離R_maxは、 で示される。ここでP_tは送信ビーク出力、S_minは最小探
知信号電力である。また、最小探知信号電力S_minは次の
式で与えられる。

ここで、Ｋはボルツマン定数、T₀は絶対温度、Ｂは受信
機の周波数帯域幅、NFは受信機騒音指数、 は受信機出力で必要とされる信号対雑音比S/Nの最小値
である。

レーダ性能として最大探知距離R_maxを長く設定しよう
とすれば、（１）式からわかるように最小探知信号電力
S_minを小さくするか、又は送信ピーク出力P_tを大きくす
る必要がある。最小探知信号電力S_minを小さくするため
には、（２）式から明らかな通り、 は一意的に決まる量であるので、受信機の周波数帯域幅
Ｂを狭くするか受信機雑音指数NFを小さくする必要があ
る。第３図に示す従来の光レーダ装置においては、送信
側で低周波信号によつてパルス変調を行ない、受信側に
おいてサンプリング処理によつて低周波信号の復調を行
なつているため、受信帯域幅は広帯域増幅器（７）のみ
の場合に比べて低周波信号を通過させる帯域だけでよ
く、極めて狭帯域にできる。従つて受信機の周波数帯域
幅Ｂを小さくすることはすでに達成していると云える。
しかしながら、一方では、サンプリングすることによる
付加雑音が生じその分だけ受信機雑音指数NFが劣化する
という問題点があつた。また、送信ピーク出力P_tを大き
くしようとすれば、高パルス出力の発光素子及びその駆
動回路が必要となるが、これらは高出力になればなる
程、高価となり、かつ複雑な構成となる。更に、自動車
などの車両用として使用する場合、人体の眼や皮膚に対
する安全上の面からも好ましくないという問題点があつ
た。

この発明はこれらの問題点を解消するためになされた
もので、従来の装置に比べて、安全性を保ちつつ、受信
感度の向上を図り、かつ最大探知距離を伸ばすことがで
きる高レーダ装置を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係る光レーダ装置は、送信側にパルス列を
光信号に変調して送光する送光手段を設けると共に、受
信側に、微小時間差をもつ複数個のサンプルパルスを発
生する手段、及び物標からの反射パルスを受信し、複数
個のサンプルパルスに応じてサンプリングを行なう複数
個の手段を設け、それぞれの出力を加算するようにした
ものである。

〔作 用〕

この発明においては、受信された反射パルス信号が、
微小時間差をもつ複数個の独立したサンプルパルスに応
じてサンプリングされ、複数個の同様な出力が得られた
後、これらの出力を加算することによつて信号対雑音比
の向上を図つた。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について詳細に説明す
る。第１図はこの発明の一実施例を示す光レーダ装置の
ブロツク図であり、第３図に示す従来装置との対応部分
には、第３図と同一の符号を付している。また第２図は
上記実施例いの各部における信号の波形を示す図であ
る。

第１図において、（８−１）〜（８−Ｎ）はＮ個のサ
ンプルホールド回路で、夫々の入力側には広帯域増巾器
（７）で増巾された信号（Ａ）が供給される。又、サン
プルパルス発生器（13）は順次微小時間差をもつＮ個の
サンプルパルス（Ｂ−１），（Ｂ−２）・・・・（Ｂ−
Ｎ）を発生し、各サンプルパルスを夫々上述したＮ個の
サンプルホールド回路（８−１），（８−２）・・・・
（８−Ｎ）に各別に供給する。（Ｃ−１），（Ｃ−２）
・・・・（Ｃ−Ｎ）はＮ個のサンプルホールド回路によ
つて夫々サンプリングされた出力で、各出力は順次微小
時間差を有する。（14）は加算器で、Ｎ個のサンプリン
グ出力（Ｃ−１），（Ｃ−２）・・・・（Ｃ−Ｎ）を加
算し、出力（Ｄ）を生ずるものである。その他の構成は
従来装置と同様であるため説明を省略する。

なお、上述した増巾信号（Ａ）、サンプルパルス（Ｂ
−１），（Ｂ−２）・・・・（Ｂ−Ｎ）、サンプリング
出力（Ｃ−１），（Ｃ−２）・・・・（Ｃ−Ｎ）、加算
出力（Ｄ）の夫々の波形及び各波形の相互関係を第２図
に示す。

次にこの実施例の作用について説明する。クロツクパ
ルス発生器（１）の出力信号は、分周器（２）によつて
変換された低周波信号により、パルス変調器（３）にて
パルス変調が加えられる。このパルス変調信号は、送光
器（４）へ駆動パルスとして入力され、パルス変調光
（4A）が周囲に送出される。パルス変調光（4A）が適宜
の位置にある物標（５）に照射され、それから反射して
返つてきた反射光（5A）は受光器（６）で受光され、光
電変換により電気信号に変換される。受信信号は広帯域
増幅器（７）で増幅される。

以上の構成は従来と同じであるが、広帯域増巾器
（７）で増幅された受信パルス信号出力Ａは、Ｎ個のサ
ンプルホールド回路（８−１），（８−２）・・・・
（８−Ｎ）に供給される。各サンプルホールド回路（８
−１），（８−２）・・・・（８−Ｎ）には順次微小時
間差をもつたＮ個のサンプルパルス（Ｂ−１），（Ｂ−
２）・・・・（Ｂ−Ｎ）がサンプルパルス発生器（13）
から夫々与えられているため、各サンプルホールド回路
（８−１），（８−２）・・・・（８−Ｎ）は、夫々に
与えられるサンプルパルスの位相に応じて受信パルス信
号出力（Ａ）をサンプリングする。このとき、Ｎ個のサ
ンプルパルス（Ｂ−１），（Ｂ−２）・・・・（Ｂ−
Ｎ）は受信パルス信号のパルス幅内で順次微小時間差を
もつように構成されているため、各サンプルホールド回
路（８−１），（８−２）・・・・（８−Ｎ）が夫々受
信パルスを検出した際には夫々のサンプルホールド回路
から（Ｃ−１），（Ｃ−２）・・・・（Ｃ−Ｎ）に示す
ように低周波信号である変調信号がサンプリング出力と
してＮ個復調されることになる。又、これらのサンプリ
ング出力は、夫々第２図に示すように、順次微小時間差
をもつた信号として出力される。これらのサンプリング
出力（Ｃ−１），（Ｃ−２）・・・・（Ｃ−Ｎ）を加算
器（14）によつて加算すると第２図のＤに示すような加
算出力が得られる。ここで各サンプルパルス（Ｂ−１）
（Ｂ−２）・・・・（Ｂ−Ｎ）に微小時間差をもたせて
独立させた理由は、サンプリング時に他のサンプルホー
ルド信号を劣化させるような影響を与えないためであ
る。

以上の構成，作用により、受信感度が改善されること
を次に示す。受信機入力信号電力Siと１個のサンプリン
グ出力の信号対雑音比S₀/N₀の関係は次のようになる。

ここで、B₀は一系統のサンプリング手段をもつ場合の
周波数帯域幅、（NF）_０は一系統のサンプリング手段を
もつ場合の雑音指数である。Ｎ個のサンプリング出力を
加算した場合、その加算出力は１個のサンプリング出力
に比べて信号電力はN²倍になり、雑音電力はＮ倍にな
る。これを式で表わすと次のようになる。

ここで、S_ONはＮ個加算出力の信号電力、N_ONはＮ個加
算出力の雑音電力、S₀は１個のサンプリング出力の信号
電力、N₀は１個のサンプリング出力の雑音電力である。
Ｎ個のサンプリング出力を加算する場合の受信機入力信
号電力S_iNと加算出力の信号対雑音比S_ON/N_ONとの関係
は、（３）式のSiをS_iNに置きかえ、（４）式より得ら
れる を（３）式へ代入すると、 のようになる。Ｎ個のサンプリング出力の加算出力の信
号対雑音比S_ON/N_ONが物標の判定のために受信機出力で
必要とされる信号対雑音比の最小値 に等しいときの入力信号電力S_iNが受信機入力の最小探
知信号電力（S_iN）_minに相当する。即ち、次式のように
なる。

ここで、一系統のサンプリング手段のみをもつ場合の
最小探知信号電力（S_i）_minと上述の との関係は、 で与えられるので結局（６）式は次のようになる。

このことは、従来の一系統のみのサンプリング手段を
もつた場合に比べて、Ｎ系統のサンプリング手段をもち
各サンプリング出力を加算した場合の方が、受信機雑音
指数NFを1/Nに小さくしたことになり、従つて最小探知
信号電力を1/Nに改善することができることを示してい
る。従つて本発明によれば従来装置に比べて受信感度が
向上し、最大探知距離を長くとることができるようにな
つた。

この発明に係る装置は以上のように構成されているた
め、自動車等の移動物体に搭載装備すれば自車の前方、
後方、又は側方などの周辺近傍の物標の有無、距離、速
度の検出が可能となるので、衝突防止、車間距離制御、
路面状況検知、車線変更時の隣接レーンの状況検知等に
有効に使用することができる。

なお、自動車等の移動物体に限らず、固定した物体に
装備すればそれに対して接近して来る他の物体等に対し
ても上述した移動物体の場合と同様に適用し得るもので
あり、ひろく一般の産業分野にも適用することが可能で
ある。

〔発明の効果〕 この発明は以上のように、送信側においては、パルス
列を光信号に変換して送光する手段を設け、受信側にお
いては、順次微小時間差をもつＮ個のサンプルパルスを
発生する手段、及びサンデルパルスによつて受信信号の
サンプリングを行ない、各サンプリング出力を加算する
手段を設けたので、従来に比べ、安全性が高く、高感度
で最大探知距離を長くとることができるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すブロック図、第２図
は上記実施例の各部における信号を示す波形図、第３図
は従来の光レーダ装置を示すブロツク図である。 図において、（１）はクロツクパルス発生器、（２）は
分周器、（３）はパルス変調器、（４）は送光器、
（５）は物標、（６）は受光器、（７）は広帯域増幅
器、（８−１），（８−２）・・・・（８−Ｎ）はＮ個
のサンプルホールド回路、（９）は低周波増幅器、（1
0）は検波器、（11）は信号処理器、（13）はサンプル
パルス発生器、（14）は加算器である。 なお、図中同一符号は夫々相当部分を示す。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭64−25081（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−150356（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−51338（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−165175（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−165176（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−207966（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−172285（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】所定間隔のパルス列を発生するパルス発生
   手段、上記パルス列を光信号に変換して周囲に送信照射
   する送光器、上記光信号が照射された物標からの反射パ
   ルス光を受信する受光器、上記パルス列から順次微小時
   間差をもつ複数個のサンプルパルスを発生するサンプル
   パルス発生手段、上記複数個のサンプルパルスによって
   上記受光器の受信信号をサンプリングする複数個のサン
   プリング手段、これらサンプルリング手段から得られる
   複数個のサンプリング出力を加算する加算手段、この加
   算手段からの加算出力を増幅する増幅手段、及びこの増
   幅手段からの出力にもとづいて上記物標の有無、距離を
   検出する信号処理手段を備えたことを特徴とする光レー
   ダ装置。
2. 【請求項２】移動体に搭載されることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の光レーダ装置。