JPS58223079A - 遠隔地の対象物の測定照合方式 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えば表すことが可能な最小のビクセルより
も小さな画、像の大きさを有する宇宙船、または対象物
が電磁インパルス、望むらくは光パルス、により輻射さ
れ、反射したインパルスが輻射検出器により受信され評
価されるように遠隔地に置かれた測定照合方式に関する
。

日付けを付けるとして知られた対象物測定系を備えて、
撮像系が使用されている。観察された対象物の画像は検
出器アレイ上、あるいは膜上の光学系によりその概略が
描かれていて、この画像が対象物照合に際して評価され
る。解像度は光学系の品質、屈折の効果、膜のピクセル
の大きさ、あるいは粒界号イズにより制限され、撮像系
の場合には、光学系の解像度よりも小さな対象物はもは
や検出できない。本発明の目的は、前述にもかかわらず
斯かる小さな対象物の照合ができ、測定照合を行うこと
ができる方式を提供することにある。

この仕事は極めて簡単な輻射インパルスにより対象物を
照射することにより解決し、異なった時間に対象物の異
なった部分の表面から反射したイーンパルスは、測定さ
れた走行時間根鉢と記憶された走行時間根鉢との間で対
象物照合のための相関に影響させることにより、および
走行時間差による対象物測定に影響させることにより、
時間の関数として相互にシフトされた個々のインパルス
の走行時間根鉢（走行時間スペクトラム）として対象物
の幾何学形状により走行時間差の関数として決定されて
いる。

特許請求の範囲第１項に記載した方法により走行時間根
鉢を得るためのデバイスは、反射した走行時間根鉢が円
形走査軌跡管により検出され、反射した走行時間根鉢に
より光陰極から放射した電子ビームが軌跡管の出力で円
周上を運動し、増幅器が電子ビームを増幅し、得られた
光フラッシュが光ファイバを介して円形光検出器アレイ
に結合されるような方法で軌跡管の偏向系がタイムベー
ス発生器からの信号で永続的に動作することを特徴とし
たものである。

特許請求の範囲第１項に記載した方法による相関に影響
を与えるための他のデバイスは、第２項に記載されてい
る。

本方法と予想され、る関連デバイスとは、応用範囲がき
わめて広く、さまざまな範囲におよぶものである。

本発明に本質的な大きな利点はこの事実と、あらかじめ
解読できない対象物画像を照合することができることに
ある。従って、例えば衛星のような未知の対象物の代表
的な幾何学形状の走行時間根鉢をこの方法により地球上
で記録できる。（これらの幾何学形状は従来の画像光学
系により解読できない。）種々の未知の衛星のこれらの
根鉢を比較すると、同一形態ごとの分類により衛星間を
区別することができる。

未知の対象物の斯かる分類から離れて、未知の対象物も
測定できる。これは、異なった方向から観測したひとつ
の対象物の多数の走行時間根鉢を記録することにより影
響され、これにより対象物の幾何学形状に関して結論を
得ることができる。

数多くの異なった対象物の可能な観察角が既知であり、
多くの異なった対象物の走行時間根鉢が相関器によりあ
らかじめ規定されていると仮定することにより、対象物
が便宜的に決定できる。そこで、系はどの対象物がその
瞬間に観察されいてるかを決定する。

既知の対象物の方位決定も有効、かつ高信頼に行うこと
ができる。既知の対象物の種々の観察方向に対し走行時
間根鉢を相関器に与えるに際して、この系では測定した
走行時間根鉢のおがげで観測角を決定でき、観測者に対
する対象物の相対的位置を決定できる。

最後に、ラスク走査対象物探索法の可能性につイテハ、
応用上多くの利点が考えられるので、相当詳細に考察し
なければならない。

ひとつ、あるいはいくつかの異なった対象物に対して規
定されたフレームを走査しなければならない場合には、
該当領域をカバーするように一点一点レーザビームでフ
レームを走査することができる。これにより、走行時間
根鉢は各フレームごとに発生し、これは観察している対
象物の記録された走行時間根鉢と相関器で比較される。

この根鉢法では、数センチメータから十分の数百キロメ
ータまでの範囲で離れた地点で、対象物の根鉢を記録で
きるという極めて大きな利点がある。対象物により反射
した少な（ともほぼ数百個の光子を受取られる限りこの
方法により動作は可能である。

本発明が基づく原理は第１図（ａ）ならびにくｂ）に図
示して２る。例えば、第２図に表された航空機ｌＯのよ
うな、照合または測定されるべき対象物は、ビームスプ
リッタ４を介してきわめて簡単なインパルスｌにより照
射されている。光パルスｌを反射している航空機ＩＯの
部分的表面の位置に依存し、例えば第１図（ｂ）におけ
る尾部アセンブリ、翼、エンジン、燃料タンク、航空機
鼻部などの部分的表面に対して異なった時間に光パルス
が入射する。結果的には、航空機ｌＯの幾何学形状に依
存して走行時間差は、航空機ＩＯのあらゆる部分的表面
から反射したパルス間に生ずる。全体の反射光パルスは
個々のパルスの重畳により得られ、時間の関数として相
互にシフトされ、これにより走行時間根鉢は幾何学的形
状と、観測角と、対象物の反射の程度とにのみ依存して
生ずる。この走行時間根鉢は対象物の距離には依存しな
い。個々の反射している部分的表面の相互の距離ΔＳは
、これらの部分的表面のインパルス間で走行時間差へＴ
から容易に決定される。ここで、Δ５＝（ｃ　　・ΔＴ
）　　ｉ／２ Ｃ：光速 航空機ｌＯの長さｌは第１図（ｂ）においてほぼ１２−
（ｃ　−Ｔｌｌ１ａｘ　）／２ とし−で与えられる。

系の解像度はパルス長と走行時間根鉢を記録する時間針
の分解能とにより決定される。０．３ｍｍの内側深さ方
向分解能に相当する最大２ｐｓに至るまでの時間分解能
を備えた時間針をこの応用の場合には使用できる。数ｐ
ｓから数百ｐｓまで変化するパルス長を有するレーザパ
ルスを得ることができ、これは内側深さ方向分解能がｍ
ｍがら数センチメークの値まで可能であるという意味で
ある。

対象物照合用デバイスは第２図、ならびに第３図におけ
るブロック図に図示しである。

例えば１０〜１００ｐｓのような極端に短い光パルスは
、例えばレーザのようなパルス光測２から制御ユニソ）
１２を介して、航空機１ｏのような照射すべき対象物の
方向へ伝送される。対象物により反射した走行時間根鉢
はビームスプリンタ４を介して円形走査軌跡管（円形走
査ストリーク管）１１により検出される。第４図は円形
走査軌跡管１１の設計例を示子図である。軌跡管１１０
）偏向系ｘ１　・・・・Ｙ２は、入射した光信号により
光陰極５から放射された電子ビーム６が軌跡管１１の出
力において円周上を動くような方法で、タイムヘース発
生器３からの信号で永続的に動作する。軌跡管１１の出
力において電子ビーム６が螢光体スクリーンに入射する
前に、軌跡管１１の増幅器７は電子ビーム６を増幅する
。増幅は、個々の光子を解読できるような大きさである
。結果的に得られた光フラッシュは光フアイバ系８によ
り円形光検出器アレイ９に結合され、これにより先住し
た光電子は光検出器アレイ９のセルにおいてそこに築積
され、全体のエコーの受信に続いて読み出される。対象
物の完全な走行時間根鉢を作るために、軌跡管の出力表
示装置上で電子ビームの完全な回転に対して時間ロフト
に次式を適用しなければならない。

ずな才）ち、　　　Ｔｒｏｔ　＝　（２＊　ｊり　　／
ｃここで、 ｐ：入射ビームの方向における対象物の長さＣ：光速 対象物により記録された走行時間板′跡は第１図（ｂ）
に示したような光検出器アレイ９の助けで読出すことが
できる。

対象物を照合するためには、測定された走行時間根強と
記憶された前記根鉢と比較される走行時間根強との間の
相関が必要になり、例えば、この相関は異なった観測角
からの異なった対象を示すものである。

これらの走行時間根強はケイ・プロムバーグらによりＳ
、５ＰＩＥ誌の第１８０巻、第１０７〜１１３ページに
掲載され、１９７９年に出版されたような非コヒーレン
トな光電法により相関を求めて得ることができる。相互
に２つの二次元画像の非コヒーレント性光相関をとるこ
とができる一方法が前記論文に示しである。この方法は
次の原理に基づくものである。グレイレベルフィルタの
マスクは、ｍａｋ個のピクセルを備えた光検出器アレイ
の前に配置されている。検出器アレイはＬＥＤにより非
コヒーレント的にそこへ照射されている。

ヤスクは相関づけられるべき２つの画像のひとつを表す
グレイレベルパターンを含んでいる。他の画像は直列に
ピクセルからピクセルへと走査され、ピクセルのグレー
レベルはＬＥＤの適当な輝度値へと変換される。ひとつ
のピクセル値から次のものへとＬＥＤの遷移に際し、Ｃ
ＯＤレジスタに前もって記憶された光電荷は、−次元あ
るいは二次元にひとつのピクセルづつ上方にシフトされ
る。全画像を走査した後に、相関関数はＣＯＤレジスタ
の出力において得られる。

次の一次元平行法を採用すれば、走行時間根強の相関を
求められる。

関数ｇ（ｘ’）とｈ（ｘ’）との間の一次元相関系　（
ｘ）は、既知の次の積分を解くことにより求められる。

ｋ　（ｘ）、　＝　ｆ′″″ｇ　（ｘ＋ｘ　’）　　ｈ
　（ｘ）　ｄ　ｘ　’もし関数ｇとｈとが連続ではなく
、ｎ個のピクセルにより定義されているならば次式には
相関関数が適用される。

ｋ（ｘ’）＝Σｇ　（ｘ＋ｉ）ｈ　（ｉ）プロムベルグ
の二次元系に相似な一次元相関系は第５図に示しである
が、第３図も参照されたい。

関数ｈ　（ＢはＬＥＤ１３の輝度を決定し、ＬＥＤ１３
はマスク１４ｇ（ｘ）を介してｍ個のピクセルを具備し
たＣＣＤレジスタ１５を照射するものである。ＣＣＤレ
ジスタ１５における光電荷は、関数ｈ（ｔ）が一つのピ
クセルから次のピクセルへと変化する場合に、ひとつづ
つ位置をシフトするものである。ｍ回のシフト動作の後
に、相関関数はＣＣＤ１’５において得られる。第６図
に構成を与えてあり、これにより、線形ＣＣＤレジスタ
１５は並列に相互に次から次へと配置されている。

関数ｇｉ　　（ｘ）（１≦ｉ≦ｎ）を備えた異なったマ
スクをこれらのＣＯＤレジスタのそれぞれの前に配置し
である。

すべてのｎ個のＣＣＤレジスタ１５は、関数ｈ　（ｔ）
に従ってＬＢＤ１３により同時に照射され、例えばｎ個
の異なった関数ｇｉ（ｘ）と関数ｈ　（ｔ）との関数が
同時に得られる。１００ＯＸ１０００のピクセルを備え
たＣＯＤ構成を使用して、１０００個の異なった相関を
例えばほぼ８０μｓの期間にとることができ、例えば、
受信した根鉢はこの期間内に１０００個の異なった根鉢
と比較される。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は放射された光パルスの時間スペクトラム
である。 第１図（ｂ）は従来方式の航空器により反射した受信光
パルスの時間スペクトラムである。 第２図は対象物検出のためのデバイスの基本的な構成で
ある。 第３図は関連ブロック図である。 第４図は円形走査軌跡管の構造例である。 第５図は一次元相関の実例である。 第６図はｎ回並列、−次元相関系の実例である。 ｌ・・・インパルス　　　　　　２・・・パルス光源３
・・・タイムベース発生器 ４・・・ビームスプリッタ 訃・・光陰極　　　　　　　　６・・・電子ビーム７・
・・増幅器　　　　　　　　８・・・光フアイバ系９・
・・光検出器アレイ　　　　１０・・・航空機ｌｌ・・
・根鉢管（ストリーク管） １２・・・制御ユニット １３・・・ＬＥＤ　’　　　　　　　　１４・・・マス
ク１５・・・ＣＣＤレジスタ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 ＋１１　　遠隔地の対象物、例えば表すことが可能な最
   小のピクセルよりも小さな画像の大きさを有する宇宙船
   、または対象物が存在し、これにより前記対象物が電磁
   インパルス、望ましくは光により照射され、反射された
   前記□インパルスが輻射検出装置により受信され、評価
   されていて、異なった時に前記対象物の表面の各部分か
   ら反射してきたインパルスが、時間の関数として相互に
   シフトされた各々のインパルスの走行時間板跡（走行時
   間スペクトラム）として前記対象物の幾何学形状により
   発生ずる走行時間差（Ｔｍａｘ）の関数として決定され
   、前記対象物の検出に対しては、測定された走行時間板
   跡と記憶された走行時間板跡との相関が影響を与え、前
   記対象物が前記時間差（ＴｍａＸ）に基づいて測定され
   るように構成したことを特徴とする遠隔地の対象物の測
   定照合方式。 （２）　　特許請求の範囲第１項に記載した方式であっ
   て、走行時間板跡を得るためのデバイスから成立ち、反
   射した走行時間板跡は円形走査軌跡管により検出され、
   反射した走行時間板跡により光陰極から放射゛した電子
   ビームが前記軌跡管の出力で円周上を運動し、増幅器が
   前記電子ビームを増幅し、得られた光フラッシュが光フ
   ァイバを介して前記円形光検出器アレイに結合されるよ
   うな方法で前記軌跡管の偏向系（Ｘｌ、・・・Ｙ２）が
   タイムベース発生器からの信号−で永続的に動作するよ
   うに構成したことを特徴とする遠隔地の対象物の測定照
   合方式。 （３）特許請求の範囲第１項に記載した方式であって、
   相関をとるためのデバイスが相関をとるべきスペクトラ
   ムのグレイレベルパターンを備えたマスクを含み、これ
   により他のスペクトラムが直列にピクセルからピクセル
   へとＣＯＤレジスタを使って走査され、種々の線形ＣＯ
   Ｄレジスタが相互に次々と並列に配置されていて同時に
   照射され、これにより異なったマスクがそれぞれのＣＣ
   Ｄしジスタの前の異なった根鉢に対して得られるように
   構成Ｑたこ゛とを特徴とする遠隔地の対象物の測定照合
   方式。 （４）特許請求の範囲第１項から第３項に記載した方式
   であって、前記デバイスがパルス化輻射源が時間間隙（
   Ｔｍａｘ）で波長の異なる種々の輻射インパルスを発生
   し、軌跡管はスペクトル範囲（多重スペクトル走行時間
   根鉢）が異なって記録されるようにして、それぞれの時
   間間隙Ｔ　ｍａｘの種々の個々の走行時間根鉢を組合わ
   せることにより生成された走行時間根鉢を記録し、相部
   に際しては、この多重スペクトル走行時間根鉢は同一の
   多重スペクトル基準根鉢に相関させるように構成したこ
   とを特徴とする遠隔地の対象物の測定照合方式。