JPS5856838B2 - レ−ザ測距システムの遅延時間の測定方法 - Google Patents
レ−ザ測距システムの遅延時間の測定方法Info
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- JPS5856838B2 JPS5856838B2 JP54071134A JP7113479A JPS5856838B2 JP S5856838 B2 JPS5856838 B2 JP S5856838B2 JP 54071134 A JP54071134 A JP 54071134A JP 7113479 A JP7113479 A JP 7113479A JP S5856838 B2 JPS5856838 B2 JP S5856838B2
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- Japan
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- laser
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- time
- measuring
- ranging system
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- 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
- G01S17/06—Systems determining position data of a target
- G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
- G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
- G01S17/14—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves wherein a voltage or current pulse is initiated and terminated in accordance with the pulse transmission and echo reception respectively, e.g. using counters
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- Remote Sensing (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は、レーザパルスの往復時間を測って距離を求め
るレーザ測距システムにおいて、測定システム個有の遅
延時間を測定する方法に関する。
るレーザ測距システムにおいて、測定システム個有の遅
延時間を測定する方法に関する。
短い時間巾と高出力の光パルスが得られるレーザを利用
して１人工衛星や月と地球との距離を測るレーザ距離シ
ステムはよく知られているが、近年、これらのシステム
の精度は著しく向上され、人工衛星や月の距離に対して
ｄｍからｃｍの精度が得られるようになってきた。
して１人工衛星や月と地球との距離を測るレーザ距離シ
ステムはよく知られているが、近年、これらのシステム
の精度は著しく向上され、人工衛星や月の距離に対して
ｄｍからｃｍの精度が得られるようになってきた。
パルス巾がｎｓからｐｓで、かつ高出力のレーザ発振器
が開発され、測距システム用として安定に使えるように
なってきたことと、受信器、増巾器、時間間隔測定器な
どに広帯域で高分解能の機器、装置が開発されたことな
どが背景にある。
が開発され、測距システム用として安定に使えるように
なってきたことと、受信器、増巾器、時間間隔測定器な
どに広帯域で高分解能の機器、装置が開発されたことな
どが背景にある。
このような精度が得られるようになって、この測距シス
テムの用途として、衛星の正確な位置決定と、それを介
しての大陸や列島間の高精度の測地、あるいは地殻の変
動観測とこれによる地震の予知への応用が具体的に議論
されるようになってきた。
テムの用途として、衛星の正確な位置決定と、それを介
しての大陸や列島間の高精度の測地、あるいは地殻の変
動観測とこれによる地震の予知への応用が具体的に議論
されるようになってきた。
しかるに、このような高精度の測地や、微小な地殻の変
動などの観測にレーザ測距システムを役立てるには、標
的の測距精度が、その絶対値距離に対して常に保証され
ている必要がある。
動などの観測にレーザ測距システムを役立てるには、標
的の測距精度が、その絶対値距離に対して常に保証され
ている必要がある。
そのために１１、システム個有の遅延時間、即ち一般に
大型のシステムでは避は難いレーザ測距システムの送受
信部の幾何学的な配置のずれとそれに基づく光路差、電
気回路の動作やケーブル内における送受信信号の伝播時
間差などによって生じる遅延時間の精確な測定と較正が
成されなければならない。
大型のシステムでは避は難いレーザ測距システムの送受
信部の幾何学的な配置のずれとそれに基づく光路差、電
気回路の動作やケーブル内における送受信信号の伝播時
間差などによって生じる遅延時間の精確な測定と較正が
成されなければならない。
これらの遅延を与える原因の内、電気系におけるものは
、特に経済的な変化や環境条件の変化の影響で測距値に
変動を生じるおそれがあるので、この遅延時間を常時測
定して確認しておく必要がある。
、特に経済的な変化や環境条件の変化の影響で測距値に
変動を生じるおそれがあるので、この遅延時間を常時測
定して確認しておく必要がある。
従来、このようなレーザ測距システムの遅延時間の測定
は、距離の知れた地上標的に対する測距を行ってレーザ
投射時から反射光受信時の時間間隔を求め、その値と地
上標的既知距離に対応する時間間隔の差をシステムの遅
延時間とする方法がとられている。
は、距離の知れた地上標的に対する測距を行ってレーザ
投射時から反射光受信時の時間間隔を求め、その値と地
上標的既知距離に対応する時間間隔の差をシステムの遅
延時間とする方法がとられている。
この場合、地上標的は１通常、平面板で測距システムよ
り数ｋｍの距離を隔てて設置する例が多い。
り数ｋｍの距離を隔てて設置する例が多い。
しかるにこの方法によると、精度をｄｍからｃｍにとる
場合に（」いくつかの難点がある。
場合に（」いくつかの難点がある。
即ち、第１に、気象状況の変化に基づく大気の屈折率の
変動による誤差が入ること、第２に平面板を標的とする
と、標的上でのレーザの拡がりと拡散反射により、送受
信光の光線経路が確定できないことによる誤差が入るこ
となどの難点がある。
変動による誤差が入ること、第２に平面板を標的とする
と、標的上でのレーザの拡がりと拡散反射により、送受
信光の光線経路が確定できないことによる誤差が入るこ
となどの難点がある。
本発明の目的は、上記した従来方法では十分でない高精
度なレーザ測距システムの遅延時間の測定方法を改善し
、精度よくかつ簡便に実施しうる遅延時間の測定方法を
提供することにある。
度なレーザ測距システムの遅延時間の測定方法を改善し
、精度よくかつ簡便に実施しうる遅延時間の測定方法を
提供することにある。
この目的を達成するため、本発明は、低損失で導波路径
が小さく、パルス分散が小さいという特徴を有するオプ
チカルファイバーを用い、これを一定の長さとし、その
一端を送信ビームを導入しうる位置に配置すると共に他
端を受信器に向けてレーザパルスが射出しうるように配
置し、送信ビームの一部を該オプチカルファイバーｌこ
導入して受信器に導き、送信ビーム発射時から該オプチ
カルファイバーを通したビームが受信器ｌこ到達された
時点までの時間間隔を測定し、該測定時間よりオプチカ
ルファイバーを含む光回路の予め知られているレーザ光
の伝送時間を差引くことにより。
が小さく、パルス分散が小さいという特徴を有するオプ
チカルファイバーを用い、これを一定の長さとし、その
一端を送信ビームを導入しうる位置に配置すると共に他
端を受信器に向けてレーザパルスが射出しうるように配
置し、送信ビームの一部を該オプチカルファイバーｌこ
導入して受信器に導き、送信ビーム発射時から該オプチ
カルファイバーを通したビームが受信器ｌこ到達された
時点までの時間間隔を測定し、該測定時間よりオプチカ
ルファイバーを含む光回路の予め知られているレーザ光
の伝送時間を差引くことにより。
システムの遅延時間を求めるようにしたことを特徴とす
る。
る。
第１図は本発明の方法を実施するシステム構成例である
。
。
第１図において、１はパルスレーザ発振器、２は該パル
スレーザ発振器１からのビームを標的に向けて投射する
送信望遠鏡、３は標的に向かう送信ビーム、４は標的で
反射されて戻って来た受信光、５は該受信光を集束させ
る受信望遠鏡、８は該受信望遠鏡で集束された受信光を
検知する光検知器、７はパルスレーザ発振器１からのビ
ームの投射光を検知する光検知器、１１は該光検知器７
の出力信号であるところの、スタートパルス送信ケーブ
ル９を介して与えられる電気信号により起動されて計数
動作を開始し、光検知器８の受信パルス伝送ケーブル１
０を介して与えられる出力電気信号により計数動作を停
止させる時間間隔力ウノター、６は前記パルスレーザ発
振器１、送信望遠鏡２、受信望遠鏡５等を支持する高度
一方位方式の２軸架台であって、これら（」従来システ
ムに備えられている。
スレーザ発振器１からのビームを標的に向けて投射する
送信望遠鏡、３は標的に向かう送信ビーム、４は標的で
反射されて戻って来た受信光、５は該受信光を集束させ
る受信望遠鏡、８は該受信望遠鏡で集束された受信光を
検知する光検知器、７はパルスレーザ発振器１からのビ
ームの投射光を検知する光検知器、１１は該光検知器７
の出力信号であるところの、スタートパルス送信ケーブ
ル９を介して与えられる電気信号により起動されて計数
動作を開始し、光検知器８の受信パルス伝送ケーブル１
０を介して与えられる出力電気信号により計数動作を停
止させる時間間隔力ウノター、６は前記パルスレーザ発
振器１、送信望遠鏡２、受信望遠鏡５等を支持する高度
一方位方式の２軸架台であって、これら（」従来システ
ムに備えられている。
１２は本発明の方法を実施すべく付加されたオプチカル
ファイバーであり、その導入端は、送信ビーム３の一部
を導入しうる位置に、支持器１３によって支持され、射
出端は支持器１４により、受信望遠鏡５の受光面に向け
て支持されている。
ファイバーであり、その導入端は、送信ビーム３の一部
を導入しうる位置に、支持器１３によって支持され、射
出端は支持器１４により、受信望遠鏡５の受光面に向け
て支持されている。
このレーザ測距システムでは、パルスレーザ発振器１か
ら発射するレーザパルスの一部を光検知器７で検知して
電気信号に変換し、該電気信号をケーブル９を介して時
間間隔カウンター１１に送り、該カウンター１１を起動
し、標的からの受信光４を光検知器８で検知してケーブ
ル１０を介して電気信号を該カウンター１１に送ると、
該カウンター１１が計数動作を停止する。
ら発射するレーザパルスの一部を光検知器７で検知して
電気信号に変換し、該電気信号をケーブル９を介して時
間間隔カウンター１１に送り、該カウンター１１を起動
し、標的からの受信光４を光検知器８で検知してケーブ
ル１０を介して電気信号を該カウンター１１に送ると、
該カウンター１１が計数動作を停止する。
光検知器７゜８で検知されるレーザパルスの時間差、す
なわちカウンター１１の最終計数値は、標的の距離に比
例するから、該カウンター１１の内容を読み取ることに
よって標的の距離を知ることができる訳である。
なわちカウンター１１の最終計数値は、標的の距離に比
例するから、該カウンター１１の内容を読み取ることに
よって標的の距離を知ることができる訳である。
このシステムの測距原点は、高度軸、方位軸の交点の位
置Ｏに設定するのが妥当と考えられるが、この場合、任
意の距離にある標的に対する測距値（カウンター１１の
計数値）には、送信望遠鏡２の原点からのずれや、ケー
ブル９，１０で生じる遅延が含まれていること１」、図
から容易に理解されることである。
置Ｏに設定するのが妥当と考えられるが、この場合、任
意の距離にある標的に対する測距値（カウンター１１の
計数値）には、送信望遠鏡２の原点からのずれや、ケー
ブル９，１０で生じる遅延が含まれていること１」、図
から容易に理解されることである。
そこで本発明においては、前記のオプチカルファイバー
１２を固定遅延時間を与えるものとして設置するのであ
る。
１２を固定遅延時間を与えるものとして設置するのであ
る。
ここで、オプチカルファイバー１２の長さをＣ該ファイ
バー１２の実効屈折率をｎ、該ファイバー１２の両端の
位置をそれぞれ高度軸よりＸｌ、Ｘ２（ただし、いま説
明を簡単にするために、送受信の光軸が同一平面上にあ
って、かつ高度軸に交わる条件にあるとする）、該ファ
イバー１２の両端の間隔をｄとする。
バー１２の実効屈折率をｎ、該ファイバー１２の両端の
位置をそれぞれ高度軸よりＸｌ、Ｘ２（ただし、いま説
明を簡単にするために、送受信の光軸が同一平面上にあ
って、かつ高度軸に交わる条件にあるとする）、該ファ
イバー１２の両端の間隔をｄとする。
いまパルスレーザ発振器１を動作させて、レーザを発射
し、オプチカルファイバー１２を介して受信器５にレー
ザパルスを送ることとすると、まず光検知器７がレーザ
発射を検知してカウンター１１を起動し、オプチカルフ
ァイバー１２を介して伝送されるレーザパルスを光検知
器８が検知してカウンター１１を停止させる。
し、オプチカルファイバー１２を介して受信器５にレー
ザパルスを送ることとすると、まず光検知器７がレーザ
発射を検知してカウンター１１を起動し、オプチカルフ
ァイバー１２を介して伝送されるレーザパルスを光検知
器８が検知してカウンター１１を停止させる。
このときのカウンター１１の計数値をＴ１ とすると、
該計数値は、システムの遅延時間、（Ｔ等に関して、（
１）式で表わされる。
該計数値は、システムの遅延時間、（Ｔ等に関して、（
１）式で表わされる。
Ｔ１−（Ｘｔ ＋Ｘ２ ＋ ｎｊｆ ｄ ）／ｃ ＋
ＪＴ ・・・・”（１）（１）式において、Ｃは光速
である。
ＪＴ ・・・・”（１）（１）式において、Ｃは光速
である。
（１）式は（２）式のように変形できる。
ＪＴ ＝ Ｔ １− （Ｘ１＋Ｘ２＋ｎ１ｌ−ｄ ）／
ｃ ・・””（２）（２）式において、Ｘｌ ｓ Ｘ２
ｒ ｄ ｇ ｎ ｔ ｌのパラメータは定数として精
度よく設定し得るので、Ｔ１の測定後、第２式の演算を
行うことにより、遅延時間ＪＴを簡単に求めることがで
きる。
ｃ ・・””（２）（２）式において、Ｘｌ ｓ Ｘ２
ｒ ｄ ｇ ｎ ｔ ｌのパラメータは定数として精
度よく設定し得るので、Ｔ１の測定後、第２式の演算を
行うことにより、遅延時間ＪＴを簡単に求めることがで
きる。
なお、 （１） 、 （２）において、ファイバー１２
の両端間の間隔ｄを加味した演算を行っているが、これ
は、測距において、送信側と受信側とを同一位置に設け
ることは物理的に不可能なために、送受信パルスの時間
間隔を測定する場合には、パルスの進行方向に直角の方
向の伝播時間が測定値に含まれてくることが避けられず
、これを補正するためにこのｄを加味した演算を行うの
である。
の両端間の間隔ｄを加味した演算を行っているが、これ
は、測距において、送信側と受信側とを同一位置に設け
ることは物理的に不可能なために、送受信パルスの時間
間隔を測定する場合には、パルスの進行方向に直角の方
向の伝播時間が測定値に含まれてくることが避けられず
、これを補正するためにこのｄを加味した演算を行うの
である。
ところで、このような用途に使うファイバー１２として
は、導波路内の伝播モードが単一に制限されるいわゆる
単一モードファイバーがパルスの分数を小さくする点で
望ましいが、この場合、導波路径が非常に小さく、送信
光より光量が十分得られるかどうかが懸念される。
は、導波路内の伝播モードが単一に制限されるいわゆる
単一モードファイバーがパルスの分数を小さくする点で
望ましいが、この場合、導波路径が非常に小さく、送信
光より光量が十分得られるかどうかが懸念される。
そこで、第２図により、単一モードファイバーを使う場
合であっても、高出力レーザを使う人工衛星測距システ
ムのような場合には十分であることを次に説明する。
合であっても、高出力レーザを使う人工衛星測距システ
ムのような場合には十分であることを次に説明する。
第２図において、第１図と同一符号は同じものを示して
いる。
いる。
１５１」ファイバー１２の出力端から射出するレーザ光
、１６はそのレーザ光を平行光束化するレンズである。
、１６はそのレーザ光を平行光束化するレンズである。
レーザ光３は直径Ｄ、出力Ｐ。
、パルス巾τで送出され、フＴ’（バー１２は、伝送路
となるコア径がａのステップインデックス形のものであ
る。
となるコア径がａのステップインデックス形のものであ
る。
このような条件のもとで（」。ファイバー１２のコアに
導入される光量Ｎｓは、光子数で表わすこととした場合
、およそ（３）式で表わされる。
導入される光量Ｎｓは、光子数で表わすこととした場合
、およそ（３）式で表わされる。
ここに、ｈはブランクの定数で、６．６３Ｘ１０−３４
Ｊ−８、νはレーザの周波数を表わす。
Ｊ−８、νはレーザの周波数を表わす。
いま、人工衛星測距システムの数値例として。
Ｐｏ＝５００ＭＷ＝５Ｘ１０８Ｗ、Ｔ＝２００Ｔ）Ｓ−
２×１０１０ｓ、シー５．６１Ｘ１０１４ｓ１（λ−０
，５３２μｍ、Ｎｄ ＹＡＧレーザの第２高調波）。
２×１０１０ｓ、シー５．６１Ｘ１０１４ｓ１（λ−０
，５３２μｍ、Ｎｄ ＹＡＧレーザの第２高調波）。
Ｄ＝１５０ｍｍ（φ）と仮定し、ファイバー１２はコア
径ａ＝５μｍの単一モードファイバーを使用した場合、
前記光量Ｎｓは、（３）式から、 Ｎｓ中３Ｘ１０８ （ＰＨＯＴＯＮＳ） となる。
径ａ＝５μｍの単一モードファイバーを使用した場合、
前記光量Ｎｓは、（３）式から、 Ｎｓ中３Ｘ１０８ （ＰＨＯＴＯＮＳ） となる。
これは、光検知器８として光電子増倍管を使う場合に（
１強すぎる位に十分なレベルである。
１強すぎる位に十分なレベルである。
コア径が細いことでもう１つ問題となることは、ファイ
バー１２から光が拡がって射出し、これをそのまま受信
鏡５に送り込むと、結像点の変位や新たな光路長のずれ
を引き起こすことである。
バー１２から光が拡がって射出し、これをそのまま受信
鏡５に送り込むと、結像点の変位や新たな光路長のずれ
を引き起こすことである。
しかしこの問題は、図示のようにレンズ１６で平行光束
１７に変換することで解決できる。
１７に変換することで解決できる。
以上述べたように、本発明は、長さ既知のオプチカルフ
ァイバーを用いてレーザ測距システムの遅延時間を測定
するようにしたので、従来の地上標的を用いる方法に比
べ、光路長が一定で外乱を受けることの少ない光回路が
構成されるので、精度のよい測定が可能になる。
ァイバーを用いてレーザ測距システムの遅延時間を測定
するようにしたので、従来の地上標的を用いる方法に比
べ、光路長が一定で外乱を受けることの少ない光回路が
構成されるので、精度のよい測定が可能になる。
また、従来の方法のように、犬がかりとなる地上標的を
必要とせず、本発明で用いるオプチカルファイバーは、
フレキシブルで小寸法、軽量なため、着脱などの操作が
容易で、システムの障害にならないような形に容易に作
ることが可能であり、従来方法に比して簡便に実施でき
る。
必要とせず、本発明で用いるオプチカルファイバーは、
フレキシブルで小寸法、軽量なため、着脱などの操作が
容易で、システムの障害にならないような形に容易に作
ることが可能であり、従来方法に比して簡便に実施でき
る。
第１図は本発明による方法を実施するシステムの構成例
を示す図、第２図は本発明においてオプチカルファイバ
ーに結合させる光量と受信鏡へのレーザ光の射出の様子
を説明する図である。 １・・・・・・パルスレーザ発振器、２・・・・・・送
信望遠鏡、３・・・・・・送信レーザ光、４・・・・・
・受信光、５・・・・・・受信望遠鏡、６・・・・・・
高度一方向方式の２軸架台、７゜８・・・・・・光検知
器、９．１０・・・・・・ケーブル、１１・・・・・・
時間間隔カウンター １２・・・・・・オプチカルファ
イバー １３．１４・・・・・・支持器。
を示す図、第２図は本発明においてオプチカルファイバ
ーに結合させる光量と受信鏡へのレーザ光の射出の様子
を説明する図である。 １・・・・・・パルスレーザ発振器、２・・・・・・送
信望遠鏡、３・・・・・・送信レーザ光、４・・・・・
・受信光、５・・・・・・受信望遠鏡、６・・・・・・
高度一方向方式の２軸架台、７゜８・・・・・・光検知
器、９．１０・・・・・・ケーブル、１１・・・・・・
時間間隔カウンター １２・・・・・・オプチカルファ
イバー １３．１４・・・・・・支持器。
Claims (1)
- １ レーザパルスの往復時間を測定して距離を求める方
式のレーザ測距システムにおけるシステム個有の遅延時
間を測定するに当り、長さ一定のオプチカルファイバー
の一端を送信レーザパルスの一部が導入しうるように配
置すると共に、他端を該他端からのレーザパルスが受信
望遠鏡に入射されるように配置してオプチカルファイバ
ーを含む長さ既知の光回路を作り、該回路を介するレー
ザパルスの送受信時間間隔を測り、その測定値から前記
長さ既知の光回路の伝送時間を差し引くことにより、シ
ステムの遅延時間を求めることを特徴とするレーザ測距
システムの遅延時間の測定方法１
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54071134A JPS5856838B2 (ja) | 1979-06-08 | 1979-06-08 | レ−ザ測距システムの遅延時間の測定方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP54071134A JPS5856838B2 (ja) | 1979-06-08 | 1979-06-08 | レ−ザ測距システムの遅延時間の測定方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS55163470A JPS55163470A (en) | 1980-12-19 |
| JPS5856838B2 true JPS5856838B2 (ja) | 1983-12-16 |
Family
ID=13451795
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP54071134A Expired JPS5856838B2 (ja) | 1979-06-08 | 1979-06-08 | レ−ザ測距システムの遅延時間の測定方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS5856838B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| ZA824061B (en) * | 1981-06-09 | 1983-04-27 | L Bolkow | Distance measurement method and apparatus for its performance |
| JP4827121B2 (ja) * | 2005-07-22 | 2011-11-30 | 日本無線株式会社 | レーダ測距装置におけるオフセット誤差校正方法 |
-
1979
- 1979-06-08 JP JP54071134A patent/JPS5856838B2/ja not_active Expired
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS55163470A (en) | 1980-12-19 |
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