相干激光雷達裝置以及激光雷達裝置的制造方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及相干激光雷達裝置（coherent lidar device)以及激光雷達裝置 (laser radar device)，根據(jù)因環(huán)境條件的變動等而發(fā)生變化的相干長度，將距離選通脈 沖（range gate)的寬度設定為適當?shù)闹?，由此能夠改善外差效率?br>【背景技術】
[0002] 在如以下的專利文獻1所公開那樣的一般的激光雷達裝置中，向大氣中放射作為 脈沖光的激光之后，接收由大氣中存在的浮質(zhì)（aerosol)反射回的激光（散射光）。
[0003] 激光雷達裝置通過實施對該散射光和發(fā)送脈沖光的外差檢波，求出伴隨浮質(zhì)的 移動而產(chǎn)生的多普勒偏移，根據(jù)該多普勒偏移，計測激光照射方向的風速（浮質(zhì)的移動速 度）。
[0004] 圖9是示出一般的激光雷達裝置的結(jié)構(gòu)圖，激光雷達裝置由以下的要素構(gòu)成。
[0005] (1)光源101，其激勵出被稱作本地光的由單一頻率構(gòu)成的連續(xù)波光（激光）；
[0006] (2)光分配器102,其將從光源101激勵出的連續(xù)波光分配成2份連續(xù)波光，向脈 沖調(diào)制器103輸出一份連續(xù)波光，而向光耦合器106輸出另一份連續(xù)波光；
[0007] (3)脈沖調(diào)制器103,其對從光分配器102輸出的連續(xù)波光賦予規(guī)定的頻率偏移， 并且對頻率偏移后的連續(xù)波光進行脈沖調(diào)制，而向光循環(huán)器104輸出脈沖光；
[0008] (4)光循環(huán)器104,其向光天線105輸出從脈沖調(diào)制器103輸出的脈沖光，另一方 面向光親合器106輸出由光天線105接收的散射光；
[0009] (5)光天線105,其向大氣中放射從光循環(huán)器104輸出的脈沖光之后，接收由大氣 中存在的浮質(zhì)反射回的散射光（脈沖光）；
[0010] (6)光親合器106,其將從光分配器102輸出的連續(xù)波光和從光循環(huán)器104輸出的 散射光進行合波，且向光接收機107輸出作為合波后的光的光信號；
[0011] (7)光接收機107,其對從光親合器106輸出的光信號進行外差檢波，將該光信號 變換成電信號，且向A/D變換器108輸出該電信號；
[0012] (8) A/D變換器108,其將從光接收機107輸出的電信號由模擬信號變換成數(shù)字信 號；
[0013] (9) FFT裝置109,其以固定寬度的FFT選通脈沖（FFT gate)(距離選通脈沖）為 單位，對從A/D變換器108輸出的數(shù)字信號進行頻率分析，來計算出該數(shù)字信號的頻譜；
[0014] (10)頻率偏移分析裝置110,其根據(jù)由FFT裝置109計算出的頻譜，計算出伴隨浮 質(zhì)的移動而產(chǎn)生的頻率偏移量；
[0015] (11)風速換算裝置111，其根據(jù)由頻率偏移分析裝置110計算出的頻率偏移量，換 算出激光照射方向的風速（浮質(zhì)的移動速度）。
[0016] 在激光雷達裝置中，如上所述，F(xiàn)FT裝置109以固定寬度的FFT選通脈沖為單位， 對從A/D變換器108輸出的數(shù)字信號進行頻率分析，計算出該數(shù)字信號的頻譜，但是為了提 高作為信噪比的SNR (Signal to Noise ratio:信噪比），需要將FFT選通脈沖的寬度設定 為較長。
[0017] 然而，由于相干長度因環(huán)境條件的變動等而發(fā)生變化，所以有時該相干長度小于 FFT選通脈沖的寬度。
[0018] 在此，圖10是示出相干長度大于FFT選通脈沖（距離選通脈沖）的寬度情況下和 小于FFT選通脈沖（距離選通脈沖）的寬度的情況下的外差效率的說明圖。
[0019] 圖10(a)示出相干長度大于FFT選通脈沖的寬度的情況，且示出信號分量的振幅 與噪聲分量的振幅相比充分地大且外差效率尚的情況。
[0020] 圖10(b)示出相干長度小于FFT選通脈沖的寬度的情況，且示出信號分量的振幅 與噪聲分量的振幅相比并沒有充分地大且外差效率低的情況。
[0021] 現(xiàn)有技術文獻
[0022] 專利文獻
[0023] 專利文獻1 :日本特開2009-162678號公報（段落編號[0009]到[0013]、圖1)

【發(fā)明內(nèi)容】

[0024] 發(fā)明所要解決的課題
[0025] 由于如上所述那樣構(gòu)成了現(xiàn)有的激光雷達裝置，所以當相干長度因環(huán)境條件的變 動等而變短時，有時該相干長度小于FFT選通脈沖的寬度。則存在如下問題：如果相干長度 小于FFT選通脈沖的寬度，則外差效率降低，而導致風速的測定精度降低。
[0026] 本發(fā)明是為了解決如上所述的問題而提出的，其目的在于，提供一種即使相干長 度因環(huán)境條件的變動等而發(fā)生變化也能夠獲得高外差效率的激光雷達裝置。
[0027] 此外，本發(fā)明的目的在于提供一種即使相干長度因環(huán)境條件的變動等而發(fā)生變 化，也能夠高精度地測定風速的激光雷達裝置。
[0028] 用于解決問題的手段
[0029] 本發(fā)明的相干激光雷達裝置，具備：激光接收單元，其接收從激光雷達裝置放射到 大氣中之后由大氣中存在的測定對象物反射回的激光，并輸出該激光的接收信號；頻譜計 算單元，其以距離選通脈沖為單位，對從激光接收單元輸出的接收信號進行頻率分析，計算 該接收信號的頻譜；以及設定變更單元頻譜，其根據(jù)由頻譜計算單元計算出的接收信號的 頻譜，計算相干長度，在該相干長度小于上述距離選通脈沖的寬度的情況下，進行縮小該距 離選通脈沖的寬度的設定變更，在由設定變更單元進行了縮小寬度的設定變更的情況下， 頻譜計算單元以具有設定變更后的寬度的距離選通脈沖為單位，對從激光接收單元輸出的 接收信號進行頻率分析，計算該接收信號的頻譜。
[0030] 發(fā)明效果
[0031] 根據(jù)本發(fā)明，由于構(gòu)成為如下：具備設定變更單元，其根據(jù)由頻譜計算單元計算出 的接收信號的頻譜，計算相干長度，在該相干長度小于上述距離選通脈沖的寬度的情況下， 進行縮小該距離選通脈沖的寬度的設定變更，在由設定變更單元進行了縮小寬度的設定變 更的情況下，頻譜計算單元以具有設定變更后的寬度的距離選通脈沖為單位，對從激光接 收單元輸出的接收信號進行頻率分析，計算該接收信號的頻譜，所以具有如下效果：即使相 干長度因環(huán)境條件的變動等而發(fā)生變化，也能夠也能夠獲得高外差效率。
【附圖說明】
[0032] 圖1是示出安裝有本發(fā)明的實施方式1的相干激光雷達裝置的激光雷達裝置的結(jié) 構(gòu)圖。
[0033] 圖2是示出相干長度的計算處理的說明圖。
[0034] 圖3是示出相干長度大于FFT選通脈沖（距離選通脈沖）的寬度的情況下和小于 FFT選通脈沖（距離選通脈沖）的寬度的情況下的外差效率的說明圖。
[0035] 圖4是示出安裝有本發(fā)明的實施方式2的相干激光雷達裝置的激光雷達裝置的結(jié) 構(gòu)圖。
[0036] 圖5是示出安裝有本發(fā)明的實施方式3的相干激光雷達裝置的激光雷達裝置的結(jié) 構(gòu)圖。
[0037] 圖6是示出本發(fā)明的實施方式3的相干激光雷達裝置的處理內(nèi)容的流程圖。
[0038] 圖7是示出安裝有本發(fā)明的實施方式4的相干激光雷達裝置的激光雷達裝置的結(jié) 構(gòu)圖。
[0039] 圖8是示出本發(fā)明的實施方式4的相干激光雷達裝置的處理內(nèi)容的流程圖。
[0040] 圖9是示出一般的激光雷達裝置的結(jié)構(gòu)圖。
[0041] 圖10是示出相干長度大于FFT選通脈沖（距離選通脈沖）的寬度的情況下和小 于FFT選通脈沖（距離選通脈沖）的寬度的情況下的外差效率的說明圖。
【具體實施方式】
[0042] 以下，為了更詳細地說明本發(fā)明，參照附圖對用于實施本發(fā)明的方式進行說明。
[0043] 實施方式1.
[0044] 圖1是示出安裝有本發(fā)明的實施方式1的相干激光雷達裝置的激光雷達裝置的結(jié) 構(gòu)圖。
[0045] 在圖1中，光源1是激勵出被稱作本地光的由單一頻率構(gòu)成的連續(xù)波光（激光） 的設備。
[0046] 光分配器2是將從光源1激勵出的連續(xù)波光分配成2份連續(xù)波光，向脈沖調(diào)制器 3輸出一份連續(xù)波光，而向光耦合器6輸出另一份連續(xù)波光的設備。
[0047] 脈沖調(diào)制器3是對從光分配器2輸出的連續(xù)波光賦予規(guī)定的頻率偏移，并且對頻 率偏移后的連續(xù)波光進行脈沖調(diào)制，而向光循環(huán)器4輸出脈沖光的設備。
[0048] 光循環(huán)器4是向光天線5輸出從脈沖調(diào)制器3輸出的脈沖光，另一方面向光親合 器6輸出由光天線5接收的散射光的設備。
[0049] 光天線5是向大氣中放射從光循環(huán)器4輸出的脈沖光之后，接收由大氣中存在的 浮質(zhì)（測定對象物）反射回的散射光（脈沖光）的設備。
[0050] 此外，由光源1、光分配器2、脈沖調(diào)制器3、光循環(huán)器4以及光天線5構(gòu)成激光放射 單元。
[0051] 光親合器6是將從光分配器2輸出的連續(xù)波光和從光循環(huán)器4輸出的散射光進行 合波，且向光接收機7輸出作為合波后的光的光信號的設備。
[0052] 光接收機7是對從光耦合器6輸出的光信號進行外差檢波，將該光信號變換成電 信號，且向A/D變換器8輸出該電信號作為接收信號的設備。
[0053] 此外，由光循環(huán)器4、光天線5、光耦合器6以及光接收機7構(gòu)成激光接收單元。 [0054] A/D變換器8是將從光接收機7輸出的接收信號由模擬信號變換成數(shù)字信號的設 備。
[0055] 作為快速傅里葉分析裝置的FFT裝置9由例如安裝有CPU的半導體集成電路或單 芯片微機（one-chip microcomputer)等構(gòu)成，其實施如下處理：以由相干長度測定裝置10 設定的寬度的FFT選通脈沖（距離選通脈沖）為單位，對從A/D變換器8輸出的數(shù)字信號 的接收信號進行頻率分析，計算出該接收信號的頻譜。
[0056] 此外，由A/D變換器8以及FFT裝置9構(gòu)成頻譜計算單元。
[0057] 相干長度測定裝置10由例如安裝有CPU的半導體集成電路或單芯片微機等構(gòu)成， 其根據(jù)由FFT裝置9計算出的頻譜，計算出相干長度，在該相干長度小于FFT選通脈沖寬度 的情況下，進行用于縮小該FFT選通脈沖寬度和脈沖寬度的設定變更，以使得該FFT選通脈 沖寬度以及從脈沖調(diào)制器3輸出的脈沖光的脈沖寬度、與該相干長度一致。此外，相干長度 測定裝置10構(gòu)成設定變更單元。
[0058] 頻率偏移分析裝置11由例如安裝有CPU的半導體集成電路或單芯片微機等構(gòu)成， 其實施如下處理：根據(jù)由FFT裝置9計算出的頻譜，計算出伴隨浮質(zhì)的移動而產(chǎn)生的頻率偏 移量。此外，頻率偏移分析裝置11構(gòu)成頻率偏移量計算單元。
[0059]