相干激光雷达装置以及激光雷达装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及相干激光雷达装置（coherent lidar device)以及激光雷达装置 (laser radar device)，根据因环境条件的变动等而发生变化的相干长度，将距离选通脉 冲（range gate)的宽度设定为适当的值，由此能够改善外差效率。
【背景技术】
[0002] 在如以下的专利文献1所公开那样的一般的激光雷达装置中，向大气中放射作为 脉冲光的激光之后，接收由大气中存在的浮质（aerosol)反射回的激光（散射光）。
[0003] 激光雷达装置通过实施对该散射光和发送脉冲光的外差检波，求出伴随浮质的 移动而产生的多普勒偏移，根据该多普勒偏移，计测激光照射方向的风速（浮质的移动速 度）。
[0004] 图9是示出一般的激光雷达装置的结构图，激光雷达装置由以下的要素构成。
[0005] (1)光源101，其激励出被称作本地光的由单一频率构成的连续波光（激光）；
[0006] (2)光分配器102,其将从光源101激励出的连续波光分配成2份连续波光，向脉 冲调制器103输出一份连续波光，而向光耦合器106输出另一份连续波光；
[0007] (3)脉冲调制器103,其对从光分配器102输出的连续波光赋予规定的频率偏移， 并且对频率偏移后的连续波光进行脉冲调制，而向光循环器104输出脉冲光；
[0008] (4)光循环器104,其向光天线105输出从脉冲调制器103输出的脉冲光，另一方 面向光親合器106输出由光天线105接收的散射光；
[0009] (5)光天线105,其向大气中放射从光循环器104输出的脉冲光之后，接收由大气 中存在的浮质反射回的散射光（脉冲光）；
[0010] (6)光親合器106,其将从光分配器102输出的连续波光和从光循环器104输出的 散射光进行合波，且向光接收机107输出作为合波后的光的光信号；
[0011] (7)光接收机107,其对从光親合器106输出的光信号进行外差检波，将该光信号 变换成电信号，且向A/D变换器108输出该电信号；
[0012] (8) A/D变换器108,其将从光接收机107输出的电信号由模拟信号变换成数字信 号；
[0013] (9) FFT装置109,其以固定宽度的FFT选通脉冲（FFT gate)(距离选通脉冲）为 单位，对从A/D变换器108输出的数字信号进行频率分析，来计算出该数字信号的频谱；
[0014] (10)频率偏移分析装置110,其根据由FFT装置109计算出的频谱，计算出伴随浮 质的移动而产生的频率偏移量；
[0015] (11)风速换算装置111，其根据由频率偏移分析装置110计算出的频率偏移量，换 算出激光照射方向的风速（浮质的移动速度）。
[0016] 在激光雷达装置中，如上所述，FFT装置109以固定宽度的FFT选通脉冲为单位， 对从A/D变换器108输出的数字信号进行频率分析，计算出该数字信号的频谱，但是为了提 高作为信噪比的SNR (Signal to Noise ratio:信噪比），需要将FFT选通脉冲的宽度设定 为较长。
[0017] 然而，由于相干长度因环境条件的变动等而发生变化，所以有时该相干长度小于 FFT选通脉冲的宽度。
[0018] 在此，图10是示出相干长度大于FFT选通脉冲（距离选通脉冲）的宽度情况下和 小于FFT选通脉冲（距离选通脉冲）的宽度的情况下的外差效率的说明图。
[0019] 图10(a)示出相干长度大于FFT选通脉冲的宽度的情况，且示出信号分量的振幅 与噪声分量的振幅相比充分地大且外差效率尚的情况。
[0020] 图10(b)示出相干长度小于FFT选通脉冲的宽度的情况，且示出信号分量的振幅 与噪声分量的振幅相比并没有充分地大且外差效率低的情况。
[0021] 现有技术文献
[0022] 专利文献
[0023] 专利文献1 :日本特开2009-162678号公报（段落编号[0009]到[0013]、图1)
【发明内容】
[0024] 发明所要解决的课题
[0025] 由于如上所述那样构成了现有的激光雷达装置，所以当相干长度因环境条件的变 动等而变短时，有时该相干长度小于FFT选通脉冲的宽度。则存在如下问题：如果相干长度 小于FFT选通脉冲的宽度，则外差效率降低，而导致风速的测定精度降低。
[0026] 本发明是为了解决如上所述的问题而提出的，其目的在于，提供一种即使相干长 度因环境条件的变动等而发生变化也能够获得高外差效率的激光雷达装置。
[0027] 此外，本发明的目的在于提供一种即使相干长度因环境条件的变动等而发生变 化，也能够高精度地测定风速的激光雷达装置。
[0028] 用于解决问题的手段
[0029] 本发明的相干激光雷达装置，具备：激光接收单元，其接收从激光雷达装置放射到 大气中之后由大气中存在的测定对象物反射回的激光，并输出该激光的接收信号；频谱计 算单元，其以距离选通脉冲为单位，对从激光接收单元输出的接收信号进行频率分析，计算 该接收信号的频谱；以及设定变更单元频谱，其根据由频谱计算单元计算出的接收信号的 频谱，计算相干长度，在该相干长度小于上述距离选通脉冲的宽度的情况下，进行缩小该距 离选通脉冲的宽度的设定变更，在由设定变更单元进行了缩小宽度的设定变更的情况下， 频谱计算单元以具有设定变更后的宽度的距离选通脉冲为单位，对从激光接收单元输出的 接收信号进行频率分析，计算该接收信号的频谱。
[0030] 发明效果
[0031] 根据本发明，由于构成为如下：具备设定变更单元，其根据由频谱计算单元计算出 的接收信号的频谱，计算相干长度，在该相干长度小于上述距离选通脉冲的宽度的情况下， 进行缩小该距离选通脉冲的宽度的设定变更，在由设定变更单元进行了缩小宽度的设定变 更的情况下，频谱计算单元以具有设定变更后的宽度的距离选通脉冲为单位，对从激光接 收单元输出的接收信号进行频率分析，计算该接收信号的频谱，所以具有如下效果：即使相 干长度因环境条件的变动等而发生变化，也能够也能够获得高外差效率。
【附图说明】
[0032] 图1是示出安装有本发明的实施方式1的相干激光雷达装置的激光雷达装置的结 构图。
[0033] 图2是示出相干长度的计算处理的说明图。
[0034] 图3是示出相干长度大于FFT选通脉冲（距离选通脉冲）的宽度的情况下和小于 FFT选通脉冲（距离选通脉冲）的宽度的情况下的外差效率的说明图。
[0035] 图4是示出安装有本发明的实施方式2的相干激光雷达装置的激光雷达装置的结 构图。
[0036] 图5是示出安装有本发明的实施方式3的相干激光雷达装置的激光雷达装置的结 构图。
[0037] 图6是示出本发明的实施方式3的相干激光雷达装置的处理内容的流程图。
[0038] 图7是示出安装有本发明的实施方式4的相干激光雷达装置的激光雷达装置的结 构图。
[0039] 图8是示出本发明的实施方式4的相干激光雷达装置的处理内容的流程图。
[0040] 图9是示出一般的激光雷达装置的结构图。
[0041] 图10是示出相干长度大于FFT选通脉冲（距离选通脉冲）的宽度的情况下和小 于FFT选通脉冲（距离选通脉冲）的宽度的情况下的外差效率的说明图。
【具体实施方式】
[0042] 以下，为了更详细地说明本发明，参照附图对用于实施本发明的方式进行说明。
[0043] 实施方式1.
[0044] 图1是示出安装有本发明的实施方式1的相干激光雷达装置的激光雷达装置的结 构图。
[0045] 在图1中，光源1是激励出被称作本地光的由单一频率构成的连续波光（激光） 的设备。
[0046] 光分配器2是将从光源1激励出的连续波光分配成2份连续波光，向脉冲调制器 3输出一份连续波光，而向光耦合器6输出另一份连续波光的设备。
[0047] 脉冲调制器3是对从光分配器2输出的连续波光赋予规定的频率偏移，并且对频 率偏移后的连续波光进行脉冲调制，而向光循环器4输出脉冲光的设备。
[0048] 光循环器4是向光天线5输出从脉冲调制器3输出的脉冲光，另一方面向光親合 器6输出由光天线5接收的散射光的设备。
[0049] 光天线5是向大气中放射从光循环器4输出的脉冲光之后，接收由大气中存在的 浮质（测定对象物）反射回的散射光（脉冲光）的设备。
[0050] 此外，由光源1、光分配器2、脉冲调制器3、光循环器4以及光天线5构成激光放射 单元。
[0051] 光親合器6是将从光分配器2输出的连续波光和从光循环器4输出的散射光进行 合波，且向光接收机7输出作为合波后的光的光信号的设备。
[0052] 光接收机7是对从光耦合器6输出的光信号进行外差检波，将该光信号变换成电 信号，且向A/D变换器8输出该电信号作为接收信号的设备。
[0053] 此外，由光循环器4、光天线5、光耦合器6以及光接收机7构成激光接收单元。 [0054] A/D变换器8是将从光接收机7输出的接收信号由模拟信号变换成数字信号的设 备。
[0055] 作为快速傅里叶分析装置的FFT装置9由例如安装有CPU的半导体集成电路或单 芯片微机（one-chip microcomputer)等构成，其实施如下处理：以由相干长度测定装置10 设定的宽度的FFT选通脉冲（距离选通脉冲）为单位，对从A/D变换器8输出的数字信号 的接收信号进行频率分析，计算出该接收信号的频谱。
[0056] 此外，由A/D变换器8以及FFT装置9构成频谱计算单元。
[0057] 相干长度测定装置10由例如安装有CPU的半导体集成电路或单芯片微机等构成， 其根据由FFT装置9计算出的频谱，计算出相干长度，在该相干长度小于FFT选通脉冲宽度 的情况下，进行用于缩小该FFT选通脉冲宽度和脉冲宽度的设定变更，以使得该FFT选通脉 冲宽度以及从脉冲调制器3输出的脉冲光的脉冲宽度、与该相干长度一致。此外，相干长度 测定装置10构成设定变更单元。
[0058] 频率偏移分析装置11由例如安装有CPU的半导体集成电路或单芯片微机等构成， 其实施如下处理：根据由FFT装置9计算出的频谱，计算出伴随浮质的移动而产生的频率偏 移量。此外，频率偏移分析装置11构成频率偏移量计算单元。
[0059]