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特許7317910光チャープレンジ検出のために方形波デジタルチャープ信号を使用するための方法およびシステム
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-07-21
(45)【発行日】2023-07-31
(54)【発明の名称】光チャープレンジ検出のために方形波デジタルチャープ信号を使用するための方法およびシステム
(51)【国際特許分類】
G01S 17/34 20200101AFI20230724BHJP
【ＦＩ】
G01S17/34
【請求項の数】
16
【外国語出願】
(21)【出願番号】P 2021147661
(22)【出願日】2021-09-10
(62)【分割の表示】P 2019571343の分割
【原出願日】2018-07-27
(65)【公開番号】P2021192054
(43)【公開日】2021-12-16
【審査請求日】2021-09-27
(31)【優先権主張番号】15/661,377
(32)【優先日】2017-07-27
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(73)【特許権者】
【識別番号】519174791
【氏名又は名称】ブラックモア センサーズ アンド アナリティクス エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110002789
【氏名又は名称】弁理士法人ＩＰＸ
(72)【発明者】
【氏名】クラウチ，スティーブン シー．
(72)【発明者】
【氏名】カリー，ジェームズ
(72)【発明者】
【氏名】ベルク，トレントン
(72)【発明者】
【氏名】ファンク，リチャード
(72)【発明者】
【氏名】オリバー，カイル
(72)【発明者】
【氏名】ファーガソン，ダニエル
【審査官】藤脇 昌也
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１７－１２５７１７（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－０７５７８６（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０２５６５７６９（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｓ ７／４８ － ７／５１
１７／００ －１７／９５
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
光検出・測距（ＬＩＤＡＲ）システムであって、レーザ源と、等化器と、変調器と、走査光学系と、プロセッサと、を備え、
前記レーザ源は、搬送波を生成し、
前記等化器は、チャープ信号の振幅を変更し、
前記変調器は、前記チャープ信号を用いて前記搬送波の周波数を変調し、
前記走査光学系は、前記変調された搬送波を送信信号として走査させ、
前記プロセッサは、
戻り信号および参照信号に基づいて、物体のドップラシフトを決定し、
前記戻り信号は、前記物体による前記送信信号の反射または散乱から受信され、
前記参照信号は、前記搬送波から生成される、
ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項2】
請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステムにおいて、参照経路を備え、
前記参照経路は、１以上の構成要素を有し、前記参照信号を遅延させる、
ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項3】
請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステムにおいて、前記参照信号は、前記変調された搬送波から分割されて生成される、
ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項4】
請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステムにおいて、前記レーザ源は、第１のレーザ源であり、
前記参照信号は、前記第１のレーザ源とは別の第２のレーザ源によって生成される、
ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項5】
請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステムにおいて、前記チャープ信号の周波数は、第１の周波数と第２の周波数の間で変化する、
ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項6】
請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステムにおいて、フィルタを備え、
前記フィルタは、前記チャープ信号のダイナミックレンジを約２０ｄＢから約５０ｄＢに拡大するように構成されている、
ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項7】
請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステムにおいて、前記チャープ信号の帯域幅は、約１０ＧＨｚから約３０ＧＨｚである、
ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項8】
請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステムにおいて、前記プロセッサは、前記ドップラシフトを用いて前記物体までのレンジを決定する、
ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項9】
請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステムにおいて、スプリッタを備え、
前記スプリッタは、前記搬送波を前記送信信号と前記参照信号に分割する、
ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項10】
請求項１に記載のＬＩＤＡＲシステムにおいて、前記プロセッサは、前記参照信号および前記戻り信号を用いてフーリエ変換を行うことにより、前記ドップラシフトを決定する、
ＬＩＤＡＲシステム。
【請求項11】
方法であって、搬送波を生成するステップと、
等化器によりチャープ信号の周波数スペクトルの振幅を特定の帯域幅で平坦化するステップと、
前記チャープ信号を用いて前記搬送波の周波数を変調するステップと、
前記変調された搬送波を用いて送信信号を生成するステップと、
前記送信信号を送信するステップと、
戻り信号および参照信号に基づいて、物体のドップラシフトを決定するステップと、を含み、
前記戻り信号は、前記物体による前記送信信号の反射または散乱から受信され、
前記参照信号は、前記搬送波から生成される、
方法。
【請求項12】
請求項１１に記載の方法において、前記参照信号が前記戻り信号とともに受信されるように、前記参照信号を遅延させる、
方法。
【請求項13】
請求項１１に記載の方法において、前記チャープ信号は、第１の周波数と第２の周波数の間で線形変調される、
方法。
【請求項14】
請求項１１に記載の方法において、前記チャープ信号のダイナミックレンジが約２０ｄＢから約５０ｄＢになるように前記チャープ信号をフィルタリングする、
方法。
【請求項15】
請求項１１に記載の方法において、前記チャープ信号の帯域幅が約１０ＧＨｚから約３０ＧＨｚである、
方法。
【請求項16】
請求項１１に記載の方法において、前記ドップラシフトを用いて前記物体までのレンジを決定することを含む、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
関連出願の相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、２０１７年７月２７日に出願された米
国特許出願第１５／６６１，３７７号の利益を主張し、その全体内容が、参照により本明
細書に完全に記載されているかのように組み込まれる。
本出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で、２０１７年７月２７日に出願された米
国特許出願第１５／６６１，３７７号の利益を主張し、その全体内容が、参照により本明
細書に完全に記載されているかのように組み込まれる。
【背景技術】
【0002】
光検出と測距のために、しばしばニーモニック、ＬＩＤＡＲによって参照される、レン
ジの光学的検出は、高度計測から、イメージング、衝突回避まで、様々なアプリケーショ
ンに使用されている。ＬＩＤＡＲは、電波検出および測距（ＲＡＤＡＲ）などの従来のマ
イクロ波測距システムよりも小さいビームサイズで、より細かいスケールレンジ分解能を
提供する。レンジの光学的検出は、ターゲットへの光パルスの往復走行時間に基づく直接
測距、および送信されたチャープ光信号とターゲットから散乱した戻り信号との間の周波
数差に基づくチャープ検出を含めて、いくつかの異なる手法で成し遂げることができる。
ジの光学的検出は、高度計測から、イメージング、衝突回避まで、様々なアプリケーショ
ンに使用されている。ＬＩＤＡＲは、電波検出および測距（ＲＡＤＡＲ）などの従来のマ
イクロ波測距システムよりも小さいビームサイズで、より細かいスケールレンジ分解能を
提供する。レンジの光学的検出は、ターゲットへの光パルスの往復走行時間に基づく直接
測距、および送信されたチャープ光信号とターゲットから散乱した戻り信号との間の周波
数差に基づくチャープ検出を含めて、いくつかの異なる手法で成し遂げることができる。
【0003】
許容レンジ精度と検出感度とを達成するために、直接長距離ＬＩＤＡＲシステムは、低
いパルス繰り返しレートと非常に高いパルスピークパワーを備えた短パルスレーザを使用
する。高いパルスパワーは、光学部品の急速な劣化につながる可能性がある。チャープＬ
ＩＤＡＲシステムは、比較的低いピーク光パワーを備えた長い光パルスを使用する。この
構成では、レンジ精度は、パルス幅よりもむしろチャープ帯域幅に依存し、それゆえに優
れたレンジ精度を依然として得ることができる。
いパルス繰り返しレートと非常に高いパルスピークパワーを備えた短パルスレーザを使用
する。高いパルスパワーは、光学部品の急速な劣化につながる可能性がある。チャープＬ
ＩＤＡＲシステムは、比較的低いピーク光パワーを備えた長い光パルスを使用する。この
構成では、レンジ精度は、パルス幅よりもむしろチャープ帯域幅に依存し、それゆえに優
れたレンジ精度を依然として得ることができる。
【0004】
光搬送波を変調するために広帯域無線周波数（ＲＦ）電気信号を使用して、有用な光チ
ャープ帯域幅が達成されている。チャープＬＩＤＡＲの最近の進歩には、同じ変調された
光搬送波を参照信号として使用し、光検出器で戻り信号と結合され、結果の電気信号にお
いて、参照信号と戻り光信号との間の周波数の差に比例する比較的低いビート周波数を生
成することが含まれる。検出器での周波数差のこの種のビート周波数検出は、ヘテロダイ
ン検出と呼ばれている。それは、準備ができて安価な可用性のＲＦ部品を使用する利点な
ど、当技術分野で知られているいくつかの利点を有する。特許第７，７４２，１５２号に
記載されている最近の研究は、本明細書で使用されている用語と一致しない用語を除き、
参照光信号として、送信された光信号から分割された光信号を使用する、光学部品の新規
の単純な構成を示している。この構成は、その特許ではホモダイン検出と呼ばれている。
ャープ帯域幅が達成されている。チャープＬＩＤＡＲの最近の進歩には、同じ変調された
光搬送波を参照信号として使用し、光検出器で戻り信号と結合され、結果の電気信号にお
いて、参照信号と戻り光信号との間の周波数の差に比例する比較的低いビート周波数を生
成することが含まれる。検出器での周波数差のこの種のビート周波数検出は、ヘテロダイ
ン検出と呼ばれている。それは、準備ができて安価な可用性のＲＦ部品を使用する利点な
ど、当技術分野で知られているいくつかの利点を有する。特許第７，７４２，１５２号に
記載されている最近の研究は、本明細書で使用されている用語と一致しない用語を除き、
参照光信号として、送信された光信号から分割された光信号を使用する、光学部品の新規
の単純な構成を示している。この構成は、その特許ではホモダイン検出と呼ばれている。
【発明の概要】
【0005】
従来のチャープＬＩＤＡＲシステムでは、ＲＦ源は、光搬送波を変調するために、帯域
幅（例えば、５００メガヘルツ、ＭＨｚ、１ＭＨｚ＝１０６ヘルツ～１０ギガヘルツ、Ｇ
Ｈｚ、１ＧＨｚ＝１０９Ｈｚ）でＲＦ電気信号を生成するように提供されている。本発明
者らは、従来のＲＦ源により生成されるＲＦ電気信号には顕著な欠点があることを認識し
た。例えば、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）またはダイレクトデジタル合成（ＤＤＳ
）デバイスによって生成されるＲＦ電気信号の帯域幅は通常、約４ＧＨｚで最大になり、
ＬＩＤＡＲシステムのレンジ精度を制限する。加えて、ＤＡＣまたはＤＤＳデバイスはか
さばり、そのため限られたサイズと重量のパッケージにおいて貴重なスペースを消費し、
かつ高価である（例えば、２０万ドル）。さらに、ＤＡＳまたはＤＤＳデバイスによって
生成されるＲＦ電気信号の帯域幅は約１０ＧＨｚに増やすことができるが、これは追加の
ステップ（例えば、ＲＦ乗算、光乗算）を伴い、それは高パワーを必要とし、信号に望ま
ない特性をもたらす。チャープＬＩＤＡＲシステムの従来のＲＦ源によって提供される従
来のＲＦ信号の欠点に対処する装置および方法が提供されている。この装置および方法は
、チャープＬＩＤＡＲシステムにおいてフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧ
Ａ）トランシーバを使用したデジタル化されたチャープ生成を伴う。
幅（例えば、５００メガヘルツ、ＭＨｚ、１ＭＨｚ＝１０６ヘルツ～１０ギガヘルツ、Ｇ
Ｈｚ、１ＧＨｚ＝１０９Ｈｚ）でＲＦ電気信号を生成するように提供されている。本発明
者らは、従来のＲＦ源により生成されるＲＦ電気信号には顕著な欠点があることを認識し
た。例えば、デジタルアナログ変換器（ＤＡＣ）またはダイレクトデジタル合成（ＤＤＳ
）デバイスによって生成されるＲＦ電気信号の帯域幅は通常、約４ＧＨｚで最大になり、
ＬＩＤＡＲシステムのレンジ精度を制限する。加えて、ＤＡＣまたはＤＤＳデバイスはか
さばり、そのため限られたサイズと重量のパッケージにおいて貴重なスペースを消費し、
かつ高価である（例えば、２０万ドル）。さらに、ＤＡＳまたはＤＤＳデバイスによって
生成されるＲＦ電気信号の帯域幅は約１０ＧＨｚに増やすことができるが、これは追加の
ステップ（例えば、ＲＦ乗算、光乗算）を伴い、それは高パワーを必要とし、信号に望ま
ない特性をもたらす。チャープＬＩＤＡＲシステムの従来のＲＦ源によって提供される従
来のＲＦ信号の欠点に対処する装置および方法が提供されている。この装置および方法は
、チャープＬＩＤＡＲシステムにおいてフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧ
Ａ）トランシーバを使用したデジタル化されたチャープ生成を伴う。
【0006】
実施形態の第１のセットでは、光チャープレンジ検出のために方形波デジタルチャープ
信号を使用するための装置が提供されている。本装置は、光信号を放射するためのレーザ
源を含む。本装置はまた、方形波デジタルチャープ信号に基づく入力デジタルチャープ信
号を発生させるためのＲＦ波形発生器を含む。本装置はまた、入力デジタルチャープ信号
に基づいて光信号の周波数を変調するための変調器も含む。加えて、本装置は、光信号を
送信光信号と参照光信号とに分割するスプリッタを含む。本装置は、参照光信号と対象物
から後方散乱された送信光信号に基づく戻り光信号とを結合するための検出器をさらに含
む。検出器は、結合された参照光信号および戻り光信号に基づいて電気出力信号を発生さ
せるように構成されている。本装置は、電気出力信号のフーリエ変換の特性に基づいて対
象物までのレンジを決定するプロセッサをさらに含む。
信号を使用するための装置が提供されている。本装置は、光信号を放射するためのレーザ
源を含む。本装置はまた、方形波デジタルチャープ信号に基づく入力デジタルチャープ信
号を発生させるためのＲＦ波形発生器を含む。本装置はまた、入力デジタルチャープ信号
に基づいて光信号の周波数を変調するための変調器も含む。加えて、本装置は、光信号を
送信光信号と参照光信号とに分割するスプリッタを含む。本装置は、参照光信号と対象物
から後方散乱された送信光信号に基づく戻り光信号とを結合するための検出器をさらに含
む。検出器は、結合された参照光信号および戻り光信号に基づいて電気出力信号を発生さ
せるように構成されている。本装置は、電気出力信号のフーリエ変換の特性に基づいて対
象物までのレンジを決定するプロセッサをさらに含む。
【0007】
実施形態の第２のセットでは、光チャープレンジ検出のために方形波デジタルチャープ
信号を使用するための方法が提供されている。本方法は、レーザ源から光信号を放射する
ステップ、およびＲＦ波形発生器からの入力デジタルチャープ信号に基づいて変調器で光
信号の周波数を変調するステップを含む。入力デジタルチャープ信号は、方形波デジタル
チャープ信号に基づく。加えて、本方法は、スプリッタで光信号を送信光信号と参照光信
号とに分割するステップを含む。本方法は、検出器で参照光信号と戻り光信号とを結合す
るステップをさらに含む。戻り光信号は、対象物から後方散乱された送信光信号に基づく
。加えて、本方法は、結合ステップに基づいて検出器から電気出力信号を発生させるステ
ップを含む。本方法は、出力電気出力信号のフーリエ変換の特性に基づいて、プロセッサ
で対象物までのレンジを決定するステップをさらに含む。
信号を使用するための方法が提供されている。本方法は、レーザ源から光信号を放射する
ステップ、およびＲＦ波形発生器からの入力デジタルチャープ信号に基づいて変調器で光
信号の周波数を変調するステップを含む。入力デジタルチャープ信号は、方形波デジタル
チャープ信号に基づく。加えて、本方法は、スプリッタで光信号を送信光信号と参照光信
号とに分割するステップを含む。本方法は、検出器で参照光信号と戻り光信号とを結合す
るステップをさらに含む。戻り光信号は、対象物から後方散乱された送信光信号に基づく
。加えて、本方法は、結合ステップに基づいて検出器から電気出力信号を発生させるステ
ップを含む。本方法は、出力電気出力信号のフーリエ変換の特性に基づいて、プロセッサ
で対象物までのレンジを決定するステップをさらに含む。
【0008】
さらに他の態様、特徴、および利点が、本発明を実行するために考えられる最良の様式
を含めて、単にいくつかの特定の実施形態および実装形態を例示することによって、以下
の詳細な説明から容易に明らかになる。他の実施形態は、他の、かつ異なる特徴および利
点を有することも可能であり、そのいくつかの詳細は、すべて本発明の精神および範囲か
ら逸脱することなく、様々な明らかな点で修正することができる。したがって、図面およ
び説明は、本質的に例示と見なされるべきであり、限定と見なされるべきではない。
を含めて、単にいくつかの特定の実施形態および実装形態を例示することによって、以下
の詳細な説明から容易に明らかになる。他の実施形態は、他の、かつ異なる特徴および利
点を有することも可能であり、そのいくつかの詳細は、すべて本発明の精神および範囲か
ら逸脱することなく、様々な明らかな点で修正することができる。したがって、図面およ
び説明は、本質的に例示と見なされるべきであり、限定と見なされるべきではない。
【図面の簡単な説明】
【0009】
実施形態は、同様の参照番号が同様の要素を指す添付図面の図において、限定としてで
はなく例として示されている。
はなく例として示されている。
【0010】
【図1A】一実施形態による、レンジの例示的な光チャープ測定を図示する一組のグラフである。
【図1B】一実施形態による、デチャーピングから生じるビート周波数の例示的な測定値を図示するグラフであり、レンジを示す。
【図2A】様々な実施形態による、高分解能ＬＩＤＡＲシステムの例示的な構成要素を図示するブロック図である。
【図2B】様々な実施形態による、高分解能ＬＩＤＡＲシステムの例示的な構成要素を図示するブロック図である。
【図4A】一実施形態による、従来のＬＩＤＡＲシステムで使用される入力デジタルチャープ信号の例を図示するグラフである。
【図9】一実施形態による、光チャープレンジ検出のために方形波デジタルチャープ信号を使用するための例示的な方法を図示するフローチャートである。
【図10】本発明の実施形態が実装され得るコンピュータシステムを図示するブロック図である。
【図11】本発明の実施形態が実装され得るチップセットを図示する。
【発明を実施するための形態】
【0011】
光チャープレンジ検出のために方形波デジタルチャープ信号を使用するための方法と装
置とシステムとコンピュータ可読媒体とが説明される。以下の説明では、説明の目的で、
本発明の完全な理解を提供するために多数の具体的な詳細が記載されている。しかしなが
ら、本発明は、これらの具体的な詳細なしで実施され得ることが当業者には明らかであろ
う。他の実例では、本発明を不必要に曖昧にすることを避けるために、周知の構造および
デバイスがブロック図形式で示されている。
置とシステムとコンピュータ可読媒体とが説明される。以下の説明では、説明の目的で、
本発明の完全な理解を提供するために多数の具体的な詳細が記載されている。しかしなが
ら、本発明は、これらの具体的な詳細なしで実施され得ることが当業者には明らかであろ
う。他の実例では、本発明を不必要に曖昧にすることを避けるために、周知の構造および
デバイスがブロック図形式で示されている。
【0012】
広い範囲を示す数値範囲およびパラメータは近似値であるにもかかわらず、具体的な非
限定的な例で示される数値は、可能な限り正確に報告されている。しかしながら、どの数
値も、この執筆の時点でそれぞれの試験測定値に見られる標準偏差から必然的に生じる一
定の誤差を本質的に含む。さらに、文脈から特に明確でない限り、本明細書に提示される
数値は、最下位桁によって与えられる暗黙の精度を有する。このため、値１．１は１．０
５から１．１５の値を意味する。「約」という用語は、与えられた値を中心とするより広
い範囲を示すために使用され、文脈から特に明確でない限り、「約１．１」は１．０から
１．２の範囲を意味するなど、最下位桁の周りのより広い範囲を意味する。最下位桁が不
明確な場合、「約」という用語は係数２を意味し、例えば「約Ｘ」は、０．５Ｘから２Ｘ
の範囲の値を意味し、例えば約１００は、５０から２００の範囲の値を意味する。さらに
、本明細書に開示されるすべての範囲は、その中に含まれるありとあらゆるサブ範囲を包
含すると理解されるべきである。例えば、「１０未満」の範囲は、最小値ゼロと最大値１
０の間（およびそれらを含む）のありとあらゆるサブ範囲、つまり、ゼロ以上の最小値お
よび１０以下の最大値を有するありとあらゆるサブ範囲、例えば１～４、を含むことがで
きる。
限定的な例で示される数値は、可能な限り正確に報告されている。しかしながら、どの数
値も、この執筆の時点でそれぞれの試験測定値に見られる標準偏差から必然的に生じる一
定の誤差を本質的に含む。さらに、文脈から特に明確でない限り、本明細書に提示される
数値は、最下位桁によって与えられる暗黙の精度を有する。このため、値１．１は１．０
５から１．１５の値を意味する。「約」という用語は、与えられた値を中心とするより広
い範囲を示すために使用され、文脈から特に明確でない限り、「約１．１」は１．０から
１．２の範囲を意味するなど、最下位桁の周りのより広い範囲を意味する。最下位桁が不
明確な場合、「約」という用語は係数２を意味し、例えば「約Ｘ」は、０．５Ｘから２Ｘ
の範囲の値を意味し、例えば約１００は、５０から２００の範囲の値を意味する。さらに
、本明細書に開示されるすべての範囲は、その中に含まれるありとあらゆるサブ範囲を包
含すると理解されるべきである。例えば、「１０未満」の範囲は、最小値ゼロと最大値１
０の間（およびそれらを含む）のありとあらゆるサブ範囲、つまり、ゼロ以上の最小値お
よび１０以下の最大値を有するありとあらゆるサブ範囲、例えば１～４、を含むことがで
きる。
【0013】
本発明のいくつかの実施形態は、チャープＬＩＤＡＲシステム内の１つ以上の光搬送波
を変調するために広帯域ＲＦ電気信号を使用する文脈で以下に説明される。しかしながら
、本発明は、この文脈に限定されない。他の実施形態では、本発明は、広帯域波形発生器
を使用して、位相シフトキーイング、オンオフキーイング、周波数シフトキーイングまた
は広帯域ノイズの位相コードを含む、測距に有用な波形を生成するという文脈で使用する
ことができる。
を変調するために広帯域ＲＦ電気信号を使用する文脈で以下に説明される。しかしながら
、本発明は、この文脈に限定されない。他の実施形態では、本発明は、広帯域波形発生器
を使用して、位相シフトキーイング、オンオフキーイング、周波数シフトキーイングまた
は広帯域ノイズの位相コードを含む、測距に有用な波形を生成するという文脈で使用する
ことができる。
【0014】
１．チャープ検出の概要
図１Ａは、一実施形態による、レンジの例示的な光チャープ測定を図示する一組のグラ
フ１１０、１２０、１３０、１４０である。水平軸１１２は、４つのグラフすべてに対し
て同じであり、ミリ秒（ｍｓ、１ｍｓ＝１０－３秒）のオーダの、任意の単位で時間を示
す。グラフ１１０は、送信される光信号として使用される光ビームのパワーを示している
。グラフ１１０の垂直軸１１４は、送信信号のパワーを任意の単位で示している。トレー
ス１１６は、パワーが、時間０から始まる限られたパルス持続時間τの間オンであること
を示している。グラフ１２０は、送信信号の周波数を示している。垂直軸１２４は、任意
の単位の送信された周波数を示す。トレース１２６は、パルスの持続時間τにわたってパ
ルスの周波数がｆ１からｆ２に増加し、したがって帯域幅Ｂ＝ｆ２－ｆ１を有することを
示している。周波数の変化率は、（ｆ２－ｆ１）／τ．．
図１Ａは、一実施形態による、レンジの例示的な光チャープ測定を図示する一組のグラ
フ１１０、１２０、１３０、１４０である。水平軸１１２は、４つのグラフすべてに対し
て同じであり、ミリ秒（ｍｓ、１ｍｓ＝１０－３秒）のオーダの、任意の単位で時間を示
す。グラフ１１０は、送信される光信号として使用される光ビームのパワーを示している
。グラフ１１０の垂直軸１１４は、送信信号のパワーを任意の単位で示している。トレー
ス１１６は、パワーが、時間０から始まる限られたパルス持続時間τの間オンであること
を示している。グラフ１２０は、送信信号の周波数を示している。垂直軸１２４は、任意
の単位の送信された周波数を示す。トレース１２６は、パルスの持続時間τにわたってパ
ルスの周波数がｆ１からｆ２に増加し、したがって帯域幅Ｂ＝ｆ２－ｆ１を有することを
示している。周波数の変化率は、（ｆ２－ｆ１）／τ．．
【0015】
戻り信号が、時間を示す水平軸１１２と、グラフ１２０のように周波数を示す垂直軸１
２４とを有するグラフ１３０に示されている。グラフ１２０のチャープ１２６もまた、グ
ラフ１３０上に点線としてプロットされている。第１の戻り信号は、トレース１３６ａに
よって与えられており、これは、強度が減少した送信された参照信号（図示せず）であり
、Δｔだけ遅延している。戻り信号が２Ｒの距離をカバーした後に外部対象物から受信さ
れた場合、ここでＲはターゲットまでのレンジ、戻り信号は、２Ｒ／ｃで与えられる遅延
信号Δｔで開始し、ｃは媒体内の光の速度（約３ｘ１０８メートル／秒、ｍ／ｓ）である
。この時間をかけて、周波数は、ｆＲと呼ばれるレンジに依存する量だけ変化し、周波数
の変化率に遅延時間を掛けたもので与えられる。これは式１ａで与えられる。
２４とを有するグラフ１３０に示されている。グラフ１２０のチャープ１２６もまた、グ
ラフ１３０上に点線としてプロットされている。第１の戻り信号は、トレース１３６ａに
よって与えられており、これは、強度が減少した送信された参照信号（図示せず）であり
、Δｔだけ遅延している。戻り信号が２Ｒの距離をカバーした後に外部対象物から受信さ
れた場合、ここでＲはターゲットまでのレンジ、戻り信号は、２Ｒ／ｃで与えられる遅延
信号Δｔで開始し、ｃは媒体内の光の速度（約３ｘ１０８メートル／秒、ｍ／ｓ）である
。この時間をかけて、周波数は、ｆＲと呼ばれるレンジに依存する量だけ変化し、周波数
の変化率に遅延時間を掛けたもので与えられる。これは式１ａで与えられる。
【0016】
【数1】
６と戻り信号１３６ａとの間の周波数差によって測定される。したがって、レンジＲは式
１ｂで与えられる。
【0017】
【数2】
より大きい場合、式１ａおよび１ｂは無効である。この場合、戻り信号が参照信号と重な
ることを保証するために、参照信号は既知または固定量だけ遅延される。参照信号の固定
または既知の遅延時間に光の速度ｃを掛けて、式１ｂから計算されたレンジに追加される
追加のレンジを与える。媒体内の光の速度の不確実性により絶対レンジがオフになる場合
があるが、これはほぼ一定の誤差であり、周波数差に基づく相対レンジは依然として非常
に正確である。
【0018】
状況によっては、送信された光ビームによって照らされたスポットは、半透明の対象物
の前面と背面、またはＬＩＤＡＲから様々な距離にある対象物のより近い部分とより遠い
部分、あるいは照らされたスポット内の２つの別々の対象物など、異なるレンジで２つ以
上の異なる散乱体に遭遇する。そのような状況では、第２の減少した強度で異なる遅延の
信号も受信され、グラフ１３０上でトレース１３６ｂによって示されている。これは、ｆ
Ｒの異なる測定値を有し、それは、式１ｂを使用して異なるレンジを与える。状況によっ
ては、複数の戻り信号が受信される。
の前面と背面、またはＬＩＤＡＲから様々な距離にある対象物のより近い部分とより遠い
部分、あるいは照らされたスポット内の２つの別々の対象物など、異なるレンジで２つ以
上の異なる散乱体に遭遇する。そのような状況では、第２の減少した強度で異なる遅延の
信号も受信され、グラフ１３０上でトレース１３６ｂによって示されている。これは、ｆ
Ｒの異なる測定値を有し、それは、式１ｂを使用して異なるレンジを与える。状況によっ
ては、複数の戻り信号が受信される。
【0019】
グラフ１４０は、第１の戻り信号１３６ａと参照チャープ１２６との間の差周波数ｆＲ
を示している。水平軸１１２は、図１Ａの他の整列したグラフすべてのように時間を示し
、垂直軸１３４は、はるかに拡大したスケールでの周波数差を示す。トレース１４６は、
送信されたチャープ中に測定された一定周波数ｆＲを表しており、これは式１ｂによって
与えられる特定のレンジを示す。第２の戻り信号１３６ｂは、存在する場合、デチャーピ
ング中にｆＲの異なるより大きな値（図示せず）を生じさせ、結果として、式１ｂを使用
してより大きなレンジを生む。
を示している。水平軸１１２は、図１Ａの他の整列したグラフすべてのように時間を示し
、垂直軸１３４は、はるかに拡大したスケールでの周波数差を示す。トレース１４６は、
送信されたチャープ中に測定された一定周波数ｆＲを表しており、これは式１ｂによって
与えられる特定のレンジを示す。第２の戻り信号１３６ｂは、存在する場合、デチャーピ
ング中にｆＲの異なるより大きな値（図示せず）を生じさせ、結果として、式１ｂを使用
してより大きなレンジを生む。
【0020】
デチャーピングの一般的な方法は、参照光信号と戻り光信号との両方を同じ光検出器に
向けることである。検出器の電気出力信号は、検出器に収束する２つの信号の周波数の差
に等しい、または依存するビート周波数によって支配される。この電気出力信号のフーリ
エ変換は、ビート周波数でピークを生み出す。このビート周波数は、テラヘルツ（ＴＨｚ
、１ＴＨｚ＝１０１２ヘルツ）の光周波数レンジではなく、メガヘルツ（ＭＨｚ、１ＭＨ
ｚ＝１０６ヘルツ＝１０６サイクル／秒）の無線周波数（ＲＦ）レンジである。このよう
な信号は、マイクロプロセッサで走る高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムや特別に
構築されたＦＦＴまたは他のデジタル信号処理（ＤＳＰ）集積回路などの一般的で安価な
ＲＦ構成要素によって容易に処理される。他の実施形態では、戻り信号は、（局部発振器
としてのチャープに対して）局部発振器として作用する連続波（ＣＷ）トーンと混合され
る。これは、それ自体がチャープ（または送信された波形）である検出信号につながる。
この場合、検出された信号は、本明細書で使用されている用語と矛盾する用語を除いて、
Ｋａｃｈｅｌｍｙｅｒ １９９０に記載されているようにデジタルドメインで整合フィル
タリングを受ける。欠点は、デジタイザ帯域幅要件が概して高いことである。それ以外は
、コヒーレント検出の肯定的な態様は保持される。
向けることである。検出器の電気出力信号は、検出器に収束する２つの信号の周波数の差
に等しい、または依存するビート周波数によって支配される。この電気出力信号のフーリ
エ変換は、ビート周波数でピークを生み出す。このビート周波数は、テラヘルツ（ＴＨｚ
、１ＴＨｚ＝１０１２ヘルツ）の光周波数レンジではなく、メガヘルツ（ＭＨｚ、１ＭＨ
ｚ＝１０６ヘルツ＝１０６サイクル／秒）の無線周波数（ＲＦ）レンジである。このよう
な信号は、マイクロプロセッサで走る高速フーリエ変換（ＦＦＴ）アルゴリズムや特別に
構築されたＦＦＴまたは他のデジタル信号処理（ＤＳＰ）集積回路などの一般的で安価な
ＲＦ構成要素によって容易に処理される。他の実施形態では、戻り信号は、（局部発振器
としてのチャープに対して）局部発振器として作用する連続波（ＣＷ）トーンと混合され
る。これは、それ自体がチャープ（または送信された波形）である検出信号につながる。
この場合、検出された信号は、本明細書で使用されている用語と矛盾する用語を除いて、
Ｋａｃｈｅｌｍｙｅｒ １９９０に記載されているようにデジタルドメインで整合フィル
タリングを受ける。欠点は、デジタイザ帯域幅要件が概して高いことである。それ以外は
、コヒーレント検出の肯定的な態様は保持される。
【0021】
図１Ｂは、一実施形態による、レンジを示す、デチャーピングから生じるビート周波数
の例示的な測定値を図示するグラフである。水平軸１５２は、周波数をメガヘルツで示し
ており、垂直軸は、送信パワー密度ＩＴに対する戻り信号パワー密度ＩＲをデシベル（ｄ
Ｂ、ｄＢのパワー＝２０ｌｏｇ（ＩＲ／ＩＴ））で示す。トレース１５６は、ＦＦＴ回路
によって生成されような、光検出器による電気出力信号のフーリエ変換であり、Ａｄａｎ
ｙ他、２００９によって公表されたデータに基づく。ピークの水平位置はｆＲを与え、式
１ｂを使用してレンジを推定するために使用される。加えて、ピークの他の特性を使用し
て、戻り信号を記述することができる。例えば、ピークでのパワー値は、トレース１５６
の最大値によって、または、より一般的には、ピークの肩でのピーク値（図１Ｂでは約－
３１ｄＢ）とノイズフロア（図１Ｂでは約－５０ｄＢ）との間の差１５７（図１Ｂでは約
１９ｄＢ）によって特徴付けられ、および、ピークの幅は、半値幅（ＦＷＨＭ）での周波
数幅１５８（図１Ｂでは約０．０８ＭＨｚ）によって特徴付けられる。複数の識別可能な
戻りがある場合、光検出器の電気出力のＦＦＴに複数のピークがあり、おそらく複数の異
なるパワーレベルおよび幅を有する。任意の方法を使用して、トレース内のピークを自動
的に識別し、それらのピークを位置、高さ、および幅によって特徴付けることができる。
例えば、いくつかの実施形態では、ＭＡＴＬＡＢ－Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ＴｏｏｌｂｏｘによるＦＦＴＷまたはピーク検出が使用され、マサチューセッツ州ネイ
ティックのＭＡＴＨＷＯＲＫＳ（商標）のＭＡＴＬＡＢ（商標）から入手可能である。カ
リフォルニア州サンタクララのＮＶＩＤＩＡ（商標）から入手可能な、ＣＵＤＡのＦＦＴ
ＷおよびＣＵＤＡ（商標）のカスタムピーク検出に依拠するカスタム実装を使用すること
もできる。カスタム実装は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）にプロ
グラムされている。一般的に使用されるアルゴリズムは、レンジプロファイルの閾値を設
定することであり、重心アルゴリズム、ピークフィッティングアルゴリズム（３点ガウス
分布フィット）、またはある関数のピークの非線形フィット（ガウス分布など）を走らせ
て、ピークの位置をより正確に決定する。
の例示的な測定値を図示するグラフである。水平軸１５２は、周波数をメガヘルツで示し
ており、垂直軸は、送信パワー密度ＩＴに対する戻り信号パワー密度ＩＲをデシベル（ｄ
Ｂ、ｄＢのパワー＝２０ｌｏｇ（ＩＲ／ＩＴ））で示す。トレース１５６は、ＦＦＴ回路
によって生成されような、光検出器による電気出力信号のフーリエ変換であり、Ａｄａｎ
ｙ他、２００９によって公表されたデータに基づく。ピークの水平位置はｆＲを与え、式
１ｂを使用してレンジを推定するために使用される。加えて、ピークの他の特性を使用し
て、戻り信号を記述することができる。例えば、ピークでのパワー値は、トレース１５６
の最大値によって、または、より一般的には、ピークの肩でのピーク値（図１Ｂでは約－
３１ｄＢ）とノイズフロア（図１Ｂでは約－５０ｄＢ）との間の差１５７（図１Ｂでは約
１９ｄＢ）によって特徴付けられ、および、ピークの幅は、半値幅（ＦＷＨＭ）での周波
数幅１５８（図１Ｂでは約０．０８ＭＨｚ）によって特徴付けられる。複数の識別可能な
戻りがある場合、光検出器の電気出力のＦＦＴに複数のピークがあり、おそらく複数の異
なるパワーレベルおよび幅を有する。任意の方法を使用して、トレース内のピークを自動
的に識別し、それらのピークを位置、高さ、および幅によって特徴付けることができる。
例えば、いくつかの実施形態では、ＭＡＴＬＡＢ－Ｓｉｇｎａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ
ＴｏｏｌｂｏｘによるＦＦＴＷまたはピーク検出が使用され、マサチューセッツ州ネイ
ティックのＭＡＴＨＷＯＲＫＳ（商標）のＭＡＴＬＡＢ（商標）から入手可能である。カ
リフォルニア州サンタクララのＮＶＩＤＩＡ（商標）から入手可能な、ＣＵＤＡのＦＦＴ
ＷおよびＣＵＤＡ（商標）のカスタムピーク検出に依拠するカスタム実装を使用すること
もできる。カスタム実装は、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）にプロ
グラムされている。一般的に使用されるアルゴリズムは、レンジプロファイルの閾値を設
定することであり、重心アルゴリズム、ピークフィッティングアルゴリズム（３点ガウス
分布フィット）、またはある関数のピークの非線形フィット（ガウス分布など）を走らせ
て、ピークの位置をより正確に決定する。
【0022】
検出された対象物（ソース）が速度ｖｓで移動し、ＬＩＤＡＲシステム（観測者）が２
つを結ぶベクトル上を速度ｖｏで移動している場合、戻り信号はドップラシフトされ得、
検出されたビート周波数ｆＲもシフトされ、検出されたレンジにおいてで誤差につながり
得る。多くの状況において、検出されている対象物の形状は、複数の戻りの相対位置に基
づいて識別される。このため、対象物の形状が誤差を有する可能性があり、対象物を識別
する能力が損なわれる可能性がある。
つを結ぶベクトル上を速度ｖｏで移動している場合、戻り信号はドップラシフトされ得、
検出されたビート周波数ｆＲもシフトされ、検出されたレンジにおいてで誤差につながり
得る。多くの状況において、検出されている対象物の形状は、複数の戻りの相対位置に基
づいて識別される。このため、対象物の形状が誤差を有する可能性があり、対象物を識別
する能力が損なわれる可能性がある。
【0023】
戻りの観測された周波数ｆ’は、ドップラ効果によって戻りの正しい周波数ｆとは異な
り、式２ａで近似される。
り、式２ａで近似される。
【0024】
【数3】
方向に同じ速度で移動している場合、２つの周波数は同じであることに留意されたい。２
つの周波数の間の差Δｆ＝ｆ’－ｆは、ドップラシフト、Ｄ、であり、これは、補正され
ていない場合、レンジ測定において誤差の構成要素となり、式２ｂで与えられる。
【0025】
【数4】
ＤＡＲシステム（ｖｏ＝０）、１０メートル／秒で移動するターゲット（ｖｏ＝１０）、
および周波数が約５００ＴＨｚの可視光の場合、誤差のサイズは、図１Ｂにおいて約２２
ＭＨｚであるｆＲのサイズの７５％である１６ＭＨｚのオーダであり、これは、ｆＲの７
５％誤差、このため、レンジの７５％誤差につながることに留意されたい。様々な実施形
態において、ドップラシフト誤差が検出され、レンジを訂正するために使用される。
【0026】
２．チャープ検出ハードウェアの概要
チャープ検出アプローチが実装される方法を示すために、いくつかの一般的および具体
的なハードウェアアプローチについて説明する。図２Ａおよび図２Ｂは、様々な実施形態
による、高分解能ＬＩＤＡＲシステムの例示的な構成要素を図示するブロック図である。
図２Ａにおいて、レーザ源２１２は、帯域幅Ｂおよび持続時間τを有するパルスを生成す
るために、ＲＦ波形発生器２１５からの入力に基づいて変調器２１４で周波数変調される
搬送波２０１を放射する。後のセクションでより詳細に説明する様々な実施形態において
、ＲＦ波形発生器２１５からの電気入力は、方形波デジタルチャープ信号に基づく入力デ
ジタルチャープ信号である。一実施形態では、方形波デジタルチャープ信号は、ＲＦ波形
発生器２１５によって発生され、ＲＦ波形発生器２１５によってさらに調整され、入力デ
ジタルチャープ信号をもたらす。これらの実施形態のいくつかでは、入力デジタルチャー
プ信号は、そのような調整のない方形波デジタルチャープ信号そのものである。いくつか
の実施形態では、方形波デジタルチャープ信号は、ＲＦ波形発生器２１５のメモリにアッ
プロードされた方形波命令２１７に基づいて、ＲＦ波形発生器２１５によって発生される
。他の実施形態では、処理システム２５０のレンジ決定モジュール２７０が、方形波デジ
タルチャープ信号の発生を含めて、ＲＦ波形発生器２１５を制御する。例示的な実施形態
では、方形波命令は、レンジ決定モジュール２７０で提供される。
チャープ検出アプローチが実装される方法を示すために、いくつかの一般的および具体
的なハードウェアアプローチについて説明する。図２Ａおよび図２Ｂは、様々な実施形態
による、高分解能ＬＩＤＡＲシステムの例示的な構成要素を図示するブロック図である。
図２Ａにおいて、レーザ源２１２は、帯域幅Ｂおよび持続時間τを有するパルスを生成す
るために、ＲＦ波形発生器２１５からの入力に基づいて変調器２１４で周波数変調される
搬送波２０１を放射する。後のセクションでより詳細に説明する様々な実施形態において
、ＲＦ波形発生器２１５からの電気入力は、方形波デジタルチャープ信号に基づく入力デ
ジタルチャープ信号である。一実施形態では、方形波デジタルチャープ信号は、ＲＦ波形
発生器２１５によって発生され、ＲＦ波形発生器２１５によってさらに調整され、入力デ
ジタルチャープ信号をもたらす。これらの実施形態のいくつかでは、入力デジタルチャー
プ信号は、そのような調整のない方形波デジタルチャープ信号そのものである。いくつか
の実施形態では、方形波デジタルチャープ信号は、ＲＦ波形発生器２１５のメモリにアッ
プロードされた方形波命令２１７に基づいて、ＲＦ波形発生器２１５によって発生される
。他の実施形態では、処理システム２５０のレンジ決定モジュール２７０が、方形波デジ
タルチャープ信号の発生を含めて、ＲＦ波形発生器２１５を制御する。例示的な実施形態
では、方形波命令は、レンジ決定モジュール２７０で提供される。
【0027】
スプリッタ２１６は、変調された光波形を、ビーム２０３のエネルギーの大部分を有す
る送信信号２０５と、それでもなおターゲット（図示せず）から散乱された戻り光２９１
との良好なヘテロダインまたはホモダイン干渉を生成するのに十分な、はるかに少ない量
のエネルギーを有する参照信号２０７とに分割する。いくつかの実施形態では、走査光学
系２１８を使用して、送信ビームを複数の角度にわたって走査して、その経路内の任意の
対象物をプロファイルする。
る送信信号２０５と、それでもなおターゲット（図示せず）から散乱された戻り光２９１
との良好なヘテロダインまたはホモダイン干渉を生成するのに十分な、はるかに少ない量
のエネルギーを有する参照信号２０７とに分割する。いくつかの実施形態では、走査光学
系２１８を使用して、送信ビームを複数の角度にわたって走査して、その経路内の任意の
対象物をプロファイルする。
【0028】
参照ビームは、散乱光とともに検出器アレイ２３０に到達するように十分に参照経路２
２０で遅延される。いくつかの実施形態では、スプリッタ２１６は、変調器２１４の上流
にあり、参照ビーム２０７は変調されていない。いくつかの実施形態では、参照信号は、
新しいレーザ（図示せず）を使用して独立して発生され、参照経路２２０内の別個の変調
器（図示せず）および発生器２１５からの入力デジタルチャープ信号を使用して別個に変
調される。いくつかの実施形態では、図２Ｂを参照して以下で説明するように、異なる変
調器が使用され、しかし、ただ１つのレーザ源２１２が、コヒーレンスを保証するために
送信および参照信号の両方に使用される。様々な実施形態において、柔軟性の低いアプロ
ーチからより柔軟なアプローチまで、参照は、以下の方法によって、散乱または反射され
たフィールドとともに到着させられる。１）シーンにミラーを配置して、経路長がよく一
致するように、送信ビームの一部を反射して検出器アレイに戻す、２）ファイバ遅延を使
用して経路長を厳密に一致させ、図２Ａで示唆されているように、特定のレンジに対して
観測または予想される位相差を補正するために、経路長調整の有無にかかわらず、検出器
アレイの近くの光学系で参照ビームをブロードキャストする、３）周波数シフトデバイス
（音響光学変調器）または局部発振器波形変調の時間遅延を使用して、経路長の不整合を
補正するために別個の変調を生成する、またはいくつかの組み合わせ。いくつかの実施形
態では、ターゲットが十分に近く、パルス持続時間が十分に長く、戻りが遅延なしで参照
信号と十分に重なる。いくつかの実施形態では、参照信号２０７ｂは、１つ以上の光ミキ
サ２３２で戻り信号２９１と光学的に混合される。
２０で遅延される。いくつかの実施形態では、スプリッタ２１６は、変調器２１４の上流
にあり、参照ビーム２０７は変調されていない。いくつかの実施形態では、参照信号は、
新しいレーザ（図示せず）を使用して独立して発生され、参照経路２２０内の別個の変調
器（図示せず）および発生器２１５からの入力デジタルチャープ信号を使用して別個に変
調される。いくつかの実施形態では、図２Ｂを参照して以下で説明するように、異なる変
調器が使用され、しかし、ただ１つのレーザ源２１２が、コヒーレンスを保証するために
送信および参照信号の両方に使用される。様々な実施形態において、柔軟性の低いアプロ
ーチからより柔軟なアプローチまで、参照は、以下の方法によって、散乱または反射され
たフィールドとともに到着させられる。１）シーンにミラーを配置して、経路長がよく一
致するように、送信ビームの一部を反射して検出器アレイに戻す、２）ファイバ遅延を使
用して経路長を厳密に一致させ、図２Ａで示唆されているように、特定のレンジに対して
観測または予想される位相差を補正するために、経路長調整の有無にかかわらず、検出器
アレイの近くの光学系で参照ビームをブロードキャストする、３）周波数シフトデバイス
（音響光学変調器）または局部発振器波形変調の時間遅延を使用して、経路長の不整合を
補正するために別個の変調を生成する、またはいくつかの組み合わせ。いくつかの実施形
態では、ターゲットが十分に近く、パルス持続時間が十分に長く、戻りが遅延なしで参照
信号と十分に重なる。いくつかの実施形態では、参照信号２０７ｂは、１つ以上の光ミキ
サ２３２で戻り信号２９１と光学的に混合される。
【0029】
いくつかの実施形態では、参照経路２２０は、ＲＦ波形発生器２１５から入力デジタル
チャープ信号を受信する位相変調器を含み、入力デジタルチャープ信号は方形波デジタル
チャープ信号に基づく。これらの実施形態では、参照経路２２０で受信される入力デジタ
ルチャープ信号は、変調器２１４で受信される入力デジタルチャープ信号から独立してい
る。一実施形態では、参照信号２０７の位相は、入力デジタルチャープ信号に基づいて位
相変調器によって変調され、光ミキサ２３２における参照ビーム２０７ｂと戻り信号２９
１との間の強度ノイズ変動を有利に低減する。
チャープ信号を受信する位相変調器を含み、入力デジタルチャープ信号は方形波デジタル
チャープ信号に基づく。これらの実施形態では、参照経路２２０で受信される入力デジタ
ルチャープ信号は、変調器２１４で受信される入力デジタルチャープ信号から独立してい
る。一実施形態では、参照信号２０７の位相は、入力デジタルチャープ信号に基づいて位
相変調器によって変調され、光ミキサ２３２における参照ビーム２０７ｂと戻り信号２９
１との間の強度ノイズ変動を有利に低減する。
【0030】
様々な実施形態において、ターゲットの複数の部分は、各走査ビームに対してそれぞれ
の戻り光ビーム２９１を検出器アレイ２３０に散乱させ、複数のビームおよび複数の戻り
によって照らされたターゲットのそれぞれの複数の部分の複数のレンジに基づいた点群を
もたらす。検出器アレイは、ターゲットからの戻りビーム２９１にほぼ垂直な平面に配置
された単一または平衡対の光検出器、またはそのような光検出器の１Ｄまたは２Ｄアレイ
である。インターフェースパターンの位相または振幅、またはいくつかの組み合わせは、
パルス持続時間τの間に複数回、各検出器について取得システム２４０によって記録され
る。パルス持続時間ごとの時間サンプルの数は、ダウンレンジの範囲に影響する。多くの
場合、この数は、パルス繰り返しレートと使用可能なカメラフレームレートに基づいて選
択される実際的な考慮事項である。フレームレートはサンプリング帯域幅であって、しば
しば「デジタイザ周波数」と呼ばれる。基本的に、Ｙレンジ幅の分解能ビンを有するパル
ス中にＸ個の検出器アレイフレームが収集される場合、Ｘ＊Ｙレンジ範囲を観察すること
ができる。取得されたデータは、図１０を参照して以下で説明するコンピュータシステム
、または図１１を参照して以下で説明するチップセットなどの処理システム２５０で利用
可能になる。いくつかの実施形態では、取得されたデータは、ターゲットのそれぞれの複
数の部分の複数のレンジに基づく点群である。
の戻り光ビーム２９１を検出器アレイ２３０に散乱させ、複数のビームおよび複数の戻り
によって照らされたターゲットのそれぞれの複数の部分の複数のレンジに基づいた点群を
もたらす。検出器アレイは、ターゲットからの戻りビーム２９１にほぼ垂直な平面に配置
された単一または平衡対の光検出器、またはそのような光検出器の１Ｄまたは２Ｄアレイ
である。インターフェースパターンの位相または振幅、またはいくつかの組み合わせは、
パルス持続時間τの間に複数回、各検出器について取得システム２４０によって記録され
る。パルス持続時間ごとの時間サンプルの数は、ダウンレンジの範囲に影響する。多くの
場合、この数は、パルス繰り返しレートと使用可能なカメラフレームレートに基づいて選
択される実際的な考慮事項である。フレームレートはサンプリング帯域幅であって、しば
しば「デジタイザ周波数」と呼ばれる。基本的に、Ｙレンジ幅の分解能ビンを有するパル
ス中にＸ個の検出器アレイフレームが収集される場合、Ｘ＊Ｙレンジ範囲を観察すること
ができる。取得されたデータは、図１０を参照して以下で説明するコンピュータシステム
、または図１１を参照して以下で説明するチップセットなどの処理システム２５０で利用
可能になる。いくつかの実施形態では、取得されたデータは、ターゲットのそれぞれの複
数の部分の複数のレンジに基づく点群である。
【0031】
レンジ決定モジュール２７０は、検出器アレイ２３０からの電気出力信号に基づいてタ
ーゲットまでのレンジを計算する。いくつかの実施形態では、レンジ決定モジュール２７
０は、電気出力信号のフーリエ変換を行って出力信号の周波数スペクトルを得、周波数ス
ペクトルの１つ以上の特性に基づいてターゲットまでのレンジを計算する。一実施形態で
は、レンジ決定モジュール２７０は、図１Ｂに示された電気出力信号の周波数スペクトル
のピークの１つ以上の特性（例えば、周波数値またはｆＲ）に基づいてレンジを計算する
。この実施形態では、レンジ決定モジュール２７０は、式（１ｂ）および検出器アレイ２
３０からの出力信号の周波数スペクトルのピークの特性（例えばｆＲ）を使用してレンジ
を計算する。レンジ決定モジュール２７０は、式（１ｂ）を使用して複数のレンジを計算
し、ここには複数のピーク（例えば、ｆＲの複数の値）が、検出器アレイ２３０からの出
力信号の周波数スペクトルに存在する。
ーゲットまでのレンジを計算する。いくつかの実施形態では、レンジ決定モジュール２７
０は、電気出力信号のフーリエ変換を行って出力信号の周波数スペクトルを得、周波数ス
ペクトルの１つ以上の特性に基づいてターゲットまでのレンジを計算する。一実施形態で
は、レンジ決定モジュール２７０は、図１Ｂに示された電気出力信号の周波数スペクトル
のピークの１つ以上の特性（例えば、周波数値またはｆＲ）に基づいてレンジを計算する
。この実施形態では、レンジ決定モジュール２７０は、式（１ｂ）および検出器アレイ２
３０からの出力信号の周波数スペクトルのピークの特性（例えばｆＲ）を使用してレンジ
を計算する。レンジ決定モジュール２７０は、式（１ｂ）を使用して複数のレンジを計算
し、ここには複数のピーク（例えば、ｆＲの複数の値）が、検出器アレイ２３０からの出
力信号の周波数スペクトルに存在する。
【0032】
他の実施形態では、モジュール２７０は、ドップラシフトのサイズおよびその上の補正
レンジを決定するドップラ補正モジュールである。ドップラ補正モジュールについては、
２０１６年１１月３０日に出願された米国仮出願第６２／４２８，１６９号で考察されて
いる。
レンジを決定するドップラ補正モジュールである。ドップラ補正モジュールについては、
２０１６年１１月３０日に出願された米国仮出願第６２／４２８，１６９号で考察されて
いる。
【0033】
図２Ｂは、方形波デジタルチャープ信号に基づく入力デジタルチャープ信号が、ＲＦ波
形発生器２１５からＬＯ信号を生成する参照経路に導入されることを可能にする代替ハー
ドウェア構成を示す。いくつかの実施形態では、参照経路に導入される入力デジタルチャ
ープ信号は、送信経路に導入される入力デジタルチャープ信号から独立している。レーザ
源２１２、スプリッタ２１６、送信信号２０５、走査光学系２１８、光ミキサ２３２、検
出器アレイ２３０、取得システム２４０および処理システム２５０は、図２Ａを参照して
上述したとおりである。図２Ｂにおいて、発生器２１５からの入力デジタルチャープを光
搬送波に課するために、送信経路に２１４ａ、参照経路２８２に２１４ｂの２つの別個の
光変調器がある。
形発生器２１５からＬＯ信号を生成する参照経路に導入されることを可能にする代替ハー
ドウェア構成を示す。いくつかの実施形態では、参照経路に導入される入力デジタルチャ
ープ信号は、送信経路に導入される入力デジタルチャープ信号から独立している。レーザ
源２１２、スプリッタ２１６、送信信号２０５、走査光学系２１８、光ミキサ２３２、検
出器アレイ２３０、取得システム２４０および処理システム２５０は、図２Ａを参照して
上述したとおりである。図２Ｂにおいて、発生器２１５からの入力デジタルチャープを光
搬送波に課するために、送信経路に２１４ａ、参照経路２８２に２１４ｂの２つの別個の
光変調器がある。
【0034】
スプリッタ２１６は、レーザ源２１２と変調器２１４ａおよび２１４ｂとの間に移動し
て、変調器２１４ａに突き当たる光信号２８３と修正された参照経路２８２の変調器２１
４ｂに突き当たる低振幅参照経路信号２８７ａとを生成する。この実施形態では、光２０
１は、変調が起こる前に、送信（ＴＸ）経路ビーム２８３と参照／局部発振器（ＬＯ）経
路ビーム２８７ａとに分割され、かつ、別個の変調器が各経路で使用される。デュアル変
調器アプローチでは、オフセット開始周波数および／またはオフセット開始時間および／
またはオフセット開始位相にある入力デジタルチャープ信号を用いていずれかの経路をプ
ログラムできる。各レンジゲートで使用される遅延をシフトすることによって、システム
は、他のシステムの制限（検出器およびデジタイザ帯域幅、測定時間、など）にもかかわ
らず、明確に高分解能で測定できる。次いで、ソフトウェア制御された遅延参照信号２８
７ｂは、上述のように戻り信号２９１と混合される。他の実施形態では、ＬＯ参照経路２
８２のソフトウェア制御された遅延が、適応走査アプローチをダウンレンジ次元でも同様
に適応可能にする。
て、変調器２１４ａに突き当たる光信号２８３と修正された参照経路２８２の変調器２１
４ｂに突き当たる低振幅参照経路信号２８７ａとを生成する。この実施形態では、光２０
１は、変調が起こる前に、送信（ＴＸ）経路ビーム２８３と参照／局部発振器（ＬＯ）経
路ビーム２８７ａとに分割され、かつ、別個の変調器が各経路で使用される。デュアル変
調器アプローチでは、オフセット開始周波数および／またはオフセット開始時間および／
またはオフセット開始位相にある入力デジタルチャープ信号を用いていずれかの経路をプ
ログラムできる。各レンジゲートで使用される遅延をシフトすることによって、システム
は、他のシステムの制限（検出器およびデジタイザ帯域幅、測定時間、など）にもかかわ
らず、明確に高分解能で測定できる。次いで、ソフトウェア制御された遅延参照信号２８
７ｂは、上述のように戻り信号２９１と混合される。他の実施形態では、ＬＯ参照経路２
８２のソフトウェア制御された遅延が、適応走査アプローチをダウンレンジ次元でも同様
に適応可能にする。
【0035】
いくつかの実施形態では、ＲＦ波形発生器２１５は一対のチャネルを含み、第１のチャ
ネルは第１の入力デジタルチャープ信号を変調器２１４ａに出力し、第２のチャネルは第
２の入力デジタルチャープ信号を変調器２１４ｂに出力する。いくつかの実施形態では、
第１の入力デジタルチャープ信号は第１の方形波デジタルチャープ信号に基づき、第２の
入力デジタルチャープ信号は第２の方形波デジタルチャープ信号に基づく。
ネルは第１の入力デジタルチャープ信号を変調器２１４ａに出力し、第２のチャネルは第
２の入力デジタルチャープ信号を変調器２１４ｂに出力する。いくつかの実施形態では、
第１の入力デジタルチャープ信号は第１の方形波デジタルチャープ信号に基づき、第２の
入力デジタルチャープ信号は第２の方形波デジタルチャープ信号に基づく。
【0036】
一実施形態では、変調器２１４ａは、第１の入力デジタルチャープ信号を受信して送信
ビーム２８３の周波数を変調し、帯域幅Ｂおよび持続時間τを有する送信信号２０５パル
スを生成する周波数変調器である。別の実施形態では、変調器２１４ｂは、ＲＦ波形発生
器２１５から第２の入力デジタルチャープ信号を受信する位相変調器である。これらの実
施形態では、変調器２１４ａで受信される第１の入力デジタルチャープ信号は、変調器２
１４ｂで受信される第２の入力デジタルチャープ信号から独立している。一実施形態では
、参照信号２０７の位相は、第２の入力デジタルチャープ信号に基づいて位相変調器によ
って変調され、光ミキサ２３２における参照ビーム２０７ｂと戻り信号２９１との間の強
度ノイズ変動を有利に低減する。
ビーム２８３の周波数を変調し、帯域幅Ｂおよび持続時間τを有する送信信号２０５パル
スを生成する周波数変調器である。別の実施形態では、変調器２１４ｂは、ＲＦ波形発生
器２１５から第２の入力デジタルチャープ信号を受信する位相変調器である。これらの実
施形態では、変調器２１４ａで受信される第１の入力デジタルチャープ信号は、変調器２
１４ｂで受信される第２の入力デジタルチャープ信号から独立している。一実施形態では
、参照信号２０７の位相は、第２の入力デジタルチャープ信号に基づいて位相変調器によ
って変調され、光ミキサ２３２における参照ビーム２０７ｂと戻り信号２９１との間の強
度ノイズ変動を有利に低減する。
【0037】
いくつかの実施形態では、使用されるレーザは、レーザを駆動する電流に適用される変
調により能動的に線形化された。実験は、変調を提供する電気光学変調器でも行われた。
システムは、様々な実施形態について以下により詳細に説明するように、所望のダウンレ
ンジ分解能に適した帯域幅Ｂおよび持続時間τのチャープを生成するように構成されてい
る。例えば、いくつかの例示された実施形態では、Ｂの値は約９０ＧＨｚのおよびτの値
は約２００ミリ秒（ｍｓ、１ｍｓ＝１０－３秒）が、行われた実験において比較的低い検
出器アレイフレームレートの限界内で機能するように選択された。これらの選択は、約３
０ｃｍのかなり大きなレンジウィンドウを観察するためになされ、これは、対象物の形状
および対象物の識別を決定する際にしばしば重要である。この手法は、１０ＭＨｚ～５Ｔ
Ｈｚのチャープ帯域幅に対して機能する。しかしながら、３Ｄイメージングアプリケーシ
ョンの場合、典型的なレンジは、約３００ＭＨｚ～約２０ＧＨｚのチャープ帯域幅、約２
５０ナノ秒（ｎｓ、ｎｓ＝１０－９秒）～約１ミリ秒（ｍｓ、１ｍｓ＝１０－３秒）のチ
ャープ持続時間、約０メートル～約２０ｋｍのターゲットへのレンジ、約３ミリメートル
（ｍｍ、１ｍｍ＝１０－３メートル）～約１メートル（ｍ）のターゲットでのスポットサ
イズ、約７．５ｍｍ～約０．５ｍのターゲットでの深度分解能である。これらの条件下で
は、レンジウィンドウを数キロメートルまで拡張できること、およびドップラ分解能も非
常に高くなり得る（チャープの持続時間に応じて）ことに留意されたい。
調により能動的に線形化された。実験は、変調を提供する電気光学変調器でも行われた。
システムは、様々な実施形態について以下により詳細に説明するように、所望のダウンレ
ンジ分解能に適した帯域幅Ｂおよび持続時間τのチャープを生成するように構成されてい
る。例えば、いくつかの例示された実施形態では、Ｂの値は約９０ＧＨｚのおよびτの値
は約２００ミリ秒（ｍｓ、１ｍｓ＝１０－３秒）が、行われた実験において比較的低い検
出器アレイフレームレートの限界内で機能するように選択された。これらの選択は、約３
０ｃｍのかなり大きなレンジウィンドウを観察するためになされ、これは、対象物の形状
および対象物の識別を決定する際にしばしば重要である。この手法は、１０ＭＨｚ～５Ｔ
Ｈｚのチャープ帯域幅に対して機能する。しかしながら、３Ｄイメージングアプリケーシ
ョンの場合、典型的なレンジは、約３００ＭＨｚ～約２０ＧＨｚのチャープ帯域幅、約２
５０ナノ秒（ｎｓ、ｎｓ＝１０－９秒）～約１ミリ秒（ｍｓ、１ｍｓ＝１０－３秒）のチ
ャープ持続時間、約０メートル～約２０ｋｍのターゲットへのレンジ、約３ミリメートル
（ｍｍ、１ｍｍ＝１０－３メートル）～約１メートル（ｍ）のターゲットでのスポットサ
イズ、約７．５ｍｍ～約０．５ｍのターゲットでの深度分解能である。これらの条件下で
は、レンジウィンドウを数キロメートルまで拡張できること、およびドップラ分解能も非
常に高くなり得る（チャープの持続時間に応じて）ことに留意されたい。
【0038】
プロセス、機器、およびデータ構造が、例示の目的で特定の配置の不可欠なブロックと
して、図２Ａおよび図２Ｂに示されているが、他の実施形態では、１つ以上のプロセスま
たはデータ構造、あるいはその一部が、異なる様態で、同じまたは異なるホスト上に、１
つ以上のデータベース内に、配置されているか、または省略されているか、あるいは１つ
以上の異なるプロセスまたはデータ構造が、同じまたは異なるホスト上に含まれている。
例えば、スプリッタ２１６および参照経路２２０は、ゼロ以上の光カプラを含む。
して、図２Ａおよび図２Ｂに示されているが、他の実施形態では、１つ以上のプロセスま
たはデータ構造、あるいはその一部が、異なる様態で、同じまたは異なるホスト上に、１
つ以上のデータベース内に、配置されているか、または省略されているか、あるいは１つ
以上の異なるプロセスまたはデータ構造が、同じまたは異なるホスト上に含まれている。
例えば、スプリッタ２１６および参照経路２２０は、ゼロ以上の光カプラを含む。
【0039】
図３Ａは、一実施形態による、図２ＡのＬＩＤＡＲシステム２００のＲＦ波形発生器２
１５の例示的な構成要素を図示するブロック図である。一実施形態では、ＲＦ波形生成器
２１５は、方形波デジタルチャープ信号３０６を発生させるトランシーバ３０２を含む。
いくつかの実施形態では、トランシーバ３０２は、フィールドプログラマブルゲートアレ
イ（ＦＰＧＡ）のトランシーバである。一実施形態では、ＦＰＧＡは、他の機能を行うた
めにＬＩＤＡＲシステム２００によって使用され、１つ以上のさもなければ使用されない
ＦＰＧＡのトランシーバ３０２は、ＲＦ波形発生器２１５によってアクセスされる。一実
施形態では、ＦＰＧＡのトランシーバ３０２は、約３２ＧＨｚの帯域幅を有する。この説
明の目的のために、デジタル信号のパラメータを議論するとき、単位のヘルツ（Ｈｚ）は
、単位の秒あたりのサンプル（ＳＰＳ）と交換可能に使用される。この実施形態は、ＬＩ
ＤＡＲシステム２００の既存の構成要素を有利に採用して、広帯域デジタル化チャープ信
号を発生し、ＬＩＤＡＲシステム２００において光搬送波を変調する。例示的な実施形態
では、ＦＰＧＡはまた、処理システム２５０によっても使用されて、ターゲットまでのレ
ンジを計算し、および／または計算されたレンジに基づいて画像データを生成する。
１５の例示的な構成要素を図示するブロック図である。一実施形態では、ＲＦ波形生成器
２１５は、方形波デジタルチャープ信号３０６を発生させるトランシーバ３０２を含む。
いくつかの実施形態では、トランシーバ３０２は、フィールドプログラマブルゲートアレ
イ（ＦＰＧＡ）のトランシーバである。一実施形態では、ＦＰＧＡは、他の機能を行うた
めにＬＩＤＡＲシステム２００によって使用され、１つ以上のさもなければ使用されない
ＦＰＧＡのトランシーバ３０２は、ＲＦ波形発生器２１５によってアクセスされる。一実
施形態では、ＦＰＧＡのトランシーバ３０２は、約３２ＧＨｚの帯域幅を有する。この説
明の目的のために、デジタル信号のパラメータを議論するとき、単位のヘルツ（Ｈｚ）は
、単位の秒あたりのサンプル（ＳＰＳ）と交換可能に使用される。この実施形態は、ＬＩ
ＤＡＲシステム２００の既存の構成要素を有利に採用して、広帯域デジタル化チャープ信
号を発生し、ＬＩＤＡＲシステム２００において光搬送波を変調する。例示的な実施形態
では、ＦＰＧＡはまた、処理システム２５０によっても使用されて、ターゲットまでのレ
ンジを計算し、および／または計算されたレンジに基づいて画像データを生成する。
【0040】
一実施形態では、デジタルチャープ波形は、ＦＰＧＡ上のプロセッサコア上で走るソフ
トウェアで発生される。従来のＦＰＧＡ上のいくつかの実施形態では、これらのプロセッ
サはＦＰＧＡファブリックに実装されたソフトコアプロセッサである。システムオンチッ
プ（ＳｏＣ）ＦＰＧＡ上の他の実施形態では、プログラマブルロジックファブリックと並
んでシリコンに永続的に実装されたハードコアプロセッサが存在する。
トウェアで発生される。従来のＦＰＧＡ上のいくつかの実施形態では、これらのプロセッ
サはＦＰＧＡファブリックに実装されたソフトコアプロセッサである。システムオンチッ
プ（ＳｏＣ）ＦＰＧＡ上の他の実施形態では、プログラマブルロジックファブリックと並
んでシリコンに永続的に実装されたハードコアプロセッサが存在する。
【0041】
一実施形態では、ソフトウェアアルゴリズムは、チャープ繰り返しレート、チャープ開
始周波数、チャープ帯域幅、チャープ方向、および出力サンプルレートなどのいくつかの
パラメータを入力として取り、出力としてチャープ波形データを生成する。ソフトウェア
発生の波形は、ＦＰＧＡのプログラマブルロジックファブリックに実装されたデュアルポ
ートブロックランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）要素にロードされる。これらのＲＡＭブ
ロックの１つのポートは、この波形のロードを可能にするためにプロセッサコアに接続さ
れ、他のポートは、プログラマブルロジックの有限状態マシン（ＦＳＭ）に接続される。
このＦＳＭは、シームレスな繰り返しチャープ発生に必要な厳しいタイミング要件の下で
、波形を読み出して、それらをＦＰＧＡのマルチギガビットトランシーバ（ＭＧＴ）に供
給するように設計されている。ＦＳＭはまた、それ自体プロセッサコア上で走るソフトウ
ェアによって制御可能であり、ソフトウェア環境からの完全な波形発生と制御とを可能に
する。
始周波数、チャープ帯域幅、チャープ方向、および出力サンプルレートなどのいくつかの
パラメータを入力として取り、出力としてチャープ波形データを生成する。ソフトウェア
発生の波形は、ＦＰＧＡのプログラマブルロジックファブリックに実装されたデュアルポ
ートブロックランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）要素にロードされる。これらのＲＡＭブ
ロックの１つのポートは、この波形のロードを可能にするためにプロセッサコアに接続さ
れ、他のポートは、プログラマブルロジックの有限状態マシン（ＦＳＭ）に接続される。
このＦＳＭは、シームレスな繰り返しチャープ発生に必要な厳しいタイミング要件の下で
、波形を読み出して、それらをＦＰＧＡのマルチギガビットトランシーバ（ＭＧＴ）に供
給するように設計されている。ＦＳＭはまた、それ自体プロセッサコア上で走るソフトウ
ェアによって制御可能であり、ソフトウェア環境からの完全な波形発生と制御とを可能に
する。
【0042】
方形波波形は、ＦＰＧＡトランシーバ３０２にアップロードされ、方形波デジタルチャ
ープ信号３０６を発生させるための入力として使用される命令２１７の少なくとも一部を
構成する。いくつかの実施形態では、方形波命令２１７は、方形波デジタルチャープ信号
３０６の１つ以上のパラメータに基づいてパラメータ化されたビットストリームである。
一実施形態では、パラメータは、開始周波数、停止周波数、パルス持続時間、およびパル
ス繰り返し周波数（ＰＲＦ）のうちの１つ以上を含む。例示的な実施形態では、開始周波
数は約５００ＭＨｚであり、停止周波数は約１４ＧＨｚであり、パルス持続時間は約１０
０マイクロ秒（μ秒）であり、ＰＲＦは約１０キロヘルツ（ｋＨｚ）である。いくつかの
実施形態では、方形波命令２１７は、トランシーバ３０２の第１のクロックサイクル数（
例えば、１１１０００）にわたって固定振幅の出力を示すビットストリームを含み、第１
の周波数を出力し、その後、第１のクロックサイクル数よりも少ない第２のクロックサイ
クル数（例えば、１１００）にわたって固定振幅の出力が続き、第１の周波数よりも大き
い第２の周波数を出力する。他の実施形態では、方形波命令は、レンジ決定モジュール２
７０に含まれ、ＦＰＧＡトランシーバ３０２にアップロードされるのではなく、処理シス
テム２５０からＦＰＧＡトランシーバ３０２に送信される。
ープ信号３０６を発生させるための入力として使用される命令２１７の少なくとも一部を
構成する。いくつかの実施形態では、方形波命令２１７は、方形波デジタルチャープ信号
３０６の１つ以上のパラメータに基づいてパラメータ化されたビットストリームである。
一実施形態では、パラメータは、開始周波数、停止周波数、パルス持続時間、およびパル
ス繰り返し周波数（ＰＲＦ）のうちの１つ以上を含む。例示的な実施形態では、開始周波
数は約５００ＭＨｚであり、停止周波数は約１４ＧＨｚであり、パルス持続時間は約１０
０マイクロ秒（μ秒）であり、ＰＲＦは約１０キロヘルツ（ｋＨｚ）である。いくつかの
実施形態では、方形波命令２１７は、トランシーバ３０２の第１のクロックサイクル数（
例えば、１１１０００）にわたって固定振幅の出力を示すビットストリームを含み、第１
の周波数を出力し、その後、第１のクロックサイクル数よりも少ない第２のクロックサイ
クル数（例えば、１１００）にわたって固定振幅の出力が続き、第１の周波数よりも大き
い第２の周波数を出力する。他の実施形態では、方形波命令は、レンジ決定モジュール２
７０に含まれ、ＦＰＧＡトランシーバ３０２にアップロードされるのではなく、処理シス
テム２５０からＦＰＧＡトランシーバ３０２に送信される。
【0043】
いくつかの実施形態では、方形波命令２１７は、コサインチャープ波形（例えば、図４
Ａのコサインチャープ４０６信号）をデジタル化することにより決定される。一実施形態
では、各クロックサイクルでの方形波命令２１７のビットストリームは、各クロックサイ
クルに対応する時間増分でのコサインチャープ波形の偏角に基づいて決定される。一実施
形態では、ビットストリームは、コサインチャープ波形の偏角が単位円の右半分にある時
間増分に対して１に設定される。この実施形態では、ビットストリームは、コサインチャ
ープ波形の偏角が単位円の左半分にある時間増分に対して０に設定される。これは、リソ
ースを集中的に使用するステップ、例えば、ルックアップテーブルまたはコサイン関数を
計算する他の方法を使用すること、を有利に回避し、方形波命令２１７を計算するための
効率的な方法を提供する。
Ａのコサインチャープ４０６信号）をデジタル化することにより決定される。一実施形態
では、各クロックサイクルでの方形波命令２１７のビットストリームは、各クロックサイ
クルに対応する時間増分でのコサインチャープ波形の偏角に基づいて決定される。一実施
形態では、ビットストリームは、コサインチャープ波形の偏角が単位円の右半分にある時
間増分に対して１に設定される。この実施形態では、ビットストリームは、コサインチャ
ープ波形の偏角が単位円の左半分にある時間増分に対して０に設定される。これは、リソ
ースを集中的に使用するステップ、例えば、ルックアップテーブルまたはコサイン関数を
計算する他の方法を使用すること、を有利に回避し、方形波命令２１７を計算するための
効率的な方法を提供する。
【0044】
図４Ａは、一実施形態による、従来のＬＩＤＡＲシステムで使用される入力デジタルチ
ャープ信号の一例を図示するグラフ４００である。水平軸４０２は時間であり、任意の単
位で測定される。電圧での垂直軸４０４は、任意の単位で測定される。一実施形態では、
入力デジタルチャープ信号は、時間とともに第１の周波数から第１の周波数よりも大きい
第２の周波数まで直線的に増加するコサインチャープ４０６信号である。図４Ｂは、一実
施形態による、図４Ａの入力デジタルチャープ信号の周波数スペクトルの一例を図示する
グラフ４５０である。水平軸４５２はギガヘルツ（ＧＨｚ）単位の周波数であり、垂直軸
４５４はデシベル（ｄＢ）単位のパワーである。一実施形態では、曲線４５６は、コサイ
ンチャープ４０６信号の周波数スペクトルを表す。周波数スペクトルの帯域幅４６０は、
第１の周波数から第２の周波数まで広がっている。一実施形態では、帯域幅４６０は、約
５００ＭＨｚから約１０ＧＨｚのレンジにある。加えて、ダイナミックレンジ４６２は、
帯域幅４６０内の曲線４５６の振幅と帯域幅４６０外の曲線４５６の振幅との間の差とし
て定義される。ダイナミックレンジ４６２は、少なくとも５０ｄＢである。
ャープ信号の一例を図示するグラフ４００である。水平軸４０２は時間であり、任意の単
位で測定される。電圧での垂直軸４０４は、任意の単位で測定される。一実施形態では、
入力デジタルチャープ信号は、時間とともに第１の周波数から第１の周波数よりも大きい
第２の周波数まで直線的に増加するコサインチャープ４０６信号である。図４Ｂは、一実
施形態による、図４Ａの入力デジタルチャープ信号の周波数スペクトルの一例を図示する
グラフ４５０である。水平軸４５２はギガヘルツ（ＧＨｚ）単位の周波数であり、垂直軸
４５４はデシベル（ｄＢ）単位のパワーである。一実施形態では、曲線４５６は、コサイ
ンチャープ４０６信号の周波数スペクトルを表す。周波数スペクトルの帯域幅４６０は、
第１の周波数から第２の周波数まで広がっている。一実施形態では、帯域幅４６０は、約
５００ＭＨｚから約１０ＧＨｚのレンジにある。加えて、ダイナミックレンジ４６２は、
帯域幅４６０内の曲線４５６の振幅と帯域幅４６０外の曲線４５６の振幅との間の差とし
て定義される。ダイナミックレンジ４６２は、少なくとも５０ｄＢである。
【0045】
図５Ａは、一実施形態による、図２Ａおよび図２ＢのＬＩＤＡＲシステム２００、２８
０で使用される方形波デジタルチャープ信号３０６の一例を図示するグラフ５００である
。水平軸５０２は時間であり、任意の単位で測定される。垂直軸５０４は電圧であり、任
意の単位で測定される。一実施形態では、方形波デジタルチャープ信号３０６は、時間と
ともに第１の周波数から第１の周波数よりも大きい第２の周波数まで直線的に増加する。
図５Ｂは、一実施形態による、図５Ａの方形波デジタルチャープ信号３０６の周波数スペ
クトルの一例を図示するグラフ５５０である。水平軸５５２はギガヘルツ（ＧＨｚ）単位
の周波数であり、垂直軸５５４はデシベル（ｄＢ）単位のパワーである。
０で使用される方形波デジタルチャープ信号３０６の一例を図示するグラフ５００である
。水平軸５０２は時間であり、任意の単位で測定される。垂直軸５０４は電圧であり、任
意の単位で測定される。一実施形態では、方形波デジタルチャープ信号３０６は、時間と
ともに第１の周波数から第１の周波数よりも大きい第２の周波数まで直線的に増加する。
図５Ｂは、一実施形態による、図５Ａの方形波デジタルチャープ信号３０６の周波数スペ
クトルの一例を図示するグラフ５５０である。水平軸５５２はギガヘルツ（ＧＨｚ）単位
の周波数であり、垂直軸５５４はデシベル（ｄＢ）単位のパワーである。
【0046】
いくつかの実施形態では、図３ＡのＲＦ波形発生器２１５は、方形波デジタルチャープ
信号３０６を、変調器２１４に入力される図３Ａの入力デジタルチャープ信号３０８に変
換する１つ以上の調整ステップを行うＲＦ調整３０４の構成要素を含む。いくつかの実施
形態では、調整ステップは、図５Ｂの方形波デジタルチャープ信号３０６の周波数スペク
トルを変更し、それにより入力デジタルチャープ信号３０８の結果としての周波数スペク
トルは、図４Ｂの入力デジタルチャープ信号の周波数スペクトルと１つ以上の特性を共有
する。一実施形態では、図４Ｂの入力デジタルチャープ信号の周波数スペクトルの特性は
、帯域幅４６０および／またはダイナミックレンジ４６２を含む。
信号３０６を、変調器２１４に入力される図３Ａの入力デジタルチャープ信号３０８に変
換する１つ以上の調整ステップを行うＲＦ調整３０４の構成要素を含む。いくつかの実施
形態では、調整ステップは、図５Ｂの方形波デジタルチャープ信号３０６の周波数スペク
トルを変更し、それにより入力デジタルチャープ信号３０８の結果としての周波数スペク
トルは、図４Ｂの入力デジタルチャープ信号の周波数スペクトルと１つ以上の特性を共有
する。一実施形態では、図４Ｂの入力デジタルチャープ信号の周波数スペクトルの特性は
、帯域幅４６０および／またはダイナミックレンジ４６２を含む。
【0047】
図３Ｂは、一実施形態による、図３ＡのＲＦ波形発生器２１５のＲＦ調整３０４の例示
的な構成要素を図示するブロック図である。いくつかの実施形態では、ＲＦ調整３０４の
構成要素は、図５Ｂの方形波デジタルチャープ信号３０６の周波数スペクトルからあるレ
ンジの周波数を除去するために使用されるフィルタ３１０を含む。一実施形態では、フィ
ルタ３１０は、帯域幅４６０と重複する周波数のレンジを通過させ、図４Ｂのコサインチ
ャープ４０６信号の帯域幅４６０の外側にある周波数のレンジを除去する帯域通過フィル
タである。いくつかの実施形態では、方形波デジタルチャープ信号３０６の周波数スペク
トル内の高次高調波５５５、５５７は、フィルタ３１０によって除去される。この実施形
態では、フィルタ３１０は、図５Ｂの方形波デジタルチャープ信号３０６の周波数スペク
トルからあるレンジの周波数（例えば５ＧＨｚより上）を除去する。例示的な実施形態で
は、高次ローパスフィルタを使用して、３次およびより高次の高調波を大幅に減衰させる
。いくつかの実施形態では、フィルタリングは、デジタル波形をＲＦ回路で使用するため
の正弦波形に有利に変換する。例示的な実施形態では、除外される周波数のレンジが高次
高調波５５５、５５７を包含するように、周波数のレンジが除去される。当業者には理解
されるように、高次高調波５５５、５５７は、図５Ａの方形波チャープ３０６の結果とし
て起きる周波数成分である。
的な構成要素を図示するブロック図である。いくつかの実施形態では、ＲＦ調整３０４の
構成要素は、図５Ｂの方形波デジタルチャープ信号３０６の周波数スペクトルからあるレ
ンジの周波数を除去するために使用されるフィルタ３１０を含む。一実施形態では、フィ
ルタ３１０は、帯域幅４６０と重複する周波数のレンジを通過させ、図４Ｂのコサインチ
ャープ４０６信号の帯域幅４６０の外側にある周波数のレンジを除去する帯域通過フィル
タである。いくつかの実施形態では、方形波デジタルチャープ信号３０６の周波数スペク
トル内の高次高調波５５５、５５７は、フィルタ３１０によって除去される。この実施形
態では、フィルタ３１０は、図５Ｂの方形波デジタルチャープ信号３０６の周波数スペク
トルからあるレンジの周波数（例えば５ＧＨｚより上）を除去する。例示的な実施形態で
は、高次ローパスフィルタを使用して、３次およびより高次の高調波を大幅に減衰させる
。いくつかの実施形態では、フィルタリングは、デジタル波形をＲＦ回路で使用するため
の正弦波形に有利に変換する。例示的な実施形態では、除外される周波数のレンジが高次
高調波５５５、５５７を包含するように、周波数のレンジが除去される。当業者には理解
されるように、高次高調波５５５、５５７は、図５Ａの方形波チャープ３０６の結果とし
て起きる周波数成分である。
【0048】
フィルタ３１０を使用して周波数スペクトルから周波数のレンジを除去した後、結果の
帯域幅５６０は、入力デジタルチャープ信号３０８の周波数スペクトルである。いくつか
の実施形態では、帯域幅５６０は、図４Ｂの入力デジタルチャープ信号の帯域幅４６０と
重なる。いくつかの実施形態では、入力デジタルチャープ信号３０８の帯域幅５６０は、
入力デジタルチャープ信号の帯域幅４６０を超える。様々な実施形態において、帯域幅５
６０は、約２ＧＨｚから約３０ＧＨｚのレンジである。好ましくは、帯域幅５６０は、約
１０ＧＨｚから約３０ＧＨｚのレンジである。例示的な一実施形態では、帯域幅５６０は
、約２ＧＨｚから約３ＧＨｚのレンジである。一般に、入力デジタルチャープ信号３０８
の帯域幅は、第１の周波数から第２の周波数まで広がる。例示的な実施形態では、第１の
周波数は約５００ＭＨｚから約２ＧＨｚのレンジにあり、第２の周波数は約３ＧＨｚから
約３２ＧＨｚのレンジにある。図５Ｂは、２～３ＧＨｚのレンジの帯域幅５６０を示して
いるが、これは単なる一例示的実施形態に過ぎない。
帯域幅５６０は、入力デジタルチャープ信号３０８の周波数スペクトルである。いくつか
の実施形態では、帯域幅５６０は、図４Ｂの入力デジタルチャープ信号の帯域幅４６０と
重なる。いくつかの実施形態では、入力デジタルチャープ信号３０８の帯域幅５６０は、
入力デジタルチャープ信号の帯域幅４６０を超える。様々な実施形態において、帯域幅５
６０は、約２ＧＨｚから約３０ＧＨｚのレンジである。好ましくは、帯域幅５６０は、約
１０ＧＨｚから約３０ＧＨｚのレンジである。例示的な一実施形態では、帯域幅５６０は
、約２ＧＨｚから約３ＧＨｚのレンジである。一般に、入力デジタルチャープ信号３０８
の帯域幅は、第１の周波数から第２の周波数まで広がる。例示的な実施形態では、第１の
周波数は約５００ＭＨｚから約２ＧＨｚのレンジにあり、第２の周波数は約３ＧＨｚから
約３２ＧＨｚのレンジにある。図５Ｂは、２～３ＧＨｚのレンジの帯域幅５６０を示して
いるが、これは単なる一例示的実施形態に過ぎない。
【0049】
他の実施形態では、フィルタ３１０は、入力デジタルチャープ信号３０８の最小ダイナ
ミックレンジを確立するために、図５Ｂの方形波デジタルチャープ信号３０６の周波数パ
ワースペクトルから周波数のレンジを除去する。ダイナミックレンジは、帯域幅５６０内
の周波数パワースペクトルの振幅と帯域幅５６０の外側の周波数パワースペクトルの振幅
との差として定義される。図５Ｂに示されるように、フィルタ３１０で周波数のレンジ（
例えば、高調波５５５、５５７）を除去する前に、ダイナミックレンジ５６３は約１０ｄ
Ｂである、例えば帯域幅５６０内の約０ｄＢと高次高調波５５５での約－１０ｄＢとの間
の差。フィルタ３１０で周波数のレンジ（例えば、高調波５５５、５５７）を除去した後
、ダイナミックレンジ５６２は、約２０ｄＢまで増加した、例えば、帯域幅５６０内の約
０ｄＢとノイズフロアでの約－２０ｄＢとの間の差。一実施形態では、入力デジタルチャ
ープ信号３０８の最小ダイナミックレンジは、約２０ｄＢから約５０ｄＢのレンジにある
。
ミックレンジを確立するために、図５Ｂの方形波デジタルチャープ信号３０６の周波数パ
ワースペクトルから周波数のレンジを除去する。ダイナミックレンジは、帯域幅５６０内
の周波数パワースペクトルの振幅と帯域幅５６０の外側の周波数パワースペクトルの振幅
との差として定義される。図５Ｂに示されるように、フィルタ３１０で周波数のレンジ（
例えば、高調波５５５、５５７）を除去する前に、ダイナミックレンジ５６３は約１０ｄ
Ｂである、例えば帯域幅５６０内の約０ｄＢと高次高調波５５５での約－１０ｄＢとの間
の差。フィルタ３１０で周波数のレンジ（例えば、高調波５５５、５５７）を除去した後
、ダイナミックレンジ５６２は、約２０ｄＢまで増加した、例えば、帯域幅５６０内の約
０ｄＢとノイズフロアでの約－２０ｄＢとの間の差。一実施形態では、入力デジタルチャ
ープ信号３０８の最小ダイナミックレンジは、約２０ｄＢから約５０ｄＢのレンジにある
。
【0050】
図５Ｂに示された周波数スペクトルの振幅は帯域幅５６０にわたって比較的平坦である
が、いくつかの実施形態では、振幅は帯域幅５６０にわたって平らではない。一実施形態
では、振幅が、帯域幅５６０内のより低い周波数でより大きく、より高い周波数でより小
さくなるように、振幅がより高い周波数で先細りになっている。入力デジタルチャープ信
号３０８の周波数スペクトルが帯域幅５６０にわたって等しい振幅を有する場合、混合に
とって有利である。
が、いくつかの実施形態では、振幅は帯域幅５６０にわたって平らではない。一実施形態
では、振幅が、帯域幅５６０内のより低い周波数でより大きく、より高い周波数でより小
さくなるように、振幅がより高い周波数で先細りになっている。入力デジタルチャープ信
号３０８の周波数スペクトルが帯域幅５６０にわたって等しい振幅を有する場合、混合に
とって有利である。
【0051】
いくつかの実施形態では、図３ＢのＲＦ調整３０４の構成要素は、帯域幅５６０にわた
って入力デジタルチャープ信号３０８の周波数スペクトルの振幅を平坦化するために使用
される等化器３１２を含む。図６Ａは、帯域幅５６０にわたる周波数スペクトルの振幅を
示す伝達関数６０６の例を図示するグラフである。水平軸６０２は任意単位の周波数であ
り、垂直軸６０４は任意単位のパワーである。フィルタ３１０が方形波デジタルチャープ
信号３０６から周波数のレンジを除去した後、フィルタリングされた信号３１１は、振幅
が帯域幅５６０にわたって伝達関数６０６に似ている周波数スペクトルを有する等化器３
１２で受信される。いくつかの実施形態では、伝達関数６０６はトランシーバ３０２の特
性であり、帯域幅５６０にわたる方形波デジタルチャープ信号の周波数スペクトルの振幅
を示す。図６Ｂは、別の実施形態による、トランシーバの何かの不利な形状および／また
はフィルタリングされた伝達関数６０６を補正するために挿入された図３ＢのＲＦ調整構
成要素の等化器３１２の伝達関数６０８の例を図示するグラフである。水平軸６０２は任
意単位の周波数であり、垂直軸６０４は任意単位のパワーである。いくつかの実施形態で
は、等化器３１２は、フィルタ３１０からフィルタリングされた信号３１１を受信し、伝
達関数６０８に従って帯域幅５６０にわたってフィルタリングされた信号の周波数スペク
トルの振幅を拡大する。図６Ｃは、一実施形態による、図３ＡのＲＦ波形発生器２１５か
ら出力される入力デジタルチャープ信号３０８の結果としての関数６１０の例を図示する
グラフである。等化器３１２が、伝達関数６０８を使用して帯域幅５６０にわたってフィ
ルタリングされた信号３１１の周波数スペクトルを拡大した後、結果としての関数６１０
は、帯域幅５６０にわたる入力デジタルチャープ信号３０８の周波数スペクトルの振幅を
示す。いくつかの実施形態では、周波数スペクトルの振幅は、帯域幅５６０にわたってほ
ぼ等しい。例示的な一実施形態では、周波数スペクトルの振幅は、帯域幅５６０にわたっ
て約１０％の平坦度内にある。別の例示的な実施形態では、周波数スペクトルの振幅は、
帯域幅５６０にわたって３～６ｄＢの変動を特徴とする。いくつかの実施形態では、ＲＦ
増幅器３１４が、変調器２１４に入力される前に入力デジタルチャープ信号３０８を増幅
するために設けられる。
って入力デジタルチャープ信号３０８の周波数スペクトルの振幅を平坦化するために使用
される等化器３１２を含む。図６Ａは、帯域幅５６０にわたる周波数スペクトルの振幅を
示す伝達関数６０６の例を図示するグラフである。水平軸６０２は任意単位の周波数であ
り、垂直軸６０４は任意単位のパワーである。フィルタ３１０が方形波デジタルチャープ
信号３０６から周波数のレンジを除去した後、フィルタリングされた信号３１１は、振幅
が帯域幅５６０にわたって伝達関数６０６に似ている周波数スペクトルを有する等化器３
１２で受信される。いくつかの実施形態では、伝達関数６０６はトランシーバ３０２の特
性であり、帯域幅５６０にわたる方形波デジタルチャープ信号の周波数スペクトルの振幅
を示す。図６Ｂは、別の実施形態による、トランシーバの何かの不利な形状および／また
はフィルタリングされた伝達関数６０６を補正するために挿入された図３ＢのＲＦ調整構
成要素の等化器３１２の伝達関数６０８の例を図示するグラフである。水平軸６０２は任
意単位の周波数であり、垂直軸６０４は任意単位のパワーである。いくつかの実施形態で
は、等化器３１２は、フィルタ３１０からフィルタリングされた信号３１１を受信し、伝
達関数６０８に従って帯域幅５６０にわたってフィルタリングされた信号の周波数スペク
トルの振幅を拡大する。図６Ｃは、一実施形態による、図３ＡのＲＦ波形発生器２１５か
ら出力される入力デジタルチャープ信号３０８の結果としての関数６１０の例を図示する
グラフである。等化器３１２が、伝達関数６０８を使用して帯域幅５６０にわたってフィ
ルタリングされた信号３１１の周波数スペクトルを拡大した後、結果としての関数６１０
は、帯域幅５６０にわたる入力デジタルチャープ信号３０８の周波数スペクトルの振幅を
示す。いくつかの実施形態では、周波数スペクトルの振幅は、帯域幅５６０にわたってほ
ぼ等しい。例示的な一実施形態では、周波数スペクトルの振幅は、帯域幅５６０にわたっ
て約１０％の平坦度内にある。別の例示的な実施形態では、周波数スペクトルの振幅は、
帯域幅５６０にわたって３～６ｄＢの変動を特徴とする。いくつかの実施形態では、ＲＦ
増幅器３１４が、変調器２１４に入力される前に入力デジタルチャープ信号３０８を増幅
するために設けられる。
【0052】
図３Ｃは、一実施形態による、図２ＢのＬＩＤＡＲシステム２８０のＲＦ波形発生器２
１５の例示的な構成要素を図示するブロック図である。図３ＣのＲＦ波形発生器２１５は
、ＦＰＧＡトランシーバ３０２が複数の方形波デジタルチャープ信号３０６ａ、３０６ｂ
を発生させるために複数のチャネル（例えば、２つのチャネル）を含むことを除いて、図
３Ａの波形発生器２１５と同様である。加えて、図３ＣのＲＦ波形発生器２１５は、入力
デジタルチャープ信号３０８ａ、３０８ｂを発生させるために方形波デジタルチャープ信
号３０６ａ、３０６ｂの各々について１つ以上の調整ステップを行うＲＦ調整３０４の構
成要素を含む。一実施形態では、第１の入力デジタルチャープ信号３０８ａは、変調器２
１４ａに入力されて送信経路ビーム２８３の周波数を変調し、第２の入力デジタルチャー
プ信号３０８ｂは、変調器２１４ｂに入力されて参照経路信号２８７ａの位相を変調する
。参照経路信号２８７ａの位相の変調は、参照経路信号２８７ｂと戻り光２９１との間の
強度変動に起因する検出器アレイ２３０でのノイズを有利に低減する。いくつかの実施形
態では、方形波デジタルチャープ信号３０６ａ、３０６ｂは独立しており、それにより、
１つ以上の別個のパラメータ（例えば、開始周波数、停止周波数、パルス持続時間、パル
ス繰り返し周波数）を特徴とする。一実施形態では、図３ＣのＦＰＧＡトランシーバ３０
２にアップロードされた方形波命令２０７は、各方形波デジタルチャープ信号３０６ａ、
３０６ｂに対する別個の命令を含む。
１５の例示的な構成要素を図示するブロック図である。図３ＣのＲＦ波形発生器２１５は
、ＦＰＧＡトランシーバ３０２が複数の方形波デジタルチャープ信号３０６ａ、３０６ｂ
を発生させるために複数のチャネル（例えば、２つのチャネル）を含むことを除いて、図
３Ａの波形発生器２１５と同様である。加えて、図３ＣのＲＦ波形発生器２１５は、入力
デジタルチャープ信号３０８ａ、３０８ｂを発生させるために方形波デジタルチャープ信
号３０６ａ、３０６ｂの各々について１つ以上の調整ステップを行うＲＦ調整３０４の構
成要素を含む。一実施形態では、第１の入力デジタルチャープ信号３０８ａは、変調器２
１４ａに入力されて送信経路ビーム２８３の周波数を変調し、第２の入力デジタルチャー
プ信号３０８ｂは、変調器２１４ｂに入力されて参照経路信号２８７ａの位相を変調する
。参照経路信号２８７ａの位相の変調は、参照経路信号２８７ｂと戻り光２９１との間の
強度変動に起因する検出器アレイ２３０でのノイズを有利に低減する。いくつかの実施形
態では、方形波デジタルチャープ信号３０６ａ、３０６ｂは独立しており、それにより、
１つ以上の別個のパラメータ（例えば、開始周波数、停止周波数、パルス持続時間、パル
ス繰り返し周波数）を特徴とする。一実施形態では、図３ＣのＦＰＧＡトランシーバ３０
２にアップロードされた方形波命令２０７は、各方形波デジタルチャープ信号３０６ａ、
３０６ｂに対する別個の命令を含む。
【0053】
図７は、一実施形態による、図４Ａの入力デジタルチャープ信号４０６を使用する従来
のＬＩＤＡＲシステムにおけるデチャーピングから生じるビート周波数の例示的な測定を
図示するグラフである。水平軸７０２は、ＭＨｚ単位の周波数である。垂直軸７０４は、
送信パワー密度ＩＴに対する戻り信号パワー密度ＩＲをデシベル（ｄＢ、ｄＢのパワー＝
２０ｌｏｇ（ＩＲ／ＩＴ））で示す。曲線７０６は、ビート周波数にわたるパワースペク
トルの振幅を示す。複数のレンジリターンピーク７０８ａ、７０８ｂ、７０８ｃが描かれ
ており、各レンジリターンピークは、例えば、対象物の異なる部分または異なる対象物に
対する、それぞれのレンジ測定値を示している。一実施形態では、各ピーク７０８ａ、７
０８ｂ、７０８ｃの水平位置は、それぞれのレンジを計算するために式（１ｂ）で使用さ
れるｆＲの別個の値を与える。ダイナミックレンジ７１２は、リターンピーク７０８での
曲線７０６の振幅（例えば、－４０ｄＢ）とノイズフロアでの曲線７０６の振幅（例えば
、－８０ｄＢ）との間で測定される。一実施形態では、ダイナミックレンジ７１２は約４
０ｄＢである。いくつかの実施形態では、約２０ｄＢから約４０ｄＢの間の最小ダイナミ
ックレンジが、正確なレンジ検出を保証する。
のＬＩＤＡＲシステムにおけるデチャーピングから生じるビート周波数の例示的な測定を
図示するグラフである。水平軸７０２は、ＭＨｚ単位の周波数である。垂直軸７０４は、
送信パワー密度ＩＴに対する戻り信号パワー密度ＩＲをデシベル（ｄＢ、ｄＢのパワー＝
２０ｌｏｇ（ＩＲ／ＩＴ））で示す。曲線７０６は、ビート周波数にわたるパワースペク
トルの振幅を示す。複数のレンジリターンピーク７０８ａ、７０８ｂ、７０８ｃが描かれ
ており、各レンジリターンピークは、例えば、対象物の異なる部分または異なる対象物に
対する、それぞれのレンジ測定値を示している。一実施形態では、各ピーク７０８ａ、７
０８ｂ、７０８ｃの水平位置は、それぞれのレンジを計算するために式（１ｂ）で使用さ
れるｆＲの別個の値を与える。ダイナミックレンジ７１２は、リターンピーク７０８での
曲線７０６の振幅（例えば、－４０ｄＢ）とノイズフロアでの曲線７０６の振幅（例えば
、－８０ｄＢ）との間で測定される。一実施形態では、ダイナミックレンジ７１２は約４
０ｄＢである。いくつかの実施形態では、約２０ｄＢから約４０ｄＢの間の最小ダイナミ
ックレンジが、正確なレンジ検出を保証する。
【0054】
図８は、一実施形態による、図５Ａの方形波デジタルチャープ信号３０６を使用するＬ
ＩＤＡＲシステム２００におけるデチャーピングから生じるビート周波数の例示的な測定
を図示するグラフである。水平軸８０２は、ＭＨｚ単位の周波数である。垂直軸８０４は
、送信パワー密度ＩＴに対する戻り信号パワー密度ＩＲをデシベル（ｄＢ、ｄＢのパワー
＝２０ｌｏｇ（ＩＲ／ＩＴ））で示す。曲線８０６は、ビート周波数にわたるパワー周波
数スペクトルの振幅を示す。複数のレンジリターンピーク８０８ａ、８０８ｂ、８０８ｃ
が描かれており、各レンジリターンピークは、例えば、対象物の異なる部分または異なる
対象物に対する、それぞれのレンジ測定値を示している。各ピーク８０８ａ、８０８ｂ、
８０８ｃの水平位置は、それぞれのレンジを計算するために式（１ｂ）でレンジ決定モジ
ュール２７０によって使用されるｆＲの別個の値を与える。加えて、複数のスプリアスピ
ーク８１０ａ、８１０ｂが描かれており、これらは、例えば、ＲＦ調整３０４がない場合
に、方形波デジタルチャープ信号３０６が変調器２１４に入力される場合に得られる。ス
プリアスピーク８１０ａ、８１０ｂは、図７において対応するピークを持たず、このため
、ＲＦ調整３０４が方形波デジタルチャープ信号３０６に行われない限り、誤ったレンジ
計算をもたらす。ＲＦ調整３０４は、ビート周波数曲線８０６からスプリアスピーク８１
０ａ、８１０ｂを有利に除去し、それにより誤ったレンジ計算を回避する。
ＩＤＡＲシステム２００におけるデチャーピングから生じるビート周波数の例示的な測定
を図示するグラフである。水平軸８０２は、ＭＨｚ単位の周波数である。垂直軸８０４は
、送信パワー密度ＩＴに対する戻り信号パワー密度ＩＲをデシベル（ｄＢ、ｄＢのパワー
＝２０ｌｏｇ（ＩＲ／ＩＴ））で示す。曲線８０６は、ビート周波数にわたるパワー周波
数スペクトルの振幅を示す。複数のレンジリターンピーク８０８ａ、８０８ｂ、８０８ｃ
が描かれており、各レンジリターンピークは、例えば、対象物の異なる部分または異なる
対象物に対する、それぞれのレンジ測定値を示している。各ピーク８０８ａ、８０８ｂ、
８０８ｃの水平位置は、それぞれのレンジを計算するために式（１ｂ）でレンジ決定モジ
ュール２７０によって使用されるｆＲの別個の値を与える。加えて、複数のスプリアスピ
ーク８１０ａ、８１０ｂが描かれており、これらは、例えば、ＲＦ調整３０４がない場合
に、方形波デジタルチャープ信号３０６が変調器２１４に入力される場合に得られる。ス
プリアスピーク８１０ａ、８１０ｂは、図７において対応するピークを持たず、このため
、ＲＦ調整３０４が方形波デジタルチャープ信号３０６に行われない限り、誤ったレンジ
計算をもたらす。ＲＦ調整３０４は、ビート周波数曲線８０６からスプリアスピーク８１
０ａ、８１０ｂを有利に除去し、それにより誤ったレンジ計算を回避する。
【0055】
ダイナミックレンジ８１２は、リターンピーク８０８での曲線８０６の振幅（例えば、
－３５ｄＢ）とノイズフロアでの曲線８０６の振幅（例えば、－８０ｄＢ）との間で測定
される。一実施形態では、ダイナミックレンジ８１２は約３５ｄＢであり、これは正確な
レンジ検出のための最小ダイナミックレンジ（例えば、２０ｄＢ）よりも大きい。スプリ
アスピーク８１０ａ、８１０ｂを除去することによって、ＲＦ調整はまた、正確なレンジ
検出のために最小ダイナミックレンジより上に、ダイナミックレンジ８１２を有利に増加
する。いくつかの実施形態では、ＲＦ調整３０４は、例えば、戻りピーク７０８の振幅に
対して、戻りピーク８０８の振幅を減少させるが、ダイナミックレンジ８１２は、正確な
レンジ検出のために最小ダイナミックレンジを超える。
－３５ｄＢ）とノイズフロアでの曲線８０６の振幅（例えば、－８０ｄＢ）との間で測定
される。一実施形態では、ダイナミックレンジ８１２は約３５ｄＢであり、これは正確な
レンジ検出のための最小ダイナミックレンジ（例えば、２０ｄＢ）よりも大きい。スプリ
アスピーク８１０ａ、８１０ｂを除去することによって、ＲＦ調整はまた、正確なレンジ
検出のために最小ダイナミックレンジより上に、ダイナミックレンジ８１２を有利に増加
する。いくつかの実施形態では、ＲＦ調整３０４は、例えば、戻りピーク７０８の振幅に
対して、戻りピーク８０８の振幅を減少させるが、ダイナミックレンジ８１２は、正確な
レンジ検出のために最小ダイナミックレンジを超える。
【0056】
図９は、一実施形態による、光チャープレンジ検出のために方形波デジタルチャープ信
号３０６を使用するための例示的な方法９００を図示するフローチャートである。図９の
流れ図は、例示の目的のために特定の順序で不可欠なステップとして示されているが、他
の実施形態では、１つ以上のステップまたはその一部が、異なる順序で行われるか、時間
的に重複して、直列または並列で行われ、あるいは、省略されるか、１つ以上の追加ステ
ップが追加されるか、または方法が仕方のいくつかの組み合わせに変更される。
号３０６を使用するための例示的な方法９００を図示するフローチャートである。図９の
流れ図は、例示の目的のために特定の順序で不可欠なステップとして示されているが、他
の実施形態では、１つ以上のステップまたはその一部が、異なる順序で行われるか、時間
的に重複して、直列または並列で行われ、あるいは、省略されるか、１つ以上の追加ステ
ップが追加されるか、または方法が仕方のいくつかの組み合わせに変更される。
【0057】
ステップ９０１において、光信号がレーザ源からが放射される。一実施形態では、ステ
ップ９０１において、図２Ａのシステム２００内のレーザ源２１２から搬送波２０１が放
射される。他の実施形態では、ステップ９０１において、搬送波２０１がレーザ源２１２
から放射され、スプリッタ２１６がその後、搬送波２０１を図２Ｂのシステム２８０の送
信経路ビーム２８３と参照経路信号２８７ａに分割する。
ップ９０１において、図２Ａのシステム２００内のレーザ源２１２から搬送波２０１が放
射される。他の実施形態では、ステップ９０１において、搬送波２０１がレーザ源２１２
から放射され、スプリッタ２１６がその後、搬送波２０１を図２Ｂのシステム２８０の送
信経路ビーム２８３と参照経路信号２８７ａに分割する。
【0058】
ステップ９０３において、方形波デジタルチャープ信号がトランシーバで発生される。
一実施形態では、ステップ９０３において、方形波デジタルチャープ信号３０６がトラン
シーバ３０２内でＦＰＧＡから発生される。別の実施形態では、方形波デジタルチャープ
信号３０６は、チップ上の任意の高速シリアルトランシーバによって発生される。例示的
な実施形態では、方形波デジタルチャープ信号３０６は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳ
Ｐ）によって発生される。例示的な一実施形態では、ＤＳＰは、特定用途向け集積回路（
ＡＳＩＣ）上に実装される。いくつかの実施形態では、ステップ９０３において、ＦＰＧ
Ａトランシーバ３０２にアップロードされた方形波命令２０７が実行されて、方形波デジ
タルチャープ信号３０６を発生させる。他の実施形態では、ステップ９０３において、方
形波命令はレンジ決定モジュール２７０に含まれ、処理システム２５０からＦＰＧＡトラ
ンシーバ３０２に通信されて方形波デジタルチャープ信号３０６を発生させる。他の実施
形態では、デジタル信号の他のソースが使用される。
一実施形態では、ステップ９０３において、方形波デジタルチャープ信号３０６がトラン
シーバ３０２内でＦＰＧＡから発生される。別の実施形態では、方形波デジタルチャープ
信号３０６は、チップ上の任意の高速シリアルトランシーバによって発生される。例示的
な実施形態では、方形波デジタルチャープ信号３０６は、デジタル信号プロセッサ（ＤＳ
Ｐ）によって発生される。例示的な一実施形態では、ＤＳＰは、特定用途向け集積回路（
ＡＳＩＣ）上に実装される。いくつかの実施形態では、ステップ９０３において、ＦＰＧ
Ａトランシーバ３０２にアップロードされた方形波命令２０７が実行されて、方形波デジ
タルチャープ信号３０６を発生させる。他の実施形態では、ステップ９０３において、方
形波命令はレンジ決定モジュール２７０に含まれ、処理システム２５０からＦＰＧＡトラ
ンシーバ３０２に通信されて方形波デジタルチャープ信号３０６を発生させる。他の実施
形態では、デジタル信号の他のソースが使用される。
【0059】
一実施形態では、ステップ９０３において、単一の方形波デジタルチャープ信号３０６
がトランシーバ３０２内で発生され、トランシーバ３０２の単一のチャネルから出力され
る。他の実施形態では、ステップ９０３において、複数の方形波デジタルチャープ信号３
０６ａ、３０６ｂがトランシーバ内で発生され、トランシーバ３０２の複数のチャネルか
ら出力される。
がトランシーバ３０２内で発生され、トランシーバ３０２の単一のチャネルから出力され
る。他の実施形態では、ステップ９０３において、複数の方形波デジタルチャープ信号３
０６ａ、３０６ｂがトランシーバ内で発生され、トランシーバ３０２の複数のチャネルか
ら出力される。
【0060】
ステップ９０５において、ステップ９０３で発生された方形波デジタルチャープ信号３
０６の周波数スペクトルが決定される。一実施形態では、方形波デジタルチャープ信号３
０６の周波数スペクトルは図５Ｂに示されており、高次高調波５５５、５５７を含む。い
くつかの実施形態では、方形波デジタルチャープ信号３０６の周波数スペクトルは予め決
められおり、ステップ９０５は省略される。
０６の周波数スペクトルが決定される。一実施形態では、方形波デジタルチャープ信号３
０６の周波数スペクトルは図５Ｂに示されており、高次高調波５５５、５５７を含む。い
くつかの実施形態では、方形波デジタルチャープ信号３０６の周波数スペクトルは予め決
められおり、ステップ９０５は省略される。
【0061】
ステップ９０７において、ステップ９０５で決定された方形波デジタルチャープ信号３
０６の周波数スペクトルからあるレンジの周波数が除去される。いくつかの実施形態では
、ステップ９０７において、周波数のレンジはフィルタ３１０で除去される。いくつかの
実施形態では、ステップ９０７において、フィルタ３１０は、帯域幅５６０内のあるレン
ジの周波数を送信し、周波数スペクトルの帯域幅５６０の外側の周波数の１つ以上のレン
ジを除去する帯域通過フィルタである。一実施形態では、帯域幅５６０は、コサインチャ
ープ信号４０６の周波数スペクトルの帯域幅４６０に基づく。いくつかの実施形態では、
ステップ９０７において、帯域幅５６０が帯域幅４６０と重なり、帯域幅５６０が約１０
ＧＨｚから約３０ＧＨｚのレンジになるように、周波数のレンジがフィルタ３１０で除去
される。他の実施形態では、ステップ９０７において、ダイナミックレンジ５６３（例え
ば、１０ｄＢ）がダイナミックレンジ５６２（例えば、２０ｄＢ）に増大するように、周
波数のレンジがフィルタ３１０で除去される。いくつかの実施形態では、増加されたダイ
ナミックレンジ５６２は、正確なレンジ検出のために最小ダイナミックレンジ（例えば、
２０ｄＢ）を超える。いくつかの実施形態では、ステップ９０７において、フィルタ３１
０は、高次高調波５５５、５５７を包含する周波数のレンジを除去する。例示的な実施形
態において、フィルタ３１０は、閾値周波数（例えば、５ＧＨｚ）より上の周波数のレン
ジを除去して、高次高調波５５５、５５７を除去する。方形波デジタルチャープ信号３０
６の周波数スペクトルが予め決められたいくつかの実施形態では、ステップ９０５は省略
され、ステップ９０７は、予め決められた周波数スペクトルに基づいて周波数のレンジを
除去する。いくつかの実施形態では、ステップ９０７において、フィルタ３１０は、方形
波デジタルチャープ信号３０６を、等化器３１２に入射するフィルタリングされた信号３
１１に変換する。
０６の周波数スペクトルからあるレンジの周波数が除去される。いくつかの実施形態では
、ステップ９０７において、周波数のレンジはフィルタ３１０で除去される。いくつかの
実施形態では、ステップ９０７において、フィルタ３１０は、帯域幅５６０内のあるレン
ジの周波数を送信し、周波数スペクトルの帯域幅５６０の外側の周波数の１つ以上のレン
ジを除去する帯域通過フィルタである。一実施形態では、帯域幅５６０は、コサインチャ
ープ信号４０６の周波数スペクトルの帯域幅４６０に基づく。いくつかの実施形態では、
ステップ９０７において、帯域幅５６０が帯域幅４６０と重なり、帯域幅５６０が約１０
ＧＨｚから約３０ＧＨｚのレンジになるように、周波数のレンジがフィルタ３１０で除去
される。他の実施形態では、ステップ９０７において、ダイナミックレンジ５６３（例え
ば、１０ｄＢ）がダイナミックレンジ５６２（例えば、２０ｄＢ）に増大するように、周
波数のレンジがフィルタ３１０で除去される。いくつかの実施形態では、増加されたダイ
ナミックレンジ５６２は、正確なレンジ検出のために最小ダイナミックレンジ（例えば、
２０ｄＢ）を超える。いくつかの実施形態では、ステップ９０７において、フィルタ３１
０は、高次高調波５５５、５５７を包含する周波数のレンジを除去する。例示的な実施形
態において、フィルタ３１０は、閾値周波数（例えば、５ＧＨｚ）より上の周波数のレン
ジを除去して、高次高調波５５５、５５７を除去する。方形波デジタルチャープ信号３０
６の周波数スペクトルが予め決められたいくつかの実施形態では、ステップ９０５は省略
され、ステップ９０７は、予め決められた周波数スペクトルに基づいて周波数のレンジを
除去する。いくつかの実施形態では、ステップ９０７において、フィルタ３１０は、方形
波デジタルチャープ信号３０６を、等化器３１２に入射するフィルタリングされた信号３
１１に変換する。
【0062】
ステップ９０９では、入力デジタルチャープ信号３０８を発生させるためにステップ９
０７からの周波数スペクトルの振幅が等化される。一実施形態では、帯域幅５６０にわた
ってフィルタリングされた信号３１１の周波数スペクトルの振幅は、伝達関数６０６に似
ており、例えば、帯域幅５６０内のより高い周波数で先細りになっている。一実施形態で
は、ステップ９０９において、等化器６１２が、伝達関数６０８で帯域幅５６０にわたっ
てフィルタリングされた信号３１１の周波数スペクトルの振幅を拡大する。帯域幅５６０
にわたる入力デジタルチャープ信号３０８の周波数スペクトルの結果として生じる振幅は
、結果としての伝達関数６１０に似ており、例えば、帯域幅５６０にわたってほぼ等しい
。いくつかの実施形態では、入力デジタルチャープ信号３０８は、ＲＦ増幅器３１４によ
って増幅され、その後、変調器２１４に入力される。
０７からの周波数スペクトルの振幅が等化される。一実施形態では、帯域幅５６０にわた
ってフィルタリングされた信号３１１の周波数スペクトルの振幅は、伝達関数６０６に似
ており、例えば、帯域幅５６０内のより高い周波数で先細りになっている。一実施形態で
は、ステップ９０９において、等化器６１２が、伝達関数６０８で帯域幅５６０にわたっ
てフィルタリングされた信号３１１の周波数スペクトルの振幅を拡大する。帯域幅５６０
にわたる入力デジタルチャープ信号３０８の周波数スペクトルの結果として生じる振幅は
、結果としての伝達関数６１０に似ており、例えば、帯域幅５６０にわたってほぼ等しい
。いくつかの実施形態では、入力デジタルチャープ信号３０８は、ＲＦ増幅器３１４によ
って増幅され、その後、変調器２１４に入力される。
【0063】
他の実施形態では、アップロードされた方形波命令２０７に基づいて入力デジタルチャ
ープ信号３０８を発生させるために、ステップ９０３、９０５、９０７、９０９で、また
はステップ９０３、９０５、９０７、９０９の代わりに、任意のデジタルアナログ変換器
を使用することができる。当業者には理解されるように、デジタルアナログ変換器の選択
は、ビット深度と帯域幅との間のトレードオフを伴う。
ープ信号３０８を発生させるために、ステップ９０３、９０５、９０７、９０９で、また
はステップ９０３、９０５、９０７、９０９の代わりに、任意のデジタルアナログ変換器
を使用することができる。当業者には理解されるように、デジタルアナログ変換器の選択
は、ビット深度と帯域幅との間のトレードオフを伴う。
【0064】
ステップ９１１において、ステップ９０１の光信号の周波数は、ステップ９０９からの
入力デジタルチャープ信号３０８に基づいて変調器で変調される。一実施形態では、ステ
ップ９１１において、搬送波２０１の周波数は、ＲＦ波形発生器２１５からの入力デジタ
ルチャープ信号３０８に基づいて図２Ａの変調器２１４で変調され、帯域幅Ｂおよび持続
時間τを有するパルスを生成する。他の実施形態では、ステップ９１１において、搬送波
２０１がレーザ源２１２から放射され、図２Ｂのスプリッタ２１６がその後、搬送波２０
１を送信経路ビーム２８３と参照経路信号２８７ａとに分割し、送信経路ビーム２８３の
周波数は、ＲＦ波形発生器２１５からの第１の入力デジタルチャープ信号３０８ａに基づ
いて変調器２１４ａで変調される。
入力デジタルチャープ信号３０８に基づいて変調器で変調される。一実施形態では、ステ
ップ９１１において、搬送波２０１の周波数は、ＲＦ波形発生器２１５からの入力デジタ
ルチャープ信号３０８に基づいて図２Ａの変調器２１４で変調され、帯域幅Ｂおよび持続
時間τを有するパルスを生成する。他の実施形態では、ステップ９１１において、搬送波
２０１がレーザ源２１２から放射され、図２Ｂのスプリッタ２１６がその後、搬送波２０
１を送信経路ビーム２８３と参照経路信号２８７ａとに分割し、送信経路ビーム２８３の
周波数は、ＲＦ波形発生器２１５からの第１の入力デジタルチャープ信号３０８ａに基づ
いて変調器２１４ａで変調される。
【0065】
ステップ９１３において、ステップ９１１の光信号が送信光信号と参照光信号に分割さ
れる。一実施形態では、ステップ９１３において、図２Ａの変調器２１４からの変調ビー
ム２０３は、スプリッタ２１６で送信信号２０５と参照信号２０７ａに分割される。一実
施形態では、ステップ９１１での変調の前にスプリッタ２１６が光信号を既に分割してい
るため、図２Ｂの実施形態に関してステップ９１３は省略される。
れる。一実施形態では、ステップ９１３において、図２Ａの変調器２１４からの変調ビー
ム２０３は、スプリッタ２１６で送信信号２０５と参照信号２０７ａに分割される。一実
施形態では、ステップ９１１での変調の前にスプリッタ２１６が光信号を既に分割してい
るため、図２Ｂの実施形態に関してステップ９１３は省略される。
【0066】
ステップ９１４において、参照経路信号２８７ａの位相は、ステップ９０９からの入力
デジタルチャープ信号に基づいて変調器で変調される。一実施形態では、ステップ９１４
において、参照経路信号２８７ａの位相は、ＲＦ波形発生器２１５からの入力デジタルチ
ャープ信号３０８ｂに基づいて図２Ｂの変調器２１４ｂで変調される。いくつかの実施形
態では、入力デジタルチャープ信号３０８ｂは、送信経路ビーム２８３の周波数を変調す
るためにステップ９１１で変調器２１４ａに入射する入力デジタルチャープ信号３０８ａ
とは異なる。いくつかの実施形態では、ステップ９１４は省略される。
デジタルチャープ信号に基づいて変調器で変調される。一実施形態では、ステップ９１４
において、参照経路信号２８７ａの位相は、ＲＦ波形発生器２１５からの入力デジタルチ
ャープ信号３０８ｂに基づいて図２Ｂの変調器２１４ｂで変調される。いくつかの実施形
態では、入力デジタルチャープ信号３０８ｂは、送信経路ビーム２８３の周波数を変調す
るためにステップ９１１で変調器２１４ａに入射する入力デジタルチャープ信号３０８ａ
とは異なる。いくつかの実施形態では、ステップ９１４は省略される。
【0067】
ステップ９１５において、参照経路光信号と戻り信号２９１とは検出器で結合される。
一実施形態では、ステップ９１５において、参照経路信号２０７ｂと戻り信号２９１とは
、図２Ａの検出器アレイ２３０で結合される。別の実施形態では、ステップ９１５におい
て、参照経路信号２８７ｂと戻り信号２９１とは、図２Ｂの検出器アレイ２３０で結合さ
れる。
一実施形態では、ステップ９１５において、参照経路信号２０７ｂと戻り信号２９１とは
、図２Ａの検出器アレイ２３０で結合される。別の実施形態では、ステップ９１５におい
て、参照経路信号２８７ｂと戻り信号２９１とは、図２Ｂの検出器アレイ２３０で結合さ
れる。
【0068】
ステップ９１７において、検出器から電気出力信号が発生される。一実施形態では、ス
テップ９１５に基づいて、検出器アレイ２３０から電気出力信号が発生される。一実施形
態では、電気出力信号は、参照信号と戻り信号との間の周波数差に基づく１つ以上のビー
ト周波数を含む。
テップ９１５に基づいて、検出器アレイ２３０から電気出力信号が発生される。一実施形
態では、電気出力信号は、参照信号と戻り信号との間の周波数差に基づく１つ以上のビー
ト周波数を含む。
【0069】
ステップ９１９において、ステップ９１７での電気出力信号のフーリエ変換の特性に基
づいて、対象物までのレンジが決定される。一実施形態では、レンジ決定モジュール２７
０に基づいて、処理システム２５０が、検出器アレイ２３０から受信した電気出力信号の
フーリエ変換を行い、電気出力信号の周波数スペクトルを得る（例えば、図８の曲線８０
６）。加えて、処理システム２５０は、電気出力信号の周波数スペクトル内の１つ以上の
レンジ戻りピーク８０８ａ、８０８ｂ、８０８ｃを識別する。処理システム２５０は、ピ
ークおよびゼロ以上のドップラシフトの１つ以上の特性（例えば、周波数値またはｆＲ）
をさらに決定する。次いで、処理システム２５０は、検出された周波数および、またはド
ップラ補正された周波数と式（１ｂ）に基づいて各ピークのレンジを計算する。
づいて、対象物までのレンジが決定される。一実施形態では、レンジ決定モジュール２７
０に基づいて、処理システム２５０が、検出器アレイ２３０から受信した電気出力信号の
フーリエ変換を行い、電気出力信号の周波数スペクトルを得る（例えば、図８の曲線８０
６）。加えて、処理システム２５０は、電気出力信号の周波数スペクトル内の１つ以上の
レンジ戻りピーク８０８ａ、８０８ｂ、８０８ｃを識別する。処理システム２５０は、ピ
ークおよびゼロ以上のドップラシフトの１つ以上の特性（例えば、周波数値またはｆＲ）
をさらに決定する。次いで、処理システム２５０は、検出された周波数および、またはド
ップラ補正された周波数と式（１ｂ）に基づいて各ピークのレンジを計算する。
【0070】
３．計算ハードウェアの概要
図１０は、本発明の実施形態が実装され得るコンピュータシステム１０００を図示する
ブロック図である。コンピュータシステム１０００は、コンピュータシステム１０００の
他の内部および外部構成要素間で情報を受け渡すためのバス１０１０などの通信機構を含
む。情報は、測定可能な現象、典型的には電圧、の物理信号として表されるが、他の実施
形態では、磁気、電磁気、圧力、化学、分子原子、および量子相互作用などの現象を含む
。例えば、北および南の磁場、またはゼロおよび非ゼロの電圧は、二進数（ビット）の２
つの状態（０、１）を表す。他の現象は、上位の桁数を表すことができる。測定前の複数
の同時量子状態の重ね合わせは、量子ビット（ｑｕｂｉｔ）を表す。１つ以上の数字のシ
ーケンスは、特性の数またはコードを表すために使用されるデジタルデータを構成する。
．いくつかの実施形態では、アナログデータと呼ばれる情報は、特定のレンジ内の測定可
能な値のほぼ連続体によって表される。コンピュータシステム１０００またはその一部は
、本明細書に記載の１つ以上の方法の１つ以上のステップを行うための手段を構成する。
図１０は、本発明の実施形態が実装され得るコンピュータシステム１０００を図示する
ブロック図である。コンピュータシステム１０００は、コンピュータシステム１０００の
他の内部および外部構成要素間で情報を受け渡すためのバス１０１０などの通信機構を含
む。情報は、測定可能な現象、典型的には電圧、の物理信号として表されるが、他の実施
形態では、磁気、電磁気、圧力、化学、分子原子、および量子相互作用などの現象を含む
。例えば、北および南の磁場、またはゼロおよび非ゼロの電圧は、二進数（ビット）の２
つの状態（０、１）を表す。他の現象は、上位の桁数を表すことができる。測定前の複数
の同時量子状態の重ね合わせは、量子ビット（ｑｕｂｉｔ）を表す。１つ以上の数字のシ
ーケンスは、特性の数またはコードを表すために使用されるデジタルデータを構成する。
．いくつかの実施形態では、アナログデータと呼ばれる情報は、特定のレンジ内の測定可
能な値のほぼ連続体によって表される。コンピュータシステム１０００またはその一部は
、本明細書に記載の１つ以上の方法の１つ以上のステップを行うための手段を構成する。
【0071】
一連の二進数は、特性の数またはコードを表すために使用されるデジタルデータを構成
する。バス１０１０は、情報がバス１０１０に連結されたデバイス間で迅速に転送される
ように、情報の多くの並列伝導体を含む。情報を処理するための１つ以上のプロセッサ１
００２がバス１０１０に連結されている。プロセッサ１００２は、情報に対して一組の動
作を行う。動作のセットには、バス１０１０から情報を取り込むこと、バス１０１０上へ
情報を置くことが含まれる。動作のセットには、典型的には、２つ以上の情報ユニットの
比較、情報ユニットの位置のシフト、加算や乗算などによる２つ以上の情報ユニットの結
合も含まれる。プロセッサ１００２によって実行される一連の動作は、コンピュータ命令
を構成する。
する。バス１０１０は、情報がバス１０１０に連結されたデバイス間で迅速に転送される
ように、情報の多くの並列伝導体を含む。情報を処理するための１つ以上のプロセッサ１
００２がバス１０１０に連結されている。プロセッサ１００２は、情報に対して一組の動
作を行う。動作のセットには、バス１０１０から情報を取り込むこと、バス１０１０上へ
情報を置くことが含まれる。動作のセットには、典型的には、２つ以上の情報ユニットの
比較、情報ユニットの位置のシフト、加算や乗算などによる２つ以上の情報ユニットの結
合も含まれる。プロセッサ１００２によって実行される一連の動作は、コンピュータ命令
を構成する。
【0072】
コンピュータシステム１０００は、バス１０１０に連結されたメモリ１００４も含む。
ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または他のダイナミック記憶デバイスなどのメモリ１
００４は、コンピュータ命令を含む情報を記憶する。ダイナミックメモリは、そこに記憶
された情報がコンピュータシステム１０００によって変更されることを可能にする。ＲＡ
Ｍは、メモリアドレスと呼ばれる場所に記憶されている情報のユニットが、近隣アドレス
の情報とは無関係に記憶および検索されることを可能にする。メモリ１００４はまた、コ
ンピュータ命令の実行中に一時的な値を記憶するためにプロセッサ１００２によって使用
される。コンピュータシステム１０００はまた、コンピュータシステム１０００によって
変更されない命令を含むスタティック情報を記憶するためのバス１０１０に連結された読
み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１００６または他のスタティック記憶デバイスを含む。命令
を含む情報を記憶するための、磁気ディスクまたは光ディスクなどの不揮発性（永続的）
記憶デバイス１００８もまたバス１０１０に連結され、コンピュータシステム１０００の
電源が切られた場合さもなければ電力が失われた場合でも持続する。
ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）または他のダイナミック記憶デバイスなどのメモリ１
００４は、コンピュータ命令を含む情報を記憶する。ダイナミックメモリは、そこに記憶
された情報がコンピュータシステム１０００によって変更されることを可能にする。ＲＡ
Ｍは、メモリアドレスと呼ばれる場所に記憶されている情報のユニットが、近隣アドレス
の情報とは無関係に記憶および検索されることを可能にする。メモリ１００４はまた、コ
ンピュータ命令の実行中に一時的な値を記憶するためにプロセッサ１００２によって使用
される。コンピュータシステム１０００はまた、コンピュータシステム１０００によって
変更されない命令を含むスタティック情報を記憶するためのバス１０１０に連結された読
み出し専用メモリ（ＲＯＭ）１００６または他のスタティック記憶デバイスを含む。命令
を含む情報を記憶するための、磁気ディスクまたは光ディスクなどの不揮発性（永続的）
記憶デバイス１００８もまたバス１０１０に連結され、コンピュータシステム１０００の
電源が切られた場合さもなければ電力が失われた場合でも持続する。
【0073】
命令を含む情報は、人間のユーザによって動作される英数字キーを含むキーボード、ま
たはセンサなどの外部入力デバイス１０１２からプロセッサが使用するためにバス１０１
０に提供される。センサはその周辺の状態を検出し、それらの検出を、コンピュータシス
テム１０００の情報を表すために使用される信号と互換性のある信号に変換する。主に人
間と対話するために使用されるバス１０１０に連結された他の外部デバイスは、陰極線管
（ＣＲＴ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの、画像を提示するためのディスプレ
イデバイス１０１４、および、マウスまたはトラックボールあるいはカーソル方向キーな
どの、ディスプレイ１０１４上に提示される小さなカーソル画像の位置を制御し、ディス
プレイ１０１４上に提示されるグラフィック要素に関連付けられたコマンドを発行するた
めのポインティングデバイス１０１６を含む。
たはセンサなどの外部入力デバイス１０１２からプロセッサが使用するためにバス１０１
０に提供される。センサはその周辺の状態を検出し、それらの検出を、コンピュータシス
テム１０００の情報を表すために使用される信号と互換性のある信号に変換する。主に人
間と対話するために使用されるバス１０１０に連結された他の外部デバイスは、陰極線管
（ＣＲＴ）または液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）などの、画像を提示するためのディスプレ
イデバイス１０１４、および、マウスまたはトラックボールあるいはカーソル方向キーな
どの、ディスプレイ１０１４上に提示される小さなカーソル画像の位置を制御し、ディス
プレイ１０１４上に提示されるグラフィック要素に関連付けられたコマンドを発行するた
めのポインティングデバイス１０１６を含む。
【0074】
図示の実施形態では、特定用途向け集積回路（ＩＣ）１０２０などの、特別目的のハー
ドウェアがバス１０１０に連結されている。特別目的のハードウェアは、特別目的のため
に十分に速くプロセッサ１００２によって行われない動作を行うように構成されている。
特定用途向けＩＣの例には、ディスプレイ１０１４用の画像を生成するグラフィックアク
セラレータカード、ネットワークを介して送られるメッセージを暗号化および解読するた
めの暗号化ボード、音声認識、およびハードウェア内でより効率的に実装されるいくらか
の複雑なシーケンスの動作を繰り返し行うロボットアームや医療スキャン機器などの、特
別な外部デバイスへのインターフェースが含まれる。
ドウェアがバス１０１０に連結されている。特別目的のハードウェアは、特別目的のため
に十分に速くプロセッサ１００２によって行われない動作を行うように構成されている。
特定用途向けＩＣの例には、ディスプレイ１０１４用の画像を生成するグラフィックアク
セラレータカード、ネットワークを介して送られるメッセージを暗号化および解読するた
めの暗号化ボード、音声認識、およびハードウェア内でより効率的に実装されるいくらか
の複雑なシーケンスの動作を繰り返し行うロボットアームや医療スキャン機器などの、特
別な外部デバイスへのインターフェースが含まれる。
【0075】
コンピュータシステム１０００はまた、バス１０１０に連結された通信インターフェー
ス１０７０の１つ以上の実例も含む。通信インターフェース１０７０は、プリンタ、スキ
ャナ、外部ディスクなどの、独自のプロセッサで動作する様々な外部デバイスへの双方向
通信連結を提供する。一般に、連結は、独自のプロセッサを備えた様々な外部デバイスが
接続されているローカルネットワーク１０８０に接続されているネットワークリンク１０
７８で行われる。例えば、通信インターフェース１０７０は、パーソナルコンピュータ上
のパラレルポートまたはシリアルポートあるいはユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポ
ートであり得る。いくつかの実施形態では、通信インターフェース１０７０は、統合サー
ビスデジタルネットワーク（ＩＳＤＮ）カードまたはデジタル加入者線（ＤＳＬ）カード
、あるいは対応するタイプの電話線への情報通信接続を提供する電話モデムである。いく
つかの実施形態では、通信インターフェース１０７０は、バス１０１０上の信号を、同軸
ケーブルを介した通信接続用の信号に、または光ファイバケーブルを介した通信接続用の
光信号に、変換するケーブルモデムである。別の例として、通信インターフェース１０７
０は、イーサネット（登録商標）などの互換性のあるＬＡＮへのデータ通信接続を提供す
るローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）カードであってもよい。無線リンクが実装され
てもよい。音波や電磁波などの搬送波は、ワイヤやケーブルなしで空間を走行する無線波
、光波、および赤外線波を含む。信号には、搬送波の振幅、周波数、位相、偏波、または
他の物理的属性の人為的な変動が含まれる。無線リンクの場合、通信インターフェース１
０７０は、デジタルデータなどの情報ストリームを運ぶ、赤外線および光信号を含む電気
、音響または電磁信号を送受信する。
ス１０７０の１つ以上の実例も含む。通信インターフェース１０７０は、プリンタ、スキ
ャナ、外部ディスクなどの、独自のプロセッサで動作する様々な外部デバイスへの双方向
通信連結を提供する。一般に、連結は、独自のプロセッサを備えた様々な外部デバイスが
接続されているローカルネットワーク１０８０に接続されているネットワークリンク１０
７８で行われる。例えば、通信インターフェース１０７０は、パーソナルコンピュータ上
のパラレルポートまたはシリアルポートあるいはユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）ポ
ートであり得る。いくつかの実施形態では、通信インターフェース１０７０は、統合サー
ビスデジタルネットワーク（ＩＳＤＮ）カードまたはデジタル加入者線（ＤＳＬ）カード
、あるいは対応するタイプの電話線への情報通信接続を提供する電話モデムである。いく
つかの実施形態では、通信インターフェース１０７０は、バス１０１０上の信号を、同軸
ケーブルを介した通信接続用の信号に、または光ファイバケーブルを介した通信接続用の
光信号に、変換するケーブルモデムである。別の例として、通信インターフェース１０７
０は、イーサネット（登録商標）などの互換性のあるＬＡＮへのデータ通信接続を提供す
るローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）カードであってもよい。無線リンクが実装され
てもよい。音波や電磁波などの搬送波は、ワイヤやケーブルなしで空間を走行する無線波
、光波、および赤外線波を含む。信号には、搬送波の振幅、周波数、位相、偏波、または
他の物理的属性の人為的な変動が含まれる。無線リンクの場合、通信インターフェース１
０７０は、デジタルデータなどの情報ストリームを運ぶ、赤外線および光信号を含む電気
、音響または電磁信号を送受信する。
【0076】
本明細書では、コンピュータ可読媒体という用語は、実行のための命令を含めて、情報
をプロセッサ１００２へ提供することに関与する任意の媒体を指すために使用される。そ
のような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を含むが、これらに限定さ
れない、多くの形態を取り得る。不揮発性媒体には、例えば、記憶デバイス１００８など
の光ディスクまたは磁気ディスクが含まれる。揮発性メディアには、例えば、ダイナミッ
クメモリ１００４が含まれる。伝送媒体には、例えば、同軸ケーブル、銅線、光ファイバ
ケーブル、および音波や電磁波など、無線波、光波、および赤外線波を含めて、ワイヤや
ケーブルなしで空間を走行する波が含まれる。本明細書では、コンピュータ可読記憶媒体
という用語は、伝送媒体を除き、情報をプロセッサ１００２へ提供することに関与する任
意の媒体を指すために使用される。
をプロセッサ１００２へ提供することに関与する任意の媒体を指すために使用される。そ
のような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体、および伝送媒体を含むが、これらに限定さ
れない、多くの形態を取り得る。不揮発性媒体には、例えば、記憶デバイス１００８など
の光ディスクまたは磁気ディスクが含まれる。揮発性メディアには、例えば、ダイナミッ
クメモリ１００４が含まれる。伝送媒体には、例えば、同軸ケーブル、銅線、光ファイバ
ケーブル、および音波や電磁波など、無線波、光波、および赤外線波を含めて、ワイヤや
ケーブルなしで空間を走行する波が含まれる。本明細書では、コンピュータ可読記憶媒体
という用語は、伝送媒体を除き、情報をプロセッサ１００２へ提供することに関与する任
意の媒体を指すために使用される。
【0077】
コンピュータ可読媒体の一般的な形態には、例えば、フロッピーディスク、フレキシブ
ルディスク、ハードディスク、磁気テープ、または任意のその他の磁気媒体、コンパクト
ディスクＲＯＭ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、または任意のそ
の他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、または穴のパターンを有する任意のその他の
物理媒体、ＲＡＭ、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、消去可能ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ
）、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭ、または任意のその他のメモリチップまたはカートリッジ、
搬送波、またはコンピュータが読み取れる任意のその他の媒体、が含まれる。本明細書で
は、非一時的コンピュータ可読記憶媒体という用語は、搬送波および他の信号を除き、情
報をプロセッサ１００２へ提供することに関与する任意の媒体を指すために使用される。
ルディスク、ハードディスク、磁気テープ、または任意のその他の磁気媒体、コンパクト
ディスクＲＯＭ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタルビデオディスク（ＤＶＤ）、または任意のそ
の他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、または穴のパターンを有する任意のその他の
物理媒体、ＲＡＭ、プログラマブルＲＯＭ（ＰＲＯＭ）、消去可能ＰＲＯＭ（ＥＰＲＯＭ
）、ＦＬＡＳＨ－ＥＰＲＯＭ、または任意のその他のメモリチップまたはカートリッジ、
搬送波、またはコンピュータが読み取れる任意のその他の媒体、が含まれる。本明細書で
は、非一時的コンピュータ可読記憶媒体という用語は、搬送波および他の信号を除き、情
報をプロセッサ１００２へ提供することに関与する任意の媒体を指すために使用される。
【0078】
１つ以上の有形の媒体に符号化されたロジックには、コンピュータ可読記憶媒体上のプ
ロセッサ命令およびＡＳＩＣ１０２０などの特別目的のハードウェアの一方または両方が
含まれる。
ロセッサ命令およびＡＳＩＣ１０２０などの特別目的のハードウェアの一方または両方が
含まれる。
【0079】
ネットワークリンク１０７８は、典型的には、１つ以上のネットワークを通じて、情報
を使用または処理する他のデバイスへの情報通信を提供する。例えば、ネットワークリン
ク１０７８は、ローカルネットワーク１０８０を通じて、ホストコンピュータ１０８２へ
、またはインターネットサービスプロバイダー（ＩＳＰ）によって運営される機器１０８
４への接続を提供し得る。ＩＳＰ機器１０８４は、今度は、今一般にインターネット１０
９０と呼ばれるネットワークの公共の世界規模のパケット交換通信ネットワークを通じて
データ通信サービスを提供する。インターネットに接続されたサーバ１０９２と呼ばれる
コンピュータは、インターネットを介して受信した情報に応答してサービスを提供する。
例えば、サーバ１０９２は、ディスプレイ１０１４でのプレゼンテーション用のビデオデ
ータを表す情報を提供する。
を使用または処理する他のデバイスへの情報通信を提供する。例えば、ネットワークリン
ク１０７８は、ローカルネットワーク１０８０を通じて、ホストコンピュータ１０８２へ
、またはインターネットサービスプロバイダー（ＩＳＰ）によって運営される機器１０８
４への接続を提供し得る。ＩＳＰ機器１０８４は、今度は、今一般にインターネット１０
９０と呼ばれるネットワークの公共の世界規模のパケット交換通信ネットワークを通じて
データ通信サービスを提供する。インターネットに接続されたサーバ１０９２と呼ばれる
コンピュータは、インターネットを介して受信した情報に応答してサービスを提供する。
例えば、サーバ１０９２は、ディスプレイ１０１４でのプレゼンテーション用のビデオデ
ータを表す情報を提供する。
【0080】
本発明は、本明細書に記載の手法を実装するためのコンピュータシステム１０００の使
用に関する。本発明の一実施形態によれば、これらの手法は、プロセッサ１００２が、メ
モリ１００４に含まれる１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを実行することに応答し
て、コンピュータシステム１０００によって行われる。ソフトウェアおよびプログラムコ
ードとも呼ばれるそのような命令は、記憶デバイス１００８などの別のコンピュータ可読
媒体からメモリ１００４に読み込まれてもよい。メモリ１００４に含まれる命令のシーケ
ンスの実行は、プロセッサ１００２に本明細書に記載の方法のステップを実行させる。代
替実施形態では、特定用途向け集積回路１０２０などのハードウェアが、ソフトウェアの
代わりに、またはソフトウェアと組み合わせて使用されて、本発明を実施し得る。このた
め、本発明の実施形態は、ハードウェアおよびソフトウェアのいずれか特定の組み合わせ
に限定されない。
用に関する。本発明の一実施形態によれば、これらの手法は、プロセッサ１００２が、メ
モリ１００４に含まれる１つ以上の命令の１つ以上のシーケンスを実行することに応答し
て、コンピュータシステム１０００によって行われる。ソフトウェアおよびプログラムコ
ードとも呼ばれるそのような命令は、記憶デバイス１００８などの別のコンピュータ可読
媒体からメモリ１００４に読み込まれてもよい。メモリ１００４に含まれる命令のシーケ
ンスの実行は、プロセッサ１００２に本明細書に記載の方法のステップを実行させる。代
替実施形態では、特定用途向け集積回路１０２０などのハードウェアが、ソフトウェアの
代わりに、またはソフトウェアと組み合わせて使用されて、本発明を実施し得る。このた
め、本発明の実施形態は、ハードウェアおよびソフトウェアのいずれか特定の組み合わせ
に限定されない。
【0081】
通信インターフェース１０７０を通じてネットワークリンク１０７８および他のネット
ワークを介して送信される信号は、コンピュータシステム１０００との間で情報をやり取
りする。コンピュータシステム１０００は、とりわけネットワーク１０８０、１０９０を
通じて、ネットワークリンク１０７８および通信インターフェース１０７０を通じて、プ
ログラムコードを含む情報を送受信することができる。インターネット１０９０を使用す
る例では、サーバ１０９２が、インターネット１０９０、ＩＳＰ機器１０８４、ローカル
ネットワーク１０８０、および通信インターフェース１０７０を通じて、コンピュータ１
０００から送られたメッセージによって要求された特定のアプリケーションのためのプロ
グラムコードを送信する。受信されたコードは、受信されたときにプロセッサ１００２に
よって実行されてもよく、または後で実行するために記憶デバイス１００８または他の不
揮発性ストレージに記憶されてもよく、両方でもよい。このようにして、コンピュータシ
ステム１０００は、搬送波上の信号の形態でアプリケーションプログラムコードを取得し
得る。
ワークを介して送信される信号は、コンピュータシステム１０００との間で情報をやり取
りする。コンピュータシステム１０００は、とりわけネットワーク１０８０、１０９０を
通じて、ネットワークリンク１０７８および通信インターフェース１０７０を通じて、プ
ログラムコードを含む情報を送受信することができる。インターネット１０９０を使用す
る例では、サーバ１０９２が、インターネット１０９０、ＩＳＰ機器１０８４、ローカル
ネットワーク１０８０、および通信インターフェース１０７０を通じて、コンピュータ１
０００から送られたメッセージによって要求された特定のアプリケーションのためのプロ
グラムコードを送信する。受信されたコードは、受信されたときにプロセッサ１００２に
よって実行されてもよく、または後で実行するために記憶デバイス１００８または他の不
揮発性ストレージに記憶されてもよく、両方でもよい。このようにして、コンピュータシ
ステム１０００は、搬送波上の信号の形態でアプリケーションプログラムコードを取得し
得る。
【0082】
様々な形態のコンピュータ可読媒体は、実行のためにプロセッサ１００２に命令または
データあるいはその両方の１つ以上のシーケンスを運ぶことに関与する場合がある。例え
ば、命令およびデータは、最初はホスト１０８２などのリモートコンピュータの磁気ディ
スク上に運ばれてもよい。リモートコンピュータは、命令およびデータをダイナミックメ
モリにロードし、モデムを使用して電話回線を介して命令およびデータを送る。コンピュ
ータシステム１０００にローカルなモデムは、電話回線上で命令およびデータを受信し、
赤外線送信器を使用して、命令およびデータをネットワークリンク１０７８として機能す
る赤外線搬送波上の信号に変換する。通信インターフェース１０７０として機能する赤外
線検出器は、赤外線信号で運ばれる命令およびデータを受信し、命令およびデータを表す
情報をバス１０１０に置く。バス１０１０は、情報をメモリ１００４に搬送し、そこから
プロセッサ１００２は、命令とともに送られたデータの一部を使用して命令を検索および
実行する。メモリ１００４で受信された命令およびデータは、プロセッサ１００２による
実行の前または後のいずれかに、記憶デバイス１００８上に任意選択的に記憶されてもよ
い。
データあるいはその両方の１つ以上のシーケンスを運ぶことに関与する場合がある。例え
ば、命令およびデータは、最初はホスト１０８２などのリモートコンピュータの磁気ディ
スク上に運ばれてもよい。リモートコンピュータは、命令およびデータをダイナミックメ
モリにロードし、モデムを使用して電話回線を介して命令およびデータを送る。コンピュ
ータシステム１０００にローカルなモデムは、電話回線上で命令およびデータを受信し、
赤外線送信器を使用して、命令およびデータをネットワークリンク１０７８として機能す
る赤外線搬送波上の信号に変換する。通信インターフェース１０７０として機能する赤外
線検出器は、赤外線信号で運ばれる命令およびデータを受信し、命令およびデータを表す
情報をバス１０１０に置く。バス１０１０は、情報をメモリ１００４に搬送し、そこから
プロセッサ１００２は、命令とともに送られたデータの一部を使用して命令を検索および
実行する。メモリ１００４で受信された命令およびデータは、プロセッサ１００２による
実行の前または後のいずれかに、記憶デバイス１００８上に任意選択的に記憶されてもよ
い。
【0083】
図１１は、本発明の実施形態が実装され得るチップセット１１００を図示する。チップ
セット１１００は、本明細書に記載の方法の１つ以上のステップを行うようにプログラム
され、例えば、１つ以上の物理パッケージ（例えば、チップ）に組み込まれた図１０に関
して説明したプロセッサおよびメモリ構成要素を含む。例として、物理的パッケージは、
物理的強度、サイズの保存、および／または電気的相互作用の制限などの１つ以上の特性
を提供するために、構造アセンブリ（例えば、ベースボード）上の１つ以上の材料、構成
要素、および／またはワイヤの配置を含む。ある実施形態では、チップセットは単一のチ
ップに実装できることが企図されている。チップセット１１００またはその一部は、本明
細書に記載の方法の１つ以上のステップを行うための手段を構成する。
セット１１００は、本明細書に記載の方法の１つ以上のステップを行うようにプログラム
され、例えば、１つ以上の物理パッケージ（例えば、チップ）に組み込まれた図１０に関
して説明したプロセッサおよびメモリ構成要素を含む。例として、物理的パッケージは、
物理的強度、サイズの保存、および／または電気的相互作用の制限などの１つ以上の特性
を提供するために、構造アセンブリ（例えば、ベースボード）上の１つ以上の材料、構成
要素、および／またはワイヤの配置を含む。ある実施形態では、チップセットは単一のチ
ップに実装できることが企図されている。チップセット１１００またはその一部は、本明
細書に記載の方法の１つ以上のステップを行うための手段を構成する。
【0084】
一実施形態では、チップセット１１００は、チップセット１１００の構成要素間で情報
を受け渡すためのバス１１０１などの通信機構を含む。プロセッサ１１０３は、バス１１
０１への接続性を有し、命令を実行し、例えば、メモリ１１０５に記憶された情報を処理
する。プロセッサ１１０３は、１つ以上の処理コアを含んでもよく、各コアは独立して行
うように構成されている。マルチコアプロセッサは、単一の物理パッケージ内でマルチ処
理を可能にする。マルチコアプロセッサの例には、２、４、８、またはそれ以上の数の処
理コアが含まれる。代替的または追加して、プロセッサ１１０３は、バス１１０１を介し
て縦に並んで構成された１つ以上のマイクロプロセッサを含み、命令、パイプライン化、
およびマルチスレッド化の独立した実行を可能にし得る。プロセッサ１１０３はまた、１
つ以上のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１１０７、または１つ以上の特定用途向け集
積回路（ＡＳＩＣ）１１０９などの一定の処理機能およびタスクを行う１つ以上の特化さ
れた構成要素を伴ってもよい。ＤＳＰ１１０７は、典型的には、プロセッサ１１０３から
独立して現実世界の信号（例えば、音）をリアルタイムで処理するように構成されている
。同様に、ＡＳＩＣ１１０９は、汎用プロセッサでは容易に行えない特化された機能を行
うように構成することができる。本明細書に記載の本発明の機能を行うのを助ける他の特
化された構成要素には、１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）
（図示せず）、１つ以上のコントローラ（図示せず）、または１つ以上の他の専用コンピ
ュータチップが含まれる。
を受け渡すためのバス１１０１などの通信機構を含む。プロセッサ１１０３は、バス１１
０１への接続性を有し、命令を実行し、例えば、メモリ１１０５に記憶された情報を処理
する。プロセッサ１１０３は、１つ以上の処理コアを含んでもよく、各コアは独立して行
うように構成されている。マルチコアプロセッサは、単一の物理パッケージ内でマルチ処
理を可能にする。マルチコアプロセッサの例には、２、４、８、またはそれ以上の数の処
理コアが含まれる。代替的または追加して、プロセッサ１１０３は、バス１１０１を介し
て縦に並んで構成された１つ以上のマイクロプロセッサを含み、命令、パイプライン化、
およびマルチスレッド化の独立した実行を可能にし得る。プロセッサ１１０３はまた、１
つ以上のデジタル信号プロセッサ（ＤＳＰ）１１０７、または１つ以上の特定用途向け集
積回路（ＡＳＩＣ）１１０９などの一定の処理機能およびタスクを行う１つ以上の特化さ
れた構成要素を伴ってもよい。ＤＳＰ１１０７は、典型的には、プロセッサ１１０３から
独立して現実世界の信号（例えば、音）をリアルタイムで処理するように構成されている
。同様に、ＡＳＩＣ１１０９は、汎用プロセッサでは容易に行えない特化された機能を行
うように構成することができる。本明細書に記載の本発明の機能を行うのを助ける他の特
化された構成要素には、１つ以上のフィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）
（図示せず）、１つ以上のコントローラ（図示せず）、または１つ以上の他の専用コンピ
ュータチップが含まれる。
【0085】
プロセッサ１１０３および付随する構成要素は、バス１１０１を介してメモリ１１０５
への接続性を有する。メモリ１１０５は、実行時に、本明細書に記載の方法の１つ以上の
ステップを行う実行可能命令を記憶するための、ダイナミックメモリ（例えば、ＲＡＭ、
磁気ディスク、書き込み可能光ディスク、など）およびスタティックメモリ（例えば、Ｒ
ＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、など）の両方を含む。メモリ１１０５はまた、本明細書に記載の方
法の１つ以上のステップの実行に関連付けられた、またはそれによって発生されたデータ
を記憶する。
への接続性を有する。メモリ１１０５は、実行時に、本明細書に記載の方法の１つ以上の
ステップを行う実行可能命令を記憶するための、ダイナミックメモリ（例えば、ＲＡＭ、
磁気ディスク、書き込み可能光ディスク、など）およびスタティックメモリ（例えば、Ｒ
ＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ、など）の両方を含む。メモリ１１０５はまた、本明細書に記載の方
法の１つ以上のステップの実行に関連付けられた、またはそれによって発生されたデータ
を記憶する。
【0086】
４．変更、拡張、および修正
前述の明細書では、本発明を、その具体的な実施形態を参照して説明した。しかしなが
ら、本発明のより広い精神および範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更がそ
れになされ得ることは明らかであろう。したがって、本明細書および図面は、制限的な意
味ではなく、例示的な意味で見なされるべきである。本明細書および特許請求の範囲を通
して、文脈がそうでないことを要求しない限り、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という
語、および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」もしくは「備える（ｃｏｍｐｒｉｎｇ）」
などのその変形は、述べられた項目、要素またはステップあるいは項目の群れ、要素（複
数）またはステップ（複数）の包含を含意するが、いずれかの他の項目、要素またはステ
ップあるいは項目の群れ、要素（複数）またはステップ（複数）の排除ではないことが理
解されるべきである。さらに、不定冠詞「ある（ａ）」または「ある（ａｎ）」は、冠詞
によって修飾された項目、要素、またはステップのうちの１つ以上を示すことを意味する
。本明細書で使用する場合、文脈からそうでないことが明確でない限り、他の値の２の係
数（２倍または半分）以内であれば、値は「約」別の値である。例示的なレンジが与えら
れているが、文脈からそうでないことが明確でない限り、任意の含まれるレンジもまた、
様々な実施形態で意図されている。したがって、いくつかの実施形態では、０～１０のレ
ンジは１～４のレンジを含む。
５．参考文献
Ａｄａｎｙ，Ｐ．，Ｃ．Ａｌｌｅｎ，およびＲ．Ｈｕｉ，“Ｃｈｉｒｐｅｄ ＬＩＤＡ
Ｒ Ｕｓｉｎｇ Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｈｏｍｏｄｙｎｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，”Ｊ
ｏｕｒ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈ．，ｖ．２７（１６），１５ Ａｕｇｕｓｔ，２
００９．
Ｈｕｉ，Ｒ．，Ｃ．Ａｌｌｅｎ，および Ｐ．Ａｄａｎｙ，“Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｄｅ
ｔｅｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ＦＭ Ｃｈｉｒｐｅｄ ｌａｓｅｒ ＲＡＤＡ
Ｒ，”ＵＳ ｐａｔｅｎｔ ７，７４２，１５２，２２ Ｊｕｎｅ ２０１０．
Ｋａｃｈｅｌｍｙｅｒ，Ａ．Ｌ．，“Ｒａｎｇｅ－Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ
ｗｉｔｈ ａ Ｌａｓｅｒ Ｒａｄａｒ，”Ｔｈｅ Ｌｉｎｃｏｌｎ Ｌａｂｏｒａｔｏ
ｒｙ Ｊｏｕｒｎａｌ，ｖ．３．（１），１９９０．
前述の明細書では、本発明を、その具体的な実施形態を参照して説明した。しかしなが
ら、本発明のより広い精神および範囲から逸脱することなく、様々な修正および変更がそ
れになされ得ることは明らかであろう。したがって、本明細書および図面は、制限的な意
味ではなく、例示的な意味で見なされるべきである。本明細書および特許請求の範囲を通
して、文脈がそうでないことを要求しない限り、「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅ）」という
語、および「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」もしくは「備える（ｃｏｍｐｒｉｎｇ）」
などのその変形は、述べられた項目、要素またはステップあるいは項目の群れ、要素（複
数）またはステップ（複数）の包含を含意するが、いずれかの他の項目、要素またはステ
ップあるいは項目の群れ、要素（複数）またはステップ（複数）の排除ではないことが理
解されるべきである。さらに、不定冠詞「ある（ａ）」または「ある（ａｎ）」は、冠詞
によって修飾された項目、要素、またはステップのうちの１つ以上を示すことを意味する
。本明細書で使用する場合、文脈からそうでないことが明確でない限り、他の値の２の係
数（２倍または半分）以内であれば、値は「約」別の値である。例示的なレンジが与えら
れているが、文脈からそうでないことが明確でない限り、任意の含まれるレンジもまた、
様々な実施形態で意図されている。したがって、いくつかの実施形態では、０～１０のレ
ンジは１～４のレンジを含む。
５．参考文献
Ａｄａｎｙ，Ｐ．，Ｃ．Ａｌｌｅｎ，およびＲ．Ｈｕｉ，“Ｃｈｉｒｐｅｄ ＬＩＤＡ
Ｒ Ｕｓｉｎｇ Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｈｏｍｏｄｙｎｅ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ，”Ｊ
ｏｕｒ．Ｌｉｇｈｔｗａｖｅ Ｔｅｃｈ．，ｖ．２７（１６），１５ Ａｕｇｕｓｔ，２
００９．
Ｈｕｉ，Ｒ．，Ｃ．Ａｌｌｅｎ，および Ｐ．Ａｄａｎｙ，“Ｃｏｈｅｒｅｎｔ ｄｅ
ｔｅｃｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｆｏｒ ＦＭ Ｃｈｉｒｐｅｄ ｌａｓｅｒ ＲＡＤＡ
Ｒ，”ＵＳ ｐａｔｅｎｔ ７，７４２，１５２，２２ Ｊｕｎｅ ２０１０．
Ｋａｃｈｅｌｍｙｅｒ，Ａ．Ｌ．，“Ｒａｎｇｅ－Ｄｏｐｐｌｅｒ Ｉｍａｇｉｎｇ
ｗｉｔｈ ａ Ｌａｓｅｒ Ｒａｄａｒ，”Ｔｈｅ Ｌｉｎｃｏｌｎ Ｌａｂｏｒａｔｏ
ｒｙ Ｊｏｕｒｎａｌ，ｖ．３．（１），１９９０．
【図1A】
【図1B】
【図2A】
【図2B】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
