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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2024-04-22
(54)【発明の名称】パルスＬＩＤＡＲシステム
(51)【国際特許分類】
G01S 17/34 20200101AFI20240415BHJP
G01S 17/95 20060101ALI20240415BHJP
G01P 5/26 20060101ALI20240415BHJP
【ＦＩ】
G01S17/34
G01S17/95
G01P5/26 A
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2023568307
(86)(22)【出願日】2022-04-26
(85)【翻訳文提出日】2023-11-29
(86)【国際出願番号】 FR2022050781
(87)【国際公開番号】W WO2022234211
(87)【国際公開日】2022-11-10
(31)【優先権主張番号】2104768
(32)【優先日】2021-05-06
(33)【優先権主張国・地域又は機関】FR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】518023164
【氏名又は名称】オフィス ナショナル デテュード エ ドゥ ルシェルシュ アエロスパシアル
(74)【代理人】
【識別番号】110000338
【氏名又は名称】弁理士法人 ＨＡＲＡＫＥＮＺＯ ＷＯＲＬＤ ＰＡＴＥＮＴ ＆ ＴＲＡＤＥＭＡＲＫ
(72)【発明者】
【氏名】ロンバール，ロラン
(72)【発明者】
【氏名】ドルフィ－ブトゥイル，アニエス
【テーマコード（参考）】
5J084
【Ｆターム（参考）】
5J084AA05
5J084AA07
5J084AB08
5J084BA03
5J084BA36
5J084BB31
5J084BB40
5J084DA01
5J084DA08
5J084DA09
5J084EA01
(57)【要約】
パルスＬＩＤＡＲシステム（１００）は、同時に放出される複数のパルススペクトル成分の重畳として各パルス（Ｉ）を形成するように構成された伝送経路（１０）を有する。このようにして、ヘテロダイン検出信号の信号対雑音比が改善される。この種のＬＩＤＡＲシステムは光ファイバを使用して実施することができ、大気速度測定を実行するのに特に適している。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
パルスＬＩＤＡＲシステム（１００）であり、前記システムによって標的（Ｔ）に向かって連続的に放出される一連の放射線パルス（Ｉ）によって受けるドップラー効果周波数シフト（νＤｏｐｐｌｅｒ）の値を、前記標的上での再帰反射または後方散乱の後に受け取られた前記パルスの一部と、前記システムによって放出される前記パルスとの間で決定し、前記周波数シフトについて決定された前記値に基づいて、前記システムの光放出方向に平行な前記標的の速度成分（ＶＴ）の推定値を提供するように適合されたシステムであって、前記システム（１００）は、
前記一連のパルス（Ｉ）を生成するように構成された伝送経路（１０）と、
前記標的（Ｔ）上での再帰反射または後方散乱の後に受け取られた前記パルス部分（ＲＩ）を検出し、前記一連のパルス（Ｉ）に対応するヘテロダイン検出信号を生成するように構成された検出経路（２０）と、
前記一連のパルス（Ｉ）に対応するヘテロダイン検出寄与から前記周波数シフト（νＤｏｐｐｌｅｒ）の値が生じるように、前記ヘテロダイン検出信号のスペクトル分析を実行するように適合されたスペクトル分析モジュール（３０）と、を備え、
前記伝送経路（１０）は、同時に放出され、スペクトル的に離散し、異なる中心波長値に一対一で関連する複数のパルススペクトル成分の重畳としてパルス（Ｉ）の各々を形成するようにさらに構成され、
前記システム（１００）は、前記スペクトル分析モジュール（３０）によって決定された前記周波数シフト（νＤｏｐｐｌｅｒ）の値が、前記一連のパルス（Ｉ）のパルススペクトル成分にそれぞれ対応する複数のヘテロダイン検出寄与から生じるように、適合されることを特徴とするパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項2】
前記システムは、前記標的（Ｔ）を形成する懸濁粒子を含む大気の部分に向かって前記放射線パルス（Ｉ）を放出するように向けられたときに、空気流速成分の推定値を提供するように適合され、前記粒子は、前記放射線を後方散乱させるものである、請求項１に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項3】
前記伝送経路（１０）は、各パルス（Ｉ）の前記スペクトル成分が少なくとも１０ＭＨｚ、好ましくは少なくとも２０ＭＨｚ、最大で２０００ＭＨｚだけスペクトル的に分離されるようにさらに構成される、請求項１または２に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項4】
前記伝送経路（１０）は、スペクトル的に隣接する前記パルススペクトル成分の任意の２つの間に存在するスペクトル差（Δν１）が、隣接するパルススペクトル成分の様々なペアの間で一定であるようにさらに構成される、請求項１～３の何れか一項に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項5】
前記伝送経路（１０）は、各パルス（Ｉ）を構成するスペクトル的に離散しているパルススペクトル成分の数が２～２０、好ましくは４～１２であるようにさらに構成される、請求項１～４の何れか一項に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項6】
前記伝送経路（１０）は、初期レーザ放射線（Ｒ０）を生成するように適合されたレーザ放出源（１１）と；
コム発生変調器（１７）の制御入力に印加される変調信号に従って、前記初期レーザ放射線（Ｒ０）を修正するように構成されたコム発生変調器（１７）と；
前記コム発生変調器（１７）の前記制御入力に前記変調信号を印加するように接続される変調信号発生器（１８）と、を備え、
前記変調信号は、前記初期レーザ放射線（Ｒ０）が前記コム発生変調器（１７）によって、１対１にパルススペクトル成分を形成するように意図された１組のスペクトル成分に変換するものである、請求項１～５の何れか一項に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項7】
前記パルス（Ｉ）の前記パルススペクトル成分に１対１に対応する基準スペクトル成分を、各パルススペクトル成分と当該パルススペクトル成分に対応する前記基準スペクトル成分との間の、全てのパルススペクトル成分について同一であるスペクトルシフト（Δν０）と共に含む光基準信号（ＲＲ）を受け取るために、前記検出経路の基準入力は前記伝送経路の二次出力に接続され、前記検出経路（２０）によって生成された前記ヘテロダイン検出信号における前記パルススペクトル成分に関連する前記ヘテロダイン検出寄与は、全てスペクトル的に重畳される、請求項１～６の何れか一項に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項8】
前記伝送経路（１０）の前記二次出力（１６）は、前記伝送経路における前記放射線の伝播方向に対して、前記コム発生変調器（１７）の下流の前記伝送経路に位置する、請求項６または７に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項9】
前記検出経路（２０）の基準入力は、単色である光基準信号（ＲＲ）を受け取るために、前記伝送経路（１０）の二次出力（１６）に接続され、前記検出経路（２０）によって生成された前記ヘテロダイン検出信号における前記パルススペクトル成分に関連する前記ヘテロダイン検出寄与は、前記パルススペクトル成分の分布に従って互いに対してスペクトル的にシフトされ、
前記スペクトル分析モジュール（３０）は、前記ヘテロダイン検出寄与の各々に対する中心周波数値に基づいて前記ドップラー効果周波数シフト（νＤｏｐｐｌｅｒ）の値を推定するように構成される、請求項１～６の何れか一項に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項10】
前記伝送経路（１０）の前記二次出力（１６）は、前記伝送経路における前記放射線の伝播方向に対して、前記コム発生変調器（１７）の上流の前記伝送経路に位置する、請求項６または９に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項11】
前記伝送経路（１０）および／または前記検出経路（２０）は、前記伝送経路および／または前記検出経路の構成要素を相互接続するために、光ファイバ技術によって実装される、請求項１～１０の何れか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はパルスＬＩＤＡＲシステムに関し、特に、大気速度測定を実行するように適合されたＬＩＤＡＲシステムに関する。ＬＩＤＡＲはＬｉｇｈｔ Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ Ａｎｄ Ｒａｎｇｉｎｇの頭字語であるが、ＬＩＤＡＲシステムは離れて速度測定を実行するのに非常に適している。
【背景技術】
【0002】
離れて風速を決定することは、多くの分野、特に航空機の安全性において有用であり、例えば、空港滑走路付近の乱気流の存在を検出するために、または航空機の構造上の突風によって引き起こされる早すぎる摩耗の影響を補償するために、飛行中の航空機に乗っているときに風の突風を検出するために有用である。そのような知識が有用である他の分野は、ウィンドファームサイトの調査及び管理、又は天気予報のための宇宙からの大気流の測定である。
【0003】
公知の方法では、パルスＬＩＤＡＲシステムが、ＬＩＤＡＲシステムの放射方向に平行な標的の速度成分、ならびにＬＩＤＡＲシステムから標的を分離する距離を測定することを可能にする。特に、大気速度測定のために構成されたパルスＬＩＤＡＲシステムは、ＬＩＤＡＲシステムの放出方向に平行な風速成分の推定値を、この放出方向に沿って測定された分離距離の関数として得ることを可能にする。しかし、このような大気速度測定では、ＬＩＤＡＲシステムによって検出され、風速の測定結果が得られる信号は、空気中に浮遊する粒子によって引き起こされる放出パルスの後方散乱によって生成される。これらの検出信号は非常に低い強度を有するので、それらに関連する信号対雑音比を改善することが重要である。
【0004】
また、既知の方法で、パルスＬＩＤＡＲシステムがヘテロダイン検出を使用するとき、すなわち、システムが放射と検出との間でコヒーレントであるとき、その信号対雑音比はＥ・ＰＲＦ１／２に比例し、ここで、Ｅは後方散乱され、次いで検出されるそれぞれのパルスのエネルギーであり、ＰＲＦはパルス繰り返し周波数（pulse repetition frequency）である。したがって、エネルギーＥおよび周波数ＰＲＦの値を増加させるための努力がなされる。
【0005】
エネルギーＥの増加は、ＬＩＤＡＲシステムによって放出される各パルスのエネルギーを増加させることによって達成することができる。実際、放射線は最初はレーザ源によって生成され、レーザ源自体は外部に向かって放出される放射線のパワーに制限を課さない。しかしながら、光ファイバ接続技術を使用することによるＬＩＤＡＲシステムの実装は、かなりの利点、特に、システムのロバスト性の増大、およびシステムの光学部品を互いに対して位置合わせするための機構の排除を提供する。しかし、光ファイバ内で発生する誘導ブリルアン散乱（ＳＢＳ）という既知の現象は、各放出パルスが有することができるピークパワー値を制限する。
【0006】
さらに、周波数ＰＲＦは、ＬＩＤＡＲシステムの範囲によって制限される。実際、標的に向かって放出される放射線のパルスは、検出された各放射線部分をパルス放出の正しいモーメントと相関させて、これから標的から離れている距離の値を推定するために、次のパルスが放出される前に戻って検出されることが必要である。言い換えれば、周波数ＰＲＦは、式：ＰＲＦ＜Ｃ／（２・Ｌ）（式中、Ｃは光速である）に従ってＬＩＤＡＲシステムに対して規定される範囲Ｌによって制限される。
【0007】
したがって、ヘテロダイン検出信号の信号対雑音比の結果として生じる結果のために、放出されたパルスのエネルギーおよびパルスの繰り返し周波数に対するこれらの制限は、測定結果、特に大気速度測定結果の精度を向上させることを妨げる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
この状況に基づいて、本発明の１つの目的は、検出信号の信号対雑音比が改善される新しいパルスＬＩＤＡＲシステムを提案することである。
【0009】
本発明の補足的な目的は、そのようなＬＩＤＡＲシステムがＬＩＤＡＲシステム内の光学部品を相互接続するための光ファイバの使用と互換性があることである。
【0010】
本発明の別の補足的な目的は、このようなＬＩＤＡＲシステムを大気速度測定に適合させることである。
【課題を解決するための手段】
【0011】
これらまたは他の目的のうちの少なくとも１つを達成するために、本発明の一態様が提供するパルスＬＩＤＡＲシステムは、前記システムによって標的に向かって連続的に放出される一連の放射線パルスによって受けるドップラー効果周波数シフトの値を、前記標的上での再帰反射または後方散乱の後に受け取られるパルスの部分と、前記システムによって放出される同じパルスとの間で決定するように適合される。次に前記システムは、前記周波数シフトについて決定された値に基づいて、前記システムの光放出方向に平行な前記標的の速度成分の推定値を提供する。この目的のために、前記システムは：
－前記一連のパルスを生成するように構成された伝送経路と、
－前記標的上での再帰反射または後方散乱の後に受け取られた前記パルス部分を検出し、前記一連のパルスに対応するヘテロダイン検出信号を生成するように構成された検出経路と、
－前記一連のパルスに対応するヘテロダイン検出寄与から前記周波数シフト（νＤｏｐｐｌｅｒ）の値が生じるように、前記ヘテロダイン検出信号のスペクトル分析を実行するように適合されたスペクトル分析モジュール（３０）と、を備える。
前記スペクトル分析を実行するための複数のパルスの使用は、信号対雑音比の初期改善を提供し、前記ＬＩＤＡＲシステムによって提供される測定結果の精度は、それに応じて改善される。
－前記一連のパルスを生成するように構成された伝送経路と、
－前記標的上での再帰反射または後方散乱の後に受け取られた前記パルス部分を検出し、前記一連のパルスに対応するヘテロダイン検出信号を生成するように構成された検出経路と、
－前記一連のパルスに対応するヘテロダイン検出寄与から前記周波数シフト（νＤｏｐｐｌｅｒ）の値が生じるように、前記ヘテロダイン検出信号のスペクトル分析を実行するように適合されたスペクトル分析モジュール（３０）と、を備える。
前記スペクトル分析を実行するための複数のパルスの使用は、信号対雑音比の初期改善を提供し、前記ＬＩＤＡＲシステムによって提供される測定結果の精度は、それに応じて改善される。
【0012】
本発明によれば、前記ＬＩＤＡＲシステムは、以下の追加の特徴を有する：
－前記伝送経路は、同時に放出され、スペクトル的に離散し、異なる中心波長値に１対１で関連する複数のパルススペクトル成分の重ね合わせとしてパルスの各々を形成するようにさらに構成され、
－前記システムは、前記スペクトル分析モジュールによって決定される前記周波数シフトの値が、前記一連のパルスの前記パルススペクトル成分にそれぞれ対応する複数のヘテロダイン検出寄与から生じるように適合される。
－前記伝送経路は、同時に放出され、スペクトル的に離散し、異なる中心波長値に１対１で関連する複数のパルススペクトル成分の重ね合わせとしてパルスの各々を形成するようにさらに構成され、
－前記システムは、前記スペクトル分析モジュールによって決定される前記周波数シフトの値が、前記一連のパルスの前記パルススペクトル成分にそれぞれ対応する複数のヘテロダイン検出寄与から生じるように適合される。
【0013】
本発明の文脈において、スペクトル的に離散しているパルススペクトル成分という用語は、成分間でパルススペクトル強度が各パルススペクトル成分の最大スペクトル強度値の５％未満、好ましくは１％未満になる、各パルスのスペクトルの成分を意味すると理解される。
【0014】
したがって、各パルスは決められた誘導ブリルアン散乱閾値よりも大きいピークパワー値を有することができ、一方で、各パルススペクトル成分は、前記誘導ブリルアン散乱閾値よりも小さい個々のピーク電力値を別個に有する。言い換えれば、前記伝送経路の光ファイバベースの実装によって引き起こされるピーク放出パワーの制限が満たされ、一方で、各パルスが増加されたエネルギー値を有することができる。このため、本発明は、前記ＬＩＤＡＲシステムがその伝送経路に光ファイバ技術を使用するときに特に適している。
【0015】
さらに、前記パルスの前記パルススペクトル成分にそれぞれ対応する全ての前記ヘテロダイン検出寄与は、前記標的の運動によって生じるドップラー効果に起因する前記周波数シフトの値を得ることに寄与する。したがって、本発明の前記システムは、事実上の周波数ＰＲＦに、各パルス内の離散しているスペクトル成分の数を乗算し、一方で、変化しない前記ＬＩＤＡＲシステムの範囲Ｌを維持する動作を有する。したがって、本発明は、前記ヘテロダイン検出信号に関連する信号対雑音比のさらなる改善を提供する。それに応じて、前記ドップラー効果周波数シフトについて得られる値の精度が高められる。別の観点によれば、範囲Ｌの一定の値について、測定結果において同一の精度を維持しながら、本発明の前記ＬＩＤＡＲシステムはスペクトル的に離散し、各放出パルスを構成するパルススペクトル成分の数に等しい係数だけ、前記ヘテロダイン検出信号の蓄積時間を低減することを可能にすることができる。
【0016】
本発明全般で、ＬＩＤＡＲシステムによって連続的に放出されるパルスは、スペクトル的に離散している複数のスペクトル成分をそれぞれ有するものの、同一である必要はない。したがって、２つのパルスは、それらのスペクトル成分の少なくとも一部の平均波長値によって異なることができ、特に、スペクトル成分間に存在する差によって互いから異なることができる。したがって、複数のスペクトル成分を有するパルスの組成は、測定シーケンスを実行するために放出される一連のパルス中に、この一連の間に周期的にまたはランダムに変化し得る。連続的に放出されるパルス間のこのよう差異によって、パルス繰り返し周波数（ＰＲＦ）を一定値に保ちながら、ＬＩＤＡＲシステムの範囲を増加することができる。実際、２つのパルスが同一である場合、標的に向かって放出された放射線のパルスが次のパルスを放出する前に戻って検出されることは、パルスが放出された正しい時間と各検出された放射線部分を相関させて、標的から離れている距離の値を推定するために、必要である。言い換えると、連続するパルスが同一であるとき、周波数ＰＲＦは、式：ＰＲＦ＜Ｃ／（２・Ｌ）（式中、Ｃは光速である）に従ってＬＩＤＡＲシステムに対して規定される範囲Ｌによって制限される。したがって、異なる連続パルスを使用することにより、ＬＩＤＡＲシステムの範囲Ｌを周波数ＰＲＦに対して等しい値で増加させること、すなわちＬＩＤＡＲシステムの一定の範囲Ｌで周波数ＰＲＦの値を増加させることが可能になる。したがって、各測定シーケンスの個々の持続時間を低減することができる。いくつかの異なるスペクトル組成がパルスのために使用されるとき、周期的に繰り返されながら、各測定シーケンスの個々の持続時間はしたがって、ＬＩＤＡＲシステムの一定の範囲Ｌにおいて、異なるスペクトル組成の数によって分割され得る。
【0017】
本発明の前記ＬＩＤＡＲシステムの前記伝送経路は、
－初期レーザ放射線を生成するように適合されたレーザ放出源であって、この初期レーザ放射は好ましくは単色または準単色であるレーザ放出源と；
－当該コム発生変調器の制御入力に印加される変調信号に従って、前記初期レーザ放射を修正するように構成されたコム発生変調器と；
－前記コム発生変調器の前記制御入力に前記変調信号を印加するように接続される変調信号発生器と、を備える。
前記変調信号は、前記初期レーザ放射線が前記コム発生変調器によって、１対１に前記パルススペクトル成分を形成するように意図された１組のスペクトル成分に変換されるようにするものである。言い換えれば、前記変調器を出る光放射線は、コム形スペクトル構造を有する。
－初期レーザ放射線を生成するように適合されたレーザ放出源であって、この初期レーザ放射は好ましくは単色または準単色であるレーザ放出源と；
－当該コム発生変調器の制御入力に印加される変調信号に従って、前記初期レーザ放射を修正するように構成されたコム発生変調器と；
－前記コム発生変調器の前記制御入力に前記変調信号を印加するように接続される変調信号発生器と、を備える。
前記変調信号は、前記初期レーザ放射線が前記コム発生変調器によって、１対１に前記パルススペクトル成分を形成するように意図された１組のスペクトル成分に変換されるようにするものである。言い換えれば、前記変調器を出る光放射線は、コム形スペクトル構造を有する。
【0018】
本発明の第１の実施形態において、前記検出経路の基準入力は、（前記パルスの前記パルススペクトル成分に１対１で対応する基準スペクトル成分を、各パルススペクトル成分と前記基準スペクトル成分のうち対応する成分との間の、全ての前記パルススペクトル成分について同一であるスペクトルシフト（Δν０）と共に含む）光基準信号を受け取るために、前記伝送経路の二次出力に接続されてもよい。このようにして、前記検出経路によって生成された前記ヘテロダイン検出信号における前記パルススペクトル成分に関連する前記ヘテロダイン検出寄与は、全てスペクトル的に重畳される。言い換えれば、前記ヘテロダイン検出信号は、複数のパルススペクトル成分によって生成された全ての寄与を組み合わせる単一のピークによってスペクトル的に形成される。そのような第１の実施形態では、前記検出経路の前記基準入力に接続された前記伝送経路の前記二次出力が、前記伝送経路における前記放射線の伝播方向に対して、前記コム発生変調器の下流の前記伝送経路に位置することができる。
【0019】
本発明の第２の実施形態において、前記検出経路の前記基準入力は、単色または準単色である光基準信号を受け取るために、異なる位置にある前記伝送経路の二次出力に接続されてもよい。そして、前記検出経路によって生成された前記ヘテロダイン検出信号における前記パルススペクトル成分に関連する前記ヘテロダイン検出寄与は、前記パルススペクトル成分の分布に従って互いに対してスペクトル的にシフトされる。この場合、前記スペクトル分析モジュールは、前記ヘテロダイン検出寄与のそれぞれに対する中心周波数値に基づいて、前記ドップラー効果周波数シフトの値を推定するように適合される。このような第２の実施形態では、前記検出経路の前記基準入力に接続された前記伝送経路の前記二次出力は、この伝送経路における前記放射線の伝播方向に対して、前記コム発生変調器の上流の前記伝送経路に位置することができる。
【0020】
本発明の好ましい実施形態において、以下の追加の特徴のうちの少なくとも１つが、単独で、または組み合わせて、任意に再現されてもよい：
－前記ＬＩＤＡＲシステムは、前記標的を形成する懸濁粒子を含む大気の部分に向かって前記放射線パルスを放出するように向けられたときに、空気流速成分の推定値を提供するように適合されてよく、前記粒子は、前記放射線を後方散乱させるものである；
－前記伝送経路は、各パルスの前記スペクトル成分が少なくとも１０ＭＨｚ、好ましくは少なくとも２０ＭＨｚ、最大で２０００ＭＨｚだけスペクトル的に分離されるように、さらに構成されてもよく；
－前記伝送経路は、スペクトル的に隣接する前記パルススペクトル成分の任意の２つの間に存在するスペクトル差が、隣接するパルススペクトル成分の様々なペアの間で一定であるようにさらに構成されてもよく；
－前記伝送経路は、各パルスを構成するスペクトル的に離散しているパルススペクトル成分の数が２～２０、好ましくは４～１２であるようにさらに構成されてもよく；
－各パルススペクトル成分は、単色または準単色であってもよく；
－前記コム発生変調器は、このような変調器が使用されるとき、電気光学変調器であってもよく；
－前記変調信号発生器は、このような発生器が使用されるとき、任意波形の電気発生器であってもよく；
－前記伝送経路および／または前記検出経路は、この伝送経路および／または検出経路の構成要素を相互接続するために、光ファイバ技術によって実装されてもよい。
－前記ＬＩＤＡＲシステムは、前記標的を形成する懸濁粒子を含む大気の部分に向かって前記放射線パルスを放出するように向けられたときに、空気流速成分の推定値を提供するように適合されてよく、前記粒子は、前記放射線を後方散乱させるものである；
－前記伝送経路は、各パルスの前記スペクトル成分が少なくとも１０ＭＨｚ、好ましくは少なくとも２０ＭＨｚ、最大で２０００ＭＨｚだけスペクトル的に分離されるように、さらに構成されてもよく；
－前記伝送経路は、スペクトル的に隣接する前記パルススペクトル成分の任意の２つの間に存在するスペクトル差が、隣接するパルススペクトル成分の様々なペアの間で一定であるようにさらに構成されてもよく；
－前記伝送経路は、各パルスを構成するスペクトル的に離散しているパルススペクトル成分の数が２～２０、好ましくは４～１２であるようにさらに構成されてもよく；
－各パルススペクトル成分は、単色または準単色であってもよく；
－前記コム発生変調器は、このような変調器が使用されるとき、電気光学変調器であってもよく；
－前記変調信号発生器は、このような発生器が使用されるとき、任意波形の電気発生器であってもよく；
－前記伝送経路および／または前記検出経路は、この伝送経路および／または検出経路の構成要素を相互接続するために、光ファイバ技術によって実装されてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0021】
本発明の特徴および利点は、添付の図面を参照して、いくつかの非限定的な例示的な実施形態の以下の詳細な説明からより明らかになるのであろう。
【図1a】従来技術から知られているようなヘテロダイン検出を用いたパルスＬＩＤＡＲ装置のブロック図である。
【図2】本発明に係るＬＩＤＡＲシステムの動作のためのパルスの可能なスペクトル構成を示すタイミング図である。
【発明を実施するための形態】
【0022】
これらの図において、全ての構成要素は記号的に表され、異なる図において示される同一の参照符号は、同一であるか又は同一の機能を有する要素を示す。明瞭にするために、ＬＩＤＡＲシステムにおけるその使用が当業者に知られており、本発明に直接関係しない構成要素は、以下では説明しない。そのような場合、本発明に対するそれらの可能な適応は、当業者の範囲内である。［図１ａ］、［図３ａ］及び［図４ａ］において、使用される以下の参照符号は、ここに示される意味を有する：
１００ ヘテロダイン検出を用いたパルスＬＩＤＡＲについて一般名称
１０ 伝送経路
１１ ＬＡＳＥＲと表示されるレーザ放出源
１２ ＭＡＯと表示される周波数シフトおよびパルス切断変調器
１３ ＡＭＰＬと表示される光増幅器。
１００ ヘテロダイン検出を用いたパルスＬＩＤＡＲについて一般名称
１０ 伝送経路
１１ ＬＡＳＥＲと表示されるレーザ放出源
１２ ＭＡＯと表示される周波数シフトおよびパルス切断変調器
１３ ＡＭＰＬと表示される光増幅器。
【0023】
１４ 光サーキュレータ
１５ ＯＰＴと表示される放出光学系。
１５ ＯＰＴと表示される放出光学系。
【0024】
１６ 伝送経路の二次出力
２０ 検出経路
２１ ＤＥＴＥＣＴと表示されるヘテロダイン検出器。
２０ 検出経路
２１ ＤＥＴＥＣＴと表示されるヘテロダイン検出器。
【0025】
３０ ＡＮＡＬＹＳと表示されるスペクトル分析モジュール。
【0026】
［図１ａ］は、本発明の以前から知られていたシステム１００を示す。
【0027】
伝送経路１０は、レーザ放出源１１と、変調器１２と、光増幅器１３と、光サーキュレータ１４と、放出光学系１５とを備える。レーザ放出源１１は例えば、約１５５０ｎｍ（ナノメートル）の放出波長および６００μＪ（マイクロジュール）のパワーでの、連続放出源であってもよい。したがって、それは、単色または準単色である初期レーザ放射線Ｒ０を生成する。初期レーザ放射線Ｒ０は変調器１２に伝送される。変調器１２は、音響光学タイプの変調器であってもよい。それは、受け取った放射線から、例えば１０ｋＨｚ（キロヘルツ）であり得るパルス繰り返し周波数ＰＲＦを用いて、個々の持続時間が２００ｎｓ（ナノ秒）～８００ｎｓであり得る同一のパルスＩを形成するように制御される。同時に、変調器１２は、例えば１００ＭＨｚ（メガヘルツ）に等しくすることができる周波数シフトΔν０を適用することによって、放射線の光周波数をシフトするように制御することができる。変調器１２によって生成されたパルスＩは、増幅器１３によって増幅され、そして、光サーキュレータ１４を介して放出光学系１５に伝送される。放出光学系１５は、例えば望遠鏡構造を有することができる。増幅されたパルスＩはしたがって、ＬＩＤＡＲシステム１００の外部にあり、システム１００の放出方向に沿って測定される、それから距離Ｄに位置する標的Ｔに向かって伝送される。原則として、分離距離Ｄはシステム１００の範囲Ｌ未満であり、その範囲は、一例として、おそらく約１５ｋｍ（キロメートル）に等しい。
【0028】
このように［図１ａ］のシステム１００によって放出される全てのパルスＩは同一であり、単色または準単色である。
【0029】
二次出力１６は、レーザ放出源１１とパルスＩのシフト及び分離専用の変調器１２との間の伝送経路１０に配置される。
【0030】
検出経路２０は、伝送経路１０と放出光学系１５および光サーキュレータ１４を共有し、さらにヘテロダイン検出器２１を備える。検出経路２０内で、光学系１５の１つの機能は標的Ｔによって再帰反射または後方散乱されたパルスＩの部分ＲＩを収集することである。ヘテロダイン検出器２１は、光学系１５によって収集された再帰反射または後方散乱されたパルスの部分ＲＩを光サーキュレータ１４を介して受け取り、この伝送経路の二次出力１６を介して伝送経路１０から収集された光基準信号ＲＲを同時に受け取るように光学的に結合される。言い換えれば、二次出力１６は、検出経路２０専用の光サーキュレータ１４の出力に加えて、ヘテロダイン検出器２１に光学的に結合される。ヘテロダイン検出器２１はフォトダイオード、特に超高速フォトダイオードであってもよく、その上に、二次出力１６から来る光基準信号ＲＲと、標的Ｔから来るパルス部分ＲＩとが集束される。
【0031】
スペクトル分析モジュール３０は、システム１００の動作中に検出器２１によって生成されたヘテロダイン検出信号をスペクトル分析するように構成される。これは、このスペクトル分析から、光基準信号ＲＲとパルス部分ＲＩとの間に存在する周波数シフトの値を推定するように構成される。このようにして得られた周波数シフトの値を、システム１００の放出方向に平行な、標的Ｔについての速度成分値ＶＴに変換するようにさらに構成される。公知の方法では、ＶＴ＝－λ０・（νｍ－Δν０）／２であり、ここで、
λ０はレーザ放出源１１の波長を示し、上述の例示では約１５５０ｎｍに等しく、
Δν０はさらに、変調器１２によって適用される周波数シフトを示し、上述の例示では１００ＭＨｚに等しく、
νｍは、ヘテロダイン検出信号のスペクトル分解における最大強度位置または中心ピーク位置に関連する、無線周波数領域またはＲＦ領域内の周波数である。
λ０はレーザ放出源１１の波長を示し、上述の例示では約１５５０ｎｍに等しく、
Δν０はさらに、変調器１２によって適用される周波数シフトを示し、上述の例示では１００ＭＨｚに等しく、
νｍは、ヘテロダイン検出信号のスペクトル分解における最大強度位置または中心ピーク位置に関連する、無線周波数領域またはＲＦ領域内の周波数である。
【0032】
システム１００は、好ましくは光ファイバ技術を使用して実装される。そのような場合、光増幅器１３は、「エルビウムドープファイバ増幅器」のためにＥＤＦＡによって指定されるタイプのものとすることができる。初期レーザ放射線Ｒ０は、第１の光ファイバセグメントＳ１によってレーザ放出源１１から変調器１２に伝送され、そして、第２の光ファイバセグメントＳ２を介して増幅器１３に伝送される。さらに、光学系１５によって収集された再帰反射または後方散乱されたパルス部分ＲＩは、それらをヘテロダイン検出器２１に伝達するために、光サーキュレータ１４の出力で第３の光ファイバセグメントＳ３に注入される。並行して、伝送経路１０の二次出力１６は、光ファイバカプラによって実装され、第４の光ファイバセグメントＳ４によってヘテロダイン検出器２１に接続される。
【0033】
再帰反射点標的を有する直前に説明したシステム１００の動作のために、ヘテロダイン検出信号は、周波数νｍで正弦波変動を有する。［図１ｂ］の上側の図は、ヘテロダイン検出器２１によって受け取られた放射線のスペクトル組成を示す。［図１ｂ］のこの上側の図の横軸は、λで表され、ナノメートル（ｎｍ）で表される、光領域における波長値を識別する。縦軸は、任意の単位で、スペクトル強度値を識別する。ヘテロダイン検出器２１によって受け取られる放射線は二次出力１６から伝達される光基準信号ＲＲから構成される第１の寄与と、標的Ｔによって再帰反射されたパルス部分ＲＩに対応する第２の寄与とを備える。［図１ａ］のシステム１００について、光基準信号ＲＲは初期レーザ放射線Ｒ０の一部であり、その結果、［図１ｂ］の上側の図における対応する寄与はＲＲと示される非常に狭いピークである。標的Ｔがシステム１００の放出方向に沿った単一の位置に位置するとき、第２の寄与も、ＲＩと示される狭いピークの形状を有する。［図１ｂ］の下側の図は、上側の図に示されるように検出器２１によって受け取った放射線のスペクトル組成に対応するヘテロダイン検出信号のスペクトル組成を示す。ヘテロダイン検出信号は単一のピークからなり、その周波数はνｍ＝Δν０＋νＤｏｐｐｌｅｒであり、νＤｏｐｐｌｅｒ≒－２・ＶＴ／λ１、λ１は、ＬＩＤＡＲシステム１００によって放出される放射線の波長である。［図１ｂ］の下側の図の横軸は、ｆで示され、メガヘルツ（ＭＨｚ）で表される、ＲＦ領域における周波数値を識別する。縦軸はまた、ヘテロダイン検出信号のスペクトル強度値を識別するための任意の単位である。
【0034】
大気速度測定専用のシステム１００の動作について、パルスＩは、放出光学系１５から出発して、システム１００の外部のパルスビームの経路に沿って分布する多数の標的によって後方散乱される。空気中に浮遊する粒子またはエアロゾルから構成されるこれらの標的は、ビームの経路内の各位置に存在する空気移動の局所速度の関数として沿って引っ張られる。当業者は一般に、標的のそのような分布を、「拡張標的」、「分布標的」、または「体積標的」と呼ぶ。したがって、光学系１５によって収集され、そして検出器２１に伝送されるパルス部分ＲＩは、パルスＩの部分的な後方散乱が生じる、システム１００の放出方向に沿った異なる分離距離に対応して、経時的に広がる。さらに、それらは、部分的な後方散乱がそれぞれ生じる場所での放出方向に平行な局所的な風速に応じて変化するように周波数シフトされる。そしてヘテロダイン検出信号は、より複雑な時間的変動を有する。モジュール３０によって実行されるスペクトル分析は既知であると想定され、その結果として、分離距離Ｄの異なる値に１対１で割り当てられる一連の速度値ＶＴを提供する。既知の方法では分離距離Ｄにおける分解能が、放出されたパルスＩの個々の持続時間によって決定され、この個々の持続時間をＬＩＤＡＲシステム１００の外部のパルス伝播速度の２倍で除算したものに等しい。［図１ｂ］の図と比較して、検出器２１によって受け取られた放射線のスペクトル組成におけるパルス部分ＲＩに対応するピークが拡大される。ＲＦ領域におけるヘテロダイン検出信号のスペクトル組成のピークは、相関的に広げられる。
【0035】
［図２］の図の横軸はｔで示される時間を特定し、その縦軸は、本発明に係るＬＩＤＡＲシステム１００の瞬間放出波長λ１を特定する。波長λ１は、ナノメートル（ｎｍ）で表される。この図によれば、ＬＩＤＡＲシステム１００によって放出される各パルスＩは、同時に、したがって重畳されてパルスを形成する複数のパルススペクトル成分からなる。各パルススペクトル成分は単色または準単色であり、各パルスＩを、一例として、１０個のそのようなパルススペクトル成分から構成することができる。２つのスペクトル的に隣接するパルススペクトル成分の波長値間の差は一定であり得るが、これは必ずしもそうである必要はない。それらは任意の値であり得るが、再帰反射または後方散乱されたパルス部分ＲＩが有する周波数シフトが異なるパルス間の全ての分離間隔内に含まれるのに十分である。この目的のために、これらの差は好ましくは３０ＭＨｚまたは５０ＭＨｚより大きく、この下限は誘導ブリルアン散乱の低減を得るのに十分である。それらが一定であるとき、隣接するスペクトル成分間の波長差は波長増分と呼ばれ、Δλ１と表される。波長増分Δλ１は、－Ｃ・Δλ１ ／λ０
２に等しい周波数増分Δν１に対応する。この後者の増分は、例えばＲＦ領域において２００ＭＨｚに等しくあることができる。したがって、各パルスＩはコム（comb，櫛）からスペクトル的に構成され、ＬＩＤＡＲシステム１００によって連続的に放出される全てのパルスＩはこの同じ個々の組成を有して同一である。このようにうまく放出されたパルスＩは、２μｓ（マイクロ秒）に等しい個々の持続時間を有することができ、１００μｓ毎に放出される。
【0036】
ここで説明した例示では、パルスＩのパルス繰返し周波数は１０ｋＨｚに等しく、一方、標的速度を測定するために有効なパルス周波数、すなわち周波数ＰＲＦはこのパルス繰返し周波数とパルスＩのそれぞれにおけるパルススペクトル成分の数との積、すなわち１００ｋＨｚに等しい。
【0037】
本発明によるこのような動作は、［図３ａ］に示すようなＬＩＤＡＲシステム１００によって行うことができる。このシステムは、伝送経路１０が追加の変調器１７および変調信号発生器１８をさらに備えることを除いて、［図１ａ］のシステムと同様のハードウェアアーキテクチャを有する。変調器１７は、電気光学変調器タイプであってもよく、ＭＥＯと表される。それは、レーザ放出源１１と電気音響変調器１２との間の第１の光ファイバセグメントＳ１に挿入される。変調信号発生器１８は、ＡＷＧと表される任意波形発生器タイプであり得る。発生器１８は変調器１７の制御入力に、ｎ個の正弦波成分の和から構成され得る電気変調信号を伝送するようにプログラムされ、ここで、ｎは整数であり、ｎは１～９の間、好ましくは５以下であり得る。既知の方法では、電気光学変調器が入力として供給される光放射線の位相を変調する。電気変調信号の各正弦波成分の振幅は、一般に変調深さと呼ばれる無次元調整パラメータに比例する。したがって、レーザ源１１から来る初期レーザ放射線Ｒ０は、変調器１７によって、離散している線の形態の複数のスペクトル成分の重ね合わせを含む放射線Ｒ１に変換される。電気変調信号の各正弦波成分は、放射線Ｒ１の複数のスペクトル成分を、初期レーザ放射線Ｒ０の波長値λ０に対してスペクトル対称であるように、生成する。このようにして生成された全てのスペクトル成分の位置は、電気変調信号における正弦波成分の数と、それらのそれぞれの変調深さに採用された値とに依存する。放射線Ｒ１は波長値λ０のスペクトル成分を含んでも、含まなくてもよい。［図２］はスペクトル成分が各パルスＩ内でスペクトル的に等距離であることを示しているが、必ずしもそうとは限らない。例として、電気変調信号には、以下の組成が可能である：
－その変調深さについて１．４４の数値に関連する単一の正弦波変調成分であって、波長：λ０、λ０－Δλ１、及びλ０＋Δλ１に位置する３本のスペクトル的に離散している線から主に構成される放射線Ｒ１をもたらし、ここで、Δλ１は放射線Ｒ１における連続する線間の波長差であり、これらの３本の線は、実質的に同一であるそれぞれの強度を有する単一の正弦波変調成分；
－その変調深さが２．６であることに関連する単一の正弦波変調成分であって、波長：λ０－２・Δλ１、λ０－Δλ１、λ０＋Δλ１及びλ０＋２・Δλ１に位置する４本のスペクトル的に離散している線から主に構成される放射線Ｒ１をもたらし、これらの４本の線はそれぞれ実質的に同一の強度を有する単一の正弦波変調成分；
－それぞれの変調深さについて１．４４の値に関連する、例えば１００ＭＨｚ及び３０ＭＨｚに等しいそれぞれの周波数を有する２つの正弦波変調成分であって、それぞれの強度が実質的に同一である９つのスペクトル的に離散している線から主に構成される放射線Ｒ１をもたらす２つの正弦波変調成分。
－その変調深さについて１．４４の数値に関連する単一の正弦波変調成分であって、波長：λ０、λ０－Δλ１、及びλ０＋Δλ１に位置する３本のスペクトル的に離散している線から主に構成される放射線Ｒ１をもたらし、ここで、Δλ１は放射線Ｒ１における連続する線間の波長差であり、これらの３本の線は、実質的に同一であるそれぞれの強度を有する単一の正弦波変調成分；
－その変調深さが２．６であることに関連する単一の正弦波変調成分であって、波長：λ０－２・Δλ１、λ０－Δλ１、λ０＋Δλ１及びλ０＋２・Δλ１に位置する４本のスペクトル的に離散している線から主に構成される放射線Ｒ１をもたらし、これらの４本の線はそれぞれ実質的に同一の強度を有する単一の正弦波変調成分；
－それぞれの変調深さについて１．４４の値に関連する、例えば１００ＭＨｚ及び３０ＭＨｚに等しいそれぞれの周波数を有する２つの正弦波変調成分であって、それぞれの強度が実質的に同一である９つのスペクトル的に離散している線から主に構成される放射線Ｒ１をもたらす２つの正弦波変調成分。
【0038】
次に、変調器１２は、放射線Ｒ１のスペクトル成分の各々に周波数シフトΔν０を適用する。さらに、時間的に分離されたパルスへの細分を全てのスペクトル成分に適用し、その結果、伝送経路１０によって外部に向けて放出される各パルスＩは、パルスの持続時間にわたって全て重畳される複数のスペクトル成分から構成される。当業者の用語では変調器１７によって出力される放射線Ｒ１は、システム１００によって放出されるそれぞれのパルスＩと同様に、ここではスペクトル成分のコムで構成される。好ましくは、周波数増分Δν１が、コムのスペクトル成分がスペクトル的に離散しているように、電気変調信号とレーザ源１１の成分のスペクトル幅の合計よりも大きい。
【0039】
任意波形発生器の使用に代えて、電気変調信号のｎ個の正弦波成分は、ｎ個のアナログ電気発振器の組み合わせによって生成されてもよい。電気変調信号を発生するこのような代替的なモードは、実際には実施するのがより簡単であり得る。
【0040】
再帰反射されると、各パルススペクトル成分は、ドップラー効果によりスペクトル的にシフトされる。周波数増分Δν１が波長λ０に対応する光周波数よりもはるかに低いと仮定すると、全てのパルススペクトル成分は、同じドップラー効果周波数シフトνＤｏｐｐｌｅｒを受ける。加えて、周波数増分Δν１は、周波数シフトΔν０に加えられたドップラー効果周波数シフトνＤｏｐｐｌｅｒについて予想され得る全ての数値よりも大きくなるように選択される。
【0041】
［図３ａ］の実施形態では、伝送経路１０の二次出力１６が変調器１７と変調器１２との間に配置される。このようにして、ヘテロダイン検出器２１に伝達される光基準信号ＲＲは、放射線Ｒ１の一部である。したがって、光基準信号ＲＲも、周波数増分Δν１を有するコムによって構成される。
【0042】
［図３ｂ］の上側の図に示されるように、ヘテロダイン検出器２１によって受け取られる放射線のスペクトル構成は、そして、ＲＲと示される周波数増分Δν１のコムと、ＲＩと示され、再帰反射または後方散乱され、次いで光学系１５によって収集されたパルス部分に対応する追加コムとを含む。この追加コムは測定情報を含む。これは、光周波数に関して、コムＲＲに対してΔν０＋νＤｏｐｐｌｅｒだけシフトされ、また、周波数増分としてΔν１を有する。ヘテロダイン検出の間、コムＲＲの各スペクトル成分はコムＲＩの各スペクトル成分と干渉を形成するが、適切なフィルタリングは、スペクトル的に隣接していない（例えば０．３・Δν１よりも互いから離れている）コムＲＲの成分とコムＲＩの成分との間の全ての干渉を排除する。このようなフィルタリングはその特性応答時間のために、検出器２１自体によって実行されることが可能である。ヘテロダイン検出信号に残っているのは、コムＲＲの成分と、それに対してΔν０＋νＤｏｐｐｌｅｒだけシフトされたコムＲＩの成分との間の干渉に対応する寄与だけである。これらの寄与は［図３ｂ］の下側の図に見られるように、ヘテロダイン検出信号において互いにスペクトル的に重畳される。これらのパルススペクトル成分は検出器２１に到達するパルス部分ＲＩにおいて互いにインコヒーレントであるが、ヘテロダイン検出信号は、［図１ａ］のシステム１００と比較して、スペクトル上で計算される増加した信号対雑音比値を有する。［図３ａ］のこの実施形態では、スペクトル分析モジュール３０が［図１ａ］のシステム１００のものと同一であり得る。
【0043】
［図４ａ］の実施形態は、伝送経路１０における二次出力１６の位置によって［図３ａ］の実施形態と区別される。それはレーザ放出源１１とコム発生変調器１７との間に配置される。変調器１７および変調信号発生器１８は、［図３ａ］の実施形態のものと同一であり得、電気変調信号は変更されない。したがって、システム１００によって外部に向けて放出されるパルスＩは、同じスペクトル組成を有する。一方、新しい二次出力１６から伝達される光基準信号ＲＲは、［図１ａ］のシステム１００で発生するものと同一である。［図４ｂ］の上側の図に示されるように、ヘテロダイン検出器２１によって受け取られる放射線のスペクトルは、レーザ放出源１１からの放出に対応するピークＲＲと、収集された再帰反射または後方散乱されたパルス部分ＲＩによって形成されるコムとを含む。この第２のコムは、再びＲＩと表される。コムＲＩのそれぞれのスペクトル成分は、ここでも、周波数シフトνＤｏｐｐｌｅｒの影響を受けるパルススペクトル成分に対応する。これらのスペクトル成分は、収集された再帰反射または後方散乱パルス部分ＲＩにおいて再びインコヒーレントである。ヘテロダイン検出器２１が十分に短い応答時間を有するとき、ヘテロダイン検出信号は、コムＲＩのスペクトル成分の各々とのピークＲＲのスペクトル成分の干渉から構成される。ヘテロダイン検出信号はそして、複数のスペクトル成分から構成され、それらのＲＦ中心周波数値はΔν０＋νＤｏｐｐｌｅｒ＋ｉ・Δν１であり、ここで、ｉは、ヘテロダイン検出信号のスペクトル成分を識別する整数指標である。ヘテロダイン検出信号のこのスペクトル構成を［図４ｂ］の下側の図に示す。スペクトル分析モジュール３０は、中心値Δν０＋νＤｏｐｐｌｅｒ＋ｉ・Δν１について測定されたＲＦ周波数値に基づいて、ドップラー効果周波数シフトνＤｏｐｐｌｅｒの値を決定する。例えば、中心値Δν０＋νＤｏｐｐｌｅｒ＋ｉ・Δν１の各々に基づいてνＤｏｐｐｌｅｒの基本値が決定され、基本値を平均することによってνＤｏｐｐｌｅｒの最終値が計算される。ＲＩピークの個々の位置から推定されるνＤｏｐｐｌｅｒの基本値を決定するために、同じピークの中心周波数値の代わりに、ヘテロダイン検出信号のスペクトルにおけるＲＩピークの最大強度値に対応するＲＦ周波数値を使用することができる。
【0044】
距離分解能の実装は、サンプリングされた分離距離値に関する速度測定結果を得るために、［図３ａ］および［図４ａ］の実装形態に関連して説明されていないが、そのような距離分解能を得る原理は［図１ａ］のシステム１００について説明したように使用することができる。
【0045】
［図３ａ］および［図４ａ］の実施形態で、各パルススペクトル成分は、（光ファイバセグメントＳ１およびＳ２において、ならびに光増幅器１３、光サーキュレータ１４、これらの間の光ファイバセグメントおよび放出光学系１５に至る光ファイバセグメントにおいて生じる）誘導ブリルアン散乱の閾値をちょうど下回る個々のピークパワー値を有することができる。［図１ａ］のシステムと比較して、スピード計測を実行するためにシステム１００によって外部に向けて放出される各パルスＩのパワーに、各パルスで利用されるスペクトル成分の個数ｎｃｏｍｐを乗算する。このようにして、ヘテロダイン検出を用いたＬＩＤＡＲシステムの動作のために、因子ｎｃｏｍｐ
１／２による改良が得られる。したがって、本発明に係るヘテロダイン検出を用いたパルスＬＩＤＡＲシステムは、再帰反射または後方散乱パルス部分が低パワーまたは非常に低パワーを有する測定条件に特に適している。したがって、大気速度測定を実行するのに特に適している。
【0046】
上述した本発明の実施形態では、ＬＩＤＡＲシステムによって連続的に放出されるパルスのそれぞれのスペクトル組成は同一である。しかし、この特徴は、本発明に必要ではない。［図５］はＬＩＤＡＲシステムによって連続的に放出される一連のパルスＩを示しており、それぞれのパルスＩは、波長差２・Δλ１によって分離された２つの離散しているスペクトル成分から構成されている。この成分間スペクトル差２・Δλ１は２つの連続するパルスＩの間で、例えば完全な一連のパルスＩの間に周期的に変化する。このような一連の可変スペクトル成分のパルスの使用は［図３ａ］および［図４ａ］の本発明に係るＬＩＤＡＲシステムの２つの実施形態に適合する。［図５］に示す一連の放出パルスは、双方の場合で電気光学変調器１７を適切に制御することによって得られる。［図５］はパルス当たり２つのスペクトル成分のみを示しているが、パルス当たりのスペクトル成分の数はより多くてもよい。特に、しかし任意に、電気光学変調器１７の制御は、音響光学変調器１２に伝送される以前に変調器１７から直接的に到来する放射線Ｒ１が、レーザ放出源１１の波長値λ０における任意の有意なスペクトル振幅成分を欠くように構成され得る。
【0047】
本発明は記載された利点の少なくとも一部を保持しながら、上で詳細に説明された実施形態の二次的態様を修正しながら再現され得ることが理解される。特に、以下のような変形が可能である：
－ 記載された実施形態において使用される構成要素の幾つかは、他の構成要素によって、または同等の機能を生成する構成要素の組合せによって置き換えることができる。例えば、各電気光学変調器は、変調器として使用される半導体光増幅器（semiconductor optical amplifier、ＳＯＡ）に置き換えることができる；
－ 本発明全般で、ＬＩＤＡＲシステムによって放出される各パルスを構成するためのスペクトル的に離散しているパルススペクトル成分がそれぞれ有する成分強度が等しい必要はない。言い換えれば、各パルスを構成するためのスペクトル的に離散しているパルススペクトル成分は、同じ放出パルス内である成分ごとに異なる最大スペクトル強度またはそれぞれの総強度を有することができる；
－ 記載された全ての数値は例示の目的のために過ぎず、ヘテロダイン検出を用いたパルスＬＩＤＡＲシステムのために考慮される用途に応じて変更することができる。
－ 記載された実施形態において使用される構成要素の幾つかは、他の構成要素によって、または同等の機能を生成する構成要素の組合せによって置き換えることができる。例えば、各電気光学変調器は、変調器として使用される半導体光増幅器（semiconductor optical amplifier、ＳＯＡ）に置き換えることができる；
－ 本発明全般で、ＬＩＤＡＲシステムによって放出される各パルスを構成するためのスペクトル的に離散しているパルススペクトル成分がそれぞれ有する成分強度が等しい必要はない。言い換えれば、各パルスを構成するためのスペクトル的に離散しているパルススペクトル成分は、同じ放出パルス内である成分ごとに異なる最大スペクトル強度またはそれぞれの総強度を有することができる；
－ 記載された全ての数値は例示の目的のために過ぎず、ヘテロダイン検出を用いたパルスＬＩＤＡＲシステムのために考慮される用途に応じて変更することができる。
【図1a】
【図1b】
【図2】
【図3a】
【図3b】
【図4a】
【図4b】
【図5】
【手続補正書】
【提出日】2024-01-10
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
パルスＬＩＤＡＲシステム（１００）であり、前記システムによって標的（Ｔ）に向かって連続的に放出される一連の放射線パルス（Ｉ）によって受けるドップラー効果周波数シフト（νＤｏｐｐｌｅｒ）の値を、前記標的上での再帰反射または後方散乱の後に受け取られた前記パルスの一部と、前記システムによって放出される前記パルスとの間で決定し、前記周波数シフトについて決定された前記値に基づいて、前記システムの光放出方向に平行な前記標的の速度成分（ＶＴ）の推定値を提供するように適合されたシステムであって、前記システム（１００）は、
前記一連のパルス（Ｉ）を生成するように構成された伝送経路（１０）と、
前記標的（Ｔ）上での再帰反射または後方散乱の後に受け取られた前記パルス部分（ＲＩ）を検出し、前記一連のパルス（Ｉ）に対応するヘテロダイン検出信号を生成するように構成された検出経路（２０）と、
前記一連のパルス（Ｉ）に対応するヘテロダイン検出寄与から前記周波数シフト（νＤｏｐｐｌｅｒ）の値が生じるように、前記ヘテロダイン検出信号のスペクトル分析を実行するように適合されたスペクトル分析モジュール（３０）と、を備え、
前記伝送経路（１０）は、同時に放出され、スペクトル的に離散し、異なる中心波長値に一対一で関連する複数のパルススペクトル成分の重畳としてパルス（Ｉ）の各々を形成するようにさらに構成され、
前記システム（１００）は、前記スペクトル分析モジュール（３０）によって決定された前記周波数シフト（νＤｏｐｐｌｅｒ）の値が、前記一連のパルス（Ｉ）のパルススペクトル成分にそれぞれ対応する複数のヘテロダイン検出寄与から生じるように、適合され、
前記システム（１００）はさらに、連続的に放出される２つのパルス（I）の離散している前記パルススペクトル成分が、前記２つの連続的なパルスの間で変化する成分間スペクトル差によって、分離されるように、かつ、前記成分間スペクトル差が、完全な前記一連のパルスの間に周期的に変化するように、構成されることを特徴とするパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項2】
前記システムは、前記標的（Ｔ）を形成する懸濁粒子を含む大気の部分に向かって前記放射線パルス（Ｉ）を放出するように向けられたときに、空気流速成分の推定値を提供するように適合され、前記粒子は、前記放射線を後方散乱させるものである、請求項１に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項3】
前記伝送経路（１０）は、各パルス（Ｉ）の前記スペクトル成分が少なくとも１０ＭＨｚ、好ましくは少なくとも２０ＭＨｚ、最大で２０００ＭＨｚだけスペクトル的に分離されるようにさらに構成される、請求項１に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項4】
前記伝送経路（１０）は、スペクトル的に隣接する前記パルススペクトル成分の任意の２つの間に存在するスペクトル差（Δν１）が、隣接するパルススペクトル成分の様々なペアの間で一定であるようにさらに構成される、請求項１に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項5】
前記伝送経路（１０）は、各パルス（Ｉ）を構成するスペクトル的に離散しているパルススペクトル成分の数が２～２０、好ましくは４～１２であるようにさらに構成される、請求項１に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項6】
前記伝送経路（１０）は、初期レーザ放射線（Ｒ０）を生成するように適合されたレーザ放出源（１１）と；
コム生成変調器（１７）の制御入力に印加される変調信号に従って、前記初期レーザ放射線（Ｒ０）を修正するように構成されたコム生成変調器（１７）と；
前記コム発生変調器（１７）の前記制御入力に前記変調信号を印加するように接続される変調信号発生器（１８）と、を備え、
前記変調信号は、前記初期レーザ放射線（Ｒ０）が前記コム生成変調器（１７）によって、１対１にパルススペクトル成分を形成するように意図された１組のスペクトル成分に変換するものである、請求項１に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項7】
前記コム生成変調器（１７）は、電気光学タイプであり、連続的に放出される２つのパルスの間で変化する前記成分間スペクトル差を有する前記一連のパルス（I）は、前記電気光学コム生成変調器の制御によって、得られる、請求項６に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項8】
前記電気光学コム生成変調器の前記制御は、前記変調器によって直接的に生成される前記放射線（Ｒ
１
）が、音響光学タイプ（１２）のパルス内への周波数シフトおよび分離専用の変調器に伝送される前に、前記レーザ放出源（１）の放出波長値でスペクトル成分を欠いている、請求項７に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項9】
前記パルス（Ｉ）の前記パルススペクトル成分に１対１に対応する基準スペクトル成分を、各パルススペクトル成分と当該パルススペクトル成分に対応する前記基準スペクトル成分との間の、全てのパルススペクトル成分について同一であるスペクトルシフト（Δν０）と共に含む光基準信号（ＲＲ）を受け取るために、前記検出経路の基準入力は前記伝送経路の二次出力に接続され、前記検出経路（２０）によって生成された前記ヘテロダイン検出信号における前記パルススペクトル成分に関連する前記ヘテロダイン検出寄与は、全てスペクトル的に重畳される、請求項１に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項10】
前記パルスの前記パルススペクトル成分に１対１に対応する基準スペクトル成分を、各パルススペクトル成分と当該パルススペクトル成分に対応する前記基準スペクトル成分との間の、全てのパルススペクトル成分について同一であるスペクトルシフトと共に含む光基準信号を受け取るために、前記検出経路の基準入力は前記伝送経路の二次出力に接続され、
前記検出経路によって生成された前記ヘテロダイン検出信号における前記パルススペクトル成分に関連する前記ヘテロダイン検出寄与は、全てスペクトル的に重畳され、
前記伝送経路（１０）の前記二次出力（１６）は、前記伝送経路における前記放射線の伝播方向に対して、前記コム生成変調器の下流の前記伝送経路に位置する、請求項６に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項11】
前記検出経路（２０）の基準入力は、単色である光基準信号（ＲＲ）を受け取るために、前記伝送経路（１０）の二次出力（１６）に接続され、前記検出経路（２０）によって生成された前記ヘテロダイン検出信号における前記パルススペクトル成分に関連する前記ヘテロダイン検出寄与は、前記パルススペクトル成分の分布に従って互いに対してスペクトル的にシフトされ、
前記スペクトル分析モジュール（３０）は、前記ヘテロダイン検出寄与の各々に対する中心周波数値に基づいて前記ドップラー効果周波数シフト（νＤｏｐｐｌｅｒ）の値を推定するように構成される、請求項１に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項12】
前記検出経路の基準入力は、単色である光基準信号を受け取るために、前記伝送経路の二次出力に接続され、
前記検出経路によって生成された前記ヘテロダイン検出信号における前記パルススペクトル成分に関連する前記ヘテロダイン検出寄与は、前記パルススペクトル成分の分布に従って互いに対してスペクトル的にシフトされ、
前記スペクトル分析モジュールは、前記ヘテロダイン検出寄与の各々に対する中心周波数値に基づいて前記ドップラー効果周波数シフトの値を推定するように構成され、
前記伝送経路（１０）の前記二次出力（１６）は、前記伝送経路における前記放射線の伝播方向に対して、前記コム生成変調器（１７）の上流の前記伝送経路に位置する、請求項６に記載のパルスＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【請求項13】
前記伝送経路（１０）および前記検出経路（２０）の少なくとも一方は、前記伝送経路または前記検出経路の構成要素を相互接続するために、光ファイバ技術によって実装される、請求項１～１０の何れか一項に記載のＬＩＤＡＲシステム（１００）。
【国際調査報告】