距離測定用レーザのビーム・プロファイル測定時のS/N

(C)数理設計研究所 玉置晴朗 2001/11/2


検討の目的

 飛行時間法によるレーザレーダを利用して地形形状を調査する装置がある。理想的にはビーム内で均一に照射される光エネルギーを送り出し、その反射エネルギーの全体または一部を受光部で受信して経過時間から距離を計量するものである。
 しかし、コヒーレントなレーザ光を光学系で収束させれば距離により、干渉縞が発生することが予測され、簡易計測でもそのような傾向が見られる。
 赤外光レーザレーダはビームが目に見えない、そこで照準のためにサイトスコープが使われる。レーザレーダとサイトスコープの軸を一致させる運用上の問題、さらには干渉縞が対象物の測定にどのような距離偏差を与えるかを知るためにはビーム広がりよりさらに狭い範囲で分布特性を知る必要がある。
 そこで送受あわせてインパルス表現したビーム内の光分布特性を距離について調査する。

理論検討

手法: ビーム直径に比して小さなターゲットを用意して微小スキャンし受光強度の分布を求める
問題点1:(以下、反射率は等価反射率のことである))
例1:
 反射率10%の平面板の上に有効ビーム面積の10%を占める反射率100%の反射体を置くとする。
 このとき反射エネルギーは  と、ほぼ同等の光エネルギーが返ってくる。


例2:
 反射率10%の平面板の上に有効ビーム面積の3%を占める反射率300%の反射体を置くとする。
 このとき反射エネルギーは  と、ほぼ同等の光エネルギーが返ってくる。

 これではSN比(信号対雑音比率)が0dBである。せめて10dBのSNが欲しい。

理論から見た改善案

SN比10dBは30%の雑音が含まれる。20dBぐらいなら10%の雑音となる。
反射体を載せる平面板に問題があるので、平面板や背景反射を無視できるように空中に単独支持する方法としなければいけない事が結論できる。