JP2018151379A - ウィスパリング・ギャラリー・モードに基づく距離分解エア・データ・システム - Google Patents
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Abstract
【課題】ビークルについてのエア・データを得るためのシステムを提供する。【解決手段】レーザ光パルスを放出するレーザ・デバイスと、ビークルに隣接する外部空気内に光パルスを送信する送信光学素子114とを含む。また、このシステムは、外部空気からの光パルスの散乱部分を収集する受信光学素子120と、受信光学素子からの光パルスの散乱部分を受信するウィスパリング・ギャラリー・モード(WGM)周波数判別器122とを含む。WGM周波数判別器は、少なくとも1つのWGM共振器を含み、このWGM共振器は、光電効果によるもの以外によってチューニングすることによって、1つ以上の光信号周波数において光パルスの選択部分を出力する。光検出器128は、WGM周波数判別器からの光パルスの選択部分をサンプリングし、サンプリングした光パルスをスカラー値に変換する。処理ユニットは、光検出器からのスカラー値を受けて記録する。【選択図】図1
Description
関連出願に対する相互引用
[0001] 本願は、2017年2月8日に出願された米国仮特許出願第62/456,542号の優先権を主張する。この出願をここで引用したことにより、その内容が本願にも含まれるものとする。
[0001] 本願は、2017年2月8日に出願された米国仮特許出願第62/456,542号の優先権を主張する。この出願をここで引用したことにより、その内容が本願にも含まれるものとする。
[0002] 光検出と測距(LiDAR)に基づくエア・データ・システムは、対気速度、迎角、横滑り角、空気圧、および空気温度のようなエア・データ・パラメータを導くために、航空機周囲における分子数およびエアゾール数(molecular and aerosol populations)のデータを得る(interrogate)。これらのエア・データ・システムは、通例、ファブリ−ペロー干渉計、レンズ、およびミラーを含む巨視的自由空間光素子(macroscopic, free-space optical components)を使用する。このような素子を使用することにより、振動または温度のような環境変化に対して敏感になるものの、システムが大型化し、コストがかかり、電力を消費することに繋がる。
[0003] 本明細書ではビークルについてのエア・データを得るシステムについて開示する。このシステムは、ビークル上においてレーザ光パルスを放出するレーザ・デバイスと、レーザ・デバイスから、ビークルに隣接する外部空気(external air volume)内にレーザ光パルスを送信するように構成された1組の送信光学素子とを含む。また、このシステムは、外部空気からのレーザ光パルスの散乱部分を収集するように構成された1組の受信光学素子と、受信光学素子からレーザ光パルスの散乱部分を受信するように構成されたウィスパリング・ギャラリー・モード(WGM)周波数判別器(discriminator)とを含む。WGM周波数判別器は、少なくとも1つのWGM共振器を含み、このWGM共振器は、光電効果によるもの以外でチューニングすることによって、1つ以上の光信号周波数においてレーザ光パルスの選択部分を出力するように構成される。光検出器は、WGM周波数判別器からのレーザ光パルスの選択部分をサンプリングし、サンプリングしたレーザ光パルスを1つ以上のスカラー値に変換するように構成される。処理ユニットは、光検出器からの1つ以上のスカラー値を受けて記録するように動作する。
[0004] 図面を参照する以下の説明から、本発明の特徴は当業者には明白となるであろう。図面は典型的な実施形態のみを描画し、したがって範囲を限定するように解釈してはならないことを理解した上で、更に具体的にそして詳細に、添付図面の使用によって本発明について説明する。
図1は、一実施形態にしたがって、ビークル周囲のエンベロープ全体におけるエア・データのウィスパリング・ギャラリー・モード(WGM)に基づく距離分解(range resolution)を採用したエア・データ・システムのブロック図である。
図2は、図1のエア・データ・システムによって採用することができる例示的なデータ取得プロセスについて流れ図である。
図3Aは、固定波長レーザおよび1つの走査または掃引WGM共振器に対するデータ取得プロセス(interrogation process)について流れ図である。
図3Bは、固定波長レーザおよび1つの走査または掃引WGM共振器に対するデータ取得プロセスのグラフ表現である。
図4Aは、走査または掃引波長レーザおよび1つの固定WGM共振器に対するデータ取得プロセスの流れ図である。
図4Bは、走査または掃引波長レーザおよび1つの固定WGM共振器に対するデータ取得プロセスのグラフ表現である。
図5Aは、固定波長レーザおよび複数の固定WGM共振器に対するデータ取得プロセスの流れ図である。
図5Bは、固定波長レーザおよび複数の固定WGM共振器に対するデータ取得プロセスのグラフ表現である。
[0013] 以下の詳細な説明では、当業者が本発明を実施することを可能にするために十分に詳細に実施形態について説明する。尚、本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用されてもよいことは理解されるはずである。以下の詳細な説明は、したがって、限定的な意味で捉えてはならない。
[0014] 本明細書では、ウィスパリング・ギャラリー・モード(WGM)に基づく距離分解(range-resolved)エア・データ・システムについて開示し説明する。このエア・データ・システムは、異なる視角(look angle)におけるエア・データ情報を距離分解し(range resolve)、風速、対気速度、静圧、静温度等の三次元(3D)マップを求めるために、パルス状レーザおよび空間走査モノスタティックまたはバイスタティック送信/受信装置を使用して実現することができる。視角は、レーザおよび受信光学素子を機械的、電気的、または光学的の内1つ以上で走査することによって求めることができる。加えて、本システムは、レイリーおよびミー後方散乱の周波数判別を行い、エア・データ・パラメータを導く方法も提供する。
[0015] WGM共振器は、現在のエア・データ・システムにおいて、従来のファブリ−ペロー干渉計の代わりに使用されると、環境的安定性が改善されるだけでなく、コスト、サイズ、重量、および電力(CSWaP)の削減にも対処する。これらのCSWaP削減は、サイズ、重量、および電力の極小化が非常に重要である、軽航空ビークル(lighter than air vehicles)、高空長航航空機、および極超音波ビークルのような種々のビークル・プラットフォームにおけるエア・データ・システムの使用を可能にする。また、WGM共振器を利用することにより、短距離および長距離データ取得(range interrogation)にも対処し、巨視的な対応物の能力と合わせることができる。
[0016] このエア・データ・システムは、種々の技術的利点を有し、これらの技術的利点には、LiDARに基づくエア・データ・システムのための前例がないCSWaP、ビークル周囲における距離分解対気速度、静温度、および静圧、風速、対気速度、静温度、および静圧の3Dマップ生成、製造および統合の容易性、統合ロバスト性の改良、ならびに超高速処理能力が含まれる。
[0017] このエア・データ・システムの他の利点には、軽量化のようなシステムの全体的なCSWaP削減が含まれ、対応する燃料節約や、一層多様性に富んだプラットフォーム群(set)上における使用可能性が得られる。加えて、3D風速(wind)マップ作成能力は、外乱検出のような新たな用途、および都合のよい風(opportunistic winds)に乗るビークルのために一層効率的な航路を導く能力にも広がる。
[0018] このエア・データ・システムの更なる詳細について、以下に図面を参照して説明する。
[0019] 図1は、一実施形態にしたがって、空中浮揚ビークルのようなビークル周囲のエンベロープ全体におけるエア・データのWGMに基づく距離分解を採用するエア・データ・システム100を示す。エア・データ・システム100は、1組の送信光学素子114に向けて、一連の短レーザ光パルスを放出するように構成されたレーザ・デバイス110を含む。1組の送信光学素子114は、ビークル(図示せず)に隣接するおよび包囲する外部空気116内にレーザ光パルスを送信するように構成される。レーザ光パルスは、空気116内における空気分子(レイリー散乱)およびエアゾール(ミー散乱)から散乱する。空気116からの散乱レーザ光の一部は、1組の受信光学素子120によって収集される。一実施形態では、送信光学素子114および受信光学素子120は、モノスタティック空間走査光ヘッド内に実装することができる。
[0019] 図1は、一実施形態にしたがって、空中浮揚ビークルのようなビークル周囲のエンベロープ全体におけるエア・データのWGMに基づく距離分解を採用するエア・データ・システム100を示す。エア・データ・システム100は、1組の送信光学素子114に向けて、一連の短レーザ光パルスを放出するように構成されたレーザ・デバイス110を含む。1組の送信光学素子114は、ビークル(図示せず)に隣接するおよび包囲する外部空気116内にレーザ光パルスを送信するように構成される。レーザ光パルスは、空気116内における空気分子(レイリー散乱)およびエアゾール(ミー散乱)から散乱する。空気116からの散乱レーザ光の一部は、1組の受信光学素子120によって収集される。一実施形態では、送信光学素子114および受信光学素子120は、モノスタティック空間走査光ヘッド内に実装することができる。
[0020] 収集されたレーザ光は、受信光学素子120からWGM周波数判別器122に結合される。周波数判別器122は、共振器コントローラ124に動作的に結合することができる少なくとも1つのWGM共振器を含む。加えて、基準光信号がレーザ・デバイス110から周波数判別器122に送られる。一実施形態では、周波数判別器122は、光電効果によるもの以外でWGM共振器をチューニングすることによって、1つ以上の光信号周波数において、レーザ光パルスの選択部分を出力するように構成された少なくとも1つのWGM共振器を含む。例えば、WGM共振器は、WGM共振器の機械的または熱的チューニングによって、可変共振周波数を有するように制御可能にすることができる。
[0021] 掃引光信号のような、レーザ光の選択部分は、周波数判別器122から、フォトマルチプライア(PMT)またはアバランシェ・フォトダイオード(APD)のような、光検出器128に送信される。以下で更に説明するように、レーザ光の選択部分は、周波数判別器122における光条件およびWGM共振器(1つまたは複数)のサイズに依存する。光検出器128は、レーザ光の選択部分をサンプリングし、スカラー値(scalar values)を出力するように構成され、スカラー値は、コンピュータのような処理ユニット130に電気的に送信される。処理ユニット130は、スカラー値を更に処理するために、記録するように動作する。また、処理ユニット130は、共振器コントローラ124およびレーザ・デバイス110と動作的に通信するように構成される。
[0022] レーザ光、したがって戻り信号はパルス状であるので、サンプリングは速い時間尺度で行われなければならず、分子の小さい空間範囲のみのデータが得られるような方法で絞らなければ(gate)ならない。送信光は、基準光信号のそれと比較され、バルク空気/エアゾール運動からのドプラ・シフトが判定される。基準光信号は、例えば、収集ウィンドウからの送信パルスの散乱によって、送信パルスのファイバまたは自由空間分割(splitting)によって、レーザ・パルスから集めることができる。基準光信号は、レーザ・パルスの終端と後方散乱収集の開始との間の短い時間中に、あるいは二次的なWGMに基づくまたは他の周波数判別器を使用して収集することができる。
[0023] 一実施形態では、受光された散乱光は、レーザ光パルスの放出から開始して、時間区分(time binned)される。時間区分された散乱光の経過時間を使用して、エア・データ・システムに関する範囲測定(range measurement)を計算する。不連続の見通し線またはある範囲の視野(field of view/regard)のデータを得ることによって、3D測定値マップを作成するために、複数の見通し線、または1つの走査見通し線(scanning line-of-sight)を使用することができる。見通し線は、機械的、電気的、光学的、またはこれらの方法の組み合わせによって走査することができる。
[0024] 図2は、本エア・データ・システムによって採用することができる、例示的なデータ取得プロセス200の流れ図である。最初に、エア・データ・システムの光ヘッドを所望の見通し線に向けて動かす(ブロック210)。次いで、プロセス200は、レーザ・デバイスおよびWGM共振器を初期化する(ブロック220)。レーザ・デバイスを光ヘッドによってパルス状に駆動し、空気に放出し(ブロック230)、後方散乱光を光ヘッドおよびWGM共振器によって受光する(ブロック240)。次に、受光した後方散乱光から結果的に得られたデータを処理する(ブロック250)。次いで、処理したデータを使用して、見通し線測定を完了する(ブロック260)。光ヘッドを再度所望の見通し線に向けて動かし(ブロック210)、以上のステップを繰り返すことによって、処理200を繰り返すことができる。
[0025] 周波数走査(ドプラ・シフトを検出するため)および範囲絞り込み(range gating)(空間的変動(variation)を解明するため)の双方を含むために、このエア・データ・システムが採用することができる様々な手法がある。
[0026] 第1の手法では、動的なWGM周波数判別器を静止レーザ周波数と共に使用する。この手法は、WGM共振器を走査して光路長を変更すること、共振(チューニング)の周波数を変更すること、および送信対変調を測定することを伴う。これは、種々の技法を使用して行うことができる。機械的な技法では、WGM共振器の変形は、熱膨張を起こさせるように、WGM共振器を加熱/冷却することによって行わせる(impose)ことができ、ピエゾ−電気デバイス、微小電気機械(MEMS)デバイス等によってというように、アクチュエータによってWGM共振器上で力学的に押圧することによって行わせることができ、あるいはWGM共振器周囲のガス圧を変化させることによって行わせることができる。光学的な技法では、WGM共振器の屈折率を、例えば、レーザ加熱、または第2レーザ・ビームの共振器キャビティとの相互作用によって共振器キャビティの屈折率を変調することによって、変化させることができる。代わりに、WGM共振器に対するプルーフ・マスの近接度を変化させる、蒸気をWGM共振器に被着させるまたはWGM共振器から分離させる(detach)、あるいはWGM共振器のクラッドの屈折率を変化させるというように、他の技法によってWGM共振器をチューニングすることもできる。
[0027] 第1の手法を図3Aに示す。これは、固定波長レーザおよび1つの走査または掃引WGM共振器に対するデータ取得プロセス300の流れ図である。図3Bは、固定波長レーザおよび1つの走査または掃引WGM共振器に対するデータ取得プロセスのグラフ表現である。図3Aに示すように、WGM共振器を所望の共振に設定し(ブロック310)、次いでレーザをパルス駆動する(ブロック320)。次いで、プロセス300は、1つのWGM共振器を使用して、距離分解後方散乱を検出し(ブロック330)、次いで得られたデータを格納する(ブロック340)。再度WGM共振器を所望の共振に設定し(ブロック310)、以上のステップを繰り返すことによって、プロセス300を繰り返すことができる。
[0028] 第2の手法では、静止WGM周波数判別器を動的なレーザと共に使用し、動的なレーザを周波数走査する。WGM周波数判別器は、固定共振に停留するように制御され、ドプラ・シフトおよび広がりを解明するための時間の関数として、送信光強度が監視される。
[0029] 第2の手法を図4Aに示す。これは、走査または掃引波長レーザおよび1つの固定WGM共振器に対するデータ取得プロセス400の流れ図である。図4Bは、走査または掃引波長レーザおよび1つの固定WGM共振器に対するデータ取得プロセスのグラフ表現である。図4Aに示すように、レーザを所望の波長に設定し(ブロック410)、次いでこのレーザをパルス駆動する(ブロック420)。次いで、プロセス400は、1つのレーザ波長を使用して、距離分解後方散乱を検出し(ブロック430)、得られたデータを格納する(ブロック440)。プロセス400は、再度レーザを所望の波長に設定し(ブロック410)、以上のステップを繰り返すことによって、繰り返すことができる。
[0030] 第3の手法では、静止WGM周波数判別器アレイを静止レーザ周波数と共に使用する。この手法では、固定共振周波数が異なるWGM共振器のアレイを、エッジ検出構成で使用する。アレイの応答を測定し、検出点からスペクトルを組み立てる。
[0031] 第3の手法を図5Aに示す。これは、固定波長レーザおよび複数の固定WGM共振器に対するデータ取得プロセス500の流れ図である。図5Bは、固定波長レーザおよび複数の固定WGM共振器に対するデータ取得プロセスのグラフ表現である。図5Aに示すように、プロセス500はレーザをパルス駆動し(ブロック510)、次いで、複数のWGM共振器を使用して、距離分解後方散乱を検出する(ブロック520)。次いで、得られたデータを格納する(ブロック530)。
[0032] 当業者には分かるであろうが、本システムにおいて使用されるプロセッサは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはこれらの任意の適した組み合わせを使用して実現することができる。これらは、特殊設計特定用途集積回路(ASIC)またはフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ(FPGA)によって補足されても、これらに組み込まれてもよい。また、コンピュータまたはプロセッサは、本システムにおいて使用される種々のプロセス・タスク、計算、および制御機能を実行するために、ソフトウェア・プログラム、ファームウェア、または他のコンピュータ読み取り可能命令による機能を含むこともできる。
[0033] 本方法は、プログラム・モジュールまたはコンポーネントのような、少なくとも1つのプロセッサによって実行されるコンピュータ実行可能命令によって実現することができる。一般に、プログラム・モジュールは、ルーチン、プログラム、オブジェクト、データ・コンポーネント、データ構造、アルゴリズム等を含み、特定のタスクを実行するか、または特定の抽象データ型を実装する。
[0034] 本明細書において説明した方法の動作において使用される種々のプロセス・タスク、計算、他のデータの生成を実行するための命令は、ソフトウェア、ファームウェア、あるいは他のコンピュータまたはプロセッサ読み取り可能命令によって実現することができる。種々のプロセス・タスクは、空間走査および方位付け(orientation)の制御、レーザ動作、光検出器の制御および動作、ならびにシステムの方位付けおよび状態(state)の認識(awareness)を含むことができる。これらの命令は、通例、任意の適したコンピュータ・プログラム製品に格納される。コンピュータ・プログラム製品には、コンピュータ読み取り可能命令またはデータ構造の格納に使用されるコンピュータ読み取り可能媒体が含まれる。このようなコンピュータ読み取り可能媒体は、汎用または特殊目的コンピュータあるいはプロセッサ、もしくはプログラマブル・ロジック・デバイスによってアクセスすることができる任意の入手可能な媒体とすることができる。
[0035] 相応しいプロセッサ読み取り可能媒体には、磁気媒体または光媒体のような、記憶媒体またはメモリ媒体を含んでもよい。例えば、記憶媒体またはメモリ媒体は、従来のハード・ディスク、コンパクト・ディスク、あるいは他の光記憶ディスク、ランダム・アクセス・メモリ(RAM)、リード・オンリ・メモリ(ROM)、電気的消去可能プログラマブルROM(EEPROM)、フラッシュ・メモリ等のような揮発性または不揮発性媒体、もしくはコンピュータ実行可能命令またはデータ構造の形態で所望のプログラム・コードを搬送または格納するために使用することができる任意の他の媒体を含んでもよい。
実施形態例
[0036] 例1は、エア・データを得るためのシステムを含む。このシステムは、ビークル上にありレーザ光パルスを放出するレーザ・デバイスと、レーザ・デバイスからのレーザ光パルスを、ビークルに隣接する外部空気に送信するように構成された1組の送信光学素子と、外部空気からのレーザ光パルスの散乱部分を収集するように構成された1組の受信光学素子と、受信光学素子からレーザ光パルスの散乱部分を受信するように構成されたウィスパリング・ギャラリー・モード(WGM)周波数判別器であって、少なくとも1つのWGM共振器を含み、このWGM共振器が、光電効果によるもの以外でチューニングすることによって、1つ以上の光信号周波数においてレーザ光パルスの選択部分を出力するように構成される、WGM周波数判別器と、WGM周波数判別器からのレーザ光パルスの選択部分をサンプリングするように構成された光検出器であって、サンプリングされたレーザ光パルスを1つ以上のスカラー値に変換するように構成された光検出器と、光検出器からの1つ以上のスカラー値を受けて記録するように動作する処理ユニットとを含む。
実施形態例
[0036] 例1は、エア・データを得るためのシステムを含む。このシステムは、ビークル上にありレーザ光パルスを放出するレーザ・デバイスと、レーザ・デバイスからのレーザ光パルスを、ビークルに隣接する外部空気に送信するように構成された1組の送信光学素子と、外部空気からのレーザ光パルスの散乱部分を収集するように構成された1組の受信光学素子と、受信光学素子からレーザ光パルスの散乱部分を受信するように構成されたウィスパリング・ギャラリー・モード(WGM)周波数判別器であって、少なくとも1つのWGM共振器を含み、このWGM共振器が、光電効果によるもの以外でチューニングすることによって、1つ以上の光信号周波数においてレーザ光パルスの選択部分を出力するように構成される、WGM周波数判別器と、WGM周波数判別器からのレーザ光パルスの選択部分をサンプリングするように構成された光検出器であって、サンプリングされたレーザ光パルスを1つ以上のスカラー値に変換するように構成された光検出器と、光検出器からの1つ以上のスカラー値を受けて記録するように動作する処理ユニットとを含む。
[0037] 例2は、例1のシステムを含み、レーザ光パルスが静止光周波数を有する。
[0038] 例3は、例1〜2のいずれかのシステムを含み、WGM共振器が、WGM共振器の機械的チューニングまたは熱的チューニングによって、可変共振周波数を有するように制御される。
[0038] 例3は、例1〜2のいずれかのシステムを含み、WGM共振器が、WGM共振器の機械的チューニングまたは熱的チューニングによって、可変共振周波数を有するように制御される。
[0039] 例4は、例1〜2のいずれかのシステムを含み、WGM共振器が、WGM共振器を加熱/冷却する技法、力学的にアクチュエータによってWGM共振器上で押下する技法、またはWGM共振器周囲におけるガス圧を変化させる技法を含む技法によってチューニングされる。
[0040] 例5は、例1〜2のいずれかのシステムを含み、WGM共振器が、プルーフ・マスのWGM共振器に対する近接度を変化させる技法、蒸気にWGM共振器に被着させるおよびWGM共振器から分離させる技法、あるいはWGM共振器のクラッド屈折率を変化させる技法を含む技法によってチューニングされる。
[0041] 例6は、例1〜5のいずれかのシステムを含み、更に、WGM周波数判別器に動作的に結合された共振器コントローラを含み、共振器コントローラが処理ユニットと動作可能に通信する。
[0042] 例7は、例1〜6のいずれかのシステムを含み、レーザ光パルスの選択部分が、WGM共振器の光条件およびサイズに依存する。
[0043] 例8は、例1〜7のいずれかのシステムを含み、処理ユニットが、風速、対気速度、静圧、または静温度の三次元マップを導くために、異なる視角においてエア・データ情報を距離分解するように構成される。
[0043] 例8は、例1〜7のいずれかのシステムを含み、処理ユニットが、風速、対気速度、静圧、または静温度の三次元マップを導くために、異なる視角においてエア・データ情報を距離分解するように構成される。
[0044] 例9は、例1〜8のいずれかのシステムを含み、このシステムが、ドプラ・シフトを検出するための光信号周波数走査と、空間変動(spatial variation)を解明するためのレンジ・ゲーティング(range gating)とを含む。
[0045] 例10は、例1〜9のいずれかのシステムを含み、送信光学素子および受信光学素子が、空間走査のために構成された光ヘッド内に実装される。
[0046] 例11は、例1〜10のいずれかのシステムを含み、ビークルが空中浮揚ビークルを含む。
[0046] 例11は、例1〜10のいずれかのシステムを含み、ビークルが空中浮揚ビークルを含む。
[0047] 例12は、ビークルについてのエア・データを得る方法を含む。この方法は、ビークル上のレーザ・デバイスからレーザ光パルスを放出するステップと、1組の送信光学素子を介してレーザ光パルスを、ビークルに隣接する外部空気に送信するステップと、1組の受信光学素子によって、外部空気からのレーザ光パルスの散乱部分を収集するステップと、ウィスパリング・ギャラリー・モード(WGM)周波数判別器において、受信光学素子からのレーザ光パルスの散乱部分を受信するステップであって、WGM周波数判別器が少なくとも1つのWGM共振器を含む、ステップと、光電効果によるもの以外によってWGM共振器をチューニングすることにより、1つ以上の光信号周波数においてレーザ光パルスの選択部分を出力するステップと、光検出器によって、WGM周波数判別器からのレーザ光パルスの選択部分をサンプリングするステップと、光検出器において、サンプリングしたレーザ光ビームを1つ以上のスカラー値に変換するステップと、ビークルについてのエア・データを得るために、1つ以上のスカラー値を処理するステップとを含む。
[0048] 例13は、例12の方法を含み、WGM共振器が、機械的または熱的チューニングによってチューニングされ、レーザ光パルスが静止光周波数を有する。
[0049] 例14は、例12の方法を含み、WGM共振器が、WGM共振器を加熱/冷却する技法、力学的にアクチュエータによってWGM共振器上で押下する技法、またはWGM共振器周囲におけるガス圧を変化させる技法を含む技法によってチューニングされる。
[0049] 例14は、例12の方法を含み、WGM共振器が、WGM共振器を加熱/冷却する技法、力学的にアクチュエータによってWGM共振器上で押下する技法、またはWGM共振器周囲におけるガス圧を変化させる技法を含む技法によってチューニングされる。
[0050] 例15は、例12の方法を含み、WGM共振器が、プルーフ・マスのWGM共振器に対する近接度を変化させる技法、蒸気にWGM共振器に被着させるおよびWGM共振器から分離させる技法、あるいはWGM共振器のクラッド屈折率を変化させる技法を含む技法によってチューニングされる。
[0051] 例16は、例12〜15のいずれかの方法を含み、処理が、更に、風速、対気速度、静圧、または静温度の三次元マップを導くために、異なる視角においてエア・データ情報を距離分解するステップを含む。
[0052] 例17は、ビークル用エア・データ・システムを含む。このエア・データ・システムは、ビークル上にありレーザ光パルスを放出するレーザ・デバイスと、レーザ・デバイスからのレーザ光パルスを、ビークルに隣接する外部空気に送信するように構成された1組の送信光学素子と、外部空気からのレーザ光パルスの散乱部分を収集するように構成された1組の受信光学素子と、受信光学素子からレーザ光パルスの散乱部分を受信するように構成されたウィスパリング・ギャラリー・モード(WGM)周波数判別器であって、固定共振周波数を有し、この固定共振周波数に対応する光信号周波数においてレーザ光パルスの選択部分を出力するように構成された少なくとも1つのWGM共振器を含む、WGM周波数判別器と、WGM周波数判別器からのレーザ光パルスの選択部分をサンプリングするように構成された光検出器であって、サンプリングされたレーザ光パルスを1つ以上のスカラー値に変換するように構成された光検出器と、光検出器からの1つ以上のスカラー値を受けて記録するように動作する処理ユニットとを含む。
[0053] 例18は、例17のエア・データ・システムを含み、レーザ光パルスが周波数走査される。
[0054] 例19は、例17のエア・データ・システムを含み、レーザ光パルスが静止光周波数を有する。
[0054] 例19は、例17のエア・データ・システムを含み、レーザ光パルスが静止光周波数を有する。
[0055] 例20は、例19のエア・データ・システムを含み、WGM周波数判別器が、固定共振周波数が異なるWGM共振器のアレイを含む。
[0056] 本発明は、その本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定形態において具体化することもできる。説明した実施形態は、あらゆる観点において、限定的ではなく例示的としてのみ解釈されるものとする。したがって、本発明の範囲は、以上の説明ではなく、添付する請求項によって示される。請求項の均等の意味および範囲に該当する全ての変更は、その範囲内に包含されるものとする。
[0056] 本発明は、その本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定形態において具体化することもできる。説明した実施形態は、あらゆる観点において、限定的ではなく例示的としてのみ解釈されるものとする。したがって、本発明の範囲は、以上の説明ではなく、添付する請求項によって示される。請求項の均等の意味および範囲に該当する全ての変更は、その範囲内に包含されるものとする。
110 パルス状レーザ
114 送信光学素子
116 空気
120 受信光学素子
122 WGM周波数判別器
124 共振器コントローラ
128 検出器
130 処理コンピュータ
200 データ取得プロセス
300 データ取得プロセス
400 データ取得プロセス
500 データ取得プロセス
Claims (3)
- エア・データを得るためのシステムであって、
ビークル上にありレーザ光パルスを放出するレーザ・デバイスと、
前記レーザ・デバイスからのレーザ光パルスを、前記ビークルに隣接する外部空気内に送信するように構成された1組の送信光学素子と、
前記外部空気からの前記レーザ光パルスの散乱部分を収集するように構成された1組の受信光学素子と、
前記受信光学素子からの前記レーザ光パルスの前記散乱部分を受信するように構成されたウィスパリング・ギャラリー・モード(WGM)周波数判別器であって、少なくとも1つのWGM共振器を含み、該WGM共振器を光電効果によるもの以外によってチューニングすることによって、前記WGM共振器が1つ以上の光信号周波数において前記レーザ光パルスの選択部分を出力するように構成される、WGM周波数判別器と、
前記WGM周波数判別器からのレーザ光パルスの選択部分をサンプリングするように構成された光検出器であって、サンプリングした前記レーザ光パルスを1つ以上のスカラー値に変換するように構成される、光検出器と、
前記光検出器からの前記1つ以上のスカラー値を受けて記録するように動作する処理ユニットと、
を含む、システム。 - ビークルについてのエア・データを得る方法であって、
前記ビークル上にあるレーザ・デバイスからレーザ光パルスを放出するステップと、
前記レーザ光パルスを、1組の送信光学素子を介して、前記ビークルに隣接する外部空気内に送信するステップと、
1組の受信光学素子によって、前記外部空気からの前記レーザ光パルスの散乱部分を収集するステップと、
ウィスパリング・ギャラリー・モード(WGM)周波数判別器において、前記受信光学素子からの前記レーザ光パルスの前記散乱部分を受信するステップであって、前記WGM周波数判別器が少なくとも1つのWGM共振器を含む、ステップと、
光電効果によるもの以外によって前記WGM共振器をチューニングすることによって、1つ以上の光信号周波数において前記レーザ光パルスの選択部分を出力するステップと、
光検出器によって、前記WGM周波数判別器からの前記レーザ光ビームの前記選択部分をサンプリングするステップと、
前記光検出器において前記サンプリングしたレーザ光パルスを1つ以上のスカラー値に変換するステップと、
前記ビークルについてのエア・データを得るために、前記1つ以上のスカラー値を処理するステップと、
を含む、方法。 - ビークル用エア・データ・システムであって、
前記ビークル上においてレーザ光パルスを放出するレーザ・デバイスと、
前記レーザ・デバイスからの前記レーザ光パルスを、前記ビークルに隣接する外部空気内に送信するように構成された1組の送信光学素子と、
前記外部空気からの前記レーザ光パルスの散乱部分を収集するように構成された1組の受信光学素子と、
前記受信光学素子からの前記レーザ光パルスの前記散乱部分を受信するように構成されたウィスパリング・ギャラリー・モード(WGM)周波数判別器であって、固定共振周波数を有し、前記固定共振周波数に対応する光信号周波数において前記レーザ光パルスの選択部分を出力するように構成された少なくとも1つのWGM共振器を含む、WGM周波数判別器と、
前記WGM周波数判別器からの前記レーザ光パルスの前記選択部分をサンプリングするように構成された光検出器であって、前記サンプリングしたレーザ光パルスを1つ以上のスカラー値に変換するように構成される、光検出器と、
前記光検出器からの前記1つ以上のスカラー値を受けて記録するように動作する処理ユニットと、
を含む、エア・データ・システム。
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