KR101405883B1 - 부호화된 전송에 의한 원격 흡수 분광법 - Google Patents

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Abstract

원격 흡수 분광법은 분석되어야 하는 매질을 통하여 하나 이상의 원격 수신기들에게로 지향된(directed) 부호화된 전자기 전송을 이용한다. 부호화된 전송은 오프라인 대역 내의 하나의 파장과 관심 흡수 대역[absorption band of interest]과 일치하는 하나의 파장을 적어도 포함하며 흡수 대역 내외의 스펙트럼 성분들 사이의 미리 지정된 관계가 제어된다. 전송기에서 제어된 관계로부터의 변화량이 수신기에서 존재하는지를 측정하기 위해서 스펙트럼 성분들 사이의 관계는 수신기에서 평가될 수 있다. 흡수 대역 내의 방사파의 흡수를 나타내기 위해서, 전술한 관계로부터 수신된 광학 신호의 변화량은 처리된다.

Description

부호화된 전송에 의한 원격 흡수 분광법{REMOTE ABSORPTION SPECTROSCOPY BY CODED TRANSMISSION}
본 발명은 부호화된(coded) 전송에 의한 원격 흡수 분광법에 관한 것이다.
CO2, CH4, O2 등과 같은 가스들을 분석하기 위한 통상의 활성 소스[active source] 흡수 분광법 시스템들은 전송기와 수신기 구성요소(component)들이 병설되어(collocated) 구현되므로, 전송된 신호를 소스 위치[source location]로 복귀(return)시키기 위하여 짧은 경로 길이(path length) 또는 반사를 요한다. 장거리에 걸쳐서, 전송된 신호는 거울 또는 지면(ground)에서 반사되어 병설된 수신기로 복귀한다. 이러한 시스템에 있어서, 에어로졸(aerosol) 구성물(constituent)들 또는 입자(particle)들에 의한 산란된 복귀로 인하여 후방 산란 방사[backscattered radiation]에 의한 추가적 에러(error)가 유발(give rise)된다. 후방 산란된 복귀는 분석될 매질의 일부 경로만을 통과하기 때문에, 이 에러는 흡수 측정치를 효과적으로 감소시킨다. 또한 만일 사용된 반사기(reflector)가 분산(diffuse)되면, 시스템 내에서 넓은 범위의 제곱손실[range-squared losses]이 초래되어, 전체적인 시스템을 장거리 영역에서 구현할 수 없다.
전술한 그리고 그 밖의 기술의 문제점에 입각하여(in light of), 송신된 방사파(radiation)를 반사시키는 분산된 타겟만 존재하는 경우에 있어서, 부분적 경로의 산란 복귀를 무시하여 매질 또는 대기 중의 구성물들을 측정하고 송신 파워(power) 손실을 감소시키는 기술이 요망되어 왔다.
본원에서는 공간적으로 이격되고 임의로 배치된 전송기 및 수신기 서브시스템들을 사용하는 원격 흡수 분광법[remote absorption spectroscopy]기술이 설명된다. 다중 스펙트럼 전자기[multispectral electromagnetic] 방사파(radiation)는 매질의 흡수 대역 및 오프-라인 대역 모두와 일치하는(coinciding with) 스펙트럼 컨텐트[spectral content]를 가지도록 생성될 수 있다. 방사파는 전송 전에 예컨대 코드들의 세트에 의해서 변경(modify)되어, 흡수 대역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 대역과 오프-라인 대역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 대역 사이에서 관계(relationship)를 정의할 수 있다. 이러한 관계는 임시적으로(temporally) 일정하도록 제어될 수 있고 또한 수신기에서 알 수 있다. 수신기는 매질을 통한 가시선 전파[line-of-sight propagation]를 통하여 전송된 방사파를 수신하고, 수신된 방사파의 스펙트럼 컨텐트가 분석된다. 전송기에 의해서 정의된 관계로부터의 수신된 방사파의 스펙트럼 컨텐트의 변화량(deviation)은 흡수 내의 스펙트럼 성분[spectral content]의 매질에 의해서 흡수되는 것이 원인일(attributable) 수 있다.
본 발명의 장점들과 전술한 그리고 후술하는 특징들은 이하의 특정한 본 발명의 실시예들의 도면들, 설명들 및 한정들로부터 명확하게 된다. 이러한 설명들이 본 발명의 기술적 사상의 특정한 실시예의 상세한 설명들에 대한 것이지만, 다양한 변형들이 존재할 수 이으며 또한 본 기술이 속하는 분야의 통상의 기술자가 이러한 개시 사항을 검토하여 명확하게 될 수 있다는 것을 이해해야 한다.
본 발명의 일 형태에 따르면, 공지 물질(known substance)의 흡수(absorption) 대역과 일치하는(coincide with) 파장을 가지는 적어도 하나의 스펙트럼 성분(spectral component)과 상기 흡수 대역의 파장에서 제외된 오프-라인(off-line) 대역과 일치하는 파장을 가지는 적어도 하나의 스펙트럼 성분을 가지는 다중 스펙트럼 전자기(multispectral electromagnetic) 방사파(radiation)를 생성하도록 구성되는 생성기; 상기 생성된 스펙트럼 성분들을 변조(modulate)하되, 상기 흡수 대역의 파장을 가지는 상기 변조된 스펙트럼 성분의 스펙트럼 컨텐트(content)과 상기 오프-라인 대역의 파장을 가지는 상기 변조된 스펙트럼 성분의 스펙트럼 컨텐트가 이 미리 지정된 관계에 부합되게 유지되도록 변조하고, 매질(medium)을 통하여 상기 변조된 방사파를 전송하도록 구성되는 전송기; 및 상기 전송기로부터 공간적으로 이격되고 상기 전송기에 대해서 임의의 위치에 배치되는 수신기로서, 상기 수신기는, 상기 매질을 통한 가시선(line-of-sight) 전파(propagation)를 통하여 상기 전송된 방사파를 수신(accept)하고, 수신된 방사파의 상기 오프-라인 대역의 컨텐트와 상기 흡수 대역의 컨텐트 사이의 관계를 측량(measure)하고, 상기 미리 지정된 관계와 상기 오프-라인 대역의 컨텐트 및 상기 흡수 대역의 컨텐트 사이의 상기 측량된 관계의 변화량(deviation)으로부터 상기 흡수 대역과 일치하는 상기 파장에서의 흡수를 측정(determine)하도록 구성되는 것인 수신기;를 포함하는 장치가 제공된다.
본 발명의 다른 형태에 따르면, 공지 물질의 흡수 대역과 일치하는 파장을 가지는 적어도 하나의 스펙트럼 성분과 상기 흡수 대역의 파장에서 제외된 오프-라인 대역과 일치하는 파장을 가지는 적어도 하나의 스펙트럼 성분을 가지는 다중 스펙트럼 전자기 방사파를 전송기에 의해서 생성하는 단계; 상기 생성된 스펙트럼 성분들을 변조하되, 상기 흡수 대역의 파장을 가지는 상기 변조된 스펙트럼 성분의 스펙트럼 컨텐트와 상기 오프-라인 대역의 파장을 가지는 상기 변조된 스펙트럼 성분의 스펙트럼 컨텐트가 미리 지정된 관계에 부합되도록 유지되도록 변조하는 단계; 매질을 통하여 상기 변조된 방사파를 전송하는 단계; 상기 매질을 통한 가시선 전파를 통하여 상기 전송된 방사파를 수신기에 의해서 수신하는 단계; 상기 오프-라인 대역의 스펙트럼 컨텐트와 상기 흡수 대역의 스펙트럼 컨텐트를 측량하는 단계; 및 상기 측량된 오프-라인 대역의 컨텐트 및 상기 측량된 흡수 대역의 컨텐트 사이의 상기 관계와 상기 미리 지정된 관계의 변화량(deviation)으로부터 상기 흡수 대역과 일치하는 상기 파장에서의 흡수를 측정하는 단계;를 포함하는 방법이 제공된다.
본 발명의 또 다른 형태에 따르면, 프로세서에 의해서 실행될 때, 상기 프로세서가, 복수의 변조 코드들로 다중 스펙트럼 전자기 방사파의 성분들을 부호화하되, 공지 물질의 흡수 대역과 일치하는 파장을 가지는 적어도 하나의 변조된 스펙트럼 성분들의 스펙트럼 컨텐트와 상기 흡수 대역의 파장에서 제외된 오프-라인 대역과 일치하는 파장을 가지는 적어도 하나의 스펙트럼 성분의 스펙트럼 컨텐트가 미리 지정된 관계를 유지하도록 부호화하는 기능; 매질을 통한 가시선 전파 이후의 상기 부호화된 방사파의 상기 흡수 대역의 스펙트럼 컨텐트와 상기 오프-라인 대역의 스펙트럼 컨텐트를 측량하는 기능; 및 상기 측량된 오프-라인 대역의 스펙트럼 컨텐트와 상기 측량된 흡수 대역의 스펙트럼 컨텐트 사이의 관계와 미리 지정된 관계의 변화량으로부터 상기 흡수 대역과 일치하는 파장에서의 상기 흡수를 측정하는 기능;을 실행하도록 하는 프로세서-실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 소프트웨어로 부호화된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체가 제공된다.
본 발명에 따르면, 부분적 경로의 산란 복귀를 무시하여 매질 또는 대기 중의 성분을 측정하고 송신 전력 손실을 감소하여, 전체적인 시스템을 장거리 영역에서 구현할 수 있다.
도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 대체적인 발명 사상[general inventive concept]을 구현하는 원격 흡수 분광법의 다양한 시스템 구성들을 도시한다.
도 2는 본 발명의 대체적인 발명 사상을 구현하는 원격 흡수 분광기(RAS)의 예시적인 고레벨 도면[high level diagram]이다.
도 3a는 본 발명의 대체적인 발명 사상을 구현하는 예시적인 광학 RAS 전송기의 구조적 블록도이다.
도 3b는 본 발명의 대체적인 발명 사상을 구현하는 예시적인 광학 RAS 수신기의 구조적 블록도이다.
도 4는 본 발명의 대체적인 발명 사상을 구현하는 전송 프로세스의 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 대체적인 발명 사상을 구현하는 예시적인 분석 프로세스의 흐름도이다.
본 발명의 사상은 그의 특정한 실시예들을 통하여 최적으로 서술된다. 실시예들에서는 이하의 도면들을 참조로 하여 상세하게 본 발명의 사상이 설명되며 도면 내에서 유사한 참조 번호는 전체를 통하여 유사한 특징들을 참조한다. 본원에서 사용되는 "발명"이라는 용어는 이하에 서술되는 실시예들의 기저를 이루는(underlying) 발명 사상을 함축하기 위한 의도이며, 실시예들 자체에 대한 것만이 아니라는 것을 이해해야 한다. 대체적인 발명 사상은 이하에 서술되는 도시된 실시예들에 한정되는 것이 아니고 이하의 설명들이 그러한 견지에서 판독되어야 한다는 것을 또한 이해해야 한다.
추가적으로, 수학적 표현들이 본원에서 포함될 수 있으며 이에 의해서 전달되는 원리들은 이와 함께 철저하게 설명되는 것으로 간주된다. 수학이 사용되는 경우, 기저를 이루는 원리들의 간단한 서술이 설명되며, 나타내지 않더라도 다른 목적을 시사하거나 암시하는 것이 아니다. 전체적인 개시로부터 본원에서 수학이 어떻게 본 발명에 대해서 적용되는 지 그리고 수학적 표현들이 기저를 이루는 원리들의 구현예가 어디에서 의도되는 지에 대해서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 수학적으로 표현된 원리들의 물리적인 징후(manifestation)들을 수행하는 다양한 기술들을 인식할 것이라는 것은 명확하다.
도 1a를 참조하면, 본 발명이 구현될 수 있는 것인 예시적인 원격 흡수 분광기(RAS, 100)가 도시된다. 전송기(110) 및 수신기(130)는 거리 D 만큼 이격되어 있으며 전송기(110) 및 수신기(130) 사이의 용적(volume)은 분석될 매질(120)에 의해서 점유된다. 본 목적을 위해서, 전송기(110)는 다중 스펙트럼 전자기 빔(125)을 수신기(130)로 전송하고, 수신기는 매질(120)의 특성들(properties)에 의해서 변환된 전자기 빔(125)을 수신하고 분석한다. 측정되어야 할 매질(120)의 구성물의 흡수 대역에 해당(correspond)하도록, 빔(125)의 적어도 하나의 스펙트럼 대역이 선택된다. 다른 흡수 대역과 일치하도록, 빔(125)의 다른 스펙트럼 대역들이 선택될 수 있으며, 또한 다른 대역들은 참조 신호들로서 사용될 수도 있다.
전송기(110)는 빔(125)의 특정한 스펙트럼 성분들 사이의 관계를 제어하고 정의할 수 있으며, 그러한 관계에 대한 지식을 수신기(130)에 제공할 수 있다. 본원에서 사용되는 스펙트럼 성분이라는 용어는 전자기 방사파의 스펙트럼 요소 구성물[constituent spectral element]을 지칭하며, 스펙트럼 컨텐트라는 용어는 미리 지정된 범위를 넘어서는 스펙트럼 메이크업(makeup)을 지칭한다. 따라서 스펙트럼 성분들은 방사파의 스펙트럼에 걸쳐서 분배된다. 수신기(130)는 빔(125)의 수신된 스펙트럼 성분들을 분석할 수 있으며 전송된 스펙트럼을 아는 것으로부터 매질(120)의 흡수 특성들을 해결할 수 있다. 수신기(130)는 시스템 구성에 의해서 야기되는 경로-종속(path-dependent) 변수들 및 시스템 구성을 보상하기 위해서 특정한 보정(correction)들을 수행할 수 있다.
RAS(100)는 예컨대 도 1a에 도시되듯이 대기(atmosphere)와 같은 실질적으로 경계가 없는 매질(120) 내에서 사용될 수 있으며, 빔(125)은 가시선 전파를 통하여 전송기(110)로부터 수신기(130)로 전송될 수 있다. 도 1a에 도시된 산란(122)에 의해서와 같이 전송기(110)를 향한 전자기 방사파의 전파(propagation) 진행 및 검출을 배제하기 위해서, 본원에서 사용되는 가시선 전파라는 용어는 전송기(110)로부터 수신기(130)로의 방향에서 전자기 방사파의 전파를 지칭한다. 이러한 정의 하에서, 가시선 전파는 그에 의한 반사가 전송된 빔의 횡단(traversing)으로부터 배제되는 한 반사기들의 사용을 배제하지 않는다.
전송기(110) 및 수신기(130)는 임의의 위치에 배치될 수 있어서, 매질(120)을 통한 경로 길이(D)가 전개 기초(deployment basis)에 따라서 변할 수 있다. 전송기(110) 및 수신기(130) 사이의 길이(D)는 예컨대 전송기 파워 및 수신기 감도와 같은 시스템 구성에 의해서 정의될 수도 있지만, 본 개시를 통하여 통상의 기술자에 의해서 인식될 수 있듯이, 본 발명에서는 수 미터에서 수백 킬로미터까지의 거리 범위에서 구현될 수도 있다.
도 1b를 참조하면, 대안적인 실시예에서는 수신기(110)는 빔(127)을 매질(122)을 통하여 전송할 수 있으며, 빔(122)은 복수의 수신기들(132, 134)에서 가시선 전파를 통하여 동시에 수신될 수 있도록 충분한 폭을 가진다. 전자기 빔(127)은 도 1a를 참조로 설명한 것과 스펙트럼으로 유사할 수 있지만, 전송기(110)에서 적절한 빔형성(beamforming) 기술들을 통하여 설정된 더 넓은 빔폭(beamwidth)을 가진다. 도 1c에 도시된 또 다른 구현예에서는, 수신기(110)는 예컨대 비행기 또는 위성에 의해서 궤적(140)을 통하여 수송될 수 있으며, 전송기(110)가 궤적(140)을 따라서 이동함에 따라서, 빔(128, 128', 128")으로 각각 도시되는 전자기 빔은 분배된 수신기들(136-138)에서 매질(124)을 통한 가시선 전파를 통하여 수신될 수 있다. 도 1b 및 도 1c의 구성들에서와 같이 복수의 수신기들이 사용될 때, 각 수신기에서 수행되는 흡수 분석은 공간 내의 확장된 구역[extended region]의 흡수 프로파일을 제공하는 형식으로 종합(aggregate)될 수도 있다.
도 2에 도시되는 예시적인 실시예에서, RAS(200)는, 전송된 빔(240')으로 표시되는 전자기 빔(240)을 전송하는 전송기(210)와, 수신된 빔(240")으로 표시되는 빔(240)을 수신하고 또한 그로부터 빔(240)이 그를 통하여 통과(pass)하는 매질의 흡수 특징(characteristics)을 측정하는 수신기(260)를 포함한다. 예시적인 전송기(210)는, 예컨대 레이저들, 다이오드들, 마그네트론들, 진공 튜브들 등과 같은 방사파 소스들과, 예컨대 집속 광학계(focusing optics), 변조기들, 필터들, 레벨 모니터들 등과 같은 방사파 처리 시스템들을 포함하는 방사파 생성기(212)를 통하여 구현된다. 전송기(210)는 빔형성 시스템(220)을 더 포함할 수 있으며, 그를 통하여 전송된 빔(240')이 형성되고 연구해야 할 매질로 전달된다. 빔형성 시스템(220)은 RAS(220)의 동작 전자기 대역에 적합한 빔형성 성분들을 포함할 수 있고, 렌즈들과 같은 굴절 요소[refractive element]들과, 거울들과 같은 반사 요소[reflective element]들과, 안테나들과 같은 방사기들과, 예컨대 필터들과 같은 주파수-선택적 요소들과, 그리고 그에 의해서 빔(240)이 원하는 빔 패턴으로 전송될 수 있는 다른 요소들을 포함하지만 이에 제한되지는 않는다.
예시적인 전송기(210)는 제어기(218)를 포함하며, 그를 통하여 전송된 빔(240')의 스펙트럼 컨텐트가 설정되고 제어된다. 빔(240)은 예컨대 본원에서 성분들(242)로 표시되는 스펙트럼 성분들 CA(λABS)과, 본원에서 성분들(243)로 표시되는 스펙트럼 성분들 CB(λREF)을 포함하며, CA(ㆍ) 및 CB(ㆍ)는 각각 λABS 및 λREF의 파장을 가지는 전자기 방사파 상의 변조 코딩(coding) 함수들이다.
CX(λX)라는 표기법은, 스루 변조[through modulation]와 같은 λX 상의 코딩 함수 CX(ㆍ)의 적용에 의해서 생성되는 스펙트럼 성분들과 레이저들과 같은 방사 소스들에 의해서 생성되는 스펙트럼 성분들(λX)을 함유하는 전자기 스펙트럼의 암시를 가진다는 것을 이해해야 한다.
파장(λABS)은 연구되는 매질의 화학적 구성물의 흡수 대역과 일치하도록 선택될 수 있고, 파장(λREF)은 참조의 목적으로 오프-라인 대역 내에 위치하도록 선택될 수 있다. 본원에서 사용되는 오프-라인 대역은 빔(240)의 전자기 스펙트럼 내에서 λABS를 배제한 대역이다. 일부 실시예에서는, λREF는 λABS보다 흡수가 적은 스펙트럼 영역에 위치하도록 선택된다.
코딩 함수들 CA(ㆍ) 및 CB(ㆍ)는 수신기(260)에서 스펙트럼 성분들(242, 244)을 차별화(differentiate)하도록 선택될 수 있으며 예컨대 진폭, 위상 등과 같은 임시적-변수 상태들을 고려하여 선택될 수 있어서 빔(240)의 스펙트럼 특성들이 전술한 기준에 따라서 제어될 수 있다. 예컨대 CA(ㆍ) 및 CB(ㆍ)는 각 성분들(242, 244)을 식별할 수 있는 서로 다른 변조 주파수들의 독립적인 진폭 변조 함수들일 수 있다. 변조 함수들의 진폭들은 독립적으로 변화(vary)될 수 있어서, 본원에서 P(λABS) 및 P(λREF)로 나타내는 전송된 성분들(242, 244) 각 스펙트럼 에너지를 제어할 수 있다. 예컨대 변조 진폭들은 제어될 수 있어서, P(λABS) 및 P(λREF)는 예컨대 비례도(proportionality)일 수 있는 전술한 관계에 따라서 상대적으로 유지될 수 있다. 수신기(210)에서의 P(λABS) 및 P(λREF) 사이의 관계가 일정하다는 가정 하에서, 수신기(260)에서는, 수신기(260)에서의 관계에서의 변화들은 매질의 흡수에 따른 것이라고 간주할 수 있다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 다른 코딩 스킴들도 본 발명의 기술적 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서도 함께 사용될 수 있다는 것을 인식할 수 있다. 본 발명의 범위는 그러한 대안적인 스킴들도 포용하도록 의도하고 있다.
λABS 및 λREF 상에 CA(ㆍ) 및 CB(ㆍ)를 적용하는 것은 빔(240)의 스펙트럼 컨텐트의 에너지를 재분배할 수 있다. 그러한 재분배는 매우 큰 스펙트럼 범위에서 수행될 수 있다. 예컨대, CO2의 흡수를 측정하기 위해서, λABS는 1.5711194 마이크론이고 λREF는 1.57116194 마이크론일 수 있다. CA(ㆍ)는 말하자면 50 kHz에서의 정현파(sinusoidal) 진폭 변조일 수 있고, CB(ㆍ)는 말하자면 53 kHz에서의 정현파 진폭 변조일 수 있다. CA(ㆍ)가 λABS에 적용될 때, 1.5711194 마이크론에서 원래 있던 에너지의 일부는 6.0 km까지 재분배된다. 유사하게, CB(ㆍ)를 λREF 에 적용하면, 1.57116194 마이크론에서 원래 있던 에너지의 일부는 5.7 km까지 재분배된다. 수신기(260)는 말하자면 마이크론 범위 외부의 방사파를 거부하도록 구성되고 따라서 킬로미터 범위 내의 에너지 레벨들의 변화를 검출하지 못한다. 그러나 1.5711194- 1.57116194 마이크론을 포함하는 대역 내의 에너지 레벨들의 변화는 수신기(260)에서 검출될 수 있고, 따라서 50 및 53 kHz 변조는 그러한 파장들에서 함유된 에너지의 검출 가능한 레벨들을 제어하는데 사용될 수 있다. 전송기(210)에서의 λABS 및 λREF사이의 관계를 유지하기 위해서 그리고 수신기(260)에서 그러한 관계의 변화를 검출하기 위해서, 이러한 제어는 본 발명의 실시예들에 의해서 영향받는다(leveraged).
도 2에 도시되듯이, 전송된 빔(240')에서의 성분들(242, 244) 사이의 관계를 정의하고 유지하기 위해서, 전기적 신호(213)는 제어기(280)에 의해서 생성될 수 있다. 추가적으로, 생성기(212)는 전송된 빔(240')의 스펙트럼 컨텐트를 표시하는 하나 이상의 전기적 신호들(215)을 제어기(218)에 제공할 수 있다. 신호(215) 내에서 제공되는 그러한 표시로부터, 제어기(218)는 성분들(242, 244) 사이의 전술한 관계가 적절하게 유지되는 지를 결정할 수 있고 이에 따라 전기적 신호(213)에 대해서 적절한 조절을 수행할 수 있다.
예시적인 수신기(260)는 그를 통해 수신된 빔(240")이 수신되고 검출기(262)에 제공되는 것인 수집기(collector, 250)를 포함한다. 수집기(250)는 그에 의해서 빔(240")이 검출기(262)의 활성 영역[active area]에 집속(focus)되고 그에 응답하여 하나 이상의 전기적 신호들(263)이 생성될 수 있는 것인 집속 요소들[focusing elements]을 포함할 수 있다. 전기적 신호(263)는, 즉 그를 통해 진행한 매질에 의해서 변환된 것인 빔(240)의 스펙트럼 컨텐트인 수신된 빔(240")의 스펙트럼 컨텐트를 나타낼 수 있다. 전기적 신호(263)는 분석기(264)에 제공될 수 있다. 분석기(264)는 수신된 빔(240")에 대해서 적절한 스펙트럼 분석을 수행하여 그의 스펙트럼 컨텐트 내의 변화량이 전송된 빔(240')의 스펙트럼 성분들(242, 244) 사이의 관계 내에서 수행되었는지를 결정한다. 만약 그렇다면, 전술한 바와 같이, 변화량은 매질에 의해서 하나 이상의 그러한 스펙트럼 성분들의 흡수에 기인한 것으로 보고될 수 있다.
전송기(210) 및 수신기(260)는 가시선 경로를 따라서 배치될 수 있어서, 빔(240)이 정밀하게 검사되는[under scrutiny] 매질을 통하여 단방향으로(unidirectionally) 통과할 수 있다. 즉 전송기(210)의 전방 방향이 아닌 빔(240)으로부터 산란된 방사파가 검출기(262)로부터 격리되도록 전송기(210) 및 수신기(260)는 공간 내에서 배치될 수 있다. 따라서 통상의 대기 흡수 분광기들에서의 경우와 마찬가지로, RAS(200)에 의한 흡수 측정들은 후방 산란에 의해서 야기되는 잡음 오염(contamination)으로부터 자유롭다.
도 3a는 광학 RAS(300)의 예시적인 전송기(303)를 도시하고 도 3b는 광학 RAS(300)의 예시적인 수신기(307)를 도시한다. 우선 도 3a를 참조하면, 예시적인 전송기(303)는 흡수 파장 채널(302)와 참조 파장 채널(304)라는 두 개의 광학 채널들로 구성된다. 광학 채널들(302, 304)는 각각 광학 방사 소스들(310, 320)과 광학 변조기들(312, 322)과, 빔스플리터(beamsplitter)들(314, 324)과 시준기(collimator)들(316, 326)을 포함한다. 흡수 채널(302)의 출력은 스펙트럼 성분들(382)의 세트(set)이고 참조 채널(304)의 출력은 스펙트럼 성분들(388)의 세트이며, 이들 모두는 빔(380) 내의 공통 조리개(aperture)(370)를 통하여 전송될 수 있다. 본 기술이 속하는 분야의 통상의 기술자는 조리개(370)가 물리적 광학적 스톱(stop)이외일 수도 있다는 것을 인식하고 이해할 수 있을 것이며, 조리개(370)의 명백한 도시는 설명의 목적을 위하여 전송기(303)의 광학적 경계를 정의하기 위한 것이고 제한의 목적이 아니라는 것을 이해해야 한다.
방사 소스들(310, 320)은 본원에서 각각 레이저 광(311) 및 레이저 광(321)로 참조되는 것인 파장들(λABS 및 λREF)에서 간섭성 광[coherent light]을 방출하는 각 레이저들에 의해서 구현될 수 있다. 레이저 광(311, 312)은 선택된 코드들에 따라서 광학 변조기들(312, 322)에 의해서 변조될 수 있다. 광학 변조기들(312, 322)은 레이저 광(311, 312) 상에 각 코드들을 적용하기에 적합한 변조 주파수들에서 독립적으로 동작하는 것인 전자-광학 장치일 수 있다. 변조된 레이저 광(313, 323)은 이하에 설명하듯이 빔스플리터들(314, 324)을 통하여 샘플링될(sampled) 수 있고 시준기들(316, 326)에 제공될 수 있다. 시준기들(316, 326)은 변조된 광(313, 323)이 그를 통하여 조리개(370)로부터 빔(320)으로서 출현(emerge)할 수 있는 것인 적절한 빔 확장기(expander)들을 통하여 구현될 수 있다.
일부 실시예들에서는 성분들(382, 384)은 분리된 빔들로서 전송기(303)로부터 출현할 수 있고, 그러한 분리된 빔들은 제한이 아니라 설명을 위한 목적으로 단일 빔(380) 내에 함유된 것처럼 본원에서 설명된다는 것을 이해해야 한다. 또한 분리된 시준기들(316, 326)이 도 3a에 도시었지만, 광학 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 인식되듯이, 변조된 광(313, 323)은 단일 공통 시준기를 통하여 확장될 수도 있다는 것을 이해해야한다.
예시적인 전송기(303)는 광학 채널들(302, 304)의 스펙트럼 컨텐트가 그에 의해서 설정되고 제어되는 것인 제어 채널(303)을 포함한다. 제어 채널(306)은 적절한 하드웨어, 펌웨어 및/또는 소프트웨어를 실행하는 프로그램 가능한 처리 하드웨어를 통하여 구현될 수 있고, 아날로그 및/또는 디지털 하드웨어를 통하여 구축될 수도 있다. 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제어 채널(306)이 그에 의해서 본원의 개시를 검토하여 구현될 수 있는 다양한 제어 스킴들을 인식할 수 있다. 본 발명의 범위는 제어 채널들(306)의 그러한 실시예들을 포용하는 것을 의도하고 있다.
예시적인 제어 채널(306)은 그에 제공되는 전기적 신호(332)에 따라서 변조 코드들을 생성하는 것인 부호화기(encoder)(340)를 포함한다. RAS(300)는 특정한 변조 코드들에 제한되지 않는다. 코드들은 예컨대 RAS(300)의 시스템 구성요소들의 변조 및 검출 성능들(capabilities)을 고려하여 응용 기반으로 선택될 수 있다. 부호화기(340)는 각 광학 채널(302, 304) 상에 변조 포드들을 적용하도록 서로 독립적으로 변조기들(312, 322)이 그에 의해 동작하는 것인 전기적 신호들(342, 344)을 생성할 수 있다. 부호화기(340)는 예컨대 주파수가 고정된 진폭 변조 코드들을 생성한 수 있다. 제어 신호(332)는 채널들(302, 304)에 적용되는 각 코드들의 진폭 레벨들을 부호화기(340)에 표시할 수도 있고, 따라서 스펙트럼 성분들(382, 384) 사이의 관계가 유지될 수 있다. 일부 실시예들에서는, 관계는 성분들(382) 내의 전송된 광학 에너지와 성분들(384) 내의 그것 사이의 미리 지정된 비율일 수 있다. 이와 같이 구현되면, 전송된 에너지 비율을 유지하도록 예시적인 부호화기(340)는 각 광학 채널(302, 304) 내의 하나 또는 모두의 코드들의 진폭을 변경할 수 있다. 전기적 신호들(342, 344)는 변조기들(312, 322)에 제공될 수 있고, 변조기들(312, 322)에 의해서 변조된 레이저 광(313, 323)이 각 채널(302, 304) 내에서 제조된다.
스펙트럼 성분들(382, 384) 사이의 관계를 제어하거나 모니터링하기 위한 목적으로, 변조된 광(313, 323)은 예컨대 빔스플리터들(314, 324) 및 광학 검출기(350)를 통해서 샘플링될 수 있다. 광학 검출기(350)는 샘플링된 빔들(315, 325)을 수신하기 위하여 치수(dimension) 면에서 충분한 단일 활성 영역[single active area]을 가지는 것인 일체식(monolithic) 광학 장치일 수 있다. 특정 실시예들에서는, 집속 광학계(도시되지 않음)가 샘플링된 빔들(315, 325) 및 검출기(350)의 활성 영역 사이의 경로 내에 삽입될 수도 있다. 각 광학 채널(302, 304) 내의 변조가 변화함에 따른 λABS 및 λREF를 아우르는(encompassing) 스펙트럼 범위 내의 변화에 대응하기 위하여, 광학 검출기(350)는 충분한 동적 영역[dynamic range]을 가져야 한다.
검출기(350)는 빔(380) 내의 스펙트럼 환경(conditions)의 변화를 나타내는 전기적 신호(352)를 생성할 수 있으며, 이는 판별기(360)에 제공된다. 판별기는 이후 각 채널(302, 304) 내의 스펙트럼 환경의 변화를 표시하는 전기적 신호들(334, 336)을 생성할 수 있으며, 이는 제어기(330)에 제공된다. 예시적인 판별기(362)는 상관기(correlator)들(362, 364)을 포함하며, 각각은 해당하는 광학 채널(302, 304)의 변조 코드에 따라서 구성된다. 그러한 상관기들(362, 364)은, 해당하는 광학 채널(302, 304) 내의 변조 코드에 대해서 튜닝된(tuned) 것인 정합 필터[matched filter]들을 통하여 구현될 수 있다. 이와 같이 구현된 경우, 각 상관기(362, 364)의 출력은 성분들(382, 384) 내의 전송된 스펙트럼 에너지를 표시하는 것인 시변(time-varying) 전기적 신호(334, 336)이고, 이는 파장들(λABS 및 λREF)에서 전송된 에너지에 각각 비례하는 것이다.
신호들(334, 336)과 함께 예시적인 제어기(330)가 제공되고, 이에 의해서 각 채널(302, 304) 내의 전송된 에너지 사이의 관계가 모니터링되고 제어된다. 예컨대, 전술한 관계가 P(λABS) = r0ㆍP(λREF)이고, P(X)가 채널 X에 대해서 검출기(350)에서 측정되고 판별기(360)에 의해서 추출된 파워일 때, 제어기(330)는 신호들(334, 336)로부터 P(λABS)/P(λREF)를 평가하여, 예컨대 Δr = (r - r0)이고 r은 신호들(334, 336)으로부터 계산된 비율일 때, 미리 지정된 비율 r0로부터 평가된 비율의 변화량 Δr을 측정할 수 있다. 0이 아닌(non-zero) 변화량 Δr은 제어 신호(332, 334) 내에 반영될 수 있고, 부호화기(340)는 이에 응답하여 신호들(342, 344)을 적절하게 조절하여, 변조된 광 빔들(313, 323)의 하나 또는 두 개 모두의 P(λABS) 및/또는 P(λREF)을 증가 및/또는 감소할 수 있다.
도 3b는 예시적인 수신기(307)를 도시한다. 수신기(307)는 예컨대 망원경(telescope)(370)과 같은 수신 광학계(receiving optics)를 포함할 수 있고, 이에 의해서 전송기(303)에 의해서 전송되고 연구되어야 할 매질에 의해서 변환된 빔(380)이 수신되어 검출기(373) 상으로 집속된다. 검출기(373)는 비록 본원에서 그러한 제한을 하지는 않지만 검출기(350)와 동일하지는 않더라도 유사하게 구성될 수 있다. 검출기(373)는 수신된 빔(380) 내에서 스펙트럼 환경의 변화를 표시하는 전기적 신호(374)를 생성할 수 있다. 검출기 신호(374)는 판별기(375)에 제공될 수 있으며, 판별기(375)는 비록 본원에서 그러한 제한을 하지는 않지만 판별기(360) 동일하지는 않더라도 유사한 구성을 즉 상관기들(377, 379)을 통한 구성을 가질 수 있다. 판별기(375)의 출력들은 각 스펙트럼 성분(λABS 및 λREF)의 스펙트럼 에너지에 대해서 비례하며, 신호들(391, 392) 내의 신호-대-잡음비를 증가시키기 위해서 각 통합기(integrator)들(388, 389)에 제공될 수 있다. 통합기들(388, 389)에 의한 통합은 매질의 구성과 전송기(303) 및 수신기(307) 사이의 거리(D)와 같은 요소들에 따라서 수초 내지 수십 시간 사이의 시간 기간들 상에서 적절한 합산(summation) 기술들에 의해서 수행될 수 있다. 신호들(391, 392)은 수신 비율 프로세서(received ratio processor)(390)에 제공될 수 있으며, 비록 본원에서 그러한 제한을 하지는 않지만, 관계 reval = P(λABS)/P(λREF)가 제어기(330)에 의해서 수행된 평가와 동일하지는 않더라도 유사하게 평가될 수 있다. 수신 비율 프로세서(390)는 흡수 프로세서(absorption processor)(397)에 제공되는 것인 평가된 비율 reval을 표시하는 전기적 신호(396)를 생성할 수 있다.
예시적인 흡수 프로세서(395)는 reval/r0의 평가로부터 λABS에서의 매질 내의 흡수를 측정한다. 전술하듯이, λABS가 관심 대상인 흡수 대역 내에 있고 λREF가 관심 대상인 흡수 대역의 외부에 있고 전송 비율 P(λABS)/P(λREF)이 r0로 유지되도록, RAS(300)는 빔(3801)의 스펙트럼 컨텐트를 정확하게 통제(govern)하도록 구현된다. 따라서 매질에 의해서λABS 에서의 흡수가 없다면, reval/r0는 실질적으로 단일성(unity)을 가진다. reval/r0의 평가 내에서 단일성으로부터의 변화량들은 λABS에서의 매질의 흡수에 기인하는 것으로 합리적인 충분한 신뢰도로서 간주할 수 있다. 전송 경로 길이, 매질을 통한 빔(360)의 방향, 빔 분산(dispersion), 수신기들의 개수 및 예컨대 동시 수신, 임시적 순차(sequential) 등과 같은 전송된 방사파가 그에 의해서 수신되는 방식 등의 여러 가지에 따라서, 흡수 프로세서(395)는 reval/r0에 대해서 보정 측정들을 적용할 수 있다. 보상된 reval/r0의 표시가 신호(396) 내에서 보고기(reporter)(379)에게로 전달될 수 있고, 보고기(379)는 인간 사용자에 의해서 인지될 수 있는 방식으로 흡수 프로세서(395)에 의한 분석의 결과들을 포맷팅(format)할 수 있다.
도 3a 내지 도 3b에 도시된 구성요소들의 기능의 분리는 설명을 위한 것이고 이에 의해 제한되는 것이 아니라는 것을 이해해야 한다. 다양한 대안적인 시스템 구성들이 본 발명의 기술적 사상과 의도하는 권리 범위를 벗어나지 않고서도 RAS(300)를 구현할 수 있다.
도 4는 RAS(300)가 수신기에 의해서 분석을 목적으로 방사파를 그에 의해 전송하는 예시적인 전송 프로세스(400)를 도시한다. 동작 405에서는, RAS(300)의 채널들(302, 304)에 의해서 도시되는 것과 같은 각 채널들 내의 방사파가 각 채널에 지정된 코드들에 따라서 변조된다. 변조된 방사파는 공통 검출기(350)에 의해서 제공되는 것과 같이 동작 410에서 결합(combine)되고, 동작 415에서는, 예컨대 판별기(360)에 의해서 예컨대 흡수 대역 내의 스펙트럼 성분과 오프-라인 대역 내의 스펙트럼 성분으로, 결합된 방사파가 분리된 성분들 내에서 구별된다(distinguished). 동작 420 및 동작 425에서는, 코드들에 의해 정의되는 그들 사이의 관계가 미리 지정된 범위 내에 있는 지를 측정하기 위해서, 구별된 스펙트럼 성분들이 평가된다. 만약 그렇지 않다면, 관계를 유지하도록, 동작 430에서 예컨대 변조 진폭을 증가하거나 감소하는 것에 의해서 변조가 조절된다. 동작 425에서 결정되듯이, 만약 관계가 용인될 수 있으면(within tolerance), 동작 435에서 성분들은 빔 내에서 전송된다.
도 5는 전송 프로세스(400)와 함께 사용할 수 있는 예시적인 분석 프로세스(500)를 도시한다. 동작 505에서는, 예컨대 검출기(420)에 의해서, 전송된 빔으로부터 전기적 신호가 획득된다. 동작 510에서는, 예컨대 전송 프로세스(400)에서의 동작 415의 그것과 유사한 방식으로, 스펙트럼 성분들이 구별되고, 동작 515에서는, 예컨대 통합기(430)에 의해서, 선택된 시간 간격 상에서 신호들이 통합된다. 동작 520에서는, 수신된 스펙트럼 성분들 사이의 관계 및 그들 사이에서 코드들에 의해서 정의된 관계 내에서 변화량이 존재하는지를 측정하기 위해서, 통합된 스펙트럼 성분들은 평가된다. 동작 525에서는, 그러한 변화량은 전송 경로-종속 변화가능성(variability) 및 시스템에 대해서 보상되고, 동작 530에서는, 보정된 변화량이 매질에 의한 흡수로서 보고된다.
전술한 설명은 본 발명의 사상의 가능한 구현들을 나타내기 위한 의도를 가지며 이를 제한하는 것이 아니다. 본 발명의 개시로부터, 다양한 변화(variation)들, 변경(modification)들 및 대안예(alternative)들이 본 발명이 속하는 분야의 통상의 기술자들에게 명백할 것이다. 예컨대, 도시되고 설명된 것과 등가물(equivalent) 구성요소들, 개별적으로 설명된 방법들 및 요소들은 결합될 수도 있고, 분리되어(discrete) 설명된 요소들은 다양한 구성요소들을 통하여 분배될 수도 있다. 본 발명의 범위는 따라서 전술한 설명을 참조해서가 아니라 첨부된 청구항들 및 이의 등가물들의 전체 범위를 통틀어서 참조하여 결정되어야 할 것이다.
본 발명에 따르면, 부분적 경로의 산란 복귀를 무시하여 매질 또는 대기 중의 성분을 측정하고 송신 전력 손실을 감소하여, 전체적인 시스템을 장거리 영역에서 구현할 수 있다.
100: 원격 흡수 분광기(RAS) 110: 전송기
120, 124: 매질 125, 127: 빔
130, 132, 134 : 수신기 140: 궤적
200: RAS 210: 전송기
212: 방사파 생성기 218: 제어기
220: 빔형성 시스템 240: 빔
242, 244:　스펙트럼 성분들 250: 수집기
260: 수신기 262: 검출기
264: 분석기 300: RAS
303: 전송기 307: 수신기
310, 320: 광학 방사 소스 312, 322: 광학 변조기
314, 324: 빔스플리터 316, 326: 시준기
330: 제어기 340: 부호화기
350, 373: 광학 검출기 360: 판별기
362, 364, 377, 379: 상관기 370: 조리개
388, 389: 통합기 390: 수신 비율 프로세서
395: 흡수 프로세서 397: 보고기

Claims (21)

  1. 공지 물질(known substance)의 흡수(absorption) 대역과 일치하는(coincide with) 파장을 가지는 적어도 하나의 스펙트럼 성분(spectral component)과 상기 흡수 대역의 파장에서 제외된 오프-라인(off-line) 대역과 일치하는 파장을 가지는 적어도 하나의 스펙트럼 성분을 가지는 다중 스펙트럼 전자기(multispectral electromagnetic) 방사파(radiation)를 생성하도록 구성되는 생성기;
    상기 생성된 스펙트럼 성분들을 변조(modulate)하되, 상기 흡수 대역의 파장을 가지는 상기 변조된 스펙트럼 성분의 스펙트럼 컨텐트(content)과 상기 오프-라인 대역의 파장을 가지는 상기 변조된 스펙트럼 성분의 스펙트럼 컨텐트가 이 미리 지정된 관계에 부합되게 유지되도록 변조하고, 매질(medium)을 통하여 상기 변조된 방사파를 전송하도록 구성되는 전송기; 및
    상기 전송기로부터 공간적으로 이격되고 상기 전송기에 대해서 임의의 위치에 배치되는 수신기로서,
    상기 수신기는,
    상기 매질을 통한 가시선(line-of-sight) 전파(propagation)를 통하여 상기 전송된 방사파를 수신(accept)하고,
    수신된 방사파의 상기 오프-라인 대역의 컨텐트와 상기 흡수 대역의 컨텐트 사이의 관계를 측량(measure)하고,
    상기 미리 지정된 관계와 상기 오프-라인 대역의 컨텐트 및 상기 흡수 대역의 컨텐트 사이의 상기 측량된 관계의 변화량(deviation)으로부터 상기 흡수 대역과 일치하는 상기 파장에서의 흡수를 측정(determine)하도록 구성되는 것인 수신기;
    를 포함하는 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 전송기는, 상기 흡수 대역 내의 각 스펙트럼 성분 및 상기 오프-라인 대역 내의 각 스펙트럼 성분을 위한 방사 채널[radiation channel]을 포함하고,
    각 방사 채널은 해당(corresponding) 스펙트럼 성분을 변조하여 그들 사이의 상기 관계가 유지되도록 하는 것인 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 전송기는,
    각 방사 채널 내에 대해 제공되며, 그에 제공되는 각(respective) 제어 신호에 따르는 각 변조 코드들에 의해 상기 해당 스펙트럼 성분을 변조하도록 구성되는 변조기;
    적어도 상기 흡수 대역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분의 상기 방사 채널 및 상기 오프-라인 대역 내의 적어도 하나의 스펙트럼 성분의 상기 방사 채널로부터 그에 입사하는 상기 변조된 방사파로부터 전기적 신호를 생성하도록 구성되는 검출기; 및
    상기 흡수 대역의 스펙트럼 컨텐트 및 상기 오프-라인 대역의 스펙트럼 컨텐트 사이의 상기 관계를 유지하도록 상기 검출기의 신호에 응답하여(responsive) 상기 제어 신호들을 생성하도록 구성되는 제어기;
    를 포함하는 것인 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어기는 각 방사 채널에 대해 변조 코드들을 생성하고 상기 제어 신호들 내에서 상기 코드들의 표시(indication)를 제공하는 부호화기(encoder)를 포함하되,
    상기 부호화기는 상기 흡수 대역의 스펙트럼 컨텐트 및 상기 오프-라인 대역의 스펙트럼 컨텐트 사이의 상기 관계를 유지하도록 상기 코드들의 파라미터를 변경하는 것인 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 코드들은 상기 수신기에서 상기 전송기의 각 방사 채널들을 식별하는(identify) 것인 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 코드들은 진폭 변조 코드들이고, 상기 파라미터는 신호 진폭인 것인 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제어기는 상기 검출기로부터의 상기 신호에 응답하여 판별기 신호들을 생성하는 판별기(discriminator)를 포함하되,
    상기 판별기 신호들은 상기 흡수 대역의 파장을 가지는 상기 변조된 스펙트럼 성분 및 상기 오프-라인 대역의 파장을 가지는 상기 변조된 스펙트럼 성분 내의 전송된 에너지를 나타내는 것인 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 판별기는 각 방사 채널에 대한 상관기(correlator)를 포함하되,
    상기 상관기는 해당하는 방사 채널에 지정된 상기 코드에 대해 튜닝되어(tuned) 상기 검출기 신호에 대한 응답으로 상기 판별기의 신호들 중 해당하는 하나를 제공하는 것인 장치.
  9. 제3항에 있어서, 상기 수신기는,
    그에 입사하는 상기 수신된 방사파로부터 수신기 신호를 생성하도록 구성되는 검출기; 및
    상기 수신기 신호로부터 상기 흡수 대역의 스펙트럼 컨텐트 및 상기 오프-라인 대역의 스펙트럼 컨텐트 사이의 관계를 측량하고, 상기 흡수 대역의 스펙트럼 컨텐트 및 상기 오프-라인 대역의 스펙트럼 컨텐트 사이의 상기 측량된 관계와 상기 미리 지정된 관계의 변화량으로부터 상기 흡수 대역과 일치하는 파장에서의 상기 흡수를 산출(compute)하도록 구성되는 분석기;
    를 포함하는 것인 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 분석기는, 상기 검출기로부터의 상기 수신기 신호에 응답하여 판별기 신호들을 생성하는 판별기를 포함하되,
    상기 판별기 신호들 각각은 상기 흡수 대역의 스펙트럼 성분 및 상기 오프-라인 대역의 스펙트럼 성분을 포함하는 상기 수신된 방사파의 해당하는 스펙트럼 성분의 에너지를 나타내는 것인 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 판별기는 분석될 각 스펙트럼 성분에 대한 상관기를 포함하되,
    상기 상관기는 해당 스펙트럼 성분에 지정된 상기 코드에 대해 튜닝되어 상기 수신기 신호에 대한 응답으로 상기 판별기 신호들 중 해당하는 하나를 제공하는 것인 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 전송기 및 상기 수신기는 실질적으로 경계가 없는 매질 내에서 독립적으로 배치되는 것인 장치.
  13. 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수신기는 상기 적어도 하나의 수신기와 실질적으로 동일한 복수의 수신기들을 포함하는 것인 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전송기는, 상기 전송된 방사파가 상기 수신기들에 의해서 동시에 수신되도록, 전송된 상기 방사파를 분배하는(distribute) 빔형성기(beamformer)를 포함하는 것인 장치.
  15. 제13항에 있어서, 상기 전송기는 상기 전송기가 그에 의해 궤적(trajectory)을 횡단(traverse)하도록 이동가능한 플랫폼[movable platform]을 포함하는 것이고, 그로부터 전송되는 방사파가 궤적에 의해서 정의된 순서로 상기 궤적을 통해 상기 수신기들에 의해서 수신되는 것인 장치.
  16. 공지 물질의 흡수 대역과 일치하는 파장을 가지는 적어도 하나의 스펙트럼 성분과 상기 흡수 대역의 파장에서 제외된 오프-라인 대역과 일치하는 파장을 가지는 적어도 하나의 스펙트럼 성분을 가지는 다중 스펙트럼 전자기 방사파를 전송기에 의해서 생성하는 단계;
    상기 생성된 스펙트럼 성분들을 변조하되, 상기 흡수 대역의 파장을 가지는 상기 변조된 스펙트럼 성분의 스펙트럼 컨텐트와 상기 오프-라인 대역의 파장을 가지는 상기 변조된 스펙트럼 성분의 스펙트럼 컨텐트가 미리 지정된 관계에 부합되도록 유지되도록 변조하는 단계;
    매질을 통하여 상기 변조된 방사파를 전송하는 단계;
    상기 매질을 통한 가시선 전파를 통하여 상기 전송된 방사파를 수신기에 의해서 수신하는 단계;
    상기 오프-라인 대역의 스펙트럼 컨텐트와 상기 흡수 대역의 스펙트럼 컨텐트를 측량하는 단계; 및
    상기 측량된 오프-라인 대역의 컨텐트 및 상기 측량된 흡수 대역의 컨텐트 사이의 상기 관계와 상기 미리 지정된 관계의 변화량(deviation)으로부터 상기 흡수 대역과 일치하는 상기 파장에서의 흡수를 측정하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 변조하는 단계는,
    상기 오프-라인 대역의 파장을 가지는 상기 스펙트럼 성분 및 상기 흡수 대역의 파장을 가지는 상기 스펙트럼 성분을 각 변조 코드들에 의해서 부호화하는 단계; 및
    상기 흡수 대역의 파장을 가지는 상기 변조된 스펙트럼 성분의 스펙트럼 컨텐트 및 상기 오프-라인 대역의 파장을 가지는 상기 변조된 스펙트럼 성분의 스펙트럼 컨텐트 사이의 상기 미리 지정된 관계를 유지하도록 상기 코드들의 파라미터를 변경하는 단계;
    를 포함하는 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 오프-라인 대역의 스펙트럼 컨텐트와 상기 흡수 대역의 스펙트럼 컨텐트를 측량하는 단계는,
    상기 흡수 대역의 파장을 가지는 상기 수신된 스펙트럼 성분의 표시와 상기 오프-라인 대역의 파장을 가지는 상기 스펙트럼 성분의 표시를 생성하기 위해서 상기 코드들과 상기 수신된 방사파의 표시를 상관하는 단계;
    상기 상관하는 단계에 의해서 제조된 상기 스펙트럼 성분의 표시들 사이의 관계와 상기 미리 지정된 관계 사이의 차이를 측정하는 것을 포함하는 흡수를 측정하는 단계; 및
    상기 차이를 상기 변화량으로서 설정하는 단계;
    를 포함하는 것인 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 흡수 대역의 파장을 가지는 상기 변조된 스펙트럼 성분의 에너지와 상기 오프-라인 대역의 파장을 가지는 상기 변조된 스펙트럼 성분 내의 에너지 사이의 미리 지정된 비례도(proportionality)를 상기 미리 지정된 관계로서 설정하는 단계
    를 더 포함하는 방법.
  20. 제19항에 있어서, 상기 흡수를 측정하는 단계는,
    상기 흡수 대역의 파장을 가지는 상기 수신된 스펙트럼 성분 내의 에너지와 상기 오프-라인 대역의 파장을 가지는 상기 수신된 스펙트럼 성분 내의 에너지의 비례도와 상기 미리 지정된 비례도 사이의 상기 차이를 상기 매질 내의 상기 공지 물질에 의한 상기 흡수의 결과로 간주하는(attributing to) 단계
    를 포함하는 것인 방법.
  21. 프로세서에 의해서 실행될 때, 상기 프로세서가,
    복수의 변조 코드들로 다중 스펙트럼 전자기 방사파의 성분들을 부호화하되, 공지 물질의 흡수 대역과 일치하는 파장을 가지는 적어도 하나의 변조된 스펙트럼 성분들의 스펙트럼 컨텐트와 상기 흡수 대역의 파장에서 제외된 오프-라인 대역과 일치하는 파장을 가지는 적어도 하나의 스펙트럼 성분의 스펙트럼 컨텐트가 미리 지정된 관계를 유지하도록 부호화하는 기능;
    매질을 통한 가시선 전파 이후의 상기 부호화된 방사파의 상기 흡수 대역의 스펙트럼 컨텐트와 상기 오프-라인 대역의 스펙트럼 컨텐트를 측량하는 기능; 및
    상기 측량된 오프-라인 대역의 스펙트럼 컨텐트와 상기 측량된 흡수 대역의 스펙트럼 컨텐트 사이의 관계와 미리 지정된 관계의 변화량으로부터 상기 흡수 대역과 일치하는 파장에서의 상기 흡수를 측정하는 기능;
    을 실행하도록 하는 프로세서-실행 가능한 인스트럭션들을 포함하는 소프트웨어로 부호화된 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체.
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