KR102041194B1 - 자유 공간 광 통신 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 자유 공간 광 통신을 위하여 임무 플랫폼에 탑재되는 통신 단말기를 포함하고, 통신 단말기는, 자유 공간에 노출된 스티어링 미러부, 스티어링 미러부를 통해 자유 공간으로 레이저 광을 송신하는 송신부, 스티어링 미러부를 통해 자유 공간에서 레이저 광을 수신하는 수신부, 자유 공간 광 통신을 위한 위치 탐지 시에 레이저 광의 발산각을 증가시키는 스캐터링부, 레이저 광의 초점 위치를 추적하여 정렬 오차를 감지하는 센서부, 및 정렬 오차를 감소시키도록 스티어링 미러부의 지향 방향을 조절하는 구동부를 포함하는 자유 공간 광 통신 장치 및 이를 이용한 자유 공간 광 통신 방법으로서, 통신 단말기들 간의 초기 통신 연결을 빠르게 수행할 수 있는 자유 공간 광 통신 장치 및 방법이 제시된다.

Description

자유 공간 광 통신 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR FREE SPACE OPTICAL COMMUNICATIONS}
본 발명은 자유 공간 광 통신 장치 및 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 통신 단말기들 간의 초기 통신 연결을 빠르게 수행할 수 있는 자유 공간 광 통신 장치 및 방법에 관한 것이다.
유인 및 무인 운용되는 각종 차량, 선박 및 항공기 등을 포함하는 임무 플랫폼은 지상, 해상 및 공중에서 다양한 임무를 수행한다. 이들 임무 플랫폼은 단독으로 움직이거나, 집단으로 움직인다. 그중 집단으로 움직이는 임무 플랫폼은 원활하게 임무를 수행하기 위해서 상호 간에 통신이 원활해야 한다.
자유 공간 광학(Free Space Optics, FSO) 기술을 이용하여 자유 공간에서 레이저 광을 주고받으며 원거리 통신을 수행하는 장치를 자유 공간 광 통신 장치라고 한다. 알에프(Radio Frequency, RF) 기술을 이용하여 RF 신호를 주고받으며 원거리 통신을 수행하는 장치를 알에프 통신 장치라고 한다.
자유 공간 광 통신 장치는 알에프 통신 장치에 비해 보안이 우수하고 데이터 송수신 속도가 빠르다. 이에, 복수의 임무 플랫폼 간의 통신에 자유 공간 광 통신 장치의 사용이 확대되는 추세이다.
레이저 광은 직진성 및 지향성이 강하다. 이러한 특성 때문에, 자유 공간 광 통신 장치는 광학적으로 상호 정렬된 이후에 통신이 가능하다. 이에, 자유 공간 광 통신 장치는 초기 통신 연결을 위해 서로의 위치 정보를 공유한다. 구체적으로, 임무 플랫폼들은 GPS 신호를 수신하여 자신의 GPS 위치 정보를 파악하고, RF 통신 장치를 이용하여 서로의 GPS 위치 정보를 공유한다.
자유 공간 광 통신에 사용되는 레이저 광의 발산각은 그 단위가 m㎭ 일 정도로 상당히 좁다. 또한, 자유 공간 광 통신에 사용되는 광학계는 입사 면적이 수 ㎜ 정도이다. 따라서, 수 ㎞ 정도의 거리를 두고 운용 중인 임무 플랫폼들에 각기 탑재된 자유 공간 광 통신 장치가 서로를 지향할 때, 그 방향이 수 m㎭ 정도만 어긋나더라도 서로의 레이저 광의 FOV(field of view)를 수 m 정도로 크게 벗어난다.
따라서, 임무 플랫폼들은 서로 공유하는 위치 정보가 정확해야 자유 공간 광 통신 시에 초기 통신 연결이 가능하다. 하지만, GPS 위치 정보는 구조적 및 기하학적 요인에 의한 오차를 가진다.
이에, 임무 플랫폼들에 탑재된 자유 공간 광 통신 장치가 RF 통신 장치를 이용하여 임무 플랫폼들 간에 공유되는 서로의 GPS 위치 정보에 따라 서로를 지향하는 경우, GPS 위치 정보의 오차에 의하여 광학적으로 정렬되지 못한다. 이에, 자유 공간 광 통신을 위한 초기 통신 연결이 어려운 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
본 발명은 정지된 혹은 이동 중인 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재된 복수의 통신 단말기 간의 위치 탐지가 쉬운 자유 공간 광 통신 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명은 복수의 통신 단말기 간의 초기 통신 연결이 빠른 자유 공간 광 통신 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 자유 공간 광 통신 장치는, 자유 공간 광 통신을 위하여 임무 플랫폼에 탑재되는 통신 단말기;를 포함하고, 상기 통신 단말기는, 자유 공간에 광학적으로 노출되는 스티어링 미러부; 상기 스티어링 미러부를 통해 자유 공간으로 레이저 광을 송신하는 송신부; 상기 스티어링 미러부를 통해 자유 공간에서 레이저 광을 수신하는 수신부; 자유 공간 광 통신을 위한 위치 탐지 시, 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 증가시키는 스캐터링부; 자유 공간에서 수신되는 레이저 광의 초점 위치를 추적하여, 레이저 광의 정렬 오차를 감지하는 센서부; 상기 정렬 오차를 감소시키도록 상기 스티어링 미러부의 지향 방향을 조절하는 구동부;를 포함한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 자유 공간 광 통신 장치는, 자유 공간 광 통신을 위하여 임무 플랫폼에 탑재되는 통신 단말기;를 포함하고, 상기 통신 단말기는, 자유 공간에 광학적으로 노출되는 스티어링 미러부; 상기 스티어링 미러부를 통해 자유 공간으로 레이저 광을 송신하는 송신부; 상기 스티어링 미러부를 통해 자유 공간에서 레이저 광을 수신하고, 자유 공간에서 수신되는 레이저 광의 초점 위치를 추적하여, 레이저 광의 정렬 오차를 감지하는 수신부; 자유 공간 광 통신을 위한 위치 탐지 시, 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 증가시키는 스캐터링부; 상기 정렬 오차를 감소시키도록 상기 스티어링 미러부의 지향 방향을 조절하는 구동부;를 포함한다.
상기 통신 단말기는 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재되어 상호 통신하고, 상기 스캐터링부는 복수의 통신 단말기 간의 위치 탐지 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 증가시킬 수 있다.
상기 스캐터링부는 복수의 통신 단말기 간의 통신 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 감소시킬 수 있다.
상기 정렬 오차는 상기 복수의 통신 단말기 간의 광학적인 정렬 오차를 포함할 수 있다.
상기 복수의 통신 단말기 간의 통신 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광은 데이터 송수신을 위한 레이저 광을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 자유 공간 광 통신 방법은, 자유 공간 광 통신 방법으로서, 데이터 송수신을 위한 레이저 광의 발산각을 증가시켜 위치 탐지를 위한 레이저 광을 정형하는 과정; 임무 플랫폼에서 타 임무 플랫폼으로 상기 위치 탐지를 위한 레이저 광을 송신하고, 상기 타 임무 플랫폼에서 상기 임무 플랫폼으로 상기 위치 탐지를 위한 레이저 광을 송신하는 과정; 상기 타 임무 플랫폼에서 송신하는 위치 탐지를 위한 레이저 광을 상기 임무 플랫폼에서 수신하고, 상기 임무 플랫폼에서 송신하는 위치 탐지를 위한 레이저 광을 상기 타 임무 플랫폼에서 수신하는 과정; 상기 위치 탐지를 위한 레이저 광의 초점 위치를 추적하여, 상기 타 임무 플랫폼에 대한 임무 플랫폼의 광학적인 정렬 오차 및 상기 임무 플랫폼에 대한 타 임무 플랫폼의 광학적인 정렬 오차를 감지하는 과정;을 포함한다.
상기 정렬 오차를 감지하는 과정 이후에, 상기 정렬 오차를 감소시키도록 상기 위치 탐지를 위한 레이저 광의 진행 방향을 조절하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 레이저 광의 진행 방향을 조절하는 과정은, 상기 임무 플랫폼에서 상기 타 임무 플랫폼으로 송신하는 레이저 광의 진행 방향이 상기 타 임무 플랫폼에서 상기 임무 플랫폼으로 송신하는 레이저 광의 진행 방향에 정렬되도록, 자유 공간과 광학적으로 연결된 스티어링 미러부를 회전시키는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 레이저 광의 진행 방향을 조절하는 과정 이후에, 상기 위치 탐지를 위한 레이저 광의 발산각을 감소시켜 데이터 송수신을 위한 레이저 광으로 정형하는 과정; 상기 데이터 송수신을 위한 레이저 광을 이용하여 상기 임무 플랫폼 및 상기 타 임무 플랫폼 간에 통신을 수행하는 과정;을 포함할 수 있다.
상기 정렬 오차를 감지하는 과정과 상기 통신을 수행하는 과정은, 레이저 광을 수신하기 위해 상기 임무 플랫폼에 각기 마련된 센서부와 수신부에서 각각 수행할 수 있다.
상기 정렬 오차를 감지하는 과정과 상기 통신을 수행하는 과정은, 레이저 광을 수신하기 위해 상기 임무 플랫폼에 마련된 하나의 수신부에서 수행할 수 있다.
상기 위치 탐지를 위한 레이저 광의 발산각 크기는 상기 데이터 송수신을 위한 레이저 광의 발산각 크기의 3 내지 5 배일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 위치 탐지를 위한 레이저 광의 발산각을 데이터 송수신을 위한 레이저 광의 발산각보다 크게 하여, 자유 공간 광 통신을 위한 복수의 통신 단말기 간의 위치 탐지가 쉬울 수 있고, 복수의 통신 단말기 간의 초기 통신 연결이 빠를 수 있다.
이로부터 정지된 혹은 이동 중인 복수의 임무 플랫폼들 간의 신속한 정보 전달이 가능하여, 다양한 전술 상황에서 아군이 전술적 우위를 선점할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자유 공간 광 통신 장치의 블록도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 통신 단말기의 블록도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 자유 공간 광 통신 방법의 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명의 실시 예에 따른 자유 공간 광 통신 장치 및 방법(다른 명칭으로 '스캐터링을 이용한 자유 공간 광 통신 장치 및 방법'이라고도 한다)은 복수의 임무 플랫폼 간의 자유 공간 광 통신에 사용될 수 있다. 자유 공간 광 통신은 복수의 임무 플랫폼이 자유 공간을 통해 레이저 광을 송수신하여 상호 간에 통신을 수행하는 것을 의미한다. 여기서, 자유 공간은 후술하는 전술 환경을 포함할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 자유 공간 광 통신 장치의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 자유 공간 광 통신 장치는 자유 공간 광 통신을 위하여 임무 플랫폼에 탑재되는 통신 단말기(100)를 포함한다.
또한, 자유 공간 광 통신 장치는 위치 식별기(200) 및 제어기(300)를 포함할 수 있다. 위치 식별기(200)는 GPS 신호를 수신하고, RF 통신을 수행할 수 있다. 제어기(300)는 임무 플랫폼의 지휘통제 및 통신 시스템과 연동할 수 있고, 통신 단말기(100)와 위치 식별기(200)의 전체 작동을 제어할 수 있다.
임무 플랫폼은 차량, 선박 및 항공기를 포함할 수 있다. 임무 플랫폼은 유인 또는 무인 운용될 수 있다. 임무 플랫폼의 임무는 정찰, 운송 및 전투를 포함할 수 있다. 임무 플랫폼이 운용되는 전술 환경은 지상, 해상, 공중 및 우주를 포함할 수 있다. 물론, 임무 플랫폼의 종류 및 임무는 다양할 수 있고, 임무 플랫폼이 운용되는 전술 환경도 다양할 수 있다. 임무 플랫폼은 집단으로 운용될 수 있다.
통신 단말기(100)는 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재되고, 자유 공간을 통하여 상호 간에 레이저 광을 송수신하며 통신을 수행한다. 통신 단말기(100)가 수신하는 통신 내용은 제어기(300)를 통하여 임무 플랫폼의 지휘통제 및 통신 시스템에 제공된다. 통신 단말기(100)에서 송신하는 통신 내용은 제어기(300)를 통하여 임무 플랫폼의 지휘통제 및 통신 시스템에서 제공받는다. 복수의 통신 단말기(100)는 상호 간에 통신을 수행하기 전에 광학적으로 정렬되어야 한다.
한편, 이동에 의하여 위치가 수시로 변하는 임무 플랫폼들은 서로의 위치를 정확하게 파악하기 어렵고, 임무 플랫폼들에 탑재된 자유 공간 광 통신 장치도 광학적으로 상호 정렬되기 어렵다.
따라서, 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재된 복수의 제어기(300)는 각각에 연결된 위치 식별기(200)를 통하여 각각이 탑재된 임무 플랫폼의 GPS 위치 정보를 수신하고, 이를 RF 신호로 서로 송수신하는 과정을 거쳐, 서로의 GPS 위치 정보를 공유한다. 하지만 GPS 위치 정보는 구조적 및 기하학적 요인에 의한 오차에 의하여 그 값이 정확하지 못하다. 따라서, 복수의 통신 단말기(100)는 서로의 GPS 위치 정보만 가지고는 통신 단말기(100)들 간의 광학적인 위치 정렬이 어렵다.
이에, 통신 단말기(100)들 간의 신속한 초기 위치 탐지를 위하여, 본 발명의 실시 예에서는 통신 단말기(100)가 위치 탐지를 위한 레이저 광의 발산각을 데이터 송수신을 위한 레이저 광의 발산각보다 크게 하고, 통신 단말기(100)들 간의 초기 통신 연결 시에 위치 탐지를 위한 레이저 광을 송수신하며 상호 간의 위치 탐지를 빠르게 수행할 수 있다. 이에, 복수의 통신 단말기(100) 간의 초기 통신 연결이 빠를 수 있다. 즉, 통신 단말기(110)는 위치 탐지를 위한 레이저 광을 이용하여 복수의 통신 단말기(100) 간의 정확한 위치를 빠르게 확인할 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1실시 예에 따른 통신 단말기의 제1 작동 상태를 보여주는 블록도이고, 도 3은 본 발명의 제1실시 예에 따른 통신 단말기의 제2 작동 상태를 보여주는 블록도이다. 그리고 도 4는 본 발명의 제1실시 예에 따른 통신 단말기의 제3 작동 상태를 보여주는 블록도이다.
이하, 본 발명의 제1실시 예에 따른 자유 공간 광 통신 장치를 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 자유 공간 광 통신 장치는 자유 공간 광 통신을 위하여 임무 플랫폼에 탑재되는 통신 단말기(100)를 포함한다. 또한, 자유 공간 광 통신 장치는 위치 식별기(200) 및 제어기(300)를 더 포함할 수 있다.
통신 단말기(100)는, 자유 공간에 광학적으로 노출된 스티어링 미러부(120), 스티어링 미러부(120)를 통해 자유 공간으로 레이저 광을 송신하는 송신부(130), 스티어링 미러부(120)를 통해 자유 공간에서 레이저 광을 수신하는 수신부(140), 자유 공간 광 통신을 위한 위치 탐지 시, 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 증가시키는 스캐터링부(150), 자유 공간에서 수신되는 레이저 광의 초점 위치를 추적하여, 레이저 광의 정렬 오차를 감지하는 센서부(160), 정렬 오차를 감소시키도록 스티어링 미러부(120)의 지향 방향을 조절하는 구동부(180)를 포함한다.
또한, 통신 단말기(100)는, 스티어링 미러부(120)에 의해 자유 공간과 광학적으로 연결되고, 레이저 광 경로를 형성하는 광학부(110)를 포함할 수 있다. 통신 단말기(100)는, 스티어링 미러부(120)와 광학부(110)를 통해 자유 공간에서 수신되는 레이저 광의 일부를 센서부(160)로 반사시키고, 그 나머지를 수신부(140)로 투과시키는 스플리터 미러부(170)를 포함할 수 있다.
이때, 통신 단말기(100)는 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재되어 상호 통신하고, 스캐터링부(150)는 복수의 통신 단말기(100) 간의 위치 탐지 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 증가시킬 수 있다. 또한, 스캐터링부(150)는 복수의 통신 단말기(100) 간의 통신 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 감소시킬 수 있다.
상술한 정렬 오차는 복수의 통신 단말기(100) 간의 광학적인 정렬 오차를 포함할 수 있고, 복수의 통신 단말기(100) 간의 통신 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광은 데이터 송수신을 위한 레이저 광을 포함할 수 있다.
광학부(110)는 송신부(130)와 스티어링 미러부(120) 사이에 배치될 수 있다. 광학부(110)는 레이저 광 경로를 형성하기 위한 복수의 렌즈 및 미러를 구비할 수 있다. 광학부(110)는 송신부(130)에서 방출되는 레이저 광을 스티어링 미러부(120)로 안내할 수 있고, 레이저 광이 진행 방향으로 소정의 발산각을 갖도록 레이저 광을 정형할 수 있다. 광학부(110)는 스티어링 미러부(120)를 통해 자유 공간에서 송신되는 레이저 광을 수신부(140)로 전달하며 집광할 수 있다.
송신부(130)는 제어기(300)로부터 전기 신호를 입력받아 광 신호로 변환하여 레이저 광을 출력할 수 있다. 즉, 송신부(130)는 데이터 송수신을 위한 레이저 광을 생성하고, 생성된 레이저 광을 광학부(110)로 방출할 수 있다. 송신부(130)는 자유 공간 광학 기술 분야에서 사용되는 각종 레이저 광원을 포함할 수 있다. 송신부(130)는 광학부(110) 및 스티어링 미러부(120)를 통해 자유 공간으로 레이저 광을 송신할 수 있다.
스티어링 미러부(120)는 자유 공간에 광학적으로 노출될 수 있다. 스티어링 미러부(120)는 광학부(110)와 자유 공간을 광학적으로 연결시킬 수 있다. 스티어링 미러부(120)는 통신 단말기(100)의 출력단의 역할을 한다. 스티어링 미러부(120)는 광학부(110)를 통하여 송신부(130)에서 송신된 레이저 광을 자유 공간으로 반사시킬 수 있다. 스티어링 미러부(120)는 자유 공간을 통하여 수신된 레이저 광을 광학부(110)로 반사시킬 수 있다.
스티어링 미러부(120)는 구동부(180)에 의하여 회전되는 적어도 하나의 스티어링 미러를 구비할 수 있다. 예컨대 스티어링 미러의 2축 회전에 의해, 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 방위각(θa)과 고각(θe)이 원하는 각도로 조절될 수 있다(도 3 참조). 물론, 스티어링 미러의 회전 방식은 다양할 수 있다.
한편, 스티어링 미러부(120)는 타 임무 플랫폼에 탑재된 통신 단말기(100)의 대략적인 위치를 지향할 수 있도록 구동부(180)에 의해 회전된 상태일 수 있다. 타 임무 플랫폼의 통신 단말기(100)의 대략적인 위치는 위치 식별기(200)들 간의 RF 통신을 통하여 서로 공유되는 GPS 위치 정보로부터 파악할 수 있다. 구동부(180)의 회전은 제어기(300)에 의해 제어될 수 있다.
수신부(140)는 스티어링 미러부(120)와 광학부(110)를 통해 자유 공간에서 레이저 광을 수신할 수 있다. 수신부(140)는 수신된 레이저 광을 데이터 송수신을 위한 전기 신호로 변환시킬 수 있고, 변환된 전기 신호를 제어기(300)로 전달할 수 있다. 수신부(140)는 자유 공간 광학 기술 분야에서 사용되는 각종 레이저 광 검출기를 포함할 수 있다.
스캐터링부(150)는 광학부(110)와 송신부(130) 사이에 배치될 수 있다. 스캐터링부(150)는 레이저 광의 발산각을 조절할 수 있다.
구체적으로, 스캐터링부(150)는 자유 공간 광 통신을 위한 복수의 통신 단말기(100) 간의 위치 탐지 시, 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 증가시킬 수 있다(도 2 참조). 이때, 발산각이 증가된 레이저 광을 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)이라고 한다. 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)은 수신 시에 에너지 밀도가 상대적으로 낮지만, 레이저 광의 면적 예컨대 레이저 광의 FOV가 대략 수 m 정도로 상대적으로 넓기 때문에 위치 탐지에 적합하다.
또한, 스캐터링부(150)는 자유 공간 광 통신이 연결된 이후, 복수의 통신 단말기(100) 간의 통신 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광을 발산각을 감소시킬 수 있다(도 4 참조). 이때, 발산각이 감소된 레이저 광을 데이터 송수신을 위한 레이저 광(Lc)이라고 한다. 데이터 송수신을 위한 레이저 광(Lc)은 수신 시에 에너지 밀도가 상대적으로 높아서 데이터 송수신에 적합하다.
스캐터링부(150)는 스캐터링을 위한 적어도 하나의 렌즈와 이를 레이저 광의 경로상에서 레이저 광의 진행 방향으로 전후진시켜 레이저 광의 발산각을 조절하기 위한 모터를 구비할 수 있다. 스캐터링부(150)는 렌즈 외에도 미러 등 다양한 광학 기기를 더 포함할 수도 있고, 그 구성이 다양할 수 있다.
센서부(160)는 스티어링 미러부(120)와 광학부(110)를 통하여 자유 공간에서 수신되는 레이저 광의 초점 위치를 추적할 수 있고, 그 결과를 가지고 레이저 광의 정렬 오차를 감지할 수 있다.
센서부(160)는 예컨대 다수의 감지 영역으로 다중 분할된 레이저 광 센서를 포함할 수 있다. 센서부(160)는 감지 영역 내에 형성된 레이저 광의 초점을 식별하여 그 X-Y좌표를 계산할 수 있고, 계산된 좌표를 통해 센서부(160)에 수신된 레이저 광의 시선각을 계산할 수 있다. 또한, 센서부(160)는 계산된 시선각을 이용하여 자유 공간에서 스티어링 미러부(120)로 송신되는 레이저 광의 진행 방향을 계산할 수 있고, 스티어링 미러부(120)가 지향하는 방향과 자유 공간에서 스티어링 미러부(120)로 송신되는 레이저 광의 진행 방향 간의 오차인 광학적인 정렬 오차를 계산할 수 있다. 센서부(160)에서 계산된 정렬 오차는 제어부(300)로 전송되고, 제어부(300)는 스티어링 미러부(120)가 타 임무 플랫폼에 탑재된 통신 단말기(100)의 스티어링 미러부(120)를 정확하게 지향할 수 있도록 구동부(180)를 작동시켜 스티어링 미러부(120)를 회전시킬 수 있다.
스티어링 미러부(120)의 회전이 완료되면 자유 공간을 통하여 타 통신 단말기(100)에서 송신되는 레이저 광이 스티어링 미러부(120)와 광학부(110)를 통해 센서부(160)로 정확하게 입사될 수 있다. 이에, 센서부(160)의 감지 영역의 중심부에 레이저 광의 초점이 형성될 수 있다. 또한, 센서부(160)와 수신부(140)는 스플리터 미러부(170)에 의하여 광학적으로 정렬된 상태이고, 센서부(160)의 감지 영역의 중심부에 레이저 광의 초점이 형성되면, 수신부(140)에도 레이저 광의 초점이 정확하게 형성될 수 있다. 즉, 복수의 통신 단말기(100)가 서로 간에 광학적으로 정렬될 수 있다.
스플리터 미러부(170)는 광학부(110)와 수신부(140) 사이에 배치될 수 있다. 스플리터 미러부(170)는 광학부(110)를 통하여 자유 공간에서 수신되는 레이저 광의 일부를 센서부(160)로 반사시킬 수 있고, 그 나머지를 수신부(140)로 투과시킬 수 있다.
구동부(180)는 스티어링 미러부(120)에 연결될 수 있다. 구동부(180)는 센서부(160)에서 계산된 정렬 오차를 감소시키도록 스티어링 미러부(120)에 구비된 스티어링 미러를 회전시킬 수 있고, 스티어링 미러부(120)의 지향 방향을 조절할 수 있다. 이에, 서로 자유 공간 광 통신하고자 하는 복수의 통신 단말기(100) 간의 광학적인 정렬이 수행될 수 있다. 구동부(180)를 스티어링 구동부라고 할 수도 있다.
위치 식별기(200)는 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재될 수 잇다. 위치 식별기(200)는 GPS 신호를 수신하여 자신의 GPS 위치 정보를 파악하고, RF 통신을 수행하여 서로의 GPS 위치 정보를 공유할 수 있다.
제어기(300)는 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재될 수 있다. 제어기(300)는 위치 식별기(200) 및 통신 단말기(300)의 전체 작동을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(300)는 각 임무 플랫폼의 지휘통제 및 통신 시스템과 연동할 수 있다.
특히, 제어기(300)는 복수의 통신 단말기(100) 간의 정렬 여부에 따라, 구체적으로는, 복수의 통신 단말기(100) 간의 위치 탐지 시에 복수의 통신 단말기(100) 각각에서 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각과 진행 방향을 조절할 수 있도록 복수의 통신 단말기(100) 각각의 작동을 제어할 수 있다.
도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 제1실시 예를 설명하였으나 본 발명은 하기의 제2실시 예 내지 제4 실시 예를 포함하여 다양한 형식으로 구성될 수 있다.
본 발명의 제2실시 예 내지 제4실시 예에 따른 자유 공간 광 통신 장치는 상술한 본 발명의 제1실시 예에 따른 자유 공간 광 통신 장치와 구성이 유사하다. 따라서, 이하에서는 중복되는 설명은 생략하고, 본 발명의 제1실시 예와 구분되는 제2실시 예 내지 제4실시 예에 따른 자유 공간 광 통신 장치의 특징을 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2실시 예에 따른 통신 단말기의 제1 작동 상태를 보여주는 블록도이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 제2실시 예에 따른 자유 공간 광 통신 장치는, 자유 공간 광 통신을 위하여 임무 플랫폼에 탑재되는 통신 단말기(100)를 포함한다. 또한, 자유 공간 광 통신 장치는 위치 식별기(200) 및 제어기(300)를 더 포함할 수 있다.
여기서, 통신 단말기(100)는, 자유 공간에 광학적으로 노출되는 스티어링 미러부(120), 스티어링 미러부(120)를 통해 자유 공간으로 레이저 광을 송신하는 송신부(130), 스티어링 미러부(120)를 통해 자유 공간에서 레이저 광을 수신하고, 자유 공간에서 수신되는 레이저 광의 초점 위치를 추적하여, 레이저 광의 정렬 오차를 감지하는 수신부(140), 자유 공간 광 통신을 위한 위치 탐지 시, 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 증가시키는 스캐터링부(150), 상술한 정렬 오차를 감소시키도록 스티어링 미러부(120)의 지향 방향을 조절하는 구동부(180)를 포함한다. 또한, 통신 단말기(100)는, 레이저 광 경로를 형성하기 위한 광학부(110)를 포함할 수 있다.
상술한 통신 단말기(100)는 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재되어 상호 통신하고, 스캐터링부(150)는 복수의 통신 단말기(100) 간의 위치 탐지 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 증가시킬 수 있다. 또한, 스캐터링부(150)는 복수의 통신 단말기(100) 간의 통신 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 감소시킬 수 있다. 상술한 정렬 오차는 복수의 통신 단말기(100) 간의 광학적인 정렬 오차를 포함하고, 복수의 통신 단말기(100) 간의 통신 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광은 데이터 송수신을 위한 레이저 광을 포함할 수 있다.
수신부(140)는 스티어링 미러부(120)와 광학부(110)를 통해 자유 공간에서 레이저 광을 수신할 수 있다. 수신부(140)는 수신된 레이저 광을 데이터 송수신을 위한 전기 신호로 변환시킬 수 있고, 변환된 전기 신호를 제어기(300)로 전달할 수 있다. 수신부(140)는 자유 공간 광학 기술 분야에서 사용되는 각종 레이저 광 검출기를 포함할 수 있다.
또한, 수신부(140)는 스티어링 미러부(120)와 광학부(110)를 통하여 자유 공간에서 수신되는 레이저 광의 초점 위치를 추적할 수 있고, 그 결과를 가지고 레이저 광의 정렬 오차를 감지할 수 있다. 즉, 제2실시 예의 수신부(140)는 제1실시 예의 수신부(140)와 센서부(160)가 일체형으로 구성된 것과 같다.
수신부(140)는 예컨대 다수의 감지 영역으로 다중 분할된 레이저 광 센서를 포함할 수 있다. 수신부(140)는 감지 영역 내에 형성된 레이저 광의 초점을 식별하여 그 X-Y좌표를 계산할 수 있고, 계산된 좌표를 통해 수신부(140)에 수신된 레이저 광의 시선각을 계산할 수 있다. 또한, 수신부(140)는 계산된 시선각을 이용하여 자유 공간에서 스티어링 미러부(120)로 송신되는 레이저 광의 진행 방향을 계산할 수 있고, 스티어링 미러부(120)가 지향하는 방향과 자유 공간에서 스티어링 미러부(120)로 송신되는 레이저 광의 진행 방향 간의 오차인 광학적인 정렬 오차를 계산할 수 있다. 수신부(140)에서 계산된 정렬 오차는 제어부(300)로 전송되고, 제어부(300)는 스티어링 미러부(120)가 타 임무 플랫폼에 탑재된 통신 단말기(100)의 스티어링 미러부(120)를 정확하게 지향할 수 있도록 구동부(180)를 작동시켜 스티어링 미러부(120)를 회전시킬 수 있다.
스티어링 미러부(120)의 회전이 완료되면 자유 공간을 통하여 타 통신 단말기(100)에서 송신되는 레이저 광이 스티어링 미러부(120)와 광학부(110)를 통해 수신부(140)로 정확하게 입사될 수 있다. 이에, 수신부(140)의 감지 영역의 중심부에 레이저 광의 초점이 형성될 수 있다. 이에, 복수의 통신 단말기(100)가 서로 간에 광학적으로 정렬될 수 있다.
구동부(180)는 스티어링 미러부(120)에 연결될 수 있다. 구동부(180)는 수신부(140)에서 계산된 정렬 오차를 감소시키도록 스티어링 미러부(120)에 구비된 스티어링 미러를 회전시킬 수 있고, 스티어링 미러부(120)의 지향 방향을 조절할 수 있다. 이에, 서로 자유 공간 광 통신하고자 하는 복수의 통신 단말기(100) 간의 광학적인 정렬이 수행될 수 있다.
위치 식별기(200)는 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재될 수 잇다. 위치 식별기(200)는 GPS 신호를 수신하여 자신의 GPS 위치 정보를 파악하고, RF 통신 장치를 이용하여 서로의 GPS 위치 정보를 공유할 수 있다.
제어기(300)는 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재될 수 있다. 제어기(300)는 위치 식별기(200) 및 통신 단말기(300)의 전체 작동을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(300)는 각 임무 플랫폼의 지휘통제 및 통신 시스템과 연동할 수 있다.
특히, 제어기(300)는 복수의 통신 단말기(100) 간의 정렬 여부에 따라, 구체적으로는, 복수의 통신 단말기(100) 간의 위치 탐지 시에 복수의 통신 단말기(100) 각각에서 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각과 진행 방향을 조절할 수 있도록 복수의 통신 단말기(100) 각각의 작동을 제어할 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3실시 예에 따른 통신 단말기 및 구동기의 제1 작동 상태를 보여주는 블록도이다. 도 1 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 제3실시 예에 따른 자유 공간 광 통신 장치는, 자유 공간 광 통신을 위하여 임무 플랫폼에 탑재되는 통신 단말기(100), 및 자유 공간 광 통신을 위한 레이저 광의 정렬 오차를 감소시키도록 통신 단말기(100)의 지향 방향을 조절하는 구동기(400)를 포함한다. 그리고 자유 공간 광 통신 장치는 위치 식별기(200) 및 제어기(300)를 포함할 수 있다.
통신 단말기(100)는, 레이저 광 경로를 형성하기 위한 광학부(110), 광학부(110)를 통해 자유 공간으로 레이저 광을 송신하는 송신부(130), 광학부(110)를 통해 자유 공간에서 레이저 광을 수신하는 수신부(140), 자유 공간 광 통신을 위한 위치 탐지 시, 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 증가시키는 스캐터링부(150), 자유 공간에서 수신되는 레이저 광의 초점 위치를 추적하여, 레이저 광의 정렬 오차를 감지하는 센서부(160)를 포함한다.
또한, 통신 단말기(100)는, 자유 공간에 광학적으로 노출되고 광학부(110)와 자유 공간을 광학적으로 연결시키는 스티어링 미러부(120), 스티어링 미러부(120)와 광학부(110)를 통해 자유 공간에서 수신되는 레이저 광의 일부를 센서부(160)로 반사시키고 그 나머지를 수신부(140)로 투과시키는 스플리터 미러부(170)를 포함할 수 있다.
또한, 통신 단말기(100)는, 스티어링 미러부(120)에 연결되고, 스티어링 미러부(120)의 지향 방향을 조절하는 구동부(180)를 더 포함할 수도 있다. 이때, 구동부(180)는 구동기(400)의 작동을 보조하는 역할을 한다.
통신 단말기(100)는 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재되어 상호 통신할 수 있다. 이때, 구동기(400)도 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재되고, 복수의 통신 단말기(100)를 각기 지지할 수 있다. 스캐터링부(150)는 복수의 통신 단말기(100) 간의 위치 탐지 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 증가시킬 수 있다.
스캐터링부(150)는 복수의 통신 단말기(100) 간의 통신 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 감소시킬 수 있다. 상술한 정렬 오차는 복수의 통신 단말기(100) 간의 광학적인 정렬 오차를 포함하고, 복수의 통신 단말기(100) 간의 통신 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광은 데이터 송수신을 위한 레이저 광을 포함할 수 있다.
센서부(160)에서 계산된 정렬 오차는 제어부(300)로 전송되고, 제어부(300)는 스티어링 미러부(120)가 타 임무 플랫폼에 탑재된 통신 단말기(100)의 스티어링 미러부(120)를 정확하게 지향하도록 구동기(400)를 작동시켜, 통신 단말기(100) 전체를 회전시킬 수 있다. 이때, 구동부(180)도 센서부(160)에서 계산된 정렬 오차를 감소시키도록 스티어링 미러부(120)에 구비된 스티어링 미러를 회전시킬 수 있고, 스티어링 미러부(120)의 지향 방향을 조절할 수 있다.
즉, 구동기(400)와 구동부(180)가 상호 보완적으로 작동하기 때문에 서로 자유 공간 광 통신하고자 하는 복수의 통신 단말기(100) 간의 광학적인 정렬이 더욱 신속하게 수행될 수 있다. 특히, 구동기(400)를 축 회전시키면서 구동부(180)도 축 회전시키는 방식으로 이를테면 구동기(400)와 구동부(180)를 같은 방향으로 동시에 축 회전시킴에 따라, 구동기(400)와 구동부(180)가 각각 가진 물리적인 구동속도의 한계를 극복하여, 신속하게 동작할 수 있다.
위치 식별기(200)는 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재될 수 잇다. 위치 식별기(200)는 GPS 신호를 수신하여 자신의 GPS 위치 정보를 파악하고, RF 통신 장치를 이용하여 서로의 GPS 위치 정보를 공유할 수 있다.
제어기(300)는 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재될 수 있다. 제어기(300)는 위치 식별기(200) 및 통신 단말기(300)의 전체 작동을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(300)는 각 임무 플랫폼의 지휘통제 및 통신 시스템과 연동할 수 있다.
특히, 제어기(300)는 복수의 통신 단말기(100) 간의 정렬 여부에 따라, 구체적으로는, 복수의 통신 단말기(100) 간의 위치 탐지 시에 복수의 통신 단말기(100) 각각에서 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각과 진행 방향을 조절할 수 있도록 복수의 통신 단말기(100) 및 구동기(400) 각각의 작동을 제어할 수 있다.
구동기(400)는 제어부(300)에 의해 제어되며, 각각의 임무 플랫폼에 탑재되고, 복수의 통신 단말기(100)를 광학적으로 상호 정렬시키도록 축 회전하며 복수의 통신 단말기(100)를 각각 축 회전시킬 수 있다.
본 발명의 제4실시 예에 따른 자유 공간 광 통신 장치는, 자유 공간 광 통신을 위하여 임무 플랫폼에 탑재되는 통신 단말기(100) 및 자유 공간 광 통신을 위한 레이저 광의 정렬 오차를 감소시키도록 통신 단말기의 지향 방향을 조절하는 구동기(400)를 포함한다. 자유 공간 광 통신 장치는 위치 식별기(200) 및 제어기(300)를 더 포함할 수 있다.
통신 단말기(100)는, 레이저 광 경로를 형성하기 위한 광학부(100), 광학부(100)를 통해 자유 공간으로 레이저 광을 송신하는 송신부(130), 광학부(110)를 통해 자유 공간에서 레이저 광을 수신하고, 수신된 레이저 광의 초점 위치를 추적하여, 레이저 광의 정렬 오차를 감지하는 수신부(140), 자유 공간 광 통신을 위한 위치 탐지 시, 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 증가시키는 스캐터링부(150)를 포함한다. 또한, 통신 단말기(100)는, 자유 공간에 광학적으로 노출되는 스티어링 미러부(120), 스티어링 미러부(120)에 연결되고, 스티어링 미러부(120)의 지향 방향을 조절하는 구동부(180)를 포함할 수 있다.
통신 단말기(100)는 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재되어 상호 통신할 수 있다. 이때, 구동기(400)도 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재되고, 복수의 통신 단말기(100)를 각기 지지할 수 있다. 구동기(400)는 복수의 통신 단말기(100)를 광학적으로 상호 정렬시키도록 축 회전이 가능하다.
또한, 스캐터링부(150)는 복수의 통신 단말기(100) 간의 위치 탐지 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 증가시키고, 복수의 통신 단말기(100) 간의 통신 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 감소시킬 수 있다.
상술한 정렬 오차는 복수의 통신 단말기 간의 광학적인 정렬 오차를 포함하며 수신부(140)에서 계산되고, 제어부(300)로 전송되어 구동기(400)와 구동부(180)의 작동에 활용될 수 있다. 복수의 통신 단말기(100) 간의 통신 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광은 데이터 송수신을 위한 레이저 광을 포함할 수 있다.
위치 식별기(200)는 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재될 수 잇다. 위치 식별기(200)는 GPS 신호를 수신하여 자신의 GPS 위치 정보를 파악하고, RF 통신 장치를 이용하여 서로의 GPS 위치 정보를 공유할 수 있다.
제어기(300)는 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재될 수 있다. 제어기(300)는 위치 식별기(200) 및 통신 단말기(300)의 전체 작동을 제어할 수 있다. 또한, 제어기(300)는 각 임무 플랫폼의 지휘통제 및 통신 시스템과 연동할 수 있다.
특히, 제어기(300)는 복수의 통신 단말기(100) 간의 정렬 여부에 따라, 구체적으로는, 복수의 통신 단말기(100) 간의 위치 탐지 시에 복수의 통신 단말기(100) 각각에서 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각과 진행 방향을 조절할 수 있도록 복수의 통신 단말기(100) 및 구동기(400) 각각의 작동을 제어할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 자유 공간 광 통신 방법의 모식도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 자유 공간 광 통신 방법을 설명한다. 본 발명의 실시 예에 따른 자유 공간 광 통신 방법은 상술한 본 발명의 실시 예들에 따른 자유 공간 광 통신 장치를 이용한 자유 공간 광 통신 방법으로서, 데이터 송수신을 위한 레이저 광(Lc)의 발산각을 증가시켜 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)을 정형하는 과정과, 임무 플랫폼에서 타 임무 플랫폼으로 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)을 송신하고, 타 임무 플랫폼에서 임무 플랫폼으로 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)을 송신하는 과정과, 타 임무 플랫폼에서 송신하는 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)을 임무 플랫폼에서 수신하고, 임무 플랫폼에서 송신하는 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)을 타 임무 플랫폼에서 수신하는 과정과, 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)의 초점 위치를 추적하여, 타 임무 플랫폼에 대한 임무 플랫폼의 광학적인 정렬 오차 및 임무 플랫폼에 대한 타 임무 플랫폼의 광학적인 정렬 오차를 감지하는 과정을 포함한다.
우선, 데이터 송수신을 위한 레이저 광(Lc)의 발산각(θc)을 증가시켜 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)을 정형한다.
도 7의 (a)를 참조하면, 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재된 복수의 통신 단말기(100)는 서로 광학적으로 정렬되기 전에 GPS 위치 정보만 이용하여 서로를 지향하기 때문에, 정렬 오차가 발생하고, 대략적인 방향 정렬만 가능하다.
따라서, 도 7의 (b)에 도시된 것처럼, 데이터 송수신을 위한 레이저 광(Lc)의 발산각(θc)을 증가시켜 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)을 정형한다. 구체적으로, 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)의 발산각(θi)의 크기가 데이터 송수신을 위한 레이저 광(Lc)의 발산각(θc)의 크기의 3 내지 5 배가 되도록 레이저 광의 발산각을 증가시킨다. 이러한 과정을 레이저 광의 스캐터링 과정이라고 한다.
이 과정에 의하여, 레이저 광의 FOV 내에 서로의 통신 단말기(100)가 위치하게 되고, 이에, 통신 단말기(100) 간의 위치 탐지가 신속하게 이루어질 수 있다.
이후, 임무 플랫폼에서 타 임무 플랫폼으로 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)을 송신하고, 타 임무 플랫폼에서 임무 플랫폼으로 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)을 송신한다. 또한, 타 임무 플랫폼에서 송신하는 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)을 임무 플랫폼에서 수신하고, 임무 플랫폼에서 송신하는 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)을 타 임무 플랫폼에서 수신한다.
이후, 센서부(160) 혹은 수신부(140)를 이용하여, 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)의 초점 위치를 추적하여, 타 임무 플랫폼에 대한 임무 플랫폼의 광학적인 정렬 오차 및 임무 플랫폼에 대한 타 임무 플랫폼의 광학적인 정렬 오차를 감지한다.
상술한 과정 이후에, 정렬 오차를 감소시키도록 각각의 통신 단말기(100)에서 자유 공간을 송신되는 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)의 진행 방향을 조절하여, 레이저 광의 FOV의 중심부에 서로의 통신 단말기의 스티어링 미러부(120)가 위치하도록 한다.
예컨대 임무 플랫폼에서 타 임무 플랫폼으로 송신하는 레이저 광의 진행 방향이 타 임무 플랫폼에서 임무 플랫폼으로 송신하는 레이저 광의 진행 방향에 정렬되도록, 자유 공간과 광학적으로 연결된 스티어링 미러부(120)를 회전시킨다.
혹은, 임무 플랫폼에서 타 임무 플랫폼으로 송신하는 레이저 광의 진행 방향이 타 임무 플랫폼에서 임무 플랫폼으로 송신하는 레이저 광의 진행 방향에 정렬되도록, 복수의 임무 플랫폼에 각각 탑재된 통신 단말기(100)를 회전시킨다.
즉, 구동기(400) 혹은 구동부(180)를 작동시켜 통신 단말기(100) 혹은 스티어링 미러부(120)가 지향하는 방향을 각각의 레이저 광의 진행 방향에 맞춰줄 수 있다. 이러한 과정을 통해 통신 단말기(100)들 간의 광학적인 정렬이 수행될 수 있다(도 7의 (c) 참조).
이후, 도 7의 (d)를 참조하면, 위치 탐지를 위한 레이저 광(Li)의 발산각(θi)을 감소시켜 데이터 송수신을 위한 레이저 광(Lc)으로 정형하고, 데이터 송수신을 위한 레이저 광(Lc)을 이용하여 임무 플랫폼 및 타 임무 플랫폼 간에 통신을 수행한다. 즉, 위치 탐지가 완료된 이후에 레이저 광의 발산각을 감소시킨 후 자유 공간 광 통신을 수행하므로, 에너지 효율성을 증대시킬 수 있고, 통신 정확도를 향상시킬 수 있다.
한편, 상술한 정렬 오차를 감지하는 과정과 통신을 수행하는 과정은 임무 플랫폼에 각기 마련된 센서부와 수신부에서 각각 수행하거나, 임무 플랫폼에 마련된 하나의 수신부에서 수행한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 스캐터링 과정을 통하여 발산각을 넓힌 레이저 광을 이용하여, 통신 단말기들 상호 간의 초기 탐지 및 추적이 신속히 이루어질 수 있다. 또한, 서로의 위치를 탐지한 이후부터는 발산각을 좁힌 레이저 광을 사용하여 통신을 수행하므로, 통신의 정확도 향상 및 에너지 효율성 증대가 가능하다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 본 발명의 상기 실시 예에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 변형될 것이고, 이 같은 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 통신 단말기
110: 광학부
120: 스티어링 미러부
130: 송신부
140: 수신부
150: 스캐터링부
160: 센서부
170: 스플리터 미러부
180: 구동부
200: 위치 식별기
300: 제어기
400: 구동기

Claims (13)

  1. 자유 공간 광 통신을 위하여 임무 플랫폼에 탑재되는 통신 단말기;를 포함하고, 상기 통신 단말기는,
    자유 공간에 광학적으로 노출되는 하나의 스티어링 미러부;
    상기 스티어링 미러부에 의해 자유 공간과 광학적으로 연결되고, 상기 스티어링 미러부와의 사이에 하나의 레이저 광 경로를 형성하는 하나의 광학부;
    상기 레이저 광 경로를 통해 자유 공간으로 레이저 광을 송신하는 송신부;
    상기 레이저 광 경로를 통해 자유 공간에서 레이저 광을 수신하는 수신부;
    자유 공간 광 통신을 위한 위치 탐지 시, 상기 레이저 광 경로를 통하여 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 증가시키는 스캐터링부;
    상기 레이저 광 경로를 통하여 자유 공간에서 수신되는 레이저 광의 초점 위치를 추적하여, 레이저 광의 정렬 오차를 감지하는 센서부;
    상기 정렬 오차를 감소시키도록 상기 스티어링 미러부의 지향 방향을 조절하는 구동부;를 포함하는 자유 공간 광 통신 장치.
  2. 자유 공간 광 통신을 위하여 임무 플랫폼에 탑재되는 통신 단말기;를 포함하고, 상기 통신 단말기는,
    자유 공간에 광학적으로 노출되는 하나의 스티어링 미러부;
    상기 스티어링 미러부에 의해 자유 공간과 광학적으로 연결되고, 상기 스티어링 미러부와의 사이에 하나의 레이저 광 경로를 형성하는 하나의 광학부;
    상기 레이저 광 경로를 통해 자유 공간으로 레이저 광을 송신하는 송신부;
    상기 레이저 광 경로를 통해 자유 공간에서 레이저 광을 수신하고, 자유 공간에서 수신되는 레이저 광의 초점 위치를 추적하여, 레이저 광의 정렬 오차를 감지하는 수신부;
    자유 공간 광 통신을 위한 위치 탐지 시, 상기 레이저 광 경로를 통하여 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 증가시키는 스캐터링부;
    상기 정렬 오차를 감소시키도록 상기 스티어링 미러부의 지향 방향을 조절하는 구동부;를 포함하는 자유 공간 광 통신 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 통신 단말기는 복수의 임무 플랫폼에 각기 탑재되어 상호 통신하고,
    상기 스캐터링부는 복수의 통신 단말기 간의 위치 탐지 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 증가시키는 자유 공간 광 통신 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 스캐터링부는 복수의 통신 단말기 간의 통신 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광의 발산각을 감소시키는 자유 공간 광 통신 장치.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 정렬 오차는 상기 복수의 통신 단말기 간의 광학적인 정렬 오차를 포함하는 자유 공간 광 통신 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 복수의 통신 단말기 간의 통신 시에 자유 공간으로 송신되는 레이저 광은 데이터 송수신을 위한 레이저 광을 포함하는 자유 공간 광 통신 장치.
  7. 청구항1 또는 청구항 2에 기재된 자유 공간 광 통신 장치를 이용한 자유 공간 광 통신 방법으로서,
    데이터 송수신을 위한 레이저 광의 발산각을 증가시켜 위치 탐지를 위한 레이저 광을 정형하는 과정;
    임무 플랫폼에서 타 임무 플랫폼으로 상기 위치 탐지를 위한 레이저 광을 송신하고, 상기 타 임무 플랫폼에서 상기 임무 플랫폼으로 상기 위치 탐지를 위한 레이저 광을 송신하는 과정;
    상기 타 임무 플랫폼에서 송신하는 위치 탐지를 위한 레이저 광을 상기 임무 플랫폼에서 수신하고, 상기 임무 플랫폼에서 송신하는 위치 탐지를 위한 레이저 광을 상기 타 임무 플랫폼에서 수신하는 과정;
    상기 위치 탐지를 위한 레이저 광의 초점 위치를 추적하여, 상기 타 임무 플랫폼에 대한 임무 플랫폼의 광학적인 정렬 오차 및 상기 임무 플랫폼에 대한 타 임무 플랫폼의 광학적인 정렬 오차를 감지하는 과정;을 포함하는 자유 공간 광 통신 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 정렬 오차를 감지하는 과정 이후에,
    상기 정렬 오차를 감소시키도록 상기 위치 탐지를 위한 레이저 광의 진행 방향을 조절하는 과정;을 포함하는 자유 공간 광 통신 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 레이저 광의 진행 방향을 조절하는 과정은,
    상기 임무 플랫폼에서 상기 타 임무 플랫폼으로 송신하는 레이저 광의 진행 방향이 상기 타 임무 플랫폼에서 상기 임무 플랫폼으로 송신하는 레이저 광의 진행 방향에 정렬되도록, 자유 공간과 광학적으로 연결된 스티어링 미러부를 회전시키는 과정;을 포함하는 자유 공간 광 통신 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 레이저 광의 진행 방향을 조절하는 과정 이후에,
    상기 위치 탐지를 위한 레이저 광의 발산각을 감소시켜 데이터 송수신을 위한 레이저 광으로 정형하는 과정;
    상기 데이터 송수신을 위한 레이저 광을 이용하여 상기 임무 플랫폼 및 상기 타 임무 플랫폼 간에 통신을 수행하는 과정;을 포함하는 자유 공간 광 통신 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 정렬 오차를 감지하는 과정과 상기 통신을 수행하는 과정은, 레이저 광을 수신하기 위해 상기 임무 플랫폼에 각기 마련된 센서부와 수신부에서 각각 수행하는 자유 공간 광 통신 방법.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 정렬 오차를 감지하는 과정과 상기 통신을 수행하는 과정은, 레이저 광을 수신하기 위해 상기 임무 플랫폼에 마련된 하나의 수신부에서 수행하는 자유 공간 광 통신 방법.
  13. 청구항 10에 있어서,
    상기 위치 탐지를 위한 레이저 광의 발산각 크기는 상기 데이터 송수신을 위한 레이저 광의 발산각 크기의 3 내지 5 배인 자유 공간 광 통신 방법.
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FR3124663A1 (fr) * 2021-06-23 2022-12-30 Naval Group Système et procédé de communication par faisceau laser entre deux véhicules

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