KR20130114920A - 도플러 라이다 장치 및 도플러 라이다 장치의 동작 방법 - Google Patents

도플러 라이다 장치 및 도플러 라이다 장치의 동작 방법 Download PDF

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Abstract

도플러 라이다 장치 및 도플러 라이다 장치의 동작 방법이 개시된다. 도플러 라이다 장치는 레이저부에서 발사된 레이저로부터 파장이 상이한 n개(n은 4의 배수)의 송신 레이저를 각각 추출하고, 상기 추출된 n개의 송신 레이저를 상이한 방향으로 오브젝트(object)로 각각 조사하는 n개의 레이저 송신부와, 상기 n개의 송신 레이저에 대응하여, 상기 오브젝트로부터 후방산란되는 n개의 산란신호를 각각 수신하는 n개의 레이저 수신부와, 상기 수신된 n개의 산란신호를 이용하여, 상기 오브젝트에 대한 정보를 획득하는 분석부를 포함한다.

Description

도플러 라이다 장치 및 도플러 라이다 장치의 동작 방법{DOPPLER LIDAR APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING DOPPLER LIDAR APPARATUS}
본 발명의 실시예들은 씨앗레이저가 아닌 일반 레이저를 이용하여, 바람장의 특성을 기존의 방법 보다 더 민감하게 측정하는 기술에 관한 것이다.
도플러 라이다 장치는 레이저를 대기 중에 조사하고 대기를 이루고 있는 각종 공기분자나, 에어로졸에 의하여 후방산란된 신호를 받아서, 공기나 작은 입자의 속도를 측정하는 시스템이다.
이러한 도플러 라이다 장치에서 파장의 이동 정도를 측정하는 것은 매우 중요하며, 바람의 속도 변화에 의하여 일어나는 파장 혹은 주파수 변화는 속도에 따라 상이하여, 측정이 매우 어렵다. 이러한 점에서 측정 감도를 높이는 것은 매우 중요하다.
씨앗발진 레이저가 아닌 일반 레이저로 도플러 라이다를 구성하는 경우 대기로 조사되는 빛을 선택하는 에탈론과 망원경을 통하여 얻은 신호를 통과시키는 에탈론을 하나의 에탈론으로 동시에 사용할 경우 감도가 떨어지고, 운동 방향을 알 수 없는 단점이 있다.
따라서, 일반 저가의 레이저를 활용하여 바람장 특성을 용이하게 측정할 수 있고, 레이저의 사용 효율을 높이며, 수신되는 도플러 파장 이동에 대한 감도를 높이는 기술이 필요하다.
본 발명은 레이저부에서 발사된 레이저로부터 파장이 상이한 복수의 송신 레이저를 추출하여, 오브젝트(object, 공기분자도 포함)로 각각 조사하고, 오브젝트로부터 후방산란되는 복수의 산란신호를 이중 필터(예컨대, 제1, 2 에탈론)를 통해 각각 획득하여, 바람의 방향 또는 속도 중 적어도 하나를 획득 함으로써, 일반 레이저를 이용하여 바람장의 특성을 민감하게 측정하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 이루기 위한 도플러 라이다 장치는 레이저부에서 발사된 레이저로부터 파장이 상이한 n개(n은 4의 배수)의 송신 레이저를 각각 추출하고, 상기 추출된 n개의 송신 레이저를 상이한 방향으로 오브젝트(object)로 각각 조사하는 n개의 레이저 송신부와, 상기 n개의 송신 레이저에 대응하여, 상기 오브젝트로부터 후방산란되는 n개의 산란신호를 각각 수신하는 n개의 레이저 수신부와, 상기 수신된 n개의 산란신호를 이용하여, 상기 오브젝트에 대한 정보를 획득하는 분석부를 포함한다.
상기 n개의 레이저 송신부는 상기 발사된 레이저로부터 제1 송신 레이저를 추출하여, 상기 오브젝트로 조사하는 제1 레이저 송신부와, 상기 발사된 레이저에서 제1 송신 레이저를 제외한 잔여 레이저를 수신하고, 상기 수신된 잔여 레이저로부터 제2 송신 레이저를 추출하여, 상기 오브젝트로 조사하는 제2 레이저 송신부를 포함할 수 있다.
상기의 목적을 이루기 위한 도플러 라이다 장치의 동작 방법은 레이저부에서 발사된 레이저로부터 파장이 상이한 n개(n은 4의 배수)의 송신 레이저를 각각 추출하고, 상기 추출된 n개의 송신 레이저를 상이한 방향으로 오브젝트(object)로 각각 조사하는 단계와, 상기 n개의 송신 레이저에 대응하여, 상기 오브젝트로부터 후방산란되는 n개의 산란신호를 각각 수신하는 단계와, 상기 수신된 n개의 산란신호를 이용하여, 상기 오브젝트에 대한 정보를 획득하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 레이저부에서 발사된 씨앗 발진이 아닌 일반 레이저로부터 파장이 상이한 복수의 송신 레이저를 추출하여, 오브젝트(object)로 각각 조사하고, 오브젝트로부터 후방산란되는 복수의 산란신호를 이중 필터(예컨대, 제1, 2 에탈론)를 통해 각각 획득하여, 바람의 방향과 속도를 획득 함으로써, 일반 레이저를 이용하여 바람장의 특성을 민감하게 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 라이다 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 라이다 장치의 송신부에 대한 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 라이다 장치에서의 에탈론 각도 변화에 따른 레이저의 투과 특성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 라이다 장치의 수신부에 대한 구성을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 라이다 장치에서의 바람장 특성을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 라이다 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 라이다 장치 및 도플러 라이다 장치의 동작 방법에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 라이다 장치의 구성을 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 라이다 장치(100)는 레이저부(101), 송신부(103), 수신부(105) 및 분석부(107)를 포함할 수 있다.
레이저부(101)는 레이저를 생성하여, 발사할 수 있다.
송신부(103)는 n(n은 4의 배수)개의 레이저 송신부 즉, 제1 내지 제n 레이저 송신부(103-1, …, 103-n)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제n 레이저 송신부(103-1, …, 103-n)는 레이저부(101)에서 발사된 레이저로부터 파장이 상이한 n개의 송신 레이저를 각각 추출하고, 상기 추출된 n개의 송신 레이저를 상이한 방향으로 오브젝트(object, 예컨대, 대기, 대기 내 입자)로 각각 조사한다. 여기서, 제1 레이저 송신부(103-1)는 상기 발사된 레이저로부터 제1 송신 레이저를 추출하여, 오브젝트로 조사할 수 있다. 또한, 제2 레이저 송신부(103-2)는 상기 발사된 레이저에서 제1 송신 레이저를 제외한 잔여 레이저를 수신하고, 상기 수신된 잔여 레이저로부터 제2 송신 레이저를 추출하여, 오브젝트로 조사할 수 있다.
수신부(105)는 n개의 레이저 수신부 즉, 제1 내지 제n 레이저 수신부(105-1, …, 105-n)를 포함할 수 있다. 제1 내지 제n 레이저 수신부(105-1, …, 105-n)는 상기 n개의 송신 레이저에 대응하여, 상기 오브젝트로부터 후방산란되는 n개의 산란신호를 각각 수신한다. 이때, 제1 내지 제n 레이저 수신부(105-1, …, 105-n)는 오브젝트로부터 후방산란되는 n개의 산란신호를 이중 필터(예컨대, 제1, 2 에탈론)를 통해 각각 획득 함으로써, 보다 정확하고, 신뢰성 있는 산란신호를 획득할 수 있다. 여기서, 제1 레이저 수신부(103-1)는 예컨대, 제1, 2 에탈론을 각각 투과한 제1 평행광(또는, 제1 에탈론으로 입사하는 평행광에 대응하는 제1 라이다 신호) 및 제2 평행광(또는, 제2 에탈론으로 입사하는 평행광에 대응하는 제2 라이다 신호)의 비율값을 구하여, 분석부(107)로 전달할 수 있다.
분석부(107)는 상기 수신된 n개의 산란신호를 이용하여, 오브젝트에 대한 정보(예컨대, 오브젝트의 바람장 벡터에 대한 정보)를 획득한다. 구체적으로, 분석부(107)는 n개의 레이저 수신부에 의해, 각각 산출된 n개의 비율값을 이용하여, 상기 오브젝트에 대한 정보로서, 바람의 방향 또는 속도 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 라이다 장치의 송신부에 대한 구성을 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 도플러 라이다 장치의 송신부(200)는 기본 단위로 예컨대, 제1 내지 제4 레이저 송신부(222, 223, 224, 225)를 포함할 수 있다.
제1 레이저 송신부(222)는 레이저부에서 발사된 레이저를 수신하고, 수신된 레이저로부터 제1 송신 레이저를 추출하여, 오브젝트로 조사할 수 있다.
제1 레이저 송신부(222)는 제1 파장판(201), 제1 편광빔분할기(202), 제1 편광판(203) 및 제1 에탈론(204)을 포함할 수 있다.
제1 파장판(201)은 예컨대, λ/2 파장판일 수 있으며, 레이저가 제1 편광빔분할기(202)를 대부분 통과하도록, 레이저의 편광을 조절할 수 있다.
제1 편광빔분할기(202)는 편광이 조절된 레이저를 투과시킬 수 있다.
제1 편광판(203)은 예컨대, λ/4 편광판일 수 있으며, 제1 편광빔분할기(202)를 투과한 레이저의 편광을 원형편광으로 변경할 수 있다.
제1 에탈론(204)은 제1 편광판(203)을 투과한 레이저 중 일부 신호를 상기 제1 송신 레이저로서 추출하여 상기 오브젝트로 조사하고, 상기 제1 송신 레이저를 제외한 레이저를 반사시킬 수 있다. 여기서, 반사된 레이저는 제1 편광판(203)을 투과하여 λ/2 파장 만큼 위상이 이동된 후, 제1 편광빔분할기(202)에서 반사되어 제2 레이저 송신부(223)로 전달될 수 있다.
또한, 제2 레이저 송신부(223)는 상기 발사된 레이저에서 제1 송신 레이저를 제외한 잔여 레이저를 수신하고, 상기 수신된 잔여 레이저로부터 제2 송신 레이저를 추출하여, 오브젝트로 조사할 수 있다.
제2 레이저 송신부(223)는 제2 파장판(206), 제2 편광빔분할기(207), 제2 편광판(208) 및 제2 에탈론(209)을 포함할 수 있다.
제2 파장판(206)은 예컨대, λ/2 파장판일 수 있으며, 제1 레이저 송신부(222) 내 제1 에탈론(204)에서 반사되어, 제1 편광판(203)을 투과한 후, 제1 편광빔분할기(202)에서 반사된 레이저를 상기 잔여 레이저로서 수신할 수 있다. 제2 파장판(206)은 잔여 레이저가 제2 편광빔분할기(207)에서 최대로 반사되도록, 잔여 레이저의 편광을 조절할 수 있다.
제2 편광빔분할기(207)는 편광이 조절된 잔여 레이저를 반사시킬 수 있다.
제2 편광판(208)은 예컨대, λ/4 편광판일 수 있으며, 제2 편광빔분할기(207)에서 반사된 잔여 레이저의 편광을 원형편광으로 변경할 수 있다.
제2 에탈론(209)은 제2 편광판(208)을 투과한 잔여 레이저 중 일부 신호를 상기 제2 송신 레이저로서 추출하여 오브젝트로 조사하고, 제2 송신 레이저를 제외한 레이저를 반사시킬 수 있다. 여기서, 반사된 레이저는 제2 편광판(208)을 투과하여 λ/2 파장 만큼 위상이 이동된 후, 제2 편광빔분할기(207)에서 투과되어 제3 레이저 송신부(224)로 전달될 수 있다. 이때, 제2 편광빔분할기(207)에서 투과된 레이저는 제1 거울(211) 및 제2 거울(213)에 반사되어 제3 레이저 송신부(224)로 전달될 수 있다.
제3 레이저 송신부(224)의 구성은 제1 레이저 송신부(222)의 구성과 동일하고, 제4 레이저 송신부(225)의 구성은 제2 레이저 송신부(223)의 구성과 동일할 수 있다. 여기서, 제1 내지 제4 레이저 송신부(222, 223, 224, 225) 내 제1 내지 제4 에탈론(204, 209, 216, 218)은 레이저가 입사되는 각도(219, 220, 221, 226)가 상이하도록 위치할 수 있다.
또한, 제1 내지 제4 레이저 송신부(222, 223, 224, 225)에서 각각 조사되는 제1 내지 제4 송신 레이저의 파장 또는 조사 방향은 서로 상이하며, 예컨대, 도 5와 같을 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 라이다 장치에서의 에탈론 각도 변화에 따른 레이저의 투과 특성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 도플러 라이다 장치는 레이저부에서 발생된 레이저(예컨대, Nd:YAG 레이저의 조화파 중의 하나인 532nm 파장)에 대해, 레이저 송신부 내 에탈론을 투과한 송신 레이저를 오브젝트로 조사할 수 있다.
이때, 도플러 라이다 장치는 에탈론의 각도를 조절 함으로써, 에탈론을 상이하게 투과한 송신 레이저_#1(300) 또는 송신 레이저_#2(301)를 조사할 수 있다. 여기서, 송신 레이저_#1(300)를 조사할 때의 에탈론의 각도는 송신 레이저_#2(301)를 조사할 때의 에탈론의 각도 보다 클 수 있다.
이에 따라, 도플러 라이다 장치는 에탈론의 각도를 다르게 조절하여, 넓은 선폭의 일반 레이저에서 원하는 좁은 선폭들로 이루어진 다양한 파장분포의 레이저(빛)을 예컨대, 대기 중으로 조사할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 라이다 장치의 수신부에 대한 구성을 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 도플러 라이다 장치는 레이저 송신부의 수에 대응하여, n개의 레이저 수신부를 포함할 수 있으며, 예컨대, 4개의 레이저 수신부를 포함할 수 있다.
여기서, 레이저 수신부(400)는 오브젝트로부터 후방산란되는 산란신호를 수신한다.
레이저 수신부(400)는 렌즈(403), 빔분할기(405), 제1, 2 에탈론(409, 411), 제1, 2 센서(421, 423) 및 산출부(425)를 포함할 수 있다.
렌즈(403)는 망원경(401)을 통해 포집된 산란신호를 평행광으로 변환한다.
빔분할기(405)는 상기 평행광을 제1 평행광 및 제2 평행광으로 1:1로 분할하고, 제1 평행광을 직접 제1 에탈론(409)로 전달하며, 제2 평행광을 거울(407)을 통해 제2 에탈론(411)로 전달할 수 있다.
여기서, 제1 에탈론(409) 및 제2 에탈론(411)은 상기 제1 평행광 및 상기 제2 평행광이 입사되는 각도(413, 415)가 상이하도록 위치를 조절하여, 제1 평행광 및 제2 평행광을 상이한 투과량으로 각각 투과시킬 수 있다.
한편, 도플러 라이다 장치에서 조사되는 송신 레이저의 파장이 도플러 효과에 의하여, 짧아지면 스펙트럼(431)을 왼쪽으로 이동시킴에 따라, 제1 에탈론(430)을 투과하는 광(빛)의 양은 많아지고, 반면에 제1 에탈론(432)을 투과하는 광의 양은 줄어든다.
이러한 특성을 이용하여, 제1 에탈론(409) 및 제2 에탈론(411)은 산란신호의 파장 이동에 대한 감도를 높일 수 있다.
제1 에탈론(409) 및 제2 에탈론(411)의 두께 또는 코딩의 반사도는 송신부 내 제1 내지 제4 에탈론의 두께 또는 코딩의 반사도와 동일할수록 유리하다.
제1 센서(421)는 렌즈(417)를 통해, 제1 에탈론(421)을 투과한 제1 평행광을 수신하여 전기적 신호로 변경하고, 제2 센서(423)는 렌즈(419)를 통해, 제2 에탈론(411)을 투과한 제2 평행광을 수신하여 전기적 신호로 변경할 수 있다. 제1, 2 센서(421, 423) 각각에서 출력되는 전기적 신호는 광자계수기(photon counter), 또는 ADC(Analog to Digital Conventer)에 의해, 디지털 신호로 변경될 수 있다.
산출부(425)는 제1, 2 에탈론(409, 411)을 각각 투과한 제1 평행광(또는, 제1 평행광에 대응하는 제1 라이다 신호) 및 제2 평행광(또는, 제2 평행광에 대응하는 제2 라이다 신호)의 비율값을 구할 수 있다. 산출부(425)는 레이저 수신부(400)에 포함될 수 있으나, 이에 한정되지 않고, 도플러 라이다 장치 내 분석부에 포함될 수도 있다.
여기서, 제1 에탈론(409)을 이용하여, 획득한 제1 라이다 신호(P1(z))는 [수학식 1]에 의해 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
여기서, P1 , 0(z)는 도플러 파장 이동이 없는 경우에 고도(z)에서 얻어지는 라이다 신호의 크기를 의미하고, ΔP1(z)는 도플러 효과로 인해 발생하는 라이다 신호 크기의 변화를 의미한다.
또한, 제2 에탈론(411)을 이용하여, 획득한 제2 라이다 신호(P2(z))는 [수학식 2]에 의해 나타낼 수 있다.
Figure pat00002
여기서, P2 , 0(z)는 도플러 파장 이동이 없는 경우에 고도(z)에서 얻어지는 라이다 신호의 크기를 의미하고, ΔP2(z)는 도플러 효과로 인해 발생하는 라이다 신호 크기의 변화를 의미한다.
이때, [수학식 1]과 달리, P2 ,0(z)에서 ΔP2(z)를 마이너스(-)하는 이유는 제1, 2 에탈론(409, 411)의 위치가 송신 레이저의 파장에 비해, 서로 오른쪽/왼쪽 즉, 반대쪽에 위치 함에 따라 도플로 효과에 의해, 반대의 신호 변화가 나타내기 때문이다.
이때, 파장 축에서 투과가 최고점을 나타내는 파장의 위치는 제1, 2 에탈론(409, 411)의 각도 조절에 의하여 쉽게 이루어지므로, 송신 레이저의 파장이 최대인 파장점이 제1, 2 에탈론(409, 411)의 투과도가 50 % 인 지점으로 레이저 송신부의 에탈론 필터 각도를 조절하여 제어할 수 있다.
이에 따라, P0=P2 ,0(z)= P1 ,0(z)가 되고, ΔP(z)=ΔP1(z)=ΔP2(z)도 만족하므로, 제1, 2 라이다 신호의 비율값(또는, 나눈값)(R)은 [수학식 3]에 의해 나타낼 수 있다.
Figure pat00003
여기서, 2ΔP/P0은 입자의 도플러 효과로 인해 생기는 것으로, 하나의 에탈론만 사용할 경우, '2' 대신에 '1'이 될 수 있다. 이러한 점에서, 이중경계 필터(즉, 제1, 2 에탈론)의 경우 바람장에 대한 신호변화의 감도는 2배이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 라이다 장치에서의 바람장 특성을 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 도플러 라이다 장치는 n개의 송신 레이저를 상이한 방향으로 오브젝트로 각각 조사하고, 오브젝트로부터 후방산란되는 n개의 산란신호를 각각 수신할 수 있다.
도플러 라이다 장치는 예컨대, 4개의 송신 레이저를 오브젝트로 조사하고, 제1 내지 제4 레이저 수신부(501, 502, 503, 504)를 통해, 오브젝트로부터 상이한 방향으로 후방산란되는 4개의 산란신호를 각각 수신할 수 있다. 여기서, 송신 레이저는 [수학식 4]에 의해 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
도플러 라이다 장치는 수신된 4개의 산란신호를 이용하여, 임의의 고도에서 x-y 방향의 속도를 획득할 수 있으며, [수학식 5]에 의해 나타낼 수 있다.
Figure pat00005
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 라이다 장치의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 단계 601에서, 도플러 라이다 장치는 레이저부에서 발사된 레이저로부터 파장이 상이한 n개의 송신 레이저를 추출하여 오브젝트로 조사한다. 이때, 도플러 라이다 장치는 레이저로부터 추출한 n개의 송신 레이저를 상이한 방향으로 각각 조사할 수 있다.
구체적으로, 도플러 라이다 장치는 제1 레이저 송신부에 의해, 상기 발사된 레이저로부터 제1 송신 레이저를 추출하여, 상기 오브젝트로 조사할 수 있다. 이때, 제1 레이저 송신부는 상기 발사된 레이저의 편광을 조절하고, 상기 편광이 조절된 레이저의 편광을 원형편광으로 변경한 후, 상기 원형편광으로 변경된 레이저 중 일부 신호를 상기 제1 송신 레이저로서 추출하여 상기 오브젝트로 조사하고, 상기 제1 송신 레이저를 제외한 레이저를 반사시킬 수 있다.
또한, 도플러 라이다 장치는 제2 레이저 송신부에 의해, 상기 발사된 레이저에서 제1 송신 레이저를 제외한 잔여 레이저로부터 제2 송신 레이저를 추출하여, 상기 오브젝트로 조사할 수 있다. 이때, 제2 레이저 송신부는 상기 반사된 레이저를 상기 잔여 레이저로서 수신하고, 상기 수신된 잔여 레이저의 편광을 조절하고, 상기 편광이 조절된 잔여 레이저의 편광을 원형편광으로 변경하며, 상기 원형편광으로 변경된 잔여 레이저 중 일부 신호를 상기 제2 송신 레이저로서 추출하여 상기 오브젝트로 조사하고, 상기 제2 송신 레이저를 제외한 레이저를 반사시킬 수 있다.
단계 603에서, 도플러 라이다 장치는 n개의 송신 레이저에 대응하여, 오브젝트로부터 후방산란되는 n개의 산란신호를 수신한다.
이때, 도플러 라이다 장치는 레이저 수신부에 의해, 수신된 산란신호를 평행광으로 변환하고, 상기 평행광을 제1 평행광 및 제2 평행광으로 분할하며, 제1, 2 에탈론에서, 분할된 상기 제1 평행광 및 상기 제2 평행광을 상이한 투과량으로 각각 투과시킨 후, 상기 제1, 2 에탈론을 각각 투과한 제1 평행광 및 제2 평행광의 비율값을 구할 수 있다.
단계 605에서, 도플러 라이다 장치는 n개의 산란신호를 이용하여, 오브젝트의 바람장 벡터에 대한 정보를 획득한다.
도플러 라이다 장치는 상기 n개의 산란신호에 대응하여, 각각 산출된 n개의 비율값을 이용하여, 상기 오브젝트의 바람장 벡터에 대한 정보로서, 바람의 방향 또는 속도 중 적어도 하나를 획득할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 도플러 라이다 장치
101: 레이저부
103: 송신부
105: 수신부
107: 분석부

Claims (14)

  1. 레이저부에서 발사된 레이저로부터 파장이 상이한 n개(n은 4의 배수)의 송신 레이저를 각각 추출하고, 상기 추출된 n개의 송신 레이저를 상이한 방향으로 오브젝트(object)로 각각 조사하는 n개의 레이저 송신부;
    상기 n개의 송신 레이저에 대응하여, 상기 오브젝트로부터 후방산란되는 n개의 산란신호를 각각 수신하는 n개의 레이저 수신부; 및
    상기 수신된 n개의 산란신호를 이용하여, 상기 오브젝트에 대한 정보를 획득하는 분석부
    를 포함하는 도플러 라이다 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 n개의 레이저 송신부는,
    상기 발사된 레이저로부터 제1 송신 레이저를 추출하여, 상기 오브젝트로 조사하는 제1 레이저 송신부; 및
    상기 발사된 레이저에서 제1 송신 레이저를 제외한 잔여 레이저를 수신하고, 상기 수신된 잔여 레이저로부터 제2 송신 레이저를 추출하여, 상기 오브젝트로 조사하는 제2 레이저 송신부
    를 포함하는, 도플러 라이다 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 레이저 송신부는,
    상기 발사된 레이저의 편광을 조절하는 제1 파장판;
    상기 편광이 조절된 레이저를 투과시키는 제1 편광빔분할기;
    상기 제1 편광빔분할기를 투과한 레이저의 편광을 원형편광으로 변경하는 제1 편광판; 및
    상기 제1 편광판을 투과한 레이저 중 일부 신호를 상기 제1 송신 레이저로서 추출하여 상기 오브젝트로 조사하고, 상기 제1 송신 레이저를 제외한 레이저를 반사시키는 제1 에탈론
    을 포함하는, 도플러 라이다 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제2 레이저 송신부는,
    상기 제1 에탈론에서 반사되어, 상기 제1 편광판을 투과한 후, 상기 제1 편광빔분할기에서 반사된 레이저를 상기 잔여 레이저로서 수신하는, 도플러 라이다 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 레이저 송신부는,
    상기 잔여 레이저의 편광을 조절하는 제2 파장판;
    상기 편광이 조절된 잔여 레이저를 반사시키는 제2 편광빔분할기;
    상기 제2 편광빔분할기에서 반사된 잔여 레이저의 편광을 원형편광으로 변경하는 제2 편광판; 및
    상기 제2 편광판을 투과한 잔여 레이저 중 일부 신호를 상기 제2 송신 레이저로서 추출하여 상기 오브젝트로 조사하고, 상기 제2 송신 레이저를 제외한 레이저를 반사시키는 제2 에탈론
    를 포함하는, 도플러 라이다 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 n개의 레이저 수신부는,
    상기 산란신호를 평행광으로 변환하는 렌즈;
    상기 평행광을 제1 평행광 및 제2 평행광으로 분할하는 빔분할기;
    분할된 상기 제1 평행광 및 상기 제2 평행광을 상이한 투과량으로 각각 투과시키는 제1, 2 에탈론; 및
    상기 제1, 2 에탈론을 각각 투과한 제1 평행광 및 제2 평행광의 비율값을 구하는 산출부
    를 포함하는, 도플러 라이다 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 분석부는,
    상기 n개의 레이저 수신부에 의해, 각각 산출된 n개의 비율값을 이용하여, 상기 오브젝트에 대한 정보로서, 바람의 방향 또는 속도 중 적어도 하나를 획득하는, 도플러 라이다 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 제1, 2 에탈론은,
    상기 제1 평행광 및 상기 제2 평행광이 입사되는 각도가 상이하도록 위치하는, 도플러 라이다 장치.
  9. 레이저부에서 발사된 레이저로부터 파장이 상이한 n개(n은 4의 배수)의 송신 레이저를 각각 추출하고, 상기 추출된 n개의 송신 레이저를 상이한 방향으로 오브젝트(object)로 각각 조사하는 단계;
    상기 n개의 송신 레이저에 대응하여, 상기 오브젝트로부터 후방산란되는 n개의 산란신호를 각각 수신하는 단계; 및
    상기 수신된 n개의 산란신호를 이용하여, 상기 오브젝트에 대한 정보를 획득하는 단계
    를 포함하는 도플러 라이다 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 오브젝트로 각각 조사하는 단계는,
    상기 발사된 레이저로부터 제1 송신 레이저를 추출하여, 상기 오브젝트로 조사하는 단계; 및
    상기 발사된 레이저에서 제1 송신 레이저를 제외한 잔여 레이저로부터 제2 송신 레이저를 추출하여, 상기 오브젝트로 조사하는 단계
    를 포함하는, 도플러 라이다 장치의 동작 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제1 송신 레이저를 추출하여, 상기 오브젝트로 조사하는 단계는,
    상기 발사된 레이저의 편광을 조절하는 단계;
    상기 편광이 조절된 레이저의 편광을 원형편광으로 변경하는 단계; 및
    상기 원형편광으로 변경된 레이저 중 일부 신호를 상기 제1 송신 레이저로서 추출하여 상기 오브젝트로 조사하고, 상기 제1 송신 레이저를 제외한 레이저를 반사시키는 단계
    을 포함하는, 도플러 라이다 장치의 동작 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 송신 레이저를 추출하여, 상기 오브젝트로 조사하는 단계는,
    상기 반사된 레이저를 상기 잔여 레이저로서 수신하고, 상기 수신된 잔여 레이저의 편광을 조절하는 단계;
    상기 편광이 조절된 잔여 레이저의 편광을 원형편광으로 변경하는 단계; 및
    상기 원형편광으로 변경된 잔여 레이저 중 일부 신호를 상기 제2 송신 레이저로서 추출하여 상기 오브젝트로 조사하고, 상기 제2 송신 레이저를 제외한 레이저를 반사시키는 단계
    를 포함하는, 도플러 라이다 장치의 동작 방법.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 n개의 산란신호를 각각 수신하는 단계는,
    상기 산란신호를 평행광으로 변환하는 단계;
    상기 평행광을 제1 평행광 및 제2 평행광으로 분할하는 단계;
    제1, 2 에탈론에서, 분할된 상기 제1 평행광 및 상기 제2 평행광을 상이한 투과량으로 각각 투과시키는 단계; 및
    상기 제1, 2 에탈론을 각각 투과한 제1 평행광 및 제2 평행광의 비율값을 구하는 단계
    를 포함하는, 도플러 라이다 장치의 동작 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 오브젝트에 대한 정보를 획득하는 단계는,
    상기 n개의 산란신호에 대응하여, 각각 산출된 n개의 비율값을 이용하여, 상기 오브젝트에 대한 정보로서, 바람의 방향 또는 속도 중 적어도 하나를 획득하는 단계
    를 포함하는, 도플러 라이다 장치의 동작 방법.
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