KR20150074065A - 장거리, 소형 타겟 거리측정 - Google Patents

장거리, 소형 타겟 거리측정 Download PDF

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Abstract

본 발명은 거리측정기 (rangefinder) (1) 에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 디바이스에 관한 것으로 : 레이저 펄스 송신기 (2), - 타겟에 의해 후방산란된 레이저 에코들 (31) 에 대한 수신기 (3) 로서, 인터그레이터로서 장착된 적어도 하나의 포토다이오드를 포함하고 소위 공간 신호를 제공가능한 공간 검출 디바이스 (10), 및 트랜스임피던스 회로에 커플링된 적어도 하나의 포토다이오드를 포함하고 소위 시간 신호를 제공가능한 시간 검출 디바이스 (11) 를 포함하는, 상기 수신기 (3), - 타겟의 거리를 계산하기 위한 유닛 (17) 을 포함하는, 공간 신호 및 시간 신호를 프로세싱하는 수단 (4) 으로서, 시간 신호는 미리 정의된 시간 주기 동안 검출된 데이터의 레코딩인 데이터 프레임의 형태로 존재하는, 상기 프로세싱 수단 (4) 을 포함하며, 프로세싱 수단 (4) 은 출력에서 타겟의 거리를 계산하기 위한 유닛에 링크된, 시간 신호들의 포스트 인터그레이션을 위한 포스트 인터그레이션 수단 (16), - 공간 검출 디바이스 (10) 및 시간 검출 디바이스 (11) 에 링크된, 공간 신호에 근거하여, 포스트 인터그레이션 수단에 송신될 시간 신호들을 선택하는 수단 (14) 을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

장거리, 소형 타겟 거리측정{LONG-RANGE, SMALL TARGET RANGEFINDING}
본 발명의 분야는 레이저 텔레메트리의 분야이다.
텔레미터는 타겟과의 거리의 측정을 허용한다. 광 텔레미터 (optical telemeter) 는 측정 수단으로서 빛의 전파를 이용하고, 광 텔레미터는 방출기 (emitter) 로 및 수신기 (receiver) 로 구성된다. 광 텔레미터는, 타겟으로 향하는 빛을 방출하고 타겟에 의해 리턴된 이 빛의 프랙션 (fraction) 을 검출한다. 거리는, 빛이 타겟 밖으로 전파하고 그 빛이 수신기로 리턴하는데 필요한 시간에 근거하여 얻어진다. 방출 (emission) 은 시간적으로 변조된다. 방출된 빛은 이 변조를 타겟에 전달한다. 타겟은 이 빛을 반사 또는 후방산란한다. 이 리턴된 빛의 프랙션은 변조를 텔레미터의 수신기에 전달한다. 텔레미터의 시작 변조의 식별과 수신기에 의한 그 리턴의 변조의 식별 간에 경과한 시간의 측정은, 횡단된 미디어에서의 빛의 전파의 속도에 근거하여 텔레미터와 타겟 간의 거리를 계산하는 것을 가능하게 한다.
통상, 텔레미터는 방출기 및 레이저 빔을 형상화하기 위한 그 옵틱을 포함하는 방출 디바이스, 타겟에 의해 후방산란된 초점면 레이저 에코들을 수집 및 포커싱하기 위한 옵틱을 포함하는 수신 디바이스, 및 방출 및 수신을 드라이빙하고 거리의 계산 (computation) 을 허용하기 위한 프로세싱 디바이스를 포함한다.
타겟의 광 에코 (optical echo) 는 검출기에 의해 전기 신호로 컨버팅되고, 그 전기 신호에는 노이즈가 중첩된다. 검출 체인의 말단에서 얻어진 필터링된 및 증폭된 신호는 디지털화된다.
프레임은 펄스의 방출로부터 카운팅된 지속기간 동안 및 최대 이용 거리에 대응하는 아웃바운드-리턴 저니 (outbound-return journey) 의 시간 동안 또는 구해진 거리 서브-도메인에 대응하는 지속기간 동안 샘플링된 일련의 데이터로 이루어진다. 샘플링 주파수는 노이즈로부터 에코의 신호의 추출을 최적화하고 거리에 관하여 예상된 레졸루션 및 정확성을 허용하기 위해서 선택된다.
예를 들어, 59.94MHz 의 샘플링 주파수는 2.5m 의 거리 증가를 허용할 것이다.
다양한 솔루션들이 레이저 텔레미터의 범위를 향상시키기 위해 구현되어 왔다.
제 1 솔루션은 펄스 당 방출된 에너지를 증가시키는 것으로 이루어진다. 그러나, 이 증가는 오큘러 안전 (ocular safety) 의 제약들에 의해 및 방출 디바이스의 에너지 소비의 증가 및 체적 (volume) 의 증가에 의해 제한된다.
다른 솔루션은 수신 동공 (reception pupil) 의 표면적을 증가시키는 것으로 이루어진다. 이 솔루션은 마찬가지로 텔레미터 벌키니스 (bulkiness) 및 중량 제약들에 의해 제한된다.
타겟의 디멘젼들이 타겟의 레벨에서 레이저에 의해 만들어진 스폿의 디멘젼들보다 더 작은 경우에 있어서, 타겟 상에 놓인 빛의 프랙션 만이 텔레메트리에 기여한다. 이 프랙션은 스폿의 사이즈를 결정하는 레이저 빔의 품질에 의존하고, 그 빔이 타겟을 향하여 포인팅되는 방식에 의존한다.
레이저 빔이 매우 약간만 확산되고 완전히 타겟을 향하여 포인팅되는 이상적인 컨디션들 하에서는, 모든 방출된 빛이 텔레메트리에 기여한다. 그러나, 사이팅 라인 (sighting line) 이 텔레메트리 면에서 가장 기여하는 부분으로 향하는 것은 드물고, 여기서 가장 기여하는 부분 (most contributory part) 은 수신 디바이스를 향한 반사 또는 후방산란에 의한 방출의 가장 큰 프랙션을 리턴하는 구역이다. 성능의 상당한 손실들을 회피하기 위해서는, 사이팅 라인이 타겟의 가장 기여하는 부분으로 향하지 않는 한, 빔의 확산을 증가시키는 것이 필요한데, 이는 결국 텔레미터의 범위를 희생시킨다.
비협력적인 타겟들의 경우에, 레이저 방출은 보통 펄스된다. 타겟은, 그 타겟이 예를 들어 큐빅 웨지 (cubic wedge) 의 도움으로 방출기의 방향으로의 빛의 리턴을 선호할 때 협력적이다.
펄스된 텔레메트리의 경우에, 검출기에서 발생하는 신호는 검출 체인의 노이즈로, 수신 필드에서 수집된 광 노이즈로 및 예상된 타겟의 에코로 구성된다. 그 신호가 충분히 중요한 경우, 에코의 도달의 순간의 검출이 임계화 (thresholding) 에 의해 행해진다. 다른 언급이 없다면, 에코의 세기 (intensity) 가 노이즈의 레벨보다 높은 것으로 사전 정해진 임계값보다 더 크다면 타겟이 검출된다.
임계화의 순간에서의 신호는 광 및 전자 노이즈와 에코의 검출에서 나오는 증폭된 신호의 합이다. 타겟에 대해, 신호는 일 펄스로부터 다음 펄스로 가변하는 진폭 (amplitude) 을 가질 것이다. 임계값의 레벨의 근방의 신호의 경우, 그 신호가 반드시 임계값을 초과하는 것은 아닐 것이다. 신호가 임계값보다 낮은 경우에는, 어떠한 검출도 없다. 신호가 어떤 순간에도 임계값을 초과하지 않는다면, 에코는 부재이거나 또는 매우 약하다.
펄스의 시작으로부터, 구해진 최대 거리에 대응하는 지속기간, 예를 들어 80km 의 최대 거리에 대한 533㎲ 동안 관찰이 행해질 수 있다. 그 관찰은 또한 거리 서브-도메인에 대응하는 지속기간 동안, 예를 들어 40km 와 50km 사이에 놓인 서브-도메인에 대응하는 지속기간 동안 행해질 수 있다.
주어진 시간 간격 동안의 타겟 검출의 확률을 향상시키기 위한 다른 가능성은 펄스 반복 레이트를 증가시키는 것이다.
노이즈와 관련하여 타겟의 에코들의 검출을 향상시키기 위해, 여러 펄스들에 후속하는 검출 신호들을 결합하는 것이 가능하다. 여러 검출 신호들의 결합은 포스트 인터그레이션 방법에 따라 착수될 수 있다. 이 절차는 구식이고, 아날로그 방법들로 구현되었지만, 디지털 시대에서도 여전히 인기를 얻고 있다.
포스트 인터그레이션 프로세싱은 각 펄스에 후속하는 검출된 신호들의 프레임들을 결합하는 방식이다.
주어진 텔레미터의 경우, 포스트 인터그레이션 단계는 텔레미터와 타겟 간의 거리가 측정의 지속기간 동안 충분히 안정적인 경우에 이득 (gain) 들을 눈에 띄게 향상시키는 것을 가능하게 한다.
텔레미터가 타겟에 적절히 포인팅되는 경우에, 각 프레임에서의 타겟의 에코의 존재의 확률은 1 이다. 텔레미터와 타겟 간의 거리가 포스트 인터그레이션 페이즈 동안 별로 가변하지 않는다면, 각 거리 증가에서, 프레임들의 데이터는 더해진다 (add up). 예상된 신호 S 는 선형으로 더해지고, 따라서 그것은 N (N 은 프레임들의 수이다) 에 비례 (
Figure pct00001
) 한다. 그 본성 때문에, 검출 노이즈 (B) 가 이차적으로 합산되고, 그 노이즈의 진폭은 프레임들의 수의 제곱근에 비례 (
Figure pct00002
) 한다. 노이즈의 세기에 대한 예상된 신호의 세기의 비는 프레임들의 수의 제곱근에 비례 (
Figure pct00003
) 할 것이다.
다른 언급이 없다면, 1 의 프레임에서의 타겟의 에코의 존재의 확률을 갖는 N 개의 프레임들에 대한 포스트 인터그레이션 단계의 경우, 노이즈의 세기에 대한 신호의 세기의 비 (S/B) 는
Figure pct00004
에 비례한다.
이동 타겟의 힘든 추적 동안, 특히 타겟의 디멘젼들이 타겟의 레벨에서의 레이저의 스폿의 디멘젼들보다 더 작은 경우, 소정의 프레임들은 타겟의 에코의 존재에 관한 임의의 정보를 포함하지 않는다. 모든 프레임들에 적용된 포스트 인터그레이션은 예상된 유효성 (effectiveness) 을 갖지 않는다. 노이즈 만을 포함하는 프레임들은 따라서 타겟의 에코를 또한 포함하는 프레임들에 추가된다. 따라서 프레임에서의 타겟의 에코의 확률은 포스트 인터그레이션 단계에 의해 예상되는 이득에 직접 영향을 미친다.
그 레벨에서의 레이저의 스폿 상의 타겟의 존재의 확률이 1/a 인 경우, 즉 프레임들 중에서 단 하나의 프레임 만이 타겟의 에코를 포함하는 경우, 노이즈의 세기에 대한 신호의 세기의 비 (S/B) 는
Figure pct00005
에 비례한다. 따라서,
Figure pct00006
개의 프레임들이 에코의 존재의 확률이 1 인 경우 n 개의 프레임들에서 얻어진 것과 동일한 노이즈의 세기에 대한 신호의 세기의 비
Figure pct00007
를 위해 필요하다. 예를 들어, 포스트 인터그레이션 단계에 후속하여 10 의 이득 (
Figure pct00008
) 을 얻기 위해, 이것은 100 개의 프레임들의 합산을 요구한다. 프레임에서의 타겟의 에코의 존재의 확률이 1/2 이라면, 10 의 이득이
Figure pct00009
개의 프레임들을 합산함으로써 얻어질 것이다.
본 발명의 목적은 특허 출원 EP 2364455 에 사전 기재된 발명을 이용하여, 포스트 인터그레이션의 단계를 이용하여 텔레미터의 성능을 향상시키는 것이다. 이 특허 출원 EP 2364455 는 레이저 펄스에 의해 조명된 타겟에 의해 제공되는 에코를 시간 및 공간 검출가능한 텔레메트리 수신 디바이스를 제안한다.
시간 검출은 펄스의 전파 시간 (time of flight) 을 측정함으로써 거리가 측정되는 것을 허용하며, 그것은 하나 이상의 검출기들에 의하여 행해질 수 있다.
공간 검출은 하나 이상의 검출기들에 의하여 얻어질 수 있다. 하나 이상의 펄스들에 근거한, 이 검출은, 타겟에 의해 후방산란된 최대의 빛이 나오는 방향 또는 타겟의 부재 (absence) 를 라벨링하는 것을 가능하게 한다. 이 최대의 빛은 레이저 펄스의 스폿과의 타겟의 상호작용으로부터 발생한다. 그것은 따라서 텔레미터의 유효성을 최대화하도록 방출의 방향을 리센터링하는 것이 가능하다.
시간 검출을 위해 요구된 통과대역은 공간 검출과 비교하여 매우 크며, 따라서 시간 검출 체인의 노이즈를 증가시킨다. 그 결과, 공간 검출은 시간 검출보다 훨씬 더 민감하다.
본 발명의 하나의 양태에 따르면, 텔레미터에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 디바이스가 제안되어 있으며 :
- 레이저 펄스 방출기,
- 타겟에 의해 후방산란된 레이저 에코들의 수신기로서,
인터그레이터 (integrator) 로서 셋업된 적어도 하나의 포토다이오드를 포함하고 소위 공간 신호를 제공가능한 공간 검출 디바이스, 및
트랜스임피던스 회로에 커플링된 적어도 하나의 포토다이오드를 포함하고 소위 시간 신호를 제공가능한 시간 검출 디바이스를 포함하는,
상기 수신기,
- 타겟의 거리를 계산하기 위한 유닛을 포함하는, 공간 신호 및 시간 신호를 프로세싱하는 수단으로서, 시간 신호는 미리 결정된 지속기간 동안 검출된 데이터의 레코딩인 데이터 프레임의 형태로 존재하는, 상기 프로세싱 수단을 포함한다.
주로, 프로세싱 수단은 :
- 출력에서 타겟의 거리를 계산하기 위한 유닛에 링크된, 시간 신호들의 포스트 인터그레이션 수단,
- 공간 검출 디바이스에 그리고 시간 검출 디바이스에 링크되어, 공간 신호에 따라, 포스트 인터그레이션 수단에 송신될 시간 신호들을 선택하는 수단
을 포함하는 것을 특징으로 한다.
다른 언급이 없다면, 제안된 텔레미터는 레이저 펄스 방출기, 공간 정보 및 데이터 프레임들을 제공하는 것을 가능하게 하는 수신기, 및 이들 데이터 프레임들의 선택적 포스트 인터그레이션을 수행하도록 공간 정보 및 데이터 프레임들을 프로세싱하는 수단을 포함한다.
본 발명에 따른 텔레미터는 공간 정보에 근거하여 프레임들의 프로세싱을 선택 및 적응하도록 구성된다.
타겟을 공간 검출하고 타겟의 에코의 존재에 관한 정보의 아이템을 선험적으로 포함하는 시간 검출에서 발생하는 프레임들을 마크하는 텔레미터의 능력은, 방출되지만 타겟에 도달하지 않는 레이저 펄스들의 결점들을 제한하는 것을 가능하게 한다.
제 1 실시형태에 따르면, 시간 신호들을 선택하는 수단은, 출력에서 스위치를 통해 시간 검출 디바이스에 링크되고, 입력에서 공간 검출 디바이스에 링크되며 공간 신호에 따라 스위치를 통해 시간 검출 디바이스를 스위칭가능한 스위칭 제어부를 포함하고, 포스트 인터그레이션 수단은 입력에서 시간 검출 디바이스에 링크된다. 본 실시형태에 따르면, 시간 검출의 업스트림으로 선택이 일어난 후부터, 시간 검출기에서 발생하는 모든 프레임들은 포스트 인터그레이션 수단에 송신된다.
본 실시형태의 변형에 따르면, 스위칭 제어부는 또한, 포스트 인터그레이션 수단에 링크된다.
제 2 실시형태에 따르면, 시간 신호들을 선택하는 수단은, 입력에서 공간 검출 디바이스에 및 시간 검출 디바이스에 링크되고 출력에서 포스트 인터그레이션 수단에 링크되는 판별 수단이다. 본 실시형태에 따르면, 시간 검출의 다운스트림으로 선택이 일어난 후부터, 시간 검출기에서 발생하는 소정의 프레임들 만이 포스트 인터그레이션 수단에 송신된다.
바람직하게는, 프로세싱 유닛은 프레임들의 시간 라벨링 또는 날짜 스탬핑의 수단을 포함하여, 이동 타겟이 검출될 때 포스트 인터그레이션에 의한 프로세싱을 허용한다.
바람직하게는, 수신기는 어떠한 검출도 필요하지 않을 때 수신기를 보호하도록 보호 플랩 (protection flap) 을 더 포함한다.
바람직하게는, 텔레미터는 방출 및 수신 경로의 방향을 얼라이닝하기 위한 디바이스를 더 포함한다.
바람직하게는, 텔레미터는 최소 텔레메트리 거리보다 더 작은 거리들에 대한 타겟의 존재를 검출하는 수단을 더 포함한다. 텔레미터들에 의존하여, 이 최소 거리는 50m 내지 500m 일 수도 있다. 이들 검출 수단은 레이저 방출의 동작을 비활성화하고 제로 거리로부터 디바이스의 오큘러 안전 (ocular safety) 을 보장하는 것을 가능하게 한다.
바람직하게는, 레이저 방출기는 확산에 적응하고 레이저 빔을 무한대로 콜리메이팅하는 수단을 포함한다.
바람직하게는, 텔레미터는 텔레메트리 축을 배향하는 수단을 더 포함한다.
바람직하게는, 텔레미터는 텔레메트리 축과 타겟의 포지션 간의 데비오메트리 (deviometry) 를 측정하는 수단을 포함하며, 그 측정 수단은 공간 검출기에 연결된다.
데비오메트리 측정과 연관된 텔레메트리 축 배향 수단은 이동 타겟의 추적 (pursuit) 을 허용한다.
바람직하게는, 텔레미터는 특허 출원 EP 2364455 에 사전 기재된 발명에 따라, 공간 검출기 및 시간 검출기의 공간 배치를 변경함으로써, 공간 검출 정보에 근거하여, 타겟의 추적 능력을 갖는다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 사전 설명한 것과 같은 텔레미터에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 방법이 제안되어 있으며 :
- 방출 디바이스에 의한 레이저 펄스의 방출의 서브-단계, 공간 신호 SS 를 검출하고 SS 의 인터그레이션의 값 I 를 획득하는 서브-단계를 포함하는 공간 검출 단계,
- 방출 디바이스에 의한 레이저 펄스들의 방출의 서브-단계, 및 데이터 프레임의 형태의 시간 신호 ST 를 획득하는 서브-단계를 포함하는 시간 검출 단계,
- 공간 신호 SS 에 따라 데이터 프레임들 ST 의 포스트 인터그레이션의 단계,
- 포스트 인터그레이션의 결과가 임계값보다 높을 때, 거리를 계산하는 단계
를 포함한다.
본 발명의 제 1 동작 모드에 따르면, 공간 검출 및 시간 검출은 순차적이고, 타겟의 거리를 측정하는 방법은 제 1 실시형태에 따른 텔레미터에 의하여 보장되며; 그것은 다음의 순차적인 단계들을 포함한다 :
- 방출 디바이스에 의한 레이저 펄스의 방출의 서브-단계, 그 펄스의 레이저 에코에 대응하는 공간 신호 SS 를 검출하고 스위칭 수단에 의해 SS 의 인터그레이션의 값 I 의 획득의 서브-단계를 포함하고, 값 I 가 미리 결정된 임계값 S1 보다 낮을 때, 이전의 단계가 반복되는, 공간 검출 단계,
- 그렇지 않고 타겟이 그 후 검출되었다면, 방출 디바이스에 의한 다른 레이터 펄스들의 방출의 서브-단계, 및 이들 다른 펄스들의 레이저 에코들에 대응하는, 데이터 프레임의 형태의 시간 신호 ST 를 획득하는 서브-단계를 포함하는 시간 검출 단계가 구현된다,
- 시간 검출 단계 동안 얻어진 데이터 프레임들 ST 의 포스트 인터그레이션의 단계.
본 발명의 이 동작 모드에 대한 변형에 따르면, 공간 검출 및 시간 검출은 순차적이고, 타겟의 거리를 측정하는 방법은 제 2 실시형태에 따른 텔레미터에 의하여 보장되고, 다음의 순차적인 단계들을 포함한다 :
- 방출 디바이스에 의한 레이저 펄스의 방출의 서브-단계, 그 펄스의 레이저 에코에 대응하는 공간 신호 SS 를 검출하고 SS 의 인터그레이션의 값 I 를 획득하는 서브-단계를 포함하고, 값 I 가 미리 결정된 임계값 S1 보다 낮을 때, 이전의 서브-단계들이 반복되는, 제 1 공간 검출의 단계,
- 그렇지 않고 타겟이 그 후 검출되었다면, 방출 디바이스에 의한 다른 레이저 펄스들의 방출의 서브-단계, 및 이들 다른 펄스들의 레이저 에코들에 대응하는, 프레임들의 그룹 A 라 칭하는 데이터 프레임들의 형태의 시간 신호 ST 를 획득하는 서브-단계를 포함하는 시간 검출 단계가 구현된다,
- 시간 검출 단계 동안 얻어진 데이터 프레임들 ST 의 이 그룹 A 의 포스트 인터그레이션의 단계,
- 그룹 A 의 것과는 다른 방출 디바이스에 의한 다른 레이저 펄스들의 방출의 서브-단계, 이들 다른 펄스들의 레이저 에코들에 대응하는, 프레임들의 그룹 B 라 칭하는 데이터 프레임들의 형태의 시간 신호 ST 를 획득하는 서브-단계, 및 프레임들의 이 그룹 B 를 메모리에 배치하는 서브-단계를 포함하는 시간 검출 단계가 구현된다,
- 방출 디바이스에 의한 레이저 펄스의 방출의 서브-단계, 그 펄스의 레이저 에코에 대응하는 공간 신호 SS 를 검출하고 SS 의 인터그레이션의 값 I 를 획득하는 서브-단계를 포함하는 제 2 공간 검출의 단계,
- 값 I 가 제 1 펄스로부터 바로 미리 결정된 임계값 S1 보다 높을 때, 공간 검출이 확인되면, 데이터 프레임들의 그룹 B 의 포스트 인터그레이션의 단계가 활성화된다. 그룹 A 의 시간 검출의 이전의 단계는 반복된다,
- 값 I 가 미리 결정된 임계값 S1 보다 낮을 때, 공간 검출로부터의 이전의 단계들이 반복된다.
본 발명의 다른 동작 모드에 따르면, 공간 검출 및 시간 검출은 동시에 일어나며, 타겟의 거리를 측정하는 방법은 제 3 실시형태에 따른 텔레미터에 의하여 보장되며, 그것은 다음의 단계들을 포함한다 :
- 방출 디바이스에 의한 레이저 펄스의 방출의 서브-단계, 그 펄스의 레이저 에코에 대응하는 공간 신호 SS 를 검출하고 선택 수단에 의한 SS 의 인터그레이션의 값 I 의 획득의 서브-단계, 및 그 펄스의 동일한 레이저 에코에 대응하는 시간 신호 ST 를 검출하는 동시의 서브-단계를 포함하는 공간 검출 단계,
- 값 I 가 미리 결정된 임계값 S1 보다 낮을 때, 이전의 단계가 반복된다,
- 그렇지 않고 타겟이 그 후 검출되었다면, 포스트 인터그레이션 수단에 의한, 대응하는 데이터 프레임들 ST 의 포스트 인터그레이션의 단계.
이들 단계들은, 타겟과 텔레미터 간의 거리의 측정이 얻어질 때까지 반복된다.
본 발명에 따른 방법은 공간 신호의 세기 레벨에 따라 데이터 프레임들을 가중화하는 것을 가능하게 한다.
바람직하게는, 본 발명은 프레임들의 포스트 인터그레이션 이전에 그 프레임들의 시간 라벨링 (또는 날짜 스탬핑) 의 단계를 더 포함한다.
옵션으로는, 텔레미터될 타겟은 이동형이다. 이 경우에, 상기 단계들은 타겟과 텔레미터 간의 상대 속도의 다양한 가정들에 대해 반복될 수 있다.
본 발명은 완전히 비제한적인 예들에 의해 설명되고 첨부된 도면들에 의해 예시되는 몇몇 실시형태들의 검토 시 더 잘 이해될 것이며, 여기서 :
도 1 은 이용된 선택 수단에 따라 가변하는, 본 발명에 따른 텔레미터의 예들을 개략적으로 나타낸다.
도 2 는 공간 검출이 시간 검출와 번갈아 일어나는 경우 (도 2a 및 도 2b), 공간 검출이 시간 검출과 동시에 일어나는 경우 (도 2c) 의, 본 발명에 따른 텔레미터의 동작 개략도들을 나타낸다.
도 3 은 시간에 따라, 타겟의 상대 속도가 일정한, 타겟의 에코의 존재를 나타내는 정보의 아이템을 포함하는 프레임들 ST 를 나타낸다.
도 1 에 나타낸 텔레미터 (1) 는 레이저 빔 (21) 을 방출하기 위한 방출 디바이스 (2), 후방산란된 에코들 (31) 을 수신하기 위한 수신 디바이스 (3) 및 프로세싱 유닛 (4) 을 포함한다.
레이저 빔 (21) 을 방출하기 위한 디바이스 (2) 는 약한 확산 (divergence) 을 허용하는 레이저 펄스 방출기 (5) 를 포함한다. 바람직하게는, 레이저 펄스 방출기 (5) 는 고주파이다. 바람직하게는, 텔레미터 (1) 는 최소 텔레메트리 거리보다 낮은 거리에 위치된 타겟의 존재의 검출을 위해 구성되고 텔레미터 (1) 의 오큘러 안전 (ocular safety) 을 보장하도록 최소 텔레메트리 거리보다 낮은 거리에서의 타겟의 검출의 경우에 레이저 방출기 (5) 의 동작을 정지하도록 적응된, 세컨더리 안전 방출기/수신기 (6) 를 포함하는 디바이스를 포함한다. 통상, 최소 텔레메트리 거리는 0m 와 500m 사이에 놓인 거리를 의미하도록 의도된다.
바람직하게는, 방출 디바이스 (2) 는 레이저 빔을 형상화가능한, 도시되지 않은 옵틱 (optic) 을 더 포함할 수 있다. 다른 언급이 없다면, 방출기 (5) 로부터의 그 출구에서, 레이저 빔 (21) 은 예상된 확산에 있고, 무한대로 콜리메이팅된다.
바람직하게는, 텔레미터 (1) 는 수신에 대한 방출의 방향을 변경하는 것을 가능하게 하는 방출들을 배향하는 수단 (7) 을 포함한다.
본 발명에 따르면, 타겟의 텔레메트리는 다음과 같이 수행된다. 방출 디바이스 (2) 는 펄스된 레이저 신호 (21) 를 방출하고, 옵션으로 펄스 (21) 의 방출의 날짜를 프로세싱 유닛 (4) 에 송신한다.
후방산란된 에코들 (31) 을 수신하기 위한 수신 디바이스 (3) 는 초점면 (18) 에 후방산란된 에코들 (31) 을 포커싱하는 옵틱 (8) 을 포함한다. 특허 출원 EP 2364455 에 기재되어 있는 바와 같이, 이 초점면은 여러 기본적인 검출 구역들로 서브분할될 수 있다. 각각의 기본적인 구역에서, 검출은 공간적 또는 시간적일 수 있다. 수신 디바이스 (3) 는 특허 출원 EP 2364455 에 기재되어 있는 바와 같이, 후방산란된 에코들 (31) 을 공간 검출기 (10) 또는 시간 검출기 (11) 를 향하여 스티어링하는 수단을 포함할 수 있다. 공간 검출기 (10) 및 시간 검출기 (11) 는 초점면 (18) 에 위치될 수 있고, 또는 빛이 초점면으로부터 거울들 또는 광섬유들과 같은 광 수단에 의해 검출기들 (10, 11) 로 전달될 수 있다. 공간 및 시간 검출들은 하나가 공간 검출에 전용되고 나머지가 시간 검출에 전용되는 2 개의 별개의 판독 회로들과 연관된 단일 검출기에 의해, 또는 하나가 시간 검출을 위한 것이고 나머지가 공간 검출을 위한 것인 2 개의 별개의 검출기들에 의해 행해질 수 있다. 공간 검출기 (10) 는 통상 인터그레이터 회로에서 셋업되는 포토다이오드이다. 셋업은 낮은 노이즈이다. 인터그레이션 주기 동안, 생성된 차지 (charge) 들은 저장된 후, 인터그레이션 주기 후, 판독 회로는 이들 차지들을 수집된 차지들의 수에 비례하는 신호로 컨버팅한다. 인터그레이션의 지속기간은 타겟이 위치될 수도 있는 서브-도메인에 또한 거리 도메인에 적합하다. 수십 개의 광자들 정도의 매우 약한 신호의 검출이 가능하다. 시간 검출기 (11) 는 통상 PIN 타입의 포토다이오드, 애벌런치 포토다이오드 또는 타겟과 텔레미터 간의 거리의 측정을 허용하기 위한 및 에코들의 시간 라벨링을 위해 최적화된 큰 통과대역을 가진 포토다이오드이다. 그 성능은 주로, 트랜스임피던스 및 증폭 타입의 검출기 및 연관된 회로들의 내재하는 노이즈에 의해 제한된다. 시간 변조의 레졸루션은 그 거리의 정확한 측정을 허용한다. 애벌런치 포토다이오드는 노이즈의 세기에 대한 신호의 세기의 비를 향상시키는 것을 가능하게 한다. 수백 또는 실제로는 수천의 광자들이 오경보 (false alarm) 의 위험들을 제한하는데 충분한 신호-대-노이즈비를 얻기 위하여 요구된다. 시간 검출기 (11) 에 의해 검출가능한 신호의 레벨은 공간 검출기 (10) 에 의해 검출가능한 것보다 훨씬 더 높다.
바람직하게는, 텔레미터 (1) 는 방출 경로 및 수신 경로를 포함하는 텔레메트리 축을 배향하기 위한 배향 디바이스 (12) 를 포함한다. 이 디바이스는 공간 검출 데비오메트리 (deviometry) 정보에 근거하여 타겟의 미세 추적 (fine pursuit) 을 허용하도록 동적일 수 있다.
바람직하게는, 수신 디바이스는 어떠한 검출도 필요하지 않을 때 수신기를 보호하기 위해 리트랙터블 보호 플랩 (13) 을 더 포함한다.
바람직하게는, 수신 디바이스 (4) 는 데이터를, 그 디지털 프로세싱을 위해 형상화하는 수단을 포함한다. 샘플링 주파수는 2.5m 의 거리 측정 증가의 경우 59.958MHz 일 것이다. 그러나, 더 높은 샘플링 주파수가 프로세싱 동작들 동안 펄스들의 더 나은 대표성을 위해 채택될 수도 있다.
프로세싱 유닛 (4) 은 다음의 수단을 포함한다 :
- 공간 검출에서 발생하는 공간 신호 SS 의 인터그레이션의 값 I 를 확립하고 포스트 인터그레이팅될 시간 검출기에서 발생하는 프레임들을 선택하는 선택 수단 (14),
- 선택된 시간 프레임들의 포스트 인터그레이션 수단 (16),
- 포스트 인터그레이션 수단에 의해 제공된 결과에 근거하여, 타겟과 텔레미터 간의 거리를 계산하는 수단 (17).
도 1a 에 도시된 제 1 실시형태에 따르면, 이들 선택 수단은 SS 의 인터그레이션의 값 I 에 따라, 공간 검출 또는 시간 검출을 활성화한다. 이들 선택 수단은 예를 들어, 후방산란된 에코들 (31) 의 공간 검출기 (10) 또는 시간 검출기 (11) 를 향한 스티어링을 허용하는 스위칭 수단에 의해 보장된다. 이들 스위칭 수단은 I 에 따라 결정 (decision) 을 확립가능한 스위칭 제어부 (14b) 및 이 결정을 실행가능한 스위치 (14a) 를 포함한다. 스위칭 수단 (14a, 14b) 은 공간 검출 동안 공간 검출기 (10) 를 향하여 스티어링한다. 공간 검출이 보장되는 경우, 스위칭 수단 (14a, 14b) 은 프레임들의 그룹의 획득을 위해, 시간 검출기 (11) 를 향하여 스티어링하기 위한 포지션으로 토글링한다. 본 실시형태에 따르면, 시간 검출기의 업스트림으로 선택이 일어난 후부터, 시간 검출기 (11) 에서 발생하는 그룹의 모든 프레임들은 포스트 인터그레이션 수단 (16) 에 송신된다.
도 1b 에 도시된 제 2 실시형태, 즉 제 1 실시형태의 변형에 따르면, 스위칭 제어부 (14b) 는 또한, 포스트 인터그레이션 수단 (16) 에 링크된다.
도 1c 에 도시된 제 3 실시형태에 따르면, 선택 수단은 입력에서 공간 검출 디바이스 (10) 에 및 시간 검출 디바이스 (11) 에 링크되고 출력에서 포스트 인터그레이션 수단 (16) 에 링크되는 판별 수단 (14) 이다. 2 개의, 즉 공간 및 시간 검출기들은 모든 펄스들에 대해 활성이다. 포스트 인터그레이션 수단 (16) 에 송신되어야 하는지 여부를 결정하기 위해서, SS 의 인터그레이션의 값 I 에 따라, 시간 검출 디바이스 (11) 에서 발생하는 프레임의 판별이 존재한다. 할당 (apportionment) 은 공간 검출과 시간 검출 간에 정적이다. 이것은 예를 들어 반투명 플레이트를 수반한다. 본 실시형태에 따르면, 시간 검출기 (11) 의 다운스트림으로 선택이 일어난 후부터, 시간 검출기 (11) 에서 발생하는 그룹의 소정의 프레임들 만이 포스트 인터그레이션 수단 (16) 에 송신된다.
프로세싱 유닛 (4) 은 바람직하게는 방출 디바이스 (2) 에 의해 제공된 방출들의 날짜 스탬프들을 그들과 연관시키는 프레임들 ST 의 시간 라벨링의 수단 (15) 을 포함하며 (단계 206.1, 단계 302); 그 시간 라벨링의 수단 (15) 은 방출 디바이스 (2) 의 출력에 및 포스트 인터그레이션 수단 (16) 의 입력에 위치된다. 그들은 옵션으로는 선택 수단에 통합될 수도 있다. 이 시간 라벨링은 추가로 설명한 바와 같이 이동 타겟의 경우에는 필수적이지만, 고정 타겟의 경우에는 필수적이지 않으며; 그러나 타겟이 고정인지 이동인지 여부를 선험적으로 알고있지 않은 경우에는, 이 디폴트 시간 라벨링이 수행된다.
본 발명의 하나의 양태에 따른 텔레미터 (1) 는, 타겟의 가장 기여하는 부분을 위치지정하고, 방출 축을 이 부분과 미세 배향하며 그것을 텔레미터하는 것을 가능하게 한다. 따라서, 레이저 펄스들이 타겟과 함께 파이어링되는 경우 타겟의 거리의 디스플레이 전의 대기 지속기간을 제한하는 것을 가능하게 한다.
텔레미터 (1) 의 여러 동작 모드들이 이용될 수 있으며, 모두가 시간 검출기에 의해 검출되고 공간 검출기에서 발생하는 신호에 따라 사전 선택되는 레이저 에코들의 포스트 인터그레이션에 기초하며: 공간 검출은 시간 검출과, 옵션으로는 변형과 번갈아 일어나거나, 또는 공간 검출은 시간 검출과 동시에 일어나거나 한다.
도 2a 는 공간 검출이 시간 검출과 번갈아 일어날 때의, 제 1 이용 모드에 따른 텔레미터의 동작 모드를 나타낸다. 이용된 텔레미터는 도 1a 와 함께 설명되는 것이다.
제 1 단계 (200) 에서, 공간 검출이 타겟과 텔레미터 간의 거리의 측정이 요망될 수도 있는 타겟의 검출까지 활성화되며, 이 공간 검출 단계는 서브-단계들 (201, 202 및 203) 을 포함한다. 옵션으로, 최소 텔레메트리 거리보다 낮은 거리에 위치된 타겟의 존재의 검출이 활성화되어, 디바이스의 오큘러 안전을 보장하는 것을 가능하게 한다.
서브-단계 201 에서, 레이저 펄스가 방출 디바이스 (2) 에 의해 방출된다. 서브-단계 202 에서, 공간 검출은 인터그레이션 값 I 를 획득하기 위해서, 텔레미터의 이용의 도메인 또는 서브-도메인에서 방출들의 아웃바운드-리턴 저니 시간에 대응하는 지속기간 동안 인터그레이션에 있다. 예를 들어, 타겟이 40km 와 50km 사이에 놓인 수요가 많은 (sought-after) 거리 서브-도메인에 위치되는 경우, 인터그레이션 윈도우는 시간 제로에 대응하는 펄스의 방출의 순간인 266㎲ 와 333㎲ 사이에 놓일 것이며, 그 도메인은 0km 와 80km 사이만큼, 텔레미터와 그 최대 방출 거리 간의 간격에 대응한다. 단계 203 에서, 인터그레이션 값 I 는 사전 고정된 임계값 S1 과 비교된다. 인터그레이션 값 I 가 임계값 S1 보다 더 작다면, 타겟의 에코는 충분하지 않다. 그러면, 시간 검출을 활성화하는 것이 소용없고 서브-단계들 (201 내지 203) 이 반복된다. 이 경우, 시간 윈도우 또는 텔레메트리 축의 방향이 바뀌게 되거나, 또는 검출가능한 타겟이 없는 것으로 결정된다. 단계들 (202 및 203) 은 공간 검출기 (10) 및 스위칭 수단 (14a, 14b) 에 의해 보장된다.
인터그레이션 값 I 가 임계값 S1 보다 더 크다면, 이것은 타겟이 존재한다는 것을 반드시 의미하며, 시간 검출의 다음의 단계들은 구해진 거리 도메인 또는 서브-도메인에서의 노이즈에 더하여 타겟에서 발생하는 신호를 포함하는 프레임들을 이용할 것이다. 단계 204 에서의 스위칭은 시간 검출을 허용하도록 토글링한다. K 개의 프레임들의 그룹이 획득되고, 이 단계는 서브-단계들 (205 내지 207) 을 포함한다.
서브-단계 205 에서, 텔레미터는 방출 디바이스 (2) 에 의하여 새로운 레이저 펄스를 방출한다. 서브-단계 206 에서, 데이터 프레임 ST 는 구해진 거리 도메인에 또는 서브-도메인에 대응하는 타겟의 에코의 리턴 시간 윈도우 동안 레코딩되고; 옵션으로는 이동 타겟의 경우에 추가로 알 수 있는 바와 같이, 서브-단계 206.1 동안 날짜가 기입된다. 검출하도록 요망되는 타겟의 타입 및 시스템의 특성들에 의존하여, 레이저의 방출의 방향은 주어진 수 K 의 방출들 동안 타겟에 대해 안정적인 것으로 간주된다. 서브-단계 207 은 단계들 (205 내지 206) 을 반복함으로써 K 개의 프레임들의 그룹의 획득을 관리한다. 이들 K 개의 프레임들은 포스트 인터그레이션 단계 208 을 고려해서 포스트 인터그레이션 수단 (16) 에 송신된다. 이 번갈아 나오는 (또는 순차적인) 동작 모드에 따르면, 시간 검출의 업스트림으로 선택이 일어난 후부터, 시간 검출기에서 발생하는 모든 프레임들은 포스트 인터그레이션에 대해 고려된다.
포스트 인터그레이션 수단 (16) 에 의해 보장된 단계 209 에서, K 개의 프레임들의 포스트 인터그레이션의 단계 208 의 결과가 오경보의 허용가능한 확률로 거리의 공개 (publication) 를 허용하는지 여부, 다른 언급이 없다면, 포스트 인터그레이션의 결과가 제 2 임계값 S2 보다 높은지 여부가 검증된다. 계산 수단 (17) 을 통하여 거리를 추출하는 것이 가능하지 않다면, 즉 포스트 인터그레이션이 거리를 공개하기에 아직 충분하지 않다면 (= 단계 209 의 테스트가 부정적), 새로운 사이클이 일어난다 : 스위칭 수단은 타겟의 존재의 공간 검출의 페이즈를 재론칭한 후, K 개의 새로운 프레임들이 포스트 인터그레이션 앞에 추가되도록 어그리게이팅된다.
텔레메트리 축 및 타겟이 서로에 대하여 움직이고 있는 경우, 단계들 (202 및 203) 의 함께 한 연결 (stringing) 을 통하여 텔레메트리 축 상의 타겟의 존재에 관한 정보가 옵션으로 타겟의 추적을 위해 서비스할 수도 있다.
데드 (dead) 스위칭 시간들을 감소시키기 위해, 이 동작 모드의 변형이 구현될 수 있다. 이상에서 설명된 사이클은 도 2b 와 함께 설명되는 다음의 방식으로 수정될 수 있다. 이용된 텔레미터는 도 1b 와 함께 설명되는 것이다. 이 변형에 따르면, 프레임들의 그룹 A 의 획득 및 그들의 포스트 인터그레이션 후, 프레임들의 제 2 그룹 B 가 획득된다. 다음에, 선택 수단은 공간 검출을 활성화한다. 제 1 펄스로부터 바로, 공간 검출이 타겟의 존재를 검출한다면, 그룹 B 는 포스트 인터그레이팅된다. 그렇지 않다면, 그룹 B 는 거부되고 공간 검출은 계속된다. 그룹 A 의 포스트 인터그레이션의 결과에 따라, 거리가 얻어지지 않는다면, 선택의 변경이 없다. 거리가 얻어진다면 공간 검출 포지션에 대한 선택의 변경이 있다.
제 1 공간 검출이라 칭하는 공간 검출이 활성화된다 (단계 201', 단계 202', 단계 203'). 타겟의 존재가 공간 검출에 의해 단언된다면 (단계 204' 의 테스트가 긍정적), 시간 검출의 K 개의 프레임들의 그룹 A 의 획득이 있다 (단계 205', 단계 206.1', 단계 206', 단계 207'). 이 그룹 A 의 포스트 인터그레이션 (단계 208') 이 행해진다. (단계 테스트 209' 가 긍정적이기 때문에) 거리가 공개되거나 공간 검출이 그 후 다음 텔레메트리에 대해 활성화된다 (다시 제 1 공간 검출에서 시작된다). 이 그룹 A 에 대한 테스트 209' 가 부정적이라면, K 개의 프레임들의 제 2 그룹 B 가 획득된다 (단계 205', 단계 206.1', 단계 206', 단계 207'). 이 제 2 그룹 B 는 메모리에 보관된다. 스위칭 수단은 공간 검출기로 스위칭한다 (단계 200). 제 2 공간 검출이라 칭하는 공간 검출이 활성화된다.
- 이 제 2 공간 검출이 타겟의 존재를 확인한다면 (단계 203' 의 긍정적 테스트), 시간 검출의 K 개의 프레임들의 이 제 2 그룹 B 는 그룹 A 와 어그리게이팅되면서 포스트 인터그레이팅된다 (단계 208'). 그룹 B 의 이 포스트 인터그레이션에 후속하여 테스트 209' 가 긍정적이라면, 프로세스는 거리의 공개로 종결된다. 그렇지 않다면, 스위칭 수단은 시간 검출기로 스위칭하고 프로세스는 K 개의 프레임들의 그룹 A 의 획득에서 재개된다 (= 그룹 A 시간 검출).
- 제 2 공간 검출이 타겟의 존재를 확인하지 않는다면, 시간 검출의 K 개의 프레임들의 제 2 그룹 B 가 거부된다. 그리고, 프로세스는 타겟의 새로운 제 1 공간 검출을 계속한다.
도 2c 는 다른 실시형태에 따라 공간 검출이 시간 검출과 동시에 일어날 때의 텔레미터의 동작 모드를 제시한다. 이용된 텔레미터는 도 1c 와 함께 설명되는 것이다.
옵션으로, 최소 텔레메트리 거리보다 낮은 거리에서의 타겟의 존재의 검출이 활성화되어, 디바이스의 오큘러 안전을 보장하는 것을 가능하게 한다.
거리의 측정은 도 2c 에 설명되고 사이클들로 구성된 프로세스에 따라 행해진다. 단계 301 에서, 본 발명의 하나의 양태에 따른 텔레미터는 방출 디바이스 (2) 에 의하여 레이저 펄스를 방출한다. 시간 검출은 공간 검출과 동시에 활성화된다. 타겟이 공간 검출에 의해 위치지정되지 않는 한, 텔레미터는 새로운 펄스를 방출한다.
각각의 펄스에는 옵션으로는 추가로 알 수 있는 바와 같이, 단계 302 에서 날짜가 기입된다.
시간 검출 단계 303 에서, 데이터 프레임 ST 가 시간 검출기 (11) 에 의하여, 구해진 거리 도메인 및 서브-도메인에서 타겟의 에코의 리턴 시간 윈도우 동안 레코딩된다. 이 데이터 프레임 ST 는 타겟과 텔레미터 간의 거리의 계산에 잠재적으로 유용하다.
단계 303 과 동시이고 공간 검출기 (10) 에 의하여 보장되는 단계 304 에서, 공간 검출은 동일한 레이저 에코에서 발생하는 인터그레이션 값 I 를 획득하기 위해서, 구해진 거리 도메인 또는 서브-도메인에서 타겟의 에코의 동일한 리턴 시간 윈도우 동안 인터그레이션에 있다.
판별 수단 (14) 에 의해 보장된 단계 305 에서, 공간 검출에서 발생하는 공간 정보 SS 및 시간 검출에서 발생하는 데이터 프레임 ST 는 그들이 동일한 레이저 에코에서 발생하기 때문에 데이터의 후속 프로세싱을 위해 연관된다. 그들은 예를 들어, I, ST 및 펄스의 방출의 날짜를 포함하는 데이터의 블록의 형태에 있어서 연관된다.
판별 수단 (14) 에 의해서 또한 보장되는 공간 정보를 분석하는 단계 306 은, 타겟의 에코가 충분하지 않고 이 경우에는 이 반복 동안 획득된 데이터 블록은 거부되고 프로세스는 단계 301 에서 재개되거나, 또는 타겟의 에코가 충분하고 이 경우에는 단계 307 로 진행 : I>S1 이면, ST 및 날짜는 포스트 인터그레이션 수단 (16) 으로 통신된다는 결론을 내린다.
단계 307 은 이전의 사이클들 동안 축적된 데이터와의 시간 프레임 ST 의 포스트 인터그레이션을 수행한다. 이 동시의 동작 모드에 따르면, 시간 검출의 다운스트림으로 선택이 일어난 후부터, 일반적으로 전부가 아닌, 시간 검출기에서 발생하는 소정의 프레임들이 포스트 인터그레이션에 대해 고려된다.
포스트 인터그레이션 수단 (16) 에 의해 보장된 단계 308 에서, 프레임들의 포스트 인터그레이션의 단계의 완료 시에 얻어진 신호가 거리의 공개를 허용하는 것이 검증된다 : 추출된 신호의 레벨은 오경보의 확률이 허용가능한 임계값 S2 와 비교된다. 계산 수단 (17) 에 의해 공개가능한 거리가 없다면, 프로세스는 거리가 공개될 때까지 새로운 프레임을 어그리게이팅하기 위해서 단계 301 로부터 반복된다. 추출된 신호의 레벨이 오경보의 확률이 허용가능한 임계값 S2 보다 더 큰 경우, 프로세스는 거리의 공개로 종결된다.
전제부에서 제안된 예로 되돌아가보자 : 본 발명의 하나의 양태에 따르면, 10 의 이득에 대해, 포스트 인터그레이션은 텔레미터가 이용되지 않을 때에는 400 개의 프레임들 대신에 단지 100 개의 유효한 프레임들, 즉 200 개의 레코딩된 프레임들과 관련될 것이다.
이제, 이동 타겟의 경우를 다루자.
도 3 은 타겟의 에코를 포함하는 16 개의 프레임들의 레코딩을 나타내며, 타겟과 텔레미터 간의 상대 속도는 공지되고 일정하다. 각각의 프레임에 대응하는 펄스의 방출의 날짜 스탬핑 및 상대 속도를 고려하는 정정 (correction) 은 포스트 인터그레이션 단계를 행하기 위해 공칭 프로세스 (nominal process) 에 접근하는 것을 가능하게 한다. 타겟과 텔레미터 간에 얻어진 거리는 단지 주어진 순간에만 유효할 것이다. 얻어진 거리에는 따라서 날짜가 기입되어야 한다. 임의의 다른 순간에, 그 거리의 정정은 상대 속도를 고려함으로써 행해져야 할 것이다.
속도가 불충분하게 공지된다면, 여러 속도 가정들이 테스트되어야 할 것이다. 속도 가정들의 수 n 은 타겟과 텔레미터 간의 상대 속도 v 에, 제 1 프레임과 마지막 프레임 간의 시간
Figure pct00010
t 를 곱하고 거리 레졸루션 R 로 나눈 것 (
Figure pct00011
) 에 대응한다.
예를 들어, 1 초의 제 1 프레임과 마지막 프레임 간의 지속기간,
Figure pct00012
에서
Figure pct00013
로 가변할 수도 있는 상대 속도 및 2.5m 의 거리 레졸루션을 가정하면, 최소 16 개의 속도 가정들이 테스트되어야 할 것이다.
이제, 포스트 인터그레이션 단계가 효과적이게 되도록, 타겟의 신호는 모든 프레임들 전체에 걸쳐 합산되어야 한다.
결과적으로, 각각의 속도 가정에 대해, 텔레미터와 타겟 간의 거리의 계산은 각 프레임의 방출의 시간 라벨 및 선택된 속도 가정을 고려하면서 수행된다.
포스트 인터그레이션에 후속하는 계산이 가장 강한 신호를 제공한다는 속도 가정이 가장 가능성이 있다. 거리는 날짜 및 가능한 속도와 함께 제공된다.
단일 펄스의 검출 제한에 대하여, 10 의 이득의 이상적인 경우가 필요한 타겟 및 100Hz 에서의 텔레미터의 예를 들어보자. 타겟이 텔레메트리의 지속기간 동안 적절히 센터링되는 경우에 있어서, 각 프레임에서의 에코의 존재의 확률은 1 일 것이다. 포스트 인터그레이션은 100 개의 프레임들에서 행해질 것이다. 이전에 알 수 있는 바와 같이, 제 1 프레임과 마지막 프레임 간의 지속기간이 1 초이고, 최대 상대 속도가
Figure pct00014
이며, 거리 레졸루션가 2.5m 이면, 속도 가정들의 수는 16 이다.
프레임에서의 타겟의 에코의 존재의 확률이 1/2 이면, 이전에 알 수 있는 바와 같이, 1 의 존재의 확률로 얻어진 것과 동일한 신호-대-노이즈비를 얻도록 400 개의 프레임들이 필요하다. 따라서 프레임들의 수에는 4 의 팩터가 곱해진다.
또한, 1s 에서 4s 로 진행하는 제 1 프레임과 마지막 프레임 간의 시간의 증가로 인해, 속도 가정들의 수에 4 가 곱해지며, 즉, 64 가 된다.
결과적으로, 포스트 인터그레이션 단계 동안 수행될 동작들의 수에는 결국 4×4=16 의 팩터가 곱해진다.
본 발명의 하나의 양태에 따른 텔레미터의 이용의 경우에, 추정 (reckoning) 은 다음과 같다. 레코딩될 프레임들의 수에는 프레임에서의 타겟의 존재의 확률 1/2 때문에 2 가 곱해지고, 포스트 인터그레이션에서 프로세싱될 프레임들의 수는 : 모든 이들 프레임들이 타겟의 에코를 포함하고 제 1 방출과 마지막 방출 간의 시간에 2 가 곱해지기 때문에 속도 가정들의 수에 2 가 곱해지므로 100 개의 프레임들로 동일하게 유지된다. 포스트 인터그레이션 단계 동안 수행될 동작들의 수에는 오로지 속도 가정들의 수의 배가 (doubling) 로 인해 2 의 팩터가 곱해진다.
따라서, 본 발명의 도움으로, 프레임에서의 타겟의 에코의 존재의 확률이 1/a 인 이동 타겟의 경우에, 상대 속도에 관한 가정들을 고려하여, 포스트 인터그레이션 단계 동안의 동작들의 수 및 획득 시간에는 a 가 곱해진다. 반면, 본 발명을 사용하지 않는 경우, 프레임에서의 타겟의 에코의 존재의 확률이 1/a 인 이동 타겟의 경우에, 획득 시간에는 a2 이 곱해지고, 상대 속도에 관한 가정들을 고려하여, 포스트 인터그레이션 단계 동안의 동작들의 수에는 a4 이 곱해진다.
Figure pct00015

Claims (17)

  1. 텔레미터에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 디바이스로서,
    - 레이저 펄스 방출기 (2),
    - 상기 타겟에 의해 후방산란된 레이저 에코들 (31) 의 수신기 (3) 로서,
    인터그레이터로서 셋업된 적어도 하나의 포토다이오드를 포함하고 소위 공간 신호를 제공가능한 공간 검출 디바이스 (10), 및
    트랜스임피던스 회로에 커플링된 적어도 하나의 포토다이오드를 포함하고 소위 시간 신호를 제공가능한 시간 검출 디바이스 (11)
    를 포함하는, 상기 수신기 (3),
    - 상기 타겟의 거리를 계산하기 위한 유닛 (17) 을 포함하는, 상기 공간 신호의 및 상기 시간 신호의 프로세싱의 수단 (4) 으로서, 상기 시간 신호는 미리 결정된 지속기간 동안 검출된 데이터의 레코딩인 데이터 프레임의 형태로 존재하는, 상기 프로세싱의 수단 (4) 을 포함하며,
    상기 프로세싱의 수단 (4) 은 :
    - 출력에서 상기 타겟의 거리를 계산하기 위한 유닛에 링크된, 시간 신호들의 포스트 인터그레이션 수단 (16),
    - 상기 공간 검출 디바이스 (10) 에 그리고 상기 시간 검출 디바이스 (11) 에 링크되어, 상기 공간 신호에 따라 상기 포스트 인터그레이션 수단에 송신될 상기 시간 신호들을 선택하는 수단 (14) 을 포함하는 것을 특징으로 하는 텔레미터에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간 신호들을 선택하는 수단은, 출력에서 스위치 (14a) 를 통해 상기 시간 검출 디바이스 (11) 에 링크되고, 입력에서 상기 공간 검출 디바이스 (10) 에 링크되며 상기 공간 신호에 따라 상기 스위치 (14a) 를 통해 상기 시간 검출 디바이스 (11) 를 스위칭가능한 스위칭 제어부 (14b) 를 포함하고, 상기 포스트 인터그레이션 수단 (16) 은 입력에서 상기 시간 검출 디바이스 (11) 에 링크되는, 텔레미터에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스위칭 제어부 (14b) 는 또한, 상기 포스트 인터그레이션 수단 (16) 에 링크되는, 텔레미터에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시간 신호들을 선택하는 수단은, 입력에서 상기 공간 검출 디바이스 (10) 에 그리고 상기 시간 검출 디바이스 (11) 에 링크되고, 출력에서 상기 포스트 인터그레이션 수단 (16) 에 링크되는 판별 수단 (14) 인, 텔레미터에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 디바이스.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프로세싱의 수단 (4) 은 상기 프레임들의 시간 라벨링의 수단 (15) 을 포함하는, 텔레미터에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 디바이스.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 펄스 방출기 (2) 는 방출의 방향을 갖고, 상기 수신기 (3) 는 수신의 방향을 가지며,
    상기 방출의 방향 및 상기 수신의 방향을 얼라이닝하기 위한 디바이스 (12) 를 더 포함하는, 텔레미터에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 디바이스.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이저 펄스 방출기 (2) 는 확산 (divergence) 에 적응하고 레이저 빔을 무한대로 콜리메이팅하는 수단을 포함하는, 텔레미터에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 디바이스.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    최소 텔레메트리 거리보다 더 작은 거리들에 대한 타겟의 존재를 검출하는 수단을 더 포함하며, 상기 검출 수단은 레이저 방출의 동작을 비활성화하고 제로 거리로부터 상기 디바이스의 오큘러 안전 (ocular safety) 을 보장하기 위해 적응되는, 텔레미터에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 디바이스.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    텔레메트리 축을 배향하는 수단을 더 포함하는, 텔레미터에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 디바이스.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 텔레메트리 축과 상기 타겟의 포지션 간의 데비오메트리 (deviometry) 를 측정하는 수단을 더 포함하며, 상기 측정 수단은 상기 공간 검출기에 연결되는, 텔레미터에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 디바이스.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 텔레미터 (1) 에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 방법으로서,
    - 방출 디바이스 (2) 에 의한 레이저 펄스의 방출의 서브-단계 (202, 301), 공간 신호 SS 를 검출하고 SS 의 인터그레이션의 값 I 를 획득하는 서브-단계 (203, 304) 를 포함하는 공간 검출 단계,
    - 상기 방출 디바이스 (2) 에 의한 레이저 펄스들의 방출의 서브-단계, 및 데이터 프레임들의 형태의 시간 신호 ST 를 획득하는 서브-단계를 포함하는 시간 검출 단계,
    - 상기 공간 신호 SS 에 따라 상기 데이터 프레임들 ST 의 포스트 인터그레이션의 단계 (208, 307),
    - 상기 포스트 인터그레이션의 결과가 임계값보다 높을 때 (단계 209, 308), 상기 거리를 계산하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 텔레미터 (1) 에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    제 2 항과 결합하여 얻어진 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 텔레미터 (1) 에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 방법은 다음의 순차적인 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 텔레미터 (1) 에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 방법.
    - 상기 방출 디바이스 (2) 에 의한 레이저 펄스의 방출의 서브-단계 (201), 상기 펄스의 레이저 에코에 대응하는 상기 공간 신호 SS 를 검출하고 SS 의 인터그레이션의 값 I 를 획득하는 서브-단계 (202) 를 포함하고, 상기 값 I 가 미리 결정된 임계값 S1 보다 낮을 때 (단계 203), 이전의 단계가 반복되는, 공간 검출 단계,
    - 그렇지 않고 타겟이 그 후 검출되었다면, 상기 방출 디바이스 (2) 에 의한 다른 레이저 펄스들의 방출의 서브-단계 (205), 및 이들 다른 펄스들의 상기 레이저 에코들에 대응하는, 데이터 프레임의 형태의 시간 신호 ST 를 획득하는 서브-단계 (206, 207) 를 포함하는 시간 검출 단계가 구현된다,
    - 상기 시간 검출 단계 동안 얻어진 상기 데이터 프레임들 ST 의 포스트 인터그레이션의 단계 (208).
  13. 제 12 항에 있어서,
    제 3 항과 결합하여 얻어진 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 텔레미터 (1) 에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 방법은 다음의 순차적인 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 텔레미터 (1) 에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 방법.
    - 상기 방출 디바이스 (2) 에 의한 레이저 펄스의 방출의 서브-단계 (201'), 상기 펄스의 상기 레이저 에코에 대응하는 상기 공간 신호 SS 를 검출하고 SS 의 인터그레이션의 값 I 를 획득하는 서브-단계 (202') 를 포함하고, 상기 값 I 가 미리 결정된 임계값 S1 보다 낮을 때 (단계 203'), 이전의 서브-단계들이 반복되는, 제 1 공간 검출의 단계,
    - 그렇지 않고 타겟이 그 후 검출되었다면, 상기 방출 디바이스 (2) 에 의한 다른 레이저 펄스들의 방출의 서브-단계 (205'), 및 이들 다른 펄스들의 상기 레이저 에코들에 대응하는, 프레임들의 그룹 A 라 칭하는 데이터 프레임들의 형태의 시간 신호 ST 를 획득하는 서브-단계 (206', 207') 를 포함하는 시간 검출 단계가 구현된다,
    - 상기 시간 검출 단계 동안 얻어진 데이터 프레임들 ST 의 상기 그룹 A 의 포스트 인터그레이션의 단계 (208'),
    - 상기 그룹 A 의 것과는 다른 상기 방출 디바이스 (2) 에 의한 다른 레이저 펄스들의 방출의 서브-단계 (205'), 이들 다른 펄스들의 상기 레이저 에코들에 대응하는, 프레임들의 그룹 B 라 칭하는 데이터 프레임들의 형태의 시간 신호 ST 를 획득하는 서브-단계 (206', 207'), 및 프레임들의 상기 그룹 B 를 메모리에 배치하는 서브-단계를 포함하는 시간 검출 단계가 구현된다,
    - 상기 방출 디바이스 (2) 에 의한 레이저 펄스의 방출의 서브-단계 (201'), 상기 펄스의 상기 레이저 에코에 대응하는 상기 공간 신호 SS 를 검출하고 SS 의 인터그레이션의 값 I 를 획득하는 서브-단계 (202') 를 포함하는 제 2 공간 검출의 단계, 상기 값 I 가 미리 결정된 임계값 S1 보다 높을 때 (단계 203'), 상기 공간 검출이 확인되면, 데이터 프레임들의 상기 그룹 B 의 포스트 인터그레이션의 단계 (208'),
    - 및 그 후 프레임들의 새로운 그룹 A 의 획득,
    - 및 상기 값 I 가 미리 결정된 임계값 S1 보다 낮을 때 (단계 203'), 사이클은 상기 제 1 공간 검출의 레벨에서 재개된다.
  14. 제 11 항에 있어서,
    제 4 항과 결합하여 얻어진 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 기재된 텔레미터 (1) 에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 방법은 다음의 단계들을 포함하는 것을 특징으로 하는 텔레미터 (1) 에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 방법.
    - 상기 방출 디바이스 (2) 에 의한 레이저 펄스의 방출의 서브-단계 (301), 상기 펄스의 레이저 에코에 대응하는 상기 공간 신호 SS 를 검출하고 상기 선택 수단에 의해 SS 의 인터그레이션의 값 I 의 획득의 서브-단계 (304) 및 상기 펄스의 동일한 레이저 에코에 대응하는 시간 신호 ST 를 검출하는 동시의 서브-단계 (303) 를 포함하는 공간 검출 단계,
    - 상기 값 I 가 미리 결정된 임계값 S1 보다 낮을 때 (단계 306), 이전의 단계가 반복된다,
    - 그렇지 않고 타겟이 그 후 검출되었다면, 상기 포스트 인터그레이션 수단 (16) 에 의한, 대응하는 데이터 프레임들 ST 의 포스트 인터그레이션의 단계 (307).
  15. 제 11 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 프레임들의 포스트 인터그레이션 이전에 상기 프레임들의 시간 라벨렝의 단계 (206.1, 302) 를 더 포함하는, 텔레미터 (1) 에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 방법.
  16. 제 11 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    텔레미터될 상기 타겟은 이동형인, 텔레미터 (1) 에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 단계들은 상기 타겟과 상기 텔레미터 간의 상대 속도의 다양한 가정들에 대해 반복되는, 텔레미터 (1) 에 의하여 타겟의 거리를 측정하는 방법.
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