KR20200021756A - 음의 상관관계를 이용한 라이더 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 상관신호를 이용하여 타깃(140)의 상태를 확인하는 라이더(100)에 관한 것으로, 서로 다른 2개 이상의 상관신호를 발생하는 상관신호 발생부(110)와, 2개 이상의 상관신호 중 일부의 상관신호를 송신신호(St)로서 대기 중으로 방사하고, 방사된 송신신호(St) 중 측정 타깃인 타깃(140)에서 반사하여 되돌아오는 신호를 수신신호(Sr)로서 수신하는 신호 송수신부(130)와, 2개 모드의 상관신호 중 다른 상관신호를 기준신호(Sref)로 하여, 이 기준신호를 적절한 지연시간만큼 지연시키는 지연시간 조절부(150), 수신신호와 기준신호를 합친 신호가 문턱 값 이상의 SNR을 가지는가 여부를 판정함으로써 지연시간 조절부(150)에 의해 지연된 지연시간이 적절한가 여부를 판정하는 지연시간 판정부(180)와, 수신신호와 기준신호를 이용하여 타깃(140)의 특성을 확인하는 처리부(190)를 포함한다.
Description
본 발명은 음의 상관신호 또는 음의 상관관계를 갖는 신호를 이용한 무상관 라이더에 관한 것이다.
발사된 레이저 광이 산란 또는 반사되어 돌아오는 시간과 세기, 주파수의 변화, 편광상태의 변화 등으로부터 측정 타깃의 특성(라이더와 타깃 사이의 거리, 타깃의 형상, 타깃의 3차원 영상) 등을 확인하는 라이더(Light Detection And Ranging : LIDAR)는 레이더, 카메라, 이미지센서 등에 비해 측정 정밀도가 좋아서 자율주행 시스템에서는 필수의 장치로 인식되고 있고, 이런 요구에 부응하여, 최근 차량의 주변 환경을 신속하게 관측할 수 있는 차량에 탑재 가능한 라이더가이 출시되고 있고, 자율주행 기술의 발전에 따라서 기하급수적인 성장이 기대되고 있다.
한편, 현재 상용화된 라이더는 상호 간섭의 문제가 있어서, 측정 영역 내에 작동 중인 여러 개의 라이더가 존재할 경우 상호 간섭에 의해 심각한 측정오류를 발생시켜서 사고를 유발할 수 있다. 또한, 물리적 해킹에 대한 대책이 거의 없다는 문제가 있어서, 해킹을 이용한 테러 등에 악용될 가능성도 있다.
이와 같은 문제에 대한 대응방안으로 송신신호와 수신신호 사이의 상관관계를 측정하는 방식의 라이더가 공지되어 있고, 그 중 하나로, 의사임의 비트(Pseudo-random bit) 열을 생성하여, 매 펄스마다 서로 다른 비트 패턴으로 변조한 신호를 전송하는 동시에 이 변조패턴을 기억하고, 반사되어 되돌아온 수신신호와의 상관관계의 확인에 의해 해킹 여부를 확인하는 방법이 공지되어 있다(비 특허문헌 1 참조).
그러나 비 특허문헌 1의 방법은 완전한 랜덤 비트가 아니므로 펄스 간의 간섭의 여지가 있으며, 해커가 변조패턴을 알아낼 수 있다는 문제가 있다.
또, 비 특허문헌 1과는 다른 방안으로, 레이저의 카오스(chaos) 상태를 이용하여, 예측이 어려운 무질서한 레이저(chaotic laser)의 출력을 전송 및 기억하고, 반사되어 되돌아온 수신신호와의 상관관계의 확인에 의해 간섭을 피하고, 해킹을 억제하는 방법도 공지되어 있다(비 특허문헌 2 참조).
그러나 비 특허문헌 2의 방법은 시스템이 매우 불안정하여 실용적이지 않다.
또, 이들 종래의 방법들은 기억된 신호와 수신신호 사이의 상호 상관관계(Cross-correlation) 확인을 위해서는 두 신호를 디지털화하여 프로세서를 이용한 연산과정이 필요하다. 이 상관관계를 구하는 기존의 방법들은 신호의 시간 영역에서 구하는 방식과 주파수 영역에서 구하는 방식이 있으며, 주파수 영역에서 구하는 방법이 계산복잡도가 낮아서 선호되고 있다. 그러나 현재 알려진 라이더에서 150m(1cm 해상도) 거리에 있는 사물을 측정하기 위해서는 10,000개 이상의 많은 샘플이 필요하기 때문에 상관관계 확인을 위한 연산 시간이 길어지는 문제가 있다.
특히, 스캔닝 방식(자율주행 차량 등에서 사용)의 라이더에서는 물체를 인식하기 위해 매우 많은 픽셀로 이루어진 포인트 크라우드 데이터를 형성해야 하므로 보다 빠른 측정이 요구된다. 그러므로 종래 방식은 자율주행 차량과 같이 사물을 신속하게 인식하여 대처해야 할 필요가 있는 응용분야에는 적용이 어렵다는 문제도 있다.
한편, 라이더의 수신감도 향상을 위해서는 코히어런트 검출방식을 이용하는 것이 바람직하며, 코히어런트 검출법은 수신신호와 국부발진기 사이의 편광이 일치해야 신호를 수신할 수 있다는 점에서 편광의 일치 여부에 민감하게 반응하는데, 라이더의 수신신호는 타깃 표면의 상태 또는 광의 이동경로 내에 존재하는 물질 등에 따라서 편광이 바뀔 수 있으므로, 편광의 변화를 측정하여 타깃 표면의 특징이나 라이더와 타깃 사이 매질의 특성과 밀도 등을 분석하는 방법들이 공지되어 있으며, 이러한 방법들은 편광신호(예를 들어 x 편광신호)를 송신하여 수신신호의 두 편광성분(x 편광, y 편광)의 시간에 따른 세기 비율의 변화를 분석하는 방식을 채택하고 있다. 그러나 이 방법 또한 상기한 라이더 간의 간섭문제로 인해 측정결과에 심각한 오류가 발생할 수 있다.
Fan-Yi Lin and Jia-Ming Liu, Chaotic Lidar, IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 10, NO. 5, SEPTEMBER/OCTOBER 2004
N. Takeuchi, N. Sugimoto, H. Baba, and K. Sakurai, Random modulation cw lidar, APPLIED OPTICS, Vol. 22, No. 9, 1 May 1983
본 발명은 종래기술의 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 라이더 간의 간섭문제를 해결하는 동시에 해킹 가능성을 낮춰서 보안성을 향상시키며, 추가적인 고속의 연산장치 없이 간단한 하드웨어 구성으로 기존의 방법보다 10배 이상 빠르게(수십 ㎲) 상관관계 측정이 가능한 라이더를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 타깃에서 반사하여 되돌아오는 수신신호를 더 민감하게 수신할 수 있도록 코히어런트 검출을 할 수 있고, 수신신호의 편광 정보를 다른 신호와의 간섭 없이 분석 가능하며, 상기 특징과 같이 빠른 상관관계 측정이 가능한 라이더를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 라이더는, 음의 상관신호를 이용한 라이더로, 2개 이상의 음의 상관신호를 발생하는 상관신호 발생수단과, 상기 2개 이상의 음의 상관신호 중 일부의 상관신호를 송신신호로서 대기 중으로 방사하고, 방사된 송신신호 중 타깃에서 반사하여 되돌아오는 신호를 수신신호로서 수신하는 신호 송수신수단과, 상기 2개 이상의 신호 중 송신신호 이외의 나머지 상관신호를 기준신호로 하여, 상기 수신신호와 상기 기준신호를 이용하여 상기 타깃의 특성을 확인하는 처리수단을 포함한다.
또, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 라이더는, 음의 상관신호를 이용한 라이더로, 서로 다른 2개 이상의 음의 상관신호를 발생하는 상관신호 발생수단과, 서로 다른 2개 방향의 편광성분을 발생하는 국부발진기와, 상기 2개 이상의 음의 상관신호 중 일부의 상관신호를 송신신호로서 대기 중으로 방사하고, 방사된 송신신호 중 타깃에서 반사하여 되돌아오는 신호를 수신신호로서 수신하는 신호 송수신수단과, 상기 국부발진기가 발생한 상기 2개 방향의 편광성분을 X 방향의 편광성분과 Y 방향의 편광성분으로 분리하는 제 1 편광 빔 스플리터와, 상기 수신신호를 X 방향의 편광성분과 Y 방향의 편광성분으로 분리하는 제 2 편광 빔 스플리터와, 상기 2개 이상의 음의 상관잡음 중 상기 송신신호 이외의 나머지 상관신호를 기준신호로 하여, 상기 제 1 편광 빔 스플리터 및 상기 제 2 편광 빔 스플리터에 의해 각각 분리된 X 방향 및 Y 방향의 편광성분으로부터 각각 검출된 검출신호와 상기 기준신호를 이용하여 상기 타깃의 특성을 확인하는 처리수단을 포함한다.
기존의 라이더 신호 간 상호간섭이 없는 라이더는 상관관계 연산을 위해 많은 시간이 필요했기 때문에 빠르게 주변을 탐색해야 하는 자율주행 차에는 적합하지 않았다. 상기 구성을 구비하는 본 발명에 의하면 별도의 연산장치 없이 빠르게 상관관계 측정이 가능한 상호간섭이 없는 라이더를 얻을 수 있다.
또한, 매 측정시점마다 전송신호끼리도 상관관계가 없는, 반복되지 않는 랜덤한 신호를 사용하기 때문에 각각의 측정간에 간섭이 없다.
또, 상기 구성을 구비하는 본 발명에 의하면 타깃에서 반사하여 되돌아오는 수신신호의 편광에 관계없이 코히어런트 검출을 할 수 있는 라이더를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태 1의 라이더의 구성을 나타내는 도면,
도 2는 도 1의 상관신호 발생부의 구성을 나타내는 도면,
도 3은 상관신호 발생부의 출력의 특징을 나타내는 그래프,
도 4는 도 1의 지연시간 조절부를 전자소자로 구현하는 예를 나타내는 도면,
도 5는 도 1의 지연시간 판정부를 구현원리를 나타내는 그래프,
도 6은 실시형태 1의 라이더에 의한 상관관계 복원결과를 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시형태 2의 라이더의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 상관신호 발생부의 구성을 나타내는 도면,
도 3은 상관신호 발생부의 출력의 특징을 나타내는 그래프,
도 4는 도 1의 지연시간 조절부를 전자소자로 구현하는 예를 나타내는 도면,
도 5는 도 1의 지연시간 판정부를 구현원리를 나타내는 그래프,
도 6은 실시형태 1의 라이더에 의한 상관관계 복원결과를 나타내는 그래프,
도 7은 본 발명의 바람직한 실시형태 2의 라이더의 구성을 나타내는 도면이다.
이하, 첨부 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시형태에 대해서 상세하게 설명한다.
<실시형태 1>
먼저, 본 발명의 바람직한 실시형태 1에 대해서 도 1 내지 6을 참조하면서 상세하게 설명한다. 도 1은 본 발명의 바람직한 실시형태 1의 라이더의 구성을 나타내는 도면, 도 2는 도 1의 상관신호 발생부의 구성을 나타내는 도면, 도 3은 상관신호 발생부의 출력의 특징을 나타내는 그래프, 도 4는 도 1의 지연시간 조절부를 전자소자를 이용하여 구현하는 예를 나타내는 도면, 도 5는 도 1의 지연시간 판정부를 전자소자를 이용하여 구현하는 예를 나타내는 도면, 도 6은 실시형태 1의 라이더에 의한 상관관계 복원결과를 나타내는 그래프이다.
도 1에 나타내는 것과 같이, 본 발명의 바람직한 실시형태 1의 라이더(100)는 음(혹은 역상관)의 상관신호를 발생하는 상관신호 발생부(110)와 광 서큘레이터(120)와 신호 송수신부(130)와 지연시간 조절부(150)와 광 검출기(160)와 전기신호 결합기(170)와 지연시간 판정부(180)와 처리부(190)를 포함하며, 상관신호 발생부(110)부터 광 검출기(160)까지는 광섬유를 통해서 서로 광학적으로 접속되어 있고, 지연시간 조절부(150)와 광 검출기(160)의 출력단에서부터 처리부(190) 사이는 전기신호용 케이블을 이용하여 전기적으로 접속되어 있다.
상관신호 발생부(110)는 서로 다른 파장의 2개의 신호를 생성하며, 생성한 2개의 신호 중 하나는 기준신호(Sref)로 이용하고, 나머지 하나는 송신신호(St)로 사용하도록 한다.
본 발명의 바람직한 실시형태 1의 상관신호 발생부(110)의 구체적인 구성에 대해서 설명한다.
도 2에 나타내는 것과 같이, 상관신호 발생부(110)는 광대역 광원(111)과 배열 도파로 격자(112)와 광 커플러(C)와 에르븀 첨가 파이버 증폭기(Erbium doped Fiber Amplifier(113)와 대역통과필터(114)와 광 서큘레이터(115)와 패브리-페롯 레이저 다이오드(116)와 배열 도파로 격자(117)를 포함하며, 이들은 광섬유를 통해서 서로 광학적으로 서로 접속되어 있다.
광대역 광원(Broadband Light Source : BLS, 111)은 상대적으로 넓은 파장 대역의 광을 발생하는 광원이며, 본 발명의 상관신호 발생용 광원이다.
광대역 광원(111)에서 발생한 광(신호)은 배열 도파로 격자(arrayed waveguide grating : AWG, 112)에서 2개의 파장 대역(λ1 및 λ2)의 광으로 분리되며, 분리된 2개의 파장 대역의 광이 본 발명의 음의 상관신호, 즉 기준신호(Sref)와 송신신호(St)가 된다.
배열 도파로 격자(112)에서 분리된 2개의 파장 대역의 광은 광 커플러(C)에 의해 결합하여, 예를 들어 에르븀 첨가 파이버 증폭기(Erbium doped Fiber Amplifier, 113)와 같은 증폭기에 의해 증폭되어서, 대역통과필터(114)를 통과하면서 추가적인 잡음신호가 제거된 후, 광 서큘레이터(115)를 통해서 패브리-페롯 레이저 다이오드(Fabry-Perot Laser Diode : F-P LD, 116)에 주입된다. 이때, 패브리-페롯 레이저 다이오드(116)에 주입되는 2개의 파장 대역의 광의 채널 간격과 패브리-페롯 레이저 다이오드(116)의 모드 간격(mode spacing)은 일치한다.
이와 같이, 본 실시형태의 상관신호 발생부(110)는 에르븀 첨가 파이버 증폭기(Erbium doped Fiber Amplifier, 113)를 이용하여 2개의 채널의 광의 세기(intensity)를 증폭시켜서 패브리-페롯 레이저 다이오드(116)에 주입하도록 하고 있고, 패브리-페롯 레이저 다이오드(116)의 강한 이득포화(gain saturation) 현상을 이용하여 2개의 광(신호)의 세기 사이에 음의 상관관계를 형성하도록 하고 있다.
패브리-페롯 레이저 다이오드(116)를 통해서 음의 상관관계를 형성한 2개의 신호는 광 서큘레이터(115)를 통해서 배열 도파로 격자(117)로 출력되며, 배열 도파로 격자(117)에서 각각 기준신호(Sref)와 송신신호(St)로 분리되어 출력된다.
도 3 (a)는 상관신호 발생부(110)가 출력하는 상관신호의 광학 스펙트럼을 나타내는 것으로, 바람직하게는 상관신호 발생부(110)로부터 출력하는 2개 파장의 신호 중 세기가 가장 큰 신호를 기준신호(Sref)로 사용하고, 그 다음의 세기를 갖는 신호를 송신신호(St)로 사용하도록 한다. 그러나 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 그 역으로 해도 상관없다.
또, 도 3 (b)는 상관신호 발생부(110)가 출력하는 2개의 신호, 즉 기준신호(Sref)와 송신신호(St) 사이에 상호 음의 상관관계(cross correlation)를 가진다는 것을 확인한 결과를 나타내는 그래프로, 기준신호(Sref)와 송신신호(St) 사이의 상관관계 시간은 약 110㎰이다.
또, 본 발명에서 말하는 이상적인 음의 상관신호는 서로 다른 2개의 신호를 합한 경우 각각의 요동치는 신호가 서로 상쇄되어 DC 성분만이 나타나게 되는 신호이며, 본 발명에서는 송신신호(St)가 후술하는 대상물에서 산란 또는 반사(이하에서는 간단하게 「반사」라 한다)하여 되돌아온 신호인 수신신호(Sr)를 적절한 시간만큼 지연시킨 기준신호(Sref)와 합쳤을 때에 미리 정해진 크기 이상의 DC 성분을 가지는 (SNR(Signal to Noise Ratio)이 매우 높은) 신호가 측정되는 것을 통해 수신신호와 기준신호 사이에 음의 상관관계가 있음을 확인하고, 이때의 지연시간을 이용하여 예를 들어 라이더와 타깃 사이의 거리를 비롯한 타깃의 특성을 확인한다.
여기서, 상기 미리 정해진 크기 이상의 높은 SNR은 라이더에 요구되는 측정의 정밀도 등을 고려하여 필요에 따라서 적절한 값으로 결정할 수 있다.
이하, 본 명세서에서 말하는 「타깃의 특성」이라는 용어는 라이더와 타깃 사이의 거리, 타깃의 형상, 타깃의 3차원 영상 등을 포괄하는 의미의 용어로 사용된다.
또, 이때, 수신신호가 자신의 라이더가 아닌 다른 라이더에서 보낸 신호인 경우는 기준신호(Sref)와 수신신호(St) 사이에서 이와 같은 음의 상관관계를 얻을 수 없으므로 다른 라이더로부터 수신된 신호 간에는 간섭이 자동으로 제거되는 것이다. 또한, 해커가 라이더에서 보낸 신호를 받아서 이를 증폭하여 보내는 경우에도, 해커는 자신의 위치보다 전방에 고스트 물체를 만들 수가 없어서 해킹도 일정부분 방지가 가능하다.
상기 예에서는 기준신호(Sref)에 가하는 지연시간이 가변적으로 적용되는 것으로 설명하였지만, 기준신호(Sref)에 고정적인 지연시간을 주고 수신신호(Sr)에 가변적인 지연시간을 가하는 형태도 가능하며, 이는 이하의 다른 모든 실시형태 또는 변형 예에 대해서도 적용 가능하다.
도 3 (c)는 상관신호 발생부(110)가 출력하는 기준신호(Sref)와 송신신호(St) 및 이들 2개의 신호를 합한 경우의 상대적인 잡음의 세기를 측정하여 비교한 그래프이며, 기준신호(Sref)와 송신신호(St) 각각은 매우 큰 잡음의 세기를 보이나, 이들 2개의 신호를 경로 지연 차이 없이 서로 합친 신호(Total mode)는 잡음의 세기가 매우 낮으며, 본 실시형태에서는 약 18dB의 차이를 나타내고 있다.
도 1로 되돌아가서, 광 서큘레이터(optical circulator, 120)는 송신신호(St)의 전송방향을 전환하며, 상세하게는 상관신호 발생부(110)가 발생한 송신신호(St)를 신호 송수신부(130)로 출력하고, 신호 송수신부(130)를 통해서 대기 중으로 방사되어서 타깃(140)에서 반사하여 신호 송수신부(130)로 되돌아오는 수신신호(Sr)를 광 검출기(160) 쪽으로 출력한다.
신호 송수신부(130)는 광 서큘레이터(120)가 출력하는 송신신호(St)를 대기 중으로 방사하고, 방사된 송신신호(St) 중 타깃(140)에서 반사하여 되돌아오는 신호를 수신하여 광 서큘레이터(120)로 출력한다.
타깃(140)은 본 발명의 라이더(100)의 측정 대상이며, 예를 들어 본 발명의 라이더(100)를 무인자율 주행차량에 적용한 경우에는 이 무인자율 주행차량의 주행 경로 상에 위치하는 고정타깃 또는 이동타깃 등일 수 있고, 신호 송수신부(130)를 통해서 대기 중으로 방사된 송신신호(St)를 반사시켜서 신호 송수신부(130)로 되돌려 보낸다.
지연시간 조절부(Delay unit, 150)는 상관신호 발생부(110)에서 발생한 기준신호(Sref)를 적절한 지연시간 동안 지연시키는 장치이며, 상기 지연시간만큼 지연된 기준신호(Sref)를 전기신호 결합기(170) 쪽으로 출력한다. 여기서, 상기 지연시간은 가변적이며, 필요에 따라서 적절하게 조절할 수 있다.
광 검출기(160)는 광 서큘레이터(120)의 출력인 광 수신신호를 전기신호로 변환하여 전기신호 결합기(170)에 출력한다.
전기신호 결합기(170)는 상기 미리 정해진 지연시간만큼 지연된 기준신호(Sref)와 수신신호(Sr)를 서로 합쳐서 지연시간 판정부(180)에 출력한다.
지연시간 판정부(Decision unit, 180)는 광 검출기(160)에서 출력되는 전기신호가 미리 정해진 크기 이상의 높은 SNR을 가지는가 여부, 즉 지연시간 조절부(Delay unit, 150)에 의해 지연된 기준신호와 광 검출기(160)로부터 출력되는 수신신호(Sr)의 전기신호가 서로 음의 상관관계를 가지는가 여부를 확인하고, 일정한 기준 이상의 높은 SNR을 갖는 것으로 확인된 시점에서 지연시간 조절부(Delay unit, 150)에 의해 기준신호(Sref)가 적절한 지연시간만큼 지연된 것으로 판정하고 그 결과를 처리부(190)로 출력한다.
처리부(Processing unit, 190)는 지연시간 판정부(180)에서 적절한 지연시간이 설정되었다는 취지의 신호인 판정신호를 수신한 경우, 그 지연시간을 이용하여 타깃(140)과의 거리 등, 타깃의 특성을 확인하고, 필요에 따라서 그 결과를 시각적 청각적 방식으로 외부로 출력한다.
타깃의 특성 중 예를 들어 라이더(100)와 타깃(140) 사이의 거리를 확인하는 경우, 처리부(190)는 기준신호(Sref)와 타깃(140)에서 반사하여 신호 송수신부(130)에 수신된 수신신호(Sr)를 이용하여 타깃(140)까지의 거리를 연산하며, 구체적으로는, 지연시간 판정부(180)는 전기신호 결합기(160)에 의해 하나의 광신호로 합쳐진 기준신호(Sref)와 수신신호(Sr)가 미리 정해진 기준치 이상의 SNR을 가지는지를 판별하고, 그 결과 기준신호(Sref)와 수신신호(Sr)가 미리 정해진 기준치 이상의 SNR을 가지는 것으로 확인되면 지연시간 판정부(180)는 적절한 지연시간이 설정되었다는 취지의 신호인 판별신호를 처리부(190)에 출력하며, 그 시점에서 처리부(190)는 기준신호(Sref)가 지연시간 조절부(150)에 의해 지연된 시간인 지연시간 값(△t)을 이용하여 아래 <식 1>에 의해 라이더(100)와 타깃(140) 사이의 거리(D)를 계산한다.
D = (△t×c)/2 … (식 1)
여기서, c는 빛의 속도를 나타낸다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시형태 1의 지연시간 조절부(150)를 구현하는 예에 대해서 설명한다.
먼저, 도 4를 참조하여 지연시간 조절부(150)를 전자소자들을 이용하여 구현하는 예를 보면, 지연시간 조절부(150)는 광 검출기(121)와 아날로그/디지털 변환기(122)와 시간지연부(123)와 디지털/아날로그 변환기(123)로 구성되어 있으며 이들은 모두 전기신호용 케이블로 접속되어 있다. 지연시간 조절부(150)의 입력은 광신호이고, 출력은 전기신호이다.
광 검출기(121)는 지연시간 조절부(150)로 입력하는 광신호를 전기신호로 변환하여 아날로그/디지털 변환기(122)로 출력한다.
아날로그/디지털 변환기(122)는 광 검출기(121)로부터 수신한 아날로그 신호를 샘플링하여 디지털화한 후 시간지연부(123)로 출력한다.
시간지연부(123)는 아날로그/디지털 변환기(122)로부터 수신한 디지털 데이터를 필요한 시간만큼 지연시킨 후(실제로는 지연시간을 순차적으로 가변시킴) 디지털/아날로그 변환기(124)로 출력한다.
디지털/아날로그 변환기(124)는 시간지연부(123)를 통해서 아날로그/디지털 변환기(122)로부터 수신한 디지털신호를 아날로그신호로 변환하여 출력한다.
도 4에서 설명한 지연시간 조절부(150)의 예시는 입력된 광신호를 전기신호로 변환하여 샘플링한 뒤 메모리에 저장하여 일정 시간 지연시킨 후, 이 지연된 디지털신호를 아날로그신호로 변환하여 출력하는 방식을 이용하고 있다.
그러나 지연시간 조절부(150)는 도 4의 예로 한정되는 것은 아니며, 도 4의 방식 이외에도, 지연시간 조절부(150)는 예를 들어 수동 또는 자동으로 지연시간조절이 가능한 가변 광학 지연기(variable optical delay line) 등을 이용하여 구성할 수도 있다.
다음에, 본 발명의 바람직한 실시형태 1의 지연시간 판정부(180)를 구현하는 원리에 대해서 설명한다.
먼저, 지연시간 조절부(150)에 의해 기준신호(Sref)를 지연시킨 지연시간이 부적절하면 기준신호(Sref)와 수신신호(Sr)를 합친 신호는 도 5 (a)와 같이 신호의 요동이 심한, 즉 SNR이 매우 낮은 신호로 나타날 것이며, 반면에, 지연시간 조절부(150)에 의해 기준신호(Sref)를 지연시킨 지연시간이 적절하면 기준신호(Sref)와 수신신호(Sr)를 합친 신호는 도 5 (b)와 같이 신호의 요동이 거의 없는, 즉 SNR이 매우 높은 신호로 나타날 것이며, 이 경우 기준신호(Sref)와 수신신호(Sr)는 서로 음의 상관관게를 갖는다고 할 수 있다.
상기 두 가지 경우, 즉 지연시간 조절부(150)에 의해 기준신호(Sref)를 지연시킨 지연시간이 적절한가 여부를 확인하는 방법과 이를 위한 하드웨어 구성은 다양한 방법이 있을 수 있으며, 이하에서는 그 방법에 대해서 원리를 중심으로 설명한다.
상기 지연시간이 부적절한 경우의 기준신호(Sref)와 수신신호(Sr)의 합은 SNR이 낮고 AC 성분(요동치는 신호)은 DC 성분과 비슷한 수준의 파워를 가지나, 상기 지연시간이 적절한 경우는 SNR이 높고 AC 성분(요동치는 신호)이 DC 성분에 비해 매우 낮은(18dB 정도) 파워를 갖는다. 따라서 AC 성분이 적절한 정도로 낮아진 지점을 확인하여 지연시간 조절부(150)가 기준신호(Sref)를 지연시킨 지연시간 값(△t)이 적절한가 여부를 판단할 수 있다.
이 원리를 하드웨어에 의해 구현하는 방법으로는, 먼저, 도 5 (c) 및 도 5 (d)와 같이 AC 성분은 거의 나타나지 않고 대략 DC 성분만 나타나는 지점에 미리 문턱 값(Threshold)을 설정해 두고, 도 5 (d)와 같이 요동치는 신호(기준신호(Sref)와 수신신호(Sr)를 합한 신호)가 설정된 문턱 값을 넘지 않는 지점(AC 성분의 파워가 낮아진 때)을 확인하여 이때의 지연시간을 적절한 지연시간 값(△t)으로 판단하는 방법, 또는, 도 5 (e) 및 도 5 (f)와 같이 기준신호(Sref)와 수신신호(Sr)를 합한 신호의 AC 성분을 정류기(rectifier) 등과 같은 소자를 통과시켜 DC 성분으로 변환하여, 도 5 (f)와 같이 변환된 DC 성분의 크기가 기준치 또는 문턱 값(Threshold) 이하의 값을 가지는 지점을 확인하여 이때를 적절한 지연시간 값(△t)이 적용된 것으로 판단하는 방법이 있다.
한편, 처리부(190)는 현실적으로 지연 가능한 범위 내의 모든 지연시간에 대해 기준신호(Sref)와 수신신호(Sr) 사이의 상관관계를 확인하고, 확인된 상관관계가 미리 정해진 범위를 벗어난 경우(모든 지연시간에 대해 낮은 SNR을 나타내는 경우)에는 신호 송수신부(130)를 통해서 수신된 수신신호(Sr)는 송신신호(St)가 타깃(140)에서 반사되어 되돌아온 수신신호가 아닌 것으로 판단한다.
다음에, 본 발명자들은 본 실시형태 1의 라이더(100)의 효과를 확인하기 위해 상관신호에 대한 상관관계 복원 등의 실험을 하였으며, 그 결과를 도 6을 참조하면서 설명한다. 도 6은 실시형태 1의 라이더에 의한 상관관계 복원결과를 나타내는 그래프이다.
먼저, 도 6의 빨간색 실선은 2개 모드의 상관신호, 즉 기준신호(Sref)와 송신신호(St)를 합한 때의 지연시간의 변화에 따른 SNR의 변화를 나타내며, 두 신호 사이의 지연을 적절하게 잘 맞추면 음의 상관관계를 가지는 두 신호의 합의 SNR(도 6의 적색 선)은 두 신호가 서로 음의 상관관계를 갖는 것으로 간주할 수 있는 기준 값 또는 문턱 값(Threshold, 도 6의 검은색 직선)을 훨씬 넘는 양호한 결과를 얻었다.
또, 도 6의 검은색 점선은 음의 상관신호 중 기준신호(Sref)를 전기신호로 변환하였다가 다시 광신호로 재변환한 후 이를 송신신호(St)와 합한 때의 지연시간의 변화에 따른 SNR의 변화를 나타내며, 두 신호 사이의 지연을 적절하게 잘 맞추면 음의 상관관계를 가지는 두 신호의 합의 SNR(도 6의 검은색 점선)은 두 신호가 서로 상관관계를 갖는 것으로 간주할 수 있는 기준 값 또는 문턱 값(Threshold, 도 6의 검은색 직선)을 훨씬 넘는 양호한 결과를 얻었다.
여기서, 상기한 도 6의 빨간색 실선에 비해 검은색 점선이 SNR 최고점(최대치)이 낮은 이유는 기준신호(Sref)를 전기신호로 변환한 후 광신호로 재변환하는 과정에서 신호의 일부가 왜곡되어 나타난 결과로 보이며, 본 실험에서 사용한 소자보다 성능이 더 양호한 소자를 사용하면 이들 둘의 차이는 줄어들거나 또는 없어질 것으로 예상된다.
한편, 지연시간이 적절하지 않는 경우, 도 6의 빨간색 실선과 검은색 점선 모두 기준 값 또는 문턱 값(Threshold, 검은색 직선)에 비해 낮은 SNR을 나타내며, 전송신호(Sref)와 송신신호(St) 사이에는 음의 상관관계가 더 이상 나타나지 않는다.
이상의 결과로부터, 본 실시형태의 라이더(100)에 의하면 음의 상관신호 간의 상관관계의 확인이 용이한 동시에, 라이더 자신이 송신하지 않은 신호임에도 당해 라이더에 수신된, 예를 들어 간섭신호나 해킹신호 등을 용이하게 구별할 수 있으므로 보안성이 향상된 라이더를 얻을 수 있다.
<실시형태 2>
다음에, 본 발명의 바람직한 실시형태 2에 대해서 도 7을 참조하면서 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시형태 2의 라이더(200)는 이른바 코히어런트(coherent) 검출법을 이용하여 라이더의 수신 감도를 향상시키기 위한 것이며, 앞에서도 설명한 것과 같이, 코히어런트 검출법은 이미 공지되어 있는 검출방법이다.
본 실시형태 2는 이와 같은 종래의 코히어런트 검출법을 이용해서 수신감도를 향상시키면서 수신신호의 편광 변화를 분석할 수 있고, 상호 상관관계를 신속하게 검출할 수 있는 라이더를 제안한다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시형태 2의 라이더의 구성을 나타내는 도면이며, 본 실시형태 2의 라이더(200)는, 도 7에 나타내는 것과 같이, 상관신호 발생부(210)와 국부발진기(LO)와 광 서큘레이터(220)와 신호 송수신부(230)와 2개의 편광 빔 스플리터(Polarization Beam Splitter, PBS1, PBS2)와 지연시간 조절부(250)와 4개의 광 검출기(260a, 260b, 260c, 260d)와 2개의 감산기(270a, 270b)와 전기신호분배기(Electric Signal Splitter, ESS)와 2개의 전기신호 결합기(Electric Signal Combiner, ESC1, ESC2)와 지연시간 판정부(280)와 처리부(290)를 포함하며, 구성요소 사이가 단일의 실선으로 표시된 부분은 광섬유에 의해 각 구성요소가 서로 광학적으로 접속되어 있다는 것을 나타내고, 이중의 실선으로 표시된 부분은 각 구성요소가 서로 전기적으로 접속되어 있다는 것을 나타낸다.
상관신호 발생부(210)는 서로 다른 파장의 2개 모드의 상관신호를 생성하여, 생성한 2개의 신호 중 하나는 기준신호(Sref)로 이용하고 나머지 하나는 송신신호(St)로 사용하도록 하며, 제 1 광원(211a) 및 제 2 광원(211b)과 제 1 신호원(212a) 및 제 2 신호원(212b)과 제 1 변조기(213a) 및 제 2 변조기(213b)와 음의 상관관계 발생기(214)와 배열 도파로 격자(215)를 포함한다.
제 1 광원(211a)과 제 2 광원(211b)은 각각 좁은 선 폭(narrow linewidth)의 위상잡음(phase noise)이 작은 파장 λ1 및 λ2의 레이저광을 발생하는 광원이며, 제 1 광원(211a)이 발생한 광은 광 커플러(C1)에서 2개의 광으로 분할되어서, 분할된 하나의 광은 제 1 변조기(213a)로 출력되고, 나머지 하나는 국부발진기(LO)의 국부발진신호로 이용된다.
제 1 신호원(212a) 및 제 2 신호원(212b)은 각각 상관신호 생성을 위한 신호 원(noise source)이고, 제 1 변조기(213a) 및 제 2 변조기(213b)는 각각 위상잡음이 작은 두 광원(211a, 211b)의 광을 제 1 신호원(212a) 및 제 2 신호원(212b)을 이용하여 각각 세기 변조를 한다.
음의 상관관계 발생기(214)는 주입되는 광에 강한 이득 포화를 발생시키는 기능을 하며, 예를 들어 패브리-페롯 레이저 다이오드(F-P LD)나 SOA(Semiconductor Optical Amplifier) 등을 이용할 수 있고, 제 1 변조기(213a) 및 제 2 변조기(213b)에 의해 변조되어서 광 커플러(C2)를 통해서 주입되는 신호에 대해 이득포화에 의해 각각의 신호의 크기는 크게 변하지 않으면서 두 신호의 합은 신호의 요동이 서로 상쇄되면서 높은 SNR을 가지는 상관신호를 발생시킨다. 이때 두 신호는 음의 상관관계를 가지며, 이상적인 경우의 상관관계는 -1이다.
경우에 따라서는 음의 상관관계 발생기(214) 없이도 제 1 광원(211a)과 제 2 광원(211b) 사이에 음의 상관관계를 형성할 수 있는데, 이 경우, 제 1 광원(211a)은 제 1 신호원(212a) 또는 제 2 신호원(212b)의 신호를 제 1 변조기(213a)에 인가하여 변조하고, 제 2 광원(211b)은 제 1 광원을 변조한 신호인 제 1 신호원(212a)의 -1배가 되는 신호를 제 2 변조기(213b)에 인가하여 변조하면 제 1 변조기(213a)의 출력과 제 2 변조기(213b)의 출력은 서로 음의 상관관계를 가지게 된다.
배열 도파로 격자(215)는 음의 상관관계 발생기(214)의 출력을 기준신호(Sref)와 송신신호(St)로 분리하고, 분리된 기준신호(Sref)는 지연시간 조절부(250)로, 송신신호(St)는 광 서큘레이터(220)로 각각 출력한다. 이 때 송신신호(St)는 상기 국부발진기와 동일한 파장을 가지는 신호로 선택하여야 한다.
광 서큘레이터(220)는 상관신호 발생부(210)의 배열 도파로 격자(215)로부터 출력되는 송신신호(St)의 전송방향을 전환하며, 상관신호 발생부(210)가 생성한 송신신호(St)를 신호 송수신부(230)로 출력하고, 신호 송수신부(230)를 통해서 대기 중으로 방사되어서 타깃(240)에서 반사하여 신호 송수신부(230)로 되돌아오는 수신신호(Sr)를 제 2 편광 빔 스플리터((PBS2)와 두 개의 광 커플러(C3, C4) 등을 거쳐서 네 개의 광 검출기(260a, 260b, 260c, 260d)로 출력한다.
신호 송수신부(230)는 광 서큘레이터(220)가 출력하는 송신신호(St)를 대기 중으로 방사하고, 방사된 송신신호(St) 중 타깃(240)에서 반사하여 되돌아오는 신호를 수신하여 광 서큘레이터(220)로 출력한다.
타깃(240)은 본 발명의 라이더(200)에 의해 측정하기 위한 측정 대상이며, 예를 들어 본 발명의 라이더(200)를 무인자율 주행차량에 적용한 경우에는 이 무인자율 주행차량의 주행 경로 상에 위치하는 고정타깃 또는 이동타깃 등일 수 있고, 신호 송수신부(230)를 통해서 대기 중으로 방사된 송신신호(St)를 반사시켜서 신호 송수신부(230)로 되돌려 보낸다.
국부발진기(LO)는 제 1 광원(211a)에 의해 생성되어 광 커플러(C1)에 의해 분리된 광에 대해 예를 들어 X 방향 편광 및 Y 방향 편광의 2개의 편광성분을 생성하며, 이 2개 방향의 편광 성분은 제 1 편광 빔 스플리터(PBS1)에 의해 분리되어서, 분리된 2개의 편광 성분 중 어느 한 방향(예를 들어 X 방향)의 편광성분은 광 커플러(C3)로 출력되고, 나머지 한 방향(예를 들어 Y 방향) 편광성분은 광 커플러(C4)로 출력된다.
신호 송수신부(230)에 의해 수신된 수신신호(Sr)는 광 서큘레이터(220)를 거쳐서 제 2 편광 빔 스플리터(PBS2)로 출력되며, 수신신호(Sr)의 X 방향 편광성분과 Y 방향 편광성분은 제 2 편광 빔 스플리터(PBS2)에 의해 분리된 후, 분리된 X 및 Y 방향의 편광성분 중 어느 한 방향(예를 들어 X 방향)의 편광성분은 광 커플러(C3)에서 제 1 편광 빔 스플리터(PBS1)에 의해 분리된 어느 한 방향(예를 들어 X 방향) 편광성분과 함께 제 1 광 검출기(260a)와 제 2 광 검출기(260b)로 분배되고, 또, 나머지 한 방향(예를 들어 Y 방향) 편광성분은 광 커플러(C4)에서 제 1 편광 빔 스플리터(PBS1)에 의해 분리된 나머지 한 방향(예를 들어 Y 방향) 편광성분과 함께 제 3 광 검출기(260c)와 제 4 광 검출기(260d)로 분배된다.
제 1 광 검출기(260a)와 제 2 광 검출기(260b)는 각각 입력되는 광신호를 전기신호로 변환하고, 변환된 전기신호는 제 1 감산기(270a)에서 감산된 후 제 1 전기신호 결합기(ESC1)에서 후술하는 지연시간 조절부(250)의 출력 중 전기신호분배기(ESS)를 통해 분배된 신호 중 하나의 신호와 합쳐진 뒤 지연시간 판정부(280)로 출력한다.
또, 제 3 광 검출기(260c)와 제 4 광 검출기(260d)도 각각 입력되는 광신호를 전기신호로 변환하고, 변환된 전기신호는 제 2 감산기(270b)에서 감산된 후 제 2 전기신호 결합기(ESC2)에서 지연시간 조절부(250)의 출력 중 전기신호분배기(ESS)를 통해 분배된 신호 중 상기된 경로 이외의 다른 하나의 신호와 합쳐진 뒤 지연시간 판정부(280)로 출력한다.
이와 같은 감산과정을 거침으로써 본 실시형태의 라이더(200)는 국부발진기(LO)의 광학 필드와 수신신호(Sr)의 광학 필드의 곱이 수신되도록 함으로써 세기 신호를 제거할 수 있고, 이에 의해 라이더(200)의 수신감도를 향상시킬 수 있다.
지연시간 조절부(250)는 상관신호 발생부(210)에서 발생한 기준신호(Sref)를 적절한 지연시간 동안 지연시키는 동시에 전기신호로 변환하며, 적절한 지연시간만큼의 지연과 함께 전기신호로 변환된 기준신호(Sref)는 전기신호분배기(ESS)를 통해 2개로 분배된 후, 분배된 2개의 기준신호는 각각 제 1 전기신호 결합기(ESC1)와 제 2 전기신호 결합기(ESC2)를 통해 각각 제 1 감산기(270a) 및 제 2 감산기(270b)의 출력과 합쳐진 후 지연시간 판정부(280)로 출력되며, 이때의 지연시간은 가변적이다.
지연시간 판정부(Decision unit, 280)는 네 개의 광 검출기(260a, 260b, 260c, 260d)를 통해 수신된 수신신호(Sr)와 지연시간 조절부(250)에서 적절한 지연시간만큼 지연된 후 전기신호분배기(ESS)를 통해 두 개의 경로로 분배된 기준신호(Sref)가 각각 제 1 전기신호 결합기(ESC1)와 제 2 전기신호 결합기(ESC2)에 의해 합쳐진 신호에 대해 각각 기준치 또는 문턱 값(Threshold) 이상으로 높은 SNR을 가지는가 여부를 확인하고, 기준치 또는 문턱 값(Threshold) 이상으로 높은 SNR을 가지는 순간 지연시간 조절부(250)에 적절한 지연시간이 설정된 것으로 판정하여 그 결과를 처리부(290)로 출력하며, 동시에 상기한 두 신호가 가지는 상관관계 크기의 비를 처리부(290)로 출력한다.
처리부(processing unit, 290)는 지연시간 판정부(280)에서 적절한 지연시간이 설정되었다는 취지의 판정신호를 수신한 경우, 그때의 지연시간을 가지고 타깃(240)과의 거리 등을 연산하여 출력하며, 이와 동시에 상기 두 신호가 가지는 상관관계 크기의 비를 이용하여 송신신호 대비 수신신호의 편광변화를 분석한다. 그 이외의 연산방법은 실시형태 1에서 설명한 것과 동일하므로 여기에서는 연산방법의 상세한 설명은 생략한다.
이상 설명한 것과 같이, 본 실시형태 2의 라이더(200)에서는 라이더(200)의 수신단에 제 2 편광 빔 스플리터를 추가하여, X 방향 편광성분 및 Y 방향 편광성분의 두 편광성분에 대해 각각 코히어런트 검출을 실행하고, 각 편광성분의 신호를 합한 합계 신호에 의해 거리 등의 타깃의 특성을 확인하도록 하고 있으므로, 타깃(240)에서 반사되어 되돌아오는 수신신호(Sr)의 편광에 상관없이 광의 세기 성분을 복원할 수 있으며, 따라서 종래의 코히어런트 검출법과 달리, 수신되는 광의 편광을 추적하는 등의 구성이 불필요해지게 된다.
(변형 예>
이상, 본 발명을 바람직한 실시형태 1, 2에 의해 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 범위를 이탈하지 않는 한도 내에서 다양한 변경 또는 변형이 가능하다.
상기 실시형태 1, 2에서는 지연시간 조절부(150) 또는 지연시간 조절부(250)에 의해 광신호인 기준신호(Sref)를 전기신호로 변환하는 동시에 적절한 지연시간만큼 지연시키며, 이후 이 변환된 신호는 광 검출기(160) 또는 4개의 광 검출기(260a, 260b, 260c, 260d)에 의해 전기신호로 변환된 수신신호(Sr)와 결합되는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 먼저, 광신호인 기준신호(Sref)를 적절한 지연시간 동안 지연시킨 다음에 광 커플러를 이용하여 광신호인 수신신호(Sr)와 합치고, 그 후에 전기신호로 변환하도록 해도 좋다.
또, 실시형태 2에서는 파장 λ1의 레이저 광을 발생하는 제 1 광원(211a)의 광을 일부 분리하여 국부발진기(LO)의 국부발진신호로 이용하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 파장 λ2의 레이저 광을 발생하는 제 2 광원(211b)의 광을 일부 분리하여 국부발진기(LO)의 국부발진신호로 이용하도록 해도 상관이 없으며, 다만, 이 경우에는 신호 송수신부(230)를 통해서 타깃(240)으로 방사되는 송신신호(St)도 파장 λ2의 레이저 광이 신호원과 변조기에 의해 신호로 변조된 신호를 사용하여야 한다.
또, 상기 실시형태 1, 2에서는 상관신호 발생부(110) 및 생성상관신호 발생부(210)는 서로 다른 파장의 2개 모드의 상관신호를 생성하는 것으로 설명하였으나, 이에 한정되지는 않으며, 서로 다른 2개 이상의 파장의 상관산호를 발생하여, 그 중 일부는 기준신호(Sref)로, 나머지는 송신신호(St)로 사용하도록 해도 좋다.
이상 설명한 실시형태 1, 2 및 각 변형 예는 각각 단독으로 실시해도 좋고, 서로 결합해서 실시해도 상관없다.
100, 200
라이더
110, 210 상관신호 발생부
120, 220 광 서큘레이터
130, 230 신호 송수신부
150, 250 지연시간 조절기
180, 280 지연시간 판정부
190, 290 처리부
110, 210 상관신호 발생부
120, 220 광 서큘레이터
130, 230 신호 송수신부
150, 250 지연시간 조절기
180, 280 지연시간 판정부
190, 290 처리부
Claims (7)
- 음의 상관신호를 이용한 라이더로,
2개 이상의 음의 상관신호를 발생하는 상관신호 발생수단과,
상기 2개 이상의 음의 상관신호 중 일부의 상관신호를 송신신호로서 대기 중으로 방사하고, 방사된 송신신호 중 타깃에서 반사하여 되돌아오는 신호를 수신신호로서 수신하는 신호 송수신수단과,
상기 2개 이상의 신호 중 송신신호 이외의 나머지 상관신호를 기준신호로 하여, 상기 수신신호와 상기 기준신호를 이용하여 상기 타깃의 특성을 확인하는 처리수단을 포함하는 라이더. - 음의 상관신호를 이용한 라이더로,
서로 다른 2개 이상의 음의 상관신호를 발생하는 상관신호 발생수단과,
서로 다른 2개 방향의 편광성분을 발생하는 국부발진기와,
상기 2개 이상의 음의 상관신호 중 일부의 상관신호를 송신신호로서 대기 중으로 방사하고, 방사된 송신신호 중 타깃에서 반사하여 되돌아오는 신호를 수신신호로서 수신하는 신호 송수신수단과,
상기 국부발진기가 발생한 상기 2개 방향의 편광성분을 X 방향의 편광성분과 Y 방향의 편광성분으로 분리하는 제 1 편광 빔 스플리터와,
상기 수신신호를 X 방향의 편광성분과 Y 방향의 편광성분으로 분리하는 제 2 편광 빔 스플리터와,
상기 2개 이상의 음의 상관잡음 중 상기 송신신호 이외의 나머지 상관신호를 기준신호로 하여, 상기 제 1 편광 빔 스플리터 및 상기 제 2 편광 빔 스플리터에 의해 각각 분리된 X 방향 및 Y 방향의 편광성분으로부터 각각 검출된 검출신호와 상기 기준신호를 이용하여 상기 타깃의 특성을 확인하는 처리수단을 포함하는 라이더. - 청구항 1에 있어서,
상기 수신신호와 상기 기준신호를 일정 시간 지연시킨 지연 기준신호가 서로 음의 상관관계를 가지는가 여부를 판정하는 판정수단을 더 포함하며,
상기 판정수단은 상기 지연 기준신호와 상기 수신신호를 합친 신호가 미리 정해진 크기 이상의 높은 SNR(Signal to Noise Ratio)을 가질 때 상기 지연 기준신호와 상기 수신신호가 서로 음의 상관관계를 가지는 것으로 판정하며,
상기 처리수단은 상기 지연 기준신호와 상기 수신신호가 서로 음의 상관관계를 가질 때의 지연시간을 이용하여 상기 타깃의 특성을 확인하는 라이더. - 청구항 2에 있어서,
상기 검출신호와 상기 기준신호를 일정 시간 지연시킨 지연 기준신호가 서로 음의 상관관계를 가지는가 여부를 판정하는 판정수단을 더 포함하며,
상기 판정수단은 상기 지연 기준신호와 상기 검출신호를 합친 신호가 미리 정해진 크기 이상의 높은 SNR을 가질 때 상기 지연 기준신호와 상기 검출신호가 서로 음의 상관관계를 가지는 것으로 판정하며,
상기 처리수단은 상기 지연 기준신호와 상기 검출신호가 서로 음의 상관관계를 가질 때의 지연시간을 이용하여 상기 타깃의 특성을 확인하는 라이더. - 청구항 1에 있어서,
상기 상관신호 발생수단은,
광원과,
상기 광원이 발생한 광을 서로 다른 2개 이상의 광으로 분리하는 제 1 광 분리수단과,
분리된 상기 2개 이상의 광을 증폭하는 광증폭기와,
상기 광증폭기에 의해 증폭된 광을 주입하여, 강한 이득포화 현상을 이용해서 상기 2개 이상의 광의 세기 사이에 음의 상관관계를 갖는 2개 이상의 상관신호를 형성하는 패브리-페롯 레이저 다이오드와,
형성된 상기 2개 이상의 상관신호를 상기 기준신호와 상기 송신신호로 분리하는 제 2 광 분리수단을 포함하는 라이더. - 청구항 2에 있어서,
상기 음의 상관신호 발생수단은,
서로 다른 2개 이상 파장의 레이저광을 각각 발생하는 제 1 광원 및 제 2 광원과,
상관신호 생성을 위한 신호원인 제 1 신호원 및 제 2 신호원과,
상기 제 1 광원이 발생하는 레이저광과 상기 제 1 신호원의 신호 및 상기 제 2 광원이 발생하는 레이저광과 상기 제 2 신호원의 신호에 대해 각각 세기 변조를 하는 제 1 변조기 및 제 2 변조기와,
상기 제 1 변조기 및 상기 제 2 변조기에 의해 변조되어 주입되는 광에 강한 이득 포화를 발생시켜서 상기 2개 이상의 상관신호를 발생하는 음의 상관관계 발생기와,
상기 음의 상관관계 발생기에 의해 발생한 상기 2개 이상의 상관신호를 상기 기준신호와 상기 송신신호로 분리하는 광 분리수단을 포함하는 라이더. - 청구항 6에 있어서,
상기 제 1 변조기 또는 상기 제 2 변조기 중 어느 하나의 변조기는, 상기 제 1 광원 또는 제 2 광원 중 상기 어느 하나의 변조기에 대응하는 광원이 발생한 레이저광에 대해 상기 제 1 신호원 또는 상기 제 2 신호원 중 대응하는 어느 하나의 신호원의 신호를 그대로 변조하고, 나머지 하나의 변조기는 나머지 하나의 광원이 발생하는 레이저광에 대해 대응하는 신호원의 신호를 -1배의 값으로 변조하여, 상기 2개 모드의 상관신호 사이에 음의 상관관계가 형성되도록 하는 라이더.
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| KR1020180097513A KR102170777B1 (ko) | 2018-08-21 | 2018-08-21 | 음의 상관관계를 이용한 라이더 |
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| Fan-Yi Lin and Jia-Ming Liu, Chaotic Lidar, IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, VOL. 10, NO. 5, SEPTEMBER/OCTOBER 2004 |
| Fan-Yi Lin 외 1인. Chaotic Lidar. IEEE JOURNAL OF SELECTED TOPICS IN QUANTUM ELECTRONICS, 2004년 9월/10월 1부.* * |
| N. Takeuchi, N. Sugimoto, H. Baba, and K. Sakurai, Random modulation cw lidar, APPLIED OPTICS, Vol. 22, No. 9, 1 May 1983 |
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