KR20200082354A - 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템 - Google Patents

대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템 Download PDF

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KR20200082354A
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노영민
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부경대학교 산학협력단
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Abstract

일 실시예에 따른 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템은 대기 중 산란된 광 신호를 각각의 설정 대역의 광 신호로 필터링하기 위한 복수 개의 간섭 필터들을 포함하는 간섭 필터 휠; 상기 복수 개의 간섭 필터들 중 어느 하나의 간섭 필터를 통과하는 광 신호를 수신하도록 상기 복수 개의 간섭 필터들 중 어느 하나의 간섭 필터와 정렬되는 광 검출기; 및 관측 시점에 기초하여 대기 중 에어로졸 성분에 의해 산란된 광 신호를 수신하기 위한 적어도 하나 이상의 대역을 갖는 제1채널 및 대기 중 가스 성분에 의해 산란된 광 신호를 수신하기 위한 적어도 하나 이상의 대역을 갖는 제2채널 중 적어도 하나 이상의 채널을 관측 채널로 설정하고, 상기 복수 개의 간섭 필터들 중 상기 관측 채널에 따라 선택된 적어도 하나 이상의 간섭 필터가 상기 광 검출기와 정렬되도록 상기 간섭 필터 휠을 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.

Description

대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템{RIDAR SYSTEM FOR MULTIPLE-WAVELENGTH CONTINUOUS OBSERVATION OF ATMOSPHERE}
이하, 실시예들은 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템에 관한 것이다.
대기 중 성분의 시공간적 분포를 파악하는 라이다 기술이 개발되고 있다. 이러한 라이다 기술은 대기를 관측하는데 필요한 파장의 선택의 폭을 넓힘으로써 대기 중 오염 물질에 관한 정보를 정확하게 획득할 수 있다. 다만, 관측에 필요한 파장의 선택의 폭을 넓힐수록 광전자 배증관(photomultiplier), 관련 광학 기기 등의 수가 증가하고, 이를 포함하는 시스템의 설치 공간이 증가할 수밖에 없다.
한편, 관측 상황에 따라 대기 중 성분의 분석이 제한되는 경우가 있다. 예를 들어, 대기 중 미세먼지와 같은 에어로졸의 광 신호 산란의 경우 산란 전 광 신호의 에너지와 산란 후 광 신호의 에너지 사이에 위상차가 발생하지 않아 신호의 세기가 강한 반면, 대기 중 수증기, 질소, 산소 등과 같은 가스의 광 신호 산란의 경우 가스를 구성하는 분자들의 회전 및 진동으로 인해 산란 전 광 신호의 에너지와 산란 후 광 신호의 에너지 사이에 위상차가 발생할 수 있다. 이로 인해, 주간에 대기를 관측하는 경우, 가스에 의한 광 신호의 산란에 따른 수신된 광 신호의 세기가 매우 약해 대기 중 성분의 분석에 제약이 따르는 경우가 발생할 수 있다.
한국등록특허공보 제10-1828682호 (2018.02.06. 공개)
일 실시예에 따른 목적은 하나의 광 검출기로 다양한 범위의 파장들 중 하나를 선택하여 대기를 관측하는 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 목적은 대기 관측 상황에 구속되지 않고 대기 중 성분을 분석하는 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템을 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템은 대기 중 산란된 광 신호를 각각의 설정 대역의 광 신호로 필터링하기 위한 복수 개의 간섭 필터들을 포함하는 간섭 필터 휠; 상기 복수 개의 간섭 필터들 중 어느 하나의 간섭 필터를 통과하는 광 신호를 수신하도록 상기 복수 개의 간섭 필터들 중 어느 하나의 간섭 필터와 정렬되는 광 검출기; 및 관측 시점에 기초하여 대기 중 에어로졸 성분에 의해 산란된 광 신호를 수신하기 위한 적어도 하나 이상의 대역을 갖는 제1채널 및 대기 중 가스 성분에 의해 산란된 광 신호를 수신하기 위한 적어도 하나 이상의 대역을 갖는 제2채널 중 적어도 하나 이상의 채널을 관측 채널로 설정하고, 상기 복수 개의 간섭 필터들 중 상기 관측 채널에 따라 선택된 적어도 하나 이상의 간섭 필터가 상기 광 검출기와 정렬되도록 상기 간섭 필터 휠을 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 컨트롤러는 관측 시점이 제1 시간 범위에 속하는 경우 관측 모드를 제1 관측 모드로 설정하고, 관측 시점이 제2 시간 범위에 속하는 경우 관측 모드를 제2 관측 모드로 설정할 수 있다.
상기 컨트롤러는 관측 모드가 제1 관측 모드인 경우 상기 관측 채널을 상기 제1채널로 설정하고, 관측 모드가 제2 관측 모드인 경우 상기 관측 채널을 상기 제1채널 및 상기 제2채널 모두 설정할 수 있다.
상기 컨트롤러는 사용자의 입력에 의한 총 관측 시간에 기초하여 상기 관측 모드를 선택적으로 설정할 수 있다.
상기 컨트롤러는 상기 관측 채널에 따라 선택된 적어도 하나 이상의 간섭 필터의 설정 대역에 따라 상기 적어도 하나 이상의 간섭 필터와 상기 광 검출기의 정렬 시간을 설정할 수 있다.
상기 컨트롤러는 상기 관측 채널에 따라 선택된 적어도 하나 이상의 간섭 필터가 모두 상기 광 검출기와 정렬될 때까지 반복적으로 상기 간섭 필터 휠을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템은 대기 중 산란된 광 신호의 강도를 조절하기 위한 서로 다른 투과 계수를 가지는 복수 개의 감쇠 필터들을 포함하는 감쇠 필터 휠; 대기 중 산란된 광 신호를 각각의 설정 대역의 광 신호로 필터링하기 위한 복수 개의 간섭 필터들을 포함하는 간섭 필터 휠; 상기 복수 개의 감쇠 필터들 중 어느 하나의 감쇠 필터 및 상기 복수 개의 간섭 필터들 중 어느 하나의 간섭 필터를 통과하는 광 신호를 수신하는 광 검출기; 및 상기 복수 개의 감쇠 필터들 중 어느 하나의 감쇠 필터 및 상기 복수 개의 간섭 필터들 중 어느 하나의 간섭 필터가 상기 광 검출기와 정렬되도록 상기 감쇠 필터 휠 및 상기 간섭 필터 휠을 제어하는 컨트롤러를 포함할 수 있다.
상기 광 검출기는 단일의 광전자 증배관을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템은 하나의 광 검출기로 다양한 범위의 파장들 중 하나를 선택하여 대기를 관측할 수 있으므로, 짧은 시간에 준-실시간으로 다양한 범위의 파장들에 따른 대기의 성분을 분석할 수 있다.
일 실시예에 따른 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템은 관측 상황에 따라 유동적으로 대기 중 성분을 분석할 수 있다.
일 실시예에 따른 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 감쇠 필터 휠의 정면도이다.
도 3은 도 1의 간섭 필터 휠의 정면도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템의 작동을 나타낸 순서도이다.
이하, 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
어느 하나의 실시예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시예에 기재한 설명은 다른 실시예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템을 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 감쇠 필터 휠의 정면도이고, 도 3은 도 1의 간섭 필터 휠의 정면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템(1)은 단일의 광 검출기(150)를 사용하여 원하는 파장의 광 신호를 수신할 수 있다. 또한, 라이다 시스템(1)은 관측 시점에 따라 관측 채널을 다르게 설정하여 원하는 파장의 광 신호를 수신할 수 있다. 라이다 시스템(1)은 광 신호를 수신하여 대기 중 성분을 분석하기 위한 광학계(10) 및 광학계(10)를 제어하는 컨트롤러(20)를 포함할 수 있다. 광학계(10)는 망원경(110), 광학 어셈블리(120), 감쇠 필터 휠(130), 간섭 필터 휠(140) 및 광 검출기(150)를 포함할 수 있다. 컨트롤러(20)의 구체적인 제어 방식에 대해서는 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.
망원경(110)은 대기 중 물질들로부터 산란된 광 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 산란된 광 신호는 후방 산란(backscatter)된 광 신호일 수 있다. 망원경(110)은 한 쌍의 제1 광학 요소(112)들 및 제2 광학 요소(114)를 포함할 수 있다. 한 쌍의 제1 광학 요소(112)들 및 제2 광학 요소(114)는 망원경(110)의 길이를 따라 적합한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들어, 한 쌍의 제1 광학 요소(112)들은 망원경(110)의 내부로 진입하는 산란된 광 신호를 진입 방향과 반대 방향으로 반사하도록 망원경(110)에 설치될 수 있고, 제2 광학 요소(114)는 한 쌍의 제1 광학 요소(112)들로부터 반사된 광 신호를 다시 광 신호의 진입 방향과 동일한 방향으로 반사하도록 망원경(110)에 설치될 수 있다. 한 쌍의 제1 광학 요소(112)들 및 제2 광학 요소(114)는 망원경(110)의 중심 라인에 인접하게 산란된 광 신호를 반사할 수 있다. 한 쌍의 제1 광학 요소(112)들 및 제2 광학 요소(114)에 의해 순차적으로 반사된 광 신호는 한 쌍의 제1 광학 요소(112)의 중심부에 형성된 개구를 통해 빠져나갈 수 있다.
광학 어셈블리(120)는 제3 광학 요소(122), 제4 광학 요소(124) 및 제5 광학 요소(126)를 포함할 수 있다. 제3 광학 요소(122)는 한 쌍의 제1 광학 요소(112)들 및 제2 광학 요소(114)에 의해 순차적으로 반사된 광 신호를 수신하여 설정 경로로 반사할 수 있다. 설정 경로를 따라서는 감쇠 필터 휠(130)의 감쇠 필터, 간섭 필터 휠(140)의 간섭 필터 및 광 검출기(150)가 나란히 정렬될 수 있다. 또한, 설정 경로 상에는 제4 광학 요소(124) 및 제5 광학 요소(126)가 배치될 수 있다. 제4 광학 요소(124)는 제3 광학 요소(122) 및 감쇠 필터 휠(130) 사이에 배치되어 제3 광학 요소(122)에 의해 반사된 광 신호의 이동 방향을 평행하게 만들 수 있다. 제5 광학 요소(126)는 제4 광학 요소(124)에 의해 반사되고 감쇠 필터 휠(130)의 감쇠 필터 및 간섭 필터 휠(140)의 간섭 필터를 통과하는 광 신호를 광 검출기(150)로 모을 수 있다.
제1 광학 요소(112), 제2 광학 요소(114), 제3 광학 요소(122), 제4 광학 요소(124) 및 제5 광학 요소(126)는 렌즈, 미러 등을 포함할 수 있다.
감쇠 필터 휠(130)은 광학계(10)의 내부로 진입한 대기 중 산란된 광 신호의 세기를 조절할 수 있다. 감쇠 필터 휠(130)은 복수 개의 감쇠 필터들(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138)을 포함할 수 있다. 복수 개의 감쇠 필터들(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138)은 광 신호에 대한 서로 다른 투과율을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 감쇠 필터(131)의 투과율은 약 0.05, 제2 감쇠 필터(132)의 투과율은 약 0.1, 제3 간섭 필터(133)의 투과율은 약 0.2, 제4 간섭 필터(134)의 투과율은 약 0.5, 제5 감쇠 필터(135)의 투과율은 약 1, 제6 감쇠 필터(136)의 투과율은 약 2로 설정될 수 있고, 다른 감쇠 필터들(137, 138)의 투과율도 서로 다르게 설정될 수 있다. 복수 개의 감쇠 필터들(131, 132, 133, 134, 135, 136, 137, 138)은 중심축(X)이 통과하는 감쇠 필터 휠(130)의 중심(C1) 주위로 원주 방향으로 배열될 수 있다.
간섭 필터 휠(140)은 광학계(10)의 내부로 진입한 대기 중 산란된 광 신호의 파장을 선택하여 수신할 수 있다. 간섭 필터 휠(140)은 복수 개의 간섭 필터들(141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148)을 포함할 수 있다. 복수 개의 간섭 필터들(141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148)은 산란된 광 신호의 대역 중 각각 대응하는 설정 대역의 광 신호를 통과시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 간섭 필터(141)는 약 355nm의 피크를 가지는 광 신호를 통과시킬 수 있고, 제2 간섭 필터(142)는 약 532nm의 피크를 가지는 광 신호를 통과시킬 수 있고, 제3 간섭 필터(143)는 약 1064nm의 피크를 가지는 광 신호를 통과시킬 수 있고, 제4 간섭 필터(144)는 약 372nm의 피크를 가지는 광 신호를 통과시킬 수 있고, 제5 간섭 필터(145)는 약 387nm의 피크를 가지는 광 신호를 통과시킬 수 있고, 다른 간섭 필터들(146, 147, 148)도 서로 다른 피크를 가지는 광 신호를 통과시킬 수 있다. 복수 개의 간섭 필터들(141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148)은 중심축(X)이 통과하는 간섭 필터 휠(140)의 중심(C2) 주위로 원주 방향으로 배열될 수 있다.
복수 개의 간섭 필터들(141, 142, 143, 144, 145, 146, 147, 148) 중 적어도 하나의 필터는 대기 중 에어로졸 성분에 의해 산란된 광 신호를 수신하기 위한 대역을 갖는 탄성 산란 필터를 포함하고, 나머지 필터는 대기 중 가스 성분에 의해 산란된 광 신호를 수신하기 위한 대역을 갖는 라만 산란 필터를 포함할 수 있다. 예를 들어, 탄성 산란 필터는 피크가 약 355nm, 약 532nm, 약 1064nm 등의 대역을 가질 수 있는 반면, 라만 산란 필터는 피크가 약 372nm, 약 387nm, 약 407nm, 약 687nm 등의 대역을 가질 수 있다.
감쇠 필터 휠(130) 및 간섭 필터 휠(140)은 회전축(X)을 따라 정렬될 수 있다. 또한, 감쇠 필터 휠(130) 및 간섭 필터 휠(140)은 회전축(X)이 통과하는 감쇠 필터 휠(130)의 중심(C1) 및 간섭 필터 휠(140)의 중심(C2)에 대해 각각 회전할 수 있다. 감쇠 필터 휠(130)의 회전 및 간섭 필터 휠(140)의 회전은 독립적으로 구동될 수 있다. 이에 따라, 감쇠 필터 휠(130)의 어느 하나의 감쇠 필터 및 간섭 필터 휠(140)의 어느 하나의 간섭 필터가 각각 선택되고, 선택된 감쇠 필터 및 간섭 필터에 따라 광 검출기(150)로 전달되는 광 신호의 세기 및 파장이 결정될 수 있다.
감쇠 필터 휠(130) 및 간섭 필터 휠(140)의 배치와 관련하여, 감쇠 필터 휠(130)이 먼저 산란된 광 신호를 통과시키고, 이후 간섭 필터 휠(140)이 광 신호를 통과시키도록 감쇠 필터 휠(130) 및 간섭 필터 휠(140)이 배치될 수 있다. 대안적으로, 간섭 필터 휠(140)이 먼저 산란된 광 신호를 통과시키고, 이후 감쇠 필터 휠(130)이 광 신호를 통과시키도록 감쇠 필터 휠(130) 및 간섭 필터 휠(140)이 배치되는 것도 가능하다.
광 검출기(150)는 광학 어셈블리(120), 감쇠 필터 휠(130) 및 간섭 필터 휠(140)을 통과하는 광 신호를 수신할 수 있다. 광 검출기(150)는 전기적 방식 또는 광자 계수(photon counting) 방식으로 광 신호에 관한 정보를 기록할 수 있다. 예를 들어, 광 검출기(150)는 광전자 증배관(photomultiplier)을 포함할 수 있다. 바람직한 예에서, 광 검출기(150)는 단일의 광전자 증배관을 포함할 수 있다.
도시되지 않았지만, 광학계(10)는 대기 중으로 광 신호를 송신하는 광원을 더 포함할 수 있다. 광원으로부터 광 신호가 대기 중으로 송신되면, 송신된 광 신호가 대기 중의 물질에 의해 산란되고, 산란된 광 신호가 다시 광학계(10)의 내부로 진입할 수 있다. 이에 따라, 라이다 시스템(1)은 시간 경과에 따른 광 신호의 강도를 측정하고, 광 신호의 파장 및 광 신호의 강도에 기초하여 대기 중 물질들의 양 및 위치 분포를 추정할 수 있다.
상기와 같은 구조를 가지는 라이다 시스템(1)은 대기 중 물질들의 종류, 에어로졸 형태를 가지는 물질의 혼합 정도, 대기 고도에 따른 물질의 농도, 물질의 이동 특성 등을 분석할 수 있다. 대기 중 물질의 시공간적 분포를 파악한다는 점에서 항공 관측과 유사하지만, 광 검출기(150)를 이용하는 대기 관측은 비용과 관측의 지속성 관점에서 볼 때 항공 관측에 비해 상대적으로 낮은 가격으로 지속적으로 대기 중 물질 분석 자료를 획득할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템의 작동을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템은 관측 상황에 따라 대기 중 산란된 광 신호의 파장을 선택하여 수신할 수 있다.
먼저, 라이다 시스템은 관측 조건을 설정할 수 있다(210).
일 실시예에서, 라이다 시스템은 관측 채널을 설정할 수 있다. 여기서, 관측 채널을 설정한다는 것은 적어도 하나 이상의 탄성 산란 필터의 그룹인 제1채널 또는 적어도 하나 이상의 라만 산란 필터의 그룹인 제2채널을 선택하는 것을 의미한다. 따라서, 제1채널이 선택되면 탄성 산란 필터가 광 검출기와 정렬되는 한편, 제2채널이 선택되면 라만 산란 필터가 광 검출기와 정렬될 수 있다.
채널에 속하는 필터가 복수 개인 경우, 라이다 시스템은 광 검출기와 정렬될, 채널에 속하는 복수 개의 필터의 순서를 설정할 수 있다. 예를 들어, 광 검출기와 정렬되는 복수 개의 필터의 순서는 대역의 크기 순서일 수 있다. 제1채널을 예로 들면, 피크가 약 355nm인 제1 간섭 필터, 피크가 약 532nm인 제2 간섭 필터, 피크가 약 1064nm인 제3 간섭 필터 순으로 광 검출기와 정렬될 수 있다.
라이다 시스템은 제1채널 및 제2채널 중 적어도 하나 이상의 채널을 관측 채널로 설정할 수 있다. 예를 들어, 라이다 시스템은 제1채널만 또는 제2채널만 관측 채널로 설정할 수 있고, 제1채널 및 제2채널 모두 관측 채널로 설정할 수 있다.
일 실시예에서, 라이다 시스템은 채널별 관측 시간을 설정할 수 있다. 여기서, 채널별 관측 시간을 설정한다는 것은 채널에 속하는 모든 필터가 광 검출기와 정렬되는 총 시간을 설정하는 것 외에, 채널에 속하는 개개의 필터가 광 검출기와 정렬되는 개개의 시간을 설정하는 것도 의미한다. 후자의 경우를 예로 들면, 라이다 시스템은 제1채널의 어느 하나의 간섭 필터가 광 검출기와 정렬되는 시간을 2분으로 설정할 수 있고, 제1채널의 또 다른 하나의 간섭 필터가 광 검출기와 정렬되는 시간을 3분으로 설정할 수 있고, 제2채널의 어느 하나의 간섭 필터가 광 검출기와 정렬되는 시간을 10분 등으로 설정할 수 있다.
상기 실시예에서, 라이다 시스템은 선택된 채널의 필터가 광 검출기와 정렬되는 시간을 설정 대역에 따라 달리 설정할 수도 있다. 예를 들어, 라이다 시스템은 선택된 채널에서 필터가 갖는 설정 대역의 크기 순서대로 정렬 시간을 설정할 수 있다.
일 실시예에서, 라이다 시스템은 광 검출기에 의해 수신할 광 신호의 세기를 선택하기 위해 투과율을 설정할 수 있다. 여기서, 투과율을 설정한다는 것은 서로 다른 투과율을 가지는 복수 개의 감쇠 필터들 중 어느 하나의 감쇠 필터를 선택하는 것을 의미한다.
일 실시예에서, 라이다 시스템은 총 관측 시간을 설정할 수 있다. 예를 들어, 라이다 시스템은 1시간, 24시간, 72시간 등을 총 관측 시간으로 설정할 수 있다. 총 관측 시간이 24시간 이상인 경우, 시간 범위에 따라 관측 채널이 달리 설정될 수 있다. 총 관측 시간은 사용자의 입력에 따라 설정될 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니고, 다른 관측 조건에 기초하여 설정될 수도 있다.
이후, 라이다 시스템은 관측 시점을 판별하고, 관측 시점에 따라 관측 모드를 설정할 수 있다(220).
일 실시예에서, 관측 모드 설정을 위한 관측 범위는 제1 시간 범위 및 제2 시간 범위를 포함할 수 있다. 관측 시점이 제1 시간 범위에 속하는 경우 제1 관측 모드가 선택되고, 관측 시점이 제2 시간 범위에 속하는 경우 제2 관측 모드가 선택될 수 있다. 예를 들어, 제1 시간 범위는 일출 후 일몰 전까지의 시간 범위를 포함하고, 제2 시간 범위는 일몰 후 일출 전까지의 시간 범위를 포함할 수 있다.
제1 관측 모드가 설정되면 제1채널만 관측 채널로 설정되는 한편, 제2 관측 모드가 설정되면 제1채널 및 제2채널 모두 관측 채널로 설정될 수 있다. 이 경우, 제2 관측 모드에서, 제1채널에 속하는 적어도 하나의 탄성 산란 필터 및 제2채널에 속하는 적어도 하나의 라만 산란 필터의 광 검출기와의 정렬 순서가 함께 고려될 수 있다. 상기 예에서, 관측 시점이 제1 시간 범위에 속하는 경우, 가스 성분에 대한 광 신호의 산란에 있어서, 산란 전 광 신호의 에너지와 산란 후 광 신호의 에너지 사이에 위상차가 발생하므로, 가스 성분에 대한 광 신호의 세기가 매우 약해 대기 중 성분 분석에 제약이 있을 수 있다. 따라서, 관측 시점이 제1 시간 범위에 속하는 경우 탄성 산란 필터가 속한 제1채널만 구동하고, 라만 산란 필터가 속한 제2채널은 구동하지 않음으로써 라이다 시스템의 자동 관측 기능을 향상시킬 수 있다.
한편, 시간 범위의 개수는 위의 실시예와 같이 2개에 제한되는 것은 아니고, 필요에 따라 3개 이상의 시간 범위가 존재할 수 있으며, 관측 시간이 어느 시간 범위에 속하는지 여부에 따라 관측 모드가 달리 설정될 수도 있다. 또한, 시간 범위의 개수에 따라 이에 대응하는 관측 모드의 개수가 달라질 수도 있다.
이후, 라이다 시스템은 설정된 관측 조건 및 관측 채널에 따라 간섭 필터 휠 및 감쇠 필터 휠을 제어하여 광 검출기와 정렬할 간섭 필터 및 감쇠 필터를 각각 선택할 수 있다(230). 간섭 필터 및 감쇠 필터가 선택되면, 대기 관측이 수행된다.
이후, 라이다 시스템은 관측 조건 충족 여부를 판별할 수 있다(240).
일 실시예에서, 라이다 시스템은 설정된 관측 채널의 모든 필터가 광 검출기와 정렬되었는지 여부를 판별할 수 있다. 설정된 관측 채널의 모든 필터가 광 검출기와 정렬되지 않았다면, 모든 필터가 광 검출기와 정렬될 때까지 간섭 필터 휠 및 감쇠 필터 휠이 제어된다.
일 실시예에서, 라이다 시스템은 총 관측 시간이 충족되었는지 여부를 판별할 수 있다. 총 관측 시간이 충족되지 않았다면, 라이다 시스템은 다시 관측 시점 판별 및 관측 모드 설정 단계(220)로 되돌아 갈 수 있다. 총 관측 시간이 충족되었다면, 대기 관측을 종료한다.
이상과 같이 라이다 시스템은 상기 실시예들의 서술 순서에 따라 대기 관측을 수행할 수 있지만, 이에 제한되는 것은 아니고, 상황에 맞게 순서가 달리 설정될 수도 있음을 밝혀둔다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (8)

  1. 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템에 있어서,
    대기 중 산란된 광 신호를 각각의 설정 대역의 광 신호로 필터링하기 위한 복수 개의 간섭 필터들을 포함하는 간섭 필터 휠;
    상기 복수 개의 간섭 필터들 중 어느 하나의 간섭 필터를 통과하는 광 신호를 수신하도록 상기 복수 개의 간섭 필터들 중 어느 하나의 간섭 필터와 정렬되는 광 검출기; 및
    관측 시점에 기초하여 대기 중 에어로졸 성분에 의해 산란된 광 신호를 수신하기 위한 적어도 하나 이상의 대역을 갖는 제1채널 및 대기 중 가스 성분에 의해 산란된 광 신호를 수신하기 위한 적어도 하나 이상의 대역을 갖는 제2채널 중 적어도 하나 이상의 채널을 관측 채널로 설정하고, 상기 복수 개의 간섭 필터들 중 상기 관측 채널에 따라 선택된 적어도 하나 이상의 간섭 필터가 상기 광 검출기와 정렬되도록 상기 간섭 필터 휠을 제어하는 컨트롤러;
    를 포함하는 라이다 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    관측 시점이 제1 시간 범위에 속하는 경우 관측 모드를 제1 관측 모드로 설정하고,
    관측 시점이 제2 시간 범위에 속하는 경우 관측 모드를 제2 관측 모드로 설정하는 라이다 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    관측 모드가 제1 관측 모드인 경우 상기 관측 채널을 상기 제1채널로 설정하고,
    관측 모드가 제2 관측 모드인 경우 상기 관측 채널을 상기 제1채널 및 상기 제2채널 모두 설정하는 라이다 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 사용자의 입력에 의한 총 관측 시간에 기초하여 상기 관측 모드를 선택적으로 설정하는 라이다 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 관측 채널에 따라 선택된 적어도 하나 이상의 간섭 필터의 설정 대역에 따라 상기 적어도 하나 이상의 간섭 필터와 상기 광 검출기의 정렬 시간을 설정하는 라이다 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 관측 채널에 따라 선택된 적어도 하나 이상의 간섭 필터가 모두 상기 광 검출기와 정렬될 때까지 반복적으로 상기 간섭 필터 휠을 제어하는 라이다 시스템.
  7. 대기 관측을 위한 다파장 연속 관측용 라이다 시스템에 있어서,
    대기 중 산란된 광 신호의 강도를 조절하기 위한 서로 다른 투과 계수를 가지는 복수 개의 감쇠 필터들을 포함하는 감쇠 필터 휠;
    대기 중 산란된 광 신호를 각각의 설정 대역의 광 신호로 필터링하기 위한 복수 개의 간섭 필터들을 포함하는 간섭 필터 휠;
    상기 복수 개의 감쇠 필터들 중 어느 하나의 감쇠 필터 및 상기 복수 개의 간섭 필터들 중 어느 하나의 간섭 필터를 통과하는 광 신호를 수신하는 광 검출기; 및
    상기 복수 개의 감쇠 필터들 중 어느 하나의 감쇠 필터 및 상기 복수 개의 간섭 필터들 중 어느 하나의 간섭 필터가 상기 광 검출기와 정렬되도록 상기 감쇠 필터 휠 및 상기 간섭 필터 휠을 제어하는 컨트롤러;
    를 포함하는 라이다 시스템.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 광 검출기는 단일의 광전자 증배관을 포함하는 라이다 시스템.
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