초록 ▼

현재까지의 토플어 효과를 이용한 Lidar (Light Detection And Ranging)시스템에서는 대가 교란상대를 무시한다는 가정하에서 연구되어 왔으나, 대기의 교란상태 하에서 레이저 빔은 전송시 교란을 받기 때문에 본 연구에서는 대기 교란상태 하에서의 도플러 Lidar 정보신호를 고찰함으로써, 대기 교란 상태가 도플어 Lidar 시스템에 미치는 영향을 연구하여 앞으로 대기 교란상태하에서의 도플러 Lidar 시스템의 실용화에 기여하고자 한다. 대기의 교란 상태란 공기의 굴절율이 불규칙한 진동을 하는 상태로써 레이저 빔은

현재까지의 토플어 효과를 이용한 Lidar (Light Detection And Ranging)시스템에서는 대가 교란상대를 무시한다는 가정하에서 연구되어 왔으나, 대기의 교란상태 하에서 레이저 빔은 전송시 교란을 받기 때문에 본 연구에서는 대기 교란상태 하에서의 도플러 Lidar 정보신호를 고찰함으로써, 대기 교란 상태가 도플어 Lidar 시스템에 미치는 영향을 연구하여 앞으로 대기 교란상태하에서의 도플러 Lidar 시스템의 실용화에 기여하고자 한다. 대기의 교란 상태란 공기의 굴절율이 불규칙한 진동을 하는 상태로써 레이저 빔은 이러한 교란 대기 상태를 전파시, 빔의 진폭과 위상이 교란의 영향을 받는다. 따라서, 레이저 빔이 교란 대기를 통과하여 이 동물체에 입상되었을 때 산란되는 빔의 도플러 현상을 이용한 물체의 이동속도 측정시 교란 대기가 물체의 이동속도 측정에 어떠한 영향을 미칠 것으로 예상된다. 따라서, 본 연구에서는 대기 교란상태가 도플러 Lidar 시스템에 미치는 영향을 연구하기 위해, 먼저 교란대기 공간을 통해 전파된 가우 시안 (Gaussian)레이저 빔이 반사판에 집속되어 다시 수신단으로 되돌아 올 때 교란 대기로 인하여 파의 위상섭동이 발생하므로 Extended Huygyns - Fresnel 원리를 이용하여 이론적으로 해석한 값과 실험적으로 측정한 값들을 비교 검토함으로써 실험실내에서 교란상태를 인위적으로 발생시킬 수 있는 교란 장치를 설계 제작하였다. 이와같이 인위적인 교란상태하에서 광파가 전송될 때 교란의 세기 즉 굴절구조상수 (10???-10???[m??/?]) 에 따라 발생되는 현상을 자세해 고찰하기 위해 교란 상태가 도플러 Lidar 시스템에 미치는 영향에 대해 이론적으로 해석하고, 컴퓨터 시뮬레이션과 실험적으로 측정한 값들을 고찰함으로써, 광학적 교란상태가 도플러 Lidar 시스템에 미치는 영향에 대해 고찰하였다.

Abstract ▼

This study has considered the effects of atmospheric optical turbulence on the doppler LIDAR system. Up to now, the LIDAR system using doppler effect has studied under the assumption that the turbulence effects are neglected. But, we will consider the effects on the doppler LIDAR system under the c

This study has considered the effects of atmospheric optical turbulence on the doppler LIDAR system. Up to now, the LIDAR system using doppler effect has studied under the assumption that the turbulence effects are neglected. But, we will consider the effects on the doppler LIDAR system under the condition of the optical turbulence. In this study, the Extended Huygens - Fresnel principle will be used to make an analysis of the received intensity for speckle propagation through the turbulent atmosphere. This treatment, in the doppler LIDAR system, includes the effects of the turbulent atmospere on the laser beam as it propagates ot the target and on the speckle as it propsgates back to the receiver. Also, the propagation effects on speckles in the turbulent atmosphere have been theoretically analyzed and simulated to compare with the experiment results. And, for this experiment, the turbulence tank is designed and produced for the turbulence effect artificially and the interface device is made for the data processing with computer. The results measured the magnitude of optical turbulence for the artificial turbulence tank are as follows : When temperature of medium is at 23℃, 40℃, 60℃, 80℃, and 100℃, the indexes of refraction structure constant (C(sub)?) are approximated to 10???, 10???, 10???, 10???, and 10??? respectively. In oder to investigate the effects of turbulent atmosphere on the moving velocity measurement, we also measured the velocity of moving target under turbulent atmospheric condition and processed computer simulation with related theory. From the result of experiments, we knew that the experimental waveforms showed the good agreement betwen simulation and experiment values. According to the measurement and the computer simulation results, strong turbulence produce the large-scale phase and amplitude fluctuation. Also, the experimental results show that received irradiance was reduced by increasing the magnitude of turbulence. But, in these experiment conditions, we know that optical turbulent effects are affected in the doppler signal but the doppler shift frequency is useful still. Practically, in outside, the spectroum width of doppler signal will be broaden considerably and the spectrum magnitude will be reduce by optical turbulent atmosphere. Thus, optical turbulence will damage to the doppler LIDAR system considerably. Further, if the compensation of optical turbulence considered, we would expect that this study will contribute to make practical doppler LIDAR system under optical atmospheric turbulence.

목차 Contents

• 1. 서 론...7
• 1.1 연구 목적...7
• 1.2 연구 내용...8
• 2. 광학적 교란상태하에서의 도플러 Lidar 시스템...10
• 2.1 광학적 교란...10
• 2.2 이상적인 도플러 Lidar 시스템...13
• 2.3 교란상태하에서의 도플러 Lidar 시스템...18
• 2.4 광 교란이 도플러 신호의 위상에 미치는 영향 - 전송경로...21
• 2.5 광 교란이 도플러 신호의 진폭에 미치는 영향 - 전송경로...23
• 2.6 반송경로에서의 영향...24
• 2.7 교란상태에서 도플러 신호의 정확성...25
• 3. 컴퓨터 시뮬레이션 결과 고찰...29
• 3.1 위상 분산...29
• 3.2 진폭 분산...30
• 3.3 도플러 신호 스펙트럼...32
• 4. 실험 및 결과 고찰...33
• 4.1. 광학적 교란상태 측정...33
• 4.1.1 교란 장치...34
• 4.1.2 코바리안스 미터...34
• 4.1.3 측정결과 및 고찰...35
• 4.2 도플러 신호 스펙트럼 측정...35
• 4.2.1 광 수신장치...36
• 4.2.2 컴퓨터 인터페이스 회로...37
• 4.2.3 실험 방법...37
• 4.2.4 측정결과 및 고찰...37
• 5. 결 론...41
• 참고문헌...43