(57)【要約】      （修正有）【課題】ビークルについてのエア・データを得るためのシステムを提供する。【解決手段】レーザ光パルスを放出するレーザ・デバイスと、ビークルに隣接する外部空気内に光パルスを送信する送信光学素子１１４とを含む。また、このシステムは、外部空気からの光パルスの散乱部分を収集する受信光学素子１２０と、受信光学素子からの光パルスの散乱部分を受信するウィスパリング・ギャラリー・モード（ＷＧＭ）周波数判別器１２２とを含む。ＷＧＭ周波数判別器は、少なくとも１つのＷＧＭ共振器を含み、このＷＧＭ共振器は、光電効果によるもの以外によってチューニングすることによって、１つ以上の光信号周波数において光パルスの選択部分を出力する。光検出器１２８は、ＷＧＭ周波数判別器からの光パルスの選択部分をサンプリングし、サンプリングした光パルスをスカラー値に変換する。処理ユニットは、光検出器からのスカラー値を受けて記録する。【選択図】図１
2018151379.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エア・データを得るためのシステムであって、
ビークル上にありレーザ光パルスを放出するレーザ・デバイスと、
前記レーザ・デバイスからのレーザ光パルスを、前記ビークルに隣接する外部空気内に送信するように構成された１組の送信光学素子と、
前記外部空気からの前記レーザ光パルスの散乱部分を収集するように構成された１組の受信光学素子と、
前記受信光学素子からの前記レーザ光パルスの前記散乱部分を受信するように構成されたウィスパリング・ギャラリー・モード（ＷＧＭ）周波数判別器であって、少なくとも１つのＷＧＭ共振器を含み、該ＷＧＭ共振器を光電効果によるもの以外によってチューニングすることによって、前記ＷＧＭ共振器が１つ以上の光信号周波数において前記レーザ光パルスの選択部分を出力するように構成される、ＷＧＭ周波数判別器と、
前記ＷＧＭ周波数判別器からのレーザ光パルスの選択部分をサンプリングするように構成された光検出器であって、サンプリングした前記レーザ光パルスを１つ以上のスカラー値に変換するように構成される、光検出器と、
前記光検出器からの前記１つ以上のスカラー値を受けて記録するように動作する処理ユニットと、
を含む、システム。
【請求項２】
ビークルについてのエア・データを得る方法であって、
前記ビークル上にあるレーザ・デバイスからレーザ光パルスを放出するステップと、
前記レーザ光パルスを、１組の送信光学素子を介して、前記ビークルに隣接する外部空気内に送信するステップと、
１組の受信光学素子によって、前記外部空気からの前記レーザ光パルスの散乱部分を収集するステップと、
ウィスパリング・ギャラリー・モード（ＷＧＭ）周波数判別器において、前記受信光学素子からの前記レーザ光パルスの前記散乱部分を受信するステップであって、前記ＷＧＭ周波数判別器が少なくとも１つのＷＧＭ共振器を含む、ステップと、
光電効果によるもの以外によって前記ＷＧＭ共振器をチューニングすることによって、１つ以上の光信号周波数において前記レーザ光パルスの選択部分を出力するステップと、
光検出器によって、前記ＷＧＭ周波数判別器からの前記レーザ光ビームの前記選択部分をサンプリングするステップと、
前記光検出器において前記サンプリングしたレーザ光パルスを１つ以上のスカラー値に変換するステップと、
前記ビークルについてのエア・データを得るために、前記１つ以上のスカラー値を処理するステップと、
を含む、方法。
【請求項３】
ビークル用エア・データ・システムであって、
前記ビークル上においてレーザ光パルスを放出するレーザ・デバイスと、
前記レーザ・デバイスからの前記レーザ光パルスを、前記ビークルに隣接する外部空気内に送信するように構成された１組の送信光学素子と、
前記外部空気からの前記レーザ光パルスの散乱部分を収集するように構成された１組の受信光学素子と、
前記受信光学素子からの前記レーザ光パルスの前記散乱部分を受信するように構成されたウィスパリング・ギャラリー・モード（ＷＧＭ）周波数判別器であって、固定共振周波数を有し、前記固定共振周波数に対応する光信号周波数において前記レーザ光パルスの選択部分を出力するように構成された少なくとも１つのＷＧＭ共振器を含む、ＷＧＭ周波数判別器と、
前記ＷＧＭ周波数判別器からの前記レーザ光パルスの前記選択部分をサンプリングするように構成された光検出器であって、前記サンプリングしたレーザ光パルスを１つ以上のスカラー値に変換するように構成される、光検出器と、
前記光検出器からの前記１つ以上のスカラー値を受けて記録するように動作する処理ユニットと、
を含む、エア・データ・システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願に対する相互引用
[0001]  本願は、２０１７年２月８日に出願された米国仮特許出願第６２／４５６，５４２号の優先権を主張する。この出願をここで引用したことにより、その内容が本願にも含まれるものとする。
【従来技術】
【０００２】
[0002]  光検出と測距（ＬｉＤＡＲ）に基づくエア・データ・システムは、対気速度、迎角、横滑り角、空気圧、および空気温度のようなエア・データ・パラメータを導くために、航空機周囲における分子数およびエアゾール数(molecular and aerosol populations)のデータを得る(interrogate)。これらのエア・データ・システムは、通例、ファブリ−ペロー干渉計、レンズ、およびミラーを含む巨視的自由空間光素子(macroscopic, free-space optical components)を使用する。このような素子を使用することにより、振動または温度のような環境変化に対して敏感になるものの、システムが大型化し、コストがかかり、電力を消費することに繋がる。
【発明の概要】
【０００３】
[0003]  本明細書ではビークルについてのエア・データを得るシステムについて開示する。このシステムは、ビークル上においてレーザ光パルスを放出するレーザ・デバイスと、レーザ・デバイスから、ビークルに隣接する外部空気(external air volume)内にレーザ光パルスを送信するように構成された１組の送信光学素子とを含む。また、このシステムは、外部空気からのレーザ光パルスの散乱部分を収集するように構成された１組の受信光学素子と、受信光学素子からレーザ光パルスの散乱部分を受信するように構成されたウィスパリング・ギャラリー・モード（ＷＧＭ）周波数判別器(discriminator)とを含む。ＷＧＭ周波数判別器は、少なくとも１つのＷＧＭ共振器を含み、このＷＧＭ共振器は、光電効果によるもの以外でチューニングすることによって、１つ以上の光信号周波数においてレーザ光パルスの選択部分を出力するように構成される。光検出器は、ＷＧＭ周波数判別器からのレーザ光パルスの選択部分をサンプリングし、サンプリングしたレーザ光パルスを１つ以上のスカラー値に変換するように構成される。処理ユニットは、光検出器からの1つ以上のスカラー値を受けて記録するように動作する。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
[0004]  図面を参照する以下の説明から、本発明の特徴は当業者には明白となるであろう。図面は典型的な実施形態のみを描画し、したがって範囲を限定するように解釈してはならないことを理解した上で、更に具体的にそして詳細に、添付図面の使用によって本発明について説明する。
【図１】図１は、一実施形態にしたがって、ビークル周囲のエンベロープ全体におけるエア・データのウィスパリング・ギャラリー・モード（ＷＧＭ）に基づく距離分解(range resolution)を採用したエア・データ・システムのブロック図である。
【図２】図２は、図１のエア・データ・システムによって採用することができる例示的なデータ取得プロセスについて流れ図である。
【図３Ａ】図３Ａは、固定波長レーザおよび１つの走査または掃引ＷＧＭ共振器に対するデータ取得プロセス(interrogation process)について流れ図である。
【図３Ｂ】図３Ｂは、固定波長レーザおよび１つの走査または掃引ＷＧＭ共振器に対するデータ取得プロセスのグラフ表現である。
【図４Ａ】図４Ａは、走査または掃引波長レーザおよび１つの固定ＷＧＭ共振器に対するデータ取得プロセスの流れ図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、走査または掃引波長レーザおよび１つの固定ＷＧＭ共振器に対するデータ取得プロセスのグラフ表現である。
【図５Ａ】図５Ａは、固定波長レーザおよび複数の固定ＷＧＭ共振器に対するデータ取得プロセスの流れ図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、固定波長レーザおよび複数の固定ＷＧＭ共振器に対するデータ取得プロセスのグラフ表現である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
[0013]  以下の詳細な説明では、当業者が本発明を実施することを可能にするために十分に詳細に実施形態について説明する。尚、本発明の範囲から逸脱することなく、他の実施形態が利用されてもよいことは理解されるはずである。以下の詳細な説明は、したがって、限定的な意味で捉えてはならない。
【０００６】
[0014]  本明細書では、ウィスパリング・ギャラリー・モード（ＷＧＭ）に基づく距離分解(range-resolved)エア・データ・システムについて開示し説明する。このエア・データ・システムは、異なる視角(look angle)におけるエア・データ情報を距離分解し(range resolve)、風速、対気速度、静圧、静温度等の三次元（３Ｄ）マップを求めるために、パルス状レーザおよび空間走査モノスタティックまたはバイスタティック送信／受信装置を使用して実現することができる。視角は、レーザおよび受信光学素子を機械的、電気的、または光学的の内１つ以上で走査することによって求めることができる。加えて、本システムは、レイリーおよびミー後方散乱の周波数判別を行い、エア・データ・パラメータを導く方法も提供する。
【０００７】
[0015]  ＷＧＭ共振器は、現在のエア・データ・システムにおいて、従来のファブリ−ペロー干渉計の代わりに使用されると、環境的安定性が改善されるだけでなく、コスト、サイズ、重量、および電力（ＣＳＷａＰ）の削減にも対処する。これらのＣＳＷａＰ削減は、サイズ、重量、および電力の極小化が非常に重要である、軽航空ビークル(lighter than air vehicles)、高空長航航空機、および極超音波ビークルのような種々のビークル・プラットフォームにおけるエア・データ・システムの使用を可能にする。また、ＷＧＭ共振器を利用することにより、短距離および長距離データ取得(range interrogation)にも対処し、巨視的な対応物の能力と合わせることができる。
【０００８】
[0016]  このエア・データ・システムは、種々の技術的利点を有し、これらの技術的利点には、ＬｉＤＡＲに基づくエア・データ・システムのための前例がないＣＳＷａＰ、ビークル周囲における距離分解対気速度、静温度、および静圧、風速、対気速度、静温度、および静圧の３Ｄマップ生成、製造および統合の容易性、統合ロバスト性の改良、ならびに超高速処理能力が含まれる。
【０００９】
[0017]  このエア・データ・システムの他の利点には、軽量化のようなシステムの全体的なＣＳＷａＰ削減が含まれ、対応する燃料節約や、一層多様性に富んだプラットフォーム群(set)上における使用可能性が得られる。加えて、３Ｄ風速(wind)マップ作成能力は、外乱検出のような新たな用途、および都合のよい風(opportunistic winds)に乗るビークルのために一層効率的な航路を導く能力にも広がる。
【００１０】
[0018]  このエア・データ・システムの更なる詳細について、以下に図面を参照して説明する。
[0019]  図１は、一実施形態にしたがって、空中浮揚ビークルのようなビークル周囲のエンベロープ全体におけるエア・データのＷＧＭに基づく距離分解を採用するエア・データ・システム１００を示す。エア・データ・システム１００は、１組の送信光学素子１１４に向けて、一連の短レーザ光パルスを放出するように構成されたレーザ・デバイス１１０を含む。１組の送信光学素子１１４は、ビークル（図示せず）に隣接するおよび包囲する外部空気１１６内にレーザ光パルスを送信するように構成される。レーザ光パルスは、空気１１６内における空気分子（レイリー散乱）およびエアゾール（ミー散乱）から散乱する。空気１１６からの散乱レーザ光の一部は、１組の受信光学素子１２０によって収集される。一実施形態では、送信光学素子１１４および受信光学素子１２０は、モノスタティック空間走査光ヘッド内に実装することができる。
【００１１】
[0020]  収集されたレーザ光は、受信光学素子１２０からＷＧＭ周波数判別器１２２に結合される。周波数判別器１２２は、共振器コントローラ１２４に動作的に結合することができる少なくとも１つのＷＧＭ共振器を含む。加えて、基準光信号がレーザ・デバイス１１０から周波数判別器１２２に送られる。一実施形態では、周波数判別器１２２は、光電効果によるもの以外でＷＧＭ共振器をチューニングすることによって、１つ以上の光信号周波数において、レーザ光パルスの選択部分を出力するように構成された少なくとも１つのＷＧＭ共振器を含む。例えば、ＷＧＭ共振器は、ＷＧＭ共振器の機械的または熱的チューニングによって、可変共振周波数を有するように制御可能にすることができる。
【００１２】
[0021]  掃引光信号のような、レーザ光の選択部分は、周波数判別器１２２から、フォトマルチプライア（ＰＭＴ）またはアバランシェ・フォトダイオード（ＡＰＤ）のような、光検出器１２８に送信される。以下で更に説明するように、レーザ光の選択部分は、周波数判別器１２２における光条件およびＷＧＭ共振器（１つまたは複数）のサイズに依存する。光検出器１２８は、レーザ光の選択部分をサンプリングし、スカラー値(scalar values)を出力するように構成され、スカラー値は、コンピュータのような処理ユニット１３０に電気的に送信される。処理ユニット１３０は、スカラー値を更に処理するために、記録するように動作する。また、処理ユニット１３０は、共振器コントローラ１２４およびレーザ・デバイス１１０と動作的に通信するように構成される。
【００１３】
[0022]  レーザ光、したがって戻り信号はパルス状であるので、サンプリングは速い時間尺度で行われなければならず、分子の小さい空間範囲のみのデータが得られるような方法で絞らなければ(gate)ならない。送信光は、基準光信号のそれと比較され、バルク空気／エアゾール運動からのドプラ・シフトが判定される。基準光信号は、例えば、収集ウィンドウからの送信パルスの散乱によって、送信パルスのファイバまたは自由空間分割(splitting)によって、レーザ・パルスから集めることができる。基準光信号は、レーザ・パルスの終端と後方散乱収集の開始との間の短い時間中に、あるいは二次的なＷＧＭに基づくまたは他の周波数判別器を使用して収集することができる。
【００１４】
[0023]  一実施形態では、受光された散乱光は、レーザ光パルスの放出から開始して、時間区分(time binned)される。時間区分された散乱光の経過時間を使用して、エア・データ・システムに関する範囲測定(range measurement)を計算する。不連続の見通し線またはある範囲の視野(field of view/regard)のデータを得ることによって、３Ｄ測定値マップを作成するために、複数の見通し線、または１つの走査見通し線(scanning line-of-sight)を使用することができる。見通し線は、機械的、電気的、光学的、またはこれらの方法の組み合わせによって走査することができる。
【００１５】
[0024]  図２は、本エア・データ・システムによって採用することができる、例示的なデータ取得プロセス２００の流れ図である。最初に、エア・データ・システムの光ヘッドを所望の見通し線に向けて動かす（ブロック２１０）。次いで、プロセス２００は、レーザ・デバイスおよびＷＧＭ共振器を初期化する（ブロック２２０）。レーザ・デバイスを光ヘッドによってパルス状に駆動し、空気に放出し（ブロック２３０）、後方散乱光を光ヘッドおよびＷＧＭ共振器によって受光する（ブロック２４０）。次に、受光した後方散乱光から結果的に得られたデータを処理する（ブロック２５０）。次いで、処理したデータを使用して、見通し線測定を完了する（ブロック２６０）。光ヘッドを再度所望の見通し線に向けて動かし（ブロック２１０）、以上のステップを繰り返すことによって、処理２００を繰り返すことができる。
【００１６】
[0025]  周波数走査（ドプラ・シフトを検出するため）および範囲絞り込み(range gating)（空間的変動(variation)を解明するため）の双方を含むために、このエア・データ・システムが採用することができる様々な手法がある。
【００１７】
[0026]  第１の手法では、動的なＷＧＭ周波数判別器を静止レーザ周波数と共に使用する。この手法は、ＷＧＭ共振器を走査して光路長を変更すること、共振（チューニング）の周波数を変更すること、および送信対変調を測定することを伴う。これは、種々の技法を使用して行うことができる。機械的な技法では、ＷＧＭ共振器の変形は、熱膨張を起こさせるように、ＷＧＭ共振器を加熱／冷却することによって行わせる(impose)ことができ、ピエゾ−電気デバイス、微小電気機械（ＭＥＭＳ）デバイス等によってというように、アクチュエータによってＷＧＭ共振器上で力学的に押圧することによって行わせることができ、あるいはＷＧＭ共振器周囲のガス圧を変化させることによって行わせることができる。光学的な技法では、ＷＧＭ共振器の屈折率を、例えば、レーザ加熱、または第２レーザ・ビームの共振器キャビティとの相互作用によって共振器キャビティの屈折率を変調することによって、変化させることができる。代わりに、ＷＧＭ共振器に対するプルーフ・マスの近接度を変化させる、蒸気をＷＧＭ共振器に被着させるまたはＷＧＭ共振器から分離させる(detach)、あるいはＷＧＭ共振器のクラッドの屈折率を変化させるというように、他の技法によってＷＧＭ共振器をチューニングすることもできる。
【００１８】
[0027]  第１の手法を図３Ａに示す。これは、固定波長レーザおよび１つの走査または掃引ＷＧＭ共振器に対するデータ取得プロセス３００の流れ図である。図３Ｂは、固定波長レーザおよび１つの走査または掃引ＷＧＭ共振器に対するデータ取得プロセスのグラフ表現である。図３Ａに示すように、ＷＧＭ共振器を所望の共振に設定し（ブロック３１０）、次いでレーザをパルス駆動する（ブロック３２０）。次いで、プロセス３００は、１つのＷＧＭ共振器を使用して、距離分解後方散乱を検出し（ブロック３３０）、次いで得られたデータを格納する（ブロック３４０）。再度ＷＧＭ共振器を所望の共振に設定し（ブロック３１０）、以上のステップを繰り返すことによって、プロセス３００を繰り返すことができる。
【００１９】
[0028]  第２の手法では、静止ＷＧＭ周波数判別器を動的なレーザと共に使用し、動的なレーザを周波数走査する。ＷＧＭ周波数判別器は、固定共振に停留するように制御され、ドプラ・シフトおよび広がりを解明するための時間の関数として、送信光強度が監視される。
【００２０】
[0029]  第２の手法を図４Ａに示す。これは、走査または掃引波長レーザおよび１つの固定ＷＧＭ共振器に対するデータ取得プロセス４００の流れ図である。図４Ｂは、走査または掃引波長レーザおよび１つの固定ＷＧＭ共振器に対するデータ取得プロセスのグラフ表現である。図４Ａに示すように、レーザを所望の波長に設定し（ブロック４１０）、次いでこのレーザをパルス駆動する（ブロック４２０）。次いで、プロセス４００は、１つのレーザ波長を使用して、距離分解後方散乱を検出し（ブロック４３０）、得られたデータを格納する（ブロック４４０）。プロセス４００は、再度レーザを所望の波長に設定し（ブロック４１０）、以上のステップを繰り返すことによって、繰り返すことができる。
【００２１】
[0030]  第３の手法では、静止ＷＧＭ周波数判別器アレイを静止レーザ周波数と共に使用する。この手法では、固定共振周波数が異なるＷＧＭ共振器のアレイを、エッジ検出構成で使用する。アレイの応答を測定し、検出点からスペクトルを組み立てる。
【００２２】
[0031]  第３の手法を図５Ａに示す。これは、固定波長レーザおよび複数の固定ＷＧＭ共振器に対するデータ取得プロセス５００の流れ図である。図５Ｂは、固定波長レーザおよび複数の固定ＷＧＭ共振器に対するデータ取得プロセスのグラフ表現である。図５Ａに示すように、プロセス５００はレーザをパルス駆動し（ブロック５１０）、次いで、複数のＷＧＭ共振器を使用して、距離分解後方散乱を検出する（ブロック５２０）。次いで、得られたデータを格納する（ブロック５３０）。
【００２３】
[0032]  当業者には分かるであろうが、本システムにおいて使用されるプロセッサは、ソフトウェア、ファームウェア、ハードウェア、またはこれらの任意の適した組み合わせを使用して実現することができる。これらは、特殊設計特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）またはフィールド・プログラマブル・ゲート・アレイ（ＦＰＧＡ）によって補足されても、これらに組み込まれてもよい。また、コンピュータまたはプロセッサは、本システムにおいて使用される種々のプロセス・タスク、計算、および制御機能を実行するために、ソフトウェア・プログラム、ファームウェア、または他のコンピュータ読み取り可能命令による機能を含むこともできる。
【００２４】
[0033]  本方法は、プログラム・モジュールまたはコンポーネントのような、少なくとも１つのプロセッサによって実行されるコンピュータ実行可能命令によって実現することができる。一般に、プログラム・モジュールは、ルーチン、プログラム、オブジェクト、データ・コンポーネント、データ構造、アルゴリズム等を含み、特定のタスクを実行するか、または特定の抽象データ型を実装する。
【００２５】
[0034]  本明細書において説明した方法の動作において使用される種々のプロセス・タスク、計算、他のデータの生成を実行するための命令は、ソフトウェア、ファームウェア、あるいは他のコンピュータまたはプロセッサ読み取り可能命令によって実現することができる。種々のプロセス・タスクは、空間走査および方位付け(orientation)の制御、レーザ動作、光検出器の制御および動作、ならびにシステムの方位付けおよび状態(state)の認識(awareness)を含むことができる。これらの命令は、通例、任意の適したコンピュータ・プログラム製品に格納される。コンピュータ・プログラム製品には、コンピュータ読み取り可能命令またはデータ構造の格納に使用されるコンピュータ読み取り可能媒体が含まれる。このようなコンピュータ読み取り可能媒体は、汎用または特殊目的コンピュータあるいはプロセッサ、もしくはプログラマブル・ロジック・デバイスによってアクセスすることができる任意の入手可能な媒体とすることができる。
【００２６】
[0035]  相応しいプロセッサ読み取り可能媒体には、磁気媒体または光媒体のような、記憶媒体またはメモリ媒体を含んでもよい。例えば、記憶媒体またはメモリ媒体は、従来のハード・ディスク、コンパクト・ディスク、あるいは他の光記憶ディスク、ランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）、リード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）、電気的消去可能プログラマブルＲＯＭ（ＥＥＰＲＯＭ）、フラッシュ・メモリ等のような揮発性または不揮発性媒体、もしくはコンピュータ実行可能命令またはデータ構造の形態で所望のプログラム・コードを搬送または格納するために使用することができる任意の他の媒体を含んでもよい。
実施形態例
[0036]  例１は、エア・データを得るためのシステムを含む。このシステムは、ビークル上にありレーザ光パルスを放出するレーザ・デバイスと、レーザ・デバイスからのレーザ光パルスを、ビークルに隣接する外部空気に送信するように構成された１組の送信光学素子と、外部空気からのレーザ光パルスの散乱部分を収集するように構成された１組の受信光学素子と、受信光学素子からレーザ光パルスの散乱部分を受信するように構成されたウィスパリング・ギャラリー・モード（ＷＧＭ）周波数判別器であって、少なくとも１つのＷＧＭ共振器を含み、このＷＧＭ共振器が、光電効果によるもの以外でチューニングすることによって、１つ以上の光信号周波数においてレーザ光パルスの選択部分を出力するように構成される、ＷＧＭ周波数判別器と、ＷＧＭ周波数判別器からのレーザ光パルスの選択部分をサンプリングするように構成された光検出器であって、サンプリングされたレーザ光パルスを１つ以上のスカラー値に変換するように構成された光検出器と、光検出器からの１つ以上のスカラー値を受けて記録するように動作する処理ユニットとを含む。
【００２７】
[0037]  例２は、例１のシステムを含み、レーザ光パルスが静止光周波数を有する。
[0038]  例３は、例１〜２のいずれかのシステムを含み、ＷＧＭ共振器が、ＷＧＭ共振器の機械的チューニングまたは熱的チューニングによって、可変共振周波数を有するように制御される。
【００２８】
[0039]  例４は、例１〜２のいずれかのシステムを含み、ＷＧＭ共振器が、ＷＧＭ共振器を加熱／冷却する技法、力学的にアクチュエータによってＷＧＭ共振器上で押下する技法、またはＷＧＭ共振器周囲におけるガス圧を変化させる技法を含む技法によってチューニングされる。
【００２９】
[0040]  例５は、例１〜２のいずれかのシステムを含み、ＷＧＭ共振器が、プルーフ・マスのＷＧＭ共振器に対する近接度を変化させる技法、蒸気にＷＧＭ共振器に被着させるおよびＷＧＭ共振器から分離させる技法、あるいはＷＧＭ共振器のクラッド屈折率を変化させる技法を含む技法によってチューニングされる。
【００３０】
[0041]  例６は、例１〜５のいずれかのシステムを含み、更に、ＷＧＭ周波数判別器に動作的に結合された共振器コントローラを含み、共振器コントローラが処理ユニットと動作可能に通信する。
【００３１】
[0042]  例７は、例１〜６のいずれかのシステムを含み、レーザ光パルスの選択部分が、ＷＧＭ共振器の光条件およびサイズに依存する。
[0043]  例８は、例１〜７のいずれかのシステムを含み、処理ユニットが、風速、対気速度、静圧、または静温度の三次元マップを導くために、異なる視角においてエア・データ情報を距離分解するように構成される。
【００３２】
[0044]  例９は、例１〜８のいずれかのシステムを含み、このシステムが、ドプラ・シフトを検出するための光信号周波数走査と、空間変動(spatial variation)を解明するためのレンジ・ゲーティング(range gating)とを含む。
【００３３】
[0045]  例１０は、例１〜９のいずれかのシステムを含み、送信光学素子および受信光学素子が、空間走査のために構成された光ヘッド内に実装される。
[0046]  例１１は、例１〜１０のいずれかのシステムを含み、ビークルが空中浮揚ビークルを含む。
【００３４】
[0047]  例１２は、ビークルについてのエア・データを得る方法を含む。この方法は、ビークル上のレーザ・デバイスからレーザ光パルスを放出するステップと、１組の送信光学素子を介してレーザ光パルスを、ビークルに隣接する外部空気に送信するステップと、１組の受信光学素子によって、外部空気からのレーザ光パルスの散乱部分を収集するステップと、ウィスパリング・ギャラリー・モード（ＷＧＭ）周波数判別器において、受信光学素子からのレーザ光パルスの散乱部分を受信するステップであって、ＷＧＭ周波数判別器が少なくとも１つのＷＧＭ共振器を含む、ステップと、光電効果によるもの以外によってＷＧＭ共振器をチューニングすることにより、１つ以上の光信号周波数においてレーザ光パルスの選択部分を出力するステップと、光検出器によって、ＷＧＭ周波数判別器からのレーザ光パルスの選択部分をサンプリングするステップと、光検出器において、サンプリングしたレーザ光ビームを１つ以上のスカラー値に変換するステップと、ビークルについてのエア・データを得るために、１つ以上のスカラー値を処理するステップとを含む。
【００３５】
[0048]  例１３は、例１２の方法を含み、ＷＧＭ共振器が、機械的または熱的チューニングによってチューニングされ、レーザ光パルスが静止光周波数を有する。
[0049]  例１４は、例１２の方法を含み、ＷＧＭ共振器が、ＷＧＭ共振器を加熱／冷却する技法、力学的にアクチュエータによってＷＧＭ共振器上で押下する技法、またはＷＧＭ共振器周囲におけるガス圧を変化させる技法を含む技法によってチューニングされる。
【００３６】
[0050]  例１５は、例１２の方法を含み、ＷＧＭ共振器が、プルーフ・マスのＷＧＭ共振器に対する近接度を変化させる技法、蒸気にＷＧＭ共振器に被着させるおよびＷＧＭ共振器から分離させる技法、あるいはＷＧＭ共振器のクラッド屈折率を変化させる技法を含む技法によってチューニングされる。
【００３７】
[0051]  例１６は、例１２〜１５のいずれかの方法を含み、処理が、更に、風速、対気速度、静圧、または静温度の三次元マップを導くために、異なる視角においてエア・データ情報を距離分解するステップを含む。
【００３８】
[0052]  例１７は、ビークル用エア・データ・システムを含む。このエア・データ・システムは、ビークル上にありレーザ光パルスを放出するレーザ・デバイスと、レーザ・デバイスからのレーザ光パルスを、ビークルに隣接する外部空気に送信するように構成された１組の送信光学素子と、外部空気からのレーザ光パルスの散乱部分を収集するように構成された１組の受信光学素子と、受信光学素子からレーザ光パルスの散乱部分を受信するように構成されたウィスパリング・ギャラリー・モード（ＷＧＭ）周波数判別器であって、固定共振周波数を有し、この固定共振周波数に対応する光信号周波数においてレーザ光パルスの選択部分を出力するように構成された少なくとも１つのＷＧＭ共振器を含む、ＷＧＭ周波数判別器と、ＷＧＭ周波数判別器からのレーザ光パルスの選択部分をサンプリングするように構成された光検出器であって、サンプリングされたレーザ光パルスを１つ以上のスカラー値に変換するように構成された光検出器と、光検出器からの１つ以上のスカラー値を受けて記録するように動作する処理ユニットとを含む。
【００３９】
[0053]  例１８は、例１７のエア・データ・システムを含み、レーザ光パルスが周波数走査される。
[0054]  例１９は、例１７のエア・データ・システムを含み、レーザ光パルスが静止光周波数を有する。
【００４０】
[0055]  例２０は、例１９のエア・データ・システムを含み、ＷＧＭ周波数判別器が、固定共振周波数が異なるＷＧＭ共振器のアレイを含む。
[0056]  本発明は、その本質的な特徴から逸脱することなく、他の特定形態において具体化することもできる。説明した実施形態は、あらゆる観点において、限定的ではなく例示的としてのみ解釈されるものとする。したがって、本発明の範囲は、以上の説明ではなく、添付する請求項によって示される。請求項の均等の意味および範囲に該当する全ての変更は、その範囲内に包含されるものとする。
【符号の説明】
【００４１】
１１０  パルス状レーザ
１１４  送信光学素子
１１６  空気
１２０  受信光学素子
１２２  ＷＧＭ周波数判別器
１２４  共振器コントローラ
１２８  検出器
１３０  処理コンピュータ
２００  データ取得プロセス
３００  データ取得プロセス
４００  データ取得プロセス
５００  データ取得プロセス
【図１】
2018151379.tif 000003
【図２】
2018151379.tif 000004
【図３Ａ】
2018151379.tif 000005
【図３Ｂ】
2018151379.tif 000006
【図４Ａ】
2018151379.tif 000007
【図４Ｂ】
2018151379.tif 000008
【図５Ａ】
2018151379.tif 000009
【図５Ｂ】
2018151379.tif 000010
【外国語明細書】
2018151379000001.pdf