KR20230111121A - Cw 레이더 기반 거리 측정 장치 및 방법 - Google Patents
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Abstract
CW 레이더 기반 거리 측정 장치 및 방법이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 CW 레이더 기반 거리 측정 장치는, CW 신호를 발생시키기 위한 신호 생성부; 신호 생성부로부터 CW 신호가 발생됨에 따라 CW 신호의 송신 신호와 수신 신호를 비교하기 위한 신호 비교부; 기 설정된 최대 탐지 거리 동작시간을 기준으로 CW 신호가 오브젝트로 송신되어 반사된 후 수신됨에 따라 송수신 구간이 서로 오버랩되는 중첩시간이 발생하는 시점의 CW 중첩신호를 검출하기 위한 전력 변환부; CW 중첩신호를 노이즈 필터링 기준과 비교하여 출력하기 위한 비교부; 및 기 설정된 CW 출력시간에 따라 신호 생성부로의 CW 신호 출력을 제어하고 CW 신호 출력에 대응되는 거리 판단 반복수를 카운팅하며, CW 중첩신호 및 CW 중첩신호에 대응되는 거리 판단 반복수를 이용하여 거리를 검출하기 위한 제어부를 포함한다.
Description
개시되는 실시예들은 CW 레이더 기반 거리 측정 기술과 관련된다.
레이더 센서 기술은 거리, 속도, 위치 등 다양한 객체 정보를 추정할 수 있는 기술로, 이중 연속파 신호를 이용한 CW 레이더(Continuous Wave Radar) 기술은 송신신호와 수신신호를 비교하여 나타나는 도플러 주파수 성분으로 움직임 여부나 속도를 측정하는데 사용하는 기술이다. 간단한 하드웨어 구성만으로 움직임 및 속도 정보를 획득할 수 있어 저가 모션 센서 구현에 유리하나, 객체 거리를 탐지하는데 많은 제약이 존재하고 멀티 패스(multipath)나 클러터(clutter)에 의해 특성 열화가 발생할 수 있다.
일반적인 레이더 센서에서 거리를 측정하는 방법은 펄스를 송수신하여 이 때 발생하는 TOF(time-of-flight)를 측정하는 펄스 레이더 방식과 주파수 모듈레이션을 통해 송수신 신호 사이에서 발생하는 주파수 변화 정도를 측정하는 주파수 변조(FM) CW레이더 방식이 있다. 펄스 레이더 방식에서 TOF를 내부 카운터 등을 이용하여 측정하는 것으로 카운터와 적분기 등을 구비해야 하며, 펄스 간격이 좁은 펄스를 생성해야 하기에 고성능을 펄스 생성기 구현이 요구될 수 있다.
FMCW 레이더는 주파수를 일정하게 가변 할 수 있는 신호원 생성이 매우 중요하며 신호원 특성에 따라 탐지 가능한 객체 특성 한계가 정해진다. 이와 같이, 기존 레이더 센서에서 거리 측정은 복잡하고 구현 난이도가 높은 하드웨어와 획득한 원신호에서 거리 정보를 추출하기 위한 복잡한 신호처리 기법이 요구될 수 있다.
개시된 실시예들은 CW 레이더(Continuous Wave Radar) 기반으로 거리 측정이 가능한 CW 레이더 기반 거리 측정 장치 및 방법을 제공하고자 한다.
일 실시예에 따른 CW 레이더 기반 거리 측정 장치는, CW(Continuous Wave) 신호를 발생시키기 위한 신호 생성부; 상기 신호 생성부로부터 상기 CW 신호가 발생됨에 따라 상기 CW 신호의 송신 신호와 수신 신호를 비교하기 위한 신호 비교부; 기 설정된 최대 탐지 거리 동작시간()을 기준으로 상기 CW 신호가 오브젝트로 송신되어 반사된 후 수신됨에 따라 송수신 구간이 서로 오버랩되는 중첩시간()이 발생하는 시점의 CW 중첩신호를 검출하기 위한 전력 변환부; 상기 전력 변환부를 통해 검출된 상기 CW 중첩신호를 노이즈 필터링 기준과 비교하여 제어부로 출력하기 위한 비교부; 및 기 설정된 CW 출력시간에 따라 상기 신호 생성부로의 상기 CW 신호 출력을 제어하고 상기 CW 신호 출력에 대응되는 거리 판단 반복수를 카운팅하며, 상기 CW 중첩신호 및 상기 CW 중첩신호에 대응되는 거리 판단 반복수를 이용하여 상기 오브젝트와의 거리를 검출하기 위한 제어부를 포함한다.
상기 제어부는, 상기 CW 신호를 출력할 때마다 상기 거리 판단 반복수를 증가 또는 감소 시키면서 상기 전력 변환부를 통해 상기 CW 중첩신호가 검출되는지 여부를 확인할 수 있다.
상기 전력 변환부는, 검출된 상기 CW 중첩신호를 주파수 신호 형태에서 DC 형태로 변환하여 출력할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 최대 탐지 거리 동작시간()을 최소 탐지 거리 동작시간(), 거리 판단 반복수(N) 및 거리 정밀도 기준시간()을 기초로 산출할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 최대 탐지 거리 동작시간()을 수학식 1에 따라 산출하고, 상기 수학식 1은, 이고, 상기 은 최소 탐지 거리 동작시간, 상기 은 상기 CW 중첩신호가 감지된 시점의 거리 판단 반복수 및 상기 은 거리 정밀도 기준시간일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 거리()를 수학식 2 내지 4를 기초로 산출하고, 상기 수학식 2는, 이고,
상기 수학식 3은, 이며, 상기 수학식 4는, 이고, 상기 는 광속, 상기 는 최소 탐지 거리, 상기 는 최대 탐지 거리일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 최소 탐지 거리 및 상기 최대 탐지 거리를 결정하기 위한 시간기준으로 상기 거리 정밀도 기준시간()을 설정하되, 상기 거리 정밀도 기준시간은 가변 가능할 수 있다.
상기 노이즈 필터링 기준은 상기 비교부에서 상기 CW 중첩신호 이외에 신호를 노이즈로 판단할 수 있도록 설정된 기준전압()일 수 있다.
상기 제어부는, 상기 중첩시간()이 발생할 수 있도록 고려하여 상기 기 설정된 CW 출력시간을 설정할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 비교부를 통해 출력되는 상기 CW 중첩신호 중 첫 번째로 수신한 CW 중첩신호를 기준으로 상기 거리를 측정할 수 있다.
상기 중첩시간() 구간에서 상기 CW 중첩신호의 도플러 주파수를 측정하기 위한 주파수 검출부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 주파수 검출부를 통해 획득된 상기 CW 중첩신호의 도플러 주파수를 이용하여 속도를 측정할 수 있다.
상기 신호 생성부는, 입력단에 인에이블(EN) 단자를 구비하여 상기 인에이블 단자를 통해 상기 CW 신호를 인가하거나, 또는 출력단에 SPST(single pole, single throw) 스위치를 구비하여 상기 SPST 스위치의 제어에 따라 상기 CW 신호를 인가하여 상기 CW 신호를 발생시킬 수 있다.
상기 CW 레이더 기반 거리 측정 장치는, 서로 다른 거리 판단 반복수를 갖는 상기 송신 신호와 상기 수신 신호 간에 발생되는 오버랩을 검출하도록 마련될 수 있다.
상기 CW 레이더 기반 거리 측정 장치는, 상기 CW 신호의 수신 신호를 검출하는 수신 신호 검출부; 및 상기 수신 신호의 검출에 따라 기준전압을 발생시키는 기준전압 발생부를 더 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 수신 신호의 검출 시점과 상기 송신 신호와 수신 신호 간 오버랩이 발생되는 시점을 비교하여 서로 다른 거리 판단 반복수를 갖는 송신 신호와 수신 신호 간 오버랩을 확인할 수 있다.
상기 제어부는, N-1(N은 2 이상의 자연수)의 거리 판단 반복수를 갖는 송신 신호의 종단 구간과 N의 거리 판단 반복수를 갖는 수신 신호의 시작 구간이 오버랩되는 경우, 상기 수신 신호가 오버랩 되는 시점을 기준으로 오브젝트와의 거리를 측정할 수 있다.
상기 제어부는, N-1(N은 2 이상의 자연수)의 거리 판단 반복수를 갖는 송신 신호의 시작 구간과 N의 거리 판단 반복수를 갖는 수신 신호의 종단 구간이 오버랩되는 경우, 상기 수신 신호가 검출된 시점을 기준으로 오브젝트와의 거리를 측정할 수 있다.
개시되는 일 실시예에 따른 거리 측정 방법은, 하나 이상의 프로세서들, 및 상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치에서 수행되는 CW 레이더 기반 거리 측정 방법으로서, CW(Continuous Wave) 신호를 발생시키기 위한 단계; 상기 CW 신호가 발생됨에 따라 상기 CW 신호의 송신 신호와 수신 신호를 비교하기 위한 단계; 기 설정된 최대 탐지 거리 동작시간()을 기준으로 상기 CW 신호가 오브젝트로 송신되어 반사된 후 수신됨에 따라 송수신 구간이 서로 오버랩되는 중첩시간()이 발생하는 시점의 CW 중첩신호를 검출하기 위한 단계; 및 기 설정된 CW 출력시간에 따라 상기 CW 신호 출력을 제어하고 상기 CW 신호 출력에 대응되는 거리 판단 반복수를 카운팅하며, 상기 CW 중첩신호 및 상기 CW 중첩신호에 대응되는 거리 판단 반복수를 이용하여 상기 오브젝트와의 거리를 검출하는 단계를 포함한다.
개시되는 실시예들에 따르면, CW 레이더 기반으로 거리 측정을 할 수 있다는 효과를 기대할 수 있다.
개시되는 실시예들에 따르면, CW 레이더 기반으로 거리 및 속도 정보를 상대적으로 간단한 하드웨어 및 신호처리 구성으로 획득할 수 있다는 것이다.
개시되는 실시예들에 따르면, 하드웨어 및 신호처리를 간단히 구성할 수 있어, 저전력 거리 및 속도 센서를 구현할 수 있다는 것이다.
개시되는 실시예들에 따르면, 멀티패스 및 클러터에 의해 발생하는 거리 오차를 효과적으로 제거할 수 있다는 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 CW 레이더 기반 거리 측정 장치를 설명하기 위한 블록도
도 2는 일 실시예에 따른 CW 레이더 기반 거리 측정을 위한 회로도
도 3은 도 2의 회로도의 각 구성에서의 출력 파형 예시도
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 신호 생성부의 동작을 설명하기 위한 예시도
도 5는 일 실시예에서 서로 다른 거리 판단 반복수를 갖는 CW 신호간에 오버랩이 발생하는 경우를 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 CW 레이더 기반 거리 측정 장치를 나타낸 회로도
도 7은 일 실시예에서 기준전압 생성부의 구성을 나타낸 회로도
도 8은 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도
도 2는 일 실시예에 따른 CW 레이더 기반 거리 측정을 위한 회로도
도 3은 도 2의 회로도의 각 구성에서의 출력 파형 예시도
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 신호 생성부의 동작을 설명하기 위한 예시도
도 5는 일 실시예에서 서로 다른 거리 판단 반복수를 갖는 CW 신호간에 오버랩이 발생하는 경우를 나타낸 도면
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 CW 레이더 기반 거리 측정 장치를 나타낸 회로도
도 7은 일 실시예에서 기준전압 생성부의 구성을 나타낸 회로도
도 8은 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하기로 한다. 이하의 상세한 설명은 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.
이하에서 개시하는 본 실시예는 CW 레이더(continuous wave radar) 구조를 이용한 거리측정 기술에 대한 것으로, CW 레이더 신호원을 시간에 따라 제어하여 출력이 생성되는 시간정보를 바탕으로 거리를 측정하는 방법에 관한 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 CW 레이더 기반 거리 측정 장치를 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 CW 레이더 기반 거리 측정을 위한 회로도이며, 도 3은 도 2의 회로도의 각 구성에서의 출력 파형 예시도이다.
도 1을 참고하면, CW 레이더 기반 거리 측정 장치(100)는 제어부(110), 신호 생성부(120), 신호 비교부(130), 전력 변환부(140), 비교부(150) 및 주파수 검출부(170)를 포함한다.
도 2 및 도 3에서 도시하는 바와 같이, CW 레이더 기반 거리 측정 장치(100)는 제어부(110) 및 신호 생성부(120)가 직렬로 연결될 수 있다. 또한, CW 레이더 기반 거리 측정 장치(100)는 신호 생성부(120)로부터 출력된 CW 신호가 오브젝트로 송신된 후 반사되어 수신하는 영역을 기준으로 신호 비교부(130), 전력 변환부(140) 및 비교부(150)가 직렬로 연결될 수 있다. 추가로, 비교부(150)는 제어부(110)와 연결되어 검출된 CW 중첩신호를 검출하여 거리를 측정할 수 있도록 할 수 있다. 또한, 제어부(110)는 신호 비교부(130) 및 전력 변환부(140) 사이에 추가로 연결되어 CW 중첩신호의 도플러 주파수를 수신하여 속도를 측정할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 신호 생성부(120)는 CW(Continuous Wave) 신호를 발생시키기 위한 구성일 수 있다. 도 2에서 도시하는 바와 같이, 신호 생성부(120)에 입력된 CW 신호는 후술하는 제어부(110)의 제어에 따라 기 설정된 CW 출력시간에 따라 입력될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 일 실시예에 따른 신호 생성부의 동작을 설명하기 위한 예시도이다.
일 예로, 도 4a 및 도 4b를 참고하면, 신호 생성부(120)는 입력단에 인에이블(EN) 단자를 구비하여 인에이블 단자를 통해 CW 신호를 인가(도 4a)하거나, 또는 출력단에 SPST(single pole, single throw) 스위치를 구비하여 SPST 스위치의 제어에 따라 CW 신호를 인가(도 4b)하여 CW 신호를 발생시킬 수 있다.
신호 비교부(130)는 신호 생성부(120)로부터 CW 신호가 발생됨에 따라 CW 신호의 송신 신호와 수신 신호를 비교하기 위한 구성일 수 있다.
전력 변환부(140)는 기 설정된 최대 탐지 거리 동작시간()을 기준으로 CW 신호가 오브젝트로 송신되어 반사된 후 수신됨에 따라 송수신 구간이 서로 오버랩되는 중첩시간()이 발생하는 시점의 CW 중첩신호를 검출하기 위한 구성일 수 있다.
도 2를 참고하면, 최대 탐지 거리 동작시간()은 CW 신호의 전송시점과 수신시점의 시간차()와 중첩시간()을 합산한 시간일 수 있다.
도 3을 참고하면, 전력 변환부(140)는 검출된 CW 중첩신호를 주파수 신호 형태에서 DC 형태로 변환하여 출력할 수 있다.
비교부(150)는 전력 변환부(140)를 통해 검출된 CW 중첩신호를 노이즈 필터링 기준과 비교하여 제어부(110)로 출력하기 위한 구성일 수 있다. 상기 노이즈 필터링 기준은 비교부(150)에서 CW 중첩신호 이외에 신호를 노이즈로 판단할 수 있도록 설정된 기준전압()일 수 있다.
도 3을 참고하면, 멀티패스(Multipath)와 클러터(clutter)에 의한 신호를 필터링할 수 있도록 기준전압()의 크기가 설정됨에 따라, 비교부(150)는 멀티패스와 클러터에 의한 영향을 사전에 차단할 수 있다. 이때, 기준전압()은 운용자에 의해서 임의로 설정될 수 있다.
주파수 검출부(170)는 중첩시간() 구간에서 CW 중첩신호의 도플러 주파수를 측정하기 위한 구성일 수 있다.
제어부(110)는 기 설정된 CW 출력시간에 따라 신호 생성부(120)로의 CW 신호 출력을 제어하고 CW 신호 출력에 대응되는 거리 판단 반복수(N)를 카운팅하며, CW 중첩신호 및 상기 CW 중첩신호에 대응되는 거리 판단 반복수를 이용하여 거리를 검출하기 위한 구성일 수 있다. 이때, CW 중첩신호에 대응되는 거리 판단 반복수는 CW 중첩신호가 감지된 시점의 거리 판단 반복수를 의미할 수 있다.
제어부(110)는 중첩시간()이 발생할 수 있도록 고려하여 기 설정된 CW 출력시간을 설정할 수 있다.
본 실시예에서 거리 탐지를 위해서는 중첩시간()가 존재해야 한다. CW 신호의 전송시점과 수신시점의 시간차()가 커서 중첩시간()이 존재하지 않는 경우에는 거리 탐지가 불가능 할 수 있다. 이에, 본 실시예서는 중첩시간()이 발생할 수 있도록 고려하여 탐지 범위를 설정할 수 있다.
제어부(110)는 CW 신호를 출력할 때마다 거리 판단 반복수(N)를 증가 또는 감소 시키면서 전력 변환부(140)를 통해 CW 중첩신호가 검출되는지 여부를 확인할 수 있다. 즉, 제어부(110)는 N을 0부터 증가시키면서 또는 N을 최대값으로부터 감소시키면서 중첩시간()의 발생 여부를 확인할 수 있는 것이다.
제어부(110)는 최대 탐지 거리 동작시간()을 최소 탐지 거리 동작시간(), 거리 판단 반복수(N) 및 거리 정밀도 기준시간()을 기초로 산출할 수 있다.
제어부(110)는 최대 탐지 거리 동작시간()을 수학식 1에 따라 산출할 수 있다.
(수학식 1)
상기 은 최소 탐지 거리 동작시간, 상기 은 상기 CW 중첩신호가 감지된 시점의 거리 판단 반복수 및 상기 은 거리 정밀도 기준시간일 수 있다.
제어부(110)는 거리()를 수학식 2 내지 4를 기초로 산출할 수 있다.
(수학식 2)
(수학식 3)
도 2 및 도 3을 참고하면, 이때, 는 CW 신호의 전송시점과 수신시점의 시간차를 의미하는 것으로서, 송신 안테나부를 통해 CW 신호(도 2 및 도 3의 Tx)가 오브젝트로 제공되는 전송 시점과 수신 안테나부를 통해 오브젝트로부터 CW 신호(도 2 및 도 3의 Rx)를 제공받는 수신 시점의 시간차를 의미할 수 있다. 상기 C는 광속을 의미할 수 있다.
(수학식 4)
상기 는 광속, 상기 는 최소 탐지 거리, 상기 는 최대 탐지 거리일 수 있다.
상술한 거리()는 를 기초로 획득된 거리이고, 최소 탐지 거리()는 를 기초로 획득된 거리이며, 최대 탐지 거리()는 를 기초로 획득된 거리일 수 있다.
제어부(110)는 N을 0부터 증가시키면서 또는 N을 최대값으로부터 감소시키면서 중첩시간()의 발생 여부를 확인할 수 있는 것이다. 예를 들어, 에서는 중첩시간()이 발생되지 않고, 전력 변환부(140) 출력이 "0"으로, 일 수 있다. 또한, 에서는 중첩시간()이 발생되고 전력 변환부(140) 출력이 검출되어 일 수 있다.
제어부(110)는 최소 탐지 거리 및 최대 탐지 거리를 결정하기 위한 시간기준으로 거리 정밀도 기준시간()을 설정하되, 거리 정밀도 기준시간은 가변 가능할 수 있다.
본 실시예에서는 거리 정밀도 기준시간()의 설정에 의해 측정되는 거리 정밀도가 결정될 수 있다. 예를 들어, 이 10ns 이 1ns, N이 100인 경우, 최소 탐지 거리는 1.5m이고, 최대 탐지 거리는 16.5m로, 거리 정밀도는 15cm가 되는 것이다. 즉, 제어부(110)는 15cm 단위로 거리 측정을 수행할 수 있다는 것이다.
제어부(110)는 거리 정밀도 기준시간()을 설정 또는 가변할 수 있으며, 숏 펄스(short pulse) 생성 시 요구되는 시간 제어보다 생성이 용이할 수 있다.
제어부(110)는 비교부(150)를 통해 출력되는 CW 중첩신호 중 첫 번째로 수신한 CW 중첩신호를 기준으로 거리를 측정할 수 있다.
제어부(110)는 주파수 검출부(170)를 통해 획득된 CW 중첩신호의 도플러 주파수를 이용하여 속도를 측정할 수 있다.
한편, 오브젝트와의 거리에 따라 서로 다른 거리 판단 반복수를 갖는 CW 신호간에 오버랩이 발생할 수도 있다. 즉, CW 레이더 기반 거리 측정 장치(100)와 오브젝트와의 거리가 일정 거리 이상 멀어지게 되면, 서로 다른 거리 판단 반복수를 갖는 CW 신호간에 오버랩이 발생할 수 있게 된다. 이에 대해 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
도 5는 일 실시예에서 서로 다른 거리 판단 반복수를 갖는 CW 신호간에 오버랩이 발생하는 경우를 나타낸 도면이다. 도 5의 (a)를 참조하면, 서로 다른 거리 판단 반복수를 갖는 CW 신호 간에 오버랩 구간이 송신 신호의 종단 구간에 발생할 수 있다. 즉, N-1의 거리 판단 반복수를 갖는 송신 신호의 종단 구간과 N의 거리 판단 반복수를 갖는 수신 신호의 시작 구간이 오버랩 되어 나타나는 경우(제1 케이스)가 있을 수 있다. 제1 케이스의 경우, 수신 신호가 오버랩 되는 시점을 기준으로 오브젝트와의 거리를 측정할 수 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 서로 다른 거리 판단 반복수를 갖는 CW 신호 간에 오버랩 구간이 송신 신호의 시작 구간에 발생할 수 있다. 즉, N-1의 거리 판단 반복수를 갖는 송신 신호의 시작 구간과 N의 거리 판단 반복수를 갖는 수신 신호의 종단 구간이 오버랩 되어 나타나는 경우(제2 케이스)가 있을 수 있다. 제2 케이스의 경우, 수신 신호를 수신한 시점을 기준으로 오브젝트와의 거리를 측정할 수 있다.
이와 같이, 서로 다른 거리 판단 반복수를 갖는 CW 신호간에 오버랩이 발생하는 경우는 제1 케이스(도 5의 (a))와 제2 케이스(도 5의 (b))가 있을 수 있다. 이때, 수신 신호의 수신 시점과 오버랩이 발생한 시간을 비교하여 제1 케이스와 제2 케이스를 구분할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 CW 레이더 기반 거리 측정 장치를 나타낸 회로도이다. 도 6은 서로 다른 거리 판단 반복수를 갖는 CW 신호간에 오버랩이 발생하는 경우에도 거리 측정을 할 수 있도록 하기 위한 것으로, 여기서는 도 2에 도시된 실시예와 차이가 나는 부분을 중점적으로 설명하기로 한다.
도 6을 참조하면, CW 레이더 기반 거리 측정 장치(100)는 수신 신호 검출부(180) 및 기준전압 생성부(190)를 더 포함할 수 있다.
수신 신호 검출부(180)는 CW 신호가 오브젝트에 반사되어 되돌아오는 수신 신호를 검출할 수 있다. 수신 신호 검출부(180)는 오브젝트에서 반사되는 수신 신호만을 별도로 검출하기 위한 구성일 수 있다.
기준전압 생성부(190)는 수신 신호 검출부(180)에서 수신 신호가 검출됨에 따라 기준전압을 생성할 수 있다. 즉, 기준전압 생성부(190)는 수신 신호가 검출되기 전에는 기준전압을 생성하지 않다가 수신 신호가 검출되는 시점에 기준전압을 생성하도록 마련될 수 있다. 기준전압 생성부(190)는 생성된 기준전압(Vref)을 비교부(150) 및 제어부(110)로 각각 공급할 수 있다.
도 7은 일 실시예에서 기준전압 생성부(190)의 구성을 나타낸 회로도이다. 도 7을 참조하면, 기준전압 생성부(190)는 수신 신호 검출부(180)로부터 수신 신호가 인가되면 스위치(SW)가 온(ON)됨에 따라 저항 분배 회로가 동작하여 기준전압(Vref)을 생성하게 된다. 반면, 수신 신호 검출부(180)로부터 수신 신호가 인가되지 못하면, 스위치(SW)가 오프(OFF)된 상태에 있게 된다.
여기서, 제어부(110)는 수신 신호가 수신되면서 오버랩 구간이 발생하면 제1 케이스로 판단하여 오브젝트와의 거리를 측정할 수 있고, 수신 신호가 수신된 후 일정 시간이 경과하여 오버랩 구간이 발생하면 제2 케이스로 판단하여 오브젝트와의 거리를 측정할 수 있다. 이때, 수신 신호가 수신되면 기준 전압이 발생하여 비교부(150)로 전달되므로 비교부(150)의 출력은 LOW 상태가 되며, 이후에 오버랩 구간이 발생하면 비교부(150)의 출력이 HIGH 상태로 변경되어 제2 케이스를 확인할 수 있게 된다.
도 8은 일 실시예에 따른 컴퓨팅 장치를 포함하는 컴퓨팅 환경을 예시하여 설명하기 위한 블록도이다. 도시된 실시예에 서, 각 컴포넌트들은 이하에 기술된 것 이외에 상이한 기능 및 능력을 가질 수 있고, 이하에 기술된 것 이외에도 추가적인 컴포넌트를 포함할 수 있다.
도시된 컴퓨팅 환경(10)은 컴퓨팅 장치(12)를 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 장치(12)는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치(100)일 수 있다.
컴퓨팅 장치(12)는 적어도 하나의 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16) 및 통신 버스(18)를 포함한다. 프로세서(14)는 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 앞서 언급된 예시적인 실시예에 따라 동작하도록 할 수 있다. 예컨대, 프로세서(14)는 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 하나 이상의 프로그램들을 실행할 수 있다. 상기 하나 이상의 프로그램들은 하나 이상의 컴퓨터 실행 가능 명령어를 포함할 수 있으며, 상기 컴퓨터 실행 가능 명령어는 프로세서(14)에 의해 실행되는 경우 컴퓨팅 장치(12)로 하여금 예시적인 실시예에 따른 동작들을 수행하도록 구성될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 컴퓨터 실행 가능 명령어 내지 프로그램 코드, 프로그램 데이터 및/또는 다른 적합한 형태의 정보를 저장하도록 구성된다. 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)에 저장된 프로그램(20)은 프로세서(14)에 의해 실행 가능한 명령어의 집합을 포함한다. 일 실시예에서, 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)는 메모리(랜덤 액세스 메모리와 같은 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 또는 이들의 적절한 조합), 하나 이상의 자기 디스크 저장 디바이스들, 광학 디스크 저장 디바이스들, 플래시 메모리 디바이스들, 그 밖에 컴퓨팅 장치(12)에 의해 액세스되고 원하는 정보를 저장할 수 있는 다른 형태의 저장 매체, 또는 이들의 적합한 조합일 수 있다.
통신 버스(18)는 프로세서(14), 컴퓨터 판독 가능 저장 매체(16)를 포함하여 컴퓨팅 장치(12)의 다른 다양한 컴포넌트들을 상호 연결한다.
컴퓨팅 장치(12)는 또한 하나 이상의 입출력 장치(24)를 위한 인터페이스를 제공하는 하나 이상의 입출력 인터페이스(22) 및 하나 이상의 네트워크 통신 인터페이스(26)를 포함할 수 있다. 입출력 인터페이스(22) 및 네트워크 통신 인터페이스(26)는 통신 버스(18)에 연결된다. 입출력 장치(24)는 입출력 인터페이스(22)를 통해 컴퓨팅 장치(12)의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 포인팅 장치(마우스 또는 트랙패드 등), 키보드, 터치 입력 장치(터치패드 또는 터치스크린 등), 음성 또는 소리 입력 장치, 다양한 종류의 센서 장치 및/또는 촬영 장치와 같은 입력 장치, 및/또는 디스플레이 장치, 프린터, 스피커 및/또는 네트워크 카드와 같은 출력 장치를 포함할 수 있다. 예시적인 입출력 장치(24)는 컴퓨팅 장치(12)를 구성하는 일 컴포넌트로서 컴퓨팅 장치(12)의 내부에 포함될 수도 있고, 컴퓨팅 장치(12)와는 구별되는 별개의 장치로 컴퓨팅 장치(12)와 연결될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 실시예는 CW 레이더 구성을 기반으로 복잡한 신호원이나 신호처리 구현없이 거리 측정이 가능한 기술로 저가 거리 탐지 센서를 구현하는데 유용하고, 적용되는 회로가 상대적으로 단순하고 복잡한 연산이 생략되어 저전력 센싱 기술을 제공할 수 있다.
또한, 본 실시예는 멀티패스(multipath)나 클러터(clutter)에 의해서 발생할 수 있는 잡음을 사전에 제거하여 거리 정보의 결과치에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예는 CW 신호의 출력시간을 제어하여 동일 장치에서 거리 정보와 속도 정보를 모두 획득할 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10: 컴퓨팅 환경
12: 컴퓨팅 장치
14: 프로세서
16: 컴퓨터 판독 가능 저장 매체
18: 통신 버스
20: 프로그램
22: 입출력 인터페이스
24: 입출력 장치
26: 네트워크 통신 인터페이스
100: CW 레이더 기반 거리 측정 장치
110: 제어부
120: 신호 생성부
130: 신호 비교부
140: 전력 변환부
150: 비교부
170: 주파수 검출부
180 : 수신 신호 검출부
190 : 기준전압 생성부
12: 컴퓨팅 장치
14: 프로세서
16: 컴퓨터 판독 가능 저장 매체
18: 통신 버스
20: 프로그램
22: 입출력 인터페이스
24: 입출력 장치
26: 네트워크 통신 인터페이스
100: CW 레이더 기반 거리 측정 장치
110: 제어부
120: 신호 생성부
130: 신호 비교부
140: 전력 변환부
150: 비교부
170: 주파수 검출부
180 : 수신 신호 검출부
190 : 기준전압 생성부
Claims (18)
- CW(Continuous Wave) 신호를 발생시키기 위한 신호 생성부;
상기 신호 생성부로부터 상기 CW 신호가 발생됨에 따라 상기 CW 신호의 송신 신호와 수신 신호를 비교하기 위한 신호 비교부;
기 설정된 최대 탐지 거리 동작시간()을 기준으로 상기 CW 신호가 오브젝트로 송신되어 반사된 후 수신됨에 따라 송수신 구간이 서로 오버랩되는 중첩시간()이 발생하는 시점의 CW 중첩신호를 검출하기 위한 전력 변환부;
상기 전력 변환부를 통해 검출된 상기 CW 중첩신호를 노이즈 필터링 기준과 비교하여 제어부로 출력하기 위한 비교부; 및
기 설정된 CW 출력시간에 따라 상기 신호 생성부로의 상기 CW 신호 출력을 제어하고 상기 CW 신호 출력에 대응되는 거리 판단 반복수를 카운팅하며, 상기 CW 중첩신호 및 상기 CW 중첩신호에 대응되는 거리 판단 반복수를 이용하여 상기 오브젝트와의 거리를 검출하기 위한 제어부를 포함하는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
상기 CW 신호를 출력할 때마다 상기 거리 판단 반복수를 증가 또는 감소 시키면서 상기 전력 변환부를 통해 상기 CW 중첩신호가 검출되는지 여부를 확인하는 것을 포함하는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 전력 변환부는,
검출된 상기 CW 중첩신호를 주파수 신호 형태에서 DC 형태로 변환하여 출력하는 것을 포함하는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
상기 최대 탐지 거리 동작시간()을 최소 탐지 거리 동작시간(), 거리 판단 반복수(N) 및 거리 정밀도 기준시간()을 기초로 산출하는 것을 포함하는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치.
- 청구항 4에 있어서,
상기 제어부는,
상기 최대 탐지 거리 동작시간()을 수학식 1에 따라 산출하고,
상기 수학식 1은,
이고,
상기 은 최소 탐지 거리 동작시간, 상기 은 상기 CW 중첩신호가 감지된 시점의 거리 판단 반복수 및 상기 은 거리 정밀도 기준시간인 것을 포함하는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치.
- 청구항 5에 있어서,
상기 제어부는,
상기 거리()를 수학식 2 내지 4를 기초로 산출하고,
상기 수학식 2는, 이고,
상기 수학식 3은, 이며,
상기 수학식 4는, 이고,
상기 는 광속, 상기 는 최소 탐지 거리, 상기 는 최대 탐지 거리인 것을 포함하는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치.
- 청구항 6에 있어서,
상기 제어부는,
상기 최소 탐지 거리 및 상기 최대 탐지 거리를 결정하기 위한 시간기준으로 상기 거리 정밀도 기준시간()을 설정하되, 상기 거리 정밀도 기준시간은 가변 가능한 것인 것을 포함하는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 노이즈 필터링 기준은 상기 비교부에서 상기 CW 중첩신호 이외에 신호를 노이즈로 판단할 수 있도록 설정된 기준전압()인 것을 포함하는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
상기 중첩시간()이 발생할 수 있도록 고려하여 상기 기 설정된 CW 출력시간을 설정하는 것을 포함하는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제어부는,
상기 비교부를 통해 출력되는 상기 CW 중첩신호 중 첫 번째로 수신한 CW 중첩신호를 기준으로 상기 거리를 측정하는 것을 포함하는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 중첩시간() 구간에서 상기 CW 중첩신호의 도플러 주파수를 측정하기 위한 주파수 검출부를 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 주파수 검출부를 통해 획득된 상기 CW 중첩신호의 도플러 주파수를 이용하여 속도를 측정하는 것을 포함하는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 신호 생성부는,
입력단에 인에이블(EN) 단자를 구비하여 상기 인에이블 단자를 통해 상기 CW 신호를 인가하거나, 또는 출력단에 SPST(single pole, single throw) 스위치를 구비하여 상기 SPST 스위치의 제어에 따라 상기 CW 신호를 인가하여 상기 CW 신호를 발생시키는 것을 포함하는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 CW 레이더 기반 거리 측정 장치는,
서로 다른 거리 판단 반복수를 갖는 상기 송신 신호와 상기 수신 신호 간에 발생되는 오버랩을 검출하도록 마련되는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치.
- 청구항 13에 있어서,
상기 CW 레이더 기반 거리 측정 장치는,
상기 CW 신호의 수신 신호를 검출하는 수신 신호 검출부; 및
상기 수신 신호의 검출에 따라 기준전압을 발생시키는 기준전압 발생부를 더 포함하는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치.
- 청구항 14에 있어서,
상기 제어부는,
상기 수신 신호의 검출 시점과 상기 송신 신호와 수신 신호 간 오버랩이 발생되는 시점을 비교하여 서로 다른 거리 판단 반복수를 갖는 송신 신호와 수신 신호 간 오버랩을 확인하는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치.
- 청구항 15에 있어서,
상기 제어부는,
N-1(N은 2 이상의 자연수)의 거리 판단 반복수를 갖는 송신 신호의 종단 구간과 N의 거리 판단 반복수를 갖는 수신 신호의 시작 구간이 오버랩되는 경우, 상기 수신 신호가 오버랩 되는 시점을 기준으로 오브젝트와의 거리를 측정하는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치.
- 청구항 15에 있어서,
상기 제어부는,
N-1(N은 2 이상의 자연수)의 거리 판단 반복수를 갖는 송신 신호의 시작 구간과 N의 거리 판단 반복수를 갖는 수신 신호의 종단 구간이 오버랩되는 경우, 상기 수신 신호가 검출된 시점을 기준으로 오브젝트와의 거리를 측정하는 CW 레이더 기반 거리 측정 장치.
- 하나 이상의 프로세서들, 및
상기 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행되는 하나 이상의 프로그램들을 저장하는 메모리를 구비한 컴퓨팅 장치에서 수행되는 CW 레이더 기반 거리 측정 방법으로서,
CW(Continuous Wave) 신호를 발생시키기 위한 단계;
상기 CW 신호가 발생됨에 따라 상기 CW 신호의 송신 신호와 수신 신호를 비교하기 위한 단계;
기 설정된 최대 탐지 거리 동작시간()을 기준으로 상기 CW 신호가 오브젝트로 송신되어 반사된 후 수신됨에 따라 송수신 구간이 서로 오버랩되는 중첩시간()이 발생하는 시점의 CW 중첩신호를 검출하기 위한 단계; 및
기 설정된 CW 출력시간에 따라 상기 CW 신호 출력을 제어하고 상기 CW 신호 출력에 대응되는 거리 판단 반복수를 카운팅하며, 상기 CW 중첩신호 및 상기 CW 중첩신호에 대응되는 거리 판단 반복수를 이용하여 상기 오브젝트와의 거리를 검출하는 단계를 포함하는 CW 레이더 기반 거리 측정 방법.
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|---|---|---|---|
| KR1020220006880 | 2022-01-17 | ||
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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|---|---|
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Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100597343B1 (ko) | 2000-09-26 | 2006-07-10 | 후지쓰 텐 가부시키가이샤 | Ｆｍ-ｃｗ 레이더 장치 |
-
2022
- 2022-03-18 KR KR1020220034210A patent/KR20230111121A/ko unknown
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100597343B1 (ko) | 2000-09-26 | 2006-07-10 | 후지쓰 텐 가부시키가이샤 | Ｆｍ-ｃｗ 레이더 장치 |
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