KR101921949B1 - Super-close target sensing apparatus using uwb pulse signal and method thereof - Google Patents

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이수지
이석우
최재현
하종수
장종훈
안지연
이재환
박영식
노진입
김완주
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Abstract

According to the present invention, a proximity target sensing device comprises: an antenna arranged along a periphery of the proximity target sensing device; a transmitting and receiving part receiving a signal from a target through the antenna; and a signal processing part processing the signal from the target, accumulating the received signal of a constant false alarm rate (CFAR) level or more for M times, and obtaining a distance of the target. Therefore, the super-proximity target sensing device using an ultra-wide band (UWB) pulse signal and a sensing method thereof can sense a position of the target with in a super-proximity distance.

Description

UWB 펄스 신호를 이용한 초근접 표적 감지 장치 및 그 방법 {SUPER-CLOSE TARGET SENSING APPARATUS USING UWB PULSE SIGNAL AND METHOD THEREOF}TECHNICAL FIELD [0001] The present invention relates to a device for detecting a proximity target using a UWB pulse signal and a method for detecting the proximity target using the UWB pulse signal.

본 발명은 초근접 표적 감지 장치 및 그 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, UWB 펄스 신호를 이용한 초근접 표적 감지 장치 및 그 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a device for ultra close proximity target detection and a method thereof. And more particularly, to an apparatus and method for detecting a proximity target using a UWB pulse signal.

발명과 관련하여, 전파형 표적 감지 장치(근접 신관)의 경우 RF(Radio Frequency)의 주파수변조 연속파(FMCW: Frequency Modulated Continuous Wave) 신호를 이용하여 표적과 표적 감지 장치 간의 거리 정보를 획득하는 기술이 있다. 주파수변조 연속파의 경우 전파형 레이더에 광범위하게 사용되어 왔고 장거리 표적 감지에 유리하다는 강점이 있으나 초근거리 표적 감지가 어렵고 해상도가 떨어지는 단점이 있다. With respect to the invention, in the case of a propagation type target sensing device (proximity fist), a technique of acquiring distance information between a target and a target sensing device using a frequency modulated continuous wave (FMCW) signal of an RF (Radio Frequency) have. Frequency-modulated continuous waves have been used extensively in spread-spectrum radar and are advantageous for long-range target detection, but they are difficult to detect in near-near targets and have a disadvantage of lower resolution.

기존의 전파형 표적 감지 장치(등록번호 US741758282 등의 기술, 이하 “A 기술”이라 한다)의 탐지거리는 보통 수 m 내지 수 십 m 정도이다. 이에 따라, 먼 거리에서부터 표적을 탐지하고 그 위치를 지속적으로 추적하기 위하여 RF 시스템의 송신부에서는 높은 전력의 신호를 발생시킨다. 그러나 송신부에서 발생된 신호 중 일부는 안테나를 통하여 방사되지 못하고 수신부로 흘러들어가게 되는데 이를 누설신호(Leakage Signal)라고 한다. 이 누설신호는 주파수 하향변환(down-conversion) 과정에서 표적신호와 함께 주파수 하향변환이 되어 마치 매우 근접한 거리에 표적이 있는 것과 유사한 신호를 생성시킨다. 따라서 초근거리에 표적이 있을 경우 표적신호와 누설신호는 수신단에서 구분이 불가능하기 때문에 오히려 근거리 표적의 탐지확률이 낮아지는 현상이 발생하므로 이를 극복할 필요가 있다.  The detection distance of a conventional propagation type target sensing device (a technology such as registration No. US741758282, hereinafter referred to as " A technology ") is usually from several meters to several tens of meters. Accordingly, the transmitter of the RF system generates a high-power signal in order to detect the target from a long distance and continuously track its position. However, some of the signals generated by the transmitter are not radiated through the antenna and flow into the receiver, which is called a leakage signal. This leakage signal is frequency downconverted along with the target signal in a down-conversion process to produce a signal similar to that at a very close distance. Therefore, if there is a target in the near range, the detection probability of the near target is lowered because the target signal and the leakage signal can not be distinguished at the receiving terminal.

기존 선행기술(등록번호 1012391660000, 이하 “B 기술”이라 한다)은 이와 같은 문제를 해결하기 위하여 수신 경로에 유효 지연 시간을 갖는 지연장치(지연 케이블)를 사용하여 누설신호의 영향을 회피하는 방법을 제시하였다. 이러한 방식은 비교적 대역폭이 좁은 FMCW 신호를 사용하는 장치에서는 효과적이나, UWB(Ultra Wide Band) 신호는 대역폭이 넓어 각 주파수 별 위상차이로 인한 군지연(group delay)이 발생하여 펄스폭이 넓어질 우려가 있기 때문에 UWB 신호를 사용하는 장치에는 적용하기가 어렵다.  The existing prior art (registration number 1012391660000, hereinafter referred to as " B technology ") uses a delay device (delay cable) having an effective delay time in the receive path to avoid such a problem, Respectively. This method is effective for a device using a FMCW signal having a relatively narrow bandwidth, but a UWB (Ultra Wide Band) signal has a wide band width, which may cause a group delay due to a phase difference of each frequency, It is difficult to apply to devices using UWB signals.

또 다른 선행기술(출원번호 실1996-054187, 이하 “C 기술”이라 한다)은 근접신관용 고도 감지거리 조정회로에 대한 것으로, 고도가 낮아질수록 증가하는 잡음에 대응하기 위하여, 검출부에서 검출된 도플러 신호와 증폭기의 출력 신호 크기를 기준레벨 감지기에서 비교하여, 그 차이에 비례하는 출력을 발생시키고, 조정부에서 증폭기의 이득을 조정하는 방법을 제시하였다. 이와 같은 방식은 부귀환(negative feed-back) 구조로 인하여 시스템 구성이 복잡해질 뿐만 아니라, UWB 신호의 경우에는 도플러 신호 검출기용으로 광대역 소자들이 많이 필요하기 때문에 실제로 적용하기는 쉽지 않다는 문제점이 있다.  Another prior art (Application No. 1996-054187, hereinafter referred to as " C technology ") relates to an altitude detection distance adjustment circuit for a proximity incinerator. In order to cope with an increasing noise as the altitude becomes lower, The output signal size of the signal and the amplifier is compared in the reference level detector, and an output proportional to the difference is generated, and a method of adjusting the gain of the amplifier in the adjustment section is proposed. Such a scheme has a problem in that the system configuration is complicated due to a negative feed-back structure, and in the case of UWB signals, a large amount of broadband elements are required for a Doppler signal detector.

본 발명의 목적은, UWB 펄스 신호를 이용한 초근접 표적 감지 장치 및 감지 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide an apparatus and method for sensing a near-proximity target using a UWB pulse signal.

또한, 본 발명의 목적은, 수 cm의 초근거리 접근 표적을 정밀하게 감지할 수 있는 초근접 표적 감지 장치 및 감지 방법을 제공하는 것에 그 목적이 있다. It is also an object of the present invention to provide an apparatus and method for detecting proximity proximity targets that can precisely detect a near-near approach target of several centimeters.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 근접 표적 감지 장치는 상기 근접 표적 감지 장치의 둘레를 따라 배치되는 안테나; 상기 안테나를 통해 표적으로부터의 신호를 수신하는 송수신부; 및 상기 표적으로부터의 신호를 처리하여, CFAR (Constant False Alarm Rate) 레벨 이상의 수신 신호를 M회 누적시켜 상기 표적의 거리를 획득하는 신호처리부를 포함하여, 초근거리에 있는 표적의 위치를 감지할 수 있는 UWB 펄스 신호를 이용한 초근접 표적 감지 장치 및 그 감지 방법을 제공할 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a proximity target sensing device including: an antenna disposed along a periphery of the proximity target sensing device; A transceiver for receiving a signal from a target via the antenna; And a signal processing unit for processing a signal from the target to accumulate the received signal at a constant false false alarm rate (CFAR) or higher level M times to acquire the distance of the target, It is possible to provide a device for sensing a proximity target using a UWB pulse signal and a method of detecting the proximity target.

일 실시 예에서, 상기 신호처리부는 표적이 원거리 표적인 경우, 상기 원거리 표적을 탐지하기 위하여 상기 송수신부의 송신 전력을 높여 누설신호의 영향을 받지 않는 구간에서만 수신신호를 샘플링할 수 있다. 또한, 상기 신호처리부는 상기 표적이 근거리 표적인 경우, 상기 근거리 표적을 탐지하기 위하여 상기 송신 전력을 줄여 누설신호의 영향을 최소화하고, 근거리에 해당하는 영역에서 수신신호를 샘플링할 수 있다.In one embodiment, when the target is a remote target, the signal processing unit may increase the transmission power of the transmission / reception unit to detect the remote target, thereby sampling the reception signal only in a section that is not affected by the leakage signal. In addition, when the target is a near target, the signal processing unit may minimize the influence of the leakage signal by reducing the transmission power so as to detect the near target, and may sample the received signal in an area corresponding to the near target.

일 실시 예에서, 상기 신호처리부에서 고속 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 통하여 샘플링된 표적 반사 신호를 통하여 상기 표적과 상기 표적 감지 장치 간의 거리를 판단하여, 상기 송수신부의 이득을 직접 제어할 수 있다.In one embodiment, the signal processor may determine the distance between the target and the target sensing device through the target reflected signal sampled through a high-speed ADC (Analog-to-Digital Converter) to directly control the gain of the transceiver have.

일 실시 예에서, 상기 안테나는 360° 전방향에서 측면으로 지나가는 표적의 거리 정보를 획득하기 위하여, 각각의 안테나 소자가 상기 측면을 따라 90°의 등간격으로 배치되거나, 또는 각각의 안테나 소자가 길이 방향으로 일정 거리로 이격되어 상부와 하부에 배치될 수 있다.In one embodiment, the antenna is arranged so that each antenna element is equidistantly spaced 90 [deg.] Along the side, or each antenna element has a length And may be disposed at the upper and lower portions.

일 실시 예에서, 상기 두 개의 송수신부를 통해 수신되는 이종 신호가 상기 신호처리부를 통해 유입됨에 따라 상기 표적의 탐지 거리의 모호성을 없애기 위하여, 상기 신호 처리부는 상기 두 개의 송수신부 간에 동기화를 수행할 수 있다.In one embodiment, in order to eliminate the ambiguity of the detection distance of the target as the heterogeneous signal received through the two transmitting and receiving units flows through the signal processing unit, the signal processing unit can perform synchronization between the two transmitting and receiving units have.

본 발명의 다른 측면에 따른 초근접 표적 감지 장치의 표적 감지 방법은 상기 신호처리부에 의해 수행 가능하고, 상기 표적 감지 장치의 초기화를 수행하는 단계; 각 채널 별 참조신호 수집 및 표적 감지를 위한 스캔 간 CFAR level 1 생성 단계; 상기 각 채널마다 처리된 정보를 종합하여 상기 표적 감지가 가능한지 여부를 판단하는 Enable 판단 단계; 상기 각 채널 별로 표적신호 획득 단계; 상기 표적 감지를 위한 스캔 간 CFAR level 1 생성 및 상기 스캔 내에서의 CFAR level 2 생성 단계; 상기 CFAR level 1 및 상기 CFAR level 2를 초과하는 표적 수신신호 식별 및 상기 수신 신호를 M회 누적 단계; 상기 누적 횟수 M이 N회 이상인지 여부인 M>N 판단 단계; 및 상기 채널 중 한 채널이라도 M>N 이면, 상기 표적의 거리 정보를 획득하는 거리 확인 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of detecting a target of a proximity target sensing apparatus, the method comprising: performing initialization of the target sensing apparatus, CFAR level 1 generation step between scan for reference signal acquisition and target detection for each channel; Determining whether the target detection is possible by summing information processed for each channel; A target signal acquisition step for each channel; Generating inter-scan CFAR level 1 for target detection and generating CFAR level 2 in the scan; A target reception signal identification that exceeds the CFAR level 1 and the CFAR level 2, and accumulation of the reception signal M times; Determining M> N whether the cumulative number M is N or more; And a distance checking step of obtaining distance information of the target if M> N even in one of the channels.

본 발명에 따르면, 초근거리에 있는 표적의 위치를 감지할 수 있는 UWB 펄스 신호를 이용한 초근접 표적 감지 장치 및 그 감지 방법을 제공할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a device for sensing a proximity target using a UWB pulse signal capable of detecting a position of a target in a near vicinity and a sensing method thereof.

또한, 본 발명에 따르면, 표적의 거리에 따라 송신신호와 수신신호의 이득을 신호처리기에서 직접 제어할 수 있도록 시스템을 설계하여 초근거리에서는 송수신기의 이득을 줄여 누설신호의 크기를 최소화하여 초근접 표적도 감지할 수 있다. In addition, according to the present invention, the system is designed so that the gain of the transmission signal and the reception signal can be directly controlled by the signal processor according to the distance of the target, thereby minimizing the size of the leakage signal by reducing the gain of the transceiver in the near- Can be detected.

또한, 본 발명에 따르면, 각 수신 채널 별로 스캔 내와 스캔 간 CFAR 알고리즘을 적용하여 표적이 N회 이상 식별된 경우에만 표적의 거리를 확인하는 감지 알고리즘으로 신뢰성 있는 거리 정보를 얻을 수 있다. In addition, according to the present invention, reliable distance information can be obtained by a detection algorithm that confirms the target distance only when the target is identified more than N times by applying the CFAR algorithm between the scan and the scan for each reception channel.

도 1은 본 발명에 따른 UWB 펄스 신호를 이용한 초근접 표적 감지 장치의 작동 개념과 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 거리, 시간에 대한 수신 신호 및 누설 신호 그래프를 나타낸다.
도 3은 본 발명에 따른 안테나의 배치 방법을 나타낸다.
도 4는 본 발명에 따른 표적 감지 장치의 내부 구조를 나타낸다.
도 5는 표적 감지 신호처리과정의 흐름도를 나타낸다.
FIG. 1 shows an operational concept and a configuration diagram of a sensor for sensing a proximity target using a UWB pulse signal according to the present invention.
2 shows a graph of a received signal and a leakage signal with respect to distance and time according to the present invention.
3 shows a method of arranging antennas according to the present invention.
4 shows an internal structure of a target detection apparatus according to the present invention.
5 shows a flowchart of the target detection signal processing process.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, It will be possible.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.While the invention is susceptible to various modifications and alternative forms, specific embodiments thereof are shown by way of example in the drawings and will herein be described in detail. It is to be understood, however, that the invention is not to be limited to the specific embodiments, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Like reference numerals are used for similar elements in describing each drawing.

제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component. And / or < / RTI > includes any combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless otherwise defined, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Should not.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 모듈, 블록 및 부는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. The suffix modules, blocks, and parts for the components used in the following description are given with or taken into consideration only for ease of specification, and do not have their own meaning or role.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description of the present invention, detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.

이하에서는, 본 발명에 따른 UWB 펄스 신호를 이용한 초근접 표적 감지 장치 및 그 방법에 대해 첨부된 도면들을 참조하여 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 도 1은 본 발명에 따른 UWB 펄스 신호를 이용한 초근접 표적 감지 장치의 작동 개념과 구성도를 나타낸다. 구체적으로, 도 1의 (a)는 UWB 펄스 신호를 이용한 초근접 표적 감지 장치의 작동 개념을 나타내고, 도 1의 (b)는 UWB 펄스 신호를 이용한 초근접 표적 감지 장치의 구성도를 나타낸다. Hereinafter, an apparatus and method for sensing a proximity target using a UWB pulse signal according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In this regard, FIG. 1 illustrates an operation concept and a configuration diagram of a near-object detection apparatus using a UWB pulse signal according to the present invention. More specifically, FIG. 1 (a) shows an operation concept of a proximity target detection apparatus using a UWB pulse signal, and FIG. 1 (b) shows a configuration diagram of a proximity target detection apparatus using a UWB pulse signal.

도 1의 (b)를 참조하면, 초근접 표적 감지 장치(10)는 안전장전장치(11), UWB 안테나(20), 송수신부(30), 신호처리부(40) 및 전원부(50)를 포함한다. 본 발명에서는 원거리에 있는 표적에 대해서는 높은 전력의 UWB 신호를, 근거리에 있는 표적에 대해서는 낮은 전력의 UWB 신호를 송수신부(30)에서 생성하여 표적 감지 장치의 측면에 있는 UWB 안테나(20)을 통하여 송신한다.Referring to FIG. 1 (b), the super proximity target sensing device 10 includes a safety loading device 11, a UWB antenna 20, a transmitting / receiving unit 30, a signal processing unit 40, and a power source unit 50 do. In the present invention, a high power UWB signal for a target at a long distance and a low power UWB signal for a target at a short distance are generated in the transmitting and receiving unit 30 and transmitted through a UWB antenna 20 on the side of the target sensing apparatus .

구체적으로, UWB 안테나(20)는 근접 표적 감지 장치의 둘레를 따라 배치되도록 구성된다. 한편, 송수신부(30)는 안테나(20)를 통해 표적으로 신호를 송신하고, 표적으로부터의 신호를 수신한다. 한편, 신호처리부(40)는 표적으로부터의 신호를 처리하여, CFAR (Constant False Alarm Rate) 레벨 이상의 수신 신호를 M회 누적시켜 표적의 거리를 획득한다. 한편, 신호처리부(40)에서의 구체적인 표적 거리 획득 과정은 도 6에서 상세하게 설명한다.Specifically, the UWB antenna 20 is configured to be disposed along the periphery of the proximity target sensing device. On the other hand, the transceiver 30 transmits a signal to the target via the antenna 20 and receives a signal from the target. On the other hand, the signal processing unit 40 processes the signal from the target and accumulates the received signal equal to or higher than CFAR (Constant False Alarm Rate) level M times to acquire the target distance. A detailed process of acquiring a target distance in the signal processing unit 40 will be described in detail with reference to FIG.

도 2는 본 발명에 따른 거리, 시간에 대한 수신 신호 및 누설 신호 그래프를 나타낸다. 구체적으로, 도 2의 (a)는 거리, 시간에 대한 수신 신호 및 누설 신호 그래프를 나타낸다. 또한, 도 2의 (b), (c)는 거리, 시간에 대한 원거리 및 근거리 샘플링 구간에서의 수신 신호 또는 누설 신호 그래프를 나타낸다. 2 shows a graph of a received signal and a leakage signal with respect to distance and time according to the present invention. Specifically, FIG. 2A shows a received signal and a leakage signal graph with respect to distance, time, and the like. 2 (b) and 2 (c) show a received signal or a leak signal graph at a distance and a near sampling interval with respect to distance, time, and the like.

이와 관련하여, 선행 기술 A의 경우에는 표적의 위치와 관계없이 멀리 있는 표적을 탐지하기 위하여 높은 전력의 신호를 송신했었고, 이는 도 2의 (a)와 같이 큰 누설신호를 발생시켜 근접한 표적을 탐지하기는 쉽지 않았다. 그러나 제안하는 본 발명은 탐지거리별로 송신신호와 수신신호의 이득을 제어하여 누설신호의 크기를 조절한다. 특히 초근거리에서는 누설신호의 크기를 최소화하여 최소 탐지 거리를 줄이는 방식을 사용하기 때문에 선행기술 B처럼 유효 지연 시간을 갖는 지연장치(지연 케이블) 없이도 기존의 어려움을 해결할 수 있다.In this regard, in the case of Prior Art A, a high-power signal was transmitted in order to detect a distant target regardless of the position of the target. This generates a large leak signal as shown in FIG. 2 (a) It was not easy to do. However, the present invention controls the magnitude of the leakage signal by controlling the gain of the transmission signal and the reception signal according to the detection distance. In particular, since the method of reducing the minimum detection distance by minimizing the size of the leakage signal is used in the near short distance, the existing difficulties can be solved without a delay device (delay cable) having an effective delay time as in the prior art B.

그리고 탐지거리에 따른 송수신부의 이득은 신호처리부(40)에서 직접 조절한다. 고속 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 통하여 샘플링된 표적신호가 신호처리부(40)로 전송되면 신호처리부(40)에서 표적과 표적 감지 장치 간의 거리를 판단하여 송수신부(30)의 이득을 직접 조절한다. 즉, 신호처리부(40)에서 고속 ADC(Analog-to-Digital Converter)를 통하여 샘플링된 표적 반사 신호를 통하여 표적과 표적 감지 장치 간의 거리를 판단하여, 송수신부(30)의 이득을 직접 제어할 수 있다. 따라서, 제안하는 본 발명은 선행 기술 C에서 요구되는 감지거리 조정회로와 RF 부귀환 구조가 필요 없다는 장점이 있다.  The gain of the transmitter / receiver according to the detection distance is directly controlled by the signal processor 40. When the target signal sampled through a high-speed ADC (analog-to-digital converter) is transmitted to the signal processor 40, the signal processor 40 determines the distance between the target and the target sensor, . That is, the distance between the target and the target sensing device is determined through the target reflection signal sampled through the high-speed ADC (Analog-to-Digital Converter) in the signal processing unit 40 and the gain of the transmitting and receiving unit 30 can be directly controlled have. Therefore, the present invention has the advantage that the detection distance adjustment circuit and the RF feedback structure required in the prior art C are not required.

한편, 도 2에서는 거리에 따른 송수신부의 이득 제어 개념이 또한 도시되었다. 우선 원거리 표적은 수신전력의 저하로 인하여 신호대잡음비(Signal-to-Noise Ratio, SNR)가 저하되는데 이는 송신 전력을 높임으로써 신호대잡음비를 개선시킬 수 있다. 다만 높은 송신 전력으로 인하여 누설신호의 크기 또한 커지게 되는데, 도 2의 (b)와 같이 원거리 표적은 누설신호의 영향이 없는 구간에서만 샘플링되기 때문에 누설신호의 영향이 없다.On the other hand, in FIG. 2, the concept of gain control of the transmitting / receiving unit according to distance is also shown. First, the signal-to-noise ratio (SNR) of the remote target is lowered due to a decrease in the received power. This can improve the signal-to-noise ratio by increasing the transmission power. However, the size of the leakage signal also increases due to the high transmission power. As shown in FIG. 2 (b), since the long distance target is sampled only in the section where there is no influence of the leakage signal, there is no influence of the leakage signal.

표적이 근거리에 있는 경우에는 누설신호의 영향을 줄이는 것이 중요하기 때문에 표적과 표적 감지 장치 간의 거리가 점점 줄어들수록 송신 전력을 점차 감소시킬 필요가 있다. 이를 위해 제안하는 본 발명은 도 2의 (c)에서와 같이 송신 전력을 감소시킴에 따라 누설신호의 크기가 감소되므로 초근거리 접근 표적도 감지할 수 있다. 이와 같이 제안하는 발명은 샘플링 구간을 N개로 분할하여(도 2의 (b), (c)에서는 근거리 샘플링과 원거리 2개 샘플링 구간만을 예시로 제시함) 송신 전력을 가변함으로써 원거리, 근거리 표적을 모두 감지할 수 있다.  When the target is in close proximity, it is important to reduce the influence of the leakage signal, so it is necessary to gradually decrease the transmission power as the distance between the target and the target sensing device decreases. As shown in (c) of FIG. 2, the present invention for this purpose can reduce the size of the leakage signal as the transmission power is reduced, so that the near-near approach target can be detected. In the proposed method, the sampling interval is divided into N portions (only the near sampling and the long distance sampling interval are shown as an example in FIGS. 2B and 2C). By varying the transmission power, Can be detected.

도 1 및 도 2를 참조하면, 신호처리부(40)는 표적이 원거리 표적인 경우, 상기 원거리 표적을 탐지하기 위하여 상기 송수신부의 송신 전력을 높여 누설신호의 영향을 받지 않는 구간에서만 수신신호를 샘플링한다. 반면에, 신호처리부(40)는 표적이 근거리 표적인 경우, 상기 근거리 표적을 탐지하기 위하여 상기 송신 전력을 줄여 누설신호의 영향을 최소화하고, 근거리에 해당하는 영역에서 수신신호를 샘플링한다.Referring to FIGS. 1 and 2, when the target is a remote target, the signal processor 40 increases the transmission power of the transmitter / receiver to detect the remote target and samples the received signal only in a section that is not affected by the leakage signal . On the other hand, when the target is a short distance target, the signal processing unit 40 minimizes the influence of the leakage signal by reducing the transmission power so as to detect the near target, and samples the received signal in a region corresponding to the short distance.

한편, 도 3은 본 발명에 따른 안테나의 배치 방법을 나타낸다. 또한, 도 4는 본 발명에 따른 안테나의 감지 범위 (전방, 후방)을 나타낸다.3 shows a method of arranging antennas according to the present invention. 4 also shows the sensing range (front and rear) of the antenna according to the present invention.

도 3에서는 제안하는 본 발명의 안테나 배치 및 감지 범위를 나타내었다. 제안하는 표적 감지 장치의 UWB 안테나(20)는 360° 전방향을 감지할 수 있어야 하므로 빔폭 및 빔패턴의 특성에 따라 도 3의 (a)와 같이 장치의 둘레를 따라 안테나를 배치할 수 있다. 또는, 도 3의 (b)와 같이 장치의 길이 방향으로 배치할 수 있다. 한편, UWB 안테나(20)의 개수는 안테나의 특성에 따라 바뀔 수 있다. FIG. 3 shows the arrangement and detection range of the proposed antenna of the present invention. Since the UWB antenna 20 of the proposed target sensing apparatus should be able to sense 360 ° all directions, the antenna can be arranged along the circumference of the apparatus as shown in FIG. 3 (a) according to the characteristics of the beam width and the beam pattern. Alternatively, it can be arranged in the longitudinal direction of the apparatus as shown in Fig. 3 (b). Meanwhile, the number of the UWB antennas 20 can be changed according to the characteristics of the antenna.

따라서, UWB 안테나(20)는 360°전방향에서 측면으로 지나가는 표적의 거리 정보를 획득하기 위하여, 각각의 안테나 소자가 상기 측면을 따라 90°의 등간격으로 배치될 수 있다. 또는, UWB 안테나(20)는 각각의 안테나 소자가 길이 방향으로 일정 거리로 이격되어 상부와 하부에 배치될 수 있다.Therefore, the UWB antenna 20 can be arranged at equal intervals of 90 [deg.] Along the side in order to obtain the distance information of the target passing sideways in the 360 [deg.] Direction. Alternatively, the UWB antenna 20 may be disposed at the upper portion and the lower portion, with each antenna element being spaced apart by a predetermined distance in the longitudinal direction.

한편, 도 4는 본 발명에 따른 표적 감지 장치의 내부 구조를 나타낸다. 도 4를 참조하면, UWB 안테나(20), 송수신부(30), 신호처리부(40)을 다양하게 조합하여 구성한 초근접 표적 감지 장치(10)의 내부 구조를 나타낸다. 각 시스템은 안테나의 개수, 송수신부의 개수로 분류가 가능한데, 일례로 도 4의 (a)와 (b)는 안테나가 4개 사용되며 송신용 안테나와 수신용 안테나가 서로 구분되어 있고, 도 4의 (c)와 (d)는 안테나가 2개 사용되고 안테나를 송수신 공용으로 사용하는 구조이다. 안테나를 송수신 공용으로 사용하기 위해선 송신부와 수신부, 안테나 간의 격리를 시키기 위한 소자가 필요한데, 이때 서큘레이터나 커플러와 같은 소자(31)를 이용할 수 있다. 4 shows an internal structure of a target detection apparatus according to the present invention. Referring to FIG. 4, there is shown an internal structure of an ultra-proximity target sensing device 10 including various combinations of a UWB antenna 20, a transceiver 30, and a signal processing unit 40. 4A and 4B, four antennas are used, and a transmitting antenna and a receiving antenna are separated from each other. In FIG. 4A, In (c) and (d), two antennas are used and the antenna is used for transmission and reception. In order to use the antenna for transmission and reception, an element for isolating the transmitter, the receiver and the antenna is required. In this case, a device 31 such as a circulator or a coupler can be used.

송수신부의 개수로 도 4를 분류하면 도 4의 (a)와 (c)는 2개, 도 4의 (b)와 (d)는 1개가 사용된다. 송수신부를 2개 사용하는 시스템의 경우 송신기1의 표적 반사 신호의 수신기2로 유입과 그 반대의 경우(이종 신호의 유입)로 인한 표적 거리 모호성을 없애기 위하여 두 송수신부 간의 동기화가 필요하며, 동기화를 위한 회로가 추가될 수 있다. 송수신부를 1개 사용하는 경우에는 효과적인 안테나 배치를 위하여 송수신부와 안테나 사이에 다양한 형태의 전력분배/결합기(32)를 이용할 수 있다.  As shown in Fig. 4, the number of transmission / reception units is two in Fig. 4 (a) and (c), and one in Fig. 4 (b) and (d) is used. In the case of a system using two transmission / reception units, it is necessary to synchronize the two transmission / reception units in order to eliminate the target distance ambiguity due to the influx of the target reflection signal of the transmitter 1 to the receiver 2 and vice versa May be added. When one transceiver is used, various types of power distributor / combiner 32 may be used between the transceiver and the antenna for effective antenna placement.

상기 제1수신 안테나 및 상기 제2수신 안테나를 통해 수신되는 신호들은 360° 전방향에서 표적을 탐지하도록 전력 분배/결합기(32) 또는 송수신부(30)에 의해 결합된다. 이때, 신호 처리부(40)는 하나 또는 두 개의 송수신부(30)를 통해 수신되는 신호를 처리할 수 있다.The signals received through the first and second receive antennas are combined by the power divider / combiner 32 or the transceiver 30 to detect the target in 360 omni-directional directions. At this time, the signal processing unit 40 can process a signal received through one or two transmitting and receiving units 30. [

도 4의 (a) 내지 (d)를 참조하면, UWB 안테나(20)는 제1송신 안테나, 제2송신 안테나, 제1수신 안테나 및 제2수신 안테나를 포함할 수 있다. 여기서, 제1송신 안테나와 제1수신 안테나가 도 4의 (a)와 같이 인접하여 배치될 수 있다. 4A to 4D, the UWB antenna 20 may include a first transmission antenna, a second transmission antenna, a first reception antenna, and a second reception antenna. Here, the first transmission antenna and the first reception antenna may be disposed adjacent to each other as shown in FIG. 4 (a).

또는, 제1송신 안테나와 제2송신 안테나가 도 4의 (b)와 같이 인접하여 배치될 수 있다. 제1송신 안테나와 제2송신 안테나가 인접하여 배치되는 경우 전력 분배/결합기(32)를 통해 송신신호가 분배될 수 있다. 이때, 제1수신 안테나와 제2수신 안테나는 전력 분배/결합기(32)를 통해 수신신호가 결합될 수 있다.Alternatively, the first transmission antenna and the second transmission antenna may be arranged adjacent to each other as shown in FIG. 4 (b). When the first transmission antenna and the second transmission antenna are disposed adjacent to each other, the transmission signal can be distributed through the power distributor / combiner 32. At this time, the first and second reception antennas can be combined with each other through the power divider / combiner 32. [

또는, 도 4의 (c) 및 (d)와 같이, 하나의 안테나가 제1송신 안테나와 제1수신 안테나로 동작하고, 다른 하나의 안테나가 제2송신 안테나와 제2수신 안테나로 동작할 수 있다.Alternatively, as shown in FIGS. 4 (c) and 4 (d), one antenna operates as a first transmit antenna and a first receive antenna, and the other antenna operates as a second transmit antenna and a second receive antenna have.

한편, 도 5는 표적 감지 신호처리과정의 흐름도를 나타낸다. 우선 표적 감지 장치가 켜지면 장치의 정상적인 동작을 위하여 초기화를 수행하고 초기값 및 N을 입력한다(S10). 이후 수신 UWB 안테나(20) 중 수신 안테나를 통하여 참조신호를 수집하고, 시간변화에 따라 달라지는(발생 또는 소멸하는) 표적신호를 획득하기 위한 스캔 간 CFAR(Constant False Alarm Rate) level 1을 생성시키는데 이 단계는 수신 채널이 여러 개(n 개)일 경우 각 수신 채널마다 병렬로 수행한다(S20). Meanwhile, FIG. 5 shows a flowchart of the target detection signal processing process. First, when the target sensing apparatus is turned on, initialization is performed for the normal operation of the apparatus, and an initial value and N are input (S10). Thereafter, a reference signal is collected through the reception antenna of the reception UWB antenna 20, and a CFAR (Constant False Alarm Rate) level 1 between scans for acquiring a target signal that changes (occurs or disappears) with time changes Step is performed in parallel for each reception channel when there are a plurality of reception channels (n) (S20).

이렇게 각 채널마다 처리된 정보를 종합하여 Enable 여부를 결정하는데, 만일 Enable 되지 않는다면 (S20)을 반복하여 수행하고 Enable 된다면 다음 알고리즘 단계로 넘어가게 된다. 다음 단계로 넘어가는 경우 (S40)~(S70)까지 또 다시 각 채널별로 신호를 처리하게 되는데 우선 표적신호를 획득(S40)하여 CFAR level 1을 생성하고 스캔 내 CFAR level 2를 생성(S50)한다. 이를 통하여 CFAR level 1, 2를 초과한 수신신호를 M회 누적시켜(S60) 그 누적 횟수가 N회를 넘을 때 까지 (S40)~(S70)를 반복적으로 수행한다. 채널 중 한 채널이라도 M이 N보다 크다고 판단(S70)되는 경우 표적의 거리 정보를 얻게 된다.   If it is not enabled (S20), it is repeatedly performed. If it is enabled, the process proceeds to the next algorithm step. If the process goes to the next step, the signal is processed for each channel again from S40 to S70. First, the target signal is acquired (S40) to generate the CFAR level 1 and generate the CFAR level 2 in the scan (S50) . Through this, the reception signal exceeding the CFAR level 1, 2 is accumulated M times (S60), and the steps (S40) to (S70) are repeatedly performed until the accumulated number exceeds N times. If it is determined that M is larger than N (S70), the target distance information is obtained.

구체적으로, 표적 감지 장치의 초기화를 수행(S10)하고, 각 채널 별 참조신호 수집 및 표적 감지를 위한 스캔 간 CFAR level 1 생성 단계(S20)를 수행한다. 또한, 상기 각 채널마다 처리된 정보를 종합하여 상기 표적 감지가 가능하지 여부를 판단하는 Enable 판단 단계(S30)를 수행한다. 이에 따라, 상기 각 채널 별로 표적신호 획득 단계(S40)가 수행된다. Specifically, the initialization of the target sensing apparatus is performed (S10), and a CFAR level 1 generation step (S20) for collecting reference signals and detecting a target for each channel is performed. In addition, an enable determination step (S30) is performed to determine whether the target detection is possible by integrating the information processed for each channel. Accordingly, the target signal acquisition step S40 is performed for each of the channels.

한편, 상기 표적 감지를 위한 스캔 간 CFAR level 1 생성 및 상기 스캔 내에서의 CFAR level 2 생성 단계(S50)가 추가적으로 수행된다. 또한, 상기 CFAR level 1 및 상기 CFAR level 2를 초과하는 표적 수신신호 식별 및 상기 수신 신호를 M회 누적 단계(S50)가 더 수행된다. 또한, 상기 누적 횟수 M이 N회 이상인지 여부인 M>N 판단 단계(S60)를 통해, 상기 채널 중 한 채널이라도 M>N 이면, 상기 표적의 거리 정보를 획득하는 거리 확인 단계(S70)가 수행된다.Meanwhile, generation of inter-scan CFAR level 1 for target detection and generation of CFAR level 2 in scan (S50) are additionally performed. In addition, a target reception signal identification exceeding the CFAR level 1 and the CFAR level 2 and accumulating the reception signal M times are further performed (S50). In addition, if M> N even in one of the channels through the M> N determination step S60, whether the cumulative number M is N or more, the distance checking step S70 for obtaining the distance information of the target .

이상에서는 본 발명에 따른 UWB 펄스 신호를 이용한 초근접 표적 감지 장치 및 그 방법에 대해 살펴보았다.In the foregoing, an apparatus and method for sensing a proximity target using a UWB pulse signal according to the present invention have been described.

한편, 본 발명의 적어도 일 실시 예에 따르면, 초근거리에 있는 표적의 위치를 감지할 수 있는 UWB 펄스 신호를 이용한 초근접 표적 감지 장치 및 그 감지 방법을 제공할 수 있다.According to at least one embodiment of the present invention, there can be provided an apparatus for sensing a proximity target using a UWB pulse signal capable of sensing a position of a target in a near vicinity and a sensing method thereof.

또한, 본 발명의 적어도 일 실시 예에 따르면, 표적의 거리에 따라 송신신호와 수신신호의 이득을 신호처리기에서 직접 제어할 수 있도록 시스템을 설계하여 초근거리에서는 송수신기의 이득을 줄여 누설신호의 크기를 최소화하여 초근접 표적도 감지할 수 있다. Also, according to at least one embodiment of the present invention, a system is designed to control a gain of a transmission signal and a reception signal directly by a signal processor according to a distance of a target, thereby reducing a gain of a transceiver in a near- And can detect the proximity target in the second direction.

또한, 본 발명의 적어도 일 실시 예에 따르면, 각 수신 채널 별로 스캔 내와 스캔 간 CFAR 알고리즘을 적용하여 표적이 N회 이상 식별된 경우에만 표적의 거리를 확인하는 감지 알고리즘으로 신뢰성 있는 거리 정보를 얻을 수 있다.Also, according to at least one embodiment of the present invention, reliable distance information is obtained by a detection algorithm that confirms the target distance only when the target is identified more than N times by applying the CFAR algorithm between the scan and the scan for each reception channel .

소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능뿐만 아니라 각각의 구성 요소들에 대한 설계 및 파라미터 최적화는 별도의 소프트웨어 모듈로도 구현될 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되고, 제어부(controller) 또는 프로세서(processor)에 의해 실행될 수 있다.According to a software implementation, the design and parameter optimization for each component as well as the procedures and functions described herein may be implemented as separate software modules. Software code can be implemented in a software application written in a suitable programming language. The software code is stored in a memory and can be executed by a controller or a processor.

10: 초근접 표적 감지 장치
11: 안전장전장치
20: UWB 안테나
30: 송수신부
31: 서큘레이터 또는 커플러
32: 전력 분배/결합기
40: 신호처리부
50: 전원부
10: proximity target detection device
11: Safety Loading Device
20: UWB antenna
30: Transmitting /
31: Circulator or coupler
32: Power distribution / combiner
40: Signal processor
50:

Claims (7)

근접 표적 감지 장치에 있어서,
상기 근접 표적 감지 장치의 둘레를 따라 배치되는 안테나;
상기 안테나를 통해 표적으로부터의 신호를 수신하는 송수신부; 및
상기 표적으로부터의 신호를 처리하여, CFAR (Constant False Alarm Rate) 레벨 이상의 수신 신호를 M회 누적시켜 상기 표적의 거리를 획득하는 신호 처리부를 포함하고,
상기 신호 처리부에서 표적 반사 신호를 통하여 상기 표적과 상기 표적 감지 장치 간의 거리를 판단하여, 상기 송수신부의 이득을 직접 제어하는 것을 특징으로 하는, 초근접 표적 감지 장치.
A proximity target sensing device comprising:
An antenna disposed along the periphery of the proximity target sensing device;
A transceiver for receiving a signal from a target via the antenna; And
And a signal processor for processing a signal from the target to accumulate the received signal at a level equal to or higher than the CFAR (Constant False Alarm Rate) level M times to obtain the distance of the target,
Wherein the signal processing unit determines the distance between the target and the target sensing device through the target reflection signal and directly controls the gain of the transmission / reception unit.
제1 항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 표적이 원거리 표적인 경우, 상기 원거리 표적을 탐지하기 위하여 상기 송수신부의 송신 전력을 높여 누설신호의 영향을 받지 않는 구간에서만 수신신호를 샘플링하고,
상기 표적이 근거리 표적인 경우, 상기 근거리 표적을 탐지하기 위하여 상기 송신 전력을 줄여 누설신호의 영향을 최소화하고, 근거리에 해당하는 영역에서 수신신호를 샘플링하는 것을 특징으로 하는, 초근접 표적 감지 장치.
The method according to claim 1,
The signal processing unit,
If the target is a remote target, sampling the received signal only in a section that is not influenced by a leakage signal by increasing the transmission power of the transmitter / receiver to detect the remote target,
Wherein when the target is a near target, the transmission power is reduced to minimize the influence of the leakage signal to detect the near target, and the received signal is sampled in a region corresponding to the near target.
삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 안테나는 360° 전방향에서 측면으로 지나가는 표적의 거리 정보를 획득하기 위하여, 각각의 안테나 소자가 상기 측면을 따라 90°의 등간격으로 배치되거나, 또는 각각의 안테나 소자가 길이 방향으로 일정 거리로 이격되어 상부와 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 초근접 표적 감지 장치.
The method according to claim 1,
In order to obtain distance information of a target passing through 360 degrees in all directions from side to side, each antenna element is arranged at equal intervals of 90 degrees along the side, or each antenna element is arranged at a predetermined distance in the longitudinal direction Wherein the sensor is spaced apart and disposed at an upper portion and a lower portion.
제 1항에 있어서,
상기 안테나는 제1송신 안테나, 제2송신 안테나, 제1수신 안테나 및 제2수신 안테나를 포함하고,
상기 제1수신 안테나 및 상기 제2수신 안테나를 통해 수신되는 신호들은 360° 전방향에서 상기 표적을 탐지하도록 전력 분배/결합기 또는 상기 송수신부에 의해 결합되고,
상기 신호 처리부는 하나 또는 두 개의 송수신부를 통해 수신되는 신호를 처리하는 것을 특징으로 하는, 초근접 표적 감지 장치.
The method according to claim 1,
The antenna includes a first transmission antenna, a second transmission antenna, a first reception antenna, and a second reception antenna,
The signals received through the first and second receive antennas are coupled by the power divider / combiner or the transceiver to detect the target in 360 omni-direction,
Wherein the signal processing unit processes signals received through one or two transceivers.
제 5항에 있어서,
상기 두 개의 송수신부를 통해 수신되는 이종 신호가 상기 신호 처리부를 통해 유입됨에 따라 상기 표적의 탐지 거리의 모호성을 없애기 위하여, 상기 신호 처리부는 상기 두 개의 송수신부 간에 동기화를 수행하는 것을 특징으로 하는, 초근접 표적 감지 장치.
6. The method of claim 5,
Characterized in that the signal processor performs synchronization between the two transceivers in order to eliminate the ambiguity of the detection distance of the target as heterogeneous signals received through the two transceivers are input through the signal processor. Proximity target detection device.
초근접 표적 감지 장치의 표적 감지 방법에 있어서,
상기 표적 감지 장치의 초기화를 수행하는 단계;
각 채널 별 참조신호 수집 및 표적 감지를 위한 스캔 간 CFAR level 1 생성 단계;
상기 각 채널마다 처리된 정보를 종합하여 상기 표적 감지가 가능한지 여부를 판단하는 Enable 판단 단계;
상기 각 채널 별로 표적신호 획득 단계;
상기 표적 감지를 위한 스캔 간 CFAR level 1 생성 및 상기 스캔 내에서의 CFAR level 2 생성 단계;
상기 CFAR level 1 및 상기 CFAR level 2를 초과하는 표적 수신 신호 식별 및 상기 수신 신호를 M회 누적 단계;
상기 누적 횟수 M이 N회 이상인지 여부인 M>N 판단 단계; 및
상기 채널 중 한 채널이라도 M>N 이면, 상기 표적의 거리 정보를 획득하는 거리 확인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초근접 표적 감지 장치의 표적 감지 방법.
A method for detecting a proximity target detection device,
Performing initialization of the target sensing device;
CFAR level 1 generation step between scan for reference signal acquisition and target detection for each channel;
Determining whether the target detection is possible by summing information processed for each channel;
A target signal acquisition step for each channel;
Generating inter-scan CFAR level 1 for target detection and generating CFAR level 2 in the scan;
A target reception signal identification that exceeds the CFAR level 1 and the CFAR level 2, and accumulation of the reception signal M times;
Determining M> N whether the cumulative number M is N or more; And
And a distance checking step of obtaining distance information of the target if M> N even in one of the channels.
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