KR100815260B1 - 위상차를 이용한 방위각 측정 장치 및 방법 - Google Patents

위상차를 이용한 방위각 측정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 실내 측위 분야에서 수신된 임펄스 신호 간 위상차를 이용하여 방위각의 오차를 줄여 측위 대상의 정확한 위치를 측정할 수 있는 위상차를 이용한 방위각 측정 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 방위각 측정 장치는 각각 고정된 제1 지점과 제2 지점으로부터 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 수신하는 측위 신호 수신부, 상기 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호의 위상차를 검출하는 위상차 검출부 및 상기 검출된 두 측위 신호의 위상차를 기초로 하여 측위 대상의 방위각을 측정하는 방위각 계산부를 포함한 것을 특징으로 한다. 따라서, 본 발명은 두 임펄스 측위 신호의 위상차를 이용하여 측위 대상의 방위각을 측정하기 때문에 측위 대상의 위치를 정확하게 찾을 수 있다.
위상차, 방위각, 방위각 측정, 임펄스, 측위

Description

위상차를 이용한 방위각 측정 장치 및 방법{APPARATUS FOR MEASURING AN ANGLE OF DIRECTION BY PHASE DIFFERENCE AND METHOD USING THE SAME}
도 1은 일반적으로 실내 측위 분야에서 사용되는 측위 대상을 측정하는 것을 나타낸 일 예시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 방위각 측정 장치를 설명하기 위한 일 실시예 시스템 구성도이다.
도 3은 본 발명 위상차를 이용한 방위각 측정 장치의 구성에 대한 일 실시예 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시한 위상차 검출부의 구성에 대한 일 실시예 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시한 각 부분(A~D)에 대한 일 실시예 파형도이다.
도 6은 도 3에 도시한 위상차 검출부의 구성에 대한 또 다른 일 실시예 블록도이다.
도 7은 도 3에 도시한 위상차 검출부의 구성에 대한 또 다른 일 실시예 블록도이다.
도 8은 도 7에 도시한 위상 지연 시간 제어부의 구성에 대한 일 실시예 블록도이다.
도 9는 도 8에 도시한 각 부분(①~④)에 대한 일 실시예 파형도이다.
도 10은 도 8에 입력된 두 임펄스 측위 신호에 대한 파형과 출력 결과 값에 대한 일 예시도이다.
도 11은 본 발명 위상차를 이용한 방위각 측정 방법에 일 실시예 흐름도이다.
도 12는 도 11에 도시한 S1120 단계에 대한 일 실시예 상세 흐름도이다.
도 13은 도 11에 도시한 S1120 단계에 대한 또 다른 일 실시예 상세 흐름도이다.
도 14는 도 11에 도시한 S1120 단계에 대한 또 다른 일 실시예 상세 흐름도이다.
도 15는 도 14에 도시한 S1410 단계에 대한 일 실시예 상세 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
310: 측위 신호 수신부 320: 위상차 검출부
330: 방위각 계산부 410: 측위 신호 위상 검출부
420,820: 펄스-전압 변환부 430: 아날로그 디지털 변환부
610,720: 버퍼 지연 라인부 620,730: 위상 오프셋 검출부
710: 위상 지연 시간 제어부 810: 위상 지연 검출부
830: 전압 제어부
본 발명은 방위각 측정 장치 및 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실내 측위 분야에서 수신된 임펄스 신호 간 위상차를 이용하여 방위각의 오차를 줄여 측위 대상의 정확한 위치를 측정할 수 있는 위상차를 이용한 방위각 측정 장치 및 방법에 관한 것이다.
도 1은 일반적으로 실내 측위 분야에서 사용되는 측위 대상을 측정하는 것을 나타낸 도로서, 측위 대상(110)의 위치를 측위 대상 자체 또는 베이스 스테이션(BS1 또는 BS2)에서 알기 위한 것이다.
도 1을 참조하면, 측위 대상(110)의 위치를 알기 위해서는 측위 대상과 BS1의 거리(d1), 측위 대상과 BS1의 거리(d2), 측위 대상의 방위각(θ)을 알아야 한다.
즉, L만큼 이격되어 고정된 BS1과 BS2 사이의 고정된 위치에서 측위 대상까지의 거리(d)와 방위각(θ)만 알면 측위 대상의 위치를 알 수 있는데, 종래 측위 대상의 위치를 알기 위해서 사용된 것은 측위 대상과 BS1의 거리(d1), 측위 대상과 BS1의 거리(d2)를 이용하여 고정된 위치에서 측위 대상까지의 거리(d)와 방위각(θ)를 측정하였다.
이때, 측위 대상의 방위각은 d1과 d2의 거리차를 이용하여 계산한다.
따라서, d1과 d2의 거리차를 정확히 측정해야만 방위각에 대한 오차를 줄일 수 있어야만 측위 대상의 정확한 위치를 알 수 있다.
하지만, 도 1에서 알 수 있듯이 측위 대상에 대한 오차 범위가 있기 때문에 d1과 d2의 거리차를 이용한 방위각은 정확하게 측정될 수 없고, 따라서 측위 대상 의 위치를 측정하는데 있어서 측정 오차가 높아질 수 있는 단점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 각각 고정된 두 지점으로부터 두 임펄스 측위 신호를 수신하여 위상차를 검출하고 그 검출된 위상차를 이용하여 측위 대상의 정확한 방위각을 측정할 수 있는 위상차를 이용한 방위각 측정 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 두 임펄스 측위 신호의 정확한 위상차를 검출함으로써, 정확한 방위각을 측정하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 정확한 방위각을 측정함으로써, 실내에서 측위 대상의 정확한 위치를 알 수 있는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 측위 대상의 방위각 측정 시 오차를 줄임으로써 측위 대상의 위치에 대한 오차를 줄이는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하고 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 방위각 측정 장치는 각각 고정된 제1 지점과 제2 지점으로부터 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 수신하는 측위 신호 수신부, 상기 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호의 위상차를 검출하는 위상차 검출부 및 상기 검출된 두 측위 신호의 위상차를 기초로 하여 측위 대상의 방위각을 측정하는 방위각 계산부를 포함한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 위상차 검출부는 상기 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호의 위상차를 검출하고 그 검출된 위상차를 디지털화하여 상기 방위각 계산부로 출력할 수 있다.
이때, 상기 위상차 검출부는 상기 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 입력받아 두 측위 신호의 위상차에 대한 펄스 신호를 출력하는 측위 신호 위상 검출부, 상기 펄스 신호를 전압 신호로 변환하는 펄스-전압 변환부 및 상기 전압 신호를 디지털화하여 상기 방위각 계산부로 출력하는 아날로그 디지털 변환부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 위상차 검출부는 복수개의 버퍼 셀이 직렬로 구성되고, 상기 제1 임펄스 측위 신호의 지연된 신호를 각 버퍼 셀에서 생성하는 버퍼 지연 라인부 및 상기 버퍼 지연 라인부에서 생성된 복수 개의 지연 신호와 상기 제2 임펄스 측위 신호를 기초로 하여 상기 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호의 위상차를 검출하고 디지털화하여 상기 방위각 계산부로 출력하는 위상 오프셋 검출부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 위상차 검출부는 제어 전압의 크기에 의해 지연 시간이 제어되는 복수개의 버퍼 셀로 구성된 버퍼 지연 라인부, 기 결정된 기준 신호와 상기 버퍼 지연 라인부를 거친 상기 기준 신호의 입력을 기초로 하여 상기 제어 전압의 크기를 결정하는 위상 지연 시간 제어부 및 상기 제1 임펄스 측위 신호에 대한 상기 버퍼 지연 라인부를 구성하는 각 버퍼 셀의 출력과 상기 제2 임펄스 측위 신호를 기초로 하여 상기 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호의 위상차를 검출하고 디지털화하여 상기 방위각 계산부로 출력하는 위상 오프셋 검출부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 버퍼 지연 라인부는 상기 기준 신호를 상기 기준 신호의 반주기 배수만큼 지연시킬 수 있다.
이때, 상기 위상 지연 시간 제어부는 상기 기 결정된 기준 신호와 상기 기준 신호의 버퍼 지연 라인부를 거친 신호를 입력받아 두 신호의 위상차에 대한 펄스 신호를 출력하는 위상 지연 검출부, 상기 펄스 신호를 전압 신호로 변환하는 펄스-전압 변환부 및 상기 전압 신호를 기초로 하여 상기 제어 전압의 크기를 결정하는 전압 제어부를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 방위각 측정 방법은 각각 고정된 제1 지점과 제2 지점으로부터 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 수신하는 단계, 상기 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호의 위상차를 검출하는 단계 및 상기 검출된 위상차를 기초로 하여 측위 대상의 방위각을 측정하는 단계를 포함한 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 위상차를 검출하는 단계는 상기 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호의 위상차를 검출하고 그 검출된 위상차를 디지털화할 수 있다.
이때, 상기 위상차를 검출하는 단계는 상기 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 입력받아 두 측위 신호의 위상차에 대한 펄스 신호를 생성하는 단계, 상기 펄스 신호를 전압 신호로 변환하는 단계 및 상기 전압 신호를 디지털화하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 위상차를 검출하는 단계는 상기 제1 임펄스 측위 신호에 대한 복수 개의 지연 신호를 생성하는 단계, 상기 제1 임펄스 측위 신호에 대한 복수 개의 지연 신호와 상기 제2 임펄스 측위 신호를 기초로 하여 상기 두 측위 신호의 위상차를 검출하는 단계 및 상기 검출된 위상차를 디지털화하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 위상차를 검출하는 단계는 복수개의 버퍼 셀로 구성된 버퍼 지연 라인의 편차를 조정하는 단계, 상기 편차가 조정된 버퍼 지연 라인으로 상기 제1 임펄스 측위 신호를 입력하는 단계, 상기 제1 임펄스 측위 신호에 대한 버퍼 지연 라인의 각 버퍼 셀에 대한 출력과 제2 임펄스 측위 신호를 기초로 하여 두 신호의 위상차를 검출하는 단계 및 상기 검출된 위상차를 디지털화하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 버퍼 지연 라인의 편차를 조정하는 단계는 상기 버퍼 지연 라인으로 기 결정된 기준 신호를 입력하는 단계, 상기 기준 신호가 상기 버퍼 지연 라인을 통해 출력된 신호와 상기 기 결정된 기준 신호의 위상차에 대한 펄스 신호를 출력하는 단계, 상기 펄스 신호를 전압 신호로 변환하는 단계 및 상기 변환된 전압 신호를 기초로 하여 상기 버퍼 지연 라인을 구성하는 버퍼 셀의 지연 시간을 조정하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 버퍼 지연 라인의 편차를 조정하는 단계는 상기 버퍼 지연 라인을 통해 출력된 신호와 상기 기 결정된 기준 신호의 위상차가 없을 때까지 상기 버퍼 지연 라인의 편차를 조정할 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 방위각 측정 장치를 설명하기 위한 일 실시예 시스템 구성도이다.
도 2를 참조하면, 각 위치에 고정된 제1 베이스 스테이션(이하, "제1 지점"이라 칭함)(210), 제2 베이스 스테이션(이하, "제2 지점"이라 칭함)(220) 그리고 측위 대상(230)으로 구성된다.
이때, 제1 지점(210)과 제2 지점(220)은 각각 고정되어 있고, 두 지점의 거리는 "L"이다.
이때, 제1 지점(210)은 측위 대상으로 제1 임펄스 측위 신호(P1)를 전송하고, 제2 지점(220)은 측위 대상으로 제2 임펄스 측위 신호(P2)를 전송한다.
측위 대상(230)은 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 수신하여 본 발명에 따른 방위각 측정 장치를 이용하여 측위 대상의 방위각을 측정한다.
도 3은 본 발명에 따른 방위각 측정 장치의 일 실시예 구성에 대한 블록도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 방위각 측정 장치는 측위 신호 수신부(310), 위상차 검출부(320), 방위각 계산부(330)로 구성된다.
측위 신호 수신부(310)는 제1 지점과 제2 지점으로부터 각각 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 수신한다. 이때, 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호는 제1 지점과 제2 지점에서 기 결정된 시간 간격을 두고 전송되고, 측위 대상에서 두 임펄스 측위 신호의 기 결정된 시간 간격을 알고 있다. 따 라서, 측위 신호 수신부(310)는 기 결정된 시간 간격으로 전송된 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 수신하고 시간 간격을 제거한 후 두 임펄스 측위 신호를 출력한다.
위상차 검출부(320)는 측위 신호 수신부(310)로 수신된 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호의 위상차를 검출한다. 즉, 위상차 검출부(320)로 입력된 두 임펄스 측위 신호의 지연 시간을 검출하는데, 검출된 위상차는 디지털화되어 출력될 수 있다.
방위각 계산부(330)는 위상차 검출부(320)에서 검출한 두 임펄스 신호의 위상차를 이용하여 측위 대상의 방위각을 계산한다.
이때, 방위각을 계산하기 위한 식은 하기 수학식 1로 표현된다.
θ= cos-1(Δd/L)
여기서, θ는 측위 대상의 방위각을 말하고, L은 도2에 도시한 제1 지점과 제2 지점간의 거리를 말하고, Δd는 제1 지점과 측위 대상간의 거리(d1)와 제2 지점과 측위 대상간의 거리(d2) 차(d1-d2)를 말한다.
따라서, 본 발명은 제1 지점과 측위 대상간의 거리(d1)와 제2 지점과 측위 대상간의 거리(d2) 차(d1-d2)인 Δd를 d1과 d2가 아닌 두 임펄스 측위 신호의 위상 차를 이용하여 정확한 Δd를 측정하는 것이다.
이때, Δd를 계산하기 위한 식은 하기 수학식 2로 표현된다.
Δd = c·Δτ
여기서, c는 빛의 속도를 말하고, Δτ는 두 임펄스 측위 신호의 위상차 시간을 말한다. 즉, 두 임펄스 측위 신호의 위상차를 검출하면 상기 수학식 2를 통해 Δd를 얻을 수 있고, 상기 수학식 1을 통해 측위 대상의 방위각을 계산할 수 있다.
도 4는 도 3에 도시한 위상차 검출부의 일 실시예 구성에 대한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 위상차 검출부는 측위 신호 위상 검출부(410), 펄스-전압 변환부(420), 아날로그 디지털 변환부(430)로 구성된다.
측위 신호 위상 검출부(410)는 제1 임펄스 측위 신호(P1)와 제2 임펄스 측위 신호(P2)의 위상차에 대한 펄스 신호를 출력한다.
펄스-전압 변환부(420)는 측위 신호 위상 검출부(410)에서 출력한 위상차에 대한 펄스 신호를 전압 신호로 변환한다.
아날로그 디지털 변환부(430)는 위상차에 대한 펄스 신호가 변환된 전압 신호를 디지털화시켜 방위각 계산부(330)로 출력한다.
도 4에 대한 동작을 도 5에 도시한 파형을 참고하여 좀 더 설명한다.
도 5는 도 4에 도시한 A, B, C, D에 해당하는 부분의 일 실시예 파형도이다.
도 5를 참조하면, 제1 임펄스 측위 신호(P1)와 제2 임펄스 측위 신호(P2)가 입력되면 즉, A 파형과 B 파형이 입력되면 측위 신호 위상 검출부(410)는 두 임펄스 측위 신호의 위상차에 대한 펄스 신호인 C 파형을 출력한다.
두 임펄스 측위 신호의 위상차에 대한 펄스 신호가 출력되면 펄스-전압 변환부(420)는 펄스 신호인 C 파형을 디지털화시키기 위한 전압 신호로 변환한다. 즉, D 파형으로 변환한 후 아날로그 디지털 변환부(430)에서 디지털화시켜 방위각 계산부(330)로 출력한다.
도 6은 도 3에 도시한 위상차 검출부의 또 다른 일 실시예 구성에 대한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 위상차 검출부는 버퍼 지연 라인부(610), 위상 오프셋 검출부(620)로 구성된다.
버퍼 지연 라인부(610)는 복수 개의 버퍼 셀이 직렬로 연결되어 구성되며 제1 임펄스 측위 신호를 입력받아 각 버퍼 셀에서 소정 시간 지연된 제1 임펄스 측위 신호를 출력한다.
위상 오프셋 검출부(620)는 버퍼 지연 라인부(610)에서 출력한 복수 개의 지연된 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 입력 받아 두 임펄스 측위 신호의 위상차에 대한 디지털화된 값을 방위각 계산부(330)로 출력한다. 이때, 위상 오프셋 검출부(620)는 복수 개의 AND 게이트 회로로 구성되는데, 제2 임펄스 측 위 신호는 인버터를 통해 각 AND 게이트 회로로 입력된다. 도 6에 구체적인 동작 설명은 도 7에서 설명한다.
도 7은 도 3에 도시한 위상차 검출부의 또 다른 일 실시예 구성에 대한 블록도로서, 도 6의 구성에 위상 지연 시간 제어부가 더 구성된 것을 알 수 있다.
즉, 도 7은 버퍼 지연 라인부(720)를 구성하는 버퍼 셀의 지연 시간의 공정 및 동작 온도 등에 의해 발생할 수 있는 편차를 줄일 수 있는 구성 블록도이다.
도 7을 참조하면, 위상차 검출부는 위상 지연 시간 제어부(710), 버퍼 지연 라인부(720), 위상 오프셋 검출부(730)로 구성된다.
버퍼 지연 라인부(720)는 복수 개의 버퍼 셀이 직렬로 연결되어 구성되며 외부에서 입력된 제어 전압에 의해 버퍼 셀의 지연 시간이 제어된다. 즉, 위상 지연 시간 제어부(710)에서 입력된 제어 전압의 크기에 따라 버퍼 셀의 위상 지연 시간이 제어 되기 때문에 버퍼 지연 라인부(720)의 전체 지연 시간이 조정될 수 있다. 이때, 버퍼 지연 라인부(720)의 지연 시간은 버퍼 지연 라인부로 입력된 기준 신호의 주기(T)에 대한 반주기 배수(T/2, T, 3T/2, ...)만큼 지연시킨다. 이때, 기준 신호는 그 주기가 기 결정되어 기준 신호 발생 장치 등을 통해 입력될 수 있다.
위상 지연 시간 제어부(710)는 기준 신호와 기준 신호의 버퍼 지연 라인부(720)를 거친 신호를 입력받아 두 신호의 위상차에 따라 버퍼 지연 라인부(720)를 구성하는 버퍼 셀의 지연 시간을 제어하는 제어 전압을 출력한다. 이때, 제어 전압은 버퍼 지연 라인부(720)를 구성하는 모든 버퍼 셀에 동일하게 입력된다.
위상 오프셋 검출부(730)는 버퍼 지연 라인부(720)로 입력되어 각 버퍼 셀에서 소정 시간 지연된 복수 개의 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 입력 받아 두 임펄스 측위 신호의 위상차에 대한 디지털화된 값을 방위각 계산부(330)로 출력한다. 이때, 제1 임펄스 측위 신호는 버퍼 지연 라인부(720)가 위상 지연 시간 제어부(710)의 제어를 통해 지연 시간의 편차가 조정된 상태이기 때문에 버퍼 지연 라인부(720)를 구성하는 버퍼 셀에 의해 발생할 수 있는 오차를 줄일 수 있다. 따라서, 검출된 두 임펄스 측위 신호의 위상차에 대한 오차가 줄여 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이때, 위상 오프셋 검출부(730)는 복수 개의 AND 게이트 회로로 구성되는데, 제2 임펄스 측위 신호는 인버터를 통해 각 AND 게이트 회로로 입력된다.
도 8은 도 7에 도시한 위상 지연 시간 제어부의 상세 구성을 보인 일 실시예 블록도이다.
도 8을 참조하면, 위상 지연 시간 제어부는 위상 지연 검출부(810), 펄스-전압 변환부(820), 전압 제어부(830)로 구성된다.
위상 지연 검출부(810)는 기준 신호(①)와 기준 신호의 버퍼 지연 라인부를 거친 신호(④)를 입력받아 두 신호의 위상차에 대한 펄스 신호(③)를 출력한다.
펄스-전압 변환부(820)는 기준 신호와 버퍼 지연 라인부를 거친 신호의 위상차에 대한 펄스 신호를 전압 신호로 변환한다. 즉, 버퍼 셀의 지연 시간을 제어하기 위한 제어 전압의 크기를 결정하는 전압 신호로 변환한다.
전압 제어부(830)는 펄스-전압 변환부(820)에서 변환된 전압 신호를 기초로 하여 버퍼 지연 라인부를 구성하는 버퍼 셀의 지연 시간을 제어하는 제어 전압을 모든 버퍼 셀에 동일하게 입력한다.
도 7과 도 8의 구성을 갖는 위상차 검출부에 대한 동작을 도 9와 도 10을 참조하여 좀 더 설명한다.
도 9는 도 8에 도시한 ①~④ 부분에 대한 일 실시예 파형도이다.
도 9를 참조하면, 위상 지연 검출부(810)는 기준 신호(①)와 기준 신호의 버퍼 지연 라인부를 거쳐 입력된 신호(②)의 위상차에 대한 펄스 신호(③)를 출력한다.
펄스-전압 변환부(820)는 위상차에 대한 펄스 신호(③)를 전압 신호로 변환하고, 전압 제어부(830)는 변환된 전압 신호를 기초로 하여 버퍼 지연 라인부의 모든 버퍼 셀에 결정된 제어 전압(④)을 입력한다.
도 9에서 알 수 있듯이, 전압 제어부(830)에 의해 버퍼 셀의 지연 시간이 제어되는 과정이 반복되면 기준 신호(①)와 버퍼 지연 라인부를 거친 신호(②)의 위상차가 줄어들고, 따라서 버퍼 지연 라인부를 구성하는 버퍼 셀에 의한 편차를 조정할 수 있다.
버퍼 지연 라인부(720)에 대한 편차가 조정되면 위상 오프셋 검출부(730)는 버퍼 지연 라인부를 거친 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 입력받아 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호의 위상차를 검출하고, 이에 대한 결과를 디지털값으로 출력한다.
도 10은 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호에 대한 일 실시예 파형도로서, 본 발명에 따른 위상차(Δτ)와 그에 대한 디지털 값(Out)을 나타낸 것이다. 이때, Pd는 버퍼의 전달 지연 시간이다.
즉, 버퍼 지연 라인부에 대한 편차가 조정된 상태이기 때문에 버퍼 지연 라인부를 거친 제1 임펄스 측위 신호에 대한 위상 지연 편차가 발생하지 않고, 위상 오프셋 검출부는 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호의 위상차를 정확하게 검출할 수 있다. 따라서, 검출된 위상차를 통해 측위 대상은 자신의 위치를 상기 수학식 1과 수학식 2를 이용하여 정확하게 측정할 수 있다.
도 11은 본 발명 위상차를 이용한 방위각 측정 방법에 대한 일 실시예 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명에 따른 방위각 측정 방법은 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 수신하는 단계(S1110), 두 임펄스 측위 신호의 위상차를 검출하는 단계(S1120) 및 위상차를 이용하여 방위각을 측정하는 단계(S1130)로 구성된다.
이때, 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호는 각각 고정된 제1 지점(예를 들어, 도 2의 210)과 제2 지점(예를 들어, 도 2의 220)으로부터 수신된다.
이때, 위상차를 검출하는 단계는 위상차를 검출하고 그 검출된 위상차를 디지털화시키는 과정을 포함할 수 있다. 즉, 방위각 측정 시 사용될 수 있는 위상차에 대한 디지털 값을 위상차 검출 단계(S1120)에 포함시킬 수 있다.
이때, 위상차를 이용한 방위각의 측정은 상기 수학식 1과 수학식 2를 통해 수행된다.
그럼, 두 임펄스 측위 신호에 대한 위상차를 검출하는 과정에 대해 예를 들어 상세히 설명한다.
도 12는 도 11에 도시한 S1120 단계에 대한 일 실시예의 상세 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 위상차 검출 단계는 두 임펄스 신호의 위상차에 대한 펄스 신호를 생성하는 단계(S1210), 펄스 신호를 전압 신호로 변환하는 단계(S1220) 및 전압 신호를 디지털화시키는 단계(S1230)를 포함한다.
도 12에 도시한 위상차 검출 단계는 도 4와 도 5에 도시한 위상차 검출부에 대한 동작과 동일하다. 즉, 입력된 두 임펄스 측위 신호에 대한 위상차를 위상 검출기와 같은 장치 등을 이용하여 검출(S1210)하고, 그 검출된 위상차에 대한 펄스 신호를 디지털 값으로 변환하기 위해 전압 신호로 변환(S1220)한 후 전압 신호를 디지털 값으로 변환(S1230)하여 방위각을 측정한다.
도 13은 도 11에 도시한 S1120 단계에 대한 또 다른 일 실시예의 상세 흐름도이다.
도 13을 참조하면, 위상차 검출 단계는 복수 개의 지연된 제1 임펄스 측위 신호를 생성하는 단계(S1310), S1310 단계에서 생성된 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 이용하여 두 임펄스 측위 신호의 위상차를 검출하는 단계(S1320) 및 검출된 위상차를 디지털화시키는 단계(S1330)를 포함한다.
이때, S1310 단계에서 생성된 신호는 버퍼 지연 라인을 통해 생성될 수 있다.
도 13에 도시한 위상차 검출 단계는 도 6에 도시한 위상차 검출부에 대한 동작과 동일하다. 즉, 버퍼 지연 라인을 통해 제1 임펄스 측위 신호에 대한 복수 개의 지연된 신호를 출력(S1310)하고, 그 복수 개의 지연된 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 이용하여 제1 지점과 제2 지점으로부터 수신된 두 임펄스 측위 신호에 대한 위상차를 검출한다(S1320). 그리고, 검출된 두 임펄스 측위 신호에 대한 위상차를 디지털화시켜 출력한다(S1330).
도 14는 도 11에 도시한 S1120 단계에 대한 또 다른 일 실시예의 상세 흐름도이다.
도 14을 참조하면, 위상차 검출 단계는 버퍼 지연 라인의 편차를 조정하는 단계(S1410), 편차가 조정된 버퍼 지연 라인으로 제1 임펄스 측위 신호를 입력하는 단계(S1420), 복수 개의 지연된 제1 임펄스 측위 신호를 생성하는 단계(S1430), S1430 단계에서 생성된 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 이용하여 위상차를 검출하는 단계(S1440) 및 검출된 위상차를 디지털화시키는 단계(S1450)를 포함한다.
즉, 도 14는 도 13과 비교할 때 버퍼 지연 라인의 편차를 조정하는 단계(S1410)가 더 포함된 것이다. 따라서, 버퍼 지연 라인의 편차를 조정하는 단계에 대해서만 설명한다.
도 15는 도 14의 버퍼 지연 라인의 편차를 조정하는 단계에 대한 상세 흐름도이다.
도 15를 참조하면, 버퍼 지연 라인의 편차를 조정하는 단계(S1410)는 버퍼 지연 라인으로 기준 신호를 입력하는 단계(S1510), 기준 신호와 기준 신호의 버퍼 지연 라인을 거친 신호의 위상차에 대한 펄스 신호를 생성하는 단계(S1520), 펄스 신호를 전압 신호로 변환하는 단계(S1530) 및 전압 신호를 기초로 하여 버퍼 지연 라인을 구성하는 버퍼 셀의 지연 시간을 조정하는 단계(S1540)를 포함한다.
이때, 버퍼 지연 라인은 기준 신호를 기준 신호의 주기(T)에 대한 반주기 배수(T/2, T, 3T/2, ...)만큼 지연시킨다.
도 15에 도시한 버퍼 지연 라인의 편차를 조정하는 단계는 도 8과 도 9에 도시한 위상 지연 시간 제어부에 대한 동작과 동일하다. 즉, 기준 신호와 기준 신호의 버퍼 지연 라인을 거친 신호를 입력(S1510)받아 두 신호에 대한 위상차를 펄스 신호로 생성(S1520)하고, 위상차에 대한 펄스 신호를 전압 신호로 변환(S1530)한 후 그 변환된 전압 신호를 기초로 하여 버퍼 지연 라인을 구성하는 버퍼 셀의 지연 시간을 조정(S1540)한다. 이때, 버퍼 셀의 지연 시간은 버퍼 셀로 입력되는 제어 전압의 크기에 따라 달라진다.
이런 일련의 과정을 통해 버퍼 지연 라인의 편차를 조정하고, 그 편차가 조정된 버퍼 지연 라인을 이용하여 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호의 위상차를 정확하게 측정할 수 있다.
본 발명에 따른 위상차를 이용한 방위각 측정 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 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소 프트웨어 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. 상기 매체는 프로그램 명령, 데이터 구조 등을 지정하는 신호를 전송하는 반송파를 포함하는 광 또는 금속선, 도파관 등의 전송 매체일 수도 있다. 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 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
본 발명의 위상차를 이용한 방위각 측정 장치 및 방법은, 두 임펄스 측위 신호의 위상차를 이용하여 측위 대상의 방위각을 측정하기 때문에 측위 대상의 위치를 정확하게 찾을 수 있다.
또한, 본 발명은 측위 대상이 자신의 위치를 위상차를 통해 정확하게 찾을 수 있기 때문에 원하는 장소로 빠르게 이동 할 수 있다. 예를 들어, 측위 대상이 로봇 청소기인 경우 현 위치를 정확하게 알 수 있기 때문에 다른 위치로 빠르게 이동하여 청소를 할 수 있다.
또한, 본 발명은 버퍼 지연 라인의 편차를 조정하여 두 임펄스 측위 신호의 위상차를 검출하기 때문에 버퍼 지연 라인의 편차에 의한 위상차의 오차를 줄이고, 정확한 위상차를 검출할 수 있다.

Claims (19)

  1. 각각 고정된 제1 지점과 제2 지점으로부터 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 수신하는 측위 신호 수신부;
    상기 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호의 위상차를 검출하고 상기 검출된 위상차를 디지털화하는 위상차 검출부; 및
    상기 디지털화된 위상차에 기초하여 측위 대상의 방위각을 측정하는 방위각 계산부
    를 포함한 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 검출부는
    상기 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 입력받아 두 측위 신호의 위상차에 대한 펄스 신호를 출력하는 측위 신호 위상 검출부;
    상기 펄스 신호를 전압 신호로 변환하는 펄스-전압 변환부; 및
    상기 전압 신호를 디지털화하여 상기 방위각 계산부로 출력하는 아날로그 디지털 변환부
    를 포함한 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 검출부는
    복수개의 버퍼 셀이 직렬로 구성되고, 상기 제1 임펄스 측위 신호의 지연된 신호를 각 버퍼 셀에서 생성하는 버퍼 지연 라인부; 및
    상기 버퍼 지연 라인부에서 생성된 복수 개의 지연 신호와 상기 제2 임펄스 측위 신호를 기초로 하여 상기 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호의 위상차를 검출하고, 디지털화하여 상기 방위각 계산부로 출력하는 위상 오프셋 검출부
    를 포함한 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 위상 오프셋 검출부는
    복수 개의 AND 논리 회로로 구성되고, 상기 제2 임펄스 측위 신호는 인버터를 거쳐 상기 AND 논리 회로로 입력되는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 위상차 검출부는
    제어 전압의 크기에 의해 지연 시간이 제어되는 복수개의 버퍼 셀로 구성된 버퍼 지연 라인부;
    기 결정된 기준 신호와 상기 버퍼 지연 라인부를 거친 상기 기준 신호의 입력을 기초로 하여 상기 제어 전압의 크기를 결정하는 위상 지연 시간 제어부; 및
    상기 제1 임펄스 측위 신호에 대한 상기 버퍼 지연 라인부를 구성하는 각 버퍼 셀의 출력과 상기 제2 임펄스 측위 신호를 기초로 하여 상기 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호의 위상차를 검출하고, 디지털화하여 상기 방위각 계산부로 출력하는 위상 오프셋 검출부
    를 포함한 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 버퍼 지연 라인부는
    상기 기준 신호를 상기 기준 신호의 반주기 배수만큼 지연시키는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 위상 지연 시간 제어부는
    상기 기 결정된 기준 신호와 상기 기준 신호의 버퍼 지연 라인부를 거친 신 호를 입력받아 두 신호의 위상차에 대한 펄스 신호를 출력하는 위상 지연 검출부;
    상기 펄스 신호를 전압 신호로 변환하는 펄스-전압 변환부; 및
    상기 전압 신호를 기초로 하여 상기 제어 전압의 크기를 결정하는 전압 제어부
    를 포함한 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전압 제어부는
    상기 결정된 제어 전압을 상기 버퍼 지연 라인부를 구성하는 모든 버퍼 셀에 동일하게 입력하여 상기 모든 버퍼 셀의 지연 시간을 제어하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 위상 오프셋 검출부는
    복수 개의 AND 논리 회로로 구성되고, 상기 제2 임펄스 측위 신호는 인버터를 거쳐 상기 AND 논리 회로로 입력되는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 장치.
  11. 각각 고정된 제1 지점과 제2 지점으로부터 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 수신하는 단계;
    상기 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호의 위상차를 검출하고 상기 검출된 위상차를 디지털화하는 단계; 및
    상기 디지털화된 위상차에 기초하여 측위 대상의 방위각을 측정하는 단계
    를 포함한 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법.
  12. 삭제
  13. 제11항에 있어서,
    상기 위상차를 검출하는 단계는
    상기 제1 임펄스 측위 신호와 제2 임펄스 측위 신호를 입력받아 두 측위 신호의 위상차에 대한 펄스 신호를 생성하는 단계;
    상기 펄스 신호를 전압 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 전압 신호를 디지털화하는 단계
    를 포함한 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 위상차를 검출하는 단계는
    상기 제1 임펄스 측위 신호에 대한 복수 개의 지연 신호를 생성하는 단계;
    상기 제1 임펄스 측위 신호에 대한 복수 개의 지연 신호와 상기 제2 임펄스 측위 신호를 기초로 하여 상기 두 측위 신호의 위상차를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 위상차를 디지털화하는 단계
    를 포함한 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 위상차를 검출하는 단계는
    복수개의 버퍼 셀로 구성된 버퍼 지연 라인의 편차를 조정하는 단계;
    상기 편차가 조정된 버퍼 지연 라인으로 상기 제1 임펄스 측위 신호를 입력하는 단계;
    상기 제1 임펄스 측위 신호에 대한 버퍼 지연 라인의 각 버퍼 셀에 대한 출력과 제2 임펄스 측위 신호를 기초로 하여 두 신호의 위상차를 검출하는 단계; 및
    상기 검출된 위상차를 디지털화하는 단계
    를 포함한 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 버퍼 지연 라인의 편차를 조정하는 단계는
    상기 버퍼 지연 라인으로 기 결정된 기준 신호를 입력하는 단계;
    상기 기준 신호가 상기 버퍼 지연 라인을 통해 출력된 신호와 상기 기 결정된 기준 신호의 위상차에 대한 펄스 신호를 출력하는 단계;
    상기 펄스 신호를 전압 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 변환된 전압 신호를 기초로 하여 상기 버퍼 지연 라인을 구성하는 버퍼 셀의 지연 시간을 조정하는 단계
    를 포함한 것을 특징으로 하는 위상차 측정 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 버퍼 지연 라인의 편차를 조정하는 단계는
    상기 버퍼 지연 라인을 통해 출력된 신호와 상기 기 결정된 기준 신호의 위상차가 없을 때까지 상기 버퍼 지연 라인의 편차를 조정하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 버퍼 지연 라인의 편차를 조정하는 단계는
    상기 기 결정된 기준 신호의 주기에 대한 반주기 배수만큼 지연되도록 조정하는 것을 특징으로 하는 방위각 측정 방법.
  19. 제11항, 또는 제13항 내지 제18항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
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