KR100826381B1 - 거리측정의 범위 및 거리측정 해상도를 조정할 수 있는거리 측정 장치 - Google Patents

거리측정의 범위 및 거리측정 해상도를 조정할 수 있는거리 측정 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR100826381B1
KR100826381B1 KR1020070000172A KR20070000172A KR100826381B1 KR 100826381 B1 KR100826381 B1 KR 100826381B1 KR 1020070000172 A KR1020070000172 A KR 1020070000172A KR 20070000172 A KR20070000172 A KR 20070000172A KR 100826381 B1 KR100826381 B1 KR 100826381B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
frequency
reference pulse
wireless communication
pulse
duty ratio
Prior art date
Application number
KR1020070000172A
Other languages
English (en)
Inventor
양완철
양창수
이상엽
Original Assignee
삼성전기주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전기주식회사 filed Critical 삼성전기주식회사
Priority to KR1020070000172A priority Critical patent/KR100826381B1/ko
Priority to US11/967,796 priority patent/US7752010B2/en
Application granted granted Critical
Publication of KR100826381B1 publication Critical patent/KR100826381B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/76—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/74—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/76—Systems using reradiation of radio waves, e.g. secondary radar systems; Analogous systems wherein pulse-type signals are transmitted
    • G01S13/767—Responders; Transponders
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03K—PULSE TECHNIQUE
    • H03K5/00—Manipulating of pulses not covered by one of the other main groups of this subclass
    • H03K5/156—Arrangements in which a continuous pulse train is transformed into a train having a desired pattern
    • H03K5/1565—Arrangements in which a continuous pulse train is transformed into a train having a desired pattern the output pulses having a constant duty cycle

Abstract

본 발명은 적용되는 환경 및 상황에 따라 거리측정 범위 및 거리측정 해상도를 가변함으로써 시스템 유연성을 갖는 거리 측정 장치에 관한 것이다. 본 발명은 기준펄스와 지연펄스의 주파수와, 상기 기준펄스(또는 지연펄스)의 듀티비를 제어할 수 있는 기준펄스 생성부 및 지연펄스 생성부를 갖는다. 상기 기준펄스 생성부와 지연펄스 생성부는 각각 주파수 제어신호에 의해 결정된 주파수의 클럭을 생성하는 프로그래머블 클럭 생성기와 상기 프로그래머블 클럭 생성기에서 생성된 클럭의 듀티비를 제어하는 듀티비 제어기를 포함한다.
거리 측정(ranging), 위치 인식(location awareness), 도달시간(TOA), 카운터, 카운트, 거리측정 범위(coverage), 거리측정 해상도(resolution)

Description

거리측정의 범위 및 거리측정 해상도를 조정할 수 있는 거리 측정 장치{APPARATUS FOR ESTIMATING DISTANCE CAPABLE OF ADJUSTING COVERAGE AND RESOLUTION}
도 1은 선출원된 거리 측정 장치를 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 선출원된 거리 측정 장치의 동작을 설명하는 타이밍도이다.
도 3은 본 발명에 따른 거리 측정 장치의 기준펄스 생성부 또는 지연펄스 생성부의 세부구성을 도시한 블록 구성도이다.
도 4 내지 도 7은 본 발명의 거리측정 장치의 각종 특성을 도시한 그래프이다.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
11: 기준펄스 생성부 111: 프로그래머블 클럭 생성기
112: 듀티비 제어기 12: 지연펄스 생성부
13: 오버랩 검출부 14: 카운터
15: 거리연산부 16: 무선통신부
본 발명은 거리측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 적용되는 환경 및 상황에 따라 거리측정 범위 및 거리측정 해상도를 가변함으로써 시스템 유연성을 갖는 거리 측정 장치에 관한 것이다.
일반적으로 무선 위치인식 기술(location awareness)은 무선신호를 이용하여 다른 무선통신 기기와의 무선통신으로 현재의 위치를 측정하는 방식을 채택하고 있다. 이러한 무선 위치인식 기술에 의해 획득된 위치 정보는, 더욱 효율적인 네트워크 구성을 통해 무선 통신으로 얻은 정보를 효율적으로 활용하는데 있어 중요하게 활용되고 있다.
이와 같은 무선 위치인식 기술에서 위치인식의 정확도를 향상시키기 위해, 두 무선통신 기기 사이의 거리를 정확하게 검출하는 것이 매우 중요하며, 통상적으로 거리측정을 위해 두 무선통신 기기 사이의 무선 통신에서 신호를 주고받는데 소요되는 시간(Time Of Arrival: TOA)을 검출하여 거리를 연산하는 기법을 적용하고 있다. 또한 이 TOA를 검출하기 위해 카운트를 이용하여 소정 펄스들을 카운트하고, 이 카운트값과 상기 펄스들의 주파수를 이용하여 TOA를 검출하는 방식이 적용되고 있다.
본 출원인은 2006년 9월 18일자로 TOA를 이용한 거리 측정 장치(한국특허출원번호 제2006-90309호)를 출원한 바 있다. 상기 출원에는 도 1에 도시한 것과 같은 TOA를 이용한 거리 측정 장치가 개시되어 있다.
도 1에 도시된 TOA를 이용한 거리 측정 장치는, 상기 제1 무선통신 기기(10)에서 상기 제2 무선통신 기기(20)로 거리측정 신호를 송신하는 시점에, 제1 주파수(f0)를 갖는 기준펄스를 생성하는 기준펄스 생성부(11)와, 상기 거리측정 신호에 응답하여 상기 제2 무선통신 기기(20)에서 송신된 응답신호를 상기 제1 무선통신 기기(10)에서 수신하는 시점에, 상기 제1 주파수(f0)와는 다른 제2 주파수(f1)를 갖는 지연펄스를 생성하는 지연펄스 생성부(12)와, 상기 기준펄스와 상기 지연펄스가 오버랩되는 시점을 검출하는 오버랩 검출부(13)와, 상기 오버랩되는 시점까지 상기 기준펄스 또는 상기 지연펄스를 카운트하는 카운터(14) 및 상기 제1 주파수(f0), 제2 주파(f1)수 및 상기 카운터(14)의 카운트값(N)을 적용하여 상기 거리측정 신호의 송신 시점에서 상기 응답신호 수신 시점까지의 시간을 연산하고, 상기 시간을 이용하여 상기 제1 무선통신 기기(10) 및 제2 무선통신 기기(20) 사이의 거리를 연산하는 거리 연산부(15)를 포함한다.
도 2는 상기 선행 출원에 개시된 TOA를 이용한 거리 측정 장치의 동작을 설명하는 타이밍도이다. 도 2를 참조하면, 상기 선행 출원에서는 하기 식 1과 같이 기준 펄스 발생시점(거리측정 신호의 송신 시점)(t0)으로부터 응답신호 수신시점(t1)까지의 시간(Tx)을 연산한다.
[식 1]
Figure 112007000278312-pat00001
상기 시간(Tx)는 제1 무선통신 기기(10)와 제2 무선통신 기기(20) 사이에서의 신호 왕복시간이므로, 상기 시간(Tx)의 1/2에 광속을 곱하면 두 무선통신 기기 사이의 거리를 구할 수 있게 된다.
그러나, 선행 출원에 개시된 거리 측정 장치는 측정 가능한 시간(Tx)의 최대값이 고정되어 있어, 상기 시간(Tx)이 최대 측정 가능값(Tmax라고 표시함)을 초과하는 경우 거리측정이 제대로 이루어지지 못하는 문제점이 있다. 즉, 선행 출원에 개시된 거리 측정 장치는 거리측정의 환경이 변경되어 더 먼 거리의 거리측정이 필요한 경우에 사용할 수 없는 문제점이 있다. 예를 들어, 선행 출원에 개시된 거리측정 장치가 최대 10 m까지 거리 측정이 가능한 장치라고 하면, 이 장치를 20 m의 거리 측정이 필요한 환경에 적용할 수 없다는 문제점이 있다.
또한, 선행 출원에 개시된 거리 측정 장치는 기준펄스 및 지연펄스 각각의 주파수에 의해 거리측정의 정밀도가 고정되어 버리므로, 거리 측정이 필요한 최대 거리가 감소하는 환경에 적용된다고 하더라도 정밀도를 증가시킬 수 없는 문제점이 있다. 예를 들어, 선행 출원에 개시된 거리측정 장치가 최대 30 m까지 거리 측정이 가능한 장치라고 할 때, 이 장치를 최대 10 m의 거리 측정이 필요한 환경 적용한다고 하더라도 정밀도를 3배 향상시킬 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 제안된 것으로, 그 목 적은, 적용되는 환경 및 상황에 따라 거리측정 범위 및 거리측정 해상도를 가변함으로써 시스템 유연성을 갖는 거리 측정 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명은,
서로 무선통신하는 제1 무선통신 기기 및 제2 무선통신 기기 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 장치에 있어서,
제1 주파수의 클럭을 생성하는 제1 프로그래머블 클럭 생성기 및 상기 제1 주파수의 클럭의 듀티비를 조정하여 기준펄스를 생성하는 제1 듀티비 제어기를 포함하며, 상기 제1 무선통신 기기에서 상기 제2 무선통신 기기로 거리측정 신호를 송신하는 시점에, 상기 기준펄스를 출력하는 기준펄스 생성부;
상기 제1 주파수와는 다른 제2 주파수의 클럭을 생성하는 제2 프로그래머블 클럭 생성기 및 상기 제1 듀티비 제어기와 동일한 듀티비로 상기 제2 주파수의 클럭의 듀티비를 조정하여 지연펄스를 생성하는 제2 듀티비 제어기를 포함하며, 상기 거리측정 신호에 응답하여 상기 제2 무선통신 기기에서 송신된 응답신호를 상기 제1 무선통신 기기에서 수신하는 시점에, 상기 지연펄스를 생성하는 지연펄스 생성부;
상기 기준펄스와 상기 지연펄스가 오버랩되는 시점을 검출하는 오버랩 검출부;
상기 오버랩되는 시점까지 상기 기준펄스 또는 상기 지연펄스를 카운트하는 카운터; 및
상기 제1 주파수, 제2 주파수 및 상기 카운터의 카운트값을 적용하여 상기 거리측정 신호의 송신 시점에서 상기 응답신호 수신 시점까지의 시간을 연산하고, 상기 시간을 이용하여 상기 제1 무선통신 기기 및 제2 무선통신 기기 사이의 거리를 연산하는 거리 연산부
를 포함하는 거리 측정 장치를 제공한다.
바람직하게, 상기 거리 연산부는 하기 식 1에 의해 상기 거리측정 신호의 송신 시점에서 상기 응답신호 수신 시점까지의 시간을 연산할 수 있다.
[식 1]
Figure 112007000278312-pat00002
(Tx: 상기 거리측정 신호의 송신 시점에서 상기 응답신호 수신 시점까지의 시간, N: 상기 기준펄스의 카운트값 또는 상기 지연펄스의 카운트값, f0: 상기 기준펄스의 주파수, f1: 상기 지연펄스의 주파수, δ: 임의의 오프셋값)
이 때 측정되는 상기 거리측정 신호의 송신 시점에서 상기 응답신호 수신 시점까지의 시간의 최대 측정 가능값은 하기 식 2에 의해 결정될 수 있다.
[식 2]
Figure 112007000278312-pat00003
(TMAX: 상기 거리측정 신호의 송신 시점에서 상기 응답신호 수신 시점까지의 시간의 최대 측정 가능값, T0: 상기 기준펄스의 주기, rd: 상기 기준펄스 또는 지연펄스의 듀티비)
또한, 상기 카운트값의 최대값은 하기 식 3에 의해 결정될 수 있다.
[식 3]
Figure 112007000278312-pat00004
(NMAX: 상기 카운트값의 최대값, Tn=1/fn, fn=|(f1-f0)/f0|, f0: 기준펄스의 주파수, f1: 지연펄스의 주파수)
또한, 상기 거리 측정 장치의 거리 측정 해상도는 하기 식 4에 의해 결정될 수 있다.
[식 4]
Figure 112007000278312-pat00005
(Rres: 상기 거리 측정 장치의 거리 측정 해상도, DMAX=0.5·TMAX·c, c: 광속)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 정의되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의 내려진 것으로, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있으므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 아니 될 것이다.
도 1은 본 출원인이 2006년 9월 18일자로 출원한 한국특허출원번호 제2006-90309호(명칭: TOA를 이용한 거리 측정 장치)에 개시된 거리 측정 장치를 도시한 블록 구성도이고, 도 3은 본 발명에 따른 지연펄스 생성부 또는 기준펄스 생성부의 세부 구성을 도시한 블록 구성도이다. 도 3에 도시한 구성은 지연펄스 생성부와 기준펄스 생성부에 동일한 구조로 적용된다. 도 3에 도시한 지연펄스 생성부 또는 기준펄스 생성부의 세부 구성을 도 1에 도시된 선행 출원에 적용함으로써 본 발명이 완성된다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 거리측정 장치는, 크게 기준펄스 생성부(11), 지연펄스 생성부(12), 오버랩 검출부(13), 카운터(14) 및 거리 연산부(15)를 포함하여 구성된다. 본 발명의 거리 측정 장치는 두 개의 무선통신 기기(제1 무선통신 기기(10) 및 제2 무선통신 기기(20)) 사이의 거리를 측정하는데 적 용되는 것으로, 상기와 같은 구성요소들은 두 무선통신 기기 중 하나의 무선통신 기기(도 1에서는 제1 무선통신 기기(10))에 구비될 수 있다. 상기 무선통신 기기(10, 20)는 서로 간의 무선통신이 이루어지는 무선 통신부(16)를 구비할 수 있다.
본 발명에서, 상기 기준펄스 생성부(11)는, 제1 주파수(f0)의 클럭을 생성하는 제1 프로그래머블 클럭 생성기(111) 및 상기 제1 주파수의 클럭의 듀티비를 조정하여 기준펄스를 생성하는 제1 듀티비 제어기(112)를 포함한다. 상기 기준펄스 생성부(11)는 제1 무선통신 기기(10)에서 제2 무선통신 기기(20)로 거리측정 신호를 송신하는 시점에, 상기 기준펄스를 출력한다.
본 발명의 상기 지연펄스 생성부(12)는, 상기 제1 주파수(f0)와는 다른 제2 주파수(f1)의 클럭을 생성하는 제2 프로그래머블 클럭 생성기(111) 및 상기 제1 듀티비 제어기와 동일한 듀티비로 상기 제2 주파수의 클럭의 듀티비를 조정하여 지연펄스를 생성하는 제2 듀티비 제어기(112)를 포함한다. 상기 지연펄스 생성부(12)는 상기 거리측정 신호에 응답하여 상기 제2 무선통신 기기(20)에서 송신된 응답신호를 상기 제1 무선통신 기기(10)에서 수신하는 시점에 상기 지연펄스를 출력한다.
상기 기준펄스 생성부(11) 및 지연펄스 생성부(12)는 각각에서 출력되는 기준펄스와 지연펄스의 주파수 및 듀티비를 조정함으로써 본 발명의 거리 측정 장치의 허용 측정 거리(거리측정 범위) 및 거리 측정 해상도를 환경에 따라 적절하게 제어할 수 있다. 이는 후술하는 본 발명의 작용에 대한 설명에서 더욱 명확하게 설명될 것이다.
상기 오버랩 검출부(13)는, 상기 기준펄스와 상기 지연펄스가 오버랩되는 시점을 검출한다.
상기 카운터(14)는 상기 오버랩되는 시점까지 상기 기준펄스 또는 상기 지연펄스를 카운트하여 카운트값(N)을 출력한다.
상기 거리 연산부(15)는, 상기 기준펄스의 주파수인 제1 주파수(f0)와, 상기 지연펄스의 주파수인 제2 주파수(f1) 및 상기 카운터의 카운트값(N)을 적용하여 상기 거리측정 신호의 송신 시점에서 상기 응답신호 수신 시점까지의 시간을 연산하고, 이 연산된 시간을 이용하여 상기 제1 무선통신 기기 및 제2 무선통신 기기 사이의 거리를 산출한다.
이하, 본 발명의 작용 및 효과에 대해서 더욱 상세하게 설명한다.
먼저, 거리 측정이 시작되면 기준펄스 생성부(11)에서 기준펄스가 출력되고 카운터(14)에서 상기 기준펄스를 카운트한다. 제1 무선통신 기기(10)의 무선 통신부(16)는 거리측정 신호를 제2 무선통신 기기(20)로 송신하고, 이와 동시에 기준펄스 생성부(11)는 프로그래머블 클럭생성기(111)에서 주파수 제어신호에 의해 주파 수가 결정된 클럭을 생성하고, 듀티비 제어기(112)에서 듀티비 제어신호에 따라 상기 클럭의 듀티비를 조정하여 기준펄스를 생성한 후 출력한다. 상기 기준펄스의 주파수를 제1 주파수(f0)라 하기로 한다. 이와 동시에, 상기 카운터(14)는 상기 기준펄스를 카운트하기 시작한다. 상기 거리측정 신호의 송신, 기준펄스의 출력 및 카운트의 시작은 모두 도 2의 't0' 시점에서 이루어진다.
본 실시형태는 카운터(14)가 상기 기준펄스를 카운트하는 것으로 설명되고 있으나, 다른 실시형태에서 상기 카운터(14)는 이후에 설명되는 제2 주파수를 갖는 지연펄스를 카운트할 수도 있다. 이에 대해서는 하기에 더욱 명확하게 설명될 것이다.
이어, 제2 무선통신 기기(20)가 상기 거리측정 신호를 수신하고 이에 응답하는 응답신호를 제1 무선통신 기기(10)로 송신한다. 이 응답신호를 상기 제1 무선통신 기기(10)에서 검출하면, 지연펄스 생성부(12)는 상기 응답신호를 검출한 시점(t1)에서 지연펄스를 출력한다. 즉, 상기 지연펄스 생성부(12)는, 프로그래머블 클럭생성기(111)에서 주파수 제어신호에 의해 상기 제1 주파수(f0)와는 다른 주파수로 결정된 클럭을 생성하고, 듀티비 제어기(112)에서 듀티비 제어신호에 따라 상기 클럭의 듀티비를 조정하여 상기 기준펄스와 동일한 듀티비를 갖는 기준펄스를 생성한 후 출력한다. 상기 기준펄스의 주파수를 제2 주파수(f1)라 하기로 한다. 이 때, 상기 카운터(14)는 계속 기준펄스를 카운트한다. 전술한 바와 같이 본 발명의 다른 실시형태는 상기 기준펄스를 카운트하는 대신 상기 지연펄스를 카운트할 수도 있다. 따라서, 지연펄스를 카운트하는 본 발명의 다른 실시형태에서는 상기 지연 펄스가 기동됨과 동시에 상기 카운터(14)에서 지연펄스의 카운트를 시작하게 될 것이다.
이어, 오버랩 검출부(13)에서 상기 기준펄스와 상기 지연펄스가 서로 오버랩되는 부분이 발생하는 것을 검출하면, 상기 카운터(14)는 상기 기준 펄스의 카운터를 종료하고, 상기 거리측정 신호의 송신 시점(t0) 즉, 상기 기준펄스가 출력되기 시작한 시점에서, 상기 기준펄스와 지연펄스의 오버랩이 검출된 시점(t2)까지의 카운트값(N0)을 거리연산부(15)에 전달하고, 거리연산부(15)는 이 카운트값을 이용하여 상기 제1 무선통신 기기(10)와 제2 무선통신 기기(10) 사이의 거리를 연산한다.
상기 거리연산부(15)에서 이루어지는 상기 제1 무선통신 기기(10)와 제2 무선통신 기기(20) 사이의 거리 연산 방법을 도 2를 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
상기에 설명한 바와 같이, 제1 무선통신 기기(10)에서 위치검출 신호를 송신한 시점을 t0, 제1 무선통신 기기(10)가 상기 위치검출 신호에 대한 제2 무선통신 기기(20)의 응답신호를 수신한 시점을 t1, 기준펄스와 지연펄스의 오버랩이 검출된 시점을 t2라고 한다. 또한, 상기 위치검출 신호를 송신한 시점에서 상기 응답신호 를 수신한 시점까지의 시간을 Tx, 오버랩이 검출된 시점까지 상기 기준펄스의 카운트값을 N0, 오버랩이 검출된 시점까지 상기 지연펄스의 카운트값을 N1라 정의한다. 전술한 바와 같이, 본 발명은 기준펄스 또는 지연펄스 중 하나의 펄스만 카운트하므로, 상기 카운트값 N0, N1는 실제 카운트에서 카운트된 값이 아니라 설명을 위해 정의된 카운트값이다.
상기 오버랩이 검출된 시점(t2)는 상기 기준펄스의 카운트값(N0)과 지연펄스의 카운트값(N1)를 이용하여 하기 식 5와 같이 표현될 수 있다.
[식 5]
Figure 112007000278312-pat00006
(f0: 기준펄스의 주파수(제1 주파수), f1: 지연펄스의 주파수(제2 주파수))
상기 식 5로부터 하기 식 6와 같이, 상기 위치검출 신호를 송신한 시점에서 상기 응답신호를 수신한 시점까지의 시간(Tx)를 구할 수 있다. 이 Tx는 두 무선통신 기기 사이에서 신호의 왕복이 이루어진 시간이므로, 이 시간(Tx)을 결정함으로써 두 무선통신 기기 사이의 거리를 연산할 수 있다.
[식 6]
Figure 112007000278312-pat00007
한편, Tx의 값이 상기 기준펄스의 주기(1/f0) 또는 지연펄스의 주기(1/f1)에 비해 충분히 작은 값을 가지는 거리 내에서 거리측정이 이루어질 때(예를 들어, 30 m 반경 이내의 실내환경일 때), 기준펄스의 카운트값(N0)과 지연펄스의 카운트값(N1)은 거의 동일한 값(N)을 나타내게 되므로, 상기 식 6는 하기 식 1와 같이 근사화될 수 있다.
[식 1]
Figure 112007000278312-pat00008
(N: 기준펄스 또는 지연펄스의 카운트값)
상기 식 1에서 임의로 결정될 수 있는 오프셋 값(δ)는 본 발명이 적용되는 과정에서 포함될 수 있는 모든 오차성분을 포함한다. 예를 들어, 상기 식 2를 도출하는 과정에서 상기 기준펄스의 카운트값(N0)과 지연펄스의 카운트값(N1)을 거의 동일한 것으로 근사화한 경우에 발생할 수 있는 오차성분을 포함할 수 있다. 또한, 제1 무선통신 기기에서 송신된 거리측정 신호를 수신하고 이에 응답하는 응답신호 를 송신하는 과정에서 제2 무선통신 기기의 신호 처리 등에 소요되는 시간에 따른 오차성분 등을 포함할 수 있다. 상기 오프셋 값(δ)은 단위 거리(예를 들어, 1 m)에서 캘리브레이션을 실행하는 것과 같은 실험적인 방법으로 결정될 수 있다.
한편, 본 발명의 발명자들은 반복적인 실험 및 시뮬레이션을 통해, 상기 거리 측정 장치에서 생성되는 기준펄스의 주파수(f0)와 듀티비 및 지연펄스의 주파수(f1)와 듀티비를 적절하게 제어함으로써, 거리측정 범위 및 거리 측정 해상도를 조정할 수 있음을 알아내었다.
먼저, 거리 측정 장치의 거리측정 범위를 산출하는데 사용될 수 있는 거리측정 신호의 송신 시점에서 응답신호 수신 시점까지의 시간(도 2의 Tx)의 최대 측정 가능값은 하기 식 2에 의해 결정될 수 있다.
[식 2]
Figure 112007000278312-pat00009
상기 식 2에서 TMAX는 거리측정 신호의 송신 시점에서 응답신호의 수신 시점까지의 시간의 최대 측정 가능값이고, T0는 기준펄스의 주기이며, rd는 기준펄스 또는 지연펄스의 듀티비이다.
상기 식 2에 의해서 거리측정 신호의 송신 시점에서 응답신호의 수신 시점까지의 최대 측정 가능값이 결정됨으로써 본 발명에 따른 거리 측정 장치의 거리측정 범위(DMAX)는 하기 식 7과 같이 결정될 수 있다.
[식 7]
Figure 112007000278312-pat00010
상기 식 7에서 c는 광속을 나타낸다.
또한, 상기 기준펄스 생성부에서 생성되는 기준펄스의 주파수와 듀티비 및 지연펄스 생성부에서 생성되는 지연펄스의 주파수와 듀티비를 조정함으로써 카운터에서 출력되는 카운트값의 최대값을 하기 식 3과 같이 결정될 수 있음을 알아내었다.
[식 3]
Figure 112007000278312-pat00011
상기 식 3에서 NMAX는 카운트값의 최대값이며, Tn은 1/fn과 같은 값이며, 상기 fn은 기준펄스와 지연펄스의 주파수차를 정규화하여 나타낸 값으로 |(f1-f0)/f0| (f0: 기준펄스의 주파수, f1: 지연펄스의 주파수)와 같다.
또한, 본 발명에 따른 거리 측정 장치의 거리 측정 해상도는, 본 발명의 거리 측정 장치가 갖는 거리측정 범위와 최대 카운트값의 비로 결정될 수 있으며, 이는 하기 식 4와 같이 표현될 수 있다.
[식 4]
Figure 112007000278312-pat00012
상기 식 4에서 Rres는 상기 거리 측정 장치의 거리 측정 해상도이다.
이와 같이, 본 발명은 상기 식 2 내지 식 4 및 식 7에 나타난 바와 같이, 기준펄스의 주파수(f0), 기준펄스 주파수와 지연펄스 주파수의 편차(fn) 및 듀티비(rd)의 세개의 파라미터를 이용하여 거리 측정 장치의 거리측정 범위 및 거리측정의 해상도 사이의 트레이드 오프(trade off)를 자유롭게 설정할 수 있게 됨으로써 거리 측정 장치의 유연성을 향상시킬 수 있다.
도 4 내지 도 7은 전술한 식 2 내지 식 4 및 식 7에 나타난 식들에 의한 본 발명의 거리측정 장치의 각종 특성을 도시한 그래프이다.
먼저, 도 4는 듀티비 및 상기 식 3에 나타낸 정규화된 주파수 차이(fn)를 고정한 상태에서, 기준펄스의 주파수(f0)를 각각 1.0 MHz, 2.0 MHz,0.5 MHz로 변경시켜, 각각의 경우에 거리측정 범위 및 카트값의 관계를 도시한 그래프이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 기준펄스의 주파수가 낮을수록 거리측정 범위는 증가됨을 볼 수 있다. 이는 식 2의, 기준펄스의 주파수와 거리측정 신호의 송신 시점에서 응답신호의 수신 시점까지의 시간의 최대 측정 가능값(TMAX)의 관계를 도시 하는 것으로 이해될 수 있다. 이는, 기준펄스의 주파수와 거리측정 신호의 송신 시점에서 응답신호의 수신 시점까지의 시간의 최대값(TMAX)에 상수(0.5*광속)를 곱한 것이 거리측정 범위(DMAX)이기 때문이다. 또한 도 4는, 식 3의 카운트값의 최대값(NMAX)이 고정된 상태에서(Tn과 rd가 고정되므로) 기준펄스의 주파수가 감소할수록(기준펄스의 주기가 증가할수록) 식 1에 의해 거리측정 범위(DMAX)가 증가하므로 거리측정 해상도값(Rres)이 증가함(정밀도가 떨어짐)을 나타내는 식 4의 결과를 도시한다.
상기 도 4에 나타난 것과 같이, 본 발명에 의하면 듀티비와 정규화된 주파수 차이(fn)이 고정될 때, 기준펄스의 주파수를 변경시켜 거리측정 장치의 정밀도와 거리측정 범위 사이의 트레이드 오프가 가능함을 알 수 있다. 즉, 본 발명은 기준펄스의 주파수를 감소시킴으로써 거리측정 범위를 감소시키는 대신 거리측정의 정밀도를 향상시킬 수 있고, 반대로 기준펄스의 주파수를 증가시킴으로써 거리측정의 정밀도를 감소시키는 대신 거리측정 범위를 증가시킬 수 있다.
도 5 및 도 6은 정규화된 주파수 차이(fn)를 고정한 상태에서 기준펄스 주파수(f0)를 각각 1.0 MHz, 2.0 MHz, 0.5 MHz로 변경할 때 듀티비와 거리측정 범위 및 듀티비와 거리측정 해상도의 변화를 도시한다.
도 5를 통해, 식 2에 나타난 듀티비와 거리측정 범위(DMAX)의 반비례 관계를 확인할 수 있다. 즉, 듀티비가 증가할수록 기준펄스의 주파수와 거리측정 신호의 송신 시점에서 응답신호의 수신 시점까지의 시간의 최대 측정 가능값(TMAX)이 증가하므로, 거리측정 범위(DMAX)가 증가함을 알 수 있다. 또한, 도 6에 의하면, 식 3 및 식 7에 나타난 것과 같이 듀티비의 변동에 의한 거리측정 범위(DMAX) 및 최대 카운트값(NMAX)의 변동분이 동일하므로 식 4에 나타난 거리측정 해상도는 듀티비의 변화에 따라 변화가 없음을 확인할 수 있다.
상기 도 5 및 도 6에 나타난 결과와 같이, 본 발명의 거리 측정 장치는 기준펄스와 지연펄스의 주파수 차이를 고정한 상태에서 듀티비를 조정함으로써 거리측정 장치의 정밀도는 그대로 유지하면서 거리측정 범위를 증가시킬 수 있다.
도 7은, 듀티비 및 기준펄스 주파수(f0)를 고정한 상태에서, 지연펄스 주파수(f1)을 조정함으로써 정규화된 주파수차(fn)를 각각 0.001, 0.002, 0.003으로 변경할 때, 거리측정 범위와 카운트값(N) 사이의 관계를 도시한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 주파수 차이가 적을수록 기울기가 커짐을 알 수 있다. 이는 주파수 차이(fn)가 적을수록(주기차이(Tn)가 클수록) 카운트값이 증가하는 식 3의 결과를 도시한다. 카운트값이 증가하면 상기 식 4에 의해 거리측정 장치의 해상도값이 작아진다(정밀도가 커진다). 즉, 본 발명의 거리 측정 장치는, 기준펄스 주파수(f0)와 듀티비를 고정한 상태에서, 정규화된 주파수 차이(fn)를 조정하 여 거리측정 범위는 그대로 유지하면서 거리측정의 정밀도 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 거리측정 장치의 기준펄스 주파수, 지연펄스 주파수(기준펄스와 지연펄스 주파수의 차이), 및 기준펄스(지연펄스)의 듀티비를 조정하여 거리측정 장치의 거리측정 범위 및 정밀도를 유연성 있게 가변할 수 있는 효과가 있다. 이를 통해 거리측정 장치가 적용되는 환경 및 상황에 따라 거리측정 장치의 시스템 유연성을 제공할 수 있는 우수한 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 서로 무선통신하는 제1 무선통신 기기 및 제2 무선통신 기기 사이의 거리를 측정하는 거리 측정 장치에 있어서,
    제1 주파수의 클럭을 생성하는 제1 프로그래머블 클럭 생성기 및 상기 제1 주파수의 클럭의 듀티비를 조정하여 기준펄스를 생성하는 제1 듀티비 제어기를 포함하며, 상기 제1 무선통신 기기에서 상기 제2 무선통신 기기로 거리측정 신호를 송신하는 시점에, 상기 기준펄스를 출력하는 기준펄스 생성부;
    상기 제1 주파수와는 다른 제2 주파수의 클럭을 생성하는 제2 프로그래머블 클럭 생성기 및 상기 제1 듀티비 제어기와 동일한 듀티비로 상기 제2 주파수의 클럭의 듀티비를 조정하여 지연펄스를 생성하는 제2 듀티비 제어기를 포함하며, 상기 거리측정 신호에 응답하여 상기 제2 무선통신 기기에서 송신된 응답신호를 상기 제1 무선통신 기기에서 수신하는 시점에, 상기 지연펄스를 생성하는 지연펄스 생성부;
    상기 기준펄스와 상기 지연펄스가 오버랩되는 시점을 검출하는 오버랩 검출부;
    상기 오버랩되는 시점까지 상기 기준펄스 또는 상기 지연펄스를 카운트하는 카운터; 및
    상기 제1 주파수, 제2 주파수 및 상기 카운터의 카운트값을 적용하여 상기 거리측정 신호의 송신 시점에서 상기 응답신호 수신 시점까지의 시간을 연산하고, 상기 시간을 이용하여 상기 제1 무선통신 기기 및 제2 무선통신 기기 사이의 거리를 연산하는 거리 연산부
    를 포함하는 거리 측정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 거리 연산부는,
    하기 식 1에 의해 상기 거리측정 신호의 송신 시점에서 상기 응답신호 수신 시점까지의 시간을 연산하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
    [식 1]
    Figure 112007000278312-pat00013
    (Tx: 상기 거리측정 신호의 송신 시점에서 상기 응답신호 수신 시점까지의 시간, N: 상기 기준펄스의 카운트값 또는 상기 지연펄스의 카운트값, f0: 상기 기준펄스의 주파수, f1: 상기 지연펄스의 주파수, δ: 임의의 오프셋값)
  3. 제1항에 있어서, 상기 기준펄스 생성부는,
    상기 기준펄스의 주파수와 듀티비를 조정하여 상기 거리측정 신호의 송신 시점에서 상기 응답신호 수신 시점까지의 시간의 최대 측정 가능값을 하기 식 2과 같이 결정하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
    [식 2]
    Figure 112007000278312-pat00014
    (TMAX: 상기 거리측정 신호의 송신 시점에서 상기 응답신호 수신 시점까지의 시간의 최대 측정 가능값, T0: 상기 기준펄스의 주기, rd: 상기 기준펄스 또는 지연펄스의 듀티비)
  4. 제3항에 있어서, 상기 기준펄스 생성부 및 지연펄스 생성부는,
    상기 기준펄스의 주파수와 듀티비 및 상기 지연펄스의 주파수와 듀티비를 각각 조정하여 상기 카운트값의 최대값을 하기 식 3과 같이 결정하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
    [식 3]
    Figure 112007000278312-pat00015
    (NMAX: 상기 카운트값의 최대값, Tn=1/fn, fn=|(f1-f0)/f0|, f0: 기준펄스의 주파수, f1: 지연펄스의 주파수)
  5. 제4항에 있어서,
    상기 거리 측정 장치의 거리 측정 해상도는 하기 식 4에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
    [식 4]
    Figure 112007000278312-pat00016
    (Rres: 상기 거리 측정 장치의 거리 측정 해상도, DMAX=0.5·TMAX·c, c: 광속)
KR1020070000172A 2007-01-02 2007-01-02 거리측정의 범위 및 거리측정 해상도를 조정할 수 있는거리 측정 장치 KR100826381B1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070000172A KR100826381B1 (ko) 2007-01-02 2007-01-02 거리측정의 범위 및 거리측정 해상도를 조정할 수 있는거리 측정 장치
US11/967,796 US7752010B2 (en) 2007-01-02 2007-12-31 Distance measuring apparatus capable of controlling range and resolution

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070000172A KR100826381B1 (ko) 2007-01-02 2007-01-02 거리측정의 범위 및 거리측정 해상도를 조정할 수 있는거리 측정 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR100826381B1 true KR100826381B1 (ko) 2008-05-02

Family

ID=39585157

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070000172A KR100826381B1 (ko) 2007-01-02 2007-01-02 거리측정의 범위 및 거리측정 해상도를 조정할 수 있는거리 측정 장치

Country Status (2)

Country Link
US (1) US7752010B2 (ko)
KR (1) KR100826381B1 (ko)

Families Citing this family (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100735407B1 (ko) * 2006-09-18 2007-07-04 삼성전기주식회사 Ｔｏａ를 이용한 거리 측정 장치 및 방법
US9496620B2 (en) 2013-02-04 2016-11-15 Ubiquiti Networks, Inc. Radio system for long-range high-speed wireless communication
US8836601B2 (en) 2013-02-04 2014-09-16 Ubiquiti Networks, Inc. Dual receiver/transmitter radio devices with choke
JP5879748B2 (ja) * 2011-05-27 2016-03-08 日産自動車株式会社 非接触給電装置、車両及び非接触給電システム
JP5793963B2 (ja) 2011-05-27 2015-10-14 日産自動車株式会社 非接触給電装置
US9247512B2 (en) * 2011-08-25 2016-01-26 Ubiquiti Networks Adaptive synchronous protocol for minimizing latency in TDD systems
US9397820B2 (en) 2013-02-04 2016-07-19 Ubiquiti Networks, Inc. Agile duplexing wireless radio devices
US9543635B2 (en) 2013-02-04 2017-01-10 Ubiquiti Networks, Inc. Operation of radio devices for long-range high-speed wireless communication
US9373885B2 (en) 2013-02-08 2016-06-21 Ubiquiti Networks, Inc. Radio system for high-speed wireless communication
ES2767051T3 (es) 2013-10-11 2020-06-16 Ubiquiti Inc Optimización de sistema de radio inalámbrica mediante análisis de espectro persistente
WO2015134753A1 (en) 2014-03-07 2015-09-11 Ubiquiti Networks, Inc. Cloud device identification and authentication
US20150256355A1 (en) 2014-03-07 2015-09-10 Robert J. Pera Wall-mounted interactive sensing and audio-visual node devices for networked living and work spaces
EP3120642B1 (en) 2014-03-17 2023-06-07 Ubiquiti Inc. Array antennas having a plurality of directional beams
CN104981941B (zh) 2014-04-01 2018-02-02 优倍快网络公司 天线组件
CN112485817B (zh) * 2021-02-07 2021-04-23 中国人民解放军国防科技大学 基于无线光通信的协同定位方法和定位系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4078234A (en) 1975-04-25 1978-03-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Continuous wave correlation radar system
JPS60170776A (ja) 1984-02-15 1985-09-04 Natl Space Dev Agency Japan<Nasda> 合成開口レ−ダ
JP2006053076A (ja) 2004-08-12 2006-02-23 Nikon Vision Co Ltd 測距装置
KR100735407B1 (ko) 2006-09-18 2007-07-04 삼성전기주식회사 Ｔｏａ를 이용한 거리 측정 장치 및 방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100780195B1 (ko) * 2006-11-06 2007-11-27 삼성전기주식회사 펄스 신호의 오버랩 검출 장치, 방법 및 이를 포함하는거리 측정 장치

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4078234A (en) 1975-04-25 1978-03-07 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army Continuous wave correlation radar system
JPS60170776A (ja) 1984-02-15 1985-09-04 Natl Space Dev Agency Japan<Nasda> 合成開口レ−ダ
JP2006053076A (ja) 2004-08-12 2006-02-23 Nikon Vision Co Ltd 測距装置
KR100735407B1 (ko) 2006-09-18 2007-07-04 삼성전기주식회사 Ｔｏａ를 이용한 거리 측정 장치 및 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US7752010B2 (en) 2010-07-06
US20080162048A1 (en) 2008-07-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR100826381B1 (ko) 거리측정의 범위 및 거리측정 해상도를 조정할 수 있는거리 측정 장치
JP2012500971A (ja) パルス間送信および受信を用いた双方向測距
US10901064B2 (en) Ultrasonic beacon tracking
US10782169B2 (en) Ultrasonic flowmeter
KR100440759B1 (ko) 유량 계측 장치
JP2003502646A (ja) 距離測定装置及び距離測定装置を校正する方法
JP6111422B2 (ja) 流量計測装置
JP2014224685A (ja) 流量計測装置
KR100735407B1 (ko) Ｔｏａ를 이용한 거리 측정 장치 및 방법
JP2006276017A (ja) 低周波クロック信号を利用した距離測定方法及び装置
KR100780195B1 (ko) 펄스 신호의 오버랩 검출 장치, 방법 및 이를 포함하는거리 측정 장치
US20130346022A1 (en) Physical quantity measuring apparatus and physical quantity measuring method
EP3126868B1 (en) A method and a system for a precise measurement of a distance
CN105988109B (zh) 测距方法、测距装置、定位装置与定位方法
US10134275B2 (en) Monitoring vehicle parking occupancy
JP4734822B2 (ja) 流量計測装置
JP2003028688A (ja) 流量計測装置
JP2002350202A (ja) 流量計測装置
JP3443657B2 (ja) 流量計測装置
JP2014115203A (ja) 距離計測装置
JP7433813B2 (ja) 物標検知装置、システム、方法及びプログラム
JP2003307442A (ja) 流量計測システム
JP3785178B2 (ja) 距離測定装置
JP4425414B2 (ja) 流量計測装置
JP2005117585A (ja) ダイバーシティ送信機

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20130403

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20140325

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170102

Year of fee payment: 10

LAPS Lapse due to unpaid annual fee