KR100957467B1 - 라이더 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광 검출 및 레인징(Light Detection and Ranging : LIDAR) 장치에 관한 것으로, 이 장치는 일련의 의사 잡음 코드들(이하, 의사 잡음 열)을 생성하는 PN코드생성부; 상기 의사 잡음 코드 값 각각에 대응하는 파장으로 이루어진 광 신호를 외부로 송출하는 광송신부; 및 외부로부터 수신되는 광 신호와 상기 송출된 광 신호를 비교하여, 시간 지연을 측정하는 측정부를 포함한다. 본 발명에 따르면, 고가의 고속 광변조기를 굳이 사용할 필요가 없으므로, 제품 단가 면에서 유리한 라이더 장치를 제공할 수 있다.

Description

라이더 장치{apparatus for light detection and ranging}
도 1은 기존의 다중 사용자 모드 차량용 라이더 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 라이더 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
본 발명은 라이더 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 이동체(예컨대, 차량) 등에 장착되는 다중 사용자 모드 라이더 장치에 관한 것이다.
대부분의 운전자는 자신의 시야에 의존하여 자동차의 진행 방향을 예측하면서 운전한다. 그러나, 이러한 경우, 운전자가 운행 경험이 풍부하지 못하거나 혹은 운전자가 일시적으로 차량의 진행 방향을 잘못 판단함으로 인해 사고가 발생될 수 있다.
따라서, 요즘에는 사용자들이 위와 같은 사고를 대비하기 위해서, 차량용 레이더 또는 라이더(lidar) 시스템을 이용하여 주변 차량에 대한 거리 및 속도를 측정한다.
특히, 차량용 라이더 시스템에서 다중 사용자를 위한 거리 및 속도를 측정하는 방식에 대한 연구가 진행되고 있다.
도 1은 기존의 다중 사용자 모드 차량용 라이더 장치를 설명하기 위한 도면이다.
펄스레이저(100)는 광 신호를 생성한다.
PN코드생성부(110)는 사용자 식별자에 해당하는 의사 잡음(pseudo random : PN) 열(sequence)을 생성하여 신호생성부(120)에 제공한다. 즉, 다중 사용자 환경을 지원하기 위해, 라이더 장치 또는 사용자마다 서로 다른 의사 잡음 열이 할당된다.
신호생성부(120)는 제공받은 의사 잡음 열에 해당하는 파형을 가진 전기 신호를 생성한다.
변조부(130)는 신호생성부(120)로부터 제공받는 전기신호를 상기 광 신호에 실는 변조를 수행하여 광변조 신호를 생성한다. 생성된 광변조 신호는 외부로 송출된다.
외부 물체(예컨대, 자동차, 건물 등)에 반사된 광변조 신호를 포함하는 광신호는 광검출부(photo detector)(140)에 입력되어 광전 변환된다. 광검출부(140)에 입력되는 광신호는 변조부(130)를 통해 송출된 광변조 신호가 타 물체에 의해 반사되어 입력되는 버전 뿐만 아니라 간섭광 신호를 포함할 수 있다. 이러한 간섭 광 신호의 예로는, 타 라이더 장치로부터 송출된 광변조 신호 및 기타 광원에 의해 발생되어 광검출부(140)에 입력되는 광 신호를 들 수 있다.
시간지연측정부(160)는 사용자신호검출부(150)에서 검출된 신호의 타이밍과 신호생성부(120)에서 생성된 신호의 타이밍을 비교하여, 광신호 송수신간의 시간 지연(즉, 왕복 지연 시간)을 측정한다.
속도영역예측부(170)는 시간지연측정부(160)로부터 검출된 시간 지연을 기초로, 타 물체와의 거리 및 이동체에 대한 타 물체의 상대 속도를 산출한다.
그러나, 이러한 구조는 고속의(즉, 짧은 칩 듀레이션을 가진) 의사 잡음열을 변조하기 때문에, 고가의 광변조기 즉, 도 1에 도시된 변조부(130)가 필요하다는 한계가 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 제품 단가 면에서 유리한 라이더 장치를 제공함에 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명의 제1 측면은 일련의 의사 잡음 코드들(이하, 의사 잡음 열)을 생성하는 PN 코드 생성부; 상기 의사 잡음 코드 값 각각에 대응하는 파장으로 이루어진 광 신호를 외부로 송출하는 광송신부; 및 외부로부터 수신되는 광 신호로부터 상기 의사 잡음 열을 검출하는 검출부를 포함하는 라이더 장치를 제공한다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명의 제2 측면은 일련의 의사 잡음 코드들(이하, 의사 잡음 열)을 생성하는 PN 코드 생성부; 상기 의사 잡음 코드 값 각각에 대응하는 파장으로 이루어진 광 신호를 외부로 송출하는 광송신부; 및 외부 로부터 수신되는 광 신호와 상기 송출된 광 신호를 비교하여, 시간 지연을 측정하는 측정부를 포함하는 라이더 장치를 제공한다.
이하, 상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 라이더 장치의 구성을 나타내는 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 라이더 장치는 광원(200), PN코드생성부(205), 펄스생성부(210), 변조부(215), 써큘레이터(circulator)(220), 반사형 파장 필터(reflective wavelength filter)(225), 써큘레이터(250), 반사형 파장 필터(255), 사용자신호검출부(260), 시간지연측정부(265), 및 속도영역예측부(270)를 포함하여 이루어진다.
광원(200)은 광신호를 생성한다. 여기서, 생성되는 광 신호는 의사 잡음 코드 값 각각에 해당하는 파장을 모두 포함할 수 있도록 충분한 파장 대역을 갖는 광 신호이다.
펄스생성부(210)는 미리 정해진 펄스(이하, 참조 펄스)를 생성한다.
변조부(215)는 펄스생성부(210)로부터 제공되는 참조 펄스를 상기 생성된 광 신호에 실는 변조를 수행하여, 광변조 신호를 출력한다.
PN코드생성부(205)는 사용자 식별자에 해당하는 일련의 의사 잡음 코드들 (즉, 의사 잡음 열)을 생성한다. 즉, 다중 사용자 환경을 지원하기 위해, 라이더 장치 또는 사용자마다 서로 다른 의사 잡음 열이 할당된다.
광변조 신호는 써큘레이터(220)에 입력되어 반사 파장 필터에 의해 반사된 후, 써큘레이터(220)를 통해 외부로 송출된다.
여기서, 반사형 파장 필터(225)는 입력 광 신호를 여파하여, 상기 의사 잡음 코드 값 각각에 대응하는 파장으로 이루어진 광 신호를 출력한다. 예컨대, 의사 잡음 열이 1, 0, 1, 1, 0,… 이라면, 송출되는 광변조 신호는 λ1, λ0, λ1, λ1, λ0,… 등의 파장을 순차적으로 가지는 광 신호가 된다.
외부 물체(예컨대, 자동차, 건물 등)에 반사된 광변조 신호 및 각종 간섭광 신호를 포함하는 광 신호는 써큘레이터(250)에 입력되어 반사형 파장 필터(255)에 의해 반사된다. 반사형 파장 필터(255)에 의해 반사된 광 신호는 써큘레이터(250)를 통해 사용자신호검출부(260)에 입력된다.
시간지연측정부(265)는 광신호 송수신간의 시간 지연(즉, 왕복 지연 시간)을 측정하는데, 다음의 두 가지 방법을 그 예로 들 수 있다.
첫 번째 방법은 다음과 같다.
사용자신호검출부(260)는 PN코드생성부(205)로부터 해당 의사 잡음 열(즉, 사용자 식별자에 해당하는 의사 잡음 열)을 제공받아, 써큘레이터(250)의 출력 신 호에 있는 파장과 해당 의사 잡음 열의 각 코드 값에 대응되는 파장을 비교하여, 해당 의사 잡음 열의 타이밍(예컨대, 시작 위치)를 검출한 후, 써큘레이터(250)의 출력 신호에 포함된 참조 펄스를 복원한다. 복원 과정에서 광전 변환하는 광검출부(미도시)가 더 포함할 수 있음은 이 분야에 종사하는 자라면 충분히 이해할 수 있다.
시간지연측정부(265)는 펄스생성부(210)에서 제공되는 참조 펄스와 사용자신호검출부(260)에서 복원된 참조 펄스를 비교하여 시간 지연을 측정한다.
두 번째 방법은 다음과 같다.
사용자신호검출부(260)는 PN코드생성부(205)로부터 해당 의사 잡음 열(즉, 사용자 식별자에 해당하는 의사 잡음 열)을 제공받아, 써큘레이터(250)의 출력 신호에 있는 파장과 해당 의사 잡음 열의 각 코드 값에 대응되는 파장을 비교하여, 해당 의사 잡음 열의 타이밍(예컨대, 시작 위치)를 검출한 후, 써큘레이터(250)의 출력 신호에 포함된 참조 펄스의 타이밍(예컨대, 시작 위치)를 획득한다.
시간지연측정부(265)는 펄스신호생성부(210)에서 제공되는 참조 펄스의 타이밍(예컨대, 시작 위치)에 대한 정보 및 상기 획득된 타이밍에 대한 정보를 기초로, 시간 지연을 측정한다.
속도영역예측부(270)는 시간지연측정부(265)로부터 검출된 시간 지연에 대한 정보를 제공받아, 타 물체와의 거리 및 라이더 장치(또는 라이더 장치가 장착된 이동체)에 대한 타 물체의 상대 속도를 산출한다.
예컨대, 타 물체와의 거리는 "거리 = 시간지연 / 2 x 광속"이라는 식을 이용 하여 검출되며, 타 물체의 상대 속도는 도플러 쉬프트에 따른 송/수신 파장 간의 차이 값을 이용하여 검출되거나, "상대속도 = (제2 검출 거리 - 제1 검출 거리)/(제2 검출 시점 - 제1 검출 시점)"이라는 식을 이용하여 검출되는 등 다양한 방법이 존재할 수 있다. 여기서, 제1 검출 거리 및 제2 검출 거리는 각각 제1 검출 시점 및 제2 검출 시점에서 검출된 타물체와의 거리를 의미한다.
이러한 본원 발명인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명에 따르면, 고가의 고속 광변조기를 굳이 사용할 필요가 없으므로, 제품 단가 면에서 유리한 라이더 장치를 제공할 수 있어, 차량용 안전 시스템의 보급에 크게 기여할 수 있다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 라이더 장치에 있어서,
    일련의 의사 잡음 코드들(이하, 의사 잡음 열)을 생성하는 PN코드생성부;
    상기 의사 잡음 코드 값 각각에 대응하는 파장으로 이루어진 광신호를 외부로 송출하는 광송신부; 및
    외부로부터 수신되는 광신호로부터 상기 의사 잡음 열을 검출하는 검출부를 포함하고,
    상기 PN코드생성부는 라이더 장치 또는 사용자마다 서로 다르게 할당된 의사 잡음 열을 생성하는 것을 특징으로 하는 라이더 장치.
  3. 라이더 장치에 있어서,
    일련의 의사 잡음 코드들(이하, 의사 잡음 열)을 생성하는 PN코드생성부;
    상기 의사 잡음 코드 값 각각에 대응하는 파장으로 이루어진 광신호를 외부로 송출하는 광송신부; 및
    외부로부터 수신되는 광신호로부터 상기 의사 잡음 열을 검출하는 검출부를 포함하고,
    상기 검출부는 상기 수신되는 광신호의 파장을 상기 의사 잡음 코드 값 각각에 대응하는 파장과 비교하여 상기 수신되는 광신호에 실린 상기 의사 잡음 열을 검출하는 것을 특징으로 하는 라이더 장치.
  4. 라이더 장치에 있어서,
    일련의 의사 잡음 코드들(이하, 의사 잡음 열)을 생성하는 PN코드생성부;
    상기 의사 잡음 코드 값 각각에 대응하는 파장으로 이루어진 광신호를 외부로 송출하는 광송신부; 및
    외부로부터 수신되는 광신호로부터 상기 의사 잡음 열을 검출하는 검출부를 포함하고,
    상기 광송신부는
    소정의 광신호를 생성하는 광신호 생성부;
    입력 광신호를 여파하여, 상기 의사 잡음 코드 값 각각에 대응하는 파장으로 이루어진 광신호를 출력하는 반사형 파장 필터; 및
    상기 소정의 광신호를 입력 받아 상기 반사형 파장 필터에 제공하고, 상기 반사형 파장 필터로부터 출력되는 광신호를 외부로 송출하는 써큘레이터를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이더 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 광신호 생성부는
    광원;
    소정의 펄스를 생성하는 펄스생성부; 및
    상기 소정의 펄스를 상기 광원으로부터 출력되는 광 신호로 변조하여 상기 소정의 광 신호를 생성하는 변조부를 포함하고,
    상기 검출부는 상기 검출된 결과를 기초로, 상기 광신호에 실린 상기 소정의 펄스에 대한 타이밍을 획득하고,
    상기 펄스생성부로부터 제공되는 상기 소정의 펄스에 대한 타이밍 정보 및 상기 획득된 타이밍에 대한 정보를 기초로, 시간 지연을 측정하는 측정부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라이더 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 측정된 시간 지연을 기초로, 타 물체와의 거리 및 상기 라이더 장치에 대한 타 물체의 상대 속도 중 적어도 하나를 예측하는 예측부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 라이더 장치.
  7. 삭제
  8. 라이더 장치에 있어서,
    일련의 의사 잡음 코드들(이하, 의사 잡음 열)을 생성하는 PN코드생성부;
    상기 의사 잡음 코드 값 각각에 대응하는 파장으로 이루어진 광 신호를 외부로 송출하는 광송신부;
    외부로부터 수신되는 광 신호와 상기 송출된 광 신호를 비교하여, 시간 지연을 측정하는 측정부; 및
    상기 측정된 시간 지연을 기초로, 타 물체와의 거리 및 상기 라이더 장치에 대한 타 물체의 상대 속도 중 적어도 하나를 예측하는 예측부를 포함하는 것을 특징으로 하는 라이더 장치.
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