KR101146218B1 - Device and method for measuring distance - Google Patents

Device and method for measuring distance Download PDF

Info

Publication number
KR101146218B1
KR101146218B1 KR1020070129995A KR20070129995A KR101146218B1 KR 101146218 B1 KR101146218 B1 KR 101146218B1 KR 1020070129995 A KR1020070129995 A KR 1020070129995A KR 20070129995 A KR20070129995 A KR 20070129995A KR 101146218 B1 KR101146218 B1 KR 101146218B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
signal
phase
receiving
clock
data
Prior art date
Application number
KR1020070129995A
Other languages
Korean (ko)
Other versions
KR20090062628A (en
Inventor
정중연
Original Assignee
(주)이오시스템
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 (주)이오시스템 filed Critical (주)이오시스템
Priority to KR1020070129995A priority Critical patent/KR101146218B1/en
Publication of KR20090062628A publication Critical patent/KR20090062628A/en
Application granted granted Critical
Publication of KR101146218B1 publication Critical patent/KR101146218B1/en

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
    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
    • G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
    • G01S17/06—Systems determining position data of a target
    • G01S17/08—Systems determining position data of a target for measuring distance only
    • G01S17/10—Systems determining position data of a target for measuring distance only using transmission of interrupted, pulse-modulated waves
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R25/00—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents
    • G01R25/04—Arrangements for measuring phase angle between a voltage and a current or between voltages or currents involving adjustment of a phase shifter to produce a predetermined phase difference, e.g. zero difference
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03M—CODING; DECODING; CODE CONVERSION IN GENERAL
    • H03M1/00—Analogue/digital conversion; Digital/analogue conversion
    • H03M1/12—Analogue/digital converters

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

본 발명에 따른 거리측정장치는 클록을 체배하거나 분주하여 스타트 신호, 러프 카운터 클록 및 래치 클록을 생성하는 타이밍 발생기, 상기 타이밍 발생기로부터 러프 카운터 클록을 입력받아 클록수를 측정하는 러프 카운터, 상기 러프 카운터로부터 러프 카운트 클록수를 입력받고 상기 타이밍 발생기로부터 래치 클록을 입력받아 이산 신호 데이터를 생성하여 출력하는 중앙처리유닛, 상기 중앙처리유닛에 의하여 출력된 이산 신호 데이터를 입력받아 계단형의 정현파 신호를 생성하여 출력하는 D/A 컨버터, D/A 컨버터로부터 계단형 정현파 신호를 입력받아 아날로그 정현파 신호를 생성하여 출력하는 로우패스필터, 상기 타이밍 발생기로부터 스타트 신호를 입력받아 매질에 전송되는 신호를 송출하는 에미터, 목표물에 반사된 상기 전송 신호를 입력받아 스톱 신호를 생성하는 리시버, 및 아날로그 정현파 신호와 상기 스톱신호를 입력받아 정현파 신호를 샘플링하는 A/D 컨버터를 포함한다.A distance measuring apparatus according to the present invention includes a timing generator for multiplying or dividing a clock to generate a start signal, a rough counter clock, and a latch clock, a rough counter for measuring the number of clocks by receiving a rough counter clock from the timing generator, A central processing unit for receiving a number of rough count clocks from the timing generator and receiving a latch clock from the timing generator to generate discrete signal data and outputting the discrete signal data and a control unit for receiving the discrete signal data output by the central processing unit and generating a stepped sine wave signal A low pass filter for receiving a stepped sinusoidal signal from the D / A converter and generating and outputting an analog sinusoidal signal, an emitter for receiving a start signal from the timing generator and transmitting a signal to be transmitted to the medium, The transmission signal reflected on the target is input Received and receives the receiver, and an analog sine wave signal and the stop signal for generating a stop signal comprises an A / D converter for sampling a sinusoidal signal.

거리측정장치, 타이밍 발생기, 중앙처리유닛, 러프 카운터 Distance measuring device, timing generator, central processing unit, rough counter

Description

거리측정장치 및 방법{Device and method for measuring distance}BACKGROUND OF THE INVENTION Field of the Invention [0001]

이 발명은 거리측정장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 디지털 도메인(digital domain)에서 정현파를 생성하여 발신신호와 수신신호의 위상차를 정확히 측정할 수 있는 거리측정장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a distance measuring apparatus and method, and more particularly, to a distance measuring apparatus and method capable of accurately measuring a phase difference between an originating signal and a receiving signal by generating a sinusoidal wave in a digital domain.

일반적인 거리측정원리인 TOF(Time Of Flighting) 방법을 살펴보면 다음과 같다. 도1에 도시된 바와 같이, 거리측정유닛(1)에서 일정한 주기 신호를 발생하여 에미터(2)에서 공기, 동선, 광섬유와 같은 매질을 통과하는 펄스 신호, 예를 들어 광신호, 전자기파신호, 음파신호등을 발생시키고, 발신부(4)에서 신호출발시각(tE)를 측정하고, 송신된 신호가 매질을 통과하여 목표물(6)에서 반사된 후, 다시 매질을 통과하여 펄스 신호가 되돌아 와서 수신부(5)에서 신호도착시각(tR)이 측정된다. 다시 말하면, 도2에 도시된 거리측정신호의 타이밍 차트(timing chart)에 도시된 바와 같이, 측정신호를 발생하기 위하여 일정한 주파수를 갖는 신호 클록을 발생시켜 일정시간 지연 후 시각(tE)에서 발신신호가 송출되고 목표물에 반사되어 되돌아온 신호를 시각(tR)에서 수신한다. 이에 따라 거리측정신호가 매질을 통과하여 왕 복하는 시간은 tR-tE이고, 여기에 매질의 신호전달속도(v)를 곱하면 목표물까지의 왕복거리가 된다. 따라서, 거리측정장치와 목표물사이의 거리는 다음과 같이 계산된다.The TOF (Time Of Flighting) method, which is a general distance measurement principle, will be described as follows. As shown in FIG. 1, a distance measuring unit 1 generates a periodic signal and outputs a pulse signal, for example, an optical signal, an electromagnetic wave signal, and a pulse signal, which pass through a medium such as air, And a signal departure time (t E ) is measured at the transmitter 4. The transmitted signal is reflected by the target 6 through the medium, passes through the medium again, and the pulse signal returns The signal arrival time t R is measured in the receiver 5. In other words, FIG originating in, after the delay a predetermined time to generate a signal clock having a predetermined frequency to generate the measurement signal time (t E) as shown in the timing chart (timing chart) of the distance measured signal shown in Figure 2 A signal is transmitted and reflected back to the target and received at a time (t R ). Thus, the time required for the distance measurement signal to propagate through the medium is t R -t E , which is multiplied by the signal transmission rate (v) of the medium, which becomes the roundabout distance to the target. Therefore, the distance between the distance measuring device and the target is calculated as follows.

Figure 112007089718374-pat00001
Figure 112007089718374-pat00001

거리측정장치가 목표물까지 거리를 정밀하게 측정하기 위해서는 식1에서 매질의 속도가 일정한 경우 신호왕복시간(tR-tE)를 정밀하게 측정해야만 한다.In order for the distance measuring device to accurately measure the distance to the target, the signal round-trip time (t R -t E ) should be accurately measured when the velocity of the medium is constant in Equation (1).

예를 들어, 신호가 레이저 빔과 같은 빛인 경우, 빛의 속도가 3× 108m이고 거리측정장치에서 신호왕복시간을 측정하기 위한 클록의 주파수가 15MHz라고 하면, 거리측정분해능은 d = 3× 108m/2(15× 106)=10m가 된다.For example, if the signal is light like a laser beam and the speed of the light is 3 x 10 8 m and the frequency of the clock for measuring the signal round trip time in the distance measuring device is 15 MHz, then the distance measurement resolution is d = 3 x 10 8 m / 2 (15 x 10 6 ) = 10 m.

따라서, 1mm 단위거리를 측정하는 경우 시간측정 클록의 주파수는 약 10,000배 높은 150GHz를 사용하여야 한다. 이러한 클록을 사용하여 시간을 측정하는 구성은 현재 반도체 기술로는 불가능하다.Therefore, when measuring a distance of 1 mm, the frequency of the time measurement clock should be about 150 GHz which is about 10,000 times higher. The use of these clocks to measure time is currently not possible with semiconductor technology.

도3에 도시된 바와 같이, 종래에 낮은 클록을 사용하여 정밀거리측정을 위한 방법이 제시되었다. 기준 클록(TCXO)(20)을 거리측정기준 클록으로 구형파 형태로 발진하고 이러한 구형파를 밴드 패스 필터(BPF: Band Pass Filter)(24)를 통하여 정현파로 만들어 A/D 컨버터(25)에 입력시킨다. 또한, 기준 클록(TXCO)(20)을 기준으로 송신 신호를 일정한 주기로 보내면서, 그 주기 간격으로 기준 클록을 샘플링 한다. 정현파 한주기를 샘플링하기 위한 주기를 생성하기 위해 클록 신디사이저(clock synthesizer)(21)가 있으면 클록 신디사이저(21)의 출력을 타이밍 발생기(22)에 입력시키고, 타이밍 발생기(22)는 스타트 신호로 에미터(Emitter)(28)를 구동시켜 송신신호를 발생시킨다.As shown in Fig. 3, a method for precise distance measurement using a conventional low clock has been proposed. The reference clock (TCXO) 20 is oscillated in the form of a square wave with a distance measurement reference clock, and these square waves are converted into sinusoidal waves through a band pass filter (BPF) 24 and input to the A / D converter 25 . In addition, the transmission clock is sampled based on the reference clock (TXCO) 20 while the transmission signal is transmitted at a constant interval. When the clock synthesizer 21 is present to generate a cycle for sampling a sine wave period, the clock generator 21 inputs the output of the clock synthesizer 21 to the timing generator 22. The timing generator 22 generates, (Emitter) 28 to generate a transmission signal.

리시버(receiver)(29)는 수신 신호를 받아서 스톱신호를 타이밍 발생기(22)에 출력시킨다. 다음에 타이밍 발생기(22)는 스톱신호를 입력받아 A/D 컨버터(25)에 입력된 정현파를 샘플링하도록 지시한다. 중앙처리유닛(26)은 샘플된 정현파 데이터를 읽어서 메모리(27)에 저장하여 거리를 계산한다. 거리는 스타트 신호(start signal)을 시작으로, 기준 클록을 받아서 러프 카운터(rough counter)(23)에서 카운트하고, 리시버(29)의 스톱 신호(stop signal)에 의해서 정지된다. 이때 값을 Rcount라고 하고, 수신 신호에 의하여 계산되지 못한 정밀 거리와 관련된 시간은 A/D 컨버터(25)에 입력된 정현파 기준 신호를 샘플링하여 도 4와 같이 한주기 데이터를 얻는다. 도4의 송신 데이터(30)는 송신신호와 기준 클록이 동기되지 않는 위상을 찾고, 수신 데이터(31)는 수신신호에 의하여 카운트되지 않은 위상을 찾는다.A receiver (29) receives the received signal and outputs a stop signal to the timing generator (22). Next, the timing generator 22 receives a stop signal and instructs the A / D converter 25 to sample the sinusoidal wave inputted thereto. The central processing unit 26 reads the sampled sine wave data and stores it in the memory 27 to calculate the distance. The distance starts from a start signal, receives a reference clock, counts in a rough counter 23, and is stopped by a stop signal of the receiver 29. At this time, the value is referred to as Rcount, and the sine wave reference signal inputted to the A / D converter 25 is sampled by the time related to the precision distance not calculated by the received signal to obtain one-period data as shown in FIG. The transmission data 30 of FIG. 4 finds a phase in which the transmission signal and the reference clock are not synchronized, and the reception data 31 finds a phase that is not counted by the reception signal.

송신 데이터와 수신 데이터의 위상차는 다음과 같은 위상계산식에 의하여 계산될 수 있다.The phase difference between the transmission data and the reception data can be calculated by the following phase calculation formula.

Figure 112007089718374-pat00002
Figure 112007089718374-pat00002

Figure 112007089718374-pat00003
Figure 112007089718374-pat00003

위상계산식에 의해서 송신 데이터 위상(θ R ), 수신 데이터 위상(θ S )을 구하면 위상차는θ D = θ R -θ S 로 표현되고 실제거리를 위한 시간 T = [Rcount±(Rcount ×θ D )] 를 구하면 거리 D = υ×T/2(υ: 매질의 속도)를 구할 수 있다.Transmission data phase by the phase calculation (θ R), the received data phase (θ S) ask the phase difference θ D θ = -θ R is represented by S time for the actual distance T = [Rcount ± (Rcount × θ D) ] , The distance D = υ × T / 2 (υ: velocity of the medium) can be obtained.

그러나, 종래의 거리측정장치는 기준 클록(20)을 디지털 데이터로 변환시키기 위한 송신주기(start) 신호를 얻기 위해서 클록 신디사이저(21)이 필요하고, 두 클록 사이에 신호 동기가 안될 경우 송신 주기(Tp)가 일정하지 않아서 샘플링 데이터 에러가 발생하며, 구형파를 밴드패스필터(24)를 통하여 정현파로 만들 때 아날로그 전자소자를 사용할 수 밖에 없어, 전기적 노이즈로 인한 에러가 발생한다. 또한, 정밀한 위상정보를 얻기 위하여 송신 주기의 샘플링 간격이 좁아야 하고 최소한 기준 신호 한 주기 정보가 있어야만 위상을 계산할 수 있다. 이러한 거리측정장치는 거리 측정시간이 많이 걸려 고속 측정에는 부적합하다.However, the conventional distance measuring apparatus requires a clock synthesizer 21 in order to obtain a transmission start signal for converting the reference clock 20 into digital data. When the signal is not synchronized between the two clocks, Tp) is not constant, sampling data error occurs. When making a square wave through a band-pass filter 24, the analog electronic device can not be used, and an error due to electrical noise occurs. Also, in order to obtain accurate phase information, the sampling interval of the transmission period should be narrow and the phase can be calculated only when there is at least one period information of the reference signal. Such a distance measuring apparatus takes a long distance measuring time and is not suitable for high speed measurement.

본 발명은 상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 디지털 도메인에서 정현파를 생성하여 발신신호와 수신신호의 위상차를 정확히 측정할 수 있는 거리측정장치 및 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.It is an object of the present invention to provide a distance measuring apparatus and method capable of accurately measuring a phase difference between an originating signal and a receiving signal by generating a sinusoidal wave in a digital domain .

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 따른 거리측정장치는 클록을 체배하거나 분주하여 스타트 신호, 러프 카운터 클록 및 래치 클록을 생성하는 타이밍 발생기; 상기 타이밍 발생기로부터 러프 카운터 클록을 입력받아 클록수를 측정하는 러프 카운터; 상기 러프 카운터로부터 러프 카운터 클록수를 입력받고 상기 타이밍 발생기로부터 래치 클록을 입력받아 래치 클록 주기로 이산 신호 데이터를 생성하여 출력하는 중앙처리유닛; 상기 중앙처리유닛에 의하여 출력된 이산 신호 데이터를 입력받아 계단형의 신호를 생성하여 출력하는 D/A 컨버터; D/A 컨버터로부터 계단형 신호를 입력받아 아날로그 신호를 생성하여 출력하는 로우패스필터; 상기 타이밍 발생기로부터 스타트 신호를 입력받아 매질에 전송되는 신호를 송출하는 에미터; 목표물에 반사된 상기 전송 신호를 입력받아 스톱 신호를 생성하는 리시버; 및 상기 아날로그 신호와 상기 스톱신호를 입력받아 상기 아날로그 신호를 샘플링하는 A/D 컨버터를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a distance measuring apparatus including: a timing generator for multiplying or dividing a clock to generate a start signal, a rough counter clock, and a latch clock; A rough counter for receiving the rough counter clock from the timing generator and measuring the number of clocks; A central processing unit for receiving a rough counter clock number from the rough counter, receiving a latch clock from the timing generator and generating and outputting discrete signal data at a latch clock period; A D / A converter that receives the discrete signal data output by the central processing unit and generates and outputs a stepped signal; A low pass filter for receiving a stepped signal from the D / A converter to generate and output an analog signal; An emitter for receiving a start signal from the timing generator and transmitting a signal to be transmitted to the medium; A receiver for receiving the transmission signal reflected on a target and generating a stop signal; And an A / D converter that receives the analog signal and the stop signal and samples the analog signal.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리측정장치는 클록을 체배하거나 분주하여 스타트 신호, 러프 카운터 클록 및 래치 클록을 생성하는 타이밍 발생기; 상기 타이밍 발생기로부터 러프 카운터 클록을 입력받아 클록수를 측정하는 러프 카운터; 상기 러프 카운터로부터 러프 카운터 클록수를 입력받고 상기 타이밍 발생기로부터 래치 클록을 입력받아 래치 클록 주기로 이산 신호 데이터와 위상 옵셋된 이산 신호 데이터를 출력하는 중앙처리유닛; 상기 중앙처리유닛에 의하여 출력된 이산 신호 데이터와 위상 옵셋된 이산 신호 데이터를 입력받아 계단형 신호와 위상 옵셋된 계단형 신호를 생성하여 출력하는 D/A 컨버터; 상기 D/A 컨버터로부터 상기 계단형 신호와 상기 위상 옵셋된 계단형 신호를 입력받아 아날로그 신호와 위상 옵셋된 아날로그 신호를 생성하는 로우패스필터; 상기 타이밍 발생기로부터 스타트 신호를 입력받아 매질에 전송되는 신호를 송출하는 에미터; 목표물에 반사된 상기 전송 신호를 입력받아 스톱 신호를 생성하는 리시버; 및 상기 아날로그 신호와 상기 위상 옵셋된 아날로그 신호 및 상기 스톱신호를 입력받아 상기 아날로그 신호와 상기 위상 옵셋된 아날로그 신호를 샘플링하는 A/D 컨버터를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a distance measuring apparatus comprising: a timing generator for multiplying or dividing a clock to generate a start signal, a rough counter clock, and a latch clock; A rough counter for receiving the rough counter clock from the timing generator and measuring the number of clocks; A central processing unit which receives the number of rough counter clocks from the rough counter, receives a latch clock from the timing generator, and outputs discrete signal data phase offset from the discrete signal data in a latch clock period; A D / A converter for receiving the discrete signal data output from the central processing unit and the discrete signal data and generating a stepped signal phase-offset with the stepped signal; A low pass filter for receiving the stepped signal and the stepped signal phase-offset from the D / A converter to generate an analog signal phase-offset with the analog signal; An emitter for receiving a start signal from the timing generator and transmitting a signal to be transmitted to the medium; A receiver for receiving the transmission signal reflected on a target and generating a stop signal; And an A / D converter that receives the analog signal, the phase-offset analog signal, and the stop signal and samples the analog signal and the phase-offset analog signal.

본 발명의 일실시예에 따른 거리측정방법은 기준 클록을 체배하거나 분주하여 스타트 신호, 러프 카운터 클록 및 래치 클록을 생성하는 단계; 러프 카운터 클록수를 측정하는 단계; 러프 카운터 클록수와 래치 클록을 입력받아 래치 클록 주기로 이산 신호 데이터를 출력하는 단계; 상기 이산 신호 데이터를 입력받아 계단형 신호를 생성하여 출력하는 단계; 상기 계단형 정현파 신호를 아날로그 신호로 변환하는 단계; 상기 스타트 신호를 입력받아 매질에 전송되는 신호를 송출하는 단계; 목표물에 반사된 상기 전송 신호를 입력받아 스톱 신호를 생성하는 단계; 상기 스톱신호를 입력받아 상기 아날로그 신호를 샘플링하는 단계; 및 러프 카운터 클록 수와 샘플링 데이터에 대응하는 위상에 의하여 목표물까지의 거리를 계산하는 단계를 포함한다.A distance measuring method according to an embodiment of the present invention includes multiplying or dividing a reference clock to generate a start signal, a rough counter clock, and a latch clock; Measuring the number of rough counter clocks; Receiving the rough counter clock number and the latch clock and outputting the discrete signal data in a latch clock cycle; Generating a stepped signal by receiving the discrete signal data and outputting the stepped signal; Converting the stepped sinusoidal signal into an analog signal; Receiving a start signal and transmitting a signal to be transmitted to the medium; Receiving a transmission signal reflected on a target and generating a stop signal; Sampling the analog signal by receiving the stop signal; And calculating the distance to the target by the number of rough counter clocks and the phase corresponding to the sampling data.

본 발명의 다른 실시예에 따른 거리측정방법은 기준 클록을 체배하거나 분주하여 스타트 신호, 러프 카운터 클록 및 래치 클록을 생성하는 단계; 러프 카운터 클록수를 측정하는 단계; 러프 카운터 클록수와 래치 클록을 입력받아 래치 클록 주기로 이산 신호 데이터와 위상 옵셋된 이산 신호 데이터를 출력하는 단계; 상기 이산 신호 데이터와 상기 위상 옵셋된 이산 신호 데이터를 입력받아 계단형 신호와 위상 옵셋된 계단형 신호를 생성하여 출력하는 단계; 상기 계단형 신호와 상기 위상 옵셋된 계단형 신호를 아날로그 신호와 위상 옵셋된 아날로그 신호로 변환하는 단계; 상기 스타트 신호를 입력받아 매질에 전송되는 신호를 송출하는 단계; 목표물에 반사된 상기 전송 신호를 입력받아 스톱 신호를 생성하는 단계; 상기 스톱신호를 입력받아 상기 아날로그 신호와 상기 위상 옵셋된 아날로그 신호를 샘플링하는 단계; 및 러프 카운터 클록수와 샘플링 데이터에 대응하는 위상에 의하여 목표물까지의 거리를 계산하는 단계를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a distance measuring method including multiplying or dividing a reference clock to generate a start signal, a rough counter clock, and a latch clock; Measuring the number of rough counter clocks; Outputting the discrete signal data phase-offset with the discrete signal data at a latch clock period by receiving the rough counter clock number and the latch clock; Generating a stepped signal having a phase offset from the stepped signal by receiving the discrete signal data and the phase offsetted discrete signal data and outputting the generated stepped signal; Converting the stepped signal and the phase-offset stepped signal into an analog signal and an analog signal phase-offset; Receiving a start signal and transmitting a signal to be transmitted to the medium; Receiving a transmission signal reflected on a target and generating a stop signal; Sampling the analog signal and the phase-offset analog signal by receiving the stop signal; And calculating the distance to the target by the number of rough counter clocks and the phase corresponding to the sampling data.

본 발명의 일실시예에 따르면, 한 주기의 위상정보를 얻기 위하여 디지털 도메인에서 정현파를 생성하여 디지털 도메인에서 아날로그 도메인으로 변환시키고 아날로그 신호에서 정밀한 거리를 측정할 수 있는 위상 값을 일 시각의 아날로그 신호를 샘플링하여 정확히 거리를 측정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, in order to obtain phase information of one cycle, a sinusoidal wave is generated in a digital domain and converted into an analog domain in a digital domain, and a phase value capable of measuring a precise distance in an analog signal is converted into an analog signal The distance can be accurately measured.

또한, 디지털 도메인에서 중앙처리유닛이 위상 정보 소스인 정현파를 임의로 제어하여 정밀할 위상정보를 얻을 수 있다. 예를 들면, 정현파 또는 삼각파 등은 기준 클록과 관련된 신호의 진폭, 위상, 주파수 등을 변경하면서 정밀 위상을 찾을 수 있다. 또한, 각 구성의 위상 옵셋을 달리하여 한 번의 측정으로도 위상 정보 정밀도를 향상시킬 수 있다.Further, in the digital domain, the central processing unit can arbitrarily control the sine wave, which is the phase information source, to obtain precise phase information. For example, a sinusoidal wave or a triangular wave can find a precise phase while changing the amplitude, phase, frequency, etc. of a signal related to the reference clock. In addition, the phase information precision of each configuration can be improved by one measurement even if the phase offset is different.

이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 거리측정장치 및 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, a distance measuring apparatus and method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 5에 도시된 바와 같이, 거리측정 기준클록 발생기(TCXO)(100)로부터 기준클록을 받아서 타이밍 발생기(101)에서 클록을 체배하거나 분주하여 스타트 신호, 러프 카운터 클록(CLK-R) 및 래치 클록(latch clock)(DAC-CLK)을 생성하여 러프 카운터(103), D/A 컨버터(104), A/D 컨버터(106)에 각각 공급한다.5, a reference clock is received from a distance measurement reference clock generator (TCXO) 100 and the timing generator 101 multiplies or divides the clock to generate a start signal, a rough counter clock (CLK-R) (DAC-CLK) to the rough counter 103, the D / A converter 104, and the A / D converter 106, respectively.

러프 카운터(103)는 시작 신호와 정지 신호까지의 클록수를 측정하여 중앙처리유닛(107)에 러프 카운터 클록수를 전송한다.The rough counter 103 measures the number of clocks from the start signal to the stop signal and transmits the rough counter clock number to the central processing unit 107. [

중앙처리유닛(107)은 나이키스트(Nyquest) 샘플링 이론에 근거하여 이산 정현파(

Figure 112007089718374-pat00004
)를 나타내는 이산 신호 데이터를 러프 카운터 클록 주파수의 적어도 2배 이상으로 생성하도록, 러프 카운터(103)로부터 러프 카운터 클록수를 입력받고 타이밍 발생기(101)로부터 래치 클록(DAC-CLK)을 입력받아 래치 클록과 동일한 주기로 이산 신호 데이터를 생성하여 출력한다. 예를 들어, 러프 카운터 클록 주파수가 N고 래치 클록 주파수가 16N이면 이산 정현파의 주파수는 N이고 이산 정현파를 나타내는 이산 신호 데이터는 16N개가 된다. 또한, 중앙처리유닛(107)이 이산 정현파를 생성하는 것으로 설명하고 있으나, 삼각파 등 주기적으로 값이 변화하는 파동 신호를 생성할 수 있다.The central processing unit 107 generates a discrete sinusoidal wave based on Nyquest sampling theory
Figure 112007089718374-pat00004
(DAC-CLK) from the timing generator 101 so as to generate the discrete signal data representing the discrete signal data representing the discrete signal data representing the discrete signal data And generates and outputs discrete signal data at the same cycle as the clock. For example, when the rough counter clock frequency is N and the latch clock frequency is 16N, the frequency of the discrete sinusoidal wave is N and the discrete signal data representing the discrete sinusoidal wave is 16N. Although the central processing unit 107 generates a discrete sinusoidal wave, it is possible to generate a wave signal whose periodic value changes, such as a triangular wave.

이때, 중앙처리유닛(107)은 정현파를 나타내는 식(5)와 같은 이산 신호 데이터를 생성하기 위하여 래치 클록 주기로 이산 신호 데이터가 미리 계산하여 생성된 룩-업 테이블(look-up table)을 포함할 수도 있고, 룩-업 테이블이 저장된 롬(ROM: Read Only Memory) 또는 플래시 메모리(flash memory)등에 연결되어 롬으로부터 정현파 이산 신호 데이터를 읽어 생성할 수도 있다. At this time, the central processing unit 107 includes a look-up table in which the discrete signal data is precomputed and generated in a latch clock cycle to generate discrete signal data as shown in equation (5) representing a sinusoidal wave Or may be connected to a ROM (Read Only Memory) or a flash memory storing a look-up table, and read and generate sinusoidal discrete signal data from the ROM.

D/A 컨버터(104)는 중앙처리유닛(107)에 의하여 출력된 이산 신호 데이터를 입력받아 러프 카운터 클록신호와 동일한 주파수를 갖는 계단형의 정현파 신호를 출력시킨다.The D / A converter 104 receives the discrete signal data output by the central processing unit 107 and outputs a stepped sine wave signal having the same frequency as the rough counter clock signal.

로우패스필터(105)는 D/A 컨버터(104)에서 출력된 계단형 정현파 신호를 입력받아 아날로그 정현파 신호를 생성하여 출력한다.The low-pass filter 105 receives the stepped sinusoidal signal output from the D / A converter 104 and generates and outputs an analog sinusoidal signal.

한편, 타이밍 발생기(101)는 러프 카운터 클록(CLK-R)과 동기된 스타트 신호를 출력하고 에미터(102)는 스타트 신호를 입력받아 매질에 전파되는 신호, 예를 들어 광신호, 전기적 신호 또는 음파신호를 출력한다. 에미터(102)에서 출력된 신호는 매질을 통과하여 목표물에 반사되어 리시버(109)에 수신된다. 리시버(109)는 수신신호를 입력받아 스톱신호를 출력한다. Meanwhile, the timing generator 101 outputs a start signal synchronized with the rough counter clock CLK-R, and the emitter 102 receives a start signal and transmits a signal, for example, an optical signal, an electrical signal, And outputs a sound wave signal. The signal output from the emitter 102 passes through the medium, is reflected on the target, and is received by the receiver 109. The receiver 109 receives the reception signal and outputs a stop signal.

A/D 컨버터(106)는 로우패스필터(105)에서 출력된 정현파 신호와 리시 버(109)에서 출력된 스톱신호를 입력받아 스톱신호와 같은 시각의 정현파 신호를 샘플링한다. 샘플링된 정현파 신호 데이터는 중앙처리유닛(106)에 전송되어 메모리(108)저장되고 샘플링된 데이터에 대응되는 수신 신호의 위상 값을 측정하는 데 사용된다. The A / D converter 106 receives the sine wave signal output from the low-pass filter 105 and the stop signal output from the receiver 109, and samples the sine wave signal at the same time as the stop signal. The sampled sinusoidal signal data is sent to the central processing unit 106 and stored in the memory 108 and used to measure the phase value of the received signal corresponding to the sampled data.

도6은 본 발명의 일실시예에 의한 거리측정장치에 나타나는 신호들에 대한 타이밍 차트를 나타낸다. 도6(a)와 도6(e)에 도시된 바와 같이, 스타트 신호와 러프 카운터 클록 신호(CLK-R)가 시각 t0, t2에서 동기되면 송신신호는 약간의 시간 지연을 거쳐 에미터(102)에서 송출된다. 도6(c)에 도시된 바와 같이, 송신신호가 매질을 통과하여 목표물에 반사되어 돌아온 수신신호가 시각 t1, t3에서 리시버(109)에 수신되고 리시버(109)는 동시에 도6(d)에 도시된 바와 같이 스톱신호를 발생시킨다.6 shows a timing chart for signals appearing in the distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention. 6 (a) and 6 (e), when the start signal and the rough counter clock signal CLK-R are synchronized at time t 0 and t 2 , the transmission signal is delayed by a little time delay, (102). 6 (c), a received signal, which is a signal transmitted back through the medium and reflected back to the target, is received at the receiver 109 at times t 1 and t 3 , and the receiver 109 simultaneously receives a signal And generates a stop signal as shown in Fig.

시각 t0와 시각 t1사이 또는 시각 t2와 시각 t3사이의 러프 카운터 클록신호의 클록수가 러프 카운터 값이 되고, 시각 t0와 시각 t1사이 또는 시각 t2와 시각 t3 사이의 마지막 클록에서 시각 t1 또는 시각 t3까지 시간이 정밀거리를 측정하기 위한 위상 값이 된다. Time t 0 and time and the clock number of the rough counter value of the rough counter clock signal between t 1 or between time t 2 and time t 3, time t 0 and time t, or between time t 2 and time t 1 3 At the last clock between time t 1 Or the time until time t 3 becomes a phase value for measuring the precise distance.

도7(a)는 러프 카운터 클록(CLK-R)보다 예를 들어 16배 높은 래치 클록(DAC-CLK)을 도시한 것이고, 도7(b)는 러프 카운터 클록(CLK-R)을 도시한 것이다. 래치 클록 주파수를 높이면 아날로그에 가까운 정현파를 만들 수 있어서 유리 하지만, 러프 카운터 클록(CLK-R)과 로우패스필터(105), A/D 컨버터(106)의 성능을 고려하여 노이즈가 문제없도록 선정해야 된다. 7A shows a latch clock (DAC-CLK), for example, 16 times higher than the rough counter clock CLK-R, and FIG. 7B shows a rough counter clock CLK- will be. However, considering the performance of the rough counter clock (CLK-R), the low-pass filter 105 and the A / D converter 106, it is necessary to select the noise with no problem do.

도7(c)는 D/A 컨버터(104)에서 출력되는 러프 카운터 클록과 동일한 주파수를 갖는 계단 정현파이다. 이 계단 정현파는 한 주기 동안 16배의 계단 값을 갖는다. 이 계단 정현파는 로우패스필터에 입력되어 아날로그 정현파(ADC-IN-A)로 변환된다.7 (c) is a stepped sinusoidal wave having the same frequency as the rough counter clock outputted from the D / A converter 104. This step sine wave has a step value of 16 times in one cycle. This stepped sine wave is input to the low-pass filter and converted to an analog sine wave (ADC-IN-A).

본 발명의 일실시예에 따른 거리측정장치에 의하여 거리를 측정하는 과정을 설명하면 다음과 같다.A process of measuring the distance by the distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described as follows.

도6에 도시된 바와 같이, 송신 신호 시각과 수신 신호의 시각의 차이를 측정하면 거리를 계산할 수 있다.(식(1) 참조)As shown in Fig. 6, the distance can be calculated by measuring the difference between the time of the transmission signal and the time of the reception signal (see equation (1)).

그러나, 송신 신호 시각과 수신 신호의 시각을 정확히 측정할 수 없으므로, 거리측정시스템 내부의 시간지연을 이미 알려진 종래의 보상방법에 의하여 보상하면 스타트 신호의 시각(t0, t2)과 스톱 신호의 시각(t1, t3) 차이로 거리를 계산할 수 있다.However, since the time of the transmission signal and the time of the reception signal can not be accurately measured, if the time delay in the distance measurement system is compensated by a known compensation method, the time (t 0 , t 2 ) The distance can be calculated by the difference of time (t 1 , t 3 ).

우선, 스타트 신호와 스톱 신호의 시각 차이로 거리를 계산하기 위하여, 도5에 도시된 바와 같이, 러프 카운터(103)는 시작 신호와 동기하여 러프 카운터 클록을 카운터하기 시작하고 리시버(109)에서 출력된 정지 신호를 입력받아 러프 카운터 클록을 카운터하는 것을 정지한다. 러프 카운터(103)는 카운터된 러프 카운터 클록수를 중앙처리유닛(107)에 보내어 메모리(108)에 저장시킨다.5, the rough counter 103 starts to count the rough counter clock in synchronism with the start signal, and outputs the output from the receiver 109 in synchronization with the start signal, as shown in Fig. 5. In order to calculate the distance by the time difference between the start signal and the stop signal, And stops counting the rough counter clock. The rough counter 103 sends the counted rough counter clock count to the central processing unit 107 and stores it in the memory 108.

정밀한 거리측정을 위하여 중앙처리유닛(107)은 러프 카운터 클록수 이상으로 정현파를 생성하기 위하여, 정현파를 나타내기 위한 이산 신호 데이터를 래치 클록 주기로 생성하여 출력한다.For accurate distance measurement, the central processing unit 107 generates and outputs discrete signal data for representing a sine wave in a latch clock cycle in order to generate a sine wave with a number equal to or greater than the number of rough counter clocks.

D/A 컨버터(104)는 중앙처리유닛(107)에 의하여 출력된 이산 신호 데이터를 입력받아 러프 카운터 클록신호와 동일한 주파수를 갖는 계단형의 정현파 신호를 출력시킨다. 로우패스필터(105)는 D/A 컨버터(104)에서 출력된 계단형 정현파 신호를 입력받아 연속적인 아날로그 정현파 신호를 생성하여 출력한다.The D / A converter 104 receives the discrete signal data output by the central processing unit 107 and outputs a stepped sine wave signal having the same frequency as the rough counter clock signal. The low-pass filter 105 receives the stepped sinusoidal signal output from the D / A converter 104 and generates and outputs a continuous analog sinusoidal signal.

A/D 컨버터(106)는 로우패스필터(105)에서 출력된 정현파 신호와 리시버(109)에서 출력된 스톱신호를 입력받아 스톱신호와 같은 시각의 아날로그 정현파의 신호 값을 샘플링한다.The A / D converter 106 receives the sine wave signal output from the low-pass filter 105 and the stop signal output from the receiver 109 and samples the signal value of the analog sine wave at the same time as the stop signal.

A/D 컨버터(106)는 스톱신호의 시각(t1, t3)에 대응되는 정현파 신호(ADC-IN)값을 샘플링하고 샘플링 데이터를 중앙처리유닛(107)에 전송한다. 샘플링 데이터는 러프 카운터(103)에서 카운터되지 못한 마지막 클록의 스톱 신호 시각에서의 위상(θ)에 대응하게 된다.The A / D converter 106 samples the sine wave signal (ADC-IN) value corresponding to the time (t 1 , t 3 ) of the stop signal and transmits the sampling data to the central processing unit 107. The sampling data corresponds to the phase [ theta] at the stop signal time of the last clock that can not be counted by the rough counter 103. [

이때, 동일한 샘플링 데이터 값이 정현파에서 두 개 존재하므로, 샘플링을 래치클록의 주기로 연속 두 번 이상 실행하여 샘플링 데이터 값의 증가, 감소여부에 따라 정현파의 위상의 위치가 정확하게 결정될 수 있다. 즉, 위상(θ)은 스톱 신호 시각에서의 마지막 러프 카운터 클록에 대응하는 상기 아날로그 신호 부분을 래치클록 주기로 샘플링할 때, 최후 샘플링 데이터 값과 직전 샘플링 값을 비교하여 결정된다. 예를 들어, 정현파의 진폭이 1인 경우, 아날로그 정현파의 샘플링 데이터 값이

Figure 112011090318771-pat00005
이고 그 다음 샘플링 데이터 값이
Figure 112011090318771-pat00006
인 경우, 샘플링 데이터의 절대 값이 증가하고 있으므로, 위상이 7π/4 가 아닌 5π/4 로 결정된다.At this time, since there are two identical sampling data values in the sinusoidal wave, sampling can be performed twice or more consecutively in the cycle of the latch clock, and the position of the phase of the sinusoidal wave can be accurately determined depending on whether the sampling data value is increased or decreased. That is, the phase ? Is determined by comparing the last sampling data value with the immediately preceding sampling value when sampling the analog signal portion corresponding to the last rough counter clock at the stop signal time at the latch clock period. For example, when the amplitude of the sine wave is 1, the sampling data value of the analog sine wave is
Figure 112011090318771-pat00005
And the next sampling data value is
Figure 112011090318771-pat00006
, The absolute value of the sampling data increases, so that the phase is determined to be 5? / 4, not 7? / 4.

중앙처리유닛(107)은 러프 카운터 클록수와 위상 값에 대응하는 시간을 더하여 스톱신호의 시각(t1, t3)을 산출하여 거리측정장치로부터 목표물까지의 거리를 다음의 식에 의하여 계산한다.The central processing unit 107 calculates the time (t 1 , t 3 ) of the stop signal by adding the rough counter clock number and the time corresponding to the phase value, and calculates the distance from the distance measuring apparatus to the target by the following equation .

Figure 112007089718374-pat00007
Figure 112007089718374-pat00007

같은 거리를 반복 측정할 경우, 정밀거리를 측정하기 위한 위상 값에 대응하는 샘플링 데이터는 data[t1]=data[t3]이 성립하게 된다. 그러나, 상기 등식은 이상적인 경우이고 실제 거리 측정 장치의 내부 노이즈, 온도, 거리 측정 작업자의 에러 등으로 인하여 상기와 같은 등식이 성립되지 않는 경우가 대부분이다.When the same distance is repeatedly measured, the sampling data corresponding to the phase value for measuring the precise distance becomes data [t 1 ] = data [t 3 ]. However, the above equation is an ideal case, and most of the equations are not established due to the internal noise of the actual distance measuring apparatus, the temperature, the error of the distance measuring operator, and the like.

따라서, 정밀한 거리 측정을 위하여, 다수의 스타트 신호에 의한 거리측정을 반복적으로 실시하여 다수의 위상 샘플링 데이터를 확보한 다음, 이들의 평균값을 위상 샘플링 데이터로 취하거나 위상 샘플링 데이터의 분포에서 중앙값을 취할 수 있다. 이러한 평균값 또는 중앙값의 계산은 중앙처리유닛(107)에서 수행하여 메모리(108)에 위상 샘플링 데이터 결과 값으로 저장된다.Therefore, for accurate distance measurement, distance measurement by a plurality of start signals is repeatedly carried out to obtain a plurality of phase sampling data, and the average value of these phase sampling data is taken as phase sampling data or a median value is taken from the distribution of phase sampling data . The calculation of the average value or the median value is performed in the central processing unit 107 and stored in the memory 108 as a phase sampling data result value.

본 발명의 일실시예에 따른 거리측정장치에 의하여 정밀거리를 측정하는 다 른 방법을 설명하면 다음과 같다.Another method for measuring the precision distance by the distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention will be described as follows.

우선, 도5에 도시된 바와 같이, 중앙처리유닛(107)은 스타트 신호와 러프 카운터 클록(CLK-R)과 동기하여 이산 정현파 데이터를 출력하여 최종적으로 로우 패스 필터(105)에 의하여 정현파 신호(ADC-IN-A)를 발생시킨다. 이때, 스톱 신호에 의하여 샘플링된 위상 샘플링 데이터 값(k A )에 대응하는 위상(θ A =sin-1 k A )을 구한다.5, the central processing unit 107 outputs the discrete sinusoidal wave data in synchronization with the start signal and the rough counter clock CLK-R, and finally outputs the sinusoidal wave signal ( ADC-IN-A). At this time, a phase ( ? A = sin -1 k A ) corresponding to the phase sampling data value ( k A ) sampled by the stop signal is obtained.

다음으로, 중앙처리유닛(107)은 새로운 스타트 신호와 러프 카운터 클록(CLK-R)과 위상 옵셋(θ off )된 이산 정현파 데이터를 출력하여 최종적으로 로우 패스 필터(105)에 의하여 정현파 신호(ADC-IN-B)를 발생시킨다. 이때, 새로운 스톱 신호에 의하여 샘플링된 위상 샘플링 데이터 값(k B )에 대응하는 위상(θ B =sin-1 k B )을 구한다.Next, the central processing unit 107 outputs the discrete sinusoidal data with the new start signal, the rough counter clock (CLK-R) and the phase offset ( ? Off ), and finally outputs the sinusoidal signal ADC -IN-B). At this time, a phase ( θ B = sin -1 k B ) corresponding to the phase sampling data value ( k B ) sampled by the new stop signal is obtained.

위상차(θ B -θ A )와 위상 옵셋(θ off )을 비교하여 그 값이 동일한지 여부를 중앙처리유닛(107)에서 판단한다. 만약, 위상차와 위상 옵셋이 동일하거나 오차가 허용범위 내인 경우, 정밀 거리 측정을 위한 위상을 θ B 로 정한다. 만약, 위상차와 위상 옵셋의 오차가 허용범위 밖이면, 재측정을 통하여 허용 범위 내에 측정된 위상을 θ B 로 정한다. 다음으로, 중앙처리유닛(106)은 러프 카운터 클록수와 위상(θ B )에 대응하는 시간을 더하여 거리측정장치로부터 목표물까지의 거리를 식(6)에 의하 여 계산한다.The phase difference ( ? B- ? A ) is compared with the phase offset ( ? Off ), and the central processing unit (107) determines whether or not the values are the same. If the phase difference and the phase offset are the same or the error is within the allowable range, the phase for accurate distance measurement is defined as &thetas; B. If the error between the phase difference and the phase offset is out of the permissible range, the phase measured within the permissible range through remeasurement is defined as θ B. Next, the central processing unit 106 calculates the distance from the distance measuring device to the target by adding the time corresponding to the rough counter clock number and the phase ( [theta] B ) by the equation (6).

도8은 도5에 도시된 본 발명의 일실시예에서 제2 D/A 컨버터(204), 제2 로우패스필터(205), 제2 A/D 컨버터(206)을 각각 하나씩 추가하여 구성된 본 발명의 또 다른 실시예이다. 도 8의 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 거리측정장치에 의하여, 이산 정현파 데이터와 위상 옵셋된 이산 정현파 데이터를 동시에 생성하고 변환된 아날로그 정현파와 위상 옵셋된 아날로그 정현파를 스톱신호에 의하여 샘플링한 데이터 값(예를 들어, 위상 옵셋이 90o인 경우, 사인 값과 코사인 값)을 동시에 구하여 정밀 거리 측정을 위한 위상을 한 번의 측정으로 구할 수 있다.FIG. 8 is a block diagram of an embodiment of the present invention shown in FIG. 5 in which a second D / A converter 204, a second low-pass filter 205, and a second A / D converter 206 are added one by one, It is another embodiment of the invention. 8, the discrete sinusoidal wave data and the phase-offset discrete sinusoidal wave data are generated at the same time, and the converted analog sinusoidal wave and the phase-offset analog sinusoidal wave are sampled by the stop signal Value (for example, a sine value and a cosine value when the phase offset is 90 ° ) at the same time so that the phase for accurate distance measurement can be obtained by one measurement.

이하, 위상 옵셋이 90o인 경우를 예를 들어 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, a case where the phase offset is 90 o will be described as an example.

우선, 본 발명의 일실시예와 동일하게 시작 신호와 동기하여 러프 카운터(103)는 러프 카운터 클록을 카운터하기 시작하고 리시버(109)에서 출력된 정지 신호를 입력받아 러프 카운터 클록을 카운터하는 것을 정지한다. 러프 카운터(103)는 카운터된 러프 카운터 클록수를 중앙처리유닛(107)에 보내어 메모리(108)에 저장시킨다.First, in the same manner as the embodiment of the present invention, the rough counter 103 starts to count the rough counter clock in synchronization with the start signal, receives the stop signal output from the receiver 109, and stops counting the rough counter clock do. The rough counter 103 sends the counted rough counter clock count to the central processing unit 107 and stores it in the memory 108.

중앙처리유닛(107)은 러프카운터(103)와 동일한 주파수를 갖는 정현파를 생성하기 위하여, 사인파와 코사인파를 나타내는 이산 신호 데이터을 생성하여 출력한다.The central processing unit 107 generates and outputs discrete signal data indicating a sine wave and a cosine wave in order to generate a sine wave having the same frequency as the rough counter 103. [

제1 및 제2 D/A 컨버터(104, 204)는 중앙처리유닛(107)에 의하여 출력된 이산 신호 데이터와 타이밍 발생기(101)에서 출력된 래치 신호(DAC-CLK)를 입력받아 러프 카운터 클록신호와 동일한 주파수를 갖는 계단형의 사인파와 코사인파 신호를 각각 출력시킨다. 제1 및 제2 로우패스필터(105, 205)는 제1 및 제 2 D/A 컨버터(104, 204)에서 출력된 계단형 사인파와 코사인파 신호를 각각 입력받아도 7(d)에 도시된 바와 같이 연속적인 사인파(ADC-IN-A)와 코사인파(ADC-IN-B)신호를 생성하여 출력한다.The first and second D / A converters 104 and 204 receive the discrete signal data output by the central processing unit 107 and the latch signal DAC-CLK output from the timing generator 101, And outputs a stepped sine wave and a cosine wave signal having the same frequency as the signal. Although the first and second low-pass filters 105 and 205 receive the stepped sine wave and the cosine wave signal output from the first and second D / A converters 104 and 204, respectively, (ADC-IN-A) and cosine wave (ADC-IN-B) signals are generated and output.

제1 및 제2 A/D컨버터(106, 206)는 제1 및 제2 로우패스필터(105, 205)에서 출력된 정현파 신호와 리시버(109)에서 출력된 스톱신호를 입력받아 스톱신호와 같은 시각의 사인파와 코사인파의 신호값을 각각 샘플링하고, 스톱신호의 시각(t1, t3)에 대응되는 정현파 신호(ADC-IN-A, ADC-IN-B)의 샘플링된 데이터(k A , k B )를 중앙처리유닛(107)에 전송하여 메모리(108)에 저장한다.The first and second A / D converters 106 and 206 receive the sine wave signal output from the first and second low-pass filters 105 and 205 and the stop signal output from the receiver 109, The sampled data ( k A , k ) of the sinusoidal wave signals ADC-IN-A and ADC-IN-B corresponding to the times t 1 and t 3 of the stop signal are sampled , B to the central processing unit 107 and stores them in the memory 108. [

중앙처리유닛(107)은 정밀 거리를 측정하기 위한 위상을 다음 식으로 계산한다.The central processing unit 107 calculates the phase for measuring the precision distance by the following equation.

Figure 112007089718374-pat00008
Figure 112007089718374-pat00008

다음으로, 중앙처리유닛(107)은 거리측정장치와 목표물까지의 거리를 상기 식(6)에 의하여 계산하여 메모리(108)에 저장한다.Next, the central processing unit 107 calculates the distance to the distance measuring device and the target by the above-mentioned formula (6) and stores it in the memory 108. [

이 경우에도, 정밀한 거리 측정을 위하여, 다수의 스타트 신호에 의한 거리측정을 반복적으로 실시하여 다수의 위상을 확보한 다음, 이들의 평균값을 위상으로 취하거나 위상의 분포에서 중앙값을 위상으로 취할 수 있다. 이러한 평균값 또는 중앙값의 계산은 중앙처리유닛(107)에서 수행하여 메모리(108)에 위상으로 저장 된다.In this case, too, in order to precisely measure the distance, it is possible to repeatedly perform distance measurement by a plurality of start signals to secure a plurality of phases, and then to take an average value thereof as a phase or take a median value as a phase in a distribution of phases . The calculation of the average value or the median value is performed in the central processing unit 107 and stored in the memory 108 in phase.

지금까지, 본 발명의 다른 실시예에서 D/A 컨버터, 로우패스필터, A/D 컨버터를 하나씩 추가하여 설명하였으나, 이것들을 여러 개(n개) 추가하고 각 D/A 컨버터, 로우패스필터, A/D 컨버터마다 위상 옵셋을 다르게 하여 한 번의 송신, 수신 신호로 더욱 정밀한 위상을 측정 할 수 있다.Although a D / A converter, a low-pass filter, and an A / D converter are added one by one in the other embodiments of the present invention, a plurality (n) of them are added to each D / A converter, a low- By differentiating the phase offset for each A / D converter, more precise phase can be measured with one transmission and reception signal.

이제까지 본 발명에 대한 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 이 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 이 발명이 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 이해되어야 한다. 이 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 이 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.The present invention has been described above with reference to the preferred embodiments. It will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Therefore, the disclosed embodiments should be understood from an illustrative point of view, not from a limiting viewpoint. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than by the foregoing description, and all differences within the scope of equivalents thereof should be construed as being included in the present invention.

도 1은 거리측정장치를 개략적으로 도시한 구성도,Fig. 1 is a schematic view showing a distance measuring apparatus,

도 2(a) 내지 도 2(c)는 도 1에 따른 거리측정장치의 송, 수신 신호를 나타내는 타이밍 차트,2 (a) to 2 (c) are timing charts showing transmission and reception signals of the distance measuring apparatus according to Fig. 1,

도 3은 종래 기술에 따른 거리측정장치를 도시한 구성도,3 is a view showing a distance measuring apparatus according to the prior art,

도 4는 종래 기술에 따른 거리측정장치에서 정현파의 샘플링 데이터를 도시한 차트,4 is a chart showing sampling data of sinusoidal waves in the distance measuring apparatus according to the related art,

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 거리측정장치의 구성도,5 is a configuration diagram of a distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention,

도 6(a) 내지 도 6(f)는 본 발명의 일실시예에 따른 거리측정장치의 신호를 나타내는 타이밍 차트,6 (a) to 6 (f) are timing charts showing signals of a distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention,

도 7(a) 내지 도 7(d)은 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리측정장치의 신호들을 나타내는 타이밍 차트,7 (a) to 7 (d) are timing charts showing signals of a distance measuring apparatus according to another embodiment of the present invention,

도 8는 본 발명의 다른 실시예에 따른 거리측정장치의 구성도를 도시한 도면이다.8 is a diagram illustrating a configuration of a distance measuring apparatus according to another embodiment of the present invention.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >   BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG.

20, 100: 기준클록발생기 21: 클록 신써사이저20, 100: Reference Clock Generator 21: Clock Synthesizer

22, 101: 타이밍 발생기 23, 103: 러프 카운터22, 101: timing generator 23, 103: rough counter

24: 밴드패스필터 25, 106, 206: A/D 컨버터24: Bandpass filter 25, 106, 206: A / D converter

26, 107: 중앙처리유닛 27, 108: 메모리26, 107: central processing unit 27, 108: memory

2, 28, 102: 에미터 3, 29, 109: 리시버2, 28, 102: Emitter 3, 29, 109: Receiver

104, 204: D/A 컨버터 105, 205: 로우패스필터104, 204: D / A converter 105, 205: low-pass filter

Claims (27)

펄스 신호를 송신, 수신하여 거리를 측정하는 거리측정장치에 있어서,A distance measuring apparatus for measuring a distance by transmitting and receiving a pulse signal, 클록을 체배하거나 분주하여 스타트 신호, 러프 카운터 클록 및 래치 클록을 생성하는 타이밍 발생기;A timing generator for multiplying or dividing the clock to generate a start signal, a rough counter clock, and a latch clock; 상기 타이밍 발생기로부터 러프 카운터 클록을 입력받아 클록수를 측정하는 러프 카운터;A rough counter for receiving the rough counter clock from the timing generator and measuring the number of clocks; 상기 러프 카운터로부터 러프 카운터 클록수를 입력받고 상기 타이밍 발생기로부터 래치 클록을 입력받아 래치 클록 주기로 이산 신호 데이터를 생성하여 출력하는 중앙처리유닛;A central processing unit for receiving a rough counter clock number from the rough counter, receiving a latch clock from the timing generator and generating and outputting discrete signal data at a latch clock period; 상기 중앙처리유닛에 의하여 출력된 이산 신호 데이터를 입력받아 계단형의 신호를 생성하여 출력하는 D/A 컨버터;A D / A converter that receives the discrete signal data output by the central processing unit and generates and outputs a stepped signal; D/A 컨버터로부터 계단형 신호를 입력받아 아날로그 신호를 생성하여 출력하는 로우패스필터;A low pass filter for receiving a stepped signal from the D / A converter to generate and output an analog signal; 상기 타이밍 발생기로부터 스타트 신호를 입력받아 매질에 전송되는 신호를 송출하는 에미터; An emitter for receiving a start signal from the timing generator and transmitting a signal to be transmitted to the medium; 목표물에 반사된 상기 전송 신호를 입력받아 스톱 신호를 생성하는 리시버; 및A receiver for receiving the transmission signal reflected on a target and generating a stop signal; And 상기 아날로그 신호와 상기 스톱신호를 입력받아 상기 아날로그 신호를 샘플링하는 A/D 컨버터를 포함하고,And an A / D converter that receives the analog signal and the stop signal and samples the analog signal, 상기 중앙처리유닛은 러프 카운터 클록수와 샘플링 데이터에 대응하는 위상(θ)에 의하여 목표물까지의 거리를 다음 식에 의하여 계산하는 거리측정 장치.Wherein the central processing unit calculates the distance to the target by the rough counter clock number and the phase ( ?) Corresponding to the sampling data by the following equation.
Figure 112011090318771-pat00021
Figure 112011090318771-pat00021
 제1항에 있어서, 상기 중앙처리유닛은 이산 신호 데이터를 생성하기 위한 룩-업 테이블을 저장하는 롬 또는 플래시 메모리를 더 포함하는 거리측정장치.2. The distance measuring apparatus according to claim 1, wherein the central processing unit further comprises a ROM or a flash memory for storing a look-up table for generating discrete signal data. 제1항 또는 제2항에 있어서,3. The method according to claim 1 or 2, 상기 전송 신호는 광, 전자기파 및 음파 중 어느 하나인 거리측정장치.Wherein the transmission signal is any one of light, electromagnetic wave, and sound wave. 제1항 또는 제2항에 있어서,3. The method according to claim 1 or 2, 상기 신호는 정현파, 삼각파 중 어느 하나인 거리측정장치. Wherein the signal is one of a sinusoidal wave and a triangular wave. 삭제delete 제1항에 있어서,The method according to claim 1, 상기 위상(θ)은 스톱 신호 시각에서의 마지막 러프 카운터 클록에 대응하는 상기 아날로그 신호 부분을 래치클록 주기로 샘플링할 때, 최후 샘플링 데이터 값과 직전 샘플링 값을 비교하여 결정되는 거리측정장치. Wherein the phase ( ? ) Is determined by comparing the last sampling data value and the immediately preceding sampling value when sampling the analog signal portion corresponding to the last rough counter clock at the stop signal time at a latch clock period. 제6항에 있어서,The method according to claim 6, 상기 위상(θ)은 복수로 측정된 위상의 평균값이거나 중앙값인 거리측정장치. Wherein the phase [ theta ] is an average value or a median value of a plurality of measured phases. 펄스 신호를 송신, 수신하여 거리를 측정하는 거리측정장치에 있어서,A distance measuring apparatus for measuring a distance by transmitting and receiving a pulse signal, 클록을 체배하거나 분주하여 스타트 신호, 러프 카운터 클록 및 래치 클록을 생성하는 타이밍 발생기;A timing generator for multiplying or dividing the clock to generate a start signal, a rough counter clock, and a latch clock; 상기 타이밍 발생기로부터 러프 카운터 클록을 입력받아 클록수를 측정하는 러프 카운터;A rough counter for receiving the rough counter clock from the timing generator and measuring the number of clocks; 상기 러프 카운터로부터 러프 카운터 클록수를 입력받고 상기 타이밍 발생기로부터 래치 클록을 입력받아 래치 클록 주기로 이산 신호 데이터와 위상 옵셋된 이산 신호 데이터를 출력하는 중앙처리유닛;A central processing unit which receives the number of rough counter clocks from the rough counter, receives a latch clock from the timing generator, and outputs discrete signal data phase offset from the discrete signal data in a latch clock period; 상기 중앙처리유닛에 의하여 출력된 이산 신호 데이터와 위상 옵셋된 이산 신호 데이터를 입력받아 계단형 신호와 위상 옵셋된 계단형 신호를 생성하여 출력하는 D/A 컨버터;A D / A converter for receiving the discrete signal data output from the central processing unit and the discrete signal data and generating a stepped signal phase-offset with the stepped signal; 상기 D/A 컨버터로부터 상기 계단형 신호와 상기 위상 옵셋된 계단형 신호를 입력받아 아날로그 신호와 위상 옵셋된 아날로그 신호를 생성하는 로우패스필터;A low pass filter for receiving the stepped signal and the stepped signal phase-offset from the D / A converter to generate an analog signal phase-offset with the analog signal; 상기 타이밍 발생기로부터 스타트 신호를 입력받아 매질에 전송되는 신호를 송출하는 에미터; An emitter for receiving a start signal from the timing generator and transmitting a signal to be transmitted to the medium; 목표물에 반사된 상기 전송 신호를 입력받아 스톱 신호를 생성하는 리시버; 및A receiver for receiving the transmission signal reflected on a target and generating a stop signal; And 상기 아날로그 신호와 상기 위상 옵셋된 아날로그 신호 및 상기 스톱신호를 입력받아 상기 아날로그 신호와 상기 위상 옵셋된 아날로그 신호를 샘플링하는 A/D 컨버터를 포함하고,And an A / D converter that receives the analog signal, the phase-offset analog signal, and the stop signal and samples the analog signal and the phase-offset analog signal, 상기 중앙처리유닛은 러프 카운터 클록수와 샘플링 데이터에 대응하는 위상(θ)에 의하여 목표물까지의 거리를 다음 식에 의하여 계산하는 거리측정 장치.Wherein the central processing unit calculates the distance to the target by the rough counter clock number and the phase ( ?) Corresponding to the sampling data by the following equation.
Figure 112011090318771-pat00022
Figure 112011090318771-pat00022
 제8항에 있어서,9. The method of claim 8, 상기 D/A 컨버터는 상기 이산 신호 데이터를 입력받아 계단형의 신호를 생성하는 제1 D/A 컨버터와 상기 위상 옵셋된 이산 신호 데이터를 입력받아 계단형의 위상 옵셋된 신호를 생성하는 제2 D/A 컨버터를 포함하는 거리측정장치.The D / A converter includes a first D / A converter for receiving the discrete signal data and generating a stepped signal, a second D / A converter for receiving the phase offsetted discrete signal data and generating a step- A distance measuring device comprising a / A converter. 삭제delete 제8항에 있어서,9. The method of claim 8, 상기 A/D 컨버터는 상기 아날로그 신호와 스톱신호를 입력 받아 상기 신호를 샘플링하는 제1 A/D 컨버터와 상기 위상 옵셋된 아날로그 신호와 스톱신호를 입력 받아 상기 위상 옵셋된 아날로그 신호를 샘플링하는 제2 A/D 컨버터를 포함하는 거리측정장치.The A / D converter includes a first A / D converter that receives the analog signal and the stop signal and samples the signal, a second A / D converter that samples the phase-offset analog signal by receiving the phase- A distance measuring device comprising an A / D converter. 제8항에 있어서, 상기 중앙처리유닛은 이산 신호 데이터를 생성하기 위한 룩-업 테이블을 저장하는 롬 또는 플래시 메모리를 더 포함하는 거리측정장치.9. The distance measuring apparatus according to claim 8, wherein the central processing unit further comprises a ROM or a flash memory for storing a look-up table for generating discrete signal data. 제8항에 있어서, 상기 중앙처리유닛은 이산 신호 데이터를 생성하기 위한 룩-업 테이블을 저장하는 롬 또는 플래시 메모리를 더 포함하는 거리측정장치.9. The distance measuring apparatus according to claim 8, wherein the central processing unit further comprises a ROM or a flash memory for storing a look-up table for generating discrete signal data. 제8항, 제9항, 제11항 및 제12항 중 어느 한항에 있어서,The method according to any one of claims 8, 9, 11, and 12, 상기 신호는 정현파, 삼각파 중 어느 하나인 거리측정장치.Wherein the signal is one of a sinusoidal wave and a triangular wave. 삭제delete 제8항에 있어서,9. The method of claim 8, 상기 위상(θ)은 스톱 신호 시각에서의 마지막 러프 카운터 클록에 대응하는 상기 아날로그 신호 부분을 래치클록 주기로 샘플링할 때, 최후 샘플링 데이터 값과 직전 샘플링 값을 비교하여 결정되는 거리측정장치. Wherein the phase ( ? ) Is determined by comparing the last sampling data value and the immediately preceding sampling value when sampling the analog signal portion corresponding to the last rough counter clock at the stop signal time at a latch clock period. 제16항에 있어서,17. The method of claim 16, 상기 위상(θ)은 복수로 측정된 위상의 평균값이거나 중앙값인 거리측정장치.Wherein the phase [theta] is an average value or a median value of a plurality of measured phases. 제16항에 있어서,17. The method of claim 16, 상기 위상(θ)은 정현파의 샘플링 데이터(kA )에 대응하는 위상(θA )과 위상 옵셋된 정현파의 샘플링 데이터에 대응하는 위상(θB )사이의 위상차(θB-θA )가 위상 옵셋(θoff )과 동일하거나 오차가 허용범위 내인 경우, 정현파의 샘플링 데이터에 대응하는 위상(θA )으로 정하는 거리측정장치.The phase (θ) is the sampling data (k A) the phase difference (θ θ B- A) between the phase (θ A) and the phase (θ B) corresponding to the sampling data of a sine wave corresponding to the phase offset of the sinusoidal phase offset (θ off) and when the same or within the error range is acceptable, the distance measuring device determining the phase (θ a) corresponding to the sampling data of a sine wave. 제16항에 있어서,17. The method of claim 16, 정현파의 샘플링 데이터(kA )에 대응하는 위상(θA )과 위상 옵셋된 정현파의 샘플링 데이터(kB )에 대응하는 위상(θB )사이의 위상차(θB -θA ))가 90°인 경우, 상기 위상(θ)은 arctan(kA /kB )인 거리측정장치.Between the sampling of the sine wave data (A k) the phase (θ A) and the sampling phase of the sine wave offset data (k B) phase (θ B) corresponding to the corresponding to the phase difference (θ B - θ A)) is the case of 90 °, the phase (θ) is a distance measuring device arctan (k A / k B) . 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
KR1020070129995A 2007-12-13 2007-12-13 Device and method for measuring distance KR101146218B1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070129995A KR101146218B1 (en) 2007-12-13 2007-12-13 Device and method for measuring distance

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020070129995A KR101146218B1 (en) 2007-12-13 2007-12-13 Device and method for measuring distance

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20090062628A KR20090062628A (en) 2009-06-17
KR101146218B1 true KR101146218B1 (en) 2012-05-25

Family

ID=40991838

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020070129995A KR101146218B1 (en) 2007-12-13 2007-12-13 Device and method for measuring distance

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101146218B1 (en)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04145390A (en) * 1990-10-05 1992-05-19 Mitsubishi Electric Corp Distance measuring device
KR19990076397A (en) * 1998-03-31 1999-10-15 이-렌 라이 Method and apparatus for laser range finder
KR20020049950A (en) * 2000-12-20 2002-06-26 박태진 apparatus for measuring distance using laser
JP2004325373A (en) 2003-04-28 2004-11-18 Nec Engineering Ltd Distance measuring instrument

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04145390A (en) * 1990-10-05 1992-05-19 Mitsubishi Electric Corp Distance measuring device
KR19990076397A (en) * 1998-03-31 1999-10-15 이-렌 라이 Method and apparatus for laser range finder
KR20020049950A (en) * 2000-12-20 2002-06-26 박태진 apparatus for measuring distance using laser
JP2004325373A (en) 2003-04-28 2004-11-18 Nec Engineering Ltd Distance measuring instrument

Also Published As

Publication number Publication date
KR20090062628A (en) 2009-06-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7945821B2 (en) Time lag measuring device, distance measuring apparatus and distance measuring method
JP2909742B2 (en) Delay time measuring device
US7777865B2 (en) Time difference measuring device, measuring method, distance measuring device, and distance measuring method
JP5590771B2 (en) Electronic measurement method
JP3839851B2 (en) Electronic distance measuring instrument
US5387918A (en) Method and an arrangement for measuring distances using the reflected beam principle
JP2008524562A5 (en)
EP2207263B1 (en) A digital time base generator and method for providing a first clock signal and a second clock signal
US9031811B2 (en) System and method for pulse-echo ranging
JP2001524207A (en) Sensor device operating method and sensor device
JP2007052035A (en) Level measuring device
JP6130195B2 (en) Radar system
JP2009180666A (en) Pulse radar apparatus
KR101146218B1 (en) Device and method for measuring distance
JP4754981B2 (en) Pulse radar equipment
JP2012103168A (en) Radar device
KR101359344B1 (en) Distance measuring apparatus based on ＦＭＣＷ
KR100780525B1 (en) Laser theodolite
JP5654253B2 (en) Obstacle detection device
JP2012112874A (en) Radar device
JP2008116323A (en) Radar device, its distance measuring method, and program
JPH05297119A (en) Beat count type fm-cw distance measuring device
JPH0682552A (en) Electrooptical distance measurement
JP2005214672A (en) Microwave pulse radar system
JP2005156175A (en) Laser range finder

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20150507

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160504

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170508

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180504

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190425

Year of fee payment: 8