KR101341174B1 - 초음파 신호 처리 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파 신호를 이용하여 물체들에 대한 거리 정보 획득에 필요한 데이터를 얻을 수 있는 초음파 신호 처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 본 발명의 초음파 신호 처리 장치는, 거리 측정 장치로부터 발신되어 물체들에 의해 반사되어 도착되는 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신부, 상기 수신한 초음파 신호들에 대한 첨두치 정보를 산출하는 첨두치 획득부, 상기 수신한 초음파 신호들 간의 주기 정보를 산출하는 주기 계산부, 및 상기 첨두치 획득부 및 상기 주기 계산부에서 산출된 상기 수신한 초음파 신호에 대한 첨두치 및 주기 정보를 각각 쌍으로 묶어서 포락선을 형성하여 거리정보 추출을 위해 저장하는 저장부를 포함하여 구성되며, 이에 의해, 기존에 초음파 거리계에서 알 수 있는 단순한 시간 정보에서 벗어나 초음파 신호자체의 특성을 이용해 물체들에 대한 거리정보를 얻어낼 수 있다.
초음파, 거리, 측정, 주기, 첨두치, 포락선, 장치

Description

초음파 신호 처리 장치 및 그 방법{Apparatus and Method for processing ultrasonic signal}
도 1은 기존에 일반적으로 이용하는 초음파 신호를 이용한 거리 측정의 개념을 설명하기 위한 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 신호를 이용하여 물체들에 대한 거리 정보 획득에 필요한 데이터를 얻을 수 있는 초음파 신호 처리 장치를 도시한 블록도,
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 도 2의 초음파 신호 처리 장치를 통해 형성되는 초음파 신호에 대한 포락선(envelope signal) 형성 예를 도시한 도면, 그리고
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 신호를 이용하여 물체들에 대한 거리 정보 획득에 필요한 데이터를 얻을 수 있는 초음파 신호 처리 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명은 거리측정장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전송된 초음파 가 임의의 물체에 반사되어 수신되는 초음파 신호를 통해 얻고자 하는 정보를 추출하는데 필요한 형태의 데이터로 변환할 수 있는 초음파 신호 처리 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 해당 위치에 존재하는 물체까지의 거리를 측정하는 방법으로 초음파를 이용한 거리 측정 방법이 널리 사용되고 있다.
종래에 초음파를 이용한 거리 측정 방법은, 초음파를 이용해 거리를 추출하기 위해 거리 측정 장치에 마련된 송신부에서 초음파 신호를 송신한 시각과 송신한 초음파 신호를 수신한 시각과의 차이를 계산하여 이를 다시 거리로 환산하는 방법이다.
이에 따라, 종래의 초음파를 이용한 거리 측정 방법에서는 거리 측정 장치에 마련된 초음파 센서에서 송신된 초음파 신호가 첫 번째로 반사된 물체까지의 거리를 계산하여 얻을 수 있다.
그런데, 종래의 초음파를 이용한 거리 측정 방법은 송신된 초음파 신호가 두 번째 이상 반사되어 수신되는 경우, 반사되는 물체들에 대한 정보를 알 수 없기 때문에 초음파 신호를 반사시킨 해당 물체들까지의 거리를 일일이 산출하는 것 자체가 불가능한 단점이 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 제1 목적은, 초음파 신호를 거리정보 추출 등에 필요한 형태의 데이터로 변환할 수 있는 초음파 신호 처리 장 치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 제2 목적은, 적어도 2 이상의 물체에 반사된 초음파 신호를 수신하여 수신한 초음파 신호를 반사시킨 해당 물체들 각각에 대한 거리 정보를 획득하는데 필요한 형태의 데이터로 변환할 수 있는 초음파 신호 처리 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 초음파 신호 처리 장치는, 거리 측정 장치로부터 발신되어 물체들에 의해 반사되어 도착되는 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신부; 상기 수신한 초음파 신호들에 대한 첨두치 정보를 산출하는 첨두치 획득부; 상기 수신한 초음파 신호들 간의 주기 정보를 산출하는 주기 계산부; 및 상기 첨두치 획득부 및 상기 주기 계산부에서 산출된 상기 수신한 초음파 신호에 대한 첨두치 및 주기 정보를 각각 쌍으로 묶어서 포락선을 형성하여, 거리정보 추출을 위해 저장하는 저장부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 첨두치 획득부는, 상기 수신한 초음파 신호를 아날로그 형태에서 디지털 형태로 변환하는 아날로그-디지털(A/D) 변환부; 및 상기 아날로그-디지털 변환부에서 아날로그-디지털 변환된 상기 초음파 신호에 대응하는 각 샘플링 데이터들로부터 상기 각 초음파 신호들에 대한 첨두치를 계산하는 첨두치 계산부를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 주기 계산부는 카운트 로직을 이용하여 상기 수신한 초음파 신호 들에 대한 주기 정보를 계산한다. 이때, 상기 주기 계산부는, 상기 수신한 초음파 신호가 입력되는 입력단에 비교기를 배치하여 설정된 기준치보다 큰 신호가 감지되는 첫 번째 시각과 상기 기준치보다 작아지는 신호가 감지되는 첫 번째 시각 사이의 시간차를 이용하여, 상기 수신한 초음파 신호들에 대한 주기 정보를 계산한다.
한편, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 초음파 신호 처리 방법은, 거리 측정 장치로부터 발신되어 물체들에 의해 반사되어 도착되는 초음파 신호를 수신하는 단계; 상기 수신한 초음파 신호들에 대한 첨두치 정보를 산출하는 단계; 상기 수신한 초음파 신호들 간의 주기 정보를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 수신한 초음파 신호에 대한 첨두치 및 주기 정보를 각각 쌍으로 묶어서 포락선을 형성하여, 거리정보 추출을 위해 저장하는 단계를 포함한다.
바람직하게는, 상기 첨두치 획득 단계는, 상기 수신한 초음파 신호를 아날로그 형태에서 디지털 형태로 변환하는 단계; 및 상기 아날로그-디지털 변환된 상기 초음파 신호에 대응하는 각 샘플링 데이터들로부터 상기 각 초음파 신호들에 대한 첨두치를 계산하는 단계를 포함한다.
상기 주기 정보 산출 단계에서는, 상기 수신한 초음파 신호들에 대한 주기 정보를, 카운트 로직을 이용하여 산출한다.
본 발명에 따르면, 수신된 초음파 신호에 대한 첨두치 및 주기 정보를 획득하여 각각 대응시켜 포락선을 형성하고 이를 저장하여 이후에 초음파 신호를 반사시킨 물체들에 대한 거리 정보 산출용으로 이용하도록 함으로써, 기존에 초음파 거 리계에서 알 수 있는 단순한 시간 정보에서 벗어나 초음파 신호자체의 특성을 이용해 거리정보를 얻어낼 수 있다는 장점이 있다. 이에 따라, 본 발명은 초음파가 반사된 물체까지의 거리뿐만 아니라 두 번째 이상의 시각으로 수신된 물체의 거리정보도 계산할 수 있고, 특히 반사된 물체 자체에 대한 2차 정보를 이용함으로써 복잡한 환경 하에서 초음파 센서의 특성을 최대로 활용할 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도면들 중 동일한 구성요소들은 가능한 한 어느 곳에서든지 동일한 부호들로 나타내고 있음에 유의해야 한다. 또한 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명은 초음파 신호의 신호처리를 통해 필요한 정보를 추출하는데 필요한 형태의 데이터로 변환하기 위해, 수신되는 초음파 신호를 아날로그-디지털 변환 및 카운터 로직 등을 이용해 거리 정보 등의 추출에 필요한 형태의 데이터를 추출하는 초음파 신호 처리 장치를 제안한다.
도 1은 기존에 일반적으로 이용하는 초음파 신호를 이용한 거리 측정의 개념을 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 초음파를 이용한 거리 측정 장치에서는 초음파 신호(10)가 발신되는 순간의 시각(t1)을 저장하고, 발신된 초음파 신호(10)가 물체에 반사되어 수신되는 시각(t2)을 저장한다.
이후, 기존의 거리 측정 장치는 초음파 신호의 발신 시각(t1) 및 수신 시각(t2) 간의 차(△t)에 기초하여 물체까지의 거리정보를 획득한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 신호를 이용하여 물체들에 대한 거리 정보 획득에 필요한 데이터를 얻을 수 있는 초음파 신호 처리 장치를 도시한 블록도이다.
도시된 바와 같이, 초음파 신호 처리 장치는 초음파 수신부(110), 아날로그-디지털(A/D) 변환부(122) 및 첨두치 계산부(124)를 포함하는 첨두치 획득부(120), 주기 계산부(130), 및 저장부(140)를 포함한다.
초음파 수신부(110)는 거리 측정 장치로부터 발신된 초음파 신호가 물체들에 의해 반사되어 도착되는 초음파 신호를 수신한다.
아날로그-디지털(A/D) 변환부(122)는 수신된 초음파 신호를 아날로그 형태에서 디지털 형태로 변환한다.
첨두치 계산부(124)는 초음파 신호에 대해 아날로그-디지털 변환에 의한 각 샘플된 데이터들로부터 각 초음파 신호들에 대한 첨두치를 계산한다.
주기 계산부(130)는 초음파 수신부(110)에 수신된 초음파 신호에 대해, 카운터 로직을 이용해 초음파 신호들 간의 주기를 계산한다. 구체적으로, 주기 계산부(130)는 수신된 초음파 신호가 입력되는 입력단에 비교기를 배치하여 설정된 기준치보다 큰 신호가 감지되는 첫 번째 시각과 기준치보다 작아지는 첫 번째 시각 사이의 시간차를 이용하여 초음파 신호들 간의 주기를 계산한다.
저장부(140)는 첨두치 획득부(120) 및 주기 계산부(130)에서 계산된 수신된 초음파 신호에 대한 첨두치와 주기 정보를 각각 한 쌍으로 묶어서 포락선을 형성하고, 이를 저장하여, 향후 거리정보를 추출하는 기본 단위로 사용할 수 있도록 한다.
따라서, 기존에 초음파 거리계에서 알 수 있는 단순한 시간 정보에서 벗어나 초음파 신호 자체의 특성을 이용해 거리정보를 얻어낼 수 있다. 이 경우 초음파 신호가 반사된 물체까지의 거리뿐만 아니라 두 번째 이상의 시각으로 수신된 물체까지의 거리정보도 계산할 수 있다. 특히 반사된 물체 자체에 대한 2차 정보(초음파 신호)를 이용함으로써, 복잡한 환경 하에서 초음파 센서의 특성을 최대로 살릴 수 있는 장점이 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 도 2의 초음파 신호 처리 장치를 통해 형성되는 초음파 신호에 대한 포락선(envelope signal) 형성 예를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 도 2의 초음파 신호 처리 장치를 통해 수신된 초음파 신호(10)에 대해 포락선(50)이 형성되면, 초음파 신호가 반사된 각 지점에서의 위치 정보를 보다 용이하게 획득할 수 있다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 초음파 신호를 이용하여 물체들에 대한 거리 정보 획득에 필요한 데이터를 얻을 수 있는 초음파 신호 처리 방법을 도시한 흐름도이다.
도시된 바와 같이, 먼저 초음파 수신부(110)는 거리 측정 장치로부터 발신된 초음파 신호가 물체들에 의해 반사되어 도착되는 초음파 신호를 수신한다(S120).
발신된 초음파 신호가 수신되면, 첨두치 획득부(120)는 아날로그-디지털(A/D) 변환부(122)를 통해 수신된 초음파 신호를 아날로그 형태에서 디지털 형태로 변환하고, 첨두치 계산부(124)를 통해 아날로그-디지털(A/D) 변환부(122)에 서 변환된 디지털 형태의 각 샘플된 데이터들로부터 각 초음파 신호들에 대한 첨두치를 계산한다(S140).
주기 계산부(130)는 초음파 수신부(110)에 수신된 초음파 신호에 대해, 카운터 로직을 이용해 초음파 신호들 간의 주기를 계산한다(S160).
이에 따라, 초음파 신호들에 대한 첨두치 및 주기 정보가 획득되면, 저장부(140)는 첨두치 획득부(120) 및 주기 계산부(130)에서 계산된 수신된 초음파 신호에 대한 첨두치와 주기 정보를 각각 한 쌍으로 묶어서 포락선을 형성하고, 이를 저장하여, 향후 거리정보를 추출하는 기본 단위로 사용할 수 있도록 한다(S180).
이상에서는 본 발명에서 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 또한 설명하였다. 그러나 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 첨부하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 및 균등한 타 실시가 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부한 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
상술한 본 발명에 따르면, 수신된 초음파 신호에 대한 첨두치 및 주기 정보를 획득하여 각각 대응시켜 포락선을 형성하고 이를 저장하여 이후에 초음파 신호를 반사시킨 물체들에 대한 거리 정보 산출용으로 이용하도록 함으로써, 기존에 초 음파 거리계에서 알 수 있는 단순한 시간 정보에서 벗어나 초음파 신호자체의 특성을 이용해 거리정보를 얻어낼 수 있다는 장점이 있다.
이에 따라, 본 발명은 초음파가 반사된 물체까지의 거리뿐만 아니라 두 번째 이상의 시각으로 수신된 물체의 거리정보도 계산할 수 있고, 특히 반사된 물체 자체에 대한 2차 정보를 이용함으로써 복잡한 환경 하에서 초음파 센서의 특성을 최대로 활용할 수 있는 장점이 있다.

Claims (7)

  1. 거리 측정 장치로부터 발신되어 물체들에 의해 반사되어 도착되는 초음파 신호를 수신하는 초음파 수신부;
    상기 수신한 초음파 신호들에 대한 첨두치 정보를 산출하는 첨두치 획득부;
    상기 수신된 초음파 신호가 기준치보다 커지는 첫 번째 시각과 상기 수신된 초음파 신호가 상기 기준치보다 작아지는 첫 번째 시각 사이의 시간차를 산출하는 주기 계산부; 및
    상기 첨두치 획득부 및 상기 주기 계산부에서 산출된 상기 수신한 초음파 신호에 대한 첨두치 및 시간차를 각각 쌍으로 묶어서 포락선을 형성하여, 거리정보 추출을 위해 저장하는 저장부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 신호 처리 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 첨두치 획득부는,
    상기 수신한 초음파 신호를 아날로그 형태에서 디지털 형태로 변환하는 아날로그-디지털(A/D) 변환부; 및
    상기 아날로그-디지털 변환부에서 아날로그-디지털 변환된 상기 초음파 신호에 대응하는 각 샘플링 데이터들로부터 상기 각 초음파 신호들에 대한 첨두치를 계산하는 첨두치 계산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 신호 처리 장치.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 주기 계산부는 카운트 로직을 이용하여 상기 시간차를 계산하는 것을 특징으로 하는 초음파 신호 처리 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 주기 계산부는,
    상기 수신한 초음파 신호가 입력되는 입력단에 비교기를 배치하여 설정된 상기 기준치보다 큰 신호가 감지되는 첫 번째 시각과 상기 기준치보다 작아지는 신호가 감지되는 첫 번째 시각 사이의 시간차를 계산하는 것을 특징으로 하는 초음파 신호 처리 장치.
  5. 거리 측정 장치로부터 발신되어 물체들에 의해 반사되어 도착되는 초음파 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신한 초음파 신호들에 대한 첨두치 정보를 산출하는 단계;
    상기 수신된 초음파 신호가 기준치보다 커지는 첫 번째 시각과 상기 수신된 초음파 신호가 상기 기준치보다 작아지는 첫 번째 시각 사이의 시간차를 산출하는 단계; 및
    상기 산출된 수신한 초음파 신호에 대한 첨두치 및 시간차를 각각 쌍으로 묶어서 포락선을 형성하여, 거리정보 추출을 위해 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 신호 처리 방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 첨두치 정보를 산출하는 단계는,
    상기 수신한 초음파 신호를 아날로그 형태에서 디지털 형태로 변환하는 단계; 및
    상기 아날로그-디지털 변환된 상기 초음파 신호에 대응하는 각 샘플링 데이터들로부터 상기 각 초음파 신호들에 대한 첨두치를 계산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 신호 처리 방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 시간차를 산출하는 단계에서는, 상기 시간차를, 카운트 로직을 이용하여 산출하는 것을 특징으로 하는 초음파 신호 처리 방법.
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