KR101397581B1 - FMCW Generating Apparatus, Distance Measuring Device Equipped Therewith - Google Patents
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Abstract
주파수 변조 연속파 신호 발생 장치, 및 이를 구비한 거리 측정 장치가 개시된다. 본 발명은, 디지털 주파수 제어 신호를 입력받아 처프(Chirp) 신호를 생성하는 처프 신호 발생기, 및 처프 신호 발생기가 생성한 처프 신호가 입력되는 전압 제어 발진기를 구비하며, 처프 신호 발생기는 전압 제어 발진기에서 출력된 신호의 주파수를 감지하고, 이에 기초하여 처프 신호의 주파수를 수정한다. 본 발명에 따르면, 주변의 온도나 습도 등에 변화에도 불구하고 전압 제어 발진기의 선형성을 유지할 수 있게 됨으로써, 주변 환경에의 적응력이 강한 마이크로 웨이브 거리 측정 장치를 제공할 수 있게 된다. 아울러, 본 발명에 따르면 루프 필터를 사용하여 노이즈를 제거함으로써 보다 정밀한 원거리 측정이 가능한 마이크로 웨이브 거리 측정 장치를 제공할 수 있게 된다. A frequency-modulated continuous wave signal generating apparatus and a distance measuring apparatus having the same. The chirp signal generator includes a chirp signal generator that receives a digital frequency control signal and generates a chirp signal, and a voltage controlled oscillator that receives a chirp signal generated by the chirp signal generator. The chirp signal generator includes a voltage controlled oscillator Detects the frequency of the output signal, and corrects the frequency of the chirp signal based thereon. According to the present invention, it is possible to maintain a linearity of a voltage-controlled oscillator despite changes in ambient temperature, humidity, etc., thereby providing a microwave distance measuring apparatus having a strong adaptability to the surrounding environment. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a microwave distance measuring device capable of performing more precise distance measurement by removing noise by using a loop filter.
폐루프 제어, FMCW, 선형성, 귀환신호 Closed loop control, FMCW, linearity, feedback signal
Description
본 발명은 주파수 변조 연속파 신호 발생 장치, 및 이를 구비한 거리 측정 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 주변의 온도나 습도 등에 변화에도 불구하고 전압 제어 발진기의 선형성을 유지할 수 있는 주파수 변조 연속파 신호 발생 장치, 및 이를 구비한 거리 측정 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a frequency-modulated continuous wave signal generator and a distance measuring apparatus having the same, and more particularly, to a frequency-modulated continuous wave signal generator capable of maintaining the linearity of a voltage- And a distance measuring apparatus having the same.
도 1은 종래 기술에 따른 주파수 변조 연속파(FMCW) 신호 발생 방법을 설명하는 도면이다. 도 1을 참조하여, 종래 기술에 따른 주파수 변조 연속파 신호 발생 방법을 설명하면, 먼저, 처프(Chirp) 신호 발생기(10)에서는 삼각 신호를 발생시키고, 선형으로 전압 크기가 변하는 삼각 신호를 전압 제어 발진기(VCO)(20)에 입력시키면 전압 제어 발진기(20)는 입력되는 선형 전압에 따라 도 1에서의 Fo에서 Fm까지의 선형 주파수를 출력하게 된다. 1 is a view for explaining a conventional method of generating a frequency modulated continuous wave (FMCW) signal. 1, a method of generating a frequency-modulated continuous wave signal according to the related art will be described. First, in a
여기서 선형 주파수를 안테나로 출력하고 물체에서 반사되어 되돌아오는 수신 신호와 안테나 출력 신호 차이를 비교 계산하여 거리를 측정하게 된다. 한편 전압 제어 발진기(20)의 출력은 선형성이 매우 중요하며, 거리 측정 정밀도는 전압 제어 발진기(20)의 선형성 출력에 의존하게 되고 비선형 신호가 출력되면 거리측정 정밀도는 매우 나빠지게 된다. Here, the linear frequency is output to the antenna, and the distance is measured by comparing the difference between the return signal reflected from the object and the antenna output signal. On the other hand, the linearity of the output of the voltage-controlled
한편, 도 1에서와 같은 오픈 루프 제어 방식의 주파수 변조 연속파 발생 기법에서는 처프 신호 발생기(10)에서 비선형 전압이 전압 제어 발진기(20)로 인가되면 전압 제어 발진기(20)는 비선형 주파수를 출력하게 되고, 이에 따라 거리 정밀도는 나빠지게 된다.1, when the nonlinear voltage is applied to the voltage controlled
즉, 전압 제어 발진기(20) 출력이 비선형적으로 되었을 때 그 비선형을 보상할 수 없는 구조로 되어 있는 것이 오픈 루프 제어 기법의 단점이다. 또한 처프 신호 발생기(10)가 외부 온도 및 습도 등에 의해 비선형적으로 되었을 때 전압 제어 발진기(20) 출력을 보상할 수 있는 방법이 없다는 문제점이 있었다.That is, a disadvantage of the open loop control technique is that the non-linearity can not be compensated when the output of the voltage-controlled
따라서, 본 발명의 목적은, 주변의 온도나 습도 등에 변화에도 불구하고 전압 제어 발진기의 선형성을 유지할 수 있는 주파수 변조 연속파 신호 발생 장치, 및 이를 구비한 거리 측정 장치를 제공함에 있다.It is therefore an object of the present invention to provide a frequency-modulated continuous wave signal generator capable of maintaining the linearity of a voltage-controlled oscillator despite changes in ambient temperature, humidity, etc., and a distance measuring apparatus having the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 주파수 변조 연속파 발생 장치는, 디지털 주파수 제어 신호를 입력받아 처프(Chirp) 신호를 생성하는 처프 신호 발생기; 및 상기 처프 신호 발생기가 생성한 상기 처프 신호가 입력되는 전압 제어 발진기를 포함하며, 상기 처프 신호 발생기는, 상기 전압 제어 발진기에서 출력된 신호의 주파수를 감지하고, 상기 감지된 주파수에 기초하여 상기 처프 신호의 주파수를 수정하는 것을 특징으로 한다. According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for generating a frequency-modulated continuous wave, including: a chirp signal generator receiving a digital frequency control signal to generate a chirp signal; And a voltage controlled oscillator to which the chirp signal generated by the chirp signal generator is input, wherein the chirp signal generator senses a frequency of a signal output from the voltage controlled oscillator, and generates the chirp signal based on the sensed frequency, And the frequency of the signal is corrected.
바람직하게는, 상기 처프 신호 발생기가 생성한 상기 처프 신호를 입력받아, 상기 처프 신호의 노이즈를 제거하여 상기 전압 제어 발진기로 전달하는 루프 필터를 더 포함한다.The apparatus may further include a loop filter receiving the chirp signal generated by the chirp signal generator and removing the noise of the chirp signal and delivering the noise to the voltage controlled oscillator.
한편, 본 발명에 따른 거리 측정 장치는, 상기 주파수 변조 연속파 발생 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.On the other hand, the distance measuring device according to the present invention is characterized by including the frequency-modulated continuous wave generating device.
본 발명에 따르면, 주변의 온도나 습도 등에 변화에도 불구하고 전압 제어 발진기의 선형성을 유지할 수 있게 됨으로써, 주변 환경에의 적응력이 강한 마이크 로 웨이브 거리 측정 장치를 제공할 수 있게 된다. According to the present invention, it is possible to maintain a linearity of a voltage-controlled oscillator despite changes in ambient temperature, humidity, etc., and thus it is possible to provide a microwave wave distance measuring device having high adaptability to the surrounding environment.
아울러, 본 발명에 따르면 루프 필터를 사용하여 노이즈를 제거함으로써 보다 정밀한 원거리 측정이 가능한 마이크로 웨이브 거리 측정 장치를 제공할 수 있게 된다. In addition, according to the present invention, it is possible to provide a microwave distance measuring device capable of performing more precise distance measurement by removing noise by using a loop filter.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 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.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It is to be noted that the same elements among the drawings are denoted by the same reference numerals whenever possible. In the following description, well-known functions or constructions are not described in detail since they would obscure the invention in unnecessary detail.
도 2는 본 발명에 따른 주파수 변조 연속파 발생 장치의 구조를 설명하는 도면이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 주파수 변조 연속파 발생 장치는 오실레이터(130), 처프 신호 발생기(150), 루프 필터(160), 전압 제어 발진기(VCO)(120)를 포함한다.2 is a view for explaining a structure of a frequency-modulated continuous wave generating device according to the present invention. 2, the apparatus for generating a frequency-modulated continuous wave includes an
즉, 도 2에서와 같이 본 발명에 따른 주파수 변조 연속파 발생 장치는, 처프 신호 발생기(150)와 전압 제어 발진기(120)를 중심으로 폐루프를 구성하여 디지털 주파수 제어 신호와 오실레이터(130)로부터 입력되는 신호를 통해 선형 주파수를 만들어 내는 구조를 구비하고 있다. 2, the apparatus for generating a frequency-modulated continuous wave according to the present invention includes a
오실레이터(130)는 일정한 주파수를 발생하는 소자로서, 오실레이터(130)에서 발생된 주파수는 처프 신호 발생기(150)로 입력된다. 처프 신호 발생기(150)는 메인 중앙처리장치(CPU)로부터 입력되는 디지털 주파수 제어 신호를 입력받아 처프(Chirp) 신호를 만들어 루프 필터(160)로 전송하고, 이에 루프 필터(160)는 노이즈를 제거한 후에, 전압 제어 발진기(120)로 신호를 전달한다. The frequency generated by the
이와 같이, 루프 필터(160)를 이용하여 처프 신호의 노이즈를 제거함으로써 보다 정밀한 거리 측정이 가능하게 된다. As described above, by removing the noise of the chirp signal by using the
전압 제어 발진기(120)는 입력 전압에 따라 선형성을 갖는 주파수를 발생시키게 되는데, 전압 제어 발진기(120)에서 출력된 주파수를 처프 신호 발생기(150)로 귀환시켜 처프 신호 발생기(150)가 전압 제어 발진기(120)에서 발생된 주파수를 감지하고, 처프 신호 발생기(150)는 오실레이터(130)로부터 입력된 주파수와 전압 제어 발진기(120)에서의 출력 주파수와 오차가 있으면 그 값만큼 보상하여 수정된 신호를 전압 제어 발진기(120)로 전달하게 된다. The voltage controlled
즉, 본 발명에서는 폐루프 제어 기법에 의하여 비선형 주파수 출력을 선형 주파수 출력으로 변환시키게 된다. 특히 본 발명에서는 처프 신호 발생기(150)가 디지털 주파수 제어 신호를 받아 처프 신호를 만들고, 전압 제어 발진기(120)에서의 출력 신호를 귀환받아 선형성 보상을 수행함으로써, 주변온도 및 습도 등에 의한 처프 신호의 선형성 변화에도 전압 제어 발진기(120)로부터 오는 귀환신호에 의해 자동 보상할 수 있게 된다.That is, in the present invention, the non-linear frequency output is converted into the linear frequency output by the closed loop control technique. Particularly, in the present invention, the
즉, 본 발명에 따른 주파수 변조 연속파 발생 방법을 적용한 마이크로 웨이브 거리측정 레벨계는 거리 정밀도가 크게 개선되고, 주변 환경에 영향을 받지 않는 측정이 가능하게 된다.That is, the microwave distance measurement level meter to which the frequency modulation continuous wave generating method according to the present invention is applied can greatly improve the distance accuracy and enable measurement without being affected by the surrounding environment.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예 및 응용예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예 및 응용예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the present invention.
도 1은 종래 기술에 따른 주파수 변조 연속파(FMCW) 신호 발생 방법을 설명하는 도면, 및1 is a view for explaining a method of generating a frequency modulated continuous wave (FMCW) signal according to the prior art, and
도 2는 본 발명에 따른 주파수 변조 연속파 발생 장치의 구조를 설명하는 도면이다.2 is a view for explaining a structure of a frequency-modulated continuous wave generating device according to the present invention.
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