KR101661804B1 - 물체의 이동 감지장치 - Google Patents

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KR101661804B1 KR1020140073155A KR20140073155A KR101661804B1 KR 101661804 B1 KR101661804 B1 KR 101661804B1 KR 1020140073155 A KR1020140073155 A KR 1020140073155A KR 20140073155 A KR20140073155 A KR 20140073155A KR 101661804 B1 KR101661804 B1 KR 101661804B1
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Abstract

본 발명에 따른 물체의 이동 감지장치는 이동하는 물체에 X-대역, K-대역, 또는 Ka-대역 중 어느 하나의 주파수 대역의 전자기 신호를 방사하는 송신기 및 송신 안테나; 상기 이동하는 물체에서 반사된 도플러 주파수 편이된 전자기 신호를 수신하는 수신 안테나 및 수신기; 상기 수신기로부터 입력된 신호로부터 상기 이동하는 물체의 이동 파라메타를 계산하는 신호처리기; 및 상기 신호처리기로부터 입력된 신호가 디스플레이되도록 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

물체의 이동 감지장치{APPARATUS FOR DETECTING MOVEMENT OF AN OBJECT}
본 발명은 물체의 이동 감지장치에 관한 것이다.
물체의 이동을 감지하는 장치는 다양한 분야에서 응용되고 있다. 대표적으로, 스크린 골프와 같은 경우 사용자가 실내에서 골프공을 타격하는 경우 골프공의 속도와 궤적 등을 감지하고 이를 스크린에 디스플레이함으로써 마치 실제 골프장에서 골프를 하고 있는 것과 같은 현실감있는 영상을 제공한다.
그러나, 이와 같은 물체의 이동을 감지하는 장치는 골프공에 테이프나 도료 등을 형성하고 이를 레이더로 감지하여 분석함으로써 미리 설정된 물체 외에는 적용이 불가능한 문제가 있다.
또한, 이미지 획득의 방식을 사용하는 경우 정확성이 떨어질 뿐만 아니라 실외에서 이동하는 물체의 이동 궤적을 감지하는데 한계가 있다.
본 발명은 실내 뿐만 아니라 실외에서도 이동하는 물체의 이동 파라메타를 정확하게 측정할 수 있는 물체의 이동 감지장치를 제공한다.
본 발명은 소비전력이 저감된 물체의 이동 감지장치를 제공한다.
본 발명은 정확성이 향상된 물체의 이동 감지장치를 제공한다.
본 발명에 따른 물체의 이동 감지장치는 이동하는 물체에 X-대역, K-대역, 또는 Ka-대역 중 어느 하나의 주파수 대역의 전자기 신호를 방사하는 송신기 및 송신 안테나; 상기 이동하는 물체에서 반사된 도플러 주파수 편이된 전자기 신호를 수신하는 수신 안테나 및 수신기; 상기 수신기로부터 입력된 신호로부터 상기 이동하는 물체의 이동 파라메타를 계산하는 신호처리기; 및 상기 신호처리기로부터 입력된 신호가 디스플레이되도록 제어하는 제어부를 포함한다.
본 발명은 실내 뿐만 아니라 실외에서도 이동하는 물체의 이동 파라메타를 정확하게 측정할 수 있는 물체의 이동 감지장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 소비전력이 저감된 물체의 이동 감지장치를 제공할 수 있다.
본 발명은 정확성이 향상된 물체의 이동 감지장치를 제공할 수 있다.
도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치가 골프에서 사용되는 예를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치가 야구에서 사용되는 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치의 위상비교 모노펄스 안테나의 배치를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치에서 위상비교 모노펄스 안테나의 동작을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치를 이용하여 이동 물체의 시선속도를 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치를 이용하여 비행하는 이동 물체의 속도점을 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치를 이용하여 비행하는 이동 물체의 방위각, 고도각, 발사각도를 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치를 이용하여 비행하는 이동 물체의 발사시점과 초기 발사속도를 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치에서 회전하면서 비행하는 물체의 회전 속도를 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치에서 반시계 방향으로 백 스핀과 사이드 스핀을 하면서 비행하는 물체의 회전 속도를 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치에서 시계 방향으로 톱 스핀과 사이드 스핀을 하면서 비행하는 물체의 회전 속도를 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치에서 좌로 기운 회전축을 중심으로 반시계 방향으로 회전하면서 비행하는 물체의 회전 속도를 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치에서 이동 물체의 이동 파라미터를 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치를 설명하는 도면이고, 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치에서 3차원 위상배열 도플러 레이더의 트리거 신호 발생을 설명하는 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치에 대해 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에서 물체는 이동하는 모든 물체가 될 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에서는 비행하는 물체의 이동 감지장치가 개시된다.
예를 들어, 물체는 골프공, 야구공, 축구공, 농구공, 테니스공 같은 같은 스포츠공과, 궁수에 의해 활시위에서 발사된 화살과, 라이플 등의 총구에서 발포된 탄과, 상기 물체를 발사하거나 타격하는데 사용되는 도구, 예를 들어, 클럽헤드, 야구방망이, 테니스 라켓, 하키채 등과 운동선수의 손과 발 등 움직이거나 비행하는 모든 물체를 포함한다.
도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치(100)는 송신안테나(110), 합 수신안테나(120), 방위각 수신안테나(130), 고도각 수신안테나(140), 음향수신부(150), 송신기(160), 합 수신기(170), 방위각 수신기(180), 고도각 수신기(190), 트리거 발생기(200), 신호처리기(210)와 제어부(220)를 포함한다.
상기 신호처리기(210)는 ADC(211), DSP(212), RAM(213), 메모리(214), 외부연결기(215), 충전장치(216), 저 전압 검출기(217)를 포함한다.
상기 제어부(220)는 디스플레이부(221), 컨트롤러(222), 응용/분석부(223), 사용자 연결기(224)를 포함한다.
상기 ADC(211)는 합 수신기(170), 방위각 수신기(180), 고도각 수신기(190)에서 아날로그 도플러 처리된 아날로그 도플러 신호와, 상기 트리거 발생기(200)에서 발생된 아날로그 트리거 신호를 디지털 신호로 변환하는 장치로써, 소정의 샘플링 주기로, 입력되는 아날로그 도플러 신호와 아날로그 트리거 신호를 각각 디지털 도플러 신호와 디지털 트리거 신호로 변환하여 RAM(213)에 전달한다.
상기 RAM(213)은 상기 ADC(211)에서 디지털 신호로 변환된 디지털 도플러 신호와 디지털 트리거 신호를 저장한다.
상기 메모리(214)는 DSP(212)가 처리하는 물체에 대한 이동 파라메타를 계산하기 위한 신호처리 프로그램과, 상기 신호처리 프로그램에서 계산된 데이터를 저장한다. 상기 이동 파라메타는 이동하는 물체의 이동시점, 초기 이동속도, 이동각도, 이동속도, 가속도, 이동거리, 고도각도, 방위각도, 궤적, 회전속도, 회전축, 착지점 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 DSP(212)는 상기 RAM(213)에 저장된 디지털 도플러 신호와 디지털 트리거 신호를 이용하여, 메모리(214)에 내장된 소정의 알고리즘으로 구동되는 프로그램에 의해, 물체의 이동 파라메타를 계산하여 메모리(214)에 전달한다.
상기 충전장치(216)는 전압을 충전하는 장치로, 상용전원을 사용하기 어려운 장소에서, 소정의 시간 동안 상용전원에 연결하지 않고 사용하기 위한 전원장치이다. 본 발명의 실시예에서는 전원을 공급하는 장치로 사용된다.
상기 저전압 검출기(217)는 상기 충전장치(216)에 충전된 전압 값이 소정의 임계값 이하 인지를 상시 모니터하여 소정의 임계값 이하이면, 사용자에게 시각이나 청각 등으로 인지할 수 있는 경보신호를 발생하여, 사용자로 하여금 재충전을 알리는 장치이다.
상기 외부 연결기(215)는 상기 DSP(212)에서 신호처리 되어 메모리(214)에 저장된 데이터를 제어부(220)에 전달하는 장치로, 유선 및 무선통신을 위해 UART, Bluetooth, Wi-Fi 등이 적용될 수 있다.
상기 제어부(220)는, 상기 외부 연결기(215)를 통해 전달받은 상기 신호처리기(210)에서 계산된 이동 파라메타를, 컨트롤러(222)가 소정의 응용/분석프로그램이 저장된 응용/분석부(223)를 통해 분석하고, 분석된 결과를 숫자, 그래프, 그래픽 등의 다양한 방법으로 디스플레이부(221)에 디스플레이한다.
도 2에서는 도 1의 송신 안테나(110), 합 수신안테나(120), 방위각 수신안테나(130), 고도각 수신안테나(140), 음향수신부(150), 송신기(160), 합 수신기(170), 방위각 수신기(180), 고도각 수신기(190), 트리거 발생기(200), ADC(211)가 보다 상세히 도시된다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 송신기(160)는 유전체공진기(DRO)(161), 전력증폭기(PA)(162), 커플러(COUP)(163), 아이솔레이터(ISO)(164)를 포함한다.
상기 유전체공진기(161)는 X-대역이나 K-대역 또는 Ka-대역 중 임의의 하나의 마이크로파 대역의 전자기 신호를 발생하고, 상기 전력증폭기(162)는 상기 유전체공진기(161)에서 발생된 전자기 신호를 방사에 적합한 레벨로 증폭하여 상기 커플러(163)에 전달하고, 상기 전력증폭기(162)는 상기 송신기(160)에서 출력되는 전자기 신호의 방사를 제어하고, 상기 트리거 발생기(200)에서 검출된 트리거 신호에 따라, 상기 송신기(160)에서 방사되는 전자기 신호의 방사를, 상기 신호처리기(210)를 통해 제어한다.
본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치는 상기 송신기(160)에서 소모되는 전력을 저감할 수 있는 구조를 가지고 있다.
제 1의 방법으로, 상기 전력증폭기(162)에 방사 빔 제어기를 구성하고, 상기 방사 빔 제어기를 통해 전력증폭기(162)에 구동전원을 공급하도록 구성하고, 상기 트리거 발생기(200)에서 검출된 트리거 신호가 없는 경우, 상기 전력증폭기(162)가 전력증폭을 하지 않는 대기모드로 동작하게 함으로서, 상기 송신기(160)에서 출력되는 전자기 신호의 방사를 제어하는 구조가 사용될 수 있다.
제 2의 방법으로, 전력증폭기(162)의 전자기 신호의 입력 단자나 출력 단자와 연결되는 위치에 마이크로파 스위치를 배치하여 구성할 수 있는데, 구체적으로는 도 2에 도시되지는 않았으나, 상기 유전체공진기(161)와 전력증폭기(162) 사이, 또는 전력증폭기(162)와 커플러(163) 사이에 도시하지 않은 마이크로파 스위치를 배치하여, 상기 송신기(160)를 통해 방사되는 전자기 신호를 제어하는 회로를 포함하여 구성할 수 있다. 즉, 상기 마이크로파 스위치는 상기 트리거 발생기(200)에서 검출된 트리거 신호가 없는 경우 상기 전력 증폭기(162)에서 출력된 신호를 대기모드로 동작되도록 할 수 있다.
상기 커플러(163)는 전력증폭기(162)에서 출력되는 신호를 아이솔레이터(164)에 전달되는 하나의 송신 출력신호와, 합 수신기(170), 방위각 수신기(180), 고도각 수신기(190)를 구성하는 세개의 믹서(MIX)(173,183,193)를 각각 구동하기 위한 동일 주파수, 동일 전력 레벨의 세 신호를 출력한다.
상기 아이솔레이터(164)는 전력증폭기(162)와 송신안테나(110) 사이에서 임피던스 정합을 유도하고, 상기 송신안테나(110)를 통해 유입된 외부잡음이 전력증폭기(162)로 유입되는 것을 차단시켜 전력증폭기(162)에서 증폭된 신호를 송신안테나(110)에 안정적으로 전달한다.
상기 송신안테나(110)는 상기 송신기(160)에서 출력된 마이크로파 신호를 이동(비행)하는 물체를 향해 방사시킨다.
상기 물체에서 도플러 주파수 편이 되어 반사된 수신신호는 세 개의 수신안테나인 합 수신안테나(120), 방위각 수신안테나(130), 고도각 수신안테나(140)에서 수신되어, 상기 세 개의 수신기인 합 수신기(170), 방위각 수신기(180), 고도각 수신기(190)에 전달된다.
상기 합 수신기(170), 방위각 수신기(180), 고도각 수신기(190)는 모두 동일한 전자회로로 구성될 수도 있으며, 예를 들어, 저잡음증폭기(LNA)(171,181,191), 대역통과필터(BPF)(172,182,192), 믹서(MIX)(173,183,193), 저역통과필터(LPF) (174,184,194), 자동이득제어증폭기(AGC)(175,185,195) 등을 포함하여 동일한 방식으로 구성될 수 있다.
상기 저잡음증폭기(171,181,191)는 이동(비행)하는 물체에서 도플러 주파수 편이 되어 반사된, 상기 세 개의 수신안테나 중 하나의 수신안테나와 연결된 안테나에서 수신된 수신신호를 저잡음(低雜音) 증폭하고, 상기 대역통과필터(172,182,192)는 소정의 대역폭을 갖고 상기 세 개의 수신안테나 중 하나의 수신안테나와 연결된 안테나에서 유입된 잡음을 제거하고 상기 저잡음증폭기(171,181,191)에서 저잡음 증폭된 신호만 통과시키며, 상기 믹서(173,183,193)는 상기 송신기(160)를 구성하는 커플러(163)에서 출력된 세 개의 출력신호 중 하나의 신호와 상기 대역통과필터(172,182,192)에서 통과된 신호와 혼합하여 아날로그 도플러 신호를 출력하며, 상기 저역통과필터(174,184,194)는 상기 믹서(173,183,193)에서 출력된 아날로그 도플러 신호에 포함될 수 있는 고주파수 성분의 고조파(Harmonic) 성분과 잡음 등을 제거하며, 상기 자동이득제어증폭기(175,185,195)는, 상기 저역통과필터(174,184,194)에서 출력된 낮은 레벨의 아날로그 도플러 신호를 일정한 고이득의 신호로 증폭하여 출력하여 상기 ADC(211)에 전달한다.
상기 음향수신부(150)는 기준평면에 정지되어 있는 물체를 타격장치로 타격할 때 발생하는 타격음을 감지하며, 상기 트리거 발생기(200)는 음파증폭기(201)와 트리거 신호 판별기(202)를 포함하며, 상기 음파증폭기(201)는 상기 음향수신부(150)에서 감지된 낮은 레벨의 타격음을 소정의 이득으로 증폭하고, 상기 트리거 신호 판별기(202)는 상기 음파증폭기(201)에서 출력되는 신호의 진폭을 미리 설정한 임계값과 비교하여 신호의 진폭이 임계값을 초과하면 트리거 신호를 발생시킨다.
본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치는 물체가 이동을 시작하는 지점(발사 지점)에서 좌, 우 또는 뒤쪽의 소정의 거리에 배치될 수 있으며, 물체에서 도플러 주파수 편이 되어 반사된 전자기 신호를 수신하여, 발사된 물체의 이동 파라메타를 실시간으로 계산하고, 상기 계산된 이동 파라메타를 분석하여 사용자에게 분석된 결과를 숫자, 그래프, 그래픽 등의 다양한 방법으로 디스플레이할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치가 골프에서 사용되는 예를 도시한 도면이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치가 야구에서 사용되는 예를 도시한 도면이다. 다만, 본 발명의 적용은 골프나 야구에 한정되는 것은 아니며, 이동하는 모든 물체에 대해 적용이 가능하다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치(100)는 이동하는 물체의 궤적을 측정할 수 있는 3차원 위상배열 도플러 레이더가 될 수 있다.
골퍼(300)가 골프채(310)를 이용하여 정지상태의 골프공(320)을 타격하면, 이동(비행)하는 골프공(321)은 3차원 공간에서 비행할 때의 궤적(330)을 가지며, 본 발명에 따른 물체의 이동 감지장치에서 방사된 송신신호(340)는 이동하는 골프공(321)에서 도플러 주파수 편이된 신호로 반사되어 수신신호(350)로 수신된다.
도 3에서 기준평면(360)은 물체의 이동 감지장치(100), 골퍼(300), 정지상태의 골프공(320)이 위치하는 기준평면으로써, 물체 또는 물체를 발사하는 장치가 배치되는 지면이 될 수 있다.
상기 물체의 이동 감지장치(100)는 기준평면(360)에 정지상태의 골프공(320)의 초기위치의 좌, 우 또는 뒤의 소정의 거리에 배치되어, 예상되는 비행경로를 향해 지향되도록 배치되고, 골퍼(300)의 타격에 의해 비행하는 골프공(321)이 궤적(330)을 따라 비행하면, 상기 음향수신부(150)는 골퍼(300)가 골프채(310)로 정지상태의 골프공(320)을 타격할 때 발생하는 타격음을 감지한다.
상기 음향수신부(150)에서 감지된 타격음의 진폭이 트리거 발생기(200)에 설정된 임계값을 초과하면 트리거 신호를 발생시켜 신호처리기(210)에 제공하고, 상기 신호처리기(210)에서는, 소정의 알고리즘으로 송신기(160)에서 방사되는 전자기 신호를 제어하여, 송신안테나(110)를 통해 송신주파수가 f0인 송신신호(340)를 비행하는 골프공(321)을 향해 방사하고, 비행하는 골프공(321)에서 도플러 주파수 편이 되어 반사된 수신신호(350)가 합 수신안테나(120), 방위각 수신안테나(130), 고도각 수신안테나(140)에서 수신되고, 상기 세 개의 수신안테나에서 수신된 수신신호(350)를 합 수신기(170), 방위각 수신기(180), 고도각 수신기(190)에 전달되며, 상기 세 개의 수신기에서 아날로그 도플러 처리된 아날로그 도플러 신호를 신호처리기(210)에 전달하여, 비행하는 골프공(321)의 비행 파라메타를 계산하고, 상기 계산된 비행 파라메타를 제어부(220)에 전달하여 사용자가 인식할 수 있는 숫자나 그래프 등으로 디스플레이한다.
도 3과 마찬가지로, 도 4를 설명하면, 물체의 이동 감지장치(100)를 타자(400)의 좌, 우 또는 뒤의 소정의 거리에서, 예상되는 야구공의 비행경로(430)를 향해 지향되도록 배치하고, 타자(400)가 야구방망이(410)를 이용하여 야구공을 타격하면, 본 발명에 따른 물체의 이동 감지장치의 음향수신부(150)에서 타격음을 감지하고, 도 3의 설명과 동일한 방법으로 물체의 이동 감지장치에서 방사된 송신신호가 비행하는 야구공(420)에서 도플러 주파수 편이된 신호로 반사되어 수신되며, 상기 반사되어 수신된 신호를 합 수신안테나(120), 방위각 수신안테나(130), 고도각 수신안테나(140)에서 수신하고, 상기 세 개의 수신안테나에서 수신된 수신신호를 합 수신기(170), 방위각 수신기(180), 고도각 수신기(190)에 전달되며, 상기 세 개의 수신기에서 아날로그 도플러 처리된 아날로그 도플러 신호를 신호처리기(210)에 전달하여, 비행하는 야구공(420)의 비행 파라메타를 계산하고, 상기 계산된 비행 파라메타를 제어부(220)에 전달하여 사용자가 인식할 수 있는 숫자나 그래프 등으로 디스플레이 한다.
상기 도플러 주파수 편이된 신호는 레이더와 움직이는 물체 사이의 위상변화로 인해 발생하는데, 상기와 같은 현상을 도플러 효과(Doppler effect)라 한다. 물체의 이동 감지장치(100)는 송신주파수가 f0인 전파를 이동 물체를 향해 방사하고, 이동 물체에서 도플러 주파수 편이 되어 반사된 수신신호를 수신하면, 송신신호(340)와 수신신호(350) 사이의 양방향에서의 위상의 변화는 [수학식 1]과 같이 된다.
Figure 112014056126133-pat00001
상기 [수학식1]에서 A(t)는 도플러 주파수 편이 되어 반사된 신호를 이동 감지장치(100)에서 수신하였을 때 신호의 진폭이며, f0는 송신주파수, φ(t)는 이동 감지장치(100)와 이동 물체사이의 거리로 인한 위상을 나타내며, 단위는 라디안(radian)이다.
이때, 이동 물체의 이동으로 인해 이동 감지장치(100)와 이동 물체 사이의 거리의 변화가 발생하면, 즉, 이동 물체가 이동 감지장치(100)를 향해 이동하거나 이동 감지장치(100)로부터 멀어지는 경우, 이동 감지장치(100)와 이동 물체 사이 거리 R의 변화로 위상 φ(t)는 [수학식 2]와 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014056126133-pat00002
위상 φ(t)의 시간에 따른 변화는 각주파수(角周波數)로 표현할 수 있고, 따라서 이동 감지장치(100)와 이동 물체 사이의 양방향에서 변화된 위상에 포함된 파장의 개수는 [수학식 3]과 같게 된다.
Figure 112014056126133-pat00003
상기 [수학식 3]에서 ωd=2πfd이고, 시간에 따른 거리 R의 변화는 속도를 의미하므로, 이를 수학식으로 표현하면 [수학식 4]와 같다.
Figure 112014056126133-pat00004
[수학식 4]에서 Vr은 이동 감지장치(100)와 이동 물체 사이의 거리 R의 변화로 발생하는 상대속도로서, 시선속도(radial velocity)라 하며, 이동 물체의 시선속도 Vr은, [수학식 5]와 같이 이동 감지장치(100)에서 관측된 도플러 주파수 fd에 비례하며, 상기 도플러 주파수 fd로부터 이동 물체의 시선속도 Vr를 구할 수 있다.
Figure 112014056126133-pat00005
일반적으로 이동 감지장치(100)와 이동 물체는 항상 90°의 시선범위(line of sight)에서 움직이지 않고, 임의의 시선각도 θr 만큼 차이가 난 상태로 이동하며, 따라서, 이동 감지장치(100)에서 측정되는 이동 물체의 시선속도는 [수학식 6]과 같이 실제속도 Vact에 대해 cos(θr) 만큼 오차가 발생하므로 신호처리기에서는 이를 보상하여 계산한다.
Figure 112014056126133-pat00006
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치의 위상비교 모노펄스 안테나의 배치를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 이동 물체의 이동 감지장치(100)의 안테나는, 3차원 공간에서 이동하거나 비행하는 이동 물체에 대해 소정의 방사 빔 폭으로 송신신호를 송신하는 송신안테나(110)와, 이동 물체에서 도플러 주파수 편이 되어 반사된 수신신호를 수신하여 방위각과 고도각을 감지하기 위해 동일한 전기적 규격으로 설계된 합 수신 안테나(120), 방위각 수신안테나(130), 고도각 수신안테나(140)를 위상비교 모노펄스 원리에 따라 배치한다.
상기 방사 빔 내에서 비행하는 이동 물체의 방위각을 측정하기 위해 합 수신안테나(120)와 방위각 수신안테나(130)는 간격 dAZ 만큼 이격하여 배치하며, 상기 방사 빔 내에서 비행하는 이동 물체의 고도각을 측정하기 위해 합 수신안테나(120)와 고도각 수신안테나(140)는 간격 dEL 만큼 이격하여 배치한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치에서 위상비교 모노펄스 안테나의 동작을 설명하는 도면이다.
위상비교 모노펄스 원리로 배열된 두 수신안테나(610,620)은 거리 d 만큼 이격되며, 이들 두 수신안테나는 각각, 상기 도 5에 도시한, 합 수신안테나(120)와 방위각 수신안테나(130) 및 합 수신안테나(120)와 고도각 수신안테나(140)에 대응할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 방사 빔 내에서, 원거리에서 비행하는 이동 물체(600)에서 도플러 주파수 편이 되어 반사되어 수신 되는 두 신호(630,640)는 평행하며, 수신안테나 (610,620)에서 각도 θp 만큼 편향되어 수신되고, 두 수신안테나 (610,620)에서 신호(630,640)은 경로길이 차 Δr=dsin(θp)로 수신되며, 이를 전기적인 파장의 관계로 나타내면, 거리 d 만큼 이격하여 배치한 두 안테나에서 수신된 두 신호 사이의 위상차는 [수학식 7]과 같게 된다.
Figure 112014056126133-pat00007
따라서, 도플러 주파수 편이 되어 두 수신안테나 (610,620)에서 편향되어 수신된 두 신호의 위상차는 [수학식 8]과 같다.
Figure 112014056126133-pat00008
상기 [수학식 7]과 [수학식 8]에서 λ0는 송신주파수 f0의 파장이며, 위상비교 모노펄스 원리에 따라 배치된 안테나를 이용하면, 상기 [수학식 8]에 따라 3차원 공간에서 비행하는 이동 물체의 방위각과 고도각을 측정할 수 있으며, 상기 측정된 방위각과 고도각을 이용하여 비행하는 이동 물체의 궤적을 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치(100)에서 위상비교 모노펄스 원리에 따라 배치되는 상기 안테나는 X-대역이나 K-대역 또는 Ka-대역 중 임의의 하나의 주파수 대역에서 동일한 규격의 지향성 특성을 갖는 마이크로스트립 패치 안테나(microstrip patch antenna)로 구성되며, 상기 지향성 특성을 갖는 안테나는 마이크로스트립 패치 안테나로 한정하지 아니하며, 혼 안테나, 파라볼라 안테나, 슬롯 안테나 등의 당업자에게 잘 알려진 안테나 구조가 사용 가능하지만, 마이크로스트립 패치 안테나의 경우는 인쇄회로기판, 테플론 기판 등의 유전체 기판에 제작이 가능하기 때문에 물체의 이동 감지장치(100)를 경량화하고 슬림화 하는데 장점을 갖는다.
상기 마이크로스트립 패치 안테나는 일정한 두께의 유전체 기판 상에 구리 등의 금속박판을 이용하여 형성하거나, 전기전도도가 우수한 금, 은 등을 도금하여 형성할 수 있으며, 상기 구리 등의 금속박판을 이용하여 테플론 기판 등에 소정의 패턴을 형성하여 제작된 마이크로스트립 패치 안테나는 외부로 부터의 충격과 비, 눈, 먼지 및 기타 화학물질 등과의 접촉으로 인한 산화와 부식으로부터 상기 마이크로스트립 패치 안테나를 보호하기 위해 또는 이동 감지장치(100)의 미적인 효과를 부각시키기 위해 레이돔을 형성할 수 있으며, 상기 레이돔은 마이크로스트립 패치 안테나 제작에 사용된 유전체 기판과 동일한 기판을 사용하거나, FR-4(Flame Retardant composition 4)와 같은 이종(異種)의 유전체 기판을 사용하거나, 금속성 분말 등이 포함되지 아니한 비전도성 페인트를 사용하거나, 탄소입자가 포함되지 아니한 페인트를 사용하거나, 안테나의 방사특성에 전기적으로 영향이 없는 유전체 물질을 사용하여 형성할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치를 이용하여 이동 물체의 시선속도를 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 물체의 이동 감지장치(100)의 수신안테나는 X, Y, Z 축의 3차원 좌표의 원점에 위치하고, 상기 수신안테나의 관측범위 내에서 이동 궤적(702,704)을 실제속도 Vact로 비행하는 이동 물체(701,703)에서 도플러 주파수 편이 되어 반사된 수신신호를 고도각 αEL, 방위각 βAZ으로 수신하면, 물체의 이동 감지장치(100)의 수신안테나에서 관측되는 비행하는 이동 물체(701,703)의 시선속도 Vr은 [수학식 9]와 같이 표현된다.
Figure 112014056126133-pat00009
[수학식 9]에 의해 알 수 있듯이, 수신안테나에서 관측되는 시선속도 Vr은 실제속도 Vact와 다르며, 방위각 βAZ와 고도각 αEL의 코사인 함수만큼 오차가 발생하며, 따라서, 3차원 공간에서 비행하는 이동 물체의 실제속도 Vact는 시선속도 Vr를 코사인 함수오차로 나누어 계산할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치를 이용하여 비행하는 이동 물체의 속도점을 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 물체의 이동 감지장치(100)의 방사 빔 θ BEL (800)내에서 이동 물체가 궤적(801)을 따라 비행하고, 이동 물체를 향해 송신주파수 f0인 전자기 신호를 방사하면, 비행하는 이동 물체에서 도플러 주파수 편이 되어 반사된 수신신호를 수신기에서 수신하고, 상기 수신신호를 신호처리기에서 소정의 샘플링 시간간격으로 데이터를 획득하고, 이때 획득된 데이터를 안테나의 방사 빔 θ BEL 내에서 소정의 샘플링 시간간격을 갖는 다수의 속도점(velocity point)(802)으로 표현할 수 있으며, 상기 다수의 속도점 중, 임의의 두 속도점 사이의 시간차 Δt = tn-2-tn-1는 샘플링 시간으로 일정하다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치를 이용하여 비행하는 이동 물체의 방위각, 고도각, 발사각도를 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 고도각 방사 빔 θBEL(800) 내에서의 궤적(801)을 따라 비행하는 이동 물체의 임의의 속도점에서의 고도방향속도 VEL은 [수학식 10]과 같이 수평방향속도 성분 VELH의 제곱과 수직방향속도 성분 VELV의 제곱을 더한 후 제곱근을 하여 구할 수 있다.
Figure 112014056126133-pat00010
고도각 방사 빔 θBEL(800) 내의 임의의 속도점에서 비행하는 이동 물체의 고도방향 발사각도가 θLEL이면, 해당 속도점에서의 수평방향속도 성분 VELH과 수직방향속도 성분 VELV은 삼각함수를 이용하여 [수학식 11]과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112014056126133-pat00011
Figure 112014056126133-pat00012
고도각 방사 빔 θBEL (800) 내의 임의의 속도점에서 비행하는 이동 물체의 고도방향 발사각도 θLEL은 [수학식 11] 및 [수학식 12]의 고도방향속도 VEL의 수평방향속도 성분 VELH과 수직방향속도 성분 VELV을 이용하여 [수학식 13]와 같이 아크탄젠트(arc tangent) 함수로 구할 수 있다.
상기 절차를 통해, 도시하지 않은 방위각 방사 빔 폭 θBAZ 내의 임의의 속도점에서 이동 물체의 방위방향 발사각도 θLAZ는 방위방향속도 VAZ의 수평방향속도 성분 VAZH과 수직방향속도 성분 VAZV을 이용하여, [수학식 14]와 같이 아크탄젠트 함수로 구할 수 있다.
따라서, [수학식 13] 및 [수학식 14]를 모두 이용할 경우 방위각 방향과 고도각 방향에서의 발사각도와 궤적을 연속으로 구할 수 있다.
Figure 112014056126133-pat00013
Figure 112014056126133-pat00014
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치를 이용하여 비행하는 이동 물체의 발사시점과 초기 발사속도를 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 비행하는 이동 물체의 타격시점의 초기발사속도 V0와 발사시점 t0는 물체의 이동 감지장치(100)의 방사 빔 내에서 측정된 최소 3개 이상의 속도점을 최소자승곡선접합이나 회귀분석, 또는 기타 당업자에게 공지된 알고리즘을 이용하여, 발사시점 t0까지 연장하여 축과 만나는 시점을 구하면 이동 물체를 발사하는 발사장치가 이동 물체를 타격하는 발사시점 t0를 구할 수 있고, 상기 발사시점 t0의 시점에서 이동 물체의 초기발사속도 V0 역시 구할 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치에서 회전하면서 비행하는 물체의 회전 속도를 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 물체의 이동 감지장치(100)가 방사 빔 내에서 소정의 거리 R0에서 회전하면서 비행하는 구형(球形)의 이동 물체에 송신주파수가 f0인 전자기 빔을 방사하고, 이동 감지장치(100)에 대해 구형(球形)의 이동 물체가 고도각 αEL=0° 이고 방위각 βAZ=0°인 위치, 즉, 이동 감지장치(100)와 구형의 이동 물체 모두 2차원의 동일한 평면에서 서로 마주하여 위치하는 경우, 연속파(Continuous Wave)를 방사하는 이동 감지장치(100)에서, 이동 물체와의 직선거리 변화는 이동 물체로부터 반사되어 이동 감지장치(100)에서 수신된 신호의 위상 변화를 일으킨다.
반경이 rb이고 중심이 Cb인 구형 이동 물체가 시선속도 Vr로 비행하면서 회전속도 ωs로 회전할 때, 이동 감지장치(100)에서 구형 이동 물체 위의 임의의 점 PA까지 거리 R은 시변함수(時變函數)로서 [수학식 15]과 같다.
Figure 112014056126133-pat00015
상기 [수학식 15]에서 R0는 이동 감지장치(100)에서 반경 rb인 구형의 이동 물체의 중심 Cb까지의 거리이며, θs0는 초기 회전각도이다. [수학식 15]을 이용하여, 이동 감지장치(100)에서 방사된 전파가 구형 이동 물체에서 반사되어 수신된 위상으로 표현하면 [수학식 16]와 같다.
Figure 112014056126133-pat00016
따라서, 이동 물체로부터 반사되어 이동 감지장치(100)에서 수신된 신호는 [수학식 17]와 같다.
Figure 112014056126133-pat00017
[수학식 17]에서 Φ(t)는 이동 물체의 시변위상((時變位相))으로, 이를 회전주파수 ωs의 항으로 표현하면 [수학식 18]과 같이 쓸 수 있다.
Figure 112014056126133-pat00018
[수학식 18]을 푸리에 급수전개 형태로 쓰면 [수학식 19]과 같으며,
Figure 112014056126133-pat00019
[수학식 19]에서 n은 정수이며, cn은 푸리에 계수로 [수학식 20]과 같다.
Figure 112014056126133-pat00020
[수학식 20]은 n차 제 1종 베셀 함수이며, [수학식 20]을 [수학식 19]에 대입하면 [수학식 21]와 같이 된다.
Figure 112014056126133-pat00021
상기 [수학식 21]는 주파수 f0를 중심으로 주변에 회전주파수 fs=ωs/2π가 쌍을 이루는 고조파 선(線) 스펙트럼(line spectrum)으로 나타나는 주파수 변조(Frequency Modulation) 신호로, FM 신호의 순시 주파수는 [수학식 16]의 위상 Φ(t)를 시간에 대해 미분하여 구하면 [수학식 22]과 같다.
Figure 112014056126133-pat00022
[수학식 22]에서 fd는 시선속도 Vr로 비행하는 투사체에서 유도되는 도플러 주파수이며, 우측의 회전속도 ωs에 의한 주파수 변화로, 최대 주파수 변위는 (4π/λ0)rbωs인 FM 신호이다.
상기한 내용을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치에서 반시계 방향으로 백 스핀과 사이드 스핀을 하면서 비행하는 물체의 회전 속도를 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
도12에 도시한 바와 같이, 이동 감지장치(100)와 평행한 일직선 방향에서, 시선속도 Vr로 비행하면서 회전주파수 ωs로 회전하는, 반경이 rb이고 중심이 Cb인 구형 이동 물체가 도12의 (a)에 도시한 바와 같이, 반시계(反時計) 방향으로 백스핀(back spin)하거나, 도12의 (b)에 도시한 바와 같이, 반시계 방향으로 사이드 스핀하면서 비행하고, 상기 이동 감지장치(100)가 상기 도12의 (a)와 도12의 (b)의 구형의 이동 물체에 레이더 빔을 방사하면, 이동 감지장치(100)와 마주하는 구형 이동 물체 위의 복수의 지점 중 임의의 지점 P1, P2, P3, P4, P5에서의 도플러 주파수 편이 되어 이동 감지장치(100)에 수신된 신호는, 상기 [수학식 17]를 이용하면 [수학식 23], [수학식 24], [수학식 25], [수학식 26], [수학식 27]과 같이 정리할 수 있다.
Figure 112014056126133-pat00023
Figure 112014056126133-pat00024
Figure 112014056126133-pat00025
Figure 112014056126133-pat00026
Figure 112014056126133-pat00027
도 12의 (a)와 (b)에서, 상기 이동 감지장치(100)에서 방사된 빔과 0°인, 회전하면서 비행하는 구형 이동 물체 위의 점 P3에서는 [수학식 25]와 같이 비행하는 이동 물체의 시선속도 Vr로 인한 도플러 주파수 fd만 존재한다.
점 P1 내지 점 P3 사이의 임의의 지점과, 점 P3 내지 점 P5 사이의 임의의 지점에서는, 구형 이동 물체의 회전속도 ωs와 시선속도 Vr이 함께 존재하는데, 이동 감지장치(100)에서 방사되는 빔에 대해, 도12의 (a), (b)의 구형 이동 물체의 회전축은 각각 수평축과 수직축을 형성하므로, 회전축을 기준으로 점 P1 내지 점 P3 사이의 임의의 지점에 위치하여 백스핀하거나 사이드 스핀하는 점 P2에서는 [수학식 24]와 같은 주파수 성분이 존재하며, 회전축을 기준으로 점 P3 내지 점 P5 사이의 임의의 지점에 위치하여 백스핀하거나 사이드 스핀하는 점 P4에서는 [수학식 26]와 같은 주파수 성분이 존재하며, 회전축을 기준으로 회전축의 양쪽 지점인 구형 이동 물체 위의 회전하는 점 P1과 점 P5에서는 구형 이동 물체의 시선속도 Vr과, 회전축에 직각으로 회전하는 회전속도 ωs 성분이 존재하는 지점에 해당하고, 상기 구형 이동 물체가 두 회전축 중 어느 하나의 축을 중심으로 반시계 방향으로 회전하고 있으므로, 점 P1에서 회전속도 ωs 방향은 시선속도 Vr 방향과 반대이므로 [수학식 23]와 같이 표현되며, 점 P5에서 회전속도 ωs 방향은 시선속도 Vr 방향과 동일하므로 [수학식 27]와 같이 표현된다.
도12의 (c)는 상기한 [수학식 23] 내지 [수학식 27]를 이용하여 얻어진 도플러 주파수를 주파수 영역에 도시한 선 스펙트럼으로, 반시계방향으로 회전하면서 비행하는 구형 이동 물체에서 발생하는 스펙트럼은 점 P1에서의 회전주파수 fsp1가 가장 낮고 점 P3에서의 회전주파수는 0이므로 시선속도 Vr에 해당하는 도플러 주파수 fd를 가지며, 점 P5에서 회전주파수 fsp5가 가장 높게 나타난다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치에서 시계 방향으로 톱 스핀과 사이드 스핀을 하면서 비행하는 물체의 회전 속도를 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
도13에 도시한 바와 같이, 이동 감지장치(100)와 평행한 일직선 방향에서, 도13의 (a)와 같이 시계(時計)방향으로 톱스핀(top spin)하거나, 도13의 (b)와 같이 시계방향으로 사이드 스핀하면서 비행하는 구형 이동 물체에 레이더 빔을 방사하면, 상기 반시계(反時計)방향으로 백스핀하거나, 반시계 방향으로 사이드 스핀하면서 비행하는 구형 이동 물체에서와 동일한 방법으로 설명이 가능하며, 다만 [수학식 23]와 [수학식 24]의 경우와 [수학식 26]와 [수학식 27]의 경우, + 기호와 - 기호가 서로 바뀌고, 따라서 주파수 영역에서 표현되는 스펙트럼의 순서가 도13의 (c)와 같이 변경되는 차이만 있을 뿐 상기한 내용과 동일하게 된다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치에서 좌로 기운 회전축을 중심으로 반시계 방향으로 회전하면서 비행하는 물체의 회전 속도를 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
이동 감지장치(100)와 평행한 일직선 방향에서 반시계(反時計)방향으로 백스핀하거나 반시계(反時計)방향으로 사이드 스핀하는 구형 이동 물체의 회전축이 도14의 (a)에 도시한 바와 같이 좌측으로 임의의 각도만큼 기울어져서 회전할 경우, 상기 [수학식 21a] 내지 [수학식 21e]에서 회전축의 기울기 각도에 해당하는 코사인 함수 만큼 차이가 있을 뿐 원리적으로는 동일하며, 마찬가지, 상기 반시계(反時計)방향으로 백스핀하거나 사이드 스핀하는 구형 이동 물체의 회전축이 우측으로 임의의 각도만큼 기울어져서 회전하는 경우도 동일하게 회전축의 기울기 각도에 해당하는 코사인 함수 만큼의 차이가 있을 뿐 원리적으로 동일하며, 상기 두 가지 경우의 회전축의 기울어짐이 우측이냐 좌측이냐는 값의 부호가 바뀔 뿐 원리적으로는 동일하다.
또한, 이동 감지장치(100)와 평행한 일직선 방향에서 시계(時計)방향으로 톱스핀하거나 사이드 스핀하는 구형 이동 물체의 회전축이 좌측이나 우측으로 임의의 각도만큼 기울어져서 회전할 경우, 상기 [수학식 23] 내지 [수학식 27]에서 회전축의 기울기 각도에 해당하는 코사인 값 만큼 차이가 있을 뿐 역시 원리적으로는 동일하게 설명할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치(100)에서 회전하는 비행물체의 회전속도를 측정하기 위해서는 다음과 같은 소정의 절차에 의해 가능하다.
먼저 물체의 이동 감지장치(100)의 신호처리기(210)에서 소정의 샘플링 주기로 샘플링 되어 디지털 신호로 변환된 도플러 신호에 대해 소정의 폭을 갖는 윈도우 함수를 적용하고, 각각의 윈도우 함수 적용된 N개의 신호에 대해 고속푸리에 변환(FFT)을 수행하고, 상기 고속푸리에 변환된 각각의 신호에 대해 에너지 스펙트럼을 구하여 시간-주파수의 2 차원 평면에서 합성하여, 회전하면서 비행하는 구형 이동 물체에서 발생된 FM 신호의 선 스펙트럼을 추출한다.
상기 FM 신호 스펙트럼은 회전하는 이동 물체에서 발생하는 도플러 신호로, 일반적으로 시선속도 Vr로 병진운동(竝進運動)하며 비행하는 이동 물체의 도플러 주파수 편이 된 도플러 주파수 fd를 중심으로 좌, 우 대칭으로 회전주파수 fs가 2M 개의 등간격(等間隔)의 선 스펙트럼인 fspM, … ,fsp2, fsp1, fd, fsp1', fsp2', … ,fspM' (여기서 M=1, 2, 3,… )의 주파수 변조 형태로 발생되고, 상기 2M 개의 선 스펙트럼 각각의 주파수 성분을 파악하거나, 변조대역폭 등을 파악하면, 회전하면서 비행하는 이동 물체의 회전속도를 알 수 있다.
첫 번째 방법으로, 상기 시간-주파수의 2 차원 평면에서 구한 에너지 스펙트럼 신호에서, 도플러 선 스펙트럼 주파수 fd를 구하고, 상기 도플러 주파수 fd를 중심주파수로 하고 회전운동으로 인해 발생된 FM주파수 선 스펙트럼의 FM 대역폭 BWFM을 구하고, 상기 FM 대역폭 BWFM 내의 다수의 선 스펙트럼에서 중심주파수인 도플러 주파수 fd를 포함하여 좌, 우에 대칭으로 위치한 임의의 다수의 에너지 선 스펙트럼의 첨두(peak)값을 구하고, 상기 구하여진 첨두값 중 가장 높은 첨두값을 갖는 에너지 선 스펙트럼 신호를 구하고, 상기 구하여진 가장 높은 첨두값을 갖는 신호가 구형 이동 물체의 시선속도 Vr로 인한 도플러 선 스펙트럼 주파수 fd 이거나, 임의의 사이드 대역 신호의 선 스펙트럼 이거나 상관없이, 등간격으로 배치된 각각의 신호를, 구하여진 가장 높은 첨두값을 갖는 에너지 선 스펙트럼 신호의 진폭값으로 나누어 정규화하고, 상기 정규화된 각각의 값들을 도플러 선 스펙트럼 주파수 fd를 중심으로 좌, 우 순서대로 등간격으로 배열하고, 배열된 각각의 정규화된 값과 상기 구하여진 FM 대역폭 BWFM에 대해, 참조 테이블 형태로 저장된, n차 1종 베셀함수 표와 비교하고, 카슨의 규칙(Carson's rule)에 따른 [수학식 28]를 적용하여 구한다.
Figure 112014056126133-pat00028
상기 [수학식 28]에서, fS는 주파수 변조 신호 즉 회전주파수이며, βFM은 주파수 변조 지수(FM Index)로, n차 1종 베셀함수 Jn(βFM)의 인자이다.
두 번째 방법으로, 상기 시간-주파수의 2차원 평면에서 구한 에너지 스펙트럼 신호에서, 투사체(이동물체)의 병진운동으로 인한 도플러 주파수 fd의 주파수와 선 스펙트럼의 에너지를 구하고, fd를 중심으로 대칭하여 위치한 좌측과 우측의 임의의 M번째 선 스펙트럼 fspM과 fspM'의 주파수와 해당 선 스펙트럼의 에너지를 구하고, 구하여진 두 주파수의 차 주파수 ΔfspM=|fspM -fspM'|를 구하고, 대칭 구간에 존재하는 선 스펙트럼 개수 2M개를 구하고, 상기 차 주파수 ΔfspM을 상기 선 스펙트럼 개수 2M으로 나누어 구한다.
세 번째 방법으로, 상기 디지털 신호로 변환된 시계열 데이터를 자기상관(auto correlation)하여 선 스펙트럼을 구하고, 구하여진 선 스펙트럼에 대해 웨이블릿 분해(wavelet decomposition)를 이용하여, 상기한 방법들과 동일한 방법으로 차 주파수를 나눈 값을 평균을 하여 구하거나, 상기한 방법 중 하나를 이용하거나, 혼합하여 사용하거나 하여, 푸리에 변환된 FM신호의 선 스펙트럼에서, 회전하면서 비행하는 이동 물체의 회전주파수 또는 회전속도를 구할 수 있으며, 상기한 방법을 이용하면, 도플러 주파수 fd를 기준으로 좌, 우측의 회전 주파수의 고조파를 검출하고, 상기 검출된 도플러 주파수 fd의 피크값 또는 상기 회전 주파수의 임의의 피크값으로 정규화하고, 상기 정규화 한 값을 n차 1종 베셀함수 표와 비교함으로서 안정적이면서 정확하게 회전속도 또는 회전주파수를 구할 수 있다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치에서 이동 물체의 이동 파라미터를 측정하는 것을 설명하는 도면이다.
도 15를 참조하면, 상기 이동 감지장치(100)에 전원이 인가되면, 이동 감지장치(100)에 설정된 점검절차를 실시하여(S110), 송신기(160), 수신기(170,180,190), DSP(212), 메모리(214), RAM(213) 및 제어부(220) 등의 동작 상태를 점검하여 이상 유무를 확인한 후, 이상이 있으면 스피커나 LED 등의 출력장치를 이용하여 사용자가 인식할 수 있는 경보음이나 광 신호를 발생시키고, 해당 이동 감지장치(100)가 정상이면, 측정대기모드로 동작한다.(S120)
측정대기모드로 동작하고 있다가, 해당 이동 감지장치(100) 전면의 방사 빔 내에서 타격장치에 의해 이동 물체가 발사되면, 해당 이동 감지장치(100)의 음향수신부(150)에서 타격음을 감지하고 트리거 발생기(200)에서 트리거 신호를 발생하여 신호처리기(210)에 전달한다.(S130) 다만, 후술하는 다른 실시예의 경우에는, 타격음과 레이더 방사 빔 내에서 비행하는 이동 물체로 인해 발생된 도플러 주파수 신호가 동시에 존재하는지를 트리거 발생기(200)에서 변별하고, 상기한 두 신호가 모두 존재하면 트리거 발생기(200)에서 트리거 신호를 발생한다.
상기 이동 감지장치(100)의 신호처리기(210)는 상기 이동 감지장치(100)의 송신기(160)에 송신신호를 방사하라는 명령신호를 전달하여, 상기 이동 감지장치(100)의 전면에서 비행하는 이동 물체를 향해 송신신호를 방사한다.(S140)
상기 신호처리기(210)는 합 수신기(170), 방위각 수신기(180), 고도각 수신기(190)의 세 개 수신기로부터 전달된 아날로그 도플러 신호를 각각 샘플링하여 디지털 도플러 신호 데이터를 수집한다. 상기 디지털 도플러 신호 데이터는 시계열(時系列) 신호로 수신기에서 연속으로 수집된다.(S150)
상기 이동 감지장치(100)는 비행하는 이동 물체와 관련된 이동 파라메타를 계산하고,(S160) 상기 이동 감지장치(100)의 제어부(220)에 전달하여, 상기 제어부(220)는 응용/분석부(223)의 운용/분석프로그램을 이용하여 비행하는 이동 물체의 이동 파라메타와, 기타 발사과정에서 사용되는 클럽헤드나 야구방망이 등의 발사도구의 스윙동작과, 야구공과 같은 비행 또는 이동물체의 타격 순간 등의 중요 동작에 대한 분석결과를 숫자나 그래프 등으로 표시한다.(S160)(S170)
상기 단계 170이 종료되는 것과 동시에, 상기 이동 감지장치(100)는 측정을 중지할지를 사용자에게 인지시키고 소정의 시간 이내에 사용자의 반응이 없으면, 측정대기모드로 다음 발사를 대기한다.
도 16은 도 15의 흐름도의 내용 중 데이터 획득 단계(단계 S150)부터 물체 비행정보 분석 단계(단계 S160)까지를 상세하게 설명한 흐름도로서, 상기 이동 감지장치(100)의 방사 빔 내에서 비행하거나 이동하는 이동 물체에서 발생된 아날로그 도플러 신호의 속도 스펙트럼을 생성하기 위해, 실시간으로 세 개의 수신기에서 전달받은 아날로그 도플러 주파수 신호의 각각을 소정의 샘플링 주기로 샘플링하여 디지털 도플러 신호 데이터를 획득하고, 정해진 시간 구간 동안 RAM(213)에 저장한다.(S210)
소정의 윈도우 함수를 이용하여 일정 시간 구간으로 연속하여 신호를 구분하거나 중첩하여 구분하여, 시계열(時系列)의 신호를 생성한다.(S220)
고속푸리에 변환을 이용하여 주파수 영역에서의 신호인 주파수 스펙트럼으로 변환한다.(S230)
주파수 변환된 각각의 신호에 대해, 시간 - 주파수 차원의 2 차원 데이터를 구하고, 구하여진 시간 - 주파수 차원의 2 차원 데이터를 시간 - 속도 차원의 2 차원 데이터인 속도점(velocity point)을 계산한다.(S240)
상기 다수의 속도점을 이용하여, 비행하는 이동 물체의 이동 파라메타를 계산한다.(S250)
본 발명의 다른 실시예
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치를 설명하는 도면이고, 도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 물체의 이동 감지장치에서 3차원 위상배열 도플러 레이더의 트리거 신호 발생을 설명하는 도면이다.
도 1에서 설명한 실시예의 경우, 물체의 이동 감지장치(100)는 이동 물체 발사장치가, 정지되어 있거나 이동하는 이동 물체를 타격할 때 발생하는 타격음을 음향 수신부(150)에서 감지하고, 트리거 발생기(200)에서 설정된 소정의 임계값 보다 클 경우, 트리거 신호를 발생하도록 구현하여, 상기 이동 감지장치(100)가 비행하는 이동 물체로부터 속도를 측정하도록 구현하였으나, 주변의 다른 이동 물체 발사장치가 이동 물체를 타격할 때 발생하는 타격음이, 상기 이동 감지장치(100)의 트리거 발생기(200)에 설정된 소정의 임계값 보다 크거나, 기준평면에서의 물리적인 진동으로 인한 소음이 트리거 발생기(200)에 설정된 소정의 임계값 보다 크거나, 천둥이나 기타 자연현상에 의해 발생하는 소음이 트리거 발생기(200)에 설정된 소정의 임계값 보다 크거나, 기타 물리적인 소음이 트리거 발생기(200)에 설정된 소정의 임계값 보다 큰 경우, 상기 이동 감지장치(100)가 상기 소음 중 하나를 감지할 수 있고, 상기 감지된 소음이 트리거 발생기(200)에 설정된 소정의 임계값 이상인 경우가 발생할 수 있게 됨으로써, 상기 이동 감지장치(100)는 이러한 소음을 해당 이동 감지장치(100)가 배치된 기준평면에서 이동 물체가 발사되는 걸로 오인하여 측정을 개시하게 되는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 본 발명의 다른 실시예에서는, 도 17에 도시한 바와 같이, 이동 감지장치(1000)의 방사 빔 내에서 클럽헤드 등의 발사장치의 이동이나 골프공 등의 비행하는 이동 물체에서 발생된 도플러 주파수 신호와 음향 수신부(150)에서 감지된 타격음의 신호가 모두 발생한 경우에 제 1 트리거 신호 Trg#1을 발생하도록 제 1 트리거 발생기(201)을 구성하고, 상기 발생된 도플러 주파수 신호에 대해, 신호처리기(210)에서 소정의 시간구간 동안 속도를 계산하고, 상기 소정의 시간구간에서 계산된 속도가, 클럽헤드와 같은 발사장치의 이동이나 골프공 등의 비행하는 이동 물체로 인해 발생한 속도인지, 새 등의 다른 임의의 이동물체나 비행물체로 인해 계산된 속도 인지를 소정의 속도 범위 내에서 판별하여 소정의 속도 범위 이내인 경우에, 상기 도 17에서는 도시하지 않았으나, 신호처리기(210) 내에서 소프트웨어로 구현된, 제 2 트리거 신호 Trg#2를 발생하도록, 제 2 트리거 발생기를 구성하고, 상기 제 1 트리거 신호와, 상기 제 2 트리거 신호를 모두 이용하여 신호처리기(210)에서 실제 트리거 신호를 발생시킨다.
따라서 본 발명의 다른 실시예의 이동 감지장치(1000)에서 이동 물체가 발사된 순간을 인지하게 됨으로써, 트리거 오류를 최소화할 수 있어, 보다 안정적으로 이동 물체가 발사되는 시점을 인지하여 측정신뢰도를 향상시킬 수 있다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 물체의 이동 감지장치(1000)의 트리거 신호 발생 과정을 설명한 흐름도로서, 상기 이동 감지장치(1000) 전면에서 발사장치의 이동이나 발사장치에 의해 타격된 이동 물체에 의해 발생된 도플러 신호와 상기 발사장치와 이동물체의 타격에 의해 발생된 타격음이 모두 발생하였는지를 판별한다.(S310)
상기 판별에 따라, 타격음과 도플러 신호가 모두 발생하였을 경우에 제 1 트리거 신호인 Trg#1 신호를 발생시켜 전달하고,(S320) 상기 이동 감지장치(1000) 전면에서 발사장치의 이동이나 발사장치에 의해 타격된 이동 물체에 의해 발생된 도플러 주파수 신호에 대해 신호처리기에서 소정의 시간구간 동안 속도를 계산하고,(S330) 상기 단계 S330에서 소정의 시간구간에서 구하여진 속도가 규정 속도 이내 인지를 판별하고,(S340) 상기 단계 S340에서 구하여진 속도가 규정 속도 이내인 경우에 제 2 트리거 신호인 Trg#2를 발생시킨다.(S350)
상기 단계 S320에서 발생한 제 1 트리거 신호인 Trg#1 신호와 상기 단계 S350에서 발생한 제 2 트리거 신호인 Trg#2가 모두 발생하였는지를 판별하고,(S360) 상기 단계 S360에서, 제 1 트리거 신호인 Trg#1 신호와 제 2 트리거 신호인 Trg#2의 두 가지 트리거 신호가 모두 발생하였을 경우, 트리거를 개시하여, 속도를 측정한다.
본 발명의 또 다른 실시예
본 발명의 실시예에 따른 이동 감지장치(100)가 임의의 장소에서, 송신주파수 f0를 방사하면서, 단독으로 사용할 경우, 상기 이동 감지장치(100)는 비행하거나 이동하는 이동 물체의 이동 파라메타를 안정적으로 측정할 수 있다.
그러나, 임의의 기준평면에서, 송신주파수 f0를 방사하면서, 하나 이상의 이동 감지장치(100)가 사용될 경우에는, 송신주파수 f0를 방사하는 복수의 이동 감지장치 중, 인접하여 배치된 임의의 두 이동 감지장치 상호 간에 간격이 소정의 이격거리 이하인 경우, 상기 인접하여 배치된 임의의 제 1 이동 감지장치에서 방사된 송신주파수 f0와, 상기 송신주파수 f0의 고조파가, 인접하여 배치된 임의의 제 2 이동 감지장치에 유기되어, 서로 전자기적인 간섭을 일으킬 수 있고, 상기 인접하여 배치된 임의의 제 1 이동 감지장치의 안테나의 방사 빔 폭이, 인접하여 배치된 임의의 제 2 이동 감지장치의 안테나의 방사 빔 폭과 겹칠 수 있고, 이로 인해, 인접하여 배치된, 임의의 제 1 이동 감지장치와, 임의의 제 2 이동 감지장치는, 각각의 전면에서 발사된 이동물체가, 임의의 제 1 이동 감지장치의 전면에서 발사된 이동 물체인지, 임의의 제 2 이동 감지장치에서 발사된 이동 물체인지 구분할 수 없는 경우가 발생될 수 있다.
이로 인해 인접하여 배치된, 임의의 제 1 이동 감지장치와, 임의의 제 2 이동 감지장치는, 비행하는 이동 물체에 대한 속도 등의 이동 파라메타를 안정적으로 측정할 수 없는 문제가 발생할 수 있다.
따라서 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 상기 이동 감지장치(100)의 송신기에서 출력되는 송신주파수를 소정의 주파수 간격을 갖고, 소정의 n 개 채널 주파수인, 제 1 주파수와, 제 2 주파수, 및 제 n 주파수를 발생할 수 있도록 구성하여, 상기 이동 감지장치(100)가, 임의의 장소에서, 송신주파수 f0만을 방사하는, 하나 이상의 복수의 이동 감지장치를 사용함으로 인해, 인접하여 배치된 하나 이상의 복수의 이동 감지장치 상호간의 전자기적인 간섭문제와 방사 빔 폭의 겹침으로 인한 측정 오류 등을 해결을 할 수 있다.
이를 위해, 상기 이동 감지장치(100)가 유전체공진기(DRO)를 사용하여 송신주파수를 발생할 경우, 상기 유전체공진기의 출력주파수를 전압 변경을 통해 변경되도록, 주파수 전압 제어부를 구성하고, 상기 주파수 전압 제어부를 소정의 전압 범위에서 신호처리기를 통해 제어가능 하도록 주파수 제어 프로그램을 구성할 수 있다.
또한, 상기 이동 감지장치(100)가 주파수 합성기(PLL)를 사용하여 송신주파수를 발생할 경우, 상기 주파수 합성기의 출력주파수를, 소정의 알고리즘으로 변경이 가능하도록, 주파수 제어부를 구현하고, 상기 주파수 제어부를 신호처리기를 통해 제어가능 하도록 주파수 제어 프로그램을 구성할 수도 있다.
따라서, 상기 이동 감지장치(100)가 임의의 기준평면에서 소정의 거리만큼 이격되어 복수 개 사용되더라도, 유전체공진기나 주파수 합성기에서 출력되는 송신주파수를 소정의 n 개의 채널 주파수인, 제 1 주파수와, 제 2 주파수, 및 제 n 주파수를 발생할 수 있도록 구성하고, 인접하여 배치된 임의의 제 1 이동 감지장치의 방사 주파수와, 임의의 제 2 이동 감지장치의 방사 주파수를 서로 다르게 설정함으로서, 비행하거나 이동하는 이동 물체에 대한 속도 등의 이동 파라메타를 측정할 수 있다.
이상 첨부된 도면과 실시 예를 통하여 본 발명을 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허 청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허 청구범위의 의미와 범위 및 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
160: 송신기, 170: 합 수신기, 180: 방위각 수신기, 190: 고도각 수신기, 200: 트리거 발생기, 210: 신호 처리기, 220: 제어부

Claims (14)

  1. 이동하는 물체에 X-대역, K-대역, 또는 Ka-대역 중 어느 하나의 주파수 대역의 전자기 신호를 방사하는 송신기 및 송신 안테나;
    상기 이동하는 물체에서 반사된 도플러 주파수 편이된 전자기 신호를 수신하는 수신 안테나 및 수신기;
    상기 수신기로부터 입력된 신호로부터 상기 이동하는 물체의 이동 파라메타를 계산하는 신호처리기; 및
    상기 신호처리기로부터 입력된 신호가 디스플레이되도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 신호처리기는 회전하면서 이동하는 물체에서 반사된 도플러 주파수 편이된 전자기 신호로부터 FM 신호의 선 스펙트럼을 추출하고, 추출된 FM 신호를 이용하여 회전속도나 회전주파수를 산출하고,
    상기 신호처리기는,
    아날로그 도플러 신호를 소정의 샘플링 주기로 샘플링 하여 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호로 변환된 도플러 신호에 소정의 폭을 갖는 윈도우 함수를 적용하고, 각각의 윈도우 함수 적용된 N개의 신호에 대해 고속푸리에 변환을 수행하고, 고속푸리에 변환된 각각의 신호에 대해 에너지 스펙트럼을 구하여 시간-주파수의 2차원 평면에서 산출하여 FM 신호의 선(線) 스펙트럼을 추출하고, FM 신호에서 병진운동으로 인한 도플러 선 스펙트럼 주파수 fd를 산출하고, fd를 중심주파수로 하고 회전운동으로 인해 발생된 FM주파수 선 스펙트럼의 대역폭 BWFM을 구하고, 대역폭 내의 다수의 선 스펙트럼에서 중심주파수 fd를 포함하여 좌, 우에 대칭으로 위치한 임의의 다수의 에너지 선 스펙트럼의 첨두값을 구하고, 구하여진 첨두값 중 가장 높은 첨두값을 갖는 에너지 선 스펙트럼 신호를 구하고, 구하여진 가장 높은 첨두값을 갖는 신호가 회전하면서 이동하는 물체의 시선속도 Vr로 인한 도플러 선 스펙트럼 주파수 fd 이거나 임의의 사이드 대역 신호의 선 스펙트럼 이거나 상관없이, 등간격으로 배치된 각각의 신호를, 구하여진 가장 높은 첨두값을 갖는 에너지 선 스펙트럼 신호의 진폭값으로 나누어 정규화하고, 정규화된 각각의 값들을 도플러 선 스펙트럼 주파수 fd를 중심으로 좌, 우 순서대로 등간격으로 배열하고, 배열된 각각의 정규화된 값과 상기 구하여진 대역폭 BWFM에 대해, 참조 테이블 형태로 저장된, n차 1종 베셀함수와 비교하고, 수학식 BWFM=2×fS×(βFM+1)을 적용하여 회전속도 또는 회전주파수를 구하는 물체의 이동 감지장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 이동하는 물체가 이동을 시작할 때 발생되는 음향을 수신하는 음향 수신부; 및 상기 음향 수신부에서 입력된 신호로부터 트리거 신호를 발생시키는 트리거 발생기를 더 포함하고,
    상기 수신 안테나는 합 수신안테나, 방위각 수신안테나 및 고도각 수신안테나를 포함하는 복수의 수신 안테나이고,
    상기 수신기는 상기 복수의 수신 안테나와 각각 연결된 합 수신기, 고도각 수신기 및 방위각 수신기를 포함하는 복수의 수신기이고,
    상기 신호처리기는 상기 트리거 신호에 따라 상기 송신기를 제어하는 물체의 이동 감지장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 송신기는 상기 X-대역, K-대역, Ka-대역 중 임의의 하나의 마이크로파 대역의 전자기 신호를 발생하는 유전체 공진기와, 상기 유전체 공진기에서 발생된 전자기 신호를 증폭하는 전력 증폭기와, 상기 전력 증폭기에서 출력되는 신호를 송신 출력신호와 상기 복수의 수신기에 포함된 믹서들을 구동하기 위한 동일 주파수 및 동일 전력레벨의 신호로 출력하는 커플러와, 상기 송신 안테나와 전력 증폭기 사이의 임피던스 정합을 유도하는 아이솔레이터를 포함하는 물체의 이동 감지장치.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 신호처리기는 ADC, RAM, 메모리, DSP를 포함하고,
    상기 ADC는 상기 합 수신기, 방위각 수신기, 고도각 수신기에서 아날로그 도플러 처리된 아날로그 도플러 신호와 상기 트리거 발생기에서 발생된 아날로그 트리거 신호를 디지털 신호로 변환하고 소정의 샘플링 주기로 입력되는 아날로그 도플러 신호와 아닐로그 트리거 신호를 각각 디지털 도플러 신호와 디지털 트리거 신호로 변환하여 상기 RAM에 전달하고,
    상기 RAM은 상기 ADC에서 디지털 신호로 변환되어진 디지털 도플러 신호와 디지털 트리거 신호를 저장하고,
    상기 메모리는 상기 DSP에서 처리하는 물체에 대한 이동 파라미터를 계산하기 위한 신호처리 프로그램과 상기 신호처리 프로그램에서 계산된 데이터를 저장하고,
    상기 DSP는 상기 RAM에 저장된 디지털 도플러 신호와 디지털 트리거 신호를 이용하여 상기 메모리에 저장된 신호처리 프로그램에 의해 물체의 이동 파라메타를 계산하는 물체의 이동 감지장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 전력 증폭기에 구동전원을 공급하는 방사 빔 제어기를 더 포함하고, 상기 방사 빔 제어기는 상기 트리거 발생기에서 검출된 트리거 신호가 없는 경우 상기 전력 증폭기가 대기모드로 동작되도록 하는 물체의 이동 감지장치.
  6. 제 3항에 있어서,
    상기 유전체 공진기와 전력 증폭기 사이 또는 상기 전력 증폭기와 커플러 사이에 배치되는 마이크로파 스위치를 더 포함하고, 상기 마이크로파 스위치는 상기 트리거 발생기에서 검출된 트리거 신호가 없는 경우 상기 전력 증폭기가 대기모드로 동작되도록 하는 물체의 이동 감지장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 이동 파라메타는 이동하는 물체의 이동시점, 초기 이동속도, 이동각도, 이동속도, 가속도, 이동거리, 고도각도, 방위각도, 궤적, 회전속도, 회전축, 착지점 중 적어도 어느 하나를 포함하는 물체의 이동 감지장치.
  8. 삭제
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 송신기는 출력되는 송신주파수가 가변될 수 있는 물체의 이동 감지장치.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 이동하는 물체에 X-대역, K-대역, 또는 Ka-대역 중 어느 하나의 주파수 대역의 전자기 신호를 방사하는 송신기 및 송신 안테나;
    상기 이동하는 물체에서 반사된 도플러 주파수 편이된 전자기 신호를 수신하는 수신 안테나 및 수신기;
    상기 수신기로부터 입력된 신호로부터 상기 이동하는 물체의 이동 파라메타를 계산하는 신호처리기; 및
    상기 신호처리기로부터 입력된 신호가 디스플레이되도록 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 신호처리기는 회전하면서 이동하는 물체에서 반사된 도플러 주파수 편이된 전자기 신호로부터 FM 신호의 선 스펙트럼을 추출하고, 추출된 FM 신호를 이용하여 회전속도나 회전주파수를 산출하고,
    상기 신호처리기는,
    아날로그 도플러 신호를 소정의 샘플링 주기로 샘플링 하여 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호로 변환된 도플러 신호를 소정의 폭을 갖는 윈도우 함수를 적용하고, 각각의 윈도우 함수 적용된 N개의 신호에 대해 고속푸리에 변환을 수행하고, 고속푸리에 변환된 각각의 신호에 대해 에너지 스펙트럼을 구하여 시간-주파수의 2차원 평면에서 산출하여 FM 신호의 선 스펙트럼을 추출하고, 시간-주파수의 2차원 평면에서 구한 에너지 스펙트럼 신호에서 회전하면서 이동하는 물체의 병진운동으로 인한 도플러 주파수 fd의 주파수와 선 스펙트럼의 에너지를 구하고, fd 를 중심으로 대칭하여 위치한 좌측과 우측의 임의의 M번째 선 스펙트럼 fspM과 fspM'의 주파수와 해당 선 스펙트럼의 에너지를 구하고, 구하여진 두 주파수의 차 주파수 ΔfspM=|fspM -fspM'|를 구하고, 대칭 구간에 존재하는 선 스펙트럼 개수 2M개를 구하고, 상기 차 주파수 ΔfspM을 상기 선 스펙트럼 개수 2M으로 나눔으로써 회전속도 또는 회전주파수를 구하는 물체의 이동 감지장치.
  13. 제 1항 또는 제 12항에 있어서,
    상기 신호처리기는,
    아날로그 도플러 신호를 소정의 샘플링 주기로 샘플링 하여 디지털 신호로 변환하고, 디지털 신호로 변환된 시계열 데이터를 자기상관(自己相關)하여 선 스펙트럼을 구하고, 구하여진 선 스펙트럼에 대해 웨이블릿 분해하여, 회전속도 또는 회전주파수를 구하는 물체의 이동 감지장치.
  14. 제 9항에 있어서,
    상기 신호처리기는 상기 유전체 공진기 또는 주파수 합성기에서 발생된 전자기 신호의 주파수를 다수의 소정의 동작 주파수 중 하나의 주파수로 동작시키는 물체의 이동 감지장치.
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