KR101728988B1 - 실내 스크린 야구장용 타구 추적 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 도플러 레이더를 이용한 실내 스크린 야구장용 타구 추적 시스템에 관한 것으로, 야구공에 반사되어 되돌아오는 마이크로파를 수신하는 안테나부와, 상기 안테나부로부터 전송되는 신호에 대한 주파수를 조절하여 비트 주파수를 생성하는 신호 처리 시스템을 포함하는 도플러 레이더; 상기 신호 처리 시스템으로부터 전송되는 신호를 바탕으로 야구공의 속도와 각도를 검출하여 표시하며, 상기 도플러 레이더의 구동 여부를 제어하는 측정 제어 시스템;을 포함하고, 상기 도플러 레이더는 실내 스크린 야구장의 외부에 설치가 이루어진 야구공의 속도 및 각도값을 측정하여 상기 측정 제어 시스템을 통해 실시간 표시가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.

Description

실내 스크린 야구장용 타구 추적 시스템{Ball track system for indoor baseball screen field}
본 발명은 도플러 레이더를 이용한 실내 스크린 야구장용 타구 추적 시스템에 관한 것으로, 볼의 방향과 비행거리 및 관측지점에 대한 볼의 속도를 측정하고, 타자가 타격한 공의 움직임을 측정함은 물론, 피칭머신에서 공이 토출된 순간부터 타자의 움직임과 야구배트의 궤적 및 타격 후 공의 움직임을 개별적으로 측정함으로써, 타구의 속도 및 궤적에 대한 보다 정밀한 측정이 가능한 실내 스크린 야구장용 타구 추적 시스템에 관한 것이다.
야구는 세계적으로 인기가 있는 스포츠 중의 하나로서, 피칭 머신(pitching machine)을 구비하여 사용자에게 타격연습 서비스를 제공하는 야구 연습 시스템이 등장하였다. 그런데 일반적으로 알려진 야구 연습 시스템은 피칭 머신에서 투척되는 야구공이 사용자에 의해 타격되더라도, 타격된 야구공의 궤적을 정확하게 사용자에게 인지시키지 못할 뿐만 아니라, 사용자의 타구가 아웃 또는 안타인지 여부를 판단하지 못한다. 또한, 상기 야구 연습 시스템은 사용자에게 타격 훈련만을 제공할뿐, 투수 훈련을 제공하지 못하는 문제점이 있다.
이에, 대한민국 등록특허 제10-1170147호에는 미리 결정된 투구폼에 따른 투구를 피칭 머신으로 명령하고, 상기 복수의 매트릭스 센서장치로부터 좌표정보와 시간정보를 수신하여, 이 좌표정보와 시간정보를 토대로 타격된 상기 야구공의 방향성과 움직임을 예측하고, 상기 예측된 야구공의 시뮬레이션 영상을 상기 스크린에 출력하는 시뮬레이터;를 포함하는 가상 현실 스크린 야구 시스템이 게재된 바 있다.
또한, 대한민국 등록특허 제10-1505931호에는, 이용공간의 낭비를 줄이고, 설치가 용이하고 설치 비용이 절감되는 시스템을 제공할 뿐만 아니라, 보다 안전하고 편리하게 야구 게임을 즐길 수 있는 실내 스크린 야구 시스템 및 이를 이용한 스크린 야구 서비스 방법이 게재된 바 있다.
그러나, 전술한 종래 기술에 따르면, 실내 스크린 야구장의 조건에 따라 볼의 궤적을 인식하지 못하여 타구 속도 및 비행방향에 대한 정밀한 측정이 어려울 뿐만 아니라, 측정 정확도 역시 현저하게 떨어지는 문제점이 있다.
또한, 종래의 기술들은 볼의 궤적 및 타구 속도 등을 측정하기 위한 센서가 실내 스크린 야구장의 내부에 설치가 이루어짐에 따라 빗맞은 타구가 센서와 충돌하면서 센서의 파손이 발생하여 유지 보수에 따른 비용이 과도하게 발생할 수밖에 없어 고비용 저효율에 의한 실내 스크린 야구장의 운영이 어려운 문제점이 있다.
대한민국 등록특허 제10-1170147호 대한민국 등록특허 제10-1505931호
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 전술한 배경기술에 의해서 안출된 것으로, 볼의 방향과 비행거리 및 관측지점에 대한 볼의 속도를 측정하고, 타자가 타격한 공의 움직임을 측정함은 물론, 피칭머신에서 공이 토출된 순간부터 타자의 움직임과 야구배트의 궤적 및 타격 후 공의 움직임을 개별적으로 측정함으로써, 타구 궤적에 대한 보다 정밀한 측정이 가능한 실내 스크린 야구장용 타구 추적 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 실내 스크린 야구장의 외부에 도플러 레이더 센서를 설치함으로써, 빗맞은 타구와 충돌 등에 의해 훼손되는 것을 방지하여 유지 보수 비용을 절감할 수 있는 실내 스크린 야구장용 타구 추적 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
이와 같은 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 야구공에 반사되어 되돌아오는 마이크로파를 수신하는 안테나부와, 상기 안테나부로부터 전송되는 신호에 대한 주파수를 조절하여 비트 주파수를 생성하는 신호 처리 시스템을 포함하는 도플러 레이더; 상기 신호 처리 시스템으로부터 전송되는 신호를 바탕으로 야구공의 속도와 각도를 검출하여 표시하며, 상기 도플러 레이더의 구동 여부를 제어하는 측정 제어 시스템;을 포함하고, 상기 도플러 레이더는 실내 스크린 야구장의 외부에 설치가 이루어진 야구공의 속도 및 각도값을 측정하여 상기 측정 제어 시스템을 통해 실시간 표시가 이루어지도록 하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 안테나부는 상기 마이크로파를 24Ghz 대역의 마이크로파로 출력하는 VCO(Voltage Control Oscillator); 마이크로파의 미약한 신호를 증폭시키는 LNA(Low Noise Amplifier); 상기 LNA로부터 전송되는 모든 신호를 합하여 도플러 효과에 의해 위상 차이가 시프트(Shift)된 파형만을 IF 신호로 하향 변환하는 주파수 혼합기; 상기 주파수 혼합기로부터 전송된 IF 신호를 증폭시켜 I 신호 및 Q 신호로 출력하는 중간 주파수 증폭기;를 포함하고, 상기 안테나부는 전파방사의 특성을 최소화 하기 위해 테프론 재질의 PCB로 제작되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 신호 처리 시스템은 상기 안테나부로부터 전송되는 신호를 증폭시키는 AMP; 상기 AMP로부터 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호 변환부; 상기 신호 변환부에서 변환된 신호를 상기 측정 제어 시스템으로 전송이 이루어질 때 발광하는 LED; 및 상기 신호 변환부로 증폭된 신호가 송신되면, 상기 신호에 대한 데이터를 저장하는 메모리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 신호 변환부는 1 MSPS(Mega Sample per Second)와 12Bit의 해상도(Resolution)로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 LED는 피칭머신으로부터 야구공의 토출이 이루어질 때, 상기 야구공이 홈베이스를 통과하는 순간, 그리고 상기 야구공의 타격이 이루어지는 순간, 또는 상기 피칭머신으로부터 야구공의 토출이 이루어지는 지점과 홈베이스 지점 까지의 공간 내에서 비행하는 야구공의 각도에 대한 신호가 전송될 때 발광이 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 측정 제어 시스템은 상기 신호 처리 시스템으로부터 전송된 신호의 손상 및 손여부를 검증하고, EMI (Electro Magnetic Interference), 및 EMC(Electro Magnetic Compatibility)에 대한 문제를 해결하는 검증부; 상기 야구공에 대한 속도, 비행방향에 대한 각도값을 포함하는 타구 데이터를 표시하고, 상기 측정 제어 시스템의 구동을 위한 전원 인가 여부, 작동 상태 여부 및 기능별 모드 설정이 가능하도록 설정 기능들이 표시되는 표시부; 실내 스크린 야구장을 이용하는 이용자가 개별적으로 설정한 파라미터(Parameter)를 로딩하여 동작하도록 하고, 표시될 속도에 대한 단위의 설정, 측정 각도(Degree) 및 야구공의 속도를 측정하는 펌웨어 처리부; 상기 신호 처리 시스템과 신호의 송수신이 이루어질 수 있도록 구성되며, 상기 측정 제어 시스템의 구동을 제어하는 제어부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 펌웨어 처리부는 측정 제어 시스템의 단일 동작, 또는 연속 동작이 이루어지도록 설정하거나, 측정받고자 하는 속도를 선택하여 설정하는 동작 설정부; 야구공의 속도에 대한 단위를 설정하는 단위 설정부; 야구공의 토출이 이루어지는 지점과 홈베이스 지점 까지의 공간 내에서 비행하는 야구공의 궤적을 일정 각도 단위로 설정하여 측정하는 각도 측정부; 야구공의 피칭 속도 및 타격에 의한 타구의 속도를 DSP와 연동하여 측정하는 속도 측정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따르면, 볼의 방향과 비행거리 및 관측지점에 대한 볼의 속도를 측정하고, 타자가 타격한 공의 움직임을 측정함은 물론, 피칭머신에서 공이 토출된 순간부터 타자의 움직임과 야구배트의 궤적 및 타격 후 공의 움직임을 개별적으로 측정함으로써, 타구 궤적에 대한 보다 정밀한 측정이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 실내 스크린 야구장의 외부에 도플러 레이더 센서를 설치함으로써, 빗맞은 타구와 충돌 등에 의해 훼손되는 것을 방지하여 유지 보수 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 스크린 야구장용 타구 추적 시스템을 개략적으로 나타낸 구성 블록도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 스크린 야구장용 타구 추적 시스템의 도플러 레이더의 안테나부를 나타낸 구성도,
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 스크린 야구장용 타구 추적 시스템의 도플러 레이더의 신호 처리 시스템을 개략적으로 나타낸 구성도,
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 실내 스크린 야구장용 타구 추적 시스템의 제어 시스템을 나타낸 구성 블록도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속" 된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 도 1에 도시된 바와 같이, 24Ghz 대역의 마이크로파(Microwave)를 발신하고, 피칭머신으로부터 토출되는 야구공에 반사되어 오는 마이크로파를 수신하는 안테나부(100)와, 상기 안테나부(100)로부터 전송되는 송신 주파수를 조절하여 비트 주파수를 생성하고, 주파수 성분을 조합하여 측정 제어 시스템(300)으로 전송하는 신호처리 시스템(200)을 포함하는 도플러 레이더(10) 및 상기 도플러 레이더(10)와 연동하여 상기 도플러 레이더(10)로부터 전송되는 신호를 분석하여 야구공의 속도, 각도 및 비행 방향에 대한 측정값을 산출하여 표시하는 측정 제어 시스템(300)을 포함하여 구성된다.
안테나부(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, VCO(Voltage Control Oscillator: 110)와, LNA(Low Noise Amplifier: 120)와, 주파수 혼합기(Mixer: 130)와, 중간 주파수 증폭기(IF Amplifier: 140)를 포함하여 구성된다.
VCO(110)는 발진 주파수를 변화시키는 것으로, 외부에서 인가된 전압을 24Ghz 대역의 마이크로파로 출력될 수 있도록 조절하는 구성요소이다.
또한, 본 발명의 안테나부(100)는 VCO(110)를 통해 조절된 마이크로파를 발신하고, 발신된 마이크로파 중에서 피칭머신으로부터 토출되는 야구공에 반사되어 되돌아오는 마이크로파를 수신하도록 구성되며, 상기 수신된 마이크로파의 미약한 신호를 증폭시키는 LNA(120)가 더 구성된다.
주파수 혼합기(130)는 LNA(120)로부터 증폭된 신호가 전송되면, 전송된 신호의 주파수를 변환하는 역할을 하는 것으로, 본 발명에서는 IF 신호로 하향 변환하는 역할을 수행하게 된다.
이러한 주파수 혼합기(130)는 하향 변환된 IF 신호를 중간 주파수 증폭기(140)로 전송한다. 이때, 주파수 혼합기(130)는 LNA(120)로부터 전송되는 모든 신호를 합하여 도플러 효과에 의해 위상 차이가 시프트(Shift)된 파형만을 IF 신호로 하향 변환하여 중간 주파수 증폭기(140)로 전송함이 바람직하다.
중간 주파수 증폭기(140)는 주파수 혼합기(130)로부터 전송된 IF 신호를 증폭시켜 I 신호 및 Q 신호로 출력한다.
여기서, I 신호 및 Q 신호는 서로 90°의 위상 차이를 가지고 있으므로, 상기 I 및 Q 신호 중 어느 하나의 신호를 먼저 리드(Lead)하느냐에 따라 야구공의 근접여부를 판단할 수 있게 된다.
아울러, 본 발명의 안테나부(100)는 출력되는 I 신호 및 Q 신호를 신호 처리 시스템(200)으로 전송하여 I 신호 및 Q 신호에 대한 주파수 성분을 조합하여 야구공의 속도값의 산출이 이루어지도록 한다.
이와 같이 구성된 본 발명의 안테나부(100)는 전파방사의 특성을 최소화 하기 위해 테프론 재질의 PCB로 제작이 이루어지며, 배면으로의 전파 방사를 막기 위해 전파 방해 특성이 강한 알루미늄 재질의 하우징이 구성되고, 상기 하우징은 배면 전파 방사를 방지함과 동시에 도플러 레이더(10)와의 신호 송수신이 이루어질 수 있도록 하는 각종 통상의 설비들과의 결착(Assembly)을 위한 프레임의 역할을 수행함이 바람직하다.
신호 처리 시스템(200)은 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 I 신호 및 Q 신호에 대한 주파수를 조절하여 비트 주파수의 생성이 이루어지도록 하고, 생성된 비트 주파수를 디지털 신호로 변환하여 측정 제어 시스템(300)으로 전송하는 역할을 하는 구성요소이다.
이러한 신호 처리 시스템(200)은 AMP(210), 신호 변환부(220), LED(230), 전압 조정기(240), 직렬포트(250) 및 메모리(260)를 포함하여 구성된다.
AMP(210)는 안테나부(100)로부터 전송되는 신호를 증폭시키는 것으로, 저잡음 증폭기(LNA)로 이루어질 수 있다. 이러한 AMP(210)는 OPA-353등의 저노이즈, 고증폭 앰프회로와 Low-Pass 필터를 거쳐 신호 변환부(220)로 전송한다.
이때, 상기 신호의 증폭 정도는 1,000배 내외에서 적용이 이루어지며, 필터의 대력으로는 15khz 이내로 이루어지도록 구성된다.
신호 변환부(220)는 AMP(210)로부터 증폭된 신호가 수신되며, 수신된 신호를 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는 장치로서, 신호 변환시 발생하는 부하의 변동을 억제하기 위하여 전압 조정기(240)가 구성될 수 있다.
이러한 신호 변환부(220)는 DSP(Digital Signal Processing)의 성능을 향상시키기 위해 최소 1 MSPS(Mega Sample per Second)와 12Bit Resolution이 구성됨이 바람직하다.
LED(230)는 신호 변환부(220)에서 변환된 신호를 측정 제어 시스템(300)으로 전송할 때, 발광이 이루어지도록 구성되는 것이다.
이러한 LED(230)는 피칭머신으로부터 야구공의 토출이 이루어질 때, 상기 야구공이 홈베이스를 통과하는 순간, 그리고 상기 야구공의 타격이 이루어지는 순간 각각 발광이 이루어지도록 한다.
즉, 안테나부(100)로부터 발신된 마이크로파 중에서 야구공으로부터 반사되어 되돌아오는 마이크로파만을 I 신호 및 Q 신호로 출력하여 전송이 이루어지게 되므로, 각각의 순간들에 대하여 발광이 이루어지도록 구성된다.
아울러, 상기 피칭머신으로부터 야구공의 토출이 이루어지는 지점과 홈베이스 지점 까지의 공간 내에서 비행하는 야구공의 궤적 역시 야구공으로부터 반사되어 되돌아오는 마이크로파를 통해 확인이 가능하게 되고, 이에 대한 신호가 신호 변환부(220)에서 변환이 이루어지게 되면, 상기 각각의 순간들에 대해서 발광하는 것과는 다르게 발광이 이루어질 수 있다.
이는, LED(230)의 색상별로 구분하여 발광하거나, 또는 점멸의 종류로 구분하여 발광이 이루어지도록 제어될 수 있다.
직렬포트(250)는 신호 변환부(220)를 PC나 모뎀과 같은 외부장치와 연결하는 인터페이스로, RS-232, RS-485 및 RS-422로 이루어질 수 있다.
메모리(260)는 신호 변환부(220)로 증폭된 신호가 송신되면, 상기 신호에 대한 데이터를 저장하는 것으로, 신호 변환부(220)의 오작동 등에 의해 송신된 신호가 손실되는 것을 방지하는 것이다.
이러한 메모리(260)는 EEPROM(electrically erasable programmable read-only memory)로 이루어질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 비휘발성 기억 장치라면 어떠한 것으로 구성되어도 무방할 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 도플러 레이더(10)는 별도의 안테나부(100)를 설계하여 적용함에 따라 도플러 레이더(10)의 전면부 형상에 크게 구애받지 않으므로, 외형 디자인의 자유도가 높아지고 생산 공정도 일부 줄일 수 있게 되면서 전체적인 가격경쟁력을 확보할 수 있으며, 신호 송수신 기능에 대한 안전성을 제공할 수 있게 되어 야구공의 속도 및 각도 뿐만 아니라, 타격시 타구 궤적에 대한 보다 정밀한 측정이 가능한 것이다.
또한, 본 발명의 도플러 레이더(10)는 실내 스크린 야구장의 외부에 설치가 이루어진 상태에서 피칭머신, 또는 투수가 던지는 야구공의 속도 및 이 야구공이 홈 베이스를 통과할 때까지의 속도와 궤적 등에 대한 신호를 측정 제어 시스템(300)으로 전송하여 실시간 표시가 이루어질 수 있도록 구성되는 것으로, 빗맞은 타구와 충돌 등에 의해 훼손되는 것을 방지하여 유지 보수 비용을 절감할 수 있게 될 것이다.
측정 제어 시스템(300)은 신호 처리 시스템(200)으로부터 전송되는 신호를 바탕으로 피칭 머신에서 토출되는 야구공의 속도와 각도를 검출하여 표시하며, 도플러 레이더(10)의 구동 여부를 제어하는 구성요소이다.
이와 같은 측정 제어 시스템(300)은 검증부(310), 표시부(320), 펌웨어 처리부(330) 및 제어부(340)를 포함하여 구성된다.
검증부(310)는 신호 처리 시스템(200)으로부터 전송된 신호의 손상여부를 검증하고, EMI (Electro Magnetic Interference), 및 EMC(Electro Magnetic Compatibility)을 확인하고, 상기 EMI 및 EMC에 대한 문제를 해결하여 보다 정밀한 측정이 이루어지도록 한다.
이러한 검증부(310)는 3차원 전자장(EM)의 각종 문제를 해결할 수 있도록 HFSS(High Frequency Structure Simulator)를 통해 검증이 이루어지도록 함이 바람직하나, 이에 한정하는 것은 아니다.
표시부(320)는 펌웨어 처리부(330)를 통해 측정이 이루어진 야구공에 대한 속도, 비행방향에 대한 각도값을 포함하는 타구 데이터를 표시하며, LED(230)가 구성되어 제어부(340)의 제어에 따라 발광이 이루어지도록 구성된다.
또한, 표시부(320)는 측정 제어 시스템(300)의 구동을 위한 전원 인가 여부, 작동 상태 여부 및 펌웨어 처리부(330)를 통해 수행되는 각종 모드를 설정이 가능하도록 하는 설정 기능들이 표시된다.
이러한 표시부(320)는 상기 LED(230)를 이용하여 숫자 표시 구역 (Digit)을 배열하고, 후술할 펌웨어 처리부(330)의 속도 측정부(338)를 통해 측정된 야구공의 속도값에 대응하는 숫자 표시 구역에서 발광이 이루어지도록 구성된다.
아울러, 본 발명의 표시부(320)는 상기 LED(230)가 기능별로 단색 또는 3색 표시가 가능하도록 배열하며, 측정된 속도값을 우선하여 표시될 수 있도록 구성된다.
펌웨어 처리부(330)는 실내 스크린 야구장을 이용하는 이용자가 개별적으로 설정한 파라미터(Parameter)를 로딩하여 동작하도록 하고, 표시될 속도에 대한 단위의 설정, 측정 각도(Degree) 및 야구공의 속도를 측정하는 구성요소로서, 동작 설정부(332), 단위 설정부(334), 각도 측정부(336) 및 속도 측정부(338)를 포함하여 구성된다.
동작 설정부(332)는 측정 제어 시스템(300)의 단일 동작, 또는 연속 동작이 이루어지도록 설정하거나, 측정받고자 하는 속도를 선택하여 설정이 이루어지도록 구성되는 것으로, 설정된 데이터를 제어부(340)로 전송하여 표시부(320)를 통해 표시될 수 있도록 구성되는 것이다.
여기서, 단일 동작은 한차례 측정범위(피칭머신에서 홈 베이스까지의 범위)를 통과하는 야구공에 대한 속도 및 각도의 측정이 이루어지도록 하는 것이고, 연속 동작은 특정 시간 내 통과하는 야구공의 속도 및 각도를 연속해서 측정이 이루어지도록 하는 것이다.
단위 설정부(334)는 야구공의 속도에 대한 단위를 KPH(Kilometer Per Hour) 혹은 MPH(mile per hour) 중 어느 하나로 선택하여 표시될 수 있도록 하는 것으로, 선택한 단위에 맞추어 연산된 속도 측정값의 표시가 이루어지도록 하는 구성요소이다.
각도 측정부(336)는 야구공의 토출이 이루어지는 지점과 홈베이스 지점 까지의 공간 내에서 비행하는 야구공의 궤적을 일정 각도 단위로 설정하여 측정하는 것으로, 야구공의 진행방향(비행방향)이 도플러 레이더(10)와 각도를 이루는 경우 그 각도에 COS값을 계산하여 야구공의 각도값을 산출하는 것이다.
이와 같은 각도 측정부(336)는 야구공과, 이 야구공으로부터 반사되는 마이크로파를 수신한 도플러 레이더(10)가 30°의 각도를 이루는 경우, 속도는 COS30만큼 적게 측정하여 각도값을 산출하고, 상기 각도값을 속도 측정부(338)로 전송하여 보다 정확한 속도 측정값을 도출해낼 수 있도록 하는 것이다.
이때, 속도 측정부(338)는 1차적으로 산출된 속도값에 각도 측정부(336)에서 제공하는 각도값 COS30 만큼 곱하여 표시하여야 정확하게 속도 측정값을 표시할 수 있을 것이다.
속도 측정부(338)는 야구공의 피칭 속도 및 타격에 의한 타구의 속도를 측정하는 것으로, FFT (Fast Fourier Transform) 방식을 통해 야구공의 속도를 측정하며, 특히 DSP와 함께 연동하여 야구공의 속도를 측정하는 것으로, 8 ~ 300 Km/h까지 측정이 이루어지도록 구성된다.
여기서, DSP(Digital Signal Processing)은 측정하고자 하는 대상의 ADC 값을 푸리에 함수를 이용하여 변환하고, 변환된 결과값을 Mag 버퍼에 저장한 후, 저장된 Mag 값 중에서 피크(Peak) 값을 추출하여 속도 계산 알고리즘에 대입하여 야구공의 기준초속, 기준중속 및 기준종속에 대한 최종 속도 값을 계산하여 산출하는 것으로, 야구공에 대한 속도 측정시 처리 과정을 실시간 확인할 수 있도록 구성됨으로써, 속도 측정에 대한 보다 실증적이고 효율적으로 그 결과값을 도출해낼 수 있는 것이다.
또한, 속도 측정부(338)는 초속, 중속 및 종속을 각각 개별적으로 측정하게 되며, 상기 초속은 피칭머신, 또는 투수가 야구공을 던지는 순간을 기준 초속으로 설정하고, 종속은 상기 야구공이 홈 베이스를 통과하는 순간 중에서 속도가 가장 낮아지는 때를 기준종속으로 설정하며, 중속은 기준초속과 기준종속 사이에서 가장 높은 속도를 기준중속으로 설정하여 측정이 이루어지도록 구성된다.
이와 같은 속도 측정부(338)는 제어부(340)의 제어에 따라 초속에 대한 속도만을 측정하거나, 초속과 종속, 또는 초속, 중속, 또는 초속 및 종속 중 어느 하나, 또는 모두를 측정할 수 있도록 구성될 수 있다.
제어부(340)는 신호 처리 시스템(200)과 신호의 송수신이 이루어질 수 있도록 구성되며, 수신된 신호의 검증 및 이 신호를 바탕으로 야구공의 속도 및 각도에 대한 타구 데이터의 산출 및 표시가 이루어지도록 측정 제어 시스템(300)의 구동을 제어하는 역할을 한다.
또한, 제어부(340)는 동작 설정부(332)를 통해 이용자가 원하는 속도를 설정하도록 할 수 있으며, 이에 대한 설정값을 속도 측정부(338)로 전송하여 설정된 속도에 대한 결과값만을 측정할 수 있도록 구성된다.
이와 같이 구성된 본 발명의 제어부(340)는 도플러 레이더(10)에서 전송되는 레이더 신호로부터 야구공의 속도, 궤적 및 비행 방향(각도)를 최대한 정확하고 효율적으로 추출해 내기 위한 알고리즘을 포함하는 것이며, 이를 실시간으로 처리할 수 있는 DSP와 같은 고속 프로세서를 포함하는 것이다.
여기서, 측정 각도는, 상기 야구공이 피칭 머신으로부터 토출이 이루어지는 순간에서 타격이 이루어지는 순간까지의 각도와, 타격시 야구공의 비행 방향에 대한 각도를 포함하는 것이다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 하며, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
또한, 이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 도플러 레이더 100: 안테나부
200: 신호 처리 시스템 300: 측정 제어 시스템
310: 검증부 320: 표시부
330: 펌웨어 처리부 332: 동작 설정부
334: 단위 설정부 336: 각도 측정부
338: 속도 측정부 340: 제어부

Claims (7)

  1. 야구공에 반사되어 되돌아오는 마이크로파를 수신하는 안테나부와, 상기 안테나부로부터 전송되는 신호에 대한 주파수를 조절하여 비트 주파수를 생성하는 신호 처리 시스템을 포함하는 도플러 레이더;
    상기 신호 처리 시스템으로부터 전송되는 신호를 바탕으로 야구공의 속도와 각도를 검출하여 표시하며, 상기 도플러 레이더의 구동 여부를 제어하는 측정 제어 시스템;을 포함하고,
    상기 도플러 레이더는 실내 스크린 야구장의 외부에 설치가 이루어진 야구공의 속도 및 각도값을 측정하여 상기 측정 제어 시스템을 통해 실시간 표시가 이루어지도록 구성되며,
    상기 측정 제어 시스템은
    상기 신호 처리 시스템으로부터 전송된 신호의 손상여부를 검증하고, EMI (Electro Magnetic Interference), 및 EMC(Electro Magnetic Compatibility)에 대한 문제를 해결하는 검증부;
    상기 야구공에 대한 속도, 비행방향에 대한 각도값을 포함하는 타구 데이터를 표시하고, 상기 측정 제어 시스템의 구동을 위한 전원 인가 여부, 작동 상태 여부 및 기능별 모드 설정이 가능하도록 설정 기능들이 표시되는 표시부;
    실내 스크린 야구장을 이용하는 이용자가 개별적으로 설정한 파라미터(Parameter)를 로딩하여 동작하도록 하고, 표시될 속도에 대한 단위의 설정, 측정 각도(Degree) 및 야구공의 속도를 측정하는 펌웨어 처리부;
    상기 신호 처리 시스템과 신호의 송수신이 이루어질 수 있도록 구성되며, 상기 측정 제어 시스템의 구동을 제어하는 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 스크린 야구장용 타구 추적 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 안테나부는
    상기 마이크로파를 24Ghz 대역의 마이크로파로 출력하는 VCO(Voltage Control Oscillator);
    마이크로파의 미약한 신호를 증폭시키는 LNA(Low Noise Amplifier);
    상기 LNA로부터 전송되는 모든 신호를 합하여 도플러 효과에 의해 위상 차이가 시프트(Shift)된 파형만을 IF 신호로 하향 변환하는 주파수 혼합기;
    상기 주파수 혼합기로부터 전송된 IF 신호를 증폭시켜 I 신호 및 Q 신호로 출력하는 중간 주파수 증폭기;를 포함하고,
    상기 안테나부는 전파방사의 특성을 최소화 하기 위해 테프론 재질의 PCB로 제작되는 것을 특징으로 하는 실내 스크린 야구장용 타구 추적 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 신호 처리 시스템은
    상기 안테나부로부터 전송되는 신호를 증폭시키는 AMP;
    상기 AMP로부터 증폭된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호 변환부;
    상기 신호 변환부에서 변환된 신호를 상기 측정 제어 시스템으로 전송이 이루어질 때 발광하는 LED; 및
    상기 신호 변환부로 증폭된 신호가 송신되면, 상기 신호에 대한 데이터를 저장하는 메모리
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 스크린 야구장용 타구 추적 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 신호 변환부는 1 MSPS(Mega Sample per Second)와 12Bit의 해상도(Resolution)로 구성되는 것을 특징으로 하는 실내 스크린 야구장용 타구 추적 시스템.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 LED는 피칭머신으로부터 야구공의 토출이 이루어질 때, 상기 야구공이 홈베이스를 통과하는 순간, 그리고 상기 야구공의 타격이 이루어지는 순간, 또는 상기 피칭머신으로부터 상기 야구공의 토출이 이루어지는 지점과 홈베이스 지점까지의 공간 내에서 비행하는 상기 야구공의 각도에 대한 신호가 전송될 때 발광이 이루어지는 것을 특징으로 하는 실내 스크린 야구장용 타구 추적 시스템.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 펌웨어 처리부는
    측정 제어 시스템의 단일 동작, 또는 연속 동작이 이루어지도록 설정하거나, 측정받고자 하는 속도를 선택하여 설정하는 동작 설정부;
    야구공의 속도에 대한 단위를 설정하는 단위 설정부;
    야구공의 토출이 이루어지는 지점과 홈베이스 지점 까지의 공간 내에서 비행하는 야구공의 궤적을 일정 각도 단위로 설정하여 측정하는 각도 측정부;
    야구공의 피칭 속도 및 타격에 의한 타구의 속도를 DSP와 연동하여 측정하는 속도 측정부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 실내 스크린 야구장용 타구 추적 시스템.
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