KR101806280B1

KR101806280B1 - Ｆｍｃｗ 기반 거리 측정기

Info

Publication number: KR101806280B1
Application number: KR1020100134068A
Authority: KR
Inventors: 허정헌; 정종원; 이기범
Original assignee: 재단법인 포항산업과학연구원
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2017-12-07
Also published as: KR20120072232A

Abstract

거리 측정기가 개시된다. 본 발명은, 대상체로부터 반사된 신호를 분석하여 대상체까지의 거리를 측정하는 거리 측정기에 있어서, 상기 대상체로 송신한 송신신호의 주파수와 상기 대상체로부터 반사된 수신신호의 주파수의 차 주파수를 갖는 신호를 생성하는 RF 유니트;와, 상기 RF 유니트가 생성한 신호가 통과되는 필터부;와, 상기 필터부를 통과한 신호를 증폭시키는 1차 신호 증폭기;와, 상기 1차 신호 증폭기에 의해 증폭된 신호가 입력되는 미분기; 및 상기 미분기를 통과한 신호를 증폭하는 2차 신호 증폭기;를 포함하되, 상기 필터부는, 2KHz~50KHz 범위에 있는 신호만을 남기도록 구성되며, 상기 1차 신호 증폭기는, 상기 필터부를 통과한 신호를 동일한 비율로 증폭시키며, 상기 미분기는, 입력된 신호 중 근거리 신호의 세기를 원거리 신호의 세기에 비해 약하게 만들도록 구성되는 거리 측정기를 제공한다.

Description

ＦＭＣＷ 기반 거리 측정기{Distance Measuring Device based on FMCW}

본 발명은 거리 측정기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 근거리 측정뿐만 아니라 원거리 측정의 경우에도 정밀도가 향상된 거리 측정기에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 거리 측정기(주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave:FMCW) 방식의 거리 측정 레벨계)의 대략적인 구조를 설명하는 기능 블록도이다. 도 1을 참조하면, 종래 기술에 따른 거리 측정 방식은 대상체까지의 거리를 측정하기 위해 대상체에 신호를 송신하고, 대상체로부터 반사되어 수신된 신호를 저역 필터(20)와 고역 필터(30)를 통과시킨 후에 신호 증폭기(40)를 통해 증폭하고 고속 푸리에 변환(Fast Fourier transform:FFT(50))을 취하는 방식을 사용하고 있다.

구체적으로, RF(Radio frequency) 유니트(10)는 대상체로 신호를 송신하고, 대상체로부터 반사되어 수신된 수신신호와 송신신호의 주파수 차이를 생성하며, 생성된 신호는 저역 필터(20)와 고역 필터(30)를 통과하게 된다.

저역 필터(20)와 고역 필터(30)를 통과한 신호는 신호 증폭기(40)에서 낮은 주파수 영역에서 높은 주파수 영역까지 일정한 증폭율로 증폭된다.

한편, 신호 증폭기(40)는 근거리 신호(낮은 주파수 영역)와 원거리 신호(높은 주파수 영역)를 일정하게 증폭하게 되는데, 미약한 원거리 신호를 위해 증폭율을 키우면 근거리 신호가 너무 크게 증폭되어 신호 손실이 야기되며, 강한 근거리 신호 때문에 증폭율을 낮추면 원거리 신호 증폭이 부족하여 원거리 측정 정밀도가 낮아지게 되는 문제점이 있다.

따라서, 중간 정도의 증폭율을 선정하여 신호를 증폭하게 되는데, 이 경우에 원거리 신호가 충분히 증폭되지 못하는 문제점을 가지게 된다.

따라서, 본 발명의 목적은, 근거리 측정뿐만 아니라 원거리 측정의 경우에도 정밀도가 향상된 거리 측정기를 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 거리 측정기는, 대상체로부터 반사된 신호를 분석하여 대상체까지의 거리를 측정하는 거리 측정기에 있어서, 상기 대상체로 송신한 송신신호의 주파수와 상기 대상체로부터 반사된 수신신호의 주파수의 차 주파수를 갖는 신호를 생성하는 RF 유니트;와, 상기 RF 유니트가 생성한 신호가 통과되는 필터부;와, 상기 필터부를 통과한 신호를 증폭시키는 1차 신호 증폭기;와, 상기 1차 신호 증폭기에 의해 증폭된 신호가 입력되는 미분기; 및 상기 미분기를 통과한 신호를 증폭하는 2차 신호 증폭기;를 포함하되, 상기 필터부는, 2KHz~50KHz 범위에 있는 신호만을 남기도록 구성되며, 상기 1차 신호 증폭기는, 상기 필터부를 통과한 신호를 동일한 비율로 증폭시키며, 상기 미분기는, 입력된 신호 중 근거리 신호의 세기를 원거리 신호의 세기에 비해 약하게 만들도록 구성될 수 있다.

바람직하게는, 상기 필터부는, 저역 필터, 및 고역 필터로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 2차 신호 증폭기를 통해 증폭된 신호에 대해 고속 푸리에 변환 처리를 행하는 고속 푸리에 변환기를 더 포함한다.

삭제

본 발명에 따르면, 근거리 측정뿐만 아니라 원거리 측정의 경우에도 정밀도가 향상된 거리 측정기가 제공된다.

도 1은 종래 기술에 따른 거리 측정기의 대략적인 구조를 설명하는 기능 블록도, 및
도 2는 본 발명에 따른 거리 측정기의 구조를 설명하는 기능 블록도이다.

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.

도 2는 본 발명에 따른 거리 측정기(FMCW 방식의 거리 측정 레벨계)의 구조를 설명하는 기능 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 거리 측정기는 RF 유니트(110), 저역 필터(Low Pas Filter:LPF)(120), 고역 필터(High Pass Filter:HPF)(130), 1차 신호 증폭기(140), 미분기(160), 2차 신호 증폭기(170), 고속 푸리에 변환기(150)를 포함한다.

먼저, RF 유니트(110)는 거리를 측정하려는 대상체로 신호를 송신하고, 대상체로 송신한 송신신호의 대상체로부터 반사된 신호를 수신하며, 송신신호의 주파수와 수신신호의 주파수의 차 주파수를 갖는 신호를 생성한다.

한편, RF 유니트(110)에 의해 생성된 신호는 저역 필터(120)와 고역 필터(130)를 통과하면서 유용한 신호인 저주파 신호(2KHz~50KHz) 부분만 남겨지게 된다. 여기서, 2KHz~50KHz 영역대의 저주파 신호는 1m~50m의 측정 거리 범위에 대응되는 신호이다.

최종적으로 고역 필터(130)를 통과한 미약한 저주파 신호는 1차 신호 증폭기(140)에서 1차적으로 증폭된다. 여기서, 1차 신호 증폭기(140)는 근거리 신호와 원거리 신호를 구분하지 않고 동일한 비율로 증폭한다.

1차 신호 증폭기(140)를 통해 1차 증폭된 신호는 미분기(160)를 거치면서 근거리 신호는 약하게 만들고, 원거리 신호는 강하게 만들어 근거리에서 원거리까지 신호의 세기의 균형을 맞추게 된다.

즉, 본 발명에서는 미분기(160)를 통하여 원거리의 약한 신호를 강하게 만듦으로써, 원거리의 거리 정밀도를 향상시키게 되는 것이다.

한편, 미분기(160)를 통과한 신호는 강한 근거리 신호를 약화시키고, 미약한 원거리 신호는 강화시키는 효과가 있으나, 고역 필터(130)를 통과한 저주파 신호의 전체를 놓고 보면 신호 크기가 중간 정도로 맞추어지는 현상이 발생한다.

따라서, 전체적으로 중간 정도의 신호크기를 갖게 된 신호를 다시 증폭하여 고속 푸리에 변환을 하는 것이 거리 정밀도를 산출하는데 바람직하므로 본 발명에서는 2차 신호 증폭기(170)를 사용하여 신호를 다시 한번 증폭하게 된다.

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.

110: RF 유니트, 120: 저역 필터,
130: 고역 필터, 140: 1차 신호 증폭기,
150: 고속 푸리에 변환기, 160: 미분기,
170: 2차 신호 증폭기.

Claims

대상체로부터 반사된 신호를 분석하여 대상체까지의 거리를 측정하는 거리 측정기에 있어서,
상기 대상체로 송신한 송신신호의 주파수와 상기 대상체로부터 반사된 수신신호의 주파수의 차 주파수를 갖는 신호를 생성하는 RF 유니트;
상기 RF 유니트가 생성한 신호가 통과되는 필터부;
상기 필터부를 통과한 신호를 증폭시키는 1차 신호 증폭기;
상기 1차 신호 증폭기에 의해 증폭된 신호가 입력되는 미분기; 및
상기 미분기를 통과한 신호를 증폭하는 2차 신호 증폭기;를 포함하되,
상기 필터부는,
2KHz~50KHz 범위에 있는 신호만을 남기도록 구성되며,
상기 1차 신호 증폭기는,
상기 필터부를 통과한 신호를 동일한 비율로 증폭시키며,
상기 미분기는,
입력된 신호 중 근거리 신호의 세기를 원거리 신호의 세기에 비해 약하게 만들도록 구성되는 거리 측정기.
제1항에 있어서,
상기 필터부는, 저역 필터, 및 고역 필터로 이루어진 것을 특징으로 하는 거리 측정기.
삭제
제1항에 있어서,
상기 2차 신호 증폭기를 통해 증폭된 신호에 대해 고속 푸리에 변환 처리를 행하는 고속 푸리에 변환기를 더 포함하는 거리 측정기.