KR101968158B1 - 유효 신호 분리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

유효 신호 분리 장치 및 방법이 개시된다. 유효 신호 분리 장치는, 감시 영역에서 반사된 반사 신호를 입력 받으며, 반사 신호에서 현재 시간의 제1 반사 신호와 이전 시간의 제2 반사 신호 간의 차인 제1 신호를 생성하는 신호 제거부, 제1 신호의 값에 대해, 소정의 범위 별로 상수 값을 적용하여 제1 신호를 제2 신호로 변환하는 신호 변환부, 그리고 제2 신호에 대해, 동일 시간에서의 거리별 신호들 중 적어도 2개 신호를 중첩하는 신호 중첩부를 포함할 수 있다.

Description

유효 신호 분리 장치 및 방법{APPARTUS AND METHOD FOR SEPARATING VALID SIGNAL}
본 발명은 유효 신호 분리 장치 및 방법에 관한 것이다.
신호 처리 장치는 일반적으로 장치 내부에서 발생하는 노이즈(noise)와 외부에서 발생하는 환경 노이즈로부터 유효 신호를 분리하기 위해 SNR을 취하여 유효 신호를 얻는다. 감지기는 신호 처리 장치에서 분리한 유효 신호에 한계값 등을 취하여 알람(Alarm) 여부를 판정하거나 원하고자 하는 데이터를 추출할 수 있다. 여기서, 노이즈를 줄이는 방식으로는 하드웨어 방식과 소프트웨어 방식이 있다. 하드웨어 방식은 구조가 다소 복잡하여 가격 상승의 원인이 된다. 한편, 소프트웨어 방식으로서 대표적인 방법은 차등필터를 사용하는 SNR(Signal to Noise Ratio) 방식이 있는데 이는 영상 관련 솔루션 혹은 레이더 등에 많이 사용된다.
SNR 방식의 경우 환경 노이즈가 어떻게 변화하는지 그리고 신호의 크기에 따라서 그 효과가 다르다. 예를 들어, 환경 노이즈가 없는 곳에서는 SNR 방식은 유효 신호 추출에 매우 유리하나, 환경 노이즈가 큰 곳에서는 크기가 작은 신호는 사실상 추출이 어렵거나 불가능한 경우가 있다. SNR 방식은 차등필터를 적용하여 환경 노이즈나 원치 않은 신호를 제거하지만 환경 변화가 심한 경우(예를 들면, 비, 바람 등 기상 조건이 좋지 않아 온도나 습도가 급격하게 변하는 경우)에는 유효 신호를 분리하기 쉽지 않다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 효과적으로 유효 신호를 분리하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 유효 신호 분리 장치가 제공된다. 상기 유효 신호 분리 장치는, 감시 영역에서 반사된 반사 신호를 입력 받으며, 상기 반사 신호에서 현재 시간의 제1 반사 신호와 이전 시간의 제2 반사 신호 간의 차인 제1 신호를 생성하는 신호 제거부, 상기 제1 신호의 값에 대해, 소정의 범위 별로 상수 값을 적용하여 상기 제1 신호를 제2 신호로 변환하는 신호 변환부, 그리고 상기 제2 신호에 대해, 동일 시간에서의 거리별 신호들 중 적어도 2개 신호를 중첩하는 신호 중첩부를 포함할 수 있다.
상기 신호 중첩부는 상기 적어도 2개의 신호를 서로 곱하여 중첩시킬 수 있다.
상기 적어도 2개의 신호는 상기 제2 신호 중 동일 시간에서 인접한 거리에 해당하는 신호일 수 있다.
상기 신호 제거부는, 상기 반사 신호를 시간 지연하여 상기 제2 반사 신호를 생성하는 시간 지연기, 그리고 상기 제1 반사신호에서 상기 제2 반사 신호를 병합하여 상기 제1 신호를 생성하는 신호 병합기를 포함할 수 있다.
상기 반사 신호는 거리정보와 시간정보를 포함할 수 있다.
상기 유효 신호 분리 장치는, 상기 신호 중첩부의 출력에서 고주파 신호 성분을 제거하는 저역통과필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 유효 신호 분리 장치가 감시 영역에서 반사된 반사 신호에서 유효 신호를 분리하는 방법이 제공된다. 상기 방법은, 상기 반사 신호에서 제1 시간의 반사 신호와 제2 시간의 반사 신호 간의 신호 차를 획득하는 단계, 상기 신호 차의 값에 대해서, 소정의 범위 별로 상수 값을 적용하여 상기 신호의 차의 값을 제1 신호로 변환하는 단계, 그리고 상기 제1 신호에 대해서, 동일 시간에서의 거리별 신호 중 적어도 2개의 신호를 중첩하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 중첩 하는 단계는, 상기 적어도 2개의 신호를 서로 곱하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 적어도 2개의 신호는 상기 제1 신호 중 동일 시간에서 인접한 거리에 해당하는 신호일 수 있다.
상기 획득하는 단계는, 상기 반사 신호를 시간 지연시켜 상기 제2 시간의 반사 신호를 생성하는 단계, 그리고 상기 제1 시간의 반사 신호에서 상기 제2 시간의 반사 신호를 빼는 단계를 포함할 수 있다.
상기 반사 신호는 거리정보와 시간정보를 포함할 수 있다.
상기 중첩하는 단계에서 중첩된 신호에서 고주파 신호를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 감시 영역에 레이저를 송신하고 상기 감시 영역에서 반사된 반사 신호를 이용하여 감시하는 레이저 감지기가 제공된다. 상기 레이저 감지기는, 상기 반사 신호에서 현재 시간의 반사 신호와 이전 시간의 반사 신호 간의 차인 제1 신호를 생성하고, 상기 제1 신호의 값을 제2 신호로 변환하며, 상기 제2 신호에 대해 동일 시간에서의 거리별 신호들 중 적어도 2개 신호를 중첩하여, 상기 반사 신호에서 유효 신호를 분리하는 유효 신호 분리 장치, 그리고 상기 유효 신호 분리 장치에서 생성된 유효 신호를 이용하여 알람을 발생시키는 알람 판단부를 포함할 수 있다.
상기 유효 신호 분리 장치는, 상기 제1 신호의 값에 대해서 소정의 범위 별로 상수 값을 적용하여 상기 제1 신호를 제2 신호로 변환할 수 있다.
상기 유효 신호 분리 장치는 상기 적어도 2개의 신호를 서로 곱하여 중첩시킬 수 있다.
상기 적어도 2개의 신호는 상기 제2 신호 중 동일 시간에서 인접한 거리에 해당하는 신호일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, SNR 처리를 하지 않아도 유효 신호를 효과적으로 분리할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유효 신호 분리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신호 제거부의 출력 신호를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 신호 변환부에 적용되는 범위 별 상수 값을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 신호 변환부의 출력 값을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 신호 중첩부의 출력 값을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 감지기를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유효 신호 분리 장치의 유효 신호 분리 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유효 신호 분리 장치의 유효 신호 값을 나타내는 그래프이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
아래의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 유효 신호 분리 장치 및 방법이 레이더에 적용된 경우를 가정하여 설명하지만, 시간에 따라 거리 별로 감지 신호가 입력되는 경우에도 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 유효 신호 분리 장치 및 방법은 기존의 SNR 방식이 아닌 제거(cancelation) 방식과 중첩(superposition) 방식을 적용하여 노이즈를 제거하거나 억제시키고 유효 신호를 분리한다. 이러한 본 발명의 실시예에 따른 유효 신호 분리 장치 및 방법에 대해서 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 유효 신호 분리 장치를 나타내는 블록도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유효 신호 분리 장치(100)는 신호 제거부(110), 신호 변환부(120), 신호 중첩부(130), 그리고 저역통과필터(140)를 포함한다.
유효 신호 분리 장치(100)는 아래의 도 6에서 설명하는 레이더 감지기(600) 내에 포함될 수 있다. 레이더 감지기(600)는 감시하고자 하는 감시 영역으로 레이더 신호를 송신하며 감시 영역에서 반사된 신호를 이용하여 감지 기능을 수행한다. 레이더 감지기(600)는 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 레이더로 구현될 수 있다. 한편, 감시 영역에서 반사되어 입력되는 반사 신호는 FFT(Fast Fourier Transform)가 수행되며 거리정보(bin)와 시간정보를 포함하고 있다. 반사신호가 거리정보와 시간정보를 포함하고 있는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있는 바 구체적인 설명은 생략한다. 도 1에서는 이러한 반사 신호를 Signal(bin, t)으로 나타내었다.
신호 제거부(110)는 반사 신호(Signal(bin, t))를 입력 받으며 현재 시간(프레임)의 반사 신호와 이전 시간(프레임)의 반사 신호의 차를 구한다. 한편, 레이더 감지기가 FMCW 레이더로 구현되는 경우, 반사 신호(Signal(bin, t))는 하강(fall)과 상승(rise)인 두 가지 형태를 가지며, 신호 제거부(110)는 이 두 형태의 신호 중 하나의 신호를 선택할 수 있다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 신호 제거부(110)는 시간 지연기(111)와 신호 병합기(112)를 포함한다. 시간 지연기(111)는 입력된 반사 신호(Signl(bin, t))의 시간 지연 시킨다. 신호 병합기(112)는 현재 입력되는 반사 신호에서 시간 지연기(111)의 지연 반사 신호를 빼서 서로 병합한다. 신호 병합기(112)의 출력은 음수와 양수를 가질 수 있으므로, 신호 병합기(112)는 서로 병합한 신호에서 절대값을 취할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 신호 제거부(110)의 출력 신호를 나타내는 도면이다.
도 2에서, 가로축은 시간(t) 값을 나타내며, 세로축은 거리(bin) 값을 나타낸다. 그리고 숫자로 나타낸 각 값들은 시간 및 거리 별 신호 제거부(110)의 출력 값을 나타낸다. 즉, 3, 5, 11은 소정의 동일 시간에 거리 별로 신호 제거부(110)의 출력 값(즉, 현재 시간의 반사 신호와 이전 시간의 반사 신호의 차)을 나타낸다.
신호 변환부(120)는 신호 제거부(110)의 출력 신호를 입력 받고 이 신호를 소정 범위로 구분하고 범위 별로 상수 값을 적용하여 신호를 변환한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 신호 변환부(120)에 적용되는 범위 별 상수 값을 나타내는 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 신호 변환부(120)의 출력 값을 나타내는 도면이다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 신호 변환부(120)는 1에서 10사이에서는 0.1의 상수 값으로 변환하고 10~30 사이에서는 1의 상수 값으로 변환한다. 도 2의 신호 제거부(110)의 출력 신호에 도 3의 범위 별 상수 값을 적용하면, 도 4와 같은 값이 생성된다. 예를 들면, 신호 변환부(120)의 출력 값이 3, 5, 11인 경우, 도 3의 범위를 적용하면, 신호 변환부(120)는 3, 5, 11에 대해서 각각 0.1, 0.1, 1로 변환한다. 그리고 신호 변환부(120)의 출력 값이 60, 120, 70인 경우, 도 3의 범위를 적용하면, 신호 변환부(120)는 60, 120, 70에 대해서 각각 2, 4, 1로 변환한다.
신호 중첩부(130)는 신호 변환부(120)의 출력 신호에서 동일 시간에서의 거리(bin)별 값들에 대해서 서로 곱하여 중첩시킨다. 이때, 동일 시간에서 서로 곱해지는 값들의 개수는 소정의 개수로 제한될 수 있다. 감시 영역에서 인접한 거리에 대응하는 반사 신호는 서로 유사할 가능성이 높으므로, 신호 중첩부(130)는 소정의 거리 범위에 해당하는 신호들에 대해서 서로 곱하여 중첩시킨다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 신호 중첩부(130)의 출력 값을 나타내는 도면이다. 신호 중첩부(130)는 도 4의 값들에 대해서 동일 시간별로 서로 곱하여, 도 5와 같은 값들을 생성한다. 예를 들면, 도 4에서 0.1, 0.1, 1의 값은 동일 시간에서의 값들인데, 이 값들을 서로 곱하면 0.01이 된다. 그리고 도 4에서 1, 1, 0.1 값은 동일 시간에서의 값들인데, 이 값들을 서로 곱하면 0.1이 된다. 도 5에서는 3개의 신호를 병합하는 것으로 나타내었지만 2개의 신호가 병합될 수 있다.
저역통과필터(140)는 신호 중첩부(130)의 출력을 입력 받아 고주파 신호를 제거한다. 즉, 신호 중첩부(130)의 출력 중에 임펄스 타입의 시그널인 있는 경우 이는 유효한 데이터라고 보기 힘들므로, 저역통과필터(140)는 임펄스 타입의 시그널을 제거한다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 감지기를 나타내는 도면이다.
도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레이더 감지기(600)는 유효 신호 분리 장치(100)와 알람 판단부(200)를 포함한다.
유효 신호 분리 장치(100)는 상기 도 1 내지 도 5에서 설명한 바와 같이 반사 신호에서 유효 신호만을 분리하여 출력한다. 즉, 상기 도 1 내지 도 5에서 설명한 바와 같이, 유효 신호 분리 장치(100)는 기존의 SNR 방식이 아닌 제거(cancelation) 방식과 중첩(superposition) 방식을 적용하여 노이즈를 제거하거나 억제시키고 유효 신호를 분리하여 출력한다.
알람 판단부(200)는 유효 신호 분리 장치(100)로부터 출력되는 유효 신호를 이용하여 감시 영역에서 외부의 침입을 발생하는 지를 판단하여 알람 신호를 출력한다. 즉, 알람 판단부(200)는 유효 신호를 소정의 기준치와 비교하고 유효 신호가 소정의 기준치를 초과하는 경우 알람 신호를 출력한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 유효 신호 분리 장치(100)의 유효 신호 분리 방법을 나타내는 플로우 차트이다.
유효 신호 분리 장치(100)는 입력되는 반사 신호에서 신호 제거를 수행한다(S710). 유효 신호 분리 장치(100)의 신호 제거부(110)는 현재 시간(프레임)의 반사 신호와 이전 시간(프레임)의 반사 신호의 차를 구하여, 신호 제거를 수행한다.
다음으로, 유효 신호 분리 장치(100)는 S710 단계에서 생성된 신호를 소정의 값으로 변환한다(S720). 유효 신호 분리 장치(100)의 신호 변환부(120)는 신호 제거부(110)의 출력 신호를 소정의 소정 범위로 구분하고 범위 별로 상수 값을 적용하여 신호를 변환한다.
유효 신호 분리 장치(100)는 S720 단계에서 변환된 신호에서 동일 시간대의 신호를 서로 중첩한다(S730). 즉, 유효 신호 분리 장치(100)의 신호 중첩부(130)는 신호 변환부(120)의 출력 신호에서 동일 시간에서의 거리(bin)별 값들에 대해서 서로 곱하여 중첩시킨다.
유효 신호 분리 장치(100)는 S720 단계에서 중첩된 신호에서 고주파 신호를 제거하여 유효신호를 최종적으로 생성한다(S740). 즉, 유효 신호 분리 장치(100)의 저역통과필터(140)는 신호 중첩부(130)의 출력을 입력 받아 고주파 신호를 제거한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 유효 신호 분리 장치의 유효 신호 값을 나타내는 그래프이다.
도 8에서, (a)는 반사 신호(Signal(bin, t)를 나타내고, (b)는 종래의 SNR 방식을 적용한 경우의 유효 신호 값을 나타내며, (c)는 본 발명의 실시예에 따른 유효 신호 분리 장치(100)에 의한 유효 신호 값을 나타낸다. 도 8의 (c)에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 유효 신호 분리 장치(100)는 노이즈를 더욱 효과적으로 제거함을 알 수 있다. 도 8의 (b)를 참조하면 종래의 방식은 노이즈가 오히려 유효 신호로 감지될 수 있다. 그러나 도 8의 (c)를 참조하면 본 발명의 실시예를 적용한 경우에는 노이즈가 효과적으로 제거됨을 알 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 현재 신호와 이전 신호의 차를 통해 신호를 제거하고 동일 시간 대의 소정 범위의 거리 신호들을 서로 중첩함으로써, 반사 신호에서 노이즈 신호를 분리하여 유효 신호를 생성할 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따르면, 별도의 SNR 처리를 하지 않아도 유효 신호를 분리할 수 있으므로, 레이더 감지의 환경 요인(설치 장소 등)에 구애 받지 않고 유효 신호를 효과적으로 분리할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (16)

  1. 감시 영역에서 반사된 반사 신호를 입력 받으며, 상기 반사 신호에서 제1 시간의 제1 반사 신호와 제2 시간의 제2 반사 신호 간의 차인 제1 신호를 생성하는 신호 제거부,
    상기 제1 신호의 값에 대해, 소정의 범위 별로 상수 값을 적용하여 상기 제1 신호를 제2 신호로 변환하는 신호 변환부, 그리고
    상기 제2 신호에 대해, 소정의 시간에서의 거리별 신호들 중 적어도 2개 신호를 중첩하는 신호 중첩부를 포함하는 유효 신호 분리 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 중첩부는 상기 적어도 2개의 신호를 서로 곱하여 중첩시키는 유효 신호 분리 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 신호는 상기 제2 신호 중 상기 소정의 시간에서 소정의 거리 내에 있는 신호인 유효 신호 분리 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 신호 제거부는,
    상기 반사 신호를 시간 지연하여 상기 제2 반사 신호를 생성하는 시간 지연기, 그리고
    상기 제1 반사신호에서 상기 제2 반사 신호를 병합하여 상기 제1 신호를 생성하는 신호 병합기를 포함하는 유효 신호 분리 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사 신호는 거리정보와 시간정보를 포함하는 유효 신호 분리 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 신호 중첩부의 출력에서 고주파 신호 성분을 제거하는 저역통과필터를 더 포함하는 유효 신호 분리 장치.
  7. 유효 신호 분리 장치가 감시 영역에서 반사된 반사 신호에서 유효 신호를 분리하는 방법으로서,
    상기 반사 신호에서 제1 시간의 반사 신호와 제2 시간의 반사 신호 간의 신호 차인 제1 신호를 획득하는 단계,
    상기 제1 신호의 값에 대해서, 소정의 범위 별로 상수 값을 적용하여 상기 제1 신호를 제2 신호로 변환하는 단계, 그리고
    상기 제2 신호에 대해서, 소정의 시간에서의 거리별 신호 중 적어도 2개의 신호를 중첩하는 단계를 포함하는 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 중첩 하는 단계는, 상기 적어도 2개의 신호를 서로 곱하는 단계를 포함하는 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 신호는 상기 제2 신호 중 상기 소정의 시간에서 소정의 거리 내에 있는 신호인 방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 획득하는 단계는,
    상기 반사 신호를 시간 지연시켜 상기 제2 시간의 반사 신호를 생성하는 단계, 그리고
    상기 제1 시간의 반사 신호에서 상기 제2 시간의 반사 신호를 빼는 단계를 포함하는 방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 반사 신호는 거리정보와 시간정보를 포함하는 방법.
  12. 제7항에 있어서,
    상기 중첩하는 단계에서 중첩된 신호에서 고주파 신호를 제거하는 단계를 포함하는 방법.
  13. 감시 영역에 레이저를 송신하고 상기 감시 영역에서 반사된 반사 신호를 이용하여 감시하는 레이저 감지기로서,
    상기 반사 신호에서 제1 시간의 반사 신호와 제2 시간의 반사 신호 간의 차인 제1 신호를 생성하고, 상기 제1 신호의 값을 제2 신호로 변환하며, 상기 제2 신호에 대해 소정의 시간에서의 거리별 신호들 중 적어도 2개 신호를 중첩하여, 상기 반사 신호에서 유효 신호를 분리하는 유효 신호 분리 장치, 그리고
    상기 유효 신호 분리 장치에서 생성된 유효 신호를 이용하여 알람을 발생시키는 알람 판단부를 포함하는 레이저 감지기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 유효 신호 분리 장치는, 상기 제1 신호의 값에 대해서 소정의 범위 별로 상수 값을 적용하여 상기 제1 신호를 제2 신호로 변환하는 레이저 감지기.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 유효 신호 분리 장치는 상기 적어도 2개의 신호를 서로 곱하여 중첩시키는 레이저 감지기.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 신호는 상기 제2 신호 중 상기 소정의 시간에서 소정의 거래 내에 있는 신호인 레이저 감지기.
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