KR102247289B1 - Ultra Wide Band Radar sensor systems and method for improved location awareness - Google Patents
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Abstract
본 발명은 복수개의 UWB 레이더 센서를 효과적으로 동시간 상에 운용하여 고속으로 대상체의 위치를 파악할 수 있게 하는 위치 인식 성능 향상을 위한 초광대역 레이더 센서 시스템 및 방법을 개시한다.
본 발명은 UWB 신호를 송수신하는 복수개의 초광대역 레이더 센서(UWB레이더 센서)와, 전체 UWB레이더 센서들의 동작을 제어하고 측정값을 전달받아 위치를 계산하는 호스트위치인식장치로 구성될 수 있으며, 복수개의 UWB레이더 센서 중 하나는 송수신 모드로 설정되어 UWB 신호를 송신하고, 다른 모든 UWB레이더 센서들은 수신 모드로 설정되어 송수신 모드로 설정된 UWB레이더 센서가 송출한 신호가 대상체에 반사되어 온 신호를 수신한 시간을 확인함으로써, 송출신호가 반사되어 각 레이더 센서까지 이동한 거리를 산출하여 대상체의 공간적 위치를 계산할 수 있다. 또한 전체 레이더 센서에서 송신 또는 송수신 모드로 설정되는 레이더 센서는 호스트위치인식장치에 의해 선택, 순환되며, 호스트위치인식장치는 전체 레이더 센서에 동기 신호를 보내고 각각의 레이더 센서의 동기 신호 시간오차를 계산해 저장해 둠으로써 추후 대상체의 위치를 정확히 산출해 낼 수 있도록 한다.The present invention discloses an ultra-wideband radar sensor system and method for improving position recognition performance by effectively operating a plurality of UWB radar sensors at the same time to determine the position of an object at high speed.
The present invention may consist of a plurality of ultra-wideband radar sensors (UWB radar sensors) that transmit and receive UWB signals, and a host position recognition device that controls the operation of all UWB radar sensors and calculates a position by receiving a measured value. One of the four UWB radar sensors is set to the transmit/receive mode and transmits UWB signals, and all other UWB radar sensors are set to the receive mode and the signal transmitted by the UWB radar sensor set to the transmit/receive mode is reflected on the object. By checking the time, it is possible to calculate the spatial position of the object by calculating the distance traveled to each radar sensor by reflecting the transmission signal. In addition, the radar sensor, which is set in transmission or transmission mode in all radar sensors, is selected and circulated by the host position recognition device, and the host position recognition device sends a synchronization signal to all radar sensors and calculates the time error of the synchronization signal of each radar sensor. By storing it, the position of the object can be accurately calculated in the future.
Description
본 발명은 위치 인식 성능 향상을 위한 초광대역 레이더 센서 시스템 및 방법에 관한 것으로 특히 UWB(Ultra Wide Band, 초광대역) 레이더 센서를 이용한 대상체의 위치 측정 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to an ultra-wide band radar sensor system and method for improving position recognition performance, and more particularly, to a system for measuring an object's position using an ultra wide band (UWB) radar sensor.
주지하는 바와 같이, UWB 레이더 센서는 수 GHz 대의 UWB신호를 송출하고, 송출한 신호가 되돌아온 것을 수신하는 기능을 가지며, 신호 송출 및 수신 시간을 측정함으로써 대상체(사람이나 물체)의 존재 유무를 확인하고 대상체와의 거리를 산출할 수 있도록 하는 것이다.As is well known, the UWB radar sensor has a function of transmitting a UWB signal in the range of several GHz and receiving the return of the transmitted signal, and by measuring the signal transmission and reception time, the presence or absence of an object (person or object) is checked. It allows you to calculate the distance to the object.
이러한 UWB 레이더 센서는 동일 기기 간에 동일한 초광대역 주파수를 사용하므로 UWB 레이더 센서의 송출 신호 간에 간섭이 발생하는 문제를 해소하기 위해 UWB 레이더 센서 신호 송출 범위가 중첩되지 않도록 설치하거나 인접한 UWB 레이더 센서와 서로 동기 신호를 주고받아 번갈아 동작하도록 한다.Since these UWB radar sensors use the same ultra-wideband frequency between the same devices, in order to solve the problem of interference between the transmitted signals of the UWB radar sensors, the UWB radar sensor signal transmission ranges are not overlapped or are synchronized with each other with adjacent UWB radar sensors. It exchanges signals and makes it work alternately.
또한 송수신기능을 가지는 일반적인 UWB 레이더 센서는 대상체의 존재 유무와 대상체와의 일 차원적인 거리를 제공할 수 있으나 직접적으로 대상체의 이 차원상의 위치를 산출할 수 없고, 대상체의 이 차원상의 위치를 알기 위해서는 복수개의 UWB 레이더 센서를 중첩된 신호 범위내에 설치하고 UWB 레이더 센서 각각을 순차적으로 동작시켜서 각각의 거리정보를 기반으로 삼각 측량하는 방식으로 대상체의 위치를 계산해 낼 수 있으며, 이러한 아이디어로 제안된 대표적인 기술로 대한민국 공개특허공보 제10-2010-0035914호(발명의 명칭 : 초광대역 레이더 센서를 이용한 위치인식 시스템 ; 이하 '인용발명'이라 함)가 있다.In addition, a general UWB radar sensor having a transmission/reception function can provide the presence or absence of an object and a one-dimensional distance to the object, but cannot directly calculate the two-dimensional position of the object, and to know the two-dimensional position of the object. By installing a plurality of UWB radar sensors within the overlapped signal range and sequentially operating each of the UWB radar sensors, the position of the object can be calculated by triangulating based on each distance information, and a representative technology proposed with this idea As the Republic of Korea Patent Publication No. 10-2010-0035914 (name of the invention: a location recognition system using an ultra-wideband radar sensor; hereinafter referred to as'cited invention').
이러한 인용발명은 UWB(Ultra Wide Band) 신호를 송수신하여 제1 대상체의 존재 유무 및 상기 제1 대상체와의 제1 거리를 산출하는 제1 UWB 레이더 센서,The cited invention is a first UWB radar sensor that transmits and receives an Ultra Wide Band (UWB) signal to calculate the presence or absence of a first object and a first distance to the first object,
상기 제1 UWB 레이더 센서와 인접 센서 그룹을 이루며, 상기 제1 대상체의 존재 유무 및 상기 제1 대상체와의 제2 거리를 산출하는 제2 UWB 레이더 센서, A second UWB radar sensor that forms the first UWB radar sensor and an adjacent sensor group, and calculates the presence or absence of the first object and a second distance to the first object,
그리고 상기 제1 및 제2 UWB 레이더 센서로부터 수신된 상기 제1 및 제2 거리와 설정된 상기 제1 및 제2 UWB 레이더 센서 간의 제3 거리를 이용하여 상기 제1 대상체에 대한 2차원 위치를 산출하는 위치인식장치를 포함하며,And calculating a two-dimensional position of the first object by using the first and second distances received from the first and second UWB radar sensors and a set third distance between the first and second UWB radar sensors. It includes a location recognition device,
상기 제1 및 제2 UWB 레이더 센서는 각각의 동기 신호를 교환하여 교번으로 상기 UWB 신호의 송수신 동작을 수행하는 초광대역 레이더 센서를 이용한 위치인식 시스템이다.The first and second UWB radar sensors are position recognition systems using ultra-wideband radar sensors that alternately perform transmission/reception operations of the UWB signals by exchanging synchronization signals.
이에 따라 인용발명은 UWB 신호가 중첩되는 영역을 가지도록 UWB 레이더 센서를 설치하고 이렇게 중첩된 영역을 가진 UWB 레이더 센서에서 전송한 신호를 이용하여 감지된 대상체에 대한 2차원 위치를 파악할 수 있게 되는 것이다.Accordingly, the cited invention is to install a UWB radar sensor to have an area where the UWB signal overlaps, and use the signal transmitted from the UWB radar sensor having the overlapped area to grasp the two-dimensional position of the detected object. .
그러나 인용발명은 중첩 및 간섭의 문제로 인하여 하나의 UWB 레이더 센서가 신호를 발신한 후 돌아오는 신호를 수신하기까지 시간이 소요되고, 수신이 완료되어야 다음 UWB 레이더 센서가 발신 및 수신을 할 수 있다.However, in the cited invention, due to the problem of overlap and interference, it takes time for one UWB radar sensor to transmit a signal and receive a return signal, and the next UWB radar sensor can transmit and receive only after the reception is completed. .
이에 따라 인용발명은 초광대역을 커버하는 다수개의 UWB 레이더 센서들이 서로 동기 신호를 교환하여 교번으로 각각 모두 자신이 발신한 신호를 다시 자신이 수신하여 대상과 자신 사이의 거리를 측정해야 하므로 최소한 둘 이상의 UWB 레이더 센서들이 각각 발신과 수신을 완료하여야 대상의 2차원 위치를 파악할 수 있게 되는 것이어서 대상의 위치 파악이 늦어지며, 이에 따라 대상체의 속도가 빠른 경우 이러한 순차적인 스캔으로는 대상체의 정확한 정보를 파악하기 어렵게 되는 문제점이 있다.Accordingly, the cited invention requires at least two or more UWB radar sensors covering the ultra-wide band to exchange synchronization signals with each other and measure the distance between the target and the self by receiving the signals sent by each of them alternately. UWB radar sensors must complete transmission and reception to determine the two-dimensional position of the target, which slows the identification of the target's location. Accordingly, if the speed of the target is fast, such sequential scans identify the exact information of the target. There is a problem that becomes difficult to do.
또한 대상체의 수가 많은 경우 인용발명은 다수의 UWB 레이더 센서들이 각각의 대상체들과의 거리값을 산출한 후 이렇게 각각 산출된 거리값을 조합하여 허수를 제외시켜야 하므로 수가 많은 대상체들의 위치 파악이 어렵게 되며, 이러한 다수의 대상체들이 움직이는 경우에는 위치 파악이 불가할 수 있어서 실사용이 어렵게 되는 문제점이 있다.In addition, when the number of objects is large, the cited invention requires that a plurality of UWB radar sensors calculate the distance value to each object and then combine the calculated distance values to exclude the imaginary number, making it difficult to locate the many objects. However, when a plurality of such objects are moved, it may not be possible to grasp a location, making it difficult to actually use.
본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위하여 복수개의 UWB 레이더 센서를 효과적으로 동시간 상에 운용하여 고속으로 대상체의 위치를 파악할 수 있게 하는 위치 인식 성능 향상을 위한 초광대역 레이더 센서 시스템 및 방법을 제공함에 있다.In order to solve this problem, an object of the present invention is to provide an ultra-wideband radar sensor system and method for improving position recognition performance by effectively operating a plurality of UWB radar sensors at the same time to determine the position of an object at high speed. have.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여 다수개의 UWB 레이더 센서와, UWB 레이더 센서들을 제어하고 대상체의 위치를 산출하는 호스트위치인식장치가 구성되되,The present invention comprises a plurality of UWB radar sensors and a host position recognition apparatus for controlling the UWB radar sensors and calculating the position of the object in order to achieve this object,
상기 호스트위치인식장치의 제어신호에 따라 UWB 레이더 센서 중 어느 하나가 송수신 모드로 설정되고, 나머지 UWB 레이더 센서는 수신모드로 설정되며, 상기 송수신 모드로 설정된 UWB 레이더 센서에서 송출한 UWB신호가 대상체에 반사되어 돌아오는 시간을 모든 UWB 레이더 센서에서 측정하고,According to the control signal of the host location recognition device, one of the UWB radar sensors is set to the transmission/reception mode, the other UWB radar sensors are set to the reception mode, and the UWB signal transmitted from the UWB radar sensor set to the transmission/reception mode is transmitted to the object. The reflected return time is measured by all UWB radar sensors,
상기 호스트위치인식장치가 UWB 레이더 센서의 측정정보에 의해 대상체의 공간적 위치를 산출하는 위치 인식 성능 향상을 위한 초광대역 레이더 센서 시스템을 제공한다.The host position recognition apparatus provides an ultra-wideband radar sensor system for improving position recognition performance in which the spatial position of an object is calculated based on measurement information of a UWB radar sensor.
또한 본 발명은 호스트위치인식장치가 UWB 레이더 센서 중 어느 하나를 송수신 모드로 설정하고, 나머지 UWB 레이더 센서는 수신모드로 설정하는 설정단계와,In addition, the present invention includes a setting step in which the host location recognition device sets any one of the UWB radar sensors to the transmission/reception mode, and the remaining UWB radar sensors are set to the reception mode,
상기 호스트위치인식장치가 모든 UWB 레이더 센서에게 동시에 동기 기준신호를 전송하는 동기단계와,A synchronization step in which the host location recognition device simultaneously transmits a synchronization reference signal to all UWB radar sensors,
상기 호스트위치인식장치의 동기 기준신호에 따라 송수신 모드로 설정된 UWB 레이더 센서가 UWB신호를 송신하는 단일송신단계와,A single transmission step in which a UWB radar sensor set in a transmission/reception mode transmits a UWB signal according to a synchronization reference signal of the host location recognition device; and
상기 단일송신단계에서 송신한 UWB신호가 대상체에 반사된 반사 UWB신호를 상기 동기 기준신호에 동기된 모든 UWB 레이더 센서가 수신하는 공동수신단계와,A joint reception step in which all UWB radar sensors synchronized with the synchronization reference signal receive a reflected UWB signal in which the UWB signal transmitted in the single transmission step is reflected to an object;
상기 반사 UWB신호를 수신한 각각의 UWB 레이더 센서에서 대상체와의 거리를 측정하는 측정단계와,A measuring step of measuring a distance to an object by each UWB radar sensor receiving the reflected UWB signal,
상기 호스트위치인식장치가 각 UWB 레이더 센서의 측정정보를 이용하여 대상체의 위치를 산출하는 위치산출단계가 구성된 위치 인식 성능 향상을 위한 초광대역 레이더 센서 시스템 방법을 제공한다.The host location recognition apparatus provides an ultra-wideband radar sensor system method for improving location recognition performance in which a location calculation step in which the host location recognition apparatus calculates the location of an object using measurement information of each UWB radar sensor is provided.
이와 같이 하여 본 발명은 한번의 UWB신호 송출로 대상체와 복수개의 UWB 레이더 센서와의 거리를 동시에 측정함으로써 위치 측정의 속도를 높일 수 있으며, UWB 신호를 송출하는 센서를 변경해가며 데이터를 수집함으로써 대상체의 위치 계산 정확도를 높일 수 있게 되는 유용한 효과가 있다.In this way, the present invention can increase the speed of position measurement by simultaneously measuring the distance between the object and a plurality of UWB radar sensors with one UWB signal transmission, and by collecting data while changing the sensor that transmits the UWB signal. There is a useful effect of being able to increase the accuracy of the position calculation.
도1은 본 발명에 의한 위치 인식 성능 향상을 위한 초광대역 레이더 센서 시스템의 구체적인 실시예를 나타내는 구성도.
도2는 본 발명에 의한 위치 인식 성능 향상을 위한 초광대역 레이더 센서 시스템의 구체적인 실시예에서 UWB 레이더 센서의 블록 구성도.
도3은 본 발명에 의한 위치 인식 성능 향상을 위한 초광대역 레이더 센서 시스템의 위치 인식 방법을 구체적으로 예시한 설명도.
도4는 본 발명에 의한 위치 인식 성능 향상을 위한 초광대역 레이더 센서 시스템의 구체적인 실시예에서 호스트위치인식장치와 UWB 레이더 센서들 간의 통신과 동기화 과정을 나타내는 설명도.1 is a block diagram showing a specific embodiment of an ultra-wideband radar sensor system for improving position recognition performance according to the present invention.
2 is a block diagram of a UWB radar sensor in a specific embodiment of an ultra-wideband radar sensor system for improving position recognition performance according to the present invention.
3 is an explanatory diagram specifically illustrating a location recognition method of an ultra-wideband radar sensor system for improving location recognition performance according to the present invention.
4 is an explanatory diagram showing a communication and synchronization process between a host location recognition device and UWB radar sensors in a specific embodiment of an ultra-wideband radar sensor system for improving location recognition performance according to the present invention.
이러한 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail so that those skilled in the art can easily implement the present invention with reference to the accompanying drawings.
본 발명에 의한 위치 인식 성능 향상을 위한 초광대역 레이더 센서 시스템의 구체적인 실시예의 전체적인 구성을 도 1로 도시하였다.The overall configuration of a specific embodiment of an ultra-wideband radar sensor system for improving position recognition performance according to the present invention is shown in FIG. 1.
이에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 의한 위치 인식 성능 향상을 위한 초광대역 레이더 센서 시스템은 다수개의 UWB 레이더 센서(200)와, UWB 레이더 센서(200)들을 제어하고 대상체(300)의 위치를 산출하는 호스트위치인식장치(100)가 구성되되,As can be seen from this, the ultra-wideband radar sensor system for improving position recognition performance according to the present invention controls a plurality of
상기 호스트위치인식장치(100)의 제어신호에 따라 UWB 레이더 센서(200) 중 어느 하나가 송수신 모드로 설정되고, 나머지 UWB 레이더 센서(200)는 수신모드로 설정되며,According to the control signal of the host
상기 송수신 모드로 설정된 UWB 레이더 센서(200)에서 송출한 UWB신호가 대상체(300)에 반사되어 돌아오는 시간을 모든 UWB 레이더 센서(200)에서 측정하고,All
상기 호스트위치인식장치(100)가 UWB 레이더 센서(200)의 측정정보에 의해 대상체(300)의 공간적 위치를 산출할 수 있다.The host
여기에서 상기 UWB 레이더 센서(200)들은 설정에 따라 송수신 모드와 수신만 하는 수신모드로 작동될 수 있으며, 각각 고유 식별 번호가 부여되어 필요에 따라 개별적으로 동작 모드를 설정할 수 있고, 이러한 고유 식별 번호 별로 각 UWB 레이더 센서(200)들의 설치 위치가 관리될 수 있다.Here, the
특히 UWB 레이더 센서(200)들의 설치 위치 1차원으로 배치되면 대상체(300)의 2차원 위치가 산출될 수 있고, UWB 레이더 센서(200)들의 설치 위치 2차원으로 배치되면 대상체(300)의 3차원 위치가 산출될 수 있다.In particular, when the
또한 위치를 인식하고자 하는 대상체(300)의 위치 측정 동작을 수행하기 위해 호스트위치인식장치(100)는 복수개의 UWB 레이더 센서(200) 중 어느 하나를 송수신 모드로 설정하고, 나머지 UWB 레이더 센서(200)들을 수신 모드로 설정하며,In addition, in order to perform a position measurement operation of the
송수신 모드로 설정된 UWB 레이더 센서(200)와 나머지 UWB 레이더 센서(200)들이 동시 작동되도록 하고, 수신만 하는 UWB 레이더 센서(200)에서 대상체(300)와의 거리 측정이 가능하도록 상기 호스트위치인식장치(100)가 모든 UWB 레이더 센서(200)들에게 동기 기준신호를 보내 동작을 시작한다.The host position recognition device (the host position recognition device) so that the
이때 송수신 모드로 설정된 UWB 레이더 센서(200)는 UWB신호를 송신 및 수신하며, 수신 모드로 설정된 UWB 레이더 센서(200)는 UWB신호를 수신만을 수행하고, 호스트위치인식장치(100)가 순차적으로 또는 거리 기준으로 번갈아 가면서 다수의 UWB 레이더 센서(200)들 중에 어느 하나를 송수신 모드로 설정하여 위치 인식을 반복하므로 대상체(300)의 위치 인식에 대한 정확도를 증가시킬 수 있다.At this time, the
그리고 상기 호스트위치인식장치(100)는 송수신 모드로 동작하는 UWB 레이더 센서(200)가 측정한 UWB신호의 송신시간과 수신시간을 읽어 들여 송수신 모드 UWB레이더 센서와 대상체(300)와의 거리를 계산하며, 수신 모드로 동작하는 UWB 레이더 센서(200)들에서 측정한 UWB신호의 수신 시간을 읽어 들여 송수신 모드 UWB 레이더 센서(200)에서부터 대상체(300)를 지나 수신 모드 UWB 레이더 센서(200)까지의 거리를 계산하기 위해 사용한다.In addition, the host
이러한 본 발명에 의한 위치 인식 성능 향상을 위한 초광대역 레이더 센서 시스템을 각 구성요소별로 더욱 상세하게 설명하면, 상기 UWB 레이더 센서(200)는 도2로 예시한 바와 같이, 동기신호생성부(201), 소스신호생성부(202), UWB 신호생성부(203), 신호전송부(204), 스위치부(205), 신호지연부(206), 신호수신부(207), 신호처리부(209), 호스트인터페이스(208), 안테나(210), 센서 콘트롤러(211)가 구성될 수 있다.When the ultra-wideband radar sensor system for improving position recognition performance according to the present invention is described in more detail for each component, the
상기 동기신호생성부(201)는 모든 UWB 레이더 센서(200)들이 호스트위치인식장치(100)로부터 동기 기준신호를 받아서 동일한 동기 기준신호에 맞추어 움직이도록 내부 동기신호와 내부 제어를 위한 제어신호를 생성하며, 상기 동기신호는 일정 주기를 가지는 펄스 신호일 수 있다.The synchronization signal generator 201 generates an internal synchronization signal and a control signal for internal control so that all
상기 동기 기준신호가 수신되면 동기신호생성부(201)는 소스신호생성부(202)가 동작하도록 제어신호를 인가하고, 소스신호생성부(202)는 UWB신호를 만들기 위한 소스 신호를 생성한다. 소스 신호는 펄스 형태의 신호이며 UWB신호생성부(203)와 신호지연부(206)에 동시에 전달된다.When the synchronization reference signal is received, the synchronization signal generation unit 201 applies a control signal to the source signal generation unit 202 to operate, and the source signal generation unit 202 generates a source signal for generating a UWB signal. The source signal is a signal in the form of a pulse and is simultaneously transmitted to the UWB signal generation unit 203 and the
또한 UWB신호생성부(203)는 송수신 모드일 때는 소스 신호를 이용하여 UWB신호를 생성하며, 수신 모드일 때는 UWB신호를 생성하지 않는다. 그리고 신호전송부(204)는 UWB신호생성부(203)에서 생성한 UWB신호를 스위치부(205)를 통해 외부로 송신한다.In addition, the UWB signal generation unit 203 generates a UWB signal using the source signal in the transmission/reception mode, and does not generate the UWB signal in the reception mode. In addition, the
여기에서 상기 스위치부(205)는 UWB신호생성부(203)에서 생성하는 UWB신호의 송출 여부에 따라 스위칭 동작을 수행하는 것으로써 UWB신호를 송신하기 위한 신호전송부(204)와 안테나(210)를 전기적으로 연결하거나, UWB신호를 수신하기 위한 신호수신부(207)와 안테나(210)를 전기적으로 연결하는 스위칭 동작을 수행할 수 있는 것이다.Here, the switch unit 205 performs a switching operation according to whether the UWB signal generated by the UWB signal generation unit 203 is transmitted, and the
이에 따라 신호전송부(204)에 의한 UWB신호가 안테나(210)로 전송되거나 안테나(210)에서 수신된 UWB신호가 신호수신부(207)로 전달될 수 있으며, 상기 안테나(210)는 전기적신호를 RF신호로 전송하거나 RF신호를 수신하여 전기적신호로 바꾸어 신호수신부(207)에 전달할 수 있는 것이다.Accordingly, the UWB signal by the
또한 신호지연부(206)은 송출한 UWB신호가 되돌아오는 지연시간을 측정을 위해 소스신호 생성부(202)의 신호를 센서콘트롤러(211)의 제어신호에 맞추어 지연시켜 신호수신부(207)에 전달하고, 신호처리부(209)은 신호수신부(107)을 통해 수신된 UWB신호의 세기와 수신시간 데이터를 이용하여 UWB신호의 세기가 설정된 임계치와 비교하여 대상체(300)의 감지 여부를 판단할 수 있다.In addition, the
여기서 수신시간은 UWB신호의 송출시점(센서동기화시간+센서별동기시간오차)부터 되돌아온 반사 UWB신호가 수신된 시간을 의미한다.Here, the reception time means the time at which the reflected UWB signal returned from the transmission point of the UWB signal (sensor synchronization time + synchronization time error per sensor) is received.
아울러 호스트인터페이스(208)는 호스트위치인식장치(100)로부터 송수신 또는 수신 모드로 설정 값을 받아 센서 내부 레지스터 값을 설정하며, 측정 시작 명령을 수신하여 내부 동작을 시작하고, 신호처리부(209)에서 측정된 시간 값을 호스트위치인식장치(100)로 전송하는 역할을 수행할 수 있으며,In addition, the host interface 208 receives a set value from the host
또는 각 UWB 레이더 센서(200)들의 신호처리부(209)에서 측정된 시간별 신호세기 데이터를 호스트위치인식장치(100)에서 모두 수신한 후 신호도착 시간값을 측정 및 계산하여 대상체(300)의 위치를 파악할 수 있다.Alternatively, after all the signal strength data measured by the
이러한 본 발명에 의한 위치 인식 성능 향상을 위한 초광대역 레이더 센서 시스템이 UWB 레이더 센서(200)를 이용하여 대상체(300)의 위치를 파악하는 방법은 도 3으로 도시한 바와 같이, 호스트위치인식장치(100)가 UWB 레이더 센서(200) 중 어느 하나를 송수신 모드로 설정하고, 나머지 UWB 레이더 센서(200)는 수신모드로 설정하는 설정단계와,As shown in FIG. 3, a method for the ultra-wideband radar sensor system for improving location recognition performance according to the present invention to determine the location of the
상기 호스트위치인식장치(100)가 모든 UWB 레이더 센서(200)에게 동시에 동기 기준신호를 전송하는 동기단계와,A synchronization step in which the host
상기 호스트위치인식장치(100)의 동기 기준신호에 따라 송수신 모드로 설정된 UWB 레이더 센서(200)가 UWB신호를 송신하는 단일송신단계와,A single transmission step in which the
상기 단일송신단계에서 송신한 UWB신호가 대상체(300)에 반사된 반사 UWB신호를 상기 동기 기준신호에 동기된 모든 UWB 레이더 센서(200)가 수신하는 공동수신단계와,A joint reception step in which all
상기 반사 UWB신호를 수신한 각각의 UWB 레이더 센서(200)에서 대상체(300)와의 거리를 측정한 측정데이터와, 수신한 반사 UWB신호 중 어느 하나를 측정정보로 하여 호스트위치인식장치(100)로 전송하는 측정단계와,Each of the
상기 호스트위치인식장치(100)가 각 UWB 레이더 센서(200)의 측정정보를 이용하여 대상체(300)의 위치를 산출하는 위치산출단계가 구성될 수 있고,A position calculation step in which the host
상기 위치산출단계는 호스트위치인식장치(100)가 하나의 대상체(300)에 대해 한쌍의 UWB 레이더 센서(200) 간에 대칭적 송신 설정에서 측정한 거리값의 차이를 반으로 나눈 값을 상기 동기 기준신호에 따라 상기 UWB 레이더 센서(200)에서 송신신호를 만들기까지의 시간 오차 E로 산출하여 상기 E로 거리측정 값의 오차를 보정하는 위치보정단계가 포함될 수 있으며,In the position calculation step, a value obtained by dividing the difference between the distance value measured in the symmetrical transmission setting between a pair of
상기 호스트위치인식장치(100)가 다른 UWB 레이더 센서(200)를 송수신 모드로 설정하여 상기 단계들을 반복하므로 대상체(300)의 위치인식에 대한 정확도를 높일 수 있는 반복단계가 구성될 수 있다.Since the host
상기 호스트위치인식장치(100)는 모든 UWB 레이더 센서(200)에서 수신된 시간/거리(UWB신호의 속도가 정해지기 때문에 수신 시간과 거리가 변환 가능함) 정보를 이용하여 대상체(300)의 위치를 계산할 수 있다. 만약 UWB 레이더 센서(200)가 2개 일 경우는 수학식1과 수학식2로 간단히 계산할 수 있다. The host
R1은 송수신 모드로 동작하는 UWB 레이더 센서(200)와 대상체(300)와의 거리,R 1 is the distance between the
R2는 수신 모드로 동작하는 UWB 레이더 센서(200)와 대상체(300)와의 거리,R 2 is the distance between the
R3은 송수신 모드로 동작하는 UWB레이더 센서로부터 대상체(300)를 거쳐 수신 모드로 동작하는 UWB레이더 센서까지의 거리이며, R3 = R1 +R2 이다.R 3 is the distance from the UWB radar sensor operating in the transmission/reception mode to the UWB radar sensor operating in the reception mode through the
수학식1Equation 1
수학식2Equation 2
도면3에서 보듯이 송수신 모드로 동작하는 UWB레이더 센서는 대상체(300)와 송수신 모드 UWB 레이더 센서(200) 간의 시간(거리)인 R1을 호스트위치인식장치(100)에게 보고하며, 수신 모드로 동작하는 UWB레이더 센서는 송수신 모드 UWB레이더 센서로부터 대상체(300)를 거쳐 수신 모드 UWB레이더 센서까지의 전체 시간(거리)인 R3을 호스트위치인식장치(100)에게 보고한다. As shown in Figure 3, the UWB radar sensor operating in the transmission/reception mode reports R 1 , which is the time (distance) between the
상기 호스트위치인식장치(100)는 송수신모드 UWB 레이더 센서(200) 보고 값과 수신 모드 UWB레이더 센서의 보고 값을 이용하여 수신 모드 UWB 레이더 센서(200)와 대상체(300)의 거리인 R2를 구할 수 있다. The host location recognition device 100 determines R 2 , which is the distance between the reception mode
대상체(300)의 위치의 X값은 상기 수학식1을 통하여 산출할 수 있으며, 대상체(300) 위치의 Y값은 수학식2를 통하여 산출할 수 있다. 여기에서 D는 송수신 모드 UWB 레이더 센서(200)와 수신 모드 UWB 레이더 센서(200) 사이의 거리이다.The X value of the location of the
또한 UWB 레이더 센서(200)가 3개 이상일 경우 하나의 UWB 레이더 센서(200)만 송수신 모드로 설정되고, 나머지 모든 UWB 레이더 센서(200)는 수신 모드로 설정된다. 이때 송수신 모드로 설정된 UWB 레이더 센서(200) 하나와 수신 모드로 설정된 UWB 레이더 센서(200) 하나를 각각 쌍으로 연결하여 총 수신 모드로 설정된 UWB 레이더 센서(200) 수만큼의 UWB 레이더 센서(200) 쌍에 대하여 마찬가지로 X, Y를 각각 계산한 후, 이 값들의 평균값을 취하여 최종 위치를 계산할 수 있으며, 각각의 X, Y를 계산한 후 이를 이용하여 대상체(300)의 위치를 3차원상에서 계산할 수도 있다.In addition, when there are three or more
아울러 도4는 호스트위치인식장치(100)와 송수신 모드로 설정될 UWB 레이더 센서A(200)와 수신 모드로 설정될 UWB 레이더 센서B(200)간의 신호전달과정을 통하여 UWB 레이더 센서(200)들의 동기화와 대상체(300) 거리 측정 과정을 설명한다.In addition, FIG. 4 shows the
상기 호스트위치인식장치(100)는 UWB 레이더 센서A(200)에 송수신 모드 설정(S401, S402) 명령을 전달한다. 송수신 모드 설정 명령을 전달받은 UWB 레이더 센서A(200)는 레이더센서 동작 모드를 송수신 모드로 설정하고 동기 기준신호가 도달할 때까지 대기한다.The host
또한 호스트위치인식장치(100)는 UWB 레이더 센서B(200)에 수신 모드 설정(S403, S404) 명령을 전달한다. 수신 모드 설정 명령을 전달받은 UWB 레이더 센서B(200)는 레이더센서 동작 모드를 수신 모드로 설정하고 동기 기준신호가 도달할 때까지 대기한다.In addition, the host
이후 호스트위치인식장치(100)는 송수신 모드로 설정된 UWB 레이더 센서A(200)와 수신 모드로 설정된 UWB 레이더 센서B(200)에 동시에 동기 기준신호를 전달한다. (S405, S406, S407) 동기 기준신호가 수신되면 송수신 모드로 설정된 UWB 레이더 센서A(200)는 동기 기준신호에 동기되어 UWB신호를 송수신 동작을 수행하며, 수신 모드로 설정된 UWB 레이더 센서B(200)는 동기 기준신호에 동기되어 UWB신호를 수신하여 거리를 측정한다.Thereafter, the host
측정이 끝나면 UWB 레이더 센서A(200)와 UWB 레이더 센서B(200)은 호스트위치인식장치(100)에 측정 결과를 보고(S411, S410)하거나 호스트위치인식장치(100)가 UWB 레이더 센서A(200)과 UWB 레이더 센서B(200)로부터 측정결과를 직접 읽어갈 수 있다.After the measurement is finished, the UWB
이에 따라 호스트위치인식장치(100)는 각 UWB 레이더 센서(200)로부터 읽어온 측정정보를 이용하여 대상체(300)의 위치를 계산(S414)할 수 있다.Accordingly, the host
아울러 도5와 수학식3을 통해 UWB 레이더 센서(200) 간의 동기 신호 전달 오차를 보정하는 방법을 설명한다. 일반적으로 송신된 UWB신호가 수신되기까지 소요되는 시간은 매우 짧기 때문에 호스트위치인식장치(100)에서 UWB 레이더 센서(200)들로 전달되는 동기 기준신호의 작은 차이에도 거리 계산에 있어 큰 오차를 만들어 낼 수 있다.In addition, a method of correcting a synchronization signal transmission error between the
도5는 UWB 레이더 센서A(200)에서 송신한 신호가 UWB 레이더 센서B(200)로 전달되는 경우와 UWB 레이더 센서B(200)에서 송신한 신호가 UWB 레이더 센서A(200)로 전달되는 두가지 대칭적인 상황에 대한 타이밍 다이어그램을 보여주고 있으며, 수학식3은 각각의 경우에 대한 시간 계산식을 정리해 보여준다.Figure 5 shows two cases in which the signal transmitted from the UWB radar sensor A200 is transmitted to the UWB radar sensor B200 and the signal transmitted from the UWB radar sensor B200 is transmitted to the UWB radar sensor A200. A timing diagram for a symmetrical situation is shown, and Equation 3 summarizes the time calculation equation for each case.
수학식3:Equation 3:
:송신한 신호가 대상체에 반사되어 상대 수신기에 도착한 시간 차
:동기기준시간과 UWB레이더센서A가 송신을 시작하는 시간 차
:동기기준시간과 UWB레이더센서B가 송신을 시작하는 시간 차
:동기기준시간과 UWB레이더센서A가 송신한 신호가 UWB레이더센서B에 도착한 시간 차
:동기기준시간과 UWB레이더센서B가 송신한 신호가 UWB레이더센서A에 도착한 시간 차
: The difference in time when the transmitted signal is reflected off the object and arrives at the other receiver
: The difference between the synchronization reference time and the time when UWB radar sensor A starts transmitting
: The difference between the synchronization reference time and the time when UWB radar sensor B starts transmitting
: The difference between the synchronization reference time and the time when the signal transmitted by UWB radar sensor A arrives at UWB radar sensor B
: The difference between the synchronization reference time and the time when the signal transmitted by the UWB radar sensor B arrives at the UWB radar sensor A.
즉, 상기 대칭적인 상황을 겹쳐볼 때 UWB 레이더 센서A(200)에서 UWB 레이더 센서B(200)로 신호가 전달되는 경우 호스트위치인식장치(100)로부터 전달된 동기 기준신호를 기준으로 Te1의 시간이 소요된다고 하면, Te1은 UWB 레이더 센서A(200)에서 동기 기준신호 이후 송신신호가 생성되기까지의 시간 Ts1과 실제 신호가 전달되는 시간 T의 합으로 나타난다. 그리고 UWB 레이더 센서B(200)에서는 동기 기준신호 이후 송신신호가 생성되는 시간 Ts2와 UWB 레이더 센서B(200)에서 신호를 감지하기 까지의 시간 T2의 합으로 나타난다.That is, when a signal is transmitted from the UWB radar sensor A200 to the UWB radar sensor B200 when the symmetrical situation is superimposed, T e1 is determined based on the synchronization reference signal transmitted from the host position recognition device 100. If it takes time, T e1 is represented by the sum of the time T s1 from which the UWB radar sensor A200 generates the transmission signal after the synchronization reference signal and the time T at which the actual signal is transmitted. In addition, in the UWB radar sensor B200, it is represented by the sum of the time T s2 at which the transmission signal is generated after the synchronization reference signal and the time T 2 until the UWB
반대로 UWB 레이더 센서B(200)에서 호스트위치인식장치(100)로부터 전달된 동기기준시간 이후 송신 신호가 생성되는 시간 Ts2가 소요된다고 하고 이 신호가 UWS 레이더 센서A(200)에 도착한 시간이 동기기준신호 기준으로 Te2의 시간이 소요된다고 하면, Te2은 UWB 레이더 센서B(200)에서 동기 기준신호 이후 송신신호가 생성되기까지의 시간 Ts2와 실제 신호가 전달되는 시간 T의 합으로 나타나며, UWB 레이더 센서A(200)에서는 동기 기준신호 이후 송신신호가 생성되는 시간 Ts1과 UWB 레이더 센서A(200)에서 신호를 감지하기 까지의 시간 T1의 합으로 나타난다. On the contrary, it is said that the time T s2 for the transmission signal to be generated after the synchronization reference time transmitted from the host
두개의 식을 정리하면 호스트위치인식로부터 전달되는 동기 기준신호에서 두 UWB 레이더 센서(200)에서 송신신호를 만들기까지의 시간 오차, E는 UWB 레이더 센서A(200)와 UWB 레이더 센서B(200) 각각에서 하나의 대상체(300)에 대해 대칭적 송신 설정에서 측정한 거리값의 차이를 반으로 나눈 값으로 얻어낼 수 있으며, 향후 거리 측정 시 저장해 놓은 E값을 이용하여 거리측정 값의 오차를 보정하는데 사용할 수 있다.If the two equations are summarized, the time error between the two
이상에서, 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만, 이는 본 발명의 가장 양호한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것이 아니고, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자이면 누구나 본 발명의 기술사상의 범위를 이탈하지 않는 범위 내에서 치수 및 모양 그리고 구조 등의 다양한 변형 및 모방할 수 있음은 명백한 사실이며 이러한 변형 및 모방은 본 발명의 기술 사상의 범위에 포함된다.
In the above, the technical idea of the present invention has been described together with the accompanying drawings, but this is an illustrative description of the best embodiment of the present invention, not limiting the present invention, and those of ordinary skill in the art It is obvious that anyone can modify and imitate the dimensions, shapes, and structures within the scope not departing from the scope of the technical idea of the present invention, and such modifications and imitations are included in the scope of the technical idea of the present invention.
100:호스트위치인식장치 200:UWB 레이더 센서
201:동기신호생성부 202:소스신호생성부
203:UWB신호생성부 204:신호전송부
205:스위치부 206:신호지연부
207:신호수신부 208:호스트인터페이스
209:신호처리부 210:안테나
211:센서콘트롤러 300:대상체100: host position recognition device 200: UWB radar sensor
201: synchronization signal generation unit 202: source signal generation unit
203: UWB signal generation unit 204: signal transmission unit
205: switch unit 206: signal delay unit
207: signal receiving unit 208: host interface
209: signal processing unit 210: antenna
211: sensor controller 300: object
Claims (3)
상기 호스트위치인식장치가 모든 UWB 레이더 센서에게 동시에 동기 기준신호를 전송하는 동기단계와,
상기 호스트위치인식장치의 동기 기준신호에 따라 송수신 모드로 설정된 UWB 레이더 센서가 UWB신호를 송신하는 단일송신단계와,
상기 단일송신단계에서 송신한 UWB신호가 대상체에 반사된 반사 UWB신호를 상기 동기 기준신호에 동기된 모든 UWB 레이더 센서가 수신하는 공동수신단계와,
상기 반사 UWB신호를 수신한 각각의 UWB 레이더 센서에서 대상체와의 거리를 측정하는 측정단계와,
상기 반사 UWB신호를 수신한 각각의 UWB 레이더 센서에서 대상체와의 거리를 측정한 측정데이터와 수신한 반사 UWB신호 중 어느 하나를 측정정보로 하여 호스트위치인식장치로 전송하는 측정단계와,
상기 호스트위치인식장치가 각 UWB 레이더 센서의 측정정보를 이용하여 대상체의 위치를 산출하는 위치산출단계가 구성되고,
상기 위치산출단계는 호스트위치인식장치가 하나의 대상체에 대해 한쌍의 UWB 레이더 센서 간에 대칭적 송신 설정에서 측정한 거리값의 차이를 반으로 나눈 값을 상기 동기 기준신호에 따라 상기 UWB 레이더 센서에서 송신신호를 만들기까지의 시간 오차 E로 산출하여 상기 E로 거리측정 값의 오차를 보정하는 위치보정단계가 포함된 것임을 특징으로 하는 위치 인식 성능 향상을 위한 초광대역 레이더 센서 시스템 방법.
A setting step in which the host location recognition device sets any one of the UWB radar sensors to the transmit/receive mode and the other UWB radar sensors to the receive mode,
A synchronization step in which the host location recognition device simultaneously transmits a synchronization reference signal to all UWB radar sensors,
A single transmission step in which a UWB radar sensor set in a transmission/reception mode transmits a UWB signal according to a synchronization reference signal of the host location recognition device; and
A joint reception step in which all UWB radar sensors synchronized with the synchronization reference signal receive a reflected UWB signal in which the UWB signal transmitted in the single transmission step is reflected to an object;
A measuring step of measuring a distance to an object by each UWB radar sensor receiving the reflected UWB signal,
A measuring step of transmitting to a host location recognition device using one of the measured data and the received reflected UWB signal as measurement information from each of the UWB radar sensors that have received the reflected UWB signal;
A location calculation step of calculating the location of the object by the host location recognition device using measurement information of each UWB radar sensor is configured,
In the position calculation step, the host location recognition device transmits a value obtained by dividing the difference by half of the distance value measured in a symmetrical transmission setting between a pair of UWB radar sensors to one object, from the UWB radar sensor according to the synchronization reference signal. An ultra-wideband radar sensor system method for improving position recognition performance, characterized in that it includes a position correction step of calculating an error of a distance measurement value by calculating the time error E until the signal is generated and correcting the error of the distance measurement value with the E.
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