KR102459641B1 - 무선신호를 이용한 거리측정시 거리측정오차 개선장치 - Google Patents

무선신호를 이용한 거리측정시 거리측정오차 개선장치 Download PDF

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Abstract

시스템 클록의 분해능을 높여 상승 에지의 개수 증가시키고, 이를 이용하여 거리 측정신호의 검출 타이밍을 증가시켜 거리측정 오차를 개선할 수 있도록 한 무선신호를 이용한 거리측정시 거리측정오차 개선장치에 관한 것으로서, 검출 대상으로부터 반사된 무선 거리 측정 데이터를 수신하여 출력하는 무선 모듈, 무선 신호를 이용한 거리 측정을 제어하는 메인 컨트롤 유닛 및 무선 신호를 이용한 거리측정 오차를 개선하기 위한 프리-카운팅(Free-Counting) 클록을 생성하고, 생성한 프리-카운팅 클록을 이용하여 무선 모듈에서 출력된 거리 측정 데이터의 검출 타이밍을 증가시켜 거리측정 데이터를 검출하고, 검출한 거리 측정 데이터와 송신된 거리 측정 데이터를 기초로 거리값을 산출하여 상기 메인 컨트롤 유닛에 전달하는 거리 측정기를 포함하여, 무선신호를 이용한 거리측정시 거리측정오차 개선장치를 구현한다.

Description

무선신호를 이용한 거리측정시 거리측정오차 개선장치{Distance measurement error improvement device when measuring distance using wireless signals}
본 발명은 무선신호를 이용한 거리측정시 거리측정오차 개선장치에 관한 것으로, 특히 시스템 클록의 분해능을 높여 상승 에지의 개수 증가시키고, 이를 이용하여 거리 측정신호의 검출 타이밍을 증가시켜 거리측정 오차를 개선할 수 있도록 한 무선신호를 이용한 거리측정시 거리측정오차 개선장치에 관한 것이다.
위치 인식 기술은 유비쿼터스 환경 구축에서 없어서는 아니 되는 중요한 기술 중 하나이며, 이를 이용한 위치 기반 서비스는 홈오토메이션, 물류관리, 주차관리, 위치안내 및 미아방지 등 다양한 분야에서 이루어지고 있다.
무선 센서 네트워크상에서의 위치 인식에 대하여 현재까지 연구된 위치 인식 기술을 거리 측정에 이용된 무선 통신 기술별로 구분하면, GPS위성, 이동통신망 등을 이용한 광역 위치 인식 기술 및 적외선, 초음파, 영상처리, RFID, ZigBee, 블루투스, UWB, 무선랜, CSS(Chrip Spread Spectrum), 레이저 등을 이용한 근거리 위치 인식기술로 분류할 수 있다.
적외선, 초음파, 영상처리, 레이저, 또는 RFID를 이용하는 위치 인식 기술은 적외선 발생기 및 적외선 센서, 초음파 발생기 및 초음파 센서, 촬상기 및 영상처리기, 또는 RF 발생기 및 RFID 장치 등을 이용하여 물체 간의 거리 및 위치를 인식하는 기술이다.
상기와 같은 다양한 무선 신호를 이용하여 거리를 측정하는 방식은, 도 1에 도시한 바와 같이, 신호 처리기(10)에서 거리 측정 신호를 발신하면, 이는 송신 증폭기(20)를 통해 증폭되고, 레이저 다이오드(30)를 구동하여 거리 측정용 레이저 신호가 출력된다. 거리 측정용 레이저 신호(Tx)는 다양한 광학장치(40)를 통해 측정 대상(1)에 송출된다. 측정 대상(1)으로부터 반사된 레이저 신호(Rx)는 수신 광학계(50) 및 검출기(60)를 통해 검출되고, 수신 증폭기(70)를 통해 증폭된 후 신호 처리기(10)에 전달된다. 신호 처리기(10)는 출력 신호(Tx)와 수신 신호(Rx)의 시간 차를 계산하여 거리를 측정한다.
이때, 신호 처리기(10)의 내부 수신 데이터 검출기는 시스템 클록의 상승에지에서 수신 데이터를 검출하게 되는 데, 측정 오차는 시스템 성능에 따라 달라진다.
이를 좀 더 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 2에 도시한 바와 같이, 측정 대상(사물)에 무선 신호(적외선, 초음파, 레이저 등)를 발신하고(Tx), 측정 대상으로부터 반사된 신호를 수신하여(Rx), 발신부터 수신까지의 시간 정보(시간차)를 이용하여 거리를 측정한다.
도 3은 상기와 같은 시간차 정보를 이용하여 거리를 측정할 때, 수신된 신호의 데이터 검출 타이밍을 도시한 것으로서, 실제 거리 측정 신호의 검출은 시스템 클록의 상승 에지에서 검출하며, 하강 에지에서는 검출이 이루어지지 않는다.
수신 데이터를 수신하는 것을 기준으로, 시스템 클록(CLK) 0°, 90°, 180°, 360°의 어느 시점에서 수신 데이터를 검출했는지에 따라 거리 측정 오차가 발생한다.
1클록(CLK)(100MHz 기준) = 10ns이고, 빛의 속도 = 299,792,458m/s라면, 1CLK 기준 0.299792458m = 29.98cm의 오차가 발생한다.
상기와 같은 측정 오차는 제품성능에 따라 그 오차가 달라지며, 주변 환경과 같이 다양한 원인에 따라 필연적으로 발생한다. 즉, 시스템 성능이 고성능일수록 측정 오차는 줄어드나, 이는 상대적으로 제품 가격의 상승을 유발한다.
상기와 같은 거리 측정 오차를 간과하고 오차가 발생한 거리 측정치를 이용하면, 위치 인식의 오류는 물론 이외에 다양한 문제를 유발한다.
따라서 제품 성능 및 주변요소에 따라 필연적으로 발생하는 거리 오차를 개선(보정)하는 것이 요구된다.
이러한 거리 측정 오차를 개선하기 위해서 종래에 제안된 기술이 하기의 <특허문헌 1> 에 개시되어 있다.
<특허문헌 1> 은 IEEE 802154a CSS(Chrip Spread Spectrum) PHY(Physical layer; 물리계층)를 이용하는 무선 센서 네트워크상에서 위치 인식 성능 향상을 위해 위치 인식 대상의 이동 환경에 따라 회귀분석을 통하여 거리 측정 오차를 보정한다.
구체적으로, 위치 인식 대상이 이동하는 환경에 대해 가중치를 부여하여, 데이터베이스 내의 환경별 거리 측정 오차에 대한 데이터를 가중치 비율과 비례하게 랜덤 샘플링(sampling)하여 새로운 표본을 만들고, 새로운 표본을 회귀분석을 통하여, 노드 간 실제 거리와 측정된 거리 간의 회귀식을 유도한 후, 이를 측정된 노드 간 거리값에 적용하여 거리 측정 오차를 보정하는 방식이다.
그러나 이러한 종래기술은 가중치 부여, 랜덤 샘플링을 이용한 새로운 표본 생성, 회귀 분석을 이용한 회귀식 유도, 거리값을 회귀식에 적용하는 등의 복잡한 알고리즘이 필요하고, 상기와 같은 복잡한 알고리즘을 수행할 수 있는 별도의 고성능 연산처리장치(예를 들어, CPU, 프로세서)가 필요한 단점이 있다.
대한민국 등록특허 10-1145657호(2012.05.07. 등록)(센서 노드 간 거리 측정 오차 보정 방법 및 장치)
따라서 본 발명은 상기와 같은 일반적인 무선 신호를 이용한 거리 측정 시스템에서 제품성능 및 주변요소에 따라 필연적으로 발생하는 거리 측정 오차와 종래기술에서 발생하는 제반 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것으로서, 시스템 클록의 분해능을 높여 상승 에지의 개수 증가시키고, 이를 이용하여 거리 측정신호의 검출 타이밍을 증가시켜 거리측정 오차를 개선할 수 있도록 한 무선신호를 이용한 거리측정시 거리측정오차 개선장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 복잡한 알고리즘을 운영하기 위한 고성능 프로세서를 이용하지 않고 단순히 하드웨어적으로 시스템 클록만을 변경하여 수신 신호 검출 타이밍을 변경하는 방식으로 거리측정 오차를 개선하도록 한 무선신호를 이용한 거리측정시 거리측정오차 개선장치를 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 "무선신호를 이용한 거리측정시 거리측정오차 개선장치"는,
검출 대상으로부터 반사된 무선 거리 측정 데이터를 수신하여 출력하는 무선 모듈;
무선 신호를 이용한 거리 측정을 제어하는 메인 컨트롤 유닛; 및
무선 신호를 이용한 거리측정 오차를 개선하기 위한 프리-카운팅(Free-Counting) 클록을 생성하고, 생성한 프리-카운팅 클록을 이용하여 상기 무선 모듈에서 출력된 거리 측정 데이터의 검출 타이밍을 증가시켜 거리측정 데이터를 검출하고, 검출한 거리 측정 데이터와 송신된 거리 측정 데이터를 기초로 거리 값을 산출하여 상기 메인 컨트롤 유닛에 전달하는 거리 측정기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 거리 측정기는 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 이용하여 구현되는 것을 특징으로 한다.
상기에서 거리 측정기는,
시스템 클록의 분해능을 높여 거리 측정 데이터의 검출 타이밍을 증가시키는 프리-카운팅 클록을 생성하는 프리-카운팅 클록 생성기;
상기 프리-카운팅 클록 생성기에서 생성된 프리-카운팅 클록으로 거리 측정 데이터를 검출하고, 검출한 거리 측정 데이터와 송신된 거리 측정 데이터를 기초로 거리값을 산출하는 거리 측정부; 및
상기 거리 측정부에서 측정한 거리값을 상기 메인 컨트롤 유닛에 전달하는 직렬 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기에서 프리-카운팅 클록 생성기는,
입력 클록의 위상을 제어하는 위상 제어기(PLL)와 상기 위상 제어기(PLL)에서 위상 제어된 클록과 상기 입력 클록을 배타적 논리합하여 그 결과를 프리-카운팅 클록으로 출력하는 배타적 논리합 게이트(XOR gate)가 다단으로 구성된 것을 특징으로 한다.
상기에서 거리 측정부는,
상기 프리-카운팅 클록 생성기에서 생성된 프리-카운팅 클록의 클록 틱(TICK) 값을 카운팅하는 프리-카운팅 모듈;
상기 프리-카운팅 클록 생성기에서 생성된 프리-카운팅 클록을 이용하여 상기 무선 모듈에서 출력되는 거리 측정 데이터를 검출하는 데이터 검출기를 포함하는 버스 인터페이스;
상기 무선 모듈에 전송하는 송신 데이터와 상기 버스 인터페이스의 데이터 검출기를 통해 검출한 거리 측정 데이터를 저장하는 메모리;
상기 프리-카운팅 모듈에서 카운팅된 클록 틱에 따라 상기 메모리에 저장된 검출한 거리 측정 데이터와 송신 데이터를 기초로 거리값을 산출하는 연산 모듈; 및
상기 메인 컨트롤 유닛으로부터 전송된 설정 신호를 저장하고, 상기 설정 신호를 연산 모듈에 제공하며, 상기 연산 모듈을 통해 산출된 거리값을 저장하고 상기 직렬 인터페이스로 출력하는 구성 메모리를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면 시스템 클록의 분해능을 높여 상승 에지의 개수 증가로 시키고, 이를 이용하여 거리 측정신호의 검출 타이밍을 증가시켜 거리측정 오차가 발생하는 근본적인 원인을 제거하여 거리측정 오차를 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면 복잡한 알고리즘을 운영하기 위한 고성능 프로세서를 이용하지 않고 단순히 하드웨어적으로 시스템 클록만을 변경하여 수신 신호 검출 타이밍을 변경하는 방식으로 거리측정 오차를 개선함으로써, 저성능 프로세서 시스템에서도 거리측정 오차를 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 무선신호를 이용한 거리측정 시스템의 구성도,
도 2는 종래 무선신호를 이용한 거리측정 시스템에서 오차 발생 시점을 설명하기 위한 설명도,
도 3은 도 2에서 데이터 검출 타이밍을 이용한 오차 발생 구간의 설명 예시도,
도 4는 본 발명에 따른 무선신호를 이용한 거리측정시 거리측정오차 개선장치의 블록 구성도,
도 5는 도 4의 프리-카운팅 블록 생성기의 실시 예 회로도,
도 6은 도 5에서 생성된 프리-카운팅 클록의 예시 도이다.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선신호를 이용한 거리측정시 거리측정오차 개선장치를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
이하에서 설명되는 본 발명에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 무선신호를 이용한 거리측정시 거리측정오차 개선장치의 블록 구성도로서, 무선 모듈(100), 메인 컨트롤 유닛(200) 및 거리 측정기(300)를 포함할 수 있다.
무선 모듈(100)은 검출 대상으로부터 반사된 무선 거리 측정 데이터를 수신하여 출력하는 역할을 하는 것으로서, 무선 신호 수신을 위한 RF 안테나와 데이터 송수신을 위한 모뎀을 포함할 수 있다.
메인 컨트롤 유닛(MCU)(200)은 상기 거리 측정기(300)에 무선 거리 측정을 위한 설정 신호를 전송하고, 무선 신호를 이용한 거리 측정을 제어하는 역할을 한다.
거리 측정기(300)는 무선 신호를 이용한 거리측정 오차를 개선하기 위한 프리-카운팅(Free-Counting) 클록을 생성하고, 생성한 프리-카운팅 클록을 이용하여 상기 무선 모듈(100)에서 출력된 거리 측정 데이터의 검출 타이밍을 증가시켜 거리측정 데이터를 검출하고, 검출한 거리 측정 데이터와 송신된 거리 측정 데이터를 기초로 거리값을 산출하여 상기 메인 컨트롤 유닛(200)에 전달하는 역할을 한다.
이러한 거리 측정기(300)는 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 이용하여 구현할 수 있다.
상기 거리 측정기(300)는 시스템 클록(system clock)의 분해능을 높여 거리 측정 데이터의 검출 타이밍을 증가시키는 프리-카운팅 클록(Free-Counting Clock)을 생성하는 프리-카운팅 클록 생성기(302), 상기 프리-카운팅 클록 생성기(302)에서 생성된 프리-카운팅 클록으로 거리 측정 데이터를 검출하고, 검출한 거리 측정 데이터와 송신된 거리 측정 데이터를 기초로 거리값을 산출하는 거리 측정부(303), 및 상기 거리 측정부(303)에서 측정한 거리값을 상기 메인 컨트롤 유닛(200)에 전달하는 직렬 인터페이스(301)를 포함할 수 있다.
상기 프리-카운팅 클록 생성기(302)는 도 5에 도시한 바와 같이, 입력 클록의 위상을 제어하는 위상 제어기(PLL)(311, 313, 315)와 상기 위상 제어기(PLL)에서 위상 제어된 클록과 상기 입력 클록을 배타적 논리합하여 그 결과를 프리-카운팅 클록으로 출력하는 배타적 논리합 게이트(XOR gate)(312, 314, 316)가 다단으로 구성될 수 있다.
위상 제어기와 배타적 논리합 게이트의 단수가 많으면 많을수록 시스템의 성능을 높이고, 오차 발생 구간의 최소화로 거리 측정 오차를 더욱 최소화할 수 있으나, 데이터 검출기 등의 성능에는 한계가 있어 단수는 시스템에 맞게 적당한 단수로 설정하는 것이 바람직하다.
상기 거리 측정부(303)는 상기 프리-카운팅 클록 생성기(302)에서 생성된 프리-카운팅 클록의 클록 틱(TICK) 값을 카운팅하는 프리-카운팅 모듈(311), 상기 프리-카운팅 클록 생성기(302)에서 생성된 프리-카운팅 클록을 이용하여 상기 무선 모듈(100)에서 출력되는 거리 측정 데이터를 검출하는 데이터 검출기를 포함하는 버스 인터페이스(312), 상기 무선 모듈(100)에 전송하는 송신 데이터와 상기 버스 인터페이스(312)의 데이터 검출기를 통해 검출한 거리 측정 데이터를 저장하는 메모리(313), 상기 메모리(313)에 저장된 검출한 거리 측정 데이터와 송신 데이터를 기초로 거리값을 산출하는 연산 모듈(314), 상기 메인 컨트롤 유닛(200)으로부터 전송된 설정 신호를 저장하고, 상기 설정 신호를 연산 모듈(303)에 제공하며, 상기 연산 모듈(303)을 통해 산출된 거리값을 상기 직렬 인터페이스(301)로 출력하는 구성 메모리(315)를 포함할 수 있다.
이와 같이 구성된 무선신호를 이용한 거리측정시 거리측정오차 개선장치의 동작을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 메인 컨트롤 유닛(200)은 무선 신호를 이용하여 거리 측정을 위한 설정 및 제어 신호를 거리 측정기(300)에 전송한다.
거리 측정기(300)의 직렬 인터페이스(301)는 상기 메인 컨트롤 유닛(200)으로부터 전송된 설정 및 제어 신호를 거리 측정부(303)의 구성 메모리(315)로 전달한다. 구성 메모리(315)는 이를 저장하고, 연산 모듈(314)에 설정 및 제어 신호를 전달한다. 여기서 설정 및 제어신호는 거리 측정을 위한 송신 데이터를 포함할 수 있다.
아울러 FPGA(Field Programmable Gate Array)로 구현된 거리 측정기(300)는 무선 신호를 이용한 거리측정 오차를 개선하기 위한 프리-카운팅(Free-Counting) 클록을 생성하고, 생성한 프리-카운팅 클록을 이용하여 상기 무선 모듈(100)에서 출력된 거리 측정 데이터의 검출 타이밍을 증가시켜 오차 발생 구간을 감소하여 거리측정 데이터를 검출하고, 검출한 거리 측정 데이터와 송신된 거리 측정 데이터를 기초로 거리값을 산출하여 상기 메인 컨트롤 유닛(200)에 전달한다.
예컨대, 거리 측정기(300)의 프리-카운팅 클록 생성기(302)는 오차 발생 구간을 감소시켜 거리 측정 오차를 개선하기 위해, 시스템 클록(system clock)의 분해능을 높여 거리 측정 데이터의 검출 타이밍을 증가시키는 프리-카운팅 클록(Free-Counting Clock)을 생성한다.
이러한 프리-카운팅 클록 생성기(302)는 도 5에 도시한 바와 같이, 위상 제어기(311)를 이용하여 입력 클록(시스템 클록, 100MHz 0°)의 위상을 100MHz 90°로 제어하여 배타적 논리합 게이트(312)에 전달한다. 상기 배타적 논리합 게이트(312)는 상기 위상 제어기(PLL)에서 위상 제어된 클록과 상기 입력 클록을 배타적 논리합하여 그 결과를 프리-카운팅 클록(200MHz 0°)으로 출력한다.
상기와 같이 시스템 클록의 분해능을 높인 상태에서, 다시 위상 제어기(313)를 이용하여 입력 클록(200MHz 0°)의 위상을 200MHz 90°로 제어하여 배타적 논리합 게이트(314)에 전달한다. 상기 배타적 논리합 게이트(314)는 상기 위상 제어기(PLL)에서 위상 제어된 클록과 상기 배타적 논리합 게이트(312)에서 출력된 프리-카운팅 클록(200MHz 0°)을 다시 배타적 논리합하여 그 결과를 프리-카운팅 클록(400MHz 0°)으로 출력한다.
아울러 상기와 같이 시스템 클록의 분해능을 다시 높인 상태에서, 위상 제어기(315)를 이용하여 입력 클록(400MHz 0°)의 위상을 400MHz 90°로 제어하여 배타적 논리합 게이트(316)에 전달한다. 상기 배타적 논리합 게이트(316)는 상기 위상 제어기(PLL)에서 위상 제어된 클록과 상기 배타적 논리합 게이트(314)에서 출력된 프리-카운팅 클록(400MHz 0°)을 다시 배타적 논리합하여 그 결과를 프리-카운팅 클록(800MHz 90°)으로 출력한다.
도 6은 상기와 같이 분해능을 높인 프리-카운팅 클록의 예시이다.
이에 따라, 1클록(800MHz 기준) = 29.98/8 = 3.7475cm의 거리 오차가 발생함을 알 수 있다.
주지한 바와 같이, 위상 제어기(PLL)와 배타적 논리합 게이트(XOR gate)의 단수가 많으면 많을수록 시스템의 성능을 높이고, 오차 발생 구간의 최소화로 거리 측정 오차를 더욱 최소화할 수 있으나, 데이터 검출기 등의 성능에는 한계가 있어 단수는 시스템에 맞게 적당한 단수로 설정하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 실시 예로 분해능을 기존 대비 8배로 증가시킨 것을 예시로 한다.
이렇게 출력되는 프리-카운팅 클록은 거리 측정부(303)의 프리-카운팅 모듈(311)과 버스 인터페이스(312) 내의 데이터 검출기(312)에만 제공한다. 프리-카운팅 클록을 프리-카운팅 모듈(311)과 데이터 검출기(312)에만 입력시킴으로써, 거리 측정기(300)의 보드 설계 복잡도를 해소하고, Clock Fanout 현상을 최소화한다.
상기 프리-카운팅 모듈(311)은 상기 프리-카운팅 클록 생성기(302)에서 생성된 프리-카운팅 클록의 클록 틱(TICK) 값을 카운팅하여 연산 모듈(314)에 전달한다. 연산 모듈(314)은 프리-카운팅 모듈(311)에서 제공해주는 클록 틱에 동기화하여 거리값 산출을 위한 연산 동작을 수행한다.
한편, 무선 모듈(100)은 검출 대상으로 측정 데이터를 송신하고, 검출 대상으로부터 반사된 무선 거리 측정 데이터를 수신하여 상기 거리 측정기(300)에 전달한다.
상기 거리 측정기(300)의 거리 측정부(303) 내의 버스 인터페이스(312)에 구비된 데이터 검출기는 상기 프리-카운팅 클록 생성기(302)에서 생성된 프리-카운팅 클록을 이용하여 상기 무선 모듈(100)에서 출력되는 거리 측정 데이터를 검출한다.
여기서 데이터 검출은 시스템 클록의 상승 에지에서 검출하게 되는 데, 시스템의 분해능이 낮으면 상대적으로 상승 에지의 주기가 길어져 데이터 검출 시점이 늦어지고, 이는 결과적으로 오차 발생 구간이 커져 거리 측정 오차를 유발한다.
즉, 시스템 클록의 상승 에지의 어느 시점에서 데이터가 검출되는지에 따라 거리 측정 오차가 달라진다.
따라서 본 발명은 기존 시스템 클록 대비 프리-카운팅 클록이 8배 높아져 결과적으로 분해능이 8배 향상된 것이라고 할 수 있다. 즉, 시스템 클록의 분해능을 8배 높여 시스템 클록의 상승 에지의 개수를 증가시킴으로써, 데이터 검출 시간의 단축을 도모할 수 있게 된다.
상기 데이터 검출기(312)에서 검출된 수신 거리 측정 데이터는 메모리(313)를 통해 연산 모듈(314)에 전달된다. 연산 모듈(314)은 상기 메모리(313)를 통해 제공되는 검출한 거리 측정 데이터와 거리 측정 송신 데이터의 시간 차를 이용하여 거리값을 산출한다.
이렇게 산출된 거리값은 구성 메모리(315)를 통해 직렬 인터페이스(301)로 전달되고, 이후 메인 컨트롤 유닛(200)에 전달된다.
이렇게 본 발명은 고성능/고비용의 시스템 클록을 이용하는 것이 아니고, 단순히 프리-카운팅 클록을 이용하여 시스템의 분해능을 증가시킴으로써, 별도의 고성능 하드웨어를 이용하지 않고서도 고성능 분해능을 얻을 수 있어, 저비용으로 고성능 시스템을 구현할 수 있게 된다.
특히, 분해능의 향상으로 오차 발생 구간을 최소화함으로써, 거리 측정 오차가 발생하는 근본적인 원인을 개선할 수 있게 된다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다.
100: 무선 모듈
200: 메인 컨트롤 유닛(MCU)
300: 거리 측정기
301: 직렬 인터페이스
302: 프리-카운팅 클록 생성기
311, 313, 315: 위상 제어기(PLL)
312, 314, 316: 배타적 논리합 게이트(XOR gate)
303: 거리 측정부
311: 프리-카운팅 모듈
312: 버스 인터페이스
313: 메모리
314: 연산 모듈
315: 구성 메모리

Claims (5)

  1. 검출 대상으로부터 반사된 무선 거리 측정 데이터를 수신하여 출력하는 무선 모듈;
    무선 신호를 이용한 거리 측정을 제어하는 메인 컨트롤 유닛; 및
    무선 신호를 이용한 거리측정 오차를 개선하기 위한 프리-카운팅(Free-Counting) 클록을 생성하고, 생성한 프리-카운팅 클록을 이용하여 상기 무선 모듈에서 출력된 거리 측정 데이터의 검출 타이밍을 증가시켜 거리측정 데이터를 검출하고, 검출한 거리 측정 데이터와 송신된 거리 측정 데이터를 기초로 거리값을 산출하여 상기 메인 컨트롤 유닛에 전달하는 거리 측정기를 포함하고,
    상기 거리 측정기는,
    시스템 클록의 분해능을 높여 거리 측정 데이터의 검출 타이밍을 증가시키는 프리-카운팅 클록을 생성하는 프리-카운팅 클록 생성기;
    상기 프리-카운팅 클록 생성기에서 생성된 프리-카운팅 클록으로 거리 측정 데이터를 검출하고, 검출한 거리 측정 데이터와 송신된 거리 측정 데이터를 기초로 거리값을 산출하는 거리 측정부; 및
    상기 거리 측정부에서 측정한 거리값을 상기 메인 컨트롤 유닛에 전달하는 직렬 인터페이스를 포함하며,
    상기 프리-카운팅 클록 생성기는,
    입력 클록의 위상을 제어하는 위상 제어기(PLL)와 상기 위상 제어기(PLL)에서 위상 제어된 클록과 상기 입력 클록을 배타적 논리합하여 그 결과를 프리-카운팅 클록으로 출력하는 배타적 논리합 게이트(XOR gate)가 쌍으로 이루어지고, 상기 쌍이 다단으로 구성된 것을 특징으로 하는 무선신호를 이용한 거리측정시 거리측정오차 개선장치.
  2. 청구항 1에서, 상기 거리 측정기는 FPGA(Field Programmable Gate Array)를 이용하여 구현되는 것을 특징으로 하는 무선신호를 이용한 거리측정시 거리측정오차 개선장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에서, 상기 거리 측정부는,
    상기 프리-카운팅 클록 생성기에서 생성된 프리-카운팅 클록의 클록 틱(TICK) 값을 카운팅하는 프리-카운팅 모듈;
    상기 프리-카운팅 클록 생성기에서 생성된 프리-카운팅 클록을 이용하여 상기 무선 모듈에서 출력되는 거리 측정 데이터를 검출하는 데이터 검출기를 포함하는 버스 인터페이스;
    상기 무선 모듈에 전송하는 송신 데이터와 상기 버스 인터페이스의 데이터 검출기를 통해 검출한 거리 측정 데이터를 저장하는 메모리;
    상기 프리-카운팅 모듈에서 카운팅된 클록 틱에 따라 상기 메모리에 저장된 검출한 거리 측정 데이터와 송신 데이터를 기초로 거리값을 산출하는 연산 모듈; 및
    상기 메인 컨트롤 유닛으로부터 전송된 설정 신호를 저장하고, 상기 설정 신호를 연산 모듈에 제공하며, 상기 연산 모듈을 통해 산출된 거리값을 저장하고 상기 직렬 인터페이스로 출력하는 구성 메모리를 포함하는 것을 특징으로 하는 무선신호를 이용한 거리측정시 거리측정오차 개선장치.







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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2011089986A (ja) * 2009-10-22 2011-05-06 Sick Ag 距離又は距離変化を測定するためのセンサ及び方法
KR101145657B1 (ko) 2010-05-11 2012-05-24 포항공과대학교 산학협력단 센서 노드 간 거리 측정 오차 보정 방법 및 장치
JP2017167120A (ja) * 2016-03-10 2017-09-21 株式会社リコー 距離測定装置、移動体、ロボット、装置及び３次元計測方法

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