KR20000011005A - 거리 측정 장치와 사물 사이의 거리를 측정하기 위한 방법 및장치 - Google Patents

거리 측정 장치와 사물 사이의 거리를 측정하기 위한 방법 및장치

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Abstract

본 발명은 거리의 미가공 측정치(d(i)) 및 물체의 상대적인 속도에 대한 미가공 측정치(v(i))를 제공하는 측정 장치(1)를 개시한다. 속도 측정치(v(i))는 미리 결정된 시간 간격 동안 적분되고, 상기 미가공 거리의 측정치(d(i))와 상기 속도의 적분(d'(i)) 사이의 차가 결정되며, 상기 시간 간격 동안의 상기 차에 대한 평균값(Cdif)이 계산되며, 상기 사물과 측정 장치 사이의 거리에 대한 필터링된 측정 거리(dfilt)를 제공하기 위해 상기 계산된 평균값(Cdif)은 상기 속도에 대한 적분(d'(i))에 가산된다.

Description

거리 측정 장치와 사물 사이의 거리를 측정하기 위한 방법 및 장치
예를 들면, 미합중국의 맥그로힐출판사에서 출판된 M.I. 스콜닉(M.I.Skolnik)의 "레이다 시스템 입문(Introduction to radar systems)"의 86쪽 내지 87쪽에는 주기적인 방법으로 주파수를 연속 변조한 파장의 레이다가 제시되었으며, 보다 일반적으로는 앵글로색슨족이 명명하길 FMCW 레이다로 알려진 것으로, 이 레이다는 사물의 거리와 속도를 측정하기 위한 것이다. 또한 독일 특허원 제 DE-A-40 40 572호에서도 나타나 있는데, 여기에는 차량의 거리 및 속도 측정용 레이다 사용법이 포함되어 있다. 전술한 기술에서 사용된 방법에 따르면, 예를 들어 삼각 파형 신호를 통해 전달된 주파수를 변조하고, 이 변조된 신호를 계속해서 보내고 거리 및 속도를 측정하는 사물을 통하여 반사된 신호와 더불어 이 신호의 일부를 섞는다. 따라서 보내진 신호의 변조 신호의 상향 램프 (upward ramp) 및 하양 램프(downward ramp)에 각각 해당하는 두 개의 비트 주파수(beating frequence : 맥놀이 주파수)를 얻게 된다. 각각의 주기적인 변조가 끝나면, 비트 주파수가 각각 차이가 나는 거리와 속도 및 각 주파수의 평균 거리와 속도를 얻게 된다.
이렇게 얻어진 거리와 속도의 가공되지 않은 순수한 수치는 거의 가우스 단위에서, 회전에 따른 소음으로 흠이 생긴다(즉, 오차가 생긴다). 이 회전에 따른 소음 때문에 예를 들면 거리에 관한 한은 미터 정도로, 제공된 값내에서 에러가 생기게 된다. 어떤 에러는 몇몇 출원서내에서, 특히 레이다가 차량에 장착된 충돌방지장치의 일부를 이루고 있을 때 사소한 것으로 여겨서는 안된다. 또한 회전에 따른 소음에 의한 부정확성을 없애기 위해서는 레이다에 의하여 전달된 측정 거리를 필터링 하여야 한다. 특히, 표의 변수들에 의하여 정의된 모델에 관한 물리적 시스템의 간격을 기초로 하고 있는, "칼만(Kalman)" 타입의 선형 적응 필터를 사용하여 필터링하여야 한다. 이러한 필터는 예를 들면 1987년 세파뒤(CEPADUES) 판으로 엠. 라바레르(M. Labarrere), 제. 뻬. 크리프(J.P. Krief) 및 베. 지모네(B. Gimonet)가 저술한 "필터링 및 그의 응용(The filtrate and their applications)"에 기술되어 있다. 칼만 필터는 취급 신호를 거의 변경하지 않기 때문에 선호되고 있다. 반대로, 이 필터는 복잡성 때문에 정확한 계산을 필요로 하는 불편함이 있다.
본 발명은 거리 측정 기계에 대한 사물의 거리 측정 장치 및 방법을 제공하는 데 목적이 있다. 이 방법 및 장치를 사용하면 레이다를 통하여 전달된 거리에 대한 미가공(raw) 신호는 복잡한 필터링 과정 및 고비용 없이 상기 거리의 정확한 측정을 얻을 수 있다.
본 발명의 이러한 목표는, 기계에 대한 상기 사물 속도의 미가공의 측정치 및 상기 거리의 미가공의 측정치를 동시에 전달하는 측정 기계에 대하여 사물의 거리 측정 방법과 함께 다음의 명세서에 나타나게 될 다른 목표와 마찬가지로 달성될 것이다. 여기에서 이와 같은 방법은 미리 결정된 시간 간격내에서 상기 속도 측정을 적분하며, 시간에 대해 적분된 속도와 미가공 측정치 사이에 차가 형성하고, 상기 시간 간격상에 나타나는 상기 차의 평균을 계산하며, 거리에 대한 필터링 측정치를 제공하기 위해 계산된 평균값을 적분된 속도에 가산하는 것에 따른다.
더욱이, 본 발명에 따라 행해진 속도의 적분은 측정 기계에 의하여 전달된 속도 측정치의 동시적·자동적 필터링을 보장하는 한편, 평균 계산 또한 필터링을 보장하는데, 이 두가지 내부 필터링은 거리의 정확한 측정 전달에 대해 모든 권한을 주면서 비용이 많이 드는 특정한 필터링의 평균적인 사용을 억제시킨다.
본 발명의 상기 기술들은 도면을 참조한 아래와 같은 상세한 설명을 고려하여 쉽게 이해될 수 있다.
본 발명은 거리 측정 기계에 대한 사물의 거리 측정방법 및 특히 측정 기계에 대한 상기 사물의 상대적인 속도의 측정치(가공되지 않은 순수한 측정치; raw measurement) 및 상기 거리의 미가공 측정치(순수한 측정치)를 동시에 전달하는 측정기계로 실행하는 그러한 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 이 방법을 이행하기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 방법을 수행하기 위한 장치의 기능적 블록도를 도시한다.
도 2 및 도 4는 본 발명에 따른 방법을 설명하기 위한 그래프다.
예시적이며 비제한적인 예로써, 예를 들면 대표적인 장치는 위에 언급한 FMCW 타입의 레이다로 구성되어 있는 측정 기계(1)를 포함하는 첨부된 도면의 제 1 도를 참조한다. 또한 위에 언급한 충격방지 시행에 있어서, 이와 같은 레이다의 케리어 주파수(frequence)는 보통 77 GHz이다.
레이다는, 레이다에 관하여 이동되는 사물에 각각 상대적인 거리 및 속도 측정 (d(i) 및 v(i)(i는 견본(표본)의 순서를 말한다)에 통용되는 견본을 관례에 따라 전달하며, 견본의 기간 (또는 측정 기간)은 전형적으로 60 ms 순서에 따르고 있다.
좀 더 고차원적으로 보자면, 이러한 측정들, 특히 거리 측정(d(i))은 가우스 단위의 시초가 되는 소음에 의한 강한 부정확성에 영향을 받아서, 이 거리의 미 가공 측정은 미터 이하의 정확성을 추구할 때 이용하기 어렵다. 이것은 마치 차량이나 혹은 궤도상에 나타나는 장애들 사이에서 나타나는 모든 충돌을 막기 위해 차량에 장착된 레이다가 필요할 때와 마찬가지 경우이다.
본 발명에 따라, 레이다를 통해 제공된 속도(v(i)) 측정을 적분하고 이 적분값과 적분의 계수값을 산정할 수 있도록 레이다를 통해 제공된 거리(d(i))의 미가공 측정치 사이에서의 차를 평가하여 정확하게 수정된 거리의 측정치를 얻게 된다.
이 계수(C)는 이동체(mobile)의 거리와 속도(v)가 관례에 따라 연결된 식에서 나타난다.
측정시간 (시간의 일관성(일치)은 측정 기간(Tm)을 의미한다)내에서 레이다를 통해 제공된 미가공 측정치(d(i)) 및 속도의 적분(d'(i))의 변화를 나타내고 있는 제 2 도에서, 이와 같은 계수(C)는 두 개의 그래프에서 어떤 순간(t)에 수직 거리(vertical distance)를 나타내는 것처럼 보인다.
본 발명에 있어서, 상기 적분 계수의 계산을 기술하기 위해 다시 제 1 도를 보자. 레이다에 의하여 실현된 속도 측정의 견본들(v(i))은 출력 신호를 제공하는 적분기(2)에 인가된다:
따라서 적분은, 기간(△t=Tm)동안 레이다 측정 속도를 제공하는 k 개의 연속적인 견본들의 실제 견본들에 대해 매순간 수행된다.
레이다에 의하여 동일한 측정 속도로 전달된 신호(d'(i)) 및 신호(d(i))의 차;
Cdif=d ′(i)-d(i)
로부터 3을 형성한다.
산출되고 견본에 맞추어 계산된 계수값을 전달하는 블록(4)에서 k개의 견본들에 대한 차의 평균은 다음과 같이 계산한다.
그리고 이러한 값은 계산되어 필터링된 거리(dfilt)의 측정 신호를 형성하기 위하여 적분(2)에 의하여 전달된 신호(d'(i))에 5를 더하여진다:
dfilt(i)=d ′(i)+Copt(i)
이러한 계산에서 레이다를 통해서 제공된 속도의 측정(v(i)) 신호에 영향을 주는 준 가우스 단위 회전에 따르는 소음은 이 가우스 단위 소음의 허수 평균값으로 인하여 적분(2)에서 취급될 때 필터링됨을 알 수 있다. 이 소음은 도 3에 도시되며, 상기 도 3의 그래프는 계수(Copt)에 추가된 적분 속도 및 상기 소음에 영향받아 약 80 cm2의 가변 레이다에 의하여 측정된 미가공 거리 사이의 차(D)(미터단위로)를 나타낸다.
마찬가지로 측정 신호(d(i))에 영향을 주는 소음은 블록(4)에서 실현된 평균의 영향에 의하여 계수(Copt)에서 제거된다. 또한, 본 발명에 따르면, 제 1 도의 장치에 의해서 전달된 모든 신호(dfilt(i)) 계수들은 레이다를 통해 전달된 총체 측정의 정확성에 영향을 주는 소음 성분들을 없애고 내부 필터링을 받아들인다. 따라서 신호(dfilt(i))는 사물/레이다 거리의 필터링된 측정을 부여한다. 이 필터링은 단계적인 거리의 확대에 따른 d(i) 및 dfilt(i) 그래프 부분을 나타내고 있는 제 4 도상에 나타나있다. dfilt(i)의 정확성 수정된 것이며, 이것은 비용이 많이 드는 특정한 필터 수단에 의뢰하지 않고 있다.
보다 잘 이해하자면 본 발명은 실시예에서 기술되고 나타난 실행방식에 국한되지 않는다. 이렇게 사용된 측정 기계는 또한 충격용 도플러 레이다로 구성될 수 있으며, 보다 일반적으로는 사물에 관한 거리와 속도 측정이 제공될 수 있는 모든 기계로 구성될 수 있다.
본 발명은 바람직한 실시예를 참조하여 도시되고 기술되고, 다양한 형태의 변화 및 변형이 첨부된 청구범위에 의해 한정된 바와같은 본 발명의 정신 및 범위로부터 벗어나지 않고 이루어진다는 것이 당업자에게 이해된다.

Claims (5)

  1. 기계(1)에 대하여 사물의 상대적인 속도의 미가공 측정치(v(i)) 및 상기 거리의 미가공 측정치(d(i))를 동시에 전달하는 측정 기계(1)에 대한 사물의 거리(dfilt) 측정 방법에 있어서,
    미리 결정된 시간 간격동안 상기 속도 측정치(v(i))를 적분하고, 거리의 미가공 측정치(d(i)) 및 속도의 적분(d'(i)) 사이의 차를 형성하며, 상기 시간 간격동안 상기 차에 대한 평균값(Cdif)을 계산하며, 사물 및 측정 기계 사이의 거리에 대한 필터링된 측정치(dfilt)를 제공하기 위해 속도의 적분(d(i))에 상기 계산된 평균(Copt)을 더하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제 1 항에 따른 방법을 실행하기 위한 장치에 있어서,
    (a) 사물 및 측정 기계 사이의 거리에 대한 미가공 측정치(d(i)) 및 측정 기계에 대한 사물의 상대적인 속도의 미가공 측정치(v(i))를 동시에 전달하는 측정 기계(1),
    (b) 상기 기계(1)를 통하여 전달된 미가공 속도(v(i)) 신호가 공급되는 적분기(2),
    (c) 상기 거리(d(i))의 미가공 측정치 및 적분기(2)의 출력(d'(i)) 사이의 차에 대한 평균값(Copt(i))을 계산하는 블록(block: 유니트)(4) 및
    (d) 상기 적분기(2)의 출력에 평균값(Copt(i))을 가산하므로써 상기 사물 및 측정 기계 사이의 거리에 대한 필터링된 측정치(dfilt)를 제공하기 위한 수단(5)을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 측정 기계(1)는 주파수를 연속 변조한 파장의 레이다인 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 측정 기계(1)는 충격용 도플러 레이다로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 궤도상에 놓여 있는 발생 가능한 장애로부터 차량을 분리시킬 수 있도록 차량의 거리를 측정하기 위해서 청구범위 제 2 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 이용.
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