KR20040008245A - Method For Precision Time Interval Measurement Using Modulation Signal - Google Patents
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Abstract
Description
두개 이상의 서로 다른 신호들 간의 시간차를 측정 함에 있어서, 종래의 특허인 위상 각을 이용한 시간 측정 방법(10-0331507-0000)과 주파수 변환을 이용한 정밀 시간 측정 방법(10-2002-0033885)은, 정밀도 향상을 위해 주기가 짧은 신호를 측정에 사용함으로 인해, 짧아진 주기 만큼 측정의 범위가 단축 되는 문제를 안고 있고, 이 문제의 해결방법으로 측정시간을 초기화 하고, 측정 신호의 주기를 연속하여 계수 하는 방법이 제안 되었으나, 다양하고 편리하게 이용하는 데는 많은 제약이 따르고 특히, 초기화가 난이하고 넓은 범위의 측정이 필요한 경우 적용이 어렵고, 매우 단순하게 구현해야 하는 경우나, 측정 주기에 비해 측정 시간의 변화가 큰 경우에는 적용 할 수 없는 문제점을 갖고 있다.In measuring the time difference between two or more different signals, a conventional time measurement method using a phase angle (10-0331507-0000) and a precision time measurement method using frequency conversion (10-2002-0033885) are accurate. In order to improve the problem, the shorter period of the signal is used for the measurement, so the range of measurement is shortened by the shorter period.The solution of this problem is to initialize the measurement time and to continuously count the period of the measurement signal. Although the method has been proposed, there are many limitations to using it in a variety of ways, and it is difficult to apply especially when it is difficult to initialize and when a wide range of measurement is required. If it is large, it has a problem that is not applicable.
또한 종래에는 서로 다른 수신 지점의 수신 신호를 처리 하기 위해, 다수의 수신 신호 처리 수단의 경우 신호 처리 수단의 처리 시간의 정밀도 보다는, 신호의 충실도 혹은 기타 조건들을 감안 하여, 처리 수단들의 미세한 시간 차에 의한 정밀한 시간 측정에 적용하는 것은 측정 오차를 크게 하는 문제점을 갖고 있다.In addition, conventionally, in order to process received signals of different reception points, in the case of a plurality of received signal processing means, in consideration of fidelity or other conditions of the signal, rather than the precision of the processing time of the signal processing means, the minute time difference between the processing means Application to precise time measurement by means of this has a problem of increasing measurement error.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결 하기위해 창작된 것으로, 본 발명에 의한 시간 측정 방법은 다음과 같은 목적을 가지고 있다.The present invention was created to solve the problems of the prior art as described above, the time measurement method according to the present invention has the following object.
본 발명의 첫번째 목적은, 시간을 측정하기 위한 신호들에 반송파보다 긴 파장의 변조신호를 변조하여 사용함으로써, 충분히 긴 시간(수십 혹은 수백 주기 이상) 동안의 측정범위를 확보하고, 충분히 정밀한 시간측정이 가능한 방법을 제공하는데 있다.The first object of the present invention is to secure a measurement range for a sufficiently long time (over tens or hundreds of cycles) by modulating and using a modulated signal having a wavelength longer than a carrier wave to the signals for measuring time, and to sufficiently measure time. This is in providing a possible way.
두 번째 목적은, 상기 측정 범위와 측정 정밀도를 확보 하기위해 내부적인 누적 결과를 이용하지 않음으로써, 측정의 시간을 줄이고 측정을 간단하게 하며 초기화 없이 가능한 측정 방법을 제공 함에 있다.The second object is to reduce the time of measurement, simplify the measurement and provide a measurement method without initialization by not using the internal cumulative result to secure the measurement range and measurement accuracy.
본 발명의 세 번째 목적은, 서로 다른 경로나 신호를 취득하여 각각의 신호들이, 처리 수단에 의해 처리 되는 과정에서의 시간 오차를 최소화 하여, 측정의 정확 도를 향상 하여 정확도를 개선 하는 측정 방법을 제공 함에 있다.The third object of the present invention is to measure a method of acquiring different paths or signals and minimizing time error in the process of processing each signal by the processing means, thereby improving the accuracy of the measurement and improving the accuracy. Is in providing.
도1 은 본 발명에서 창작된 변조 신호를 이용하여, 시간 측정의 범위를 확장하는 개념을 설명 하기 위해, 확장된 측정값과 기본 측정값을 연계하여 측정 시각을 연산 하는 순서도를 나타내었다.FIG. 1 is a flowchart illustrating an operation of calculating a measurement time by linking an extended measurement value and a basic measurement value to explain a concept of extending a range of time measurement using a modulation signal created in the present invention.
도2는 본 발명에 의한 시간 측정 방법에서, 변환 단계에 사용되는 디지털 변환기의 성능에 따른 측정 오차를 분석 하기 위해 예측한 오차 예측 결과이며, 예상대로 디지털 변환기의 분해능(비트수)이 작은 경우, 오차가 증가 됨을 보여 주고 있다.2 is an error prediction result predicted to analyze measurement error according to the performance of the digital converter used in the conversion step in the time measurement method according to the present invention, and when the resolution (number of bits) of the digital converter is small as expected, The error is shown to increase.
하기 예측의 공통 조건은 샘플 주기는 10개, 예측 회수 10000회Common conditions for the following predictions include 10 sample periods and 10,000 predictions.
예측 조건: ADC : 8 Bit , Carry Wave : 150MHz , Sample Volume : 2048Prediction conditions: ADC: 8 Bit, Carry Wave: 150MHz, Sample Volume: 2048
예측 결과 : Max Error : 65.9 um , Error rms : 27.4 umPrediction Result: Max Error: 65.9 um, Error rms: 27.4 um
도3은 본 발명에 의한 시간 측정 방법에서, 각종 오차를 예측 하기위해 하기의 기준 조건에서 오차를 예측한 그림이다. 이 그림에서 알 수 있듯이 본 발명에 의한 정밀 시간 측정의 오차는 매우 적은 것으로 분석 되었다.3 is a diagram illustrating an error under the following reference conditions in order to predict various errors in the time measurement method according to the present invention. As can be seen from this figure, the error of precision time measurement according to the present invention was analyzed to be very small.
예측 조건: ADC : 12 Bit , Carry Wave : 150MHz , Sample Volume : 2048Prediction condition: ADC: 12 Bit, Carry Wave: 150MHz, Sample Volume: 2048
예측 결과 : Max Error : 8.1 um , Error rms : 2.8 umPrediction Result: Max Error: 8.1 um, Error rms: 2.8 um
도4는 본 발명에 의해 추가한 긴 주기의 변조 신호에 대한 시간 측정을 예측한 것으로, 측정 원리상 측정 범위가 3Km 이고, 도3의 짧은 주기의 신호에 비해 오차가 매우 커졌음을 알 수 있다.FIG. 4 is a prediction of time measurement for a long period modulated signal added by the present invention, and it can be seen that the measurement range is 3 km in view of measurement principle, and the error is much larger than that of the short period signal of FIG. .
예측 조건 ADC : 12 Bit , Modulation Wave : 100KHz , Sample Volume : 2048Prediction Condition ADC: 12 Bit, Modulation Wave: 100KHz, Sample Volume: 2048
예측 결과 : Max Error : 11.7mm, Error rms : 4.1mmPrediction Result: Max Error: 11.7mm, Error rms: 4.1mm
상기와 같은 목적을 달성 하기 위해 본 발명은, 다수 주기들을 포함한 반송신호를 송신하는 신호 송신 단계; 상기 신호 송신 단계에서 송신된 신호들을 여러 위치의 수신점에서 신호를 수신하여 신호 분리가 용이한 신호로 처리 해주는 수신신호 처리단계; 수신 신호에 포함되어 있는 각각의 신호들을 분리 하는 신호 분리 단계; 분리된 신호를 디지털로 변환하는 변환 단계; 디지털 신호 처리 기법을 이용하여 각각의 위상을 연산하고 반송신호와, 변조 신호들의 평균위상으로부터 각각의 시각을 연산하고, 연산 된 시각으로부터 신호들 간의 시간을 연산하는 연산단계; 연산된 시간을 표시 하거나 다른 장치로 전송하는 신호 조작단계로 구성된다.The present invention to achieve the above object, the signal transmission step of transmitting a carrier signal including a plurality of periods; A received signal processing step of receiving the signals transmitted in the signal transmission step at a reception point of various positions and processing the signals into signals that are easy to separate signals; A signal separation step of separating respective signals included in the received signal; A conversion step of converting the separated signal into digital; Calculating each phase using a digital signal processing technique, calculating each time from a carrier signal and an average phase of modulated signals, and calculating a time between signals from the calculated time; It consists of a signal manipulation step that displays the calculated time or sends it to another device.
상기 구성을 좀더 상세히 설명 하면, 첫째 신호 송신 단계인 전자 표지 등의 위치 정보 송신수단에서 위치를 표시하기 위한 신호를 송출할 때, 시간의 측정을 정밀하게 측정 하기 위한 반송 신호는 충분히 짧은 주기의 신호를 이용하여, 측정의 정밀도를 향상 하도록 하고, 이 반송 신호에 측정 범위를 확장 하기 위한 파장이 충분히 긴 신호를 포함 하는 방법으로 변조를 하며, 두 신호의 차이가 너무 큰 경우 주기가 긴 신호의 측정 정밀도보다 작고, 주기가 짧은 반송신호의 주기보다 큰 시간 영역은 측정 할 수 없는 문제가 발생 되므로, 적정한 주기들의 신호를 함께 전송 하여 이러한 문제를 해결 한다. 또한 송신 되는 신호들의 주기는 서로 틀리게 하지만, 주기가 가장 느린 신호를 기준으로 모든 신호의 위상이 동기 되게 하여 신호를 중첩 시켜 송신 함으로써 수신 지점에서 수신 신호의 신호 처리를 용이하게 하고, 각종 오차들을 검출 할 수 있게 구성 한다.In more detail, when the signal for indicating the position is transmitted by the position information transmitting means such as the electronic sign, which is the first signal transmission step, the carrier signal for precisely measuring the measurement of time is a signal of a sufficiently short period. To improve the measurement accuracy, modulate the carrier signal in such a way that the signal contains a sufficiently long wavelength to extend the measurement range, and measure a long period signal if the difference between the two signals is too large. Since the problem cannot be measured in the time domain that is smaller than the precision and larger than the period of the shorter carrier signal, this problem is solved by transmitting signals with appropriate periods. In addition, the periods of the transmitted signals are different from each other, but the signal phases of all signals are synchronized based on the signal with the slowest period so that the signals are superimposed and transmitted to facilitate the signal processing of the received signal at the receiving point, and to detect various errors. Configure it to be possible.
둘째 수신 신호 처리 단계는, 서로 다른 위치의 수신점으로부터 수신된 신호를 처리 하기에 용이한 신호로 처리 한다. 즉 고주파 증폭,국부발진,주파수 변환,대역여파,중간주파 증폭 등을 통해 후에 이어지는 신호 분리 등을 용이하게 신호를 처리해주는 수신 신호 조작 단계에서, 각각의 수신 신호 처리 수단들간의 처리 시간오차를 최소화 하기 위해, 다수의 신호 처리 수단들이 사용하는 국부 발진을 포함한 디지털 변환을 위한, 변환 신호(sampling Clock) 등의 모든 기준 시간이나 주파수를 한 개로 통일하고, 정밀한 발진을 이용하여 정확한 발진 신호를 만들어 사용 한다. 내부의 발진 신호를 한 개로 통일 함으로 인해, 발진 신호간의 시간 오차나 이에 기인하여 발생 할 수 있는 모든 오차를 제거 하고, 서로 다른 국부 발진주파수 혹은 변환 주기(ADC Clock Frequency)인 경우, 위상 동기 고정 발진기 혹은 동등한 기능을 이용하여 서로 같지 않은 주파수 일지라도, 위상을 동기 시켜 위상 측정에 있을 수 있는 모든 오차를 제거 하는 방법으로 구성 한다.In the second reception signal processing step, signals received from reception points at different positions are processed into signals that are easy to process. In other words, the processing time error between each received signal processing means is minimized in the received signal manipulation step of easily processing signals through high frequency amplification, local oscillation, frequency conversion, band filtering, and intermediate frequency amplification. In order to achieve this, all the reference times or frequencies, such as a sampling clock, for digital conversion including local oscillation used by multiple signal processing means are unified into one, and accurate oscillation signals are made using precise oscillation. do. By unifying the internal oscillation signal into one, it eliminates the time error between oscillation signals or any errors that can be caused by it, and in case of different local oscillation frequency or ADC clock frequency, phase locked oscillator Or use the equivalent function to synchronize all phases to remove all possible errors in phase measurement, even if they are not equal to each other.
셋째 신호 분리 단계는, 측정의 목적에 적합한 여러 신호들로 구성되어 수신 신호 처리단계에서 조작되어 전달된 신호를, 각각의 신호로 분리 하는 단계로써, 중간 주파수 신호를 주파수 합성에 의해 필요한 주파수 까지 변환 하고, 중간 주파 신호의 위상을 추출하는데 필요하지 않는 모든 다른 신호를 제거하여, 반송파의 위상을 검출할 수 있는 신호만을 인출하는 반송파 분리 수단과, 반송파에 포함되어 수신 처리된 신호는, 복조와 주파수 분리에 의해 각각의 변조 신호로 분리 하여, 변조신호 각각의 위상 신호 성분을 검출 할 수 있는 신호들로, 각각 분리 해내는 변조 신호 검출 수단으로 구성 된다.The third signal separation step consists of several signals suitable for the purpose of measurement, and separates the signal delivered and manipulated in the received signal processing step into individual signals, and converts the intermediate frequency signal to the required frequency by frequency synthesis. Carrier separation means for removing all other signals which are not necessary for extracting the phase of the intermediate frequency signal, and extracting only a signal capable of detecting the phase of the carrier, and a signal included in the carrier and processed for demodulation and frequency. It is composed of modulated signal detection means which are separated into respective modulated signals by separation and can detect phase signal components of each of the modulated signals.
넷째 변환 단계는, 상기 처리 단계에서 얻어진 각각의 위상 정보를 포함하고 있는 신호들을 디지털신호로 변환한다. 디지털 변환에 필요한 표본화 주기는 상기의 설명과 같이, 기준 시간 발진 수단에 의해 발생된 한 개의 기준 시간 신호를 이용하여, 필요한 주기의 신호를 만들어 사용하고, 만들어진 신호를 각각의 변환기로 보낼 때도 전송시간 오차가 최소화 되도록 고려 한다.The fourth conversion step converts the signals containing the respective phase information obtained in the processing step into digital signals. As described above, the sampling period required for the digital conversion uses a single reference time signal generated by the reference time oscillation means to generate and use a signal of a necessary period, and the transmission time when sending the generated signal to each converter. Consideration should be given to minimize errors.
다섯째 연산단계에서는 종래 기술인 평균 위상을 이용한 시간 측정방법(10-0331507-0000)은 상기 종래 기술을 그대로 사용하며, 이해를 돕기 위해 간단히 설명을 덧붙이면 기준 신호 즉 디지털 변환을 위한 변환 시간을 기준 하여, 입력된 신호의 평균위상을 연산(고속 퓨리에 변환, 혹은 각종 디지털 신호 처리 기술을 이용)하고, 연산된 위상을 해당 신호의 주기와 연계하여 시각으로 연산한다. 연산 방법의 자세한 설명은 도1의 순서도에 따라 각각의 연산 단계를 상세히 설명 한다.In the fifth operation step, the time measurement method using the average phase (10-0331507-0000), which is a conventional technology, uses the conventional technique as it is. The average phase of the input signal is calculated (using fast Fourier transform or various digital signal processing techniques), and the calculated phase is visually calculated in association with the period of the signal. Detailed description of the calculation method will be described in detail for each operation step according to the flowchart of FIG.
상기에서 연산된 각각의 위상을 입력 받는 단계(S1); 입력 받은 위상으로부터 각각의 시각을 다음 수식과 같이 입력된 각각의 위상으로 연산 하는 단계(S2);Receiving each of the phases calculated above (S1); Calculating each time from the input phase to each input phase as in the following equation (S2);
t : 연산 된 시각, T : 신호의 고유 특성인 주기, p : 측정 입력된 신호의 평균위상 각 이며, 단위는 도(한 주기는 360도)로 표기 되었다.t is the calculated time, T is the period inherent in the signal, p is the average phase angle of the measured signal, and the unit is expressed in degrees (one period is 360 degrees).
신호간의 주파수 차이를 이용하여 각 신호에서 측정 해야 하는 시간의 범위와 정밀도의 연산(S3); 은 다음과 같이 수행 한다.Calculation of the range of time and precision to be measured in each signal using the frequency difference between the signals (S3); Is done as follows:
주기가 가장 짧은 신호의 정밀도는 전체 측정 정밀도를 결정하며, 주기가 가장 긴 신호의 주기가 본 발명에 의한 시간 측정의 최종 시간측정범위를 결정 하고, 주기가 짧은 신호 순으로 설명을 하면, 주기가 가장 짧은 신호의 주기는 다음으로 주기가 짧은 신호 의 정확도가 되어야 한다. 예를 들어 3개의 신호를 이용하여 시간을 측정 하는 경우, 가장 짧은 신호부터 1,2,3번이란 이름을 정하여 설명 하면, 1번 신호의 정확도는 측정 최종 정확도가 되며, 1번 신호의 주기 보다 2번 신호의 정확도가 더 좋아야 하고, 동일한 방법으로 2번 신호의 주기 보다 3번 신호의 정확도가 더 좋아야 하며, 3번 신호의 주기는 최종 측정 결과의 측정 범위가 된다. 즉 사용된 신호들을 신호의 주기 길이 순으로 정렬 하였을 때, 짧은 신호의 한 주기는 그보다 큰 신호의 정확도 기준이 되며, 이를 근거로 하여 각각 신호의 정확도 즉 유효 정보의 하한을 정하고, 각각 신호의 유효 정보의 상한은 각각신호의 한 주기 가 각 신호가 가지는 최대 측정값이 되므로, 이를 근거로 하여 각각 신호가 갖고 있는 유효 정보를 결정 할 수 있다. 간단히 정리 하면, 각각의 신호가 담당하는 측정 범위의 유효 범위(연산 된 시각의 범위)는 자기 신호의 한 주기 보다 작고, 자기 보다 작은 주기의 신호의 주기 보다 큰 범위를 갖게 된다.The precision of the signal with the shortest period determines the overall measurement accuracy, and the period of the signal with the longest period determines the final time measurement range of the time measurement according to the present invention. The shortest signal period shall be the accuracy of the next shortest signal. For example, in case of measuring time using 3 signals, if you describe the names of 1,2,3 from the shortest signal, the accuracy of signal 1 becomes the final measurement accuracy, The accuracy of signal 2 should be better, and in the same way the signal of signal 3 should be better than the period of signal 2, and the period of signal 3 becomes the measurement range of the final measurement result. That is, when the used signals are arranged in the order of the signal period length, one period of the short signal becomes a criterion for the accuracy of the larger signal. Based on this, the accuracy of the signal, that is, the lower limit of the valid information is determined, and the validity of each signal is determined. Since the upper limit of the information is one period of each signal is the maximum measurement value of each signal, it is possible to determine the valid information of each signal based on this. In short, the effective range (measured time range) of the measurement range that each signal is responsible for is smaller than one period of the magnetic signal and larger than the period of the signal of the period smaller than the magnetic signal.
상기와 같이 정해진 각각의 신호에서, 연산 된 시각정보의 범위와 정확도를 기준으로 측정된 위상의 연산 결과 그 정확도를 다음과 같이 연산(S4) 한다.In each signal determined as described above, the accuracy of the calculation result of the phase measured based on the calculated range and accuracy of the visual information is calculated as follows (S4).
사용한 신호들을 신호의 주기 순으로 나열하고, 그 측정값을 나열 하여 인접된 측정 값 간의 차이 값이 측정 오차에 해당 한다. 즉 송신단계에서 모든 신호의 위상을 가장 긴 주기의 신호에 동기 시켜 송신을 하므로 오차가 없다면, 각각의 주기 만큼 가감 해주면 주기 미만의 측정 값은 모든 신호가 동일하다는 점을 이용하여, 측정 오차를 얻을 수 있으며, 더욱 자세하게 예를 들어 설명 하면, 신호의 주기가 100마이크로초(uSec) 와 1 마이크로초(uSec) 두개를 사용하여 각각 45.123 마이크로초(uSec) 와 0.134 마이크로초(uSec)로 측정 되었다면, 작은 주기신호의 주기를 가감(여기서는 45를 더한다)하거나, 주기를 미만의 유효 값만을 이용하여 그 차를 얻으면, 두 신호간의 차이는 0.011 마이크로초(uSec) 의 오차가 포함되었다는 사실을 알 수 있다. 즉 측정된 값은 긴 주기 신호를 기준으로 보면, 작은 주기의 45.123배의 주기 만큼의 시각이 측정 되었음을 의미 하며, 두 측정 값의 차이 값 즉 0.011 마이크로초(uSec) 정도의 오차가 측정 오차로 포함되었음을 알 수 있다. 두 신호간의 차이를 오차로 보고, 측정값을 택할 때는 작은 주기의 값을 사용하며 이유는 다음과 같다.The signals used are listed in the order of the signal cycle, and the measured values are listed so that the difference between adjacent measured values corresponds to the measurement error. In other words, if there is no error in the transmission phase, all phases of the signal are synchronized with the longest period signal. If there is no error, the measurement value less than the period is used to obtain the measurement error. In more detail, if the period of the signal is measured at 45.123 microseconds (uSec) and 0.134 microseconds (uSec), respectively, using two 100 microseconds (uSec) and one microsecond (uSec), If we add or subtract the period of a small periodic signal (add 45 here), or get the difference using less than a valid value, we can see that the difference between the two signals contains an error of 0.011 microseconds (uSec). . In other words, when the measured value is based on a long period signal, it means that 45.123 times the time of the small period is measured, and the difference between the two measured values, that is, 0.011 microsecond (uSec) error is included as the measurement error. It can be seen that. The difference between the two signals is regarded as an error, and when the measurement value is taken, a small period value is used.
도3과 도4는 짧은 주기의 신호와 긴 주기의 신호에 따라 측정 오차를 해석 하기 위해 예측한 결과이며, 상기 도면에서 보여 주듯이 주기가 긴 신호의 경우 측정 범위는 매우 넓고, 측정의 산포 또한 큰 것으로 나타나며, 반대로 주기가 짧은 경우 측정 값의 산포가 적고 이에 따라 오차가 작아 지는 것을 알 수 있다.3 and 4 are the prediction results for analyzing the measurement error according to the signal of the short period and the long period, as shown in the above figure, the measurement range is very wide for the signal with a long period, the dispersion of the measurement is also large On the contrary, it can be seen that when the period is short, the dispersion of the measured value is small and the error becomes small accordingly.
상기에서 연산 된 범위와 정확도, 및 실측 된 오차를 비교 하여 측정 오차가 오차 범위를 벗어 나는 경우, 실측 값을 폐기 하고 다시 측정 하여 오차한계 보다 적은 오차로 확인 된 경우에만 측정 값을 사용 하여 최종 시각을 연산 한다.아울러 오차의 평가를 용이하게 하기 위해, 작은 주기 신호의 반주기를 오차 한계로 설정 하면 오차를 줄여야 하는 부담은 있으나, 신뢰성을 대폭 향상 할 수 있고, 평가 절차 또한 매우 단순해져서 구현이 용이하다.If the measurement error is out of the error range by comparing the calculated range with the accuracy and the measured error, the measured value is used only when the measured value is discarded and measured again to confirm that the error is less than the error limit. In addition, in order to facilitate the evaluation of the error, setting the half-period of the small periodic signal to the error limit has a burden of reducing the error, but it can greatly improve the reliability and greatly simplify the evaluation procedure. Do.
상기에서 오차범위내의 오차로 평가된 경우 최종 시각은 다음과 같이 연산(S6)한다.When evaluated as an error within the error range above, the final time is calculated as follows (S6).
상기 오차 연산 과정에서 자세히 설명 되었으므로, 일례를 들어 최종 시각을 연산하는 방법을 설명한다.Since the error calculation process has been described in detail, a method of calculating the final time will be described as an example.
반송신호의 한 주기를 넘는 시간의 크기는 변조 신호가 측정하고, 반송신호의 한 주기 이내의 시간은 반송 신호로 측정 하며, 두 신호의 측정 값을 연관 지어 연산한다. 이는 길이 측정 기구인 버니어 캘리퍼스의 아들자와 어미자의 관계와 동일하다 즉, 어미자는 큰 길이를 측정하고, 아들자는 작은(세밀한) 길이를 측정하여 두 값을 서로 연관 지어 정확한 길이를 산출 하는 원리와 동일하다. 예를 들어 설명 하면 반송신호가 1메가 헬스(MHz) 이면, 주기는 1마이크로 초이고 변조신호가 10킬로 헬스(KHz) 이면, 주기는 100마이크로초(uSec) 이며 이 경우 반송신호에 의한 시간 측정은, 1마이크로초 이하의 세밀한 시간만을 측정 하고, 1마이크로초 이상의 큰 시간은 변조 신호를 이용하여 측정 하며, 두 신호의 주기 차이가 100이므로 변조신호의 측정 분해능(정확도)은 자기 주기의 100배의 분해능을 확보 하여야 한다. 즉 최대 측정은 변조 신호의 주기인 100마이크로초(uSec)이고 변조 신호의 분해능은 100보다 커야 하며, 반송 신호의 위상을 이용한 시간 분해능 만큼 세밀하게 측정 할 수 있다. 이를 실질적인 값들을 대입 하여 예를 들어 설명 하면, 변조신호의 위상은 90.0도 이고 반송신호의 위상이 36.95로 위상이 측정 되었다고 가정하면 먼저 변조 신호의 시간을 연산하면The magnitude of time over one cycle of the carrier signal is measured by the modulated signal, and the time within one cycle of the carrier signal is measured by the carrier signal, and the measured values of the two signals are correlated and calculated. This is the same as the relationship between the son and the mother of the vernier caliper, which is a length measuring instrument. That is, the mother measures the large length, and the son measures the small (fine) length. Do. For example, if the carrier signal is 1 megahertz (MHz), if the period is 1 microsecond and the modulation signal is 10 kilohertz (KHz), then the period is 100 microseconds (uSec), in this case the time measurement by the carrier signal Only measure the fine time of 1 microsecond or less, and measure the large time of 1 microsecond or more using a modulated signal, and the measurement resolution (accuracy) of the modulated signal is 100 times the self period since the difference between the two signals is 100 times. The resolution must be secured. That is, the maximum measurement is 100 microseconds (uSec), which is the period of the modulated signal, and the resolution of the modulated signal must be greater than 100, and the measurement can be made as fine as the time resolution using the phase of the carrier signal. For example, assuming that the phase of the modulation signal is 90.0 degrees and the carrier signal is 36.95, the phase of the modulation signal is calculated.
t : 는 계산된 시간 단위는 마이크로초(uSec), T 는 신호의 주기, P는 신호의 위상으로 측정 된 값이다.t is the time unit calculated in microseconds (uSec), T is the period of the signal, and P is the phase of the signal.
같은 방법으로 반송 신호의 위상을 시간으로 계산 하면 1*90/360 = 0.25uSec 로 계산 되며, 두 신호 사이 주기의 차는 100 이므로 변조 신호의 주기의 측정 분해능은 1이므로, 소수점 이상의 자리는 변조 신호의 계산 값을 사용하고, 소수점 이하의 자리는 반송 신호의 계산 값을 사용하여, 연산 결과는 10.25로 결정 하고 변조신호의 측정값이 10.263으로 나온 것은 하위에 측정 오차가 포함 되어서 계산 된 것이며, 측정 오차는 0.05도가 있었음을 알 수 있다.In the same way, if the phase of the carrier signal is calculated as time, it is calculated as 1 * 90/360 = 0.25 uSec. Since the difference in period between two signals is 100, the measurement resolution of the period of the modulated signal is 1, The calculated value is used, the digits after the decimal point are calculated using the carrier signal, the calculation result is determined to be 10.25, and the measured value of the modulated signal is 10.263, which is calculated by including the measurement error at the bottom. It can be seen that there was 0.05 degrees.
상기와 같이 연산 된 결과는 각 수신점에 수신된 각 신호의 시각을 상기와 같이 연산하여 출력(S7)한다.The result calculated as described above calculates and outputs the time of each signal received at each receiving point as described above, and outputs it (S7).
다섯째 신호 조작 단계에서는, 상기 각각 수신점에서 얻어진 신호를 상기 연산 단계를 통해 각각의 시각을 연산하고, 각 수신점들간의 시각들을 비교 하여 시각 차이를 연산 함으로써, 다수의 신호들간의 시간을 얻을 수 있다.In the fifth signal manipulation step, time between a plurality of signals can be obtained by calculating the respective times of the signals obtained at the respective receiving points through the calculating step, and calculating the time difference by comparing the times between the receiving points. have.
상기에 설명된 내용을 정리하면 다음과 같다.The contents described above are summarized as follows.
주기가 긴 변조 신호의 위상으로부터 긴 시간의 측정이 가능하고, 이로 인해 측정의 범위를 넓혀 넓은 범위를 용이하게 측정 할 수 있는 역할을 하며, 주기가 짧은 변조 신호 혹은 반송 신호의 경우 매우 짧은 주기 특성으로 인하여, 매우 정밀한 측정을 가능하게 해주며, 측정 정확도에 따라 변조 신호의 주기를 여러 개 사용함으로써 매우 넓은 범위의 시각을 한번의 신호 측정으로 측정 할 수 있다.It is possible to measure a long time from the phase of a long period modulated signal, which makes it possible to widen the measurement and to easily measure a wide range.In the case of a modulated signal or a carrier signal with a short period, very short period characteristics Because of this, it is possible to measure very precisely, and by using several periods of modulated signals according to the measurement accuracy, a very wide range of time can be measured by one signal measurement.
상기 신호들간의 시간차를 정확하게 측정 하기 위해서는, 상기의 수신신호 처리 단계를 더욱 자세하게 설명 한다.In order to accurately measure the time difference between the signals, the received signal processing step will be described in more detail.
상기 수신 신호 처리 단계에서 처리를 위해 사용하는 모든 시간이나 주파수의 오차를 제거 하기 위해 하나의 기준 시간 발생기(Reference Clock Oscillator)를 사용하고, 이 기준 신호로부터 모든 필요한 주파수와 시간을 만들어 이용함으로써, 신호 처리를 위해 만들어지는, 새로운 발생 신호에 대한 오차를 억제 한다. 또 다른 오차 요인으로, 상기 수신 신호 처리 단계에서 각각의 처리 수단들이 주위 환경에 따른 변동이 있을 수 있고, 이를 최소화 하여 측정 시간의 정밀도를 최대한 확보 하여야 하며, 또한 수신 신호 처리 단계의 각각의 신호 처리 수단들의 상이점을 최소화 하기 위해, 최대한 근접(전기적으로는 차폐)하여 배치 하는 형태, 열 평형을 이루기 쉬운 구조인 넓은 동판 위에 배치 등의 처리를 통해, 처리 수단간의 동작 환경을 최대한 동일 하게 조성해 줌으로 인해, 동작 중에 처리 수단간의 환경 변화에 의한 오차를 제거 하여 측정의 정확도를 향상 시킨다.By using one reference clock oscillator to remove the error of all the time or frequency used for processing in the received signal processing step, by making and using all necessary frequencies and times from the reference signal, Suppress errors on new generated signals, which are made for processing. As another error factor, each of the processing means in the receiving signal processing step may be changed according to the surrounding environment, and to minimize this to ensure the maximum accuracy of the measurement time, and also to process each signal in the receiving signal processing step In order to minimize the difference between the means, it is possible to create the same operating environment between the processing means through the processing such as placing them as close as possible (electrically shielded) and placing them on a wide copper plate which is easy to achieve thermal equilibrium. This eliminates errors due to environmental changes between the processing means during operation, thereby improving the accuracy of the measurement.
정확도를 예측 하기 위해 신호 처리에 포함되는 오차를 예측 한 결과를 그림으로 첨부 하였다.In order to predict the accuracy, the results of predicting the error included in the signal processing are attached as pictures.
도2는 도3과 비교 하여 신호 처리를 위해, 상기 디지털 변환을 하는 수단에 따른 변동의 정도를 예측 해본 것이며, 도2는 디지털 변환기를 8Bit의 변환기를 사용하였을 때 변동을 예측 한 것 이다. 첨부된 도면과 같이 사용하는 디지털 변환기의 분해능이 좋을수록 매우 정확한 측정 결과를 얻을 수 있음을 보여 준다.FIG. 2 is a comparison of FIG. 3 to predict the degree of variation according to the means for digital conversion for signal processing, and FIG. 2 is a prediction of the variation when the digital converter uses an 8-bit converter. As shown in the accompanying drawings, the better the resolution of the digital converter used, the more accurate measurement results can be obtained.
본 발명의 다른 실시 예를 간단히 든다면, 상기 수신 저리 단계를 거쳐 디지털 변환을 하지 않고, 신호(주파수) 합성기에 의한 위상 검출과 저주파 필터 등으로 구성하여 아날로그 적으로 위상을 검출하고, 검출된 위상을 디지털로 변환 하는 방법으로 구성 하면, 디지털 변환기를 저속 고정도로 할 수 있고, 이로 인해 매우 간단하면서도 고성능의 응용 범위에 적용이 가능 하여, 저 비용으로 구현하여 적용이 가능함을 알 수 있을 것이다.According to another embodiment of the present invention, a phase detection by a signal (frequency) synthesizer, a low frequency filter, and the like are performed without the digital conversion through the reception processing step. If the digital converter is configured as a digital converting method, the digital converter can be applied at a low speed and high accuracy, which can be applied to a very simple and high-performance application range, and can be implemented at low cost.
지연 신호를 포함한 서로 다른 신호들간의 시간차 정보를 측정 함에 있어서, 정밀한 시간을 측정하기 위해 짧은 주기의 반송신호를 이용하므로, 반송파의 주기를 벗어 나는 긴 시간의 측정이 어려웠다.In measuring time difference information between different signals including delayed signals, it is difficult to measure long time out of the carrier period because a short period carrier signal is used to measure precise time.
특히 실시간으로 넓은 범위에 걸쳐 정밀한 시간차를 측정 할 수 없어, 반송신호의 주파수를 적절히 선택 해야만 했고, 이로 인해 측정 분해능과 측정범위의 모순으로, 산업사회에 적용하기 어려웠던 각종 제약사항을, 본 발명을 통해 해결 하였다.In particular, it was not possible to measure a precise time difference over a wide range in real time, so that the frequency of the carrier signal had to be appropriately selected, and as a result, various limitations that were difficult to apply to the industrial society due to contradiction of measurement resolution and measurement range were applied. Solved through.
변조신호를 이용하여 측정의 정밀도와 범위가 향상된 효과를 일례로 설명 하면, 반송파를 1GHz, 변조 신호는 100KHz를 사용하고, 위상 검출 능력이 반송신호에서 0.1도 확보 하면 0.27 피코초(pSec)의 정밀도를 확보 할 수 있으며, 변조 신호에서 위상의 측정 정도를 0.03도 확보 하면 10마이크로 초(uSec)의 범위까지 측정가능하고, 그 정밀도는 0.27 피코초(pSec)까지 측정 할 수 있는 방법으로, 이는 두 위상의 측정 정도의 곱인 동작 범위를 갖는 특성을 가져 동작 범위가 매우 넓은 측정 방법을 제공 한다.As an example, the effect of improved measurement accuracy and range using a modulated signal is described, using a carrier of 1 GHz and a modulated signal of 100 KHz, and a phase detection capability of 0.1 degree from the carrier signal, the accuracy of 0.27 picoseconds (pSec). If the degree of measurement of the phase of the modulated signal is 0.03 degrees, it can measure up to 10 microseconds (uSec), and its precision can be measured up to 0.27 picoseconds (pSec). It has a characteristic that the operating range is multiplied by the measurement degree of the phase to provide a measuring method having a very wide operating range.
상기 효과를 가장 흔히 사용할 수 있는 매체인 전파의 속도를 감안 하여 전파를 이용한 거리 혹은 위치 측정의 경우를 예를 든다면, 3킬로(Km) 미터의 거리를 0.1밀리미터(mm)이내의 정도로 측정 할 수 있는 측정 기술임을 이해 할 수 있다.In the case of distance or position measurement using radio waves in consideration of the speed of radio waves, the most commonly used medium, the distance of 3 kilometers (Km) can be measured within 0.1 millimeters (mm). It can be understood that this is a measurement technique that can be.
또 다른 예로써, 위상 측정 정도를 0.1도씩만 측정 하고, 두개의 신호를 이용하는 경우 측정 범위는 1200만에 달하며, 이를 실생활의 측정 예로 환산 한다면, 12킬로미터(Km)를 1밀리미터(mm)의 정도로 측정 할 수 있는 수준으로, 위상 측정 정도에 따라 매우 정교하게 구현할 수도 있고, 기지의 기술만을 이용하여 실용에 적용하는 방법도 매우 유용하고, 효과적이란 사실을 이해 할 수 있다.As another example, measuring the degree of phase measurement by 0.1 degrees, and using two signals, the measuring range reaches 12 million, which translates to 12 kilometers (Km) to 1 millimeter (mm). It is possible to realize the level of measurement very precisely according to the degree of phase measurement, and it is very useful and effective to apply it practically using only known technology.
상기 실례와 같이 구현할 수 있는 기술 수준에 따라 다양하게 본 발명을 적용 할 수 있고, 구현 가능한 범위에서 충분히 높은 반송신호의 주파수와 충분히 낮은 변조신호의 주파수를 이용하여, 매우 넓은 범위의 시간측정을 매우 정밀하게 할 수 있어, 기기를 단순화 시키고 간단히 이용할 수 있으며, 다양한 요구에 대응할 수 있어 응용 기기의 제작 비용을 절감하고, 다양한 용용 요구에 용이하게 대응 할 수 있어, 그 응용 범위를 더욱 확대 하였다.The present invention can be applied in various ways according to the technical level that can be implemented as in the above example, and using a sufficiently high frequency of the carrier signal and a sufficiently low frequency of the modulated signal in the range that can be implemented, a very wide range of time measurement can be performed. The precision can be simplified, the device can be simplified and used easily, and it can respond to various demands, thereby reducing the manufacturing cost of the application equipment and easily responding to the various application needs, further extending its application range.
상기에서 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명 하였지만, 해당 기술 분야의 당 업자는 하기 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어 나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 변경 시킬 수 있음을 이해 할 수 있을 것이다.Although described above with reference to a preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can be variously modified and changed within the scope of the invention without departing from the spirit and scope of the invention described in the claims You will understand.
Claims (3)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040000480A KR100696114B1 (en) | 2004-01-06 | 2004-01-06 | Method For Precision Time Interval Measurement Using Modulation Signal |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020040000480A KR100696114B1 (en) | 2004-01-06 | 2004-01-06 | Method For Precision Time Interval Measurement Using Modulation Signal |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20040008245A true KR20040008245A (en) | 2004-01-28 |
| KR100696114B1 KR100696114B1 (en) | 2007-03-20 |
Family
ID=37317347
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020040000480A KR100696114B1 (en) | 2004-01-06 | 2004-01-06 | Method For Precision Time Interval Measurement Using Modulation Signal |
Country Status (1)
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|---|---|
| KR (1) | KR100696114B1 (en) |
-
2004
- 2004-01-06 KR KR1020040000480A patent/KR100696114B1/en not_active IP Right Cessation
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR100696114B1 (en) | 2007-03-20 |
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