KR20130076464A

KR20130076464A - Method for measuring distance and laser distance measuring device using the method

Info

Publication number: KR20130076464A
Application number: KR1020110145060A
Authority: KR
Inventors: 문제형; 김범준; 김현중
Original assignee: (주)이오시스템
Priority date: 2011-12-28
Filing date: 2011-12-28
Publication date: 2013-07-08
Also published as: KR101284832B1

Abstract

PURPOSE: A distance measuring method and a laser distance measuring device using the same are provided to accurately measure a distance to a target by improving a distance measurement resolution. CONSTITUTION: A distance measuring unit (400) includes a target signal detecting unit (410), a peak signal detecting unit (420), and a distance detecting unit (430). The target signal detecting unit detects data exceeding a threshold value from accumulated data as a target signal. The peak signal detecting unit detects a signal having the biggest value from target signals as a peak signal. The distance detecting unit selects peak periphery signals based on the peak signal selected from the accumulated data and obtains a target distance based on a value generated by applying a weighted value to the peak signal and the peak periphery signals. [Reference numerals] (400) Distance measuring unit; (410) Target signal detecting unit; (420) Peak signal detecting unit; (430) Distance detecting unit; (440) Motion control unit; (450) Interface/ communication unit; (AA) Accumulated data; (BB) Distance information

Description

Method for measuring distance and laser distance measuring device using the same

본 발명은 거리 측정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게 말하자면, 거리 측정 방법과 이를 이용한 레이저 거리 측정 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a distance measuring method, and more particularly, to a distance measuring method and a laser distance measuring apparatus using the same.

종래의 레이저 거리 측정 장치는 일반적으로 수 메가와트의 고출력 레이저를 사용하므로, 표적으로부터 반사된 신호(표적 신호)의 크기가 광 잡음, 검출기 잡음, 증폭기 잡음 등으로 구성되는 시스템 잡음보다 매우 높아서, 간단한 문턱검출방식(Threshold Detection Method)을 통해서도 용이하게 표적 신호를 검출할 수 있었다. Conventional laser distance measuring devices typically use several megawatts of high power lasers, so that the magnitude of the signal (target signal) reflected from the target is much higher than the system noise consisting of optical noise, detector noise, amplifier noise, etc. The target signal could be easily detected through the threshold detection method.

그러나 고출력 레이저는 사람의 눈을 손상시킬 수 있는 위험성이 있기 때문에, 최근에는 레이저 출력이 규제되면서 눈에 안전한 저출력 레이저 다이오드를 이용한 거리 측정 장치의 필요성이 부각되고 있다. 이에 따라 측정 거리 증대를 위한 새로운 방식의 신호 처리 기술 연구가 경쟁적으로 이루어지고 있다.However, since a high power laser has a risk of damaging a human eye, the need for a distance measuring device using a low power laser diode, which is safe for eyes, has recently been highlighted as laser power is regulated. Accordingly, research on a new type of signal processing technology for increasing the measurement distance is being conducted competitively.

이러한 눈 보호용 레이저 다이오드 거리 측정 장치의 대표적인 예로는 현재 시판되고 있는 측지용 광파거리 측정 장치가 있다. 그러나 이 측정 장치는 변조된 레이저빔을 표적 위치에 설치된 되반사 거울(retroreflector)을 향해 발사한 후, 되반사 거울에서 반사된 신호의 위상을 검출하여 거리를 측정하는 방식이기 때문에, 되반사 거울을 사용하지 않고 펄스 검출 방식을 사용하는 거리 측정 장치와는 신호 처리 기술 원리가 근본적으로 다르다. A representative example of such an eye protection laser diode distance measuring device is a geodesic light wave distance measuring device currently on the market. However, this measuring device emits a modulated laser beam toward a retroreflector installed at a target position, and then detects the phase of the signal reflected from the retroreflective mirror to measure the distance. The principle of signal processing technology is fundamentally different from that of a distance measuring device which uses a pulse detection method without using it.

저출력 레이저 다이오드를 이용하고 펄스 검출 방식을 이용한 거리 측정 장치에서는 표적으로부터 반사되는 표적 신호의 출력이 광 잡음, 검출기 잡음, 증폭기 잡음 등으로 구성되는 시스템 잡음보다 작기 때문에, 표적 신호를 검출하기가 용이하지 않다. 이에 따라 시력 보호용 저출력 레이저 다이오드를 사용하는 거리 측정 장치에서 표적 신호를 정확하게 검출할 수 있는 신호 처리 기술이 요구되고 있다.In the distance measuring device using the low power laser diode and the pulse detection method, since the output of the target signal reflected from the target is smaller than the system noise composed of optical noise, detector noise, amplifier noise, etc., it is not easy to detect the target signal. not. Accordingly, there is a demand for a signal processing technology capable of accurately detecting a target signal in a distance measuring device using a low power laser diode for vision protection.

이에 따라 저출력 레이저 다이오드를 이용하여 거리를 측정하는 기술로, 대한민국 특허 등록 번호 "10-0464584"에 기재된 "레이저 거리 측정 장치 및 그 방법"이 있다. 이 기술은 저출력 레이저 다이오드를 사용하면서 펄스 검출 방식에 따라 거리를 측정한다. 그러나 이 기술은 거리 측정 분해능이 하드웨어 성능에 의존적이다. 그러므로 보다 정확하게 거리를 측정하는 방법이 요구된다. Accordingly, as a technology for measuring distance using a low power laser diode, there is a "laser distance measuring device and method thereof" described in Korean Patent Registration No. "10-0464584". This technique uses a low power laser diode and measures the distance according to the pulse detection method. However, this technique relies on hardware performance for ranging resolution. Therefore, a more accurate method of measuring distance is required.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 보다 향상된 거리 측정 분해능을 가지는 거리 측정 방법 및 이를 이용한 레이저 거리 측정 장치를 제공하는 것이다. The problem to be solved by the present invention is to provide a distance measuring method having a further improved distance measurement resolution and a laser distance measuring apparatus using the same.

위의 과제를 위한 본 발명의 특징에 따른 거리 측정 방법은, 표적으로부터 반사되어 입력되는 레이저광을 수신하고 처리하여 측정 데이터를 생성하고, 측정 데이터를 누적 데이터로 저장하는 과정을 복수회 반복 수행하는 단계; 상기 과정을 복수회 수행한 다음에, 저장된 누적 데이터들 중에서 문턱값을 초과하는 데이터를 표적 신호로 검출하는 단계; 상기 검출된 표적 신호들 중에서 가장 큰 값을 가지는 신호를 피크 신호로 선택하는 단계; 상기 저장된 누적 데이터들 중에서, 상기 선택된 피크 신호를 기준으로 피크 주변 신호들을 선택하는 단계; 및 상기 피크 신호와 상기 피크 주변 신호에 대하여 가중치를 적용한 값을 토대로 상기 표적까지의 거리인 표적 거리를 획득하는 단계를 포함한다. In the distance measuring method according to the characteristics of the present invention for the above object, to generate the measurement data by receiving and processing the laser light reflected from the target, and repeatedly performing the process of storing the measurement data as cumulative data a plurality of times step; Performing the process a plurality of times, and then detecting, as a target signal, data exceeding a threshold value among stored cumulative data; Selecting a signal having the largest value among the detected target signals as a peak signal; Selecting peak peripheral signals from the stored cumulative data based on the selected peak signal; And obtaining a target distance, which is a distance to the target, based on a weighted value of the peak signal and the signal around the peak.

여기서, 상기 표적 거리를 획득하는 단계는, 상기 피크 신호와 상기 피크 주변 신호에 대하여 가중치(각 신호의 크기)를 적용하는 단계; 상기 가중치가 적용된 피크 신호와 피크 주변 신호에 대한 값들을 합산하여 제1 값을 산출하는 단계; 상기 피크 신호와 피크 주변 신호에 대한 크기 값들을 합산하여 제2 값을 산출하는 단계; 및 상기 제1 값을 상기 제2 값으로 나누어서 표적 거리를 획득하는 단계를 포함한다. The acquiring of the target distance may include applying a weight (size of each signal) to the peak signal and the signal around the peak; Calculating a first value by summing values for the weighted peak signal and the signal around the peak; Calculating a second value by summing magnitude values for the peak signal and the signal around the peak; And dividing the first value by the second value to obtain a target distance.

상기 피크 신호와 상기 피크 주변 신호에 대하여 가중치를 적용하는 단계는 상기 피크 신호와 피크 주변 신호들이 저장된 메모리의 인덱스 값들에 대하여 각각 가중치를 적용할 수 있으며, 여기서 가중치는 해당 신호의 크기를 나타낸다.In the applying of weights to the peak signal and the signal around the peak, weights may be applied to index values of a memory in which the peak signal and the signal surrounding the peak are stored, where the weight indicates the magnitude of the corresponding signal.

본 발명의 다른 특징에 따른 거리 측정 방법은, 거리를 측정하고자 하는 표적에 대하여 이진 형태의 측정 데이터를 생성하고 메모리에 누적 저장하는 과정을 미리 설정된 횟수만큼 반복 수행하는 단계; 상기 과정을 상기 설정 횟수만큼 반복 수행한 다음에 상기 메모리에 저장된 데이터들 중에서 피크 신호를 선택하는 단계; 상기 메모리에 누적 저장된 데이터들을 중에서, 상기 선택된 피크 신호를 기준으로 피크 주변 신호들을 선택하며, 상기 피크 주변 신호들은 양의 값을 가지는 단계; 상기 피크 신호와 상기 피크 주변 신호에 대하여 가중치를 적용하는 단계; 상기 가중치가 적용된 피크 신호와 피크 주변 신호에 대한 값들을 합산하여 제1 값을 산출하는 단계; 상기 피크 신호와 피크 주변 신호에 대한 크기 값들을 합산하여 제2 값을 산출하는 단계; 및 상기 제1 값을 상기 제2 값으로 나누어서 표적 거리를 획득하는 단계를 포함한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a distance measuring method comprising: repeatedly performing a predetermined number of times of generating binary data and accumulating and storing the measured data in a memory with respect to a target to be measured; Selecting the peak signal from among the data stored in the memory after repeating the process the predetermined number of times; Selecting peak peripheral signals based on the selected peak signal among data accumulated in the memory, wherein the peak peripheral signals have a positive value; Applying weights to the peak signal and the signal around the peak; Calculating a first value by summing values for the weighted peak signal and the signal around the peak; Calculating a second value by summing magnitude values for the peak signal and the signal around the peak; And dividing the first value by the second value to obtain a target distance.

본 발명의 또 다른 특징에 따른 레이저 거리 측정 장치는, 레이저광을 이용하여 표적까지의 거리를 측정하는 거리 측정 장치에서, 상기 표적에서 반사되는 레이저광을 수신하여 전기적인 신호로 출력한 후, 상기 전기 신호에 포함된 잡음 성분을 제거한 다음 이진 신호인 측정 데이터로 출력하는 레이저 수신부; 이전 누적 데이터가 저장되어 있는 프레임 램을 포함하고, 상기 레이저 수신부로부터 출력되는 측정 데이터와 상기 프레임 램에 저장된 이전 누적 데이터를 합산하여 다시 프레임 램에 저장하는 과정을 설정 시간 동안 반복 수행하는 누적 처리부; 및 상기 프레임 램에 저장된 누적 데이터들로부터 표적 신호들을 검출하고, 상기 검출된 표적 신호들 중에서 가장 큰 값을 가지는 신호를 피크 신호로 선택하고, 상기 피크 신호의 주변에 있는 피크 주변 신호들과 상기 피크 신호를 토대로 상기 표적까지의 거리를 산출하는 거리 측정부를 포함한다. Laser distance measuring device according to another aspect of the present invention, in the distance measuring device for measuring the distance to the target using a laser light, after receiving the laser light reflected from the target and outputs the electrical signal, A laser receiver for removing noise components included in an electrical signal and outputting the measured data as binary signals; A cumulative processing unit including a frame RAM in which previous cumulative data is stored, and repeating a process of adding the measured data output from the laser receiver and the previous cumulative data stored in the frame RAM and storing the data in the frame RAM again for a set time; And detecting target signals from accumulated data stored in the frame RAM, selecting a signal having the largest value among the detected target signals as a peak signal, and surrounding peaks and peaks around the peak signal. It includes a distance measuring unit for calculating the distance to the target based on the signal.

본 발명의 실시 예에 따르면, 레이저를 이용한 거리 측정시에 장치의 하드웨어 구성을 변경하지 않고도 거리 측정 분해능을 향상시켜 보다 정확하게 표적까지의 거리를 측정할 수 있다. According to an embodiment of the present invention, the distance to the target can be measured more accurately by improving the distance measurement resolution without changing the hardware configuration of the device during distance measurement using a laser.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 측정 장치의 구조를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 수신부의 구조를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 누적 처리부의 구조를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 거리 측정부의 구조를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 누적 이진 검출 알고리즘에 따라 처리되는 잡음 및 신호의 분포도 특성을 나타낸 예시도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 거리 측정 방법의 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 제2 수신부에서 처리되어 출력되는 아날로그 신호 파형 및 이진 검출신호 출력을 나타낸 예시도이다.
도 9는 종래의 거리측정에 따라 발생되는 펄스 검출 오차를 나타낸 예시도이다.
도 10은 본 발명에 실시 예에 따른 펄스 검출 오차를 나타낸 예시도이다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 측정 데이터의 한 예를 나타낸 도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 장치에 의하여 측정된 누적 데이터의 예를 나타낸 도이다.
도 13은 표적의 거리에 따른 누적 데이터의 결과들을 나타낸 도이다.1 is a view showing the structure of a laser distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating a structure of a laser receiver according to an exemplary embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a structure of a cumulative processor according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a structure of a distance measuring unit according to an exemplary embodiment of the present invention.
5 is an exemplary diagram illustrating a distribution characteristic of noise and a signal processed according to a cumulative binary detection algorithm according to an exemplary embodiment of the present invention.
6 and 7 are flowcharts illustrating a distance measuring method according to an exemplary embodiment of the present invention.
8 is an exemplary diagram illustrating an analog signal waveform and a binary detection signal output processed by and output from a second receiver according to an exemplary embodiment of the present invention.
9 is an exemplary view showing a pulse detection error generated according to a conventional distance measurement.
10 is an exemplary view showing a pulse detection error according to an embodiment of the present invention.
11 is a diagram illustrating an example of measurement data according to an exemplary embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating an example of cumulative data measured by a laser distance device according to an exemplary embodiment of the present invention.
13 is a diagram showing results of cumulative data according to a distance of a target.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 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 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals designate like parts throughout the specification.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.Throughout the specification, when an element is referred to as "comprising ", it means that it can include other elements as well, without excluding other elements unless specifically stated otherwise.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 측정 방법 및 그 장치에 대하여 설명한다. Hereinafter, a laser distance measuring method and an apparatus thereof according to an embodiment of the present invention will be described.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 측정 장치의 구조를 나타낸 도이다. 1 is a view showing the structure of a laser distance measuring apparatus according to an embodiment of the present invention.

첨부한 도 1에서와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 측정 장치(1)는 레이저 출력부(100), 레이저 수신부(200), 누적 처리부(300), 거리 측정부(400), 및 디스플레이부(500)를 포함한다. As shown in FIG. 1, a laser distance measuring apparatus 1 according to an exemplary embodiment of the present invention may include a laser output unit 100, a laser receiver 200, an accumulation processor 300, a distance measurer 400, and The display unit 500 is included.

레이저 출력부(100)는 레이저광을 표적으로 출력하며, 근적외선 대역의 레이저광을 출력하는 레이저 다이오드를 포함한다. The laser output unit 100 outputs laser light as a target, and includes a laser diode outputting laser light in a near infrared band.

레이저 수신부(200)는 표적으로부터 반사되는 레이저광을 수신하며, 구체적으로 레이저 출력부(100)에서 출력되는 레이저광(이하, 제1 레이저광이라고 명명함)을 수신 및 처리하여 레이저 발진 신호를 출력하는 제1 수신부(210), 및 레이저 출력부(100)로부터 출력된 후 표적에서 반사되는 레이저광(이하, 제2 레이저광이라고 명명함)을 수신 및 처리하여 측정 데이터를 출력하는 제2 수신부(220)를 포함한다. The laser receiver 200 receives the laser light reflected from the target, and specifically receives and processes the laser light (hereinafter, referred to as a first laser light) output from the laser output unit 100 to output a laser oscillation signal. A second receiver configured to receive and process a laser light (hereinafter referred to as a second laser light) reflected from the target after being output from the first receiver 210 and the laser output unit 100 to output measurement data ( 220).

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 수신부의 상세 구조를 나타낸 도이다. 2 is a diagram illustrating a detailed structure of a laser receiver according to an exemplary embodiment of the present invention.

첨부한 도 2에서와 같이, 제1 수신부(210)는 제1 레이저광을 수신하여 해당하는 광 전류 신호를 출력하는 제1 광 검출기(211), 제1 광 검출기(211)에서 출력되는 광 전류 신호를 증폭한 후 해당하는 전압 신호로 출력하는 제1 증폭기(212), 및 전압 신호를 필터링시켜 레이저 발진 신호로 출력하는 필터(213)를 포함한다. As shown in FIG. 2, the first receiver 210 receives the first laser light and outputs a corresponding photocurrent signal to the first photodetector 211 and the photocurrent output from the first photodetector 211. The first amplifier 212 amplifies the signal and outputs the corresponding voltage signal, and a filter 213 for filtering the voltage signal and outputting the laser oscillation signal.

제2 수신부(220)는 표적 신호 측정을 위한 아날로그 신호 처리부라고 명명할 수 있으며, 제2 광 검출기(221), 제2 증폭기(222), 미분기(223), 정합필터(224), 영전압 검출기(225)를 포함한다. The second receiver 220 may be referred to as an analog signal processor for measuring a target signal, and includes a second photo detector 221, a second amplifier 222, a differentiator 223, a matched filter 224, and a zero voltage detector. 225.

제2 광 검출기(221)은 제2 레이저광을 수신하여 해당하는 광 전류 신호를 출력하며, 예를 들어, APD(Avalanche Photo Diode)를 포함한다. 제2 증폭기(222)는 제2 광 검출기(221)에서 출력되는 광 전류 신호를 증폭한 후 전압 신호로 출력한다. The second photo detector 221 receives the second laser light and outputs a corresponding photo current signal, and includes, for example, an Avalanche Photo Diode (APD). The second amplifier 222 amplifies the photocurrent signal output from the second photo detector 221 and outputs the voltage signal.

미분기(223)는 제2 증폭기(222)로부터 출력되는 전압 신호를 미분한다. 이에 따라 전압 신호의 크기 및 펄스 폭 변동에 의한 검출오차를 최소화하고 전압 신호에 중첩된 직류성분을 제거한다. 정합 필터(224)는 미분된 신호의 주파수 대역과 동일한 주파수 대역폭으로 미분 신호를 필터링하여 신호대잡음비(SNR: signal to noise ratio)를 극대화한다. The differentiator 223 differentiates the voltage signal output from the second amplifier 222. Accordingly, the detection error due to the variation of the magnitude and the pulse width of the voltage signal is minimized and the DC component superimposed on the voltage signal is removed. The matched filter 224 maximizes the signal-to-noise ratio (SNR) by filtering the differential signal with the same frequency bandwidth as the frequency band of the differential signal.

영전압 검출기(225)는 정합 필터(224)에 의하여 필터링되어 출력되는 신호를 이진 검출 신호인 측정 데이터로 변환하는 신호 변환부로서 기능한다. 구체적으로 필터링된 전압을 영전압과 비교하여 +전압은 1, -전압은 0인 1비트의 이진 신호인 측정 데이터로 변환 출력한다. 이러한 신호 변환부로 영전압 검출기가 사용되었지만 이에 한정되지 않고 A/D 변환기 등의 다른 신호 변환 수단이 사용될 수 있다. The zero voltage detector 225 functions as a signal converter for converting the signal filtered by the matching filter 224 into measurement data which is a binary detection signal. Specifically, the filtered voltage is compared with the zero voltage, and the output voltage is converted into measurement data which is a 1-bit binary signal having a + voltage of 1 and a-voltage of 0. The zero voltage detector is used as the signal converter, but the present invention is not limited thereto, and other signal converters such as an A / D converter may be used.

한편 누적 처리부(300)는 레이저 수신부(200)로부터 출력되는 레이저 발진 신호와 측정 데이터를 수신하고, 측정 시간 동안 측정 데이터를 누적 처리한다. Meanwhile, the accumulation processor 300 receives the laser oscillation signal and the measurement data output from the laser receiver 200 and accumulates the measurement data during the measurement time.

도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 누적 처리부의 구조를 나타낸 도이다. 3 is a diagram illustrating a structure of a cumulative processor according to an exemplary embodiment of the present invention.

첨부한 도 3에 도시되어 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따른 누적 처리부(300)는 검출 신호 즉, 측정 데이터를 N회 누적 저장하는 데이터 누적부(310) 및 발진 신호를 출력하는 발진기(320)를 포함한다. As shown in FIG. 3, the cumulative processor 300 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a data accumulator 310 that accumulates and stores detection signals N times and an oscillator 320 that outputs an oscillation signal. It includes.

데이터 누적부(310)는 시프트 레지스터(311), 가산기(312), 프레임 램(313), 타이밍 제어부(314), 거리 계수부(315), 주소 제어부(316)을 포함한다. The data accumulator 310 includes a shift register 311, an adder 312, a frame RAM 313, a timing controller 314, a distance counter 315, and an address controller 316.

시프트 레지스터(311)는 제2 수신부(220)에서 출력되는 측정 데이터를 순차적으로 저장하며, 프레임 램(313)에는 이전 누적 데이터가 저장되어 있다. The shift register 311 sequentially stores measurement data output from the second receiver 220, and previously accumulated data is stored in the frame RAM 313.

가산기(312)는 시프트 레지스터(311)로부터 출력되는 측정 데이터와 프레임 램(313)에 저장된 이전 누적 데이터를 합산하여 프레임 램(313)에 저장한다. The adder 312 adds the measurement data output from the shift register 311 and the previous cumulative data stored in the frame RAM 313 and stores the sum data in the frame RAM 313.

한편 타이밍 제어부(314)는 발진기(320)로부터 제공되는 발진 신호에 따라 신호 처리에 필요한 다수의 제어 신호를 생성한다. Meanwhile, the timing controller 314 generates a plurality of control signals required for signal processing according to the oscillation signal provided from the oscillator 320.

거리 계수부(315)는 타이밍 제어부(314)의 제어에 따라 측정 시간을 카운트한다. 주소 제어부(316)는 타이밍 제어부(314)로부터 출력되는 제어 신호를 토대로 프레임 램(313)에 저장된 누적 데이터들 중에서 출력되거나 입력되어야 하는 주소를 설정하여 해당 주소의 누적 데이터가 출력되어 가산기(312)로 제공되거나, 가산기(312)로부터 출력되는 데이터가 프레임 램(313)의 해당 주소에 입력되어 저장되도록 한다. The distance counting unit 315 counts the measurement time under the control of the timing controller 314. The address controller 316 sets an address to be output or input from among the accumulated data stored in the frame RAM 313 based on the control signal output from the timing controller 314, and the accumulated data of the corresponding address is output to adder 312. The data provided from or added to the adder 312 is input to the corresponding address of the frame RAM 313 to be stored.

여기서, 타이밍 제어부(314)는 제1 수신부(210)로부터 출력되는 레이저 발진 신호에 따라 레이저 시작 펄스를 출력하고, 거리 계수부(315)는 레이저 시작 펄스에 따라 측정 시간을 카운트하기 시작하며, 설정 시간이 경과되면 레이저 멈춤 펄스를 출력하면서 카운트 동작을 종료한다. 타이밍 제어부(314)는 레이저 시작 펄스를 출력함과 동시에 시프트 레지스터(311)와 주소 제어부(316)를 구동시켜 제2 수신부(220)에서 출력되는 측정 데이터가 저장, 합산 및 누적 처리되는 데이터 누적 처리 동작이 이루어지도록 한다. 즉, 측정 데이터가 시프트 레지스터(311)에 저장되었다가 출력되면서 가산기(312)에 의하여 프레임 램(313)에 저장되었던 이전 누적 데이터와 합산되어, 다시 프레임 램(313)에 저장되는 데이터 누적 처리 동작이 이루어진다. 타이밍 제어부(314)는 거리 계수부(315)로부터 출력되는 레이저 멈춤 펄스에 따라 데이터 누적 처리 동작을 종료시킨다. 이러한 데이터 누적부(310)는 FPGA(Field Programmable Gate Array)로 구현될 수 있다. Here, the timing controller 314 outputs a laser start pulse according to the laser oscillation signal output from the first receiver 210, and the distance counting unit 315 starts counting the measurement time according to the laser start pulse. After the elapse of time, the count operation is terminated while outputting a laser stop pulse. The timing controller 314 outputs a laser start pulse and simultaneously drives the shift register 311 and the address controller 316 to accumulate data in which the measurement data output from the second receiver 220 is stored, summed, and accumulated. Let the action take place. That is, the data accumulation processing operation in which the measurement data is stored in the shift register 311 and output, is summed with previous accumulation data stored in the frame RAM 313 by the adder 312, and is again stored in the frame RAM 313. This is done. The timing controller 314 terminates the data accumulation processing operation in accordance with the laser stop pulse output from the distance counting unit 315. The data accumulator 310 may be implemented as a field programmable gate array (FPGA).

한편, 거리 측정부(400)는 누적 처리부(300)에 누적 저장된 측정 데이터들 즉,누적 데이터를 토대로 표적까지의 거리를 측정하며, 특히 설정 조건을 만족하는 측정 데이터들에 대하여 가중치를 부가하고, 가중치가 부가된 측정 데이터들을 토대로 표적까지의 거리를 측정한다. On the other hand, the distance measuring unit 400 measures the distance to the target based on the measurement data accumulated in the accumulation processing unit 300, that is, cumulative data, and in particular, adds weights to the measurement data satisfying the setting condition, The distance to the target is measured based on the weighted measurement data.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 거리 측정부의 구조를 나타낸 도이다. 4 is a diagram illustrating a structure of a distance measuring unit according to an exemplary embodiment of the present invention.

본 발명의 실시 예에 따른 거리 측정부(400)는 표적 신호 검출부(410), 피크 신호 검출부(420), 거리 검출부(430)를 포함하고, 이외에도, 동작 제어부(440) 및 인터페이스/통신부(450)를 더 포함한다. The distance measuring unit 400 according to an exemplary embodiment of the present invention includes a target signal detector 410, a peak signal detector 420, and a distance detector 430, and in addition, an operation controller 440 and an interface / communicator 450. More).

표적 신호 검출부(410)는 누적 이진 검출 알고리즘(Cumulative Binary Detection Algorithm)을 이용하여 누적 처리부(300)의 프레임 램(313)에 저장된 누적 데이터로부터 표적 신호를 찾아낸다. 여기서, 표적 신호는 레이저 출력부(100)로부터 출력된 후 표적에 반사되어 입사되는 레이저광(제2 레이저광)에 해당하는 신호로서, 잡음이 제거된 순수 레이저광에 해당하는 신호이다. The target signal detector 410 finds the target signal from the accumulated data stored in the frame RAM 313 of the cumulative processor 300 using a cumulative binary detection algorithm. Here, the target signal is a signal corresponding to the laser light (second laser light) that is output from the laser output unit 100 and is reflected and incident on the target, and is a signal corresponding to pure laser light from which noise is removed.

피크 신호 검출부(420)는 표적 신호들 중에서 가장 큰 값을 가지는 즉, 피크값을 가지는 피크 신호를 검출한다. The peak signal detector 420 detects a peak signal having the largest value among the target signals, that is, the peak signal.

거리 검출부(430)는 검출된 표적 신호들과 피크 신호를 판독하여 거리 정보를 생성한다. 즉, 표적까지의 거리를 검출한다. 본 발명의 실시 예에 따른 거리 검출부(430)는 피크 신호와 피크 신호를 기준으로 주변에 있는 일정 개수의 신호들에 대하여 가중치를 부가하고, 가중치가 부가된 신호들을 토대로 표적까지의 거리를 검출한다. 이에 대해서는 추후에 보다 구체적으로 설명하기로 한다. The distance detector 430 generates distance information by reading detected target signals and peak signals. In other words, the distance to the target is detected. The distance detector 430 according to an embodiment of the present invention adds a weight to a predetermined number of signals around the peak signal based on the peak signal and the peak signal, and detects the distance to the target based on the weighted signals. . This will be described in more detail later.

한편 동작 제어부(440)는 표적 신호 검출부(410), 피크 신호 검출부(420), 및 거리 검출부(430)에 의하여 수행되는 거리 정보 생성 과정을 제어하며, 인페이스/통신부(450)는 거리 검출부(430)에서 출력되는 거리 정보를 디스플레이부(500)로 출력하고 이외에도 외부 장치(도시하지 않음)와의 연동 기능을 수행한다. 이러한 구조로 이루어지는 거리 측정부(400)는 DSP(digital signal processer)로 구현될 수 있다.Meanwhile, the operation controller 440 controls the distance information generation process performed by the target signal detector 410, the peak signal detector 420, and the distance detector 430, and the interface / communicator 450 may include the distance detector ( The distance information output from the device 430 is output to the display unit 500, and the interworking function with the external device (not shown) is performed. The distance measuring unit 400 having such a structure may be implemented by a digital signal processor (DSP).

다음에는 이러한 구조로 이루어지는 레이저 거리 측정 장치를 토대로, 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 측정 방법에 대하여 설명한다. Next, a laser distance measuring method according to an embodiment of the present invention will be described based on the laser distance measuring device having such a structure.

먼저, 누적 이진 검출 알고리즘에 대하여 설명한다. First, the cumulative binary detection algorithm will be described.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 누적 이진 검출 알고리즘에 따라 처리되는 잡음 및 신호의 분포도 특성을 나타낸 예시도이다.5 is an exemplary diagram illustrating a distribution characteristic of noise and a signal processed according to a cumulative binary detection algorithm according to an exemplary embodiment of the present invention.

누적 이진 검출 알고리즘은 이진 검출 신호인 측정 데이터를 누적하여 신호 대 잡음비를 증가시키는 방법으로, 신호와 잡음은 비상관성(Uncorrelation)을 유지하고, 표적 신호는 동일한 시간에 발생하며, 잡음은 평균이 0인 정규분포(Gaussian Distribution)를 이룬다는 가정 하에서 수행된다. The cumulative binary detection algorithm increases the signal-to-noise ratio by accumulating the measurement data, which is a binary detection signal.The signal and noise maintain uncorrelation, the target signal occurs at the same time, and the noise averages zero. This is performed under the assumption that a Gaussian Distribution is achieved.

이러한 가정을 토대로 하여, 평균이 0인 정규 분포를 가지는 잡음 신호에 따른 전압에 대하여, +전압은 1로 - 전압은 0으로 출력하고 그 결과를 누적 저장하는 과정을 N번 수행하면, N번 수행에 따라 누적된 잡음 분포의 평균은 0.5N이 되고 표준 편차는 0.5vN이 된다. Based on these assumptions, for a voltage according to a noise signal having a normal distribution with an average of 0, + voltage is 1 and-voltage is 0, and the process of accumulating and storing the result is performed N times. The average of the cumulative noise distribution is 0.5N and the standard deviation is 0.5vN.

이러한 특성을 가지는 정규 분포 잡음에 도 5의 (a)에 예시되어 있듯이 신호(예를 들어, 표적 신호)가 중첩되어 있는 경우, 이러한 신호를 영전압 검출기를 통하여 도 5의 (b)에 예시되어 있듯이 +전압은 1로 - 전압은 0으로 출력하고 누적하는 과정을 수행하면, N번 수행에 따라 누적된 신호의 확률 분포가 도 5의 (c)에 도시되어 있듯이 중첩된 신호의 크기만큼 평행 이동하게 된다. 따라서, N번 누적된 누적 확률분포의 평균은 pN이 되고 표준편차는

이 되며, 신호대잡음비는 vN배만큼 향상된다. 여기서, p는 신호가 존재할 때 영전압 검출기의 출력이 1일 확률이다.When a signal (for example, a target signal) is superimposed on a normal distribution noise having such a characteristic as illustrated in FIG. 5A, such a signal is illustrated in FIG. 5B through a zero voltage detector. As shown, when + voltage is 1 and-voltage is 0, and the process of accumulating is performed, the probability distribution of the signal accumulated according to N times is moved in parallel by the magnitude of the overlapped signals as shown in (c) of FIG. 5. Done. Therefore, the cumulative probability distribution accumulated N times becomes the average of pN and the standard deviation is

Signal-to-noise ratio is improved by vN times. Where p is the probability that the output of the zero voltage detector is 1 when a signal is present.

따라서, 누적 이진 검출 알고리즘에서의 오경보율(표적 신호가 아닌 것을 표적 신호로 잘못 검출하게 되는 확률), 및 검출 확률 P_D는 문턱대 잡음비 및 신호대잡음비에 따라 아래 식과 같이 나타낼 수 있다. Therefore, the false alarm rate (probability of incorrectly detecting the target signal as the target signal) and the detection probability P _D in the cumulative binary detection algorithm may be expressed as follows according to the threshold noise ratio and the signal to noise ratio.

여기서, here,

FAR : 오경보율(false alarm rate)FAR: false alarm rate

N_S : 거리 측정 샘플수 = 최대 측정 거리/거리 측정 분해능N _S : Number of distance measurement samples = maximum measurement distance / distance measurement resolution

N : 누적회수N: cumulative number of times

L_T : 문턱값 = 0.5vN(TNR) + 0.5NL _T : Threshold = 0.5 vN (TNR) + 0.5 N

TNR : 문턱대잡음비(threshold-to-noise rate)TNR: threshold-to-noise rate

SNR(1) : 시스템의 신호대잡음비(signal-to-noise rate) SNR (1): Signal-to-noise rate of the system

SNR(N) : N회 누적시의 신호대잡음비 = vN(SNR(1))SNR (N): Signal to noise ratio after N accumulation = vN (SNR (1))

를 나타낸다. .

이러한 수학식 1과 수학식2로 표현되는 본 발명의 실시 예에 따른 누적 이진 검출 알고리즘의 효과를 예를 들어 설명한다. An example of the effect of the cumulative binary detection algorithm according to an embodiment of the present invention represented by Equations 1 and 2 will be described.

예를 들어, 설계사양으로 오경보율 0.1% 이하, 검출확률 99.9% 이상, 최대측정거리 3000m, 거리측정 분해능 1m, 누적회수 1024회가 주어졌다고 가정하자. 위에 기술된 수학식에 따라 N_S=3000이므로 L_T=592, TNR=5, SNR(1024)=8.1, SNR(1)=0.253이 된다. 이 결과는 시스템 잡음의 1/4 크기에 해당하는 표적신호 즉, 잡음 속에 묻혀있는 신호를 검출할 수 있다는 것을 보여주는데, 이는 종래의 거리 측정 장치에 사용되고 있는 레이저의 1/32 이하의 출력으로도 동일한 거리측정 능력을 갖는 시스템을 구현할 수 있음을 의미한다. For example, assume that the design specifications are given below 0.1% false alarm rate, 99.9% detection probability, maximum measurement distance 3000m, distance measurement resolution 1m, and cumulative frequency of 1024 times. According to the above equation, since N _S = 3000, L _T = 592, TNR = 5, SNR (1024) = 8.1, and SNR (1) = 0.253. This result shows that it is possible to detect the target signal corresponding to one quarter of the system noise, that is, the signal buried in the noise, which is equal to the output of less than 1/32 of the laser used in the conventional distance measuring device. That means you can implement a system with ranging capabilities.

다음에는 이러한 누적 이진 검출 알고리즘에 따라 획득되는 데이터를 토대로 거리 측정을 수행하는 방법에 대하여 구체적으로 설명한다. Next, a method of performing the distance measurement based on the data obtained by the cumulative binary detection algorithm will be described in detail.

도 6 및 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 거리 측정 방법의 흐름도이다. 6 and 7 are flowcharts illustrating a distance measuring method according to an exemplary embodiment of the present invention.

먼저, 도 6에 도시되어 있듯이, 레이저 출력부(100)가 표적까지의 거리를 측정하기 위하여 저출력의 레이저광을 출력하면, 레이저 수신부(200)의 제1 수신부(210)가 출력된 레이저광을 검출하여 레이저 발진 신호를 출력한다(S100). 구체적으로 제1 수신부(210)의 제1 광검출기(21)는 레이저 출력부(100)로부터 출력된 레이저광을 수신하여 해당하는 광 전류 신호를 출력하고, 제1 증폭기(212)는 광 전류 신호를 증폭한 후 전압 신호로 변환하며, 필터(213)는 전압 신호를 필터링한 후 레이저 발진 신호로 출력한다.First, as shown in FIG. 6, when the laser output unit 100 outputs a low power laser light to measure a distance to a target, the first receiver 210 of the laser receiver 200 outputs the laser light. The laser oscillation signal is detected and output (S100). Specifically, the first photodetector 21 of the first receiver 210 receives the laser light output from the laser output unit 100 and outputs a corresponding photocurrent signal, and the first amplifier 212 outputs the photocurrent signal. After amplifying and converting the signal into a voltage signal, the filter 213 filters the voltage signal and outputs the laser oscillation signal.

제1 수신부(210)로부터 레이저 발진 신호 즉, 레이저 출력부(100)로부터 표적으로 레이저광이 출력되었음을 나타내는 신호가 입력되면 측정 시간을 카운트한다. 데이터 누적부(310)의 타이밍 제어부(314)는 레이저 발진 신호가 입력되면 레이저 시작 펄스를 생성하여 거리 계수부(315)로 출력하며, 이에 따라 거리 계수부(315)는 거리 측정을 위한 데이터를 수신, 연산 및 저장하는 측정 시간을 카운트하기 시작한다(S110). When the laser oscillation signal is input from the first receiver 210, that is, a signal indicating that the laser light is output from the laser output unit 100 as a target, the measurement time is counted. When the laser oscillation signal is input, the timing controller 314 of the data accumulator 310 generates a laser start pulse and outputs the laser start pulse to the distance counter 315. Accordingly, the distance counter 315 may provide data for distance measurement. The measurement time for receiving, calculating and storing starts to count (S110).

한편, 레이저 출력부(100)로부터 출력된 레이저광은 표적(A)에 반사되어 레이저 수신부(200)의 제2 수신부(220)로 입력된다(S120). 제2 수신부(220)는 표적으로부터 반사되어 입사되는 레이저광에 대한 잡음을 제거하는 전처리 과정을 수행하여, 이진 검출 신호 즉, 측정 데이터를 생성한다(S130). Meanwhile, the laser light output from the laser output unit 100 is reflected by the target A and input to the second receiver 220 of the laser receiver 200 (S120). The second receiver 220 generates a binary detection signal, that is, measurement data by performing a preprocessing process of removing noise with respect to the laser light reflected from the target (S130).

전처리 과정을 수행하여 측정 데이터를 생성하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.The process of generating measurement data by performing preprocessing is as follows.

제2 수신부(220)로 입력되는 레이저광에는 잡음도 함께 중첩되어 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 잡음과 함께 입력되는 저출력의 레이저광(표적으로부터 반사되는 레이저광)을 검출하기 위하여 다음과 같이 수신되는 광을 처리한다. Noise is also superimposed on the laser light input to the second receiver 220. Therefore, in the embodiment of the present invention, in order to detect the low-power laser light (laser light reflected from the target) input with the noise, the received light is processed as follows.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 제2 수신부에서 처리되어 출력되는 아날로그 신호 파형 및 이진 검출신호 출력을 나타낸 예시도이다. 8 is an exemplary diagram illustrating an analog signal waveform and a binary detection signal output processed by and output from a second receiver according to an exemplary embodiment of the present invention.

제2 수신부(220)의 제2 광 검출기(221)는 입사되는 광에 해당하는 광 전류 신호를 출력하고, 제2 증폭기(222)가 광 전류 신호를 증폭한 후 전압 신호로 변환하여 출력한다. The second photodetector 221 of the second receiver 220 outputs a photocurrent signal corresponding to incident light, and the second amplifier 222 amplifies the photocurrent signal and then converts the photocurrent signal into a voltage signal.

이때, 제2 증폭기(222)의 출력은 도 8의 (a)에 도시되어 있듯이, 표적 신호에 시스템 잡음이 중첩되어 있다. 이러한 잡음 성분 중에서 특히, 레이저가 대기를 통과할 때 발생하는 산란광에 의한 잡음은 근거리에서는 매우 크고 거리에 따라 지수적으로 감소하는 특성을 가지기 때문에, 거리 측정시 표적까지의 거리를 잘못 측정하게 되는 오측정률을 증가시키는 원인이 된다. 종래의 문턱검출방식에 의한 신호처리에서는 시변이득제어기(Time Varying Gain Controller)를 이용하여 전체적인 증폭이득을 조절함으로써 이와 같은 문제를 해결하고 있으나, 여전히 표적신호의 크기 변동에 따른 펄스 검출 오차를 제거하지 못하는 문제점이 있다. At this time, the output of the second amplifier 222, as shown in Figure 8 (a), the system noise is superimposed on the target signal. Among these noise components, in particular, the noise caused by scattered light generated when the laser passes through the atmosphere is very large at a short distance and exponentially decreases with distance. Therefore, the distance to the target is incorrectly measured when the distance is measured. It increases the measuring rate. In the conventional signal detection method using the threshold detection method, this problem is solved by adjusting the overall amplification gain using a time varying gain controller, but still does not eliminate the pulse detection error caused by the variation of the target signal. There is a problem.

도 9는 종래의 거리측정에 따라 발생되는 펄스 검출 오차를 나타낸 예시도이다. 종래 방식을 사용하는 경우에 펄스폭이 매우 짧고 거리측정 분해능이 10m 이상인 경우에는, 레이저가 대기를 통과할 때 발생하는 산란광에 의한 잡음이 측정오차에 큰 영향을 미치지는 않으나, 1m 이하의 분해능으로 거리를 측정할 시에는 큰 오차로 작용하게 된다.9 is an exemplary view showing a pulse detection error generated according to a conventional distance measurement. In the case of using the conventional method, when the pulse width is very short and the distance measurement resolution is 10 m or more, the noise caused by the scattered light generated when the laser passes through the atmosphere does not significantly affect the measurement error. When measuring the distance is a big error.

본 발명의 실시 예에서는 미분기(223)가 전압 신호에 중첩되어 거리에 따라 지수적으로 감소하는 레이저의 배경 산란에 의한 전압 성분을 미분하여 제거한다. 그리고 정합 필터(224)는 미분기(223)로부터 출력되는 신호를 표적 신호의 주파수 대역과 동일한 주파수 대역폭으로 필터링하여, 미분된 신호의 고주파 잡음을 제거하여 신호 대 잡음비를 최적화한다. 이 때, 필터의 차단 주파수 fc는 레이저 펄스(레이저 출력부에서 출력되는 레이저광)의 반치폭(Full Width at Half Maximum)을 τ라 할때 1/2τ로 설계한다. 예를 들어, τ=20ns라 할 때 fc=1/2τ=25MHz로 설계한다.In an embodiment of the present invention, the differentiator 223 superimposes the voltage signal and differentially removes the voltage component due to the background scattering of the laser which decreases exponentially with distance. The matched filter 224 filters the signal output from the differentiator 223 to the same frequency bandwidth as the frequency band of the target signal, thereby optimizing the signal-to-noise ratio by removing high frequency noise of the differentiated signal. At this time, the cutoff frequency fc of the filter is designed to be 1/2? When the full width at half maximum of the laser pulse (laser light output from the laser output unit) is?. For example, when τ = 20ns, fc = 1 / 2τ = 25MHz.

이러한 미분기(223)와 정합 필터(224)의 동작에 따라, 제2 수신부(220)에서 수신 및 처리되어 출력되는 전압 신호 중에서 표적 신호의 주파수 대역과 동일한 주파수 대역폭으로 직류 성분의 산란광 잡음을 차단하는 효과가 제공된다. 여기서 레이저 출력부(100) 의 레이저 다이오드의 파워가 상승되면서 레이저광이 발생되기까지 걸리는 시간인 레이저 펄스의 상승시간을 t_r 이라고 할 때, 표적 신호의 주파수 대역과 동일한 주파수 대역폭은 0.35/t_r을 만족한다. 예를 들어, t_r=10ns이면 대역폭= 0.35/t_r=35MHz가 되도록 설계될 수 있다. According to the operation of the differentiator 223 and the matched filter 224, the scattered light noise of the DC component is blocked by the same frequency band as the frequency band of the target signal among the voltage signals received and processed by the second receiver 220. The effect is provided. Here, when the rising time of the laser pulse, which is the time taken until the laser light is generated while the power of the laser diode of the laser output unit 100 is increased, is t _r , the frequency bandwidth equal to the frequency band of the target signal is 0.35 / t _r. To satisfy. For example, if t _r = 10 ns, the bandwidth may be designed to be 0.35 / t _r = 35 MHz.

또한, 오측정률이 최소화되며, 펄스 검출 오차가 효과적으로 제거된다. In addition, the false measurement rate is minimized, and the pulse detection error is effectively eliminated.

도 10은 본 발명에 실시 예에 따른 펄스 검출 오차를 나타낸 예시도이다. 10 is an exemplary view showing a pulse detection error according to an embodiment of the present invention.

위에 기술된 바와 같은 미분 동작에 의하여, 표적 신호의 첨두치를 도 10에 예시한 바와 같이, 신호의 크기에 무관하게 일정한 위치에서 검출 가능하게 되어 펄스 검출 오차가 효과적으로 제거된다.By the differential operation as described above, as shown in Fig. 10, the peak value of the target signal can be detected at a constant position regardless of the magnitude of the signal, thereby effectively eliminating the pulse detection error.

한편 미분기(223)와 정합 필터(224)를 통과하여 잡음이 제거된 신호는 영전압 검출기(225)로 입력된다. 영전압 검출기(225)는 잡음이 제거된 신호를 이진 디지털 신호로 처리한다. 구체적으로 영전압 검출기(225)는 정합필터(224)의 출력 전압을 영전압과 비교하여 + 전압이면 1로, - 전압이면 0으로 처리하여 이진 검출 신호를 출력한다. 이러한 이진 검출 신호 즉, 측정 데이터는 도 8의 (b)에 도시되어 있듯이 프레임 단위로 출력된다. 이때, 한 프레임은 N_S=3000개 비트로 구성될 수 있으며, 한 비트는 거리측정 분해능 1m에 해당된다.Meanwhile, a signal from which noise is removed through the differentiator 223 and the matched filter 224 is input to the zero voltage detector 225. The zero voltage detector 225 processes the noise canceled signal as a binary digital signal. Specifically, the zero voltage detector 225 outputs a binary detection signal by processing the output voltage of the matched filter 224 with a zero voltage and a zero voltage when the output voltage of the matching filter 224 is zero. Such binary detection signals, i.e., measurement data, are output in units of frames as shown in FIG. In this case, one frame may be composed of N _S = 3000 bits, and one bit corresponds to a distance measuring resolution of 1m.

위에 기술된 바와 같이 제2 수신부(220)에 의하여 표적으로부터 반사되어 입사되는 레이저광에 대한 잡음을 제거하는 전처리 과정이 수행되어 이진 검출 신호 즉, 측정 데이터가 생성되면, 누적 처리부(300)는 측정 데이터를 누적 처리한다(S140). As described above, when a pre-processing process of removing noise on the laser light reflected from the target by the second receiver 220 is performed to generate a binary detection signal, that is, measurement data, the accumulation processing unit 300 measures Accumulate data (S140).

구체적으로, 누적 처리부(300)의 타이밍 제어부(314)에서 출력되는 제어 신호에 따라 시프트 레지스터(311)는 제2 수신부(220)에서 출력되는 프레임 단위의 측정 데이터를 순차적으로 고속 저장한다. 다음에 가산기(312)는 시프트 레지스터(311)에 현재 입력되어 저장된 측정 데이터와 프레임 램(313)에 저장되어 있던 이전 누적 데이터를 비트 단위로 합산하여, 그 결과를 다시 프레임 램(313)에 누적 저장하는 과정을 수행한다(S150). 이때, 주소 제어부(316)가 시프트 레지스터(311)와 프레임 램(313)으로 데이터가 저장되는 동작을 제어하며, 특히, 누적 데이터가 정확한 주소에 저장되도록 제어한다. Specifically, according to the control signal output from the timing controller 314 of the accumulation processor 300, the shift register 311 sequentially stores the measurement data in frame units output from the second receiver 220 in sequence. Next, the adder 312 sums the measurement data currently input and stored in the shift register 311 and the previous cumulative data stored in the frame RAM 313 in bit units, and accumulates the result again in the frame RAM 313. A process of storing is performed (S150). At this time, the address controller 316 controls the operation of storing data to the shift register 311 and the frame RAM 313, and in particular, controls the accumulated data to be stored at the correct address.

위에 기술된 바와 같이 측정 데이터를 연산하여 누적 처리하는 과정은 거리 계수부(315)에 의하여 카운트되는 측정 시간이 설정 시간을 경과하기까지 N회 반복 수행된다. 여기서는 N=1024회 반복 수행하였으나, 본 발명은 이러한 회수에 한정되지 않는다. As described above, the process of calculating and accumulating the measurement data is repeatedly performed N times until the measurement time counted by the distance counting unit 315 passes the set time. Although N = 1024 repetitions are performed here, the present invention is not limited to this number.

한편, 거리 계수부(315)는 타이밍 제어부(314)로부터 인가되는 레이저 시작 펄스에 따라 측정 시간을 카운트하기 시작하며, 측정 시간이 설정 시간을 초과하면 카운트 동작을 종료하고 레이저 멈춤 펄스를 타이밍 제어부(314)로 출력한다. 이와 같이, 거리 계수부(315)는 레이저 시작 펄스와 레이저 멈춤 펄스 간의 시간차를 거리 측정 분해능 1m로 계수하게 된다. On the other hand, the distance counting unit 315 starts counting the measurement time according to the laser start pulse applied from the timing controller 314. When the measurement time exceeds the set time, the distance counting unit 315 ends the counting operation and generates the laser stop pulse in the timing controller ( 314). As such, the distance counting unit 315 counts the time difference between the laser start pulse and the laser stop pulse with a distance measurement resolution of 1m.

타이밍 제어부(314)는 거리 계수부(315)로부터 측정 시간이 설정 시간을 경과하여 레이저 멈춤 펄스가 출력되면, 시프트 레지스터(311), 가산기(312), 프레임 램(313), 주소 제어부(316)의 구동을 정지시켜 측정 데이터의 연산 및 누적 처리 과정을 종료한다(S160).The timing control unit 314 outputs the laser stop pulse after the measurement time has elapsed from the distance counting unit 315, and the shift register 311, the adder 312, the frame RAM 313, and the address control unit 316. Operation of the measurement data is terminated by terminating the driving of the measurement data (S160).

측정 데이터의 연산 및 누적 처리 과정이 종료되면, 누적된 데이터를 토대로 거리 측정부(400)가 표적까지의 거리를 측정한다. 여기서 동작 제어부(440)의 제어에 따라 거리 측정부(400)의 각 구성 요소가 동작하여 표적까지의 거리를 검출할 수 있다. When the calculation and accumulation processing of the measurement data is completed, the distance measuring unit 400 measures the distance to the target based on the accumulated data. Here, under the control of the operation controller 440, each component of the distance measurer 400 may operate to detect a distance to the target.

구체적으로, 표적신호 검출부(410)가 프레임 램(313)에 저장된 최종 누적 데이터를 판독하고, 최종 누적 데이터 중에서 문턱값 예를 들어, L_T=592 이상인 데이터를 표적 신호로 검출한다(S170). 검출된 표적 신호들은 하나 이상일 수 있다. 이것은 실질적으로 거리를 측정하고자 하는 표적 근처에 다른 대상이 다수 존재하는 경우에 발생될 수 있다. In detail, the target signal detector 410 reads the final accumulated data stored in the frame RAM 313 and detects data having a threshold value, for example, L _T = 592 or more, as the target signal among the final accumulated data (S170). The target signals detected may be one or more. This may occur when there are a large number of other objects near the target to be measured substantially in distance.

다음 피크 신호 검출부(420)가 도 7에서와 같이, 표적 신호들 중에서 피크 신호를 검출한다(S180). 피크 신호 검출부(420)는 표적 신호가 하나 이상인 경우 검출된 표적 신호들 중에 가장 높은 값을 가지는 피크 신호를 선택하고, 표적 신호가 하나인 경우에는 해당 표적 신호를 피크 신호로 선택한다. 그리고 선택된 피크 신호를 기준으로 복수개의 신호들을 선택하며, 예를 들어 피크 신호를 기준으로 각각 좌우측에 있는 복수개의 신호들(이하, 좌우 신호라고 명명함)을 선택한다(S190). 그리고 거리 검출부(430)가 선택된 피크 신호와 복수의 좌우 신호들을 토대로 표적까지의 거리 즉, 표적 거리를 측정한다. 이하에서는 설명의 편의를 위하여 피크 신호를 기준으로 선택되는 좌우 신호들을 "피크 주변 신호"라고 명명한다. Next, the peak signal detector 420 detects the peak signal among the target signals as shown in FIG. 7 (S180). The peak signal detector 420 selects the peak signal having the highest value among the detected target signals when the target signal is one or more, and selects the target signal as the peak signal when the target signal is one. Then, a plurality of signals are selected based on the selected peak signal, and for example, a plurality of signals (hereinafter, referred to as left and right signals) on the left and right sides are selected based on the peak signal (S190). The distance detector 430 measures the distance to the target, that is, the target distance, based on the selected peak signal and the plurality of left and right signals. Hereinafter, for convenience of description, the left and right signals selected based on the peak signal are referred to as "peak peripheral signals".

본 발명의 실시 예에 따른 거리 검출부(430)는 다음과 같은 수학식 3을 토대로표적 거리를 측정한다. The distance detector 430 according to an embodiment of the present invention measures the target distance based on Equation 3 below.

여기서, d_est 는 표적 거리를 나타내며, i는 누적된 신호의 메모리 인덱스 값을 나타낸다. m은 피크 신호의 인덱스 위치에서 좌측 방향에 위치한 양의 신호의 인덱스를 나타내며, 특히 피크 신호로부터 처음으로 다음 신호의 크기가 음이 되는 양의 신호의 인덱스를 나타낸다. n은 피크 신호의 인덱스 위치에서 우측방향에 위치한 양의 신호의 인덱스를 나타내며, 특히 피크 신호로부터 처음으로 다음 신호의 크기가 음이 되는 양의 신호의 인덱스를 나타낸다. 한편,

는 메모리 인덱스 i에서의 신호 크기를 나타낸다. 분자의

는 가중치이기도 하다.Where d _est Denotes a target distance and i denotes a memory index value of the accumulated signal. m represents the index of the positive signal located in the left direction at the index position of the peak signal, and in particular, the index of the positive signal in which the magnitude of the next signal becomes negative for the first time from the peak signal. n represents the index of the positive signal located in the right direction at the index position of the peak signal, and in particular, the index of the positive signal in which the magnitude of the next signal becomes negative for the first time from the peak signal. Meanwhile,

Denotes the signal magnitude at memory index i. Molecular

Is also a weight.

위의 수학식 3에서와 같이, 본 발명의 실시예에서, 거리 검출부(430)는 피크 신호와 피크 신호를 기준으로 좌우 피크 주변 신호들(m, m+1, m+2, …, n-2, n-1, n)에 대하여 각각 가중치(filtered(i))를 부가하고(S200), 이 가중치가 부가된 신호들을 합한 값을 피크 신호와 피크 주변 신호들의 크기 합으로 나누어 표적 거리를 검출한다(S210). 여기서, 각 신호에 대하여 부가되는 가중치는 서로 다르거나 동일할 수 있다. As in Equation 3 above, in the embodiment of the present invention, the distance detector 430 is based on the peak signal and the peak signal, the left and right peak peripheral signals (m, m + 1, m + 2, ..., n- A weighted filter (i) is added to 2, n-1 and n (S200), and the target distance is detected by dividing the sum of the weighted signals by the sum of the peak signal and the signal around the peak. (S210). Here, the weights added to each signal may be different or the same.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 측정 데이터의 한 예를 나타낸 도이다. 11 is a diagram illustrating an example of measurement data according to an exemplary embodiment of the present invention.

예를 들어, 레이저 수신부(200)에 의하여 제2 레이저 광이, 증폭, 미분, 필터링 및 영전압 검출 과정을 통하여 이진 검출 신호인 측정 데이터로 출력되고, 측정 데이터들은 누적 처리부(300)에 의하여 측정 시간 동안 누적 처리된다. 누적된 데이터를 보정하여 누적 신호와 유사한 필터 마스크로 필터링한 후 정규화(normalization)하면, 도 11과 같은 형태의 데이터가 획득될 수 있다. For example, the second laser light is output by the laser receiver 200 as measurement data that is a binary detection signal through amplification, derivative, filtering, and zero voltage detection, and the measurement data is measured by the accumulation processor 300. Cumulative over time. If the accumulated data is corrected, filtered with a filter mask similar to the accumulated signal, and then normalized, data in the form of FIG. 11 may be obtained.

표적 신호 검출부(410)는 도 11과 같은 누적된 데이터들 중에서 설정된 문턱값 이상의 데이터들을 표적 신호로 검출한다. 문턱값 이상의 표적 신호가 복수개인 경우에는 가장 높은 값을 가지는 신호를 피크 신호로 하고, 문터값 이상의 표적 신호가 하나인 경우에는 해당 신호를 피크 신호로 한다. 도 11과 같은 데이터들 중에서 가장 높은 값(예: 4.9)을 가지는 메모리 인덱스 100의 신호가 피크 신호로 선택될 수 있다. The target signal detection unit 410 detects data equal to or greater than a set threshold value among the accumulated data as shown in FIG. 11 as a target signal. When there are a plurality of target signals having a threshold value or more, the signal having the highest value is used as the peak signal, and when there is one target signal having a higher than the gate value, the corresponding signal is used as the peak signal. A signal of the memory index 100 having the highest value (for example, 4.9) among the data as shown in FIG. 11 may be selected as the peak signal.

선택된 피크 신호를 기준으로 좌우에 위치하는 신호들 중에서 양의 값을 가지는 신호들을 선택한다. 예를 들어, 피크 신호를 기준으로 좌우 각각 2개의 신호들을 선택하면, 도 11에 따라, 98, 99, 101, 102의 메모리 인덱스 값을 가지는 신호들이 피크 주변 신호로서 각각 선택된다. 이와 같이 선택된 피크 신호와 피크 주변 신호들 각각에 대하여 가중치(예를 들어, 1.1, 3.4, 4.9, 4.5, 2.7)를 각각 부여하면서, 위의 수학식 3에 따라 표적 거리를 산출하면 다음과 같다. Based on the selected peak signal, signals having a positive value are selected from the signals located at the left and right. For example, when two signals, respectively, are selected based on the peak signal, signals having memory index values of 98, 99, 101, and 102 are respectively selected as peak peripheral signals according to FIG. 11. The target distance is calculated according to Equation 3 above while giving weights (for example, 1.1, 3.4, 4.9, 4.5, and 2.7) to each of the selected peak signal and the peak surrounding signals.

이와 같이 피크 신호와 피크 주변 신호에 대하여 가중치를 부가하여 표적 거리를 산출함으로써, 보다 높은 분해능으로 보다 정확하게 표적 거리를 측정할 수 있다. As described above, the target distance is calculated by adding weights to the peak signal and the signal around the peak, so that the target distance can be measured more accurately with higher resolution.

산출된 표적 거리(거리 정보)는 인터페이스/통신부(324)를 통하여 디스플레이부(500)로 출력되며, 이에 따라 디스플레이부(500)를 통하여 표적까지의 거리가 디스플레이 된다(S210).The calculated target distance (distance information) is output to the display unit 500 through the interface / communication unit 324, and thus the distance to the target is displayed through the display unit 500 (S210).

위에 기술된 바와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 측정 방법의 분해능 향상에 대하여 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다. The resolution improvement of the laser distance measuring method according to the embodiment of the present invention as described above will be described in more detail as follows.

본 발명의 실시 예에 따른 레이저 측정 장치(1)에 사용되는 레이저 다이오드는 그 파워가 약하기 때문에, 표적에서 반사되어 레이저 수신부(200)에서 수신되는 레이저 광의 신호대잡음비 즉, SNR이 낮을 수 밖에 없다. 그러나 SNR이 1보다 큰 경우 반복 측정 결과를 누적하면 신호의 검출 확률을 높일 수 있다. Since the laser diode used in the laser measuring apparatus 1 according to the embodiment of the present invention has a weak power, the signal-to-noise ratio of the laser light reflected from the target and received by the laser receiver 200, that is, the SNR may be low. However, if the SNR is greater than 1, accumulating repeating measurement results may increase the detection probability of the signal.

이에 따라 위에 기술된 바와 같이, 레이저 수신부(200)는 수신되는 미약한 레이저 신호를 적절한 문턱값으로 이진화하여 누적 처리부(300)에 저장하며, 이러한 과정을 설정 횟수 예를 들어, 1,000번 반복하여 결과를 누적하면 레이저 수신부(200)의 SNR이 좋아져 거리측정 성능을 향상시킬 수 있게 된다.Accordingly, as described above, the laser receiver 200 binarizes the received weak laser signal to an appropriate threshold value and stores the result in the accumulation processor 300, and repeats this process for a set number of times, for example, 1,000 times. Accumulating the SNR improves the SNR of the laser receiver 200, thereby improving the ranging performance.

한편 일반적으로 레이저 거리 측정 장치는 TOF(Time Of Flight) 방법에 의해 거리를 측정한다. 즉, 빛이 레이저 송신부를 떠난 시간(t₁)과 표적에 반사되어 다시 레이저 수신부에 입력되는 시간(t₂)과의 차이(t₃ =t₂ _-t₁)를 측정하여 거리를 측정한다. 결국 측정되는 시간차(t₃)는 레이저 거리 측정 장치에서 표적까지의 왕복 거리에 대한 것이 되므로, 표적 거리 d는 아래와 같이 나타낼 수 있다. In general, a laser distance measuring apparatus measures a distance by a time of flight (TOF) method. That is, the difference between the time t _{1 at} which the light leaves the laser transmitter t ₁ and the time t ₂ reflected from the target and input back to the laser receiver t ₃ = Measure the distance by measuring t ₂ _- t ₁ ). Eventually, since the measured time difference t ₃ is for the round trip distance from the laser distance measuring device to the target, the target distance d can be expressed as follows.

여기서 c는 빛의 속도를 나타낸다. Where c represents the speed of light.

빛의 속도 c는 3x10⁸ m/s 이므로 거리 분해능이 1m가 되려면 레이저의 왕복을 고려하여 6.67ns(150MHz)의 주기로 수신되는 신호를 샘플링해야 한다. 수신된 신호는 미분되고 이진화되어 샘플링된다. The speed c of light is 3x10 ⁸ m / s, so for a distance resolution of 1m, the incoming signal must be sampled at 6.67ns (150MHz), taking into account the round trip of the laser. The received signal is differentiated, binarized and sampled.

구동 주파수를 예를 들어, 50MHz라고 하면, 이러한 구동 주파수는 비교적 높기 때문에 비교적 단순한 디지털 로직 설계를 토대로 샘플링되는 신호를 저장한다. 수신된 신호에 대한 샘플링 신호는 150MHz 클락에 동기되어 소정 비트폭을 가지는 시프트 레지스터에 저장된다. 예를 들어, 레이저 거리 측정 장치가 측정 가능한 최대 측정 거리를 1,000m라고 하면, 1,000 비트폭의 시프트 레지스터가 사용된다. 레이저 광 발사전에 시프트 레지스터에 저장된 데이터는 프레임 램에 누적 저장된다. If the driving frequency is 50 MHz, for example, this driving frequency is relatively high, and thus stores a signal sampled based on a relatively simple digital logic design. The sampling signal for the received signal is stored in a shift register having a predetermined bit width in synchronization with a 150 MHz clock. For example, if the maximum distance measured by the laser distance measuring device is 1,000 m, a 1,000-bit wide shift register is used. The data stored in the shift register before firing the laser light is accumulated and stored in the frame RAM.

이러한 과정을 설정 회수 예를 들어, 1000번 반복하여 시프트 레지스터에 있는 이진 데이터를 프레임 램에 누적하면, 실제거리 100.3m에 있는 표적에 대하여 도 12와 같은 결과를 얻는다. If this process is repeated a set number of times, for example, 1000 times, the binary data in the shift register is accumulated in the frame RAM, and a result as shown in FIG. 12 is obtained for a target at an actual distance of 100.3 m.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 장치에 의하여 측정된 누적 데이터의 예를 나타낸 도이다. 12 is a diagram illustrating an example of cumulative data measured by a laser distance device according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 12에 예시된 바와 같은 누적 데이터들의 제로 크로싱(zero crossing) 시점을 찾아서 표적 거리를 구할 수 있으며, 제로 크로싱 시점을 찾기 위하여 누적 신호와 유사한 필터 마스크로 필터링을 수행하면 도 11에 도시된 바와 같은 결과를 얻게 된다. The target distance may be obtained by finding a zero crossing point of the accumulated data as illustrated in FIG. 12. When filtering with a filter mask similar to the accumulated signal is performed to find the zero crossing point, as shown in FIG. 11. You get a result.

그런데 표적까지의 실제 거리에 따라 신호 차이가 발생한다. However, signal difference occurs depending on the actual distance to the target.

도 13은 표적의 거리에 따른 누적 데이터의 결과들을 나타낸 도이다. 도 13에서, 프레임 램 인덱스가 해당 누적 데이터가 저장된 프레임 램의 주소를 나타내며, 프레임 램의 주소가 거리를 나타낸다. 13 is a diagram showing results of cumulative data according to a distance of a target. In FIG. 13, the frame RAM index indicates the address of the frame RAM in which the corresponding accumulated data is stored, and the address of the frame RAM indicates the distance.

예를 들어, 표적이 정확히 레이저 거리 측정 장치로부터 100m에 위치할 경우, 도 13의 A와 같이 제로 크로싱 위치가 정확하게 100m에서 나타나는 신호를 얻을 수 있다. 이러한 신호를 필터링하면 도 13의 C와 같이, 100m를 기준으로 대칭적인 형태를 나타낸다. 그러나 표적이 100.3m에 위치할 경우에는 도 13의 B와 같이 수신되어 누적 처린 신호가 이산(discrete) 신호이지만 제로 크로싱 위치가 100m와 101m 사이의 100.3m 정도에서 얻어지리라고 예상할 수 있다. 이 경우에 필터링을 수행하면 도 13의 D와 같이 100m에서 피크 값을 얻을 수는 있지만, 도 13의 C의 결과와 달리 100m를 기준으로 대칭성이 만족되지 않는다. 결국, 필터링 결과는 실질적인 표적 거리가 정확히 정수일 경우에 대칭성을 유지하지만, 표적 거리가 정수가 아닐 경우에는 제로 크로싱 위치가 이동함에 따라 대칭성이 사라지게 된다. For example, when the target is located exactly 100m from the laser distance measuring device, as shown in FIG. 13A, a signal in which the zero crossing position is exactly displayed at 100m can be obtained. Filtering such a signal shows a symmetrical shape with respect to 100m, as shown in FIG. However, when the target is located at 100.3m, it can be expected that the signal received as shown in B of FIG. 13 is a discrete signal but the zero crossing position is obtained at about 100.3m between 100m and 101m. In this case, if the filtering is performed, a peak value can be obtained at 100 m as shown in D of FIG. 13, but unlike the result of C of FIG. 13, symmetry is not satisfied based on 100 m. As a result, the filtering result maintains symmetry when the actual target distance is exactly an integer, but when the target distance is not an integer, the symmetry disappears as the zero crossing position moves.

그러므로 예를 들어 실제 표적 거리가 100.3m인 경우에는 필터링 결과로 얻어지는 피크 값이 샘플링 분해능의 한계로 인해 100번째 인덱스의 프레임 램에서 얻어짐으로써, 최종적으로 획득한 표적 거리는 100m가 된다. 따라서 실질적인 표적 거리가 100.3m임에도 불구하고 측정되는 표적 거리가 100.0m가 되어 정확한 거리 측정이 이루어지지 않는다. Therefore, for example, when the actual target distance is 100.3m, the peak value obtained as a result of the filtering is obtained in the frame RAM of the 100th index due to the limitation of the sampling resolution, so that the finally obtained target distance is 100m. Therefore, even though the actual target distance is 100.3m, the measured target distance is 100.0m, so that accurate distance measurement is not achieved.

따라서 본 발명의 실시 예에서는 거리 측정의 분해능을 개선시키기 위하여, 피크 값이 검출되는 프레임 램 인덱스를 표적 거리로 사용하는 것이 아니라, 피크값이 검출되는 프레임 램 인덱스의 데이터와 해당 프레임 램 인덱스 주변의 데이터에 대하여 가중치를 적용하여 거리 측정시 사용함으로써, 거리 측정의 분해능을 향상시킨다. 이것은 필터링하기 전의 누적 신호의 제로 크로싱 위치를 인터폴레이션(interpolation)에 의해 찾는 것과 유사하다고 할 수 있다. 예를 들어, 도 13의 D에서, 피크값을 가지는 피크 신호를 포함한 좌우 2m개(좌측 m개 우측 m개, 여기서 m=2)의 양의 값을 갖는 신호들을 피크 주변 신호로 선택하고, 선택한 피크 주변 신호와 피크 신호에 각각 가중치를 부여하여 거리값을 평균하면, 위의 수학식 4에 따라 100.26m의 표적 거리가 검출된다. 이와 같이 가중치를 적용하여 거리를 산출하면 분해능의 개선효과로 실제거리(100.3m)에 더 근접한 수치를 얻을 수 있게 된다. 따라서 보다 향상된 거리 측정 분해능으로 보다 정확하게 표적 거리를 측정할 수 있다. 특히 본 발명의 실시 예에 따른 레이저 거리 측정 방법에 따르면 종래 1m의 거리 분해능을 최대 0.2m까지 개선시킬 수 있다.Therefore, in the embodiment of the present invention, in order to improve the resolution of the distance measurement, instead of using the frame RAM index where the peak value is detected as the target distance, the data of the frame RAM index where the peak value is detected and the area around the frame RAM index are detected. The weight is applied to the data to be used in the distance measurement, thereby improving the resolution of the distance measurement. This is analogous to finding by interpolation the zero crossing position of the cumulative signal before filtering. For example, in FIG. 13D, signals having positive values of 2m left and right (m left m, right m, where m = 2) including a peak signal having a peak value are selected as peak peripheral signals and selected When the distance values are averaged by weighting the signal around the peak and the peak, respectively, a target distance of 100.26 m is detected according to Equation 4 above. By calculating the distance by applying the weight as described above, a value closer to the actual distance (100.3 m) can be obtained as an effect of improving the resolution. As a result, target distances can be measured more accurately with improved range resolution. In particular, according to the laser distance measuring method according to an embodiment of the present invention, it is possible to improve the distance resolution of 1m up to 0.2m.

한편 위의 실시 예에서는 레이저를 이용한 거리 측정 장치에서 위에 기술된 바와 같이 피크 신호와 피크 주변 신호에 대하여 가중치를 적용하여 표적 거리를 구하는 본 발명의 실시 예에 따른 거리 측정 방법이 적용된 것에 대하여 설명하였으나, 본 발명에 따른 방법은 도 1과 같은 구조를 가지는 레이저 거리 측정 장치에 한정되지 않으며, 측정 시간 동안 수신되는 신호를 누적한 누적 데이터를 이용하여 거리를 측정하는 모든 분야에 적용될 수 있다. Meanwhile, in the above embodiment, as described above, the distance measuring method according to the embodiment of the present invention which obtains a target distance by applying weights to the peak signal and the signal around the peak as described above has been described. The method according to the present invention is not limited to the laser distance measuring device having the structure as shown in FIG. 1, and may be applied to any field for measuring distance using accumulated data accumulated in a signal received during a measurement time.

본 발명의 실시 예는 이상에서 설명한 장치 및/또는 방법을 통해서만 구현이 되는 것은 아니며, 본 발명의 실시예의 구성에 대응하는 기능을 실현하기 위한 프로그램, 그 프로그램이 기록된 기록 매체 등을 통해 구현될 수도 있으며, 이러한 구현은 앞서 설명한 실시예의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야의 전문가라면 쉽게 구현할 수 있는 것이다.The embodiments of the present invention are not limited to the above-described apparatuses and / or methods, but may be implemented through a program for realizing functions corresponding to the configuration of the embodiment of the present invention, a recording medium on which the program is recorded And such an embodiment can be easily implemented by those skilled in the art from the description of the embodiments described above.

이상에서 본 발명의 실시 예에 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.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, It belongs to the scope of right.

Claims

Receiving and processing laser light reflected from a target to generate measurement data, and repeatedly storing the measurement data as cumulative data;
Performing the process a plurality of times, and then detecting, as a target signal, data exceeding a threshold value among stored accumulated data;
Selecting a signal having the largest value among the detected target signals as a peak signal;
Selecting left and right peak peripheral signals based on the selected peak signal among the stored accumulated data; And
Acquiring a target distance, which is a distance to the target, based on a weighted value of the peak signal and the signal around the peak;
Including, the distance measuring method.

The method of claim 1, wherein
Obtaining the target distance is
Applying weights to the peak signal and the signal around the peak;
Calculating a first value by summing values for the weighted peak signal and the signal around the peak;
Calculating a second value by summing magnitude values for the peak signal and the signal around the peak; And
Dividing the first value by the second value to obtain a target distance
Including, the distance measuring method.

The method according to claim 2, wherein
Applying a weight to the peak signal and the signal around the peak
Weights the index values of the memory in which the peak signal and the peak peripheral signals are stored,
The weight represents a magnitude of the corresponding signal, and the peak signal and the signal around the peak has a positive value.

Repeating a process of generating binary data and accumulating and storing the measured data in a binary form with respect to a target whose distance is to be measured;
Selecting the peak signal from among the data stored in the memory after repeating the process the predetermined number of times;
Selecting peak peripheral signals based on the selected peak signal among data accumulated and stored in the memory, wherein the peak peripheral signals have a positive value;
Applying weights to the peak signal and the signal around the peak;
Calculating a first value by summing values for the weighted peak signal and the signal around the peak;
Calculating a second value by summing magnitude values for the peak signal and the signal around the peak; And
Dividing the first value by the second value to obtain a target distance
Including, the distance measuring method.

The method of claim 4, wherein
The step of selecting the peak signal
Detecting data satisfying the set condition as a target signal; And
Selecting a signal having the largest value among the detected target signals as the peak signal
Including, the distance measuring method.

The method of claim 4, wherein
Applying the weight is
And applying weights to the index values of a memory in which the peak signal and the peak peripheral signals are stored, wherein the weight indicates a magnitude of the corresponding signal.

In the distance measuring device that measures the distance to the target using a laser beam
A laser receiver which receives the laser light reflected from the target and outputs it as an electrical signal, and then removes a noise component included in the electrical signal and outputs the measured data as a binary signal;
A cumulative processing unit including a frame RAM in which previous cumulative data is stored, and repeating a process of adding the measured data output from the laser receiver and the previous cumulative data stored in the frame RAM and storing the data in the frame RAM again for a set time; And
Detecting target signals from the accumulated data stored in the frame RAM, selecting a signal having the largest value among the detected target signals as a peak signal, and the peak peripheral signals and the peak signal around the peak signal Distance measuring unit for calculating the distance to the target based on
Laser distance measuring device comprising a.

The method of claim 7, wherein
The distance measuring unit
A target signal detector for detecting data exceeding a threshold value from the accumulated data as a target signal;
A peak signal detector for detecting a signal having the largest value among the target signals as a peak signal; And
A distance detector configured to select peak peripheral signals based on the selected peak signal among the accumulated data, and obtain a target distance, the distance to the target, based on a weighted value of the peak signal and the peak peripheral signal;
Comprising a laser distance measuring device.

The method of claim 8, wherein
The distance detector

Obtain a target distance according to the condition of d _est Denotes the target distance, i denotes the memory index value of the accumulated signal, m denotes the index of the positive signal at which the magnitude of the first next signal becomes negative from the index position of the peak signal, and n denotes the peak signal. Indicates the index of the positive signal whose first next signal becomes negative in the right direction from the index position of,

Is a laser distance measuring device indicating the signal magnitude at the memory index i.

The method of claim 7, wherein
The cumulative processing unit
A shift register for sequentially storing the measurement data;
An adder for summing measurement data stored in the shift register with previous cumulative data stored in the frame RAM and storing the sum data again in the frame RAM;
A counting unit for counting the measurement time; And
The timing control unit operates the shift register and the adder until the measurement time passes the set time and repeats the storage, calculation and accumulation process of the measurement data N times.
Comprising a laser distance measuring device.