KR20160066641A - 초음파 센서의 수신감도 개선 장치 및 방법 - Google Patents

초음파 센서의 수신감도 개선 장치 및 방법 Download PDF

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이민지
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Abstract

본 발명은 초음파 센서에 수신된 수신신호를 노이즈 또는 물체신호로 판별하는 신호 판별부; 및 신호 판별부의 판별 결과에 따라 수신신호를 감쇄시키거나 증폭시키는 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

초음파 센서의 수신감도 개선 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR IMPROVING SENSITIVITY OF ULTRASONIC SENSOR}
본 발명은 초음파 센서 수신 감도 개선 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 차량의 전후방에 설치되어 물체와의 거리를 감지하는 초음파 센서의 수신 감도를 개선하는 초음파 센서의 수신감도 개선 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적인 주차 지원 시스템은 차량의 각종 센서를 통해 물체와의 거리를 감지하고, 감지한 물체와의 거리를 운전자에게 안내하여 운전자가 물체와의 충돌없이 안전하게 주차할 수 있도록 지원한다.
주차 지원 시스템에는 초음파 센서가 주로 채용되고 있다. 초음파 센서는 차량과 물체 사이의 거리정보를 운전자에게 제공하는 것으로써, 차량의 전후방에 장착되어 초음파를 발생시키고 물체로부터 반사되어 되도록 오는 신호의 파형과 시간을 이용하여 차량과 물체 사이의 사이의 거리를 측정한다.
그러나, 종래의 초음파 센서는 노이즈와 정상 신호(물체 반사 신호)를 구분하지 않고 모두 증폭하여 증폭된 노이즈를 정상 신호로 오인하여 오류를 발생시킨다. 이는 초음파 센서가 주위 환경 변화에 민감한 초음파를 이용하기 때문이다.
즉, 종래의 초음파 센서는 노이즈에 의한 측정 오차 발생율이 높고, 이로 인해 물체 감지 정확도도 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 등록특허공보 제10-1328016호(2013.11.05)에 개시되어 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 본 발명의 목적은 차량의 전후방에 설치되어 물체와의 거리를 감지하는 초음파 센서의 수신 감도를 개선하여 차량과 물체 간의 거리 감지 정확도를 향상시킨 초음파 센서의 수신감도 개선 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 차량과 물체 간의 거리 감지 정확도를 향상시켜 차량용 주차 지원 시스템의 성능을 향상시키는 초음파 센서의 수신감도 개선 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 초음파 센서의 수신감도 개선 장치는 초음파 센서에 수신된 수신신호를 노이즈 또는 물체신호로 판별하는 신호 판별부; 및 상기 신호 판별부의 판별 결과에 따라 상기 수신신호를 감쇄시키거나 증폭시키는 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 신호 판별부는 상기 수신신호에서 어쿠스틱 노이즈를 검출하는 어쿠스틱 노이즈 검출부; 및 상기 어쿠스틱 노이즈에 대해 설정된 어쿠스틱 노이즈 임계값을 검출하고, 검출된 상기 어쿠스틱 노이즈 임계값을 수신신호와 비교하여 비교 결과에 따라 상기 수신신호를 노이즈와 물체신호 중 어느 하나로 판별하는 판별부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 판별부는 상기 수신신호가 상기 어쿠스틱 노이즈 임계값 이상이면 상기 수신신호를 물체신호로 판별하고, 상기 수신신호가 상기 어쿠스틱 노이즈 임계값 미만이면 상기 수신신호를 노이즈로 판별하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 어쿠스틱 노이즈 임계값은 상기 어쿠스틱 노이즈의 크기에 따라 각각 다르게 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 신호 처리부는 상기 신호 판별부에 의해 상기 수신신호가 물체신호로 판별되면 상기 수신신호를 증폭시키는 수신신호 증폭부; 및 상기 신호 판별부에 의해 상기 수신신호가 노이즈로 판별되면 상기 수신신호를 감쇄시키는 수신신호 감쇄부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 상기 신호 처리부로부터 입력된 상기 수신신호에서 물체신호만을 선별하여 출력하는 물체신호 선별부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 물체신호 선별부는 물체신호만을 출력하기 위한 측정 임계값을 검출하는 측정 임계값 검출부; 및 상기 수신신호와 상기 측정 임계값을 비교하여 비교 결과에 따라 상기 수신신호에서 물체신호만을 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 측정 임계값 검출부는 물체신호에 대응되는 기 설정된 물체신호 임계값을 검출하는 물체신호 임계값 검출부; 및 상기 물체신호 임계값과 상기 어쿠스틱 노이즈 임계값을 비교하여 비교 결과에 따라 상기 물체신호 임계값과 상기 어쿠스틱 노이즈 임계값 중 어느 하나를 상기 측정 임계값으로 선정하는 측정 임계값 선정부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 출력부는 상기 수신신호와 상기 측정 임계값을 비교하여 상기 수신신호가 상기 측정 임계값 이상일 경우에만 상기 수신신호를 출력하는 특징으로 한다.
본 발명에서, 초음파 센서의 수신감도 개선 방법은 수신신호에서 어쿠스틱 노이즈를 검출하는 단계; 상기 어쿠스틱 노이즈에 대해 설정된 어쿠스틱 노이즈 임계값을 검출하고, 검출된 상기 어쿠스틱 노이즈 임계값을 수신신호와 비교하여 비교 결과에 따라 상기 수신신호를 노이즈와 물체신호 중 어느 하나로 판별하는 단계; 상기 판별 결과에 따라 상기 수신신호를 증폭 또는 감쇄시키는 단계; 및 증폭 또는 감쇄된 상기 수신신호와 기 설정된 측정 임계값을 비교하여 비교 결과에 따라 상기 수신신호에서 물체신호만을 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서, 상기 수신신호를 증폭 또는 감쇄시키는 단계는 상기 수신신호가 물체신호로 판별되면 상기 수신신호를 증폭시키고, 상기 수신신호가 노이즈로 판별되면 상기 수신신호를 감쇄시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 차량의 전후방에 설치되어 물체와의 거리를 감지하는 초음파 센서의 수신 감도를 개선하여 차량과 물체 간의 거리 감지 정확도를 향상시키고, 이를 토대로 차량용 주차 지원 시스템의 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서의 수신감도 개선 장치의 블럭 구성도이다.
도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 LIN 라인에서의 어쿠스틱 노이즈 검출 예를 나타낸 도면이다.
도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 IO 라인에서의 어쿠스틱 노이즈 검출 예를 나타낸 도면이다.
도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 영향이 상대적으로 작은 환경에서의 어쿠스틱 노이즈 임계값과 물체감지 임계값을 나타낸 도면이다.
도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 영향이 상대적으로 큰 환경에서의 어쿠스틱 노이즈 임계값과 물체감지 임계값을 나타낸 도면이다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서의 수신감도 개선 방법을 도시한 순서도이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서의 수신감도 개선 장치 및 방법을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야할 것이다.
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서의 수신감도 개선 장치의 블럭 구성도이고, 도 2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 LIN 라인에서의 어쿠스틱 노이즈 검출 예를 나타낸 도면이며, 도 3 은 본 발명의 일 실시예에 따른 IO 라인에서의 어쿠스틱 노이즈 검출 예를 나타낸 도면이며, 도 4 는 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 영향이 상대적으로 작은 환경에서의 어쿠스틱 노이즈 임계값과 물체감지 임계값을 나타낸 도면이며, 도 5 는 본 발명의 일 실시예에 따른 노이즈 영향이 상대적으로 큰 환경에서의 어쿠스틱 노이즈 임계값과 물체감지 임계값을 나타낸 도면이다.
도 1 을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서의 수신감도 개선 장치는 신호 판별부(20), 신호 처리부(30) 및 물체신호 선별부(40)를 포함한다.
초음파 센서(10)는 차량에 설치되어 초음파 신호를 출력하고 차량 주변에 있는 물체에 의해 반사된 신호를 수신하여 이 신호의 파장 및 물체에 반사되어 되돌아 오는 시간을 통해 차량과 물체와의 거리를 계산할 수 있도록 한다.
신호 판별부(20)는 초음파 센서(10)에 의해 수신된 수신신호를 노이즈와 물체신호(물체에 반사되어 수신된 신호) 중 어느 하나로 판별한다.
신호 판별부(20)는 어쿠스틱 노이즈 검출부(21) 및 판별부(22)를 포함한다.
어쿠스틱 노이즈 검출부(21)는 수신신호에서 어쿠스틱 노이즈를 검출한다. 어쿠스틱 노이즈 검출부(21)는 도 2 에 도시된 바와 같이 초음파 센서(10)가 LIN line을 통해 연결될 경우 헤더의 Synch break에서 어쿠스틱 노이즈를 검출할 수 있고, 도 3 에 도시된 바와 같이 IO line을 통해 연결될 경우 Command에서 어쿠스틱 노이즈를 검출할 수 있다.
판별부(22)는 어쿠스틱 노이즈에 대하여 설정된 어쿠스틱 노이즈 임계값을 검출한다. 어쿠스틱 노이즈 임계값은 어쿠스틱 노이즈의 크기에 따라 각각 다르게 설정된다. 이에 도 4 와 도 5 에 도시된 바와 같이, 어쿠스틱 노이즈 임계값은 어쿠스틱 노이즈의 크기가 클 경우 상대적으로 크게 설정되고 작을 경우 상대적으로 작게 설정될 수 있으며, 어쿠스틱 노이즈의 크기에 비례하여 다양하게 설정될 수 있다.
또한 판별부(22)는 이 어쿠스틱 노이즈 임계값을 수신신호와 비교하여 비교 결과에 따라 수신신호를 노이즈와 물체신호 중 어느 하나로 판별한다. 판별부(22)는 도 4 와 도 5 에 도시된 바와 같이 수신신호가 어쿠스틱 노이즈 임계값 이상이면 해당 수신신호를 물체신호로 판별하고, 수신신호가 어쿠스틱 노이즈 임계값 미만이면 해당 수신신호를 노이즈로 판별한다.
신호 처리부(30)는 신호 판별부(20)에 의해 판별된 판별 결과에 따라 해당 수신신호를 감쇄 또는 증폭시키는 것으로서, 수신신호 감쇄부(31) 및 수신신호 증폭부(32)를 포함한다.
즉, 신호 판별부(20)에 의해 수신신호가 노이즈로 판별되면 수신신호 감쇄부(31)는 해당 수신신호를 감쇄시킨다.
반면에, 신호 판별부(20)에 의해 수신신호가 물체신호로 판별되면 수신신호 증폭부(32)는 수신신호를 증폭시킨다.
물체신호 선별부(40)는 신호 처리부(30)로부터 입력된 수신신호에서 물체신호만을 선별하여 출력하는 것으로서, 측정 임계값 검출부(41) 및 출력부(42)를 포함한다.
측정 임계값 검출부(41)는 물체신호만을 출력하기 위한 측정 임계값을 검출하는 것으로서, 물체신호 임계값 검출부(411) 및 측정 임계값 선정부(412)를 포함한다.
물체신호 임계값 검출부(411)는 물체신호에 대해 기 설정된 물체신호 임계값을 검출한다. 물체신호 임계값은 도 4 와 도 5 에 도시된 바와 같이 물체신호의 크기에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
측정 기준값 선정부(412)는 물체신호 임계값과 어쿠스틱 노이즈 임계값을 비교하여 비교 결과에 따라 물체신호 임계값과 어쿠스틱 노이즈 임계값 중 어느 하나를 측정 임계값으로 선정한다. 이 경우 측정 기준값 선정부(412)는 물체신호 임계값과 어쿠스틱 노이즈 임계값 중 크기가 더 큰 것을 측정 임계값으로 선정한다.
출력부(42)는 수신신호와 측정 임계값을 비교하여 수신신호가 측정 임계값 이상일 경우에만 수신신호를 출력함으로써, 어쿠스틱 노이즈가 상대적으로 큰 수신신호를 제거할 수 있고, 이를 통해 물체와의 거리 측정시 노이즈에 의한 물체와의 거리 측정 오류를 크게 감소시킬 수 있다.
즉, 도 5 에 도시된 바와 같이 노이즈 영향이 상대적으로 큰 환경에서는 노이즈가 물체신호보다 크게 나타날 수 있고, 그 결과 어쿠스틱 노이즈 임계값이 물체신호 임계값보다 높게 설정될 수 있어 노이즈가 물체신호로 판별될 수 있다. 이를 방지하기 위해, 물체신호 임계값과 어쿠스틱 노이즈 임계값 중 크기가 큰 것을 측정 임계값으로 선정함으로써, 노이즈 영향이 상대적으로 큰 환경에서도 노이즈를 인식하지 않도록 한다.
한편, 출력부(42)에 의해 물체신호가 출력되면, 거리 측정장치(미도시)는 출력부(42)를 통해 출력된 수신신호의 파장과 시간을 이용하여 물체와의 거리를 측정할 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서의 수신감도 개선 방법을 도 6 을 참조하여 설명한다.
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 센서의 수신감도 개선 방법을 도시한 순서도이다.
도 6 을 참조하면, 먼저 초음파 센서(10)는 초음파 신호를 출력하고, 차량 주변에 있는 물체에 의해 반사된 신호를 수신한다.
이에, 어쿠스틱 노이즈 검출부(21)는 수신신호에서 어쿠스틱 노이즈를 검출한다(S10). 이 경우 어쿠스틱 노이즈 검출부(21)는 도 2 와 도 3 에 각각 도시된 바와 같이 헤더에서 어쿠스틱 노이즈를 검출한다.
어쿠스틱 노이즈 검출부(21)에 의해 어쿠스틱 노이즈가 검출되면, 판별부(22)는 어쿠스틱 노이즈에 대해 설정된 어쿠스틱 노이즈 임계값을 검출한다. 어쿠스틱 노이즈 임계값은 어쿠스틱 노이즈의 크기에 비례하여 다양한 크기로 설정될 수 있다.
어쿠스틱 노이즈 임계값이 검출됨에 따라, 판별부(22)는 이 어쿠스틱 노이즈 임계값을 수신신호와 비교하여 수신신호가 어쿠스틱 노이즈 임계값 이상인지 여부를 판단한다(S20).
단계(S20)에서의 판단 결과, 수신신호가 어쿠스틱 노이즈 임계값 이상이면 판별부(22)는 해당 수신신호를 물체신호로 판별하고, 수신신호가 어쿠스틱 노이즈 임계값 미만이면 판별부(22)는 해당 수신신호를 노이즈로 판별한다.
이때, 판별부(22)에 의해 수신신호가 물체신호로 판별되면, 수신신호 증폭부(32)는 수신신호를 수신한 시점으로부터 수신신호의 증폭률을 증가시켜 수신신호를 증폭시킨다(S30).
반면에, 판별부(22)에 의해 수신신호가 노이즈로 판별되면, 수신신호 감쇄부(31)는 해당 수신신호의 진폭을 감쇄시킨다(S40).
이어 측정 임계값 검출부(41)가 물체신호의 크기에 대응되는 기 설정된 물체신호 임계값을 검출한다(S50). 여기서, 물체 신호 임계값은 물체 신호에 대응되게 기 설정되는바, 최초 물체신호가 입력되면 해당 물체신호에 대응되는 것으로 설정되고 이후에는 최초 설정된 물체 신호 임계값이 이용되고 새롭게 설정되거나 변경되지 않는다. 이어, 측정 임계값 검출부(41)는 검출된 물체신호 임계값과 어쿠스틱 노이즈 임계값을 비교하여 물체신호 임계값과 어쿠스틱 노이즈 임계값 중 크기가 더 큰 것을 측정 임계값으로 선정한다(S60).
참고로, 노이즈 영향이 상대적으로 큰 환경에서는 수신신호가 매우 클 수 있고, 또한 물체신호에 노이즈가 포함되어 있으므로, 상기한 단계(S20)의 판단 결과 물체신호가 노이즈로 판별되더라도 물체신호 임계값을 검출한다.
측정 임계값 검출부(41)에 의해 측정 임계값이 선정되면, 출력부(42)는 수신신호와 측정 임계값을 비교하여 수신신호가 측정 임계값 이상인지 판단(S70)하고, 판단 결과 수신신호가 측정 임계값 미만이면 상기한 단계(S10)으로 리턴하고, 수신신호가 측정 임계값 이상일 경우에는 수신신호를 출력한다(S80). 이에, 어쿠스틱 노이즈가 상대적으로 큰 수신신호는 감지되지 않고, 이를 통해 노이즈에 의한 물체와의 거리 측정 오류가 감소될 수 있도록 한다.
이와 같이 본 실시예는 물체와의 거리를 감지하는 초음파 센서의 수신 감도를 개선하여 차량과 물체 간의 거리 감지 정확도를 향상시키고, 이를 토대로 차량용 주차 지원 시스템의 성능을 향상시킬 수 있도록 한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: 초음파 센서
20: 신호 판별부
21: 어쿠스틱 노이즈 검출부
22: 판별부
30: 신호 처리부
31: 수신신호 감쇄부
32: 수신신호 증폭부
40: 물체신호 선별부
41: 측정 임계값 검출부
411: 물체신호 임계값 검출부
412: 측정 임계값 선정부
42: 출력부

Claims (11)

  1. 초음파 센서에 수신된 수신신호를 노이즈 또는 물체신호로 판별하는 신호 판별부; 및
    상기 신호 판별부의 판별 결과에 따라 상기 수신신호를 감쇄시키거나 증폭시키는 신호 처리부를 포함하는 초음파 센서의 수신감도 개선 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 판별부는
    상기 수신신호에서 어쿠스틱 노이즈를 검출하는 어쿠스틱 노이즈 검출부; 및
    상기 어쿠스틱 노이즈에 대해 설정된 어쿠스틱 노이즈 임계값을 검출하고, 검출된 상기 어쿠스틱 노이즈 임계값을 수신신호와 비교하여 비교 결과에 따라 상기 수신신호를 노이즈와 물체신호 중 어느 하나로 판별하는 판별부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서의 수신감도 개선 장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 판별부는
    상기 수신신호가 상기 어쿠스틱 노이즈 임계값 이상이면 상기 수신신호를 물체신호로 판별하고, 상기 수신신호가 상기 어쿠스틱 노이즈 임계값 미만이면 상기 수신신호를 노이즈로 판별하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서의 수신감도 개선 장치.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 어쿠스틱 노이즈 임계값은 상기 어쿠스틱 노이즈의 크기에 따라 각각 다르게 설정되는 것을 특징으로 하는 초음파 센서의 수신감도 개선 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 처리부는
    상기 신호 판별부에 의해 상기 수신신호가 물체신호로 판별되면 상기 수신신호를 증폭시키는 수신신호 증폭부; 및
    상기 신호 판별부에 의해 상기 수신신호가 노이즈로 판별되면 상기 수신신호를 감쇄시키는 수신신호 감쇄부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서의 수신감도 개선 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 처리부로부터 입력된 상기 수신신호에서 물체신호만을 선별하여 출력하는 물체신호 선별부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서의 수신감도 개선 장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 물체신호 선별부는
    물체신호만을 출력하기 위한 측정 임계값을 검출하는 측정 임계값 검출부; 및
    상기 수신신호와 상기 측정 임계값을 비교하여 비교 결과에 따라 상기 수신신호에서 물체신호만을 출력하는 출력부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서의 수신감도 개선 장치.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 측정 임계값 검출부는
    물체신호에 대응되는 물체신호 임계값을 검출하는 물체신호 임계값 검출부; 및
    상기 물체신호 임계값과 상기 어쿠스틱 노이즈 임계값을 비교하여 비교 결과에 따라 상기 물체신호 임계값과 상기 어쿠스틱 노이즈 임계값 중 어느 하나를 상기 측정 임계값으로 선정하는 측정 임계값 선정부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 센서의 수신감도 개선 장치.
  9. 제 8 항에 있어서, 상기 출력부는
    상기 수신신호와 상기 측정 임계값을 비교하여 상기 수신신호가 상기 측정 임계값 이상일 경우에만 상기 수신신호를 출력하는 특징으로 하는 초음파 센서의 수신감도 개선 장치.
  10. 수신신호에서 어쿠스틱 노이즈를 검출하는 단계;
    상기 어쿠스틱 노이즈에 대해 설정된 어쿠스틱 노이즈 임계값을 검출하고, 검출된 상기 어쿠스틱 노이즈 임계값을 수신신호와 비교하여 비교 결과에 따라 상기 수신신호를 노이즈와 물체신호 중 어느 하나로 판별하는 단계;
    상기 판별 결과에 따라 상기 수신신호를 증폭 또는 감쇄시키는 단계; 및
    증폭 또는 감쇄된 상기 수신신호와 기 설정된 측정 임계값을 비교하여 비교 결과에 따라 상기 수신신호에서 물체신호만을 출력하는 단계를 포함하는 초음파 센서의 수신감도 개선 방법.
  11. 제 10 항에 있어서, 상기 수신신호를 증폭 또는 감쇄시키는 단계는
    상기 수신신호가 물체신호로 판별되면 상기 수신신호를 증폭시키고, 상기 수신신호가 노이즈로 판별되면 상기 수신신호를 감쇄시키는 것을 특징으로 하는 초음파 센서의 수신감도 개선 방법.
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