KR20190016254A - 거리 측정 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

거리 측정 방법 및 장치가 개시된다. 거리 측정 장치는 시간에 따라 주파수를 변화시키면서 송신 신호를 방사하고, 송신 신호가 오브젝트에 반사되어 되돌아온 수신 신호를 수신하고, 송신 신호의 주파수 및 수신 신호의 주파수 간의 차이를 나타내는 비트 주파수를 비트 주파수에 따라 변하는 샘플링 범위로 샘플링하고, 샘플링된 결과로부터 오브젝트의 거리를 계산할 수 있다.

Description

거리 측정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR MEASURMENT OF DISTANCE}
아래의 설명은 거리 측정 기술에 관한 것으로, 전자기파를 이용하여 오브젝트까지의 거리를 측정하는 기술에 관한 것이다.
자율 주행 차량의 개발이 속도를 내면서, 자율 주행 차량의 안전에 대한 관심이 높아지고 있다. 첨단 운전자 지원 시스템(Advanced Driver Assistance System, ADAS)은 외부 환경에 대한 정보를 바탕으로 자율적으로 차량을 제어하여 안전한 운전환경을 구축하는 시스템을 의미한다. 첨단 운전자 지원 시스템에서 외부 환경에 대한 정보를 획득하기 위하여 레이더(radio detection and ranging, RADAR) 센서, 라이다(Light Detection and Ranging, LiDAR) 센서 또는 카메라 등이 사용되고 있다.
레이더 센서는 전자기파를 방사하고 방사된 전자기파가 오브젝트에 반사되어 되돌아오는 시간과 수신 신호의 파형의 변화를 분석하여 오브젝트의 위치를 측정하는 센서이다. 레이더 센서는 카메라와 같은 광학 기반 센서에 비해 외부 환경에 강인한 성능을 보이며, 라이다 센서에 비해 비용 대비 성능이 뛰어나다는 장점이 있다.
일 실시예에 따른 거리 측정 방법은, 시간에 따라 주파수를 변화시키면서 송신 신호를 방사하는 단계, 상기 송신 신호가 오브젝트에 반사되어 되돌아온 수신 신호를 수신하는 단계, 상기 송신 신호의 주파수 및 상기 수신 신호의 주파수 간의 차이를 나타내는 비트 주파수(beat frequency)를 상기 비트 주파수에 따라 변하는 샘플링 범위(sampling range)로 샘플링하는 단계 및 상기 샘플링된 결과로부터 상기 오브젝트의 거리를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
제1 비트 주파수에 대응하는 제1 샘플링 범위는 상기 제1 비트 주파수보다 큰 제2 비트 주파수에 대응하는 제2 샘플링 범위보다 작을 수 있다.
제1 비트 주파수에 대응하는 제1 샘플링 범위는 상기 제1 비트 주파수보다 큰 제2 비트 주파수에 대응하는 제2 샘플링 범위보다 클 수 있다.
상기 송신 신호의 주파수는 한 주기 동안 시간에 대하여 선형적으로 변화될 수 있다.
상기 오브젝트의 거리를 계산하는 단계는, 상기 송신 신호의 주파수 및 상기 수신 신호의 주파수의 차이를 기초로 상기 오브젝트까지의 거리를 계산할 수 있다.
저주파의 원신호는 캐리어 주파수를 기초로 고주파의 상기 송신 신호로 변환되고, 상기 수신 신호는 상기 캐리어 주파수를 기초로 상기 원신호로 변환될 수 있다.
상기 송신 신호는 레이더(Radio Detection And Ranging, RADAR)에 의해 송신되고, 상기 수신 신호는 상기 레이더에 의해 수신될 수 있다.
컴퓨터 판독 가능한 기록 매체는 상기 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록할 수 있다.
일 실시예에 따른 거리 측정 장치는, 적어도 하나의 프로세서 및 안테나를 포함하고, 상기 프로세서는, 시간에 따라 주파수를 변화시키면서 상기 안테나를 이용하여 송신 신호를 방사하고, 상기 안테나를 이용하여 상기 송신 신호가 오브젝트에 반사되어 되돌아온 수신 신호를 수신하고, 상기 송신 신호의 주파수 및 상기 수신 신호의 주파수 간의 차이를 나타내는 비트 주파수를 상기 비트 주파수에 따라 변하는 샘플링 범위로 샘플링하고, 상기 샘플링된 결과로부터 상기 오브젝트의 거리를 계산할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 레이더를 이용하여 차량에서 오브젝트까지의 거리를 측정하는 상황을 도시한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 거리 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 레이더를 이용하여 오브젝트까지의 거리를 측정하기 위한 시스템의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 송신 신호와 수신 신호 사이의 시간에 따른 주파수 차이를 도시한 도면이다.
도 5a는 비트 주파수에 무관하게 샘플링 범위가 일정한 경우를 도시한 그래프이다.
도 5b는 일 실시예에 따른 비트 주파수에 따라 샘플링 범위가 변하는 경우를 도시한 그래프이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있다. 따라서, 실시예들은 특정한 개시형태로 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도와 다르게 수행될 수 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록들이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 해당 블록들의 순서가 뒤바뀌어 수행될 수도 있다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 레이더를 이용하여 차량에서 오브젝트까지의 거리를 측정하는 상황을 도시한 도면이다.
일 실시예에 따르면, 차량(110)은 거리 측정 장치(100)을 이용하여 가까운 거리의 오브젝트(120)와 먼 거리의 오브젝트(130)까지의 거리를 측정할 수 있다. 차량(110)은 안테나(101)를 이용하여 송신 신호를 방사하고 오브젝트(120) 또는 오브젝트(130)에 반사되어 되돌아온 수신 신호를 수신할 수 있다. 거리 측정 장치(100)는 수신 신호를 샘플링하는 샘플링 범위(sampling range)를 조정함으로써 거리에 따라 측정의 정밀도를 달리할 수 있다. 여기서, 샘플링 범위는 샘플링 게이트(sampling gate)로 지칭될 수 있다.
거리 측정 장치(100)는, 각종 차량에 적용될 수 있으며, 예를 들어, 완성차 또는 자율주행 차량 등에 적용될 수 있다. 이러한 차량에 포함되는 첨단 운전자 지원 시스템(Advanced Driver Assist System, ADAS)은 차량 내부 또는 외부에 포함된 각종 센서를 이용하여 외부의 위험, 예를 들어, 장애물이나 다른 차량 등을 식별함으로써 운전의 편의와 안전을 향상시킬 수 있다. 첨단 운전자 지원 시스템이 센서를 통해 외부의 오브젝트까지의 거리를 정하는 경우에, 거리 측정 장치(100)가 사용될 수 있다.
거리 측정 장치(100)가 사용하는 안테나(101)는, 예를 들어, 레이더(radio detection and ranging, RADAR) 안테나를 포함할 수 있다. 레이더 안테나는 전파를 이용하여 물체의 위치, 형태 또는 운동에 관한 정보를 측정하기 위해 사용될 수 있다. 레이더 안테나는 전파를 방사하고 전파의 진행 방향에 있는 오브젝트(120, 130)에 반사되어 되돌아오는 전파를 수신할 수 있다.
거리 측정 장치(100)는 안테나(101)를 통해 주파수가 변조된 송신 신호를 방사할 수 있다. 거리 측정 장치(100)는 시간에 따라 주파수가 변하는 송신 신호를 방사할 수 있다. 거리 측정 장치(100)는 한 주기 동안 시간에 따라 주파수가 선형적으로 변하는 송신 신호를 방사할 수 있다. 예를 들어, 거리 측정 장치(100)는 FMCW(Frequency Modulated Continuous- Wave) 방식을 이용하여 송신 신호를 방사할 수 있다.
FMCW 방식의 레이더는 연속파 레이더로서 전자기파를 연속적으로 방사하고 수신하는 레이더이다. 연속파는 전자기파가 지속적으로 수신되기 때문에 제1 시점에 방사한 전자기파에 대응하는 수신 신호를 알기 어렵다는 문제가 있다. FMCW 방식의 레이더는 주기적으로 시간에 따라 주파수를 변조하여 매 시각의 주파수 위상을 변화시키므로, 수신 신호의 위상을 측정하여 제1 시점에 방사한 전자기파에 대응하는 수신 신호를 알 수 있다. 또한, 지속적으로 수신 신호를 수신하므로 실시간 추적에 적합한 대신 데이터 처리량이 상대적으로 증가할 수 있다.
거리 측정 장치(100)는 실시간으로 수신 신호를 수신하여 거리를 측정할 수 있다. 수신 신호를 샘플링하는 샘플링 범위가 촘촘할수록 수신 신호를 정확하게 측정할 수 있고, 차량(110)에서 오브젝트(120) 또는 오브젝트(130)까지의 거리는 정확하게 측정될 수 있다. 하지만, 샘플링 범위가 촘촘해질수록 실시간으로 처리되어야 하는 데이터가 많아지게 되고, 처리량이 저하되거나 실시간 처리가 불가할 수 있다.
거리 측정 장치(100)는 근거리에 위치하는 오브젝트(120)를 원거리에 위치하는 오브젝트(130)보다 정밀하게 식별해야 되거나, 원거리에 위치하는 오브젝트(130)를 근거리에 위치하는 오브젝트(120)보다 정밀하게 식별해야 될 경우가 있다.
예를 들어, 차량(110)이 주행중인 경우 원거리에 있는 오브젝트(130)보다 근거리에 있는 오브젝트(120)와 충돌 위험이 더 높다. 사람의 경우 느린 속도로 움직이게 되어 정지된 물체와의 구분이 어려우므로 근거리에 위치한 사람의 경우 충돌 위험이 높아지게 된다.
차량(110)은 오브젝트(120)와의 거리를 보다 정밀하게 측정함으로써 충돌 위험을 완화할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 거리 측정 장치(100)는 한정된 연산 능력의 제약 하에서 측정의 목적에 따라 샘플링 범위를 달리 설정할 수 있다. 수신 신호의 비트 주파수(beat frequency)가 작은 경우의 샘플링 범위를 비트 주파수가 큰 경우의 샘플링 범위보다 작게 설정함으로써, 거리 측정 장치(100)는 근거리의 오브젝트(120)와의 거리를 보다 정밀하게 측정할 수 있다. 여기서, 비트 주파수는 송신 신호의 주파수와 수신 신호의 주파수 사이의 차이를 의미할 수 있다.
거리 측정 장치(100)는 비트 주파수에 비선형적인(non-linear) 샘플링 범위를 설정할 수 있다. 거리 측정 장치(100)는 비트 주파수가 낮은 경우 샘플링 범위를 작게 하고 비트 주파수가 높은 경우 샘플링 범위를 크게 설정할 수 있다. 여기서, 낮은 비트 주파수와 높은 비트 주파수의 차이는 작은 샘플링 범위와 큰 샘플링 범위 사이의 차이에 비선형적일 수 있다.
이를 통하여, 전체 샘플링 범위의 수가 동일하게 유지되어 처리 속도 또는 연산 능력에 추가적인 부담을 주지 않으면서도, 가까운 거리의 오브젝트에 대한 거리 측정의 정밀도는 높아질 수 있다. 거리 측정 장치(100)는 가까운 거리에 있는 오브젝트까지의 거리를 정확하게 측정함으로써, 사람과 같이 느리게 움직이는 오브젝트에 대한 충돌 위험을 완화할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 거리 측정 방법을 도시한 흐름도이다.
일 실시예에 따르면, 거리 측정 장치(100)는 시간에 따라 주파수를 변화시키면서 송신 신호를 방사한다. 거리 측정 장치(100)는 시간에 따라 주기적으로 주파수를 변화시키면서 송신 신호를 방사할 수 있다. 거리 측정 장치(100)는 주기적으로 한 주기 동안 시간에 따라 주파수가 증가하는 송신 신호를 방사할 수 있다. 거리 측정 장치(100)는 주기적으로 한 주기 동안 시간에 대해 선형적으로 주파수가 증가하는 송신 신호를 방사할 수 있다. 예를 들어, 거리 측정 장치(100)는 FMCW 방식을 이용하여 송신 신호를 방사할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 거리 측정 장치(100)는 송신 신호가 오브젝트에 반사되어 되돌아온 수신 신호를 수신한다. 근거리에 있는 오브젝트로부터 반사되어 되돌아온 수신 신호가 원거리에 있는 오브젝트로부터 반사되어 되돌아온 수신 신호보다 더 빨리 도착하기 때문에, 오브젝트가 근거리에 있는 경우의 TOF(time of flight)는 오브젝트가 원거리에 있는 경우의 TOF보다 작다.
일 실시예에 따르면, 거리 측정 장치(100)는 송신 신호의 주파수 및 수신 신호의 주파수 간의 차이를 나타내는 비트 주파수를 비트 주파수에 따라 변하는 샘플링 범위로 샘플링한다. 송신 신호는 안테나로부터 방사되어 오브젝트에 도달하는 시간과 오브젝트에서 반사되어 되돌아오는 시간의 합만큼 수신 신호의 위상과 차이가 난다.
일 실시예에 따르면, 제1 비트 주파수에 대응하는 제1 샘플링 범위는 제1 비트 주파수보다 큰 제2 비트 주파수에 대응하는 제2 샘플링 범위보다 작을 수 있다. 이처럼 거리 측정 장치(100)는 비트 주파수가 작을수록 더 작은 샘플링 범위로 수신 신호를 샘플링함으로써 근거리의 오브젝트를 보다 정확하게 식별하고, 차량에서 오브젝트까지의 거리를 정확하게 계산할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제1 비트 주파수에 대응하는 제1 샘플링 범위는 제1 비트 주파수보다 큰 제2 비트 주파수에 대응하는 제2 샘플링 범위보다 클 수 있다. 이처럼 거리 측정 장치(100)는 비트 주파수가 클수록 더 작은 샘플링 범위로 수신 신호를 샘플링함으로써 원거리의 오브젝트를 보다 정확하게 식별하고, 차량에서 오브젝트까지의 거리를 정확하게 계산할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 제1 비트 주파수보다 크고 제3 비트 주파수보다 작은 제2 비트 주파수에 대응하는 제2 샘플링 범위는 제1 비트 주파수에 대응하는 제1 샘플링 범위 및 제3 비트 주파수에 대응하는 제3 샘플링 범위보다 작을 수 있다. 이 경우, 거리 측정 장치(100)는 제2 비트 주파수에 대응하는 거리의 오브젝트까지의 거리를 보다 정확하게 계산할 수 있다.
차량에서 오브젝트까지의 거리 또는 오브젝트의 속도는 송신 신호와 수신 신호 간의 지연 시간 및 송신 신호의 주파수와 수신 신호의 주파수의 차이를 기초로 계산될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 거리 측정 장치(100)는 샘플링된 결과로부터 오브젝트의 거리를 계산한다. 거리 측정 장치(100)는 송신 신호의 주파수와 수신 신호의 주파수의 차이를 기초로 차량에서 오브젝트까지의 거리를 계산할 수 있다.
거리 측정 장치(100)는 안테나를 통해 주파수가 변조된 송신 신호를 방사할 수 있다. 거리 측정 장치(100)는 시간에 따라 주파수가 변하는 원신호를 캐리어 주파수(carrier frequency)를 기초로 변조하여 송신 신호를 생성하고, 송신 신호를 방사할 수 있다. 거리 측정 장치(100)는 한 주기 동안 시간에 따라 주파수가 선형적으로 변하는 원신호를 캐리어 주파수를 기초로 변조하여 송신 신호를 생성하고, 송신 신호를 방사할 수 있다.
예를 들어, 거리 측정 장치(100)는 FMCW 방식에 의해 주파수가 변하는 원신호를 고주파의 송신 신호로 변환함으로써 허용되는 주파수 대역 내에서 송신 신호를 방사할 수 있다. 저주파의 원신호는 캐리어 주파수를 기초로 고주파의 송신 신호로 변환될 수 있다. 여기서, 송신 신호는 캐리어 신호(carrier signal) 또는 반송파로 지칭될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 수신 신호는 캐리어 주파수를 기초로 원신호로 변환될 수 있다. 고주파의 수신 신호는 캐리어 주파수를 기초로 저주파의 원신호로 변환될 수 있다. 예를 들어, 원신호가 FMCW 방식에 의해 변조된 경우, 수신 신호로부터 복조된 원신호는 송신 신호로 변조되기 전의 원신호와 비교하여 TOF 시간 지연만큼의 위상 지연을 가질 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 레이더를 이용하여 오브젝트까지의 거리를 측정하기 위한 시스템의 구체적인 구성을 도시한 도면이다.
일 실시예에 따르면, 도 1의 거리 측정 장치(100)는 하나 이상의 프로세서(300) 및 안테나(330)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 송신 신호는 레이더에 의해 송신되고, 수신 신호는 레이더에 의해 수신될 수 있다. 추가적으로, 거리 측정 장치(100)는 발진기(320), 업컨버터(up-converter) (310) 및 다운컨버터(down-converter) (340)를 포함할 수 있다.
프로세서(300)는 시간에 따라 주파수를 변화시키면서 안테나(330)를 이용하여 송신 신호를 방사할 수 있다. 프로세서(300)는 주기적으로 시간에 따라 주파수를 변화시킨 원신호를 송신 신호로서 방사할 수 있다. 프로세서(300)는 주기적으로 한 주기 동안 시간에 따라 선형적으로 주파수를 변화시킨 원신호를 송신 신호로서 방사할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는 FMCW 방식을 이용하여 원신호를 생성할 수 있다.
프로세서(300)는 안테나(330)를 이용하여 송신 신호가 오브젝트에 반사되어 되돌아온 수신 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 오브젝트에 반사될 때 신호에 변경이 가해질 수 있지만 보통 무시될 수 있는 수준이다. 송신 신호가 방사되고 오브젝트에 도달하기까지 걸리는 시간과 반사된 수신 신호가 안테나(330)에 도달하기까지 걸리는 시간의 합에 대응하여 송신 신호와 수신 신호 간에 위상 지연이 발생할 수 있다. 프로세서(300)는 이러한 위상 지연을 이용하여 오브젝트까지의 거리를 계산할 수 있다.
프로세서(300)는 송신 신호의 주파수 및 수신 신호의 주파수 간의 차이를 나타내는 비트 주파수를 비트 주파수에 따라 변하는 샘플링 범위로 샘플링할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 비트 주파수가 작을수록 작은 샘플링 범위로 수신 신호를 샘플링할 수 있다. 비트 주파수가 작은 경우의 비트 주파수의 미세한 차이도 측정할 수 있게 되므로 근거리에 대한 측정은 보다 정확해질 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 비트 주파수가 클수록 작은 샘플링 범위로 수신 신호를 샘플링할 수 있다. 이 경우, 비트 주파수가 큰 경우의 비트 주파수의 미세한 차이도 측정할 수 있게 되므로 원거리에 대한 측정은 보다 정확해질 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 프로세서(300)는 비트 주파수가 특정 값에 가까울수록 작은 샘플링 범위로 수신 신호를 샘플링할 수 있다. 이 경우, 비트 주파수가 특정 값에 가까울 경우의 비트 주파수의 미세한 차이도 측정할 수 있게 되므로 특정 값의 비트 주파수에 대응하는 거리에 대한 측정은 보다 정확해질 수 있다.
프로세서(300)는 샘플링된 결과로부터 오브젝트의 거리를 계산할 수 있다. 프로세서(300)는 송신 신호와 수신 신호의 주파수 편이 및 송신 신호의 시간에 따른 주파수 변화량을 이용하여 차량에서 오브젝트까지의 거리를 계산할 수 있다.
다른 실시예에 따르면, 발진기(320)는 캐리어 주파수를 생성할 수 있다. 발진기(320)는 업컨버터(310)가 저주파의 원신호를 고주파의 송신 신호로 변조할 때 캐리어 주파수를 제공할 수 있다. 업컨버터(310)는 캐리어 주파수를 이용하여 원신호를 허용되는 주파수 대역으로 변조할 수 있다.
프로세서(300)는 주기적으로 시간에 따라 주파수를 변화시킨 원신호를 캐리어 주파수를 이용하여 고주파의 송신 신호로 변조하고, 송신 신호를 방사할 수 있다. 프로세서(300)는 주기적으로 한 주기 동안 시간에 따라 선형적으로 주파수를 변화시킨 원신호를 캐리어 주파수를 이용하여 고주파의 송신 신호로 변조하고, 송신 신호로서 방사할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(300)는 FMCW 방식을 이용하여 원신호를 생성할 수 있다.
프로세서(300)는 안테나(330)를 이용하여 송신 신호가 오브젝트에 반사되어 되돌아온 수신 신호를 수신할 수 있다. 발진기(320)는 다운컨버터(340)가 고주파의 수신 신호를 저주파의 원신호로 복조할 때 캐리어 주파수를 제공할 수 있다. 다운컨버터(340)는 캐리어 주파수를 이용하여 수신 신호로부터 저주파의 원신호를 복조할 수 있다.
프로세서(300)는 송신 신호로 변조되기 전의 원신호의 주파수 및 수신 신호로부터 복조된 원신호의 주파수 간의 차이를 나타내는 비트 주파수를 비트 주파수에 따라 변하는 샘플링 범위로 샘플링할 수 있다. 프로세서(300)는 샘플링된 결과에 대해 ADC(analog to digital) 변환을 수행할 수 있다. 프로세서(300)는 ADC 변환이 수행된 결과에 대해 윈도윙(windowing)을 수행하고, FFT(Fast Fourier Transform)를 통해서 샘플링 범위의 값을 추출하고 도플러 FFT를 통해서 속도를 계산할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 송신 신호와 수신 신호 사이의 시간에 따른 주파수 차이를 도시한 도면이다.
일 실시예에 따르면, 도 1의 거리 측정 장치(100)는 송신 신호의 주파수 및 수신 신호의 주파수의 차이를 기초로 오브젝트까지의 거리를 계산할 수 있다. 도 4를 참조하면, 실선은 레이더의 송신 신호를 나타내고, 점선은 송신 신호가 오브젝트에 반사되어 되돌아온 수신 신호를 나타낸다.
수학식 1에 따르면, 거리 측정 장치(100)는 송신 신호의 주파수와 수신 신호의 주파수의 차이(
Figure pat00001
) 및 송신 신호의 시간에 따른 주파수 변화량(
Figure pat00002
)을 이용하여 차량에서 오브젝트까지의 거리(
Figure pat00003
)를 계산할 수 있다.
수학식 1에 따르면, 거리 측정 장치(100)는 송신 신호와 수신 신호 간의 지연 시간(
Figure pat00004
)을 기초로 차량에서 오브젝트까지의 거리(
Figure pat00005
)를 계산할 수 있다. 거리 측정 장치(100)는 송신 신호 및 수신 신호의 속도와 송신 신호와 수신 신호 간의 지연 시간을 이용하여 차량에서 오브젝트까지의 거리를 계산할 수 있다.
Figure pat00006
수학식 2를 참조하면, 차량과 오브젝트 사이의 거리 및 오브젝트의 속도는 시간 지연(
Figure pat00007
) 및 주파수 편이(δfu 및 δfd)를 이용하여 계산될 수 있다.
Figure pat00008
도 5a는 비트 주파수에 무관하게 샘플링 범위가 일정한 경우를 도시한 그래프이다.
도 5a를 참조하면, 주파수가 큰 경우의 비트 주파수(521)와 주파수가 작은 경우의 비트 주파수(522)가 제시되어 있다. 예를 들어, FMCW 방식에 의한 주파수 변조에 의하면 주파수 편이는 차량에서 오브젝트까지의 거리에 대응된다. 따라서, 비트 주파수(521)는 먼 거리에 있는 오브젝트로부터 수신한 수신 신호에 대응하고, 비트 주파수(522)는 가까운 거리에 있는 오브젝트로부터 수신한 수신 신호에 대응한다.
마찬가지로, 시간-진폭 그래프에서 신호(531)는 큰 비트 주파수(521)에 대응하므로 먼 거리에 있는 오브젝트로부터 수신한 수신 신호에 대응하고, 신호(532)는 작은 비트 주파수(522)에 대응하므로 가까운 거리에 있는 오브젝트로부터 수신한 수신 신호에 대응한다.
차량의 제동 거리를 고려할 때 먼 거리에 있는 오브젝트의 경우 제동거리가 충분히 확보되어 위험을 회피할 수 있으나, 가까운 거리에 있는 오브젝트의 경우 제동거리가 짧아 오브젝트의 빠른 식별이 요구된다.
도 5a에서, 비트 주파수가 큰 경우의 샘플링 범위(512)는 비트 주파수가 작은 경우의 샘플링 범위(511)와 같다. 샘플링 범위의 크기가 같은 경우 상대적으로 중요하지 않은 먼 거리의 오브젝트까지의 거리에도 상당량의 리소스가 할당되므로, 상대적으로 중요한 가까운 거리의 오브젝트까지의 거리 측정을 위한 리소스가 부족할 수 있다. 가까운 거리의 오브젝트에 대한 정확도가 낮은 경우 비트 주파수의 변화량을 세밀하게 측정하기 어려워지고, 도플러 주파수를 감지하는 능력이 작아지므로 오브젝트의 식별 자체의 확률도 낮아질 수 있다.
도 5b는 일 실시예에 따른 비트 주파수에 따라 샘플링 범위가 변하는 경우를 도시한 그래프이다.
도 5b를 참조하면, 일 실시예에 따른 샘플링 범위의 예시가 도시되어 있다. 비트 주파수(551)는 먼 거리에 있는 오브젝트로부터 수신한 수신 신호에 대응하고, 비트 주파수(552)는 가까운 거리에 있는 오브젝트로부터 수신한 수신 신호에 대응한다. 마찬가지로, 시간-진폭 그래프에서 신호(561)는 큰 비트 주파수(551)에 대응하므로 먼 거리에 있는 오브젝트로부터 수신한 수신 신호에 대응하고, 신호(562)는 작은 비트 주파수(552)에 대응하므로 가까운 거리에 있는 오브젝트로부터 수신한 수신 신호에 대응한다.
큰 비트 주파수를 샘플링하기 위한 샘플링 범위(542)는 작은 비트 주파수를 샘플링하기 위한 샘플링 범위(541)보다 클 수 있다. 작은 비트 주파수를 샘플링하기 위한 샘플링 범위(541)가 작기 때문에, 작은 비트 주파수의 범위에서 주파수의 변화량은 더욱 정확하게 측정될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 샘플링 범위는 비트 주파수가 증가할수록 비선형적으로 증가할 수 있다. 예를 들어, 비트 주파수가 증가하는 경우의 샘플링 범위의 증가율은 지수함수적(exponential) 증가율일 수 있다. 예를 들어, 비트 주파수가 증가하는 경우의 샘플링 범위의 증가율은 비트 주파수 별로 기울기가 달라질 수도 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

Claims (14)

  1. 시간에 따라 주파수를 변화시키면서 송신 신호를 방사하는 단계;
    상기 송신 신호가 오브젝트에 반사되어 되돌아온 수신 신호를 수신하는 단계;
    상기 송신 신호의 주파수 및 상기 수신 신호의 주파수 간의 차이를 나타내는 비트 주파수(beat frequency)를 상기 비트 주파수에 따라 변하는 샘플링 범위(sampling range)로 샘플링하는 단계; 및
    상기 샘플링된 결과로부터 상기 오브젝트의 거리를 계산하는 단계
    를 포함하는, 거리 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    제1 비트 주파수에 대응하는 제1 샘플링 범위는 상기 제1 비트 주파수보다 큰 제2 비트 주파수에 대응하는 제2 샘플링 범위보다 작은,
    거리 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    제1 비트 주파수에 대응하는 제1 샘플링 범위는 상기 제1 비트 주파수보다 큰 제2 비트 주파수에 대응하는 제2 샘플링 범위보다 큰,
    거리 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 송신 신호의 주파수는 한 주기 동안 시간에 대하여 선형적으로 변화되는,
    거리 측정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 오브젝트의 거리를 계산하는 단계는,
    상기 송신 신호의 주파수 및 상기 수신 신호의 주파수의 차이를 기초로 상기 오브젝트까지의 거리를 계산하는,
    거리 측정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    저주파의 원신호는 캐리어 주파수를 기초로 고주파의 상기 송신 신호로 변환되고, 상기 수신 신호는 상기 캐리어 주파수를 기초로 상기 원신호로 변환되는,
    거리 측정 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 송신 신호는 레이더(Radio Detection And Ranging, RADAR)에 의해 송신되고, 상기 수신 신호는 상기 레이더에 의해 수신되는,
    거리 측정 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행하기 위한 프로그램을 기록하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  9. 적어도 하나의 프로세서; 및
    안테나를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    시간에 따라 주파수를 변화시키면서 상기 안테나를 이용하여 송신 신호를 방사하고,
    상기 안테나를 이용하여 상기 송신 신호가 오브젝트에 반사되어 되돌아온 수신 신호를 수신하고,
    상기 송신 신호의 주파수 및 상기 수신 신호의 주파수 간의 차이를 나타내는 비트 주파수를 상기 비트 주파수에 따라 변하는 샘플링 범위로 샘플링하고,
    상기 샘플링된 결과로부터 상기 오브젝트의 거리를 계산하는,
    거리 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    제1 비트 주파수에 대응하는 제1 샘플링 범위는 상기 제1 비트 주파수보다 큰 제2 비트 주파수에 대응하는 제2 샘플링 범위보다 작은,
    거리 측정 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    제1 비트 주파수에 대응하는 제1 샘플링 범위는 상기 제1 비트 주파수보다 큰 제2 비트 주파수에 대응하는 제2 샘플링 범위보다 큰,
    거리 측정 장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 송신 신호의 주파수는 한 주기 동안 시간에 대하여 선형적으로 변화되는,
    거리 측정 장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 송신 신호의 주파수 및 상기 수신 신호의 주파수의 차이를 기초로 상기 오브젝트까지의 거리를 계산하는,
    거리 측정 장치.
  14. 제9항에 있어서,
    캐리어 주파수를 생성하는 발진기;
    저주파의 원신호를 상기 캐리어 주파수를 기초로 고주파의 상기 송신 신호로 변환하는 업컨버터(up-converter); 및
    상기 캐리어 주파수를 기초로 상기 송신 신호를 상기 원신호로 변환하는 다운컨버터(down-converter)
    를 더 포함하는, 거리 측정 장치.
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