KR20230059406A - 외부 간섭신호 처리 기반의 거리 측정 방법 및 그를 위한 장치 - Google Patents

외부 간섭신호 처리 기반의 거리 측정 방법 및 그를 위한 장치 Download PDF

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Abstract

외부 간섭신호 처리 기반의 거리 측정 방법 및 그를 위한 장치를 개시한다.
본 발명의 실시예에 따른 외부 간섭신호 처리 기반 거리 측정 방법은, 거리 측정을 위한 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 외부의 타겟으로 송신한 후 상기 RF 송신 신호의 외부 송신을 차단하고, 주파수 스윕(Down Sweep)을 수행한 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 내부 인가하는 신호 송신 단계; 및 외부로부터 수신된 수신 신호에 근거하여 외부 간섭신호를 측정하고, 상기 외부 간섭신호의 측정값을 기반으로 상기 RF 송신 신호에 대응하는 반사 신호에서 상기 외부 간섭신호를 배제하여 상기 타겟과의 거리를 측정하는 거리 측정 처리 단계를 포함할 수 있다.

Description

외부 간섭신호 처리 기반의 거리 측정 방법 및 그를 위한 장치{Method and Apparatus for Measuring Distance Based on Processing External Interference Signal}
본 발명은 외부 간섭신호 처리를 기반으로 거리를 측정하는 방법 및 그를 위한 장치에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 발명의 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
일반적으로 거리를 측정하는 장치는 RF 신호를 송신하고, 송신된 RF 신호가 타겟에 맞고 반사되는 신호를 수신하여 송수신되는 신호의 시간 차이 혹은 주파수 차이를 활용하여 거리를 측정한다.
도 1은 일반적인 거리 측정 장치 및 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 일반적인 거리 측정 장치는 RF 신호 송신 후 지면(타겟)을 맞고 반사되는 반사 신호를 수신하여, 송신 주파수와 수신 주파수의 차이에 대한 비트(Beat) 주파수를 특정하여 거리(고도)를 측정한다.
도 21의 (b)를 참조하면, 일반적인 거리 측정 장치는 송신 주파수와 수신 주파수의 차이에 대한 비트(Beat) 주파수를 측정하고, 측정된 비트 주파수를 이용하여 거리값을 산출한다. 거리 측정을 위한 수식은 [수학식 1]과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00001
(△f: 대역폭. fb: 비트 주파수, H: 거리, T: 송신주기)
일반적인 거리 측정 장치에서 거리 측정을 위한 RF 변조방식은 RF 파형 고정 후 비트 주파수를 측정하고 비트 주파수 값을 활용하여 고도 측정하거나, 비트 주파수를 고정하고 RF 파형을 제어하여 RF 파형의 파라미터를 활용하여 거리를 측정할 수 있다.
RF 신호에 대응하는 반사신호에는 타겟과의 거리가 가까울수록 주파수가 높아지고 멀어질수록 주파수가 낮아지는 도플러 주파수가 발생되어 포함되고, 이는 거리 측정에 대한 오차로 나타나게 된다.
또한, RF 신호에 대응하는 반사신호에 외부 간섭신호가 포함될 경우, FFT(Fast Fourier Transform)를 통한 주파수 분석 시 오류가 발생할 수 있다.
일반적인 거리 측정 장치는 거리 측정을 위한 처리속도 향상을 위해 톱니파(주파수 축-시간 축) 형태의 RF 신호를 적용하거나, 도플러 신호 탐지 수행을 위해 삼각파(주파수 축-시간 축 기준) 형태의 RF 신호를 적용할 수 있다.
일반적인 거리 측정 장치는 도플러 신호 탐지를 수행하지 않고, 플랫폼에 대한 속도 및 방위각 정보를 활용하여 도플러 신호에 대한 대응 설계 수행하며, 외부 간섭신호를 탐지하는 기능은 매우 미흡(누락 및 단순 탐지)하다.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 거리 측정 장치에서 톱니파형 및 삼각파형을 기반으로 거리를 측정하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a는 톱니파형 RF 신호의 송수신 신호를 나타낸 그래프이다. 도 2a의 (a)는 도플러 주파수가 존재하지 않는 경우의 송수신 신호 그래프이고, 도 2a의 (b)는 도플러 주파수가 존재하는 경우의 송수신 신호 그래프이다.
도 2a를 참고하면, 도플러 주파수가 존재하지 않는 경우의 비트 주파수는 fbeat = fb로 산출되고, 도플러 주파수가 존재하는 경우의 비트 주파수는 fbeat - fd = fb로 산출될 수 있다.
일반적인 거리 측정 장치에서 톱니파를 사용할 경우, 비트 주파수는 도플러 주파수만큼의 주파수 편이가 발생하며, 이로 인해 정상적인 거리 측정에 오차가 발생하게 된다. 하지만, 일반적인 거리 측정 장치는 톱니파 사용시 도플러 주파수를 탐지할 수 없어 도플러 주파수를 제거할 수 없다는 문제점이 있다.
도 2b는 삼각파형 RF 신호의 송수신 신호를 나타낸 그래프이다. 도 2b의 (a)는 도플러 주파수가 존재하지 않는 경우의 송수신 신호 그래프이고, 도 2b의 (b)는 도플러 주파수가 존재하는 경우의 송수신 신호 그래프이다.
도 2b를 참고하면, 도플러 주파수가 존재하지 않는 경우의 비트 주파수는 fb_up = fb, fb_dn = fb -> fb = (fb_up + fd_dn)/2 = 2fb/2 = fb로 산출되고, fb_up = fb - fd, fb_dn = fb + fd -> fb = (fb_up + fd_dn)/2 = (2fb - fd + fd )/2 = fb로 산출될 수 있다.
일반적인 거리 측정 장치에서 삼각파를 사용할 경우에는 도플러 주파수가 존재하더라도 주파수 상향 스윕(Up Sweep) 구간과 주파수 하향 스윕 구간의 비트 주파수 평균을 계산하여 도플러 주파수를 제거할 수 있다.
하지만, 삼각파 사용하여 거리를 측정하기 위해서는 RF 주파수의 상향 스윕 및 하향 스윕 구간을 하나의 프레임으로 구성하여야 하며, 상향 스윕 및 하향 스윕 구간은 주파수 증가, 감소만 반대이며 나머지 특성(대역폭, 송신주기, 주파수 변화율 등)은 모두 동일해야 되므로 해당 프레임끼리만 데이터만 활용하여 연산을 수행해야 한다는 문제점이 있다.
또한, 도 2b의 (c)를 참조하면, RF 주파수의 상향 스윕 및 하향 스윕 구간에서 상향 스윕에 대한 연산이 모두 종료가 되어도 하향 스윕을 수행하기까지 대기해야 하는 시간이 존재함으로 인해 거리 측정을 위한 신호처리 수행 시간에 대한 손실이 발생하게 된다.
거리가 먼 타겟에 대한 거리 측정 시, 대역폭(△f)와 비트 주파수(fb)가 고정일 경우 거리(H)와 송신주기(T)는 비례 관계이며, 거리가 증가할수록, 송신 주기가 늘어나게 된다. 이에 따라 신호처리 수행 후 대기 시간이 길어지게 되는 문제점이 있다.
또한, 도 2b의 (d)를 참조하면, 신호 처리 속도 향상을 위해 상향 스윕 구간에 대한 연산이 종료 후 강제로 하향 스윕 구간에 대한 연산을 수행할 경우에는, 주어진 주파수 대역폭을 모두 사용하지 못하는 현상이 발생하게 되며, 외부 간섭신호 등으로 인해 거리 측정 오차가 발생할 수 있다.
본 발명은 RF 송신 신호의 외부 송신을 차단한 후 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 내부 인가하고, 외부로부터 수신된 수신 신호를 기반으로 측정된 외부 간섭신호를 반사 신호에서 배제하여 타겟과의 거리를 측정하는 외부 간섭신호 처리 기반의 거리 측정 방법 및 그를 위한 장치를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 목적을 달성하기 위한 거리 측정 장치에서 외부 간섭신호 처리를 기반으로 거리를 측정하는 방법에 있어서, 외부 간섭신호 처리 기반 거리 측정 방법은, 거리 측정을 위한 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 외부의 타겟으로 송신한 후 상기 RF 송신 신호의 외부 송신을 차단하고, 주파수 스윕(Down Sweep)을 수행한 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 내부 인가하는 신호 송신 단계; 및 외부로부터 수신된 수신 신호에 근거하여 외부 간섭신호를 측정하고, 상기 외부 간섭신호의 측정값을 기반으로 상기 RF 송신 신호에 대응하는 반사 신호에서 상기 외부 간섭신호를 배제하여 상기 타겟과의 거리를 측정하는 거리 측정 처리 단계를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 의하면, 상기 목적을 달성하기 위한 외부 간섭신호 처리 기반 거리 측정 장치는, 거리 측정을 위한 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 외부의 타겟으로 송신한 후 상기 RF 송신 신호의 외부 송신을 차단하고, 주파수 스윕(Down Sweep)을 수행한 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 내부 인가하는 신호 송신부; 및 외부로부터 수신된 수신 신호에 근거하여 외부 간섭신호를 측정하고, 상기 외부 간섭신호의 측정값을 기반으로 상기 RF 송신 신호에 대응하는 반사 신호에서 상기 외부 간섭신호를 배제하여 상기 타겟과의 거리를 측정하는 거리 측정 처리부를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 복합파형 설계를 통해 RF 송신 신호를 송신함으로써, 도플러 주파수와 외부 간섭신호를 동시에 탐지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 주어진 RF 주파수 대역 전체를 효율적으로 사용할 수 있으며, 필요 시 외부 간섭신호에 대응할 수 있는 주파수 호핑 수행이 가능한 효과가 있다.
또한, 본 발명은 주파수 판별기(Frequency Discriminator) / 주파수 탐지기(Frequency Detector) 사용을 통해 디지털 신호처리에 기본적으로 소요되는 ADC 및 FFT 소요시간을 대체할 수 있어 신호 처리 속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 외부 간섭신호 발생 시, 데이터 정렬 방식을 통해 외부 간섭신호에 대한 영향성을 최소화하고, 최대 노출시간을 설정하여 외부 간섭신호에 대해 강인한 설계를 수행할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 거리 측정 장치 및 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b는 일반적인 톱니파형 및 삼각파형 기반의 거리 측정 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치의 RF 송신 신호를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치의 거리 측정 처리부를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 RF 송신 신호에 대응하는 반사 신호를 나타낸 도면이다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 판별기를 통해 도플러 주파수 측정 및 제거하는 거리 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 측정 처리 시간을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 판별기의 오차 보정을 위한 캘리브레이션 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치의 외부 간섭신호 탐지 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 외부 간섭신호 탐지를 위한 동작 및 탐지 결과를 나타낸 도면이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 탐지기를 통해 외부 간섭신호를 탐지하는 거리 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 외부 간섭신호를 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 거리 측정 시 외부 간섭신호의 영향성을 배제하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 외부 간섭신호 처리 기반의 거리 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다. 이하에서는 도면들을 참조하여 본 발명에서 제안하는 도플러 주파수 처리 기반의 거리 측정 방법 및 그를 위한 장치에 대해 자세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
본 실시예에 따른 거리 측정 장치(10)는 RF 신호 송신부(100) 및 거리 측정 처리부(200)를 포함한다. 여기서, 거리 측정 처리부(200)는 RF 신호 수신부(210) 및 신호 처리부(220)를 포함한다. 도 3의 거리 측정 장치(10)는 일 실시예에 따른 것으로서, 도 3에 도시된 모든 블록이 필수 구성요소는 아니며, 다른 실시예에서 거리 측정 장치(10)에 포함된 일부 블록이 추가, 변경 또는 삭제될 수 있다.
거리 측정 장치(10)는 주파수 변화 구간과 주파수 유지 구간을 포함하도록 설계된 RF 송신 신호를 타겟으로 송신하고, RF 송신 신호에 대응하는 반사신호를 기반으로 도플러 주파수를 측정 및 제거하여 타겟과의 거리를 측정한다.
또한, 거리 측정 장치(10)는 RF 송신 신호의 외부 송신을 차단한 후 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 내부 인가하고, 외부로부터 수신된 수신 신호를 기반으로 측정된 외부 간섭신호를 반사 신호에서 배제하여 타겟과의 거리를 측정한다.
본 실시예에 따른 거리 측정 장치(10)는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 변조 방식을 적용하여 거리를 측정하는 장비에 적용되는 것이 바람직하나 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 실시예에 따른 거리 측정 장치(10)에서 도플러 주파수를 측정 및 제거 처리하여 거리를 측정하는 동작을 설명하도록 한다.
RF 신호 송신부(100)는 RF 송신 신호를 생성하고, 생성된 RF 송신 신호를 외부 안테나를 통해 타겟으로 송신한다.
본 실시예에 따른 RF 신호 송신부(100)는 주파수 변화 구간과 주파수 유지 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 타겟으로 송신한다.
RF 신호 송신부(100)는 타겟과의 거리 측정을 위하여 주파수 변화 구간의 RF 송신 신호를 송신하고, 상기 타겟과의 거리에 따라 발생되는 도플러 주파수의 측정을 위하여 주파수 유지 구간의 RF 송신 신호를 송신한다.
RF 신호 송신부(100)는 주파수 상향 스윕(Frequency Up Sweep)을 수행한 선형 주파수　파형의 주파수 변화 구간과 주파수 변화 없이 연속파(CW: Continuous Wave) 파형의 주파수 유지 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 송신한다. 여기서, 주파수 유지 구간은 주파수 변화 구간의 최대 주파수를 유지하는 것이 바람직하다.
RF 신호 송신부(100)는 적어도 하나의 주파수 변화 구간과 적어도 하나의 주파수 유지 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 송신할 수 있다. 여기서, RF 송신 신호는 주파수 변화 구간과 주파수 유지 구간을 하나의 쌍으로 포함하는 주기를 반복하여 형성될 수 있다. RF 송신 신호에서 후속 주기의 주파수 변화 구간의 시작 주파수는 선행 주기의 주파수 변화 구간의 종료 주파수 또는 주파수 유지 구간의 주파수와 동일한 주파수인 것이 바람직하다.
RF 신호 송신부(100)는 타겟과의 거리 측정을 위하여 주파수 변화 구간의 RF 송신 신호를 송신하고, 상기 타겟과의 거리에 따라 발생되는 도플러 주파수의 측정을 위하여 주파수 유지 구간의 RF 송신 신호를 송신한다.
거리 측정 처리부(200)는 RF 송신 신호에 대응하는 반사 신호를 획득하고, 반사 신호에 도플러 신호가 존재하는 경우 도플러 주파수를 제거하여 타겟과의 거리를 측정한다.
RF 신호 수신부(210)는 수신 안테나를 통해 반사 신호를 수신한다. 여기서, 반사 신호는 RF 송신 신호가 타겟에 맞고 반사된 신호를 의미하며, 주파수 변화 구간, 주파수 유지 구간 등을 포함한다.
신호 처리부(220)는 RF 송신 신호에 대응하는 반사 신호를 기반으로 도플러 주파수를 측정한다. 신호 처리부(220)는 측정된 상기 도플러 주파수를 제거하여 타겟과의 거리를 측정한다.
신호 처리부(220)는 주파수 변화 구간에 대응하는 반사 신호를 기반으로 송신 주파수 및 수신 주파수의 차이에 대한 비트(Beat) 주파수를 측정한다.
또한, 신호 처리부(220)는 주파수 유지 구간에 대응하는 반사 신호를 주파수 판별기(Frequency Discriminator)에 통과시켜 도플러 주파수를 측정한다.
이후, 신호 처리부(220)는 비트 주파수 및 도플러 주파수의 차이값을 산출하여 타겟과의 거리를 측정한다.
신호 처리부(220)는 주파수 판별기를 이용하여 ADC(Analog to Digital Converters) 또는 FFT(Fast Fourier Transform)의 처리를 수행하지 않고, 주파수 유지 구간의 주파수 성분을 확인하여 도플러 주파수를 측정할 수 있다.
신호 처리부(220)는 주파수 변화 구간의 비트 주파수를 측정하는 시간보다 주파수 유지 구간의 도플러 주파수를 측정하는 시간이 단축되도록 측정 처리를 수행한다.
또한, 신호 처리부(220)는 적어도 하나의 주파수 변화 구간을 통해 기 할당된 주파수 대역을 모두 사용하여 거리를 측정한다.
신호 처리부(220)는 전원 인가 후 수치 제어 발진기(NCO) 제어를 통해 주파수 판별기의 오차 보정을 위한 캘리브레이션(Calibration)을 수행할 수 있다. 신호 처리부(220)는 주파수 판별기의 오차 보정을 위한 캘리브레이션 수행 후 비트 주파수 및 도플러 주파수를 측정할 수 있다.
이하, 본 실시예에 따른 거리 측정 장치(10)에서 외부 간섭신호를 탐지 및 배제 처리하여 거리를 측정하는 동작을 설명하도록 한다.
RF 신호 송신부(100)는 RF 송신 신호를 외부 안테나를 통해 타겟으로 송신한다. RF 신호 송신부(100)는 RF 송신 신호를 내부 인가할 수도 있다. 여기서, RF 송신 신호의 내부 인가는 RF 송신 신호가 거리 측정 처리부(200)로 전송되는 것을 의미한다.
본 실시예에 따른 RF 신호 송신부(100)는 거리 측정을 위한 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 외부의 타겟으로 송신한다. 여기서, RF 신호 송신부(100)는 주파수 상향 스윕(Frequency Up Sweep)을 수행한 선형 주파수 파형의 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 외부로 송신할 수 있다. 한편, RF 신호 송신부(100)는 주파수 상향 스윕(Frequency Up Sweep)을 수행한 선형 주파수 파형의 주파수 변화 구간과 주파수 변화 없이 연속파(CW: Continuous Wave) 파형의 주파수 유지 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 송신할 수도 있다.
RF 신호 송신부(100)는 외부 간섭신호의 탐지를 수행할 경우 외부 간섭신호의 측정을 위해 RF 송신 신호의 외부 송신을 차단한다.
이후, RF 신호 송신부(100)는 주파수 스윕(Down Sweep)을 수행한 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 내부 인가한다. RF 신호 송신부(100)는 주파수 하향 스윕(Frequency Down Sweep)을 수행한 선형 주파수 파형의 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 내부 인가한다.
RF 신호 송신부(100)는 거리 측정을 위한 주파수 변화 구간의 최대 주파수를 시작 주파수로 주파수 하향 스윕을 수행하여 외부 간섭신호의 측정을 위한 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 내부 인가한다.
거리 측정 처리부(200)는 외부로부터 수신된 수신 신호를 획득하고, 수신 신호를 외부 간섭신호로 판단하여 측정한 후 RF 송신 신호에 대응하는 반사 신호에서 외부 간섭신호의 영향을 받은 주파수를 배제하여 타겟과의 거리를 측정한다.
RF 신호 수신부(210)는 RF 신호 송신부(100)에서 외부로 RF 송신 신호를 송신하는 경우, 수신 안테나를 통해 반사 신호를 수신한다. 여기서, 반사 신호는 RF 송신 신호가 타겟에 맞고 반사된 신호를 의미하며, 주파수 변화 구간, 주파수 유지 구간 등을 포함한다.
한편, RF 신호 수신부(210)는 RF 신호 송신부(100)에서 외부로 RF 송신 신호의 송신을 차단하고, 내부 인가만하는 경우 수신 안테나를 통해 외부의 수신 신호를 수신한다. 여기서, 수신 신호를 외부로부터 유입되는 간섭 신호일 수 있다.
신호 처리부(220)는 외부로부터 수신된 수신 신호에 근거하여 외부 간섭신호를 측정하고, 외부 간섭신호의 측정값을 기반으로 RF 송신 신호에 대응하는 반사 신호에서 외부 간섭신호를 배제하여 상기 타겟과의 거리를 측정한다. 여기서, 외부 간섭신호를 배제하는 동작은 외부 간섭신호의 영향을 받은 것으로 판단된 반사 신호의 주파수 구간을 거리 측정 과정에서 제외하는 것을 의미한다.
신호 처리부(220)는 거리 측정을 위한 RF 송신 신호의 외부 송신을 차단한 후 수신된 수신 신호가 존재하는 경우 수신 신호에 대한 노이즈 비트(Beat) 주파수를 측정하여 외부 간섭신호의 존재를 판단한다.
신호 처리부(220)는 반사 신호를 기반으로 송신 주파수 및 수신 주파수의 차이에 대한 비트(Beat) 주파수를 측정한다.
또한, 신호 처리부(220)는 수신 신호를 주파수 탐지기(Frequency Detector)에 통과시켜 외부 간섭신호를 탐지하고, 외부 간섭신호의 외부 간섭 주파수를 측정한다.
신호 처리부(220)는 내부 인가된 RF 송신 신호를 주파수 탐지기에 통과시켜 비트 주파수를 측정하는 과정에서 수신 신호의 유입으로 인해 비트 주파수의 전압 변화가 발생하면, 전압 변화가 발생된 비트 주파수를 ADC 변환하여 산출된 ADC 카운터 값의 평균값을 기반으로 상기 외부 간섭 주파수를 산출한다.
이후, 신호 처리부(220)는 외부 간섭 주파수에 해당하는 구간을 송신 주파수 및 수신 주파수에서 제외시키고, 외부 간섭 구간이 제외된 비트 주파수를 이용하여 타겟과의 거리를 측정한다.
신호 처리부(220)는 송신 주파수 및 수신 주파수의 차이에 대한 비트 주파수에 대한 데이터를 FIFO 셀(First In First Out Cell)에 입력하고, 데이터 정렬에 따른 중간값을 타겟과의 거리값으로 산출한다.
한편, 신호 처리부(220)는 외부 간섭신호의 존재에 따라 중간값이 변경된 경우, 변경된 중간값을 타겟과의 거리값으로 산출하면서 외부 간섭신호의 발생 정보를 추가로 생성하여 출력한다. 여기서, 외부 간섭신호의 발생 정보는 외부 간섭신호에 대해 측정된 진폭, 주파수, 외부 간섭신호에 대응하는 반사 신호의 주파수 구간 등을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 거리 측정 장치(10)는 타겟과의 거리를 산출하기 위한 주파수 구간, 도플러 신호를 측정하기 위한 주파수 구간, 외부 간섭신호를 탐지 및 측정하기 위한 주파수 구간 등 중 적어도 하나의 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 내부 또는 외부로 송신할 수 있다.
예들 들어, 거리 측정 장치(10)는 타겟과의 거리를 산출하기 위한 주파수 구간, 도플러 신호를 측정하기 위한 주파수 구간을 하나의 제1 주기로 설정하고, 외부 간섭신호를 탐지 및 측정하기 위한 주파수 구간을 별도의 제2 주기로 설정할 수 있으며, 제1 주기, 제2 주기 등이 연속적으로 반복되는 형태로 RF 송신 신호는 생성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치의 RF 송신 신호를 나타낸 도면이다.
거리 측정 장치(10)의 외부 및 내부에 동시에 출력되는 RF 송신신호는 타겟과의 거리 산출 및 도플러 신호를 측정하기 위한 구간을 의미한다. 여기서, 외부 및 내부에 동시에 출력되는 RF 송신신호는 주파수 상향 스윕을 수행한 선형 주파수　파형의 주파수 변화 구간과 주파수 변화 없이 연속파 파형의 주파수 유지 구간을 포함한다. 여기서, 주파수 유지 구간은 주파수 변화 구간의 최대 주파수를 유지한다.
거리 측정 장치(10)는 주파수 변화 구간에서 도플러 주파수를 처리하기 전의 비트 주파수를 산출하고, 주파수 유지 구간에서 도플러 주파수를 측정한다. 거리 측정 장치(10)는 비트 주파수 및 도플러 주파수의 차이값을 산출하여 도플러 주파수가 처리된 타겟과의 거리를 산출한다.
한편, 거리 측정 장치(10)의 내부에만 출력되는 RF 송신신호는 외부 간섭신호를 탐지하기 위한 구간을 나타낸다. 여기서, 내부에만 출력되는 RF 송신신호는 주파수 하향 스윕을 수행한 선형 주파수 파형의 주파수 변화 구간을 포함한다.
거리 측정 장치(10)는 거리 측정을 위한 주파수 변화 구간의 최대 주파수를 시작 주파수로 주파수 하향 스윕을 수행하여 외부 간섭신호의 측정을 위한 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 내부 인가한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치의 거리 측정 처리부를 개략적으로 나타낸 블록 구성도이다.
RF 신호 수신부(210)는 수신 안테나를 통해 반사 신호를 수신한다. 여기서, 반사 신호는 RF 송신 신호가 타겟에 맞고 반사된 신호를 의미하며, 주파수 변화 구간, 주파수 유지 구간 등을 포함한다.
한편, RF 신호 수신부(210)는 RF 신호 송신부(100)에서 외부로 RF 송신 신호의 송신을 차단하고, 내부 인가만하더라도 수신 안테나를 수신 가능 상태로 유지하여 외부의 수신 신호를 수신한다. 여기서, 수신 신호를 외부로부터 유입되는 간섭 신호일 수 있다.
본 실시예에 따른 신호 처리부(220)는 거리 산출 처리부(222), 도플러 주파수 처리부(224) 및 외부 간섭신호 처리부(226)를 포함한다.
거리 산출 처리부(222)는 주파수 변화 구간에 대응하는 반사 신호를 기반으로 송신 주파수 및 수신 주파수의 차이에 대한 비트(Beat) 주파수를 측정한다.
또한, 도플러 주파수 처리부(224)는 주파수 유지 구간에 대응하는 반사 신호를 주파수 판별기(Frequency Discriminator)에 통과시켜 도플러 주파수를 측정한다.
이후, 거리 산출 처리부(222)는 비트 주파수 및 도플러 주파수의 차이값을 산출하여 타겟과의 거리를 측정한다. 거리 산출 처리부(222)는 적어도 하나의 주파수 변화 구간을 통해 기 할당된 주파수 대역을 모두 사용하여 거리를 측정한다.
외부 간섭신호 처리부(226)는 거리 측정을 위한 RF 송신 신호의 외부 송신을 차단한 후 수신된 수신 신호가 존재하는 경우 수신 신호에 대한 노이즈 비트(Beat) 주파수를 측정하여 외부 간섭신호의 존재를 판단한다.
외부 간섭신호 처리부(226)는 수신 신호를 주파수 탐지기(Frequency Detector)에 통과시켜 외부 간섭신호를 탐지하고, 외부 간섭신호의 외부 간섭 주파수를 측정한다.
외부 간섭신호 처리부(226)는 내부 인가된 RF 송신 신호를 주파수 탐지기에 통과시켜 비트 주파수를 측정하는 과정에서 수신 신호의 유입으로 인해 비트 주파수의 전압 변화가 발생하면, 전압 변화가 발생된 비트 주파수를 ADC 변환하여 산출된 ADC 카운터 값의 평균값을 기반으로 상기 외부 간섭 주파수를 산출한다.
이후, 거리 산출 처리부(222)는 외부 간섭 주파수에 해당하는 구간을 송신 주파수 및 수신 주파수에서 제외시키고, 외부 간섭 구간이 제외된 비트 주파수를 이용하여 타겟과의 거리를 측정한다.
거리 산출 처리부(222)는 송신 주파수 및 수신 주파수의 차이에 대한 비트 주파수에 대한 데이터를 FIFO 셀에 입력하고, 데이터 정렬에 따른 중간값을 타겟과의 거리값으로 산출한다.
한편, 거리 산출 처리부(222)는 외부 간섭신호의 존재에 따라 중간값이 변경된 경우, 변경된 중간값을 타겟과의 거리값으로 산출하면서 외부 간섭신호의 발생 정보를 추가로 생성하여 출력한다. 여기서, 외부 간섭신호의 발생 정보는 외부 간섭신호에 대해 측정된 진폭, 주파수, 외부 간섭신호에 대응하는 반사 신호의 주파수 구간 등을 포함할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
거리 측정 장치(10)는 복합 파형의 RF 송신 신호를 생성하고, 생성된 RF 송신 신호를 외부 안테나를 통해 외부의 타겟으로 송신한다(S110). 여기서, RF 송신 신호는 주파수 변화 구간과 주파수 유지 구간을 포함한다.
거리 측정 장치(10)는 수신 안테나를 통해 반사 신호를 수신한다(S120). 여기서, 반사 신호는 RF 송신 신호가 타겟에 맞고 반사된 신호를 의미하며, 주파수 변화 구간, 주파수 유지 구간 등을 포함한다.
거리 측정 장치(10)는 주파수 상향 스윕을 수행한 선형 주파수　파형의 주파수 변화 구간에 대응하는 반사 신호를 기반으로 타겟과의 거리를 측정한다(S130).
거리 측정 장치(10)는 송신 주파수 및 수신 주파수의 차이에 대한 비트(Beat) 주파수를 측정하여 타겟과의 초기 거리를 측정한다.
거리 측정 장치(10)는 주파수 변화 없이 연속파 파형의 주파수 유지 구간에 대응하는 반사 신호를 기반으로 도플러 주파수를 측정한다(S140).
거리 측정 장치(10)는 반사 신호를 주파수 판별기(Frequency Discriminator)에 통과시켜 도플러 주파수를 측정하고, 비트 주파수 및 도플러 주파수의 차이값을 산출하여 타겟과의 거리를 측정한다.
거리 측정 장치(10)는 RF 송신 신호의 외부 출력을 차단하고 내부 인가만을 수행하여 외부 간섭신호의 존재 여부를 판단한다(S150). 여기서, 내부 인가된 RF 송신 신호는 주파수 하향 스윕을 수행한 선형 주파수 파형의 주파수 변화 구간을 포함한다.
거리 측정 장치(10)는 수신 안테나를 통해 수신 신호가 존재하는 경우 외부 간섭신호가 존재하는 것으로 판단하여 외부 간섭신호를 측정하고, 측정된 외부 간섭신호의 영향성이 배제되도록 처리하여 최종적으로 타겟과의 거리를 측정한다(S160).
거리 측정 장치(10)는 내부 인가된 RF 송신 신호를 주파수 탐지기에 통과시켜 비트 주파수를 측정하는 과정에서 수신 신호의 유입으로 인해 비트 주파수의 전압 변화가 발생하면, 전압 변화가 발생된 비트 주파수를 ADC 변환하여 산출된 ADC 카운터 값의 평균값을 기반으로 상기 외부 간섭 주파수를 산출한다. 이후, 거리 측정 장치(10)는 외부 간섭 주파수에 해당하는 구간을 송신 주파수 및 수신 주파수에서 제외시키고, 외부 간섭 구간이 제외된 비트 주파수를 이용하여 타겟과의 거리를 최종적으로 측정한다.
거리 측정 장치(10)는 거리 측정 결과 출력하고, 거리 측정 결과에 따라 신규로 전송되는 RF 송신 신호의 기울기를 제어한다(S170).
거리 측정 장치(10)는 기 설정된 기준 임계치와 비교하여 거리 측정 결과가 기준 임계치 이상인 경우 RF 송신 신호의 기울기를 감소시키고, 거리 측정 결과가 기준 임계치 미만인 경우 RF 송신 신호의 기울기를 증가 시킨다.
도 6에서는 각 단계를 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 다시 말해, 도 6에 기재된 단계를 변경하여 실행하거나 하나 이상의 단계를 병렬적으로 실행하는 것으로 적용 가능할 것이므로, 도 6은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.
도 6에 기재된 본 실시예에 따른 거리 측정 방법은 애플리케이션(또는 프로그램)으로 구현되고 단말장치(또는 컴퓨터)로 읽을 수 있는 기록매체에 기록될 수 있다. 본 실시예에 따른 거리 측정 방법을 구현하기 위한 애플리케이션(또는 프로그램)이 기록되고 단말장치(또는 컴퓨터)가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨팅 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치 또는 매체를 포함한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 RF 송신 신호에 대응하는 반사 신호를 나타낸 도면이다.
도 7은 복합 파형 RF 신호의 송수신 신호를 나타낸 그래프이다. 도 7의 (a)는 도플러 주파수가 존재하지 않는 경우의 송수신 신호 그래프이고, 도 7의 (b)는 도플러 주파수가 존재하는 경우의 송수신 신호 그래프이다.
도 7의 (a)를 참고하면, 도플러 주파수가 존재하지 않는 경우의 비트 주파수는 fb_up = fb, fb_con = 0 -> fbeat = (fb_up + fb_con) = fb로 산출된다.
한편, 도 7의 (b)를 참고하면, 도플러 주파수가 존재하는 경우의 비트 주파수는 fb_up = fb-fd, fb_con = fd -> fbeat = (fb_up + fb_con) = fb로 산출된다.
주파수 변화 구간과 주파수 유지 구간을 포함하는 계단식 파형을 사용할 경우, 거리 측정 장치(10)는 도플러 주파수(fd)에 대한 영향성을 제거한 후 타겟과의 정확한 거리를 산출할 수 있다.
거리 측정 장치(10)는 계단식 파형을 사용함으로써, 주어진 RF 주파수 대역 모두 활용 가능하며, 외부 간섭신호에 대해 강인한 특성을 확보할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 판별기를 통해 도플러 주파수 측정 및 제거하는 거리 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a는 RF 송신 신호의 거리 측정 구간(800)을 나타낸다.
거리 측정 구간(800)은 타겟과의 거리 산출 및 도플러 신호를 측정하기 위한 구간을 의미한다. 여기서, 거리 측정 구간(800)은 주파수 상향 스윕을 수행한 선형 주파수　파형의 주파수 변화 구간(820)과 주파수 변화 없이 연속파 파형의 주파수 유지 구간(830)을 포함하며, 주파수 변화 구간 및 주파수 유지 구간의 쌍은 복수 개 포함될 수 있다. 여기서, 주파수 유지 구간은 주파수 변화 구간의 최대 주파수를 유지한다.
도 8b은 거리 측정 처리부(200)의 하드웨어 구조를 나타낸다.
거리 측정 처리부(200)는 주파수 판별기의 오차 보정을 위한 초기 보정 동작을 수행하는 제1 신호 처리 루프(812), 주파수 변화 구간(820)에서 비트 주파수를 측정하여 거리를 측정하는 제2 신호 처리 루프(822) 및 주파수 유지 구간(830)에서 주파수 판별기를 통해 도플러 주파수를 측정하는 제3 신호 처리 루프(832)의 경로로 신호 처리될 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 주파수 측정 처리 시간을 나타낸 도면이다.
도 9의 (a)는 종래의 삼각파형 RF 신호 기반의 주파수 측정 처리시간을 나타내고, 도 9의 (b)는 본 발명의 복합파형 RF 신호 기반의 주파수 측정 처리시간을 나타낸다.
본 실시예에 따른 거리 측정 장치(10)는 주파수 판별기를 이용하여 ADC(Analog to Digital Converters) 또는 FFT(Fast Fourier Transform)의 처리를 수행하지 않고, 주파수 유지 구간의 주파수 성분을 확인하여 도플러 주파수를 측정할 수 있다. 거리 측정 장치(10)는 주파수 변화 구간의 비트 주파수를 측정하는 시간보다 주파수 유지 구간의 도플러 주파수를 측정하는 시간이 단축되도록 측정 처리를 수행한다.
거리 측정 장치(10)의 주파수 판별기 주파수 판별기에서 판별하는 주파수 신호는 아날로그 신호이며, ADC 및 FFT 처리 과정 없이 주파수 성분을 확인한다. 여기서, 측정된 아날로그 데이터는 주파수 판별기의 특성 설계시 설정된 주파수로 확인할 수 있다.
거리 측정 장치(10)는 주파수 판별기를 사용함으로써, 디지털 신호처리에 필요한 최소 데이터 수와 무관하게 동작되도록 하고, 불필요한 데이터 획득 시간을 단축할 수 있으며 빠른 시간 내 주파수 성분을 확인할 수 있어 신호 처리 속도가 향상된다.
예를 들어, 수신 주파수 대역: 1 MHz, FFT Point: 2048, ADC Sampling Rate: 1 MHz 및 ADC Sampling Time: 2.048 ms 이상인 조건에서 RF 신호의 처리 속도를 산출하면 다음과 같다.
도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 삼각파형 사용시 UP(2.048 ms) + DOWN(2.048 ms) = 4.092 ms와 같은 신호 처리 속도를 확인할 수 있다.
도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 제안파형 사용시 UP(2.048 ms) + Continuous(0.5 ms) = 2.548 ms와 같은 신호 처리 속도를 확인할 수 있다. 즉, 본 발명의 거리 측정 장치(10)에서 도플러 주파수를 제거하여 타겟과의 거리를 산출하기 위한 하나의 주기의 신호 처리 속도는 종래에 비해 38 %만큼 시간 단축될 수 있다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 판별기의 오차 보정을 위한 캘리브레이션 동작을 설명하기 위한 도면이다.
거리 측정 장치(10)의 주파수 판별기는 아날로그 회로로 구성되어 있으며, 부품 간 오차로 인해 성능에 대한 오차가 발생할 수 있다. 이에 따라 항상 동일한 성능을 확보하기 위해 아날로그 신호에 대한 캘리브레이션(Calibration)을 수행할 수 있다.
예를 들어, 거리 측정 장치(10)는 FPGA 내부 수치 제어 발진기(NCO) 제어를 통해 특정 주파수에 대한 데이터를 모의(도 10의 (a))하고 주파수 판별기를 통과(도 10의 (b)) 시킨 결과에 대해 DAC로 주파수를 생성(도 10의 (c))한 후 결과값이 설계치와 일치하는지를 확인하여 캘리브레이션(Calibration)을 수행할 수 있다.
거리 측정 장치(10)는 주파수 판별기의 오차 보정을 위한 캘리브레이션 수행 후 비트 주파수 및 도플러 주파수를 측정하여 도플러 주파수가 제거한 후 타겟의 거리를 측정한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치의 외부 간섭신호 탐지 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 RF 송신 신호의 외부 간섭신호 탐지 구간(900)을 나타낸다.
외부 간섭신호 탐지 구간(900)은 외부에서 유입되는 간섭신호를 탐지하기 위한 구간을 의미한다. 여기서, 외부 간섭신호 탐지 구간(900)은 주파수 하향 스윕을 수행한 선형 주파수 파형의 주파수 변화 구간을 포함한다.
외부 간섭신호 탐지 구간(900)은 RF 송신신호의 외부 출력을 차단하고, RF 송신신호가 내부에만 인가되도록 송신 안테나가 제어된 상태의 구간이며, 거리 측정을 위한 거리 측정 구간(800)의 최대 주파수를 시작 주파수로 주파수 하향 스윕을 수행하여 형성된다.
외부 간섭신호 탐지 구간(900)은 도플러 주파수 탐지를 위한 거리 측정 구간(800)과 복합 적용되는 것이 바람직하다. 외부 간섭신호 탐지 구간(900)에서는 RF 송신(내부)에만 신호를 인가하고 RF 송신(외부)을 하지 않으므로 정상적인 환경에서는 외부에서 수신되는 신호가 없어야 한다. 만약, 외부 간섭신호 탐지 구간(900)에서 수신되는 신호가 발생할 경우에는 외부 간섭신호로 판단하여 외부 간섭신호의 영향성을 최소화 하는 알고리듬이 수행된다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 외부 간섭신호 탐지를 위한 동작 및 탐지 결과를 나타낸 도면이다.
도 12a를 참조하면, 외부 간섭신호 탐지 구간(900)에서 거리 측정 장치(10)는 송신 안테나를 OFF 상태로 제어하여 RF 송신신호의 외부 출력을 차단하고, RF 송신신호가 내부에만 인가되도록 동작하며, 수신 안테나를 ON 상태로 유지하여 외부로부터 간섭 신호에 해당하는 수신신호가 수신될 수 있도록 동작한다.
도 12b의 (a)는 외부 간섭신호가 없을 경우의 RF 신호를 나타내고, 도 12b의 (b)는 외부 간섭신호가 있는 경우의 RF 신호를 나타낸다.
도 12b의 (b)에 도시된 바와 같이, 거리 측정 장치(10)는 외부 간섭신호 탐지 구간(900)에서 수신 신호가 수신되면 원치 않는 비트 주파수가 생성되고, 이로 인해 RF 주파수 대역에 외부 간섭신호가 존재함을 확인할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 탐지기를 통해 외부 간섭신호를 탐지하는 거리 측정 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 거리 측정 처리부(200)의 하드웨어 구조를 나타낸다.
거리 측정 처리부(200)는 주파수 탐지기의 오차 보정을 위한 초기 보정 동작을 수행하는 제1-1 신호 처리 루프(912) 및 외부 간섭신호 탐지 구간(900)에서 주파수 탐지기를 통해 신호를 측정하는 제2-1 신호 처리 루프(922)의 경로로 신호 처리될 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 외부 간섭신호를 산출 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 14에서는 예시를 통해 RF 파형 설계를 통한 외부 간섭신호의 산출 과정을 설명하도록 한다.
단계 S1410에서, 거리 측정 장치(10)는 RF 파형의 설계를 수행한다. 대역폭(△f)은 100 MHz, 송신주기(T)는 100 ms으로 설정하며, 1 ms 당 1 MHz의 변화율로 설계한다.
단계 S1420에서, 거리 측정 장치(10)는 외부 간섭신호 발생 시 비트 주파수를 생성한다. 여기서, 외부 간섭신호가 발생함에 따라 원치 않는 비트 주파수가 생성된다.
단계 S1430에서, 거리 측정 장치(10)는 주파수 탐지기의 특성을 설계한다. 여기서, 주파수 탐지기는 1 MHz 주파수를 탐지 가능하도록 설계될 수 있다.
단계 S1440에서, 거리 측정 장치(10)는 비트 주파수를 주파수 탐지기를 통과시킨 결과를 확인한다. 외부 간섭신호 발생시 비트 주파수가 주파수 탐지기를 거치게 될 경우 1 MHz의 신호가 발생되는 부분에서 전압 변화가 발생한다.
단계 S1450에서, 거리 측정 장치(10)는 ADC 변환을 1 MHz에 대해 수행하고, 전압변화가 발생하는 시점의 ADC 카운터 값을 확인한다.
단계 S1460에서, 거리 측정 장치(10)는 카운터값에 대한 평균값을 산출한다.
단계 S1470에서, 거리 측정 장치(10)는 시작주파수, 대역폭, 송신주기, 카운터 평균값을 활용하여 외부 간섭신호를 산출한다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 거리 측정 장치에서 거리 측정 시 외부 간섭신호의 영향성을 배제하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 15의 (a)에 도시된 바와 같이, 거리 측정 장치(10)는 외부 간섭신호를 측정한다.
이후, 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이, 거리 측정 장치(10)는 RF 주파수 회피를 통한 영향성 배제 동작을 수행한다. 즉, 외부 간섭 신호의 주파수를 측정한 후 주파수 호핑을 통해 거리 측정을 위한 반사 신호의 구간(주기 부분)을 제외하여 영향성 배제 동작을 수행한다. 거리 측정 장치(10)는 외부 간섭신호의 영향을 배제시킨 상태에서 반사 신호의 비트 주파수를 산출하여 거리 측정을 수행한다.
도 16은 본 발명의 실시예에 따른 외부 간섭신호 처리 기반의 거리 측정 방법을 설명하기 위한 도면이다.
거리 측정 장치(10)는 복합 파형의 RF 송신 신호를 생성하고, 생성된 RF 송신 신호를 외부 안테나를 통해 외부의 타겟으로 송신한다(S1610).
거리 측정 장치(10)는 수신 안테나를 통해 반사 신호를 수신한다(S1620).
거리 측정 장치(10)는 반사 신호의 비트 주파수를 측정하고(S1630), 측정된 비트 주파수를 이용하여 타겟과의 거리를 측정하여 거리 측정값을 산출한다(S1640).
거리 측정 장치(10)는 RF 송신 신호의 외부 출력을 차단하고 내부 인가만을 수행하여 외부 간섭신호의 발생 여부를 확인한다(S1650).
외부 간섭신호가 존재하는 경우(S1650), 거리 측정 장치(10)는 데이터 정렬을 통해 외부 간섭신호에 대한 영향성 배제한다.
외부 간섭신호가 존재하는 경우(S1650), 거리 측정 장치(10)는 거리 측정값을 기 설정된 비트 변환 형태의 최대 기준값(예: 0xFFFF)으로 변경한다(S1662).
거리 측정 장치(10)는 변경된 거리 측정값을 FIFO 메모리에 입력하는 동작을 반복하여 수행하고(S1664), 데이터 정렬을 수행한다(S1666). 여기서, 데이터 정렬은 작은값에서 높은값의 데이터 순으로의 정렬을 의미한다. 거리 측정 장치(10)는 데이터 정렬 수행 시, 변경된 거리 측정값의 최대값을 FIFO 셀의 우측 위치로 이동시킨다.
거리 측정 장치(10)는 정렬된 데이터의 중간값을 추출한다(S1668). 거리 측정 장치(10)는 외부 간섭신호에 대한 노출 시간이 길어질수록 변경된 거리 측정값에 대한 데이터량은 증가하게 된다. 여기서, 거리 측정 장치(10)는 외부 간섭 주파수의 정보를 확인하고(S1670), RF 호핑 주파수를 산출하는 동작을 수행한다(S1672).
거리 측정 장치(10)는 추출된 중간값이 비트 변환 형태의 최대 기준값과 동일한 경우(S1680), 외부 간섭신호에 대해 정의된 시간(외부 간섭신호에 대한 기 설정된 내성 기준시간) 이상 노출이 된 상황으로 판단하여 외부 간섭신호에 대해 영향 받았다는 외부 간섭신호의 발생 정보를 생성하여 출력한다(S1682).
거리 측정 장치(10)는 기 선정된 비트 주파수와 외부 간섭신호의 주파수를 비교하여 신규 RF 송신신호의 기울기를 제어한다(S1690).
거리 측정 장치(10)는 기 선정된 비트 주파수보다 외부 간섭신호의 주파수가 큰 경우 신규 RF 송신신호에 대한 기울기가 감소되도록 제어한다(S1692). 한편, 거리 측정 장치(10)는 기 선정된 비트 주파수보다 외부 간섭신호의 주파수가 작거나 같은 경우 신규 RF 송신신호에 대한 기울기가 증가되도록 제어한다(S1694).
단계 S1664 내지 단계 S1682의 단계를 예를 들어 설명하면 다음과 같다.
FIFO 데이터 수가 5개(홀수)인 경우 FIFO 셀에 저장된 FIFO 내부 데이터 값은 [3,1,F,2,4]일 수 있다. 이후, 데이터 정렬을 수행하면 FIFO 내부 데이터는 [1,2,3,4,F]으로 정렬될 수 있으며, 거리값은 FIFO 내부 데이터의 중간값인 3으로 출력된다.
이후, 외부에서 F 데이터 추가 입력 시, FIFO 내부 데이터 값은 [F,3,1,F,2]로 변경된다. 이후, 데이터 정렬을 수행하면 FIFO 내부 데이터는 [1,2,3,F,F]으로 정렬될 수 있으며, 거리값은 FIFO 내부 데이터의 중간값인 3으로 출력된다.
이후, 외부에서 F 데이터 추가 입력 시, FIFO 내부 데이터 값은 [F,F,3,1,F]로 변경된다. 이후, 데이터 정렬을 수행하면 FIFO 내부 데이터는 [1,3,F,F,F]으로 정렬될 수 있으며, 거리값은 FIFO 내부 데이터의 중간값인 F로 출력된다. 이러한 경우, 거리 측정 장치(10)는 추출된 중간값이 비트 변환 형태의 최대 기준값과 동일하여 외부 간섭신호에 대해 정의된 시간 이상 노출이 된 상황으로 판단하여 외부 간섭신호에 대해 영향 받았다는 외부 간섭신호의 발생 정보를 생성하여 출력한다.
이상의 설명은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명의 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 거리 측정 장치 100: RF 신호 송신부
200: 거리 측정 처리부 210: RF 신호 수신부
220: 신호 처리부 222: 거리 산출 처리부
224: 도플러 주파수 처리부 226: 외부 간섭신호 처리부

Claims (11)

  1. 거리 측정 장치에서 외부 간섭신호 처리를 기반으로 거리를 측정하는 방법에 있어서,
    거리 측정을 위한 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 외부의 타겟으로 송신한 후 상기 RF 송신 신호의 외부 송신을 차단하고, 주파수 스윕(Down Sweep)을 수행한 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 내부 인가하는 신호 송신 단계; 및
    외부로부터 수신된 수신 신호에 근거하여 외부 간섭신호를 측정하고, 상기 외부 간섭신호의 측정값을 기반으로 상기 RF 송신 신호에 대응하는 반사 신호에서 상기 외부 간섭신호를 배제하여 상기 타겟과의 거리를 측정하는 거리 측정 처리 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 간섭신호 처리 기반 거리 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 신호 송신 단계는,
    주파수 상향 스윕(Frequency Up Sweep)을 수행한 선형 주파수 파형의 주파수 변화 구간을 포함하는 상기 RF 송신 신호를 외부로 송신하고,
    외부 간섭신호의 측정을 위해 상기 RF 송신 신호의 외부 송신을 차단하고, 주파수 하향 스윕(Frequency Down Sweep)을 수행한 선형 주파수 파형의 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 내부 인가하는 것을 특징으로 하는 외부 간섭신호 처리 기반 거리 측정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 신호 송신 단계는,
    주파수 상향 스윕(Frequency Up Sweep)을 수행한 선형 주파수 파형의 주파수 변화 구간과 주파수 변화 없이 연속파(CW: Continuous Wave) 파형의 상기 주파수 유지 구간을 포함하는 상기 RF 송신 신호를 외부로 송신하는 것을 특징으로 하는 외부 간섭신호 처리 기반 거리 측정 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 신호 송신 단계는,
    거리 측정을 위한 주파수 변화 구간의 최대 주파수를 시작 주파수로 주파수 하향 스윕을 수행하여 외부 간섭신호의 측정을 위한 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 내부 인가하는 것을 특징으로 하는 외부 간섭신호 처리 기반 거리 측정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 거리 측정 처리 단계는,
    거리 측정을 위한 RF 송신 신호의 외부 송신을 차단한 후 수신된 수신 신호가 존재하는 경우 상기 수신 신호에 대한 노이즈 비트(Beat) 주파수를 측정하여 상기 외부 간섭신호의 존재를 판단하는 것을 특징으로 하는 외부 간섭신호 처리 기반 거리 측정 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 거리 측정 처리 단계는,
    상기 반사 신호를 기반으로 송신 주파수 및 수신 주파수의 차이에 대한 비트(Beat) 주파수를 측정하는 단계;
    상기 수신 신호를 주파수 탐지기(Frequency Detector)에 통과시켜 상기 외부 간섭신호를 탐지하고, 상기 외부 간섭신호의 외부 간섭 주파수를 측정하는 단계; 및
    상기 외부 간섭 주파수에 해당하는 구간을 상기 송신 주파수 및 상기 수신 주파수에서 제외시키고, 외부 간섭 구간이 제외된 비트 주파수를 이용하여 상기 타겟과의 상기 거리를 측정하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 간섭신호 처리 기반 거리 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 거리 측정 처리 단계는,
    내부 인가된 RF 송신 신호를 상기 주파수 탐지기에 통과시켜 비트 주파수를 측정하는 과정에서 상기 수신 신호의 유입으로 인해 상기 비트 주파수의 전압 변화가 발생하면, 전압 변화가 발생된 비트 주파수를 ADC 변환하여 산출된 ADC 카운터 값의 평균값을 기반으로 상기 외부 간섭 주파수를 산출하는 것을 특징으로 하는 외부 간섭신호 처리 기반 거리 측정 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 거리 측정 처리 단계는,
    상기 송신 주파수 및 상기 수신 주파수의 차이에 대한 비트 주파수에 대한 데이터를 FIFO 셀(First In First Out Cell)에 입력하고, 데이터 정렬에 따른 중간값을 상기 타겟과의 거리값으로 산출하되,
    상기 외부 간섭신호의 존재에 따라 상기 중간값이 변경된 경우, 변경된 중간값을 상기 타겟과의 상기 거리값으로 산출하면서 상기 외부 간섭신호의 발생 정보를 추가로 생성하는 것을 특징으로 하는 외부 간섭신호 처리 기반 거리 측정 방법.
  9. 외부 간섭신호 처리를 기반으로 거리를 측정하는 장치에 있어서,
    거리 측정을 위한 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 외부의 타겟으로 송신한 후 상기 RF 송신 신호의 외부 송신을 차단하고, 주파수 스윕(Down Sweep)을 수행한 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 내부 인가하는 신호 송신부; 및
    외부로부터 수신된 수신 신호에 근거하여 외부 간섭신호를 측정하고, 상기 외부 간섭신호의 측정값을 기반으로 상기 RF 송신 신호에 대응하는 반사 신호에서 상기 외부 간섭신호를 배제하여 상기 타겟과의 거리를 측정하는 거리 측정 처리부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 간섭신호 처리 기반 거리 측정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 신호 송신부는,
    주파수 상향 스윕(Frequency Up Sweep)을 수행한 선형 주파수 파형의 주파수 변화 구간을 포함하는 상기 RF 송신 신호를 외부로 송신하고, 외부 간섭신호의 측정을 위해 상기 RF 송신 신호의 외부 송신을 차단하고, 주파수 하향 스윕(Frequency Down Sweep)을 수행한 선형 주파수 파형의 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 내부 인가하되,
    상기 신호 송신부는, 거리 측정을 위한 주파수 변화 구간의 최대 주파수를 시작 주파수로 주파수 하향 스윕을 수행하여 외부 간섭신호의 측정을 위한 주파수 변화 구간을 포함하는 RF 송신 신호를 내부 인가하는 것을 특징으로 하는 외부 간섭신호 처리 기반 거리 측정 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 거리 측정 처리부는,
    상기 수신 신호를 주파수 탐지기(Frequency Detector)에 통과시켜 상기 외부 간섭신호를 탐지하고, 상기 외부 간섭신호의 외부 간섭 주파수를 측정하는 외부 간섭신호 처리부; 및
    상기 반사 신호를 기반으로 송신 주파수 및 수신 주파수의 차이에 대한 비트(Beat) 주파수를 측정하고, 상기 외부 간섭 주파수에 해당하는 구간을 상기 송신 주파수 및 상기 수신 주파수에서 제외시키고, 외부 간섭 구간이 제외된 비트 주파수를 이용하여 상기 타겟과의 상기 거리를 측정하는 거리 산출 처리부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 외부 간섭신호 처리 기반 거리 측정 장치.
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