KR20230060688A - 멀티펄스를 이용한 LiDAR 간섭 방지 장치 - Google Patents

멀티펄스를 이용한 LiDAR 간섭 방지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 단일 펄스를 발생시키는 펄스레이저; 상기 펄스레이저가 발생시킨 단일 펄스를 복수개의 펄스로 분할하는 빔스플리터; 상기 빔스플리터에서 분할된 복수개의 펄스가 시간차를 두고 하기 송신부에 도달되도록 펄스를 지연시키는 신호지연부; 및 시간차를 두고 도달한 복수개의 펄스를 하나로 통합하여 멀티펄스로 전송하는 송신부를 포함하여, 송신된 멀티펄스에 포함된 펄스의 개수, 펄스의 크기, 또는 펄스 간 시간차를 LiDAR의 고유식별 값으로 부여하여 LiDAR 간의 간섭을 방지하는 것을 특징으로 한다.

Description

멀티펄스를 이용한 LiDAR 간섭 방지 장치{LiDAR ANTI-INTERFERENCE DEVICE USING MULTI-PULSE}
본 발명은 LiDAR 간섭 방지 장치에 관한 것으로서, 특히 LiDAR가 전송하는 펄스를 암호화하여 LiDAR 간의 간섭을 방지하는 멀티펄스를 이용한 LiDAR 간섭 방지 장치에 관한 것이다.
LiDAR(Light Detection and Ranging)는 레이저를 이용하여 거리를 측정하는 기술로써, 3차원 정보 구축을 위한 지형 데이터를 구축하고, 이를 가시화하는 형태로 발전되어 건설, 국방 등의 분야에 응용되고 있다.
특히, 자율주행 자동차 기술이 발전함에 따라 높은 정확도의 객체 인식을 위한 LiDAR의 사용률이 늘어나고 있다. 이는 기존에 사용하던 카메라 센서의 단점을 보완하고, 안정적인 객체 인식을 위함이다. LiDAR 사용을 통해 객체와의 거리를 측정할 수 있으며, 이를 통해 높은 안정성을 가진 자율주행 기술을 개발할 수 있다.
근래 LiDAR를 사용하는 자율주행 차량이 늘어남에 따라 LiDAR 간의 간섭이 문제가 되고 있다. LiDAR 간 간섭의 종류에는 직접간섭과 간접간섭이 있다. 서로 다른 두 개의 LiDAR A와 B가 있을 때, A가 송신하는 펄스를 B가 직접적으로 수신하는 형태의 간섭이 직접간섭이고, A가 송신하는 펄스가 물체에 반사된 것을 B가 수신하는 형태의 간섭이 간접간섭이다. 해당 간섭 현상이 발생하는 경우 존재하지 않는 물체를 인식하거나 물체와의 거리를 더 가깝게 인식하는 등의 현상이 발생한다. 주변에 LiDAR를 장착한 차량이 많아질수록 커다란 문제를 야기할 수 있다.
따라서, 단일 펄스만으로 다양한 멀티펄스를 생성하여 특정 LiDAR를 식별할 수 있게 함으로써 LiDAR 간의 간섭을 방지할 수 있는 장치가 요구되고 있다.
본 발명은 LiDAR를 구분할 수 있는 고유의 멀티펄스를 단일펄스로 생성하여 LiDAR 간의 간섭을 방지하는 멀티펄스를 이용한 LiDAR 간섭 방지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 단일 펄스를 발생시키는 펄스레이저; 상기 펄스레이저가 발생시킨 단일 펄스를 복수개의 펄스로 분할하는 빔스플리터; 상기 빔스플리터에서 분할된 복수개의 펄스가 시간차를 두고 하기 송신부에 도달되도록 펄스를 지연시키는 신호지연부; 및 시간차를 두고 도달한 복수개의 펄스를 하나로 통합하여 멀티펄스로 전송하는 송신부를 포함하여, 송신된 멀티펄스에 포함된 펄스의 개수, 펄스의 크기, 또는 펄스 간 시간차를 LiDAR의 고유식별 값으로 부여하여 LiDAR 간의 간섭을 방지하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 신호지연부는, 상기 빔스플리터에서 분할된 복수개의 펄스가 통과하는 광섬유의 길이를 조절하여 펄스 간 시간차를 발생시킬 수 있다.
바람직하게는, 상기 송신부에서 전송한 멀티펄스의 반사파를 수신하는 수신부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 송신부에서 전송한 멀티펄스를 저장하는 신호기록부를 더 포함할 수 있다.
바람직하게는, 상기 수신부에서 수신한 반사파와 상기 신호기록부에 저장된 멀티펄스가 일치하는지 판단하는 식별부를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 단일 펄스를 빔스플리터로 분할하고 신호지연부가 분할된 펄스 간의 시간차를 조절함으로써 단일 펄스만을 사용하여 멀티펄스를 생성할 수 있다는 이점이 있다.
또한, 본 발명은 생성된 멀티펄스를 이용하여 LiDAR를 구분할 수 있는 고유의 멀티펄스를 단일펄스로 생성하여 LiDAR 간의 간섭을 방지할 수 있다는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LiDAR 간섭 방지 장치의 구성도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LiDAR 간섭 방지 장치의 멀티펄스 생성 프로세스를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 펄스 간 시간차로 식별되는 멀티펄스를 나타낸다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 펄스의 개수로 식별되는 멀티펄스를 나타낸다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 펄스의 개수와 펄스 간 시간차로 식별되는 멀티펄스를 나타낸다.
이하, 첨부된 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 예시적 실시 예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일 참조부호는 실질적으로 동일한 기능을 수행하는 부재를 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해 질 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 LiDAR 간섭 방지 장치(1)의 구성도를 나타낸다. 도 1을 참조하면, LiDAR 간섭 방지 장치(1)는 펄스레이저(100), 빔스플리터(200), 신호지연부(300), 송신부(400), 수신부(500), 신호기록부(600), 및 식별부(700)를 포함할 수 있다.
LiDAR 간섭 방지 장치(1)는 송신된 멀티펄스에 포함된 펄스의 개수, 펄스의 크기, 또는 펄스 간 시간차를 LiDAR의 고유식별 값으로 부여하여 LiDAR 간의 간섭을 방지할 수 있다. LiDAR 간섭 방지 장치(1)는 자율주행 차량, 이동형 로봇, 드론 등 LiDAR가 적용된 모든 장치에 적용될 수 있다.
LiDAR 간섭 방지 장치(1)는 단일 펄스만을 사용하여 멀티펄스를 발생시킬 수 있다. LiDAR 간섭 방지 장치(1)는 지연 경로의 추가 또는 길이 조절을 통해 하나의 펄스로 수많은 멀티펄스를 발생시킬 수 있다. LiDAR 간섭 방지 장치(1)는 멀티펄스를 사용하여 LiDAR 별로 고유 펄스 값을 부여하는 방식으로 LiDAR 간의 간섭을 방지할 수 있다.
LiDAR 간섭 방지 장치(1)는 멀티펄스를 생성하기 위해 펄스 프로그래밍 소자 대신 단순한 구조의 광섬유를 포함하는 빔스플리터(200)와 신호지연부(300)로 대체할 수 있으므로 원가 절감 및 제조의 용이성이 있다. LiDAR 간섭 방지 장치(1)는 기존의 멀티펄스를 생성하기 위해 단일 펄스를 수차례 생성해야 하는 것과는 달리, 한번의 단일 펄스를 멀티펄스로 바꾸는 구조이므로 펄스 반복률의 저하 없이 고속 스캐닝을 할 수 있다.
펄스레이저(100)는 단일 펄스를 발생시킬 수 있다. 펄스레이저(100)가 생성한 단일 펄스는 빔스플리터(200)에서 분할된다. 펄스레이저(100)는 특별한 제한 없이 기존의 LiDAR에서 사용되는 것일 수 있다.
빔스플리터(200)는 펄스레이저(100)가 발생시킨 단일 펄스를 복수개의 펄스로 분할할 수 있다. 빔스플리터(200)는 단일 펄스를 일정할 비율로 분할할 수 있다. 일 실시예로, 빔스플리터(200)는 단일 펄스를 5:5의 비율로 분할하는 경우에는 크기가 100인 단일 펄스를 동일한 폭을 갖는 크기가 50인 단일 펄스 2개로 분할할 수 있다. 또 다른 실시예로, 빔스플리터(200)는 단일 펄스를 2.5:2.5:2.5:2.5의 비율로 분할하는 경우에는 크기가 100인 단일 펄스를 동일한 폭을 갖는 크기가 25인 단일 펄스 4개로 분할할 수 있다. 빔스플리터(200)에서 분할된 펄스는 신호지연부(300)에서 지연되어 시간차가 발생할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 LiDAR 간섭 방지 장치(1)의 멀티펄스 생성 프로세스를 나타낸다. 도 2를 참조하면, 신호지연부(300)는 빔스플리터(200)에서 분할된 복수개의 펄스가 시간차를 두고 송신부(400)에 도달되도록 펄스를 지연시킬 수 있다. 신호지연부(300)는 빔스플리터(200)에서 분할된 복수개의 펄스가 각각 다른 경로로 이동하게 하여 시간차를 발생시킬 수 있다. 일 실시예로, 신호지연부(300)는 빔스플리터(200)에서 2개로 분할된 펄스 중 하나는 일반경로로 다른 하나는 지연경로로 통과시킬 수 있다. 신호지연부(300)는 지연경로로 통과된 펄스의 시간을 지연시켜 일반경로로 통과된 펄스보다 늦게 송신부(400)에 도달되게 할 수 있다.
신호지연부(300)는 빔스플리터(200)에서 분할된 복수개의 펄스가 통과하는 광섬유의 길이를 조절하여 펄스 간 시간차를 발생시킬 수 있다. 도 2를 기준으로 펄스간 시간차가 발생하는 원리를 설명하면, 신호지연부(300)는 분할된 펄스 중 하나는 광섬유의 굴절률이
Figure pat00001
이고 길이가
Figure pat00002
인 일반경로로 통과시킬 수 있다. 신호지연부(300)는 다른 하나의 펄스는 광섬유의 굴절률이
Figure pat00003
이고 길이가
Figure pat00004
인 지연경로로 통과시킬 수 있다.
신호지연부(300)에서 사용되는 광섬유의 굴절률이
Figure pat00005
이고 빛의 속도가
Figure pat00006
일 때,
Figure pat00007
(시간차)와
Figure pat00008
(거리차)의 관계는 다음과 같은 식을 만족한다.
[수학식 1]
Figure pat00009
[수학식 1]을 참조하면,
Figure pat00010
이 증가할수록
Figure pat00011
도 증가하게 됨을 알 수 있다. 신호지연부(300)는 이러한 원리에 의해 지연경로의 수량 및 길이에 따라 복수의 펄스의 시간차를 발생시킬 수 있다. 신호지연부(300)에서 생성된 복수의 펄스는 시간차를 두고 송신부(400)에 도달되어 하나의 멀티펄스로 구성될 수 있다.
송신부(400)는 시간차를 두고 도달한 복수개의 펄스를 하나로 통합하여 멀티펄스로 전송할 수 있다. 송신부(400)는 신호지연부(300)에서 시간차가 발생되어 도달한 복수개의 펄스를 각각 전송하는 것이 아니라 하나의 멀티펄스로 통합하여 전송하는 것이다. 송신부(400)에서 전송한 멀티펄스는 해당 LiDAR에서 전송한 고유의 멀티펄스로 LiDAR를 구분하는 고유의 식별정보가 될 수 있다.
수신부(500)는 송신부(400)에서 전송한 멀티펄스의 반사파를 수신할 수 있다. 수신부(500)는 LiDAR에서 대상 객체와의 거리를 산출하기 위해 송신부(400)에서 전송한 멀티펄스가 대상 객체의 표면에 반사되어 돌아오는 반사파를 수신할 수 있다. 수신부(500)에서 수신된 반사파와 송신부(400)가 송신한 멀티펄스가 일치하는지는 식별부(700)에서 판단될 수 있다.
신호기록부(600)는 송신부(400)에서 전송한 멀티펄스를 저장할 수 있다. 신호기록부(600)에서 저장된 멀티펄스는 LiDAR 고유의 식별정보가 될 수 있다. 신호기록부(600)는 수신부(500)에서 수신된 반사파가 송신부(400)에서 송신한 멀티펄스인지 비교하기 위한 기준 멀티펄스를 제공할 수 있다.
식별부(700)는 수신부(500)에서 수신한 반사파와 신호기록부(600)에 저장된 멀티펄스가 일치하는지 판단할 수 있다. 식별부(700)는 다른 LiDAR와의 간섭을 방지하기 위해 고유 식별정보를 갖는 멀티펄스인지 판단할 수 있다. 식별부(700)는 멀티펄스를 구성하는 복수개의 펄스의 크기, 시간차, 또는 개수 등을 비교하여 수신한 반사파와 신호기록부(600)에 저장된 멀티펄스가 일치하는지 판단할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 펄스 간 시간차로 식별되는 멀티펄스를 나타낸다. 도 3을 참조하면, 신호지연부(300)는 빔스플리터(200)에서 5:5의 비율로 분할된 2개의 펄스를 시간차를 두고 송신부(400)에 도달하게 하여 시간차로 구분되는 멀티펄스가 구성되게 할 수 있다.
도 3의 (a)는 단일 펄스가 빔스플리터(200)에서 분할되고, 신호지연부(300)에서
Figure pat00012
의 시간차가 발생한 2개의 펄스로 구성된 멀티펄스를 나타낸다. 도 3의 (b)는 단일 펄스가 빔스플리터(200)에서 분할되고, 신호지연부(300)에서
Figure pat00013
의 시간차가 발생한 2개의 펄스로 구성된 멀티펄스를 나타낸다. 도 3의 (a)와 (b)에 나타난 각각의 멀티펄스의 펄스간 시간차는
Figure pat00014
와
Figure pat00015
로 다르므로 구분될 수 있다. 즉, 송신부(400)에서 송신한 멀티펄스의 반사파를 수신할 때, 식별부(700)는 송신한 멀티펄스를 기록하여 반사파가 송신부(400)에서 송신한 것인지 식별이 가능하다. 따라서, 이를 통해 LiDAR 간섭 방지 장치(1)는 직접간섭과 간접간섭의 구분없이 다른 LiDAR에서 전송된 수많은 멀티펄스와 송신부(400)에서 전송한 멀티펄스를 구분하여 간섭을 방지할 수 있다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 펄스의 개수로 식별되는 멀티펄스를 나타낸다. 도 4를 참조하면, 빔스플리터(200)는 서로 다른 비율로 분할되어 펄스의 개수를 다르게 하여 펄스의 개수 또는 크기로 구분되는 멀티펄스가 구성되게 할 수 있다.
도 4의 (a)는 단일 펄스가 빔스플리터(200)에서 5:5의 비율로 분할되고, 신호지연부(300)에서
Figure pat00016
의 시간차가 발생한 2개의 펄스로 구성된 멀티펄스를 나타낸다. 도 4의 (b)는 단일 펄스가 빔스플리터(200)에서 2.5:2.5:2.5:2.5의 비율로 분할되고, 신호지연부(300)에서 펄스간
Figure pat00017
의 시간차가 발생한 4개의 펄스로 구성된 멀티펄스를 나타낸다. 도 4의 (a)와 (b)에 나타난 각각의 멀티펄스의 시간차는
Figure pat00018
으로 동일하다. 그러나, 도 4의 (a)의 각 펄스의 크기는 50, 펄스의 개수는 2개이고, 도 4의 (b)의 각 펄스의 크기는 25, 펄스의 개수는 4개이므로 두 멀티펄스는 구분될 수 있다.
도 5은 본 발명의 실시예에 따른 펄스의 개수와 펄스 간 시간차로 식별되는 멀티펄스를 나타낸다. 도 5를 참조하면, 빔스플리터(200)는 펄스의 개수 또는 크기로 구분되는 멀티펄스가 구성되게 하는 동시에 신호지연부(300)는 시간차로 구분되는 멀티펄스가 구성되게 할 수 있다.
도 5의 (a)는 단일 펄스가 빔스플리터(200)에서 5:5의 비율로 분할되고, 신호지연부(300)에서
Figure pat00019
의 시간차가 발생한 2개의 펄스로 구성된 멀티펄스를 나타낸다. 도 5의 (b)는 단일 펄스가 빔스플리터(200)에서 2.5:2.5:2.5:2.5의 비율로 분할되고, 신호지연부(300)에서 각 펄스간
Figure pat00020
,
Figure pat00021
,
Figure pat00022
의 시간차가 발생한 4개의 펄스로 구성된 멀티펄스를 나타낸다. 도 5의 (a)와 (b)에 나타난 각각의 멀티펄스의 펄스간 시간차, 펄스의 크기, 및 펄스의 개수가 모두 다르므로 두 멀티펄스는 구분될 수 있다.
도 3, 도 4, 및 도 5를 통해 살펴본 바와 같이, LiDAR 간섭 방지 장치(1)는 고유 식별 정보를 갖는 멀티펄스를 펄스의 크기, 개수, 또는 펄스간 시간차를 다르게 하여 생성함으로써 LiDAR 간의 간섭을 방지할 수 있다.
이상에서 대표적인 실시예를 통하여 본 발명을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태에 의하여 정해져야 한다.
1 : LiDAR 간섭 방지 장치
100 : 펄스레이저
200 : 빔스플리터
300 : 신호지연부
400 : 송신부
500 : 수신부
600 : 신호기록부
700 : 식별부

Claims (5)

  1. 단일 펄스를 발생시키는 펄스레이저;
    상기 펄스레이저가 발생시킨 단일 펄스를 복수개의 펄스로 분할하는 빔스플리터;
    상기 빔스플리터에서 분할된 복수개의 펄스가 시간차를 두고 하기 송신부에 도달되도록 펄스를 지연시키는 신호지연부; 및
    시간차를 두고 도달한 복수개의 펄스를 하나로 통합하여 멀티펄스로 전송하는 송신부를 포함하여,
    송신된 멀티펄스에 포함된 펄스의 개수, 펄스의 크기, 또는 펄스 간 시간차를 LiDAR의 고유식별 값으로 부여하여 LiDAR 간의 간섭을 방지하는 것을 특징으로 하는 LiDAR 간섭 방지 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호지연부는,
    상기 빔스플리터에서 분할된 복수개의 펄스가 통과하는 광섬유의 길이를 조절하여 펄스 간 시간차를 발생시키는 것을 특징으로 하는 LiDAR 간섭 방지 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신부에서 전송한 멀티펄스의 반사파를 수신하는 수신부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LiDAR 간섭 방지 장치.
  4. 제 4 항에 있어서,
    상기 송신부에서 전송한 멀티펄스를 저장하는 신호기록부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LiDAR 간섭 방지 장치.
  5. 제 5 항에 있어서,
    상기 수신부에서 수신한 반사파와 상기 신호기록부에 저장된 멀티펄스가 일치하는지 판단하는 식별부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LiDAR 간섭 방지 장치.
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KR20100071327A (ko) * 2008-12-19 2010-06-29 두산디에스티주식회사 다중 파장 펄스 변조를 이용한 레이저 표적 지시기 시스템
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