본 논문에서는 마이크로파를 이용하여 자동차, 무인 시설 및 자동문 등에서 적용 가능한 물체 탐지 장치 방안을 제안하고 있다. 마이크로파 탐지 기술이 보편화되면서, 제한된 대역폭으로 동반되는 상호 간섭 및 혼신은 필연적으로 예상된다. 본 논문에서는 간섭과 혼신 환경에서 영향을 받지 않는 가무작위(假無作爲) 코드를 사용하여 송수신 신호의 코드 상관으로 물체를 탐지한다. 도플러 주파수가 없는 고정 물체의 거리 탐침을 위한 가짜의 도플러(doppler) 신호를 생성하기 위하여 송신 신호의 위상은 지속적으로 변이된다. 또한, 수신 신호가 일정하도록 송신 신호의 전력을 제어하여, 수신기의 포화(saturation)를 제거하고 거리 측정 오차가 감소시켰다. 제안장치는 $0.5{\sim}2.0\;m$의 거리에 있는 물체를 탐지하여, 1.0 m 이내의 물체 유 무를 음성으로 알려준다.
본 논문에서는 마이크로파를 이용하여 자동차, 무인 시설 및 자동문 등에서 적용 가능한 물체 탐지 장치 방안을 제안하고 있다. 마이크로파 탐지 기술이 보편화되면서, 제한된 대역폭으로 동반되는 상호 간섭 및 혼신은 필연적으로 예상된다. 본 논문에서는 간섭과 혼신 환경에서 영향을 받지 않는 가무작위(假無作爲) 코드를 사용하여 송수신 신호의 코드 상관으로 물체를 탐지한다. 도플러 주파수가 없는 고정 물체의 거리 탐침을 위한 가짜의 도플러(doppler) 신호를 생성하기 위하여 송신 신호의 위상은 지속적으로 변이된다. 또한, 수신 신호가 일정하도록 송신 신호의 전력을 제어하여, 수신기의 포화(saturation)를 제거하고 거리 측정 오차가 감소시켰다. 제안장치는 $0.5{\sim}2.0\;m$의 거리에 있는 물체를 탐지하여, 1.0 m 이내의 물체 유 무를 음성으로 알려준다.
In this paper, it is proposed how to implement the object detection system which is able to apply to vehicular applications, unmanned facilities, automatic door and others with microwave. As the technology which detects an object with microwave is becoming more popular, it seems impossible to avoid ...
In this paper, it is proposed how to implement the object detection system which is able to apply to vehicular applications, unmanned facilities, automatic door and others with microwave. As the technology which detects an object with microwave is becoming more popular, it seems impossible to avoid mutual interference and jamming caused by limited frequency bandwidth. The system in this paper detects an object by correlating the code of TX and RX signals with the pseudo-random code having best quality in interference and jamming environment. In order to generate simulant doppler signal for detecting the distance of an fixed object where there is no doppler effect, the phase of TX signal is shifted continually. Also, the saturation of receiver was removed and the error of distance measurement was decreased by controlling the power of TX signal for getting constant RX signal. The proposed system detects a object which ranges from 0.5 m to 2.0 m and informs vocally whether there is the object within 1.0 m or not.
In this paper, it is proposed how to implement the object detection system which is able to apply to vehicular applications, unmanned facilities, automatic door and others with microwave. As the technology which detects an object with microwave is becoming more popular, it seems impossible to avoid mutual interference and jamming caused by limited frequency bandwidth. The system in this paper detects an object by correlating the code of TX and RX signals with the pseudo-random code having best quality in interference and jamming environment. In order to generate simulant doppler signal for detecting the distance of an fixed object where there is no doppler effect, the phase of TX signal is shifted continually. Also, the saturation of receiver was removed and the error of distance measurement was decreased by controlling the power of TX signal for getting constant RX signal. The proposed system detects a object which ranges from 0.5 m to 2.0 m and informs vocally whether there is the object within 1.0 m or not.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 논문에서는 2.4 GHz 대역으로 자동차, 무인 시설 및 자동문 등에 적용 가능한 근거리 물체 탐지 방안을 제안하였다. 제안된 방식은 무선 특성상 피할 수 없는 간섭과 혼신에 강하도록 가무작위 코드를 사용하였으며, 근거리 측정시 요구되는 광대역(廣帶域) 무선 주파수를 최소화하기 위하여 아날로그 코드 상관으로 거리를 탐지한다.
그러나, 고정체(固定體)는 도플러 주파수가 발생하지 않으므로, 고정체의 특정 위치에서는 송수신 신호의 캐리어가 직교되어 신호 혼합기의 출력이 "0"이 되어, 거리를 측정하지 못하게 된다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 송신기의 위상 변이기 (phase shifter)를 이용하여 송신 신호의 위상을 0°도에서 360°까지 반복적으로 가변하고 있다. 신호 혼합기 출력 신호는 저역 통과 필터를 통과되면서 이미지 성분이 제거된 후에 증폭기를 거쳐 신호가 증폭된다.
즉, 피측정물의 반사율 및 크기에 따라 수신 신호의 크기가 변하며, 측정 오차는 그림 9와 같이 발생한다. 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 피측정물의 반사율 및 크기와 상관없이 수신 신호가 항상 일정하도록 송신 신호의 전력을 제어한다.
제안 방법
5 m 에서는 송신 전력이 최대 송신 출력인 10 dBm에 고정되어 수신 전력이 감소되어 적분기 출력 전압이 낮아지는 것을 확인하였다. 제안 시스템은 약 10초마다 전방 물체의 거리를 측정하여, 1.0 m 이내에 물체가 있으면 음성으로 "전방에 물체가 있습니다"라고 알려준다. 2.
제안된 방식은 무선 특성상 피할 수 없는 간섭과 혼신에 강하도록 가무작위 코드를 사용하였으며, 근거리 측정시 요구되는 광대역(廣帶域) 무선 주파수를 최소화하기 위하여 아날로그 코드 상관으로 거리를 탐지한다. 고정체의 거리를 측정하기 위하여 안테나로 방사되는 송신 신호의 위상을 지속적으로 변이시켜 가짜의 도플러(doppler) 신호를 생성하였다. 또한, 수신 전력이 일정하도록 송신 전력을 제어하여 수신기의 과입력(過入力)을 피하고, 거리 측정 오차를 감소시켰다.
고정체의 거리를 측정하기 위하여 안테나로 방사되는 송신 신호의 위상을 지속적으로 변이시켜 가짜의 도플러(doppler) 신호를 생성하였다. 또한, 수신 전력이 일정하도록 송신 전력을 제어하여 수신기의 과입력(過入力)을 피하고, 거리 측정 오차를 감소시켰다.
현재의 ITU-R 권고 및 미국이나 유럽 기술 기준의 경우, 이러한 혼신 방지 기능에 대한 언급은 하지 않고 있다[3]. 본 논문에서 제시하는 근거리 물체 탐지 방안은 2.4 GHz ISM 대역을 사용하여 UWB(Ultra Wide Band)[4] 비해 협대역(narrow band)으로 간섭과 혼신에 강한 가무작위 코드를 사용하여 측정하는 것이다. 제안 시스템은 이동 물체뿐만 아니라 고정 물체를 탐지하기 위하여 송신 신호를 위상 변이시키고 있으며, 수신 신호가 일정하도록 송신 신호의 전력을 제어하여, 수신기 포화(saturation)를 제거하고 거리 측정 오차를 감소시켰다[5].
송 . 수신 신호의 주파수 차이로 발생되는 위상차이 특성을 이용하여 거리를 측정한다[9]. 그러나, 고정체(固定體)는 도플러 주파수가 발생하지 않으므로, 고정체의 특정 위치에서는 송수신 신호의 캐리어가 직교되어 신호 혼합기의 출력이 "0"이 되어, 거리를 측정하지 못하게 된다.
4 GHz ISM 대역을 사용하여 UWB(Ultra Wide Band)[4] 비해 협대역(narrow band)으로 간섭과 혼신에 강한 가무작위 코드를 사용하여 측정하는 것이다. 제안 시스템은 이동 물체뿐만 아니라 고정 물체를 탐지하기 위하여 송신 신호를 위상 변이시키고 있으며, 수신 신호가 일정하도록 송신 신호의 전력을 제어하여, 수신기 포화(saturation)를 제거하고 거리 측정 오차를 감소시켰다[5].
4 GHz 대역으로 자동차, 무인 시설 및 자동문 등에 적용 가능한 근거리 물체 탐지 방안을 제안하였다. 제안된 방식은 무선 특성상 피할 수 없는 간섭과 혼신에 강하도록 가무작위 코드를 사용하였으며, 근거리 측정시 요구되는 광대역(廣帶域) 무선 주파수를 최소화하기 위하여 아날로그 코드 상관으로 거리를 탐지한다. 고정체의 거리를 측정하기 위하여 안테나로 방사되는 송신 신호의 위상을 지속적으로 변이시켜 가짜의 도플러(doppler) 신호를 생성하였다.
대상 데이터
측정한 것이다. 사용된 계측기는 벡터 네트워크 분석기로서, Agilent E5071B를 사용하였다.
4 GHz 대역의 송신 출력 파형이다. 사용된 계측기는 스펙트럼 분석기로서, Agilent E4445A를 사용하였다.
제작된 RF 모듈은 그림 13과 같다. 사용된 신호 혼합기는 Hittite社의 HMC272MS8, 마이크로파 발생기는 Maxim社의 MAX2753, 분배기는 Anaren社의 1P603, 전력증폭기는 WJ社의 AH1, 증폭기는 Analog Devices社의 AD8000, 비교기는 Analog Devices 社의 AD8611 를 사용하였다.
시스템 모듈 구성은 안테나, RF 모듈, 마이크로프로세서 모듈로 구성된다. 사용된 안테나는 그림 11과 같으며, 무반사실에서 측정된 안테나의 이득 및 빔 패턴은 그림 12와 같다.
제작된 마이크로 프로세서 모듈은 그림 18과 같으며, 마이크로 프로세서는 Analog Devices社의 ADu-C812BS, FPGA는 Altera社의 EP1C6Q240C8, 음성저장 및 재생 메모리는 ISD社의 ISD4004를 사용하였다.
데이터처리
물체에서 반사된 수신 신호는 안테나와 서큘레이터를 거쳐 커플러에 입력된다. 커플링 신호는 검출기에서 RMS(Root Mean Square) 값으로 변환되어 수신 신호의 크기를 검출한다. 마이크로 프로세서는 검줄된 수신 신호를 기준으로, 수신 신호가 일정하도록 감쇄기를 제어하여 송신 신호 전력을 제어한다.
성능/효과
사용하는 음성 저장 및 재생 메모리는 8분을 재생할 수 있는 메모리로서, 한 개의 음절을 200 ms 단위로 재생한다면 2, 400개의 음절을 저장할 수 있다. (초성+중성) 조합은 420개 음절, (중성+종성) 조합은 168개 음절로 총 588개 음절이므로 모두 저장이 가능하다. 음성 저장 및 재생 메모리에 저장된 음절은 주소로 지정하여 음성을 출력할 수 있으므로, 적분기 출력전압에서 얻어진 거리 정보를 스피커로 알려준다[10].
후속연구
또한, 근거리 물체 탐지하는 경우에 있어서, 광대역 주파수 대역을 요구하고 있다. 본 논문에서 제안된 탐지 방안을 자동차 측면 및 후방 탐지에 적용하면, 간섭과 대역폭에서 매우 유용할 것으로 판단된다.
참고문헌 (10)
정보통신부, '신고하지 아니하고 개설할 수 있는 무선국용 무선기기', 고시 제2005-29호, 2005
ITU-R Recommendation, 'Transport information and control system-low power short-range vehicular radar equipment at 60 GHz and 76 GHz', M.1452, 2000
김동호, 조평동, '차량용 레이더 응용 기술 및 발전 방향', 전자통신동향분석, 18(1), 2003년
Ian Gresham, Alan Jenkins, Robert Egri, Channabasappa Eswarappa, Frank Kolak, Ratana Wohlert, Jacqueline Bennett, and J-P Lanteri, 'Ultra wide band 24 GHz automotive radar front-end', IEEE Radio Frequency Integrated Circuits Symposium, 2003
Development for a Very Near Distance Detection System Using Microwave, EMF Safety, 2006
Howard W. Johnson, Martin Graham, High Speed Digital Design, Prentice-Hall, New Jersey, 1993
'A varactor controlled phase shifter for PCS base station applications', APN1009, Alpha Industries, Inc
John D. Kraus, Ronald J. Marhefka, Antennas, Mc-Graw-Hill, 2002
R&D Division 1, 코드상관방식센서 설계 연구, ADD, 1994년
김병국, 김종희, 시각장애인의 실내/실외 보행을 위한 시각 정보를 청각 및 촉각 정보로 변환하는 보행 안내 방법 및 장치, 한국과학기술연구원, 2006년
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.