FMCW 레이저 거리 측정기의 비선형성 보정 방법

Abstract

본 논문에서는 연속파 주파수 변조(FMCW) 레이저 거리 측정기에서 주파수 변화의 비선형성을 보정하는 기술을 제안하였다. FMCW 기반의 레이저 거리측정기는 높은 거리 분해능을 위해 주파수 변화의 선형성이 요구되며, 비선형성이 존재할 경우 비트 신호의 주파수가 일정하지 않아 거리 측정 성능에 심각한 영향을 미치게 된다. 하지만 일반적으로 주파수 변조를 위해 사용하는 VCO(Voltage Controlled Oscillator)의 출력은 비선형적인 특성을 가지게 된다. 이와 같은 주파수 변화의 비선형성을 보정하기 위하여 본 논문에서는 보조 딜레이 구조를 사용하였다. 보조 딜레이 구조에서 생성되는 신호는 거리 정보를 가진 비트 신호와 동일한 변화율을 가지며, ADC(Analog to Digital Converter)의 Trigger 신호로 사용된다. 즉, 비트 신호의 주파수와 동일한 변화율을 가지는 신호를 Trigger로 사용하여 비트 신호를 샘플링 함으로 비선형성이 보정되어 일정한 비트 주파수를 얻을 수 있고, 따라서 정확한 거리 측정을 할 수 있게 된다. 이에 대한 성능을 검증하기 위해 실험을 수행하여 그 결과를 제시하였다. 제안한 방식에 의해 비성형성으로 인한 FMCW 레이저 거리 측정기의 측정 오차를 개선하여 시스템의 성능이 향상되는 것을 확인할 수 있었다. We propose a correction method of nonlinear frequency sweep in an FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) laser range finder. FMCW laser range finder requires linear frequency sweep for high resolution, and nonlinear frequency sweep makes the system performance degrade. In general, VCO(Voltage Controlled Oscillator) which is a component used for frequency modulation in FMCW method has nonlinear property. To correct the nonlinear frequency sweep, we utilize an auxiliary delay structure for generating trigger signal of ADC(Analog to Digital Converter). Because the trigger signal has same rate of change with the beat signal, the nonlinearity of the beat signal can be corrected. the experimental results show that the proposed method effectively eliminates the nonlinear frequency sweep problem and enhances the system performance.