지원사업
학술연구/단체지원/교육 등 연구자 활동을 지속하도록 DBpia가 지원하고 있어요.
커뮤니티
연구자들이 자신의 연구와 전문성을 널리 알리고, 새로운 협력의 기회를 만들 수 있는 네트워킹 공간이에요.
논문 기본 정보
- 자료유형
- 학위논문
- 저자정보
- 지도교수
- 백동현
- 발행연도
- 2020
- 저작권
- 중앙대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
이용수8
이 논문의 연구 히스토리 (2)
- 이 논문의 후속연구가 궁금하신가요?
- 연관 학술논문 또는 학술발표를 통해 보다 발전된 연구결과를 확인하실 수 있습니다.
- 이 논문의 연구 히스토리 확인하기
초록· 키워드
오류제보하기
전세계적으로 스마트 시티가 활발히 조성됨에 따라 스마트 시티에 필수적인 요소인 스마트 가로등에 사용되는 24GHz 도플러 레이더 모듈을 설계하고 이진 분류기법으로 간단하게 움직임을 판별할 수 있는 알고리즘을 제안하였다.
스마트 가로등에 접목할 수 있도록 저전력, 저가격 및 작은 사이즈를 목표로 하였다.
먼저 2장에서는 24GHz 도플러 레이더 모듈의 하드웨어의 구성과 제작방법을 제안하였다. 하드웨어는 총 3파트로 구성되어 있으며, 안테나부는 1X3 패치 안테나로 8dBi 이득으로 설계하였으며, 감지각도는 61.4°x 36.1°으로 설계하였다. 또한 RF부는 Infineon 社의 BGT24LTR11을 이용하여 저전력 방식의 동작구현을 하였다. 제어부는 STmicro 社의 STM32F303VDT를 이용하였으며, 12bit ADC로 아날로그 신호를 수집하고 제안된 알고리즘을 이용하여 데이터 처리를 수행한다. 제작된 모듈의 사이즈는 50 x 45 x 10 mm3이다.
다음으로 3장에서는 도플러 레이더 모듈에 적용되는 이진분류 알고리즘을 제안하였다. 제안된 알고리즘은 실외에서 측정되는 움직임을 선형움직임과 비선형움직임으로 구분하는 이진 분류기법을 사용하여 계산량을 줄이고 SNR을 개선시키기 위한 방법을 사용하여 감지거리를 늘렸다. 제안된 알고리즘은 다음과 같다. 먼저 수신된 I/Q 신호를 FFT한다. 이를 FT-FFT라 한다. 이를 M 번 반복하는 과정을 거치는데 이를 ST-FFT라 한다. FT-FFT 된 데이터를 멀어지는 방향(+)과 다가오는 방향(-)으로 구분하여 각각 파워의 로그평균을 구한다. 이때 선형움직임과 비선형을 구분하기 위해 각 항의 차를 구하고 이를 j 번 반복한다. 위와 같은 과정을 통해 얻은 데이터를 ΔPj 라 한다. ΔPj 를 누적하며 그래프를 그리면 직선의 방정식을 구할 수 있다. 이때 기울기와 표준편차의 비가 TH 보다 작으면 선형움직임으로 판단하고, 기울기와 표준편차의 비가 TH 보다 크면 비선형움직임으로 구분한다.
앞서 언급한 24GHz 도플러 레이더 모듈과 제안된 알고리즘을 증명하기 위하여, 총 4가지 측정을 실시하였다. 첫째로, 바람에 의해 흔들리는 나뭇잎에 의한 오감지율 측정이다. 그 결과 저속 감지 모드에서는 4.36%의 오감지율을 보였으며, 고속 감지 모드에서는 0.04%의 오감지율을 보였다. 둘째로 곤충에 의한 오감지율 측정을 실시하였다. 측정결과, 곤충의 경우 RCS가 매우 작아 감지 문턱값을 넘지 못할 뿐만 아니라, 자유로운 움직임은 비선형 움직임으로 판단되어 오감지가 나타나지 않았다. 셋째로, 보행자에 대한 최초감지거리를 측정하였다. 12번 반복 측정을 실시하였고 평균 51m의 감지거리와 7m의 표준편차를 얻을 수 있었다. 마지막으로 감지영역에 대한 측정을 실시하였다. 약 10° 근처에서 감지거리가 줄어드는 경향을 보이지만 대체로 안테나 방사패턴과 유사한 경향을 보였으며, 정면에서 최대 45m 이상 감지됨을 알 수 있었다.
위와 같이 하드웨어 및 알고리즘을 제안하여 저전력, 저가형 도플러 레이더 모듈을 제작하고 성능을 측정하였다. 하지만 다른 상용 제품과의 성능 비교를 못했으며, 하드웨어를 하나의 PCB로 통합할 필요성이 있다.
스마트 가로등에 접목할 수 있도록 저전력, 저가격 및 작은 사이즈를 목표로 하였다.
먼저 2장에서는 24GHz 도플러 레이더 모듈의 하드웨어의 구성과 제작방법을 제안하였다. 하드웨어는 총 3파트로 구성되어 있으며, 안테나부는 1X3 패치 안테나로 8dBi 이득으로 설계하였으며, 감지각도는 61.4°x 36.1°으로 설계하였다. 또한 RF부는 Infineon 社의 BGT24LTR11을 이용하여 저전력 방식의 동작구현을 하였다. 제어부는 STmicro 社의 STM32F303VDT를 이용하였으며, 12bit ADC로 아날로그 신호를 수집하고 제안된 알고리즘을 이용하여 데이터 처리를 수행한다. 제작된 모듈의 사이즈는 50 x 45 x 10 mm3이다.
다음으로 3장에서는 도플러 레이더 모듈에 적용되는 이진분류 알고리즘을 제안하였다. 제안된 알고리즘은 실외에서 측정되는 움직임을 선형움직임과 비선형움직임으로 구분하는 이진 분류기법을 사용하여 계산량을 줄이고 SNR을 개선시키기 위한 방법을 사용하여 감지거리를 늘렸다. 제안된 알고리즘은 다음과 같다. 먼저 수신된 I/Q 신호를 FFT한다. 이를 FT-FFT라 한다. 이를 M 번 반복하는 과정을 거치는데 이를 ST-FFT라 한다. FT-FFT 된 데이터를 멀어지는 방향(+)과 다가오는 방향(-)으로 구분하여 각각 파워의 로그평균을 구한다. 이때 선형움직임과 비선형을 구분하기 위해 각 항의 차를 구하고 이를 j 번 반복한다. 위와 같은 과정을 통해 얻은 데이터를 ΔPj 라 한다. ΔPj 를 누적하며 그래프를 그리면 직선의 방정식을 구할 수 있다. 이때 기울기와 표준편차의 비가 TH 보다 작으면 선형움직임으로 판단하고, 기울기와 표준편차의 비가 TH 보다 크면 비선형움직임으로 구분한다.
앞서 언급한 24GHz 도플러 레이더 모듈과 제안된 알고리즘을 증명하기 위하여, 총 4가지 측정을 실시하였다. 첫째로, 바람에 의해 흔들리는 나뭇잎에 의한 오감지율 측정이다. 그 결과 저속 감지 모드에서는 4.36%의 오감지율을 보였으며, 고속 감지 모드에서는 0.04%의 오감지율을 보였다. 둘째로 곤충에 의한 오감지율 측정을 실시하였다. 측정결과, 곤충의 경우 RCS가 매우 작아 감지 문턱값을 넘지 못할 뿐만 아니라, 자유로운 움직임은 비선형 움직임으로 판단되어 오감지가 나타나지 않았다. 셋째로, 보행자에 대한 최초감지거리를 측정하였다. 12번 반복 측정을 실시하였고 평균 51m의 감지거리와 7m의 표준편차를 얻을 수 있었다. 마지막으로 감지영역에 대한 측정을 실시하였다. 약 10° 근처에서 감지거리가 줄어드는 경향을 보이지만 대체로 안테나 방사패턴과 유사한 경향을 보였으며, 정면에서 최대 45m 이상 감지됨을 알 수 있었다.
위와 같이 하드웨어 및 알고리즘을 제안하여 저전력, 저가형 도플러 레이더 모듈을 제작하고 성능을 측정하였다. 하지만 다른 상용 제품과의 성능 비교를 못했으며, 하드웨어를 하나의 PCB로 통합할 필요성이 있다.
목차
제 1 장 서 론 1제 1 절 스마트 시티와 스마트 가로등 1제 2 절 움직임 감지센서 4제 2 장 24GHz 도플러 레이더 모듈 6제 1 절 24GHz 도플러 레이더 구성 61. 안테나부 72. RF 부 103. 제어부 15제 2 절 24GHz 도플러 레이더 제작 및 성능 171. RF PCB 172. 제어 PCB 193. 도플러 레이더 모듈 및 성능 20제 3 장 움직임 분류 알고리즘 22제 1 절 도플러 동작 원리 221. 도플러 효과 222. 도플러 레이더 원리 233. I/Q demodulation 25제 2 절 도플러 알고리즘 271. 마이크로 도플러 알고리즘 272. SNR 개선 방법 293. 제안된 이진 분류 알고리즘 31제 4 장 측정 결과 38제 1 절 바람에 흔들리는 나뭇잎에 의한 오감지율 측정 38제 2 절 곤충들에 의한 오감지율 측정 42제 3 절 보행자에 대한 최초 감지거리 측정 45제 4 절 감지영역 측정 49제 5 장 결 론 51참고문헌 53국문초록 55ABSTRACT 57
최근 본 자료
댓글(0)
0