JP2024500475A - 水平間隔及び垂直間隔にて配置される複数のアンテナを含むレーダー装置 - Google Patents
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Abstract
レーダー装置は、第1の水平間隔及び第1の垂直間隔に基づいて、対角線の方向に配置される複数の送信アンテナを含む送信アンテナ部と、第2の水平間隔に基づいて配置される第1の受信アンテナグループ及び第2の受信アンテナグループを含む受信アンテナ部と、送信アンテナ部を通じて送信信号を送信し、受信アンテナ部を通じて対象体から反射された反射信号を受信する送受信部と、受信された反射信号を処理して対象体に関する情報を導出する処理部と、を含むことができる。【選択図】 図1
Description
本発明は、水平間隔及び垂直間隔にて配置される複数のアンテナを含むレーダー装置に関する。
一般的に、レーダー装置は、電波の送受信を通じて、標的装置の距離、速度、及び角度の探知や追跡のために、高解像度の角度分解能を有するべきである。
従来の自動車で使われていたレーダー装置は、自動車の走行方向へ方位角(azimuth)軸と並ぶようにアンテナアレイが配列されていて、道路上に位置した対象物に対する角度を推定することができた。しかし、方位角軸にアンテナアレイが並ぶように配列されていれば、標高(elevation)方向に対する対象物の角度の検出が不可である。
最近、標高方向に関する情報抽出のため、レーダー装置に水平方向に対するアンテナ、及び垂直方向に対するアンテナを追加に配列することで垂直角度を検出するアンテナパターンが用いられている。
しかし、水平角度及び垂直角度の検出を別途に行う場合、同一距離及び同一速度上に多数の対象物が存在する場合、垂直角度及び水平角度の区分が曖昧であるとの問題がある。
このような問題を解決するためには、レーダー装置に2次元のアレイアンテナ配列(planar array)を構成して、垂直角度及び水平角度を同時に抽出しなければならない。
既存に具現されていた2次元のアレイアンテナ配列の場合、送信アンテナ及び受信アンテナが一体型になっているTRモジュールを用いるのが一般的であった。しかし、このようなTRモデルは、高価のハードウェアリソースが必要であり、自動車に割り当てられた77GHzの高周波上では現在、具現が不可である。
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためのものであって、複数の送信アンテナ、及び複数の受信アンテナの効率的な配置を通じて、中長距離及び近距離の感知時に、水平及び垂直方向への角度分解能を向上させることができるレーダー装置を提供する。但し、本実施例が達成しようとする技術的課題は、上述の技術的課題に限定されるものではなく、また他の技術的課題が存在し得る。
上述した技術的課題を解決するための技術的手段として、本発明の第1の側面によるレーダー装置は、第1の水平間隔及び第1の垂直間隔に基づいて、対角線の方向に配置される複数の送信アンテナを含む送信アンテナ部と、前記第2の水平間隔に基づいて配置される第1の受信アンテナグループ及び第2の受信アンテナグループを含む受信アンテナ部と、前記送信アンテナ部を通じて送信信号を送信し、前記受信アンテナ部を通じて対象体から反射された反射信号を受信する送受信部と、前記受信された反射信号を処理して前記対象体に関する情報を導出する処理部と、を含むことができる。
本発明の第2の側面によるレーダー装置は、第1の水平間隔に基づいて配置される第1の送信アンテナグループ及び第2の送信アンテナグループを含む送信アンテナ部と、第2の水平間隔及び第1の垂直間隔に基づいて、対角線の方向に配置される複数の受信アンテナを含む受信アンテナ部と、前記送信アンテナ部を通じて送信信号を送信し、前記受信アンテナ部を通じて対象体から反射された反射信号を受信する送受信部と、前記受信された反射信号を処理して前記対象体に関する情報を導出する処理部と、を含むことができる。
上述した課題を解決するための手段は、単なる例示であり、本発明を制限する意図で解釈されてはならない。上述した例示的な実施例の他にも、図面及び発明の詳細な説明に記載された追加の実施例が存在し得る。
上述した本発明の課題を解決するための手段の何れか1つによると、本発明は、複数の送信アンテナ、及び複数の受信アンテナの効率的な配置を通じて、中長距離及び近距離の感知時、水平及び垂直方向への角度分解能を向上させることができる。
以下では、添付した図面を参照しながら、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者が容易に実施できるように本発明の具現例及び実施例を詳しく説明する。ところが、本発明は様々な異なる形態に具現されることができ、ここで説明する実施例に限定されるものではない。そして、図面において、本発明を明確に説明するために、説明とは関係ない部分は省略しており、明細書全体に亘って類似した部分に対しては類似した図面符号を付けている。
本発明の明細書全体において、ある部分が他の部分と「連結」されているという場合、これは「直接的に連結」されている場合だけでなく、その中間に他の素子を挟んで「電気的に連結」されている場合も含む。なお、ある部分が、ある構成要素を「含む」という場合、これは、特に反対の記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含み得ることを意味する。
本明細書において「部」とは、ハードウェアにより実現されるユニット(unit)、ソフトウェアにより実現されるユニット、両方を用いて実現されるユニットを含む。また、1つのユニットが2つ以上のハードウェアを用いて実現されても良く、2つ以上のユニットが1つのハードウェアにより実現されても良い。
本明細書において、端末又はデバイスが行うと記述された動作や機能のうち一部は、当該端末又はデバイスと連結されたサーバにおいて代わりに行われても良い。それと同様に、サーバが行うと記述された動作や機能のうち一部も、当該サーバと連結された端末又はデバイスにおいて行われても良い。
以下、添付の構成図または処理フローチャートを参考しながら、本発明の実施のための具体的な内容について説明する。
図1は、本発明の一実施例に係る、レーダー装置10に対するブロック構成図である。図1に示すように、レーダー装置10は、送信アンテナ部100、受信アンテナ部110、送受信部120、処理部130、及び仮想受信アンテナ形成部140を含むことができる。
図2aは、レーダー装置に含まれたアンテナの配列構成の第1の例であり、図2bは、レーダー装置に含まれたアンテナの配列構成の第2の例を示す。
レーダー装置10は、車の特定位置に装着され、送信アンテナ部100を通じて送信信号を送信した後、車の周辺にある対象体から反射されて戻って来る受信信号を、受信アンテナ部110を通じて受信することで、対象体の存在有無、位置、方向、速度、またはサイズなどを感知することができる。
レーダー装置10は、感知された対象体の感知結果を、前方の車に対する衝突防止のために、または安全な車線変更のために用いることで、車システムを正確に制御することができる。
送信アンテナ部100は、対象体の感知のために、送信信号を送信するための複数の送信アンテナを含むことができる。
図2aに示すように、送信アンテナ部100は、少なくとも2つ以上の送信アンテナグループを含むことができる。ここで、各送信アンテナグループは、第1の水平間隔及び第1の垂直間隔にてまたは第1の水平間隔及び第1の垂直間隔に基づいて対角線の方向に配置される複数の送信アンテナTxを含むことができる。例えば、第1の水平間隔A及び第1の垂直間隔Bは、互いに同じ値(例えば、0.5ラムダ)に設定されることができる。
図2bに示すように、送信アンテナ部100は、第1の水平間隔A及び第1の垂直間隔Bにて対角線の方向に配置される少なくとも2つ以上の送信アンテナグループTx1、Tx2を含むことができる。ここで、少なくとも2つ以上の送信アンテナグループTx1、Tx2に属した各グループは、受信アンテナ部110に含まれた受信アンテナRx1、Rx2の個数及び第1の水平間隔Aに基づいて互いに間隔を置いて配置されることができる。例えば、送信アンテナグループTx1、Tx2間の間隔は、[式1]に基づいて計算可能である。
[式1]
送信アンテナグループ間の間隔=N*A
送信アンテナグループ間の間隔=N*A
ここで、Nは、受信アンテナ部110に含まれた受信アンテナの個数であり、Aは、第1の水平間隔である。
図2a及び図2bに示すように、受信アンテナ部110は、送信アンテナ部100から送信された送信信号が周辺にある対象体によって反射されて帰って来る受信信号を受信するための複数の受信アンテナを含むことができる。
受信アンテナ部110は、第2の水平間隔2*Aにて、または第2の水平間隔2*Aに基づいて水平方向に並ぶように配置される第1の受信アンテナグループRx1及び第2の受信アンテナグループRx2を含むことができる。すなわち、第1の受信アンテナグループRx1に含まれた複数の受信アンテナは、水平方向に第2の水平間隔2*Aだけ離れて配列され、受信アンテナグループRx2に含まれた複数の受信アンテナは、水平方向に第2の水平間隔2*Aだけ離れて配列されることができる。
ここで、第2の水平間隔2*Aは、第1の水平間隔Aの少なくとも2倍以上の値であり得る。
例えば、受信アンテナ部110に含まれた複数の受信アンテナの個数が4個の場合、第1の受信アンテナグループRx1は2個の受信アンテナから構成され、第2の受信アンテナグループRx2は2個の受信アンテナから構成されることができる。
第1の受信アンテナグループRx1に含まれた少なくとも1つの受信アンテナ、及び第2の受信アンテナグループRx2に含まれた少なくとも1つの受信アンテナは、互いに交互に配置されることができる。すなわち、第1の受信アンテナグループRx1の受信アンテナと第2の受信アンテナグループRx2の受信アンテナの各々は、規則的にジグザグの形態に配置されることができる。
この際、互いに隣接するように配置される第1の受信アンテナグループRx1の1つの受信アンテナ、及び第2の受信アンテナグループRx2の1つの受信アンテナは、水平方向に第1の水平間隔Aに基づいて配置されることができる。
第1の受信アンテナグループRx1の1つの受信アンテナと、第2の受信アンテナグループRx2の1つの受信アンテナは、第1の水平間隔Aにて互いに隣接するように配置されることができる。
互いに隣接するように配置される第1の受信アンテナグループRx1の1つの受信アンテナ、及び第2の受信アンテナグループRx2の1つの受信アンテナは、互いに隣接するように配置され、第2の垂直間隔Bに基づいて垂直の段差を形成するように配置されることができる。例えば、第2の垂直間隔は第1の垂直間隔と同じ値であり得る。
上述したようなレーダー装置10のアンテナ配列パターンを活用すれば、送信アンテナ部100及び受信アンテナ部110が互いに重なることなく配置可能になる。
図2aないし図2bに示すようなアンテナの配列構成を通じて、多重入出力(MIMO:Multiple Input and Multiple Output)の処理が行われば、三角形の格子(triangle lattice)が連続した平面(Planar)アンテナアレイ構造を具現することができる。図2aないし図2bに示すようなアンテナ配列構成を用いて多重入出力仮想アレイ(virtual array)を具現するようになれば、平面アンテナアレイを構成することができる。このような、平面アンテナアレイを通じて、対象体に対する垂直方向及び水平方向に対する角度の検出を同時に行うことができる。図2bに示すように、送信アンテナ部100を確張してレーダー装置10を構成するようになれば、ビーム幅を減らすことができる。
送受信部120は、送信アンテナ部100を通じて送信信号を送信し、受信アンテナ部110を通じて対象体から反射した反射信号を受信することができる。例えば、送受信部120は、第1の送信方式(例えば、fast-chirp TDMA方式)を使って送信アンテナ部100を通じて一定間隔にて送信信号を速く送信し、受信アンテナ部110を通じて対象体から反射した反射信号を受信することができる。
処理部130は対象体で反射した反射信号を処理して対象体に対する情報を導出することができる。例えば、処理部130は受信された反射信号を通じて対象体の高さなどのような垂直情報及び対象体の幅などの水平情報を獲得することができる。例えば、図4に示すように、処理部130は反射した反射信号のサイズが最大である位置で対象物の方位角及び標高角度を推正することができる。
仮想受信アンテナ形成部140は、処理部130により送信アンテナ部100に含まれた複数の送信アンテナを通じて多重入出力(MIMO)の処理を行う場合、受信アンテナ部110に含まれた複数の受信アンテナと同じ水平方向へ、既に設定された水平間隔にて配置された仮想受信アンテナ部を形成することができる。
図3aは、図2aのアンテナ配列構成による等価状態を示す図であり、図3cは、図2bのアンテナ配列構成による等価状態を示す図である。
図3aに示すように、仮想受信アンテナ形成部140は、第1の水平間隔及び第1の垂直間隔にて配置された複数の送信アンテナTxを通じて多重入出力処理を行う場合、複数の送信アンテナTxの各々に対応するように第2の水平間隔にて配置された第1の仮想受信アンテナグループVRx1及び第2の仮想受信アンテナグループVRx2を含む仮想受信アンテナ部VRxを形成することができる。
図3cに示すように、仮想受信アンテナ形成部140は、第1の水平間隔及び第1の垂直間隔にて配置された第1の送信アンテナグループTx1及び第2の送信アンテナグループTx2を通じて多重入出力処理を行う場合、第1の送信アンテナグループTx1及び第2の送信アンテナグループTx2の各々に対応するように第1の受信アンテナグループRx1及び第2の受信アンテナグループRx2の各々と同じ水平方向に第2の水平間隔にて配置された第1の仮想受信アンテナグループVRx1、第2の仮想受信アンテナグループVRx2、及び第3の仮想受信アンテナグループVRx3を含む仮想受信アンテナ部VRxを形成することができる。
第1の送信アンテナグループTx1及び第2の送信アンテナグループTx2を通じて、同じ送信信号が同時に送信されれば、送信信号に基づいて対象体から反射されて帰って来る受信信号を受信する受信アンテナの立場からは、同じ受信信号が空間的に水平方向に、既に設定された水平間隔(すなわち、第1の送信アンテナTx1及び第2の送信アンテナTx2間の離隔間隔N*Aだけ離隔された位置にシフトされて受信されることと同じ効果を有する。このようにシフトされた位置に生成された受信アンテナを、仮想受信アンテナVRxと表現することができる。
すなわち、第1の受信アンテナRx1から既に設定された水平間隔だけ離隔された位置に第1の仮想受信アンテナVRx1が生成され、第2の受信アンテナRx2から既に設定された水平間隔だけ離隔された位置に第2の仮想受信アンテナVRx2が生成されることができる。
この際、第1の受信アンテナRx1及び第2の受信アンテナRx2と同じ水平方向に形成された第1の仮想受信アンテナVRx1及び第2の仮想受信アンテナVRx2間には、第1の受信アンテナRx1及び第2の受信アンテナRx2と対応されるように、第2の垂直間隔にて垂直の段差が形成されることができる。
結果的に、受信端では、第1の受信アンテナRx1、第2の受信アンテナRx2、第1の仮想受信アンテナVRx1、及び第2の仮想受信アンテナVRx2が形成されることで、2倍の水平面積に拡張された拡張開口性能を確保することができ、これを通じて、中長距離の対象体の水平情報を精密に測定することができ、水平方向情報に対する分解能または解像度を向上させることができ、サイドローブ(Side lobe)レベルを改善することができる。
イメージング(imaging)レーダー装置の多重入出力を構成することにおいて、本発明のアンテナの配列構成に、ユニフォーム線形アレイ(Uniform linear array)を配置することで、サイドローブ(Side_lobe)のレベルを改善することができる。
また、本発明は、垂直の段差が形成されている複数の受信アンテナRx1、Rx2、及び複数の仮想受信アンテナVRx1、VRx2を通じて対象体を感知し、位相差を用いて対象体の垂直角度を感知及び推定することができる。
図3a及び図3cに示すように、処理部130は、第1の受信アンテナグループRx1及び第2の受信アンテナグループRx2のうち、少なくとも1つの受信アンテナと、第1の仮想受信アンテナグループVRx1及び第2の仮想受信アンテナグループVRx2のうち、少なくとも1つの仮想受信アンテナがオーバーラップされる場合、オーバーラップされる受信アンテナ及び仮想受信アンテナに対応して受信された信号に基づいて受信された反射信号に対する誤差補償を行うことができる。
図3bは、図2aのアンテナ配列構成により形成されたアンテナパターンであり、図3dは、図2bのアンテナ配列構成により形成されたアンテナパターンである。
図3b及び図3dに示すように、第1の受信アンテナグループRx1、第2の受信アンテナグループRx2、第1の仮想受信アンテナグループVRx1、及び第2の仮想受信アンテナグループVRx2に該当する水平面積及び垂直面積内に、六角の形態に配置されたアンテナパターンが形成されることができる。
補間部150は、複数の受信アンテナ及び複数の仮想受信アンテナに多重入出力の仮想アレイ補間法(MIMO Virtual Array Interpolation)を適用して、複数の受信アンテナ及び複数の仮想受信アンテナに該当する水平面積及び垂直面積内に三角のラテックスの形態に配置されたアンテナパターンを構成することができる。補間部150は、複数の受信アンテナに多重入出力の仮想アレイ補間法を適用することで、制限された受信チャンネル数において最大の放射開口部を確保することができる。
ここで、多重入出力の仮想アレイ補間法を用いることで、各送信アンテナ及び受信アンテナ間の空間的な相手距離及び実際に受信された受信信号を、2次元の高速フーリエ変換(FFT、Fast Fourier Transform)を行って、対象体の距離、速度の変化による周波数成分信号を抽出し、抽出された周波数成分信号から対象体の周波数に該当するパワー及び位相に関する情報を活用して、アンテナから実際に存在しない仮想アンテナのシグナルを類推することができる。
図5は、レーダー装置10に含まれたアンテナ装置の複数の送信アンテナ、及び複数の受信アンテナの配列構成の第3の例示図である。ここで、図5は、図2Aの送信アンテナ部100に含まれた複数の送信アンテナと受信アンテナ部110に含まれた複数の受信アンテナ間の配置を変更したアンテナ配列構造を示す図である。
図2aに該当するアンテナ配列構成の第1の例と、図5に該当するアンテナ配列構成の第3の例は、互いに送信アンテナの配列と受信アンテナの配列との順序が狂った構成に該当する。すなわち、第1の例の送信アンテナの配列は、第3の例の受信アンテナの配列と、その形態が対応されることができ、第1の例の受信アンテナの配列は、第3の例の送信アンテナの配列と、その形態が対応されることができる。このように、本発明は、送信アンテナ側及び受信アンテナ側の何れにも用いられ得るアンテナ配列構成を提案している。よって、第3の例におけるアンテナ配列構成及び信号処理に対する動作は、第1の例で説明したアンテナ配列構成及び動作を参考することができ、そのように行われることができる。
図5に示すように、送信アンテナ部100は、第1の水平間隔2*Aに基づいて配置される第1の送信アンテナグループTx1及び第2の送信アンテナグループTx2を含むことができる。ここで、第1の送信アンテナグループTx1に含まれた送信アンテナ、及び第2の送信アンテナグループTx2に含まれた送信アンテナが、第2の水平間隔Aにて互いに交互に間隔を置いて配置されることができる。例えば、第1の水平間隔2*Aは、第2の水平間隔Aの少なくとも2倍以上の値である。
互いに隣接するように配置される第1の送信アンテナグループTx1の送信アンテナ及び第2の送信アンテナグループTx2の送信アンテナは、第2の水平間隔に基づいて配置されることができる。
互いに隣接するように配置される第1の送信アンテナグループTx1の送信アンテナ、及び第2の送信アンテナグループTx2の送信アンテナは、第1の垂直間隔Bに基づいて垂直の段差を形成するように配置されることができる。
受信アンテナ部110は、第2の水平間隔A及び第1の垂直間隔Bに基づいて対角線の方向に配置される複数の受信アンテナRxを含むことができる。
本発明の一実施例は、コンピュータにより実行されるプログラムモジュールのようなコンピュータにより実行可能な命令語を含む記録媒体の形態に具現されても良い。コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータによりアクセスできる任意の可用媒体であっても良く、揮発性及び不揮発性の媒体、分離型及び非分離型の媒体を全て含む。また、コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータ格納媒体を含んでいても良い。コンピュータ格納媒体は、コンピュータ読み取り可能な命令語、データ構造、プログラムモジュール、又はその他のデータのような情報格納のための任意の方法又は技術に具現された揮発性及び不揮発性、分離型及び非分離型の媒体を全て含む。
上述した本発明の説明は例示のためのものであり、本発明の属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想や必須の特徴を変更せずに他の具体的な形態に容易に変形可能であるということを理解できるはずである。それゆえ、前記した実施例は全ての面において例示的なものであり、限定的なものではないと理解すべきである。例えば、単一型で説明されている各構成要素は分散して実施されても良く、同様に、分散したものと説明されている構成要素も結合された形態で実施されても良い。
本発明の範囲は、前記詳細な説明よりは後述する特許請求の範囲により示され、特許請求の範囲の意味及び範囲、並びにその均等概念から導出される全ての変更又は変形された形態が本発明の範囲に含まれると解釈されなければならない。
Claims (10)
- レーダー装置において、
第1の水平間隔及び第1の垂直間隔に基づいて、対角線の方向に配置される複数の送信アンテナを含む送信アンテナ部と、
第2の水平間隔に基づいて配置される第1の受信アンテナグループ及び第2の受信アンテナグループを含む受信アンテナ部と、
前記送信アンテナ部を通じて送信信号を送信し、前記受信アンテナ部を通じて対象体から反射された反射信号を受信する送受信部と、
前記受信された反射信号を処理して前記対象体に関する情報を導出する処理部と、
を含む、レーダー装置。 - 前記送信アンテナ部は、少なくとも2つ以上の送信アンテナグループを含み、各送信アンテナグループは、前記第1の水平間隔及び前記第1の垂直間隔に基づいて、対角線の方向に配置される複数の送信アンテナを含み、前記少なくとも2つ以上の送信アンテナグループに属した各グループは、前記受信アンテナ部に含まれた受信アンテナの個数及び前記第1の水平間隔に基づいて、互いに間隔を置いて配置される、請求項1に記載のレーダー装置。
- 前記第1の水平間隔及び前記第1の垂直間隔にて配置された複数の送信アンテナを通じて、多重入出力(Multi Input Multi Output、MIMO)の処理を行う場合、前記複数の送信アンテナの各々に対応するように前記第2の水平間隔にて配置された第1の仮想受信アンテナグループ及び第2の仮想受信アンテナグループを形成する仮想受信アンテナ形成部をさらに含む、請求項1に記載のレーダー装置。
- 前記処理部は、前記第1の受信アンテナグループ及び前記第2の受信アンテナグループのうち、少なくとも1つの受信アンテナ、及び前記第1の仮想受信アンテナグループ及び前記第2の仮想受信アンテナグループのうち、少なくとも1つの仮想受信アンテナがオーバーラップされる場合、前記オーバーラップされる受信アンテナ、及び仮想受信アンテナに対応して受信された信号に基づいて前記受信された反射信号に対する誤差補償を行う、請求項3に記載のレーダー装置。
- 前記第1の受信アンテナグループ、前記第2の受信アンテナグループ、前記第1の仮想受信アンテナグループ及び前記第2の仮想受信アンテナグループに該当する水平面積及び垂直面積内に六角の形態に配置されたアンテナパターンが形成される、請求項3に記載のレーダー装置。
- 前記第1の受信アンテナグループに含まれた少なくとも1つの受信アンテナ及び前記第2の受信アンテナグループに含まれた少なくとも1つの受信アンテナは、互いに交互に配置される、請求項1に記載のレーダー装置。
- 前記第1の受信アンテナグループの1つの受信アンテナと前記第2の受信アンテナグループの1つの受信アンテナは、前記第1の水平間隔にて互いに隣接するように配置される、請求項6に記載のレーダー装置。
- 前記第2の水平間隔は、前記第1の水平間隔の2倍以上である、請求項7に記載のレーダー装置。
- 前記第1の受信アンテナグループの1つの受信アンテナと、前記第2の受信アンテナグループの1つの受信アンテナは、互いに隣接するように配置され、第2の垂直間隔に基づいて垂直の段差を形成するように配置される、請求項6に記載のレーダー装置。
- 前記第1の垂直間隔は、前記第2の垂直間隔と同じ値である、請求項9に記載のレーダー装置。
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