KR100288448B1 - 자동차충돌경보시스템용변조레이더및그방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 많은 물체와 클러터들이 존재하는 도로 상에서 레이더의 출력 주파수를 5개의 출력 구간으로 나누고, 이를 주기적으로 반복하여 변조 출력하기 위하여 자동차 충돌 경보 시스템용으로 사용되는 레이더장치에 있어서, 필터를 통하여 입력되는 신호를 변환하여 저장하고, 저장된 신호를 고속으로 처리하며, 출력신호가 궤환되어 제어되는 신호처리부와, 상기 신호처리부에서 출력되는 신호를 카운트하여 어드레스 신호를 출력하는 카운트부와, 상기 카운트부의 출력에 의하여 미리 정의된 정보 중에서 선택되는 정보를 출력하는 저장부와, 상기 저장부의 출력과 상기 신호처리부의 출력을 입력으로 하여 신호를 변환하는 컨버터부 및 상기 컨버터부에서 출력되는 신호를 안정시켜서 출력하는 전압제어부를 포함하여 도로 상에서 존재하는 여러 물체의 거리 및 상대 속도를 감지하고, 이들을 서로 구별하여 위험 순위의 결정을 가능하게 하는 자동차 충돌 경보 시스템용 변조 레이더 및 그 방법에 관한 것이다.

Description

자동차 충돌 경보 시스템용 변조 레이더 및 그 방법{Radar of modulating for collision warning system of vehicle and method thereof}
본 발명은 자동차 충돌 경보용 레이더에 관한 것으로서, 특히 지능형 자동차의 충돌 경보 시스템용으로 사용되는 변조 레이더 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 지능형 자동차(intelligent vehicle)에서는 선행자동차 또는 도로상에서의 방해물을 감지하고, 감지된 정보를 이용하여 사고의 위험을 미연에 운전자에게 경보함으로써 사고를 방지하기 위하여 충돌 경보용 레이더로서 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 레이더를 구비한다.
종래의 FMCW 레이더는 송신신호의 변조를 삼각(triangular) 변조를 하고, 상기 삼각변조에 의하여 목표물인 하나의 물체만이 인식된다.
그러나, 상기의 종래 기술에 따른 FMCW 레이더를 구비한 자동차가 실제로 도로를 주행중일 경우에, 수많은 자동차와 사람 그리고 이정표와 같은 고정된 목표물인 물체들에 의한 클러터(clutter) 들이 존재하는데 종래 기술에서는 하나의 물체만이 검출되고, 여러 개의 물체가 검출되지 않는 문제점이 있다. 따라서 여러 물체들을 감지하여 그 중에서도 자동차에 가장 위험한 장애물을 감지할 수 있는 새로운 변조 방식이 필요하다.
본 발명이 이루고자하는 기술적 과제는, 많은 물체와 클러터들이 존재하는 도로 상에서 레이더의 출력 주파수를 5개의 출력 구간으로 나누고, 이를 주기적으로 반복하여 변조 출력함으로써 도로 상에서 존재하는 여러 물체의 거리 및 상대 속도를 감지하고, 이들을 서로 구별하여 위험 순위의 결정을 가능하게 하는 자동차 충돌 경보 시스템용 변조 레이더 및 그 방법을 제공하는데 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 충돌 경보 시스템용 변조 레이더의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차 충돌 경보 시스템용 변조 방법을 나타낸 흐름도이다
도 3은 도 1의 레이더 변조 타이밍을 나타낸 파형도이다.
상기 과제를 해결하기 위한 자동차 충돌 경보 시스템용 변조 레이더는 자동차 충돌 경보 시스템용으로 사용되는 레이더장치에 있어서, 제1제어신호에 응답하여 클럭신호를 카운트하고, 카운팅된 결과를 어드레스 신호로서 출력하는 카운트부; 소정의 변조데이터 수치들이 저장되어 있으며, 카운트부에서 출력되는 어드레스 신호에 응답하여 선택되는 변조데이터 수치를 출력하는 저장부; 저장부에서 출력되는 변조데이터 수치를 아날로그 신호로 변환하고, 아날로그 변환된 신호를 전압 제어 신호로서 출력하는 제1컨버터; 제1컨버터에서 출력되는 전압 제어 신호에 응답하여 소정시간 단위로 주파수 변화율을 복수의 구간으로 구분하고, 복수의 구간으로 구분된 주파수 변화율이 반복되는 레이더 신호를 출력하는 전압제어부; 출력 레이더 신호가 인식하고자 하는 물체들에 반사된 신호를 입력 신호로서 받아들이고, 입력 신호의 주파수와 출력 레이더 신호의 주파수와의 차인 차주파수를 출력하는 필터; 및 필터로부터 출력되는 차주파수를 입력하고, 입력된 차주파수를 이용하여 인식하고자 하는 물체들과의 거리, 상대속도 및 물체의 접근 여부를 나타내는 도플러 주파수 부호를 계산하는 신호 처리부를 포함함을 특징으로 한다.
상기 신호처리부는 클럭과 출력으로부터 버퍼를 통하여 궤환되어 출력신호가 입력되고, 필터를 통하여 중간주파수 신호가 입력되며, 입력된 신호인 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 컨버터부; 상기 컨버터부 출력을 입력으로 하여 인가되는 신호를 저장하는 램부; 상기 램부의 출력을 입력으로 하여 인가되는 신호를 고속으로 계산하는 보조 프로세서부; 및 상기 보조 프로세서부의 출력을 입력으로 하여 레이더를 통제하는 중앙처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위한 자동차 충돌 경보 시스템용 레이더 변조 방법은 자동차 충돌 경보 시스템용으로 사용되는 레이더장치에서 레이더 출력신호를 시간상에서 주파수를 변조하여 출력하는 방법에 있어서, (a) 상기 레이더 출력신호를 소정시간동안 제1기울기로 출력하는 단계; (b) 상기 레이더 출력신호를 상기 제1기울기로 출력되는 신호 다음에서 소정시간동안 상기 제1기울기와는 서로 다른 제2기울기로 출력하는 단계; 및 (c) 상기 레이더 출력신호를 상기 제2기울기로 출력되는 신호 다음에서 상기 제2기울기와는 서로 다른 제3기울기로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 충돌 경보 시스템용 변조 레이더의 블록도이다.
본 발명에 따른 자동차 충돌 경보 시스템용 변조 레이더는 신호처리부(10), 카운트부(20), 저장부(30), 컨버터부(40) 및 전압제어부(50)로 구성된다.
신호처리부(10)는 클럭과 출력신호가 버퍼(80)를 통하여 궤환되어 입력되고, 필터(70)를 통하여 중간주파수 신호가 입력되며, 입력된 신호인 아날로그 신호를 디지털신호로 변환하는 아날로그/디지털 컨버터부(40), 컨버터부(40) 출력을 입력으로 하여 인가되는 신호를 저장하는 램부(14), 램부(14)의 출력을 입력으로 하여 인가되는 신호를 고속으로 계산하는 보조 프로세서부(16) 및 보조 프로세서부(16)의 출력을 입력으로 하여 레이더를 통제하는 중앙처리부(18)로 구성되어서 필터(70)를 통하여 입력되는 신호를 변환하여 저장하고, 저장된 신호를 고속으로 처리하며, 출력신호로부터 궤환되는 입력에 의하여 제어된다.
카운트부(20)는 신호처리부(10)에서 출력되는 신호를 기준으로하여 클럭발생부(60)로부터 발생되는 클럭신호를 카운트하고, 카운트된 결과를 어드레스 신호로서 출력한다.
저장부(30)는 롬(ROM)과 램(RAM) 등으로 구비되는 메모리소자로서 전압제어부(50)를 제어하기 위한 변조데이터(modulation data) 수치가 저장되고, 메모리소자인 저장부(30)는 미리 정의되어서 저장된 정보 중에서 카운트부(20)의 출력에 의하여 선택되는 정보를 출력한다.
컨버터부(40)는 저장부(30)의 출력과 신호처리부(10)의 출력을 입력으로 하여 인가되는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 디지털/아날로그 컨버터이다.
전압제어부(50)는 컨버터부(40)에서 출력되는 신호를 입력으로 하여 제어부(52)에 의하여 궤환되는 양을 제어하고, 전압제어발진부(54)를 통하여 안정된 출력을 생성하는 전압제어발진(VCO; Voltage Control Oscillator)회로로서, 전압제어부(50)에서 출력되는 신호는 도시되지 않은 레이더로 입력되고, 상기 레이더는 도 3에 도시된 바와 같은 출력파형을 갖는다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 자동차 충돌 경보 시스템용 변조 레이더를 도 1을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명은 CPU인 중앙처리부(18)는 시스템의 전원이 온되면, 프로그램에 의하여 설정된 초기화 루틴을 수행한 후, 도 3에 도시된 레이더의 출력 파형을 만들기 위하여 카운터의 시작명령을 제1제어신호로서 카운트부(20)로 출력한다. 저장부(30)에는 도 3의 레이더 출력신호 변조 타이밍도와 같은 신호를 발생시키기 위한 변조데이터를 저장한다.
따라서, 카운트부(20)는 클럭발생부(60)로부터 발생되는 클럭신호에 동기되어 저장부(30)의 어드레스 신호를 만들어 내고, 이 어드레스 신호에 따라서 저장부(30)에 저장된 변조데이터 중에서 선택된 데이터를 읽어 컨버터부(40)와 전압제어부(50)의 전압제어발진부(54)를 통하여 레이더의 출력파형을 만든다.
신호처리부(10)의 컨버터부(12)는 도 3의 출력파형 시작지점(Tx start point)과 동기를 맞추어 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하도록 동기화시킨다.
저역필터인 필터(70)는 레이더로부터 출력되어서 물체에 반사되어 인가되는 신호로부터 야기되는 중간주파수(IF; Intermediate frequency) 신호를 저주파 대역의 신호로 만들어 주파수의 에러 보정을 하고, 필터(70)의 출력이 입력되는 컨버터부(12)는 수신신호를 1메가헤르츠(MHz)로 샘플링하여 DPRAM(Dual Port RAM)인 램부(14)에 주기별로 갱신하여 저장한다.
보조 프로세서부(16)는 코프로세서(coprocessor)로서 도 3의 각 파형의 순서대로 램부(14)로부터 데이터를 읽어서 그 데이터를 각각의 푸리에 트랜스폼(FFT; Fast Fourier Transform)을 수행한 후, 그 결과를 서로 비교하는 계산을 고속으로 수행함으로써, 거리에 따른 도플러 주파수를 구별하여 거리 및 상대속도에 따른 정보를 중앙처리부(18)로 전달한다.
자동차에 구비되는 레이더에서 측정되는 물체에 대한 거리 및 상대속도를 구하는 식은 아래와 같다.
거리 R인 곳에 정지한 물체가 있을 때
fb=fr
거리 R인 곳에 움직이는 물체가 있을 때
fb=fr+fd
fb1=fr-fd, fb2=fr+fd
여기서, fb1+fb2=2fr와 fb1-fb2=2fr로 되기 때문에 다음과 같이 정의된다.
위의 식에서, fb; 출력과 수신 신호의 차주파수(beat frequency), fd; 도플러 주파수(doppler frequency), fr; 물체와의 거리에 따른 주파수, fb1; 세그먼트 1에서 발생하는 차주파수, fb2; 세그먼트 2에서 발생하는 차주파수.
레이더에서의 출력되는 신호와 물체로부터 반사되어 수신되는 신호의 주파수 차를 이용하는 상기 수학식 4와 수학식 5에 의하여 물체와의 거리와 상대속도를 구할 수 있다.
한편, 중앙제어부(18)는 다중목표물인 여러 물체에 대한 정보를 가지고 알고리즘에 따라서 컨버터(12)를 통하여 입력으로 다시 신호를 궤환시키거나, 전압제어부(50)를 제어하기 위하여 컨버터(40)를 제어하거나 또는 경보신호를 출력함으로써, 지능형 자동차를 운전하는 운전자에게 돌발 상황을 인식시키게 된다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차 충돌 경보 시스템용 변조 방법을 나타낸 흐름도이다. 도 3은 도 1의 레이더 변조 타이밍을 나타낸 파형도이다.
도 3에 도시된 바와 같이 세그먼트 1,2,3,4,5(1)(2)(3)(4)(5)로 구성되는 파형이 레이더로부터 출력된다.
즉, 레이더 출력은 주파수 f1에서 f3까지 t1 시간동안 제1기울기로 되어 증가되고, 주파수 f3에서 f1까지 t2 시간동안 상기 제1기울기와는 반대 부호로 되는 제1기울기로 되어 감소되는 출력을 갖는다(200 단계).
상기 200 단계 다음에는, 주파수 f1에서 f2까지 t3 시간동안 상기 제1기울기와는 다른 제2기울기로 되어 증가되고, 주파수 f2에서 f1까지 t4시간동안 상기 제2기울기와는 반대 부호로 되는 제2기울기로 되어 감소되는 출력을 갖는다(210 단계).
상기 210 단계 다음에는, 일정한 주파수 f1로 되어서 t5 시간동안 유지되는 제3기울기로 되는데, 상기 제3기울기는 기울기가 "0"으로 되는 출력을 갖는다(220 단계).
상기의 변조 방법에서와 같이, 본 발명에 따른 자동차 충돌 경보 시스템용 변조은 복수개로 구분되는 시간대역에서 서로 다른 시간대역을 점유하는 각각의 주파수 기울기가 서로 다른 기울기로 된다.
바람직하게는 상기 주파수 f1, f2 및 f3는 각각 77[GHz], 77.2[GHz] 및 77.4[GHz]이고, 원점에서부터 t1, t2, t3, t4 및 t5로 이루어지는 시간의 간격은 각각 약 1밀리초(msec)에서 2밀리초(msec) 사이로 되고, 상기 시간을 기준으로 하여 제1, 제2 및 제3기울기로 되는 각각의 기울기가 그 기울기의 부호와 기울기의 정도를 변경한다.
또한, 상기 제1, 제2 및 제3기울기 중에서 적어도 하나의 기울기는 중앙을 중심으로 하여 기울기의 부호가 반대로 되는 삼각형상의 파형을 갖는다.
상기와 같이 서로 다른 기울기를 갖는 세그먼트 1,2,3,4,5(1)(2)(3)(4)(5)로 구성되는 레이더의 출력 파형에 의하여 도로상을 주행하는 자동차에서 물체를 4개까지 식별할 수 있다.
본 발명에 따르면 지능형 자동차에 있어서, 자동차 충돌 경보 장치에 구비되는 레이더에서 사용되는 변조방식이 4개까지 구별이 가능하게 되기 때문에 실제 도로상에서 주행중인 지능형 자동차에서 위험도가 큰 4개의 물체를 구별하여 추적함으로써 지능형 자동차의 주행을 가능하게 하는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 자동차 충돌 경보 시스템용으로 사용되는 레이더장치에 있어서,
    제1제어신호에 응답하여 클럭신호를 카운트하고, 카운팅된 결과를 어드레스 신호로서 출력하는 카운트부;
    소정의 변조데이터 수치들이 저장되어 있으며, 상기 카운트부에서 출력되는 어드레스 신호에 응답하여 선택되는 변조데이터 수치를 출력하는 저장부;
    상기 저장부에서 출력되는 변조데이터 수치를 아날로그 신호로 변환하고, 아날로그 변환된 신호를 전압 제어 신호로서 출력하는 제1컨버터;
    상기 제1컨버터에서 출력되는 전압 제어 신호에 응답하여 소정시간 단위로 주파수 변화율을 복수의 구간으로 구분하고, 복수의 구간으로 구분된 주파수 변화율이 반복되는 레이더 신호를 출력하는 전압제어부;
    상기 출력 레이더 신호가 인식하고자 하는 물체들에 반사된 신호를 입력 신호로서 받아들이고, 상기 입력 신호의 주파수와 상기 출력 레이더 신호의 주파수와의 차인 차주파수를 출력하는 필터; 및
    상기 필터로부터 출력되는 차주파수를 입력하고, 입력된 차주파수를 이용하여 상기 인식하고자 하는 물체들과의 거리, 상대속도 및 물체의 접근 여부를 나타내는 도플러 주파수 부호를 계산하는 신호 처리부를 포함함을 특징으로 하는 자동차 충돌 경보 시스템용 변조 레이더.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저장부는
    롬과 램 등으로 구비되는 메모리소자인 것을 특징으로 하는 자동차 충돌 경보 시스템용 변조 레이더.
  3. 제1항에 있어서, 상기 신호처리부는
    상기 제2제어신호가 인가되면 상기 클럭신호에 응답하여 상기 필터에서 출력되는 아날로그의 차주파수 신호를 디지털 신호로 변환하는 제2컨버터부;
    상기 제2컨버터부에서 출력되는 디지털 신호를 순차적으로 저장하는 램부;
    상기 램부에 저장된 디지털 신호를 순차적으로 인출하여 인식하고자 하는 물체들과의 거리, 상대속도 및 물체의 접근 여부를 나타내는 도플러 주파수 부호를 계산하는 보조 프로세서부; 및
    상기 보조 프로세서부의 계산 결과에 따라 레이더를 통제하는 상기 제1제어신호를 발생하고, 충돌 경보 신호를 발생하는 중앙처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 충돌 경보 시스템용 변조 레이더.
  4. 자동차 충돌 경보 시스템용으로 사용되는 레이더장치에서 레이더 출력신호를 시간상에서 주파수를 변조하여 출력하는 방법에 있어서,
    (a) 상기 레이더 출력신호를 소정시간동안 제1기울기로 출력하는 단계;
    (b) 상기 레이더 출력신호를 상기 제1기울기로 출력되는 신호 다음에서 소정시간동안 상기 제1기울기와는 서로 다른 제2기울기로 출력하는 단계; 및
    (c) 상기 레이더 출력신호를 상기 제2기울기로 출력되는 신호 다음에서 상기 제2기울기와는 서로 다른 제3기울기로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 충돌 경보 시스템용 레이더 변조 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제3기울기는
    기울기가 "0"인 것을 특징으로 하는 자동차 충돌 경보 시스템용 레이더 변조 방법.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3기울기 중에서 적어도 하나의 기울기는 중앙을 중심으로 하여 기울기의 부호가 반대로 되는 것을 특징으로 하는 자동차 충돌 경보 시스템용 레이더 변조 방법.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제1, 제2 및 제3기울기로 되는 레이더 출력신호의 각각의 소정시간은 약 1밀리초(msec)에서 2밀리초(msec) 사이로 되고, 상기 시간을 기준으로 하여 그 기울기가 변경되는 것을 특징으로 하는 자동차 충돌 경보 시스템용 레이더 변조 방법.
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KR100961932B1 (ko) 2010-01-29 2010-06-10 진주산업대학교 산학협력단 차량 안전주행 레이더 매핑 시스템
KR20230013362A (ko) * 2021-07-19 2023-01-26 주식회사 웨이브일렉트로닉스 Ｆｍｃｗ 변조방법을 이용한 고속으로 접근 중인 이동체와의 거리 측정방법 및 그 방법에 의한 레이더

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102641993B1 (ko) 2021-07-19 2024-02-28 주식회사 웨이브일렉트로닉스 Ｆｍｃｗ 변조방법을 이용한 고속으로 접근 중인 이동체와의 거리 측정방법 및 그 방법에 의한 레이더

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