KR100960336B1 - 진폭변조 레이더 기반의 차량 후방 감지기 - Google Patents

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Abstract

진폭변조 레이더 기반의 차량 후방 감지기가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 후방 감지기는 차량 후방 목표물의 존재를 감지하고 이격 거리를 측정하는 거리측정센서; 상기 거리측정센서로부터의 측정신호를 입력받는 제어유닛; 상기 제어유닛에 의해 작동 제어되는 발광유닛; 상기 거리측정센서, 제어유닛, 발광유닛이 내부에 설치되며 차량 후미등용 소켓에 착탈가능한 연결단자를 갖춘 후방 감지기 하우징을 포함하며, 여기서 상기 거리측정센서는 변조주파수 신호를 이용하여 진폭변조 신호를 생성하는 진폭변조 신호 생성부; 상기 진폭변조 신호를 목표물로 송신하고, 상기 목표물로부터 반사되어 수신되는 신호를 수신하는 송수신부; 및 상기 송수신부를 통해 수신되는 신호에 대한 포락선 신호를 검출하고, 상기 포락선 신호와 기 측정된 불요신호에 대한 정보를 이용하여 상기 목표물로부터 반사된 진폭변조 신호만을 추출하며, 상기 반사된 진폭변조 신호와 상기 변조주파수 신호간의 위상지연을 검출하는 위상지연 검출부를 포함한다.
진폭변조 레이더, 위상지연, 후방 감지기

Description

진폭변조 레이더 기반의 차량 후방 감지기{Amplitude modulation radar based rear sensing device for vehicle}
본 발명은 차량 후방 감지기에 관한 것으로서, 특히 진폭변조(AM: Amplitude Modulation) 레이더에 기반한 차량 후방 감지기에 관한 것이다.
차량 후부에 설치되어 차량 후방에 위치하는 물체와 차량 사이의 거리가 일정한 거리 이내가 되면 경보를 울리도록 하는 차량 후방 감지기와 관련하여 대한민국 실용신안 공개번호 제20-1998-14918호, 공개번호 제20-1998-27898호 등이 제안되어 있다.
일반적으로 이와 같은 차량 후방 감지기는 일정한 거리범위 내의 차량 후방에 물체가 존재하는지 여부를 감지하고 물체와의 이격 거리를 측정하는 거리측정센서와, 거리측정센서로부터의 측정신호를 입력받아서 경고음 발생유닛의 작동을 제어하는 제어유닛과, 제어유닛에 의해 작동제어되어 음향신호를 외부로 출력하는 경고음 발생유닛으로 이루어진다.
그런데 종래에는 거리측정센서로 초음파 혹은 적외선 센서를 사용하여 차량 후방의 물체를 감지하도록 함에 따라 센서가 물체를 감지하는 각도가 좁아 한정된 범위에서만 물체를 감지할 수 있었으며, 주변 환경이나 기상상태에 따라 오동작하는 경우가 많은 문제점이 있었다. 또한, 센서가 원활하게 초음파 신호나 적외선 신호를 출력하거나 반사된 신호를 입력받기 위해서는 거리측정센서가 차량의 후방 구조물 표면에 노출되도록 설치되어야 함에 따라 차량의 외관미가 저하되고 설치가 어려운 문제점도 있었다.
이를 개선하여 마이크로파를 방사하여 차량 후방의 물체를 감지하고 후진등 기능을 겸비한 차량 후방 감지기가 제안되어 대한민국 특허 등록번호 제10-0714997호(발명의 명칭: 차량의 후방 감지기)로 등록되었다.
상기 "차량의 후방 감지기"는 일정한 거리범위 내의 차량 후방에 물체가 존재하는지의 여부를 감지하고, 일정한 거리범위 내의 차량 후방에 존재하는 물체와의 이격 거리를 측정하는 거리측정센서와, 거리측정센서로부터의 측정신호를 입력받아서 경고음 발생유닛의 작동을 제어하는 제어유닛, 제어유닛에 의해 작동 제어되어 음향신호를 외부로 출력하는 경고음 발생유닛으로 이루어진 차량의 후방 감지기에 있어서, 상기 거리측정센서는 물체 투과성이 우수한 마이크로파 센서이고, 제어유닛에 의해 작동 제어되는 저온 발열특성을 갖춘 후진등이 보강되며, 마이크로파 센서와 제어유닛, 경고음 발생유닛 및 후진등이 연결단자를 갖춘 하나의 후방 감지기 하우징에 상호 연동가능하게 설치되어진 것을 특징으로 한다.
여기서의 마이크로파 센서는 제어유닛에 의해 작동되어 2~40 GHz의 마이크로파를 발생하는 마이크로파 발생기와, 마이크로파 발생기로부터의 마이크로파를 증폭 출력하는 증폭기, 증폭기로부터의 마이크로파를 외부로 송신하거나, 외부로부터의 리턴신호를 수신하는 송수신안테나 및 , 송수신안테나로부터의 리턴신호를 제어유닛으로 출력하는 리턴신호검출기로 이루어지며, 이러한 마이크로파 센서는 도플러 레이더의 원리를 이용한 레이더의 일종으로서 도플러 천이된 주파수의 위상편이와 레벨을 측정함으로써 차량 후방의 물체 존재 여부와 차량 후방과의 거리값을 검출하게 된다.
일반적으로 레이더(Radar)는 전자파를 사용하여 목표물까지의 거리, 속도 및 방향을 탐지하는 무선센서로서, 기존의 레이더는 군사적 탐지, 항공, 선박 등의 용도로 주로 고가의 장비로서 사용되었고, 최근에는 차량용 충돌방지 레이더가 개발되어 일부 고가의 차량에 장착되어 사용되고 있다.
현재 고정밀 저가격의 레이더 센서에 대한 관심이 고조되고 있고, 다양한 응용분야에 적용될 수 있도록 보급화 레이더 센서의 개발에 전 세계적으로 많은 노력을 기울이고 있다.
일반적으로 많이 사용되는 레이더의 종류로는 펄스도플러 레이더, CW(Continuous Wave) 레이더, FMCW(Frequency-Modulated CW) 레이더, 다중주파수 CW 레이더 및 펄스압축 레이더 등을 들 수 있다.
이러한 레이더는 송신 안테나를 통해 전자파를 목표물로 향해 전송하고, 목 표물로부터 반사되는 전자파를 수신 안테나를 통해 수신하여 수신된 신호와 기준신호간의 차이에 의한 시간차, 위상지연 혹은 비트 주파수(beat frequency) 등을 통하여 목표물까지의 거리를 결정할 수 있게 된다.
일반적인 레이더의 중요한 특성으로는 측정한 거리에 대한 정확도를 나타내는 거리측정 정확도(range accuracy), 다중 목표물이 존재할 때 타 목표물과 구분할 수 있게 하는 거리분해능(range resolution), 거리측정 모호성 이내의 거리측정 범위 및 속도측정의 정확성 등이 있다. 또한, 레이더의 수신단에 목표물 이외의 간섭 에코에 해당하는 전파장애물(clutter)에 의한 신호가 존재할 때, 이를 제거해 낼 수 있는 능력도 레이더의 매우 중요한 특성이라 할 수 있다.
일반적으로 거리측정의 정확도 및 거리분해능은 레이더가 사용하는 주파수 대역에 비례하게 된다. 즉, 레이더의 사용 주파수 대역이 넓으면 거리분해능이 향상되는데, 펄스 레이더 및 FMCW 레이더의 경우 거리분해능 ΔR은 c/(2B)로서 표현되며 여기서, c는 빛의 속도, B는 레이더의 주파수 대역을 의미한다.
그러나, 세계 각국 정부의 주파수 규제에 의해 거리측정을 위해 넓은 주파수 대역의 사용이 일반적으로 허락되지 않고 있으며, 우리나라에서는 현재 물체감지 무선센서용으로 24.05~24.25[GHz]의 200[MHz]의 대역폭이 허용되어 있는데, 이 경우 거리분해능은 75[cm] 정도이고, 거리측정 정확도도 비슷하게 얻어진다.
물론, 응용분야에 따라 상술한 정도의 거리분해능으로도 충분한 경우도 많을 수 있지만, 레이더 센서를 차량 등에 적용하여 후방탐지 센서 혹은 주차보조 센서로 활용하거나, 고층빌딩의 움직임 혹은 교량의 움직임 등을 측정하고자 할 때에는 수[cm] 이내의 거리측정 정확도를 요구하게 된다.
하지만, 일반적으로 사용되는 펄스 레이더나 FMCW 레이더 센서로는 허용주파수 대역내에서 수[cm] 이내의 거리측정 정확도를 만족시킬 수 없으며, 제한된 협대역 초고주파 신호를 사용하면서 수[cm]의 이내의 고정밀 측정을 위한 저가격 레이더 센서가 현재까지 개발되지 않은 상태이다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 목적은, 고정된 구조물로부터 누설되거나 반사되는 불요신호를 제거하여 목표물로부터 반사되는 진폭변조 신호만을 검출하여 위상 왜곡을 최소화하고, 이를 통해 거리측정 정확도를 향상시켜 측정 오차를 줄일 수 있는 진폭변조 레이더에 기반한 차량 후방 감지기를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 후미등 기능을 겸비하여 설치 및 교체가 간단한 진폭변조 레이더에 기반한 차량 후방 감지기를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 한 측면에 따른 진폭변조 레이더 기반 차량 후방 감지기는 차량 후방 목표물의 존재를 감지하고 이격 거리를 측정하는 거리측정센서; 상기 거리측정센서로부터의 측정신호를 입력받는 제어유닛; 상기 제어유닛에 의해 작동 제어되는 발광유닛; 상기 거리측정센서, 제어유닛, 발광유닛이 내부에 설치되며 차량 후미등용 소켓에 착탈가능한 연결단자를 갖춘 후방 감지기 하우징을 포함하며, 상기 거리측정센서는 변조주파수 신호를 이용하여 진폭변조 신호를 생성하는 진폭변조 신호 생성부; 상기 진폭변조 신호를 목표물로 송신하고, 상기 목표물로부터 반사되어 수신되는 신호를 수신하는 송수신부; 및 상기 송수신부를 통해 수신되는 신호에 대한 포락선 신호를 검출하고, 상기 포락선 신호와 기 측정된 불요신호에 대한 정보를 이용하여 상기 목표물로부터 반사된 진폭변조 신호만을 추출하며, 상기 반사된 진폭변조 신호와 상기 변조주파수 신호간의 위상지연을 검출하는 위상지연 검출부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 위상지연 검출부는 상기 변조주파수 신호를 이용하여 상기 기 측정된 불요신호를 상기 포락선 신호로부터 제거할 수 있다.
나아가, 상기 위상지연 검출부에 의해 검출된 위상지연를 이용하여 상기 목표물까지의 거리를 계산하는 계산부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 진폭변조 레이더 기반 차량 후방 감지기는 차량 후방 목표물의 존재를 감지하고 이격 거리를 측정하는 거리측정센서; 상기 거리측정센서로부터의 측정신호를 입력받는 제어유닛; 상기 제어유닛에 의해 작동 제어되는 발광유닛; 상기 거리측정센서, 제어유닛, 발광유닛이 내부에 설치되며 차량 후미등용 소켓에 착탈가능한 연결단자를 갖춘 차량 후방 감지기 하우징을 포함하며, 상기 거리측정센서는 진폭변조 레이더인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 진폭변조 레이더 기반 차량 후방 감지기는 차량 후방 목표물의 존재를 감지하고 이격 거리를 측정하는 거리측정센서; 상기 거리측정센서로부터의 측정신호를 입력받는 제어유닛을 포함하며, 상기 거리측정센서는 진폭변조 레이더인 것을 특징으로 한다.
위의 세 측면에 따른 진폭변조 레이더 기반 차량 후방 감지기는, 상기 제어유닛에 의해 작동 제어되어 목표물과의 거리에 따른 경고성 음향신호를 외부로 출력하는 경고음 발생유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어유닛에 의해 작동 제어되어 목표물과의 거리에 대한 정보를 무선으로 송신하는 무선 송신 유닛을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어유닛에 의해 작동 제어되어 목표물과의 거리에 대한 정보를 상기 연결단자에 연결된 전력선을 통해 송신하는 전력선 통신 유닛을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 의한 진폭변조 레이더 기반 차량 후방 감지기를 사용하면 고정된 구조물로부터 누설되거나 반사되는 불요신호를 제거하여 목표물로부터 반사되는 진폭변조 신호만을 검출하여 위상 왜곡을 최소화하고, 이를 통해 거리측정 정확도를 향상시켜 측정 오차를 줄일 수 있다.
또한, 후미등 기능을 겸비하는 경우 설치 및 교체가 간단하여 사용 편의성이 향상되는 효과가 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징, 효과들은 첨부 도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 후방 감지기를 블럭화하여 도시한 구성도이다.
도 1을 참조하면 후방 감지기는(1), 차량 후방 목표물의 존재를 감지하고 이격 거리를 측정하는 거리측정센서(100)와, 상기 거리측정센서(100)로부터의 측정신호를 입력받는 제어유닛(200)과, 상기 제어유닛(200)에 의해 작동 제어되는 발광유닛(300)과, 상기 거리측정센서(100), 제어유닛(200), 발광유닛(300)이 내부에 설치되며 차량 후미등용 소켓(2)에 착탈가능한 연결단자(900a)를 갖춘 후방 감지기 하우징(900)을 포함한다. 차량 후미등용 소켓(2)은 차량의 전원공급장치(3)에 연결되어 있다. 여기서, 상기 거리측정센서(100)는 진폭변조 레이더이다. 점선으로 도시된 구성요소(400,500,600)는 선택적인 구성요소로서 후술한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 감지기에 사용되는 거리측정센서(100)인 진폭변조 레이더를 블럭화하여 도시한 구성도이다.
도 2를 참조하면, 거리측정센서(100)는 진폭변조 신호 생성부(110), 송수신부(120), 위상지연 검출부(130) 및 계산부(140)를 포함한다.
진폭변조 신호 생성부(110)는 RF 반송파 신호와 진폭이 조절된 변조주파수 신호를 이용하여 진폭변조 신호를 생성한다.
이때, 생성되는 진폭변조 신호는 RF 반송파 신호와 진폭변조를 통해 발생하는 양측대역 신호를 포함할 수 있다.
즉, 진폭변조 신호 생성부는 고정된 주파수(f0)의 RF 반송파와 진폭이 조절된 변조주파수(fm) 신호를 혼합하여 생성된 양측파대 신호(f0±fm)와, RF 반송파를 결합하여 진폭변조 신호를 생성한다.
여기서, RF 반송파 신호의 주파수(f0)의 안정도보다 변조주파수(fm)의 안정도가 매우 중요하다.
송수신부(120)는 진폭변조 신호 생성부(110)에 의해 생성된 진폭변조 신호를 거리를 측정하기 위한 목표물, 즉 차량 후방의 물체로 송신하고, 목표물로부터 반사되는 진폭변조 신호를 수신한다.
이때, 송수신부(120)는 목표물로부터 반사되는 진폭변조 신호, 레이더에서 누설되거나 주변 다른 물질 예를 들어, 송수신부(120)의 안테나 전단의 보호 플라스틱 커버 등의 고정된 구조물에 의해 발생되는 불요신호를 포함할 수 있다.
즉, 진폭변조 레이더로 구성된 거리측정센서(100)는 목표물까지의 정확한 측정을 위해서 이런 불요신호를 제거하여야 하고, 이를 위해 불요신호를 기 측정하여야 한다.
여기서, 불요신호를 측정할 수 있는 방법은 다양할 수 있는데, 일 예로, 누설에 의한 불요신호는 송수신부(120)의 안테나 단자를 전송선의 특성 임피던스로 터미네이션(termination)시킨 상태에서 진폭변조 신호 생성부(110)에 의해 생성된 진폭변조 신호를 이용하여 측정할 수 있으며, 안테나 전면부 구조물에 의한 반사 등에 의한 불요신호는 송수신부(120)의 안테나 전면에 송신된 진폭변조 신호를 흡수할 수 있는 흡수체를 이용하여 측정할 수 있다.
이런 과정을 통해 진폭변조 레이더에서 진폭변조 신호에 대한 불요신호를 측정할 수 있고, 불요신호에 대한 정보는 수신단으로 수신되는 진폭변조 신호 중 목표물로부터 반사되는 진폭변조 신호에 대한 순수한 위상지연을 검출하기 위해 사용될 수 있다.
송수신부(120)는 안테나에 연결되어 송신 신호 및 수신 신호를 분리하기 위한 소자로서, 서큘레이터(circulator) 또는 하이브리드 결합기(hybrid coupler)를 사용할 수 있는데, 비용 절감을 위하여 하이브리드 결합기를 사용할 수 있고, 하이브리드 결합기를 사용하는 경우 송신단으로 진행되는 수신 신호의 크기를 전력감쇠기를 이용하여 조절할 수 있다.
송수신부(120)를 통해 송신되는 진폭변조 신호와 목표물로부터 반사되어 수신되는 진폭변조 신호에 대해 설명하면 다음과 같다.
먼저, 송수신부(120)를 통해 송신되는 진폭변조 신호는 반송파 신호(f0), 상측파대 신호(f0+fm) 및 하측파대 신호(f0-fm)로 이루어지며, 이런 진폭변조 신호는 아래 <수학식 1>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009059568556-pat00001
여기서, STX는 송신되는 진폭변조 신호를 의미하고, A는 반송파 신호의 진폭을 의미하고, m은 진폭변조 지수를 의미한다.
이런 진폭변조 신호는 목표물까지의 거리 R을 진행한 후 목표물로부터 반사되고, 반사된 진폭변조 신호 전력의 일부가 수신안테나를 통해 수신된다.
송수신부(120)로 수신되는 목표물로부터 반사된 진폭변조 신호는 목표물까지의 거리 R을 왕복으로 전파하는 동안 위상지연이 발생하게 되고, 이는 아래 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009059568556-pat00002
여기서, SRX는 목표물로부터 반사되어 수신된 진폭변조 신호를 의미하고, td는 위상지연 시간을 의미한다.
위상지연 검출부(130)는 제1 검출부(131), 불요신호 제거부(132) 및 제2 검출부(133)를 포함한다.
제1 검출부(131)는 송수신부(120)를 통해 수신되는 신호 즉, 상기 <수학식 2>에 나타낸 목표물로부터 반사되는 진폭변조 신호 및 불요신호가 포함된 신호로부터 진폭변조 신호에 대한 포락선 신호를 검출한다.
이때, 제1 검출부(131)는 전력 검파기를 이용하여 송수신부(120)를 통해 수신되는 신호로부터 진폭변조 신호에 대한 포락선 신호를 검출할 수 있다.
불요신호 제거부(132)는 제1 검출부(131)에 의해 검출된 진폭변조 신호에 대한 포락선 신호로부터 기 측정된 불요신호를 제거하여 목표물로부터 반사된 진폭변조 신호에 대한 포락선 신호만을 추출한다.
이때, 불요신호 제거부(132)는 목표물로부터 반사되어 수신된 진폭변조 신호에 대한 포락선 신호만을 추출하기 위해, 수신 신호에 포함된 불요신호를 제거하는 것으로, 기 측정된 불요신호와 진폭이 같고 180도의 위상차를 갖는 신호를 수신 신호와 결합함으로써, 수신 신호로부터 불요신호를 제거할 수 있다.
이때, 불요신호 제거부(132)는 진폭변조 신호를 생성하는데 사용되는 변조주파수 신호를 이용하여 불요신호를 제거할 수 있는데, 이를 위해 변조주파수 신호의 진폭을 기 측정된 불요신호와 동일하게 만들기 위한 전력 감쇠기와 180도 위상차를 만들기 위한 위상 지연기를 포함할 수 있으며, 불요신호의 개수에 따라 전력 감쇠기와 위상 지연기의 개수는 달라질 수 있다.
따라서, 불요신호 제거부(132)는 진폭변조 신호에 대한 포락선 신호로부터 불요신호를 제거함으로써, 목표물로부터 반사되는 진폭변조 신호에 대한 포락선 신호만을 추출할 수 있으며, 목표물로부터 반사된 진폭변조 신호가 상기 <수학식 2>와 같은 경우, 추출된 포락선 신호는 아래 <수학식 3>과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112009059568556-pat00003
여기서, B는 상수를 의미한다.
제2 검출부(133)는 불요신호 제거부(132)에 의해 추출된 포락선 신호와 기준 변조주파수 신호간의 위상지연을 검출하는데, 위상지연은 아래 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다.
이때, 위상지연을 검출하기 위해 비교되는 기준 변조주파수 신호는 변주주파수 신호를 의미하는 것으로, 변조주파수 신호 그대로를 사용할 수도 있지만, 상황에 따라 변조주파수 신호의 위상이 소정 조절될 수도 있으며, 이하 사용되는 기준 변조주파수는 이와 같은 의미로 사용될 수 있다.
Figure 112009059568556-pat00004
여기서, Φm은 위상지연을 의미한다.
계산부(140)는 위상지연 검출부(130)에 의해 검출된 위상지연을 통해 목표물까지의 거리를 계산한다.
즉, 계산부(140)는 아래 <수학식 5>를 이용하여 목표물까지의 거리를 계산할 수 있다.
Figure 112009059568556-pat00005
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 진폭변조 레이더는 목표물로부터 반사되는 진폭변조 신호만을 검출하기 위해, 수신 신호로부터 기 측정된 불요신호를 제거함으로써, 위상지연을 정확하게 검출할 수 있고, 이를 통해 목표물까지의 거리 측정에 대한 정확도를 높일 수 있다.
물론, 거리측정의 정확도는 상기 <수학식 5>를 통해 알 수 있듯이, 위상지연의 오차와 변조주파수에 의해 결정될 수 있는데, [표 1]은 변조주파수와 위상측정의 오차에 따른 거리측정 오차를 나타낸 것이다.
변조주파수 거리측정오차
(위상측정오차: 1°)		 거리측정오차
(위상측정오차: 2°)
0.1 MHz 416.7 cm 833.3 cm
0.2 MHz 208.3 cm 416.7 cm
0.3 MHz 138.9 cm 208.3 cm
1 MHz 41.7 cm 138.9 cm
2 MHz 20.8 cm 41.7 cm
5 MHz 8.3 cm 20.8 cm
10 MHz 4.2 cm 8.3 cm
20 MHz 2.1 cm 4.2 cm
50 MHz 0.8 cm 1.6 cm
100 MHz 0.4 cm 0.8 cm
[표 1]에서 알 수 있듯이, 거리측정 오차는 위상측정 오차에 비례하여 커지고, 변조주파수에 반비례하여 커지는 것을 알 수 있다. 즉, 위상측정 오차가 커질수록 거리측정 오차가 커지고, 변조주파수가 작을수록 거리측정 오차가 커진다.
따라서, 위상측정 오차가 일정하다 가정할 때 거리측정의 정확도를 높이기 위해서는 변조주파수를 높이면 된다.
하지만, 진폭변조 레이더는 위상지연을 측정하는데 있어서, 2π 불확실성에 의해 거리측정에 대한 모호성이 발생할 수 있는데, 송신신호와 수신신호에 대한 포락선 신호간의 위상지연이 2π를 초과하면 단일 주파수의 진폭변조 신호의 포락선과 기준 변조주파수 신호간의 위상지연으로서는 거리를 정확하게 측정할 수 없게 된다.
[표 2]는 변조주파수에 따른 거리측정의 모호성이 발생하지 않는 최대 측정거리를 나타낸 것이다.
변조주파수 최대측정 거리
0.1 MHz 1,500 m
0.2 MHz 750 m
0.3 MHz 500 m
1 MHz 150 m
2 MHz 75 m
5 MHz 30 m
10 MHz 15 m
20 MHz 7.5 m
50 MHz 3 m
100 MHz 1.5 m
[표 2]에서 알 수 있듯이, 단일 변조주파수를 사용하여 측정할 수 있는 최대 거리는 변조주파수가 커질수록 작아지는 것을 알 수 있다. 일 예로, 변조주파수가 10[MHz]인 경우 거리측정에 대한 모호성이 없는 최대측정거리는 15[m]가 되는데, 목표물이 이 거리보다 더 원거리에 위치한 경우에는 거리측정에 대한 모호성이 발생하게 된다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 사용되는 거리측정센서(100), 즉 진폭변조 레이더에서 행해지는 거리 측정 방법에 대한 동작 흐름도로서, 단일 변조주파수 신호를 이용하여 목표물까지의 거리를 측정하는 방법에 대한 것이다.
도 3을 참조하면, 거리 측정 방법은 RF 반송파와 진폭이 조절된 변조주파수 신호를 이용하여 진폭변조 신호를 생성한다(S310).
생성된 진폭변조 신호를 안테나를 통해 목표물로 송신하고, 목표물로부터 반사되는 진폭변조 신호를 수신한다(S320, S330).
이때, 수신단으로 수신되는 신호는 목표물로부터 반사되는 반사 신호 뿐만 아니라 진폭변조 레이더의 내부에서 누설되거나 레이더 외부의 고정된 구조물로부터 반사되는 불요신호를 포함할 수 있다.
수신단으로 수신되는 진폭변조 신호에 대한 포락선 신호를 검출하고, 목표물로부터 반사된 진폭변조 신호에 대한 포락선 신호만을 추출하기 위해, 검출된 포락선 신호에서 진폭변조 신호에 대해 기 측정된 불요신호를 제거한다(S340, S350).
여기서, 진폭변조 신호를 생성하기 위해 사용된, 변조주파수 신호를 이용하여 고정된 구조물 등에 의해 발생된 기 측정된 불요신호를 제거할 수 있는데, 불요신호와 동일한 진폭을 같고 180도의 위상차를 가지도록 변조주파수 신호의 진폭과 위상을 조절하여 검출된 포락선 신호와 결합함으로써, 포락선 신호로부터 불요신호를 제거할 수 있다.
불요신호가 제거된 포락선 신호와 기준 변조주파수 신호간의 위상지연를 검출한다(S360).
즉, 목표물까지 전송되고 반사되어 수신될 때까지의 기준 변조주파수 신호에 대한 위상지연을 검출한다.
위상지연이 검출되면, 검출된 위상지연의 값을 이용하여 목표물까지의 거리를 계산한다(S370).
이와 같은 거리측정센서(100)는 단일 변조주파수 신호를 이용하여 진폭변조 레이더에서 위상지연을 검출하는데 있어서 영향을 줄 수 있는 불요신호를 제거함으로써, 위상 측정에 있어서 정확도를 개선시키고, 이를 통해 목표물까지의 거리 측정에 대한 정확도를 향상시킬 수 있다.
본 발명의 후방 감지기(1)에 적용되는 거리측정센서(100)는 상술한 바와 같으며, 이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명에 따른 후방 감지기(1)의 전체적인 구조와 작용에 대해 설명한다.
본 발명의 일 실시예의 후방 감지기(1)는 차량의 후미등용 소켓(2)에 연결단자(900a)가 삽입 고정되어, 후미등 겸용으로 사용된다.
차량의 후미에 설치되는 후미등으로는 후진등, 방향지시등, 제동등이 있는데, 이들은 서로 독립적으로 트렁크 도어나 리어휀더에 설치되거나, 함께 모여서 리어컴비네이션램프에 설치된다. 본 발명의 후방 감지기(1)는 후미등 겸용으로 구성되는데, 실제 사용시 후방 감지기(1)는 주로 차량이 후진하는 경우에 소용되므로, 후미등 중에서도 후진등 겸용으로 만들어지는 것이 바람직하다. 이하에서는 후진등 겸용으로된 후방 감지기(1)에 대해 설명한다.
본 발명의 후방 감지기는(1), 도 1에 도시한 바와 같이, 차량 후방 목표물의 존재를 감지하고 이격 거리를 측정하는 거리측정센서(100)와, 상기 거리측정센서(100)로부터의 측정신호를 입력받는 제어유닛(200)과, 상기 제어유닛(200)에 의해 작동 제어되는 발광유닛(300)과, 상기 거리측정센서(100), 제어유닛(200), 발광유닛(300)이 내부에 설치되며 차량 후미등용 소켓(2)에 착탈가능한 연결단자(900a)를 갖춘 후방 감지기 하우징(900)을 포함한다.
상기 발광유닛(300)은 필라멘트를 이용한 전구를 적용하는 것도 가능하나, 거리측정센서(100), 제어유닛(200) 등 다른 구성요소들이 발열로 인해 손상되는 것을 방지하고, 전력소모를 줄이며, 오랜 기간 교체없이 사용할 수 있도록 하기 위해서, 저전력 저발열 장수명의 LED(Light Emitting Diode)나 OLED(Organic Light Emitting Diode), 필요에 따라서는 이들이 조합되어진 것을 적용할 수 있으며, 이들이 아니더라도 발열이 낮은 임의의 발광체가 발광유닛(300)으로 적용될 수 있다.
본 발명에 따른 후방 감지기(1)는 종래의 후진등을 설치하거나 교체하듯이 본 발명에 따른 후방 감지기 하우징(900)의 연결단자(900a)를 차량에 설치된 차량 후미등용 소켓(2)에 삽입하는 것만으로 후방 감지기(1)를 구성하는 모든 구성요소들을 손쉽게 설치할 수 있으며, 구성요소들간의 상호 연계작동을 위한 별도의 배선작업이 불필요하다.
따라서, 본 발명에 따른 후방 감지기(1)는 단품형태로의 제작이 용이하며 설치 및 교체가 용이하다.
차량의 전원공급장치(3)는 차량 후미등용 소켓(2)을 통해 후방 감지기(1)에 전원을 공급하며, 상기 제어유닛(200)에는 전원제어부가 구비되어 있어 제어유닛(200)의 전기회로 및 후방 감지기(1)를 구성하는 기타 구성요소들로 적절한 전원을 공급한다.
상기 거리측정센서(100)로부터 측정된 목표물(차량 후방에 존재하는 물체)과의 이격 거리가 측정신호로 상기 제어유닛(200)으로 입력되면, 상기 제어유닛(200)은 목표물과의 거리에 따른 경고성 음향 신호를 외부로 출력하도록 경고음 발생유닛(400)을 작동 제어할 수 있다.
경고음 발생유닛(400)은 후방 감지기 하우징(900) 내부에 설치될 수 있으며, 경고음이 보다 명확히 들리도록 하기 위해 후방 감지기 하우징(900) 외부의 적절한 장소에 위치시키는 것도 가능하다. 경고음 발생유닛(400)으로는 공지의 부져나 스피커가 적용될 수 있으며, 제어가 용이하고 구조가 단순한 부져를 적용하는 것이 바람직하다.
상기 경고음 발생유닛(400) 대신에 또는 그와 더불어서, 거리측정센서(100)로부터의 측정신호를 입력받은 제어유닛(200)이 무선 송신 유닛(500)을 제어하여 목표물과의 거리에 대한 정보를 무선으로 송신하도록 할 수 있다. 상기 무선 송신 유닛(500)에 대해서는 특별한 제한이 없으며, 블루투스, UWB(Ultra Wide Band), ZigBee, Z-Wave, AM 송신, FM 송신, RF 통신(424Mhz,433Mhz,447Mhz 등) 등 다양한 무선 송신 방식의 유닛을 사용하는 것이 가능하다. 상기 무선 송신 유닛(500)에서 송신된 목표물과의 거리에 대한 정보는 무선 송신 유닛(500)에 대응하여 마련된 무선 수신 유닛을 구비한 장치에 의해서 수신되어 표시될 수 있다.
예를 들면, 별도의 네비게이션 장치나 차량에 설치된 디스플레이를 통해 거리가 숫자로 표시되거나, 차량 내부의 스피커를 통해 거리가 소리로 표현되는 등, 자동차에 관련된 전기 및 전자 분야의 통상의 지식을 가진자라면 무선 송신 유닛(500)으로부터 전송된 신호를 수신하여 거리를 알려주는 다양한 응용예 내지 변형예를 생각할 수 있을 것이다.
또한, 상기 경고음 발생유닛(400) 대신에 또는 그와 더불어서, 거리측정센서(100)로부터의 측정신호를 입력받은 제어유닛(200)이 전력선 통신 유닛(600)을 제어하여 목표물과의 거리에 대한 정보를 전력선 송신하도록 할 수 있다. 전력선 통신 유닛(600)은 후방 감지기(1)의 연결단자(900a) 및 후미등용 소켓(2)으로 연결된 전력선으로 전력선 송신을 하고, 차량 내부의 다른 전력선 통신 유닛이 이 신호를 수신하게되고 신호에 담긴 거리에 대한 정보를 상기 무선 송신 유닛을 사용한 경우의 거리 표시 방법과 유사한 방법으로 운전자에게 표시할 수 있다.
상술한 바와 같이, 후미등용 소켓에 착탈가능한 연결단자를 갖추어 후미등 겸용으로 구성하는 것이 바람직하나, 꼭 그에 한정되는 것은 아니다. 후미등 겸용이 아닌 후방 감지기의 종래 구성을 따르면서 거리측정센서로 초음파 혹은 적외선 센서를 사용하지 않고, 진폭변조 레이더를 사용하는 구성도 가능하다. 즉, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 차량 후방 목표물의 존재를 감지하고 이격 거리를 측정하는 거리측정센서; 상기 거리측정센서로부터의 측정신호를 입력받는 제어유닛을 포함하며, 상기 거리측정센서는 진폭변조 레이더인 것을 특징으로 하는 진폭변조 레이더 기반의 후방 감지기가 제공된다. 이와 같이, 진폭변조 레이더를 거리측정센서로 사용하는 경우에는 거리측정센서가 차량의 후방 구조물 표면에 노출되도록 설치되지 않아도 무방하며, 주변 환경이나 기상상태에 따라 오동작하지 않는 장점이 있다.
본 발명에 의한 후방 감지기는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 감지기를 블럭화하여 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 후방 감지기에 사용되는 거리측정센서인 진폭변조 레이더를 블럭화하여 도시한 구성도이다
도 3은 본 발명의 일 실시예에 사용되는 거리측정센서에서 행해지는 거리 측정 방법에 대한 동작 흐름도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1: 후방 감지기 2: 후미등용 소켓
3: 전원공급장치 100: 거리측정센서
200: 제어유닛 300: 발광유닛
400: 경고음 발생유닛 500:무선 송신 유닛
600: 전력선 통신 유닛 900: 하우징
900a: 연결단자 110: 진폭변조 신호 생성부
120: 송수신부 130: 위상지연 검출부
131: 제 1 검출부 132: 불요신호 제거부
133: 제 2 검출부 140: 계산부

Claims (10)

  1. 차량 후방 목표물의 존재를 감지하고 이격 거리를 측정하는 거리측정센서; 상기 거리측정센서로부터의 측정신호를 입력받는 제어유닛; 상기 제어유닛에 의해 작동 제어되는 발광유닛; 상기 거리측정센서, 제어유닛, 발광유닛이 내부에 설치되며 차량 후미등용 소켓에 착탈가능한 연결단자를 갖춘 후방 감지기 하우징을 포함하며,
    상기 거리측정센서는,
    변조주파수 신호를 이용하여 진폭변조 신호를 생성하는 진폭변조 신호 생성부;
    상기 진폭변조 신호를 상기 목표물로 송신하고, 목표물로부터 반사되어 수신되는 신호를 수신하는 송수신부; 및
    상기 송수신부를 통해 수신되는 신호에 대한 포락선 신호를 검출하고, 상기 포락선 신호와 기 측정된 불요신호에 대한 정보를 이용하여 상기 포락선 신호에서 상기 기 측정된 불요신호가 제거된 상기 목표물로부터 반사된 진폭변조 신호만을 추출하며, 상기 반사된 진폭변조 신호와 상기 변조주파수 신호간의 위상지연을 검출하는 위상지연 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    진폭변조 레이더 기반의 차량 후방 감지기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 거리측정센서의 위상지연 검출부는
    상기 변조주파수 신호를 이용하여 상기 기 측정된 불요신호를 상기 포락선 신호로부터 제거하는
    진폭변조 레이더 기반의 차량 후방 감지기.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 거리측정센서는 위상지연 검출부에 의해 검출된 위상지연을 이용하여 상기 목표물까지의 거리를 계산하는 계산부를 더 포함하는
    진폭변조 레이더 기반의 차량 후방 감지기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 거리측정센서의 위상지연 검출부는
    상기 선택된 변조주파수 신호에 대한 상기 포락선 신호와 상기 선택된 변조주파수 신호에 대해 기 측정된 불요신호에 대한 정보를 이용하여 상기 목표물로부터 반사된 진폭변조 신호만을 추출하는
    진폭변조 레이더 기반의 차량 후방 감지기.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 거리측정센서의 위상지연 검출부는
    상기 기 측정된 불요신호와 진폭이 같고 180도의 위상차를 갖는 신호를 상기 포락선 신호와 결합하여 상기 목표물로부터 반사된 진폭변조 신호만을 추출하는
    진폭변조 레이더 기반의 차량 후방 감지기.
  6. 삭제
  7. 차량 후방 목표물의 존재를 감지하고 이격 거리를 측정하는 거리측정센서; 상기 거리측정센서로부터의 측정신호를 입력받는 제어유닛을 포함하며,
    상기 거리측정센서는,
    변조주파수 신호를 이용하여 진폭변조 신호를 생성하는 진폭변조 신호 생성부;
    상기 진폭변조 신호를 상기 목표물로 송신하고, 목표물로부터 반사되어 수신되는 신호를 수신하는 송수신부; 및
    상기 송수신부를 통해 수신되는 신호에 대한 포락선 신호를 검출하고, 상기 포락선 신호와 기 측정된 불요신호에 대한 정보를 이용하여 상기 포락선 신호에서 상기 기 측정된 불요신호가 제거된 상기 목표물로부터 반사된 진폭변조 신호만을 추출하며, 상기 반사된 진폭변조 신호와 상기 변조주파수 신호간의 위상지연을 검출하는 위상지연 검출부를 포함하는 것을 특징으로 하는
    진폭변조 레이더 기반의 차량 후방 감지기.
  8. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제어유닛에 의해 작동 제어되어 목표물과의 거리에 따른 경고성 음향신호를 외부로 출력하는 경고음 발생유닛을 더 포함하는
    진폭변조 레이더 기반의 차량 후방 감지기.
  9. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제어유닛에 의해 작동 제어되어 목표물과의 거리에 대한 정보를 무선으로 송신하는 무선 송신 유닛을 더 포함하는
    진폭변조 레이더 기반의 차량 후방 감지기.
  10. 제1항 또는 제7항에 있어서,
    상기 제어유닛에 의해 작동 제어되어 목표물과의 거리에 대한 정보를 상기 연결단자에 연결된 전력선을 통해 송신하는 전력선 통신 유닛을 더 포함하는
    진폭변조 레이더 기반의 차량 후방 감지기.
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