KR101060389B1 - 근거리 측정 레이더를 위한 다중 분리 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 물체에 대한 거리를 측정하기 위한 다중 분리 탐지 장치에 관한 것으로서 송신기(Tn) 및 수신기(Rm)를 포함하여 구성되며, 송신기 및 수신기 각각은 고주파 오실레이터(HFO-Tn, HFO-Rm) 및 펄스 발생기(PG-Tn, PG-Rm)를 구비한다. 상기 펄스 발생기들(PG-Tn, PG-Rm)은 신호 발생기들에 의해 방사된 동기 신호들(TS, RS)을 제공받을 수 있으며, 상기 동기 신호들(TS, RS)은 송신기(Tn)와 수신기(Rm)에 대하여 공통 데이터 버스(B)에 의해 전송된다. 고주파 신호들의 결정론적 위상들의 관계는 고주파 오실레이터(HFO-Tn, HFO-Rm)에 의해 생성될 수 있다. 특히 본 발명의 탐지 장치에 대한, 본 발명의 동작 방법은 두 개의 동기 신호들을 공통 데이터 버스(B)에 의해 송신기 및 수신기로 제공하고, 상기 송신 신호는 물체를 향해 전송되며, 상기 신호는 수신기(Rm)를 통과하고 상기 물체(O)에 의해 반사된 수신 신호와 혼합되어 데이터 버스(B)에 포함되며, 그리하여 측정 평가가능 신호를 생성할 수 있는 과정을 포함한다. 상기 측정 신호의 보정은 공통 데이터 버스를 통한 동기 신호들의 원시 위치를 결정함으로써 원격축 상에서 수행될 수 있으며, 그리하여 데이터 버스에 의해 클록 신호들의 위상들을 비교하는 것이 가능하다.

Description

근거리 측정 레이더를 위한 다중 분리 방법 및 장치{MULTISTATIC METHOD AND DEVICE FOR RADAR MEASURING A CLOSE DISTANCE}
본 발명은 다중 분리형(multistatic) 근거리 레이더 측정들을 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
펄스 레이더 센서들을 설치하고 동작시키기 위한 광범위한 방법들 및 장치들이 존재하며, 특히 인용 문헌 [1], [2] 및 [3]으로부터 오랜 기간 동안 알려져 있다. 펄스 레이더 센서들은 산업용 측정 기술 분야의 필 레벨(fill level) 센서들, 충돌을 방지하고 주위의 사물들을 매핑하기 위한 모터 차량들의 주차 보조 또는 근거리 센서들로서 사용되며, 예를 들어, 로봇들 및 컨베이어 유니트들을 포함하는 자동 차량들 및 이송 시스템들의 항법을 위해 사용된다. 일반적으로 펄스 레이더 센서들은 200 ps부터 20 ns까지의 일반적인 펄스 길이들을 가지는 대략 1 GHz부터 100 GHz까지의 중앙 주파수들에서 리스트 되는 애플리케이션 영역들에서 동작한다. 이러한 센서들은 측정가능한 대역폭이 넓기 때문에 UWB(ultrawideband) 레이더로 지칭되어 왔다. 거의 모든 펄스 레이더 센서들은 공통적으로 그들의 측정 신호들이 직접 수신될 수 없고 표준 기술들을 이용하여 프로세싱되도록 넓은 대역폭을 갖고 있다. 그러므로 거의 모든 공지된 시스템들은 소위 연속적인 샘플링 시스템들을 이용한다. 종래의 디지털 샘플링 오실로스코프들로부터 알려진, 연속적인 샘플링 원리들을 이용하여, 측정 신호는 샘플링 시간들을 연속적으로 변경함으로써 복수의 측정 싸이클들을 통해 연속적으로 샘플링된다.
회로 기술을 이용하는 펄스 레이더에 대한 해법들은 예컨대 전술한 종래 기술로부터 공지되어 있다. 종래 기술은 정의된 반복 주파수 CLK-Tx(Clock Transmission)를 이용하는 전송 펄스를 설명하며, 전송 펄스가 전송되어 반사된 수신 신호는 반복 주파수 CLK-Rx(Clock Reception)를 이용하는 샘플링 시스템을 사용하여 샘플링된다. 전송 시퀀스의 주파수들이 샘플링된 시퀀스의 주파수들과 조금 차이가 나면, 두 시퀀스들의 위상들은 서로를 향하여 천천히 이동한다. 전송 시간에 대한 샘플링 시간의 이러한 상대적인 변위는 연속적인 샘플링 프로세스를 발생시킨다.
도 1은 전술한 방식으로 동작하는 펄스 레이더에 대한 공지된 예를 나타낸다. 송신 유니트에서 전송 클록 발생기 AT는 클록 주파수 CLK-Tx를 발생시키며, 펄스 발생기 BT는 CLK-Tx를 이용하여 주기적으로 짧은 전압 펄스들을 발생시킨다. 고주파 오실레이터 CT는 그 후에 이러한 짧은 펄스들을 통해 활성화되고 활성 주기 동안 고주파 발진들을 발생시키며, 고주파 발진들은 안테나 ET를 통해 전송 신호들 DT로 전송된다. 동일한 펄스 발생기 체인은 대응하는 엘리먼트들 AR, BR 및 CR을 사용하여 수신 브랜치(branch) 또는 수신 유니트에 설치된다. 오실레이터 CR로부터의 펄스 신호는 혼합기 M으로 전달되며, 그러므로 혼합기 M은 또한 샘플링 시스템으로서 작용하며, 혼합기 M은 또한 다른쪽으로부터 수신 신호 DR을 전달받는다. 물체 O에서 반사되고 수신 신호 DR로서 수신 안테나 ER로 되돌아오는 전송 브랜치의 전송 신호 D에 대한 신호 엘리먼트들은 혼합기 M에 의해 저주파 기저 대역의 CR로부터의 신호와 혼합된다. 그리하여 발생된 샘플링 펄스 시퀀스는 대역 통과 필터(BPF)에 의해 평활화되고 그리하여 최종적으로 측정 신호 LFS(일반적으로 Low Frequency Signal)을 생성한다.
측정 신호에 대한 양호한 신호 대 잡음비(SNR)를 달성하기 위해, 오실레이터들 CT 및 CR이 시퀀스 내에 있는 모든 펄스들을 통해 서로에게 결정론적인, 즉 확률론적이지 않은, 위상 관계를 가지는 것이 중요하다. CT 및 CR은 서로에 대해 독립적으로 동작하기 때문에, CT 및 CR에 의해 생성된 펄스들의 이러한 결정론적 관계는 간단하게 달성되지는 않는다. 그러나 펄스 발생기들 BT 및 BR을 작동시키는 펄스 신호들이, 고주파 오실레이터들 CT 및 CR의 주파수 대역에 있는, 고조파(harmonic wave)들을 발생시키면 결정론적 관계가 도출된다. 고조파들은 오실레이터들 CT 및 CR이 확률론적으로 작동하도록 발진시키는 것이 아니라 신호들 BT 및 BR의 고조파들과 관련하여 코히러런트하게 작동되도록 한다. 펄스 발생기들 BT 및 BR로부터의 신호들 및 고조파들은 항상 각각의 작동 프로세스와 동일하므로, CT 및 CR 각각은 항상 특성이 고정된 초기 위상을 이용하여 발진하여, 그 결과 이들의 신호들은 전송 신호 시퀀스와 샘플링 신호 시퀀스에 의해 미리 결정된, 결정론적인 위상과 서로에 대한 시간 관계를 가지고 있다.
전송 및 샘플링 펄스들의 결정론적인 관계를 보증하기 위한 방법들은 종래 기술에 공지되어 있고, 종래 기술에서 한 개의 계속해서 동작하는 고정-주파수 오실레이터가 일반적으로 사용되며, 필요로 하는 펄스들은 스위치들을 이용하여 상기 오실레이터로부터 획득된다. 또한, ET 및 ER과 같은 분리된 안테나들 대신에 공통 안테나를 송신 및 수신을 위해 사용할 수 있으며, 송신 및 수신 신호들은 예를 들어 루트(route) 행렬 스위치에 의해 분리될 수 있다는 것이 공지되어 있다.
그러나 많은 애플리케이션들에서 거리들이 레이더 센서를 사용하여 일차원적으로 측정될 뿐만 아니라 그 거리들이 선택에 따라 다-차원 방식으로 물체 시나리오들을 매핑하는 것이 바람직하다. 예를 들어 3차원 시나리오 매핑과 그에 따른 물체로부터의 정확한 거리 결정에 있어서, 센서들 및/또는 그들의 측정 방향들이 이동되어 상이한 위치들 또는 상이한 방향들에서 차례대로 측정들이 이루어지며 그리고/또는 시스템들은 복수의 공간 분배 센서들을 구비하여 사용된다. 이러한 시스템들은 예를 들어 "다중 분리 센서 시스템들"로서 인증 문헌 [4]에서 알려져 있다. 복수의 공간 분배 송신기들 및 수신기들을 사용하는 다중 분리 센서 시스템들을 통해 각각 송신기들 중에서 하나의 송신기가 신호를 전송하는 것이 바람직하며, 상기 신호는 물체 시나리오에서 반사되고 그 후에 모든 수신기들에 의해 탐지된다. 그러나 이러한 장치들과 그것들의 동작 모드는 공간적으로 분배된 전송 및 수신 브랜치들을 결합하기 위해 일반적으로 많은 비용(outlay)을 필요로 한다는 단점을 가지고 있으며 그 결과 그것들의 고주파 신호 소스들의 위상들은 서로에 대하여 결정론적 관계를 가지게 된다.
위에서 설명한 바와 같이, 결정론적 위상 관계는 양호한 신호 대 잡음비를 달성하기 위한 기본적인 전제 조건이다. 그러나 공통 소스로부터 고주파 신호들을 획득하고 고주파 선들에 의해 공간적으로 상기 신호들을 분배하는 것은, 매우 높은 비용들이 발생하고 신호 감쇠 및 전송된 신호들의 분산을 초래하기 때문에, 특히 상업적인 애플리케이션에서는 바람직하지 못하다. 복수의 오실레이터들을 결합하기 위한 위상 제어 회로들은 일반적으로 유사한 이유들로 인해 배척된다.
그러므로 본 발명의 목적은 정확한 거리 측정을 수행할 수 있는, 저비용, 다중 분리 장치 및 방법을 명확하게 하는 것이다.
본 발명의 목적은 각각의 독립항들의 특징들에 의해 달성된다.
물체로부터의 거리를 측정하기 위한 다중 분리 센서 장치는 송신 유니트(Tn) 및 수신 유니트(Rm)를 구비하며, 송신 유니트 및 수신 유니트 각각은 적어도 하나의 고주파 오실레이터(HFO-Tn, HFO-Rm)와 적어도 하나의 펄스 발생기(PG-Tn, PG-Rm)를 구비한다. 상기 펄스 발생기들(PG-Tn, PG-Rm)은 신호 발생기들로부터의 클록 신호들(TS, RS)을 제공받을 수 있으며, 상기 클록 신호들(TS, RS)은 공통 데이터 버스(B)를 통해 송신 유니트(Tn)와 수신 유니트(Rm)로 전송되며, 그 결과 결정론적 위상 관계는 고주파 신호들에 대하여 고주파 오실레이터들(HFO-Tn, HFO-Rm)로부터 생성될 수 있다.
그리하여 클록 신호들은 고정 주파수 관계를 가지며, 고정 주파수 관계는 클록 발생기의 상태로부터 알게 된다.
바람직하게는 송신 유니트 Tn의 펄스 발생기 PG-Tn은 회로 Swn을 통해 데이터 버스 B에 연결되며, 그 결과 송신 유니트들의 동작은 제어 유니트에 의해 제어될 수 있다. 또한 데이터 버스 B는 회로를 통해 수신 유니트들과 연결될 수 있다.
위의 센서 장치를 동작시키기 위한 방법에서 두 개의 클록 신호들은 공통 데이터 버스 B를 통해 각각 송신 유니트 및 수신 유니트로 제공되고 상기 신호는 송신 유니트에 의해 물체로 방사되며 데이터 버스 B로부터 획득되어 수신기 유니트 Rm을 통과하는 상기 신호는 물체 O에 의해 반사된 상기 수신 신호와 혼합되어 평가가능한 측정 신호를 생성하고, 측정 신호에 대한 보정(calibration)이 공통 데이터 버스를 통한 클록 신호들의 제로점(zero point)을 결정함으로써 거리축 상에서 수행되며, 그리하여 데이터 버스를 통해 두 개의 클록 신호들의 위상들이 비교된다.
거리축들은 시간에 대한 거리 측정에 관한 측정 도표의 패턴을 구분하는 축으로 지칭된다.
비용 측면의 장점은 특히 상기 장치의 개구면(aperture) 엘리먼트들이 고주파 접속을 해야할 필요가 없다는 것이다. 그러므로 송신 유니트 및 수신 유니트 각각의 고주파 오실레이터들은 더이상 서로 연결되어야 할 필요가 없게 된다.
본 발명은 다음의 예들을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
도 2는 본 발명에 따른 다중 분리 장치를 나타낸다.
도 3은 주차 보조 기능을 위하여 모터 차량에서 도 2에서 제시된 장치들을 사용하는 것을 나타낸 도면이다.
도 4는 제안된 장치들에서 사용되는 수신기 유니트의 구조도를 나타낸다.
도 2에 따른 다중 분리 장치는 수신 브랜치들 또는 전송 브래치들로도 지칭되는 n 개 및 m 개의 수신 및 송신 유니트들(각각 R1, T1부터 Rm, Tn)을 포함한다. 이러한 구조의 중앙 엘리먼트는 데이터 버스 B이며, 데이터 버스 B를 통해 신호들 AT 및 AR이 도 1에 따라서 전송된다. 그러므로 모든 n 개 및 m 개의 전송 및 수신 브랜치들은 도 2에 따라서 이러한 데이터 버스를 통해 클록 신호들 TS 및 RS를 제공받는다. 멀티플렉서 회로들(Sw부터 Swn)을 사용하여 n 개의 전송 브랜치들(T1부터 Tn) 중 하나는 각각 제어 유니트 CU를 통해 현재 동작하는 전송기로 선택될 수 있다. 모든 m 개의 수신 브랜치들은 그리하여 병렬적으로 수신할 수 있다.
특히 다중 분리 센서 장치가 n 개의 송신 유니트들 Tn과 m 개의 수신 유니트들 Rm을 구비하는 것이 바람직하고, n 및 m 각각은 전체 개수가 1과 같거나 1보다 크며, 상기 유닛들은
- 적어도 하나의 고주파 오실레이터(HFO-Tn, HFO-Rm),
- 적어도 하나의 펄스 발생기(PG-Tn, PG-Rm) 및
- 적어도 하나의 안테나(ETn, ERm)
를 구비하되, 송신 유니트 Tn은 제 1 클록 소스 TS에 의해 발생한 클록 신호를 제공받을 수 있고 혼합기 MIX를 구비한 수신 유니트 Rm은 제 2 클록 소스 RS에서 발생한 클록 신호와 수신 안테나 ERm에 의해 수신된 신호를 제공받을 수 있으며 전송 및 수신 유니트들 모두(Tn, Rm)는 제어 유니트 CU로 연결된다. 펄스 발생기들(PG-Tn, PG-Rm)은 그리하여 공통 데이터 버스 B에 연결되고, 그 결과 전송 및 수신 유니트들은 또한 데이터 버스 B를 통해 각각의 클록 신호들을 제공받을 수 있다. 데이터 버스 B를 통과하는 공통 클록 신호들은 유니트들의 고주파 오실레이터들(HFO-Tn, HFO-Rm)로부터의 고주파 신호들에 대한 결정론적 위상 관계가 달성되게 한다.
바람직한 모듈 개념이 이제 아래에서 설명되며, 이러한 모듈 개념을 이용하여 임의의 이중 분리(bistatic) 및 다중 분리 레이더 센서들은 특히 저비용 방식으로 제공될 수 있다. 칩 세트는 두 개의 기본 유니트들, 송신 유니트 Tn 및 수신 유니트 Rm을 포함한다. 상기 유니트들은 다음의 구성 요소들 또는 기능들을 포함한다.
- 송신 유니트 Tn은 고주파 오실레이터 HFO-Tn, 제어 펄스 오실레이터 PG-Tn, 몇몇 예들에서, 전송된 신호가 적용될 라이센스 규정들(예를 들어, 미국의 FCC 15. 3)을 따르도록 보증하는, 안테나 출력 ETn의 앞에 위치한 필터 HF-FLT(미도시) 및 몇몇 예들에서 집적 세라믹 안테나 ETn을 포함한다.
- 수신 유니트는 고주파 오실레이터 HFO-Rm, 제어 펄스 오실레이터 PG-Rm, 혼합기 MIX, 몇몇 예들에서 저잡음 증폭기와 스페이서(spacer) 엘리먼트, 몇몇 예들에서, 혼합기로부터 바로 하류쪽에 연결되는, 대역 통과 필터(미도시), 몇몇 예들에서, 관심의 대상이 아니고 간섭하는 신호들을 억제하는, 안테나 입력 ERm의 뒤에 위치한 필터 HF-FLT 및 몇몇 예들에서 집적 세라믹 안테나 ERm을 포함한다.
수신 유니트 및 송신 유니트들에 대한 클록 소스들 TS 및 RS는 그리하여 공통 제어 유니트 CU에 의해 바람직하게 제어된다.
각각의 유니트들로부터의 전송 및 수신 신호들은 물론 코딩될 수 있다.
완전한 측정을 위한 방법이 구현되며 그 결과 송신 유니트 T1이 처음에 활성 전송 브랜치로서 제어 유니트 CU에 의해 선택되거나 또는 데이터 버스 B를 통해 멀티플렉서 회로 Sw에 의해 릴리스(release)된다. 이러한 전송기는 도 1에 도시된 바와 같이 전송 신호들 DT를 생성한다. 이러한 신호들은 예를 들어 물체 O에서 반사되고 초반부에서 설명한 연속적인 샘플링 시스템을 사용하여 모든 m 개의 수신 브랜치들 R1부터 Rm에 의해 병렬적으로 수신된다. 그 후에 동일한 측정 과정이 모든 다른 n 개의 전송 브랜치들에 대하여 반복 수행된다. 예를 들어 모든 전송 안테나들 ETn 및 수신 안테나들 ERm이 상이한 위치들에 있는 경우, n*m 개의 비상반(non-reciprocal) 측정 경로들이 n 개의 전송 브랜치들과 수신 브랜치들을 통해 도출되며, 다시 말하면 단지 n 또는 m 개의 측정 경로들을 도출하는, n 또는 m 개의 기존의 단상태(monostatic) 또는 이중 분리 레이더 센서들의 동작보다 현저하게 많은 측정 경로들을 도출한다. 공통 안테나 E가 전송 및 수신 브랜치에 대하여 각각의 예에서 사용되면, 비상반 측정 경로들의 개수는 1부터 n까지의 누적합(즉, n + (n-1) + (n-2) + . . . + 1)으로 도출된다. 전송 및 수신 브랜치들의 수는 그리하여 또한 서로 다를 수 있으며, 즉 n이 m과 같지 않다.
그러나 n 개의 전송 브랜치들 + 수신 브랜치들의 전체 개수는 획득가능한 측정 정보의 범위에 대하여 중요하다. 숫자 m과 n은 그리하여 1과 같거나 1보다 큰 임의의 전체 개수이다. 획득된 측정 경로들은 산술적으로, 예를 들어 삼각 측량 방법들 또는 홀로그래피(holography) 또는 토모그래피(tomography) 알고리즘들을 이용하여, 2차원 또는 3차원 물체 시나리오를 재구성하기 위해 이용될 수 있으며 물체로부터의 거리가 계산될 수 있다.
전체적으로 센서 장치의 최적 동작을 위해서 그리고 정확한 측정 방법을 얻기 위해서, 거리를 측정할 때 제로점이 바람직하게 결정된다. 제로점은 전송 브랜치 Tn의 HFO-Tn과 수신 브랜치 Rm의 HFO-Rm으로부터의 신호들의 에지(edge)들이 서로에 대하여 위상이 정확하게 일치하는 시점이다. 여기서 에지는 예를 들어 신호의 말단 이전에 정의가능한 개수의 주기들을 지칭한다.
여기서 TS와 RS로부터의 신호들은 위상-변위되므로, 상기 신호들 간의 위상 비교는 데이터 버스 B를 통해 하나의 점에서 발생하는 것이 바람직하다. 오프셋들은 그 후에 산술적으로 보상될 수 있다. 제로점을 탐지하기 위한 위상 비교는 도 1에서 ΔΦ로 도시된 표준 위상 비교기들을 사용하여, 예를 들어 플립-플롭(flip-flop)을 사용하여, 발생될 수 있으며, 데이터 버스의 케이블 길이 및 부동 시간(dead time)은 상기 측정 방법에 대한 지식 베이스의 일부분이 된다. 위상들을 비교하기 위한 평가 유니트는 이상적으로 데이터 버스 B로 직접 연결되거나 또는 제어 유니트 CU의 일부분이 될 것이다.
제로점은 또한 신호선들의 온도 및 노화-관련 에러들에 의해 야기되는, TS 및 RS로부터의 클록 에지들의 변위에 의해 부정확하게 정의될 수 있다. 그러므로 데이터 버스에 대한 선로 타입을 선택할 때, TS와 RS로부터의 트리거 신호들의 에지들이 전체 데이터 버스를 통해 가능한한 균일하게 유지되는 것이 특히 바람직하며, 데이터 버스는 또한 낮은 클록 주파수들(일반적으로 100 kHz에서 10 MHz)에 기인하여 상대적으로 간단하게 구현된다. 반면에, 고주파 신호들의 위상 변위는 신호들의 시작 시간에 대한 단지 매우 작은 차이에 의해서 또는 데이터 버스에 대한 기하학적 변경에 의해서 현저하게 증폭되기 때문에, 고주파수들에서 트리거 에지들의 동기는 문제가 된다. 낮은 클록 주파수는 또한 바람직한다. 그러므로 데이터 버스 B는 이상적으로 인터페이스 네트워크 AN을 종결시킨다. 대략적으로 50 옴의 저항값들을 가진, 이러한 인터페이스 네트워크들은 종래 기술들로부터 공지되어 있다.
측정 방법의 정확도를 높이기 위해서, TS와 RS로부터의 클록 신호는 예를 들어 데이터 버스 B를 통해서 또는 적어도 상이한 길이들의 경로들을 통해서 전송되고 되돌아오게 된다. 원시 클록 신호와의 비교는 정정 측정 또는 측정 방법을 보정하기 위한 값을 제공한다. 각각의 보정 동안에 표준 측정 프로세스가 수행되어야 하며, 즉 송신 유니트들에 대한 회로들이 접속된다. 클록 신호들은 그리하여 또한 데이터 버스 시스템의 양쪽에서 또는 말단들에서 제공될 수 있다. 이러한 경우에 두 개의 즉각적이고 연속적인 거리 측정들이 각각 수행되며, 클록들은 제 1 측정 동안에 데이터 버스의 일측면으로 제공되며 제 2 측정 동안에 데이터 버스의 타측면으로 제공된다. 이것은 데이터 버스에서 두 개의 거의 동일한 에코(echo) 프로파일들을 제공하나, 에코 프로파일들은 특성 오프셋에 의해 서로에 대하여 변위된다. 이러한 변위 정도와 대응하는 정정값은 특성 맥시마(maxima)의 위치에 의해서 또는 거리 측정에 대한 측정 도표들의 두 개의 프로파일들에 대한 정정에 의해서도 직접적으로 정의될 수 있다. 임의의 다른 클록 제공 시스템들이 또한 필수적으로 이용될 수 있으며, 예를 들어 그 결과 모든 송신 유니트 및 수신 유니트는 자신의 클록 소스들을 구비하며, 클록 소스들은 선택적으로 데이터 버스로 클록 레이트를 제공한다.
제로점을 결정하기 위한 추가적인 선택은 신호 평가를 포함하며, 이러한 신호 평가는 직접적인 교차-전송(즉, 반사를 통해서가 아닌 전송기에서 수신기로의 직접 전송)에 기인하여 발생하게 된다. 반사된 신호들과 비교하여, 이러한 신호는 매우 뚜렷하여 식별하기에 용이하다. 이러한 뚜렷한 특성을 증폭하기 위해, 안테 나 ET 및 ER이 설계되거나 또는 방향성이 정해지며 그 결과 뚜렷한 교차-전송이 이루어질 수 있다. 대안적으로 선로 구조들은 전송 및 수신 브랜치들 사이에서 설치될 수 있으며, 전송 및 수신 브랜치들은 교차-전파(cross-propagation)를 지원한다. 전송기와 수신기 간의 직접적인 혼선 신호는 필요한 제로점을 보정하기 위해 용이하게 곧바로 이용될 수 있다.
도 3은 차량 주차 레이더의 형태를 가진 본 발명의 장치를 나타낸다. 네 개의 레이더 센서들(1 내지 4)은 차량 BP의 완충기(fender)에 고정된다. 공통 트리거, 제어 및 평가 유니트(5)는, 레이더 센서들과 결합된, 데이터 버스 B로 신호들을 제공한다. 레이더 센서들의 안테나들은 완충기에 대하여 수직인 기본 방사 방향 y 이외에도, 위에서 언급한 대로 교차-전송에 의해 제로점을 결정할 수 있도록 하기 위해, 신호 에너지가 또한 가로축 방향 x로 방사될 수 있도록 설계된다(도 2 참조). 위에서 이미 전술한 대로, 각각의 레이더 센서(1 내지 4)에서, 특히 측정 방법의 정확도와 관련하여, 전송 및 수신 유니트들이 공간 분리되는 것이 바람직하다.
전송 또는 수신 유니트들의 더욱 정확한 구조는 아래와 같다.
고주파 모듈들은 일반적으로 유기 물질들, 예컨대 테프론(teflon) 또는 에폭시(epoxy)-기반의 물질들로 이루어진 인쇄 회로 기판들 상에서 제조된다. 일반적으로 고주파 구조 엘리먼트들이 가능한 가장 작은 유니트들로 생산되는 것이 바람직하다. 이러한 물질들에 관한 파장 및 구조적 크기 사이의 링크는 바람직한 작은 크기를 얻기가 어렵다는 것을 의미한다. 얇은-층의 세라믹들 상의 회로들은 이러한 장치들의 대안이 되나 이들의 생산은 고비용을 요구한다.
레이더 모듈들 또는 레이더 모듈들의 구성 요소들은 그러므로 특히 바람직하게는 LTCC(Low Temperature Cofired Ceramic) 모듈들을 적용한다. LTCC-기반 고주파 구조들은 한편으론 상대적으로 높은 유전 상수에 기인하여 다른 한편으론 다중계층 기술의 사용에 기인하여 컴팩트한 형태로 생산될 수 있다. LTCC 모듈들은 생산하기에 경제적이며 또한 대량 생산에 적합하다.
여기서 수신 유니트로서 생산된, 바람직한 레이더 서브-모듈은 도 4에서 LTCC-HF 모듈로 나타난다. 예를 들어 고주파 오실레이터 HFO-R1, 고주파 오실레이터를 트리거하기 위한 제어 펄스 오실레이터 PG-R1 및 혼합기 MIX는 LTCC 모듈 R1 상에서 통합된다.
안테나 ER1에 대한 접속과는 별도로, 단지 디지털 또는 상대적인 저주파 신호들은 LTCC 모듈 R1으로부터의 출력이며(또한 도 2의 LFS-1 내지 LFS-m 참조), 상기 모듈 R1은 회로의 나머지 부분으로 용이하게 경제적으로 통합될 수 있다. 그러므로 안테나 ER1이 상기 세라믹으로 통합되지 않는 경우에, 상기 모듈이 패치(patch) 또는 슬롯 안테나 ER1의 공급점에 직접 연결될 수 있도록 상기 모듈을 구성하는 것이 매우 바람직하다. 그 후에 패치 안테나는 예를 들어 이중층 인쇄 회로 기판으로 구성될 수 있으며, 상기 인쇄 회로 기판의 앞쪽은 안테나 구조를 지지하고 뒤쪽은 LTCC 모듈을 지지하며, 또한 뒤쪽은 필요한 공급선들과 접지 표면들을 가지고 있다. LTCC 모듈들은 매우 작기 때문에, 또한 상기 안테나의 앞쪽에 있는 LTCC 모듈을 직접 상기 안테나 공급점과 연결시키는 것과 몇몇 예들에서 보호 층 또는 어댑터 레이터에 LTCC 모듈을 내장하는 것이 가능하며, 상기 안테나의 방향성 다이어그램은 여기서 현저하게 분열되지 않는다.
위에서 설명한 엘리먼트들을 구비한 LTCC 레이더 모듈의 바람직한 구조는 또한 도 4에 도시되어 있다. HF 회로 R1은 그리하여 복수의 층들 또는 HF 층들 HFL을 포함한다. 구성 요소들은 LTCC 기판 위에서 연결되며, 상기 LTCC 기판은 예를 들어 반도체 엘리먼트들, 혼합기 MIX, 고주파 오실레이터 HFO-R1 또는 펄스 발생기 PG-R1을 포함하는 내부의 층들에 통합되지 않아야 한다. SMT 어셈블리 또는 플립 칩 어셈블리, 그 자체로 알려진 이들 모두는 특히 적절한 어셈블리 기법들이다. LTCC 모듈 자체는 소위 볼-그리드(ball-grid) 또는 랜드-그리드(land-grid) 기술 BG/LG를 이용하여 표준 인쇄 회로 기판 LP에 설치될 수 있다. 바이어스 네트워크 BN과 필터 IF는 통합되는 것이 바람직하다.
참조문헌
Figure 112005023798266-pct00001

Claims (14)

  1. 물체로부터의 거리 측정을 위한 다중 분리 센서 장치로서,
    상기 다중 분리 센서 장치는 송신 유니트(Tn) 및 수신 유니트(Rm)를 포함하고, 상기 송신 유니트(Tn) 및 상기 수신 유니트(Rm) 각각은 고주파 오실레이터(HFO-Tn, HFO-Rm) 및 펄스 발생기(PG-Tn, PG-Rm)를 포함하며,
    공통 데이터 버스(B)는 신호 발생기들 및 상기 펄스 발생기(PG-Tn, PG-Rm)들 사이에 형성되고,
    상기 송신 유니트(Tn)의 펄스 발생기(PG-Tn)는 회로(Swn)를 통하여 상기 공통 데이터 버스(B)에 연결되고 그리고 상기 공통 데이터 버스(B)를 통하여 상기 신호 발생기들로부터 클록 신호(TS)가 공급될 수 있으며, 그리고
    상기 수신 유니트(Rn)의 펄스 발생기(PG-Rm)는 상기 공통 데이터 버스(B)에 직접 연결되고 그리고 상기 공통 데이터 버스(B)를 통하여 상기 신호 발생기들로부터 클록 신호(RS)가 공급될 수 있으며,
    상기 펄스 발생기(PG-Tn, PG-Rm)들을 활성화시키는 펄스 신호들은 상기 고주파 오실레이터들(HFO-Tn, HFO-Rm)의 주파수 대역에 있는 고조파들을 발생시키고, 그 결과로서 상기 고주파 오실레이터들(HFO-Tn, HFO-Rm)로부터 고주파 신호들에 대하여 결정론적 위상 관계가 발생될 수 있는,
    물체로부터의 거리 측정을 위한 다중 분리 센서 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신 유니트 및 상기 수신 유니트들은 각각 안테나(ERm, ETn)를 포함하는,
    물체로부터의 거리 측정을 위한 다중 분리 센서 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 수신 유니트는 혼합기(MIX)를 포함하는,
    물체로부터의 거리 측정을 위한 다중 분리 센서 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    클록 소스들은 상기 데이터 버스의 상이한 위치들에 배치되는,
    물체로부터의 거리 측정을 위한 다중 분리 센서 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 클록 소스들은 상기 데이터 버스의 말단들에 배치되는,
    물체로부터의 거리 측정을 위한 다중 분리 센서 장치.
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 송신 유니트 및 상기 수신 유니트는 LTCC-HF 모듈들로 구성되는,
    물체로부터의 거리 측정을 위한 다중 분리 센서 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 수신 유니트는,
    상기 혼합기(MIX)로부터 하류쪽으로(downstream) 연결되는 대역 통과 필터; 및
    안테나 입력 ERM의 뒤에 연결되는 고주파 필터를 더 포함하는,
    물체로부터의 거리 측정을 위한 다중 분리 센서 장치.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 따른 센서 장치를 동작시키기 위한 방법으로서,
    평가가능한 측정 신호를 생성하기 위해, 클록 소스(TS, RS)로부터 클록 신호가 공통 데이터 버스(B)를 통해 송신 및/또는 수신 유니트(Tn, Rm)로 제공되고 상기 신호는 송신 유니트에서 물체(O)로 방사되고 반사된 신호 REF는 수신 유니트에 의해 클록 신호와 혼합되며, 상기 클록 신호들의 보정은 상기 데이터 버스를 통해 두 개의 클록 신호들의 위상들을 비교하는, 상기 클록 신호들의 제로점(zero point) 결정에 기반하여 신호 버스에서 수행되는,
    물체로부터의 거리 측정을 위한 다중 분리 센서 장치를 동작시키기 위한 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    위상 비교는 상기 제로점을 결정하기 위한 상기 데이터 버스(B)의 한 지점에서의 샘플에 기반하여 수행되는,
    물체로부터의 거리 측정을 위한 다중 분리 센서 장치를 동작시키기 위한 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제로점은 두 개의 클록 신호들 사이에서 위상 비교에 의해 획득되며, 상기 두 개의 클록 신호들은 상기 데이터 버스(B)의 두 개의 말단들에서 제공되는,
    물체로부터의 거리 측정을 위한 다중 분리 센서 장치를 동작시키기 위한 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    클록 신호가 상기 데이터 버스에서 상이한 길이들을 통해 전송된다는 점에서 상기 클록 신호들의 보정이 달성되며 정정 측정은 본래 클록 신호와의 비교에 기반하여 제공되는,
    물체로부터의 거리 측정을 위한 다중 분리 센서 장치를 동작시키기 위한 방법.
  12. 제 8 항에 있어서,
    위상 비교는 플립-플롭(FLIP-FLOP)에 의해 발생하는,
    물체로부터의 거리 측정을 위한 다중 분리 센서 장치를 동작시키기 위한 방법.
  13. 제 8 항에 있어서,
    송신 유니트는 멀티플렉서 회로를 통하여 제어 유니트에 의해 활성화되는,
    물체로부터의 거리 측정을 위한 다중 분리 센서 장치를 동작시키기 위한 방법.
  14. 제 8 항에 있어서,
    물체에 의해 반사된 수신 신호들이 병렬적으로 수신되도록 모든 수신 유니트들이 활성화되는,
    물체로부터의 거리 측정을 위한 다중 분리 센서 장치를 동작시키기 위한 방법.
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