KR101329044B1

KR101329044B1 - 차량의 기상관측 장치 및 방법

Info

Publication number: KR101329044B1
Application number: KR1020130103676A
Authority: KR
Inventors: 임상훈; 이동률
Original assignee: 한국건설기술연구원
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2013-11-21

Abstract

본 발명에 따른 차량의 기상관측 장치는, 차량 주변의 온도, 습도, 풍속, 풍향을 검출하는 센서부와, 차간거리 측정을 위해 차량의 전방이나 좌우측방으로 소정 주파수의 신호를 출력하는 레이더부와, 상기 레이더부에서 출력되는 전파의 손실특성을 이용하여, 강우량 또는 강설량을 추정하는 제어부와, 주행중인 차량 주변의 풍광을 촬영하여 해당 지역의 기상상황을 진달할 수 있는 이미지를 생성하는 촬영부와, 상기 센서부와 제어부에서 검출된 기상정보와, 촬영부의 이미지 정보를 저장하는 메모리부와, 상기 메모리부에 저장된 정보를 원격지의 기상서버로 전송하는 통신부를 포함하여 구성된다.
본 발명은 전방 또는 좌우 측방 감지용 레이더 센서를 이용하여, 강수량을 추정하도록 하는 차량의 기상관측 장치 및 방법을 구현함으로써, 기존의 차량제어 시스템(AVCS)의 레이더 장치를 기상관측에 활용되도록 하였다. 본 발명에 따른 차량의 기상관측 장치는 이동중인 차량이 주변 지역의 기상정보(예: 강수량, 습도, 온도, 안개, 풍속, 풍향 등)를 측정할 수 있도록 함으로써, 차량이 기상관측의 수단으로서 활용될 수 있도록 하였고 그에 따라 보다 정밀하고 효과적인 기상관측 시스템을 갖출 수 있는 기반을 제공하였다.

Description

차량의 기상관측 장치 및 방법{APPARATUS AND MEHOD FOR METEOROLOGICAL OBSERVATION OF VIHICLE}

본 발명은 차량에 장착되는 차량제어 시스템(Advanced Vehicle Control Systems: AVCS)에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량제어 시스템(AVCS)을 이용한 차량의 기상관측 장치에 관한 것이다.

최근, 자동차는 산업계뿐만 아니라 생활의 필수품으로 대두되면서 세계적으로 차량의 급격한 증가로 인하여 교통사고가 매우 빈발하게 일어나 차량의 안전도 향상이 중요한 이슈로 부각되고 있다.

지금까지는 사고 후 피해를 최소화할 수 있는 에어백, 안전벨트 등 수동형 차량안전시스템 위주에서, 점차 사고를 사전에 예방할 수 있는 ABS, 차간거리 경보시스템, 측/후방 감시레이더 등의 능동형 차량안전시스템으로 발전해 나가고 있다.

국제 전기통신 연합의 무선섹터(ITU-R)에서는 교통정보 및 제어 시스템(Transport Information and Control Systems: TICS)과 관련된 여러 가지 항목들을 권고하고 있다. 교통정보 및 제어 시스템(TICS)이란 지상 교통 시스템의 안전과 효율성 및 관리방법을 향상시키기 위해 컴퓨터, 통신, 위치정보 및 차량기술이 집약된 시스템이다.

교통정보 및 제어 시스템(TICS) 가운데 차량의 직접적인 주행과 관련된 차량 제어 시스템(Advanced Vehicle Control Systems: AVCS)에서는 충돌 방지를 위해 요구되는 몇 가지 사항들을 포함하고 있는데, 차량용 레이더도 운전자의 보조를 통한 안전한 차량 운행을 위해 적용 가능한 기술 중의 하나이다.

차량용 레이더로는 1980년대 초 일본에서 레이더를 이용한 레이더가 상용화된 적이 있으나, 레이더는 여러 가지 기상 조건 등에 너무 민감(예: 흙, 먼지 등의 오염에 취약)하여 현재는 밀리미터파(Millimeter波)를 이용한 방식이 널리 보급된 실정이다. 밀리미터파를 이용한 차량용 레이더는 응용의 특성상 여러 가지 기상조건에서도 비교적 오류가 적고 사용이 용이하다는 특성을 갖고 있어 현재에는 가장 활발히 연구되고 있는 분야이다. 밀리미터파(Millimeter波)는 주파수 파장이 30~300GHz인 밀리미터(mm)단위의 전자기파를 의미한다.

밀리미터파를 이용한 전방감지용 레이더 센서는 부분적으로 근/중거리 용의 24GHz도 사용하고 있으나 장거리(최고 200m 내외)용의 77GHz대역에서의 연구가 활발히 진행 중이다. 표준화와 관련하여 2000년 5월 ITU 전파통신총회(RA-2000, 터키)에서 60GHz 및 76GHz 대역을 차량 레이더용으로 권고하였으며 국내의 경우 2001년 4월 전파법 제9조의 규정에 의거, 정보통신부 고시 제2001-21호에서 76~77GHz 대역을 특정 소출력 무선국 차량 레이더용 주파수로 분배 및 고시하였고 현재 전방 감지용 레이더 국내 이용을 위한 기술 기준안이 마련되었다

또한, 차량 장착을 위한 소형화, 높은 분해능 및 기존 무선시스템과의 전파 간섭을 고려하여 47GHz, 60GHz, 77GHz, 94GHz, 139GHz 등의 여러 가지 대역의 주파수가 사용되고 있다.

일반적인 가시거리 통신의 경우 공기와 수증기에 대해 주파수에 따른 손실특성을 갖는다.

도1은 공기와 수증기에 대한 일반적인 가시거리 통신 주파수의 손실특성을 나타낸 그래프이다.

도1에 도시된 바와 같이, 차량용 레이더가 주로 사용되는 60GHz 대역과 70GHz 대역에서 공기 및 수증기에 의한 손실은 대략 0.3~5dB/km로, 타 주파수 대역에 비해 상대적으로 아주 높은 편임을 알 수 있다. 하지만 이 손실은 전파거리가 길어졌을 때에는 주된 감쇄요소로 작용하겠지만 차량용 레이더와 같은 비교적 단거리 전파 기술에의 적용에 있어서는 동일 주파수대에서 자유공간(free space) 전파손실과 비교하였을 때 그리 큰 편에 속하지는 않는다고 볼 수 있다.

그러나, 차량용 레이더 전파의 경우, 강우나 강설의 기상조건일 때, 무시할 수 없는 감쇄를 일으킨다. 도1에 대한 자세한 수식은 국제 전기통신 연합의 무선섹터(ITU-R)의 표준(ITU-R P.676.5)에 주어져 있다.

강우에 따른 감쇄는 ITU-R P.838에서도 다루고 있으며, 도2에 도시된 바와 같이, 시간당 강우량이 100mm/h인 경우, 감쇄는 대략 3.0~3.3dB/0.1km 이다. 이 감쇄 값은 개략적인 차량용 레이더의 탐지범위를 100m로 잡았을 때, 왕복거리(200m)에서 발생하는 감쇄 값은 6~6.6dB정도인 것을 알 수 있다. 도2는 시간당 강우량에 따른 70GHz 대역의 수평/수직 편파별 감쇄정도를 나타낸 그래프이다.

강우나 강설의 기상조건에서 발생하는 차량용 레이더 전파의 감쇄는 규칙적인 증가 및 감소의 특성을 보이므로, 강수량을 추정할 수 있는 기준으로 활용할 수 있다.

본 발명은 차량용 레이더 전파가 강우나 강설의 기상조건일 때 일으키는 감쇄를 이용하여, 차량이 이동하는 지역의 강수량을 측정하는 차량의 기상관측 장치를 제공하는데 그 발명의 목적이 있다.

본 발명의 부가적인 특성 및 이점들은 아래의 설명에 기재될 것이며, 부분적으로는 상기 설명에 의해 명백해지거나 본 발명의 실행을 통해 숙지될 것이다. 본 발명의 목표 및 다른 이점들은 특히 아래 기재된 설명 및 부가된 도면뿐만 아니라 청구항에서 지적한 구조에 의해 구현될 것이다.

본 발명은 전방 또는 좌우 측방 감지용 레이더 센서를 이용하여, 강수량을 추정하도록 하는 차량의 기상관측 장치 및 방법을 구현함으로써, 기존의 차량제어 시스템(AVCS)의 레이더 장치를 기상관측에 활용하였다.

본 발명에 따른 차량의 기상관측 장치는 이동중인 차량이 주변 지역의 기상정보(예: 강수량, 습도, 온도, 안개, 풍속, 풍향 등)를 측정할 수 있도록 함으로써, 차량이 기상관측의 수단으로서 활용될 수 있도록 하였고 그에 따라 보다 정밀하고 효과적인 기상관측 시스템을 갖출 수 있는 기반을 제공하였다.

도1은 공기와 수증기에 대한 일반적인 가시거리 통신 주파수의 손실특성을 나타낸 그래프.
도2는 시간당 강우량에 따른 70GHz 대역의 수평/수직 편파별 감쇄정도를 나타낸 그래프.
도3의 a)는 본 발명에 따른 차량의 기상관측 장치의 예시도.
도3의 b)는 레이더부에서 출력되는 신호들의 방향과 주파수를 나타낸 예시도.
도4는 본 발명에 따른 차량의 기상관측 장치를 나타낸 블록 구성도.
도5는 빗방울의 크기와 형태에 따른 수평/수직의 편차를 나타낸 도면.
도6은 강우량에 따른 24GHz와 77GHz의 편파별 감쇄정도를 나타낸 그래프.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량의 기상관측 장치는,

차량 주변의 온도, 습도, 풍속, 풍향을 검출하는 센서부와, 차간거리 측정을 위해 차량의 전방이나 좌우측방으로 소정 주파수의 신호를 출력하는 레이더부와, 상기 레이더부에서 출력되는 전파의 손실특성을 이용하여, 강우량 또는 강설량을 추정하는 제어부와, 주행중인 차량 주변의 풍광을 촬영하여 해당 지역의 기상상황을 진달할 수 있는 이미지를 생성하는 촬영부와, 상기 센서부와 제어부에서 검출된 기상정보와, 촬영부의 이미지 정보를 저장하는 메모리부와, 상기 메모리부에 저장된 정보를 원격지의 기상서버로 전송하는 통신부를 포함하여 구성된다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량을 이용한 기상관측 방법은,

차량의 센서부를 통해 차량 주변의 온도, 습도, 풍속, 풍향을 검출하는 과정과, 차간거리 측정을 위해 차량의 전방이나 좌우측방으로 소정 주파수 신호를 출력하는 레이더부의 전파 손실특성을 이용하여, 강수량을 추정하는 과정과, 주행중인 차량 주변의 기상상황을 촬영하는 과정과, 상기 검출, 추정, 촬영된 기상관련 정보들과 이미지를 원격지의 기상 서버로 전송하는 과정을 포함하여 이루어진다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 착안점은 강우나 강설의 기상조건에서 강수량에 따라 차량용 레이더 전파의 감쇄가 규칙적인 증감을 보이는 특성을 이용하여 강수량을 추정하도록 하는 차량의 기상관측 장치 및 방법을 구현하는데 있다.

도3의 a)는 본 발명에 따른 차량의 기상관측 장치의 예시도이다.

도3의 a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기상관측 장치(100)는 차량의 레이더부(120)를 이용하여 기상조건(예: 강우, 강설 등)을 관측한다. 상기 레이더부(120)는 전방감지용 밀리미터파 레이더로서, 주로 자동차에 장착하여 전방으로 송신된 밀리미터파의 반사파와의 도플러 주파수 편이와 시간 차를 이용하여 주행차량과 선행차량 간의 상대속도와 거리를 판별하여 주는 장치이다. 전방감지용 밀리미터파 레이더는 차간 거리가 급격히 가까워질 경우 브레이크를 작동시켜 충돌을 경감시키거나 경보 등을 울려 위험을 알리는 등 여러 가지 종류의 충돌 경감 및 방지 시스템에서부터 나아가 자동주행 등을 가능하게 하는 응용기술에 활용된다.

도4는 본 발명에 따른 차량의 기상관측 장치를 나타낸 블록 구성도이다.

도4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 차량의 기상관측 장치(100)는 센서부(110), 레이더부(120), 촬영부(130), 제어부(140), 메모리부(150), 통신부(160)를 포함하여 구성된다. 여기서, "포함"의 의미는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 추가할 수 있는 것으로 해석한다. 이는 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때에도 동일하게 적용된다.

상기 센서부(110)는 차량 주변의 온도, 습도, 풍속, 풍향을 검출한다. 이를 위해, 상기 센서부(110)는 차량 주변의 온도를 검출하는 온도 센서, 차량 주변의 습도를 검출하는 습도 센서, 차량 주변에서 부는 바람의 속도를 검출하는 풍속 센서, 차량 주변에서 부는 바람의 방향을 검출하는 풍향센서 등을 포함하여 구성된다.

상기 레이더부(120)는 이미 언급한 바와 같이 전방감지용 밀리미터파 레이더로서, 도3의 b)에 도시된 바와 같이, 차간거리 측정을 위해 차량의 전방이나 좌우측방으로 소정 주파수의 신호를 출력한다.

상기 레이더부(120)는 차량의 전방으로 77GHz의 주파수를 출력하는 제1레이더부(124)와, 차량의 좌우측방으로 24GHz의 주파수를 출력하는 제2레이더부(128)를 포함하여 구성된다.

상기 제1레이더부(124)는 차량 전면부 일측에 구비되어, 차량의 전방으로 77GHz의 주파수를 출력한다.

상기 제2레이더부(128)는 차량의 좌우측면부 일측에 구비되며, 차량의 좌,우측방으로 24GHz의 주파수를 출력한다.

상기 제어부(140)는, 상기 레이더부(120)에서 출력되는 전파(예: 24GHz와 77GHz 주파수의 레이더 신호)가 사물(예: 다른 차량 등)에 부딪혀 반사되어 돌아오는 신호의 손실특성을 이용하여, 강수량(예: 강우량, 강설량, 안개 등)을 추정한다.

본 발명에 따른 제어부(140)는 대략 4가지 방식으로 강수량을 추정할 수 있다.

첫째, 각 주파수별 감쇄정도의 차이를 가지고 강수량(예: 강우량, 강설량, 안개 등)을 추정한다. 레이더의 순수반사도(또는 출력전력)와 측정된 리턴 반사도(또는 측정전력)의 차이를 측정거리로 나누면 단위길이(1km)당 감쇄정도를 추정할 수 있다.

둘째, 두 주파수(24GHz & 77GHz)의 감쇄차이를 이용하여 강수량을 추정한다. 두 주파수(24GHz & 77GHz)는 강수량에 따라 감쇄정도가 다른 특성(감쇄차이)을 가지고 있다.

셋째, 하나의 주파수(예: 24GHz 또는 77GHz)에서 수직/수평의 편파별 감쇄정도의 차이를 가지고 강우량을 추정한다. 약한 강우에서, 비는 원형의 형태를 유지하지만 강한 강우에서는 타원형의 형태를 띤다. 따라서 동일한 주파수에서, 비에 대한 수평과 수직의 반사도는 강우량에 따라 다른 감쇄특성을 보인다. 본 발명은 이와 같은, 수직/수평 편파에 따른 감쇄정도의 차이를 가지고 강우량을 추정할 수 있다.

넷째, 두 주파수(24GHz & 77GHz)의 감쇄차이 및 수직/수평의 편파별 감쇄차이를 이용하여 강수량을 추정한다. 본 추정방식은 상기 첫째, 둘째, 셋째 방식들을 융합하여 강수 정보를 산출할 수 있다.

제어부(140)는 또한, 두 주파수(24GHz & 77GHz)의 감쇄차이 및 편파별 감쇄차이를 이용하여 강수타입을 추정한다. 약한 강우와 강한 강우, 그리고 강설 또는 안개 등에 따라 주파수별 편파별 감쇄의 정도에 차이가 있다. 따라서 본 발명은 이를 종합적으로 이용하여 강수 타입을 추정하게 된다.

상기 촬영부(130)는 주행중인 차량 주변의 풍광을 촬영하여 해당 지역의 기상상황을 진단할 수 있도록 이미지를 생성한다.

상기 메모리부(150)는 상기 센서부(110)와 제어부(140)에서 검출된 기상정보(예: 강수량, 습도, 온도, 안개, 풍속, 풍향 등)와, 촬영부(130)의 이미지 정보를 저장한다.

상기 통신부(160)는 상기 메모리부(150)에 저장된 정보를 원격지의 기상 서버(미도시)로 전송한다. 통신부(160)는 상기 기상서버와 통신하는 통신모듈을 포함하며, 적용가능한 무선통신 기술로는 WLAN(Wireless LAN)(Wi-Fi), Wibro(Wireless broadband), Wimax(World Interoperability for Microwave Access), HSDPA(High Speed Downlink Packet Access) 등이 있다.

도3의 b)는 레이더부에서 출력되는 신호들의 방향과 주파수를 나타낸 예시도이다.

도3의 a)와 b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제1, 제2레이더부(124, 128) 각각은 안테나(120a), RF유닛(120b), 신호 처리부(120c, Digital Signal Processor), 인식부(120d)를 포함하여 구성된다.

상기 안테나(120a)는 상기 RF유닛(120b)의 레이더 신호를 공중으로 송출하고, 사물(예: 다른 차량 등)에 부딪혀 반사되어 돌아오는 신호를 수집한다. 안테나(120a)는 상기 RF유닛(120b)으로부터 전송받은 레이더 신호를 출력하고 반사되는 신호를 수신하기 위한 GHz 밀리미터파(Millimeter Wave) 레이더 프론트 엔드(Front-End) 모듈 일체형으로 제작된다.

상기 RF유닛(120b)은 전압제어발진기(미도시, VCO(Voltage Controlled Oscillator))에서 전송되는 GHz의 기준신호 값에서 상기 안테나(120a)에 수집된 신호의 차이 값을 구하는 소자이다. 상기 전압제어발진기(VCO)는 외부에서 인가된 전압으로 원하는 발진 주파수를 출력할 수 있게 해주는 장치로, 리니어라이저(Linearizer)의 신호를 입력받아 중심주파수 77GHz(or 24GHz) 주변에서 기준신호 값을 출력한다.

상기 신호 처리부(120c)는, 상기 RF유닛(120b)으로부터 수집(스캐닝)된 신호를 입력받아 기상관측 장치(100)에서 처리 가능한 디지털 신호로 변환시킨다. 신호 처리부(120c)는 인식부(120d)를 내장한다.

상기 인식부(120d)는 상기 신호 처리부(120c) 내부에 구비되는 구성 소자로서, 레이더 신호를 해석한다. 인식부(120d)는 레이더 센서에 의해 관측된 신호로부터 거리, 로브(Lobe)의 개수 및 밴드 폭(Band Width), 이득(Gain) 등의 데이터를 해석하여 격자화된 표시공간에 각 격자의 점유확률을 구한다.

본 발명에 따른 차량의 기상관측 장치(100)는 상기 레이더부(120)에서 출력되는 24GHz와 77GHz 주파수의 신호가 사물(예: 다른 차량 등)에 부딪혀 반사되어 돌아오는 동안의 손실특성을 이용하여, 강수량(예: 강우량, 강설량)을 추정한다.

본 발명에 따라 강수량을 추정하는 4가지 방식을 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

레이더 신호의 반사도는 하기 [수식1]로서 정의된다.

[수식 1]

Z_h _,v(r)=Z^m _h _,v(r) + 2A_h _,v(r)

여기서, 상기 h는 수평방향을 가리키고, 상기 v는 수직방향을 가리킨다. 상기 Z_h,v(r)은 감쇄전의 순수 반사도이고(100m 이내의 근거리에선 기상현상 (예: 강우나 강설 등)이 균일하다고 가정할 수 있으므로 Z_h _,v(r)은 출력신호와 같다고 할 수 있다), 상기 Z^m _h,v(r)은 감쇄된 즉, 측정된(돌아온) 반사도이다. 그리고 상기 2A_h _,v(r)은 거리 r에서 돌아온 신호의 총 감쇄량이다.

상기 Z(r)과 A(r)은 주파수와 편파(수평과 수직)에서 각기 다른 특성을 갖는다.

강수량을 추정하는 첫번째 방식으로서, 본 발명은 각 주파수(예: 24GHz 또는 77GHz)별 감쇄 정도의 차이를 가지고 강수량(예: 강우량 및 강설량)을 추정한다.

레이더의 순수반사도(or 출력전력)와 측정된 리턴반사도(or 측정전력)의 차이를 측정거리로 나누면 단위길이(1km)당 감쇄를 추정할 수 있다. 예를 들면, 50m 거리에서 돌아온 신호(77GHz 주파수)가 20dBZ (반사도 단위)이고 측정 반사도가 18 dBZ라면 단위길이(1km)당 감쇄는 (20-18)/0.05= 40 dB/km이다.

두번째 방식으로서, 본 발명은 두 주파수의 감쇄차이를 이용하여 강수량을 추정한다.

24GHz의 주파수와 77GHz의 주파수는 강수량에 따라 감쇄정도가 다른 특성을 가지고 있다. 따라서 상기 [수식 1]에서처럼 각 주파수별 감쇄정도를 계산하고 이를 이용하여 강우량을 추정한다.

하기 [수식 2]는 두 주파수의 감쇄차이를 이용하여 강수량을 추정하는 계산식이다.

[수식 2]

R=f(A²⁴(r), A⁷⁷(r), ΔA(r))

여기서, 상기 R은 강우량이고, 상기 f는 함수기호이고, 상기 A²⁴(r)은 24GHz에서 단위길이당 감쇄이고, 상기 A⁷⁷(r)은 77GHz에서 단위길이당 감쇄이고, ΔA(r)은 상기 A⁷⁷(r)과 A²⁴(r)의 차이(예: A⁷⁷(r)-A²⁴(r))값이다.

세번째 방식으로서, 본 발명은 하나의 주파수(예: 24GHz 또는 77GHz)에서 수직/수평의 편파별 감쇄정도의 차이를 가지고 강수량을 추정한다.

약한 강우에서, 빗방울은 원형의 형태를 유지하지만 강한 강우에서는 도5에 도시된 바와 같이, 타원형의 형태를 띤다. 따라서 동일한 주파수에서, 빗방울에 대한 수평과 수직의 반사도는 강우량에 따라 각기 다른 감쇄특성을 보인다. 본 발명은 이와 같은, 수직/수평 편파에 따른 감쇄정도의 차이를 가지고 강우량을 추정할 수 있다. 도5는 빗방울의 크기에 따른 수평/수직의 편차를 나타낸 도면이다.

하기 [수식 3]은 하나의 주파수에서 편파별 감쇄정도의 차이를 가지고 강수량을 추정하는 계산식이다.

[수식 3]

R=f(A⁷⁷ _h(r), A⁷⁷ _v(r), ΔA⁷⁷ _h,v(r))

여기서, 상기 A⁷⁷ _h(r)은 77GHz에서 수평편파 단위길이당 감쇄이고, 상기 A⁷⁷ _v(r)은 77GHz에서 수직편파 단위길이당 감쇄이고, 상기 ΔA⁷⁷ _h,v(r)은 상기 A⁷⁷ _h(r)과 A⁷⁷ _v(r)의 차이(예: A⁷⁷ _h(r)-A⁷⁷ _v(r))값이다.

네번째 방식으로서, 본 발명은 두 주파수의 감쇄차이 및 수직/수평의 편파별 감쇄차이를 이용하여 강수량을 추정한다.

도6은 강우량에 따른 24GHz와 77GHz의 편파별 감쇄정도를 나타낸 그래프이다.

본 발명은 상기 첫번째, 두번째, 세번째의 방식을 융합하여 강수 정보를 산출할 수 있다. 하기 [수식 4]는 도6에 도시된 바와 같이 두 주파수(예: 24GHz & 77GHz)의 감쇄차이 및 수직/수평 편파별 감쇄차이를 이용하여 강우량을 추정하는 계산식이다.

[수식 4]

R=f(A²⁴ _h(r), A⁷⁷ _h(r), ΔA_h(r), A²⁴ _v(r), A⁷⁷ _v(r), ΔA_v(r), ΔA²⁴ _h,v(r), ΔA⁷⁷ _h,v(r))

본 발명은 두 주파수의 감쇄차이 및 편파별 감쇄차이를 이용하여 강수타입을 추정할 수 있다. 약한 강우 및 강한 강우, 그리고 강설 또는 안개 등에 따라 주파수별 편파별 감쇄의 정도에 차이가 있다. 본 발명은 이를 종합적으로 퍼지이론을 이용하여 강수 타입을 추정할 수 있다.

하기 [수식 5]는 두 주파수의 감쇄차이 및 편파별 감쇄차이를 이용하여 강수타입(예: 약한 강우, 강한 강우, 강설, 안개 등)을 추정하는 퍼지이론의 계산식이다. 본 발명은 하기 [수식 5]의 입력변수 8개에 퍼지이론을 적용하여 강수타입(예: 약한 강우, 강한 강우, 강설, 안개 등)을 추정할 수 있다.

[수식 5]

HD=f(A²⁴ _h(r), A⁷⁷ _h(r), ΔA_h(r), A²⁴ _v(r), A⁷⁷ _v(r), ΔA_v(r), ΔA²⁴ _h,v(r), ΔA⁷⁷ _h,v(r))

본 발명은 도면에 도시된 실시 예(들)를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형이 이루어질 수 있으며, 상기 설명된 실시예(들)의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

이상의 본 발명은 전방 또는 좌우 측방 감지용 레이더 센서를 이용하여, 강수량을 추정하도록 하는 차량의 기상관측 장치 및 방법을 구현함으로써, 기존의 차량제어 시스템(AVCS)의 레이더 장치를 기상관측에 활용하였다.

100 : 차량의 기상관측 장치
110 : 센서부 120 : 레이더부
124 : 제1레이더부 128 : 제2레이더부
120a : 안테나 120b : RF유닛
120c : 신호 처리부 120d : 인식부
130 : 촬영부 140 : 제어부
150 : 메모리부 160 : 통신부

Claims

차량 주변의 온도, 습도, 풍속, 풍향을 검출하는 센서부(110)와;
차간거리 측정을 위해 차량의 전방이나 좌우측방으로 소정 주파수의 신호를 출력하는 레이더부(120)와;
상기 레이더부에서 출력되는 전파의 손실특성을 이용하여, 강우량 또는 강설량을 추정하는 제어부(140)와;
주행중인 차량 주변의 풍광을 촬영하여 해당 지역의 기상상황을 진달할 수 있는 이미지를 생성하는 촬영부(130)와;
상기 센서부와 제어부에서 검출된 기상정보와, 촬영부의 이미지 정보를 저장하는 메모리부(150)와;
상기 메모리부에 저장된 정보를 원격지의 기상서버로 전송하는 통신부(160)를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량의 기상관측 장치.
제1항에 있어서, 상기 레이더부(120)는
차량의 전방으로 77GHz의 주파수를 출력하는 제1레이더부(124)와;
차량의 좌우측방으로 24GHz의 주파수를 출력하는 제2레이더부(128)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량의 기상관측 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부(140)는,
각 주파수별 감쇄 정도의 차이로서 강수량을 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 기상관측 장치.
제1항에 있어서, 상기 제어부(140)는,
강수량에 따라 감쇄정도가 다른 두 주파수의 감쇄차이를 이용하여 강수량을 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 기상관측 장치.
제4항에 있어서, 상기 제어부(140)는,
강수량에 따라 감쇄정도가 다른 24GHz와 77GHz 주파수의 감쇄차이를 이용하여 하기 계산식에 따라 강수량을 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 기상관측 장치.
R=f(A²⁴(r), A⁷⁷(r), ΔA(r))
(상기 R은 강우량이고, 상기 f는 함수기호이고, 상기 A²⁴(r)은 24GHz에서 단위길이당 감쇄이고, 상기 A⁷⁷(r)은 77GHz에서 단위길이당 감쇄이고, ΔA(r)은 상기 A⁷⁷(r)과 A²⁴(r)의 차이(예: A⁷⁷(r)-A²⁴(r))값이다)
제1항에 있어서, 상기 제어부(140)는,
하나의 주파수에서 수직/수평의 편파별 감쇄정도의 차이를 가지고 강수량을 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 기상관측 장치.
제6항에 있어서, 상기 제어부(140)는,
24GHz 또는 77GHz의 주파수에서 수직/수평의 편파별 감쇄정도의 차이를 가지고 하기 계산식에 따라 강수량을 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 기상관측 장치.
R=f(A⁷⁷ _h(r), A⁷⁷ _v(r), ΔA⁷⁷ _h,v(r))
(상기 A⁷⁷ _h(r)은 77GHz에서 수평편파 단위길이당 감쇄이고, 상기 A⁷⁷ _v(r)은 77GHz에서 수직편파 단위길이당 감쇄이고, 상기 ΔA⁷⁷ _h,v(r)은 상기 A⁷⁷ _h(r)과 A⁷⁷ _v(r)의 차이(예: A⁷⁷ _h(r)-A⁷⁷ _v(r))값이다)
제1항에 있어서, 상기 제어부(140)는,
두 주파수의 감쇄차이 및 수직/수평의 편파별 감쇄차이를 이용하여 강수량을 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 기상관측 장치.
제8항에 있어서, 상기 제어부(140)는,
24GHz와 77GHz 주파수의 감쇄차이 및 수직/수평의 편파별 감쇄차이를 이용하여 하기 계산식에 따라 강수량을 추정하는 것을 특징으로 하는 차량의 기상관측 장치.
R=f(A²⁴ _h(r), A⁷⁷ _h(r), ΔA_h(r), A²⁴ _v(r), A⁷⁷ _v(r), ΔA_v(r), ΔA²⁴ _h,v(r), ΔA⁷⁷ _h,v(r))
차량의 센서부(110)를 통해 차량 주변의 온도, 습도, 풍속, 풍향을 검출하는 과정과;
차간거리 측정을 위해 차량의 전방이나 좌우측방으로 소정 주파수 신호를 출력하는 레이더부(120)의 전파 손실특성을 이용하여, 강수량을 추정하는 과정과;
주행중인 차량 주변의 기상상황을 촬영하는 과정과;
상기 검출, 추정, 촬영된 기상관련 정보들과 이미지를 원격지의 기상 서버로 전송하는 과정을 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 기상관측 방법.
제10항에 있어서, 상기 레이더부(120)는
차량의 전방으로 77GHz의 주파수를 출력하는 제1레이더부(124)와;
차량의 좌우측방으로 24GHz의 주파수를 출력하는 제2레이더부(128)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 기상관측 방법.
제10항에 있어서, 상기 강수량 추정과정은,
각 주파수별 감쇄 정도의 차이로서 강수량을 추정하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 기상관측 방법.
제10항에 있어서, 상기 강수량 추정과정은,
강수량에 따라 감쇄정도가 다른 두 주파수의 감쇄차이를 이용하여 강수량을 추정하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 기상관측 방법.
제13항에 있어서, 상기 강수량 추정과정은,
강수량에 따라 감쇄정도가 다른 24GHz와 77GHz 주파수의 감쇄차이를 이용하여 하기 계산식에 따라 강수량을 추정하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 기상관측 방법.
R=f(A²⁴(r), A⁷⁷(r), ΔA(r))
(상기 R은 강우량이고, 상기 f는 함수기호이고, 상기 A²⁴(r)은 24GHz에서 단위길이당 감쇄이고, 상기 A⁷⁷(r)은 77GHz에서 단위길이당 감쇄이고, ΔA(r)은 상기 A⁷⁷(r)과 A²⁴(r)의 차이(예: A⁷⁷(r)-A²⁴(r))값이다)
제10항에 있어서, 상기 강수량 추정과정은,
하나의 주파수에서 수직/수평의 편파별 감쇄정도의 차이를 가지고 강수량을 추정하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 기상관측 방법.
제15항에 있어서, 상기 강수량 추정과정은,
24GHz 또는 77GHz의 주파수에서 수직/수평의 편파별 감쇄정도의 차이를 가지고 하기 계산식에 따라 강수량을 추정하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 기상관측 방법.
R=f(A⁷⁷ _h(r), A⁷⁷ _v(r), ΔA⁷⁷ _h,v(r))
(상기 A⁷⁷ _h(r)은 77GHz에서 수평편파 단위길이당 감쇄이고, 상기 A⁷⁷ _v(r)은 77GHz에서 수직편파 단위길이당 감쇄이고, 상기 ΔA⁷⁷ _h,v(r)은 상기 A⁷⁷ _h(r)과 A⁷⁷ _v(r)의 차이(예: A⁷⁷ _h(r)-A⁷⁷ _v(r))값이다)
제10항에 있어서, 상기 강수량 추정과정은,
두 주파수의 감쇄차이 및 수직/수평의 편파별 감쇄차이를 이용하여 강수량을 추정하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 기상관측 방법.
제17항에 있어서, 상기 강수량 추정과정은,
24GHz와 77GHz 주파수의 감쇄차이 및 수직/수평의 편파별 감쇄차이를 이용하여 하기 계산식에 따라 강수량을 추정하는 것을 특징으로 하는 차량을 이용한 기상관측 방법.
R=f(A²⁴ _h(r), A⁷⁷ _h(r), ΔA_h(r), A²⁴ _v(r), A⁷⁷ _v(r), ΔA_v(r), ΔA²⁴ _h,v(r), ΔA⁷⁷ _h,v(r))