KR101534225B1 - 레이더 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이더 장치에 관한 것으로서, 특히, 전방에 있거나 전방에서 종방향으로 움직이는 물체뿐만 아니라, 전방에서 횡방향에 있거나 횡방향으로 움직이는 물체(예: 보행자 등)도 정확하게 감지할 수 있는 레이더 장치에 관한 것이다.

Description

레이더 장치{RADAR APPARATUS}

본 발명은 레이더 장치에 관한 것이다.

레이더 장치는 차량 등에 장착되어 주변에 있는 물체를 감지하기 위한 감지 장치로서, 차량 분야의 경우, ACC (Adaptive Cruise Control) 시스템, 차선 유지 제어 시스템, 충돌 방지 제어 시스템 등의 제어 시스템의 제어 기능을 수행하기 위한 정보를 획득하는데 이용된다.

이러한 종래의 레이더 장치는, 주로, 신호가 송신되는 정면 방향(예: 차량이 주행하는 방향)에 있거나 움직이는 물체에 대한 종방향 정보(예: 종방향 거리, 종방향 속도 등)를 획득하여 물체 감지를 수행한다.

따라서, 종래의 레이더 장치는, 신호가 송신되는 정면 방향(종방향)이 아니라, 횡방향(측면 방향)에 있거나 횡방향으로 움직으로 물체를 제대로 감지하지 못하는 문제점이 있어왔다.

이로 인해, 일 예로, 차량에 장착된 종래의 레이더 장치는, 차량 측면에 있는 보행자 또는 도로를 횡단하는 보행자, 즉, 횡방향에 있거나 횡방향으로 움직이는 보행자를 감지하지 못하게 되어, 차량과 보행자가 충돌하여 큰 인명사고가 자주 발생하고 있다.

이에 따라, 세계 각국에서는 보행자 보호 규정을 만들어 차량이 이러한 보행자 보호 규정을 만족하도록 강제하고 있는 상황이다.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 전방에 있거나 전방에서 종방향으로 움직이는 물체뿐만 아니라, 전방에서 횡방향에 있거나 횡방향으로 움직이는 물체(예: 보행자 등)도 정확하게 감지할 수 있는 레이더 장치를 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 감지영역별로 다른 거리분해능을 갖는 레이더 장치를 제공하는 데 있다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 하나 이상의 송신안테나와, 제1간격만큼 이격되어 배치되는 n개의 제1수신안테나와, 제2간격만큼 이격되어 배치되는 m개의 제2수신안테나를 포함하는 안테나부; 및 상기 n개의 제1수신안테나를 통해 수신된 신호에 기초하여 제1감지영역에 있는 물체를 감지하는 제1감지처리와, 상기 m개의 제2수신안테나를 통해 수신된 신호에 근거하여 상기 제1감지영역보다 감지각도가 큰 제2감지영역에 있는 물체를 감지하는 제2감지처리 중 하나 이상을 수행하는 물체 감지부를 포함하는 레이더 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치의 안테나 설계 시, n개의 제1수신안테나의 제1간격은 m개의 제2수신안테나의 제2간격보다 크게 설정되어, 설정된 간격 정보에 따라 n개의 제1수신안테나와 m개의 제2수신안테나가 배치된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치의 안테나 설계 시, m개의 제2수신안테나의 제2간격은, 제2감지영역의 감지각도가 미리 정의된 그래이팅 로브(Grating Lobe) 미발생 각도 범위가 되도록 결정된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치는, 제1감지영역에서의 물체 감지에 대한 제1거리분해능과 상기 제2감지영역에서의 물체 감지에 대한 제2거리분해능은 다르게 설정된다.

일 예로, 제2감지처리를 위해 미리 정의된 제2거리분해능은, 제1감지처리를 위해 미리 정의된 제1거리분해능보다 높게 설정된다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치는, 상기 제2신호의 발생을 위한 주파수 변조 시 사용되는 주파수 대역폭을, 상기 제1신호의 발생을 위한 주파수 변조 시 사용되는 주파수 대역폭보다 넓게 설정해두고, 신호의 주파수 변조를 수행한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전방에 있거나 전방에서 종방향으로 움직이는 물체뿐만 아니라, 전방에서 횡방향에 있거나 횡방향으로 움직이는 물체(예: 보행자 등)도 정확하게 감지할 수 있는 레이더 장치를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 감지영역별로 다른 거리분해능을 갖는 레이더 장치를 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치의 감지 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치의 2가지 감지영역을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치에 대한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치의 안테나 구조를 개략화하여 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치의 변조 특성을 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 종방향(차량의 전방 또는 후방)에 있거나 종방향으로 움직이는 물체뿐만 아니라 횡방향(차량의 측 방향)에 있거나 횡방향으로 움직이는 물체(예: 보행자 등)도 감지가 가능한 감지 특성을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 상기 감지 특성을 갖기 위해, 물체 감지영역으로서, 일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 종방향에 있거나 종방향으로 움직이는 물체를 감지하기 위한 제1감지영역(예: 장거리 감지영역)과, 종방향에 있거나 종방향으로 움직이는 물체뿐만 아니라 횡방향에 있거나 횡방향으로 움직이는 물체도 감지하기 위한 제2감지영역(예: 근거리 감지영역 또는 중거리 감지영역)을 갖는다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 제1감지영역에서의 물체 감지에 대한 제1거리분해능과 제2감지영역에서의 물체 감지에 대한 제2거리분해능을 다르게 설정할 수 있다.

예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 제1감지영역에서의 거리분해능보다 제2감지영역에서의 거리분해능이 더 높은 특성을 갖는다. 즉, 레이더 장치(100)는, 제2감지영역에서는 제1감지영역에 비해 더 작은 크기의 물체를 정확하게 식별할 수 있는 특성을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 전술한 바와 같은 감지 특성 및 감지영역을 갖기 위하여, 새로운 안테나 구조 및 변조(Modulation) 구성을 갖는다.

아래에서, 이상에서 간략하게 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)에 대하여 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)에 대한 블록도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 하나 이상의 송신안테나와, 제1간격만큼 이격되어 배치되는 n개의 제1수신안테나와, 제2간격만큼 이격되어 배치되는 m개의 제2수신안테나를 포함하는 안테나부(310); 및 n개의 제1수신안테나를 통해 수신된 신호에 기초하여 제1감지영역에 있는 물체를 감지하는 제1감지처리와, m개의 제2수신안테나를 통해 수신된 신호에 근거하여 제1감지영역보다 감지각도가 큰 제2감지영역에 있는 물체를 감지하는 제2감지처리 중 하나 이상을 수행하는 물체 감지부(330) 등을 포함한다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 제1감지영역에서의 물체를 감지하는 제1감지처리를 위해 주파수 변조된 제1신호를 발생시키고, 제2감지영역에서의 물체를 감지하는 제2감지처리를 위해 주파수 변조된 제2신호를 발생시키는 신호 발생부(320) 등을 더 포함할 수 있다.

아래에서는, 도 4를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)의 안테나 구조에 대하여 설명한다.

전술한 바와 같이, 레이더 장치(100)의 안테나부(310)는 물체 감지를 위해 발생된 신호를 송신하는 하나 이상의 송신안테나와, 하나의 송신안테나에서 송신된 신호가 주변에 있는 물체에 반사된 신호를 수신하는 복수의 수신안테나를 포함한다.

안테나부(310)에 포함된 복수의 수신안테나는, n(n≥2)개의 제1수신안테나와 m(m≥2)개의 제2수신안테나를 포함하는데, 이러한 복수의 수신안테나가 배치되는 안테나 구조를 도 4를 참조하여 설명한다.

도 4를 참조하면, n개의 제1수신안테나(R1, R2, ..., Rn)는 제1간격(d1)만큼 이격되어 배치되고, m개의 제2수신안테나(r1, r2, ... , rm)는 제2간격(d2)만큼 이격되어 배치된다.

여기서, n개의 제1수신안테나(R1, R2, ..., Rn)는 제1감지영역에서의 물체 감지를 위한 신호를 수신하는 안테나이고, m개의 제2수신안테나(r1, r2, ... , rm)는 제2감지영역에서의 물체 감지를 위한 신호를 수신하는 안테나이다.

먼저, 횡방향에 있거나 횡방향으로 움직이는 물체 감지가 가능한 특성과 관련된 안테나 구조에 대하여 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 제2감지영역은 제1감지영역보다 감지거리는 좁고 감지각도는 큰 감지영역이다. 이때, 제2감지영역은 종래의 레이더 장치에서의 근거리 감지영역보다 더 넓은 감지영역이다.

이로 인해, 종래의 레이더 장치를 이용해서는 감지할 수 없었던 물체(레이더 장치(100)가 장착된 차량의 진행 방향에 대하여 횡방향에 있거나 횡방향으로 움직이는 물체)를 감지할 수 있다. 횡방향에 있거나 횡방향으로 움직이는 물체를 감지할 수 감지영역이 제2감지영역이다.

전술한 감지특성(횡방향에 있거나 횡방향으로 움직이는 물체 감지가 가능한 특성)과 이를 위한 감지영역 특성(제2감지영역이 제1감지영역에 비해 더 넓은 특성)을 위해, n개의 제1수신안테나(R1, R2, ..., Rn)의 제1간격(d1)은, m개의 제2수신안테나(r1, r2, ... , rm)의 제2간격(d2)보다 큰 안테나 구조를 갖는다.

m개의 제2수신안테나(r1, r2, ... , rm)의 제2간격(d2)은, 일 예로, 0.5λ 내지 0.6λ 범위 이내의 값일 수 있다. 여기서, λ는 레이더 장치(100)의 신호 파장이다.

이와 같이, 제2간격(d2)을 0.5λ~0.6λ 범위 이내의 값으로 설정함으로서, FOV (Field Of View) 내에서 그레이팅 로브(Grating Lobe)가 발생하지 않아, m개의 제2수신안테나(r1, r2, ... , rm)를 통해 수신된 신호를 이용하여 물체를 감지할 수 있는 제2감지영역은 더 넓게 확장될 수 있다. 이때, 제2감지영역의 감지각도는 -50°~ +50°범위 이상이 될 수 잇다.

한편, 그래이팅 로브 미발생 각도 범위가 미리 정의되어 있는 경우, 제2간격(d2)은, 제2감지영역의 감지각도가 미리 정의된 그래이팅 로브(Grating Lobe) 미발생 각도 범위가 되도록 결정된 값일 수 있다.

제2간격(d2)은, 제2감지영역의 감지각도가 레이더 장치(100)의 정방향을 기준으로 -θ ~ +θ 범위가 되도록 결정된 값이되, θ는 50°이상일 수 있다. 여기서, -θ ~ +θ 범위는 미리 정의된 그래이팅 로브(Grating Lobe) 미발생 각도 범위일 수 있다.

제1간격(d1)은 제2간격(d1)보다 큰 값으로 설정되므로, n개의 제1수신안테나(R1, R2, ..., Rn)를 통해 수신된 신호를 분석해보면, 메인 빔(Main beam)의 폭(Width)은 샤프(Sharp)해지지만 그래이팅 로브(Grating Lobe)가 발생하기 때문에, n개의 제1수신안테나(R1, R2, ..., Rn)를 통해 수신된 신호를 이용하여 물체를 감지할 수 있는 제1감지영역은 제2감지영역보다 좁아지게 된다.

한편, 제2감지영역에서는 제1감지영역에 비해 더 작은 크기의 물체를 정확하게 식별할 수 있는 감지특성과 관련된 변조 특성에 대하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 제1감지영역에서의 물체 감지에 대한 제1거리분해능과 제2감지영역에서의 물체 감지에 대한 제2거리분해능을 다르게 설정할 수 있다.

제1감지영역에서의 물체 감지에 대한 제1거리분해능과 제2감지영역에서의 물체 감지에 대한 제2거리분해능을 다르게 설정하기 위해서, 본 발명의 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 제1감지영역에 대한 제1감지처리를 위한 제1신호를 발생시킬 때와 제2감지영역에 대한 제2감지처리를 위한 제2신호를 발생시킬 때, 다른 변조 정보(예: 주파수 대역폭 등)를 이용하여 주파수 변조를 수행한다.

이와 같이, 제1감지영역에서의 물체 감지에 대한 제1거리분해능과 제2감지영역에서의 물체 감지에 대한 제2거리분해능을 다르게 설정하는 이유를 더 살펴본다.

주행 중인 차량의 종방향에 있는 물체는 차량인 경우가 많고, 차량의 진행방향(종방향)에 대하여 횡방향에 있는 물체는 보행자(차량에 비해 크기가 작은 물체의 예)인 경우가 많다. 즉, 횡방향에 있거나 횡방향으로 움직이는 물체(예: 보행자)는 종방향에 있거나 종방향으로 움직이는 물체(예: 차량)보다 크기가 작은 경우가 많다.

따라서, 횡방향에 있거나 횡방향으로 움직이는 물체(예: 보행자)를 정확하게 감지하기 위해서는, 횡방향에 있거나 횡방향으로 움직이는 물체를 감지하기 위한 제2감지영역에서는 보다 높은 거리분해능이 요구된다.

이런 요구를 충족시키기 위해, 횡방향에 있거나 횡방향으로 움직이는 물체를 감지할 수 있는 감지영역인 제2감지영역에 해당하는 제2감지처리를 위해 미리 정의된 제2거리분해능은, 종방향에 있거나 종방향으로 움직이는 물체를 감지할 수 있는 감지영역인 제1감지영역에 해당하는 제1감지처리를 위해 미리 정의된 제1거리분해능보다 높게 설정된다.

본 명세서에서 "거리분해능(Range Resolution)"은 두 물체의 간격이 얼마만큼 접근해도 2개로 구별할 수 있는지 아닌지 능력의 한계를 나타내는 것으로서, "거리해상도" 또는 "해상도"라고도 한다.

전술한 바와 같이, 제2감지처리를 위해 미리 정의된 제2거리분해능은, 미리 정의된 임계 크기 이하의 물체의 식별이 가능한 최소 거리분해능보다 높게 정의될 수 있다. 여기서, 임계 크기는, 일 예로, 보행자의 크기로서 정의된 값일 수 있다. 보행자의 크기는 몸통의 폭이나 두께 등을 포함하는 사람 신체 사이즈 정보를 참조하여 설정된 값일 수 있다.

이와 같이, 종방향에 있거나 종방향으로 움직이는 물체 감지를 위한 제1거리분해능보다, 횡방향에 있거나 횡방향으로 움직이는 물체 감지를 위한 제2거리분해능를 더 높게 설정하기 위해서, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 제1감지영역에서의 물체 감지를 위한 신호 변조와, 제2감지영역에서의 물체 감지를 위한 신호 변조를 할 때, 동일한 변조 제어 정보(예: 주파수 대역폭)를 이용하지 않고, 다른 변조 제어 정보를 이용한다.

어떠한 변조 제어 정보를 다르게 이용해야 하는지를 살펴보기 위하여, 하기 수학식 1을 통해, 주파수 변조 및 거리분해능 간의 관계를 알아본다.

상기 수학식 1에서, △R은 두 물체를 2개로 구별할 수 있는 거리로서, 이 값이 작을수록 거리분해능이 높아지게 된다. 그리고, c는 광속, τ는 첩 주기(Chirp Durtaton), f는 주파수, B는 주파수 대역폭을 의미한다.

상기 수학식 1을 보면, 광속 c, 주파수 f는 이미 정해져 있는 상수이고, 첩 주기인 τ가 일정하다고 가정하면, 주파수 대역폭 B가 커질수록 두 물체를 2개로 구별할 수 있는 거리 △R가 짧아져서 거리분해능이 높아지게 된다.

이러한 거리분해능과 주파수 대역폭의 관계를 이용하여, 신호 발생부(320)는, 제1감지영역에서보다, 제2감지영역에서 더 높은 거리분해능(제2거리분해능)으로 물체를 감지하기 위하여, 일 예로, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1신호 발생을 위한 주파수 변조 시 사용하는 주파수 대역폭(B1)에 비해, 제2신호 발생을 위한 주파수 변조 시 사용하는 주파수 대역폭(B2)을 큰 값으로 설정해둔다.

즉, 제2신호의 발생을 위한 주파수 변조 시 사용되는 주파수 대역폭(B2)은, 제1신호의 발생을 위한 주파수 변조 시 사용되는 주파수 대역폭(B1)보다 넓게 설정된다.

또한, 제2신호의 발생을 위한 주파수 변조 시 사용되는 주파수 대역폭은, 제2감지처리를 위해 미리 정의된 제2거리분해능이 미리 정의된 임계 크기 이하의 물체의 식별이 가능한 최소 거리분해능 이상이 되도록 설정된 값일 수 있다. 여기서, 임계 크기 이하의 물체는, 일 예로, 횡방향에 있거나 횡방향으로 움직이는 보행자일 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 일 예로, 연속파 레이더(CW: Continuous Wave) 레이더, 주파수 변조 연속파(FMCW: Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더일 수 있다. 여기서, 펄스 변조되지 않은 정현파를 송수신하는 레이더를 연속파(CW) 레이더라고 하는데, 순수한 정현파로는 거리 측정 능력이 매우 부족하므로 반복하여 주파수 변조를 가하는 방식을 FMCW 레이더라고 한다. 이러한 FMCW 레이더는 목표물로부터의 반사 에코와 송신 주파수의 일부를 혼합하여 비트 주파수를 계측함으로써 목표물과 레이더 간의 거리를 계측하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 전방에 있거나 전방에서 종방향으로 움직이는 물체뿐만 아니라, 전방에서 횡방향에 있거나 횡방향으로 움직이는 물체(예: 보행자 등)도 정확하게 감지할 수 있는 레이더 장치를 제공하는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 감지영역별로 다른 거리분해능을 갖는 레이더 장치를 제공하는 효과가 있다.

Claims (7)

1. 하나 이상의 송신안테나와, 제1간격만큼 이격되어 배치되는 n개의 제1수신안테나와, 제2간격만큼 이격되어 배치되는 m개의 제2수신안테나를 포함하는 안테나부; 및
   상기 n개의 제1수신안테나를 통해 수신된 신호에 기초하여 제1감지영역에 있는 물체를 감지하는 제1감지처리와, 상기 m개의 제2수신안테나를 통해 수신된 신호에 근거하여 상기 제1감지영역보다 감지각도가 큰 제2감지영역에 있는 물체를 감지하는 제2감지처리 중 하나 이상을 수행하는 물체 감지부를 포함하되,
   상기 제2간격은, 상기 제2감지영역의 감지각도가 미리 정의된 그래이팅 로브(Grating Lobe) 미발생 각도 범위가 되도록 결정된 값인 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1간격은, 상기 제2간격보다 큰 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2감지처리를 위해 미리 정의된 제2거리분해능은, 상기 제1감지처리를 위해 미리 정의된 제1거리분해능보다 높게 설정된 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1감지처리를 위해 주파수 변조된 제1신호를 발생시키고, 상기 제2감지처리를 위해 주파수 변조된 제2신호를 발생시키는 신호 발생부를 포함하고,
   상기 제2신호의 발생을 위한 주파수 변조 시 사용되는 주파수 대역폭은, 상기 제1신호의 발생을 위한 주파수 변조 시 사용되는 주파수 대역폭보다 넓게 설정되는 레이더 장치.
7. 삭제

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