KR101794620B1 - 레이더 시스템의 안테나 빔 중심 보정방법 - Google Patents

레이더 시스템의 안테나 빔 중심 보정방법 Download PDF

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Abstract

레이더 시스템의 빔 중심각도 보정방법에 관한 것으로, (a) 레이더 시스템의 송수신부에서 주변으로 레이더 신호를 송신하고, 표적에서 반사되는 신호를 수신하는 단계, (b) 제어부에서 수신된 레이더 신호를 이용해서 레이더 검지정보를 검출하는 단계, (c) 상기 레이더 검지정보를 이용해서 복수의 고정 표적을 선택하는 단계 및 (d) 상기 (c)단계에서 선택된 복수의 고정 표적의 분포값 평균 또는 분산을 이용해서 안테나의 빔 중심각도 오차를 보정하는 단계를 포함하는 구성을 마련하여, 레이더 시스템 장착시 안테나의 빔 중심각도를 미세하게 보정하고, 주행 중 진동이나 충격으로 인해 오차가 발생한 빔 중심각도를 정밀하게 보정할 수 있다.

Description

레이더 시스템의 안테나 빔 중심 보정방법{ANTENNA BEAM CENTER ALIGNMENT METHOD OF RADAR SYSTEM}
본 발명은 레이더 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 안테나에서 표적으로 송신되는 레이더 빔의 중심각도를 보정하는 레이더 시스템의 안테나 빔 보정방법에 관한 것이다.
레이더 센서는 마이크로파(microwave)를 이용하여 전파를 송신하고 표적에서 반사된 일부 반사(reflection) 신호를 수신하여 거리, 속도, 각도 정보를 측정하는 감지수단이다.
이러한 레이더 센서는 펄스 도플러 레이더(Pulsed Doppler Radar), 주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, 이하 'FMCW'라 함), 계단형 주파수 연속파(Stepped-Frequency Continous Wave, 이하 'SFCW'라 함), 주파수 편이 방식(Frequency Shift Keying, 이하 'FSK'라 함) 레이더 등의 다양한 레이더 파형(Radar Waveform)을 사용하여 표적정보를 측정한다.
본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 레이더 센서 기술을 개시해서 특허 출원하여 등록받은 바 있다.
특허문헌 1에는 주행 도중에 주변으로 레이더 신호를 송신하고 표적으로부터 반사되는 신호를 수신하는 송수신부, 상기 송수신부를 통해 수신된 신호의 레이더 검지정보에 기초해서 표적과의 충돌 발생 여부를 판단하는 제어부 및 충돌 발생 이전에 충돌 위험 경고를 발생하는 경고부를 포함하고, 상기 레이더 검지정보는 표적과의 거리, 표적의 속도 및 각도 정보를 포함하는 구성을 마련하여, 레이더 검지정보를 이용해서 주변의 표적을 검지하고, 검지된 표적과의 거리, 표적의 속도 및 각도 정보에 따라 충돌 위험을 경고하는 레이더 단말의 충돌 경고 및 사고 기록 방법이 기재되어 있다.
특허문헌 2에는 주행 도중에 주변으로 레이더 신호를 송신하고 표적으로부터 반사되는 신호를 수신하고, 수신된 검지신호를 이용해서 레이더 검지정보를 생성하며, 검지신호에 포함된 근거리 간섭신호를 제거해서 비트 주파수의 스펙트럼을 추출하여 표적과의 거리, 표적의 속도 및 각도 정보를 포함하는 레이더 검지정보를 생성함으로써, 디지털 신호처리 방식으로 근거리 탐지 레이더의 음영지역을 해결하여 근거리 표적에 대한 탐지확률과 표적의 검출 신뢰성을 향상시키는 레이더 장치의 근거리 음영지역 제거방법이 개시되어 있다.
한편, 전방 또는 측후방 감시를 위한 차량용 레이더 시스템에서 탐지된 표적의 위치정보는 거리와 각도로 얻어진다. 여기서, 거리는 레이더와 표적간의 시선거리이고, 각도는 레이더 빔 중심에서 표적까지의 방위 각도를 나타낸다.
즉, 표적의 좌표정보는 시선거리와 각도정보를 가지고 계산된다.
여기서, 차량의 운행과정에서 레이더 시스템의 내부 진동이나 외부 충격 등의 원인으로 레이더 장착각도가 변화하면 레이더 시스템의 안테나에서 조사되는 빔 중심 각도가 변화한다.
이로 인해, 탐지된 표적의 차로가 실제주행 차로와 다르게 인식됨에 따라, 레이더 시스템의 오동작이 발생하는 문제점이 있었다.
즉, 빔 중심각도에 오차가 발생하는 경우, 다른 차로의 차량을 동일 차로의 차량으로 인식하거나, 동일 차로의 차량을 다른 차로의 차량으로 인식함에 따라, 차량의 사고를 유발하거나 차량 주행 중 사고 위험 상태로 판단하여 급제동 등의 불필요한 동작을 수행할 수 있다.
따라서 차량에 장착된 레이더에서 차량 운행 중 발생할 수 있는 안테나의 빔 중심각도 오류를 주기적으로 보정해야만 한다.
이러한 문제점을 해소하기 위하여, 차량용 레이더의 빔 중심 각도를 보정하는 기술이 일 예가 하기의 특허문헌 3 내지 특허문헌 6에 개시되어 있다.
대한민국 특허 등록번호 제10-1513878호(2015년 4월 22일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1505044호(2015년 3월 24일 공고) 대한민국 특허 공개번호 제10-2014-0135410호(2014년 11월 26일 공개) 대한민국 특허 공개번호 제10-2015-0061782호(2015년 6월 5일 공개) 대한민국 특허 공개번호 제10-2016-0081506호(2016년 7월 8일 공개) 대한민국 특허 공개번호 제10-2017-0007913호(2017년 1월 23일 공개)
특허문헌 3 및 특허문헌 4에는 타겟에서 반사되어 수신된 신호의 세기에 근거하여 레이더의 조정각도를 결정하거나, 차량의 발광부들로부터 출력된 신호들이 미리 정해진 거리를 두고 상기 차량의 전면에 배치된 레이더 정렬 패널에 모두 수신되도록 레이더 정렬 패널의 위치와 자세를 조정하고, 리플렉터의 발광부로부터 출력된 신호가 레이더의 미리 정해진 지점에 수신되도록 레이더 정렬 패널에서 리플렉터의 위치를 조정하며, 레이더의 방향각이 기준값에 부합하도록 차량에서 레이더의 위치를 조정하는 구성이 기재되어 있다.
그러나 차량용 레이더 시스템에서 운전자가 레이더 안테나의 빔 중심 오류 여부에 대한 판단이 어렵고, 이를 보정하기 위해 별도의 보정장치가 필요한 문제점이 있었다.
그리고 특허문헌 5는 두 개의 레이더 중 안테나의 빔 중심이 어긋나지 않은 레이더를 판별해야 하는 문제점이 있었다.
또한, 특허문헌 6은 표적의 RCS(Radar Cross Section) 변화에 따라 레이더의 관측 각도범위가 변화하기 때문에, RCS가 큰 표적이 관측되는 경우 오동작이 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량의 주행중 발생하는 진동이나 충격으로 인한 안테나의 빔 중심각도를 정밀하게 보정할 수 있는 레이더 시스템의 안테나 빔 중심 보정방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 안테나의 빔 중심각도를 보정해서 표적의 좌표정보를 정확하게 제공할 수 있는 레이더 시스템의 안테나 빔 중심 보정방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이더 시스템의 빔 중심각도 보정방법은 (a) 레이더 시스템의 송수신부에서 주변으로 레이더 신호를 송신하고, 표적에서 반사되는 신호를 수신하는 단계, (b) 제어부에서 수신된 레이더 신호를 이용해서 레이더 검지정보를 검출하는 단계, (c) 상기 레이더 검지정보를 이용해서 복수의 고정 표적을 추출하는 단계 및 (d) 상기 (c)단계에서 추출된 복수의 고정 표적의 빔 중심각도와 속도 분포값 분산을 이용해서 안테나의 빔 중심각도 오차를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (c)단계에서 제어부는 검출되는 표적의 속도 정보가 레이더와 표적과의 상대 속도와 각도에 따라 변화하는 레이더 Iso-Doppler 특성을 고려하여, 검출된 표적의 상대속도를 보상해서 고정 표적으로 추출하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d)단계는 (d1) 제어부에서 복수의 고정 표적의 측정된 빔 중심각도와 초기 빔 중심각도가 동일하고 속도 분포값이 미리 설정된 임계치 이내인지를 검사하는 단계, (d2) 상기 (d1)단계의 검사결과 측정된 빔 중심각도와 초기 빔 중심작도가 동일하고 속도 분포값이 미리 설정된 임계치 이내인 경우, 빔 중심각도의 정상상태로 판단하는 단계 및 (d3) 측정된 빔 중심각도와 초기 빔 중심각도가 서로 다르거나, 속도 분포값이 미리 설정된 임계치를 초과하는 경우, 빔 중심각도의 오차 발생 상태로 판단하고, 오차를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (d3)단계에서 제어부는 상기 (d3)단계에서 제어부는 수학식 1 내지 수학식 3 중에서 어느 하나를 이용해서 빔 중심각도의 오차를 추정하고, 추정된 오차를 보정하는 것을 특징으로 한다.
Figure 112017023233072-pat00001
......[수학식 1]
Figure 112017023233072-pat00002
...............[수학식 2]
Figure 112017023233072-pat00003
...............[수학식 3]
여기서, θcenter: 안테나의 빔 중심각도, θn, θn +1: 고정 표적의 검출각도, A=Vn/Vn+1, Vn, Vn+1: 고정 표적의 상대속도.
상기 (d)단계는 (d4) 추정된 빔 중심각도 오차가 미리 설정된 한계범위를 초과하는지를 검사하고, 상기 한계범위를 초과하는 경우, 경고 알람을 발생해서 하드웨어적으로 오차 보정을 안내하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이더 시스템의 안테나 빔 중심 보정방법에 의하면, 레이더 시스템 장착시 안테나의 빔 중심각도를 미세하게 보정하고, 주행 중 진동이나 충격으로 인해 오차가 발생한 빔 중심각도를 정밀하게 보정할 수 있다는 효과가 얻어진다.
이에 따라, 본 발명에 의하면, 안테나의 빔 중심각도를 보정해서 표적의 좌표정보를 정확하게 제공할 수 있다는 효과가 얻어진다.
결과적으로, 본 발명에 의하면, 안테나의 빔 중심각도 오차로 인한 오작동을 방지함으로써, 사고 위험 발생 여부를 정확하게 판단하여 사고를 미연에 예방할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 차량용 레이더 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 레이더 시스템의 안테나 빔 중심 보정방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 3은 레이더 Iso-Range, Doppler를 보인 도면,
도 4는 전방 감시 차량용 레이더 시스템에서 고정 표적 검출속도를 측정하는 모의시험 결과를 예시한 도면,
도 5는 전방 감시 차량용 레이더 시스템에서 고정 표적 검출속도를 측정하는 모의시험 결과를 예시한 도면,
도 6은 보정 전후의 고정 표적 분포를 예시한 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이더 시스템의 안테나 빔 중심 보정방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시 예에서는 차량의 충돌방지 및 사고기록 기능을 갖는 차량용 레이더 시스템을 이용해서 설명하기로 한다.
그러나 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, ITS 교통량 측정용 레이더, 레이더 레벨미터, 근거리 변위측정 레이더, 근거리 감응제어 레이더 등 다양한 용도로 사용되는 근거리 탐지 및 검출용 레이더 시스템에 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이더 시스템의 안테나 빔 중심 보정방법을 설명하기에 앞서, 도 1을 참조하여 차량용 레이더 시스템의 구성을 설명한다.
도 1은 차량용 레이더 시스템의 구성도이다.
차량용 레이더 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 차량 주변에 레이더 신호를 송신하고 표적으로부터 반사되는 신호를 수신하는 송수신부(10) 및 송수신부(10)를 통해 수신된 신호의 레이더 검지정보에 기초해서 해당 차량과 타 차량의 충돌 발생 여부를 판단하는 제어부(20)를 포함할 수 있다.
이와 함께, 차량용 레이더 시스템은 충돌 발생 이전에 충돌 위험 경고를 발생하는 경고부(30)와 충돌 발생 시 레이더 검지정보와 레이더 검지정보를 누적해서 생성된 추적 정보를 저장하는 저장부(40)를 더 포함할 수 있다.
송수신부(10)는 레이더 신호를 미리 설정된 방향으로 송신하는 송신 안테나(11)와 표적으로부터 반사되는 신호를 수신하는 수신 안테나(12)가 각각 하나씩 독립적으로 마련되고, LF(low frequency) 형태의 레이더 신호를 RF(radio frequency) 신호로 변환하는 제1 신호 변환기(13), RF 신호의 전력을 증폭하는 전력 증폭기(14), 수신 안테나(12)에서 수신된 신호를 증폭하고 노이즈를 감쇠하는 저잡음 증폭기(15) 및 저잡음 증폭기(15)에서 출력되는 RF 신호를 다시 LF 신호 형태로 변환하여 비트 주파수(beat frequency) 신호를 출력하는 제2 신호 변환기(16)를 포함할 수 있다.
제어부(20)는 FMCW, SFCW, FSK 등의 연속파 형태의 레이더 신호를 발생하는 신호 발생부(21), 송수신부(10)에서 수신된 신호를 이용해서 레이더 검지정보를 생성 가능하도록 신호 처리하는 신호 처리부(22), 신호 처리부(22)의 출력 신호를 이용해서 레이더 검지정보를 생성하는 컨트롤러(23) 및 송수신부(10)의 제2 신호 변환기(16)에서 출력되는 아날로그 형태의 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터(24)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(23)는 신호 처리부(22)의 출력 신호를 이용해서 레이더 검지정보를 생성하고, 생성된 레이더 검지정보를 누적해서 추적 정보를 생성하는 기능을 할 수 있다.
여기서, 상기 레이더 검지정보는 표적과의 거리, 표적의 속도 및 각도정보를 포함하고, 상기 추적 정보는 표적과의 위치 정보(x,y), 표적의 속도 정보(x,y), 가속도 정보(x,y) 및 주행 방향 정보를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 레이더 시스템의 안테나 빔 중심 보정방법은 주변의 표적에 레이더 신호를 송신하고, 고정된 복수의 표적에서 반사되어 수신되는 신호를 이용해서 검지되는 정보에 기초해서 안테나의 빔 중심각도 오차를 보정한다.
그리고 본 발명에 따른 레이더 시스템의 안테나 빔 중심 보정방법은 차량 이동시 차량의 주행 방향과 각 표적 사이의 각도마다 도플러 값이 변화하는 아이소 도플러(Iso-Doppler) 특성을 이용해서 안테나의 빔 중심각도 오차를 보정할 수 있다.
도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 레이더 시스템의 안테나 빔 중심 보정방법을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 레이더 시스템의 안테나 빔 중심 보정방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 2의 S10단계에서 차량용 레이더 시스템의 송수신부(10)는 차량 주변으로 레이더 신호를 송신하고 표적으로부터 반사되는 신호를 수신한다.
그러면, 제어부(20)는 주변의 표적으로부터 반사되어 수신된 신호를 신호처리해서 이동 및 고정 표적에 대한 레이더 검지정보를 검출한다(S12).
본 실시 예에서는 도로 주변의 고정된 표적을 대상으로 함에 따라, 검출된 고정 표적의 속도를 보상해서 고정 표적을 추출한다(S14).
여기서, 고정된 표적의 검출속도(Vn)는 검출된 레이더 검지정보 중에서 레이더 탑재 차량의 자차속도(Vp), 검출각도(θn), 안테나의 빔 초기 중심각도(θinit)를 아래의 수학식 1 및 수학식 2에 대입하여 계산할 수 있다.
Figure 112017023233072-pat00004
Figure 112017023233072-pat00005
여기서, 고정 표적의 개수 n=[1,2,3, …, N]이다.
수학식 2에서 현재 안테나의 빔 중심각도, 즉 오차를 포함한 안테나의 빔 중심각도 θcenter=θinit+Δθ라 하면, 수학식 2는 수학식 3으로 변형될 수 있다.
Figure 112017023233072-pat00006
즉, 수학식 1은 안테나의 빔 중심각도의 오차가 미 발생한 정상상태를 나타내고, 수학식 2는 안테나의 빔 중심각도가 Δθ만큼 오차가 발생한 상태를 나타낸다.
레이더 탑재 차량의 자차속도(Vp)와 안테나 빔의 중심각도(θcenter)는 수학식 3을 이용해서 아래의 수학식 4와 수학식 5로 각각 표현될 수 있다.
Figure 112017023233072-pat00007
Figure 112017023233072-pat00008
예를 들어, 도 3은 레이더 Iso-Range, Doppler를 보인 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 레이더 Iso-Range는 레이더 시스템으로부터 동일 거리를 갖는 지점들을 연결한 원 형태로 표시되고, Iso-Doppler는 레이더 시스템을 중심으로 코사인 곡선 형상으로 표시될 수 있다.
이러한 레이더 Iso-Doppler 특성으로 인하여, 검출되는 표적의 속도 정보는 레이더와 표적과의 상대 속도와 각도에 따라 변화한다.
따라서 본 실시 예에서 제어부(20)는 레이더 Iso-Doppler 특성을 이용하여 레이더 검지정보로 검출된 고정 표적의 속도 정보와 자차속도, 각도 정보를 이용해서 안테나의 빔 중심각도를 보정할 수 있다.
즉, 고정 표적의 경우, 레이더 시스템이 장착된 차량의 주행속도가 Vp이면 고정 표적의 상대속도는 -Vp이므로, 가드레일이나 터널, 가로등, 교량, 방음벽, 전신주와 같은 고정 표적으로 추출할 수 있다.
따라서 본 실시 예에서는 수학식 1에 따라 표적의 상대속도를 보상해서 차량의 주행속도와 동일한 상대속도를 갖는 복수의 고정 표적을 추출하고, 추출된 복수의 고정 표적을 이용해서 안테나의 빔 중심각도 오차 발생 여부를 판단할 수 있다.
여기서, 검출된 고정 표적의 개수가 n개인 경우, 상대속도의 개수도 n개가 검출되며, 고정 표적의 상대속도(Vn)는 레이더 장착차량의 주행속도(Vp)와 크기가 같고 방향이 반대이다.
즉, 고정 표적의 상대속도는 각각 레이더 장착차량의 주행속도와 동일하므로, n개의 고정 표적의 상대속도(V1, V2, V3, …, VN)는 각각 V1=Vp*cos(θcenter+θ1), V2=Vp*cos(θcenter+θ2), V3=Vp*cos(θcenter+θ3), …, VN=Vp*cos(θcenter+θN)과 같이 표현될 수 있다.
물론, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 본 발명은 수학식 4를 이용해서 검출된 표적의 보상속도를 계산하고, 보상속도의 분포값 평균이 -Vp 주변에 분포하지 않고 보상속도 분산이 미리 설정된 임계치 이하일 경우 고정 표적으로 추출할 수도 있다.
또한, 본 발명은 수학식 4를 이용해서 검출된 표적의 보상속도를 계산하고, 자차속도와 보상속도를 뺀 속도보정 분포값 평균이 0㎞/h 주변에 분포하지 않고, 속도보정 분산이 미리 설정된 임계치 이하일 경우, 임의의 샘플들을 선택하여 아래에서 설명할 수학식 7에 대입해서 안테나의 빔 중심각도 오차(θcenter)를 계산한다.
도 4는 안테나의 빔 중심각도 보정에 이용되는 삼각함수 그래프이다.
수학식 5에 기재된 cos-1 함수를 이용하는 경우, cos-1 함수는 도 4에 도시된 바와 같이 0 내지 π 사이의 출력범위를 가진다.
따라서 좌우 구별을 위해, -π/2 내지 +π/2로 출력범위를 변경하여 좌우측 가드레일 정보를 효율적으로 사용할 수 있어야 한다.
이러한 문제점은 tan-1 함수를 이용하는 경우 해결이 가능하다.
예를 들어, 레이더 시스템에서 측정된 속도가 각각 Vn=Vp*cos(θcenter+θn)과 Vn+1=Vp*cos(θcenter+θn+1)인 인접한 2개의 표적의 레이더 검지정보를 활용해서 tan-1 함수를 이용하는 방법을 설명하기로 한다.
2개의 표적의 측정속도의 비는 아래의 수학식 6과 같이 정리될 수 있다.
Figure 112017023233072-pat00009
Vn/Vn +1=A로 치환하면, 안테나의 빔 중심각도 측정값은 수학식 7과 같이 tan-1 함수를 이용해서 표현될 수 있다.
Figure 112017023233072-pat00010
여기서, 빔 중심각도의 오차가 미 발생한 정상 상태인 경우 θcenter= θinit이고, 빔 중심각도의 오차가 발생한 경우 θcenter ≠θinit이다.
따라서 본 발명은 측정된 현재 안테나의 빔 중심각도와 초기 안테나의 빔 중심각도를 비교해서 동일한지 여부를 판단한다.
한편, 본 실시 예에서는 수학식 7을 통해 tan-1 함수를 이용해서 안테나의 빔 중심각도를 보정하는 방법을 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 발명은 수학식 5와 같이 con-1 함수를 이용하거나, 수학식 8과 같이 sin-1 함수를 이용하도록 변경될 수 있다.
Figure 112017023233072-pat00011
그래서 제어부(20)는 안테나 빔 중심각도의 오차 Δθ= θcenter-θinit로 계산하여 보상할 오프셋(offset) 값을 추출한다.
여기서, 초기 안테나의 빔 중심각도는 차량용 레이더 시스템의 안테나가 설치되는 방향에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
예를 들어, 전방을 향해 설치되는 차량용 레이더 시스템의 경우, 초기 안테나의 빔 중심각도는 0°이다.
이러한 전방 차량용 레이더 시스템에서 추출된 고정 표적의 경우, 상대속도(Vn)에서 차량의 주행속도(Vp)를 감산하면, 측정잡음에 의한 영향으로 0㎞/h 중심의 분포를 가지게 된다.
그래서 제어부(20)는 고정 표적의 속도 분포값 분산이 안테나의 빔 중심각도 오차가 레이더 성능에 악영향을 미칠 수 있는 임계치를 넘어서면, 빔 중심각도의 오차가 발생한 것으로 판단하여 보정한다.
예를 들어, 도 5는 전방 감시 차량용 레이더 시스템에서 고정 표적 검출속도를 측정하는 모의시험 결과를 예시한 도면이다.
도 5의 (a)에는 빔 중심각도의 오차가 없는 경우 고정 표적의 보상속도가 도시되어 있고, 도 5의 (b) 내지 (d)에는 빔 중심각도의 오차가 각각 1°, 5°, 10°인 경우 고정 표적의 보상속도가 도시되어 있다.
여기서, 차량의 주행속도는 60㎞/h이고, 안테나의 설치각도는 0°이며, 시야각(Field of View) 각도는 ±30°이다.
다시 도 2의 S16단계에서, 제어부(20)는 측정된 현재 안테나의 빔 중심각도와 초기 안테나의 빔 중심각도가 동일한지와 고정 표적의 속도 분포값 분산이 미리 설정된 임계치 이내인지를 검사하여 빔 중심각도의 오차 발생 여부를 판단할 수 있다.
만약, S16단계의 검사결과, 측정된 현재 안테나의 빔 중심각도와 초기 안테나의 빔 중심각도가 동일하고 고정 표적의 속도 분포값이 미리 설정된 임계치 이내이면, 제어부(20)는 안테나의 빔 중심각도가 정상 상태인 것으로 판단하고 종료하도록 제어한다.
반면, S16단계의 검사결과 측정된 현재 안테나의 빔 중심각도와 초기 안테나의 빔 중심각도가 서로 다르거나 고정 표적의 속도 분포값이 미리 설정된 임계치를 초과하면, 제어부(20)는 빔 중심각도 오차가 발생한 것으로 판단하여 보정 과정을 수행한다.
이때, 제어부(20)는 소프트웨어적인 보정이 불가능하여 하드웨어적으로 빔 중심각도 보정을 하도록 미리 설정된 한계범위를 초과하는지를 검사한다(S18).
상기 한계범위는 레이더 시스템을 이용해서 측정하고자 하는 시야 각도에 따라 다양하게 변경 설정 가능하다.
예를 들어, 상기 한계범위는 약 10° 내지 50°로 설정될 수 있다.
만약, S18단계의 검사결과 빔 중심각도 오차가 상기 한계범위를 초과하는 경우, 제어부(20)는 사용자에게 빔 중심각도 오차 발생을 경고하는 알람을 발생하도록 경고부(30)의 구동을 제어할 수 있다(S20).
이와 같이, 본 발명은 안테나의 빔 중심각도가 한계 범위를 초과하는 경우, 사용자에게 경고 알람을 발생해서 서비스센터를 통해 하드웨어적으로 빔 중심각도를 보정하도록 안내할 수 있다.
한편, S18단계의 검사결과 빔 중심각도 오차가 한계범위 이내인 경우, 제어부(20)는 보정된 안테나의 빔 중심각도를 수학식 1에 대입하여 고정 표적의 검출각도를 보상해서 고정 표적의 상대속도를 보상할 수 있다(S22).
예를 들어, 도 6은 보정 전후의 고정 표적 분포를 예시한 도면이다.
도 6의 (a) 내지 (c)에는 빔 중심각도 오차가 각각 1°, 5°, 10°인 경우 보상 전 고정 표적의 분포가 도시되어 있고, 도 6의 (d) 내지 (f)에는 보상 후 고정 표적의 분포가 도시되어 있다.
도 6의 (a) 내지 (c)에 도시된 바와 같이, 빔 중심각도 오차가 각각 1°, 5°, 10°인 상태에서 빔 중심각도를 각각 수학식 5에 의해 추정된 각도, 즉 1.001°, 5.0126°, 10.1021°만큼 보정하면, 도 6의 (d) 내지 (f)에 도시된 바와 같이, 빔 중심각도의 오차를 보상할 수 있다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 레이더 시스템 장착시 안테나의 빔 중심각도를 미세하게 보정하고, 주행 중 진동이나 충격으로 인해 오차가 발생한 빔 중심각도를 정밀하게 보정할 수 있다.
이에 따라, 본 발명은 안테나의 빔 중심각도를 보정해서 표적의 좌표정보를 정확하게 제공할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 복수의 고정 표적의 상대속도를 이용해서 안테나의 빔 중심각도 오차를 보정하는 레이더 시스템의 안테나 빔 보정방법 기술에 적용된다.
10: 송수신부 11: 송신 안테나
12: 수신 안테나 13: 제1 신호 변환기
14: 전력 증폭기 15: 저잡음 증폭기
16: 제2 신호 변환기 20: 제어부
21: 신호 발생부 22: 신호 처리부
23: 컨트롤러 24: AD 컨버터
25: 저장유닛 26: 필터유닛
27: 비교유닛 28: 알람발생유닛
30: 경고부 40: 저장부

Claims (5)

  1. 주변으로 레이더 신호를 송신하고, 표적에서 반사되는 신호를 수신해서 표적을 추적하는 레이더 시스템의 빔 중심각도 보정방법에 있어서,
    (a) 레이더 시스템의 송수신부에서 주변으로 레이더 신호를 송신하고, 표적에서 반사되는 신호를 수신하는 단계,
    (b) 제어부에서 수신된 레이더 신호를 이용해서 레이더 검지정보를 검출하는 단계,
    (c) 상기 레이더 검지정보를 이용해서 복수의 고정 표적을 추출하는 단계 및
    (d) 상기 (c)단계에서 추출된 복수의 고정 표적의 빔 중심각도와 분포값 분산을 이용해서 안테나의 빔 중심각도 오차를 보정하는 단계를 포함하고,
    상기 (c)단계에서 제어부는 검출되는 표적의 속도 정보가 레이더와 표적과의 상대 속도와 각도에 따라 변화하는 레이더 Iso-Doppler 특성을 고려하여, 검출된 표적의 상대속도를 보상해서 고정 표적으로 추출하며,
    상기 (d)단계는 (d1) 상기 제어부에서 복수의 고정 표적의 측정된 빔 중심각도와 초기 빔 중심각도가 동일하고 속도 분포값이 미리 설정된 임계치 이내인지를 검사하는 단계,
    (d2) 상기 (d1)단계의 검사결과 측정된 빔 중심각도와 초기 빔 중심각도가 동일하고 속도 분포값이 미리 설정된 임계치 이내인 경우, 빔 중심각도의 정상상태로 판단하는 단계 및
    (d3) 측정된 빔 중심각도와 초기 빔 중심각도가 서로 다르거나, 속도 분포값 이 미리 설정된 임계치를 초과하는 경우, 빔 중심각도의 오차 발생상태로 판단하고, 오차를 보정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템의 빔 중심각도 보정방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (d3)단계에서 제어부는 수학식 1 내지 수학식 3 중에서 어느 하나를 이용해서 빔 중심각도의 오차를 추정하고, 추정된 오차를 보정하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템의 빔 중심각도 보정방법.
    Figure 112017074591615-pat00012
    ......[수학식 1]
    Figure 112017074591615-pat00013
    ...............[수학식 2]
    Figure 112017074591615-pat00014
    ...............[수학식 3]
    여기서, θcenter: 안테나의 빔 중심각도, θn, θn+1: 고정 표적의 검출각도, A=Vn/Vn+1, Vn, Vn+1: 고정 표적의 상대속도.
  5. 제4항에 있어서, 상기 (d)단계는
    (d4) 추정된 빔 중심각도 오차가 미리 설정된 한계범위를 초과하는지를 검사하고, 상기 한계범위를 초과하는 경우, 경고 알람을 발생해서 하드웨어적으로 오차 보정을 안내하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템의 빔 중심각도 보정방법.
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