KR102026262B1 - 레이더 센서 시스템 및 그 감지 방법 - Google Patents

레이더 센서 시스템 및 그 감지 방법 Download PDF

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Abstract

레이더 센서 시스템 및 그 감지 방법이 개시된다. 레이더 센스 시스템은, 수신되는 레이더 송신 신호의 주파수를 변환하여 반사 신호를 생성하는 반사판, 그리고 레이더 송신 신호를 발생시켜 반사판으로 송신하며 반사판에 의해 주파수 변환된 반사 신호를 이용하여 감지를 수행하는 레이더 센서를 포함할 수 있다.

Description

레이더 센서 시스템 및 그 감지 방법{LADAR SENSOR SYSTEM AND SENSING METHOD THEREOF}
본 발명은 레이더 센서 시스템 및 그 감지 방법에 관한 것이다.
반사판 기반 레이더 센서 시스템은 레이더 센서와 레이더 센서로부터 송출되는 레이더 신호를 반사하는 반사판으로 구성된다. 반사판 기반 레이더 센서 시스템은 레이더 센서와 반사판 사이의 전자계 강도(electromagnetic field strength)를 매우 강하게 형성시킨다. 이로 인해 반사판 기반 레이더 센서 시스템은 레이더 감지폭을 줄여 전파 펜스형태의 감지폭을 요구하는 펜스형 레이더 센서에 사용된다.
기존의 반사판 기반 레이더 센서 시스템은 레이더 센서에서 송신한 주파수 신호(f0)에 대해, 반사판 뿐만 아니라 그 주변의 다양한 반사체로부터 반사된 신호의 주파수(f0+fb)가 서로 동일하여 구분이 되지 않는 문제점이 있다. 여기서, fb는 레이더 센서와 반사판 사이의 거리 d에 의한 비트 주파수(beat frequency)를 나타낸다. 이에 따라 반사판을 설치할 시에 반사판 주변에 큰 금속 반사체가 있는 경우, 반사판 기반 레이더 센서 시스템 세팅 시 어려움이 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 반사판의 설치 위치를 변경하여 해결할 수 있지만 이는 설치의 제약으로 작용한다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 반사판 주변에 존재하는 반사체의 영향을 제거할 수 있는 반사판 기반 레이더 센서 시스템 및 그 감지 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 레이더 센서 시스템이 제공된다. 레이더 센서 시스템은 수신되는 레이더 송신 신호의 주파수를 변환하여 제1 반사 신호를 생성하는 반사판, 그리고 상기 레이더 송신 신호를 발생시켜 상기 반사판으로 송신하며, 상기 제1 반사 신호를 이용하여 감지를 수행하는 레이더 센서를 포함할 수 있다.
상기 반사판은 상기 레이더 송신 신호에 주파수 오프셋을 추가하여 상기 제1 반사 신호를 생성하며 상기 제1 반사 신호를 상기 레이더 센서로 송신할 수 있다.
상기 레이더 센서는 수신되는 신호에서 상기 반사 신호만을 필터링할 수 있다.
상기 반사판은, 상기 주파수 오프셋을 가지는 제1 신호를 생성하는 오실레이터, 그리고 상기 레이더 송신 신호와 상기 제1 신호를 혼합하는 믹서를 포함할 수 있다.
상기 반사판은, 상기 레이더 송신 신호를 수신하는 수신 안테나, 상기 수신 안테나의 출력에서 상기 레이더 송신 신호를 필터링하는 제1 대역 통과 필터, 상기 제1 대역 통과 필터의 출력을 저잡음 증폭시켜 상기 믹서로 출력하는 저잡음 증폭기, 상기 믹서의 출력 신호에서 소정의 주파수만을 필터링하는 제2 대역 통과 필터, 상기 제2 대역 통과 필터의 출력 신호를 증폭하는 전력 증폭기, 그리고 상기 전력 증폭기의 출력 신호를 상기 레이더 센서로 송신하는 송신 안테나를 더 포함할 수 있다.
상기 수신 안테나 및 상기 송신 안테나 중 적어도 하나는 반사판형 안테나일 수 있다.
상기 제1 반사 신호는 상기 반사판의 주변에 위치하는 반사체에서 발생되는 반사 신호와 주파수가 다를 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 송신 레이더 신호를 발생시켜 반사판으로 송신하는 레이더 센서의 감지 방법이 제공된다. 상기 감지 방법은, 상기 송신 레이더 신호의 주파수를 변환하여 제1 반사 신호를 생성하는 상기 반사판을 제공받는 단계, 상기 반사판으로부터 상기 제1 반사 신호를 수신하는 단계, 수신되는 신호에서 상기 제1 반사 신호를 필터링하는 단계, 그리고 상기 필터링된 상기 제1 반사 신호를 이용하여 감지를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 반사판은 상기 레이더 송신 신호에 주파수 오프셋을 추가하여 상기 제1 반사 신호를 생성할 수 있다.
상기 반사판은, 상기 주파수 오프셋을 가지는 제1 신호를 생성하는 오실레이터, 그리고 상기 레이더 송신 신호와 상기 제1 신호를 혼합하는 믹서를 포함할 수 있다.
상기 제1 반사 신호는 상기 반사판의 주변에 위치하는 반사체에서 발생되는 반사 신호와 주파수가 다를 수 있다.
상기 반사판은 능동형 반사판일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 능동형 반사판을 사용함으로써, 능동형 반사판 주위의 위치하는 다양한 반사체에 의한 영향을 제거할 수 있다. 이를 통해, 레이더 감지 시스템을 환경에 구애 받지 않고 자유롭게 설치할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 센서 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반사판의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 종래의 수동형 반사판 사용시에 레이더 센서의 비트 주파수를 나타낸다.
도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 실시예에 따른 능동형 반사판의 사용시에 레이더 센서의 비트 주파수를 나타낸다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이제 본 발명의 실시예에 따른 레이더 센서 시스템 및 그 감지 방법에 대해서 설명한다. 아래의 설명에서는 레이더 센서가 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 센서를 가정하여 설명하지만 다른 레이더 센서에도 적용될 수 있다. 그리고 설명의 편의상 주파수 대역(Frequency Band)이 아닌 중심 주파수를 기준으로 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 센서 시스템(1000)을 나타내는 블록도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레이더 센서 시스템(1000)은 레이더 센서(100)와 반사판(200)을 포함한다.
레이더 센서(100)는 레이더 신호를 생성하여 반사판(200)으로 송신하며, 반사판(200)에 의해 반사된 레이더 신호를 이용하여 감지를 수행한다. 도 1에서, 송신 레이더 신호의 주파수를 f0로 나타내었다.
반사판(200)은 레이더 센서(100)로부터 소정의 거리(d)만큼 떨어진 곳에 위치하며 레이더 센서(100)의 송신 레이더 신호를 수신하여 주파수 변조 후 이를 반사한다. 본 반명의 실시예에 따른 반사판(200)은 주파수 변조를 위한 능동형 반사판으로서 내부에 RF 회로를 포함하고 있다. 반사판(200)은 RF 회로를 이용하여, 수신한 송신 레이더 신호의 주파수인 f0를 (f0+fb)±△f 로 변환하며, 이를 레이더 센서(100)로 재송신한다. 즉, 반사판(200)은 수신한 송신 레이더 신호의 주파수에 오프셋(△f)을 주어 다른 주파수((f0+fb)±△f)로 변경하여 재송신한다. 여기서, fb는 레이더 센서(100)와 반사판(200) 사이의 거리 d에 의한 비트 주파수(beat frequency)를 나타낸다. 반사판(200)의 구체적인 구성 및 주파수 변경 방법에 대해서는 아래의 도 2에서 상세히 설명한다.
한편, 반사판(200)의 주변에는 감지에 영향을 미치는 제1 반사체(300) 및 제2 반사체(400)가 존재할 수 있다. 제1 및 제2 반사체(300, 400)의 예로는 함체, 그리고 에어컨 실외기 등이 될 수 있다. 제1 및 제2 반사체(300, 400)는 반사판(200)과 동일하게 레이더 센서(100)로부터 소정의 거리(d)만큼 떨어진 곳에 위치할 수 있다. 레이더 송신 신호는 제1 및 제2 반사체(300, 400)에서도 반사되며, 거리(d)에 위치한 제1 및 제2 반사체(300, 400)에 의한 반사 신호의 주파수는 f0+fb가 된다.
상기에서 설명한 바와 같이, 반사판(200)에 의해 반사된 반사 신호의 주파수는 (f0+fb)±△f 이고 제1 및 제2 반사체(300, 400)에 의해 반사된 반사 신호의 주파수는 f0+fb 로서 서로 상이하다. 여기서, 반사판(200)에 의해 반사된 반사 신호의 비트 주파수는 fb±△f 이며 제1 및 제2 반사체(300, 400)에 의해 반사된 반사 신호의 비트 주파수는 fb 이다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 레이더 센서(100)는 반사판(200)에 의한 반사 신호와 제1 및 제2 반사체(300, 400)에 의한 반사 신호를 구분할 수 있으며 제1 및 제2 반사체(300, 400)에 의한 반사 신호를 제거할 수 있다. 즉, 레이더 센서(100)는 저역통과필터(low pass filter)를 이용하여, 비트 주파수 fb±△f 와 fb 성분 중에서 fb 및 fb+△f 비트 주파수 성분을 제거하고 fb-△f 에 대한 신호만을 남긴다. 레이더 센서(100)는 남겨진 fb-△f 에 대한 신호에 대해서만 신호 처리한 후 감지를 수행함으로써, 반사판(200) 주변에 많은 반사체가 있더라도 능동형 반사판(200)에서 반사된 신호와 명확하게 구분할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 반사판(200)은 내부에 RF 회로를 포함하며, 수신한 송신 레이더 신호의 주파수에 오프셋(△f)을 주어 다른 주파수((f0+fb)±△f)로 변경하여 재송신한다. 이러한 반사판(200)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서 아래의 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 반사판(200)의 내부 구성을 나타내는 도면이다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반사판(200)은 수신 안테나(201), 제1 대역 통과 필터(202), 저잡음 증폭기(203), 오실레이터(204), 믹서(205), 제2 대역 통과 필터(206), 전력 증폭기(207), 그리고 송신 안테나(208)를 포함한다.
수신 안테나(201)과 송신 안테나(208) 중 적어도 하나는 레이더 단면적(RCS, Radar Cross Section)이 큰 반사판형 안테나(reflector type antenna)가 사용될 수 있다. 이를 통해 레이더 센서(100)에서 반사판(200)이 충분히 보일 수 있다.
레이더 센서(100)의 송신 레이더 신호(f0)는 수신 안테나(201)로 수신되며, 제1 대역 통과 필터(202)는 송신 레이더 신호(f0)만을 필터링한다.
저잡음 증폭기(LNA, Low Noise Amplifier)(203)는 제1 대역 통과 필터(202)를 통과한 신호에 대해서 잡음을 제거함과 동시에 신호 증폭을 수행한다.
오실레이터(204)는 오프셋 주파수(△f)를 가지는 신호를 생성하여 믹서(205)로 출력한다.
믹서(205)는 저잡음 증폭기(203)의 출력 신호와 오실레이터(204)의 출력 신호를 혼합한다. 즉, 믹서(205)는 송신 레이더 신호의 주파수(f0)와 오실레이터(204)에서 생성된 신호의 주파수(△f)를 서로 혼합(믹싱)하여, 주파수 (f0+fb)±△f 를 가지는 신호를 출력한다.
제2 대역 통과 필터(206)는 믹서(205)의 출력 신호에서 주파수 (f0+fb)±△f 만을 가지는 신호를 필터링한다.
전력 증폭기(PA, Power Amplifier)(207)는 제2 대역 통과 필터(206)의 출력 신호를 신호 증폭하며, 송신 안테나(208)는 (f0+fb)±△f 만을 가지는 신호를 레이더 센서(100)로 송출한다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 반사판(200)은 수신되는 송신 레이더 신호의 주파수(f0)와 오실레이터(204)에서 생성된 신호의 오프셋 주파수(△f)를 서로 혼합(믹싱)하여, 주파수 (f0+fb)±△f 를 가지는 신호를 레이더 센서(100)로 재송신한다.
한편, 반사판(200)의 회로 내부에 의해 지연되는 총 위상(phase)은 주파수 파장의 정수배가 되도록 구성되며, 이로 인해 레이더 센서(100)의 수신단에 포함된 믹서가 비트 주파수를 정상적으로 출력할 수 있다.
도 3은 종래의 수동형 반사판 사용시에 레이더 센서의 비트 주파수를 나타낸다. 도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 실시예에 따른 능동형 반사판(200)의 사용시에 레이더 센서(100)의 비트 주파수를 나타낸다.
도 3에서는 수동형 반사판이 사용되고, 레이더 센서에서 수동형 반사판 사이의 거리(d)와 유사한 위치에 두 개의 반사체가 위치하는 경우를 가정한 것이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 동일한 비트 주파수(fb)에서, 수동형 반사판에서 반사된 신호, 두 개의 반사체(즉, 제1 및 제2 반사체)에서 반사된 신호가 나타난다. 이에 따라, 수동형 반사판을 사용하는 레이더 감지 시스템에서는 충분한 감지 성능을 확보하기 힘들다.
도 4 및 도 5는 오프셋 주파수(△f)를 발생시키는 능동형 반사판(200)을 사용하는 경우, 레이더 센서(100)의 수신단에서 나타나는 비트 주파수를 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 능동형 반사판(200)에서 반사된 신호에 대한 비트 주파수는 fb±△f 이다. 이와 같이 두 개의 비트 주파수가 발생되는 이유는 믹서(205)의 특성 상 두 개의 기초(fundamental) 신호가 발생되기 때문이다. 그리고 도 4에 나타낸 바와 같이, 두 개의 반사체(300, 400)에서 반사된 신호에 대한 비트 주파수는 fb 이다. 이와 같이, 능동형 반사판(200)에 의해 발생한 비트 주파수와 반사체(300, 400)에 의해 발생한 비트 주파수가 서로 상이하여, 능동형 반사판(200)과 주변의 반사체들(300, 400)을 명확히 구별할 수 있다.
레이더 센서(100)는 도 4에 나타낸 비트 주파수 중에서 반사판의 거리(d)에 의해 나타난 비트 주파수(fb) 이상의 주파수 성분을 저역통과필터(Low Pass Filter)를 사용하여 없애준다. 이에 따라, 도 5에 나타낸 바와 같이, 최총적으로 반사판(200)에서 반사된 신호에 대응하는 비트 주파수만이 남게 된다. 즉, 반사판(200)의 주위에 위치하는 반사체(300, 400)에 대응되는 비트 주파수 성분이 제거될 수 있다. 한편, 저역통과필터는 레이더 센서(100)에 포함될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 능동형 반사판 주변에 존재하는 다양한 반사체의 영향을 배제할 수 있어 반사판 기반 레이더 센서 시스템의 고유 성능을 유지할 수 있다. 그리고 반사판 기반 레이더 센서 시스템의 감지 성능 및 오보 성능을 획기적으로 향상시킬 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

Claims (12)

  1. 수신되는 레이더 송신 신호의 주파수를 변환하여 제1 반사 신호를 생성하는 반사판, 그리고
    상기 레이더 송신 신호를 발생시켜 상기 반사판으로 송신하며, 상기 제1 반사 신호를 이용하여 감지를 수행하는 레이더 센서를 포함하며,
    상기 반사판은 상기 레이더 송신 신호에 주파수 오프셋을 추가하여 상기 제1 반사 신호를 생성하며 상기 제1 반사 신호를 상기 레이더 센서로 송신하며,
    상기 반사판은 상기 주파수 오프셋을 가지는 제1 신호를 생성하는 오실레이터, 그리고 상기 레이더 송신 신호와 상기 제1 신호를 혼합하는 믹서를 포함하는 레이더 센서 시스템.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이더 센서는 수신되는 신호에서 상기 반사 신호만을 필터링하는 레이더 센서 시스템.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사판은,
    상기 레이더 송신 신호를 수신하는 수신 안테나,
    상기 수신 안테나의 출력에서 상기 레이더 송신 신호를 필터링하는 제1 대역 통과 필터,
    상기 제1 대역 통과 필터의 출력을 저잡음 증폭시켜 상기 믹서로 출력하는 저잡음 증폭기,
    상기 믹서의 출력 신호에서 소정의 주파수만을 필터링하는 제2 대역 통과 필터,
    상기 제2 대역 통과 필터의 출력 신호를 증폭하는 전력 증폭기, 그리고
    상기 전력 증폭기의 출력 신호를 상기 레이더 센서로 송신하는 송신 안테나를 더 포함하는 레이더 센서 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 수신 안테나 및 상기 송신 안테나 중 적어도 하나는 반사판형 안테나인 레이더 센서 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반사 신호는 상기 반사판의 주변에 위치하는 반사체에서 발생되는 반사 신호와 주파수가 다른 레이더 센서 시스템.
  8. 송신 레이더 신호를 발생시켜 반사판으로 송신하는 레이더 센서의 감지 방법으로서,
    상기 송신 레이더 신호의 주파수를 변환하여 제1 반사 신호를 생성하는 상기 반사판을 제공받는 단계,
    상기 반사판으로부터 상기 제1 반사 신호를 수신하는 단계,
    수신되는 신호에서 상기 제1 반사 신호를 필터링하는 단계, 그리고
    상기 필터링된 상기 제1 반사 신호를 이용하여 감지를 수행하는 단계를 포함하며,
    상기 반사판은 상기 송신 레이더 신호에 주파수 오프셋을 추가하여 상기 제1 반사 신호를 생성하며,
    상기 반사판은 상기 주파수 오프셋을 가지는 제1 신호를 생성하는 오실레이터, 그리고 상기 송신 레이더 신호와 상기 제1 신호를 혼합하는 믹서를 포함하는 감지 방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 제1 반사 신호는 상기 반사판의 주변에 위치하는 반사체에서 발생되는 반사 신호와 주파수가 다른 감지 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 반사판은 능동형 반사판인 감지 방법.
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