KR102066936B1

KR102066936B1 - 레이더 시스템

Info

Publication number: KR102066936B1
Application number: KR1020130030983A
Authority: KR
Inventors: 이종경; 김수겸; 최문규
Original assignee: 한화테크윈 주식회사
Priority date: 2013-03-22
Filing date: 2013-03-22
Publication date: 2020-01-16
Also published as: KR20140115815A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상부 레이더 센서 모듈; 및 하부 레이더 센서 모듈을 포함하고, 상기 상부 레이더 센서 모듈 및 하부 레이더 센서 모듈은 수직 방향으로 적층되며 수직축을 기준으로 서로 반대 방향으로 회전하는 레이더 시스템이 제공된다.

Description

레이더 시스템{Radar System}

본 발명은 회전 레이더 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복수개의 감시 레이더 센서를 축을 중심으로 회전시켜 감시 영역을 쉽게 조절할 수 있고 감시 각도를 확장할 수 있는 레이더 센서 시스템에 관한 것이다.

레이더 시스템은 무선 주파수(Radio frequency) 신호를 사용하여 감시 영역 내에 들어온 대상체의 탐색, 추적 및 위치정보를 판단하는 기술이다. 레이더 시스템에서는 대상체에 무선 RF 신호를 송출하여 반사되어 돌아온 전자기파의 시간을 측정하여 목표물의 거리, 방향, 고도를 알아낼 수 있으며, 이러한 정보를 통해 대상체의 정보를 판단할 수 있다.

레이더 시스템은 감지하고자 하는 영역을 설정하는 것이 매우 중요하다. 주변 환경 구조는 매우 다양하기 때문에 사용자가 원하는 영역을 직접 설정하는 것에는 한계가 있다.

따라서, 레이더 시스템이 감지하고자 하는 영역을 제어하기 위해서는 레이더 안테나의 수평 빔폭(센서 위에서 보았을 때 레이더 안테나가 무선 주파수를 감지할 수 있는 각도)을 제어하는 방법이 가장 효과적이다. 일반적인 수평 빔폭 제어 방법으로는 레이더 안테나를 수평 배열하여 위상 및 파워를 조절하여 영역을 제어하는 방법이 개시되어 있다. 혹은, 안테나 주변의 그라운드(반사판) 크기를 제어 하거나 수직 반사판의 높이 및 각도를 조절하여 수평 빔폭을 제어하는 방법이 개시되어 있다.

본 발명은 레이더 시스템에서 레이더 센서 모듈을 2개 이상 수직 배열하여 조합한 후 상/하에 위치한 레이더 센서 모듈을 수직축을 중심으로 반대 방향으로 회전하여 수평 빔폭을 확장 및 제어하는 것을 일 목적으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 상부 레이더 센서 모듈 및 하부 레이더 센서 모듈 사이에 중심 레이더 센서 모듈이 위치하며, 상기 중심 레이더 센서 모듈은 회전하지 않는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 상부 레이더 센서 모듈 및 상기 하부 레이더 센서 모듈은, 적어도 하나 이상의 레이더 안테나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 레이더 안테나는 상부 레이더 센서 모듈 및 하부 레이더 모듈 센서 내에 수직 혹은 수평 방향으로 다층 안테나를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 상부 레이더 센서 모듈 및 하부 레이더 센서 모듈가 회전한 각도만큼 수평 빔폭이 확장되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 기구적으로 복잡한 구조 혹은 제품 크기의 증대 없이도 효율적으로 수평 빔폭을 제어 및 확장할 수 있는 레이더 시스템이 개시된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평 빔폭의 변화를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 레이더 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이더 시스템을 나타낸 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이러한 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 본 명세서에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 일 실시예로부터 다른 실시예로 변경되어 구현될 수 있다. 또한, 각각의 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치도 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 행하여지는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 특허청구범위의 청구항들이 청구하는 범위 및 그와 균등한 모든 범위를 포괄하는 것으로 받아들여져야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 구성요소를 나타낸다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 여러 실시예에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 시스템의 구성을 나타낸 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 시스템은, 기존의 레이더 센서를 복수개 조합하여 생성될 수 있다.

즉, 도 1의 왼쪽 그림과 같이 3개의 레이더 센서를 일 방향으로 조합하여 1x3 의 레이더 시스템을 형성할 수 있다. 개별 레이더 센서는 모두 같은 수평 빔폭을 가질 수 있지만, 개별 레이더 센서가 각기 다른 수평 빔폭을 가질수도 있다.

상기 개별 레이더 센서는 기존의 레이더 안테나에 관련된 구성을 제한없이 차용할 수 있다. 즉, 도 1의 오른쪽의 그림을 예로 들면 개별 레이더 센서(100, 110, 120)은 기존의 레이더 안테나일 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 시스템은 개별 레이더 센서(100, 110, 120)을 수직 방향으로 적층하여 한 축을 중심으로 움직일 수 있도록 한 레이더 센서들의 조합이다.

기존의 레이더 센서는 수평 빔폭을 확장하기 위하여 개별 레이다 안테나를 수평 배열하여 위상 및 파워를 조절하는 방법을 사용하였지만, 이와 같은 방법은 소자수가 추가되어 제품의 크기가 커지며 위상 및 파워를 조절할 수 있는 장치가 추가되어 구조가 복잡하게 된다. 혹은, 기존의 레이더 센서는 그라운드 반사판 등을 이용하여 수평 빔폭을 제어하는 방법을 사용하였지만, 이와 같은 방법은 반사판의 각도 및 크기를 제어하기 때문에 기구적으로 복잡해질 수 있으며 제품의 크기가 커질 수 있다. 즉, 단일 레이더 센서를 사용하는 경우 레이더 센서가 목표물을 탐지하는 경우 명확한 탐지 영역의 설정이 어렵고, 파워를 조절하여 영역을 확장할 수는 있지만 단일 레이더 센서로는 출력 파워의 한계가 있고 탐지 반경 각도를 조절할 수 없는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 시스템에서는 개별 레이더 센서를 수직 배열하여 수직축을 중심으로 상하의 레이더 센서를 반대 방향으로 회전시킴으로써 수평 빔폭을 확장할 수 있는 레이더 시스템을 제공하고자 한다.

보다 상세히, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 시스템은 도 1의 왼쪽의 그림과 같이 Y축 방향으로 세개의 레이더 센서를 조합한다. 본 명세서에서, X축은 수평 방향, Y축은 수직 방향, Z 축은 높이 방향으로 정의하기로 한다. Y 축을 중심으로 배열된 3개의 레이더 센서를 도 1의 오른쪽 그림과 같이 중심 레이더 센서(100), 상부 레이더 센서(110), 하부 레이더 센서(120)라고 지칭하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 각 레이더 센서(100, 110, 120)은 특정 주파수의 신호를 송출하여 목표물에 반사되어 돌아오는 신호의 도플러 효과에 의한 주파수의 변화를 감지한다. 목표물이 움직일 경우, 반사되어 돌아오는 물체의 주파수 이동을 관찰하여 움직이는 목표물을 감지한다. 즉, 각 레이더 센서(100, 110, 120)는 레이더 안테나의 역할을 한다.

중심 레이더 센서(100)는 상부 레이더 센서(110)와 하부 레이더 센서(120) 사이에 위치하며, 기준점(원점)을 중심으로 회전하지 않는 것을 특징으로 한다. 이에 반해, 상부 레이더 센서(110) 및 하부 레이더 센서(120)는 Y축을 중심으로 하여 Z축에서 일정 각도 이상 떨어질 수 있도록 회전하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상부 레이더 센서(110)와 하부 레이더 센서(120)는 서로 반대 방향으로 동일한 각도만큼 회전한다.

보다 상세하게, 도 1의 오른쪽 그림과 같이 상부 레이더 센서(110)가 Y축을 중심으로 시계 방향으로 θ만큼 회전하는 경우, 하부 레이더 센서(120)는 Y축을 중심으로 반시계 방향으로 θ만큼 회전한다. 이와 같이, 상부 레이더 센서(110)와 하부 레이더 센서(120)가 반대 방향으로 회전하는 경우 수평 빔폭을 확장하는 효과를 얻을 수 있다.

예를 들어, 중심 레이더 센서(100)의 수평 빔폭이 80°인 경우를 가정하자. 중심 레이더 센서(100)가 단일로 존재하는 경우 해당 레이더 센서 시스템의 전체 수평 빔폭 역시 80°이다. 또한, 같은 레이더 센서를 수직 방향으로 다수 개 배열하는 경우에도 수평 빔폭은 여전히 80°이며, 수평 방향으로 다수 개 배열하는 경우에 수평 빔폭은 감소하게 된다. 그러나, 본 발명의 일 실시예와 같이 중심 레이더 센서(100) 위아래로 상부 레이더 센서(110)와 하부 레이더 센서(120)를 구비하여 서로 반대 방향으로 θ(θ>0)만큼 회전시키는 경우, 전체 레이더 시스템의 수평 빔폭을 확장할 수 있다.

상부 레이더 센서(110)와 하부 레이더 센서(120)가 θ만큼 회전할 때 확장되는 수평 빔폭의 값은 회전하는 레이더 센서의 특성에 대응하는 실험적인 값으로서, °로 표현될 수 있다. 이때, 레이더 센서(100, 110, 120)의 수평 빔폭을 α°라 하면, 전체 레이더 시스템의 수평 빔폭은 α°가 된다. 즉, 회전을 하지 않을 때의 수평 빔폭이 α°라 할 때, 회전 각도를 0 에서 θ만큼 가변하여 α°의 수평 빔폭을 얻을 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평 빔폭의 변화를 나타낸 도면이다.

도 2에서 A의 점선 모양의 타원이 기존의 레이더 시스템의 수평 빔폭이라 가정하는 경우, 도 2에서 B의 실선 모양의 타원은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 시스템의 수평 빔폭이다.

도 2에서 볼 수 있는 바와 같이, B의 타원은 최대 수평 빔폭이 A보다 큰 것을 알 수 있다. 이는 도 1의 실시예와 같이 상부 레이더 센서(110)와 하부 레이더 센서(120)가 축을 중심으로 반대 방향으로 회전하며 수평 빔폭을 확장시키기 때문이다.

정리하면, 도 1에서 나타난 바와 같이, 레이더 센서를 복수개 수직 방향으로 배열하는 경우 한 축을 중심으로 서로 다른 레이더 센서를 반대 방향으로 회전하게 하여 수평 빔폭을 확장할 수 있다. 도 1의 실시예에서는 3개의 레이더 센서를 사용하였지만, 사용되는 레이더 센서의 수는 본 발명의 적용에 따라 변화될 수 있다. 즉, 2개의 레이더 센서만을 수직으로 배열하여 2개의 레이더 센서가 서로 다른 방향으로 회전하게 하는 것도 가능하다. 아래에서는 레이더 센서의 수를 다양하게 한 실시예들을 살펴보기로 한다.

도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 레이더 시스템을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 3개의 레이더 센서 모듈(200, 210, 220)에 각각 2개의 레이더 센서가 위치한 것을 알 수 있다. 즉, 중심 레이더 센서 모듈(200) 내에는 제1 레이더 센서(201) 및 제2 레이더 센서(202)가 위치하고 있다. 즉, 도 3에 따른 레이더 시스템은 전체적으로 2x3의 레이더 센서 배열을 포함한다. 이때, 레이더 센서 모듈(200, 210, 220) 내의 각 레이더 센서는 수평 방향으로 배열된 것을 알 수 있으며, 레이더 센서 모듈(200, 210, 220) 자체는 수직으로 배열되어 있다.

도 3의 실시예는 도 1의 실시예의 변형으로서 레이더 센서 모듈(200, 210, 220) 내에 복수개의 레이더 센서가 수평으로 배열된 것을 특징으로 한다. 수평으로 레이더 센서가 복수개 배열되는 경우, 수평 빔폭이 줄어들게 되므로 가변할 수 있는 수평 빔폭의 범위가 넓어진다. 즉, 중심 레이더 센서(201, 202)의 수평 빔폭을 α°라 가정할 때, 도 3의 전체 레이더 센서 모듈은 상술한 바와 같이 레이더 센서를 수평 방향으로 다수개 배열한 경우이므로 전체 수평 빔폭은 χ° (χ< α)라고 할 수 있다. 즉, 수평으로 레이더 센서를 배열하는 경우 수평 빔폭이 하나의 센서만이 존재할 때보다 좁아지게 되어 가변할 수 있는 수평 빔폭의 범위가 넓어질 수 있다.

도 3의 실시예에서는 도 1의 레이더 센서(100, 110, 120)들이 하나 이상의 레이더 센서를 구비한 레이더 센서 모듈(200, 210, 220)로 대체되어 수직 적층된 것을 특징으로 한다. 따라서, 수직 레이더 센서 모듈(200)의 위아래에 위치한 상부 레이더 센서 모듈(210)과 하부 레이더 센서 모듈(220)은 Y축을 중심으로 반대 방향으로 동일한 각도만큼 회전하는 것을 특징으로 한다.

따라서, 상부 레이더 센서 모듈(210)과 하부 레이더 센서 모듈(220)이 Y축을 중심으로 각각 시계 방향과 반시계 방향으로 θ°만큼 회전하는 경우, 정지한 전체 레이더 시스템의 수평 빔폭을 χ°라 가정할 때, 회전하는 도 3의 전체 레이더 시스템에 따른 수평 빔폭은 χ+β°가 된다. 여기서, β는 레이더 센서의 특성에 따른 실험값이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이더 시스템을 나타낸 도면이다.

도 4를 참조하면, 다층 레이더 센서 모듈(300, 310, 320)은 각각 다층의 레이더 센서를 구비하고 있는 것을 알 수 있다. 즉, 도 3에서는 하나의 레이더 센서 모듈에 2개의 수평 레이더 센서만이 형성되었지만, 도 4의 실시예에서는 수평 및 수직의 다층으로 레이더 센서(300a, 310a, 320a)가 형성된 것을 특징으로 한다. 비록 도 4의 실시예에서는 수평 4 레이더 센서, 수직 2 레이더 센서가 하나의 다층 레이더 센서 모듈(200, 210, 230)을 형성하는 것으로 예시하였지만, 이에 반드시 한정되지 않고 다층 레이더 센서 모듈(300, 310, 320)는 수직, 수평 방향으로 다층의 레이더 센서를 포함할 수 있음은 물론이다.

도 4의 실시예 역시 도 1 및 도 3과 마찬가지로, 중심 다층 레이더 센서 모듈(300)을 기준으로 상하부에 있는 상/하부 다층 레이더 센서 모듈(310/320)은 같은 각도만큼 Y축을 기준으로 다른 방향으로 회전한다. 따라서, 정지된 도 4의 레이더 시스템의 수평 빔폭을 χ°라고 하면 도 4의 전체 레이더 시스템에 따른 수평 빔폭은 χ+β°갔다.

이와 같이, 수직으로 적층된 레이더 센서들을 회전시킴으로써 보다 넓은 수평 빔폭을 가지는 레이더 시스템을 제공할 수 있으며, 효율적으로 수평 빔폭을 제어할 수 있다. 본 명세서에서는 비록 중심 레이더 센서(모듈)를 기준으로 상/하부 각각 하나의 레이더 센서(모듈)이 회전하는 실시예를 개시하였지만, 복수개의 레이더 센서(모듈)이 회전할 수도 있음은 물론이다. 수직 배열된 레이더 센서(모듈)의 개수가 많을수록 수평 빔폭을 용이하게 제어할 수 있다.

본 발명에서 설명하는 특정 실행들은 일 실시 예들로서, 어떠한 방법으로도 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 명세서의 간결함을 위하여, 종래 전자적인 구성들, 제어 시스템들, 소프트웨어, 상기 시스템들의 다른 기능적인 측면들의 기재는 생략될 수 있다. 또한, 도면에 도시된 구성 요소들 간의 선들의 연결 또는 연결 부재들은 기능적인 연결 및/또는 물리적 또는 회로적 연결들을 예시적으로 나타낸 것으로서, 실제 장치에서는 대체 가능하거나 추가의 다양한 기능적인 연결, 물리적인 연결, 또는 회로 연결들로서 나타내어질 수 있다. 또한, “필수적인”, “중요하게” 등과 같이 구체적인 언급이 없다면 본 발명의 적용을 위하여 반드시 필요한 구성 요소가 아닐 수 있다.

본 발명의 명세서(특히 특허청구범위에서)에서 “상기”의 용어 및 이와 유사한 지시 용어의 사용은 단수 및 복수 모두에 해당하는 것일 수 있다. 또한, 본 발명에서 범위(range)를 기재한 경우 상기 범위에 속하는 개별적인 값을 적용한 발명을 포함하는 것으로서(이에 반하는 기재가 없다면), 발명의 상세한 설명에 상기 범위를 구성하는 각 개별적인 값을 기재한 것과 같다. 마지막으로, 본 발명에 따른 방법을 구성하는 단계들에 대하여 명백하게 순서를 기재하거나 반하는 기재가 없다면, 상기 단계들은 적당한 순서로 행해질 수 있다. 반드시 상기 단계들의 기재 순서에 따라 본 발명이 한정되는 것은 아니다. 본 발명에서 모든 예들 또는 예시적인 용어(예들 들어, 등등)의 사용은 단순히 본 발명을 상세히 설명하기 위한 것으로서 특허청구범위에 의해 한정되지 않는 이상 상기 예들 또는 예시적인 용어로 인해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다. 또한, 당업자는 다양한 수정, 조합 및 변경이 부가된 특허청구범위 또는 그 균등물의 범주 내에서 설계 조건 및 팩터에 따라 구성될 수 있음을 알 수 있다.

100: 중심 레이더 센서
110: 상부 레이더 센서
120: 하부 레이더 센서
200, 210, 220: 레이더 센서 모듈
300, 310, 320: 다층 레이더 센서 모듈

Claims

상부 레이더 센서 모듈; 및
하부 레이더 센서 모듈;을 포함하고,
상기 상부 레이더 센서 모듈 및 하부 레이더 센서 모듈은 수직 방향으로 적층되며,
수직축을 기준으로 단위시간 동안 동일한 각도 만큼 서로 반대 방향으로 회전하는 레이더 시스템.
제1항에 있어서,
상기 상부 레이더 센서 모듈 및 하부 레이더 센서 모듈 사이에 중심 레이더 센서 모듈이 위치하며, 상기 중심 레이더 센서 모듈은 회전하지 않는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
제1항에 있어서,
상기 상부 레이더 센서 모듈 및 상기 하부 레이더 센서 모듈은,
적어도 하나 이상의 레이더 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템.
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