KR102172085B1 - 레이더 장치 및 이를 이용한 타겟 거리 측정 방법 - Google Patents

레이더 장치 및 이를 이용한 타겟 거리 측정 방법 Download PDF

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Abstract

레이더 장치 및 이를 이용한 타겟 거리 측정 방법이 개시된다. 레이더 장치가 수행하는 타겟 거리 측정 방법은 상기 레이더 장치의 최대 측정 가능 거리에 기초하여 제1 주파수 간격에 대응하는 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 결정하는 단계; 상기 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 타겟의 초기 거리를 계산하는 단계; 상기 계산된 타겟의 초기 거리에 기초하여 상기 기준 주파수를 기준으로 제2 주파수 간격을 가지는 제2 측정 주파수를 결정하는 단계; 및 상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 상기 타겟의 최종 거리를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

레이더 장치 및 이를 이용한 타겟 거리 측정 방법{RADAR APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING DISTANCE OF TARGET USING THE SAME}
본 발명은 레이더 장치 및 이를 이용한 타겟 거리 측정 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 간섭계 레이더에서 사용하는 고정 주파수를 가변시켜 먼거리에 위치한 물체의 거리를 정확하게 측정하는 기술에 관한 것이다.
간섭계 레이더(Interferometric Radar)는 일정 시간 동안 같은 2 개의 고정 주파수를 가지는 레이더 신호들을 송수신하여 위상차를 확인하고, 레이더 신호들 각각에 대해 확인된 위상차를 이용하여 간섭계 레이더로부터 타겟까지의 거리를 획득할 수 있다.
이러한 간섭계 레이더는 2 개의 고정 주파수 간격이 넓을수록 타겟의 거리 측정 정확도를 높아질 수 있다. 그러나 간섭계 레이더는 2개의 고정 주파수 간격이 넓을수록 최대 측정 가능 거리가 감소되는 단점이 존재한다.
따라서, 최근에는 간섭계 레이더에서 사용되는 주파수 간격이 넓혀 타겟의 거리 측정 정확도는 높이면서도 최대 측정 가능 거리 또한 증가시킬 수 있는 방법이 요구되고 있다.
본 발명은 서로 다른 주파수에서 획득한 송수신 레이더 신호의 위상차 정보를 이용하여 타겟까지의 거리 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 특정 위치 또는 특정 범위에 존재하는 타겟의 거리 정보를 주파수를 가변하여 정밀하게 획득할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 좁은 주파수 대역폭을 이용하여 먼 거리에 위치한 타겟의 거리 측정 정확도를 향상시킬 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 장치가 수행하는 타겟 거리 측정 방법은 상기 레이더 장치의 최대 측정 가능 거리에 기초하여 제1 주파수 간격에 대응하는 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 결정하는 단계; 상기 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 타겟의 초기 거리를 계산하는 단계; 상기 계산된 타겟의 초기 거리에 기초하여 상기 기준 주파수를 기준으로 제2 주파수 간격을 가지는 제2 측정 주파수를 결정하는 단계; 및 상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 상기 타겟의 최종 거리를 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제2 측정 주파수를 결정하는 단계는 상기 계산된 타겟의 초기 거리에 기초하여 상기 타겟의 거리 측정 오차를 결정하는 단계; 및 상기 결정된 타겟의 거리 측정 오차를 미리 요구된 거리 측정 정확도와 비교하여 상기 제2 측정 주파수를 결정할 수 있다.
상기 측정된 타겟의 최종 거리에 기초하여 결정된 타겟의 거리 측정 오차가 상기 미리 요구된 거리 측정 정확도 이상인 경우, 상기 타겟의 최종 거리를 디스플레이에 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 레이더 신호들은 연속 파(Continuous wave) 신호일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 장치가 수행하는 타겟 거리 측정 방법은 타겟을 측정하고자 하는 특정 영역을 설정하는 단계; 상기 특정 영역의 최대 거리에 기초하여 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 결정하고, 상기 특정 영역의 최소 거리에 기초하여 상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 결정하는 단계; 상기 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 타겟의 초기 거리를 계산하는 단계; 상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 가지는 레이더 신호를 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 상기 타겟의 최종 거리를 계산하는 단계; 및 상기 계산된 타겟의 최종 거리가 상기 특정 영역 내에 존재하는 지 여부를 판단할 수 있다.
상기 판단하는 단계는 상기 계산된 초기 거리가 상기 특정 영역의 최소 거리 이상이고, 상기 계산된 최종 거리가 상기 특정 영역의 최소 거리 이상이면서 최대 거리 이하인 경우, 상기 타겟의 최종 거리가 상기 특정 영역 내에 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 계산된 타겟의 최종 거리가 상기 특정 영역 내에 존재하는 것으로 판단된 경우, 상기 타겟의 최종 거리를 디스플레이에 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 계산된 타겟의 최종 거리가 상기 특정 영역 내에 존재하지 않는 것으로 판단된 경우, 디스플레이에 경고 알람을 표시하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 장치는 주파수가 가변 되는 레이더 신호를 생성하는 발진기; 상기 생성된 레이더 신호를 송수신하는 안테나; 및 상기 안테나를 통해 송수신되는 레이더 신호를 이용하여 타겟의 거리를 측정하는 신호처리기를 포함하고, 상기 신호처리기는 상기 레이더 장치의 최대 측정 가능 거리에 기초하여 제1 주파수 간격에 대응하는 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 결정하고, 상기 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 타겟의 초기 거리를 계산하며, 상기 계산된 타겟의 초기 거리에 기초하여 상기 기준 주파수를 기준으로 제2 주파수 간격을 가지는 제2 측정 주파수를 결정하고, 상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 상기 타겟의 최종 거리를 계산할 수 있다.
상기 신호처리기는 상기 계산된 타겟의 초기 거리에 기초하여 상기 타겟의 거리 측정 오차를 결정하고, 상기 결정된 타겟의 거리 측정 오차를 미리 요구된 거리 측정 정확도와 비교하여 상기 제2 측정 주파수를 결정할 수 있다.
상기 신호처리기는 상기 측정된 타겟의 최종 거리에 기초하여 결정된 타겟의 거리 측정 오차가 상기 미리 요구된 거리 측정 정확도 이상인 경우, 상기 타겟의 최종 거리를 디스플레이에 표시할 수 있다.
상기 레이더 신호들은 연속 파(Continuous wave) 신호일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 장치는 주파수가 가변 되는 레이더 신호를 생성하는 발진기; 상기 생성된 레이더 신호를 송수신하는 안테나; 및 상기 안테나를 통해 송수신되는 레이더 신호를 이용하여 타겟의 거리를 측정하는 신호처리기를 포함하고, 상기 신호처리기는 타겟을 측정하고자 하는 특정 영역을 설정하고, 상기 특정 영역의 최대 거리에 기초하여 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 결정하고, 상기 특정 영역의 최소 거리에 기초하여 상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 결정하며, 상기 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 타겟의 초기 거리를 계산하고, 상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 가지는 레이더 신호를 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 상기 타겟의 최종 거리를 계산하며, 상기 계산된 타겟의 최종 거리가 상기 특정 영역 내에 존재하는 지 여부를 판단할 수 있다.
상기 신호처리기는 상기 계산된 초기 거리가 상기 특정 거리의 최소 범위 이상이고, 상기 계산된 최종 거리가 상기 특정 영역의 최소 거리 이상이면서 최대 거리 이하인 경우, 상기 타겟의 최종 거리가 상기 특정 영역 내에 존재하는 것으로 판단할 수 있다.
상기 신호처리기는 상기 계산된 타겟의 최종 거리가 상기 특정 영역 내에 존재하는 것으로 판단된 경우, 상기 타겟의 최종 거리를 디스플레이에 표시할 수 있다.
상기 신호처리기는 상기 계산된 타겟의 최종 거리가 상기 특정 영역 내에 존재하지 않는 것으로 판단된 경우, 디스플레이에 경고 알람을 표시할 수 있다.
본 발명은 서로 다른 주파수에서 획득한 송수신 레이더 신호의 위상차 정보를 이용하여 타겟까지의 거리 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 특정 위치 또는 특정 범위에 존재하는 타겟의 거리 정보를 주파수를 가변하여 정밀하게 획득할 수 있다.
또한, 본 발명은 좁은 주파수 대역폭을 이용하여 먼 거리에 위치한 타겟의 거리 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 장치의 구성도를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 장치를 이용한 타겟 거리 측정 방법의 개념도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고정밀 레이더 장치를 이용한 타겟 거리 측정 방법의 제1 예를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고정밀 레이더 장치를 이용한 타겟 거리 측정 방법의 제1 예를 플로우챠트로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고정밀 레이더 장치를 이용한 타겟 거리 측정 방법의 제2 예를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고정밀 레이더 장치를 이용한 타겟 거리 측정 방법의 제2 예를 플로우챠트로 도시한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 장치의 구성도를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 레이더 장치(100)는 발진기(110), 송신기(120), 안테나(130), 수신기(140) 및 신호처리기(150)로 구성될 수 있다. 구체적으로 발진기(110)를 통해 주파수가 가변 되는 레이더 신호는 송신기(120)에 의해 타겟을 탐지하고 하는 탐색 영역으로 출력될 수 있다. 그리고 탐색 영역에 존재하는 타겟에 의해 반사된 레이더 신호는 안테나(130)를 통해 수신기(140)로 수신될 수 있다.
신호 처리기(150)는 이와 같이 수신된 레이더 신호에 기초하여 타겟의 거리를 측정할 수 있으며, 동시에 필요에 따라 발진기(110)를 제어함으로써 발진기(110)를 통해 출력되는 레이더 신호의 주파수를 가변할 수 있다.
이때, 송신기(120) 및 수신기(140)의 구성은 다양한 구조로 구성될 수 있으며, 안테나(130) 또한 하나의 안테나를 송신기(120) 및 수신기(140)가 공유하는 모노스태틱(Monostatic) 구조를 가지거나 두 개의 안테나를 송신기(120) 및 수신기(140)가 각각 사용하는 바이스태틱(Bistatic) 구조 중 어느 하나의 구조를 가질 수 있다.
보다 구체적으로 본 발명의 레이더 장치(100)는 간섭계 레이더일 수 있다. 기존의 간섭계 레이더의 경우, 2개의 고정 주파수를 가지는 레이더 신호들을 송신하여 각각의 레이더 신호들에 대한 송수신 위상차를 확인하고, 확인된 송수신 위상차를 이용하여 타겟까지의 거리를 측정할 수 있다.
이때, 간섭계 레이더의 경우, 2개의 고정 주파수 간격이 넓을수록 타겟의 거리 측정 정확도가 높아질 수 있는데, 고정 주파수 간격이 넓을수록 최대 측정 가능 거리가 감소되는 문제가 발생한다.
본 발명의 레이더 장치(100)는 간섭계 레이더를 통한 타겟의 거리 측정 방법을 제공하되, 고정 주파수가 아닌 가변 주파수를 가지는 레이더 신호를 통해 높은 거리 측정 정확도를 가지면서도 먼 거리에 위치한 타겟의 거리를 측정하는 방법을 제공할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 장치를 이용한 타겟 거리 측정 방법의 개념도를 도시한 도면이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 레이더 장치(100)는 탐지하고자 하는 탐색 영역의 최대 측정 가능 거리로부터 임의의 제1 주파수 간격을 가지는 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 결정할 수 있다. 이때, 최대 측정 가능 거리는 위상이
Figure 112018131082918-pat00001
씩 반복되는 특성에 따라 하기의 식 1과 같이 결정될 수 있다.
<식 1>
Figure 112018131082918-pat00002
여기서,
Figure 112018131082918-pat00003
는 빛의 속도를 의미하고,
Figure 112018131082918-pat00004
는 각각 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 나타낸다.
레이더 장치(100)는 결정된 기준 주파수 및 제1 측정 주파수에 기초하여 각각의 레이더 신호를 탐색 영역을 향해 송신하고, 탐색 영역에 존재하는 타겟에 의해 반사된 레이더 신호를 수신할 수 있다. 그리고 레이더 장치(100)는 수신된 각각의 레이더 신호를 이용하여 송수신 위상차를 식별할 수 있다.
이후 레이더 장치(100)는 결정된 기준 주파수 및 제1 측정 주파수와 이들 주파수에 따라 식별된 송수신 위상차를 이용하여 타겟의 1차 거리 정보를 획득할 수 있다. 구체적으로, 타겟의 1차 거리 정보는 하기의 식 2를 통해 획득 가능할 수 있다.
<식 2>
Figure 112018131082918-pat00005
이때,
Figure 112018131082918-pat00006
은 기준 주파수를 가지는 레이더 신호의 송수신 위상차를 나타내고,
Figure 112018131082918-pat00007
는 제1 측정 주파수를 가지는 레이더 신호의 송수신 위상차를 나타낼 수 있다.
이때, 타겟의 1차 거리 정보를 측정하기 위해 이용되는 레이더 신호의 송수신 위상차는 레이더 장치(100)의 시스템 성능에 의한 위상 측정 오차로 인해 일정한 값을 중심으로 변화하는 특성을 나타내며, 이로 인해 거리 측정 오차가 발생될 수 있다. 위상 측정 오차를
Figure 112018131082918-pat00008
라고 하면, 거리 측정 오차는 하기의 식 3과 같이 표현될 수 있다.
<식 3>
Figure 112018131082918-pat00009
따라서, 타겟의 1차 거리 정보인
Figure 112018131082918-pat00010
을 측정하였을 때, 측정된 거리
Figure 112018131082918-pat00011
의 양의 방향으로 최대 거리 오차를
Figure 112018131082918-pat00012
로 정의하고, 측정된 거리
Figure 112018131082918-pat00013
의 음의 방향으로 최대 거리 오차를
Figure 112018131082918-pat00014
으로 정의할 수 있다.
이러한 거리 측정 오차는 레이더 장치(100)의 동작 주파수에 대해 통상 무관하거나 상관성이 매우 낮으며, 레이더 장치(100)의 신호처리 정확도에 기인할 수 있다.
레이더 장치(100)는 타겟의 거리 측정 정확도를 향상시키면서 먼 거리에 있는 타겟의 거리를 측정하기 위하여 기준 주파수 대비 제1 주파수 간격보다 큰 제2 주파수 간격을 가지는 제2 측정 주파수를 결정할 수 있다. 이때, 레이더 장치(100)는 제2 측정 주파수를 결정함에 있어 1차 거리 정보에 따른 거리 측정 오차를 고려하여 요구되는 거리 측정 정확도에 따라 제2 측정 주파수를 결정할 수 있다.
일례로, 레이더 장치(100)는 기준 주파수와 제2 측정 주파수에 대응하는 제2 주파수 간격이 기준 주파수와 제1 측정 주파수에 대응하는 제1 주파수 간격의 정수 배가 되도록 제2 측정 주파수를 결정할 수 있다.
이후 레이더 장치(100)는 결정된 제2 측정 주파수를 가지는 레이더 신호를 탐색 영역을 향해 송신하고, 탐색 영역에 존재하는 타겟에 의해 반사된 레이더 신호를 수신함으로써 송수신 위상차를 식별할 수 있다.
마지막으로 레이더 장치(100)는 결정된 제2 측정 주파수와 이로 인해 식별된 송수신 위상차를 이용하여 하기의 식 4와 같이 타겟의 2차 거리 정보를 획득할 수 있다.
<식 4>
Figure 112018131082918-pat00015
여기서
Figure 112018131082918-pat00016
은 제2 측정 주파수를 가지는 레이더 신호의 송수신 위상차를 나타낼 수 있다. 또한,
Figure 112018131082918-pat00017
는
Figure 112018131082918-pat00018
과
Figure 112018131082918-pat00019
를 가장 가깝게 만족하는 양의 정수 값을 가지거나
Figure 112018131082918-pat00020
를 만족하는 양의 정수 값을 가질 수 있다.
이와 같이 레이더 장치(100)는 식 4와 같은 거리 측정 방법을 통해 먼 거리에 위치한 타겟의 거리를 측정함은 물론 송수신 되는 레이더 신호들의 주파수 간격을 늘림으로써 타겟의 거리 측정 정확도를 향상시키는 방법을 제공할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고정밀 레이더 장치를 이용한 타겟 거리 측정 방법의 제1 예를 도시한 도면이다.
도 3을 참고하면, 레이더 장치(100)는 최대 측정 가능 거리(
Figure 112018131082918-pat00021
에 기초하여 임의의 제1 주파수 간격에 대응하는 기준 주파수(
Figure 112018131082918-pat00022
및 제1 측정 주파수(
Figure 112018131082918-pat00023
를 결정할 수 있다. 레이더 장치(100)는 결정된 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 가지는 레이더 신호를 탐색 영역을 향해 송수신하여 각각의 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차(
Figure 112018131082918-pat00024
)를 식별할 수 있다.
이후 레이더 장치(100)는 상기의 식 2를 통해 타겟의 1차 거리 정보(
Figure 112018131082918-pat00025
)를 획득할 수 있다. 이때, 레이더 장치(100)를 통해 획득 가능한 타겟의 1차 거리 정보는 레이더 장치(100)의 시스템 성능에 의한 위상 측정 오차로 인해 발생되는 거리 측정 오차로 인해
Figure 112018131082918-pat00026
의 값을 가질 수 있다.
그러나 제1 주파수 간격에 대응하는 기준 주파수(
Figure 112018131082918-pat00027
및 제1 측정 주파수(
Figure 112018131082918-pat00028
를 통해 결정된 타겟의 1차 거리 정보는 거리 측정 오차로 인해 타겟의 거리를 정밀하게 측정하기가 어려울 수 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위하여 레이더 장치(100)는 기준 주파수 대비 제1 주파수 간격보다 큰 제2 주파수 간격을 가지는 제2 측정 주파수(
Figure 112018131082918-pat00029
)를 결정할 수 있다. 그리고 레이더 장치(100)는 제2 측정 주파수를 가지는 레이더 신호의 송수신 위상차(
Figure 112018131082918-pat00030
)를 이용하여 식 4를 통해 타겟의 2차 거리 정보(
Figure 112018131082918-pat00031
)를 계산할 있다.
이때, 타겟의 2차 거리 정보는 제1 주파수 간격보다 큰 제2 주파수 간격을 가지는 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 이용하여 계산되므로 1차 거리 정보에 비해 거리 측정 정확도가 향상될 수 있다. 다시 말하자면, 2차 거리 정보는 1차 거리 정보 보다 향상된 거리 측정 정확도를 가지므로 줄어든 거리 측정 오차로 인해
Figure 112018131082918-pat00032
의 값을 가질 수 있다.
즉, 본 발명의 레이더 장치(100)는 간섭계 레이더에서 사용되는 레이더 신호의 주파수를 가변하여 먼 거리에 위치한 타겟의 거리를 측정함은 물론 송수신 되는 레이더 신호들의 주파수 간격을 늘림으로써 타겟의 거리 측정 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고정밀 레이더 장치를 이용한 타겟 거리 측정 방법의 제1 예를 플로우챠트로 도시한 도면이다.
단계(410)에서, 레이더 장치(100)는 레이더 장치의 최대 측정 가능 거리에 기초하여 제1 주파수 간격에 대응하는 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 결정할 수 있다.
단계(420)에서, 레이더 장치(100)는 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 타겟의 1차 거리를 계산할 수 있다. 이때, 레이더 장치(100)를 통해 획득 가능한 타겟의 1차 거리 정보는 레이더 장치(100)의 시스템 성능에 의한 위상 측정 오차로 인해 발생되는 거리 측정 오차로 인해
Figure 112018131082918-pat00033
의 값을 가질 수 있다.
단계(430)에서, 레이더 장치(100)는 계산된 타겟의 1차 거리에 기초하여 기준 주파수를 기준으로 제1 주파수 간격보다 큰 제2 주파수 간격을 가지는 제2 측정 주파수를 결정할 수 있다. 일례로, 레이더 장치(100)는 제1 주파수 간격의 정수 배에 해당하는 제2 주파수 간격에 따라 제2 측정 주파수를 결정할 수 있다.
단계(440)에서, 레이더 장치(100)는 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 타겟의 2차 거리를 계산할 수 있다. 이때, 타겟의 2차 거리는 제1 주파수 간격보다 큰 제2 주파수 간격을 가지는 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 이용하여 계산되므로 1차 거리 정보에 비해 거리 측정 정확도가 향상될 수 있다. 다시 말하자면, 2차 거리는 1차 거리 정보 보다 향상된 거리 측정 정확도를 가지므로 줄어든 거리 측정 오차로 인해
Figure 112018131082918-pat00034
의 값을 가질 수 있다.
단계(450)에서, 레이더 장치(100)는 계산된 2차 거리의 거리 측정 정확도가 요구된 거리 측정 정확도 이하인지의 여부를 판단할 수 있다. 즉, 레이더 장치(100)는 요구된 거리 측정 정확도(
Figure 112018131082918-pat00035
가
Figure 112018131082918-pat00036
인지의 여부를 판단할 수 있다.
만약, 요구된 거리 측정 정확도(
Figure 112018131082918-pat00037
가
Figure 112018131082918-pat00038
인 경우, 레이더 장치(100)는 제2 측정 주파수를 통해 계산된 2차 거리 결과를 디스플레이에 표시할 수 있다.
그렇지 않고 만약 요구된 거리 측정 정확도(
Figure 112018131082918-pat00039
가
Figure 112018131082918-pat00040
이 아닌 경우, 레이더 장치(100)는 단계(430)으로 돌아가 제2 측정 주파수를 다시 선택하여 2차 거리를 재계산할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 고정밀 레이더 장치를 이용한 타겟 거리 측정 방법의 제2 예를 도시한 도면이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 레이더 장치(100)는 특정 영역 내에 존재하는 타겟을 파악하기 위해 범위를 지정하는 레인지 게이팅(Range Gating) 기술을 수행할 수 있다. 즉, 레인지 게이팅 기술은 특정 영역 내에 타겟이 식별되면, 식별된 타겟을 디스플레이 상에 표시하고, 식별되지 않으면 경고 알람을 디스플레이 상에 표시하는 기술을 의미할 수 있다.
이를 위해 레이더 장치(100)는 특정 영역의 최대 거리를
Figure 112018131082918-pat00041
으로 정하고, 결정된 특정 영역의 최대 거리에 기초하여 제1 측정 주파수(
Figure 112018131082918-pat00042
)를 결정할 수 있다. 이때, 특정 영역의 최대 거리는 기준 주파수(
Figure 112018131082918-pat00043
)와 제1 측정 주파수(
Figure 112018131082918-pat00044
)를 이용한 하기의 식 5를 통해 결정될 수 있다.
<식 5>
Figure 112018131082918-pat00045
즉,
Figure 112018131082918-pat00046
은 기준 주파수와 제1 측정 주파수를 이용하여 최대로 측정 가능한 거리를 의미할 수 있다.
그리고 레이더 장치(100)는 특정 영역의 최소 거리를
Figure 112018131082918-pat00047
로 정하고, 결정된 특정 영역의 최소 거리에 기초하여 제2 측정 주파수(
Figure 112018131082918-pat00048
)를 결정할 수 있다. 이때, 특정 영역의 최소 거리는 기준 주파수(
Figure 112018131082918-pat00049
)와 제2 측정 주파수(
Figure 112018131082918-pat00050
)를 이용한 하기의 식 6을 통해 결정될 수 있다.
<식 6>
Figure 112018131082918-pat00051
즉,
Figure 112018131082918-pat00052
은 기준 주파수와 제2 측정 주파수를 이용하여 최대로 측정 가능한 거리를 의미할 수 있다.
이때, 레이더 장치(100)는 기준 주파수를 가지는 레이더 신호의 위상차와 제1 측정 주파수를 가지는 레이더 신호의 위상차를 이용하여 타겟의 1차 거리 정보(
Figure 112018131082918-pat00053
)를 획득할 수 있다. 이때, 획득된 타겟의 1차 거리 정보는 특정 영역의 최대 거리인
Figure 112018131082918-pat00054
과 최소 거리인
Figure 112018131082918-pat00055
의 사이 값을 가질 수 있다.
이후 레이더 장치(100)는 기준 주파수를 가지는 레이더 신호의 위상차와 제2 측정 주파수를 가지는 레이더 신호의 위상차를 이용하여 하기의 식 7과 같이 타겟의 2차 거리 정보(
Figure 112018131082918-pat00056
)를 계산할 수 있다.
<식 7>
Figure 112018131082918-pat00057
Figure 112018131082918-pat00058
이때, 계산된 타겟의 2차 거리 정보에서
Figure 112018131082918-pat00059
이면, 레이더 장치(100)는 타겟이 특정 영역 내에 존재하는 것을 판단할 수 있다. 이와는 달리 계산된 타겟의 2차 거리 정보에서
Figure 112018131082918-pat00060
이면, 레이더 장치(100)는 타겟이 특정 영역 밖으로 이동한 것으로 판단할 수 있다.
즉, 레이더 장치(100)는 타겟의 2차 거리 정보에서
Figure 112018131082918-pat00061
의 크기로부터 레인지 게이팅 특성을 획득할 수 있으며, 1차 거리 정보(
Figure 112018131082918-pat00062
)를 통해 구한 값보다 정밀하게 측정 가능할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고정밀 레이더 장치를 이용한 타겟 거리 측정 방법의 제2 예를 플로우챠트로 도시한 도면이다.
단계(610)에서, 레이더 장치(100)는 타겟을 측정하고자 하는 특정 영역을 설정할 수 있다.
단계(620)에서, 레이더 장치(100)는 특정 영역에 기초하여 기준 주파수(
Figure 112018131082918-pat00063
), 제1 측정 주파수(
Figure 112018131082918-pat00064
) 및 제2 측정 주파수(
Figure 112018131082918-pat00065
)를 결정할 수 있다. 구체적을 레이더 장치(100)는 특정 영역의 최대 거리를
Figure 112018131082918-pat00066
으로 정하고, 결정된 특정 영역의 최대 거리에 기초하여 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 결정할 수 있다. 그리고 레이더 장치(100)는 특정 영역의 최소 거리를
Figure 112018131082918-pat00067
로 정하고, 결정된 특정 영역의 최소 거리에 기초하여 제2 측정 주파수를 결정할 수 있다. 다시 말하자면,
Figure 112018131082918-pat00068
은 기준 주파수와 제1 측정 주파수를 이용하여 최대로 측정 가능한 거리를 의미할 수 있고,
Figure 112018131082918-pat00069
은 기준 주파수와 제2 측정 주파수를 이용하여 최대로 측정 가능한 거리를 의미할 수 있다.
단계(630)에서, 레이더 장치(100)는 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 타겟의 1차 거리
Figure 112018131082918-pat00070
)를 계산할 수 있다. 이때, 획득된 타겟의 1차 거리 정보는 특정 영역의 최대 거리인
Figure 112018131082918-pat00071
과 최소 거리인
Figure 112018131082918-pat00072
의 사이 값을 가질 수 있다.
단계(640)에서, 레이더 장치(100)는 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 타겟의 2차 거리(
Figure 112018131082918-pat00073
)를 계산할 수 있다.
단계(650)에서, 레이더 장치(100)는 타겟의 1차 거리 정보가 특정 영역의 최소 거리인
Figure 112018131082918-pat00074
보다 큰지 여부를 판단할 수 있다. 만약 타겟의 1차 거리 정보가 특정 영역의 최소 거리인
Figure 112018131082918-pat00075
보다 작으면, 레이더 장치(100)는 타겟이 특정 영역 밖으로 이동한 것으로 판단하고, 단계(630)으로 돌아갈 수 있다.
그렇지 않고 만약 타겟의 1차 거리 정보가 특정 영역의 최소 거리인
Figure 112018131082918-pat00076
보다 크면, 레이더 장치(100)는 단계(660)에서, 타겟의 2차 거리 정보 중
Figure 112018131082918-pat00077
가 특정 영역의 최소 거리(
Figure 112018131082918-pat00078
) 이상이면서 최대 거리(
Figure 112018131082918-pat00079
) 이하인지, 즉
Figure 112018131082918-pat00080
)의 여부를 판단할 수 있다.
만약
Figure 112018131082918-pat00081
)이라면, 레이더 장치(100)는 타겟이 특정 영역 내에 존재하는 것으로 판단하고, 타겟의 2차 거리 정보를 디스플레이 상에 표시할 수 있다. 또는 레이더 장치(100)는
Figure 112018131082918-pat00082
)이 아니라면 타겟이 특정 영역 밖에 존재하는 것으로 판단하고, 단계(630)으로 돌아갈 수 있다.
이와 같이 본 발명의 레이더 장치(100)는 타겟의 2차 거리 정보에서
Figure 112018131082918-pat00083
의 크기로부터 레인지 게이팅 특성을 획득할 수 있으며, 1차 거리 정보(
Figure 112018131082918-pat00084
)를 통해 구한 값보다 정밀하게 측정 가능할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
100 : 레이더 장치
110 : 발진기
120 : 송신기
130 : 안테나
140 : 수신기
150 : 신호처리기

Claims (17)

  1. 레이더 장치가 수행하는 타겟 거리 측정 방법에 있어서,
    상기 레이더 장치의 최대 측정 가능 거리에 기초하여 제1 주파수 간격을 가지는 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 결정하는 단계;
    상기 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 타겟의 초기 거리를 계산하는 단계;
    상기 계산된 타겟의 초기 거리에 대한 거리 측정 오차를 식별하는 단계;
    상기 식별된 거리 측정 오차가 미리 설정된 거리 측정 정확도를 초과하는 경우, 상기 기준 주파수 대비 제1 주파수 간격 보다 큰 제2 주파수 간격을 가지는 제2 측정 주파수를 결정하는 단계;
    상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차와 상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 통해 측정 가능한 최대 측정 가능 거리를 이용하여 상기 타겟의 최종 거리를 측정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제2 주파수 간격은,
    상기 제1 주파수 간격의 정수 배에 대응하는 타겟 거리 측정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타겟의 최종 거리를 측정하는 단계는,
    상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 통해 결정된 제1 거리와 상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 통해 측정 가능한 최대 측정 가능 거리의 정수배에 대응하는 제2 거리를 합산함으로써 수행되는 타겟 거리 측정 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 타겟의 최종 거리에 대한 거리 측정 오차가 상기 미리 설정된 거리 측정 정확도 이하인 경우, 상기 타겟의 최종 거리를 디스플레이에 표시하는 단계
    를 더 포함하는 타겟 거리 측정 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 레이더 신호들은,
    연속 파(Continuous wave) 신호인 타겟 거리 측정 방법.
  5. 레이더 장치가 수행하는 타겟 거리 측정 방법에 있어서,
    타겟을 측정하고자 하는 특정 영역을 설정하는 단계;
    상기 레이더 장치를 기준으로 식별된 상기 특정 영역의 최대 거리에 기초하여 제1 주파수 간격을 가지는 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 결정하는 단계;
    상기 레이더 장치를 기준으로 식별된 상기 특정 영역의 최소 거리에 기초하여 상기 기준 주파수 대비 제1 주파수 간격보다 큰 제2 주파수 간격을 가지는 제2 측정 주파수를 결정하는 단계;
    상기 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 타겟의 제1 측정 거리를 계산하는 단계;
    상기 계산된 타겟의 제1 측정 거리가 상기 특정 영역의 최소 거리 이상인 것으로 판단된 경우, 상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 가지는 레이더 신호를 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 상기 타겟의 제2 측정 거리를 계산하는 단계;
    상기 계산된 타겟의 제2 측정 거리가 상기 특정 영역의 최대 거리와 최소 거리의 차 이하인 경우, 상기 타겟이 상기 특정 영역 내에 존재하는 것으로 판단하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제2 주파수 간격은,
    상기 제1 주파수 간격의 정수 배에 대응하는 타겟 거리 측정 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 타겟이 상기 특정 영역 내에 존재하는 것으로 판단된 경우, 상기 타겟의 제2 측정 거리와 상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 통해 측정 가능한 최대 측정 가능 거리를 이용하여 상기 타겟의 최종 거리를 디스플레이에 표시하는 단계
    를 더 포함하는 타겟 거리 측정 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 타겟의 최종 거리를 디스플레이에 표시하는 단계는,
    상기 타겟의 제2 측정 거리와 상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 통해 측정 가능한 최대 측정 가능 거리의 정수배에 대응하는 거리를 합산함으로써 수행되는 타겟 거리 측정 방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 계산된 타겟의 제2 측정 거리가 상기 특정 영역의 최대 거리와 최소 거리의 차 이상인 경우, 상기 타겟이 상기 특정 영역 내에 존재하지 않는 것으로 판단하고, 디스플레이에 경고 알람을 표시하는 단계
    를 더 포함하는 타겟 거리 측정 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중에서 어느 하나의 항의 방법을 실행시키기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.
  10. 레이더 장치에 있어서,
    주파수가 가변 되는 레이더 신호를 생성하는 발진기;
    상기 생성된 레이더 신호를 송수신하는 안테나; 및
    상기 안테나를 통해 송수신되는 레이더 신호를 이용하여 타겟의 거리를 측정하는 신호처리기
    를 포함하고,
    상기 신호처리기는,
    상기 레이더 장치의 최대 측정 가능 거리에 기초하여 제1 주파수 간격을 가지는 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 결정하고,
    상기 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 타겟의 초기 거리를 계산하며,
    상기 계산된 타겟의 초기 거리에 대한 거리 측정 오차를 식별하고,
    상기 식별된 거리 측정 오차가 미리 설정된 거리 측정 정확도를 초과하는 경우, 상기 기준 주파수 대비 제1 주파수 간격 보다 큰 제2 주파수 간격을 가지는 제2 측정 주파수를 결정하며,
    상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차와 상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 통해 측정 가능한 최대 측정 가능 거리를 이용하여 상기 타겟의 최종 거리를 측정하고,
    상기 제2 주파수 간격은 상기 제1 주파수 간격의 정수 배에 대응하는 레이더 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 신호처리기는,
    상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 통해 결정된 제1 거리와 상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 통해 측정 가능한 최대 측정 가능 거리의 정수배에 대응하는 제2 거리를 합산함으로써 상기 타겟의 최종 거리를 측정하는 레이더 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 신호처리기는,
    상기 타겟의 최종 거리에 대한 거리 측정 오차가 상기 미리 설정된 거리 측정 정확도 이하인 경우, 상기 타겟의 최종 거리를 디스플레이에 표시하는 레이더 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 레이더 신호들은,
    연속 파(Continuous wave) 신호인 레이더 장치.
  14. 레이더 장치에 있어서,
    주파수가 가변 되는 레이더 신호를 생성하는 발진기;
    상기 생성된 레이더 신호를 송수신하는 안테나; 및
    상기 안테나를 통해 송수신되는 레이더 신호를 이용하여 타겟의 거리를 측정하는 신호처리기
    를 포함하고,
    상기 신호처리기는,
    타겟을 측정하고자 하는 특정 영역을 설정하고,
    상기 레이더 장치를 기준으로 식별된 상기 특정 영역의 최대 거리에 기초하여 제1 주파수 간격을 가지는 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 결정하고,
    상기 상기 레이더 장치를 기준으로 식별된 상기 특정 영역의 최소 거리에 기초하여 상기 기준 주파수 대비 제1 주파수 간격보다 큰 제2 주파수 간격을 가지는 제2 측정 주파수를 결정하며,
    상기 기준 주파수 및 제1 측정 주파수를 가지는 레이더 신호들 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 타겟의 제1 측정 거리를 계산하고,
    상기 계산된 타겟의 제1 측정 거리가 상기 특정 영역의 최소 거리 이상인 것으로 판단된 경우, 상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 가지는 레이더 신호를 각각에 대한 송수신 위상차를 이용하여 상기 타겟의 제2 측정 거리를 계산하며,
    상기 계산된 타겟의 제2 측정 거리가 상기 특정 영역의 최대 거리와 최소거리의 차 이하인 경우, 상기 타겟이 상기 특정 영역 내에 존재하는 것으로 판단하고,
    상기 제2 주파수 간격은 상기 제1 주파수 간격의 정수 배에 대응하는 레이더 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 신호처리기는,
    상기 타겟이 상기 특정 영역 내에 존재하는 것으로 판단된 경우, 상기 타겟의 제2 측정 거리와 상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 통해 측정 가능한 최대 측정 가능 거리를 이용하여 상기 타겟의 최종 거리를 디스플레이에 표시하는 레이더 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 신호처리기는,
    상기 타겟의 제2 측정 거리와 상기 기준 주파수 및 제2 측정 주파수를 통해 측정 가능한 최대 측정 가능 거리의 정수배에 대응하는 거리를 합산함으로써 상기 타겟의 최종 거리를 디스플레이에 표시하는 레이더 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 신호처리기는,
    상기 계산된 타겟의 제2 측정 거리가 상기 특정 영역의 최대 거리와 최소 거리의 차 이상인 경우, 상기 타겟이 상기 특정 영역 내에 존재하지 않는 것으로 판단하고, 디스플레이에 경고 알람을 표시하는 레이더 장치.
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