KR102207567B1 - 차량용 레이더 및 이의 탐지 성능 개선 방법 - Google Patents

차량용 레이더 및 이의 탐지 성능 개선 방법 Download PDF

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Abstract

차량용 레이더 및 이의 탐지 성능 개선 방법을 공개한다. 본 발명은 송수신 일체형으로 복수개의 안테나 소자를 구비하는 어레이 안테나, 수신되는 입력 신호에 응답하여 주파수가 가변되는 송신 신호를 발생하고, 송신 신호를 복수개의 안테나 소자 중 하나의 안테나 소자를 통해 하나의 송신 채널로 방사하고, 송신 신호가 표적에 반사되어 어레이 안테나로 인가된 수신 신호를 복수개의 안테나 소자 중 기설정된 복수개의 안테나 소자를 선택하고, 선택된 복수개의 안테나를 통해 복수개의 수신 채널로 수신되는 수신 신호들 각각에 대응하는 복수개의 비트 신호를 생성하는 송수신부, 및 송수신부로 입력 신호를 생성하여 전송하고, 복수개의 비트 신호를 수신하여, 비트 신호를 분석하여 표적에 대한 표적 정보를 획득하는 신호 처리부를 포함한다.

Description

차량용 레이더 및 이의 탐지 성능 개선 방법{RADAR FOR VEHICLE AND METHOD FOR IMPROVING DETECTION PERFORMANCE THEREOF}
본 발명은 차량용 레이더 및 이의 탐지 성능 개선 방법에 관한 것으로, 일체형송 수신 안테나를 구비하는 차량용 레이더에서 동시에 2개의 수신 채널을 통해 수신 신호를 수신할 수 있도록 하는 차량용 레이더 및 이의 탐지 성능 개선 방법에 관한 것이다.
레이더는 전자파 송신하고, 표적에 반사된 반사파를 수신 신호로 수신하여 표적 차량과의 거리, 속도, 각도를 탐지 및 추적하는 센서로서 종래에는 주로 군사용으로만 사용되었으나, 최근에는 차량용으로 그 활용 범위를 넓히고 있다.
차량용 레이더는 일반적으로 송신 안테나와 수신 안테나를 별도로 구비하는 형태로 개발되어 사용되어 왔다. 그러나 송신 안테나와 수신 안테나가 별도로 구분되어 사용됨에 따라 2종류의 안테나 각각이 차지하는 공간에 의해 설치 공간의 제약이 발생하게 되고, 더불어 송신 안테나에서 방사된 송신 신호가 곧바로 수신 안테나를 통해 수신 신호로 유입되는 누설(leakage) 현상이 발생한다. 누설 현상으로 인해 송신 안테나로부터 수신 안테나로 곧바로 유입되는 수신 신호는 표적에 반사되어 수신되는 수신 신호에 영향을 주어 레이더의 탐지 성능을 저해하는 요인으로 작용한다.
도1 은 종래의 차량용 레이더의 구현예를 나타낸다.
도1 의 차량용 레이더는 신호 처리부(10) 및 송수신부(20)를 포함한다.
신호 처리부(10)는 송신 신호를 생성하기 위한 파형 신호를 생성하여 송수신부(20)로 전송하고, 송수신부(20)에서 수신되는 비트 신호(beat signal)를 분석하여 표적을 탐색한다.
송수신부(20)는 신호 처리부(10)에서 전송된 파형 신호에 대응하는 주파수를 갖는 송신 신호를 생성하여 어레이 안테나를 통해 외부로 방사한다. 또한 송수신부(200)는 송신 신호를 방사한 어레이 안테나를 통해 수신 신호를 수신하고, 송신 신호와 수신 신호의 주파수 차에 대응하는 비트 신호를 생성한다.
도1 의 차량용 레이더는 어레이 안테나를 송수신 일체형 안테나로 활용하여 송신 및 수신을 하나의 어레이 안테나가 수행할 수 있도록 한다. 여기서 차량용 레이더는 어레이 안테나의 복수개의 안테나 중 하나의 안테나를 선택하여 송신 신호를 송신하고, 다른 하나의 안테나를 선택하여 수신 신호를 수신하도록 송신 스위치(TSW), 수신 스위치(RSW) 및 2개의 선택 스위치(SEL1, SEL2)를 구비한다. 따라서 하나의 어레이 안테나에서 구비된 복수개의 안테나 중 송신 안테나와 수신 안테나를 선택하고, 송신 및 수신 경로를 별도로 구성함으로써, 송신 및 수신 안테나를 개별적으로 구비하는 경우에 비해 안테나 개수를 줄이고, 송신 신호가 수신 신호에 영향을 주지 않도록 한다. 즉 도1 과 같이 구성된 차량용 레이더는 송수신 일체형 안테나를 통해 신호를 송수신 함에 따라 송신 신호와 수신 신호 사이의 간섭을 피할 수 있다는 장점이 있다.
상기한 도1 의 레이더는 송신과 수신이 모두 동일한 하나의 어레이 안테나의 복수개의 안테나 중 하나씩을 선택하여 수행되므로, 1채널 송신 및 1채널 수신으로 구현된다. 그러나 일반적으로 레이더의 표적에 대한 탐지 성능을 향상 시키기 위해서는 수신 채널의 수가 복수개로 구현되는 것이 바람직하다. 수신 채널의 수가 복수개로 구현되면, 복수 채널의 수신 신호로부터 획득할 수 있는 표적에 대한 정보가 많아져서 탐지 성능이 증가된다. 따라서 도1 의 차량용 레이더는 안테나의 탐지 성능을 향상시키는데 한계가 있다는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 일체형으로 구현된 송수신 안테나에서 송신 신호는 1채널로 송신하고 수신 신호는 2채널로 수신하도록 구현하여 탐지 성능을 높일 수 있는 차량용 레이더를 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 상기 목적을 달성하기 위한 차량용 레이더의 탐지 성능 개선 방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 차량용 레이더는 송수신 일체형으로 복수개의 안테나 소자를 구비하는 어레이 안테나; 수신되는 입력 신호에 응답하여 주파수가 가변되는 송신 신호를 발생하고, 상기 송신 신호를 상기 복수개의 안테나 소자 중 하나의 안테나 소자를 통해 하나의 송신 채널로 방사하고, 송신 신호가 표적에 반사되어 상기 어레이 안테나로 인가된 수신 신호를 상기 복수개의 안테나 소자 중 기설정된 복수개의 안테나 소자를 선택하고, 상기 선택된 복수개의 안테나를 통해 복수개의 수신 채널로 수신되는 수신 신호들 각각에 대응하는 복수개의 비트 신호를 생성하는 송수신부; 및 상기 송수신부로 상기 입력 신호를 생성하여 전송하고, 상기 복수개의 비트 신호를 수신하여, 상기 비트 신호를 분석하여 상기 표적에 대한 표적 정보를 획득하는 신호 처리부; 를 포함한다.
상기 송수신부는 상기 입력 신호에 응답하여 주파수가 가변되는 송신 신호를 발생하고, 상기 송신 신호를 방사할 상기 하나의 안테나 소자를 선택하고, 선택된 안테나 소자로 상기 송신 경로를 전송하는 송신부; 및 신호를 상기 복수개의 안테나 소자 중 기설정된 복수개의 안테나 소자를 선택하고, 상기 선택된 복수개의 안테나를 통해 상기 복수개의 수신 채널로 수신되는 수신 신호들 각각과 상기 송신부에서 상기 송신 신호를 분배하여 생성된 국부 신호 사이의 주파수 차를 이용하여 복수개의 비트 신호를 생성하는 수신부; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 송신부는 상기 입력 신호의 전압 레벨에 대응하여 주파수가 가변되는 상기 송신 신호를 생성하는 전압 제어 발진기;
상기 송신 신호를 분배하여 국부 신호를 상기 수신부로 전송하는 제1 분배기;
상기 의 제어에 따라 상기 제1 분배기를 통해 전송되는 상기 수신 신호를 전달하는 송신 스위치; 상시 송신 스위치를 통해 전송된 상기 수신 신호를 분배하는 제2 분배기; 상기 수신 신호를 수신하는 복수개의 수신 채널의 개수에 대응하여 상기 복수개의 안테나 소자를 복수개의 안테나 그룹으로 구분하고, 복수개의 안테나 그룹 중 대응하는 안테나 그룹에 포함된 안테나 소자들 중 송신 신호를 송신할 안테나 소자와 수신 신호를 수신할 안테나 소자를 상기 신호 처리부의 제어에 따라 선택하는 복수개의 선택 스위치; 및 상기 제2 분배기에서 전송되는 상기 송신 신호를 각각 수신하여 상기 복수개의 선택 스위치 중 대응하는 선택 스위치로 전송하거나, 상기 대응하는 선택 스위치에서 전송되는 상기 수신 신호를 개별적으로 상기 수신부로 전송하는 복수개의 순환기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 복수개의 선택 스위치는 상기 송신 신호를 방사하는 경우에 상기 복수개의 안테나 소자 중 하나의 안테나 소자만을 선택하고, 상기 수신 신호를 수신하는 경우에는 상기 복수개의 안테나 그룹 각각에서 하나씩의 상기 안테나 소자를 선택하는 것을 특징으로 한다.
상기 수신부는 상기 의 제어에 따라 상기 복수개의 순환기 중 대응하는 순환기에서 전송되는 수신 신호를 전달하는 복수개의 수신 스위치; 상기 복수개의 수신 스위치 중 대응하는 수신 스위치를 통해 전달되는 상기 송신 신호를 증폭하는 복수개의 증폭기; 상기 의 제어에 따라 상기 국부 신호를 전달하는 국부 신호 스위치; 상기 국부 신호 스위치를 통해 전달되는 상기 국부 신호를 분배하는 제3 분배기; 및 상기 복수개의 증폭기 중 대응하는 증폭기에서 인가되는 수신 신호와 제3 분배기에서 전송되는 상기 국부 신호를 이용하여 각각 비트 신호를 생성하는 복수개의 혼합기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호 처리부는 상기 수신부에서 전송되는 상기 복수개의 비트 신호에서 노이즈를 제거하는 필터; 상기 필터에서 전송된 상기 복수개의 비트 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터; 및 상기 디지털 신호로 변환된 상기 복수개의 비트 신호를 분석하여, 상기 표적의 각도, 거리 및 속도에 대한 정보를 포함하는 상기 표적 정보를 획득하고, 상기 송신 스위치, 상기 복수개의 수신 스위치, 상기 국부 신호 스위치 및 상기 복수개의 선택기를 제어하는 프로세서; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 예에 따른 차량용 레이더의 탐지 성능 개선 방법은 송수신 일체형으로 복수개의 안테나 소자를 구비하는 어레이 안테나, 송신 스위치와 복수개의 수신 스위치 및 복수개의 선택기를 구비하는 송수신부 및 신호 처리부를 구비하는 차량용 레이더의 탐지 성능 개선 방법에 있어서,
상기 송수신부가 상기 신호 처리부에서 생성된 입력 신호에 응답하여 송신 신호 생성하고, 상기 복수개의 안테나 소자 중 하나의 안테나 소자를 선택하여, 선택된 상기 하나의 안테나 소자를 통해 1채널로 상기 송신 신호를 송신하는 단계; 상기 송수신부가 상기 복수개의 안테나 소자 중 기설정된 복수개의 안테나 소자를 선택하고, 상기 선택된 안테나 소자 각각을 통해 복수개의 수신 신호를 수신하여 비트 신호로 변환한 후 상기 복수개의 비트 신호를 상기 신호 처리부로 전송하는 단계; 및 상기 신호 처리부가 상기 복수개의 비트 신호를 분석하여 표적 정보를 획득하는 단계; 를 포함한다.
송신 신호를 송신하는 단계는 상기 신호 처리부가 상기 입력 신호를 생성하고, 상기 송수신부가 상기 입력 신호에 대응하는 상기 송신 신호를 발생하는 단계; 상기 송신 스위치가 상기 신호 처리부의 제어에 따라 온되어 상기 송신 신호를 상기 어레이 안테나로 전송하는 송신 경로를 구성하는 단계; 상기 선택 스위치가 상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 어레이 안테나의 복수개의 안테나 소자 중 하나의 안테나 소자를 선택하는 단계; 및 상기 선택된 안테나 소자를 통해 상기 송신 신호를 방사하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 신호 처리부로 전송하는 단계는 상기 복수개의 선택기가 상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 어레이 안테나의 복수개의 안테나 소자 중 상기 수신 신호를 수신할 복수개의 안테나 소자를 선택하는 단계; 상기 복수개의 수신 스위치 각각이 상기 신호 처리부의 제어에 따라 온되어 상기 복수개의 선택기 중 대응하는 선택기를 통해 인가되는 수신 신호를 각각 전달하는 단계; 및 상기 송수신부의 복수개의 혼합기가 상기 송신 신호를 분배한 국부 신호와 상기 복수개의 수신 신호 각각의 주파수 차를 이용하여 상기 복수개의 비트 신호를 생성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명의 차량용 레이더 및 이의 탐지 성능 개선 방법은 송수신 일체형 안테나를 구비하는 차량용 레이더가 1채널로 송신하는 반면, 2채널 이상의 복수개의 채널로 수신할 수 있다. 그러므로 종래에 1채널만으로 송신 및 수신을 수행하는 레이더에 비해 수신 채널 수가 증가하여 레이더의 탐지 성능을 크게 증가시킬 수 있다.
도1 은 종래의 차량용 레이더의 구현예를 나타낸다.
도2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 레이더의 구성을 나타낸다.
도3 은 수신 안테나 간격에 따른 수신 신호의 차이를 나타내는 도면이다.
도4 는 도2 의 차량용 레이더의 탐지 성능 개선 방법을 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
명세서 전체에서, 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. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
도2 는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 레이더의 구성을 나타낸다.
도2 의 차량용 레이더는 도1 의 차량용 레이더와 마찬가지로 신호 처리부(100) 및 송수신부(200)를 포함한다.
신호 처리부(100)는 프로세서(DSP), AD 컨버터(ADC) 및 필터(IF)를 구비한다. 필터(IF)는 송수신부(200)로부터 복수개의 비트 신호를 수신하고, 복수개의 비트 신호 각각에서 노이즈를 제거한다. AD 컨버터(ADC)는 필터(IF)에서 노이즈가 제거된 복수개의 비트 신호를 디지털 신호로 변환한다. 프로세서(DSP)는 레이더가 탐지 동작을 시작하면 기설정된 입력 신호를 생성하여 송수신부(200)로 전송한다. 여기서 입력 신호는 기설정된 주기에 따라 반복되는 패턴의 신호일 수 있다. 그리고 프로세서(DSP)는 AD 컨버터(ADC)에서 디지털 신호로 변환된 복수개의 비트 신호를 수신하고, 수신된 복수개의 비트 신호로부터 표적의 거리, 각도 및 속도를 계산한다. 또한 프로세서(DSP)는 송수신부(200)의 송신 스위치(TSW) 복수개의 수신 스위치(RSW1, RSW2) 국부 신호 스위치(LSW) 및 복수개의 선택 스위치(SEL1, SEL2)를 제어하기 위한 스위치 제어 신호를 출력한다.
여기서 프로세서(DSP)는 적어도 복수개의 비트 신호를 수신하여 두신호의 위상차이를 계산하여 표적의 각도를 종래의 레이더에 비해 매우 정확하게 판별할 수 있다. 또한 표적의 거리 및 속도 또한 복수개의 비트 신호를 각각 분석하여 획득되는 거리 및 속도에 대한 평균을 이용하여 획득하거나, 각 신호에서 획득된 거리 및 속도의 차이를 분석하여 획득된 표적의 거리 및 속도에 대한 정보의 신뢰성을 평가한다.
또한 도시하지 않았으나, 차량용 레이더의 신호 처리부(100)는 차량에 포함된 각종 기기들과 통신을 수행하기 위한 CAN (Controller Area Network), 인터페이스를 제공하기 위한 HMI(Humon Machine Interface), 표적 정보등을 저장하기 위한 메모리 등을 더 구비할 수 있다.
송수신부(200)는 신호 처리부(100)에서 인가되는 입력 신호에 응답하여 송신 신호를 생성하여 방사하는 송신부 및 송신 신호가 표적에 반사된 복수개의 수신 신호를 수신하고, 수신된 복수개의 수신 신호로부터 복수개의 비트 신호를 생성하여 신호 처리부(100)로 전송하는 수신부 및 송신 신호를 방사하고 수신 신호를 수신하는 어레이 안테나(AANT)로 구분할 수 있다.
본 발명에서 차량용 레이더는 송수신 일체형 안테나로 구현되므로, 하나의 어레이 안테나(AANT)만을 구비한다. 다만, 어레이 안테나에 구비된 복수개의 안테나 소자들을 기설정된 소정 개수 단위로 복수개의 안테나 그룹으로 구분한다. 도2 에서는 일예로 8개의 안테나 소자를 구비하는 어레이 안테나를 2개의 안테나 그룹으로 구분하여 각 안테나 그룹이 4개씩의 안테나 소자를 포함하는 것으로 도시하였다.
송신부는 신호 처리부(100)에서 인가되는 입력 신호의 전압 레벨 응답하여 주파수가 가변되는 송신 신호를 생성하는 전압 제어 발진기(VCO), 전압 발진기(VCO)에서 생성된 송신 신호를 분배하여 분배된 송신 신호를 국부 신호로서 수신부로 전송하는 제1 분배기(DV1), 송신 신호를 어레이 안테나(AANT)로 전송하기 위한 송신 스위치(TSW), 송신 스위치(TSW)에서 전송된 송신 신호를 분배하여 복수개의 안테나 그룹 각각으로 전송하는 제2 분배기(DV2), 제2 분배기(DV2)에서 분배된 송신 신호를 대응하는 안테나 그룹으로 전송하거나, 대응하는 안테나 그룹에서 전송된 수신 신호를 수신부로 전송하는 복수개의 순환기(CL1, CL2), 대응하는 안테나 그룹의 복수개의 안테나 소자 중 적어도 하나의 안테나 소자를 선택하여 선택된 안테나 소자로 대응하는 순환기(CL1, CL2)에서 전송되는 송신 신호를 전송하거나, 선택된 안테나 소자에서 수신되는 수신 신호를 대응하는 순환기(CL1, CL2)로 전송하는 복수개의 선택기(SEL1, SEL2)를 포함한다. 여기서 복수개의 선택기(SEL1, SEL2)는 1개의 송신 채널 또는 복수개의 수신 채널을 선택한다.
그리고 수신부는 각각 대응하는 순환기(CL1, CL1)에서 인가되는 복수개의 수신 신호를 전달하는 복수개의 수신 스위치(RSW1, RSW2), 수신 스위치(RSW1, RSW2)를 통해 전송된 복수개의 수신 신호를 증폭하는 복수개의 증폭기(AMP1, AMP2), 송신부에서 전송되는 국부 신호를 전송하는 국부 신호 스위치(LSW), 국부 신호 스위치(LSW)를 통해 인가되는 국부 신호를 분배하는 제3 분배기(DV) 및 복수개의 증폭기(AMP1, AMP2)에서 증폭된 복수개의 수신 신호 각각과 제3 분배기(DV)에서 분배된 국부 신호 각각을 수신하고, 국부 신호와 수신 신호의 주파수 차를 이용하여 수신 신호를 하향 변환함으로서 직접 기저대역의 비트 신호를 생성하는 복수개의 혼합기(MIX1, MIX2)를 포함한다.
송수신부(200)에서 송신 스위치(TSW) 복수개의 수신 스위치(RSW1, RSW2) 국부 신호 스위치(LSW) 및 복수개의 선택 스위치(SEL1, SEL2)는 상기한 바와 같이 신호 처리부(100)의 프로세서(DSP)에서 인가되는 제어 신호에 응답하여 온 또는 오프되어 대응하는 신호를 전송한다.
도2 에 도시된 바와 같이 본 발명의 차량용 레이더를 도1 의 종래의 차량용 레이더와 비교하면, 도2 에서 별도의 블록으로 처리한 부분이 변경된 부분으로 순환기(CL1, CL2), 수신 스위치(RSW1, RSW2), 증폭기(AMP1, AMP2) 및 혼합기(MIX1, MIX2)의 개수가 복수개로 증가하였다. 이는 어레이 안테나의 복수개의 안테나 그룹 각각에서 수신 신호를 수신하기 위한 복수개의 수신 경로를 생성하기 위함이다. 즉 도1 의 차량용 레이더에서 송수신부(20)는 송신 신호를 송신하기 위한 송신 경로와 하나의 수신 경로 만이 존재하였으나, 도2 의 차량용 레이더에서는 하나의 송신 경로와 복수개의 수신 경로를 구비하고, 복수개의 수신 경로상의 스위치를 제어 신호로 제어하여 복수개의 안테나 그룹 각각을 통해 개별적으로 수신 신호를 수신하여 복수개의 비트 신호를 생성한다.
그리고 신호 처리부(100)는 송수신부(200)에서 전송되는 복수개의 비트 신호를 분석하여 표적 정보를 획득함으로써, 종래의 하나의 수신 신호를 이용하여 표적 정보를 획득하는 경우에 비해 탐지 성능을 크게 높일 수 있다. 즉 상기한 바와 같이 표적의 각도를 정확하게 추정할 수 있으며, 표적의 거리 및 속도에 대해서도 평균값 등의 통계값을 이용하여 획득할 수 있고, 다른 표적 정보에 비해 편차가 큰 표적 정보는 오류인 것으로 판단하여 제외 할 수도 있다. 즉 탐색 결과에 대한 신뢰성 평가 또한 가능하다.
도3 은 수신 안테나 간격에 따른 수신 신호의 차이를 나타내는 도면이다.
도3 은 도2 에서와 같이 차량용 레이더가 복수개의 안테나 소자(도3 에서는 8개)로부터 수신 신호를 수신하는 경우, 수신 신호의 입사 각에 따라 발생하는 위상 각도 차를 설명하기 위한 도면이다. 표적에 반사된 신호는 같은 파형, 같은 위상을 가지고 반사되어 되돌아 온다. 따라서 수신하는 안테나의 간격에 따라 수신신호의 위상이 다르게 측정되고, 이 위상값을 계산, 비교하면 표적의 위치 각도 정보를 보다 정확하게 알 수 있다
도3 에 도시된 바와 같이, 복수개의 안테나 소자를 구비하는 어레이 안테나(AANT)에서 수신 신호는 복수개의 안테나 소자 사이의 간격에 의해 수신 신호의 위상 각도 차이가 발생한다. 만일 복수개의 안테나 소자 중 제1 및 제2 안테나 소자가 선택되어 2개 채널로 수신 신호를 가정하면, 도3 의 아래와 같이 2개의 안테나 소자(ANT1, ANT2) 사이의 거리(l)와 위상 각도 차를 이용하여 표적의 각도 정보를 수학식 1과 같이 획득할 수 있다.
Figure 112013103400017-pat00001
(여기서 θ 는 수신신호의 입사각(표적의 각도위치), Δφ 는 수신신호의 위상각도 차이, ΔR 은 입사각에 따른 수신신호의 안테나 도달 거리 차이, L 은 안테나 간의 간격 및 λ 는 신호의 파장)이다.
수학식 1에서 수신 신호의 파장(λ)와 수신 신호의 위상각도 차이(Δφ)는 신호 처리부(100)에서 비트 신호를 분석하여 획득할 수 있으며, 안테나 간격(L)은 기설정된 값이므로, 수신 신호의 입사각(θ)을 계산할 수 있으며, 계산된 수신 신호의 입사각(θ)이 곧 표적의 각도 정보로서 획득해야 하는 값이다. 즉 복수개의 수신 신호 사이의 위상 각도 차이를 이용하여 표적의 각도 위치를 구할 수 있다.
또한 본 발명의 차량용 레이더는 복수개의 안테나 소자 중 수신 신호를 수신할 안테나 소자를 선택 스위치(SEL1, SEL2)를 이용하여 선택할 수 있으므로, 안테나 간의 거리(L)를 가변을 시킬 수 있다. 이에 따라 입사각의 산출값을 복수로 얻을 수 있다. 복수개의 입사각 값을 이용하면 한 개의 입사각만을 산출했을 때보다 강건한 값을 산출할 수 있다.
뿐만 아니라 평균을 구하거나, 비정상적으로 튀는 값을 제거하여 평균을 구하는 등의 계산을 통해 단일 입사각 산출 시 보다 더욱 강건한 입사각 산출이 가능하다.
복수개의 수신채널의 선택은 다양한 조합의 구현이 가능하며, 각 조합의 선택은 레이더 센서의 성능 튜닝을 통하여 결정한다. 예를 들면, 도2 에 도시된 바와 같이 8개의 채널 중 1번 채널로 송신하고, 수신채널을 2개의 안테나 그룹((제1 안테나(ANT1) ~ 제4 안테나(ANT4) (제5 안테나(ANT5) ~ 제8 안테나(ANT8))의 조합으로 측정하여 최적의 수신채널 조합을 찾을 수 있다.
도4 는 도2 의 차량용 레이더의 탐지 성능 개선 방법을 나타낸다.
도2 를 참조하여 도4 의 차량용 레이더의 탐지 성능 개선 방법을 설명하면, 우선 신호 처리부(100)가 입력 신호를 생성하여 송수신부(200)으로 전송하면, 송수신부(200)의 전압 제어 발진기(VCO)가 입력 신호의 전압 레벨에 대응하여 주파수가 가변되는 송신 신호를 발생한다(S10). 이때, 발생된 송신 신호는 제1 분배기(DV1)에 의해 분배되어 국부 신호가 국부 신호 스위치(LSW)로 전송된다. 한편 신호 처리부(100)는 입력 신호를 전송하는 동안 제어 신호를 송신 스위치(TSW)로 인가하여 송신 스위치(TSW)를 온 한다(S20). 제어 신호에 응답하여 온된 송신 스위치(TSW)는 송신 신호를 제2 분배기(DV2)로 전달하고, 제2 분배기(DV2)는 송신 신호를 분배한 후, 복수개의 순환기(CL1, CL2)를 통해 복수개의 선택 스위치(SEL1, SEL2)로 전송한다. 복수개의 선택 스위치(SEL1, SEL2)는 신호 처리부(100)에서 인가되는 제어 신호에 응답하여 어레이 안테나의 복수개의 안테나 소자 중 하나의 안테나 소자를 선택한다(S30). 이때 복수개의 선택 스위치(SEL1, SEL2)는 안테나 그룹에 무관하게 어레이 안테나의 복수개의 안테나 소자 중 송신 신호를 송신할 하나의 안테나 소자만을 선택한다. 그리고 선택된 하나의 안테나 소자를 통해 송신 신호를 송신한다(S40). 즉 1채널로 송신 신호를 방사한다.
한편, 복수개의 선택 스위치(SEL1, SEL2) 각각은 신호 처리부(100)에서 인가되는 제어 신호에 응답하여 어레이 안테나의 복수개의 안테나 소자 중 수신 신호를 수신할 복수개의 안테나 소자를 선택한다(S50). 복수개의 선택 스위치(SEL1, SEL2) 각각은 어레이 안테나의 복수개의 안테나 그룹 중 대응하는 안테나 그룹에서 각각 하나씩의 안테나 소자를 수신 안테나로 선택한다. 복수개의 선택 스위치 각각이 하나씩의 안테나 소자를 선택하므로, 수신 채널의 수가 복수개로 되며, 수신 신호 또한 복수개가 된다. 그리고 신호 처리부(100)는 복수개의 수신 스위치(RSW1, RSW2)와 국부 신호 스위치(LSW)로 제어 신호를 인가하여 온한다 (S60). 이에 복수개의 수신 스위치는 복수개의 수신 안테나를 통해 복수개의 수신 신호를 복수개의 증폭기(AMP1, AMP2)를 통해 복수개의 혼합기(MIX1, MIX2)로 인가하고, 국부 신호 스위치(LSW)는 송신 신호로부터 분배된 국부 신호를 복수개의 혼합기(MIX1, MIX2)로 인가한다. 복수개의 혼합기(MIX1, MIX2) 각각은 국부 신호와 복수개의 수신 신호의 주파수 차를 이용하여 복수개의 비트 신호를 생성하여 신호 처리부(100)로 전송한다(S80).
신호 처리부(100)는 복수개의 비트 신호를 수신하여 디지털 신호로 변환하고 분석하여 표적 신호(수신 신호)의 입사각을 수학식 1과 같이 계산한다(S80). 그리고 복수개의 입사각 계산이 완료되는지를 판별한다(S90). 만일 입사각 계산이 완료되지 않았으면, 복수개의 수신 스위치가 온 된 상태로 유지되도록 한다(60). 그러나 복수개의 입사각 계산이 완료 되었다면 , 복수개의 입사각에 대한 통계적 계산을 수행하여 표적 각도를 산출하고, 표적의 거리 및 속도를 계산한다(S100). 즉 표적 정보를 획득한다.
결과적으로 본 발명은 송수신을 일체형으로 수행하는 하나의 어레이 안테나에서 하나의 안테나 소자를 통해 1채널로 송신 신호를 송신하는 반면, 수신 신호는 복수개의 안테나 소자를 통해 복수 채널로 수신하고, 복수 채널로 수신된 복수개의 수신 신호 각각을 대응하여 구성된 수신 경로를 통해 개별적으로 분석함으로써, 차량용 레이더의 탐지 성능을 크게 향상 시킨다.
본 발명에 따른 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 캐리어 웨이브(예를 들어 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 송수신 일체형으로 복수개의 안테나 소자를 구비하는 어레이 안테나;
    수신되는 입력 신호에 응답하여 주파수가 가변되는 송신 신호를 발생하고, 상기 송신 신호를 상기 복수개의 안테나 소자 중 하나의 안테나 소자를 통해 하나의 송신 채널로 방사하고, 송신 신호가 표적에 반사되어 상기 어레이 안테나로 인가된 수신 신호를 상기 복수개의 안테나 소자 중 기설정된 복수개의 안테나 소자를 선택하고, 상기 선택된 복수개의 안테나를 통해 복수개의 수신 채널로 수신되는 수신 신호들 각각에 대응하는 복수개의 비트 신호를 생성하는 송수신부; 및
    상기 송수신부로 상기 입력 신호를 생성하여 전송하고, 상기 복수개의 비트 신호를 수신하여, 상기 비트 신호를 분석하여 상기 표적에 대한 표적 정보를 획득하는 신호 처리부; 를 포함하되,
    상기 어레이 안테나에 구비된 복수개의 안테나 소자는, 기설정된 소정 개수 단위로 복수개의 안테나 그룹으로 구분되고,
    상기 송수신부는,
    상기 수신 신호를 수신하는 경우, 상기 복수개의 안테나 그룹 각각에서 하나씩의 안테나 소자를 선택하고, 상기 선택된 안테나 소자 각각을 통해 복수개의 수신 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 송수신부는
    상기 입력 신호에 응답하여 주파수가 가변되는 송신 신호를 발생하고, 상기 송신 신호를 방사할 상기 하나의 안테나 소자를 선택하고, 선택된 안테나 소자로 상기 송신 신호를 전송하는 송신부; 및
    신호를 상기 복수개의 안테나 소자 중 기설정된 복수개의 안테나 소자를 선택하고, 상기 선택된 복수개의 안테나를 통해 상기 복수개의 수신 채널로 수신되는 수신 신호들 각각과 상기 송신부에서 상기 송신 신호를 분배하여 생성된 국부 신호 사이의 주파수 차를 이용하여 복수개의 비트 신호를 생성하는 수신부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더.
  3. 제2 항에 있어서, 상기 송신부는
    상기 입력 신호의 전압 레벨에 대응하여 주파수가 가변되는 상기 송신 신호를 생성하는 전압 제어 발진기;
    상기 송신 신호를 분배하여 국부 신호를 상기 수신부로 전송하는 제1 분배기;
    상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 제1 분배기를 통해 전송되는 상기 수신 신호를 전달하는 송신 스위치;
    상시 송신 스위치를 통해 전송된 상기 수신 신호를 분배하는 제2 분배기;
    상기 수신 신호를 수신하는 복수개의 수신 채널의 개수에 대응하여 상기 복수개의 안테나 소자를 복수개의 안테나 그룹으로 구분하고, 복수개의 안테나 그룹 중 대응하는 안테나 그룹에 포함된 안테나 소자들 중 송신 신호를 송신할 안테나 소자와 수신 신호를 수신할 안테나 소자를 상기 신호 처리부의 제어에 따라 선택하는 복수개의 선택 스위치; 및
    상기 제2 분배기에서 전송되는 상기 송신 신호를 각각 수신하여 상기 복수개의 선택 스위치 중 대응하는 선택 스위치로 전송하거나, 상기 대응하는 선택 스위치에서 전송되는 상기 수신 신호를 개별적으로 상기 수신부로 전송하는 복수개의 순환기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더.
  4. 제3 항에 있어서, 상기 복수개의 선택 스위치는
    상기 송신 신호를 방사하는 경우에 상기 복수개의 안테나 소자 중 하나의 안테나 소자만을 선택하고, 상기 수신 신호를 수신하는 경우에는 상기 복수개의 안테나 그룹 각각에서 하나씩의 상기 안테나 소자를 선택하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더.
  5. 제3 항에 있어서, 상기 수신부는
    상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 복수개의 순환기 중 대응하는 순환기에서 전송되는 수신 신호를 전달하는 복수개의 수신 스위치;
    상기 복수개의 수신 스위치 중 대응하는 수신 스위치를 통해 전달되는 상기 송신 신호를 증폭하는 복수개의 증폭기;
    상기 송신부에서 전송되는 상기 국부 신호를 전달하는 국부 신호 스위치;
    상기 국부 신호 스위치를 통해 전달되는 상기 국부 신호를 분배하는 제3 분배기; 및
    상기 복수개의 증폭기 중 대응하는 증폭기에서 인가되는 수신 신호와 제3 분배기에서 전송되는 상기 국부 신호를 이용하여 각각 비트 신호를 생성하는 복수개의 혼합기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더.
  6. 제5 항에 있어서, 상기 신호 처리부는
    상기 수신부에서 전송되는 상기 복수개의 비트 신호에서 노이즈를 제거하는 필터;
    상기 필터에서 전송된 상기 복수개의 비트 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터; 및
    상기 디지털 신호로 변환된 상기 복수개의 비트 신호를 분석하여, 상기 표적의 각도, 거리 및 속도에 대한 정보를 포함하는 상기 표적 정보를 획득하고, 상기 송신 스위치, 상기 복수개의 수신 스위치, 상기 국부 신호 스위치 및 상기 복수개의 선택기를 제어하는 프로세서; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더.
  7. 송수신 일체형으로 복수개의 안테나 소자를 구비하는 어레이 안테나, 송신 스위치와 복수개의 수신 스위치 및 복수개의 선택기를 구비하는 송수신부 및 신호 처리부를 구비하는 차량용 레이더의 탐지 성능 개선 방법에 있어서,
    상기 송수신부가 상기 신호 처리부에서 생성된 입력 신호에 응답하여 송신 신호 생성하고, 상기 복수개의 안테나 소자 중 하나의 안테나 소자를 선택하여, 선택된 상기 하나의 안테나 소자를 통해 1채널로 상기 송신 신호를 송신하는 단계;
    상기 송수신부가 상기 복수개의 안테나 소자 중 기설정된 복수개의 안테나 소자를 선택하고, 상기 선택된 안테나 소자 각각을 통해 복수개의 수신 신호를 수신하여 비트 신호로 변환한 후 상기 복수개의 비트 신호를 상기 신호 처리부로 전송하는 단계; 및
    상기 신호 처리부가 상기 복수개의 비트 신호를 분석하여 표적 정보를 획득하는 단계; 를 포함하되,
    상기 어레이 안테나에 구비된 복수개의 안테나 소자는, 기설정된 소정 개수 단위로 복수개의 안테나 그룹으로 구분되고,
    상기 신호 처리부로 전송하는 단계에서,
    상기 송수신부는, 상기 복수개의 안테나 그룹 각각에서 하나씩의 안테나 소자를 선택하고, 상기 선택된 안테나 소자 각각을 통해 복수개의 수신 신호를 수신하는 것을 특징으로 차량용 레이더의 탐지 성능 개선 방법.
  8. 제7 항에 있어서, 송신 신호를 송신하는 단계는
    상기 신호 처리부가 상기 입력 신호를 생성하고, 상기 송수신부가 상기 입력 신호에 대응하는 상기 송신 신호를 발생하는 단계;
    상기 송신 스위치가 상기 신호 처리부의 제어에 따라 온되어 상기 송신 신호를 상기 어레이 안테나로 전송하는 송신 경로를 구성하는 단계;
    상기 복수개의 선택기가 상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 어레이 안테나의 복수개의 안테나 소자 중 하나의 안테나 소자를 선택하는 단계; 및
    상기 선택된 안테나 소자를 통해 상기 송신 신호를 방사하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더의 탐지 성능 개선 방법.
  9. 제8 항에 있어서, 상기 신호 처리부로 전송하는 단계는
    상기 복수개의 선택기가 상기 신호 처리부의 제어에 따라 상기 어레이 안테나의 복수개의 안테나 소자 중 상기 수신 신호를 수신할 복수개의 안테나 소자를 선택하는 단계;
    상기 복수개의 수신 스위치 각각이 상기 신호 처리부의 제어에 따라 온되어 상기 복수개의 선택기 중 대응하는 선택기를 통해 인가되는 수신 신호를 각각 전달하는 단계; 및
    상기 송수신부의 복수개의 혼합기가 상기 송신 신호를 분배한 국부 신호와 상기 복수개의 수신 신호 각각의 주파수 차를 이용하여 상기 복수개의 비트 신호를 생성하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더의 탐지 성능 개선 방법.
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