KR102251122B1 - 레이더 센서 및 이를 포함하는 차량용 레이더 장치 - Google Patents

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Abstract

레이더 센서 및 이를 포함하는 차량용 레이더 장치가 개시된다. 일 실시예에 따른 레이더 센서는, 전파를 송신하는 송신부; 상기 전파가 목표물에 반사되어 돌아오는 반사파를 수신하는 수신부; 및 동작 온도 변화를 보상하기 위한 보상 신호에 관한 정보를 포함하는 룩업 테이블을 참조하여 상기 송신부에 상기 보상 신호를 인가하는 제어부를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 온도 보상 룩업 테이블(Lookup Table)을 이용하여 개루프 방식으로 전압 제어 발진기(VCO)를 직접 제어함으로써 레이더 센서의 반응 속도를 획기적으로 개선할 수 있으며, 위상 고정 루프(PLL) 없이 RF 프런트 엔드를 구성함에 따라 레이더 센서의 제조 비용을 절감함과 동시에 레이더 센서의 모듈 사이즈도 줄일 수 있다.

Description

레이더 센서 및 이를 포함하는 차량용 레이더 장치{RADAR SENSOR AND RADAR APPARATUS COMPRISING THE SAME FOR VEHICLE}
본 발명은 레이더 센서 및 이를 포함하는 차량용 레이더 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 룩업 테이블(Lookup Table)을 이용하여 개루프 방식으로 제어되는 레이더 센서 및 이를 포함하는 차량용 레이더 장치에 관한 것이다.
물체와의 거리 또는 물체의 이동 속도를 감지하는 레이더 센서는 송신 안테나를 통해 전파를 송신하는 송신부, 상기 송신부에서 송출된 전파가 목표물에 반사되어 돌아오는 반사파를 수신 안테나를 통해 수신하는 수신부, 및 이들을 제어하는 제어부로 구성될 수 있다. 그런데 폐루프(Closed Loop) 방식으로 제어되는 기존의 레이더 센서는 피드백(Feedback)된 신호를 비교하여 처리함에 따라 연산량이 증가하게 되어 이러한 처리 과정에 많은 시간이 소요되는 문제가 있다. 이에 따라 감지 시간 및 탐지 업데이트 주기가 늘어나게 되고, 이때 차량이 고속으로 주행하는 경우에는 차량에 접근하는 물체에 대한 경보가 지체되어 사고를 유발할 수 있다.
본 발명의 실시예가 해결하고자 하는 과제는, 온도 보상 룩업 테이블(Lookup Table)을 이용하여 개루프 방식으로 전압 제어 발진기(VCO)를 직접 제어함으로써 반응 속도를 획기적으로 개선할 수 있으며, 위상 고정 루프(PLL) 없이 RF 프런트 엔드를 구성함에 따라 제조 비용을 절감함과 동시에 모듈 사이즈도 줄일 수 있는 레이더 센서 및 이를 포함하는 차량용 레이더 장치를 제공하는 것이다.
일 실시예에 따른 레이더 센서는, 전파를 송신하는 송신부; 상기 전파가 목표물에 반사되어 돌아오는 반사파를 수신하는 수신부; 및 동작 온도 변화를 보상하기 위한 보상 신호에 관한 정보를 포함하는 룩업 테이블을 참조하여 상기 송신부에 상기 보상 신호를 인가하는 제어부를 포함할 수 있다.
상기 보상 신호는 대략 동조 신호와 미세 동조 신호 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 송신부와 상기 수신부 중 어느 하나 이상은 동작 온도를 측정하는 온도 센서를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 온도 센서를 통해 측정된 동작 온도를 기초로 상기 룩업 테이블을 참조하여 상기 송신부에 상기 보상 신호를 인가할 수 있다.
상기 제어부는 비휘발성 메모리를 포함하고, 상기 룩업 테이블은 상기 비휘발성 메모리에 저장될 수 있다.
상기 송신부는 상기 전파를 송신 안테나를 통해 송신함과 동시에 상기 수신부에 전달하는 전압 제어 발진기를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 위상 고정 루프 없이 상기 전압 제어 발진기를 직접 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 차량용 레이더 장치는, 상기 레이더 센서를 이용하여 차량과 물체 간의 거리를 감지할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 온도 보상 룩업 테이블(Lookup Table)을 이용하여 개루프 방식으로 전압 제어 발진기(VCO)를 직접 제어함으로써 레이더 센서의 반응 속도를 획기적으로 개선할 수 있으며, 위상 고정 루프(PLL) 없이 RF 프런트 엔드를 구성함에 따라 레이더 센서의 제조 비용을 절감함과 동시에 레이더 센서의 모듈 사이즈도 줄일 수 있다.
도 1은 일 비교예에 따른 레이더 센서의 주요 구성을 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 센서의 주요 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 일 비교예에 따른 레이더 센서의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 센서의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 레이더 센서에서 송수신하는 신호의 파형을 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 실시예들을 가질 수 있는바 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태로 한정하려는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변형예들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용한 용어는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어는 관련 기술의 문맥상 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 접속되어 있을 수 있지만 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 한다. 반면에 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로서 본 발명을 한정하려는 의도로 사용된 것은 아니며, 단수 표현은 문맥상 명백하게 다른 의미가 아니라면 복수 표현을 포함하는 것으로 해석되어야 한다. 특히, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하려는 것은 아니다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하되, 본 발명의 요지와 무관한 공지의 구성에 대한 설명은 생략하기로 한다. 한편, 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 부가하였음에 유의하여야 한다.
도 1은 일 비교예에 따른 레이더 센서의 주요 구성을 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일 비교예에 따른 레이더 센서는 송신 안테나(Tx Ant.)를 통해 전파를 송신하는 송신부(200), 송신부(200)에서 송출된 전파가 목표물에 반사되어 돌아오는 반사파를 수신 안테나(Rx Ant.)를 통해 수신하는 수신부(100), 송신부(200)를 폐루프(Closed Loop) 방식으로 제어하는 위상 고정 루프(400), 및 수신부(100)와 위상 고정 루프(400)를 제어하는 제어부(300)로 구성되며, 본 도면에는 도시되지 않았으나 송신부(200)는 입력전압을 조절하여 출력주파수를 바꿀 수 있는 전압 제어 발진기(Voltage-Controlled Oscillator; VCO) 및 송신 안테나(Tx Ant.)에 전력을 공급하는 전력 증폭기(Power Amplifier; PA)를 포함할 수 있다.
여기서, 폐루프 방식으로 제어되는 기존의 레이더 센서는 위상 고정 루프(400)가 피드백(Feedback)된 전압 제어 발진기(VCO)의 주파수를 분주하고, 기준 주파수와 비교하여 전압 제어 발진기(VCO)의 주파수를 고정하는데, 피드백된 신호를 비교하여 처리함에 따라 연산량이 증가하게 되어 이러한 처리 과정에 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
또한, 차량용 레이더 장치에 적용되는 레이더 센서의 경우에는 부품들이 통상 -40℃ 내지 125℃에서 동작하며, 특히 온도가 매우 높아지면 열잡음(Thermal Noise)이 증가함에 따라 전압 제어 발진기(VCO)의 주파수의 변화가 심해져서 위상 고정 루프(400)를 제어하는 시간이 늘어나게 된다. 이에 따라 감지 시간(Sensing Time) 및 탐지 업데이트(Detection Update) 주기가 늘어나게 되고, 이때 차량이 고속으로 주행하는 경우에는 차량에 접근하는 물체에 대한 경보가 지체되어 사고를 유발할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 센서의 주요 구성을 도시한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 레이더 센서는 송신 안테나(Tx Ant.)를 통해 전파를 송신하는 송신부(200), 송신부(200)에서 송출된 전파가 목표물에 반사되어 돌아오는 반사파를 수신 안테나(Rx Ant.)를 통해 수신하는 수신부(100), 및 송신부(200)와 수신부(100)를 제어하는 제어부(300)를 포함할 수 있으며, 이러한 레이더 센서는 차량용 레이더 장치에 적용되어 차량과 물체 간의 거리를 감지하는데 이용될 수 있다.
송신부(200)와 수신부(100)는 각각 동작 온도를 측정하는 온도 센서(210, 110)를 포함할 수 있으나, 송신부(200)의 온도 센서(210) 또는 수신부(100)의 온도 센서(110) 중 어느 하나는 생략되어도 무방하다. 즉, 송신부(200)와 수신부(100) 중 어느 하나 이상에 온도 센서(210, 110)가 구비될 수 있으며, 나아가 다른 실시예에서는 온도 센서(210, 110)가 송신부(200)와 수신부(100)의 외부에 배치될 수도 있다. 또한, 본 도면에는 도시되지 않았으나 송신부(200)는 입력전압을 조절하여 출력주파수를 바꿀 수 있는 전압 제어 발진기(VCO) 및 송신 안테나(Tx Ant.)에 전력을 공급하는 전력 증폭기(PA)를 포함할 수 있다.
제어부(300)는 마이크로 제어 장치(Micro Controller Unit; MCU) 및 이에 내장된 메모리(310)를 포함할 수 있으며, 이때 메모리(310)는 롬(Read Only Memory; ROM) 등과 같은 비휘발성 메모리일 수 있다. 특히, 메모리(310)에는 동작 온도별 보상 신호에 관한 정보를 포함하는 룩업 테이블(311)이 저장될 수 있고, 제어부(300)는 룩업 테이블(311)을 참조하여 송신부(200)에 보상 신호를 인가할 수 있다. 이를 통해 제어부(300)는 위상 고정 루프(Phase Locked Loop; PLL) 없이 개루프(Open Loop) 방식으로 전압 제어 발진기(VCO)를 직접 제어할 수 있으며, 상기 보상 신호는 대략 동조(Coarse Tuning) 신호 또는 미세 동조(Fine Tuning) 신호 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
표 1은 메모리(310)에 저장된 룩업 테이블(311)의 일례를 나타낸다.
온도
(℃)		 -40 -20 0 20 50 80 100 110 125
대략
동조		 130 135 140 150 170 185 200 220 240
미세
동조		 50 55 60 68 75 85 95 98 101
표 1을 참조하면, 룩업 테이블(311)에는 레이더 센서의 동작 온도 변화를 보상해 주기 위해 전압 제어 발진기(VCO)에 인가되어야 하는 대략 동조 신호값 및 미세 동조 신호값이 기록될 수 있다. 이를 살펴보면, 레이더 센서의 동작 온도가 상승함에 따라 온도 보상을 위해 인가되는 대략 동조 신호값 및 미세 동조 신호값도 커지는 것을 확인할 수 있으나, 본 발명이 이러한 수치에 한정되는 것은 아니다. 한편, 룩업 테이블(311)에 기록되어 있는 대략 동조 신호값 및 미세 동조 신호값은 디지털-아날로그 변환기(Digital-to-Analog Converter; DAC) 입력값을 나타낸 것이며, 이러한 값들은 시뮬레이션 등을 통해 얻어질 수 있다.
도 3은 일 비교예에 따른 레이더 센서의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 일 비교예에 따른 레이더 센서는 송신 안테나(Tx Ant.)를 통해 전파를 송신하는 송신부(200), 송신부(200)에서 송출된 전파가 목표물에 반사되어 돌아오는 반사파를 수신 안테나(Rx Ant.)를 통해 수신하는 수신부(100), 송신부(200)를 폐루프 방식으로 제어하는 위상 고정 루프(400), 및 수신부(100)에서 처리된 신호를 입력받는 제어부(300)로 구성된다.
송신부(200)는 전압 제어 발진기(220)를 포함하고, 수신부(100)는 믹서(120), 전치 증폭기(130), 중간 주파수 증폭기(140), 필터(150), 검출기(160) 및 영상 증폭기(170)를 포함할 수 있다. 여기서, 송신부(200)는 시간에 따라 주파수가 변하는 처프(Chirp) 신호를 송신 안테나(Tx Ant.)를 통해 송신함과 동시에 믹서(120)에 직접 전달할 수 있으며, 믹서(120)는 송신부(200)로부터 전달받은 신호와 수신 안테나(Rx Ant.)를 통해 수신된 반사파 신호를 믹싱(Mixing)하여 중간 주파수(Intermediate Frequency; IF) 신호를 생성할 수 있다. 이어서, 중간 주파수(IF) 신호는 전치 증폭기(130) 및 중간 주파수 증폭기(140)를 통해 증폭된 후, 필터(150), 검출기(160) 및 영상 증폭기(170)를 거쳐 제어부(300)로 전달될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 센서의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 레이더 센서는 송신 안테나(Tx Ant.)를 통해 전파를 송신하는 송신부(200), 송신부(200)에서 송출된 전파가 목표물에 반사되어 돌아오는 반사파를 수신 안테나(Rx Ant.)를 통해 수신하는 수신부(100), 및 송신부(200)를 제어하며, 수신부(100)에서 처리된 신호를 입력받는 제어부(300)를 포함할 수 있다.
송신부(200)는 전압 제어 발진기(220)를 포함하고, 수신부(100)는 믹서(120), 전치 증폭기(130), 중간 주파수 증폭기(140), 필터(150), 검출기(160) 및 영상 증폭기(170)를 포함할 수 있다. 여기서, 송신부(200)는 시간에 따라 주파수가 변하는 처프 신호를 송신 안테나(Tx Ant.)를 통해 송신함과 동시에 믹서(120)에 직접 전달할 수 있으며, 믹서(120)는 송신부(200)로부터 전달받은 신호와 수신 안테나(Rx Ant.)를 통해 수신된 반사파 신호를 믹싱하여 중간 주파수(IF) 신호를 생성할 수 있다. 이어서, 중간 주파수(IF) 신호는 전치 증폭기(130) 및 중간 주파수 증폭기(140)를 통해 증폭된 후, 필터(150), 검출기(160) 및 영상 증폭기(170)를 거쳐 제어부(300)로 전달될 수 있다.
이와 같이 처프 신호와 믹서(120)를 이용하여 중간 주파수(IF) 신호를 얻는 레이더 센서의 특성상 위상 잡음(Phase Noise)이 매우 중요한 반면에 주파수의 정확도는 상대적으로 중요하지 않으므로 온도 보상 룩업 테이블(Lookup Table)을 이용하여 개루프 방식으로 전압 제어 발진기(220)를 직접 제어할 수 있다. 이에 따라 레이더 센서의 반응 속도를 획기적으로 개선할 수 있으며, 위상 고정 루프(PLL) 없이 RF(Radio Frequency) 프런트 엔드(Front End)를 구성함에 따라 레이더 센서의 제조 비용을 절감함과 동시에 레이더 센서의 모듈 사이즈(Module Size)도 줄일 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 레이더 센서에서 송수신하는 신호의 파형을 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 송신 안테나를 통해 송출된 신호(transmitted chirp)와 수신 안테나를 통해 수신된 반사파 신호(target echo) 간의 주파수 편차(Δf)는 일정하며, 신호 전파 시간(Δt)에 비례할 수 있다. 이때 송신 안테나를 통해 송출된 신호(transmitted chirp)와 수신 안테나를 통해 수신된 반사파 신호(target echo) 간의 시간차(τ)는 목표물과의 왕복 거리(2r)를 전파의 속도, 즉 빛의 속도(c)로 나눈 값과 같으므로 이를 통해 레이더 센서와 물체 간의 거리 또는 물체의 이동 속도를 감지할 수 있다.
이상에서 설명한 일 실시예에 따른 레이더 센서 및 이를 포함하는 차량용 레이더 장치에 의하면, 온도 보상 룩업 테이블(Lookup Table)을 이용하여 개루프 방식으로 전압 제어 발진기(VCO)를 직접 제어함으로써 레이더 센서의 반응 속도를 획기적으로 개선할 수 있으며, 위상 고정 루프(PLL) 없이 RF 프런트 엔드를 구성함에 따라 레이더 센서의 제조 비용을 절감함과 동시에 레이더 센서의 모듈 사이즈도 줄일 수 있다.
전술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 본 발명을 설명하였지만 본 발명은 이에 한정되지 아니하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 특허청구의 범위에 기재된 본 발명의 기술 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변경이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100 : 수신부
110 : 온도 센서
120 : 믹서
130 : 전치 증폭기
140 : 중간 주파수 증폭기
150 : 필터
160 : 검출기
170 : 영상 증폭기
200 : 송신부
210 : 온도 센서
220 : 전압 제어 발진기
300 : 제어부
310 : 메모리
311 : 룩업 테이블
400 : 위상 고정 루프

Claims (8)

  1. 전파를 송신하는 송신부;
    상기 전파가 목표물에 반사되어 돌아오는 반사파를 수신하는 수신부;
    상기 송신부와 상기 수신부 중 어느 하나 이상에 구비되어 동작 온도를 측정하는 온도 센서; 및
    동작 온도 변화를 보상하기 위해 동작 온도별로 서로 다른 값을 갖는 대략 동조 신호값과 미세 동조 신호값을 포함하는 룩업 테이블을 참조하여 상기 송신부에 보상 신호를 인가하는 제어부를 포함하고,
    상기 룩업 테이블에 기록된 대략 동조 신호값과 미세 동조 신호값은 시뮬레이션을 통해 얻고,
    상기 대략 동조 신호값과 상기 미세 동조 신호값은 상기 동작 온도가 상승함에 따라 커지고,
    상기 송신부는 상기 전파를 송신 안테나를 통해 송신함과 동시에 상기 수신부에 전달하는 전압 제어 발진기를 포함하고,
    상기 제어부는 위상 고정 루프 없이 개루프 방식으로 상기 전압 제어 발진기를 직접 제어하도록 상기 측정된 동작 온도를 기초로 상기 룩업 테이블을 참조하여 대략 동조 신호값과 미세 동조 신호값을 모두 포함하는 상기 보상 신호를 상기 송신부의 전압 제어 발진기에 직접 인가하는 레이더 센서.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제어부는 비휘발성 메모리를 포함하고, 상기 룩업 테이블은 상기 비휘발성 메모리에 저장된
    레이더 센서.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1 항, 제5항 중 어느 한 항의 레이더 센서를 이용하여 차량과 물체 간의 거리를 감지하는
    차량용 레이더 장치.
KR1020140077454A 2014-06-24 2014-06-24 레이더 센서 및 이를 포함하는 차량용 레이더 장치 KR102251122B1 (ko)

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