KR102279302B1 - 차량용 레이더 장치 및 그 제어 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차량용 레이더 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 레이더 장치는 전방 탐지를 위한 레이더 신호를 방사하기 위한 송신용 배열 안테나, 상기 송신용 배열 안테나에서 방사되는 레이더 신호가 타겟으로부터 반사되어 돌아오는 레이더 신호를 수신하기 위한 N개의 수신채널을 포함하는 수신용 배열 안테나, 상기 N개의 수신채널 중 오프셋 되지 않은 각 수신채널을 이용하여 상기 타겟의 방위각을 추정하는 방위각 추정부, 상기 N개의 수신채널 중 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트(tilt)된 대각방향으로 타겟의 고각을 추정하는 고각 추정부를 포함한다.

Description

차량용 레이더 장치 및 그 제어 방법{APPARATUS FOR VEHICLE RADAR AND CONTROL METHOD THE SAME}
본 발명은 차량용 레이더 장치 및 그 제어 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 수신용 배열 안테나의 N개의 수신채널 중 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트(tilt)된 대각방향으로 타겟의 고각을 추정하는 차량용 레이더 장치 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
레이더란, 전자기파를 오브젝트에 발사시킨 후 그 오브젝트에서 반사되는 전자기파를 수신하여, 오브젝트와의 거리, 방향, 속도, 고도 등을 검출하는 장치를 의미한다. 한편, 운전자의 안전을 도모하기 위한 목적으로 차량용 레이더 장치가 개발된 바, 이러한 차량용 레이더 장치는 일반적으로 기판형 안테나를 적용한 MMIC(monolithic microwave integrated circuit)의 구조로 제작된다. 구체적으로, 송신용 MMIC, 수신용 MMIC, 신호 발생용 MMIC가 차량용 레이더 장치에 포함될 수 있으며, 이 중 신호 발생용 MMIC는 약 77GHz의 주파수 신호를 생성하고, 이를 송신용 MMIC가 오브젝트 검출을 위한 범위에 송출하며, 송출된 신호를 수신용 MMIC가 수신하는 원리를 통해 동작한다.
그러나, 종래의 차량용 레이더 장치는 고각 산출을 위한 별도의 채널과 수신기를 구비하여, 방위각과 고각 산출의 구분을 두었고, 이로 인해 차량용 레이더 장치의 사이즈가 커지는 단점이 있었다.
이에, 고각 산출을 위한 별도의 채널과 수신기를 구비하지 않아도, 방위각 산출과 더불어 고각까지 산출할 수 있는 차량용 레이더 장치에 대한 기술 개발이 요구되고 있다.
국내 등록특허공보 제10-0278142호
본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 고각을 산출하기 위한 별도의 채널과 수신기를 구비하지 않아도, 방위각 산출과 더불어 고각까지 산출할 수 있는 차량용 레이더 장치 및 그 제어 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 레이더 장치는, 전방 탐지를 위한 레이더 신호를 방사하기 위한 송신용 배열 안테나, 상기 송신용 배열 안테나에서 방사되는 레이더 신호가 타겟으로부터 반사되어 돌아오는 레이더 신호를 수신하기 위한 N개의 수신채널을 포함하는 수신용 배열 안테나, 상기 N개의 수신채널 중 오프셋되지 않은 각 수신채널을 이용하여 상기 타겟의 방위각을 추정하는 방위각 추정부, 상기 N개의 수신채널 중 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트(tilt)된 대각방향으로 상기 타겟의 고각을 추정하는 고각 추정부를 포함한다.
본 발명에서 상기 고각 추정부는, 상기 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 각도를 각각 산출하는 각도 산출모듈, 상기 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 대각방향으로의 수신채널간 거리를 각각 산출하는 거리 산출모듈, 상기 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 각 수신채널 간의 위상차를 이용하여, 상기 오프셋 되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 대각방향의 각 축에서의 위치값을 각각 산출하는 위치 산출모듈, 상기 각 축의 위치값에서 해당 축에 수직방향으로 형성된 직선을 이용하여 상기 위치값에 각각 대응하는 고각을 각각 산출하고, 상기 산출된 각 고각들을 이용하여 최종 고각을 결정하는 고각 산출모듈을 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 각도 산출모듈은, 상기 오프셋 되지 않은 수신채널과 오프셋된 수신채널 간 수직방향의 이격 거리 및 수평방향의 거리를 이용하여 틸트된 각도를 산출할 수 있다.
본 발명에서 상기 위치 산출모듈은, 상기 각도 산출모듈에서 산출된 틸트된 각도, 상기 거리 산출모듈에서 산출된 대각방향으로의 수신채널간 거리, 상기 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 각 수신채널 간의 위상차를 이용하여 각 축에서의 위치값을 산출할 수 있다.
본 발명에서 상기 고각 산출모듈은, 상기 각 축의 위치값에서 해당 축에 수직방향으로 형성된 직선의 직선 방정식에 상기 틸트된 각도, 상기 대각방향으로의 수신채널간 거리, 상기 각 축에서의 위치값을 적용하여 각 좌표에서의 고각을 각각 산출하고, 상기 산출된 고각들의 평균을 구하여 최종 고각을 결정할 수 있다.
본 발명에서 상기 고각 산출모듈은, 상기 오프셋되지 않은 수신채널 중에서 상기 오프셋된 수신채널과 가까운 순으로 가중치를 부여하여, 고각의 평균을 구할 수 있다.
본 발명에서 차량용 레이더 장치는 상기 송신용 배열 안테나로 제공할 주파수 신호를 발생시키는 신호 발생부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 차량용 레이더 장치의 제어 방법은, 송신용 배열 안테나에 의해, 전방 탐지를 위한 레이더 신호를 방사하는 단계, N개의 수신채널을 포함하는 수신용 배열 안테나에 의해, 상기 송신용 배열 안테나에서 방사되는 레이더 신호가 타겟으로부터 반사되어 돌아오는 레이더 신호를 수신하는 단계, 상기 N개의 수신채널 중 오프셋 되지 않은 각 수신채널을 이용하여 상기 타겟의 방위각을 추정하는 단계, 상기 N개의 수신채널 중 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트(tilt)된 각방향으로 타겟의 고각을 추정하는 단계를 포함한다.
본 발명에서 상기 고각을 추정하는 단계는, 상기 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 각도를 각각 산출하는 단계, 상기 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 대각방향으로의 수신채널간 거리를 각각 산출하는 단계, 상기 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 각 수신채널 간의 위상차를 이용하여, 상기 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 대각방향의 각 축에서의 위치값을 각각 산출하는 단계, 상기 각 축의 위치값에서 해당 축에 수직방향으로 형성된 직선을 이용하여 상기 위치값에 각각 대응하는 고각을 각각 산출하고, 상기 산출된 각 고각들을 이용하여 최종 고각을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 수신채널간 각도를 각각 산출하는 단계는, 상기 오프셋되지 않은 수신채널과 오프셋된 수신채널 간 수직방향의 이격 거리 및 수평방향의 거리를 이용하여 틸트된 각도를 산출할 수 있다.
본 발명에서 상기 대각방향의 각 축에서의 위치값을 각각 산출하는 단계는, 상기 산출된 틸트된 각도, 상기 산출된 대각방향으로의 수신채널간 거리, 상기 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 각 수신채널 간의 위상차를 이용하여 각 축에서의 위치값을 산출할 수 있다.
본 발명에서 상기 최종 고각을 결정하는 단계는, 상기 각 축의 위치값에서 해당 축에 수직방향으로 형성된 직선의 직선 방정식에 상기 틸트된 각도, 상기 대각방향으로의 수신채널간 거리, 상기 대각방향의 각 축에서의 위치값을 적용하여 각 좌표에서의 고각을 산출하고, 상기 산출된 고각들의 평균을 구하여 최종 고각을 결정할 수 있다.
본 발명은 수신용 배열 안테나의 N개의 수신채널 중 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트(tilt)된 대각방향으로 타겟의 고각을 추정함으로써, 고각 산출을 위한 별도의 채널과 수신기를 구비하지 않아도, 방위각 산출과 더불어 고각까지 산출할 수 있고, 이로 인해 차량용 레이더 장치의 사이즈 증가없이 방위각과 고각을 추정할 수 있다.
또한, 본 발명은 수식 기반의 고각 추정을 이용하여 안테나 배열 구조의 자유도를 높이고 연산 시간을 감소시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 이하에서 설명할 내용으로부터 통상의 기술자에게 자명한 범위 내에서 다양한 효과들이 포함될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 레이더 장치를 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 고각 추정부를 설명하기 위한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신용 배열 안테나의 수신채널을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신채널간 틸트된 각도와 거리를 산출하기 위한 방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신채널의 좌표계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 인접 수신채널간의 위상차를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치값에서 고각을 산출하기 위한 직선 방정식을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 레이더 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 레이더 장치가 고각을 추정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 레이더 장치 및 그 제어 방법을 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 설명된 구현은, 예컨대, 방법 또는 프로세스, 장치, 소프트웨어 프로그램, 데이터 스트림 또는 신호로 구현될 수 있다. 단일 형태의 구현의 맥락에서만 논의(예컨대, 방법으로서만 논의)되었더라도, 논의된 특징의 구현은 또한 다른 형태(예컨대, 장치 또는 프로그램)로도 구현될 수 있다. 장치는 적절한 하드웨어, 소프트웨어 및 펌웨어 등으로 구현될 수 있다. 방법은, 예컨대, 컴퓨터, 마이크로프로세서, 집적 회로 또는 프로그래밍가능한 로직 디바이스 등을 포함하는 프로세싱 디바이스를 일반적으로 지칭하는 프로세서 등과 같은 장치에서 구현될 수 있다. 프로세서는 또한 최종-사용자 사이에 정보의 통신을 용이하게 하는 컴퓨터, 셀 폰, 휴대용/개인용 정보 단말기(personal digital assistant: "PDA") 및 다른 디바이스 등과 같은 통신 디바이스를 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 레이더 장치를 개략적으로 설명하기 위하여 도시한 도면, 도 2는 도 1에 도시된 고각 추정부를 설명하기 위한 블록도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 수신용 배열 안테나의 수신채널을 설명하기 위한 도면, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신채널간 틸트된 각도와 거리를 산출하기 위한 방법을 설명하기 위한 예시도, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수신채널의 좌표계를 설명하기 위한 도면, 도 6은본 발명의 일 실시예에 따른 오프셋된 수신채널과 인접 수신채널간의 위상차를 설명하기 위한 그래프, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 위치값에서 고각을 산출하기 위한 직선 방정식을 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 레이더 장치(100)는 송신용 배열 안테나(110), 수신용 배열 안테나(120), 신호 발생부(130), 방위각 추정부(140), 고각 추정부(150) 및 제어부(160)를 포함할 수 있다.
송신용 배열 안테나(110)는 전방 탐지를 위해 레이더 신호를 방사하기 위한 구성을 포함할 수 있다. 송신용 배열 안테나(110)는 다수의 채널로 구성될 수 있으며, 다수의 채널은 다수의 복사 소자들로 구성될 수 있다.
수신용 배열 안테나(120)는 송신용 배열 안테나(110)에서 방사되는 레이더 신호가 타겟으로부터 반사되어 돌아오는 레이더 신호를 수신하기 위한 수신채널을 포함한다. 수신용 배열 안테나(120)도 송신용 배열 안테나(100)처럼 여러 수신채널로 구성될 수 있다.
신호 발생부(130)는 제어부(160)의 제어하에 송신용 배열 안테나(110)에 제공할 주파수 신호를 발생시킬 수 있다. 예컨대, 신호 발생부(130)는 FMCW(frequency modulation continuous wave) 형태의 초고주파 신호를 발생시킬 수 있다. 또한, 신호 발생부(130)는 주파수 신호에 대응하는 참조 신호를 수신용 배열 안테나(120)에 제공할 수 있다.
방위각 추정부(140)는 수신용 배열 안테나(120)의 N개의 수신채널 중 오프셋 되지 않은 수신채널을 이용하여 타겟의 방위각을 추정한다. 여기서, 오프셋은 고각 성분을 추정하기 위해 수직 방향으로 주는 이격 거리이며, 오프셋에 대한 범위는 고각을 식별하고자 하는 범위에 맞게 제어부(160)가 설정할 수 있다. 따라서 오프셋이 되었다 함은 수직 방향으로 주는 이격 거리가 있다고 볼 수 있고, 오프셋 되지 않았다 함은 수직 방향으로 주는 이격 거리가 없다고 볼 수 있다.
차량용 레이더 장치(100)에서는 방위각에 대한 요구사항뿐만 아니라 고각을 가진 타겟을 식별하는 기능이 요구되며, 제한된 사이즈 및 수신채널의 개수에 맞추어 방위각과 고각을 모두 추정해야 한다. 차량용 레이더 장치(100)에서는 방위각 방향의 타겟을 탐지하기 위해 수신용 배열 안테나(120)를 사용하며, 고각을 추정하기 위해서 수신용 배열 안테나(120)의 N개의 수신채널들 중에서 한 개 이상의 수신채널을 수직방향으로 일정 간격의 오프셋을 주어 배치시킬 수 있다. 차량용 레이더 장치(100)는 수신용 배열 안테나(120)에서 오프셋 되지 않은 수신채널을 이용하여 방위각을 추정하고, 이를 이용하여 오프셋 된 안테나와의 관계를 바탕으로 고각을 추정할 수 있다.
수신용 배열 안테나(120)의 수신채널에 대해 도 3을 참조하면, 수신용 배열 안테나(120)는 제1수신채널(122a), 제2수신채널(122b), 제3수신채널(122c) 및 제4수신채널(122d)을 포함하고, 제1수신채널(122a), 제2수신채널(122b) 및 제4수신채널(122d)은 오프셋되지 않는 수신채널, 제3수신채널(122c)은 오프셋된 수신채널일 수 있다. 여기서, 수신용 배열 안테나(120)의 수신채널의 개수를 4개로 한정하고, 오프셋된 수신채널의 개수를 한 개로 한정하고 있으나, 이는 설명의 편의상일 뿐, 수신채널의 개수는 N개일 수 있고, 오프셋된 수신채널의 개수는 두 개 이상일 수도 있다.
방위각 추정부(140)는 N개의 수신채널 중 오프셋된 수신채널을 제외한 N-1개의 오프셋되지 않은 수신채널을 이용하여 타겟의 방위각을 추정할 수 있다. 예를 들어, 수신용 배열 안테나(120)가 도 3에 도시된 바와 같이 4개의 수신채널로 구성된 경우에 대해 설명하기로 한다. 이 경우, 방위각 추정부(140)는 오프셋된 제3수신채널(122c)을 제외한 3개의 오프셋되지 않은 제1수신채널(122a), 제2수신채널(122b) 및 제4수신채널(122d) 중 두 개의 수신채널, 예를 들어 제1수신채널(122a) 및 제2수신채널(122b)을 이용하여 방위각을 추정할 수 있다. 이때, 제1수신채널(122a) 및 제2수신채널(122b)은 수직 또는 수평 방향으로만 일정 간격을 갖는 두 개의 채널일 수 있다.
제1수신채널(122a) 및 제2수신채널(122b)로부터 수신한 레이더 신호의 위상차는 하기 수학식 1로 산출될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112019114267577-pat00001
여기서,
Figure 112019114267577-pat00002
은 제1수신채널(122a)이 타겟으로부터 반사되어 수신한 레이더 신호의 위상을 나타내고,
Figure 112019114267577-pat00003
는 제2수신채널(122b)이 타겟으로부터 반사되어 수신한 레이더 신호의 위상을 나타내며,
Figure 112019114267577-pat00004
는 위상차를 나타내고,
Figure 112019114267577-pat00005
는 수신한 레이더 신호의 파장(wavelength)을 나타내며,
Figure 112019114267577-pat00006
는 제1수신채널(122a) 및 제2수신채널(122b) 사이의 간격을 나타내고,
Figure 112019114267577-pat00007
는 방위각을 나타낼 수 있다.
수학식 1을
Figure 112019114267577-pat00008
로 정리하면 아래 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112019114267577-pat00009
수학식 2를 다시
Figure 112019114267577-pat00010
로 정리하면 아래 수학식 3과 같고, 수학식 3으로부터 타겟의 방위각인
Figure 112019114267577-pat00011
를 추정할 수 있다.
[수학식 3]
Figure 112019114267577-pat00012
고각 추정부(150)는 N개의 수신채널 중 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트(tilt)된 대각방향으로 타겟의 고각을 추정한다. 즉, 고각 추정부(150)는 수신용 배열 안테나(120)의 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트(tilt)된 각도와 수신채널 간의 거리, 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 수신채널 간의 위상차를 이용하여 타겟의 고각을 추정한다.
예를 들어, 수신용 배열 안테나(120)가 도 4에 도시된 바와 같이 4개의 수신채널로 구성된 경우에 대해 설명하기로 한다. 도 4와 같이 구성된 수신용 배열 안테나(120)에서 고각 추정부(150)는 오프셋된 제3수신채널(122c)과 오프셋되지 않은 제1수신채널(122a)간의 대각 방향에서 고각 성분을 산출하고, 제3수신채널(122c)과 제2수신채널(122b) 간의 대각 방향에서 고각 성분을 산출하며, 제3수신채널(122c)과 제4수신채널(122d) 간의 대각 방향에서 고각 성분을 각각 산출할 수 있다.
이러한 고각 추정부(150)는 도 2에 도시된 바와 같이 각도 산출모듈(152), 거리 산출모듈(154), 위치 산출모듈(156), 고각 산출모듈(158)을 포함한다.
각도 산출모듈(152)은 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트(tilt)된 각도를 각각 산출한다. 즉, 각도 산출모듈(152)은 제1수신채널(122a)이 제3수신채널(122c)의 방위각과 대비하여 틸트된 각도(α13), 제2수신채널(122b)이 제3수신채널(122c)의 방위각과 대비하여 틸트된 각도(α23), 제4수신채널(122d)이 제3수신채널(122c)의 방위각과 대비하여 틸트된 각도(α34)를 각각 아래 수학식 4를 이용하여 각각 산출할 수 있다.
[수학식 4]
Figure 112019114267577-pat00013
여기서, dz는 오프셋되지 않은 수신채널과 오프셋된 수신채널 간 수직 방향으로 주는 이격 거리, d1은 제1수신채널(122a)과 제2수신채널(122b)간의 거리, d2는 제2수신채널(122b)과 제3수신채널(122c)간의 거리, d3은 제4수신채널(122d)과 제3수신채널(122c)간의 거리를 의미할 수 있다.
거리 산출모듈(154)은 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 대각방향으로의 거리를 각각 산출한다. 즉, 거리 산출모듈(154)은 제1수신채널(122a)이 제3수신채널(122c)의 방위각과 대비하여 틸트된 대각방향으로의 거리(d13), 제2수신채널(122b)이 제3수신채널(122c)의 방위각과 대비하여 틸트된 대각방향으로의 거리(d23), 제4수신채널(122d)이 제3수신채널(122c)의 방위각과 대비하여 틸트된 대각방향으로의 거리(d34)를 각각 아래 수학식 5를 이용하여 각각 산출할 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112019114267577-pat00014
한편, 오프셋되지 않은 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트되면, 대각방향으로 기울기를 갖는 축(직선)이 형성된다. 예컨대, 도 5를 참조하면, 제1수신채널(122a)이 제3수신채널(122c)의 방위각과 대비하여 틸트되면, 대각방향으로 기울기를 갖는 축(El13-axis)이 형성되고, 제2수신채널(122b)이 제3수신채널(122c)의 방위각과 대비하여 틸트되면, 대각방향으로 기울기를 갖는 축(El23-axis)이 형성되며, 제4수신채널(122d)이 제3수신채널(122c)의 방위각과 대비하여 틸트되면, 대각방향으로 기울기를 갖는 축(El34-axis)이 형성될 수 있다.
이러한 축(직선)에서는 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 수신채널간 위상차를 갖는 위치값을 산출할 수 있다. 이에, 위치 산출모듈(156)은 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 각 수신채널 간의 위상차를 이용하여, 해당 축에서의 위치값을 각각 산출한다. 이때, 위치 산출모듈(156)은 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 각 수신채널간의 위상차(
Figure 112019114267577-pat00015
)를 아래 수학식 6을 이용하여 산출할 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112019114267577-pat00016
여기서,
Figure 112019114267577-pat00017
은 오프셋된 수신채널이 타겟으로부터 반사되어 수신한 레이더 신호의 위상을 나타내고,
Figure 112019114267577-pat00018
는 오프셋되지 않은 수신채널이 타겟으로부터 반사되어 수신한 레이더 신호의 위상을 나타내며,
Figure 112019114267577-pat00019
은 위상차를 나타내고,
Figure 112019114267577-pat00020
Figure 112019114267577-pat00021
는 수신한 레이더 신호의 파장(wavelength)를 나타내고,
Figure 112019114267577-pat00022
는 거리 산출모듈(154)에서 산출된 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 대각방향으로의 거리를 나타내며,
Figure 112019114267577-pat00023
는 방위각 추정부(420)에서 추정된 방위각을 나타내고,
Figure 112019114267577-pat00024
은 각도 산출모듈(152)에서 산출된 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트(tilt)된 각도를 나타낼 수 있다.
수학식 6을 통해 산출된 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 각 수신채널간의 위상차는 도 6과 같을 수 있다.
오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 각 수신채널간의 위상차가 산출되면, 위치 산출모듈(156)은 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 각 수신채널간의 위상차와 거리를 이용한 아래 수학식 7을 이용하여 위치값을 각각 산출할 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112019114267577-pat00025
여기서,
Figure 112019114267577-pat00026
은 제1수신채널(122a)과 제3수신채널(122c) 간의 위상차,
Figure 112019114267577-pat00027
은 제2수신채널(122b)과 제3수신채널(122c) 간의 위상차,
Figure 112019114267577-pat00028
는 제3수신채널(122c)과 제4수신채널(122d) 간의 위상차를 의미할 수 있다.
한편, 위치 산출모듈(156)에서 산출된 위치값은 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트(tilt)된 대각방향의 축에 존재하는 위치값으로, 방위각과 고각이 혼합된 값이고, 각 축에 대해 수평선상에서의 값만을 표시한다. 그러나, 고각을 산출하기 위해서는 각 축에 대해 수직성분이 필요하다. 이에, 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트(tilt)된 대각방향의 각 축의 위치값에서 해당 축에 수직방향으로 직선을 형성한다. 그러면, 도 5에 도시된 바와 같이 El13-axis에 수직인 직선 E13'이 형성되고, El23-axis에 수직인 직선 E23'이 형성되며, El34-axis에 수직인 직선 E34'가 형성될 수 있다. 상기와 같이 형성된 직선을 이용하여 고각을 각각 산출할 수 있다.
고각 산출모듈(158)은 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 대각방향의 각 축의 위치값에서 해당 축에 수직방향으로 형성된 직선을 이용하여 상기 위치값에 각각 대응하는 고각을 각각 산출하고, 산출된 각 고각을 이용하여 최종 고각을 결정한다. 즉, 고각 산출모듈(158)은 각 축의 위치값에서 해당 축에 수직방향으로 형성된 직선의 직선 방정식에 틸트된 각도, 거리, 위치값을 적용하여 각 좌표에서의 고각을 산출하고, 산출된 고각들의 평균을 구하여 최종 고각을 결정할 수 있다. 이때, 고각 산출모듈(158)은 오프셋되지 않은 수신채널 중에서 오프셋된 수신채널과 가까운 순으로 가중치를 부여하여, 고각의 평균을 산출할 수 있다.
고각 산출모듈(158)은 위치 산출모듈(156)에서 산출된 위치값에 의한 직선 방정식을 이용하여 고각을 각각 산출한다. 이때, 고각 산출모듈(158)은 아래 수학식 8을 이용하여 고각을 산출할 수 있다.
[수학식 8]
Figure 112019114267577-pat00029
여기서, x는 방위각(θaz), α는 틸트된 각도, p는 θ13, θ23, θ34 각각을 의미하고, y는 고각(θel)을 의미할 수 있다.
따라서, 제1수신채널(122a)과 제3수신채널(122c)간의 고각은 α에 α13, p에 θ13을 대입하여 산출하고, 제2수신채널(122b)과 제3수신채널(122c)간의 고각은 α에 α23, p에 θ23을 대입하여 산출하며, 제3수신채널(122c)과 제4수신채널(122d)간의 고각은 α에 α34, p에 θ34를 대입하여 산출할 수 있다.
한편, 위치값에 의한 직선 방정식에 대해 도 7을 참조하여 설명하기로 한다. 도 7과 같은 직선의 방정식은 (yy1)/(xx1) = (y2y1)/(x2x1) 일 수 있고, 이 직선 방정식에 y1=0, x1=a, y2=b, x2=0의 값을 각각 대입하면, 아래 수학식 9와 같이 정리될 수 있다.
[수학식 9]
Figure 112019114267577-pat00030
결론적으로, 도 7에 도시된 직선의 직선방정식은 x cosα + y sinα = p 일 수 있고, 이 직선방정식을 y에 대한 방정식으로 정리하면 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 8을 이용하여 제3수신채널(122c)과 다른 수신채널과의 고각이 산출되면, 고각 산출모듈(158)은 수신채널간 고각의 평균을 구하여, 고각을 결정한다. 이때, 고각 산출모듈(122c)은 틸트된 각도가 가장 큰 수신채널에 대해 가중치를 더 부여하여, 평균을 산출할 수 있다.
한편, 신호 발생부(130), 방위각 추정부(140), 고각 추정부(150) 각각은 컴퓨팅 장치상에서 프로그램을 실행하기 위해 필요한 프로세서 등에 의해 각각 구현될 수 있다. 이처럼 신호 발생부(130), 방위각 추정부(140), 고각 추정부(150) 각각은 물리적으로 독립된 각각의 구성에 의해 구현될 수도 있고, 하나의 프로세서 내에서 기능적으로 구분되는 형태로 구현될 수도 있다.
한편, 도면에는 도시하지 않았으나, 차량용 레이더 장치(100)는 수신용 배열 안테나(120)로부터 수신한 레이더 신호를 디지털 신호로 변환하여 방위각 추정부(140)로 출력하는 ADC(미도시)를 더 포함할 수 있다.
제어부(160)는 송신용 배열 안테나(110), 수신용 배열 안테나(120), 신호 발생부(130), 방위각 추정부(140), 고각 추정부(150)를 포함하는 차량용 레이더 장치(100)의 다양한 구성부들의 동작을 제어하는 구성으로, 적어도 하나의 연산 장치를 포함할 수 있는데, 여기서 상기 연산 장치는 범용적인 중앙연산장치(CPU), 특정 목적에 적합하게 구현된 프로그래머블 디바이스 소자(CPLD, FPGA), 주문형 반도체 연산장치(ASIC) 또는 마이크로 컨트롤러 칩일 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 차량용 레이더 장치의 제어 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 차량용 레이더 장치(100)는 송신용 배열 안테나(110)에 의해 전방 탐지를 위한 레이더 신호를 방사한다(S810).
단계 S810이 수행되면, 차량용 레이더 장치(100)는 수신용 배열 안테나(120)의 N개의 수신채널(122)에 의해 송신용 배열 안테나(120)에서 방사되는 레이더 신호가 타겟으로부터 반사되어 돌아오는 레이더 신호를 수신한다(S820).
단계 S820이 수행되면, 차량용 레이더 장치(100)는 N개의 수신채널(122) 중 오프셋 된 수신채널을 제외한 N-1개의 오프셋 되지 않은 수신채널을 이용하여 타겟의 방위각을 추정한다(S830). 타겟의 방위각은 상술한 수학식 1 내지 수학식 3을 이용하여 추정할 수 있다.
단계 S830이 수행되면, 차량용 레이더 장치(100)는 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 대각방향으로 타겟의 고각을 추정한다(S840). 차량용 레이더 장치(100)가 타겟의 고각을 추정하는 방법에 대한 상세한 설명은 도 9를 참조하기로 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 레이더 장치가 고각을 추정하는 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 차량용 레이더 장치(100)는 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트(tilt)된 각도를 각각 산출한다(S910).
단계 S910이 수행되면, 차량용 레이더 장치(100)는 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 대각방향으로의 수신채널간 거리를 각각 산출한다(S920).
단계 S920이 수행되면, 차량용 레이더 장치(100)는 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 각 수신채널 간의 위상차를 이용하여, 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트되어 형성된 대각방향의 각 축에서의 위치값을 각각 산출한다(S930).
단계 S930이 수행되면, 차량용 레이더 장치(100)는 각 축의 위치값에서 해당 축에 수직방향으로 형성된 직선을 이용하여 위치값에 각각 대응하는 고각을 각각 산출한다(S940).
단계 S940이 수행되면, 차량용 레이더 장치(100)는 각 위치값에 대응하는 고각들의 평균을 구하여 최종 고각을 결정한다(S950).
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 안전장치 제어시스템 및 그 제어방법은, 수신용 배열 안테나의 N개의 수신채널 중 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트(tilt)된 대각방향으로 타겟의 고각을 추정함으로써, 고각을 산출하기 위한 별도의 채널과 수신기를 구비하지 않아도, 방위각 산출과 더불어 고각까지 산출할 수 있고, 이로 인해 차량용 레이더 장치의 사이즈 증가 없이 방위각과 고각을 추정할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.
100 : 차량용 레이더 장치
110: 송신용 배열 안테나
120 : 수신용 배열 안테나
130 : 신호 발생부
140 : 방위각 추정부
150 : 고각 추정부
152 : 각도 산출모듈
154 : 거리 산출모듈
156 : 위치 산출모듈
158 : 고각 산출모듈
160 : 제어부

Claims (12)

  1. 전방 탐지를 위한 레이더 신호를 방사하기 위한 송신용 배열 안테나;
    상기 송신용 배열 안테나에서 방사되는 레이더 신호가 타겟으로부터 반사되어 돌아오는 레이더 신호를 수신하기 위한 N개의 수신채널을 포함하는 수신용 배열 안테나;
    상기 N개의 수신채널 중 오프셋되지 않은 각 수신채널을 이용하여 상기 타겟의 방위각을 추정하는 방위각 추정부; 및
    상기 N개의 수신채널 중 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트(tilt)된 대각방향으로 상기 타겟의 고각을 추정하는 고각 추정부를 포함하되,
    상기 고각 추정부는,
    상기 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 각도, 수신채널간 거리, 및 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 수신채널 간의 위상차를 이용하여 상기 타겟의 고각을 추정하고,
    상기 고각 추정부는,
    상기 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 상기 틸트된 각도를 각각 산출하는 각도 산출모듈;
    상기 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 대각방향으로의 수신채널간 거리를 각각 산출하는 거리 산출모듈;
    상기 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 각 수신채널 간의 위상차를 이용하여, 상기 오프셋 되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 대각방향의 각 축에서의 위치값을 각각 산출하는 위치 산출모듈; 및
    상기 각 축의 위치값에서 해당 축에 수직방향으로 형성된 직선을 이용하여 상기 위치값에 각각 대응하는 고각을 각각 산출하고, 상기 산출된 각 고각들을 이용하여 최종 고각을 결정하는 고각 산출모듈을 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량용 레이더 장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각도 산출모듈은,
    상기 오프셋 되지 않은 수신채널과 오프셋된 수신채널 간 수직방향의 이격 거리 및 수평방향의 거리를 이용하여 상기 틸트된 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 위치 산출모듈은,
    상기 각도 산출모듈에서 산출된 틸트된 각도, 상기 거리 산출모듈에서 산출된 대각방향으로의 수신채널간 거리, 상기 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 각 수신채널 간의 위상차를 이용하여 각 축에서의 위치값을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 고각 산출모듈은,
    상기 각 축의 위치값에서 해당 축에 수직방향으로 형성된 직선의 직선 방정식에 상기 틸트된 각도, 상기 대각방향으로의 수신채널간 거리, 상기 각 축에서의 위치값을 적용하여 각 좌표에서의 고각을 각각 산출하고, 상기 산출된 고각들의 평균을 구하여 최종 고각을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 고각 산출모듈은,
    상기 오프셋되지 않은 수신채널 중에서 상기 오프셋된 수신채널과 가까운 순으로 가중치를 부여하여, 고각의 평균을 구하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 송신용 배열 안테나로 제공할 주파수 신호를 발생시키는 신호 발생부;를 더 포함하는 차량용 레이더 장치.
  8. 송신용 배열 안테나에 의해, 전방 탐지를 위한 레이더 신호를 방사하는 단계;
    N개의 수신채널을 포함하는 수신용 배열 안테나에 의해, 상기 송신용 배열 안테나에서 방사되는 레이더 신호가 타겟으로부터 반사되어 돌아오는 레이더 신호를 수신하는 단계;
    상기 N개의 수신채널 중 오프셋 되지 않은 각 수신채널을 이용하여 상기 타겟의 방위각을 추정하는 단계; 및
    상기 N개의 수신채널 중 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 대각방향으로 타겟의 고각을 추정하는 단계;를 포함하되,
    상기 고각을 추정하는 단계는,
    상기 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 각도, 수신채널간 거리, 및 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 수신채널 간의 위상차를 이용하여 상기 타겟의 고각을 추정하고,
    상기 고각을 추정하는 단계는,
    상기 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 상기 틸트된 각도를 각각 산출하는 단계;
    상기 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 대각방향으로의 수신채널간 거리를 각각 산출하는 단계;
    상기 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 각 수신채널 간의 위상차를 이용하여, 상기 오프셋되지 않은 각 수신채널이 오프셋된 수신채널의 방위각과 대비하여 틸트된 대각방향의 각 축에서의 위치값을 각각 산출하는 단계; 및
    상기 각 축의 위치값에서 해당 축에 수직방향으로 형성된 직선을 이용하여 상기 위치값에 각각 대응하는 고각을 각각 산출하고, 상기 산출된 각 고각들을 이용하여 최종 고각을 결정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 차량용 레이더 장치의 제어 방법.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 수신채널간 각도를 각각 산출하는 단계는,
    상기 오프셋되지 않은 수신채널과 오프셋된 수신채널 간 수직방향의 이격 거리 및 수평방향의 거리를 이용하여 상기 틸트된 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 장치의 제어 방법.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 대각방향의 각 축에서의 위치값을 각각 산출하는 단계는,
    상기 산출된 틸트된 각도, 상기 산출된 대각방향으로의 수신채널간 거리, 상기 오프셋된 수신채널과 오프셋되지 않은 각 수신채널 간의 위상차를 이용하여 각 축에서의 위치값을 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 장치의 제어 방법.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 최종 고각을 결정하는 단계는,
    상기 각 축의 위치값에서 해당 축에 수직방향으로 형성된 직선의 직선 방정식에 상기 틸트된 각도, 상기 대각방향으로의 수신채널간 거리, 상기 대각방향의 각 축에서의 위치값을 적용하여 각 좌표에서의 고각을 산출하고, 상기 산출된 고각들의 평균을 구하여 최종 고각을 결정하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 장치의 제어 방법.
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