KR102667977B1 - 차량용 레이더 장치 및 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 차량용 레이더 장치 및 제어방법에 관한 것으로서,
다수의 주파수 대역 모드 중 하나의 선택모드에 따른 동작 주파수 대역의 송신신호를 송출하고, 상기 수신안테나에서 수신신호를 수신하도록 제어하는 송수신부와, 획득된 타겟까지의 타겟 거리와 주파수 대역별 최대감지 거리 중 하나 이상을 기초로, 상기 다수의 주파수 대역 모드 중 하나의 선택모드를 동적으로 결정하는 모드 선택부를 포함할 수 있다. 본 실시예를 이용하면, 일정한 주행 조건에서 타겟의 거리에 따라 최대감지거리와 연동된 주파수 대역폭을 동적으로 가변시킴으로써, 레이더의 거리 해상도를 최적화 할 수 있다.

Description

차량용 레이더 장치 및 제어방법 {Radar Apparatus for Vehicle and Controlling Method thereof}
본 발명의 일 실시예는 차량용 레이더 장치 및 그의 제어방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 레이더 신호의 다중 수신 경로 환경 등에서 수평 정보의 검출성능을 향상시키기 위하여, 타겟까지의 거리 또는 최대감지 거리에 따라 레이더 신호의 동작 주파수 대역을 동적으로 가변시키는 레이더 장치 및 방법에 관한 것이다.
차량 등에 탑재되는 레이더 장치는 차량 제어를 수행하기 위한 센서장치로 널리 이용되고 있으며, 일정한 주파수를 가지는 전자기파를 송출하고 대상체에서 반사된 신호를 수신한 후, 수신한 신호를 처리함으로써 대상체의 위치 또는 속도 정보 등으로 추출하는 기능을 수행한다.
이러한 차량용 레이더로 획득된 타겟 정보는 거리정보 및 각도정보를 포함하는 위치정보와, 자차량과 타겟 사이의 상대 속도정보 등을 포함한다.
이 때, 타겟 정보를 구성하는 3개의 도메인(Domain)인 거리, 속도, 공간(각도) 정보가 타겟별로 독립적으로 획득되면 다중 타겟 사이에 신호성분의 오염이 발생되지 않는다.
그러나, 가드레일, 방음벽, 터널 등이 있는 도로를 주행하는 경우에는, 그러한 정지 구조물로 인하여 레이더 신호가 다중 경로를 통하여 송수신되는 상황이 발생될 수 있다.
이러한 다중 수신 경로 환경에서는 여러 신호가 중첩됨으로써 타겟 정보, 특히 수평각도 정보 또는 횡위치 정보가 부정확해진다.
구체적으로, 단일의 타겟임에도 불구하고 여러 횡위치에 존재하는 2개의 타겟(리얼 타겟 및 고스트)으로 인지될 수 있다.
또한, 거리-속도 도메인 상에서 단일 타겟인지 다중 타겟인지 불명확하게 인식될 수도 있다.
이와 같은 문제를 해결하기 위해서는 거리 분해능을 향상시킬 필요가 있고, 그를 위해서는 하드웨어적으로 레이더 장치의 안테나 개수를 증가시키거나 안테나 이격거리를 조정하거나, 레이더 신호의 주파수 대역폭을 증가시킬 수 있다.
그러나, 비용증가 및 공간상의 문제로 인하여, 레이더 장치의 하드웨어적인 해결방안에는 일정한 제약이 존재한다.
또한, 주파수 대역폭을 증가시키는 경우 거리해상도는 향상되지만, 최대 감지 거리가 감소하는 단점이 존재한다.
따라서, 다중 수신 경로 환경과 같은 특정 조건에서, 레이더의 다른 성능을 감소시키지 않으면서도, 타겟의 횡위치 감지 성능을 확보할 수 있는 방안이 필요하다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 레이더의 수평 감지 성능을 향상시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 다중 수신 경로 환경 등에서 타겟의 횡위치 정보를 정밀하게 획득할 수 있는 차량용 레이더 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 일정한 주행 조건에서 타겟의 거리에 따라 최대감지거리와 연동된 주파수 대역폭을 동적으로 가변시킴으로써, 레이더의 거리 해상도를 동적으로 최적화할 수 있는 차량용 레이더 장치 및 제어방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은, 일정한 주행 조건이 만족되는 경우, 감지된 타겟의 거리를 기초로 다수의 주파수 대역 모드 중 하나로 동적으로 변환함으로써, 레이더의 수평 감지 성능을 동적으로 변경시킬 수 있는 레이더 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는, 차량 주위로 송신신호를 방출하는 송신안테나 및 물체에서 반사된 수신신호를 수신하는 수신안테나를 포함하는 안테나부와; 다수의 주파수 대역 모드 중 하나의 선택모드에 따른 동작 주파수 대역의 송신신호를 송출하고, 상기 수신안테나에서 수신신호를 수신하도록 제어하는 송수신부와; 상기 수신안테나에서 수신된 수신신호를 처리하여 타겟의 정보를 획득하는 신호처리부; 및 상기 신호처리부에서 획득된 타겟까지의 타겟 거리와 주파수 대역별 최대감지 거리 중 하나 이상을 기초로, 상기 다수의 주파수 대역 모드 중 하나의 선택모드를 동적으로 결정하는 모드 선택부를 포함하는 레이더 장치를 제공하는 것이다.
또한, 일실시예에 의한 차량용 레이더 장치는 획득된 차량 주변의 정지 장애물 정보를 기초로 상기 차량의 주행 조건을 판정하고, 특정 주행 조건에 해당되는 경우 상기 모드 선택부를 활성화시키는 조건 판정부를 더 포함할 수 있다.
이 때, 특정 주행 조건은 차량 주변에 가드레일, 방음벽, 터널, 고가도로 중 하나 이상의 상기 정지 장애물이 존재하는 경우일 수 있다.
차량 주변의 장애물 정보는 상기 신호처리부에서 획득된 레이더 획득의 정보 또는 추가적인 차량 감지 센서에서 획득된 타센서 획득정보로부터 획득될 수 있다.
또한, 다수의 주파수 대역 모드에 포함되는 각각의 주파수 대역 모드는 고유한 동작 주파수 대역과 그에 대응되는 최대감지거리에 의하여 정의되며, 상기 모드 선택부는 상기 타겟 거리보다 큰 최대감지거리를 가지는 1개 이상의 주파수 대역 모드 중에서 가장 큰 동작 주파수 대역을 가지는 주파수 대역 모드를 상기 선택모드로 결정할 수 있다.
신호처리부는 상기 수신신호에 대하여 패스트 타임(Fast time)에 대해 제1 퓨리에 변환(1st FFT)를 수행하여 거리에 따른 시간 성분을 획득하고, 슬로우 타임(slow time)에 대해 제2 퓨리에 변환(2nd FFT)를 수행하여 각 거리에서 존재하는 신호를 속도에 따라 압축(compression)하여 타겟의 거리-속도정보를 산출할 수 있다.
또한, 신호처리부는 상기 선택모드에 따라 산출된 상기 거리-속도 정보를 기초로, 상기 타겟이 단일 타겟인지 다중 타겟인지 여부를 결정할 수 있다.
모드선택부에 의하여 결정된 선택모드의 상기 동작 주파수 대역에 따라 상기 타겟 거리에 있는 물체의 거리 해상도가 최대가 된다.
본 발명의 다른 실시예에에 의하면, 차량 주위로 송신신호를 방출하는 송신안테나 및 물체에서 반사된 수신신호를 수신하는 신호 송수신 단계와, 상기 수신안테나에서 수신된 수신신호를 처리하여 타겟의 정보를 획득하는 신호처리 단계와, 상기 신호처리 단계에서 획득된 타겟까지의 타겟 거리와 주파수 대역별 최대감지 거리 중 하나 이상을 기초로, 상기 다수의 주파수 대역 모드 중 하나의 선택모드를 동적으로 결정하는 모드 선택 단계; 및 다음 스캔 동작시 상기 선택모드에 해당되는 동작 주파수 대역의 송신신호를 송출하는 선택 모드 적용 단계를 포함하는 레이더 장치의 제어방법을 더 제공할 수 있다.
아래에서 설명할 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 레이더의 수평 감지 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 의하면, 다중 수신 경로 환경 등에서 타겟의 횡위치 정보를 정밀하게 획득할 수 있다.
또한, 일정한 주행 조건에서 타겟의 거리에 따라 최대감지거리와 연동된 주파수 대역폭을 동적으로 가변시킴으로써, 레이더의 거리 해상도를 동적으로 최적화할 수 있다.
또한, 본 실시예를 이용하면, 일정한 주행 조건이 만족되는 경우, 감지된 타겟의 거리를 기초로 다수의 주파수 대역 모드 중 하나로 동적으로 변환함으로써, 레이더의 수평 감지 성능을 동적으로 변경시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 차량용 레이더 센서의 물체 감지 방식을 도시하며, 중/장거리 감지영역과 근거리 감지영역이 도시되어 있다.
도 2는 레이더의 감지성능이 감소될 수 있는 다중 수신 경로 환경의 일예를 도시한다.
도 3은 정상적인 환경에서 다중 타겟이 감지되는 경우의 타겟 정보를 도시한다.
도 4는 다중 수신 경로 환경에서 타겟이 부정확하게 감지되는 경우의 타겟 정보의 예를 도시한다.
도 5는 본 실시예에 의한 차량용 레이더 장치의 구성을 도시한다.
도 6은 본 실시예에 의한 차량용 레이더 장치에 포함되는 안테나부의 일실시예를 도시한다.
도 7은 본 실시예에 의한 레이더 장치의 신호처리부가 타겟의 거리-속도 정보를 획득하는 원리를 도시한다.
도 8은 본 실시예에 의한 다수의 주파수 대역 모드 설정 정보의 일 예를 도시한다.
도 9는 본 실시예에 의한 동적 모드 변환에 따른 타겟의 감지 성능 변화를 도시한다.
도 10은 본 실시예에 의한 레이더 제어 방법의 전체적인 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치가 제공하는 신호 처리 방법에 대한 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 의한 레이더 장치에서, 제1모드에서 제2모드로 변환된 경우의 신호파형 및 주파수대역의 차이를 도시한다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일반적인 차량용 레이더 센서의 물체 감지 방식을 도시하며, 중/장거리 감지영역과 근거리 감지영역이 도시되어 있다.
도 1과 같이, 차량용 레이더 센서를 이용하여 차량 부근의 물체를 감지할 때, 전방의 장거리 타겟을 감지하는 중/장거리 감지 기능과, 차량 부근의 근거리 타겟을 감지하는 근거리 감지 기능을 모두 보유하여야 한다.
레이더 센서가 사용되는 차량에서는 운전자의 주행 보조를 위하여 여러가지 형태의 운전자 보조 시스템(Driver Assistance System; DAS)이 사용되고 있다.
그 중에서 전방 차량을 추종하는 적응형 크루즈 시스템(Adaptive Cruise System; ACC)에서는 차량의 주행방향 전방에 있는 중장거리 타겟을 감지할 필요가 있다.
한편, 전방 장애물 존재시 긴급하게 차량을 제동하거나 조향회피를 하는 자동 긴급 제동 시스템(Autonomous Emergency Braking System; AEB) 또는 자동 긴급 조향 시스템(Autonomous Emergency Steering System; AES)과, 차선 변경시 인접 차선 장애물과의 충돌을 방지하는 차선 변경 보조 시스템(Lane Changing Assistance; LCA) 시스템 등에서는 차량 부근의 근거리 장애물을 높은 정밀도로 감지할 필요가 있다.
즉, 차량용 레이더 장치는 넓은 거리 범위에 있는 여러 타겟의 거리, 속도 및 각도 정보와 같은 타겟 정보를 정밀도 높게 측정해야 한다.
특히, 일반적인 2차원적인 도로 주행환경에서는 수직정보보다는 타겟의 거리와 수평각도를 포함하는 타겟의 횡위치 정보를 정밀하게 측정해야 한다.
이를 위하여, 도 1의 상부 도면과 같이, 일부 차량용 레이더 장치(10)는 중장거리 감지를 위하여 비교적 좁은 감지각도를 가지면서 감지거리가 긴 장거리 감지영역(12)과, 넓은 감지각도와 작은 감지거리를 가지는 근거리 감지영역(14)을 각각 구비하도록 구성할 수 있다.
이러한 차량용 레이더 센서 장치는 중장거리 감지를 위하여 중장거리 송신빔 패턴으로 송신신호를 송출해야 하고, 근거리 감지를 위해서는 중장거리 송신빔 패턴과 상이한 근거리 송신빔 패턴으로 송신신호를 송출해야 한다.
그러나, 이러한 레이더 장치는 거리에 따른 2가지 모드의 안테나구조 및 신호처리부 등을 포함하여야 하므로, 레이더 장치의 구조가 복잡하고, 신호처리 연산 부하가 증가하는 문제가 있다.
이를 해결하기 위하여, 차량용 레이더에서는 중/장거리 레이더와 근거리 레이더를 통합할 필요가 있으며, 중/장거리 레이더와 근거리 레이더를 통합하기 위해서 송신 안테나를 상이하게 하고 수신 안테나를 공용화 하여 구현하는 방안이 고려되고 있다.
즉, 도 1의 하부 도면과 같이, 단일의 감지영역을 가지는 레이더 장치를 제공하되, 타겟의 거리에 따라서 수평정보 거리 해상도를 달리 구현함으로써, 간단한 구조를 제공하면서도 타겟 수평정보의 정밀도를 향상시키는 방안이 필요하다.
또한, 차량용 레이더는 기존의 타겟의 거리, 속도 및 수평각도 외에 대상체의 수직각도(Elevation Angle)와 같은 수직방향 정보까지 제공할 수 있다.
수직각도를 추정하기 위해서는 서로 다른 송수신 안테나로부터 수신된 타겟의 파워를 활용할 수도 있고, 수직 방향의 배열 안테나를 활용할 수 있다.
이와 같이 추정된 수직 각도는 타겟의 분류(classification)에 활용될 수 있다.
도 2는 레이더의 감지성능이 감소될 수 있는 다중 수신 경로 환경의 일예를 도시한다.
차량이 주변 장애물이 없는 일반적인 도로를 주행하고 있는 경우에는, 송신된 레이더 신호가 오직 타겟에서만 반사가 이루어진다.
따라서, 수신신호에는 타겟에 의한 1차 수신신호 성분만 존재하게 되며, 이 경우에는 타겟 정보인 거리, 속도, 각도(공간)가 일의적으로 결정될 수 있다.
그러나, 주행 중인 차량의 전방 또는 측방 등에 가드레인, 방음벽, 터널, 고가도로 등의 정지 장애물이 존재하는 경우, 레이더 송신신호가 타겟에 도착하는 송신경로 또는 반사신호의 수신경로가 1개 이상의 경로를 포함할 수 있다.
더 구체적으로 설명하면, 도 2는, 전방 레이더 장치(10)가 설치된 자차량(20)이 주행하는 도로의 좌측에 도로 방향으로 길게 연장된 방음벽 또는 가드레일의 정지장애물(30)이 있는 환경을 예시한다.
이 경우, 전방의 타차량(40)인 타겟에서 반사된 수신신호는 제1수신경로 R1을 통해서 레이더로 수신됨과 동시에, 정지 장애물(30)에서 2차 반사되어 제2수신경로 R2를 통해 레이더로 수신될 수 있다.
이와 같이 레이더와 타겟사이에서 레이더 신호의 송수신경로가 2 이상 형성되는 환경을 다중 수신 경로 상태로 표현될 수 있다.
이러한 다중 수신 경로 환경에서는, 레이더 장치(10)에서 확인되는 타겟이 실제 타차량(40)인 리얼 타겟 이외에도, 점선으로 표시된 바와 같이 정지장애물(30) 너머에 있는 것으로 감지되는 고스트(40') 등이 존재할 수 있다.
즉, 하나의 실제 타겟의 거리-속도 정보 등이 여러가지 값을 가지는 것으로 인식될 수 있고, 아래에서 설명할 바와 같이 거리(Range)-속도(Velocity) 도메인에서 불명확한 감지 영역으로 표현될 수 있다.
따라서, 타겟의 거리 정보의 획득이 부정확해지는 문제가 있다.
이러한 현상은 정지장애물(30)이 도로의 연장방향으로 길게 배치되는 가드레일, 방음벽 등의 종방향 정지 장애물이 있는 경우에 더 잘 발생할 수 있으며, 기타 철제 터널 등이 있는 경우에도 발생할 수 있다.
도 3은 정상적인 환경에서 다중 타겟이 감지되는 경우의 타겟 정보를 도시하며, 도 4는 다중 수신 경로 환경에서 타겟이 부정확하게 감지되는 경우의 타겟 정보의 예를 도시한다.
도 3 및 도 4는 타겟정보를 거리-속도의 2차원 도메인으로 나타낸 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 다중 수신 경로가 발생되지 않는 정상적인 환경에서는, 타겟 1, 2, 3(T1, T2, T3)가 거리-속도 도메인에서 서로 구분되어 인식되며, 따라서 레이더의 신호처리부는 3개의 타겟을 명확하게 감지할 수 있다.
그러나, 도 2와 같은 다중 수신 경로 환경에서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 하나의 타겟 T1이 동일한 (상대)속도를 가지되, 그 횡방향 위치가 실제 위치(실선)에서 일부 벗어난 가상 위치(점선)를 가지는 것으로 인식될 수 있다.
따라서, 도 4와 같은 경우, 레이더의 신호처리부는 타겟 T1이 단일 타겟인지 다중 타겟인지 인지하기 어렵고, 특히 타겟의 정확한 거리 및 수평정보(횡각도)를 획득할 수 없는 문제가 발생된다.
이러한 횡방향 정보의 부정확성을 극복하기 위하여, 거리 분해능을 향상시킬 필요가 있고, 그를 위해서는 하드웨어적으로 레이더 장치의 안테나 개수를 증가시키거나 안테나 이격거리를 조정하거나, 레이더 신호의 주파수 대역폭을 증가시킬 수 있다.
그러나, 비용증가 및 공간상의 문제로 인하여, 레이더 장치의 하드웨어적인 해결방안에는 일정한 제약이 존재한다.
또한, 주파수 대역폭을 증가시키는 경우 거리해상도는 향상되지만, 최대 감지 거리가 감소하는 단점이 존재한다.
따라서, 다중 수신 경로 환경과 같은 특정 조건에서, 레이더의 다른 성능을 감소시키지 않으면서도, 타겟의 횡위치 감지 성능을 확보할 수 있는 방안이 필요해진다.
이에 본 실시예에서는, 일정한 주행 조건이 만족되는 경우, 감지된 타겟의 거리를 기초로 다수의 주파수 대역 모드 중 하나로 동적으로 변환함으로써, 레이더의 수평 감지 성능을 동적으로 변경하는 방안을 제공하고자 한다.
도 5는 본 실시예에 의한 차량용 레이더 장치의 구성을 도시한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 의한 레이더 장치는 안테나부(100)와, 레이더 신호 송수신을 위한 송수신부(200)와, 신호 처리부(300) 및 모드 선택부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 레이더 장치는 모드 선택부가 동작하는 조건을 결정하기 위한 조건 판정부(500)을 더 포함할 수 있다.
안테나부(100)는 차량 주위로 송신신호를 방출하는 송신안테나와 물체에서 반사된 수신신호를 수신하는 수신안테나를 포함할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 안테나부(100)에 포함되는 송신안테나 및 수신안테나 중 하나는 수평방향으로 일정 거리 이격(수평 옵셋)된 2개 이상의 어레이 안테나를 포함하여 구성될 수 있다.
더 구체적으로, 안테나부는 수평 방향으로 일정 거리 이격된 2개 이상의 송신안테나와 수직방향으로 송신안테나와 동일한 위치에 배열되는 1개 이상의 수신안테나를 포함하거나, 1개 이상의 송신안테나와 수평 방향으로 일정 거리 이격된 2개 이상의 수신안테나를 포함할 수 있다.
본 실시예에 의한 레이더 장치에 사용되는 안테나부의 세부 구성에 대해서는 도 6을 참고로 아래에서 더 상세하게 설명한다.
한편, 본 실시예에 의한 송수신부(200)는 다수의 주파수 대역 모드 중 하나의 선택모드에 따른 동작 주파수 대역의 송신신호를 송출하고, 상기 수신안테나에서 수신신호를 수신하도록 제어한다.
신호처리부(300)는 송수신부(200)를 제어하여 송신안테나부를 통하여 일정한 송신 빔 패턴을 가지는 상기 송신신호를 송출하도록 하고, 수신안테나에서 수신된 수신신호를 처리하여 물체의 정보를 획득하는 기능을 수행한다.
이러한 신호처리부(300)는 제어부, 신호처리부 등의 다른 용어로 표현될 수도 있으며, 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor; DSP)형태로 구현될 수 있다.
한편, 레이더 센서 장치는 사용되는 신호의 형태에 따라서, 펄스식, 주파수 변조 연속파(Frequency Modulation Continuous Wave; FMCW), 주파수 시프트 키잉(Frequency Shift Keying; FSK) 방식 등으로 분류될 수 있다.
이 중에서 FMCW 방식의 레이더에서는 시간에 따라서 주파수가 증가되는 신호인 처프(Chirp)신호 또는 램프(Ramp) 신호를 사용하며, 송신파와 수신파 사이의 시간 차이와 도플러 주파수 편이를 이용하여 대상체의 정보를 연산한다.
더 구체적으로, 레이더 컨트롤러는 송수신안테나를 통한 신호 송수신을 제어하는 송수신부(200)와, 수신안테나에서 수신된 반사 신호와 송신 신호를 이용하여 타겟의 정보(위치, 거리, 각도 등)를 산출하는 신호처리부(300)를 포함할 수 있다.
신호 송수신부(200)는 다시 송신부와 수신부를 포함할 수 있으며, 송신부는 각 송신안테나에 신호를 공급하여 송신신호를 생성하는 발진부를 포함한다. 이러한 발진부는, 일 예로서, 전압 제어 발진기(VCO: Voltage-Controlled Oscillator) 및 오실레이터(Oscillator) 등을 포함할 수 있다.
신호송수신부(200)에 포함된 수신부는, 수신 안테나를 통해 수신된 반사신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭부(LNA: Low Noise Amplifier)와, 저잡음 증폭된 수신신호를 믹싱하는 믹싱부(Mixer)와, 믹싱된 수신신호를 증폭하는 증폭부(Amplifier)와, 증폭된 수신신호를 디지털 변환하여 수신데이터를 생성하는 변환부(ADC: Analog Digital Converter) 등을 포함할 수 있다.
신호처리부(300)는 신호 처리를 제 1 처리부와 제 2 처리부를 포함할 수 있으며, 제 1 처리부는, 제 2 처리부를 위한 전 처리부(Pre-Processor)로서, 송신데이터 및 수신데이터를 획득하여, 획득된 송신데이터에 근거한 발진부에서의 송신신호의 생성을 제어하고, 송신데이터 및 수신데이터를 동기화하며, 송신데이터 및 수신데이터를 주파수 변환할 수 있다.
제 2 처리부는, 제 1 처리부의 처리 결과를 이용하여 실질적 처리를 수행하는 후 처리부(Post-Processor)로서, 제 1 처리부에서 주파수 변환된 수신데이터를 토대로 CFAR(Constant False Alarm Rate) 연산, 트래킹(Tracking) 연산 및 타깃 선택(Target Selection) 연산 등을 수행하고, 타깃에 대한 각도정보, 속도정보 및 거리정보를 추출할 수 있다.
전술한 제 1 처리부는, 획득된 송신데이터 및 획득된 수신데이터를 한 주기당 처리 가능한 단위 샘플 사이즈로 데이터 버퍼링 한 이후, 주파수 변환을 수행할 수 있다. 전술한 제 1 처리부에서 수행하는 주파수 변환은, 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 등과 같은 푸리에 변환을 이용할 수 있다.
전술한 제 2 처리부는, 제1처리부에서 이루어진 제1푸리에 변환(FFT)된 신호에 대하여 제2푸리에 변환을 할 수 있으며, 제2푸리에 변환은, 일 예로서, 이산 푸리에 변환(DFT: Discrete Fourier Transform, 이하 "DFT"라 칭함)일 수 있다. 또한, DFT 중에서도, 첩-이산 푸리에 변환(Chirp-DFT)일 수 있다.
제2처리부는 Chirp-DFT 등의 제2푸리에 변환을 통해, 제2푸리에 변환 길이(K)에 해당하는 개수만큼의 주파수 값을 획득하고, 획득된 주파수 값을 토대로 각 첩(Chirp) 주기 동안 가장 큰 파워를 갖는 비트 주파수를 계산하고, 계산된 비트 주파수에 근거하여 물체의 속도 정보 및 거리 정보를 획득함으로써 물체를 탐지할 수 있다.
이러한 제2처리부에 의한 타겟 정보 획득은 아래에서 도 7을 참고로 더 상세하게 설명한다.
한편, 도 6은 본 실시예에 의한 차량용 레이더 장치에 포함되는 안테나부의 일실시예를 도시한다.
도 6과 같이, 본 실시예에 의한 안테나부(100)는 2개의 송신안테나(Tx1, Tx2)와 복수의 수신안테나(Rx)를 포함할 수 있으며, 2개의 송신안테나 Tx1, Tx2는 수직방향으로 일정 거리(△D)만큼 이격되어 있고, 다수의 수신안테나, Rx는 모두 동일한 수직 위치를 가질 수 있다.
송신안테나 및 수신안테나 각각은 2개, 4개 또는 6개의 어레이 안테나가 하나의 급전포인트를 가지면서 일측으로 연장되는 구조일 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.
송신안테나 및 수신안테나를 구성하는 각각의 어레이 안테나는 분배기의 출력라인에 연결되는 다수의 엘리먼트 또는 패치로 구성되며, 컨트롤러를 포함하는 칩(Chip)에 연결되는 급전포트 또는 분배기의 입력포트를 출발지점으로 하여 상부방향(수직방향 중 상부방향)으로 연장될 수 있다.
또한, 송신안테나부를 구성하는 2개의 송신안테나 Tx1, Tx2는 각 어레이 안테나의 연장방향(제1방향)에 수직한 수평방향(제2방향)으로 송신신호 파장의 1/2거리(0.5λ)만큼 이격되도록 배치될 수 있으며, 수신안테나부를 구성하는 복수의 수신안테나 Rxi 역시 송신신호 파장의 1/2거리(0.5λ)만큼 이격되도록 배치될 수 있다.
이와 같이, 송신안테나 또는 수신안테나 사이의 수평거리를 송신신호 파장의 1/2거리(0.5λ)로 설정함으로써, 그레이팅 로브에(Grating Lobe)에 의한 각도 불명확(Angle Ambiguity)을 제거할 수 있는 효과가 있다.
즉, 수신안테나들 사이의 간격이 송신신호 파장의 1/2거리(0.5λ) 이상이므로 그레이팅 로브가 발생할 수 있는데, 수신안테나들 사이의 수평거리를 0.5λ로 배열하고 각 수신안테나의 채널에서 추출된 각도 정보를 비교하여 보상함으로써 그레이팅 로브에 의한 각도 불명확을 최소화할 수 있는 것이다.
또한, 도 6과 같이, 2개의 송신안테나 Tx1과 Tx2가 수직방향으로 일정 거리 옵셋되어 있으므로, Tx1에서 송신되어 수신안테나에서 수신되는 제1수신신호와, Tx2에서 송신되어 수신안테나에서 수신되는 제2수신신호 사이에는 수직 옵셋에 따른 위상차이를 가질 수 있다.
따라서, 송신시점과 수신시점의 시간차이를 이용하여 타겟까지의 타겟거리를 산출할 수 있고, 송신신호와 제1수신신호, 제2수신신호 사이의 위상차이를 이용하여 타겟의 수평정보 또는 수직 정보를 산출할 수도 있다.
물론, 본 실시예에 의한 안테나(100)는 반드시 도 6과 같은 구성을 가지는 것은 아니며, 1개 이상의 송신안테나와 그와 동일한 수직 위치를 가지는 2개 이상의 수신안테나를 구비할 수도 있다.
다만, 본 실시예에 의한 모드 선택에 따른 거리 분해능의 조절 범위를 넓게 하기 위하여, 송신안테나 및 수신안테나의 개수가 각각 2개 이상이어서, 최대 거리분해능을 크게 하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에 의한 레이더 장치에서는, 수평방향으로 옵셋된 송신안테나 또는 수신안테나에서 송수신되는 레이더 신호를 서로 상이한 변조방식으로 변조하여 사용할 수 있다.
한편, 본 실시예에 의한 레이더 장치에 포함되는 모드 선택부(400)는 신호처리부에서 획득된 타겟까지의 타겟 거리와 주파수 대역별 최대감지 거리 중 하나 이상을 기초로, 다수의 주파수 대역 모드 중 하나의 선택모드를 동적으로 결정하는 기능을 수행한다.
더 구체적으로, 본 실시예에 의하여 설정되는 다수의 주파수 대역 모드에 포함되는 각각의 주파수 대역 모드는 고유한 동작 주파수 대역과 그에 대응되는 최대감지거리에 의하여 정의될 수 있다.
이 경우, 본 실시예에 의한 모드 선택부(400)는 감지된 타겟 거리보다 큰 최대감지거리를 가지는 1개 이상의 주파수 대역 모드 중에서 가장 큰 동작 주파수 대역을 가지는 주파수 대역 모드를 선택모드로 결정할 수 있다.
즉, 본 실시예에 의한 모드 선택부(400)는 일정한 조건하에서 감지된 타겟의 거리를 기초로, 미리 설정된 다수의 주파수 대역 모드 중에서 하나를 동적으로 결정하고, 그 결정된 선택모드에 대응되는 동작 주파수 대역으로 레이더 신호의 스캐닝을 수행한다.
이러한 모드 선택부의 동작에 대해서는 도 8을 참고로 아래에서 더 상세하게 설명한다.
이 때, 모드 선택부가 동작하게 되는 일정한 조건은 도 2 내지 4에서 설명한 바와 같이, 방음벽, 가드레일 등에 따라 다중 수신 경로가 발생되는 경우가 될 수 있다.
이를 이하여, 본 실시예에 의한 레이더 장치는 모드 선택부(400)가 동작하는 조건을 결정하기 위한 조건 판정부(500)을 더 포함할 수 있다.
이러한 조건 판정부(500)는 획득된 차량 주변의 정지 장애물 정보를 기초로 차량의 주행 조건을 판정하고, 특정 주행 조건에 해당되는 경우 상기 모드 선택부(400)를 활성화시키는 기능을 수행한다.
이 때, 특정 주행 조건은 차량 주변에 가드레일, 방음벽, 터널, 고가도로 중 하나 이상의 상기 정지 장애물이 존재하는 경우이며, 차량 주변의 정지 장애물의 정보는 신호처리부(300)에서 획득된 레이더 센서 정보 또는 추가적인 차량 감지 센서의 타센서 정보로부터 획득될 수 있다.
즉, 신호처리부에서 획득된 레이더 정보를 이용하여, 도로를 따라 종방향으로 일정하게 연속하여 존재하는 장애물을 감지하는 경우, 본 실시예에 의한 특정 조행 조건을 만족하는 것으로 판정할 수 있다.
또한, 카메라, 라이다(Lidar) 등과 같은 이미지 센서를 통하여 획득한 전방 이미지 데이터를 처리함으로써, 전방의 방음벽, 가드레일 등의 정지 장애물을 인식하고, 그 경우 본 실시예에 의한 특정 조행 조건을 만족하는 것으로 판정할 수 있다.
더 구체적으로, 조건 판정부(500)는 레이더 센서 정보 또는 타센서 정보를 이용하되, 엔트로피 기반(Entropy based approach), 하모닉스 기반(Harmonics based approach), 머신 러닝 기반(Machine Learning based approach) 등의 기법을 이용하여 정지 장애물을 판별할 수 있다.
한편, 본 실시예에 의한 신호처리부(300)는 수신신호를 2단계 패스트 퓨리에 변환(2-D FFT)을 적용하여 타겟의 속도(Range)-속도(Velocity) 도메인 정보를 획득할 수 있다.
도 7은 본 실시예에 의한 레이더 장치의 신호처리부가 타겟의 거리-속도 정보를 획득하는 원리를 도시한다.
도 7과 같이, 본 실시예에 의한 신호처리부(300)는 수신신호에 대하여 패스트 타임(Fast time)에 대해 제1 퓨리에 변환(1st FFT)를 수행하여 거리에 따른 시간 성분을 획득하고, 슬로우 타임(slow time)에 대해 제2 퓨리에 변환(2nd FFT)를 수행하여 각 거리에서 존재하는 신호를 속도에 따라 압축(compression)하여 타겟의 거리-속도정보를 산출할 수 있다.
더 구체적으로, 신호처리부(300)는, 도 7의 좌측에 도시된 바와 같이, 패스트 램프(Fast ramp) 또는 패스트 처프(Fast Chirp)를 포함하는 레이더 수신신호에 대하여 패스트 퓨리에 변환인 제1 퓨리에 변환(1st FFT)를 수행하여 거리(range)에 따른 시간 성분인 Range-Time 그래프룰 산출할 수 있다.
다음으로, 신호처리부(300)는 거리대 시간 성분에 대하여 2차 퓨리에 변환인 제2 퓨리에 변환을 수행하여 도 7의 우측에 도시된 것과 같이 거리에 따른 속도 정보를 나타내는 거리-속도 도메인 정보(Range-Velocity 그래프)를 산출할 수 있다.
이러한 거리대 속도 정보를 통해서 차량 주위에 존재하는 대상체의 거리에 따른 속도 정보를 획득할 수 있다.
이 때, 거리 분해능과 관련있는 식별 거리차이(△r) 및 속도 분해능과 관련된 식별 속도차이(△v)는 아래 수학식 1 및 2로 정의될 수 있다.
[수학식 1]
상기 수학식 1에서 c는 광속, BW는 레이더 신호의 스윕 대역폭(Sweep Bandwidth) 또는 주파수 대역(폭)을 의미하며, △r은 식별 거리차이이다.
즉, BW는 처프(Chirp) 신호 1개의 점유 주파수 대역 폭을 의미할 수 있다.
거리 분해능 또는 거리 해상도는 상기 식별 거리차이(△r)의 역수로 정의될 수 있다.
즉, 일정한 주파수 대역폭(BW)에 해당되는 식별 거리차이(△r)가 작아질수록 거리 분해능(거리 해상도)는 증가하며, 정밀한 거리 또는 횡방향 위치 정보 획득이 가능하다.
[수학식 2]
한편, 수학식 2에서 c는 광속, L은 처프(Chirp; 시간에 따라 주파수가 변하는 신호)의 개수를 의미하며, Tc는 처프의 주기, fc는 반송파 주파수(Carrier frequency)를 의미하며, △v는 식별 속도차이이다.
속도 분해능 또는 속도 해상도는 상기 식별 속도차이(△v)의 역수로 정의될 수 있다.
즉, 식별 속도차이(△v)가 작아질수록 속도 분해능(속도 해상도)는 증가하며, 정밀한 타겟 속도 획득이 가능하다.
한편, 전방에 이동 타겟이 다중으로 존재하는 상황에서 각 타겟의 속도 혹은 거리가 다른 경우, 도 3과 같이, 거리-속도의 2차원 도메인상에서 각 타겟의 신호 성분이 분리된다.
그러나, 다중 타겟의 속도와 거리가 서로 같거나 유사한 경우에는, 도 4와 같이 거리-속도의 2차원 도메인상에서 각 타겟의 신호 성분이 하나의 포인트에 중첩될 수 있다.
또한, 도 2에서 설명한 바와 같이, 가드레일이나 방음벽과 같은 정지 장애물이 있는 상황에서는 단일 타겟으로부터 두 가지의 신호가 섞여 들어올 가능성이 매우 높다.
따라서, 인식되는 타겟의 거리와 속도 정보에 미세한 차이가 존재하여, 2개 타겟을 구분하기 힘들고, 특히 2개 경로를 통해 수신된 신호의 각도 차이 값이 각도 분해능보다 낮은 경우 타겟이 구분되지 않을 수 있다.
따라서, 다중 타겟의 구분 또는 다중 수신 경로 환경에서 타겟의 정밀한 감지를 위해서, 거리-속도 도메인 공간에서 복수 타겟을 정밀하게 분리할 필요가 있다.
한편, 다중 타겟은 각도 추정을 통해 분리할 수도 있는데, 각도 분해 성능은 안테나의 수와 안테나 이격과 관련이 있으나, 안테나의 수와 안테나 이격은 하드웨어의 제약으로 인해 증대시키기 힘들다.
또한, 거리-속도 도메인에서 타겟의 분리를 위하여 속도 분해능을 향상시킬 수도 있다.
그러나, 수학식 2에서와 같이 식별 속도차이(△v)는 처프신호의 주기(duration)와 관련이 있어서, 이를 가변시키기 힘들다.
따라서, 가드레일, 방음벽, 터널 등의 정지장애물이 있는 악의적인 주행조건에서, 식별 거리차이(△r)를 감소 또는 거리 분해능(1/△r)을 증가시켜 타겟의 정밀한 구분을 할 필요가 있다.
한편, 거리 분해능은 레이더 신호의 주파수 대역폭, 즉 처프 신호의 스윕 주파수 대역폭과 관련이 있으며, 수학식 1에 의하여 대역폭 BW를 높이면 거리 분해능은 향상된다.
그러나, 레이더 신호의 주파수 대역폭(BW)이 높아지면 아래 수학식 3에 의하여 최대 감지거리(rmax)가 감소하는 문제가 발생될 수 있다.
[수학식 3]
즉, 거리 해상도(1/△r)를 향상시키기 위하여 주파수 대역폭(BW)을 높이게 되면 식별 거리차이(△r)와 함께 최대 감지거리 rmax도 감소한다.
다시 말해, 주파수 대역폭(BW)을 높일수록 거리 해상도가 증가하여, 정밀한 횡방향 위치 감지는 가능하지만, 최대 감지거리가 감소하므로 좁은 영역의 타겟 감지만 가능하다.
따라서, 본 실시예에 의한 레이더 장치에서는 레이더 주파수 대역값 또는 대역 범위로 구분되는 다수의 주파수 대역 모드를 설정하고, 모드선택부(400)는 감지된 타겟의 거리와 기초로 최대감지 거리를 기초로, 다수의 주파수 대역 모드 중 하나를 선택모드로 결정하도록 한다.
구체적으로, 각 주파수 대역 모드는 해당되는 주파수 대역에 대응되는 최대감지거리 정보가 매칭되어 설정되어 있으며, 모드선택부(400)는 감지된 타겟까지의 거리보다 큰 최대 감지거리를 가지는 주파수 대역 모드 중 주파수 대역이 가장 큰 모드를 선택모드로 결정한다.
레이더 장치는 이어지는 다음 스캔시 결정된 선택모드에 해당되는 주파수 대역의 레이더 신호를 이용하여 물체를 감지하게 된다.
즉, 모드선택부(400)에 의하여 결정된 선택모드의 동작 주파수 대역으로 동작하는 경우, 해당되는 타겟 거리에 있는 물체의 거리 해상도가 최대가 되는 것이다.
도 8은 본 실시예에 의한 다수의 주파수 대역 모드 설정 정보의 일 예를 도시하며, 도 9는 본 실시예에 의한 동적 모드 변환에 따른 타겟의 감지 성능 변화를 도시한다.
도 8과 같이, 본 실시예에 의한 레이더 장치에서는 다수의 주파수 대역 모드가 설정되며, 각 주파수 대역 모드에는 해당되는 동작 주파수 대역값(BWi)와, 그에 대응되는 식별 거리차이(△ri; 또는 거리 분해능)와, 최대 감지거리(ri,max)가 매칭되어 있다.
이러한 주파수 대역 모드 정보는 미리 설정되어 룩업 테이블 등의 형태로 메모리 등에 저장되어 있을 수 있다.
도 8에서는, 주파수 대역 모드 정보가 N개의 모드를 포함하는 것으로 예시하였으며, 각각의 모드 i에서는 해당되는 주파수 대역 BWi(i=1,2,…,N)와, 그에 대응되는 식별 거리차이값(△ri) 및 최대 감지거리(ri,max)가 매칭되어 있다.
이 때, 모드 번호 i가 낮을수록 주파수 대역 BW이 큰 것으로 가정한다.
즉, 도 8의 테이블에서 BW1>BW2>…>BWN이며, 상기 수학식 1 및 3에 따라서, r1,max< r2,max<… < rN,max의 관계가 형성된다.
즉, 모드 번호 i가 작아질수록 거리해상도(1/△ri )도 향상되지만, 최대 감지거리(ri,max)는 감소한다.
이 상태에서 모드선택부(400)는 감지된 타겟의 타겟거리 R 보다 큰 최대 감지거리(ri,max)를 가지는 복수의 모드 중에서 동작 주파수 대역(BWi)가 가장 큰 모드를 선택 모드로 결정할 수 있다.
예를 들면, 타겟까지의 거리 R이 제2최대 감지거리(r2,max)보다는 크고 제3최대 감지거리(r3,max)보다 작다면, 모드선택부(400)는 제3 주파수 대역폭 BW3을 가지는 모드 3을 선택모드로 결정하는 것이다.
레이더 장치는 이어지는 스캔 또는 동작 싸이클에서, 결정된 모드 3의 제3 주파수 대역폭 BW3으로 타겟 감지를 수행한다.
이로써, 레이더 장치는 해당되는 타겟을 감지할 수 있는 감지범위 내에서 최대의 거리 해상도를 가질 수 있으며, 그에 따라 전술한 바와 같은 타겟의 정밀한 분리 또는 횡방향 위치정보의 정밀한 획득이 가능하다.
이 때, 주파수 대역 모드의 개수 N 및 각 주파수 대역 모드의 주파수 대역 BWi 등은 미리 정해져 있을 수 있다.
도 9의 좌측 그래프는 제6 모드에 해당되는 제6 주파수 대역 BW6로 동작할 때의 타겟의 거리-속도 도메인 정보를 나타내며, 우측 그래프는 위와 같은 모드 선택에 따라 제3 모드에 해당되는 제3 주파수 대역 BW3로 동작하게 된 경우의 타겟의 거리-속도 도메인 정보를 나타낸다.
좌측 그래프와 같이, 작은 제6 주파수 대역 BW6으로 타겟을 인식한 결과 거리 해상도가 낮아서 제1타겟 T1과 제2타겟 T2가 거리-속도 도메인 영역에 중첩 매핑되어 타겟간 분리가 어렵다.
그러나, 본 실시예에 의한 모드 선택에 따라, 우측 그래프와 같이, 큰 제3 주파수 대역 BW3으로 타겟을 인식한 결과 거리 해상도가 증가하여, 거리-속도 도메인 영역에서 제1타겟 T1과 제2타겟 T2가 분리 인식될 수 있게 된다.
이를 위하여, 본 실시예에 의한 송수신부(200)는 모드 선택부(400)로부터 선택모드에 대한 정보를 수신하고, 이어지는 다음 스캔 동작시 선택모드에 해당되는 동작 주파수 대역의 송신신호를 송출할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 레이더 장치의 신호처리부(300)는 선택모드에 따라 산출된 상기 거리-속도 정보를 기초로, 상기 타겟이 단일 타겟인지 다중 타겟인지 여부를 결정할 수도 있을 것이다.
한편, 이상과 같은 본 실시예에 의한 레이더장치에 포함되는 송수신부(200), 신호처리부(300), 모드선택부(400) 및 조건 판정부(500) 등은 차량용 레이더 제어장치 또는 ECU의 일부 모듈로서 구현될 수 있다.
이러한 레이더 제어장치 또는 ECU는 프로세서와 메모리 등의 저장장치와 특정한 기능을 수행할 수 있는 컴퓨터 프로그램 등을 포함할 수 있으며, 전술한 송수신부(200), 신호처리부(300), 모드선택부(400) 및 조건 판정부(500) 등은 각각의 해당되는 기능을 수행할 수 있는 소프트웨어 모듈로서 구현될 수 있을 것이다.
즉, 본 실시예에 의한 송수신부(200), 신호처리부(300), 모드선택부(400) 및 조건 판정부(500) 등은 각각 해당되는 소프트웨어 모듈로 구현되어 메모리에 저장될 수 있으며, 각 소프트웨어 모듈은 특정 시점에서 ECU와 같은 연산처리 장치에서 수행될 수 있다.
도 10은 본 실시예에 의한 레이더 제어 방법의 전체적인 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 10과 같이, 본 실시예에 의한 레이더 제어 방법은 차량 주위로 송신신호를 방출하는 송신안테나 및 물체에서 반사된 수신신호를 수신하는 신호 송수신 단계(S1010)와, 수신안테나에서 수신된 수신신호를 처리하여 타겟의 정보를 획득하는 신호처리 단계(S1020)와, 신호처리 단계에서 획득된 타겟까지의 타겟 거리와 주파수 대역별 최대감지 거리 중 하나 이상을 기초로, 상기 다수의 주파수 대역 모드 중 하나의 선택모드를 동적으로 결정하는 모드 선택 단계(S1040) 및 다음 스캔 동작시 상기 선택모드에 해당되는 동작 주파수 대역의 송신신호를 송출하는 선택 모드 적용 단계(S1050)를 포함할 수 있다.
또한, 획득된 차량 주변의 정지 장애물 정보를 기초로 상기 차량의 주행 조건을 판정하고, 특정 주행 조건에 해당되는 경우 상기 모드 선택부를 활성화시키는 조건 판정 단계(S1030)를 더 포함할 수 있다.
이 때, 특정 주행 조건은 차량 주변에 가드레일, 방음벽, 터널, 고가도로 중 하나 이상의 상기 정지 장애물이 존재하는 경우이며, 이 때 정지장애물 감지는 신호처리부에서 획득된 레이더 센서 정보 또는 추가적인 차량 감지 센서에서 획득된 타센서 정보로부터 획득될 수 있다.
또한, 선택 모드 적용 단계(S1050)에서, 다수의 주파수 대역 모드에 포함되는 각각의 주파수 대역 모드는 고유한 동작 주파수 대역과 그에 대응되는 최대감지거리에 의하여 정의되며, 상기 모드 선택 단계에서는 상기 타겟 거리보다 큰 최대감지거리를 가지는 1개 이상의 주파수 대역 모드 중에서 가장 큰 동작 주파수 대역을 가지는 주파수 대역 모드를 상기 선택모드로 결정할 수 있다.
도 8과 같이 주파수 대역 정보가 설정되어 있는 것으로 가정하는 경우, 선택 모드 적용 단계(S1050)에서의 선택모드 결정은 아래 알고리즘(소프트웨어 소스코드)으로 수행될 수 있다.
상기 알고리즘에 따르면, 모드 번호 1부터 1씩 증가시키되, 타겟까지의 거리 에 일정 게인 1.2을 곱한 값과, 해당되는 모드에서의 최대 감지거리 를 비교하여, 최대감지거리 가 타겟까지의 거리 와 일정 게인값을 곱한 값보다 커지는 경우 해당 모드를 선택모드 결정하게 된다.
이때, 게인은 타겟감지가 확실하게 되도록 하는 허용범위를 설정하기 위한 것으로서, 위 알고리즘에서는 1.2로 가정하였으나 그에 한정되는 것은 아니며, 1.0보다 큰 값이면 모두 가능하다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치가 제공하는 신호 처리 방법에 대한 흐름도이다.
도 11은 타겟으로부터의 반사신호가 수신 완료된 이후의 신호 처리 과정을 나타낸 흐름도로서, S1110 단계에서 획득된 수신데이터를 한 주기당 처리 가능한 단위 샘플 사이즈로 데이터 버퍼링(S1120) 한 이후, 주파수 변환(S1130)을 수행한다.
이후, 주파수 변환된 수신데이터를 토대로 CFAR(Constant False Alarm Rate) 연산(S1140) 등을 수행하고, 타깃에 대한 수직/수평 정보, 속도정보 및 거리정보를 추출(S1150)한다. S1130 단계에서의 주파수 변환은, 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 등과 같은 푸리에 변환을 이용할 수 있다.
도 12는 본 발명의 실시예에 의한 레이더 장치에서, 모드 선택부에 따라 모드가 변환된 경우 경우의 신호파형 및 주파수대역의 차이를 도시한다.
전술한 실시예에서와 같이, 제6 모드에 해당되는 제6 주파수 대역 BW6로 동작하다가, 본 실시예에 의한 모드선택 동작에 의하여 제3 모드에 해당되는 제3 주파수 대역 BW3로 동작하게 된 경우를 가정한다.
도 12와 같이, 모드변경 이전의 제6모드에서의 제1송신신호는 제6주파수대역 BW6을 사용하며, 제3모드로 모드변경 이후의 제2송신신호는 BW6보다 2배 큰 주파수 대역을 가지는 제3주파수대역 BW3으로 동작한다.
이 때, 모드 변환 전후에 1회의 감지 주기(T)에 포함되는 처프 신호의 개수 L, 즉 처프 주기(Chirp Duration)을 동일하게 유지한 것으로 가정하였다.(L=4)
그러나, 각도 해상도를 향상시키기 위하여, 모드 변환 전후에 1회의 감지 주기(T)에 포함되는 처프 신호의 개수 L를 변화시키는 것도 가능하다.
예를 들면, 모드 변환 이전의 제6모드에서는 파형(처프신호)의 폭이 큰 소위 슬로우 첩(Slow Chirp) 방식의 송신신호를 이용할 수 있다.
한편, 모드 변환 이후의 제3모드에서는 파형(처프 신호)의 폭이 작은 소위 패스트 첩(Fast Chirp) 방식의 송신신호가 이용될 수 있다.
따라서, 모드 변환 이전의 제6모드에서의 1회의 감지주기(T) 또는 싸이클 내에 포함되는 신호파형(Chipr)의 제1개수는, 모드 변환 이후인 제3모드모드에서의 1회 감지주기 내에 포함되는 신호파형의 제2개수보다 작을 수 있다.
한편, 모드 변환 이전의 제6주파수 대역 및 모드 변환 이후의 제3주파수대역을 일부가 중첩될 수도 있고, 완전히 다른 주파수 대역일 수도 있다.
일반적으로, 1회의 감지 싸이클에 다수의 신호파형을 송출하는 패스트 첩 방식은 데이터량이 커지는 대신 감지 성능이 우수해지며, 특히 낮을 출력으로로 원하는 정도의 분해능을 확보할 수 있게 된다.
이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 일정한 주행 조건에서 타겟의 거리에 따라 최대감지거리와 연동된 주파수 대역폭을 동적으로 가변시킴으로써, 레이더의 거리 해상도를 동적으로 최적화할 수 있다.
물론, 본 실시예에 의한 레이더 장치의 안테나부 구조는 위와 같은 구성에 한정되는 것은 아니며, 기타 다른 방식의 안테나가 사용될 수도 있을 것이다.
이러한 레이더 센서는 레이더 신호를 송신하는 1 이상의 송신 안테나와 객체로부터 수신된 반사신호를 수신하는 1 이상의 수신 안테나를 포함한다.
한편 본 실시예에 의한 레이더 센서는 실제 안테나 개구(Apeture)보다 큰 가상 안테나 개구를 형성하기 위하여 다차원 안테나 배열 및 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output)의 신호 송수신 방식을 채택할 수 있다.
예를 들면, 수평 및 수직의 각도 정밀도 및 해상도를 달성하기 위해, 2 차원 안테나 어레이가 사용된다. 2 차원 레이더 안테나 어레이를 이용하면 수평 및 수직으로 개별적으로 (시간 다중화 된) 2 회의 스캔에 의해 신호를 송수신하며, 2 차원 레이더 수평 및 수직 스캔 (시간 다중화)과 별도로 MIMO가 이용될 수 있다.
더 구체적으로, 본 실시예에 의한 레이더 센서에서는, 총 12개의 송신 안테나(Tx)를 포함하는 송신안테나부와 16개의 수신안테냐(Rx)를 포함하는 수신안테나부로 구성된 2차원 안테나 어레이 구성을 채택할 수 있으며, 결과적으로 총 192개의 가상 수신 안테나 배치를 가질 수 있다.
또한, 다른 실시예에서는, 레이더 센서의 안테나가 2차원 안테나 어레이로 배치되며, 그 예로서 각 안테나 패치가 롬버스 격자(Rhombus) 배치를 가짐으로써 불필요한 사이드 로브를 감소시킬 수 있다.
또는, 2차원 안테나 배열이 다수의 방사 패치가 V자 형상으로 배치되는 V-shape 안테나 어레이를 포함할 수 있으며, 더 구체적으로는 2개의 V자 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 이 때에는, 각 V자 안테나 어레이의 꼭지점(Apex)으로 단일 피드(Single Feed)가 이루어진다.
또는, 2차원 안테나 배열이 다수의 방사 패치가 X자 형상으로 배치되는 X-shape 안테나 어레이를 포함할 수 있으며, 더 구체적으로는 2개의 X자 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 이 때에는, 각 X자 안테나 어레이의 중심으로 단일 피드(Single Feed)가 이루어진다.
또한, 본 실시예에 의한 레이더 장치는 수직 및 수평방향의 감지 정확도 또는 해상도를 구현하기 위하여, MIMO 안테나 시스템을 이용할 수 있다.
더 구체적으로, MIMO 시스템에서는 각각의 송신안테나는 서로 구분되는 독립적인 파형을 가지는 신호를 송신할 수 있다. 즉, 각 송신안테나는 다른 송신 안테나들과 구분되는 독립적인 파형의 신호를 송신하고, 각각의 수신 안테나는 이 신호들의 상이한 파형으로 인해 객체에서 반사된 반사 신호가 어떠한 송신 안테나에서 송신된 것인지 결정할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 레이더 센서는 송수신 안테나를 포함하는 기판 및 회로를 수용하는 레이더 하우징과, 레이더 하우징의 외관을 구성하는 레이돔(Radome)을 포함하여 구성될 수 있다. 이 때, 레이돔은 송수신되는 레이더 신호의 감쇄를 감소시킬 수 있는 재료로 구성되며, 레이돔은 차량의 전후방 범퍼, 그릴이나, 측면 차체 또는 차량 구성요소의 외부 표면으로 구성될 수 있다.
즉, 레이더 센서의 레이돔은 차량 그릴, 범퍼, 차체 등의 내부에 배치될 수도 있고, 차량 그릴, 범퍼, 차체 일부와 같이 차량의 외부 표면을 구성하는 부품의 일부분으로 배치됨으로써, 차량 미감을 좋게 하면서도 레이더 센서 장착의 편의성을 제공할 수 있다.
본 발명에 사용되는 레이더 장치 또는 레이더 시스템은 적어도 하나의 레이더 센서 유닛, 예를 들어 차량의 정면에 장착되는 정면 감지 레이더 센서, 차량의 후방에 장착되는 후방 레이더 센서 및 차량의 각 측방에 장착되는 측방향 또는 측후방 감지 레이더 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이러한 레이더 센서 또는 레이더 시스템은 송신신호 및 수신신호를 분석하여 데이터를 처리하며, 그에 따라 객체에 대한 정보를 검출할 수 있고, 이를 위한 전자 또는 제어 유닛(ECU) 또는 프로세서를 포함할 수 있다. 레이더 센서로부터 ECU로의 데이터 전송 또는 신호 통신은 적절한 차량 네트워크 버스 등과 같은 통신 링크를 이용할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 일정한 주행 조건이 만족되는 경우, 감지된 타겟의 거리를 기초로 다수의 주파수 대역 모드 중 하나로 동적으로 변환함으로써, 레이더의 수평 감지 성능을 동적으로 변경할 수 있는 효과를 가진다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 안테나부 200 : 송수신부
300 : 신호처리부 400 : 모드 선택부
500 : 조건 판정부

Claims (17)

  1. 차량 주위로 송신신호를 방출하는 송신안테나 및 타겟에서 반사된 수신신호를 수신하는 수신안테나를 포함하는 안테나부;
    다수의 주파수 대역 모드 중 하나의 선택모드에 따른 동작 주파수 대역의 송신신호를 송출하고, 상기 수신안테나에서 수신신호를 수신하도록 제어하는 송수신부;
    상기 수신안테나에서 수신된 수신신호를 처리하여 타겟의 정보를 획득하는 신호처리부;
    상기 신호처리부에서 획득된 타겟까지의 타겟 거리와 주파수 대역별 최대감지 거리 중 하나 이상을 기초로, 상기 다수의 주파수 대역 모드 중 하나의 선택모드를 동적으로 결정하는 모드 선택부; 및
    획득된 차량 주변의 정지 장애물 정보를 기초로 상기 차량의 주행 조건을 판정하고, 특정 주행 조건에 해당되는 경우 상기 모드 선택부를 활성화시키는 조건 판정부
    를 포함하고,
    상기 특정 주행 조건은 차량 주변에 가드레일, 방음벽, 터널, 고가도로 중 하나 이상의 상기 정지 장애물이 존재하는 경우인 차량용 레이더 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 차량 주변의 정지장애물 정보는 상기 신호처리부에서 획득된 레이더 센서 정보 또는 추가적인 차량 감지 센서로부터의 타센서 정보로부터 획득되는 차량용 레이더 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 다수의 주파수 대역 모드에 포함되는 각각의 주파수 대역 모드는 고유한 동작 주파수 대역과 그에 대응되는 최대감지거리에 의하여 정의되며,
    상기 모드 선택부는 상기 타겟 거리보다 큰 최대감지거리를 가지는 1개 이상의 주파수 대역 모드 중에서 가장 큰 동작 주파수 대역을 가지는 주파수 대역 모드를 상기 선택모드로 결정하는 차량용 레이더 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 신호처리부는 상기 수신신호에 대하여 패스트 타임(Fast time)에 대해 제1 퓨리에 변환(1st FFT)를 수행하여 거리에 따른 시간 성분을 획득하고, 슬로우 타임(slow time)에 대해 제2 퓨리에 변환(2nd FFT)를 수행하여 각 거리에서 존재하는 신호를 속도에 따라 압축(compression)하여 타겟의 거리-속도정보를 산출하는 차량용 레이더 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 신호처리부는 상기 선택모드에 따라 산출된 상기 거리-속도 정보를 기초로, 상기 타겟이 단일 타겟인지 다중 타겟인지 여부를 결정하는 차량용 레이더 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 송수신부는 상기 모드 선택부로부터 선택모드에 대한 정보를 수신하고, 이어지는 다음 스캔 동작시 상기 선택모드에 해당되는 동작 주파수 대역의 송신신호를 송출하는 차량용 레이더 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 모드선택부에 의하여 결정된 선택모드의 상기 동작 주파수 대역에 따라 상기 타겟 거리에 있는 물체의 거리 해상도가 최대가 되는 차량용 레이더 장치.
  10. 차량 주위로 송신신호를 방출하는 송신안테나 및 물체에서 반사된 수신신호를 수신하는 신호 송수신 단계;
    수신안테나에서 수신된 수신신호를 처리하여 타겟의 정보를 획득하는 신호처리 단계; 및,
    상기 신호처리 단계에서 획득된 타겟까지의 타겟 거리와 주파수 대역별 최대감지 거리 중 하나 이상을 기초로, 상기 다수의 주파수 대역 모드 중 하나의 선택모드를 동적으로 결정하는 모드 선택 단계; 및
    다음 스캔 동작시 상기 선택모드에 해당되는 동작 주파수 대역의 송신신호를 송출하는 선택 모드 적용 단계;
    를 포함하며,
    상기 신호처리단계에서는 상기 수신신호에 대하여 패스트 타임(Fast time)에 대해 제1 퓨리에 변환(1st FFT)를 수행하여 거리에 따른 시간 성분을 획득하고, 슬로우 타임(slow time)에 대해 제2 퓨리에 변환(2nd FFT)를 수행하여 각 거리에서 존재하는 신호를 속도에 따라 압축(compression)하여 타겟의 거리-속도정보를 산출하는 차량용 레이더 장치의 제어방법.
  11. 제10항에 있어서,
    획득된 차량 주변의 정지 장애물 정보를 기초로 상기 차량의 주행 조건을 판정하고, 특정 주행 조건에 해당되는 경우 상기 모드 선택 단계를 활성화시키는 조건 판정 단계를 더 포함하는 차량용 레이더 장치의 제어방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 특정 주행 조건은 차량 주변에 가드레일, 방음벽, 터널, 고가도로 중 하나 이상의 상기 정지 장애물이 존재하는 경우인 차량용 레이더 장치의 제어방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 정지장애물 정보는 상기 신호처리 단계에서 획득된 레이더 센서 정보 또는 추가적인 차량 감지 센서에서 획득된 타센서 정보로부터 획득되는 차량용 레이더 장치의 제어방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 다수의 주파수 대역 모드에 포함되는 각각의 주파수 대역 모드는 고유한 동작 주파수 대역과 그에 대응되는 최대감지거리에 의하여 정의되며,
    상기 모드 선택 단계에서는 상기 타겟 거리보다 큰 최대감지거리를 가지는 1개 이상의 주파수 대역 모드 중에서 가장 큰 동작 주파수 대역을 가지는 주파수 대역 모드를 상기 선택모드로 결정하는 차량용 레이더 장치의 제어방법.
  15. 삭제
  16. 제10항에 있어서,
    상기 신호처리 단계에서는 상기 선택모드에 따라 산출된 상기 거리-속도 정보를 기초로, 상기 타겟이 단일 타겟인지 다중 타겟인지 여부를 결정하는 차량용 레이더 장치의 제어방법.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 모드선택단계에서 의하여 결정된 선택모드의 상기 동작 주파수 대역에 따라 상기 타겟 거리에 있는 물체의 거리 해상도가 최대가 되는 차량용 레이더 장치의 제어방법.
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