KR20100004538A - 거리 검출 방법 및 이를 이용한 레이더 장치 - Google Patents

거리 검출 방법 및 이를 이용한 레이더 장치 Download PDF

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Abstract

거리 검출 방법 및 이를 이용한 레이더 장치가 제공된다. 이 방법은 (a) 복수의 주파수 스윕 시퀀스들 - 복수의 부기간(sub-duration)들에 일대일 맵핑되는 주파수 스윕들로 이루어짐 - 중 어느 하나를 할당 받는 단계; (b) 상기 할당된 주파수 스윕 시퀀스에 따라 주파수 변조된 신호를 생성하여 송신하는 단계; (c) 상기 송신된 신호의 반사파를 포함하는 신호를 수신하는 단계; (d) 상기 송신된 신호와 상기 수신된 신호로부터 얻어지는 비트 신호를 상기 복수의 부기간 동안 주파수 분석하여 첨두 주파수를 검출하는 단계; 및 (e) 상기 검출된 첨두 주파수를 기초로, 상기 송신된 신호를 반사시킨 대상 물체와의 거리를 검출하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 다중 사용자에 따른 간섭 신호를 줄일 수 있어 보다 정확한 거리 검출을 수행할 수 있으며, 그 결과, 차량 안전 운행 등에 기여할 수 있다.

Description

거리 검출 방법 및 이를 이용한 레이더 장치 {method for detecting distance and radar apparatus using the same}
본 발명은 레이더 장치에 관한 것으로, 보다 상세하지만 제한됨이 없이는(more particularly, but not exclusively) 다중 사용자에 따른 간섭 신호를 줄일 수 있어 보다 정확한 거리 검출을 수행할 수 있는 거리 검출 방법 및 그 레이더 장치에 관한 것이다.
FMCW(Frequency-Modulated Continuous Wave) 기반의 레이더 장치는 도 1에 도시된 바와 같은 삼각파 형상의 주파수 변조된 연속파를 송신하여, 전방 차량 등과의 거리 및 상대 속도를 추정한다.
도 1의 형태로 송신된 레이더 신호는 전방의 물체로부터 반사되어 레이더 장치에 수신된다. 레이더 장치는 이러한 반사파의 수신 신호와 송신 신호로 얻어지는 비트(beat) 신호(예컨대, 수신 신호의 주파수와 송신 신호의 주파수 간의 차를 나타내는 시간 영역 신호)의 주파수 스펙트럼을 분석하여 전방의 물체와의 거리 등을 구할 수 있게 된다. 여기서 fc는 중심 주파수, f0는 시작주파수, B는 대역폭, Tm는 펄스 주기, B는 대역폭이다.
도 2a 내지 2c는 송신 신호의 주파수(이하, 송신 주파수)와 수신 신호의 주파수(이하, 수신 주파수) 간의 관계를 시간 축 상에 나타내는 도면으로서, 도 2a는 물체가 정지해 있을 때, 도 2b는 물체가 레이더 장치에 가까워질 때, 도 2c는 물체가 레이더 장치로부터 멀어질 때를 나타낸다. 여기서, td는 송신 신호와 수신 신호 사이의 지연 시간으로, 물체와 레이더 장치 간의 거리에 의해 결정된다.
도 3a 및 3b는 송신 주파수와 수신 주파수 간의 관계 및 그에 따른 비트 신호의 주파수(이하, 비트 주파수)를 시간 축 상에 나타내는 도면으로서, 도 3a는 도 2a와 같은 정적인 상황에, 도 3b는 도 2b와 같은 동적인 상황에 대응된다. 여기서, 비트 주파수 fb는 송신 주파수와 수신 주파수 간의 차로서 구해진다.
도 3a와 같은 정적인 상황에서 비트 주파수는 물체와 레이더 장치 간의 거리에 따른 지연 시간에 의해 결정되는 반면, 도 3b와 같은 동적인 상황에서는 물체와 레이더 장치 간의 상대 속도의 변화가 있으므로, 도플러 주파수 편이 현상이 발생되기 때문에 비트 주파수는 거리에 의해 발생되는 비트 주파수 fr과 속도에 의해 발생되는 주파수 fv의 조합으로 이루어진다. 따라서, 도 3b에 도시된 fbu와 fbd는 이러한 fr과 fv의 조합으로 구성된다.
도 4는 비트 주파수를 이용한 거리 및 속도 검출 원리를 설명하기 위한 도면이다. 상술한 fr과 fv은 수학식 1, 2와 같이, 각각 물체와의 거리 R 및 물체에 대한 상대 속도 V를 산출하는데 사용된다.
Figure 112008048368955-PAT00001
Figure 112008048368955-PAT00002
한편, FMCW 레이더 시스템의 수학적 모델에 따르면,
Figure 112008048368955-PAT00003
,
Figure 112008048368955-PAT00004
의 관계를 갖는데, 이 fbd와 fbu는 도 4에 도시된 바와 같이 비트 신호의 주파수 스펙트럼을 통해 얻을 수 있다. 따라서, 거리와 속도를 정확하게 검출하기 위해서는 fbd와 fbu를 정확하게 구해야 하는데, 이를 위해서는 충분한 주파수 분해능이 보장되어야 한다.
레이더 시스템에 의해 이론적으로 가능한 최대 검출 거리 Rmax는 수학식 3으로 정해지고, 최소 거리 분해능 ΔRmin은 수학식 4로 정해진다.
Figure 112008048368955-PAT00005
Figure 112008048368955-PAT00006
그러나, 실제의 차량에서는, 상당한 원거리에 위치하는 전방의 물체를 검출할 필요도 없으며, 무한대의 상대 속도를 발생시키는 전방의 물체는 없을 것이므로, 설계자가 원하는 최대 검출 거리 Ruser _ max 및 최대 검출 속도 Vuser _ max를 선택하게 되는데, 이 경우, Ruser _ max에 상응하여 검출될 수 있는 비트 주파수의 거리 성분 fr_user_max 및 Vuser _ max에 상응하여 검출될 수 있는 비트 주파수의 속도 성분 fv _ user _ max은 각각 수학식 5 및 수학식 6으로 주어진다. 따라서, FMCW 레이더 장치에 있는 ADC(Analog-to-Digital Converter)의 표본화 주파수(sampling frequency)는 수학식 7로 정해질 수 있다.
Figure 112008048368955-PAT00007
Figure 112008048368955-PAT00008
Figure 112008048368955-PAT00009
ADC는 비트 신호를 입력받아 비트 신호 샘플들을 출력하는데, 이 비트 신호 샘플들은 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform : 이하, FFT)을 거쳐 주파수 스펙트럼 분석에 사용된다. 이 주파수 스펙트럼 분석을 통하여 구해지는 첨두(peak) 주파수 fbd, fbu가 구해지고, 이렇게 구하여진 fbd, fbu와 수학식 1 및 수학식 2를 이용하면, 상술한 검출 거리 및 검출 속도를 얻을 수 있게 된다.
이때, FFT에 사용되는 비트 신호 샘플들의 갯수가 Ns이면, 수학식 8로 산출되는 Δfuser만큼의 주파수 분해능을 가지게 된다. 결국, 비트 주파수와 검출 거리는 비례하므로, 거리 분해능 ΔRuser는 수학식 9로 주어진다. 또한, 속도 분해능 ΔVuser는 수학식 10으로 주어진다.
Figure 112008048368955-PAT00010
Figure 112008048368955-PAT00011
Figure 112008048368955-PAT00012
상술한 바와 같이, 차량 등에 설치되는 레이더 장치는 자신이 송신한 신호의 반사파(이하, 타겟 신호)를 수신하여, 속도, 거리를 검출할 수 있다. 하지만, 도 5 와 같이 인접 차량이 있는 경우, 인접 차량의 레이더 장치로부터 송신된 신호, 및 그 송신된 신호의 반사파도 타겟 신호와 중첩되어 수신된다.
여기서, 인접 차량의 레이더 장치로부터 송신된 신호, 및 그 송신된 신호의 반사파는 일종의 간섭 신호로 작용하므로, 레이더 장치는 정확한 속도 및 거리를 용이하게 검출할 수 없게 된다.
이를 해결하기 위한 종래 기술 즉, 다중 사용자 모드의 차량용 레이더 장치에서는 타겟 신호와 간섭 신호를 구별하기 위한 종래의 기술로는, 각 레이더 장치에 서로 다른 직교 부호(orthogonal code)를 부여하고, 각 레이더 장치는 자신의 직교 부호가 적용된 펄스 신호를 전송하는 방법이 있다. 이 경우, 레이더 장치는 수신 신호와 자신의 직교 부호 간의 상관 관계를 통하여, 간섭 신호를 배제하고, 타겟 신호를 검출할 수 있게 된다. 즉, 직교 부호의 직교성으로 인해, 수신 신호에 포함된 간섭 신호는 상관 연산을 통하여 제거되는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 다중 사용자에 따른 간섭 신호를 줄일 수 있어 보다 정확한 거리 검출을 수행할 수 있는 거리 검출 방법 및 그 레이더 장치를 제공하는 데 있다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명의 제1 측면은 (a) 복수의 주파수 스윕 시퀀스들 - 복수의 부기간(sub-duration)들에 일대일 맵핑되는 주파수 스윕들 로 이루어짐 - 중 어느 하나를 할당 받는 단계; (b) 상기 할당된 주파수 스윕 시퀀스에 따라 주파수 변조된 신호를 생성하여 송신하는 단계; (c) 상기 송신된 신호의 반사파를 포함하는 신호를 수신하는 단계; (d) 상기 송신된 신호와 상기 수신된 신호로부터 얻어지는 비트 신호를 상기 복수의 부기간 동안 주파수 분석하여 첨두 주파수를 검출하는 단계; 및 (e) 상기 검출된 첨두 주파수를 기초로, 상기 송신된 신호를 반사시킨 대상 물체와의 거리를 검출하는 단계를 포함하는 거리 검출 방법을 제공한다.
상기의 기술적 과제를 이루기 위해 본 발명의 제2 측면은 복수의 주파수 스윕 시퀀스들 - 복수의 부기간(sub-duration)들에 일대일 맵핑되는 주파수 스윕들로 이루어짐 - 중 어느 하나를 할당 받는 할당부; 상기 할당된 주파수 스윕 시퀀스에 따라 주파수 변조된 신호를 생성하여 송신하는 송신부; 상기 송신된 신호의 반사파를 포함하는 신호를 수신하는 수신부; 상기 송신된 신호와 상기 수신된 신호로부터 얻어지는 비트 신호를 상기 복수의 부기간 동안 주파수 분석하여 첨두 주파수를 검출하는 검출부; 및 상기 검출된 첨두 주파수를 기초로, 상기 송신된 신호를 반사시킨 대상 물체와의 거리를 추정하는 추정부를 포함하는 레이더 장치를 제공한다. 바람직하게, 상기 주파수 스윕 시퀀스들 간에는 첫번째 부기간에는 동일한 주파수 스윕을 가지고, 나머지 부기간들 중 적어도 일부의 부기간에는 서로 다른 주파수 스윕을 가진다.
상기에서 제시한 본 발명의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가 질 수 있다. 다만, 본 발명의 모든 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 다중 사용자에 따른 간섭 신호를 줄일 수 있어 보다 정확한 거리 검출을 수행할 수 있다. 따라서, 지능형 차량의 안전 시스템을 위한 차량용 레이더 시스템 등에 효과적으로 활용될 수 있다.
본 발명의 실시예들에 관한 설명은 본 발명의 구조적 내지 기능적 설명들을 위하여 예시된 것에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예들에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 본 발명의 실시예들은 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 발명에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
"제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
"및/또는"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시가능 한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및/또는 제 3 항목"의 의미는 "제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중 적어도 하나 이상"을 의미하는 것으로, 제1, 제2 또는 제3 항목뿐만 아니라 제1, 제2 및 제3 항목들 중 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 발명에서 기재된 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 발명에서 기술한 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 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 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
도 6a 및 6b는 송신신호와 수신신호의 주파수 성분을 시간 축상에서 나타낸 것으로서, 도 6a는 송신신호와 수신신호의 주파수 상승 구간을, 도 6b는 송신신호와 수신신호의 주파수 하강 구간을 나타낸다.
도 6a와 같이 주파수 상승 구간에서, 송신신호의 주파수(이하, 송신 주파수)와 수신신호의 주파수(이하, 수신 주파수)는 수학식 11 및 수학식 12로 표현될 수 있다. 결국, 수신 신호는 송신 신호가 td만큼 지연되어진 신호이므로, 주파수 상승 구간에서 비트 신호의 주파수(이하, 비트 주파수)는 수학식 13으로 표현된다. 여기서, α는 B/T로 FMCW 변조 계수를 나타낸다.
Figure 112008048368955-PAT00013
Figure 112008048368955-PAT00014
Figure 112008048368955-PAT00015
그리고, 도 6b와 같이 주파수 하강 구간에서, 송신신호의 주파수(이하, 송신 주파수)와 수신신호의 주파수(이하, 수신 주파수)는 수학식 14 및 수학식 15로 표현될 수 있다. 수신 신호는 송신 신호가 td만큼 지연되어진 신호이므로, 주파수 상승 구간에서 비트 신호의 주파수(이하, 비트 주파수)는 수학식 13과 마찬가지로 수학식 16으로 표현된다.
Figure 112008048368955-PAT00016
Figure 112008048368955-PAT00017
Figure 112008048368955-PAT00018
차량 A의 레이더 장치에서 타겟 신호(차량 A의 송신 신호가 반사되어 수신되는 신호)와 간섭 신호(예컨대, 차량 B의 송신 신호가 반사되어 차량 A에서 수신되는 신호)가 중첩 수신되고 있고, 현재 수신되는 시점에서 타겟 신호는 도 6a와 같은 주파수 상승 구간에 있고, 간섭 신호는 도 6b와 같은 주파수 하강 구간에 있는 상황을 가정해 보자. 즉, 타겟 신호와 간섭 신호가 서로 주파수 스윕(sweep)이 다른 상황을 가정해보자.
도 7은 이러한 상황(즉, 차량 A의 송신 신호와는 다른 주파수 스윕을 가진 신호가 수신되는 상황)에서, 차량 A의 송신 신호와 차량 B에 의한 간섭 신호를 나타낸다. 도 7에서, 양의 기울기를 가진 직선이 차량 A의 송신 신호의 주파수 성분을 나타내고, 음의 기울기를 가진 직선이 차량 B에 의한 간섭 신호의 주파수 성분을 나타낸다.
한편, 차량 A의 송신 신호 및 차량 B에 의한 간섭 신호는, 상술한 바와 같이, 각각 수학식 11 및 수학식 15로 표현될 수 있으므로, 그에 따른 비트 신호는 수학식 17로 정해진다.
Figure 112008048368955-PAT00019
수학식 17이 수학식 12 또는 수학식 15의 결과인 αtd가 되려면, t=T/2일 때만 가능하다.
즉, 도 7의 T 구간에서의 비트 신호는, αtd 주파수 성분을 가지지 않아도 무방하다. 즉, 만약 두개의 차량이 서로 주파수 상승 구간과 주파수 하강 구간을 달리 가지는 FMCW 레이더 신호를 송신한다면, 서로 간섭을 제거할 수 있다.
도 8은 그러한 상황 즉, 레이더 장치들이 적어도 일부가 서로 다른 주파수 스윕을 가진 FMCW 레이더 신호를 송신하는 상황을 나타낸다.
도 8을 참조하면, 본인 차량(A)은 주파수 상승 구간과 주파수 하강 구간이 반복되는 FMCW 레이더 신호를 송신하고, 인접 차량들(B,C)는 첫번째 삼각파만 본인 차량(A)의 FMCW 레이더 신호와 동일하고, 후속되는 3개의 구간은 대부분 서로 다른 스윕 형태임을 알 수 있다. 본인 차량(A), 및 인접차량들(B,C)의 첫번째 삼각파가 동일한 이유는 후술한다.
도 9는 도 8과 같은 주파수 성분을 가진 본인 차량(A)의 송신 신호가 일정 지연 시간 후 수신되어지는 경우의 시뮬레이션 예제를 나타낸다.
도 9의 상단은 송신 신호의 주파수 및 수신 신호의 주파수를 중첩하여 시간 축상에서 나타낸 것이고, 도 9의 하단은 비트 신호의 주파수를 시간 축 상에서 나타낸 것이다. 즉, 도 9를 참조하면, 비트 신호의 주파수 성분은 시간(예컨대, 주파수 상승 구간이든 주파수 하강 구간이든)에 관계 없이, 일정한 주파수 성분을 가지고 있음을 알 수 있다.
도 10은 도 9에 도시된 4개의 주파수 상승 구간들 각각에 해당하는 비트 신호의 주파수 스펙트럼을 나타낸다.
도 10을 참조하면, 주파수 상승 구간들에 대한 비트 신호의 주파수 스펙트럼은 동일한 위치에 첨두 주파수를 가지고 있음을 알 수 있다.
도 10에서, 빨간색 점선은 레이더 장치가 측정하고자 하는 최대 거리(즉, 설 정된 최대 검출 거리)에 대응되는 주파구 값으로서, 그 이상의 주파수 성분은 레이더 장치에서는 관심 없는 영역으로서, 불필요한 정보가 된다.
도 11은 도 8의 본인 차량의 송신 신호(A)의 주파수와 인접 차량(B)에 따른 간섭 신호의 주파수 및 비트 주파수를 설명하기 위한 도면이다.
도 11의 상단에서, Tx signal은 본인 차량(A)의 송신 신호이고, Other Rx signal1은 인접 차량(B)의 송신 신호가 반사되어 본인 차량(A)에 수신되는 신호 즉, 간섭 신호를 나타낸다.
도 11의 하단은 Tx signal 및 Other Rx signal1과 관련된 비트 신호의 주파수 성분을 시간 축으로 나타낸 것이다.
도 11의 하단을 참조하면, 도 11의 상단과 같이 두 신호의 주파수 스윕이 대부분 서로 다름으로 인해, 도 10과는 달리 시간에 따라 비트 주파수가 일정한 값이 나오지 않음을 알 수 있다.
도 12는 도 11에 도시된 본인 차량(A)의 송신 신호 관점에서 4개의 주파수 상승 구간들 각각에 해당하는 비트 신호의 주파수 스펙트럼을 나타낸다.
도 12를 참조하면, 주파수 상승 구간들에 대한 비트 신호의 주파수 스펙트럼은 4개의 구간에 걸쳐 일정하게 나오지 않을 뿐더러, 그 값이 빨간색 점선(즉, 설정된 최대 검출 거리에 해당하는 주파수 값)의 오른쪽에 존재하여, 불필요한 주파수 성분 즉, 불필요한 정보가 됨을 알 수 있다.
도 13은 도 8의 본인 차량의 송신 신호(A)의 주파수와 인접 차량(C)에 따른 간섭 신호의 주파수 및 비트 주파수를 설명하기 위한 도면이다.
도 13의 상단에서, Tx signal은 본인 차량(A)의 송신 신호이고, Other Rx signal2는 인접 차량(C)의 송신 신호가 반사되어 본인 차량(A)에 수신되는 신호 즉, 간섭 신호를 나타낸다.
도 13의 하단은 Tx signal 및 Other Rx signal2와 관련된 비트 신호의 주파수 성분을 시간 축으로 나타낸 것이다.
도 13의 하단을 참조하면, 도 13의 상단과 같이 두 신호의 주파수 스윕이 대부분 서로 다름으로 인해, 도 10과는 달리 시간에 따라 비트 주파수가 일정한 값이 나오지 않음을 알 수 있다.
도 14는 도 13에 도시된 본인 차량(A)의 송신 신호에서, 4개의 주파수 상승 구간들 각각에 해당하는 비트 신호의 주파수 스펙트럼을 나타낸다.
도 14를 참조하면, 주파수 상승 구간들에 대한 비트 신호의 주파수 스펙트럼은 4개의 구간에 걸쳐 일정하게 나오지 않을 뿐더러, 그 값 중 2개는 빨간색 점선(즉, 설정된 최대 검출 거리에 해당하는 주파수 값)의 오른쪽에 존재하여, 불필요한 주파수 성분 즉, 불필요한 정보가 됨을 알 수 있다.
도 15는 타겟 신호 즉, 본인 차량(A)의 송신 신호가 반사되어 수신되는 신호, 및 인접 차량(B,C)에 의한 간섭 신호가 함께 수신되는 경우 비트 신호의 전력 스펙트럼 밀도(power spectral density : PSD)를 나타낸다.
즉, 도 15의 4개의 그래프는 본인 차량(A)의 입장에서 4개의 주파수 상승 구간에 대한 타겟 신호, 간섭 신호를 각각 나타낸다. 도 15에서, user1은 본인 차량(A)에 대응되며, user2 및 user3은 인접 차량(B,C)에 각각 대응된다.
도 15를 참조하면, 본인 차량(A)의 송신 신호에 따른 수신 신호는 4개의 상승 구간 모두에서 동일한 위치에 첨두 주파수 값이 나오지만, 인접 차량(B,C)에 의한 간섭 신호에서 4개의 상승 구간에서 일관된 주파수 위치에 나타나지는 않음을 알 수 있다.
결국, 도 16a에서 보듯이 m+1개의 FMCW 펄스를 하나의 심볼로 사용하여 다중 사용자 간섭을 제거할 수 있다. 여기서, 첫번째 FMCW 펄스는 다른 m개의 펄스에 비해 전력에 가중치를 둔다. 이는 향후 수신한 신호에서 동기를 맞추기 위한 기준 펄스로 사용하기 위함이다.
도 16b에서, 보듯이 각 펄스는 각각의 주파수 스윕 모양을 가지고 있다. 첫번째 주파수 스윕 모양이 굵은 실선으로 되어 있는 것을 전력이 다른 펄스들에 비해 높다는 것을 나타낸다. 원하는 검출 거리 등을 고려하여 m의 수는 적당히 선택하면 된다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 17의 실시예에 따른 레이더 장치는 할당부(100), 송신부(110), 수신부(120), 검출부(130), 및 추정부(140)를 포함하여 이루어진다.
도 8 및 15를 참조하여, 도 17의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
각 차량(A, B, C)에 있는 레이더 장치는 복수의 주파수 스윕 시퀀스들 중 어느 하나를 사용자에 의해 할당받거나, 공장 출하시 이미 할당되어 설정된다.
일례로, 본인 차량(A)의 레이더 장치에 포함되는 할당부(100)에는 도 8의 좌측 상단으로 표현되는 주파수 스윕 시퀀스가 할당/설정된다. 마찬가지로, 인접 차량(B)는 도 9의 좌측 중단으로 표현되는 주파수 스윕 시퀀스가 할당/설정된다. 인접 차량(C)도 마찬가지로 설명된다.
일실시예에 따라, 복수의 주파수 스윕 시퀀스들 각각은 복수의 부기간(sub-duration)들에 일대일 맵핑되는 주파수 스윕들로 이루어진다.
도 8을 참조하면, 주파수 스윕은 ∧,∨의 형태를 가짐을 알 수 있다.
도 8의 좌측 상단을 참조하면, 주파수 축상에 표현된 삼각파의 반 주기를 편의상 T라 칭하면, 부기간은 2T에 해당하고, 주파수 스윕 시퀀스의 전체 주기는 8T 즉, 4개의 부기간으로 이루어진다. 이 경우, 상술한 설명에서의 m 값은 3이 된다.
일실시예에 따라, 주파수 스윕 시퀀스들 간에는 첫번째 부기간에는 동일한 주파수 스윕을 가지고, 나머지 부기간들 중 적어도 일부의 부기간에는 서로 다른 주파수 스윕을 가진다. 편의상, 본인 차량(A)의 레이더 장치가 송신하는 신호를 제1 송신 신호로, 인접 차량(B)의 레이더 장치가 송신하는 신호를 제2 송신 신호로, 인접 차량(C)의 레이더 장치가 송신하는 신호를 제3 송신신호라 칭할 때, 도 8을 참조하면, 제1 송신 신호, 제2 송신 신호, 및 제3 송신 신호는 처음의 2T 구간 동안 동일한 주파수 스윕을 가지고, 나머지 6T 구간 동안의 대부분은 서로 다른 주파수 스윕을 가짐을 알 수 있다. 예컨대, 제1 송신 신호 및 제2 송신 신호는 전체 구간의 일부인 5번째 및 6번째 T 구간에서 동일한 주파수 스윕을 갖는다.
송신부(110)는 할당된 주파수 스윕 시퀀스에 따라 주파수 변조된 신호를 생성하여 송신한다. 바람직한 일실시예에 따라 수신 동기화를 용이하게 하기 위해, 각 차량(A, B, C)의 레이더 장치는 동일한 주파수 스윕을 가지는 처음의 2T 구간 동안에는 나머지 구간 6T 구간보다 강한 전력으로 도 8에 예시된 주파수 스윕 시퀀스를 가진 신호를 송신한다.
수신부(120)는 송신된 신호의 반사파, 각종 간섭 신호를 포함하는 신호를 수신한다. 일례로, 본인 차량(A)의 레이더 장치는 제1 송신 신호의 반사파 성분, 제2 송신 신호의 반사파 성분, 제3 송신 신호의 반사파 성분 등이 중첩된 수신 신호를 얻게 된다.
한편, 송신부(110)와 수신부(120)는 하나의 모듈로 구현 가능함은 이 분야에 종사하는 자라면 충분히 이해할 수 있다.
검출부(130)는 송신 신호와 수신 신호로부터 비트 신호를 획득한 후, 비트 신호를 복수의 부기간 동안 주파수 분석하여 첨두 주파수를 검출한다. 바람직하게, 검출부(130)는 복수의 부기간 마다 공통으로 발생되는 첨두 주파수를 검출한다. 일례로, 도 15를 참조하면, 본인 차량(A)의 레이더 장치에서 획득된 비트 신호에는 제1 부기간(처음의 2T 기간), 제2 부기간(두번째의 2T 기간), 제3 부기간(세번째의 2T기간), 및 제4 부기간(네번째의 2T기간) 모두에 빨간색 표시된 저주파수 성분의 첨두 주파수가 발생된다. 이러한 첨두 주파수가 본인 차량(A)과 대상 물체와의 거리 검출에 사용된다.
한편, 송신 신호와 수신 신호로부터 비트 신호를 획득하는 방법은 많은 공지의 방법이 있으므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
추정부(140)는 검출된 첨두 주파수를 기초로, 송신 신호를 반사시킨 대상 물체와의 거리를 추정한다. 주파수를 이용한 거리 추정 방법에 대해서는 상술한 바와 같다.
본 발명은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의해 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 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. 그리고, 본 발명을 구현하기 위한 기능적인(functional) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이러한 본원 발명인 방법 및 장치는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
상기에서 제시한 본 발명의 실시예들은 다음의 장점들을 포함하는 효과를 가질 수 있다. 다만, 본 발명의 모든 실시예들이 이를 전부 포함하여야 한다는 의미는 아니므로, 본 발명의 권리범위는 이에 의하여 제한되는 것으로 이해되어서는 아니 될 것이다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 다중 사용자에 따른 간섭 신호를 줄일 수 있어 보다 정확한 거리 검출을 수행할 수 있다. 따라서, 지능형 차량의 안전 시스템을 위한 차량용 레이더 시스템 등에 효과적으로 활용될 수 있다.
도 1은 FMCW 기반의 레이더 장치에서 사용되는 송신 신호의 파형을 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 내지 2c는 송신 신호의 주파수와 수신 신호의 주파수 간의 관계를 시간 축 상에 나타낸다.
도 3a 및 3b는 송신 주파수와 수신 주파수 간의 관계 및 그에 따른 비트 신호의 주파수를 시간 축 상에 나타낸다.
도 4는 비트 주파수를 이용한 거리 및 속도 검출 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 다중 사용자 환경의 레이더 시스템에서 발생되는 간섭을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 6b는 송신신호와 수신신호의 주파수 성분을 시간 축상에서 나타낸다.
도 7은 본인 차량의 송신 신호와는 다른 주파수 스윕을 가진 간섭 신호가 수신되는 상황을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 장치의 송신 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 도 8과 같은 주파수 성분을 가진 본인 차량의 송신 신호가 일정 지연 시간 후 수신되어지는 경우의 시뮬레이션 예제를 나타낸다.
도 10은 도 9에 도시된 4개의 주파수 상승 구간들 각각에 해당하는 비트 신 호의 주파수 스펙트럼을 나타낸다.
도 11 내지 15는 도 8의 본인 차량의 송신 신호의 주파수와 인접 차량에 따른 간섭 신호의 송신 신호의 주파수 및 비트 주파수를 설명하기 위한 도면이다.
도 16은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 장치의 송신 방법을 송신 신호 세기 및 전체 주기의 관점에서 설명하기 위한 도면이다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.

Claims (6)

  1. (a) 복수의 주파수 스윕 시퀀스들 - 복수의 부기간(sub-duration)들에 일대일 맵핑되는 주파수 스윕들로 이루어짐 - 중 어느 하나를 할당 받는 단계;
    (b) 상기 할당된 주파수 스윕 시퀀스에 따라 주파수 변조된 신호를 생성하여 송신하는 단계;
    (c) 상기 송신된 신호의 반사파를 포함하는 신호를 수신하는 단계;
    (d) 상기 송신된 신호와 상기 수신된 신호로부터 얻어지는 비트 신호를 상기 복수의 부기간 동안 주파수 분석하여 첨두 주파수를 검출하는 단계; 및
    (e) 상기 검출된 첨두 주파수를 기초로, 상기 송신된 신호를 반사시킨 대상 물체와의 거리를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 주파수 스윕 시퀀스들 간에는 첫번째 부기간 동안 동일한 주파수 스윕을 가지고, 나머지 부기간들 중 적어도 일부의 부기간 동안에는 서로 다른 주파수 스윕을 가지는 것을 특징으로 하는 거리 검출 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (d) 단계는,
    상기 복수의 부기간 마다 공통으로 발생되는 첨두 주파수를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계는,
    첫번째 부기간에는 나머지 부기간 보다 강한 전력으로 상기 주파수 변조된 신호를 송신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 거리 검출 방법.
  4. 복수의 주파수 스윕 시퀀스들 - 복수의 부기간(sub-duration)들에 일대일 맵핑되는 주파수 스윕들로 이루어짐 - 중 어느 하나를 할당 받는 할당부;
    상기 할당된 주파수 스윕 시퀀스에 따라 주파수 변조된 신호를 생성하여 송신하는 송신부;
    상기 송신된 신호의 반사파를 포함하는 신호를 수신하는 수신부;
    상기 송신된 신호와 상기 수신된 신호로부터 얻어지는 비트 신호를 상기 복수의 부기간 동안 주파수 분석하여 첨두 주파수를 검출하는 검출부; 및
    상기 검출된 첨두 주파수를 기초로, 상기 송신된 신호를 반사시킨 대상 물체와의 거리를 추정하는 추정부를 포함하고,
    상기 주파수 스윕 시퀀스들 간에는 첫번째 부기간에는 동일한 주파수 스윕을 가지고, 나머지 부기간들 중 적어도 일부의 부기간에는 서로 다른 주파수 스윕을 가지는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 검출부는,
    상기 복수의 부기간 마다 공통으로 발생되는 첨두 주파수를 검출하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 송신부는,
    첫번째 부기간에는 나머지 부기간 보다 강한 전력으로 상기 주파수 변조된 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
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