KR20110080469A - 통합 레이더 장치 및 통합 안테나 장치 - Google Patents

통합 레이더 장치 및 통합 안테나 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 통합 레이더 장치 및 통합 안테나 장치에 관한 것으로서, 일 실시예로서, 복수 개의 중장거리 송신안테나와 복수 개의 중장거리 수신안테나가 포함된 중장거리 안테나부와, 한 개 이상의 근거리 송신안테나와 한 개 이상의 근거리 수신안테나가 포함된 근거리 안테나부를 포함하는 안테나부; 및 중장거리 안테나부 및 근거리 안테나부를 스위칭 방식 및 멀티 채널 방식 중 하나 이상의 안테나 제어 방식으로 제어하여, 중장거리 신호 및 근거리 신호 중 하나 이상을 송신하고, 중장거리 신호가 중장거리 타깃에 의해 반사된 중장거리 반사신호 및 근거리 신호가 근거리 타깃에 의해 반사된 근거리 반사신호 중 하나 이상을 수신하는 송수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 고해상도의 각도 분해능을 실현하게 해주면서도, 사이즈 및 소자 수를 줄여주고, 중장거리 레이더 기능과 근거리 레이더 기능을 통합하여 제공해줄 수 있는 효과가 있다.

Description

통합 레이더 장치 및 통합 안테나 장치{Integrated Radar Apparatus and Integrated Antenna Apparatus}
본 발명의 일 실시예는 통합 레이더 장치 및 통합 안테나 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 고해상도의 각도 분해능을 실현하게 해주면서도, 사이즈 및 소자 수를 줄여주고, 중장거리 레이더 기능과 근거리 레이더 기능을 통합하여 제공해줄 수 있는 기술에 관한 것이다.
종래의 차량에는, 차량 지능화에 따라, 자차선 감지를 위한 ACC(Adaptive Cruise Control) 시스템, 후방의 옆차선 감지 기능을 수행하는 LCA(Lane-Change Assist) 시스템, 전방 감지 및 충돌 방지 기능을 수행하는 STOP & GO 시스템, 주차 제어를 수행하는 주차 보조(Parking Assist) 시스템, 측후방을 감지하여 옆차선으로부터 끼어드는 차량들을 감지하여 충돌 경보 및 출동 방지 기능을 수행하는 LCA(Lane-Change Assist)/BSD(Blind-Spot Detection)/RPC(Rear Pre Crash) 시스템 등의 여러 가지 차량 시스템이 탑재되고 있는 상황이다.
하지만, 이러한 차량에 탑재되는 여러 가지 차량 시스템 등은 각기 요구하는 타깃과의 거리가 다르고 그에 따라 이용하는 레이더 신호의 송신 거리도 상이하다. 예를 들어, ACC 시스템의 경우, ACC용 장거리 레이더를 통해 0~250m 구간의 자차선 감지용으로 레이더를 사용한다. 또한 STOP & GO 시스템의 경우, STOP & GO용 0~60m구간 근거리 레이더를 통해 옆차선으로부터 끼어드는 차량들을 감지하여, 충돌 경보 및 방지 기능을 수행하게 된다. 또한, LCA(Lane-Change Assist)/BSD(Blind-Spot Detection) 시스템의 경우, 측후방의 근거리 레이더를 통해 0~20m 구간 BSD기능 즉, 근거리 사각 감지 영역을 탐지하고, LCA 중거리 레이더를 통해 0~70m 구간 후방의 옆차선 감지기능을 수행한다.
하지만, 차량에서, ACC(Adaptive Cruise Control) 시스템, LCA(Lane-Change Assist) 시스템, STOP & GO 시스템, LCA(Lane-Change Assist)/BSD(Blind-Spot Detection)/RPC(Rear Pre Crash) 시스템 등의 차량 시스템을 적용하기 위해서는, 여러 가지의 차량 시스템마다 요구하는 타깃과의 거리와, 레이더 신호의 상이한 거리를 충족시켜 주기 위하여, 근거리용 레이더 장치 및 중장거리용 레이더 장치를 별도로 차량에 장착해야만 한다.
하지만, 이와 같이, 근거리 용 차량 시스템의 적용을 위한 근거리용 레이더 장치와, 중장거리 용 차량 시스템의 적용을 위한 중장거리용 레이더 장치를 별도로 차량에 장착하는 것은, 현재 차량에 기 장착되어 있는 범퍼 내 초음파 센서, 번호판, 안개등, 지지 구조물 등 각종 구조물 등으로 인해, 근거리용 레이더 장치와 중장거리용 레이더 장치를 별도로 차량에 장착할 수 있는 장착 공간상의 많은 제약이 따른다.
한편, 차량에 적용하기 위한 여러 가지의 차량 시스템은, 지능화되고 안정한 주행 또는 주차와, 운전자 안전 등을 보장해주기 위하여, 차량의 주변 상황을 더욱 정확하게 인식하는 것이 필요하며, 이를 위해, 고해상도의 각도 분해능(이를 측면 해상도(Lateral Resolution)이라고도 함)을 요구한다. 이러한 고해상도의 각도 분해능을 위하여, 종래에는 수신안테나부에 더욱 많은 어레이 안테나 배열, 즉 수신안테나 다수 채널을 배열함으로써, 각도 분해능를 높이고 있다. 하지만, 이처럼 각도 분해능을 향상시키기 위한 종래의 방법은 안테나뿐만 아니라 레이더 장치의 사이즈를 크게 하는 문제점이 있다. 이러한 안테나 및 채널의 수 증가는, 레이더 장치 내 신호 송수신을 위한 소자들의 수를 증가하는 문제점도 있다.
한편, 근거리 용 차량 시스템의 적용을 위한 근거리용 레이더 장치와, 중장거리 용 차량 시스템의 적용을 위한 중장거리용 레이더 장치를 하나의 장치로 통합하여 통합 레이더 장치를 구현한다고 할지라도, 여러 가지의 차량 시스템마다 요구하는 타깃과의 거리와, 레이더 신호의 상이한 거리를 충족시켜주고, 고해상도의 각도 분해능(이를 측면 해상도(Lateral Resolution)이라고도 함)을 충족시켜 주기 위해서는, 통합 레이더 장치는, 안테나 및 채널의 수가 증가하고 레이더 장치의 사이즈 및 레이더 장치 내 소자의 개수가 증가하는 문제점과, 이로 인해 제조 비용이 증가하는 문제점을 여전히 가진다.
따라서, 고해상도의 각도 분해능을 실현하게 해주면서도 사이즈 및 소자 수를 줄여줄 수 있는 중장거리 레이더 기능과 근거리 레이더 기능을 통합하여 제공해줄 수 있는 안테나 구조를 갖는 통합 레이더 장치가 필요하나, 기존에는 이러한 통합 레이더 장치가 개발되지 못하고 있는 실정이다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 고해상도의 각도 분해능을 실현하게 해주면서도, 사이즈 및 소자 수를 줄여주고, 중장거리 레이더 기능과 근거리 레이더 기능을 통합하여 제공해줄 수 있는 안테나 구조와, 이러한 안테나 구조를 이용하여 중장거리 레이더 기능과 근거리 레이더 기능을 위한 신호 송수신을 효율적으로 처리할 수 있는 통합 레이더 장치를 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 복수 개의 중장거리 송신안테나와 복수 개의 중장거리 수신안테나가 포함된 중장거리 안테나부와, 한 개 이상의 근거리 송신안테나와 한 개 이상의 근거리 수신안테나가 포함된 근거리 안테나부를 포함하는 안테나부; 및 상기 중장거리 안테나부 및 상기 근거리 안테나부를 스위칭 방식 및 멀티 채널 방식 중 하나 이상의 안테나 제어 방식으로 제어하여, 상기 중장거리 신호 및 상기 근거리 신호 중 하나 이상을 송신하고, 상기 중장거리 신호가 중장거리 타깃에 의해 반사된 중장거리 반사신호 및 상기 근거리 신호가 근거리 타깃에 의해 반사된 근거리 반사신호 중 하나 이상을 수신하는 송수신부를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 복수 개의 중장거리 송신안테나, 복수 개의 중장거리 수신안테나, 한 개 이상의 근거리 송신안테나 및 한 개 이상의 근거리 수신안테나를 포함하되, 상기 복수 개의 중장거리 송신안테나 각각의 간격은, 상기 복수 개의 중장거리 수신안테나 각각의 간격과, 상기 복수 개의 중장거리 수신안테나의 개수를 곱한 값에 비례하는 것을 특징으로 하는 통합 안테나 장치를 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 복수 개의 중장거리 송신안테나, 복수 개의 중장거리 수신안테나, 한 개 이상의 근거리 송신안테나 및 한 개 이상의 근거리 수신안테나를 포함하되, 상기 한 개 이상의 근거리 송신안테나 및 상기 한 개 이상의 근거리 수신안테나는, 상기 복수 개의 중장거리 송신안테나 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 통합 안테나 장치를 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 고해상도의 각도 분해능을 실현하게 해주면서도, 사이즈 및 소자 수를 줄여주고, 중장거리 레이더 기능과 근거리 레이더 기능을 통합하여 제공해줄 수 있는 안테나 구조와, 이러한 안테나 구조를 이용하여 중장거리 레이더 기능과 근거리 레이더 기능을 위한 신호 송수신을 효율적으로 처리할 수 있는 통합 레이더 장치를 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치에 대한 개략적인 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치에 대한 상세한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치에 포함된 안테나부를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치를 적용한 차량 시스템을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치의 안테나 제어 방식에 따른 예시도이다.
도 6은 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치의 안테나 제어 방식에 따른 다른 예시도이다.
도 7은 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치의 안테나 제어 방식에 따른 또 다른 예시도이다.
도 8은 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치의 안테나 제어 방식에 따른 또 다른 예시도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치가 고성능의 각도 분해능을 실현하면서 하드웨어 사이즈 및 제조 비용을 최소화하는 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치에 포함된 각도 분해능 제어부가 각도 추정 알고리즘을 적용하여 각도 분해능을 향상시키는 효과를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치가 제공하는 데이터 획득 방법에 대한 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치가 제공하는 신호 처리 방법에 대한 흐름도이다.
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 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치(100)에 대한 개략적인 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치(100)는, 복수 개의 중장거리 송신안테나와 복수 개의 중장거리 수신안테나가 포함된 중장거리 안테나부(111)와, 한 개 이상의 근거리 송신안테나와 한 개 이상의 근거리 수신안테나가 포함된 근거리 안테나부(112)를 포함하는 안테나부(110)와, 중장거리 안테나부(111) 및 근거리 안테나부(112)를 스위칭 방식 및 멀티 채널 방식 중 하나 이상의 안테나 제어 방식으로 제어하여, 중장거리 신호 및 근거리 신호 중 하나 이상을 송신하고, 중장거리 신호가 중장거리 타깃에 의해 반사된 중장거리 반사신호 및 근거리 신호가 근거리 타깃에 의해 반사된 근거리 반사신호 중 하나 이상을 수신하는 송수신부(120) 등을 포함한다. 이러한 통합 레이더 장치(100)는, 통합 레이더 센서라고도 한다.
도 1에 간략하게 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치(100)에 대한 블록 구성도를 도 2에서 더욱 상세한 블록 구성도를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 전술한 송수신부(120)는, 중장거리 신호를 중장거리 안테나부(111)를 통해 송신하고, 근거리 신호를 근거리 안테나부(112)를 통해 송신하기 위한 송신부(210)와, 송신된 중장거리 신호가 중장거리 타깃에 의해 반사된 중장거리 반사신호를 중장거리 안테나부(111)를 통해 수신하고, 송신된 근거리 신호가 반사된 근거리 반사신호를 근거리 안테나부(112)를 통해 수신하기 위한 수신부(220)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 전술한 송수신부(120)에 포함된 송신부(210)는, 중장거리 신호 및 근거리 신호 중 하나 이상을 생성하는 발진부(211)를 포함한다.
도 2를 참조하면, 전술한 송수신부(120)에 포함된 수신부(220)는, 중장거리 반사신호 및 근거리 반사신호 중 하나 이상을 저잡음 증폭하고, 저잡음 증폭된 중장거리 반사신호 및 근거리 반사신호 중 하나 이상을 믹싱하는 저잡음 증폭부/믹싱부(221)와, 믹싱된 중장거리 반사신호 및 근거리 반사신호 중 하나 이상을 증폭하고, 증폭된 중장거리 반사신호 및 근거리 반사신호 중 하나 이상을 디지털 변환하여 중장거리 수신데이터 및 근거리 수신데이터 중 하나 이상을 생성하는 증폭부/변환부(222)를 포함한다.
전술한 바와 같이, 송수신부(120)는, 중장거리 안테나부(111) 및 근거리 안테나부(112)를 스위칭 방식 및 멀티 채널 방식 중 하나 이상의 안테나 제어 방식으로 제어함으로써, 신호 송수신을 수행한다.
만약, 전술한 송수신부(120)가, 중장거리 안테나부(111)에 포함된 복수 개의 중장거리 송신안테나와, 근거리 안테나부(112)에 포함된 한 개 이상의 근거리 송신안테나를 스위칭 방식의 안타나 제어 방식으로 제어하는 경우, 복수 개의 중장거리 송신안테나와 한 개 이상의 근거리 송신안테나 중 하나로 스위칭하여, 스위칭 된 중장거리 송신안테나 또는 스위칭 된 근거리 송신안테나를 통해, 중장거리 신호 또는 근거리 신호를 송신한다.
한편, 전술한 송수신부(120)가, 중장거리 안테나부(111)에 포함된 복수 개의 중장거리 송신안테나와, 근거리 안테나부(112)에 포함된 한 개 이상의 근거리 송신안테나를 멀티 채널 방식의 안테나 제어 방식으로 제어하는 경우, 복수 개의 중장거리 송신안테나와 한 개 이상의 근거리 송신안테나에 각각 할당된 개별채널을 통해, 중장거리 신호 및 근거리 신호를 송신한다.
또 한편, 전술한 송수신부(120)가, 중장거리 안테나부(111)에 포함된 복수 개의 중장거리 수신안테나와, 근거리 안테나부(112)에 포함된 한 개 이상의 근거리 수신안테나를 스위칭 방식의 안타나 제어 방식으로 제어하는 경우, 복수 개의 중장거리 수신안테나와 한 개 이상의 근거리 수신안테나 중 하나로 스위칭하여, 스위칭 된 중장거리 수신안테나 또는 스위칭 된 근거리 수신안테나를 통해, 중장거리 반사신호 또는 근거리 반사신호를 수신한다.
또 한편, 전술한 송수신부(120)가, 중장거리 안테나부(111)에 포함된 복수 개의 중장거리 수신안테나와, 근거리 안테나부(112)에 포함된 한 개 이상의 근거리 수신안테나를 멀티 채널 방식의 안테나 제어 방식으로 제어하는 경우, 복수 개의 중장거리 수신안테나와 한 개 이상의 근거리 수신안테나에 각각 할당된 개별채널을 통해, 중장거리 반사신호 또는 근거리 반사신호를 수신한다.
전술한 송수신부(120)의 안테나 제어 방식에 따라서, 송수신부(120)에서 필요로하는 채널의 개수가 달라질 수 있다. 예를 들어, 전술한 송수신부(120)가, 중장거리 안테나부(111) 및 근거리 안테나부(112)를 스위칭 방식의 안테나 제어 방식으로 제어하는 경우, 송수신부(120)에 포함된 발진부(211) 및 저잡음 증폭부/믹싱부(221)는, 1개의 채널만을 이용한다. 또한, 송수신부(120)가, 중장거리 안테나부(111) 및 근거리 안테나부(112)를 멀티 채널 방식의 안테나 제어 방식으로 제어하는 경우, 송수신부(120)에 포함된 발진부(211) 및 저잡음 증폭부/믹싱부(221)는, 복수 개의 중장거리 송신안테나 및 한 개 이상의 근거리 송신안테나를 포함하는 안테나 개수만큼의 채널 수를 이용한다.
전술한 바를 정리하면, 송신부(210)는, 중장거리 신호 및 근거리 신호 중 하나 이상을 송신하기 위하여 복수 개의 중장거리 송신안테나 및 한 개 이상의 근거리 송신안테나를 스위칭 방식 또는 멀티 채널 방식으로 안테나 제어할 수 있다. 또한 수신부(220)는 중장거리 반사신호 및 근거리 반사신호 중 하나 이상을 수신하기 위하여 복수 개의 중장거리 수신안테나 및 한 개 이상의 근거리 수신안테나를 스위칭 방식 또는 멀티 채널 방식으로 안테나 제어할 수 있다. 이러한 송수신부(120)에서의 안테나 제어 방식에 따른 통합 레이더 장치(100)의 구현 예를 도 5 내지 도 8에 예시적으로 나타내어 아래에서 설명한다.
단, 도 5 내지 도 8의 예시에서는, 송신용 채널은, 2개의 중장거리 송신안테나(Tx1,Tx2)와 1개의 근거리 송신안테나(tx1)를 위한 3개의 채널이 필요하며, 수신용 채널은 4개의 중장거리 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4)와 2개의 근거리 수신안테나(rx1,rx2)를 위한 6개의 채널이 필요하다.
만약, 도 5와 같이, 송수신부(120)에 포함된 송신부(210) 및 수신부(220)가 모두 스위칭 방식의 안테나 제어 방식으로 송수신 관련 안테나를 제어하는 경우, 통합 레이더 장치(100)는, 송수신부(120)의 송신부(210) 및 수신부(220)에 송신단 스위치(510)와 수신단 스위치(520)를 각각 포함하여, 도 5와 같이 구현될 수 있다.
이때, 송신부(210)는 복수 개의 중장거리 송신안테나(Tx1,Tx2) 및 한 개 이상의 근거리 송신안테나(tx1) 중 하나를 송신단 스위치(510)를 통해 스위칭하여 스위칭 된 하나의 송신안테나(Tx1,Tx2,tx1 중 하나임)를 통해 중장거리 신호 또는 근거리 신호를 송신하기 때문에, 송신부(210)의 발진부(211)는, 스위칭 된 하나의 송신안테나(Tx1,Tx2,tx1 중 하나임)를 통해 송신할 중장거리 신호 또는 근거리 신호를 생성하기만 하면 된다. 따라서, 발진부(211)는 1개의 채널만을 필요로 한다.
또한 수신부(220)는 복수 개의 중장거리 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4) 및 한 개 이상의 근거리 수신안테나(rx1,rx2) 중 하나를 수신단 스위치(520)를 통해 스위칭하여 스위칭 된 하나의 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4,rx1,rx2 중 하나임)를 통해 중장거리 반사신호 또는 근거리 반사신호를 수신하기 때문에, 수신부(220)의 저잡음 증폭부/믹싱부(221)는, 스위칭 된 하나의 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4,rx1,rx2 중 하나임)를 통해 수신하는 중장거리 반사신호 또는 근거리 반사신호에 대해서만 저잡음 증폭 기능 및 믹싱 기능을 수행하면 된다. 따라서, 저잡음 증폭부/믹싱부(221)는 1개의 채널만을 필요로 한다.
도 5와 같은 통합 레이더 장치(100)의 구현 예를 참조하여, 중장거리 신호와 근거리 신호의 송신과, 중장거리 반사신호와 근거리 반사신호의 수신을 다시 설명한다. 도 5를 참조하면, 전압 발진부 및 오실레이터 모듈을 포함할 수 있는 발진부(211)에서 웨이브 폼(Waveform)의 변조신호인 중장거리 신호 및 근거리 신호를 생성하는데, 먼저, 생성된 중장거리 신호가 중장거리 송신안테나(Tx1,Tx2) 중 스위칭 된 첫 번째 중장거리 송신안테나(Tx1)를 통해 송신되고, 이후, 송신된 중장거리 신호가 중장거리 타깃에 의해 반사된 중장거리 반사신호는, 4개의 중장거리 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4)가 시퀀셜하게 각 채널별로 시간차를 두고 스위칭되면서 스위칭된 수신안테나를 통해 수신된다.
전술한 과정을 따라, 첫 번째 중장거리 송신안테나(Tx1)를 통해 송신된 중장거리 신호에 대하여, 중장거리 반사신호를 중장거리 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4)가 수신하는 중장거리용 데이터 수신 및 신호처리 주기가 끝나면, 다시 두 번째 중장거리 송신안테나(Tx2)로 스위칭하여 중장거리 신호를 송신하고, 중장거리 반사신호가 중장거리 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4)의 스위칭에 의해 다시 수신되는 과정을 통해, 중장거리용 데이터 수신 및 신호처리 주기가 모두 끝나게 된다.
이후, 송신단 스위치(510)에서는 근거리 송신안테나(tx1)로 스위칭하여 근거리 신호를 빔방사하여 송신하고, 수신단에서도 수신단 스위치(520)가 각 근거리 수신안테나(rx1,rx2)의 개별채널별로 근거리 반사신호를 수신한다.
이러한 도 5의 통합 레이더 장치(100)의 구현 예에 따르면, 중장거리 레이더 기능 및 근거리 레이더 기능을 통합하여 고해상도의 각도 분해능을 제공하면서도, 전체 안테나 수를 줄이고, 이에 상응하는 RF 하드웨어 소자의 수를 줄일 수 있다. 또한 중장거리 송신안테나(Tx1,Tx2) 사이에 근거리 송신안테나 및 근거리 수신안테나를 배치함으로써, 소형 사이즈로 중장거리 감지 및 근거리 감지 기능이 동시에 가능한 통합 레이더 장치(100)의 구현을 가능하게 하였다.
한편, 도 6을 참조하면, 송수신부(120)에 포함된 송신부(210) 및 수신부(220)가 모두 멀티 채널 방식의 안테나 제어 방식으로 송수신 관련 안테나를 제어할 수 있다. 이 경우, 통합 레이더 장치(100)는, 송수신부(120)의 송신부(210) 및 수신부(220)에 송신단 스위치(510)와 수신단 스위치(520)를 각각 포함하지 않고, 도 6과 같이 구현될 수 있다.
이때, 송신부(210)는 복수 개의 중장거리 송신안테나(Tx1,Tx2) 및 한 개 이상의 근거리 송신안테나(tx1)에 각각 할당된 개별채널을 통해, 중장거리 신호 및 근거리 신호를 송신하기 때문에, 송신부(210)의 발진부(211)는, 복수 개의 중장거리 송신안테나(Tx1,Tx2) 및 한 개 이상의 근거리 송신안테나(tx1)에 각각 할당된 개별채널을 포함하는 멀티 채널를 통해 송신할 중장거리 신호 또는 근거리 신호를 생성해야한다. 따라서, 발진부(211)는, 도 6의 예시에서는, 송신안테나(Tx1,Tx2,tx1)의 개수인 3개의 채널을 필요로 한다.
또한 수신부(220)는 복수 개의 중장거리 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4) 및 한 개 이상의 근거리 수신안테나(rx1,rx2)에 각각 할당된 개별채널을 통해, 중장거리 반사신호 및 근거리 반사신호를 수신하기 때문에, 수신부(220)의 저잡음 증폭부/믹싱부(221)는, 복수 개의 중장거리 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4) 및 한 개 이상의 근거리 수신안테나(rx1,rx2)에 각각 할당된 개별채널을 통해 수신하는 중장거리 반사신호 또는 근거리 반사신호에 대해서 저잡음 증폭 기능 및 믹싱 기능을 수행해야한다. 따라서, 저잡음 증폭부/믹싱부(221)는, 도 6의 예시에서는, 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4,rx1,rx2)의 개수인 6개의 채널을 필요로 한다.
한편, 도 7을 참조하면, 송수신부(120)에 포함된 송신부(210)는 멀티 채널 방식의 안테나 제어 방식으로 복수 개의 중장거리 송신안테나(Tx1,Tx2)와 한 개 이상의 근거리 송신안테나(tx1)를 제어하고, 송수신부(120)에 포함된 수신부(220)는 스위칭 방식의 안테나 제어 방식으로 복수 개의 중장거리 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4)와 한 개 이상의 근거리 수신안테나(rx1,rx2)를 제어할 수 있다. 이 경우, 통합 레이더 장치(100)는, 송수신부(120)의 수신부(220)에 수신단 스위치(520)를 포함하여, 도 7과 구현될 수 있다.
이때, 송신부(210)는 복수 개의 중장거리 송신안테나(Tx1,Tx2) 및 한 개 이상의 근거리 송신안테나(tx1)에 각각 할당된 개별채널을 통해, 중장거리 신호 및 근거리 신호를 송신하기 때문에, 송신부(210)의 발진부(211)는, 복수 개의 중장거리 송신안테나(Tx1,Tx2) 및 한 개 이상의 근거리 송신안테나(tx1)에 각각 할당된 개별채널을 포함하는 멀티 채널를 통해 송신할 중장거리 신호 또는 근거리 신호를 생성해야한다. 따라서, 발진부(211)는, 도 7의 예시에서는, 송신안테나(Tx1,Tx2,tx1)의 개수인 3개의 채널을 필요로 한다.
한편, 수신부(220)는 복수 개의 중장거리 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4) 및 한 개 이상의 근거리 수신안테나(rx1,rx2) 중 하나를 수신단 스위치(520)를 통해 스위칭하여 스위칭 된 하나의 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4,rx1,rx2 중 하나임)를 통해 중장거리 반사신호 또는 근거리 반사신호를 수신하기 때문에, 수신부(220)의 저잡음 증폭부/믹싱부(221)는, 스위칭 된 하나의 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4,rx1,rx2 중 하나임)을 통해 수신하는 중장거리 반사신호 또는 근거리 반사신호에 대해서만 저잡음 증폭 기능 및 믹싱 기능을 수행하면 된다. 따라서, 저잡음 증폭부/믹싱부(221)는, 도 7의 예시와 같이, 1개의 채널만을 필요로 한다.
한편, 도 8을 참조하면, 송수신부(120)에 포함된 송신부(210)는 스위칭 방식의 안테나 제어 방식으로 복수 개의 중장거리 송신안테나(Tx1,Tx2)와 한 개 이상의 근거리 송신안테나(tx1)를 제어하고, 송수신부(120)에 포함된 수신부(220)는 멀티 채널 방식의 안테나 제어 방식으로 복수 개의 중장거리 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4)와 한 개 이상의 근거리 수신안테나(rx1,rx2)를 제어할 수 있다. 이 경우, 통합 레이더 장치(100)는, 송수신부(120)의 송신부(210)에 송신단 스위치(510)를 포함하여, 도 8과 같이 구현될 수 있다.
이때, 송신부(210)는 복수 개의 중장거리 송신안테나(Tx1,Tx2) 및 한 개 이상의 근거리 송신안테나(tx1) 중 하나를 송신단 스위치(510)를 통해 스위칭하여 스위칭 된 하나의 송신안테나(Tx1,Tx2,tx1 중 하나임)를 통해 중장거리 신호 또는 근거리 신호를 송신하기 때문에, 송신부(210)의 발진부(211)는, 스위칭 된 하나의 송신안테나(Tx1,Tx2,tx1 중 하나임)를 통해 송신할 중장거리 신호 또는 근거리 신호를 생성하기만 하면 된다. 따라서, 발진부(211)는, 도 8의 예시와 같이, 1개의 채널만을 필요로 한다.
또한 수신부(220)는 복수 개의 중장거리 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4) 및 한 개 이상의 근거리 수신안테나(rx1,rx2)에 각각 할당된 개별채널을 통해, 중장거리 반사신호 및 근거리 반사신호를 수신하기 때문에, 수신부(220)의 저잡음 증폭부/믹싱부(221)는, 복수 개의 중장거리 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4) 및 한 개 이상의 근거리 수신안테나(rx1,rx2)에 각각 할당된 개별채널을 통해 수신하는 중장거리 반사신호 또는 근거리 반사신호에 대해서 저잡음 증폭 기능 및 믹싱 기능을 수행해야한다. 따라서, 저잡음 증폭부/믹싱부(221)는, 도 8의 예시와 같이, 수신안테나(Rx1,Rx2,Rx3,Rx4,rx1,rx2)의 개수인 6개의 채널을 필요로 한다.
도 5 내지 도 8의 통합 레이더 장치(100)의 구현 예에 따르면, 중장거리 레이더 기능 및 근거리 레이더 기능을 통합하여 고해상도의 각도 분해능을 제공하면서도, 전체 안테나 수를 줄이고, 이에 상응하는 RF 하드웨어 소자의 수를 줄일 수 있다. 또한 중장거리 송신안테나(Tx1,Tx2) 사이에 근거리 송신안테나 및 근거리 수신안테나를 배치함으로써, 소형 사이즈로 중장거리 감지 및 근거리 감지 기능이 동시에 가능한 통합 레이더 장치(100)의 구현을 가능하게 하였다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치(100)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 송신할 신호의 생성 제어와, 송수신 데이터를 이용한 신호 처리를 수행하는 처리부(130)를 포함하는데, 이때, 처리부(130)는, 많은 연산량을 필요로 하는 신호 처리를 제 1 처리부(230)와 제 2 처리부(240)로 효율적으로 분배한다.
전술한 제 1 처리부(230)는, 중장거리 데이터 및 근거리 데이터 중 하나 이상의 송신데이터와, 송수신부(120)의 증폭부/변환부(222)에서 디지털 변환된 중장거리 수신데이터 및 근거리 수신데이터 중 하나 이상의 수신데이터를 획득하고, 획득된 송신데이터에 근거하여 중장거리 신호 및 근거리 신호 중 하나 이상에 대한 생성을 제어하고, 획득된 송신데이터와 획득된 수신데이터를 동기화하고 주파수 변환한다. 전술한 제 2 처리부(240)는, 제 1 처리부(230)에서 주파수 변환된 송신데이터와 주파수 변환된 수신데이터를 토대로 CFAR(Constant False Alarm Rate) 연산, 트래킹(Tracking) 연산 및 타깃 선택(Target Selection) 연산을 수행하고, 중장거리 타깃 및 근거리 타깃 중 하나 이상에 대한 각도정보, 속도정보 및 거리정보를 추출한다.
전술한 제 2 처리부(240)는, 엔진, 주변 센서, 주변 전자제어유닛(ECU: Electronic Control Unit) 및 차량 제어 시스템(예: ESC(Electronic Stability Control) 등) 등 중에서 하나 이상과 통신하면서 페일 세이프(Failsafe) 기능 및 진단(Diagnostic) 기능 등을 수행할 수 있다.
전술한 제 1 처리부(230)는, FPGA(Field Programmable Gate Array, 이하 "FPGA"라 칭함) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit, 이하 "ASCI"라 칭함)로 구현되고, 제 2 처리부(240)는, MCU(Micro Controller Unit, 이하 "MCU"라 칭함) 또는 DSP(Digital Signal Processor, 이하 "DSP"라 칭함)로 구현될 수 있다. 이를 통해, 처리 연산량 및 하드웨어 사이즈를 크게 줄일 수 있다.
한편, 전술한 송수신부(120)는, GaAs(Gallium Arsenide), SiGe(Silicon Germanium) 및 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor ) 중 하나를 이용하여 디스크리트 직접회로(Discrete IC)로 구현되거나 원 칩(One-Chip) 또는 투 칩(Two-Chip)으로 구현될 수 있으며 이를 통해 하드웨어 사이즈를 크게 줄일 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치(100)에 포함된 안테나부(110)는, 복수 개의 중장거리 송신안테나와 복수 개의 중장거리 수신안테나가 포함된 중장거리 안테나부(111)와, 한 개 이상의 근거리 송신안테나와 한 개 이상의 근거리 수신안테나가 포함된 근거리 안테나부(112)를 포함한다.
이러한 안테나부(110)의 중장거리 안테나부(111)에 포함된 복수 개의 중장거리 송신안테나 각각의 간격이, 복수 개의 중장거리 수신안테나 각각의 간격과, 복수 개의 중장거리 수신안테나의 개수를 곱한 값에 비례하도록 하는 안테나 배열 구조로 안테나부(110)를 설계할 수 있다.
또한, 안테나부(110)의 근거리 안테나부(112)는, 중장거리 안테나부(111)의 내부에 포함되도록 안테나 배열을 할 수 있다. 일 예로, 근거리 안테나부(112)에 포함된 한 개 이상의 근거리 송신안테나와 한 개 이상의 근거리 수신안테나는, 중장거리 안테나부(111)에 포함된 복수 개의 중장거리 송신안테나 사이에 배열될 수 있다.
이러한 안테나부(110)는, 도 3에 예시적으로 도시된 안테나 배열 구조를 갖도록 설계할 수 있다. 단, 도 3의 예시적인 안테나 배열 구조에서는, 중장거리 안테나부(111)가 2개의 중장거리 송신안테나(Tx1,Tx2)와 N개의 중장거리 수신안테나(Rx1, Rx2,...,RxN)를 포함하고, 근거리 안테나부(112)가 1개의 근거리 송신안테나(tx1)와 2개의 근거리 수신안테나(rx1,rx2)를 포함하는 것을 가정한다.
이러한 도 3의 안테나 배열 구조를 참조하면, 전술한 안테나부(110)의 중장거리 안테나부(111)에 포함된 2개의 중장거리 송신안테나(Tx1,Tx2) 각각의 간격(D)은, N개의 중장거리 수신안테나 각각의 간격(d)과, 중장거리 수신안테나의 개수(N)를 곱한 값인 N*d에 비례하도록, 안테나 배열을 할 수 있다.
또한, 전술한 안테나부(110)의 근거리 안테나부(112)는, 중장거리 안테나부(111)의 내부에 포함되도록 안테나 배열을 할 수 있는데, 도 3의 예시된 안테나 배열 구조를 참조하면, 근거리 안테나부(112)에 포함된 1개 이상의 근거리 송신안테나(tx1)와 2개의 근거리 수신안테나(rx1,rx2)는, 중장거리 안테나부(111)에 포함된 2개의 중장거리 송신안테나(Tx1,Tx2) 사이에 배열될 수 있다.
한편, 안테나부(110)에 포함된 복수 개의 중장거리 송신안테나의 개수와 복수 개의 중장거리 수신안테나의 개수를 곱한 값은, 본 발명의 일 실시예에 다른 통합 레이더 장치(100)가 요구하는 각도 분해능과 반비례하도록 설계시 결정된 값일 수 있다. 예를 들어, 통합 레이더 장치(100)가 요구하는 각도 분해능을 수학식 1과 같이 표현할 수 있다. 아래 수학식 1에서, M은 중장거리 송신안테나의 개수, N은 중장거리 수신안테나의 개수, d는 중장거리 수신안테나 간의 간격이다.
Figure pat00001
상기 수학식 1에 따르면, 각도 분해능을 고성능으로 하고자 한다면, 중장거리 수신안테나의 개수(N)를 늘려 FOV(Field Of View)가 좁아지게 하고 이를 통해 각도 분해능이 높아지게 할 수 있다.
이러한 점으로 고려하면, 본 발명에서의 안테나 배열 구조를 갖는 통합 레이더 장치(100)에서의 중장거리 송신안테나의 개수가 M개이고, 중장거리 수신안테나의 개수가 N개인 경우의 각도 분해능은, 종래에서의 레이더 장치에서의 중장거리 송신안테나가 1개이고 중장거리 수신안테나가 M*N개인 안테나 배열 구조에서의 각도 분해능과 동일하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치가 고성능의 각도 분해능을 실현하면서 하드웨어 사이즈 및 제조 비용을 최소화하는 효과를 설명하기 위한 도면인 도 9의 (a), (b) 및 (c)의 3가지 경우를 참조하여 각도 분해능에 대한 설명을 한다. 단, 각 중장거리 송신안테나 및 각 중장거리 수신안테나가 중장거리 송신채널 및 중장거리 수신채널이 할당된 것으로 가정한다. 즉, 중장거리 송신안테나의 개수와 중장거리 송신채널의 개수가 동일하다고 가정하고, 중장거리 수신안테나의 개수와 중장거리 수신채널의 개수가 동일하다고 가정한다.
도 9의 (a)는, 본 발명에서의 통합 레이더 장치(100)가 2개의 중장거리 송신안테나와 2개의 중장거리 수신안테나를 갖는 경우에서의 각도 분해능과, 종래의 레이더 장치가 1개의 중장거리 송신안테나와 4개의 중장거리 수신안테나를 갖는 경우에서의 각도 분해능을 확인할 수 있는 빔 패턴을 나타낸 그래프로서, 동일한 각도 분해능을 갖는다. 하지만, 안테나의 총수 및 채널의 총수는, 본 발명의 경우는 4개(=2+2)이고, 종래의 경우는 5개(=1+4)이기 때문에, 본 발명의 일 실시에에 따른 통합 레이더 장치(100)는, 종래의 레이더 장치에 비해, 더욱더 작은 개수의 안테나 및 채널만을 필요로 하기 때문에, 안테나 수 감소는 물론, 이에 따르는 송수신부(120) 및 처리부(130)에 들어가는 소자수도 줄일 수 있게 됨으로써, 하드웨어 사이즈 및 제조 비용 등을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 9의 (b)는, 본 발명에서의 통합 레이더 장치(100)가 2개의 중장거리 송신안테나와 3개의 중장거리 수신안테나를 갖는 경우에서의 각도 분해능과, 종래의 레이더 장치가 1개의 중장거리 송신안테나와 6개의 중장거리 수신안테나를 갖는 경우에서의 각도 분해능을 확인할 수 있는 빔 패턴을 나타낸 그래프로서, 동일한 각도 분해능을 갖는다. 하지만, 안테나의 총수 및 채널의 총수는, 본 발명의 경우는 5개(=2+3)이고, 종래의 경우는 7개(=1+6)이기 때문에, 이 경우에서도, 도 9의 (a)와 같이, 본 발명의 일 실시에에 따른 통합 레이더 장치(100)는, 종래의 레이더 장치에 비해, 더욱더 작은 개수의 안테나 및 채널만을 필요로 하기 때문에, 안테나 수 감소는 물론, 이에 따르는 송수신부(120) 및 처리부(130)에 들어가는 소자수도 줄일 수 있게 됨으로써, 하드웨어 사이즈 및 제조 비용 등을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
또한, 도 9의 (c)는, 본 발명에서의 통합 레이더 장치(100)가 2개의 중장거리 송신안테나와 6개의 중장거리 수신안테나를 갖는 경우에서의 각도 분해능과, 종래의 레이더 장치가 1개의 중장거리 송신안테나와 12개의 중장거리 수신안테나를 갖는 경우에서의 각도 분해능을 확인할 수 있는 빔 패턴을 나타낸 그래프로서, 동일한 각도 분해능을 갖는다. 하지만, 안테나의 총수 및 채널의 총수는, 본 발명의 경우는 8개(=2+6)이고, 종래의 경우는 13개(=1+12)이기 때문에, 이 경우에서도, 도 9의 (a) 및 (b)와 마찬가지로, 본 발명의 일 실시에에 따른 통합 레이더 장치(100)는, 종래의 레이더 장치에 비해, 더욱더 작은 개수의 안테나 및 채널만을 필요로 하기 때문에, 안테나 수 감소는 물론, 이에 따르는 송수신부(120) 및 처리부(130)에 들어가는 소자수도 줄일 수 있게 됨으로써, 하드웨어 사이즈 및 제조 비용 등을 크게 줄일 수 있는 효과가 있다.
전술한 바에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치(100)가, 종래의 레이더 장치와 동일한 각도 분해능의 성능을 보이면서도, 안테나 구조와 안테나 제어 방식 등에 따라 안테나 및 채널의 수를 감소시키는 효과와, 이에 따르는 송수신부(120) 및 처리부(130)에 들어가는 소자수도 줄일 수 있다는 효과와, 이로 인한 하드웨어 사이즈 및 제조 비용 등을 크게 줄일 수 있는 효과가 가진다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치(100)는, LMS, RLS, MUSIC 및 ESPRIT 등의 각도 추정 알고리즘을 적용하여, 물리적인 안테나의 각도 분해능의 성능을 향상시킬 수 있다. 도 1O의 (a)을 참조하면, 중장거리 타깃(또는 근거리 타깃)이 10도와 20도 방향에 위치했을 때, 종래에는 물리적인 안테나 배열로 인한 각도 분해능으로 중장거리 타깃(또는 근거리 타깃)을 구분할 수 없었던 것이, 각도 추정 알고리즘을 적용하게 되면, 물리적인 한계를 극복하고 도 10의 (b)와 같이 각도 분해능이 높아져서 중장거리 타깃(또는 근거리 타깃) 구분할 수 있게 된다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치(100)는, 각도 추정 알고리즘을 통해, 일정 각도에 위치한 중장거리 타깃 및 근거리 타깃 중 하나 이상에 대한 타깃 구분이 가능하도록 각도 분해능을 제어하는 각도 분해능 제어부를 더 포함할 수 있다.
이상에서 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치(100)는, 장거리 레이더 신호를 이용하는 차량 시스템과, 중거리 레이더 신호를 이용하는 차량 시스템과, 근거리 레이더 신호를 이용하는 차량 시스템과 모두 연동할 수 있다.
도 4의 (a) 및 (b)에 도시된 바와 같이, 통합 레이더 장치(100)를 차량의 전명 또는 후측면 모서리 등에 장착하여, 장거리 레이더 신호인 장거리 신호(410)를 이용하여 0~250m 구간의 자차선 감지를 위한 ACC(Adaptive Cruise Control) 시스템, 중거리 레이더 신호인 중거리 신호(430)를 이용하여 0~70m 구간의 후방의 옆차선 감지 기능을 수행하는 LCA(Lane-Change Assist) 시스템, 근거리 레이더 신호인 근거리 신호(420)를 이용하여 전방 감지 및 충돌 방지 기능을 수행하는 STOP & GO 시스템, 근거리 레이더 신호인 근거리 신호(420, 440)를 이용하여 주차 제어를 수행하는 주차 보조(Parking Assist) 시스템, 근거리 레이더 신호인 근거리 신호(440)를 이용하여 측후방을 감지하여 옆차선으로부터 끼어드는 차량들을 감지하여 충돌 경보 및 출동 방지 기능을 수행하는 LCA(Lane-Change Assist)/BSD(Blind-Spot Detection)/RPC(Rear Pre Crash) 시스템 등의 차량 시스템과 연동할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치(100)가 제공하는 데이터 획득 방법에 대한 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치(100)는 데이터 획득을 위한 제어 변수인 사이클 인덱스(Cycle Index)를 이용하여, 중장거리 안테나부(111) 및 근거리 안테나부(112)를 제어하여, 근거리 신호의 송신에 따른 근거리 반사신호를 획득하는 절차와, 중장거리 신호의 송신에 따른 중장거리 반사신호를 획득하는 절차를 수행한다.
도 11을 참조하면, 사이클 인덱스가 0(Zero)인지를 확인하여(S1100), 사이클 인덱스가 0이면 중장거리 안테나 채널을 통한 데이터(즉, 송신된 중장거리 신호가 중장거리 타깃에 의해 반사된 중장거리 반사신호) 획득을 수행하고(S1102), 중장거리 안테나부(111)를 통해 각 채널별로 시간차를 두고 모든 중장거리 반사신호를 수신하면, 사이클 인덱스를 0에서 1로 변경하여 설정한다(S1104). 이렇게 사이클 인덱스가 1로 변경 설정되면, 사이클 인덱스가 0인지를 다시 확인(S1100)한 결과, 근거리 안테나 채널을 통한 데이터(즉, 송신된 근거리 신호가 근거리 타깃에 의해 반사된 근거리 반사신호) 획득을 수행한다(S1106). 이렇게 하여, 근거리 안테나부(112)를 통해 각 채널별로 시간차를 두고 모든 근거리 반사신호를 수신하면, 사이클 인덱스를 1에서 0로 변경 설정ㅎ하여(S1108), 다음번의 데이터 획득 과정을 전술한 단계와 동일하게 반복하여 수행할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치(100)가 제공하는 신호 처리 방법에 대한 흐름도이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치(100)가 제공하는 신호 처리 방법은, 도 11을 참조하여 예시적으로 설명한 데이터 획득 방법에 따라 데이터 획득이 완료되면(S1200), 획득된 데이터(수신 데이터)에 대한 수신 데이터 버퍼링을 수행하고(S1202), 버퍼링 된 수신 데이터를 주파수 변환하며(S1204), 주파수 변환된 수신데이터를 토대로 CFAR(Constant False Alarm Rate) 연산(S1206) 등을 수행하고, 타깃에 대한 각도정보, 속도정보 및 거리정보를 추출한다(S1208). S1206 단계에서의 주파수 변환은, 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 등과 같은 푸리에 변환을 이용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 통합 안테나 장치는, 복수 개의 중장거리 송신안테나, 복수 개의 중장거리 수신안테나, 한 개 이상의 근거리 송신안테나 및 한 개 이상의 근거리 수신안테나를 포함하되, 복수 개의 중장거리 송신안테나 각각의 간격은, 복수 개의 중장거리 수신안테나 각각의 간격과, 복수 개의 중장거리 수신안테나의 개수를 곱한 값에 비례한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 통합 안테나 장치는, 복수 개의 중장거리 송신안테나, 복수 개의 중장거리 수신안테나, 한 개 이상의 근거리 송신안테나 및 한 개 이상의 근거리 수신안테나를 포함하되, 한 개 이상의 근거리 송신안테나 및 한 개 이상의 근거리 수신안테나는, 복수 개의 중장거리 송신안테나 사이에 배열될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 고해상도의 각도 분해능을 실현하게 해주면서도, 사이즈 및 소자 수를 줄여주고, 중장거리 레이더 기능과 근거리 레이더 기능을 통합하여 제공해줄 수 있는 안테나 구조와, 이러한 안테나 구조를 이용하여 중장거리 레이더 기능과 근거리 레이더 기능을 위한 신호 송수신을 효율적으로 처리할 수 있는 통합 레이더 장치(100)를 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 고해상도의 각도 분해능을 실현하게 해주면서도, 사이즈 및 소자 수를 줄여주고, 중장거리 레이더 기능과 근거리 레이더 기능을 통합하여 제공해줄 수 있는 안테나 구조를 갖는 통합 안테나 장치를 제하는 효과가 있다.
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: 통합 레이더 장치 110: 안테나부
111: 중장거리 안테나부 112: 근거리 안테나부
120: 송수신부 130: 처리부
210: 송신부 211: 발진부
220: 수신부 221: 저잡음 증폭부/믹싱부
222: 증폭부/변환부 230: 제 1 처리부
240: 제 2 처리부 410, 430: 중장거리 신호
420, 440: 근거리 신호 510: 송신단 스위치
520: 수신단 스위치

Claims (20)

  1. 복수 개의 중장거리 송신안테나와 복수 개의 중장거리 수신안테나가 포함된 중장거리 안테나부와, 한 개 이상의 근거리 송신안테나와 한 개 이상의 근거리 수신안테나가 포함된 근거리 안테나부를 포함하는 안테나부; 및
    상기 중장거리 안테나부 및 상기 근거리 안테나부를 스위칭 방식 및 멀티 채널 방식 중 하나 이상의 안테나 제어 방식으로 제어하여, 상기 중장거리 신호 및 상기 근거리 신호 중 하나 이상을 송신하고, 상기 중장거리 신호가 중장거리 타깃에 의해 반사된 중장거리 반사신호 및 상기 근거리 신호가 근거리 타깃에 의해 반사된 근거리 반사신호 중 하나 이상을 수신하는 송수신부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 송수신부는,
    상기 중장거리 안테나부에 포함된 상기 복수 개의 중장거리 송신안테나와, 상기 근거리 안테나부에 포함된 상기 한 개 이상의 근거리 송신안테나를 상기 스위칭 방식의 안타나 제어 방식으로 제어하는 경우,
    상기 복수 개의 중장거리 송신안테나와 상기 한 개 이상의 근거리 송신안테나 중 하나로 스위칭하여, 스위칭 된 중장거리 송신안테나 또는 스위칭 된 근거리 송신안테나를 통해, 상기 중장거리 신호 또는 상기 근거리 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 송수신부는,
    상기 중장거리 안테나부에 포함된 상기 복수 개의 중장거리 수신안테나와, 상기 근거리 안테나부에 포함된 상기 한 개 이상의 근거리 수신안테나를 상기 스위칭 방식의 안타나 제어 방식으로 제어하는 경우,
    상기 복수 개의 중장거리 수신안테나와 상기 한 개 이상의 근거리 수신안테나 중 하나로 스위칭하여, 스위칭 된 중장거리 수신안테나 또는 스위칭 된 근거리 수신안테나를 통해, 상기 중장거리 반사신호 또는 상기 근거리 반사신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 송수신부는,
    상기 중장거리 안테나부에 포함된 상기 복수 개의 중장거리 송신안테나와, 상기 근거리 안테나부에 포함된 상기 한 개 이상의 근거리 송신안테나를 상기 멀티 채널 방식의 안테나 제어 방식으로 제어하는 경우,
    상기 복수 개의 중장거리 송신안테나와 상기 한 개 이상의 근거리 송신안테나에 각각 할당된 개별채널을 통해, 상기 중장거리 신호 및 상기 근거리 신호를 송신하는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 송수신부는,
    상기 중장거리 안테나부에 포함된 상기 복수 개의 중장거리 수신안테나와, 상기 근거리 안테나부에 포함된 상기 한 개 이상의 근거리 수신안테나를 상기 멀티 채널 방식의 안테나 제어 방식으로 제어하는 경우,
    상기 복수 개의 중장거리 수신안테나와 상기 한 개 이상의 근거리 수신안테나에 각각 할당된 개별채널을 통해, 상기 중장거리 반사신호 또는 상기 근거리 반사신호를 수신하는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 송수신부는,
    상기 중장거리 신호 및 상기 근거리 신호 중 하나 이상을 생성하는 발진부를 포함하는 송신부와,
    상기 중장거리 반사신호 및 상기 근거리 반사신호 중 하나 이상을 저잡음 증폭하고, 상기 저잡음 증폭된 중장거리 반사신호 및 근거리 반사신호 중 하나 이상을 믹싱하는 저잡음 증폭부/믹싱부; 및 상기 믹싱된 중장거리 반사신호 및 근거리 반사신호 중 하나 이상을 증폭하고, 상기 증폭된 중장거리 반사신호 및 근거리 반사신호 중 하나 이상을 디지털 변환하여 중장거리 수신데이터 및 근거리 수신데이터 중 하나 이상을 생성하는 증폭부/변환부를 포함하는 수신부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 송수신부가 상기 중장거리 안테나부 및 상기 근거리 안테나부를 상기 스위칭 방식의 안테나 제어 방식으로 제어하는 경우,
    상기 송수신부에 포함된 상기 발진부 및 상기 저잡음 증폭부/믹싱부는, 1개의 채널만을 이용하는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 송수신부가 상기 중장거리 안테나부 및 상기 근거리 안테나부를 상기 멀티 채널 방식의 안테나 제어 방식으로 제어하는 경우,
    상기 송수신부에 포함된 상기 발진부 및 상기 저잡음 증폭부/믹싱부는, 상기 복수 개의 중장거리 송신안테나 및 상기 한 개 이상의 근거리 송신안테나를 포함하는 안테나 개수만큼의 채널 수를 이용하는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    중장거리 데이터 및 근거리 데이터 중 하나 이상의 송신데이터와, 상기 증폭부/변환부에서 상기 디지털 변환된 중장거리 수신데이터 및 상기 디지털 변환된 근거리 수신데이터 중 하나 이상의 수신데이터를 획득하고, 상기 획득된 송신데이터에 근거하여 상기 중장거리 신호 및 상기 근거리 신호 중 하나 이상에 대한 생성을 제어하고, 상기 획득된 송신데이터와 상기 획득된 수신데이터를 동기화하고 주파수 변환하는 제 1 처리부; 및
    상기 주파수 변환된 송신데이터와 상기 주파수 변환된 수신데이터를 토대로 CFAR(Constant False Alarm Rate) 연산, 트래킹(Tracking) 연산 및 타깃 선택(Target Selection) 연산을 수행하고, 상기 중장거리 타깃 및 상기 근거리 타깃 중 하나 이상에 대한 각도정보, 속도정보 및 거리정보를 추출하는 제 2 처리부
    를 포함하는 처리부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2 처리부는,
    엔진, 주변 센서, 주변 전자제어유닛 및 차량 제어 시스템 중에서 하나 이상과 통신하면서 페일 세이프(Failsafe) 기능 및 진단(Diagnostic) 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 처리부는, FPGA(Field Programmable Gate Array) 또는 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)로 구현되고,
    상기 제 2 처리부는, MCU(Micro Controller Unit) 또는 DSP(Digital Signal Processor)로 구현된 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 송수신부는,
    GaAs(Gallium Arsenide), SiGe(Silicon Germanium) 및 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor ) 중 하나를 이용하여 디스크리트 직접회로(Discrete IC)로 구현되거나 원 칩(One-Chip) 또는 투 칩(Two-Chip)으로 구현된 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 중장거리 송신안테나 각각의 간격은,
    상기 복수 개의 중장거리 수신안테나 각각의 간격과, 상기 복수 개의 중장거리 수신안테나의 개수를 곱한 값에 비례하는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치.
  14. 제 1항에 있어서,
    상기 근거리 안테나부는,
    상기 중장거리 안테나부의 내부에 포함되는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 근거리 안테나부에 포함된 상기 한 개 이상의 근거리 송신안테나와 상기 한 개 이상의 근거리 수신안테나는,
    상기 중장거리 안테나부에 포함된 상기 복수 개의 중장거리 송신안테나 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치.
  16. 제 1항에 있어서,
    상기 복수 개의 중장거리 송신안테나의 개수와 상기 복수 개의 중장거리 수신안테나의 개수를 곱한 값은, 상기 통합 레이더 장치가 요구하는 각도 분해능과 반비례하도록 결정된 값인 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치.
  17. 제 1항에 있어서,
    각도 추정 알고리즘을 통해, 일정 각도에 위치한 상기 중장거리 타깃 및 상기 근거리 타깃 중 하나 이상에 대한 타깃 구분이 가능하도록 각도 분해능을 제어하는 각도 분해능 제어부를 더 포함하는 통합 레이더 장치.
  18. 제 1항에 있어서,
    상기 통합 레이더 장치는,
    장거리 레이더 신호를 이용하는 차량 시스템과, 중거리 레이더 신호를 이용하는 차량 시스템과, 근거리 레이더 신호를 이용하는 차량 시스템과 모두 연동하는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 장치.
  19. 복수 개의 중장거리 송신안테나, 복수 개의 중장거리 수신안테나, 한 개 이상의 근거리 송신안테나 및 한 개 이상의 근거리 수신안테나를 포함하되,
    상기 복수 개의 중장거리 송신안테나 각각의 간격은,
    상기 복수 개의 중장거리 수신안테나 각각의 간격과, 상기 복수 개의 중장거리 수신안테나의 개수를 곱한 값에 비례하는 것을 특징으로 하는 통합 안테나 장치.
  20. 복수 개의 중장거리 송신안테나, 복수 개의 중장거리 수신안테나, 한 개 이상의 근거리 송신안테나 및 한 개 이상의 근거리 수신안테나를 포함하되,
    상기 한 개 이상의 근거리 송신안테나 및 상기 한 개 이상의 근거리 수신안테나는, 상기 복수 개의 중장거리 송신안테나 사이에 배열되는 것을 특징으로 하는 통합 안테나 장치.
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