KR20110126939A - 통합 레이더 시스템 및 차량 제어 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 통합 레이더 시스템 및 차량 제어 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 다중 빔을 이용하여 다중 거리 감지가 가능한 안테나 구조와 이를 이용한 통합 레이더 시스템과, 타깃의 다중 거리 감지를 통해 차량 제어를 수행하는 차량 제어 시스템에 관한 것이다.

Description

통합 레이더 시스템 및 차량 제어 시스템{INTEGRATED RADAR SYSTEM AND VEHICLE CONTROL SYSTEM}
본 발명은 통합 레이더 시스템 및 차량 제어 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 다중 빔을 이용하여 다중 거리 감지가 가능한 안테나 구조와 이를 이용한 통합 레이더 시스템과, 타깃의 다중 거리 감지를 통해 차량 제어를 수행하는 차량 제어 시스템에 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 제어 시스템이 탑재되고 있는 상황이다.
하지만, 이러한 여러 가지 차량 제어 시스템 등은 각기 요구하는 타깃에 대한 감지범위가 다르고 그에 따라 이용하는 신호의 송신 거리도 상이하다.
이와 같이, 각기 다른 감지범위를 필요로 하는 차량 제어 시스템들을 위하여, 각 감지범위별로 타깃 감지가 가능한 레이더 시스템(레이더 또는 레이더 센서 또는 레이더 장치라고도 함)이 차량에 별도로 장착되어야 하는데, 이는 차량에 장착해야만 하는 레이더 시스템의 수가 늘어나고 차량에 장착되는 공간이 커지는 문제점이 있다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 다중 빔을 이용하여 다중 거리 감지가 가능한 통합 레이더 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은, 다중 빔을 이용하여 다중 거리 감지가 가능한 안테나 구조를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 여러 가지 감지범위에 대한 타깃 감지가 가능한 통합 레이더 시스템을 제공해줌으로써, 차량에 각 감지범위별로 많은 레이더 시스템을 장착할 필요가 없게 되어 비용 절감 및 장착 공간 축소 등이 가능해져 차량 장착성/적용성을 향상시켜 주는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은, 여러 가지 감지범위에 있는 타깃을 감지하고 이를 통해 차량 제어를 수행하는 차량 제어 시스템을 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 상이한 감지범위를 갖는 복수의 송신안테나 그룹을 포함하는 송신안테나부; 및 다채널로 수신신호를 수신하는 수신안테나부를 포함하는 통합 레이더 시스템을 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 상이한 감지범위를 갖는 복수의 송신안테나 그룹 중에서 특정 감지범위를 갖는 특정 송신안테나 그룹을 통해 송신신호를 송신하는 신호 송신부; 상기 송신신호가 상기 특정 감지범위에 있는 타깃에 의해 반사된 수신신호를 수신안테나를 통해 수신하는 신호 수신부; 상기 수신신호에 근거하여 상기 타깃을 감지하는 타깃 감지부; 및 상기 타깃의 감지 결과를 이용하여 차량 제어를 수행하는 제어부를 포함하는 차량 제어 시스템을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다중 빔을 이용하여 다중 거리 감지가 가능한 안테나 구조를 갖는 통합 레이더 시스템을 제공하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 고해상도의 각도 분해능을 실현하게 해주면서도 다중 빔을 이용하여 다중 거리 감지가 가능한 안테나 구조를 제공하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 여러 가지 감지범위에 대한 타깃 감지가 가능한 통합 레이더 시스템을 제공해줌으로써, 차량에 각 감지범위별로 많은 레이더 시스템을 장착할 필요가 없게 되어 비용 절감 및 장착 공간 축소 등이 가능해져 차량 장착성/적용성을 향상시켜 주는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 여러 가지 감지범위에 있는 타깃을 감지하고 이를 통해 차량 제어를 수행하는 차량 제어 시스템을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 시스템이 감지가능한 감지범위의 종류와 그에 따른 다중 빔을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 시스템에 대한 블록도이다.
도 3은 근거리의 타깃 감지가 필요한 차량제어와, 중거리의 타깃 감지가 필요한 차량제어와, 장거리의 타깃 감지가 필요한 차량제어를 위하여, 차량에 장착된 통합 레이더 시스템의 근거리 감지범위, 중거리 감지범위 및 장거리 감지범위를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4는 근거리의 타깃 감지가 필요한 차량제어와, 중거리의 타깃 감지가 필요한 차량제어를 위하여, 차량에 장착된 통합 레이더 시스템의 근거리 감지범위 및 중거리 감지범위를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 시스템의 안테나 구조의 특성을 설명하기 위하여, 하나의 송신안테나 그룹을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 시스템의 감지범위가 상이한 근거리 송신안테나 그룹, 중거리 송신안테나 그룹 및 장거리 송신안테나 그룹을 포함하는 안테나 구조에 따라, 근거리 감지범위, 중거리 감지범위 및 장거리 감지범위별로 감지범위 및 안테나 이득이 각기 다른 빔을 나타낸 예시도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제어 시스템에 대한 블록도이다.
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.
본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 시스템은 여러 감지범위에 있는 타깃을 감지하기 위하여, 다중 빔, 다중 거리 감지가 가능한 시스템이다. 이러한 통합 레이더 시스템은 레이더 장치, 레이더 센서 및 센서 등일 수 있다.
여기서 감지범위란, 특정 방향(예: 전방, 측방, 후방 등)에 특정 거리만큼 떨어져 있는 물체(타깃)를 감지할 수 있는 범위를 의미할 수 있는 것으로서, 감지를 위한 송신신호가 도달할 수 있는 범위를 의미하기도 한다. 이러한 감지범위는, 타깃 감지가 가능한 최대 감지거리와 최대 감지각도에 의해 정의될 수 있다. 감지범위가 상이하다는 것은 최대 감지거리 및 최대 감지각도 중 하나 이상이 상이하다는 의미이다.
이러한 통합 레이더 시스템은 감지가능한 감지범위의 종류와 그에 따른 다중 빔을 도 1에 예시적으로 도시한다.
도 1의 예시에 따르면, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 시스템(100)은, 2가지 이상의 상이한 감지범위와, 각 감지범위에 따른 상이한 빔을 형성할 수 있다. 다만, 도 1에서는, 설명의 편의를 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 시스템(100)이 근거리 감지범위, 중거리 감지범위 및 장거리 감지범위를 포함하는 3가지의 상이한 감지범위를 지원하고, 이러한 3가지의 상이한 감지범위별로 상이한 빔을 형성하는 것을 예시적으로 나타내고, 이하 설명에서도 이와 같은 예시에 따른다.
이상에서 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 시스템(100)을 이하 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 시스템(100)에 대한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 시스템(100)은,다중 빔, 다중 거리 감지가 가능하도록 독특한 안테나 구조를 갖는데, 이를 위해, 상이한 감지범위를 갖는 복수의 송신안테나 그룹을 포함하는 송신안테나부(210)와, 다채널로 수신신호를 수신하기 위한 수신안테나를 포함하는 수신안테나부(220) 등을 포함한다.
도 2를 참조하면, 송신안테나부(210)에 포함된 복수의 송신안테나 그룹 각각은, 상이한 감지범위를 갖기 위하여 최대 감지거리 및 최대 감지각도가 상이하게 설정되도록 하는 안테나 개수 및 안테나 간격에 따라 하나 이상의 송신안테나가 배열된 안테나 구조를 갖는다.
도 2를 참조하면, 복수의 송신안테나 그룹은, 일 예로서, N장 개의 송신안테나(Tx1,...,TxN장)를 포함하는 장거리 송신안테나 그룹(211)과, N증 개의 송신안테나(Tx1,...,TxN중)를 포함하는 중거리 송신안테나 그룹(212)과, N근 개의 송신안테나(Tx1,...,TxN근)를 포함하는 근거리 송신안테나 그룹(213) 등 중에서 둘 이상을 포함할 수 있다.
다만, 도 2에서는, 설명의 편의를 위하여, 복수의 송신안테나 그룹은 장거리 송신안테나 그룹(211), 중거리 송신안테나 그룹(212) 및 근거리 송신안테나 그룹(213)을 포함하여 3개인 것으로 가정하여 도시한 것이다. 또한, 각 송신안테나 그룹의 안테나 개수인 N장, N중 및 N근 각각은 1 이상의 값일 수 있다.
이러한 복수의 송신안테나 그룹(211,212,213) 각각은 서로 다른 감지범위를 갖도록 하는 안테나 구조를 갖는데, 여기서, 감지범위가 다르다는 것은 타깃 감지를 위한 최대 감지거리 및 최대 감지각도 중 하나 이상이 다르다는 것을 의미한다.
위에서 언급한 최대 감지거리 및 최대 감지각도는 각 송신안테나 그룹의 안테나 구조에 따라 달라질 수 있는데, 해당 송신안테나 그룹의 최대 감지거리는 해당 송신안테나 그룹에 포함된 송신안테나의 안테나 개수에 비례하고, 해당 송신안테나 그룹의 최대 감지각도는 해당 송신안테나 그룹에 포함된 송신안테나의 안테나 개수와 송신안테나 간의 안테나 간격을 곱한 값에 반비례할 수 있다.
장거리 송신안테나 그룹(211)은 최대 감지거리 및 최대 감지각도가 장거리 값 및 협각(좁은 각) 각으로 설정된 장거리 감지범위를 갖고, 이러한 장거리 감지범위를 갖도록 하는 안테나 개수(N장)와 안테나 간격(d장)에 근거하여, N장개의 송신안테나가 d장으로 배열된다. 중거리 송신안테나 그룹(212)은 최대 감지거리 및 최대 감지각도가 중거리 값 및 중각(중간 각) 값으로 설정된 중거리 감지범위를 갖고, 이러한 중거리 감지범위를 갖도록 하는 안테나 개수(N중)와 안테나 간격(d중)에 근거하여, N중개의 송신안테나가 d중으로 배열된다. 근거리 송신안테나 그룹(213)은 최대 감지거리 및 최대 감지각도가 근거리 값 및 광각(넓은 각) 값으로 설정된 근거리 감지범위를 갖고, 이러한 근거리 감지범위를 갖도록 하는 안테나 개수(N근)와 안테나 간격(d근)에 근거하여, N근개의 송신안테나가 d근으로 배열된다. 다시 말해, 각 송신안테나 그룹(211,212,213)이 희망하는 감지범위(최대 감지거리, 최대 감지각도)가 있으면, 안테나 개수 및 안테나 간격을 조절하여 해당 감지범위를 가변시킨다.
또한, 복수의 송신안테나 그룹(211,212,213) 각각은, 해당 안테나 개수(N장, N중, N근)와 해당 최대 감지거리에 비례하는 안테나 이득을 갖는다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 시스템(100)은, 특정 감지범위에 있는 타깃을 감지하기 위하여 송신신호를 복수의 송신안테나 그룹(211,212,213) 중에서 어떠한 송신안테나 그룹을 이용할지를 선택하게 된다.
이와 같이 특정 감지범위의 타깃 감지를 위한 특정 감지범위를 갖는 송신안테나 그룹의 선택을 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 시스템(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 특정 감지범위로 송신신호를 송신하기 위하여, 복수의 송신안테나 그룹(211,212,213) 중 특정감지범위를 갖는 특정 송신안테나 그룹을 선택하여 스위칭하는 송신안테나 스위칭부(230)를 더 포함할 수 있다.
장거리 감지범위가 필요한 차량제어, 중거리 감지범위가 필요한 차량제어 및 근거리 감지범위가 필요한 차량제어 중 둘 이상이 동시에 필요할 수도 있고, 하나만이 필요할 수도 있다.
만약, 장거리 감지범위가 필요한 차량제어, 중거리 감지범위가 필요한 차량제어 및 근거리 감지범위가 필요한 차량제어 중 둘 이상이 동시에 필요한 경우, 복수의 감지범위(예: 장거리 감지범위, 중거리 감지범위 및 근거리 감지범위) 중에서 복수의 특정 감지범위(예: 장거리 감지범위, 중거리 감지범위 및 근거리 감지범위 중 둘 이상) 각각으로 송신신호를 동시에 송신하기 위해서, 전술한 송신안테나 스위칭부(230)는 복수의 송신안테나 그룹(211,212,213) 중 복수의 특정 감지범위를 갖는 복수의 특정 송신안테나 그룹(211,212 및 213 중 둘 이상)을 시분할 방식으로 하나씩 교대로 스위칭할 수 있다.
전술한 송신안테나부(210)에 포함된 복수의 송신안테나 그룹(211,212,213) 각각은, 배열 안테나(Array Antenna) 타입으로 된 하나 이상의 송신안테나를 포함한다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 장거리 송신안테나 그룹(211)은, 장거리 감지범위(최대 감지거리=장거리 값, 최대 감지각도=협각 값)를 갖도록 하는 안테나 개수인 N장만큼의 송신안테나(Tx1,...,TxN장)를 포함한다. 중거리 송신안테나 그룹(212)은, 중거리 감지범위(최대 감지거리=중거리 값, 최대 감지각도=중각 값)를 갖도록 하는 안테나 개수인 N중만큼의 송신안테나(Tx1,...,TxN중)를 포함한다. 근거리 송신안테나 그룹(213)은, 근거리 감지범위(최대 감지거리=근거리 값, 최대 감지각도=광각 값)를 갖도록 하는 안테나 개수인 N근만큼의 송신안테나(Tx1,...,TxN근)를 포함한다.
전술한 수신안테나부(220)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 배열 안테나 타입의 복수의 수신안테나(Rx1,..., RxM)를 포함하여 다채널로 수신신호를 수신한다.
전술한 바와 같이, 수신안테나부(220)가 복수의 수신안테나(Rx1,..., RxM)를 포함함으로써, 차량의 주변 상황을 더욱 정확하게 인식할 수 있는 척도가 되는 각도 분해능을 더욱 높게 해줄 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 시스템(100)은, 송신안테나 스위칭부(230)의 스위칭에 따라 특정 송신안테나 그룹을 통해 송신하기 위한 송신신호를 발생시키는 송신신호 발생부(240)와, 수신안테나부(220)의 복수의 수신안테나(Rx1,..., RxM)를 통해 다채널로 수신신호를 수신하도록 하는 신호 수신부(250)와, 이러한 수신신호를 증폭하고 디지털 신호로 변환하는 증폭 및 신호 변환부(260)를 더 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 시스템(100)은, 송신안테나 스위칭부(230)가 복수의 송신안테나 그룹(210,220,230)을 스위칭하는 기능을 제어하고, 수신신호에 기초하여 각 감지범위별 타깃 감지를 통해 차량 제어를 수행하는 제어부를 더 포함할 수도 있다. 이러한 제어부는 차량의 전자 제어 장치(ECU: Electronic Control Unit)일 수도 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 시스템(100)을 설명하였으며, 이하에서는 다수의 감지범위를 갖는 특성을 갖는 통합 레이더 시스템(100)의 차량제어 적용 예와, 통합 레이더 시스템(100)에서의 안테나 구조 특성 및 이에 따른 다중 빔을 도 3 내지 도 6을 참조하여 예시적으로 설명한다.
도 3은 근거리의 타깃 감지가 필요한 차량제어와, 중거리의 타깃 감지가 필요한 차량제어와, 장거리의 타깃 감지가 필요한 차량제어를 위하여, 차량에 장착된 통합 레이더 시스템(100)의 근거리 감지범위, 중거리 감지범위 및 장거리 감지범위를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 3의 예시에서, 근거리 감지범위는 최대 감지거리가 50m(근거리 값)이고 최대 감지각도가 ±30도(광각 값)이고, 중거리 감지범위는 최대 감지거리가 100m(중거리 값)이고 최대 감지각도가 ±20도(중각 값)이고, 장거리 감지범위는 최대 감지거리가 200m(장거리 값)이고 최대 감지각도가 ±10도(협각 값)인 것으로 가정한다.
전술한 바와 같은 3가지 종류의 감지범위 각각에 대한 타깃감지를 필요로 하는 차량제어를 수행할 수 있도록, 통합 레이더 시스템(100)은 3가지 종류의 감지범위 모두에 대한 타깃감지 기능을 수행할 수 있어야 한다. 이러한 통합 레이더 시스템(100)은 타깃감지 기능과 차량제어 기능에 맞게 차량의 소정의 위치(도 3에서는 차량 앞부분)에 소정의 개수(도 3에서는 1개)만큼 장착될 수 있다.
도 3에서와 같은 3가지 종류의 감지범위가 필요한 차량제어 시스템을 예로 들면 다음과 같다.
최대 감지거리가 대략 50m 정도가 되는 근거리의 타깃 감지가 필요한 차량제어 관련 시스템에는, STOP & GO 시스템, LCA(Lane-Change Assist) 시스템, BSD(Blind-Spot Detection) 시스템, RPC(Rear Pre Crash) 시스템 및 자동 주차 시스템 등이 있다. 최대 감지거리가 대략 100m 정도가 되는 중거리의 타깃 감지가 필요한 차량제어 관련 시스템에는 LCA(Lane-Change Assist) 시스템, LKS(Lane Keeping System) 시스템 등이 있다. 또한, 최대 감지거리가 대략 200m 정도가 되는 장거리의 타깃 감지가 필요한 차량제어 관련 시스템에는 ACC(Adaptive Cruise Control) 시스템, LKS(Lane Keeping System) 시스템 등이 있다.
도 4는 근거리의 타깃 감지가 필요한 차량제어와, 중거리의 타깃 감지가 필요한 차량제어를 위하여, 차량에 장착된 통합 레이더 시스템의 근거리 감지범위 및 중거리 감지범위를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 4의 예시에서, 근거리 감지범위는 최대 감지거리가 50m(근거리 값)이고 최대 감지각도가 ±30도(광각 값)이고, 중거리 감지범위는 최대 감지거리가 100m(중거리 값)이고 최대 감지각도가 ±20도(중각 값)인 것으로 가정한다.
전술한 바와 같은 2가지 종류의 감지범위 각각에 대한 타깃감지를 필요로 하는 차량제어를 수행할 수 있도록, 통합 레이더 시스템(100)은 2가지 종류의 감지범위 모두에 대한 타깃감지 기능을 수행할 수 있어야 한다. 이러한 통합 레이더 시스템(100)은 타깃감지 기능과 차량제어 기능에 맞게 차량의 소정의 위치(도 4에서는 차량 후방 모서리)에 소정의 개수(도 4에서는 2개)만큼 장착될 수 있다.
도 4에서와 같은 2가지 종류의 감지범위가 필요한 차량제어 시스템을 예로 들면 다음과 같다.
최대 감지거리가 대략 50m 정도가 되는 근거리의 타깃 감지가 필요한 차량제어 관련 시스템에는, STOP & GO 시스템, LCA(Lane-Change Assist) 시스템, BSD(Blind-Spot Detection) 시스템, RPC(Rear Pre Crash) 시스템 및 자동 주차 시스템 등이 있다. 최대 감지거리가 대략 100m 정도가 되는 중거리의 타깃 감지가 필요한 차량제어 관련 시스템에는 LCA(Lane-Change Assist) 시스템, LKS(Lane Keeping System) 시스템 등이 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 시스템(100)의 송신안테나부(210)에 포함된 복수의 송신안테나 그룹(211,212,213) 각각의 안테나 구조의 특성을 설명하기 위하여, 하나의 송신안테나 그룹을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 5에 도시된 송신안테나 그룹의 안테나 구조를 알아보면 다음과 같다.
도 5에 도시된 송신안테나 그룹에 포함된 각 송신안테나는 T(dBi)라는 안테나 이득과, θ(degree)라는 감지각도를 갖는 것으로 가정한다.
또한, 도 5에 도시된 송신안테나 그룹은 N개의 송신안테나(Tx1,..., TxN)를 포함하고, 각 송신안테나는 d(λ)의 간격만큼 떨어져 있다. 즉, 도 5에 도시된 송신안테나 그룹의 안테나 개수는 N이고, 안테나 간격은 d이다.
또한 송신안테나 그룹에 포함된 N개의 송신안테나(Tx1,..., TxN)는 배열 안테나(Array Antenna) 타입인 것으로 가정한다.
전술한 바와 같은 안테나 구조를 가짐으로써, 송신안테나 그룹 전체의 성능 및 특성이 정해지며, 아래에서는 안테나 구조에 따른 송신안테나 그룹 전체의 성능 및 특성을 알아본다.
송신안테나 그룹 전체의 안테나 이득 G(gain)은, 안테나 개수 N과 송신안테나 1개의 안테나 이득에 의해 결정되며, 아래 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00001
또한, 송신안테나 그룹의 최대 감지거리 Rmax는, 안테나 개수 N 등에 의해 결정되는 전체의 안테나 이득 G 등에 의해 결정될 수 있으며, 아래 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00002
수학식 1에 따르면 안테나 이득 G가 안테나 개수 N에 비례하고(상세하게는 LogN에 비례함), 수학식 2에 따르면 최대 감지거리 Rmax는 안테나 이득 G와 비례(상세하게는 G1 /2에 비례함)하기 때문에, 최대 감지거리 Rmax는 안테나 개수 N에 비례한다고 볼 수 있다. 따라서, 도 5에 예시된 송신안테나 그룹에 포함된 송신안테나의 안테나 개수 N이 결정되면 최대 감지거리 Rmax가 정해질 수 있다. 따라서, 최대 감지거리 Rmax를 조절하기 위하여 안테나 개수 N을 조절할 수도 있다.
또한, 송신안테나 그룹의 안테나 개수 N과 안테나 간격 d에 따라, 최대 감지각도가 달라질 수 있는데, 이러한 최대 감지각도 θmax는 안테나 개수 N과 안테나 간격 d에 반비례하며, 그 관계식을 수학식 3과 같이 표현할 수 있다.
Figure pat00003
도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 시스템(100)의 감지범위가 상이한 근거리 송신안테나 그룹(213), 중거리 송신안테나 그룹(212) 및 장거리 송신안테나 그룹(211)을 포함하는 안테나 구조(도 1, 도 2, 도 3 참조)에 따라, 근거리 감지범위, 중거리 감지범위 및 장거리 감지범위별로 감지범위 및 안테나 이득이 각기 다른 빔을 나타낸 예시 도면이다.
각 송신안테나 그룹의 안테나 구조는 다음과 같이 가정한다.
장거리 송신안테나 그룹(211)의 안테나 구조에서 안테나 개수 N장은 12개이고, 안테나 간격 d장은 0.5λ이고, 중거리 송신안테나 그룹(212)의 안테나 구조에서 안테나 개수 N중은 6개이고, 안테나 간격 d장은 0.5λ이며, 근거리 송신안테나 그룹(213)의 안테나 구조에서 안테나 개수 N근은 4개이고, 안테나 간격 d장은 0.5λ이다.
전술한 장거리 송신안테나 그룹(211)의 안테나 구조에 따라, 통합 레이더 시스템(100)의 장거리 감지범위에서의 빔 파형을 나타내면 도 6의 (a)와 같으며, 도 6의 (a)에 따르면 최대 감지각도 θmax는 ±10도(협각 값)이고, 안테나 이득 G는 21dBi가 된다. 안테나 이득 G의 21dBi를 수학식 2에 대입하면 최대 감지거리 Rmax를 200m로 계산할 수 있다.
전술한 중거리 송신안테나 그룹(212)의 안테나 구조에 따라, 통합 레이더 시스템(100)의 중거리 감지범위에서의 빔 파형을 나타내면 도 6의 (b)와 같으며, 도 6의 (b)에 따르면 최대 감지각도 θmax는 ±20도(중각 값)이고, 안테나 이득 G는 17.7dBi가 된다. 안테나 이득 G의 17.7dBi를 수학식 2에 대입하면 최대 감지거리 Rmax를 100m로 계산할 수 있다.
전술한 근거리 송신안테나 그룹(213)의 안테나 구조에 따라, 통합 레이더 시스템(100)의 근거리 감지범위에서의 빔 파형을 나타내면 도 6의 (c)와 같으며, 도 6의 (c)에 따르면 최대 감지각도 θmax는 ±30도(광각 값)이고, 안테나 이득 G는 16dBi가 된다. 안테나 이득 G의 16dBi를 수학식 2에 대입하면 최대 감지거리 Rmax를 50m로 계산할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 통합 레이더 장치(100)와, 통합 레이더 장치(100)의 안테나 구조와 그에 따른 감지범위 관련 특성을 설명하였으며, 이하에서는 다양한 감지범위별로 타깃 감지 기능을 제공하고 이를 이용하여 차량 제어를 수행하는 차량 제어 시스템에 대하여 설명한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제어 시스템(700)에 대한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 차량 제어 시스템(700)은, 상이한 감지범위를 갖는 복수의 송신안테나 그룹 중에서 특정 감지범위를 갖는 특정 송신안테나 그룹을 통해 송신신호를 송신하는 신호 송신부(710)와, 송신신호가 특정 감지범위에 있는 타깃에 의해 반사된 수신신호를 수신안테나를 통해 수신하는 신호 수신부(720)와, 수신신호에 근거하여 타깃을 감지하는 타깃 감지부(730)와, 타깃의 감지 결과를 이용하여 차량 제어를 수행하는 제어부(740) 등을 포함한다.
전술한 복수의 송신안테나 그룹은, 최대 감지거리 및 최대 감지각도가 근거리 값(예: 50m) 및 광각 값(예: ±30도)으로 설정된 근거리 감지범위를 갖는 근거리 송신안테나 그룹과, 최대 감지거리 및 최대 감지각도가 중거리 값(예: 100m) 및 중각 값(예: ±20도)으로 설정된 중거리 감지범위를 갖는 중거리 송신안테나 그룹과, 최대 감지거리 및 최대 감지각도가 장거리 값(예: 200m) 및 협각 값(예: ±10도)으로 설정된 장거리 감지범위를 갖는 장거리 송신안테나 그룹 중 둘 이상을 포함할 수 있다.
각 송신안테나 그룹에서, 최대 감지거리는 해당 송신안테나 그룹에 포함된 송신안테나에 대한 안테나 개수에 비례하고, 최대 감지각도는 해당 송신안테나 그룹에 포함된 송신안테나에 대한 안테나 개수와 안테나 간격을 곱한 값에 반비례한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다중 빔을 이용하여 다중 거리 감지가 가능한 통합 레이더 시스템(100)을 제공하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 고해상도의 각도 분해능을 실현하게 해주면서도 다중 빔을 이용하여 다중 거리 감지가 가능한 안테나 구조를 제공하는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 여러 가지 감지범위에 대한 타깃 감지가 가능한 통합 레이더 시스템(100)을 제공해줌으로써, 차량에 각 감지범위별로 많은 레이더 시스템을 장착할 필요가 없게 되어 비용 절감 및 장착 공간 축소 등이 가능해져 차량 장착성/적용성을 향상시켜 주는 효과가 있다.
또한 본 발명에 의하면, 여러 가지 감지범위에 있는 타깃을 감지하고 이를 통해 차량 제어를 수행하는 차량 제어 시스템(700)을 제공하는 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.

Claims (14)

  1. 상이한 감지범위를 갖는 복수의 송신안테나 그룹을 포함하는 송신안테나부; 및 다채널로 수신신호를 수신하는 수신안테나부를 포함하는 통합 레이더 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 송신안테나 그룹 각각은,
    상이한 감지범위를 갖기 위하여 최대 감지거리 및 최대 감지각도 중 하나 이상이 상이하게 설정되도록 하는 안테나 개수 및 안테나 간격 중 하나 이상에 따라 하나 이상의 송신안테나가 배열된 안테나 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 최대 감지거리는 상기 안테나 개수에 비례하고,
    상기 최대 감지각도는 상기 안테나 개수와 상기 안테나 간격을 곱한 값에 반비례하는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 시스템.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 송신안테나 그룹은,
    상기 최대 감지거리 및 상기 최대 감지각도가 근거리 값 및 광각 값으로 설정된 근거리 감지범위를 갖는 근거리 송신안테나 그룹;
    상기 최대 감지거리 및 상기 최대 감지각도가 중거리 값 및 중각 값으로 설정된 중거리 감지범위를 갖는 중거리 송신안테나 그룹; 및
    상기 최대 감지거리 및 상기 최대 감지각도가 장거리 값 및 협각 값으로 설정된 장거리 감지범위를 갖는 장거리 송신안테나 그룹 중 둘 이상을 포함하는 통합 레이더 시스템.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 송신안테나 그룹 각각은,
    상기 안테나 개수와 상기 최대 감지거리에 비례하는 안테나 이득을 갖는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    특정 감지범위로 송신신호를 송신하기 위하여, 상기 복수의 송신안테나 그룹 중 상기 특정감지범위를 갖는 특정 송신안테나 그룹을 선택하여 스위칭하는 송신안테나 스위칭부를 더 포함하는 통합 레이더 시스템.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 송신안테나 스위칭부는,
    복수의 특정 감지범위 각각으로 송신신호를 동시에 송신하기 위하여, 상기 복수의 송신안테나 그룹 중 상기 복수의 특정 감지범위를 갖는 복수의 특정 송신안테나 그룹을 시분할 방식으로 하나씩 교대로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 통합 레이더 시스템.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 송신안테나 스위칭부가 상기 복수의 송신안테나 그룹을 스위칭하는 기능을 제어하고, 상기 수신신호에 기초하여 상기 각 감지범위별 타깃 감지를 통해 차량 제어를 수행하는 제어부를 더 포함하는 통합 레이더 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 송신안테나 그룹 각각은,
    배열 안테나 타입의 하나 이상의 송신안테나를 포함하는 통합 레이더 시스템.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 수신안테나부는,
    배열 안테나 타입의 복수의 수신안테나를 포함하는 통합 레이더 시스템.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 송신신호를 발생시키는 송신신호 발생부;
    상기 수신안테나부를 통해 다채널로 상기 수신신호를 수신하도록 하는 신호 수신부; 및
    상기 수신신호를 증폭하고 디지털 신호로 변환하는 증폭 및 신호 변환부를 더 포함하는 통합 레이더 시스템.
  12. 상이한 감지범위를 갖는 복수의 송신안테나 그룹 중에서 특정 감지범위를 갖는 특정 송신안테나 그룹을 통해 송신신호를 송신하는 신호 송신부;
    상기 송신신호가 상기 특정 감지범위에 있는 타깃에 의해 반사된 수신신호를 수신안테나를 통해 수신하는 신호 수신부;
    상기 수신신호에 근거하여 상기 타깃을 감지하는 타깃 감지부; 및
    상기 타깃의 감지 결과를 이용하여 차량 제어를 수행하는 제어부를 포함하는 차량 제어 시스템.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 송신안테나 그룹은,
    최대 감지거리 및 최대 감지각도가 근거리 값 및 광각 값으로 설정된 근거리 감지범위를 갖는 근거리 송신안테나 그룹;
    상기 최대 감지거리 및 상기 최대 감지각도가 중거리 값 및 중각 값으로 설정된 중거리 감지범위를 갖는 중거리 송신안테나 그룹; 및
    상기 최대 감지거리 및 상기 최대 감지각도가 장거리 값 및 협각 값으로 설정된 장거리 감지범위를 갖는 장거리 송신안테나 그룹 중 둘 이상을 포함하는 차량 제어 시스템.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 최대 감지거리는 해당 송신안테나 그룹에 포함된 송신안테나에 대한 안테나 개수에 비례하고,
    상기 최대 감지각도는 해당 송신안테나 그룹에 포함된 송신안테나에 대한 상기 안테나 개수와 안테나 간격을 곱한 값에 반비례하는 것을 특징으로 하는 차량 제어 시스템.
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