KR20120064934A - 물체 감지 방법 및 레이더 장치 - Google Patents

물체 감지 방법 및 레이더 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이더에 관한 것으로서, 특히, 다양한 위치에 있는 물체를 감지하는 방법과, 다양한 위치에 있는 물체를 감지하기 위하여 다양한 감지각도를 제공하는 레이더 장치에 관한 것이다.

Description

물체 감지 방법 및 레이더 장치{OBJECT SENSING METHOD AND RADAR APPARATUS}
본 발명은 레이더에 관한 것으로서, 특히, 다양한 위치에 있는 물체를 감지하는 방법과, 다양한 위치에 있는 물체를 감지하기 위하여 다양한 감지각도를 제공하는 레이더 장치에 관한 것이다.
종래의 레이더 장치는 일정 빔 패턴을 갖는 신호를 이용하여 물체를 감지하는데, 빔 패턴이나 신호 세기 등에 따라 감지각도 및 감지거리 범위 이내에 있는 물체만을 감지할 수 있는 감지 성능의 한계점을 갖는다. 이러한 레이더 장치를 차량에 탑재하여 차량 제어 시스템에 이용하는 경우 레이더 장치의 감지 성능의 한계로 인해 차량 사고가 발생할 수도 있다.
따라서, 수평 방향 및 수직 방향으로 다양한 위치에 있는 물체를 감지할 수 있는 레이더 장치에 대한 개발이 절실한 상황이다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 다양한 위치에 있는 물체를 감지하는 방법과, 다양한 위치에 있는 물체를 감지하기 위하여 다양한 감지각도를 제공하는 레이더 장치를 제공하는 데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, 제1송신신호의 송신을 위한 한 개 이상의 제1송신안테나를 포함하는 제1송신안테나부; 및 제2송신신호의 송신을 위한 한 개 이상의 제2송신안테나를 포함하는 제2송신안테나부를 포함하되, 상기 제1송신신호에 대하여 설정된 제1수직빔폭 또는 제1수직감지각도와, 상기 제2송신신호에 대하여 설정된 제2수직빔폭 또는 제2수직감지각도에 따라, 상기 한 개 이상의 제2송신안테나 각각의 안테나 수직길이는, 상기 한 개 이상의 제1송신안테나 각각의 안테나 수직길이보다 일정 값만큼 짧은 것을 특징으로 하는 레이더 장치를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은, 레이더 장치에 있어서, 목표로 하는 수직빔폭의 빔 패턴을 갖는 송신안테나를 포함하되, 상기 송신안테나의 안테나 수직길이는 상기 수직빔폭과 반비례하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치를 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 레이더 장치에 있어서, 목표로 하는 수평빔폭의 빔 패턴을 갖는 복수 개의 송신안테나를 포함하되, 상기 복수 개의 송신안테나의 안테나 개수 및 상기 복수 개의 송신안테나 간의 안테나 간격을 곱한 값은 상기 수평빔폭과 반비례하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치를 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 레이더 장치에 있어서, 목표로 하는 안테나 이득을 갖는 복수 개의 송신안테나를 포함하되, 상기 복수 개의 송신안테나의 안테나 개수(N)는 상기 안테나 이득과 비례하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치를 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 레이더 장치가 수직감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법에 있어서, 제1수직빔폭의 빔 패턴을 갖는 제1송신안테나를 통해 제1송신신호를 송신하고, 상기 제1송신신호가 제1물체에 반사되어 수신되는 제1반사신호를 수신안테나를 통해 수집하여, 상기 수집된 제1반사신호를 토대로 상기 제1물체를 감지하는 단계; 상기 제1송신안테나에서 상기 제2송신안테나로 스위칭하는 단계; 및 제2수직빔폭의 빔 패턴을 갖는 제2송신안테나를 통해 제2송신신호를 송신하고, 상기 제2송신신호가 제2물체에 반사되어 수신되는 제2반사신호를 수신안테나를 통해 수집하여, 상기 수집된 제2반사신호를 토대로 상기 제2물체를 감지하는 단계를 포함하되, 상기 제1수직빔폭 및 상기 제2수직빔폭 중 하나가 다른 하나보다 일정 각도 이상 커지도록, 상기 제1송신안테나 및 상기 제2송신안테나 중 하나는 다른 하나보다 안테나 수직길이가 일정 값만큼 짧은 것을 특징으로 하는 물체 감지 방법을 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은, 레이더 장치가 수평감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법에 있어서, 제1수평빔폭의 빔 패턴을 갖는 제1송신안테나를 통해 제1송신신호를 송신하고, 상기 제1송신신호가 제1물체에 반사되어 수신되는 제1반사신호를 수신안테나를 통해 수집하여, 상기 수집된 제1반사신호를 토대로 상기 제1물체를 감지하는 단계; 상기 제1송신안테나에서 상기 제2송신안테나로 스위칭하는 단계; 및 제2수평빔폭의 빔 패턴을 갖는 제2송신안테나를 통해 제2송신신호를 송신하고, 상기 제2송신신호가 제2물체에 반사되어 수신되는 제2반사신호를 수신안테나를 통해 수집하여, 상기 수집된 제2반사신호를 토대로 상기 제2물체를 감지하는 단계를 포함하되, 상기 제1수평빔폭 및 상기 제2수평빔폭 중 하나가 다른 하나보다 일정 각도 이상 커지도록, 상기 제1송신안테나의 안테나 개수와 안테나 간격을 곱한 값과, 상기 제2송신안테나의 안테나 개수와 안테나 간격을 곱한 값 중 하나는 다른 하나보다 일정 값만큼 작은 것을 특징으로 하는 물체 감지 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다양한 위치에 있는 물체를 감지하는 방법과, 다양한 위치에 있는 물체를 감지하기 위하여 다양한 감지각도(수직감지각도, 수평감지각도)를 제공하는 레이더 장치를 제공할 수 있다. 이를 통해, 물체가 감지되지 않는 블라인드 존(Blind Zone)이 줄어들어 물체와 충돌을 사전에 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치에 대한 개략적인 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치에 대한 상세한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치에서 스위치의 스위칭을 위한 타이밍 동작과, 그에 따른 제1송신포트, 제2송신포트 및 수신포트의 온/오프 ㅈ제어와, 신호 송수신 과정을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치에서 감지각도 조절을 위한 안테나 구조를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치에서 수직감지각도 조절을 위한 안테나 구조의 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치에서 수평감지각도 조절을 위한 안테나 구조의 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치가 수직감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치가 수직감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법을 이용하여 차체가 높은 트럭을 감지하는 응용 예이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치가 수평감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치가 수직감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법을 이용하여 옆 차선에서 근접하여 끼어드는 컷인 차량을 감지하는 응용 예이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치가 수직감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법을 이용하여 급격한 곡선도로에서의 전방 차량을 감지하는 응용 예이다.
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 레이더 장치(100)에 대한 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 제1송신신호의 송신을 위한 한 개 이상의 제1송신안테나(Tx1-1, ..., Tx1-N1, N1≥1)를 포함하는 제1송신안테나부(110)와, 제2송신신호의 송신을 위한 한 개 이상의 제2송신안테나(Tx2-1, ..., Tx2-N2, N2≥1)를 포함하는 제2송신안테나부(120)를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 제1송신안테나부(110) 및 제2송신안테나부(120) 중 하나를 정해진 타이밍에 따라 스위칭하거나, 한 개 이상의 제1송신안테나 및 한 개 이상의 제2송신안테나 중 하나(즉, 하나의 제1송신안테나 또는 하나의 제2송신안테나)를 정해진 타이밍에 따라 스위칭하는 스위치(130)를 더 포함할 수 있다. 여기서, 정해진 타이밍은, 일 예로, 제1송신신호를 송신하는 제1시점과 제2송신신호를 송신하는 제2시점을 정의한 것으로서, 시간을 분할하여 분할된 각 시간에 제1시점과 제2시점을 할당할 수 있으며, 제1시점과 제2시점을 번갈아 할당할 수도 있고, 제1시점과 제2시점을 임의로 할당할 수도 있으며, 분할된 각 시간의 간격은 동일할 수도 다를 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 전술한 스위치(130)의 스위칭에 따라, 스위칭 된 제1송신안테나부(110) 또는 스위칭 된 제1송신안테나(즉, 제1송신안테나부(110)에 포함된 하나의 제1송신안테나)에서 송신된 제1송신신호가 제1물체에 반사되어 수신된 제1반사신호를 수집하거나, 스위칭 된 제2송신안테나부(120) 또는 스위칭 된 제2송신안테나(즉, 제2송신안테나부(120)에 포함된 하나의 제2송신안테나)에서 송신된 제2송신신호가 제2물체에 반사되어 수신된 제2반사신호를 수집하는 한 개 이상의 수신안테나(Rx-1, ..., Rx-M, M≥1)를 포함하는 수신안테나부(140)와, 제1반사신호를 토대로 제1물체를 감지하거나 제2반사신호를 토대로 제2물체를 감지하는 감지부(150) 등을 더 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)가 물체를 감지할 수 있는 수직방향 및 수평방향으로의 최대 범위는 "수직감지각도"와 "수평감지각도"로 정의된다.
수직감지각도(Vertical Sensing Angle)는, 수직방향으로 물체를 감지할 수 있는 범위를 의미하는 것으로서, 아래의 수학식 1과 같이, 송신신호를 송신하는 송신안테나의 안테나 수직길이(H)에 반비례한다.
Figure pat00001
상기 수학식 1에서, k1은 수직감지각도 상수이고, H는 송신안테나의 안테나 수직길이이다.
수평감지각도(Horizontal Sensing Angle)는, 수평방향으로 물체를 감지할 수 있는 범위를 의미하는 것으로서, 아래의 수학식 2와 같이, 송신신호를 송신하는 송신안테나의 안테나 개수(N) 및 송신안테나 간의 안테나 간격(d)을 곱한 값에 반비례한다.
Figure pat00002
상기 수학식 2에서, k2는 수직감지각도 상수이고, N은 송신안테나의 안테나 개수이며, d는 송신안테나 간의 안테나 간격이다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는 다양한 수직감지각도 및 다양한 수평감지각도에서 물체 감지를 가능하게 하기 위한 안테나 구조를 갖는다. 이러한 다양한 수직감지각도 및 다양한 수평감지각도에서 물체 감지를 가능하게 하기 위한 안테나 구조는 전술한 수직감지각도/수평감지각도와 안테나 구조적 설계치(예: 안테나 수직길이, 안테나 개수, 안테나 간격 등) 간의 관계로 정의되는 특성에 의해 설명될 수 있다.
먼저, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 수직방향으로 다양한 각도(위치)에 있는 물체를 감지하기 위하여, 다양한 수직감지각도를 가질 수 있는 안테나 구조를 갖는다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 다양한 수직감지각도를 커버할 수 있는 안테나 구조로 설계된 송신안테나(즉, 제1수직감지각도를 위한 제1송신안테나부(110)와 제2수직감지각도를 위한 제2송신안테나부(120))를 이용하여, 원하는 수직감지각도에 맞는 송신안테나를 이용하여 송신신호를 송신함으로써 다양한 각도에 있는 물체를 감지할 수 있다.
이를 위해, 제2송신안테나부(120)는 근접거리 감지(즉, 광각 감지)를 위한 안테나부이고 제1송신안테나부(110)는 장거리 감지(즉, 협각 감지)를 위한 안테나부인 것으로 가정할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)가 상이한 수직감지각도를 가지기 위해서는, 제1송신신호에 대하여 설정된 제1수직빔폭 또는 제1수직감지각도와, 제2송신신호에 대하여 설정된 제2수직빔폭 또는 제2수직감지각도에 따라, 한 개 이상의 제2송신안테나 각각의 안테나 수직길이(H2)가, 한 개 이상의 제1송신안테나 각각의 안테나 수직길이(H1)보다 일정 값만큼 짧은 안테나 구조를 갖는다. 여기서, 제1송신안테나부(110)에 포함된 한 개 이상의 제1송신안테나 각각의 안테나 수직길이(H1)는 모두 동일하며, 제2송신안테나부(120)에 포함된 한 개 이상의 제2송신안테나 각각의 안테나 수직길이(H2)는 모두 동일하다.
위에서 언급한 제1수직빔폭에 따라 제1수직감지각도가 정해지고, 제2수직빔폭에 따라 제2수직감지각도가 정해지므로, 수직빔폭과 수직감지각도를 동일하게 보아도 무관하다.
다시 말해, 제2송신신호의 제2수직빔폭이 제1송신신호의 제1수직빔폭보다 일정 각도 이상 커지도록, 한 개 이상의 제2송신안테나의 안테나 수직길이(H2)가 한 개 이상의 제1송신안테나의 안테나 수직길이(H1)보다 일정 값만큼 짧게 설정되어 구현되는 안테나 구조를 갖는다.
이러한 안테나 구조는, 수학식 1에서와 같이, 수직감지각도가 안테나 수직길이와 반비례한다는 특성에 기인한 것이다.
다양한 수직감지각도에서의 물체 감지를 가능하게 하기 위한 안테나 구조 이외에도, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 수평방향으로 다양한 각도에 있는 물체를 감지하기 위하여, 다양한 수평감지각도를 가질 수 있는 안테나 구조를 갖는다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 안테나 구조는 달리하지 않고 상이한 빔 패턴의 송신신호를 생성함으로써 상이한 수평감지각도를 가지는 것이 아니라, 동일하게 생성된 송신신호를 상이한 수평빔폭의 빔 패턴을 갖는 송신안테나 각각으로 송신함으로써 상이한 수평감지각도를 가지게 된다. 즉, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 송신신호 자체를 변경하는 것이 아니라, 안테나 구조를 변경하고, 변경된 안테나 구조를 이용함으로써, 상이한 수평감지각도를 가지게 되는 것이다.
이를 위해, 제2송신안테나부(120)는 근접거리 감지(즉, 광각 감지)를 위한 안테나부이고 제1송신안테나부(110)는 장거리 감지(즉, 협각 감지)를 위한 안테나부인 것으로 가정할 때, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)가 상이한 수평감지각도를 가지기 위해서는, 한 개 이상의 제2송신안테나의 안테나 개수(N2)와 안테나 간격(d2)을 곱한 값이, 한 개 이상의 제1송신안테나의 안테나 개수(N1)와 안테나 간격(d1)을 곱한 값보다 일정 값만큼 작게 설정되는 안테나 구조를 가진다.
다시 말해, 제2송신신호의 제2수평빔폭이 제1송신신호의 제1수평빔폭보다 일정 각도 이상 커지도록, 한 개 이상의 제2송신안테나의 안테나 개수(N2)와 안테나 간격(d2)을 곱한 값이, 한 개 이상의 제1송신안테나의 안테나 개수(N1)와 안테나 간격(d1)을 곱한 값보다 일정 값만큼 작게 설정되어 구현되는 안테나 구조를 갖는다.
위에서 언급한 제1수평빔폭에 따라 제1수평감지각도가 정해지고, 제2수평빔폭에 따라 제2수평감지각도가 정해지므로, 수평빔폭과 수평감지각도를 동일하게 보아도 무관하다.
이러한 안테나 구조는, 수학식 2에서와 같이, 수평감지각도가 안테나 개수와 안테나 간격을 곱한 값에 반비례한다는 특성에 기인한 것이다.
또한, 전술한 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 안테나 이득의 조절이 가능한 안테나 구조를 갖기도 한다.
이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 한 개 이상의 제1송신안테나의 안테나 개수(N1) 및 한 개 이상의 제2송신안테나의 안테나 개수(N2) 각각은, 제1송신안테나부(110)의 안테나 이득 및 제2송신안테나부(120)의 안테나 이득에 비례하도록 설정되어 구현된 안테나 구조를 갖는다.
여기서, 안테나 이득은 안테나 개수와 비례하는 특성은 아래 수학식 3에서 확인해볼 수 있다.
Figure pat00003
Figure pat00004
상기 수학식 3에서, G는 안테나 이득이고, T는 송신안테나부(110 또는 120)에 포함되는 1개의 송신안테나(제1송신안테나 또는 제2송신안테나)의 안테나 이득이고, N은 송신안테나부(110 또는 120)에 포함된 송신안테나(제1송신안테나 또는 제2송신안테나의 개수이다.
즉, 상기 수학식 3에 따면, 안테나 개수를 조절하면 안테나 이득을 조절할 수 있다.
한편, 아래 수학식 4와 같이, 최대 감지 거리는 안테나 이득의 1/2 승에 비례하는 특성을 갖는다. 따라서, 안테나 개수를 조절하면 안테나 이득과 이를 통한 최대 감지 거리를 조절할 수도 있다.
Figure pat00005
본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)에 포함된 한 개 이상의 제1송신안테나 각각, 그리고 한 개 이상의 제2송신안테나 각각은, 일 예로서, 복수 개의 방사 패치를 포함하는 마이크로 스트립 어레이 안테나(Micro-Strip Array Antenna)일 수 있다.
이와 같이, 제1송신안테나부(110)에 포함된 제1송신안테나와, 제2송신안테나부(120)에 포함된 제2송신안테나 각각이 마이크로 스트립 어레이 안테나로 구현된 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)에 대한 블록도를 도 2에서 더욱 상세하게 도시한다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 제1송신안테나부(110), 제2송신안테나부(120), 스위치(130), 수신안테나부(140), 감지부(150) 등을 포함한다.
제1송신안테나부(110)는 제1송신신호의 송신을 위한 마이크로 스트립 어레이 안테나로 구현된 한 개 이상의 제1송신안테나(Tx1-1, ..., Tx1-N1, N1≥1)를 포함한다. 제2송신안테나부(120)는 제2송신신호의 송신을 위한 마이크로 스트립 어레이 안테나로 구현된 한 개 이상의 제2송신안테나(Tx2-1, ..., Tx2-N2, N2≥1)를 포함한다. 스위치(130)는 제1송신안테나부(110) 및 제2송신안테나부(120) 중 하나를 정해진 타이밍에 따라 제1송신포트(Tx Port 1) 또는 제2송신포트(Tx Port 2)로 스위칭하거나, 한 개 이상의 제1송신안테나 및 한 개 이상의 제2송신안테나 중 하나(즉, 하나의 제1송신안테나 또는 하나의 제2송신안테나)를 정해진 타이밍에 따라 스위칭한다. 수신안테나부(140)는 스위치(130)의 스위칭에 따라, 스위칭 된 제1송신안테나부(110) 또는 스위칭 된 제1송신안테나(즉, 제1송신안테나부(110)에 포함된 하나의 제1송신안테나)에서 송신된 제1송신신호가 제1물체에 반사되어 수신된 제1반사신호를 수집하거나, 스위칭 된 제2송신안테나부(120) 또는 스위칭 된 제2송신안테나(즉, 제2송신안테나부(120)에 포함된 하나의 제2송신안테나)에서 송신된 제2송신신호가 제2물체에 반사되어 수신된 제2반사신호를 수집하는 마이크로 스트립 어레이 안테나로 구현된 한 개 이상의 수신안테나(Rx-1, ..., Rx-M, M≥1)를 포함한다. 감지부(150)는 제1반사신호를 토대로 제1물체를 감지하거나 제2반사신호를 토대로 제2물체를 감지한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)는, 제1송신신호, 제2송신신호 등의 신호 생성을 위한 신호 생성기(210), 수신안테나부(120)에서 수신된 제1반사신호, 제2반사신호 등의 신호를 수신포트들(Rx Ports)을 통해 전달받아 RF 수신처리를 하는 RF 수신부(220), 제1반사신호, 제2반사신호 등의 신호에 대한 필터링을 위한 LPF(Low Pass Filter), 증폭을 위한 증폭기, 디지털 변환을 위한 ADC(Analog-to-Digital Converter)(230) 등을 더 포함하며, 제1반사신호, 제2반사신호 등의 신호, 또는 제1송신신호, 제2송신신호 등의 신호에 대한 신호 처리를 위한 신호 처리부(240) 등을 더 포함할 수도 있다.
전술한 스위치(130)의 스위칭을 위한 타이밍 동작과, 그에 따른 제1송신포트, 제2송신포트 및 수신포트의 온/오프 제어와, 신호 송수신 과정은 도 3을 참조하여 알아본다.
도 3을 참조하면, 스위치(130)는, 제1송신안테나부(110) 및 제2송신안테나부(120) 중 하나를 정해진 타이밍에 따라 스위칭하는데, 제1송신안테나부(110)를 먼저 스위칭하는 경우, 제1송신포트를 온(on)시키고 제2송신포트를 오프(off)시킨다. 이에 따라, 온 시킨 제1송신포트를 통해 제1송신안테부(110)로 전달된 제1송신신호가 송신된다. 그리고, 송신된 제1송신신호가 제1물체에 반사되어 수신되는 제1반사신호는 다수의 수신포트들을 통해 수신되어 수집된다.
도 3을 참조하면, 정해진 타이밍에 따라, 스위치(130)는, 제2송신안테나부(120)를 스위칭하기 위하여, 제1송신포트를 오프(off)시키고 제2송신포트는 온(on) 시킨다. 이에 따라, 온 시킨 제2송신포트를 통해 제2송신안테부(120)로 전달된 제2송신신호가 송신된다. 그리고, 송신된 제2송신신호가 제2물체에 반사되어 수신되는 제2반사신호는 다수의 수신포트들을 통해 수신되어 수집된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)에서 감지각도 조절을 위한 안테나 구조를 나타낸 도면이다.
앞에서, 수학식 1 및 수학식 2를 참조한 수직감지각도 및 수평감지각도의 정의를 그대로 이용하면, 제1송신안테나부(110)를 이용한 물체 감지 가능 최대 범위는 안테나 수직길이(H1)에 반비례하는 특성을 갖는 "제1수직감지각도(A1)"와 안테나 개수(N1)와 안테나 간격(d1)을 곱한 값에 반비례하는 특성을 갖는"제1수평감지각도(B1)"로 정의된다.
제2송신안테나부(120)를 이용한 물체 감지 가능 최대 범위는 안테나 수직길이(H2)에 반비례하는 특성을 갖는 "제2수직감지각도(A2)"와 안테나 개수(N2)와 안테나 간격(d2)을 곱한 값에 반비례하는 특성을 갖는"제2수평감지각도(B2)"로 정의된다.
도 4를 참조하면, 방사 패치들과 이들을 연결해주는 전송선로로 이루어진 하나의 송신안테나에서, 안테나 수직길이는 방사 패치들과 이들을 연결해주는 전송선로들의 길이 합에 해당한다.
이하에서는, 도 4에서 도시된 안테나 구조와 이를 이용한 제1수직감지각도(A1), 제1수평감지각도(B1), 제2수직감지각도(A2), 제2수평감지각도(B2)의 정의를 이용하여 수직감지각도 조절을 위한 안테나 구조의 조건과, 수평감지각도 조절을 위한 안테나 구조의 조건에 대하여, 도 5 및 도 6을 참조하여 각각 설명한다.
단, 도 5 및 도 6에서는, 제2송신안테나부(120)는 근접거리 감지(즉, 광각 감지)를 위한 안테나부이고 제1송신안테나부(110)는 장거리 감지(즉, 협각 감지)를 위한 안테나부인 것으로 가정한다. 즉, 제2송신신호는 수직 및 수평 방향으로 광각의 빔 패턴을 갖고, 제1송신신호는 수직 및 수평 방향으로 협각의 빔 패턴을 갖는다. 여기서, 광각, 협각은 상대적인 개념으로서, 레이더 장치(100)의 설계시 정의되는 각도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)에서 수직감지각도 조절을 위한 안테나 구조의 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 전술한 가정에서, 제2송신신호는 수직 방향으로 광각의 빔 패턴을 갖고, 제1송신신호는 수직 방향으로 협각의 빔 패턴을 갖기 때문에, 즉, 제2송신신호의 제2수직빔폭이 제1송신신호의 제1수직빔폭보다 일정 각도 이상 크기 때문에, 제2수직감지각도(A2)가 제1수직감지각도(A1)보다 더 광각(wide)이어야 한다.
수학식 1에서와 같이, 수직감지각도와 안테나 수직길이 간의 반비례 특성을 고려하면, 제2송신안테나의 안테나 수직길이(H2)가 제1송신안테나의 안테나 수직길이(H1)보다 짧아야한다(수직감지각도 조절을 위한 안테나 구조의 조건).
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(100)에서 수평감지각도 조절을 위한 안테나 구조의 조건을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 참조하면, 전술한 가정에서, 제2송신신호는 수평 방향으로 광각의 빔 패턴을 갖고, 제1송신신호는 수평 방향으로 협각의 빔 패턴을 갖기 때문에, 즉, 제2송신신호의 제2수평빔폭이 제1송신신호의 제1수평빔폭보다 일정 각도 이상 크기 때문에, 제2수평감지각도(B2)가 제1수평감지각도(B1)보다 더 광각(wide)이어야 한다.
수학식 2에서와 같이, 수평감지각도는 안테나 개수와 안테나 간격을 곱한 값에 반비례하는 특성을 고려하면, 제2송신안테나의 안테나 개수(N2)와 안테나 간격(d2)을 곱한 값이 제1송신안테나의 안테나 개수(N1)와 안테나 간격(d1)을 곱한 값보다 작아야한다(수평감지각도 조절을 위한 안테나 구조의 조건).
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치가 수직감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치가 수직감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법은, 제1수직빔폭의 빔 패턴을 갖는 제1송신안테나를 통해 제1송신신호를 송신하고, 제1송신신호가 제1물체에 반사되어 수신되는 제1반사신호를 수신안테나를 통해 수집하여, 수집된 제1반사신호를 토대로 제1물체를 감지하는 단계(S700)와, 제1송신안테나에서 제2송신안테나로 스위칭하는 단계(S702)와, 제2수직빔폭의 빔 패턴을 갖는 제2송신안테나를 통해 제2송신신호를 송신하고, 제2송신신호가 제2물체에 반사되어 수신되는 제2반사신호를 수신안테나를 통해 수집하여, 수집된 제2반사신호를 토대로 제2물체를 감지하는 단계(S704)를 포함한다.
도 7의 물체 감지 방법을 제공하는 레이더 장치는, 제1수직빔폭 및 상기 제2수직빔폭 중 하나가 다른 하나보다 일정 각도 이상 커지도록, 제1송신안테나 및 제2송신안테나 중 하나는 다른 하나보다 안테나 수직길이가 일정 값만큼 짧은 안테나 구조를 갖는다.
도 7에서의 본 발명의 일 실시예에 따른 수직감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법을 이용하여 차체가 높은 트럭을 감지하는 응용 예를 도 8에 도시한다.
도 8을 참조하면, 제2송신신호는 수직 방향으로 광각의 빔 패턴을 갖고, 제1송신신호는 수직 방향으로 협각의 빔 패턴을 갖는다고 가정하고, 제1송신신호를 이용하여 물체를 감지하게 되면, 제1인식지점은 인식되고 제2인식지점은 인식되지 않아, 제2인식지점에는 물체가 없는 것으로 감지되어, 제2인식지점과의 충돌 상황이 발생하여, 레이더 장치가 장착된 차량이 대형 차량(높은 트럭) 밑으로 들어가는 심각한 차량 사고가 발생할 수 있다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 수직감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법을 이용하게 되면, 제1송신신호보다 광각인 제2송신신호를 이용하여 물체를 감지할 수 있게 됨으로써, 제2인식지점에 대한 인식이 가능해져서 제2인식지점과의 충돌 상황을 방지할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치가 수평감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치가 수평감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법은, 제1수평빔폭의 빔 패턴을 갖는 제1송신안테나를 통해 제1송신신호를 송신하고, 제1송신신호가 제1물체에 반사되어 수신되는 제1반사신호를 수신안테나를 통해 수집하여, 수집된 제1반사신호를 토대로 제1물체를 감지하는 단계(S900)와, 제1송신안테나에서 제2송신안테나로 스위칭하는 단계(S902)와, 제2수평빔폭의 빔 패턴을 갖는 제2송신안테나를 통해 제2송신신호를 송신하고, 제2송신신호가 제2물체에 반사되어 수신되는 제2반사신호를 수신안테나를 통해 수집하여, 수집된 제2반사신호를 토대로 상기 제2물체를 감지하는 단계(S9004) 등을 포함한다.
도 9의 물체 감지 방법을 제공하는 레이더 장치는, 제1수평빔폭 및 제2수평빔폭 중 하나가 다른 하나보다 일정 각도 이상 커지도록, 제1송신안테나의 안테나 개수(N1)와 안테나 간격(d1)을 곱한 값과, 제2송신안테나의 안테나 개수(N2)와 안테나 간격(d2)을 곱한 값 중 하나가 다른 하나보다 일정 값만큼 작은 안테나 구조를 갖는다.
도 9의 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치가 수직감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법을 이용하여 옆 차선에서 근접하여 끼어드는 컷인 차량(1000)을 감지하는 응용 예를 도 10에 도시한다.
도 10을 참조하면, 제2송신신호는 수평 방향으로 광각의 빔 패턴을 갖고, 제1송신신호는 수평 방향으로 협각의 빔 패턴을 갖는다고 가정하고, 제1송신신호를 이용하여 물체를 감지하게 되면, 옆 차선에서 근접하여 끼어드는 컷인 차량(1000)을 감지하지 못하여, 컷인 차량(1000)과의 충돌 사고가 발생할 수 있다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 수평감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법을 이용하게 되면, 제1송신신호보다 광각인 제2송신신호를 이용하여 물체를 감지할 수 있게 됨으로써, 옆 차선에서 근접하여 끼어드는 컷인 차량(1000)을 감지하여, 컷인 차량(1000)과의 충돌 사고를 방지할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치가 수직감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법을 이용하여 급격한 곡선도로에서의 전방 차량(1100)을 감지하는 다른 응용 예이다.
도 11을 참조하면, 제2송신신호는 수평 방향으로 광각의 빔 패턴을 갖고, 제1송신신호는 수평 방향으로 협각의 빔 패턴을 갖는다고 가정하고, 제1송신신호를 이용하여 물체를 감지하게 되면, 급격한 곡선도로에서의 전방 차량(1100)을 감지하지 못하여, 차량 제어 시스템(예: STOP & GO 시스템, ACC(Adaptive Cruise Control) 시스템, 충돌 방지 경고 시스템 등)에 의한 적절한 차량 제어가 이루어지지 못하여 전방 차량(1100)과의 충돌 사고가 발생할 수도 있다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 수평감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법을 이용하게 되면, 제1송신신호보다 광각인 제2송신신호를 이용하여 물체를 감지할 수 있게 됨으로써, 급격한 곡선도로에서의 전방 차량(1100)을 감지할 수 있게 되고, 이로 인해 레이더 장치를 이용하는 차량 제어 시스템(예: STOP & GO 시스템, ACC(Adaptive Cruise Control) 시스템, 충돌 방지 경고 시스템 등)는 적절한 차량 제어를 할 수 있게 됨으로써 전방 차량(1100)과의 충돌 사고를 방지할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 레이더 장치는, 목표로 하는 수직빔폭의 빔 패턴을 갖는 송신안테나를 포함하되, 송신안테나의 안테나 수직길이는 수직빔폭과 반비례하도록 송신안테나가 설계되어 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이더 장치는, 목표로 하는 수평빔폭의 빔 패턴을 갖는 복수 개의 송신안테나를 포함하되, 복수 개의 송신안테나의 안테나 개수 및 복수 개의 송신안테나 간의 안테나 간격을 곱한 값은 수평빔폭과 반비례하도록 복수 개의 송신안테나가 설계되어 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 레이더 장치는, 목표로 하는 안테나 이득을 갖는 복수 개의 송신안테나를 포함하되, 수 개의 송신안테나의 안테나 개수(N)는 안테나 이득과 비례하도록 복수 개의 송신안테나가 설계되어 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 다양한 위치에 있는 물체를 감지하는 방법과, 다양한 위치에 있는 물체를 감지하기 위하여 다양한 감지각도(수직감지각도, 수평감지각도)를 제공하는 레이더 장치를 제공할 수 있다. 이를 통해, 물체가 감지되지 않는 블라인드 존(Blind Zone)이 줄어들어 물체와 충돌을 사전에 방지할 수 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 (12)

  1. 제1송신신호의 송신을 위한 한 개 이상의 제1송신안테나를 포함하는 제1송신안테나부; 및
    제2송신신호의 송신을 위한 한 개 이상의 제2송신안테나를 포함하는 제2송신안테나부를 포함하되,
    상기 제1송신신호에 대하여 설정된 제1수직빔폭 또는 제1수직감지각도와, 상기 제2송신신호에 대하여 설정된 제2수직빔폭 또는 제2수직감지각도에 따라, 상기 한 개 이상의 제2송신안테나 각각의 안테나 수직길이는, 상기 한 개 이상의 제1송신안테나 각각의 안테나 수직길이보다 일정 값만큼 짧은 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1송신안테나부 및 상기 제2송신안테나부 중 하나를 정해진 타이밍에 따라 스위칭하거나, 상기 한 개 이상의 제1송신안테나 및 상기 한 개 이상의 제2송신안테나 중 하나를 정해진 타이밍에 따라 스위칭하는 스위치를 더 포함하는 레이더 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 스위칭에 따라, 상기 스위칭 된 제1송신안테나부 또는 상기 스위칭 된 제1송신안테나에서 송신된 상기 제1송신신호가 제1물체에 반사되어 수신된 제1반사신호를 수집하거나, 상기 스위칭 된 제2송신안테나부 또는 상기 스위칭 된 제2송신안테나에서 송신된 상기 제2송신신호가 제2물체에 반사되어 수신된 제2반사신호를 수집하는 한 개 이상의 수신안테나를 포함하는 수신안테나부; 및
    상기 제1반사신호를 토대로 상기 제1물체를 감지하거나 상기 제2반사신호를 토대로 상기 제2물체를 감지하는 감지부를 더 포함하는 레이더 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2송신신호의 제2수직빔폭이 상기 제1송신신호의 제1수직빔폭보다 일정 각도 이상 커지도록, 상기 한 개 이상의 제2송신안테나의 안테나 수직길이가, 상기 한 개 이상의 제1송신안테나의 안테나 수직길이보다 일정 값만큼 짧게 설정되어 구현되는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2송신신호의 제2수평빔폭이 상기 제1송신신호의 제1수평빔폭 보다 일정 각도 이상 커지도록, 상기 한 개 이상의 제2송신안테나의 안테나 개수와 안테나 간격을 곱한 값이, 상기 한 개 이상의 제1송신안테나의 안테나 개수와 안테나 간격을 곱한 값보다 일정 값만큼 작게 설정되어 구현된 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 한 개 이상의 제1송신안테나의 안테나 개수 및 상기 한 개 이상의 제2송신안테나의 안테나 개수 각각은, 제1송신안테나부의 안테나 이득 및 제2송신안테나부의 안테나 이득에 비례하도록 설정되어 구현된 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 한 개 이상의 제1송신안테나 각각, 그리고 상기 한 개 이상의 제2송신안테나 각각은, 복수 개의 방사 패치를 포함하는 마이크로 스트립 어레이 안테나(Micro-Strip Array Antenna)인 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  8. 레이더 장치에 있어서,
    목표로 하는 수직빔폭의 빔 패턴을 갖는 송신안테나를 포함하되,
    상기 송신안테나의 안테나 수직길이는 상기 수직빔폭과 반비례하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  9. 레이더 장치에 있어서,
    목표로 하는 수평빔폭의 빔 패턴을 갖는 복수 개의 송신안테나를 포함하되,
    상기 복수 개의 송신안테나의 안테나 개수 및 상기 복수 개의 송신안테나 간의 안테나 간격을 곱한 값은 상기 수평빔폭과 반비례하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  10. 레이더 장치에 있어서,
    목표로 하는 안테나 이득을 갖는 복수 개의 송신안테나를 포함하되,
    상기 복수 개의 송신안테나의 안테나 개수는 상기 안테나 이득과 비례하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  11. 레이더 장치가 수직감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법에 있어서,
    제1수직빔폭의 빔 패턴을 갖는 제1송신안테나를 통해 제1송신신호를 송신하고, 상기 제1송신신호가 제1물체에 반사되어 수신되는 제1반사신호를 수신안테나를 통해 수집하여, 상기 수집된 제1반사신호를 토대로 상기 제1물체를 감지하는 단계;
    상기 제1송신안테나에서 상기 제2송신안테나로 스위칭하는 단계; 및
    제2수직빔폭의 빔 패턴을 갖는 제2송신안테나를 통해 제2송신신호를 송신하고, 상기 제2송신신호가 제2물체에 반사되어 수신되는 제2반사신호를 수신안테나를 통해 수집하여, 상기 수집된 제2반사신호를 토대로 상기 제2물체를 감지하는 단계를 포함하되,
    상기 제1수직빔폭 및 상기 제2수직빔폭 중 하나가 다른 하나보다 일정 각도 이상 커지도록, 상기 제1송신안테나 및 상기 제2송신안테나 중 하나는 다른 하나보다 안테나 수직길이가 일정 값만큼 짧은 것을 특징으로 하는 물체 감지 방법.
  12. 레이더 장치가 수평감지각도를 조절하여 물체를 감지하는 방법에 있어서,
    제1수평빔폭의 빔 패턴을 갖는 제1송신안테나를 통해 제1송신신호를 송신하고, 상기 제1송신신호가 제1물체에 반사되어 수신되는 제1반사신호를 수신안테나를 통해 수집하여, 상기 수집된 제1반사신호를 토대로 상기 제1물체를 감지하는 단계;
    상기 제1송신안테나에서 상기 제2송신안테나로 스위칭하는 단계; 및
    제2수평빔폭의 빔 패턴을 갖는 제2송신안테나를 통해 제2송신신호를 송신하고, 상기 제2송신신호가 제2물체에 반사되어 수신되는 제2반사신호를 수신안테나를 통해 수집하여, 상기 수집된 제2반사신호를 토대로 상기 제2물체를 감지하는 단계를 포함하되,
    상기 제1수평빔폭 및 상기 제2수평빔폭 중 하나가 다른 하나보다 일정 각도 이상 커지도록, 상기 제1송신안테나의 안테나 개수와 안테나 간격을 곱한 값과, 상기 제2송신안테나의 안테나 개수와 안테나 간격을 곱한 값 중 하나는 다른 하나보다 일정 값만큼 작은 것을 특징으로 하는 물체 감지 방법.
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