KR20150015067A - 차량용 레이더 캘리브레이션 시스템 - Google Patents

차량용 레이더 캘리브레이션 시스템 Download PDF

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Abstract

차량용 레이더 캘리브레이션 시스템이 개시된다. 본 발명의 일실시예에 차량용 레이더 캘리브레이션 시스템은 레이더신호를 수신안테나를 통해 수신하고 수신된 신호를 지연라인을 통해 지연시키고 지연된 신호를 송신안테나를 통해 송신하는 타겟 시뮬레이터와, 이 타겟 시뮬레이터에 송신안테나를 통해 레이더신호를 송신하고, 타겟 시뮬레이터로부터 수신한 지연된 신호를 복수의 수신안테나를 통해 수신하고, 복수의 수신안테나를 통해 수신된 지연된 신호들간의 위상차를 산출하고, 산출된 위상차를 보정하기 위한 각 수신안테나의 수신 채널별 위상 보정값을 생성하여 저장시키는 레이더 장치를 포함한다.

Description

차량용 레이더 캘리브레이션 시스템{RADAR CALIBRATION SYSTEM IN VEHICLE}
본 발명은 차량용 레이더 캘리브레이션 시스템에 관한 것으로, 수신안테나가 어레이 안테나로 이루어진 차량용 레이더 캘리브레이션 시스템에 관한 것이다.
레이더 장치는 신호를 송신하여 물체에서 반사되는 신호를 수신하여 물체와의 거리, 방향, 고도 등을 감지하는 장치이다.
이러한 레이더 장치는 물체 감지가 요구되는 매우 다양한 분야에 적용되고 있다. 특히, 차량 분야에서는, 레이더 장치가 차량에 탑재되어, 물체 감지 결과를 차량 제어에 이용하는 각종 차량 제어 시스템과 연동하여 동작한다.
고해상도의 각도 분해능을 얻기 위해, 수신 안테나를 여러 개 배열하는 구조인 어레이 안테나로 구현된 레이더 장치는 수신 안테나간의 위상차이를 계산하여 타겟각도의 추출이 가능하다. 하지만 이 레이더 장치는 제조공정상의 오차로 안테나 소자간의 물리적인 특성이 변하게 된다. 모든 모듈이 동등한 성능을 갖기 위해서는 이 물리적 오차를 최소화해야 한다.
기존의 차량용 레이더 캘리브레이션 방법은 한정된 공간이나 전파무향실에서 근거리의 타겟에서 반사된 신호의 위상 정보를 이용하여 레이더의 장착 오차를 계산하여 보정한다.
그러나 근거리 타겟에서 반사되는 신호는 주변 환경의 노이즈와 시스템 자체의 노이즈에 민감하기 때문에 각 수신 채널에서 근거리 타겟에서 반사된 신호의 위상값들을 정밀하게 추출하기가 힘들어 그 위상값들간의 보정을 위한 위상보정값을 찾아 저장하는 레이더 캘리브레이션이 정확히 이루어지지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예는 주변 환경의 노이즈에 의한 영항을 줄여 레이더 캘리브레이션의 성능을 향상시킬 수 있도록 단거리에 위치하지만 신호 지연에 의해 장거리 타겟 역할을 수행하는 타겟 시뮬레이터를 이용해서 차량용 레이더에 대한 캘리브레이션을 수행하는 차량용 레이더 캘리브레이션 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 레이더신호를 수신안테나를 통해 수신하고 수신된 신호를 지연라인을 통해 지연시키고 지연된 신호를 송신안테나를 통해 송신하는 타겟 시뮬레이터; 및 상기 타겟 시뮬레이터에 송신안테나를 통해 상기 레이더신호를 송신하고, 상기 타겟 시뮬레이터로부터 수신한 지연된 신호를 복수의 수신안테나를 통해 수신하고, 상기 복수의 수신안테나를 통해 수신된 지연된 신호들간의 위상차를 산출하고, 상기 산출된 위상차를 보정하기 위한 각 수신안테나의 수신 채널별 위상 보정값을 생성하여 저장시키는 레이더 장치;를 포함하는 차량용 레이저 캘리브레이션 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 타겟 시뮬레이터는 송신안테나와, 수신안테나와, 상기 수신안테나를 통해 수신된 신호를 지연시키기 위하여 상기 수신된 신호가 미리 설정된 길이를 가진 지연경로를 통과하도록 마련된 지연라인부와, 상기 지연라인부를 통과한 신호를 상기 송신안테나를 통해 상기 레이더 장치로 송신시키는 송신제어부를 포함할 수 있다.
또한, 상기 지연라인부는 광케이블을 포함할 수 있다.
또한, 상기 레이더 장치는 상기 송신안테나를 통해 상기 타겟 시뮬레이터로 신호를 송신하고, 소자 안테나가 여러 개 배열된 어레이 안테나인 상기 복수의 수신안테나를 통해 상기 타겟 시뮬레이터로부터 송신된 신호를 수신하고, 상기 각 수신안테나의 수신 채널에 의해 수신된 신호들의 위상을 검출하고, 상기 각 수신 채널 중 어느 하나의 수신 채널의 위상을 기준으로 다른 수신 채널의 위상을 일치시키기 위한 위상 보정치를 산출하고, 상기 산출된 위상 보정치를 자체 내의 메모리에 저장시키는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 송신안테나와, 수신안테나와, 상기 수신안테나를 통해 수신된 신호를 지연시키기 위하여 상기 수신된 신호가 미리 설정된 길이를 가진 지연경로를 통과하도록 마련된 지연라인부와, 상기 지연라인부를 통과한 신호를 상기 송신안테나를 통해 상기 레이더 장치로 송신시키는 송신제어부를 포함하는 타겟 시뮬레이터; 및 송신안테나와, 소자 안테나가 여러 개 배열된 어레이 안테나인 복수의 수신안테나를 포함하고, 상기 타겟 시뮬레이터로 상기 레이더 신호를 상기 송신안테나를 통해 송신하고, 상기 복수의 수신안테나를 통해 상기 타겟 시뮬레이터로부터 송신된 신호를 수신하고, 상기 각 수신안테나의 수신 채널에 의해 수신된 신호들의 위상을 검출하고, 상기 각 수신 채널 중 어느 하나의 수신 채널의 위상을 기준으로 다른 수신 채널의 위상을 일치시키기 위한 위상 보정치를 산출하고, 상기 산출된 위상 보정치를 자체 내의 메모리에 저장시키는 레이더 장치;를 포함하는 차량용 레이저 캘리브레이션 시스템이 제공될 수 있다.
또한, 상기 지연라인부는 광케이블을 포함할 수 있다.
또한, 상기 타켓 시뮬레이터와 상기 레이더 장치는 상기 타켓 시뮬레이터의 송신안테나에서 송신되는 신호가 상기 레이더 장치에서 송신되는 신호의 영점과 상관없이 상기 레이저 장치에 0도 방향으로 송신되도록 배치된 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 레이저 장치와 단거리에 위치하지만 신호 지연에 의해 장거리 타겟 역할을 하는 타겟 시뮬레이터를 이용해서 각 수신채널의 위상값을 보다 정확하고 신뢰성 있게 추출하고, 추출된 위상값들을 통일시키기 위한 위상보정값을 생성하여 저장함으로써 한정된 공간에 있는 단거리 타겟과 동등한 거리에 있는 주변 환경의 노이즈 영향이 섞이는 현상과, 높은 수신 신호로 생기는 복수 반사현상을 피할 수 있고, 장거리 타겟에서 얻은 신호로 보다 더 정확한 각 수신 채널별 위상값을 추출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 레이더 캘리브레이션 시스템의 제어블록도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 레이더 캘리브레이션 시스템에서 타겟 시뮬레이터의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 레이더 캘리브레이션 시스템에서 타겟 시뮬레이터 대신에 단거리 타겟을 사용한 경우, 단거리 타겟에 의해 반사된 신호와 주변환경의 노이즈의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 레이더 캘리브레이션 시스템에서 타겟 시뮬레이터에 의해 송신된 신호와 타겟시뮬레이터 주변환경의 노이즈의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 레이더 캘리브레이션 시스템에서 레이더 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 본 발명의 실시 예들을 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하에 소개되는 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 본 발명은 이하 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략하였으며 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 명세서에서 "및/또는"이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, "연결되는/결합되는"이란 표현은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 레이더 캘리브레이션 시스템의 제어블록도이다.
도 1을 참조하면, 차량용 레이더 캘리브레이션 시스템은 레이저 장치(100)와 타겟 시뮬레이터(200)를 포함한다.
레이더 장치(100)는 신호를 송신하여 물체에서 반사되는 신호를 수신하여 물체와의 거리, 방향, 고도 등을 감지하는 장치이다. 레이더 장치(100)는 물체 감지 결과를 차량 제어에 이용하는 각종 차량 제어 시스템과 연동하여 동작한다.
레이더 장치(100)는 레이더 신호를 타겟 시뮬레이터(200)로 송신하고, 타겟 시뮬레이터(200)로부터 송신된 신호를 수신한다.
타겟 시뮬레이터(200)는 레이더 장치(100)와 상대적으로 단거리에 위치하면서도 장거리 타겟 역할을 수행할 수 있도록 하기 위한 것으로, 레이더 장치(100)로부터 수신한 레이더 신호를 지연하고, 지연된 신호를 레이더 장치(100)로 다시 송신한다.
레이더 장치(100)는 타겟 시뮬레이터(200)에 레이더신호를 송신하고, 타겟 시뮬레이터(200)로부터 수신한 지연된 신호를 복수의 채널을 통해 수신하고, 수신된 각 채널간의 위상차를 산출하고, 산출된 위상차를 보정하기 위한 각 채널별 위상 보정값을 생성하여 저장시킨다.
즉, 레이더 장치(100)는 주변 환경에 대한 노이즈를 제거할 수 있도록 타겟 시뮬레이터(200)에 의해 지연되어 주변 환경 노이즈와 쉽게 구분 가능한 신호를 각 수신안테나를 통해 수신하고, 수신된 각 수신안테나의 수신 채널들의 위상차이를 보정하기 위한 각 채널별 위상보정값을 생성하여 저장함으로써 추후 수평각도를 보정할 수 있게 한다. 즉, 레이더 장치(100)로부터 타겟 시뮬레이터에 송신된 신호를 타겟 시뮬레이터(200)의 지연라인을 통과하게 하여 신호를 지연시킨 후 레이더 장치(100)로 송신하는 것에 의해 레이더 장치(100)가 장거리 타겟에 신호를 송신한 후 반사되는 신호를 수신하는 효과를 가지게 할 수 있다.
따라서, 레이더 장치(100)는 단거리 타겟에 대비하여 주변 환경의 노이즈와 확연히 구별 가능한 신호를 수신할 수 있어 한정된 공간에 있는 단거리 타겟과 동등한 거리에 있는 주변 환경의 노이즈 영향이 섞이는 현상과, 높은 수신 신호로 생기는 복수 반사현상을 피할 수 있고, 보다 정확한 수신 신호의 위상값을 산출할 수 있다.
이렇게 보정된 값들은 레이더 장치(100) 혹은 차량의 메모리에 저장되고, 차량 주행 중 물체를 검출할 때, 물체에 반사되어 수신된 신호의 분석시 메모리에 저장된 보정된 값을 반영하여 물체와의 거리, 방향, 고도 등을 김지하는 데 사용된다.
즉, 레이더 장치(100)에서는 동일한 타겟에 대하여 각 수신안테나의 수신 채널이 검출하는 그 타겟의 방향이 일치하도록 각 수신안테나 간의 위상을 맞출 필요가 있다. 일반적으로 이 레이더 캘리브레이션은 신호 처리의 단계에서 각 수신안테나의 수신 채널별 위상 보정치를 부여함으로써 이루어진다.
수신 채널별 위상 보정치는 제조된 하나하나의 레이더 장치(100)에 고유의 것이기 때문에 개별적으로 측정을 행하여 그 값을 결정한다. 예를 들면, 레이더 장치(100)의 정면에 타겟 시뮬레이터(200)를 배치하여 레이더 장치를 작동시키고 각 수신안테나의 수신 채널 별로 타겟의 방향이 0도 방향이 되는 것 같은 위상 보정치를 수신 채널마다 구한다. 이 채널별 위상 보정치를 그 레이더 장치(100)의 메모리에 저장하고, 레이더 장치(100)가 차량에 실제 장착되어 레이더 신호를 처리하는 경우 각 수신 채널별 위상 보정치를 각 수신 채널별로 적용함으로서 각 수신안테나의 수신 채널 간의 위상을 일치시킨다. 이외에도 어느 하나의 수신 채널의 위상값을 기준으로 다른 수신 채널의 위상값을 통일시키기 위한 위상보정값들을 찾아 저장시킬 수도 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 레이더 캘리브레이션 시스템에서 타겟 시뮬레이터(200)의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 타겟 시뮬레이터(200)는 수신안테나(201), 지연라인부(202), 송신제어부(203), 송신안테나(204)를 포함한다.
타겟 시뮬레이터(200)는 레이더 장치(100)와 상대적으로 단거리에 위치하면서도 장거리 타겟 역할을 수행한다. 이를 위해 타겟 시뮬레이터(200)는 레이더 장치(100)로부터 수신안테나(201)를 통해 레이더 신호를 수신하고, 지연라인부(202)(예를 들면, 광케이블)를 통해 수신된 신호를 지연시킨다. 그리고, 타겟 시뮬레이터(200)의 송신제어부(203)는 지연된 신호를 송신안테나(204)를 통해 레이더 장치(100)로 다시 송신한다.
타겟 시뮬레이터(200)의 송신안테나(204)에서 송신되는 신호는 레이더 장치(100)에서 송신되는 신호의 영점과 상관없이 항상 레이더 장치(100)에 0도 방향으로 송신되도록 타겟 시뮬레이터(200)와 레이더 장치(100)가 배치되어 있기 때문에 0점 셋팅의 정확도가 높아져서 레이더 장치(100)의 각 수신안테나의 수신 채널에서 추출하는 위상값의 정확도가 향상된다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 레이더 캘리브레이션 시스템에서 타겟 시뮬레이터 대신에 단거리 타겟을 사용한 경우, 단거리 타겟에 의해 반사된 신호와 주변환경의 노이즈의 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 레이더 캘리브레이션 시스템에서 타겟 시뮬레이터에 의해 송신된 신호와 타겟 시뮬레이터 주변환경의 노이즈의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 살펴보면, 레이더 장치(100)가 기존처럼 단거리 타겟에서 반사된 신호를 수신할 경우, 근거리 타겟 신호가 타겟 주변 환경에 따른 노이즈에 영향을 받아 근거리 타겟 신호만을 추출하기 어렵다. 따라서, 이 타겟 신호의 위상값추출에 영향을 미쳐 정확하지 않은 위상값이 추출될 우려가 있다.
한편, 도 4를 살펴보면, 레이더 장치(100)가 타겟 시뮬레이터(200)에서 송신된 신호를 수신할 경우, 이 신호는 단거리 타겟 신호보다 주파수가 길어진 장거리 타겟 신호인 타겟시뮬레이터 타켓 신호이므로, 주파수 0 내지 50 부근의 타겟시뮬레이터 주변환경 노이즈에 영향을 받지 않으며, 더구나 타겟시뮬레이터 타켓 신호의 피크 주변에는 노이즈가 거의 없어 타겟 신호만을 쉽게 추출할 수 있다. 따라서, 이 타겟 신호에 대한 위상값 추출이 보다 신뢰성 있고 정확하게 이루어질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 차량용 레이더 캘리브레이션 시스템에서 레이더 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 레이저 장치(100)는 어레이 형태의 수신안테나(RX(1)- RX(N))(101), 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier ; LNA)(102), 믹서(Mixer)(103), 중간주파수증폭기(IF 증폭기)(104), 필터(105), A/D변환기(106), 신호처리부(107), 발진기(108), 증폭기(109), 송신안테나(110)를 포함할 수 있다.
발진기(108)에 의해 출력된 신호는 증폭기(109)에서 증폭된 후 송신안테나(110)을 통해 타겟 시뮬레이터(200)으로 송신된다. 이때, 발진기(108)의 출력(예를 들면, 진폭, 주파수, 송신 타이밍 등)은 신호처리부(107)에 의해 제어된다.
각 수신안테나(101)는 타겟 시뮬레이터(200)로부터 송신된 신호를 수신하고, 수신된 신호는 각 수신안테나(101)의 수신 채널 별로 마련된 LNA(102)를 통해 증폭된 후 믹서(103)에 입력된다. 믹서(103)는 수신신호와 송신신호와 믹싱되어 수신신호를 베이스밴드신호로 다운 컨버트 시킨다. IF 증폭기(104)와 필터(105)를 거친 후 A/D 변환기(106)에 입력된다. A/D 변환기(106)에 입력된 신호는 디지털신호로 치환되어 신호처리부(107)에 전달된다.
신호처리부(107)는 각 수신안테나(101)를 수신되어 입력된 신호들에 의해 각 수신안테나들의 위상을 검출하고, 각 수신 채널 중 어느 하나의 적당히 선택한 수신 채널, 예를 들어 중앙에 위치한 수신 안테나의 수신 채널의 위상을 기준으로 하여 다른 수신 채널의 위상이 같아지도록 각 수신채널마다 위상 보정치를 구하고, 구한 위상 보정치를 자체 내의 메모리에 저장시킴으로써 레이더 캘리브레이션을 수행한다.
상기한 실시예에서는 설명의 편의상 송신안테나와 수신안테나가 분리된 것으로 설명하고 있지만, 이에 한정되지 않으며, 송신안테나와 수신안테나가 1개로 이루어진 송수신안테나도 가능하다.
100 : 레이더 장치 101 : 수신안테나
102 : 저잡음증폭기(LNA) 103 : 믹서(Mixer)
104 : 중간주파수증폭기 105 : 필터
106 : A/D변환기 107 : 신호처리부
108 : 신호처리부 109 : 증폭기
110 : 송신안테나 200 : 타겟 시뮬레이터
201 : 수신안테나 202 : 지연라인부
203 : 송신제어부

Claims (7)

  1. 레이더신호를 수신안테나를 통해 수신하고 수신된 신호를 지연라인을 통해 지연시키고 지연된 신호를 송신안테나를 통해 송신하는 타겟 시뮬레이터; 및
    상기 타겟 시뮬레이터에 송신안테나를 통해 상기 레이더신호를 송신하고, 상기 타겟 시뮬레이터로부터 수신한 지연된 신호를 복수의 수신안테나를 통해 수신하고, 상기 복수의 수신안테나를 통해 수신된 지연된 신호들간의 위상차를 산출하고, 상기 산출된 위상차를 보정하기 위한 각 수신안테나의 수신 채널별 위상 보정값을 생성하여 저장시키는 레이더 장치;를 포함하는 차량용 레이저 캘리브레이션 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 타겟 시뮬레이터는 송신안테나와, 수신안테나와, 상기 수신안테나를 통해 수신된 신호를 지연시키기 위하여 상기 수신된 신호가 미리 설정된 길이를 가진 지연경로를 통과하도록 마련된 지연라인부와, 상기 지연라인부를 통과한 신호를 상기 송신안테나를 통해 상기 레이더 장치로 송신시키는 송신제어부를 포함하는 차량용 레이저 캘리브레이션 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 지연라인부는 광케이블을 포함하는 차량용 레이저 캘리브레이션 시스템.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 레이더 장치는 상기 송신안테나를 통해 상기 타겟 시뮬레이터로 신호를 송신하고, 소자 안테나가 여러 개 배열된 어레이 안테나인 상기 복수의 수신안테나를 통해 상기 타겟 시뮬레이터로부터 송신된 신호를 수신하고, 상기 각 수신안테나의 수신 채널에 의해 수신된 신호들의 위상을 검출하고, 상기 각 수신 채널 중 어느 하나의 수신 채널의 위상을 기준으로 다른 수신 채널의 위상을 일치시키기 위한 위상 보정치를 산출하고, 상기 산출된 위상 보정치를 자체 내의 메모리에 저장시키는 것을 포함하는 차량용 레이저 캘리브레이션 시스템.
  5. 송신안테나와, 수신안테나와, 상기 수신안테나를 통해 수신된 신호를 지연시키기 위하여 상기 수신된 신호가 미리 설정된 길이를 가진 지연경로를 통과하도록 마련된 지연라인부와, 상기 지연라인부를 통과한 신호를 상기 송신안테나를 통해 상기 레이더 장치로 송신시키는 송신제어부를 포함하는 타겟 시뮬레이터; 및
    송신안테나와, 소자 안테나가 여러 개 배열된 어레이 안테나인 복수의 수신안테나를 포함하고, 상기 타겟 시뮬레이터로 상기 레이더 신호를 상기 송신안테나를 통해 송신하고, 상기 복수의 수신안테나를 통해 상기 타겟 시뮬레이터로부터 송신된 신호를 수신하고, 상기 각 수신안테나의 수신 채널에 의해 수신된 신호들의 위상을 검출하고, 상기 각 수신 채널 중 어느 하나의 수신 채널의 위상을 기준으로 다른 수신 채널의 위상을 일치시키기 위한 위상 보정치를 산출하고, 상기 산출된 위상 보정치를 자체 내의 메모리에 저장시키는 레이더 장치;를 포함하는 차량용 레이저 캘리브레이션 시스템.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 지연라인부는 광케이블을 포함하는 차량용 레이저 캘리브레이션 시스템.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 타켓 시뮬레이터와 상기 레이더 장치는 상기 타켓 시뮬레이터의 송신안테나에서 송신되는 신호가 상기 레이더 장치에서 송신되는 신호의 영점과 상관없이 상기 레이저 장치에 0도 방향으로 송신되도록 배치된 것을 포함하는 차량용 레이저 캘리브레이션 시스템.
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