KR20150097625A - Fmcw 레이더 자체 검사 - Google Patents

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KR20150097625A
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알랜 젠킨스
조나단 모스
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오토리브 디벨로프먼트 에이비
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Abstract

주파수 변조 연속파(frequency-modulated continuous-wave; FMCW) 레이더 장치의 자체 검사(self-test)가 제공된다. 물체(object) 검출 신호 및 상기 물체 검출 신호에 중첩되는 자체 검사 신호를 포함하는 송신 신호가 송신된다. 상기 자체 검사 신호는 적어도 하나의 가상 표적을 표현한다. 수신 신호가 수신된다. 상기 수신 신호는 상기 송신 신호의 수신된 형태(received version)이다. 상기 수신 신호 내의 상기 적어도 하나의 가상 표적의 존재가 판별된다. 상기 수신 신호 내 상기 가상 표적의 부존재(lack of presence)는 상기 FMCW 레이더 장치의 하드웨어 고장(hardware failure)의 표시(indication)를 제공한다.

Description

FMCW 레이더 자체 검사{FMCW radar self-test}
본 명세서에 제시된 실시례들은 레이더 장치의 자체 검사(self-test)에 관한 것인바, 구체적으로는 주파수 변조 연속파(frequency-modulated continuous-wave; FMCW) 레이더 장치의 자체 검사에 관한 것이다.
운전자에게 이동가능 차량의 경로 내에 물체(object)의 존재를 경고하는 다양한 물체 검출 시스템들이 제안되어 왔다. 전형적으로는, 그러한 경고 시스템들은 상기 이동가능 차량의 경로 내에 물체의 존재가 검출되는 때에 가청적 또는 가시적이거나 둘 모두인 적합한 경고 신호를 제공한다. 센서 하드웨어 내측의 단일 고장점(single point of failures; SPOFs)은 일반적으로 검출하기 어려울 뿐만 아니라, 단일 고장점이 잘못된 표적들 또는 표적 파라미터들의 부정확한 계산으로 귀결될 수도 있다. 그러한 고장들을 검출하기 위한 병행적이고 정말로 잉여로운 방식으로 그 센서의 완전한 하드웨어 체인(hardware chain)을 복제하는 것은 일반적으로 너무 값비싼 것으로 여겨진다. 그러나 그 전체 레이더 검출 시스템에는 종종 하나를 초과하는 레이더 센서가 구비될 것이 요구된다. 이는 센서 개발의 하드웨어 단계에 있어서 높은 자동차 안전 무결성 수준(automotive safety integrity level; ASIL)을 실현하는 것을 어렵거나 값비싸게 만든다.
그러한 물체 검출 시스템들의 작동성(operability)의 중요성을 고려하자면, 그러한 물체 검출 시스템들이 자기 검사 기능을 포함하는 것이 바람직할 수 있다.
미국 특허 제5,432,516호에 따르면, 자기 검사 작동을 갖춘 물체 검출 시스템이 제공되며, 그 자기 검사 작동에는 추가적 반사 요소들(reflecting elements) 및/또는 송신기 및 수신기의 구체적(specific) 위치선정이 요구되지 않는바, 이는 지표면과 같은 시스템 외부로부터 반사되는 신호들에 대한 의존성 또는 상기 차량에 미리 존재하는 구조들에 의해 야기되는 간섭(interference)을 회피하기 위함이다. 게다가 미국 특허 제5,432,516호에 따르면 시스템이 자기 검사 모드에 있 때에 제어기가 제어 신호를 스위치에 제공함으로써 물체 검출 신호들이 지연 유닛에 제공되며, 그 후 보조 안테나(auxiliary antenna)에 제공된다. 따라서 미국 특허 제5,432,516호에 개시된 물체 검출 시스템에는 보조 안테나의 형태로 된 추가 하드웨어의 이용이 요구된다.
따라서 여전히 레이더 장치의 개선된 자체 검사에 대한 필요성이 있다.
본 명세서의 실시례들의 목적은 레이더의 개선된 자체 검사를 제공하는 것이다.
제1 양상에 따르면, 주파수 변조 연속파 레이더 장치의 자체 검사를 위한 방법이 제시된다. 상기 방법은 물체 검출 신호 및 상기 물체 검출 신호에 중첩되는 자체 검사 신호를 포함하는 송신 신호를 송신하는 단계를 포함한다. 상기 자체 검사 신호는 적어도 하나의 가상 표적을 표현한다. 상기 방법은 수신 신호를 수신하는 단계를 포함한다. 상기 수신 신호는 상기 송신 신호의 수신된 형태(received version)이다. 상기 방법은 상기 수신 신호 내의 상기 적어도 하나의 가상 표적의 존재를 판별하는 단계를 포함하는바, 상기 수신 신호 내 상기 가상 표적의 부존재(lack of presence)는 상기 FMCW 레이더 장치의 하드웨어 고장(hardware failure)의 표시(indication)를 제공한다.
제2 양상에 따르면, 자체 검사를 위한 주파수 변조 연속파(FMCW) 레이더 장치가 제시된다. 상기 FMCW 레이더 장치는 물체 검출 신호 및 상기 물체 검출 신호에 중첩되는 자체 검사 신호를 포함하는 송신 신호를 송신하도록 구성된 송신기를 포함한다. 상기 자체 검사 신호는 적어도 하나의 가상 표적을 표현한다. 상기 FMCW 레이더 장치는 수신 신호를 수신하도록 구성된 수신기를 포함한다. 상기 수신 신호는 상기 송신 신호의 수신된 형태이다. 상기 FMCW 레이더 장치는 상기 수신 신호 내의 상기 적어도 하나의 가상 표적의 존재를 판별하도록 구성된 제어기를 포함하는바, 상기 수신 신호 내 상기 가상 표적의 부존재는 상기 FMCW 레이더 장치의 하드웨어 고장의 표시를 제공한다.
유리하게는 이에 의해, 고급 하드웨어(advanced hardware)를 요하지 않고도 상기 FMCW 레이더 장치의 높은 ASIL 등급(rating)이 얻어질 수 있게 된다. 이에 의해 단일 신호 프로세싱 체인(processing chain)만으로도 높은 안전 수준 시스템 기능성(safety level system functionality)의 지원도 가능해질 수 있다. 유리하게는 그 프로세싱은 필요한 때에, 그리고 매우 신속하게 수행될 수 있다.
따라서 FMCW 램프를 변조하는 시스템의 신호 발생 부분으로부터 검사 신호를 삽입하여 오프셋된 측파대 주파수들(offset sideband frequencies)을 발생시키는 것이 가능할 수 있다. 이것들은 송신기 체인(transmitter chain)을 통하여, 송신기와 수신기 사이에서, 수신기 체인을 통하여, 제어기 내로 전파되어, 존재하는 신호 프로세싱 경로들의 일부 또는 전부에 의해 프로세싱될 수 있다. 상기 자체 검사 신호는 인위적인 가상 표적들의 알려져 있는 패턴 발생으로 귀결되는바, 그 파라미터들은, 알려져 있으며 올바르고 완전한 센서 하드웨어 무결성을 위하여 체크될 수 있다(하드웨어에 의해 유발된 소프트웨어 에러들을 포함).
제3 양상에 따르면, 주파수 변조 연속파(FMCW) 레이더 장치의 자체 검사를 위한 컴퓨터 프로그램이 제시되는바, 상기 컴퓨터 프로그램은, FMCW 레이더 장치 상에서 실행되는 때에 상기 FMCW 레이더 장치로 하여금 상기 제1 양상에 따른 방법을 수행하게 한다.
제4 양상에 따르면, 상기 제3 양상에 따른 컴퓨터 프로그램 및 상기 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능 수단(computer readable means)을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품이 제시된다.
적절한 경우라면 어느 경우에나, 상기 제1 양상, 제2 양상, 제3 양상 및 제4 양상의 임의의 특징이 임의의 다른 양상에 적용될 수 있다는 점이 주목되어야 할 것이다. 마찬가지로, 상기 제1 양상의 임의의 장점이 상기 제2 양상, 제3 양상, 및/또는 제4 양상에 각각 동등하게 적용될 수 있는바, 그 반대도 마찬가지이다. 개시된 실시례들의 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 개시로부터, 첨부된 종속항들 및 도면들로부터 분명해질 것이다.
일반적으로, 본 명세서에서 명시적으로 달리 한정되지 않았다면 청구항들에서 이용된 모든 용어들은 해당 기술 분야의 통상의 의미에 따라 해석되어야 할 것이다. 달리 명시적으로 언급되지 않았다면 "일/하나의/상기 요소, 장치, 구성요소, 수단, 단계, 및 기타 등등"에 대한 모든 언급은 그 요소, 장치, 구성요소, 수단, 단계, 및 기타 등등의 적어도 하나의 사례(instance)를 가리키는 것으로서 개방적으로 해석되어야 할 것이다. 달리 언급되지 않았다면 본 명세서에 개시된 임의의 방법의 단계들이 정확하게 개시된 순서대로 수행되어야 하는 것은 아니다.
이제 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 예시로서 설명되는바, 그 첨부된 도면들 중에서:
도 1은 FMCW 레이더 장치의 기능적 모듈들이 도시된 개략도이며;
도 2는 제어기의 기능적 모듈들이 도시된 개략도이며;
도 3은 차량의 기능적 모듈들이 도시된 개략도이며;
도 4에는 컴퓨터 판독가능 수단을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품의 일 예시가 도시되며;
도 5에는 2D FMCW 파형을 위한 주파수/시간 구조가 개략적으로 도시되며;
도 6에는 행렬 프로세싱이 개략적으로 도시되며;
도 7에는 송신 신호의 주파수 성분들이 개략적으로 도시되며;
도 8에는 주 램프 주파수(main ramp frequency) 및 검사 톤 주파수(test tone frequency)를 변조시킴으로 인한 오프셋된 "측파대(side bands)"가 개략적으로 도시되며;
도 9에는 변조 기준 신호(modulating reference signal)의 주파수 오프셋 및 위상 관계가 개략적으로 도시되고;
도 10 및 도 11은 실시례들에 따른 방법들의 흐름도이다.
이제 본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 하기에서 더 완전하게 설명될 것인바, 그 첨부된 도면들에는 본 발명의 특정 실시례들이 도시된다. 그러나 본 발명은 많은 다양한 형태들로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 제시된 실시례들에 한정되는 것으로 간주되지 않아야 하고; 오히려, 이 실시례들이 예시로서 제공됨으로써, 본 개시서가 철저하고 완벽해질 것이며 본 발명의 범위가 본 발명의 기술분야의 통상의 기술자에게 완전히 전달될 것이다. 같은 번호들은 본 설명서 전체에 걸쳐 같은 요소들을 가리킨다.
도 1은 연속파 주파수-변조(FMCW) 레이더 장치(1)의 기능적 모듈들이 도시된 개략도이다. 일반적으로 말하자면, FMCW 레이더는 거리를 판별할 수 있는 단거리 측정 레이더(short range measuring radar)이다. 상기 FMCW 레이더 장치들이 속력 측정과 함께 거리 측정을 제공함으로써 높은 신뢰성이 제공된다. 이 종류의 레이더 장치는 조기 경보 레이더(early-warning radar), 및/또는 근접 센서로서 이용될 수 있다. FM 변조가 이용되는 때에 검출을 위하여 도플러 편이가 항상 요구되는 것은 아니다.
상기 FMCW 레이더 장치(1)는 상기 FMCW 레이더 장치(1)의 일반적 작동을 제어하도록 구성된 제어기(2)를 포함한다. 상기 제어기(2)는 제1 신호 발생기(5) 및 제2 신호 발생기(6)에 작동하게 연결된다. 그런데, 일 실시례에 따르면 상기 FMCW 레이더 장치(1)는, 참조 번호(11)로 개략적으로 도시된 바와 같은 단일 신호 발생기를 포함한다. 상기 FMCW 레이더 장치(1)는 송신기(Tx; 9)를 더 포함한다. 상기 Tx(9)는 적어도 하나의 안테나 요소를 포함한다. 상기 제어기(2)에 의해 제공되는 지시들(instructions)에 따라, 상기 신호 발생기들(5, 6, 11)은 상기 Tx(9)에 의해 송신되는 신호들을 발생시키도록 구성된다. 상기 신호 발생기들(5, 6, 11)에 의해 발생되는 신호들은 결합기(combiner; 7)에 제공되는바, 상기 결합기는 상기 신호 발생기들(5, 6, 11)에 의한 신호들을 공통 출력 신호(common output signal)로 결합시키도록 구성된다. 상기 결합기(7)는 송신을 위하여 상기 공통 출력 신호를 상기 Tx(9)에 제공하도록 더 구성된다. 상기 FMCW 레이더 장치(1)는 수신기(Rx; 8)를 더 포함한다. 상기 Rx(8)는 적어도 하나의 안테나 요소를 포함한다. 상기 Rx(8)는 신호들을 수신하고 그 수신된 신호를 상기 제어기(2)에 제공하도록 구성된다. 이에 따라 상기 제어기(2)는 수신된 신호들을 프로세싱(process)하도록 구성된다. 아래에서 더 개시될 바와 같이, 이 기능적 모듈들의 구성으로써, 상기 제어기(2)에 의하여 상기 신호들을 반사시키는 물체의 범위의 측정이 가능해진다. 상기 Tx(9) 및 Rx(8)의 안테나 요소들은 MCW 레이더 장치(1)의 레이더 돔(radome; 10) 안에 제공될 수 있다.
이제 상기 FMCW 레이더 장치(1)의 일반적 작동들이 설명될 것이다. FMCW 레이더 장치(1)에서 주어진 변조 파형으로써 주파수 변조되는 라디오 주파수(RF) 물체 검출 신호는, 상기 Tx(9)에 의해 표적을 향하여 송신되고 거기로부터 다시 상기 Rx(8)에 의한 수신을 위하여 상기 FMCW 레이더 장치(1)로 반사된다. 상기 Rx(8)에서 수신된 바와 같은 상기 반사된 신호는 시간 상 지연되고, 그런 이유로 상기 순간(instantaneous) 물체 검출 신호로부터 상기 표적의 범위(R)에 비례하는 양(τ)만큼 주파수 상으로 편이된다. 상기 범위(R)는 상기 FMCW 레이더 장치(1)로부터 상기 표적까지의 길이방향(length-wise) 거리에 해당된다.
상기 신호 발생기들(5, 6, 11)은, 변조 신호에 의해 고정된 시간 주기에 걸쳐 주파수 상으로 (위로 그리고/또는 아래로) 변화되는, 알려져 있는 안정적 주파수 연속파의 신호를 발생시키도록 구성된다. 상기 Rx(8)에서 수신된 신호 상의 주파수 편차는 거리에 따라 증가된다. 그 주파수 편차는 도플러 신호를 없애거나 흐릿하게 한다. 그 후 표적으로부터의 반향들은 송신된 신호와 혼합되어, 복조 후에 상기 표적의 거리를 제공(give)하는 비트 신호(beat signal)가 만들어진다.
다양한 변조들이 가능한바; 송신기 주파수(transmitter frequency)는, 사인파, 톱니파, 삼각파, 방형파 등등에 따라 올려지고 내려질(slew up and down) 수 있다. 예를 들어 상기 물체 검출 신호가 ΔF의 파고-파고값(peak to peak value) 및 1/fm의 주기를 가지는 삼각 파형에 의해 변조되는 때에, 상기 물체 검출 신호를 나타내는 신호 및 상기 반사된 신호를 수용할 수 있는(receptive) 필터링된 적합한 혼합기(suitable filtered mixer)에 의해 발생된 바와 같은, 흔히 비트 주파수(beat frequency)로도 알려져 있는 주파수 편이 또는 차주파수(fR)는, 상기 물체 검출 신호의 주파수의 시간 도함수 곱하기 왕복 지연 시간(round trip time delay; τ)과 같으며, 따라서 c가 광속일 때, fR = df/dt·τ = 4R (ΔF·fm)/c로 표현될 수 있다. 따라서 범위(R), 또는 상기 표적과 상기 FMCW 레이더 장치(1) 사이의 거리, 및 추가적으로 상기 FMCW 레이더 장치(1)에 상대적인 상기 표적의 범위율(range rate)은 상기 주파수 편이(fR)의 측정에 의해 판별된다. 상기 범위가 판별되는 프로세스는 본 발명 기술분야의 통상의 기술자에게 잘 알려져 있는 바와 같다.
도 5에는 2D FMCW 파형에 대한 주파수/시간 구조가 도시된다. 그 주파수/시간 구조는 MxN 주파수-시간 행렬로서 표현될 수 있다. 도 5에 도시된 것은 고속 샘플링된 램프들(fast, sampled ramps)을 이용하는 FMCW 레이더 장치(1) 작동의 기본 원리이다. (업 처프(up-chirp)로 도시되는) 송신 램프 동안에 상기 FMCW 레이더 장치(1)는 수신된 신호를 국소적으로 발생된(locally generated) 램프와 혼합한다. 시간 지연된 신호들 및 도플러는 그것들 자체를 상기 수신된 신호 상의 성분들 또는 주파수 편이들로 보이게 한다. 도 6에는 2D 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform; FFT)을 이용하여 시간-주파수 표현(좌상단)으로부터 범위 및 도플러 표현(우상단)으로 변환시키는 행렬 프로세싱이 개략적으로 도시된다. 또한 설명을 위해 예시로서 도시되는 것은, 결과적인 범위-도플러 행렬에 관하여 종종 수행되는 다른(further) 신호 프로세싱이다. 그 후 상이한 부-배열 요소들로부터의 요소들의 행렬은 LxNxM 도플러 부-배열 행렬에 결합(좌하단)될 수 있다. 그 후 FFT 기반 빔 형성(FFT based beam forming)과 같은 다른 신호 프로세싱은 상기 도플러 부-배열 행렬 상에 수행될 수 있는바, 이는 LxMxN 범위, 도플러, 각도 행렬 표현(우하단)으로 귀결된다. 하나의 램프에 대하여, 상기 램프와 수신된 반향 사이의 주파수 오프셋은, 제1 FFT 프로세싱 단계이 적용된 후에 범위/도플러 표현으로 옮겨진다. 그 후 일반적으로 도플러 및 범위는, 다수의 램프들을 취하고 도플러 차원에 걸쳐(즉, 그 램프들에 걸쳐) 제2 FFT 프로세싱 단계를 적용함으로써 모호하지 않게 분해(unambiguously resolved)될 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시례들은 상기 FMCW 레이더 장치(1)의 자체 검사에 관한 것이다. 상기 FMCW 레이더 장치(1)의 자체 검사를 달성하기 위하여, FMCW 레이더 장치(1), 상기 FMCW 레이더 장치(1)에 의해 수행되는 방법, 코드를 포함하는 컴퓨터 프로그램으로서, 예컨대 FMCW 레이더 장치(1) 상에서 실행되는 컴퓨터 프로그램 제품의 형태로 상기 FMCW 레이더 장치(1)의 자체 검사가 상기 방법을 수행하게 하는 컴퓨터 프로그램이 제공된다.
도 2에는, 도 1에 도시된 FMCW 레이더 장치(1)의 제어기 기능적 블록(controller functional block; 2)의 구성요소들이 여러 기능적 모듈들의 관점에서 개략적으로 도시된다. 적합한 중앙 프로세싱 유닛(central processing unit; CPU), 멀티프로세서, 마이크로컨트롤러, 디지털 신호 프로세서(DSP), 주문형 집적회로(application specific integrated circuit; ASIC), 필드 프로그래머블 게이트 어레이들(field programmable gate arrays; FPGA) 등등 중 하나 이상의 임의의 조합을 이용하는 프로세싱 유닛(4)이 제공되는바, 이는 (도 4에서와 같이) 컴퓨터 프로그램 제품(12) 내에 저장된, 예컨대 메모리(3)의 형태로 된, 소프트웨어 지시들(software instructions)을 실행할 수 있다. 따라서 이에 의해 상기 프로세싱 유닛(4)은 본 명세서에 개시된 바와 같은 방법들을 실행하도록 구성된다. 상기 메모리(3)는, 예를 들어 자기 메모리(magnetic memory), 광학 메모리, 고상 메모리 또는 심지어 원격으로 장착된(remotely mounted) 메모리 중 임의의 단일의 하나 또는 조합일 수 있는 영구 스토리지(persistent storage)도 포함할 수 있다. 상기 제어기(2)는, 제어 신호들을 상기 신호 발생기들(5, 6, 11)로 송신하고 상기 Rx(8)로부터 신호들을 수신함으로써 상기 FMCW 레이더 장치(1)의 일반적 작동을 제어한다. 본 명세서에 제시되는 개념들을 모호하게 하지 않도록 상기 제어기(2)의 다른 구성요소들 및 관련된 기능성은 생략되었다.
도 10 및 11은 FMCW 레이더 장치(1)의 자체 검사를 위한 방법들의 실시례들이 도시되는 흐름도들이다. 상기 방법들은 상기 FMCW 레이더 장치(1)에 의해 수행된다. 유리하게는 상기 방법들은 컴퓨터 프로그램들(13)로서 제공된다. 도 4에는 컴퓨터 판독가능 수단(14)을 포함하는 컴퓨터 프로그램 제품(12)의 일 예시가 도시된다. 이 컴퓨터 판독가능 수단(14) 상에 컴퓨터 프로그램(13)이 저장될 수 있는바, 그 컴퓨터 프로그램(13)은 상기 제어기(2) 및 거기에 작동하게 결합된 엔티티들(entities) 및 장치들로 하여금 본 명세서에 설명된 실시례들에 따른 방법들을 실행하게 할 수 있다. 도 4의 예시에서 컴퓨터 프로그램 제품(12)은, CD(컴팩트 디스크) 또는 DVD(디지털 다기능 디스크) 또는 블루레이(Blu-Ray) 디스크와 같은 광학 디스크로서 도시된다. 상기 컴퓨터 프로그램 제품(12)은, 예컨대 랜덤 액세스 메모리(random access memory; RAM), 읽기-전용 메모리(read-only memory; ROM), 삭제가능 프로그램가능 읽기-전용 메모리(erasable programmable read-only memory; EPROM), 또는 전기적으로 삭제가능한 프로그램가능 읽기-전용 메모리(electrically erasable programmable read-only memory; EEPROM)로도, 더 구체적으로는 범용 직렬 버스(Universal Serial Bus; USB) 메모리와 같은 외부 메모리로 된 장치의 비휘발성 스토리지 매체로도 실시될 수 있다. 따라서 상기 컴퓨터 프로그램(13)이 여기에서는 그려진 광학 디스크 상의 트랙으로서 개략적으로 도시되는 반면, 상기 컴퓨터 프로그램(13)은 상기 컴퓨터 프로그램 제품(12)에 적합한 임의의 방식으로 저장될 수 있다.
개시된 실시례들은 상기 물체 검출 신호와 병행하는 자체 검사 신호가 상기 FMCW 레이더 장치(1)에 의해 발생된다는 조건에 기반한다. 송신기 측에서 상기 자체 검사 신호를 표현하는 변조 신호는, 상기 물체 검출 신호를 표현하는 전송된 램프 상으로 발생될 수 있다. 도 7에 도시된 바와 같이 이는, 오프셋된 주파수 성분들(측파대 등등)을 상기 물체 검출 신호의 주 캐리어(main carrier) 상으로, 그리고 이에 따라 그후 상기 FMCW 램프 신호 상으로 전할 것이다. 도 7에 개략적으로 도시된 바와 같이 단일 캐리어 주파수(좌측 부분)는, 그 위에 공통 변조 기법들(common modulation techniques)을 이용하여 도입되는(imposed) 자체 검사 신호를 표현하는 2개 이상의 측파대들(또는 오프셋된 주파수들)을 가질 수 있다. 그 후 상기 주 캐리어는 도 5를 참조하여 개시된 바와 같이 램핑(ramped)(주파수 상으로 스위핑(swept))될 수 있으며, 그 오프셋 변조 톤들(offset modulation tones)도 상기 주 캐리어에 대해 고정된 오프셋에서 스위핑될 것이다.
이에 따라 주파수 변조 연속파(FMCW) 레이더 장치(1)의 자체 검사를 위한 방법은 단계(S8)에서 물체 검출 신호 및 자체 검사 신호를 포함하는 송신 신호를 송신함을 포함한다. 상기 자체 검사 신호는 적어도 하나의 가상 표적을 표현한다. 상기 자체 검사 신호는 상기 물체 검출 신호 상에 중첩된다. 상기 송신 신호는 상기 FMCW 레이더 장치(1)의 Tx(9)에 의해 송신된다.
상기 송신 신호를 발생시키는 다양한 방식들이 있을 수 있다. 일 실시례에 따르면 상기 송신 신호는 다음과 같이 발생된다. 단계(S2)에서 상기 물체 검출 신호가 발생된다. 상기 물체 검출 신호는 상기 신호 발생기(5)에 의해 발생될 수 있다. 단계(S4)에서 상기 자체 검사 신호는 상기 물체 검출 신호의 적어도 2개의 주파수 편이된 형태들로부터 발생된다. 상기 자체 검사 신호는 상기 신호 발생기(6)에 의해 발생될 수 있다. 위상 편이 키잉(phase shift keying)은 상기 자체 검사 신호를 발생시키도록 활용될 수 있다. 일반적으로 말하자면, 상기 자체 검사 신호는, Tx 경로 내의 위상 편이 키잉 변조(phase shift keying modulation), 스위치들을 이용하는 (또는 상기 Tx 측을 켜거나 끄는) 코드로 된 펄스들 진폭 변조, 또는 임의의 다른 변조 체계에 기반할 수 있다. 단계(S6)에서 상기 송신 신호는 상기 자체 검사 신호를 상기 물체 검출 신호에 추가함으로써 발생된다. 상기 송신 신호는 상기 결합기(7)에 의해 발생될 수 있다. 일 실시례에 따르면 단계들(S2, S4 및 S6)은 단계(S8)에 앞서 수행된다. 일 실시례에 따르면 단계들(S2, S4 및 S6)은 상기 FMCW 레이더 장치(1)의 구성전(pre-configuration) 국면 동안에 수행된다. 그렇다면 상기 물체 검출 신호 및/또는 상기 자체 검사 신호는 상기 제어기(2)의 메모리(3) 안에 저장될 수 있다. 그 전체 신호 파형들이 상기 메모리(3) 안에 저장되거나 또는 상기 신호 파형들을 발생시키는 데 필요한 파라미터들만 상기 메모리(3) 안에 저장된다.
상기 송신 신호는 상기 FMCW 레이더 장치(1)에 의해 수신 신호로서 수신된다. 따라서 상기 FMCW 레이더 장치(1)의 Rx(8)는 단계(S8)에서 상기 송신 신호의 수신된 형태인 수신 신호를 수신하도록 구성된다. 예를 들어 상기 수신 신호는, 상기 Tx(9)와 상기 Rx(8) 사이의 직접 결합에 의하여, 또는 레이더 돔(10) 또는 인접한 물체들로 인한 반사에 인접함으로써 수신될 수 있다. 즉, 일 실시례에 따르면 상기 수신 신호는 상기 송신 신호의 송신기(Tx; 9)와 수신기 신호의 수신기(Rx; 8) 사이의 직접 결합으로부터 수신된다. 일 실시례에 따르면, 상기 수신 신호는 상기 FMCW 레이더 장치(1)의 레이더 돔(10)에서와 같은 장치 내부 반사로부터 수신된다. 일 실시례에 따르면 상기 수신 신호는 장치 외부 반사로부터 수신된다.
FFT1 프로세싱을 수행하는 상기 제어기(2)에 의한 정상적 방식으로 상기 수신 신호가 (즉, 정상 수신 신호로서) 프로세싱되는 때에, 일정한 주파수 오프셋은 단일 범위 게이트(single range gate) 내에 단일 (결정론적) 신호로서 나타난다. 그렇다면 이 표현은 상기 가상 표적을 표현하는 검사 패턴(test pattern)을 한정한다. 더 상세하게는 상기 변조 검사 톤 주파수(modulating test tone frequency)로 인한 오프셋된 "측파대들" 및 주 램프 주파수가 도 8에 도시된다. 여기에서 도시되는 것은 (2개의 오프셋된 램프들을 발생시키는) 2개 톤 변조(two tone modulation)이다. 이에 따라 상기 제어기(2)는 단계(S12)에서 상기 수신 신호 내 적어도 하나의 가상 표적의 존재를 판별하도록 구성된다. 상기 수신 신호 내 상기 가상 표적의 부존재는 상기 FMCW 레이더 장치(1)의 하드웨어 고장의 표시를 제공한다.
이에 따라 변조 주파수 및 파형은, 변조 파라미터들로부터 직접 판별될 수 있는 가상 표적들의 특정 범위/도플러 패턴을 발생시킬 수 있다. 특정 범위 박스 및/또는 도플러 박스(range and/or Doppler bins)는, 요구되는 가상 표적들이 그 안에 포함되는지를 알아보기 위하여 조사될 수 있다. 예를 들어 검사 변조(test modulation)가 실행되는 동안에 가상 표적들의 올바른 패턴이 나타나지 않는다면, 적어도 상기 Tx(9), Rx(8), 및 상기 FMCW 레이더 장치(1)의 신호 프로세싱 체인 중 하나에 하드웨어 고장이 있을 가능성이 있다.
따라서 상기 적어도 하나의 가상 표적의 존재를 판별함은, 단계(S12a)에서 상기 수신 신호 내 적어도 하나의 주파수 성분의 진폭(amplitude)을 검출 문턱값과 비교함을 포함할 수 있다. 비교하는 단계(S12a)는 상기 FMCW 레이더 장치(1)의 제어기(2)에 의해 수행된다. 상기 적어도 하나의 주파수 성분은 상기 자체 검사 신호 내 상기 적어도 하나의 가상 표적에 대응되는 적어도 하나의 주파수 위치를 가진다. 따라서 상기 자체 검사 신호의 각각의 주파수 성분은 고유의 가상 표적에 대응될 수 있다. 각각의 고유의 가상 표적은 고유의 각도, 도플러 편이, 및/또는 거리에 대응될 수 있다. 도 9에는, 변조 기준 신호의 주파수 오프셋 및 위상 관계가 어떻게 범위-도플러 공간에서 가상 표적들의 결정론적 패턴으로서 나타나는지가 도시된다. 이는 빔 형성(beam forming) 후에도 참이다. 따라서 상기 적어도 하나의 주파수 위치 각각의 하나는 범위 박스(range bin) 및/또는 도플러 박스(Doppler bin)에 대응된다.
게다가 상기 검출 문턱값보다 낮은 상기 적어도 하나의 주파수 성분의 진폭은 하드웨어 고장의 표시를 제공한다. 상기 검출 문턱값을 결정하는 다양한 방식들이 있을 수 있다. 일 실시례에 따르면 상기 검출 문턱값은 고정된 값을 취한다. 다른 일 실시례에 따르면, 상기 검출 문턱값은 상기 수신 신호 내 다른 주파수 성분들의 진폭들에 의존하는 값을 취한다. 그렇게 함으로써 상기 검출 문턱값은 상기 수신 신호의 잡음 레벨들에 적합화될 수 있다.
일반적으로 말하자면, 톤들의 주파수 간격(따라서 그 톤들이 나타나는 범위 박스)은 변조 파형에 의해 결정(determine)된다. 이 톤들 사이에 진폭 관계가 있을 수도 있다(예를 들어, 상기 톤들이 모두 서로에 대하여 상대적이어야 함). 이는 아날로그 및 디지털 신호 프로세싱 체인의 충실도(fidelity)에 관한 추가 정보(예를 들어 그것이 주파수의 함수로서 어떻게 거동하는지)를 제공할 수 있다. 실시례들에 따르면 이에 따라 상기 자체 검사 신호는, 각각이 톤에 대응되는 적어도 2개의 양의 주파수 성분들을 포함한다. 상기 톤들 사이의 주파수 간격은 상기 물체 검출 신호의 변조 파형에 의해 결정될 수 있다.
일반적으로 말하자면, 상기 자체 검사 신호를 포함하는 상기 송신 신호를 송신하는 단계는 상기 FMCW 레이더 장치(1)의 기능적 안전 및 신뢰성 요구사항들에 따라 수행된다. 따라서 상기 Tx(9)는 단계(S14)에서 상기 자체 검사 신호가 제외되어 있는 제2 송신 신호를 송신하도록 구성될 수 있다. 그 후 상기 자체 검사 신호를 포함하는 송신 신호는, 센서 사이클(sensor cycle)의 말미에, 그리고/또는 상기 FMCW 레이더 장치(1)의 작동 시작시(power up)에 송신될 수 있다. 상기 자체 검사 신호를 포함하는 상기 송신 신호의 송신의 횟수는, 상기 자체 검사 신호를 포함하는 송신 신호가 송신되는 시기에 의존적일 수 있다. 예를 들어, 센서 사이클의 말미에 상기 자체 검사 신호를 포함하는 송신 신호의 송신에 비하여, 상기 자체 검사 신호를 포함하는 송신 신호의 더 많은 횟수의 송신이 상기 FMCW 레이더 장치(1)의 작동 시작 중에 송신될 수 있다. 그렇게 함으로써, 작동 시작 중에 상기 자체 검사 신호를 포함하는 송신 신호의 송신이, 상기 자체 검사 신호를 포함하는 송신 신호의 더 포괄적인(more comprehensive) 전송을 나타낼 수 있다. 일 실시례에 따르면, 상기 자체 검사 신호를 포함하는 송신 신호를 송신하는 단계는 적어도 상기 FMCW 레이더 장치의 시동 중에, 상기 제2 송신 신호의 매 I번째 송신마다 한번, 그리고/또는 상기 FMCW 레이더 장치의 작동 중 매 J번째 밀리초마다 한번 수행되는바, 여기에서, I ≥ 1이며 J ≥ 1이다. 일 실시례에 따르면 상기 자체 검사 신호를 포함하는 송신 신호를 송신하는 단계는 초당 25회 수행된다.
상기 FMCW 레이더 장치(1)는, 77 GHz FMCW 레이더 구성과 같은 자동차 레이더용 레이더 구성의 부분일 수 있다. 특히, 상기 FMCW 레이더 장치(1)는 자동차(12) 내에 제공될 수 있다. 도 3에는 FMCW 레이더 장치(1)를 포함하는 자동차(12)가 도시된다.
본 발명은 주로 몇몇 실시례들을 참조하여 위에서 설명되었다. 그러나 본 발명 기술분야의 통상의 기술자에 의해 쉽게 이해될 수 있는 바와 같이, 마찬가지로 위에서 개시된 것들 외의 다른 실시례들이 본 발명의 범위 내에서 가능한바, 첨부된 특허 청구항들에 의해 한정되는 바와 같다.

Claims (15)

  1. 주파수 변조 연속파(frequency-modulated continuous-wave; FMCW) 레이더 장치(1)의 자체 검사(self-test)를 위한 방법으로서:
    물체(object) 검출 신호, 및 상기 물체 검출 신호에 중첩되며 적어도 하나의 가상 표적을 표현하는 자체 검사 신호를 포함하는 송신 신호를 송신하는 단계(S8);
    상기 송신 신호의 수신된 형태(received version)인 수신 신호를 수신하는 단계(S10); 및
    상기 수신 신호 내의 상기 적어도 하나의 가상 표적의 존재를 판별하는 단계(S12)를 포함하고,
    상기 수신 신호 내 상기 가상 표적의 부존재(lack of presence)에 의해 상기 FMCW 레이더 장치의 하드웨어 고장(hardware failure)의 표시(indication)가 제공되는, 자체 검사 방법.
  2. 제1항에 있어서, 존재를 판별하는 단계는:
    상기 수신 신호 내의 적어도 하나의 주파수 성분의 진폭(amplitude)을 검출 문턱값과 비교하는 단계(S12a)을 포함하며,
    상기 적어도 하나의 주파수 성분은, 상기 자체 검사 신호 내 상기 적어도 하나의 가상 표적에 대응되는 적어도 하나의 주파수 위치(location in frequency)를 가지고,
    상기 적어도 하나의 주파수 성분의 진폭이 상기 검출 문턱값보다 낮음에 의해 상기 하드웨어 고장의 표시가 제공되는, 자체 검사 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 검출 문턱값은, 고정된 값을 취하거나 상기 수신 신호 내 다른 주파수 성분들의 진폭들에 의존적인 값을 취하는, 자체 검사 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 적어도 하나의 주파수 위치 각각은 범위 박스(range bin) 및/또는 도플러 박스(Doppler bin)에 대응되는, 자체 검사 방법.
  5. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자체 검사 신호는 각각이 톤(tone)에 대응되는 적어도 2개의 양의 주파수 성분들을 포함하고, 상기 톤들 사이의 주파수 간격은 상기 물체 검출 신호의 변조 파형(modulating waveform)에 의해 결정(determine)되는, 자체 검사 방법.
  6. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자체 검사 신호의 주파수 성분 각각은 고유의(unique) 가상 표적에 대응되고, 각각의 고유의 가상 표적은 고유 각도(unique angle), 도플러 편이, 및/또는 거리에 대응되는, 자체 검사 방법.
  7. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 송신 신호를 송신하는 단계에 앞서:
    상기 물체 검출 신호를 발생시키는 단계(S2);
    상기 물체 검출 신호의 적어도 2개의 주파수 편이된 형태들로부터 상기 자체 검사 신호를 발생시키는 단계(S4); 및
    상기 물체 검출 신호에 상기 자체 검사 신호를 추가함으로써 상기 송신 신호를 발생시키는 단계(S6);을 더 포함하는, 자체 검사 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 자체 검사 신호를 발생시키기 위하여 위상 편이 키잉(phase shift keying)이 활용되는, 자체 검사 방법.
  9. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 물체 검출 신호는 업 처프 램프 신호(up chirp ramp signal)인, 자체 검사 방법.
  10. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 수신 신호는, 상기 송신 신호의 송신기(9)와 수신기 신호의 수신기(8) 사이의 적어도 하나의 직접 결합(direct coupling)으로부터, 또는 장치 외부 반사로부터, 또는 상기 FMCW 레이더 장치의 레이더 돔(radome; 10)과 같은 장치 내부 반사로부터 수신되는, 자체 검사 방법.
  11. 전기한 항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 자체 검사 방법은:
    상기 자체 검사 신호가 제외되어 있는 제2 송신 신호를 송신하는 단계(S14)를 더 포함하고,
    상기 자체 검사 신호를 포함하는 송신 신호를 송신하는 단계는, 적어도 상기 FMCW 레이더 장치의 시동 중에, 상기 제2 송신 신호의 매 I번째 송신마다 한번, 그리고/또는 상기 FMCW 레이더 장치의 작동 중 매 J번째 밀리초마다 한번 수행되며, I ≥ 1이며 J ≥ 1인, 자체 검사 방법.
  12. 자체 검사를 위한 주파수 변조 연속파(FMCW) 레이더 장치(1)로서:
    물체 검출 신호, 및 상기 물체 검출 신호에 중첩되며 적어도 하나의 가상 표적을 표현하는 자체 검사 신호를 포함하는 송신 신호를 송신하도록 구성된 송신기(9);
    상기 송신 신호의 수신된 형태인 수신 신호를 수신하도록 구성된 수신기(8); 및
    상기 수신 신호 내의 상기 적어도 하나의 가상 표적의 존재를 판별하도록 구성된 제어기(2);를 포함하고,
    상기 수신 신호 내 상기 가상 표적의 부존재에 의해 상기 FMCW 레이더 장치의 하드웨어 고장의 표시가 제공되는, 주파수 변조 연속파 레이더 장치.
  13. 제12항에 따른 FMCW 레이더 장치를 포함하는 자동차(12).
  14. 주파수 변조 연속파(FMCW) 레이더 장치의 자체 검사를 위한 컴퓨터 프로그램(13)으로서, 상기 컴퓨터 프로그램은, FMCW 레이더 장치 상에서 실행되는 때에 상기 FMCW 레이더 장치로 하여금:
    물체 검출 신호, 및 상기 물체 검출 신호에 중첩되며 적어도 하나의 가상 표적을 표현하는 자체 검사 신호를 포함하는 송신 신호를 송신(S8)하게 하며;
    상기 송신 신호의 수신된 형태인 수신 신호를 수신(S10)하게 하고;
    상기 수신 신호 내의 상기 적어도 하나의 가상 표적의 존재를 판별(S12)하게 하는; 컴퓨터 프로그램 코드를 포함하며,
    상기 수신 신호 내 상기 가상 표적의 부존재에 의해 상기 FMCW 레이더 장치의 하드웨어 고장의 표시가 제공되는, 컴퓨터 프로그램.
  15. 제14항에 따른 컴퓨터 프로그램(13) 및 상기 컴퓨터 프로그램이 저장된 컴퓨터 판독가능 수단(computer readable means; 14)을 포함하는, 컴퓨터 프로그램 제품(12).
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