KR20160056621A - 차량용 레이더의 전원 제어 장치 및 방법 - Google Patents

차량용 레이더의 전원 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전원 모듈에서 발생하는 스위칭 주파수 성분을 FMCW 레이더가 사용하는 주파수 영역에서 가장 문제가 되지 않는 나이키스트 주파수의 홀수배로 이동시켜 FMCW 레이더에서 스위칭 주파수로 인한 오탐지가 발생하지 않도록 하는 차량용 레이더의 전원 제어 장치 및 방법을 제안한다. 본 발명에 따른 차량용 레이더의 전원 제어 장치는 미리 정해진 크기의 제1 주파수 신호를 생성하는 제1 주파수 신호 생성부; 제1 주파수 신호의 주파수 값을 변환시켜 제2 주파수 신호를 획득하는 제2 주파수 신호 획득부; 및 제2 주파수 신호를 기초로 차량용 레이더를 작동시키기 위한 전원을 제어하는 전원 제어부를 포함한다.

Description

차량용 레이더의 전원 제어 장치 및 방법 {Apparatus and method for controlling power of vehicle radar}
본 발명은 레이더 시스템에 공급되는 전원을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 차량용 레이더 시스템에 공급되는 전원을 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
차량용 레이더 시스템에서 기존에는 사용하는 주파수 영역의 대역폭이 넓지 않아 전원 모듈(Power Supply Module)에서 발생하는 스위칭 주파수(Switching Frequency)의 성분이 큰 문제가 되지 않았다.
그런데 최근 들어 사용 대역폭이 점차 증가함에 따라 스위칭 주파수가 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더(Radar)에서 사용하는 주파수 영역에 포함되어 문제가 될 수 있는 상황이 발생하고 있다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 미국등록특허 제7,079,073호는 FMCW 레이더에서 전원 장치의 스위칭 주파수 성분을 할당 대역(Assignable Band) 내부로 시프트(shift)시켜 데이터가 존재하는 주파수 영역 밖으로 스위칭 주파수 성문을 이동시켜 잡음(noise)을 피하는 방법에 대하여 제안하고 있다.
그러나 상기한 방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
첫째, 스위칭 주파수를 변경하기 위해서는 하드웨어적으로 클럭 생성기(Clock Generator)와 주파수 설정기(Frequency Setter)를 포함하는 스위칭 신호 출력 모듈(Switching Signal Output Module)이 필요하다. 그러나 이외에도 믹서(Mixer), 여러 주파수를 내보낼 수 있는 LO(Local Oscillator) 등이 더 필요하기 때문에 하드웨어의 크기 증가, 재료비 상승, 복잡도 증가 등의 악영향을 발생시킨다.
둘째, 나이키스트 주파수(Nyquist Frequency)와 비트 주파수(Beat Frequency)의 최대값이 같은 경우 무조건 스위칭 주파수를 fN으로만 옮겨야 하는데, 이는 스위칭 신호 출력 모듈의 기능을 극히 일부만 사용하게 되어 낭비가 심하게 된다. 실제 시스템에서는 나이키스트 주파수와 비트 주파수의 최대값이 같은 경우가 더 많으며, 이 경우 할당 대역들의 폭은 매우 좁게 된다.
세째, 앨리어싱 대역들(Aliasing Bands)을 사용하게 되는 경우에는 가장 낮은 특이 대역(Specific Band)을 사용하는 것보다 EMC에 취약하게 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 전원 모듈에서 발생하는 스위칭 주파수 성분을 FMCW 레이더가 사용하는 주파수 영역에서 가장 문제가 되지 않는 나이키스트 주파수의 홀수배로 이동시켜 FMCW 레이더에서 스위칭 주파수로 인한 오탐지가 발생하지 않도록 하는 차량용 레이더의 전원 제어 장치 및 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 미리 정해진 크기의 제1 주파수 신호를 생성하는 제1 주파수 신호 생성부; 상기 제1 주파수 신호의 주파수 값을 변환시켜 제2 주파수 신호를 획득하는 제2 주파수 신호 획득부; 및 상기 제2 주파수 신호를 기초로 차량용 레이더를 작동시키기 위한 전원을 제어하는 전원 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더의 전원 제어 장치를 제안한다.
바람직하게는, 상기 제1 주파수 신호 생성부는 상기 차량용 레이더를 구성하는 것으로서 상기 차량용 레이더에서 생성된 주파수 신호들을 처리하는 신호 처리부의 내부에 구비되거나, 상기 차량용 레이더와 별도로 구비된다.
바람직하게는, 상기 제1 주파수 신호 생성부는 상기 차량용 레이더를 구성하는 아날로그 디지털 컨버터의 샘플링을 위한 클럭 소스이다.
바람직하게는, 상기 제2 주파수 신호 획득부는 주파수 분주 또는 주파수 체배를 이용하여 상기 제1 주파수 신호의 주파수 값을 변환시켜 샘플링 주파수들을 생성하며, 상기 샘플링 주파수들 중에서 어느 하나의 주파수를 기초로 상기 제2 주파수 신호를 획득한다.
바람직하게는, 상기 제2 주파수 신호 획득부는 상기 제1 주파수 신호의 주파수 값을 홀수번 주파수 분주하거나 홀수번 주파수 체배하여 상기 샘플링 주파수들을 생성한다.
바람직하게는, 상기 제2 주파수 신호 획득부는 상기 샘플링 주파수들로 나이키스트 주파수(Nyquist Frequency)를 생성한다.
바람직하게는, 상기 제2 주파수 신호 획득부는 상기 샘플링 주파수들 중에서 최소값과 최대값 사이의 중간값을 가지는 중간값 주파수들을 검출하며, 상기 중간값 주파수들 중에서 최소값을 가지는 주파수를 기초로 상기 제2 주파수 신호를 획득한다.
또한 본 발명은 미리 정해진 크기의 제1 주파수 신호를 생성하는 단계; 상기 제1 주파수 신호의 주파수 값을 변환시켜 제2 주파수 신호를 획득하는 단계; 및 상기 제2 주파수 신호를 기초로 차량용 레이더를 작동시키기 위한 전원을 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더의 전원 제어 방법을 제안한다.
바람직하게는, 상기 생성하는 단계는 상기 차량용 레이더를 구성하는 아날로그 디지털 컨버터의 샘플링을 위한 클럭 소스를 이용하여 상기 제1 주파수 신호를 생성한다.
바람직하게는, 상기 획득하는 단계는 주파수 분주 또는 주파수 체배를 이용하여 상기 제1 주파수 신호의 주파수 값을 변환시켜 샘플링 주파수들을 생성하며, 상기 샘플링 주파수들 중에서 어느 하나의 주파수를 기초로 상기 제2 주파수 신호를 획득한다.
바람직하게는, 상기 획득하는 단계는 상기 제1 주파수 신호의 주파수 값을 홀수번 주파수 분주하거나 홀수번 주파수 체배하여 상기 샘플링 주파수들을 생성한다.
바람직하게는, 상기 획득하는 단계는 상기 샘플링 주파수들로 나이키스트 주파수(Nyquist Frequency)를 생성한다.
바람직하게는, 상기 획득하는 단계는 상기 샘플링 주파수들 중에서 최소값과 최대값 사이의 중간값을 가지는 중간값 주파수들을 검출하며, 상기 중간값 주파수들 중에서 최소값을 가지는 주파수를 기초로 상기 제2 주파수 신호를 획득한다.
본 발명은 전원 모듈에서 발생하는 스위칭 주파수 성분을 FMCW 레이더가 사용하는 주파수 영역에서 가장 문제가 되지 않는 나이키스트 주파수의 홀수배로 이동시킴으로써 다음 효과를 얻을 수 있다.
첫째, FMCW 레이더에서 스위칭 주파수로 인한 오탐지가 발생하지 않으며, 이에 따라 탐지 성능을 향상시킬 수 있다.
둘째, 기존의 방법들은 추가적인 주파수 생성을 위한 소자와 주파수 선택을 위한 모듈이 추가적으로 필요하였지만, 본 발명에서는 주파수 생성을 위한 소자는 필요없으므로 부품수 감소에 기여한다.
세째, 하나의 레이더를 여러 기능으로 사용하는 경우, 각각의 기능에 따라 제품의 스위칭 주파수를 변화시키는 경우가 발생한다. 본 발명은 전원 모듈의 스위칭 주파수를 자동으로 바꾸어주므로 대량 생산을 통해 원가 절감을 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 시스템을 도시한 개념도이다.
도 2는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 레이더 시스템을 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 FMCW 레이더에서 사용하는 주파수 영역을 도시한 주파수 영역도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 시스템의 제1 작동 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 시스템의 제2 작동 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 레이더 시스템을 구성하는 전원 제어 시스템의 내부 구성을 도시한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 전원 모듈의 스위칭 주파수가 위치하게 되는 주파수 영역을 도시한 제1 주파수 영역도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 전원 모듈의 스위칭 주파수가 위치하게 되는 주파수 영역을 도시한 제2 주파수 영역도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 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, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
본 발명은 스위칭 주파수로 동작하는 전원 모듈(Power Supply Module)을 포함하는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 시스템의 오탐지율 감소 방법 및 장치이다.
FMCW 레이더는 현재 스마트 주차 보조 시스템(SPAS; Smart Parking Assistance System), 차선 유지 보조 지스템(LKAS; Lane Keeping Asistance System), 스마트 크루즈 컨트롤(SCC; Smart Cruise Control) 시스템 등의 다양한 지능형 차량 기술들에 필수적인 요소로 사용되고 있으며, 지속적으로 연구 및 개발되고 있다.
이러한 FMCW 레이더는 사용하는 주파수 영역에 따라 근거리부터 장거리까지의 타겟을 감지하여 차량의 속도 및 거리를 조절을 위한 정보를 획득 및 제공하는 역할을 수행하고 있으며, 앞으로 그 활용폭이 더 넓어질 것으로 예측된다.
감지해야 할 대상의 정확한 위치를 탐지하기 위해 FMCW 레이더는 RF 모듈에서 신호 처리 모듈로 전달되는 일정 대역폭의 주파수 영역의 정보를 사용한다. 기존에는 사용하는 주파수 영역의 대역폭이 넓지 않아 전원 모듈에서 발생하는 스위칭 주파수(Switching Frequency)의 성분이 큰 문제가 되지 않았으나, 최근에는 그 대역폭이 점차 증가함에 따라 스위칭 주파수가 FMCW 레이더에서 사용하는 주파수 영역에 포함되는 상황이 발생하고 있다. 스위칭 주파수 성분이 FMCW 레이더에서 사용하는 주파수 영역을 침범할 경우 오탐지 확률을 높이고, 실제로 존재하지 않는 타겟을 존재한다고 하는 오경보를 발생하여 탑승자의 안전에 큰 위험이 발생하게 된다.
따라서 본 발명에서는 이 스위칭 주파수 성분을 FMCW 레이더가 사용하는 주파수 영역에서 가장 문제가 되지 않는 나이키스트 주파수(Nyquist Frequency)의 홀수배로 이동시켜, FMCW 레이더에서 스위칭 주파수로 인해 오탐지가 발생하지 않게 하는 방법 및 장치를 제안한다.
본 발명은 FMCW 레이더가 샘플링 주파수(Sampling Frequency)를 최대한 사용할 수 있게 해 낭비가 없고, 주파수 생성을 위한 추가적인 소스(Source) 없이 기존에 존재하는 ADC 클럭(Clock) 신호를 이용하여 분주 또는 체배를 해주어 이용하므로 추가적인 비용이 적게 드는 장점이 있다.
또한 다수의 소자들의 클럭 소스(Clock Source)를 일원화시켜 EMC 및 비동기화로 인해 추가적으로 발생하는 열화 현상들을 감소시킬 수 있다.
이하 도면을 참조하여 보다 자세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 시스템을 도시한 개념도이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 FMCW 레이더의 기본적인 구성(111 ~ 142, 153)과 ADC 클럭 소스(ADC Clock Source; 151)와 주파수 변환 모듈(152)을 사용하는 구조를 도시한 레이더 시스템 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이더 시스템(100)은 M개의 송신 안테나(111), N개의 수신 안테나(131), M개의 증폭기(Amplifier; 112), RF 주파수 생성 모듈(120), 믹서(Mixer; 132), 필터(Filter; 133), PGA(Programmable Gain Amplifier; 134), ADC(Analog to Digital Converter; 141), 신호 처리부(Signal Processor; 142), ADC 클럭 소스(ADC Clock Source; 151), 주파수 변환 모듈(152) 및 전원 모듈(Power Supply Module; 153)을 포함한다.
M개의 송신 안테나(Transmitting Antenna; 111)는 주변의 물체를 탐지하기 위한 고주파 대역의 전자기파를 송신하는 기능을 한다.
N개의 수신 안테나(Receiving Antenna; 131)는 목표물에 의해 반사되어 돌아오는 반사파를 수신한다.
M개의 증폭기(112)는 송신 안테나(111)로 보내지는 신호를 증폭한다.
RF 주파수 생성 모듈(120)은 기준 주파수를 생성하여 증폭기(112), 믹서(132) 및 신호 처리부(142)에 공급한다.
RF 주파수 생성 모듈(120)은 VCO(Voltage Control Oscillator; 121), PLL(Phase Lock Loop) 및 처프 발생기(Chirp Generator)를 포함한다. PLL 처프 발생기(PLL and Chirp Generator; 122)는 PLL과 처프 발생기가 결합된 구성을 의미한다.
처프 발생기는 송신 안테나를 통해 보내는 FMCW 레이더의 파형 모양을 결정하고, 이 파형의 모양은 기준 주파수를 생성하는 VCO(121)에서 생성된다.
PLL은 기준 주파수의 위상을 고정하여 VCO(121)에서 안정적으로 주파수가 생성하도록 한다.
믹서(132)는 반사파와 기준 주파수의 차이를 이용하여 레이더가 감지하는 영역에 있는 목표 타겟들에 대한 정보를 담고 있는 비트 신호(Beat Signal)을 추출한다. 여기서, 반사파 및 전자기파는 레이더의 송수신 대역(고주파 대역)이며, 비트 신호는 기저 대역의 주파수들의 정보를 포함한다.
필터(133)는 필터링을 통해 비트 신호에 존재하는 노이즈를 제거한다.
PGA(134)는 기존에 정해진 설정에 따른 증폭 이득으로 비트 신호를 증폭한다.
ADC(141)는 증폭된 비트 신호의 진폭을 디지털 변환한 진폭 데이터를 신호 처리부(142)에 전달한다.
ADC 클럭 소스(151)는 ADC(141)의 샘플링(Sampling)을 위해 필요한 레퍼런스 클럭(Reference Clock)이다.
전원 모듈(153)은 레이더 시스템(100)의 신호 처리부(142), RF 주파수 생성 모듈(120) 등에 전원을 공급해 준다.
주파수 변환 모듈(152)은 ADC 클럭 소스(151)의 단일 주파수 신호를 수신한 뒤, 이 단일 주파수 성분 신호를 나이키스트 주파수(Nyquist Frequency)의 홀수배의 단일 주파수 성분만을 가지는 신호로 분주 또는 체배하여 전원 모듈(153)의 스위칭 주파수로 동작하게 변화시키는 기능을 한다. 이 주파수 변환 모듈(152)에 의해 변화되어 발생되는 전원 모듈(153)의 스위칭 신호(Switching Signal)의 주파수 성분은 비트 신호에 노이즈로 작용하지 않거나 최소한의 악영향만 미치는 주파수에 위치하게 되어 스위칭 신호가 FMCW 레이더 시스템의 성능에 미치는 악영향을 없애거나 최소화시킨다.
도 2는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 레이더 시스템을 도시한 개념도이다.
도 2는 도 1과 마찬가지로 본 발명의 제2 실시예에 따른 FMCW 레이더의 기본적인 구성(111 ~ 142, 153)과 ADC 클럭 소스(ADC Clock Source; 201)와 주파수 변환 모듈(152)을 사용하는 구조를 도시한 레이더 시스템 구성도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 레이더 시스템(200)은 M개의 송신 안테나(111), N개의 수신 안테나(131), M개의 증폭기(Amplifier; 112), RF 주파수 생성 모듈(120), 믹서(Mixer; 132), 필터(Filter; 133), PGA(Programmable Gain Amplifier; 134), ADC(Analog to Digital Converter; 141), 신호 처리부(Signal Processor; 142), ADC 클럭 소스(ADC Clock Source; 201), 주파수 변환 모듈(152) 및 전원 모듈(Power Supply Module; 153)을 포함한다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 레이더 시스템(200)이 본 발명의 제1 실시예에 따른 레이더 시스템(100)과 비교하여 가지는 차이점은 ADC 클럭 소스(201)가 신호 처리부(142)의 내부에 구비된다는 것이다.
다른 구성들의 기능은 도 1에서 설명한 것과 동일하다.
ADC 클럭 소스(또는 ADC 클럭 출력(ADC Clock Output))(201)는 ADC 샘플링 주파수(Sampling Frequency)의 레퍼런스 클럭(Reference Clock)으로 사용된다. 이 ADC 클럭 소스(201)는 신호 처리부(142) 내부에 위치하며 주파수 변환 모듈(152)로도 단일 주파수 성분을 갖는 클럭 신호를 보낸다.
한편 본 발명에 따른 FMCW 레이더의 ADC(141)에서 사용하는 샘플링 주파수에 따른 나이키스트 주파수의 수식은 다음과 같다.
fNyquist = 1/2 × fsampling
상기에서 fNyquist는 나이키스트 주파수를 의미하며, fsampling은 ADC(141)의 샘플링 주파수를 의미한다.
Nyquist Theorem에 의해, FMCW 레이더에서 사용할 수 있는 최대 주파수 영역의 샘플링 주파수의 1/2이며 이를 나이키스트 주파수(Nyquist Frequency)라 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 FMCW 레이더에서 사용하는 주파수 영역을 도시한 주파수 영역도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 FMCW 레이더의 비트 신호가 사용하는 주파수 영역을 도시한 주파수 영역도이다.
도 3에서 x축은 주파수 영역(Frequency), y축은 진폭 영역(Amplitude)이다. fbeat_max는 비트 신호가 사용하는 주파수 범위의 최대값을 의미하며, fsampling은 ADC의 샘플링 주파수를 의미한다. fNyquist는 샘플링 주파수에 따른 나이키스트 주파수를 의미하며, 앨리어싱 대역(Aliasing Band)은 비트 신호에 영향을 미칠 수 있는 주파수 영역을 의미한다.
FMCW 레이더에서 사용하는 주파수 영역(310)과 FMCW 레이더에서 사용 가능한 주파수 영역(320)이 도 3에 도시된 바와 같을 때, FMCW 레이더의 비트 신호가 사용하는 주파수의 최대값은 fbeat_max이며, fbeat_max≤fNyquist여야 한다. fbeat_max에 따라 사용 금지 영역인 앨리어싱 대역들(330, 340)이 생긴다. 앨리어싱 대역들(330, 340)의 폭은 2×fbeat_max이며, 중심축은 fsampling의 정수배이다. 이 앨리어싱 대역들(330, 340)의 영역에 비트 신호 이외의 다른 신호가 존재하는 경우 비트 신호에 잡음으로 작용하여 FMCW 레이더에 오탐지 현상을 발생시키는 요인이 된다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 시스템의 제1 작동 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 ADC의 레퍼런스 클럭(Reference Clock) 신호를 주파수 변환 모듈(152)에서 처리하여 최적의 스위칭 주파수를 결정하는 방법에 대한 흐름도이다. 이하에서는 도 1의 구성으로 도 4에 대하여 설명할 것이나 도 2의 구성도 적용 가능함은 물론이다.
먼저 ADC 클럭 소스(151)가 ADC의 레퍼런스 클럭을 생성한다(S410).
이후 주파수 변환 모듈(152)이 ADC의 레퍼런스 클럭을 수신한다(S420).
이후 주파수 변환 모듈(152)이 스위칭 신호의 최적 스위칭 주파수를 결정한다(S430).
이후 주파수 변환 모듈(152)이 최적 스위칭 주파수를 전원 모듈(153)로 송신한다(S440).
이후 전원 모듈(153)이 최적의 스위칭 주파수를 사용하여 전원을 생성한다(S450).
이후 전원 모듈(153)이 생성된 전원을 레이더 시스템(100)의 각 구성에 공급한다(S460).
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 시스템의 제2 작동 방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 ADC(141)의 레퍼런스 클럭 신호가 주파수 변환 모듈(152)의 입력으로 들어가서 스위칭 주파수가 나이키스트 주파수의 홀수배로 배치되게 하는 흐름도이다. 이하에서는 도 1의 구성으로 도 4에 대하여 설명할 것이나 도 2의 구성도 적용 가능함은 물론이다.
주파수 변환 모듈(152)이 단일 주파수 성분을 가지는 ADC의 레퍼런스 클럭을 수신한다(S510).
이후 주파수 변환 모듈(152)이 샘플링 주파수의 절반인 나이키스트 주파수 즉 fNyquist를 기준으로 시작한다(S520).
이후 주파수 변환 모듈(152)이 fNyquist의 홀수배를 foptimized로 산출한다(S530).
이후 주파수 변환 모듈(152)이 foptimized와 fswitching,max를 비교한다(S540). fswitching,min과 fswitching,max는 사전에 정해진다. fswitching,min은 전원 모듈(153)에서 사용 가능한 스위칭 주파수의 최소값을 의미하며, fswitching,max는 전원 모듈(153)에서 사용 가능한 스위칭 주파수의 최대값을 의미한다.
foptimized가 fswitching,max보다 큰 것으로 판단되면, 주파수 변환 모듈(152)이 k 값을 증가시켜(S550) S530 단계를 다시 수행한다.
반면 foptimized가 fswitching,max보다 작거나 같은 것으로 판단되면, 주파수 변환 모듈(152)은 foptimized와 fswitching,min을 비교한다(S540).
foptimized가 fswitching,min 이상인 것으로 판단되면, 주파수 변환 모듈(152)이 이 foptimized를 스위칭 주파수로 결정한다(S570).
반면 foptimized가 fswitching,min 미만인 것으로 판단되면, 주파수 변환 모듈(152)은 S550 단계를 다시 수행한다.
한편 주파수 변환 모듈(152)은 k 값을 변경해 가면서 S520 단계 내지 S570 단계를 여러 차례 반복 수행하여 fNyquist의 홀수배 중에서 fswitching,min보다 크고 fswitching,max보다 작은 조합 중에서 가장 작은 주파수를 스위칭 주파수로 결정하는 것도 가능하다.
한편 다음 수식은 S530 단계에서 주파수 변환 모듈(152)이 입력된 ADC 클럭 신호를 변화시켜 적용시킬 수 있는 스위칭 주파수들을 산출하는 방법에 관한 것이다.
fswitching = fsampling/2 × (2k-1) = fNyquist × (2k-1)
스위칭 주파수 fswitching은 샘플링 주파수 fsampling의 절반의 홀수배 또는 나이키스트 주파수의 홀수배로 정해진다. k는 자연수이며, k=1일 때 회로 구성이 가장 단순해진다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따라 레이더 시스템을 구성하는 전원 제어 시스템의 내부 구성을 도시한 개념도이다.
도 6은 본 발명에 따라 ADC의 레퍼런스 클럭 신호가 주파수 변환 모듈(152)의 입력으로 들어가서 스위칭 주파수가 나이키스트 주파수의 홀수배로 변환시키는 주파수 변환 모듈(152)의 블록 다이어그램(Block Diagram)을 나타낸 도이다.
ADC Reference Clock 생성 모듈인 ADC 클럭 소스(151 or 201)에서 단일 주파수 성분 fsampling만을 갖는 주기 신호가 ADC(141)와 주파수 변환 모듈(152)로 보내진다. CLKADC(t)는 ADC 레퍼런스 클럭 신호를 의미한다.
주파수 변환 모듈(152)은 ADC Reference Clock 신호를 fsampling의 절반의 해당하는 Nyquist frequency의 홀수배 주파수들 중의 하나만을 주파수 성분으로 갖는 최적의 신호로 변환하여 전원 모듈(153)로 보낸다. CLKswitching(t)는 주파수 변환 모듈(152)에서 최적화하여 결정된 스위칭 주파수만을 단일 주파수 성분으로 갖는 주기 신호를 의미한다.
전원 모듈(153)은 주파수 변환 모듈(152)로부터 수신한 신호를 이용하여 최적의 스위칭 주파수로 전원을 생성하여 레이더 시스템에 공급한다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따라 전원 모듈의 스위칭 주파수가 위치하게 되는 주파수 영역을 도시한 제1 주파수 영역도이다.
주파수 변환 모듈(152)에 들어온 ADC 클럭 신호의 주파수를 반으로 나눈 뒤, 홀수배만큼 곱해진 주파수로 스위칭 주파수가 변하게 된다. 도면부호 710은 FMCW 레이더에서 사용하는 주파수 영역을 의미하고, 도면부호 720은 FMCW 레이더에서 사용 가능한 주파수 영역을 의미하며, 도면부호 730은 본 발명에 따라 가능한 스위칭 주파수를 의미한다.
도 7에서는 FMCW 레이더에서 사용 가능한 주파수 영역을 모두 사용하지 않으므로 스위칭 주파수가 fNyquist에 위치하게 되어 FMCW 레이더에 오탐지를 발생시키는 요인으로 동작하지 않는다. 따라서 FMCW 레이더의 탐지 정확도를 향상시킬 수 있으며, 스위칭 주파수의 주파수 떨림 등으로 인한 현상이 발생하더라도 강건하게 탐지 성능에 영향을 끼치지 않게 된다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따라 전원 모듈의 스위칭 주파수가 위치하게 되는 주파수 영역을 도시한 제2 주파수 영역도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 FMCW 레이더에서 주어진 샘플링 주파수에서 사용 가능한 모든 주파수 영역을 사용하는 경우에 전원 모듈(153)의 스위칭 주파수가 위치하게 되는 주파수 영역을 도시한 주파수 영역도이다.
FMCW 레이더에서 fNyquist까지의 주파수 영역을 모두 사용하는 경우에 해당하는데, 이 경우에는 스위칭 주파수의 위치(820)를 FMCW 레이더에서 사용하는 영역에서 벗어나게 설정할 수가 없다. 도면부호 810은 FMCW 레이더에서 사용하는 주파수 영역을 의미하며, 도면부호 830과 840은 앨리어싱 대역(Aliasing Band) 1과 앨리어싱 대역 2를 의미한다.
본 발명에서는 주파수 변환 모듈(152)에서 스위칭 주파수를 레이더의 탐지 성능에 영향을 가장 적게 미치는 위치인 fNyquist로 지정하고 있으므로, 스위칭 주파수에 의해 발생하는 오탐지 확률을 가장 낮게 확보할 수 있다.
이상 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명에 대하여 설명하였다. 이하에서는 종래기술 대비 본 발명이 가지는 차이점을 다시 한번 정리해 본다.
첫째, 데이터가 존재하는 주파수 영역에 스위칭 주파수가 존재하지 않게 하여 레이더 센서의 오탐지율을 감소시킨다.
또한 다중 고각(수직 방향) 정렬이 가능해진다.
또한 다중 보정용 타겟을 사용함으로써 여러 각도에서 들어오는 신호들의 수신 수직 각도를 비교하여 보정해야 할 각도를 계산하므로 더 높은 신뢰도로 예측이 가능해진다.
둘째, 종래와 달리 입력 주파수를 (fsampling/2)×(2k-1)(k는 자연수)로 분주 또는 변환하는 기능을 가진 1개의 IC만 사용한다.
분주기에 입력으로 들어오는 주파수 성분은 레이더 센서에서 필수적으로 사용되는 신호로, 본 발명에서는 ADC의 샘플링 주파수로 사용되기 위해 ADC로 입력되는 단일 주파수 성분을 갖는 신호를 사용함으로써 추가적으로 많은 범위의 주파수를 생성하기 위한 모듈이 종래와 달리 필요하지 않고, 1/2로 분주 후 홀수배로 체배하기 위한 기능을 가지는 모듈만 존재하면 된다.
또한 필요한 H/W 구조의 단순화로 인해 재료비 절감, 레이더 크기 축소 및 복잡도 절감 효과를 얻을 수 있다.
세째, fbeat_max = fNyquist인 경우에 최적화되어, Nyquist 주파수 영역을 레이더 신호 처리시 모두 사용이 가능하므로 주파수 영역에서 데이터 손실이 최소화된다.
종래에는 fbeat_max = fNyquist인 경우 더 복잡하고 고가의 Clock Oscillator가 필요하지만, 본 발명에서는 fbeat_max의 범위에 상관없이 1/2로 분주하는 기능을 가진 하나의 IC나 홀수배로 체배하는 IC 하나로 해결이 가능하다.
또한 스위칭 주파수의 떨림 현상이 발생하는 경우, 종래에는 스위칭 주파수가 어디에 있는지 정해져 있지 않으므로 오탐지가 발생할 수 있었으나, 본 발명에서는 항상 fNyquist에 스위칭 주파수를 위치시키므로 가장 강건하게 오탐지 확률을 낮게 확보할 수 있다.
네째, 레이더 센서에서 사용하는 Clock 신호를 동시에 Power-Supply의 스위칭 주파수로 사용한다.
레이더 센서에서 단일 clock 신호로 모든 IC를 동작시킴으로써, EMC 및 시스템 안정성을 향샹시킬 수 있다.
다섯째, FMCW 레이더 센서에서 적용 및 성능 향상을 위해 사용 가능한 기술이며, Clock들의 syncronization을 통해 시스템 전체에 오동작을 발생시킬 확률이 감소된다.
본 발명에서는 전원 모듈에서 발생하는 스위칭 주파수 성분을 FMCW 레이더가 사용하는 주파수 영역에서 가장 문제가 되지 않는 나이키스트 주파수의 홀수배로 이동시켜, FMCW 레이더에서 스위칭 주파수로 인해 오탐지가 발생하지 않게 하는 방법 및 장치를 제안한다.
기존에는 사용하는 주파수 영역의 대역폭이 넓지 않아 전원 모듈에서 발생하는 스위칭 주파수의 성분이 큰 문제가 되지 않았으나, 최근에는 그 대역폭이 점차 증가함에 따라 스위칭 주파수가 FMCW 레이더에서 사용하는 주파수 영역에 포함되는 상황이 발생하고 있다.
본 발명은 FMCW 레이더가 샘플링 주파수를 최대한 사용할 수 있게 해 낭비가 없다. 그리고 양산에 있어서 주파수 생성을 위한 추가적인 source 없이 기존에 존재하는 ADC Clock 신호를 이용하여 분주 또는 체배를 해주어 이용하므로 추가적인 비용이 적게 든다. 또한 다수의 소자들의 Clock Source를 일원화시켜 EMC 및 비동기화로 인해 추가적으로 발생하는 열화 현상들을 감소시킬 수 있다.
마지막으로 샘플링 주파수가 지속적으로 변하는 시스템에서는 이러한 방법이 더욱 성능 향상에 크게 기여할 수 있으므로, 하나의 레이더에서 다양한 거리 탐지를 위해 샘플링 주파수를 변화시키며 사용하는 경우에는 이 방법이 필수적이라 할 수 있다.
이상 도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일실시 형태에 대하여 설명하였다. 이하에서는 이러한 일실시 형태로부터 추론 가능한 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 차량용 레이더의 전원 제어 장치는 제1 주파수 신호 생성부, 제2 주파수 신호 획득부, 전원 제어부, 전원부 및 주제어부를 포함한다.
전원부는 차량용 레이더의 전원 제어 장치를 구성하는 각 구성에 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 주제어부는 차량용 레이더의 전원 제어 장치를 구성하는 각 구성의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다. 차량용 레이더의 전원 제어 장치가 차량에 구비되는 것임을 고려할 때 전원부와 주제어부는 차량용 배터리와 MCU(또는 ECU)에 의해 구현될 수 있으므로, 본 실시예에서 전원부와 주제어부는 구비되지 않아도 무방하다.
제1 주파수 신호 생성부는 미리 정해진 크기의 제1 주파수 신호를 생성하는 기능을 수행한다. 제1 주파수 신호 생성부는 도 1 및 도 2의 ADC 클럭 소스(151, 201)에 대응하는 개념이다.
제1 주파수 신호 생성부는 차량용 레이더를 구성하는 것으로서 차량용 레이더에서 생성된 주파수 신호들을 처리하는 신호 처리부의 내부에 구비될 수 있다. 또한 제1 주파수 신호 생성부는 차량용 레이더와 별도로 구비될 수 있다.
제1 주파수 신호 생성부는 차량용 레이더를 구성하는 아날로그 디지털 컨버터의 샘플링을 위한 클럭 소스로 구현될 수 있다.
제2 주파수 신호 획득부는 제1 주파수 신호의 주파수 값을 변환시켜 제2 주파수 신호를 획득하는 기능을 수행한다. 제2 주파수 신호 획득부는 도 1의 주파수 변환 모듈(152)에 대응하는 개념이다.
제2 주파수 신호 획득부는 주파수 분주 또는 주파수 체배를 이용하여 제1 주파수 신호의 주파수 값을 변환시켜 샘플링 주파수들을 생성하며, 이 샘플링 주파수들 중에서 어느 하나의 주파수를 기초로 제2 주파수 신호를 획득할 수 있다.
제2 주파수 신호 획득부는 제1 주파수 신호의 주파수 값을 홀수번 주파수 분주하거나 홀수번 주파수 체배하여 샘플링 주파수들을 생성할 수 있다.
제2 주파수 신호 획득부는 샘플링 주파수들로 나이키스트 주파수(Nyquist Frequency)를 생성할 수 있다.
제2 주파수 신호 획득부는 샘플링 주파수들 중에서 최소값과 최대값 사이의 중간값을 가지는 중간값 주파수들을 검출하며, 이 중간값 주파수들 중에서 최소값을 가지는 주파수를 기초로 제2 주파수 신호를 획득할 수 있다.
전원 제어부는 제2 주파수 신호를 기초로 차량용 레이더를 작동시키기 위한 전원을 제어하는 기능을 수행한다. 전원 제어부는 도 1의 전원 모듈(153)에 대응하는 개념이다.
다음으로 차량용 레이더의 전원 제어 장치의 작동 방법에 대하여 설명한다.
먼저 제1 주파수 신호 생성부가 미리 정해진 크기의 제1 주파수 신호를 생성한다.
이후 제2 주파수 신호 획득부가 제1 주파수 신호의 주파수 값을 변환시켜 제2 주파수 신호를 획득한다.
이후 전원 제어부가 제2 주파수 신호를 기초로 차량용 레이더를 작동시키기 위한 전원을 제어한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 미리 정해진 크기의 제1 주파수 신호를 생성하는 제1 주파수 신호 생성부;
    상기 제1 주파수 신호의 주파수 값을 변환시켜 제2 주파수 신호를 획득하는 제2 주파수 신호 획득부; 및
    상기 제2 주파수 신호를 기초로 차량용 레이더를 작동시키기 위한 전원을 제어하는 전원 제어부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더의 전원 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 주파수 신호 생성부는 상기 차량용 레이더를 구성하는 것으로서 상기 차량용 레이더에서 생성된 주파수 신호들을 처리하는 신호 처리부의 내부에 구비되거나, 상기 차량용 레이더와 별도로 구비되는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더의 전원 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 주파수 신호 생성부는 상기 차량용 레이더를 구성하는 아날로그 디지털 컨버터의 샘플링을 위한 클럭 소스인 것을 특징으로 하는 차량용 레이더의 전원 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 주파수 신호 획득부는 주파수 분주 또는 주파수 체배를 이용하여 상기 제1 주파수 신호의 주파수 값을 변환시켜 샘플링 주파수들을 생성하며, 상기 샘플링 주파수들 중에서 어느 하나의 주파수를 기초로 상기 제2 주파수 신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더의 전원 제어 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 주파수 신호 획득부는 상기 제1 주파수 신호의 주파수 값을 홀수번 주파수 분주하거나 홀수번 주파수 체배하여 상기 샘플링 주파수들을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더의 전원 제어 장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 주파수 신호 획득부는 상기 샘플링 주파수들로 나이키스트 주파수(Nyquist Frequency)를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더의 전원 제어 장치.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제2 주파수 신호 획득부는 상기 샘플링 주파수들 중에서 최소값과 최대값 사이의 중간값을 가지는 중간값 주파수들을 검출하며, 상기 중간값 주파수들 중에서 최소값을 가지는 주파수를 기초로 상기 제2 주파수 신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더의 전원 제어 장치.
  8. 미리 정해진 크기의 제1 주파수 신호를 생성하는 단계;
    상기 제1 주파수 신호의 주파수 값을 변환시켜 제2 주파수 신호를 획득하는 단계; 및
    상기 제2 주파수 신호를 기초로 차량용 레이더를 작동시키기 위한 전원을 제어하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더의 전원 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 생성하는 단계는 상기 차량용 레이더를 구성하는 아날로그 디지털 컨버터의 샘플링을 위한 클럭 소스를 이용하여 상기 제1 주파수 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더의 전원 제어 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 획득하는 단계는 주파수 분주 또는 주파수 체배를 이용하여 상기 제1 주파수 신호의 주파수 값을 변환시켜 샘플링 주파수들을 생성하며, 상기 샘플링 주파수들 중에서 어느 하나의 주파수를 기초로 상기 제2 주파수 신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더의 전원 제어 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 획득하는 단계는 상기 제1 주파수 신호의 주파수 값을 홀수번 주파수 분주하거나 홀수번 주파수 체배하여 상기 샘플링 주파수들을 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더의 전원 제어 방법.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 획득하는 단계는 상기 샘플링 주파수들로 나이키스트 주파수(Nyquist Frequency)를 생성하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더의 전원 제어 방법.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 획득하는 단계는 상기 샘플링 주파수들 중에서 최소값과 최대값 사이의 중간값을 가지는 중간값 주파수들을 검출하며, 상기 중간값 주파수들 중에서 최소값을 가지는 주파수를 기초로 상기 제2 주파수 신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더의 전원 제어 방법.
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