KR20160066413A - Fmcw 레이더의 동작방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 레이더 센서로부터 송신된 송신 주파수 및 임의의 표적에 의해 반사된 수신 주파수를 기반으로, 상기 표적에 대한 표적 정보를 추출하는 단계, 차량 속도가 설정된 표적 모호성 발생 속도인지 판단하는 단계, 상기 차량 속도가 상기 표적 모호성 발생 속도이면, 상기 수신 주파수에 포함된 상기 표적의 도플러 주파수를 설정된 서로 다른 주기를 갖는 제1 내지 제3 펄스 반복 주기(PRI, Pulse Repetition Interval)에 따라 제1 내지 제3 펄스값으로 변경하는 단계, 상기 제1 내지 제3 펄스값을 기반으로 상기 표적이 정지물체 또는 이동물체로 판단하는 단계 및 상기 표적이 상기 이동물체로 판단하면, 상기 표적 정보를 저장하고 상기 표적을 추적하는 단계를 포함하는 FMCW 레이더의 동작방법을 제공한다.

Description

FMCW 레이더의 동작방법{Operating method of FMCW radar}
본 발명은 FMCW 레이더의 동작방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 처프(Chirp) 기울기가 큰 FMCW 파형을 송수신하여, 정지/이동 표적을 구분해서 이동 표적의 탐지 정확도를 높일 수 있는 FMCW 레이더의 동작방법에 관한 것이다.
오늘날 레이더 기반의 운전자 안전 시스템의 활용 범위는 계속 넓어지고 있다. 특히, 적응 순항 제어(ACC: Adaptive Cruise Control) 시스템 등은 24 GHz와 77 GHz 레이더를 이용하여 이미 시장에서 상용화되었다.
이러한 운전자 안전 시스템에서는 복수 개의 타겟이 존재하는 상황에서도 각 타겟의 거리 및 속도는 높은 정확도로 동시에 측정될 수 있어야 한다.
타겟의 거리 및 속도를 측정하기 위한 레이더로서는 주파수 변조 연속파형(FMCW: Frequency Modulation Continuous Wave) 방식의 레이더가 가장 널리 사용되고 있다.
FMCW 레이더는 선형적 주파수 변조 신호를 송신한 후 수신된 신호와 주파수 차이를 통해 타겟의 거리 및 속도를 탐지하는 방법이다. 즉, 수신 비트 주파수가 거리 비트 주파수와 도플러 주파수의 조합으로 나타나는데(수신비트 주파수 = 거리 비트 주파수 + 도플러 주파수), 이와 같은 조합을 수학적으로 연산함으로써 타겟의 거리와 속도를 동시에 탐지 할 수 있다.
최근 들어, FMCW 레이더는 정지/이동 표적을 구분해서 이동 표적의 탐지 정확도를 높일 수 있도록 하기 위한 연구가 진행 중에 있다.
본 발명의 목적은, 처프(Chirp) 기울기가 큰 FMCW 파형을 송수신하여, 정지/이동 표적을 구분해서 이동 표적의 탐지 정확도를 높일 수 있는 FMCW 레이더의 동작방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 FMCW 레이더의 동작방법은, 레이더 센서로부터 송신된 송신 주파수 및 임의의 표적에 의해 반사된 수신 주파수를 기반으로, 상기 표적에 대한 표적 정보를 추출하는 단계, 차량 속도가 설정된 표적 모호성 발생 속도인지 판단하는 단계, 상기 차량 속도가 상기 표적 모호성 발생 속도이면, 상기 수신 주파수에 포함된 상기 표적의 도플러 주파수를 설정된 서로 다른 주기를 갖는 제1 내지 제3 펄스 반복 주기(PRI, Pulse Repetition Interval)에 따라 제1 내지 제3 펄스값으로 변경하는 단계, 상기 제1 내지 제3 펄스값을 기반으로 상기 표적이 정지물체 또는 이동물체로 판단하는 단계 및 상기 표적이 상기 이동물체로 판단하면, 상기 표적 정보를 저장하고 상기 표적을 추적하는 단계를 포함한다.
상기 표적 모호성 발생 속도는, 상기 표적으로부터 상기 도플러 주파수가 발생되는 속도일 수 있다.
상기 판단 단계는, 상기 제1, 2 펄스값 사이의 제1 펄스 간격을 산출하는 단계, 상기 제2, 3 펄스값 사이의 제2 펄스 간격을 산출하는 단계 및 상기 제1, 2 펄스 간격이 설정된 오차범위 내에서 동일하면 상기 이동물체로 판단하는 단계를 포함한다.
상기 제1 내지 제3 펄스값은, 스텍트럼값, 속도값 및 주파수값 중 적어도 하나를 포함한다.
상기 물체 판단 단계는, 상기 제1, 2 펄스 간격이 상기 오차범위 내에서 속하지 않으면 상기 정지물체로 판단한다.
본 발명에 따른 FMCW 레이더의 동작방법은, 차량 속도가 이동표적 및 정지표적에서 반사된 수신 주파수 내에 도플러 주파수가 포함될 수 있는 설정된 표적 모호성 발생 속도에 속하면, 도플러 주파수에 대해 기 설정된 복수의 펄스 반복 주기와 비교하여, 이동표적 또는 정지표적인지 구분하여 이동 표적의 탐지 정확도를 높일수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 FMCW 레이더의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 (S180) 단계를 자세하게 나타낸 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1에 나타낸 차량용 FMCW 레이더는 밀리미터파 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더를 이용할 수 있다.
우선 간략하게, 밀리미터파 FMCW 레이더는 RF 송수신 모듈, 신호처리를 위한 DSP(Digital Signal Processing)부, CAN 인터페이스부, 디스플레이부 및 프로세서로 구성된다. 그리고 RF 송수신 모듈은 FMCW 변조된 신호를 발생시키는 전압제어발진기(Voltage Controlled Oscillator: VCO), 전압제어발진기의 밀리미터파 출력 신호를 증폭시키는 증폭기, 증폭 신호를 송신하는 송신 안테나와 목표물에 반사되는 신호를 수신하는 수신 안테나, 수신된 신호를 증폭하는 저잡음증폭기, 수신 신호로부터 목표물과의 상대속도와 거리의 정보를 담은 비트 신호를 검출하는 믹서, 비트 신호를 처리하는 IF부를 포함할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
다시 도 1을 참조하면, 차량용 FMCW 레이더는, 송신된 송신 주파수에 대응하는 제1 신호, 즉 처프(chirp)에 대응하여 표적으로부터 반사된 수신 주파수에 대응하는 제2 신호를 수신한다(S110).
차량용 FMCW 레이더는 제2 신호를 디지털 신호로 변환한다(S120).
차량용 FMCW 레이더는 상기 디지털 신호를 대역별 고속푸리에변환(FFT)하여, 생성된 대역별 스펙트럼값 중 저주자 대역, 즉 근거리 대역 또는 영역에 해당되는 스펙트럼값과 이전보상된 이전스펙트럼값을 기반으로 저주파 잡음을 제거하기 위한 보상여부를 판단한다(S130).
차량용 FMCW 레이더는 상기 저주파 잡음을 제거하는 상기 보상 판단시, 상기 스펙트럼값과 설정된 잡음보상 스펙트럼값을 기반으로 상기 저주파 잡음을 제거한다(S140).
이후, 차량용 FMCW 레이더는 상기 저주파 잡음을 제거한 후, 상기 제2 신호를 DBF(Digital Beam Forming) 기술을 적용하여, 상기 표적의 거리, 속도 및 각도를 포함하는 표적 정보를 추출한다(S150).
차량용 FMCW 레이더는 현재 진행 중인 차량의 차량 속도가 설정된 표적 모호성 발생 속도인지 판단한다(S160).
이때, 차량용 FMCW 레이더는 상기 차량 속도가 상기 표적 모호성 발생 속도이면, 상기 제2 신호에 포함된 상기 표적의 도플러 주파수를 설정된 서로 다른 주기를 갖는 제1 내지 제3 펄스 반복 주기(PRI, Pulse Repetition Interval)에 따라 제1 내지 제3 펄스값으로 변경한다(S170).
차량용 FMCW 레이더는 상기 제1 내지 제3 펄스값을 기반으로 상기 표적이 정지표적 또는 이동표적인지 판단한다(S180).
차량용 FMCW 레이더는 상기 표적이 이동표적으로 판단하면, 상기 표적 정보를 저장하고 상기 표적을 추적하며, (S160) 단계에서 상기 차량 속도가 상기 표적 모호성 발생 속도가 아니면 상기 표적 정보에 따라 상기 표적을 추적한다(S190).
상술한 동작방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
차량용 FMCW 레이더는 RF 모듈에서 상기 제1 신호를 방사한 후 표적으로부터 반사된 제2 신호를 수신하여, 아날로그 형태의 상기 제2 신호를 디지털 신호로 변환한다.
이때, 차량용 FMCW 레이더는 상기 디지털 신호를 대역별 대역별 고속푸리에변환(FFT)하여, 대역별 스펙트럼값을 생성한다.
차량용 FMCW 레이더는 대역별 스펙트럼값에서 저주파 대역, 즉 근거리 대역에 해당되는 스펙트럼값이 이전 보상된 이전스펙트럼값보다 크면 저주파 잡음을 제거한다.
이때, 차량용 FMCW 레이더는 상기 저주파 대역에서 차량의 차량속도에 의해 발생된 열에 따라 상기 저주파 잡음이 포함될 수 있음으로써, 상기 저주파 잡음을 제거한다.
차량용 FMCW 레이더는 상기 저주파 잡음을 제거하기 위해 기 설정된 잡음보상 스펙트럼값을 상기 스펙트럼값에 더하여 상기 저주파 잡음이 제거된 표적에 대한 스펙트럼값을 검출하여, DBF(Digital Beam Forming) 기술을 적용하여, 상기 표적의 거리, 속도 및 각도를 포함하는 표적 정보를 추출한다.
차량용 FMCW 레이더는 현재 진행 중인 차량의 차량 속도가 설정된 표적 모호성 발생 속도인지 판단하며, 상기 차량 속도가 상기 표적 모호성 발생 속도이면, 상기 제2 신호에 포함된 상기 표적의 도플러 주파수를 설정된 서로 다른 주기를 갖는 제1 내지 제3 펄스 반복 주기(PRI, Pulse Repetition Interval)에 따라 제1 내지 제3 펄스값으로 변경한다.
상기 제1 내지 제3 펄스값은 상기 제1 신호의 펄스 주기가 상기 제1 내지 제3 펄스 반복 주기에 따라 송신 주기가 달라짐으로써, 상기 제2 신호의 수신 펄스 주기가 다르게 변함으로써, 상기 제1 내지 제3 펄스값을 가질 수 있다.
차량용 FMCW 레이더는 상기 제1 내지 제3 펄스값을 기반으로 상기 표적이 정지표적 또는 이동표적인지 판단하며, 상기 표적이 이동표적으로 판단하면, 상기 표적 정보를 저장하고 상기 표적을 추적하거나, 상기 차량 속도가 상기 표적 모호성 발생 속도가 아니면 상기 표적 정보에 따라 상기 표적을 추적한다.
도 2는 도 1에 나타낸 (S180) 단계를 자세하게 나타낸 순서도이다.
도 2를 참조하면, 차량용 FMCW 레이더는 도 1에 나타낸 (S170) 단계에서, 변환된 제1 내지 제3 펄스값 중 상기 제1, 2 펄스값 사이의 제1 펄스 간격을 산출한다(S210).
또한, 차량용 FMCW 레이더는 상기 제1 내지 제3 펄스값 중 상기 제2, 3 펄스값 사이의 제2 펄스 간격을 산출한다(S220).
이후, 차량용 FMCW 레이더는 상기 제1, 2 펄스 간격이 설정된 오차범위 내에서 동일하면, 상기 표적이 이동표적인 것으로 판단한다(S230).
차량용 FMCW 레이더는 상기 제1, 2 펄스 간격이 상기 오차범위 내에서 속하지 않으며, 서로 일정한 간격을 유지하는 경우 상기 표적을 정지표적으로 판단할 수 있다(S240).
이후, 차량용 FMCW 레이더는 상기 정지표적으로 판단하는 경우, 상기 표적을 추적하지 않도록 할 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 제1, 2 펄스 간격은 이동 표적인 경우 제1 내지 제3 펄스값이 허용오차 범위 내에서 서로 동일한 값을 가질 수 있으나, 정지 표적인 경우 제1 내지 제3 펄스값에 따라 일정한 간격으로 증가할 수 있다.
또한, 제1, 2 펄스 간격은 이동 표적인 경우 정지 표적과 다르게 제1 내지 제3 펄스값이 서로 일정한 간격으로 감소할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
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.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (5)

  1. 레이더 센서로부터 송신된 송신 주파수 및 임의의 표적에 의해 반사된 수신 주파수를 기반으로, 상기 표적에 대한 표적 정보를 추출하는 단계;
    차량 속도가 설정된 표적 모호성 발생 속도인지 판단하는 단계;
    상기 차량 속도가 상기 표적 모호성 발생 속도이면, 상기 수신 주파수에 포함된 상기 표적의 도플러 주파수를 설정된 서로 다른 주기를 갖는 제1 내지 제3 펄스 반복 주기(PRI, Pulse Repetition Interval)에 따라 제1 내지 제3 펄스값으로 변경하는 단계;
    상기 제1 내지 제3 펄스값을 기반으로 상기 표적이 정지물체 또는 이동물체로 판단하는 단계; 및
    상기 표적이 상기 이동물체로 판단하면, 상기 표적 정보를 저장하고 상기 표적을 추적하는 단계;를 포함하는 FMCW 레이더의 동작방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 표적 모호성 발생 속도는,
    상기 표적으로부터 상기 도플러 주파수가 발생되는 속도인 FMCW 레이더의 동작방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 판단 단계는,
    상기 제1, 2 펄스값 사이의 제1 펄스 간격을 산출하는 단계;
    상기 제2, 3 펄스값 사이의 제2 펄스 간격을 산출하는 단계; 및
    상기 제1, 2 펄스 간격이 설정된 오차범위 내에서 동일하면 상기 이동물체로 판단하는 단계;를 포함하는 FMCW 레이더의 동작방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3 펄스값은,
    스텍트럼값, 속도값 및 주파수값 중 적어도 하나를 포함하는 FMCW 레이더의 동작방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 물체 판단 단계는,
    상기 제1, 2 펄스 간격이 상기 오차범위 내에서 속하지 않으면 상기 정지물체로 판단하는 FMCW 레이더의 동작방법.
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