KR20190091828A - 레이더의 안테나 반사손실 보상 장치 및 방법과, 그를 이용하는 레이더 장치 - Google Patents

레이더의 안테나 반사손실 보상 장치 및 방법과, 그를 이용하는 레이더 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 레이더의 안테나 반사손실 보상장치와 방법 및 그를 이용하는 레이더 장치에 관한 것으로서, 주파수 대역별 안테나의 반사손실을 보상하기 위한 반사손실 보상정보를 산출하는 보상정보 산출부와, 대상체에서 반사되어 수신된 수신신호에 상기 반사손실 보상정보를 적용시켜 최종 수신신호를 생성하는 반사손실 보상부를 포함하며, 안테나에서 발생되는 반사손실에 대한 보상정보를 미리 산출하여 저장하고, 레이더를 이용한 측정시 수신신호의 크기를 보상하여 균일하게 함으로써, 안테나 반사손실에 따른 레이더의 성능 저하를 최소화할 수 있다.

Description

레이더의 안테나 반사손실 보상 장치 및 방법과, 그를 이용하는 레이더 장치{Apparatus and Method for compensating refection loss of antenna for Radar, and Radar Apparatus using the same}
본 발명의 일 실시예는 레이더의 안테나 반사손실 보상장치 및 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 레이더의 안테나에서 발생하는 주파수 대역별 반사손실의 차이에 따른 수신신호의 보상을 수행하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
차량 등에 탑재되는 레이더 장치는 차량 제어를 수행하기 위한 센서장치로 널리 이용되고 있으며, 일정한 주파수를 가지는 전자기파를 송출하고 대상체에서 반사된 신호를 수신한 후, 수신한 신호를 처리함으로써 대상체의 위치 또는 속도 정보 등으로 추출하는 기능을 수행한다.
이러한 차량 제어에 사용되는 레이더는 고해상도의 각도 분해능을 가져야 하며, 하나의 안테나 어셈블리를 이용하여 비교적 좁은 각도 범위에서 멀리 있는 물체를 감지하기 위한 중/장거리(Mid/Long Range) 감지 기능과, 비교적 넓은 각도 범위에서 근거리 물체를 감지하기 위한 근거리(Short Range) 감지 기능을 가져야 한다.
한편, 이러한 차량용 레이더 장치는, 송신 신호가 대상체에서 반사되어 수신되는 과정에서 다수의 신호 손실이 발생되며, 이러한 신호 손실은 경로 손실, 반사 손실을 포함한다.
일반적으로 레이더용 안테나는 송신신호의 주파수에 따라 상이한 안테나 손실값을 갖도록 설계되며, 이로 인해 동일한 신호를 송수신하더라도 주파수에 따라 다른 크기의 신호를 갖게 된다.
특히, 차량용 주파수 변조 연속파(Frequency Modulation Continuous Wave; FMCW) 레이더는 76~81GHz영역의 주파수 대역내에서 선형적으로 주파수 값을 변경하면서 신호를 송신하므로, 주파수가 변화함에 따라 송수신되는 신호의 파워가 변화하는 특성을 갖는다.
기존에는 안테나 반사손실이 크게 차이나지 않는 대역내의 신호를 사용하였지만, 추후 차량용 레이더는 더 정밀한 거리정확도, 즉 넓은 대역폭이 요구되고 있다.
따라서, 넓은 대역의 신호를 송신하더라도 안정적인 성능을 유지할 수 있는 방법의 적용이 필요하다.
이에 본 실시예는 레이더의 주파수 대역별 안테나의 반사손실을 보상하는 방안을 제시한다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 차량용 레이더 장치에서 안테나의 반사손실을 보상할 수 있는 보상장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 차량용 레이더에서 주파수 대역별 안테나의 반사손실을 보상하는 반사손실 보상정보를 산출하고, 그를 이용하여 대상체에서 반사되어 수신된 수신신호에 보상정보를 적용시켜 최종 수신신호를 생성하는 레이더 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 차량용 레이더에서 주파수 대역별 안테나의 반사손실을 보상하는 반사손실 보상정보를 생성함에 있어서, 주파수별 수신신호의 크기(Amplitude) 변화를 획득하고 그를 이용하여 수신신호를 역보상하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 차량용 레이더에서 주파수 대역별 안테나의 반사손실을 보상하는 반사손실 보상정보를 생성함에 있어서, 각 주파수별 수신신호의 그레디언트가 0에 가까운 포인트를 추출하고, 그 포인트들을 연결하는 엔빌로프(Envelope) 정보를 산출하고, 엔빌로프 정보를 이용하여 수신신호를 보상하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은, 차량용 레이더에서 주파수 대역별 안테나의 반사손실을 보상하는 반사손실 보상정보를 생성함에 있어서, 고속 푸리에 변환(FFT) 결과를 이용하여 주파수별 파워를 측정하고, 주파수별 파워 정보를 이용하여 크기 변화 곡선을 산출한 후, 그를 이용하여 수신신호를 보상하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는, 차량용 레이더 장치에서, 주파수 대역별 안테나의 반사손실을 보상하는 반사손실 보상정보를 산출하는 보상정보 산출부와, 대상체에서 반사되어 수신된 수신신호에 상기 반사손실 보상정보를 적용시켜 최종 수신신호를 생성하는 반사손실 보상부를 포함하는 레이더 반사손실 보상장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 주파수 대역별 안테나의 반사손실을 보상하는 반사손실 보상정보를 산출하는 보상정보 산출단계와, 대상체에서 반사되어 수신된 수신신호에 상기 반사손실 보상정보를 적용시켜 최종 수신신호를 생성하는 반사손실 보상단계를 포함하는 레이더 반사손실 보상방법을 제공한다.
보상정보 산출부는 주파수별 수신신호의 크기(Amplitude) 변화를 획득하고 그를 이용하여 수신신호를 역보상할 수 있다.
또한, 제1실시예에서, 보상정보 산출부는 각 주파수별 수신신호의 그레디언트가 0에 가까운 포인트를 추출하고, 그 포인트들을 연결하는 엔빌로프 정보를 반사손실 보상정보로서 산출하고, 반사손실 보상부는 엔빌로프 정보를 이용하여 수신신호를 보상할 수 있다.
또한, 제2실시예에서, 보상정보 산출부는 수신신호에 대한 고속 푸리에 변환(FFT) 결과를 이용하여 주파수별 파워 정보를 생성하고, 주파수별 파워 정보를 이용하여 크기 변화 곡선을 반사손실 보상정보로서 산출하고, 보상부는 크기 변화 곡선을 이용하여 수신신호를 보상할 수 있다.
아래에서 설명할 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 차량용 레이더 장치에서 안테나의 반사손실을 보상하여 레이더의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 실시예를 이용하면, FMCW 레이더의 안테나 반사손실 차이에 의한 처프(chirped) 신호의 신호왜곡 현상을 완화하여, 레이더의 감지성능(SNR, 거리, 속도 정확도 등) 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 레이더 장치의 양산에 있어서 발생되는 레이더 안테나 공차에 의한 레이더의 성능 차이를 보정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 레이더 장치에서 발생되는 안테나 반사손실을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 실시예에 의한 레이더의 반사손실 보상장치의 기능별 블록도이다.
도 3은 제1실시예에 의한 반사손실 보상정보 산출 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 제2실시예에 의한 반사손실 보상정보 산출 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 실시예에 의한 레이더 반사손실 보상방법의 전체적인 흐름도이다.
도 6은 제1실시예에 의한 반사손실 보상방법의 세부 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 7은 제2실시예에 의한 반사손실 보상방법의 세부 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 8은 본 실시예에 의한 반사손실 보상장치가 사용되는 레이더 장치의 신호 처리 방법에 대한 흐름도이다.
도 9는 본 실시예에 의한 반사손실 보상장치를 포함하는 전체 레이더 장치의 구성도를 도시한다.
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 레이더 장치에서 발생되는 안테나 반사손실을 설명하기 위한 도면이다.
일반적으로 레이더 장치는 1 이상의 송신 안테나와 1 이상의 수신안테나를 포함하는 안테나부와 안테나를 통한 신호 송신을 제어하는 1 이상의 스위칭 장치와, 대상체에서 반사되어 수신된 수신신호를 처리하여 대상체의 정보를 산출하는 신호처리부를 포함하여 구성될 수 있다.
신호 송신 시점에서 스위칭 장치를 이용하여 하나 이상의 송신안테나로부터 송신신호를 송출하고, 신호 수신시점에서는 대상체에서 반사된 수신 신호는 스위칭 장치에서 선택된 1 이상의 수신 안테나에서 수신된다.
신호처리부(DSP)는 수신된 반사신호를 증폭한 후 송신신호와 비교하여, 위상(Phase)의 변화, 크기(Magnitude)의 변화, 주파수 편이 등을 측정함으로써, 물체까지의 거리, 물체의 상대속도 등을 측정할 수 있다.
한편, 이러한 레이더장치에서는 안테나 특성의 차이로 인하여 안테나별 반사손실이 존재한다.
이러한 안테나에 의한 반사손실은 안테나별로도 상이한 값을 가지지만, 사용되는 신호의 주파수대역에 따라서도 가변되며, 이러한 반사손실에 의하여 수신신호의 크기가 안테나 및/또는 신호 주파수 대역별로 달라지게 되어 레이더의 성능에 불균일이 발생된다.
이러한 반사손실에 의한 레이더 성능 저하를 방지하기 위하여, 안테나 반사손실이 일정 이하이고, 유사한 주파수 대역내의 신호를 송수신하는 방법이 사용될 수 있다.
그러나, 최근 차량용 레이더는 하나의 안테나 어셈블리를 이용하여 비교적 좁은 각도 범위에서 멀리 있는 물체를 감지하기 위한 중/장거리(Mid/Long Range) 감지 기능과, 비교적 넓은 각도 범위에서 근거리 물체를 감지하기 위한 근거리(Short Range) 감지 기능을 가져야 한다.
또한, 기존의 레이더 장치는, 고해상도의 각도 분해능을 얻기 위해, 수신 안테나를 여러 개 배열하는 구조로 구성한다. 즉, 종래의 레이더 장치는, 수신 안테나 다수 채널을 배열하여, 각도 분해능을 높이는 구조를 이용하는 것이다.
이와 같이, 최근 차량용 레이더는 중/장거리뿐만 아니라 근거리의 넓은 영역도 감지를 해야 하며, 이를 위하여 넓은 주파수 대역의 신호를 이용해야 한다.
이와 같이, 넓은 대역폭의 신호를 사용하면 도 1과 같이 수신신호의 파워가 일정하지 않는 정현파를 얻게 된다.
도 1은 주파수 대역별 안테나 반사손실(Return Loss)를 나타내는 그래프로서, 안테나 반사손실이 사용되는 주파수 대역에 따라 달라지게 된다.
예를 들어, 주파수 F1에서는 비교적 큰 반사손실을 나타내고 주파수 F2에서는 가장 작은 반사손실을 보이게 되며, 결과적으로 주파수 F1의 수신신호의 크기(파워)가 주파수 F2에서의 수신신호의 크기(파워)보다 작은 정현파를 획득하게 된다.
특히, FMCW 레이더에서는 시간에 따라, 주파수가 선형적으로 증가, 혹은 감소하는 신호, 즉 처프(Chirp)신호를 이용하는데, 위와 같이 안테나 반사손실에 의하여 수신신호의 파워가 일정하지 않게 되면 신호의 FFT수행 시 메인 로브(Main Lobe)가 감소하고 사이드 로프(Side Lobe)가 증가되어 레이더의 성능을 저하시키는 문제를 야기할 수 있다.
이에 본 발명의 일실시예에서는, 이러한 반사손실에 의한 레이더 성능 저하 문제를 해결하기 위하여, 주파수 대역별 안테나의 반사손실을 보상하는 반사손실 보상정보를 산출하고, 대상체에서 반사되어 수신된 수신신호에 상기 반사손실 보상정보를 적용시켜 최종 수신신호를 생성하여 보상하는 방안을 제안한다.
이하에서는 도 2 내지 도 7을 기초로 본 발명의 세부적인 구성에 대하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 실시예에 의한 레이더의 반사손실 보상장치(100)의 기능별 블록도이다.
본 실시예에 의한 레이더의 반사손실 보상장치(100)는 주파수 대역별 안테나의 반사손실을 보상하는 반사손실 보상정보를 산출하는 보상정보 산출부(110)와, 대상체에서 반사되어 수신된 수신신호에 상기 반사손실 보상정보를 적용시켜 최종 수신신호를 생성하는 반사손실 보상부(120)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 보상정보 산출부(110)에서 산출된 반사손실 보상정보를 테이블 형태 등으로 저장하는 저장부(130)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 의한 반사손실 보상정보는 각 안테나별로 사용되는 신호의 주파수 대역별 신호 크기 정보 또는 신호 크기 정보를 보상하기 위한 보상값일 수 있으며, 이러한 반사손실 보상정보는 보상 테이블 형태로 생성/저장될 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.
보상정보 산출부(110)는 각 안테나별로 주파수별 수신신호의 크기(Amplitude) 변화 정보를 획득하는 기능을 하는 것으로서, 크게 아래와 같은 2가지 실시예로 구현될 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다,
제1실시예에서, 보상정보 산출부(110)는 각 주파수별 수신신호의 그레디언트가 0에 가까운 포인트를 추출하고, 그 포인트들을 연결하는 엘빌로프 정보를 반사손실 보상정보로서 산출할 수 있다.
또한, 제2실시예에서, 보상정보 산출부(110)는 각 주파수별 수신신호에 대한 고속 푸리에 변환(FFT) 결과를 이용하여 주파수별 파워 정보를 생성하고, 주파수별 파워 정보를 이용하여 수신신호의 크기 변화 곡선을 반사손실 보상정보로서 산출할 수 있다.
이러한 제1실시예 및 제2실시예에 의한 반사손실 보상정보 산출 및 그를 이용한 수신신호 보상 방법에 대해서는 아래에서 도 3 및 도 4를 참고로 더 상세하게 설명한다.
한편, 보상정보 산출부(110)에 의한 반사손실 보상정보 산출은 레이더가 생산된 이후 캘리브레이션(Calibration) 과정 또는 레이더의 하드웨어 채널별 미스매치(Mismatch)를 보정하는 과정 등에서 수행될 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니며, 레이더 사용 도중 또는 일정한 주기별로 반복되어 수행될 수도 있을 것이다.
반사손실 보상부(120)는 차량 주행 등의 레이더 사용 과정에서 산출된 반사손실 보상정보를 수신된 수신신호에 적용하여 최종 수신신호를 생성하는 기능을 수행한다.
더 구체적으로, 반사손실 보상부(120)은 차량 주행도중과 같이 레이더가 실제로 대상체를 감지하는 과정에서, 수신신호를 수신한 안테나에 대하여 저장되어 있는 주파수별 반사손실 보상정보를 추출하고, 그 반사손실 보상정보에 대응되는 수신신호 크기 감소량만큼 수신신호의 크기를 증가시켜서 최종 수신신호를 생성할 수 있다.
예를 들어, 사용된 신호의 주파수가 76GHz이고 안테나 A를 통해서 반사신호를 수신한 경우, 해당 주파수에서 안테나 A에 대하여 저장된 반사손실 보상정보가 0.2인 경우 수신된 신호를 크기를 20% 증가시키는 기능을 수행할 수 있다.
즉, 본 실시예에서 사용되는 반사손실 보상정보는 해당 안테나에서 해당 주파수대역에서 수신된 신호의 진폭 감소량에 비례하는 정보일 수 있고, 반사손실 보상부(120)는 그러한 반사손실 보상정보만큼 수신신호의 진폭을 증가시키는 동작을 수행하는 것이다.
이러한 과정을 통해서, 여러 안테나에서 수신된 여러 주파수 대역별 수신신호의 크기를 균등한 조건으로 보상함으로써, 반사손실에 따른 수신신호의 불균일과 그에 따른 레이더 성능 저하를 방지할 수 있게 된다.
도 3은 제1실시예에 의한 반사손실 보상정보 산출 방식을 설명하기 위한 도면이다.
제1실시예에서는 안테나에서 수신한 수신신호의 정현파로부터 엔빌로프 정보를 추출한 후 그를 이용하여 동일한 정현파 크기를 가지도록 반사손실 보상정보를 산출한다.
더 구체적으로, 도 3과 같이, 진폭(Amplitude)가 일정하지 않은 수신신호가 검출되면, 정현파에서 그레디언트가 0에 가까운 포인트들을 추출하고, 그 포인트들을 연결하는 엘빌로프 정보를 생성하고, 그 엔빌로프 정보를 이용하여 반사손실 보상정보를 생성한다.
도 3의 상부 그래프는 보상 이전의 수신신호 파형으로서 진폭이 일정하지 않은 상태를 나타내며, 이러한 파형에서 그래디언트가 0에 가까운 포인트, 즉 정현파의 산과 골에 해당되는 포인트 P0, P1, P2 ...등을 추출하고, 그 포인트들을 연결하여 엔빌로프 곡선 C을 생성한다.
이러한 엔빌로프 곡선 C 또는 엔빌로프 정보를 이용하여, 각 주파수에서 수신신호의 크기 감소량을 획득하고, 크기 감소량을 보상하여 모든 주파수대역에서 동일한 크기의 수신신호가 되도록 반사손실 보상정보를 생성한다.
도 3의 하부 그래프는 본 실시예에 의한 반사손실 보상정보를 이용하여 수신신호의 보상을 수행한 이후의 수신신호 파형으로서 수신신호의 크기 또는 진폭이 일정해 졌음을 확인할 수 있다.
이와 같은 제1실시예에 의한 손실보상을 수행하기 위해서, 본 실시예에 의한 보상장치는 타겟의 신호만을 필터링할 수 있는 로우패스 필터(Low Pass Filter; LPF) 등을 더 포함할 수 있다.
즉, 수신된 신호를 LPF에 통과시킴으로써 타겟의 신호만을 추출하고, 도 3에서 설명한 바와 같은 엔빌로프 정보 추출에 의한 반사손실 보상을 수행할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제1실시예에서는, 특정 안테나별 및 주파수별 수신신호의 파형으로부터 생성된 엔빌로프 정보에 대응되는 반사손실 보상정보를 생성하고, 그를 이용하여 레이더의 실제 사용시 해당되는 안테나에서 수신된 수신신호의 반사손실을 보상하여 최종 수신신호를 생성함으로써, 안테나의 반사손실에 의한 레이더의 성능 저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 4는 제2실시예에 의한 반사손실 보상정보 산출 방식을 설명하기 위한 도면이다.
제2실시예에서는 각 주파수별 수신신호에 대한 고속 푸리에 변환(FFT) 결과를 이용하여 주파수별 파워 정보를 생성하고, 주파수별 파워 정보를 이용하여 수신신호의 크기 변화 곡선을 반사손실 보상정보로서 산출하여 사용할 수 있다.
이러한 제2실시예에 의한 반사손실 보상정보 산출은 다시 2가지 정도로 구현될 수 있으며, 첫번째로는 도 4의 상부 도면과 같이 시간에 따라 추파수가 일정한 플랫 신호를 사용하되, 각 플랫 신호를 FFT 변환한 후 각 신호의 FFT 파워로부터 주파수별 게인을 획득하고, 그를 이용하여 주파수별 수신신호의 진폭(크기) 변화 정보 또는 진폭(크기) 변화 곡선을 획득한다.
이 때, 플랫 신호에는 도플러 주파수가 존재한다.
손실보상정보 산출부(110)는 이렇게 산출된 각 주파수별 신호 크기 변화정보에 대응되는 반사손실 보상정보를 생성한다.
예를 들면, 반사손실이 전혀 없는 주파수대역의 게인을 1.0으로 가정하고, 특정 주파수 F0에서 위와 같은 플랫신호의 FFT 게인값이 0.8로 획득되었다면, 해당 주파수 F0에서의 반사손실 보상정보는 +0.2 또는 +20%로 설정할 수 있다.
이후, 해당 안테나에서 주파수대역 F0에서 신호를 수신하는 경우, 수신된 신호에 반사손실 보상정보를 적용함으로써 20%의 진폭을 증가시킨 최종 수신신호를 생성하여 사용하는 것이다.
또한, 제2실시예에 의한 반사손실 보상정보 산출의 다른 예에서는, 도 4의 하부 도면과 같이, 시간에 따라 주파수가 비례 또는 반비례로 변화하는 처프(Chirp) 신호를 이용하되, 처프 신호에 대하여 슬라이딩 FFT 변환을 수행한 후 각 신호의 FFT 파워로부터 주파수별 게인을 획득하고, 그를 이용하여 주파수별 수신신호의 진폭(크기) 변화 정보 또는 진폭(크기) 변화 곡선을 획득한다.
손실보상정보 산출부(110)는 이렇게 산출된 각 주파수별 신호 크기 변화정보에 대응되는 반사손실 보상정보를 생성한다.
예를 들면, 반사손실이 전혀 없는 주파수대역의 게인을 1.0으로 가정하고, 특정 주파수 F1에서 위와 같은 처프 신호의 슬라이딩 FFT 게인값이 0.9로 획득되었다면, 해당 주파수 F1에서의 반사손실 보상정보는 +0.1 또는 +10%로 설정할 수 있다.
이후, 해당 안테나에서 주파수대역 F1에서 신호를 수신하는 경우, 수신된 신호에 반사손실 보상정보를 적용함으로써 10%의 진폭을 증가시킨 최종 수신신호를 생성하여 사용하는 것이다.
제2실시예에서 산출된 주파수별 진폭 변화 정보 또는 그에 대응되는 반사손실 보상정보는 테이블 등의 형태로 저장부(130)에 저장되었다가, 레이더의 신호처리 과정에서 반사손실 보상부(120)에 의하여 이용될 수 있다.
이러한 제2실시예에 의한 FFT 또는 슬라이딩 FFT 변환에 따른 주파수별 게인 변화 또는 주파수별 진폭 변화를 측정하고, 그로부터 반사손실 보상정보를 산출하는 과정은, 레이더 장치의 제작후 캘리브레이션 과정 또는 하드웨어 채널별 미스매치를 보정하는 과정에서 함께 수행될 수 있다.
이상과 같이, 본 발명의 제2실시예에서는, 특정 안테나별 및 주파수별 플랫 신호의 FFT 파워 또는 처프 신호의 슬라이딩 FFT 파워 정보를 측정하여 주파수별 진폭 변화 정보 또는 그에 대응되는 반사손실 보상정보를 생성하고, 그를 이용하여 레이더의 실제 사용시 해당되는 안테나에서 수신된 수신신호의 반사손실을 보상하여 최종 수신신호를 생성함으로써, 안테나의 반사손실에 의한 레이더의 성능 저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
한편, 이상과 같은 본 실시예에 의한 레이더 반사손실 보상장치에 포함되는 보상정보 산출부(110), 반사손실 보상부(120) 등은 레이더에 의한 물체 식별기능을 수행하는 레이더 제어장치 내부의 일부 모듈 또는 ECU의 일부 모듈로서 구현될 수 있다.
이러한 레이더 장치 또는 ECU는 프로세서와 메모리 등의 저장장치와 특정한 기능을 수행할 수 있는 컴퓨터 프로그램 등을 포함할 수 있으며, 전술한 보상정보 산출부(110), 반사손실 보상부(120) 등은 각각의 고유한 기능을 수행할 수 있는 소프트웨어 모듈로서 구현될 수 있을 것이다.
도 5는 본 실시예에 의한 레이더 반사손실 보상방법의 전체적인 흐름도이다.
본 실시예에 의한 레이더 반사손실 보상방법은 크게 주파수 대역별 안테나의 반사손실을 보상하는 반사손실 보상정보를 산출하는 보상정보 산출단계(S510)와, 대상체에서 반사되어 수신된 수신신호에 반사손실 보상정보를 적용시켜 최종 수신신호를 생성하는 반사손실 보상단계(S530)를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 보상정보 산출단계에서 산출된 반사손실 보상정보를 테이블 형태 등으로 저장하는 손실 보상정보 저장단계(S520)를 더 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 이 때 반사손실 보상정보는 각 안테나별로 사용되는 신호의 주파수 대역별 신호 크기 정보 또는 신호 크기 정보를 보상하기 위한 보상값일 수 있으며, 보상정보 산출단계는 아래와 같은 2가지 실시예로 구현될 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다,
제1실시예에서는 각 주파수별 수신신호의 그레디언트가 0에 가까운 포인트를 추출하고, 그 포인트들을 연결하는 엘빌로프 정보를 반사손실 보상정보로서 산출할 수 있다.
또한, 제2실시예에서는 각 주파수별 수신신호에 대한 고속 푸리에 변환(FFT) 결과를 이용하여 주파수별 파워 정보를 생성하고, 주파수별 파워 정보를 이용하여 수신신호의 크기 변화 곡선을 반사손실 보상정보로서 산출할 수 있다.
이러한 제1실시예 및 제2실시예에 의한 반사손실 보상정보 산출에 대한 세부 구성은 도 3 및 도 4를 기초로 앞에서 설명한 바 있으므로, 중복을 피하기 위하여 상세 설명은 생략한다.
반사손실 보상단계(S530)에서는 차량 주행 등의 레이더 사용 과정에서 산출된 반사손실 보상정보를 수신된 수신신호에 적용하여 최종 수신신호를 생성하는 과정이다.
더 구체적으로, 반사손실 보상단계에서는, 레이더가 실제로 대상체를 감지하는 과정에서, 수신신호를 수신한 안테나에 대하여 저장되어 있는 주파수별 반사손실 보상정보를 저장부 등으로부터 추출하고, 그 반사손실 보상정보에 대응되는 수신신호 크기 감소량만큼 수신신호의 크기를 증가시켜서 최종 수신신호를 생성한다.
이러한 보상단계에 의하여 반사손실이 보상된 최종 수신신호를 이용하여, 아래에서 도 8에서 설명할 바와 같은 방식에 의하여 대상체의 위치, 속도 정보 등을 획득할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 의한 방법을 이용하면, 안테나에서 발생되는 반사손실에 대한 보상정보를 미리 산출하여 저장하고, 레이더를 이용한 측정시 수신신호의 크기를 보상하여 균일하게 함으로써, 안테나 반사손실에 따른 레이더의 성능 저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
도 6은 제1실시예에 의한 반사손실 보상방법의 세부 흐름을 도시하는 흐름도이다.
제1실시예에 의한 반사손실 보상방법에서는, 우선 레이더 제작후 레이더의 수신데이터를 획득(S610)한 후, 도 3에서 설명한 바와 같이 신호파형의 그래디언트가 0에 가까운 포인트들을 연결하여 엔빌로프 곡선 또는 엔빌로프 정보를 생성한다.(S620)
이러한 엔빌로프 정보는 레이더 수신신호가 안테나 반사손실에 의하여 일정한 정도 진폭이 감소하는 정도를 나타내는 정보이며, 이러한 엔빌로프 정보를 기초로 주파수별 반사손실 보상정보를 생성하여, 보상 테이블 형태로 저장한다.(S630)
다음으로, 차량 주행 중과 같이 레이더로 실제 대상체를 측정하는 과정에서, 수신된 수신신호에 반사손실 보상정보를 적용하여 최종 보상신호를 생성하는 반사손실 보상을 수행한다.(S640)
즉, 수신된 수신신호의 주파수에 대응되는 반사손실 보상정보를 저장부 등에서 추출한 후, 실제 수신신호의 진폭(크기)를 반사손실 보상정보에 대응되는 양만큼 증폭시켜 최종 수신신호를 생성하고, 최종 수신신호를 기초로 대상체에 대한 정보를 획득한다.
도 7은 제2실시예에 의한 반사손실 보상방법의 세부 흐름을 도시하는 흐름도이다.
제2실시예에 의한 반사손실 보상방법에서는, 우선 레이더 제작후 레이더의 수신데이터를 획득(S710)한 후, 도 4에서 설명한 바와 같이 플랫신호(시간에 대하여 주파수가 일정한 신호)를 FFT 변환하여 FFT 파워로 주파수별 게인을 획득하거나, 처프 신호(시간에 대하여 주파수가 증가/감소하는 신호)를 슬라이딩 FFT 변환하여 주파수별 게인을 획득하고, 그를 이용하여 주파수별 수신신호의 진폭(크기) 변화 정보 또는 진폭(크기) 변화 곡선을 생성한다.(S720)
이러한 주파수별 진폭 변화정보는 레이더 수신신호가 안테나 반사손실에 의하여 일정한 정도 진폭이 감소하는 정도를 주파수별로 나타내는 정보이며, 이러한 주파수별 진폭 변화 정보를 기초로 주파수별 반사손실 보상정보를 생성하여, 보상 테이블 형태로 저장한다.(S730)
다음으로, 차량 주행 중과 같이 레이더로 실제 대상체를 측정하는 과정에서, 수신된 수신신호에 반사손실 보상정보를 적용하여 최종 보상신호를 생성하는 반사손실 보상을 수행한다.(S740)
즉, 수신된 수신신호의 주파수에 대응되는 반사손실 보상정보를 저장부 등에서 추출한 후, 실제 수신신호의 진폭(크기)를 반사손실 보상정보에 대응되는 양만큼 증폭시켜 최종 수신신호를 생성하고, 최종 수신신호를 기초로 대상체에 대한 정보를 획득한다.
도 8은 본 실시예에 의한 반사손실 보상장치가 사용되는 레이더 장치의 신호 처리 방법에 대한 흐름도이다.
도 8은 도 5 내지 도 7에서 설명한 바와 같은 반사손실 보상에 의하여 최종 수신신호가 생성된 이후의 신호 처리 과정을 나타낸 흐름도로서, S810 단계에서 획득된 최종 수신데이터를 한 주기당 처리 가능한 단위 샘플 사이즈로 데이터 버퍼링(S820) 한 이후, 주파수 변환(S830)을 수행한다.
이후, 주파수 변환된 수신데이터를 토대로 CFAR(Constant False Alarm Rate) 연산(S840) 등을 수행하고, 타깃에 대한 수직/수평 정보, 속도정보 및 거리정보를 추출(S850)한다.
S830 단계에서의 주파수 변환은, 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 등과 같은 푸리에 변환을 이용할 수 있다.
도 9는 본 실시예에 의한 반사손실 보상장치를 포함하는 전체 레이더 장치의 구성도를 도시한다.
본 실시예에 의한 레이더 장치(900)는 1 이상의 송신안테나와 1 이상의 수신안테나를 포함하는 안테나부(910)와, 상기 안테나부에 의하여 발생되는 안테나 반사손실을 보상하기 위한 반사손실 보상장치(920)와, 상기 반사손실 보상장치에서 보상되어 생성된 최종 수신신호를 처리하여 대상체에 대한 정보를 획득하는 신호처리부(930)를 포함한다.
안테나부(910) 및 신호처리부(930)는 일반적인 레이더 장치의 구성을 이용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 반사손실 보상장치(920)는 안테나부에서 발생되는 반사손실을 보상하기 위한 반사손실 보상정보를 생성하고, 그를 이용하여 수신신호를 보상하는 기능을 하는 장치로서, 도 2 내지 도 4에서 설명한 바와 같이, 주파수 대역별 안테나의 반사손실을 보상하기 위한 반사손실 보상정보를 산출하는 보상정보 산출부(922)와, 대상체에서 반사되어 수신된 수신신호에 상기 반사손실 보상정보를 적용시켜 최종 수신신호를 생성하는 반사손실 보상부(924)를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 보상정보 산출부(922) 및 반사손실 보상부(924)는 도 2 내지 4 등에서 설명한 바와 같이 구성될 수 있으므로, 중복 설명을 생략한다.
이상과 같은 본 발명의 실시예를 이용하면, 안테나에서 발생되는 반사손실에 대한 보상정보를 미리 산출하여 저장하고, 레이더를 이용한 측정시 수신신호의 크기를 보상하여 균일하게 함으로써, 안테나 반사손실에 따른 레이더의 성능 저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다.
특히, 각 주파수별 수신신호의 그레디언트가 0에 가까운 포인트를 추출하고, 그 포인트들을 연결하는 엘빌로프 정보를 이용하거나, 각 주파수별 수신신호에 대한 고속 푸리에 변환(FFT) 결과를 이용하여 주파수별 파워 정보를 생성하고, 주파수별 파워 정보를 이용하여 수신신호의 크기 변화 곡선을 이용하여 반사손실 보상정보를 산출함으로써, 안테나 반사손실의 보상정보를 용이하게 산출할 수 있는 효과가 있다.
결과적으로, 본 실시예들을 이용하면, 차량용 레이더 장치에서 안테나의 반사손실을 보상하여 레이더의 성능을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, FMCW 레이더의 안테나 반사손실 차이에 의한 처프(chirped) 신호의 신호왜곡 현상을 완화하여, 레이더의 감지성능(SNR, 거리, 속도 정확도 등) 개선할 수 있는 효과가 있다.
또한, 레이더 장치의 양산에 있어서 발생되는 레이더 안테나 공차에 의한 레이더의 성능 차이를 보정할 수 있는 효과가 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.
100, 920 : 반사손실 보상장치 110, 922 : 보상정보 산출부
120, 924 : 반사손실 보상부 130 : 저장부
900 : 레이더 장치 910 : 안테나부
930 : 신호처리부

Claims (9)

  1. 차량용 레이더 장치에 사용되는 반사손실 보상장치로서,
    주파수 대역별 안테나의 반사손실을 보상하기 위한 반사손실 보상정보를 산출하는 보상정보 산출부; 및,
    대상체에서 반사되어 수신된 수신신호에 상기 반사손실 보상정보를 적용시켜 최종 수신신호를 생성하는 반사손실 보상부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더의 안테나 반사손실 보상장치.
  2. 제1항에 있어서,
    보상정보 산출부는 주파수별 수신신호의 크기(Amplitude) 변화를 획득하고 그를 이용하여 상기 수신신호를 역보상하여 최종 수신신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 레이더의 안테나 반사손실 보상장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 보상정보 산출부는 수신신호의 파형으로부터 엔빌로프 정보를 산출하고, 상기 엔빌로프 정보에 대응되는 상기 반사손실 보상정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 레이더의 안테나 반사손실 보상장치.
  4. 전항에 있어서,
    상기 엔빌로프 정보는 상기 수신신호 파형에서 그래디언트가 0인 포인트들을 추출하고, 상기 포인트들을 연결하여 생성되는 것을 특징으로 하는 레이더의 안테나 반사손실 보상장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 보상정보 산출부는 상기 수신신호 중 시간에 대하여 일정한 주파수를 가지는 플랫신호를 고속 푸리에 변환(FFT)하여 FFT 파워를 산출하고, 상기 FFT 파워를 이용하여 수신신호 진폭 변화 정보를 산출하며, 상기 수신신호 진폭변화 정보에 대응되는 상기 반사손실 보상정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 레이더의 안테나 반사손실 보상장치.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 보상정보 산출부는 상기 수신신호 중 시간에 대하여 주파수가 증가 또는 감소하는 처프 신호를 슬라이딩 고속 푸리에 변환(FFT)하여 FFT 파워를 산출하고, 상기 FFT 파워를 이용하여 수신신호 진폭 변화 정보를 산출하며, 상기 수신신호 진폭변화 정보에 대응되는 상기 반사손실 보상정보를 생성하는 것을 특징으로 하는 레이더의 안테나 반사손실 보상장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 반사손실 보상부는 상기 수신신호의 크기를 상기 반사손실 보상정보에 대응되는 양만큼 증폭시켜 상기 최종신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 레이더의 안테나 반사손실 보상장치.
  8. 1 이상의 송신안테나와 1 이상의 수신안테나를 포함하는 안테나부;
    상기 안테나부에 의하여 발생되는 안테나 반사손실을 보상하기 위하여, 주파수 대역별 안테나의 반사손실을 보상하기 위한 반사손실 보상정보를 산출하는 보상정보 산출부와, 대상체에서 반사되어 수신된 수신신호에 상기 반사손실 보상정보를 적용시켜 최종 수신신호를 생성하는 반사손실 보상부를 포함하는 반사손실 보상장치; 및,
    상기 반사손실 보상장치에서 보상되어 생성된 최종 수신신호를 처리하여 대상체에 대한 정보를 획득하는 신호처리부;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  9. 차량용 레이더 장치에 사용되는 반사손실 보상방법으로서,
    주파수 대역별 안테나의 반사손실을 보상하기 위한 반사손실 보상정보를 산출하는 보상정보 산출단계; 및,
    대상체에서 반사되어 수신된 수신신호에 상기 반사손실 보상정보를 적용시켜 최종 수신신호를 생성하는 반사손실 보상단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더의 안테나 반사손실 보상방법.
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