KR20210003891A - Fmcw 레이더 센서의 모니터링 - Google Patents

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미햐엘 쇼어
마르셀 마이어
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은, 복수의 국부 발진기(32)를 구비한 FMCW 레이더 센서 및 상기 FMCW 레이더 센서를 모니터링하기 위한 방법에 관한 것으로, 이 방법에서는, 믹서(38) 내에서 국부 발진기들 중 제1 국부 발진기(32)의 제1 국부 발진기 신호가 국부 발진기들 중 제2 국부 발진기(32)의 제2 국부 발진기 신호와 혼합되어 기저 대역 신호를 생성하고, 이 기저 대역 신호가 평가되며, 상기 평가 결과를 토대로 오류가 검출된다. 특히, 본 발명은, 고주파 모듈에 할당된 하나 이상의 안테나(26)로 송신 신호를 송출하고, 고주파 모듈에 할당된 하나 이상의 안테나(28)로부터 수신 신호를 수신하기 위한 송·수신부(20)를 각각 구비한 복수의 고주파 모듈(10, 12, 14, 16)을 포함하는 FMCW 레이더 센서 및 상기 FMCW 레이더 센서의 모니터링 방법에 관한 것이다.

Description

FMCW 레이더 센서의 모니터링
본 발명은, 복수의 국부 발진기를 구비한 FMCW 레이더 센서를 모니터링하는 방법에 관한 것이다.
레이더 센서는, 교통 환경을 검출하기 위해 자동차에서 점점 더 많이 사용되고 있으며, 위치 확인된 물체의 이격 거리, 상대 속도 및 방향 각도에 관한 정보를, 자동차의 운전 시 운전자의 부담을 덜어주거나, 사람인 운전자를 완전히 또는 부분적으로 대체하는, 하나 또는 복수의 지원 기능부(assistance functions)로 전달한다. 이와 같은 지원 기능의 자율성이 증가함에 따라, 레이더 센서의 성능뿐만 아니라 레이더 센서의 신뢰성과 관련해서도 점점 더 까다로운 요건이 제기되고 있다.
따라서 본 발명의 과제는, 레이더 센서의 주파수 생성의 신뢰성을 높이는 것이다.
상기 과제는, 본 발명에 따라, 복수의 국부 발진기를 구비한 FMCW 레이더 센서를 모니터링하기 위한 방법에 의해 해결되며, 이 방법에서는 믹서 내에서 국부 발진기들 중 제1 국부 발진기의 제1 국부 발진기 신호가 국부 발진기들 중 제2 국부 발진기의 제2 국부 발진기 신호와 혼합되어 기저 대역 신호를 생성하고, 이 기저 대역 신호가 평가되며, 이 평가 결과를 토대로 오류가 검출된다.
제2 국부 발진기 신호와 제1 국부 발진기 신호의 혼합 및 기저 대역 신호의 평가에 의해, 기저 대역 신호 내에서 기저 대역 신호의 예상 주파수 특성으로부터의 편차가 검출될 수 있다. 따라서, 모니터링은, 작동 진행 중에 레이더 센서의 내부 기능으로서 실행될 수 있다.
램프 형태로 주파수 변조된 국부 발진기 신호의 사용에 의해, FMCW 주파수 램프의 생성이 모니터링될 수 있다. 따라서, 일정한 주파수의 국부 발진기 신호가 모니터링될 수 있을 뿐만 아니라, FMCW 주파수 램프의 파라미터도 모니터링될 수 있는데, 이를 위해 외부의 복잡한 측정 기기는 불필요하다. 기저 대역 신호 내에서의 평가는 또한 어차피 FMCW 레이더 센서 내에 제공되는, 레이더 센서의 채널을 위한 아날로그/디지털 변환기를 통해서도 수행될 수 있다.
또한, 상기 과제는, 복수의 국부 발진기를 갖는 FMCW 레이더 센서에 의해 해결되며, 이 경우 FMCW 레이더 센서는 여기에 기술된 방법을 실행하도록 설계된다. FMCW 레이더 센서는, 예를 들어 송·수신부 및 국부 발진기를 각각 구비한 복수의 고주파 모듈을 갖는 FMCW 레이더 센서일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시예들 및 개선예들은 종속 청구항들에 명시되어 있다.
바람직하게, 이 방법은, 고주파 모듈에 할당된 하나 이상의 안테나로 송신 신호를 송출하고, 고주파 모듈에 할당된 하나 이상의 안테나로부터 수신 신호를 수신하기 위한 송·수신부를 각각 구비한 복수의 고주파 모듈을 포함하는 FMCW 레이더 센서를 모니터링하는 방법이며, 여기서 FMCW 레이더 센서의 제1 고주파 모듈은 제1 국부 발진기를 포함하고, FMCW 레이더 센서의 제2 고주파 모듈은 제2 국부 발진기를 포함하며, 본 방법에서는 제1 고주파 모듈의 제1 국부 발진기의 제1 국부 발진기 신호가 제2 고주파 모듈로 전송되고, 제2 고주파 모듈의 믹서 내에서 제2 고주파 모듈의 제2 국부 발진기의 제2 국부 발진기 신호와 혼합되어 기저 대역 신호를 생성한다.
바람직하게, 제1 국부 발진기 신호 및 제2 국부 발진기 신호는 서로에 대해 주파수 오프셋을 갖는다. 바람직하게, 주파수 오프셋의 설정값은 일정하다. 예를 들어, 제1 국부 발진기 신호 및 제2 국부 발진기 신호는 각각, 이들의 램프 경사도의 동일한 설정값을 갖는 FMCW 주파수 램프 형태의 국부 발진기 신호일 수 있다. 하지만, 일정한 주파수를 갖는 제1 및 제2 국부 발진기 신호도 특정 평가를 위해 사용될 수 있다.
바람직하게는, 제1 국부 발진기 신호의 시작 시점과 제2 국부 발진기 신호의 시작 시점 사이의 시간적 관계를 설정하기 위해, FMCW 레이더 신호의 제1 및 제2 고주파 소스에 기준 클럭 신호가 공급되며, 이 경우 제1 고주파 소스는 제1 국부 발진기를 포함하고, 제2 고주파 소스는 제2 국부 발진기를 포함한다. 예를 들어, 제1 국부 발진기 신호의 시작 시점과 제2 국부 발진기 신호의 시작 시점 사이의 시간적 관계를 설정하기 위해서는, 제1 및 제2 고주파 모듈의 기준 클럭 신호 입력들에 기준 클럭 신호가 공급될 수 있다. 기준 클럭 신호는 예를 들어, FMCW 주파수 램프의 동일한 시작 시점을 확정하기 위해 이용될 수 있다. 일반적으로, 기준 클럭 신호는 제1 및 제2 국부 발진기를 제어하기 위한 타임 베이스를 확정하기 위해 이용될 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 국부 발진기 신호의 시작 시점이 동기화될 수 있다.
일 실시예에서는, 제1 및 제2 국부 발진기 신호가 각각 FMCW 주파수 램프 형태의 국부 발진기 신호이며, 이들 FMCW 주파수 램프는 자체 경사도의 동일한 설정값을 갖는다. 바람직하게, 기저 대역 신호를 평가할 때, FMCW 주파수 램프와, 전송 경로의 신호 전파 시간에 상응하는 주파수 편이 사이의 주파수 오프셋의 설정값이 고려된다. 바람직하게, FMCW 주파수 램프들 사이의 주파수 오프셋의 설정값은 0이 아니다.
제1 국부 발진기로부터 믹서로의 또는 제1 고주파 모듈로부터 제2 고주파 모듈로의 제1 국부 발진기 신호의 전송은 상이한 방식으로 수행될 수 있다. 예를 들어, 제1 국부 발진기 신호는 공지된 신호 전파 시간을 갖는 전송 경로를 통해 믹서에 공급될 수 있다. 예를 들어, 제1 국부 발진기 신호는 제1 고주파 모듈의 신호 출력으로부터 신호 라인을 거쳐 제2 고주파 모듈의 신호 입력에 공급될 수 있다.
예를 들어, 기저 대역 신호는 전송 경로의 신호 전파 시간을 고려해서 평가될 수 있다.
일 예에서, FMCW 레이더 센서는, 제1 고주파 모듈이 마스터로서 동작하고, 제2 고주파 모듈이 슬레이브로서 동작하며, 제1 고주파 모듈과 제2 고주파 모듈의 동기화를 위해 제1 고주파 모듈의 동기화 신호 출력으로부터 제1 고주파 모듈의 국부 발진기 신호가 제2 고주파 모듈의 동기화 신호 입력에 공급되는 정상 작동을 위해 설계될 수 있으며, 이 경우 상기 방법은 일 측정 모드에서 실시되며, 이 경우 상기 측정 모드에서는 제1 국부 발진기 신호가 제1 고주파 모듈의 동기화 신호 출력으로부터 신호 라인을 거쳐 제2 고주파 모듈의 동기화 신호 입력에 공급된다. 또 다른 일 예에서는, 제1 국부 발진기 신호가 제1 고주파 모듈의 송·수신부의 송신기 출력으로부터 신호 라인을 거쳐 제2 고주파 모듈의 송·수신부의 수신기 입력에 공급될 수 있다. 특히, 각각 하나의 국부 발진기를 포함하는 복수의 동일한 고주파 모듈을 갖는 레이더 센서를 사용하는 경우에는, 슬레이브로서 작동되는 고주파 모듈 내에서 마스터/슬레이브 구성의 정상 작동을 위해 본래는 불필요한 국부 발진기가, 마스터로서 작동되는 고주파 모듈의 국부 발진기의 주파수 생성을 모니터링하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 동일한 고주파 모듈의 사용에 의해 고성능 레이더 센서의 보다 비용 효율적인 실현이 나타난다.
또 다른 일 실시예에서는, 제1 국부 발진기 신호가 FMCW 레이더 센서의 제1 송·수신부에 의해 송신 신호로 추가 처리되고, 하나 이상의 제1 안테나를 통해 송신되며, 하나 이상의 제2 안테나로의 누화(crosstalk)에 의해 FMCW 레이더 센서의 제2 송·수신부에 공급된다. 예를 들어, 제1 국부 발진기 신호는 제1 고주파 모듈의 송·수신부에 의해 송신 신호로 추가 처리되고, 하나 이상의 제1 안테나를 통해 송신되며, 하나 이상의 제2 안테나로의 누화에 의해 제2 고주파 모듈의 송·수신부에 공급된다. 안테나를 통해 송신된 신호는 예를 들어 센서 내에서 또는 센서의 레이돔에서 제2 고주파 모듈에 할당된 안테나로 누화될 수 있다.
일 예에서, 제1 및 제2 국부 발진기는 각각 관련 제1 또는 제2 고주파 모듈의 위상 고정 루프(phase locked loop)에 의해 제어되며, 이 경우 위상 제어 루프의 입력 신호들이 서로 동기화되고, 이 경우 기저 대역 신호의 평가는, 기저 대역 신호의 피크 외부에 있는 기저 대역 범위 내 잡음 레벨를 결정하는 단계, 및 결정된 잡음 레벨을 예상된 잡음 레벨과 비교하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 방법은, 제1 국부 발진기 및 제2 국부 발진기의 신호 생성을 상호 모니터링하기 위해서도, 또는 제1 고주파 모듈 및 제2 고주파 모듈의 신호 생성을 상호 모니터링하기 위해서도 이용될 수 있다. 본 발명에 따른 방법은, FMCW 레이더 센서의 2개 이상의 국부 발진기의 사용으로도 확장될 수 있으며, 이들 국부 발진기의 국부 발진기 신호는 기저 대역에서 별도로 평가된다. 본 발명에 따른 방법은 예를 들어, 2개 이상의 고주파 모듈의 2개 이상의 국부 발진기의 사용으로 확장될 수 있으며, 이들 국부 발진기의 국부 발진기 신호는 기저 대역 내 하나 이상의 고주파 모듈에서 개별적으로 평가된다. 예를 들어, 제3 국부 발진기 신호는, 제2 국부 발진기 신호에 대한 제1 국부 발진기 신호의 주파수 오프셋의 설정값과 상이한, 제2 국부 발진기 신호에 대한 주파수 오프셋의 설정값을 가질 수 있다. 일 예에서는, FMCW 레이더 센서의 제1 고주파 모듈의 제1 국부 발진기의 제1 국부 발진기 신호 및 FMCW 레이더 센서의 제3 고주파 모듈의 제3 국부 발진기의 제3 국부 발진기 신호가 FMCW 레이더 센서의 제2 고주파 모듈로 전송될 수 있고, 제2 고주파 모듈의 믹서 내에서 제2 고주파 모듈의 제2 국부 발진기의 제2 국부 발진기 신호와 혼합되어 기저 대역 신호를 생성하며, 이 경우 제3 국부 발진기 신호와 제2 국부 발진기 신호 간의 주파수 오프셋은 제1 국부 발진기 신호와 제2 국부 발진기 신호 간의 주파수 오프셋과 상이하다.
이하에서는 도면을 토대로 실시예들이 더 상세하게 설명된다.
도 1은 발진기 신호 네트워크를 통해 서로 연결된 4개의 고주파 모듈을 갖는 레이더 센서의 개략도이다.
도 2는 국부 발진기 신호의 주파수/시간 그래프 및 기저 대역 신호의 진폭 스펙트럼이다.
도 3은 일 변형 실시예에 따른 국부 발진기 신호의 주파수/시간 그래프 및 기저 대역 신호의 진폭 스펙트럼이다.
도 4는 잡음 레벨의 평가를 설명하기 위한 기저 대역 신호의 진폭 스펙트럼이다.
도 1에는, 하나의 공통 기판(18) 상에 배열되어 있는 일 레이더 센서의 4개의 고주파 모듈(10, 12, 14, 16)이 도시되어 있다. 고주파 모듈은 각각 MMIC 칩(Monolithic Microwave Integrated Circuit) 형태의 집적 회로이다. 각각의 고주파 모듈은, 레이더 센서의 할당된 안테나(26, 28)와 연결된 하나 이상의 송신기 출력(22) 및 수신기 입력(24)을 구비한 송·수신부(20)를 포함한다. 각각의 고주파 모듈에는 복수의 송신 안테나(26) 및/또는 복수의 수신 안테나(28)가 할당될 수 있다. 하나의 송신 안테나(26) 및 하나의 수신 안테나(28)가 예시적으로 도시되어 있다. 송·수신부(20)는 특히, 예를 들어 76㎓ 크기의 주파수를 가진 발진기 신호를 증폭시키고 송신 안테나로 분배하기 위해 이용될 수 있다. 수신 안테나들은 송신 안테나들과 동일할 수 있다. 선택적으로 송·수신부(20)는, 레이더 시스템의 적절한 빔 성형 및 최대한 양호한 각도 해상도를 달성하기 위해, 개별 안테나에 공급되는 송신 신호를 그들의 위상 위치와 관련하여 그리고 필요에 따라서는 그들의 주파수 위치와 관련해서도 수정할 수 있는 회로도 포함할 수 있다.
또한, 각각의 고주파 모듈은, 위상 고정 루프(34)를 갖는 국부 발진기(32)를 포함하고, 스위칭 네트워크(36)를 통해 송·수신 유닛(20)에 공급될 수 있는 국부 발진기 신호를 생성하도록 설계된 고주파 소스(30)를 포함한다. 위상 고정 루프(34)는 주파수 분할기를 포함한다. 국부 발진기 신호는 송·수신부(20)의 믹서(38)에서 수신 신호와 혼합되어 기저 대역 신호를 생성하고, A/D 변환기(40)를 통해 본래 공지된 방식으로 평가부에 공급된다. 개별 믹서 및 A/D 변환기를 갖는 이러한 유형의 복수의 수신 채널이 제공될 수 있다.
또한, 스위칭 네트워크(36)를 통해 국부 발진기 신호가 동기화 신호 출력으로서 동작하는 HF 분배기(42)에 공급될 수 있다. 동기화 신호 출력 또는 동기화 신호 입력으로서 동작할 수 있는 고주파 모듈의 HF 분배기는 발진기 신호 네트워크(44)를 통해 서로 연결되어 있다.
또한, 각각의 고주파 모듈은, 기준 클럭 소스(50)로부터 기준 클럭 신호 라인(48)을 통해 공급되어 고주파 소스(30)의 주파수 생성을 서로 동기화하기 위해 이용되는, 기준 클럭 신호용 기준 클럭 신호 입력(46)을 포함한다.
레이더 센서의 안테나(26, 28)는 레이돔(52) 뒤에 배치되어 있다.
고주파 소스(30)는, FMCW 주파수 램프의 형태로 주파수 변조된 국부 발진기 신호를 생성하도록 설계된다. 그러나 선택적으로는 주파수 변조가 각각의 개별 송·수신부(20) 내부에서도 수행될 수 있다.
스위칭 네트워크(36)는, 정상 모드에서 마스터/슬레이브 구성을 위한 레이더 센서를 구성하도록 설계된다. 마스터/슬레이브 구성을 갖는 정상 모드에서는, 제1 고주파 모듈(10)의 국부 발진기(32)의 국부 발진기 신호가 동기화 신호 출력으로서 동작하는 HF 분배기(42)로부터 발진기 신호 네트워크(44)의 신호 라인을 거쳐 슬레이브로서 구성된 다른 고주파 모듈(12, 14, 16)에 공급된다. 제1 고주파 모듈(10)은 마스터로서 구성되었다. 슬레이브로서 구성된 각각의 고주파 모듈에서는, 외부로부터 발진기 신호 네트워크(44)를 통해 공급되는 국부 발진기 신호가 동기화 신호 입력으로서 동작하는 HF 분배기(42) 및 스위칭 네트워크(36)를 통해 송·수신부(20)에 공급되고, 하나 또는 복수의 할당된 레이더 안테나(26)를 위한 송신 신호를 생성하는 데 이용된다. 이러한 방식으로, 고주파 모듈이 제1 고주파 모듈(10)의 국부 발진기 신호를 사용해서 동기식으로 동작한다.
레이더 센서의 작동 진행 중에 고주파 소스(30)의 주파수 생성의 모니터링을 실행하기 위해, 정상 모드의 측정 사이클들 사이에서 레이더 센서가 일시적으로 측정 모드로 전환되며, 이 측정 모드는 모니터링 측정 모드로서도 지칭될 수 있다. 측정 모드는 정상 모드와 구별된다. 측정 모드를 위해 국부 발진기 신호의 생성 및 분배의 재구성이 수행된다. 측정 모드에서는, 고주파 모듈들 중 적어도 2개가 신호 소스로서 작동되며, 그 중 적어도 하나에는 정의된 신호 전파 시간을 갖는 전송 경로를 통해 또 다른 고주파 모듈의 국부 발진기 신호가 공급되어 고유의 국부 발진기 신호와 혼합되고, A/D 변환기 내에서 디지털 처리되어 또 다른 평가부에 공급된다. 이로써, 전송 경로의 신호 전파 시간으로부터 도출되는, 획득된 기저 대역 신호의 주파수 편이가 고려되며, 예를 들어 산출될 수 있다. 이러한 고려는, 생성된 국부 발진기 신호의 주파수의 매우 정확한 모니터링을 가능하게 한다. 이는 이하에서 예시적으로 제1 및 제2 고주파 모듈(10, 12)을 참조하여 설명된다.
제1 고주파 모듈(10)의 국부 발진기(32)는, 더 상세하게 기술될 전송 경로 를 통해 제2 고주파 모듈(12)에 공급되는 국부 발진기 신호를 생성한다. 제2 고주파 모듈(12)의 국부 발진기(32)는 제1 고주파 모듈(10)의 국부 발진기(32)와 동시에 동기화되어 고유한 국부 발진기 신호를 생성한다. 상기 두 국부 발진기 신호는 하나의 믹서 내에서, 예를 들어 송·수신부(20)의 믹서(38) 내에서 혼합되어 기저 대역 신호를 생성하고, 이 기저 대역 신호가 A/D 변환기(40)에 공급된다.
제1 및 제2 고주파 모듈(10, 12)의 2개의 활성 신호 소스(30)는, 생성된 FMCW 램프들이 동일한 시작 시점 및 동일한 램프 경사도를 갖지만 중심 주파수는 약간 오프셋되도록 구성된다. 신호 생성의 동기화는 예를 들어 기준 클럭 신호를 통해 수행된다.
도 2는, 제1 고주파 모듈의 국부 발진기 신호의 주파수 램프(54) 및 주파수 오프셋(Fa)만큼 이동된 제2 고주파 모듈(12)의 국부 발진기의 주파수 램프(56)를 개략적으로 보여준다. 제2 고주파 모듈(12)에서는, 신호 전파 시간(tb)에 상응하게, 램프 경사도로 인해 주파수 편이(Fb)에 상응하는 시간 지연을 갖는 제1 고주파 모듈의 국부 발진기 신호가 수득된다. 따라서, 믹서에 공급되는 신호에서는, 예를 들어 합산(Fa + Fb)에 상응하는 주파수 편이(Fab)가 존재한다. 도 2의 우측에 도시된 기저 대역 신호의 진폭 스펙트럼에서는, 결과로서 도출되는 주파수 편이(Fab)에서의 피크가 획득된다. 이 피크는 스펙트럼의 상응하는 빈 내에 저장된다. 스펙트럼은 본래 공지된 방식으로, 디지털 처리된 기저 대역 신호의 푸리에 변환에 의해 계산된다.
중심 주파수의 편이(Fa)는 기저 대역의 대역폭 내부에서 선택된다. 예를 들어, 5㎒의 기저 대역 폭에 상응하는 10㎒의 샘플링 레이트에서는, 예를 들어 2.5㎒의 주파수 오프셋(Fa)이 선택된다.
제1 고주파 모듈(10)로부터 제2 고주파 모듈(12)로의 국부 발진기 신호의 전송은 다양한 방식으로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 제1 고주파 모듈의 국부 발진기 신호는 신호 출력을 통해 예컨대 HF 분배기(42)에 공급될 수 있고, 신호 라인을 통해, 특히 발진기 신호 네트워크(44)를 통해 제2 고주파 모듈(12)의 신호 입력에, 예컨대 HF 분배기(42)에 공급될 수 있다. 따라서, 신호 라인으로서, 정상 모드에서 마스터와 슬레이브의 동기화를 이루는 발진기 신호 네트워크(44)가 이용된다. 그러나 선택적으로는, 고주파 모듈의 국부 발진기 신호를 또 다른 고주파 모듈에 공급하기 위한 별도의 신호 라인이 제공될 수도 있다. 예를 들어, 제1 고주파 모듈(10)의 송신기 출력(22)은 상응하게 접속된 신호 라인을 통해 제2 고주파 모듈(12)의 수신기 입력(24)과 연결될 수 있다. 그러나 선택적으로는, 예를 들어 송신기 출력(22) 또는 수신기 입력(24)보다 낮은 신호 전력용으로 설계될 수 있는, 고주파 모듈의 간단하게 구현된 신호 입력 및 신호 출력도 제공될 수 있다.
선택적으로 신호 전송의 또 다른 일 가능성으로서, 레이더 센서 내에서 또는 레이더 센서의 레이돔(52)에서 안테나(26)를 통해 송신된 신호가 또 다른 고주파 모듈의 수신 안테나(28)로 누화되는 효과가 이용될 수 있다. 제1 고주파 모듈과 제2 고주파 모듈 사이의 이러한 전송 경로도, 평가 시 주파수 편이(Fb)로서 고려될 수 있는 정의된 신호 전파 시간을 갖는다. 따라서, 누화에 의한 전송이 수행되면, 제1 고주파 모듈(10)을 제2 고주파 모듈(12)과 연결하기 위한 전용 신호 라인이 불필요해진다.
이하에서는, 주파수 생성의 모니터링의 예들이 더 상세하게 설명된다.
국부 발진기 신호의 램프 중심 주파수의 모니터링 또는 2개의 국부 발진기 간의 주파수 오프셋의 모니터링은 다음과 같이 수행될 수 있다. 즉, 도 2의 예에서 기저 대역 신호 내의 신호의 예상 주파수[피크(58)]가 공지되었고, 누화의 신호 전파 시간 또는 고주파 모듈들 간의 신호 전송으로 인해, 예상 주파수 편이(Fb)와 조합되어 구성된 주파수 오프셋 또는 설정 주파수 오프셋(Fa)에 상응하기 때문에, 예상 주파수는 측정된, 결과로서 도출되는 주파수 오프셋(Fab)과 비교될 수 있다. 비교된 값들의 차이가 임계값을 초과하면, 오류가 검출된다. 특히, 결함이 있는 주파수 오프셋이 검출되고, 이로써 일 주파수 램프의 결함 있는 주파수, 예컨대 결함이 있는 램프 중심 주파수가 검출된다. 측정된 기저 대역 주파수 추정의 정확도는 평가될 신호의 지속 시간, 다시 말해 주파수 램프의 지속 시간에 좌우된다. 심지어 예를 들어 지속 시간이 15㎲인 고속 램프 및 20㎑의 FFT 빈(FFT bin)의 상응하는 폭에서도 큰 신호 세기로 인해 예를 들어 1㎑보다 훨씬 더 작은, 높은 추정 정확도가 달성될 수 있다. 이로써, 제1 및 제2 고주파 모듈(10, 12)의 두 국부 발진기 간의 주파수 생성 편차가 매우 정확하게 결정될 수 있다. 이로써 심지어 고속 램프의 생성이 모니터링될 수 있다.
주파수 램프의 램프 경사도의 모니터링이 다음과 같이 이루어질 수 있다. 도 2의 예시에 따른 국부 발진기 신호가 다시 이용될 수 있다. 제1 및 제2 고주파 모듈(10, 12)의 국부 발진기의 램프 경사도가 상이하면, 주파수 처프(chirp)에 상응하는 기저 대역 신호가 생성된다. 기저 대역 신호는 시간 경과에 따라 변하는 주파수를 갖는다. 국부 발진기 신호의 시간에 따른 파형에서 피크(58)의 주파수 위치의 이동이 검출되면, 오류가 검출된다. 특히, 이 경우 결함이 있는 램프 경사도가 검출된다. 주파수 처프는 수신된 기저 대역 신호를 기반으로 검출되어 오류로서 검출될 수 있다. 이를 위해, 예를 들어 파라메트릭 추정 방법인 처플릿 변환(chirplet-transformation)이 이용될 수 있거나, 시간에 따른 파형에서 주파수 램프의 부분 섹션들이 별도로 스펙트럼들로 변환될 수 있음으로써, 기저 대역 신호 내 일 피크의 시간에 따른 파형이 인지될 수 있다.
고주파 소스(30)의 위상 잡음의 평가가 다음과 같이 수행될 수 있다. 이를 위해, 각각의 개별 위상 고정 루프(PLL, 34)를 가진 제1 고주파 모듈(10) 및 제2 고주파 모듈(12)의 2개의 고주파 소스(30)가 기준 클럭 신호의 공통 기준 클럭으로 동기화된다. 기준 클럭 신호는 예를 들어 기준 클럭 라인(48)을 통해 공급된다. 제1 고주파 모듈(10)의 국부 발진기 신호는 제2 고주파 모듈(12)로 전송되고, 다시 믹서(38)에 의해 제2 고주파 모듈(12)의 국부 발진기 신호와 혼합되어 기저 대역으로 전송된다. 전술한 전송 경로들은 선택적으로 전송 경로로서 이용될 수 있다. 기저 대역 신호 내에서 획득된 잡음이 검사된다.
도 4는, 기저 대역 신호의 진폭 스펙트럼을 개략적으로 보여준다. 위상 고정 루프(34)의 루프 대역폭 내에서는 개별적인 국부 발진기의 위상 잡음이 기준 클럭의 잡음에 의해 지배된다. 그렇기 때문에, 국부 발진기 신호 주변의 루프 대역폭 내에서 고주파 모듈의 국부 발진기(32)의 위상 잡음이 강하게 상관된다. 이로 인해, 루프 대역폭 내부의 위상 잡음(60)이 기저 대역 신호 내의 반송파 신호[주파수 스펙트럼 내의 피크(58)]만큼 강하게 억제된다. 주파수 스펙트럼 내에서의 피크(58)의 주파수는 다시, 믹서에 존재하는 제1 국부 발진기 신호와 제2 국부 발진기 신호 간의 주파수 오프셋에 상응한다. 예상 주파수 오프셋은 다시, 전송 경로의 전파 시간으로부터 도출되는 주파수 편이와 조합된, 두 국부 발진기 간의 선택적 설정 주파수 오프셋에 상응한다. 루프 대역폭은 예를 들어 반송파 신호만큼의 300㎑의 주파수 범위에 상응할 수 있다. 루프 대역폭 외부에서는, 개별 국부 발진기(32)의 위상 잡음이 전압 제어형 발진기(32)의 잡음 거동에 의해 지배된다. 따라서, 기저 대역 신호 내에서 루프 대역폭 외부에서는 위상 잡음(62)이 전혀 상관되지 않기 때문에 비교적 강하다. 기저 대역 신호의 평가는 예를 들어, 기저 대역 신호의 일 피크 외부에 있는 대역 범위 내 잡음 레벨을 결정하는 단계; 및 결정된 잡음 레벨을 예상 잡음 레벨과 비교하는 단계;를 포함한다. 예를 들어, 국부 발진기의 위상 고정 회로의 루프 대역폭에 상응하는 대역폭을 갖는, 기저 대역 신호의 일 피크 주변의 대역폭 내에서의 잡음 레벨이 결정되어, 상응하는 예상 잡음 레벨과 비교될 수 있다. 예를 들어, 국부 발진기의 위상 고정 회로의 루프 대역폭에 상응하는 대역폭을 갖는, 기저 대역 신호의 일 피크 주변의 대역폭 외부에서의 잡음 레벨이 결정되어, 상응하는 예상 잡음 레벨과 비교될 수 있다.
예상 잡음 레벨이 초과되거나 임계값 이상으로 초과되면, 오류가 검출된다. 특히, 결함이 있는 위상 고정 루프가 검출된다.
기저 대역 신호의 평가는 예를 들어:
- 상대적으로 더 높은 잡음 레벨을 갖는 주변 영역 내부에서 [기저 대역 신호의 일 피크(58)의 외부의 대역 범위에서] 더 낮은 잡음 레벨을 갖는 영역의 폭(B)을 결정하는 단계; 및
- 상기 결정된 폭(B)을 예상 폭과 비교하는 단계로서, 이 경우 예상 폭이 국부 발진기의 위상 고정 회로의 루프 대역폭에 상응하는, 단계;를 포함한다.
비교된 값들의 차이가 임계값을 초과하면, 오류가 검출된다. 특히, 이 경우에는 결함이 있는 위상 고정 루프가 검출된다. 이로써, 루프 대역폭의 검사가 수행될 수 있다. 따라서, 위상 고정 루프의 루프 대역폭의 설정값에 대해 예상되는 폭으로부터 낮은 잡음 레벨의 폭의 편차가 검출되어 오류로서 검출될 수 있다. 일 국부 발진기의 위상 고정 루프의 위상 잡음의 모니터링은 통상적으로 레이더 센서의 CW 모드에서만, 다시 말해 일정한 주파수에서만 결정될 수 있고, FMCW 램프의 생성 시에는 결정될 수 없다. 기술된 방법에 의해, FMCW 주파수 램프의 생성 시에도 위상 잡음의 잡음 레벨이 평가 및 모니터링될 수 있다.
도 3을 참조해서, 주파수 오프셋 및/또는 램프 경사도를 모니터링하기 위한 일 변형 실시예가 기술된다. 도 3의 예는, 2개의 국부 발진기에 대해 FMCW 주파수 램프(54, 56)의 상이한 램프 경사도가 선택된다는 점에서 도 2의 예와 구별된다. 이 경우, 최종 주파수 오프셋의 평가는, 합성 신호들의 주파수 램프들이 교차하는 시점이 결정되는 시간 범위 내에서 가능하다. 이 경우, 기저 대역 신호의 평가 시, 제2 고주파 모듈의 국부 발진기의 램프가 제2 고주파 모듈의 믹서에서 획득된 제1 고주파 모듈(10)의 국부 발진기의 주파수 램프와 교차하는, 다시 말해 동일한 주파수를 갖는 시점(S)이 결정된다. 이는 주파수 스펙트럼 내에서 피크의 DC 전압 통과에 상응하며, 다시 말해 신호들의 차 주파수(difference frequency)는 바로 0이다. 따라서, 전송 경로의 시간 편이(tb)의 고려하에, 측정된 시점(S)과 예상 시점의 비교 결과를 토대로, 설정값으로부터 벗어나는 램프 중심 주파수의 검출이 가능해진다. 이는 오류로서 검출된다. 램프 경사도의 설정값과 램프 경사도의 편차도 마찬가지로 램프 교차점의 시간 오프셋을 야기하며, 이로써 검출될 수 있다. 램프 경사도가 상이한 복수의 주파수 램프를 사용하여 측정이 연속으로 실행되면, 램프 경사도의 편차가 램프 중심 주파수의 편차와 상이할 수 있다.
기술된 실시예들에서는, 제2 고주파 모듈이 기준 신호 소스로 사용됨으로써, 제1 고주파 모듈의 모니터링이 수행될 수 있다. 또는, 상응하는 방식으로 고주파 모듈들의 상호 모니터링을 제공하는 것도 고려할 수 있다.
기술된 실시예들에 의해, 위상 잡음, 램프 중심 주파수 및 램프 경사도와 같이, 측정 장비를 이용해서는 결정하기가 어려운 파라미터와 관련해서도 국부 발진기의 주파수 생성의 모니터링이 가능해진다. 특히, 레이더 센서의 작동 진행 중에 모니터링이 가능하다.
또한, 측정 모드에서는 2개 이상의 고주파 모듈도 신호 소스로서 동시에 작동될 수 있다. 이로써, 예를 들어 모니터링이 쌍으로 실시될 수 있다. 또는, 복수의 고주파 모듈을 동시에 작동시키는 것도 생각할 수 있는데, 이들 고주파 모듈의 신호는 평가하는 고주파 모듈로 전송되어 그곳에서 고유의 국부 발진기 신호와 혼합된다. 이로써, 예를 들어 제1 고주파 모듈(10)과 제2 고주파 모듈(12) 간에 예컨대 1㎒의 주파수 오프셋이 선택될 수 있으며, 이 주파수 오프셋은 제2 고주파 모듈(12)과 제3 고주파 모듈(14) 간의, 예컨대 1.2㎒의 주파수 오프셋 및 제1 고주파 모듈과 제3 고주파 모듈(14) 간의 주파수 오프셋과 상이하다. 동시에 신호 소스로서 이용되는 복수의 고주파 모듈에 대해서는, 평가된 고주파 모듈의 기저 대역 내에서 혼합된 개별 기저 대역 신호가 상응하는 주파수 오프셋 위치들에서 수신되어 별도로 평가될 수 있다. 이 경우, 예를 들어 제1 고주파 모듈에서는 1㎒ 및 2.2㎒에서 신호가 수신될 수 있고, 제2 고주파 모듈에서는 1㎒ 및 1.2㎒에서 신호가 수신될 수 있으며, 제3 고주파 모듈에서는 1.2㎒ 및 2.2㎒에서 신호가 수신될 수 있다.
개별 국부 발진기(32)를 갖는 별도의 고주파 모듈(10, 12, 14, 16) 대신, 국부 발진기들(32) 중 여러 개를 각각 포함하는 고주파 모듈들, 또는 복수의 국부 발진기(32)를 포함하는 하나의 고주파 모듈도 제공될 수 있다. 예를 들어, 2개 이상의 고주파 소스(30), 개별 믹서(36), 송·수신부(20) 및 A/D 변환기(40)가 하나의 고주파 모듈 내에 통합될 수 있다. 예를 들면, 별도의 고주파 모듈(10, 12) 대신, 상응하는 개수의 상응하는 고주파 유닛이 하나의 고주파 모듈 내에, 다시 말해 하나의 공통 칩 상에 통합될 수 있다. 발진기 신호 네트워크(44)는 예를 들어 내부 네트워크일 수 있다.

Claims (10)

  1. 복수의 국부 발진기(32)를 구비한 FMCW 레이더 센서를 모니터링하는 방법으로서,
    믹서(38) 내에서 국부 발진기들 중 제1 국부 발진기(32)의 제1 국부 발진기 신호가 국부 발진기들 중 제2 국부 발진기(32)의 제2 국부 발진기 신호와 혼합되어 기저 대역 신호를 생성하고, 상기 기저 대역 신호가 평가되며, 평가 결과를 토대로 오류가 검출되는, FMCW 레이더 센서의 모니터링 방법.
  2. 고주파 모듈에 할당된 하나 이상의 안테나(26)로 송신 신호를 송출하고, 고주파 모듈에 할당된 하나 이상의 안테나(28)로부터 수신 신호를 수신하기 위한 송·수신부(20)를 각각 구비한 복수의 고주파 모듈(10, 12, 14, 16)을 포함하는 FMCW 레이더 센서를 모니터링하기 위한, 제1항에 따른 방법으로서,
    FMCW 레이더 센서의 제1 고주파 모듈(10)이 제1 국부 발진기(32)를 포함하고, FMCW 레이더 센서의 제2 고주파 모듈(12)이 제2 국부 발진기(32)를 포함하며, 본 방법에서는 제1 고주파 모듈(10)의 제1 국부 발진기(32)의 제1 국부 발진기 신호가 제2 고주파 모듈(12)로 전송되고, 제2 고주파 모듈(12)의 믹서(38) 내에서 제2 고주파 모듈(12)의 제2 국부 발진기(32)의 제2 국부 발진기 신호와 혼합되어 기저 대역 신호를 생성하는, FMCW 레이더 센서의 모니터링 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 제1 국부 발진기 신호가 공지된 신호 전파 시간을 갖는 전송 경로를 통해 믹서(38)에 공급되고, 전송 경로의 신호 전파 시간(tb)을 고려해서 기저 대역 신호가 평가되는, FMCW 레이더 센서의 모니터링 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 제1 및 제2 국부 발진기 신호가 각각 FMCW 주파수 램프(54, 56) 형태의 국부 발진기 신호이고, 이들 FMCW 주파수 램프는 자체 경사도의 동일한 설정값을 가지며, 이때 기저 대역 신호의 평가는,
    예상 주파수 위치와 기저 대역 신호의 주파수 위치를 비교하는 단계를 포함하며, 이때 예상 주파수 위치는 제1 국부 발진기 신호와 제2 국부 발진기 신호 간의 주파수 오프셋(Fa)의 설정값과, 전송 경로의 신호 전파 시간(tb)으로 인한 예상 주파수 편이(Fb)의 조합에 상응하며, 예상 주파수 편이의 절대값은 램프 경사도의 설정값과 전송 경로의 신호 전파 시간의 곱에 상응하는, FMCW 레이더 센서의 모니터링 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 국부 발진기 신호가 각각 FMCW 주파수 램프(54, 56) 형태의 국부 발진기 신호이고, 이들 FMCW 주파수 램프는 자체 경사도의 동일한 설정값을 가지며, 이때 기저 대역 신호의 평가는,
    국부 발진기 신호의 시간에 따른 파형에서 기저 대역 신호의 주파수 위치의 편이를 검출하는 단계를 포함하는, FMCW 레이더 센서의 모니터링 방법.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 국부 발진기 신호가 각각 FMCW 주파수 램프(54, 56) 형태의 국부 발진기 신호이고, 이들 FMCW 주파수 램프는 자체 경사도의 상이한 설정값을 가지며, 이 경우 기저 대역 신호의 평가 시, 기적 대역 신호의 주파수가 영점을 통과하는 시점(S)의 결정이 수행되는, FMCW 레이더 센서의 모니터링 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 및 제2 국부 발진기가 각각 위상 고정 루프(34)에 의해 제어되고, 위상 고정 루프(34)의 입력 신호들이 서로 동기화되며, 이 경우 기저 대역 신호의 평가는,
    기저 대역 신호의 일 피크(58)의 외부에 있는 기저 대역 범위 내 잡음 레벨(60, 62)을 결정하는 단계, 및
    상기 결정된 잡음 레벨을 예상 잡음 레벨과 비교하는 단계를 포함하는, FMCW 레이더 센서의 모니터링 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 국부 발진기 신호가 FMCW 레이더 센서의 제1 송·수신부(20)에 의해 송신 신호로 추가 처리되고, 하나 이상의 제1 안테나(26)를 통해 송신되며, 하나 이상의 제2 안테나(28)로의 누화에 의해 FMCW 레이더 센서의 제2 송·수신부(20)에 공급되는, FMCW 레이더 센서의 모니터링 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, FMCW 레이더 센서의 제1 국부 발진기(32)의 제1 국부 발진기 신호 및 FMCW 레이더 센서의 제3 국부 발진기(32)의 제3 국부 발진기 신호가 믹서(38) 내에서 제2 국부 발진기(32)의 제2 국부 발진기 신호와 혼합되어 기저 대역 신호를 생성하며, 이때 제3 국부 발진기 신호와 제2 국부 발진기 신호 간의 주파수 오프셋은 제1 국부 발진기 신호와 제2 국부 발진기 신호 간의 주파수 오프셋과 구별되는, FMCW 레이더 센서의 모니터링 방법.
  10. 복수의 국부 발진기(32)를 갖는 FMCW 레이더 센서로서,
    제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실행하도록 설계된 FMCW 레이더 센서.
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