KR20210109855A - 차량용 레이더의 송신신호 위상 보정 장치 및 방법과, 그를 포함하는 차량용 레이더 장치 - Google Patents

차량용 레이더의 송신신호 위상 보정 장치 및 방법과, 그를 포함하는 차량용 레이더 장치 Download PDF

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Abstract

본 실시예는 차량용 레이더의 송신신호 위상 보정 장치 및 방법과, 그를 포함하는 차량용 레이더 장치에 관한 것으로서, 동시에 송신신호를 송출하는 다수의 송신채널을 포함하는 차량용 레이더 장치에서, 제1송신시점에서 각 송신채널에 포함된 위상쉬프터로 인가되는 소스 송신신호와, 각 송신채널에 포함된 커플러에서 추출되는 왜곡 송신신호를 기초로 위상 조절값을 결정하고, 결정된 위상 조절값을 위상쉬프터트로 인가하여, 위상 조절값을 기초로 이어지는 제2송신시점에 송신되는 타겟 감지 송신신호를 위상 보상하는 위상 보정 장치 및 그를 포함하는 차량용 레이더 장치를 제공한다. 본 실시예를 이용하면, 레이더 수신신호 품질을 개선하고, 타겟 정보의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Description

차량용 레이더의 송신신호 위상 보정 장치 및 방법과, 그를 포함하는 차량용 레이더 장치 {Apparatus and Method for Phase Compensating of Transmission Signal, and Radar Apparatus of Vehicle with the same}
본 발명의 일 실시예는 차량용 레이더 장치 및 제어방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 차량용 레이더에서 다수의 송신채널의 송신신호에 대한 위상 편차를 동적으로 보정함으로써 신호 품질을 개선할 수 있는 차량용 레이더의 송신신호 위상 보정 장치 및 방법과, 그를 포함하는 차량용 레이더 장치에 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 차량용 레이더로 획득된 타겟 정보는 거리정보 및 각도정보를 포함하는 위치정보와, 자차량과 타겟 사이의 상대 속도정보 등을 포함한다.
차량용 레이더는 안테나부와, 신호송수신부 및 신호처리부 등을 포함하며, 신호송수신부와 신호처리부는 일종의 디지털 시그널 프로세서 칩(Digital Signal Processor Chip) 등으로 구현될 수 있다.
한편, 차량용 레이더는 감지거리 범위를 다양하게 하거나 또는 측정 정밀도를 향상시키기 위하여, 다수의 송신안테나 또는 다수의 송신채널을 포함할 수 있다.
이러한 다중 송신채널을 가지는 레이더 장치에서는 동일시점에 다수의 송신채널에서 동일한 송신신호를 송신할 필요가 있다.
이 때, 다수의 송신채널에서 동시에 송출되는 송신신호들은 완전히 동일한 위상을 가져야 수신신호의 품질이 향상되고, 그에 따라 정확한 타겟 각도 정보 획득이 가능하다.
그러나, 레이더 장치의 물성, 레이더 장치를 구성하는 소자의 온도, 송신안테나의 물리적 특성차이 등의 환경에 따라서 송신시점마다 다수의 송신채널의 송신신호의 위상이 미세한 차이를 가질 수 있다.
이러한 동시 송신신호의 위상 차이로 인해서 수신 신호의 품질이 열화되고, 그에 따라 타겟 정보의 정확도가 감소될 수 있다.
이를 위하여, 레이더 장치마다 다수의 송신채널에 대한 고정된 위상 조절값을 설정하여 송신신호의 위상을 보정하는 방안이 제안되고 있다.
그러나, 이러한 고정된 위상 조절값을 이용하는 방식은 레이더 장치 소자의 온도변화, 레이더 장치를 구성하는 소자의 시계열적인 물성 변화 등과 같은 동적 환경 변화에는 적절하지 않을 수 있다.
따라서, 차량용 레이더 장치에서, 온도변화, 물성변화 등에 기인하는 동시 송신신호의 위상 왜곡을 동적으로 보정하는 방안이 필요하다.
이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 레이더의 송신신호의 위상을 보정하는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 실시예의 다른 목적은, 다수의 송신채널에서 동시에 동일한 송신신호를 송출하는 차량용 레이더 장치에서 동시 송신신호의 위상 편차를 제거함으로써, 수신신호 품질을 개선하고, 타겟 정보의 정밀도를 향상시킬 수 있는 차량용 레이더의 송신신호 위상 보정 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 실시예의 다른 목적은 동시에 송신신호를 송출하는 다수의 송신채널을 포함하는 차량용 레이더 장치에서, 각 송신채널별로 소스 송신신호와 왜곡 송신신호를 기초로 위상 조절값을 결정하여, 다음 시점에서의 타겟 감지 송신신호의 위상을 보정할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 실시예의 다른 목적은 동시에 송신신호를 송출하는 다수의 송신채널을 포함하는 차량용 레이더 장치에서, 제1송신시점에서 각 송신채널에 포함된 위상쉬프터로 인가되는 소스 송신신호와, 각 송신채널에 포함된 커플러에서 추출되는 왜곡 송신신호를 기초로 위상 조절값을 결정하고, 결정된 위상 조절값을 위상쉬프터로 인가하여, 위상 조절값을 기초로 이어지는 제2송신시점에 송신되는 타겟 감지 송신신호를 위상 보상하는 레이더 장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는, 동시에 송신신호를 송출하는 다수의 송신채널을 포함하는 차량용 레이더 장치에서, 제1송신시점에서 기준이 되는 소스 송신신호를 추출하는 소스 송신신호 추출부와, 상기 제1송신시점에서 위상 왜곡이 발생된 왜곡 송신신호를 추출하는 왜곡 송신신호 추출부와, 상기 제1송신시점에서 상기 소스 송신신호와 왜곡 송신신호를 기초로 위상 조절값을 산출하는 위상 조절값 산출부; 및 상기 제1송신시점에 이어지는 제2송신시점에서 상기 위상 조절값을 이용하여 타겟 감지 송신신호의 위상을 보정하는 위상 보정부;를 포함하는 송신신호 위상 보정 장치를 제공한다.
이 때, 상기 소스 송신신호는 무변조 신호이며, 상기 타겟 감지 송신신호는 주파수 변조 신호일 수 있다.
또한, 상기 위상 조절값 산출부는 상기 소스 송신신호의 위상과 왜곡 송신신호의 위상을 기초로 위상 대표값을 산출하고, 상기 위상 대표값을 위상 조절값으로 결정할 수 있다.
이 때, 제1송신시점은 다수의 제1 서브 송신시점을 포함하며, 상기 위상 조절값 산출부는 상기 다수의 제1 서브 송신시점에서 산출된 상기 소스 송신신호의 위상과 왜곡 송신신호의 위상의 차이값의 평균을 상기 위상 대표값으로 결정할 수 있다.
또한, 소스 송신신호 추출부는 상기 레이더 장치의 각 송신채널에 포함되는 위상쉬프터의 입력신호로부터 상기 소스 송신신호를 추출하며, 상기 왜곡 송신신호 추출부는 상기 레이더 장치의 각 송신채널에 포함되는 커플러로부터 상기 왜곡 송신신호를 추출할 수 있다.
다른 실시예에 의하면, 동시에 동일한 송신신호를 송신하는 복수의 송신채널을 포함하는 송신부와, 타겟에서 반사된 수신신호를 수신하는 수신안테나를 포함하는 수신부와, 상기 수신안테나에서 수신된 수신신호를 처리하여 타겟의 정보를 획득하는 신호처리부, 및 상기 복수의 송신채널에 포함되는 각 송신채널에 대하여 제1송신시점에서 추출되는 소스 송신신호와 왜곡 송신신호를 기초로 위상 조절값을 결정하여, 제2송신시점에서의 타겟 감지 송신신호의 위상을 보정하는 송신신호 위상 보정 장치를 포함하는 차량용 레이더 장치를 제공한다.
한편, 상기 복수의 송신채널에 포함되는 각 송신채널은 위상쉬프터, 커플러 및 송신안테나를 포함하며, 상기 송신신호 위상 보상장치는 상기 송신신호 위상 보정장치는 위상쉬프터의 입력신호로부터 상기 소스 송신신호를 추출하며, 상기 커플러로부터 상기 왜곡 송신신호를 추출할 수 있다.
이 때, 상기 송신부는 수평방향으로 일정 수평거리만큼 이겨 배치되는 2개 이상의 송신안테나를 포함할 수 있다.
또다른 실시예에 의하면, 동시에 송신신호를 송출하는 다수의 송신채널을 포함하는 차량용 레이더 장치에서의 방법으로서, 제1송신시점에서 기준이 되는 소스 송신신호를 추출하는 소스 송신신호 추출단계와, 상기 제1송신시점에서 위상 왜곡이 발생된 왜곡 송신신호를 추출하는 왜곡 송신신호 추출단계와, 상기 제1송신시점에서 상기 소스 송신신호와 왜곡 송신신호를 기초로 위상 조절값을 산출하는 위상 조절값 산출단계, 및 상기 제1송신시점에 이어지는 제2송신시점에서 상기 위상 조절값을 이용하여 타겟 감지 송신신호의 위상을 보정하는 위상 보정 단계를 포함하는 차량용 레이더 장치에서의 송신신호 위상 보정 방법을 제공한다.
아래에서 설명할 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 레이더의 송신신호의 위상을 적절하게 보상할 수 있다.
더 구체적으로는, 다수의 송신채널에서 동시에 송신신호를 송출하는 차량용 레이더 장치에서 송신신호의 위상 편차를 제거함으로써, 수신신호 품질을 개선하고, 타겟 정보의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 동시에 송신신호를 송출하는 다수의 송신채널을 포함하는 차량용 레이더 장치에서, 각 송신채널별로 소스 송신신호와 왜곡 송신신호를 기초로 위상 조절값을 결정하여, 다음 시점에서의 타겟 감지 송신신호의 위상을 적절하게 보상할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 일반적인 차량용 레이더 센서의 물체 감지 방식을 도시하며, 중/장거리 감지영역과 근거리 감지영역이 도시되어 있다.
도 2는 본 실시예에 의한 위상 보정장치가 사용될 수 있는 차량용 레이더 장치의 송수신 채널의 일 예를 도시한다.
도 3은 본 실시예에 의한 차량용 레이더 장치의 구성을 도시한다.
도 4는 본 실시예에 의한 위상 보정장치의 기능별 블록도이다.
도 5는 본 실시예에 의한 위상 보정 장치가 적용된 레이더 송신부의 세부 구성을 도시한다.
도 6은 본 실시예에 의한 소스 송신신호 및 타겟 감지 송신신호 파형의 일 예를 도시한다.
도 7은 본 실시예에 의한 레이더 장치의 타겟 감지 송신신호의 일 예로서, 주파수 변조 연속파(FMCW) 신호 파형과 그를 이용한 거리 감지 원리의 일 예를 도시한다.
도 8 및 도 9는 본 실시예에 의한 레이더 장치에 사용되는 송신안테나의 실시예들을 도시한다.
도 10은 본 실시예에 의한 송신신호 위상 보정방법의 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치가 제공하는 신호 처리 방법에 대한 흐름도이다.
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 일반적인 차량용 레이더 센서의 물체 감지 방식을 도시하며, 중/장거리 감지영역과 근거리 감지영역이 도시되어 있다.
도 1과 같이, 차량용 레이더 센서를 이용하여 차량 부근의 물체를 감지할 때, 전방의 장거리 타겟을 감지하는 중/장거리 감지 기능과, 차량 부근의 근거리 타겟을 감지하는 근거리 감지 기능을 모두 보유하여야 한다.
레이더 센서가 사용되는 차량에서는 운전자의 주행 보조를 위하여 여러가지 형태의 운전자 보조 시스템(Driver Assistance System; DAS)이 사용되고 있다.
그 중에서 전방 차량을 추종하는 적응형 크루즈 시스템(Adaptive Cruise System; ACC)에서는 차량의 주행방향 전방에 있는 중장거리 타겟을 감지할 필요가 있다.
한편, 전방 장애물 존재시 긴급하게 차량을 제동하거나 조향회피를 하는 자동 긴급 제동 시스템(Autonomous Emergency Braking System; AEB) 또는 자동 긴급 조향 시스템(Autonomous Emergency Steering System; AES)과, 차선 변경시 인접 차선 장애물과의 충돌을 방지하는 차선 변경 보조 시스템(Lane Changing Assistance; LCA) 시스템 등에서는 차량 부근의 근거리 장애물을 높은 정밀도로 감지할 필요가 있다.
즉, 차량용 레이더 장치는 넓은 거리 범위에 있는 여러 타겟의 거리, 속도 및 각도 정보와 같은 타겟 정보를 정밀도 높게 측정해야 한다.
특히, 일반적인 2차원적인 도로 주행환경에서는 수직정보보다는 타겟의 거리와 수평각도를 포함하는 타겟의 횡위치 정보를 정밀하게 측정해야 한다.
이를 위하여, 도 1의 상부 도면과 같이, 일부 차량용 레이더 장치(10)는 중장거리 감지를 위하여 비교적 좁은 감지각도를 가지면서 감지거리가 긴 장거리 감지영역(12)과, 넓은 감지각도와 작은 감지거리를 가지는 근거리 감지영역(14)을 각각 구비하도록 구성할 수 있다.
이러한 차량용 레이더 센서 장치는 중장거리 감지를 위하여 중장거리 송신빔 패턴으로 송신신호를 송출해야 하고, 근거리 감지를 위해서는 중장거리 송신빔 패턴과 상이한 근거리 송신빔 패턴으로 송신신호를 송출할 수 있다.
그러나, 이러한 레이더 장치는 거리에 따른 2가지 모드의 안테나구조 및 신호처리부 등을 포함하여야 하므로, 레이더 장치의 구조가 복잡하고, 신호처리 연산 부하가 증가하는 문제가 있다.
이를 해결하기 위하여, 차량용 레이더에서는 중/장거리 레이더와 근거리 레이더를 통합할 필요가 있으며, 중/장거리 레이더와 근거리 레이더를 통합하기 위해서 송신 안테나를 상이하게 하고 수신 안테나를 공용화 하여 구현하는 방안이 고려되고 있다.
즉, 도 1의 하부 도면과 같이, 단일의 감지영역을 가지는 레이더 장치를 제공하되, 타겟의 거리에 따라서 수평정보 거리 해상도를 달리 구현함으로써, 간단한 구조를 제공하면서도 타겟 수평정보의 정밀도를 향상시키는 방식도 가능하다.
또한, 차량용 레이더는 기존의 타겟의 거리, 속도 및 수평각도 외에 대상체의 수직각도(Elevation Angle)와 같은 수직방향 정보까지 제공할 수 있다.
수직각도를 추정하기 위해서는 서로 다른 송수신 안테나로부터 수신된 타겟의 파워를 활용할 수도 있고, 수직 방향의 배열 안테나를 활용할 수 있다.
한편, 차량용 레이더에서는 타겟의 수평 정보 및 수직 정보 등을 정밀하게 측정하기 위하여, 다수의 송신안테나 또는 다수의 송신채널을 통해서 동시에 동일한 형태의 송신신호를 송출하고, 타겟에서 반사된 수신신호를 1개 이상의 수신안테나에서 수신하는 구조를 가질 수 있다.
도 2는 본 실시예에 의한 위상 보정장치가 사용될 수 있는 차량용 레이더 장치의 송수신 채널의 일 예를 도시한다.
도 2와 같은 차량용 레이더 장치에서는 2개의 송신안테나 Tx1, Tx2와 송신신호 송출을 제어하는 송신부(Tx)를 포함할 수 있으며, 각각의 송신안테나로 송신신호를 방출하는 경로가 송신채널 CH1, CH2로 정의될 수 있다.
2개의 송신채널 CH1, CH2를 통하여 동시에 동일한 형태의 송신신호를 송출하고, 타겟에서 반사된 수신신호가 2개의 수신안테나 Rx, Rx를 통하여 수신된다.
마찬가지로, 수신단도 2개의 수신안테나 Rx1, Rx2와 수신신호 수신을 제어하는 수신부(Rx)를 포함할 수 있으며, 각각의 수신안테나로 수신신호를 수신하는 경로가 수신채널 CH1, CH2로 정의될 수 있다.
이러한 다중 송신채널을 가지는 레이더 장치에서는 동일시점에 다수의 송신채널에서 동일한 송신신호가 송신될 수 있다.
이 때, 수신신호 품질의 향상과 정확한 타겟 각도 정보 획득을 위하여, 다수의 송신채널에서 동시에 송출되는 송신신호들은 완전히 동일한 위상을 가져야 한다.
그러나, 레이더 장치의 물성, 레이더 장치를 구성하는 소자의 온도, 송신안테나의 물리적 특성차이 등의 환경에 따라서 송신시점마다 다수의 송신채널의 송신신호의 위상이 미세한 차이를 가질 수 있다.
이러한 동시 송신신호의 위상 차이로 인해서 수신 신호의 품질이 열화되고, 그에 따라 타겟 정보의 정확도가 감소될 수 있다.
한편, 이러한 위상 차이로 인한 성능 열화를 방지하는 방안으로서, 레이더 장치마다 다수의 송신채널에 대한 고정된 위상 조절값을 설정하여 송신신호의 위상을 보정할 수 있다.
그러나, 고정된 위상 조절값을 이용하는 방식은 레이더 최초 설계에 따른 신호 보상에는 적절할 수 있으나, 레이더 장치 소자의 온도변화, 레이더 장치를 구성하는 소자의 시계열적인 물성 변화 등과 같은 동적 환경 변화에는 적절하게 대처할 수 없다.
즉, 차량용 레이더 장치에서, 온도변화, 물성변화 등에 기인하는 동시 송신신호의 위상 왜곡을 동적으로 보정하는 방안이 필요하다.
이에 본 실시예에서는, 다수의 송신채널을 포함하는 차량용 레이더 장치에서, 각 송신채널별로 소스 송신신호와 왜곡 송신신호를 기초로 위상 조절값을 동적으로 결정하고, 그를 기초로 다음 시점에서의 타겟 감지 송신신호의 위상을 적절하게 보상하는 방안을 제안한다.
도 3은 본 실시예에 의한 차량용 레이더 장치의 구성을 도시하며, 도 4는 본 실시예에 의한 위상 보정장치의 기능별 블록도이다.
본 실시예에 의한 차량용 레이더 장치는, 안테나부(100), 신호 송수신부(200), 신호처리부(300) 및 본 실시예에 의한 위상 보정 장치(400)를 포함하여 구성될 수 있다.
안테나부(100)는 차량 주위로 송신신호를 방출하는 2개 이상의 송신안테나(110, 110')와 물체에서 반사된 수신신호를 수신하는 수신안테나(120)를 포함할 수 있다.
또한, 송수신부(200) 및 신호처리부(300)를 구성하는 칩과 송신안테나 및 수신안테나 사이를 연결하는 신호 배선인 분배기 또는 커플러(130)를 더 구비할 수 있다.
도 5에서 더 상세하게 설명되겠지만, 이러한 분배기 또는 커플러(130)는 각 송신채널별로 구비되며, 각 송신안테나로 송신되는 송신신호의 파워, 위상 등을 제어하는 기능을 수행한다.
더 구체적으로, 이러한 분배기 또는 커플러는 송신신호의 위상을 조절하는 위상 쉬프터(Phase shifter)를 더 포함할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 안테나부(100)에 포함되는 송신안테나 및 수신안테나 중 하나는 수평방향으로 일정 거리 이격(수평 옵셋 또는 수직 옵셋)된 2개 이상의 어레이 안테나를 포함하여 구성될 수 있다.
특히, 본 실시예에 의한 레이더 장치는 동시에 동일한 송신신호를 송출하는 2개 이상의 송신안테나를 포함할 수 있으며, 이의 세부 구성에 대해서는 도 8 및 도 9를 참고로 아래에서 더 상세하게 설명한다.
한편, 본 실시예에 의한 레이더 장치의 송수신부(200)는 특정한 동작 주파수 대역의 송신신호를 송출하고, 상기 수신안테나에서 수신신호를 수신하도록 제어한다.
이러한 송수신부(200)는 다시 송신신호 송출을 제어하는 송신부(210)와, 수신신호의 수신을 제어하는 수신부(220)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 의한 레이더 장치의 송신부(210)는 동시에 동일한 송신신호를 송신하는 복수의 송신채널을 포함할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 수신부(220)는 타겟에서 반사된 수신신호를 수신하는 수신안테나를 포함할 수 있다.
본 실시예에 의한 위상 보정 장치(400)는 다수의 송신채널을 구성하는 각각의 송신채널에 연동되어 있으며, 각 송신채널에 대하여 제1송신시점에서 추출되는 소스 송신신호와 왜곡 송신신호를 기초로 위상 조절값을 결정하여, 제2송신시점에서의 타겟 감지 송신신호의 위상을 보정하는 기능을 수행한다.
이러한 본 실시예에 의한 위상 보정장치(400)의 세부 구성에 대해서는 도 4 및 5를 기초로 아래에서 더 상세하게 설명한다.
신호처리부(300)는 송수신부(200)를 제어하여 다수의 송신안테나부를 통하여 일정한 송신 빔 패턴을 가지는 송신신호를 동시에 송출하도록 하고, 수신안테나에서 수신된 수신신호를 처리하여 물체의 정보를 획득하는 기능을 수행한다.
이러한 신호처리부(300)는 제어부, 신호처리부 등의 다른 용어로 표현될 수도 있으며, 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor; DSP)형태로 구현될 수 있다.
한편, 레이더 센서 장치는 사용되는 신호의 형태에 따라서, 펄스식, 주파수 변조 연속파(Frequency Modulation Continuous Wave; FMCW), 주파수 시프트 키잉(Frequency Shift Keying; FSK) 방식 등으로 분류될 수 있다.
이 중에서 FMCW 방식의 레이더에서는 시간에 따라서 주파수가 증가되는 신호인 처프(Chirp)신호 또는 램프(Ramp) 신호를 사용하며, 송신파와 수신파 사이의 시간 차이와 도플러 주파수 편이를 이용하여 대상체의 정보를 연산한다.
더 구체적으로, 레이더 장치의 제어부는 송수신안테나를 통한 신호 송수신을 제어하는 송수신부(200)와, 수신안테나에서 수신된 반사 신호와 송신 신호를 이용하여 타겟의 정보(위치, 거리, 각도 등)를 산출하는 신호처리부(300)를 포함할 수 있다.
신호 송수신부(200)는 다시 송신부(210)와 수신부(220)를 포함할 수 있으며, 송신부(210)는 각 송신안테나에 신호를 공급하여 송신신호를 생성하는 발진부를 포함할 수 있다. 이러한 발진부는, 일 예로서, 전압 제어 발진기(VCO: Voltage-Controlled Oscillator) 및 오실레이터(Oscillator) 등을 포함할 수 있다.
또한, 송신부(210)는 각 송신안테나와 신호처리부(300) 사이의 경로에 배치되는 위상쉬프터와 커플러를 더 포함할 수 있으며, 본 실시예에 의한 위상보정장치(400)는 각 송신채널에 포함되는 위상쉬프터 및 커플러와 연동되어 동작할 수 있다.
이러한 송신부(210)와 위상보정장치(400)의 세부 구성에 대해서는 도 5를 참고로 아래에서 더 상세하게 설명한다.
신호송수신부(200)에 포함된 수신부(220)는, 수신 안테나를 통해 수신된 반사신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭부(LNA: Low Noise Amplifier)와, 저잡음 증폭된 수신신호를 믹싱하는 믹싱부(Mixer)와, 믹싱된 수신신호를 증폭하는 증폭부(Amplifier)와, 증폭된 수신신호를 디지털 변환하여 수신데이터를 생성하는 변환부(ADC: Analog Digital Converter) 등을 포함할 수 있다.
신호처리부(300)는 신호 처리를 제 1 처리부와 제 2 처리부를 포함할 수 있으며, 제 1 처리부는, 제 2 처리부를 위한 전 처리부(Pre-Processor)로서, 송신데이터 및 수신데이터를 획득하여, 획득된 송신데이터에 근거한 발진부에서의 송신신호의 생성을 제어하고, 송신데이터 및 수신데이터를 동기화하며, 송신데이터 및 수신데이터를 주파수 변환할 수 있다.
제 2 처리부는, 제 1 처리부의 처리 결과를 이용하여 실질적 처리를 수행하는 후 처리부(Post-Processor)로서, 제 1 처리부에서 주파수 변환된 수신데이터를 토대로 CFAR(Constant False Alarm Rate) 연산, 트래킹(Tracking) 연산 및 타깃 선택(Target Selection) 연산 등을 수행하고, 타깃에 대한 각도정보, 속도정보 및 거리정보를 추출할 수 있다.
전술한 제 1 처리부는, 획득된 송신데이터 및 획득된 수신데이터를 한 주기당 처리 가능한 단위 샘플 사이즈로 데이터 버퍼링 한 이후, 주파수 변환을 수행할 수 있다. 전술한 제 1 처리부에서 수행하는 주파수 변환은, 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 등과 같은 푸리에 변환을 이용할 수 있다.
전술한 제 2 처리부는, 제1처리부에서 이루어진 제1푸리에 변환(FFT)된 신호에 대하여 제2푸리에 변환을 할 수 있으며, 제2푸리에 변환은, 일 예로서, 이산 푸리에 변환(DFT: Discrete Fourier Transform, 이하 "DFT"라 칭함)일 수 있다. 또한, DFT 중에서도, 첩-이산 푸리에 변환(Chirp-DFT)일 수 있다.
제2처리부는 Chirp-DFT 등의 제2푸리에 변환을 통해, 제2푸리에 변환 길이(K)에 해당하는 개수만큼의 주파수 값을 획득하고, 획득된 주파수 값을 토대로 각 첩(Chirp) 주기 동안 가장 큰 파워를 갖는 비트 주파수를 계산하고, 계산된 비트 주파수에 근거하여 물체의 속도 정보 및 거리 정보를 획득함으로써 물체를 탐지할 수 있다.
이러한 신호처리부에 의한 타겟 정보 획득 원리는 아래에서 도 7을 참고로 더 상세하게 설명한다.
본 실시예에 의한 위상보정장치(400)는 레이더의 안테나부를 통해 신호를 송신하는 송신부에 연동된 송신 검사장치로 구현될 수 있다.
즉, 본 실시예에 의한 위상보정장치(400)는 동시에 송신신호를 송출하는 다수의 송신채널의 각 송신채널별로 제공된다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 의한 위상보정장치(400)는 소스 송신신호 추출부(410)와, 왜곡 송신신호 추출부(420)와, 위상 조절값 산출부(430) 및 위상 보정부(440)를 포함하여 구성될 수 있다.
이러한 위상보정장치(400)는 동시에 송신신호를 송출하는 다수의 송신채널을 포함하는 차량용 레이더 장치에서, 각 송신채널별로 제공된다.
위상보정장치(400)의 소스신호 추출부(410)는 제1송신시점(t1)에서 기준이 되는 소스 송신신호를 추출하는 기능을 수행한다.
더 구체적으로, 소스 송신신호 추출부(410)는 각 송신채널의 송신부를 구성하는 위상쉬프터에 입력되는 소스 송신신호를 획득할 수 있다.
본 명세서에서 소스 송신신호(Ss)는 송수신부(200)의 제어에 의하여 생성되어 각 송신채널로 인가되는 초기 송신신호 또는 기준 송신신호로 정의될 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 소스 송신신호(Ss)는 송신신호의 위상 보정을 위하여 사용되는 전용 송신신호로서, 타겟 감지를 위하여 레이더가 사용하는 송신신호인 타겟 감지 송신신호(St)와는 상이한 신호일 수 있다.
한편, 위상보정장치(400)의 왜곡 송신신호 추출부(420)는 상기 제1송신시점(t1)에서 위상 왜곡이 발생된 왜곡 송신신호를 추출하는 기능을 수행한다.
일 예로서, 왜곡 송신신호 추출부(420)는 각 송신채널의 송신부를 구성하는 커플러에서 왜곡 송신신호를 획득할 수 있다.
본 명세서에서 왜곡 송신신호(Sd)는 각 송신채널로 커플러 등의 송신경로를 통과한 후 해당되는 송신안테나에서 송출되기 직전의 송신신호로 정의될 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 왜곡 송신신호(Sd)는 송신신호의 위상 보정을 위하여 사용되는 전용 송신신호로서, 타겟 감지를 위하여 레이더가 사용하는 송신신호인 타겟 감지 송신신호(St)와는 상이한 신호일 수 있다.
각 송신채널별로 송신신호 왜곡이 일어나지 않는 이상적인 조건에서는, 상기 소스 송신신호(Ss)와 왜곡 송신신호(Sd)는 동일한 진폭, 주파수, 위상을 가지는 동일한 신호이다.
그러나, 레이더 장치 소자의 온도변화, 레이더 장치를 구성하는 소자의 시계열적인 물성 변화 등과 같은 동적 환경 변화에 의하여, 상기 소스 송신신호(Ss)와 왜곡 송신신호(Sd) 사이에는 일정한 신호 왜곡이 발생될 수 있다.
한편, 송신신호와 수신신호의 처리에 의하여 타겟 정보를 획득할 때, 송수신신호의 위상을 이용하여 타겟의 각도 정보를 획득할 수 있다.
따라서, 동적 환경 변화에 의하여, 다수 송신채널에서 동시에 송신되는 송신신호의 위상에 미세한 차이가 발생하게 되는 경우, 수신신호의 품질이 나빠지고, 그에 따라 타겟 각도 정보의 정밀도가 저하된다.
이에, 본 실시예에서는, 각 송신채널별로 구비된 위상 보정장치(400)를 이용하여, 다수 송신채널에서 동시에 송신되는 송신신호의 위상을 일치시키도록 한다.
이상과 같이, 소스 송신신호 추출부(410)는 상기 레이더 장치의 각 송신채널에 포함되는 위상쉬프터의 입력신호로부터 상기 소스 송신신호를 추출하며, 상기 왜곡 송신신호 추출부(420)는 상기 레이더 장치의 각 송신채널에 포함되는 커플러로부터 상기 왜곡 송신신호를 추출할 수 있다.
본 실시예에 의한 위상보정장치(400)의 위상 조절값 산출부(430는 제1송신시점(t1)에서 획득된 상기 소스 송신신호(Ss)와 왜곡 송신신호(Sd)를 기초로 위상 조절값(△Φ)을 산출하는 기능을 수행한다.
일 예로서, 위상 조절값 산출부(430)는 상기 소스 송신신호(Ss)의 위상과 왜곡 송신신호(Sd)의 위상을 기초로 위상 대표값을 산출하고, 상기 위상 대표값을 위상 조절값으로 결정할 수 있다.
이 때, 위상 대표값을 특정한 시점에서 순시적으로 측정되는 소스 송신신호(Ss)의 위상과 왜곡 송신신호(Sd)의 위상의 차이값일 수 있다.
또한, 정확한 위상 조절값 산출을 위하여, 제1송신시점은 다수의 제1 서브 송신시점을 포함하며, 위상 조절값 산출부(430)는 다수의 제1 서브 송신시점에서 산출된 상기 소스 송신신호의 위상과 왜곡 송신신호의 위상의 차이값의 평균을 상기 위상 대표값으로 결정할 수 있다.
본 실시예에 의한 위상보정장치(400)의 위상 보정부(440)는 상기 제1송신시점(t1)에 이어지는 제2송신시점(t2)에서 상기 위상 조절값(△Φ)을 이용하여 타겟 감지 송신신호(St)의 위상을 보정하는 기능을 수행한다.
더 구체적으로, 위상보정부(440)는 산출된 위상 조절값(△Φ)을 기초로 각 송신채널의 송신부에 포함되는 위상쉬프터의 위상 편이량(Phase Shift Value)을 설정하고, 그를 적용하여 타겟 감지 송신신호를 송출하도록 제어한다.
이 때, 상기 소스 송신신호(Ss)는 무변조 신호이며, 상기 타겟 감지 송신신호는 주파수 변조 신호일 수 있다.
도 7에서 설명할 바와 같이, 레이더 장치에서 타겟 감지를 위하여 사용되는 신호는 시간에 따라서 주파수를 가변시키는 주파수 변조 신호를 이용할 수 있다.
이러한 주파수 변조 신호는 시간에 따라 주파수가 변하며 이런 특성은 송신신호의 위상 변화량을 측정하는 데에 방해가 될 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 위상 보정을 위하여 제1송신시점(t1) 또는 제1송신기간동안 주파수 변조과정이 생략된 무변조신호인 소스 송신신호(Ss)를 이용할 수 있다.
즉, 제1송신시점을 포함하는 일정한 송신기간동안 무변조신호를 송출하고 그를 이용하여 소스 송신신호와 왜곡 송신신호의 위상을 비교하여 위상 편차량을 산출하는 것이다.
도 5는 본 실시예에 의한 위상 보정 장치가 적용된 레이더 송신부의 세부 구성을 도시한다.
더 구체적으로, 도 5는 다수의 송신채널 중 하나의 송신채널인 CHi의 송신부(210), 송신안테나(110) 및 위상보정장치(400)를 도시한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 의한 레이더 장치는 동시에 송신신호를 송출하는 다수의 송신채널 또는 송신안테나를 포함하며, 각 송신채널의 송신부(210)는 위상쉬프터(212)와 커플러(214)를 포함할 수 있고, 각 송신채널은 해당되는 송신안테나(110)를 포함한다.
위상쉬프터(212)에는 송신부의 발진부 등을 통하여 생성된 최초 송신신호가 입력되고, 미리 설정된 위상 편이량에 따라 송신신호의 위상을 조절한다.
커플러(214)는 위상쉬프터(212)에서 출력된 송신신호를 송신안테나(110)까지 전달하는 신호 경로로 정의될 수 있다.
이러한 위상쉬프터(212) 또는 커플러(214)는 분배기로 표현될 수도 있다.
위상쉬프터(212) 또는 커플러(214)는 송신안테나부(110)를 구성하는 다수의 송신안테나를 구성하는 각각의 송신채널(송신안테나)로 일정한 파워비율 및 위상비율을 가지는 송신신호를 공급하는 기능을 한다.
본 실시예에 의한 위상쉬프터(212) 또는 커플러(214)는 각 송신안테나와 컨트롤러(구체적으로는 신호 송수신부의 송신부)를 연결하는 급전라인의 선폭, 길이 등을 조절하는 수동소자로 구현될 수 있다.
그 일예로서, 위상쉬프터(212) 또는 커플러(214)는 레이더 장치의 컨트롤러로부터 각 송신안테나까지 공급되는 급전라인을 포함할 수 있으며, 이러한 급전라인 중 출력측 급전라인의 선폭을 가변시켜 파워비율을 설정하고, 각 송신안테나까지 공급되는 급전라인의 길이를 가변시켜 상기 위상비율을 설정할 수도 있다.
그러나, 본 실시예에 의하면, 송신신호의 위상을 동적으로 제어하여야 하므로, 본 실시예에 의한 위상쉬프터(212) 또는 커플러(214)는 특정한 회로와 같은 제어소자를 이용하여 소프트웨어적으로 구성되는 능동소자인 것이 바람직하다.
한편, 도 5와 같이, 본 실시예에 의한 위상보정장치(400) 또는 송신검사부는 각 송신채널의 송신부, 더 구체적으로는 각 송신채널의 송신부에 포함되는 위상쉬프터(212) 및 커플러(214)에 연동되어 있다.
본 실시예에 의하면, 제1송신시점(t1)에서 각 송신채널을 구성하는 위상쉬프터(212)로 소스 송신신호(Ss)가 인가되며, 이 때 위상보정장치(400)의 소스 송신신호 추출부(410)가 위상쉬프터(212)로 인가되는 소스 송신신호(Ss)를 획득한다.
또한, 위상보정장치(400)의 왜곡 송신신호 추출부(420)는 제1송신시점(t1)를 포함하는 제1송신기간동안 커플러(214) 또는 커플러와 송신안테나 사이의 위치에서 왜곡 송신신호(Sd)를 획득한다.
이어서, 위상보정장치(400)의 위상 조절값 산출부(430)는 획득된 소스 송신신호(Ss)와 왜곡 송신신호(Sd)의 위상 차이값을 측정하고, 그를 기초로 위상 조절값(△Φ)을 결정한다.
위상보정장치(400)의 위상보정부(440)는 산출된 위상 조절값(△Φ)을 이용하여 위상쉬프터(214)의 위상 편이량을 조정하고, 이어지는 제2송신시점(t2)에서 타겟 감지 송신신호(St)가 송출되도록 제어한다.
따라서, 제2송신시점(t2)에 송신되는 타겟 감지 송신신호(St)는 위상 왜곡이 보정된 신호가 되며, 모든 송신채널에서 동일한 위상을 가지는 타겟 감지 송신신호(St)가 송출될 수 있다.
한편, 본 실시예에 의한 레이더 장치의 송신부는 도 5에 도시된 위상쉬프터(212) 및 커플러(214) 이외에도 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator; VCO), 파워 분배기(Power Divider), 파워 증폭기(Power Amplifier) 등을 더 포함할 수 있다.
전압 제어 발진기는 펄스 변조부(Pulse Modulation Controller)로부터의 제어에 의하여 일정한 주파수의 정현파를 생성하는 기능을 수행하며, 파워 분배기는 다수의 송신안테나 또는 수신안테나로의 스위칭 및 전력 분배 기능을 수행한다.
또한, 파워 증폭기는 송신안테나를 통해 전송되는 송신파의 진폭을 증폭시키는 기능을 수행한다.
도 6은 본 실시예에 의한 소스 송신신호 및 타겟 감지 송신신호 파형의 일 예를 도시한다.
도 6과 같이, 제1송신시점(t1)을 포함하는 일정한 제1송신기간(t2-t1)동안 무변조 신호, 즉 주파수가 일정한 소스 송신신호(Ss)를 송출한다.
또한, 제1송신시점(t1)을 포함하는 일정한 제1송신기간(t2-t1)동안 전술한 바와 같은 방식으로 본 실시예에 의한 위상보정장치(400)가 소스 송신신호(Ss)와 왜곡 송신신호(Sd)를 기초로 산출된 위상 조절값을 이용하여 위상쉬프터의 위상 편이량을 재설정한다.
제1송신기간에 이어지는 제2송신시점(t2)에서는 조절될 위상 편이량이 적용된 타겟 감지 송신신호(St)가 송신된다.
이 때, 타겟 감지 송신신호(St)는 주파수 변조 신호, 더 구체적으로는 주파수 변조 연속파(FMCW) 일 수 있다.
레이더 장치의 신호처리부(300)는 이러한 타겟 감지 송신신호(St)와 수신안테나에서 수신된 수신신호를 이용하여 타겟 정보를 획득할 수 있으며, 이에 대해서는 도 7을 참고로 더 상세하게 설명한다.
도 7은 본 실시예에 의한 레이더 장치의 타겟 감지 송신신호의 일 예로서, 주파수 변조 연속파(FMCW) 신호 파형과 그를 이용한 거리 감지 원리의 일 예를 도시한다.
전술한 FMCW 레이더를 위한 신호 변조 방식은 몇가지 형태로 구현될 수 있으며, 그 중 가장 대표적인 것이 도 7에 도시된 바와 같은 톱니 신호파형을 이용하는 것이다.
즉, 일정한 시간 주기인 스윕 타임(Sweep Time) 또는 스윕 반복 주기(Sweep Repetition Period) T 동안 주파수가 시작 주파수 fi에서 종료 주파수 ff까지 선형적으로 증가되는 업-처프(Up Chirp) 신호를 반복적으로 생성하여 송출하고 대상체에서 반사되는 신호를 수신하는 방식이다.
본 명세서에서는 스윕 타임을 변조 주기와 동등한 의미로 사용한다.
도 7에서 실선이 송신 파형이고 점선이 수신파형을 의미한다.
이러한 톱니 신호 모델에서는 하나의 처프 신호가 종료 주파수와 시작 주파수의 차이(ff-fi)인 개별 주파수 대역 BW를 가지며, 모든 처프 신호의 시작 주파수는 fi로 동일하다.
도 7과 같이, 송신파(실선)와 수신파(점선)은 동일한 형태를 가지되 시간축 및 주파수 축상으로 일정 편이가 발생한다.
이러한 송신파와 수신파의 시간차이 또는 주파수 편이를 이용하여 대상체의 거리 및 상대속도 등을 산출할 수 있다.
더 구체적으로는, 송신파와 수신파를 믹싱(즉, convolution) 시키면, 도 7의 하부 도면과 같은 비트 신호(Beat Signal)가 생성되며, 이러한 비트 신호는 일정한 비트 주파수(fb)를 가지는 정현파의 형태를 가진다.
이 때, 비트 신호의 비트 주파수 fb는 대상체까지의 거리 R에 비례하는 값을 가지며, 구체적으로는 대상체까지의 거리 R은 아래 수학식 1과 같이 결정될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
수학식 1에서, BW는 처프 신호의 개별 주파수 대역폭을, T는 스윕 타임(Sweep Time)을, c는 광속, fb는 비트 신호의 비트 주파수를 의미한다.
이와 같이, 도 7의 톱니 파형 모델에서는 톱니 형태의 반복 처프 신호를 이용하고, 송신파와 수신파의 믹싱에 의한 비트 신호를 생성한 후, 비트 주파수를 측정함으로써 대상체까지의 거리를 산출할 수 있다.
물론, 본 실시예에 의한 레이더 장치는 도 7과 같은 신호형태와 변조방식, 타겟 정보 획득 원리에 한정되는 것은 아니며, 기타 다른 방식이 사용될 수도 있다.
도 8 및 도 9는 본 실시예에 의한 레이더 장치에 사용되는 송신안테나의 실시예들을 도시한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에 의한 레이더 장치는 본 실시예에 의한 레이더 장치는 동시에 동일한 송신신호를 송출하는 2개 이상의 송신안테나를 포함한다.
그 일예로서, 도 8과 같이, 안테나부(100)는 동시에 송신신호를 송신하는 2개의 송신안테나(Tx1, Tx2)와, 타겟에서 반사된 신호를 수신하는 1개 이상의 수신안테나(Rx)를 포함할 수 있다.
또한, 도 8과 같이 2개의 송신안테나 Tx1, Tx2는 수직방향(제1방향)으로는 동일한 위치에 배치되며, 수평방향(제2방향)으로는 일정 거리만큼 이격되어 배치될 수 있다.
한편, 도 8과 같이, 다수의 수신안테나 Rx는 모두 동일한 수직 위치를 가질 수 있다.
송신안테나 및 수신안테나 각각은 2개, 4개 또는 6개의 어레이 안테나가 하나의 급전포인트를 가지면서 일측으로 연장되는 구조일 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.
송신안테나 및 수신안테나를 구성하는 각각의 어레이 안테나는 분배기의 출력라인에 연결되는 다수의 엘리먼트 또는 패치로 구성되며, 컨트롤러를 포함하는 칩(Chip)에 연결되는 급전포트 또는 분배기의 입력포트를 출발지점으로 하여 상부방향(수직방향 중 상부방향)으로 연장될 수 있다.
또한, 송신안테나부를 구성하는 2개의 송신안테나 Tx1, Tx2는 각 어레이 안테나의 연장방향(제1방향)에 수직한 수평방향(제2방향)으로 송신신호 파장의 1/2거리(0.5λ)만큼 이격되도록 배치될 수 있으며, 수신안테나부를 구성하는 복수의 수신안테나 Rxi 역시 송신신호 파장의 1/2거리(0.5λ)만큼 이격되도록 배치될 수 있다.
이와 같이, 송신안테나 또는 수신안테나 사이의 수평거리를 송신신호 파장의 1/2거리(0.5λ)로 설정함으로써, 그레이팅 로브에(Grating Lobe)에 의한 각도 불명확(Angle Ambiguity)을 제거할 수 있는 효과가 있다.
즉, 수신안테나들 사이의 간격이 송신신호 파장의 1/2거리(0.5λ) 이상이므로 그레이팅 로브가 발생할 수 있는데, 수신안테나들 사이의 수평거리를 0.5λ로 배열하고 각 수신안테나의 채널에서 추출된 각도 정보를 비교하여 보상함으로써 그레이팅 로브에 의한 각도 불명확을 최소화할 수 있는 것이다.
도 8과 같은 안테나 구조에서는, 2개의 송신안테나 Tx1, Tx2에서 동일한 송신신호가 동시에 송출되고, 1 이상의 수신안테나에서 수신신호를 수신한다.
송신시점과 수신시점의 시간차이를 이용하여 타겟까지의 거리를 산출할 수 있고, 송신신호와 수신신호 사이의 위상차이를 이용하여 타겟의 수평 각도 정보를 산출할 수 있다.
한편, 도 9의 실시예에서는, 2개의 송신안테나 Tx1, Tx2는 수직방향(제1방향)으로는 동일한 위치에 배치되며, 수평방향(제2방향)으로는 일정 거리만큼 이격되어 배치되며, 다수의 수신안테나 Rx는 수직방향으로 일정한 수직거리 △D만큼 이격되도록 배치될 수 있다.
도 9와 같이, 2개의 수신안테나 Rx1과 Rx2가 수직방향으로 일정 거리 옵셋되어 있으므로, Rx1에서 수신되는 제1수신신호와, Rx2에서 수신되는 제2수신신호 사이에는 수직 옵셋에 따른 위상차이를 가진다.
따라서, 송신시점과 수신시점의 시간차이를 이용하여 타겟까지의 거리를 산출할 수 있고, 송신신호와 제1수신신호, 제2수신신호 사이의 위상차이를 이용하여 타겟의 수직 정보를 산출할 수 있다.
물론, 본 실시예에 의한 레이더 장치에 사용되는 안테나부(100)는 도 8 및 도 9의 실시예에 한정되는 것은 아니다.
즉, 본 실시예에 의한 안테나부는 동시에 송신신호를 송출하는 2개 이상의 송신안테나와 타겟에서 반사되는 수신신호를 수신하는 1개 이상의 수신안테나를 포함하는 한 다른 구조가 이용될 수도 있다.
또한, 본 실시예에 의한 레이더 장치는 실제 안테나 개구(Apeture)보다 큰 가상 안테나 개구를 형성하기 위하여 다차원 안테나 배열 및 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output)의 신호 송수신 방식을 채택할 수 있다.
예를 들면, 수평 및 수직의 각도 정밀도 및 해상도를 달성하기 위해, 2 차원 안테나 어레이가 사용된다. 2 차원 레이더 안테나 어레이를 이용하면 수평 및 수직으로 개별적으로 (시간 다중화 된) 2 회의 스캔에 의해 신호를 송수신하며, 2 차원 레이더 수평 및 수직 스캔 (시간 다중화)과 별도로 MIMO가 이용될 수 있다.
더 구체적으로, 본 실시예에 의한 레이더 장치에서는, 총 12개의 송신 안테나(Tx)를 포함하는 송신안테나부와 16개의 수신안테냐(Rx)를 포함하는 수신안테나부로 구성된 2차원 안테나 어레이 구성을 채택할 수 있으며, 결과적으로 총 192개의 가상 수신 안테나 배치를 가질 수 있다.
또한, 다른 실시예에서는, 레이더 장치의 안테나가 2차원 안테나 어레이로 배치되며, 그 예로서 각 안테나 패치가 롬버스 격자(Rhombus) 배치를 가짐으로써 불필요한 사이드 로브를 감소시킬 수 있다.
또는, 2차원 안테나 배열이 다수의 방사 패치가 V자 형상으로 배치되는 V-shape 안테나 어레이를 포함할 수 있으며, 더 구체적으로는 2개의 V자 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 이 때에는, 각 V자 안테나 어레이의 꼭지점(Apex)으로 단일 피드(Single Feed)가 이루어진다.
또는, 2차원 안테나 배열이 다수의 방사 패치가 X자 형상으로 배치되는 X-shape 안테나 어레이를 포함할 수 있으며, 더 구체적으로는 2개의 X자 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 이 때에는, 각 X자 안테나 어레이의 중심으로 단일 피드(Single Feed)가 이루어진다.
또한, 본 실시예에 의한 레이더 센서는 수직 및 수평방향의 감지 정확도 또는 해상도를 구현하기 위하여, MIMO 안테나 시스템을 이용할 수 있다.
더 구체적으로, MIMO 시스템에서는 각각의 송신안테나는 서로 구분되는 독립적인 파형을 가지는 신호를 송신할 수 있다. 즉, 각 송신안테나는 다른 송신 안테나들과 구분되는 독립적인 파형의 신호를 송신하고, 각각의 수신 안테나는 이 신호들의 상이한 파형으로 인해 객체에서 반사된 반사 신호가 어떠한 송신 안테나에서 송신된 것인지 결정할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 레이더 장치는 송수신 안테나를 포함하는 기판 및 회로를 수용하는 레이더 하우징과, 레이더 하우징의 외관을 구성하는 레이돔(Radome)을 포함하여 구성될 수 있다. 이 때, 레이돔은 송수신되는 레이더 신호의 감쇄를 감소시킬 수 있는 재료로 구성되며, 레이돔은 차량의 전후방 범퍼, 그릴이나, 측면 차체 또는 차량 구성요소의 외부 표면으로 구성될 수 있다.
즉, 레이더 장치의 레이돔은 차량 그릴, 범퍼, 차체 등의 내부에 배치될 수도 있고, 차량 그릴, 범퍼, 차체 일부와 같이 차량의 외부 표면을 구성하는 부품의 일부분으로 배치됨으로써, 차량 미감을 좋게 하면서도 레이더 센서 장착의 편의성을 제공할 수 있다.
본 발명에 사용되는 레이더 장치 또는 레이더 시스템은 적어도 하나의 레이더 센서 유닛, 예를 들어 차량의 정면에 장착되는 정면 감지 레이더 센서, 차량의 후방에 장착되는 후방 레이더 센서 및 차량의 각 측방에 장착되는 측방향 또는 측후방 감지 레이더 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이러한 레이더 센서 또는 레이더 시스템은 송신신호 및 수신신호를 분석하여 데이터를 처리하며, 그에 따라 객체에 대한 정보를 검출할 수 있고, 이를 위한 전자 또는 제어 유닛(ECU) 또는 프로세서를 포함할 수 있다. 레이더 센서로부터 ECU로의 데이터 전송 또는 신호 통신은 적절한 차량 네트워크 버스 등과 같은 통신 링크를 이용할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 동시에 송신신호를 송출하는 다수의 송신채널을 포함하는 차량용 레이더 장치에서, 각 송신채널별로 소스 송신신호와 왜곡 송신신호를 기초로 위상 조절값을 결정하여, 다음 시점에서의 타겟 감지 송신신호의 위상을 적절하게 보상할 수 있다.
이로써, 차량용 레이더 장치에서 송신신호의 위상 편차를 제거함으로써, 수신신호 품질을 개선하고, 타겟 정보의 정밀도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
한편, 이상과 같은 본 실시예에 의한 레이더장치에 포함되는 송수신부(200), 신호처리부(300), 위상보정장치(400)와, 위상보정장치에 포함되는 소스 송신신호 추출부(410)와, 왜곡 송신신호 추출부(420)와, 위상 조절값 산출부(430) 및 위상 보정부(440) 등은 차량용 레이더 제어장치의 일부 하드웨어 또는 ECU의 일부 모듈로서 구현될 수 있다.
이러한 레이더 제어장치 또는 ECU는 프로세서와 메모리 등의 저장장치와 특정한 기능을 수행할 수 있는 컴퓨터 프로그램 등을 포함할 수 있으며, 전술한 위상보정장치(400)와, 위상보정장치에 포함되는 소스 송신신호 추출부(410)와, 왜곡 송신신호 추출부(420)와, 위상 조절값 산출부(430) 및 위상 보정부(440) 등은 각각의 해당되는 기능을 수행할 수 있는 소프트웨어 모듈로서 구현될 수 있을 것이다.
즉, 본 실시예에 의한 위상보정장치(400)와, 위상보정장치에 포함되는 소스 송신신호 추출부(410)와, 왜곡 송신신호 추출부(420)와, 위상 조절값 산출부(430) 및 위상 보정부(440) 등은 각각 해당되는 소프트웨어 모듈로 구현되어 메모리에 저장될 수 있으며, 각 소프트웨어 모듈은 특정 시점에서 ECU와 같은 연산처리 장치에서 수행될 수 있다.
또는, 위상보정장치(400)와, 위상보정장치에 포함되는 소스 송신신호 추출부(410)와, 왜곡 송신신호 추출부(420)와, 위상 조절값 산출부(430) 및 위상 보정부(440) 등은 레이더 장치의 송수신부 등에 연동된 일정한 하드웨어 또는 배선 등의 구조로 구현될 수도 있을 것이다.
도 10은 본 실시예에 의한 송신신호 위상 보정방법의 흐름을 도시하는 흐름도이다.
본 실시예에 의한 송신신호 위상 보정방법은, 동시에 송신신호를 송출하는 다수의 송신채널을 포함하는 차량용 레이더 장치에서 수행되는 방법이다.
도 10과 같이, 본 실시예에 의한 송신신호 위상 보정방법은, 제1송신시점에서 기준이 되는 소스 송신신호를 추출하는 소스 송신신호 추출단계(S1010)와, 제1송신시점에서 위상 왜곡이 발생된 왜곡 송신신호를 추출하는 왜곡 송신신호 추출단계(S1020)와, 제1송신시점에서 상기 소스 송신신호와 왜곡 송신신호를 기초로 위상 조절값을 산출하는 위상 조절값 산출단계(S1030, 및 상기 제1송신시점에 이어지는 제2송신시점에서 상기 위상 조절값을 이용하여 타겟 감지 송신신호의 위상을 보정하는 위상 보정 단계(S1040)를 포함하여 구성될 수 있다.
이 때, 소스 송신신호는 무변조 신호이며, 상기 타겟 감지 송신신호는 주파수 변조 신호일 수 있다.
또한, 위상 조절값 산출단계(S1030)에서는, 소스 송신신호의 위상과 왜곡 송신신호의 위상을 기초로 위상 대표값을 산출하고, 상기 위상 대표값을 위상 조절값으로 결정할 수 있다.
또한, 소스 송신신호 추출 단계(S1010)에서는 상기 레이더 장치의 각 송신채널에 포함되는 위상쉬프터의 입력신호로부터 상기 소스 송신신호를 추출하며, 왜곡 송신신호 추출단계(S1020)에서는 상기 레이더 장치의 각 송신채널에 포함되는 커플러로부터 상기 왜곡 송신신호를 추출할 수 있다.
이와 같은 송신신호 위상 보정방법은 도 3 내지 도 9를 기초로 위에서 설명한 구성에 의하여 수행될 수 있으므로, 세부적인 구성의 설명은 생략한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치가 제공하는 신호 처리 방법에 대한 흐름도이다.
도 11은 타겟으로부터의 반사신호가 수신 완료된 이후의 신호 처리 과정을 나타낸 흐름도로서, S1110 단계에서 획득된 수신데이터를 한 주기당 처리 가능한 단위 샘플 사이즈로 데이터 버퍼링(S1120) 한 이후, 주파수 변환(S1130)을 수행한다.
이후, 주파수 변환된 수신데이터를 토대로 CFAR(Constant False Alarm Rate) 연산(S1140) 등을 수행하고, 타깃에 대한 수직/수평 정보, 속도정보 및 거리정보를 추출(S1150)한다. S1230 단계에서의 주파수 변환은, 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 등과 같은 푸리에 변환을 이용할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 동시에 송신신호를 송출하는 다수의 송신채널을 포함하는 차량용 레이더 장치에서, 각 송신채널별로 소스 송신신호와 왜곡 송신신호를 기초로 위상 조절값을 결정하여, 다음 시점에서의 타겟 감지 송신신호의 위상을 적절하게 보상함으로써, 수신신호 품질을 개선하고, 타겟 정보의 정밀도를 향상시킬 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 : 안테나부 200 : 송수신부
300 : 신호처리부 400 : 위상보정장치
410 : 소스 송신신호추출부 420 : 왜곡 송신신호 추출부
430 : 위상 조절값 산출부 440 : 위상 보정부
212 : 위상쉬프터 214 : 커플러

Claims (17)

  1. 동시에 송신신호를 송출하는 다수의 송신채널을 포함하는 차량용 레이더 장치에 포함되는 장치로서,
    제1송신시점에서 기준이 되는 소스 송신신호를 추출하는 소스 송신신호 추출부;
    상기 제1송신시점에서 위상 왜곡이 발생된 왜곡 송신신호를 추출하는 왜곡 송신신호 추출부;
    상기 제1송신시점에서 상기 소스 송신신호와 왜곡 송신신호를 기초로 위상 조절값을 산출하는 위상 조절값 산출부; 및
    상기 제1송신시점에 이어지는 제2송신시점에서 상기 위상 조절값을 이용하여 타겟 감지 송신신호의 위상을 보정하는 위상 보정부;를 포함하는 송신신호 위상 보정 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 소스 송신신호는 무변조 신호이며, 상기 타겟 감지 송신신호는 주파수 변조 신호인 송신신호 위상 보정 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 위상 조절값 산출부는 상기 소스 송신신호의 위상과 왜곡 송신신호의 위상을 기초로 위상 대표값을 산출하고, 상기 위상 대표값을 위상 조절값으로 결정하는 송신신호 위상 보정 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1송신시점은 다수의 제1 서브 송신시점을 포함하며, 상기 위상 조절값 산출부는 상기 다수의 제1 서브 송신시점에서 산출된 상기 소스 송신신호의 위상과 왜곡 송신신호의 위상의 차이값의 평균을 상기 위상 대표값으로 결정하는 송신신호 위상 보정 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 소스 송신신호 추출부는 상기 레이더 장치의 각 송신채널에 포함되는 위상쉬프터의 입력신호로부터 상기 소스 송신신호를 추출하며,
    상기 왜곡 송신신호 추출부는 상기 레이더 장치의 각 송신채널에 포함되는 커플러로부터 상기 왜곡 송신신호를 추출하는 송신신호 위상 보정 장치.
  6. 동시에 동일한 송신신호를 송신하는 복수의 송신채널을 포함하는 송신부;
    타겟에서 반사된 수신신호를 수신하는 수신안테나를 포함하는 수신부;
    상기 수신안테나에서 수신된 수신신호를 처리하여 타겟의 정보를 획득하는 신호처리부; 및
    상기 복수의 송신채널에 포함되는 각 송신채널에 대하여 제1송신시점에서 추출되는 소스 송신신호와 왜곡 송신신호를 기초로 위상 조절값을 결정하여, 제2송신시점에서의 타겟 감지 송신신호의 위상을 보정하는 송신신호 위상 보정 장치;
    를 포함하는 차량용 레이더 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 송신채널에 포함되는 각 송신채널은 위상쉬프터, 커플러 및 송신안테나를 포함하며,
    상기 송신신호 위상 보상장치는
    상기 송신신호 위상 보정장치는 위상쉬프터의 입력신호로부터 상기 소스 송신신호를 추출하며, 상기 커플러로부터 상기 왜곡 송신신호를 추출하는 차량용 레이더 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 소스 송신신호는 무변조 신호이며, 상기 타겟 감지 송신신호는 주파수 변조 신호인 차량용 레이더 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 송신신호 위상 보정장치는 상기 소스 송신신호의 위상과 왜곡 송신신호의 위상을 기초로 위상 대표값을 산출하고, 상기 위상 대표값을 위상 조절값으로 결정하는 차량용 레이더 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1송신시점은 다수의 제1 서브 송신시점을 포함하며, 상기 송신신호 위상 보정장치는 상기 다수의 제1 서브 송신시점에서 산출된 상기 소스 송신신호의 위상과 왜곡 송신신호의 위상의 차이값의 평균을 상기 위상 대표값으로 결정하는 차량용 레이더 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 송신신호 위상 보정장치는,
    상기 제1송신시점에서 상기 소스 송신신호를 추출하는 소스 송신신호 추출부;
    상기 제1송신시점에서 위상 왜곡이 발생된 왜곡 송신신호를 추출하는 왜곡 송신신호 추출부;
    상기 제1송신시점에서 상기 소스 송신신호와 왜곡 송신신호를 기초로 위상 조절값을 산출하는 위상 조절값 산출부; 및
    상기 제1송신시점에 이어지는 상기 제2송신시점에서 상기 위상 조절값을 이용하여 상기 타겟 감지 송신신호의 위상을 보정하는 위상 보정부;를 포함하는 차량용 레이더 장치.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 송신부는 수평방향으로 일정 수평거리만큼 이격 배치되는 2개 이상의 송신안테나를 포함하는 차량용 레이더 장치.
  13. 동시에 송신신호를 송출하는 다수의 송신채널을 포함하는 차량용 레이더 장치에서의 방법으로서,
    제1송신시점에서 기준이 되는 소스 송신신호를 추출하는 소스 송신신호 추출단계;
    상기 제1송신시점에서 위상 왜곡이 발생된 왜곡 송신신호를 추출하는 왜곡 송신신호 추출단계;
    상기 제1송신시점에서 상기 소스 송신신호와 왜곡 송신신호를 기초로 위상 조절값을 산출하는 위상 조절값 산출단계; 및
    상기 제1송신시점에 이어지는 제2송신시점에서 상기 위상 조절값을 이용하여 타겟 감지 송신신호의 위상을 보정하는 위상 보정 단계;
    를 포함하는 송신신호 위상 보정 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 소스 송신신호는 무변조 신호이며, 상기 타겟 감지 송신신호는 주파수 변조 신호인 송신신호 위상 보정 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 위상 조절값 산출단계에서는, 상기 소스 송신신호의 위상과 왜곡 송신신호의 위상을 기초로 위상 대표값을 산출하고, 상기 위상 대표값을 위상 조절값으로 결정하는 송신신호 위상 보정 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1송신시점은 다수의 제1 서브 송신시점을 포함하며, 상기 위상 조절값 산출 단계에서는 상기 다수의 제1 서브 송신시점에서 산출된 상기 소스 송신신호의 위상과 왜곡 송신신호의 위상의 차이값의 평균을 상기 위상 대표값으로 결정하는 송신신호 위상 보정 방법.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 소스 송신신호 추출 단계에서는 상기 레이더 장치의 각 송신채널에 포함되는 위상쉬프터의 입력신호로부터 상기 소스 송신신호를 추출하며,
    상기 왜곡 송신신호 추출단계에서는 상기 레이더 장치의 각 송신채널에 포함되는 커플러로부터 상기 왜곡 송신신호를 추출하는 송신신호 위상 보정 방법.
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