WO2022145513A1 - 수평 간격 및 수직 간격으로 배치되는 복수의 안테나를 포함하는 레이더 장치 - Google Patents

수평 간격 및 수직 간격으로 배치되는 복수의 안테나를 포함하는 레이더 장치 Download PDF

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WO2022145513A1
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이재은
임해승
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주식회사 비트센싱
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Definitions

  • the present invention relates to a radar device including a plurality of antennas disposed at horizontal and vertical intervals.
  • a radar device In general, a radar device must have high-resolution angular resolution in order to detect or track the distance, speed, and angle of a target device through radio wave transmission and reception.
  • an antenna array is arranged in parallel with an azimuth axis in the driving direction of the vehicle, so that an angle with respect to an object located on a road can be estimated.
  • the antenna arrays are arranged side by side on the azimuth axis, it is impossible to detect the angle of the object with respect to the elevation direction.
  • an antenna pattern for detecting a vertical angle by arranging an antenna for a horizontal direction and an antenna for a vertical direction in a radar device for extracting information about an elevation direction is used.
  • the vertical angle and the horizontal angle must be simultaneously extracted by configuring a two-dimensional array antenna array (planar array) in the radar device.
  • Patent Document 1 Korea Patent Publication No. 2019-0058072 (published on May 29, 2019)
  • the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and through efficient arrangement of a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas, a radar device capable of improving the angular resolution in the horizontal and vertical directions during mid-long-range and short-range sensing would like to provide
  • the technical problems to be achieved by the present embodiment are not limited to the technical problems described above, and other technical problems may exist.
  • the radar device is a transmission antenna unit including a plurality of transmission antennas arranged in a diagonal direction based on a first horizontal interval and a first vertical interval. ; a receiving antenna unit including a first receiving antenna group and a second receiving antenna group arranged based on the first horizontal interval; a transceiver for transmitting a transmission signal through the transmitting antenna unit and receiving a reflected signal reflected from an object through the receiving antenna unit; and a processing unit that processes the received reflected signal to derive information on the object.
  • a radar apparatus includes: a transmitting antenna unit including a first transmitting antenna group and a second transmitting antenna group arranged based on a first horizontal interval; a reception antenna unit including a plurality of reception antennas arranged in a diagonal direction based on the first horizontal interval and the first vertical interval; a transceiver for transmitting a transmission signal through the transmitting antenna unit and receiving a reflected signal reflected from an object through the receiving antenna unit; and a processing unit that processes the received reflected signal to derive information on the object.
  • the present invention can improve the angular resolution in the horizontal and vertical directions during mid-long-range and short-distance sensing through efficient arrangement of a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas. .
  • the present invention has the effect of precisely detecting object information in the horizontal and vertical directions by arranging the plurality of transmitting antennas and the plurality of receiving antennas to have horizontal and vertical steps at horizontal and vertical intervals.
  • 1A is a diagram for explaining a problem with a conventional radar device.
  • 1B is a diagram for explaining a problem with a conventional radar device.
  • FIG. 2 is a block diagram of a radar apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • 3A is an embodiment illustrating an arrangement configuration of an antenna included in a radar device and a planar array according to an embodiment of the present invention.
  • 3B is an embodiment illustrating an arrangement configuration of an antenna included in a radar device and a planar array according to an embodiment of the present invention.
  • 3C is an embodiment illustrating an arrangement configuration of an antenna included in a radar device and a planar array according to an embodiment of the present invention.
  • 4A is an example of an antenna arrangement according to an error compensation constant according to an embodiment of the present invention.
  • 4B is an example of an antenna arrangement according to an error compensation constant according to an embodiment of the present invention.
  • 4C is an example of an antenna arrangement according to an error compensation constant according to an embodiment of the present invention.
  • 5A shows a signal waveform and a vertical detection result of a radar device according to an embodiment of the present invention.
  • 5B shows a signal waveform and a vertical detection result of a radar device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A shows an equivalent state diagram according to the arrangement of the antenna of FIG. 3A according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6B shows an equivalent state diagram according to the arrangement of the antenna of FIG. 3A according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating an equivalent state diagram according to an antenna arrangement configuration and an antenna arrangement configuration included in a radar device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B shows an equivalent state diagram according to an antenna arrangement configuration and an antenna arrangement configuration included in a radar device according to another embodiment of the present invention.
  • 7C is a diagram illustrating an equivalent state diagram according to an antenna arrangement configuration and an antenna arrangement configuration included in a radar device according to another embodiment of the present invention.
  • 8A is a diagram illustrating an equivalent state diagram according to an antenna arrangement configuration, a planar array, and an antenna arrangement configuration included in a radar device according to another embodiment of the present invention.
  • 8B shows an equivalent state diagram according to the arrangement of the antenna included in the radar device, the planar array, and the arrangement of the antenna according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 8C is an equivalent state diagram showing an arrangement of antennas included in a radar device, a planar array, and an arrangement of antennas according to another embodiment of the present invention.
  • 8D shows an equivalent state diagram according to the arrangement of the antenna included in the radar device, the planar array, and the arrangement of the antenna according to another embodiment of the present invention.
  • a "part" includes a unit realized by hardware, a unit realized by software, and a unit realized using both.
  • one unit may be implemented using two or more hardware, and two or more units may be implemented by one hardware.
  • Some of the operations or functions described as being performed by the terminal or device in this specification may be instead performed by a server connected to the terminal or device. Similarly, some of the operations or functions described as being performed by the server may also be performed in a terminal or device connected to the server.
  • the radar apparatus 200 may include a transmitting antenna unit 210 , a receiving antenna unit 220 , a transmitting/receiving unit 230 , and a processing unit 240 .
  • the radar device 200 is mounted at a specific location of the vehicle, transmits a transmission signal through the transmission antenna unit 210 , and then receives a received signal that is reflected by an object in the vicinity of the vehicle and returns through the reception antenna unit 220 . By receiving it, the presence, position, direction, speed, or size of the object may be detected.
  • the radar device 200 may accurately control the vehicle system by using the detection result of the detected object to prevent a collision with a vehicle in front of the vehicle or to change a safe lane.
  • the transmitting antenna unit 210 may include a plurality of transmitting antennas for transmitting a transmission signal to detect an object.
  • the transmit antenna unit 210 may include at least two or more transmit antenna groups.
  • each transmission antenna group may include a plurality of transmission antennas disposed at a first horizontal interval and a first vertical interval or in a diagonal direction based on the first horizontal interval and the first vertical interval.
  • the first horizontal interval may be 2*A
  • the first vertical interval may be 2*B.
  • a and B may be set to the same value (eg, A and B are 0.5 lambda).
  • Each group belonging to at least two or more transmit antenna groups may be spaced apart from each other based on the number of receive antennas included in the receive antenna unit 220 and the first horizontal interval. At least two or more transmit antenna groups may be spaced apart from each other based on an error compensation constant (eg, a natural number). For example, the interval between the transmit antenna groups may be calculated based on [Equation 1].
  • N is the number of reception antennas included in the reception antenna unit 220
  • K is an error compensation constant
  • A is the first horizontal interval/2.
  • FIG. 3A shows a first example of an arrangement configuration of a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas of the antenna device included in the radar device 200
  • FIG. 3C shows a plurality of antenna devices included in the radar device 200
  • a second example of the arrangement of a transmit antenna and a plurality of receive antennas is shown.
  • the transmit antenna unit 210 includes a first transmit antenna group Tx1 and a second transmit antenna group that are diagonally disposed at a first horizontal interval (2*A) and a first vertical interval (2*B). It may include a transmit antenna group (Tx2).
  • the first transmit antenna group Tx1 and the second transmit antenna group Tx2 may be spaced apart from each other based on the number of receive antennas Rx1 and Rx2 and the first horizontal interval.
  • the transmit antenna unit 210 includes a plurality of transmit antenna groups (Tx1, Tx2, . .. , TxN).
  • each of the plurality of transmit antenna groups Tx1 , Tx2 , .. , TxN may be spaced apart from each other based on the number of receive antennas Rx1 and Rx2 and the first horizontal interval.
  • FIG. 3A when the first transmitting antenna group Tx1 and the second transmitting antenna group Tx2 are spaced apart from each other based on the number and the first horizontal interval of the receiving antennas Rx1 and Rx2, FIG. 3C and In comparison, the horizontal resolution is reduced by half, and the vertical resolution can be improved by a factor of two.
  • the horizontal resolution and the vertical resolution may be adjusted by changing the size of the antenna space of the radar device 200 in the horizontal and vertical directions (refer to FIGS. 3A and 3C ).
  • the reception antenna unit 220 may include a plurality of reception antennas for receiving a reception signal from which a transmission signal transmitted from the transmission antenna unit 210 is reflected and returned by a nearby object.
  • the reception antenna unit 220 may include a first reception antenna group and a second reception antenna group that are arranged side by side at a first horizontal interval or in a horizontal direction based on the first horizontal interval. That is, the plurality of receiving antennas included in the first receiving antenna group are arranged to be spaced apart by a first horizontal interval in the horizontal direction, and the plurality of receiving antennas included in the receiving antenna group may be arranged apart by a first horizontal interval in the horizontal direction. have.
  • At least one receiving antenna included in the first receiving antenna group Rx1 and at least one receiving antenna included in the second receiving antenna group Rx2 may be alternately arranged with each other have. That is, each of the reception antenna of the first reception antenna group Rx1 and the reception antenna of the second reception antenna group Rx2 may be regularly arranged in a zigzag shape.
  • the first reception antenna group Rx1 is composed of 6 reception antennas
  • the second reception antenna group Rx2 is It may consist of 6 receiving antennas.
  • One receiving antenna of the first receiving antenna group Rx1 and one receiving antenna of the second receiving antenna group Rx2 are disposed adjacent to each other, and may be disposed based on a second horizontal interval in the horizontal direction.
  • the second horizontal interval may be at least 1/2 or more of the first horizontal interval.
  • the second horizontal interval is A.
  • the plurality of reception antennas included in the first reception antenna group Rx1 are arranged to be spaced apart by a first horizontal interval in the horizontal direction, and the plurality of reception antennas included in the reception antenna group Rx2 are horizontally arranged by a first horizontal interval. Can be arranged apart.
  • the first horizontal interval has a value of at least twice the second horizontal interval.
  • One receiving antenna of the first receiving antenna group Rx1 and one receiving antenna of the second receiving antenna group Rx2 disposed to be adjacent to each other are disposed adjacent to each other, forming a vertical step based on the second vertical interval can be arranged to do so.
  • the second vertical spacing may be at least 1/2 times or more of the first vertical spacing.
  • the second vertical interval is B.
  • the transmit antenna unit 210 and the receive antenna unit 220 can be arranged so that they do not overlap each other.
  • a planar antenna array configuration as shown in FIG. 3B may be possible. That is, if a multiple input/output virtual array is implemented using the antenna array configuration as shown in FIG. 3A , a planar antenna array can be configured. According to the configuration of such a planar antenna array, angle detection in a vertical direction and a horizontal direction may be simultaneously performed.
  • the planar antenna array has a structure in which a triangle lattice is continuous.
  • the level of the side lobe (Side_lobe) by arranging a uniform linear array in the antenna arrangement of the present invention can be improved
  • the error compensation constant (K in Equation 1) is an even number greater than or equal to a threshold determined based on the number of reception antennas included in the reception antenna unit 220 and the number of transmission antennas included in the transmission antenna unit 210 . In this case, positions between at least two transmit antennas included in different transmit antenna groups may overlap.
  • the number (N) of the reception antennas included in the reception antenna unit 220 is 16 and the error compensation constant (K) is set to 6
  • the number of reception antennas included in the first transmission antenna group (Tx1) is Positions between one transmission antenna and one transmission antenna included in the second transmission antenna group Tx2 overlap.
  • the number (N) of reception antennas included in the reception antenna unit 220 is 16 and the error compensation constant (K) is set to 8
  • the number of reception antennas included in the first transmission antenna group (Tx1) is The two transmit antennas and the positions (eg, horizontal positions) between the two transmit antennas included in the second transmit antenna group Tx2 overlap.
  • signals received corresponding to the two overlapping transmission antennas may correspond to signals having the same physical position. So, although these signals should theoretically have the same phase. It may have a different value due to noise caused by various external environmental factors. Accordingly, error compensation can be performed by using the fact that signals received corresponding to two overlapping transmit antennas have the same phase when there is no error.
  • the error compensation can be performed by deriving the phase value of the received signal corresponding to the antenna) and applying the derived error compensation constant to the antenna group including the transmission antenna overlapping the reference transmission antenna.
  • the transceiver 230 may transmit a transmit signal through the transmit antenna unit 210 and receive a reflected signal reflected from the object through the receive antenna unit 220 .
  • the transceiver 120 rapidly transmits a transmission signal at regular intervals through the transmission antenna unit 210 using a first transmission method (eg, fast-chirp TDMA method), The reflected signal reflected from the object may be received through the reception antenna unit 220 .
  • a first transmission method eg, fast-chirp TDMA method
  • the processing unit 240 may derive information about the object by processing the reflected signal reflected from the object. For example, the processor 240 may obtain vertical information such as a height of the object and horizontal information such as a width of the object through the received reflected signal. For example, referring to FIG. 5B , the processing unit 240 may estimate an azimuth angle and an angle with respect to the elevation direction of the object at a position where the magnitude of the reflected reflected signal is maximum.
  • the virtual reception antenna forming unit 250 is configured to generate a plurality of reception antennas included in the reception antenna unit 220 in the same horizontal direction. It is possible to form virtual reception antenna units arranged at set horizontal intervals.
  • the reception antenna that receives the reception signal reflected from the object based on the transmission signal receives the same
  • the received signal is spatially shifted to a position spaced apart by a predetermined horizontal interval in the horizontal direction (that is, the separation interval (N*A) between the first transmission antenna Tx1 and the second transmission antenna Tx2) and is the same as that received have an effect
  • the reception antennas generated at the shifted position may be expressed as virtual reception antennas (VRx).
  • the first virtual receiving antenna VRx1 is generated at a position spaced apart by a preset horizontal distance from the first receiving antenna Rx1
  • the second virtual receiving antenna VRx1 is generated at a position spaced apart by a preset horizontal distance from the second receiving antenna Rx2.
  • a virtual reception antenna VRx2 may be generated.
  • the first reception antenna Rx1 and Vertical steps may be formed at vertical intervals to correspond to the second receiving antenna Rx2.
  • the first receiving antenna (Rx1), the second receiving antenna (Rx2), the first virtual receiving antenna (VRx1), and the second virtual receiving antenna (VRx2) are formed, so that the horizontal area is doubled. It is possible to secure the aperture performance, and through this, it is possible to precisely measure the horizontal information of the mid-long-distance object, and it is possible to improve the resolution or resolution of the horizontal direction information.
  • the present invention detects an object through a plurality of reception antennas Rx1 and Rx2 and a plurality of virtual reception antennas VRx1 and VRx2 in which vertical steps are formed, and detects and estimates the vertical angle of the object using the phase difference can do.
  • the interpolation unit 260 applies MIMO Virtual Array Interpolation to a plurality of reception antennas and a plurality of virtual reception antennas, so that the plurality of reception antennas and the plurality of virtual reception antennas fall within the horizontal and vertical areas corresponding to the plurality of reception antennas and virtual reception antennas.
  • An antenna pattern arranged in the form of a triangular latex can be configured.
  • the interpolator 260 may secure the maximum radiation opening in the limited number of reception channels by applying the multiple input/output virtual array interpolation method to the plurality of reception antennas.
  • the spatial relative distance between each transmitting antenna and the receiving antenna and the actual received signal are subjected to two-dimensional Fast Fourier Transform (FFT) to change the distance and speed of the object.
  • FFT Fast Fourier Transform
  • a signal of a virtual antenna that does not actually exist in the antenna may be inferred by extracting a frequency component signal according to the corresponding frequency component, and using information on power and phase corresponding to the frequency of the object from the extracted frequency component signal.
  • FIG. 6A shows a virtual reception antenna unit VRx formed when multiple input/output processing is performed through one transmission antenna in the first transmission antenna group Tx1 and one transmission antenna in the second transmission antenna group Tx2. It is one drawing
  • 6B is a diagram illustrating a virtual reception antenna unit VRx formed when multiple input/output processing is performed through two transmission antennas among a plurality of transmission antennas included in the first transmission antenna group Tx1.
  • FIG. 7A shows a third example of an arrangement configuration of a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas of the antenna device included in the radar device 200
  • FIG. 7B shows a plurality of antenna devices included in the radar device 200
  • a fourth example of the arrangement of a transmit antenna and a plurality of receive antennas is shown
  • FIG. 7C is an equivalent state diagram according to the antenna arrangement of FIG. 7B.
  • the first example of the antenna array configuration of FIG. 3A and the third example of the antenna array configuration of FIG. 7A correspond to a configuration in which the arrangement of the transmitting antenna and the arrangement of the receiving antenna are reversed. That is, the arrangement of the transmitting antennas of the first example may correspond to the arrangement of the receiving antennas of the third example, and the arrangement of the receiving antennas of the first example may correspond to the arrangement of the transmitting antennas of the third example and the shape thereof.
  • the present invention proposes an antenna array configuration that can be used on both the transmit antenna side and the receive antenna side. Accordingly, the operation for the antenna array configuration and signal processing in the third example may refer to the antenna array configuration and operation described in the first example, and may be performed as such.
  • FIG. 7A shows an antenna array structure in which the arrangement between the plurality of transmission antennas included in the transmission antenna unit 210 of FIG. 3A and the plurality of reception antennas included in the reception antenna unit 220 is changed.
  • the transmit antenna unit 210 may include a first transmit antenna group Tx1 and a second transmit antenna group Tx2 arranged based on a first horizontal interval.
  • the transmission antennas included in the first transmission antenna group Tx1 and the transmission antennas included in the second transmission antenna group Tx2 may be alternately disposed with an interval therebetween.
  • the transmit antennas of the first transmit antenna group Tx1 and the transmit antennas of the second transmit antenna group Tx2 disposed adjacent to each other may be disposed based on the second horizontal interval.
  • the second horizontal interval may be at least 1/2 times or more of the first horizontal interval.
  • the transmit antennas of the first transmit antenna group Tx1 and the transmit antennas of the second transmit antenna group Tx2 disposed adjacent to each other may be arranged to form a vertical step based on the second vertical interval.
  • the reception antenna unit 220 may include a first reception antenna group Rx1 and a second reception antenna group Rx2 arranged in a diagonal direction based on the first horizontal interval and the first vertical interval.
  • the first horizontal spacing may be at least twice the second horizontal spacing
  • the first vertical spacing may be at least twice the second vertical spacing.
  • the transmitting antenna unit 210 includes a first transmitting antenna group (Tx1) disposed in a diagonal direction based on a first horizontal interval (2*A) and a first vertical interval (2*B) and It may be composed of a second transmit antenna group (Tx2).
  • the first transmit antenna group Tx1 and the second transmit antenna group Tx2 may be disposed to be spaced apart from each other based on the number of receive antennas Rx1 and Rx2 and the first horizontal interval.
  • the interval between the first transmit antenna group Tx1 and the second transmit antenna group Tx2 may be calculated based on [Equation 2].
  • N is the number of reception antennas included in the reception antenna unit 220
  • K is an error compensation constant
  • A is the first horizontal interval/2.
  • the reception antenna unit 220 may include a first reception antenna group Rx1 and a second reception antenna group Rx2. Specifically, any one reception antenna subgroup Rx1_1 included in the first reception antenna group Rx1 alternates with any one reception antenna subgroup Rx2_1 included in the second reception antenna group Rx2 arranged to form a first cluster.
  • Another receiving antenna subgroup Rx1_2 included in the first receiving antenna group Rx1 is alternately arranged with another receiving antenna subgroup Rx2_2 included in the second receiving antenna group Rx2.
  • a second cluster may be formed.
  • the reception antennas Rx1_1 and Rx2_1 included in the first cluster and the reception antennas Rx1_2 and Rx2_2 included in the second cluster include the number of reception antennas included in the reception antenna unit 220, an error compensation constant, and a first horizontal interval. Based on the spaced apart from each other may be arranged.
  • reception antennas Rx1_1 and Rx2_1 included in the first cluster and the reception antennas Rx1_2 and Rx2_2 included in the second cluster may be spaced apart from each other further based on an interval compensation constant.
  • the interval between the first cluster and the second cluster may be calculated based on [Equation 3].
  • N is the number of reception antennas included in the reception antenna unit 220
  • K is an error compensation constant
  • +1 is an interval compensation constant
  • A is the first horizontal interval/2.
  • the interval compensation constant may correspond to a constant value for not physically overlapping the first cluster and the second cluster while maintaining continuity with respect to the configuration of the antenna array arranged in a zigzag shape.
  • space efficiency can be increased by changing the antenna arrangement.
  • FIG. 8A shows a fifth example of an arrangement configuration of a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas of the antenna device included in the radar device 200
  • FIG. 8B shows a planar array according to the antenna arrangement of FIG. 8A
  • 8C is an equivalent state diagram according to the configuration of the antenna arrangement of FIG. 8A
  • FIG. 8D is a sixth example of the arrangement of a plurality of transmit antennas and a plurality of receive antennas of the antenna device included in the radar device 200 .
  • the antenna array configuration of the fifth example and the antenna array configuration of the sixth example may be designed such that the configuration of the transmit antenna and the receive antenna are reversed as in the first and third examples.
  • the transmitting antenna unit 210 may include a plurality of transmitting antennas Tx arranged on the same line at a first horizontal interval (2*A).
  • the reception antenna unit 220 may include a plurality of reception antennas Rx arranged in a first diagonal direction based on the second horizontal interval A and the second vertical interval B. Referring to FIG.
  • the transmit antenna unit 210 and the receive antenna unit 220 can be arranged so that they do not overlap each other.
  • the configuration of the planar antenna array as shown in FIG. 8B may be possible.
  • the planar antenna array has a structure in which a triangle lattice is continuous.
  • a plurality of virtual receive antenna units VRx1 and VRx2 are formed.
  • the transmitting antenna unit 210 may include a plurality of transmitting antennas Tx arranged on the same line at a first horizontal interval (2*A).
  • the reception antenna unit 220 may include a plurality of reception antennas Rx arranged in a second diagonal direction based on the second horizontal interval A and the second vertical interval B. Referring to FIG.
  • An embodiment of the present invention may be implemented in the form of a recording medium including instructions executable by a computer, such as a program module executed by a computer.
  • Computer-readable media can be any available media that can be accessed by a computer and includes both volatile and nonvolatile media, removable and non-removable media. Also, computer-readable media may include all computer storage media. Computer storage media includes both volatile and nonvolatile, removable and non-removable media implemented in any method or technology for storage of information such as computer readable instructions, data structures, program modules or other data.

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Abstract

레이더 장치는 제 1 수평 간격 및 제 1 수직 간격에 기초하여 대각선 방향으로 배치되는 복수의 송신안테나를 포함하는 송신안테나부, 제 1 수평 간격에 기초하여 배치되는 제 1 수신안테나 그룹 및 제 2 수신안테나 그룹을 포함하는 수신안테나부, 송신안테나부를 통해 송신신호를 송신하고, 수신안테나부를 통해 대상체에서 반사된 반사신호를 수신하는 송수신부 및 수신된 반사신호를 처리하여 대상체에 대한 정보를 도출하는 처리부를 포함할 수 있다.

Description

수평 간격 및 수직 간격으로 배치되는 복수의 안테나를 포함하는 레이더 장치
본 발명은 수평 간격 및 수직 간격으로 배치되는 복수의 안테나를 포함하는 레이더 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 레이더 장치는 전파 송수신을 통해 표적 장치의 거리, 속도 및 각도를 탐지하거나 추적하기 위해 고해상도의 각도 분해능을 가져야 한다.
기존의 자동차에 사용되는 레이더 장치는 자동차의 주행 방향으로 방위각(azimuth) 축과 나란하게 안테나 어레이가 배열되어 있어서 도로 상에 위치한 대상물에 대한 각도를 추정할 수 있다. 하지만, 방위각 축에 안테나 어레이가 나란하게 배열되어 있으면, 표고(elevation) 방향에 대한 대상물의 각도 검출이 불가능하다.
최근에는 표고 방향에 대한 정보 추출을 위해 레이더 장치에 수평 방향에 대한 안테나 및 수직 방향에 대한 안테나를 추가로 배열하여 수직각도를 검출하는 안테나 패턴이 이용되고 있다.
하지만, 수평 각도 및 수직 각도의 검출을 별도로 수행할 경우, 동일 거리 및 동일 속도 상에 다수 대상물이 존재할 때 수직 각도 및 수평 각도의 구분이 모호하다는 문제점이 있다(도 1a 참조).
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 레이더 장치에 2차원 어레이 안테나 배열(planar array)을 구성하여 수직 각도 및 수평각도를 동시에 추출해야 한다.
기존에 구현된 2차원 어레이 안테나 배열의 경우, 송신안테나 및 수신안테나가 일체형으로 되어 있는 TR 모듈을 이용하는 것이 일반적이다(도 1b 참조). 하지만, 이러한, TR 모델은 고가의 하드웨어 리소스가 필요하며, 자동차에 할당된 77GHz 고주파 상에서는 현재 구현이 불가능하다.
(특허문헌 1) 한국공개특허공보 제2019-0058072호 (2019.05.29. 공개)
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수의 송신안테나 및 복수의 수신 안테나의 효율적인 배치를 통해 중장거리 및 근거리 감지 시 수평 및 수직 방향으로의 각도 분해능을 향상시킬 수 있는 레이더 장치를 제공하고자 한다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 레이더 장치는 제 1 수평 간격 및 제 1 수직 간격에 기초하여 대각선 방향으로 배치되는 복수의 송신안테나를 포함하는 송신안테나부; 상기 제 1 수평 간격에 기초하여 배치되는 제 1 수신안테나 그룹 및 제 2 수신안테나 그룹을 포함하는 수신안테나부; 상기 송신안테나부를 통해 송신신호를 송신하고, 상기 수신안테나부를 통해 대상체에서 반사된 반사신호를 수신하는 송수신부; 및 상기 수신된 반사신호를 처리하여 상기 대상체에 대한 정보를 도출하는 처리부를 포함할 수 있다.
본 발명의 제 2 측면에 따른 레이더 장치는 제 1 수평 간격에 기초하여 배치되는 제 1 송신안테나 그룹 및 제 2 송신안테나 그룹을 포함하는 송신안테나부; 상기 제 1 수평 간격 및 제 1 수직 간격에 기초하여 대각선 방향으로 배치되는 복수의 수신안테나를 포함하는 수신안테나부; 상기 송신안테나부를 통해 송신신호를 송신하고, 상기 수신안테나부를 통해 대상체에서 반사된 반사신호를 수신하는 송수신부; 및 상기 수신된 반사신호를 처리하여 상기 대상체에 대한 정보를 도출하는 처리부를 포함할 수 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명은 복수의 송신안테나 및 복수의 수신 안테나의 효율적인 배치를 통해 중장거리 및 근거리 감지 시 수평 및 수직 방향으로의 각도 분해능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 복수의 송신안테나 및 복수의 수신안테나가 수평 간격 및 수직간격으로 수평단차 및 수직단차를 갖도록 배치함으로써 수평방향 및 수직방향으로 물체 정보를 정밀하게 감지할 수 있는 효과가 있다.
도 1a는 기존의 레이더 장치에 대한 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 1b는 기존의 레이더 장치에 대한 문제점을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이더 장치에 대한 블록 구성도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이더 장치에 포함된 안테나의 배열 구성 및 평면(planar) 어레이를 도시한 실시예이다.
도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이더 장치에 포함된 안테나의 배열 구성 및 평면 어레이를 도시한 실시예이다.
도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이더 장치에 포함된 안테나의 배열 구성 및 평면 어레이를 도시한 실시예이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 오차 보상 상수에 따른 안테나의 배열 구성의 예이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 오차 보상 상수에 따른 안테나의 배열 구성의 예이다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른, 오차 보상 상수에 따른 안테나의 배열 구성의 예이다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이더 장치의 신호파형 및 수직감지 결과를 도시한다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이더 장치의 신호파형 및 수직감지 결과를 도시한다.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3a의 안테나의 배열 구성에 따른 등가 상태도를 도시한다.
도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 3a의 안테나의 배열 구성에 따른 등가 상태도를 도시한다.
도 7a는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 레이더 장치에 포함된 안테나의 배열 구성 및 안테나의 배열 구성에 따른 등가 상태도를 도시한다.
도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 레이더 장치에 포함된 안테나의 배열 구성 및 안테나의 배열 구성에 따른 등가 상태도를 도시한다.
도 7c는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 레이더 장치에 포함된 안테나의 배열 구성 및 안테나의 배열 구성에 따른 등가 상태도를 도시한다.
[규칙 제91조에 의한 정정 23.02.2021]　
도 8a는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 레이더 장치에 포함된 안테나의 배열 구성, 평면(planar) 어레이 및 안테나의 배열 구성에 따른 등가 상태도를 도시한다.
도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 레이더 장치에 포함된 안테나의 배열 구성, 평면 어레이 및 안테나의 배열 구성에 따른 등가 상태도를 도시한다.
도 8c는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 레이더 장치에 포함된 안테나의 배열 구성, 평면 어레이 및 안테나의 배열 구성에 따른 등가 상태도를 도시한다.
도 8d는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 레이더 장치에 포함된 안테나의 배열 구성, 평면 어레이 및 안테나의 배열 구성에 따른 등가 상태도를 도시한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.
본 명세서에 있어서 단말 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.
이하, 첨부된 구성도 또는 처리 흐름도를 참고하여, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이더 장치(200)에 대한 블록 구성도이다. 도 2를 참조하면, 레이더 장치(200)는 송신안테나부(210), 수신안테나부(220), 송수신부(230) 및 처리부(240)를 포함할 수 있다.
레이더 장치(200)는 차량의 특정 위치에 장착되어 송신안테나부(210)를 통해 송신신호를 송신한 후, 차량의 주변에 있는 대상체에 반사되어 되돌아오는 수신신호를 수신안테나부(220)를 통해 수신하여 대상체의 존재 여부, 위치, 방향, 속도 또는 크기 등을 감지할 수 있다.
레이더 장치(200)는 감지된 대상체의 감지 결과를 차량의 전방차량에 대한 충돌 방지를 위해 또는 안전한 차선 변경을 위해 이용함으로써 차량 시스템을 정확하게 제어할 수 있다.
송신안테나부(210)는 대상체의 감지를 위해 송신 신호를 송신하기 위한 복수의 송신안테나를 포함할 수 있다.
송신안테나부(210)는 적어도 둘 이상의 송신안테나 그룹을 포함할 수 있다. 여기서, 각 송신안테나 그룹은 제 1 수평 간격 및 제 1 수직 간격으로 또는 제 1 수평 간격 및 제 1 수직 간격에 기초하여 대각선 방향으로 배치되는 복수의 송신안테나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 수평 간격은 2*A이고, 제 1 수직 간격은 2*B일 수 있다. 여기서, A와 B는 서로 동일한 값(예컨대, A와 B는 0.5람다)으로 설정될 수 있다.
적어도 둘 이상의 송신 안테나 그룹에 속한 각 그룹은 수신안테나부(220)에 포함된 수신안테나의 개수 및 제 1 수평 간격에 기초하여 서로 간격을 두고 배치될 수 있다. 적어도 둘 이상의 송신 안테나 그룹은 오차 보상 상수(예를 들어, 자연수)에 더 기초하여 서로 간격을 두고 배치될 수 있다. 예를 들어, 송신 안테나 그룹 간의 간격은 [수학식 1]에 기초하여 계산될 수 있다.
[수학식 1]
송신 안테나 그룹 간의 간격 = (N-K)*A
여기서, N은 수신안테나부(220)에 포함된 수신안테나의 개수이고, K는 오차 보상 상수이고, A는 제 1 수평간격/2이다.
도 3a는 레이더 장치(200)에 포함된 안테나 장치의 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나의 배열 구성의 제 1 예를 도시하고, 도 3c는 레이더 장치(200)에 포함된 안테나 장치의 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나의 배열 구성의 제 2 예를 도시한다.
도 3a를 참조하면, 송신안테나부(210)는 제 1 수평 간격(2*A) 및 제 1 수직 간격(2*B)으로 대각선 방향으로 배치되어 있는 제 1 송신안테나 그룹(Tx1) 및 제 2 송신안테나 그룹(Tx2)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 송신안테나 그룹(Tx1) 및 제 2 송신안테나 그룹(Tx2)은 수신안테나(Rx1, Rx2)의 개수 및 제 1 수평 간격에 기초하여 서로 간격을 두고 배치될 수 있다.
도 3c를 참조하면, 송신안테나부(210)는 제 1 수평 간격(2*A) 및 제 1 수직 간격(2*B)으로 대각선 방향으로 배치되어 있는 복수의 송신 안테나 그룹(Tx1, Tx2, ... , TxN) 으로 구성될 수 있다. 여기서, 복수의 송신 안테나 그룹(Tx1, Tx2, .. , TxN) 각각은 수신안테나(Rx1, Rx2)의 개수 및 제 1 수평 간격에 기초하여 서로 간격을 두고 배치될 수 있다.
도 3a와 같이 수신안테나(Rx1, Rx2)의 개수 및 제 1 수평 간격에 기초하여 제 1 송신안테나 그룹(Tx1) 및 제 2 송신안테나 그룹(Tx2)이 서로 간격을 두고 배치되는 경우, 도 3c와 비교하여 수평 분해능은 절반으로 저하되고, 수직 분해능은 2배 향상될 수 있다.
도 3c와 같이 수신안테나(Rx1, Rx2)의 개수 및 제 1 수평 간격에 기초하여 복수의 송신 안테나 그룹(Tx1, Tx2, ... , TxN)이 서로 간격을 두고 배치되는 경우, 도 3a와 비교하여 수평 분해능이 2배 향상되고, 수직 분해능은 절반으로 성능이 저하될 수 있다.
이와 같이, 수평 방향 및 수직 방향에 대한 레이더 장치(200)의 안테나 공간의 크기 변화(도 3a 및 3c 참조)를 통해 수평 분해능 및 수직 분해능을 조정할 수 있다.
수신안테나부(220)는 송신안테나부(210)로부터 송신된 송신신호가 주변에 있는 대상체에 의해 반사되어 돌아오는 수신 신호를 수신하기 위한 복수의 수신 안테나를 포함할 수 있다.
수신안테나부(220)는 제 1 수평 간격으로 또는 제 1 수평 간격에 기초하여 수평 방향으로 나란히 배치되는 제 1 수신안테나 그룹 및 제 2 수신안테나 그룹을 포함할 수 있다. 즉, 제 1 수신안테나 그룹에 포함된 복수의 수신안테나는 수평 방향으로 제 1 수평 간격만큼 떨어져서 배열되고, 수신안테나 그룹에 포함된 복수의 수신안테나는 수평 방향으로 제 1 수평 간격만큼 떨어져서 배열될 수 있다.
도 3a 및 도 3c를 함께 참조하면, 제 1 수신안테나 그룹(Rx1)에 포함된 적어도 하나의 수신안테나 및 제 2 수신안테나 그룹(Rx2)에 포함된 적어도 하나의 수신 안테나는 서로 교대로 배치될 수 있다. 즉, 제 1 수신안테나 그룹(Rx1)의 수신 안테나와 제 2 수신안테나 그룹(Rx2)의 수신안테나 각각은 규칙적으로 지그재그 형태로 배치될 수 있다.
예를 들어, 수신안테나부(220)에 포함된 복수의 수신안테나의 개수가 12개일 경우, 제 1 수신안테나 그룹(Rx1)은 6 개의 수신안테나로 구성되고, 제 2 수신안테나 그룹(Rx2)은 6 개의 수신안테나로 구성될 수 있다.
제 1 수신안테나 그룹(Rx1)의 하나의 수신안테나 및 제 2 수신안테나 그룹(Rx2)의 하나의 수신안테나는 서로 인접하도록 배치되되, 수평 방향으로 제 2 수평 간격에 기초하여 배치될 수 있다. 여기서, 제 2 수평 간격은 제 1 수평 간격의 적어도 1/2배 이상의 값일 수 있다. 여기서, 제 2 수평 간격은 A이다.
제 1 수신안테나 그룹(Rx1)에 포함된 복수의 수신안테나는 수평 방향으로 제 1 수평 간격만큼 떨어져서 배열되고, 수신안테나 그룹(Rx2)에 포함된 복수의 수신안테나는 수평 방향으로 제 1 수평 간격만큼 떨어져서 배열될 수 있다. 여기서, 제 1 수평 간격은 제 2 수평 간격의 적어도 2배 이상의 값을 갖는다.
서로 인접하도록 배치되는 제 1 수신안테나 그룹(Rx1)의 하나의 수신안테나 및 제 2 수신안테나 그룹(Rx2)의 하나의 수신안테나는 서로 인접하도록 배치되되, 제 2 수직 간격에 기초하여 수직 단차를 형성하도록 배치될 수 있다. 여기서, 제 2 수직 간격은 제 1 수직 간격의 적어도 1/2배 이상의 값일 수 있다. 여기서, 제 2 수직 간격은 B이다.
앞서 설명한 바와 같은 레이더 장치(200)의 안테나 배열 패턴을 활용하게 되면 송신안테나부(210) 및 수신안테나부(220)가 서로 겹치지 않게 배치가 가능하다.
도 3a와 같은 안테나의 배열 구성을 통해 다중입출력(MIMO: Multiple Input and Multiple Output) 처리가 수행되면, 도 3b와 같은 평면 안테나 어레이의 구성이 가능할 수 있다. 즉, 도 3a와 같은 안테나 배열 구성을 이용하여 다중입출력 가상 어레이(virtual array)를 구현하게 되면 평면 안테나 어레이를 구성할 수 있다. 이러한 평면 안테나 어레이의 구성에 따라 수직 방향 및 수평 방향에 대한 각도 검출을 동시에 수행할 수 있다.
도 3b를 참조하면, 평면 안테나 어레이는 삼각형 격자(triangle lattice)가 연속된 구조를 갖는다.
복수의 송신안테나 및 복수의 수신안테나를 갖는 이미징(imaging) 레이더 장치의 다중입출력을 구성함에 있어서 본 발명의 안테나의 배열 구성에 유니폼 선형 어레이(Uniform linear array)를 배치함으로써 사이드로브(Side_lobe)의 레벨을 개선할 수 있다.
한편, 오차 보상 상수(수학식 1에서의 K)가 수신안테나부(220)에 포함된 수신안테나의 개수 및 송신안테나부(210)에 포함된 송신안테나의 개수에 기초하여 결정되는 임계값 이상의 짝수일 경우, 서로 다른 송신안테나 그룹에 포함된 적어도 둘의 송신안테나 간의 위치가 오버랩될 수 있다.
예를 들어, 도 4a를 참조하면, 수신안테나부(220)에 포함된 수신안테나의 개수(N)가 16개이고, 오차 보상 상수(K)가 0으로 설정되면, 제 1 송신안테나 그룹(Tx1)에 포함된 복수의 송신 안테나와 제 2 송신안테나 그룹(Tx2)에 포함된 복수의 안테나 간의 위치는 오버랩되지 않는다.
도 4b를 참조하면, 수신안테나부(220)에 포함된 수신안테나의 개수(N)가 16개 이고, 오차 보상 상수(K)가 6으로 설정되면, 제 1 송신안테나 그룹(Tx1)에 포함된 하나의 송신안테나 및 제 2 송신안테나 그룹(Tx2)에 포함된 하나의 송신안테나 간의 위치가 오버랩된다.
도 4c를 참조하면, 수신안테나부(220)에 포함된 수신안테나의 개수(N)가 16개 이고, 오차 보상 상수(K)가 8로 설정되면, 제 1 송신안테나 그룹(Tx1)에 포함된 두 개의 송신안테나 및 제 2 송신안테나 그룹(Tx2)에 포함된 두 개의 송신안테나 간의 위치(예를 들어 수평 상에서 위치)가 오버랩된다.
도 4b 및 도 4c와 같이, 각 송신안테나 그룹에서의 적어도 둘의 송신 안테나 간의 위치를 오버랩함으로써 송신안테나 그룹별 송신 신호에 대응하는 반사 신호에 대한 오차가 보상될 수 있다. 여기서, 오버랩되는 두 개의 송신안테나와 대응하여 수신된 신호들은 물리적으로 같은 포지션을 가지는 신호에 해당할 수 있다. 따라서, 해당 신호들은 이론상으로 동일한 위상을 가져야 하지만. 여러가지 외부 환경 요인에 의한 노이즈에 의해 다른 값을 가질 수 있다. 이에 따라, 오버랩되는 두 개의 송신안테나와 대응하여 수신된 신호들이 오차가 없을 경우 동일한 위상을 가진다는 점을 이용함으로써 오차 보상을 수행할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 송신안테나와 대응하여 수신된 각각의 신호 간의 오차 보상 상수(a=(기준이 되는 송신안테나와 오버랩되는 송신안테나와 대응하여 수신된 신호의 위상값)/(기준이 되는 송신안테나와 대응하여 수신된 신호의 위상값)를 도출하고, 도출된 오차 보상 상수를 기준이 되는 송신안테나와 오버랩되는 송신안테나가 포함된 안테나 그룹에 적용함으로써 오차의 보상을 수행할 수 있다.
송수신부(230)는 송신안테나부(210)를 통해 송신신호를 송신하고, 수신안테나부(220)를 통해 대상체에서 반사된 반사신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 도 5a를 참조하면, 송수신부(120)는 제 1 송신 방식(예컨대, fast-chirp TDMA 방식)을 사용하여 송신안테나부(210)를 통해 일정간격으로 송신 신호를 빠르게 송신하고, 수신안테나부(220)를 통해 대상체에서 반사된 반사신호를 수신할 수 있다.
처리부(240)는 대상체에서 반사된 반사신호를 처리하여 대상체에 대한 정보를 도출할 수 있다. 예를 들어, 처리부(240)는 수신된 반사 신호를 통해 대상체의 높이 등과 같은 수직 정보 및 대상체의 폭 등의 수평 정보를 획득할 수 있다. 예를 들어, 도 5b를 참조하면, 처리부(240)는 반사된 반사신호의 크기가 최대인 위치에서 대상물의 방위각 및 표고 방향에 대한 각도를 추정할 수 있다.
가상 수신 안테나 형성부(250)는 처리부(240)에 의해 적어도 둘 이상의 송신안테나 그룹을 통해 다중입출력 처리를 수행하는 경우, 수신안테나부(220)에 포함된 복수의 수신안테나와 동일한 수평방향으로 기설정된 수평간격으로 배치된 가상 수신안테나부를 형성할 수 있다.
예를 들어, 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 2 송신안테나(Tx2)를 통해 동일한 송신 신호가 동시에 송신되면, 송신 신호를 기초로 대상체에서 반사되어 돌아오는 수신 신호를 수신하는 수신안테나 입장에서는 동일한 수신 신호가 공간적으로 수평방향으로 기설정된 수평간격(즉, 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 2 송신안테나(Tx2) 간의 이격 간격(N*A))만큼 이격된 위치로 시프트되어 수신되는 것과 동일한 효과를 가진다. 이렇게 시프트된 위치에 생성된 수신안테나들을 가상수신안테나(VRx)로 표현할 수 있다.
즉, 제 1 수신안테나(Rx1)으로부터 기설정된 수평간격만큼 이격된 위치에 제 1 가상수신안테나(VRx1)가 생성되고, 제 2 수신안테나(Rx2)으로부터 기설정된 수평간격만큼 이격된 위치에 제 2 가상수신안테나(VRx2)가 생성될 수 있다.
이 때, 제 1 수신안테나(Rx1) 및 제 2 수신안테나(Rx2)와 동일한 수평방향에 형성된 제 1 가상 수신안테나(VRx1) 및 제 2 가상 수신안테나(VRx2) 간에 제 1 수신안테나(Rx1) 및 제 2 수신안테나(Rx2)와 대응되도록 수직간격으로 수직단차가 형성될 수 있다.
결과적으로, 수신단에서는 제 1 수신안테나(Rx1), 제 2 수신안테나(Rx2), 제 1 가상수신안테나(VRx1) 및 제 2 가상수신안테나(VRx2)가 형성됨으로써 2배의 수평면적으로 확장된 확장 개구 성능을 확보할 수 있고, 이를 통해, 중장거리 대상체의 수평정보를 정밀하게 측정할 수 있고, 수평방향 정보에 대한 분해능 또는 해상도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 수직단차가 형성되어 있는 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2) 및 복수의 가상 수신안테나(VRx1, VRx2)를 통해 대상체를 감지하고, 위상차를 이용하여 대상체의 수직 각도를 감지 및 추정할 수 있다.
보간부(260)는 복수의 수신안테나 및 복수의 가상수신안테나에 다중입출력 가상 어레이 보간법(MIMO Virtual Array Interpolation)을 적용하여 복수의 수신안테나 및 복수의 가상수신안테나에 해당하는 수평면적 및 수직면적 내에 삼각 라텍스 형태로 배치된 안테나 패턴을 구성할 수 있다. 보간부(260)는 복수의 수신 안테나에 다중입출력 가상 어레이 보간법을 적용함으로써 제한된 수신 채널 수에서 최대의 방사 개구부를 확보할 수 있다.
여기서, 다중입출력 가상 어레이 보간법을 이용함으로써 각 송신안테나 및 수신안테나 간의 공간적인 상대 거리 및 실제 수신된 수신신호를 2차원 고속 푸리에변환(FFT, Fast Fourier Transform)을 수행하여 대상체의 거리, 속도 변화에 따른 주파수 성분 신호를 추출하고, 추출된 주파수 성분 신호로부터 대상체의 주파수에 해당하는 파워 및 위상에 대한 정보를 활용하여 안테나에서 실제 존재하지 않는 가상안테나의 시그널을 유추할 수 있다.
도 6a는 제 1 송신안테나 그룹(Tx1)에서 하나의 송신안테나 및 제 2 송신안테나 그룹(Tx2)에서 하나의 송신안테나를 통해 다중입출력 처리가 수행될 때 형성되는 가상 수신안테나부(VRx)를 도시한 도면이다.
도 6b는 제 1 송신안테나 그룹(Tx1)에 포함된 복수의 송신안테나 중 2개의 송신안테나를 통해 다중입출력 처리가 수행될 때 형성되는 가상 수신안테나부(VRx)를 도시한 도면이다.
도 7a는 레이더 장치(200)에 포함된 안테나 장치의 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나의 배열 구성의 제 3 예를 도시하고, 도 7b는 레이더 장치(200)에 포함된 안테나 장치의 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나의 배열 구성의 제 4 예를 도시하고, 도 7c는 도 7b의 안테나 배열 구성에 따른 등가 상태도를 도시한 것이다.
도 3a에 해당하는 안테나 배열 구성의 제 1 예와 도 7a에 해당하는 안테나 배열 구성의 제 3 예는 서로 송신안테나의 배열과 수신안테나의 배열이 뒤바뀐 구성에 해당한다. 즉, 제 1 예의 송신안테나의 배열은 제 3 예의 수신안테나의 배열과 그 형태가 대응될 수 있고, 제 1 예의 수신안테나의 배열은 제 3 예의 송신안테나의 배열과 그 형태가 대응될 수 있다. 이와 같이, 본 발명은 송신 안테나 측 및 수신 안테나 측에 모두 이용될 수 있는 안테나 배열 구성을 제안한다. 따라서, 제 3 예에서의 안테나 배열 구성 및 신호처리에 대한 동작은 제 1 예에서 서술된 안테나 배열 구성 및 동작을 참고할 수 있으며, 그와 같이 수행될 수 있다.
여기서, 도 7a는 도 3a의 송신안테나부(210)에 포함된 복수의 송신안테나와 수신안테나부(220)에 포함된 복수의 수신안테나 간의 배치를 변경한 안테나 배열 구조를 나타낸다.
도 7a를 참조하면, 송신안테나부(210)는 제 1 수평 간격에 기초하여 배치되는 제 1 송신안테나 그룹(Tx1) 및 제 2 송신안테나 그룹(Tx2)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 송신안테나 그룹(Tx1)에 포함된 송신안테나 및 제 2 송신안테나 그룹(Tx2)에 포함된 송신안테나가 서로 교대로 간격을 두고 배치될 수 있다.
서로 인접하도록 배치되는 제 1 송신안테나 그룹(Tx1)의 송신안테나 및 제 2 송신안테나 그룹(Tx2)의 송신안테나는 제 2 수평 간격에 기초하여 배치될 수 있다. 여기서, 제 2 수평 간격은 제 1 수평 간격의 적어도 1/2 배 이상의 값일 수 있다.
서로 인접하도록 배치되는 제 1 송신안테나 그룹(Tx1)의 송신안테나 및 제 2 송신안테나 그룹(Tx2)의 송신안테나는 제 2 수직 간격에 기초하여 수직 단차를 형성하도록 배치될 수 있다.
수신안테나부(220)는 제 1 수평 간격 및 제 1 수직 간격에 기초하여 대각선 방향으로 배치되는 제 1 수신안테나 그룹(Rx1) 및 제 2 수신안테나 그룹(Rx2)을 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 수평 간격은 제 2 수평 간격의 적어도 2 배 이상의 값이고, 제 1 수직 간격은 제 2 수직 간격의 적어도 2 배 이상의 값일 수 있다.
도 7b를 참조하면, 송신안테나부(210)는 제 1 수평 간격(2*A) 및 제 1 수직 간격(2*B)에 기초하여 대각선 방향으로 배치되어 있는 제 1 송신안테나 그룹(Tx1) 및 제 2 송신안테나 그룹(Tx2)으로 구성될 수 있다. 여기서, 제 1 송신안테나 그룹(Tx1) 및 제 2 송신안테나 그룹(Tx2)은 수신안테나(Rx1, Rx2)의 개수 및 제 1 수평 간격에 기초하여 서로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 1 송신안테나 그룹(Tx1) 및 제 2 송신안테나 그룹(Tx2) 간의 간격은 [수학식 2]에 기초하여 계산될 수 있다.
[수학식 2]
송신안테나 그룹(Tx1, Tx2) 간의 간격 = (N/2-K)*A
여기서, N은 수신안테나부(220)에 포함된 수신안테나의 개수이고, K는 오차 보상 상수이고, A는 제 1 수평간격/2이다.
수신안테나부(220)는 제 1 수신안테나 그룹(Rx1) 및 제 2 수신안테나 그룹(Rx2)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제 1 수신 안테나 그룹(Rx1)에 포함된 어느 하나의 수신 안테나 하위 그룹(Rx1_1)은 제 2 수신 안테나 그룹(Rx2)에 포함된 어느 하나의 수신안테나 하위그룹(Rx2_1)과 서로 교대로 배치되어 제 1 군집을 형성할 수 있다.
제 1 수신 안테나 그룹(Rx1)에 포함된 다른 하나의 수신 안테나 하위 그룹(Rx1_2)은 상기 제 2 수신 안테나 그룹(Rx2)에 포함된 다른 하나의 수신안테나 하위 그룹(Rx2_2)과 서로 교대로 배치되어 제 2 군집을 형성할 수 있다.
제 1 군집에 포함된 수신안테나(Rx1_1, Rx2_1) 및 제 2 군집에 포함된 수신안테나(Rx1_2, Rx2_2)는 수신안테나부(220)에 포함된 수신안테나의 개수, 오차 보상 상수 및 제 1 수평 간격에 기초하여 서로 간격을 두고 배치될 수 있다.
제 1 군집에 포함된 수신안테나(Rx1_1, Rx2_1) 및 제 2 군집에 포함된 수신안테나(Rx1_2, Rx2_2)는 간격 보상 상수에 더 기초하여 서로 간격을 두고 배치될 수 있다.
예를 들어, 제 1 군집 및 제 2 군집 간의 간격은 [수학식 3]에 기초하여 계산될 수 있다.
[수학식 3]
제 1 군집 및 제 2 군집 간의 간격 = (N/2-K) +1)*A
여기서, N은 수신안테나부(220)에 포함된 수신안테나의 개수이고, K는 오차 보상 상수이고, +1은 간격 보상 상수이고, A는 제 1 수평간격/2이다. 간격 보상 상수는 지그재그 형태로 배열된 안테나 배열 구성에 대한 연속성을 유지하면서 제 1 군집 및 제 2 군집이 물리적으로 오버랩되지 않기 위한 상수값에 해당할 수 있다.
이러한 도 7b와 같이 안테나 배치 변화를 통해 공간 효율성을 증가시킬 수 있다.
도 7c를 참조하면, 오차 보상 상수(K)가 0으로 설정된 경우, 송신안테나 그룹(Tx1)에서 하나의 송신안테나 및 제 2 송신안테나 그룹(Tx2)에서 하나의 송신안테나를 통해 다중입출력 처리가 수행될 때 복수의 가상 수신안테나부(VRx1_1, VRx1_2, VRx2_1, VRx2_2)가 형성될 수 있다.
도 8a는 레이더 장치(200)에 포함된 안테나 장치의 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나의 배열 구성의 제 5 예를 도시하고, 도 8b는 도 8a의 안테나 배열 구성에 따른 평면 어레이를 도시한 도면이고, 도 8c는 도 8a의 안테나 배열 구성에 따른 등가 상태도이고, 도 8d는 레이더 장치(200)에 포함된 안테나 장치의 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나의 배열 구성의 제 6 예이다. 한편, 제 5 예의 안테나 배열 구성 및 제 6 예의 안테나 배열 구성은 제 1 예 및 제 3 예와 같이 송신 안테나의 배열과 수신 안테나의 배열이 그 형태가 서로 뒤바뀌도록 설계될 수도 있다.
도 8a를 참조하면, 송신안테나부(210)는 제 1 수평간격(2*A)으로 동일한 선상에 배치된 복수의 송신안테나(Tx)를 포함할 수 있다.
수신안테나부(220)는 제 2 수평 간격(A) 및 제 2 수직 간격(B)에 기초하여 제 1 대각선 방향으로 배치되는 복수의 수신안테나(Rx)를 포함할 수 있다.
도 8a와 같은 레이더 장치(200)의 안테나 패턴을 활용하게 되면 송신안테나부(210) 및 수신안테나부(220)가 서로 겹치지 않게 배치가 가능하다.
도 8a와 같은 안테나의 배열 구성을 통해 다중입출력 처리가 수행되면, 도 8b와 같은 평면 안테나 어레이의 구성이 가능할 수 있다. 도 8b를 참조하면, 평면 안테나 어레이는 삼각형 격자(triangle lattice)가 연속된 구조를 갖는다.
도 8c를 참조하면, 복수의 송신안테나(Tx) 중 제 1 송신안테나, 제 2 송신안테나 및 제 3 송신안테나를 통해 다중입출력 처리가 수행될 때 복수의 가상 수신안테나부(VRx1, VRx2)가 형성될 수 있다.
도 8d를 참조하면, 송신안테나부(210)는 제 1 수평간격(2*A)으로 동일한 선상에 배치된 복수의 송신안테나(Tx)를 포함할 수 있다.
수신안테나부(220)는 제 2 수평 간격(A) 및 제 2 수직 간격(B)에 기초하여 제 2 대각선 방향으로 배치되는 복수의 수신안테나(Rx)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 컴퓨터에 의해 실행되는 프로그램 모듈과 같은 컴퓨터에 의해 실행 가능한 명령어를 포함하는 기록 매체의 형태로도 구현될 수 있다. 컴퓨터 판독 가능 매체는 컴퓨터에 의해 액세스될 수 있는 임의의 가용 매체일 수 있고, 휘발성 및 비휘발성 매체, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다. 또한, 컴퓨터 판독가능 매체는 컴퓨터 저장 매체를 모두 포함할 수 있다. 컴퓨터 저장 매체는 컴퓨터 판독가능 명령어, 데이터 구조, 프로그램 모듈 또는 기타 데이터와 같은 정보의 저장을 위한 임의의 방법 또는 기술로 구현된 휘발성 및 비휘발성, 분리형 및 비분리형 매체를 모두 포함한다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. 레이더 장치에 있어서,
    제 1 수평 간격 및 제 1 수직 간격에 기초하여 대각선 방향으로 배치되는 복수의 송신안테나를 포함하는 송신안테나부;
    상기 제 1 수평 간격에 기초하여 배치되는 제 1 수신안테나 그룹 및 제 2 수신안테나 그룹을 포함하는 수신안테나부;
    상기 송신안테나부를 통해 송신신호를 송신하고, 상기 수신안테나부를 통해 대상체에서 반사된 반사신호를 수신하는 송수신부; 및
    상기 수신된 반사신호를 처리하여 상기 대상체에 대한 정보를 도출하는 처리부를 포함하는 것인, 레이더 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신안테나부는 적어도 둘 이상의 송신안테나 그룹을 포함하되, 각 송신안테나 그룹은 상기 제 1 수평 간격 및 상기 제 1 수직 간격에 기초하여 대각선 방향으로 배치되는 복수의 송신안테나를 포함하고,
    상기 적어도 둘 이상의 송신안테나 그룹에 속한 각 그룹은 상기 수신안테나부에 포함된 수신안테나의 개수 및 상기 제 1 수평 간격에 기초하여 서로 간격을 두고 배치되는 것인, 레이더 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적어도 둘 이상의 송신안테나 그룹은 오차 보상 상수에 더 기초하여 서로 간격을 두고 배치되고,
    상기 오차 보상 상수는 0 이상의 정수인 것인. 레이더 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 오차 보상 상수가 상기 수신안테나부에 포함된 수신안테나의 개수 및 상기 송신안테나부에 포함된 송신안테나의 개수에 기초하여 결정되는 임계값 이상의 짝수일 경우,
    서로 다른 송신안테나 그룹에 포함된 적어도 둘의 송신안테나 간의 위치가 오버랩되는 것인, 레이더 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 처리부는 상기 오버랩된 적어도 둘의 송신안테나에 대응하여 수신된 신호에 기초하여 상기 수신된 반사신호에 대한 오차 보상을 수행하는 것인, 레이더 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 수신안테나 그룹에 포함된 적어도 하나의 수신안테나 및 상기 제 2 수신안테나 그룹에 포함된 적어도 하나의 수신안테나는 서로 교대로 배치되는 것인, 레이더 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 수신안테나 그룹의 하나의 수신안테나와 상기 제 2 수신안테나 그룹의 하나의 수신안테나는 제 2 수평 간격으로 서로 인접하도록 배치되는 것인, 레이더 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제 1 수평 간격은 상기 제 2 수평 간격의 적어도 2 배 이상의 값인 것인, 레이더 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제 1 수신안테나 그룹의 하나의 수신안테나와 상기 제 2 수신안테나 그룹의 하나의 수신안테나는 서로 인접하도록 배치되되, 제 2 수직 간격에 기초하여 수직 단차를 형성하도록 배치되는 것인, 레이더 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 수직 간격은 상기 제 2 수직 간격의 적어도 2 배 이상의 값인 것인, 레이더 장치.
  11. 제 6 항에 있어서,
    상기 1 수신안테나 그룹에 포함된 어느 하나의 수신안테나 하위 그룹은 상기 제 2 수신안테나 그룹에 포함된 어느 하나의 수신안테나 하위그룹과 서로 교대로 배치되어 제 1 군집을 형성하고,
    상기 1 수신안테나 그룹에 포함된 다른 하나의 수신안테나 하위 그룹은 상기 제 2 수신안테나 그룹에 포함된 다른 하나의 수신안테나 하위 그룹과 서로 교대로 배치되어 제 2 군집을 형성하는 것인, 레이더 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제 1 군집에 포함된 수신안테나 및 상기 제 2 군집에 포함된 수신안테나는 상기 수신안테나부에 포함된 수신안테나의 개수, 오차 보상 상수 및 상기 제 1 수평 간격에 기초하여 서로 간격을 두고 배치되는 것인, 레이더 장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 제 1 군집에 포함된 수신안테나 및 상기 제 2 군집에 포함된 수신안테나는 간격 보상 상수에 더 기초하여 서로 간격을 두고 배치되는 것인, 레이더 장치.
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