KR101333998B1 - 레이더 장치 및 레이더 장치의 표적 검출 방법 - Google Patents

레이더 장치 및 레이더 장치의 표적 검출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 거짓 표적의 발생 빈도를 줄여서 표적 정보의 정확도와 신뢰도를 높이기 위한 레이더 장치 및 레이더 장치의 표적 검출 방법에 관한 것으로서, 시간에 따른 주파수 변화가 서로 다른 적어도 2개의 전송 신호를 전송하는 전송부; 상기 전송 신호가 복수의 표적에 반사된 복수의 수신 신호를 수신하는 수신부; 상기 복수의 수신 신호의 진폭을 측정하는 진폭 측정부; 각각의 전송 신호에 대한 복수의 수신 신호 사이의 상대적 진폭을 결정하고, 상기 상대적 진폭에 기초하여 동일한 표적에서 반사된 서로 다른 전송 신호에 대한 수신 신호를 탐색하는 진폭 매칭부; 및 상기 동일한 표적에 대하여, 각각의 전송 신호와 수신 신호의 주파수 차이에 기초하여 표적의 거리 및 상대 속도를 계산하는 정보 추출부를 포함하는 레이더 장치 및 레이더 장치의 표적 검출 방법을 제공한다.

Description

레이더 장치 및 레이더 장치의 표적 검출 방법{Radar Device and Target Detecting Method Thereof}
본 발명은 레이더 장치 및 레이더 장치의 표적 검출 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 거짓 표적의 발생 빈도를 줄여서 표적 정보의 정확도와 신뢰도를 높이기 위한 레이더 장치 및 레이더 장치의 표적 검출 방법에 관한 것이다.
오늘날 레이더 기반의 운전자 안전 시스템의 활용 범위는 계속 넓어지고 있다. 특히, 적응 순항 제어(Adaptive Cruise Control, ACC) 시스템 등은 24 GHz, 77 GHz 등의 주파수를 사용하는 레이더를 이용하여 사용되고 있다. 이러한 운전자 안전 시스템에서는 복수 개의 표적이 존재하는 상황에서도 각 표적의 거리 및 속도가 높은 정확도로 동시에 측정될 수 있어야 한다.
표적의 거리 및 속도를 측정하기 위한 레이더로서 주파수 변조 연속 파형(Frequency Modulation Continuous Wave, FMCW) 방식의 레이더가 널리 사용되고 있다. FMCW 방식의 레이더는 상향 변조(Up chirp) 신호 및 하향 변조(Down Chirp) 신호 방법을 이용하여 표적의 거리 및 속도를 측정할 수 있다.
하지만, 복수 개의 표적이 존재하는 경우, 실제 표적 외에 거짓 표적(false target 또는 ghost target)이 발생할 수 있다. 여기에서 거짓 표적이란 실제로는 존재하지 않지만 신호 처리에서 검출되어 나타나는 오류이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서, 상향 변조 신호 및 하향 변조 신호에 추가하여 연속파(Continuous Wave) 신호를 추가하는 것을 고려할 수 있다. 그러나, 이러한 경우에도 거짓 표적이 완전히 제거되지 않을 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 극복하기 위해, 거짓 표적의 발생 빈도를 줄여서 표적 정보의 정확도와 신뢰도를 높이기 위한 레이더 장치 및 레이더 장치의 표적 검출 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시예는, 시간에 따른 주파수 변화가 서로 다른 적어도 2개의 전송 신호를 전송하는 전송부; 상기 전송 신호가 복수의 표적에 반사된 복수의 수신 신호를 수신하는 수신부; 상기 복수의 수신 신호의 진폭을 측정하는 진폭 측정부; 각각의 전송 신호에 대한 복수의 수신 신호 사이의 상대적 진폭을 결정하고, 상기 상대적 진폭에 기초하여 동일한 표적에서 반사된 서로 다른 전송 신호에 대한 수신 신호를 탐색하는 진폭 매칭부; 및 상기 동일한 표적에 대하여, 각각의 전송 신호와 수신 신호의 주파수 차이에 기초하여 표적의 거리 및 상대 속도를 계산하는 정보 추출부를 포함하는 레이더 장치를 제공한다.
상기 적어도 2개의 전송 신호는, 시간에 따라 주파수가 증가하는 상향 변조(Up chirp) 신호, 시간에 따라 주파수가 감소하는 하향 변조(Down Chirp) 신호 및 시간에 따라 주파수가 일정한 연속파(Continuous Wave) 변조 신호에서 선택될 수 있다.
상기 진폭 매칭부는 상대적 진폭이 소정의 진폭 영역 내에 있는 복수의 수신 신호를 동일한 표적에서 반사된 수신 신호로 판단할 수 있다.
상기 정보 추출부는 거리와 상대 속도 평면에서 전송 신호와 수신 신호의 주파수 차이에 기초한 직선들의 교점에 기초하여 상기 표적의 거리 및 상대 속도를 계산할 수 있다.
상기 서로 다른 전송 신호는 3개 이상이고, 상기 정보 추출부는, 거리와 상대 속도 평면에서 전송 신호와 수신 신호의 주파수 차이에 기초한 직선들이 소정의 비교 영역 내에서 교차하는 경우, 상기 직선들의 교점에 기초하여 상기 표적의 거리 및 상대 속도를 계산할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는, 시간에 따른 주파수 변화가 서로 다른 적어도 2개의 전송 신호를 전송하는 전송 단계; 상기 전송 신호가 복수의 표적에 반사된 복수의 수신 신호를 수신하는 수신 단계; 상기 복수의 수신 신호의 진폭을 측정하는 진폭 측정 단계; 각각의 전송 신호에 대한 복수의 수신 신호 사이의 상대적 진폭을 결정하고, 상기 상대적 진폭에 기초하여 동일한 표적에서 반사된 서로 다른 전송 신호에 대한 수신 신호를 탐색하는 진폭 매칭 단계; 및 상기 동일한 표적에 대하여, 각각의 전송 신호와 수신 신호의 주파수 차이에 기초하여 표적의 거리 및 상대 속도를 계산하는 정보 추출 단계를 포함하는 레이더 장치의 표적 검출 방법을 제공한다.
상기 적어도 2개의 전송 신호는, 시간에 따라 주파수가 증가하는 상향 변조(Up chirp) 신호, 시간에 따라 주파수가 감소하는 하향 변조(Down Chirp) 신호 및 시간에 따라 주파수가 일정한 연속파(Continuous Wave) 변조 신호에서 선택될 수 있다.
상기 진폭 매칭 단계는 상대적 진폭이 소정의 진폭 영역 내에 있는 복수의 수신 신호를 동일한 표적에서 반사된 수신 신호로 판단할 수 있다.
상기 정보 추출 단계는 거리와 상대 속도 평면에서 전송 신호와 수신 신호의 주파수 차이에 기초한 직선들의 교점에 기초하여 상기 표적의 거리 및 상대 속도를 계산할 수 있다.
상기 서로 다른 전송 신호는 3개 이상이고, 상기 정보 추출 단계는, 거리와 상대 속도 평면에서 전송 신호와 수신 신호의 주파수 차이에 기초한 직선들이 소정의 비교 영역 내에서 교차하는 경우, 상기 직선들의 교점에 기초하여 상기 표적의 거리 및 상대 속도를 계산할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 동일한 표적으로부터 반사된 수신 신호들을 매칭하여 표적의 거리 및 상대 속도를 추출하기 때문에, 거짓 표적의 발생 빈도를 줄여서 표적 정보의 정확도와 신뢰도를 높일 수 있다.
도 1은 FMCW 레이더 장치의 상향 변조 및 하향 변조에서 레이더의 송신 및 수신 파형의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 2는 FMCW 레이더 장치의 상향 변조 및 하향 변조에서 레이더의 송신 및 수신 파형의 다른 예를 도시하는 도면이다.
도 3은 상향 변조 및 하향 변조에서 측정된 표적에 대한 f d - f r 다이어그램의 예를 도시한다.
도 4는 FMCW 장치에서 상향 변조, 하향 변조 및 연속파 변조의 일 예를 도시한다.
도 5는 상향 변조, 하향 변조 및 연속파 변조에서 측정된 표적에 대한 fd-fR 다이어그램의 예를 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치를 블럭도를 도시한다.
도 7은 도 6의 레이더 장치에서 실행되는 표적 검출 방법의 흐름도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 수신 신호의 진폭을 상대적 진폭으로 변환하고매칭하는 예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 측정된 표적에 대한 fd-fR 다이어그램의 예를 도시한다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
통상적인 주파수 변조 연속 파형(Frequency Modulation Continuous Wave, FMCW) 방식의 레이더(이하 'FMCW 레이더'라 함)은 삼각파 형태로 시간에 따라 주파수를 변조한다. 즉, FMCW 레이더는 시간에 따라 주파수가 증가하는 상향 변조(Up Chirp) 및 시간에 따라 주파수가 감소하는 하향 변조(Down Chirp)로 이루어진 삼각파 형태로 시간에 따라 주파수를 변조한다.
FMCW 레이더는 삼각파 형태의 레이더를 전송하고, 전송된 전파가 표적에 반사된 것을 수신한다.
도 1은 주파수-시간 도메인에서 삼각파 형태의 레이더가 단일 표적에 반사된 경우의 일예를 도시한다. 도 1은 FMCW 레이더에 대한 표적의 상대 속도가 0인 경우를 도시한다.
도 1을 참조하면, FMCW 레이더의 전송 신호(101)는 상향 변조 및 하향 변조로 이루어진 삼각파 형태를 갖고, 수신 신호(102) 또한 상향 변조 및 하향 변조로 이루어진 삼각파 형태를 갖는다. 표적의 상대 속도가 0인 경우, 수신 신호(102)는 전송 신호(101)로부터 주파수 방향으로는 이동하지 않고, 표적까지의 신호의 경로에 의해 시간 방향으로만 이동하게 된다.
상향 변조 구간 또는 하향 변조 구간에서 전송 신호(101)와 수신 신호(102)의 주파수 차이(fb)는 신호가 표적까지 왕복하는데 걸리는 시간(TR)에 따른 주파수 변화(fR)와 같다. 전송 신호(101)의 최소 주파수(fmin)와 최대 주파수(fmax)의 차이를 'fsweep'라 하고, 상향 변조 신호가 지속되는 시간 또는 하향 변조 신호가 지속되는 시간을 'T'라 하면, 전송 신호(101)와 수신 신호(102)의 주파수 차이(fb)는 다음의 수학식 1로 표현될 수 있다.
Figure 112011086689238-pat00001
수학식 1에서 R은 표적까지의 거리이고, c는 광속이다. 수학식 1에 의해, 표적의 상대 속도가 0인 경우, 측정된 주파수 차이(fb)로부터 표적까지의 거리(R)를 계산할 수 있다.
도 2는 주파수-시간 도메인에서 삼각파 형태의 레이더가 단일 표적에 반사된 경우의 다른 예를 도시한다. 도 1은 FMCW 레이더에 대한 표적의 상대 속도가 0이 아닌 경우를 도시한다.
도 2를 참조하면, FMCW 레이더의 전송 신호(201)는 상향 변조 및 하향 변조로 이루어진 삼각파 형태를 갖고, 수신 신호(202) 또한 상향 변조 및 하향 변조로 이루어진 삼각파 형태를 갖는다. 표적의 상대 속도가 0이 아닌 경우, 수신 신호(202)는 전송 신호(101)로부터 주파수 방향 및 시간 방향으로 이동하게 된다.
상향 변조 구간에서 전송 신호(201)와 수신 신호(202)의 주파수 차이(fb1)는 신호가 표적까지 왕복하는데 걸리는 시간(TR)에 따른 주파수 변화(fR)에 표적의 상대 속도에 따라 도플러 효과에 의한 주파수 변화(fd)를 더한 것으로 표현될 수 있다. 한편, 하향 변조 구간에서 전송 신호(201)와 수신 신호(202)의 주파수 차이(fb2)는 신호가 표적까지 왕복하는데 걸리는 시간(TR)에 따른 주파수 변화(fR)에 표적의 상대 속도에 따라 도플러 효과에 의한 주파수 변화(fd)를 뺀 것으로 표현될 수 있다. 상향 변조 구간에서 주파수 차이(fb1) 및 하향 변조 구간에서 주파수 차이(fb2)는 다음의 수학식 2로 표현될 수 있다.
Figure 112011086689238-pat00002
Figure 112011086689238-pat00003
수학식 2에서 v는 표적의 상대 속도, λ는 FMCW 레이더에서 사용하는 전파의 파장이다.
가로축은 fR, 세로축은 fd인 fd-FR 다이어그램에서 상향 변조에 대하여는 fd=-fR+fb1의 직선이 그려지고, 하향 변조에 대하여는 fd=+fR+fb2의 직선이 그려진다. 두 직선의 교점으로부터 fd 및 fR이 구해진다. 구해진 fd 및 fR로부터 표적까지의 거리(R) 및 표적의 상대 속도(v)가 다음의 수학식 3에 의해 구해질 수 있다.
Figure 112011086689238-pat00004
Figure 112011086689238-pat00005
주파수(fR) 및 주파수(fd)는 각각 표적의 거리 및 상대 속도에 일대일로 대응되므로, fd-fR 다이어그램은 속도-거리 다이어그램으로 표현될 수도 있다.
한편, FMCW 레이더는 복수의 표적을 검출할 수 있다. 그러나, FMCW 레이더로 복수의 표적을 검출하는 경우, 실제 표적 외에 거짓 표적(false target 또는 ghost target)을 검출할 수 있다. 도 3은 일 예로서, 상향 변조 및 하향 변조에서 측정된 복수(3개)의 표적에 대한 fd-fr 다이어그램의 예를 도시한다.
도 3을 참조하면, fd-fR 다이어그램 상에 실제 표적(301) 외에 거짓 표적(302)이 나타난다. fd-fR 다이어그램 상에서, 실제 표적(301-1)은 상향 변조에서 구해진 직선(303-1)과 하향 변조에서 구해진 직선(304-1)의 교점에 위치하고, 실제 표적(301-2)은 상향 변조에서 구해진 직선(303-2)과 하향 변조에서 구해진 직선(304-2)의 교점에 위치하며, 실제 표적(301-3)은 상향 변조에서 구해진 직선(303-3)과 하향 변조에서 구해진 직선(304-3)의 교점에 위치한다.
그러나, 3개의 상향 변조에서 구해진 직선과 3개의 하향 변조에서 구해진 직선에 의해 모두 9개의 교점이 존재할 수 있으며, 이 중 3개의 실제 표적(301)을 제외하고 최대 6개의 거짓 표적이 존재할 수 있다.
실제 표적의 개수가 N개인 경우, 상향 변조 및 하향 변조 중 하나로부터 N개의 직선이 구해지고 다른 하나로부터 M(N≤M)개의 직선이 구해질 때, 모두 N×M개의 교점 중 실제 표적의 개수는 N개이고 거짓 표적의 개수는 N×M-N개가 발생한다. 그러므로, 정확한 표적의 정보를 획득하기 어렵다.
거짓 표적을 제외하고 실제 표적의 정보를 정확하게 획득하기 위한 방법의 일 예로서, 상향 변조 신호와 하향 변조 신호 외에 연속파(Continuous Wave) 변조 신호를 이용할 수 있다.
도 4는 FMCW 레이더에서 상향 변조, 하향 변조 및 연속파 변조의 일 예를 도시한다.
도 4의 예에서, FMCW 레이더에서 전송되는 신호는 상향 변조 신호(401), 하향 변조 신호(402) 및 연속파 변조 신호(403)로 구성된다. 상향 변조 신호(401)는 시간(T) 동안 주파수가 fmin으로부터 fmax로 증가하고(fsweep=fmax-fmin), 하향 변조 신호(402)는 시간(T) 동안 주파수가 fmax로부터 fmin으로 감소하며, 연속파 변조 신호(403)는 시간(T) 동안 주파수가 fmin+fsweep/2(=(fmax+fmin)/2)로 일정하게 유지된다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 바와 같이, 상향 변조 신호(401) 및 하향 변조 신호(402)에 대하여 전송 신호와 수신 신호의 주파수 차이로부터 도 3의 직선들이 구해질 수 있다.
연속파 변조 신호(403)에 대하여 전송 신호와 수신 신호의 주파수 변화량은 수평 이동(신호가 표적까지 왕복하는 시간에 의한)에는 영향을 받지 않고 수직 이동(표적의 상대 속도에 의한)에만 영향을 받는다. 연속파 변조 구간에서 주파수 변화량을 fb3라고 하면, 이는 다음의 수학식 4로 표현될 수 있다.
Figure 112011086689238-pat00006
가로축은 fR, 세로축은 fd인 fd-FR 다이어그램에서, 상술한 바와 같이, 상향 변조에 대하여는 fd=-fR+fb1의 직선이 그려지고, 하향 변조에 대하여는 fd=+fR+fb2의 직선이 그려지며, 연속파 변조에 대하여는 fd=fb3의 직선이 그려진다. 세 직선이 하나의 교점에서 교차할 때, 또는 세 직선 중 두 직선이 교차하는 3개의 교점이 소정의 영역 내에 있을 때, 교점의 좌표로부터 fd 및 fR이 구해진다. 구해진 fd 및 fR로부터 표적까지의 거리(R) 및 표적의 상대 속도(v)가 상술한 수학식 3에 의해 구해질 수 있다.
그러나, 이러한 경우에도 거짓 표적이 발생할 수 있다.
도 5는 상향 변조, 하향 변조 및 연속파 변조에서 측정된 복수(3개)의 표적에 대한 fd-fR 다이어그램의 예를 도시한다.
도 5를 참조하면, fd-fR 다이어그램 상에 실제 표적(501) 외에 거짓 표적(502)이 나타난다. fd-fR 다이어그램 상에서, 실제 표적(501-1)은 상향 변조에서 구해진 직선(503-1)과 하향 변조에서 구해진 직선(504-1)과 연속파 변조에서 구해진 직선(505-1)의 교점에 위치하고, 실제 표적(501-2)은 상향 변조에서 구해진 직선(503-2)과 하향 변조에서 구해진 직선(504-2)과 연속파 변조에서 구해진 직선(505-2)의 교점에 위치하며, 실제 표적(501-3)은 상향 변조에서 구해진 직선(503-3)과 하향 변조에서 구해진 직선(504-3)과 연속파 변조에서 구해진 직선(505-3)의 교점에 위치한다.
그러나, 실제 표적(501-3)에 관련되어 상향 변조에서 구해진 직선(503-3)과 실제 표적(501-1)에 관련되어 하향 변조에서 구해진 직선(504-1)과 실제 표적(501-2)에 관련되어 연속파 변조에서 구해진 직선(505-2)이 우연하게 하나의 교점에서 교차하여, 거짓 표적(502)이 발생할 수 있다. 특히 속도의 분해능이 충분하지 않아 분별이 어려운 경우 거짓 표적이 발생할 확률이 높아질 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치의 블럭도이다.
도 6에 도시된 레이더 장치는 레이더 신호를 전송하는 전송부(610), 표적에 반사된 레이더 신호를 수신하는 수신부(620), 수신된 레이더 신호의 진폭을 측정하는 진폭 측정부(630), 측정된 레이더 신호의 진폭에 기초하여 동일한 표적으로부터 반사되어 수신된 레이더 신호를 매칭하는 진폭 매칭부(640), 진폭 매칭부(640)에서 매칭된 수신 레이더 신호에 기초하여, 전송부(610)에서 전송된 레이더 신호와 수신부(620)에서 수신된 레이더 신호의 주파수 차이로부터 fd-fR 공간에서 매칭하는 fd-fR 매칭부(650), 및 fd-fR 매칭부(650)의 매칭 결과에 기초하여 표적의 거리, 속도 등의 정보를 추출하는 정보 추출부(660)를 포함한다.
전송부(610)는 복수의 변조 신호를 전송한다. 이하의 실시예에서, 복수의 변조 신호는 상향 변조(Up chirp), 하향 변조(Down Chirp), 연속파(Continuous wave) 변조를 포함하는 것으로 예시되지만, 이에 제한되는 것은 아니다. 복수의 변조 신호는 상술한 3개의 신호 중 2개 이상을 포함할 수 있다. 또한, 상술한 3개 변조 신호 외에 시간에 따른 주파수 변화 추이가 서로 다른 복수의 변조 신호가 사용될 수 있다. 전송부(610)는 이러한 복수의 변조 신호를 연속적으로 전송할 수 있다.
수신부(620)는 전송부(610)에서 전송한 후 표적에 반사된 레이더 신호를 수신한다. 표적이 복수인 경우, 전송부(610)에서 전송한 하나의 변조 신호에 대하여 복수의 수신 신호가 존재할 수 있고, 수신부(620)는 각각의 수신 신호를 수신할 수 있다.
진폭 측정부(630)는 각각의 수신된 레이더 신호의 진폭을 측정한다.
진폭 매칭부(640)는 각 전송 변조 신호에 대한 수신된 레이더 신호의 진폭(amplitude)(또는 강도(power))을 상대적 진폭으로 변환한다. 예를 들면, 상향 변조 신호에 대하여 3개의 수신 레이더 신호(r1 내지 r3)의 진폭이 A1 내지 A3이고 이 중 레이더 신호(r2)의 진폭(A2)이 가장 큰 경우, 각 레이더 신호(r1 내지 r3)의 상대적 진폭은 A1/A2, A2/A2(=1), A3/A2가 되고 이들은 0 내지 1의 값의 갖는다.
진폭 매칭부(640)는 각 전송 변조 신호에 대한 수신된 레이더 신호의 상대적 진폭을 비교하여 이들의 차가 소정의 임계 범위 내인 경우, 하나의 전송 변조 신호에 대한 수신 레이더 신호를 다른 전송 변조 신호에 대한 수신 레이더 신호에 매칭할 수 있다.
fd-fR 매칭부(650)는 fd-fR 다이어그램에서 진폭 매칭부(640)에서 매칭되는 것으로 판단된 수신 레이더 신호들에 의한 직선들의 교점의 매칭 여부를 판단한다. 예를 들면, 진폭 매칭부(640)에서 상향 변조 신호에 대한 하나의 수신 레이더 신호와 하향 변조 신호에 대한 하나의 수신 레이더 신호와 연속파 변조 신호에 대한 하나의 수신 레이더 신호가 매칭되는 것으로 판단될 때, 서로 매칭되는 신호에 의한 직선 3개가 fd-fR 다이어그램에 표시되고, 3개의 직선에 의한 교점 3개가 fd-fR 다이어그램에 나타나게 되며, fd-fR 매칭부(650)는 교점 3개가 소정의 영역 내에 위치하는지 여부를 판단한다. 교점 3개가 소정의 영역 내에 위치하는 경우 이는 실제 표적으로 판단될 것이고, 교점 3개가 소정의 영역 내에 위치하지 않는 경우 이는 거짓 표적으로 판단될 것이다.
정보 추출부(660)는 fd-fR 매칭부(650)에 의해 매칭되는 위치의 데이터로부터 표적의 거리 및 상대 속도를 추출할 수 있다.
상술한 레이더 장치의 작동은 이하에서 보다 상세하게 기술될 것이다.
도 7은 도 6의 레이더 장치에서 실행되는 표적 검출 방법의 흐름도를 도시한다.
우선, 전송부(610)는 시간에 따라 주파수가 변하는 변조 신호로서 레이더 신호를 전송한다(S710). 변조 신호는 도 4에 도시되는 바와 같이 상향 변조 신호, 하향 변조 신호 및 연속파 변조 신호 중 하나일 수 있다.
수신부(620)는 전송부(610)에서 전송된 레이더 신호가 표적에 반사된 레이더 신호를 수신한다(S720). 수신부(620)에서 수신되는 레이더 신호는 전송부(610)에서 전송된 레이더 신호가 표적까지의 거리에 따라 시간 방향으로 그리고 표적의 상대 속도에 따라 주파수 방향으로 이동된 파형을 가진다. 표적이 복수인 경우, 수신부(620)는 시간 방향 이동량 및/또는 주파수 방향 이동량이 다른 복수의 레이더 신호를 수신할 수 있다.
진폭 측정부(630)는 하나의 변조 신호(상향 변조 신호, 하향 변조 신호 또는 연속파 변조 신호)에 대하여 수신된 복수의 레이더 신호, 즉 하나의 변조 구간(상향 변조 구간, 하향 변조 구간 또는 연속파 변조 구간)에서 수신된 복수의 레이더 신호의 진폭을 측정한다(S730).
레이더 신호를 수신하고 각 레이더 신호의 진폭을 측정하는 것이 모든 구간, 즉 상향 변조 구간, 하향 변조 구간 및 연속파 변조 구간에서 완료되었는지 여부가 판단된다(S740). 모든 구간에서 완료되지 않은 경우(S740에서 아니오), 모든 구간에서 완료될 때까지 S710 내지 S730 단계가 반복된다.
모든 구간에서 완료된 경우(S740에서 예), 진폭 매칭부(640)는 각 구간에서 측정된 진폭에 기초하여 수신된 신호들 사이에서 매칭을 실행한다(S750).
도 8은 본 발명의 일 실시예에서 수신 신호의 진폭을 상대적 진폭으로 변환하고매칭하는 예를 도시한다.
도 8을 참조하면, 상향 변조 구간(Up Chirp), 하향 변조 구간(Down Chirp) 및 연속파 변조 구간(CW)에서 각각 3개의 표적(r1 내지 r3)으로부터 반사된 레이더 신호가 수신된다. 도 8에서는 각 수신된 레이더 신호에 r1 내지 r3가 표시되지만, 이는 설명의 편의를 위한 것이고, 수신부(620)에서 레이더 신호가 수신되었을 때에는 이에 대하여 알 수 없는 상태이다. 이때, 각 변조 구간에서 레이더 신호의 진폭(강도)을 이용하여 매칭을 실행할 수도 있다. 그러나, 각 변조 구간에서 레이더 송수신 환경의 변화에 따라 그 진폭이 변할 수 있어 레이더 신호의 진폭을 이용한 매칭이 부정확할 수 있다.
진폭 매칭부(640)는 각 변조 구간에서 수신된 레이더 신호의 진폭을 상대적 진폭으로 변경한다. 도 8의 예에서 표적(r2)으로부터 반사된 레이더 신호가 가장 큰 진폭을 가지므로, 이를 기준으로 수신 신호의 진폭을 상대적 진폭으로 변환한다.
그리고, 하나의 변조 구간에서 수신된 신호의 상대적 진폭을 다른 변조 구간에서 수신된 신호의 상대적 진폭과 비교하여 서로 매칭되는 신호를 찾아낸다. 예를 들면, 상향 변조 신호에 대한 하나의 수신 레이더 신호의 상대적 진폭이 0.80이고, 하향 변조 신호에 대한 하나의 수신 레이더 신호의 상대적 진폭이 0.79이며, 연속파 변조 신호에 대한 하나의 레이더 신호의 상대적 진폭이 0.81이고, 상기 임계 범위가 0.05인 경우, 이들은 하나의 표적(예를 들면, r3)으로부터 반사된 신호로 매칭될 수 있다. 이는 동일한 표적으로부터 반사된 레이더 신호는 유사한 진폭을 가질 것이라는 것에 기반한다.
다음으로, fd-fR 매칭부(660)는 fd-fR 다이어그램 상에서 매칭을 실행한다(S760).
S750 단계에서 매칭된 것으로 판단된 각 변조 구간에서의 수신 신호와 각 변조 구간에서의 전송 신호의 주파수 차이에 기초하여 fd-fR 다이어그램에 직선이 위치하고, 직선들의 교점이 소정의 범위 내에 위치하는 경우, 그 교점의 위치로부터 실제 표적의 fd-fR 다이어그램 상에서 위치를 추출할 수 있다.
도 8에서 매칭을 통해 각 표적(r1, r2, r3)에 대한 상향 변조 구간, 하향 변조 구간, 및 연속파 변조 구간에서의 수신 신호가 결정될 수 있다. 매칭된 수신 신호, 예를 들면 표적(r1)에 대한 각 변조 구간에서의 수신 신호가 결정되면, 상향 변조 구간에서 전송 신호와 수신 신호의 차이(fb1), 하향 변조 구간에서 전송 신호와 수신 신호의 차이(fb2), 연속파 변조 구간에서 전송 신호와 수신 신호의 차이(fb3)가 구해진다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에서 측정된 표적에 대한 fd-fR 다이어그램의 예를 도시한다.
fd-fR 다이어그램 상에서, 표적(r1)에 대하여 상향 변조 구간에서 직선(903-1)이 유도되고, 하향 변조 구간에서 직선(904-1)이 유도되며, 연속파 변조 구간에서 직선(905-1)이 유도된다. 직선(903-1)과 직선(904-1)의 교점, 직선(904-1)과 직선(905-1)의 교점, 그리고 직선(905-1)과 직선(903-1)의 교점이 소정의 범위 내에 위치하는 경우, 실제 표적(901-1)이 구해진다. 동일한 방식으로 표적(r2)에 대하여 직선(903-2), 직선(904-2), 직선(905-2)이 유도되고, 실제 표적(901-2)이 구해질 수 있으며, 표적(r3)에 대하여 직선(903-3), 직선(904-3), 직선(905-3)이 유도되고, 실제 표적(901-3)이 구해질 수 있다.
도 9의 예에서, 직선(903-3), 직선(904-1) 및 직선(905-2)이 한 점(906)에서 교차하는 것으로 도시되지만, 이들 직선(903-3, 904-1, 905-2)들은 S750 단계에서 서로 매칭되지 않는 수신 신호들로부터 유도된 직선이기 때문에, 이들의 교점(906)은 실제 표적에서 제외될 수 있다. 이러한 방식으로 거짓 표적이 발생하지 않을 수 있다.
다음으로, 수학식 3을 이용하여, 정보 추출부(660)는 fd-fR 다이어그램에서 실제 표적(901-1, 901-2, 901-3)의 좌표로부터 각 표적(r1, r2, r3)의 거리 및 상대 속도 등의 정보가 추출한다(S770).
상술한 실시예에서 3개의 변조 신호(상향 변조 신호, 하향 변조 신호 및 연속파 변조 신호)의 경우에 대하여 기술하였지만, 변조 신호의 개수는 2개 이상일 수 있다. 다만, 변조 신호의 개수가 2개인 경우, fd-fR 다이어그램 상에서 직선들의 교점이 하나만 존재하고, 교점들이 소정의 범위 내에 위치하는지에 대한 판단은 생략될 수 있다. 다만, 실제 표적과 거짓 표적 판단의 정확도, 실제 표적의 좌표의 정확도는 저하될 수 있다.
예를 들면 복수의 표적의 거리가 비슷하기 때문에, 하나의 변조 구간에서 진폭(강도)이 비슷한 값을 갖는 복수의 수신 신호가 존재하는 경우, 신호들 사이의 매칭 여부는 S750 단계에서만 이루어지는 것이 아니라 S750 단계와 S760 단계를 모두 고려하여 판단될 수 있다. 예를 들면, 도 8에서 표적(r1)에 반사되어 수신된 신호와 표적(r3)에 반사되어 수신된 신호의 진폭이 유사한 경우, S750 단계에서는 표적(r1)과 표적(r3)을 구분하여 신호들을 매칭시킬 수 없다. 그러나, 도 9의 예에서, 직선(903-1)과 직선(904-3)이 교차하는 지점에는 직선(905-1) 또는 직선(905-3)이 지나지 않고, 직선(903-1)과 직선(904-1)이 교차하는 지점(901-1)에는 직선(905-1)이 지난다. 또한, 직선(903-3)과 직선(904-1)이 교차하는 지점에는 직선(905-1) 또는 직선(905-3)이 지나지 않고, 직선(903-3)과 직선(904-3)이 교차하는 지점(901-3)에는 직선(905-3)이 지난다. 이러한 방식으로 어떠한 수신 신호들이 매칭되는지와 실제 표적이 무엇인지가 판단될 수 있다. 한편, S750 단계를 고려하지 않고 S760 단계만을 고려하여 실제 표적을 판단하는 것은 도 5의 예에서 "502"와 같은 거짓 표적을 구별하지 못할 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.

Claims (10)

  1. 시간에 따른 주파수 변화가 서로 다른 적어도 2개의 전송 신호를 전송하는 전송부;
    상기 전송 신호가 복수의 표적에 반사된 복수의 수신 신호를 수신하는 수신부;
    상기 복수의 수신 신호의 진폭을 측정하는 진폭 측정부;
    각각의 전송 신호에 대한 복수의 수신 신호 사이의 상대적 진폭을 결정하고, 상기 상대적 진폭에 기초하여 동일한 표적에서 반사된 서로 다른 전송 신호에 대한 수신 신호를 탐색하는 진폭 매칭부; 및
    상기 동일한 표적에 대하여, 각각의 전송 신호와 수신 신호의 주파수 차이에 기초하여 표적의 거리 및 상대 속도를 계산하는 정보 추출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 전송 신호는, 시간에 따라 주파수가 증가하는 상향 변조(Up chirp) 신호, 시간에 따라 주파수가 감소하는 하향 변조(Down Chirp) 신호 및 시간에 따라 주파수가 일정한 연속파(Continuous Wave) 변조 신호에서 선택되는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 진폭 매칭부는 상대적 진폭이 소정의 진폭 영역 내에 있는 복수의 수신 신호를 동일한 표적에서 반사된 수신 신호로 판단하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보 추출부는 거리와 상대 속도 평면에서 전송 신호와 수신 신호의 주파수 차이에 기초한 직선들의 교점에 기초하여 상기 표적의 거리 및 상대 속도를 계산하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 서로 다른 전송 신호는 3개 이상이고,
    상기 정보 추출부는, 거리와 상대 속도 평면에서 전송 신호와 수신 신호의 주파수 차이에 기초한 직선들이 소정의 비교 영역 내에서 교차하는 경우, 상기 직선들의 교점에 기초하여 상기 표적의 거리 및 상대 속도를 계산하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  6. 시간에 따른 주파수 변화가 서로 다른 적어도 2개의 전송 신호를 전송하는 전송 단계;
    상기 전송 신호가 복수의 표적에 반사된 복수의 수신 신호를 수신하는 수신 단계;
    상기 복수의 수신 신호의 진폭을 측정하는 진폭 측정 단계;
    각각의 전송 신호에 대한 복수의 수신 신호 사이의 상대적 진폭을 결정하고, 상기 상대적 진폭에 기초하여 동일한 표적에서 반사된 서로 다른 전송 신호에 대한 수신 신호를 탐색하는 진폭 매칭 단계; 및
    상기 동일한 표적에 대하여, 각각의 전송 신호와 수신 신호의 주파수 차이에 기초하여 표적의 거리 및 상대 속도를 계산하는 정보 추출 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 표적 검출 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 적어도 2개의 전송 신호는, 시간에 따라 주파수가 증가하는 상향 변조(Up chirp) 신호, 시간에 따라 주파수가 감소하는 하향 변조(Down Chirp) 신호 및 시간에 따라 주파수가 일정한 연속파(Continuous Wave) 변조 신호에서 선택되는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 표적 검출 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 진폭 매칭 단계는 상대적 진폭이 소정의 진폭 영역 내에 있는 복수의 수신 신호를 동일한 표적에서 반사된 수신 신호로 판단하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 표적 검출 방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 정보 추출 단계는 거리와 상대 속도 평면에서 전송 신호와 수신 신호의 주파수 차이에 기초한 직선들의 교점에 기초하여 상기 표적의 거리 및 상대 속도를 계산하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 표적 검출 방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 서로 다른 전송 신호는 3개 이상이고,
    상기 정보 추출 단계는, 거리와 상대 속도 평면에서 전송 신호와 수신 신호의 주파수 차이에 기초한 직선들이 소정의 비교 영역 내에서 교차하는 경우, 상기 직선들의 교점에 기초하여 상기 표적의 거리 및 상대 속도를 계산하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 표적 검출 방법.
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