KR101580014B1 - Fmcw 레이더 장치 및 그의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 FMCW 레이더 장치 및 그의 구동 방법에 관한 것이다.
본 발명의 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 장치는, 삼각파가 포함된 송신 신호를 대상 물체로 송신하는 송신부; 송신 신호에 대응되는 반사 신호를 수신하는 수신부; 반사 신호 내 삼각파의 피크값을 검출하고, 검출된 피크값과 송신 신호의 심각파 피크값의 시간 차이를 이용하여 대상 물체와의 거리값을 산출하는 거리 산출부; 송신 신호의 삼각파와 반사 신호의 삼각파간의 주파수 크기 차이에 대한 상승 간격값과 하강 간격값을 계산하는 간격값 계산부; 및 간격값 계산부에 의해 계산된 상승 간격값과 하강 간격값을 비교하여, 비교 결과에 따라 대상 물체의 이동 방향을 결정하고, 결정된 이동 방향에 따라 대상 물체의 상대 속도를 계산하는 상대 속도 계산부를 포함한다.
이러한, 본 발명에 따르면, 종래의 FMCW 방식을 이용하여 정확하게 측정할 수 없었던 대상 물체들의 이동 방향을 효율적으로 계산할 수 있는 효과를 기대할 수 있다. 특히, 이동방향과 함께, 상대속도, 거리 정보를 사용자에게 제공함으로써, 사용자가 이동 중 주변의 대상 물체에 대한 이동을 정확하게 예측할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.

Description

FMCW 레이더 장치 및 그의 구동 방법{FREQUENCY MODULATED CONTINUOUS WAVE RADAR APPARATUS AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}
본 발명은 FMCW 레이더 장치 및 그의 구동 방법에 관한 것으로, FMCW 주파수를 이용하여 보다 정확한 상대속도, 거리 및 이동 방향을 측정할 수 있는 FMCW 레이더 장치 및 그의 구동 방법을 제공하기 위한 것이다.
레이더는 전자파를 대상물을 향해서 발사해 그 반사파를 측정하는 것으로써, 대상물까지의 거리나 형상을 측정하는 장치이다. 특히, 멀리 있는 물체와의 거리를 전자파에 의해서 계측해서 전시하는 것으로 비행기의 위치를 파악하거나 강수량 예측 시스템 등 다양한 곳에서 사용하고 있다.
근래에는 차량용으로 주변 차량들의 상대 속도, 거리 등을 측정하여 자동차 사고를 미리 예방하는 시스템에 관하여 활발한 연구가 이루어지고 있다.
현재 차량용 레이더는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 방식의 레이더가 많이 이용되고 있다.
FMCW 방식의 레이더는 주파수 변조된 신호를 연속적으로 발사하는 방식의 레이더로, 삼각파형의 신호를 송신하고, 그에 대응하는 피측정체의 응답 신호를 수신하여, 거리와 지연시간, 속도 등을 추정할 수 있는 레이더이다.
하지만, FMCW 레이더는 타겟(대상 물체)의 상대 속도와 거리를 파악할 수 있는 반면에, 타겟이 진행하는 이동 방향을 예측할 수 없는 문제점이 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 특허공개공보 제2013-0051694호(2013. 05. 21)에 기재되어 있다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 FMCW 주파수를 이용하여 보다 정확한 상대속도, 거리 및 이동 방향을 측정할 수 있는 FMCW 레이더 장치 및 그의 구동 방법을 제공하기 위한 것이다.
이러한 기술적 과제를 이루기 위한 본 발명의 실시예에 따른 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 장치는, 삼각파가 포함된 송신 신호를 상기 대상 물체로 송신하는 송신부; 상기 송신 신호에 대응되는 반사 신호를 수신하는 수신부; 상기 반사 신호 내 삼각파의 피크값을 검출하고, 상기 검출된 피크값과 상기 송신 신호의 심각파 피크값의 시간 차이를 이용하여 상기 대상 물체와의 거리값을 산출하는 거리 산출부; 상기 송신 신호의 삼각파와 반사 신호의 삼각파간의 주파수 크기 차이에 대한 상승 간격값과 하강 간격값을 계산하는 간격값 계산부; 및 상기 간격값 계산부에 의해 계산된 상기 상승 간격값과 상기 하강 간격값을 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 대상 물체의 이동 방향을 결정하고, 결정된 이동 방향에 따라 기 설정된 방식으로 상기 대상 물체의 상대 속도를 계산하는 상대 속도 계산부를 포함한다.
여기서, 상기 상대 속도 계산부는, 상기 상승 간격값과 상기 하강 간격값이 동일하면, 상기 대상 물체의 상대 속도를 설정된 값으로 결정할 수 있다.
여기서, 상기 상대 속도 계산부는, 상기 상승 간격값이 상기 하강 간격값보다 크면, 다음의 수학식을 이용하여 상기 상대 속도를 계산할 수 있다.
Figure 112013075304355-pat00001
여기서, R0은 상기 산출된 거리값이고, B는 상기 송신 신호의 삼각파 피크값과 f0의 차이값이고, f0는 상기 송신 신호의 최저 주파수 값이고, C는 음속값이고, TChirp는 상기 송신 신호의 삼각파 피크값의 주기이고, Fb-up는 상기 송신 신호의 삼각파와 상기 반사 신호의 삼각파의 상승 간격값이며, λ는 상기 송신 신호의 파장이다.
여기서, 상기 상대 속도 계산부는, 상기 상승 간격값보다 상기 하강 간격값이 작으면, 상기 반사 신호의 삼각파에 대한 상기 피크값과 다음의 수학식에 의한 결과값의 비교 결과에 따라 상기 대상 물체의 상대 속도를 계산할 수 있다.
Figure 112013075304355-pat00002
여기서, f0는 송신 신호의 삼각파 최저 주파수 값이고, B는 상기 송신 신호의 삼각파 피크값과 f0의 차이값이고, t는 수신 시간이고, TChirp는 상기 송신 신호의 삼각파 피크값 주기이다.
여기서, 상기 상대 속도 계산부는, 상기 피크값이 상기 결과값보다 작으면, 다음의 수학식을 이용하여 상기 상대 속도를 계산할 수 있다.
Figure 112013075304355-pat00003
여기서, R0은 상기 산출된 거리값이고, B는 상기 송신 신호의 삼각파 피크값과 f0의 차이값이고, f0는 상기 송신 신호의 최저 주파수 값이고, C는 음속값이고, TChirp는 상기 송신 신호의 삼각파 피크값의 주기이고, Fb-up는 상기 송신 신호의 삼각파와 상기 반사 신호의 삼각파의 상승 간격값이다.
여기서, 상기 상대 속도 계산부는, 상기 피크값이 상기 결과값보다 크면, 다음의 수학식을 이용하여 상기 상대 속도를 계산할 수 있다.
Figure 112013075304355-pat00004
여기서, FMCW 레이더 장치는, 상기 상대 속도 계산부에 의해 계산된 상대 속도 및 이동 방향 정보와, 상기 거리 산출부에 의해 산출된 거리 값을 사용자에게 제공하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 장치의 구동 방법은, 삼각파형 신호가 포함된 송신 신호를 상기 대상 물체로 송신하는 단계; 상기 송신 신호에 대응되는 반사 신호를 수신하는 단계; 상기 반사 신호 내 삼각파의 피크값을 검출하는 단계; 상기 검출된 피크값과 상기 송신 신호의 심각파 피크값의 시간 차이를 이용하여 상기 대상 물체와의 거리값을 산출하는 단계; 상기 송신 신호의 삼각파와 반사 신호의 삼각파간의 주파수 크기 차이에 대한 상승 간격값과 하강 간격값을 계산하는 단계; 상기 계산된 상승 간격값과 하강 간격값을 비교하는 단계; 상기 비교 결과에 따라 상기 대상 물체의 이동 방향을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 이동 방향에 따라 기 설정된 방식으로 상기 대상 물체의 상대 속도를 계산하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 종래의 FMCW 방식을 이용하여 정확하게 측정할 수 없었던 대상 물체들의 이동 방향을 효율적으로 계산할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
더욱이, 이동방향과 함께, 상대속도, 거리 정보를 사용자에게 제공함으로써, 사용자가 이동 중 주변의 대상 물체에 대한 이동을 정확하게 예측할 수 있는 효과를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 FMCW 레이더 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 FMCW 레이더 장치의 구동 방법을 도시한 순서도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 FMCW 레이더 장치와 동일한 방향으로 이동하는 대상 물체의 상대 속도 측정을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시 예에 따른 FMCW 레이더 장치와 반대 방향으로 이동하는 대상 물체의 상대 속도 측정을 설명하기 위한 도면이다.
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 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.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 FMCW 레이더 장치를 도시한 블록도이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave; 이하, "FMCW"라 함) 레이더 장치(100)는 크게 송신단(110)과 수신단(120), 제어부(130)를 포함한다.
송신단(110)은 삼각파 생성부(111), 전압 제어 발진부(112) 및 송신부(113)를 포함한다.
삼각파 생성부(111)는 제어부(130)의 제어에 따라 진동에 의한 삼각파를 생성하여 전압 제어 발진부(112)로 전송한다.
전압 제어 발진부(112)는 삼각파 생성부(111)로부터 수신하는 삼각파를 발진 주파수에 실은 송신 신호를 생성하여 송신부(113)로 전송한다.
송신부(113)는 송신 안테나를 포함하며, 송신 안테나를 통해 전압 제어 발진부(112)로부터 수신한 신호를 대상 물체로 송신한다.
수신단(120)은 수신부(121), 믹서부(122), 디지털 신호 처리부(123), 간격값 계산부(124), 상대 속도 계산부(125), 신호 변환부(126), 푸리에 변환부(127), 주파수 분석부(128) 및 거리 산출부(129)를 포함한다.
수신부(121)는 수신 안테나를 포함하며, 송신부(113)에 의해 송신된 신호에 대응되는 반사 신호를 수신하고, 수신된 반사 신호를 믹서부(122)로 전송한다.
믹서부(122)는 전압 제어 발진부(112)로부터 송신 시에 이용한 발진 주파수를 전달받고, 수신한 반사 신호를 각각 발진 주파수와 믹서하여 디지털 신호 처리부(123)로 제공한다. 이때, 믹서부(122)는 순차적으로 수신된 반사 신호에 발진 주파수를 믹서하여 송신 시 이용한 발진 주파수를 상쇄한 신호를 디지털 신호 처리부(123)로 제공한다.
디지털 신호 처리부(123)는 믹서부(122)로부터 수신된 신호를 디지털 신호로 변환하고, 변환된 디지털 신호로부터 삼각파를 추출한다.
간격값 계산부(124)는 추출된 반사 신호의 삼각파와 송신 신호의 삼각파 간의 차이를 이용하여 상승 곡선 상의 상승 간격값(Up-Chirp)과 하강 곡선 상의 하강 간격값(Down-Chirp)을 계산한다.
상대 속도 계산부(125)는 간격값 계산부(124)에 의해 계산된 간격값들을 상호 비교하고, 비교 결과에 따라 세분화하여 이동 방향에 따른 상대 속도를 계산한다. 이때, 상대 속도 계산부(125)는 비교 결과에 따라 세분화된 케이스(Case)별로 하기의 수학식 2, 4, 5 중 하나를 이용하여 상대 속도를 계산한다. 여기서, 계산된 상대 속도는 이동 방향 정보를 포함한다. 즉, 상대 속도값이 음의 값을 가지면, 역방향으로 이동하고 있는 것이고, 상대 속도값이 양의 값을 가지면 정방향으로 이동하는 있는 것을 의미한다.
신호 변환부(126)는 송신부(113)에 의해 송신된 신호에 대응되는 반사 신호를 수신하고, 수신된 신호를 디지털 신호로 변환하여 푸리에 변환부(127)로 전송한다.
푸리에 변환부(127)는 신호 변환부(126)로부터 수신된 신호에 고속 푸리에 변환을 수행하여 주파수 분석부(128)로 전달한다.
주파수 분석부(128)는 수신된 신호에 대해 시간 간격에 따른 주파수 변동을 분석하고, 가장 큰 피크값과, 피크값을 갖는 주파수의 시간(t)을 검출한다.
거리 산출부(129)는 송신 신호의 삼각파 피크값이 갖는 시간 주기(T Chirp)와 주파수 분석부(128)에 의해 검출된 피크값을 갖는 주파수의 시간(t)의 차이를 이용하여 대상 물체와의 거리를 산출한다.
제어부(130)는 삼각파 생성부(111)를 제어하여, 삼각파 생성을 위한 진동을 제어한다.
또한, 제어부(130)는 거리값 산출부(129), 상대속도 계산부(125)에 의해 각각 도출된 대상 물체와의 거리값, 상대 속도 및 이동 방향에 대한 정보를 통합하여 사용자에게 제공한다.
이러한, FMCW 레이더 장치는 종래의 FMCW 방식을 이용하여 정확하게 측정할 수 없었던 대상 물체들의 이동 방향을 효율적으로 예측할 수 있는 장점이 있다. 특히, 이동 방향에 따른 상대 속도를 더욱 정확하게 추정할 수 있는 장점이 있다.
이하, 도 2 내지 도 4b를 통해 본 발명의 FMCW 레이더 장치의 구동 방법에 대하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 FMCW 레이더 장치의 구동 방법을 도시한 순서도이고, 도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 FMCW 레이더 장치와 동일한 방향으로 이동하는 대상 물체의 상대 속도 측정을 설명하기 위한 도면이고, 도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시 예에 따른 FMCW 레이더 장치와 반대 방향으로 이동하는 대상 물체의 상대 속도 측정을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 FMCW 레이더 장치(100)는 송신단(110)을 통해 대상 물체로 삼각파가 포함된 신호를 송신한다(S200).
수신단(120)은 송신된 신호에 대응하여 대상 물체로부터 반사된 반사 신호를 수신하고(S202), 수신한 반사 신호를 이용하여 대상 물체와의 거리를 계산한다(S204).
구체적으로, 신호 변환부(126)는 반사 신호를 디지털 신호로 변환한 후 변환된 신호를 푸리에 변환부(127)로 전달하고, 푸리에 변환부(127)는 신호 변환부(126)로부터 수신된 신호에 고속 푸리에 변환을 수행하여 주파수 분석부(128)로 전달한다.
주파수 분석부(128)는 수신된 신호에 대해 시간 간격에 따른 주파수 변동을 분석하고, 가장 큰 피크값과, 피크값을 갖는 주파수의 시간(t)을 검출한다.
거리 산출부(129)는 삼각파형의 피크값이 갖는 시간 주기(T Chirp)과 주파수 분석부(128)에 의해 검출된 피크값을 갖는 주파수의 시간(t)의 차이를 이용하여 대상 물체와의 거리를 산출한다.
이와 동시에, 수신단(120)의 수신부(121)는 송신된 신호의 반사 신호를 수신하고, 수신된 신호를 믹서부(122)로 전달한다.
믹서부(122) 및 디지털 처리 신호부(123)는 각각 수신된 신호에서 발진 주파수를 상쇄한 후 디지털 신호 처리를 수행하여 삼각파를 추출한다.
간격값 계산부(124)는 추출된 반사 신호의 삼각파와 송신 신호의 삼각파를 이용하여 상승 간격값(Up-Chirp)과 하강 간격값(Down-Chirp)을 계산한다(S206). 여기서, 상승 간격값은 두 삼각파가 상승하는 곡선을 가질 때의 간격 차이값이고, 하강 간격값은 두 삼각파가 하강하는 곡선을 가질 때의 간격 차이값이다.
상대 속도 계산부(125)는 간격값 계산부(124)에 의해 계산된 두 간격값의 크기를 비교하고, 비교 결과에 따라 상승 간격값과 하강 간격값이 동일한지 여부를 판단한다(S208).
상기 S208 단계의 판단 결과, 상승 간격값과 하강 간격값이 동일하면, 상대 속도 계산부(125)는 대상 물체와의 상대 속도를 0으로 결정한 후 하기 S222단계를 수행한다(S210).
상기 S208 단계의 판단 결과, 상승 간격값과 하강 간격값이 동일하지 않으면, 상대 속도 계산부(125)는 상승 간격값이 하강 간격값보다 작은지 여부를 판단한다(S212).
상기 S212 단계의 판단 결과, 상승 간격값이 하강 간격값보다 크면(작지 않으면), 상대 속도 계산부(125)는 반사 신호의 삼각파에 대한 피크값과 송신 신호의 삼각파를 이용하여 다음의 수학식 1에 의해 계산된 결과값을 비교하여 케이스를 분류하고(S214), 분류된 케이스에 따라 하기의 수학식 2를 통해 대상 물체의 상대 속도를 계산한다(S220).
Figure 112013075304355-pat00005
여기서, f0는 송신 신호의 삼각파 최저 주파수 값이고, B는 송신 신호의 삼각파 피크값과 f0의 차이값이고, t는 반사 신호의 수신 시간이고, TChirp는 송신 신호의 삼각파 피크값 주기이다.
구체적으로, 상대 속도 계산부(125)는 반사 신호의 삼각파에 대한 피크값이 상기 수학식 1에 대한 결과값보다 작은 경우에, 도 3a와 같은 케이스 1번으로 판단하여 다음의 수학식 2를 통해 대상 물체의 상대 속도(Vr)를 계산한다.
Figure 112013075304355-pat00006
여기서, R0는 거리 산출부(129)에 의해 계산된 거리값이고, B는 송신 신호의 삼각파 피크값과 f0의 차이값이고, f0는 송신 신호의 최저 주파수 값이고, C는 음속값이고, TChirp는 송신 신호의 삼각파 피크값의 주기이고, Fb-up는 송신 신호의 삼각파와 반사 신호의 삼각파의 상승 간격값이며, λ는 송신 신호의 파장이다.
도 3a 내지 도 4b를 참조하면, 송신 신호와 반사 신호간 주파수 차이의 크기(즉, 간격값)는 비트 주파수(Beat-Frequency)이며, 상승 곡선 상에서의 비트 주파수인 상승 간격값은 업 피트 주파수(Up-beat frequency; fup-beat), 하강 곡선 상에서의 비트 주파수인 하강 간격값은 다운 피트 주파수(Down-beat frequency; fdown-beat)를 나타낸다.
도 3a를 참조하면, 송신 신호의 삼각파가 반사 신호의 삼각파보다 높은 주파수를 가지므로, 대상 물체가 측정 물체와 멀어지는 동일한 방향(정방향)으로 이동하고 있음을 알 수 있다.
또한, 상대 속도 계산부(125)는 반사 신호의 삼각파에 대한 피크값이 상기 수학식 1에 대한 결과값보다 큰 경우에, 도 3b와 같은 케이스 2번으로 판단하여 상기의 수학식 2를 통해 대상 물체의 상대 속도(Vr)를 계산한다.
도 3b를 참조하면, 송신 신호의 삼각파가 반사 신호의 삼각파보다 높은 주파수를 가지므로, 대상 물체가 측정 물체와 멀어지는 동일한 방향(정방향)으로 이동하고 있음을 알 수 있다.
한편, 도 3a 및 도 3b에 나타낸 기준 수신 신호의 삼각파는 도플러 현상이 발생하지 않았을 경우에, 수신되는 신호를 예측한 것으로, 반사 신호와 기준 수신 신호의 차이를 통해 도플러 주파수 이동값(Doppler frequency shift)을 추정할 수 있다.
상기 S212 단계의 판단 결과, 상승 간격값이 하강 간격값보다 작으면, 상대 속도 계산부(125)는 반사 신호의 삼각파에 대한 피크값과 송신 신호의 삼각파를 이용하여 다음의 수학식 3에 의해 계산된 결과값을 비교하여 케이스를 분류하고(S218), 분류된 케이스에 따라 하기의 수학식 4 또는 5를 통해 대상 물체의 상대 속도를 계산한다(S220).
Figure 112013075304355-pat00007
여기서, f0는 송신 신호의 최저 주파수 값이고, B는 송신 신호의 삼각파의 피크값과 f0의 차이값이고, t는 반사 신호의 수신 시간이고, TChirp는 송신 신호의 삼각파 피크값 주기이다.
구체적으로, 상대 속도 계산부(125)는 반사 신호의 삼각파에 대한 피크값이 상기 수학식 3에 대한 결과값보다 작은 경우에, 도 4a와 같은 케이스 3번으로 판단하여 다음의 수학식 4를 통해 대상 물체의 상대 속도(Vr)를 계산한다.
Figure 112013075304355-pat00008
여기서, R0은 거리 산출부(129)에 의해 계산된 거리값이고, B는 송신 신호의 삼각파 피크값과 f0의 차이값이고, f0는 송신 신호의 최저 주파수 값이고, C는 음속값이고, TChirp는 송신 신호의 삼각파 피크값의 주기이고, Fb-up는 송신 신호의 삼각파와 반사 신호의 삼각파의 상승 간격값이며, λ는 송신 신호의 파장이다.
도 4a를 참조하면, 송신 신호의 삼각파가 반사 신호의 삼각파보다 낮은 주파수를 가지므로, 대상 물체가 측정 물체와 가까워지는 반대 방향(역방향)으로 이동하고 있음을 알 수 있다.
또한, 상대 속도 계산부(125)는 반사 신호의 삼각파에 대한 피크값이 상기 수학식 3에 대한 결과값보다 큰 경우에, 도 4b와 같은 케이스 4번으로 판단하여 다음의 수학식 5을 통해 대상 물체의 상대 속도를 계산한다.
Figure 112013075304355-pat00009
여기서, R0은 거리 산출부(129)에 의해 계산된 거리값, B는 송신 신호의 삼각파 피크값과 f0의 차이값이고, f0는 최저 주파수 값이고, C는 음속값이고, TChirp는 송신 신호의 삼각파 피크값의 주기이고, Fb-up는 송신 신호의 삼각파와 반사 신호의 삼각파의 상승 곡선 간격값이며, λ는 송신 신호의 파장이다.
도 4b를 참조하면, 송신 신호의 삼각파가 반사 신호의 삼각파보다 낮은 주파수를 가지므로, 대상 물체가 측정 물체와 반대 방향(역방향)으로 이동하고 있음을 알 수 있다.
한편, 도 4a 및 도 4b에 나타낸 기준 수신 신호의 삼각파는 도플러 현상이 발생하지 않았을 경우에, 수신되는 신호를 예측한 것으로, 반사 신호와 기준 수신 신호의 차이를 통해 도플러 주파수 이동값(Doppler frequency shift)을 추정할 수 있다.
또한, 제어부(130)는 거리값 산출부(129), 상대속도 계산부(125)에 의해 각각 도출된 대상 물체와의 거리값, 상대 속도와 상대 속도 계산시 예측된 이동 방향에 대한 정보를 통합하여 사용자에게 제공한다. 여기서, 이동 방향은 계산된 상대 속도가 음의 값을 갖으면 역방향이되고, 양의 값을 갖으면 정방향이 된다.
이러한, 본 발명에 따른 FMCW 레이더 장치는 종래의 FMCW 방식을 이용하여 정확하게 측정할 수 없었던 대상 물체들의 이동 방향을 효율적으로 계산할 수 있는 장점이 있다. 특히, 이동방향과 함께, 상대속도, 거리 정보를 사용자에게 제공함으로써, 사용자가 이동 중 주변의 대상 물체에 대한 이동을 정확하게 예측할 수 있는 큰 장점이 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: FMCW 레이더 장치 110: 송신단
111: 삼각파 생성부 112: 전압 제어 발진부
113: 송신부 120: 수신단
121: 수신부 122: 믹서부
123: 디지털 신호 처리부 124: 간격값 계산부
126: 상대속도 계산부 127: 신호 변환부
128: 주파수 분석부 129: 거리 산출부

Claims (14)

  1. 대상 물체에 대한 감지를 수행하는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 장치에 있어서,
    삼각파가 포함된 송신 신호를 상기 대상 물체로 송신하는 송신부;
    상기 송신 신호에 대응되는 반사 신호를 수신하는 수신부;
    상기 반사 신호 내 삼각파의 피크값을 검출하고, 상기 검출된 피크값과 상기 송신 신호의 심각파 피크값의 시간 차이를 이용하여 상기 대상 물체와의 거리값을 산출하는 거리 산출부;
    상기 송신 신호의 삼각파와 반사 신호의 삼각파간의 주파수 크기 차이에 대한 상승 간격값과 하강 간격값을 계산하는 간격값 계산부; 및
    상기 간격값 계산부에 의해 계산된 상기 상승 간격값과 상기 하강 간격값을 비교하여, 비교 결과에 따라 상기 대상 물체의 이동 방향을 결정하고, 결정된 이동 방향에 따라 기 설정된 방식으로 상기 대상 물체의 상대 속도를 계산하는 상대 속도 계산부를 포함하며,
    상기 상대 속도 계산부는,
    상기 상승 간격값과 상기 하강 간격값이 동일하면, 상기 대상 물체의 상대 속도를 설정된 값으로 결정하고,
    상기 상승 간격값이 상기 하강 간격값보다 크면, 다음의 수학식을 이용하여 상기 대상 물체의 상대 속도를 계산하며,
    Figure 112015051024619-pat00010

    상기 상승 간격값이 상기 하강 간격값보다 작으면, 상기 반사 신호의 삼각파에 대한 상기 피크값과 다음의 수학식에 의한 결과값의 비교 결과에 따라 상기 대상 물체의 상대 속도를 계산하고,
    Figure 112015051024619-pat00024

    상기 피크값이 상기 결과값보다 작으면, 다음의 수학식을 이용하여 상기 상대 속도를 계산하며,
    Figure 112015051024619-pat00025

    상기 피크값이 상기 결과값보다 크면, 다음의 수학식을 이용하여 상기 상대 속도를 계산하는 FMCW 레이더 장치:
    Figure 112015051024619-pat00026

    여기서, R0은 상기 산출된 거리값이고, B는 상기 송신 신호의 삼각파 피크값과 f0의 차이값이고, f0는 상기 송신 신호의 최저 주파수 값이고, C는 음속값이고, TChirp는 상기 송신 신호의 삼각파 피크값의 주기이고, Fb-up는 상기 송신 신호의 삼각파와 상기 반사 신호의 삼각파의 상승 간격값이며, λ는 상기 송신 신호의 파장이고, t는 상기 반사 신호의 수신 시간이다.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 상대 속도 계산부에 의해 계산된 상대 속도 및 이동 방향 정보와, 상기 거리 산출부에 의해 산출된 거리 값을 사용자에게 제공하는 제어부
    를 더 포함하는 FMCW 레이더 장치.
  8. 대상 물체에 대한 감지를 수행하는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 장치의 구동 방법에 있어서,
    삼각파형 신호가 포함된 송신 신호를 상기 대상 물체로 송신하는 단계;
    상기 송신 신호에 대응되는 반사 신호를 수신하는 단계;
    상기 반사 신호 내 삼각파의 피크값을 검출하는 단계;
    상기 검출된 피크값과 상기 송신 신호의 심각파 피크값의 시간 차이를 이용하여 상기 대상 물체와의 거리값을 산출하는 단계;
    상기 송신 신호의 삼각파와 반사 신호의 삼각파간의 주파수 크기 차이에 대한 상승 간격값과 하강 간격값을 계산하는 단계;
    상기 계산된 상승 간격값과 하강 간격값을 비교하는 단계;
    상기 비교 결과에 따라 상기 대상 물체의 이동 방향을 결정하는 단계; 및
    상기 결정된 이동 방향에 따라 기 설정된 방식으로 상기 대상 물체의 상대 속도를 계산하는 단계를 포함하며,
    상기 상대 속도를 계산하는 단계는,
    상기 상승 간격값과 상기 하강 간격값이 동일하면, 상기 대상 물체의 상대 속도를 설정된 값으로 결정하고,
    상기 상승 간격값이 상기 하강 간격값보다 크면, 다음의 수학식을 이용하여 상기 상대 속도를 계산하며,
    Figure 112015051024619-pat00014

    상기 상승 간격값이 상기 하강 간격값보다 작으면, 상기 반사 신호의 삼각파에 대한 피크값과 다음의 수학식에 의한 결과값의 비교 결과에 따라 상기 대상 물체의 상대 속도를 계산하고,
    Figure 112015051024619-pat00027

    상기 피크값이 상기 결과값보다 작으면, 다음의 수학식을 이용하여 상기 상대 속도를 계산하며,
    Figure 112015051024619-pat00028

    상기 상대 속도를 계산하는 단계는,
    상기 피크값이 상기 결과값보다 크면, 다음의 수학식을 이용하여 상기 상대 속도를 계산하는 FMCW 레이더 장치의 구동 방법:
    Figure 112015051024619-pat00029

    여기서, R0은 상기 산출된 거리값이고, B는 상기 송신 신호의 삼각파 피크값과 f0의 차이값이고, f0는 상기 송신 신호의 최저 주파수 값이고, C는 음속값이고, TChirp는 상기 송신 신호의 삼각파 피크값의 주기이고, Fb-up는 상기 상승 간격값이며, λ는 상기 송신 신호의 파장이고, t는 상기 반사 신호의 수신 시간이다.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제8항에 있어서,
    상기 계산된 상대 속도, 상기 결정된 이동 방향 정보와, 상기 산출된 거리값을 사용자에게 제공하는 단계
    를 더 포함하는 FMCW 레이더 장치의 구동 방법.
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