KR20150118653A - 이동 물체 속도 측정 시스템 및 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이더의 측정 오차를 보정하여 이동 물체의 속도를 정확하게 측정하는 것이다. 즉, FMCW 레이더 및 차량 속도 센서와의 속도 오류를 CW 레이더에서 측정한 속도를 토대로 오류를 보정하는 이동 물체 속도 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 이동 물체 속도 측정 시스템은 FMCW 레이더 및 CW 레이더 중 어느 하나의 신호를 선택적으로 송신하는 레이더 신호 송신부, 레이더 신호 송신부에서 송신되어 반사된 FMCW 레이더 또는 CW 레이더 신호를 선택적으로 수신하는 레이더 신호 수신부, 및 레이더 신호 송신부를 제어하고 레이더 신호 수신부에서 수신된 신호 중 CW 레이더 신호에서 검출한 속도를 토대로 FMCW 레이더 및 차량 속도 센서의 속도 출력 값 중 어느 하나의 오류를 보정하는 신호 처리부를 포함한다.
Description
본 발명은 이동 물체 속도 측정 시스템 및 방법에 관한 것으로, 상세하게는, 레이더의 측정 오차를 보정하여 이동 물체의 속도를 정확하게 측정하는 것이다. 즉, FMCW 레이더 및 차량 속도 센서와의 속도 오류를 CW 레이더에서 측정한 속도를 토대로 오류를 보정하는 이동 물체 속도 측정 시스템 및 방법에 관한 것이다.
차량 자동 운행시 사용되는 레이더 시스템은 연속파(CW: Continuous Wave) 레이더와 주파수변조 연속파(FMCW: Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더가 대표적으로 사용된다.
CW 레이더는 동일한 안테나를 송신기와 수신기로 동시에 사용하는 듀플렉서(duplexer)를 이용하여 정현파를 송수신하는 레이더로써, 순수한 정현파로 거리 측정 능력이 매우 부족한 단점이 있다.
이러한 단점을 보완하기 위해 주파수 가변을 통해 정현파를 송수신하는 FMCW 레이더를 사용한다.
FMCW 레이더는 전자기파를 목표물에 발사시킨 후, 목표물로부터 반사 에코와 송신 주파수의 일부를 혼합하여 비트 주파수를 계측함으로써 목표물과 레이더 간의 거리를 계측하는 장점이 있다.
이 경우, FMCW 레이더에서 수신되는 반향의 주파수는 이동 물체의 속도에 따라 송신기가 방출하고 있는 신호의 주파수와 다른 값을 가진다.
즉, 주파수 차이에 의해 이동 물체의 속도를 알 수 있고 송신 시간과 수신 시간의 차이에 의해 이동 물체까지의 거리를 측정한다.
차량에서는 CW 레이더와 FMCW 레이더를 동시 또는 번갈아 가며 사용하고 있다. 이때, 두 대 이상의 레이더가 동시 운용될 경우, 장비 간 비동기에 의해 간섭 현상이 발생하게 되어 물체의 인지 능력의 저하 등을 초래하는 문제점이 있었다.
그 일례로, 한국 공개 특허 제 2011-0114795호에서는 주파수 변조 연속파(FMCW) 레이더에서 간섭 제거를 위한 시스템 간 동기화 방법에 관한 것으로, 2대 이상의 레이더가 동시에 운용될 경우, 주파수 변조 연속파(FMCW: Frequency Modulated Continuous Wave) 신호를 이용한 레이더에서 간섭 신호를 인지하고, 강제 시간 지연 및 주파수 호핑을 통해 장비 간 비동기 시간을 계산하여 보정함으로써 레이더 장비 간 동기를 맞추고, 레이더 간 간섭 신호를 제거하는, 주파수 변조 연속파 레이더에서 간섭 제거를 위한 시스템 간 동기화 방법에 관한 것이다.
그러나 이 경우에도 레이더의 차량 속도 측정 오류로 인해 고정 물체와 이동 물체 간 간섭에 의해 이동 물체의 속도 측정에 오류가 생기므로 이에 대한 해결이 필요하다.
본 발명은 전술한 종래의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 본 발명의 목적은, 레이더 차량 속도 측정 오류를 보정하는 이동 물체 속도 측정 시스템 및 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명은, 레이더 차량 속도 오류 보정에 의해 고정 물체에 의한 간섭을 줄이고 이동 물체만 검출하여 이동 물체의 속도 측정 정확도를 높일 수 있는 이동 물체 속도 측정 시스템 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 이동 물체 속도 측정 시스템은 FMCW 레이더 및 CW 레이더 중 어느 하나의 신호를 선택적으로 송신하는 레이더 신호 송신부, 레이더 신호 송신부에서 송신되어 반사된 FMCW 레이더 또는 CW 레이더 신호를 선택적으로 수신하는 레이더 신호 수신부, 및 레이더 신호 송신부를 제어하고 레이더 신호 수신부에서 수신된 신호 중 CW 레이더 신호에서 검출한 속도를 토대로 FMCW 레이더 및 차량 속도 센서의 속도 출력 값 중 어느 하나의 오류를 보정하는 신호 처리부를 포함한다.
여기서, 레이더 신호 송신부는 FMCW 레이더 신호를 발생하는 FMCW 레이더 신호 발생부, CW 레이더 신호를 발생하는 CW 레이더 신호 발생부, FMCW 레이더 신호 발생부의 출력과 CW 레이더 신호 발생부의 출력 중 어느 하나를 선택하는 송신 신호 스위치부, 송신 신호 스위치부의 출력을 증폭하는 앰프, 및 앰프에서 증폭된 신호를 송출하는 송신 안테나를 포함한다.
또한, 레이더 신호 수신부는 송신 안테나에서 송신한 신호 중 이동 물체 및 고정 물체 중 적어도 어느 하나에서 반사된 신호를 수신하는 수신 안테나, 수신 안테나의 출력을 증폭하는 앰프, 앰프에서 증폭된 신호를 신호 처리부의 제어에 의해 FMCW 레이더 신호 검출부 및 CW 레이더 신호 검출부로 스위치 하는 수신 신호 스위치부, FMCW 레이더 신호를 검출하는 FMCW 레이더 신호 검출부, 및 CW 레이더 신호를 검출하는 CW 레이더 신호 검출부를 포함한다.
여기서, 신호 처리부는 FMCW 레이더 송신 신호를 토대로 고정 물체에서 반사된 신호인 FMCW 레이더 반사 신호를 검출하여 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간과 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수를 측정한다.
또한, 신호 처리부는 FMCW 레이더 송신 신호를 토대로 이동 물체에서 반사된 신호인 FMCW 레이더 반사 신호를 검출하여 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간과 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수를 측정한다.
여기서, 신호 처리부는 CW 레이더 송신 신호를 토대로 고정 물체에서 반사된 신호인 CW 레이더 반사 신호를 검출하여 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수를 측정한다.
또한, 신호 처리부는 CW 레이더 송신 신호를 토대로 이동 물체에서 반사된 신호인 CW 레이더 반사 신호를 검출하여 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수를 측정한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 이동 물체 속도 측정 시스템은 FMCW 레이더 및 CW 레이더 신호를 합하여 동시에 송신하는 레이더 신호 송신부, 레이더 신호 송신부에서 송신되어 반사된 FMCW 레이더 및 CW 레이더 신호를 주파수로 분리하여 수신하는 레이더 신호 수신부, 및 레이더 신호 송신부를 제어하고 레이더 신호 수신부에서 수신된 신호 중 CW 레이더 신호에서 검출한 속도를 토대로 FMCW 레이더 및 차량 속도 센서의 속도 출력 값 중 어느 하나의 오류를 보정하는 신호 처리부를 포함한다.
여기서, 레이더 신호 송신부는 FMCW 레이더 신호를 발생하는 FMCW 레이더 신호 발생부, CW 레이더 신호를 발생하는 CW 레이더 신호 발생부, FMCW 레이더 신호 발생부의 출력과 CW 레이더 신호 발생부의 출력을 합하는 송신 신호 결합부, 송신 신호 결합부의 출력을 증폭하는 앰프, 및 앰프에서 증폭된 신호를 송출하는 송신 안테나를 포함한다.
또한, 레이더 신호 수신부는 송신 안테나에서 송신한 신호 중 이동 물체 및 고정 물체 중 적어도 어느 하나에서 반사된 신호를 수신하는 수신 안테나, 수신 안테나의 출력을 증폭하는 앰프, 앰프에서 증폭된 신호를 주파수로 분리하여 FMCW 레이더 신호 검출부와 CW 레이더 신호 검출부로 공급하는 수신 신호 분리부, FMCW 레이더 신호를 검출하는 FMCW 레이더 신호 검출부, 및 CW 레이더 신호를 검출하는 CW 레이더 신호 검출부를 포함한다.
여기서, 신호 처리부는 FMCW 레이더 송신 신호를 토대로 고정 물체에서 반사된 신호인 FMCW 레이더 반사 신호를 검출하여 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간과 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수를 측정한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이동 물체 속도 측정 방법은 레이더 속도 측정의 오류를 검출하는 레이더 속도 측정 오류 검출 단계, 레이더 속도 측정 오류 검출 단계에서 오류가 검출될 경우 CW레이더에서 검출한 속도를 토대로 FMCW에서 검출한 속도 및 차량 속도 센서에서 검출한 속도 중 어느 하나의 속도 출력을 보정하는 레이더 속도 측정 오류 보정 단계, 및 레이더 속도 측정 오류 검출 단계에서 오류가 없거나 또는 레이더 속도 측정 오류 검출 단계에서 오류가 있을 경우 레이더 속도 측정 오류 보정 단계에서 보정된 속도를 토대로 고정 물체에서 반사된 신호를 제거한 후 이동 물체의 속도를 측정하는 이동 물체 속도 추출 단계를 포함한다.
여기서, 레이더 속도 측정 오류 보정 단계는 CW 레이더에 의해 고정 물체의 속도를 측정하는 CW 레이더에 의한 차량 속도 추출 단계, FMCW 레이더에 의해 측정된 고정 물체의 속도와 CW 레이더에 의한 차량 속도 추출 단계에서 측정된 속도를 비교하는 FMCW 레이더에 의한 차량 속도 비교 단계, 차량 속도 센서에 의해 측정된 차량 속도와 CW 레이더에 의한 차량 속도 추출 단계에서 측정된 속도를 비교하는 차량 속도 센서에 의한 속도 비교 단계, 및 FMCW 레이더에 의한 차량 속도 비교 단계에서 비교된 값과 차량 속도 센서에 의한 속도 비교 단계에서 비교된 값 중 비교값이 적은 속도를 기준 값으로 하여 FMCW 레이더에 의해 측정된 속도 및 차량 속도 센서에 의해 측정된 차량 속도 중 어느 하나의 차량 속도에 이득을 조절하여 기준 값과 동일하도록 보정하는 차량 속도 오류 보정 단계를 포함한다.
본 발명에 의한 이동 물체 속도 측정 시스템 및 방법은 레이더 차량 속도 측정 오류를 보정하는 장점이 있다.
또한, 본 발명에 의한 이동 물체 속도 측정 시스템 및 방법은 레이더 차량 속도 오류 보정에 의해 고정 물체에 의한 간섭을 줄이고 이동 물체만 검출하여 이동 물체의 속도 측정 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 레이더 송신 환경을 나타낸 구성도이다.
도 2는 도 1의 자차를 상세히 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 2의 레이더 신호 송신부를 상세히 나타낸 구성도이다.
도 4는 도 1의 레이더 신호 수신부를 상세히 나타낸 구성도이다.
도 5는 도 1의 FMCW를 이용한 레이더 송신 신호와 레이더 송신 신호에 의한 고정 물체의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 6은 도 1의 FMCW를 이용한 레이더 송신 신호와 자차 보다 저속으로 운행하는 이동 물체의 레이더 송신 신호에 의한 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 7은 도 1의 FMCW를 이용한 레이더 송신 신호와 자차와 등속으로 운행하는 이동 물체의 레이더 송신 신호에 의한 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 8은 도 1의 FMCW를 이용한 레이더 송신 신호와 자차 보다 고속으로 운행하는 이동 물체의 레이더 송신 신호에 의한 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 9는 도 1의 CW를 이용한 레이더 송신 신호와 레이더 송신 신호에 의한 이동 물체와 고정 물체의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 레이더 송신 환경을 나타낸 구성도이다.
도 11은 도 10의 자차를 상세히 나타낸 구성도이다.
도 12는 도 11의 레이더 신호 송신부를 상세히 나타낸 구성도이다.
도 13은 도 11의 레이더 신호 수신부를 상세히 나타낸 구성도이다.
도 14는 도 10의 CW와 FMCW를 동시 이용한 레이더 송신 신호와 레이더 송신 신호에 의한 고정 물체의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 15는 도 10의 CW와 FMCW를 동시 이용한 레이더 송신 신호와 레이더 송신 신호에 의한 자차 보다 저속으로 운행하는 이동 물체의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 16은 도 10의 CW와 FMCW를 동시 이용한 레이더 송신 신호와 레이더 송신 신호에 의한 자차와 등속으로 운행하는 이동 물체의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 17은 도 10의 CW와 FMCW를 동시 이용한 레이더 송신 신호와 레이더 송신 신호에 의한 자차 보다 고속으로 운행하는 이동 물체의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 18은 본 발명에 따른 레이더 속도 측정 오류의 보정을 통해 이동 물체의 속도를 측정하는 순서도이다.
도 19는 도 18의 레이더 속도 측정 오류 보정 단계를 상세히 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1의 자차를 상세히 나타낸 구성도이다.
도 3은 도 2의 레이더 신호 송신부를 상세히 나타낸 구성도이다.
도 4는 도 1의 레이더 신호 수신부를 상세히 나타낸 구성도이다.
도 5는 도 1의 FMCW를 이용한 레이더 송신 신호와 레이더 송신 신호에 의한 고정 물체의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 6은 도 1의 FMCW를 이용한 레이더 송신 신호와 자차 보다 저속으로 운행하는 이동 물체의 레이더 송신 신호에 의한 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 7은 도 1의 FMCW를 이용한 레이더 송신 신호와 자차와 등속으로 운행하는 이동 물체의 레이더 송신 신호에 의한 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 8은 도 1의 FMCW를 이용한 레이더 송신 신호와 자차 보다 고속으로 운행하는 이동 물체의 레이더 송신 신호에 의한 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 9는 도 1의 CW를 이용한 레이더 송신 신호와 레이더 송신 신호에 의한 이동 물체와 고정 물체의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 레이더 송신 환경을 나타낸 구성도이다.
도 11은 도 10의 자차를 상세히 나타낸 구성도이다.
도 12는 도 11의 레이더 신호 송신부를 상세히 나타낸 구성도이다.
도 13은 도 11의 레이더 신호 수신부를 상세히 나타낸 구성도이다.
도 14는 도 10의 CW와 FMCW를 동시 이용한 레이더 송신 신호와 레이더 송신 신호에 의한 고정 물체의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 15는 도 10의 CW와 FMCW를 동시 이용한 레이더 송신 신호와 레이더 송신 신호에 의한 자차 보다 저속으로 운행하는 이동 물체의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 16은 도 10의 CW와 FMCW를 동시 이용한 레이더 송신 신호와 레이더 송신 신호에 의한 자차와 등속으로 운행하는 이동 물체의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 17은 도 10의 CW와 FMCW를 동시 이용한 레이더 송신 신호와 레이더 송신 신호에 의한 자차 보다 고속으로 운행하는 이동 물체의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이다.
도 18은 본 발명에 따른 레이더 속도 측정 오류의 보정을 통해 이동 물체의 속도를 측정하는 순서도이다.
도 19는 도 18의 레이더 속도 측정 오류 보정 단계를 상세히 나타낸 순서도이다.
본 발명의 실시를 위한 구체적인 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 설명한다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 의도는 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해될 수 있다.
본 발명을 설명함에 있어서 제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되지 않을 수 있다. 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 연결되어 있다거나 접속되어 있다고 언급되는 경우는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해될 수 있다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접 연결되어 있다거나 직접 접속되어 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 포함하다 또는 구비하다 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것으로서, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해될 수 있다.
또한, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 본 명세서에서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가질 수 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석될 수 있으며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않을 수 있다.
또한, 이하의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 보다 명확하게 설명하기 위해서 제공되는 것으로서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량의 레이더 송신 환경을 나타낸 구성도이며, 도 2 내지 도 9는 도 1을 상세히 설명하기 위한 구성도 및 타이밍도이다.
이하 도 1 내지 도 9를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이동 물체 속도 측정 시스템 및 방법을 설명한다.
먼저, 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 자차(101)는 전방으로 레이더 송신 신호(501)를 송신하고 이동 물체(601) 또는 고정 물체(701)에서 반사된 신호를 자차(101)에서 수신하는 환경을 나타낸다.
이동 물체(601)는 자차(101)의 속도 대비 저속, 등속, 및 고속으로 이동할 수 있으며, 이때, 반사된 신호는 레이더 송신 신호(501) 대비 지연시간이 존재하고 도플러 효과에 의해 주파수 편차가 존재한다. 자차(101)는 이러한 지연시간 및 주파수 편차를 측정하여 이동 물체(601)의 위치 및 속도를 판정한다.
한편, 고정 물체(701)에서 반사된 신호는 이동 물체(601)에서 반사된 신호와 혼합되어 자차(101)에 수신되며 자차(101)에서는 이동 물체(601)에서 반사된 신호를 구분하기 위해 고정 물체(701)에서 반사된 신호를 제거한다.
이때, 자차(101)의 속도 측정에 오류가 생길 경우 고정 물체(701)에서 반사된 신호를 이동 물체(601)에서 반사된 신호로 잘못 판단할 가능성이 있어 자동으로 주행하는 차량의 경우 심각한 차량의 제어가 행해질 수 있다.
따라서, 이동 물체(601)에서 반사된 신호만 정확히 측정하기 위해 자차(101)의 속도와 고정 물체(701)에서 반사된 신호의 정확한 속도가 일치하여야 한다.
FMCW 레이더의 경우 송신 주파수가 계속 가변하므로 반사된 레이더 신호로 차량의 속도를 판정하기 어렵다.
한편, CW 레이더의 경우 송신 주파수가 고정되므로 고정 물체에 의한 도플러 주파수 편차는 변하지 않아 정확한 도플러 주파수 편차를 측정할 수 있는 장점이 있다.
따라서, CW 레이더에서 고정물체에 의해 반사된 신호를 정확히 측정하여 FMCW에서 측정한 속도 또는 차량 속도 중 어느 하나의 오류를 보정함으로써 정확한 자차(101)의 속도와 FMCW 레이더의 속도를 일치시킬 수 있다.
도 2는 도 1의 자차(101)를 상세히 나타낸 구성도이며, 이동 물체 속도 측정 시스템은 FMCW 레이더 및 CW 레이더 중 어느 하나의 신호를 선택적으로 송신하는 레이더 신호 송신부(201), 레이더 신호 송신부(201)에서 송신되어 반사된 FMCW 레이더 또는 CW 레이더 신호를 선택적으로 수신하는 레이더 신호 수신부(401), 및 레이더 신호 송신부(201)를 제어하고 레이더 신호 수신부(401)에서 수신된 신호 중 CW 레이더 신호에서 검출한 속도를 토대로 FMCW 레이더 및 차량 속도 센서의 속도 출력 값 중 어느 하나의 오류를 보정하는 신호 처리부(301)를 포함한다.
레이더 신호 송신부(201)는 신호 처리부(301)의 제어에 의해 FMCW 레이더 신호 또는 CW 레이더 신호를 증폭하여 안테나를 통해 고정 물체(701) 및 이동 물체(601)로 선택적으로 송신한다.
고정 물체(701) 및 이동 물체(601)에서 반사된 FMCW 레이더 신호 또는 CW 레이더 신호는 레이더 신호 수신부(401)로 안테나를 통해 수신 및 증폭되며 신호 처리부(301)의 제어에 의해 FMCW 레이더 신호와 CW 신호를 시간상으로 분리 및 검출하여 신호 처리부(301)로 제공된다.
신호 처리부(301)는 차량 속도 센서로부터 측정된 차량 속도와 레이더 신호 송신부(201)에서 송신한 신호와 레이더 신호 수신부(401)에서 수신된 신호를 비교하여 이동 물체(601)의 정확한 속도를 측정한다.
이동 물체(601)의 정확한 속도를 측정하기 위해 고정 물체(701)에서 반사된 신호를 제거하여 이동 물체(601)에서 반사된 신호만 측정한다.
이때, 차량의 속도와 FMCW 레이더에 의해 측정된 속도가 정확히 일치하지 않으면 고정 물체(701)에서 반사된 신호를 제거하기 어렵다.
따라서, 차량의 속도와 FMCW 레이더에 의해 측정된 속도에 오류가 발생하면 속도 오류 값을 보정하여야 한다.
속도 오류를 보정하기 위해 신호 처리부(301)는 CW 레이더를 레이더 신호 송신부(201)를 통해 송신하고 레이더 신호 수신부(401)에서 수신한 신호를 분석하여 고정 물체(701)에서 반사된 신호만 측정하여 정확한 차량의 속도를 측정하여 속도 오류를 보정한다.
속도 오류를 보정하기 위해, FMCW 레이더에 의해 측정된 속도와 차량 속도 센서에서 측정된 속도 중 CW 레이더에 의해 측정된 속도와 편차가 가장 적은 값으로 기준값을 선정한다.
즉, FMCW 레이더에 의해 측정된 속도와 CW 레이더에 의해 측정된 속도와의 편차가 차량 속도 센서에서 측정된 속도와 CW 레이더에 의해 측정된 속도와의 편차보다 적을 경우 FMCW 레이더에 의해 측정된 속도와 차량 속도 센서에서 측정된 속도가 일치하도록 차량 속도 센서에서 측정된 속도에 이득을 곱하여 보정한다.
이와 마찬가지로, 차량 속도 센서에 의해 측정된 속도와 CW 레이더에 의해 측정된 속도와의 편차가 FMCW 레이더에 의해 측정된 속도와 CW 레이더에 의해 측정된 속도와의 편차보다 적을 경우 FMCW 레이더에 의해 측정된 속도와 차량 속도 센서에서 측정된 속도가 일치하도록 FMCW 레이더에 의해 측정된 속도에 이득을 곱하여 보정한다.
속도의 보정은 잡음으로 인한 오류를 최소로 하기 위해 이동 평균(moving average)를 사용하며, 신호 처리부(신호 처리부(301))의 처리속도 및 속도 오류 상태에 따라 처리 속도가 다르나 레이더에 보정된 속도를 반영하기 위해서 적어도 1[sec] 이하의 처리 속도로 수행한다.
도 3은 도 2의 레이더 신호 송신부(201)를 상세히 나타낸 구성도이며, 레이더 신호 송신부(201)는 FMCW 레이더 신호를 발생하는 FMCW 레이더 신호 발생부(211), CW 레이더 신호를 발생하는 CW 레이더 신호 발생부(221), FMCW 레이더 신호 발생부(211)의 출력과 CW 레이더 신호 발생부(221)의 출력 중 어느 하나를 선택하는 송신 신호 스위치부(251), 송신 신호 스위치부(251)의 출력을 증폭하는 앰프(231), 및 앰프(231)에서 증폭된 신호를 송출하는 송신 안테나(241)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 신호 처리부(301)의 제어에 의해 FMCW 레이더 신호 발생부(211) 또는 CW 레이더 신호 발생부(221)에서 발생한 신호는 송신 신호 스위치부(251)로 공급되고 이 중 어느 하나가 선택되어 앰프(231)에서 고출력 증폭되어 송신 안테나(241)를 통해 이동 물체(601) 및 고정 물체(701)로 송신된다.
한편, FMCW 레이더 신호 발생부(211)와 CW 레이더 신호 발생부(221)는 하나의 하드웨어로 구성되거나 두 개의 하드웨어로 별도로 구성할 수 있으며, 앰프(231)와 송신 안테나(241) 사이는 앰프(231)에서 발생하는 불요파를 제거하기 위해 필터가 사용될 수도 있다.
도 4는 도 1의 레이더 신호 수신부(401)를 상세히 나타낸 구성도이며, 레이더 신호 수신부(401)는 송신 안테나(241)에서 송신한 신호 중 이동 물체(601) 및 고정 물체(701) 중 적어도 어느 하나에서 반사된 신호를 수신하는 수신 안테나(441), 수신 안테나(441)의 출력을 증폭하는 앰프(431), 앰프(431)에서 증폭된 신호를 신호 처리부(301)의 제어에 의해 FMCW 레이더 신호 검출부(411) 및 CW 레이더 신호 검출부(421)로 스위치 하는 수신 신호 스위치부(451), FMCW 레이더 신호를 검출하는 FMCW 레이더 신호 검출부(411), 및 CW 레이더 신호를 검출하는 CW 레이더 신호 검출부(421)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 이동 물체(601) 또는 고정 물체(701)에서 반사된 레이더 신호는 수신 안테나(441)에서 수신되어 앰프(431)에서 저잡음 증폭된 후 신호 처리부(301)의 제어에 의해 수신 신호 스위치부(451)에서 FMCW 레이더 신호 검출부(411) 및 CW 레이더 신호 검출부(421)로 분리되며 FMCW 레이더 신호 검출부(411) 및 CW 레이더 신호 검출부(421)에서 레이더 신호를 검출한다.
검출된 신호는 신호 처리부(301)로 전송되어 분석되며 검출된 신호 중 고정 물체(701)에서 반사된 신호는 제거하고 이동 물체(601)에서 반사된 신호만 측정하여 이동 물체(601)의 위치 및 속도를 정확히 판정한다.
도 5는 도 1의 FMCW를 이용한 레이더 송신 신호(501)와 레이더 송신 신호(501)에 의한 고정 물체(701)의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이며, 신호 처리부(301)는 FMCW 레이더 송신 신호(111)를 토대로 고정 물체(701)에서 반사된 신호인 FMCW 레이더 반사 신호(711)를 검출하여 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간(801)과 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(901)를 측정하는 것을 특징으로 한다.
고정 물체(701)는 자차(101)와 상대적으로 자차(101)의 속도만큼의 차이가 나므로 FMCW 레이더 송신 신호(111)보다 높은 주파수로 검출되며 자차(101)와 고정 물체(701)의 거리 차이만큼 시간 지연되어 검출된다.
즉, FMCW 레이더 반사 신호(711)는 FMCW 레이더 송신 신호(111)보다 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(901)만큼 높은 주파수로 검출되고 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간(801)만큼 지연되어 검출되는 특징이 있다.
도 6은 도 1의 FMCW를 이용한 레이더 송신 신호(501)와 자차(101)보다 저속으로 운행하는 이동 물체(601)의 레이더 송신 신호(501)에 의한 반사 신호를 나타낸 타이밍도이며, 신호 처리부(301)는 FMCW 레이더 송신 신호(111)를 토대로 이동 물체(601)에서 반사된 신호인 FMCW 레이더 반사 신호(611)를 검출하여 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간(811)과 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(911)를 측정하는 것을 특징으로 한다.
이동 물체(601)는 자차(101)와 상대적으로 자차(101)의 속도보다 저속이므로 FMCW 레이더 송신 신호(111)보다 높은 주파수로 검출되며 자차(101)와 이동 물체(601)의 거리 차이만큼 시간 지연되어 검출된다.
즉, FMCW 레이더 반사 신호(611)는 FMCW 레이더 송신 신호(111)보다 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(911)만큼 높은 주파수로 검출되고 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간(811)만큼 지연되어 검출되는 특징이 있다.
도 7은 도 1의 FMCW를 이용한 레이더 송신 신호(501)와 자차(101)와 등속으로 운행하는 이동 물체(601)의 레이더 송신 신호(501)에 의한 반사 신호를 나타낸 타이밍도이며, 신호 처리부(301)는 FMCW 레이더 송신 신호(111)를 토대로 이동 물체(601)에서 반사된 신호인 FMCW 레이더 반사 신호(621)를 검출하여 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간(821)과 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(921)를 측정하는 것을 특징으로 한다.
이동 물체(601)는 자차(101)와 등속이므로 FMCW 레이더 송신 신호(111)와 동일한 주파수로 검출되며 자차(101)와 이동 물체(601)의 거리 차이만큼 시간 지연되어 검출된다.
즉, FMCW 레이더 반사 신호(621)는 FMCW 레이더 송신 신호(111)보다 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간(821)만큼 지연되어 검출되는 특징이 있으며, 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(921)의 값은 0으로 검출된다.
도 8은 도 1의 FMCW를 이용한 레이더 송신 신호(501)와 자차(101)보다 고속으로 운행하는 이동 물체(601)의 레이더 송신 신호(501)에 의한 반사 신호를 나타낸 타이밍도이며, 신호 처리부(301)는 FMCW 레이더 송신 신호(111)를 토대로 이동 물체(601)에서 반사된 신호인 FMCW 레이더 반사 신호(631)를 검출하여 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간(831)과 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(931)를 측정하는 것을 특징으로 한다.
이동 물체(601)는 자차(101)와 상대적으로 자차(101)의 속도보다 고속이므로 FMCW 레이더 송신 신호(111)보다 낮은 주파수로 검출되며 자차(101)와 이동 물체(601)의 거리 차이만큼 시간 지연되어 검출된다.
즉, FMCW 레이더 반사 신호(631)는 FMCW 레이더 송신 신호(111)보다 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(931)만큼 낮은 주파수로 검출되고 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간(831)만큼 지연되어 검출되는 특징이 있다.
도 9는 도 1의 CW를 이용한 레이더 송신 신호(501)와 레이더 송신 신호(501)에 의한 이동 물체(601)와 고정 물체(701)의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이며, 신호 처리부(301)는 CW 레이더 송신 신호(151)를 토대로 고정 물체(701)에서 반사된 신호인 CW 레이더 반사 신호(751)를 검출하여 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(951)를 측정하는 것을 특징으로 한다. 신호 처리부(301)는 CW 레이더 송신 신호(151)를 토대로 이동 물체(601)에서 반사된 신호인 CW 레이더 반사 신호(651)를 검출하여 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(961)를 측정하는 것을 특징으로 한다.
이외에도 신호 처리부(301)는 이동 물체(601)의 속도에 따라 자차(101)보다 고속일 경우 자차(101)의 속도보다 낮은 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(981)로 측정되고 이동 물체(601)의 속도가 자차(101)와 동일할 경우 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(971)는 영으로 측정된다.
이때 CW 레이더의 특성상 자차(101)와 고정 물체(701)와의 거리 또는 자차(101)와 이동 물체(601)와의 거리를 측정할 수 없는 단점이 있으나 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(951), 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(961), 및 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(981)는 정확히 측정할 수 있는 장점이 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량의 레이더 송신 환경을 나타낸 구성도이며, 도 11 내지 도 17은 도 10을 상세히 설명하기 위한 구성도 및 타이밍도이다.
이하 도 10 내지 도 17을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 이동 물체 속도 측정 시스템 및 방법을 설명한다.
먼저, 도 10을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 자차(102)는 전방으로 레이더 송신 신호(502)를 송신하고 이동 물체(602) 또는 고정 물체(702)에서 반사된 신호를 자차(102)에서 수신하는 환경을 나타낸다.
이동 물체(602)는 자차(102)의 속도 대비 저속, 등속, 및 고속으로 이동할 수 있으며, 이때, 반사된 신호는 레이더 송신 신호(502) 대비 지연시간이 존재하고 도플러 효과에 의해 주파수 편차가 존재한다. 자차(102)는 이러한 지연시간 및 주파수 편차를 측정하여 이동 물체(602)의 위치 및 속도를 판정한다.
한편, 고정 물체(702)에서 반사된 신호는 이동 물체(602)에서 반사된 신호와 혼합되어 자차(102)에 수신되며 자차(102)에서는 이동 물체(602)에서 반사된 신호를 구분하기 위해 고정 물체(702)에서 반사된 신호를 제거한다.
이때, 자차(102)의 속도 측정에 오류가 생길 경우 고정 물체(702)에서 반사된 신호를 이동 물체(602)에서 반사된 신호로 잘못 판단할 가능성이 있어 자동으로 주행하는 차량의 경우 심각한 차량의 제어가 행해질 수 있다.
따라서, 이동 물체(602)에서 반사된 신호만 정확히 측정하기 위해 자차(102)의 속도와 고정 물체(702)에서 반사된 신호의 정확한 속도가 일치하여야 한다.
FMCW 레이더의 경우 송신 주파수가 계속 가변하므로 반사된 레이더 신호로 차량의 속도를 판정하기 어렵다.
한편, CW 레이더의 경우 송신 주파수가 고정되므로 고정 물체에 의한 도플러 주파수 편차는 변하지 않아 정확한 도플러 주파수 편차를 측정할 수 있는 장점이 있다.
따라서, CW 레이더에서 고정물체에 의해 반사된 신호를 정확히 측정하여 FMCW에서 측정한 속도 또는 차량 속도 중 어느 하나의 오류를 보정함으로써 정확한 자차(102)의 속도와 FMCW 레이더의 속도를 일치시킬 수 있다.
도 11은 도 10의 자차(102)를 상세히 나타낸 구성도이며, 이동 물체 속도 측정 시스템은 FMCW 레이더 및 CW 레이더 신호를 합하여 동시에 송신하는 레이더 신호 송신부(202), 레이더 신호 송신부(202)에서 송신되어 반사된 FMCW 레이더 및 CW 레이더 신호를 주파수로 분리하여 수신하는 레이더 신호 수신부(402), 및 레이더 신호 송신부(202)를 제어하고 레이더 신호 수신부(402)에서 수신된 신호 중 CW 레이더 신호에서 검출한 속도를 토대로 FMCW 레이더 및 차량 속도 센서의 속도 출력 값 중 어느 하나의 오류를 보정하는 신호 처리부(302)를 포함한다.
레이더 신호 송신부(202)는 신호 처리부(302)의 제어에 의해 주파수가 서로 다른 FMCW 레이더 신호 및 CW 레이더 신호를 동시에 증폭하여 안테나를 통해 고정 물체(702) 및 이동 물체(602)로 송신한다.
고정 물체(702) 및 이동 물체(602)에서 반사된 FMCW 레이더 신호 및 CW 레이더 신호는 레이더 신호 수신부(402)로 안테나를 통해 수신되며 증폭, 주파수 분리 및 검출하여 신호 처리부(302)로 제공된다.
신호 처리부(302)는 차량 속도 센서로부터 측정된 차량 속도와 레이더 신호 송신부(202)에서 송신한 신호와 레이더 신호 수신부(402)에서 수신된 신호를 비교하여 이동 물체(602)의 정확한 속도를 측정한다.
이동 물체(602)의 정확한 속도를 측정하기 위해 고정 물체(702)에서 반사된 신호를 제거하여 이동 물체(602)에서 반사된 신호만 측정한다.
이때, 차량의 속도와 FMCW 레이더에 의해 측정된 속도가 정확히 일치하지 않으면 고정 물체(702)에서 반사된 신호를 제거하기 어렵다.
따라서, 차량의 속도와 FMCW 레이더에 의해 측정된 속도에 오류가 발생하면 속도 오류 값을 보정하여야 한다.
속도 오류를 보정하기 위해 신호 처리부(302)는 레이더 신호 수신부(402)에서 수신한 CW 레이더의 반사 신호를 분석하여 고정 물체(702)에서 반사된 신호만 측정하여 정확한 차량의 속도를 측정하여 속도 오류를 보정한다.
속도 오류를 보정하기 위해, FMCW 레이더에 의해 측정된 속도와 차량 속도 센서에서 측정된 속도 중 CW 레이더에 의해 측정된 속도와 편차가 가장 적은 값으로 기준값을 선정한다.
즉, FMCW 레이더에 의해 측정된 속도와 CW 레이더에 의해 측정된 속도와의 편차가 차량 속도 센서에서 측정된 속도와 CW 레이더에 의해 측정된 속도와의 편차보다 적을 경우 FMCW 레이더에 의해 측정된 속도와 차량 속도 센서에서 측정된 속도가 일치하도록 차량 속도 센서에서 측정된 속도에 이득을 곱하여 보정한다.
이와 마찬가지로, 차량 속도 센서에 의해 측정된 속도와 CW 레이더에 의해 측정된 속도와의 편차가 FMCW 레이더에 의해 측정된 속도와 CW 레이더에 의해 측정된 속도와의 편차보다 적을 경우 FMCW 레이더에 의해 측정된 속도와 차량 속도 센서에서 측정된 속도가 일치하도록 FMCW 레이더에 의해 측정된 속도에 이득을 곱하여 보정한다.
속도의 보정은 잡음으로 인한 오류를 최소로 하기 위해 이동 평균(moving average)를 사용하며, 신호 처리부(신호 처리부(301))의 처리속도 및 속도 오류 상태에 따라 처리 속도가 다르나 레이더에 보정된 속도를 반영하기 위해서 적어도 1[sec] 이하의 처리 속도로 수행한다.
도 12는 도 11의 레이더 신호 송신부(202)를 상세히 나타낸 구성도이며, 레이더 신호 송신부(202)는 FMCW 레이더 신호를 발생하는 FMCW 레이더 신호 발생부(212), CW 레이더 신호를 발생하는 CW 레이더 신호 발생부(222), FMCW 레이더 신호 발생부(212)의 출력과 CW 레이더 신호 발생부(222)의 출력을 합하는 송신 신호 결합부(252), 송신 신호 결합부(252)의 출력을 증폭하는 앰프(232), 및 앰프(232)에서 증폭된 신호를 송출하는 송신 안테나(242)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 신호 처리부(302)의 제어에 의해 FMCW 레이더 신호 발생부(212) 또는 CW 레이더 신호 발생부(222)에서 발생한 신호 모두 송신 신호 결합부(252)로 공급되고 송신 신호 결합부(252) 신호는 앰프(232)에서 고출력 증폭되어 송신 안테나(242)를 통해 이동 물체(602) 및 고정 물체(702)로 동시에 송신된다.
한편, FMCW 레이더 신호 발생부(212)와 CW 레이더 신호 발생부(222)는 하나의 하드웨어로 구성되거나 두 개의 하드웨어로 별도로 구성할 수 있으며, 앰프(232)와 송신 안테나(242) 사이는 앰프(232)에서 발생하는 불요파를 제거하기 위해 필터가 사용될 수도 있다.
도 13은 도 11의 레이더 신호 수신부(402)를 상세히 나타낸 구성도이며, 레이더 신호 수신부(402)는 송신 안테나(242)에서 송신한 신호 중 이동 물체(602) 및 고정 물체(701) 중 적어도 어느 하나에서 반사된 신호를 수신하는 수신 안테나(442), 수신 안테나(442)의 출력을 증폭하는 앰프(432), 앰프(432)에서 증폭된 신호를 주파수로 분리하여 FMCW 레이더 신호 검출부(412)과 CW 레이더 신호 검출부(422)로 공급하는 수신 신호 분리부(452), FMCW 레이더 신호를 검출하는 FMCW 레이더 신호 검출부(412), 및 CW 레이더 신호를 검출하는 CW 레이더 신호 검출부(422)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
즉, 이동 물체(602) 또는 고정 물체(702)에서 반사된 레이더 신호는 수신 안테나(442)에서 수신되어 앰프(432)에서 저잡음 증폭된 후 수신 신호 분기부(452)에서 주파수 분리되어 FMCW 레이더 신호 검출부(412) 및 CW 레이더 신호 검출부(422)로 공급되어 검출된다.
검출된 신호는 신호 처리부(302)로 전송되어 고정 물체(702)에서 반사된 신호를 제거하고 이동 물체(602)에서 반사된 신호만 측정하여 이동 물체(602)의 위치 및 속도를 판정한다.
도 14는 도 10의 CW와 FMCW를 동시 이용한 레이더 송신 신호(502)와 레이더 송신 신호(502)에 의한 고정 물체(701)의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이며, 신호 처리부(302)는 FMCW 레이더 송신 신호(112)를 토대로 고정 물체(702)에서 반사된 신호인 FMCW 레이더 반사 신호(712)를 검출하여 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간(802)과 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(902)를 측정하는 것을 특징으로 한다.
고정 물체(702)는 자차(102)와 상대적으로 자차(102)의 속도만큼의 차이가 나므로 FMCW 레이더 송신 신호(112)보다 높은 주파수로 검출되며 자차(102)와 고정 물체(702)의 거리 차이만큼 시간 지연되어 검출된다.
즉, FMCW 레이더 반사 신호(712)는 FMCW 레이더 송신 신호(112)보다 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(902)만큼 높은 주파수로 검출되고 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간(802)만큼 지연되어 검출되는 특징이 있다.
한편, CW 레이더에 의해 측정된 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(952)는 FMCW 레이더에 의해 측정된 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(902) 또는 자차 속도 센서에 의해 측정된 속도의 속도 오류 보정을 위해 사용한다.
도 15는 도 10의 CW와 FMCW를 동시 이용한 레이더 송신 신호(502)와 레이더 송신 신호(502)에 의한 자차(102)보다 저속으로 운행하는 이동 물체(602)의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이며, 신호 처리부(302)는 FMCW 레이더 송신 신호(112)를 토대로 이동 물체(602)에서 반사된 신호인 FMCW 레이더 반사 신호(612)를 검출하여 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간(812)과 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(912)를 측정하는 것을 특징으로 한다.
이동 물체(602)는 자차(102)와 상대적으로 자차(102)의 속도보다 저속이므로 FMCW 레이더 송신 신호(112)보다 높은 주파수로 검출되며 자차(102)와 이동 물체(602)의 거리 차이만큼 시간 지연되어 검출된다.
즉, FMCW 레이더 반사 신호(612)는 FMCW 레이더 송신 신호(112)보다 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(912)만큼 높은 주파수로 검출되고 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간(812)만큼 지연되어 검출되는 특징이 있다.
한편, CW 레이더에 의해 측정된 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(962)는 FMCW 레이더에 의해 측정된 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(912) 또는 자차 속도 센서에 의해 측정된 속도의 속도 오류 보정을 위해 사용한다.
도 16은 도 10의 CW와 FMCW를 동시 이용한 레이더 송신 신호(502)와 레이더 송신 신호(502)에 의한 자차(102)와 등속으로 운행하는 이동 물체(602)의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이며, 신호 처리부(302)는 FMCW 레이더 송신 신호(112)를 토대로 이동 물체(602)에서 반사된 신호인 FMCW 레이더 반사 신호(622)를 검출하여 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간(822)과 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(922)를 측정하는 것을 특징으로 한다.
이동 물체(602)는 자차(102)와 등속이므로 FMCW 레이더 송신 신호(112)와 동일한 주파수로 검출되며 자차(102)와 이동 물체(602)의 거리 차이만큼 시간 지연되어 검출된다.
즉, FMCW 레이더 반사 신호(622)는 FMCW 레이더 송신 신호(112)보다 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간(822)만큼 지연되어 검출되는 특징이 있으며, 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(922)의 값은 0으로 검출된다.
한편, CW 레이더에 의해 측정된 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(972)는 FMCW 레이더에 의해 측정된 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(922) 또는 자차 속도 센서에 의해 측정된 속도의 속도 오류 보정을 위해 사용한다.
도 17은 도 10의 CW와 FMCW를 동시 이용한 레이더 송신 신호(502)와 레이더 송신 신호(502)에 의한 자차(102)보다 고속으로 운행하는 이동 물체(602)의 반사 신호를 나타낸 타이밍도이며, 신호 처리부(302)는 FMCW 레이더 송신 신호(112)를 토대로 이동 물체(602)에서 반사된 신호인 FMCW 레이더 반사 신호(632)를 검출하여 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간(832)과 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(932)를 측정하는 것을 특징으로 한다.
이동 물체(602)는 자차(102)와 상대적으로 자차(102)의 속도보다 고속이므로 FMCW 레이더 송신 신호(112)보다 낮은 주파수로 검출되며 자차(102)와 이동 물체(602)의 거리 차이만큼 시간 지연되어 검출된다.
즉, FMCW 레이더 반사 신호(632)는 FMCW 레이더 송신 신호(112)보다 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(932)만큼 낮은 주파수로 검출되고 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간(832)만큼 지연되어 검출되는 특징이 있다.
한편, CW 레이더에 의해 측정된 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(982)는 FMCW 레이더에 의해 측정된 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수(932) 또는 자차 속도 센서에 의해 측정된 속도의 속도 오류 보정을 위해 사용한다.
도 18은 본 발명에 따른 레이더 속도 측정 오류의 보정을 통해 이동 물체의 속도를 측정하는 순서도이며, 도 19는 도 18을 상세히 설명하기 위한 순서도이다.
이하 도 18 내지 도 19를 참조하여 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이동 물체 속도 측정 시스템 및 방법을 설명한다.
먼저, 도 18을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 이동 물체 속도 측정 방법은 레이더 속도 측정의 오류를 검출하는 레이더 속도 측정 오류 검출 단계(S100), 레이더 속도 측정 오류 검출 단계(S100)에서 오류가 검출될 경우 CW레이더에서 검출한 속도를 토대로 FMCW에서 검출한 속도 및 차량 속도 센서에서 검출한 속도 중 어느 하나의 속도 출력을 보정하는 레이더 속도 측정 오류 보정 단계(S200), 및 레이더 속도 측정 오류 검출 단계(S100)에서 오류가 없거나 또는 레이더 속도 측정 오류 검출 단계(S100)에서 오류가 있을 경우 레이더 속도 측정 오류 보정 단계(S200)에서 보정된 속도를 토대로 고정 물체에서 반사된 신호를 제거한 후 이동 물체의 속도를 측정하는 이동 물체 속도 추출 단계(S300)를 포함한다.
레이더 속도 측정 오류 검출 단계(S100)에서 레이더 속도 측정의 오류는 FMCW에서 측정한 속도와 자차 속도 센서에서 측정한 속도에 차이가 있을 경우를 나타낸다.
이때, FMCW에서 측정한 속도는 고정 물체를 통해 측정되는 도플러 주파수를 자차 속도로 환산한 속도이다.
따라서, 자차의 속도 대비 고정 물체와의 도플러 주파수가 FMCW 레이더의 수신 신호에서 정확히 측정이 되지 않으면 이동 물체에 대한 속도가 정확히 측정되지 않는다.
고정 물체의 간섭에 의해 이동 물체의 속도가 정확히 측정되지 않을 경우 자동으로 운행하는 차량에 위험한 결과를 초래할 수 있다.
따라서, 이동 물체 속도 추출 단계(S300)에서 이동 물체의 속도 추출은 고정 물체의 속도 데이터를 제거한 후 측정한다.
도 19는 도 18의 레이더 속도 측정 오류 보정 단계(S200)를 상세히 나타낸 순서도이며, 레이더 속도 측정 오류 보정 단계(S200)는 CW 레이더에 의해 고정 물체의 속도를 측정하는 CW 레이더에 의한 차량 속도 추출 단계(S210), FMCW 레이더에 의해 측정된 고정 물체의 속도와 CW 레이더에 의한 차량 속도 추출 단계(S210)에서 측정된 속도를 비교하는 FMCW 레이더에 의한 차량 속도 비교 단계(S220), 차량 속도 센서에 의해 측정된 차량 속도와 CW 레이더에 의한 차량 속도 추출 단계(S210)에서 측정된 속도를 비교하는 차량 속도 센서에 의한 속도 비교 단계(S230), 및 FMCW 레이더에 의한 차량 속도 비교 단계(S220)에서 비교된 값과 차량 속도 센서에 의한 속도 비교 단계(S230)에서 비교된 값 중 비교값이 적은 속도를 기준 값으로 하여 FMCW 레이더에 의해 측정된 속도 및 차량 속도 센서에 의해 측정된 차량 속도 중 어느 하나의 차량 속도에 이득을 조절하여 기준 값과 동일하도록 보정하는 차량 속도 오류 보정 단계(S240)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같이 본 발명에 따른 이동 물체 속도 측정 시스템 및 방법은 레이더 차량 속도 측정 오류를 보정하는 장점이 있으며, 레이더 차량 속도 오류 보정에 의해 고정 물체에 의한 간섭을 줄이고 이동 물체만 검출하여 이동 물체의 속도 측정 정확도를 높일 수 있는 효과가 있다.
Claims (14)
- FMCW 레이더 및 CW 레이더 중 어느 하나의 신호를 선택적으로 송신하는 레이더 신호 송신부;
상기 레이더 신호 송신부에서 송신되어 반사된 상기 FMCW 레이더 또는 상기 CW 레이더 신호를 선택적으로 수신하는 레이더 신호 수신부; 및
상기 레이더 신호 송신부를 제어하고 상기 레이더 신호 수신부에서 수신된 신호 중 상기 CW 레이더 신호에서 검출한 속도를 토대로 상기 FMCW 레이더 및 차량 속도 센서의 속도 출력 값 중 어느 하나의 오류를 보정하는 신호 처리부;를 포함하는 이동 물체 속도 측정 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 레이더 신호 송신부는,
FMCW 레이더 신호를 발생하는 FMCW 레이더 신호 발생부;
CW 레이더 신호를 발생하는 CW 레이더 신호 발생부;
상기 FMCW 레이더 신호 발생부의 출력과 상기 CW 레이더 신호 발생부의 출력 중 어느 하나를 선택하는 송신 신호 스위치부;
상기 송신 신호 스위치부의 출력을 증폭하는 앰프; 및
상기 앰프에서 증폭된 신호를 송출하는 송신 안테나;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 물체 속도 측정 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 레이더 신호 수신부는,
상기 송신 안테나에서 송신한 신호 중 이동 물체 및 고정 물체 중 적어도 어느 하나에서 반사된 신호를 수신하는 수신 안테나;
상기 수신 안테나의 출력을 증폭하는 앰프;
상기 앰프에서 증폭된 신호를 상기 신호 처리부의 제어에 의해 FMCW 레이더 신호 검출부 및 CW 레이더 신호 검출부로 스위치 하는 수신 신호 스위치부;
FMCW 레이더 신호를 검출하는 상기 FMCW 레이더 신호 검출부; 및
CW 레이더 신호를 검출하는 상기 CW 레이더 신호 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 물체 속도 측정 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 FMCW 레이더 송신 신호를 토대로 상기 고정 물체에서 반사된 신호인 FMCW 레이더 반사 신호를 검출하여 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간과 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수를 측정하는 것을 특징으로 하는 이동 물체 속도 측정 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 FMCW 레이더 송신 신호를 토대로 상기 이동 물체에서 반사된 신호인 FMCW 레이더 반사 신호를 검출하여 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간과 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수를 측정하는 것을 특징으로 하는 이동 물체 속도 측정 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
CW 레이더 송신 신호를 토대로 상기 고정 물체에서 반사된 신호인 CW 레이더 반사 신호를 검출하여 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수를 측정하는 것을 특징으로 하는 이동 물체 속도 측정 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 CW 레이더 송신 신호를 토대로 상기 이동 물체에서 반사된 신호인 CW 레이더 반사 신호를 검출하여 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수를 측정하는 것을 특징으로 하는 이동 물체 속도 측정 시스템. - FMCW 레이더 및 CW 레이더 신호를 합하여 동시에 송신하는 레이더 신호 송신부;
상기 레이더 신호 송신부에서 송신되어 반사된 상기 FMCW 레이더 및 상기 CW 레이더 신호를 주파수로 분리하여 수신하는 레이더 신호 수신부; 및
상기 레이더 신호 송신부를 제어하고 상기 레이더 신호 수신부에서 수신된 신호 중 상기 CW 레이더 신호에서 검출한 속도를 토대로 상기 FMCW 레이더 및 차량 속도 센서의 속도 출력 값 중 어느 하나의 오류를 보정하는 신호 처리부;를 포함하는 이동 물체 속도 측정 시스템. - 제 8항에 있어서,
상기 레이더 신호 송신부는,
FMCW 레이더 신호를 발생하는 FMCW 레이더 신호 발생부;
CW 레이더 신호를 발생하는 CW 레이더 신호 발생부;
상기 FMCW 레이더 신호 발생부의 출력과 상기 CW 레이더 신호 발생부의 출력을 합하는 송신 신호 결합부;
상기 송신 신호 결합부의 출력을 증폭하는 앰프; 및
상기 앰프에서 증폭된 신호를 송출하는 송신 안테나;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 물체 속도 측정 시스템. - 제 8항에 있어서,
상기 레이더 신호 수신부는,
상기 송신 안테나에서 송신한 신호 중 이동 물체 및 상기 고정 물체 중 적어도 어느 하나에서 반사된 신호를 수신하는 수신 안테나;
상기 수신 안테나의 출력을 증폭하는 앰프;
상기 앰프에서 증폭된 신호를 주파수로 분리하여 FMCW 레이더 신호 검출부와 CW 레이더 신호 검출부로 공급하는 수신 신호 분리부;
FMCW 레이더 신호를 검출하는 상기 FMCW 레이더 신호 검출부; 및
CW 레이더 신호를 검출하는 상기 CW 레이더 신호 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 물체 속도 측정 시스템. - 제 8항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 FMCW 레이더 송신 신호를 토대로 고정 물체에서 반사된 신호인 FMCW 레이더 반사 신호를 검출하여 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간과 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수를 측정하는 것을 특징으로 하는 이동 물체 속도 측정 시스템. - 제 8항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 FMCW 레이더 송신 신호를 토대로 상기 이동 물체에서 반사된 신호인 FMCW 레이더 반사 신호를 검출하여 자차와의 거리 차이에 의한 신호 지연 시간과 자차와의 속도 차이에 의한 도플러 주파수를 측정하는 것을 특징으로 하는 이동 물체 속도 측정 시스템. - 레이더 속도 측정의 오류를 검출하는 레이더 속도 측정 오류 검출 단계;
상기 레이더 속도 측정 오류 검출 단계에서 오류가 검출될 경우 CW레이더에서 검출한 속도를 토대로 FMCW에서 검출한 속도 및 차량 속도 센서에서 검출한 속도 중 어느 하나의 속도 출력을 보정하는 레이더 속도 측정 오류 보정 단계; 및
상기 레이더 속도 측정 오류 검출 단계에서 오류가 없거나 또는 상기 레이더 속도 측정 오류 검출 단계에서 오류가 있을 경우 상기 레이더 속도 측정 오류 보정 단계에서 보정된 속도를 토대로 고정 물체에서 반사된 신호를 제거한 후 이동 물체의 속도를 측정하는 이동 물체 속도 추출 단계;를 포함하는 이동 물체 속도 측정 방법. - 제 13항에 있어서,
상기 레이더 속도 측정 오류 보정 단계는,
CW 레이더에 의해 고정 물체의 속도를 측정하는 CW 레이더에 의한 차량 속도 추출 단계;
FMCW 레이더에 의해 측정된 고정 물체의 속도와 상기 CW 레이더에 의한 차량 속도 추출 단계에서 측정된 속도를 비교하는 FMCW 레이더에 의한 차량 속도 비교 단계;
차량 속도 센서에 의해 측정된 차량 속도와 상기 CW 레이더에 의한 차량 속도 추출 단계에서 측정된 속도를 비교하는 차량 속도 센서에 의한 속도 비교 단계; 및
상기 FMCW 레이더에 의한 차량 속도 비교 단계에서 비교된 값과 상기 차량 속도 센서에 의한 속도 비교 단계에서 비교된 값 중 비교값이 적은 속도를 기준 값으로 하여 상기 FMCW 레이더에 의해 측정된 속도 및 상기 차량 속도 센서에 의해 측정된 차량 속도 중 어느 하나의 차량 속도에 이득을 조절하여 상기 기준 값과 동일하도록 보정하는 차량 속도 오류 보정 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 물체 속도 측정 방법.
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