KR20210136631A - 차량용 레이더의 수직 장착 오정렬 감지 장치, 방법 및 그를 포함하는 레이더 장치 - Google Patents

차량용 레이더의 수직 장착 오정렬 감지 장치, 방법 및 그를 포함하는 레이더 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 차량용 레이더의 수직 장착 오정렬 감지 장치, 방법 및 그를 포함하는 레이더 장치에 관한 것으로서, 레이더 신호를 이용하여 전방의 지면을 포함하는 관심영역을 결정하고, 관심영역 내의 다수의 지면거리별 수직 각도의 오차를 산출하고, 그를 이용하여 레이더 장치의 수직 장착 오정렬을 감지한다. 본 실시예를 이용하면, 도로표면 불균일, 도로 경사, 레이더 빔폭의 변화 등이 발생하는 경우에도 레이더의 수직 장착 오정렬을 정밀하게 판정할 수 있다.

Description

차량용 레이더의 수직 장착 오정렬 감지 장치, 방법 및 그를 포함하는 레이더 장치 {Apparatus and Method for Detecting Vertical Misalignment of Radar Apparatus, and Radar Apparatus with the same}
본 발명의 일 실시예는 차량용 레이더의 수직 장착 오정렬 감지 장치, 방법 및 그를 포함하는 레이더 장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 레이더 신호를 이용하여 전방의 지면을 포함하는 관심영역을 결정하고, 관심영역 내의 다수의 지면거리별 수직 각도의 오차를 산출하고, 그를 이용하여 레이더 장치의 수직 장착 오정렬을 감지하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
차량 등에 탑재되는 레이더 장치는 차량 제어를 수행하기 위한 센서장치로 널리 이용되고 있으며, 일정한 주파수를 가지는 전자기파를 송출하고 대상체에서 반사된 신호를 수신한 후, 수신한 신호를 처리함으로써 대상체의 위치 또는 속도 정보 등으로 추출하는 기능을 수행한다.
차량용 레이더는 타겟의 거리, 속도 및 수평각도 외에 수직방향 정보까지 감지하는 기능까지 제공하는 추세이다.
이 때, 타겟의 수직각도(elevation angle) 등과 같은 수직방향 정보를 획득하는 하나의 방안으로서, 서로 다른 송수신 안테나로부터 타겟에서 반사된 수신신호를 수신하고, 그 수신신호의 크기(파워)를 활용할 수도 있고, 수직 방향의 배열 안테나를 활용할 수 있다.
또한, 차량용 레이더에서 획득된 타겟의 수직각도 또는 수직방향 정보는 타겟의 종류를 판단하는 분류 작업(classification)에 활용될 수 있다.
또한, 차량용 레이더의 수직방향 정보 획득 기능을 이용하면, 차량 상부의 물체, 지면, 정면의 타겟 등을 판단 할 수 있다.
한편, 이러한 차량용 레이더 장치는 차량의 수평에 대하여 일정한 수직각도를 가지면서 장착될 필요가 있다.
더 구체적으로는, 레이더 장치의 중심에서 수직방향으로 0도를 이루는 평면을 중심으로 상하로 대칭적으로 레이더 송신빔이 방사되도록 정렬되어 장착될 필요가 있다.
그러나, 레이더 장치의 차량 장착 또는 조립 과정에서 이러한 수직방향 정렬에 이상이 발생될 수 있으며, 이러한 경우 타겟의 정확한 수직방향 정보를 획득할 수 없는 문제가 발생될 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 레이더 장치의 수직 장착의 오정렬을 감지하는 방안이 필요하다.
이에 본 실시예는 간단한 구성과 작은 연산량을 가지는 차량용 레이더의 수직 장착 오정렬을 감지하는 하나의 방안을 제시한다.
이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 간단한 구성을 가지면서도 정밀도가 향상된 차량용 레이더의 수직 장착 오정렬을 감지 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 차량용 레이더 센서 장치에서, 레이더 신호를 이용하여 측정된 지면까지의 지면거리별로 미리 설정된 기준수직각도와, 실제 측정된 지면거리에 따른 추정 수직 각도 사이의 추정 오차를 이용하여 레이더의 수직 장착 오정렬을 감지할 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 설정된 관심영역 내에서 지면성분을 추출하고, 측정된 지면까지의 추정 수직 각도와 해당되는 지면거리에 대응하여 미리 설정된 기준 수직 각도 사이의 추정 오차를 연산하고, 그를 이용하여 레이더의 수직 장착의 오정렬을 정밀하게 판정할 수 있는 장치, 방법 및 그를 포함하는 차량용 레이더 장치를 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는, 레이더 신호를 기초로 차량 전방의 관심영역을 결정하는 관심영역 설정부와, 상기 관심영역 내의 정지물체로부터의 반사신호 중에서 지면성분을 감지하는 지면성분 판단부와, 감지된 지면성분까지의 지면 거리 및 추정 수직 각도를 연산하는 추정 수직 각도 연산부와, 측정된 해당 지면 거리에 대응하여 설정된 기준 수직 각도와 상기 추정 수직 각도 사이의 차이인 추정 오차를 연산하는 추정 오차 연산부와, 연산된 상기 추정 오차를 기초로 상기 레이더의 수직 장착의 오정렬 여부를 판정하는 수직 오정렬 판정부를 포함하는 차량용 레이더 장치의 수직 장착 오정렬 감지 장치를 제공한다.
이 때, 상기 관심영역 내의 다수의 지면거리에 대응되는 다수의 기준 수직 각도가 미리 설정되어 있으며, 상기 추정 오차 연산부는 상기 다수의 기준 수직 각도값 중에서 측정된 지면거리에 대응되는 제1 기준 수직 각도를 추출한 후, 상기 추정 수직 각도와 비교하여 상기 추정 오차를 산출할 수 있다.
또한, 수직 오정렬 판정부는 1회의 측정에 의한 상기 추정 수직 각도와 상기 제1기준 수직 각도와의 차이인 상기 추정 오차를 이용하여 상기 수직 장착 오정렬을 판정하는 제1방식과, 2회 이상의 측정에 의하여 산출되는 복수의 상기 추정 오차에 대한 통계적 특성을 이용하거나, 상기 복수의 추정 오차들의 누적분포를 함수화하여 수직 장착 오정렬을 판정하는 제2방식을 이용할 수 있다.
또한, 추정 수직 각도 연산부는 수직 방향으로 옵셋을 가지는 2개 이상의 송신안테나 또는 수직안테나를 포함하는 안테나부를 통해 송수신되는 레이더 신호를 이용하여 상기 지면거리 및 추정 수직 각도를 연산할 수 있으며, 이 때 안테나부는 수직 방향으로 옵셋된 2개 이상의 송신안테나와 수직방향으로 동일한 위치에 배열되는 1개 이상의 수신안테나를 포함하거나, 수직방향으로 동일한 위치에 배열되는 1개 이상의 송신안테나와 수직방향으로 옵셋된 2개 이상의 수신안테나를 포함할 수 있다.
한편, 관심영역 설정부는 반사된 수신신호를 2차원 퓨리에 변환하여 거리대 속도 정보를 추출하는 거리-속도 신호 획득부와, 상기 거리대 속도정보로부터 상기 차량의 차속의 음수값에 대응되는 정지물체를 산출하는 정지물체 검출부와, 상기 정지물체를 포함하는 거리의 영역을 관심영역으로 한정하는 관심영역 한정부를 포함하여 구성될 수 있다.
또한, 지면성분 판단부는 상기 정지물체로부터의 반사신호의 파워 레벨 및 수평각도 중 하나 이상을 이용하여 상기 지면성분을 결정할 수 있으며, 더 구체적으로는 반사신호의 파워레벨이 제1임계값 이하이면서, 상기 반사신호의 수평각도가 제2임계값 이상인 경우 해당 반사신호를 지면성분으로 결정할 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 다른 실시예는, 레이더 신호를 기초로 차량 전방의 관심영역을 결정하는 관심영역 설정단계와, 상기 관심영역 내의 정지물체로부터의 반사신호 중에서 지면성분을 감지하는 지면성분 판단 단계와, 감지된 지면성분까지의 지면 거리 및 추정 수직 각도를 연산하는 추정 수직 각도 연산 단계와, 측정된 해당 지면 거리에 대응하여 설정된 기준 수직 각도와 상기 추정 수직 각도 사이의 차이인 추정 오차를 연산하는 추정 오차 연산 단계. 및 연산된 상기 추정 오차를 기초로 상기 레이더의 수직 장착의 오정렬 여부를 판정하는 수직 오정렬 판정단계를 포함하는 차량용 레이더 장치의 수직 장착 오정렬 감지 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에서는, 차량 주위로 송신신호를 방출하는 송신안테나 및 물체에서 반사된 수신신호를 수신하는 수신안테나를 포함하는 안테나부와; 상기 송신안테나부를 통하여 일정한 송신 빔 패턴을 가지는 상기 송신신호를 송출하도록 제어하고, 상기 수신안테나에서 수신된 수신신호를 처리하여 물체의 정보를 획득하는 컨트롤러; 및 차량 전방의 관심영역을 결정하는 관심영역 설정부와, 상기 관심영역 내의 정지물체로부터의 반사신호 중에서 지면성분을 감지하는 지면성분 판단부와, 감지된 지면성분까지의 지면 거리 및 추정 수직 각도를 연산하는 추정 수직 각도 연산부와, 측정된 해당 지면 거리에 대응하여 설정된 기준 수직 각도와 상기 추정 수직 각도 사이의 차이인 추정 오차를 연산하는 추정 오차 연산부와, 연산된 상기 추정 오차를 기초로 상기 레이더의 수직 장착의 오정렬 여부를 판정하는 수직 오정렬 판정부를 포함하는 수직 장착 오정렬 감지 장치를 포함하는 차량용 레이더 장치를 제공한다.
아래에서 설명할 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 의하면, 간단한 구성을 가지면서도 정밀도가 향상된 차량용 레이더의 수직 장착 오정렬을 감지 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 차량용 레이더 장치에서, 레이더 신호를 이용하여 측정된 지면까지의 지면거리별로 미리 설정된 기준수직각도와, 실제 측정된 지면거리에 따른 추정 수직 각도 사이의 추정 오차를 이용하여 레이더의 수직 장착 오정렬을 정확하게 감지할 수 있다.
더 구체적으로, 설정된 관심영역 내에서 지면성분을 추출하고, 측정된 지면까지의 추정 수직 각도와 해당되는 지면거리에 대응하여 미리 설정된 기준 수직 각도 사이의 추정 오차를 연산하고, 그를 이용하여 레이더의 수직 장착의 오정렬을 정밀하게 판정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 차량용 레이더 센서의 물체 감지 방식을 도시하며, 중/장거리 감지영역과 근거리 감지영역이 도시되어 있다.
도 2는 차량용 레이더 센서 장치의 수직 장착 정렬 및 오정렬 상태를 예시하는 도면이다.
도 3은 본 실시예에 의한 차량용 레이더 장치의 구성을 도시한다.
도 4는 본 실시예에 의한 차량용 레이더의 수직 장착 오정렬 감지장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 5는 본 실시예에 의한 차량용 레이더 장치에 포함되는 안테나부의 일실시예를 도시한다.
도 6은 본 실시예에 의한 차량용 레이더 장치에 포함되는 안테나부의 다른 실시예를 도시한다.
도 7은 본 실시예에 의한 수직 장착 오정렬 감지장치에 포함되는 관심영역 설정부의 세부 구성을 도시한다.
도 8은 본 실시예에 의한 관심영역 설정부의 거리-속도 정보 획득 방식을 도시한다.
도 9 및 도 10은 본 실시예에 의한 지면성분 판단부가 정지물체의 반사신호로부터 지면성분을 검출하는 원리를 도시한다.
도 11은 본 실시예에 의한 지면거리별로 설정되는 기준 수직 각도와, 추정 수직 각도 및 추정 오차의 일 예를 도시한다.
도 12는 본 실시예에 의한 수직 장착 오정렬 감지 방법의 전체적인 흐름을 도시하는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일반적인 차량용 레이더 센서의 물체 감지 방식을 도시하며, 중/장거리 감지영역과 근거리 감지영역이 도시되어 있다.
도 1과 같이, 차량용 레이더 센서를 이용하여 차량 부근의 물체를 감지할 때, 전방의 장거리 타겟을 감지하는 중/장거리 감지 기능과, 차량 부근의 근거리 타겟을 감지하는 근거리 감지 기능을 모두 보유하여야 한다.
레이더 센서가 사용되는 차량에서는 운전자의 주행 보조를 위하여 여러가지 형태의 운전자 보조 시스템(Driver Assistance System; DAS)이 사용되고 있다.
그 중에서 전방 차량을 추종하는 적응형 크루즈 시스템(Adaptive Cruise System; ACC)에서는 차량의 주행방향 전방에 있는 중장거리 타겟을 감지할 필요가 있다.
한편, 전방 장애물 존재시 긴급하게 차량을 제동하거나 조향회피를 하는 자동 긴급 제동 시스템(Autonomous Emergency Braking System; AEB) 또는 자동 긴급 조향 시스템(Autonomous Emergency Steering System; AES)과, 차선 변경시 인접 차선 장애물과의 충돌을 방지하는 차선 변경 보조 시스템(Lane Changing Assistance; LCA) 시스템 등에서는 차량 부근의 근거리 장애물을 높은 정밀도로 감지할 필요가 있다.
이러한 필요성에 의하여, 도 1과 같이, 차량용 레이더 센서 장치는 중장거리 감지를 위하여 비교적 좁은 감지각도를 가지면서 감지거리가 긴 장거리 감지영역(12)과, 넓은 감지각도와 작은 감지거리를 가지는 근거리 감지영역(14)을 각각 구비하여야 한다.
이를 위하여, 차량용 레이더 센서 장치는 중장거리 감지를 위하여 중장거리 송신빔 패턴으로 송신신호를 송출해야 하고, 근거리 감지를 위해서는 중장거리 송신빔 패턴과 상이한 근거리 송신빔 패턴으로 송신신호를 송출해야 한다.
이와 같이, 차량용 레이더에서는 중/장거리 레이더와 근거리 레이더를 통합할 필요가 있으며, 중/장거리 레이더와 근거리 레이더를 통합하기 위해서 송신 안테나를 상이하게 하고 수신 안테나를 공용화 하여 구현을 하는 것이 일반적이다.
이러한, 차량용 레이더는 기존의 타겟의 거리, 속도 및 수평각도 외에 대상체의 수직각도(Elevation Angle)와 같은 수직방향 정보까지 제공할 수 있다.
수직각도를 추정하기 위해서는 서로 다른 송수신 안테나로부터 수신된 타겟의 파워를 활용할 수도 있고, 수직 방향의 배열 안테나를 활용할 수 있다.
이와 같이 추정된 수직 각도는 타겟의 분류(classification)에 활용될 수 있다.
즉, 상부의 물체, 지면, 정면의 타겟등을 판단 할 수 있다. 뿐만 아니라, 타겟의 수직각도로부터 차량에 장착된 레이더 센서의 수직 방향 장착각도를 추정할 수 있으며, 필요에 따라 센서 장착 틀어짐에 따른 센서 감지 성능의 열화 상황을 운전자에게 알려 줄 수 있다.
도 2는 차량용 레이더 센서 장치의 수직 장착 정렬 및 오정렬 상태를 예시하는 도면이다.
한편, 차량용 레이더는 차량의 프론트 그릴 내부 등의 차량 전면에 장착될 수 있으며, 장착시 정확한 정렬이 필요하다.
즉, 차량용 레이더의 송수신 빔은 일정한 패턴을 가지며, 특히 일정한 빔폭을 가질 수 있다.
더 구체적으로, 레이더 빔은 수직 및 수평방향으로 일정한 빔 각도 범위를 가지며, 이를 각각 수평 빔 각도범위 및 수직 빔 각도범위로 표현할 수 있다.
일반적으로 레이더가 차량에 정상적으로 장착되었을 경우, 레이더 빔의 중앙축(Main axis) 또는 광축은 지면과 평행하다.
도 2와 같이, 레이더(10)가 차량에 정상적으로 장착되었다면, 레이더 빔은 레이더의 장착 높이(h)에서 지면(G)에 평행한 방향으로 향하며, 따라서 레이더 광축(X)이 지면에 평행하면서 상하 수직방향으로 각각 수직 빔 각도범위(α)의 1/2만큼의 빔폭을 가지게 된다. (실선 표시)
그러나, 만일 레이더가 수직방향으로 오정렬되어 장착되는 경우, 점선으로 도시한 바와 같이, 정상적인 레이더 빔(실선)과 달리 수직으로 상부 또는 하부로 치우친 레이더 빔 패턴을 나타낸다.
이와 같은 수직 장착이 오정렬된 경우, 타겟의 수직 정보 획득에 오차가 발생될 수 있으며, 이는 레이더의 타겟 감지 성능을 떨어뜨린다.
특히, 최근 개발중인 자율주행 차량 등에서는 감지 센서 중 하나인 레이더의 수직방향 감지 성능이 감소되는 경우, 타겟까지의 거리, 수직위치 등에 오차가 생김으로써 심각한 위험에 처할 수 있다.
따라서, 도 2와 같이 레이더가 수직방향으로 장착 오정렬이 발생된 경우, 그를 운전자에게 알려서 정렬을 위한 조치를 취하거나, 더 나아아서 타겟의 수직 정보 획득시 일정한 보상을 수행할 필요가 있다.
한편, 이러한 레이더 수직 장착 오정렬을 감지하기 위하여, 레이더로 지면을 감지하고, 지면까지의 거리 등을 이용하는 방안이 제시되고 있다.
그러나, 지면에 해당되는 도로의 경사, 차량 전방 도로표면의 불균일, 레이더 빔폭의 불균일 등의 이유로, 단순히 전방 지면(도로)까지의 거리 및 지면의 수직각도를 단순히 기준값과 비교하는 것만으로는 수직 장착 오정렬을 정확하게 판정할 수 없을 수 있다.
따라서, 본 실시예에서는 레이더 수직 장착 오류를 정확하게 감지할 수 있는 방안을 제시하고자 한다.
도 3은 본 실시예에 의한 차량용 레이더 장치의 구성을 도시하며, 도 4는 본 실시예에 의한 차량용 레이더의 수직 장착 오정렬 감지장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 의한 차량용 레이더 장치는 송신안테나와 수신안테나를 포함하는 안테나부(100)와, 레이더 신호의 송수신을 제어하고 수신신호를 처리하여 물체의 정보를 획득하는 신호처리부로서의 컨트롤러(300)와, 레이더 수신신호 처리를 통해 레이더의 수직 장착 오정렬을 감지하는 수직 장착 오정렬 감지 장치(200)를 포함하여 구성될 수 있다.
안테나부(100)는 차량 주위로 송신신호를 방출하는 송신안테나와 물체에서 반사된 수신신호를 수신하는 수신안테나를 포함할 수 있다.
본 실시예에 의하면, 안테나부(100)에 포함되는 송신안테나 및 수신안테나 중 하나는 수직 방향으로 옵셋을 가지는 2개 이상의 어레이 안테나를 포함하여 구성될 수 있다.
더 구체적으로, 안테나부는 수직 방향으로 옵셋된 2개 이상의 송신안테나와 수직방향으로 동일한 위치에 배열되는 1개 이상의 수신안테나를 포함하거나, 수직방향으로 동일한 위치에 배열되는 1개 이상의 송신안테나와 수직방향으로 옵셋된 2개 이상의 수신안테나를 포함할 수 있다.
본 실시예에 의한 레이더 장치에 사용되는 안테나부의 세부 구성에 대해서는 도 5 및 도 6을 참고로 아래에서 더 상세하게 설명한다.
신호처리부로서의 컨트롤러(300)는 송신안테나부를 통하여 일정한 송신 빔 패턴을 가지는 상기 송신신호를 송출하도록 제어하고, 수신안테나에서 수신된 수신신호를 처리하여 물체의 정보를 획득하는 기능을 수행한다.
이러한 컨트롤러(300)는 제어부, 신호처리부 등의 다른 용어로 표현될 수도 있으며, 디지털 신호 프로세서(Digital Signal Processor; DSP)형태로 구현될 수 있다.
컨트롤러(300)는 송신안테나부를 통하여 신호를 송신하고 수신안테나를 통해서 대상체에서 반사된 신호를 수신하도록 제어하며, 수신된 신호를 기초로 대상체의 정보, 즉 대상체의 거리, 속도, 각도 등의 정보를 연산하는 기능을 수행한다.
한편, 레이더 센서 장치는 사용되는 신호의 형태에 따라서, 펄스식, 주파수 변조 연속파(Frequency Modulation Continuous Wave; FMCW), 주파수 시프트 키잉(Frequency Shift Keying; FSK) 방식 등으로 분류될 수 있다.
이 중에서 FMCW 방식의 레이더에서는 시간에 따라서 주파수가 증가되는 신호인 처프(Chirp)신호 또는 램프(Ramp) 신호를 사용하며, 송신파와 수신파 사이의 시간 차이와 도플러 주파수 편이를 이용하여 대상체의 정보를 연산한다.
더 구체적으로, 컨트롤러(300)는 송수신안테나를 통한 신호 송수신을 제어하는 신호 송수신부(310)와, 수신안테나에서 수신된 반사 신호와 송신 신호를 이용하여 타겟의 정보(위치, 거리, 각도 등)를 산출하는 신호처리부(320)를 포함할 수 있다.
신호 송수신부(310)는 다시 송신부와 수신부를 포함할 수 있으며, 송신부는 각 송신안테나에 신호를 공급하여 송신신호를 생성하는 발진부를 포함한다. 이러한 발진부는, 일 예로서, 전압 제어 발진기(VCO: Voltage-Controlled Oscillator) 및 오실레이터(Oscillator) 등을 포함할 수 있다.
신호송수신부(310)에 포함된 수신부는, 수신 안테나를 통해 수신된 반사신호를 저잡음 증폭하는 저잡음 증폭부(LNA: Low Noise Amplifier)와, 저잡음 증폭된 수신신호를 믹싱하는 믹싱부(Mixer)와, 믹싱된 수신신호를 증폭하는 증폭부(Amplifier)와, 증폭된 수신신호를 디지털 변환하여 수신데이터를 생성하는 변환부(ADC: Analog Digital Converter) 등을 포함할 수 있다.
신호처리부(320)는 신호 처리를 제 1 처리부와 제 2 처리부를 포함할 수 있으며, 제 1 처리부는, 제 2 처리부를 위한 전 처리부(Pre-Processor)로서, 송신데이터 및 수신데이터를 획득하여, 획득된 송신데이터에 근거한 발진부에서의 송신신호의 생성을 제어하고, 송신데이터 및 수신데이터를 동기화하며, 송신데이터 및 수신데이터를 주파수 변환할 수 있다.
제 2 처리부는, 제 1 처리부의 처리 결과를 이용하여 실질적 처리를 수행하는 후 처리부(Post-Processor)로서, 제 1 처리부에서 주파수 변환된 수신데이터를 토대로 CFAR(Constant False Alarm Rate) 연산, 트래킹(Tracking) 연산 및 타깃 선택(Target Selection) 연산 등을 수행하고, 타깃에 대한 각도정보, 속도정보 및 거리정보를 추출할 수 있다.
전술한 제 1 처리부는, 획득된 송신데이터 및 획득된 수신데이터를 한 주기당 처리 가능한 단위 샘플 사이즈로 데이터 버퍼링 한 이후, 주파수 변환을 수행할 수 있다. 전술한 제 1 처리부에서 수행하는 주파수 변환은, 고속 푸리에 변환(FFT: Fast Fourier Transform) 등과 같은 푸리에 변환을 이용할 수 있다.
전술한 제 2 처리부는, 제1처리부에서 이루어진 제1푸리에 변환(FFT)된 신호에 대하여 제2푸리에 변환을 할 수 있으며, 제2푸리에 변환은, 일 예로서, 이산 푸리에 변환(DFT: Discrete Fourier Transform, 이하 "DFT"라 칭함)일 수 있다. 또한, DFT 중에서도, 첩-이산 푸리에 변환(Chirp-DFT)일 수 있다.
제2처리부는 Chirp-DFT 등의 제2푸리에 변환을 통해, 제2푸리에 변환 길이(K)에 해당하는 개수만큼의 주파수 값을 획득하고, 획득된 주파수 값을 토대로 각 첩(Chirp) 주기 동안 가장 큰 파워를 갖는 비트 주파수를 계산하고, 계산된 비트 주파수에 근거하여 물체의 속도 정보 및 거리 정보를 획득함으로써 물체를 탐지할 수 있다.
도 3과 같이, 본 실시예에 의한 수직 장착 오정렬 감지장치(200)는 관심영역 설정부(210), 지면성분 판단부(220), 추정 수직 각도 연산부(230), 추정 오차 연산부(240) 및 수직 오정렬 판정부(250) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
관심영역 설정부(210)는 차량 전방의 관심영역을 결정하는 것으로서, 본 실시예에 의한 수직 장착 오정렬 판정을 위해서 사용되는 지면이 존재할 수 있는 영역인 관심영역을 적절하게 선택한다.
도 7은 본 실시예에 의한 수직 장착 오정렬 감지장치에 포함되는 관심영역 설정부의 세부 구성을 도시하며, 도 8은 본 실시예에 의한 관심영역 설정부의 거리-속도 정보 획득 방식을 도시한다.
도 7과 같이, 본 실시예에 의한 수직 장착 오정렬 감지장치에 포함되는 관심영역 설정부(210)는 반사된 수신신호를 2차원 퓨리에 변환하여 거리대 속도 정보를 추출하는 거리-속도 정보 획득부(212)와, 산출된 거리대 속도정보로부터 상기 차량의 차속의 음수값에 대응되는 정지물체를 산출하는 정지물체 검출부(214)와, 상기 정지물체를 포함하는 거리의 영역을 관심영역으로 한정하는 관심영역 한정부(216)를 포함할 수 있다.
도 8과 같이, 거리-속도 정보 획득부(212)는 수신신호에 대하여 패스트 타임(Fast time)에 대해 제1 퓨리에 변환(1st FFT)를 수행하여 거리에 따른 시간 성분을 획득하고, 슬로우 타임(slow time)에 대해 제2 퓨리에 변환(2nd FFT)를 수행하여 각 거리에서 존재하는 신호를 속도에 따라 압축(compression)하여 거리대 속도 정보를 산출할 수 있다.
더 구체적으로, 도 8의 좌측에 도시된 바와 같이, 거리-속도 정보 획득부(212)는 패스트 램프(Fast ramp)를 포함하는 레이더 수신신호에 대하여 패스트 퓨리에 변환인 제1 퓨리에 변환(1st FFT)를 수행하여 거리(range)에 따른 시간 성분인 Range-Time 그래프룰 산출할 수 있다.
다음으로, 거리-속도 정보 획득부(212)는 거리대 시간 성분에 대하여 2차 퓨리에 변환인 제2 퓨리에 변환을 수행하여 도 8의 우측에 도시된 것과 같이 거리에 따른 속도 정보를 나타내는 Range-Velocity 그래프를 산출할 수 있다.
이러한 거리대 속도 정보를 통해서 차량 주위에 존재하는 대상체의 거리에 따른 속도 정보(v0)를 획득할 수 있다.
본 실시예에 의한 수직 장착 오정렬 감지장치(200)는 레이더 장착위치에서 지면까지의 거리인 지면거리와, 지면거리별로 설정되는 기준 수직 각도 등을 이용하며, 그를 위해서 지면을 포함하는 정지물체를 우선적으로 검출하여야 한다.
관심영역 설정부(210)에 포함되는 정지물체 검출부(214)는 거리-속도 정보 획득부(212)에서 산출한 거리대 속도 정보로부터 정지물체를 검출하는 기능을 수행한다.
구체적으로, 정지물체 검출부(214)는 획득된 거리대 속도 정보에서 여러 타겟 중 차량의 차속의 음수값에 대응되는 속도성분을 가지는 타겟을 정지물체로 판정할 수 있다.
이러한 정지물체는 지면 이외에, 전방의 정지된 보행자, 차량, 구조물 등을 모두 포함할 수 있다.
한편, 관심영역 설정부(210)에 포함되는 관심영역 한정부(216)는 정지물체 검출부(214)에서 검출된 정지물체 중 지면이 포함될 수 있는 일정 영역을 관심영역으로 설정한다.
관심영역(Region of Interest)은 지면이 포함될 수 있는 차량 전방의 일정한 거리 영역으로 정의될 수 있으며, 관심영역 한정부(216)는 감지된 정지물체 이외에도 레이더의 수직 장착 범위(예를 들면, 지면으로부터 레이더가 장착되는 위치까지의 장착 높이) 및 레이더 빔폭 또는 레이더 빔 수직각도 범위(α) 등을 기초로 관심영역을 설정할 수 있다.
이렇게 설정된 관심영역은 수직 장착 오정렬 판정에 사용되는 다수의 지면거리별 기준 수직 각도를 설정하기 위한 범위로 사용될 수 있다.
즉, 관심영역이 차량 전방 4~10m로 설정되는 경우에는, 4~10m 범위 내의 다수의 지면거리(Ri)를 설정하고, 각 지면거리별 기준 수직 각도를 미리 산출하여 설정할 수 있다.
본 실시예에 의한 수직 장착 오정렬 감지장치(200)에 포함되는 지면성분 판단부(220)는 관심영역 내의 정지물체로부터의 반사신호 중에서 지면성분을 감지하는 기능을 수행한다.
도 9 및 도 10은 본 실시예에 의한 지면성분 판단부가 정지물체의 반사신호로부터 지면성분을 검출하는 원리를 도시한다.
정지물체 검출부(214)에 의하여 검출된 정지물체는 지면 이외에, 전방의 정지된 보행자, 차량, 구조물 등을 모두 포함할 수 있으며, 본 실시예와 같이 수직 장착 오정렬에 사용되는 지면성분만을 분리할 필요가 있다.
이를 위하여 지면성분 판단부(220)는 검출된 1 이상의 정지물체로부터의 반사신호의 파워 레벨 및 수평각도 중 하나 이상을 이용하여 지면성분을 결정할 수 있다.
지면성분 판단부(220)는 반사신호의 파워레벨이 제1임계값 이하이면서, 상기 반사신호의 수평각도가 제2임계값 이상인 경우 해당 반사신호를 지면성분으로 결정할 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 지면성분 판단부(220)는 관심영역 내의 다수의 정지물체 신호 성분 중에서 파워가 미리 설정된 파워레벨 임계값(제1임계값) 이하인 정지물체 신호를 지면성분으로 판정할 수 있다.
도 9와 같이, 거리-속도 정보 획득부(212)에서 산출된 거리대 속도 정보를 나타내는 그래프에서 관심영역 ROI 내에 다수의 타겟 A1, A2, A3가 확인된다.
그 타겟 중에서 차속의 음수값에 해당되는 v0의 속도 성분을 가지는 타겟은 A1, A2이며 이 두 타겟이 정지물체로 판정된다.
2개의 정지물체 A1, A2 중에서 A1는 파워가 파워레벨 임계값(제1임계값) 이하이고, A2는 파워레벨 임계값(제1임계값) 이상이며, 따라서 지면성분 판단부(220)는 정지물체 성분 A1, A2 중에서 A1을 지면성분으로 판정한다.
또한, 지면성분 판단부(220)는 관심영역 내의 다수의 정지물체 신호 성분 중에서 장애물의 수평각도 범위가 일정한 각도범위 임계값인 제2임계값 이상인 정지물체 신호를 지면성분으로 판정할 수 있다.
도 10과 같이, 관심영역 ROI 내의 정지물체 A1, A2 중에서 레이더 트랙을 확인한 결과, A1은 수평각도 범위가 HA1이고, A2는 수평각도 범위가 H2로 측정된다.
이 중에서 수평각도 범위 HA가 일정한 제2임계값보다 큰 A1을 지면성분으로 판정한다.
일반적으로 지면은 레이더의 송신 신호가 비스듬하게 입사하기 때문에, 보행자, 차량, 구조물 등 다른 정지물체에 비하여 반사 신호의 세기가 약하다.
또한, 지면은 다른 정지 장애물(차량, 보행자 등)에 비하여 수평 각도 범위가 크다.
따라서, 본 실시예에서는 지면성분 판단부(220)는 관심영역 내의 다수의 정지물체 성분 중에서 반사신호의 파워레벨이 제1임계값 이하이면서, 상기 반사신호의 수평각도가 제2임계값 이상인 경우 해당 반사신호를 지면성분으로 결정하는 것이다.
본 실시예에 의한 수직 장착 오정렬 감지장치(200)에 포함되는 추정 수직 각도 연산부(230)는 감지된 지면성분까지의 지면 거리 및 추정 수직 각도를 연산한다.
추정 수직 각도 연산부(230)는 2개 이상의 송신 또는 수신 안테나의 수직 방향 배치를 활용하여 지면성분까지의 지면 거리 및 추정 수직 각도를 연산하며, 구체적으로는 해당 안테나 수신신호 사이의 위상차를 이용한다.
이를 위하여, 본 실시예에 의한 차량용 레이더 장치에 포함되는 안테나부(100)에 포함되는 송신안테나 및 수신안테나 중 하나는 수직 방향으로 옵셋을 가지는 2개 이상의 어레이 안테나를 포함하여 구성될 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 실시예에 의한 차량용 레이더 장치에 포함되는 안테나부의 여러 실시예를 도시한다.
우선, 도 5의 실시예에 의하면, 안테나부(100)는 2개의 송신안테나(Tx1, Tx2)와 복수의 수신안테나(Rx)를 포함할 수 있으며, 2개의 송신안테나 Tx1, Tx2는 수직방향으로 일정 거리(△D)만큼 이격되어 있고, 다수의 수신안테나, Rx는 모두 동일한 수직 위치를 가진다.
송신안테나 및 수신안테나 각각은 2개, 4개 또는 6개의 어레이 안테나가 하나의 급전포인트를 가지면서 일측으로 연장되는 구조일 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.
송신안테나 및 수신안테나를 구성하는 각각의 어레이 안테나는 분배기의 출력라인에 연결되는 다수의 엘리먼트 또는 패치로 구성되며, 컨트롤러를 포함하는 칩(Chip)에 연결되는 급전포트 또는 분배기의 입력포트를 출발지점으로 하여 상부방향(수직방향 중 상부방향)으로 연장될 수 있다.
또한, 송신안테나부를 구성하는 2개의 송신안테나 Tx1, Tx2는 각 어레이 안테나의 연장방향(제1방향)에 수직한 수평방향(제2방향)으로 송신신호 파장의 1/2거리(0.5λ)만큼 이격되도록 배치될 수 있으며, 수신안테나부를 구성하는 복수의 수신안테나 Rxi 역시 송신신호 파장의 1/2거리(0.5λ)만큼 이격되도록 배치될 수 있다.
이와 같이, 송신안테나 또는 수신안테나 사이의 수평거리를 송신신호 파장의 1/2거리(0.5λ)로 설정함으로써, 그레이팅 로브에(Grating Lobe)에 의한 각도 불명확(Angle Ambiguity)을 제거할 수 있는 효과가 있다.
즉, 수신안테나들 사이의 간격이 송신신호 파장의 1/2거리(0.5λ) 이상이므로 그레이팅 로브가 발생할 수 있는데, 수신안테나들 사이의 수평거리를 0.5λ로 배열하고 각 수신안테나의 채널에서 추출된 각도 정보를 비교하여 보상함으로써 그레이팅 로브에 의한 각도 불명확을 최소화할 수 있는 것이다.
도 5와 같이, 2개의 송신안테나 Tx1과 Tx2가 수직방향으로 일정 거리 옵셋되어 있으므로, Tx1에서 송신되어 수신안테나에서 수신되는 제1수신신호와, Tx2에서 송신되어 수신안테나에서 수신되는 제2수신신호 사이에는 수직 옵셋에 따른 위상차이를 가진다.
따라서, 송신시점과 수신시점의 시간차이를 이용하여 지면성분까지의 거리인 지면거리(Ri)를 산출할 수 있고, 송신신호와 제1수신신호, 제2수신신호 사이의 위상차이를 이용하여 지면까지의 추정 수직 각도
Figure pat00001
를 산출할 수 있다.
또한, 도 6의 실시예에 의하면, 안테나부(100)는 복수의 송신안테나 Tx와 2개의 수신안테나 Rx1, Rx2를 포함할 수 있으며, 복수의 송신안테나 Tx는 수직방향으로 동일 위치에 배치되며, 2개의 수신안테나 Rx1, Rx2는 수직방향으로 일정 거리(△D)만큼 이격되도록 배치된다.
다른 송신안테나 및 수신안테나의 형태 및 배열은 도 5의 실시예와 동일하므로 세부 설명을 생략한다.
도 6과 같이, 2개의 수신안테나 Rx1과 Rx2가 수직방향으로 일정 거리 옵셋되어 있으므로, Tx에서 송신되어 수신안테나 Rx1에서 수신되는 제1수신신호와, Tx에서 송신되어 수신안테나 Rx2에서 수신되는 제2수신신호 사이에는 수직 옵셋에 따른 위상차이를 가진다.
따라서, 송신시점과 수신시점의 시간차이를 이용하여 지면성분까지의 거리인 지면거리(Ri)를 산출할 수 있고, 송신신호와 제1수신신호, 제2수신신호 사이의 위상차이를 이용하여 지면까지의 추정 수직 각도
Figure pat00002
를 산출할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 레이더 장치에서는, 지면거리별 추정 수직각도의 정확한 산출을 위하여, 수직방향으로 옵셋된 송신안테나 또는 수신안테나에서 송수신되는 레이더 신호를 서로 상이한 변조방식으로 변조하여 사용할 수 있다.
다음으로, 본 실시예에 의한 수직 장착 오정렬 감지장치(200)에 포함되는 추정 오차 연산부(240)는 측정된 해당 지면 거리에 대응하여 설정된 기준 수직 각도와 상기 추정 수직 각도 사이의 차이인 추정 오차를 연산한다.
도 11은 본 실시예에 의한 지면거리별로 설정되는 기준 수직 각도와, 추정 수직 각도 및 추정 오차의 일 예를 도시한다.
도 11과 같이, 관심영역 내에서 다수의 지면거리 Ri에 대해서 레이더의 장착높이 h에 따른 기준 수직 각도 θ ref,i 가 설정되어 있다.
기준 수직 각도 θ ref,i 는 아래 수학식에 의하여 산출될 수 있다.
[수학식 1]
θ ref,i = arcsin(h/ R i )
상기 수학식 1에서 h는 레이더의 장착높이 또는 지면에서 레이더 빔 중심부까지의 높이이며, Ri는 레이더 중심에서 지면까지의 지면거리이다.
이러한 기준 수직 각도 θ ref,i 는 레이더가 수직 0도(즉, 수평방향)으로 정상 설치된 경우, 레이더 중심에서 지면거리 Ri에 해당되는 지면까지의 수직 각도로 정의될 수 있다.
또한, 추정 수직 각도
Figure pat00003
는 실제로 측정된 지면까지의 수직 각도를 의미한다.
추정오차
Figure pat00004
는 기설정된 기준 수직각도와 측정된 추정 수직각도 사이의 차이로서
Figure pat00005
- θ ref,i 로 정의될 수 있다.
이러한 추정오차는 복수의 지면거리 Ri 각각에 대하여 측정될 수 있다.
도 11과 같은 지면거리별로 설정되는 기준 수직 각도는 미리 룩업 테이블 형태로 생성되어 저장될 수도 있으나, 그에 한정되는 것은 아니며 레이더의 장착 높이 등에 따라서 실시간으로 산출되어 이용될 수도 있다.
이상과 같이, 본 실시예에 의한 추정 오차 연산부(240)는 측정된 지면 거리에 대응하여 기설정된 기준 수직 각도와, 실제로 측정된 추정 수직 각도 사이의 차이인 추정 오차를 연산한다.
즉, 추정 오차 연산부(240)는 전술한 수직옵셋 안테나 등을 이용하여 수신된 반사신호의 처리를 통해 지면성분까지의 측정거리인 지면거리 Ri와 추정 수직 각도를 산출하고, 도 11과 같은 설정 정보에 포함된 해당 지면거리 Ri의 기준 수직 거리와 비교하여 추정 오차를 산출할 수 있다.
본 실시예에 의한 수직 장착 오정렬 감지장치(200)에 포함되는 수직 오정렬 판정부(250)는 연산된 상기 추정 오차를 기초로 상기 레이더의 수직 장착의 오정렬 여부를 판정한다.
구체적으로는, 수직 오정렬 판정부(250)는 추정 오차를 이용하여 수직 오정렬을 판정하는 오정렬 판정 알고리즘으로 동작한다.
오정렬 판정 알고리즘은 1회의 측정 또는 1개의 프레임 내에서 특정된 단일의 추정 오차만을 이용하는 제1방식과, 2회 이상 또는 복수의 프레임에서 특정된 복수의 추정 오차를 이용하는 제2방식 중 하나로 구현될 수 있다.
제1방식에 의하면, 수직 오정렬 판정부(250)는 1개의 프레임에서 측정된 추정 오차의 크기가 미리 정해진 임계범위를 벗어나는 경우 레이더의 수직 장착에 오정렬이 발생한 것으로 판정할 수 있다.
이 때, 수직 장착 오정렬 판정을 위한 기준값인 임계범위는 기준 수직 각도와 마찬가지로 다수의 지면거리별로 달리 설정될 수 있다.
예를 들면, 지면거리 Ri에 대하여 산출된 추정 오차
Figure pat00006
가 0.1도이고, 해당 지면거리에 대해서 설정되어 있는 오정렬 판정을 위한 임계범위가 0.08도인 경우, 레이더의 수직 장착에 오정렬이 발생된 것으로 판정할 수 있다.
제2방식에 의하면, 수직 오정렬 판정부(250)는 2회 이상의 측정 또는 2개 이상의 프레임에서 산출되는 복수의 추정 오차에 대한 통계적 특성을 이용하거나, 상기 복수의 추정 오차들의 누적분포를 함수화하여 수직 장착 오정렬을 판정할 수도 있다.
지면의 불균일 또는 레이더 빔폭의 미세 변화 등에 따라서 매 측정시마다 지면거리 Ri가 달리 측정될 수 있다.
따라서, 이러한 경우 수직 장착 오정렬을 정확하게 판정하기 위하여, 복수의 프레임에서 측정된 지면거리별 추정 오차 사이의 통계적 특성을 이용하여 수직 장착 오정렬을 판정할 수 있다.
예를 들면, 지면거리 Ri가 길어질수록 추정 오차가 커지는 속성을 가지므로, 복수 프레임에서 측정된 추정 오차 중에서 지면거리가 커지는 경우 추정 오차가 함께 증가하는 경우에는 수직 장착 오정렬 판정을 할 수 있다.
반대로, 복수 프레임에서 측정된 추정 오차들 사이의 통계특성을 분석한 결과, 더 큰 지면거리에서의 제1추정오차가 작은 지면거리에서의 제2추정오차보다 작은 경우에는 산출된 추정오차가 정확하지 않은 것으로 판정할 수 있으며, 따라서 오정렬 판정을 보류할 수 있다.
또한, 만일 지면과 레이더 빔폭이 균일하다면 기준 지면거리 Ri가 일의적으로 결정될 수 있으며, 추정오차는 기준 지면거리 Ri를 중심으로 정규분포의 형태를 가질 수 있다.
따라서, 복수의 프레임에서 측정된 추정 오차가 기준 지면거리를 중심으로 정규분포의 관계를 가지는 경우에 한하여 수직 오정렬로 판정할 수도 있을 것이다
제2방식에 의한 수직 오정렬 판정을 이하여, 추정 오차의 변화량을 필터링(예를 들면 이동 평균 필터)할 수도 있다.
또한, 추정오차를 하나의 랜덤 변수(random variable) 혹은 랜덤 프로세스(random process)로 정의하고, 그의 평균, 분산(Variance) 또는 3차 이상의 모멘트(moment)를 산출하여 분석함으로써 오정렬 판정을 할 수도 있다.
또한, 복수의 추정오차의 분포(histogram)에 대한 특정 랜덤 변수(random variable)와의 매칭 정보를 매트릭스로 활용하여 분석하거나, 미리 정해진 가우시안 분포(Gaussian distribution)와의 적합도에 따라서 오정렬을 판정할 수도 있을 것이다.
또한, 수직 오정렬 판정부(250)는 연산된 추정 오차 중에서 일정한 허용범위를 벗어나는 추정 오차를 판정 대상에서 제외함으로써, 정밀도를 향상시킬 수도 있다.
예를 들면, 추정 오차의 허용범위가 0.2도인데, 측정된 추정 오차가 0.3도 이상이라면 해당 추정 오차는 수직 오정렬 판단 대상에서 제외시키는 것이다.
이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 다수의 지면거리별로 산출되는 추정 오차를 이용하여 수직 오정렬을 판정함으로써, 도로표면 불균일, 도로 경사, 레이더 빔폭의 변화 등이 발생하는 경우에도 레이더의 수직 장착 오정렬을 정밀하게 판정할 수 있다.
한편, 이상과 같은 본 실시예에 의한 레이더장치에 포함되는 컨트롤러(300), 수직 장착 오정렬 감지장치(200) 또는 그에 포함되는 관심영역 설정부(210), 지면성분 판단부(220), 추정 수직 각도 연산부(230), 추정 오차 연산부(240) 및 수직 오정렬 판정부(250) 등은 차량용 레이더 제어장치 또는 ECU의 일부 모듈로서 구현될 수 있다.
이러한 레이더 제어장치 또는 ECU는 프로세서와 메모리 등의 저장장치와 특정한 기능을 수행할 수 있는 컴퓨터 프로그램 등을 포함할 수 있으며, 전술한 컨트롤러(300) 수직 장착 오정렬 감지장치(200) 또는 그에 포함되는 관심영역 설정부(210), 지면성분 판단부(220), 추정 수직 각도 연산부(230), 추정 오차 연산부(240) 및 수직 오정렬 판정부(250) 등은 각각의 해당되는 기능을 수행할 수 있는 소프트웨어 모듈로서 구현될 수 있을 것이다.
즉, 본 실시예에 의한 컨트롤러(300) 수직 장착 오정렬 감지장치(200) 또는 그에 포함되는 관심영역 설정부(210), 지면성분 판단부(220), 추정 수직 각도 연산부(230), 추정 오차 연산부(240) 및 수직 오정렬 판정부(250)는 각각 해당되는 소프트웨어 모듈 구현되어 메모리에 저장될 수 있으며, 각 소프트웨어 모듈은 특정 시점에서 ECU와 같은 연산처리 장치에서 수행될 수 있다.
도 12는 본 실시예에 의한 수직 장착 오정렬 감지 방법의 전체적인 흐름을 도시하는 흐름도이다.
도 12와 같이, 본 실시예에 의한 수직 장착 오정렬 감지방법은, 레이더 신호를 기초로 차량 전방의 관심영역을 결정하는 관심영역 설정단계(S1210)와, 관심영역 내의 정지물체로부터의 반사신호 중에서 지면성분을 감지하는 지면성분 판단 단계(S1220)와, 감지된 지면성분까지의 지면 거리 및 추정 수직 각도를 연산하는 추정 수직 각도 연산 단계(S1230)와, 측정된 해당 지면 거리에 대응하여 설정된 기준 수직 각도와 상기 추정 수직 각도 사이의 차이인 추정 오차를 연산하는 추정 오차 연산 단계(S1240) 및 연산된 상기 추정 오차를 기초로 상기 레이더의 수직 장착의 오정렬 여부를 판정하는 수직 오정렬 판정단계(S1250) 등을 포함하여 구성될 수 있다.
본 실시예에 의한 수직 장착 오정렬 감지방법은 도 3 내지 도 11에서 설명한 수직 장착 오정렬 감지장치에 의하여 수행될 수 있으며, 그 구체적인 구성은 전술한 바와 대등하다.
물론, 본 실시예에 의한 레이더 장치의 안테나부 구조는 위와 같은 구성에 한정되는 것은 아니며, 기타 다른 방식의 안테나가 사용될 수도 있을 것이다.
이러한 레이더 센서는 레이더 신호를 송신하는 1 이상의 송신 안테나와 객체로부터 수신된 반사신호를 수신하는 1 이상의 수신 안테나를 포함한다.
한편 본 실시예에 의한 레이더 센서는 실제 안테나 개구(Apeture)보다 큰 가상 안테나 개구를 형성하기 위하여 다차원 안테나 배열 및 다중 입력 다중 출력(Multiple Input Multiple Output)의 신호 송수신 방식을 채택할 수 있다.
예를 들면, 수평 및 수직의 각도 정밀도 및 해상도를 달성하기 위해, 2 차원 안테나 어레이가 사용된다. 2 차원 레이더 안테나 어레이를 이용하면 수평 및 수직으로 개별적으로 (시간 다중화 된) 2 회의 스캔에 의해 신호를 송수신하며, 2 차원 레이더 수평 및 수직 스캔 (시간 다중화)과 별도로 MIMO가 이용될 수 있다.
더 구체적으로, 본 실시예에 의한 레이더 센서에서는, 총 12개의 송신 안테나(Tx)를 포함하는 송신안테나부와 16개의 수신안테냐(Rx)를 포함하는 수신안테나부로 구성된 2차원 안테나 어레이 구성을 채택할 수 있으며, 결과적으로 총 192개의 가상 수신 안테나 배치를 가질 수 있다.
또한, 다른 실시예에서는, 레이더 센서의 안테나가 2차원 안테나 어레이로 배치되며, 그 예로서 각 안테나 패치가 롬버스 격자(Rhombus) 배치를 가짐으로써 불필요한 사이드 로브를 감소시킬 수 있다.
또는, 2차원 안테나 배열이 다수의 방사 패치가 V자 형상으로 배치되는 V-shape 안테나 어레이를 포함할 수 있으며, 더 구체적으로는 2개의 V자 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 이 때에는, 각 V자 안테나 어레이의 꼭지점(Apex)으로 단일 피드(Single Feed)가 이루어진다.
또는, 2차원 안테나 배열이 다수의 방사 패치가 X자 형상으로 배치되는 X-shape 안테나 어레이를 포함할 수 있으며, 더 구체적으로는 2개의 X자 안테나 어레이를 포함할 수 있다. 이 때에는, 각 X자 안테나 어레이의 중심으로 단일 피드(Single Feed)가 이루어진다.
또한, 본 실시예에 의한 레이더 센서는 수직 및 수평방향의 감지 정확도 또는 해상도를 구현하기 위하여, MIMO 안테나 시스템을 이용할 수 있다.
더 구체적으로, MIMO 시스템에서는 각각의 송신안테나는 서로 구분되는 독립적인 파형을 가지는 신호를 송신할 수 있다. 즉, 각 송신안테나는 다른 송신 안테나들과 구분되는 독립적인 파형의 신호를 송신하고, 각각의 수신 안테나는 이 신호들의 상이한 파형으로 인해 객체에서 반사된 반사 신호가 어떠한 송신 안테나에서 송신된 것인지 결정할 수 있다.
또한, 본 실시예에 의한 레이더 센서는 송수신 안테나를 포함하는 기판 및 회로를 수용하는 레이더 하우징과, 레이더 하우징의 외관을 구성하는 레이돔(Radome)을 포함하여 구성될 수 있다. 이 때, 레이돔은 송수신되는 레이더 신호의 감쇄를 감소시킬 수 있는 재료로 구성되며, 레이돔은 차량의 전후방 범퍼, 그릴이나, 측면 차체 또는 차량 구성요소의 외부 표면으로 구성될 수 있다.
즉, 레이더 센서의 레이돔은 차량 그릴, 범퍼, 차체 등의 내부에 배치될 수도 있고, 차량 그릴, 범퍼, 차체 일부와 같이 차량의 외부 표면을 구성하는 부품의 일부분으로 배치됨으로써, 차량 미감을 좋게 하면서도 레이더 센서 장착의 편의성을 제공할 수 있다.
본 발명에 사용되는 레이더 센서 또는 레이더 시스템은 적어도 하나의 레이더 센서 유닛, 예를 들어 차량의 정면에 장착되는 정면 감지 레이더 센서, 차량의 후방에 장착되는 후방 레이더 센서 및 차량의 각 측방에 장착되는 측방향 또는 측후방 감지 레이더 센서 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
이러한 레이더 센서 또는 레이더 시스템은 송신신호 및 수신신호를 분석하여 데이터를 처리하며, 그에 따라 객체에 대한 정보를 검출할 수 있고, 이를 위한 전자 또는 제어 유닛(ECU) 또는 프로세서를 포함할 수 있다. 레이더 센서로부터 ECU로의 데이터 전송 또는 신호 통신은 적절한 차량 네트워크 버스 등과 같은 통신 링크를 이용할 수 있다.
이상과 같이, 본 실시예에 의하면, 다수의 지면거리별로 산출되는 추정 오차를 이용하여 수직 오정렬을 판정함으로써, 도로표면 불균일, 도로 경사, 레이더 빔폭의 변화 등이 발생하는 경우에도 레이더의 수직 장착 오정렬을 정밀하게 판정할 수 있는 효과를 가진다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 그 컴퓨터 프로그램을 구성하는 코드들 및 코드 세그먼트들은 본 발명의 기술 분야의 당업자에 의해 용이하게 추론될 수 있을 것이다. 이러한 컴퓨터 프로그램은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100 : 안테나부 200 : 수직 장착 오정렬 감지장치
300 : 컨트롤러 310 : 신호송수신부
320 : 신호처리부 210 : 관심영역 설정부
220 : 지면성분 판단부 230 : 추정 수직 각도 연산부
240 : 추정 오차 연산부 250 : 수직 오정렬 판정부

Claims (18)

  1. 레이더 신호를 기초로 차량 전방의 관심영역을 결정하는 관심영역 설정부;
    상기 관심영역 내의 정지물체로부터의 반사신호 중에서 지면성분을 감지하는 지면성분 판단부;
    감지된 지면성분까지의 지면 거리 및 추정 수직 각도를 연산하는 추정 수직 각도 연산부;
    측정된 해당 지면 거리에 대응하여 설정된 기준 수직 각도와 상기 추정 수직 각도 사이의 차이인 추정 오차를 연산하는 추정 오차 연산부; 및
    연산된 상기 추정 오차를 기초로 상기 레이더의 수직 장착의 오정렬 여부를 판정하는 수직 오정렬 판정부;
    를 포함하는 차량용 레이더 장치의 수직 장착 오정렬 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 관심영역 내의 다수의 지면거리에 대응되는 다수의 기준 수직 각도가 미리 설정되어 있으며, 상기 추정 오차 연산부는 상기 다수의 기준 수직 각도값 중에서 측정된 지면거리에 대응되는 제1 기준 수직 각도를 추출한 후, 상기 추정 수직 각도와 비교하여 상기 추정 오차를 산출하는 차량용 레이더 장치의 수직 장착 오정렬 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 수직 오정렬 판정부는 1회의 측정에 의한 상기 추정 수직 각도와 상기 제1기준 수직 각도와의 차이인 상기 추정 오차를 이용하여 상기 수직 장착 오정렬을 판정하는 차량용 레이더 장치의 수직 장착 오정렬 감지 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 수직 오정렬 판정부는 2회 이상의 측정에 의하여 산출되는 복수의 상기 추정 오차에 대한 통계적 특성을 이용하거나, 상기 복수의 추정 오차들의 누적분포를 함수화하여 수직 장착 오정렬을 판정하는 차량용 레이더 장치의 수직 장착 오정렬 감지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 수직 오정렬 판정부는 연산된 추정 오차 중에서 허용범위를 벗어나는 추정 오차를 제외하는 차량용 레이더 장치의 수직 장착 오정렬 감지 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 추정 수직 각도 연산부는 수직 방향으로 옵셋을 가지는 2개 이상의 송신안테나 또는 수직안테나를 포함하는 안테나부를 통해 송수신되는 레이더 신호를 이용하여 상기 지면거리 및 추정 수직 각도를 연산하는 차량용 레이더 장치의 수직 장착 오정렬 감지 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 안테나부는 수직 방향으로 옵셋된 2개 이상의 송신안테나와 수직방향으로 동일한 위치에 배열되는 1개 이상의 수신안테나를 포함하거나,
    수직방향으로 동일한 위치에 배열되는 1개 이상의 송신안테나와 수직방향으로 옵셋된 2개 이상의 수신안테나를 포함하는 차량용 레이더 장치의 수직 장착 오정렬 감지 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    2개 이상의 송신안테나에 포함된 각각의 송신안테나에서는 서로 다른 변조방식으로 변조된 송신신호를 방출하는 차량용 레이더 장치의 수직 장착 오정렬 감지 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 관심영역 설정부는 반사된 수신신호를 2차원 퓨리에 변환하여 거리대 속도 정보를 추출하는 거리-속도 정보 획득부와, 상기 거리대 속도정보로부터 상기 차량의 차속의 음수값에 대응되는 정지물체를 산출하는 정지물체 검출부와, 상기 정지물체를 포함하는 거리의 영역을 관심영역으로 한정하는 관심영역 한정부를 포함하는 차량용 레이더 장치의 수직 장착 오정렬 감지 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 거리-속도 정보 획득부는 상기 수신신호에 대하여 패스트 타임(Fast time)에 대해 제1 퓨리에 변환(1st FFT)를 수행하여 거리에 따른 시간 성분을 획득하고, 슬로우 타임(slow time)에 대해 제2 퓨리에 변환(2nd FFT)를 수행하여 각 거리에서 존재하는 신호를 속도에 따라 압축(compression)하여 거리대 속도 정보를 산출하는 차량용 레이더 장치의 수직 장착 오정렬 감지 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 지면성분 판단부는 상기 정지물체로부터의 반사신호의 파워 레벨 및 수평각도 중 하나 이상을 이용하여 상기 지면성분을 결정하는 차량용 레이더 장치의 수직 장착 오정렬 감지 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 지면성분 판단부는 상기 반사신호의 파워레벨이 제1임계값 이하이면서, 상기 반사신호의 수평각도가 제2임계값 이상인 경우 해당 반사신호를 지면성분으로 결정하는 차량용 레이더 장치의 수직 장착 오정렬 감지 장치.
  13. 레이더 신호를 기초로 차량 전방의 관심영역을 결정하는 관심영역 설정단계;
    상기 관심영역 내의 정지물체로부터의 반사신호 중에서 지면성분을 감지하는 지면성분 판단 단계;
    감지된 지면성분까지의 지면 거리 및 추정 수직 각도를 연산하는 추정 수직 각도 연산 단계;
    측정된 해당 지면 거리에 대응하여 설정된 기준 수직 각도와 상기 추정 수직 각도 사이의 차이인 추정 오차를 연산하는 추정 오차 연산 단계; 및
    연산된 상기 추정 오차를 기초로 상기 레이더의 수직 장착의 오정렬 여부를 판정하는 수직 오정렬 판정단계;
    를 포함하는 차량용 레이더 장치의 수직 장착 오정렬 감지 방법.
  14. 차량 주위로 송신신호를 방출하는 송신안테나 및 물체에서 반사된 수신신호를 수신하는 수신안테나를 포함하는 안테나부;
    상기 송신안테나를 통하여 일정한 송신 빔 패턴을 가지는 상기 송신신호를 송출하도록 제어하고, 상기 수신안테나에서 수신된 수신신호를 처리하여 물체의 정보를 획득하는 컨트롤러; 및
    차량 전방의 관심영역을 결정하는 관심영역 설정부와, 상기 관심영역 내의 정지물체로부터의 반사신호 중에서 지면성분을 감지하는 지면성분 판단부와, 감지된 지면성분까지의 지면 거리 및 추정 수직 각도를 연산하는 추정 수직 각도 연산부와, 측정된 해당 지면 거리에 대응하여 설정된 기준 수직 각도와 상기 추정 수직 각도 사이의 차이인 추정 오차를 연산하는 추정 오차 연산부와, 연산된 상기 추정 오차를 기초로 상기 레이더의 수직 장착의 오정렬 여부를 판정하는 수직 오정렬 판정부를 포함하는 수직 장착 오정렬 감지 장치;
    를 포함하는 차량용 레이더 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 안테나부는 수직 방향으로 옵셋된 2개 이상의 송신안테나와 수직방향으로 동일한 위치에 배열되는 1개 이상의 수신안테나를 포함하거나,
    수직방향으로 동일한 위치에 배열되는 1개 이상의 송신안테나와 수직방향으로 옵셋된 2개 이상의 수신안테나를 포함하는 차량용 레이더 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    2개 이상의 송신안테나에 포함된 각각의 송신안테나에서는 서로 다른 변조방식으로 변조된 송신신호를 방출하는 차량용 레이더 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 관심영역 내의 다수의 지면거리에 대응되는 다수의 기준 수직 각도가 미리 설정되어 있으며, 상기 추정 오차 연산부는 상기 다수의 기준 수직 각도값 중에서 측정된 지면거리에 대응되는 제1 기준 수직 각도를 추출한 후, 상기 추정 수직 각도와 비교하여 상기 추정 오차를 산출하는 차량용 레이더 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 수직 오정렬 판정부는 1회의 측정에 의한 상기 추정 수직 각도와 상기 제1기준 수직 각도와의 차이인 상기 추정 오차를 이용하여 상기 수직 장착 오정렬을 판정하는 차량용 레이더 장치.
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