KR20220064110A - 차량용 레이더 시스템 및 그 운용 방법 - Google Patents

차량용 레이더 시스템 및 그 운용 방법 Download PDF

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KR20220064110A KR1020200150276A KR20200150276A KR20220064110A KR 20220064110 A KR20220064110 A KR 20220064110A KR 1020200150276 A KR1020200150276 A KR 1020200150276A KR 20200150276 A KR20200150276 A KR 20200150276A KR 20220064110 A KR20220064110 A KR 20220064110A
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Abstract

레이더 신호를 출력하고 타겟에 반사된 레이더 신호를 수신하는 안테나; 상기 레이더 신호를 생성하여 상기 안테나로 제공하는 RF(Radio Frequency) 모듈; 및 차량의 주행 정보를 기반으로 상기 레이더 신호의 파형을 결정하는 레이더 MCU(Micro Control Unit)를 포함하는 차량용 레이더 시스템이 개시된다.

Description

차량용 레이더 시스템 및 그 운용 방법{RADAR SYSTEM FOR VEHICLE AND METHOD FOR OPERATING THE SAME}
본 발명은 차량용 레이더 시스템 및 그 운용 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 출력 파형을 변경함으로써 차량의 주행 환경에 따라 적절한 레이더 성능을 확보할 수 있는 차량용 레이더 시스템 및 그 운용 방법에 관한 것이다.
최근 차량의 자율 주행 기술에 대한 관심이 높아지면서 차량 주변의 타겟을 인식하고 인식된 타겟의 까지의 거리 및 인식된 타겟의 속도 등을 측정하는데 사용되는 레이더(Radar) 시스템에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
일반적으로, 레이더란 전파를 방사하고 물체에서 반사되는 반사파를 이용하여 타겟의 존재와 그 거리를 탐지하는 무선 감시장치이다. 레이더의 동작원리는 타겟에서 반사된 반사파를 포착하여 목표물의 존재를 알아내는 것이다.
레이더 기술을 이용하여 이동 타겟에 대한 정보를 구하는 알고리즘은 보편적으로 각각의 처프(chirp) 형태의 파형을 갖는 출력 신호 및 반사 신호를 여러 도메인에서 각각 FFT(Fast Fourier Transform)을 수행하여 타겟과 관련된 거리, 속도 및 각도 등의 파라미터를 추출하는 방식이 적용되고 있다.
여기서 처프 형태의 출력 파형의 대역폭, 주기 등은 검출하고자 하는 타겟의 거리 분해능이나 속도 분해능 및 최대 탐지 거리 등과 같은 레이더 시스템의 성능에 영향을 미친다.
차량의 주행이 이루어질 때에는 주행 중 차량의 주변 환경이나 차량의 상태에 따라, 레이더 시스템에 요구되는 성능이 상이할 수 있다. 예를 들어, 특정 상황에서는 타겟의 속도 보다는 거리를 더 정확하게 측정하는 것이 차량 주행 안전에 더 도움이 되는 경우가 발생할 수 있다.
종래의 레이더 시스템은 사전 설정된 하나의 출력 파형 만을 사용하므로 거리 분해능이나 속도 분해능 등이 항상 일정하다. 따라서, 종래의 레이더 시스템은 차량이 주변 환경이나 차량의 상태 등에 부합하는 적절한 레이더 성능을 확보할 수 없는 단점이 있다.
상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.
KR 10-2015-0010288 A KR 10-2015-0051697 A
이에 본 발명은, 레이더 출력 파형을 변경함으로써 차량의 주행 환경에 따라 적절한 레이더 성능을 확보할 수 있는 차량용 레이더 시스템 및 그 운용 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 기술적 과제로 한다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서 본 발명은,
레이더 신호를 출력하고 타겟에 반사된 레이더 신호를 수신하는 안테나;
상기 레이더 신호를 생성하여 상기 안테나로 제공하는 RF(Radio Frequency) 모듈; 및
차량의 주행 정보를 기반으로 상기 레이더 신호의 파형을 결정하는 레이더 MCU(Micro Control Unit)를 포함하는 차량용 레이더 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 레이더 신호는 주파수 대역폭 및 주기를 갖는 처프가 반복되는 파형을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 레이더 MCU는 상기 차량의 주행 정보를 기반으로 상기 처프의 주파수 대역폭 및 주기를 변경할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 레이더 MCU는 상기 차량이 건물 내 또는 건물 밖에 있는 지의 여부 또는 상기 차량의 속도를 사전 설정된 기준 속도와 비교한 결과에 기반하여 상기 처프의 주파수 대역폭 및 주기를 변경할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 레이더 MCU는 상기 차량이 건물 내에 있는 것으로 판단된 경우 상기 처프의 주파수 대역폭 및 주기를 증가시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 레이더 MCU는 상기 차량이 건물 밖에 있는 것으로 판단된 경우 상기 차량의 차속을 사전 설정된 기준 속도와 비교한 결과에 기반하여 상기 처프의 주파수 대역폭 및 주기를 변경할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 레이더 MCU는 상기 차량의 차속이 사전 설정된 기준 속도보다 작은 경우 상기 처프의 주파수 대역폭 및 주기를 증가시킬 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 다른 수단으로서 본 발명은,
차량의 주행이 개시되면, 차량에 설치된 레이더 시스템이 사전 설정된 디폴트 파형을 갖는 레이더 신호를 출력하는 단계;
상기 레이더 시스템이 차량의 내비게이션으로부터 입력 받은 위치 정보를 기반으로 차량이 건물 내 또는 건물 밖에 위치하는지 판단하는 단계; 및
상기 차량이 건물 내에 위치하는 것으로 판단한 경우, 상기 레이더 시스템이 상기 디폴트 파형을 변경하여 레이더 신호를 출력하는 단계;
를 포함하는 레이더 시스템의 운용 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 레이더 신호는 주파수 대역폭 및 주기를 갖는 처프가 반복되는 파형을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 디폴트 파형을 변경하여 레이더 신호를 출력하는 단계는, 상기 레이더 시스템이 상기 처프의 주파수 대역폭 및 주기를 변경하여 상기 디폴트 파형을 변경할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 디폴트 파형을 변경하여 레이더 신호를 출력하는 단계는, 상기 레이더 시스템이 상기 처프의 주파수 대역폭 및 주기를 증가시켜 상기 디폴트 파형을 변경할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는, 상기 차량이 건물 밖에 위치한 것으로 판단된 경우, 상기 레이더 시스템이 상기 차량의 차속을 사전 설정된 기준 속도와 비교하고 그 결과에 기반하여 상기 디폴트 파형을 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 차량의 차속을 사전 설정된 기준 속도와 비교하고 그 결과에 기반하여 상기 디폴트 파형을 변경하는 단계는, 상기 차량의 차속이 상기 기준 속도 미만인 경우 상기 처프의 주파수 대역폭 및 주기를 증가시켜 상기 디폴트 파형을 변경할 수 있다.
상기 차량용 레이더 시스템 및 그 운용 방법에 따르면, 차량의 주행 상태를 고려하여 적절하게 레이더 시스템의 성능을 조정할 수 있다.
더욱 상세하게는, 상기 차량용 레이더 시스템 및 그 운용 방법에 따르면, 차량의 속도가 저속일 때, 처프의 주파수 대역폭과 주기를 함께 증가시킴으로써 최대 탐지 거리의 감소 없이 거리 분해능을 향상시킬 수 있다.
특히, 상기 차량용 레이더 시스템 및 그 운용 방법에 따르면, 차량의 속도 감소로 인한 탐지 성능 열화가 발생할 수 있는 경우에 처프의 주기를 증가시켜 시간당 처프의 개수 감소에 의한 속도 탐지 정확도를 저하시키는 대신 거리 분해능을 향상시켜 속도 저하로 인한 탐지 성능 열화를 상쇄시킬 수 있다.
본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 레이더 시스템을 도시한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 레이더 시스템에 사용되는 레이더 신호의 파형을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 레이더 시스템에 변경된 레이더 신호의 파형을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 레이더 시스템의 운용 방법을 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부의 도면을 참조하여 다양한 실시형태에 따른 차량용 레이더 시스템 및 그 운용 방법을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 레이더 시스템을 도시한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 레이더 시스템(10)은, 레이더 신호를 출력하고 타겟에 반사된 신호를 수신하는 안테나(11), 특정 신호를 변조하여 안테나를 통해 전파를 방사하거나 수신된 전파의 신호를 복조하는 RF(Radio Frequency) 모듈(12), 복조된 신호를 소정의 샘플링 주파수로 샘플링하여 디지털 데이터로 변환하고 변환된 데이터를 처리하여 그 처리한 결과로 타겟의 거리 및 속도를 연산하는 레이더 MCU(Micro Control Unit)(13)를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 적용되는 레이더는 FMCW(Frequency modulated Continuous waveform) 레이더 일 수 있다.
일반적으로, 레이더는 사용하는 신호 파형의 형태에 따라 펄스(Pulse) 레이더, CW(Continuous waveform) 레이더, FMCW 레이더 등으로 구분될 수 있다.
FMCW 레이다는 시간에 따라 주파수가 변조되는 신호를 사용하며, 송신 신호와 수신 신호 간 차이인 비트 주파수(beat frequency) 성분에 따라 표적의 거리를 추정하며, 도플러 주파수(Doppler frequency) 성분에 따라 표적의 이동 속도를 도출한다. 이동객체를 탐지하기 위한 응용분야에서는 도플러 주파수 변화량이 비트 주파수에 미치는 영향을 낮추도록 하는 고속-처프열(fast-chirp train) 변조방식이 주로 이용된다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 레이더 시스템에 사용되는 레이더 신호의 파형을 도시한 도면이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 적용되는 레이더는 FMCW 레이더로서 도 2에 도시된 것과 같이 일정 주기와 주파수 대역폭을 갖는 처프가 연속된 형태의 레이더 신호를 사용할 수 있다. 도 2에서 실선은 레이더 시스템(10)의 안테나(11)에서 타겟을 향해 출력되는 출력 신호(TS)이고, 점선은 타겟에 반사되어 레이더 시스템(10)의 안테나(11)에 의해 수신되는 되는 수신 신호(RS)이다.
도 2에 도시된 것과 같은 레이더 신호의 파형에서, 시간당 처프의 개수가 많을 수록 레이더 시스템의 속도 분해능이 높아질 수 있다. 그리고, 처프의 주기가 일정한 경우, 처프의 주파수 대역폭이 넓을수록 레이더 시스템의 거리 분해능이 높아질 수 있다. 또한, 처프의 대역폭이 일정한 경우, 처프의 주기가 길수록 레이더 시스템의 탐지거리가 증가할 수 있다.
본 발명의 여러 실시형태에서는, 레이더 MCU(13) 레이더 시스템 외부의 차량 내 센서나 타 제어기들로부터 차량 속도 정보 또는 차량 위치 정보를 수신할 수 있고, 수신한 정보에 따라 도 2에 도시된 것과 같은 시간-주파수 영역에서의 레이더 신호 파형을 변경하여 레이더 성능을 조정할 수 있다.
예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시형태에 따른 레이더 시스템(10)은 차량의 차속 센서(21)로부터 차량의 주행 속도 정보를 입력 받을 수 있고 차량의 내비게이션(22)으로부터 차량의 위치 정보를 입력 받을 수 있다.
레이더 MCU(13)는 차속 센서(21)나 내비게이션(22) 등에서 입력되는 정보를 기반으로 레이더 신호의 파형, 즉 처프의 주기나 처프의 대역폭을 변경할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 레이더 시스템에 변경된 레이더 신호의 파형을 도시한 도면이다.
더욱 상세하게, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 레이더 시스템에서, 레이더 MCU(13)는 내비게이션(22)로부터 차량의 위치 정보를 입력 받고 차량이 건물 내에 있는지 건물 밖에 있는지 판단할 수 있다. 차량이 건물 내에 있는 경우에는 차량의 속도가 매우 낮게 된다. 차량이 정지한 상태이거나 차량의 속도가 매우 낮은 경우 차량의 속도 정보가 소실되어 레이더 시스템의 탐지 성능이 열화될 수 있다. 본 발명의 일 실시형태에서, 레이더 MCU(13)는 차량이 건물 내에 있는 것으로 판단된 경우에는 도 3에 도시된 것과 같이, 처프의 주기를 증가 시키고(Tchirp -> Tchirp') 처프의 주파수 대역폭을 증가시킨(fsw -> fsw') 레이더 신호의 파형을 생성하게 할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 것과 같은 레이더 신호의 파형이 디폴트 파형이라고 한 경우, 차량이 건물 내에 있는 것으로 판단되면, 도 3에 도시된 것과 같이 처프의 주기를 두 배로 증가 시키고 처프의 주파수 대역폭을 두 배로 증가 시킬 수 있다.
통상 레이더 시스템은 디폴트 파형의 처프 하나당 일정한 샘플링 주기로 디지털 변환이 이루어지므로, 처프의 주기가 두 배가 되는 경우 하나의 처프 당 샘플링 회수는 디폴트 파형의 두 배가 된다. 즉, 처프의 주파수 대역이 두 배가 됨과 동시에 처프 주기를 두배로 증가시켜 샘플링 회수 역시 두배가 되게 함으로써, 최대 탐지 거리의 감소 없이 거리 분해능을 향상 시킬 수 있다.
만약, 처프의 주파수 대역만 두배가 되게 변경하고 처프의 주기를 변경하지 않는 경우 넓어진 주파수 대역에 비해 샘플링 회수가 그대로 이므로 최대 탐지 거리가 감소하게 된다. 그러나, 본 발명의 일 실시형태는 처프의 주파수 대역폭과 주기를 함께 증가시킴으로써 최대 탐지 거리의 감소 없이 거리 분해능을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시형태에 따른 레이더 시스템은 차량의 속도 감소로 인한 탐지 성능 열화가 발생할 수 있는 경우에 처프의 주기를 증가시켜 시간당 처프의 개수 감소에 의한 속도 탐지 정확도를 저하시키는 대신 거리 분해능을 향상시켜 속도 저하로 인한 탐지 성능 열화를 상쇄시킬 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 레이더 시스템에서, 레이더 MCU(13)는 내비게이션(22)로부터 차량의 위치 정보에 의해 차량이 건물 밖에 있는 것으로 판단하면, 차속 센서(21)로부터 차량의 속도를 입력 받고 차량의 속도가 정지 상태이거나 정지 상태에 가까운 사전 설정된 기준 속도 미만인 경우에 도 3에 도시된 것과 같이 처프의 주기 및 처프의 주파수 대역을 모두 증가시킨 형태로 레이더 신호의 파형을 변경할 수 있다.
반면, 레이더 MCU(13)는 내비게이션(22)로부터 차량의 위치 정보에 의해 차량이 건물 밖에 있는 것으로 판단되고 차속 센서(21)로부터 입력된 차량의 속도가 기준 속도 이상인 경우에는 도 2에 도시된 것과 같이, 디폴트로 설정된 주기 및 대역폭을 갖는 처프를 나타내는 레이더 신호를 출력할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 레이더 시스템의 운용 방법을 도시한 흐름도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 차량용 레이더 시스템의 운용 방법은, 차량의 운행이 개시되면, 레이더 시스템(10)의 레이더 MCU(13)는 도 2에 도시된 것과 같이 사전 설정된 주파수 대역 및 주기를 갖는 처프를 포함하는 파형을 레이더 신호로 출력하여 작동할 수 있다(S11).
이어, 레이더 MCU(13)는 차량의 네비게이션(22)으로부터 입력 받은 차량의 위치 정보를 이용하여 차량이 건물 내에 있는 상태인지 판단할 수 있다(S12).
레이더 MCU(13)가 차량이 건물 내에 있는 것으로 판단한 경우, 레이더 MCU(13)는 레이더 신호의 파형을 변경할 수 있다(S13). 전술한 바와 같이, 레이더 MCU(13)는 레이더 신호에 포함된 처프의 주파수 대역폭을 증가시키고 처프의 주기를 증가시킬 수 있다. 이를 통해, 실내에서 활용도가 떨어지는 속도 탐지 정확도를 감소시키는 대신 최대 탐지 거리를 유지하면서 거리 탐지 정확도, 즉 거리 분해능을 향상시킬 수 있다.
단계(S12)에서, 차량이 건물 밖에 있는 것으로 판단한 경우, 레이더 MCU(13)는 차속 센서(21)에서 차량의 속도 정보를 제공 받고 제공받은 차량의 속도를 사전 설정된 기준 속도(A)과 비교할 수 있다(S14). 차량의 속도가 사전 설정된 기준 속도 미만인 경우, 레이더 MCU(13)는 단계(S13)과 같이 레이더 신호에 포함된 처프의 주파수 대역폭을 증가시키고 처프의 주기를 증가시킬 수 있다.
단계(S14)에서, 차량의 속도가 기준 속도(A) 이상인 경우에는 계속 디폴트 파형으로 레이더 신호를 출력하여 레이더 시스템은 운용할 수 있다(S11).
이상에서 본 발명의 특정한 실시형태에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 이하의 특허청구범위에 의해 제공되는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 한도 내에서, 본 발명이 다양하게 개량 및 변화될 수 있다는 것은 당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
10: 레이더 시스템 11: 안테나
12: RF 모듈 13: 레이더 MCU
21: 차속 센서 22: 내비게이션

Claims (13)

  1. 레이더 신호를 출력하고 타겟에 반사된 레이더 신호를 수신하는 안테나;
    상기 레이더 신호를 생성하여 상기 안테나로 제공하는 RF(Radio Frequency) 모듈; 및
    차량의 주행 정보를 기반으로 상기 레이더 신호의 파형을 결정하는 레이더 MCU(Micro Control Unit)를 포함하는 차량용 레이더 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 레이더 신호는 주파수 대역폭 및 주기를 갖는 처프가 반복되는 파형을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 시스템.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 레이더 MCU는 상기 차량의 주행 정보를 기반으로 상기 처프의 주파수 대역폭 및 주기를 변경하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 시스템.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 레이더 MCU는 상기 차량이 건물 내 또는 건물 밖에 있는 지의 여부 또는 상기 차량의 속도를 사전 설정된 기준 속도와 비교한 결과에 기반하여 상기 처프의 주파수 대역폭 및 주기를 변경하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 레이더 MCU는 상기 차량이 건물 내에 있는 것으로 판단된 경우 상기 처프의 주파수 대역폭 및 주기를 증가시키는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 레이더 MCU는 상기 차량이 건물 밖에 있는 것으로 판단된 경우 상기 차량의 차속을 사전 설정된 기준 속도와 비교한 결과에 기반하여 상기 처프의 주파수 대역폭 및 주기를 변경하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 시스템.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 레이더 MCU는 상기 차량의 차속이 사전 설정된 기준 속도보다 작은 경우 상기 처프의 주파수 대역폭 및 주기를 증가시키는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 시스템.
  8. 차량의 주행이 개시되면, 차량에 설치된 레이더 시스템이 사전 설정된 디폴트 파형을 갖는 레이더 신호를 출력하는 단계;
    상기 레이더 시스템이 차량의 내비게이션으로부터 입력 받은 위치 정보를 기반으로 차량이 건물 내 또는 건물 밖에 위치하는지 판단하는 단계; 및
    상기 차량이 건물 내에 위치하는 것으로 판단한 경우, 상기 레이더 시스템이 상기 디폴트 파형을 변경하여 레이더 신호를 출력하는 단계;
    를 포함하는 레이더 시스템의 운용 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 레이더 신호는 주파수 대역폭 및 주기를 갖는 처프가 반복되는 파형을 갖는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 시스템의 운용 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 디폴트 파형을 변경하여 레이더 신호를 출력하는 단계는, 상기 레이더 시스템이 상기 처프의 주파수 대역폭 및 주기를 변경하여 상기 디폴트 파형을 변경하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 시스템의 운용 방법.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 디폴트 파형을 변경하여 레이더 신호를 출력하는 단계는, 상기 레이더 시스템이 상기 처프의 주파수 대역폭 및 주기를 증가시켜 상기 디폴트 파형을 변경하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 시스템의 운용 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 차량이 건물 밖에 위치한 것으로 판단된 경우, 상기 레이더 시스템이 상기 차량의 차속을 사전 설정된 기준 속도와 비교하고 그 결과에 기반하여 상기 디폴트 파형을 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 시스템의 운용 방법.
  13. 청구항 12에 있어서,
    상기 차량의 차속을 사전 설정된 기준 속도와 비교하고 그 결과에 기반하여 상기 디폴트 파형을 변경하는 단계는, 상기 차량의 차속이 상기 기준 속도 미만인 경우 상기 처프의 주파수 대역폭 및 주기를 증가시켜 상기 디폴트 파형을 변경하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 시스템의 운용 방법.
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