KR101551811B1

KR101551811B1 - 레이더 장치 및 그의 주파수 간섭 제거방법

Info

Publication number: KR101551811B1
Application number: KR1020150025933A
Authority: KR
Inventors: 최수호; 양희진
Original assignee: 최수호; 양희진
Priority date: 2014-05-19
Filing date: 2015-02-24
Publication date: 2015-09-10
Anticipated expiration: 2035-02-24
Also published as: WO2016137074A1; US20180003799A1; US10509105B2

Abstract

레이더 장치 및 그의 주파수 간섭 제거방법에 관한 것으로, 주변으로 레이더 송신신호를 송신하고 표적으로부터 반사되는 신호를 수신하는 안테나부, 상기 송신신호를 발생하고 송신신호와 수신신호의 주파수를 변환하며 수신신호를 증폭하는 RF부, 상기 송신신호를 발생하도록 제어신호를 발생하고 상기 RF부의 수신신호에서 주파수 간섭을 제거하는 신호처리부 및 상기 신호처리부의 출력신호를 이용해서 레이더 검지정보와 레이더 검지정보를 누적해서 추적정보를 생성하는 제어부를 포함하는 구성을 마련하여, 레이더 주파수 간섭환경에 따라 호핑 패턴을 실시간으로 가변시켜 주파수 간섭 환경에 적응적으로 최적화된 호핑패턴을 운용할 수 있다는 효과가 얻어진다.

Description

레이더 장치 및 그의 주파수 간섭 제거방법{RADAR APPARATUS AND METHOD FOR FREQUENCY INTERFERENCE CANCELLATION THEREOF}

본 발명은 레이더 장치 및 그의 주파수 간섭 제거방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동일 주파수 대역을 사용하는 레이더 장치 간의 주파수 간섭을 제거하는 레이더 장치 및 그의 주파수 간섭 제거방법에 관한 것이다.

레이더 센서는 마이크로파(microwave)를 이용하여 전파를 송신하고 표적에서 반사된 일부 반사(reflection) 신호를 수신하여 거리, 속도, 각도 정보를 측정하는 감지수단이다.

이러한 레이더 센서는 펄스 도플러 레이더(Pulsed Doppler Radar), 주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, 이하 'FMCW'라 함), 계단형 주파수 연속파(Stepped-Frequency Continous Wave, 이하 'SFCW'라 함), 주파수 편이 방식(Frequency Shift Keying, 이하 'FSK'라 함) 레이더 등의 다양한 레이더 파형(Radar Waveform)을 사용하여 표적정보를 측정한다.

일반적으로, 펄스 도플러 레이더는 장거리 탐지용 레이더로 사용되고, FMCW/SFCW/FSK Radar는 근거리 탐지용으로 사용된다.

최근에 레이더 센서는 주행 중 충돌을 방지하고, 안전운전을 지원하기 위해 차량용 레이더 장치에 적용되고 있다.

예를 들어, 도 1은 FMCW 레이더 파형을 사용하는 레이더 장치의 구성도이다.

종래기술에 따른 레이더 장치(10)는 도 1에 도시된 바와 같이, 차량 주변에 레이더 신호를 송신하고 타 차량으로부터 반사되는 신호를 수신하는 안테나부(11), 상기 송신신호를 발생하고 송신신호와 수신신호의 주파수를 변환하며 수신신호를 증폭하는 RF(radio frequency)부(12) 및 송신신호를 발생하도록 제어신호를 발생하고 수신신호를 신호처리하여 표적과의 거리, 표적의 속도 및 각도를 포함하는 레이더 검지정보에 기초해서 타 차량과의 충돌 발생 여부를 판단하는 디지털부(13)를 포함한다.

RF부(12)는 디지털부(13)의 제어신호에 따라 원하는 발진 주파수의 송신신호를 출력하는 전압 제어 발진기(21), 안테나부(11)에서 수신된 신호를 증폭하고 노이즈를 감쇠하는 저잡음 증폭기(22), 전압 제어 발진기(21)에서 발생한 송신신호를 분배하는 전력 분배기(23), 저잡음 증폭기(22)에서 출력되는 수신신호와 전력 분배기(22)에서 분배된 신호의 동위상 성분 및 직교 성분을 각각 혼합해서 수신신호의 동위상 성분과 직교 성분으로 구분하는 한 쌍의 믹서(24), 한 쌍의 믹서(24)에서 출력되는 각 성분의 게인(gain)을 증폭하는 한 쌍의 게인 증폭기(25) 및 증폭된 각 성분을 미리 설정된 주파수 대역에 대해 필터링해서 노이즈를 제거하는 한 쌍의 밴드패스필터(26)를 포함한다.

디지털부(13)는 송신신호를 발생하도록 제어신호를 출력하고 수신된 신호를 신호처리하는 신호처리부(31), 디지털 신호 형태의 제어신호를 아날로그 신호로 변환하는 DAC(32) 및 아날로그 신호 형태의 수신 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(33)를 포함할 수 있다.

이와 같이 구성되는 레이더 장치(10)는 77㎓ 대나 24㎓ 대로 설정된 주파수 대역을 사용함에 따라 동일지역 내에 존재하는 경우, 동일 주파수 사용으로 인해 주파수 간섭 문제가 발생한다.

이에 따라, 의사 잡음 부호(pseudo noise code, 이하 'PN 코드'라 함), 바커 코드(Barker Code) 등을 사용자별로 사전에 미리 구분해서 할당하여 주파수 호핑(Frequency Hopping), 시간 호핑 (Time Hopping) 패턴으로 적용하여 주파수 간섭을 회피하는 기술이 개발되고 있다.

하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등에는 종래기술에 따른 레이더 센서의 주파수 간섭제거 기술이 개시되어 있다.

예를 들어, 도 2 내지 도 4는 종래기술에 따른 레이더의 주파수 간섭제거 방법의 예시도이다.

도 2에는 종래기술에 따른 FMCW 레이더에 주파수 호핑 방법을 이용해서 주파수 간섭 제거시 시간 동기가 완벽한 상태가 도시되어 있고, 도 3 및 도 4에는 각각 시간 동기가 맞지 않는 경우에 노이즈 레벨이 상승한 상태 및 고스트 타겟이 발생한 상태가 도시되어 있다.

FMCW 계열의 레이더 센서가 사용하는 시간/주파수(Time/Frequency) 송신 신호는 특정 코드에 의해 사용자별로 사전에 미리 할당하여 운용할 수 있다.

그래서 도 2에 도시된 바와 같이, 레이더별로 서로 다른 주파수 호핑 패턴을 적용하는 경우, 레이더 센서 간 시간 동기(time synchronization)가 완벽히 맞아야 가능하다는 전제가 존재한다.

이로 인해, 시간 동기가 맞지 않은 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 간섭 신호가 시간축을 따라 흘러다니는 것처럼 보임에 따라, 노이즈 레벨이 상승하는 간섭 특징이 나타난다.

이와 함께, 간섭신호의 시간 지연이 연속적으로 발생하여 PN 코드, 바커 코드로 레이더 센서를 분리하더라도, 어느 시점에서는 도 3에 도시된 바와 같은 주파수 간섭이 다시 발생한다.

만약, 시간 지연이 더욱 길어지면, 도 4에 도시된 바와 같이 실제 표적이 있는 것처럼 보이는 고스트 표적(ghost target)이 발생하는 간섭 특징을 갖는 주파수 간섭이 발생한다.

도 5 및 도 6은 각각 도 3 및 도 4에 도시된 노이즈 레벨이 상승하는 경우와 고스트 표적이 발생하는 경우를 설명하는 도면이다.

도 5 및 도 6에 도시된 바와 같이, 시간 동기가 맞지 않아 간섭신호가 시간 축을 따라 흐르는 경우, 노이즈 레벨이 상승하거나, 고스트 표적이 발생하는 2가지 주파수 간섭 특성이 반복적으로 나타난다.

따라서 레이더 신호를 어느 시점에 수신하는가에 따라 노이즈 레벨이 상승할 수도 있고, 고스트 표적이 발생할 수도 있다.

한편, 도 7 및 도 8은 각각 연속파 주파수 간섭이 발생하는 경우와 서로 다른 FMCW 파형이 존재하는 경우의 주파수 간섭 특성의 예시도이고, 도 9 및 도 10은 각각 노이즈 레벨이 상승하는 경우와 고스트 표적이 발생하는 경우의 예시도이다.

도 7에 도시된 바와 같이, 연속파 주파수 간섭이 발생하는 경우, 송신신호와 간섭신호가 크로스(cross) 형태를 이룸에 따라, 노이즈 레벨이 상승하는 현상이 발생한다.

다만, 연속파 간섭의 경우, 시간 동기가 맞지 않아 시간 축을 따라 흘러다니더라도, 간섭신호의 주파수가 고정적인 위치에 발생하는 특징이 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 서로 다른 FMCW 파형을 사용하는 레이더 센서 사이에서는 고스트 표적은 발생하지 않고, 노이즈 레벨만 상승시키는 간섭 특성이 나타난다.

따라서 동종의 레이더 시스템 간의 주파수 간섭 특성은 레이더 센서 간 시간 동기가 맞지 않는 경우, 도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이 노이즈 레벨 상승 및 고스트 표적 발생의 2가지 특성이 반복적으로 발생한다.

대한민국 특허 등록번호 제10-1135982호(2012년 4월 17일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1348548호(2014년 1월 16일 공고) 대한민국 특허 등록번호 제10-1184622호(2012년 9월 21일 공고)

상기한 바와 같이, 종래기술에 따른 주파수, 시간 호핑을 이용한 회피 방법은 레이더 센서 간 시간 동기가 완벽히 맞는 경우에는 적용 가능하나, 그렇지 않은 경우에는 간섭으로 상대방 레이더 신호를 수신했을 때 시간 축을 따라 연속적으로 흘러 다니는 것처럼 보인다.

그리고 레이더 센서 간의 비동기 특성으로 인해, 미리 할당된 주파수 호핑 패턴을 가지고 운용하더라도 어느 시점에서는 또 다시 주파수 간섭이 발생하는 문제점이 있었다.

또, 상기한 특허문헌 3과 같이, GPS나 통신모뎀 등을 이용해서 시간 동기를 맞춤으로써, 시간 동기 문제를 해결하기 위해 방안도 제안되었으나, GPS나 통신모뎀 등의 추가 모듈 적용으로 인해, 레이더 센서의 제조 비용이 상승하는 문제점이 있었다.

또한, 레이더 센서 제조사 별로 시간 동기를 위한 통신/프로토콜 규격을 표준화하는 방법도 있으나, 이는 현실적으로 실현하기 어려움이 있었다.

따라서, 레이더 센서 간 시간 동기가 맞지 않는다고 가정하고, 상기한 2가지 문제가 어떤 시점에 반복적으로 발생하더라도 주파수 간섭을 제거 및 회피할 수 있는 기술의 개발이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 동일 주파수를 사용하는 레이더 센서들의 주파수 간섭을 회피하고 제거할 수 있는 레이더 장치 및 그의 주파수 간섭 제거방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 레이더 센서의 시간 동기 문제를 고려해서 주파수 간섭에 의한 노이즈 레벨 상승 및 고스트 표적 발생 문제를 해소할 수 있는 레이더 장치 및 그의 주파수 간섭 제거방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이더 장치는 주변으로 레이더 송신신호를 송신하고 표적으로부터 반사되는 신호를 수신하는 안테나부, 상기 송신신호를 발생하고 송신신호와 수신신호의 주파수를 변환하며 수신신호를 증폭하는 RF부, 상기 송신신호를 발생하도록 제어신호를 발생하고 상기 RF부의 수신신호에서 주파수 간섭을 제거하는 신호처리부 및 상기 신호처리부의 출력신호를 이용해서 레이더 검지정보와 레이더 검지정보를 누적해서 추적정보를 생성하는 제어부를 포함하고, 상기 신호처리부는 상기 RF부의 수신신호의 포락선 검출 결과에 기초해서 주파수 간섭 특성을 구별하여 고스트 표적을 제거하고, 노이즈 레벨을 상승시키는 주파수 간섭을 제거하는 주파수 간섭 제거부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이더 장치의 주파수 간섭 제거방법은 (a) 포락선 검출기를 이용해서 ADC에서 샘플링된 수신신호의 포락선을 검출하는 단계, (b) 포락선 검출 결과를 이용해서 간섭 신호 특성을 파악하는 단계 및 (c) 상기 (b)단계에서 파악된 간섭 신호 특성에 기초해서 상기 수신신호에 포함된 주파수 간섭신호를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이더 장치 및 그의 주파수 간섭 제거방법에 의하면, 포락선 검출 결과를 이용해서 구별된 주파수 간섭 특성에 따라 적응적으로 타 레이더 장치에 의한 주파수 간섭신호를 제거할 수 있다는 효과가 얻어진다.

즉, 본 발명에 의하면, 포락선 검출 값이 미리 설정된 한계 레벨 이하인 경우, 주파수 호핑 반복 구간에 공통되는 최소 표적 개수를 실제 표적 개수의 기준으로 카운팅하고 나머지를 표적 카운팅에서 제거함으로써, 고스트 표적을 제거하여 간섭신호를 제거할 수 있다는 효과가 얻어진다.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 고스트 표적으로 분류된 호핑 신호에 대해서만 호핑 패턴을 변경함으로써, 미리 설정된 호핑 패턴대로만 주파수 호핑을 수행하는 경우에 비해, 호핑을 위한 송신신호 처리 부하를 감소시킬 수 있다는 효과가 얻어진다. .

그리고 본 발명에 의하면, 포락선 검출 값이 한계 레벨을 초과하는 경우, 주파수 간섭 신호 시간 구간동안 제로 패딩을 통해 간섭신호를 제거하고, 외삽 기법을 이용해서 연속적인 신호로 복원할 수 있다는 효과가 얻어진다.

이에 따라, 본 발명에 의하면, 주파수 간섭에 의해 상승한 노이즈 레벨을 감소시키고, 실제 표적 신호에 대한 검출 확률을 높일 수 있다는 효과가 얻어진다.

결과적으로, 본 발명에 의하면, 레이더 주파수 간섭환경에 따라 호핑 패턴을 실시간으로 가변시켜 주파수 간섭 환경에 적응적으로 최적화된 호핑패턴을 운용할 수 있다는 효과가 얻어진다.

도 1은 FMCW 레이더 파형을 사용하는 레이더 장치의 구성도이다.
도 2 내지 도 4는 종래기술에 따른 레이더의 주파수 간섭제거 방법의 예시도,
도 5 및 도 6은 각각 도 3 및 도 4에 도시된 노이즈 레벨이 상승하는 경우와 고스트 표적이 발생하는 경우를 설명하는 도면,
도 7 및 도 8은 각각 연속파 주파수 간섭이 발생하는 경우와 서로 다른 FMCW 파형이 존재하는 경우의 주파수 간섭 특성의 예시도,
도 9 및 도 10은 각각 노이즈 레벨이 상승하는 경우와 고스트 표적이 발생하는 경우의 예시도,
도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이더 장치에 적용되는 디지털부의 블록 구성도,
도 12는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이더 장치의 주파수 간섭 제거방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 13은 포락선 검출기를 이용한 디지털 포락선 검출 과정의 예시도,
도 14 및 도 15는 FMCW 레이더 장치의 수신신호 그래프,
도 16은 특정 주파수 호핑 신호에 대해 고스트 표적이 발생한 주파수 간섭을 예시한 도면,
도 17은 노이즈 레벨을 상승시키는 주파수 간섭을 예시한 도면.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이더 장치 및 그의 주파수 간섭 제거방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 실시 예에서는 설명의 편의를 위하여, 차량의 충돌방지 및 사고기록 기능을 갖도록 도 1에 도시된 단일 안테나 구조를 갖는 FMCW 레이더 장치의 구성을 원용하여 설명하기로 한다.

그러나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, ITS(Intelligent Transportation System) 교통량 측정용 레이더, 레이더 레벨미터, 근거리 변위측정 레이더, 근거리 감응제어 레이더 등 다양한 용도로 사용되는 근거리 탐지 및 검출용 레이더 장치에 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.

또한, 본 발명은 단일 안테나 구조를 갖는 FMCW 레이더 장치뿐만 아니라, 다중 안테나 구조나 다수의 안테나 배열을 갖는 FMCW 레이더 장치는 물론이고, SFCW, FSK 등 다양한 방식의 레이더 장치에 적용될 수 있음에 유의하여 한다.

도 11은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이더 장치에 적용되는 디지털부의 블록 구성도이다.

본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이더 장치(10)는 도 1 및 도 11에 도시된 바와 같이, 안테나부(11), RF부(12), 송신신호를 발생하도록 제어신호를 발생하고 RF부(12)의 수신신호에서 주파수 간섭을 제거하는 신호처리부(31) 및 신호처리부(31)의 출력신호를 이용해서 레이더 검지정보와 레이더 검지정보를 누적해서 추적정보를 생성하는 제어부(14)를 포함한다.

신호처리부(31)는 상기 제어신호를 발생하는 신호발생유닛(34)과 RF부(12)의 수신신호에서 디지털 신호처리 방식을 이용해서 주파수 간섭신호를 제거하는 주파수 간섭 제거부(35)를 포함할 수 있다.

이와 함께, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이더 장치(10)는 DAC(32), ADC(33), RF부(12)로부터 ADC(33)에 입력되는 표적신호를 클리핑해서 ADC(33)를 보호하는 신호 클리핑부(15) 및 ADC(33)에서 샘플링된 신호를 저장하는 저장부(16)를 더 포함할 수 있다.

표적신호의 수신 전력은 전파를 송신하여 표적에 맞고 되돌아오는 신호이므로, 표적과 레이더 장치(10) 사이 거리의 4제곱에 반비례한다.

반면, 간섭신호는 상대 레이더 장치(도면 미도시)에서 단 방향으로 방사되는 신호를 수신함에 따라, 레이더 장치(10)와 상대 레이더 장치 사이 거리의 제곱에 반비례한다.

따라서 간섭신호는 일반적으로 수신되는 표적신호의 신호전력 보다 매우 강한 수신전력으로 수신된다.

이러한 간섭신호는 안테나부(11)를 통해 수신되어 RF부(12)의 저잡음 증폭기(22)와 ADC(33)에 입력됨에 따라, 저잡음 증폭기(22)나 ADC(33)는 간섭신호의 큰 신호전력 레벨로 인해 손상될 수 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위해, 신호 클리핑부(15)는 ADC(33) 입력 전에 일반적인 표적신호의 신호전력 레벨에 비해 큰 신호전력 레벨의 간섭신호를 클리핑(clipping)함으로써, ADC(33)의 손상을 방지하여 보호할 수 있다.

저장부(16)는 ADC(33)에서 샘플링된 신호를 저장하는 기능을 한다.

이러한 저장부(33)는 차량용 레이더 장치(10)를 구동하는 구동 프로그램과 제어부(14)에서 생성되는 레이더 검지정보 및 누적정보를 저장하는 메인 메모리로 마련되거나, 상기 메인 메모리와 별도의 메모리로 마련될 수도 있다.

주파수 간섭 제거부(35)는 ADC에서 출력되는 수신신호의 포락선을 검출(Envelope Detection)하는 포락선 검출기(Envelope Detector)(41), 검출된 값과 미리 설정된 한계 레벨(Threshold Level)을 비교하는 비교유닛(42), 상기 한계 레벨 이하의 신호에서 고스트 표적을 제거하는 고스트 표적 제거유닛(43), 상기 한계레벨을 초과하는 신호에 포함된 간섭신호를 제거하는 간섭신호 제거유닛(44), 고스트 표적과 간섭신호가 제거된 최종 표적을 검출하는 표적 검출유닛(45) 및 검출된 최종 표적 중에서 간섭이 발생한 신호에 대해서만 서로 다른 주파수 대역으로 송신신호의 주파수를 호핑하는 주파수 호핑유닛(46)을 포함할 수 있다.

다음, 도 12를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이더 장치의 주파수 간섭 제거방법을 상세하게 설명한다.

도 12는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이더 장치의 주파수 간섭 제거방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.

도 12의 S10단계에서 신호 클리핑부(15)는 RF부(12)에서 출력되는 수신신호를 클리핑해서 ADC(33) 입력 전에 일반적인 표적신호의 신호전력 레벨에 비해 큰 신호전력 레벨의 간섭신호로 인한 ADC(33)의 손상을 방지하여 안전하게 보호한다.

그러면, ADC(33)는 신호 클리핑부(15)로부터 수신신호를 전달받아 샘플링하고(S12), 샘플링된 수신신호는 저장부(16)에 저장된다(S14).

포락서 검출기(41)는 수신신호의 포락선을 검출하고(S16), 비교유닛(42)은 포락선 검출기(41)에서 검출된 값(k)과 한계 레벨을 비교한다(S18).

도 13은 포락선 검출기를 이용한 디지털 포락선 검출 과정의 예시도이다.

포락선 검출기(41)는 도 13에 도시된 바와 같이, 스무딩 팩터(Smoothing Factor)(α)를 갖는 디지털 방식의 적분기로 마련되고, 상기 스무딩 팩터(α)를 통해 포락선 검출 과정에서 노이즈의 영향을 최소화함으로써, 노이즈에 둔감하게 한다.

도 14 및 도 15는 FMCW 레이더 장치의 수신신호 그래프이다.

도 14 및 도 15에는 각각 저장부(16)에 저장되는 데이터, 즉 수신신호의 업/다운 비트 주파수(Up/Down Beat Frequency)가 한계 레벨보다 큰 경우와 한계 레벨 이하인 경우가 예시되어 있다.

도 14에 도시된 바와 같이, 한계 레벨보다 신호레벨이 큰 신호는 크로스 형태의 주파수 간섭이 발생하는 경우이다.

따라서, 주파수 간섭 제거부(35)는 포락선 검출기(41)를 통해 검출된 값(k)이 특정 한계 레벨보다 큰 경우, 노이즈 레벨을 상승시키는 주파수 간섭이 존재한다고 판단한다.

반면, 도 15에 도시된 바와 같이, 검출된 값(k)이 한계 레벨 이하인 경우, 주파수 간섭 제거부(35)는 고스트 표적이 존재하거나 주파수 간섭 발생 없이 정상적인 표적신호가 수신된 것으로 판단할 수 있다.

그래서 주파수 간섭 제거부(35)는 레이더 송신신호에 주파수 호핑 기법을 적용하고, 포락선 검출기(41)를 이용해서 시간 동기가 맞지 않는 경우에도 현재 영향을 주는 주파수 간섭 특성이 노이즈 레벨 상승이 발생한 것인지 고스트 표적이 발생한 것인지를 구분할 수 있다.

이와 같이 주파수 호핑 패턴을 적용한 상태에서 고스트 표적이 존재하는 경우, 특정 호핑 패턴에 대해서만 발생하고 나머지 호핑 패턴에서는 고스트 표적이 발생하지 않을 수 있다.

도 16은 특정 주파수 호핑 신호에 대해 고스트 표적이 발생한 주파수 간섭을 예시한 도면이다.

주파수 간섭 제거부(35)는 S18단계의 비교결과 검출값이 한계 레벨 이하인 경우, 도 16에 도시된 바와 같이 특정 주파수 호핑 신호에 대해 고스트 표적(A)이 발생하고, 일부 호핑 패턴은 고스트 표적이 발생하지 않는 특징을 이용해서 고스트 표적과 실제 표적을 구별한다.

그래서 고스트 표적 제거유닛(43)은 도 16에서 주파수 호핑 반복 구간(Frequency Hopping Repetition Interval) 동안에 존재하는 수신신호에 대해 모두 표적 검출 프로세싱을 수행한다.

상기 주파수 호핑 반복 구간은 주파수 간섭을 분석하는 하나의 구간으로 설정되고, 주파수 간섭 제거부(35)는 설정된 주파수 호핑 반복 구간의 수신신호에 따라 주파수 간섭 종류를 파악할 수 있다.

한편, 주파수 호핑 반복 구간에 존재하는 신호들에 대해 각각 고속 푸리에 변환(fast Fourier transform, FFT)과 레이더 검출(CFAR, Constant False Alarm)을 통한 표적검출 프로세싱을 수행하면, 고스트 표적이 존재하지 않는 신호보다 고스트 표적이 존재하는 신호의 개수가 더 많다.

따라서, 고스트 표적 제거유닛(43)은 주파수 호핑 반복 구간의 표적 신호를 검출했을 때, 공통되는 최소 표적 개수를 실제 표적 개수의 기준으로 카운팅하여 고스트 표적을 검출한다(S20).

그리고 고스트 표적 제거유닛(43)은 기준으로 설정된 공통되는 표적정보 이외에 존재하는 표적을 모두 고스트 표적으로 간주하여 표적 카운팅에서 제외하고, 주파수 간섭이 발생하는 호핑 신호로 판단해서 고스트 표적을 제거한다(S22).

이에 따라, 주파수 호핑유닛(46)은 이후 고스트 표적으로 간주된 호핑패턴만 다음 주파수 호핑 반복 구간에서 다른 주파수 대역으로 호핑할 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 고스트 표적으로 분류된 호핑 신호에 대해서만 호핑 패턴을 변경함으로써, 미리 설정된 호핑 패턴대로만 주파수 호핑을 수행하는 경우에 비해, 호핑을 위한 송신신호 처리 부하를 감소시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 레이더 주파수 간섭환경에 따라 호핑 패턴을 실시간으로 가변시켜 주파수 간섭 환경에 적응적으로 최적화된 호핑패턴을 운용할 수 있다.

한편, 주파수 간섭 제거부(35)는 포락선 검출기(41)의 출력 값(k)이 한계 레벨보다 높은 구간이 존재하는 호핑 신호에 대해 노이즈 레벨을 상승시키는 주파수 간섭이 발생한 상태로 판단할 수 있다.

즉, S18단계의 비교결과 검출 값(k)이 한계 레벨을 초과하여 노이즈 레벨을 상승시키는 주파수 간섭이 존재하는 경우, 간섭신호 제거유닛(44)은 포락선 검출기의 출력 값(k)을 이용해서 주파수 간섭이 발생하는 시간위치와 시간길이 정보를 획득할 수 있다.

도 17은 노이즈 레벨을 상승시키는 주파수 간섭을 예시한 도면이다.

도 17에 도시된 바와 같이 주파수 간섭 시간 구간이 검출되면, 간섭신호 제거유닛(44)은 주파수 간섭 시간 구간동안 '0'을 신호레벨로 삽입하는 제로 패딩(Zero Padding)을 통해 간섭신호를 제거한다(S24).

그리고 간섭신호 제거유닛(44)은 제거된 주파수 간섭 신호 시간 구간에 나머지 주변 신호와의 연속성을 위해, 외삽(Extrapolation) 기법을 적용하여 신호를 복원해서 끊김없는 연속적인 신호 형태로 유지한다(S26).

이와 같이, 본 발명은 주파수 간섭 시간 구간이 검출되면, 해당 주파수 간섭 시간 구간동안 제로 패딩을 수행함으로써, 주파수 간섭에 의해 상승한 노이즈 레벨을 감소시킬 수 있다.

이와 함께, 본 발명은 주파수 간섭 시간 구간에 외삽 기법을 적용해서 신호를 복원함으로써, 제로 패딩만 수행했을 때 보다 주파수 간섭에 의해 상승한 노이즈 레벨을 더욱 감소시킬 수 있어 실제 표적 신호에 대한 검출 확률을 높일 수 있다.

여기서, 주파수 호핑유닛(46)은 노이즈 레벨을 상승시키는 주파수 호핑패턴만 다음 주파수 호핑 반복 구간에서 다른 주파수 대역으로 호핑하여 현재 시점에서 발생하는 주파수 간섭을 실시간으로 회피할 수 있다.

즉, S28단계에서 표적 검출유닛(45)은 S22단계에서 고스트 표적이 제거된 표적신호와 S24 및 S26단계에서 노이즈 레벨을 상승시키는 주파수 간섭이 제거된 표적신호에서 최종적으로 표적을 검출한다.

그러면, S30단계에서 주파수 호핑유닛(46)은 검출된 검출된 최종 표적 중에서 간섭이 발생한 신호에 대해서만 송신신호의 주파수를 서로 다른 주파수 대역으로 호핑한다.

이후, 제어부(14)는 주파수 간섭신호가 제거된 표적신호를 이용해서 표적의 속도, 거리, 방향 정보를 포함하는 레이더 검지신호를 생성하고, 이를 누적해서 표적과의 거리정보, 표적의 속도정보 및 방향 정보를 포함하는 추적신호를 생성해서 차량의 충돌 발생 여부를 판단하여 경고할 수 있다.

상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 포락선 검출 결과를 이용해서 구별된 주파수 간섭 특성에 따라 적응적으로 타 레이더 장치에 의한 주파수 간섭신호를 제거할 수 있다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

즉, 상기의 실시 예에서는 차량의 충돌방지 및 사고기록 기능을 갖는 차량용 레이더 장치를 이용해서 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, ITS 교통량 측정용 레이더, 레이더 레벨미터, 근거리 변위측정 레이더, 근거리 감응제어 레이더 등 다양한 용도로 사용되는 근거리 탐지 및 검출용 레이더 센서에 적용할 수 있도록 변경될 수 있다.

그리고 상기의 실시 예에서는 단일 안테나 구조를 갖는 FMCW 레이더 센서를 이용해서 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 단일 안테나 구조의 FMCW 레이더 장치뿐만 아니라, 다중 안테나 구조를 갖는 FMCW 레이더 장치는 물론이고, SFCW, FSK 등 다양한 방식의 레이더 장치에 적용되도록 변경될 수 있다.

본 발명은 레이더 주파수 간섭 환경에 따라 호핑 패턴을 실시간으로 가변시켜 주파수 간섭 환경에 적응적으로 최적화된 호핑패턴을 운용하는 레이더 장치 및 그의 주파수 간섭 제거 기술에 적용된다.

10: 레이더 장치
11: 안테나부 12: RF부
13: 디지털부 14: 제어부
15: 신호 클리핑부 16: 저장부
21: 전압 제어 발진기 22: 저잡음 증폭기
23: 전력 분배기 24: 믹서
25: 게인 증폭기 26: 밴드패스필터
31: 신호처리부 32: DAC
33: ADC 34: 신호발생유닛
35: 주파수 간섭 제거부 41: 포락선 검출기
42: 비교유닛 43: 고스트 표적 제거유닛
44: 간섭신호 제거유닛 45: 표적 검출유닛
46: 주파수 호핑유닛

Claims

주변으로 레이더 송신신호를 송신하고 표적으로부터 반사되는 신호를 수신하는 안테나부,
상기 송신신호를 발생하고 송신신호와 수신신호의 주파수를 변환하며 수신신호를 증폭하는 RF부,
상기 송신신호를 발생하도록 제어신호를 발생하고 상기 RF부의 수신신호에서 주파수 간섭을 제거하는 신호처리부 및
상기 신호처리부의 출력신호를 이용해서 레이더 검지정보와 레이더 검지정보를 누적해서 추적정보를 생성하는 제어부를 포함하고,
상기 신호처리부는 상기 RF부의 수신신호의 포락선 검출 값과 미리 설정된 한계 레벨을 비교해서 주파수 간섭 특성을 구별하고, 구별된 주파수 간섭 특성에 따라 고스트 표적과 노이즈 레벨을 상승시키는 주파수 간섭을 제거하는 주파수 간섭 제거부를 포함하며,
상기 주파수 간섭 제거부는 고스트 표적 발생으로 인해 검출된 값이 상기 한계 레벨 이하인 경우 주파수 호핑 반복 구간에 공통되는 최소 표적 개수를 실제 표적 개수의 기준으로 카운팅하고 나머지 표적 카운팅을 제거해서 고스트 표적을 제거하고,
주파수 간섭에 인한 노이즈 레벨 상승으로 인해 상기 검출된 값이 상기 한계 레벨을 초과하는 경우, 주파수 간섭 신호 시간 구간동안 제로 패딩을 통해 간섭신호를 제거하며, 외삽 기법을 이용해서 연속적인 신호로 복원하여 주파수 간섭에 의해 상승한 노이즈 레벨을 감소시키는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
제1항에 있어서, 상기 주파수 간섭 제거부는
상기 수신신호의 포락선을 검출하는 포락선 검출기,
상기 포락선 검출기에서 검출된 값과 미리 설정된 한계 레벨을 비교하는 비교유닛,
상기 비교유닛의 비교결과, 상기 한계 레벨 이하의 신호에서 고스트 표적을 제거하는 고스트 표적 제거유닛,
상기 한계 레벨을 초과하는 신호에 포함된 노이즈 레벨을 상승시키는 간섭신호를 제거하는 간섭신호 제거유닛,
상기 고스트 표적과 간섭신호가 제거된 최종 표적을 검출하는 표적 검출유닛 및
검출된 최종 표적 중에서 간섭이 발생한 신호에 대해서만 서로 다른 주파수 대역으로 송신신호의 주파수를 호핑하는 주파수 호핑유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
제2항에 있어서,
상기 수신신호를 샘플링해서 상기 포락선 검출기로 전달하는 ADC 및
상기 ADC의 손상을 방지하도록 표적신호에 비해 큰 신호전력을 갖는 간섭신호를 클리핑하는 신호 클리핑부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
(a) 포락선 검출기를 이용해서 ADC에서 샘플링된 수신신호의 포락선을 검출하는 단계,
(b) 검출된 포락선 검출 값과 미리 설정된 한계 레벨을 비교해서 간섭 신호 특성을 파악하는 단계,
(c) 상기 (b)단계에서 간섭 신호 특성을 파악한 결과, 고스트 표적 발생으로 인해 검출된 값이 상기 한계 레빌 이하인 경우 주파수 호핑 반복 구간에 공통되는 최소 표적 개수를 실제 표적 개수의 기준으로 카운팅하고 나머지 표적 카운팅을 제거해서 고스트 표적을 제거하는 단계 및
(d) 상기 간섭 신호 특성을 파악한 결과, 주파수 간섭에 의한 노이즈 레벨 상승으로 인해 상기 검출된 값이 상기 한계 레벨을 초과하는 경우, 주파수 간섭 신호 시간 구간동안 제로 패딩을 통해 간섭신호를 제거하고, 외삽 기법을 이용해서 연속적인 신호로 복원하여 주파수 간섭에 의해 상승한 노이즈 레벨을 감소시켜는 단계를 포함하여
상기 수신신호에 포함된 주파수 간섭신호를 제거하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 주파수 간섭 제거방법.
제4항에 있어서, 상기 (c)단계는
(c1) 상기 한계 레벨 이하의 수신신호에서 고스트 표적을 검출하는 단계 및
(c2) 상기 검출된 고스트 표적을 제거하는 단계를 포함하고,
상기 (c1)단계는 미리 설정된 주파수 호핑 반복 구간에 존재하는 신호들에 대해 각각 고속 푸리에 변환과 레이더 검출을 통한 표적검출 프로세싱을 수행해서 공통되는 최소 표적 개수를 실제 표적 개수의 기준으로 카운팅하여 고스트 표적을 검출하며,
상기 (c2)단계는 상기 (c1)단계에서 기준으로 설정된 공통되는 표적정보 이외에 존재하는 표적을 모두 고스트 표적으로 간주하여 표적 카운팅에서 제외하고, 주파수 간섭이 발생하는 호핑 신호로 판단해서 고스트 표적을 제거하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 주파수 간섭 제거방법.
제5항에 있어서, 상기 (d)단계는
(d1) 상기 한계 레벨을 초과하는 수신신호에서 주파수 간섭이 발생하는 시간위치와 시간길이 정보를 획득하는 단계,
(d2) 획득된 주파수 간섭 시간 구간동안 제로 패딩을 통해 간섭신호를 제거하는 단계 및
(d3) 제거된 주파수 간섭 신호 시간 구간에 외삽 기법을 적용하여 신호를 복원해서 연속적인 신호 형태를 유지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 주파수 간섭 제거방법.
제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
(e) 주파수 간섭 신호가 제거된 표적신호에서 최종적으로 표적을 검출하고, 간섭신호가 발생한 주파수 호핑 패턴만 다음 주파수 호핑 반복 구간에서 다른 주파수 대역으로 호핑하여 주파수 간섭을 실시간으로 회피하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 주파수 간섭 제거방법.
제7항에 있어서,
(f) 상기 (a)단계 이전에 ADC에 입력되는 수신신호를 클리핑해서 표적신호에 비해 큰 신호전력 레벨을 갖는 간섭신호로 인한 상기 ADC의 손상을 방지하여 보호하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치의 주파수 간섭 제거방법.