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KR20180059963A - 사각지대 검출 기능을 갖춘 차량 레이더 시스템 - Google Patents

사각지대 검출 기능을 갖춘 차량 레이더 시스템 Download PDF

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KR20180059963A
KR20180059963A KR1020187015235A KR20187015235A KR20180059963A KR 20180059963 A KR20180059963 A KR 20180059963A KR 1020187015235 A KR1020187015235 A KR 1020187015235A KR 20187015235 A KR20187015235 A KR 20187015235A KR 20180059963 A KR20180059963 A KR 20180059963A
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KR
South Korea
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vehicle
radar system
antenna
radar
lobe
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Application number
KR1020187015235A
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Inventor
메르스만 버나드 드
올로프 에릭슨
로이네 앤더슨
Original Assignee
오토리브 에이에스피, 인크.
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Publication date
Application filed by 오토리브 에이에스피, 인크. filed Critical 오토리브 에이에스피, 인크.
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Abstract

차량의 사각지대를 모니터링하기 위한 차량 레이더 시스템이 상기 차량에 탑재된 레이더 송신기 및 상기 레이더 송신기에 결합된 송신 안테나를 포함한다. 상기 송신 안테나는 패턴으로 된 방사를 상기 차량에 인접한 영역으로 송신하는바, 상기 패턴은 제1 방사 로브 및 제2 방사 로브를 포함한다. 상기 제1 로브와 상기 제2 로브 사이 상기 패턴의 널 영역은 상기 차량의 길이방향 축에 대략 직각인 영역으로 지향되는바, 상기 길이빙향 축은 상기 차량의 후단부와 상기 차량의 전단부 사이에서 상기 차량의 주행 선을 따라 이어진다.

Description

사각지대 검출 기능을 갖춘 차량 레이더 시스템{Vehicle radar system with blind spot detection}
본 출원은 차량 레이더 시스템에 관한 것으로, 더 구체적으로는 사각지대 검출 기능을 갖춘 차량 레이더 시스템에 관한 것이다.
몇몇 자동차 레이더 시스템은 호스트 차량(host vehicle)을 둘러싼 바로 근처(immediate surroundings)를 모니터링하며, 사각지대 검출 및 측방향 충돌 회피와 같은 안전 또는 편의 특징들을 가능하게 할 수 있다. 사각지대 검출 레이더 센서들은 매우 광범위한 구역을 다루어야만(cover) 하고, 레이더 시야(radar field of view) 내의 장애물을 분류하는 기능을 갖추어야만 한다. 구체적으로, 예를 들어 레이더 센서는, 정체된 차량, 즉 호스트 차량과 동일한 방향으로 대략 같은 속도로 주행하고 있는 차량으로부터 평벽 또는 가드레일을 구별할 수 있어야만 한다.
종래의 차량 사각지대 검출/모니터링 시스템에는 하나의 광폭 레이더 송신 패턴(broad radar transmit pattern) 및 수신기들의 배열체가 전형적으로 구현된다. 수신기 빔은 디지털적으로 형성되거나 또는 조향(steered)된다. 예를 들어 몇몇 시스템들에서 전환가능한(switchable) 상대적으로 협소한 빔들이 관심 구역(area of interest)을 스캐닝(scan)한다. 이 접근법에는 상대적으로 고비용일 수 있는 다수의 아날로그 수신기 회로들을 요하는 단점이 있다. 다른 시스템들에서 단일 광폭 송신 안테나가 단거리(short range)를 위하여 이용되고, 여러 개의, 예를 들어 4개의 별개의 수신기들이 디지털 빔 형성(digital beam forming)을 가능하게 하는 데에 이용된다. 디지털 빔 형성에 대한 이런 접근법들에 의해 실질적으로 시스템의 비용이 추가될 수도 있다.
본 발명은 선행 기술의 이런 단점들을 극복하는, 사각지대 검출 기능을 갖춘 차량 레이더 시스템에 관한 것이다. 본 발명에 관련되는 차량은 임의의 유형의 이동식 차량(moving vehicle)일 수 있는바, 여기에는 자동차, 버스, 트럭, 오토바이, 자전거 등등이 포함된다. 본 명세서에서, 상기 차량을 자동차로 언급하는 것으로 본 발명이 설명되었다. 그러나 본 발명이 다른 유형의 차량들에도 적용가능하다는 점이 이해될 것이다. 본 발명에 따르면, 특정 특성들을 갖춘 고정된 송신(Tx) 패턴이 이용된다. 상기 Tx 패턴은 고정되며, 즉 조향가능하지 않으며, 상기 차량의 주행 방향에 직각인 방향으로 널(null)을 가진다. 본 발명에 따르면, 그러한 패턴은, 행들(rows) 사이에 예를 들어 120도일 수 있는 고정된 위상 편이(phase shift), 즉 고정된 위상차를 가지는, 2개 행의 패치들에 급전(feed)하는 네트워크(network feeding two rows of patches)에 의해 실현될 수 있다. 대체가능하게 본 명세서에서 "레이더 센서" 또는 간단히 "센서"라고도 불리는 레이더 송수신기(radar transceiver)가 상기 차량의 후방을 향하여 +20도로 지향되게 탑재(mount)된다면, 상기 Tx 패턴 내의 널은 상기 센서 조준(sensor bore sight)에 상대적으로 -20도에서 형성됨으로써 그 널은 상기 차량의 주행 방향에 직각으로 생성된다.
상기 Tx 패턴의 이런 특징의 결과로서, 0 범위 속도(zero range rate)를 갖는, 즉 도플러 효과가 없는 정지 상태의 물체, 즉 벽 또는 가드레일로부터의 복귀(return)가 최소화되는 반면, 전방 또는 후방에 있는 가드레일로부터의 복귀는 측정가능한 도플러 편이를 가진다. 이는 가드레일의 분류를 용이하게 한다. 사각지대 검출 지대(zone)에서 정체되어 있는 다른 도로 차량에 의해 제공되는, 측면 로브 및 주된 후방 빔(main backward beam)으로부터의 복귀에는 도플러 편이가 없는바, 이는 상기 차량이 정체되어 있어, 즉 범위 속도(range rate)가 없기 때문이다.
일 양상에 따르면, 차량의 사각지대를 모니터링하기 위한 차량 레이더 시스템이 제공된다. 상기 차량은, 상기 차량의 후단부와 상기 차량의 전단부 사이에서 상기 차량의 주행 선을 따라 이어지는 길이방향 축을 가진다. 상기 차량 레이더 시스템은 상기 차량에 탑재된 레이더 송신기 및 상기 레이더 송신기에 결합된 송신 안테나 배열체를 포함한다. 상기 레이더 송신기 및 송신 안테나 배열체는 패턴으로 된 방사를 상기 차량에 인접한 영역으로 송신한다. 상기 패턴은 제1 방사 로브 및 제2 방사 로브를 포함한다. 상기 제1 로브와 상기 제2 로브 사이에 있는, 상기 패턴의 널 영역(null region)은 상기 차량의 길이방향 축에 대해 대략 직각인 영역으로 지향된다.
몇몇 예시적 실시례에서 상기 안테나의 조준(bore sight)은 상기 널 영역으로부터 상기 차량의 후단부를 향하여 대략 20도의 각도로, 상기 차량으로부터 멀어지게 지향된다.
몇몇 예시적 실시례에서 상기 송신 안테나 배열체는 적어도 하나의 적어도 하나의 평면형 안테나 셀을 포함한다. 몇몇 예시적 실시례에서 상기 송신 안테나 배열체는 상기 영역으로 상기 방사를 송신하기 위한 제1 안테나 셀 및 제2 안테나 셀을 포함한다. 상기 제1 안테나 셀과 상기 제2 안테나 셀 사이의 위상 편이기(phase shifter)는 상기 제1 안테나 셀 및 제2 안테나 셀 중의 적어도 하나의 위상을 조정(adjust)하여 상기 방사를 조향(steer)한다.
몇몇 예시적 실시례에서 상기 위상 편이기는 상기 제1 안테나 셀과 상기 제2 안테나 셀 사이에 대략 120도의 위상차를 도입한다.
몇몇 예시적 실시례에서 상기 시스템은 상기 차량에 인접한 영역 내의 물체들로부터의 방사 복귀 신호들을 수신하기 위한 적어도 하나의 수신 안테나 배열체를 더 포함한다.
몇몇 예시적 실시례에서 상기 적어도 하나의 수신 안테나 배열체는 제1 수신 안테나 및 제2 수신 안테나를 포함한다.
몇몇 예시적 실시례에서 상기 적어도 하나의 수신 안테나 배열체는 적어도 하나의 평면형 안테나 셀을 포함한다.
몇몇 예시적 실시례에서 상기 시스템은 상기 차량에 인접한 영역 내의 물체들의 속력 및 범위 중 적어도 하나를 판별하도록 상기 방사 복귀 신호들을 처리(processing)하기 위한 프로세서(processor)를 더 포함한다.
몇몇 예시적 실시례에서 상기 물체들이 검출되는, 상기 차량에 인접한 영역은 상기 차량의 사각지대를 포함한다.
몇몇 예시적 실시례에서 상기 레이더 시스템은 펄스화 도플러 레이더 시스템(pulsed Doppler radar system)이다.
몇몇 예시적 실시례에서 상기 레이더 시스템은 24 GHz의 레이더 주파수에서 작동한다.
전술한 특징들 및 장점들 및 다른 특징들 및 장점들은, 첨부된 도면들에서 도시된 바와 같은 바람직한 실시례들의 더 구체적인 설명으로부터 분명해질 것인바, 그 첨부된 도면들에서 같은 참조번호는 상이한 도면들을 통틀어 동일한 부분을 지칭한다. 그 도면들이 필히 확대/축소(scale)된 것은 아니며, 그 대신에 발명적 개념의 원리들을 도시함에 관한 강조가 이루어졌다.
도 1에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 사각지대 검출/모니터링을 위한 레이더 시스템이 장착된 차량이 도시된 개략도가 포함된다.
도 2에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 상기 차량 및 상기 차량에 인접한 영역의 상세 개략도가 포함된다.
도 3a 및 3b에는 상기 차량 및 몇몇 예시적 실시례에 따른 사각지대 검출 레이더에 의해 모니터링되는 상기 차량에 인접한 영역이 도시되는 개략도들이 포함된다.
도 4에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 상기 차량에 탑재된 레이더 송수신기들을 갖춘 상기 차량의 후방 범퍼의 개략도가 포함된다.
도 5에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 상기 차량의 사각지대를 모니터링하는 데에 이용되는 예시적 레이더 송신 패턴들이 도시되는 개략도가 포함된다.
도 6에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 사각지대 검출/모니터링을 위한 레이더 송신 패턴을 발생시키는 데에 이용되는 송신 안테나 회로(transmit antenna circuitry)의 개략 평면도가 포함된다.
도 7에는 몇몇 예시적 실시례에 따라 발생된, 측정된 안테나 송신 패턴의 상세 개략도가 포함된다.
도 8에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 레이더 송수신기의 부분인 인쇄 회로 기판(printed circuit board; PCB)의 모습이 포함된다.
도 9에는, 몇몇 예시적 실시례에 따라 2개의 수신 안테나들에 의해 수신된 신호들에 위상 비교 기법(phase comparison technique)을 적용하여 표적에 대한 방위각(bearing angle)을 판별하는 접근법이 도시된 개략도가 포함된다. 도 9에는 몇몇 예시적 실시례에 따라 상기 방위각을 계산하는 데에 이용되는 수학식들도 포함된다.
도 10에는 몇몇 예시적 실시례에 따른, 송신 펄스 파형의 타이밍(timing)의 개략도가 포함된다.
도 11에는 몇몇 예시적 실시례에 따른, 송신 펄스 파형 및 수신기 게이트 펄스 파형(receiver gate pulse waveform)의 타이밍이 도시된 개략적 타이밍 다이어그램(timing diagram)이 포함된다. 도 12에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 레이더 송수신기 또는 센서에서의 송신 및 수신 회로의 개략 블록도가 포함된다.
도 13a에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 I IF 신호 및 Q IF 신호 중 하나의 샘플링-및-유지 처리(sample-and-hold processing)가 도시된 개략 블록도가 포함된다. 도 13b에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 I IF 신호 및 Q IF 신호 중 하나의 샘플링-및-유지 처리의 타이밍이 도시된 타이밍 다이어그램이 포함된다.
도 14에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 전파 중의(in flight) RF 펄스들, 즉 레이더 펄스들의 개략적인 블록도 및 타이밍 다이어그램이 포함된다.
도 15에는 몇몇 예시적 실시례에 따라 상기 차량의 사각지대 내의 표적들을 검출하는 데에 이용되는 송신 펄스들과 수신기 게이트 펄스들 사이의 상대적인 타이밍이 도시된 개략적 타이밍 다이어그램이 포함된다.
도 1에는 몇몇 예시적 실시례들에 따른 사각지대 검출/모니터링을 위한 레이더 시스템이 장착된 차량(10)이 도시된 개략도가 포함된다. 도 1에는 차량(10)이 도시되는바, 차량(10)의 전단부(12)는 차량(10)의 주행 방향을 가르키는 화살표(14)에 의해 표시되는 방향을 향한다. 차량(10)의 후단부(18)는, 예시적 실시례들에 따른 레이더 송수신기(20)가 부착된 후방 범퍼(16)를 포함한다. 레이더 송수신기(20)는 대체가능하게 본 명세서에서 "레이더 센서" 또는 간단히 "센서"로도 불린다는 점이 주목되어야 한다. 몇몇 특정 실시례에서 사각지대 정보 시스템(Blind Spot Information System; BSIS) 및 후방 교차 교통 경보 시스템(Rear Cross Traffic Alert system) 요구사항들에 따라 레이더 센서(20)는 최소 총 100도의 시야를 제공하는바, 그 시야에는 후방으로부터 접근하는 차량의 적시 검출(timely detection)을 제공하기 위한 최소 +50도 시야, 및 전방으로부터의 접근 차량의 검출을 위한 최소 -50도 시야가 포함된다. 차량(10)에 인접한 영역은 경보-필수 지대(must-alert zone; 22) 및 경보-허용 지대(may-alert zone; 24)를 포함한다. 상기 레이더 시스템은, 차량(10)의 "사각지대"로도 불릴 수 있는 경보-필수 지대(22)의 임의의 일부분을 다른 차량(26)의 임의의 일부분이 점유하는 때에 경보를 제공할 것이 요구된다. 상기 레이더 시스템은, 다른 차량(26)이 경보-허용 지대(24)의 임의의 일부분을 점유하는 때에 경보를 제공하는 것이 허용되고 그러한 경보를 제공할 수 있다.
도 2에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 차량(10) 및 차량(10)에 인접한 영역의 상세 개략도가 포함된다. 위에서 설명된 바와 같이 차량(10)은, 화살표(14)에 의해 표시되는 전방 주행 방향을 한정하는 전단부(12) 및 후단부(18)를 포함한다. 몇몇 예시적 실시례에서, 경보-필수 지대(22), 즉 차량(10)의 사각지대는, 수직으로 기준(B)으로부터 기준(C)까지, 그리고 수평으로 기준(G)로부터 기준(F)까지 연장되도록 한정된다. 위에서 언급된 바와 같이 다른 차량의 임의의 일부분이 경보-필수 지대(22)의 임의의 일부분에 들어간다면, 경보가 발생될 것이다. 경보-허용 지대(24)는, 경보-필수 지대(22)의 외측에서 수직으로 기준(A)으로부터 기준(D)까지, 그리고 수평으로 기준(H)으로부터 기준(E)까지 연장된다. 다른 차량이 완전히 경보-허용 지대(24)의 외측에, 즉 경보-금지 지대(must-not-alert zone; 25)에 위치된다면, 경보가 나오지 않는다.
도 2에는 경보-필수 지대(22), 경보-허용 지대(24) 및 차량(10)에 관한 특정된 예시적 치수들이 포함되었다는 점을 주목되어야 한다. 이 치수들은 예시적인 것에 불과하며 다양한 지대들 및 차량(10)이 다른 치수들이 가질 수 있다는 점이 이해될 것이다.
본 발명적 개념에 따르면, 상기 레이더 시스템은, 다른 차량들이 차량(10)의 사각지대에 들어갈 때에 경보를 제공하기 위하여, 차량(10)에 바로 인접한 영역을 모니터링한다. 도 3a 및 3b에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 사각지대 검출 레이더에 의해 모니터링되는, 차량(10)에 인접한 영역 및 차량(10)이 도시된 개략도들이 포함된다. 차량(10)은 벡터(14)에 의해 표시되는 속도, 즉, 방향 및 속력으로 전방으로 움직이는 것으로 도시된다. 도 3a 및 3b에는, 차량(10)에 대하여 정지 상태일 수 있는, 또는 각각의 물체에 속도 벡터로 개략적으로 표시된 바와 같이 차량(10)에 대하여 측방향으로 또는 평행하게, 즉 전방 또는 후방으로 움직일 수 있는 잠재적 물체들(potential objects; 30, 31, 32, 33, 34, 35)의 개략적 표현도 포함된다. 도 3a에는 경보들이 발생되게 할 피검출 물체(detected object)의 예시들이 도시되고, 도 3b에는 경보들이 발생되게 하지 않을 피검출 물체들의 예시가 도시된다.
도 3a를 참조하면, 물체들(30 및 32)은 주로 후방으로 움직이고 있으나, 또한 차량(10)을 향하여 지향된 측방향 움직임 성분도 지닌다. 이 물체들은 차량(10)의 전면 또는 측면으로부터 차량(10)의 사각지대에 들어가는 다른 합류 차량들(merging vehicles)일 수 있으므로 경보가 발생될 것이다. 물체(31)는 차량(10)의 사각지대에 위치해 있으며, 차량(10)과 동일한 방향으로 움직이고 있다. 상기 물체(31)는 차량(10)과 대략 동일한 속도로, 즉 차량(10)과 함께 정체되어 움직이거나 또는 차량(10)보다 약간 더 빠르게, 즉 추월하도록 움직이고 있다. 물체(31)도 경보가 발생되게 할 것이다. 도 3b를 참조하면, 피검출 물체들(33, 34 및 35)은, 차량(10)이 움직이고 있는 속력과 대략 동일한 속력으로 차량(10)에 평행한 방향으로 차량(10)에 대하여 후방으로 움직이는 것으로 검출된다. 이 물체들(33, 34 및 35)은, 도로에 대하여 정지 상태인 것으로 결론내려지며, 가드레일, 벽, 기타 등등과 같은 정지 상태 물체들일 수 있다. 그러한 물체들은 경보들이 발생되게 하지 않는다.
도 4에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 차량(10)의 후방 범퍼(16)의 개략도가 포함된다. 도 4를 참조하면 레이더 송수신기들 또는 센서들(20)이 후방 범퍼(16)의 내측에 부착된다. 몇몇 예시적 실시례에서 2개의 레이더 센서들(20)이 각각 범퍼(16)의 좌측면 또는 우측면에 부착된다. 몇몇 실시례에서, 레이더 센서들(20)은 길이방향 축(11)으로부터 각도(ω)를 가르키도록 배향된다. 몇몇 특정 예시적 실시례에서 각도(ω)는 대략 20도이다. 다른 각도들이 선택될 수 있는바; 예시적 실례로서 ω=20도가 본 설명서에서 이용될 것이다. 배향 각도(orientation angle)가 ω이면, 레이더 센서들(20)의 조준(17)은 길이방향 축(11)에 직각인 좌우 축(side-to-side axis; 13)으로부터 차량(10)의 후방을 향하여 각도(ω)로 배향된다.
도 5에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 차량(10)의 사각지대를 모니터링하는 데에 이용되는 레이더 송신 패턴들이 도시된 개략도가 포함된다. 도 5를 참조하면 2개의 송신 패턴 곡선들(40 및 42)이 도시된다. 본 발명적 개념에 따르면 상기 송신 패턴은 2개의 송신 안테나 셀들의 배열체를 이용함으로써 달성될 수 있다. 위상 편이기는 각각의 셀의 위상을 조정하여 빔(beam)을 안테나 조준 또는 스퀸트(squint)로 조향하는 데에 이용된다. 도 5에는 굵은 선으로 된 제1 송신 패턴(40) 및 가는 선으로 된 제2 송신 패턴(42)이 포함된다. 상기 굵은 선으로 된 패턴(40)은 2개의 안테나 셀 급전들(antenna cell feeds) 사이에 대략 120도의 위상차를 도입함으로써 발생된다. 상기 가는 선으로 된 패턴(42)은 상기 2개의 안테나 셀 급전들 사이에 대략 65도의 위상차를 도입함으로써 발생된다. 위상차의 양, 및 이에 따라 이용된 송신 패턴의 형상은, 상기 시스템이 이용될 용례의 원하는 성능 특징 및 특성들에 기초하여 선택될 수 있다.
도 5를 참조하고 특히 예시적 실례로서 상기 굵은 선으로 된 송신 패턴(40)을 참조하면, 송신 패턴(40)은 제1 주 로브(44) 및 제2 전측 로브(46)를 포함한다. 제1 주 로브(44)는 후방으로부터 사각지대에 들어가는 차량들의 검출을 위하여 후방으로 높은 이득(high gain)을 제공한다. 지상 정지 상태 표적 복귀들, 즉 가드레일, 벽 등등과 같은 지상 정지 상태 표적들로부터의 복귀들은 도플러 편이를 포함하는바, 왜냐하면 그러한 지상 정지 상태 표적들은 차량(10)에 상대적으로 움직이고 있기 때문이다. 제2 전측 로브(46)는 전방-진입(front-entry) 정체 차량 또는 합류 차량의 검출을 가능하게 한다.
패턴(40)은 로브(44) 및 로브(46) 사이에 널(null; 48)도 포함한다. 차량(10)의 길이방향 축(11)에 직각인 방향으로 된 널(48)은 표적 분류를 가능하게 한다(도 4). 구체적으로 널(48)은, 지상 정지 상태 물체(ground stationary object)들, 예컨대 가드레일, 사각지대 내에서 주행하는 다른 차량들 사이의 구별을 가능하게 한다. 널(48)이 주행 방향에 직각이므로, 0 범위 속력을 가지는, 즉 도플러 효과가 없는 지상 정지 상태 물체로부터의 복귀가 최소화된다. 전방 또는 후방에 있는 지상 정지 상태 물체로부터의 복귀는 측정가능한 도플러 편이를 가지는바, 이는 상기 지상 정지 상태 물체의 분류를 용이하게(facilitate) 한다. 다른 한편 사각지대에서 정체된 차량은, 도플러 편이가 없는, 즉 범위 속도가 없는 제1 주 로브(44) 및 제2 전측 로브(46)로부터의 복귀를 제공한다.
계속해서 도 5를 참조하면, 0도와 180도 사이의 축은 차량(10)의 길이방향 축(11)에 평행하다. 90도와 270도 사이의 축은 좌우 축(13)에 평행하다. 레이더 센서(20)의 조준(17)은 좌우 축(13)으로부터 후방으로 +20도로 지향된다. 따라서 패턴(40) 내의 널(48)이 조준(17)의 -20도 전방으로 발생되어, 차량(10)의 길이방향 축(11)에 직각으로 나오는 좌우 축(13) 상에 널(48)이 위치된다.
도 6에는 몇몇 예시적 실시례에 따라 사각지대 검출/모니터링을 위한 레이더 송신 패턴을 발생시키는 데에 이용되는 송신 안테나 회로(50)의 개략 평면도가 포함된다. 도 6을 참조하면 송신 안테나 회로(50)는 차량(10)에 인접한 영역에 레이더 신호들을 송신하는 데에 이용되는 2개의 안테나 셀들(52 및 54)을 포함한다. 위상 편이기 회로(56)는 각각의 안테나 셀(52, 54)의 급전(feed; 60)의 위상을 조정하여 빔을 안테나 조준 또는 스퀸트로 조향한다. 몇몇 예시적 실시례에서 위상 편이기 회로(56)는 다이오드들(58)을 포함한다.
몇몇 예시적 실시례에서 위상 편이기 회로(56)는 송신 패턴의 원하는 형상에 따라 미리 정해진 양의 위상차를 2개의 안테나 셀들(52 및 54) 사이에 도입한다. 몇몇 특정 예시적 실시례에서 위상 편이기 회로(56)는 안테나 셀들(52 및 54) 사이에 대략 120도의 위상차를 발생시키는바, 이는 도 5에 도시된 송신 패턴(40)으로 귀결된다. 다른 특정 예시적 실시례들에서 위상 편이기 회로(56)는 안테나 셀들(52 및 54) 사이에 대략 65도의 위상차를 발생시키는바, 이는 도 5의 송신 패턴(42)으로 귀결된다. 본 발명적 개념의 범위 내에서, 다른 송신 패턴들을 발생시키기 위한 다른 위상차들도 가능하다.
도 7에는 몇몇 예시적 실시례들에 따라 발생된, 측정된 안테나 송신 패턴(40a)의 상세 개략도가 포함된다. 도 7을 참조하면, 수평 축은 상기 안테나로부터의 송신의 각도를 가르키며, 0도는 상기 안테나의 조준(17)에 위치된다. 수직 축은 dBm 단위의 신호 강도이다. 도 7의 곡선으로 도시된 바와 같이 송신 패턴(40a)은 제1 주 로브(44a) 및 제2 전측 로브(46a)를 포함한다. 제1 주 로브(44a)는 후방을 향한 방향으로 최대 이득(maximum gain)을 제공한다. 패턴(40a)은 로브(44a)와 로브(46a) 사이에 널(48a)도 포함한다. 널(48a)은 조준(17)으로부터 전방을 향하여 대략 -20도에 위치된다. 조준(17)이 후방을 향하여 +20도로 지향되므로, 널(48a)은 차량(10)의 길이방향 축(11)에 직각으로 지향된다.
도 8에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 레이더 송수신기(20)의 부분인 인쇄 회로 기판(PCB; 70)의 모습이 포함된다. 도 8을 참조하면, PCB(70)는, 수신 안테나 회로(64)가 포함된 수신기 부위(receiver section), 및 송신 안테나 회로(50)가 포함된 송신기 부위(transmitter section)를 포함한다. 위에서 설명된 바와 같이 송신 안테나 회로(50)는 차량(10)에 인접한 영역에 레이더 신호들을 송신하는 데에 이용되는 2개의 안테나 셀들(52 및 54)을 포함한다. 위상 편이기 회로(56)는 각각의 안테나 셀(52, 54)의 급전의 위상을 조정하여 빔을 안테나 조준 또는 스퀸트로 조향하는바, 위에서 상세히 설명된 바와 같다. 수신 안테나 회로(64)는 2개의 광폭-패턴 안테나 행들(wide-pattern antenna rows; 66 및 68)을 포함할 수 있다. 몇몇 예시적 실시례에서, 위상 비교 기법/위상 모노펄스 기법(phase-comparison/phase monopulse techniques)에 의한 방위각 측정(bearing measurement)을 가능하게 하기 위하여, 안테나 행들(66 및 68)이 반파장만큼 이격된다. PCB(70)는, 본 명세서에 상세하게 설명된 바와 같은 다양한 실시례들의 다양한 특징들을 구현하는 데에 이용되는 레이더 신호 송신, 수신 및 처리를 제공하도록, 요구된 처리 및 다른 기능들을 수행하는 데에 이용되는 전자 회로(62)도 포함한다.
도 9에는 몇몇 예시적 실시례에 따른, 표적에 대한 방위각(Θ)을 판별하도록 2개의 수신 안테나 행들(66 및 68)에 의해 수신된 신호들에 위상 비교 기법을 적용하는 접근법이 도시된 개략도가 포함된다. 도 9에는 몇몇 예시적 실시례에 따른, 상기 방위각(Θ)을 계산하는 데에 이용되는 수학식들도 포함된다.
몇몇 실시례에 따르면, 레이더 검출 시스템이 24 GHz 협대역 펄스화 레이더 파형(narrow-band pulsed radar waveform)을 이용한다. 도 10에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 송신 펄스 파형의 타이밍의 개략도가 포함된다. 도 10을 참조하면, 상기 파형은 긴, 즉, 100ns보다 큰 방형 송신 펄스(rectangular transmit pulse)를 가진 펄스화 파형(pulsed waveform)이다. 도 10의 특정 예시적 실례에서 상기 방형 송신 펄스의 지속시간(time duration; tPULSE)은 대략 150ns이다. 예시적 실시례들에 따르면 펄스 반복 주파수(pulse repetition frequency; PRF)는 1.0MHz보다 크다. 따라서 그 펄스 반복 주기(tPRF)는 1.0μs보다 작은바, 왜냐하면 근거리에서의 검출만이 사각지대 레이더 검출 시스템에 관련되기 때문이다. 도 10의 특정 예시적 실례에서 tPRF = 500ns이다.
몇몇 예시적 실시례에 따르면, 상기 수신기 게이트는 매우 협소하게, 즉 10ns보다 작게 설정된다. 도 11에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 수신기 게이트 펄스 파형 및 송신 펄스 파형의 타이밍이 도시되는 개략적 타이밍 다이어그램이 포함된다. 다시 도 11을 참조하면, 송신 펄스폭은 대략 150ns인 것으로 도시된다. 수신기 게이트 펄스는 10ns 너비인 것으로 도시된다. 따라서 상기 수신기 게이트는 매우 협소하게 설정되며, 범위 스텝(range step)/박스 증분(bin increment)은 수신기 게이트 크기의 몇 분의 일이다. 이 구성은 표적들의 정확한 위치 측정(localization)에 도움되는 민감도(sensitivity)의 손실 및 현저한 불일치(mismatch)를 야기한다. 예를 들어 몇몇 예시적 실시례에서, 상기 수신기 게이트는 10cm 스텝으로 된 범위 검출 증분을 가능하게 하는 지연시간 후에 활성화된다. 지근거리(very near range) 검출도 실현된다. 몇몇 특정 예시적 실시례에서 0.2m의 범위 한계(range limit)가 달성되었다.
도 12에는 몇몇 예시적 실시례에 따른, 예컨대 위에서 설명된 송수신기 또는 센서(20)와 같은 레이더 송수신기 또는 센서 내의 송신 및 수신 회로의 개략 블록도가 포함된다. 도 12를 참조하면, 송신 촉발 신호(transmit trigger signal; Tx Trig)가 펄스 성형 회로(pulse shaping circuitry; 74)에 의해 수신되어 위에서 상세히 설명된 타이밍을 가지는 송신 타이밍 펄스가 발생된다. RF 발진기(RF oscillator; 76)는 차량(10)에 인접한 영역으로 송신될 RF 신호, 예컨대 24GHz 레이더 신호를 발생시킨다. 펄스 성형 회로(74)에 의해 발생된 송신 타이밍 펄스는, RF 스위치가 펄스화 레이더 신호(pulsed radar signal)를 상기 송신 타이밍 펄스의 타이밍으로 선택적으로 통과시킬 수 있게 함으로써, 상기 RF 신호를 송신 안테나(50)로 게이팅(gate)하는 데에 이용된다. 송신 안테나(50)는, 사각지대를 포함한 차량(10)에 인접한 영역으로 상기 펄스화 레이더 신호를 송신한다.
계속해서 도 12를 참조하면, 수신 안테나들(64)은 상기 송신된 레이더 신호들에 의해 조사(illuminated)된 물체들로부터 복귀되는 레이더 신호들을 수신한다. 한번에 상기 수신 안테나들 중 하나만으로부터의 복귀 신호가 처리되게끔, 상기 안테나들로부터의 복귀 레이더 신호들이 선택적으로 (이용)가능하게 되도록 안테나 선택 회로(antenna select circuit)가 이용된다. 선택된 수신된 신호는 저잡음 증폭기(low-noise amplifier; LNA)(88)에 의해 증폭된다. 상기 수신된 레이더 신호들은 위상 편이기(88)에 의해 요구되는 대로 위상 편이되고 I 믹서(I mixer; 82) 및 Q 믹서(Q mixer; 84)로 전송(routed)된다. 수신 촉발 신호(receive trigger signal; Rx Trig)는 펄스 성형 회로(80)에 의해 수신되어, 수신 가능화 펄스 신호(receive enabling pulse signal)가 발생되는바, 상기 수신 가능화 펄스 신호는 RF 스위치(78)에 인가된다. RF 발진기(76)에 의해 발생된 RF 신호는, RF 스위치(78)를 통하여 I 믹서(82) 및 Q 믹서(84)로 게이팅되는바, 상기 RF 스위치(78)는, 펄스 성형 회로(80)에 의해 발생된 펄스 신호에 의하여 펄스화 RF 신호를 선택적으로 통과될 수 있게 한다. 이 펄스화 RF 신호는 증폭되고 위상 편이된 레이더 신호들과 혼합(mix)되어, 추가 처리를 위한 복귀된 수신 레이더 신호들에 대한 I IF 신호 및 Q IF 신호가 발생된다.
도 13a에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 I IF 신호 및 Q IF 신호 중 하나의 샘플링-및-유지 처리가 도시된 개략 블록도가 포함된다. 도 13b에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 I IF 신호 및 Q IF 신호 중 하나의 샘플링-및-유지 처리의 타이밍이 도시된 타이밍 다이어그램이 포함된다. 도 13a 및 13b를 참조하면, 샘플 스위치(sample switch; 92)에서 I 또는 Q IF 신호는 각각 I 믹서(82) 또는 Q 믹서(84)로부터 수신된다. 샘플 스위치(92)의 폐쇄, 및 이에 따른 I 또는 Q IF 신호의 샘플링(sampling)은, 도 13b의 타이밍 다이어그램에 표시된 샘플 스위치 펄스 파형의 타이밍에 따라 제어된다. 상기 샘플 스위치는 전파 시간(time of flight; TOF)에 따른 특정 범위에 해당되는 시각에 닫힌다. 이 시각에 표적에서 반사된(target-reflected) 신호가 있다면, 그 신호는 샘플링될 것이다. 상기 타이밍 다이어그램에 도시된, 샘플링된 예시 설명적인 I 또는 Q 파형은 필터링되거나 또는 캐패시터(96)를 이용하여 "유지(held)"되고, 샘플링 및 유지된 I 또는 Q IF 신호는 저역 통과 필터(98)에 의해 기저대(baseband) I 또는 Q 신호로 필터링된다. 예시 설명적인 기저대 I 또는 Q 신호는 도 13b의 타이밍 다이어그램에 도시된다. 샘플링-및-유지된 기저대 I 또는 Q 신호는 아날로그-디지털 변환기(A/D; 100)로 전송되는바, 상기 아날로그-디지털 변환기에서 그 신호는 추가 처리를 위한 디지털 데이터로 변환된다. 도 14에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 전파 중의 RF 펄스들 즉 레이더 펄스들의 개략 블록도 및 타이밍 다이어그램이 포함된다. 도 14를 참조하면, 송신 펄스는 시간 상으로 대략 333ns 연장되는 것으로 도시된다. 범위 R에서의 단일 지점 표적에 대하여는, 송신 펄스의 상승 에지 후에 시각 t = 2R/c에 신호가 수신기 프로세서에 이용가능한바, c는 광속이다. 수신기 게이트가 지속시간 상 13.3ns인 이 설명적 예시 실시례에서 다른 표적이 R + ΔR에 있다면, 그 제2 표적으로 인한 신호 에너지는, ΔR<c* X 펄스폭/2 = 2m라면 상기 수신기 프로세서에 받아들여질 수도 있다.
도 15에는 몇몇 예시적 실시례에 따른 차량(10)의 사각지대에서 표적들을 검출하는 데에 이용되는 송신 펄스들 및 수신기 게이트 펄스들 사이의 상대적인 타이밍이 도시된 개략적 타이밍 다이어그램이 포함된다. 도 15를 참조하면 상단의 타이밍 곡선은 송신 펄스 곡선이다. 그 송신 펄스 곡선은 차량(10)에 인접한 영역으로 송신된 일련의 레이더 펄스들의 타이밍을 도시한다. 제2의 타이밍 곡선은 수신 안테나들 중 하나에 대한 수신기 게이트 펄스 파형을 나타낸다. 두 수신 안테나들 모두에 동일한 파형이 이용된 점이 이해될 것이다. 도 15에 도시된 바와 같이, k개의 송신 펄스들 및 수신기 게이트 펄스들의 제1 연쇄(series)에 대하여, 상기 수신기 게이트 펄스의 상승 에지는 상기 송신 펄스의 상승 에지 후, 즉 상기 펄스화 레이더 신호가 차량(10)에 인접한 영역으로 송신된 후, 미리 정해진 시간(X)에 나타나도록 타이밍이 정해진다. 그 지연시간(X)의 값은 현재 분석되고 있는 범위에 의해 결정된다. 말하자면, 상기 수신기 게이트는, 원하는 범위에 있는 물체들로부터의 복귀가 레이더 송수신기(20)에 다시 도달할 시간 주기 동안 개방, 즉 활성화된다. 각각의 범위에 대하여 k개 펄스들이 송신된다. k번째 펄스 후에 다음 펄스, 즉 분석될 다음 범위의 제1의 수신 게이트 펄스는 송신 펄스의 상승 에지 후에 X + ΔΧ의 지연시간에 발생된다. 추가적 지연시간(ΔΧ)은 상기 시스템의 범위 해상도 또는 민감도에 기초하여 결정된다. 설명된 예시적 실시례들에서 선택된 ΔΧ는 대략 10cm의 범위 해상도에 기초하였다. 다른 범위 해상도들도 가능하다는 점이 이해될 것이다. k개 펄스들의 다음 연쇄는 연관된 송신 펄스의 상승 에지에 뒤이은 X + 2ΔΧ의 시간에 개시(initiate)될 수 있다. 이와 같은 패턴이 두 수신 안테나들 모두에 대하여 그리고 상기 시스템에 의해 스캐닝되는 전체 영역에 대하여 계속된다.
몇몇 종래의 사각지대 모니터링 및 검출 시스템에서 주파수-변조된 파형이 채용된다. 이 파형들에는, 수신기 회로와 송신기 회로 사이에 피드스루(feed-through)/커플링(coupling)의 문제가 있어 지근거리(very-near-range) 검출 기능이 제한된다. 이 종래의 시스템들은 수신기의 동적 범위(dynamic range)를 증가시키기 위하여, 이 문제를 복잡도(complexity) 또는 하드웨어의 비용을 증가시켜 극복한다.
본 발명적 개념에 따르면 위에서 상세히 설명된 펄스화 파형의 구현은 이런 문제들을 완화시킴으로써 더 간단하고 더 비용경제적인 해결법이 제공된다. 또한 본 발명적 개념의 펄스화 파형에는 주파수 변조 접근법들보다 프로세서(CPU) 시간을 덜 요하는 장점이 있다. 또한 본 발명적 개념의 펄스화 파형에 의해 스위핑 별(sweep-by-sweep) 기반으로 범위 및 속도의 분명한 측정이 제공되는바, 이에 따라 상기 시스템의 지연속도(latency)가 감소되고, 각각의 표적에 연관된 도플러 특징(Doppler signature)의 분석에 의하여 장애물의 분류가 가능하게 된다.
본 발명적 개념에 따르면, 레이더 복귀 신호는 수신기 안테나에 의해 캡처(capture)되며, A/D 변환기에 의해 디지털화되기 전에 호모다인 믹서(homodyne mixer)에 의해 전형적으로 20kHz 미만의 기저대로 하향-변환(down-converted)된다. 전형적으로, 관련 표적의 도플러/속도에 따라 설정되는 기저대 신호의 유용한 대역폭은 24 GHz 레이더 시스템에 대하여 40 kHz 미만이다. 레이더 파형은 8 내지 16 비트 해상도로 샘플링된 128 내지 1024개 점들을 포함한다. 잠재적 관련 목표들의 위치 측정, 즉, 범위, 상대 속도, 방위각을 제공하는 레이더 신호 처리 알고리즘들에 의해 상기 디지털 신호가 처리된다. 특징 알고리즘(feature algorithm)으로도 불리는 애플리케이션 층(application layer)은 보고된 장애물들의 목록을 평가할 수 있으며, 최종 판단, 예컨대 경고(warning), 원하는 속력, 기타 등등을 만든다.
본 발명적 개념이 특히 본 발명적 개념의 예시 실시례들을 참조하여 도시 및 설명되었지만, 본 발명 기술분야의 통상의 기술자는, 본 명세서의 청구항들에 의해 한정된 바와 같은 본 발명적 개념의 진의 및 범위로부터 이탈됨 없이 본 발명적 개념에 있어서 형태 상, 그리고 상세사항 상의 다양한 변경들이 이루어질 수 있다는 점을 이해할 것이다.

Claims (12)

  1. 차량의 사각지대를 모니터링하기 위한 차량 레이더 시스템으로서, 상기 차량은, 상기 차량의 후단부와 상기 차량의 전단부 사이에서 상기 차량의 주행 선을 따라 이어지는 길이방향 축을 가지며, 상기 차량 레이더 시스템은:
    상기 차량에 탑재(mount)된 레이더 송신기; 및
    상기 레이더 송신기에 결합된 송신 안테나 배열체(transmitting antenna array);을 포함하고,
    상기 레이더 송신기 및 송신 안테나 배열체는 상기 차량에 인접한 영역으로 패턴으로 된 방사(radiation)를 송신하되, 상기 패턴은 제1 방사 로브(radiation lobe) 및 제2 방사 로브를 포함하고, 상기 제1 로브와 상기 제2 로브 사이에 있는, 상기 패턴의 널 영역(null region)은 상기 차량의 길이방향 축에 대해 대략 직각인 영역으로 지향되는, 차량 레이더 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 안테나의 조준(bore sight)은 상기 널 영역으로부터 상기 차량의 후단부를 향하여 대략 20도의 각도로, 상기 차량으로부터 멀어지게 지향되는, 차량 레이더 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 송신 안테나 배열체는 적어도 하나의 적어도 하나의 평면형 안테나 셀을 포함하는, 차량 레이더 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 송신 안테나 배열체는:
    상기 영역으로 상기 방사를 송신하기 위한 제1 안테나 셀 및 제2 안테나 셀; 및
    상기 제1 안테나 셀과 상기 제2 안테나 셀 사이의 위상 편이기(phase shifter);를 포함하고,
    상기 위상 편이기는 상기 제1 안테나 셀 및 제2 안테나 셀 중의 적어도 하나의 위상을 조정(adjust)하여 상기 방사를 조향(steer)하는, 차량 레이더 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 위상 편이기는 상기 제1 안테나 셀과 상기 제2 안테나 셀 사이에 120도의 위상차를 도입하는, 차량 레이더 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 차량에 인접한 영역 내의 물체들로부터의 방사 복귀 신호들(radiation return signals)을 수신하기 위한 적어도 하나의 수신 안테나 배열체를 더 포함하는, 차량 레이더 시스템.
  7. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수신 안테나 배열체는 제1 수신 안테나 및 제2 수신 안테나를 포함하는, 차량 레이더 시스템.
  8. 제6항에 있어서, 상기 적어도 하나의 수신 안테나 배열체는 적어도 하나의 평면형 안테나 셀을 포함하는, 차량 레이더 시스템.
  9. 제6항에 있어서, 상기 차량에 인접한 영역 내의 물체들의 속력 및 범위 중 적어도 하나를 판별하도록 상기 방사 복귀 신호들을 처리(processing)하기 위한 프로세서를 더 포함하는, 차량 레이더 시스템.
  10. 제9항에 있어서, 상기 물체들이 검출되는, 상기 차량에 인접한 영역은 상기 차량의 사각지대를 포함하는, 차량 레이더 시스템.
  11. 제1항에 있어서, 상기 레이더 시스템은 펄스화 도플러 레이더 시스템(pulsed Doppler radar system)인, 차량 레이더 시스템.
  12. 제1항에 있어서, 상기 레이더 시스템은 24 GHz의 레이더 주파수에서 작동하는, 차량 레이더 시스템.
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