KR20200123747A - 레이더 장치 및 레이더 장치에 이용되는 안테나 장치 - Google Patents

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Abstract

레이더 장치는 복수의 송신안테나를 포함하는 송신안테나부, 복수의 수신안테나를 포함하는 수신안테나부, 송신안테나부를 통해 송신신호를 송신하고, 수신안테나부를 통해 대상체에서 반사된 반사신호를 수신하는 송수신부 및 수신된 반사신호를 처리하여 대상체에 대한 정보를 도출하는 처리부를 포함하고, 처리부는 복수의 송신안테나 중 적어도 하나를 선택하여 중장기 감지 모드 또는 단기 감지 모드 중 하나로 설정하고, 송신안테나부 또는 수신안테나부 중 하나는 수직단차가 형성되어 있다.

Description

레이더 장치 및 레이더 장치에 이용되는 안테나 장치{RADAR AND ANTENNA BUILT IN RADAR}
본 발명은 레이더 장치 및 레이더 장치에 이용되는 안테나 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 레이더 장치는 전파 송수신을 통해 표적 장치의 거리, 속도 및 각도를 탐지하거나 추적하기 위해 고해상도의 각도 분해능을 가져야 한다.
기존의 레이더 장치는 각도 분해능을 높이기 위해 복수의 수신 안테나를 여러 개 배열하는 구조를 이용하였다. 하지만, 이러한 배열 구조를 갖는 레이더 장치의 경우, 안테나의 사이즈가 커지고 송수신부와 관련된 많은 소자가 필요하게 되어 레이더 장치의 전체 사이즈가 커지게 되는 문제점이 있다.
한국공개특허공보 제2019-0058072호 (2019.05.29. 공개)
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 복수의 송신안테나 및 복수의 수신 안테나의 효율적인 배치를 통해 중장거리 및 근거리 감지에서의 수평 및 수직 방향으로의 각도 분해능을 향상시킬 수 있는 레이더 장치를 제공하고자 한다. 다만, 본 실시예가 이루고자 하는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본 발명의 제 1 측면에 따른 레이더 장치는 복수의 송신안테나를 포함하는 송신안테나부; 복수의 수신안테나를 포함하는 수신안테나부; 상기 송신안테나부를 통해 송신신호를 송신하고, 상기 수신안테나부를 통해 대상체에서 반사된 반사신호를 수신하는 송수신부; 및 상기 수신된 반사신호를 처리하여 상기 대상체에 대한 정보를 도출하는 처리부를 포함하고, 상기 처리부는 상기 복수의 송신안테나 중 적어도 하나를 선택하여 중장기 감지 모드 또는 단기 감지 모드 중 하나로 설정하고, 상기 송신안테나부 또는 상기 수신안테나부 중 하나는 수직단차가 형성되어 있다.
본 발명의 제 2 측면에 따른 레이더 장치에 사용되는 안테나 장치는 복수의 송신안테나를 포함하는 송신안테나부; 및 복수의 수신안테나를 포함하는 수신안테나부를 포함하고, 상기 복수의 송신안테나 중 선택된 적어도 하나는 중장기 감지 모드 또는 단기 감지 모드 중 하나로 설정되고, 상기 송신안테나부 또는 상기 수신안테나부 중 하나는 수직단차가 형성되어 있다.
상술한 과제 해결 수단은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명을 제한하려는 의도로 해석되지 않아야 한다. 상술한 예시적인 실시예 외에도, 도면 및 발명의 상세한 설명에 기재된 추가적인 실시예가 존재할 수 있다.
전술한 본 발명의 과제 해결 수단 중 어느 하나에 의하면, 본 발명은 복수의 송신안테나 및 복수의 수신 안테나의 효율적인 배치를 통해 중장거리 및 근거리 감지에서의 수평 및 수직 방향으로의 각도 분해능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이더 장치에 대한 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이더 장치에 포함된 안테나 장치의 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나의 배열 구성의 제 1 예를 도시한다.
도 3a는 본 발명의 제 1 예에 의한 안테나의 배열 구성을 이용하여 감지 모드를 설정하는 방법을 설명하기 위한 실시예를 도시한다.
도 3b는 본 발명의 제 1 예에 의한 안테나의 배열 구성을 이용하여 감지 모드를 설정하는 방법을 설명하기 위한 실시예를 도시한다.
도 4a는 본 발명의 제 1 예에 의한 안테나의 배열 구성을 이용하여 위상차를 통한 수직단차를 도출하는 방법을 설명하기 위한 실시예를 도시한다.
도 4b는 본 발명의 제 1 예에 의한 안테나의 배열 구성을 이용하여 위상차를 통한 수직단차를 도출하는 방법을 설명하기 위한 실시예를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이더 장치에 포함된 안테나 장치의 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나의 배열 구성의 제 2 예를 도시한다.
도 6a는 본 발명의 제 2 예에 의한 안테나의 배열 구성을 이용하여 감지 모드를 설정하는 방법을 설명하기 위한 실시예를 도시한다.
도 6b는 본 발명의 제 2 예에 의한 안테나의 배열 구성을 이용하여 감지 모드를 설정하는 방법을 설명하기 위한 실시예를 도시한다.
도 7은 본 발명의 제 2 예에 의한 안테나의 배열 구성을 이용하여 위상차를 통한 수직단차를 도출하는 방법을 설명하기 위한 실시예를 도시한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이더 장치에 포함된 안테나 장치의 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나의 배열 구성의 제 3 예를 도시한다.
도 9a는 본 발명의 제 3 예에 의한 안테나의 배열 구성을 이용하여 감지 모드를 설정하는 방법을 설명하기 위한 실시예를 도시한다.
도 9b는 본 발명의 제 3 예에 의한 안테나의 배열 구성을 이용하여 감지 모드를 설정하는 방법을 설명하기 위한 실시예를 도시한다.
도 10은 본 발명의 제 3 예에 의한 안테나의 배열 구성을 이용하여 위상차를 통한 수직단차를 도출하는 방법을 설명하기 위한 실시예를 도시한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에 있어서 '부(部)'란, 하드웨어에 의해 실현되는 유닛(unit), 소프트웨어에 의해 실현되는 유닛, 양방을 이용하여 실현되는 유닛을 포함한다. 또한, 1 개의 유닛이 2 개 이상의 하드웨어를 이용하여 실현되어도 되고, 2 개 이상의 유닛이 1 개의 하드웨어에 의해 실현되어도 된다.
본 명세서에 있어서 단말 또는 디바이스가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부는 해당 단말 또는 디바이스와 연결된 서버에서 대신 수행될 수도 있다. 이와 마찬가지로, 서버가 수행하는 것으로 기술된 동작이나 기능 중 일부도 해당 서버와 연결된 단말 또는 디바이스에서 수행될 수도 있다.
이하, 첨부된 구성도 또는 처리 흐름도를 참고하여, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이더 장치(100)에 대한 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 레이더 장치(100)는 안테나 장치(110), 송수신부(120), 처리부(130), 가상 수신 안테나 형성부(140), 도출부(150) 및 보간부(160)를 포함할 수 있다.
이하에서는 도 1과 함께 도 2 내지 도 10을 함께 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하기로 한다.
레이더 장치(100)는 차량의 특정 위치에 장착되어 안테나 장치(110)를 통해 송신 신호를 송신한 후, 차량의 주변에 있는 대상체에 반사되어 되돌아오는 수신신호를 수신하여 대상체의 존재 여부, 위치, 방향 또는 크기 등을 감지할 수 있다. 레이더 장치(100)에 의해 감지된 대상체의 감지 결과는 차량의 전방차량에 대한 충돌 방지를 위한 충돌 회피 기능, 안전한 차선 변경을 위한 기능 등을 갖는 차량 시스템에 적용됨으로써 차량 시스템이 정확한 차량 제어를 하는데 이용될 수 있다.
안테나 장치(110)는 복수의 송신안테나를 포함하는 송신안테나부(112) 및 복수의 수신안테나를 포함하는 수신안테나부(114)로 구성된다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이더 장치에 포함된 안테나 장치의 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나의 배열 구성의 제 1 예를 도시한다.
도 2를 참조하면, 안테나 장치(110)는 수평 방향으로 배열되는 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3)를 포함하는 송신안테나부(112) 및 수직단차를 형성하는 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)를 포함하는 수신안테나부(114)를 포함한다.
송신안테나부(112)는 대상체의 감지를 위해 송신 신호를 송신하기 위한 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 송신안테나부(112)는 기설정된 수평간격으로 동일한 선상에 배치된 제 1 송신안테나(Tx1), 제 2 송신안테나(Tx2) 및 제 3 송신안테나(Tx3)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 3 송신안테나(Tx3)는 각각, 예를 들어, 6개의 어레이 송신 안테나로 구성되고, 제 2 송신안테나(Tx2)는 예를 들어, 2개의 어레이 송신 안테나로 구성될 수 있다.
제 1 송신안테나(Tx1), 제 2 송신안테나(Tx2) 및 제 3 송신안테나(Tx3) 각각은 수평 방향으로 배치되되, 1:1의 비율에 따라 기설정된 수평간격으로 배열될 수 있다. 예를 들어, 제 1 송신안테나(Tx1), 제 2 송신안테나(Tx2) 및 제 3 송신안테나(Tx3) 각각은 2.0 람다의 수평간격으로 수평방향으로 일렬로 배열될 수 있다.
제 1 송신안테나(Tx1), 제 2 송신안테나(Tx2) 및 제 3 송신안테나(Tx3) 각각은 수평방향으로 1:1의 비율에 따라 떨어져 배열됨으로써 발생하는 수평방향에 대한 수평위상차이를 갖는다.
제 1 송신안테나(Tx1), 제 2 송신안테나(Tx2) 및 제 3 송신안테나(Tx3) 각각에 포함된 복수의 송신안테나 각각은 송신 신호가 송신되는 수평방향이 상이한 송신안테나 빔 영역을 가질 수 있다.
수신안테나부(114)는 송신안테나부(112)로부터 송신된 송신신호가 주변에 있는 대상체에 의해 반사되어 돌아오는 수신 신호를 수신하기 위한 복수의 수신안테나를 포함할 수 있다. 구체적으로, 수신안테나부(114)는 수평방향으로 배열되면서 수직단차를 형성하는 제 1 수신안테나(Rx1), 제 2 수신안테나(Rx2), 제 3 수신안테나(Rx3) 및 제 4 수신안테나(Rx4)를 포함할 수 있다. 여기서, 제 1 수신안테나(Rx1), 제 2 수신안테나(Rx2), 제 3 수신안테나(Rx3) 및 제 4 수신안테나(Rx4) 각각은 예를 들어 2개의 어레이 수신 안테나로 구성될 수 있다.
제 1 수신안테나(Rx1), 제 2 수신안테나(Rx2), 제 3 수신안테나(Rx3) 및 제 4 수신안테나(Rx4)는 수평 방향으로 4:3:2의 비율에 따라 수평간격으로 배열되되, 제 3 수신안테나(Rx3) 및 제 4 수신안테나(Rx4)는 수직방향으로 기설정된 수직간격만큼 떨어져 배열될 수 있다.
예를 들어, 제 1 수신안테나(Rx1), 제 2 수신안테나(Rx2), 제 3 수신안테나(Rx3) 및 제 4 수신안테나(Rx4) 각각이 배열되는 수평간격은 적어도, 2K, 3K, 4K를 포함하며, 제 1 수신안테나(Rx1) 및 제 2 수신안테나(Rx2)는 2.0 람다의 수평간격으로 배열되고, 제 2 수신안테나(Rx2) 및 제 3 수신안테나(Rx3)는 1.5 람다의 수평간격으로 배열되고, 제 3 수신안테나(Rx3) 및 제 4 수신안테나(Rx4)는 1.0 람다의 수평간격으로 배열될 수 있다.
제 1 수신안테나 (Rx1), 제 2 수신안테나(Rx2), 제 3 수신안테나(Rx3) 및 제 4 수신안테나(Rx4) 각각을 수신 채널당 2개의 어레이 안테나로 구성하게 되면, 수신 게인을 향상시키고, 빔 특성 및 SNR(Signal to Noise Ratio)를 향상시킬 수 있다.
송수신부(120)는 송신안테나부(112)를 통해 송신신호를 송신하고, 수신안테나부(114)를 통해 대상체에서 반사된 반사신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 송수신부(120)는 제 1 송신 방식(예컨대, fast-chirp FMCW 방식)을 사용하여 송신안테나부(112)를 통해 일정간격으로 송신 신호를 빠르게 송신하고, 수신안테나부(114)를 통해 대상체에서 반사된 반사신호를 수신할 수 있다.
처리부(130)는 수신된 반사 신호를 처리하여 대상체에 대한 정보를 도출할 수 있다. 예를 들어, 처리부(130)는 수신된 반사 신호를 통해 대상체의 높이 등과 같은 수직 정보 및 대상체의 폭 등의 수평 정보를 획득할 수 있다.
처리부(130)는 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3) 중 적어도 하나를 선택하고, 선택된 적어도 하나의 송신안테나를 중장기 감지 모드 또는 단기 감지 모드 중 하나로 설정할 수 있다.
도 2 및 도 3a를 함께 참조하면, 제 1 예와 같이 수신안테나부(114)가 수직단차를 형성하는 경우, 처리부(130)는 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3)에서 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 3 송신안테나(Tx3)를 선택하여 레이더 장치(100)의 감지 모드를 중장기 감지 모드로 설정할 수 있다. 본 발명은 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 3 송신안테나(Tx3)를 통한 다중입출력(MIMO) 처리를 통해 중장거리에 위치한 대상체를 감지할 수 있다.
가상 수신 안테나 형성부(140)는 처리부(130)에 의해 선택된 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 3 송신안테나(Tx3)를 통해 다중입출력 처리를 수행하는 경우, 수신안테나부(114)에 포함된 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)와 동일한 수평방향에 기설정된 수평간격으로 배치된 가상 수신안테나부(VRx1, VRx2, VRx3, VRx4)를 형성할 수 있다.
가상 수신 안테나 형성부(140)는 수신안테나부(114)와 동일한 수평방향으로 공간적으로 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 3 송신안테나(Tx3) 간의 이격 간격만큼 시프트되어 배치된 가상 수신안테나부(VRx1, VRx2, VRx3, VRx4)를 형성할 수 있다.
예를 들어, 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 3 송신안테나(Tx3)를 통해 동일한 송신 신호가 동시에 송신되면, 송신 신호를 기초로 대상체에서 반사되어 돌아오는 수신 신호를 수신하는 수신안테나 입장에서는 동일한 수신 신호가 공간적으로 수평방향으로 기설정된 수평간격(즉, 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 3 송신안테나(Tx3) 간의 이격 간격, 4K)만큼 이격된 위치로 시프트되어 수신되는 것과 동일한 효과를 가지며 이렇게 시프트된 위치에 생성된 수신안테나들을 가상수신안테나(VRx1, VRx2, VRx3, VRx4)로 표현할 수 있다.
즉, 제 1 수신안테나(Rx1)으로부터 4K만큼 이격된 위치에 제 1 가상수신안테나(VRx1)가 생성되고, 제 2 수신안테나(Rx2)으로부터 4K만큼 이격된 위치에 제 2 가상수신안테나(VRx2)가 생성되고, 제 3 수신안테나(Rx3)으로부터 4K만큼 이격된 위치에 제 3 가상수신안테나(VRx3)가 생성되고, 제 4 수신안테나(Rx4)으로부터 4K만큼 이격된 위치에 제 4 가상수신안테나(VRx4)가 생성될 수 있다.
이 때, 제 1 수신안테나(Rx1) 및 제 2 수신안테나(Rx2)와 동일한 수평방향에 형성된 제 1 가상 수신안테나(VRx1) 및 제 2 가상 수신안테나(VRx2)를 포함하는 제 1 가상 수신안테나 그룹과, 제 3 수신안테나(Rx3) 및 제 4 수신안테나(Rx4)와 동일한 수평방향에 형성된 제 3 가상 수신안테나(VRx3) 및 제 4 가상 수신안테나(VRx4)를 포함하는 제 2 가상 수신안테나 그룹 간에 수직간격으로 수직단차가 형성될 수 있다.
결과적으로, 수신단에서는 제 1 수신안테나(Rx1), 제 2 수신안테나(Rx2), 제 3 수신안테나(Rx3), 제 4 수신안테나(Rx4), 제 1 가상수신안테나(VRx1), 제 2 가상수신안테나(VRx2), 제 3 가상수신안테나(VRx3) 및 제 4 가상수신안테나(VRx4)가 형성됨으로써 2배의 수평면적으로 확장된 확장 개구 성능을 확보할 수 있고, 이를 통해, 중장거리 대상체의 수평정보를 정밀하게 측정할 수 있고, 수평방향 정보에 대한 분해능 또는 해상도를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 수직단차가 형성되어 있는 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4) 및 복수의 가상 수신안테나(VRx1, VRx2, VRx3, VRx4)를 통해 대상체를 감지하고, 위상차를 이용하여 대상체의 수직 각도를 감지 및 추정할 수 있다.
본 발명은 배열 선형보간법(array interpolation)을 이용하여 그레이팅 로브(Grating Lobe)가 발생하는 위치가 메인 빔이 위치하는 센터 위치로부터 멀어지도록 즉, 그레이팅 로브의 발생을 억제하도록 가상 안테나 구조를 제공할 수 있다.
도 3a 및 도 4b를 함께 참조하면, 도출부(150)는 수신안테나부(114)에 포함된 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4) 중 적어도 하나의 수신안테나 및 가상 수신안테나부(VRx1, VRx2, VRx3, VRx4) 중 적어도 어느 하나의 가상 수신안테나 간의 위상차를 계산하고, 계산된 위상차에 기초하여 수직단차를 도출할 수 있다.
도출부(150)는 처리부(130)에 의해 선택된 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 3 송신안테나(Tx3)를 통해 다중입출력(MIMO) 처리를 통해 형성된 가상 수신안테나부(VRx1, VRx2, VRx3, VRx4) 중 제 1 가상 수신안테나(VRx1)에 수신 신호와 제 3 및 4 수신안테나(Rx3, Rx4) 간에 산출된 수신 신호(Rx3 + 4) 간의 위상차를 통해 수직단차를 도출할 수 있다. 여기서, 제 3 및 4 수신안테나(Rx3, Rx4) 간에 산출된 수신 신호(Rx3+4)는 제 3 수신안테나(Rx3)의 수신 신호 및 제 4 수신안테나(Rx4)의 수신 신호를 더한 합산 수신 신호에서 2로 나눈 값(즉, 제 3 수신안테나(Rx3)의 수신 신호 및 제 4 수신안테나(Rx4)의 수신 신호 간의 평균값)일 수 있다.
도 2 및 도 3b를 함께 참조하면, 제 1 예와 같이 수신안테나부(114)가 수직단차를 형성하는 경우, 처리부(130)는 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3)에서 제 2 송신안테나(Tx2)를 선택하여 레이더 장치(100)의 감지 모드를 단기 감지 모드로 설정할 수 있다. 단기 감지 모드의 경우에는 단일의 송신안테나만 선택되어 다중입출력 처리가 수행될 수 없기 때문에 가상 수신안테나가 형성되지 않는다. 본 발명은 제 2 송신안테나(Tx2)를 이용하여 근거리에 위치한 대상체를 감지할 수 있다.
도 3b 및 도 4a를 함께 참조하면, 도출부(150)는 수신안테나부(114)에 포함된 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4) 중 제 1 수신안테나(Rx1)의 수신 신호 및 제 2 수신안테나(Rx2)의 수신 신호 간의 제 1 위상차를 계산하고, 제 2 수신안테나(Rx2)의 수신 신호와, 제 3 및 4 수신안테나(Rx3, Rx4) 간에 산출된 수신 신호(Rx3 + 4) 간의 제 2 위상차를 계산할 수 있다. 여기서, 제 3 및 4 수신안테나(Rx3, Rx4) 간에 산출된 수신 신호(Rx3+4)는 제 3 수신안테나(Rx3)의 수신 신호 및 제 4 수신안테나(Rx4)의 수신 신호를 더한 합산 수신 신호에서 2로 나눈 값(즉, 제 3 수신안테나(Rx3)의 수신 신호 및 제 4 수신안테나(Rx4)의 수신 신호 간의 평균값)일 수 있다. 이 후, 도출부(150)는 계산된 제 1 위상차 및 제 2 위상차 간의 차이에 기초하여 수직 단차를 도출할 수 있다.
보간부(160)는 도출된 수직 단차에 따른 위상 보정을 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)에 수행한 후, 보정을 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)에 비선형 어레이 보간법(NLA Array Interpolation)을 적용하여 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)에 해당하는 수평면적 내에 기설정된 수평간격으로 배치된 안테나 패턴을 형성할 수 있다. 여기서, 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)에 비선형 어레이 보간법이 적용되면 제한된 수신 채널 수에서 최대의 방사 개구부가 확보될 수 있다.
가상 수신 안테나 형성부(140)는 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)에 비선형 어레이 보간법이 적용되어 형성된 기설정된 수평간격으로 배치된 안테나 패턴에 수직간격으로 수직단차가 형성된 가상 수신안테나부(VRx1, VRx2, VRx3, VRx4)를 형성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이더 장치에 포함된 안테나 장치의 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나의 배열 구성의 제 2 예를 도시한다.
도 5를 참조하면, 안테나 장치(110)는 수직단차를 형성하는 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3)를 포함하는 송신안테나부(112) 및 수평 방향으로 배열되는 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3)를 포함하는 수신안테나부(114)를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3)는 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3) 사이에 배치되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3)는 제 2 송신안테나(Tx2) 및 제 3 송신안테나(Tx3) 사이에 배치될 수 있다.
송신안테나부(112)에 포함된 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3) 각각은 예를 들어, 2 이상의 어레이 송신 안테나를 포함할 수 있다.
수신안테나부(114)에 포함된 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3) 각각은 예를 들어, 2 이상의 어레이 수신 안테나를 포함할 수 있다. 이와 같이, 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3)를 이루는 어레이의 구성을 2 이상의 어레이 안테나로 하게 되면, 상대적인 게인을 향상시킬 수 있다.
제 1 송신안테나(Tx1), 제 2 송신안테나(Tx2) 및 제 3 송신안테나(Tx3)는 1:4의 비율에 따라 떨어져 배열됨으로써 발생하는 수평방향에 대한 수평위상차이를 갖고, 제 1 송신안테나(Tx1)가 제 2 송신안테나(Tx2) 및 제 3 송신안테나(Tx3)로부터 기설정된 수직간격만큼 떨어져 배열됨으로써 발생하는 수직방향에 대한 수직위상차이를 갖는다.
제 1 수신안테나(Rx1), 제 2 수신안테나(Rx2), 제 3 수신안테나(Rx3) 및 제 4 수신안테나(Rx4)는 수평 방향으로 1:1:2의 비율에 따라 수평간격으로 배열될 수 있다. 또한, 제 1 수신안테나(Rx1), 제 2 수신안테나(Rx2), 제 3 수신안테나(Rx3) 및 제 4 수신안테나(Rx4)는 수평 방향으로 1:1:2의 비율에 따라 떨어져 배열됨으로써 발생하는 수평방향에 대한 수평위상차이를 갖는다.
처리부(130)는 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3) 중 적어도 하나를 선택하고, 선택된 적어도 하나의 송신안테나를 중장기 감지 모드 또는 단기 감지 모드 중 하나로 설정할 수 있다.
도 5 및 도 6a를 함께 참조하면, 제 2 예와 같이 송신안테나부(112)가 수직단차를 형성하는 경우, 처리부(130)는 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3)에서 수직단차를 형성하지 않는 적어도 둘 이상의 송신안테나를 선택하여 중장기 감지 모드로 설정할 수 있다.
처리부(130)는 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3) 중 수직단차를 형성하지 않는 제 2 송신안테나(Tx2) 및 제 3 송신안테나(Tx3)를 선택하여 레이더 장치(100)의 감지 모드를 중장기 감지 모드로 설정할 수 있다. 제 2 송신안테나(Tx2) 및 제 3 송신안테나(Tx3)를 통한 다중입출력 처리를 통해 중장거리에 위치한 대상체를 고해상도로 감지할 수 있다.
가상 수신 안테나 형성부(140)는 처리부(130)에 의해 선택된 수직단차를 형성하지 않는 제 2 송신안테나(Tx2) 및 제 3 송신안테나(Tx3)를 통해 다중입출력 처리를 수행하는 경우, 수신안테나부(114)에 포함된 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)와 동일한 수평방향에 기설정된 수평간격으로 배치된 가상 수신안테나부(VRx1, VRx2, VRx3, VRx4)를 형성할 수 있다.
도 5 및 도 6b를 함께 참조하면, 제 2 예와 같이 송신안테나부(112)가 수직단차를 형성하는 경우, 처리부(130)는 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3)에서 수직단차를 형성하는 적어도 둘 이상의 송신안테나를 선택하여 단기 감지 모드로 설정할 수 있다.
처리부(130)는 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3) 중 수직단차를 형성하는 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 2 송신안테나(Tx2)를 선택하여 레이더 장치(100)의 감지 모드를 단기 감지 모드로 설정할 수 있다. 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 2 송신안테나(Tx2)를 통한 다중입출력 처리를 통해 그레이팅 로브의 발생을 판단하고, 단거리에 위치한 대상체에 대하여 수직 감지할 수 있다.
가상 수신 안테나 형성부(140)는 기설정된 수평간격 및 수직간격으로 배치되고, 단기 감지 모드의 설정을 위해 선택된 적어도 둘 이상의 송신안테나(제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 2 송신안테나(Tx2))를 통해 다중입출력 처리를 수행하는 경우, 수신안테나부(114)와 수평간격으로 배치되고, 수신안테나부(114)와 수직간격으로 수직단차가 형성된 가상 수신안테나부를 형성할 수 있다. 이 때, 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 2 송신안테나(Tx2) 간에 형성된 수직 단차에 따라 가상 수신안테나부는 수신안테나부(114)와 수직간격으로 수직단차가 형성될 수 있다.
복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3) 사이에 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3)를 배치하여 다중입출력 처리를 수행하게 되면, 안테나 장치(110)의 전체 사이즈 대비 각도 분해능을 향상시킬 수 있다.
도 6b 및 도 7을 함께 참조하면, 도출부(150)는 수신안테나부(114)에 포함된 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4) 중 적어도 하나의 수신안테나 및 가상 수신안테나부(VRx1, VRx2, VRx3, VRx4) 중 적어도 어느 하나의 가상 수신안테나 간의 위상차에 기초하여 수직단차를 도출할 수 있다.
도출부(150)는 처리부(130)에 의해 선택된 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 2 송신안테나(Tx2)를 통해 다중입출력 처리를 통해 형성된 가상 수신안테나부(VRx1, VRx2, VRx3, VRx4) 중 제 1 가상 수신안테나(VRx1)의 수신 신호와 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4) 중 제 2 및 3 수신안테나(Rx2, Rx3) 간에 산출된 수신 신호(Rx2 + 3) 간의 위상차를 통해 수직단차를 도출할 수 있다. 여기서, 제 2 및 3 수신안테나(Rx2, Rx3) 간에 산출된 수신 신호(Rx2+3)는 도 7에서 빨강색으로 표현된 신호로서, 제 2 수신안테나(Rx2)의 수신 신호 및 제 3 수신안테나(Rx3)의 수신 신호를 더한 합산 수신 신호에서 2로 나눈 값(즉, 제 2 수신안테나(Rx2)의 수신 신호 및 제 3 수신안테나(Rx3)의 수신 신호 간의 평균값)일 수 있다.
또한, 도출부(150)는 처리부(130)에 의해 선택된 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 2 송신안테나(Tx2)를 통해 다중입출력 처리를 통해 형성된 가상 수신안테나부(VRx1, VRx2, VRx3, VRx4) 중 제 1 및 2 가상 수신안테나(VRx1, VRx2) 간에 산출된 수신 신호(VRx1 + 2)와 제 3 수신안테나(Rx3)의 수신 신호 간의 위상차를 통해 수직단차를 도출할 수 있다. 여기서, 제 1 및 2 가상 수신안테나(VRx1, VRx2) 간에 산출된 수신 신호(VRx1 + 2)는 제 1 가상 수신안테나(VRx1)의 수신 신호 및 제 2 가상 수신안테나(VRx2)의 수신 신호를 더한 합산 수신 신호에서 2로 나눈 값(즉, 제 1 가상 수신안테나(VRx1)의 수신 신호 및 제 2 가상 수신안테나(VRx2)의 수신 신호 간의 평균값)일 수 있다. 여기서, 제 1 및 2 가상 수신안테나(VRx1, VRx2) 간에 산출된 수신 신호(VRx1 + 2)는 제 3 수신안테나(Rx3)의 수신 신호와 수평적으로 겹치고, 제 3 수신안테나(Rx3)의 수신 신호와 수직방향으로 차이가 있다.
보간부(160)는 도출된 수직 단차에 따른 위상 보정을 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)에 수행한 후, 위상 보정된 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)에 비선형 어레이 보간법(NLA Array Interpolation)을 적용하여 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)에 해당하는 수평면적 내에 기설정된 수평간격으로 배치된 안테나 패턴을 형성할 수 있다.
가상 수신 안테나 형성부(140)는 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)에 비선형 어레이 보간법이 적용되어 형성된 기설정된 수평간격으로 배치된 안테나 패턴에 수직간격으로 수직단차가 형성된 가상 수신안테나부(VRx1, VRx2, VRx3, VRx4)를 형성할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른, 레이더 장치에 포함된 안테나 장치의 복수의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나의 배열 구성의 제 3 예를 도시한다.
도 8을 참조하면, 안테나 장치(110)는 수직단차를 형성하는 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3)를 포함하는 송신안테나부(112) 및 수평 방향으로 배열되는 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3)를 포함하는 수신안테나부(114)로 구성된다. 여기서, 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3)는 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3) 사이에 배치되도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3)는 제 2 송신안테나(Tx2) 및 제 3 송신안테나(Tx3) 사이에 배치될 수 있다.
송신안테나부(112)에 포함된 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3) 각각은 예를 들어, 2 이상의 어레이 송신 안테나로 구성될 수 있다.
수신안테나부(114)에 포함된 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3) 각각은 예를 들어, 싱글 어레이 수신 안테나로 구성될 수 있다. 이와 같이, 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3)를 이루는 어레이의 구성을 싱글 어레이 안테나로 하게되면, 광각(wide field of view)를 구현할 수 있다.
제 1 송신안테나(Tx1), 제 2 송신안테나(Tx2) 및 제 3 송신안테나(Tx3)는 2:9의 비율에 따라 떨어져 배열됨으로써 발생하는 수평방향에 대한 수평위상차이를 갖고, 제 1 송신안테나(Tx1)가 제 2 송신안테나(Tx2) 및 제 3 송신안테나(Tx3)로부터 기설정된 수직간격만큼 떨어져 배열됨으로써 발생하는 수직방향에 대한 수직위상차이를 갖는다.
제 1 수신안테나(Rx1), 제 2 수신안테나(Rx2), 제 3 수신안테나(Rx3) 및 제 4 수신안테나(Rx4)는 수평 방향으로 1:3:3의 비율에 따라 수평간격으로 배열될 수 있다. 또한, 제 1 수신안테나(Rx1), 제 2 수신안테나(Rx2), 제 3 수신안테나(Rx3) 및 제 4 수신안테나(Rx4)는 수평 방향으로 1:2:3의 비율에 따라 떨어져 배열됨으로써 발생하는 수평방향에 대한 수평위상차이를 갖는다.
처리부(130)는 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3) 중 적어도 하나를 선택하고, 선택된 적어도 하나의 송신안테나를 중장기 감지 모드 또는 단기 감지 모드 중 하나로 설정할 수 있다.
도 8 및 도 9a를 함께 참조하면, 제 3 예와 같이 송신안테나부(112)가 수직단차를 형성하는 경우, 처리부(130)는 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3) 중 수직단차를 형성하지 않는 제 2 송신안테나(Tx2) 및 제 3 송신안테나(Tx3)를 선택하여 레이더 장치(100)의 감지 모드를 중장기 감지 모드로 설정할 수 있다. 제 2 송신안테나(Tx2) 및 제 3 송신안테나(Tx3)를 통한 다중입출력 처리를 통해 중장거리에 위치한 대상체를 고해상도로 감지할 수 있다.
가상 수신 안테나 형성부(140)는 처리부(130)에 의해 선택된 수직단차를 형성하지 않는 제 2 송신안테나(Tx2) 및 제 3 송신안테나(Tx3)를 통해 다중입출력 처리를 수행하는 경우, 수신안테나부(114)에 포함된 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)와 동일한 수평방향에 기설정된 수평간격으로 배치된 가상 수신안테나부(VRx1, VRx2, VRx3, VRx4)를 형성할 수 있다.
도 8 및 도 9b를 함께 참조하면, 제 3 예와 같이 송신안테나부(112)가 수직단차를 형성하는 경우, 처리부(130)는 복수의 송신안테나(Tx1, Tx2, Tx3) 중 수직단차를 형성하는 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 2 송신안테나(Tx2)를 선택하여 레이더 장치(100)의 감지 모드를 단기 감지 모드로 설정할 수 있다. 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 2 송신안테나(Tx2)를 통한 다중입출력 처리를 통해 그레이팅 로브의 발생을 판단하고, 단거리에 위치한 대상체에 대하여 수직 감지할 수 있다.
가상 수신 안테나 형성부(140)는 기설정된 수평간격 및 수직간격으로 배치되고, 단기 감지 모드의 설정을 위해 선택된 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 2 송신안테나(Tx2)를 통해 다중입출력 처리를 수행하는 경우, 수신안테나부(114)와 수평간격으로 배치되고, 수신안테나부(114)와 수직간격으로 수직단차가 형성된 가상 수신안테나부를 형성할 수 있다. 이 때, 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 2 송신안테나(Tx2) 간에 형성된 수직 단차에 따라 가상 수신안테나부는 수신안테나부(114)와 수직간격으로 수직단차가 형성될 수 있다.
도 9b 및 도 10를 함께 참조하면, 도출부(150)는 수신안테나부(114)에 포함된 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4) 중 적어도 하나의 수신안테나 및 가상 수신안테나부(VRx1, VRx2, VRx3, VRx4) 중 적어도 어느 하나의 가상 수신안테나 간의 위상차에 기초하여 수직단차를 도출할 수 있다.
도출부(150)는 처리부(130)에 의해 선택된 제 1 송신안테나(Tx1) 및 제 2 송신안테나(Tx2)를 통해 다중입출력 처리를 통해 형성된 가상 수신안테나부(VRx1, VRx2, VRx3, VRx4) 중 제 2 가상 수신안테나(VRx2)와 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4) 중 제 3 수신안테나(Rx3) 간의 위상차를 통해 수직단차를 도출할 수 있다.
보간부(160)는 도출된 수직 단차에 따른 위상 보정을 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)에 수행한 후, 위상 보정된 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)에 비선형 어레이 보간법(NLA Array Interpolation)을 적용하여 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)에 해당하는 수평면적 내에 기설정된 수평간격으로 배치된 안테나 패턴을 형성할 수 있다.
가상 수신 안테나 형성부(140)는 복수의 수신안테나(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4)에 비선형 어레이 보간법이 적용되어 형성된 기설정된 수평간격으로 배치된 안테나 패턴에 수직간격으로 수직단차가 형성된 가상 수신안테나부(VRx1, VRx2, VRx3, VRx4)를 형성할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 레이더 장치
110: 안테나 장치
112: 송신안테나부
114: 수신안테나부
120: 송수신부
130: 처리부
140: 가상 수신 안테나 형성부
150: 도출부
160: 보간부

Claims (10)

  1. 레이더 장치에 있어서,
    복수의 송신안테나를 포함하는 송신안테나부;
    복수의 수신안테나를 포함하는 수신안테나부;
    상기 송신안테나부를 통해 송신신호를 송신하고, 상기 수신안테나부를 통해 대상체에서 반사된 반사신호를 수신하는 송수신부; 및
    상기 수신된 반사신호를 처리하여 상기 대상체에 대한 정보를 도출하는 처리부를 포함하고,
    상기 처리부는 상기 복수의 송신안테나 중 적어도 하나를 선택하여 중장기 감지 모드 또는 단기 감지 모드 중 하나로 설정하고,
    상기 송신안테나부 또는 상기 수신안테나부 중 하나는 수직단차가 형성되어 있는 것인, 레이더 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신안테나부가 상기 수직단차를 형성하는 경우,
    상기 처리부는 상기 복수의 송신안테나에서 제 1 송신안테나 및 제 2 송신안테나를 선택하여 상기 중장기 감지 모드를 설정하는 것인, 레이더 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    기설정된 수평간격으로 배치된 상기 제 1 송신안테나 및 상기 제 2 송신안테나를 통해 다중입출력(Multi Input Multi Output, MIMO) 처리를 수행하는 경우, 상기 수신안테나부와 상기 수평간격으로 배치된 가상 수신안테나부를 형성하는 가상수신안테나 형성부
    를 더 포함하는 것인, 레이더 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 수신안테나부 중 적어도 어느 하나의 수신안테나 및 상기 가상 수신안테나부 중 적어도 어느 하나의 가상 수신안테나 간의 위상차에 기초하여 상기 수직단차를 도출하는 도출부
    를 더 포함하는 것인, 레이더 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신안테나부가 상기 수직단차를 형성하는 경우,
    상기 처리부는 상기 복수의 송신안테나에서 선택된 제 3 송신안테나를 선택하여 상기 단기 감지 모드로 설정하는 것인, 레이더 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신안테나부가 상기 수직단차를 형성하는 경우,
    상기 처리부는 상기 송신안테나부에 포함된 상기 복수의 송신안테나 중 상기 수직단차를 형성하는 적어도 둘 이상의 송신안테나를 선택하여 상기 단기 감지 모드로 설정하는 것인, 레이더 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    기설정된 수평간격 및 수직간격으로 배치된 상기 선택된 적어도 둘 이상의 송신안테나를 통해 다중입출력 처리를 수행하는 경우, 상기 수신안테나부와 상기 수평간격으로 배치되고, 상기 수신안테나부와 상기 수직간격으로 상기 수직단차가 형성된 가상 수신안테나부를 형성하는 가상수신안테나 형성부
    를 더 포함하는 것인, 레이더 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 송신안테나부가 상기 수직단차를 형성하는 경우,
    상기 처리부는 상기 송신안테나부에 포함된 상기 복수의 송신안테나 중 상기 수직단차를 형성하지 않는 적어도 둘 이상의 송신안테나를 선택하여 상기 중장기 감지 모드로 설정하고,
    상기 수신안테나부는 상기 선택된 적어도 둘 이상의 송신안테나 사이에 배치되어 있는 것인, 레이더 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    기설정된 수평간격으로 배치된 상기 선택된 적어도 둘 이상의 송신안테나를 통해 다중입출력 처리를 수행하는 경우, 상기 수신안테나부와 상기 수평간격으로 배치된 가상 수신안테나부를 형성하는 가상수신안테나 형성부
    를 더 포함하는 것인, 레이더 장치.
  10. 레이더 장치에 사용되는 안테나 장치에 있어서,
    복수의 송신안테나를 포함하는 송신안테나부; 및
    복수의 수신안테나를 포함하는 수신안테나부를 포함하고,
    상기 복수의 송신안테나 중 선택된 적어도 하나는 중장기 감지 모드 또는 단기 감지 모드 중 하나로 설정되고,
    상기 송신안테나부 또는 상기 수신안테나부 중 하나는 수직단차가 형성되어 있는 것인, 안테나 장치.
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