KR102351551B1 - Multi function radar system and signal processing method thereof - Google Patents
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Abstract
다기능 레이더 시스템 및 그의 신호 처리방법에 관한 것으로, 주변에 레이더 신호를 송신하고 표적으로부터 반사되는 신호를 수신하는 안테나부, 상기 송신신호를 발생하고 수신 채널을 통해 수신되는 신호의 데이터를 처리하는 레이더 송수신부 및 상기 송신신호를 발생하도록 제어신호를 발생하고 상기 수신신호를 신호처리하여 레이더 탐지 정보를 탐지하는 신호처리용 프로세서를 포함하는 공용 하드웨어 플랫폼으로 마련되고, 하나의 공용 하드웨어 플랫폼을 이용해서 다양한 기능의 레이더를 구현하고, 차종별로 레이더 탐지 성능을 최적화해서 다양한 요구 기능에 대한 레이더 탐지 영역에 대해서 하드웨어 변경 없이 소프트웨어를 정밀하게 튜닝할 수 있다. To a multi-function radar system and a signal processing method thereof, the antenna unit for transmitting a radar signal to the surroundings and receiving a signal reflected from a target, the radar transmission and reception for generating the transmission signal and processing the data of the signal received through a reception channel It is provided as a common hardware platform including a sub and a signal processing processor for generating a control signal to generate the transmission signal and signal processing the received signal to detect radar detection information, and various functions using one common hardware platform of the radar, and by optimizing the radar detection performance for each vehicle type, the software can be precisely tuned without changing the hardware for the radar detection area for various required functions.
Description
본 발명은 다기능 레이더 시스템 및 그의 신호 처리방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 공용 하드웨어 플랫폼을 적용해서 외장형 및 내장형 레이더의 다양한 요구 기능을 구현하는 다기능 레이더 시스템 및 그의 신호 처리방법에 관한 것이다. The present invention relates to a multi-function radar system and a signal processing method thereof, and more particularly, to a multi-function radar system implementing various required functions of external and internal radar by applying a common hardware platform, and a signal processing method thereof.
레이더 센서는 마이크로파(microwave)를 이용하여 전파를 송신하고 표적에서 반사된 일부 반사(reflection) 신호를 수신하여 거리, 속도, 각도 정보를 측정하는 감지수단이다.A radar sensor is a sensing means that transmits radio waves using microwaves and receives some reflection signals reflected from a target to measure distance, speed, and angle information.
최근에는 차량 주행 중 충돌을 방지하고, 안전운전을 지원하기 위해 차량용 레이더 장치에 레이더 센서가 적용되고 있다.Recently, a radar sensor is applied to a vehicle radar device to prevent a collision while driving a vehicle and to support safe driving.
본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 레이더 센서 기술을 개시해서 특허 출원하여 등록받은 바 있다.The present applicant disclosed a radar sensor technology in a number of
한편, 차량용 레이더 장치는 요구되는 기능에 따라, 차량 주변을 탐지하는 외장형 레이더 센서와 차량 내부를 탐지하는 내장형 레이더 센서를 선택적으로 적용하고 있다. On the other hand, the vehicle radar device selectively applies an external radar sensor for detecting the surroundings of the vehicle and a built-in radar sensor for detecting the inside of the vehicle according to a required function.
상기 외장형 레이더 센서는 원거리 레이더(Long Range Radar, LRR), 중거리 레이더 (Middle Range Radar, MRR), 근거리 레이더(Short Range Radar, SRR), 코너 레이더(Corner Radar), BSD 레이더, 측면 충돌 레이더(Side Impact Rader)로 구분될 수 있다.The external radar sensor is a long-range radar (LRR), a middle-range radar (MRR), a short-range radar (SRR), a corner radar (Corner Radar), a BSD radar, and a side collision radar (Side). Impact Radar).
상기 내장형 레이더 센서는 후석 승객 감지 레이더(Rear Occupant Alert, ROA)와 승객 생체 신호 탐지 레이더(Health Care System Radar, HCS) 등으로 구분될 수 있다.The built-in radar sensor may be classified into a Rear Occupant Alert (ROA) and a Health Care System Radar (HCS).
이와 같이, 차량에 사용되는 레이더는 매우 다양한 종류가 있으며, 종류별로 레이더 시스템의 구성도 다양하다. 또한, 각 레이더 종류별로 안테나의 모양 및 배치 등의 구성도 다양하며 레이더 신호처리 방식도 다양하다. As described above, there are many different types of radars used in vehicles, and the configurations of radar systems for each type are also varied. In addition, the configuration of the shape and arrangement of antennas for each type of radar is varied, and the radar signal processing method is also varied.
또한, 최근에는 하나의 하드웨어 플랫폼에 2개 이상의 기능을 수행하는 다기능(multi-function) 레이더가 요구되고 있다. In addition, recently, a multi-function radar that performs two or more functions on one hardware platform is required.
즉, 최근 개발되는 외장형 레이더는 하나의 레이더로 장거리와 중거리 및 단거리 감지 등 2개 이상의 다기능을 적용하고, 후측방 코너 레이더 1개로 BCS, LCA, RCTA 등 3개 이상의 다기능을 적용하고 있다. That is, the recently developed external radar applies two or more multi-functions such as long-range, medium-range, and short-range detection with one radar, and applies three or more multi-functions such as BCS, LCA, and RCTA with one rear-side corner radar.
이와 같이, 하나의 레이더에 2개 이상의 다기능을 적용해서 각각의 요구 기능을 수행하기 위해서는 송신, 수신 안테나의 구조가 복잡해지고, 안테나 및 시스템의 설계가 어려워짐에 따라, 개발 자원(Resource)이 증가하는 문제점이 있었다. In this way, in order to apply two or more multi-functions to one radar to perform each required function, the structure of the transmit and receive antennas becomes complex, and as the antenna and system design becomes difficult, the development resource increases. there was a problem with
또한, 차량 전방, 전측방, 후측방 등 차량에 설치되는 위치에 따른 레이더의 하드웨어 플랫폼은 개발 회사나 제조 회사별로 다양하게 적용되고 있다. 이와 같은 제품의 다양성 및 기능의 다양성으로 제품의 종류가 늘어남에 따라, 개발 자원 및 양산 관리 자원이 증가하는 문제점이 있었다. In addition, the hardware platform of the radar according to the location installed in the vehicle, such as the front side of the vehicle, the front side, the rear side, etc., is variously applied to each development company or manufacturing company. As the types of products increase due to the diversity of products and functions, there is a problem in that development resources and mass production management resources increase.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하나의 공용 하드웨어 플랫폼을 이용해서 다기능을 구현할 수 있는 다기능 레이더 시스템 및 그의 신호 처리방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to solve the above problems, and to provide a multi-function radar system capable of implementing multi-function using a single common hardware platform and a signal processing method thereof.
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본 발명의 다른 목적은 다양한 요구 기능에 대응해서 레이더 탐지 영역을 하드웨어 변경없이 소프트웨어의 정밀 튜닝이 가능하고, 다양한 차종별 레이더 탐지 성능을 최적화할 수 있는 다기능 레이더 시스템 및 그의 신호 처리방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a multifunctional radar system capable of optimizing radar detection performance for various vehicle types without changing hardware in a radar detection area in response to various required functions, and a signal processing method thereof.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이더 시스템은 주변에 레이더 신호를 송신하고 표적으로부터 반사되는 신호를 수신하는 안테나부, 상기 송신신호를 발생하고 수신 채널을 통해 수신되는 신호의 데이터를 처리하는 레이더 송수신부 및 상기 송신신호를 발생하도록 제어신호를 발생하고 상기 수신신호를 신호처리하여 레이더 탐지 정보를 탐지하는 신호처리용 프로세서를 포함하는 공용 하드웨어 플랫폼으로 마련되고, 구현하고자 하는 기능에 대응되는 신호처리를 통해 서로 다른 기능의 구현이 가능한 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the radar system according to the present invention includes an antenna unit that transmits a radar signal to the surroundings and receives a signal reflected from a target, generates the transmission signal and receives data of a signal through a reception channel. It is provided as a common hardware platform including a radar transceiver for processing and a signal processing processor for generating a control signal to generate the transmission signal, and signal processing the received signal to detect radar detection information. It is characterized in that it is possible to implement different functions through corresponding signal processing.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 다기능 레이더 시스템의 신호 처리방법은 (a) 통신부에서 외부 장치와의 통신을 통해 탐지 공간 영역의 파라미터를 수신하는 단계 및 (b) 신호처리용 프로세서에서 데이터 처리부에 저장된 데이터 중에서 수신된 탐지 공간 영역에 대응되는 데이터를 선택적으로 중첩 및 조합해서 레이더 탐지 정보를 생성하는 단계를 포함하여 하나의 공용 하드웨어 플랫폼을 이용해서 서로 다른 기능의 구현이 가능한 것을 특징으로 한다.In addition, in order to achieve the above object, the signal processing method of the multi-function radar system according to the present invention comprises the steps of (a) receiving a parameter of a detection space area through communication with an external device in a communication unit, and (b) a signal Implementation of different functions using one common hardware platform, including the step of generating radar detection information by selectively overlapping and combining data corresponding to the received detection space area among the data stored in the data processing unit in the processing processor characterized as possible.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 다기능 레이더 시스템 및 그의 신호 처리방법에 의하면, 하나의 공용 하드웨어 플랫폼을 이용해서 다기능을 구현할 수 있다는 효과가 얻어진다.As described above, according to the multi-function radar system and the signal processing method thereof according to the present invention, the effect that multi-function can be implemented using one common hardware platform is obtained.
즉, 본 발명에 의하면, 기본적으로 광각 특성을 갖는 송신 및 수신 안테나를 적용한 하나의 공용 하드웨어 플랫폼을 이용해서 넓은 탐지 영역을 확보할 수 있다는 효과가 얻어진다. That is, according to the present invention, there is an effect that a wide detection area can be secured using one common hardware platform to which a transmission and reception antenna having a wide-angle characteristic is applied.
또한, 본 발명에 의하면, 하나의 공용 하드웨어 플랫폼을 기반으로 원거리, 중거리, 근거리 및 코너 레이더와 같은 외장형 레이더 기능과, 후석 승객 감지 레이더와 HCS 레이더와 같은 내장형 레이더 기능을 구현할 수 있으며, 하드웨어 개발 자원 및 제품 원가를 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다. In addition, according to the present invention, external radar functions such as long-range, medium-range, short-range and corner radar and built-in radar functions such as rear seat passenger detection radar and HCS radar can be implemented based on one common hardware platform, and hardware development resources And the effect that the product cost can be reduced is obtained.
그리고 본 발명에 의하면, 각 기능에 대응되는 소프트웨어로 변경해서 다양한 레이더 기능을 구현할 수 있어 제품 개발 자원을 절감할 수 있다는 효과가 얻어진다. And, according to the present invention, it is possible to implement various radar functions by changing the software corresponding to each function, thereby obtaining the effect of reducing product development resources.
또한, 본 발명에 의하면, 차종별로 다양한 레이더 탐지 성능을 최적화함으로써, 다양한 요구 기능에 대한 레이더 탐지 영역에 대해서 하드웨어 변경 없이 소프트웨어를 정밀하게 튜닝할 수 있다는 효과가 얻어진다. In addition, according to the present invention, by optimizing various radar detection performance for each vehicle type, it is possible to precisely tune software without changing hardware for radar detection areas for various required functions.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다기능 레이더 시스템의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 다기능 레이더 시스템에서 수신 신호 처리 과정을 설명하는 도면,
도 3은 도 2에 도시된 수신 신호 처리 과정을 예시한 상세 구성도,
도 4는 도 1에 도시된 레이더 신호처리부의 구조를 보인 도면,
도 5는 부 배열 안테나에 의해 구현되는 빔패턴 특성을 예시한 그래프,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다기능 레이더 시스템의 신호 처리 방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 7 및 도 8은 각각 본 발명에 따른 다기능 레이더 시스템이 적용된 차량용 레이더를 예시한 도면. 1 is a block diagram of a multi-function radar system according to a preferred embodiment of the present invention;
2 is a view for explaining a received signal processing process in the multi-function radar system shown in FIG. 1;
3 is a detailed configuration diagram illustrating the received signal processing process shown in FIG. 2;
4 is a view showing the structure of the radar signal processing unit shown in FIG. 1;
5 is a graph illustrating beam pattern characteristics implemented by an auxiliary array antenna;
6 is a flowchart illustrating a signal processing method of a multi-function radar system according to a preferred embodiment of the present invention step by step;
7 and 8 are diagrams illustrating a vehicle radar to which a multi-function radar system according to the present invention is applied, respectively.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다기능 레이더 시스템 및 그의 신호 처리방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. Hereinafter, a multi-function radar system and a signal processing method thereof according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다기능 레이더 시스템의 구성도이다. 그리고 도 2는 도 1에 도시된 다기능 레이더 시스템에서 수신 신호 처리 과정을 설명하는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시된 수신 신호 처리 과정을 예시한 상세 구성도이다. 1 is a block diagram of a multi-function radar system according to a preferred embodiment of the present invention. And FIG. 2 is a view for explaining a received signal processing process in the multi-function radar system shown in FIG. 1 , and FIG. 3 is a detailed configuration diagram illustrating the received signal processing process shown in FIG. 2 .
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다기능 레이더 시스템(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 차량 주변에 레이더 신호를 송신하고 타 차량이나 구조물 등 표적으로부터 반사되는 신호를 수신하는 안테나부(11), 상기 송신신호를 발생하고 수신 채널을 통해 수신되는 신호의 데이터를 처리하는 레이더 송수신부(12) 및 상기 송신신호를 발생하도록 제어신호를 발생하고 수신신호를 신호처리하여 표적과의 거리, 표적의 속도 및 각도 정보를 포함하는 레이더 탐지 정보를 생성하는 신호처리용 프로세서(14)를 포함한다.As shown in FIG. 1, the
이와 같이 구성되는 다기능 레이더 시스템(10)은 24㎓, 60㎓, 77㎓, 79㎓ 등 다양한 주파수대를 사용하는 차량용 레이더 장치에 적용될 수 있다.The
이와 같이 다기능 레이더 시스템(10)에 적용되는 안테나부(11)와 레이더 송수신부(12) 및 신호처리용 프로세서(14)는 하나의 단일 하드웨어로 구성되거나, 각각 별도의 하드웨어로 구성될 수도 있다. As described above, the
즉, 본 발명은 하나의 공용 하드웨어 플랫폼을 이용해서 다양한 기능, 즉 다기능을 구현함과 동시에, 필요에 따라 공용 하드웨어 플랫폼을 구성하는 각 부품들을 선택적으로 교체할 수 있도록, 각 부품들을 별도의 하드웨어로 구성할 수 있다. That is, the present invention implements various functions, ie, multi-functions, using a single common hardware platform, and at the same time, converts each part into separate hardware so that each part constituting the common hardware platform can be selectively replaced if necessary. configurable.
안테나부(11)는 송신신호를 송신하는 복수의 송신 안테나(21)와 수신신호를 수신하는 복수의 수신 안테나(22)를 포함할 수 있다. The
레이더 송수신부(12)는 신호처리용 프로세서(14)의 제어신호에 따라 원하는 발진 주파수의 송신신호를 출력하고 수신된 수신신호를 증폭하는 기능을 할 수 있다. The
이러한 레이더 송수신부(12)는 수신신호를 데이터 처리하는 데이터 처리부(13)를 포함할 수 있다. The
신호처리용 프로세서(14)는 레이더 송수신부(12)의 구동을 제어하는 송수신 제어부(41), 외부, 예컨대 차량에 마련된 각 장치와 CAN 통신하는 CAN 통신부(42), 데이터 처리부(13)에서 처리된 데이터를 저장하는 데이터 저장부(43) 및 저장된 데이터를 이용해서 표적과의 거리, 표적의 속도 및 각도 정보를 포함하는 레이더 탐지 정보를 생성하는 레이더 신호처리부(44)를 포함할 수 있다. The
상세하게 설명하면, 안테나부(11)는 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 송신 안테나(21)와 수신 안테나(22)를 포함한다. In detail, the
송신 안테나(21)는 물리적 복수의 송신 안테나로 마련되거나, 가상 배열(virtual array) 방식을 이용한 가상 배열 송신 안테나로 구성될 수도 있다. The
수신 안테나(22)는 물리적 복수의 수신 안테나로 마련되거나, 가상 배열 방식을 이용한 가상 배열 수신 안테나로 구성될 수도 있다. The
예를 들어, 총 가상 배열 수(Ntot)= 송신 안테나의 개수(Ntx) * 수신 안테나의 개수(Nrx)이다.For example, the total number of virtual arrays (N tot ) = the number of transmit antennas (N tx ) * the number of receive antennas (N rx ).
송신 및 수신 안테나(21,22)는 구현하고자 하는 기능에 따라 각 안테나의 개수, 물리적 안테나의 개수, 또는 가상 배열 안테나의 개수 등이 다양하게 변경될 수 있다. The number of each antenna, the number of physical antennas, or the number of virtual array antennas may be variously changed for the transmitting and receiving
예를 들어, 송신 및 수신 안테나(21,22)는 송신 및 수신 안테나의 개수와 안테나 배치 구조에 따라 하나 이상의 열과 행을 갖는 1차원이나 2차원 선형 배열(linear array) 방식, 또는 평면 배열(planar array) 등 다양한 가상 배열 방식으로 구성될 수 있다. For example, the transmit and receive
이하에서는 다기능 레이더 시스템(10)의 제조 비용을 절감하기 위해, 복수의 송신 및 수신 안테나(21,22)를 각각 가상 배열 안테나를 적용하는 것으로 설명한다. 물론, 본 발명은 복수의 송신 및 수신 안테나를 각각 물리적 복수의 안테나로 마련할 수도 있다. Hereinafter, in order to reduce the manufacturing cost of the
각 송신 및 수신 안테나(21,22)는 하나의 공용 하드웨어 플랫폼을 갖는 레이더 시스템(10)를 이용해서 다양한 거리 및 각도를 갖는 공간영역을 탐지하는 다기능을 구현하도록, 기본적으로 광각(wide FOV) 특성을 갖는 안테나로 마련될 수 있다. Each of the transmitting and receiving
예를 들어, 각 송신 및 수신 안테나(21,22)는 광각 특성을 가지도록, 싱글 패치(single patch) 또는 싱글 패치드 어레이(single patched array) 안테나를 적용해서 다양한 기능을 커버하기 위한 넓은 빔폭을 갖는 단일 안테나 구조가 적용될 수 있다. For example, each of the transmit and receive
데이터 처리부(13)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 아날로그 신호 형태의 수신신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터(이하 'ADC'라 함)(31) 또는 수신신호를 전처리(pre-processing)하는 전처리부를 포함할 수 있다. As shown in FIGS. 2 and 3, the
즉, 데이터 처리부(13)는 가상 배열 수신 안테나(22)의 개수에 대응되는 ADC로 마련되고, 각 수신 안테나를 통해 수신된 수신신호를 ADC 처리할 수 있다. That is, the
그래서 데이터 저장부(43)는 각 ADC(31)에 의해 변환된 데이터 또는 상기 전처리부에 의해 전처리된 데이터를 저장한다. Therefore, the
예를 들어, 도 4는 도 1에 도시된 레이더 신호처리부의 구조를 보인 도면이다.For example, FIG. 4 is a diagram showing the structure of the radar signal processing unit shown in FIG. 1 .
데이터 저장부(43)는 도 4에 도시된 바와 같이, ADC(31)에 의해 변환된 데이터 또는 상기 전처리부에 의해 전처리된 데이터를 가상 채널과 패스트 타임(Fast Time), 슬로우 타임(Slow Time)을 갖는 레이더 데이터 큐브 형태로 저장할 수 있다. As shown in FIG. 4 , the
여기서, 가상 채널은 각 가상 배열 수신 안테나(22)의 수신 채널 정보로서 총 가상 배열 수에 대응될 수 있다.Here, the virtual channel is reception channel information of each virtual
레이더 신호처리부(44)는 데이터 저장부(43)에 저장된 ADC 데이터 또는 전처리된 데이터에서 복수의 수신 채널에 대응되는 데이터를 중첩시켜 부 배열(sub arrary)을 형성하는 디지털 빔포밍(Digital Beam Forming, DBF) 처리부(45)와 DBF 처리된 데이터를 후처리해서 정밀 각도를 탐지하는 정밀 각도 탐지 신호처리부(46)를 포함할 수 있다. The radar
DBF 처리부(45)는 전체 수신 채널에서 미리 설정된 개수, 예컨대 3개씩을 조합해서 10개의 부 배열을 형성하여 전체 수신 채널의 수를 증대할 수 있다. The
예를 들어, 12개의 수신 채널이 마련된 경우, DBF 처리부(45)는 각각 3개의 수신 채널을 조합해서 DBF 처리하도록 10개로 마련될 수 있다. For example, when 12 receiving channels are provided, the
즉, 첫번째 DBF 처리부(45)은 첫번째부터 세번째 수신 채널을 통해 수신된 수신신호를 ADC 처리한 데이터를 조합해서 DBF 처리하고, 두번째 DBF 처리부(45)는 두번째부터 네번째 수신 채널을 통해 수신된 수신신호를 ADC 처리한 데이터를 조합해서 DBF 처리할 수 있다. That is, the first
10개의 DBF 처리부(45)는 각각 전체 수신 채널에 대해 하나씩 이동(shift)된 위치의 수신 채널을 통해 수신된 수신신호를 ADC 처리한 데이터를 3개씩 조합해서 DBF 처리함에 따라, 수신신호의 데이터를 중첩(overlap)시켜 10개의 부 배열을 형성함에 따라, 최종 수신 채널 수를 10개로 증가시킬 수 있다. The ten
다만, 본 발명은 광각을 탐지하는 경우에는 부 배열을 중첩시키지 않고 ADC 처리된 데이터를 그대로 이용할 수도 있다. However, in the present invention, when detecting a wide angle, ADC-processed data may be used as it is without overlapping sub-arrays.
한편, 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 부 배열의 중첩 개수를 레이더 시스템에서 구현하고자 하는 기능 및 성능에 따라 변경될 수 있다. Meanwhile, the present invention is not necessarily limited thereto, and the number of overlapping sub-arrays may be changed according to the function and performance to be implemented in the radar system.
예를 들어, 본 발명은 구현하고자 하는 기능에 따라, DBF 처리부를 10개씩 2단 이상으로 마련해서 부 배열의 수를 더욱 증대할 수도 있다. For example, according to the function to be implemented, the present invention may further increase the number of sub-arrangements by providing two or more 10 DBF processing units each.
여기서, 각 DBF 처리부(45)는 탐지 공간영역의 거리와 각도에 대해 서로 다른 기능(Function#1)을 구현할 수 있다. Here, each
그러면, 정밀 각도 탐지 신호처리부(46)는 각 DBF 처리부(45)에서 처리된 데이터를 구현하고자 하는 기능, 즉 탐지 공간 영역의 거리와 각도 정보에 대응되는 기능을 조합할 수 있다. Then, the precision angle detection
도 5는 부 배열 안테나에 의해 구현되는 빔패턴 특성을 예시한 그래프이다.5 is a graph illustrating beam pattern characteristics implemented by an auxiliary array antenna.
부 배열 안테나의 빔 패턴(z(θ))은 도 5에 도시된 바와 같이, 광각 안테나 빔 패턴(a(θ)) * DBF 채널 조합에 의한 빔 패턴(y(θ)) * 부 배열 위상성분(array factor)으로 표현될 수 있다. As shown in FIG. 5, the beam pattern z(θ) of the sub-array antenna is a wide-angle antenna beam pattern a(θ) * a beam pattern by DBF channel combination (y(θ)) * sub-array phase component (array factor) can be expressed.
즉, 부 배열 안테나의 빔 패턴(z(θ))은 아래의 수학식 1로 정리할 수 있다. That is, the beam pattern z(θ) of the sub-array antenna can be summarized by
[수학식 1][Equation 1]
여기서, N은 부 배열 개수, d는 부 배열 간격이다. k0는 위상 상수이고, θ는 표적 입사각이며, k0=2π/λ이고, 표적 입사각 θ= ±π/2 이다.Here, N is the number of sub-sequences, and d is the sub-sequence interval. k0 is the phase constant, θ is the target angle of incidence, k 0 =2π/λ, and the target angle of incidence θ=±π/2.
즉, 광각 안테나 빔 패턴(a(θ))은 다기능을 위한 광각의 단일 안테나 구조에 의한 빔 패턴으로, 도 5에 도시된 바와 같이 ±90°에 대응되도록 광각 특성을 갖는다. That is, the wide-angle antenna beam pattern a(θ) is a beam pattern by a wide-angle single antenna structure for multi-function, and has wide-angle characteristics to correspond to ±90° as shown in FIG. 5 .
DBF 채널 조합에 의한 빔 패턴(y(θ))은 원거리, 중거리 근거리, 코너 레이더 등 구현하고자 하는 레이더 기능에 대응되는 빔 패턴이다. The beam pattern y(θ) by the DBF channel combination is a beam pattern corresponding to a radar function to be implemented, such as long-range, medium-range, short-range, and corner radar.
부 배열 위상 성분(array factor), 즉 은 정밀 각도탐지를 위한 최종 수신 채널의 위상 특성일 수 있다. sub-array factor, i.e. may be a phase characteristic of the final reception channel for precise angle detection.
정밀 각도 탐지 신호처리부(46)는 고해상도 각도 탐지 알고리즘을 적용해서 특정 탐지 공간영역에 대해 정밀하게 표적의 각도를 탐지할 수 있다. The precision angle detection
상기 고분해능 각도탐지 알고리즘은 CBF(Conventional BeamForming), MVDR(Minimum Variance Distortionless Response), MUSIC(MUltiple SIgnal Classification), ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique)와 같은 각도탐지 알고리즘을 중에서 어느 하나일 수 있다. The high-resolution angle detection algorithm may be any one of angle detection algorithms such as Conventional BeamForming (CBF), Minimum Variance Distortionless Response (MVDR), Multiple SIgnal Classification (MUSIC), and Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique (ESPRIT). .
여기서, 부 배열 간격(d)는 각 안테나 사이의 거리(d)와 동일할 수 있다. Here, the sub-array spacing d may be equal to the distance d between each antenna.
그래서 정밀 각도 탐지 신호처리부(46)는 구현하고자 하는 기능 및 성능에 따라 수신 채널의 개수 및 조합되는 수신채널의 개수를 가변하고, 부 배열 중첩 개수를 가변하며, 고정밀도 각도탐지 알고리즘을 선택적으로 적용해서 특정 탐지 공간영역에 대해 정밀하게 레이더 탐지 정보를 탐지하도록 제어할 수 있다. Therefore, the precision angle detection
한편, 신호처리용 프로세서(44)는 CAN 통신부(42)를 통해 외부, 예컨대 차량의 메인 제어부와의 통신을 통해 레이더 요구 기능 파라미터, 즉 탐지 공간영역 데이터를 수신할 수 있다. Meanwhile, the
이와 같이, 본 발명은 하나의 공용 하드웨어 플랫폼을 이용해서 다기능을 구현할 수 있다.In this way, the present invention can implement multifunctionality using one common hardware platform.
즉, 본 발명은 기본적으로 광각 특성을 갖는 송신 및 수신 안테나를 적용한 하나의 공용 하드웨어 플랫폼을 이용해서 넓은 탐지 영역을 확보할 수 있다.That is, the present invention can secure a wide detection area using one common hardware platform to which transmit and receive antennas having wide-angle characteristics are applied.
그리고 본 발명은 하나의 공용 하드웨어 플랫폼을 기반으로 원거리, 중거리, 근거리 및 코너 레이더와 같은 외장형 레이더 기능과, 후석 승객 감지 레이더와 HCS 레이더와 같은 내장형 레이더 기능을 구현할 수 있으며, 하드웨어 개발 자원 및 제품 원가를 절감할 수 있다. In addition, the present invention can implement external radar functions such as long-range, medium-range, short-range and corner radars and built-in radar functions such as rear-seat passenger detection radar and HCS radar based on one common hardware platform, and hardware development resources and product cost can save
또, 본 발명은 각 기능에 대응되는 소프트웨어로 변경해서 다양한 레이더 기능을 구현할 수 있어 제품 개발 자원을 절감할 수 있다. In addition, the present invention can implement various radar functions by changing the software corresponding to each function, thereby reducing product development resources.
또한, 본 발명은 차종별로 다양한 레이더 탐지 성능을 최적화함으로써, 다양한 요구 기능에 대한 레이더 탐지 영역에 대해서 하드웨어 변경 없이 소프트웨어를 정밀하게 튜닝할 수 있다. In addition, by optimizing various radar detection performance for each vehicle type, the present invention can precisely tune software without changing hardware for a radar detection area for various required functions.
다음, 도 6을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다기능 레이더 시스템의 신호 처리방법을 상세하게 설명한다. Next, a signal processing method of a multi-function radar system according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 6 .
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 다기능 레이더 시스템의 신호 처리 방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.6 is a flowchart illustrating a signal processing method of a multi-function radar system according to a preferred embodiment of the present invention step by step.
도 6의 S10단계에서 신호처리용 프로세서(14)에 마련된 CAN 통신부(42)는 차량에 마련된 메인 제어부와의 통신을 통해 구현하고자 하는 기능, 즉 탐지 공간영역의 거리와 각도 정보를 포함하는 파라미터를 수신한다. In step S10 of FIG. 6 , the CAN communication unit 42 provided in the
S12단계에서 신호처리용 프로세서(14)는 수신된 거리와 각도 정보가 미리 설정된 설정범위를 초과하는지를 검사한다. In step S12, the
만약, S12단계의 검사결과 수신된 거리와 각도 정보가 상기 설정범위를 초과하는 경우, 신호처리용 프로세서(14)는 CAN 통신부(42)를 통해 상기 메인 제어부로 탐지 공간영역 범위 초과 알람을 전송하고, 탐지 공간 영역 정보를 다시 수신한다(S14). If, as a result of the inspection in step S12, the received distance and angle information exceeds the set range, the
반면, S12단계의 검사결과 수신된 거리와 각도 정보가 상기 설정범위 이내이면, 신호처리용 프로세서(14)는 수신된 탐지 공간영역에 대응되는 데이터 저장부(43)에 저장된 ADC 데이터 또는 전처리 데이터를 선택한다(S16). On the other hand, if the received distance and angle information is within the set range as a result of the inspection in step S12, the
이때, 데이터 저장부(43)는 데이터 처리부(13)에서 각 수신 채널을 통해 수신된 수신신호를 ADC 처리 또는 전처리한 데이터가 저장된 상태이다.In this case, the
S18단계에서 신호처리용 프로세서(14)는 DBF 채널 조합 및 중첩 방식을 선택한다. In step S18, the
그러면, S20단계에서 각 DBF 처리부(45)는 선택된 DBF 채널 조합 및 중첩 방식에 따라 복수의 수신 채널별 데이터를 조합해서 중첩시켜 DBF 신호처리하여 부 배열을 형성한다.Then, in step S20 , each
S22단계에서 정밀 각도 탐지 신호처리부(46)는 각 DBF 처리부(45)에서 처리된 데이터를 구현하고자 하는 기능, 즉 탐지 공간 영역의 거리와 각도 정보에 대응되는 기능을 조합한다. In step S22, the precision angle detection
그리고 정밀 각도 탐지 신호처리부(46)는 고해상도 각도 탐지 알고리즘을 적용해서 탐지 공간영역의 정밀 각도를 탐지하고, 탐지 공간영역 기능을 제어한다. And, the precision angle detection
S26단계에서 정밀 각도 탐지 신호처리부(46)는 탐지된 데이터를 후처리해서 구현하고자 하는 기능에 대응되는 특정 탐지 영역에 대한 레이더 탐지 정보를 생성한다. In step S26, the precision angle detection
이때, 생성되는 레이더 탐지 정보는 속도 탐지 정보, 표적 추적 정보, 생체 신호 탐지 정보 등 다양한 정보일 수 있다. In this case, the generated radar detection information may be various information such as speed detection information, target tracking information, and biosignal detection information.
이후, 신호처리용 프로세서(46)는 다시 S10단계로 리턴해서 이후 과정을 반복 수행한다. Thereafter, the
예를 들어, 도 7 및 도 8은 각각 본 발명에 따른 다기능 레이더 시스템이 적용된 차량용 레이더를 예시한 도면이다.For example, FIGS. 7 and 8 are diagrams illustrating a vehicle radar to which a multi-function radar system according to the present invention is applied, respectively.
도 7에는 중거리 및 단거리 탐지 기능을 갖는 전방 레이더가 예시되어 있고, 도 8에는 RCTA, BSD 및 LCA 기능을 갖는 후측방 레이더가 예시되어 있다.7 exemplifies a forward radar having a mid-range and short-range detection function, and FIG. 8 exemplifies a rear-facing radar having RCTA, BSD and LCA functions.
본 발명에 따른 다기능 레이더 시스템을 전방 레이더에 적용하는 경우, 전방 레이더는 도 7에 도시된 바와 같이 A 영역으로 표시된 중거리 탐지 기능과, B 영역으로 표시된 단거리 탐지 기능을 동시에 구현할 수 있다. When the multi-function radar system according to the present invention is applied to a front radar, the front radar can simultaneously implement a medium-range detection function indicated by area A and a short-range detection function indicated by area B as shown in FIG. 7 .
그리고 본 발명에 따른 다기능 레이더 시스템을 후측방 레이더에 적용하는 경우, 후측방 레이더는 도 8에 도시된 바와 같이 C 영역에 대한 사각 지역 검출(Blind Spot Detection) 기능, D 영역에 대한 후측 교차 차량 알람(Rear Cross Traffic Alert, RCTA) 기능 및 E 영역에 대한 차선 변경 보조(Lane Change Assist, LCA) 기능을 동시에 구현할 수 있다.And when the multi-function radar system according to the present invention is applied to the rear-facing radar, the rear-facing radar has a blind spot detection function for the C area and a rear cross-vehicle alarm for the D area, as shown in FIG. 8 . (Rear Cross Traffic Alert, RCTA) function and Lane Change Assist (LCA) function for E area can be implemented at the same time.
즉, 종래기술에 따른 전방 레이더나 후측방 레이더는 각각 별도의 하드웨어 플랫폼과 기능별 레이더 신호처리 구성이 적용되었다.That is, a separate hardware platform and a radar signal processing configuration for each function are applied to the front radar or the rear radar according to the prior art, respectively.
반면, 본 발명은 공용 하드웨어 플랫폼을 적용해서 다기능 레이더 신호처리 방식을 사용함에 따라, 전방 레이더, 후측방 레이더 등을 하나의 플랫폼으로 다기능 레이더를 구현할 수 있다. On the other hand, in the present invention, as a multi-function radar signal processing method is applied by applying a common hardware platform, a multi-function radar can be implemented using a single platform, such as a front radar and a rear radar.
이와 같이, 본 발명은 하나의 공용 하드웨어 플랫폼을 이용해서 원거리, 중거리, 근거리 및 코너 레이더와 같은 외장형 레이더 기능과, 후석 승객 감지 레이더와 HCS 레이더와 같은 내장형 레이더 기능 등 다양한 기능을 구현할 수 있으며, 하드웨어 개발 자원 및 제품 원가를 절감할 수 있다. As such, the present invention can implement various functions, such as external radar functions such as long-range, medium-range, short-range and corner radars, and built-in radar functions such as rear-seat passenger detection radar and HCS radar, using a single common hardware platform. Development resources and product cost can be reduced.
그리고 본 발명은 구현하고자 하는 기능에 대응되는 소프트웨어로 변경해서 다양한 레이더 기능을 구현할 수 있어 제품 개발 자원을 절감할 수 있다. In addition, the present invention can implement various radar functions by changing the software corresponding to the function to be implemented, thereby reducing product development resources.
또한, 본 발명은 차종별로 다양한 레이더 탐지 성능을 최적화함으로써, 다양한 요구 기능에 대한 레이더 탐지 영역에 대해서 하드웨어 변경 없이 소프트웨어를 정밀하게 튜닝할 수 있다. In addition, by optimizing various radar detection performance for each vehicle type, the present invention can precisely tune software without changing hardware for radar detection areas for various required functions.
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.Although the invention made by the present inventors has been described in detail according to the above embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
본 발명은 하나의 공용 하드웨어 플랫폼을 이용해서 다양한 기능의 레이더를 구현하고, 차종별로 레이더 탐지 성능을 최적화해서 다양한 요구 기능에 대한 레이더 탐지 영역에 대해서 하드웨어 변경 없이 소프트웨어를 정밀하게 튜닝하는 다기능 레이더 시스템 및 그의 신호 처리방법 기술에 적용된다.The present invention provides a multi-function radar system that implements radars of various functions using a single common hardware platform, optimizes radar detection performance for each vehicle type, and precisely tunes software without changing hardware for radar detection areas for various required functions and It is applied to his signal processing method technique.
10: 레이더 시스템
11: 안테나부 12: 송수신부
13: 데이터 처리부 14: 신호처리용 프로세서
21: 송신 안테나 22: 수신 안테나
31: 아날로그 디지털 컨버터(ADC)
41: 송수신 제어부 42: CAN 통신부
43: 데이터 저장부 44: 레이더 신호처리부
45: 디지털 빔 포밍(DBF) 처리부
46: 정밀 각도 탐지 신호처리부10: Radar system
11: antenna unit 12: transceiver unit
13: data processing unit 14: signal processing processor
21: transmit antenna 22: receive antenna
31: analog-to-digital converter (ADC)
41: transmit/receive control unit 42: CAN communication unit
43: data storage unit 44: radar signal processing unit
45: digital beam forming (DBF) processing unit
46: precision angle detection signal processing unit
Claims (10)
레이더 신호를 송신하고 수신 채널을 통해 수신되는 수신신호의 데이터를 처리하는 레이더 송수신부 및
상기 레이더 신호를 발생하도록 제어신호를 발생하고 상기 수신신호를 신호처리하여 레이더 탐지 정보를 생성하는 신호처리용 프로세서를 포함하는 하나의 공용 하드웨어 플랫폼으로 마련되고,
상기 안테나부의 송신 및 수신 안테나는 각각 광각 특성을 갖는 복수의 물리적 안테나 또는 복수의 가상 배열 안테나로 마련되며,
상기 하나의 공용 하드웨어 플랫폼은 광각 특성을 갖는 상기 송신 및 수신 안테나를 이용해서 탐지 영역을 확보하고, 신호처리를 통해 원거리, 중거리, 근거리 및 코너 레이더를 포함하는 외장형 레이더 기능과, 후석 승객 감지 레이더와 HCS 레이더를 포함하는 내장형 레이더 기능을 포함하는 복수의 기능을 각 기능에 대응되는 소프트웨어로의 변경에 의해 구현이 가능하며,
상기 레이더 송수신부는 상기 수신신호를 데이터 처리하는 데이터 처리부를 포함하고,
상기 신호처리용 프로세서는 상기 레이더 송수신부의 구동을 제어하는 송수신 제어부,
외부의 장치와 통신을 통해 구현하고자 하는 기능에 대응되는 탐지 공간영역의 파라미터를 수신하는 통신부,
상기 데이터 처리부에서 처리된 데이터를 가상 채널과 패스트 타임, 슬로우 타임을 갖는 레이더 데이터 큐브 형태로 저장하는 데이터 저장부 및
상기 데이터 저장부에 저장된 데이터를 이용해서 레이더 탐지 정보를 생성하는 레이더 신호처리부를 포함하며,
상기 레이더 신호처리부는 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에서 상기 탐지 공간 영역에 대응되는 복수의 수신 채널에 대응되는 데이터를 중첩시켜 부 배열을 형성하는 디지털 빔포밍 처리부와
디지털 빔포밍 처리된 데이터를 후처리해서 정밀 각도를 탐지하는 정밀 각도 탐지 신호처리부를 포함하며,
상기 디지털 빔포밍 처리부는 전체 수신 채널의 수를 증대하도록, 전체 수신 채널에서 미리 설정된 개수의 데이터를 조합해서 부 배열을 형성하고,
상기 정밀 각도 탐지 신호처리부는 상기 디지털 빔포밍 처리부에서 처리된 데이터를 구현하고자 하는 탐지 공간 영역에 대응되도록, 수신 채널의 개수 및 조합되는 수신채널의 개수를 가변하고, 부 배열의 중첩 개수를 가변하여 선택적으로 조합해서 신호처리하는 것을 특징으로 하는 다기능 레이더 시스템. An antenna unit that transmits a radar signal to the surroundings and receives a signal reflected from a target;
A radar transceiver for transmitting a radar signal and processing data of a received signal received through a reception channel; and
It is provided as one common hardware platform including a signal processing processor for generating a control signal to generate the radar signal and signal processing the received signal to generate radar detection information,
The transmitting and receiving antennas of the antenna unit are provided with a plurality of physical antennas or a plurality of virtual array antennas each having wide-angle characteristics,
The one common hardware platform secures a detection area by using the transmit and receive antennas having wide-angle characteristics, and through signal processing, an external radar function including long-range, medium-range, short-range and corner radar, and a rear-seat passenger detection radar; It is possible to implement a plurality of functions including the built-in radar function including the HCS radar by changing the software corresponding to each function,
The radar transceiver includes a data processing unit for data processing the received signal,
The signal processing processor includes a transceiver control unit for controlling driving of the radar transceiver unit;
A communication unit for receiving a parameter of a detection space area corresponding to a function to be implemented through communication with an external device;
a data storage unit for storing the data processed by the data processing unit in the form of a radar data cube having a virtual channel, a fast time, and a slow time;
and a radar signal processing unit for generating radar detection information by using the data stored in the data storage unit,
The radar signal processing unit includes: a digital beamforming processing unit forming a sub-array by overlapping data corresponding to a plurality of reception channels corresponding to the detection space area in the data stored in the data storage unit;
It includes a precision angle detection signal processing unit that detects a precise angle by post-processing the digital beamforming-processed data,
The digital beamforming processing unit forms a sub-array by combining a preset number of data from all reception channels to increase the number of total reception channels,
The precision angle detection signal processing unit varies the number of reception channels and the number of combined reception channels so as to correspond to the detection space region in which the data processed by the digital beamforming processing unit is to be implemented, and the number of overlapping sub-arrays is varied. A multi-function radar system characterized in that it selectively combines and processes signals.
상기 안테나부와 레이더 송수신부 및 신호처리용 프로세서는 하나의 단일 하드웨어로 구성되거나, 구현하고자 하는 기능에 기초해서 선택적으로 교체 가능하도록 각각 별도의 하드웨어로 구성되는 것을 특징으로 하는 다기능 레이더 시스템. According to claim 1,
The multi-function radar system, characterized in that the antenna unit, the radar transceiver unit, and the signal processing processor are configured as one single piece of hardware or are configured as separate pieces of hardware to be selectively replaced based on a function to be implemented.
(a) 광각 특성을 갖는 복수의 송신 및 수신 안테나를 포함하는 안테나부에서 외부 장치와의 통신을 통해 탐지 공간 영역의 파라미터를 수신하는 단계,
(b) 신호처리용 프로세서에서 데이터 처리부에 저장된 데이터 중에서 수신된 탐지 공간 영역에 대응되는 데이터를 선택적으로 중첩 및 조합해서 레이더 탐지 정보를 생성하는 단계 및
(c) 상기 신호처리용 프로세서에서 수신된 탐지 공간영역 정보와 미리 설정된 설정범위를 비교하고, 비교 결과에 기초해서 탐지 공간영역 범위 초과 알람을 전송하며, 탐지 공간영역 정보를 재수신하는 단계를 포함하여
하나의 공용 하드웨어 플랫폼을 이용해서 탐지 영역을 확보하고, 신호처리를 통해 원거리, 중거리, 근거리 및 코너 레이더를 포함하는 외장형 레이더 기능과, 후석 승객 감지 레이더와 HCS 레이더를 포함하는 내장형 레이더 기능을 포함하는 복수의 기능을 각 기능에 대응되는 소프트웨어로의 변경에 의해 구현이 가능하며,
상기 (b)단계는 (b1) 데이터 저장부를 이용해서 상기 데이터 처리부에서 처리된 데이터를 저장하는 단계,
(b2) 디지털 빔포밍 처리부를 이용해서 전체 수신 채널의 수를 증대하도록, 상기 데이터 저장부에 저장된 데이터에서 상기 탐지 공간영역에 대응되는 복수의 수신 채널에 대응되는 데이터를 선택적으로 중첩시켜 부 배열을 형성하는 단계 및
(b3) 정밀 각도 탐지 신호처리부를 이용해서 상기 디지털 빔포밍 처리부에서 처리된 데이터를 구현하고자 하는 탐지 공간 영역에 대응되도록, 수신 채널의 개수 및 조합되는 수신채널의 개수를 가변하고, 부 배열의 중첩 개수를 가변하여 선택적으로 조합해서 신호처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 다기능 레이더 시스템의 신호 처리방법. In the signal processing method of the multi-function radar system according to claim 1 or 2,
(a) receiving a parameter of a detection space region through communication with an external device in an antenna unit including a plurality of transmit and receive antennas having wide-angle characteristics;
(b) generating radar detection information by selectively overlapping and combining data corresponding to the received detection space area among the data stored in the data processing unit in the signal processing processor; and
(c) comparing the detection spatial region information received from the signal processing processor with a preset setting range, transmitting an alarm exceeding the detection spatial region range based on the comparison result, and re-receiving the detection spatial region information So
It uses one common hardware platform to secure a detection area, and through signal processing, it includes an external radar function including long-range, medium-range, short-range and corner radar, and a built-in radar function including rear-seat passenger detection radar and HCS radar. Multiple functions can be implemented by changing the software corresponding to each function,
The step (b) comprises the steps of (b1) storing the data processed in the data processing unit using the data storage unit;
(b2) sub-arrangement by selectively overlapping data corresponding to a plurality of reception channels corresponding to the detection space area in the data stored in the data storage unit to increase the total number of reception channels by using the digital beamforming processing unit forming step and
(b3) using the precision angle detection signal processing unit to vary the number of reception channels and the number of combined reception channels so as to correspond to a detection space region in which the data processed by the digital beamforming processing unit is to be implemented, and overlapping of sub-arrays Signal processing method of a multi-function radar system, characterized in that it comprises the step of processing the signal by selectively combining the number of variable.
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