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정보통신산업기술개발사업‘ ’

최 종 결 과 보 고 서

밀리미터파를 이용한 자동차 추돌방지용

레이다 개발

(The Development of Radar system for Automotive Cruise

Controller using Millimeter wave)

2001. 04. 30

주관연구기관 센싱테크주식회사:

정 보 통 신 부

- 2 -

제 출 문

정보통신부장관 귀하

본 보고서를 정보통신산업기술개발사업‘ ’

밀리미터파를 이용한 자동차 추돌방지용 레이다 개발 과제의 최종결과보고서로 제출합니

다.

년 월 일2001 4 30

주관연구기관 : 센싱테크주식회사

연구책임자 : 신천우

참여연구원 : 박홍민 신현우

이규한 안병용

최진우 김경식

신상우 박성수

노영주

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요 약 문

제목 밀리미터파를 이용한 자동차 추돌방지용 레이다의 개발1. :

기술개발의 목적 및 중요성2.

가 기술개발의 목적.

개발기술의 개요(1)

가 개발기술의 필요성( )

자동차 수요증가 및 장시간 운전으로 인한 추돌 대인사고의 증가ㆍ ㆍ

기상장애로 인한 시야장애시 운전자 보조장치 필요ㆍ

계측하는 장애물의 소형인 관계로 밀리파 레이다 필요ㆍ

고속운전에 대응할 수 있는 고성능 실시간 시스템 필요ㆍ

나 개발기술의 구성( )

장애물 또는 물체의 식별이 가능하도록 발생Narrow beamㆍ

전파간의 간섭을 방지할 수 있는 편파회로기술 개발ㆍ

밀리파대역에 대해 송수신이 가능한 레이다용 부품개발ㆍ

실시간 처리가 가능한 차량용 시스템 개발DSPㆍ

기존기술과 비교(2)

가 기존기술의 한계( )

밀리파대역회로 대한 제작의 어려움ㆍ

제작시의 성능 수율 특성의 한계, ,ㆍ

나 본 연구개발기술의 우수성( )

를 통한 밀리파대역에서의 저손실 회로구성 용이NRD Guideㆍ

특성상의 우수성ㆍ

제작의 용이성 낮은 가격,ㆍ

안테나 특성의 우수성 편파회로특성 전파특성( , )ㆍ

나 기술개발의 중요성.

관련분야의 동향(1)

기존센서 영상 초음파 레이저 의 한계로 인한 밀리파레이다 필요성 증가( / / )ㆍ

밀리파대역의 회로제작에 대해 를 사용한 회로제작 요구NRD guideㆍ

관련 수요증가에 대한 양산성 보급성 문제고려 및 지속적인 연구개발필요/ㆍ

사회적 경제적 중요성(2) ㆍ

자동차관련사업이 초부가가치산업으로 등장함에 따라 국가경쟁력에 미치는 영향ㆍ

관련기술확보를 통한 본 사업 및 연계산업의 시장 선점 중요성 대두ㆍ

- 4 -

연구개발의 내용 및 범위3.

가 차량용 밀리파 레이다 프론트엔드의 개발.

송수신 회로개발 및 부품(1)

가 선형 변조기( ) FM

변조회로FMCWㆍ

선형성 안전성 향상/ㆍ

나 송수신회로 및 부품( )

주파수 발진기(Gunn diode)ㆍ

Circulatorㆍ

Mixerㆍ

Intermediate Frequencyㆍ

다 누설과 안테나( )

회로개발Narrow beamㆍ

편파회로 개발ㆍ

나 고성능 실시간 차량용 레이다 신호처리 보드의 개발.

레이다 신호처리용 보드 개발(1) DSP

가 선형필스 발생기( ) FM

일정주기의 삼각과 발생ㆍ

선형성 안정성 유지/ㆍ

나 프로세스 및 인터페이스( ) FPGA

인터페이스A/D, D/Aㆍ

메모리 기능Controlㆍ

장애물추출 알고리즘(2)

가 프로세스( ) DSP

프로세스FFTㆍ

거리 상대속도 계산,ㆍ

연구개발 결과4.

가 차량용 밀리파 레이다 프론트엔드.

주요사양(1)

Bandwidth : 80MHzㆍ

Range : 1-120Mㆍ

Accuracy : 0.5Mㆍ

Size : 90×50×30ㆍ

나 레이다 신호처리 보드.

구성(1)

DSP RISC CPUㆍ

Virtexㆍ

Fast SRAMㆍ

- 5 -

차량용ECU connector( )ㆍ

필터A/D, D/A,ㆍ

전원부ㆍ

프로세스(2)

펄스발생기를 이용하여 주기적인 삼각파를 발생FMCWㆍ

전방의 장애물에 대해 전파 수신ㆍ

아날로그 필터링ㆍ

메모리 인터페이스FIFOㆍ

FFT(Fast Fourier Transform)ㆍ

거리 상대속도 산출/ㆍ

및Object Display calibrationㆍ

활용에 대한 건의5.

가 응용분야.

찻간거리 자동제어 시스템(1)

전방주행차량의 급정거 또는 운전부주의로 인한 추돌 사고 방지ㆍ

일정설정속도로 유지ㆍ

장애물 경보장치(2)

갑작스런 장애물 차량 의 출현 도로상의 장애물 경보( ) ,ㆍ

시야장애에 대한 운전 보조ㆍ

(3) Car follow system

차량의 시가 행열 시 군집주행 가능ㆍ

전방차량에 대한 추종 주행ㆍ

기타 산업용 군수용(4) ( , )

지능형 시스템 무인로봇( )ㆍ

기상 악화시에도 동작이 가능한 정밀계측 기능ㆍ

나 향후 방향.

다양한 도로상황에 대한 필드테스트(1)

타 센서와의 상호 을 통한 형 자동차 센서(2) fusion Hybrid

기대효과6.

가 분야의 핵심기술로서 관련시장의 선점. ITS

나 밀리파대역에 대한 회로기술 및 신호처리기술 확보.

다 자동차사고예방 및 안전 무인 주행의 필수장치. ( )

라 국산차량 및 관련응용분야의 국제경쟁력 강화.

마 국방 및 우주항공산업으로의 확대 및 무선통신기술의 종속방지.

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SUMMARY

1.Title : The development of a millimeter-wave radar to prevent

car collision

2. Purpose and Importance of the Development

A. Purpose

(1) Overview of the technology development

(a) Necessity

Increase of traffic accidents causing damage and injuries due to the increasedㆍ

number of motor vehicles and long distance driving

Need for a device to help drivers Who are in trouble due to bad Weatherㆍ

conditions

Need for a millimeter-wave radar as obstacles which need to be detected are smallㆍ

Need for a high-performance real time system that suits high-performanceㆍ

(b) Composition of the technology

Narrow beams to recognize obstacles or other objectsㆍ

One-side circuit technology to prevent interference between electric wavesㆍ

Parts designed for radar products which are able to transmit millimeter-wavesㆍ

DSP system designed for motor vehicles available for real time processingㆍ

(2) Comparison with conventional technologies

(a) Limitation of conventional technologies

Difficult to develop millimeter-wave bandwidth circuitsㆍ

Limit in performance, mass production and featuresㆍ

(b) Excellency of the NRD technology

Easy to compose a circuit Whose transmission loss is very low in millimeter-waveㆍ

bandwidth by using the NRD guide

Excellent featuresㆍ

Easy to manufacture and competitive priceㆍ

Excellent features of the antenna (The features of the one-side circuit and electricㆍ

waves)

B. Importance of the Development

(1) Related Industry Status

Increased need for a millimeter-wave radar due to the limitation of conventionalㆍ

sensors (visual/ultra-sound/laser)

Need for manufacturing circuits using the NRD g de in the millimeter-wave山ㆍ

bandwidth

Issues regarding efficient supply and manufacturing to cope With the increasedㆍ

- 7 -

demand and need for further development and research

(2) Social and economic importance

Impact on the national competitiveness due to the highly profitable motor vehicleㆍ

industry

Importance to take the lead in the related industry by developing necessaryㆍ

technologies

3. Content and Scope of the Research and Development

A. The development of the Front End of the millimeter-wave radar for motor

vehicle

(1) Transmission circuits and parts

(a) FM Vessel Shape Converter

FMCW Converting Circuitㆍ

Increase vessel-shape/stabilityㆍ

(b) Transmission circuits and parts

Frequency Oscillator (Gunn diode)ㆍ

Circulatorㆍ

Mixerㆍ

Intermediate Frequencyㆍ

(c) Leakage wave antenna

Narrow beam circuitㆍ

One-side circuitㆍ

B. The development of the signal processing board of the motor vehicle radar

for real time high-performance

(1) DSP board for processing radar signals

(a) FM Vessel-shape pulse generator

Generate tripodal waves regularlyㆍ

Maintain vessel shape/stabilityㆍ

(b) Process and the FPGA interface

A/D, D/A Interfaceㆍ

Memo7 control functionㆍ

(2) Algorithm to extract obstacles

(a) DSP process

FFT Processㆍ

Calculation of the distance and speed between carsㆍ

4. Result of the Research and Development

A. Front end of motor vehicle millimeter-wave radar

(1) Major Specification

Bandwidth : 80MHzㆍ

- 8 -

Range : 1-120Mㆍ

Accuracy : 0.5Mㆍ

Size : 90×50×30ㆍ

B. Radar Signal Processing Board

(1) Composition

DSP RISC CPUㆍ

Virtexㆍ

Fast SRAMㆍ

ECU connector (for motor vehicles)ㆍ

A/D, D/A, filterㆍ

Power sectionㆍ

(2) Process

Generate regular tripodal waves using the FMCW pulse generatorㆍ

Receive waves regarding up-coming obstaclesㆍ

Analog filteringㆍ

FIFO memory interfaceㆍ

FFT(Fast Fourier Transform)ㆍ

Calculation of distance / speed between carsㆍ

Object display and calibrationㆍ

5. Suggestions on Application

A. Application Field

(1) Car stance auto-control system山

Prevent bump collision due to unexpected stoppage of the front car or carelessㆍ

driving

Keep a set speedㆍ

(2) Obstacle warning system

A warning system to show the unexpected emergence of obstacles (cars) on theㆍ

road

Help driers with limited visionㆍ

(3)Car following system

Collective driving for car paradeㆍ

Driving following the front carㆍ

(4) Others (Industrial and military purposes)

Intelligent system (Robot)ㆍ

Precise measuring function under bad weather conditionsㆍ

B. Future Prospect

(1) Field tests under various road conditions

(2) Hybrid car sensor by combining with other sensors

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6. Expected Effectiveness

a. Take the lead as a core technology in the ITS industry.

b. Develop circuit and signal processing technologies related to millimeter-wave

bandwidth.

c. Provide an essential device for safety (unattended) driving by preventing collision.

d. Increase the competitiveness of the Korean motor vehicle industry and other

applied industries in the world market.

e. Apply the technology to the national defence and aerial industry by

overcoming weakness as a wireless communications technology.

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CONTENTS

Chapter 1. Introduction

Section l

1.1 Goal of Research and Development

A. Summary of project

B. Technology comparison

1.2 Impotance of Research and Development

A. Market/Technology Trends

(1) Global technical status and vision

(2) Domestic technical status and vision

B. Social/economical significance

Chapter 2. Main subject

Section 1. Millimeter-wave Radar Front-End

1.l Key technologies

A. Non-Radiative Dielectric Guide

B. Characteristic of Circuits

1.2 Circuit Design & Manufactory

A. Transmission Division

(1) Gunn Oscillator

(2) FM Modulator

B. Reception Division

(1) Directional Coupler

(2) Balanced Mixer

Section 2. FMCW Millimeter-wave Signal Processing

2.1 Principle of FMCW Radar

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A. Linear Pulse Generator for FMCW

B. System working

2.2 System structure and signal process

A. System structure

(1) FMCW liner Pulse Generator or Front-End interface

(2) Filter or A/D converter

(3) Processor

(4) Postprocessor

(5) Interface circuit for Display

(6) Vehicle interface

(7) Power supply part

Chapter 3. Conclusion

Section l. Result and Conclusion

1.1 Result

A. Major Result

B. System specification

C. Photography of system install.

1.2 Conclusion

Section 2. Development Strategy and Expected Effectiveness

2.1 Development Strategy

A. Hybrid type safety sensor for Automobile

B.(Unmanned) Intelligent system

C. law Assist

2.2 Expected Effectiveness

A. Related Technical Status

B. Social and economic importance

Reference

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목 차

제 장 서 론1

제 절1

기술개발의 목적1.

가 기술개발의 개요.

나 기존기술과의 비교.

기술개발의 중요성2.

가 관련기술분야의 동향.

세계적인 기술현황 및 전망(1)

국내 기술현황 및 전망(2)

나 사회적 경제적 중요성.

제 장 본 론2

제 절 밀리파 레이저 프론트앤드1

핵심기술1.

가 비방사 유전체 선로. (Non-Radiative Dielectric Guide)

나 회로의 특성평가.

레이다 프론트 앤드 회로설계 및 제작2.

가 밀리파 송신부

발진기(1) Gunn

변조기(2) FM

- 13 -

나 밀리파 수신부.

(1) Directional Coupler

(2) Balanced Mixer

제 절 밀리파레이다 신호처리2 FMCW

레이다의 동작 원리1. FMCW

가 선형펄스 발생. FMCW

나 시스템의 동작.

전체시스템의 구성 및 신호처리2.

가 시스템의 구성.

선형펄스 발생회로 및 프론트앤드 인터페이스(1) FMCW

필터 및(2) A/D converter

전처리 프로세서(3)

후처리 프로세서(4)

디스플레이를 위한 인터페이스회로(5)

차량용 인터페이스(6)

전원부(7)

제 장 결 론3

제 절 연구결과 및 결론1

연구결과1.

가 주요 연구결과.

나 시제품 주요 제원.

다 시스템 장착 사진.

- 14 -

결론2.

제 절 향후 연구방향 및 기대효과2

향후 연구방향1,

가 차량용 안전장치. Hybrid

나 무인 지능형 시스템. ( )

다 법령.

기대 효과2.

가 기술적 측면.

나 사회 경제적 측면. ㆍ

참 고 문 헌

- 15 -

본 문

제 장 서 론1

제 절1

기술개발의 목적1.

가 개발 기술의 개요.

자동차산업은 국가의 경제를 좌우하는 국책사업으로서 현 국가의 실태에서도 중요한 시

점이다 본 연구개발을 통한 자동차 추돌 방지용 레이다 사업은 자동차산업의 향우 진행.

과정에서 필수장착이 요구되고 있어 국내자체기술에 의한 개발은 시장경쟁력에서도 중요

한 의미를 가진다 미국의 경우 자동차 레이다를 기본 장치로 하는 법안이 통과돼( , 2005

년경 의무장착이 시행될 예정 또한). ITS1) 산업이 국가중요사업으로 인지된 현시점에서

중요성은 논란의 여지가 없다.

1) 지능형자동차시스템 는 고도의 정보처리 기술을 교통운ITS(Intelligent Transport System) : ITS

용에 적용시킨 것으로 년 미국의 교통공학자인 칸 첸 박사에 의해 제안돼 그해 모빌리티91 “ ” 「

계획의 하나로 아메리카 가 설립되면서 육상교통효율법 을 기초로 설(Mobility) IVHS (ISTEA)」 「 」

정되었다 현재는 미국 유럽. (IVHS : Inteligent Vehicles High way System), (RTI : Road

일본 등으로 나뉘어 각각 추진되면서 세계적Transport Information), (AGS : Auto Guide System)

인 교통 분야의 핫이슈로 급부상하고 있다.

- 16 -

자동차 추돌 방지용 레이다의 경우 도로사정이나 기후에 따라 운전자가 인지하는 데에,

있어서 판단이 불가능한 상황에도 동작이 가능해 차간의 추돌을 예방할 수 있어 대형사

고를 예방할 수 있을 뿐만 아니라 자동차시장의 세계진출을 위한 필수조건이며 연계산.

업 및 국가산업에 있어서 중추적인 역할을 기대한다.[1,2]

자동차가 도로를 달릴 때 비나 눈 안개 등의 기상장애로 시야가 확보되지 않을 경우에,

는 이러한 레이다의 필요성이 더욱 요구되나 자동차용의 레이다는 타 레이다와는 달리, ,

계측하는 장애물의 자동차나 오토바이 사람 등의 비교적 소형인 관계로 측정용 빔이 매,

우 좁아야 장애물의 판독 및 분리가 가능하다.[3,4]

밀리파를 이용한 레이다를 구현하는 기술로서는 고전적으로 MMIC2)방법 으로 연구가[2,3]

많이 진행되어 왔으나 방법은 제조시의 수급율이 낮은 등의 문제점을 가지고 있, MMIC

어 아직 양산을 하기에는 연구 및 개발의 노력이 필요한 상황이다 또한 를 이용. MMIC

하여 밀리파 회로를 제작할 경우 소자인 나 를 높은 주파수레 동작시켜야 하, FET HEMT

는 관례로 폭을 이하로 좁혀야 하는데 이 경우에는 제조의 어려움뿐만 아니Gata 0.1mm ,

라 제조된 경우에도 내구성이 약해 절연파괴 사용이 어렵다 효율이 이내인 밀리파( ) . 2-3%

의 특성을 고려할 때 나머지는 열로 소비되므로 쉽게 회로가 파손되어지는 것 을 알 수, ,

있다 그리고 의 경우에는 안테나를 사용하는데 이 안테나 역시 효율이 낮아. MMIC strip ,

빔폭이 이내로 되기는 어려워 이상에서의 장애물에 대한 판독이 어려운 점 등2-3° 100M

기존의 방식에는 많은 어려움과 한계를 내재하고 있다.

2) 단말기 내의 고주파부 를 구성하고 있는 각MMIC(Monolithic Microwave Integrated Circuit) (R/F)

종 개별 소자를 고집적화한 단일칩 고주파 직접회로 는 고주파 특성이 우수하고 단의 여, MMIC RF

러 부품을 단일칩에 집적함으로써 통신기기를 획기적으로 소형화할 수 있는 통신부품이다.

- 17 -

따라서 본사에서는 기존의 방법으로는 해결되지 않은 여러 문제점을MMIC NRD Guide

를 이용하여 무선 송수신하는 데에 성공하였다고 편파회로 전파 회로( polarization ),

의 전파 고성능 기술을 개발하였다Narrow beam , .[5,6,7,8]

나 기존기술과의 비교.

기존의 자동차 레이다 개발방법의 경우 방법으로 추진 연구하고 있으나 방, MMIC MMICㆍ

법을 통한 송수신방법은 제작이 어려워 생산 수급률이 상대적으로 낮아 시장경쟁력이 떨

어질 뿐만 아니라 내구성이 약해 사용기간이 짧은 등 밀리파 회로의 제작에 어려움이 많

이 산재해 있는 실정이다.[9,10]

차량용 레이다의 경우 가격대비 성능 및 보급화가 중요한 관건인데 기존의 시스템은 도, ,

로의 환경 흙탕물 기후 도로의 상태 에 상당히 민감하고 가격 또한 너무 놓아 경쟁력이( , , )

없다.

본사에서는 를 이용하여 기술로서 자동차 레이다를 개발하여 가Gunn Diode NRD Guide

격경쟁력 및 성능향상을 위해 누설파 안테나 및 편파회로 전파 회로( polarization ),

의 전파발생 자동차에서 요구되는 고성능 실시간 신호처리 시스템 등을 개Narrow beam ,

발하여 상기의 문제점들을 해결하고자 한다.

- 18 -

구체적으로 기존의 방식을 이용한 방법은 송수신 모듈내의 고주파부 를 구성MMIC (R/F)

하고 있는 각종 개별 소자를 고 집적화한 단일칩 고주파 집적회로로서 단의 여러 부RF

품들을 단일칩에 집적화하여 소형화함으로서 통신에 응용하는 것이다 그러나 고가의 부.

품 제조의 어려움 낮은 수율 내구성의 문제 등에서 차량용 밀리파 레이다의 보급 및, , ,

양산에는 문제를 내재하고 있다.[11,12]

본 연구에서 제시하는 를 이용하는 방법은 아래 그림과 같이 두개의 금속판NRD Guide

사이에 유전체 선로를 넣어 유전체를 따라 흐르는 전송파가 방사하지 않게 하는 기술로

서 전송파가 유전체선로를 따라 흐를 때 양측에 금속판을 감싸 전송파의 방사를 막으며

특히 유전체 선로가 직선이 아닌 곡선일 경우에도 전송파는 손실 없이 유전체선로를 따

라 흐른다는 것이 증명되었다.[Fig. 1,2]

Figure 1 Structure of NRD

Guide

- 19 -

figure 2 VSER3) of NRD Guide

또는 정도의 밀리미터웨이브를 알루미나판의 마이크로 스트립에서의 손실60GHz 77GHz

은 이상이 되나 유전체에서의 전송손실은 매우 적으나 유전체를 이용하여 회로를60dB ,

만드는 것은 간단한 일이 아니다.

이에 본 연구에서는 방식을 통하여 독자적으로 개발된 자동차추돌 방지용 레NRD Guide

이다에 누설파안테나 편파회로 의 전파발생, , Narrow beam , FMCW4) 선형펄스발생회로를

추가함으로서 성능의 향상 생산 원가절감 및 대량생산을 통해 자동차 레이다의 보급을,

목표로 한다.

3) 전압 정재파비 와 과의 비 라하며 정재파비 라VSWR(voltage standing wave ratio) V(max) V(min)

고도 부른다.

4) 연속파 레이다 방식 중에 주파수 변조 연속파FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)

방식은 특히 기존 연속파 방식의 거리 측정 능력을 향상시킨 방식이다 레이다의 원리를(FMCM) .

이용하는 방식 중에 방식은 시간의 경과에 따라 송수신 주차수가 끊임없이 변하는 소위FMCW

주파수 변조 연속파라 불리는 톱니 모양의 파형을 사용한다 방식의 검지기는 차(sawtooth) . FMCW

량과의 거리측정 이 가능하기 때문에 속도가 인 차량도 검지할 수 있다 즉 차량의 존재(ranging) 0 . ,

유무 파악이 가능하다.

- 20 -

기술개발의 중요성2.

가 관련분야의 동향.

세계적 기술현황 및 전망(1)

자동차관련사업 의 발전추이에 따라 통신 자동차레(ITS : Intelligent Transport System) (

이다 통신 통신 및 안전운행보조장치 차선이탈 졸음방지 경보 안전거, Navigation , CAN ) ( ㆍ ㆍ

리 유지 등의 센서 분야와 차세대 통신 및 자동차시장을 주도하는 중요기술로 이슈화ITS )

되고 있다.[13,14,15]

자동차레이다사업의 경우 밀리미터파 대역의 관한 회로제작의 기술축적 및 관련사업 통, (

신 자동차 의 연계발전이 중요하다 따라서 세계적인 자동차메이커 후지쯔 포드 벤즈등, ) . ( , , )

에서는 년대부터 거액의 개발비를 투자하고 있으나 밀리미터파 대역의 회로제작 및 신80

호처리부분의 어려움으로 뚜렷한 결과를 내지 못하다가 최근 NRD Guide MMICㆍ ㆍ

등 통신관련기술의 발달로 개발에 상당히 진보가 되고 있고 제품출시 및 상용화를ASIC

눈앞에 두고 있다 이에 안테나 및 통신부품제작의 세계적인 기술인 를 이용. NRD guide

한 자동차용 레이다를 개발하였고 저가의 보급을 통한 제품출시를 통해 시장의 선점을

하고자 하는 것이다.

국내 기술현황 및 전망(2)

밀리미터파 대역의 국내기술은 소요부품의 수입으로 국내에서는 응용분야로만 발전이 되

어오고 있는 것이 현실이다 특히 자동차레이다 사업 관련기술 및 제품은 세계적인 추세.

를 따르려고 하고 있으나 통신 및 전자기술을 모두 필요로 하며 원천기술의 상대적 부,

족으로 국내자동차업체에서도 아직 연구개발 및 사업화는 되지 않고 있으나 관련자료 및

연구팀 구성 등을 통해 활발이 추진하려고 하는 실정이다.

- 21 -

이에 본 연구를 통하여 현재까지는 많은 외국기술이나 제품이 국내 자동차업체를 통해서

수입되어 왔으나 국내자동차업체에서도 요소기술 및 관련제반기술에 많은 관심과 연구를

추진하여 경쟁력 향상을 노력하고 있다.

나 사회적 경제적 중요성. ㆍ

자동차보급이 만대를 돌파한 현시점에서 보다 안전하고 지능적인 자동차를 원하는1000

소비자의 욕구를 만족시킬 수 있는 저가의 자동차 추돌 방지용 레이다의 공급이 시급한

시점이다 뿐만 아니라 운전자의 고령화가 진전됨에 따라 자동제어 및 운전보조장치의. .

필요성이 절실해지고 눈 안개 폭우 등의 악천후 시에도 동작이 가능한 지능형 시스템, ㆍ ㆍ

을 필요로 하는 시대에 접어들었다.

자동차의 수요는 가격대비 성능 및 시스템의 신뢰성 안전성이 중요하다 국내시장 수요, .

자의 경우 현재는 중형차나 상용차에서 나 등 각종 장치나, DVD Navigation entertainment

운전보조장치가 장착되고 있는 실정이나 그 시장은 엄청나지만 기술적 한계 및 관련법규

의 미제정 등을 이유로 시장의 조성이 지연되고 있다고 할 수 있다.

국내외적인 자동차산업의 추이로 볼 때 본 연구를 통한 사업은 자동차전체사업의 세계시

장 선점 및 이를 통한 부가가치창출 관련연구기반 원천기술확보 등 중요한 의미를 가진,

다고 할 수 있다.

- 22 -

제 장 본 론2

제 절 밀리파 레이다 프론트엔드1

핵심기술1.

가 비방사유전체선로. (Non-Radiative Dielectric Guide)

밀리파를 구현하는 기술로서 정도의 밀리미터 웨이브를 알루미나판의 마이크로스,77GHz

트립에서의 손실은 이상이 되나 유전체에서의 전송손실은 매우 적다는 것은 이미60dB ,

보고된 바와 같다.

유전체에서의 전송손실이 매우 적다는 것은 알려져 있으나 유전체를 이용하여 회로를 만

드는 것은 간단한 일이 아니다 유전체에서 전송파가 방사를 하기 때문에 목적지까지 도.

달하기가 어렵기 때문에 이 전송파를 방사하지 않게 하는 연구가 요네야마 교수에 의해

개발되었다.

이것을 비방사유전체선로라고 명명하여 과 같이 두개의 금속판사이에 유전체 선로Fig.3

를 넣어 유전체를 따라 흐르는 전송파가 방사하지 않게 하는 기술이다 전송파가 유전.

체 선로를 따라 흐를 때 양측에 금속판을 감싸 전송파의 방사를 막으며 특히 유전체 선

로가 직선이 아닌 곡선일 경우에도 전송파는 손실 없이 유전체 선로를 따라 흐른다는 것

이 증명이 되었다 이때 전송파가 유전체 선로를 흐를 때는 와 같이 모드나. Fig.4 TE TM

모드와 다른 모드나 모드로 바뀌며 이때 전송손실이 적고 최저차 모드인LSM SLE , LSM

모드를 선택하여 사용한다.

- 23 -

figure 3 Structure of NRD guide

figure 4 Electromagnetic Field on the NRD

waveguide

- 24 -

비방사유전체선로의 설계 식은 다음과 같다

이때 ε r은 유전체선로의 비유전율, λ는 파장이다.

이번 차량용 레이다의 유전체 선로로서 사용하는 재료는 PTFE(Poly Tetra Fluoro

라고 하는 불소수지로서 비유전율은 이다Ethylene) 2.04 .

이로서 금속판 사이에 의 블록을 넣어 밀리파의 전송성로로 사용하여 발2.25mm PTFE

진 변조 등의 회로를 제작한다, .

나 회로의 특성평가.

비방사유전체선로가 전송파를 방사하지 않아 손실이 거의 발생하지 않는다는 실험을.

와 같이 하여 그 데이터를 와 같이 블록을 금속판 사이에 넣어Fig. 5 Fig. 5 PTFE

로 밀리파를 넣는다 이때 밀리파는 선로를 따라 전송되다가Network Analyzer . PTFE

최종절단면에 다달아 더 이상 진행이 되지 않아 다시 되돌아가게 되는데 이때에도 손실

이 없이 모두 되돌아가는 것을 을 통하여 볼 수 있다 이것을 확인하기 위하여 금Fig. 6 .

속판 사이의 블록의 주위에 을 넣어 전압정재파비를 측정함으로PTFE Semi-rigid cable

서 확인할 수가 있다 전압정재파비를 측정하기 위하여 시그널소스에서 전송파를 넣을.

때에는 손실을 발생하지 않게 으로 하고 선로의 종단면을 단면으로wave guide type

절단하여 전 전송파를 반사하게 한다 이때 외부로 유출되는 전파를 계측하면 과. Fig. 6

같이 나타나 이 그림에서 보는 바와 같이 절단면에서 전송파는 전부 반사되어 시그널소.

스로 되돌아가는 것을 확인 할 수 있으며 이때 최고치와 최저치가 이상 차이가 나30dB

고 진행방향을 향해 최고치들의 차이가 별로 없음을 확인할 수가 있어 이 선로가 손실, ,

이 거의 없음을 알 수가 있다.

- 25 -

Figure 5 VSWR measurement of NRD

Figure 6 VSWR graph of NRD at cutting edge

- 26 -

레이다 프론트엔드 회로설계 및 제작2.

차량용의 레이다는 대상 장애물이 주로 차량 오토바이 자전거 및 사람 등이기 때문에, , ,

측정 물체가 소형이며 계측정도가 이내로 되어야 원하는 목적을 달성할 수가 있다1M .

그러므로 계측정도 및 소형 물체를 측정하기 위하여 사용주파수를 밀리파 대역인

또는 송신출력은 내외로 결정하였다 또한 차량의 범퍼나 도어의77GHz 60GHz, 10mW .

벽에 부착하여야 함으로 소형으로 제작이 되어야 한다.[16,17,18]

를 구성하기 위해서는 밀리파를 발진하여 변조를 하여 변조파를 안FM-CW Radar FM

테나를 통하여 송신하는 송신부와 장애물에서 반사된 반사파를 수신하여 발진주파수와,

의 차이를 얻어내는 믹서희로 등을 구성하는 수신부로 구성된다.[24,25]

가 밀리파 송신부.

밀리파를 송신하는 레이다를 구성하기 위해서는 밀리파를 발진하는 발진회로와FM-CW

변호를 하는 변조회로로 나눌 수가 있는데 계측하고자 하는 장애물과의 거리 및 상FM ,

대속도의 계측정도를 높이기 위하여 발진주파수의 안정도를 높이는 노력과 변조시의 바

이어스전압에 의한 주파수 변화 비율을 선형화 시키는 작업이 필요하다.[19,20,21]

( 발진기1) Gunn

레이다를 구성하기 위하여 사용주파수를 또는 로 사양을 결정하FM-CW 77GHz 60GHz

였으며 이때 발진소자는 를 사용하기로 한다, Gunn Diode .

- 27 -

는 밀리미처 웨이브에서 쉽게 동작하고 비교적 손쉽게 구할 수 있게 때문에Gunn Diode

적용하기로 한다 과 같이 금속판위에 를 장착하고 바이어스 전압을 인. Fig. 7 Gunn Diode

가하면 밀리미터 웨이브가 발진이 된다 이때 금속 공진기로 공진 주파수를 미조정하여.

비방사유전체선로를 통하여 전송시킨다 에서 발진된 밀리미터 웨이브는. Gunn Diode Fig.

에 있는 스트립 공진기를 통과하여 유전체 선로를 따라 흐르게 된다7 .

에서 발진된 밀리파는 자체의 구성소자가 코일과 컨덴서 임으로Gunn Diode Gunn Diode

외부 온도나 바이어스 전압변화에 의해 쉽게 변화 될 수 있어 안정된 주파수의 확보와,

발진주파수의 미조정을 위하여 스트립공진기의 금속판의 길이로 조정을 한다 에. Fig. 8

서 스트립공진기의 금속판의 길이 변화에 의한 주파수 변화를 볼 수 가 있다 스트립 공.

진기에 있는 금속판의 길이는 사용주파수의 반파장 정도에서 공진 특성을 얻을 수 있다.

이때 금속판의 길이를 사용 주파수의 반파장 보다 길게 되면 공진 주파수가 낮게 되고,

짧게 되면 공진 주파수가 높게 공진된다 에서 금속판의 길이변화에 따른 공진 주. Fig. 8

파수의 변화 및 이때의 발진출력 변화특성을 볼 수가 있다 그림에서 볼 수가 있듯이 스.

트립 공진기의 금속판의 길이 변화에 따라 주파수가 변화하는 것을 볼 수가 있으며 이때

에도 발진출력의 변화는 미미하여 스트립 공진기 조정에 의한 주파수 변화에 따라 출력

이 안정되는 것을 볼 수가 있다.

- 28 -

Figure 7 Structure of gunn oscillator

Figure 8 Frequency variance response by strip resonator

- 29 -

변조기(2) FM

변조기의 기본 구성도는 와 같다 우선 를 이용하여 밀리파를 발FM Fig. 9 . Gunn Diode

진시킨 다음 변조기를 통과시켜 주파수 변조를 거는 형태로 되어있다 실제 회로를 구성.

하기 위해서는 에서 발진된 캐리어 신호에 변조를 걸기 위해 선로 단면Gunn Diode FM

에 바락터 다이오드를 이용하여 캐패시터를 변화시켜 주파수 변조를 건다 바락터 다이.

오드를 부착하는 회로는 과 같이 밀리파 필터와 바이어스 전압을 공급하는 단자Fig. 10

로 구성되어 있다 외부 회로에서 제어하는 신호에 따라 주파수 변화를 얻어내는 간단한.

방법으로 주파수 공진점에 바락터 다이오드를 부착하여 이 다이오드에 역전압을 인가하,

여 전압을 가변 시킴으로 인하여 주파수를 변화시킨다 회로는 과 같이. Fig. 11 Gunn

와 연결된 비방사유전체 선로의 절단면 방향으로 바락터 다이오드가 부착된 기판Diode

을 위치시켜 이 기판에 역전압을 인가함으로 캐패시터를 변화시키는 방법을 사용한다, .

외부 회로에서 변조를 하기 위하여 변조할 신호에 바이어스 전압을 인가하여 바락터 인

가전압으로 사용한다 에서 단자에 이 신호와 바이어스가 혼합된. Fig. 11 IF Signal Input

전압을 인가하게 된다 에서 보는 바와 같이 에서 발진된 마이크로파. Fig. 12 Gunn Diode

는 스트립선로를 통하는 적정 주파수로 공진 되고 선로를 따라 밖으로 전송되는PTFE

데 이때 뒤쪽에 위치한 바락터 다이오드에서 또 다른 공진점을 형성하여 변조를 걸게.

된다 이 외부 공진 회로를 바락터 다이오드와 선로의 리액턴스 성분이 합쳐서 공. PTFE

진점을 형성한다 이때 의 사이즈는 고정이므로 바락터 다이오드의 가변 콘덴서로. PTFE

공진 주파수를 바꾸게 되어 변조를 걸게 된다FM .

- 30 -

변조가 일어나게 되면 주파수변화에 따른 주위 파라메타의 변화에 의해 발진 출력의 변

화가 예상되나 출력이 안정이 되는 점을 찾아 공진 포인트를 설정한다 주파수 변화에.

따른 출력변화의 사진을 에서 볼 수가 있다 이 사진에서 보여지듯이 바락터 다이Fig. 12 .

오드 인가전압이 에서 사이가 비교적 주파수 변화에 따른 출력변화가 안정된다는2V 5V

것을 알 수가 있다 변조를 할 때에는 선형성 을 유지하기 위하여 이 바이. FM (Linearity)

어스 전압변화에 의한 주파수 변화가 평탄한 부분을 사용하여야 하며 선형성이 높게 되,

면 레이다의 거리 및 상대속도 계측 정도가 높게 된다.

Figure 9 Block diagram of FM modulation

- 31 -

Figure 10 Varactor diode circuits

Figure 11 Structure of FM modulation circuit

이 회로에서는 바락터 다이오드의 인가 전압을 에서 까지 변화 시켜 최대 약0V 10V

정도의 주파수 변화 특성을 얻을 수 있다1.2GHz .

그러나 변조의 선형성 을 유지하기 위하여 비교적 평탄한 영역을 선택하고 출(Linearity)

영역을 선택하고 출력의 변화가 적은 범위를 사용하기 때문에 최종적으로 에서Fig. 12

바이어스전압을 에서 사이를 사용하는 변조회로를 제작한다2V 5V .

- 32 -

이 주파수 변조 특성은 송신기의 송신대역폭을 의미하며 대여폭이 넓을수록 계측정도를

높일 수 있으나 선형성이 나쁘게 되면 다시 계측정도가 나빠지므로 선형성을 유지하면, ,

서 대여폭이 넓게 되도록 주변 파라메타를 조정할 필요가 있다 이번 레이다용의 변. FM

조기에서 바이어스 전압변화에 따른 주파수변화가 비교적 평탄한 에서 범위에서2V 5V

약 의 대여폭을 얻을 수 있다100MHz .

Figure 12 Graph for FM modulation

나 밀리파 수신부.

밀리파를 변조하여 차량의 전방에 발사하여 수신된 밀리파에는 차량전방에 위치한 장FM

애물들의 거리 정보가 포함된 주파수 쉬프트된 밀리파의 형태로 나타난다 이 수신된 신.

호에서 장애물들의 거리정보와 상대속도 정보만을 얻어내기 위해서는 송신된 변조신FM

호와 수신신호와의 차이 성분만을 얻어내면 원하는 정보만을 구할 수 있게 된다.

- 33 -

차이성분을 얻기 위하여 수신된 신호 와 발진주 파수에서 얻어지는RF(Radio Frequency)

신호를 를 통하여 섞은 후에 에서 차이성분Lo(Local oscillation) 3dB Coupler Mixer Diode

을 얻는 구조로 되어 있다.

(1) Directional Coupler

발진기에서 출력의 일부를 파로서 에 공급하기 위해 필요한FM Gunn Lo Balanced mixer

를 이용한 방향성 결합기가 필요하다Band .

또 에 있어서도 파와 파를 다이오드에 공급하기 위해 방향성Balanced mixer RF Lo Mixer

결합기가 필요하다 제작한 방향성 결합기는 레이다의 효율적인 구조를 만들기. FM-CW

위하여 직선선로와 에서 만들어진 것을 이용한다 직선선로와 에서 만들어진, Band . Band

방향성 결합기의 구조를 샘플 제작한 레이다에 사용할 방향성 결합기와 함께 에Fig. 13

나타낸다.

이번 레이다에 사용하는 방향성 결합기에는 의 곡률 반경 및 각도는 회전의 소형화Band ,

불필요한 모드의 발생에 의한 손실을 고려해서 곡률 반경 로 하였다25mm 90 Band .˚

- 34 -

Figure 13 Structure of directional coupler

(2) Balanced Mixer

장애물에서 일어난 반사파는 수신안테나를 통하여 입력되고 수신신호는 송신신호에서,

장애물과의 거리정보 및 상대속도 정보가 포함된 형태로 나타나므로 원하는 거리정보,

및 상대속도 정보는 수신신호에서 송신신호를 제거한 차이성분이므로 이 수신신호에서,

송신신호와의 차이를 검출하면 된다 이 차이신호를 얻기 위하여 와 같은.. Fig. 14

회로를 설계하여 송신된 신호의 일부와 수신된 신호를 하게 된Balanced Mixer mixer

다 두 송 수신 신호의 차이를 얻는 의 특성 그래프가 에 나타나. / Balanced Mixer Fig. 15

있다 이 특성을 라고 칭하고 수신신호에서 를 통하여 얻어진. Conversion loss , mixer

차이성분이 신호레벨로 어느 정도 낮아진 것인지를 확인하는 특성그래프가 된다.

- 35 -

이 그래프에서 장애물에서 반사된 밀리파가 수신안테나를 통하여 유입되어 이,

만큼 뺀 만큼의 레벨로 되어 수신된다는 것을 알 수가 있다Conversion loss . Conversion

가 적으면 적을수록 수신감도가 우수하게 된다 이 그래프에서 에서 까지loss . 0 100MHz

는 가 약 정도로 양호한 특성을 가지는 것을 볼 수가 있으며Conversion loss 8dB ,

레이다에서의 비트 신호는 측정거리를 약 정도를 기준으로 할 때FM-CM 150M 10MHz

이내로 얻어지므로 이 그래프의 결과로 보아 근거리를 의미하는 저주파 대역에서의 변,

환손실이 적어 자동차충돌방지용의 레이다용의 수신부의 수신감도는 충분하다는 것을 알

수가 있다.

Figure 14 Structure of balanced mixer

- 36 -

Figure 15 Conversion loss of balanced mixer

제 절 밀리파 레이다 신호처리2 FMCW

레이다의 동작원리1. FMCW

가 선형펄스 발생. FMCW

레이다는 연속한 송신파에 주파수변조 일반적으로 삼각파로 조절 를 하고 목표FM-CW ( ) ,

물로부터의 반사파에서 목표물의 상대속도 및 거리를 동시에 계측할 수 있게 한 것이

다 과 같은 상황에서 레이다를 과 같이 구현하여.[20,22,23] Fig. 17 FM-CW Fig 18

의 실선에 나타나듯이 송신파를 삼각파로 주파수변조 반복주파수Fig. 16 ( fm 변조폭,

⊿f 를 하면 거리 상대속도 로 이동하고 있는 목표물로부터 반사파는 의 점) , R, v Fig. 16

선과 같이

- 37 -

변화한다 이때 송신파와 반사파의 믹싱으로 얻을 수 있는 비트 주파수는 효과에. Doppler

의해 과 같이 된다Fig. 16 .

송신주파수가 증가하는 구간에서 비트 주파수를 fb1 감소하는 구간에서 비트 주파수를,

fb2라고 하면 fb1, fb2는 다음과 같이 표현된다.

여기에서,

f d 도플러주파수: (= 2 f 0vc)

광속c :

f0 송신파의 중심주파수:

이다.

여기에서 비트 주파수, fb1, fb2의 합과 차를 얻어서 목표까지의 거리 과 상대속도 를R v

구할 수 있다.

레이다와 목표물이 함께 정지했을 때 즉 비트 주파수는( , v=0) f b = f b1= f b2가 되고 거,

리 은 다음과 같이 된다R .

- 38 -

Figure 16 Beat signal between transmitted signal and received signal

나 시스템의 동작.

Figure 17 Radar for car collision avoidance

- 39 -

이번에 샘플 제작한 가이드 레이다 프론트엔드의 도 및 구조도를NRD FM-CW Block

에 나타낸다Fig. 18 .

다이오드를 이용한 발진기로부터의 출력은 발진기를 필요로 하지 않Gunn FM Gunn , Gunn

는 반사파에서 보호하기 때문에 설치한 를 끼우고 안테나에서 방사된다 또Circulator , .

발진기의출력의 일부는 방향성 결합기를 끼워 파로서 믹서로 보내어 안테나FM Gunn Lo

로부터 수신된 목표물에서 반사파와 함께 믹서로 입력된다 믹싱에 의해 얻은 비트 신호.

는 앰프로 증폭된다 이 비트 신호의 주파수를 측정해서 거리 및 상대속도를 구하는IF .

것이다.

Figure 18 Block-diagram of FM-CW radar

- 40 -

전체시스템의 구성 및 신호처리2.

가 전체시스템 구성,

Figure 19 Structure of Millimeter-wave Radar system

선형펄스 발생회로 및 프론트엔드 인터페이스(1) FMCW

전체 시스템 구성을 나타낸다 차량용 밀리파 프론트엔드 에서는 를 충심Fig. 19 . 77GHz

주파수로 하여 주파수 변조를 걸기 때문에 삼각 의 를12bit Digital to Analog convertor

이용하여 주파수조절을 통해 변조시 가장 선형적이고 안정적인 구offset, amplitude, FM

간을 사용한다 은 용 의 특성을 나타낸다.[25,26,]Fig. 20 Radar FM Modulator .

- 41 -

figure 20 FM modulated signal for radar system

필터 및(2) A/D convertor

밀리파 레이다 프론트엔드를 통하여 입력되는 신호 는 고주파성분 노이즈IF (beat signal) ( )

을 포함한 신호이므로 저역통과필터를 통하여 노이즈 제거 후에, Analog to digital

한다 이 때 펄스발생회로에서 신호출력을 시작하는 시점과 동기화 시conversion(12bit) . ,

킨다.

전처리 프로세서(3)

전처리프로세서에서의 기능은 입력되는 디지털데이터의 실시간 처리를 위한 FIFO5)

구조의 메모리 제어기능과 와 펄스발생회로의(First in First out) A/D convertor FMCW

제어관리 후처리프로세서와 인터페이스 최종결과출력을 위한 주변회로제어등의 기능을, ,

수행하

며 를 통해 화 시킨다Virtex Gate .

후처리 프로세서(4)

후처리프로세서는 로서 본 연구에서 의DSP core CPU Hitachi RISC社 6) 를 채용하CPU

였다 메모리를 통하여 들어오는 레이다신호는 처리를 통. FFT(Fast Fourier Transform)

해 신호의 를 검색하며 이 때에 나오는 타겟이 곧 장애물이 되는 것이다Peak point .

검출된 장애물의 개수 주파수 등의 데이터를 통하여 물체와 거리 상대속도를 계산하는, ,

것이다.

물론 이러한 신호처리를 위하여 적절한 설정이 의 제거가 중요하다, Threshold Clutter .

5) 컴퓨터 프로그래밍에서 는 큐 로부터 프로그램의 작업요청을FIFO(first-in, first-out) , FIFO (queue)

처리하는 방식으로서 가장 오래된 요청 가장 먼저 요청된 을 가장 먼저 처리한다, ( ) .

6) 적은 수의 컴퓨터 명령어를 수행하도록 설계된 마이크로RISC(reduced instruction set computer)

프로세서 좀더 빠른 속도로 동작될 수 있다 컴퓨터는 수행해야할 각 명령어 형태마다 트랜지스터, .

와 회로들이 추가되어야 하기 때문에 많은 수의 컴퓨터 명령어 셋을 갖춘 마이크로프로세서는 만,

들기도 복잡하고 실행속도도 늦은 경향이 있다, .

- 42 -

디스플레이를 위한 인터페이스 회로(5)

후처리 프로세스를 통하여 추출된 장애물은 정확도 및 결과의 검증을 위하여 전방의 카

메라와 비교분석 후 삼각파의 보정 또는 거리의 보정을 통하여 정확성을 향상시킨다.․디스플레이를 위한 인터페이스는 비디오용 디코더 엔코더를 사용하여, I2 통신으로 제C

어통신한다.[27,28]․

- 43 -

차량용 인터페이스(6)

차량추돌방지용으로 동작하는 신뢰성있는 레이다를 개발하기 위해서는 차량의 주행상태

에 대한 보고가 필요하다 즉. TRNL/R(Turn Left/Right) signal, Speed signal, Brake

등의 입력을 통해 추돌가능성 및 전방의 차량과의 주행 상태 등을 분석 후 주행signal

차량에 대한 경보 또는 제어를 수행한다.

전원부(7)

본 연구해발은 차량이라는 특수성을 내재하고 있어 전원공급원을 차량으로부터 입력받,

아야 한다 즉 상용차의 경우 승용차의 경우 를 입력받아 보드에서 사용. , 24V, 12V DSP

되는 전원 을 시스템에 공급해주어야 한다 특히 밀리파레이다 프론트엔(12V, 5V, 3.3V) . ,

드에는 주파수가 상당히 높은 밀리파대역에 대한 캐리어를 사용함으로 노이즈 제(ripple)

거에 주의하여야 한다.

- 44 -

Figure 21 Signal processing data

flow

- 45 -

제 장 결 론3

제 절 연구결과 및 결론1

연구결과1.

가 주요연구결과.

지금까지 설계 제작한 레이다의 프론트엔드와 신호처리 보드를 조합하여 만든 레이, DSP

다는 와 같은 외형으로 완성이 되었다Fig. 22 .

Figure 22 Photography of prototype of

millimeter wave radar

기초실험을 위하여 개발된 밀리파 레이다를 연구소의 복도 한측 끝에 설치하여 복도의

끝 부분에서 레이다 측까지 사람정도 크기의 알루미늄 반사체를 이동시켜 거리측정을 하

였다 실험을 행하는 복도의 끝까지 거리는 약 이며 레이다와 복도 사이를 반산체. 52M ,

를 이동시켜 반사체에서 반사되는 비트 신호의 스펙트럼을 관측하고 그 위치를 확인함,

으로서 거리측정을 할 수가 있게 된다.

- 46 -

밀리파 프론트엔드를 구동하기 위하여 외부에서 변조용 삼각파를 넣어 밀리파를, FM FM

변조시켜 송신하고 반사체에서 반사된 비트 신호를 증폭하여 그 스펙트사진을, Fig. 23

및 에서 볼 수가 있다 사진에서 주파수가 인 부분이 비트 신호가 이 됨을 의미Fig. 24 . 0 0

하며 레이다 자신의 위치가 된다 오른쪽으로 이동할수록 비트주파수가 높아지며 레이다, .

와 거리가 멀게 됨을 의미한다 에서 전방에 위치한 복도의 끝 부분의 스펙. Fig. 23 52M

트럼이 약 부근에 나타나며 전방에 위치한 이동반사체의 스펙트럼이2.2MHz , 20M

부근에서 볼 수가 있다0.8MHz .

또한 에서 레이다가 위치한 기준점에서 전방 벽면의 반사파 스펙트럼이Fig. 24 52M

부근에 나타나 있으며 레이다로부터 떨어진 점에 위치한 이동반사체의 반2.6MHz , 30M

사 스펙트럼이 부근에 나타나 있다 여기서 이동 반사파 신호 주변에 조그만 하1.4MHz .

게 보이는 신호들은 벽면에 위치한 기둥들에서 반사된 신호이다.

Figure 23 Spectrum 1 at 20m and 52m objects

- 47 -

Figure 24 Spectrum 2 at 30M and 52M objects

- 48 -

나 시제품 주요재원.

Table 1 Specification of System

- 49 -

다 시스템 장착사진.

(a) front view

(b) target object

(c) detection of obstacles

Figure 25 Photography of Radar System

- 50 -

결 론2.

이상으로 를 이용하여 출력 정도의 밀리파 레이다를 개발하NRD guide 10mW FM-CW

였다 방식은 멀티 타겟의 장애물을 계측 할 수 있으며 또한 각 장애물들의 상. FM-CW ,

대속도 까지 계측 할 수 있기 때문에 비교적 널리 사용되는 방식이다.

이 레이다로서 약 거리정도의 물체 자동차 를 계측 할 수 있었으며 이내에는150M ( ) 50M

사람 정도를 계측하여 소형의 장애물도 계측 할 수가 있었다 변조폭을 약. FM 100MHz

정도로 한 결과 계측정도는 정도로 계측할 수가 있었다0.7M .

레이다 회로에 밀리파를 구현하는 방식으로 를 사용하였기 때문에 제조가 염NRD guide

가로 간단히 될 수가 있고 재현성이 우수한 것이 큰 장점이라고 할 수가 있다, .

개발된 밀리파 레이다는 고성능이며 소형이고 회로가 간단하며 무엇보다 재현성이 우수,

하여 자동차 추돌 방지용 레이다로서 충분한 성능을 가졌다고 여겨지며 대량생산이 가능

함으로서 곧 실용화가 가능할 것으로 생각된다.

추후 장애물감지 추돌예측 의 센서로 완성해나갈 예정으로 있다, , auto-crusing hybrid .

- 51 -

제 절 향후 연구방향 및 기대효과2

향후 연구방향1.

가 형 차량용 안전장치. Hybrid

본 연구개발을 통한 차량용 레이다는 물체의 거리 상대속도 위치 등을 정확히 계측(1) , ,

하는 센서이므로 영상센서를 이용한 차선이탈경보장치 장애물인식장치등과 함께 연동하, ,

여 동작할 수 있는 차량용 안전장치를 개발할 계획이다Hybrid .

차량용 안전장치 및 시스템 센서 는 인간의 안전과 밀접한 관계를 가지고 있는 만큼(2) ( )

충분한 필드테스트를 거친 후 상황에 따른 알고리즘 및 사양을 최적화 할 계획이다.

나 무인 지능형 시스템. ( )

본 연구개발을 통한 센서 시스템 는 기상 악화시에도 동작이 가능하며 인간의 시야로도( ) ,

구분이 되지 않은 상황에서도 장애물의 판독 거리 상대속도정보 을 할 수 있으므로 산업( , )

용으로 무인시스템에 적용이 가능하도록 응용개발을 진행할 계획이다.

다 법령 제정.

또는 안전벨트와 같은 자동차안전의무규제의 필요성이 시장조성 및 사업화의 중요ABS

한 관건으로 사료.

- 52 -

기대효과2.

가 기술적 측면.

자동차관련사업의 추세에 따라 분야서도 무선통신기술 및 전자기술의 접목을 필(1) ITS

요로 하나 기술적환경적 차량의 도로주행환경 제약 때문에 상용화가 어려웠으나 본 연, ( ) ,․구개발을 통해 밀리파대역에 대한 회로제작 및 신호처리 기술이 확보됨으로서 진보도니

결과가 기대된다.

기존주파수자원의 한계 대용량 고속무선통신 등 밀리파대역에 대한 관심과 요구가(2) ,

증가하는 이때에 본 연구개발을 통한 밀리파 회로제작처리기술은 향후 통신분야까지도․응용이 가능하며 고성능 실시간 신호처리에 대한 제반기술 또는 자동차의 전자화 지능화, ˚

소형화 등을 요구하는 시점에 중요한 역할을 할 것이다.˚

국방 및 우주항공산업으로의 응용연구 가능(3) .

나 사회 경제적 측면. ˚

자동차시장의 추세에 따라 보다 지능형의 자동차가 세계 자동차시장을 선점한다 따(1) .

라서 본 과제결과물은 충분한 필드테스트 및 신뢰성 평가 후 세계시장으로의 조기진출이

가능해 자동차시장의 선점이 기대된다.

당분간은 중형차 및 상용차 이상 에 장착되어 수입대체 효과를 얻을 수 있다(2) (2.5t ) .

자가운전의 증가 운전자가 고령화 장거리 운전의 증가 등 현재 사회적인 추이로 볼(3) , ,

때 안전주행장치의 기본장치로서 정착이 될 것이다..

- 53 -

국산차량 및 관련기술분야의 국제경쟁력을 강화시켜 기술 종속을 방지하고 세계시장(4)

의 주도적인 역할을 수행을 기대할 수 있다.

- 54 -

참 고 문 헌

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technical review Vol.15 No.2, pp.9-18.

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- 56 -

기술개발결과 요약표

○ 기술개발결과 내역

○ 지적재산권 명세

구

분제 목 성명 국 명 출원번호 출원일 등록번호 등록일 비고

특

허

자동차추돌방지용

밀리파레이다

프론트엔드

센싱테크

주식회사한국 출원증

특

허

밀리파 레이다용

신호처리시스템

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이 보고서는 정보통신부에서 시행한 정보통신산업기술개발사업의1. ‘ ’

연구결과입니다.

본 연구개발내용을 대외적으로 발표할 때에는 정보통신부의 정보통2. ‘

신산업기술개발사업의 연구결과임을 밝혀야 한다’ .