Cesar Iovescu / 레이더 애플리케이션 관리자

2 처프 속도 측정 방법은 서로 다른 속도로 움직이는 여러 물체가 작동하지 않는다 측정 시 레이더와 동일한 거리에 있을 경우 소용이 없다. 이러한 물체는 동일한 거리에 있으므로 동일한 IF 주파수를 가진 반사 처프를 생성한다. 따라서 범위 FFT는 단일 피크를 생성하며 이는 범위가 동일한 모든 물체의 결합 신호를 나타낸다. 단순 위상 비교 기법은 소용이 없다.

이 경우 속도를 측정하려면 레이더 시스템이 세 개 이상의 처프를 전송해야 한다. 속도가 동일한 N개의 처프 세트를 전송한다. 이러한 처프 세트를 처프 프레임이라고 한다. 그림 7에는 주파수가 처프 프레임의 시간 함수로 나와 있다.

이 처리 기법의 예로 레이더와 동일한 거리에 있지만 v₁ 및 v₂라는 다른 속도를 가진 두 물체가 아래에 설명되어 있다.

범위 FFT는 반사 처프 세트를 처리하여 동일한 위치에 있지만 각각 다른 위상을 가진 N개의 피크 세트를 생성하여 이러한 두 물체의 위상 기여도를 통합한다(이러한 각 물체의 개별 위상 기여도는 그림 8에 빨간색 페이저와 파란색 페이저로 표현되어 있다).

도플러 FFT라고 하는 두 번째 FFT는 표시된 것처럼 N 페이저에서 두 물체를 확인하기 위해 수행된다.

ω₁ 및 ω₂는 해당 물체의 연속 처프 간 위상 차이에 해당한다(방정식 13).

(13)

속도 해상도

개별 푸리에 변환 이론에 따르면 Δω= ω ₂ ? ω ₁ >2π/N radians/sample일 경우 두 개의 개별 주파수 ω ₁ 및 ω ₂를 확인할 수 있다.

Δω 는 방정식에도 정의되어 있으므로


(방정식 10), 정확히 속도분해능(V_res)

프레임 기간이라면 단, T_f = NT_c(방정식 14):

(14)

레이더의 속도 분해능은 프레임 시간(T_f)과 반비례한다.

각도 감지

FMCW 레이더 시스템은 그림 10에 나와 있는 것처럼 수평면을 사용하여 반사 신호 각도를 추정할 수 있다. 이 각도를 도래각(AoA)이라고도 한다.

각도 추정은 물체 거리의 작은 변화가 범위 FFT 또는 도플러 FFT 피크의 위상 변화를 초래하는 관찰을 기준으로 한다. 이 결과는 그림 11에 표시된 것과 같은 두 개 이상의 RX 안테나를 사용하여 각도 추정을 수행하는 데 사용된다. 각 안테나와 물체의 미분 거리는 FFT 피크에서 위상 변화를 가져온다. 위상 변화를 사용하여 AoA를 추정할 수 있다.

이 구성에서 위상 변화를 방정식 15와 같이 구한다.

(15)

평면 파면을 가정할 때 기본 지형은 Δd = lsin(θ)을 보여준다. 여기서 l는 안테나 사이의 거리다. 따라서 도래각(θ)은 방정식 16에서 측정된 ΔΦ로 계산할 수 있다.

(16)

ΔΦ는 sin(θ)에 종속된다는 점에 유의해야 한다. 이를 비선형 종속성이라고 한다. sin(θ)은 θ값이 작을 때만 선형 함수를 사용하여 근사치로 계산된다:

sin(θ) ~ θ.

따라서 추정 정확도는 그림 12에 나온 것처럼 AoA에 따라 달라지며, θ값이 작으면 더 정확하다.

최대 시야각

레이더의 최대 시야각은 레이더가 추정할 수 있는 최대 AoA로 정의된다. 그림 13을 참조할 수 있다.

각도를 모호하지 않게 측정하려면 |Δω| < 180°이어야 한다. 방정식 16을 사용하면 이는

에 해당한다.

방정식 17은 l 간격의 두 안테나가 제공할 수 있는 최대 시야각이 다음과 같다는 것을 보여준다.

(17)

두 안테나 사이의 간격 l = λ/2는 최대 시야각 ± 90°를 초래한다.

텍사스 인스트루먼트 mmWave 센서 솔루션

아시다시피 FMCW 센서는 RF, 아날로그 및 디지털 전자 부품을 함께 사용하여 근처에 있는 물체의 범위, 속도 및 각도를 파악할 수 있다.

그림 14는 여러 구성 요소의 블록 다이어그램이다.

TI는 DSP, MCU 및 TX RF, RX RF, 아날로그, 디지털 구성 요소를 RFCMOS 단일 칩에 통합하여 FMCW의 감지 범위를 혁신했다.

TI의 RFCMOS mmWave 센서는 mmWave RF 프론트 엔드 및 MCU/HWA/DSP 처리 백 엔드에 유연성과 프로그래밍 기능을 구현하여 기존의 SiGe 기반 솔루션과 차별화를 꾀했다. SiGe 기반 솔루션은 제한된 수의 처프만 저장할 수 있고, 실제 프레임 중에 처프와 처프 프로필을 업데이트하려면 실시간 개입이 필요한 반면, TI의 mmWave 센서 솔루션은 프레임이 시작되기 전에 4개의 프로필을 사용하여 512개 처프를 저장할 수 있다. 이러한 기능 덕분에 TI의 mmWave 센서를 여러 구성으로 쉽게 구성하여 현장에서 유용한 데이터를 최대한 많이 추출할 수 있다. 개별 처프와 처리 백 엔드는 범위 확대, 속도 증가, 분해능 개선 또는 특정 처리 알고리듬과 같은 실시간 애플리케이션 요구 사항에 맞게 “즉석에서” 맞춤 구성할 수 있다.

TI mmWave 센서 포트폴리오는 고성능 프론트 엔드 레이더 AWR1243 센서부터 단일 칩 레이더 AWR1443 센서 및 AWR1642 센서까지 다양하게 구성된다. 설계자는 AWR mmWave 포트폴리오 제품으로 ASIL(Automotive Safety Integrity Level) B를 구현하는 ISO 26262를 비롯한 ADAS (첨단 운전자 보조 시스템) 및 자율 주행 안전 규정을 충족할 수 있다.

산업용 TI mmWave 센서 포트폴리오는 두 가지 단일 칩 장치로 구성된다. IWR1443 mmWave 센서는 레이더 신호 처리를 위한 하드웨어 액셀러레이터를 포함하고 있으며, IWR1642 mmWave 센서는 DSP를 사용하여 필요한 처리를 수행한다. DSP는 더 뛰어난 유연성을 제공하며, 추적 및 분류와 같은 다른 더 높은 수준의 알고리듬을 소프트웨어에 통합할 수 있게 지원한다. 이러한 단일 칩 디바이스는 물체의 범위, 속도 및 각도 등에 관한 매우 정확한 데이터에 간편한 액세스를 지원하여 스마트 인프라, 공장 및 건물 자동화 제품의 Industry 4.0, 자율 주행 드론 등 성능과 효율성이 요구되는 유망 애플리케이션에서 고급 감지를 지원한다.

텍사스 인스트루먼트는 다음을 포함한 산업용 및 오토모티브용 mmWave 센서 제품을 제작하는 엔지니어를 위한 완전한 개발 환경을 제공한다.

-하드웨어 평가 모듈 AWR1x 및 IWR1x mmWave 센서용

-RTOS, 드라이버, 신호 처리 라이브러리, mmWave API, mmWaveLink, 보안 기능(별도 사용)이 포함된 mmWave SDK (소프트웨어 개발 키트).

-데이터 캡처, 비주얼라이저 및 시스템 예측기가 포함된 알고리듬 개발 및 분석용 오프라인 툴 mmWave Studio.

mmWave 제품, 툴 및 소프트웨어에 대해 자세히 알아보려면 www.ti.com/mmwave를 방문하면 된다.