KR101633187B1 - 레이더의 도플러 주파수 추정 장치 및 방법 - Google Patents

레이더의 도플러 주파수 추정 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

레이더의 도플러 주파수 추정 장치 및 방법이 개시된다.
레이더의 도플러 주파수 추정 방법은 오브젝트에 의해 반사된 레이더 신호의 업데이트 시간 별 도플러 주파수를 추정하는 단계; 및 상기 레이더 신호의 업데이트 시간별 수신 전력을 기초로 상기 업데이트 시간별 도플러 주파수에 가중평균(weighted average)을 적용하여 상기 레이더 신호의 최종 도플러 주파수를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

레이더의 도플러 주파수 추정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR ESTIMATING DOPPLER FREQUENCY OF RADER}
본 발명은 레이더의 도플러 주파수 추정 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 도플러 주파수를 이용하는 레이더에서 도플러 주파수의 추정 성능을 높이는 장치 및 방법에 관한 것이다.
FMCW (Frequency Modulation Continuous Wave) 레이더는 선형적 주파수 변조 레이더 신호를 송신하고, 송신한 레이더 신호가 탐지하고자 하는 오브젝트에 반사된 신호를 수신하며, 수신한 신호와 송신한 신호 간의 도플러 주파수를 추정하여 오브젝트의 거리 및 속도를 탐지할 수 있다.
종래의 FMCW 레이더는 도플러 주파수의 추정 성능을 높이기 위하여 MUSIC이나 ESPRIT와 같은 고 정밀 알고리즘을 사용하고 있다. 종래의 FMCW 레이더가 사용하는 고정밀 알고리즘은 고유값 분해(Eigen value decomposition) 함수를 이용해서 정확한 도플러 주파수를 추정할 수 있으나, 하드웨어 비용이 비싸다는 문제점이 있다.
그러나, 고정밀 알고리즘을 사용하기 위한 하드웨어의 고비용에 의하여 차량에 탑재기 위한 FMCW 레이더와 같은 저가형 FMCW 레이더를 구현하기 힘든 실정이다.
따라서, 고비용의 하드웨어 없이도 레이더에서 도플러 주파수의 추정 성능을 높일 수 있는 방법이 요청되고 있다.
본 발명은 업데이트 시간별로 도플러 주파수를 추정하고, 업데이트 시간별로 추정한 도플러 주파수에 가중 평균을 적용함으로써, 도플러 주파수의 추정 성능을 향상시키는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더의 도플러 주파수 추정 방법은 오브젝트에 의해 반사된 레이더 신호의 업데이트 시간 별 도플러 주파수를 추정하는 단계; 및 상기 레이더 신호의 업데이트 시간별 수신 전력을 기초로 상기 업데이트 시간별 도플러 주파수에 가중평균(weighted average)을 적용하여 상기 레이더 신호의 최종 도플러 주파수를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더의 도플러 주파수 추정 방법의 시간별 도플러 주파수를 추정하는 단계는, 이산 푸리에 변환한 상기 레이더 신호를 기초로 상기 시간별 도플러 주파수의 정수부(integer part)를 추정하는 단계; 상기 정수부를 이용하여 상기 시간별 도플러 주파수의 소수부(fractional part)를 추정하는 단계; 및 상기 정수부, 상기 소수부 및 샘플링 주파수에 기초하여 상기 레이더 신호의 업데이트 시간 동안 정규화된 도플러 주파수를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더의 도플러 주파수 추정 방법의 소수부를 추정하는 단계는, 상기 정수부를 이용하여 상기 시간별 도플러 주파수의 첫 번째 소수부를 추정하는 단계; 및 첫 번째 소수부, 또는 이전 단계에서 추정한 소수부와 상기 정수부를 이용하여 상기 시간별 도플러 주파수의 두 번째 이후의 나머지 소수부를 추정하는 단계를 포함하고, 상기 나머지 소수부를 추정하는 단계는, 상기 시간별 도플러 주파수의 소수부를 모두 추정할 때까지 반복하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더의 도플러 주파수 추정 방법의 첫 번째 소수부를 추정하는 단계; 상기 정수부를 이용하여 제1 이산 푸리에 변환 계수를 정의하는 단계; 및 상기 제1 이산 푸리에 변환 계수 및 레이더 신호를 이용하여 상기 제1 소수부를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더의 도플러 주파수 추정 방법의 최종 도플러 주파수를 추정하는 단계는, 상기 레이더 신호의 수신 전력, 및 상기 시간별 도플러 주파수의 소수부에 가중평균을 적용하여 최종 도플러 주파수의 소수부를 추정하는 단계; 및 상기 최종 도플러 주파수의 소수부, 상기 최종 도플러 주파수의 정수부, 및 샘플링 주파수에 기초하여 최종 도플러 주파수를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더의 도플러 주파수 추정 방법의 최종 도플러 주파수의 소수부를 추정하는 단계는, 상기 도플러 주파수의 소수부 및 상기 수신 전력과 상기 업데이트 시간 동안 누적된 수신 전력 간의 비율을 추정하는 단계; 및 상기 비율의 누적에 따라 최종 도플러 주파수의 소수부를 추정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더의 도플러 주파수 추정 장치는 오브젝트에 의해 반사된 레이더 신호의 업데이트 시간 별 도플러 주파수를 추정하는 업데이트 시간 별 도플러 주파수를 추정부; 및 상기 레이더 신호의 업데이트 시간별 수신 전력을 기초로 상기 업데이트 시간별 도플러 주파수에 가중평균을 적용하여 상기 레이더 신호의 최종 도플러 주파수를 추정하는 최종 도플러 주파수 추정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더의 도플러 주파수 추정 장치의 업데이트 시간 별 도플러 주파수를 추정부는, 이산 푸리에 변환한 상기 레이더 신호를 기초로 상기 시간별 도플러 주파수의 정수부를 추정하는 정수부 추정부; 상기 정수부를 이용하여 상기 시간별 도플러 주파수의 소수부를 추정하는 소수부 추정부; 및 상기 정수부, 상기 소수부 및 샘플링 주파수에 기초하여 상기 레이더 신호의 업데이트 시간 동안 정규화된 도플러 주파수를 추정하는 정규화된 도플러 주파수 추정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더의 도플러 주파수 추정 장치의 소수부 추정부는, 상기 정수부를 이용하여 상기 시간별 도플러 주파수의 첫 번째 소수부를 추정하고, 첫 번째 소수부, 또는 이전 단계에서 추정한 소수부와 상기 정수부를 이용하여 상기 시간별 도플러 주파수의 두 번째 이후의 나머지 소수부를 추정하며, 상기 나머지 소수부를 추정하는 과정은 상기 시간별 도플러 주파수의 소수부를 모두 추정할 때까지 반복하여 수행될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더의 도플러 주파수 추정 장치의 소수부 추정부는, 상기 정수부를 이용하여 제1 이산 푸리에 변환 계수를 정의하고, 상기 제1 이산 푸리에 변환 계수 및 레이더 신호를 이용하여 상기 제1 소수부를 추정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더의 도플러 주파수 추정 장치의 최종 도플러 주파수 추정부는, 상기 레이더 신호의 수신 전력, 및 상기 시간별 도플러 주파수의 소수부에 가중평균을 적용하여 최종 도플러 주파수의 소수부를 추정하는 소수부 추정부; 및 상기 최종 도플러 주파수의 소수부, 상기 최종 도플러 주파수의 정수부, 및 샘플링 주파수에 기초하여 최종 도플러 주파수를 추정하는 도플러 주파수 추정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더의 도플러 주파수 추정 장치의 소수부 추정부는, 상기 도플러 주파수의 소수부 및 상기 수신 전력과 상기 업데이트 시간 동안 누적된 수신 전력 간의 비율을 추정하고, 상기 비율의 누적에 따라 최종 도플러 주파수의 소수부를 추정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 업데이트 시간별로 도플러 주파수를 추정하고, 업데이트 시간별로 추정한 도플러 주파수에 가중 평균을 적용함으로써, 도플러 주파수의 추정 성능을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 주파수 추정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 업데이트 시간별 도플러 주파수 추정부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 최종 도플러 주파수 추정부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 도플러 주파수를 추정하는 레이더 시스템의 동작 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 업데이트 시간별 도플러 주파수 추정 과정을 도시한 플로우차트이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 최종 주파수 추정 과정을 도시한 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 주파수 추정 방법은 레이더 시스템에 포함된 도플러 주파수 추정 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 시스템을 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 시스템은 송신 장치(110), 수신 장치(120), 도플러 주파수 추정 장치(130), 및 오브젝트 탐지 장치(140)를 포함할 수 있다.
송신 장치(110)는 송신 안테나를 통해 레이더 신호(101)를 송신할 수 있다. 구체적으로, 송신 장치(110)는 주파수 변조 연속 파(Frequency Modulation Continuous Wave) 방식으로 생성된 레이더 신호(101)를 송신할 수 있다.
수신 장치(120)는 수신 안테나를 통해 레이더 신호(101)가 오브젝트(102)에 의해 반사된 레이더 신호(103)를 수신할 수 있다. 이때, 수신 장치(120)는 기 설정된 업데이트 시간이 되면, 이전 업데이트 시간부터 현재 업데이트 시간까지 수신한 레이더 신호(103)를 도플러 주파수 추정 장치(130)에 업데이트할 수 있다.
예를 들어, 수신 장치(120)가 수신한 전체 레이더 신호(103)인 s(t)는 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure 112014111181046-pat00001
이때, AT는 송신장치(110)가 송신한 레이더 신호(101)의 진폭이고, M은 수신 장치(120)가 레이더 신호(103)를 도플러 주파수 추정 장치(130)에 업데이트한 회수일 수 있다. 또한, N은 수신 장치(120)가 이전 업데이트 시간부터 현재 업데이트 시간까지 수신한 레이더 신호(103)에 포함된 전송 주기(PRI: Pulse Repetition Interval)의 개수일 수 있다. 그리고, tp는 시간 정규화 인자이고, TUP는 레이더 신호(103)의 N 전송 주기가 업데이트되는 시간일 수 있다. 또한, TPRI는 1 / fPRI일 수 있다. 이때, fPRI는 전송 주기의 주파수일 수 있다.
또한, j번째 업데이트 시간 동안 수신 장치(120)가 수신한 레이더 신호 rj(t)는 도플러 시프트(Doppler shift)에 따라 수학식 2와 같이 정리될 수 있다.
Figure 112014111181046-pat00002
이때, sj(t)는 N개의 전송 주기를 포함하는 레이더 신호(103)이고, aj는 복소 진폭이며, fd,j는도플러 주파수일 수 있다. 또한,
Figure 112014111181046-pat00003
는 지연 시간이고,
Figure 112014111181046-pat00004
는 j 번째 업데이트 시간 동안 이동한 오브젝트에 의하여 영향을 받은 초기 위상일 수 있다. 그리고, W(t)는 분산 o2을 가진 복소 백색 부가 가우시안 잡음(AWGN: additive white Gaussian noise)일 수 있다.
또한, 레이더 신호(103)가 fs=1/Ts의 비율로 샘플링된 경우, 수신 장치(120)가 수신한 레이더 신호(103)의 N개의 샘플 r(nTs), n=0,...,(N-1)들은 도플러 주파수의 사인 성분으로 변환될 수 있다. 이때, Ts= TPRI일 수 있다. 또한, 샘플 rj는 수학식 3으로 나타낼 수 있다.
Figure 112014111181046-pat00005
이때, fdn,j는 j 번째 업데이트 동안 정규화된 도플러 주파수이고, W[n]은 t=nTs인 경우, ω(t)의 샘플링 된 값일 수 있다. 또한, 기저 대역 신호는 S(t)의 피크 포인트에서 샘플링 되는 것으로 가정될 수 있다. 그리고, j번째 업데이트 동안 fdn,j = fd,j / fs = v/N인 경우, 정규화 도플러 주파수 fdn,j는 도플러 주파수 fdn로 정의될 수 있다. 이때, N은 샘플의 개수이고, v는 실수일 수 있다. 또한, 실수 v는 정수부인 kpj과 j 번째 업데이트 시간의 소수부인 δ로구성될 수 있다.
도플러 주파수 추정 장치(130)는 수신 장치(120)가 수신한 레이더 신호(103)의 도플러 주파수를 추정할 수 있다. 이때, 도플러 주파수 추정 장치(130)는 업데이트 시간 별로 레이더 신호(103)의 도플러 주파수를 추정하고, 업데이트 시간별 도플러 주파수에 가중 평균을 적용하여 레이더 신호의 최종 도플러 주파수를 추정할 수 있다.
도플러 주파수 추정 장치(130)의 구체적인 구성 및 동작은 이하 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
오브젝트 탐지 장치(140)는 도플러 주파수 추정 장치(130)가 추정한 레이더 신호(103)의 최종 도플러 주파수를 이용하여 오브젝트(102)의 방향 및 속도를 탐지할 수 있다.
레이더 시스템(100)은 수신한 레이더 신호(103)의 신호 대 잡음비(SNR: signal to noise ratio)에 따라 업데이트 시간별 도플러 주파수에 가중 평균을 적용함으로써, 도플러 주파수의 추정 성능을 향상시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 주파수 추정 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 도플러 주파수 추정 장치(130)는 업데이트 시간별 도플러 주파수 추정부(210), 및 최종 도플러 주파수 추정부(220)를 포함할 수 있다.
업데이트 시간별 도플러 주파수 추정부(210)는 오브젝트에 의해 반사된 레이더 신호의 업데이트 시간 별 도플러 주파수를 추정할 수 있다. 이때, 업데이트 시간별 도플러 주파수 추정부(210)는 반복 주파수 추정(IFE: Iterative Frequency Estimation)를 수행하여 업데이트 시간 별 도플러 주파수를 추정할 수 있다. 업데이트 시간별 도플러 주파수 추정부(210)의 구체적인 구성 및 동작은 도 3을 참조로 상세히 설명한다.
최종 도플러 주파수 추정부(220)는 레이더 신호의 업데이트 시간별 수신 전력을 기초로 업데이트 시간별 도플러 주파수 추정부(210)가 추정한 업데이트 시간별 도플러 주파수에 가중평균(weighted average)을 적용하여 레이더 신호의 최종 도플러 주파수를 추정할 수 있다. 레이더 신호의 신호 대 잡음비가 낮은 경우, 레이더 신호가 확산되므로, 도플러 주파수를 추정하기 어려울 수 있다. 따라서, 최종 도플러 주파수 추정부(220)는 시간 다이버시티(time diversity)를 고려하여 레이더 신호의 최종 도플러 주파수를 추정할 수 있다.
최종 도플러 주파수 추정부(220)의 구체적인 구성 및 동작은 도 4를 참조로 상세히 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 업데이트 시간별 도플러 주파수 추정부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 업데이트 시간별 도플러 주파수 추정부(210)는 정수부 추정부(310), 소수부 추정부(320), 및 정규화된 도플러 주파수 추정부(330)를 포함할 수 있다.
정수부 추정부(310)는 수신 장치(120)가 수신한 레이더 신호를 기초로 업데이트 시간별 도플러 주파수의 정수부(integer part)를 추정할 수 있다.
이산 푸리에 변환(DFT: discrete Fourier transform)의 최대 진폭 계수에 대응하는 주파수는 최대우도 추정법(MLE: Maximum Likelihood Estimation)에서 추정한 주파수의 근사치로 선택될 수 있다. 그리고, 레이더 신호의 주파수는 업데이트 시간에 포함된 전송 주기와 샘플링 주파수 및 업데이트 시간별 도플러 주파수의 정수부로 추정될 수 있다. 예를 들어, 정수부 추정부(310)는 수학식 4를 이용하여 레이더 신호의 주파수
Figure 112014111181046-pat00006
를 추정할 수 있다.
Figure 112014111181046-pat00007
이때, N은 업데이트 시간 j에 포함되는 전송 주기이고, fs는 레이더 신호를 1/Ts비율로 샘플링한 샘플링 주파수일 수 있다. 그리고, kmax,j는 업데이트 시간별 도플러 주파수의 정수부일 수 있다. 또한, 정수부 추정부(310)는 수학식 5를 이용하여 업데이트 시간별 도플러 주파수의 정수부를 계산할 수 있다.
Figure 112014111181046-pat00008
이때, yj[k]는 수신 장치(120)가 수신한 레이더 신호 rj[t]를 이산 푸리에 변환한 값일 수 있다. 예를 들어, yj[k]와 rj[t]를 수학식 6과 같이 정의할 수 있다.
Figure 112014111181046-pat00009
이때, yj는 DFT (rj)일 수 있다. 또한, DFT (N)은 DFT 연산자의 N 포인트 복소수일 수 있다.
즉, 정수부 추정부(310)는 수신 장치(120)가 수신한 레이더 신호를 이산 푸리에 변환하여 yj[k]를 추정하고, yj[k]를 이용하여 업데이트 시간별 도플러 주파수의 정수부인 kmax,j를 추정할 수 있다.
소수부 추정부(320)는 정수부 추정부(310)가 추정한 업데이트 시간별 도플러 주파수의 정수부를 이용하여 업데이트 시간별 도플러 주파수의 소수부(fractional part)를 추정할 수 있다.
이때, 소수부 추정부(320)는 업데이트 시간별 도플러 주파수의 정수부를 이용하여 업데이트 시간별 도플러 주파수의 첫 번째 소수부를 추정할 수 있다. 그리고, 소수부 추정부(320)는 첫 번째 소수부, 또는 이전 단계에서 추정한 소수부와 정수부를 이용하여 업데이트 시간별 도플러 주파수의 두 번째 이후의 나머지 소수부를 순차적으로 추정할 수 있다.
먼저, 소수부 추정부(320)는 첫 번째 반복 계산법에 따라 레이더 신호의 주기도표(period gram)의 값을 이용하여 j번째 업데이트 시간별 도플러 주파수의 첫 번째 소수부 δj,1를 추정할 수 있다.
구체적으로, 소수부 추정부(320)는 업데이트 시간별 도플러 주파수의 정수부를 이용하여 제1 이산 푸리에 변환 계수를 정의하고, 제1 이산 푸리에 변환 계수 및 레이더 신호를 이용하여 업데이트 시간별 도플러 주파수의 첫 번째 소수부를 추정할 수 있다.
예를 들어, 소수부 추정부(320)는 수학식 7을 이용하여 첫 번째 소수부를 추정하기 위하여 수정한 제1 수정 DFT 계수 Xp를 정의할 수 있다.
Figure 112014111181046-pat00010
그리고, 소수부 추정부(320)는 수학식 7과 같이 제1 수정 DFT 계수 Xp 에서 수신 장치(120)가 수신한 레이더 신호를 결합할 수 있다. 이때, 수신 장치(120)가 수신한 레이더 신호는 정현파 성분을 포함할 수 있다. 또한, 소수부 추정부(320)는 무소음 상태의 케이스에 필요한 작업을 수행할 수 있다. 예를 들어, 소수부 추정부(320)는 수학식 8을 이용하여 무소음 상태의 케이스에 필요한 작업의 수율(yield)을 추정할 수 있다.
Figure 112014111181046-pat00011
이때, 반복되는 숫자인 q를 1로 설정하면, 소수부 추정부(320)는 j번째 업데이트 시간별 도플러 주파수의 첫 번째 소수부
Figure 112014111181046-pat00012
를 추정할 수 있다.
다음으로, 소수부 추정부(320)는 첫 번째 소수부, 또는 이전 단계에서 추정한 소수부와 정수부를 이용하여 업데이트 시간별 도플러 주파수의 두 번째 이후의 나머지 소수부를 추정할 수 있다. 그리고, 소수부 추정부(320)는 시간별 도플러 주파수의 소수부를 모두 추정할 때까지 상기 과정을 반복하여 수행할 수 있다.
예를 들어, 소수부 추정부(320)는 업데이트 시간별 도플러 주파수의 첫 번째 소수부와 정수부 추정부(310)가 추정한 정수부에 두 번째 반복 계산법(second iterative scheme)을 이용하여 시간별 도플러 주파수의 두 번째 소수부를 추정할 수 있다. 이때, 소수부 추정부(320)는 q를 2로 설정하고, 수학식 9를 이용하여 나머지 소수부를 추정하기 위하여 수정한 제2 수정 DFT 계수 Xp를 정의할 수 있다.
Figure 112014111181046-pat00013
또한, 소수부 추정부(320)는 수학식 10을 이용하여 j번째 업데이트 시간별 도플러 주파수의 두 번째 소수부
Figure 112014111181046-pat00014
를 추정할 수 있다.
Figure 112014111181046-pat00015
그리고, 소수부 추정부(320)는
Figure 112014111181046-pat00016
의 q를 3 내지 j번째 업데이트 시간별 도플러 주파수의 마지막 소수부의 값까지 순차적으로 증가하며, 이전 단계에서 추정한 소수부와 정수부를 이용하여 업데이트 시간별 도플러 주파수의 현재 단계 소수부를 추정할 수 있다.
예를 들어, 소수부 추정부(320)는 수학식 8과 수학식 9에서
Figure 112014111181046-pat00017
를
Figure 112014111181046-pat00018
로 교체하고,
Figure 112014111181046-pat00019
를
Figure 112014111181046-pat00020
으로 교체하여 j번째 업데이트 시간별 도플러 주파수의 세 번째 소수부를 추정할 수 있다.
정규화된 도플러 주파수 추정부(330)는 정수부 추정부(310)가 추정한 정수부와 소수부 추정부(320)가 추정한 소수부 및 샘플링 주파수에 기초하여 레이더 신호의 업데이트 시간 동안 정규화된 도플러 주파수를 추정할 수 있다. 예를 들어, 정규화된 도플러 주파수 추정부(330)는 수학식 11을 이용하여 j 번째 업데이트 시간 동안 정규화된 도플러 주파수를 추정할 수 있다.
Figure 112014111181046-pat00021
이때,
Figure 112014111181046-pat00022
는 j 번째 업데이트 동안의 도플러 주파수의 소수부일 수 있다. 또한,
Figure 112014111181046-pat00023
이고, q = 2일 수 있다. 즉, 정규화된 도플러 주파수 추정부(330)는 수학식 9에서 추정한
Figure 112014111181046-pat00024
를 이용하여 도플러 주파수의 소수부
Figure 112014111181046-pat00025
를 획득할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 최종 도플러 주파수 추정부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 최종 도플러 주파수 추정부(220)는 수신 전력 추정부(410), 소수부 추정부(420) 및 도플러 주파수 추정부(430)를 포함할 수 있다.
수신 전력 추정부(410)는 업데이트 시간 별로 수신 장치(120)가 수신한 레이더 신호의 수신 전력을 추정할 수 있다. 예를 들어, 수신 전력 추정부(410)는 수학식 12를 사용하여 j 번째 업데이트 시간 동안 수신된 레이더 신호의 수신 전력
Figure 112014111181046-pat00026
을 추정할 수 있다. 이때, 수신 전력은 수신한 레이더 신호의 복소 진폭의 파워일 수 있다.
Figure 112014111181046-pat00027
소수부 추정부(420)는 수신 전력 추정부(410)가 추정한 레이더 신호의 수신 전력, 및 소수부(320)가 추정한 시간별 도플러 주파수의 소수부에 가중평균을 적용하여 최종 도플러 주파수의 소수부를 추정할 수 있다.
구체적으로, 소수부 추정부(420)는 도플러 주파수의 소수부 및 상기 수신 전력과 상기 업데이트 시간 동안 누적된 수신 전력 간의 비율을 추정하고, 상기 비율의 누적에 따라 최종 도플러 주파수의 소수부를 추정할 수 있다. 예를 들어, 소수부 추정부(420)는 수학식 13을 이용하여 최종 도플러 주파수의 소수부인
Figure 112014111181046-pat00028
를 추정할 수 있다.
Figure 112014111181046-pat00029
도플러 주파수 추정부(430)는 소수부 추정부(420)가 추정한 최종 도플러 주파수의 소수부, 최종 도플러 주파수의 정수부, 및 샘플링 주파수에 기초하여 최종 도플러 주파수를 추정할 수 있다. 예를 들어, 도플러 주파수 추정부(430)는 수학식 14를 이용하여 최종 도플러 주파수인
Figure 112014111181046-pat00030
를 추정할 수 있다.
Figure 112014111181046-pat00031
이때, kmax는 최종 도플러 주파수의 정수부이며, kmax=kmax,j일 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따라 도플러 주파수를 추정하는 레이더 시스템의 동작 방법을 도시한 플로우차트이다.
단계(510)에서 송신 장치(110)는 송신 안테나를 통해 레이더 신호(101)를 송신할 수 있다.
단계(520)에서 수신 장치(120)는 수신 안테나를 통해 단계(510)에서 송신한 레이더 신호(101)가 오브젝트(102)에 의해 반사된 레이더 신호(103)를 수신할 수 있다. 이때, 수신 장치(120)는 기 설정된 업데이트 시간이 되면, 이전 업데이트 시간부터 현재 업데이트 시간까지 수신한 레이더 신호(103)를 도플러 주파수 추정 장치(130)에 업데이트할 수 있다.
단계(530)에서 업데이트 시간별 도플러 주파수 추정부(210)는 단계(520)에서 수신한 레이더 신호의 업데이트 시간 별로 도플러 주파수를 추정할 수 있다. 이때, 업데이트 시간별 도플러 주파수 추정부(210)는 반복 주파수 추정(IFE)를 수행하여 업데이트 시간 별 도플러 주파수를 추정할 수 있다.
단계(540)에서 최종 도플러 주파수 추정부(220)는 단계(530)에서 추정한 레이더 신호의 업데이트 시간별 수신 전력을 기초로 업데이트 시간별 도플러 주파수 추정부(210)가 추정한 업데이트 시간별 도플러 주파수에 가중평균을 적용하여 레이더 신호의 최종 도플러 주파수를 추정할 수 있다.
단계(550)에서 오브젝트 탐지 장치(140)는 단계(540)에서 추정한 레이더 신호(103)의 최종 도플러 주파수를 이용하여 오브젝트(102)의 방향 및 속도를 탐지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 업데이트 시간별 도플러 주파수 추정 과정을 도시한 플로우차트이다. 이때, 도 6에 도시된 단계(610) 내지 단계(660)은 도 5의 단계(530)에 포함될 수 있다.
단계(610)에서 정수부 추정부(310)는 단계(520)에서 수신한 레이더 신호를 기초로 업데이트 시간별 도플러 주파수의 정수부를 추정할 수 있다.
이때, 정수부 추정부(310)는 수신 장치(120)가 수신한 레이더 신호를 이산 푸리에 변환하여 yj[k]를 추정하고, yj[k]를 이용하여 업데이트 시간별 도플러 주파수의 정수부인 kmax,j를 추정할 수 있다.
단계(620)에서 소수부 추정부(320)는 단계(610)에서 추정한 업데이트 시간별 도플러 주파수의 정수부를 이용하여 업데이트 시간별 도플러 주파수의 첫 번째 소수부를 추정할 수 있다.
단계(630)에서 소수부 추정부(320)는 단계(620)에서 추정한 첫 번째 소수부, 단계(610)에서 추정한 정수부를 이용하여 업데이트 시간별 도플러 주파수의 두 번째 소수부를 추정할 수 있다.
단계(630)에서 소수부 추정부(320)는 업데이트 시간별 도플러 주파수의 모든 소수부를 추정하였는지 여부를 확인할 수 있다. 업데이트 시간별 도플러 주파수의 소수부 중에서 추정하지 않은 소수부가 있는 경우, 소수부 추정부(320)는 단계(650)를 수행할 수 있다. 또한, 단계(630), 또는 단계(650)에서 업데이트 시간별 도플러 주파수의 모든 소수부가 추정된 경우, 소수부 추정부(320)는 단계(660)를 수행할 수 있다.
단계(650)에서 소수부 추정부(320)는 단계(630), 또는 이전에 수행된 단계(650)에서 추정한 소수부와 정수부를 이용하여 업데이트 시간별 도플러 주파수의 현재 단계의 소수부를 추정할 수 있다.
단계(660)에서 정규화된 도플러 주파수 추정부(330)는 단계(610)에서 추정한 정수부와 단계(630), 또는 단계(650)에서 추정한 소수부 및 샘플링 주파수에 기초하여 레이더 신호의 업데이트 시간 동안 정규화된 도플러 주파수를 추정할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 최종 주파수 추정 과정을 도시한 플로우차트이다. 이때, 도 7에 도시된 단계(710) 내지 단계(730)은 도 5의 단계(540)에 포함될 수 있다.
단계(710)에서 수신 전력 추정부(410)는 업데이트 시간 별로 수신 장치(120)가 수신한 레이더 신호의 수신 전력을 추정할 수 있다.
단계(720)에서 소수부 추정부(420)는 단계(720)에서 추정한 레이더 신호의 수신 전력, 및 단계(530)에서 추정한 시간별 도플러 주파수의 소수부에 가중평균을 적용하여 최종 도플러 주파수의 소수부를 추정할 수 있다. 구체적으로, 소수부 추정부(420)는 도플러 주파수의 소수부 및 상기 수신 전력과 상기 업데이트 시간 동안 누적된 수신 전력 간의 비율을 추정하고, 상기 비율의 누적에 따라 최종 도플러 주파수의 소수부를 추정할 수 있다.
단계(730)에서 도플러 주파수 추정부(430)는 단계(720)에서 추정한 최종 도플러 주파수의 소수부, 최종 도플러 주파수의 정수부, 및 샘플링 주파수에 기초하여 최종 도플러 주파수를 추정할 수 있다.
본 발명은 업데이트 시간별로 도플러 주파수를 추정하고, 업데이트 시간별로 추정한 도플러 주파수에 가중 평균을 적용함으로써, 도플러 주파수의 추정 성능을 향상시킬 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 송신 장치
120: 수신 장치
130: 도플러 주파수 추정 장치
310: 정수부 추정부
320: 소수부 추정부

Claims (12)

  1. 오브젝트에 의해 반사된 레이더 신호의 업데이트 시간 별 도플러 주파수를 추정하는 단계; 및
    상기 레이더 신호의 업데이트 시간별 수신 전력을 기초로 상기 업데이트 시간별 도플러 주파수에 가중평균(weighted average)을 적용하여 상기 레이더 신호의 최종 도플러 주파수를 추정하는 단계
    를 포함하는 레이더의 도플러 주파수 추정 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 시간별 도플러 주파수를 추정하는 단계는,
    이산 푸리에 변환한 상기 레이더 신호를 기초로 상기 시간별 도플러 주파수의 정수부(integer part)를 추정하는 단계;
    상기 정수부를 이용하여 상기 시간별 도플러 주파수의 소수부(fractional part)를 추정하는 단계; 및
    상기 정수부, 상기 소수부 및 샘플링 주파수에 기초하여 상기 레이더 신호의 업데이트 시간 동안 정규화된 도플러 주파수를 추정하는 단계
    를 포함하는 레이더의 도플러 주파수 추정 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 소수부를 추정하는 단계는,
    상기 정수부를 이용하여 상기 시간별 도플러 주파수의 첫 번째 소수부를 추정하는 단계; 및
    첫 번째 소수부, 또는 이전 단계에서 추정한 소수부와 상기 정수부를 이용하여 상기 시간별 도플러 주파수의 두 번째 이후의 나머지 소수부를 추정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 나머지 소수부를 추정하는 단계는,
    상기 시간별 도플러 주파수의 소수부를 모두 추정할 때까지 반복하여 수행되는 레이더의 도플러 주파수 추정 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 첫 번째 소수부를 추정하는 단계;
    상기 정수부를 이용하여 제1 이산 푸리에 변환 계수를 정의하는 단계; 및
    상기 제1 이산 푸리에 변환 계수 및 레이더 신호를 이용하여 상기 제1 소수부를 추정하는 단계
    를 포함하는 레이더의 도플러 주파수 추정 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 최종 도플러 주파수를 추정하는 단계는,
    상기 도플러 주파수의 소수부와 상기 수신 전력의 곱을 계산하는 단계;
    상기 곱과 상기 업데이트 시간 동안 누적된 수신 전력 간의 비율을 추정하는 단계;
    상기 비율의 누적에 따라 최종 도플러 주파수의 소수부를 추정하는 단계; 및
    상기 최종 도플러 주파수의 소수부, 상기 최종 도플러 주파수의 정수부, 및 샘플링 주파수에 기초하여 최종 도플러 주파수를 추정하는 단계
    를 포함하는 레이더의 도플러 주파수 추정 방법.
  6. 삭제
  7. 오브젝트에 의해 반사된 레이더 신호의 업데이트 시간 별 도플러 주파수를 추정하는 업데이트 시간 별 도플러 주파수를 추정부; 및
    상기 레이더 신호의 업데이트 시간별 수신 전력을 기초로 상기 업데이트 시간별 도플러 주파수에 가중평균(weighted average)을 적용하여 상기 레이더 신호의 최종 도플러 주파수를 추정하는 최종 도플러 주파수 추정부
    를 포함하는 레이더의 도플러 주파수 추정 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 업데이트 시간 별 도플러 주파수를 추정부는,
    이산 푸리에 변환한 상기 레이더 신호를 기초로 상기 시간별 도플러 주파수의 정수부(integer part)를 추정하는 정수부 추정부;
    상기 정수부를 이용하여 상기 시간별 도플러 주파수의 소수부(fractional part)를 추정하는 소수부 추정부; 및
    상기 정수부, 상기 소수부 및 샘플링 주파수에 기초하여 상기 레이더 신호의 업데이트 시간 동안 정규화된 도플러 주파수를 추정하는 정규화된 도플러 주파수 추정부
    를 포함하는 레이더의 도플러 주파수 추정 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 소수부 추정부는,
    상기 정수부를 이용하여 상기 시간별 도플러 주파수의 첫 번째 소수부를 추정하고, 첫 번째 소수부, 또는 이전 단계에서 추정한 소수부와 상기 정수부를 이용하여 상기 시간별 도플러 주파수의 두 번째 이후의 나머지 소수부를 추정하며, 상기 나머지 소수부를 추정하는 과정은 상기 시간별 도플러 주파수의 소수부를 모두 추정할 때까지 반복하여 수행되는 레이더의 도플러 주파수 추정 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 소수부 추정부는,
    상기 정수부를 이용하여 제1 이산 푸리에 변환 계수를 정의하고, 상기 제1 이산 푸리에 변환 계수 및 레이더 신호를 이용하여 상기 제1 소수부를 추정하는 레이더의 도플러 주파수 추정 장치.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 최종 도플러 주파수 추정부는,
    상기 도플러 주파수의 소수부와 상기 수신 전력의 곱을 계산하고, 상기 곱과 상기 업데이트 시간 동안 누적된 수신 전력 간의 비율을 추정하며, 상기 비율의 누적에 따라 최종 도플러 주파수의 소수부를 추정하는 소수부 추정부; 및
    상기 최종 도플러 주파수의 소수부, 상기 최종 도플러 주파수의 정수부, 및 샘플링 주파수에 기초하여 최종 도플러 주파수를 추정하는 도플러 주파수 추정부
    를 포함하는 레이더의 도플러 주파수 추정 장치.
  12. 삭제
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