KR101645123B1 - 고해상도 거리 속도 탐지 방법 및 고해상도 거리 속도 탐지 장치 - Google Patents

고해상도 거리 속도 탐지 방법 및 고해상도 거리 속도 탐지 장치 Download PDF

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Abstract

고해상도 거리 속도 탐지 방법 및 고해상도 거리 속도 탐지 장치가 개시된다. 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 거리 속도 탐지 방법은, 제1 파형의 발생에 따라 타겟에 의해 반사된 제1 신호를 수신하는 단계와, 상기 제1 파형과 상이한 제2 파형의 발생에 따라 상기 타겟에 의해 반사된 제2 신호를 수신하는 단계, 및 상기 제1 신호와 상기 제2 신호에 대해 푸리에 변환을 수행한 각각의 결과값을 이용하여, 상기 타겟과 연관된 전력 분포를 생성하는 단계를 포함한다.

Description

고해상도 거리 속도 탐지 방법 및 고해상도 거리 속도 탐지 장치{METHOD AND APPARATUS FOR DETECTING DISTANCE AND SPEED OF TARGET IN HIGH-RESOLUTION}
본 발명은 이동하는 타겟의 거리 및 속도를 높은 해상도로 탐지하기 위한 고해상도 거리 속도 탐지 방법 및 고해상도 거리 속도 탐지 장치에 관한 것이다.
FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 레이더는 선형적 주파수 변조 신호를 송신한 후 타겟으로부터 반사되어 수신된 신호와 주파수 차이를 통해 타겟의 거리 및 속도를 탐지할 수 있다.
이때, FMCW 레이더는 수신 비트 주파수를 나타내는 거리 비트 주파수와 도플러 주파수의 조합(비트 주파수 = 거리 비트 주파수 + 도플러 주파수)을, 수학적으로 풀어 냄으로써 타겟의 거리와 속도를 동시에 탐지할 수 있다.
도 1은 종래의 일실시예에 따른 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 레이더를 도시한 개념도이다.
도 1을 참조하면, FMCW 레이더는 비교적 빠른 전송주기를 가지는 램프(ramp)를 전송한 후, 2번의 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, 이하에서는 FFT라고 지칭함)을 통해 거리 및 속도를 탐지할 수 있다.
여기서, 전체 N번의 램프 구간은 이동 타겟의 움직임을 무시해도 될 만큼 매우 짧은 시간이므로 이 구간 동안의 비트 주파수 변화는 무시해도 무방하다. 또한, 램프의 주기가 매우 짧아 상대적으로 거리 비트 주파수가 매우 높게 나타나므로(FMCW 레이더에서는 거리-비트 주파수가 램프에 반비례할 수 있다.), 수신 비트 주파수에서 도플러 천이는 거의 무시될 수 있다.
이러한 원리를 이용하여, FMCW 레이더는 수신단 각 램프의 비트 신호에 대한 각각의 FFT를 통해 거리 정보를 얻고, 각 램프 별로 저장된 FFT의 결과값에, 다시 두 번째 FFT를 수행하여 속도 정보를 획득할 수 있다. 즉, FMCW 레이더는 두 번째 FFT를 통해 각 램프의 동일한 거리에서 탐지된 타겟의 위상 변화를 획득 함으로써 속도 정보를 얻을 수 있다.
그 다음으로, FMCW 레이더는 ABS 함수를 통해 두 번의 FFT 결과값에 대한 크기(절대값)를 X(m,k)와 같이 구하여 거리-속도 맵을 생성할 수 있다. 여기서 R(m,n)은 첫 번째 FFT의 결과값으로서, m번째 거리 인덱스의 n번째 램프 데이터를 의미할 수 있다. 상기 m은 첫 번째 FFT에 의한 거리 주파수 인덱스를 나타낼 수 있으며, 1 내지 M 범위의 값을 가질 수 있다. 상기 n은 램프 인덱스를 나타낼 수 있으며, 1 내지 N 범위의 값을 가질 수 있다. 또한, 상기 k는 도플러 주파수 인덱스를 나타낼 수 있으며, 1 내지 K 범위의 값을 가질 수 있다.
도 2는 종래의 FMCW 레이더에 의해 발생되는 송신 파형의 일례를 도시한 도면이다.
도 2에는, 톱니파 형태의 FMCW 송신 파형이 도시되어 있다. 참고로, B는 대역폭, T는 변조 주기, Nramp는 램프 개수, fs는 ADC 샘플링 주파수, Ns는 램프 하나에 샘플링된 데이터의 개수를 나타내고 있다.
종래의 FMCW 레이더에서 2번의 FFT를 통해 타겟의 거리 및 속도를 탐지 시, 거리 및 속도의 탐지 성능과 레이더 파라미터 간의 상관 관계는 이하와 같이 설명할 수 있다.
Figure 112015005810116-pat00001
수학식 (1)에서 fr , max는 최고 비트 주파수로서, FMCW 레이더의 최대 탐지 거리를 나타내며, c는 빛의 속도를 나타낸다.
Figure 112015005810116-pat00002
수학식 (2)에서 fs는 ADC 샘플링 주파수로서, 나이퀴스트(Nyquist) 샘플링 이론에 따라 최소 2이상의 값일 수 있다.
Figure 112015005810116-pat00003
수학식 (3)에서 △R은 거리 해상도를 나타낼 수 있다.
Figure 112015005810116-pat00004
수학식 (4)에서 Ns는 한 램프당 샘플링 데이터 개수로서, 수학식 (1)과 수학식 (2)를 적용하여 전개될 수 있다. 이러한 수학식 (4)에 의해, 탐지하려는 최대 거리가 클수록, 높은 거리 해상도를 탐지하려 할수록(즉, 대역폭(B)가 넓을수록), Ns가 증가하는 것을 알 수 있다.
Figure 112015005810116-pat00005
수학식 (5)에서 Vmax는 최대 탐지 속도이며, 이때, 최대 탐지 도플러는 fD.max=1/2T와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015005810116-pat00006
수학식 (6)에서 △V는 속도 해상도이며, 이때 도플러 해상도는 △fD=(1/T)/Nramp와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015005810116-pat00007
수학식 (7)에서 Nramp는 필요한 램프 개수이며, Nramp는 수학식 (5)와 수학식 (6)을 통해 구해질 수 있다. 이러한 수학식 (7)에 의해, 탐지하려는 최대 속도가 높을수록(즉, 변조 주기(T)가 짧을수록), 높은 속도 해상도를 탐지하려 할수록, Nramp가 증가하는 것을 알 수 있다.
정리하면, FMCW 레이더에서 높은 해상도의 거리를 탐지하려는 경우, 낮은 △R가 요구되어 대역폭(B)을 높여야 하므로 Ns가 증가할 수 있다. 또한, FMCW 레이더에서 높은 해상도의 속도를 탐지하려는 경우, 낮은 △fD가 요구되므로 Nramp가 증가할 수 있다. 또한, FMCW 레이더에서 보다 먼 거리를 탐지하려는 경우, 높은 fr , max가 요구되므로 Ns가 증가할 수 있다. 또한, FMCW 레이더에서 보다 높은 속도를 탐지하려는 경우, 높은 fD . max가 요구되어 변조 주기(T)를 줄여야 하므로 Nramp가 증가할 수 있다.
다시 말해, FMCW 레이더에서 높은 해상도의 거리를 탐지하기 위해서는, 넓은 대역폭이 요구되고 이로 인해 샘플 개수가 증가할 수 있다. 또한, FMCW 레이더에서, 높은 해상도의 속도를 탐지하기 위해서는 상대적으로 많은 램프를 전송해야 하며, 또한 탐지 속도의 범위를 넓이기 위해서는 램프의 변조 주기(T)를 좁게 해야 하며, 이로 인해 샘플 개수가 더욱 증가할 수 있다. 이러한 샘플 개수는 보다 먼 거리를 탐지하려고 할 때 더욱 증가할 수 있다.
이와 같이, 종래의 FMCW 레이더는, 높은 해상도의 거리와 속도를 탐지하기 위해 좁은 변조 주기(T)와 넓은 대역폭(B)에 걸쳐 상대적으로 많은 램프를 전송해야 하므로, 계산량이 많아져 메모리 소모가 크고, 송신 파형을 생성하기 어려우며, 또한 높은 ADC 샘플링 주파수로 인해 하드웨어에 부담을 주는 문제점을 가질 수 있다.
본 발명의 실시예는 이동하는 타겟을 탐지하기 위해 발생하는 송신 파형을, 상기 송신 파형과 대역폭, 변조 주기 및 램프 개수 중 적어도 하나가 상이한 서로 다른 제1 파형과 제2 파형으로 나누어 발생하고, 각 파형의 발생에 따라 상기 타겟에 의해 반사되어 수신된 신호들에 대해 푸리에 변환을 수행하여, 각 결과값으로부터 추출한 속도 데이터와 거리 데이터를 조합 함으로써, 상기 타겟의 거리 및 속도를 고해상도로 탐지하는 한편, 계산량과 메모리 소모를 줄이는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 상기 송신 파형에 대한 변조 기울기를 선정된 감소 계수 배 만큼 작게 상기 송신 파형을 변형한 제1 파형 및 상기 제1 파형과 상이한 제2 파형의 발생을 통해, 상기 타겟의 거리 및 속도를 고해상도로 탐지하면서도, 변조 기울기가 상기 감소 계수 배 만큼 작아짐에 따라 보다 쉽게 송신 파형을 생성할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 실시예는 상기 송신 파형에 비해 선정된 감소 계수 배 낮은 ADC 샘플링 주파수를 이용하여 상기 제1 파형과 상기 제2 파형을 발생 함으로써, 하드웨어에 주는 부담을 줄이는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 거리 속도 탐지 방법은, 제1 파형의 발생에 따라 타겟에 의해 반사된 제1 신호를 수신하는 단계와, 상기 제1 파형과 상이한 제2 파형의 발생에 따라 상기 타겟에 의해 반사된 제2 신호를 수신하는 단계, 및 상기 제1 신호와 상기 제2 신호에 대해 푸리에 변환을 수행한 각각의 결과값을 이용하여, 상기 타겟과 연관된 전력 분포를 생성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 거리 속도 탐지 장치는, 제1 파형 및 상기 제1 파형과 상이한 제2 파형을 발생하는 발생부와, 상기 제1 파형의 발생에 따라 타겟에 의해 반사된 제1 신호 및 상기 제2 파형의 발생에 따라 상기 타겟에 의해 반사된 제2 신호를 수신하는 수신부, 및 상기 제1 신호와 상기 제2 신호에 대해 푸리에 변환을 수행한 각각의 결과값을 이용하여, 상기 타겟과 연관된 전력 분포를 생성하는 처리부를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 이동하는 타겟을 탐지하기 위해 발생하는 송신 파형을, 상기 송신 파형과 대역폭, 변조 주기 및 램프 개수 중 적어도 하나가 상이한 서로 다른 제1 파형과 제2 파형으로 나누어 발생하고, 각 파형의 발생에 따라 상기 타겟에 의해 반사되어 수신된 신호들에 대해 푸리에 변환을 수행하여, 각 결과값으로부터 추출한 속도 데이터와 거리 데이터를 조합 함으로써, 상기 타겟의 거리 및 속도를 고해상도로 탐지하는 한편, 계산량과 메모리 소모를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 송신 파형에 대한 변조 기울기를 선정된 감소 계수 배 만큼 작게 상기 송신 파형을 변형한 제1 파형 및 상기 제1 파형과 상이한 제2 파형의 발생을 통해, 상기 타겟의 거리 및 속도를 고해상도로 탐지하면서도, 변조 기울기가 상기 감소 계수 배 만큼 작아짐에 따라 보다 쉽게 송신 파형을 생성할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 송신 파형에 비해 선정된 감소 계수 배 낮은 ADC 샘플링 주파수를 이용하여 상기 제1 파형과 상기 제2 파형을 발생 함으로써, 하드웨어에 주는 부담을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 이동하는 타겟의 거리 및 속도를 높은 해상도로 탐지 시, 상대적으로 낮은 계산량과, 적은 메모리 소모 및 낮은 ADC 샘플링 주파수로 하드웨어 부담을 감소시킬 수 있어, 보안 시스템, 자동차, 로봇, 조선 등 다양한 민군수용에 활용될 수 있다.
도 1은 종래의 일실시예에 따른 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 레이더를 도시한 개념도이다.
도 2는 종래의 FMCW 레이더에 의해 발생되는 송신 파형의 일례를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 거리 속도 탐지 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 거리 속도 탐지 장치에서 발생하는 제1 파형과 제2 파형의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 종래의 일실시예에 따른 FMCW 레이더를 이용하여 생성되는 타겟의 거리 및 속도에 관한 전력 분포의 일례를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 거리 속도 탐지 장치에서, 제1 파형의 발생에 따라 수신된 제1 신호에 대한 2단계 푸리에 변환 결과값으로부터 추출되는 속도 방향의 전력 분포의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 거리 속도 탐지 장치에서, 제2 파형의 발생에 따라 수신된 제1 신호에 대한 2단계 푸리에 변환 결과값으로부터 추출되는 속도 방향의 전력 분포의 일례를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 거리 속도 탐지 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 응용프로그램 업데이트 장치 및 방법에 대해 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 거리 속도 탐지 장치는, 일례로 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 레이더에 의해 구현 가능하다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 거리 속도 탐지 장치의 내부 구성을 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 고해상도 거리 속도 탐지 장치(300)는 발생부(310), 수신부(320) 및 처리부(330)를 포함하여 구성할 수 있다.
발생부(310)는 제1 파형 및 상기 제1 파형과 상이한 제2 파형을 발생한다.
일례로, 발생부(310)는 송신 파형에 대한 대역폭 및 변조 주기 중 적어도 하나를 서로 다르게 변경하여, 상기 제1 파형과 상기 제2 파형을 발생할 수 있다. 이때, 발생부(310)는 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 레이더를 이용하여, 상기 제1 파형을 발생하고, 상기 제1 파형에 연속해서 상기 제2 파형을 발생할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여 발생부(310)를 설명한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 거리 속도 탐지 장치에서 발생하는 제1 파형과 제2 파형을, 종래의 FMCW 레이더에 의해 발생되는 송신 파형과 비교하여 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 발생부(310)는 도 4의 (ⅰ)에 도시된 송신 파형의 대역폭(B)을 선정된 감소 계수(β)로 나눈 값(B/β)을, 도 4의 (ⅱ)에 도시된 제1 파형(401)의 대역폭(B')으로 하여, 상기 송신 파형을 변경하여, 상기 제1 파형(401)을 발생할 수 있다.
여기서, 상기 감소 계수(β)는 반복적인 실험에 의해 얻어진 값으로 선정될 수 있으며, 사용자에 의해 입력되거나 변경될 수 있다. 예컨대, 감소 계수(β)가 예컨대 '2'로 선정된 경우, 발생부(310)는 제1 파형(401)을 상기 송신 파형보다 작은 대역폭 'B/2'을 갖도록 발생할 수 있다. 여기서, 발생부(310)는 감소 계수가 예컨대, '3'으로 변경되면 송신 파형보다 더 작은 대역폭 'B/3'을 갖는 제1 파형(401)을 발생할 수 있다.
계속해서, 발생부(310)는 도 4의 (ⅰ)에 도시된 송신 파형의 변조 주기(T)를 상기 감소 계수(β)로 곱한 값(T ·β)을, 도 4의 (ⅱ)에 도시된 제2 파형(402)의 변조 주기(T')로 하여, 상기 송신 파형을 변경하여, 제2 파형(402)을 발생할 수 있다. 예컨대, 감소 계수(β)가 예컨대 '2'로 선정된 경우, 발생부(310)는 제2 파형(402)을 상기 송신 파형보다 큰 변조 주기 '2T'를 갖도록 발생할 수 있다. 또한, 발생부(310)는 감소 계수가 예컨대, '3'으로 변경되면 송신 파형보다 더 큰 변조 주기 '3T'를 갖는 제2 파형(402)을 발생할 수 있다.
이때, 발생부(310)는 상기 송신 파형에 의해 전송되는 램프 개수(Nramp)와 동일 수의 램프를 갖는 상기 제1 파형(401)을 발생할 수 있으며, 또한, 상기 송신 파형에 의해 전송되는 램프 개수(Nramp)를 선정된 감소 계수(β)로 나눈 값(Nramp/β)의 램프를 갖도록, 상기 송신 파형을 변경하여, 상기 제2 파형(402)을 발생할 수 있다.
예컨대, 발생부(310)는 감소 계수(β)가 예컨대 '2'로 선정된 경우, 상기 제1 파형(401)에 대해서는 상기 송신 파형과 동일한 램프 개수 'Nramp'를 갖도록 발생하고, 상기 제2 파형(402)을 상기 송신 파형보다 작은 램프 개수 'Nramp/2'를 갖도록 발생할 수 있다. 또한, 발생부(310)는 감소 계수가 예컨대, '3'으로 변경되면, 상기 제1 파형(401)에 대해서는 상기 송신 파형과 동일한 램프 개수 'Nramp'를 갖도록 발생하고, 상기 송신 파형보다 더 작은 램프 개수 'Nramp/3'을 갖도록 상기 제2 파형(402)을 발생할 수 있다.
다시 말해, 발생부(310)는 송신 파형과 동일한 램프 개수를 가지도록 상기 제1 파형이 발생되는 경우, 상기 제2 파형이, 상기 송신 파형에 의해 전송되는 램프 개수(Nramp)를 상기 감소 계수(β)로 나눈 값(Nramp/β)의 램프를 갖도록 상기 송신 파형을 변경할 수 있다.
다른 일례로, 발생부(310)는 상기 송신 파형에 대한 변조 기울기가 선정된 감소 계수(β) 배 만큼 작아지도록, 상기 송신 파형을 서로 상이하게 변경하여, 상기 제1 파형(401)과 상기 제2 파형(402)을 발생할 수 있다. 여기서, 변조 기울기는 대역폭을 변조 주기로 나눈 값으로 정의될 수 있다.
즉, 발생부(310)는 상기 송신 파형에 대한 대역폭(B) 또는 변조 주기(T)를 상기 감소 계수(β)를 이용하여 변경하여, 상기 제1 파형(401)과 상기 제2 파형(402)에 대한 변조 기울기 각각이, 상기 송신 파형에 대한 변조 기울기(B/T)보다 작아지도록 할 수 있다. 이 경우, 상기 제1 파형(401)과 상기 제2 파형(402)의 변조 기울기는, 상기 송신 파형에 대한 변조 기울기(B/T)보다 완만해질 수 있다.
예를 들어, 발생부(310)는 제1 파형(401)에 대한 대역폭을, 송신 파형의 대역폭(B)을 선정된 감소 계수(β)로 나눈 값(B/β)으로 변경 함으로써, 상기 송신 파형에 대한 변조 기울기(B/T)보다 감소 계수(β) 배 만큼 작은 변조 기울기 'B/(T ·β)'를 갖는 제1 파형(401)을 발생할 수 있다. 또한, 발생부(310)는 제2 파형(402)에 대한 변조 주기를, 송신 파형의 변조 주기(T)를 상기 감소 계수(β)로 곱한 값(T ·β)으로 변경 함으로써, 상기 송신 파형에 대한 변조 기울기(B/T)보다 감소 계수(β) 배 만큼 작은 변조 기울기 'B/(T ·β)'를 갖는 제2 파형(402)을 발생할 수 있다.
이와 같이, 발생부(310)는 송신 파형에 대한 대역폭 또는 변조 주기를 선택적으로 변경하여, 송신 파형에 대한 변조 기울기(B/T)보다 감소 계수(β) 배 만큼 작은 변조 기울기 'B/(T ·β)'를 갖는 제1 파형(401)과 제2 파형(402)을 서로 상이하게 발생할 수 있다. 예를 들어, 감소 계수(β)가 예컨대 '2'로 선정된 경우, 발생부(310)는 제1 파형(401)과 제2 파형(402)의 변조 기울기가, 송신 파형에 대한 변조 기울기보다 2배 작아지도록(완만해지도록), 송신 파형에 대한 대역폭을 2배 낮추거나, 변조 주기를 2배 높이는 변경을 수행할 수 있다.
다시 도 3으로 돌아가면, 수신부(320)는 상기 제1 파형의 발생에 따라 타겟에 의해 반사된 제1 신호 및 상기 제2 파형의 발생에 따라 상기 타겟에 의해 반사된 제2 신호를 수신한다.
처리부(330)는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호에 대해 푸리에 변환을 수행한 각각의 결과값을 이용하여, 상기 타겟과 연관된 전력 분포를 생성한다.
즉, 처리부(330)는 상기 제1 파형의 발생에 따라 수신된 제1 신호와, 상기 제2 파형의 발생에 따라 수신된 제2 신호에 대해 각각 두 번의 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 수행할 수 있다.
표 1은, 종래의 FMCW 레이더에 의해 송신 파형이 발생 됨에 따라 타겟에 의해 반사되어 수신되는 신호에 대한 2단계 푸리에 변환을 수행 시 계산량과 요구되는 데이터 메모리와, 본 발명의 고해상도 거리 속도 탐지(300)에 의해 제1 파형과 제2 파형이 발생 됨에 따라 타겟에 의해 반사되어 수신되는 제1,2 신호에 대한 2단계 푸리에 변환을 수행 시 계산량과 요구되는 데이터 메모리를 비교한 표이다.
Figure 112015005810116-pat00008
표 1을 참조하면, 처리부(330)는 예를 들어, 감소 계수(β)가 예컨대 '2'로 선정된 경우, 종래에 2단계 푸리에 변환을 수행 시 요구되는 메모리 양(Ns·Nramp)과 동일한 메모리 양((Ns·Nramp)/2+(Nramp·Ns)/2))을 사용하여, 2단계 푸리에 변환을 수행할 수 있다. 이때, 감소 계수(β)가 '3' 이상일 경우, 처리부(330)에서 2단계 푸리에 변환을 수행 시 요구되는 메모리 양은 종래보다 더욱 감소할 수 있다. 또한, 처리부(330)에서 2단계 푸리에 변환을 수행 시 계산량도 종래보다 현저히 줄어들 수 있다.
처리부(330)는 각 푸리에 변환에 대한 결과값을 조합하여 상기 타겟의 거리 및 속도에 관한 전력 분포를 고해상도로 생성할 수 있다.
일례로, 처리부(330)는 상기 제1 신호에 대한 상기 결과값으로부터, 상기 타겟에 대한 속도값 및 속도 방향의 데이터(전력 분포)를 추출하고, 상기 제2 신호에 대한 상기 결과값으로부터, 상기 타겟에 대한 거리값 및 거리 방향의 데이터(전력 분포)를 추출하고, 상기 추출한 데이터들을 조합하여, 상기 타겟과의 거리 및 속도에 관한 상기 전력 분포를 생성할 수 있다.
구체적으로, 처리부(330)는 상기 제1 신호에 대한 상기 결과값으로부터, 타겟의 정확한 속도와 속도 방향으로의 고해상도 전력 분포를 추출할 수 있으며, 거리 해상도는 낮지만, 타겟의 위치도 추출할 수 있다.
또한, 처리부(330)는 상기 제2 신호에 대한 상기 결과값으로부터, 거리 방향으로의 고해상도 전력 분포를 추출할 수 있다. 이 경우, 속도 해상도는 그대로 높게 유지될 수 있으나, 최대 탐지 속도가 β배 만큼 감소하므로, 보다 높은 속도의 타겟은 에일리어싱(aliasing)에 의해 전혀 다른 값으로 나타날 수 있다. 그러나, 비록 에일리어싱이 되더라도 속도 방향으로의 전력 분포는 스펙트럼이 라운드(round) 될 뿐, 상기 제1 신호에 대한 상기 결과값으로부터 추출한 전력 분포와 동일한 모양을 나타낼 수 있다.
이에 따라, 처리부(330)는 상기 제1 신호에 대한 상기 결과값으로부터 정확한 속도값과 고해상도의 속도 방향의 전력 분포 및 대략적인 거리 위치를 추출하고, 상기 제2 신호에 대한 상기 결과값으로부터, 고해상도의 거리 방향의 전력 분포를 추출하여, 상기 추출한 전력 분포 데이터들을 종합하여 2D 고해상도 거리-속도 전력 분포를 생성할 수 있다.
이 경우, 탐지되는 타겟의 거리 및 속도 성능은 표 2와 같다.
Figure 112015005810116-pat00009
이와 같이, 본 발명은 송신 파형을 제1 파형과 제2 파형으로 나누어 전송 함으로써, 수신한 신호들에 대해 낮은 계산량과 적은 메모리 소모로 2단계 FFT를 수행할 수 있으며, 2단계 FFT를 수행한 결과값들로부터 추출한 속도 방향의 데이터와 거리 방향의 데이터를 조합하여, 종래의 송신 파형의 발생 시와 동일한 성능(고해상도)의 타겟의 거리 및 속도에 관한 전력 분포를 생성할 수 있다.
또한, 본 발명은 종래의 송신 파형보다 선정된 감소 계수(β) 배 만큼 완만한 변조 기울기(즉, 대역폭/주기)를 갖도록 제1 파형과 제2 파형을 발생할 수 있어, 종래에 비해 송신 파형의 생성이 쉬우며, 감소 계수(β) 배 만큼 낮은 ADC 샘플링 주파수로 인해 하드웨어 부담을 줄일 수 있다.
도 5는 종래의 일실시예에 따른 FMCW 레이더를 이용하여 생성되는 타겟의 거리 및 속도에 관한 전력 분포의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 종래의 일실시예에 따른 FMCW 레이더에 의해 탐지된 타겟의 거리 및 속도에 관한 전력 분포(2D 맵의 검정색 점)를 도시하고 있다. 참고로, 가로축이 거리이며, 세로축이 속도이다.
타겟의 거리 및 속도에 관한 전력 분포(2D 맵의 검정색 점)은 각각 다른 전력값을 가지고 있으며, 거리 축에서 바라본 전력 분포를 2D 맵의 하단에, 속도 축에서 바라본 전력 분포를 2D 맵의 우측에 도시하고 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 거리 속도 탐지 장치에서, 제1 파형의 발생에 따라 수신된 제1 신호에 대한 2단계 푸리에 변환 결과값으로부터 추출되는 속도 방향의 전력 분포의 일례를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 종래의 송신 파형과 속도 해상도는 동일하지만 거리 해상도는 종래의 송신 파형보다 선정된 감소 계수(β) 배 만큼 낮아질 수 있다.
따라서, 고해상도 거리 속도 탐지 장치는, 제1 파형의 발생에 따라 수신된 제1 신호에 대한 2단계 푸리에 변환 결과값으로부터, 타겟의 속도값, 속도 방향의 전력 분포도, 낮은 해상도의 거리값 및 전력 분포를 획득할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 거리 속도 탐지 장치에서, 제2 파형의 발생에 따라 수신된 제1 신호에 대한 2단계 푸리에 변환 결과값으로부터 추출되는 속도 방향의 전력 분포의 일례를 도시한 도면이다.
도 7을 참조하면, 최대 탐지 가능한 속도는 감소 계수(β) 배 만큼 감소할 수 있다. 이로 인해, 고해상도 거리 속도 탐지 장치는, Vmax/β 보다 높은 속도를 가지는 타겟의 경우, 제2 파형의 발생에 따라 수신된 제1 신호에 대한 2단계 푸리에 변환 결과값으로부터 정확한 속도를 탐지할 수 없는 문제가 있으나, 제1 파형의 발생에 따라 수신된 제1 신호에 대한 2단계 푸리에 변환 결과값(도 6 참조)으로부터 정확한 타겟의 속도값을 추출할 수 있다.
고해상도 거리 속도 탐지 장치는, 제2 파형의 발생에 따라 수신된 제1 신호에 대한 2단계 푸리에 변환 결과값으로부터, 거리 해상도 즉, 거리 방향의 전력 분포를 추출할 수 있다.
이와 같이, 고해상도 거리 속도 탐지 장치는, 도 6과 도 7에서 추출한 타겟의 거리 및 속도값, 거리 방향의 전력 분포 및 속도방향의 전력 분포를 이용하여, 종래와 동일한 높은 해상도를 가지는 거리-속도 2D 전력 분포값을 획득할 수 있다.
이하, 도 8에서는 본 발명의 실시예들에 따른 고해상도 거리 속도 탐지 장치(300)의 작업 흐름을 상세히 설명한다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 거리 속도 탐지 방법의 순서를 도시한 흐름도이다.
본 실시예에 따른 고해상도 거리 속도 탐지 방법은 상술한 고해상도 거리 속도 탐지 장치(300)에 의해 수행될 수 있다.
도 8을 참조하면, 단계(810)에서, 고해상도 거리 속도 탐지 장치(300)는 제1 파형의 발생에 따라 타겟에 의해 반사된 제1 신호를 수신한다.
예를 들어, 도 4를 참조하면, 고해상도 거리 속도 탐지 장치(300)는 도 4의 (ⅰ)에 도시된 송신 파형의 대역폭(B)을 선정된 감소 계수(β)로 나눈 값(B/β)을, 도 4의 (ⅱ)에 도시된 제1 파형(401)의 대역폭(B')으로 하여, 상기 송신 파형을 변경하여, 상기 제1 파형(401)을 발생할 수 있다.
또한, 고해상도 거리 속도 탐지 장치(300)는 도 4의 (ⅰ)에 도시된 송신 파형의 변조 주기(T)를 상기 감소 계수(β)로 곱한 값(T ·β)을, 도 4의 (ⅱ)에 도시된 제2 파형(402)의 변조 주기(T')로 하여, 상기 송신 파형을 변경하여, 제2 파형(402)을 발생할 수 있다.
예컨대, 고해상도 거리 속도 탐지 장치(300)는 감소 계수(β)가 예컨대 '2'로 선정된 경우, 제1 파형(401)을 상기 송신 파형보다 작은 대역폭 'B/2'을 갖도록 발생하고, 제2 파형(402)을 상기 송신 파형보다 큰 변조 주기 '2T'를 갖도록 발생할 수 있다.
또한, 고해상도 거리 속도 탐지 장치(300)는 송신 파형에 대한 대역폭 또는 변조 주기를 선택적으로 변경하여, 송신 파형에 대한 변조 기울기(B/T)보다 감소 계수(β) 배 만큼 작은 변조 기울기 'B/(T ·β)'를 갖는 제1 파형(401)과 제2 파형(402)을 서로 상이하게 발생할 수 있다.
예를 들어, 감소 계수(β)가 예컨대 '2'로 선정된 경우, 고해상도 거리 속도 탐지 장치(300)는 제1 파형(401)과 제2 파형(402)의 변조 기울기가, 송신 파형에 대한 변조 기울기보다 2배 작아지도록(완만해지도록), 송신 파형에 대한 대역폭을 2배 낮추거나, 변조 주기를 2배 높이는 변경을 수행할 수 있다.
여기서, 상기 감소 계수(β)는 반복적인 실험에 의해 얻어진 값으로 선정될 수 있으며, 사용자에 의해 입력되거나 변경될 수 있다.
단계(820)에서, 고해상도 거리 속도 탐지 장치(300)는 상기 제1 파형과 상이한 제2 파형의 발생에 따라 상기 타겟에 의해 반사된 제2 신호를 수신한다.
단계(830)에서, 고해상도 거리 속도 탐지 장치(300)는 상기 제1 신호와 상기 제2 신호에 대해 푸리에 변환을 수행한 각각의 결과값을 이용하여, 상기 타겟과 연관된 전력 분포를 생성한다.
즉, 고해상도 거리 속도 탐지 장치(300)는 상기 제1 파형의 발생에 따라 수신된 제1 신호와, 상기 제2 파형의 발생에 따라 수신된 제2 신호에 대해 각각 두 번의 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 수행할 수 있다.
고해상도 거리 속도 탐지 장치(300)는 상기 제1 신호에 대한 상기 결과값으로부터 정확한 속도값과 고해상도의 속도 방향의 전력 분포 및 대략적인 거리 위치를 추출하고, 상기 제2 신호에 대한 상기 결과값으로부터, 고해상도의 거리 방향의 전력 분포를 추출하여, 상기 추출한 전력 분포 데이터들을 종합하여 2D 고해상도 거리-속도 전력 분포를 생성할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일실시예에 따르면, 이동하는 타겟을 탐지하기 위해 발생하는 송신 파형을, 상기 송신 파형과 대역폭, 변조 주기 및 램프 개수 중 적어도 하나가 상이한 서로 다른 제1 파형과 제2 파형으로 나누어 발생하고, 각 파형의 발생에 따라 상기 타겟에 의해 반사되어 수신된 신호들에 대해 푸리에 변환을 수행하여, 각 결과값으로부터 추출한 속도 데이터와 거리 데이터를 조합 함으로써, 상기 타겟의 거리 및 속도를 고해상도로 탐지하는 한편, 계산량과 메모리 소모를 줄일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.
300: 고해상도 거리 속도 탐지 장치
310: 발생부
320: 수신부
330: 처리부

Claims (14)

  1. 송신 파형을 서로 다르게 변경하여, 제1 파형과 제2 파형을 발생하는 단계;
    발생된 상기 제1 파형 및 상기 제2 파형이 타겟으로 송신된 후, 상기 타겟에 의해 반사되는 복수의 신호를 수신하는 단계;
    상기 복수의 신호에 대해 푸리에 변환을 수행하여 각각의 결과값을 도출하는 단계;
    상기 결과값 각각으로부터 상기 타겟과 연관된 전력 분포의 생성에 관한 속도 관련 데이터와 거리 관련 데이터를 추출하는 단계로서, 상기 복수의 신호 중 임의의 신호에 대한 결과값으로부터 상기 속도 관련 데이터가 추출되면, 상기 복수의 신호 중 잔여 신호에 대한 결과값으로부터 상기 거리 관련 데이터를 추출하는 단계; 및
    상기 속도 관련 데이터로서 추출되는 속도값 및 속도 방향의 데이터와, 상기 거리 관련 데이터로서 추출되는 거리값 및 거리 방향의 데이터를 조합하여, 상기 타겟과의 거리 및 속도에 관한 상기 전력 분포를 생성하는 단계
    를 포함하는 고해상도 거리 속도 탐지 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발생하는 단계는,
    송신 파형에 대한 대역폭 및 변조 주기 중 적어도 하나를 서로 다르게 변경하여, 상기 제1 파형과 상기 제2 파형을 발생하는 단계
    를 포함하는 고해상도 거리 속도 탐지 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 발생하는 단계는,
    송신 파형의 대역폭을 선정된 감소 계수로 나눈 값을, 상기 제1 파형의 대역폭으로 하여, 상기 송신 파형을 변경하여, 상기 제1 파형을 발생하는 단계; 및
    상기 송신 파형의 변조 주기를 상기 감소 계수로 곱한 값을, 상기 제2 파형의 변조 주기로 하여, 상기 송신 파형을 변경하여, 상기 제2 파형을 발생하는 단계
    를 포함하는 고해상도 거리 속도 탐지 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발생하는 단계는,
    송신 파형에 의해 전송되는 램프 개수와 동일 수의 램프를 갖는 상기 제1 파형을 발생하는 단계; 및
    상기 송신 파형에 의해 전송되는 램프 개수를 선정된 감소 계수로 나눈 값의 램프를 갖도록, 상기 송신 파형을 변경하여, 상기 제2 파형을 발생하는 단계
    를 포함하는 고해상도 거리 속도 탐지 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 발생하는 단계는,
    송신 파형에 대한 변조 기울기가 선정된 감소 계수 배 만큼 작아지도록, 상기 송신 파형을 서로 상이하게 변경하여, 상기 제1 파형과 상기 제2 파형을 발생하는 단계
    를 포함하는 고해상도 거리 속도 탐지 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 발생하는 단계는,
    FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 레이더를 이용하여, 상기 제1 파형을 발생하고, 상기 제1 파형에 연속해서 상기 제2 파형을 발생하는 단계
    를 포함하는 고해상도 거리 속도 탐지 방법.
  7. 삭제
  8. 송신 파형을 서로 다르게 변경하여, 제1 파형과 제2 파형을 발생하는 발생부;
    발생된 상기 제1 파형 및 상기 제2 파형이 타겟으로 송신된 후, 상기 타겟에 의해 반사되는 복수의 신호를 수신하는 수신부; 및
    ⅰ)상기 복수의 신호에 대해 푸리에 변환을 수행하여 각각의 결과값을 도출하고, ⅱ)상기 결과값 각각으로부터 상기 타겟과 연관된 전력 분포의 생성에 관한 속도 관련 데이터와 거리 관련 데이터를 추출 시, 상기 복수의 신호 중 임의의 신호에 대한 결과값으로부터 상기 속도 관련 데이터가 추출되면, 상기 복수의 신호 중 잔여 신호에 대한 결과값으로부터 상기 거리 관련 데이터를 추출하고, ⅲ)상기 속도 관련 데이터로서 추출되는 속도값 및 속도 방향의 데이터와, 상기 거리 관련 데이터로서 추출되는 거리값 및 거리 방향의 데이터를 조합하여, 상기 타겟과의 거리 및 속도에 관한 상기 전력 분포를 생성하는 처리부
    를 포함하는 고해상도 거리 속도 탐지 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 발생부는,
    송신 파형에 대한 대역폭 및 변조 주기 중 적어도 하나를 서로 다르게 변경하여, 상기 제1 파형과 상기 제2 파형을 발생하는
    고해상도 거리 속도 탐지 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 발생부는,
    송신 파형의 대역폭을 선정된 감소 계수로 나눈 값을, 상기 제1 파형의 대역폭으로 하여, 상기 송신 파형을 변경하여, 상기 제1 파형을 발생하고,
    상기 송신 파형의 변조 주기를 상기 감소 계수로 곱한 값을, 상기 제2 파형의 변조 주기로 하여, 상기 송신 파형을 변경하여, 상기 제2 파형을 발생하는
    고해상도 거리 속도 탐지 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 발생부는,
    송신 파형에 의해 전송되는 램프 개수와 동일 수의 램프를 갖는 상기 제1 파형을 발생하고,
    상기 송신 파형에 의해 전송되는 램프 개수를 선정된 감소 계수로 나눈 값의 램프를 갖도록, 상기 송신 파형을 변경하여, 상기 제2 파형을 발생하는
    고해상도 거리 속도 탐지 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 발생부는,
    송신 파형에 대한 변조 기울기가 선정된 감소 계수 배 만큼 작아지도록, 상기 송신 파형을 서로 상이하게 변경하여, 상기 제1 파형과 상기 제2 파형을 발생하는
    고해상도 거리 속도 탐지 장치.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 발생부는,
    FMCW 레이더를 이용하여, 상기 제1 파형을 발생하고, 상기 제1 파형에 연속해서 상기 제2 파형을 발생하는
    고해상도 거리 속도 탐지 장치.
  14. 삭제
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