KR101676448B1 - 오정렬 처리를 위한 차량 레이더 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 차량(1) 외측의 물체를 검출하도록 구성된 차량 레이더 시스템(2)에 관한 것이다. 상기 레이더 시스템(2)은 레이더 검출기(3) 및 프로세싱 유닛(4)을 포함한다. 상기 프로세싱 유닛(4)은 특정 시간 간격 동안에 각각의 검출된 물체(10a’, 10b’, 10c’, 10d’, 10e’)에 대하여 상기 레이더 검출기(3)에 상대적인 검출된 목표 각도(Θ_err) 및 검출된 목표 도플러 속도(v_d)에 대한 값들을 얻도록 구성된다. 검출된 목표 도플러 속도(v_d)의 진행을 검출된 목표 각도(Θ_err)의 함수로서 기술하는 함수(12)의 도함수(13)에 대한 영점 교차(14)가 있다면, 상기 프로세싱 유닛(4)은 상기 영점 교차(14)를 검출하도록 구성된다. 이 영점 교차(14)는 레이더 시스템 오정렬(Θ_m)을 나타낸다. 본 발명은 이에 대응되는 방법에 관한 것이기도 하다.

Description

오정렬 처리를 위한 차량 레이더 시스템 및 방법{vehicle radar system and method for misalignment processing}

본 발명은 차량 외측의 물체들을 검출하도록 구성되는 차량 레이더 시스템에 관한 것인바, 상기 레이더 시스템은 레이더 검출기 및 프로세싱 유닛을 포함한다. 상기 프로세싱 유닛은 특정 시간 간격 동안에 각각의 검출된 물체에 대하여 상기 레이더 검출기에 상대적인, 검출된 목표 각도 및 검출된 목표 도플러 속도에 대한 값들을 얻도록 구성된다.

본 발명은 차량 레이더 시스템 오정렬을 추정(estimating)하기 위한 방법에 관한 방법이기도 한바, 상기 차량 레이더 시스템은 차량 외측의 물체들을 검출하기 위하여 이용된다. 상기 방법은 특정 시간 간격 동안에 각각의 검출된 물체에 대하여 목표 각도 및 목표 도플러 속도를 검출하는 단계를 포함한다.

오늘날 레이더 장치는, 속력 제어 기능 및 충돌 방지의 기능을 구현하기 위하여 주행 방향에 있는 물체들로부터의 반사를 검출하도록 차량 상에 장착될 수 있다. 그러한 레이더 장치에서, 목표 방위 각도(target bearing angle)의 형태로 된 방위각(azimuth angle), 상기 물체에 대한 거리, 및 상기 차량과 상기 물체 사이의 상대 속력을 얻을 것이 요구된다.

대부분의 차량 레이더 용례에 대하여 매우 높은 정밀도로 상기 목표 방위 각도를 측정하는 것이 중요하다. 레이더 시스템의 각도 정확도는, 변조 기법, 구성요소 공차(component tolerances), 조립 정밀도 또는 설치 조건들과 같은 근본적 파라미터들(fundamental parameters)에 의존한다. 게다가, 기계적 응력 또는 나쁜 날씨와 같은 다양한 환경적 영향들로 인하여 각도 추정 성능(angle estimation performance)이 추가적으로 악화될 수 있다. 그러한 오차(error) 원인들 중 몇몇은 무작위적인 통계적 분포를 보이는 반면, 다른 것들은 고정된 각도 오프셋으로 이어진다. 이 고정된 오프셋은 이른바 오정렬 각도이다. 상기 오정렬 각도를 모니터링하는 것은 종종 차량 용례들에 있어서 필수적인 요구사항이다.

지상 정지 목표들(ground stationary targets)의 궤적들을 확인하는, 차량 동역학적 정보, 예컨대 차량 속력, 요우 각 속도(yaw-rate) 또는 조향각을 이용하는 여러 접근법들이 알려져 있다. 장애물의 예측되는 경로를 레이더 관측의 실제 진행과 비교함으로써 공통 방위 평향(common bearing bias)이 추정될 수 있어야 한다. 이 기법들의 성공은 차량 동역학적 데이터의 정밀도에 크게 의존한다.

위의 문제들을 다룸에 있어, 미국 특허 제7443335호에는 상대 속력들 및 반사들에 기초한 차량 레이더에 대한 각도 오차 추정(estimation)이 개시된다. 그러나 추가적 비용 영향 없이 요구되는 정확도가 이용가능하지 않기 때문에 정확한 차량 데이터를 필요로 하지 않는 대안적인 알고리즘을 가지는 것이 바람직하다.

따라서 정확한 차량 데이터를 필요로 하지 않는 차량 레이더 각도 오차 추정을 위한 장치 및 방법에 대한 필요성이 있다.

상기 목적은 차량의 외측의 물체들을 검출하도록 구성되는 차량 레이더 시스템에 의해 성취되는바, 상기 레이더 시스템은 레이더 검출기 및 프로세싱 유닛을 포함한다. 상기 프로세싱 유닛은 특정 시간 간격 동안에 각각의 검출된 물체에 대하여 상기 레이더 검출기에 상대적인 검출된 목표 각도 및 검출된 목표 도플러 속도에 대한 값들을 얻도록 구성된다. 검출된 목표 도플러 속도의 진행을 검출된 목표 각도의 함수로서 기술하는 함수의 도함수에 대하여 영점 교차가 있다면 상기 프로세싱 유닛은 상기 영점 교차를 검출하도록 구성된다. 상기 영점 교차는 레이더 시스템 오정렬을 나타낸다.

또한 상기 목적은 차량 레이더 시스템 오정렬을 추정하기 위한 방법에 의해서 성취되는바, 상기 차량 레이더 시스템은 차량 외측의 물체들을 검출하기 위하여 이용된다. 상기 방법은 특정 시간 간격 동안에 각각의 검출된 물체에 대하여 목표 각도 및 목표 도플러 속도를 검출하는 단계를 포함한다.

상기 방법은:

검출된 목표 도플러 속도의 진행을 검출된 목표 각도로서 기술하는 함수를 계산하는 단계,

상기 계산된 함수의 도함수를 취하는 단계, 상기 도함수에 대하여 영점 교차가 있다면 상기 영점 교차를 찾는 단계, 및

상기 차량 레이더 시스템 오정렬의 추정값으로서 이용하는 단계를 더 포함한다.

예시에 따르면, 검출된 목표 도플러 속도의 진행을 검출된 목표 각도의 함수로서 기술하는 함수는 포물선과 같은 진행을 가지도록 수치적으로 정의된다.

다른 예시에 따르면, 검출된 목표 도플러 속도의 진행을 검출된 목표 각도의 함수로서 기술하는 함수는,

로서 정의된다.

다른 예시들은 종속항들에서 개시된다.

다수의 장점들이 본 발명에 의해 얻어진다. 주로, 정확한 차량 데이터를 필요로 하지 않는 차량 레이더 각도 오차 추정을 위한 장치 및 방법이 제공된다.

본 발명은 이제 첨부된 도면들을 참조하여 더 상세하게 설명될 것인바, 그 첨부된 도면들 중에서:
도 1에는 레이더 시스템을 갖춘 차량의 개략적 평면도가 도시된다;
도 2에는 도로 상에서 주행하는 레이터 시스템을 갖춘 차량의 개략적 평면도가 도시된다;
도 3에는 검출된 펜스 기둥의 개략적 평면도가 도시된다;
도 4에는 검출된 목표 도플러 속도의 진행을 검출된 목표 각도의 함수로서 기술하는 함수가 도시된다;
도 5에는 도 4의 함수의 도함수가 도시된다; 그리고
도 6에는 본 발명에 따른 방법에 대한 흐름도가 도시된다.

도 1을 참조하면, 차량(1)은 레이더 시스템(2)을 포함하고, 다음으로 상기 레이더 시스템(2)은 레이더 검출기(3) 및 프로세싱 유닛(4)을 포함한다. 상기 차량(1)은 특정 차량 속도(v_h)를 가지고 이동중이며, 상기 차량의 경로 내에 존재하는 물체(5)가 있는바, 여기에서 상기 물체는 상기 레이더 검출기(3)에 의해 검출된다. 그러나, 오정렬 오차과 같은 오차들로 인하여 검출된 물체(6)는 상기 실제 물체(5)와 상이하므로, 상기 실제 물체(5)에 대한 참된 목표 각도(Θ_ref)와 상기 검출된 물체(6)에 대한 검출된 목표 각도(Θ_err)가 있는바, 이 각도들은 상기 차량(1)으로부터 상기 차량(1)의 전진 진행 방향(forward running direction)으로 연장되는 선(7)에 대하여 측정되고, 여기에서는 상기 차량의 속도(v_h)를 따라 연장되게 도시된다. 상기 선은 상기 레이더 검출기(3)의 조준선(boresight)으로 연장되는 것으로 간주될 수 있다. 상기 레이더 검출기(3)는 상기 검출된 물체(6)에 대한 목표 도플러 속도(v_d)도 검출한다.

위의 각도들을 참조하면, 오정렬 각도(Θ_m)는

Θ_m = Θ_ref - Θ_err (1)

로 정의된다.

만들어진 위의 정의들을 가지고 도 2가 이제 언급된다. 여기에서 상기 차량(1)은 펜스(9)를 갖춘 도로(8) 상을 주행하는바, 다음으로 상기 펜스(9)는 펜스 기둥(10)을 포함한다. 상기 레이더 시스템(2)은 특정 시야(certain field of view; 11)를 가지고, 상기 차량의 주행 중의 특정 순간을 보여주는 도 2에 도시된 예시에서 5개의 펜스 기둥들이 상기 레이더 검출기(3)에 의해 검출되지만, 여기에는 오정렬 오차가 있다. 실제의 상기 5개의 펜스 기둥들은, 제1 실제 펜스 기둥(10a), 제2 실제 펜스 기둥(10b), 제3 실제 펜스 기둥(10c), 제4 실제 펜스 기둥(10d) 및 제5 실제 펜스 기둥(10e)으로 구성된다.

상기 차량은 0보다 큰 속력(v_h)으로 움직이는바, 이 예시에서 그 속력은 20m/s로 설정되고 상기 실제 펜스 기둥들(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)의 절대 속도는 영으로 간주된다. 게다가 상기 실제 펜스 기둥들(10a, 10b, 10c, 10d, 10e)은 상기 레이더 검출기에 있어서 구름 같은 반환값들(a cloud of returns)을 야기하는바, 여기에서 검출되는 개별의 목표 각도들(Θ_{err _a}, Θ_{err _b}, Θ_{err _c}, Θ_{err _d}, Θ_{err _e}) 및 개별의 목표 도플러 속도(v_{d _a}, v_{d _b}, v_{d _c}, v_{d _d}, v_{d _e})는 단일의 스캔(single scan) 내에 검출되고, 이 데이터는 거의(approximately) 동시에 이용가능하다.

이 예시에는, 도입되는 -2°의 각도 오프셋이 있다. 도 3에서 대응되는 검출된 펜스 기둥들(10a’, 10b’, 10c’, 10d’, 10e’)이 개략적으로 도시되는바, 여기에서 상기 제5 검출된 펜스 기둥(10e’)의 검출된 목표 각도(Θ_{err _e}) 및 검출된 목표 도플러 속도(v_{d _e})가 도시된다. 대응되는 검출된 목표 각도들 및 검출된 목표 도플러 속도들은 모든 검출된 펜스 기둥들(10a’, 10b’, 10c’, 10d’, 10e’)에 대해 존재하지만 도 3에는 명확성의 이유로 표시되지 않았다.

이 예시의 처리된 목표 목록을 보여주는 표가 아래에 제시된다:

검출된 펜스 기둥	10a’	10b’	10c’	10d’	10e’
검출된 목표 각도Θerr [도]	-27.0	-11.0	-3.0	2.0	6.0
검출된 목표 도플러 속도 vd [m/s]	-18.13	-19.75	-19.997	-19.95	-19.81

상기 목표 목록은 각도에 의해 정렬(sorted)되었으며, 모든 각도들이 상이하다. 방위 각도가 작을수록 각각의 목표의 검출되는 절대 도플러 속도(absolute detected Doppler velocity)는 더 커지는 것이 사실인바, 이는 상기 레이더 검출기(3)의 조준선에서, 즉 선(7)을 따라, 가장 높은 검출된 목표 도플러 속도가 예상됨을 의미한다. 이것은 일정한 차량 속도(v_h)를 가정하고, 이것은 단일 레이더 스캔으로 검출되는 목표들에 대한 경우이다.

본 발명에 따르면, 검출된 목표 도플러 속도의 진행을 검출된 목표 각도의 함수로서 기술하는 도함수에 대한 영점 교차가 있다면 상기 프로세싱 유닛(4)은 상기 영점 교차를 검출하도록 구성된다. 상기 영점 교차는 레이더 시스템 오정렬을 나타내는바, 이 예시에서는 -2°이다.

이를 얻기 위하여, 검출된 목표 도플러 속도의 진행을 검출된 목표 각도의 함수로서 기술하는 적절한 함수를 찾을 필요가 있다. 이 함수의 파라미터들은 처리되어야 하며, 있다면 그 극소값(local minimum)이 결정(determine)되어야 한다. 그러한 극소값의 위치만이 본 발명의 최종 결과로서 요구되므로, 이는, 본 발명을 차량 속도(v_h)에 대한 정확도의 공차에 대하여 견고하게 만든다.

도 3으로부터 분명하듯, 각각의 검출에 대하여 검출된 목표 각도(Θ_err)의 함수로서 상기 검출된 목표 도플러 속도(v_d)는 다음과 같이 쓸 수 있다:

v_d = v_h*cos(Θ_err) . (2)

코사인 함수의 테일러 급수에 따라 다음과 같이 쓰여질 수 있다:

(3)

등식(3)에 따르면, 더 작은 각도들에 대한 좋은 근사는 다음에 따른 이차 함수이다:

(4)

등식(2) 및 등식(4)의 결합에 의해 다음이 된다:

(5)

등식(5)은 포물선과 같은 진행을 가지며, 그 진행은 이 예시에 따른 목표 리스트에 대한 제1 그래프(12)와 함께 도 4에 도시되는바, 이전에 도시된 표에서 개시된 바와 같다. 상기 제1 그래프(12)의 도함수는 도 5에서 제2 그래프(13)로서 도시되는바, 여기에서 상기 도함수는 직선으로 귀결된다. 선형 함수의 파라미터들을 추정하는 이용가능한 다수의 수치적 방법들이 있다. 예시가 아래에 논의될 것이다.

상기 제2 그래프(13)에 의해 도시되는 도함수는 2개의 연속적인 데이터 점들의 도플러 속도에 있어서의 차이를 구성한다. 모든 델타 값들은 검출된 목표 각도들의 차이들로써 정규화되어야만 한다.

(6a)

여기에서 n은 데이터 점들의 수이다.

위의 등식(6a)에 따라 계산된 Y 데이터는 2개의 데이터 점들 사이의 중간에 있는 포물선의 그래디언트(gradient)를 나타낸다. 따라서 좌표(X) 또한 아래에 보이는 바와 같이 수정되어야만 한다:

(6b)

Y = m*X + b (7)

에 따른 선형 회귀는 직선의 파라미터들(m 및 b)을 추정하도록 수행된다. 오정렬 오차(Θ_m)는 상기 제2 그래프(13)의 영점 교차(14)에 대응되고, 다음과 같이 계산될 수 있다:

(8)

이 경우에 상기 영점 교차(14)로부터 유도될 수 있는 바와 같이, 상기 오정렬 오차(Θ_m)는 이전에 언급된 -2°와 같다.

도 6을 참조하면, 본 발명은 차량 레이더 시스템 오정렬(Θ_m)을 추정하기 위한 방법에 관한 것이기도 한바, 상기 차량 레이더 시스템(2)은 차량(1) 외측의 물체들을 검출하기 위하여 이용된다. 상기 방법은:

15: 특정 시간 간격 동안에 각각의 검출된 물체(10a’, 10b’, 10c’, 10d’, 10e’)에 대한 목표 각도(Θ_err) 및 목표 도플러 속도(v_d)를 검출하는 단계;

16: 검출된 목표 도플러 속도(v_d)의 진행을 검출된 목표 각도(Θ_err)의 함수로서 기술하는 함수(12)를 계산하는 단계;

17: 상기 함수(12)의 도함수를 취하는(deriving) 단계

18: 상기 도함수(13)에 대하여 영점 교차(14)가 있다면 상기 영점 교차(14)를 찾는 단계; 및

19: 차량 레이더 시스템 오정렬(Θ_m)의 추정값으로서 상기 영점 교차(14)를 이용하는 단계;를

포함한다.

본 발명은 위 예시들에 한정되지 않지만 첨부된 청구항들의 범위 내에서 자유로이 달라질 수 있다. 예를 들어 검출된 목표 도플러 속도의 진행을 검출된 목표 각도의 함수로서 기술하는 함수의 도함수에 대한 영점 교차를 계산하기 위하여, 상기 설명된 선형 회귀와는 다른 방법들이 생각될 수 있는바, 예를 들어 이른바 견고한 메드-핏 기법(robust med-fit technique)이 그것이다.

상기 레이더 시스템(2)의 마이크로파 부품들은 이전에 알려진 설계의 것으로 가정되며, 상기 레이더 시스템(2)은 도시된 것보다 많은 부품들, 예를 들어 레이더 전송기(radar transmitter)를 포함하는 반면, 레이더 수신기는 상기 레이더 검출기(3) 내에 포함되는 것으로 가정된다. 상기 레이더 검출기(3)는 수신 안테나 배열을 포함할 수 있다. 게다가 상기 레이더 시스템(2)은 많은 다른 부품들을 포함할 수 있으며, 예를 들어 이전에 알려진 방식으로 상기 차량(1) 내에 포함된 경고 및/또는 정보 장치에 연결된다.

예시에서 주어진 모든 상세사항들, 예컨대 각도들 및 도플러 속도들의 수치 같은 것들은 물론 본 발명의 예시로서만 주어진 것이고, 어떠한 경우에도 한정적인 것으로 간주되어서는 아니될 것이다.

Claims (7)

1. 차량(1) 외측의 물체들을 검출하도록 구성된 차량 레이더 시스템(2)으로서, 상기 레이더 시스템(2)은 레이더 검출기(3) 및 프로세싱 유닛(4)을 포함하고, 상기 프로세싱 유닛(4)은 특정 시간 간격 동안에 각각의 검출된 물체(10a’, 10b’, 10c’, 10d’, 10e’)에 대하여 상기 레이더 검출기(3)에 상대적인 검출된 목표 각도(Θ_err) 및 검출된 목표 도플러 속도(v_d)에 대한 값들을 얻도록 구성되며, 검출된 목표 도플러 속도(v_d)의 진행을 검출된 목표 각도(Θ_err)의 함수로서 기술하는 함수(12)의 도함수(13)에 대하여 영점 교차(zero crossing; 14)가 있다면, 상기 프로세싱 유닛(4)은 상기 영점 교차(14)를 검출하도록 구성되고, 상기 영점 교차(14)는 레이더 시스템 오정렬(Θ_m)을 나타내는 것을 특징으로 하는, 차량 레이더 시스템.
2. 제1항에 있어서, 검출된 목표 도플러 속도의 진행(progression)을 검출된 목표 각도의 함수로서 기술하는 함수(12)는 포물선과 같은 진행을 가지도록 수치적으로 정의되는 것을 특징으로 하는, 차량 레이더 시스템.
3. 제2항에 있어서, 검출된 목표 도플러 속도(v_d)의 진행을 검출된 목표 각도(Θ_err)의 함수로서 기술하는 함수(12)는,
   

   

   로서 정의되며, 여기에서 v_h는 차량 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는, 차량 레이더 시스템.
4. 차량 레이더 시스템 오정렬(Θ_m)을 추정하기 위한 방법으로서, 상기 차량 레이더 시스템(2)은 차량(1) 외측의 물체들을 검출하기 위해 이용되며, 상기 방법은:
   (15) 특정 시간 간격 동안에 각각의 검출된 물체(10a’, 10b’, 10c’, 10d’, 10e’)에 대한 목표 각도(Θ_err) 및 목표 도플러 속도(v_d)를 검출하는 단계;를 포함하며,
   상기 방법은:
   (16) 검출된 목표 도플러 속도(v_d)의 진행을 검출된 목표 각도(Θ_err)의 함수로서 기술하는 함수(12)를 계산하는 단계;
   (17) 상기 함수(12)의 도함수를 취하는(deriving) 단계;
   (18) 상기 도함수(13)를 위한 영점 교차(14)가 있다면 상기 영점 교차(14)를 찾는 단계; 및
   (19) 상기 영점 교차(14)를 상기 차량 레이더 시스템 오정렬(Θ_m)의 추정값으로서 이용하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 추정 방법.
5. 제4항에 있어서, 검출된 목표 도플러 속도의 진행(progression)을 검출된 목표 각도(Θ_err)의 함수로서 기술하는 함수(12)는 포물선과 같은 진행을 가지도록 수치적으로 정의되는 것을 특징으로 하는, 추정 방법.
6. 제5항에 있어서, 검출된 목표 도플러 속도(v_d)의 진행을 검출된 목표 각도(Θ_err)의 함수로서 기술하는 함수(12)는:
   

   

   로서 정의되며, 여기에서 v_h는 차량 속도를 나타내는 것을 특징으로 하는, 추정 방법.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서, 상기 영점 교차(14)를 찾는 단계는:
   2개의 데이터 점들 사이의 중간에 상기 포물선(12)의 그래디언트를 나타내는 데이터(Y)를, n를 데이터 점들의 개수라고 할 때,
   

   

   에 따라 계산함;
   좌표(ordinate; X)를,
   

   

   에 따라 수정함;
   직선의 파라미터들(m 및 b)를 추정하도록, Y = m*X + b에 따라 선형 회귀(linear regression)를 수행함; 및
   오정렬 오차(Θ_m)를,
   

   

   로서 계산함;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 추정 방법.

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