KR101801325B1 - 가상 채널 기반의 레이더 장치 및 그것을 이용한 가상 채널 생성 방법 - Google Patents

가상 채널 기반의 레이더 장치 및 그것을 이용한 가상 채널 생성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 가상 채널 기반의 레이더 장치 및 그것을 이용한 가상 채널 생성 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 복수의 수신 채널을 포함하는 레이더 장치를 이용한 가상 채널 생성 방법에 있어서, 상기 복수의 수신 채널에 수신되는 각각의 채널 신호를 디지털 신호 처리하는 단계와, 기 설정된 채널 신호의 조합을 기초로 상기 채널 신호 중에서 선택된 채널 신호 간을 곱셈 연산하여, 상기 수신 채널의 개수보다 많은 복수의 가상 채널 신호를 생성하는 단계, 및 상기 복수의 가상 채널 신호들을 이용하여 타겟 각각에 대한 거리, 속도, 각도 중 적어도 하나를 검출하는 단계를 포함하는 레이더의 가상 채널 생성 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 복수의 수신 채널에 각각 수신되는 채널 신호 간을 곱셈 연산하는 것을 통해 새로운 가상 채널 신호들을 생성하여 수신 채널의 개수를 가상으로 증가시킴으로써 탐지 가능한 타겟의 개수 및 각도 추정의 해상도를 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

가상 채널 기반의 레이더 장치 및 그것을 이용한 가상 채널 생성 방법{Radar apparatus based on virtual channel and method for generating virtual channel using the same}
본 발명은 가상 채널 기반의 레이더 장치 및 그것을 이용한 가상 채널 생성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 레이더의 각도 해상도를 증가시킬 수 있고, 최대탐지개수도 증가할 수 있는 가상 채널 기반의 레이더 장치 및 그것을 이용한 가상 채널 생성 방법에 관한 것이다.
일반적으로 레이더 센서의 채널 개수가 증가할수록 각도 해상도는 증가하며 레이더의 채널 수는 안테나의 개수에 의해 결정된다. 종래의 FFT(Fast Fourier Transform) 기반의 각도 추정 기법에서 고해상도의 성능을 얻기 위해서는 많은 개수의 수신 안테나를 필요로 한다. 더욱이, 추정하고자 하는 도래각 범위를 높이기 위해서는 수신 안테나 간의 간격을 일정 거리 이상 두어야 한다. 하지만, 안테나의 비용이 고가일 뿐만 아니라 제한된 공간에서 안테나 개수를 증가시키는 것에는 한계가 있다.
또한 FFT 기반의 도래각 추정 방식으로는 수신 안테나의 개수가 작을 경우 각도 해상도에 한계가 있으며 탐지 가능한 타겟의 개수 역시 수신 안테나의 개수에 의해 제한된다. 예를 들어, 1개의 송신 안테나와 K개의 수신 안테나가 존재하는 경우, FFT 기반 각도 추정 기법을 이용하면 탐지 가능한 최대 타겟의 수는 K-1개로 제한된다. 따라서, 만일 K개 이상의 타겟의 개수가 존재할 경우, 탐지가 불가능한 타겟이 적어도 하나 불가피하게 발생하게 된다.
이러한 문제를 해결하기 위해 MUSIC(MUltiple Signal Classification)이나 ESPRIT(Estimation of Signal Parameter via Rotational Invariance Technique)과 같은 부분공간 기반의 초고해상도 탐지 기법이 제안되었다. 하지만, 이 기법들은 연산 복잡도가 매우 높아서 긴 처리시간이 소요되는 문제가 있다.
또한, 수신 신호의 공액(conjugate)에 해당하는 신호를 추가로 생성함으로써 수신 신호의 개수를 가상적으로 증가시키는 방식도 제안되었다. 하지만, 이러한 기법은 실제 수신 신호와 가상 생성 신호와의 높은 상관도로 인하여 스무딩과 같은 추가적인 연산을 필요로 할 뿐만 아니라 이 역시 부분공간 기반의 방식에 적용되므로 여전히 높은 연산 복잡도를 갖는 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제2014-0144826호(2014.12.22 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은, 복수의 수신 채널에 각각 수신되는 채널 신호 간의 조합을 기초로 수신 채널의 개수를 가상으로 증가시킴으로써 탐지 가능한 타겟의 개수 및 각도 추정의 해상도를 증가시킬 수 있는 가상 채널 기반의 레이더 장치 및 그것을 이용한 가상 채널 생성 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은, 복수의 수신 채널을 포함하는 레이더 장치를 이용한 가상 채널 생성 방법에 있어서, 상기 복수의 수신 채널에 수신되는 각각의 채널 신호를 디지털 신호 처리하는 단계와, 기 설정된 채널 신호의 조합을 기초로 상기 채널 신호 중에서 선택된 채널 신호 간을 곱셈 연산하여, 상기 수신 채널의 개수보다 많은 복수의 가상 채널 신호를 생성하는 단계, 및 상기 복수의 가상 채널 신호들을 이용하여 타겟 각각에 대한 거리, 속도, 각도 중 적어도 하나를 검출하는 단계를 포함하는 레이더의 가상 채널 생성 방법을 제공한다.
여기서, 상기 기 설정된 채널 신호의 조합은, 동일 채널 신호 간의 조합 및 다른 채널 신호 간의 조합을 포함할 수 있다.
또한, K개의 수신 채널에 대해 생성되는 I개(I=2K-1)의 가상 채널 신호는 아래의 수학식으로 정의될 수 있다.
Figure 112016086316140-pat00001
여기서, ui는 i번째 가상 채널 신호(i={1,…,I}), yP 및 yq는 K개의 수신 채널에 대응하는 K개의 채널 신호 중에 선택된 p번째 및 q번째 채널 신호(p={1,…,K}, q={1,…,K})를 나타낸다.
또한, 상기 가상 채널 신호(ui)에 대한 수학식에서 0<i≤K인 경우 p=1, q=i가 선택되고, K<i≤I인 경우 p=i-K+1, q=K가 선택될 수 있다.
또한, 상기 K개의 수신 채널과 M개의 타겟이 존재하는 경우, k번째 수신 채널에 수신된 k번째 채널 신호(yk)는 아래의 수학식으로 정의될 수 있다.
Figure 112016086316140-pat00002
또한, 상기 가상 채널 신호는 실제 신호 성분(desired term), 간섭 성분(interference term) 및 노이즈 성분(noise term)을 포함하여 아래의 수학식으로 표현될 수 있다.
Figure 112016086316140-pat00003
여기서, am은 m번째 타겟에서 반사된 채널 신호의 복소 크기값, zm k는 상기 m번째 타겟의 도래각 성분, wk는 상기 k번째 수신 채널에 수신된 잡음 신호를 나타낸다.
그리고, 본 발명은, 복수의 수신 채널을 포함하는 레이더 장치에 있어서, 상기 복수의 수신 채널에 수신되는 각각의 채널 신호를 디지털 신호 처리하는 신호 처리부와, 기 설정된 채널 신호의 조합을 기초로 상기 채널 신호 중에서 선택된 채널 신호 간을 곱셈 연산하여, 상기 수신 채널의 개수보다 많은 복수의 가상 채널 신호를 생성하는 가상 채널 생성부, 및 상기 복수의 가상 채널 신호들을 이용하여 타겟 각각에 대한 거리, 속도, 각도 중 적어도 하나를 검출하는 타겟 검출부를 포함하는 가상 채널 기반의 레이더 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 가상 채널 기반의 레이더 장치 및 그것을 이용한 가상 채널 생성 방법에 따르면, 복수의 수신 채널에 각각 수신되는 채널 신호 간을 곱셈 연산하는 것을 통해 새로운 가상 채널 신호들을 생성하여 수신 채널의 개수를 가상으로 증가시킴으로써 탐지 가능한 타겟의 개수 및 각도 추정의 해상도를 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 레이더 장치를 이용한 가상 채널 생성 방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 K=3인 경우에 대한 가상 채널 생성 원리를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기법과 종래 기법에 대한 도래각 추정 성능을 비교한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기법과 종래 기법에 대한 Missing Rate 성능을 비교한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기법과 종래 기법에 대한 RMSE(Root Mean Square Error) 성능을 비교한 도면이다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.
본 발명은 가상 채널 기반의 레이더 장치 및 이를 이용한 가상 채널 생성 방법에 관한 것으로, 레이더 장치 내의 복수의 수신 채널을 통하여 수신되는 채널 신호 간의 다양한 곱셈 조합을 기초로 복수의 가상 채널 신호를 생성함으로써 전체 채널 개수를 증가시키는 기법을 제안한다.
일반적으로 레이더의 수신 안테나 즉, 수신 채널의 개수가 증가할수록 탐지 각도 해상도가 증가하는데, 본 발명의 실시예의 경우 상술한 바와 같이 수신 채널의 개수를 가상으로 증가시킴에 따라 탐지 가능한 도래각 추정의 개수를 증가시킬 뿐만 아니라 도래각 추정의 해상도를 높인다.
이하의 본 발명의 실시예에서 레이더 장치는 복수의 수신 채널을 가지는 레이더를 의미하며, 1개의 송신 안테나 및 복수의 수신 안테나를 포함할 수 있다. 송신 안테나를 통해 송신된 신호는 적어도 하나의 타겟에서 각각 반사되어 복수의 수신 안테나를 통해 수신되며, 각 수신 채널의 수신 신호를 이용하여 타겟의 거리, 속도, 각도 등을 탐지하게 된다.
일반적으로 레이더 장치는 크게 두 가지 블록으로 구분되며, 송신 및 수신 안테나를 포함하는 송수신 블록, 그리고 송신 신호와 수신 신호를 처리하는 신호 처리 블록을 포함하여 구성된다. 본 발명의 실시예에서 신호 처리 블록은 수신 신호의 처리, 가상 채널 생성 및 타겟 검출을 위한 기능을 수행하는 부분에 해당될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 장치의 구성을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 레이더 장치(100)는 신호 처리부(110), 가상 채널 생성부(120), 그리고 타겟 검출부(130)를 포함한다. 여기서 각 부(110,120,130)의 구성은 레이더 장치(100)의 신호 처리 블록 내에 포함될 수 있다.
신호 처리부(110)는 복수의 수신 채널에 수신되는 각각의 채널 신호를 디지털 신호 처리한다. 즉, 복수의 수신 채널 각각에 대한 수신 신호를 ADC(Analog to Digital Conversion) 처리한다.
가상 채널 생성부(120)는 기 설정된 채널 신호의 조합을 기초로, 복수의 채널 신호 중에서 선택된 채널 신호 간을 곱셈 연산하여, 실제 수신 채널의 개수보다 많은 복수의 가상 채널 신호를 생성한다.
타겟 검출부(130)는 복수의 가상 채널 신호들을 이용하여 타겟 각각에 대한 거리, 속도, 각도 중 적어도 하나를 검출한다. 복수의 수신 채널의 신호를 이용하여 타겟의 탐지 정보를 검출하는 기법은 기존에 다양하게 공지되어 있다.
예를 들어, 타겟 검출부(130)는 복수의 가상 채널 신호들에 대해 FFT를 이용한 타겟 추정 기법을 적용하여, 각 타겟에 대한 탐지 정보(거리, 속도, 각도 등)를 검출할 수 있다.
구체적으로, 타겟 추정 시에 각 가상 채널 신호에 대한 FFT 처리 과정, 디지털 빔포밍(Digital Beam-forming) 처리를 통한 고해상도 타겟 탐지 과정 등을 사용할 수 있다. 디지털 빔포밍 기술의 경우 타겟의 거리 및 속도 정보뿐만 아니라 타겟이 위치한 각도 정보(도래각)를 획득하기 위한 기술로서 기 공지된 방식이므로 상세한 설명은 생략한다.
다음은 본 발명의 실시예에 따른 가상 채널 생성 방법에 관하여 상세히 설명한다. 도 2는 도 1에 도시된 레이더 장치를 이용한 가상 채널 생성 방법을 나타낸 도면이다.
먼저, 신호 처리부(110)는 복수의 수신 채널에 수신되는 각각의 채널 신호를 디지털 신호 처리한다(S210). 즉, K개의 수신 채널 각각에 대한 K개의 수신 신호를 디지털 신호 처리한다.
본 발명의 실시예에서, 총 K개의 수신 채널과 M개의 타겟이 있는 경우를 고려할 때, k번째 수신 채널에 수신된 신호 즉, k번째 채널 신호(yk)는 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016086316140-pat00004
여기서, am은 m번째 타겟에서 반사된 채널 신호의 복소 크기값(complex amplitude), zm k는 m번째 타겟의 도래각(θm) 성분으로서
Figure 112016086316140-pat00005
로 표현된다. 또한, wk는 k번째 수신 채널에 수신된 잡음 신호(AWGN; 가산성 백색 가우시안 잡음)를 나타낸다.
이후, 가상 채널 생성부(120)는 기 설정된 채널 신호의 조합을 기초로, K개의 채널 신호 중에서 선택된 채널 신호 간을 곱셈 연산하여, 실제 수신 채널의 개수 즉, K개보다 많은 수의 가상 채널 신호들을 생성하며(S220), 이와 같은 방법으로 수신 채널의 개수를 가상으로 증가시킨다.
다음, 타겟 검출부(130)는 생성한 복수의 가상 채널 신호들을 이용하여 타겟 각각에 대한 거리, 속도, 각도 중 적어도 하나를 검출한다(S230). 실질적으로 수신 채널의 개수가 가상으로 증가함에 따라, 가상 채널을 사용하지 않는 경우보다 탐지 가능한 타겟의 수가 증가되며 도래각 추정의 해상도가 개선된다.
이하에서는 가상 채널 신호 생성 단계에 관하여 구체적으로 설명한다. 우선, S220 단계에서, 기 설정된 채널 신호 간의 조합이란, 동일 채널 신호 간의 조합 및 다른 채널 신호 간의 조합을 포함할 수 있다. 동일 채널 신호 간의 조합의 경우 곱셈 연산은 해당 신호의 제곱 연산을 의미할 수 있다.
본 발명의 실시예의 경우, K개의 수신 채널에 대하여 I개(I > K)의 가상 채널을 생성한다. 이때, I=2K-1로 정의될 수 있다. 즉, K개의 수신 채널에 대하여 2K-1개(I개)의 가상 채널 신호가 생성될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에서 K=3인 경우에 대한 가상 채널 생성 원리를 나타낸 도면이다. 3개(K=3)의 수신 채널 각각에 수신된 채널 신호는 y1, y2 및 y3로 표현된다. 본 실시예에 따르면, K=3인 경우에 2개의 채널 신호를 추가적으로 생성하여 전체 채널의 개수를 5개로 늘릴 수 있다.
도 3에서 K는 주어진 채널(real channel)의 개수로서 수신 안테나의 개수와 동일하며, kEx는 추가적으로 생성된 채널의 개수이며, KEx는 최종적인 채널 개수로서, KEx = K + kEx 의 관계를 가진다.
이와 같이 주어진 채널 신호 간의 다양한 곱셈의 조합을 통하여 기존보다 많은 수의 새로운 i번째 가상 채널 신호(ui)를 생성하게 된다. 예를 들어, 도 3과 같이 K=3인 경우에는 I=5로서 총 5개의 가상 채널 신호(u1~u5)를 생성하게 되며, K=5인 경우에는 I=9로서 총 9개의 가상 채널 신호(u1~u9)를 생성하게 된다.
물론, 실제 타겟 탐지를 위해 사용되는 가상 채널 신호는 I개 중에서 전부 또는 일부가 선택되어 사용될 수도 있다. 여기서, 전체 중 일부만 사용할 경우 K보다 많은 개수로 선택되도록 한다.
이상과 같은 본 발명의 실시예에 따라 생성되는 I개의 가상 채널 신호는 아래의 수학식 2와 같이 정리될 수 있다.
Figure 112016086316140-pat00006
여기서, ui는 i번째 가상 채널 신호(i={1,…,I}), yP 및 yq는 K개의 수신 채널에 대응하는 K개의 채널 신호 중에 선택된 p번째 및 q번째 채널 신호(p={1,…,K}, q={1,…,K})를 나타낸다.
여기서, 물론 p=1, q=1이 선택될 경우, 가상 채널 신호는 y1 2이 될 것이고, p=3, q=3이 선택될 경우, 가상 채널 신호는 y3 2이 될 것이다.
도 3의 경우, K=3일 때, i={1,2,3,4,5}이며, u1=y1 2, u2=y1·y2, u3=y1·y3, u4=y2·y3, u5=y3 2으로 연산되며, 그 결과는 수학식 3과 같이 정리될 수 있다.
Figure 112016086316140-pat00007
본 발명의 실시예에서 사용되는 곱셈 조합의 규칙을 수학식 2를 통해 설명하면 다음과 같다. 구체적으로, 수학식 2의 가상 채널 신호 연산식에서, 0<i≤K인 경우에는 p=1, q=i를 선택하고, K<i≤I인 경우에는 p=i-K+1, q=K를 선택하여 연산하면 된다. 이러한 규칙은 K 값에 상관없이 적용될 수 있다.
간단한 예로서, 도 3과 같이 K=3, I=5 조건일 때, 0<i≤3일 경우(u1~u3)는 p=1, q=i가 선택되어, u1=y1 2, u2=y1·y2, u3=y1·y3로 연산된다. 그리고, 3<i≤5일 경우(u4~u5)는 p=i-K+1, q=K가 선택되어, u4=y2·y3, u5=y3·y3로 연산된다.
다른 예로서, 5개(K=5)의 수신 채널을 가지는 레이더는 9개(I=9)의 가상 채널 신호(u1~u9)를 생성할 수 있다. K=5일 때, i={1,2,3,4,5,6,7,8,9}이며, 상술한 규칙을 적용하면, u1=y1 2, u2=y1·y2, u3=y1·y3, u4=y1·y4, u5=y1·y5, u6=y2·y5, u7=y3·y5, u8=y4·y5, u9=y5 2으로 연산될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예를 통해 생성되는 가상 채널 신호는 구체적으로 아래의 수학식 4와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112016086316140-pat00008
수학식 4를 참조하면, 가상 채널 신호는 추정하고자 하는 실제 신호 성분(desired term), 간섭 성분(interference term) 및 노이즈 성분(noise term)을 포함하는 것을 알 수 있다. 여기서 간섭 성분과 노이즈 성분은 실제 신호 성분보다 작은 크기로 발생하거나 실제 신호 성분과 유사한 경향을 보이므로, 실제 신호 성분을 추정하는데 크게 영향을 미치지 않는 성분에 해당된다.
특히, 잡음 성분의 경우, 가우시안잡음들 간의 선형결합 및 곱으로 구성되어 있음을 알 수 있다. 가우시안 랜덤 변수들의 선형결합 및 곱은 가우시안 분포를 그대로 유지하므로 하나의 잡음 성분으로 표기할 수 있다. 간섭 성분은 추정하고자 하는 성분과 동일한 주파수 특성을 갖고 있어 도래각 추정에 큰 영향을 미치지 않는다.
이와 같은 본 실시예의 경우, 주어진 채널 신호의 다양한 곱셈을 통해 새로운 신호열(가상 채널 신호)들을 생성하며, 각 타겟의 크기값(am)을 동일하게 하는 목적으로 yk를 그대로 사용하지 않고 곱셈 연산을 통해 u1 내지 uI로 가공하여 사용한다. 또한, yk끼리 곱셈을 하게 되면 am의 차수가 높아지고 각 타겟의 크기 값이 달라지므로, 각 타겟의 크기 값을 동일하게 하기 위해 모든 채널 신호를 새롭게 생성하는 기법을 사용한다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 기법과 종래 기법 간의 성능 비교 분석 결과를 설명한다. 종래 기법은 가상 채널을 이용하지 않으며 K개의 수신 채널에 대해 최대 K-1개의 타겟 탐지가 가능한 기존의 FFT 기반의 도래각 추정 기법을 나타낸다.
먼저, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 기법과 종래 기법에 대한 도래각 추정 성능을 비교한 도면이다. 가로 축은 DOA 각도 위치, 세로 축은 FFT 처리한 크기를 나타낸다. 실제 타겟은 3개로서 각 타겟의 실제 각도 위치는 가로축 위치를 참조하면 된다.
도 4에서 사용된 본 발명의 기법은 K=3인 경우이고 4개의 가상 채널 신호만을 사용하여 타겟을 탐지한 성능을 나타낸다. 기존의 기법의 경우 K=3일 때 2개의 타겟만 추적 가능하고, K=4일때 3개의 타겟만 추적 가능한 반면, 본 발명의 기법은 K=3일 때 4개의 가상 채널 신호를 이용하여 3개의 타겟의 도래각 탐지가 가능한 것을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 기법과 종래 기법에 대한 Missing Rate 성능을 비교한 도면이다. 도 5의 가로축은 SNR(신호 대 잡음비), 세로축은 Missing Rate 즉, 타겟을 놓칠 확률을 나타낸다.
도 5 및 이하의 도 6에서 사용된 본 발명의 기법은 K=3인 경우이고, 4개 또는 5개의 가상 채널 신호를 사용하여 타겟을 탐지한 성능을 나타낸다. 본 발명의 실시예의 경우, 동일 수신 채널의 개수를 사용한 종래 방식에 비해 낮은 missing rate을 가짐을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 기법과 종래 기법에 대한 RMSE 성능을 비교한 도면이다. 도 6의 가로축은 SNR(신호 대 잡음비), 세로축은 RMSE를 나타낸다.
도 6에서 수신 채널의 개수가 3개이고 5개의 가상 채널 신호를 사용한 본 실시예에 따른 기법의 경우, SNR이 0dB 보다 작은 영역에서는 수신 채널의 개수가 4개인 종래 방식보다 낮은 RMSE 성능을 가지므로 낮은 오류 성능을 나타내는 것을 확인할 수 있다.
이상과 같은 본 발명에 따른 가상 채널 기반의 레이더 장치 및 그것을 이용한 가상 채널 생성 방법에 따르면, 복수의 수신 채널에 각각 수신되는 채널 신호 간을 곱셈 연산하는 것을 통해 새로운 가상 채널 신호들을 생성하여 수신 채널의 개수를 가상으로 증가시킴으로써 탐지 가능한 타겟의 개수 및 각도 추정의 해상도를 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
이러한 본 발명은 도래각 추정이 요구되는 레이더 및 센서 네트워크 등의 영역에서 활용될 수 있다. 또한, 공간 또는 비용의 문제 등으로 인해 채널 개수가 제한적인 경우에 도래각의 탐지 가능 타겟의 개수가 제한되는 기존의 FFT 기반의 도래각 추정 기법의 문제를 해결하는 동시에 각도 추정 해상도를 높일 수 있다. 더욱이, 기존의 FFT 기반의 도래각 추정 기법과 거의 유사한 복잡도를 가지므로, 연산 복잡도에 제한이 있는 시스템에 효과적으로 적용될 수 있다.
또한, 본 발명은 기존의 가상 배열 안테나 기술과 달리, 부분 공간 기반의 초고해상도 타겟 탐지 알고리즘을 불필요로 하므로 시스템의 사이즈뿐만 아니라 연산 복잡도까지 감소시킬 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
100: 레이더 장치 110: 신호 처리부
120: 가상 채널 생성부 130: 타겟 검출부

Claims (10)

  1. 복수의 수신 채널을 포함하는 레이더 장치를 이용한 가상 채널 생성 방법에 있어서,
    상기 복수의 수신 채널에 수신되는 각각의 채널 신호를 디지털 신호 처리하는 단계;
    기 설정된 채널 신호의 조합을 기초로 상기 채널 신호 중에서 선택된 채널 신호 간을 곱셈 연산하여, 상기 수신 채널의 개수보다 많은 복수의 가상 채널 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 복수의 가상 채널 신호들을 이용하여 타겟 각각에 대한 거리, 속도, 각도 중 적어도 하나를 검출하는 단계를 포함하는 레이더의 가상 채널 생성 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 기 설정된 채널 신호의 조합은,
    동일 채널 신호 간의 조합 및 다른 채널 신호 간의 조합을 포함하는 레이더의 가상 채널 생성 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    K개의 수신 채널에 대해 생성되는 I개(I=2K-1)의 가상 채널 신호는 아래의 수학식으로 정의되는 레이더의 가상 채널 생성 방법:
    Figure 112016086316140-pat00009

    여기서, ui는 i번째 가상 채널 신호(i={1,…,I}), yP 및 yq는 K개의 수신 채널에 대응하는 K개의 채널 신호 중에 선택된 p번째 및 q번째 채널 신호(p={1,…,K}, q={1,…,K})를 나타낸다.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 가상 채널 신호(ui)에 대한 수학식에서 0<i≤K인 경우 p=1, q=i가 선택되고, K<i≤I인 경우 p=i-K+1, q=K가 선택되는 레이더의 가상 채널 생성 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 K개의 수신 채널과 M개의 타겟이 존재하는 경우, k번째 수신 채널에 수신된 k번째 채널 신호(yk)는 아래의 수학식으로 정의되며,
    Figure 112016086316140-pat00010

    상기 가상 채널 신호는 실제 신호 성분(desired term), 간섭 성분(interference term) 및 노이즈 성분(noise term)을 포함하여 아래의 수학식으로 표현되는 레이더의 가상 채널 생성 방법:
    Figure 112016086316140-pat00011

    여기서, am은 m번째 타겟에서 반사된 채널 신호의 복소 크기값, zm k는 상기 m번째 타겟의 도래각 성분, wk는 상기 k번째 수신 채널에 수신된 잡음 신호를 나타낸다.
  6. 복수의 수신 채널을 포함하는 레이더 장치에 있어서,
    상기 복수의 수신 채널에 수신되는 각각의 채널 신호를 디지털 신호 처리하는 신호 처리부;
    기 설정된 채널 신호의 조합을 기초로 상기 채널 신호 중에서 선택된 채널 신호 간을 곱셈 연산하여, 상기 수신 채널의 개수보다 많은 복수의 가상 채널 신호를 생성하는 가상 채널 생성부; 및
    상기 복수의 가상 채널 신호들을 이용하여 타겟 각각에 대한 거리, 속도, 각도 중 적어도 하나를 검출하는 타겟 검출부를 포함하는 가상 채널 기반의 레이더 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 기 설정된 채널 신호의 조합은,
    동일 채널 신호 간의 조합 및 다른 채널 신호 간의 조합을 포함하는 레이더의 가상 채널 기반의 레이더 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    K개의 수신 채널에 대해 생성되는 I개(I=2K-1)의 가상 채널 신호는 아래의 수학식으로 정의되는 가상 채널 기반의 레이더 장치:
    Figure 112016086316140-pat00012

    여기서, ui는 i번째 가상 채널 신호(i={1,…,I}), yP 및 yq는 K개의 수신 채널에 대응하는 K개의 채널 신호 중에 선택된 p번째 및 q번째 채널 신호(p={1,…,K}, q={1,…,K})를 나타낸다.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 가상 채널 신호(ui)에 대한 수학식에서 0<i≤K인 경우 p=1, q=i가 선택되고, K<i≤I인 경우 p=i-K+1, q=K가 선택되는 가상 채널 기반의 레이더 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 K개의 수신 채널과 M개의 타겟이 존재하는 경우, k번째 수신 채널에 수신된 k번째 채널 신호(yk)는 아래의 수학식으로 정의되며,
    Figure 112016086316140-pat00013

    상기 가상 채널 신호는 실제 신호 성분(desired term), 간섭 성분(interference term) 및 노이즈 성분(noise term)을 포함하여 아래의 수학식으로 표현되는 가상 채널 기반의 레이더 장치:
    Figure 112016086316140-pat00014

    여기서, am은 m번째 타겟에서 반사된 채널 신호의 복소 크기값, zm k는 상기 m번째 타겟의 도래각 성분, wk는 상기 k번째 수신 채널에 수신된 잡음 신호를 나타낸다.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190136789A (ko) * 2018-05-31 2019-12-10 재단법인대구경북과학기술원 가상 채널을 이용한 다중 송수신 어레이 안테나 레이더 장치 및 그 방법
CN115801110A (zh) * 2023-02-06 2023-03-14 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 一种基于机器学习的无线电选台优化方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100750967B1 (ko) 2006-05-02 2007-08-22 한국전기연구원 가상 배열형 안테나 시스템 기반의 근거리 고해상도 차량용레이더 시스템
JP2009168452A (ja) 2008-01-10 2009-07-30 Mitsubishi Electric Corp レーダ装置
JP5641720B2 (ja) 2009-10-05 2014-12-17 三菱電機株式会社 到来方向推定装置、端末装置、無線通信システムおよび到来方向推定方法

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100750967B1 (ko) 2006-05-02 2007-08-22 한국전기연구원 가상 배열형 안테나 시스템 기반의 근거리 고해상도 차량용레이더 시스템
JP2009168452A (ja) 2008-01-10 2009-07-30 Mitsubishi Electric Corp レーダ装置
JP5641720B2 (ja) 2009-10-05 2014-12-17 三菱電機株式会社 到来方向推定装置、端末装置、無線通信システムおよび到来方向推定方法

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20190136789A (ko) * 2018-05-31 2019-12-10 재단법인대구경북과학기술원 가상 채널을 이용한 다중 송수신 어레이 안테나 레이더 장치 및 그 방법
KR102097080B1 (ko) * 2018-05-31 2020-04-03 재단법인대구경북과학기술원 가상 채널을 이용한 다중 송수신 어레이 안테나 레이더 장치 및 그 방법
CN115801110A (zh) * 2023-02-06 2023-03-14 中国航空工业集团公司西安飞行自动控制研究所 一种基于机器学习的无线电选台优化方法

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