KR101828246B1 - 차량용 fmcw 레이더의 표적 검출 장치 및 방법 - Google Patents

차량용 fmcw 레이더의 표적 검출 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101828246B1
KR101828246B1 KR1020170100233A KR20170100233A KR101828246B1 KR 101828246 B1 KR101828246 B1 KR 101828246B1 KR 1020170100233 A KR1020170100233 A KR 1020170100233A KR 20170100233 A KR20170100233 A KR 20170100233A KR 101828246 B1 KR101828246 B1 KR 101828246B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
target
effective
signal
information
targets
Prior art date
Application number
KR1020170100233A
Other languages
English (en)
Inventor
이상일
Original Assignee
한화시스템(주)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한화시스템(주) filed Critical 한화시스템(주)
Priority to KR1020170100233A priority Critical patent/KR101828246B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101828246B1 publication Critical patent/KR101828246B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/35—Details of non-pulse systems
    • G01S7/352—Receivers
    • G01S7/354—Extracting wanted echo-signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/93—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
    • G01S13/931—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes of land vehicles
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/35—Details of non-pulse systems
    • G01S7/352—Receivers
    • G01S7/358—Receivers using I/Q processing
    • G—PHYSICS
    • G05—CONTROLLING; REGULATING
    • G05D—SYSTEMS FOR CONTROLLING OR REGULATING NON-ELECTRIC VARIABLES
    • G05D1/00—Control of position, course, altitude or attitude of land, water, air or space vehicles, e.g. using automatic pilots
    • G05D1/02—Control of position or course in two dimensions
    • G05D1/021—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles
    • G05D1/0257—Control of position or course in two dimensions specially adapted to land vehicles using a radar
    • G01S2007/358—

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치 및 방법이 제공된다. 송수신부는 표적 검출을 위한 송신신호를 송신하고, 선행하는 다수의 표적들로부터 반사되는 반사신호를 수신하고, 신호 처리부는 수신된 반사신호의 비트주파수(이하, '수신 비트 주파수'라 함)에 대해 FFT를 수행하여 전체 스펙트럼을 형성하고, 표적 검출부는 수신 비트 주파수에 대한 전체 스펙트럼을 분석하여 다수의 표적들을 검출하고 검출된 다수의 표적들의 표적 정보를 출력하고, 추적 필터는 다수의 표적들의 표적 정보로부터 최전방에 위치하는 선행 표적을 추적하고, 관심영역 구간 선택부는 추적된 선행 표적의 표적 정보와 송신신호의 파형 정보를 이용하여 전체 스펙트럼 중 유효 스펙트럼 범위를 관심영역으로서 추출하며, 최종 유효 표적 검출부는 추출된 유효 스펙트럼 범위 중 최대 비트 주파수 신호를 이용하여, 선행 표적 중 최근방에 위치하는 지점에 해당하는 최종 유효 표적을 유효 스펙트럼 범위 내에서 검출한다.

Description

차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치 및 방법{Apparatus and method for detecting target on a vehicle FMCW radar}
본 발명은 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 하나의 표적에 대해 고분해능 표적 검출을 수행하여 하나의 표적에서도 가장 근접한 지점을 최종 표적으로 검출할 수 있는 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
레이더(Radar)는 전자기파를 방출하고 해당 영역 내의 물체에 의해 반사되는 반사파를 수신하여 표적의 존재와 그 거리를 탐지하는 장치이다.
이러한 레이더에 적용되는 송신 신호의 변조(Modulation) 방식은 펄스(pulse) 방식, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 방식, FSK (Frequency Shitf Keying) 방식 등이 있으며, 각각의 변조 방식에 따라 표적의 속도 및 거리를 추출하는 방법이 달라진다.
이러한 레이더들 중 FMCW 레이더는 펄스 방식의 레이더와 달리 연속파 신호를 송신하면서 표적으로부터의 반사파 신호를 동시에 수신한다.
이때, FMCW 레이더는 송신 신호와 수신 신호의 차 주파수 성분인 비트주파수를 이용하여 표적의 상대 거리 정보 및 상대 속도 정보를 추출하며, 초고주파를 사용하므로 외부환경에 영향을 받지 않으면서도 비교적 간단하게 구현 가능하여 차량용 충돌방지 시스템으로서 많은 연구가 진행되고 있다.
기존의 차량용 FMCW 레이더 시스템으로 표적을 검출하는 방식에 대해 간략히 설명하면, 기존에는 표적에 대한 거리-속도 맵을 이용하여 피크 전력을 탐지한 후, 미리 설정된 기준 전력을 통해 표적을 선택하는 것으로, 표적의 검출 능력은 미리 설정된 고정 기준 전력에 의해서 좌우된다.
즉, 표적 검출을 위한 고정 기준 전력을 낮게 설정할 경우 오표적이 증가하게 되고, 고정 기준 전력을 높게 설정할 경우 표적에 대한 미검출이 증가 하게 된다.
또한, 기존의 차량용 FMCW 레이더는 선행 중인 차량과의 충돌을 방지하고, 도로 상의 다양한 표적이 존재하므로 표적 분해 능력을 향상시키기 위해 높은 대역폭을 갖는 송신 파형을 사용하여 신호를 송출한다.
이로 인하여, 도로 상의 동일한 표적(즉, 선행하는 차량)에서 반사되는 신호는 다수의 표적(Multiple-Target)의 형태로 혼합되어 수신되며, 이 때의 수신 전력의 특성 분포는 다수의 표적의 합 형태를 갖게 된다. 즉, 수신된 혼합신호는 후술할 도 4에 도시된 것처럼 다양한 전력 형태를 갖게 된다. 이는 동일 표적이 속도는 동일하면서 여러 개의 다른 거리값을 가질 수 있음을 의미한다.
이 때, 피크 전력을 사용할 경우 선행 차량과의 상대적 거리가 멀어진 값을 표적 거리로 인지하는 현상이 발생하게 되며, 이러할 경우, 선행 주행 차량과의 충돌 확률은 높아지게 된다.
국내 출원특허 제10-2013-0036562호(2013.04.03. 출원)
전술한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 표적의 높은 분해 능력을 위해 높은 대역폭을 사용하는 경우, 동일한 표적에 대해서 상대적으로 가장 근거리에 위치하는 지점에 대한 표적의 감지 능력을 높여 전방의 표적과 충돌 가능성을 낮추기 위한 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치 및 방법을 제시하는 데 있다.
본 발명의 해결과제는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 기술적 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치는, 표적 검출을 위한 송신신호를 송신하고, 선행하는 다수의 표적들로부터 반사되는 반사신호를 수신하는 송수신부; 상기 수신된 반사신호의 비트주파수(이하, '수신 비트 주파수'라 함)에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 전체 스펙트럼을 형성하는 신호 처리부; 상기 수신 비트 주파수에 대한 전체 스펙트럼을 분석하여 상기 다수의 표적들을 검출하고 상기 검출된 다수의 표적들의 표적 정보를 출력하는 표적 검출부; 상기 다수의 표적들의 표적 정보로부터 최전방에 위치하는 선행 표적을 추적하는 추적 필터; 상기 추적된 선행 표적의 표적 정보와 상기 송신신호의 파형 정보를 이용하여 상기 전체 스펙트럼 중 유효 스펙트럼 범위를 관심영역으로서 추출하는 관심영역 구간 선택부; 및 상기 추출된 유효 스펙트럼 범위 중 최대 비트 주파수 신호를 이용하여, 상기 선행 표적 중 최근방에 위치하는 지점에 해당하는 최종 유효 표적을 상기 유효 스펙트럼 범위 내에서 검출하는 최종 유효 표적 검출부;를 포함한다.
상기 관심영역 구간 선택부는, 상기 추적된 선행 표적의 표적 정보에 포함된 거리 정보와 속도 정보, 상기 송신신호의 파형 정보, 그리고, 상기 선행 표적의 전체 길이를 이용하여 유효 주파수 범위를 산출하는 유효 주파수 범위 산출부; 및 상기 전체 스펙트럼 중 상기 산출된 유효 주파수 범위에 소속되는 범위를 상기 유효 스펙트럼 범위로서 추출하는 유효 스펙트럼 범위 추출부;를 포함한다.
상기 유효 주파수 범위 산출부는, 다음의 식을 이용하여 상기 유효 주파수 범위를 산출한다.
Figure 112017076288294-pat00001
Figure 112017076288294-pat00002
, 그리고,
Figure 112017076288294-pat00003
여기서,
Figure 112017076288294-pat00004
은 상기 선행 표적과 자율주행 차량 간의 상대 거리,
Figure 112017076288294-pat00005
은 상기 선행 표적의 상대 속도,
Figure 112017076288294-pat00006
는 상기 송신 파형의 대역폭,
Figure 112017076288294-pat00007
는 상기 송신 파형의 주기,
Figure 112017076288294-pat00008
는 빛의 속도,
Figure 112017076288294-pat00009
는 상기 송신 파형의 파장,
Figure 112017076288294-pat00010
은 상기 선행 표적의 차량 길이(L)보다 작은 값이다.
상기 최종 유효 표적 검출부는, 상기 추출된 유효 스펙트럼 범위 중 주변 잡음신호를 이용하여 고정 임계값을 산출하는 고정 임계값 산출부; 상기 유효 스펙트럼 중 상기 산출된 고정 임계값보다 큰 값을 갖는 비트 주파수들로 이루어진 유효 표적 후보군을 검출하는 유효 표적 후보군 검출부; 상기 검출된 유효 표적 후보군 중 상기 최대 비트 주파수 신호를 검출하는 최대 주파수 신호 검출부; 및 상기 검출된 최대 비트 주파수 신호와 상기 유효 표적 후보군 내의 신호들 간의 상대신호 크기를 비교하여, 상기 유효 표적 후보군에서 상기 상대신호 크기가 기준값 이상인 최종 유효 표적을 선정하는 최종 유효 표적 선정부;를 포함한다.
상기 고정 임계값 산출부는, 상기 추출된 유효 스펙트럼 범위 중 주변 잡음신호의 평균을 구한 후, 상기 주변잡음신호의 평균 및 상기 주변잡음신호의 평균의 n배(n은 상수) 중 하나를 상기 고정 임계값으로 산출한다.
상기 검출된 최대 비트 주파수 신호와 상기 유효 표적 후보군 내의 신호들 간의 상대신호 크기를 산출하는 상대신호 크기 산출부;를 더 포함하고, 상기 최종 유효 표적 선정부는, 상기 산출된 상대신호 크기들 중 상기 산출된 상대신호 크기가 사전에 정해진 기준값 미만이면 사이드 로브로 판단하고, 상기 기준값 이상인 상대신호 크기들 중 가장 먼저 산출된 상대신호 크기에 해당하는 유효 표적을 상기 최종 유효 표적으로 선정한다.
한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 방법은, (A) 표적 검출을 위한 송신신호를 선행하는 다수의 표적들에게 송신하고, 상기 다수의 표적들로부터 반사되는 반사신호를 수신하는 단계; (B) 상기 수신된 반사신호의 비트주파수(이하, '수신 비트 주파수'라 함)에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 전체 스펙트럼을 형성하는 단계; (C) 상기 수신 비트 주파수에 대한 전체 스펙트럼을 분석하여 상기 다수의 표적들을 검출하고 상기 검출된 다수의 표적들의 표적 정보를 출력하는 단계; (D) 상기 다수의 표적들의 표적 정보로부터 최전방에 위치하는 선행 표적을 추적하는 단계; (E) 상기 추적된 선행 표적의 표적 정보와 상기 송신신호의 파형 정보를 이용하여 상기 전체 스펙트럼 중 유효 스펙트럼 범위를 관심영역으로서 추출하는 단계; 및 (F) 상기 추출된 유효 스펙트럼 범위 중 최대 비트 주파수 신호를 이용하여, 상기 선행 표적 중 최근방에 위치하는 지점에 해당하는 최종 유효 표적을 상기 유효 스펙트럼 범위 내에서 검출하는 단계;를 포함한다.
상기 (E) 단계는, (E1) 상기 추적된 선행 표적의 표적 정보에 포함된 거리 정보와 속도 정보, 상기 송신신호의 파형 정보, 그리고, 상기 선행 표적의 전체 길이를 이용하여 유효 주파수 범위를 산출하는 단계; 및 (E2) 상기 전체 스펙트럼 중 상기 산출된 유효 주파수 범위에 소속되는 범위를 상기 유효 스펙트럼 범위로서 추출하는 단계;를 포함한다.
상기 (E1) 단계는, 다음의 식을 이용하여 상기 유효 주파수 범위를 산출한다.
Figure 112017076288294-pat00011
Figure 112017076288294-pat00012
, 그리고,
Figure 112017076288294-pat00013
상기 (F) 단계는, (F1) 상기 추출된 유효 스펙트럼 범위 중 주변 잡음신호를 이용하여 고정 임계값을 산출하는 단계; (F2) 상기 유효 스펙트럼 중 상기 산출된 고정 임계값보다 큰 값을 갖는 비트 주파수들로 이루어진 유효 표적 후보군을 검출하는 단계; (F3) 상기 검출된 유효 표적 후보군 중 상기 최대 비트 주파수 신호를 검출하는 단계; 및 (F4) 상기 검출된 최대 비트 주파수 신호와 상기 유효 표적 후보군 내의 신호들 간의 상대신호 크기를 비교하여, 상기 유효 표적 후보군에서 상기 상대신호 크기가 기준값 이상인 최종 유효 표적을 선정하는 단계;를 포함한다.
상기 (F4) 단계는, 상기 검출된 최대 비트 주파수 신호와 상기 유효 표적 후보군 내의 신호들 간의 상대신호 크기를 산출하고, 상기 산출된 상대신호 크기가 사전에 정해진 기준값 이상인 신호들 중 가장 먼저 산출된 상대신호 크기에 해당하는 유효 표적을 상기 최종 유효 표적으로 선정한다.
본 발명에 따르면, 표적의 높은 분해 능력을 위해 높은 대역폭을 사용하는 경우, 동일한 표적에 대해서 상대적으로 가장 근거리에 위치하는 지점에 대한 감지 능력을 높임으로써 표적의 정확도와 차량의 안전 자율 능력을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 관심있는 전방 주행 차량, 즉, 표적에 대하여 다수의 표적 검출 능력을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치를 도시한 블록도,
도 2는 신호파형 생성부에서 생성되는 송신신호의 신호 파형을 도시한 예시도,
도 3은 다채널 수신부를 자세히 도시한 도면,
도 4는 동일 차량으로부터 반사되는 신호의 수신 비트 주파수 특성을 보여주는 예시도,
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 도 1에 도시된 고분해능 표적 검출부를 보다 자세히 도시한 블록도,
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치의 표적 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 8은 도 7의 S750단계를 자세히 도시한 흐름도, 그리고,
도 9는 도 7의 S760단계를 자세히 도시한 흐름도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시 예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시 예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다.
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 구성요소들을 기술하기 위해서 사용된 경우, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시 예들은 그것의 상보적인 실시 예들도 포함한다.
또한, 제1 엘리먼트 (또는 구성요소)가 제2 엘리먼트(또는 구성요소) 상(ON)에서 동작 또는 실행된다고 언급될 때, 제1 엘리먼트(또는 구성요소)는 제2 엘리먼트(또는 구성요소)가 동작 또는 실행되는 환경에서 동작 또는 실행되거나 또는 제2 엘리먼트(또는 구성요소)와 직접 또는 간접적으로 상호 작용을 통해서 동작 또는 실행되는 것으로 이해되어야 할 것이다.
어떤 엘리먼트, 구성요소, 장치, 또는 시스템이 프로그램 또는 소프트웨어로 이루어진 구성요소를 포함한다고 언급되는 경우, 명시적인 언급이 없더라도, 그 엘리먼트, 구성요소, 장치, 또는 시스템은 그 프로그램 또는 소프트웨어가 실행 또는 동작하는데 필요한 하드웨어(예를 들면, 메모리, CPU 등)나 다른 프로그램 또는 소프트웨어(예를 들면 운영체제나 하드웨어를 구동하는데 필요한 드라이버 등)를 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 어떤 엘리먼트(또는 구성요소)가 구현됨에 있어서 특별한 언급이 없다면, 그 엘리먼트(또는 구성요소)는 소프트웨어, 하드웨어, 또는 소프트웨어 및 하드웨어 어떤 형태로도 구현될 수 있는 것으로 이해되어야 할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시 예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
이하, 본 발명에서 실시하고자 하는 구체적인 기술내용에 대해 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 1에 도시된 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치(100)의 각각의 구성은 기능 및 논리적으로 분리될 수 있음을 나타내는 것이며, 반드시 각각의 구성이 별도의 물리적 장치로 구분되거나 별도의 코드로 작성됨을 의미하는 것은 아님을 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가는 용이하게 추론할 수 있을 것이다.
상기 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치(100)는 소정의 데이터 프로세싱 장치에 설치되어 본 발명의 기술적 사상을 구현할 수 있다.
또한, 도 1에 도시된 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치(100)는 자율주행이 가능한 차량(이하, '자차'라고 함)에 구비되어, 전방에서 주행 중인 또는 전방에 정차되어 있는 표적을 검출할 수 있다.
특히, 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치(100)는 전방에 위치하는 다수의 표적들 중 자신의 차량과 동일한 차선에 있으면서 가장 가까이 있는, 즉, 최전방 선행 차량을 표적으로서 검출한다. 그리고, 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치(100)는 검출된 선행 차량의 표면 굴곡에 따라 FMCW 레이더(또는 자차)와의 거리가 상이하므로, 검출된 선행 차량의 표면 중 FMCW 레이더(또는 자차)와 가장 근접한 지점을 최종 유효 표적으로서 검출하는 고분해능 표적 검출을 수행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치(100)를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 의한 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치(100)는 신호파형 생성부(110), 송신 안테나(120), 다수의 수신 안테나들(130), 다채널 수신부(140), 신호 처리부(150), 표적 검출부(160), 추적 필터(170), 고분해능 표적 검출부(180) 및 제어부(190)를 포함한다.
신호파형 생성부(110)는 제어부(190)의 제어에 의해 높은 송신 대역폭을 갖는 송신신호의 신호 파형을 생성한다.
도 2는 신호파형 생성부(110)에서 생성되는 송신신호의 신호 파형을 도시한 예시도이다.
도 2를 참조하면, 신호파형 생성부(110)는 시간에 따라 선형적으로 스윕(sweep)하는 UP Chirp과 Down Chirp 방식의 FMCW 신호 파형을 생성한다. 신호 파형 중 대역폭(BW)이 클수록 표적 검출 장치(100)의 고분해능 표적 검출 성능은 향상될 수 있다.
송수신부 중 하나인 송신 안테나(120)는 신호파형 생성부(110)에서 생성된 신호 파형에 해당하는 송신신호를 송신한다. 송신신호는 자차의 전방에 위치하는 하나 이상의 표적들에서 반사된다. 자차의 전방에 위치하는 하나 이상의 표적들은 자차와 동일한 차로에 위치하거나 자차의 차로를 이탈한 경로에 있을 수 있다.
송수신부 중 다른 하나인 다수의 수신 안테나들(130)은 전방에 위치하는, 즉, 선행하는 하나 이상의 표적들에서 반사된 반사신호를 수신한다. 이 때, 차량용 레이더와 표적과의 왕복 거리만큼의 시간 지연과 표적의 상대 속도에 대한 주파수 편이가 일어난 신호가 다수의 수신 안테나들(130)을 통해 수신될 수 있다. 이를 각각 상대거리 지연시간 정보와 도플러 주파수라 한다.
다채널 수신부(140)는 송신신호와 다수의 수신 안테나들(130)이 수신한 반사신호 간의 반사 수신차에 의한 수신 비트 주파수를 생성할 수 있다.
도 3은 다채널 수신부(140)를 자세히 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 다채널 수신부(140)는 믹서(142) 및 LPF(Low Pass Filter)(144)를 포함한다.
믹서(142)는 신호파형 생성부(110)로부터 송신신호(즉, 송신기준 신호)를 입력받고, 수신 안테나들(130)로부터 반사신호(즉, 표적으로부터 반사된 수신신호)와 도플러 주파수, 상대거리 지연시간 정보를 입력받아 이들을 혼합한 신호를 생성한다.
LPF(144)는 믹서(142)에서 생성된 혼합신호로부터 합 주파수 성분을 제거하고 차 주파수 성분만을 출력한다. 이 때 출력되는 차 주파수 성분을 수신 비트 주파수(Beat Frequency)라 한다. 수신 비트 주파수는 디지털화되어 신호 처리부(150)로 입력된다.
신호 처리부(150)는 수신된 반사신호의 비트 주파수, 즉, 수신 비트 주파수에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 수신 비트 주파수에 대한 스펙트럼(이하, '전체 스펙트럼'이라 한다)을 형성한다. 신호 처리부(150)의 FFT에 의해 신호 처리부(150)는 다수의 표적들에 대한 상대 거리 정보, 상대 속도 정보, 상대 각도 정보, 표적들의 전체 길이(즉, 차량 길이, L)를 각 표적에 대한 표적 정보로서 획득할 수 있다.
신호 처리부(150) 또는 표적 검출부(160)는 수신 비트 주파수의 전력 크기 변화를 분석하여 표적의 크기(즉, 전체 길이)를 알 수 있다. 이는, 표적의 크기에 따라 전파를 반사하는 전력량이 다르다는 사실을 이용하는 것으로, 일반적으로 사람을 0dB라 하고, 이를 기준으로 상대이득으로 표현하면 일반 승용차는 상대이득이 10dB, 버스와 같은 큰 물체는 상대이득이 50dB정도이다. 이는 주지된 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
표적 검출부(160)는 수신 비트 주파수의 전체 스펙트럼을 분석하여 선행하는 다수의 표적들을 검출한다.
자세히 설명하면, 표적 검출부(160)는 수신 비트 주파수의 Up Chirp과 Down Chirp에 대하여 각각 임계값 처리하여 표적 후보군을 검출한다. 표적 검출부(160)는 예를 들어, CFAR(Constant False Alarm Rate) 탐지를 통해 임계값을 설정하며, 수신 비트 주파수 중 임계값 이상의 피크를 갖는 주파수에 해당하는 표적들을 표적 후보군으로서 검출할 수 있다.
그리고, 표적 검출부(160)는 검출된 표적 후보군에 속하는 다수의 표적들의 표적 정보를 추적 필터(170)로 출력할 수 있다. 표적 정보는 각 표적과 자차 간의 거리인 상대거리정보, 각 표적의 상대 속도 정보, 그리고, 자차의 주행 방향을 기준으로 각 표적과 자차 간에 형성된 상대 각도 정보를 포함할 수 있다.
추적 필터(170)는 표적 후보군, 즉, 다수의 표적들의 표적 정보로부터 최전방에 위치하는 선행 표적을 추적할 수 있다. 최전방에 위치하는 선행 표적은, 자차와 동일한 차로에 있는 것을 의미하며, 차로가 아니더라도, 자차와의 상대 각도가 최소인 표적을 의미할 수 있다.
따라서, 추적 필터(170)는 각 표적의 표적 정보 중 상대 각도가 0도에 근접하는 표적들을 추출하고, 이 추출된 표적들 중 상대 거리가 가장 짧은 표적을 선행 표적으로서 추적할 수 있다. 이는 상대 각도가 0도에 근접할수록 자차와 표적이 가장 일직선상에 있음을 의미하기 때문이다.
추적 필터(170)는 최전방에 위치하는 것으로 추적된 하나의 선행 표적의 표적 정보, 즉, 상대 거리 정보와 상대 속도 정보를 선행 표적의 ID와 함께 고분해능 표적 검출부(180)로 제공한다.
고분해능 표적 검출부(180)는 추적 필터(170)에서 추적된 선행 표적의 표적 정보로부터 고분해능 표적 검출을 적용하여, 하나의 선행 표적에 대해서 상대적으로 가장 근거리에 위치하는 지점을 최종 표적으로서 검출할 수 있다.
도 4는 동일 차량으로부터 반사되는 신호의 수신 비트 주파수 특성을 보여주는 예시도이다.
도 4에 도시된 것처럼, 차량의 모양, 형태 또는 굴곡에 따라서 동일 차량으로부터 반사되는 반사신호는 다양한 형태의 스펙트럼 특성을 갖는다.
또한, 상술한 다채널 수신부(140)에서 수신 처리를 하면, 다수의 반사신호는 동일한 주파수 성분을 갖고, 거리가 다른 신호의 합으로 표현되어 거리신호에 따른 다양한 형태의 비트 주파수 스펙트럼을 갖게 된다.
따라서, 고분해능 표적 검출부(180)는 하나의 선행 표적에 대해서도 자차(또는 FMCW 레이더)와의 거리가 가장 짧은 지점을 최종 표적으로 검출하기 위해 고분해능 표적 기능을 담당한다. 이는, 수신 비트 주파수에 따른 전체 스펙트럼의 형태에 있어서, 동일 표적과 자차 간의 충돌을 방지하기 위해 상대적으로 가까운 돌출부위를 최종 유효 표적으로 검출하는 것이다.
예를 들어, 도 4에 도시된 차량에서 (1)의 지점을 최종 유효 표적으로 검출하는 경우, 표적과 자차의 충돌이 발생할 수 있으므로, (2)의 지점을 최종 유효 표적으로 검출함으로써 충돌을 방지할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 도 1에 도시된 고분해능 표적 검출부(180)를 보다 자세히 도시한 블록도이다.
도 5를 참조하면, 고분해능 표적 검출부(180)는 관심영역 구간 선택부(200) 및 최종 유효 표적 검출부(300)를 포함한다.
관심영역 구간 선택부(200)는 추적 필터(170)에서 추적된 선행 표적의 표적 정보와 신호파형 생성부(110)에서 생성된 송신신호의 파형 정보를 이용하여 전체 스펙트럼 중 유효 스펙트럼 범위를 관심영역으로서 추출할 수 있다.
도 6을 참조하면, 관심영역 구간 선택부(200)는 유효 주파수 범위 산출부(210) 및 유효 스펙트럼 범위 추출부(220)를 포함한다.
유효 주파수 범위 산출부(210)는 추적된 선행 표적의 표적 정보에 포함된 거리 정보와 속도 정보, 송신신호의 파형 정보, 그리고, 선행 표적의 전체 길이를 이용하여 유효 주파수 범위를 산출할 수 있다. 신호파형 생성부(110)에서 생성되는 송신신호의 파형 정보는 Dwell Time(T), 대역폭(BW), Up/Down Chirp 파형 정보를 포함한다.
일반적으로, 수신 비트 주파수=거리 주파수+도플러 주파수로서, 이를 식으로 나타내면 다음 [수학식 1]과 같다.
Figure 112017076288294-pat00014
따라서, 지정된 선행 표적으로부터 거리 정보를 이용하여
Figure 112017076288294-pat00015
에 대입하면 거리 비트 주파수의 추정이 가능하다. 또한, 지정된 선행 표적의 속도 정보를 이용하면 속도 비트 주파수(즉, 도플러 주파수)의 추정이 가능하다. 그러면, 수신 비트 주파수는 위의 [수학식 1]과 같이 표현된다.
이 때, 차량의 전체 길이를 L이라고 하면, 수신 비트 주파수의 거리주파수 식에
Figure 112017076288294-pat00016
대신 예를 들어, 과,
Figure 112017076288294-pat00018
을 각각 대입하여 수신 비트 주파수 중 유효 주파수 범위를 산출할 수 있다.
다시 설명하면, 유효 주파수 범위 산출부(210)는 다음의 [수학식 2]을 이용하여 유효 주파수 범위를 산출할 수 있다.
Figure 112017076288294-pat00019
여기서, , 그리고,
Figure 112017076288294-pat00021
[수학식 2]에서,
Figure 112017076288294-pat00022
은 선행 표적과 자율주행 차량 간의 상대 거리,
Figure 112017076288294-pat00023
은 선행 표적의 상대 속도,
Figure 112017076288294-pat00024
는 송신 파형의 대역폭,
Figure 112017076288294-pat00025
는 송신 파형의 주기,
Figure 112017076288294-pat00026
는 빛의 속도,
Figure 112017076288294-pat00027
는 송신 파형의 파장,
Figure 112017076288294-pat00028
은 선행 표적의 전체 길이(L)보다 작은 값이다. 예를 들어,
Figure 112017076288294-pat00029
일 수 있으며, 이는 변경가능하다. 또한,
Figure 112017076288294-pat00030
는
Figure 112017076288294-pat00031
로부터 구할 수 있다.
유효 스펙트럼 범위 추출부(220)는 전체 스펙트럼(즉, 전체 수신 비트 주파수)과 유효 주파수 범위를 비교하여, 전체 스펙트럼 중 유효 주파수 범위에 소속되는 범위를 유효 스펙트럼 범위(즉, 관심영역)로서 추출할 수 있다.
한편, 최종 유효 표적 검출부(300)는 유효 스펙트럼 범위 추출부(220)에서 추출된 유효 스펙트럼 범위 중 최대 비트 주파수 신호를 이용하여, 선행 표적 중 최근방에 위치하는 지점에 해당하는 최종 유효 표적을 유효 스펙트럼 범위 내에서 검출할 수 있다.
이를 위하여, 최종 유효 표적 검출부(300)는 고정 임계값 산출부(310), 유효 표적 후보군 검출부(320), 최대 주파수 신호 검출부(330), 상대신호 크기 산출부(340) 및 최종 유효 표적 선정부(350)를 포함한다.
고정 임계값 산출부(310)는 유효 스펙트럼 범위 추출부(220)에서 추출된 유효 스펙트럼 범위 중 주변 잡음신호를 이용하여 고정 임계값을 산출할 수 있다.
자세히 설명하면, 고정 임계값 산출부(310)는 유효 스펙트럼 범위 추출부(220)에서 추출된 유효 스펙트럼 범위 중 [수학식 2]에서 구한 f1보다 작은 구간을 주변 잡음신호로 판단할 수 있다. 그리고, 고정 임계값 산출부(310)는 판단된 주변 잡음신호의 평균을 구한 후, 주변 잡음신호의 평균 또는 (주변잡음신호의 평균
Figure 112017076288294-pat00032
n)(여기서, n은 1보다 큰 상수) 결과값 중 하나를 고정 임계값으로 산출할 수 있다.
유효 표적 후보군 검출부(320)는 유효 스펙트럼 범위 중 고정 임계값보다 큰 비트 주파수들로 이루어진 유효 표적 후보군을 검출할 수 있다. 즉, 유효 표적 후보군 검출부(320)는 유효 스펙트럼 범위의 신호크기와 고정 임계값을 비교하여 고정 임계값보다 큰 신호크기에 해당하는 피크들을 유효 표적 후보군으로서 검출할 수 있다.
최대 주파수 신호 검출부(330)는 유효 표적 후보군 검출부(320)에서 검출된 유효 표적 후보군 중 최대 비트 주파수 신호, 즉, 피크를 검출한다.
상대신호 크기 산출부(340)는 최대 주파수 신호 검출부(330)에서 검출된 최대 비트 주파수 신호와 유효 표적 후보군 내의 신호들 간의 상대신호 크기를 산출할 수 있다.
예를 들어, 동일한 하나의 선행 표적에 대한 유효 표적 후보군에 5개의 피크가 존재하는 경우, 상대신호 크기 산출부(340)는 최대 비트 주파수 신호와 5개의 피크들 각각과의 신호차이를 상대신호 크기로서 산출할 수 있다. 이는, 유효 표적 후보군 중에서 최대 신호를 검출한 후, 오표적을 줄이기 위해서 최대 신호와 각 유효 표적 후보군의 신호크기를 비교하기 위함이다.
최종 유효 표적 선정부(350)는 검출된 최대 비트 주파수 신호와 유효 표적 후보군 내의 신호들 간의 상대신호 크기(즉, 신호차이)를 비교하여, 유효 표적 후보군에서 상대신호 크기가 기준값 이상인 신호에 해당하는 유효 표적을 최종 유효 표적으로서 선정할 수 있다.
즉, 최종 유효 표적 선정부(350)는, 산출된 상대신호 크기들 중 산출된 상대신호 크기가 사전에 정해진 기준값 미만인 신호는 사이드 로브로 판단한다. 또한, 최종 유효 표적 선정부(350)는 산출된 상대신호 크기가 기준값 이상인 신호들 중 가장 먼저 산출된 상대신호 크기의 신호에 해당하는 유효 표적을 최종 유효 표적으로 선정할 수 있다. 이는 상대신호 크기가 기준값 이상인 신호들 중 가장 먼저 산출된 신호가 자차와 가장 근접한 지점에 해당하기 때문이다.
또한, 최종 유효 표적 선정부(350)에서 기준값을 이용하는 이유에 대해 설명하면, 펄스 압축(Matched 필터링)을 하게 되면, 피크 신호 대비 일정한 신호들이 사이드 로브로 형성이 된다. 이 때, 표적 신호가 센 경우 표적 신호의 사이드 로브 신호도 상대적으로 크게 되며, 따라서, 사이드 로브 신호를 표적으로서 오인식할 수 있기 때문에, 상대신호 크기와 기준값(예를 들어, 30dB)을 비교한다.
최종 유효 표적 선정부(350)는 선정된 최종 유효 표적의 표적 정보를 추적 필터(170)로 제공할 수 있다. 이로써 추적 필터(170)는 동일한 표적에 대해서 상대적으로 가장 인접한 지점의 거리 정보를 추출할 수 있으며, 또한, 동일한 표적에 대해서도 다수의 표적 정보를 추출할 수 있다.
제어부(190)는 송신신호의 파형을 생성하도록 신호파형 생성부(110)를 제어하고, 고분해능 표적 검출 기능에 의해 최종적으로 검출된 최종 유효 표적의 표적 정보에 기초하여, 선행 표적과 자차 간의 거리를 제어할 수 있다. 즉, 제어부(190)는 최종 유효 표적의 상대 거리보다는 먼 거리를 유지하도록 자차의 구동을 제어함으로써 선행 표적과 자차 간의 충돌을 방지할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치(100)의 표적 검출 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 7에 도시된 표적 검출 방법을 위한 표적 검출 장치(100)는 도 1 내지 도 6을 참조하여 자세히 설명하였으므로 구체적인 설명은 생략한다.
도 7을 참조하면, 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치(100)는 표적 검출을 위한 송신신호를 선행하는 다수의 표적들에게 송신하고, 다수의 표적들로부터 반사되는 반사신호를 수신한다(S710).
표적 검출 장치(100)는 S710단계에서 수신된 반사신호의 비트주파수(이하, '수신 비트 주파수'라 함)에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 전체 스펙트럼을 형성한다(S720).
표적 검출 장치(100)는 S720단계에서 형성된 수신 비트 주파수에 대한 전체 스펙트럼을 분석하여 다수의 표적들을 검출하고, 검출된 다수의 표적들의 표적 정보를 획득한다(S730). 각 표적의 표적 정보는 상대 거리 정보, 상대 속도 정보, 상대 각도 정보 및 각 표적의 차량 전체 길이 정보를 포함한다.
표적 검출 장치(100)는 다수의 표적들의 표적 정보로부터 자차를 기준으로 최전방에 위치하는 선행 표적을 추적한다(S740).
표적 검출 장치(100)는 S740단계에서 추적된 선행 표적의 표적 정보와 송신신호의 파형 정보를 이용하여 전체 스펙트럼 중 유효 스펙트럼 범위를 관심영역으로서 추출할 수 있다(S750).
그리고, 표적 검출 장치(100)는 S750단계에서 추출된 유효 스펙트럼 범위 중 최대 비트 주파수 신호를 이용하여, 선행 표적 중 자차를 기준으로 최근방에 위치하는 지점에 해당하는 최종 유효 표적을 유효 스펙트럼 범위 내에서 검출할 수 있다(S760).
도 8은 도 7의 S750단계를 자세히 도시한 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 표적 검출 장치(100)는 S740단계에서 추적된 선행 표적의 표적 정보에 포함된 상대 거리 정보와 상대 속도 정보, 송신신호의 파형 정보, 그리고, 선행 표적의 전체 길이를 이용하여 유효 주파수 범위를 산출할 수 있다(S752).
표적 검출 장치(100)는 S720단계에서 형성된 전체 스펙트럼 중 S752단계에서 산출된 유효 주파수 범위에 소속되는 범위를 유효 스펙트럼 범위로서 추출할 수 있다(S754). S754단계는 [수학식 2]을 이용하여 유효 스펙트럼 범위의 f1과 f2를 산출할 수 있다.
도 9는 도 7의 S760단계를 자세히 도시한 흐름도이다.
도 9를 참조하면, 표적 검출 장치(100)는 S754단계에서 추출된 유효 스펙트럼 범위 중 주변 잡음신호를 이용하여 고정 임계값을 산출할 수 있다(S761). S761단계는, 유효 스펙트럼 범위 중 유효 주파수 범위의 f1보다 작은 신호를 주변 잡음신호로 판단하고, 주변 잡음신호의 평균으로부터 산출될 수 있다.
표적 검출 장치(100)는 유효 스펙트럼 범위와 고정 임계값을 비교하여, 유효 스펙트럼 범위 중 산출된 고정 임계값보다 큰 값을 갖는 비트 주파수들로 이루어진 유효 표적 후보군을 검출할 수 있다(S762, S763).
표적 검출 장치(100)는 S763단계에서 검출된 유효 표적 후보군 중 최대 비트 주파수 신호를 검출한다(S764).
그리고, 표적 검출 장치(100)는 검출된 최대 비트 주파수 신호와 유효 표적 후보군 내의 신호들 간의 크기 차이인 상대신호 크기를 각 유효 표적 별로(즉, 수신 비트 주파수 별로) 산출할 수 있다(S765).
표적 검출 장치(100)는 S765단계에서 산출된 검출된 최대 비트 주파수 신호와 유효 표적 후보군 내의 신호들 간의 상대신호 크기를 비교하여, 유효 표적 후보군에서 상대신호 크기가 기준값 이상인 신호에 해당하는 표적을 최종 유효 표적으로 선정할 수 있다(S766).
S766단계에서, 표적 검출 장치(100)는 최대 비트 주파수 신호와 유효 표적 후보군 내의 신호들 간의 상대신호 크기가 사전에 정해진 기준값 이상인 신호들 중 가장 먼저 산출된 상대신호 크기에 해당하는 유효 표적을 최종 유효 표적으로 선정할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시 예에 따르면, 차량용 레이더는 도로 상에 다양한 표적이 존재하기 때문에 표적 분해를 향상시키면서 또한, 선행 주행 차량과의 충돌을 방지하기 위해 높은 대역폭을 갖는 송신 파형을 사용하며, 이로써, 표적간 거리 분해능이 높아지도록 할 수 있다.
이로 인하여, 도로 상의 동일한 표적(즉, 1개의 표적)은 여러 개의 다수 표적(multiple-target)의 형태로 신호가 수신되며, 수신된 신호의 전력 분포 특성은 다수 표적의 합 형태의 분포 특성을 갖는다. 이는 동일 표적이 속도는 동일하면서, 여러 개의 다른 거리 값을 가질 수 있음을 의미한다.
본 발명에서는 고분해능을 갖는 높은 대역폭을 사용하는 차량용 FMCW 레이더 시스템에서 동일한 표적에 대해서 상대적으로 가장 근거리에 위치하는 지점에 대한 표적의 감지 능력을 향상시킴으로써 표적 정확도와 차량의 안전 자율 능력을 향상시킬 수 있다.
또한, 동일 차량에 대해서 상대적으로 가장 근접한 지점에 대한 정보 획득 능력을 향상시키고, 이로 인한 전방의 표적에 대한 충돌 방지 능력을 향상시킬 수 있다. 특히, 관심있는 전방 주행 차량의 표적에 대하여 다수 표적 검출 능력을 향상시킴으로써 특정 전방 주행 차량의 검출이 가능하다.
특히, 기존에는, 자율주행 차량이 선행 차량을 바라볼 때 차량의 형태, 크기 또는 구조에 따라서 다양한 반사신호가 입력되고, 반사 신호의 합으로 인하여 신호 스펙트럼의 왜곡현상이 발생하며, 이로 인해 표적에 대한 상대적으로 가장 가까운 거리 정보 추출이 어려울 수 있다.
그러므로, 본 발명에 따르면, 동일 차량에 대해서 상대적으로 가장 근접한 거리 지점인 그림 4의 (2)번 신호에 인접한 지점을 최종 유효 표적으로서 감지할 수 있는 확률을 높임으로써 자율주행의 stop & go 시스템에서 차량간 충돌 방지 능력을 향상시킬 수 있으며, 또한, 동일 표적에 대한 다수 표적 검출 능력을 향상시킬 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치(100)의 표적 검출 방법은 이를 구현하기 위한 명령어들의 프로그램이 유형적으로 구현됨으로써, 컴퓨터를 통해 판독될 수 있는 기록매체에 포함되어 제공될 수도 있음은 통상의 기술자가 쉽게 이해할 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치(100)의 표적 검출 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 형태로 구현되어, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 기록될 수 있으며, 상기 컴퓨터 판독 가능한 기록매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명은 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치(100)의 표적 검출 방법을 구현하기 위하여 상기 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치(100)를 제어하는 컴퓨터 상에서 수행되는 컴퓨터 판독 가능한 기록매체에 저장된 프로그램을 함께 제공한다.
100: 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치
110: 신호파형 생성부 120: 송신 안테나
130: 다수의 수신 안테나들 140: 다채널 수신부
150: 신호 처리부 160: 표적 검출부
170: 추적 필터 180: 고분해능 표적 검출부
190: 제어부 200: 관심영역 구간 선택부
210: 유효 주파수 범위 산출부 220: 유효 스펙트럼 범위 추출부
300: 최종 유효 표적 검출부 310: 고정 임계값 산출부
320: 유효 표적 후보군 검출부 330: 최대 주파수 신호 검출부
340: 상대신호 크기 산출부 350: 최종 유효 표적 선정부

Claims (11)

  1. 표적 검출을 위한 송신신호를 송신하고, 선행하는 다수의 표적들로부터 반사되는 반사신호를 수신하는 송수신부;
    상기 수신된 반사신호의 비트주파수(이하, '수신 비트 주파수'라 함)에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 전체 스펙트럼을 형성하는 신호 처리부;
    상기 수신 비트 주파수에 대한 전체 스펙트럼을 분석하여 상기 다수의 표적들을 검출하고 상기 검출된 다수의 표적들의 표적 정보를 출력하는 표적 검출부;
    상기 다수의 표적들의 표적 정보로부터 최전방에 위치하는 선행 표적을 추적하는 추적 필터;
    상기 추적된 선행 표적의 표적 정보와 상기 송신신호의 파형 정보를 이용하여 상기 전체 스펙트럼 중 유효 스펙트럼 범위를 관심영역으로서 추출하는 관심영역 구간 선택부; 및
    상기 추출된 유효 스펙트럼 범위 중 최대 비트 주파수 신호를 이용하여, 상기 선행 표적 중 최근방에 위치하는 지점에 해당하는 최종 유효 표적을 상기 유효 스펙트럼 범위 내에서 검출하는 최종 유효 표적 검출부;를 포함하고,
    상기 관심영역 구간 선택부는,
    상기 추적된 선행 표적의 표적 정보에 포함된 거리 정보와 속도 정보, 상기 송신신호의 파형 정보, 그리고, 상기 선행 표적의 전체 길이를 이용하여 유효 주파수 범위를 산출하는 유효 주파수 범위 산출부; 및
    상기 전체 스펙트럼 중 상기 산출된 유효 주파수 범위에 소속되는 범위를 상기 유효 스펙트럼 범위로서 추출하는 유효 스펙트럼 범위 추출부;를 포함하며,
    상기 유효 주파수 범위 산출부는,
    다음의 식을 이용하여 상기 유효 주파수 범위를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치:
    Figure 112017123840189-pat00033

    Figure 112017123840189-pat00034
    , 그리고,
    Figure 112017123840189-pat00035

    여기서,
    Figure 112017123840189-pat00036
    은 상기 선행 표적과 자율주행 차량 간의 상대 거리,
    Figure 112017123840189-pat00037
    은 상기 선행 표적의 상대 속도,
    Figure 112017123840189-pat00038
    는 상기 송신 파형의 대역폭,
    Figure 112017123840189-pat00039
    는 상기 송신 파형의 주기,
    Figure 112017123840189-pat00040
    는 빛의 속도,
    Figure 112017123840189-pat00041
    는 상기 송신 파형의 파장,
    Figure 112017123840189-pat00042
    은 상기 선행 표적의 차량 길이(L)보다 작은 값임.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 최종 유효 표적 검출부는,
    상기 추출된 유효 스펙트럼 범위 중 주변 잡음신호를 이용하여 고정 임계값을 산출하는 고정 임계값 산출부;
    상기 유효 스펙트럼 중 상기 산출된 고정 임계값보다 큰 값을 갖는 비트 주파수들로 이루어진 유효 표적 후보군을 검출하는 유효 표적 후보군 검출부;
    상기 검출된 유효 표적 후보군 중 상기 최대 비트 주파수 신호를 검출하는 최대 주파수 신호 검출부; 및
    상기 검출된 최대 비트 주파수 신호와 상기 유효 표적 후보군 내의 신호들 간의 상대신호 크기를 비교하여, 상기 유효 표적 후보군에서 상기 상대신호 크기가 기준값 이상인 최종 유효 표적을 선정하는 최종 유효 표적 선정부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 고정 임계값 산출부는,
    상기 추출된 유효 스펙트럼 범위 중 주변 잡음신호의 평균을 구한 후, 상기 주변잡음신호의 평균 및 상기 주변잡음신호의 평균의 n배(n은 상수) 중 하나를 상기 고정 임계값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 검출된 최대 비트 주파수 신호와 상기 유효 표적 후보군 내의 신호들 간의 상대신호 크기를 산출하는 상대신호 크기 산출부;를 더 포함하고,
    상기 최종 유효 표적 선정부는,
    상기 산출된 상대신호 크기들 중 상기 산출된 상대신호 크기가 사전에 정해진 기준값 미만이면 사이드 로브로 판단하고, 상기 기준값 이상인 상대신호 크기들 중 가장 먼저 산출된 상대신호 크기에 해당하는 유효 표적을 상기 최종 유효 표적으로 선정하는 것을 특징으로 하는 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 장치.
  7. (A) 표적 검출을 위한 송신신호를 선행하는 다수의 표적들에게 송신하고, 상기 다수의 표적들로부터 반사되는 반사신호를 수신하는 단계;
    (B) 상기 수신된 반사신호의 비트주파수(이하, '수신 비트 주파수'라 함)에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)를 수행하여 전체 스펙트럼을 형성하는 단계;
    (C) 상기 수신 비트 주파수에 대한 전체 스펙트럼을 분석하여 상기 다수의 표적들을 검출하고 상기 검출된 다수의 표적들의 표적 정보를 출력하는 단계;
    (D) 상기 다수의 표적들의 표적 정보로부터 최전방에 위치하는 선행 표적을 추적하는 단계;
    (E) 상기 추적된 선행 표적의 표적 정보와 상기 송신신호의 파형 정보를 이용하여 상기 전체 스펙트럼 중 유효 스펙트럼 범위를 관심영역으로서 추출하는 단계; 및
    (F) 상기 추출된 유효 스펙트럼 범위 중 최대 비트 주파수 신호를 이용하여, 상기 선행 표적 중 최근방에 위치하는 지점에 해당하는 최종 유효 표적을 상기 유효 스펙트럼 범위 내에서 검출하는 단계;를 포함하고,
    상기 (E) 단계는,
    (E1) 상기 추적된 선행 표적의 표적 정보에 포함된 거리 정보와 속도 정보, 상기 송신신호의 파형 정보, 그리고, 상기 선행 표적의 전체 길이를 이용하여 유효 주파수 범위를 산출하는 단계; 및
    (E2) 상기 전체 스펙트럼 중 상기 산출된 유효 주파수 범위에 소속되는 범위를 상기 유효 스펙트럼 범위로서 추출하는 단계;를 포함하며,
    상기 (E1) 단계는,
    다음의 식을 이용하여 상기 유효 주파수 범위를 산출하는 것을 특징으로 하는 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 방법:
    Figure 112017123840189-pat00043

    Figure 112017123840189-pat00044
    , 그리고,
    Figure 112017123840189-pat00045

    여기서,
    Figure 112017123840189-pat00046
    은 상기 선행 표적과 자율주행 차량 간의 상대 거리,
    Figure 112017123840189-pat00047
    은 상기 선행 표적의 상대 속도,
    Figure 112017123840189-pat00048
    는 상기 송신 파형의 대역폭,
    Figure 112017123840189-pat00049
    는 상기 송신 파형의 주기,
    Figure 112017123840189-pat00050
    는 빛의 속도,
    Figure 112017123840189-pat00051
    는 상기 송신 파형의 파장,
    Figure 112017123840189-pat00052
    은 상기 선행 표적의 차량 길이(L)보다 작은 값임.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서,
    상기 (F) 단계는,
    (F1) 상기 추출된 유효 스펙트럼 범위 중 주변 잡음신호를 이용하여 고정 임계값을 산출하는 단계;
    (F2) 상기 유효 스펙트럼 중 상기 산출된 고정 임계값보다 큰 값을 갖는 비트 주파수들로 이루어진 유효 표적 후보군을 검출하는 단계;
    (F3) 상기 검출된 유효 표적 후보군 중 상기 최대 비트 주파수 신호를 검출하는 단계; 및
    (F4) 상기 검출된 최대 비트 주파수 신호와 상기 유효 표적 후보군 내의 신호들 간의 상대신호 크기를 비교하여, 상기 유효 표적 후보군에서 상기 상대신호 크기가 기준값 이상인 최종 유효 표적을 선정하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (F4) 단계는,
    상기 검출된 최대 비트 주파수 신호와 상기 유효 표적 후보군 내의 신호들 간의 상대신호 크기를 산출하고, 상기 산출된 상대신호 크기가 사전에 정해진 기준값 이상인 신호들 중 가장 먼저 산출된 상대신호 크기에 해당하는 유효 표적을 상기 최종 유효 표적으로 선정하는 것을 특징으로 하는 차량용 FMCW 레이더의 표적 검출 방법.
KR1020170100233A 2017-08-08 2017-08-08 차량용 fmcw 레이더의 표적 검출 장치 및 방법 KR101828246B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170100233A KR101828246B1 (ko) 2017-08-08 2017-08-08 차량용 fmcw 레이더의 표적 검출 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020170100233A KR101828246B1 (ko) 2017-08-08 2017-08-08 차량용 fmcw 레이더의 표적 검출 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101828246B1 true KR101828246B1 (ko) 2018-02-13

Family

ID=61231680

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020170100233A KR101828246B1 (ko) 2017-08-08 2017-08-08 차량용 fmcw 레이더의 표적 검출 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101828246B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230027709A (ko) * 2021-08-20 2023-02-28 포항공과대학교 산학협력단 Fmcw 레이다를 이용한 차량 길이 추정 장치 및 그 방법
KR20230038867A (ko) * 2021-09-13 2023-03-21 한국항공대학교산학협력단 호흡 기반 사람과 사물을 구분할 수 있는 fmcw 레이다 신호 처리 시스템 및 그 방법

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002022827A (ja) * 2000-07-13 2002-01-23 Denso Corp 物体認識方法及び装置、記録媒体
JP2002251692A (ja) 2001-02-26 2002-09-06 Systec:Kk 車両長さ計測装置及び計測方法
JP2016006383A (ja) 2014-06-20 2016-01-14 富士通テン株式会社 レーダ装置、車両制御システム、および、信号処理方法
JP2016020119A (ja) 2014-07-11 2016-02-04 株式会社デンソー 車両制御装置
JP5987908B2 (ja) * 2012-09-07 2016-09-07 トヨタ自動車株式会社 車間距離制御装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002022827A (ja) * 2000-07-13 2002-01-23 Denso Corp 物体認識方法及び装置、記録媒体
JP2002251692A (ja) 2001-02-26 2002-09-06 Systec:Kk 車両長さ計測装置及び計測方法
JP5987908B2 (ja) * 2012-09-07 2016-09-07 トヨタ自動車株式会社 車間距離制御装置
JP2016006383A (ja) 2014-06-20 2016-01-14 富士通テン株式会社 レーダ装置、車両制御システム、および、信号処理方法
JP2016020119A (ja) 2014-07-11 2016-02-04 株式会社デンソー 車両制御装置

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20230027709A (ko) * 2021-08-20 2023-02-28 포항공과대학교 산학협력단 Fmcw 레이다를 이용한 차량 길이 추정 장치 및 그 방법
KR102624874B1 (ko) 2021-08-20 2024-01-15 포항공과대학교 산학협력단 Fmcw 레이다를 이용한 차량 길이 추정 장치 및 그 방법
KR20230038867A (ko) * 2021-09-13 2023-03-21 한국항공대학교산학협력단 호흡 기반 사람과 사물을 구분할 수 있는 fmcw 레이다 신호 처리 시스템 및 그 방법
KR102568913B1 (ko) 2021-09-13 2023-08-21 한국항공대학교산학협력단 호흡 기반 사람과 사물을 구분할 수 있는 fmcw 레이다 신호 처리 시스템 및 그 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10969463B2 (en) Radar sensing with interference suppression
US7460058B2 (en) Radar
US9229098B2 (en) Detection of radar objects with the aid of a radar sensor of a motor vehicle
US10048355B2 (en) Method and radar apparatus for detecting target object
JP5595496B2 (ja) レーダ装置
KR20200067629A (ko) 레이더 데이터를 처리하는 장치 및 방법
KR20150005187A (ko) 주파수 변조 연속파 레이더 감지 장치 및 그의 연속파를 이용한 물체 감지 방법
US20110298656A1 (en) Radar sensor and method for detecting precipitation using a radar senor
JP7173735B2 (ja) レーダ装置及び信号処理方法
CN109490889A (zh) 车载雷达以及判断车载雷达是否被遮挡的方法、装置
US10429494B2 (en) Method and apparatus for detecting target object
CN104614723A (zh) 利用可变波形判别虚假目标的车辆用雷达及其判别方法
WO2014108889A1 (en) A method for mitigating rain clutter interference in millimeter-wave radar detection
JP5992574B1 (ja) 物体検出装置
KR101184622B1 (ko) 차량용 레이더의 간섭 배제 장치 및 방법
Macaveiu et al. Automotive radar target tracking by Kalman filtering
KR101828246B1 (ko) 차량용 fmcw 레이더의 표적 검출 장치 및 방법
Slavik et al. Cognitive interference mitigation in automotive radars
JP5678692B2 (ja) レーダ装置
US11709261B2 (en) Radar device for vehicle, controlling method of radar device and radar system for vehicle
KR20200004583A (ko) 오브젝트 검출 방법 및 장치
KR20200114467A (ko) 레이다 표적 검출 연산량 감소 방법 및 장치
KR20160034753A (ko) 차량의 주행 제어 장치 및 방법
KR101502549B1 (ko) 차량용 레이더를 이용하여 차량 이탈을 방지하기 위한 방법
KR20220066796A (ko) 레이더 신호 처리 방법 및 장치

Legal Events

Date Code Title Description
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant