KR102030340B1 - 레이더 장치 및 그것을 이용한 고해상도 도플러 추출 방법 - Google Patents

레이더 장치 및 그것을 이용한 고해상도 도플러 추출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이더 장치 및 그것을 이용한 고해상도 도플러 추출 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 레이더 장치를 이용한 고해상도 도플러 추출 방법에 있어서, 송신 안테나를 통하여 일정 주기 간격으로 M개의 레이더 신호를 송신하고, 복수의 수신 안테나를 통하여 반사된 M개의 신호를 수신하는 단계, 상기 M개의 수신 신호에 대하여 ADC와 거리-FFT(Range-FFT) 변환을 수행하고 처리 결과를 M개의 메모리에 저장하는 단계, 상기 M개의 수신 신호 중에서 일부에 해당하는 N개의 수신 신호의 거리-FFT의 처리 결과에 대하여 도플러-FFT(Doppler-FFT) 변환을 수행하여 저해상 거리-속도 2D 맵을 생성하는 단계, 상기 저해상 거리-속도 2D 맵에 저장된 거리-속도의 신호 값을 제1 임계값과 비교하여, 상기 제1 임계값보다 높은 거리-속도의 신호 값을 선택하는 단계, 상기 선택된 거리-속도의 신호 값을 기 저장된 2D 맵 데이터베이스와 비교하여, 탐지 영역에 새로운 관심 타겟이 진입하였는지 여부를 판별하는 단계, 상기 관심 타겟의 거리-속도에 해당하는 M개의 수신 신호의 거리-FFT의 처리 결과에 대하여 도플러-FFT 변환을 수행하여 고해상 거리-속도 2D 맵을 생성하는 단계, 그리고 상기 고해상 거리-속도 2D 맵에 저장된 상기 관심 타겟의 거리-속도의 신호 값을 제2 임계값과 비교하여, 상기 관심 타겟이 실제 타겟인지 또는 클러터인지 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
이와 같이 본 발명에 따르면, 레이더 탐지 영역에 타겟이 진입하거나 타겟이 움직이는 경우, 일부의 수신 신호를 이용하여 관심 타겟을 우선적으로 검출하고, 검출된 관심 타겟에 대해서만 고해상의 거리-속도의 도플러 스펙트럼 성분을 선택해서 추출함으로써 계산량을 크게 낮출 수 있다.

Description

레이더 장치 및 그것을 이용한 고해상도 도플러 추출 방법{Radar apparatus and method for detecting High Resolution Doppler using the same}
본 발명은 레이더 장치 및 그것을 이용한 고해상도 도플러 추출 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 계산량을 크게 낮추고 신속하게 타겟을 검출할 수 있는 레이더 장치를 이용한 고해상도 도플러 추출 방법에 관한 것이다.
레이더는 목표물의 거리, 속도, 각도 등의 정보를 알아낼 수 있는 장치이다. 즉, 레이더는 송신 안테나를 통해 전자기파 신호를 방사하여 목표물에서 반사되어 돌아오는 신호를 수신 안테나로부터 수신하고, 이 수신된 신호를 이용하여 목표물의 거리 및 속도 정보를 알아낼 수 있다.
기존의 레이더를 통한 타겟 검출 방법에 따르면 타겟의 거리, 속도, 각도를 추출하며 모든 타겟은 한 개의 point로 추출된다. 그러나 레이더 기반으로 타겟의 종류, 모션 등을 인식하기 위해서는 이동타겟별 고해상도 도플러 스텍트럼도 함께 추출이 가능해야 한다.
도 1은 일반적인 FMCW 레이더의 거리-속도 추출방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 도 1에 따른 FMCW 레이더의 거리-속도-각도 추출방법을 나타낸 도면이다.
도 1에 따른 일반적인 FMCW 레이더의 거리-속도 추출 방법에 따르면, 먼저 FMCW 레이더 센서는 주기 T 간격으로 톱니파 형태의 주파수 변조 신호를 M개 전송한다. 여기서 도플러 해상도는 M의 개수에 비례한다.
각 램프 주기마다 수신된 신호는 ADC(Analog Digital Converter)와 거리-FFT를 통해 메모리에 저장된다. 각 램프 주기마다 수신된 레이더 신호는 메모리에 저장되고 나면, M개의 램프에 걸쳐있는 동일 거리의 신호들을 도플러-FFT를 통해 도플러 스펙트럼을 추출한다. 그러면, 가로는 속도, 세로는 거리에 해당하는 2D 맵이 추출된다.
다음으로 Thresholding 모듈은 거리-속도 2D 맵을 모두 스캔하면서, 각 셀에 저장된 신호의 크기가 특정 기준보다 높을 경우 해당되는 셀을 타겟으로 인식한다. 따라서, 최종적으로 해당되는 셀에 대응하는 타겟 정보(거리 및 속도)가 추출된다.
여기서 고해상도 도플러를 추출하기 위해서는 램프 개수 M이 많아야 하지만, 그러기 위해서는 거리-속도 2D 맵 역시 커져야 한다. 결국 Thresholding 모듈에서 스캔해야 되는 셀도 많아진다. 이는 전체 신호처리 속도를 떨어뜨리게 되어 실시간 처리에 어려움을 준다.
한편 도 2에 나타낸 것처럼, 수신 안테나가 여러 개(K개)인 경우 타겟의 거리-속도-각도를 추출할 수 있다. 도 1에 나타낸 신호처리 방법과 동일하며, 다만 도플러 FFT 이전에 디지털빔포밍(Digital Beam Forming) 알고리즘이 삽입되어 수신 채널 방향으로 FFT를 한번 더 수행하면 된다. 즉, Thresholding 모듈은 3D 맵을 스캔하게 된다.
따라서, 펄스 개수 M이 많을수록 Thresholding을 위해 스캔해야 될 셀들이 많아지고 이에 따라 전체 계산량은 더욱 증가하게 된다.
즉, 일반적인 톱니파 변조형태의 FMCW 레이더 또는 펄스-도플러 레이더는 모두 고해상도 도플러 스펙트럼을 추출하기 위해서 램프 또는 펄스의 개수를 증가시켜야 한다. 그러나 이는 도플러 FFT의 계산량을 증가시키고, 아울러 Thresholding 모듈이 스캔해야 할 셀의 개수가 늘어남으로 인해 전체 신호 처리 시간이 늘어난다는 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 한국공개특허 제2017-0133804호(2017.12.06 공개)에 개시되어 있다.
본 발명은 계산량을 크게 낮추고 신속하게 타겟을 검출할 수 있는 레이더 장치 및 그것을 이용한 고해상도 도플러 추출 방법을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명에 따르면, 레이더 장치를 이용한 고해상도 도플러 추출 방법에 있어서, 송신 안테나를 통하여 일정 주기 간격으로 M개의 레이더 신호를 송신하고, 복수의 수신 안테나를 통하여 반사된 M개의 신호를 수신하는 단계, 상기 M개의 수신 신호에 대하여 ADC와 거리-FFT(Range-FFT) 변환을 수행하고 처리 결과를 M개의 메모리에 저장하는 단계, 상기 M개의 수신 신호 중에서 일부에 해당하는 N개의 수신 신호의 거리-FFT의 처리 결과에 대하여 도플러-FFT(Doppler-FFT) 변환을 수행하여 저해상 거리-속도 2D 맵을 생성하는 단계, 상기 저해상 거리-속도 2D 맵에 저장된 거리-속도의 신호 값을 제1 임계값과 비교하여, 상기 제1 임계값보다 높은 거리-속도의 신호 값을 선택하는 단계, 상기 선택된 거리-속도의 신호 값을 기 저장된 2D 맵 데이터베이스와 비교하여, 탐지 영역에 새로운 관심 타겟이 진입하였는지 여부를 판별하는 단계, 상기 관심 타겟의 거리-속도에 해당하는 M개의 수신 신호의 거리-FFT의 처리 결과에 대하여 도플러-FFT 변환을 수행하여 고해상 거리-속도 2D 맵을 생성하는 단계, 그리고 상기 고해상 거리-속도 2D 맵에 저장된 상기 관심 타겟의 거리-속도의 신호 값을 제2 임계값과 비교하여, 상기 관심 타겟이 실제 타겟인지 또는 클러터인지 여부를 판단하는 단계를 포함한다.
상기 거리- FFT 변환된 복수의 수신 채널에 대응하는 수신 신호에 대하여 디지털 빔포밍을 수행하여 해당 타겟의 각도 성분 값을 검출하고, 도플러-FFT(Doppler-FFT) 변환을 수행하여 거리-속도-각도 3D 맵을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 제1 임계값은 상기 제2 임계값보다 낮은 값을 가질 수 있다.
상기 2D 맵 데이터베이스에는 상기 탐지 영역에 고정되어 있는 타겟들의 거리-속도의 신호 값이 기 저장되어 있을 수 있다.
상기 새로운 관심 타겟이 진입하였는지 여부를 판별하는 단계는, 상기 선택된 거리-속도의 신호 값에 대응하는 셀이 기 저장된 2D 맵 데이터베이스에 저장된 셀이 아닌 경우에 탐지 영역에 새로운 관심 타겟이 진입한 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 레이더 장치는, 송신 안테나를 통하여 일정 주기 간격으로 M개의 레이더 신호를 송신하는 레이더 송신부, 복수의 수신 안테나를 통하여 반사된 M개의 신호를 수신하는 레이더 수신부, 상기 M개의 수신 신호에 대하여 ADC와 거리-FFT(Range-FFT) 변환을 수행하고 처리 결과를 M개의 메모리에 저장하는 거리-FFT 변환부, 상기 M개의 수신 신호 중에서 일부에 해당하는 N개의 수신 신호의 거리-FFT의 처리 결과에 대하여 도플러-FFT(Doppler-FFT) 변환을 수행하여 저해상 거리-속도 2D 맵을 생성하는 제1 도플러-FFT 변환부, 상기 저해상 거리-속도 2D 맵에 저장된 거리-속도의 신호 값을 제1 임계값과 비교하여, 상기 제1 임계값보다 높은 거리-속도의 신호 값을 선택하고, 상기 선택된 거리-속도의 신호 값을 기 저장된 2D 맵 데이터베이스와 비교하여, 탐지 영역에 새로운 관심 타겟이 진입하였는지 여부를 판별하는 맵 비교부, 상기 관심 타겟의 거리-속도에 해당하는 M개의 수신 신호의 거리-FFT의 처리 결과에 대하여 도플러-FFT 변환을 수행하여 고해상 거리-속도 2D 맵을 생성하는 제2 도플러-FFT 변환부, 그리고, 상기 고해상 거리-속도 2D 맵에 저장된 상기 관심 타겟의 거리-속도의 신호 값을 제2 임계값과 비교하여, 상기 관심 타겟이 실제 타겟인지 또는 클러터인지 여부를 판단하는 타겟 판단부를 포함한다.
본 발명에 따르면, 레이더 탐지 영역에 타겟이 진입하거나 타겟이 움직이는 경우, 일부의 수신 신호를 이용하여 관심 타겟을 우선적으로 검출하고, 검출된 관심 타겟에 대해서만 고해상의 거리-속도의 도플러 스펙트럼 성분을 선택해서 추출함으로써 계산량을 크게 낮출 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 도플러 스펙트럼을 추출하는데 필요한 계산량을 낮춤으로 인하여 신속하게 타겟을 검출할 수 있다.
도 1은 일반적인 FMCW 레이더의 거리-속도 추출방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1에 따른 FMCW 레이더의 거리-속도-각도 추출방법을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 장치의 구성도이다.
도 4는 도 3에 따른 레이더 장치가 탐지영역을 감시하는 과정을 설명한 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고해상도 도플러 추출방법에 대한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고해상도 도플러 추출방법에 대한 전체적인 블록다이어그램이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고해상도 도플러 추출방법의 제1 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고해상도 도플러 추출방법의 제2 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고해상도 도플러 추출방법의 제3 단계를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 고해상도 도플러 추출방법의 각각의 단계에 대응하는 셀을 처리 과정을 설명하기 위한 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.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 장치의 구성도이고, 도 4는 도 3에 따른 레이더 장치가 탐지 영역을 감시하는 과정을 설명한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레이더 장치(300)는 레이더 송신부(310), 레이더 수신부(320), 거리-FFT 변환부(330), 제1 도플러-FFT부(340), 맵 비교부(350), 제2 도플러-FFT부(360), 타겟 판단부(370)를 포함하며, 디지털 빔포밍부(380)를 더 포함할 수 있다.
먼저, 레이더 송신부(310)는 1개의 송신 안테나를 이용하여 탐지 영역으로 일정 주기 간격으로 M개의 레이더 신호를 송신한다.
여기서, 레이더 신호는 톱니파 변조 방식의 FMCW 신호이며, 구형파 형태의 펄스 도플러 레이던 신호일 수도 있다.
레이더 수신부(320)는 복수의 수신 안테나를 통하여 객체로부터 반사된 M개의 신호를 수신한다.
거리-FFT 변환부(330)는 M개의 수신 신호에 대하여 ADC(Analog Digital Converter)와 거리-FFT(Range-FFT) 변환을 수행하고 처리 결과를 M개의 메모리에 저장한다.
제1 도플러-FFT 변환부(340)는 M개의 수신 신호 중에서 일부에 해당하는 N개의 수신 신호의 거리-FFT의 처리 결과에 대하여 도플러-FFT(Doppler-FFT) 변환을 수행하여 저해상 거리-속도 2D 맵을 생성한다.
맵 비교부(350)는 저해상 거리-속도 2D 맵에 저장된 거리-속도의 신호 값을 제1 임계값과 비교하여, 제1 임계값보다 높은 거리-속도의 신호 값을 선택한다.
그리고, 맵 비교부(350)는 선택된 거리-속도의 신호 값을 기 저장된 2D 맵 데이터베이스와 비교하여, 탐지 영역에 새로운 관심 타겟이 진입하였는지 여부를 판별한다.
제2 도플러-FFT 변환부(360)는 관심 타겟의 거리-속도에 해당하는 M개의 수신 신호의 거리-FFT의 처리 결과에 대하여 도플러-FFT 변환을 수행하여 고해상 거리-속도 2D 맵을 생성한다.
한편, 제2 도플러-FFT 변환부(360)는 설명의 편의상 제1 도플러-FFT 변환부(340)와 구분을 한 것으로, 실질적으로 하나의 구성요소로 동작할 수 있다.
타겟 판단부(370)는 고해상 거리-속도 2D 맵에 저장된 관심 타겟의 거리-속도의 신호 값을 제2 임계값과 비교하여, 관심 타겟이 실제 타겟인지 또는 클러터인지 여부를 판단한다.
디지털 빔포밍부(380)는 거리- FFT 변환된 복수의 수신 채널에 대응하는 수신 신호에 대하여 디지털 빔포밍을 수행하여 해당 타겟의 각도 성분 값을 검출하며, 도플러-FFT 변환을 통하여 거리-속도-각도 3D 맵이 생성되도록 한다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 레이더 장치(300)는 전파 신호를 전송하여 반사된 신호를 기반으로 타겟의 정보를 추출하는 센서 장치로서, 도 4와 같이 레이더 탐지 영역(Detection zone)에 타겟이 진입하거나 타겟이 움직이는 경우 타겟의 거리-각도를 먼저 검출하고, 검출된 거리-각도의 도플러 스펙트럼 성분만 선택해서 추출함으로써, 계산량을 낮추도록 한다.
이하에서는 도 5 내지 도 10을 이용하여 본 발명의 실시예에 따른 고해상도 도플러 추출방법에 대하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 고해상도 도플러 추출방법에 대한 순서도이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 고해상도 도플러 추출방법에 대한 전체적인 블록다이어그램이다.
본 발명의 실시예에 따른 고해상도 도플러 추출방법은 크게 3단계로 이루어져 있다. 먼저 제1 단계는 ADC 및 거리-FFT 처리후에 데이터를 메모리에 저장하는 단계이고, 제2 단계는 관심 타겟(ROI)에 대한 거리-각도를 추출하는 단계이며, 제3 단계는 관심 타겟(ROI)에 대한 고해상도 도플러를 추출하는 단계이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 고해상도 도플러 추출방법의 제1 단계를 설명하기 위한 도면이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 고해상도 도플러 추출방법의 제2 단계를 설명하기 위한 도면이며, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 고해상도 도플러 추출방법의 제3 단계를 설명하기 위한 도면이다.
또한, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 고해상도 도플러 추출방법의 각각의 단계에 대응하는 셀을 처리 과정을 설명하기 위한 도면이다.
설명의 편의상 본 발명의 실시예에 따르면 FMCW 레이더 장치를 예로 들어 설명하며, 펄스-도플러 레이더 장치도 동일한 방법으로 도플러 스펙트럼을 검출할 수 있다.
먼저, 도 5, 도 6, 도 7 및 도 10을 이용하여 본 발명의 제1 단계인 ADC 및 거리-FFT 처리 후에 데이터를 메모리에 저장하는 과정에 대하여 설명한다.
먼저 레이더 송신부(310)는 주기 T 간격으로 주파수 변조 신호를 M개 전송한다(S510).
즉, 1개의 송신 안테나는 주기 T 간격으로 M개의 레이더 신호를 발사한다.
여기서, 본 발명의 실시예와 같이 레이더 장치가 FMCW 레이더 장치인 경우에는 톱니파 형태의 주파수 변조 신호를 전송하고, 만일 레이더 장치가 펄스-도플러 레이더 장치인 경우에는 구면파 형태의 주파수 변조 신호를 전송한다.
그러면, 레이더 수신부(320)에 포함된 복수(K개)의 수신 안테나는 도 7과 같이 타겟으로부터 반사된 톱니파 형태의 신호를 수신한다(S520).
그리고 거리-FFT 변환부(330)는 각 램프 주기마다 수신된 M개의 신호를 ADC(Analog Digital Converter)와 거리-FFT(Range FFT) 변환을 수행하며, 처리 결과는 M개의 메모리에 각각 저장된다(S530).
여기서, 메모리에는 신호가 수신된 순서대로 저장되며, 수신 신호의 시간차가 타겟의 거리(range)에 해당하므로, 메모리에 저장된 순서대로 타겟과의 거리를 매핑할 수 있다.
도 10에 나타낸 것처럼, 거리-FFT 과정을 통하여 수신 신호는 거리-빈(range-bin) 형태로 변환되고, 수신 안테나의 개수에 대응하는 수신 채널 각각에 대하여 메모리에 저장된다.
그리고, 디지털 빔포밍(DBF, Digital Beam Forming) 과정을 거치면 복수의 수신 채널은 각도-빈(angle-bin) 형태로 변환되어 저장된다. 따라서, 타겟에 대한 각도 성분이 필요한 경우에 한하여 디지털 빔포밍(DBF)을 수행하며, 복수의 수신 안테나는 서로 이격되어 있어서 타겟과 이루는 각도가 서로 상이하므로 수신 채널을 통하여 타겟과의 레이더 장치와의 각도 성분을 검출할 수 있다.
다음으로 도 5, 도 6, 도 8 및 도 10을 이용하여 본 발명의 제2 단계인 관심 타겟(ROI)에 대한 거리-각도를 추출하는 과정에 대하여 설명한다.
S530 단계와 같이, 각각의 M개의 램프 주기마다 수신된 레이더 신호가 해당되는 M개의 메모리에 저장되면, 제1 도플러-FFT 변환부(340)는 도 8과 같이 M개의 램프 중 일부인 N개의 램프에 대응하는 거리-FFT 처리 결과에 대하여 도플러-FFT 변환을 수행하여 거리-속도 2D 맵을 생성한다(S540). 이때, 거리-속도 2D 맵은 가로는 속도(velocity), 세로는 거리(range)를 나타내고, 낮은 해상도의 도플러 성분을 가지게 된다.
즉, 2D 맵은 M개의 램프 신호 중 일부인 N개의 램프 신호에 대해서만 도플러-FFT 변환을 통해 생성한 것이므로 M개의 모든 램프 신호를 이용하여 도플러-FFT 변환을 한 경우보다 낮은 해상도를 가진다.
한편, 디지털 빔포밍부(380)에 의하여 디지털 빔포밍(DBF) 과정을 거친 경우에는 거리-속도-각도에 대한 3D 맵이 생성된다.
다음으로, 맵 비교부(350)는 거리-속도 2D 맵에 저장된 거리-속도의 신호 값을 제1 임계값과 비교하여(Thresholding) 제1 임계값보다 높은 신호 값을 가지는 거리-속도에 대응하는 셀들을 선택한다(S550).
즉, 거리-속도 2D 맵에 저장된 거리-속도 값에는 클러터(clutter) 또는 노이즈가 포함될 수 있으므로 이를 제거하기 위하여, 맵 비교부(350)는 제1 임계값보다 높은 신호 값을 가지는 거리-속도의 신호 값을 선택하여 타겟으로 추정하도록 한다.
이때, 맵 비교부(350)는 거리-속도 2D 맵에 저장된 거리-속도의 해상도에 따라서 거리-속도에 대한 제1 임계값을 적응적으로 변환시킬 수 있다(Adaptive Thresholding).
특히, S550 단계에서 생성된 거리-속도 2D 맵은 저해상도를 가지므로, 맵 비교부(350)는 거리 및 각도에 대한 제1 임계값을 기준보다 낮게 설정할 수 있다. 따라서, 경우에 따라서는 타겟이 아닌 클러터가 선택이 될 수도 있으며, 관심 타겟(ROI)이 여러 개 선택될 수도 있다.
다음으로 맵 비교부(350)는 선택된 거리-속도의 신호 값을 기 저장된 2D 맵 데이터베이스(DB 2D map)와 비교하여(Map comparator), 탐지 영역에 새로운 관심 타겟(ROI)이 진입했는지 여부를 판별한다(S560).
여기서 기 저장된 2D 맵 데이터베이스(DB 2D map)에는 평소에 탐지 영역에 고정되어 있는 타겟들의 거리-속도 성분이 저장되어 있으므로, 타겟 판별부(260)는 생성된 거리-속도 2D 맵과 2D 맵 데이터베이스(DB 2D map)를 비교하여, 새로운 관심 타겟이 탐지 영역에 진입했는지 여부를 판단한다.
즉, 맵 비교부(350)는 선택된 거리-속도의 신호 값에 대응하는 셀이 기 저장된 2D 맵 데이터베이스에 저장된 셀이 아닌 경우에 탐지 영역에 새로운 관심 타겟이 진입한 것으로 판단한다.
이와 같이 제2 단계를 통하여 관심 타겟을 검출하게 되면, 3단계에서는 전체 M개의 램프 신호를 이용하여 관심 타겟에 대한 높은 해상도의 도플러 성분을 추출한다.
이하에서는 도 5, 도 6, 도 9 및 도 10을 이용하여 본 발명의 제3 단계인 관심 타겟(ROI)에 대한 고해상도 도플러를 추출하는 과정에 대하여 설명한다.
제2 도플러-FFT 변환부(360)는 S560 단계에서 선택된 관심 타겟(ROI)의 거리-각도에 해당하는 셀에 대응하는 M개의 램프 신호에 대해서 도플러-FFT 변환을 수행하여 고해상도의 거리-속도 2D 맵을 생성한다(S570).
이때, 제2 도플러-FFT 변환부(360)는 M개 램프 전체에 대하여 도플러 스펙트럼을 추출하였으므로, 고해상도의 거리-속도 2D 맵이 생성된다.
만약 S560 단계에서 선택된 관심 타겟(ROI)이 1개인 경우에는, 하나의 도플러-FFT 변환만 수행하면 된다.
타겟 판단부(370)는 고해상도의 거리-속도 2D 맵 중에서, 관심 객체(ROI)의 거리-각도에 해당하는 셀을 제2 임계값과 비교하여(Thresholding) 고해상도 도플러 성분을 탐색하여 관심 타겟이 실제 타겟인지 클러터인지 여부를 결정한다(S580).
즉, 관심 객체(ROI)의 도플러 스펙트럼(거리 및 각도)의 값이 제2 임계값보다 높으면 실제 타겟으로 결정하고, 제2 임계값보다 낮으면 클러터로 판단한다.
이때, S570 단계에서 생성된 2D 맵은 M개의 램프 신호를 이용하여 획득하였기에 고해상도를 가지므로, 타겟 판단부(370)는 제2 임계값의 레벨을 S550 단계에서의 제1 임계값보다 높게 설정할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 레이더 탐지 영역에 타겟이 진입하거나 타겟이 움직이는 경우, 일부의 수신 신호를 이용하여 관심 타겟을 우선적으로 검출하고, 검출된 관심 타겟에 대해서만 고해상의 거리-속도의 도플러 스펙트럼 성분을 선택해서 추출함으로써 계산량을 크게 낮출 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 도플러 스펙트럼을 추출하는데 필요한 계산량을 낮춤으로 인하여 신속하게 타겟을 검출할 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.
300: 레이더 장치 310: 레이더 송신부
320: 레이더 수신부 330: 거리-FFT 변환부
340: 제1 도플러-FFT부 350: 맵 비교부
360: 제2 도플러-FFT부 370: 타겟 판단부
380: 디지털 빔포밍부

Claims (10)

  1. 레이더 장치를 이용한 고해상도 도플러 추출 방법에 있어서,
    송신 안테나를 통하여 일정 주기 간격으로 M개의 레이더 신호를 송신하고, 복수의 수신 안테나를 통하여 반사된 M개의 신호를 수신하는 단계,
    상기 M개의 수신 신호에 대하여 ADC와 거리-FFT(Range-FFT) 변환을 수행하고 처리 결과를 M개의 메모리에 저장하는 단계,
    상기 M개의 수신 신호 중에서 일부에 해당하는 N개의 수신 신호의 거리-FFT의 처리 결과에 대하여 도플러-FFT(Doppler-FFT) 변환을 수행하여 저해상 거리-속도 2D 맵을 생성하는 단계,
    상기 저해상 거리-속도 2D 맵에 저장된 거리-속도의 신호 값을 제1 임계값과 비교하여, 상기 제1 임계값보다 높은 거리-속도의 신호 값을 선택하는 단계,
    상기 선택된 거리-속도의 신호 값을 기 저장된 2D 맵 데이터베이스와 비교하여, 탐지 영역에 새로운 관심 타겟이 진입하였는지 여부를 판별하는 단계,
    상기 관심 타겟의 거리-속도에 해당하는 M개의 수신 신호의 거리-FFT의 처리 결과에 대하여 도플러-FFT 변환을 수행하여 고해상 거리-속도 2D 맵을 생성하는 단계, 그리고
    상기 고해상 거리-속도 2D 맵에 저장된 상기 관심 타겟의 거리-속도의 신호 값을 제2 임계값과 비교하여, 상기 관심 타겟이 실제 타겟인지 또는 클러터인지 여부를 판단하는 단계를 포함하는 고해상도 도플러 추출 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 저해상 거리-속도 2D 맵을 생성하는 단계 이후에
    상기 거리- FFT 변환된 복수의 수신 채널에 대응하는 수신 신호에 대하여 디지털 빔포밍을 수행하여 해당 타겟의 각도 성분 값을 검출하고, 도플러-FFT(Doppler-FFT) 변환을 수행하여 거리-속도-각도 3D 맵을 생성하는 단계를 더 포함하는 고해상도 도플러 추출 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1 임계값은 상기 제2 임계값보다 낮은 값을 가지는 고해상도 도플러 추출 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 2D 맵 데이터베이스에는 상기 탐지 영역에 고정되어 있는 타겟들의 거리-속도의 신호 값이 기 저장되어 있는 고해상도 도플러 추출 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 새로운 관심 타겟이 진입하였는지 여부를 판별하는 단계는,
    상기 선택된 거리-속도의 신호 값에 대응하는 셀이 기 저장된 2D 맵 데이터베이스에 저장된 셀이 아닌 경우에 탐지 영역에 새로운 관심 타겟이 진입한 것으로 판단하는 고해상도 도플러 추출 방법.
  6. 송신 안테나를 통하여 일정 주기 간격으로 M개의 레이더 신호를 송신하는 레이더 송신부,
    복수의 수신 안테나를 통하여 반사된 M개의 신호를 수신하는 레이더 수신부,
    상기 M개의 수신 신호에 대하여 ADC와 거리-FFT(Range-FFT) 변환을 수행하고 처리 결과를 M개의 메모리에 저장하는 거리-FFT 변환부,
    상기 M개의 수신 신호 중에서 일부에 해당하는 N개의 수신 신호의 거리-FFT의 처리 결과에 대하여 도플러-FFT(Doppler-FFT) 변환을 수행하여 저해상 거리-속도 2D 맵을 생성하는 제1 도플러-FFT 변환부,
    상기 저해상 거리-속도 2D 맵에 저장된 거리-속도의 신호 값을 제1 임계값과 비교하여, 상기 제1 임계값보다 높은 거리-속도의 신호 값을 선택하고, 상기 선택된 거리-속도의 신호 값을 기 저장된 2D 맵 데이터베이스와 비교하여, 탐지 영역에 새로운 관심 타겟이 진입하였는지 여부를 판별하는 맵 비교부,
    상기 관심 타겟의 거리-속도에 해당하는 M개의 수신 신호의 거리-FFT의 처리 결과에 대하여 도플러-FFT 변환을 수행하여 고해상 거리-속도 2D 맵을 생성하는 제2 도플러-FFT 변환부, 그리고,
    상기 고해상 거리-속도 2D 맵에 저장된 상기 관심 타겟의 거리-속도의 신호 값을 제2 임계값과 비교하여, 상기 관심 타겟이 실제 타겟인지 또는 클러터인지 여부를 판단하는 타겟 판단부를 포함하는 레이더 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 거리- FFT 변환된 복수의 수신 채널에 대응하는 수신 신호에 대하여 디지털 빔포밍을 수행하여 해당 타겟의 각도 성분 값을 검출하며, 도플러-FFT 변환을 통하여 거리-속도-각도 3D 맵이 생성되도록 하는 디지털 빔포밍부를 더 포함하는 레이더 장치.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제1 임계값은 상기 제2 임계값보다 낮은 값을 가지는 레이더 장치.
  9. 청구항 6에 있어서,
    상기 2D 맵 데이터베이스에는 상기 탐지 영역에 고정되어 있는 타겟들의 거리-속도의 신호 값이 기 저장되어 있는 레이더 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 맵 비교부는,
    상기 선택된 거리-속도의 신호 값에 대응하는 셀이 기 저장된 2D 맵 데이터베이스에 저장된 셀이 아닌 경우에 탐지 영역에 새로운 관심 타겟이 진입한 것으로 판단하는 레이더 장치.
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