KR102143948B1 - 다중 채널 안테나를 위한 레이더 신호 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

레이더 신호 처리 장치 및 방법이 개시된다. 레이더 신호 처리 방법은 타겟에 의해 반사되어 안테나 어레이에 포함된 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 첩(Chirp) 형태의 레이더 신호를 식별하는 단계; 상기 복수의 수신 안테나들 각각에서 식별된 레이더 신호들을 주파수 변환하여 상기 타겟의 거리 정보를 추출하는 단계; 상기 주파수 변환된 레이더 신호들을 시간 축 방향으로 주파수 변환하여 상기 타겟의 도플러 정보를 추출하는 단계; 상기 안테나 어레이에 포함된 복수의 수신 안테나들 사이의 위상 오차를 이용하여 상기 주파수 변환을 통해 추출된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 포함된 위상 오차를 보정하는 단계; 및 상기 위상 오차가 보정된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 주파수 검출 알고리즘을 수행함으로써 상기 타겟의 방위각 정보를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

다중 채널 안테나를 위한 레이더 신호 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING RADAR SIGNAL FOR A MULTI CHANNEL ANTENNA}
본 발명은 다중 채널 안테나를 위한 레이더 신호 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 레이더를 이용한 센서 분야에서, 주파수 검출의 성능을 개선하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 레이더 시스템은 시간-주파수 도메인을 동시에 사용함으로써 다수의 타겟에 대한 거리-속도정보를 추정할 수 있다. 또한, FMCW 레이더 시스템은 대역폭 효율이 매우 높으면서 복잡도도 낮아 차량용 레이더 시스템에서 주요 기술로 손꼽힌다. FMCW 레이더 시스템에서는 각 타겟의 거리, 속도에 따라 비트 주파수가 결정되므로, 주파수 성분을 정확히 추정하는 것이 매우 중요한 이슈이다.
이와 같은 주파수 성분을 추정하기 위해, FMCW 레이더 시스템에서는 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, 이하 FFT)과 같은 주파수 변환 기반의 방식이 가장 널리 쓰이고 있다. 하지만, 주파수 성분을 추정하기 위한 FFT 기반의 방식들은 해상도가 높지 않아, 다수의 타겟이 인접한 경우 단일 타겟으로 인식할 확률이 높다.
종래에는 2D-ESPRIT(2 dimension-estimation of signal parameters via rotational invariance techniques)이나 2D-MUSIC(2 dimension-multiple signal classification)과 같은 초고해상도 주파수 검출 알고리즘이 제안되었다. 하지만, 이 기법들은 연산 복잡도가 매우 높아 실시간으로 주파수 추정이 필요한 차량용에는 적합하지 않은 문제가 있다.
이를 해결하기 위하여 종래에는 초고해상도 주파수 검출 알고리즘을 모든 차원에 적용하는 대신, 먼저 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, 이하 DFT)을 이용하여 타겟들의 거리 정보를 획득하고, 타겟이 존재하는 거리에 한해서만 ESPRIT와 같은 초고해상도 주파수 검출 알고리즘을 적용함으로써 높은 정밀도로 타겟의 각도를 추정하는 방법이 제안되었다.
그러나 이와 같은 방식은 2채널의 구성된 안테나 어레이를 사용하므로 각도 해상도가 낮은 문제점이 존재한다. 만일, 종래의 DFT-ESPRIT 알고리즘의 문제점을 해결하기 위하여 안테나 어레이의 채널 수를 증가시킬 경우, 안테나 어레이에 포함된 안테나 간 간격 오차에 의해 성능이 저하되는 심각한 문제가 존재한다.
따라서, 안테나 어레이에 포함된 복수의 안테나 간 간격 오차에 의한 위상 오차를 보정하여 종래의 DFT-ESPRIT 알고리즘이 다양한 환경에서 동작 가능하도록 하는 방법이 요청되고 있다.
본 발명은 안테나 어레이에 포함된 복수의 수신 안테나들 사이의 간격 오차에 의한 위상 오차를 보정함으로써 높은 정밀도로 타겟의 위치 정보를 획득하는 장치 및 방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법은 타겟에 의해 반사되어 안테나 어레이에 포함된 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 첩(Chirp) 형태의 레이더 신호를 식별하는 단계; 상기 복수의 수신 안테나들 각각에서 식별된 레이더 신호들을 주파수 변환하여 상기 타겟의 거리 정보를 추출하는 단계; 상기 주파수 변환된 레이더 신호들을 시간 축 방향으로 주파수 변환하여 상기 타겟의 도플러 정보를 추출하는 단계; 상기 안테나 어레이에 포함된 복수의 수신 안테나들 사이의 위상 오차를 이용하여 상기 주파수 변환을 통해 추출된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 포함된 위상 오차를 보정하는 단계; 및 상기 위상 오차가 보정된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 주파수 검출 알고리즘을 수행함으로써 상기 타겟의 방위각 정보를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 보정하는 단계는 특정 지점으로부터 상기 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 레이더 신호와 상기 특정 지점에 대해 미리 설정된 위치 정보를 이용하여 상기 안테나 어레이에 포함된 복수의 수신 안테나들 사이의 위상 오차를 추정하고, 상기 추정된 위상 오차를 이용하여 상기 추출된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 포함된 위상 오차를 보정할 수 있다.
상기 보정하는 단계는 상기 특정 지점으로부터 상기 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 레이더 신호의 인버팅(Inverting) 결과를 상기 추출된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 곱함으로써 위상 오차를 보정할 수 있다.
상기 타겟의 거리 정보를 추출하는 단계는 상기 복수의 수신 안테나들 각각에서 식별된 레이더 신호들을 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 상기 식별된 레이더 신호들 각각에 대한 제1 크기 스펙트럼으로 결정하는 단계; 및 상기 결정된 제1 크기 스펙트럼에 피크 검출(Peak detection)을 수행하여 상기 타겟까지의 거리에 비례하는 거리 인덱스(Index)에 대한 상기 제1 크기 스펙트럼의 크기 정보 및 위상 정보를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 타겟의 도플러 정보를 추출하는 단계는 상기 거리 인덱스(Index)에 대한 상기 제1 크기 스펙트럼의 크기 정보 및 위상 정보를 시간 축 방향으로 고속푸리에변환하여 제2 크기 스펙트럼을 결정하는 단계; 및 상기 결정된 제2 크기 스펙트럼에 피크 검출을 수행하여 상기 타겟이 존재하는 거리 인덱스에 대한 상기 제1 크기 스펙트럼의 크기 정보 및 위상 정보와 상기 타겟이 존재하는 도플러 인덱스에 대한 상기 제2 크기 스펙트럼의 크기 정보 및 위상 정보를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 타겟의 방위각 정보를 추출하는 단계는 상기 위상 오차가 보정된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique) 알고리즘을 수행함으로써 상기 타겟의 방위각 정보를 추출할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치는 안테나 어레이에 포함된 복수의 수신 안테나들에서 수신된 레이더 신호를 이용하여 타겟의 위치 정보를 추출하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 타겟에 의해 반사되어 안테나 어레이에 포함된 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 첩(Chirp) 형태의 레이더 신호를 식별하고, 상기 복수의 수신 안테나들 각각에서 식별된 레이더 신호들을 주파수 변환하여 상기 타겟의 거리 정보를 추출하며, 상기 주파수 변환된 레이더 신호들을 시간 축 방향으로 주파수 변환하여 상기 타겟의 도플러 정보를 추출하고, 상기 안테나 어레이에 포함된 복수의 수신 안테나들 사이의 위상 오차를 이용하여 상기 주파수 변환을 통해 추출된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 포함된 위상 오차를 보정하며, 상기 위상 오차가 보정된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 주파수 검출 알고리즘을 수행함으로써 상기 타겟의 방위각 정보를 추출할 수 있다.
상기 프로세서는 특정 지점으로부터 상기 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 레이더 신호와 상기 특정 지점에 대해 미리 설정된 위치 정보를 이용하여 상기 안테나 어레이에 포함된 복수의 수신 안테나들 사이의 위상 오차를 추정하고, 상기 추정된 위상 오차를 이용하여 상기 추출된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 포함된 위상 오차를 보정할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 특정 지점으로부터 상기 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 레이더 신호의 인버팅(Inverting) 결과를 상기 추출된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 곱함으로써 위상 오차를 보정할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 복수의 수신 안테나들 각각에서 식별된 레이더 신호들을 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 상기 식별된 레이더 신호들 각각에 대한 제1 크기 스펙트럼으로 결정하고, 상기 결정된 제1 크기 스펙트럼에 피크 검출(Peak detection)을 수행하여 상기 타겟까지의 거리에 비례하는 거리 인덱스(Index)에 대한 상기 제1 크기 스펙트럼의 크기 정보 및 위상 정보를 결정할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 거리 인덱스(Index)에 대한 상기 제1 크기 스펙트럼의 크기 정보 및 위상 정보를 시간 축 방향으로 고속푸리에변환하여 제2 크기 스펙트럼을 결정하고, 상기 결정된 제2 크기 스펙트럼에 피크 검출을 수행하여 상기 타겟이 존재하는 거리 인덱스에 대한 상기 제1 크기 스펙트럼의 크기 정보 및 위상 정보와 상기 타겟이 존재하는 도플러 인덱스에 대한 상기 제2 크기 스펙트럼의 크기 정보 및 위상 정보를 획득할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 위상 오차가 보정된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique) 알고리즘을 수행함으로써 상기 타겟의 방위각 정보를 추출할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 안테나 어레이에 포함된 복수의 수신 안테나들 사이의 간격 오차에 의한 위상 오차를 보정함으로써 높은 정밀도로 타겟의 위치 정보를 획득할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보를 추출하는 알고리즘을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 타겟의 방위각을 추출하기 위하여 위상 오차 보정이 적용된 주파수 검출 알고리즘을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 레이더 신호 처리 방법을 플로우챠트로 도시한 도면이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 레이더 신호 처리 장치(100)는 프로세서(110)를 포함할 수 있다. 프로세서(110)는 안테나 어레이(120)에 포함된 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 첩(Chirp) 형태의 레이더 신호를 식별할 수 있다. 이때, 식별된 레이더 신호는 송신 안테나(미도시)가 타겟을 탐지하고자 하는 탐지 영역을 향해 출력한 레이더 신호가 타겟에 의해 반사되어 되돌아온 레이더 신호일 수 있다.
프로세서(110)는 식별된 레이더 신호를 이용하여 타겟의 방위각 정보를 추출하기 위해서는 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보가 필요할 수 있다. 즉, 프로세서(110)는 식별된 레이더 신호에 주파수 변환을 수행함으로써 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보를 추출할 수 있고, 추출된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보를 이용하여 주파수 검출 알고리즘을 적용함으로써 타겟의 방위각 정보를 추출할 수 있다.
이때, 프로세서(110)가 타겟의 방위각 정보를 추출하기 위하여 주파수 변환을 통해 추출된 모든 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보를 이용하여 주파수 검출 알고리즘을 적용하면 복잡도가 높아지는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 프로세서(110)는 식별된 레이더 신호에 주파수 변환을 수행하여 추출된 타겟의 거리 정보 중 타겟이 존재하는 거리에 대응하는 거리 인덱스를 결정하고, 결정된 거리 인덱스에 대응하는 도플러 인덱스를 결정할 수 있다.
그리고, 프로세서(110)는 이와 같이 타겟이 존재하는 거리 인덱스 및 상기 타겟이 존재하는 거리 인덱스에 대응하는 도플러 인덱스에 해당하는 정보만을 이용하여 주파수 검출 알고리즘을 적용함으로써 보다 낮은 복잡도를 가지면서도 타겟에 대한 높은 정밀도의 방위각 정보를 추출할 수 있다.
다만, 안테나 어레이(120)에 포함된 수신 안테나들의 개수가 늘어날수록 상기 수신 안테나들 사이의 간격 오차에 의한 성능저하가 심각해지는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 완화시키기 위하여 프로세서(110)는 수신 안테나들 사이의 간격 오차에 의해 발생하는 위상 오차를 추정하고, 추정된 위상 오차를 이용하여 타겟이 존재하는 거리 인덱스 및 도플러 인덱스에 해당하는 정보들의 위상 오차를 보정한 후 주파수 검출 알고리즘을 적용함으로써 복수의 수신 안테나들로 인한 다중 채널 에러의 제약 사항을 극복할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보를 추출하는 알고리즘을 도시한 도면이다.
먼저 Step A에서, 레이더 신호 처리 장치(100)는 도 2와 같이 안테나 어레이(120)에 포함된 복수의 수신 안테나들로부터 수신된 다중의 첩 형태의 레이더 신호를 식별할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치(100)는 타겟의 거리 정보를 추출하기 위하여 각각의 식별된 레이더 신호를 주파수 변환하여 거리 스펙트럼을 결정할 수 있다. 일례로, 타겟이 복수인 경우, 레이더 신호 처리 장치(100)는 각각의 식별된 레이더 신호들을 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 타겟까지의 거리에 대응하는 거리 인덱스들에 대한 거리 스펙트럼 값을 결정할 수 있다.
이후 레이더 신호 처리 장치(100)는 결정된 거리 스펙트럼의 결과 값에 피크 검출(Peak detection)을 수행함으로써 거리 인덱스들 중 복수의 타겟들 각각이 존재하는 거리 인덱스를 결정할 수 있다.
Step B에서, 레이더 신호 처리 장치(100)는 타겟이 존재하는 거리 인덱스에 해당하는 거리 스펙트럼의 크기(Magnitude) 정보 및 위상(Phase) 정보를 메모리(미도시)에 저장할 수 있다.
다음으로 Step C에서, 레이더 신호 처리 장치(100)는 타겟이 존재하는 거리 인덱스에 해당하는 거리 스펙트럼의 크기 정보 및 위상 정보를 주파수 변환하여 도플러 스펙트럼을 결정할 수 있다. 일례로, 레이더 신호 처리 장치(100)는 복수의 타겟들 각각의 거리 인덱스에 해당하는 거리 스펙트럼의 크기 정보 및 위상 정보를 고속푸리에변환하여 상기 복수의 타겟들 각각에 대한 도플러 스펙트럼 값을 결정할 수 있다.
이후 레이더 신호 처리 장치(100)는 결정된 도플러 스펙트럼의 결과 값에 피크 검출을 수행함으로써 복수의 타겟들 각각에 대한 도플러 정보가 포함된 도플러 인덱스를 결정할 수 있다. 이때, 도플러 정보는 타겟의 도플러 인덱스에 해당하는 도플러 스펙트럼의 크기 정보 및 위상 정보를 포함할 수 있다.
레이더 신호 처리 장치(100)는 Step A 내지 Step C에서 결정된 타겟이 존재하는 거리 인덱스 및 도플러 인덱스를 이용하여 타겟의 방위각 정보를 추출할 수 있다. 다만, 위에서 언급한 바와 같이 안테나 어레이(120)에 포함된 수신 안테나들의 개수가 늘어날수록 수신 안테나들 사이의 간격 오차에 의한 성능저하가 심각해지므로 타겟의 방위각 정보 추출에 앞서 타겟이 존재하는 거리 인덱스 및 도플러 인덱스에 해당하는 정보들의 위상 오차를 보정할 필요가 있다. 자세한 위상 오차 보정 방법은 다음의 도 3을 통해 자세히 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 타겟의 방위각을 추출하기 위하여 위상 오차 보정이 적용된 주파수 검출 알고리즘을 도시한 도면이다.
레이더 신호 처리 장치(100)는 안테나 어레이(120)에 포함된 수신 안테나들 사이의 간격 오차에 의해 발생하는 위상 오차를 추정할 수 있고, 추정된 위상 오차를 이용하여 타겟이 존재하는 거리 인덱스 및 도플러 인덱스에 해당하는 정보들의 위상 오차를 보정할 수 있다.
이를 위해 레이더 신호 처리 장치(100)는 고정된 특정 지점에 참조 타겟을 설치할 수 있다. 이때, 참조 타겟이 설치된 특정 지점은 이미 위치 정보가 알려진 장소일 수 있다. 따라서, 레이더 신호 처리 장치(100)는 특정 지점으로부터 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 레이더 신호와 특정 지점에 대해 미리 설정된 위치 정보를 이용하여 안테나 어레이(120)에 포함된 복수의 수신 안테나들 사이의 위상 오차를 추정할 수 있다.
이후 레이더 신호 처리 장치(100)는 복수의 수신 안테나들 사이의 추정된 위상 오차를 이용하여 도 2의 Step A 내지 Step C에서 결정된 타겟이 존재하는 거리 인덱스 및 도플러 인덱스에 포함된 위상 오차를 보정할 수 있다.
이를 위하여 단계(310)에서와 같이 레이더 신호 처리 장치(100)는 타겟이 존재하는 거리 인덱스 및 도플러 인덱스에 해당하는 정보들과 특정 지점으로부터 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 레이더 신호(
Figure 112018072512819-pat00001
)의 인버팅(Inverting) 결과를 곱함으로써 상기 타겟이 존재하는 거리 인덱스 및 도플러 인덱스에 해당하는 정보들에 포함된 위상 오차를 보정할 수 있다.
이후 단계(320)에서, 레이더 신호 처리 장치(100)는 위상 오차가 보정된 거리 인덱스 및 도플러 인덱스에 해당하는 정보들에 주파수 검출 알고리즘(Ex. ESPRIT 등)을 수행함으로써 타겟의 방위각 정보를 추출할 수 있다.
이와 같이 안테나 어레이(120)에 포함된 수신 안테나들의 개수가 늘어날수록 상기 수신 안테나들 사이의 간격 오차에 의한 성능저하가 심각해지는 문제가 발생하므로 레이더 신호 처리 장치(100)는 수신 안테나들 사이의 간격 오차에 의해 발생하는 위상 오차를 추정하고, 추정된 위상 오차를 이용하여 타겟이 존재하는 거리 인덱스 및 도플러 인덱스에 해당하는 정보들의 위상 오차를 보정한 후 주파수 검출 알고리즘을 적용함으로써 복수의 수신 안테나들로 인한 다중 채널 에러의 제약 사항을 극복할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 레이더 신호 처리 방법을 플로우챠트로 도시한 도면이다.
단계(410)에서, 레이더 신호 처리 장치(100)는 타겟에 의해 반사되어 안테나 어레이에 포함된 복수의 안테나들 각각에 수신된 첩(Chirp) 형태의 레이더 신호를 식별할 수 있다.
단계(420)에서, 레이더 신호 처리 장치(100)는 복수의 안테나들 각각에서 식별된 레이더 신호들을 주파수 변환하여 타겟의 거리 정보를 추출할 수 있다. 일례로, 타겟이 복수인 경우, 레이더 신호 처리 장치(100)는 각각의 식별된 레이더 신호들을 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, FFT)하여 타겟까지의 거리에 대응하는 거리 인덱스들에 대한 거리 스펙트럼 값을 결정할 수 있다.
이후 레이더 신호 처리 장치(100)는 결정된 거리 스펙트럼의 결과 값에 피크 검출(Peak detection)을 수행함으로써 거리 인덱스들 중 복수의 타겟들 각각이 존재하는 거리 인덱스를 결정할 수 있다.
단계(430)에서, 레이더 신호 처리 장치(100)는 주파수 변환된 레이더 신호들을 시간 축 방향으로 주파수 변환하여 타겟의 도플러 정보를 추출할 수 있다. 구체적으로 타겟이 존재하는 거리 인덱스에 해당하는 거리 스펙트럼의 크기 정보 및 위상 정보를 주파수 변환하여 도플러 스펙트럼을 결정할 수 있다. 일례로, 레이더 신호 처리 장치(100)는 복수의 타겟들 각각의 거리 인덱스에 해당하는 거리 스펙트럼의 크기 정보 및 위상 정보를 고속푸리에변환하여 상기 복수의 타겟들 각각에 대한 도플러 스펙트럼 값을 결정할 수 있다.
이후 레이더 신호 처리 장치(100)는 결정된 도플러 스펙트럼의 결과 값에 피크 검출을 수행함으로써 복수의 타겟들 각각에 대한 도플러 정보가 포함된 도플러 인덱스를 결정할 수 있다. 이때, 도플러 정보는 타겟의 도플러 인덱스에 해당하는 도플러 스펙트럼의 크기 정보 및 위상 정보를 포함할 수 있다.
단계(440)에서, 레이더 신호 처리 장치(100)는 안테나 어레이에 포함된 복수의 안테나들 사이의 위상 오차를 이용하여 주파수 변환을 통해 추출된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 포함된 위상 오차를 보정할 수 있다.
구체적으로 레이더 신호 처리 장치(100)는 특정 지점으로부터 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 레이더 신호와 특정 지점에 대해 미리 설정된 위치 정보를 이용하여 안테나 어레이(120)에 포함된 복수의 수신 안테나들 사이의 위상 오차를 추정할 수 있다. 이후 레이더 신호 처리 장치(100)는 복수의 수신 안테나들 사이의 추정된 위상 오차를 이용하여 타겟이 존재하는 거리 인덱스 및 도플러 인덱스에 포함된 위상 오차를 보정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따라 레이더 신호 처리 장치(100)는 타겟이 존재하는 거리 인덱스 및 도플러 인덱스에 해당하는 정보들과 특정 지점으로부터 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 레이더 신호(
Figure 112018072512819-pat00002
)의 인버팅(Inverting) 결과를 곱함으로써 상기 타겟이 존재하는 거리 인덱스 및 도플러 인덱스에 포함된 위상 오차를 보정할 수 있다.
단계(450)에서, 레이더 신호 처리 장치(100)는 위상 오차가 보정된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 주파수 검출 알고리즘을 수행함으로써 타겟의 방위각 정보를 추출할 수 있다.
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.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 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 청구범위의 범위에 속한다.
100: 레이더 신호 처리 장치
110: 프로세서
120: 안테나 어레이

Claims (13)

  1. 타겟에 의해 반사되어 안테나 어레이에 포함된 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 첩(Chirp) 형태의 레이더 신호를 식별하는 단계;
    상기 복수의 수신 안테나들 각각에서 식별된 레이더 신호들을 주파수 변환하여 상기 타겟의 거리 스펙트럼을 결정하는 단계;
    상기 결정된 거리 스펙트럼에 피크 검출(Peak detection)을 수행함으로써 상기 타겟까지의 거리 인덱스들 중 상기 타겟이 존재하는 거리 인덱스를 추출하는 단계;
    상기 타겟이 존재하는 거리 인덱스에 대한 거리 스펙트럼의 크기 정보 및 위상 정보를 주파수 변환하여 도플러 스펙트럼을 결정하는 단계;
    상기 결정된 도플러 스펙트럼에 피크 검출을 수행함으로써 상기 타겟에 대한 도플러 인덱스를 추출하는 단계;
    특정 지점으로부터 상기 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 레이더 신호와 상기 특정 지점에 대해 미리 설정된 위치 정보를 이용하여 상기 안테나 어레이에 포함된 복수의 수신 안테나들의 위상 오차를 추정하는 단계; 및
    상기 추정된 위상 오차를 이용하여 상기 추출된 타겟의 거리 인덱스 및 도플러 인덱스에 대응하는 상기 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 대한 위상 오차를 보정하는 단계; 및
    상기 위상 오차가 보정된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 주파수 검출 알고리즘을 수행함으로써 상기 타겟의 방위각 정보를 추출하는 단계
    를 포함하고,
    상기 위상 오차를 보정하는 단계는,
    특정 지점으로부터 상기 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 레이더 신호의 인버팅(Inverting) 결과를 이용함으로써 상기 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 포함된 위상 오차를 보정하는 레이더 신호 처리 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 보정하는 단계는,
    상기 특정 지점으로부터 상기 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 레이더 신호의 인버팅(Inverting) 결과를 상기 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 곱함으로써 위상 오차를 보정하는 레이더 신호 처리 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 타겟의 방위각 정보를 추출하는 단계는,
    상기 위상 오차가 보정된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique) 알고리즘을 수행함으로써 상기 타겟의 방위각 정보를 추출하는 레이더 신호 처리 방법.
  7. 제1항, 제3항 및 제6항 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록된 컴퓨터에서 판독 가능한 기록 매체.
  8. 안테나 어레이에 포함된 복수의 수신 안테나들에서 수신된 레이더 신호를 이용하여 타겟의 위치 정보를 추출하는 프로세서
    를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 타겟에 의해 반사되어 안테나 어레이에 포함된 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 첩(Chirp) 형태의 레이더 신호를 식별하고,
    상기 복수의 수신 안테나들 각각에서 식별된 레이더 신호들을 주파수 변환하여 상기 타겟의 거리 스펙트럼을 결정하며,
    상기 결정된 거리 스펙트럼에 피크 검출(Peak detection)을 수행함으로써 상기 타겟까지의 거리 인덱스들 중 상기 타겟이 존재하는 거리 인덱스를 추출하고,
    상기 타겟이 존재하는 거리 인덱스에 대한 거리 스펙트럼의 크기 정보 및 위상 정보를 주파수 변환하여 도플러 스펙트럼을 결정하며,
    상기 결정된 도플러 스펙트럼에 피크 검출을 수행함으로써 상기 타겟에 대한 도플러 인덱스를 추출하고,
    특정 지점으로부터 상기 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 레이더 신호와 상기 특정 지점에 대해 미리 설정된 위치 정보를 이용하여 상기 안테나 어레이에 포함된 복수의 수신 안테나들의 위상 오차를 추정하며,
    상기 추정된 위상 오차를 이용하여 상기 추출된 타겟의 거리 인덱스 및 도플러 인덱스에 대응하는 상기 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 대한 위상 오차를 보정하고,
    상기 위상 오차가 보정된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 주파수 검출 알고리즘을 수행함으로써 상기 타겟의 방위각 정보를 추출하며,
    상기 프로세서는,
    특정 지점으로부터 상기 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 레이더 신호의 인버팅(Inverting) 결과를 이용함으로써 상기 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 포함된 위상 오차를 보정하는 레이더 신호 처리 장치.
  9. 삭제
  10. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 특정 지점으로부터 상기 복수의 수신 안테나들 각각에 수신된 레이더 신호의 인버팅(Inverting) 결과를 상기 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 곱함으로써 위상 오차를 보정하는 레이더 신호 처리 장치.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제8항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 위상 오차가 보정된 타겟의 거리 정보 및 도플러 정보에 ESPRIT(Estimation of Signal Parameters via Rotational Invariance Technique) 알고리즘을 수행함으로써 상기 타겟의 방위각 정보를 추출하는 레이더 신호 처리 장치.


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