KR102144504B1 - 비트 신호 특성을 이용한 차량용 fmcw 레이더 간섭 제거를 위한 차량 주행 제어 시스템 및 간섭 제거 방법 - Google Patents

비트 신호 특성을 이용한 차량용 fmcw 레이더 간섭 제거를 위한 차량 주행 제어 시스템 및 간섭 제거 방법 Download PDF

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Abstract

차량용 레이더를 사용하는 상황에서는 다른 차량이 송신하는 레이더 신호 때문에 간섭이 발생한다. 간섭 신호는 목표 물체의 거리 및 속도 추정에 오류를 일으켜 차량의 안전을 위협할 수 있다. 따라서 차량용 레이더에는 간섭 신호 제거 기술이 요구된다. 본 발명은 차량용 FMCW 레이더에서 다른 차량에서 온 간섭 신호가 원래 신호에 간섭을 일으킬 때 간섭패턴을 파악하여 간섭이 생기는 구간을 찾아낸다. 간섭 신호는 원래 신호보다 신호 감쇠가 적으므로 신호 세기가 크고 간섭이 발생한 구간은 간섭 신호의 성질에 의해 고 주파수 성분을 가지고 있다. 이 점에 착안하여 시간 축에서 레이더에 수신된 신호의 타임 샘플의 두 특성을 이용하여 간섭이 생긴 구간을 찾아내고 제거한다.

Description

비트 신호 특성을 이용한 차량용 FMCW 레이더 간섭 제거를 위한 차량 주행 제어 시스템 및 간섭 제거 방법{System for controlling of Driving, and Interference Csncellation Method of Fequency Modulated Continuous Wave radar based on beat signal characteristic for automotive vehicle}
본 발명은 차량용 레이더에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 차량용 레이더의 간섭을 효과적으로 제거하기 위한 비트 신호 특성을 이용한 차량용 FMCWFrequency Modulated Continuous Wave) 레이더 간섭 제거를 위한 차량 주행 제어 시스템 및 간섭 제거 방법에 관한 것이다.
FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 신호는 시간에 따라 주파수가 일정하게 변하는 특성을 갖는다. 레이더 송신기에서 FMCW 신호를 보내고 주변 물체에서 반사된 신호를 받아 수신된 신호와 디처프(dechirp) 하여 주변 물체의 거리와 속도를 측정한다. 그러나. 원래 레이더 신호를 보내는 차량 외에 다른 차량이 존재하여 다른 파형의 신호를 보내는 경우, 그 신호가 원래 보냈던 신호의 반사파와 간섭을 일으켜서 목표 물체의 거리와 속도를 추정하는데 어려움이 발생한다.
또한, 기존의 기법은 간섭 파형이 고 주파수 성분을 포함한다는 성질에 착안한 기법으로 인접한 시간 샘플들의 신호 크기 차를 구하여 그 값이 클 때 간섭 신호라 판단하고 있다. 그러나 이 기법은 램프-비트(ramp-beat) 신호에서 송신 신호와 간섭 신호의 주파수가 교차 할 때 생기는 저 주파수 간섭 구간 제거에 한계가 있다.
본 발명은 간섭 현상을 효과적으로 제거할 수 있는 차량용 레이더의 간섭 제거 알고리즘을 제공하는 것이다.
본 발명은 간섭 구간의 신호가 고 주파수 성분을 가지고 있을 뿐만 아니라 높은 신호 세기를 가진다는 성질에 착안하여, 기존의 기법에서 제거하지 못한 램프-비트(ramp-beat) 신호의 저 주파수 잔여 간섭 구간을 추가로 제거하는 방법을 제안한다. 이는 잔여 간섭을 제거함으로써 신호 대 간섭 비를 향상시킬 수 있으며 간섭 제거 신호 세기 문턱 값을 상황에 맞추어 설정할 수 있기 때문에 유연한 대처를 가능하게 한다.
차량용 FMCW 레이더에서 다른 차량에서 온 간섭 신호가 원래 신호에 간섭을 일으킬 때 간섭패턴을 파악하여 간섭이 생기는 구간을 찾아낸다. 간섭 신호는 원래 신호보다 신호 감쇠가 적으므로 신호 세기가 크고 간섭이 발생한 구간은 간섭 신호의 성질에 의해 고 주파수 성분을 가지고 있다. 이 점에 착안하여 시간 축에서 레이더에 수신된 신호의 타임 샘플의 두 특성을 이용하여 간섭이 생긴 구간을 찾아내고 제거한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 간섭이 없는 경우, 비트 신호의 주파수 특성을 보여주는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 간섭이 발생된 경우, 비트 신호의 주파수 특성을 보여주는 그래프이다.
이하, 첨부된 도면을 이용하여 본 발명의 실시예를 설명하도록 한다.
FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 신호인 처프(chirp) 신호의 시간-주파수 도메인에서 중심 주파수가 f, 주파수 스윕 폭이 W, 한 처프(chirp)의 길이가 T라고 한다면 시간에 따른 FMCW 신호의 주파수는 (a), 위상은 (b), 전체 신호는 (c)와 같이 나타낼 수 있다.
(a) :
Figure 112017060437787-pat00001
(b) :
Figure 112017060437787-pat00002
(c) :
Figure 112017060437787-pat00003
반사파의 지연시간이 τ라고 하면 원신호와 디처프 해서 구한 비트 신호 위상(beat signal phase)
Figure 112020030803460-pat00004
는 다음과 같다.
Figure 112017060437787-pat00005
구한 비트 신호를 시간 t에 대해 FFT(Fast Fourier Transform)하여 지연시간 τ를 구할 수 있고, τ를 통하여 반사된 물체와 레이더 간 거리를 구할 수 있다.
위의 비트 신호 위상식을 보면 t에 관한 일차식이므로 그것을 미분한 주파수는 상수로 구해질 수 있다. 따라서, 간섭이 발생되지 않은 경우, 비트 신호는 도 1에 도시된 바와 같이 일정한 주파수 특성을 가질 수 있다.
하지만, 도 2에 도시된 바와 같이, 간섭이 발생된 경우, 간섭이 발생된 구간에 일정하지 않은 주파수 특성이 보여지며, 도 1과 대비하여 볼 때, 상대적으로 높은 신호 세기를 보이게 된다.
기존 기법은 인접한 시간 샘플의 신호 세기 차이를 비교하여 간섭을 찾아내기 때문에 도 2의 굵게 표시된 선으로 표시된 부분을 쉽게 간섭으로 인식하지 못한다.
한편, 본 발명은 기존 기법에 간섭이 존재할 때 비트 신호의 세기가 원 비트 신호 세기보다 큰 것에 착안하여, 각 시간 샘플 t에서 신호 세기를 신호 세기의 평균을 변수로 가지는 문턱 값과 비교하여, 도 2의 굵게 표시된 선으로 구분된 잔여 간섭을 추가로 추출한 후 제거할 수 있다.
간섭을 제거하는 과정은 다음과 같다.
1) 비트 신호를 샘플링 후, 모든 시간 샘플 t에 대해서 비트 신호
Figure 112017060437787-pat00006
와 인접 신호
Figure 112017060437787-pat00007
의 크기 차
Figure 112017060437787-pat00008
을 계산한다.
2) 이동 평균(moving average)과 평균,
Figure 112017060437787-pat00009
을 계산한다
3) 모든 시간 샘플
Figure 112017060437787-pat00010
에 대해서 비트 신호의 크기
Figure 112017060437787-pat00011
와 그 평균,
Figure 112017060437787-pat00012
을 계산한다.
4) 1)에서 얻은 크기 차,
Figure 112017060437787-pat00013
가
Figure 112017060437787-pat00014
보다 크거나 3)에서 얻은
Figure 112017060437787-pat00015
가
Figure 112017060437787-pat00016
보다 크면 간섭으로 분류하고 제로 패딩(zero-padding)을 하여 간섭을 제거한다.
Figure 112017060437787-pat00017
는 문턱 값을 결정하는 계수이다.
5) 1)~4)과정을 각 처프(chirp)마다 반복한다.

Claims (12)

  1. 처프 신호를 생성하여 송신하고, 상기 처프 신호가 목표물로부터 반사된 신호를 수신하여 상기 처프 신호와 상기 반사된 신호의 차이에 따라 비트(beat) 신호를 생성하는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 장치; 및
    시간 축으로 인접하는 비트 신호 간의 크기 차이의 평균값 및 개별 비트 신호 크기의 평균값을 산출하고, 상기 크기 차이의 평균값 및 상기 비트 신호 크기의 평균값 각각을 기 설정된 기준값과 비교하여 간섭 신호가 존재하는 구간을 탐색하고 상기 간섭 신호를 제거하도록 구성되는 간섭 제거 장치;
    를 포함하도록 구성되는 차량 주행 제어 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 간섭 제거 장치는, 매 처프 신호마다 상기 비트 신호를 샘플링하여 모든 시간 샘플에 대해 상기 인접하는 비트 신호 간의 크기 차이를 추출하고 상기 크기 차이의 평균값을 산출하는 차이값 추출부;
    상기 모든 시간 샘플에 대해 상기 비트 신호의 크기 및 상기 비트 신호 크기의 평균값을 추출하는 크기 추출부; 및
    상기 크기 차이의 평균값을 기 설정된 제 1 문턱값과 비교하고, 상기 비트 신호 크기의 평균값을 기 설정된 제 2 문턱값과 비교하는 간섭 구간 탐색부; 및
    상기 간섭 구간 탐색부에서 상기 간섭 신호가 존재하는 구간이 탐색됨에 따라 상기 간섭 신호를 제거하도록 구성되는 간섭 제거부;
    를 포함하도록 구성되는 차량 주행 제어 시스템.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 간섭 구간 탐색부는, 상기 크기 차이의 평균값이 상기 제 1 문턱값보다 크거나, 상기 비트 신호 크기의 평균값이 상기 제 2 문턱값보다 큰 경우 간섭으로 분류하도록 구성되는 차량 주행 제어 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 문턱값은 제 1 결정계수와 상기 크기 차이의 평균값의 곱으로 결정되는 차량 주행 제어 시스템.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 2 문턱값은 제 2 결정계수와 상기 비트 신호 크기의 평균값의 곱으로 결정되는 차량 주행 제어 시스템.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 간섭 제거부는 제로 패딩(zero padding)에 기초하여 간섭을 제거하도록 구성되는 차량 주행 제어 시스템.
  7. FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 장치 및 상기 FMCW 장치와 접속되는 간섭 제거 장치를 포함하는 차량 주행 제어 시스템의 간섭 제거 방법으로서,
    상기 FMCW 장치가 처프 신호를 생성하여 송신하고, 상기 처프 신호가 목표물로부터 반사된 신호를 수신하여 상기 처프 신호와 상기 반사된 신호의 차이에 따라 비트(beat) 신호를 생성하는 단계;
    상기 간섭 제거 장치가 시간 축으로 인접하는 비트 신호 간의 크기 차이의 평균값 및 개별 비트 신호 크기의 평균값을 산출하고, 상기 크기 차이의 평균값 및 상기 비트 신호 크기의 평균값 각각을 기 설정된 기준값과 비교하여 간섭 신호가 존재하는 구간을 탐색하는 단계; 및
    상기 간섭 신호를 제거하는 단계;
    를 포함하도록 구성되는 차량 주행 제어 시스템의 간섭 제거 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 탐색하는 단계는, 매 처프 신호마다 상기 비트 신호를 샘플링하여 모든 시간 샘플에 대해 상기 인접하는 비트 신호 간의 크기 차이를 추출하고 상기 크기 차이의 평균값을 산출하는 단계;
    상기 모든 시간 샘플에 대해 상기 비트 신호의 크기 및 상기 비트 신호 크기의 평균값을 추출하는 단계; 및
    상기 크기 차이의 평균값을 기 설정된 제 1 문턱값과 비교하고, 상기 비트 신호 크기의 평균값을 기 설정된 제 2 문턱값과 비교하여 상기 간섭 신호가 존재하는 구간을 검출하는 단계;
    를 포함하도록 구성되는 차량 주행 제어 시스템의 간섭 제거 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 검출하는 단계는, 상기 크기 차이의 평균값이 상기 제 1 문턱값보다 크거나, 상기 비트 신호 크기의 평균값이 상기 제 2 문턱값보다 큰 경우 간섭으로 분류하는 단계를 포함하도록 구성되는 차량 주행 제어 시스템의 간섭 제거 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 1 문턱값은 제 1 결정계수와 상기 크기 차이의 평균값의 곱으로 결정되는 차량 주행 제어 시스템의 간섭 제거 방법.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 제 2 문턱값은 제 2 결정계수와 상기 비트 신호 크기의 평균값의 곱으로 결정되는 차량 주행 제어 시스템의 간섭 제거 방법.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 간섭 신호를 제거하는 단계는 제로 패딩(zero padding)에 기초하여 제거하는 단계를 포함하도록 구성되는 차량 주행 제어 시스템의 간섭 제거 방법.
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