KR102303231B1 - 차량용 레이더 시스템의 동작방법 - Google Patents

차량용 레이더 시스템의 동작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 다중 표적으로부터 반사된 수신 신호를 수신하는 단계, 상기 수신 신호를 기반으로 상기 다중 표적의 거리 및 속도에 대한 표적 데이터를 산출 및 저장하는 단계, 상기 표적 데이터를 설정 횟수만큼 누적 산출한 누적 평균값에 설정된 스켈링 인자(scaling factor)를 곱하여 누적일정오경보확률값을 산출 및 저장하는 단계 및 상기 표적 데이터와 상기 누적일정오경보확률값을 비교하여, 상기 다중 표적 중 클러터를 제외한 목표 표적에 대응하는 데이터를 추출하여, 상기 목표 표적을 추적하는 단계를 포함하는 차량용 레이더 시스템의 동작방법을 제공한다.

Description

차량용 레이더 시스템의 동작방법{Operation method of vehicle radar system}
본 발명은 차량용 레이더 시스템의 동작방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터널, 가드레일 및 건물 등과 같은 불필요한 연속된 클러터와 목표 표적으로부터 반사된 수신 신호에서 목표 표적을 추출하기 용이한 차량용 레이더 시스템의 동작방법에 관한 것이다.
레이더는 목표물의 거리, 속도 및 각도 등의 정보를 알아 낼 수 있는 장치이다.
레이더의 송신 안테나를 통해 전자기파 신호를 방사하여 목표물에서 반사되어 돌아오는 신호를 수신 안테나로 부터 수신하고, 이 수신된 신호를 이용하여 목표물의 정보를 알아 낼 수 있다.
레이더 기술은 군사 및 항공 분야로 부터 발전되어 왔으나, 최근 차량 사고 위험을 미리 경고하고 능동적으로 예방 및 회피하기 위한 기술로 자동차에 응용되고 있다. 차량용 레이더 환경에서는 터널, 가드레일 및 건물 등과 같은 원치 않는 연속된 클러터 신호에 의해 목표물의 정보를 알아내는데 어려움이 있다.
최근들어, 차량용 레이더에서 수신 신호에서 클러터 신호와 원하는 목표 신호를 강건하게 분리할 수 있도록 하기 위한 연구가 진행 중에 있다.
본 발명의 목적은, 터널, 가드레일 및 건물 등과 같은 불필요한 연속된 클러터와 목표 표적으로부터 반사된 수신 신호에서 목표 표적을 추출하기 용이한 차량용 레이더 시스템의 동작방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 차량용 레이더 시스템의 동작방법은, 다중 표적으로부터 반사된 수신 신호를 수신하는 단계, 상기 수신 신호를 기반으로 상기 다중 표적의 거리 및 속도에 대한 표적 데이터를 산출 및 저장하는 단계, 상기 표적 데이터를 설정 횟수만큼 누적 산출한 누적 평균값에 설정된 스켈링 인자(scaling factor)를 곱하여 누적일정오경보확률값을 산출 및 저장하는 단계 및 상기 표적 데이터와 상기 누적일정오경보확률값을 비교하여, 상기 다중 표적 중 클러터를 제외한 목표 표적에 대응하는 데이터를 추출하여, 상기 목표 표적을 추적하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 차량용 레이더 시스템의 동작방법은, 상기 수신 단계 이전에, 차량의 전후 및 측방으로 송신 신호를 송신하는 단계를 더 포함하고, 상기 표적 데이터 산출 및 저장 단계는, 상기 송신 및 상기 수신 신호 사이의 신호시간차 및 상기 수신 신호의 신호 크기에 따라 상기 표적 데이터를 산출 및 저장한다.
상기 추적 단계는, 상기 표적 데이터 중 상기 누적일정오경보확률값 보다 큰 데이터를 상기 목표 표적으로 판단 추출한다.
상기 추적 단계는, 상기 표적 데이터 중 상기 누적일정오경보확률값 보다 낮은 데이터를 상기 클러터로 판단하여 제거한다.
본 발명에 따른 차량용 레이더 시스템의 동작방법은, 수신 신호에서 산출 저장된 표적 데이터를 설정 횟수만큼 누적한 누적 평균값을 기반으로 산출된 누적일정오경보확률값과 표적 데이터를 비교함으로써, 수신 신호에 포함된 클러터 및 목표 표적을 분리하며, 목표 표적을 추적하기 용이한 이점이 있다.
또한, 본 발명에 따른 차량용 레이더 시스템의 동작방법은, 목표 표적을 추출함에 있어서 연산 시간을 단축할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 레이더 시스템의 제어 구성을 나타낸 제어블록도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 차량용 레이더 시스템에서 수신한 수신 신호에서 목표 표적을 추출하기 위한 일 예를 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 레이더 시스템의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 레이더 시스템의 제어 구성을 나타낸 제어블록도 및 도 2 및 도 3은 본 발명에 따른 차량용 레이더 시스템에서 수신한 수신 신호에서 목표 표적을 추출하기 위한 일 예를 나타낸 도이다.
도 1을 참조하면, 차량용 레이더 시스템은 송신 안테나(110), 수신 안테나(120) 및 제어모듈(130)을 포함할 수 있다.
송신 안테나(110)는 차량의 전방 및 측방 중 적어도 한 방향으로 레이더 신호를 방사할 수 있다.
여기서, 수신 안테나(120)는 방사된 상기 레이더 신호 중 표적으로부터 반사된 레이더 신호를 수신하여, 제어모듈(130)로 전달할 수 있다.
제어모듈(130)은 상기 수신 신호를 신호처리하여, 표적 데이터를 산출하는 신호처리부(140) 및 상기 표적 데이터를 기반으로 상기 표적을 추적하는 표적 추적부(150)를 포함할 수 있다.
여기서, 신호처리부(140)는 상기 수신 신호를 시간 도메인에서 윈도우(window)를 취하고, 이를 고속푸리에변환(FFT)하여 주파수 성분으로 분리한다.
이후, 신호처리부(140)는 상기 주파수 성분으로 분리된 신호를 디지털 빔포밍(DBF)으로 빔을 조향하고, 조향된 신호에서 표적 탐지정보에 해당되는 신호를 구분하기 위하여 CFAR, Peak Detection, RV-Pairing을 거친 후 상기 표적 데이터를 생성할 수 있다.
표적추적부(150)는 신호처리부(140)에서 생성된 상기 표적 데이터를 기반으로 상기 표적을 추적할 수 있다.
이때, 신호처리부(140)는 CFAR 검파를 수행하는 경우, 저장된 상기 표적 데이터를 설정 횟수(K번) 만큼 누적 하여 누적 평균값을 산출하고, 상기 누적 평균값에 설정된 스켈링 인자(scaling factor)를 곱하여 누적일정오경보확률값을 산출 및 저장한다.
신호처리부(140)는 CFAR 검파에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
우선, 도 2는 다중 표적으로부터 수신된 수신 신호에 대한 표적 데이터를 나타내며, 제1 내지 제5 표적 데이터(m=1, 2, 3, 4, 5)를 나타내며, 누적일정오경보확률값과 제1 내지 제4 표적 데이터(m=1, 2, 3, 4, 5) 중 어느 하나와 비교한 것을 나타낸다.
이때, 제1 내지 제5 표적 데이터(m=1, 2, 3, 4, 5)는 x축이 Frequency Bin을 나타내며, y축이 수신 신호의 신호 크기를 나타낸다.
Figure 112014121653614-pat00001
[수학식 1]은 신호처리부(140)에서 DBF된 FFT 신호를 표현한 수학식이다.
여기서, An은 누적 평균값, e(-j(Θn))은 누적평균위상, E(n,m)은 순시변동값, δ(w0-wt))은 Frequency bin 위치 및 e-fΦ(n,m)은 순시변동위상을 나타낸다.
상기 누적 평균값 및 누적평균위상은 n번째 Frequency Bin이 설정 횟수(K번), 즉 제1 내지 제5 표적 데이터(m=1, 2, 3, 4, 5)를 반복 누적했을때, 평균값 및 평균위상을 나타내며, 상기 수신 신호 내에 연속된 클러터(e.g. 터널, 가드레일 등)의 경우 구조물의 특성 크기를 나타내며, 비연속된 목표 표적(차량)의 경우 노이즈 레벨과 유사한 크기의 특성을 갖는다.
상기 순시변동값은 n번째 Frequency Bin에서 수신된 상기 수신 신호의 순시변동크기를 나타내며, 통계적으로는 균등분포를 갖는다. 만약, 누적된 설정 횟수가 충분히 반복 되었을때 순시변동값의 누적 평균은 0으로 수렴한다.
상기 Frequency bin 위치는 상기 수신 신호의 거리 및 속도를 나타내며, 가드레일이나 터널과 같이 연속된 클러터들은 특정 범위에 걸쳐 연속적인 신호가 나타나는 특성을 갖는다.
상기 순시변동위상은 n번째 Frequency Bin에서 상기 수신 신호의 순시 위상을 나타내며, 통계적으로는 정규분포를 갖는다. 누적된 설정 횟수(K)가 충분히 반복 되었을때 순시변동값의 누적 평균은 0으로 수렴한다.
연속되는 클러터 환경(e.g. 터널,가드레일)에서 DBF된 FFT신호, 즉 [수학식 1]에 따라 설정 횟수(K) 만큼 누적평균을 취할 경우, 연속된 클러터 환경의 특성을 갖는 신호를 추출할 수 있다.
즉, 누적 평균은 후술하는 [수학식 2]에 의해 산출될 수 있다.
Figure 112014121653614-pat00002
즉, [수학식 2]에 [수학식 1]을 대입하는 경우, 누적 평균값을 산출할 수 있다.
후술하는 [수학식 3]은 [수학식 2]에서 산출된 누적 평균값에 스캘링 인자를 곱하여 연속된 클러터 환경과 차량 타겟 신호를 분리 해 낼 수 있는 KA-CFAR를 구할 수 있음을 표현 한 것이다.
Figure 112014121653614-pat00003
따라서, [수학식 3]을 적용하면, 연속된 클러터(터널, 가드레일 등)신호들과 표적 데이터를 강건하게 분리 해 낼 수 있는 누적일정오경보확률값(pa)과 제1 내지 제5 표적 데이터(m=1, 2, 3, 4, 5) 중 어느 하나를 비교하여, 목표 표적(P)과 클러터(C)를 분리해낼 수 있다.
여기서, 도 3은 누적일정오경보확률값과 제1 내지 제5 표적 데이터 중 어느 하나를 비교하여, 수신 신호에서 목표 표적과 클러터를 분리하는 것을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명에 따른 차량용 레이더 시스템의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 차량용 레이더 시스템은 차량의 전후 및 측방 중 적어도 일 방으로 송신 신호를 송신하고(S110), 다중 표적으로부터 반사된 수신 신호를 수신한다(S120).
차량용 레이더 시스템은 상기 수신 신호를 기반으로 상기 다중 표적의 거리 및 속도에 대한 표적 데이터를 산출 및 저장한다(S130).
차량용 레이더 시스템은 상기 표적 데이터를 설정 횟수만큼 누적 산출한 누적 평균값에 설정된 스켈링 인자(scaling factor)를 곱하여 누적일정오경보확률값을 산출 및 저장한다(S140).
차량용 레이더 시스템은 상기 표적 데이터와 상기 누적일정오경보확률값을 비교하여, 상기 다중 표적 중 클러터를 제외한 목표 표적에 대응하는 데이터를 추출하여, 상기 목표 표적을 추적한다(S150).
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (5)

  1. 다중 표적으로부터 반사된 수신 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신 신호를 기반으로 상기 다중 표적의 거리 및 속도에 대한 표적 데이터를 산출 및 저장하는 단계;
    상기 표적 데이터를 설정 횟수만큼 누적 산출한 누적 평균값에 설정된 스켈링 인자(scaling factor)를 곱하여 누적일정오경보확률값을 산출 및 저장하는 단계; 및
    상기 표적 데이터와 상기 누적일정오경보확률값을 비교하여, 상기 다중 표적 중 클러터를 제외한 목표 표적에 대응하는 데이터를 추출하여, 상기 목표 표적을 추적하는 단계;를 포함하되,
    상기 누적일정오경보확률값은,
    하기의 [수학식]에 의해 산출되는 것인 차량용 레이더 시스템의 동작방법.
    [수학식]
    누적일정오경보확률값 = 누적평균값 * 스캘링 인자
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 수신 단계 이전에,
    차량의 전후 및 측방으로 송신 신호를 송신하는 단계;를 더 포함하고,
    상기 표적 데이터 산출 및 저장 단계는,
    상기 송신 및 상기 수신 신호 사이의 신호시간차 및 상기 수신 신호의 신호 크기에 따라 상기 표적 데이터를 산출 및 저장하는 차량용 레이더 시스템의 동작방법.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 추적 단계는,
    상기 표적 데이터 중 상기 누적일정오경보확률값 보다 큰 데이터를 상기 목표 표적으로 판단 추출하는 차량용 레이더 시스템의 동작방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 추적 단계는,
    상기 표적 데이터 중 상기 누적일정오경보확률값 보다 낮은 데이터를 상기 클러터로 판단하여 제거하는 차량용 레이더 시스템의 동작방법.
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