KR102438228B1 - 차량용 레이더 장치와 이를 이용한 타겟의 각도 추정 방법 - Google Patents

차량용 레이더 장치와 이를 이용한 타겟의 각도 추정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 반사신호의 각 수신채널별 위상차이와 각 수신채널별 배열간격을 통해 계산된 각 수신채널별 기울기의 분산정도에 따라 타겟을 단일 타겟 또는 다중 타겟으로 판단하여 타겟의 각도를 추정함으로써 적은 연산량으로 타겟의 각도를 획득할 수 있는 차량용 레이더 장치와 이를 이용한 타겟의 각도 추정 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 전방에 위치하는 타겟을 감지하는 차량용 레이더장치에 있어서, 미리 정해진 송신신호를 송신하고 송신된 송신신호가 타겟에서 반사되어 되돌아오는 반사신호를 수신하여 수신된 반사신호의 각 수신채널별 위상차이와 각 수신채널의 배열간격을 이용하여 각 수신채널별 수신된 반사신호의 기울기를 계산하고, 계산된 기울기의 분산정도에 따라 상기 타겟을 단일 타겟 또는 다중 타겟으로 판단하여 판단된 타겟과의 각도를 추정하는 전자제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 장치가 제공된다.

Description

차량용 레이더 장치와 이를 이용한 타겟의 각도 추정 방법{RADAR APPARATUS FOR VEHICLE AND METHOD FOR ESTIMATING ANGLE OF TARGET USING THE SAME}
본 발명은 차량용 레이더 장치와 이를 이용한 타겟의 각도 추정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 반사신호의 각 수신채널별 위상차이와 각 수신채널별 배열간격을 통해 계산된 각 수신채널별 기울기의 분산정도에 따라 타겟을 단일 타겟 또는 다중 타겟으로 판단하여 타겟의 각도를 추정함으로써 적은 연산량으로 타겟의 각도를 획득할 수 있는 차량용 레이더 장치와 이를 이용한 타겟의 각도 추정 방법에 관한 것이다.
FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 배열 안테나(Array Antenna) 방식의 레이더는 일정방향으로 배열된 다수의 수신 안테나에서 수신되는 신호의 위상차이를 이용하여 타겟의 각도를 추출한다.
이러한 위상을 이용해 각도를 추정하는 다양한 알고리즘 중 Conventional Beam Forming 방식이 알고리즘의 안정성이나 낮은 연산량을 갖는다는 장점에 의해 일반적으로 사용되고 있다.
그러나, Conventional Beam Forming 방식이라고 하더라도 FoV(Filed of View)가 넓어지거나 각도 정확도를 향상시키고자 할 경우 Power Spectrum을 구하는 과정상 다중의 Matrix 연산에 의해 연산량이 증가한다는 단점을 가지고 있다.
또한 동일한 안테나 환경에서 다중 타겟 상황에 대한 각도 분해능이 한정되고 있어서 다중 타겟 각도 분해능을 향상시키기 위해서는 연산량이 큰 고해상도 알고리즘의 적용이 필요하다.
하지만, 고해상도 알고리즘은 연산량에 있어 큰 차이를 보이기 때문에 적용이 불가능한 단일 타겟에 대한 연산량 낭비가 따르고, 이를 피하기 위해서는 단일 타겟, 다중 타겟 상황의 구분이 필요하지만 이의 판단이 모호다는 문제를 가지고 있다.
대한민국 공개특허공보 제2014-0083708호(2014.07.04) "레이더 장치 및 이에 적용되는 위상편차 보상방법"
본 발명의 목적은, 반사신호의 각 수신채널별 위상차이와 각 수신채널별 배열간격을 통해 계산된 각 수신채널별 기울기의 분산정도에 따라 타겟을 단일 타겟 또는 다중 타겟으로 판단하여 타겟의 각도를 추정함으로써 적은 연산량으로 타겟의 각도를 획득할 수 있는 차량용 레이더 장치와 이를 이용한 타겟의 각도 추정 방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 차량의 전방에 위치하는 타겟을 감지하는 차량용 레이더장치에 있어서, 미리 정해진 송신신호를 송신하고 송신된 송신신호가 타겟에서 반사되어 되돌아오는 반사신호를 수신하여 수신된 반사신호의 각 수신채널별 위상차이와 각 수신채널의 배열간격을 이용하여 각 수신채널별 수신된 반사신호의 기울기를 계산하고, 계산된 기울기의 분산정도에 따라 상기 타겟을 단일 타겟 또는 다중 타겟으로 판단하여 판단된 타겟과의 각도를 추정하는 전자제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 장치가 제공된다.
상기 전자제어유닛은 상기 계산된 각 수신채널별 기울기를 평균한 평균 기울기를 계산하고, 계산된 평균 기울기를 기준으로 상기 각 수신채널별 기울기의 분산값이 일정값 이상인지 여부에 따라 상기 타겟을 단일 타겟 또는 다중 타겟으로 판단할 수 있다.
상기 전자제어유닛은 상기 타겟을 단일 타겟으로 판단한 경우 타겟의 각도별로 미리 정의된 기울기를 저장한 데이터테이블을 근거로 하여 상기 타겟의 각도를 추정할 수 있다.
상기 전자제어유닛은 상기 타겟을 다중 타겟으로 판단한 경우 고성능 분해 알고리즘을 적용하여 상기 타겟의 각도를 추정할 수 있다.
또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 차량용 레이더 장치를 이용한 타겟의 각도 추정 방법으로서, 미리 정해진 송신신호가 타겟에서 반사되어 되돌아오는 반사신호를 수신하는 단계; 상기 반사신호의 각 수신채널별 위상차이와 각 수신채널의 배열간격을 이용하여 각 수신채널별 수신된 반사신호의 기울기를 계산하는 단계; 상기 계산된 기울기의 분산정도에 따라 상기 타겟을 단일 타겟 또는 다중 타겟으로 판단하는 단계; 및 상기 판단하는 단계에 의해 판단된 타겟과의 각도를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법이 제공된다.
상기 계산하는 단계는 상기 계산된 각 수신채널별 기울기를 평균한 평균 기울기를 계산하고, 상기 판단하는 단계는 상기 평균 기울기를 기준으로 각 수신채널별 기울기의 분산값이 일정값 이상인지 여부에 따라 상기 타겟을 단일 타겟 또는 다중 타겟으로 판단할 수 있다.
상기 추정하는 단계는 상기 타겟을 단일 타겟으로 판단한 경우 타겟의 각도별로 미리 정의된 기울기를 저장한 데이터테이블을 근거로 하여 상기 타겟의 각도를 추정할 수 있다.
상기 추정하는 단계는 상기 타겟을 다중 타겟으로 판단한 경우 고성능 분해 알고리즘을 적용하여 상기 타겟의 각도를 추정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 반사신호의 각 수신채널별 위상차이와 각 수신채널별 배열간격을 통해 계산된 각 수신채널별 기울기의 분산정도에 따라 타겟을 단일 타겟 또는 다중 타겟으로 판단하여 타겟의 각도를 추정함으로써 적은 연산량으로 타겟의 각도를 획득할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 레이더 장치를 설명하기 위한 블록도,
도 2는 도 1에 도시된 전자제어유닛을 설명하기 위한 블록도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 레이더 장치를 이용한 타겟의 각도 추정 방법을 설명하기 위한 도면,
도 4 및 도 5는 수신채널간의 위상차이를 나타낸 그래프, 그리고
도 6은 타겟의 각도별 경험에 의해 미리 정의된 기울기를 나타낸 그래프.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 레이더 장치를 설명하기 위한 블록도를 도시하고 있고, 도 2는 도 1에 도시된 전자제어유닛을 설명하기 위한 블록도를 도시하고 있다.
도 1을 참조하면 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 레이더 장치는 차량에 전방에 설치되어 차량의 전방에 위치하는 타겟을 감지할 수 있다.
이러한 차량용 레이더 장치는 송신 안테나(10), 수신 안테나(20) 및 전자제어유닛(30)을 포함한다.
수신 안테나(20)는 복수의 소자 안테나로 이루어지는 어레이 안테나를 수신 안테나로서 사용한다. 각 소자 안테나에서 수신한 반사신호는 전자제어유닛(30)에 전달된다.
전자제어유닛(30)은 차량의 전방을 향하여 송신 안테나(10)를 거쳐 송신된 송신신호가 전방에 위치하는 타겟에서 반사되어 되돌아오는 반사신호를 수신하고 수신된 반사신호의 수신채널별 위상을 이용하여 인접한 수신채널간의 위상차이를 계산하고 계산된 위상차이와 수신채널의 배열간격을 기초로 각 수신채널별 기울기를 계산하여 계산된 각 수신채널별 기울기의 분산정도에 따라 전방에 위치하는 타겟이 단일 타겟인지 또는 다중 타겟인지를 판단하여 타겟의 각도를 추정할 수 있다.
또한 전자제어유닛(30)은 타겟이 단일 타겟으로 판단된 경우 타겟의 각도별로 경험에 의해 미리 정의된 기울기를 저장한 데이터테이블을 참조하여 단일 타겟의 각도를 추정하고, 타겟이 다중 타겟으로 판단된 경우 고성능 분해 알고리즘을 적용시켜 다중 타겟의 각도를 추정한다.
도 2를 참조하여 더 설명하면 전자제어유닛(30)은 송신부(31), 수신부(32), 신호처리부(33), 계산부(34), 타겟 판단부(35) 및 각도 추정부(36)를 포함하여 구성된다.
송신부(31)는 미리 설정된 송신신호를 송신 안테나(10)를 통하여 송신한다. 특히 송신부(31)는 차량의 전방에 있는 물체에 송신할 연속파 송신신호를 생성하고, 생성된 연속파 송신신호를 송신 안테나(10)를 통해 송신한다. 여기서 송신부(31)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환하는 D/A 컨버터를 포함할 수 있다.
수신부(32)는 송신신호가 타겟에서 반사되어 되돌아오는 반사신호를 수신 안테라(20)를 통하여 수신한다. 특히 수신부(32)는 연속파 송신신호가 반사되어 되돌아올때, 되돌아오는 연속파 반사신호를 수신한다. 여기서 수신부(32)는 수신된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 A/D 컨버터를 포함할 수 있다.
신호처리부(33)는 송신부(31)의 송신신호와 수신부(32)에 의해 수신된 반사신호를 처리한다. 즉 신호처리부(33)는 송신부(31)에 의해 송신된 송신신호에 반사되어 되돌아오는 여러개의 반사신호를 처리하여 여러개들의 거리를 추적하고, 추적된 여러개의 거리중에서 가장 가까운 거리에 있는 타겟을 선정할 수 있다.
계산부(34)는 신호처리부(33)에 의해 신호처리된 반사신호의 각 수신채널별 위상을 이용하여 두 수신채널간의 위상차이를 계산한다. 위상차이는 인접하는 수신채널간 위상의 차를 계산한 값이다.
또한 계산부(34)는 각 수신채널별로 수신된 수신신호의 기울기를 각각 계산한다. 이때 수신채널별 기울기는 위상차이와 수신채널의 배열간격으로 나눈 값이다. 수신채널의 배열간격은 해당 수신채널별로 미리 설정되어 있으며, 0번 채널을 기준으로 채널간의 거리차이이다.
또한 계산부(34)는 수신채널별로 계산된 기울기를 평균한 평균 기울기를 계산한다.
타겟 판단부(35)는 계산부(34)에 의해 계산된 각 수신채널별 기울기의 분산정도에 따라 전방에 위치하는 타겟을 단일 타겟 또는 다중 타겟으로 판단한다. 더 설명하면 타겟 파단부(35)는 각 수신채널별로 계산된 기울기를 평균한 평균 기울기를 기준으로 각 수신채널별로 계산된 기울기의 분산값이 일정값 이상인지 여부에 따라 타겟을 단일 타겟 또는 다중 타겟으로 판단한다. 기울기의 분산값은 평균 기울기와 각 수신채널별 기울기간의 간격이다.
각도 추정부(36)는 타겟 판단부(35)에 의해 전방에 위치하는 타겟을 단일 타겟으로 판단한 경우 타겟의 각도별로 계산된 이론적 기울기, 즉 경험에 의해 정의되어 있는 기울기를 저장한 데이터 테이블을 통해 단일 타겟의 각도를 추정한다.
또한 각도 추정부(36)는 타겟 판단부(35)에 의해 전방에 위치하는 타겟을 다중 타겟으로 판단한 경우 고성능 분해 알고리즘을 적용시켜 다중 타겟의 각도를 추정한다.
이와 같이 전방에 위치하는 타겟이 단일 타겟인지 또는 다중 타겟인지를 판단하여, 고성능 분해 알고리즘의 적용이 불필요한 단일 타겟에 대한 연산량을 크게 줄일 수 있다. 즉, 다중 타겟의 경우 각도 분해능을 향상시키기 위해 연산량이 큰 고성능 분해 알고리즘의 적용이 필요하지만 고성능 분해 알고리즘의 적용이 불필요한 단일 타겟의 경우 이론적 기울기와 타겟의 각도를 저장한 데이터테이블의 크기를 확장하여 단일 타겟과의 각도를 추정할 수 있어 연산량을 크게 줄일 수 있다.
이와 같은 구성을 갖는 차량용 레이더 장치를 이용한 타겟의 각도 추정 방법을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 차량용 레이더 장치를 이용한 타겟의 각도 추정 방법을 설명하기 위한 동작 흐름도를 도시하고 있다.
전자제어유닛(30)은 차량의 전방에 있는 물체에 송신할 송신신호, 예를 들면 연속파 송신신호를 생성하고, 생성된 송신신호를 송신 안테나(10)를 통해 송신한다(S11).
전자제어유닛(30)은 송신 안테나(10)를 거쳐 송신된 송신신호가 타겟에서 반사되어 되돌아오는 반사신호를 수신 안테나(20)를 거쳐 수신한다(S13).
전자제어유닛(30)은 수신된 반사신호의 수신 안테나(20)의 각 수신채널별 위상을 이용하여 인접하게 배치된 수신채널간의 위상차이를 계산한다(S15).
전자제어유닛(30)은 각 수신채널별 기울기를 계산한다(S17). 각 수신채널별 기울기는 상술된 S15 단계에서 계산된 위상차이와 수신채널별로 지정되어 있는 배열간격을 이용하여 계산된다.
전자제어유닛(30)은 각 수신채널별 기울기를 평균한 평균 기울기를 계산한다(S19).
전자제어유닛(30)은 계산된 평균 기울기를 기준으로 각 수신채널별 기울기가 유사한지 여부를 판단한다(S21). 즉 전자제어유닛(30)은 평균 기울기를 기준으로 각 수신채널별 기울기의 간격을 나타내는 분산값을 계산하고 계산된 분산값이 일정값 이상인지 여부를 판단할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 평균 기울기(실선으로 표시)를 기준으로 각 수신채널별 기울기(점선으로 표시)가 유사한 경우는 전방에 위치하는 타겟을 단일 타겟으로 판단하고, 도 5에 도시된 바와 같이, 평균기울기(실선으로 표시)를 기준으로 각 수신채널별 기울기(점선으로 표시)가 일정값 이상 분산값을 가지도록 분산되어 있는 경우는 전방에 위치하는 타겟을 다중 타겟으로 판단한다.
상기 S21 단계의 판단결과 기울기가 유사한 경우, 즉 평균 기울기를 기준으로 각 수신채널별 기울기가 유사한 경우 전자제어유닛(30)은 도 6에 도시된 바와 같은 타겟의 각도별 경험에 의해 미리 정의되어 있는 기울기를 저장한 데이터테이블을 이용하여 단일 타겟의 각도를 추정한다(S23). 즉 전자제어유닛(30)는 단일 타겟인 경우 도 6의 이론적 기울기와 타겟의 각도간의 관계를 나타낸 그래프에서 보듯이, 상술된 S19 단계에서 계산된 평균기울기에 해당하는 타겟의 각도를 추정한다.
상기 S21 단계의 판단결과 기울기가 유사하지 않은 경우, 즉 평균 기울기를 기준으로 각 수신채널별 기울기가 분산되어 있는 경우 전자제어유닛(30)은 고성능 분해 알고리즘을 적용하여 다중 타겟의 각도를 추정한다(S25).
이상과 같이 배열안테나 방식의 레이더 장치에서 각 수신채널별로 수신되는 반사신호의 위상을 이용하여 수신채널간의 위상차이를 구하고 이를 분석함으로써 종래의 각도 추정 알고리즘보다 적은 연산량으로 타겟의 각도를 획득할 수 있다.
특히 전방에 위치하는 타겟이 단일 타겟인지 또는 다중 타겟인지를 판단할 수 있어, 단일 타겟일 경우에 고성능 분해 알고리즘의 적용을 피하여 각도 추정을 하는데 있어서 종래에 필요로 했던 연산량을 크게 줄일 수 있다.
이상의 본 발명은 상기에 기술된 실시예들에 의해 한정되지 않고, 당업자들에 의해 다양한 변형 및 변경을 가져올 수 있으며, 이는 첨부된 청구항에서 정의되는 본 발명의 취지와 범위에 포함된다.
10 : 송신 안테나 20 : 수신 안테나
30 : 전자제어유닛 31 : 송신부
32 : 수신부 33 : 신호처리부
34 : 계산부 35 : 타겟 판단부
36 : 각도 추정부

Claims (8)

  1. 차량의 전방에 위치하는 타겟을 감지하는 차량용 레이더장치에 있어서,
    미리 정해진 송신신호를 송신하고 송신된 송신신호가 타겟에서 반사되어 되돌아오는 반사신호를 수신하여 수신된 반사신호의 각 수신채널별 위상차이를 각 수신채널의 배열간격으로 나누어 각 수신채널별 수신된 반사신호의 기울기를 계산하고, 계산된 기울기의 분산정도에 따라 상기 타겟을 단일 타겟 또는 다중 타겟으로 판단하여 판단된 타겟과의 각도를 추정하는 전자제어유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자제어유닛은 상기 계산된 각 수신채널별 기울기를 평균한 평균 기울기를 계산하고, 계산된 평균 기울기를 기준으로 상기 각 수신채널별 기울기의 분산값이 일정값 이상인지 여부에 따라 상기 타겟을 단일 타겟 또는 다중 타겟으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전자제어유닛은 상기 타겟을 단일 타겟으로 판단한 경우 타겟의 각도별로 미리 정의된 기울기를 저장한 데이터테이블을 근거로 하여 상기 타겟의 각도를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 장치.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 전자제어유닛은 상기 타겟을 다중 타겟으로 판단한 경우 고성능 분해 알고리즘을 적용하여 상기 타겟의 각도를 추정하는 것을 특징으로 하는 차량용 레이더 장치.
  5. 차량용 레이더 장치를 이용한 타겟의 각도 추정 방법으로서,
    미리 정해진 송신신호가 타겟에서 반사되어 되돌아오는 반사신호를 수신하는 단계;
    상기 반사신호의 각 수신채널별 위상차이를 각 수신채널의 배열간격으로 나누어 각 수신채널별 수신된 반사신호의 기울기를 계산하는 단계;
    상기 계산된 기울기의 분산정도에 따라 상기 타겟을 단일 타겟 또는 다중 타겟으로 판단하는 단계; 및
    상기 판단하는 단계에 의해 판단된 타겟과의 각도를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 계산하는 단계는 상기 계산된 각 수신채널별 기울기를 평균한 평균 기울기를 계산하고,
    상기 판단하는 단계는 상기 평균 기울기를 기준으로 각 수신채널별 기울기의 분산값이 일정값 이상인지 여부에 따라 상기 타겟을 단일 타겟 또는 다중 타겟으로 판단하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 추정하는 단계는 상기 타겟을 단일 타겟으로 판단한 경우 타겟의 각도별로 미리 정의된 기울기를 저장한 데이터테이블을 근거로 하여 상기 타겟의 각도를 추정하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 청구항 5에 있어서,
    상기 추정하는 단계는 상기 타겟을 다중 타겟으로 판단한 경우 고성능 분해 알고리즘을 적용하여 상기 타겟의 각도를 추정하는 것을 특징으로 하는 방법.
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