KR102490991B1 - 움직이는 물체를 검출하기 위한 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, - 하나 이상의 각도 하에 물체(200)로부터 반사된 하나 이상의 신호를 수신하기 위한 레이더 장치(10), 및 - 레이더 장치(10)와 물체(200) 사이의 하나 이상의 상대 속도 및 결정된 각각의 상대 속도에 대한 하나 이상의 각도를 결정하기 위한 처리 장치(20)를 구비하는, 움직이는 물체(200)를 검출하기 위한 시스템(100)에 관한 것이며, - 처리 장치(20)에 의해서는 물체(200)로부터 수신되는 신호들에 대한 마이크로-도플러 분석이 실행될 수 있으며, - 마이크로 도플러 분석은 수신된 신호들에 대해 결정된 각도들을 참조해서 실행되며, 그리고 - 실행된 마이크로 도플러 분석에 의해서는 물체(200)의 유형이 결정될 수 있다.

Description

움직이는 물체를 검출하기 위한 시스템
본 발명은, 움직이는 물체를 검출하기 위한 시스템에 관한 것이다. 본 발명은, 또한 움직이는 물체를 검출하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명은, 또한 컴퓨터 프로그램 제품에 관한 것이다.
레이더 시스템은, 레이더 신호를 송신하도록 그리고 물체에 반사된 레이더 신호를 송신된 레이더 신호와 비교하도록 설계되어 있다. 이 경우에는, 물체에 대한 상이한 정보를 수집할 때 이용될 수 있는 수많은 다양한 변종들이 공지되어 있다. 공지된 일 변형예는, 송신된 레이더 신호가 톱니 함수로써 변조되는 FMCW(frequency modulated continuous wave: 주파수 변조 연속파) 레이더이다. 이 경우에는, 레이더 시스템으로부터의 물체의 거리가 우수한 정확도로 결정될 수 있다. 레이더 센서로부터 물체가 발견될 수 있는 방향을 지시하는 물체 각도는, 복수의 안테나들을 사용하거나 신호들이 예정된 방향들로 송출되도록 일 안테나를 제어함으로써 달성될 수 있다.
송신된 레이더 신호에 대한 반사된 레이더 신호의 도플러 변위는, 레이더 시스템에 대한 물체의 상대 속도를 지시할 수 있다. 예를 들어 팔과 다리가 앞·뒤로 움직이는 보행자와 같이 그 자체로 움직이는 물체는, 측정 가능한 도플러 주파수의 특징적인, 빈번하게는 주기적인 변동을 보여준다. 이와 같은 변동은, 물체를 더욱 상세하게 분류할 수 있기 위하여 분석될 수 있다.
DE 10 2015 109 759 A1호는, 마이크로 도플러 분석이 실행될 수 있는 방식으로, 자동차에 탑재된 레이더 시스템을 제어하는 것을 제안한다.
예를 들어 자동차에 탑재된, 스스로 이동 가능한 레이더 시스템을 이용해서 물체를 분류하기 위해 예를 들어 처프 시퀀스(chirp sequence)를 갖는 복잡한 변조가 사용될 수 있다. 하지만, 이 경우에는 처리가 매우 복잡할 수 있다. 예를 들면, 송신 신호와 수신 신호 간 차동 신호의 2차원 푸리에 분석이 필요할 수 있으므로, 효과적인 처리 장치가 필수적이다.
본 발명에 기초가 되는 과제는, 움직이는 물체를 검출하기 위한 간단한 레이더 기반 기술을 제공하는 것이다.
제1 양태에 따르면, 본 발명은,
- 하나 이상의 각도 하에 물체로부터 반사된 하나 이상의 신호를 수신하기 위한 레이더 장치, 및
- 레이더 장치와 물체 사이의 하나 이상의 상대 속도 및 결정된 각각의 상대 속도에 대한 하나 이상의 각도를 결정하기 위한 처리 장치를 구비하는, 움직이는 물체를 검출하기 위한 시스템을 제공하며,
- 이 경우 처리 장치에 의해서는 물체로부터 수신되는 신호들에 대한 마이크로-도플러 분석이 실행될 수 있으며,
- 이 경우 마이크로 도플러 분석은 수신된 신호들에 대해 결정된 각도들을 참조해서 실행되며, 그리고
- 이 경우 실행된 마이크로 도플러 분석에 의해서는 물체의 유형이 결정될 수 있다.
제안된 시스템에서, 물체 유형 분류의 토대가 되는 마이크로 도플러 분석이 실행된다. 움직이는 보행자는 레이더 장치에 대해 상이한 속도로 움직이는 상이한 신체 부위들을 갖고 있으므로, 이와 같은 방식에 의해 생성된, 시간에 걸친 속도 분포는 보행자의 특성이 될 수 있다. 바람직하게, 결과적으로, 예를 들어 자동차를 위한 제안된 시스템으로써는, 오로지 레이더 기반의 보행자 보호 기능 또는 자전거 운전자 보호 기능이 제공될 수 있다.
제2 양태에 따르면, 본 발명은,
- 레이더 장치를 이용해서, 하나 이상의 각도 하에 물체로부터 반사된 하나 이상의 신호를 수신하는 단계, 및
- 레이더 장치와 물체 사이의 하나 이상의 상대 속도를 결정하는 단계,
- 처리 장치를 이용해서, 수신된 신호들에 대한 마이크로 도플러 분석을 실행하는 단계로서, 이 경우 마이크로 도플러 분석은 수신된 신호들에 대해 결정된 각도들을 참조해서 실행되는 단계, 그리고
- 실행된 마이크로 도플러 분석을 이용해서, 물체의 유형을 결정하는 단계를 포함하는, 움직이는 물체를 검출하기 위한 방법을 제공한다.
본 시스템의 바람직한 일 실시예에서는, 상이한 상대 속도들에 대한 수신 각도들이 결정될 수 있는 것이 제안되었다. 이로 인해서는, 마이크로 도플러 분석이 더욱 정밀하게 실행될 수 있다.
본 시스템의 바람직한 일 실시예에서는, 각도들의 결정은 수신된 신호들의 상관관계에 의해서 실행될 수 있는 것이 제안되었다. 이로 인해서는, 다양한 각도들로부터 획득되는 수신 신호들의 신뢰할만한 결정이 실행된다.
본 시스템의 바람직한 일 실시예는, 결정된 각도들은, 상대 속도들에서의 중첩되는 분포들을 갖는 복수 물체들의 동시적인 마이크로 도플러 분석을 위해 사용되는 것을 제안한다. 이로 인해서는, 공간 방향에 따라 상이한 물체들이 상호 구별될 수 있다. 이 경우에는, 예컨대 바람직하게는 복수의 보행자들이 상호 구별될 수 있다.
본 시스템의 또 다른 바람직한 일 실시예는, 처리 장치에 의해서는 수신된 신호들의 주파수 확산 폭 및 주파수 확산의 시간에 따른 파형이 결정될 수 있는 것을 특징으로 한다. 바람직하게, 이와 같은 방식에 의해서는, 움직이는 물체의 분류가 더욱 개선된다.
본 시스템의 또 다른 바람직한 일 실시예는, 처리 장치에 의해서는 도플러 주파수들의 확산의 주기성이 결정되는 것을 제안한다. 이와 같은 방식에 의해서는, 예컨대 보행자의 사지(extremity)의 주기적인 움직임이 수집될 수 있다.
본 시스템의 또 다른 바람직한 일 실시예는, 정의된 작은 주파수 범위/속도 범위로 각도 추정의 제한이 실행되는 것을 특징으로 한다. 바람직하게, 이로 인해서는, 시스템의 검출 성능이 관심 영역에 집중될 수 있다.
본 시스템의 또 다른 바람직한 일 실시예는, 레이더 장치는 연속파 레이더 장치로서 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 유형의 레이더 장치에 의해서는, 수신된 신호들의 구별이 매우 우수하게 실현될 수 있다.
본 시스템의 또 다른 바람직한 일 실시예는, 바람직하게는 FMCW-레이더 장치로서 형성된 또 다른 레이더 장치를 더 구비하는 것을 특징으로 한다. 이로 인해, FMCW-레이더 장치는 거리 및 제1 상대 속도를 결정하기 위해 우수하게 이용될 수 있고, 연속파 레이더는 물체의 고도의 속도 분해능을 위해 우수하게 이용될 수 있다.
본 시스템의 또 다른 바람직한 실시예는, 레이더 장치들은 각각 하나 이상의 송신 안테나 및 각각 2개 이상의 수신 안테나들을 구비하며, 이 경우 수신 안테나들에 의해서는 다양한 수신 방향들로부터의 수신 신호들이 수신될 수 있는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 방식에 의해서는, 신호가 수신되는 각도의 신뢰할만한 결정이 실행될 수 있다.
개시된 장치 특징부들은 개시된 상응하는 방법 특징부들로부터 유사하게 나타나며, 그 역도 마찬가지로 가능하다. 이와 같은 사실은, 특히 자동차 주변에서 물체의 위치를 확인하기 위한 시스템과 관련된 특징부들, 기술적 장점들 및 실시예들이, 자동차 주변에서 물체의 위치를 확인하기 위한 방법과 관련된 상응하는 실시예들, 특징부들 및 장점들로부터 유사한 방식으로 나타나며, 그 역도 마찬가지로 가능하다는 것을 의미한다.
본 발명은, 복수의 도면들을 참조하여 또 다른 특징부들 및 장점들과 더불어 이하에서 상세하게 설명되며, 이 경우
도 1은 제안된 시스템의 일 실시예를 도시하고,
도 2는 제안된 시스템의 또 다른 일 실시예를 도시하며,
도 3은 제안된 방법의 기본적인 흐름도를 도시하고,
도 4는 제안된 시스템의 바람직한 일 개선예의 기능 방식을 설명하기 위한 예시적인 다이어그램을 도시하며,
도 5는 도 4에 도시된 다이어그램의 단면도를 도시하고,
도 6은 도 4에 도시된 다이어그램으로부터의 부분도를 도시하며, 그리고
도 7은 물체의 방향 또는 각도를 결정하기 위한 시간-주파수-스캐닝을 갖는, 도 6의 부분도를 도시한다.
본 발명은, 마이크로 도플러 분석을 이용하는 레이더 장치를 이용해서 하나 또는 복수의 물체에 대해 상대 속도 스펙트럼을 분석하려는 아이디어에 기초한다. 이와 같은 방식에 의해서는, 거리 및 속도는 비슷하지만 방향이 상이한 복잡한 시나리오에서도 각각의 물체의 그리고/또는 복수의 물체의 정확한 분석 또는 분류가 실현될 수 있다.
본 시스템은, 물체의 이동 유형에 대한 정확한 정보뿐만 아니라 물체의 위치 및 위치 변경에 대한 정확한 정보까지도 분석하기 위하여, 상이한 레이더 장치들의 장점들의 조합을 가능하게 할 수 있다. 특히, 자동차가 레이더 장치와 함께 주변에 대하여 이동하는 경우에도, 물체의 정확한 속도 정보들의 분석이 성공할 수 있다.
이와 같은 방식에 의해서는, 물체의 분류가 확연하게 개선될 수 있다. 특히, 보행자/자전거 운전자로서 물체를 분류하는 것이 개선된 방식으로 실행될 수 있으므로, 예를 들어 자동차에 탑재된 주행 보조 시스템, 및/또는 능동적인 그리고/또는 수동적인 사고 방지 장치가 개선된 방식으로 제어될 수 있다. 예를 들어, 보행자가 자동차와의 충돌 코스에 있다고 결정되면, 운전자 또는 보행자에게 경고하기 위한 신호가 출력될 수 있다. 바람직한 일 변형예에서는, 자동차의 자동 제동이 본 시스템에 의해서 개시될 수 있다.
레이더 장치에 의해 수신된 신호들의 마이크로 도플러 분석을 실행하기 위한 처리 장치가 제공되어 있다. 마이크로 도플러 분석에 의해서는, 물체의 움직임 패턴이 보행자의 공지된 움직임 패턴과 일치하는지의 여부가 결정될 수 있다. 실행된 마이크로 도플러 분석의 세부 사항에 따라, 바람직하게 심지어는 보행자가 추구하는 활동성도 결정될 수 있다.
연속파 레이더 장치로서 형성된 레이더 장치는, 예를 들어 대략 15 내지 대략 25ms의 기간에 걸쳐, 다른 변형예에서는 대략 10 내지 대략 15ms 또는 대략 25 내지 대략 30ms의 기간에 걸쳐 연속파 모드에서 작동될 수 있다. 이로 인해서는, 도플러 주파수의 평가에 의해 속도 결정의 정확도가 상당히 증가될 수 있다.
이와 같은 방식으로, 본 시스템은 보행자 검출의 요구 조건에 우수하게 매칭될 수 있으며, 이 경우에는 예를 들어 대략 20ms의 연속파 신호의 송신 기간에서 대략 0.1m/s의 물체의 속도 분해능이 실현될 수 있으며, 이와 같은 수준은 보행자의 전형적인 속도를 더욱 정확하게 분석하기에 충분하다. 보행자의 전형적인 속도는, 몸통의 경우에는 대략 1m/s이고, 전방으로 흔들리는 다리의 경우에는 대략 4m/s까지이며, 이로부터 대략 10개 내지 40개의 주파수 빈이 나타난다. 그에 비해, 횡단하는 보행자의 경우에는, 상대 속도의 확연한 감소가 발생한다.
마이크로 도플러 분석에서는, 움직이는 물체에 대한 도플러 스펙트럼의 확산이 평가되며, 이 경우 도플러 스펙트럼 내에서 확산을 발생시키지 않는 정지 상태의 물체 및 움직이는 강체(rigid body)는 무시된다.
마이크로 도플러 분석에 의해서는, 송신된 연속파 레이더 신호와 물체에서 반사된 연속파 레이더 신호 간의 차동 신호가 자신의 주파수 분포에 대하여 분석될 수 있다. 이 경우, 분석은 바람직하게 푸리에 변환에 의해서 실행된다. 이 경우에는, 신호 에너지가 예정된 주파수 범위 내에서 계산될 수 있다. 주파수 분포가 또한 자신의 시간에 따른 파형에 있어서도 분석될 수 있으므로, 예를 들어 걸어가거나 뛰어가는 보행자의 움직임 패턴이 상호 구별될 수 있다.
제안된 시스템의 바람직한 일 개선예에서는, 임의의 측정 원리에 따라 형성될 수 있는, 바람직하게는 통상적인 방식으로 연속 레이더 신호의 주파수 램프를 사용하는 FMCW-원리에 따라 형성될 수 있는 또 다른 레이더 장치가 제공될 수 있다. 다른 실시예들도 마찬가지로 가능한데, 예를 들면 물체 각도를 결정하기 위해 각각의 공간 각도들이 연속하여 기계식으로 또는 전자식으로 스캐닝 되는 레이더 장치가 사용될 수 있다.
또 다른 레이더 장치의 각각의 FMCW-램프들의 신호들은 바람직하게 상호 분리된 상태로 처리된다. 이 목적을 위해, FMCW-램프는 바람직하게 공지된 1차원 푸리에 변환을 이용해서 분석된다. 이와 같은 분석 방법은, 처프 시퀀스에서의 2차원 푸리에 분석보다 계산상 훨씬 덜 복잡할 수 있다. 상이한 물체들을 분리하기 위해, 푸리에 분석 후에는 상이한 램프들에 걸친 검출된 주파수 피크들이 서로 조합될 수 있다. 그 결과, 2개의 레이더 장치들이 교대로 작동될 수 있으며, 이로 인해서는 동일한 주파수 범위 내에서 스캐닝들이 더욱 용이하게 실행될 수 있다.
대안적으로는, 2개의 레이더 장치들이 단 하나의 레이더 장치 내에 통합될 수도 있으며, 이 경우 통합된 레이더 장치는 상이한 신호들에 의해 연속으로 작동된다. 일 시점에서는, 통합된 레이더 장치가 예를 들어 FMCW-신호 또는 연속파 신호에 의해 작동될 수 있다. 특히, 작동 모드들이 교대로 활성화될 수 있다. 레이더 장치의 절감에 의해, 비용이 절감될 수 있다. 공지된 레이더 장치는, 납득 가능한 비용에 의해 상술한 시스템으로 분해될 수 있다.
바람직하게는, 예정된 차단 주파수 아래에 놓여 있는 주파수만 고려되어야 하며, 이 경우 차단 주파수는 주변에 대한 레이더 장치의 속도를 토대로 해서 결정되었다. 이로 인해서는, 바람직하게 레이더 장치가 주변에 대하여 움직이는 것보다 더 신속하게 레이더 장치에 접근하는 물체들, 다시 말하자면 주변에 대하여 스스로 움직이는 물체들에 할당된 신호 성분들만 고려된다. 상기 물체들의 도플러 주파수는, 음의 고유 속도에 상응하는 도플러 주파수보다 상응하게 더 작다(또는 양적으로 더 크다).
도 1은, 제안된 시스템의 일 기본 변형예를 보여준다. 본 도면에서는, 처리 장치(20)와 기능적으로 연결되어 있는 레이더 장치(10)를 볼 수 있다. 레이더 장치(10)에 의해서는, 물체(200)(예컨대 보행자)에서 적어도 부분적으로 반사되는, 그리고 구별되는 매우 유사한 각도 하에 수신 신호들로서 수신되는 송신 신호들이 송신된다. 처리 장치(20)에 의해서는, 수신된 신호에 의해 마이크로-도플러 분석이 실행되고, 그로부터 물체(200)의 유형이 분류된다.
바람직하게, 제안된 시스템은 레이더 기반 보행자 보호 장치로서 자동차에 사용될 수 있다. 그러나 예컨대 군사 분야에서 사용되는 것과 같은, 고정식 모니터링 시스템 내에서의 레이더 기반 적용예도 생각할 수 있다.
도 2는, 레이더 장치(10), 또 다른 레이더 장치(30) 및 처리 장치(20)를 포함하는 자동차(50)를 위해 제안된 시스템(100)의 전술된 바람직한 개선예의 유용한 예시적인 적용의 경우를 보여준다. 각각의 레이더 장치들(10, 30)이 하나 이상의 송신 안테나를 구비하고, 각각 2개 이상의, 바람직하게는 4개의 수신 안테나들(도시되지 않음)을 구비하므로, 2개 이상의 수신 안테나들에 의해서는 공간적으로 상이한 방향들로부터 수신 신호들이 수신될 수 있고, 이어서 이들 수신 신호들이 상관관계를 갖게 되며, 이로 인해 수신된 신호들에 대해 방향 정보가 도출될 수 있다. 2개의 레이더 장치들(10, 30)은 통합된 상태로 하나의 레이더 장치로서 형성될 수도 있으며, 이 경우에는 제1 레이더 장치(10)로서의 그리고 또 다른 레이더 장치로서의 교대 작동이 바람직하다. 자동차(50)의 주변(210)에는, 도 1의 경우에 보행자에 의해서 표현된 움직이는 물체(200)가 있다.
시스템(100)에 의해서는, 레이더 신호들에 의해 물체(200)를 스캐닝하는 것 그리고 물체(200)의 위치 정보, 움직임 정보 및 분류 정보를 결정하는 것이 제공되었다. 결정된 정보는, 자동차(50)에 탑재된 경고 및/또는 제어 장치(도시되지 않음)로서 형성될 수 있는 인터페이스(40)에 의해서 추가 사용을 위해 제공될 수 있다.
움직일 수 있는 물체(200)는 주변(210)에 대하여 움직일 수 있다. 또한, 물체(200)는 자체적으로 움직일 수 있거나 미세한 움직임을 실행할 수 있다. 이 경우, 움직일 수 있는 물체(200)의 부분들(보행자의 경우: 팔과 다리)은 물체(200)와 다른 속도로 주변(210)에 대하여 움직일 수 있다. 이 경우, 레이더 장치들(10, 30)에 의해서는, 도플러 주파수뿐만 아니라 도플러 주파수의 전체 폭도 측정될 수 있다.
예를 들어, 보행자로서 형성된 움직일 수 있는 물체(200)는 주변(210)에 대해 대략 5km/h의 속도로 움직일 수 있다. 이로 인해서는, 보행자의 다리(및 대부분은 또한 팔)의 주기적인 움직임으로 인해, 보행자의 도플러 주파수 확산도 주기적인 방식으로 변동된다. 두 발이 모두 바닥에 서 있으면, 몸통에 의해서 최대 속도가 주어진다. 이 속도는 다리들을 따라 발에서 0까지 줄어든다. 그렇기 때문에, 제로와 몸통 속도 사이의 속도에 상응하는 모든 도플러 주파수가 잠재적으로 측정될 수 있다. 이와 같은 속도는 또한 최소 도플러 주파수 확산의 시점이기도 하다. 그와 달리, 전방으로 흔들리는 경우에는, 발이 몸통 속도의 대략 3배 내지 4배까지 도달한다.
상기와 같은 방식으로 결정된 도플러 주파수 또는 주파수 빈의 범위에 의해서는, 모든 수신 안테나들의 수신 신호들의 상관관계 형성이 실행될 수 있다. 이와 같은 방식에 의해서는, 소위 "멀티-타깃 추정기"가 실현될 수 있으며, 이 경우에는 상이한 각도들 하에 배열된 복수의 물체들이 각각의 주파수 빈 내에서 결정된다. 레이더 신호들의 복잡한 변조 및 복잡한 평가를 요구하지 않으면서, 물체(200)의 속도 스펙트럼을 충분히 정확하게 결정하기 위하여, 그 자체로 공지된 FMCW-신호를 사용하는 제1 레이더 장치(20)를 이용해서 물체(200)의 거리 및/또는 대략적인 움직임을 결정하는 것이 제안된다. 물체(200)의 고도의 속도 분해능을 결정하기 위하여, 추가로 물체(200)의 미세한 움직임이 레이더 장치(10)에 의해서 결정되고 분석되는데, 바람직하게는 마이크로 도플러 분석에 의해서 분석된다. 이 경우, 레이더 장치(10)는 바람직하게 연속파 신호("CW-램프")를 사용하는데, 다시 말하자면 송신된 레이더 신호를 시간에 걸쳐 변조하지 않는다. 연속파 신호를 이용한 결정은, 정의된 바와 같이 FMCW-방법의 통상적인 램프보다 더 길게 실행될 수 있는데, 예를 들면 물체(200)에 대한 충분한 속도 분해능에 도달하기 위하여 대략 20ms 동안 지속될 수 있다.
각각의 주파수 빈에 대해서는, 이들 주파수 빈 내에서 수신된 출력에 따라 또는 수신된 출력과 무관하게, 수신 신호들의 상관관계 설정이 실행될 수 있다. 이와 같은 방식에 의해서는, 출력 상승의 검출이 실행될 수 있거나 다양한 수신 안테나들의 각각의 수신 신호들 사이의 상관관계 설정이 실행될 수 있으며, 후자의 경우에는 계산 복잡성이 더 높다.
연속파 신호에 대해서는, 도플러 효과만이 수신 신호에 영향을 미친다. 그와 달리, 물체(200)의 거리는 아무런 역할도 하지 않는다.
차동 주파수 및 이와 더불어 도플러 주파수는, 자동차(50)와 관련된 물체(200)의 물리적인 속도에 직접 상응한다. 연속파 신호에 대해 거리가 결정될 수 없기 때문에, 각각의 물체들(200)로의 장면의 분리는 고전적인 FMCW-방법에 의해서 계속 이루어질 수밖에 없다. 하지만, 2개의 레이더 장치들(10, 30)이 레이더 장치들(10, 30)에 대한 물체(200)의 속도 및 각도를 결정할 수 있으므로, 검출된 물체(200) 중 하나에 마이크로 도플러 효과를 명확하게 할당하는 것이 대부분 가능하다.
마지막으로, 제안된 시스템의 일 기본 형태인 연속파 신호는, 고전적인 FMCW-램프들로부터 거의 완전히 분리된 상태에서 분석될 수 있다.
도 3은, 움직일 수 있는 물체(200)에 관한 정보를 결정하기 위해 또 다른 레이더 장치(30)도 이용하는 방법의 흐름도(300)를 보여주며, 이 경우 이들 정보는 특히 물체(200)의 위치 또는 움직임 및 미세 움직임들의 주파수들의 분포를 포함한다.
단계 "305"에서는, 바람직하게 FMCW-신호를 토대로 하여, 또 다른 레이더 장치(30)를 이용해서 물체(200)가 스캐닝된다. 대안적으로는, 다른 레이더 방법도 가능하다. 송신된 그리고 반사된 신호는, 시간 다이어그램 내에서 단계 "305" 위에 정성적으로 표시되어 있다. 이와 같은 결정은, 레이더 기술에 공지되어 있고 임의의 공지된 방식으로 실행될 수 있다. 스캐닝의 결과로서, 바람직하게는 또 다른 레이더 장치(30)까지의 제1 거리[d(t)] 및 물체(200)와 또 다른 레이더 장치(30) 사이의 제1 상대 속도[v1(t)]가 결정된다.
단계 "305"와 교대로 실행될 수 있는 단계 "310"에서, 물체(200)는 일정한 주파수(연속파 신호)를 갖는 레이더 신호를 토대로 하여 레이더 장치(10)에 의해서 스캐닝된다. 단계 "310" 위에 표시된 다이어그램은 송신된 그리고 반사된 신호를 도시한다. 스캐닝의 결과로서, 바람직하게는 물체(200)와 레이더 장치(10) 사이의 제2 상대 속도[v2(t)]가 결정된다. 이 경우, 제2 상대 속도는 바람직하게 매우 높은 분해능을 갖고, 이로 인해 마이크로 도플러 분석의 효율적인 실행을 가능하게 한다.
단계 "315"에서는, 단계 "305" 및 "310"에서 결정된 정보들이 서로 할당된다. 각각 동일한 각도 및 더욱 바람직하게는 이들 각도의 동일한 시간적 진행 과정을 포함하는 제1 정보 및 제2 정보는, 동일한 물체(200)와 관련되고, 서로에게 할당될 수 있다. 단계 "315"는, 제1 및 제2 정보의 조합으로서 바람직하게 거리 [d(t)], 속도[v(t)] 및 각도[
Figure 112020009286483-pct00001
]를 제공한다.
단계 "320"에서는, 결과적으로 나타나는 패턴이 보행자를 지시하는지의 여부를 결정하기 위하여, 제2 상대 속도들의 주파수 분포가 분석될 수 있다.
이 목적을 위해, 상대 속도들의 확산 또는 상대 속도들을 나타내는 도플러 주파수들이 결정되고 분석된다. 폭이 넓은 확산의 경우에는, 물체(200)가 시간 분석에 의해 보행자로서 분류되며, 이 경우에는 상응하는 패턴들 또는 이와 같은 패턴들의 특성 곡선들이 예정될 수 있고 비교 목적으로 이용될 수 있다.
수신된 출력을 분석하는 경우에는, 모든 수신 안테나들의 각각의 개별 수신 출력이 간단히 합산될 수 있거나["비-간섭성 적분(non-coherent integration)"], 대안적으로는, 일 주파수 빈 내에서 하나 또는 복수의 물체가 상응하는 각도 하에 어느 정도까지 충분히 높은 품질로 결정될 수 있는지가 시험될 수 있다. 멀티-타깃 추정기를 위한 더 높은 계산 복잡성을 절감하기 위하여, 각각의 주파수 빈 내에서 각각 출력이 더 강한 물체의 각도만 결정될 수 있거나(수신 신호들로부터의 큰 출력 차이로 인함) 또는 간단히 하나의 각도만 결정되는 경우로 충분하다.
레이더 장치(10)의 연속파 신호의 처리는, 예를 들어 또 다른 레이더 장치(30)와 같은 FMCW-램프의 연속파 신호의 처리와 기본적으로 동일하다. 모든 수신 채널들에 대한 비-간섭성 적분에는, 바람직하게 고속 푸리에 변환을 이용한 스펙트럼 분석이 후속된다. 이 경우, 신호는, 이 신호를 구성하는 주파수들로 분할된다. 그 다음에, 각각의 주파수 빈 내에서 주파수 성분의 출력이 결정되며, 이 경우 하나의 주파수 빈은 각각 전체 스펙트럼의 정의된 주파수 간격에 상응한다.
하지만, FMCW-램프와 달리, 여기에서는 주파수 피크가 검출될(그리고 서로에게 할당될) 필요가 없다. 잡음 임계값을 초과하는 출력을 갖는 각각의 주파수 빈은, 상응하는 (반경 방향의) 속도를 갖는 물리적인 물체(200)의 존재를 직접 나타낸다. 마이크로 도플러 효과를 갖는 물체(200)에 대해서 나타나는 상황은 당연히 심지어 전체 주파수 스펙트럼에 대해서도 나타난다. 각도 추정치도 실질적으로는 FMCW-램프에서와 동일하다. 재차, 다만 각각의 주파수 피크의 검출만 생략된다. 더욱이, 각도가 결정될 수 있는 단 하나의 연속파 신호만 존재하므로, 램프 당 각도의 계산도 생략된다. 하지만, 마이크로 도플러가 존재하는 경우에는, 각각의 주파수 빈들이 다양한 램프들을 대신한다.
자동차 분야에서, 레이더 장치(10)의 고유한 움직임은 보행자를 검출하기 위해 마이크로 도플러 분석의 실행을 어렵게 할 수 있다. 다시 말해, 움직이는 레이더 장치(10)의 경우에는, 정지 상태의 물체(200)가 자신의 고유 속도로 곧바로 전방으로 레이더 장치를 향해 움직이는 것처럼 보인다. 측면 오프셋의 경우에는, 이와 같은 외견상 속도가 관찰 각도의 코사인만큼 감소한다. 통과 주행의 순간에는(다시 말해, 90°에서는), 물체(200)가 레이더 장치(10)로부터 후방으로 멀어지기 전에, 상기 물체가 잠시 정지한 것으로 보인다. 그렇기 때문에, 정지해 있는 물체(200)의 반사된 출력은 스펙트럼 내에서, 0과 음의 에고(ego) 속도 사이의 속도에 상응하는 주파수로 제한된다. 주변(210)에 대한 자동차(50)의 속도가 에고 속도로서 지칭된다.
이와 같은 관계는 도 4의 다이어그램(400)에 도시되어 있다. 수평 방향으로는 시간(t)이 그리고 수직 방향으로는 속도(v)가 도플러 주파수[fdoppler(t)]에 따라 도시되어 있다. 기본 신호(405)는, 레이더 장치(10)에 대한 음의 에고 속도보다 낮은 속도로 움직임으로써 정지된 것으로 간주 되어야만 하는 물체를 나타낸다. 각각의 피크(410)(peak)들은 보행자 형태의 물체(200)에 상응한다. 이 경우, 각각의 피크들(410)은, 제2 레이더 장치(30)에 대한 보행자의 보폭에 의해서 발생하는 최대 상대 속도를 나타낸다.
파형(420)은, 자동차(50)의 정지하는 맞은편 차량을 나타낸다. 범위(405)의 경계선은, 자동차(50)의 음의 에고 속도(-vego)를 지칭한다.
상기 범위 밖에 있는 다른 모든 주파수는 정지 상태의 물체에 의해서 전혀 방해를 받지 않는다. 그와 달리, 다른 FMCW-램프 내에서는, 훨씬 더 큰 주파수 범위에 걸쳐 백그라운드 클러터가 분포된다.
운전자 지원의 영역에서 보행자의 보호 또는 자전거 운전자의 보호에 대해서는, 횡단하는 보행자가 특별히 관련이 있다. 정면에서 접근하는 보행자와 비교할 때, 레이더 장치(10)의 방향으로 움직이는 보행자 움직임의 반경 방향 성분은 확연하게 감소했지만 0은 아니다. 자동차(50)가 움직이고 있는 도로를 보행자가 수직으로 횡단하는 경우에도, 보행자는 레이더 장치(10)에 대해 직각으로 움직이지 않는다. 그럼에도 불구하고, 횡단하는 보행자에 대해서는, 전형적으로 전방으로 흔들리는 다리의 상대 속도만이, 주행 방향으로 바로 앞에 있는 정지하는 물체의 상대 속도보다 높다.
그렇기 때문에, 상응하는 주파수 성분만이, 간섭 없이도 스펙트럼 방식으로 분석될 수 있다. 레이더 장치(10)의 방향으로 느리지만 능동적인 보행자의 움직임에 의해서는, 분석될 마이크로 도플러 효과가, 음의 에고 속도에 상응하는 도플러 주파수 바로 아래의 주파수 범위로 떨어진다. 에고 속도에 대해서는, 자동차(50)의 탑승 시에 통상적으로 고품질의 추정이 존재한다. 그렇기 때문에, 보행자와 관련된 주파수 스펙트럼 영역이 곧바로 선택될 수 있다.
곡선에서는, 회전 운동으로 인해, 자동차(50)의 각각의 지점들이 상이한 속도를 갖는다. 자동차(50)의 에고 속도는 통상적으로 차량 후방 차축에 대하여 결정된다. 통상적인 방식으로 마찬가지로 공지된 자동차(50)의 요잉율에 의해서는, 전방에 설치된 레이더 장치(10)의 상응하는 속도가 그로부터 간단히 도출될 수 있다.
보행자가 측면으로부터 도로에 접근하기 때문에, 측정 가능한 속도는 또한 레이더 장치(10, 30)의 이동 방향에 대한 측면 오프셋에 의해서도 감소된다. 보행자는, 동일한 관찰 각도 하에 서있는 물체(200)와 동일한 외견상 속도의 감소를 경험한다. 다른 한 편으로, 보행자의 이동 방향이 동일한 경우에는, 더 큰 관찰 각에 의해서 고유한 보행자 움직임의 반경 방향 성분이 증가한다.
마이크로 도플러의 고유한 분석을 위해서는, 일정한 송신 주파수를 갖는 고정식 레이더 시스템을 위한 방법과 기본적으로 유사한 방법이 적합하다. 하지만, 마이크로 도플러 확산의 큰 부분의 은폐로 인해, 주로 마이크로 도플러 출력의 강도, 은폐되지 않은 확산의 폭, 시간에 걸친 상기 폭의 변동의 진폭, 그리고 2개의 최대 확산들 사이의 시간 간격/주기(그리고 이로써 보행자의 측정된 보행 주파수)가 결정적이다.
도 5는, 도 4에 도시된 다이어그램을 시점(t = T)에서의 일 단면을 따라 보여준다. 보행자의 피크(410)의 주파수의 넓은 확산은 피크(410) 영역의 좌측에서 볼 수 있다. 피크(410)는, 전방으로 흔들리는 보행자의 발에 의해서, 이로 인해 발생하는 레이더 장치에 대한 높은 상대 속도로 발생된다. 또한, 정지함으로써 보행자와 유사하게 낮은 상대 속도를 갖게 되는 정지하는 차량(50)에 의해 발생하는 피크(430)도 볼 수 있다. 이 경우에는, 섀시에 대한 수신 출력이 대폭 증가하는데, 그 이유는 섀시가 금속으로 이루어져 있기 때문이다. 이와 같은 방식에 의해서는, 보행자가 양호하게 식별될 수 있고, 물체(200)가 보행자로 분류될 수 있으며, 상기 정보가 후속적으로 처리될 수 있다.
도 6은, 시간-주파수-스캐닝이 실행되는 도 5의 부분도(B)를 보여준다.
도 7은, 이미지 a)에서는 도 6의 영역(B)을 스캐닝 되지 않은 상태에서 보여주고, 이미지 b)에서는 영역(B)의 시간-주파수-스캐닝 상태를 보여주며, 이 경우 수평으로는 하나의 주파수 빈이 모든 측정 사이클에 걸쳐 도시되어 있고, 수직으로는 모든 주파수 빈들이 각각의 측정 사이클에 대해 도시되어 있다. 이 경우, 시간-주파수-스캐닝의 정방형 필드(B1, B2, B3, B4)는, 이산 도메인 내의 주파수 빈 또는 아날로그 도메인 내의 정의된 주파수 간격에 상응한다.
주파수 빈(B1) 내에서는 분석이 실행되지 않는데, 그 이유는 그곳에서는 레이더 장치(10, 30)와 관련하여 실질적으로 다만 정지해 있는 물체만이 예상될 수 있기 때문이다(또는 정지해 있는 물체의 수신 출력이 우세할 것으로 예상되기 때문이다).
주파수 빈(B2) 내에서는, 그로부터 물체가 소정의 각도 하에 나타나도록, 수신된 출력의 상관관계가 설정되며, 이 경우에는 보행자 형태의 물체가 레이더 장치(10, 30)에 대해 배열되어 있다.
주파수 빈(B3) 내에서는, 그로부터 물체가 소정의 각도 하에 나타나도록, 수신된 출력의 상관관계가 설정되며, 이 경우에는 차량 형태의 물체(200)가 레이더 장치(10, 30)에 대해 배열되어 있다.
주파수 빈(B4) 내에서는, 수신 신호들의 상관관계로 인해, 물체(200)가 검출될 수 없다.
추가로, 상기와 같은 분석에서는, 정의에 따른 보행자는 고정 상태의 부분(정지 상태의 발)을 갖는다는 것, 그리고 출력 최대값이 몸통에 의해서 주어진다는 것에 주목해야만 한다. 그에 상응하게, 음의 에고 속도에 속하는 도플러 주파수와 보행자의 마이크로 도플러 확산 사이에는 갭이 전혀 없다(신호 출력 없음). 물체를 보행자로서 분류하는 것에 반하여, 또한 스펙트럼의 최대값이 음의 에고 속도에 속하는 상기 도플러 주파수로부터 상당히 멀리 떨어져 있는 경우도 상응하게 언급된다.
바람직하게, 상기 방법은, 레이더 장치(10, 30) 및 처리 장치(20) 상에서 실행되는 소프트웨어로서 구현될 수 있으며, 이로 인해서는 이 방법의 간단한 변경 가능성이 지원되었다.
바람직하게, 제안된 시스템에 대해서는 빗방울의 영향이 전혀 고려될 필요가 없는데, 그 이유는 빗방울에서 반사된 출력이 빈번하게 보행자의 미세 도플러 효과와 겹쳐지기 때문이다. 그러나 빗방울이 공간적으로 분포된 이벤트이기 때문에, 부분적으로 완전히 두드러진 출력에도 불구하고 입사각이 결정될 수 없는 경우가 빈번하다고 밝혀졌다. 그렇기 때문에, 비(rain)는 신호 대 잡음비를 효과적으로 감소시킬 뿐이며, 이 경우에는 특히 보행자의 출력 확산의 전체 폭이 간섭없이 결정될 수 있다.

Claims (13)

  1. 움직이는 물체들을 검출하기 위한 검출 시스템으로서,
    레이더 시스템 및 처리 장치를 포함하되,
    상기 검출 시스템은, 상기 레이더 시스템을 작동시켜 주파수 변조 연속파(FMCW) 신호들을 송신하도록, 그리고 상기 레이더 시스템을 작동시켜 연속파(CW) 신호들을 송신하도록 구성되고,
    상기 레이더 시스템은, 상기 송신된 FMCW 신호들 및 CW 신호들의 적어도 하나의 각도 하에서의 상기 물체들에 의한 반사들로서 반사 신호들을 수신하도록 구성되고,
    상기 처리 장치는,
    상기 반사 신호들 중 상기 FMCW 신호들의 반사들인 상기 반사 신호들에 기초한 상기 물체들 각각에 대한 각각의 거리들 및 적어도 하나의 제1 상대 속도, 및
    상기 반사 신호들 중 상기 CW 신호들의 반사들인 상기 반사 신호들에 기초한 상기 물체들 각각에 대한 적어도 하나의 제2 상대 속도를 결정하도록 구성되고,
    상기 물체들은 상기 결정된 각각의 거리들 및 제1 상대 속도들에 대해서 서로 구별되고,
    상기 처리 장치는, 상기 결정에 기초하여, 상기 제2 상대 속도들 각각을 상기 결정된 각각의 거리들 및 제1 상대 속도들 각각과 상관관계를 설정시켜, 상기 제2 상대 속도들 중 상이한 제2 상대 속도들을 상기 물체들의 각각에 할당하도록 구성되고, 그리고
    상기 처리 장치는, 상기 CW 신호들의 반사들인 상기 반사 신호들로부터 결정된 상기 제2 상대 속도들에 기초하여 마이크로 도플러 분석을 실행하도록 구성되고,
    상기 물체들의 각각의 타입은, 상기 물체들의 각각에 대한 상기 제2 상대 속도들 중 상이한 제2 속도들의 상기 할당에 따라 상기 물체들 중 상이한 물체들에 대해 개별적으로 실행되는 상기 마이크로 도플러 분석으로 결정될 수 있는, 움직이는 물체들을 검출하기 위한 검출 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 결정된 각도들은 상기 물체들의 동시적인 마이크로 도플러 분석을 위해 사용되며, 상기 물체들은 상대 속도들의 중첩되는 분포들을 갖는, 움직이는 물체들을 검출하기 위한 검출 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 처리 장치에 의해 상기 수신된 반사 신호들의 주파수 확산 폭 및 주파수 확산의 시간에 따른 파형이 결정될 수 있는, 움직이는 물체들을 검출하기 위한 검출 시스템.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 처리 장치에 의해 도플러 주파수들의 확산의 주기성이 결정될 수 있는, 움직이는 물체들을 검출하기 위한 검출 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    정의된 작은 주파수 범위/속도 범위로 각도 추정의 제한이 실행되는, 움직이는 물체들을 검출하기 위한 검출 시스템.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레이더 시스템은 상기 CW 신호들을 송신하도록 구성된 제1 레이더 장치와 상기 FMCW 신호들 송신하도록 구성된 제2 레이더 장치를 포함하는, 움직이는 물체들을 검출하기 위한 검출 시스템.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 처리 장치는, 상기 결정된 상대 속도들의 각각에 대하여 각각, 상기 레이더 시스템과 상기 물체들 사이의 적어도 하나의 각도를 결정하도록 구성되고,
    상기 상관관계 설정은 상기 결정된 각도들에 기초하여 실행되는, 움직이는 물체들을 검출하기 위한 검출 시스템.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 처리 장치는, 상기 제2 상대 속도들의 확산들의 주기성을 결정함으로써, 상기 물체들의 각각의 타입을 결정하도록 구성되는, 움직이는 물체들을 검출하기 위한 검출 시스템.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 레이더 시스템은, 상기 레이더 장치가 상기 FMCW 신호들을 송신하는 제1 모드 및 상기 레이더 장치가 상기 CW 신호들을 송신하는 제2 모드로, 상기 검출 시스템에 의해 교대로 작동되는 하나의 레이더 장치를 포함하는, 움직이는 물체들을 검출하기 위한 검출 시스템.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 레이더 장치들은, 각각 적어도 하나의 송신 안테나와 적어도 2개의 수신 안테나들을 구비하며, 상이한 수신 방향들로부터의 수신 신호들이 상기 수신 안테나들에 의해 수신될 수 있는, 움직이는 물체들을 검출하기 위한 검출 시스템.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제2 모드에서의 상기 레이더 장치의 작동들의 각각은 10 내지 30ms의 시간 기간동안 지속되는, 움직이는 물체들을 검출하기 위한 검출 시스템.
  12. 움직이는 물체들을 검출하기 위한 방법으로서,
    레이더 시스템을 통해, 주파수 변조 연속파(FMCW) 신호들 및 연속파(CW) 신호들을 송신하는 것;
    상기 송신된 FMCW 신호들 및 CW 신호들의 적어도 하나의 각도 하에서의 상기 물체들에 의한 반사들로서 반사 신호들을 수신하는 것;
    상기 반사 신호들 중 상기 FMCW 신호들의 반사들인 상기 반사 신호들에 기초한 상기 물체들 각각에 대한 각각의 거리들 및 적어도 하나의 제1 상대 속도, 그리고 상기 반사 신호들 중 상기 CW 신호들의 반사들인 상기 반사 신호들에 기초한 상기 물체들 각각에 대한 적어도 하나의 제2 상대 속도를 결정하되, 상기 물체들은 상기 결정된 각각의 거리들 및 제1 상대 속도들에 대해서 서로 구별되는 것;
    상기 결정에 기초하여 상기 제2 상대 속도들 각각을 상기 결정된 각각의 거리들 및 제1 상대 속도들 각각과 상관관계를 설정시켜, 상기 제2 상대 속도들 중 상이한 제2 상대 속도들을 상기 물체들의 각각에 할당하는 것;
    상기 CW 신호들의 반사들인 상기 반사 신호들로부터 결정된 상기 제2 상대 속도들에 기초하여 마이크로 도플러 분석을 실행하는 것; 및
    상기 물체들의 각각에 대한 상기 제2 상대 속도들 중 상이한 제2 속도들의 상기 할당에 따라 상기 물체들 중 상이한 물체들에 대해 개별적으로 실행되는 상기 마이크로 도플러 분석으로 상기 물체들의 각각의 타입을 결정하는 것을 포함하는, 움직이는 물체들을 검출하기 위한 방법.
  13. 프로세서에 의해 실행가능하고, 프로세서에 의해 실행될 때 프로세서가 움직이는 물체들을 검출하기 위한 방법을 실행하도록 하는 프로그램 코드가 저장된 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체로서,
    상기 방법은,
    주파수 변조 연속파(FMCW) 신호들 및 연속파(CW) 신호들을 송신하고, 상기 송신된 FMCW 신호들 및 CW 신호들의 적어도 하나의 각도 하에서의 상기 물체들에 의한 반사들로서 반사 신호들을 수신하도록 레이더 시스템을 작동시키는 것;
    상기 반사 신호들 중 상기 FMCW 신호들의 반사들인 상기 반사 신호들에 기초한 상기 물체들 각각에 대한 각각의 거리들 및 적어도 하나의 제1 상대 속도, 그리고 상기 반사 신호들 중 상기 CW 신호들의 반사들인 상기 반사 신호들에 기초한 상기 물체들 각각에 대한 적어도 하나의 제2 상대 속도를 결정하되, 상기 물체들은 상기 결정된 각각의 거리들 및 제1 상대 속도들에 대해서 서로 구별되는 것;
    상기 결정에 기초하여 상기 제2 상대 속도들 각각을 상기 결정된 각각의 거리들 및 제1 상대 속도들 각각과 상관관계를 설정시켜, 상기 제2 상대 속도들 중 상이한 제2 상대 속도들을 상기 물체들의 각각에 할당하는 것;
    상기 CW 신호들의 반사들인 상기 반사 신호들로부터 결정된 상기 제2 상대 속도들에 기초하여 마이크로 도플러 분석을 실행하는 것; 및
    상기 물체들의 각각에 대한 상기 제2 상대 속도들 중 상이한 제2 속도들의 상기 할당에 따라 상기 물체들 중 상이한 물체들에 대해 개별적으로 실행되는 상기 마이크로 도플러 분석으로 상기 물체들의 각각의 타입을 결정하는 것을 포함하는, 비일시적 컴퓨터 판독 가능한 매체.
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