KR102628336B1 - 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템 및 그의 레이더 신호 처리 방법 - Google Patents
차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템 및 그의 레이더 신호 처리 방법 Download PDFInfo
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Abstract
차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템 및 그의 레이더 신호 처리 방법에 관한 것으로, 탐지 대상을 향해 레이더 신호를 송신하고 탐지 대상으로부터 반사되는 수신신호를 수신해서 정차된 차량에 접근 또는 내부 침입을 감지하도록, 복수의 수신 채널을 통해 수신된 ADC 데이터를 수신해서 디지털 빔포밍을 통해 차량에 접근 및 침입하는 표적 정보를 검출하는 디지털 빔포밍 신호처리부, 상기 디지털 빔포밍 신호처리부의 출력 데이터에 대해 거리 도플러 맵 데이터를 생성하여 접근 및 침입 표적을 도출하기 위한 특징 파라미터를 도출하는 거리 속도 데이터 신호처리부 및 도출된 특징 파라미터를 이용해서 실내 간섭과 구별되는 접근 및 침입 상태를 검출하는 접근 침입 감지 신호처리부를 포함하는 구성을 마련하여, 차량의 소유주로부터 승인받지 않은 사람이 정차된 차량 주변에 접근하거나 차량 내부로 침입을 시도할 경우, 이를 실시간으로 감지하여 차량 소유주에게 통지할 수 있다.
Description
본 발명은 차량용 레이더 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레이더 센서를 이용해서 정차된 차량 주변에 접근하는 사람과, 차량 내부에 침입이 발생시 이를 탐지하고 운전자에게 통지하는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템 및 그의 레이더 신호 처리 방법에 관한 것이다.
레이더 센서는 마이크로파(microwave)를 이용하여 전파를 송신하고 표적에서 반사된 일부 반사(reflection) 신호를 수신하여 거리, 속도, 각도 정보를 측정하는 감지수단이다.
최근에는 차량 주행 중 충돌을 방지하고, 안전운전을 지원하기 위해 차량에 레이더 센서가 적용되고 있다.
본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 레이더 센서 기술을 개시해서 특허 출원하여 등록받은 바 있다.
한편, 최근에는 레이더 센서를 이용해서 생체신호 정보를 검출하는 기술이 개발되고 있다.
일반적으로, 종래기술에 따른 생체신호 측정장치는 접촉식 센서를 이용해서 호흡수나 심박수를 감지하였다.
그러나 화상 환자나 유아 등 접촉식 센서를 이용하기 어려운 경우, 레이더 센서를 이용해서 생체신호를 탐지하는 기술이 개발되고 있다.
즉, 상기 생체신호 중에서 호흡 신호와 심박 신호는 주기성을 가짐에 따라, 주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW), 연속파(Continuous Wave, CW), 펄스(pulse), 초광대역(Ultra Wide Band, UWB) 레이더와 같이 전파를 이용하는 레이더 센서를 이용해서 생체신호의 주기적인 신호 특성을 탐지하여 호흡수와 심박수를 측정한다.
이와 같이, 레이더 센서는 기본적으로 호흡과 심박을 포함하는 생체신호의 도플러 주파수(Doppler Frequency) 특성을 기반으로 표적을 탐지하고, 생체신호 정보를 검출한다.
한편, 차량의 소유주로부터 승인받지 않은 사람이 정차된 차량 주변에 서성이거나 차량 내부로 침입을 시도할 경우, 이를 실시간으로 감지하여 차량 소유주에게 알려주는 인캐빈(In-cabin) 레이더 센서 기술의 개발이 요구되고 있다.
그리고 정차된 차량의 창문이 개방된 경우, 개방된 창문을 통해 차량 내부 물건, 예컨대 지갑, 가방, 귀중품 등에 대한 도난 방지 기능을 수행하는 인캐빈 레이더 센서 기술도 요구되고 있다.
그러나 종래기술에 따른 카메라를 이용한 인캐빈 레이더 센서는 차량 전방위(360도) 탐지를 위해, 여러 개의 카메라 센서를 적용해야 하고, 실시간으로 근접 및 침입 여부를 판단해야 하므로, 소모 전력 및 비용이 증가하는 문제점이 있었다.
특히, 카메라 센서는 야간이나 특정 각도에서 빛 퍼짐에 의해 탐지가 불가능한 영역이 발생하는 문제점이 있었다.
또한, 종래기술에 따른 진동 센서를 이용한 침입 감지 시스템은 차량 내/외부 진동의 크기로 침입 여부를 판단함에 따라, 침입에 대한 오경보 발생 확률이 매우 높은 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 차량의 소유주로부터 승인받지 않은 사람이 정차된 차량 주변에 서성이거나 차량 내부로 침입을 시도할 경우, 이를 실시간으로 감지하여 차량 소유주에게 통지할 수 있는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템 및 그의 레이더 신호 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 정차된 차량의 창문이 개방된 경우, 개방된 창문을 통해 차량 내부 물건에 대한 도난을 방지할 수 있는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템 및 그의 레이더 신호 처리 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 차량에 대한 접근 및 차량 내부로의 침입 여부를 정확하게 검출하여 오경보 발생을 최소화할 수 있는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템 및 그의 레이더 신호 처리 방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템은 탐지 대상을 향해 레이더 신호를 송신하고 탐지 대상으로부터 반사되는 수신신호를 수신해서 정차된 차량에 접근 또는 내부 침입을 감지하도록, 복수의 수신 채널을 통해 수신된 ADC 데이터를 수신해서 디지털 빔포밍을 통해 차량에 접근 및 침입하는 표적 정보를 검출하는 디지털 빔포밍 신호처리부, 상기 디지털 빔포밍 신호처리부의 출력 데이터에 대해 거리 도플러 맵(Range Doppler Map, 이하 'RDM' 이라 합니다) 데이터를 생성하여 접근 및 침입 표적을 도출하기 위한 특징 파라미터를 도출하는 거리 속도 데이터 신호처리부 및 도출된 특징 파라미터를 이용해서 실내 간섭과 구별되는 접근 및 침입 상태를 검출하는 접근 침입 감지 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템의 레이더 신호 처리 방법은 탐지 대상을 향해 레이더 신호를 송신하고 탐지 대상으로부터 반사되는 수신신호를 수신해서 정차된 차량에 접근 또는 내부 침입을 감지하도록, (a) 디지털 빔포밍 신호처리부를 이용해서 복수의 수신 채널을 통해 수신된 ADC 데이터를 수신하여 디지털 빔포밍을 통해 차량에 접근 및 침입하는 표적 정보를 검출하는 단계, (b) 거리 속도 데이터 신호처리부를 이용해서 상기 (a)단계에서의 출력 데이터에 대해 거리 도플러 맵(Range Doppler Map, 이하 'RDM' 이라 합니다) 데이터를 생성하여 접근 및 침입 표적을 도출하기 위한 특징 파라미터를 도출하는 단계 및 (c) 접근 침입 감지 신호처리부를 이용해서 상기 (b)단계에서 도출된 특징 파라미터를 이용해서 실내 간섭과 구별되는 접근 및 침입 상태를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템 및 그의 레이더 신호 처리 방법에 의하면, 차량의 소유주로부터 승인받지 않은 사람이 정차된 차량 주변에 접근하거나 차량 내부로 침입을 시도할 경우, 이를 실시간으로 감지하여 차량 소유주에게 통지할 수 있다는 효과가 얻어진다.
그리고 본 발명에 의하면, 정차된 차량의 창문이 개방된 경우, 개방된 창문을 통해 차량 내부 물건에 대한 도난을 방지할 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 의하면, 차량에 대한 접근 및 차량 내부로의 침입 여부를 정확하게 검출하여 오경보 발생을 최소화할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템의 구성도,
도 2는 도 1에 도시된 레이더 신호처리부의 구성도,
도 3은 디지털 빔포밍 신호처리부에서 2D FFT를 수행한 결과를 예시한 도면,
도 4는 디지털 빔포밍 신호처리 과정을 설명하는 도면,
도 5는 차량 내부에 장착되는 장착 위치 및 레이더 안테나 빔을 예시한 도면,
도 6은 거리 속도 데이터 신호처리부에서 생성되는 RDM 데이터를 예시한 도면,
도 7는 차량 외부 및 내부 간섭만 존재하는 경우의 RDM 검출 데이터를 예시한 도면,
도 8은 차량에 접근만 존재하는 경우의 RDM 검출 데이터를 예시한 도면,
도 9는 차량 내부 침입이 발생한 경우의 RDM 검출 데이터를 예시한 도면,
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템의 레이더 신호 처리 방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
도 2는 도 1에 도시된 레이더 신호처리부의 구성도,
도 3은 디지털 빔포밍 신호처리부에서 2D FFT를 수행한 결과를 예시한 도면,
도 4는 디지털 빔포밍 신호처리 과정을 설명하는 도면,
도 5는 차량 내부에 장착되는 장착 위치 및 레이더 안테나 빔을 예시한 도면,
도 6은 거리 속도 데이터 신호처리부에서 생성되는 RDM 데이터를 예시한 도면,
도 7는 차량 외부 및 내부 간섭만 존재하는 경우의 RDM 검출 데이터를 예시한 도면,
도 8은 차량에 접근만 존재하는 경우의 RDM 검출 데이터를 예시한 도면,
도 9는 차량 내부 침입이 발생한 경우의 RDM 검출 데이터를 예시한 도면,
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템의 레이더 신호 처리 방법을 단계별로 설명하는 흐름도.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템 및 그의 레이더 신호 처리 방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시된 레이더 신호처리부의 구성도이다.
본 실시 예에서 생체신호는 탐지 대상의 호흡을 감지한 신호이거나, 심박을 감지한 신호, 또는 호흡과 심박을 동시에 감지한 신호일 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 탐지 대상을 향해 레이더 신호(이하 '송신신호'라 합니다)를 송신하고 탐지 대상으로부터 반사되는 수신신호를 수신하는 안테나부(11), 상기 송신신호를 발생하는 레이더 송신부(12)와 수신 안테나(22)를 통해 수신되는 수신신호의 데이터를 처리하는 레이더 수신부(13) 및 상기 송신신호를 발생하도록 제어신호를 발생하고 상기 수신신호를 신호처리하여 생체신호 정보를 탐지하는 신호처리용 프로세서(14)를 포함할 수 있다.
이와 같이 구성되는 탑승객 탐지 레이더 시스템(10)은 24㎓, 60㎓, 77㎓, 79㎓ 등 다양한 주파수대를 이용하는 다양한 레이더 장치에 적용될 수 있다.
안테나부(11)는 송신신호를 송신하는 송신 안테나(21)와 수신신호를 수신하는 수신 안테나(22)를 포함할 수 있다.
레이더 송신부(12)는 신호처리용 프로세서(14)의 제어신호에 따라 원하는 발진 주파수의 송신신호를 출력하고, 레이더 수신부(13)는 수신된 수신신호를 증폭하고, 수신신호의 데이터를 처리할 수 있다.
신호처리용 프로세서(14)는 레이더 송신부(12)의 구동을 제어하는 레이더 송신 제어부(41), 레이더 수신부(13)의 구동을 제어하는 레이더 수신 제어부(42), 외부에 마련된 장치와 통신하는 통신부(43) 및 감지된 생체신호의 신호처리를 통해 생체신호 정보를 탐지하는 레이더 신호처리부(44)를 포함할 수 있다.
레이더 송신 제어부(41)는 송신신호의 레이더 파형과 송신 파워(Tx Power)를 조절하도록 제어신호를 발생할 수 있다.
레이더 수신 제어부(42)는 수신신호의 수신 이득(Rx Gain)를 조절하고, 밴드패드필터를 조절하도록 제어신호를 발생할 수 있다.
레이더 수신 제어부(42)는 아날로그 신호 형태의 수신신호(Rx)를 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 컨버터(이하 'ADC'라 함)를 포함할 수 있다.
즉, 레이더 수신 제어부(42)는 수신 안테나(22)의 개수에 대응되는 복수의 ADC를 포함하고, 각 ADC는 각 수신 안테나(22)를 통해 수신된 수신신호를 ADC 처리할 수 있다.
한편, 레이더 센서는 표적과의 거리, 표적의 속도 및 방위각과 고각 정보를 포함하는 각도 정보를 감지해서 4D 데이터를 검출할 수 있다.
호흡 신호는 들숨과 날숨으로 구성되고, 주기적인 특성을 갖는다. 그래서 레이더 센서는 호흡 신호와 같이 주기적인 특성을 갖는 생체 신호를 감지해서 상기한 4D 데이터를 검출할 수 있다.
일반적으로, 생체 정보를 감지하는 레이더 센서는 표적의 움직임(Motion)을 감지하는 매크로(Macro) 도플러 특성과 생체 신호(Vital)를 감지하는 마이크로(Micro) 도플러 특성을 기반으로 움직이는 물체 위주의 표적을 감지한다.
이와 같은 생체 정보 감지 레이더 센서를 이용해서 차량 주변의 접근 및 침입을 검출하는 경우, 아래의 3가지 문제점이 발생할 수 있다.
첫째, 차량 주변에 이동물체가 존재하는 경우, 차량에 접근하는 사람에 대한 오경보가 없어야 한다.
이러한 첫번째 문제점을 해소하기 위해서는 레이더 센서의 안테나 빔 특성이 차량 실내에 집중되어야 하고, 측정 각도의 정밀도가 매우 높아야 한다.
둘째, 차량에 접근 여부 검 및 침입 검출이 명확하게 구별되어야 한다.
이러한 두번째 문제점을 해소하기 위해서는 차량에 접근 상태와 침입 상태를 정확하게 구별할 수 잇는 특징을 검출해야 한다.
셋째, 차량 내부(In-cabin)에서 발생하는 간섭(interference)에 의한 접근 및 침입 감지 오경보를 제거해야 한다.
상기 간섭은 두드림, 충격, 바람, 비, 우박, 주변을 지나가는 차량 등에 의한 진동 등을 포함하는 외부 간섭과, 차량 실내에서 움직이는 물체, 물통 진동, 움직이는 모빌 등을 포함하는 내부 간섭을 포함할 수 있다.
이러한 세번째 문제점을 해소하기 위해서는 간섭 특성을 파악하여 오경보를 제거해야 한다.
본 실시 예에서 레이더 신호처리부(14)는 ADC 데이터를 수신해서 디지털 빔포밍을 통해 차량에 접근 또는 침입하는 표적 정보를 검출하는 디지털 빔포밍 신호처리부(51), 디지털 빔포밍 신호처리부(51)의 출력 데이터에 대해 거리 도플러 맵 데이터를 생성하여 접근 및 침입 표적을 도출하기 위한 특징 파라미터를 도출하는 거리 속도 데이터 신호처리부(52) 및 도출된 특징 파라미터를 이용해서 실내 간섭과 구별되는 접근 및 침입 상태를 검출하는 접근 침입 감지 신호처리부(53)를 포함한다.
그래서 디지털 빔포밍 신호처리부(51)는 상기한 첫번째 및 두번째 문제점을 해소하고, 거리 주파수 데이터 신호처리부(52)는 상기한 두번째 문제점을 해소하며, 접근 침입 감지 신호처리부(53)는 상기한 두번째 및 세번째 문제점을 해소할 수 있다.
도 3은 디지털 빔포밍 신호처리부에서 2D FFT를 수행한 결과를 예시한 도면이고, 도 4는 디지털 빔포밍 신호처리 과정을 설명하는 도면이며, 도 5는 차량 내부에 장착되는 장착 위치 및 레이더 안테나 빔을 예시한 도면이다.
디지털 빔포밍 신호처리부(51)는 레이더 수신 제어부(42)로부터 수신된 ADC 데이터를 거리(Range)에 대한 1차원(1D) 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 통해 1차 신호처리해서 비트 주파수(Beat Frequency) 정보를 거리(Range) 정보로 변환하는 1차 신호처리부(61), 수신된 ADC 데이터의 첩별 1D FFT 결과 평균값을 이용하여 매크로 도플러 특성에 기반한 차량에 접근 또는 침입하는 표적 정보를 검출하는 이동 표적 지수(Moving Target Indication, 이하 'MTI'라 함) 처리부(62), 1D FFT를 수행한 결과에 대해 슬로우 타임(Slow Time) 축으로 2D FFT를 수행하는 2차 신호처리부(63) 및 수신 채널에 미리 설정된 빔포밍 계수를 곱한 후 신호 합성(Summation)을 수행하는 디지털 빔포밍부(64)를 포함할 수 있다.
1차 신호처리부(61)는 상기 ADC 데이터에 대한 1D FFT를 통해 비트 주파수 정보를 거리 정보로 변환할 수 있다.
MTI 처리부(62)는 수신된 ADC 데이터의 첩별 1D FFT 결과의 평균값을 이용해서 차량 내부에 존재하는 불필요한 실내 고정 표적(Stationary Target), 예컨대 차량 내부의 시트나 콘솔 등의 고정물체, 가방이나 짐 등과, 이동 속도가 매우 느린 이동 표적을 제거할 수 있다.
2차 신호처리부(63)는 도 3에 도시된 바와 같이, 주파수 정보를 검출하기 위한 신호 변환 과정으로서, 1D FFT 결과에 대해 슬로우 타임(Slow Time) 축으로 2D FFT를 수행할 수 있다.
디지털 빔포밍부(64)는 도 4에 도시된 바와 같이, 수신 채널(Rx#1 내지 Rx#N)에 빔포밍 계수(w#1 내지 w#N)를 각각 곱한 후 신호 합성을 수행해서 차량 실내 공간에 안테나 빔의 이득을 집중시키도록 수신 빔을 성형할 수 있다.
상기 빔포밍 계수는 레이더 장착 위치에 대한 가중치(Weight)로서, 장착 위치에 따른 계수 값은 미리 실험 결과에 따라 테이블로 저장될 수 있다.
일반적으로, 레이더 시스템(10)은 도 5에 도시된 바와 같이, 차량에 마련된 후석 시트 상부나 차량의 실내 공간 중앙의 상부에 설치된다.
그러나, 레이더 시스템(10)의 장착 위치는 차종별로 달라질 수 있다.
따라서, 본 실시 예에서는 레이더 시스템(10)의 장착 위치에 따라 안테나를 다시 설계하지 않고, 디지털 빔포밍 기법을 이용해서 안테나의 빔 패턴을 변경할 수 있다.
거리 속도 데이터 신호처리부(52)는 디지털 빔포밍부(53)의 출력 데이터에 대해 절댓값(Absolute value, ABS)을 수행해서 거리 도플러 맵(Range Doppler Map, 이하 'RDM' 이라 함) 데이터를 생성하는 RDM 생성부(71), 상기 RDM 데이터의 크기 정보 중에서 미리 설정된 한계값(Threshold) 레벨 이상이 되는 신호를 검출해서 RDM 데이터 상에 존재하는 접근 및 침입 표적을 검출하는 RDM 검출부(72) 및 RDM 검출 데이터를 이용해서 접근 및 침입 특징 파라미터를 도출하는 RDM 파라미터 판단부(73)를 포함할 수 있다.
도 6은 거리 속도 데이터 신호처리부에서 생성되는 RDM 데이터를 예시한 도면이다.
상기 RDM 데이터는 도 6에 도시된 바와 같이, 거리(1D FFT)와 도플러(2D FFT) 데이터로 구성되고, 0㎐ 주변의 인-밴드(청색 영역)와 좌측 및 우측 아웃-밴드(녹색 영역)로 표현될 수 있다.
상기 인-밴드에 표시되는 표적은 낮은 주파수 정보, 차량 실내 움직임이 작은 물체가 존재하는 경우, 그리고 외부 간섭 및 내부 간섭 신호가 존재하는 경우에 대응되는 특징으로 갖는다.
상기 아웃-밴드에 표시되는 표적은 인-밴드에 표시되는 표적에 비해 상대적으로 높은 주파수 정보, 차량 실내 움직임이 빠른 물체가 존재하는 경우, 접근 이동 물체가 존재하는 경우 그리고 침입 발생시 모든 주파수 영역에 신호가 존재하는 특징을 갖는다.
RDM 검출부(72)는 상기 RDM 데이터에서 RDM 데이터의 크기 정보 중에서 특정 한계값 이상이 되는 신호(이하 'RDM 검출 데이터'라 함)를 검출해서 RDM 데이터 상에 존재하는 접근 및 침입 표적을 검출한다.
RDM 파라미터 판단부(73)는 상기 RDM 검출 데이터를 이용해서 접근 및 침입 특징 파라미터를 도출한다.
예를 들어, 파라미터#1은 RDM 검출 데이터의 파워값이고, 파라미터#2는 RDM 검출 데이터의 주파수 분포값이며, 파라미터#3는 RDM 검출 데이터의 주파수 분포에 대한 표적 개수 값일 수 있다.
그래서 RDM 파라미터 판단부(73)는 RDM 검출부(72)에서 검출된 표적들을 인-밴드 및 아웃-밴드 영역별로 구별하여 상기 파라미터#2를 검출하고, 각 밴드별로 평균 파워값(파라미터#1)과 표적 검출 개수 값(파라미터#3)을 측정할 수 있다.
접근 침입 감지 신호처리부(53)는 실내 간섭의 존재 여부를 검출하는 실내 간섭 검출부(81), 접근 및 침입 상태를 판단할 수 있는 특징 파라미터를 검출하는 접근 침입 검출부(82) 그리고 접근 및 침입 알람을 외부로 전달하는 외부 인터페이스(83)를 포함할 수 있다.
실내 간섭 검출부(81)는 상기 RDM 검출 데이터에 대해 상기 파라미터#2와 파라미터#3를 이용해서 인-밴드와 아웃-밴드를 구별한다. 여기서, 상기 인-밴드 표적 검출 데이터는 진동, 내부 물체 등 내부 간섭에 의해 발생하는 것이므로 제거한다.
그리고 실내 간섭 검출부(81)는 제거되고 남은 검출 데이터에 대해 좌측 아웃-밴드 및 우측 아웃-밴드의 표적 검출 개수를 각각 계산하고, 계산된 표적 검출 개수의 동일 여부를 판단한다.
예를 들어, 실내 간섭 검출부(81)는 상기 좌측 아웃-밴드 및 우측 아웃-밴드의 표적 검출 개수의 차이를 기준으로 동일 여부를 판단하거나, 상기 좌측 아웃-밴드의 표적 검출 개수/우측 아웃-밴드의 표적 검출 개수의 비율을 기준으로 동일 여부를 판단할 수 있다.
실내 간섭 검출부(81)는 상기한 2가지 방법으로 계산된 표적 검출 개수의 동일 여부를 판단시, 미리 설정된 한계값 레벨을 기준으로 적용할 수 있다.
또, 실내 간섭 검출부(81)는 잔여 검출 데이터에 대한 주파수 특성, 예를 들어 인-밴드 주파수 근처인지 여부를 판단하고, 상기 좌측 및 우측 아웃-밴드의 표적 개수 특성이 비슷하고 인-밴드 근처 주파수로 판단된 경우, 실내 간섭의 잔여 성분으로 판단할 수 있다.
또한, 실내 간섭 검출부(81)는 상기 좌측 및 우측 아웃-밴드의 표적 개수 특성의 차이가 크게 나고, 인-밴드 근처의 주파수가 아닌 경우, 근접 및 침입으로 판단할 수 있다.
접근 침입 검출부(82)는 상기 RDM 검출 데이터에 대해 아래의 수학식 1과 같이, 파라미터#1 내지 파라미터#3 값들을 곱하여 신규 파라미터를 도출한다.
[수학식 1]
신규 파라미터 = 검출 표적 평균 파워 x 주파수 분포 x 검출 표적 개수
예를 들어, 도 7는 차량 외부 및 내부 간섭만 존재하는 경우의 RDM 검출 데이터를 예시한 도면이고, 도 8은 차량에 접근만 존재하는 경우의 RDM 검출 데이터를 예시한 도면이며, 도 9는 차량 내부 침입이 발생한 경우의 RDM 검출 데이터를 예시한 도면이다.
상기 RDM 검출 데이터는 도 7에 도시된 바와 같이, 차량 외부 및 내부 간섭만 존재하는 경우에는 검출 표적들이 인-밴드 주변에 분포하는 특징이 존재한다.
상기 RDM 검출 데이터는 차량 내부에 침입이 발생한 경우에는 도 9에 도시된 바와 같이, 검출 표적 개수가 많고, 검출 표적들이 넓은 주파수 영역에 분포하며, 검출 표적들의 평균 파워가 큰 특징이 존재한다.
반면, 상기 상기 RDM 검출 데이터는 차량 접근이 발생하는 경우에는 도 8에 도시된 바와 같이, 도 9에 도시된 침입 발생시의 검출 표적 개수보다 검출 표적 개수가 적고, 특정 주파수에 집중되어 있으며, 검출 신호들의 평균 파워가 작은 특징이 존재한다.
따라서 접근 침입 검출부(82)는 상기 신규 파라미터에 미리 설정된 한계값을 적용하여 상기 신규 파라미터의 값이 상기 한계값 이상이면 침입으로 판단하고, 상기 한계값 이하이면 접근으로 판단할 수 있다.
이에 따라, 외부 인터페이스(83)는 CAN 통신이나 CANFD 통신 방식으로 차량에 마련된 메인 제어부로 판단된 접근 상태 또는 침입 상태 탐지 알람을 전달할 수 있다.
이에 따라, 상기 메인 제어부는 계기판에 접근 상태 또는 침입 상태 알람을 표시하거나, 경고음을 출력함으로써, 차량의 소유자나 운전자에게 해당 상태를 통지할 수 있다.
다음, 도 10을 참조해서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템의 레이더 신호 처리 방법을 상세하게 설명한다.
도 10은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템의 레이더 신호 처리 방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
먼저, 차량의 정차 상태 또는 주차 상태에서, 레이더 송수신부(12)는 신호처리용 프로세서(14)의 레이더 송신 제어부(41)의 제어신호에 따라 송신 안테나(21)를 통해 탐지 대상, 즉 생체신호를 탐지하고자 하는 표적의 주변으로 신호를 송신하고, 수신 안테나(22)를 통해 탐지 대상으로 반사되는 신호를 수신한다.
그러면, 레이더 수신 제어부(42)에 마련된 ADC는 아날로그 신호 형태의 수신신호를 디지털 신호로 변환한다.
도 10의 S10단계에서 디지털 빔포밍 신호처리부(51)의 1차 신호처리부(61)는 복수의 채널을 통해 수신된 레이더 반사 신호에 대한 ADC 데이터를 수신하고, 수신된 ADC 데이터를 거리에 대한 1D FFT를 통해 1차 신호처리해서 비트 주파수 정보를 거리 정보로 변환한다(S12).
S14단계에서 MTI 처리부(62)는 수신된 ADC 데이터의 첩별 1D FFT 결과 평균값을 이용하여 매크로 도플러 특성에 기반한 정차된 차량 주변의 접근 또는 침입하는 표적 정보를 검출한다.
S16단계에서 2차 신호처리부(63)는 1D FFT를 수행한 결과에 대해 슬로우 타임(Slow Time) 축으로 2D FFT를 수행해서 주파수 정보를 검출하기 위한 신호 변환 과정을 수행한다.
S18단계에서 디지털 빔포밍부(64)는 각 수신 채널(Rx#1 내지 Rx#N)에 빔포밍 계수(w#1 내지 w#N)를 각각 곱한 후 신호 합성을 수행해서 차량 실내 공간에 안테나 빔의 이득을 집중시키도록 수신 빔을 성형한다.
S20단계에서 거리 속도 데이터 신호처리부(52)의 RDM 생성부(71)는 디지털 빔포밍부(53)의 출력 데이터에 대해 절댓값을 수행해서 RDM 데이터를 생성한다.
그러면, S22단계에서 RDM 검출부(72)는 상기 RDM 데이터의 크기 정보 중에서 미리 설정된 한계값(Threshol) 레벨 이상이 되는 신호를 검출해서 RDM 데이터 상에 존재하는 접근 및 침입 표적을 검출한다.
S24단계에서 RDM 파라미터 판단부(73)는 RDM 검출 데이터를 이용해서 접근 및 침입 특징 파라미터를 도출한다.
여기서, 파라미터#1은 RDM 검출 신호의 파워값이고, 파라미터#2는 RDM 검출 신호의 주파수 분포값이며, 파라미터#3는 RDM 검출 신호의 주파수 분포에 대한 표적 개수 값일 수 있다.
그래서 RDM 파라미터 판단부(73)는 RDM 검출부(72)에서 검출된 표적들을 인-밴드 및 아웃-밴드 영역별로 구별하여 상기 파라미터#2를 검출하고, 각 밴드별로 평균 파워값(파라미터#1)과 표적 검출 개수 값(파라미터#3)을 측정한다.
S26단계에서 접근 침입 감지 신호처리부(53)의 실내 간섭 검출부(81)는 실내 간섭의 존재 여부를 검출한다.
이때, 실내 간섭 검출부(81)는 상기 RDM 검출 데이터에 대해 상기 파라미터#2와 파라미터#3를 이용해서 인-밴드와 아웃-밴드를 구별한다. 여기서, 상기 인-밴드 표적 검출 데이터는 진동, 내부 물체 등 내부 간섭에 의해 발생하는 것이므로 제거한다. 그리고 실내 간섭 검출부(81)는 제거되고 남은 검출 데이터에 대해 좌측 아웃-밴드 및 우측 아웃-밴드의 표적 검출 개수를 각각 계산하고, 계산된 표적 검출 개수의 동일 여부를 판단한다. 이때, 실내 간섭 검출부(81)는 미리 설정된 한계값 레벨을 기준으로 적용해서 계산된 표적 검출 개수의 동일 여부를 판단할 수 있다. 또, 실내 간섭 검출부(81)는 잔여 검출 데이터에 대한 주파수 특성, 예를 들어 인-밴드 주파수 근처인지 여부를 판단하고, 상기 좌측 및 우측 아웃-밴드의 표적 개수 특성이 비슷하고 인-밴드 근처 주파수로 판단된 경우, 실내 간섭의 잔여 성분으로 판단하며, 상기 좌측 및 우측 아웃-밴드의 표적 개수 특성의 차이가 크게 나고, 인-밴드 근처의 주파수가 아닌 경우, 근접 및 침입으로 판단한다.
S28단계에서 접근 침입 검출부(82)는 접근 및 침입 상태를 판단할 수 있는 특징 파라미터를 검출하고, 접근 또는 침입 검출되는지를 검사한다.
이때, 접근 침입 검출부(82)는 상기 RDM 검출 데이터에 대해 상기한 파라미터#1 내지 파라미터#3 값들을 곱하여 신규 파라미터를 도출한다. 이어서, 접근 침입 검출부(82)는 도출된 상기 신규 파라미터에 미리 설정된 한계값을 적용하여 상기 신규 파라미터의 값이 상기 한계값 이상이면 침입으로 판단하고, 상기 한계값 이하이면 접근으로 판단한다.
S28단계의 검사결과 접근 또는 침입 상태로 판단된 경우, 외부 인터페이스(83)는 CAN 통신이나 CANFD 통신 방식으로 차량에 마련된 메인 제어부로 판단된 접근 상태 또는 침입 상태 탐지 알람을 전달한다. 그러면, 상기 메인 제어부는 계기판에 접근 상태 또는 침입 상태 알람을 표시하거나, 경고음을 출력함으로써, 차량의 소유자나 운전자에게 해당 상태를 통지할 수 있다.
한편, S28단계에서 접근 침입이 미검출되거나, S30단계를 수행한 후, 레이더 신호 처리부(44)는 전원 공급이 중지되는지 여부를 검사하고(S32), 전원 공급이 중지될 때까지 S10단계 내지 S32단계를 반복 수행한다.
만약, S32단계의 검사결과 전원 공급이 중지되면, 레이더 신호처리부(44)는 각 장치의 구동을 중지하고 종료한다.
상기한 바와 같은 과정을 통해, 본 발명은 차량의 소유주로부터 승인받지 않은 사람이 정차된 차량 주변에 접근하거나 차량 내부로 침입을 시도할 경우, 이를 실시간으로 감지하여 차량 소유주에게 통지할 수 있다.
그리고 본 발명은 정차된 차량의 창문이 개방된 경우, 개방된 창문을 통해 차량 내부 물건에 대한 도난을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 차량에 대한 접근 및 차량 내부로의 침입 여부를 정확하게 검출하여 오경보 발생을 최소화할 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
본 발명은 차량의 소유주로부터 승인받지 않은 사람이 정차된 차량 주변에 접근하거나 차량 내부로 침입을 시도할 경우, 이를 실시간으로 감지하여 차량 소유주에게 통지하는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템 및 그의 레이더 신호 처리 방법 기술에 적용된다.
10: 레이더 시스템
11: 안테나부 12: 레이더 송신부
13: 레이더 수신부 14: 신호처리용 프로세서
21: 송신 안테나 22: 수신 안테나
41: 레이더 송신 제어부 42: 레이더 수신 제어부
43: 통신부 44: 레이더 신호처리부
51: 디지털 빔포밍 신호처리부 52: 거리 각도 데이터 신호처리부
53: 접근 침입 감지 신호처리부
61: 1차 신호처리부 62: MIT 처리부
63: 2차 신호처리부 64: 디지털 빔포밍부
71: RDM 생성부 72: RDM 검출부
73: RDM 파라미터 판단부
81: 차량 내 간섭 검출부 82: 접근 침입 검출부
83: 외부 인터페이스
11: 안테나부 12: 레이더 송신부
13: 레이더 수신부 14: 신호처리용 프로세서
21: 송신 안테나 22: 수신 안테나
41: 레이더 송신 제어부 42: 레이더 수신 제어부
43: 통신부 44: 레이더 신호처리부
51: 디지털 빔포밍 신호처리부 52: 거리 각도 데이터 신호처리부
53: 접근 침입 감지 신호처리부
61: 1차 신호처리부 62: MIT 처리부
63: 2차 신호처리부 64: 디지털 빔포밍부
71: RDM 생성부 72: RDM 검출부
73: RDM 파라미터 판단부
81: 차량 내 간섭 검출부 82: 접근 침입 검출부
83: 외부 인터페이스
Claims (12)
- 탐지 대상을 향해 레이더 신호를 송신하고 탐지 대상으로부터 반사되는 수신신호를 수신해서 정차된 차량에 접근 또는 내부 침입을 감지하는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템에 있어서,
복수의 수신 채널을 통해 수신된 ADC 데이터를 수신해서 디지털 빔포밍을 통해 차량에 접근 및 침입하는 표적 정보를 검출하는 디지털 빔포밍 신호처리부,
상기 디지털 빔포밍 신호처리부의 출력 데이터에 대해 거리 도플러 맵(Range Doppler Map, 이하 'RDM' 이라 합니다) 데이터를 생성하여 접근 및 침입 표적을 도출하기 위한 특징 파라미터를 도출하는 거리 속도 데이터 신호처리부 및
도출된 특징 파라미터를 이용해서 실내 간섭과 구별되는 접근 및 침입 상태를 검출하는 접근 침입 감지 신호처리부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 디지털 빔포밍 신호처리부는 상기 ADC 데이터를 거리에 대한 1D FFT를 통해 1차 신호처리해서 비트 주파수 정보를 거리 정보로 변환하는 1차 신호처리부,
상기 ADC 데이터의 첩별 1D FFT 결과 평균값을 이용하여 매크로 도플러 특성에 기반한 차량에 접근 및 침입하는 표적 정보를 검출하는 MTI 처리부,
상기 1D FFT를 수행한 결과에 대해 슬로우 타임 축으로 2D FFT를 수행하는 2차 신호처리부 및
각 수신 채널에 차량 내 장착 위치에 대응되도록 미리 설정된 빔포밍 계수를 곱한 후 신호 합성을 수행해서 차량 실내 공간에 안테나 빔의 이득을 집중시키도록 수신 빔을 성형하는 디지털 빔포밍부를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템. - 제1항에 있어서,
상기 거리 속도 데이터 신호처리부는 상기 디지털 빔포밍 신호처리부의 출력 데이터에 대해 절댓값을 수행해서 상기 RDM 데이터를 생성하는 RDM 생성부,
상기 RDM 데이터의 크기 정보 중에서 미리 설정된 한계값 레벨 이상이 되는 신호(이하 'RDM 검출 데이터'라 합니다)를 검출해서 상기 RDM 데이터 상에 존재하는 접근 및 침입 표적을 검출하는 RDM 검출부 및
상기 RDM 검출 데이터를 이용해서 접근 및 침입 특징 파라미터를 도출하는 RDM 파라미터 판단부를 포함하고,
상기 RDM 파라미터 판단부는 상기 RDM 검출부에서 검출된 표적들을 인-밴드 및 아웃-밴드 영역별로 구별하여 상기 RDM 검출 신호의 주파수 분포값을 검출하고, 각 밴드별로 상기 RDM 검출 데이터의 평균 파워값과 표적 검출 개수 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템. - 제3항에 있어서,
상기 접근 침입 감지 신호처리부는 상기 특징 파라미터를 이용해서 실내 간섭의 존재 여부를 검출하는 실내 간섭 검출부,
접근 및 침입 상태를 판단할 수 있는 특징 파라미터를 검출하는 접근 침입 검출부 그리고
접근 및 침입 알람을 외부로 전달하는 외부 인터페이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템. - 제4항에 있어서,
상기 RDM 데이터는 거리와 도플러 데이터로 구성되고, 0㎐ 주변의 인-밴드와 좌측 및 우측 아웃-밴드로 표현되며,
상기 실내 간섭 검출부는 미리 설정된 한계값 레벨을 기준으로 적용해서 상기 좌측 아웃-밴드 및 우측 아웃-밴드의 표적 검출 개수의 동일 여부를 판단하고,
잔여 검출 데이터에 대한 주파수 특성을 판단하여, 상기 좌측 및 우측 아웃-밴드의 표적 개수 특성이 동일하고 상기 인-밴드에 근접한 주파수로 판단된 경우, 실내 간섭의 잔여 성분으로 판단하며,
상기 좌측 및 우측 아웃-밴드의 표적 개수 특성의 차이가 나고, 상기 인-밴드 외부의 주파수인 경우, 접근 및 침입으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템. - 제5항에 있어서,
상기 접근 침입 검출부는 상기 RDM 검출 데이터의 검출 표적 평균 파워, 주파수 분포 및 검출 표적 개수 값들을 곱하여 신규 파라미터를 도출하고,
상기 신규 파라미터에 미리 설정된 한계값을 적용하여 상기 신규 파라미터의 값이 상기 한계값 이상이면 침입으로 판단하며, 상기 한계값 이하이면 접근으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템. - 탐지 대상을 향해 레이더 신호를 송신하고 탐지 대상으로부터 반사되는 수신신호를 수신해서 정차된 차량에 접근 또는 내부 침입을 감지하는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템의 레이더 신호 처리 방법에 있어서,
(a) 디지털 빔포밍 신호처리부를 이용해서 복수의 수신 채널을 통해 수신된 ADC 데이터를 수신하여 디지털 빔포밍을 통해 차량에 접근 및 침입하는 표적 정보를 검출하는 단계,
(b) 거리 속도 데이터 신호처리부를 이용해서 상기 (a)단계에서의 출력 데이터에 대해 거리 도플러 맵(Range Doppler Map, 이하 'RDM' 이라 합니다) 데이터를 생성하여 접근 및 침입 표적을 도출하기 위한 특징 파라미터를 도출하는 단계 및
(c) 접근 침입 감지 신호처리부를 이용해서 상기 (b)단계에서 도출된 특징 파라미터를 이용해서 실내 간섭과 구별되는 접근 및 침입 상태를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템의 레이더 신호 처리 방법. - 제7항에 있어서,
상기 (a)단계는 (a1) 상기 디지털 빔포밍 신호처리부의 1차 신호처리부를 이용해서 상기 ADC 데이터를 거리에 대한 1D FFT를 통해 1차 신호처리해서 비트 주파수 정보를 거리 정보로 변환하는 단계,
(a2) MTI 처리부를 이용해서 상기 ADC 데이터의 첩별 1D FFT 결과 평균값을 이용하여 매크로 도플러 특성에 기반한 차량에 접근 및 침입하는 표적 정보를 검출하는 단계,
(a3) 2차 신호처리부를 이용해서 상기 1D FFT를 수행한 결과에 대해 슬로우 타임 축으로 2D FFT를 수행하는 단계 및
(a4) 디지털 빔포밍부를 이용해서 각 수신 채널에 차량 내 장착 위치에 대응되도록 미리 설정된 빔포밍 계수를 곱한 후 신호 합성을 수행해서 차량 실내 공간에 안테나 빔의 이득을 집중시키도록 수신 빔을 성형하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템의 레이더 신호 처리 방법. - 제7항에 있어서,
상기 (b)단계는 (b1) 상기 거리 속도 데이터 신호처리부의 RDM 생성부를 이용해서 상기 디지털 빔포밍 신호처리부의 출력 데이터에 대해 절댓값을 수행해서 상기 RDM 데이터를 생성하는 단계,
(b2) RDM 검출부를 이용해서 상기 RDM 데이터의 크기 정보 중에서 미리 설정된 한계값 레벨 이상이 되는 신호(이하 'RDM 검출 데이터'라 합니다)를 검출해서 상기 RDM 데이터 상에 존재하는 접근 및 침입 표적을 검출하는 단계 및
(b3) RDM 파라미터 판단부를 이용해서 상기 RDM 검출 데이터를 이용하여 접근 및 침입 특징 파라미터를 도출하는 단계를 포함하며,
상기 (b3)단계는 상기 RDM 검출부에서 검출된 표적들을 인-밴드 및 아웃-밴드 영역별로 구별하여 상기 RDM 검출 신호의 주파수 분포값을 검출하고, 각 밴드별로 상기 RDM 검출 신호의 평균 파워값과 표적 검출 개수 값을 측정하는 것을 특징으로 하는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템의 레이더 신호 처리 방법. - 제9항에 있어서,
상기 (c)단계는 (c1) 상기 접근 침입 감지 신호처리부의 실내 간섭 검출부를 이용해서 상기 특징 파라미터를 이용하여 실내 간섭의 존재 여부를 검출하는 단계,
(c2) 접근 침입 검출부를 이용해서 접근 및 침입 상태를 판단할 수 있는 특징 파라미터를 검출하는 단계 그리고
(c3) 외부 인터페이스를 통해 상기 접근 및 침입 알람을 외부로 전달하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템의 레이더 신호 처리 방법. - 제10항에 있어서,
상기 RDM 데이터는 거리와 도플러 데이터로 구성되고, 0㎐ 주변의 인-밴드와 좌측 및 우측 아웃-밴드로 표현되며,
상기 (c1)단계에서 상기 실내 간섭 검출부는 미리 설정된 한계값 레벨을 기준으로 적용해서 상기 좌측 아웃-밴드 및 우측 아웃-밴드의 표적 검출 개수의 동일 여부를 판단하고,
잔여 검출 데이터에 대한 주파수 특성을 판단하여, 상기 좌측 및 우측 아웃-밴드의 표적 개수 특성이 동일하고 상기 인-밴드에 근접한 주파수로 판단된 경우, 실내 간섭의 잔여 성분으로 판단하며,
상기 좌측 및 우측 아웃-밴드의 표적 개수 특성의 차이가 나고, 상기 인-밴드 외부의 주파수인 경우, 접근 및 침입으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템의 레이더 신호 처리 방법. - 제11항에 있어서,
상기 (c2)단계에서 상기 접근 침입 검출부는 상기 RDM 검출 데이터의 검출 표적 평균 파워, 주파수 분포 및 검출 표적 개수 값들을 곱하여 신규 파라미터를 도출하고,
상기 신규 파라미터에 미리 설정된 한계값을 적용하여 상기 신규 파라미터의 값이 상기 한계값 이상이면 침입으로 판단하며, 상기 한계값 이하이면 접근으로 판단하는 것을 특징으로 하는 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템의 레이더 신호 처리 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230153039A KR102628336B1 (ko) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템 및 그의 레이더 신호 처리 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020230153039A KR102628336B1 (ko) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템 및 그의 레이더 신호 처리 방법 |
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| KR102628336B1 true KR102628336B1 (ko) | 2024-01-23 |
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| KR1020230153039A KR102628336B1 (ko) | 2023-11-07 | 2023-11-07 | 차량 접근 및 침입 감지 레이더 시스템 및 그의 레이더 신호 처리 방법 |
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| KR (1) | KR102628336B1 (ko) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR101505044B1 (ko) | 2014-02-28 | 2015-03-24 | (주)디지탈엣지 | 레이더 장치 및 그의 근거리 음영지역 제거방법 |
| KR101513878B1 (ko) | 2014-03-19 | 2015-04-22 | (주)디지탈엣지 | 레이더 장치 및 그의 충돌 경고 및 사고 기록방법 |
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-
2023
- 2023-11-07 KR KR1020230153039A patent/KR102628336B1/ko active IP Right Grant
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