KR102673761B1 - 시간 영역 상관 관계 기법에 기초한 차량의 전방 관측 레이더 영상 생성 장치 및 그 방법 - Google Patents

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Abstract

시간 영역 상관 관계 기법에 기초한 차량의 전방 관측 레이더 영상 생성 장치 및 그 방법이 개시된다. 전방 관측 레이더 영상 생성 방법은 선형 주파수 변조 신호를 차량의 전방으로 송신하는 단계; 상기 선형 주파수 변조 신호가 상기 차량의 변방에 위치한 지면, 또는 표적에 반사된 반사 신호를 수신하는 단계; 상기 반사 신호에 시간 영역 상관 관계 기법을 적용하여 영상을 생성하는 단계; 및 상기 차량이 곡선 운동하는 사이에 수신한 반사 신호들을 이용하여 상기 영상의 좌우를 구별하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

시간 영역 상관 관계 기법에 기초한 차량의 전방 관측 레이더 영상 생성 장치 및 그 방법{APPARATUS AND METHOD FOR GENERATING A FRONT-VIEW RADAR IMAGE OF A VEHICLE BASED ON A TIME-DOMAIN CORRELATION}
본 발명은 곡선 운동하는 차량의 전방 관측 레이더 영상을 생성하기 위하여 시간 영역 상관 관계 기법을 사용하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
차량용 레이다는 최근에 연구되기 시작했지만, 레이다 영상 기법은 군용으로 널리 사용됐다. 기존의 합성 개구 레이다(Synthetic Aperture Radar: SAR)는 주로 측방 관측(side-looking)을 통해 영상 생성을 수행한다[1]. 그 이유는 전방 관측(forward-looking)은 분해능이 현저히 떨어지기 때문이다[2]. 따라서 바이스태틱(bistatic) 합성 개구 레이다를 통해 분해능을 키우거나[3]~[9] 빔 폭(beam width)이 좁은 실 개구 레이다(Real Aperture Radar: RAR)로 기계적 조향을 통해 전방을 관측하는 스캐닝 레이다(scanning radar)[10]~[15] 가 연구된 바 있다. 그러나 스캐닝 레이다의 특성상 거리 방향의 분해능은 송신하는 신호의 대역폭에 의해 제한되며 거리 방향에 수직인 방향의 분해능은 빔 폭에 의해 결정된다는 단점이 있다.
이동하면서 전방의 지면을 탐색하기 위한 스캐닝 레이다가 군용으로 쓰인 바 있는데, 예를 들어 고해상도 Frequency Modulated Continuous Wave(FMCW)를 활용한 브림스톤(brimstone) 미사일을 꼽을 수 있다[16]. 여기서도 역시 거리 방향 분해능은 FMCW의 대역폭을 조절하여 개선시킬 수 있지만, 거리 방향에 수직인 방향의 분해능은 안테나의 방위각 방향 빔 폭에 의해서 결정된다. 따라서 거리 방향과 비교하면 그에 수직인 방향의 분해능은 현저히 떨어진다.
따라서, 거리 방향에 수직인 방향의 분해능을 향상시킬 수 있는 방법이 요청되고 있다.
본 발명은 차량의 곡선 주행할 때 차량 주변 사물의 존재를 파악해 주차에 도움을 주거나 자동 긴급제동 시스템에 사용되는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 교차로에서 교차하는 차량을 발견 가능한 전방 관측 레이더 영상 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
그리고, 본 발명은 비 혹은 안개에 의해 전방 관측이 어려운 상황에서도 전방 관측 레이더 영상을 생성할 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 전방 관측 레이더 영상 생성 방법은 선형 주파수 변조 신호를 차량의 전방으로 송신하는 단계; 상기 선형 주파수 변조 신호가 상기 차량의 변방에 위치한 지면, 또는 표적에 반사된 반사 신호를 수신하는 단계; 상기 반사 신호에 시간 영역 상관 관계 기법을 적용하여 영상을 생성하는 단계; 및 상기 차량이 곡선 운동하는 사이에 수신한 반사 신호들을 이용하여 상기 영상의 좌우를 구별하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 차량의 곡선 주행할 때 차량 주변 사물의 존재를 파악해 주차에 도움을 주거나 자동 긴급제동 시스템에 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 교차로에서 교차하는 차량을 발견할 수 있으므로 교차 차량 알림에 활용될 수 있다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 의하면, 라이다(lidar) 및 광학 감지기(카메라 등)에 비하여 날씨에 영향을 받지 않으므로, 비 혹은 안개에 의해 전방 관측이 어려운 상황에서도 동작할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전방 관측 레이더 영상 생성 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전방 관측 레이더 영상 생성 장치의 동작을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전방 관측 레이더 영상 생성 장치가 출력하는 선형 주파수 변조 선형 주파수 변조 신호열의 일례이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 모의 실험의 일례이다.
도 5는 신호 대 잡음 비가 10 dB인 경우, 본 발명의 일실시예에 따라 생성한 영상의 일례이다.
도 6은 신호 대 잡음 비가 10 dB인 경우, 본 발명의 일실시예에 따른 점 분산 함수의 비교 결과의 일례이다.
도 7은 신호 대 잡음 비가 0 dB인 경우, 본 발명의 일실시예에 따라 생성한 영상의 일례이다.
도 8은 신호 대 잡음 비가 -10 dB인 경우, 본 발명의 일실시예에 따라 생성한 영상의 일례이다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전방 관측 레이더 영상 생성 방법을 도시한 플로우차트이다.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 일실시예에 따른 전방 관측 레이더 영상 생성 방법은 전방 관측 레이더 영상 생성 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 전방 관측 레이더 영상 생성 장치를 나타내는 도면이다.
전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 송신 안테나(110), 수신 안테나(120), 및 프로세서(130)를 포함할 수 있다.
송신 안테나(110)는 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)가 탑재된 차량의 앞부분에 장착되며, 선형 주파수 변조 신호(Linear Frequency Modulated) 를 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)가 탑재된 차량의 전방으로 송신할 수 있다. 이때, 송신 안테나는 선형 주파수 변조 신호를 선형 주파수 변조 신호 반복 주기(Pulse Repetition Interval: PRI)마다 송신할 수 있다. 또한, 선형 주파수 변조 신호의 빔 폭은 차량이 움직이는 동안 모든 표적에 대해 신호를 수신할 수 있을 정도로 넓을 수 있다.
수신 안테나(120)는 송신 안테나(110)에서 송신된 선형 주파수 변조 신호가 차량의 변방에 위치한 지면, 또는 표적에 반사된 반사 신호를 수신할 수 있다.
프로세서(130)는 수신 안테나(120)가 수신한 반사 신호에 시간 영역 상관 관계(Time Domain Correlation: TDC)기법을 적용하여 전방 관측 레이더 영상을 생성할 수 있다. 이때, 시간 영역 상관관계 기법은 정합 필터링을 공간변화 시스템(space-variant system)에 대하여 콘볼루션이 아닌 상관관계(correlation)로 구현한 기법이다. 잡음이 고려된 연속 시간에서 송신 안테나(110)가 p번째 송신한 선형 주파수 변조 신호가 지면, 또는 표적에 반사된 반사 신호를 zp(t)로 정의하는 경우, 프로세서(130)가 생성하는 위치 x, y에 따른 전방 관측 레이더 영상 은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
이때, 는 xk, yl에 반사율 1을 가진 단일의 점 표적이 존재하는 경우, 수신 안테나(120)가 수신한 반사 신호를 모사한 값일 수 있다. 프로세서(130)는 를 위치 x, y와 켤레 복소수를 취하여 곱하고 시간에 대하여 적분함으로써 모사한 반사 신호와 수신 안테나(120)가 수신한 반사 신호 간의 상관 관계를 계산할 수 있다. 또한, 송신 안테나(110)가 P 개의 선형 주파수 변조 신호들을 송신하고, 수신 안테나(120)는 P 개의 선형 주파수 변조 신호들 각각에 대응하는 반사 신호를 수신하므로, 프로세서(130)는 모사한 반사 신호와 수신 안테나(120)가 수신한 반사 신호들 각각 간의 상관 관계들의 총합을 계산할 수 있다.
따라서, 프로세서(130)는 모사한 반사 신호와 다수의 표적으로부터 반사된 반사 신호 간의 상관관계의 절댓값이 클수록 큰 반사율을 가진 표적이 xk, yl에 존재한다고 판단할 수 있다. 또한, 모사한 반사 신호와 다수의 표적으로부터 반사된 반사 신호 간의 상관관계의 절댓값이 임계값 이하인 경우, 프로세서(130)는 xk, yl에 표적이 존재하지 않다고 판단할 수 있다.
측방관측의 상황에서는 가 표적의 위치(k,ㅣ)에 따라 변경되지 않으므로, 수학식 1은 콘볼루션으로 표현될 수 있다. 따라서, 프로세서(130)는 공간 불변 시스템(space-invariant system)에 대한 정합 필터링을 적용할 수 있다.
반면, 전방 관측에서는 표적의 위치(k,ㅣ)에 따라 반사 신호가 변경되므로, 프로세서(130)는 표적의 위치(k,ㅣ)에 대응하는 반사 신호를 모사하여 상관 관계를 구함으로써 정합 필터를 공간변화 시스템에 대해서 구현할 수 있다.
또한, 수학식 1을 이산화된 시간 축에 대해서 표현하면 수학식 10내지 수학식 12에 따라 벡터 g 를 얻기 위한 정합 필터링 결과를 계산하기 위한 수학식 2로 변경할 수 있다.
이때, ()H는 켤레 전치를 의미할 수 있다.
또한, 전방 관측 영상 생성을 위해 각 위치에 대한 반사 신호 각각에 대해서 모두 상관관계를 계산하여 영상을 얻어내는 시간 영역 상관관계 기법도 한계가 존재할 수 있다. 예를 들어, 전방을 관측하는 상태에서 좌우 대칭으로 표적이 존재하는 경우, 차량의 좌측에 위치한 표적에 반사된 반사 신호와 차량의 우측에 위치한 표적에 반사된 반사 신호는 동일하므로, 프로세서(130)는 차량의 좌측에 위치한 표적에 반사된 반사 신호와 차량의 우측에 위치한 표적에 반사된 반사 신호를 구별할 수 없다.
즉, 두 표적의 가 동일하므로, 두 표적은 동일한 상관 관계 값으로 계산될 수 있다.
반면, 차량이 곡선 운동을 하는 경우, 차량의 좌측에 위치한 표적에 반사된 반사 신호와 차량의 우측에 위치한 표적에 반사된 반사 신호가 상이하므로, 프로세서(130)는 차량의 좌측에 위치한 표적에 반사된 반사 신호와 차량의 우측에 위치한 표적에 반사된 반사 신호를 구별할 수 있다.
따라서, 프로세서(130)는 차량이 곡선 운동하는 사이에 수신한 반사 신호들을 이용하여 전방 관측 레이더 영상의 좌우를 구별할 수 있다.
이때, 프로세서(130)는 차량의 곡선운동에 대한 경로를 입력받은 경우, 수학식 10과 같은 행렬 A를 생성하여 전방 관측 영상을 생성할 수 있다. 또한, 차량이 곡선 운동을 할 경우, 차량이 직선운동을 하는 상황에 비교해 전방 관측 영상의 좌우 구별이 가능하므로 분해능이 개선될 수 있다.
또한, 시간 영역 상관 관계 기법은 정합 필터링이 공간변화 시스템에 적용된 기법이기 때문에 신호처리 이후의 신호 대 잡음 비를 최대화할 수 있다.
전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)는 차량의 곡선 주행할 때 차량 주변 사물의 존재를 파악해 주차에 도움을 주거나 자동 긴급제동 시스템(Autonomous Emergency Braking: AEB)에 사용될 수 있다.
또한, 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)는 교차로에서 교차하는 차량을 발견할 수 있으므로 교차 차량 알림(Cross Traffic Alert: CTA)에 활용될 수 있다.
그리고, 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)는 라이다(lidar) 및 광학 감지기(카메라 등)에 비하여 날씨에 영향을 받지 않으므로, 비 혹은 안개에 의해 전방 관측이 어려운 상황에서도 동작할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 전방 관측 레이더 영상 생성 장치의 동작을 나타내는 도면이다.
전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)는 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)가 탑재된 차량(200)이 도 2에 도시된 바와 같이 곡선 운동하는 경우, 시간 영역 상관관계 기법이 사용하여 차량의 전방 지면 및 표적(210)들이 포함된 2D 영상을 생성할 수 있다. 이때, TDC는 공간변화 시스템에 대한 정합 필터링을 구현한 기법이므로 가우시안 잡음에 강건할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 전방 관측 레이더 영상 생성 장치가 출력하는 선형 주파수 변조 신호의 일례를 시간-주파수 축에 도시한 일례이다. 이때, S는 선형 주파수 변조 신호 폭이고, B는 대역폭이며, Ts 는 선형 주파수 변조 신호의 반복 주기일 수 있다.
따라서, p번째로 송신하는 신호는 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
이때, K는 B/S이고, fc는 반송 주파수일 수 있다. 또한, 는 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
이때, 연속 시간 변수 t가 가지는 범위는 p 번째 선형 주파수 변조 신호에 대해 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.
p번째 선형 주파수 변조 신호가 다수의 표적으로부터 반사된 경우, 수신 안테나(120)에서 잡음 없이 수신된 반사 신호는 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.
이때, g(xk, yl) 는 지면이 격자로 이루어져 있다고 가정한 경우, 격자의 x, y위치에 따른 반사율일 수 있다. 또한, X는 표적이 존재하는 위치의 x축 방향의 격자 수이고, Y는 표적이 존재하는 위치의 y축 방향의 격자 수일 수 있다. 이때, xk, yl은 지면을 격자로 나눈 위치를 나타내므로 표적이 존재하는 위치를 의미하지는 않을 수 있다. 예를 들어, 해당하는 격자에 표적이 존재하는 경우, g(xk, yl)의 값이 0이 아닐 수 있다. 반면, 해당하는 격자에 표적이 존재하지 않는 경우, g(xk, yl)의 값은 0일 수 있다.
또한, τ는 선형 주파수 변조 신호가 송신 안테나(110)에서 송신된 시간부터 선형 주파수 변조 신호가 표적에서 반사된 반사 신호가 수신 안테나(120)에 수신될 때까지의 시간일 수 있다. 따라서, τ는 수학식 7과 같이 xk, yl에 대한 함수로 표현될 수 있다.
이때, R(t, xk, yl)은 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)와 표적 간의 거리일 수 있다. 표적이 고정된 상태에서 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)가 탑재된 차량이 곡선 운동하는 경우, 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)와 표적 간의 거리는 시간에 의한 함수로 표현될 수 있다. 그리고, 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)는 차량의 주행기록계로부터 차량의 위치를 획득할 수 있다.
수신 신호가 수신 안테나(120)의 믹서를 통과한 다음 샘플링된 결과는 수학식 8과 같이 나타낼 수 있다.
이때, 이고, 이산화된 시간 tf,p 및 시간 τ는 수학식 9와 같이 나타낼 수 있다.
이때, tf는 이산화 된 fast-time이고, f 번째 샘플의 시간을 가리킬 수 있다. tf가 가지는 시간의 범위는 샘플링을 시작하는 시점으로부터 송신하는 선형 주파수 변조 신호가 끝나는 시간인 S까지 이다.
샘플링을 시작하는 시점은 영상을 생성하고자 하는 영역을 고려해서 로 정의될 수 있다. 이때, Rmax는 영상에서 나타날 가장 먼 표적과의 거리를 나타내며 c는 선형 주파수 변조 신호의 전달 속도일 수 있다. 또한, tf의 길이는 F라고 가정할 수 있다.
이때, k, l, f, p는 모두 이산 변수들이므로 수학식 9와 잡음 벡터 n을 고려하면 수학식 10과 같이 행렬과 벡터의 곱과 합으로 나타낼 수 있다.
이때, 벡터 는 잡음이 더해진 상태의 반사 신호이고, P는 송신 안테나(110)가 송신하는 선형 주파수 변조 신호의 총 개수일 수 있다. 또한, 벡터 는 각각의 위치 격자에 해당하는 반사율일 수 있다. 예를 들어, 만약 격자에 표적이 없는 경우, 벡터g는 0의 값을 가질 수 있다. 그리고, 행렬 A는 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
따라서, 수학식 10은 수학식 12로 변형될 수 있다.
따라서, 벡터 z의 크기는 FP1 이고, A의 크기는 FPXY이며, 벡터 x 의 크기는 XY1일 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 믹서를 통과한 반사 신호를 벡터와 행렬의 꼴로 나타냄으로써, 벡터z를 이용하여 벡터 g를 추정할 수 있다.
도 5 내지 도 8은 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)가 도 4에 도시된 바와 같이 점 표적 네 개(430)를 차량 주변에 배치한 다음 차량이 직선 주행하는 경우(410)와 차량이 곡선 주행하는 경우(420)에 생성한 전방 관측 레이더 영상들의 일례이다. 이때, 도 5, 도7 내지 도 8에 도시된 영상은 정규화된 영상이므로 가장 큰 값을 가지는 픽셀값이 1일 수 있다. 따라서 1에 가까운 큰 값을 가질수록 표적이 그 부분에 존재함을 나타내며 0에 가까운 값을 가질수록 그 부분에는 표적이 없음을 나타낼 수 있다.
이때, x축은 차량이 레이다를 작동시키는 순간의 우측으로 향하는 축이고, y 축은 차량이 향하는 방향으로 정의하였으며, z축은 지면을 뚫고 나오는 방향일 수 있다.
또한, 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)의 위치가 (0, 0, 0)으로 정의하고, 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)의 장착 높이가 h일 때 표적들은 바닥에 놓여있음을 가정한 경우, 점 표적(430)들의 z축 방향 위치는 -h일 수 있다. 도 4에서 점 표적(430)들의 위치는 각각 (0,3) ,(1,4), (4,5), (0.6)일 수 있다.
또한, 도 4의 실험에 대한 파라미터는 표1과 같을 수 있다.
Parameter Value
Carrier frequency 77 GHz
Height of the radar 0.5 m
Speed of the vehicle 4 m/s
Yaw rate (only for curved motion)
Bandwidth 300 MHz
Sampling frequency fs 50 kHz
PRI 10 ms
Pulse width 1 ms
The number of fast-time samples F 50
The number of pulses P 64
The number of grids in direction of x X 101
The number of grids in direction of y Y 51
이때, 표1에 따라 fast-time 샘플의 수 F 및 송신 안테나(110)에서 송신하는 선형 주파수 변조 신호의 개수 P 가 결정될 수 있다.
영상(510)은 측정치의 신호 대 잡음 비가 10 dB 인 경우, 직선 운동하는 차량에 탑재된 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)가 생성한 전방 관측 레이더 영상이고, 영상(520)은 측정치의 신호 대 잡음 비가 10 dB 인 경우, 곡선 운동하는 차량에 탑재된 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)가 생성한 전방 관측 레이더 영상이다.
차량이 직선 운동을 할 경우, 좌우의 표적이 같은 거리변화를 가지기 때문에 좌우를 구별할 수 없다. 따라서, 영상(510)에 도시된 바와 같이 좌측에는 점 표적이 존재하지 않는데도 있는 것으로 영상이 밝게 나타나 영상이 좌우가 대칭되어 나타날 수 있다. 반면, 차량이 곡선 운동을 하는 경우, 영상(520)에 도시된 바와 같이 표적이 존재하는 우측에만 표적이 표시될 수 있다.
또한, 영상(510)과 영상(520)을 비교하면 차량이 직선운동을 할 때보다 곡선운동을 할 때, (0,6)에 존재하는 표적에 대하여 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)가 생성하는 전방 관측 레이더 영상의 해상도가 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 6은 (0,6)에만 표적이 존재하는 경우, 차량에 탑재된 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)에서 계산한 x 축 방향으로의 점 분산 함수(Point Spread Function : PSF)들의 일례이다. 이때, y축 방향으로는 거리 해상도에 의해 해상도가 결정되므로, 차량의 운동 방식이 변경되더라도 두 점 분산 함수가 유사할 수 있다.
직선 운동하는 차량에 탑재된 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)에서 계산한 점 분산 함수(610)와 곡선 운동하는 차량에 탑재된 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)에서 계산한 점 분산 함수(620)를 비교하면, 차량이 곡선 운동을 할 때 주엽(main-lobe)의 두께는 작아져서 해상도가 개선되지만, 부엽(side-lobe)의 크기는 커지게 됨을 확인할 수 있다.
또한, 주엽의 -3 dB 폭은 차량이 직선운동을 할 때는 0.24 m이지만 곡선운동 할 때 0.015 m로 향상될 수 있다.
그리고, 점 분산 함수(620)는 차량이 좌측으로 회전함에 따라 좌우가 다른 상관관계 값을 가지게 되어 도 6에 도시된 바와 같이 비대칭의 형상을 가질 수 있다.
영상(710)은 측정치의 신호 대 잡음 비가 0 dB 인 경우, 직선 운동하는 차량에 탑재된 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)가 생성한 전방 관측 레이더 영상이고, 영상(720)은 측정치의 신호 대 잡음 비가 0 dB 인 경우, 곡선 운동하는 차량에 탑재된 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)가 생성한 전방 관측 레이더 영상이다.
시간 영역 상관관계가 정합 필터이기 때문에 필터링 후의 신호 대 잡음 비가 최대화될 수 있다. 따라서, 시간 영역 상관관계는 잡음에 강건하므로, 도 7은 신호와 잡음이 같은 수준임에도 불구하고 신호 대 잡음 비가 10 dB인 도 5와 유사한 형상의 영상일 수 있다.
영상(810)은 측정치의 신호 대 잡음 비가 -10 dB 인 경우, 직선 운동하는 차량에 탑재된 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)가 생성한 전방 관측 레이더 영상이고, 영상(820)은 측정치의 신호 대 잡음 비가 -10 dB 인 경우, 곡선 운동하는 차량에 탑재된 전방 관측 레이더 영상 생성 장치(100)가 생성한 전방 관측 레이더 영상이다.
영상(810)과 영상(820)를 비교하면 직선운동일 때보다 곡선운동일 때의 영상이 해상도도 개선되며 좌우의 구별이 가능할 수 있다. 다만, 잡음이 신호보다 큰 상황에서는 곡선운동일 때 형성된 영상에서 잡음의 영향이 더 크게 나타남을 알 수 있다.
즉, 차량이 곡선 주행할 시에는 정합 필터링을 거친 다음 나타나는 주엽의 두께는 작아서 해상도는 개선되지만, 부엽의 크기는 직선운동일 때보다 조금 더 높은 레벨을 가지기 때문에 잡음이 커질수록 부엽의 크기에 의한 영상의 성능저하가 더욱 두드러져 나타난다. 하지만 측정치의 신호 대 잡음 비가 -5 dB 이상만 되어도 이런 문제점은 크게 완화되기 때문에 곡선운동을 하는 상황일지라도 여전히 잡음에 강건하다고 할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일실시예에 따른 전방 관측 레이더 영상 생성 방법을 도시한 플로우차트이다.
단계(910)에서 송신 안테나(110)는 선형 주파수 변조 신호를 차량의 전방으로 송신할 수 있다.
단계(920)에서 수신 안테나(120)는 단계(910)에서 송신한 선형 주파수 변조 신호가 상기 차량의 변방에 위치한 지면, 또는 표적에 반사된 반사 신호를 수신할 수 있다.
단계(930)에서 프로세서(130)는 반사 신호에 시간 영역 상관 관계 기법을 적용하여 전방 관측 레이더 영상을 생성할 수 있다. 또한, 프로세서(130)는 차량이 곡선 운동하는 사이에 수신한 반사 신호들을 이용하여 전방 관측 레이더 영상의 좌우를 구별할 수 있다.
본 발명은 차량의 곡선 주행할 때 차량 주변 사물의 존재를 파악해 주차에 도움을 주거나 자동 긴급제동 시스템에 사용될 수 있다. 또한, 본 발명은 교차로에서 교차하는 차량을 발견할 수 있으므로 교차 차량 알림에 활용될 수 있다. 그리고, 본 발명은 라이다(lidar) 및 광학 감지기(카메라 등)에 비하여 날씨에 영향을 받지 않으므로, 비 혹은 안개에 의해 전방 관측이 어려운 상황에서도 동작할 수 있다.
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.
110: 송신 안테나
120: 수신 안테나
130: 프로세서

Claims (10)

  1. 선형 주파수 변조 신호를 차량의 전방으로 송신하는 단계;
    상기 선형 주파수 변조 신호가 상기 차량의 변방에 위치한 지면, 또는 표적에 반사된 반사 신호를 수신하는 단계;
    상기 반사 신호에 시간 영역 상관 관계 기법을 적용하여 전방 관측 레이더 영상을 생성하는 단계; 및
    상기 전방 관측 레이더 영상을 이용하여 상기 반사 신호를 모사한 신호를 생성하고, 상기 반사 신호를 모사한 신호와 상기 반사 신호 간의 상관 관계를 계산하는 단계
    를 포함하는 전방 관측 레이더 영상 생성 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상관 관계의 절대값이 임계값을 초과하는 경우, 상기 모사한 신호에 대응되는 위치에 표적이 존재하는 것으로 판단하고,
    상기 상관 관계의 절대값이 임계값 이하인 경우, 상기 모사한 신호에 대응되는 위치에 표적이 존재하지 않는 것으로 판단하는 단계
    를 더 포함하는 전방 관측 레이더 영상 생성 방법.
  4. 선형 주파수 변조 신호를 차량의 전방으로 송신하는 단계;
    상기 선형 주파수 변조 신호가 상기 차량의 변방에 위치한 지면, 또는 표적에 반사된 반사 신호를 수신하는 단계;
    상기 반사 신호에 시간 영역 상관 관계 기법을 적용하여 전방 관측 레이더 영상을 생성하는 단계; 및
    상기 차량이 곡선 운동하는 사이에 수신한 반사 신호들을 이용하여 상기 전방 관측 레이더 영상의 좌우를 구별하는 단계
    를 포함하는 전방 관측 레이더 영상 생성 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 좌우를 구별하는 단계는,
    차량의 좌측 및 우측 중에서 한 곳에 표적이 존재하는 경우, 상기 차량이 곡선 운동하는 사이에 수신한 반사 신호들을 이용하여 상기 차량의 좌측 및 우측 중에서 표적이 존재하는 방향에 표적이 표시된 전방 관측 레이더 영상을 생성하는 전방 관측 레이더 영상 생성 방법.
  6. 선형 주파수 변조 신호를 차량의 전방으로 송신하는 송신 안테나;
    상기 선형 주파수 변조 신호가 상기 차량의 변방에 위치한 지면, 또는 표적에 반사된 반사 신호를 수신하는 수신 안테나; 및
    상기 반사 신호에 시간 영역 상관 관계 기법을 적용하여 전방 관측 레이더 영상을 생성하는 프로세서;
    를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 전방 관측 레이더 영상을 이용하여 상기 반사 신호를 모사한 신호를 생성하고, 상기 반사 신호를 모사한 신호와 상기 반사 신호 간의 상관 관계를 계산하는 전방 관측 레이더 영상 생성 장치.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 상관 관계의 절대값이 임계값을 초과하는 경우, 상기 모사한 신호에 대응되는 위치에 표적이 존재하는 것으로 판단하고, 상기 상관 관계의 절대값이 임계값 이하인 경우, 상기 모사한 신호에 대응되는 위치에 표적이 존재하지 않는 것으로 판단하는 전방 관측 레이더 영상 생성 장치.
  9. 선형 주파수 변조 신호를 차량의 전방으로 송신하는 송신 안테나;
    상기 선형 주파수 변조 신호가 상기 차량의 변방에 위치한 지면, 또는 표적에 반사된 반사 신호를 수신하는 수신 안테나; 및
    상기 반사 신호에 시간 영역 상관 관계 기법을 적용하여 전방 관측 레이더 영상을 생성하는 프로세서;
    를 포함하고,
    상기 프로세서는,
    상기 차량이 곡선 운동하는 사이에 수신한 반사 신호들을 이용하여 상기 전방 관측 레이더 영상의 좌우를 구별하는 전방 관측 레이더 영상 생성 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    차량의 좌측 및 우측 중에서 한 곳에 표적이 존재하는 경우, 상기 차량이 곡선 운동하는 사이에 수신한 반사 신호들을 이용하여 상기 차량의 좌측 및 우측 중에서 표적이 존재하는 방향에 표적이 표시된 전방 관측 레이더 영상을 생성하는 전방 관측 레이더 영상 생성 장치.
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