KR20110019389A - 광대역 ｒｆ 검출 방법 - Google Patents

광대역 ｒｆ 검출 방법 Download PDF

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알카텔-루센트 유에스에이 인코포레이티드
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Abstract

본 발명은 광대역 RF 검출의 방법에 관한 것이다. 이 방법은 구동 경로를 따르는 복수의 송신 위치로부터 신호를 송신하는 단계를 포함할 수 있다. 송신된 신호의 반사는 구동 경로를 따르는 복수의 수신 위치에서 수신된다. 수신 위치의 각각에서의 반사의 도래각에 근거하여 시그니처가 형성된다. 시그니처는 반사의 각각의 대응하는 송신 위치 및 대응하는 수신 위치의 구동 경로를 따르는 거리에 대한 수신 위치의 각각에서의 반사의 도래각을 포함한다.

Description

광대역 ＲＦ 검출 방법{WIDEBAND RF DETECTION}
(정부 계약)
본 발명은 미국 방위 고등 연구 계획국(DARPA)에 의해 주어진 계약 HR0011-06-C-0110, 하청 계약 061033 하에 정부의 지원에 의해 이루어졌다. 정부는 본 발명에 있어서의 일정 권리를 갖는다.
벽-관통 레이더 감지는 한 측면으로부터 빌딩 내의 비교적 좁은 영역에 걸친 물체의 촬상을 위해 고려되어 왔다. 하지만, 종래의 벽-관통 감지는 의미 있는 빌딩 넓이의 특성화에 대한 능력이 부족하다.
복수의 측면으로부터 빌딩의 외관을 재구성하기 위해 합성 개구 레이더(SAR) 기술이 사용되어 왔다. 하지만, 종래의 SAR 기술도 의미 있는 빌딩 넓이의 특성화에 대한 능력이 부족하다.
본 발명은 광대역 RF 검출의 방법에 관한 것이다. 한 실시예에서, 방법은 구동 경로를 따르는 복수의 송신 위치로부터 신호를 송신하는 단계를 포함한다. 송신된 신호의 반사(reflection)는 구동 경로를 따르는 복수의 수신 위치에서 수신된다. 수신 위치의 각각에서 반사의 도래각(arrival angle)에 근거하여 시그니처(signature)가 형성된다.
시그니처는 각 반사의 대응하는 송신 위치 및 대응하는 수신 위치의 구동 경로를 따르는 거리에 대한 수신 위치의 각각에서의 반사의 도래각을 포함한다.
시그니처는 대응하는 송신 신호의 송신 시간에 대한 구동 경로를 따르는 수신 위치의 각각에서의 수신된 반사의 경로 지연을 포함한다.
시그니처는 구동 경로를 따르는 수신 위치의 각각에 있어서의 각 반사의 대응하는 송신 위치 및 대응하는 수신 위치의 구동 경로를 따르는 거리에 대한 수신 위치의 각각에서의 반사의 도래각의 그램 플롯(gram plot)으로서 표현된다. 수신된 반사의 경로 지연을 나타내기 위해 착색이 사용된다.
시그니처에 대한 수신된 반사를 얻기 위해 구동 경로를 따라 빔 형성이 행해진다. 수신된 반사의 도래각은 각 대응하는 한 쌍의 송신/수신 위치에 대한 행렬의 열(column)의 복수의 빈(bin)에 걸쳐 분배된다. 빈은 반사의 복잡한 경로의 진폭으로 채워지고, 행렬의 각 열은 한 쌍의 송신/수신 위치에 대응한다.
구조의 내부는 시그니처에 근거하여 반사의 도래각의 궤적을 매칭하여 구조 내의 코너를 식별함으로써 추정된다.
본 특허 또는 출원은 적어도 하나의 컬러로 그려진 도면을 포함한다. 컬러 도면이 있는 본 특허 또는 특허 출원 공보의 사본은 요청 및 필요한 수수료 납입에 따라 특허청에 의해 제공될 것이다.
예시적인 실시예는 이하에 있는 상세한 설명 및 첨부된 도면으로부터 보다 완전히 이해될 것이고, 동일한 요소는 동일 참조 번호로 표시되며, 그 예시적인 실시예는 예시의 목적으로만 주어졌으며 본 발명을 제한하는 것은 아니다.
도 1은 두 벽의 교차에 의해 형성된 2면각의 코너로부터의 반사의 종합적인 형상을 나타낸다.
도 2는 그 곡률이 비율 R/d에 의존하는 각도 코사인 궤적의 정규화된 플롯을 나타낸다.
도 3(a)~도 3(c)는 각각 예시적인 빌딩의 평면도, 측면도, 정면도를 나타낸다.
도 4(a)~도 4(c)는 각각 xR=1, xR=10, xR=21인 세 가지 예시적인 광선 프레임을 나타낸다.
도 5는 도 4(a)에 포함된 예에 대한 경로 손실 대 양자화된 AoA 코사인을 나타낸다.
도 6은 길이 64의 블랙맨 윈도우(Blackman window)의 고속 푸리에 변환의 예를 나타낸다.
도 7은 도 5에 대응하는 예시적인 시뮬레이션된 빔 형성기 응답 시퀀스의 한 프레임을 나타낸다.
도 8은 예시적인 경로 지연의 HSV(Hue-Saturation-Value) 컬러 맵을 나타낸다.
도 9(a)는 빈 빌딩에 대한 구동 경로를 따르는 예시적인 시뮬레이션된 빔 형성기 스냅샷의 강도를 나타내는 그램 플롯을 나타낸다.
도 9(b)는 도 9(a)의 빌딩을 폐쇄하고 그 빌딩에 대한 구동 경로를 따르는 예시적인 시뮬레이션된 빔 형성기 스냅샷의 강도를 나타내는 그램 플롯을 나타낸다.
도 9(c)는 도 9(a)에 나타낸 그램과 도 9(b)에 나타낸 그램 사이의 차이를 나타내는 그램 플롯을 나타낸다.
도 10(a)~도 10(c)는 각각 (a) x, (b) y, (c) z 차원을 따르는 구동 경로에 있어서의 0.1m 변경의 효과를 나타내는 그래프를 나타낸다.
본 발명의 몇몇 예시적인 실시예를 나타낸 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 예시적인 실시예를 보다 완전히 설명할 것이다. 도면에서, 층의 두께 및 영역은 명확성을 위해 과장되었다.
본 발명의 상세한 예시적인 실시예는 여기에 개시된다. 하지만, 여기에 개시된 구체적인 구조적이고 기능적인 상세한 설명은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하기 위한 예시에 불과하다. 하지만, 본 발명은 많은 다른 형태로 구현될 수 있고, 여기에 설명한 실시예에만 한정되는 것으로 여겨져서는 안 된다.
따라서, 본 발명의 예시적인 실시예는 다양한 변경 및 다른 형태가 가능하지만, 그 실시예를 도면에 예로서 나타내고 여기에서 상세하게 설명할 것이다. 하지만, 본 발명의 예시적인 실시예를 개시된 특정한 형태로 한정하려는 의도는 없으며, 오히려, 본 발명의 예시적인 실시예는 본 발명의 범위 내에서 모든 변경, 등가물, 대안을 포함할 수 있음이 이해되어야 한다. 도면의 설명에 걸쳐 동일한 숫자는 동일 요소를 의미한다.
제 1, 제 2 등의 용어가 다양한 요소를 설명하기 위해 여기에서 사용될 수 있지만, 이들 요소는 이들 용어에 의해 제한되어서는 안 될 것임이 이해될 것이다. 이들 용어는 한 요소를 다른 요소와 구분하기 위해서만 사용된다. 본 발명의 예시적인 실시예의 범위를 벗어나지 않고서, 예컨대, 제 1 요소는 제 2 요소로 언급될 수 있고, 마찬가지로, 제 2 요소는 제 1 요소로 언급될 수 있다. 여기에서 사용되는 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 관련된 리스트에 기재된 항목의 모든 조합을 포함한다.
요소가 다른 요소에 "접속된다" 또는 "연결된다"고 하면, 다른 요소에 직접적으로 접속 또는 연결될 수 있거나 개재 요소가 존재할 수 있다는 것이 이해될 것이다. 한편, 요소가 다른 요소에 "직접적으로 접속된다" 또는 "직접적으로 연결된다"고 하면, 존재하는 개재 요소는 없다. 요소간의 관계를 설명하기 위해 사용되는 다른 단어는 마찬가지로 해석되어야 한다(예컨대 "사이" 대 "직접적으로 사이", "인접" 대 "직접적으로 인접").
여기에 사용되는 용어는 특정한 실시예를 설명하는 것만을 목적으로 하고 본 발명의 예시적인 실시예를 한정하도록 의도되지 않았다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 문맥에서 명확하게 표시하지 않는 한, 단수형 표현은 복수형 표현도 포함하도록 의도되었다. "포함한다"는 용어는, 여기에서 사용되면, 정해진 특징, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 특징, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 그 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 것임이 이해될 것이다.
몇몇 다른 이행에 있어서, 언급되는 기능/동작은 도면에 언급된 순서와 다른 순서로 일어날 수 있는 것을 알아야 한다. 예컨대, 연속하여 도시된 두 도면은 사실 실질적으로 동시에 실행될 수 있고 또는 종종 관련된 기능성/동작에 따라 역순으로 실행될 수 있다.
예시적인 실시예는 센서의 어레이와 함께 광대역 RF 프로브 신호를 사용하여 구조, 예컨대 빌딩 구조 내의 변화를 감지할 수 있다. 고유의 전체적 빌딩 시그니처를 형성하기 위해 빌딩의 외부의 송신/수신(Tx/Rx) 구동 경로를 따라 복수의 빔 형성기 스냅샷이 찍힐 수 있다(예컨대, 패턴 인식 문제의 "특징 추출" 단계에서).
스펙트로그램(예컨대 시간 및 주파수에 걸친 강도로 셰이딩되는 2차원 플롯으로 구성되는 분석 음성 패턴을 디스플레이하기 위해 사용되는 것과 유사한 스펙트로그램)이 내부 빌딩 구조에 대한 디스플레이로서 사용될 수 있다. DTW(Dynamic Time Warping), HMM(Hidden Markov Models) 등을 포함하는 스펙트로그램 패턴의 분석 및 인식을 위한 잘 확립된 디지털 신호 처리 기술이 있다. 한 차원의 각 및 다른 차원의 구동 경로를 따르는 거리에 걸쳐 빔 형성기 출력 진폭을 강도로 나타내고, 경로 시간 지연을 나타내도록 컬러가 부가된 "그램" 타입 디스플레이가 사용될 수 있다. 디스플레이 시그니처의 그램 타입이 수집되어 각 관심 빌딩 또는 구조에 대하여 계속 파일링될 수 있고, 또한/또는 빌딩 또는 구조 내의 현저한 변화를 검출하기 위해 주기적으로 감시될 수 있다.
예시적인 실시예는 구동 경로를 따르는 복수의 이동 Tx/Rx 위치에 걸쳐 후방 산란 데이터를 생성하기 위해 실제 빌딩의 물리적 측정으로 그램 디스플레이를 개발하고 시뮬레이션하기 위해 광선 추적 방법을 채용할 수 있다. 광선 경로의 종적 플롯, 경로 손실, 시뮬레이션된 빔 형성기 응답 및/또는 합성 그램 디스플레이를 디스플레이하기 위해 물리 측정으로부터의 데이터가 처리될 수 있다(예컨대, 매트랩 루틴을 사용하여). 시뮬레이션은 빌딩 내에 위치한 장애물의 검출 능력과, 구동 경로의 작은 변화에 대한 확립된 로버스트성(robustness)을 판정하도록 개발될 수 있다.
Tx/Rx 위치가 구동 경로를 따라 이동함에 따라, 내부 빌딩 벽에 의해 형성되는 코너로부터의 경면 반사(specular reflection)는 고유한 로버스트 시그니처를 형성한다. 예컨대, 한 코너로부터의 2차원 경면 반사의 형상을 기대되는 응답의 예로서 이하에 설명한다. 이들 경면 반사의 특징적 행동은 후술하는 그램 플롯을 해석하기 위해 이후에 사용된다.
도 1은 위에서 보았을 때 두 벽의 교차에 의해 형성된 2면각의 코너로부터의 반사의 종합적인 형상을 나타낸다. x축상의 x-d/2로부터 (0, R)의 코너를 향해 특정한 도래각 θ로 광선이 송신되고 반사된 광선은 x+d/2에 위치한 수신기에 도달한다. 주어진 Tx/Rx x축 거리 d 및 y축 범위 R에 대하여, 이하의 식 (1) 및 (2)에 나타낸 바와 같이, 도래각 θ는 이 형상으로부터 고유하게 결정된다. Tx/Rx x축 거리 d는, x가 Tx 광선과 Rx 광선 사이의 중간점일 때, x-d/2로 표시되는 광선의 송신과 x+d/2에 위치하는 수신기 사이의 x축상의 거리일 수 있다. 범위 R은 구동 경로로부터 병렬 대향 빌딩 벽으로의 y축상의 거리일 수 있다.
x≤-d/2라고 가정하면, 반사는 벽 교차의 좌측의 코너로부터 온다. 도 1의 (x, 0)으로부터 (0, R)로의 점선은 Tx와 Rx 광선 사이의 중간이다. tanθ는 다음 식에 따라 계산되는 것을 알 수 있다.
Figure pct00001
식 (1)을 cosθ에 대해 다시 쓰고 도 1의 대칭을 주목하면, 각도 코사인 궤적은 다음 식에 따라 계산될 수 있다.
Figure pct00002
도 2는 식 (2)의 정규화된 플롯이며, 그 곡률이 비율 R/d에 의존하는 특성 궤적을 나타낸다. 도 2에서, 2면각 코너 반사로부터의 각도 코사인이, R/d=2, 5, 10, 20, 50인 정규화된 횡단 거리의 함수로 도시된다. 이 특징적 행동은 그램 플롯을 해석하기 위해 다음 섹션에서 사용될 것이다. 예시적인 실시예는 2차원 좌표계에서 도래각 θ를 계산하는 것으로 설명했지만, 예시적인 실시예는 그것에 한정되지 않고, 도래각 θ는 3차원 좌표계에서 계산될 수 있다.
도 3(a), 도 3(b), 도 3(c)는 각각 예시적인 빌딩의 평면도, 측면도, 정면도를 나타낸다. 빌딩의 토대의 전체적인 (x, y) 차원은 22.86m×21.64m이고 3차원 (x, y, z)에서 적절한 빌딩은 22.56m×9.14m×7.62m이다.
도 3(a)~도 3(c)에 도시된 예시적인 빌딩에 나타낸 벽의 형상 및 사양에 근거하여 빌딩 시그니처를 형성하기 위해 2.4㎓의 동작 주파수를 갖는 광대역 RF 프로브 신호를 사용하는 예시적인 실시예가 이하에 설명된다. 예컨대, 광대역 임펄스 응답을 획득하기 위해 무선 시스템 엔지니어링(WiSE) 광선 추적 모델(예컨대, 시뮬레이터)이 사용된다. 임펄스 응답은 송신된 광대역 RF 임펄스에 대한 수신된 신호의 시간 응답이다.
예시적인 실시예에서, WiSE 모델 내에서 공칭 조건 및 파라미터 값을 규정하기 위해 Tx 및 Rx 위치라는 변수를 갖는 포괄적인 입력 파일이 기입될 수 있다. 이 특정한 예시적인 실시예에서, nbounce는 5로 설정되고, betamax는 1.0×10-9로 설정되고, 역치는 100으로 설정된다. 광대역 임펄스 응답을 획득하기 위한 WiSE 모델에 대한 조건 및 파라미터가 상이하더라도 이는 예시적인 실시예 내에 있을 수 있음에 유의해야 한다. Tx/Rx 위치는 구동 경로를 따라 선형적으로 변할 수 있고, WiSE 임펄스 응답과 같은 복수의 임펄스 응답의 세트를 획득한다. 하지만, 예시적인 실시예는 그것에 한정되지 않고, Tx/Rx 위치는 3차원 공간의 어떤 방향으로도 변할 수 있다. Tx/Rx 위치를 변하게 하는 처리는, 순차적으로 Tx/Rx 변수 이름에 대한 수치를 치환하고, WiSE 루틴(예컨대, 썬 울트라 워크스테이션상에서)을 실행하고, 출력 데이터를 하나의 파일에 연관시키는 유닉스 쉘 스크립트를 사용하여 자동화될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 일정한 y 및 z 위치에서 x축 Tx 위치는 초기 위치로부터 종료 위치까지 같은 증가량으로 변할 수 있고, 또한/또는 수신 위치 Rx는 고정된 x축 거리로 송신 위치 Tx를 추적할 수 있다. 하지만, 구동 경로는 모든 소망하는 또는 미리 정해진 방향으로 변할 수 있다. 각 임펄스 응답은 각 광선 경로에 대하여 복잡한 경로의 진폭, 지연, 방위각을 나타내는 계산된 광선 경로의 리스트와, 상승 발사각 및 도래각을 포함할 수 있다. 광선 경로는 송신되는 발사각 및 수신되는 도래각일 수 있다. 후술하는 바와 같이, 이 "드라이브 바이(drive-by)" 시나리오에서 생성된 응답의 반복 실행(multiple-run) 출력 파일은 다양한 동적 디스플레이 루틴에서 사용될 수 있다.
예컨대, 송신기 위치(미터(meter)로 표시)가 (x T , y T , z T )=(-5:1:28, -7.5, 2.5)로 선택되고, 원래의 송신기 위치는 도 3(a)~도 3(c)에 나타낸 예시적인 빌딩의 좌측 하단 전면 코너이고, 각 예에서 Rx가 (x R , y R , z R )=(x T +1, y T , z T )에 위치하는, 즉 Tx에서 우측으로 1m 시프트하는 예시적인 실시예를 이하에 설명한다. 예컨대, 송신 위치 Tx는, 예시적인 빌딩의 전면 에지로부터 7.5m 떨어져 있고, 2.5m의 높이에 있으며, 좌측으로부터 5m에서 시작해서 우측으로부터 28-22.86=5.14m에서 끝나는 구동 경로를 가로지른다.
Tx/Rx 위치가 전진함에 따른 광선 경로의 전진은, 예컨대 드라이브 바이 "무비"로서 판정 및/또는 디스플레이될 수 있다(예컨대, 매트랩 프로그램을 사용하여). 드라이브 바이 무비 디스플레이는 프레임에서 프레임으로 이어질 수 있고(예컨대 리턴 키를 누름에 따라), 각각의 프레임을 인쇄하는 능력을 갖는다.
도 4(a), 도 4(b), 도 4(c)는 각각 xR=1, xR=10, xR=21인 세 가지 예시적인 광선 프레임을 나타낸다. 도 4(a), 도 4(b), 도 4(c)의 직사각형은 도 3(a)에 도시된 빌딩의 기대를 포함하지 않는 평면도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 일반적으로 90°에 가까운 앞의 벽 및 뒤의 벽으로부터의 몇몇 리턴(return)이 있고, 내부 벽으로부터의 코너 반사가 있는데, 이들은 프로빙의 두드러진 특징을 나타내며, 특정한 빌딩에 대한 고유의 시그니처를 생성한다.
마찬가지로, 수신된 방위 도래각(AoA)에 따른 광선 경로 손실이 판정 및/또는 디스플레이될 수 있다(예컨대, 매트랩 프로그램을 사용하여). 광선 경로 손실은 광선 경로의 송신 강도와 수신 강도 사이의 차이일 수 있다. 예컨대, 빔 형성 처리는 시뮬레이션될 수 있고, 시뮬레이션된 응답은 각도 코사인에 관하여 플롯될 수 있어 응답은 조향각(steering angle)에 따라 변하지 않는다.
예시적인 실시예에서, AoA 코사인은 양자화될 수 있다(예컨대, 1에서 -127/128의 128 단계(0도에서 172.83도)). 각 수신 위치 XR에 대하여, 열 벡터, 예컨대 128×1 열 벡터가 생성된다. 즉, 각 수신 위치 XR에 대하여, 128빈(양자화된 AoA 코사인을 나타냄)이 각각의 광선의 대응하는 복소수 경로의 진폭으로 채워진다.
도 5는 도 4(a)에 포함된 예에 대한 경로 손실 대 양자화된 AoA 코사인을 나타내며, 이하와 같이 용이하게 비교될 수 있다. 도 4(a)의 세 개의 가장 작은 각은 72.5040도, 51.1910도, 38.7330도이다. 코사인 공간에서, 세 개의 가장 작은 각은 각각 도 5에 나타낸 AoA 코사인 값 0.2969, 0.6250, 0.7812로 바뀌는 빈 46, 25, 15로 양자화된다. AoA 코사인 값의 아크 코사인을 취함으로써 도 4(a)의 본래의 각도에 비교적 가까운 각각의 양자화된 각도 72.7300도, 51.3178도, 38.6248도가 주어진다. 비교적 0(90도)에 가까운 다른 AoA 코사인 리턴은 앞의(예컨대 보다 강한) 벽 및 뒤의(예컨대 보다 약한) 벽의 반사에 대응하고, 도시된 바와 같이 내부의 반사로부터의 리턴의 중간 강도의 경계를 대략적으로 나타낸다. 예컨대, 도 4(a)로부터, 트리플 바운스에 대응하는 제 3의 정상에 가까운 리턴이 실제로 있다고 볼 수 있지만, 이는 도 5의 실제의 벽 반사에 포함되는데, 같은 양자화된 빈에 들어가기 때문이다.
예시적인 실시예에 따르면, 빔 형성은 주어진 방향으로부터 도달하는 요소에 우선권을 주고 다른 방향으로부터 도달하는 요소를 거부하는 신호를 얻기 위해 활용될 수 있다. 예시적인 실시예에서, 특유의 빔 패턴으로 각도 코사인 응답을 컨벌루션함으로써 시뮬레이션된 빔 형성이 행해질 수 있다. 예컨대, 시뮬레이션된 빔 형성은, 코사인 공간 응답의 역 FFT(IFFT)를 취하고, M포인트 블랙맨 윈도우를 곱하고, FFT를 취함으로써, 고속 푸리에 변환(FFT)을 사용하여 행해질 수 있다. 블랙맨 윈도우의 길이는 약 2/M 라디안인 빔 분해능을 결정한다. 여기서 M은 빔 형성기를 구성하는 등가 어레이 소자의 수로서 해석될 수 있다.
도 6은 길이 64의 블랙맨 윈도우의 FFT의 예를 나타내고, 메인 로브의 폭 및 사이드 로브의 레벨에 관해서는, 가우스 형태와 핸 윈도우(Hann window)의 가우스 형태 사이의 중간체이다. 따라서, 시뮬레이션된 빔 형성기 응답은, 예컨대 다른 드라이브 바이 프로그램을 사용하여 블랙맨 윈도우의 FFT에 근거하여 디스플레이될 수 있다.
도 7은 도 5에 대응하는 예시적인 시뮬레이션된 빔 형성기 응답 시퀀스의 한 프레임을 나타낸다. 예컨대, 도 7은 도 5의 응답과 도 6의 윈도우 응답을 컨벌루션한 결과인 응답을 나타낸다.
상술한 바와 같이, 빔 형성기 출력은 경로 시간 지연을 나타내기 위해 부가된 색을 사용하여(예컨대 매트랩 이미지 루틴을 사용하여) 한 차원의 각도 코사인 대 다른 차원의 구동 경로 거리에 걸친 강도로서 디스플레이될 수 있다. 빔 형성기 출력 디스플레이의 각 요소의 상세를 이하에 보다 상세하게 설명한다.
예시적인 실시예에서, 리턴의 진폭은 Amin과 Amax(예컨대 ㏈ 단위) 사이의 사용자가 선택한 범위로 제한될 수 있고 이미지 함수가 예상하는 범위 0~1을 커버하도록 스케일될 수 있다. 강도가 사용자가 선택한 지수 gam까지 상승하는 감마 대비 향상법(gamma contrast enhancement)이 사용될 수 있다. 이 처리는 128 각도 코사인 빈에 걸쳐 행해져 Nx 구동 경로 xR 위치의 각각에 대하여 128×Nx 행렬의 1열을 형성한다. 결과적인 행렬은 그램의 단색 버전일 수 있으며 후술하는 바와 같이 지연 데이터에 의해 채색된다.
경로 지연은 마찬가지로 Tmin과 Tmax 사이로 제한될 수 있고 0에서 1로 스케일될 수 있다. 스케일된 지연 값은 hsv(hue-saturation-value) 함수(예컨대, hsv 매트랩 함수)의 처음 43개의 빈에 색인을 붙일 수 있다.
도 8은 선택된 지연 범위에 대응하는 처음 43개의 빈에 걸쳐 적색에서 청색으로 변하는 예시적인 경로 지연의 hsv 컬러 맵을 나타낸다. 각도/거리 단색 이미지의 각 픽셀에 대하여 3개의 채도 출력이 있고, 3개의 채도 출력은 128×Nx×3개의 텐서를 생성하기 위해 사용되고, 3개의 128×Nx 행렬의 각각은 단색 행렬과 3개의 128×Nx 채도 행렬 중 하나의 곱이다. 채도 행렬의 각 열은 광선 리턴의 각도 코사인에 대응하는 제한되고 스케일된 지연 값으로 채우고, 시뮬레이션된 빔 패턴을 생성하기 위해 사용된 것과 같은 IFFT/블랙맨(M)/FFT 처리를 사용함으로써 계산될 수 있다. 따라서, 채색은 강도에 따라 빔 패턴에 걸쳐 채색된다.
마지막으로 디스플레이된 이미지 텐서는 차원 128×Nx×3일 수 있고, 여기서 128은 각도 코사인 빈의 수이고, Nx는 경로 지연을 나타내는 3개의 채도 요소를 갖는 x축 구동 경로를 따르는 빔 형성기 스냅샷의 수이다. 따라서, 도 9(a)~도 9(c) 및 도 10(a)~도 10(c)에 나타내고 이하에 설명하는 것처럼 마지막 이미지 텐서가 디스플레이될 수 있다(예컨대 매트랩 프로그램을 사용하여).
도 9(a)는 빈 빌딩에 대한 구동 경로를 따르는 예시적인 시뮬레이션된 빔 형성기 스냅샷의 강도를 나타내는 그램 플롯을 나타낸다. 예컨대, 그램 플롯은 이전과 동일한 (x T , y T , z T )=(-5:1:28, -7.5, 2.5) 구동 경로, 등가 M=64 요소 빔 형성기, -140~-8㏈의 진폭 제한, 4의 감마 지수, 50~250㎱의 지연 제한을 사용하여 생성되었다. Tx/Rx가 직접적으로 빌딩의 앞에 있다면(예컨대, 1~24의 Rx 거리) 0의 AoA 코사인(90도) 근방에 수평 스트라이프가 나타난다. 수평 스트라이프는 앞의 벽(적색), 뒤의 벽(녹색), 앞/뒤의 벽 트리플 바운스(청색)로부터의 직각에 가까운(90도) 리턴에 대응하고, 컬러는 서로 다른 경로 지연 사이에서 구별된다. 곡선의 세그먼트는 형태(예컨대, 도 2에 나타낸 바와 같음)와 컬러가 상대 각도 및 코너로부터 Tx/Rx 위치로의 거리를 나타내는, 내부 벽으로부터의 코너 반사에 대응한다. 이 특징(예컨대 형태와 컬러)은 내부 구조를 식별하기 위해 사용될 수 있다.
도 3(a)~도 3(c)에 "×"로 마크된 박스에 의해 나타낸 것과 같이, 인공적인 장애물이 (6, 4, 0) 및 (8, 6, 2)에 위치한 대각부를 갖는 완전 반사의 2m 정육면체로서 예시적인 빌딩 모델의 내부에 위치했다.
도 9(b)는 이 장애물이 도입된 후의 그램 플롯을 나타낸다. 도 9(a)와의 비교는, 4~12의 Rx 거리에 대한 뒤의 벽의 리턴의 일부 및 19~23의 Rx 거리에 대한 사선의 코너 반사의 일부가 정육면체에 의해 보이지 않게 되는 두 가지의 주요한 차이를 나타낸다. 도 9(c)는 도 9(a)에 나타낸 그램과 도 9(b)에 나타낸 그램 사이의 차이를 나타내는 그램 플롯을 나타낸다.
현실의 세계에서는, 정확하게 같은 구동 경로가 반복될 수 없으므로, 차별적인 그램 기술의 로버스트성은 구동 경로에 있어서의 비교적 작고 불분명한 차이에 대한 감도에 의존할 수 있다. 도 10(a)~도 10(c)는 각각 (a) x, (b) y, (c) z 차원을 따르는 구동 경로에 있어서의 0.1m 변경의 효과를 나타내는 그래프를 나타낸다. 이들 플롯의 셰이딩 강도를 도 9(c)와 비교함으로써, 구동 경로에 있어서의 0.1m 변경은 2m 정육면체에 의해 유도된 차이에 비교할만한 것임을 나타낸다. 따라서, 예시적인 실시예에 따른 방법은 비교적 적당한 기하학적 오차에 강할(robust) 수 있다.
예시적인 실시예에 따르면, 광선 추적 방법은 드라이브 바이 시나리오에 있어서 시뮬레이션된 빌딩으로부터 후방 산란 데이터를 생성할 수 있다. 데이터는 빔 형성기 출력 진폭을 한 차원에서는 각도에 따른 강도로, 다른 차원에서는 구동 경로를 따르는 거리로, 경로 시간 지연을 나타내기 위해서는 컬러가 부가되어 나타내는 "그램" 디스플레이를 획득하기 위해 사용될 수 있다. 방의 코너로부터의 경면 반사는 빌딩 내부의 강한 동적 시그니처를 형성할 수 있다. 상술한 바와 같이, 빌딩 내의 장애물은 약 0.1m보다 작은 구동 경로 변화에 의해 유도된 차이를 비교함으로써 용이하게 확실히 검출될 수 있다.
하나의 이동 가능한 Tx 및 Rx 안테나를 사용한 실제 측정은 다른 예시적인 실시예에 따른 실시간 빔 형성기 출력을 시뮬레이션하기 위해 처리될 수 있다. 두 그램이 달라지기 전에 최적으로 조정하기 위해, 구동 경로 및 차량 속도 기록에 있어서의 알려진 차이를 보상하도록 같은 빌딩의 서로 다른 드라이브 바이 실행으로부터의 데이터를 미리 처리하는 것은, 음성 신호 처리로부터의 상술한 DTW 기술을 사용하여 행해질 수 있다.
예시적인 실시예는 소망하는 대상과 소망하지 않는 대상을 구별하는 음성 인식 HMM을 적용함으로써 시야 내의 이동하는 또는 정지한 대상에 관하여 외부 환경의 효과를 평가할 수 있다. 검출 능력을 보다 개선하기 위해, Tx/Rx 안테나 높이 및 수평/수직 분극의 효과는 소망하는 또는 미리 정해진 레벨로 조정될 수 있다.
다른 예시적인 실시예에 따르면, 빌딩의 내부 구조는 그램 데이터로부터 추론될 수 있다. 예컨대, 식 (2) 및 도 2의 분석 형식은 그램으로부터 각각이 벽 코너를 식별할 수 있는 궤적을 매칭하기 위해 사용될 수 있다. 식 (2) 및 도 2의 분석 형식은 빌딩의 내부 벽 구조 및/또는 빌딩 또는 구조 내의 특정한 리턴을 가리는 장애물의 위치를 나타내기 위해 합쳐질 수 있다.
따라서 설명한 예시적인 실시예는 많은 방식으로 변경될 수 있음이 명백할 것이다. 그러한 변경은 본 발명으로부터 벗어난 것으로 여겨져서는 안 되고, 그러한 모든 변경은 본 발명의 범위 내에 포함되도록 의도된다.

Claims (10)

  1. 구동 경로를 따르는 복수의 송신 위치로부터 신호를 송신하는 단계와,
    상기 구동 경로를 따르는 복수의 수신 위치에서 상기 송신된 신호의 반사를 수신하는 단계와,
    상기 수신 위치의 각각에서 상기 반사의 도래각(arrival angle)에 근거하여 시그니처(signature)를 형성하는 단계를 포함하는
    방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 시그니처는 상기 반사의 각각의 대응하는 송신 위치 및 대응하는 수신 위치의 상기 구동 경로를 따르는 거리에 대한 상기 수신 위치의 각각에서의 상기 반사의 상기 도래각을 포함하는
    방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사의 각각의 도래각은 이하의 식에 따라 계산되며,
    Figure pct00003

    여기서, θ는 특정한 반사의 도래각이고, x는 대응하는 수신 위치의 x축 위치이고, d는 상기 x축 범위를 따르는 상기 특정한 반사에 대한 상기 대응하는 송신 위치와 상기 대응하는 수신 위치 사이의 상기 구동 경로를 따르는 거리이며, R은 상기 구동 경로로부터 상기 특정한 반사의 반사점까지의 y축을 따르는 거리인
    방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 시그니처는 상기 구동 경로를 따르는 상기 수신 위치의 각각에서의 상기 수신된 반사의 강도를 포함하는
    방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 시그니처는 대응하는 송신 신호의 송신 시간에 대한 상기 구동 경로를 따르는 상기 수신 위치의 각각에서의 상기 수신된 반사의 경로 지연을 포함하는
    방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동 경로를 따르는 상기 수신 위치의 각각에서의 상기 반사의 각각의 대응하는 송신 위치 및 대응하는 수신 위치의 상기 구동 경로를 따르는 거리에 대한 상기 수신 위치의 각각에서의 상기 반사의 상기 도래각의 그램 플롯(gram plot)에 상기 대응하는 송신 신호의 송신 시간에 대한 상기 수신된 반사의 경로 지연을 착색하여 상기 시그니처를 표현하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 착색의 강도는 상기 구동 경로를 따르는 상기 수신 위치의 각각에서의 상기 수신된 반사의 강도를 나타내는
    방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 수신된 반사의 상기 도래각에 따라 경로 손실이 계산되고,
    상기 경로 손실은 상기 송신된 신호의 강도와 상기 수신된 반사의 강도의 차이인
    방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 시그니처에 대한 상기 수신된 반사를 얻기 위해 상기 구동 경로를 따라 빔 형성을 행하는 단계를 더 포함하는
    방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    각 대응하는 한 쌍의 송신/수신 위치에 대한 행렬의 열(column)의 복수의 빈(bin)에 걸쳐 상기 수신된 반사의 상기 도래각을 분배하는 단계를 더 포함하되,
    상기 빈은 상기 반사의 복소수 경로 진폭으로 채워지고, 상기 행렬의 각 열은 한 쌍의 송신/수신 위치에 대응하는
    방법.
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