KR20150055279A - Vehicle radar using azimuth high resolution processing algorithm and operating method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 차량용 레이더에 관한 것으로서, 특히, 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 선택적으로 사용하도록 하는 차량용 레이더 및 그 운용 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
최근 자동차에 적용되는 센서로 운전자에게 편의를 제공하고 사고의 위험을 방지하기 위한 용도로 레이더가 적용되고 있다. 일반적으로 레이더는 군수용 목적으로 사용되었기 때문에 비용, 크기, 무게 등의 제약이 크지 않았으나 차량용 레이더의 경우는 저가격, 소형화, 경량화가 요구되며 그 성능 또한 높은 수준을 요구하고 있다.In recent years, radar has been applied to automobiles to provide convenience to drivers and to prevent accidents. In general, radar is used for military purposes, so it is not limited in terms of cost, size, and weight. However, in the case of a vehicle radar, low cost, small size, and light weight are required.
차량용 레이더에서 각도 분해능을 향상시키기 위해서는 안테나 개구면을 넓히거나 연산량이 큰 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 통해 각도 분해능을 향상시키는 것이 일반적이다.In order to improve the angular resolution in automotive radar, it is common to increase the angular resolution by widening the antenna aperture or by using an azimuthal high-resolution signal processing algorithm with high computational complexity.
그러나 안테나 개구면을 넓히게 되는 경우 하드웨어 부품 수가 증가하게 되고 제품의 크기가 커져 소형화 및 저가격이 요구되는 차량용 레이더에 적합하지 않다.However, if the antenna aperture is widened, the number of hardware components is increased and the size of the product is increased, which is not suitable for a vehicle radar requiring miniaturization and low cost.
또한 방위각 고분해능 신호처리는 일반적으로 연산 시간이 오래 걸리며 표적의 개수 추정이 정확하지 않은 경우 오표적을 유발할 가능성을 가지고 있어 모든 표적 탐지에 적용하는 경우 연산량 증대 및 오표적이 다발적으로 생성될 수 있다.In addition, azimuthal high-resolution signal processing generally takes a long time to calculate, and when the number of targets is not accurate, it may cause an error. Thus, when applied to all target detection, .
따라서 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 표적의 각도 정보를 획득하여 획득된 각도 정보의 신뢰도를 산출하고 그 산출된 각도 정보의 신뢰도에 따라 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 선택적으로 적용하며 획득된 각도 정보의 신뢰도를 추적 필터의 계수 도출에 적용하도록 하는 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더 및 그 운영 방법을 제공하는데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method and apparatus for calculating reliability of angle information obtained by acquiring angle information of a target and selectively processing an azimuth high-resolution signal processing algorithm according to the reliability of the calculated angle information And applying the reliability of the obtained angle information to the derivation of the coefficient of the tracking filter, and a method of operating the radar.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the objects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 관점에 따른 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더는 업첩(up-chirp) 신호와 다운첩(down-chirp) 신호로 구성된 초고주파 신호를 발생하여 발생된 상기 초고주파 신호를 송신 안테나를 통해 송신하는 RF 모듈; 표적에 반사된 초고주파 신호를 디지털 신호로 변하는 ADC(Analog Digital Converter); 및 디지털화된 상기 신호를 신호 처리하여 표적의 각도를 추출하고, 추출된 상기 각도 기반 제1 수신 채널별 위상 분포와 획득된 신호의 제2 수신 채널별 위상 분포 간의 유사도를 산출하며 산출된 상기 유사도와 기 설정된 임계치를 비교하여 그 비교한 결과에 따라 방위각 고분해능 신호처리를 수행하는 신호처리 모듈을 포함할 수 있다.In order to achieve the above objects, a vehicle radar using an azimuth and high-resolution signal processing algorithm according to an aspect of the present invention generates a high-frequency signal composed of an up-chirp signal and a down-chirp signal, An RF module for transmitting a very high frequency signal through a transmission antenna; An ADC (Analog Digital Converter) for converting a very high frequency signal reflected on a target into a digital signal; And calculating a degree of similarity between the phase distribution of the extracted angle-based first receiving channel and the phase distribution of the acquired signal by the second receiving channel, And a signal processing module that compares predetermined threshold values and performs azimuth high-resolution signal processing according to the comparison result.
바람직하게, 상기 신호처리 모듈은 추출된 상기 표적의 각도와 수신 안테나와의 물리적 거리를 이용하여 수신 채널별 위상 분포를 역으로 계산하여 그 계산한 결과로 제1 수신 채널별 위상 분포를 획득하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the signal processing module inversely calculates a phase distribution for each reception channel by using the extracted angle of the target and the physical distance between the reception antenna and the reception antenna, and obtains a phase distribution for each first reception channel as a result of the calculation .
바람직하게, 상기 신호처리 모듈은 수신 채널별로 획득된 첨두치의 위상 분포를 상기 제2 수신 채널별 위상 분포로 획득하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the signal processing module acquires a phase distribution of a peak value acquired for each reception channel as a phase distribution for the second reception channel.
바람직하게, 상기 신호처리 모듈은 획득된 상기 제2 수신 채널별 위상 분포에 대해 페이즈 언래핑(phase unwrapping)을 수행하여 위상 모호성을 제거하고, 상기 제2 수신 채널별 위상 분포의 오프셋을 제거한 후, 상기 제1 수신 채널별 위상 분포와 상기 제2 수신 채널별 위상 분포 간의 유사도를 산출하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the signal processing module removes the phase ambiguity by performing phase unwrapping on the acquired phase distribution for the second reception channel, removes the offset of the phase distribution for the second reception channel, And calculating the similarity between the phase distribution of the first reception channel and the phase distribution of the second reception channel.
바람직하게, 상기 신호처리 모듈은 상기 유사도가 기 설정된 임계치 초과이면, 상기 방위각 고분해능 신호처리를 수행하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the signal processing module performs the azimuthal high-resolution signal processing when the similarity exceeds a predetermined threshold value.
본 발명의 다른 한 관점에 따른 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더의 운영 방법은 업첩(up-chirp) 신호와 다운첩(down-chirp) 신호로 구성된 초고주파 신호를 발생하여 발생된 상기 초고주파 신호를 송신 안테나를 통해 송신하는 단계; 표적에 반사된 초고주파 신호를 디지털 신호로 변하는 단계; 디지털화된 상기 신호를 신호 처리하여 표적의 각도를 추출하는 단계; 및 추출된 상기 각도 기반 제1 수신 채널별 위상 분포와 획득된 신호의 제2 수신 채널별 위상 분포 간의 유사도를 산출하며 산출된 상기 유사도와 기 설정된 임계치를 비교하여 그 비교한 결과에 따라 방위각 고분해능 신호처리를 수행하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for operating a vehicle radar using an azimuth and high-resolution signal processing algorithm, the method including: generating an ultra-high frequency signal including an up-chirp signal and a down-chirp signal, Transmitting through a transmitting antenna; Converting a very high frequency signal reflected on the target into a digital signal; Processing the digitized signal to extract an angle of a target; Calculating a degree of similarity between a phase distribution of the extracted angle-based first receiving channel and a phase distribution of the acquired signal of the second receiving channel, and comparing the calculated similarity with a predetermined threshold value, and based on the comparison result, And performing the processing.
바람직하게, 상기 수행하는 단계는 추출된 상기 표적의 각도와 수신 안테나와의 물리적 거리를 이용하여 수신 채널별 위상 분포를 역으로 계산하여 그 계산한 결과로 제1 수신 채널별 위상 분포를 획득하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the step of performing the step of calculating the phase distribution of the reception channel inversely using the angle of the extracted target and the physical distance between the reception antenna and the reception antenna, and obtaining the phase distribution for the first reception channel as a result of the calculation .
바람직하게, 상기 수행하는 단계는 수신 채널별로 획득된 첨두치의 위상 분포를 상기 제2 수신 채널별 위상 분포로 획득하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the performing step acquires the phase distribution of the peak value acquired for each reception channel as the phase distribution for the second reception channel.
바람직하게, 상기 수행하는 단계는 획득된 상기 제2 수신 채널별 위상 분포에 대해 페이즈 언래핑(phase unwrapping)을 수행하여 위상 모호성을 제거하고, 상기 제2 수신 채널별 위상 분포의 오프셋을 제거한 후, 상기 제1 수신 채널별 위상 분포와 상기 제2 수신 채널별 위상 분포 간의 유사도를 산출하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the performing step includes performing phase unwrapping on the acquired phase distribution for the second reception channel to remove phase ambiguity, removing an offset of the phase distribution for the second reception channel, And calculating the similarity between the phase distribution of the first reception channel and the phase distribution of the second reception channel.
바람직하게, 상기 수행하는 단계는 상기 유사도가 기 설정된 임계치 초과이면, 상기 방위각 고분해능 신호처리를 수행하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the performing step performs the azimuth high-resolution signal processing when the degree of similarity exceeds a predetermined threshold value.
이를 통해, 본 발명은 표적의 각도 정보를 획득하여 획득된 각도 정보의 신뢰도를 산출하고 그 산출된 각도 정보의 신뢰도에 따라 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 선택적으로 적용하며 획득된 각도 정보의 신뢰도를 추적 필터의 계수 도출에 적용하도록 함으로써, 연산량 감소 및 정확도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the present invention calculates the reliability of the angle information obtained by acquiring the angle information of the target, selectively applies the azimuth high-resolution signal processing algorithm according to the reliability of the calculated angle information, It is possible to improve the reduction in the amount of calculation and the accuracy.
또한, 본 발명은 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 선택적으로 적용하여 신호처리 연산량이 감소하기 때문에 신호 처리기 선정 시 원가 절감의 효과가 있다.In addition, since the present invention selectively applies an azimuth angle high-resolution signal processing algorithm to reduce the amount of signal processing computation, cost reduction is achieved in selecting a signal processor.
또한, 본 발명은 획득된 각도 정보의 신뢰도를 추적 필터의 계수 도출에 적용하기 때문에 추적 처리 시 표적의 각도 오차에 의한 표적 추적 정보의 흔들림의 개선을 기대할 수 있어 추적 방위각 안정도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.In addition, since the reliability of the obtained angle information is applied to the derivation of the coefficient of the tracking filter, it is possible to improve the shaking of the target tracking information due to the angle error of the target during the tracking process, .
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 레이더의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 레이더의 운영 방법을 나타내는 도면이다.
도 3은 신호대 잡음비가 충분히 확보된 경우의 수신 채널별 위상 분포를 나타내는 그래프이다.
도 4는 신호대 잡음비가 충분히 확보되지 않은 경우의 수신 채널별 위상 분포를 나타내는 그래프이다.
도 5는 단일 표적 및 동일 거리 클러터가 있는 상황에서 수신 채널별 위상 분포를 나타내는 그래프이다.
도 6은 동일 거리에 두 개의 표적이 있는 상황에서의 수신 채널별 위상 분포를 나타내는 그래프이다.1 is a view showing a schematic configuration of a radar for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
2 is a view illustrating a method of operating a radar for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
3 is a graph showing the phase distribution for each reception channel when the signal-to-noise ratio is sufficiently secured.
4 is a graph showing a phase distribution for each reception channel when the signal-to-noise ratio is not sufficiently secured.
5 is a graph showing the phase distribution per receiving channel in a situation where there is a single target and the same distance clutter.
FIG. 6 is a graph showing the phase distribution for each reception channel in a situation where there are two targets at the same distance.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더 및 그 운영 방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다.Hereinafter, a vehicle radar using the azimuth angle high-resolution signal processing algorithm according to an embodiment of the present invention and an operation method thereof will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention will be described in detail with reference to the portions necessary for understanding the operation and operation according to the present invention.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 불구하고 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나, 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.In describing the constituent elements of the present invention, the same reference numerals may be given to constituent elements having the same name, and the same reference numerals may be given thereto even though they are different from each other. However, even in such a case, it does not mean that the corresponding component has different functions according to the embodiment, or does not mean that the different components have the same function. It should be judged based on the description of each component in the example.
특히, 본 발명에서는 표적의 각도 정보를 획득하여 획득된 각도 정보의 신뢰도를 산출하고 그 산출된 각도 정보의 신뢰도에 따라 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 선택적으로 적용하도록 하며, 획득된 각도 정보의 신뢰도를 추적 필터의 계수 도출에 적용하도록 하는 새로운 신호 처리 방안을 제안하고자 한다.Particularly, in the present invention, the reliability of the angle information obtained by acquiring the angle information of the target is calculated, the azimuth high-resolution signal processing algorithm is selectively applied according to the reliability of the calculated angle information, and the reliability of the obtained angle information is tracked We propose a new signal processing method that is applied to the derivation of the filter coefficients.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 레이더의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.1 is a view showing a schematic configuration of a radar for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 레이더는 송신 안테나(110), 수신 안테나(120), RF 모듈(130), ADC(140), 및 신호처리 모듈(150) 등을 포함하여 구성될 수 있다.1, a vehicle radar according to the present invention includes a transmitting
송신 안테나(110)는 신호를 방사하고, 수신 안테나(120)는 표적에 반사된 신호를 수신할 수 있다.The
RF 모듈(130)은 시간에 따라 주파수가 상승하는 업첩(up-chirp) 신호와 시간에 따라 주파수가 하강하는 다운첩(down-chirp) 신호로 구성된 초고주파 신호를 발생시킬 수 있다.The
RF 모듈(130)은 신호처리 모듈(150)의 제어에 따라 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 형태의 초고주파 신호를 생성할 수 있다. 이렇게 생성된 초고주파 신호는 자기 참조를 통해 송신 신호와 수신신호 참조 신호인 LO(Local Oscillator) 신호로 나뉜다.The
RF 모듈(130)은 송신 신호를 송신 안테나(110)로 전송하고, 수신 참조 신호는 내부의 믹서(mixer)로 전달하여 다중 수신 채널에서 송수신 자기 참조를 수행하고 초고주파 신호를 베이스밴드 신호(baseband signal)로 변환하여 출력할 수 있다The
ADC(140)는 RF 모듈(130)에서 자기참조를 통해 변환된 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다.The
신호처리 모듈(150)은 디지털화된 수신 신호를 신호 처리하여 표적 정보를 획득할 수 있다. 여기서, 표적 정보는 표적의 거리와 속도를 포함하는데, 이러한 표적의 거리와 속도는 여러 첩 신호에서 획득된 신호의 쌍을 조합하여 도출하게 된다.The
신호처리 모듈(150)은 수신 채널 별로 획득된 첨두치의 값에 대해 디지털 빔 포밍(digital beam-forming) 등의 기법을 적용하여 표적의 각도를 추출할 수 있다.The
신호처리 모듈(150)은 추출된 표적의 각도를 기반으로 수신 채널별로 위상 분포(이하 제1 수신 채널별 위상 분포라고 한다)를 역으로 계산하고, 수신 채널별로 획득된 첨두치의 위상 분포(제2 수신 채널별 위상 분포라고 한다)를 획득할 수 있다.The
신호처리 모듈(150)은 제1 수신 채널별 위상 분포와 제2 수신 채널별 위상 분포 간의 유사도를 계산하고, 계산된 유사도와 기 설정된 임계치를 비교하여 그 비교한 결과에 따라 고분해능 신호처리를 수행하거나 추정된 각도의 신뢰도를 추적 필터의 계수 도출에 적용할 수 있다.The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 레이더의 운영 방법을 나타내는 도면이다.2 is a view illustrating a method of operating a radar for a vehicle according to an embodiment of the present invention.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 차량용 레이더는 N개의 첩 신호를 송신하여 표적에 반사된 신호를 수신하고 수신된 신호를 신호 처리하여 표적 정보를 획득할 수 있다.As shown in FIG. 2, the vehicle radar according to the present invention can receive N reflected signals on a target by transmitting N convolution signals, and process the received signals to obtain target information.
이때, 차량용 레이더는 시간에 따라 주파수가 상승하는 업첩 신호와 시간에 따라 주파수가 하강하는 다운첩 신호를 번갈아 송수신하게 된다. 이러한 업첩 신호와 다운첩 신호뿐 아니라 다른 기울기를 갖는 신호를 번갈아 송수신할 수도 있다.At this time, the vehicle radar alternately transmits and receives the uplink signal whose frequency increases with time and the downlink signal whose frequency decreases with time. It is also possible to alternately transmit and receive such uplink signals and downlink signals as well as signals having different tilt angles.
다음으로, 차량용 레이더는 수신 채널 별로 획득된 첨두치의 값에 대해 디지털 빔 포밍(digital beam-forming) 등의 기법을 적용하여 표적의 각도를 추출할 수 있다.Next, the vehicle radar can extract the angle of the target by applying a technique such as digital beam-forming to the value of the peak value acquired for each receiving channel.
다음으로, 차량용 레이더는 추출된 표적의 각도와 수신 안테나와의 물리적 거리를 이용하여 추출된 각도 기반 제1 수신 채널별 위상 분포를 역으로 계산하여 획득할 수 있다.Next, the vehicle radar can be obtained by inversely calculating the phase distribution of the extracted angle-based first receiving channel using the extracted target angle and the physical distance between the receiving antenna and the receiving antenna.
다음으로, 차량용 레이더는 실제 수신 채널별로 획득된 첨두치의 위상 분포를 제2 수신 채널별 위상 분포로 획득할 수 있다. 그리고 차량용 레이더는 획득된 제2 수신 채널별 위상 분포에 대해 페이즈 언래핑(phase unwrapping)을 수행하여 360도 주기적인 위상 모호성을 제거하게 되고 수신 위상 값의 평균을 제거하는 방법으로 제2 수신 채널별 위상 분포의 오프셋(offset)을 제거하게 된다.Next, the vehicle radar can acquire the phase distribution of the peak value acquired for each actual reception channel as the phase distribution for the second reception channel. The vehicle radar performs phase unwrapping on the acquired phase distribution of the second reception channel, thereby eliminating the phase ambiguity periodically at 360 degrees and eliminating the average of the reception phase values. Thereby eliminating the offset of the phase distribution.
다음으로, 차량용 레이더는 획득된 제1 수신 채널별 위상 분포와 제2 수신 채널별 위상 분포 간의 유사도를 계산할 수 있다.Next, the vehicle radar can calculate the similarity between the obtained phase distribution of the first reception channel and the phase distribution of the second reception channel.
도 3은 신호대 잡음비가 충분히 확보된 경우의 수신 채널별 위상 분포를 나타내는 그래프이다.3 is a graph showing the phase distribution for each reception channel when the signal-to-noise ratio is sufficiently secured.
도 3에 도시한 바와 같이, 표적의 신호대 잡음비가 30dB 이상으로 충분한 경우 특정 각도의 표적에 대해 수신 채널별로 획득된 첨두치의 위상 분포와, 추출된 각도에 대해 역으로 계산된 수신 채널별 위상 분포를 비교하여 표시하고 있다.As shown in FIG. 3, when the target signal-to-noise ratio is more than 30 dB, the phase distribution of the peak value obtained for each reception channel for a specific angle target and the phase distribution for the reception channel calculated inversely to the extracted angle Respectively.
이를 통해 제1 위상 분포와 제2 위상 분포 간의 차이가 미미한 것을 알 수 있다.Thus, it can be seen that the difference between the first phase distribution and the second phase distribution is insignificant.
도 4는 신호대 잡음비가 충분히 확보되지 않은 경우의 수신 채널별 위상 분포를 나타내는 그래프이다.4 is a graph showing a phase distribution for each reception channel when the signal-to-noise ratio is not sufficiently secured.
도 4에 도시한 바와 같이, 표적의 신호대 잡음비가 약 10dB 수준으로 도 3에 비해 상대적으로 적은 상황에서의 제1 위상 분포와 제2 위상 분포를 비교하여 표시하고 있다.As shown in FIG. 4, the first phase distribution and the second phase distribution are compared and displayed in a situation where the signal-to-noise ratio of the target is about 10 dB and relatively small compared to FIG.
제1 위상 분포와 제2 위상 분포는 도 3과 다소 다른 분포를 갖는 것을 알 수 있다.It can be seen that the first phase distribution and the second phase distribution have slightly different distributions than those of FIG.
도 3과 도 4를 비교하면 도 3에서는 표적의 각도 정확도가 매우 정확하게 도출되지만, 도 4에서는 표적의 각도 정확도가 상대적으로 떨어지는 경우가 발생하게 된다.3 and FIG. 4, the angle accuracy of the target is very accurately obtained in FIG. 3, but the angle accuracy of the target is relatively lowered in FIG.
도 5는 단일 표적 및 동일 거리 클러터가 있는 상황에서 수신 채널별 위상 분포를 나타내는 그래프이다.5 is a graph showing the phase distribution per receiving channel in a situation where there is a single target and the same distance clutter.
도 5에 도시한 바와 같이, 전방 영역에 표적이 있으며 표적과 동일 반경 거리에서 상대적으로 레이더 반사 계수(Radar Cross Section; RCS)가 적은 주변 클러터가 있는 경우에 대한 위상 분포를 비교하여 표시하고 있다.As shown in FIG. 5, the phase distribution is compared and displayed when there is a target in the front region and a surrounding clutter having a relatively small radar cross section (RCS) at the same radial distance as the target .
표적의 실제 각도는 0도 부근이었으나 디지털 빔 포밍을 통해 획득된 각도는 이보다 다소 오차가 큰 값으로 획득되었다. 이를 바탕으로 수신 채널별 위상값을 역계산 해보았을 때, 수신 채널별로 특정 기울기를 갖는 위상 분포 값이 도출되었다.The actual angle of the target was around 0 degree, but the angle obtained through the digital beamforming was slightly larger than this. On the basis of this, when the phase value for each receiving channel is inversely calculated, a phase distribution value having a specific slope is derived for each receiving channel.
이 경우 실제 획득된 제2 수신 채널별 위상 분포는 제1 수신 채널별 위상 분포와는 다소 유사한 분포를 갖는다고는 할 수 있으나 다소 다른 양상을 갖는 것을 알 수 있다.In this case, it can be said that the phase distribution of the second received channel actually obtained is somewhat similar to the phase distribution of the first reception channel, but it has a somewhat different aspect.
도 6은 동일 거리에 두 개의 표적이 있는 상황에서의 수신 채널별 위상 분포를 나타내는 그래프이다.FIG. 6 is a graph showing the phase distribution for each reception channel in a situation where there are two targets at the same distance.
도 6에 도시한 바와 같이, 동일 거리, 동일 속도를 갖는 두 표적의 신호가 함께 수신되는 경우의 위상 분포를 비교하여 표시하고 있다. 실제 표적은 중앙에서 좌측과 우측에 위치한 상황이다. 하지만 매우 근접하게 표적이 위치하여 이를 디지털 빔 포밍을 통해 구분하기는 매우 어렵다.As shown in Fig. 6, the phase distributions in the case where signals of two targets having the same distance and the same velocity are received together are displayed for comparison. The actual target is located on the left and right sides of the center. However, it is very difficult to distinguish the target by digital beamforming because the target is located very closely.
이 경우 디지털 빔 포밍에서 획득된 각도 값은 두 표적의 중앙 위치인 0도 부근으로 획득 되었으며, 이를 바탕으로 수신 채널별 위상 분포를 역으로 계산할 경우와 같이 모두 0도 부근의 값이 획득되게 된다.In this case, the angle value obtained from the digital beamforming is obtained near the center position of the two targets, 0 degree. Based on this, the value near zero degrees is obtained as in the case of calculating the phase distribution by the receiving channel inversely.
이 경우 실제 획득된 데이터에서 첨두치의 제2 수신 채널별 위상 분포는 역으로 계산된 제1 수신 채널별 위상 분포와 매우 다른 양상을 갖는 것을 알 수 있다.In this case, it can be seen that the phase distribution of the second reception channel of the peak value in the actually obtained data is very different from the phase distribution of the first reception channel calculated inversely.
이와 같이 차량용 레이더에서 획득되는 표적 정보의 각도 및 위상 분포를 비교한 결과 다음과 같이 요약할 수 있다.The comparison of the angle and phase distribution of the target information obtained from the radar for the vehicle is summarized as follows.
1)단일 표적 상황에서 SNR이 충분히 확보된 상황에서는 제1 수신 채널별 위상 분포와 제2 수신 채널별 위상 분포는 매우 유사하며 각도 정확도가 매우 높다.1) In a situation where SNR is sufficiently secured in a single target situation, the phase distribution by the first receiving channel and the phase distribution by the second receiving channel are very similar and the angle accuracy is very high.
2)단일 표적 상황에서 SNR이 충분히 확보되지 않은 상황에서는 제1 수신 채널별 위상 분포와 제2 수신 채널별 위상 분포가 유사하며 상대적으로 각도 정확도가 다소 떨어진다.2) In a situation where the SNR is not sufficiently secured in a single target situation, the phase distribution by the first receiving channel and the phase distribution by the second receiving channel are similar and the angle accuracy is relatively lower.
3)표적 신호와 동일 거리 내 레이더 반사계수가 적은 다수의 클러터가 있는 환경에서의 제1 수신 채널별 위상 분포와 제2 수신 채널별 위상 분포는 유사도가 상대적으로 적으며 각도 정확도 또한 저하된다.3) The phase distribution of the first receiving channel and the phase distribution of the second receiving channel in the environment having a plurality of clutter with a small radar reflection coefficient within the same distance as the target signal have relatively less similarity and lower angular accuracy.
4)동일 거리, 동일 속도를 갖는 두 표적이 있는 상황에서는 제1 수신 채널별 위상 분포와 제2 수신 채널별 위상 분포가 매우 다른 양상을 갖게 되며 디지털 빔 포밍에서 두 표적의 구분이 모호하여 구분하지 못하기 때문에 왜곡된 각도가 도출되게 된다.4) In the case of two targets having the same distance and the same speed, the phase distribution of the first receiving channel and the phase distribution of the second receiving channel are very different, and the distinction between the two targets in the digital beam forming is ambiguous The distorted angle is derived.
이렇게 제1 수신 채널별 위상 분포와 제2 수신 채널별 위상 분포 간의 유사도를 계산하는 방법은 여러 가지가 있는데, 이 중 2 가지 방법을 설명하기로 한다.There are various methods of calculating the similarity between the phase distribution for the first reception channel and the phase distribution for the second reception channel. Two methods will be described.
제1 수신 채널별 위상 분포와 제2 수신 채널별 위상 분포의 수신 채널별 위상값의 차이의 절대값의 합 FD은 다음의 [수학식 1]과 같이 구할 수 있다.The sum F D of the absolute values of the differences between the phase distributions for the first reception channel and the second reception channel for the respective reception channels can be obtained as shown in the following Equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
여기서 Ach는 제1 수신 채널별 위상 분포의 수신 채널별 위상값을 나타내고 Bch는 제2 수신 채널별 위상 분포의 수신 채널별 위상값을 나타낸다. FD의 값이 클 경우 제1 수신 채널별 위상 분포와 제2 수신 채널별 위상 분포는 서로 유사하지 않게 된다.Here, Ach represents the phase value of the reception channel for the first reception channel and Bch represents the phase value of the reception channel for the second reception channel. If the value of F D is large, the phase distribution by the first reception channel and the phase distribution by the second reception channel are not similar to each other.
제1 수신 채널별 위상 분포의 경우에 대해 각 수신 채널별 차이 값의 합 FA는 다음의 [수학식 2]와 같이 구할 수 있다.The sum F A of the difference values for each reception channel in the case of the phase distribution for the first reception channel can be obtained as shown in the following equation (2).
[수학식 2]&Quot; (2) "
제2 수신 채널별 위상 분포의 경우에 대해 각 수신 채널별 차이 값의 합 FB는 다음의 [수학식 3]과 같이 구할 수 있다.The sum F B of the difference values of the respective reception channels for the case of the phase distribution for the second reception channel can be obtained as the following equation (3).
[수학식 3]&Quot; (3) "
FA와 FB의 값의 경우에는 수신 채널별 위상값의 추이를 나타내는 지표로 활용될 수 있다.In the case of the values of F A and F B , it can be used as an index indicating the transition of the phase value for each receiving channel.
수신 채널별 위상값의 분포가 수신 채널별로 증가하게 될 경우 FA와 FB는 양수를 갖게 되고, 수신 채널별 위상값의 분포가 수신 채널별로 감소하게 될 경우 FA와 FB는 음수를 갖게 된다.If the distribution of phase values per receiving channel is increased for each receiving channel, F A and F B are positive, and if the distribution of phase values for each receiving channel is decreased for each receiving channel, F A and F B are negative do.
수신 채널별 위상 분포의 값의 차이가 없거나 증가와 감소를 반복하게 될 경우 0 부근의 값이 나온다.If there is no difference in the value of the phase distribution for each receiving channel, or if it increases and decreases repeatedly, a value near 0 comes out.
[수학식 2]의 FA와 [수학식 3]의 FB의 차이 FS는 다음의 [수학식 4]와 같이 구할 수 있다.The difference F S between F A in Equation (2) and F B in Equation (3) can be obtained by the following Equation (4).
[수학식 4]&Quot; (4) "
이러한 FA와 FB의 차이 FS의 값이 작을수록 두 신호는 유사한 신호라고 할 수 있다. 이외에도 수신 채널별 위상 분포의 닮은 정도를 지표화할 수 있는 방법은 다양하다.The smaller the value of the difference F S between F A and F B, the more similar the two signals are. In addition, there are various methods that can index the degree of resemblance of the phase distribution per received channel.
다음으로, 차량용 레이더는 유사도가 기 설정된 임계치 이상인지를 확인할 수 있다. 즉, 차량용 레이더는 유사도가 기 설정된 임계치 초과이면, MUSIC(Multiple Signal Classification) 등과 같은 방위각 고분해능 신호처리를 수행할 수 있다.Next, the vehicle radar can confirm whether the similarity degree is equal to or greater than a predetermined threshold value. That is, if the degree of similarity exceeds a predetermined threshold value, the vehicle radar can perform azimuth and high resolution signal processing such as MUSIC (Multiple Signal Classification).
반면, 차량용 레이더는 유사도가 기 설정된 임계치 이하이면, 추정된 각도의 신뢰도를 추적 필터의 계수 도출에 적용할 수 있다. 즉, 신뢰도가 떨어지는 경우 추적 처리의 각도 값으로 이전 각도 값에 가중치를 더하고 입력된 표적의 각도에는 가중치를 줄인다.On the other hand, the vehicle radar can apply the reliability of the estimated angle to the derivation of the coefficient of the tracking filter if the similarity is below a predetermined threshold value. That is, when the reliability is low, the weight value is added to the previous angle value as the angle value of the tracking process, and the weight is decreased to the angle of the input target value.
이때, 유사도를 기반으로 표적의 각도의 정확도에 대한 신뢰도를 나타낼 수 있다.At this time, the reliability of the accuracy of the angle of the target can be shown based on the similarity.
한편, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.It is to be understood that the present invention is not limited to these embodiments, and all of the elements constituting the embodiments of the present invention described above may be combined or operated in one operation. That is, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively coupled to one or more of them. In addition, although all of the components may be implemented as one independent hardware, some or all of the components may be selectively combined to perform a part or all of the functions in one or a plurality of hardware. As shown in FIG. In addition, such a computer program may be stored in a computer-readable medium such as a USB memory, a CD disk, a flash memory, etc., and read and executed by a computer, thereby implementing embodiments of the present invention. As the storage medium of the computer program, a magnetic recording medium, an optical recording medium, a carrier wave medium, or the like may be included.
이상에서 설명한 실시예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
110: 송신 안테나
120: 수신 안테나
130: RF 모듈
140: ADC
150: 신호처리 모듈110: transmitting antenna
120: receiving antenna
130: RF module
140: ADC
150: Signal processing module
Claims (10)
표적에 반사된 초고주파 신호를 디지털 신호로 변하는 ADC(Analog Digital Converter); 및
디지털화된 상기 신호를 신호 처리하여 표적의 각도를 추출하고, 추출된 상기 각도 기반 제1 수신 채널별 위상 분포와 획득된 신호의 제2 수신 채널별 위상 분포 간의 유사도를 산출하며 산출된 상기 유사도와 기 설정된 임계치를 비교하여 그 비교한 결과에 따라 방위각 고분해능 신호처리를 수행하는 신호처리 모듈;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더.An RF module for generating a very high frequency signal composed of an up-chirp signal and a down-chirp signal and transmitting the generated very high frequency signal through a transmission antenna;
An ADC (Analog Digital Converter) for converting a very high frequency signal reflected on a target into a digital signal; And
Calculating a degree of similarity between a phase distribution of the extracted angle-based first reception channel and a phase distribution of a second reception channel of the acquired signal based on the extracted angle-based first signal, processing the digitized signal by signal processing, A signal processing module for comparing the set threshold values and performing azimuth high-resolution signal processing according to the comparison result;
And an azimuthal high-resolution signal processing algorithm using the azimuthal high-resolution signal processing algorithm.
상기 신호처리 모듈은,
추출된 상기 표적의 각도와 수신 안테나와의 물리적 거리를 이용하여 수신 채널별 위상 분포를 역으로 계산하여 그 계산한 결과로 제1 수신 채널별 위상 분포를 획득하는 것을 특징으로 하는 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더.The method according to claim 1,
Wherein the signal processing module comprises:
Calculating an inverse phase distribution for each reception channel by using the extracted angle of the target and a physical distance between the reception antenna and acquiring a phase distribution for each first reception channel as a result of the calculation, A radar for a vehicle.
상기 신호처리 모듈은,
수신 채널별로 획득된 첨두치의 위상 분포를 상기 제2 수신 채널별 위상 분포로 획득하는 것을 특징으로 하는 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더.3. The method of claim 2,
Wherein the signal processing module comprises:
And acquiring the phase distribution of the peak value acquired for each of the reception channels by the phase distribution for the second reception channel.
상기 신호처리 모듈은,
획득된 상기 제2 수신 채널별 위상 분포에 대해 페이즈 언래핑(phase unwrapping)을 수행하여 위상 모호성을 제거하고, 상기 제2 수신 채널별 위상 분포의 오프셋을 제거한 후,
상기 제1 수신 채널별 위상 분포와 상기 제2 수신 채널별 위상 분포 간의 유사도를 산출하는 것을 특징으로 하는 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더.The method of claim 3,
Wherein the signal processing module comprises:
Removing the phase ambiguity by performing phase unwrapping on the obtained phase distribution for the second reception channel, removing the offset of the phase distribution for the second reception channel,
And calculating the similarity between the phase distribution of the first reception channel and the distribution of the phase of the second reception channel based on the azimuthal high-resolution signal processing algorithm.
상기 신호처리 모듈은,
상기 유사도가 기 설정된 임계치 초과이면, 상기 방위각 고분해능 신호처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더.The method according to claim 1,
Wherein the signal processing module comprises:
And the azimuth high-resolution signal processing is performed when the similarity exceeds a predetermined threshold value.
표적에 반사된 초고주파 신호를 디지털 신호로 변하는 단계;
디지털화된 상기 신호를 신호 처리하여 표적의 각도를 추출하는 단계; 및
추출된 상기 각도 기반 제1 수신 채널별 위상 분포와 획득된 신호의 제2 수신 채널별 위상 분포 간의 유사도를 산출하며 산출된 상기 유사도와 기 설정된 임계치를 비교하여 그 비교한 결과에 따라 방위각 고분해능 신호처리를 수행하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더의 운영 방법.Generating a very high frequency signal composed of an up-chirp signal and a down-chirp signal and transmitting the generated very high frequency signal through a transmission antenna;
Converting a very high frequency signal reflected on the target into a digital signal;
Processing the digitized signal to extract an angle of a target; And
Calculating a degree of similarity between the phase distribution of the extracted angle-based first receiving channel and the phase distribution of the obtained signal by the second receiving channel, comparing the calculated similarity with a predetermined threshold value, and performing azimuth high-resolution signal processing ;
Wherein the azimuthal high-resolution signal processing algorithm is used to calculate the azimuthal high-resolution signal processing algorithm.
상기 수행하는 단계는,
추출된 상기 표적의 각도와 수신 안테나와의 물리적 거리를 이용하여 수신 채널별 위상 분포를 역으로 계산하여 그 계산한 결과로 제1 수신 채널별 위상 분포를 획득하는 것을 특징으로 하는 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더의 운영 방법.The method according to claim 6,
Wherein the performing comprises:
Calculating an inverse phase distribution for each reception channel by using the extracted angle of the target and a physical distance between the reception antenna and acquiring a phase distribution for each first reception channel as a result of the calculation, Wherein the radar system comprises:
상기 수행하는 단계는,
수신 채널별로 획득된 첨두치의 위상 분포를 상기 제2 수신 채널별 위상 분포로 획득하는 것을 특징으로 하는 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더의 운영 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the performing comprises:
And obtaining the phase distribution of the peak value acquired for each of the reception channels as the phase distribution for the second reception channel.
상기 수행하는 단계는,
획득된 상기 제2 수신 채널별 위상 분포에 대해 페이즈 언래핑(phase unwrapping)을 수행하여 위상 모호성을 제거하고, 상기 제2 수신 채널별 위상 분포의 오프셋을 제거한 후,
상기 제1 수신 채널별 위상 분포와 상기 제2 수신 채널별 위상 분포 간의 유사도를 산출하는 것을 특징으로 하는 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더의 운영 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the performing comprises:
Removing the phase ambiguity by performing phase unwrapping on the obtained phase distribution for the second reception channel, removing the offset of the phase distribution for the second reception channel,
And calculating the similarity between the phase distribution of the first reception channel and the phase distribution of the second reception channel.
상기 수행하는 단계는,
상기 유사도가 기 설정된 임계치 초과이면, 상기 방위각 고분해능 신호처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 방위각 고분해능 신호처리 알고리즘을 이용하는 차량용 레이더의 운영 방법.The method according to claim 6,
Wherein the performing comprises:
And performing the azimuth high-resolution signal processing if the degree of similarity exceeds a predetermined threshold value.
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