KR20160059360A - Ｉ／ｑ 불균형을 보상하기 위한 레이더 신호 처리 장치 및 방법 - Google Patents

Ｉ／ｑ 불균형을 보상하기 위한 레이더 신호 처리 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

I/Q 불균형을 보상하기 위한 레이더 신호 처리 장치 및 방법이 개시된다.
레이더 신호 처리 방법은 I/Q(in-phase/quadrature-phase) 불균형이 발생한 레이더 신호의 I 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 실수부(real part)를 추출하는 단계; 상기 레이더 신호의 Q 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 허수부(imaginary part)를 추출하는 단계; 상기 실수부와 상기 허수부를 이용하여 상기 I/Q 불균형에 따른 오차를 추출하는 단계; 및 상기 오차를 기초로 상기 레이더 신호에서 I/Q 불균형을 보상한 보정 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

Ｉ／Ｑ 불균형을 보상하기 위한 레이더 신호 처리 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR PROCESSING RADAR SIGNAL WITH IN-PHASE/QUADRATURE-PHASE IMBALANCE}
본 발명은 I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호의 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호를 처리하는 레이더 신호 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
FMCW (Frequency Modulation Continuous Wave) 레이더는 선형적 주파수 변조 레이더 신호를 송신하고, 송신한 레이더 신호가 탐지하고자 하는 오브젝트에 반사된 신호를 수신하며, 수신한 신호와 송신한 신호 간의 도플러 주파수를 추정하여 오브젝트의 거리 및 속도를 탐지할 수 있다.
종래의 FMCW 레이더는 도플러 주파수의 추정 성능을 높이기 위하여 MUSIC이나 ESPRIT와 같은 고 정밀 알고리즘을 사용하고 있다. 종래의 FMCW 레이더가 사용하는 고정밀 알고리즘은 신호의 위상에 민감한 특징을 가질 수 있다. 이때, 레이더가 수신하는 레이더 신호의 I(in-phase) 채널과 Q(quadrature-phase)채널의 위상 차이는 90도를 나타내야 한다. 그러나, 실제 환경에서 레이더 신호의 I 채널과 Q 채널은 다양한 요인으로 인하여 위상 차이가 90도가 아닐 수 있다. 이때, 레이더가 수신하는 레이더 신호는 I/Q(in-phase/quadrature-phase) 불균형이 발생할 수 있다.
그리고, 고정밀 알고리즘은 신호의 위상에 민감한 특징을 가지고 있으므로 I/Q 불균형이 발생하는 경우, 오브젝트 탐지에 오류가 발생할 수 있다.
따라서, 레이더 장치가 수신한 레이더 신호에서 I/Q 불균형의 발생에 의한 오차를 처리할 방법이 요청되고 있다.
본 발명은 I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호에서 I/Q 불균형에 의한 오차를 보정함으로써, 오브젝트 탐지에 사용하는 파라미터의 정밀도를 높이는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법은 I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호의 I 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 실수부(real part)를 추출하는 단계; 상기 레이더 신호의 Q 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 허수부(imaginary part)를 추출하는 단계; 상기 실수부와 상기 허수부를 이용하여 상기 I/Q 불균형에 따른 오차를 추출하는 단계; 및 상기 오차를 기초로 상기 레이더 신호에서 I/Q 불균형을 보상한 보정 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법의 실수부를 추출하는 단계는, 상기 I 채널 신호를 이산 푸리에 변환하는 단계; 상기 I 채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 I 채널 신호의 스펙트럼을 결정하는 단계; 및 상기 I 채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 실수부를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법의 허수부를 추출하는 단계는, 상기 Q 채널 신호를 이산 푸리에 변환하는 단계; 상기 Q채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 Q채널 신호의 스펙트럼을 결정하는 단계; 및 상기 Q채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 허수부를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법의 보정 신호를 출력하는 단계는, 상기 오차와 상기 허수부를 이용하여 상기 보정 신호의 Q 채널을 출력하는 단계; 및 상기 레이더 신호의 I 채널 신호를 상기 보정 신호의 I 채널로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법에서 I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호는, 오브젝트에 반사된 레이더 신호를 디처핑 필터, 또는 저역 통과 필터 중 적어도 하나로 필터링한 신호일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법은 오브젝트에 반사된 레이더 신호를 수신하는 단계; 상기 레이더 신호에서 I/Q 불균형을 보상한 보정 신호를 출력하는 단계; 및 상기 보정 신호를 이용하여 상기 레이더 신호가 반사된 오브젝트를 탐지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법의 보정 신호를 출력하는 단계는, 상기 레이더 신호에 I/Q 불균형이 발생한 경우, 상기 레이더 신호의 I 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 실수부를 추출하는 단계; 상기 레이더 신호의 Q 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 허수부를 추출하는 단계; 상기 실수부와 상기 허수부를 이용하여 상기 I/Q 불균형에 따른 오차를 추출하는 단계; 및 상기 오차를 기초로 상기 레이더 신호에서 I/Q 불균형을 보상한 보정 신호를 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법의 상기 실수부를 추출하는 단계는, 상기 I 채널 신호를 이산 푸리에 변환하는 단계; 상기 I 채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 I 채널 신호의 스펙트럼을 결정하는 단계; 및 상기 I 채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 실수부를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법의 허수부를 추출하는 단계는, 상기 Q 채널 신호를 이산 푸리에 변환하는 단계; 상기 Q채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 Q채널 신호의 스펙트럼을 결정하는 단계; 및 상기 Q채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 허수부를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법의 보정 신호를 출력하는 단계는, 상기 오차와 상기 허수부를 이용하여 상기 보정 신호의 Q 채널을 출력하는 단계; 및 상기 레이더 신호의 I 채널 신호를 상기 보정 신호의 I 채널로 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법의 오브젝트를 탐지하는 단계는 상기 보정 신호를 이용하여 자기 상관 행렬을 정의하는 단계; 상기 자기 상관 행렬에 고유값 분해(EVD: Eigen Value Decomposition)를 적용하여 신호 고유 벡터 행렬을 추출하는 단계; 상기 신호의 고유 벡터 행렬을 기초로 신호의 서브 행렬을 정의하는 단계; 상기 서브 행렬을 기초로 상기 레이더 신호가 지연된 경로를 추정하는 단계; 및 상기 지연된 경로에 따라 상기 레이더 신호가 반사된 오브젝트를 탐지하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치는 I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호의 I 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 실수부를 추출하는 실수부 추출부; 상기 레이더 신호의 Q 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 허수부를 추출하는 허수부 추출부; 상기 실수부와 상기 허수부를 이용하여 상기 I/Q 불균형에 따른 오차를 추출하는 오차 추출부; 및 상기 오차를 기초로 상기 레이더 신호에서 I/Q 불균형을 보상한 보정 신호를 출력하는 보정 신호 출력부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 실수부 추출부는 상기 I 채널 신호를 이산 푸리에 변환하고, 상기 I 채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 I 채널 신호의 스펙트럼을 결정하며, 상기 I 채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 실수부를 추출할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 허수부 추출부는, 상기 Q 채널 신호를 이산 푸리에 변환하고, 상기 Q채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 Q채널 신호의 스펙트럼을 결정하며, 상기 Q채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 허수부를 추출할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 보정 신호 출력부는, 상기 오차와 상기 허수부를 이용하여 상기 보정 신호의 Q 채널을 출력하고, 상기 레이더 신호의 I 채널 신호를 상기 보정 신호의 I 채널로 출력할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호는, 오브젝트에 반사된 레이더 신호를 디처핑 필터, 또는 저역 통과 필터 중 적어도 하나로 필터링한 신호일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치는 오브젝트에 반사된 레이더 신호를 수신하는 수신부; 상기 레이더 신호에서 I/Q 불균형을 보상한 보정 신호를 출력하는 보정 신호 출력부; 및 상기 보정 신호를 이용하여 상기 레이더 신호가 반사된 오브젝트를 탐지하는 오브젝트 탐지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 보정 신호 출력부는, 상기 레이더 신호에 I/Q 불균형이 발생한 경우, 상기 레이더 신호의 I 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 실수부를 추출하는 실수부 추출부; 상기 레이더 신호의 Q 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 허수부를 추출하는 허수부 추출부; 상기 실수부와 상기 허수부를 이용하여 상기 I/Q 불균형에 따른 오차를 추출하는 오차 추출부; 상기 오차를 기초로 상기 레이더 신호에서 I/Q 불균형을 보상한 보정 신호를 출력하는 보정 신호 출력부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 실수부 추출부는, 상기 I 채널 신호를 이산 푸리에 변환하고, 상기 I 채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 I 채널 신호의 스펙트럼을 결정하며, 상기 I 채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 실수부를 추출할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 허수부 추출부는 상기 Q 채널 신호를 이산 푸리에 변환하고, 상기 Q채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 Q채널 신호의 스펙트럼을 결정하며, 상기 Q채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 허수부를 추출할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 보정 신호 출력부는 상기 오차와 상기 허수부를 이용하여 상기 보정 신호의 Q 채널을 출력하고, 상기 레이더 신호의 I 채널 신호를 상기 보정 신호의 I 채널로 출력할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 오브젝트 탐지부는, 상기 보정 신호를 이용하여 자기 상관 행렬을 정의하고, 상기 자기 상관 행렬에 고유값 분해를 적용하여 신호 고유 벡터 행렬을 추출하며, 상기 신호의 고유 벡터 행렬을 기초로 신호의 서브 행렬을 정의하고, 상기 서브 행렬을 기초로 상기 레이더 신호가 지연된 경로를 추정하며, 상기 지연된 경로에 따라 상기 레이더 신호가 반사된 오브젝트를 탐지할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호에서 I/Q 불균형에 의한 오차를 보정함으로써, 오브젝트 탐지에 사용하는 파라미터의 정밀도를 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 보정 신호 출력부를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 보정 신호 출력부의 동작 일례이다.
도 4는 본 발명에 따른 오브젝트 탐지부를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 도시한 플로우차트이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법의 보정 신호 출력 과정을 도시한 플로우차트이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법은 레이더 신호 처리 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치를 나타내는 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치(100)는 송신부(110), 수신부(120), 디처핑부(130), 보정 신호 출력부(140), 및 오브젝트 탐지부(150)을 포함할 수 있다.
송신부(110)는 송신 안테나를 통해 레이더 신호(101)를 송신할 수 있다. 이때, 송신부(110)는 주파수 변조 연속 파(Frequency Modulation Continuous Wave) 방식으로 생성된 처프 신호(chirp signal)를 레이더 신호(101)로 송신할 수 있다.
예를 들어, 송신부(110)가 레이더 신호(101)로 송신하는 처프 신호 s(t)는 수학식 1로 나타낼 수 있다.
Figure pat00001
이때, ωc는 반송파 주파수이고, ωs는 초기 주파수일 수 있다. 또한, μ는 처프 심볼의 순간 주파수의 변화율이고, TSYM은 처프 심볼의 신호 주기일 수 있다.
수신부(120)는 수신 안테나를 통해 레이더 신호(101)가 오브젝트(102)에 의해 반사된 레이더 신호(103)를 수신할 수 있다.
예를 들어, TSYM 동안 시간 불변 채널이라고 가정하는 경우, 부가 백색 가우시안 잡음(AWGN: additive white Gaussian noise)이 포함된 레이더 신호(103)인 y(t)는 수학식 2로 표현 될 수 있다
Figure pat00002
이때, ω (t)는 잡음 전력 σ2가 포함된 부가 백색 가우시안 잡음이고, a는 각 채널의 복소 진폭이며, τ는 각 채널의 지연일 수 있다.
또한, 수신부(120)가 수신한 레이더 신호(103)는 I/Q(in-phase/quadrature-phase) 불균형이 발생한 레이더 신호일 수도 있고, I/Q 불균형이 발생하지 않은 레이더 신호일 수도 있다.
디처핑부(130)는 수신부(120)가 수신한 레이더 신호(103)를 디처핑 필터(de-chirping filter), 또는 저역 통과 필터(low-pass filter) 중 적어도 하나로 필터링할 수 있다.
레이더 신호(103)가 I/Q 불균형이 발생하지 않은 레이더 신호인 경우, 디처핑부(130)가 디처핑 필터로 레이더 신호(103) y(t)를 필터링한 신호 d(t)는 수학식 3과 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00003
이때, r(t)는 기준 처프 신호이며, 처프 신호 s(t)가 지수 형태로 변환된 신호일 수 있다. 또한, *는 공액 복소(Complex Conjugate)일 수 있다.
그리고, 디처핑부(130)가 수학식 3과 같이 정의된 d(t)를 저역 통과 필터로 필터링하는 경우, 필터링된 d(t)는 수학식 4와 같은 정형 성분을 포함할 수 있다.
Figure pat00004
이때, 지연 매개 변수 τ는 단일 톤 정현 성분의 주파수로 변경되므로, 오브젝트 탐지부(150)는 필터링된 d(t)의 주파수를 추정하여 레이더 신호(103) y(t)의 지연 매개 변수를 추정할 수 있다. 그리고, 오브젝트 탐지부(150)는 추정한 지연 매개 변수를 이용하여 오브젝트를 탐지할 수 있다.
반면, 레이더 신호(103)가 I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호인 경우, I/Q 불균형의 발생에 따른 변환 신호들의 분석을 위하여 I/Q 불균형 기준 처프 신호 r'(t)가 정의될 수 있다. 예를 들어, I/Q 불균형 기준 처프 신호 r'(t)는 수학식 5와 같이 표시될 수 있다.
Figure pat00005
이때, X는 수학식 6과 같이 정의될 수 있다. 또한, θ는 I / Q 불균형의 영향을 받는 위상이고, β는 I / Q 불균형의 영향을 받는 진폭 오차일 수 있다.
Figure pat00006
이때, 수학식 3은 수학식 7과 같은 형태로 변형될 수 있다.
Figure pat00007
이때,
Figure pat00008
는 수학식 8과 같이 정의되고,
Figure pat00009
는 수학식 9와 같이 정의될 수 있다.
Figure pat00010
Figure pat00011
그리고, 디처핑부(130)가 I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호를 디처핑 필터와 저역 통과 필터로 필터링한 결과인 변환 신호 dIQ (t)는 수학식 10과 같이 도출될 수 있다.
Figure pat00012
즉, 변환 신호 dIQ (t)는 수학식 10에 기재된 바와 같이 수신하기 원하는 희망 신호의 이미지 주파수에서 간섭된 신호와 복소 스케일링된 신호의 합으로 표시될 수 있다.
보정 신호 출력부(140)는 레이더 신호(103)가 I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호인 경우에 디처핑부(130)가 출력하는 변환 신호 dIQ (t)를 처리하여 레이더 신호에서 I/Q 불균형을 보상한 보정 신호를 출력할 수 있다. 그리고, 레이더 신호(103)가 I/Q 불균형이 발생하지 않은 레이더 신호인 경우, 보정 신호 출력부(140)는 동작하지 않고, 오브젝트 탐지부(150)가 디처핑부(130)의 출력을 이용하여 오브젝트를 탐지할 수 있다.
보정 신호 출력부(140)의 상세 구성 및 동작은 이하 도 2를 참조하여 상세히 설명한다.
오브젝트 탐지부(150)는 보정 신호 출력부(140)가 출력하는 보정 신호, 또는 디처핑부(130)가 출력하는 필터링된 신호 중 하나를 이용하여 레이더 신호(101)가 반사된 오브젝트(102)를 탐지할 수 있다.
예를 들어, 오브젝트 탐지부(150)는 보정 신호에 따라 ESPRIT(Estimation of Signal Parameter via Rotational Invariance Technique)에 기초한 단일 톤의 주파수를 추정하여 레이더 신호(101)가 반사된 오브젝트(102)를 탐지할 수 있다.
레이더 신호 처리 장치(100)는 I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호에서 I/Q 불균형에 의한 오차를 보정함으로써, 오브젝트 탐지에 사용하는 파라미터의 정밀도를 높일 수 있다.
도 2는 본 발명에 따른 보정 신호 출력부를 나타내는 도면이다.
도 2를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 보정 신호 출력부(140)는 실수부 추출부(210), 허수부 추출부(220), 오차 추출부(230), 및 보정 신호 출력부(240)를 포함할 수 있다.
나이키스트(Nyquist) 샘플링 주파수 fs가 1/Ts인 경우, 디처핑부(130)가 출력하는 변환 신호 dIQ (t)의 이산 시간 모델은 수학식 11로 표시될 수 있다.
Figure pat00013
이때, Ts는 샘플주기이고, N은 샘플의 개수이며, N=Tsym / Ts일 수 있다. 또한, ω[nTs]는 잡음항일 수 있다.
실수부 추출부(210)는 I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호의 I 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 실수부(real part)를 추출할 수 있다. 이때, I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호는 디처핑부(130)가 출력하는 변환 신호 dIQ (t)일 수 있다. 예를 들어, 실수부 추출부(210)가 I 채널 신호를 변환하는 방법은 힐버트 변환(Hilbert transform)일 수 있다.
구체적으로, 실수부 추출부(210)는 I 채널 신호를 이산 푸리에 변환(DFT: Discrete Fourier Transform)할 수 있다. 예를 들어, 실수부 추출부(210)는 변환 신호 dIQ (t)의 I 채널 신호를 N 포인트 이산 푸리에 변환하여 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00014
이때,
Figure pat00015
는 변환 신호 dIQ (t)의 실수부에 대한 이산 푸리에 변환 결과일 수 있다.
다음으로, 실수부 추출부(210)는 I 채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 I 채널 신호의 스펙트럼을 결정할 수 있다. 예를 들어, 이산 푸리에 변환된 I 채널 신호의 스펙트럼인
Figure pat00016
은 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다. 이때, I 채널 신호의 스펙트럼은 N 포인트 한 방향 스펙트럼(N-point one-sided spectrum)일 수 있다.
Figure pat00017
마지막으로, 실수부 추출부(210)는 I 채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 레이더 신호의 실수부를 추출할 수 있다. 예를 들어, 실수부 추출부(210)는
Figure pat00018
의 역 이산 푸리에 변환 결과에 따라 복소 해석 신호인 레이더 신호의 실수부
Figure pat00019
를 수학식 14와 같이 결정할 수 있다.
Figure pat00020
허수부 추출부(220)는 레이더 신호의 Q 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 허수부(imaginary part)를 추출할 수 있다. 예를 들어, 허수부 추출부(220)가 Q 채널 신호를 변환하는 방법은 힐버트 변환일 수 있다.
이때, 허수부 추출부(220)는 Q 채널 신호를 이산 푸리에 변환할 수 있다. 다음으로, 허수부 추출부(220)는 Q채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 Q채널 신호의 스펙트럼을 결정할 수 있다. 마지막으로 허수부 추출부(220)는 Q채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 레이더 신호의 허수부를 추출할 수 있다.
오차 추출부(230)는 실수부 추출부(210)가 추출한 실수부와 허수부 추출부(220)가 추출한 허수부를 이용하여 I/Q 불균형에 따른 오차를 추출할 수 있다.
구체적으로, 오차 추출부(230)는 실수부 추출부(210)가 추출한 실수부인
Figure pat00021
의 공액 복소인
Figure pat00022
와 허수부 추출부(220)가 추출한 허수부인
Figure pat00023
를 곱하여 I/Q 불균형에 따른 오차인 f err [k]를 추출할 수 있다. 예를 들어, I/Q 불균형에 따른 오차인 f err [k]는 수학식 15로 표현될 수 있다.
Figure pat00024
보정 신호 출력부(240)는 오차 추출부(230)가 추출한 오차를 기초로 상기 레이더 신호에서 I/Q 불균형을 보상한 보정 신호를 출력할 수 있다.
이때, 보정 신호 출력부(240)는 오차와 허수부를 이용하여 보정 신호의 Q 채널을 출력할 수 있다. 구체적으로, 보정 신호 출력부(240)는 ferr[k]의 공액 복소인 ferr *[k]와 허수부 추출부(220)가 추출한 허수부인
Figure pat00025
를 곱하여 보정 신호
Figure pat00026
의 허수부인
Figure pat00027
를 출력할 수 있다. 이때,
Figure pat00028
는 보정 신호
Figure pat00029
의 Q채널일 수 있다.
또한, 보정 신호 출력부(240)는 레이더 신호의 I 채널 신호를 상기 보정 신호의 I 채널로 출력할 수 있다. 구체적으로, 보정 신호 출력부(240)는 실수부 추출부(210)가 추출한 실수부인
Figure pat00030
를 이용하여 보정 신호
Figure pat00031
의 실수부인
Figure pat00032
를 출력할 수 있다. 이때,
Figure pat00033
는 보정 신호
Figure pat00034
의 I채널일 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 보정 신호 출력부의 동작 일례이다.
디처핑부(130)가 출력하는 변환 신호 dIQ (t)는 도 3에 도시된 바와 같이 I 채널 신호인 dIQ,I(311)와 Q채널 신호인 dIQ,Q(312)를 포함할 수 있다.
이때, 실수부 추출부(210)는 I 채널 신호인 dIQ,I(311)에서 레이더 신호의 실수부를 추출할 수 있다. 이때, 실수부 추출부(210)가 dIQ,I(311)에서 추출한 실수부는 도 3에 도시된 바와 같이 I 채널
Figure pat00035
(321)과 Q채널
Figure pat00036
(322)를 포함할 수 있다.
또한, 허수부 추출부(220)는 Q 채널 신호인 dIQ,Q(312)에서 레이더 신호의 허수부를 추출할 수 있다. 이때, 허수부 추출부(220)가 dIQ,Q(312)에서 추출한 허수부는 도 3에 도시된 바와 같이 I 채널
Figure pat00037
(331)과
Figure pat00038
Q채널 (332)를 포함할 수 있다.
그리고, 오차 추출부(230)는 도 3에 도시된 바와 같이 실수부의 I 채널
Figure pat00039
(321)과 Q채널
Figure pat00040
(322)의 공액 복소와 허수부의 I 채널
Figure pat00041
(331)과
Figure pat00042
Q채널 (332)를 곱하여 오차 ferr[k]를 추출할 수 있다.
마지막으로 보정 신호 출력부(240)는 오차 f err [k]의 공액 복소인
Figure pat00043
(341), 및
Figure pat00044
(342)와 허수부의 I 채널
Figure pat00045
(331) 및
Figure pat00046
Q채널 (332)를 곱하여 보정 신호
Figure pat00047
의 허수부인
Figure pat00048
(352)를 출력할 수 있다.
또한, 보정 신호 출력부(240)는 I 채널 신호인 dIQ,I(311)를 보정 신호
Figure pat00049
의 실수부인
Figure pat00050
(351)로 출력할 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 오브젝트 탐지부를 나타내는 도면이다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 오브젝트 탐지부(150)는 TOA 추정부(410) 및 탐지부(420)를 포함할 수 있다.
TOA 추정부(410)는 보정 신호 출력부(140)가 출력한 보정 신호를 이용하여 레이더 신호의 TOA(time of arrival)를 추정할 수 있다.
먼저, TOA 추정부(410)는 보정 신호 출력부(140)가 출력한 보정 신호를 이용하여 자기 상관 행렬을 정의할 수 있다. 구체적으로, TOA 추정부(410)는 N 샘플을 가진 보정 신호
Figure pat00051
를 사용하여 L x L의 자기 상관 행렬 Rdd를 정의할 수 있다. 예를 들어, TOA 추정부(410)는 수학식 15와 같이 자기 상관 행렬 Rdd를 정의할 수 있다.
Figure pat00052
이때, 시퀀스 dcomp,n =[dcomp[n],...,dcomp[n+L-1]]일 수 있다.
다음으로, TOA 추정부(410)는 정의한 자기 상관 행렬에 고유값 분해(EVD: Eigen Value Decomposition)를 적용하여 신호의 고유 벡터 행렬을 추출할 수 있다. 예를 들어, TOA 추정부(410)는 수학식 17과 같이 자기 상관 행렬 Rdd에 고유값 분해를 적용할 수 있다.
Figure pat00053
이때, 신호의 고유 벡터 행렬 S=[s0|...|sM-1]은 상관 행렬의 신호 준공간(signal subspace) 영역에 M 고유 벡터들을 포함할 수 있다. 또한, 노이즈의 고유 벡터 행렬 G=[g0|...|gL-M-1]은 L-M고유 벡터들이 상관 행렬의 노이즈 준공간에 포함되고, λn는 상관 행렬의 n 번째 고유 값을 나타낼 수 있다. 이때, 가장 큰 M의 고유값인 λM... λL-1은 S의 M 고유 벡터들에 대응할 수 있다. 또한, 가장 큰 M을 제외한 다른 M의 고유값 λM... λL-1는 λM=...=λL-1=σ2와 같은 G의 고유 벡터에 대응할 수 있다.
그 다음으로, TOA 추정부(410)는 추출한 신호의 고유 벡터 행렬을 기초로 신호의 서브 행렬을 정의할 수 있다.
TOA 추정부(410)는 신호의 서브 행렬인 S1 행렬과 S2 행렬을 수학식 18과 같이 정의 할 수 있다.
Figure pat00054
이때, 신호의 서브 행렬인 S1과 S2 행렬은 수학식 19와 같이 인수 분해될 수 있다.
Figure pat00055
이때, A1=[Im-1 0]A이고,
Figure pat00056
일 수 있다. 또한, δm는 m 번째 경로를 위하여 변환된 정현 성분의 주파수이며, δm=μτmTs일 수 있다. 그리고,
Figure pat00057
이며, C는 M x M 비 특이 변환 행렬(non-singular transformation matrix)일 수 있다.
따라서,
Figure pat00058
는 D와 동일한 고유값을 가질 수 있다. 예를 들어, TOA 추정부(410)는 수학식 20을 이용하여
Figure pat00059
를 결정할 수 있다.
Figure pat00060
마지막으로 TOA 추정부(410)는 신호의 서브 행렬을 기초로 레이더 신호가 지연된 경로를 추정할 수 있다. 예를 들어, TOA 추정부(410)는 수학식 21을 이용하여
Figure pat00061
에 포함된 숫자 중에서, 첫 번째 경로 지연을 추정할 수 있다.
Figure pat00062
이때, v1은
Figure pat00063
의 첫 번째 고유 값일 수 있다. 또한, 경로는 지연된 레이더 신호(103)를 수신한 수신 안테나일 수 있다. 예를 들어, 도 1에서 가장 위에 위치한 안테나가 지연된 레이더 신호(103)을 수신할 수 있다. 이때, TOA 추정부(410)는 레이더 신호 처리 장치(100)의 오브젝트(102)에 반사된 레이더 신호(103)가 가장 위에 위치한 안테나까지 도달하는 경로를 지연된 경로로 추정할 수 있다.
탐지부(420)는 TOA 추정부(410)가 추정한 TOA를 이용하여 오브젝트의 위치를 탐지할 수 있다. 구체적으로, 탐지부(420)는 TOA 추정부(410)가 추정한 지연 경로에 따라 레이더 신호가 반사된 오브젝트를 탐지할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 도시한 플로우차트이다.
단계(510)에서 송신부(110)는 송신 안테나를 통해 레이더 신호(101)를 송신할 수 있다. 이때, 송신부(110)는 처프 신호를 레이더 신호(101)로 송신할 수 있다.
단계(520)에서 수신부(120)는 수신 안테나를 통해 단계(510)에서 송신한 레이더 신호(101)가 오브젝트(102)에 의해 반사된 레이더 신호(103)를 수신할 수 있다. 이때, 수신부(120)가 수신한 레이더 신호(103)는 I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호일 수도 있고, I/Q 불균형이 발생하지 않은 레이더 신호일 수도 있다.
단계(530)에서 디처핑부(130)는 단계(520)에서 수신한 레이더 신호(103)를 디처핑 필터, 또는 저역 통과 필터 중 적어도 하나로 필터링하여 변환 신호 dIQ (t)를 출력할 수 있다.
레이더 신호에 I/Q 불균형이 발생하지 않은 경우, 단계(530)는 수행되지 않을 수 있다.
단계(540)에서 보정 신호 출력부(140)는 단계(530)에서 출력된 변환 신호 dIQ (t)를 처리하여 단계(520)에서 수신한 레이더 신호에서 I/Q 불균형을 보상한 보정 신호를 출력할 수 있다.
단계(550)에서 오브젝트 탐지부(150)는 단계(540)에서 출력하는 보정 신호, 또는 단계(530)에서 필터링된 신호 중 하나를 이용하여 레이더 신호(101)가 반사된 오브젝트(102)를 탐지할 수 있다. 구체적으로, 레이더 신호에 I/Q 불균형이 발생하지 않은 경우, 오브젝트 탐지부(150)는 단계(530)에서 필터링된 신호를 이용하여 레이더 신호(101)가 반사된 오브젝트(102)를 탐지할 수 있다. 또한, 레이더 신호에 I/Q 불균형이 발생한 경우, 오브젝트 탐지부(150)는 단계(5400)에서 출력하는 보정 신호를 이용하여 레이더 신호(101)가 반사된 오브젝트(102)를 탐지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법의 보정 신호 출력 과정을 도시한 플로우차트이다. 이때, 도 6의 단계(610) 내지 단계(640)는 도 5의 단계(540)에 포함될 수 있다.
단계(610)에서 실수부 추출부(210)는 단계(530)에서 레이더 신호가 디처핑 필터링된 변환 신호 dIQ (t)의 I 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 실수부를 추출할 수 있다. 예를 들어, 실수부 추출부(210)가 I 채널 신호를 변환하는 방법은 힐버트 변환일 수 있다.
구체적으로, 실수부 추출부(210)는 I 채널 신호를 이산 푸리에 변환할 수 있다. 다음으로, 실수부 추출부(210)는 I 채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 I 채널 신호의 스펙트럼을 결정할 수 있다. 마지막으로, 실수부 추출부(210)는 I 채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 레이더 신호의 실수부를 추출할 수 있다.
단계(620)에서 허수부 추출부(220)는 단계(530)에서 레이더 신호가 디처핑 필터링된 변환 신호 dIQ (t)의 Q 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 허수부를 추출할 수 있다. 이때, 허수부 추출부(220)는 Q 채널 신호를 이산 푸리에 변환할 수 있다. 다음으로, 허수부 추출부(220)는 Q채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 Q채널 신호의 스펙트럼을 결정할 수 있다. 마지막으로 허수부 추출부(220)는 Q채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 레이더 신호의 허수부를 추출할 수 있다.
단계(630)에서 오차 추출부(230)는 단계(610)에서 추출한 실수부와 단계(620)에서 추출한 허수부를 이용하여 I/Q 불균형에 따른 오차를 추출할 수 있다. 구체적으로, 오차 추출부(230)는 실수부의 공액 복소값와 허수부를 곱하여 I/Q 불균형에 따른 오차를 추출할 수 있다.
단계(640)에서 보정 신호 출력부(240)는 단계(630)에서 추출한 오차를 기초로 상기 레이더 신호에서 I/Q 불균형을 보상한 보정 신호를 출력할 수 있다.
이때, 보정 신호 출력부(240)는 오차의 공액 복소값과 허수부를 곱하여 보정 신호의 Q채널을 출력할 수 있다. 또한, 보정 신호 출력부(240)는 실수부를 이용하여 보정 신호의 I채널을 출력할 수 있다.
본 발명은 I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호에서 I/Q 불균형에 의한 오차를 보정함으로써, 오브젝트 탐지에 사용하는 파라미터의 정밀도를 높일 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
130: 디처핑부
140: 보정 신호 출력부
210: 실수부 추출부
220: 허수부 추출부
230: 오차 추출부
240: 보정 신호 추출부

Claims (22)

  1. I/Q(in-phase/quadrature-phase) 불균형이 발생한 레이더 신호의 I 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 실수부(real part)를 추출하는 단계;
    상기 레이더 신호의 Q 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 허수부(imaginary part)를 추출하는 단계;
    상기 실수부와 상기 허수부를 이용하여 상기 I/Q 불균형에 따른 오차를 추출하는 단계; 및
    상기 오차를 기초로 상기 레이더 신호에서 I/Q 불균형을 보상한 보정 신호를 출력하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 실수부를 추출하는 단계는,
    상기 I 채널 신호를 이산 푸리에 변환하는 단계;
    상기 I 채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 I 채널 신호의 스펙트럼을 결정하는 단계; 및
    상기 I 채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 실수부를 추출하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 허수부를 추출하는 단계는,
    상기 Q 채널 신호를 이산 푸리에 변환하는 단계;
    상기 Q채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 Q채널 신호의 스펙트럼을 결정하는 단계; 및
    상기 Q채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 허수부를 추출하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보정 신호를 출력하는 단계는,
    상기 오차와 상기 허수부를 이용하여 상기 보정 신호의 Q 채널을 출력하는 단계; 및
    상기 레이더 신호의 I 채널 신호를 상기 보정 신호의 I 채널로 출력하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호는,
    오브젝트에 반사된 레이더 신호를 디처핑 필터, 또는 저역 통과 필터 중 적어도 하나로 필터링한 신호인 레이더 신호 처리 방법.
  6. 오브젝트에 반사된 레이더 신호를 수신하는 단계;
    상기 레이더 신호에서 I/Q 불균형을 보상한 보정 신호를 출력하는 단계; 및
    상기 보정 신호를 이용하여 상기 레이더 신호가 반사된 오브젝트를 탐지하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보정 신호를 출력하는 단계는,
    상기 레이더 신호에 I/Q 불균형이 발생한 경우, 상기 레이더 신호의 I 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 실수부를 추출하는 단계;
    상기 레이더 신호의 Q 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 허수부를 추출하는 단계;
    상기 실수부와 상기 허수부를 이용하여 상기 I/Q 불균형에 따른 오차를 추출하는 단계; 및
    상기 오차를 기초로 상기 레이더 신호에서 I/Q 불균형을 보상한 보정 신호를 출력하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 실수부를 추출하는 단계는,
    상기 I 채널 신호를 이산 푸리에 변환하는 단계;
    상기 I 채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 I 채널 신호의 스펙트럼을 결정하는 단계; 및
    상기 I 채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 실수부를 추출하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 허수부를 추출하는 단계는,
    상기 Q 채널 신호를 이산 푸리에 변환하는 단계;
    상기 Q채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 Q채널 신호의 스펙트럼을 결정하는 단계; 및
    상기 Q채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 허수부를 추출하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 보정 신호를 출력하는 단계는,
    상기 오차와 상기 허수부를 이용하여 상기 보정 신호의 Q 채널을 출력하는 단계; 및
    상기 레이더 신호의 I 채널 신호를 상기 보정 신호의 I 채널로 출력하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 오브젝트를 탐지하는 단계는,
    상기 보정 신호를 이용하여 자기 상관 행렬을 정의하는 단계;
    상기 자기 상관 행렬에 고유값 분해(EVD: Eigen Value Decomposition)를 적용하여 신호 고유 벡터 행렬을 추출하는 단계;
    상기 신호의 고유 벡터 행렬을 기초로 신호의 서브 행렬을 정의하는 단계;
    상기 서브 행렬을 기초로 상기 레이더 신호가 지연된 경로를 추정하는 단계; 및
    상기 지연된 경로에 따라 상기 레이더 신호가 반사된 오브젝트를 탐지하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  12. I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호의 I 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 실수부를 추출하는 실수부 추출부;
    상기 레이더 신호의 Q 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 허수부를 추출하는 허수부 추출부;
    상기 실수부와 상기 허수부를 이용하여 상기 I/Q 불균형에 따른 오차를 추출하는 오차 추출부; 및
    상기 오차를 기초로 상기 레이더 신호에서 I/Q 불균형을 보상한 보정 신호를 출력하는 보정 신호 출력부
    를 포함하는 레이더 신호 처리 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 실수부 추출부는,
    상기 I 채널 신호를 이산 푸리에 변환하고, 상기 I 채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 I 채널 신호의 스펙트럼을 결정하며, 상기 I 채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 실수부를 추출하는 레이더 신호 처리 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 허수부 추출부는,
    상기 Q 채널 신호를 이산 푸리에 변환하고, 상기 Q채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 Q채널 신호의 스펙트럼을 결정하며, 상기 Q채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 허수부를 추출하는 레이더 신호 처리 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 보정 신호 출력부는,
    상기 오차와 상기 허수부를 이용하여 상기 보정 신호의 Q 채널을 출력하고, 상기 레이더 신호의 I 채널 신호를 상기 보정 신호의 I 채널로 출력하는 레이더 신호 처리 장치.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 I/Q 불균형이 발생한 레이더 신호는,
    오브젝트에 반사된 레이더 신호를 디처핑 필터, 또는 저역 통과 필터 중 적어도 하나로 필터링한 신호인 레이더 신호 처리 장치.
  17. 오브젝트에 반사된 레이더 신호를 수신하는 수신부;
    상기 레이더 신호에서 I/Q 불균형을 보상한 보정 신호를 출력하는 보정 신호 출력부; 및
    상기 보정 신호를 이용하여 상기 레이더 신호가 반사된 오브젝트를 탐지하는 오브젝트 탐지부
    를 포함하는 레이더 신호 처리 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 보정 신호 출력부는,
    상기 레이더 신호에 I/Q 불균형이 발생한 경우, 상기 레이더 신호의 I 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 실수부를 추출하는 실수부 추출부;
    상기 레이더 신호의 Q 채널 신호를 변환하여 레이더 신호의 허수부를 추출하는 허수부 추출부;
    상기 실수부와 상기 허수부를 이용하여 상기 I/Q 불균형에 따른 오차를 추출하는 오차 추출부;
    상기 오차를 기초로 상기 레이더 신호에서 I/Q 불균형을 보상한 보정 신호를 출력하는 보정 신호 출력부
    를 포함하는 레이더 신호 처리 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 실수부 추출부는,
    상기 I 채널 신호를 이산 푸리에 변환하고, 상기 I 채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 I 채널 신호의 스펙트럼을 결정하며, 상기 I 채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 실수부를 추출하는 레이더 신호 처리 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 허수부 추출부는,
    상기 Q 채널 신호를 이산 푸리에 변환하고, 상기 Q채널 신호의 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 Q채널 신호의 스펙트럼을 결정하며, 상기 Q채널 신호의 스펙트럼의 역 이산 푸리에 변환 결과에 기초하여 상기 허수부를 추출하는 레이더 신호 처리 장치.
  21. 제18항에 있어서,
    상기 보정 신호 출력부는,
    상기 오차와 상기 허수부를 이용하여 상기 보정 신호의 Q 채널을 출력하고, 상기 레이더 신호의 I 채널 신호를 상기 보정 신호의 I 채널로 출력하는 레이더 신호 처리 장치.
  22. 제17항에 있어서,
    상기 오브젝트 탐지부는,
    상기 보정 신호를 이용하여 자기 상관 행렬을 정의하고, 상기 자기 상관 행렬에 고유값 분해를 적용하여 신호 고유 벡터 행렬을 추출하며, 상기 신호의 고유 벡터 행렬을 기초로 신호의 서브 행렬을 정의하고, 상기 서브 행렬을 기초로 상기 레이더 신호가 지연된 경로를 추정하며, 상기 지연된 경로에 따라 상기 레이더 신호가 반사된 오브젝트를 탐지하는 레이더 신호 처리 장치.
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