KR20160062497A - 차량용 레이더 시스템의 동작방법 - Google Patents

차량용 레이더 시스템의 동작방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 제1 레이더 신호 송신 후, 표적으로부터 반사된 제2 레이더 신호를 수신하고, 상기 제1, 2 레이더 신호를 기반으로 추출된 상기 표적에 대한 표적탐지정보가 설정된 그레이팅 로브(grating lobe) 발생조건을 만족하는지 판단하여, 상기 그레이팅 로브 발생조건을 만족하면 위크(weak)정보를 상기 표적탐지정보에 부가하여 출력하는 단계 및 상기 표적탐지정보에 상기 위크정보가 포함되었는지 판단하여, 상기 위크정보가 포함되면 상기 표적이 이전추적표적인지 또는 신규추적표적인지 확인하여, 상기 표적이 상기 신규추적표적이면 신규추정 알고리즘을 적용하여, 상기 표적에 대한 추적여부를 결정하는 단계를 포함하는 차량용 레이더 시스템의 동작방법을 제공한다.

Description

차량용 레이더 시스템의 동작방법{Operation method for vehicle radar system}
본 발명은 차량용 레이더 시스템의 동작방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밀리미터대역 대역에서 배열 안테나를 사용하는 차량용 안테나에서 배열 간격에 의해 발생하는 그레이팅 로브(grating lobe)에 의한 오표적을 제거하기 용이한 차량용 레이더 시스템의 동작방법에 관한 것이다.
일반적으로, 동일한 안테나 개구면 내에 안테나 소자가 다른 간격으로 배열된 경우의 각각의 안테나의 개구면을 넓히게 될 경우 좁은 안테나 빔폭을 획득할 수 있지만, 안테나 소자의 경우 기본적으로 공진 구조를 사용하기 때문에 단일 안테나를 이용하여 안테나 개구면을 넓히는 것이 쉽지 않다.
따라서 특정 안테나 개구면 내에 단일 안테나를 배열하여 배열 안테나를 사용하는 것이 일반적이다.
이 경우 단일 안테나 별로 획득된 신호를 Digital Beam Forming 등을 하였을 경우 물리적인 안테나 회전이 아니라 전기적 빔 조향이 가능하기 때문에 배열 안테나를 사용하는 것은 많은 장점을 갖는다.
안테나 개구면이 동일할 경우 배열 안테나의 안테나 간격과 관계 없이 Main Beam의 빔폭은 동일한 것을 알 수 있다. 하지만, 안테나 간 간격이 넓을 경우에는 안테나의 Visible Space가 -180도~180도 영역을 확보하지 못하고 이보다 줄어 들게 된다. 따라서 Visible Space 외 영역에 모호성을 갖게 되며, 이러한 모호성을 갖는 패턴에 대해서 Grating Lobe라고 한다.
Grating Lobe를 제거하기 위해서는 기본적으로 안테나 간 간격이 송신 파형의 반파장일 경우 Visible Space가 -180도~180도가 되므로 Grating Lobe에 의한 영향성을 배제할 수 있다. 하지만 이 경우 안테나 간 간격이 좁기 때문에서 안테나 간 신호 격리도 문제가 발생하며, 또한 좁은 빔폭을 확보하기 위해서는 안테나 및 수신기 개수가 증가하여 재료비 증가 및 연산 시간 증가 등의 단점을 갖는다.
이를 극복하기 위해, Grating Lobe 여부를 판단하기 위해 별도의 기준 빔을 사용한다. 또한, 수신된 신호에 대해서 Digital Beam Forming 시 최적의 Weighting Vector를 구하는 방법을 사용하고 있다.
이러한 기술 같은 경우에는 주로 방산에 적용되는 기술로써, 안테나 배열 개수가 충분히 많은 경우에 적합하다. 하지만 차량용 레이더의 경우에는 일반적으로 재료비 절감 등의 이유로 인하여 10개 미만의 안테나를 적용하는 것이 보통이다. 따라서 위 언급한 류의 종계 기술은 차량용 레이더에 적용되기에는 무리가 있다.
하지만 해당 기술의 경우 비 관심 영역에 RCS(Radar Cross Section)가 큰 표적이 초 근거리에 위치하게 될 경우 해당 신호가 탐지 될 수 있는 단점을 가지고 있다.
본 발명의 목적은, 밀리미터대역 대역에서 배열 안테나를 사용하는 차량용 안테나에서 배열 간격에 의해 발생하는 그레이팅 로브(grating lobe)에 의한 오표적을 제거하기 용이한 차량용 레이더 시스템의 동작방법을 제공함에 있다.
본 발명에 따른 차량용 레이더 시스템의 동작방법은, 제1 레이더 신호 송신 후, 표적으로부터 반사된 제2 레이더 신호를 수신하고, 상기 제1, 2 레이더 신호를 기반으로 추출된 상기 표적에 대한 표적탐지정보가 설정된 그레이팅 로브(grating lobe) 발생조건을 만족하는지 판단하여, 상기 그레이팅 로브 발생조건을 만족하면 위크(weak)정보를 상기 표적탐지정보에 부가하여 출력하는 단계 및 상기 표적탐지정보에 상기 위크정보가 포함되었는지 판단하여, 상기 위크정보가 포함되면 상기 표적이 이전추적표적인지 또는 신규추적표적인지 확인하여, 상기 표적이 상기 신규추적표적이면 신규추정 알고리즘을 적용하여, 상기 표적에 대한 추적여부를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 정보출력단계는, 상기 제1, 2 레이더 신호를 기반으로 상기 표적탐지정보를 산출하는 단계, 상기 표적탐지정보가 상기 그레이팅 로브 발생조건을 만족하는지 판단하는 단계, 상기 표적탐지정보가 상기 그레이팅 로브 발생조건을 만족하면, 상기 위크정보를 상기 표적탐지정보에 부가하여 출력하는 단계를 포함한다.
상기 표적탐지정보는, 상기 제1, 2 레이더 신호를 기반으로 신호대잡음비, 표적거리 및 표적각도를 포함한다.
상기 판단 단계는, 상기 표적각도에 따라 안테나송신이득 및 안테나수신이득을 산출하는 단계, 상기 안테나송신이득, 상기 안테나수신이득 및 상기 표적거리를 기반으로 기준신호대잡음비를 산출하는 단계 및 상기 신호대잡음비가 상기 기준신호대잡음비보다 작은지 판단하는 단계를 포함한다.
상기 판단단계는, 상기 신호대잡음비가 상기 기준신호대잡음비보다 작으면 상기 그레이팅 로브 발생조건인 것으로 판단한다.
상기 추적결정 단계는, 상기 표적탐지정보에 상기 위크정보가 포함되었는지 판단하는 단계, 상기 위크정보가 포함되면, 상기 이전추적표적에 대한 이전표적탐지정보와 상기 표적탐지정보가 서로 연계되는지 판단하는 단계 및 상기 이전표적탐지정보와 상기 표적탐지정보가 서로 연계되면, 상기 표적을 상기 이전추적표적으로 추적 결정하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 차량용 레이더 시스템의 동작방법은, 상기 연계 판단단계 이후, 상기 이전표적탐지정보와 상기 표적탐지정보가 서로 연계되지 않으면, 상기 신규추적표적으로 결정하여 상기 신규추정 알고리즘을 적용하는 단계를 더 포함한다.
상기 신규추정 알고리즘 적용단계는, 상기 표적탐지정보가 복수의 이전예비추적표적에 대한 복수의 이전예비표적탐지정보 중 어느 하나와 연계되는지 판단하는 단계, 상기 표적탐지정보가 복수의 이전예비표적탐지정보 중 어느 하나와 서로 연계되면, 상기 위크정보에 대한 위크카운터를 증가시키는 단계 및 상기 표적탐지정보와 연계되는 상기 복수의 이전예비표적탐지정보 중 어느 하나와 연계회수가 기준회수를 만족하고, 상기 위크카운터가 기준위크카운터를 만족하면, 상기 표적을 추적 결정하는 단계를 포함한다.
상기 신규추정 알고리즘 적용단계는, 상기 연계회수가 상기 기준회수를 만족하지 않거나, 또는 상기 위크카운터가 상기 기준위크카운터를 만족하지 않으면, 상기 표적을 미추적 결정하는 단계를 더 포함한다.
본 발명에 따른 차량용 레이더 시스템의 동작방법은, 그레이팅 로브가 발생되는 초 근거리 내에서 표적에 대한 표적탐지정보에 포함된 제1, 2 레이더 신호에 대한 신호대잡음비, 표적거리 및 표적각도를 기반으로 표적에 대한 그레이팅 로브를 제거함으로써, 오표적을 제거하기 용이한 이점이 있으며, 제조 원가를 절감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 레이더 시스템의 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 (S110) 단계를 나타낸 순서도이다.
도 3은 도 1에 나타낸 (S120) 단계를 나타낸 순서도이다.
도 4는 도 3에 나타낸 (S340) 단계를 나타낸 순서도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시예를 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 레이더 시스템의 동작방법을 나타낸 순서도 및 도 2는 도 1에 나타낸 (S110) 단계를 나타낸 순서도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 차량용 레이더 시스템은 제1 레이더 신호 송신 후, 표적으로부터 반사된 제2 레이더 신호를 수신하고, 상기 제1, 2 레이더 신호를 기반으로 추출된 상기 표적에 대한 표적탐지정보가 설정된 그레이팅 로브(grating lobe) 발생조건을 만족하는지 판단하여, 상기 그레이팅 로브 발생조건을 만족하면 위크(weak)정보를 상기 표적탐지정보에 부가하여 출력한다(S110).
차량용 레이더 시스템은 상기 표적탐지정보에 상기 위크정보가 포함되었는지 판단하여, 상기 위크정보가 포함되면 상기 표적이 이전추적표적인지 또는 신규추적표적인지 확인하여, 상기 표적이 상기 신규추적표적이면 신규추정 알고리즘을 적용하여, 상기 표적에 대한 추적여부를 결정한다(S120).
도 2에 나타낸 (S110) 단계를 자세하게 설명한다.
즉, 차량용 레이더 시스템은 상기 제1, 2 레이더 신호를 기반으로 상기 표적탐지정보를 산출한다(S210).
여기서, 상기 표적탐지정보는 상기 제1, 2 레이더 신호를 기반으로 신호대잡음비, 표적거리 및 표적각도를 포함할 수 있으며, 이에 한정을 두지 않는다.
차량용 레이더 시스템은 상기 표적각도에 따라 안테나송신이득 및 안테나수신이득을 산출한다(S220).
차량용 레이더 시스템은 상기 안테나송신이득, 상기 안테나수신이득 및 상기 표적거리를 기반으로 기준신호대잡음비를 산출한다(S230).
차량용 레이더 시스템은 상기 표적거리가 설정된 특정거리 내에 위치하고, 상기 신호대잡음비가 상기 기준신호대잡음비보다 작은지 판단한다(S240).
이후, 차량용 레이더 시스템은 상기 신호대잡음비가 상기 기준신호대잡음비보다 작으면 상기 그레이팅 로브 발생조건을 만족하는 것으로 판단하여, 상기 위크정보를 상기 표적탐지정보에 부가하여 출력한다(S250).
도 2에 나타낸 동작방법을 자세하게 설명하면 다음과 같다.
즉, 차량용 레이더 시스템은 신호대잡음비를 하기의 [수학식 1]을 통하여 산출할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, SNR은 신호대잡음비, GT는 안테나 송신 이득, GR은 안테나 수신 이득, λ는 제1 레이더의 파장, σ는 표적의 RCS, R은 표적거리, L은 설정된 상수, 즉 손실을 나타낸다.
따라서, 차량용 레이더 시스템은 제1, 2 레이저 신호의 신호 크기를 기반으로 산출된 표적 정보를 [수학식 1]로 연산하여, 신호대잡음비를 산출할 수 있다.
이와 같이, 차량용 레이더 시스템은 표적탐지정보가 산출된 경우, 표적거리, 표적각도 및 관심표적인 차량의 최소 RCS를 바탕으로 하여 임계치를 설정하여 표적의 획득신호가 임계치보다 적을 경우 해당 표적이 그레이팅 로브(Grating Lobe)에 의한 표적일 가능성이 높으며, 상기 표적탐지정보에 대해서 Weak 신호의 속성인, 위크 정보를 부가한다.
다시, 도 2를 설명하면, 차량용 레이더 시스템은 제1, 2 레이더 신호가 송수신 되면, 신호크기를 획득할 수 있다. 제1, 2 레이더 신호를 신호 처리를 통해 표적거리 및 표적각도를 산출한다.
차량용 레이더 시스템은 표적거리가 특정거리 이내인 경우에 대해서만 이후 신호처리를 수행한다. 그 이유는, 그레이팅 로브에 의한 오표적은 근거리에서만 발생하기 때문이다. [수학식 1]에서와 같이 수신되는 신호의 크기는 안테나 이득과 표적의 거리에 의한 함수이다. 거리가 증가할 수록 표적의 신호는 급격히 감소되는 특징이 있다. 특히 그레이팅 로브가 발생하는 외곽 영역의 경우 안테나 이득이 적기 때문에 신호의 크기는 잡음의 크기보다 높아지기 어렵다. 하지만 수 m의 근거리에서는 안테나 이득이 작지만 거리가 매우 가깝기 때문에 획득되는 신호가 잡음 보다 높아 신호로 인식될 수 있다.
따라서 본 신호처리에서는 Grating Lobe가 발생할 수 있는 특정 거리이내의 표적에 대해서만 해당 신호처리를 수행한다. 표적이 특정거리 이내인 경우 표적의 각도를 통해 해당 각도에서의 안테나 송신 이득 및 안테나 수신 이득을 기존에 알고 있는 정보를 바탕으로 도출한다. 그 이후에 신호처리를 통해 획득한 표적거리와 기타 상수를 바탕으로 하여 기준 신호대잡음비를 계산한다. 이렇게 계산된 기준신호대잡음비는 획득된 신호 크기와 비교를 하여 신호크기가 작을 경우 표적의 속성에 위크 정보를 부가한다.
도 3은 도 1에 나타낸 (S120) 단계를 나타낸 순서도이다.
도 3의 차량용 레이더 시스템은 (S110) 단계 이후, 그레이팅 로브에 의한 오표적을 제거하기 위한 추적 결정 단계를 나타낸다.
즉, 차량용 레이더 시스템은 상기 표적탐지정보에 상기 위크정보가 포함되었는지 판단한다(S310).
차량용 레이더 시스템은 상기 위크정보가 포함되면, 상기 이전추적표적에 대한 이전표적탐지정보와 상기 표적탐지정보가 서로 연계되는지 판단한다(S320).
차량용 레이더 시스템은 상기 이전표적탐지정보와 상기 표적탐지정보가 서로 연계되면, 상기 표적을 상기 이전추적표적으로 추적 결정한다(S330).
또한, 차량용 레이더 시스템은 (S320) 단계 이후, 상기 이전표적탐지정보와 상기 표적탐지정보가 서로 연계되지 않으면, 상기 신규추적표적으로 결정하여 상기 신규추정 알고리즘을 적용한다(S340).
또한, 차량용 레이더 시스템은 (S310) 단계 이후, 상기 위크정보가 포함되지 않으면, 일반 표적 추적을 결정한다(S350).
도 3에 나타낸 동작방법을 자세히 설명하면 다음과 같다.
차량용 레이더 시스템은 표적탐지정보가 추적처리기에 인가 되었을 경우 위크정보의 포함여부를 판단한다. 만일, 위크정보가 포함되지 않은 것으로 판단되었을 경우에는 일반적 추적 처리를 거친다. 하지만, 위크정보가 포함되는 경우, 해당 표적탐지정보가 기존에 생성된 추적의 추적 GATE 내부에 있는지를 검토하여 이전추적표적에 대한 이전표적탐지정보와 연계(Association) 여부를 판단한다. 해당 표적탐지정보가 기존에 형성된 이전표적탐지정보와 연계되면, 해당 표적탐지정보를 기이전표적탐지정보과 연계를 수행하고 기존의 이전추적표적을 유지시킨다.
하지만, 해당 표적탐지정보가 기존에 생성되었던 이전표적탐지정보와 연계 되지 않으면 신규추정 알고리즘을 시작한다.
도 4는 도 3에 나타낸 (S340) 단계를 나타낸 순서도이다.
도 4의 차량용 레이더 시스템은 신규추정 알고리즘에 따른 동작방법을 나타낸 순서도이다.
도 4를 참조하면, 차량용 레이더 시스템은 상기 표적탐지정보가 복수의 이전예비추적표적에 대한 복수의 이전예비표적탐지정보 중 어느 하나와 연계되는지 판단한다(S410).
차량용 레이더 시스템은 상기 표적탐지정보가 복수의 이전예비표적탐지정보 중 어느 하나와 서로 연계되면, 상기 위크정보에 대한 위크카운터를 증가시킨다(S420).
차량용 레이더 시스템은 상기 표적탐지정보와 연계되는 상기 복수의 이전예비표적탐지정보 중 어느 하나와 연계회수가 기준회수를 만족하고, 상기 위크카운터가 기준위크카운터를 만족하면, 상기 표적을 추적 결정한다(S430).
또한, 차량용 레이더 시스템은 상기 연계회수가 상기 기준회수를 만족하지 않거나, 또는 상기 위크카운터가 상기 기준위크카운터를 만족하지 않으면, 상기 표적을 미추적 결정한다(S440).
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다.
이상에서는 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어져서는 안될 것이다.

Claims (9)

  1. 제1 레이더 신호 송신 후, 표적으로부터 반사된 제2 레이더 신호를 수신하고, 상기 제1, 2 레이더 신호를 기반으로 추출된 상기 표적에 대한 표적탐지정보가 설정된 그레이팅 로브(grating lobe) 발생조건을 만족하는지 판단하여, 상기 그레이팅 로브 발생조건을 만족하면 위크(weak)정보를 상기 표적탐지정보에 부가하여 출력하는 단계; 및
    상기 표적탐지정보에 상기 위크정보가 포함되었는지 판단하여, 상기 위크정보가 포함되면 상기 표적이 이전추적표적인지 또는 신규추적표적인지 확인하여, 상기 표적이 상기 신규추적표적이면 신규추정 알고리즘을 적용하여, 상기 표적에 대한 추적여부를 결정하는 단계;를 포함하는 차량용 레이더 시스템의 동작방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 정보출력단계는,
    상기 제1, 2 레이더 신호를 기반으로 상기 표적탐지정보를 산출하는 단계;
    상기 표적탐지정보가 상기 그레이팅 로브 발생조건을 만족하는지 판단하는 단계;
    상기 표적탐지정보가 상기 그레이팅 로브 발생조건을 만족하면, 상기 위크정보를 상기 표적탐지정보에 부가하여 출력하는 단계;를 포함하는 차량용 레이더 시스템의 동작방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 표적탐지정보는,
    상기 제1, 2 레이더 신호를 기반으로 신호대잡음비, 표적거리 및 표적각도를 포함하는 차량용 레이더 시스템의 동작방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 표적탐지정보는, 상기 제1, 2 레이더 신호를 기반으로 신호대잡음비(SNR), 표적거리 및 표적각도를 포함하고,
    상기 판단 단계는,
    상기 표적각도에 따라 안테나송신이득 및 안테나수신이득을 산출하는 단계;
    상기 안테나송신이득, 상기 안테나수신이득 및 상기 표적거리를 기반으로 기준신호대잡음비를 산출하는 단계; 및
    상기 신호대잡음비가 상기 기준신호대잡음비보다 작은지 판단하는 단계;를 포함하는 차량용 레이더 시스템의 동작방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 판단단계는,
    상기 신호대잡음비가 상기 기준신호대잡음비보다 작으면 상기 그레이팅 로브 발생조건인 것으로 판단하는 차량용 레이더 시스템의 동작방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 추적결정 단계는,
    상기 표적탐지정보에 상기 위크정보가 포함되었는지 판단하는 단계;
    상기 위크정보가 포함되면, 상기 이전추적표적에 대한 이전표적탐지정보와 상기 표적탐지정보가 서로 연계되는지 판단하는 단계; 및
    상기 이전표적탐지정보와 상기 표적탐지정보가 서로 연계되면, 상기 표적을 상기 이전추적표적으로 추적 결정하는 단계;를 포함하는 차량용 레이더 시스템의 동작방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 연계 판단단계 이후,
    상기 이전표적탐지정보와 상기 표적탐지정보가 서로 연계되지 않으면, 상기 신규추적표적으로 결정하여 상기 신규추정 알고리즘을 적용하는 단계;를 더 포함하는 차량용 레이더 시스템의 동작방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 신규추정 알고리즘 적용단계는,
    상기 표적탐지정보가 복수의 이전예비추적표적에 대한 복수의 이전예비표적탐지정보 중 어느 하나와 연계되는지 판단하는 단계;
    상기 표적탐지정보가 복수의 이전예비표적탐지정보 중 어느 하나와 서로 연계되면, 상기 위크정보에 대한 위크카운터를 증가시키는 단계; 및
    상기 표적탐지정보와 연계되는 상기 복수의 이전예비표적탐지정보 중 어느 하나와 연계회수가 기준회수를 만족하고, 상기 위크카운터가 기준위크카운터를 만족하면, 상기 표적을 추적 결정하는 단계;를 포함하는 차량용 레이더 시스템의 동작방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 신규추정 알고리즘 적용단계는,
    상기 연계회수가 상기 기준회수를 만족하지 않거나, 또는 상기 위크카운터가 상기 기준위크카운터를 만족하지 않으면, 상기 표적을 미추적 결정하는 단계;를 더 포함하는 차량용 레이더 시스템의 동작방법.
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