KR20170087767A - 데이터 재사용을 통한 물체 감지 장치 - Google Patents

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KR20170087767A
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Abstract

본 발명은 데이터 재사용을 통한 물체 감지 장치, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것으로서, 각 스캔에서 송신한 신호 및 수신된 신호 간 주파수 합 및 차를 획득하고 이를 주파수 영역으로 변환해서 주파수 영역 상의 피크를 검출하는 피크 검출부; 현재 스캔에서 수신된 신호의 상관 매트릭스를 산출하는 신호 분석부; 신호 분석부에서 산출된 상관 매트릭스를 저장하는 데이터 저장부; 현재 스캔의 주파수 피크와 이전 스캔의 주파수 피크를 비교하여, 신호 분석부에 의해 산출된 현재 스캔 신호의 상관 매트릭스와 현재 스캔 신호와 동일한 주파수 피크를 갖는 적어도 하나의 이전 스캔 신호의 상관 매트릭스를 연산하여 보정된 상관 매트릭스를 산출하는 결과 재사용부; 및 결과 재사용부에서 산출된 보정된 상관 매트릭스에 의해 타겟 차량과의 각도를 추정하는 각도 추정부를 포함함으로써, 차량의 이동 상황에서 주파수 피크의 위치가 달라지는 경우에도 추정 각도가 급격히 변하는 것을 막아 각도 정확도를 높일 수 있다.

Description

데이터 재사용을 통한 물체 감지 장치{APPARATUS FOR DETECTING AN OBJECT BY REUSING DATA}
본 발명은 데이터 재사용을 통한 물체 감지 장치, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 차량용 레이더를 이용하여 차량과 차량 주변 물체 간의 거리, 속도, 각도 등을 측정할 때, 이전 스캔에 획득된 데이터를 재사용함으로써 상기 측정의 정확도를 높일 수 있는 물체 감지 장치, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.
최근, 차량 주변에 있는 물체를 감지하기 위해 레이더 장치를 이용하여 차량을 제어하는 차량 제어 시스템이 많이 개발되고 있다. 이러한 차량 제어 시스템이 정확한 차량 제어를 수행하기 위해서는 레이더 장치에 의한 정확한 물체 감지가 필수적이다.
한편, 레이더에서 각도 정확도는 안정적인 감지 성능을 위해 매우 중요하다. 레이더는 특정 주기(scan)를 가지고 동작하여 한 주기마다 거리, 속도, 각도를 추출함으로써 대상(또는 타겟)을 감지하는데, 차량의 이동 상황에서 속도, 거리의 변화 정도에 의해 대상의 신호에 해당하는 주파수 피크의 위치가 달라지는 경우 각도 정보가 왜곡되어 각도 정보가 실제 대상의 각도와 달라질 수 있다.
또한, 상기 레이더 장치에서 송신하는 신호로서 FMCW(Frequency Modulated Continuous-wave) 신호를 사용할 경우, 상기 FMCW 신호는 일반적으로 업 쳐프(up-chirp)와 다운 쳐프(down-chirp)의 조합으로 이루어지는데, 차량의 이동 상황에 따라 상기 업 처프 또는 다운 처프의 각도 정보가 실제와 다르거나, 한쪽이 정확히 나온다고 하더라도 업 쳐프 또는 다운 쳐프의 각도 정보가 실제와 다르거나, 업 쳐프와 다운 쳐프의 각도 정보가 페어링(paring)되지 않아 실제 타겟의 거리, 속도, 각도의 추출이 어려울 수 있다. 그리고, 업/다운 쳐프 모두 각도가 왜곡되는 경우가 발생하면 타겟의 각도가 각 스캔마다 크게 변해 타겟이 드롭(drop)되는 경우도 발생할 수 있다.
이와 같이, 차량의 이동 상황에서 속도, 거리의 변화 정도에 의해 물체의 신호에 해당하는 주파수 피크의 위치가 달라지는 경우 해당 타겟의 각도 정보가 부정확해질 수 있는 문제점이 있다.
PCT 국제공개특허공보 WO 02/14891(공개일 2002.02.21) 일본 공개특허공보 제2012-185029호(공개일 2012.09.27)
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은 차량 등에 설치되어 차량 간의 거리, 속도, 각도 등을 측정하기 위한 차량용 레이더에서 현재 스캔의 데이터와 동일한 주파수 피크를 갖는 이전 스캔의 데이터를 재사용함으로써 차량의 이동 상황에서 각도 측정에 대한 오류를 줄일 수 있는 물체 감지 장치, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공함에 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 데이터 재사용을 통한 물체 감지 장치는, 각 스캔에서 송신한 신호 및 수신된 신호 간 주파수 합 및 차를 획득하고 이를 주파수 영역으로 변환해서 주파수 영역 상의 피크를 검출하는 피크 검출부; 현재 스캔에서 수신된 신호의 상관 매트릭스를 산출하는 신호 분석부; 상기 신호 분석부에서 산출된 상관 매트릭스를 저장하는 데이터 저장부; 현재 스캔의 주파수 피크와 이전 스캔의 주파수 피크를 비교하여, 상기 신호 분석부에 의해 산출된 현재 스캔 신호의 상관 매트릭스와 상기 현재 스캔 신호와 동일한 주파수 피크를 갖는 적어도 하나의 이전 스캔 신호의 상관 매트릭스를 연산하여 보정된 상관 매트릭스를 산출하는 결과 재사용부; 및 상기 결과 재사용부에서 산출된 보정된 상관 매트릭스에 의해 타겟 차량과의 각도를 추정하는 각도 추정부를 포함한다.
바람직하게는, 상기 결과 재사용부는, 현재 스캔의 주파수 피크와 이전 스캔들의 주파수 피크들을 비교하여, 이전 스캔의 주파수 피크가 현재 스캔의 주파수 피크와 동일하다면 2 이상 이전 스캔 신호의 상관 매트릭스라도 상기 연산에 반영하여 상기 보정된 상관 매트릭스를 산출하고, 이전 스캔의 주파수 피크가 현재 스캔의 주파수 피크와 동일하지 않다면 1 이전 스캔 신호의 상관 매트릭스라도 상기 연산에 반영하지 않고 상기 보정된 상관 매트릭스를 산출한다.
바람직하게는, 상기 결과 재사용부는, 현재 스캔와 이전 스캔들의 주파수 피크 및 주파수 피크 인덱스 좌우 n개(여기서, n은 1 이상인 정수)의 값들을 비교하여, 이전 스캔의 주파수 피크 및 주파수 피크 인덱스 좌우 n개의 값들 중 하나가 현재 스캔의 주파수 피크 및 주파수 피크 인덱스 좌우 n개 값들 중 하나와 동일한 적어도 하나의 이전 스캔 신호의 상관 매트릭스를 연산하여 보정된 상관 매트릭스를 산출한다.
바람직하게는, 상기 결과 재사용부는, 상기 신호 분석부에 의해 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 현재 수신된 신호와 동일한 주파수 피크를 갖는 적어도 하나의 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 평균함으로써 보정된 상관 매트릭스를 산출한다.
바람직하게는, 상기 결과 재사용부는, 상기 신호 분석부에 의해 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 현재 수신된 신호와 동일한 주파수 피크를 갖는 적어도 하나의 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 가중 평균함으로써 보정된 상관 매트릭스를 산출한다.
바람직하게는, 상기 각도 추정부는, 상기 보정된 상관 매트릭스로부터 디지털 빔포밍(DBF;Digital Beamforming), 알고리즘을 통해 타겟 차량과의 각도를 추정한다.
바람직하게는, 상기 디지털 빔포밍은, 바틀렛 빔포밍(Bartlett beamforming), 선형 예측(Linear prediction), CAPON, MUSIC, MN(Minimum norm), SEM(Signal Eigenvector method)에 의해 구현된다.
바람직하게는, 상기 장치는, 상기 피크 검출부에서 획득한 상기 주파수 합과 상기 주파수 차를 이용하여 거리 및 속도를 산출하는 거리 및 속도 산출부; 및 상기 거리 및 속도 산출부로부터 산출된 거리 및 속도 정보와 상기 각도 추정부로부터 추정된 각도 정보를 감지하려는 물체에 매핑시키는 페어링부를 더 포함한다.
상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 안테나에서 수신된 수신 신호에서 주변 대상에 대한 각도를 추출하기 위해 상관 매트릭스(correlation matrix) 계산시 현재 스캔의 데이터에 현재 스캔과 동일한 주파수 피크를 갖는 이전 스캔의 데이터를 반영하여 결정함으로써 차량의 이동 상황에서 속도, 거리의 변화 정도에 의해 물체의 신호에 해당하는 주파수 피크의 위치가 달라지는 경우에도 추정 각도가 급격히 변하는 것을 막아 각도 페어링을 개선시킬 수 있고, 타겟이 드롭되는 확률을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 차량의 레이더 장치에서 송수신한 FMCW 변조 신호를 시간 영역에서 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 2의 송신 신호 및 수신 신호 간 주파수의 합 및 차를 시간 영역에서 나타낸 그래프이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 시간 영역에서의 도 3 그래프를 주파수 영역으로 변환해서 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 절차를 나타내는 흐름도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다.
이하, 본 발명의 데이터 재사용을 통한 물체 감지 장치에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일한 실시예에 따른 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치의 전체 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 물체 감지 장치는 RF 송신부(110), RF 수신부(120), 피크 검출부(130), 거리 및 속도 산출부(140), 신호 분석부(150), 결과 재사용부(160), 데이터 저장부(170), 각도 추정부(180) 및 페어링부(190)를 포함하여 이루어진다. 먼저, RF 송신부(110)는 차량 주변으로 방사하기 위한 레이더 신호를 생성하는 구성으로서, 레이더 신호의 위상 등을 제어함으로써 레이더 신호가 특정 방향으로 방사되도록 할 수 있고, RF 수신부(120)는 RF 송신부에서 방사되는 레이더 신호가 주변의 타겟으로부터 반사되어 돌아오는 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 RF 송신부(110) 및 RF 수신부(120)에서 송수신한 FMCW 변조 신호를 각각의 주기별로 시간 영역에서 나타낸 그래프이다. 이때, RF 송신부(110) 및 RF 수신부(120)는 복수의 복사 소자를 포함하는 다수의 채널로 구성된 배열 안테나로 구성됨이 바람직하다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 피크 검출부(130)는 RF 송신부(110)에서 송신한 신호 및 RF 수신부(120)에서 수신한 신호 간 주파수의 차이를 획득하고, 이를 주파수 영역으로 변환해서 업 쳐프, 다운 쳐프 각각에 대한 주파수 영역 상의 피크를 검출한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 2의 송신 신호 및 수신 신호 간 주파수의 합 및 차를 시간 영역에서 나타낸 그래프이며, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따라 시간 영역에서의 도 3 그래프를 주파수 영역으로 변환해서 나타낸 주파수 영역 크기 응답 그래프이다.
도 3 및 도 4를 참조하여 보다 구체적으로, 피크 검출부(130)는 RF 송신부(110)에서 FMCW 변조된 신호를 송신한 후 RF 수신부(120)에 타겟에 의해 반사된 신호가 수신되면(도 2 참조), 먼저 양 신호 간 주파수 차이를 인식하여 일정한 주파수 합(fr+fd)과 일정한 주파수 차(fr-fd)를 획득하여 도 3과 같은 그래프를 얻는다. 여기서 fr은 거리에 의한 주파수 변화량이고, fd는 속도에 의한 도플러 주파수이다. 그 후, 피크 검출부(130)는 FFT(Fast Fourier Transform) 등의 신호 처리를 수행하여, 업/다운 쳐프 각각에 대해 도 4a 및 도 4b와 같이 주파수 영역에서 일정한 주파수(fr+fd 및 fr-fd)를 갖는 피크를 검출한다. 여기서 피크는 하나의 타겟 물체가 감지되는 부분을 나타내게 된다.
그리고, 거리 및 속도 산출부(140)는 상기 피크 검출부(130)에서 검출한 주파수 합(fr+fd)과 주파수 차(fr-fd)를 연립함으로써 타겟과의 거리 및 속도를 산출할 수 있다.
신호 분석부(150)는 RF 수신부(120)로부터 수신된 신호를 분석하여 각 스캔 시점에서의 상관 매트릭스를 산출하고, 산출된 상관 매트릭스를 데이터 저장부(170)에 저장한다. 보다 구체적으로, 현재 시점을 k, 현재 시점에서의 상관 매트릭스를 R(k)라고 하면, 신호 분석부(150)는 하기 <수학식 1>과 같이 각 수신 안테나로부터 수신된 신호 xn(k)의 행 백터와 열 백터를 곱함으로써 R(k)를 산출할 수 있다.
Figure pat00001
이때, 상기 <수학식 1>에서 x1(k)는 k 스캔 시점에서 제1 안테나로부터 수신된 신호이며, xn(k)는 k 스캔 시점에서 제n 안테나로부터 수신된 신호를 의미한다.
한편, 상기 <수학식 1>은 연산하여, 하기 <수학식 2>와 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00002
그 후, 본 발명의 일 실시예에 따라, 결과 재사용부(160)는 감지하려는 대상(또는 타겟 예컨대, 다른 차량)의 각도 정보를 추출하기 위해 현재 획득된 데이터의 상관 매트릭스만을 사용하여 각도를 추출하는 것이 아니라 데이터 저장부(170)에 저장된 이전 스캔 데이터를 재사용하여 현재 획득된 데이터의 상관 매트릭스에 반영함으로써 각도 측정에 대한 오류를 줄일 수 있다. 특히 본 발명의 결과 재사용부(160)에서는 현재 스캔의 주파수 피크와 이전 스캔의 주파수 피크가 동일한지 여부를 비교하여, 이전 스캔의 주파수 피크가 현재 스캔의 주파수 피크와 동일하다면 해당 스캔의 데이터를 재사용하여 상관 매트릭스 산출에 반영하고, 이전 스캔의 주파수 피크가 현재 스캔의 주파수 피크와 동일하지 않다면 해당 스캔의 데이터는 재사용하지 않고 상관 매트릭스 산출에서 제외시킨다. 이에 따라, 도 2를 다시 참조하여, 현재 스캔을 scan #k, 현재 획득된 데이터로 구성된 상관 매트릭스를 R(k), 현재 스캔과 동일한 주파수 피크를 가지는 이전 스캔을 scan #(k-m), scan #(k-m)의 데이터로 구성된 상관 매트릭스를 R(k-m)이라 가정하면, 결과 재사용부(160)는 현재 스캔에서 각도를 추출할 때의 상관 매트릭스를 R(k-m)과 R(k)의 평균인 R'(k)로 정하여 각도를 추출한다.
본 발명의 결과 재사용부(160)에서 산출된 현재 스캔 시점에서의 상관 매트릭스는 하기 <수학식 3>과 같다.
Figure pat00003
이와 같이, 본 발명의 결과 재사용부(160)에서 현재 스캔의 각도 추출 시 이전 스캔의 데이터를 재사용함에 있어서, 현재 스캔과 상이한 주파수 피크를 가지는 이전 스캔의 데이터는 제외하고 현재 스캔과 동일한 주파수 피크를 가지는 이전 스캔의 데이터만을 재사용하는 것은 차량의 이동 상황에서 같은 물체라도 속도, 거리 변화 정도에 의해 물체의 신호에 해당하는 주파수 피크의 위치가 달라질 수 있고 주파수 피크가 다른 신호를 포함시켜 평균을 취하면 오히려 각도 측정의 성능이 떨어질 수 있다는 것을 발견하였기 때문이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 결과 재사용부(160)에 의하면, 현재 스캔과 주파수 피크가 동일한 신호와 현재 스캔의 신호가 평균화함으로써, 차량의 이동 상황에서 속도, 거리의 변화 정도에 의해 물체의 신호에 해당하는 주파수 피크의 위치가 달라지는 경우에도 추정 각도가 급격히 변하는 것을 막아 각도 페어링(pairing)을 개선시킬 수 있고, 타겟이 드롭(drop)되는 확률을 줄일 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 결과 재사용부(160)는 1 스캔 이전의 데이터뿐만 아니라 상황에 따라 그보다 더 이전 스캔들의 데이터까지 활용하여 적용할 수도 있는데, 특히 본 발명에서는 상기한 바와 같이 현재 스캔의 주파수 피크와 이전 스캔들의 주파수 피크들이 동일한지 여부를 비교하여, 이전 스캔의 주파수 피크가 현재 스캔의 주파수 피크와 동일하다면 2 이상의 스캔 이전의 데이터라도 해당 스캔의 데이터를 재사용하여 상관 매트릭스 산출에 반영하고, 이전 스캔의 주파수 피크가 현재 스캔의 주파수 피크와 동일하지 않다면 1 스캔 이전의 데이터도 해당 스캔의 데이터를 재사용하지 않고 상관 매트릭스 산출에서 제외시킨다.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 결과 재사용부(160)는 피크에서뿐만 아니라 상황에 따라 피크 인덱스 좌우로 n개(여기서, n은 1 이상인 정수)의 인덱스에서의 값들과 동일한 값들을 갖는 적어도 하나의 이전 스캔의 데이터를 매트릭스 산출에 재사용할 수도 있다. 즉, 본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 결과 재사용부(160)는 주파수 피크가 동일한 스캔뿐만 아니라, 현재 스캔과 이전 스캔들의 주파수 피크 및 주파수 피크 인덱스 좌우 n개의 값들을 비교하여, 이전 스캔의 주파수 피크 및 주파수 피크 인덱스 좌우 n개의 값들 중 하나가 현재 스캔의 주파수 피크 및 주파수 피크 인덱스 좌우 n개 값들 중 하나와 동일하다면 그러한 적어도 하나의 이전 스캔 신호의 데이터를 재사용하여 상관 매트릭스 산출에 반영할 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따라 현재 스캔 데이터와 적어도 하나의 이전 스캔 데이터들을 연산할 때, 결과 재사용부(160)는 각 스캔 데이터에 가중치를 부여하여 연산함으로써 현재 스캔의 상관 매트릭스를 결정할 수 있다. 예컨대, 현재 스캔과 가까울수록 가중치를 높게 설정하고, 이전 스캔으로 갈수록 가중치가 낮아지도록 설정할 수 있다. 또한, 반대로 현재 스캔과 가까울수록 가중치를 낮게 설정하고, 이전 스캔으로 갈수록 가중치가 높아지도록 설정할 수도 있다.
다음으로, 각도 추정부(180)는 상기 결과 재사용부(160)에 따라 현재 스캔과 주파스 피크가 동일한 이전 스캔값들과 연산된 상관 매트릭스로부터 디지털 빔포밍(DBF; Digital Beamforming) 방식 등에 따라 각도를 추정할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 빔포밍은 아날로그 위상 쉬프터(analog phase shifter) 등의 소자를 이용하지 않고 여러 채널의 신호를 이용하여 전자적 신호처리를 통해 타겟의 각도를 추정하는 기법이다. 다수의 채널을 포함하는 배열 안테나로 구성된 RF 수신부(120)에 타겟으로부터 신호가 입력되면, 입사 각도에 따라 경로의 거리 차가 존재하게 되고 거리 차이에 의한 신호의 위상이 각 채널마다 다르게 된다. 이렇게 차이가 발생한 위상을 신호 처리를 통해 보상하여 각도를 추출해 내는 것이 디지털 빔포밍이다.
그리고, 상기 디지털 빔포밍을 구현하는 방법은 크게 세가지로 나눌 수 있다. 첫째, 미리 정해놓은 각도에 대해 각각의 각도로 매번 빔을 지향하여 신호처리를 하는 방법(예를 들어, 바틀렛 빔포밍(Bartlett beamforming), 선형 예측(Linear prediction), CAPON 추정기법)이다. 둘째, 다수의 채널에 대해 수신되는 신호의 스페이셜 상관(spatial correlation)을 구하여 각도에 대한 스페이셜 스펙트럼을 구하는 방법이 있다. 마지막으로, 위에서 구한 스페이셜 상관을 이용하여 신호와 잡음(noise)의 부공간(subspace)을 분리하여 신호에 대한 부공간만 추출하여 수신 신호의 입사 각도를 찾는 방법(예를 들어, MUSIC, MN(Minimum norm) 방법, SEM(Signal Eigenvector method))이다.
예컨대, 바틀렛 빔포밍(Bartlett beamforming)은 여러 채널에서 신호가 들어올 때 각각 채널에서 들어오는 신호의 스페이셜 상관 매트릭스(spatial correlation matrix)를 이용한다. DOA(direction of arrival)를 알고자 하는 범위(Field of view) 내에서 스티어링 백터(steering vector)를 생성하여 상관 매트릭스와 연산하여 미리 정해진 각도 분해능(resolution)마다 전력(power)을 계산한 이후에 각도에 대한 전력의 피크 지점을 찾아서 각도를 찾아내는 방법이다. 이때, FOV 내에서 각 분해능(angle resolution)만큼으로 각도를 나누어 이 값만큼 연산을 반복하여 각도에 대한 전력 스펙트럼(power spectrum)을 계산한다.
또한, 다른 예로서, MUSIC 알고리즘은 그 성능이 SNR에 영향을 받는 고해상도 알고리즘으로서, 여기서 SNR은 다중 처프를 사용할 경우 집중 한계 공리(central limit theorem)에 의해 향상된다. 따라서 MUSIC 알고리즘은 1 스캔의 데이터를 사용하는 경우보다 복수 스캔의 데이터를 사용하는 경우 SNR의 증가로 인해 두 타겟의 분리가 더 용이해지므로, 특히 본 발명에 있어서 바틀렛 빔포밍에 비해 더 정확한 각도를 추출해낼 수 있다.
페어링부(190)는 상기 거리 및 속도 산출부(140)에서 산출된 거리 및 속도값과 각도 추정부(180)에서 산출된 각도값을 특정 타겟에 매핑시켜 페어링한다. 이후 상기 페어링된 데이터에 매핑된 타겟을 계속하여 트래킹함으로써 목표하는 대상을 추적한다.
한편, 상기 장치의 각각의 구성요소들은 기능 및 논리적으로 분리될 수 있음을 나타나기 위해 별도로 도면에 표시한 것이며, 물리적으로 반드시 별도의 구성요소이거나 별도의 코드로 구현되는 것을 의미하는 것은 아니다.
그리고 본 명세서에서 각 기능부(또는 모듈)라 함은, 본 발명의 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어 및 상기 하드웨어를 구동하기 위한 소프트웨어의 기능적, 구조적 결합을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 각 기능부는 소정의 코드와 상기 소정의 코드가 수행되기 위한 하드웨어 리소스의 논리적인 단위를 의미할 수 있으며, 반드시 물리적으로 연결된 코드를 의미하거나, 한 종류의 하드웨어를 의미하는 것은 아님은 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가에게는 용이하게 추론될 수 있다.
그러면, 여기서 상기와 같이 구성된 장치를 이용한 본 발명의 데이터 재사용을 통한 물체 감지 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 절차를 나타내는 흐름도이다. 도 5를 참조하면, 먼저, RF 수신부(120)에서 신호를 수신하면, 피크 검출부(130)는 RF 송신부(110)에서 송신한 신호 및 RF 수신부(120)에서 수신한 신호 간 주파수의 차이를 획득하고, 이를 주파수 영역으로 변환해서 업 쳐프, 다운 쳐프 각각에 대한 주파수 영역 상의 피크를 검출한다(단계 S510, 도 3 및 도 4 참조). 여기서 피크는 타겟 물체가 감지되는 부분을 나타내게 된다.
그리고, 신호 분석부(150)가 RF 수신부(120)에 수신된 신호로부터 각 스캔 시점에서의 상관 매트릭스를 산출하고, 산출된 상관 매트릭스를 데이터 저장부(170)에 저장한다(단계 S520).
다음으로, 결과 재사용부(160)가 현재 스캔의 주파수 피크와 이전 스캔의 주파수 피크가 동일한지 여부를 비교하여(단계 S530), 이전 스캔의 주파수 피크가 현재 스캔의 주파수 피크와 동일하면 해당 스캔의 데이터를 재사용하여 상관 매트릭스 산출에 반영하고, 이전 스캔의 주파수 피크가 현재 스캔의 주파수 피크와 동일하지 않다면 해당 스캔의 데이터를 제외하여 상관 매트릭스를 평균화하게 된다(단계 S540) 여기서, 본 발명의 다른 실시예에 따라 결과 재사용부(160)는 주파수 피크가 동일하다면 하나의 이전 스캔 데이터뿐만 아니라 상황에 따라 두 개 이상의 이전 스캔 데이터까지 활용하여 상관 매트릭스 산출에 적용할 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 단계 S530 및 단계 S540에서 현재 스캔의 각도 추출을 위한 상관 매트릭스 산출할 때, 현재 스캔과 상이한 주파수 피크를 가지는 이전 스캔의 데이터는 제외하고 현재 스캔과 동일한 주파수 피크를 가지는 이전 스캔의 데이터만을 재사용하여 상관 매트릭스를 평균화하는 것은 차량의 이동 상황에서 같은 물체라도 속도, 거리 변화 정도에 의해 물체의 신호에 해당하는 주파수 피크의 위치가 달라질 수 있고 주파수 피크가 다른 신호를 포함시켜 평균을 취하면 오히려 각도 측정의 성능이 떨어질 수 있다는 것을 발견하였기 때문이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 결과 재사용부(160)에 의하면, 현재 스캔과 주파수 피크가 동일한 신호와 현재 스캔의 신호가 평균화함으로써, 차량의 이동 상황에서 속도, 거리의 변화 정도에 의해 물체의 신호에 해당하는 주파수 피크의 위치가 달라지는 경우에도 추정 각도가 급격히 변하는 것을 막아 각도 페어링(pairing)을 개선시킬 수 있고, 타겟이 드롭(drop)되는 확률을 줄일 수 있다.
다음으로, 단계 S550에서 각도 추정부(180)는 단계 S540에서 산출된 상관 매트릭스로부터 디지털 빔포밍(DBF;Digital Beamforming) 등의 알고리즘을 통해 각도를 추정한다.
그리고, 페어링 단계(S560)에서는 업/다운 쳐프에서 추출된 피크 정보와 각도 추정 단계에서 추출한 각도 정보를 이용하여 타겟의 거리, 속도, 각도 정보 등을 생성하고 이를 특정 타겟에 매핑시켜 페어링한다. 이후 트래킹 단계(S570)에서는 안정적인 감지를 위해 단계 S560에서 페어링된 데이터에 매핑된 타겟을 계속하여 트래킹을 수행함으로써 목표하는 대상을 추적하게 된다.
본 발명은 특정 기능들 및 그의 관계들의 성능을 나타내는 방법 단계들의 목적을 가지고 위에서 설명되었다. 이러한 기능적 구성 요소들 및 방법 단계들의 경계들 및 순서는 설명의 편의를 위해 여기에서 임의로 정의되었다. 상기 특정 기능들 및 관계들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들 및 순서들이 정의될 수 있다. 임의의 그러한 대안적인 경계들 및 순서들은 그러므로 상기 청구된 발명의 범위 및 사상 내에 있다. 추가로, 이러한 기능적 구성 요소들의 경계들은 설명의 편의를 위해 임의로 정의되었다. 어떠한 중요한 기능들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들이 정의될 수 있다. 마찬가지로, 흐름도 블록들은 또한 어떠한 중요한 기능성을 나타내기 위해 여기에서 임의로 정의되었을 수 있다. 확장된 사용을 위해, 상기 흐름도 블록 경계들 및 순서는 정의되었을 수 있으며 여전히 어떠한 중요한 기능을 수행한다. 기능적 구성 요소들 및 흐름도 블록들 및 순서들 둘 다의 대안적인 정의들은 그러므로 청구된 본 발명의 범위 및 사상 내에 있다. 당업자는 또한 여기에서의 상기 기능적 구성 요소들 및 다른 도시된 블록들, 모듈들, 및 구성요소들이 도시된 바와 같이 또는 분리된 구성요소들, 반도체 집적 회로(ASIC)들, 적절한 소프트웨어를 실행하는 프로세서들 및 그와 유사한 또는 임의의 조합에 의해 구현될 수 있음을 인지할 것이다.
본 발명은 또한 하나 이상의 실시예들의 용어로, 적어도 부분적으로 설명되었을 수 있다. 본 발명의 실시예는 본 발명, 그 측면, 그 특징, 그 개념, 및/또는 그 예를 나타내기 위해 여기에서 사용된다. 본 발명을 구현하는 장치, 제조의 물건, 머신, 및/또는 프로세스의 물리적인 실시예는 여기에 설명된 하나 이상의 실시예들을 참조하여 설명된 하나 이상의 측면들, 특징들, 개념들, 예들 등을 포함할 수 있다. 더구나, 전체 도면에서, 실시예들은 상기 동일한 또는 상이한 참조 번호들을 사용할 수 있는 상기 동일하게 또는 유사하게 명명된 기능들, 단계들, 모듈들 등을 통합할 수 있으며, 그와 같이, 상기 기능들, 단계들, 모듈들 등은 상기 동일한 또는 유사한 기능들, 단계들, 모듈들 등 또는 다른 것들일 수 있다.
본 발명의 여러가지 기능들 및 특정들의 특별한 조합들이 여기에 분명히 설명된 반면, 이러한 특징들 및 기능들의 다른 조합들이 마찬가지로 가능하다. 본 발명은 여기에 개시된 특정한 예들에 제한되지 않으며, 이러한 다른 조합들을 명백히 통합한다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
110 : RF 송신부 120 : RF 수신부
130 : 피크 검출부 140 : 거리 및 속도 산출부
150 : 신호 분석부 160 : 결과 재사용부
170 : 데이터 저장부 180 : 각도 추정부
190 : 페어링부

Claims (8)

  1. 차량에 설치된 안테나를 통해 신호를 송신하고, 송신된 신호의 반사 신호를 수신함으로써 타겟 차량과의 각도를 측정하기 위한 물체 감지 장치에 있어서,
    각 스캔에서 송신한 신호 및 수신된 신호 간 주파수 합 및 차를 획득하고 이를 주파수 영역으로 변환해서 주파수 영역 상의 피크를 검출하는 피크 검출부;
    현재 스캔에서 수신된 신호의 상관 매트릭스를 산출하는 신호 분석부;
    상기 신호 분석부에서 산출된 상관 매트릭스를 저장하는 데이터 저장부;
    현재 스캔의 주파수 피크와 이전 스캔의 주파수 피크를 비교하여, 상기 신호 분석부에 의해 산출된 현재 스캔 신호의 상관 매트릭스와 상기 현재 스캔 신호와 동일한 주파수 피크를 갖는 이전 스캔 신호의 상관 매트릭스를 연산하여 보정된 상관 매트릭스를 산출하는 결과 재사용부; 및
    상기 결과 재사용부에서 산출된 상기 보정된 상관 매트릭스에 의해 타겟 차량과의 각도를 추정하는 각도 추정부를 포함하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 결과 재사용부는,
    현재 스캔의 주파수 피크와 이전 스캔들의 주파수 피크들을 비교하여, 이전 스캔의 주파수 피크가 현재 스캔의 주파수 피크와 동일하다면 2 이상 이전 스캔 신호의 상관 매트릭스라도 상기 연산에 반영하여 상기 보정된 상관 매트릭스를 산출하고, 이전 스캔의 주파수 피크가 현재 스캔의 주파수 피크와 동일하지 않다면 1 이전 스캔 신호의 상관 매트릭스라도 상기 연산에 반영하지 않고 상기 보정된 상관 매트릭스를 산출하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 결과 재사용부는,
    현재 스캔와 이전 스캔들의 주파수 피크 및 주파수 피크 인덱스 좌우 n개(여기서, n은 1 이상인 정수)의 값들을 비교하여, 이전 스캔의 주파수 피크 및 주파수 피크 인덱스 좌우 n개의 값들 중 하나가 현재 스캔의 주파수 피크 및 주파수 피크 인덱스 좌우 n개 값들 중 하나와 동일한 적어도 하나의 이전 스캔 신호의 상관 매트릭스를 연산하여 보정된 상관 매트릭스를 산출하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치.
  4. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결과 재사용부는,
    상기 신호 분석부에 의해 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 현재 수신된 신호와 동일한 주파수 피크를 갖는 적어도 하나의 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 평균함으로써 보정된 상관 매트릭스를 산출하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치.
  5. 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 결과 재사용부는,
    상기 신호 분석부에 의해 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 현재 수신된 신호와 동일한 주파수 피크를 갖는 적어도 하나의 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 가중 평균함으로써 보정된 상관 매트릭스를 산출하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 각도 추정부는,
    상기 보정된 상관 매트릭스로부터 디지털 빔포밍(DBF;Digital Beamforming), 알고리즘을 통해 타겟 차량과의 각도를 추정하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 디지털 빔포밍은,
    바틀렛 빔포밍(Bartlett beamforming), 선형 예측(Linear prediction), CAPON, MUSIC, MN(Minimum norm), SEM(Signal Eigenvector method)에 의해 구현되는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 장치는,
    상기 피크 검출부에서 획득한 상기 주파수 합과 상기 주파수 차를 이용하여 거리 및 속도를 산출하는 거리 및 속도 산출부; 및
    상기 거리 및 속도 산출부로부터 산출된 거리 및 속도 정보와 상기 각도 추정부로부터 추정된 각도 정보를 감지하려는 물체에 매핑시키는 페어링부를 더 포함하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치.
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