KR20180026469A - 안테나들의 어레이들을 이용한 각 속도 감지 - Google Patents

안테나들의 어레이들을 이용한 각 속도 감지 Download PDF

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Abstract

송신기 안테나 어레이 및 수신기 안테나 어레이를 포함하는 컴팩트한 레이더 시스템에 대한 물체의 위치 및 각 속도를 효율적으로 검출하는 다양한 기법들이 제공된다. 일 예에서, 방법은 지정된 채널들의 각각의 하나에 대응하는 측정된 채널 응답들의 시 계열을 발생시키기 위해 어떤 시간 기간에 걸쳐 복수의 지정된 송신기 및 수신기 채널들을 통해서 물체 감지 시스템의 송신기 안테나 어레이 및 수신기 안테나 어레이를 반복적으로 스캔하는 단계; 측정된 채널 응답들의 시 계열에 적어도 부분적으로 기초하여, 지정된 채널들 중 적어도 하나에 의해 스캔된 물체로의 또는 그로부터의 방향 벡터들의 시 계열, 및/또는 평균 위상 차이들의 대응하는 시 계열을 결정하는 단계; 및 방향 벡터들의 시 계열 및/또는 평균 위상 차이들의 대응하는 시 계열로부터 물체의 각 속도를 결정하는 단계를 포함한다.

Description

안테나들의 어레이들을 이용한 각 속도 감지
관련 출원들에 대한 상호-참조
본 특허 출원은 "WIRELESS CONTROL OF DRONE WITH DISTANCE RANGING AND CHANNEL SENSING" 란 발명의 명칭으로 2015년 7월 29일에 출원된 미국 가특허출원 제 62/198,326호에 대해 우선권의 이익을 주장하며, 이는 본원에 전체적으로 참고로 포함된다.
기술 분야
본 발명은 일반적으로 레이더를 통한 위치 감지, 좀더 자세하게는, 안테나들의 어레이들을 이용하여 물체들의 상대 각 속도들을 감지하는 방법들에 관한 것이다.
레이더 시스템들은 전통적으로 고 전력 송신 레이더 안테나로부터 수백 마일까지 떨어진 상대적으로 큰 물체들을 검출하는데 사용되어 왔다. 현대의 시스템들은 자동차과 관련된 잠재적인 충돌 표면들 (예컨대, 도로 표면들, 벽들, 자동차 패널들, 및/또는 다른 잠재적인 충돌 표면들) 과 같은, 표면 프로파일에서의 다수의 평방 피트 (multiple square feet) 인 상대적으로 밀집한 물체들 또는 물체 표면들을 검출하는데 일반적으로 사용된다. 전통적인 레이더 시스템들은 큰 입체각에 걸쳐서 레이더를 스캔하거나 또는 물체들/표면들을 추적하기 위해 회전 또는 구동 (actuated) 안테나들을 사용하였지만 (그리고, 여전히 일반적으로 사용하고 있지만), 더 현대적인 시스템들은 어레이의 물리적인 모션을 필요로 함이 없이 입체각들을 스캔하거나 및/또는 단일 안테나 엘리먼트로 일반적으로 가능한 것보다 고 방향성 고 이득 송신 또는 수신 빔을 제공하기 위해 안테나들의 어레이들을 채용할 수 있다.
그러나, 현대의 레이더 시스템들은 여전히, 물체들 및/또는 표면들의 위치를 인간 손가락의 스케일로 신뢰성있게 검출하거나, 또는 한 인간 손 상의 다수의 손가락들, 스타일러스 및 인간 손가락, 및/또는 다른 공통 사용자 인터페이스 메커니즘들의 위치들 및 프로파일들 사이를 구별하거나, 또는 스마트 폰과 같은 휴대형 사용자 디바이스에 대한 사용자 인터페이스로서 착용가능하거나 구현되기에 충분히 컴팩트하고 효율적인 형태로 구현될 수 있기에는 일반적으로 너무 부피가 크고, 비효율적이며, 둔감하다. 따라서, 당업계에서는, 특히 안테나들의 어레이를 채용하는 레이더 시스템들의 상황에서, 물체들의 위치들의 효율적이고 신뢰성있고 정확한 감지를 제공하는 시스템들 및 방법들이 요구되고 있다.
게다가, 통속적인 말로 드론들로서 종종 지칭되는, 무인 항공기들 (UAVs) 은 교통 모니터링, 뉴스 보도, 소방활동을 위한 화재 모니터링, 건설 현장들의 측량, 패키지 배달, 육상 감시, 및 기타등등을 포함한 다양한 상업적 애플리케이션들에 사용될 수 있는 인기 있는 기술이다. 대부분의 현대 애플리케이션들에서, UAV 는 대개 UAV 의 환경의 시각 정보를 그의 제어기로 되제공하기 위해 그의 제어기와의 강건한 통신을 행해야 한다. UAV 제어기는 또한 지령들을 UAV 로 통신해야 한다. 일반적으로, 통신들은 정보 또는 데이터의 통신만을 오직 지원하는, UAV 와 그의 제어기 사이의 양방향 무선 링크에 의해 촉진된다. 종래의 소비자 UAV들은 레이더와 같은 능력들의 이점을 얻을 수 있지만, 종래의 레이더 시스템들은 일반적으로 무거우며, 높은 데이터 대역폭들을 필요로 하며, 및/또는 전력이 부족하며, 따라서 종래의 UAV 시스템들, 특히 소비자 UAV들은 레이더 없이 동작한다. 따라서, 당업계에서는, 특히 안테나들의 어레이를 채용하는 통신 시스템들의 상황에서, UAV들의 위치들의 효율적이고 신뢰성있고 정확한 감지를 제공하는 시스템들 및 방법들이 요구되고 있다.
도 1 은 본 개시물의 일 실시형태에 따른, 물체 감지 시스템의 블록도를 예시한다.
도 2a 내지 도 2e 는 본 개시물의 일 실시형태에 따른, 다양한 송신기 및 수신기 안테나 어레이 배열들을 예시한다.
도 3 은 본 개시물의 일 실시형태에 따른, Hadamard 매트릭스에 의해 지정된 상이한 채널들에 대응하는 방사 패턴들의 그래프를 예시한다.
도 4a 내지 도 4d 는 본 개시물의 일 실시형태에 따른, 다양한 검출 방법들에 있어서 실제 각도 위치에 대한 검출된 각도 위치의 그래프들을 예시한다.
도 5 는 본 개시물의 일 실시형태에 따른, 물체 감지 시스템을 이용하여 물체의 상대적인 위치를 검출하는 프로세스를 예시한다.
도 6 은 본 개시물의 일 실시형태에 따른, 무인 항공기 시스템의 블록도를 예시한다.
도 7 내지 도 10 은 본 개시물의 일 실시형태에 따른, 무인 항공기 시스템에서 전파 지연 측정들을 위한 타이밍 다이어그램들을 예시한다.
도 11 은 본 개시물의 일 실시형태에 따른, 무인 항공기 시스템에 대한 출발 및 도달의 각도들의 다이어그램을 예시한다.
도 12 는 본 개시물의 일 실시형태에 따른, 무인 항공기 시스템을 동작시키는 프로세스를 예시한다.
본 개시물의 실시형태들 및 이들의 이점들은 뒤따르는 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해된다. 도면들 중 하나 이상에 예시된 유사한 엘리먼트들을 식별하기 위해 유사한 도면부호들이 사용되는 것으로 이해되어야 한다.
본원에서 개시된 실시형태들에 따르면, 컴팩트한 레이더 안테나 어레이를 이용하여 안테나 어레이에 대한 상대적으로 작은 물체들 및 표면들의 위치 (각도 및/또는 범위) 를 검출하는 기법들이 제공된다. 이러한 물체 감지 시스템의 실시형태들은 사이즈가 0.5cm 미만인 물체들 및/또는 표면들을 신뢰성있게, 및/또는 1-2 미터들 이상의 범위에서, 1-2mm 에 접근하는 해상도로 검출하고 구별할 수 있다. 더욱이, 검출들을 수행하는데 사용되는 본원에서 설명되는 시스템들 및 방법들은 배터리 수명에 현저하게 영향을 미침이 없이, 스마트 시계와 같은, 착용가능한 디바이스에서 구현되기에 충분히 효율적이다. 예를 들어, 본 개시물의 실시형태들은 원하는 감도, 범위, 듀티 사이클 및/또는 다른 동작 특성들에 따라서, 250mW, 100mW, 80mW 와 동일하거나 또는 미만인 근사 전력 소비 (draws), 및/또는 저전력 소비로 동작하도록 구성될 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, 본원에서 더 충분히 설명되는 바와 같이 물체 또는 안테나 어레이에 대한 표면 브로드사이드에 대한 출발 각도 (AoD) 및/또는 도달 각도 (AoA) 의 측정을 촉진하도록 레이더 시스템에서 송신기 어레이 및/또는 수신기 어레이를 구현하는데 위상 어레이 안테나가 사용될 수도 있다. 예를 들어, AoD 및 AoA 양쪽은 레이더의 상이한 안테나들 간 출발 또는 도달 파의 위상 관계의 측정들로부터 유도될 수 있다.
이하 도면들을 참조하면, 도 1 은 본 개시물의 일 실시형태에 따른, 물체 감지 시스템 (110) 의 블록도 (100) 를 예시한다. 다양한 실시형태들에서, 시스템 (110) 은 시스템 (110) 에 대한 물체 (130) 의 위치 (예컨대, 각도 및/또는 범위) 를 검출하도록 구성된 컴팩트한, 휴대형, 및/또는 착용가능한 디바이스로서 구현될 수도 있다. 더 일반적으로는, 시스템 (110) 은 본원에서 설명하는 방법들을 이용하여 물체 (130) 의 위치를 검출하도록 구성된, 송신기 안테나 어레이 (124) 및 수신기 안테나 어레이 (128) 를 포함하는 임의의 디바이스 또는 시스템으로서 구현될 수도 있다.
도 1 에 예시된 실시형태에 나타낸 바와 같이, 시스템 (110) 은 제어기 (112) 및 공동-제어기 (120) 를 포함한다. 제어기 (112) 및/또는 공동-제어기 (120) 는 예를 들어, 공동-제어기 (120), 송신기 (122), 수신기 (126), 및/또는 시스템 (110) 의 다른 모듈들의 다양한 동작들을 제어하는 제어 루프를 구현하는 소프트웨어 명령과 같은, 적합한 명령들을 실행하고, 저장하고, 및/또는 수신하도록 적응될 수도 있는 임의의 적합한 로직 디바이스 (예컨대, 프로세싱 디바이스, 마이크로제어기, 프로세서, 주문형 집적회로 (ASIC), 필드 프로그래밍가능 게이트 어레이 (FPGA), 메모리 저장 디바이스, 메모리 리더, 또는 다른 디바이스 또는 디바이스들의 조합들) 로서 각각 구현될 수도 있다. 이러한 소프트웨어 명령들은 또한 센서 신호들을 프로세싱하거나, 센서 정보를 결정하거나, (예컨대, 디스플레이 (114) 를 통해서) 사용자 피드백을 제공하거나, 동작 파라미터들에 대해 디바이스들을 쿼리하거나, 디바이스들에 대한 동작 파라미터들을 선택하거나, 또는 본원에서 설명하는 다양한 방법들 중 임의의 방법을 수행하는 방법들을 구현할 수도 있다.
예를 들어, 제어기 (112) 및/또는 공동-제어기 (120) 는 물체 감지 시스템 (110) 의 송신기 안테나 어레이 (124) 및 수신기 안테나 어레이 (128) 에 대한 복수의 송신기 및 수신기 채널들을 지정하고, 지정된 채널들을 통해서 송신기 안테나 어레이 (124) 및 수신기 안테나 어레이 (128) 를 스캔하여 지정된 채널들의 각각의 하나에 대응하는 채널 응답들을 측정하고, 그리고 측정된 채널 응답들에 적어도 부분적으로 기초하여, 물체 (130) 의 가장 가까운 지점 (132) 으로/로부터의 방향 벡터들 (140 및/또는 144) 을 결정하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제어기 (112) 및/또는 공동-제어기 (120) 는 예를 들어, 물체 (130) 의 가장 가까운 지점 (132) 으로/로부터의 방향 벡터들 (140 및/또는 144) 을 결정하는 것에 추가하여 또는 그의 대안으로서, 물체 (130) 의 표면들 (134 및/또는 136) 에 대응하는 다수의 방향 벡터들을 결정하도록 구성될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 방향 벡터들 (140 및/또는 144) 은 도 1 에 나타낸 바와 같이, 그들의 대응하는 출발 각도 (AoD) θt 또는 도달 각도 (AoA) θr 에 의해 정의될 수도 있다. AoD 는 물체 (130) 에 대한 방향 벡터 (140) 와 방출 표면 (111) 사이의 각도로서, 송신기 안테나 어레이 (124) 의 안테나 엘리먼트와 물체 (130) 사이의 방향 벡터 (140) 와 어레이 법선 벡터 (예컨대, 표면 (111) 에 대한 법선) 사이의 각도의 여각 (complement) 으로서, 또는 송신기 안테나 어레이 (124) 의 브로드사이드 방향과 물체 (130) 사이의 각도로서, 다양하게 정의될 수도 있다. AoA 는 물체 (130) 로부터의 방향 벡터 (144) 와 방출 표면 (111) 사이의 각도로서, 물체 (130) 와 수신기 안테나 어레이 (128) 의 안테나 엘리먼트 사이의 방향 벡터 (144) 와, 어레이 법선 벡터 사이의 각도의 여각으로서, 또는 수신기 안테나 어레이 (128) 의 브로드사이드 방향과 물체 (130) 사이의 각도로서 다양하게 정의될 수도 있다. 일단 방향 벡터들 (140 및/또는 144) 또는 AoD θt 및/또는 AoA θr 이 결정되면, 제어기 (112) 는 디스플레이 (114) 를 이용하여 예를 들어, 물체 (130) 의 검출 또는 물체 (130) 의 상대적인 위치를 표시하거나, 또는 물체 (130) 의 레이더 이미지를 제공하도록 구성될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제어기 (112) 는 결정된 방향 벡터들 (140 및/또는 144) 또는 AoD θt 및/또는 AoA θr 을 이용하여, 본원에서 설명하는 바와 같이, 예를 들어, 물체 (130) 에 대한 업데이트된 위치들을 결정하거나, 또는 물체 (130) 의 각 속도를 결정하는 상이한 방법들을 구현하도록 구성될 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, 제어기 (112) 또는 공동-제어기 (120) 에의 로드 및 그에 의한 실행을 위한 비일시성 명령들을 저장하는, 메모리 (113) 와 같은, 머신 판독가능 매체가 제공될 수도 있다. 이들 및 다른 실시형태들에서, 제어기 (112) 및/또는 공동-제어기 (120) 는 적합한 경우, 휘발성 메모리, 비-휘발성 메모리, 하나 이상의 인터페이스들, 및/또는 시스템 (110) 의 다양한 모듈들과 인터페이스하기 위한 다양한 아날로그 및/또는 디지털 컴포넌트들과 같은, 다른 컴포넌트들로 구현될 수도 있다. 예를 들어, 제어기 (112) 는 예를 들어, 센서 신호들, 센서 정보, 좌표계 변환들을 위한 파라미터들, 교정 파라미터들, 교정 지점들의 세트들, 및/또는 다른 동작 파라미터들을 시간에 따라 저장하고, 이러한 저장된 데이터를 사용자에게 디스플레이 (114) 를 이용하여 제공하도록 적응될 수도 있다.
전형적인 실시형태들에서, 제어기 (112) 는 시스템 (110) 의 일반적인 동작을 감독하는 것, 레이더 데이터로부터 이미지를 발생시키는 것, 레이더 데이터/ 이미지를 상관시키는 것, 통신 모듈 (116) 을 통해서 다른 디바이스들과 동작 파라미터들 및/또는 센서 정보를 통신하는 것, 및/또는 시스템 (110) 의 다른 비-시간-결정적 동작들을 담당할 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, 공동-제어기 (120) 는 본원에서 설명하는 바와 같이, 예를 들어, 송신기 (122), 수신기 (126), 및/또는 시스템 (110) 의 다른 디바이스들을 동작시키기 위한 디지털 송신 및/또는 샘플링 제어 신호들 (예컨대, 진폭 가중 벡터들) 을 발생시키는 것, 및 시스템 (110) 의 다른 시간 결정적 동작들이 가능한 상대적으로 높은 해상도 타이밍 회로부로 구현될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제어기 (112) 및 공동-제어기 (120) 는 예를 들어, 함께 통합될 수도 있거나, 또는 다수의 개개의 제어기들에 걸쳐서 분산된 방법으로 구현될 수도 있다.
송신기 (122) 는 본원에서 설명하는 바와 같이, 하나 이상의 디지털 대 아날로그 변환기들 (DACs), 신호 정형 회로들, 필터들, 위상 조정기들, 신호 조정 엘리먼트들, 증폭기들, 감쇠기들, 타이밍 회로부, 로직 디바이스들, 및/또는 공동-제어기 (120) 로부터 디지털 제어 신호들을 수신하고 아날로그 송신 신호들을 아날로그 인터페이스 (123) 를 통해서 제공하여 송신기 안테나 어레이 (124) 의 하나 이상의 안테나 엘리먼트들을 여기시키고 하나 이상의 송신 빔들 또는 채널들을 발생시키도록 구성된 다른 디지털 및/또는 아날로그 전자장치들로 구현될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 송신기 (122) 의 전체 동작 (예컨대, 증폭, 감쇠, 위상 시프팅, AWV 애플리케이션, 및/또는 다른 엘리먼트-별 신호 조정들) 은 공동-제어기 (120) 에 의해 (예컨대, 다양한 제어 신호들의 사용을 통해서) 제어될 수도 있다.
수신기 (126) 는 본원에서 설명하는 바와 같이, 하나 이상의 아날로그 대 디지털 변환기들 (ADCs), 필터들, 위상 조정기들, 신호 조정 엘리먼트들, 증폭기들, 감쇠기들, 타이밍 회로부, 로직 디바이스들, 및/또는 수신기 안테나 어레이 (128) 의 하나 이상의 안테나 엘리먼트들에 대응하는 아날로그 인터페이스 (127) 를 통해서 아날로그 신호들을 수신하고 아날로그 신호들을 디지털 신호들로 변환하고 디지털 신호들을 프로세싱 및/또는 저장을 위해 공동-제어기 (120) 에 제공하도록 구성된 다른 디지털 및/또는 아날로그 전자장치들로 구현될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 수신기 (126) 의 동작 (예컨대, 증폭, 감쇠, 베이스밴딩 (basebanding), 샘플링, 타이밍/트리거링, AWV 애플리케이션, 및/또는 다른 엘리먼트-별 신호 조정들) 은 공동-제어기 (120) 에 의해 제어될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 수신기 (126) 는 디지털 신호들을 공동-제어기 (120) 에 제공하기 전에, 아날로그 및/또는 디지털 신호들을 저역 통과시키거나 또는 아니면 필터링하거나, 증폭하거나, 데시메이트하거나, 및/또는 아니면 (예컨대, 아날로그 및/또는 디지털 신호 프로세싱을 이용하여) 프로세싱하도록 구성될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 수신기 (126) 는 본원에서 설명하는 바와 같이, 실질적으로 프로세싱되지 않은 (예컨대, 미가공) 아날로그 및/또는 디지털 신호들을 추가적인 신호 프로세싱을 위해 공동-제어기 (120) 에 제공하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 송신기 (122) 및 수신기 (126) 는 단일 트랜시버로 통합될 수도 있다.
디스플레이 (114) 는 디지털 디스플레이, 터치 스크린, 및/또는 레이더 데이터, 이미지들, 텍스트, 아이콘들, 표시자들, 및/또는 제어기 (120) 에 의해 제어되는 다른 그래픽스를 디스플레이하도록 구성될 수 있는 다른 디스플레이 디바이스로서 구현될 수도 있다. 통신 모듈 (116) 은 물체 감지 시스템 (110) 과 유사한 다른 물체 감지 시스템들을 포함한, 다른 디바이스들로의 유선 또는 무선 통신을 지원하도록 구성된 하나 이상의 아날로그 또는 디지털 디바이스들 또는 인터페이스들로서 구현될 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, 시스템 (110) 은 예를 들어, 물체 (130) 에 대응하는 검출 특성들 및/또는 데이터를 브로드캐스트하거나, 또는 물체 (130) 의 위치 또는 모션을 공동으로 검출하도록 구성될 수도 있다. 일 실시형태에서, 통신 모듈 (116) 은 다른 디바이스들 및/또는 시스템들과 무선으로 통신하기 위해 공동-제어기 (120), 송신기 (122), 송신기 안테나 어레이 (124), 수신기 (126), 및/또는 수신기 안테나 어레이 (128) 의 임의의 조합을 마음대로 사용하도록 구성될 수도 있다.
다른 모듈들 (118) 은 하나 이상의 추가적인 인터페이스들, 피드백 디바이스들, 보조 (support) 전자장치들, 및/또는 환경 센서들, 예컨대, 물리적인 사용자 인터페이스 디바이스 (예컨대, 조이스틱, 회전 선택기, 버튼), 표시자, 배터리 또는 전원/충전 회로, 스트랩 또는 래니어드 (lanyard), 유선 또는 무선 통신 인터페이스, 외부 메모리 슬롯 또는 인터페이스, 스피커, 마이크로폰, 지문 센서, 펄스 모니터, (예컨대, 송신기 안테나 어레이 (124) 및 수신기 안테나 어레이 (128) 의 가용 검출 영역과 중첩하도록 구성된) 디지털 광/이미지 프로젝터, 가속도계/자이로스코프, 글로벌 네비게이션 위성 시스템 (GNSS) 수신기, 및/또는 휴대형 전자 디바이스 또는 스마트 폰/시계에서 일반적으로 발견되는 다른 전자 모듈들 또는 디바이스들을 포함할 수도 있다.
송신기 안테나 어레이 (124) 및 수신기 안테나 어레이 (128) 는 본원에서 설명하는 바와 같이, 송신기 안테나 어레이 (124) 와 수신기 안테나 어레이 (128) 사이에 다양한 상이한 채널들을 형성하기 위해, 송신기 (122) 및 수신기 (126) 에 의해 각각 에너지 공급될 수 있는 임의의 선형 안테나 어레이 배열 또는 임의의 2차원 또는 다차원 안테나 어레이 배열로서 각각 구현될 수도 있다. 좀더 구체적으로, 송신기 안테나 어레이 (124) 는 아날로그 인터페이스 (123) (예컨대, 트레이스들 및/또는 도파관들) 를 통해서 송신 신호들을 수신하고 송신기 안테나 어레이 (124) 의 안테나 엘리먼트들 중 하나 또는 조합을 이용하여 대응하는 송신기 빔 또는 채널을 발생시키도록 구성될 수도 있다. 이와 유사하게, 수신기 안테나 어레이 (128) 는 아날로그 인터페이스 (127) (예컨대, 트레이스들 및/또는 도파관들) 를 통해서 송신 신호들을 수신하고 수신기 안테나 어레이 (128) 의 안테나 엘리먼트들 중 하나 또는 조합을 이용하여 대응하는 수신기 빔 또는 채널을 발생시키도록 구성될 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, 송신기 안테나 어레이 (124) 및 수신기 안테나 어레이 (128) 는 상대적으로 편평한 기판 상에 배열된 인쇄 또는 마이크로스트립 안테나 어레이들로서 구현될 수도 있으며 GHz 밴드들에서, 좀더 구체적으로는, 50GHz 와 70GHz 사이에서, 또는 대략 60GHz 밴드 내에서 가장 효율적으로 동작하도록 구성될 수도 있다. 각각의 어레이는 하나 또는 다수의 안테나 엘리먼트들을 포함할 수도 있으며, 안테나 엘리먼트들의 각각의 그룹은 다양한 패턴들, 예컨대 직사각형, 정사각형, 중심 (centered) 정사각형, 및/또는 개개의 안테나 어레이들 및/또는 물체 감지 시스템 (110) 의 특정의 방사 패턴, 가용 검출 영역, 및/또는 다른 동작 피쳐를 촉진하도록 선택될 수도 있는, 다른 패턴들에 따라서 형성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 각각의 어레이에서의 안테나 엘리먼트들은 예를 들어, 그들의 가장 가까운 인접한 안테나 엘리먼트들에 대해 균일하게 이격될 수도 있으며, 격리거리는 예상 동작 주파수에 의해 좌우될 수 있다. 예를 들어, 60 GHz 밀리미터-파 애플리케이션들에 있어서, 안테나 격리거리 d 는 대략 2.5 mm 일 수도 있다.
도 2a 내지 도 2e 는 본 개시물의 일 실시형태에 따른, 다양한 송신기 및 수신기 안테나 어레이 배열들을 예시한다. 예를 들어, 도 2a 에서의 물체 검출 시스템 (210A) 은 단일 엘리먼트 송신기 안테나 어레이 (예컨대, 송신기 안테나 엘리먼트 (224)), 및 송신기 및 수신기 어레이들이 시스템 (210A) 의 표면 (211A) 상에 선형 안테나 어레이로 배열되도록 단일 엘리먼트 송신기 안테나 어레이로부터 측면 방향으로 배치된 2개의 엘리먼트 수신기 안테나 어레이 (예컨대, 수신기 안테나 엘리먼트들 (228)) 를 포함한다. 도 2b 에서의 물체 검출 시스템 (210B) 은 송신기 및 수신기 어레이들이 시스템 (210B) 의 표면 (211B) 상에 선형 안테나 어레이로 배열되도록 2개의 엘리먼트 수신기 안테나 어레이 (예컨대, 수신기 안테나 엘리먼트들 (228)) 사이에 배치된 단일 엘리먼트 송신기 안테나 어레이 (예컨대, 송신기 안테나 엘리먼트 (224)) 를 포함한다. 도 2c 에서의 물체 검출 시스템 (210C) 은 송신기 및 수신기 어레이들이 시스템 (210C) 의 표면 (211C) 상에 제 1 및 제 2 주축들 (250 및 252) 을 가지는 2차원 직사각형 안테나 어레이로 배열되도록, 2개의 엘리먼트 송신기 안테나 어레이 (예컨대, 선형 어레이인 송신기 안테나 엘리먼트들 (224)) 및 4개의 엘리먼트 수신기 안테나 어레이 (예컨대, 정사각형 어레이인 수신기 안테나 엘리먼트들 (228)) 를 포함한다. 도 2d 에서의 물체 검출 시스템 (210D) 은 송신기 및 수신기 어레이들이 시스템 (210D) 의 표면 (211D) 상에 2차원 직사각형 안테나 어레이로 배열되도록 4개의 엘리먼트 수신기 안테나 어레이 (예컨대, 직사각형의 어레이인 수신기 안테나 엘리먼트들 (228)) 내에 배치된 2개의 엘리먼트 송신기 안테나 어레이 (예컨대, 선형 어레이인 송신기 안테나 엘리먼트들 (224)) 를 포함한다. 도 2e 에서의 물체 검출 시스템 (210E) 은 송신기 및 수신기 어레이들이 시스템 (210E) 의 표면 (211E) 상에 2차원 중심 정사각형 안테나 어레이로 배열되도록 4개의 엘리먼트 수신기 안테나 어레이 (예컨대, 정사각형 어레이인 수신기 안테나 엘리먼트들 (228)) 내에 및/또는 그로부터 등거리에 배치된 단일 엘리먼트 송신기 안테나 어레이 (예컨대, 송신기 안테나 엘리먼트 (224)) 를 포함한다.
다양한 실시형태들에서, 도 2a 내지 도 2e 에서 설명된 각각의 시스템에서 안테나 엘리먼트들 (224/228) 사이의 간격은 모든 엘리먼트들에 대해 균일할 수도 있거나, 엘리먼트 (예컨대, 송신기 또는 수신기) 의 각각의 유형에 대해 균일할 수도 있거나, 또는 예를 들어, 특정의 방향성, 방사 패턴, 또는 대역폭/주파수 응답을 촉진하도록 스태거되거나 또는 패터닝될 수도 있거나, 또는 본원에서 설명하는 바와 같은 물체 검출 시스템의 다른 동작 특성들을 촉진하도록 선택될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 예를 들어, 추가적인 안테나 엘리먼트들 및/또는 다수의 표면들 (211A-E) 을 포함하는 안테나 배열들, 및/또는 3차원 표면들 상에 배치된 안테나 배열들과 같은, 도 2a 내지 도 2e 에 예시된 것들과는 다른 안테나 배열들이 사용될 수도 있다 (예컨대, 여기서, 표면들 (211A-E) 은 3차원이며 도 2a 내지 도 2e 를 도시하는 페이지들 내로 또는 밖으로의 심도 프로파일 또는 윤곽선을 포함한다).
다음 설명의 부분들은 설명을 단순화하고 방법들을 명확하게 제시하기 위해 선형 안테나 어레이에 대한 물체의 위치를 검출하는 다양한 방법들을 상세히 설명하며; 그러나, 설명된 기법들, 방법들, 및 신호 프로세싱은 2차원 또는 3차원 안테나 어레이들로 구현된 시스템들로 자연스럽게 확장되는 것으로 이해되어야 한다. 더욱이, 개시된 방법들은 본원에서 개시된 모든 안테나 어레이 배열들을 포함한, 임의의 크기로 된 및/또는 공간적으로 배열된 안테나 어레이들을 이용하여 물체들의 위치들을 검출하는데 이용될 수도 있다.
레이더 채널 측정들
다양한 실시형태들에서, AoA 및 AoD 양쪽은 본원에서 설명하는 방법들을 이용하여 채널 측정들로부터 유도될 수도 있다. 이러한 채널 측정들은 도 2a 내지 도 2e 에 예시된 것들과 같은, 송신 및 수신 안테나 어레이들에 적용되는 다수의 복소수 진폭 가중 벡터들 (AWVs) 을 나타내는 임의의 가역 매트릭스 (예컨대, 채널 매트릭스) 에 기초할 수도 있다. 예를 들어, AWV들은 송신 및 수신 안테나 어레이들에서의 각각의 안테나 엘리먼트에 제공되는 신호들의 위상 시프트들을 나타낼 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 이러한 채널 매트릭스는 직교 매트릭스로 선택될 수 있다.
예를 들어, 송신기 안테나 어레이 (124) 가 선형 어레이로 배열된 N 개의 안테나 엘리먼트들을 가지고 수신기 안테나 어레이 (128) 가 선형 어레이로 배열된 M 개의 안테나 엘리먼트들을 가지면, 송신기 안테나 어레이 (124) 와 수신기 안테나 어레이 (128) 사이의 채널들은 NⅹM 채널 매트릭스
Figure pct00001
를 특징으로 할 수도 있다.
Figure pct00002
를 측정하기 위해, 원칙적으로, 송신기 안테나 어레이 (124) 및 수신기 안테나 어레이 (128) 로부터의 안테나 엘리먼트들은 채널 매트릭스
Figure pct00003
에 대한 개별 엔트리들을 획득하기 위해, 쌍들로, 하나씩 차례로, 턴온될 (예컨대, 신호로 에너자이징될) 수 있다. 일반적으로, 채널 매트릭스 X 에서의 각각의 엔트리는 안테나 엘리먼트들의 선택된 쌍과 연관된 전달 함수 중 적어도 일부분을 나타내는 복소수일 수도 있다. 이 철저한 (exhaustive) 쌍 방법은 잘 작동하지만 일반적으로 상대적으로 낮은 신호-대-잡음비 (SNR) 에 문제가 있다.
일부 실시형태들에서, 채널 매트릭스
Figure pct00004
를 결정할 때 SNR 을 향상시키기 위해 Hadamard 매트릭스 기법들이 사용될 수 있다. 예를 들어, 정사각형 Hadamard 매트릭스들을 이용하여, 채널 매트릭스
Figure pct00005
에서의 각각의 채널의 측정은 NⅹN Hadamard 매트릭스
Figure pct00006
의 n-번째 로우에 대응하는 AWV 에 따라서 모든 송신 안테나를 턴온시키고 MⅹM Hadamard 매트릭스
Figure pct00007
의 m-번째 칼럼에 대응하는 AWV 에 따라서 모든 수신 안테나를 턴온시킴으로써, 수행될 수도 있다. 특정의 차수 (order) 매트릭스에 대해 다수의 등가 또는 비등가 Hadamard 매트릭스들이 존재하는 경우,
Figure pct00008
및/또는
Figure pct00009
에 대해 사용되는 특정의 Hadamard 매트릭스들은 예를 들어, 다른 동작 특성들 중에서, 예를 들어, 전형적인 동작 동안 개별 안테나 어레이들에서의 턴 온/오프 시간 또는 공간 잡음을 최소화하도록 선택된 원하는 채널 차수 (channel order) 에 기초하여 사전 선택될 수도 있다. Hadamard 매트릭스의 로우 또는 칼럼이 각각의 안테나 어레이에 대한 위상 시프터들 (또는, AWV들) 에 적용될 때, 채널 매트릭스
Figure pct00010
를 획득하는 대신, NⅹM 측정 매트릭스
Figure pct00011
가 대신 다음과 같이 획득된다 (예컨대, 여기서, 복소수 엔트리들 각각은
Figure pct00012
및/또는
Figure pct00013
에 의해 결정된 Hadamard 송신기 및 수신기 채널들의 선택된 쌍과 연관된 전달 함수 중 적어도 일부분을 나타낸다):
Figure pct00014
. (1)
측정 매트릭스
Figure pct00015
를 Hadamard 매트릭스들
Figure pct00016
및
Figure pct00017
의 전치 매트릭스와 곱함으로써, 다음 관계가 얻어진다:
Figure pct00018
, (2)
여기서, H 는 Hermitian 전치 매트릭스를 표시한다. Hadamard 매트릭스의 Hermitian 전치 매트릭스가 그의 전치 매트릭스와 동일하지만, 여기서는 Hermitian 전치 매트릭스가 본원에서 설명되는 좀더 일반적인 경우에 대한 표기로서 사용된다. (2) 에서, Hadamard 매트릭스가 직교 벡터들로 구성되기 때문에,
Figure pct00019
및
Figure pct00020
이다.
유리하게는, Hadamard 매트릭스가, 그의 엔트리들의 모두가 +1 또는 -1 이어서 곱셈을 단순화하고 전체 SNR을 증가시키고 그리고 위상-단독 AWV 가 사용될 수 있게 하기 때문에, 채널 매트릭스를 결정할 때 채널 측정들을 구별하기 위해 사용된다. 일부 실시형태들에서, 이산 푸리에 변환 (DFT) 매트릭스와 같은, 복소수 Hadamard 매트릭스들이 사용될 수도 있다. 어떤 특정의 실시형태들에서, 복소수 Hadamard 매트릭스들은 위상 시프터/AWV 구현 디바이스의 설계를 단순화하기 위해, +1, -1, +j, 및 -j 를 포함한 엔트리들을 가지도록 선택될 수도 있다.
채널 매트릭스 형성
다양한 실시형태들에서, 일단 채널 매트릭스
Figure pct00021
가 측정을 통해서 결정되면, 단일-값 분해 (SVD) 가 물체 또는 물체의 부분에 대한 AoA 및 AoD 를 찾기 위해 이용될 수도 있다. 일반적으로, SVD 는 측정된 신호에서 측정된 신호가 분해되는 직교 기저들 (orthonormal bases) 의 형태의 선택을 통해서 에너지의 공간 분포를 프로브하도록 구성될 수 있는 절차적 방법이다. 예를 들어, 송신기 안테나 어레이 (124) 로부터 θt 의 각도 및 수신기 안테나 어레이 (128) 로부터 각도 θr 로 멀리-떨어진 물체에 대해, 물체로의 송신된 파 (140) 및 물체로부터의 수신된 파 (144) 양쪽은 평면파들로서 이상화될 수도 있다. 송신기 안테나 어레이 (124) 및 수신기 안테나 어레이 (128) 양쪽의 엘리먼트들이 d 의 안테나 격리거리/간격 (예컨대, 가장 가까운 거리) 을 가진다고 가정하면, d 는 송신기 안테나 어레이 (124) 를 에너자이징하는데 사용될 원하는 여기 신호의 절반 파장으로 선택될 수도 있다. 더 일반적으로는, d 는 시스템 (110) 의 동작을 촉진하도록 선택된 임의의 안테나 격리거리 또는 격리거리들의 분포일 수도 있다. 60 GHz 밀리미터-파 애플리케이션들에 있어서, 안테나 격리거리 d 는 일반적으로 예를 들어, 대략 2.5 mm 일 수도 있다.
각각의 송신기 및 수신기 안테나 엘리먼트에 대해 상이한 이득을 고려하면, 검출된 물체에 대한 송신기 및 수신기 어레이들의 응답은 방향 벡터들
Figure pct00022
및
Figure pct00023
로 각각 나타낼 수도 있다. 일반적으로, 방향 벡터들
Figure pct00024
및
Figure pct00025
양쪽은 안테나 이득들의 상이한 위상 시프트들 또는 물체까지의 약간 상이한 경로 길이들을 나타내기 위해 복소수 엔트리들을 포함할 수도 있다. 이 표현을 이용하면, 일정한 위상 및 진폭을 제외하고, 채널 매트릭스
Figure pct00026
는 다음과 같이 분석적인 형태를 취할 수도 있다:
Figure pct00027
(3)
일반적인 경우, 다수의 검출된 물체들이 송신기 방향 벡터들
Figure pct00028
및 수신기 방향 벡터들
Figure pct00029
에 의해 표현되는 경우, 전체 채널 매트릭스는 다음과 같으며:
Figure pct00030
(4)
여기서, σk 는 검출된 물체까지의 개별 특정의 경로의 진폭 및 위상을 나타내는 복소수이다. 일반적으로, σk 의 위상은
Figure pct00031
또는
Figure pct00032
의 일정한 위상으로 흡수되어, 채널 진폭 이득에 양의 σk 를 부여할 수도 있다.
물체들의 개수가 작으면 또는 단일 물체가 지배적인 (예컨대, 송신 파들이 반사되는 다른 물체들보다 상대적으로 큰) 경우, (4) 의 SVD 이후, 물체까지의 지배적인 경로는 가장 큰 특이 값을 가지는 경로에 대응한다. 다른 경로들은 지배적인 경로를 오염시킨 잡음으로서 간주될 수도 있다. 더 나아가, 시스템이 K 개의 물체들을 결정 (resolve) 하도록 구성되면, (4) 의 처음 K 개의 가장 큰 특이 값들에 대응하는 경로들이 K 개의 물체들까지의 경로들로서 선택될 수도 있다. 더욱이, 시스템이 K 개의 차별화된 (differentiated) 또는 이격된 물체들을 결정하도록 구성되면, (4) 의 (예컨대, 물체들 사이의 간극들 또는 새들 (saddle) 지점들에 대응하는) 더 작은 특이 값들 만큼 분리된 (4) 의 처음 K 개의 가장 큰 특이 값들에 대응하는 경로들이 K 개의 차별화된 물체들까지의 경로들로서 선택될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, AoA 및 AoD 는 본원에서 설명하는 바와 같이, (Hadamard 매트릭스들 또는 채널들을 지정하는 유사한 직교 매트릭스들에 기초하여) 측정 매트릭스
Figure pct00033
에 대한 수식 (2) 로부터 채널 매트릭스
Figure pct00034
를 획득하고; SVD 를 수행하여 채널 매트릭스
Figure pct00035
를 지배적인 경로(들) 로 분해하고 송신기 및 수신기 방향 벡터들
Figure pct00036
및
Figure pct00037
를 제공하고; 그리고 예컨대, (예컨대, 도 1 에서의 송신된 파/방향 벡터 (140) 및 수신된 파/방향 벡터 (144) 와 유사한) 방향 벡터들
Figure pct00038
및
Figure pct00039
를 변환하는 기하학적/삼각법 분석을 통해서, 방향 벡터들
Figure pct00040
및
Figure pct00041
로부터 AoD(s) 및/또는 AoA(s) 를 유도함으로써, 결정될 수도 있다. 위에서 언급한 바와 같이, 채널들을 지정하고 측정 매트릭스
Figure pct00042
를 발생시키기 위해 Hadamard 매트릭스들을 이용함으로써, 실시형태들은 채널 측정들의 SNR 및 결과적인 AoD(s) 및/또는 AoA(s) 의 신뢰성을 현저하게 증가시킨다. 게다가, 풀 응답 프로파일 보다는, 검출된 물체들까지의 지배적인 경로(들) 를 결정하기 위해 SVD 를 이용함으로써, 실시형태들은 물체들까지의 각도들/경로들을 컴퓨터 시간 및 전력 사용 양자의 관점에서 상대적으로 효율적으로 검출할 수 있다. 대안적인 실시형태들에서, 송신기 및 수신기 방향 벡터들
Figure pct00043
및
Figure pct00044
는 본원에서 더 충분히 설명된 바와 같이, (4) 의 SVD 를 수행함이 없이 및/또는 완전한 채널 매트릭스
Figure pct00045
를 획득함이 없이, 직접 발견될 수도 있다.
직접 빔 결합
수식 (2) 와 관련하여 본원에서 언급한 바와 같이, 측정 채널들을 지정하는데 Hadamard 매트릭스들의 이용은 NM 의 인자에 의해 채널 매트릭스
Figure pct00046
를 결정할 때 SNR 을 향상시킨다. 그러나, 채널 매트릭스
Figure pct00047
는, 요구된 기본적인 정보가 또한 관련된 방향 벡터들 내에 포함되기 때문에, AoA 또는 AoD 를 항상 발견할 필요는 없다. 아주 낮은 효율을 가진 사소한 예 (trivial example) 에서, AoA 는 (예컨대, 개별 어레이들에서의 안테나 엘리먼트들을 따른 적합한 위상 시프트들/AWV들을 이용하여) 상이한 각도들로 송신기 및 수신기 안테나 빔들을 스캔함으로써 유도될 수 있다. 이러한 실시형태들에서, AoA 는 각도 스캐닝의 함수로서 신호 레벨에서의 피크에 대응할 수도 있다. 완전한 채널 매트릭스
Figure pct00048
의 결정은 총 N*M 개의 측정들을 요구할 수 있으며, 결과적인 각도 정확도가 SNR 의 증가에 따라서 증가한다. 각도 스캔 방법은 철저한 각도 탐색을 수행하여 유사한 각도 정확도/ 해상도를 획득하기 위해서는 일반적으로 훨씬 더 많은 (예컨대, N*M 보다 큰) 측정들을 필요로 한다.
Hadamard 매트릭스들
Figure pct00049
또는
Figure pct00050
로부터의 빔들은 필요한 좁은 빔이 아니며 일반적으로 다수의 피크들을 가진 넓은 빔이다. 예를 들어, 도 3 은 본 개시물의 일 실시형태에 따른, Hadamard 매트릭스에 의해 지정된 상이한 채널들에 대응하는 방사 패턴들 (310-316) 의 그래프 (300) 를 예시한다. 좀더 구체적으로, 도 3 은 4x4 Hadamard 매트릭스에 의해 지정되는 상이한 채널들에 대응하는 (예컨대, 여기서, 각각의 로우 또는 칼럼은 패턴들 (310-316) 을 발생시키는 상이한 Hadamard 송신기/수신기 채널에 대응한다), 도 3 에서의 페이지를 따라서 수평으로 배향된 4개의 엘리먼트 선형 어레이 (예컨대, 0 도로부터 180 도까지 파선으로 정렬된 선형 안테나 어레이) 에 의해 형성된 4개의 송신기 또는 수신기 빔들을 나타내며, 여기서, 2개의 패턴들 (예컨대, 310 및 315) 은 2개의 상대적으로 큰 1차 피크들을 나타내며 그들의 2개의 1차 피크들에 대응하는 방향들/각도들의 외부에서 충분한 에너지를 흡수하지 않는다 (상대적으로 낮은 이득이다). 일부 실시형태들에서, DFT 매트릭스 (Hadamard 매트릭스의 특성들과 유사한 일부 특성들을 갖는, 다른 유형의 직교 매트릭스) 가 상대적으로 완전한 각도 커버리지를 가진 아주 우수한/상대적으로 높은 이득 피크들을 제공하기 위해 Hadamard 매트릭스 대신, 사용될 수 있다. 더 일반적으로는, 본원에서 설명하는 방법들에서, 다른 직교 매트릭스들이 Hadamard 매트릭스 대신 사용될 수도 있으며, 일부 실시형태들에서, 계산 부하들을 감소시키면서 여전히 각도들의 선택된 범위에 걸쳐서 상대적으로 완전한 각도 커버리지를 제공하기 위해 상대적으로 단순화된 개개의 엔트리들 (예컨대, 실수 및/또는 복소수) 을 갖도록 수정되거나, 감소되거나, 또는 선택될 수 있다. 도 3 으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 1차적인 관심사가 전방에 대해 각도 ± 45° 이내에서 물체들을 검출하는 것이면,
Figure pct00051
또는
Figure pct00052
에서의 일부 Hadamard 패턴들 (예컨대, 310 및 가능한 경우 314) 은 대부분 1차 검출 영역 외부에 있으며 탐색/측정된다면 낭비된 노력을 이룰 것이다. 이러한 실시형태들에서, DFT 또는 다른 직교 매트릭스 패턴들이
Figure pct00053
또는
Figure pct00054
에 대해 사용될 수도 있다.
수식 (2) 가 채널 매트릭스
Figure pct00055
를 결정하는데 사용되는 실시형태들에서, 모든 NM 측정들은 풀 측정 매트릭스
Figure pct00056
를 발생시키도록 요구된다. 대안적인 실시형태들에서, 정사각형 Hadamard 매트릭스들 (또는, 유사한 DFT 매트릭스들)
Figure pct00057
및
Figure pct00058
를 이용하는 대신, KⅹN 송신기 AWV 매트릭스
Figure pct00059
및 MⅹL 수신기 AWV 매트릭스
Figure pct00060
가 총 K*L 개의 측정들에 대해 사용될 수도 있다.
Figure pct00061
및
Figure pct00062
는 모든 K*L 개의 측정들이 송신기 및 수신기 어레이들의 관점에서 (예컨대, 지정된 검출 영역에서, 지정된 검출 영역, 및/또는 물체들이 이전에 검출된 영역들 내 물체(들) 둘레에서) 가용 검출 영역의 특정의 서브세트 내에 집중되도록 형성될 수도 있다. AWV 매트릭스들
Figure pct00063
및
Figure pct00064
의 로우 또는 칼럼이 각각의 안테나 어레이에 대한 위상 시프터들 (또는, AWV들) 에 적용될 때, KⅹL 측정 매트릭스
Figure pct00065
가 획득된다. 일단 측정 매트릭스
Figure pct00066
가 획득되면, AoA(s) 및 AoD(s) 는, 측정 매트릭스
Figure pct00067
의 SVD 를 수행하여
Figure pct00068
를 구하고 (예컨대, 분해에서의 가장 큰 특이 값들에 대응하는) 측정 매트릭스
Figure pct00069
의 분해로부터 몇 개의 가장 강한 경로들을 선택하여 대응하는 AoA(s) 및 AoD(s) 를 결정함으로써 결정될 수도 있다. 예를 들어, k-번째 가장 강한 경로는 측정 매트릭스
Figure pct00070
의 분해에서의
Figure pct00071
및
Figure pct00072
(예컨대, 본원에서 "측정 매트릭스 특이 벡터들" 로서 일반적으로 지칭됨) 에 대응하며, 대응하는 AoD 는
Figure pct00073
와 동일한 방향으로 물체까지 k-번째 가장 강한 경로를 따른 방향 벡터로부터 유도되며, 대응하는 AoA 는 물체로부터
Figure pct00074
와 동일한 방향으로 k-번째 가장 강한 경로를 따른 방향 벡터로부터 유도되며, 여기서, Z 및 W 는
Figure pct00075
및
Figure pct00076
기초한 매트릭스들이다. 본원에서 사용될 때, Z 및 W 는, 측정 매트릭스 특이 벡터들 (예컨대,
Figure pct00077
및
Figure pct00078
) 을 AWV 매트릭스들
Figure pct00079
및
Figure pct00080
에 의해 지정된 집중된 검출 영역 내 방향 벡터들로 변환하도록 구성된 "변환 매트릭스들" 로서 일반적으로 지칭될 수도 있다.
일 실시형태에서, Z 및 W 는 Z =
Figure pct00081
, 및 W =
Figure pct00082
가 되도록 선택될 수도 있으며, 여기서, 방향 벡터들은 단순히
Figure pct00083
및
Figure pct00084
와 동일한 가중치들을 각각 갖는
Figure pct00085
및
Figure pct00086
에서의 가중 AWV 벡터들의 총합이다. 다른 실시형태에서, Z 및 W 는
Figure pct00087
또는
Figure pct00088
의 의사역행렬로서 선택될 수도 있다. 예를 들어, K 가 N 보다 크지 않을 때,
Figure pct00089
이고, 그리고 L 이 M 보다 크지 않을 때,
Figure pct00090
이다. 이것은
Figure pct00091
및
Figure pct00092
각각의 칼럼 공간들의 선형 조합을 이용하여 방향 벡터들을 근사화한다. 이것은 또한 결합된 방향 벡터들과
Figure pct00093
및
Figure pct00094
의 칼럼 공간들 상에 각각 투영된 이상적인 벡터들 사이의 차이의 놈 (norm) 을 최소화한다. 추가 실시형태들에서,
Figure pct00095
또는
Figure pct00096
의 매트릭스들은
Figure pct00097
및
Figure pct00098
의 로우들이 선형 의존적이거나 또는 선형 의존에 가까울 때 불량 상태에 있을 수도 있다.
Figure pct00099
및
Figure pct00100
의 의사역행렬들은 그의 대응하는 SVD 를 통해서 획득될 수도 있다. 예를 들어, SVD 에서의 모든 비-제로 특이 값들을 이용하는 대신, 작은 (예컨대, 미리 결정된 임계치까지의) 특이 값들은 좀더 효율적인 매트릭스 곱셈을 위해 제로화될 수도 있다.
다양한 실시형태들에서,
Figure pct00101
및
Figure pct00102
양쪽에서의 AWV들은 서로 직교할 필요는 없으며,
Figure pct00103
및
Figure pct00104
는 정사각형 또는 직교 매트릭스들일 필요가 없다. 측정 시간 및 프로세싱 리소스들을 감소시키기 위해,
Figure pct00105
에서의 로우들의 개수 및
Figure pct00106
에서의 칼럼들의 개수는 실질적으로 송신 및 수신 안테나들의 개수보다 각각 더 작을 수도 있다. 측정 SNR 을 향상시키기 위해,
Figure pct00107
에서의 로우들의 개수 및
Figure pct00108
에서의 칼럼들의 개수는 대응하는 SNR 증가를 위해 증가될 수도 있다. 전형적인 실시형태에서,
Figure pct00109
및
Figure pct00110
양쪽에서의 AWV들은 시스템 SNR 을 향상시키기 위해 (예컨대, 물체의 위치를 검출하는 동일한 또는 상이한 방법을 이용하여 이전 단계에서 결정된) AoD 및 AoA 에 각각 가깝도록 선택될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, Z =
Figure pct00111
및 W =
Figure pct00112
의 선택은 소프트웨어 (예컨대, 계산 복잡성 및/또는 부하를 감소시키기 위해) 및 하드웨어 (예컨대, 계산 리소스들을 담당하는 면적 및 전력을 감소시키기 위해, 및/또는 다른 하드웨어 설계 특성들을 단순화하거나 및/또는 간소화하기 위해) 양자의 관점에서, 시스템 설계를 단순화할 수도 있다.
각도 검출
레이더 애플리케이션들에서, 송신기로부터 수신기로의 신호 응답의 위상은 송신기로부터 시작하여 물체로부터 반사하고 수신기에 도달하는 신호의 전체 여행 거리에 주로 의존한다. 다양한 실시형태들에서, (개별 어레이들에서) 다수의 송신기들 및 수신기들로부터의 위상 정보가 물체의 위치 (상대적인 각도 및 범위) 및 각 속도를 검출하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템 (110) 의 송신기 안테나 어레이 (124) 및 수신기 안테나 어레이 (128) 각각이 다수의 안테나 엘리먼트들을 포함하는 실시형태들에서, 인접한 엘리먼트들 사이의 여행 거리들은 Δl=dsinθ 과 같으며, 여기서, d 는 엘리먼트들 사이의 거리이고 θ 는 (3) 에 대한 방향 벡터에서 이미 사용된 바와 같이, 안테나 어레이의 브로드사이드 방향과 물체 사이의 각도 (예컨대, 어레이 법선 벡터와, 안테나 엘리먼트와 물체 사이의 벡터 사이의 각도의 여각) 이다. 예를 들어, 인접한 안테나 엘리먼트 쌍이 수신기들인 경우, θ 는 도 1 에서의 θr 에 대응할 수도 있으며, 인접한 안테나 엘리먼트 쌍이 송신기들인 경우, θ 는 도 1 에서의 θt 에 대응할 수도 있다. 이 여행 차이 (travel difference) 는 다음과 같이 안테나 엘리먼트들의 쌍들 사이의 위상 차이 (Δα) 에 관련되며:
Figure pct00113
, (5)
여기서, λ 는 (3) 에서의 대응하는 수식과 유사한, RF 신호의 파장이다.
안테나 엘리먼트들 사이 (예컨대, 예로서, 물체 (130) 로부터의 [송신기 엘리먼트 1 -> 수신기 엘리먼트 1] 의 채널 응답과 [송신기 엘리먼트 1 -> 수신기 엘리먼트 2] 의 채널 응답 사이) 의 쌍-방식 비교에 기초하여, 이상적으로는, 모든 쌍-방식 각도 측정들 (예컨대, 직접 측정 방법) 에 대해 동일한 위상 차이 Δα 를 획득할 수 있다. 실제는, 이 위상 차이는 잡음 또는 다른 왜곡들로 손상될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 다수의 쌍-방식 각도 비교들을 통한 평균화가 잡음을 감소시키기 위해 사용될 수도 있다.
인접한 안테나 엘리먼트들 사이의 쌍-방식 비교에 의해 각도 (예컨대, AoA, AoD) 를 유도하는 것에 추가하여, AoA 및 AoD 를 획득하는데 사용될 수도 있는 다른 알고리즘들이 존재한다. 선형 어레이에 대해, MUSIC (MUltiple Signal Classification) 및 ESPRIT (Estimation of Signals Parameters via Rotational Invariance Techniques) 와 같은, 다수의 방법들이 가능하다. 다양한 실시형태들에서, 이러한 알고리즘들은 2차원 어레이들로 확장될 수 있거나 및/또는 다수의 타겟들에 대응하는 도달 또는 출발 각도들을 식별하는데 사용될 수 있다.
위상들의 쌍-방식 비교
다양한 실시형태들에서, 물체 검출 시스템 (110) 은 쌍들에서의 트랜시버들의 위상들을 비교하기 위해 수식 (5) 를 직접 이용함으로써 물체 (130) 의 각도 위치를 검출하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 도 4a 는 모든 것이 이상적일 때 (즉, 안테나들 패턴들이 완전히 등방성이고, 물체 사이즈가 무한히 작아서 각도 위치가 명확하게-정의되고, 그리고 모든 반사된 에너지가 단일 물체로부터 기여될 때) 실제 각도 위치에 대한 검출된 각도 위치의 그래프 (400A) 를 예시한다. 도 4a 에 나타낸 바와 같이, 라인 (402) 은 검출된 각도 위치들의 계열이 (예컨대, 물체 감지 시스템 (110) 의 표면 (111) 을 가로지르는 물체 (130) 의) 모션의 풀 범위에 걸쳐서 실제 각도 위치들의 계열과 동일함을 나타낸다.
그러나, 실제는, 안테나 엘리먼트들/어레이들의 방사 패턴들은 검출 각도들의 가용 범위에 걸쳐서 균일하지 않다. 더욱이, 물체 (130) 의 사이즈가 송신기 어레이 (124) 에 의해 방출된 RF 신호 (예컨대, 레이더 프로브 신호) 의 파장보다 클 때, 물체 (130) 의 사이즈에 걸친 임의의 불균일한 방사 패턴은 수신기 어레이 (128) 로부터 볼 때의 물체 (130) 의 유효 거리를 변환시킨다. 예를 들어, (이 설명을 단순화하기 위해) 물체 (130) 가 θ_1 에서의 d_1 의 거리에서 θ_2 에서의 거리 d_2 까지 이산적으로 공간적으로 분포된다고 가정하며, 여기서 d_1< d_2 이다. 송신기/수신기 방사 패턴이 균일하면, 위상은 d_1 에 의해, 그것이 더 가깝기 때문에, 더 지배적으로 결정될 것이다. 그러나, 방사 패턴이 θ_2 의 방향을 따라서 더 높은 이득을 가지면, 위상은 d_2 에서의 구조에 의해 더 지배될 것이다. 물체 (130) 의 사이즈가 RF 신호의 파장보다 더 크기 때문에, 다양한 채널 응답들에서의 위상 변이가 현저할 수 있다. 더욱이, 방사 패턴은 안테나들 사이의 환경의 차이들로 인해 하나의 안테나 엘리먼트/어레이로부터 다른 안테나 엘리먼트/어레이까지 상당히 상이할 수 있다. 이것은, 수신기들의 쌍 사이의 유효 거리 차이가 d*sin(θ) 로부터 벗어날 수 있으며, 따라서, 수식 (5) 의 각도-위상 차이 수식이 부정확하게 된다는 것을 의미한다. 트랜시버 안테나들 간 상이한 위상/방사 패턴들은 또한 이러한 에러들에 기여할 수 있다. 그 결과, 실제는, 수식 (5) 를 이용한 나이브 (naive) 각도 추정은 도 4b 에 나타낸 바와 같이, 상당한 에러들을 야기할 수도 있다. 도 4b 는 표면 (111) 위에서의 물체 (130) 의 스위핑 (sweeping) 을 위해 수신기 어레이 (128) 에서의 수신 안테나 엘리먼트들의 상이한 쌍들을 이용한 실제 조건들 하에서 실제 각도 위치들에 대한 검출된 각도 위치들의 그래프 (400B) 를 예시한다. 도 4b 에 나타낸 바와 같이, 곡선들 (404, 406, 408, 및 410) 은 수신기 어레이 (128) 에서의 수신 안테나 엘리먼트들의 4개의 상이한 쌍들을 이용한 실제 각도 위치들에 대한 검출된 각도 위치들의 다양한 계열을 나타내며, 곡선 위치들 (412 및 413) 은 대략 -20 도 및 + 30 도에서의 모든 측정들에 의해 나타나는 예시적인 비선형 거동을 표시한다. 일부 실시형태들에서, 상이한 쌍들 (예컨대, 상이한 곡선들 (404-410)) 로부터의 다수의 각도 측정들은 안테나들의 각각의 쌍으로부터의 각도 추정을 결합하여 위치 측정들의 계열에서 신호-대-잡음비 (SNR) 를 증가시키기 위해 평균될 수 있다.
다른 실시형태들에서, 물체 검출 시스템 (110) 은 SVD 를 측정들에 적용하여 SNR 을 증가시키거나 및/또는 각도 측정들의 계열을 결정하도록 구성될 수도 있다. 본원에서 언급된 바와 같이, SVD 는 레이더 애플리케이션들에서 AoD들 및 AoA들을 검출하는데 사용될 수 있는 방법이다. 그러나, 수신 안테나들의 모든 쌍들이 일관하여 도 4b 에 나타낸 바와 같이, 비선형 거동 부분들 (412, 413) 을 나타낼 때, 채널 응답들에 기초한 SVD 는 일반적으로 또한 도 4c 에 나타낸 바와 같이 유사한 문제들을 겪는다 (도 4b 에서 대략 -20 도 및 30 도 각각에서의 비선형 거동 부분들 (412 및 413) 은 도 4c 에 나타낸 SVD 방법 결과에서 명백하다). 도 4c 는 표면 (111) 상에서의 물체 (130) 의 스위핑으로부터의 채널 응답들에 적용되는 SVD 분석을 이용한 실제 조건들 하에서 실제 각도 위치에 대한 검출된 각도 위치의 그래프 (400C) 를 예시한다. 도 4c 에 나타낸 바와 같이, 곡선 (414) 은 물체 감지 시스템 (110) 에 의해 제공되는 측정들에 관한 SVD 분석을 이용하는 것으로부터 초래되는 실제 각도 위치들에 대한 검출된 각도 위치들의 계열을 나타낸다.
테이블화된 교정
일부 실시형태들에서, 물체 감지 시스템 (110) 은 이전 테이블화된 교정 데이터에 대해 측정들을 비교함으로써 물체 (130) 의 하나 이상의 각도 위치들을 검출하도록 구성될 수도 있다. 이러한 방법들은 (예컨대, 인간 손가락의 합리적으로 가변적인 특성들과 같은) 물체 (130) 의 다양한 특성들 (예컨대, 형상, 사이즈, 유전체 특성) 이 명확하게-정의되고 고정되거나/알려져 있을 때 특히 유용할 수 있다. 예를 들어, 각각의 안테나의 상이한 방사/위상 패턴들이 알려진 조건들 하에서 측정되고 (예컨대, 상이한 유형들의 물체들, 물체의 사이즈들의 상이한 범위들, 및/또는 다른 교정 조건들에 대해) 테이블화된 교정 데이터를 교정하거나 및/또는 형성하는데 사용될 수도 있으며, 그 결과 정확한 검출이 테이블화된 교정 데이터에 대해 측정들을 비교함으로써 획득될 수 있다.
예를 들어, 다양한 실시형태들에서, 송신기들 및 수신기들의 모든 쌍의 채널 응답들은 각도들의 모든 관심 범위 (예컨대, -40 내지 40 도, -80 내지 +80, 및/또는 예를 들어, 송신기 어레이 (124) 및/또는 수신기 어레이 (128) 의 형상, 사이즈, 및/또는 다른 특성에 연관될 수 있는, 예를 들어, 상이한 범위들) 및 물체 특성들에 걸쳐서 측정되고 테이블화될 수도 있다. 결과적인 측정된 채널 응답들은 일부 실시형태들에서, 결과들이 물체 (130) 까지의 거리에 대해 불변이 되도록, 크기들의 범위에 대해 정규화될 수도 있다. 채널 응답들은 또한 각각의 곱셈 (product) 의 위상이 수식 (5) 에서의 위상 차이에 관련되도록, 수신기들/송신기들 사이에 결합될 (예컨대, 공액 곱셈될) 수도 있다. 일단 교정 프로세스 동안 측정되면, 테이블화된 교정 데이터에서의 공액 곱셈된 채널 응답들이 물체 (130) 의 각도 위치를 결정하는데 교정된 참조들 (calibrated references) 로서 사용될 수도 있다.
예를 들어, 새로 측정된 채널 응답들은 정규화되고 공액 곱셈될 수도 있으며, 그 결과들이 대응하는 교정된 참조 값들과 비교된다. 프로세싱된 새로 측정된 채널 응답들에 수치적으로 가장 가까운 교정된 참조 값들은 물체 (130) 의 각도 위치를 표시할 수도 있다. 이 방법의 실시형태들은 송신기 어레이 (124) 및/또는 수신기 어레이 (128) 의 모든 비-이상적인 거동을 고려할 수 있으며 따라서 도 4d 에 나타낸 바와 같이, 상대적으로 정확한 결과들을 발생시킬 수 있다. 도 4d 는 테이블화된 교정 값들을 표면 (111) 상에서의 물체 (130) 의 스위핑으로부터의 프로세싱된 (예컨대, 정규화된, 공액 곱셈된) 채널 응답들과 비교함으로써 실제 조건들 하에서 실제 각도 위치에 대한 검출된 각도 위치의 그래프 (400D) 를 예시한다. 도 4d 에 나타낸 바와 같이, 곡선 (416) 은 물체 감지 시스템 (110) 에 의해 제공되는 측정들에 적용되는 테이블화된 교정 값 비교를 이용하는 것으로부터 초래되는 실제 각도 위치들에 대한 검출된 각도 위치들의 계열을 나타낸다.
검출된 각도 위치들의 계열을 결정하는데 사용되는 방법 (직접 방법 또는 나이브 각도 추정, SVD, 테이블화된 교정) 에 관계없이, 시스템 (110) 은 예를 들어, 인접한 검출된 각도 위치들을 감산함으로써 순간 각 속도를 결정하거나, 또는 (예컨대, 예를 들어, 비-물리적인 또는 상대적으로 노이즈한 (noisy) 순간 각 속도들을 거부하도록 선택된) 계열에서의 모든 또는 선택 개수의 순간 각 속도들을 평균화함으로써 계열에 대한 평균 각 속도를 결정하도록 구성될 수도 있다.
각 속도 분석
선형 어레이에서, 연속된 시간들에서 측정된, 검출된 물체에 대한 AoA 또는 AoD 가 전파 방향에서 Doppler 주파수 계산을 수행하는 것과 유사하게, 대응하는 주파수 성분들을 계산하는데 사용될 수 있다. 물체가 이동함에 따라, AoA들 또는 AoD들의 계열에서의 주파수 성분의 피크들은 각 운동의 속도 및 방향 (예컨대, 속도) 에 대응한다.
예를 들어, (예컨대, 본원에서 설명되는 SVD 방법들을 이용한) 측정된 AoA들 또는 AoD들이 다음의 시 계열에 일치하면:
Figure pct00114
및
Figure pct00115
, (6.1)
이는, (5) 및 (3) 을 이용하여, 다음과 같이 상호교환가능하게 표현될 수 있으며:
Figure pct00116
및
Figure pct00117
, (6.2)
시 계열상에서의 주파수 분석을 수행하기 위해 계열의 이산 푸리에 변환 (DFT) 이 계산될 수 있다. 상기 계열에서, Δα 및 θ 의 인덱스들은 θt 및/또는 θr 를 결정하는 SVD 방법을 포함하여, 본원에서 설명하는 방법들 중 임의의 방법을 이용하여 각각 수행되는 측정들의 시 계열에서의 측정 인스턴스들을 지칭한다. n-지점 고속 푸리에 변환 (FFT) 을 이용하면, (6.1) 또는 (6.2) 의 주파수의 피크는 계열에 걸친 검출된 물체의 평균 각 속도에 대응한다. (6.2) 의 개개의 위상 차이들 Δαi, i = 1, …, n 은 개별적으로 (5) 에서의 위상 차이와 동일하지만, 인덱스 i 를 가진 상이한 시간들에서 취해진다. 일반적으로, 측정들 사이의 시간 간격은 실질적으로 균일하다.
일부 실시형태들에서, 시 계열 (6.1) 또는 (6.2) 은 본원에서 설명하는 방법들을 이용하여 결정된, 연관된 빔 (예컨대, 검출된 물체 측으로/로부터 방향 벡터를 따라서 형성된 송신기 또는 수신기 빔) 의 특이 값인 (측정 인스턴스에 의해 인덱싱된) σ1, σ2, …, σn 의 연관된 인덱싱된 진폭을 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 빔의 특이 값은 시 계열이 다음과 같이 되도록, 시 계열 (6.2) 와 결합될 수도 있다:
Figure pct00118
및
Figure pct00119
, (7.1)
또는
Figure pct00120
및
Figure pct00121
, (7.2)
적합한 경우, 진폭-개선된 시 계열 (7.1), (7.2) 의 FFT 는 시 계열에 걸친 빔의 진폭의 변화를 고려한다. 이것은 σ1, σ2, …, σn 의 상대적으로 작은 진폭이 일반적으로 상대적으로 낮은 신뢰성을 가진 측정들을 표시하기 때문에, 각 속도를 결정할 때에 특히 유익할 수 있다. 따라서, FFT 를 결정할 때 진폭들 σ1, σ2, …, σn, 따라서, 각 속도를 포함시키는 것은, 측정들의 시 계열에서의 덜 신뢰성있는/더 노이즈한 측정들보다 측정들의 시 계열에서의 (예컨대, 더 강한 측정된 신호들/더 가까운 물체들에 대응하는) 더 신뢰성있는/덜 노이즈한 측정들을 강조하도록 도우며, 따라서, 가장 신뢰성있는 측정들은 결과적인 각 속도 결정에의 가장 큰 측정 당 기여를 제공한다. 그 결과, (6.1) 및/또는 (6.2) 에서와 같이 진폭들을 제외하는 대신, (7) 에서와 같이 진폭들을 포함시킴으로써 결정된 각 속도가 더 신뢰성있게 된다.
또한, (711) 및 (7.2) 가 진폭들 σ1, σ2, …, σn 을 이용하지만, 그들 자신의 특이 값 σ1,k, σ2,k, …, σn,k, 및 그들 자신의 Δαn,k 및 θn,k 를 각각 갖는, 시 계열에 걸친 다수의 물체들 k 를 추적하는데 유사한 방법들이 사용될 수도 있으며 시스템 (110) 이 본원에서 설명하는 방법들을 이용하여 다수의 상이한 추적된 물체들에 대응하는 다수의 상이한 각 속도들을 결정하도록 구성될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다.
본원에서 언급된 바와 같이, 선형 안테나 어레이에 관하여 본원에서 설명하는 방법들 중 임의의 방법은 2차원 또는 3차원 안테나 어레이에 대한 물체의 유사한 특성들을 검출하기 위해 확장될 수도 있다. 예를 들어, 2차원 안테나 어레이에 대해, AoA 및 AoD 는 높이 각도들 θ 및 방위각들 φ 양쪽을 포함할 수도 있으며, 각 속도는 2차원 안테나 어레이의 기하학적 구조에 대응하는 위상 차이들 Δαx 및 Δαy 의 시 계열에 기초하여 계산될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, (5) 를 이용하여, 위상 차이들 Δαx 및 Δαy 는 별개로 획득되어, sinθx=sinθcosφ 및 sinθy=sinθsinφ 로부터 θ 및 φ 를 결정하는데 사용될 수도 있다. 대응하는 빔의 특이 값이 (7) 에서의 수식과 유사하게, 각 속도의 계산에 포함될 수도 있다. 예를 들어, 2차원 직사각형의 어레이에 대해, 위상 차이들 Δαx 및 Δαy 는 별개로 획득될 수도 있으며, 시 계열 (6) 또는 (7) 은 (예컨대, 대응하는 빔의 특이 값을 포함시키거나 또는 포함시킴이 없이) 형성될 수도 있으며, 그에 따라서 시 계열의 FFT 가 계산될 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, 각도 위치 및/또는 속도가 예를 들어, 인간 손가락을 검출하거나, 스타일러스 또는 다른 물체들로부터 인간 손가락을 구별하거나, 및/또는 제스쳐 인식을 수행하는데, 사용될 수도 있다. 예를 들어, 인간 손가락은 사이즈, 유전체 특성, 형상, 또는 그것을 상대적으로 얇은 금속 또는 플라스틱 스타일러스와 같은, 다른 물체들과 구별하는 다른 정적 특성을 가질 수도 있다. 게다가, 인간 손가락의 각 속도는 속도, 헤지테이션 과도상태들 (hesitation transients), 진동 진폭들 및 주파수들 (예컨대, 펄스), (예컨대, 예를 들어, 손가락 관절들을 고려한) 제스쳐 패턴에 기초하여, 다른 물체의 각 속도와 구별될 수도 있다.
범위 계산을 위한 매칭 추적 (Pursuit)
임의의 특정의 채널 (쌍-방식, Hadamard 지정된, 또는 다른 지정된 채널) 에 있어서, 임펄스 응답은 단지, 송신기 안테나 어레이 (124) 와 수신기 안테나 어레이 (128) 사이의 (물체 (130) 에 대한 상이한 위치들에 대응하는) 상이한 가능한 경로들에 대응하는, 다수의 임펄스들의 중첩이다. 전자 회로부, 특히 송신기 및 수신기에서의 일부 기저대역 필터링을 포함하여, 채널의 전체 임펄스 응답은 다음과 같이 표현될 수도 있으며:
Figure pct00122
(8)
여기서, ck 는 각각의 경로에 대한 복소수 진폭이며,
Figure pct00123
는 경로 길이 대 광 속도의 비에 대응하는, 송신기 안테나 어레이와 수신기 안테나 어레이 사이의 타이밍 차이들이다.
Figure pct00124
의 정확한 측정에 의해, 송신기 안테나 어레이, 물체, 및 수신기 안테나 어레이 사이의 거리가 발견될 수 있다. 송신기 및 수신기 안테나 엘리먼트들이 실질적으로 병치되는 경우 (예컨대, 그들의 격리 거리가 경로 거리에 비해 작은 경우), 송신기 및 수신기 안테나 엘리먼트들까지의 물체의 거리 또는 범위는 대략
Figure pct00125
일 것이며, 여기서, c 는 광의 속도이다. 수학적으로, 시간
Figure pct00126
는 안테나 어레이에서의 상이한 안테나 엘리먼트들에 대해서 또는 그와는 약간 상이할 수도 있다. 실제는, 전형적인 컴팩트한 물체 검출 시스템들에서의 상이한 안테나 엘리먼트들까지의 경로 차이는 대략 파장 정도이며, 대응하는 타이밍 차이는 물체까지의 범위를 결정할 때 측정되거나 및/또는 고려되기에는 너무 작다.
전형적인 동작 조건들 하에서, 측정된 임펄스 응답은 추가적인 잡음 n(t) 를 포함하여, 다음과 같이 표현될 수도 있다:
Figure pct00127
(9)
다양한 실시형태들에서, 수정된 매칭 추적 프로세스가
Figure pct00128
의 값들, 따라서, 물체의 거리를 발견하는데 사용될 수도 있다. 예를 들어, 비수정된 매칭 추적 프로세스에서와 같이 별개의 사전들 (dictionaries) 을 이용하는 대신, 연속적인 사전이 사용될 수도 있다. 게다가, 연속적인 임펄스 응답 h(t) 대신, 임펄스 응답은 별개의 버전 hn=h(nT) 일 수도 있으며, 여기서, T 는 샘플링 기간이다. 파형 p(t) 는 교정 프로세스에서 측정될 수도 있으며 알려져 있는 것으로 가정될 수 있다. 다양한 실시형태들에서, 수정된 매칭 추적 프로세스는 k = 1,
Figure pct00129
을 할당하고; |ck| 를 최대화하기 위해
Figure pct00130
를 탐색하고;
Figure pct00131
를 발견하고; k 를 증분시키고 k 개의 물체들에 대해 반복하는 것을 포함할 수도 있으며, 여기서, 다음과 같다:
Figure pct00132
(10)
다양한 실시형태들에서, |ck| 를 최대화하기 위한 탐색은 tk, 계산 시간 또는 리소스들, 탐색 반복들의 횟수, 및/또는 다른 탐색 종료 조건들에 대한 사전 설정된 한계 조건들에 기초하여 종료될 수도 있다. 일반적으로, tk 의 정확도는 SNR 에 정비례하지만 샘플링 시간 T 에 반비례한다. 잡음 성분 n(t) 를 감소시키기 위해 임펄스 응답의 다수의 측정들을 취하고 (예컨대, 다수의 임펄스들을 송신하고, 다수의 임펄스 응답들을 수신하고 및/또는 디지털화하고) 다수의 임펄스 응답들을 평균화하는 것, (예컨대, 확산 스펙트럼 시스템들과 유사하게) 잡음 성분을 감소시키기 위해 송신된 임펄스를 알려진 의사무작위 시퀀스 (예컨대, 상대적으로 작은 m-시퀀스) 에 따라서 변조하고 그후 알려진 변조 시퀀스에 대응하는 상관 필터를 측정된 임펄스 응답에 적용하는 것, 및/또는 적합한 경우 개별적으로 또는 조합하여 사용될 수도 있는 다른 유사한 프로세스 이득 방법들과 같은, 다양한 방법들이 SNR 을 증가시키는데 사용될 수도 있다. 다수의 측정들을 취하여 평균화하는 것이 잡음을 감소시키는 가장 간단한 방법이지만, 이러한 방법들은 범위 업데이트 해상도를 감소시키거나 또는 감소된 샘플링 시간/증가된 샘플링 레이트를 필요로 할 수도 있으며, 이는 컴퓨터 부하를 바람직하지 않게 증가시킬 수 있다.
샘플링 시간 T 는 또한 tk 의 정확도를 증가시키기 위해 감소될 수 있지만, 시간-인접한 임펄스들이 서로 너무 가까우면, 파형 p(t) 의 형상 및 전체 채널/시스템 SNR 에 의존하여, 채널 응답은 단일 임펄스로 효과적으로 병합되며 프로세스를 비효율적으로 및/또는 부정확하게/신뢰할 수 없게 만들 수도 있다. 본 개시물의 실시형태들의 전형적인 샘플링 레이트들은 2-3 GHz 에 근접하고 신뢰성있는 결과들을 발생시킬 수 있다. 더 일반적으로는, 이러한 매칭 추적 방법은 채널의 임펄스 응답을 측정하는 단계, 측정된 임펄스 응답에 대해 시간-시프트된 참조 임펄스 응답 p(t) 의 최대 매칭된 타이밍을 발견하는 (예컨대, 물체/표면을 검출하는) 단계, 측정된 응답으로부터 최대 매칭된 참조 임펄스 응답을 감산하는 단계, 및 원하는 개수의 물체들/표면들이 발견될 때까지 반복하는 단계를 포함할 수도 있다.
도 5 는 본 개시물의 일 실시형태에 따른, 물체 감지 시스템 (110) 을 이용하여 물체 (130) 의 상대적인 위치 (예컨대, 각도 및/또는 범위) 를 검출하는 프로세스 (500) 를 예시한다. 일부 실시형태들에서, 도 5 의 동작들은 도 1 내지 도 2e 에 도시된 대응하는 전자 디바이스들, 센서들, 및/또는 구조들과 연관된 하나 이상의 로직 디바이스들에 의해 실행되는 소프트웨어 명령들로서 구현될 수도 있다. 더 일반적으로는, 도 5 의 동작들은 소프트웨어 명령들 및/또는 전자적 하드웨어 (예컨대, 인덕터들, 커패시터들, 증폭기들, 엑츄에이터들, 또는 다른 아날로그 및/또는 디지털 컴포넌트들) 의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 프로세스들 (500) 의 임의의 스텝, 서브-스텝, 서브-프로세스, 또는 블록이 도 5 에 예시된 실시형태들과는 순서 또는 배열로 수행될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 다른 실시형태들에서는, 하나 이상의 블록들이 프로세스 (500) 에서 생략될 수도 있으며, 다른 블록들이 포함될 수도 있다. 더욱이, 블록 입력들, 블록 출력들, 다양한 센서 신호들, 센서 정보, 교정 파라미터들, 및/또는 다른 동작 파라미터들은 프로세스 (500) 의 다음 부분으로 이동하기 전에 하나 이상의 메모리들에 저장될 수도 있다. 프로세스 (500) 가 시스템 (110) 및 도 1 내지 도 2e 를 참조하여 설명되지만, 프로세스 (500) 는 시스템 (110) 과는 상이하고 전자 디바이스들, 센서들, 어셈블리들, 및/또는 안테나 배열들의 상이한 선택을 포함하는 다른 시스템들에 의해 수행될 수도 있다. 프로세스 (500) 의 개시 시에, 다양한 시스템 파라미터들이 예를 들어, 프로세스 (500) 와 유사한 프로세스의 사전 실행에 의해 팝퓰레이트될 수도 있거나, 또는 본원에서 설명하는 바와 같이, 제로 및/또는 프로세스 (500) 의 과거 동작으로부터 유도된 전형적인, 저장된, 및/또는 학습된 값들에 대응하는 하나 이상의 값들로 초기화될 수도 있다.
블록 502 에서, 로직 디바이스는 복수의 송신기 및 수신기 채널들을 지정한다. 예를 들어, 물체 감지 시스템 (110) 의 제어기 (112) 및/또는 공동-제어기 (120) 는 물체 감지 시스템 (110) 의 송신기 안테나 어레이 (124) 및 수신기 안테나 어레이 (128) 에 대한 복수의 송신기 및 수신기 채널들을 지정하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제어기 (112) 는 원하는 복수의 송신기 및 수신기 채널들에서의 각각의 송신기 채널에 대응하는 하나 이상의 송신기 AWV들을 포함하는 송신기 AWV 매트릭스 (예컨대,
Figure pct00133
또는
Figure pct00134
) 를 형성함으로써, 그리고, 원하는 복수의 송신기 및 수신기 채널들에서의 각각의 수신기 채널에 대응하는 하나 이상의 수신기 AWV들을 포함하는 수신기 AWV 매트릭스 (예컨대,
Figure pct00135
또는
Figure pct00136
) 를 형성함으로써, 복수의 송신기 및 수신기 채널들을 지정하도록 구성될 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, 송신기 AWV 매트릭스 및 수신기 AWV 매트릭스는 본원에서 설명하는 바와 같이, Hadamard 매트릭스 (예컨대,
Figure pct00137
또는
Figure pct00138
) 를 각각 포함할 수도 있다.
대안적으로, 송신기 AWV 매트릭스 및 수신기 AWV 매트릭스는 물체를 초기에 검출한 후 물체를 좀더 효율적으로 또는 더 높은 각도 해상도로 추적하고자 하는 것과 같이, 가용 검출 영역 (예컨대,
Figure pct00139
또는
Figure pct00140
) 의 특정의 서브세트 내에 지정된 채널들을 집중하도록 구성된 AWV들을 각각 포함할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 지정된 채널들은 송신기 안테나 어레이 및/또는 수신기 안테나 어레이의 방출 표면 (111) 에 대한 상이한 송신기 또는 수신기 빔 각도들에 대응하도록 선택될 수도 있으며, 이는 물체 (130) 에 대한 지정된 영역을 스캔하는 단순화된 방법으로서 또한 사용될 수 있다. 또한 추가적인 실시형태들에서, 지정된 채널들은 송신기 안테나 어레이 (124) 및 수신기 안테나 어레이 (128) 의 각각으로부터의 하나의 안테나 엘리먼트를 포함하는 개개의 안테나 엘리먼트들의 쌍들에 대응할 수도 있다.
블록 504 에서, 로직 디바이스는 지정된 채널들을 통해서 송신기 안테나 어레이 및 수신기 안테나 어레이를 스캔한다. 예를 들어, 제어기 (112) 및/또는 공동-제어기 (120) 는 지정된 채널들의 각각의 하나에 대응하는 채널 응답들을 측정하기 위해 블록 502 에서 지정된 채널들을 통해서 송신기 안테나 어레이 (124) 및 수신기 안테나 어레이 (128) 를 스캔하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제어기 (112) 는 각각의 측정된 채널 응답에 대응하는 엔트리들을 포함하는 측정 매트릭스 (예컨대,
Figure pct00141
) 를 형성하도록 구성될 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, 제어기 (112) 는 블록 502 에서 지정된 송신기 및 수신기 AWV 매트릭스들 및 측정 매트릭스로부터 채널 매트릭스 (예컨대,
Figure pct00142
) 를 유도하도록 구성될 수도 있다. 지정된 채널들이 송신기 안테나 어레이 및 수신기 안테나 어레이의 각각으로부터의 하나의 안테나 엘리먼트를 포함하는 개개의 안테나 엘리먼트들의 쌍들에 대응하는 대안적인 실시형태들에서, 제어기 (112) 는 각각의 측정된 채널 응답에 대응하는 엔트리들을 포함하는 채널 매트릭스를 형성하도록 구성될 수도 있다.
블록 506 에서, 로직 디바이스는 측정된 채널 응답들에 기초하여 물체로의 또는 그로부터의 방향 벡터를 결정한다. 예를 들어, 제어기 (112) 및/또는 공동-제어기 (120) 는 블록 504 에서 측정된 채널 응답들에 적어도 부분적으로 기초하여, 물체 (130) 로의 또는 그로부터의 방향 벡터 (140 및/또는 144) 를 결정하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제어기 (112) 는 블록 504 에서 제공되는 채널 매트릭스 상에서 특이 값 분해를 수행하여 물체 (130) 의 가장 가까운 지점 (132) 으로의 또는 그로부터의 방향 벡터 (140 또는 144) 에 대응하는 적어도 가장 큰 특이 값을 결정함으로써, 물체 (130) 로의 또는 그로부터의 방향 벡터 (140 및/또는 144) 를 결정하도록 구성될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 제어기 (112) 는 측정 매트릭스 상에서 특이 값 분해를 수행하여 적어도 가장 큰 특이 값 및 대응하는 측정 매트릭스 특이 벡터를 결정함으로써, 그리고, 블록 504 에서 제공되는 송신기 또는 수신기 AWV 매트릭스에 기초한 변환 매트릭스를 측정 매트릭스 특이 벡터에 적용하여 측정 매트릭스 특이 벡터를 물체 (130) 로의 또는 그로부터의 방향 벡터 (140 또는 144) 로 변환함으로써, 물체 (130) 로의 또는 그로부터의 방향 벡터 (140 및/또는 144) 를 결정하도록 구성될 수도 있다.
추가적인 실시형태들에서, 채널 매트릭스가 개개의 안테나 엘리먼트들의 쌍들을 스캔함으로써 형성되는 경우, 제어기 (112) 는 채널 매트릭스 상에서 특이 값 분해를 수행하여 물체 (130) 로의 또는 그로부터의 방향 벡터 (140 및/또는 144) 에 대응하는 적어도 가장 큰 특이 값을 결정함으로써, 물체 (130) 로의 또는 그로부터의 방향 벡터 (140 및/또는 144) 를 결정하도록 구성될 수도 있다. 지정된 채널들이 상이한 송신기 또는 수신기 빔 각도들에 대응하는 또 다른 실시형태들에서, 제어기 (112) 는 피크 신호 레벨을 포함하는 블록 504 에서 제공되는 측정된 채널 응답들 중 하나를 식별하고 AoD 또는 AoA 를 피크 신호 레벨을 포함하는 하나의 측정된 채널 응답에 대응하는 송신기 또는 수신기 빔 각도로 설정함으로써, 물체로의 또는 물체로부터의 방향 벡터 (140) 또는 (144) 를, AoD 또는 AoA 의 형태로, 결정하도록 구성될 수도 있다.
대안적인 실시형태들에서, 제어기 (112) 는 송신기 안테나 어레이 (124) 또는 수신기 안테나 어레이 (128) 내 인접한 안테나 엘리먼트들의 쌍들에 대응하는, 블록 504 에서 제공되는 측정된 채널 응답들에서의 신호들 사이의 복수의 위상 차이들을 결정하고, 그후, 복수의 결정된 위상 차이들을 평균하고 수식 (5) 에 따라서 결과적인 평균 위상 차이를 AoD 또는 AoA 로 변환함으로써 물체 (130) 로의 또는 그로부터의 방향 벡터 (140 또는 144) 를, AoD 또는 AoA 의 형태로, 결정하도록 구성될 수도 있다. 송신기 안테나 어레이 (124) 및/또는 수신기 안테나 어레이 (128) 가 제 1 및 제 2 주축들 (250, 252) 을 가지는 2차원 안테나 어레이를 포함하는 실시형태들에서, 제어기 (112) 는 송신기 안테나 어레이 (124) 또는 수신기 안테나 어레이 (128) 내에서 제 1 장축 (250) 을 따른 인접한 안테나 엘리먼트들에 대응하는 측정된 채널 응답들에서의 신호들 사이의 제 1 복수의 위상 차이들을 결정하고, 송신기 안테나 어레이 (124) 또는 수신기 안테나 어레이 (128) 내에서 제 2 장축 (252) 을 따른 인접한 안테나 엘리먼트들에 대응하는 측정된 채널 응답들에서의 신호들 사이의 제 2 복수의 위상 차이들을 결정하고, 그후 제 1 복수의 결정된 위상 차이들을 평균하고 제 2 복수의 결정된 위상 차이들을 별개로 평균하고 결과적인 제 1 및 제 2 평균 위상 차이들을 AoD 또는 AoA 로 변환함으로써 물체 (130) 로의 또는 그로부터의 방향 벡터 (140 또는 144) 를, 출발 각도 (AoD) 또는 도달 각도 (AoA) 의 형태로, 결정하도록 구성될 수도 있다.
추가적인 실시형태들에서, 제어기 (112) 는 송신기 안테나 어레이 (124) 또는 수신기 안테나 어레이 (128) 내 "정수 인접한" 안테나 엘리먼트들의 쌍들에 대응하는, 블록 504 에서 제공되는 측정된 채널 응답들에서의 신호들 사이의 복수의 위상 차이들을 결정하고 (예컨대, 공간적으로 인접한 엘리먼트들, 및 수식 (5) 에 따라서 안테나 어레이 간격 d 의 정수 만큼 서로로부터 떨어진 엘리먼트들, 여기서는, 양쪽의 상황들이 "정수 인접한" 으로서 일반적으로 정의된다), 그후 그들의 정수 간격의 대응하는 정수에 의해 각각 정규화된 복수의 결정된 위상 차이들을 평균하고 수식 (5) 에 따라서 결과적인 평균 위상 차이를 AoD 또는 AoA 로 변환함으로써 물체 (130) 로의 또는 그로부터의 방향 벡터 (140 또는 144) 를, AoD 또는 AoA 의 형태로, 결정하도록 구성될 수도 있다.
또 다른 실시형태들에서, 채널 매트릭스가 개개의 안테나 엘리먼트들의 쌍들을 스캔함으로써 형성되는 경우, 제어기 (112) 는 테이블화된 교정 값들을 채널 매트릭스에서의 대응하는 측정된 채널 응답들과 비교함으로써 물체 (130) 로의 또는 그로부터의 방향 벡터 (140 및/또는 144) 를 결정하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 시스템 (110) 은 AoD들 및 AoA들의 특정의 범위에 걸쳐 시스템 (110)/표면 (111) 에 각각이 제공되는, 다양한 교정 물체들의 채널 응답들을 측정하는 것을 포함한, 교정 프로세스를 (예컨대, 제조 직후) 수행하도록 구성될 수도 있다. 각각의 교정 물체는 예를 들어, 형상, 사이즈, 유전체 특성, 및/또는 다른 물체 특성들과 같은, 다양한 특성들을 포함할 수도 있으며, 표면 (111) 으로부터의 상이한 범위들에서, AoD들 및 AoA들의 상이한 범위들 또는 해상도들에 따라서, 상이한 상대적인 방위들에서와 같이, 상이한 교정 프로시저들, 및/또는 예상된 물체 특성들 및 검출 상황들에 따라서 시스템 (110) 을 교정하도록 구성된 다른 교정 프로시저들에 따라서, 시스템 (110)/표면 (111) 에 제공될 수도 있다. 결과적인 교정된 채널 응답들은 테이블화된 교정 데이터 또는 값들을 형성하기 위해, 하나 이상의 교정 물체 특성들 및/또는 검출 상황들, 및 기지의 AoD들 및/또는 AoA들 (예컨대, 교정 물체로의 또는 그로부터의 방향 벡터들) 에 따라서 테이블화될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 테이블화된 채널 응답들은 대응하는 교정된 참조 값들을 검출된 물체까지의 범위 또는 거리에 대해 실질적으로 불변하도록 만들기 위해 그들의 개개의 크기들에 따라서 정규화될 수도 있다. 추가적으로, 인접한 또는 정수 인접한 송신기 또는 수신기 쌍들에 대응하는 채널 응답들은 결합된 신호의 위상 (예컨대, 공액 곱셈되는 경우, 곱) 이 수식 (5) 에서의 위상 차이에 관련/비례하도록, 결합될 (예컨대, 공액 곱셈되거나, 또는 아니면 결합될) 수도 있다. 일단 테이블화된 교정 데이터가 결정되면 (예컨대, 본원에서 설명된 바와 같은, 채널 응답들, 정규화된 채널 응답들, 정규화되어 결합된 채널 응답들), 테이블화된 교정 데이터가 물체의 AoD 및 AoA 및/또는 AoD들 및 AoA들의 계열을 결정하는데 사용될 수도 있다.
예를 들어, 제어기 (112) 는 블록 504 에서 제공되는 채널 매트릭스에서의 개개의 측정된 채널 응답들을 정규화 및/또는 결합하고, 프로세싱된 채널 매트릭스 값들/엔트리들을 본원에서 설명하는 바와 같이 유도된 테이블화된 교정 데이터에서의 대응하는 교정된 참조 값들과 비교하도록 구성될 수도 있다. 제어기 (112) 는 프로세싱된 채널 매트릭스 엔트리들에 수치적으로 가장 가까운 (예컨대, 하나의 숫자이면 최소 절대값 차이, 다수의 숫자들 또는 신호 응답이면 최소 제곱법, 및/또는 다른 비교 기법들) 교정된 참조 값들을 결정하고 대응하는 테이블화된 AoA 및/또는 AoD 를 물체 (130) 의 AoA 및/또는 AoD 로서 선택하도록 구성될 수도 있다.
블록 508 에서, 로직 디바이스는 측정된 채널 응답들에 기초하여 물체까지의 범위를 결정한다. 예를 들어, 제어기 (112) 및/또는 공동-제어기 (120) 는 샘플링된 임펄스 응답으로서 제공되는 블록 504 에서 결정된 측정된 채널 응답들 중 적어도 하나에 기초하여 물체 (130) 까지의 범위를 결정하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제어기 (112) 는 송신기 안테나 어레이 (124) 및/또는 수신기 안테나 어레이 (128) 로부터 물체 (130) 까지의 범위를 결정하기 위해 샘플링된 임펄스 응답을 이용하는 수정된 매칭 추적 프로세스를 수행하도록 구성될 수도 있다.
블록 510 에서, 로직 디바이스는 측정된 채널 응답들의 시 계열에 기초하여 물체의 각 속도를 결정한다. 예를 들어, 제어기 (112) 및/또는 공동-제어기 (120) 는 어떤 시간 기간에 걸쳐 블록 504 의 반복된 반복을 통해서 제공되는 측정된 채널 응답들의 시 계열에 기초하여 물체 (130) 의 각 속도를 결정하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제어기 (112) 는 어떤 시간 기간에 걸쳐 블록 502 에서 지정된 채널들을 통해서 송신기 안테나 어레이 (124) 및 수신기 안테나 어레이 (128) 를 반복적으로 스캔하여 블록 504 에서 제공되는 측정된 채널 응답들의 시 계열을 발생시키고, 측정된 채널 응답들의 시 계열에 기초하여 평균 위상 차이들의 시 계열을 결정하고, 푸리에 변환을 평균 위상 차이들의 시 계열의 형태에 적용하여 결과적인 변환에서의 피크를 평균 각 속도로서 식별함으로써 평균 위상 차이들의 시 계열로부터 물체 (130) 의 평균 각 속도를 결정하도록 구성될 수도 있다.
상이한 또는 대안적인 방법들의 조합들을 포함한, 본원에서 설명하는 방법들을 채용함으로써, 본 개시물의 실시형태들은 송신기 안테나 어레이와 수신기 안테나 어레이 사이에 형성되는 채널들에 의해 스캔될 수 있는 가용 검출 영역 내에서 하나 또는 다수의 물체들 사이를 효율적으로 그리고 신뢰성있게 검출하거나 및/또는 구별가능하다. 더욱이, 실시형태들은 물체 사이즈, 형상, 및 범위에 의존하여 대략 0.1 도, 0.02 도, 또는 미만의 해상도들까지 검출가능한 각도 위치에서의 변화들, 및 표면 (111) 으로부터 대략 1 또는 2 cm 내지 대략 3m 의 평균 범위로부터 대략 1mm 또는 미만의 해상도들까지 검출가능한 범위에서의 변화들에 따라서, 검출된 물체들에 대한 상대적인 위치 (각도 및/또는 범위) 및/또는 검출된 물체들의 상대 각 속도를 검출가능하다. 이러한 시스템들 및 방법들을 이용하는 디바이스들은 인간 손가락들, 스타일러스, 및/또는 다른 사용자 인터페이스 메커니즘들의 공간 검출에 의존하는 사용자 인터페이스들을 위한 새롭고 강건한 방법을 제시한다.
UAV 동작에의 적용
통신 목적들에 더해서, 무인 항공기와 그의 제어기 사이의 무선 링크가 UAV 와 제어기 사이의 거리, 제어기에 대한 UAV 의 방위, UAV 에 대한 제어기의 방위, 및 시선 또는 비시선 채널 상태를 포함한, 무선 링크의 다수의 채널 특성들 (예컨대, 링크 상태 데이터) 을 측정하는데 사용될 수 있다. 따라서, 본원에서 설명하는 바와 같이, 거리 측정들, 전력 측정들, 및 도달 및 출발의 각도들 측정들에 의해 촉진되는 다수의 상이한 애플리케이션들에 대해 무선 링크 및 대응하는 링크 상태 데이터가 사용될 수 있다.
예를 들어, UAV 와 그의 제어기 사이의 무선 링크가 거리 측정 및 전력 측정에 사용될 수 있다. 안테나 어레이가 제어기의 송신기 및/또는 수신기에서 사용되면, 또한 본원에서 설명하는 방법들을 이용하여, 제어기에 대한 UAV 의 방향에 대해, 또는 반대의 경우에 대해서도, 도달 및 출발의 각도들이 측정될 수 있다. UAV 가 제어기에 대해 시선 (LOS) 으로부터 비시선 (NLOS) 으로 이동될 때, 측정된 거리, 전력, 도달 및 출발의 각도들 각각은 큰 과도상태들을 나타내며, 과도상태(들) 의 검출이 무선 링크의 채널 상태를 추론하는데 사용될 수 있다.
도 6 은 본 개시물의 일 실시형태에 따른, UAV 시스템 (600) 의 블록도를 예시한다. 도 6 에 나타낸 바와 같이, UAV 시스템 (600) 은 무선 링크 (620) 를 통해서 UAV (630) 와 통신하는 UAV 제어기 (610) 를 포함한다. 다양한 실시형태들에서, UAV 제어기 (610) 및/또는 UAV (630) 는 도 1 의 물체 감지 시스템 (110) 에서의 것들과 유사한 다양한 서브시스템들 및 모듈들을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제어기 (112), 메모리 (113), 공동-제어기 (120), 송신기 (122), 수신기 (126), 송신기 어레이 (124), 수신기 어레이 (128), 통신 모듈들 (116), 및/또는 다른 모듈들 (118) 은 본원에서 개시된 다양한 레이더-유사 기법들에 더해서, UAV 시스템 (600) 의 UAV (630) 와 UAV 제어기 (610) 사이에 송신기 어레이 (124) 및/또는 수신기 어레이 (128) 를 이용하여 형성되는 무선 링크를 통한 데이터 통신들을 지원하도록 구성될 수도 있다. UAV 제어기 (610) 는 예를 들어, UAV (630) 에 대한 원격 제어로서 구현되며, 하나 이상의 사용자 인터페이스들 (예컨대, 조이스틱들, 버튼들, 터치 스크린들, 및/또는 다른 사용자 인터페이스들), 디스플레이들, 무선 송신 및 수신 시스템들, 및/또는 다른 모듈들을 포함할 수도 있다. UAV (630) 는 다양한 센서들 (예컨대, 다른 모듈들 (118)) 을 UAV 제어기 (630) 에 의해 제어되는 비행 패턴으로 운반하도록 구성된 배터리 동력 또는 배터리 및 연소 동력 비행 플랫폼의 조합으로 구현될 수도 있다. 무선 링크 (620) 는 UAV 제어기 (610) 와 UAV (630) 사이에 UAV 동작 데이터 (예컨대, UAV (630) 의 동작을 제어하는 제어 신호들, UAV (630) 의 물리적인 상태를 표시하는 UAV (630) 로부터의 원격 계측 데이터, GNSS, 나침반, 및/또는 가속도계/자이로스코프 센서들과 같은 UAV (630) 에 탑재된 센서들로부터의 다른 센서 데이터, UAV (630) 에 탑재된 카메라들로부터의 비디오 및/또는 이미지 데이터, 다른 환경의 센서들, 및/또는 UAV (630) 의 동작을 제어하거나 및/또는 UAV (630) 의 동작을 촉진하도록 구성된 UAV 시스템 (600) 에 대한 다른 UAV 동작 데이터) 에 더해서 링크 상태 데이터 (예컨대, 무선 링크 (620) 의 상태에 관한 정보를 포함하는 패킷들 및/또는 다른 신호들) 의 송신들을 지원하도록 구성될 수도 있다.
전형적인 UAV 애플리케이션에서, UAV 제어기 (610) 는 도 6 에 나타낸 바와 같이 UAV (630) 와의 일정한 양방향 무선 링크 (620) 에 참가한다. UAV 제어기 (610) 로부터 UAV (630) 로의 업링크 방향에서, 통신들은 일반적으로 UAV (630) 가 어떤 동작들을 수행하도록 명령하는 동작 제어 신호들/데이터를 포함할 수도 있다. UAV (630) 로부터 다시 UAV 제어기 (610) 로의 다운링크 방향에서, 통신들은 일반적으로 카메라로부터의 동작 비디오 또는 이미지들, 센서 정보/원격 계측, 및 UAV (630) 의 다른 동작 상태 정보를 포함할 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 무선 링크 (620) 는 900 MHz, 2.4 GHz, 5 GHz, 및/또는 60 GHz RF 신호들을 산업, 과학, 및 의료 (ISM) 밴드들에서 통신할 수도 있다. 다른 실시형태들에서, 무선 링크 (620) 는 운영자 또는 제조업자에 의해 허가되는 허가된 RF 밴드를 이용하여 통신할 수도 있다. 추가적인 실시형태들에서, 무선 링크 (620) 는 적외선 광학 통신 신호, 초음파 통신 신호, 및/또는 전형적인 RF 신호들와는 상이한 특성을 가진 다른 통신 신호들일 수도 있다.
범위 측정 (Ranging) 또는 거리 측정들
통신들에 더해서, 무선 링크 (620) 가 도 7 에 나타낸 바와 같이, UAV 제어기 (610) 와 UAV (630) 사이의 전파 지연을 발견하기 위해 사용될 수 있다. 도 7 은 본 개시물의 일 실시형태에 따른, UAV 시스템 (600) 에서의 전파 지연 측정을 위한 타이밍 다이어그램 (700) 을 예시한다. 측정된 전파 지연들은 지연을 예를 들어, (예컨대, RF 또는 적외선 신호들에 대한) 광의 속도 또는 (예컨대, 초음파 신호들에 대한) 소리의 속도로 곱함으로써, 거리로 변환될 수 있다. 도 7 에 나타낸 바와 같이, 일부 실시형태들에서, 4개의 시간 스탬프들이 기록될 수도 있으며, 여기서, T1 은 타이밍 측정 패킷 (710) 이 UAV 제어기 (610) 의 송신기 안테나를 떠나는 때를 표시하며, T2 는 타이밍 측정 패킷 (710) 이 UAV (630) 의 수신기 안테나에 도달하는 때를 표시하며, T3 은 타이밍 측정 패킷 (720) 이 UAV (630) 의 송신기 안테나를 떠나는 때를 표시하며, T4 는 타이밍 측정 패킷 (720) 이 UAV 제어기 (610) 의 수신기 안테나에 도달하는 때를 표시한다.
전파 지연이 대응하는 무선 신호의 상호성 특성으로 인해 양쪽의 방향들에서 동일하다는 가정하에, 그리고 UAV 가 전파 속도에 대해 상대적으로 느리게 이동하고 있다고 가정하면, 전파 지연은 다음과 같다:
Figure pct00143
. (11)
일반적으로, UAV (630) 및 UAV 제어기 (610) 에서의 2개의 클록들은 함께 고정 (lock) 되지 않지만 실질적으로 고정된 차이로 독립적으로 실행된다. 일부 실시형태들에서, 2개의 클록들 사이의 차이는 어떤 타이밍 표준들에 있어서 20 ppm 미만이며, 서로 간에 40 ppm 최대 차이를 초래한다. 다른 실시형태들에서, 클록들의 차이는 어떤 다른 타이밍 표준들에 있어서 50 또는 100 ppm 일 수도 있다. 일 예로서, 2개의 매우 정확한 클록들은 무작위 시간들에서 시작하지만 양쪽의 시간들을 40 ppm 까지 매우 정확하게 계속 증분시킬 수도 있다. 이러한 실시형태들에서, 수식 (11) 에서의 T2 - T1 은 아주 크거나 또는 심지어 음수일 수도 있다. 수식 (1) 은 다음과 같이 재배열될 수도 있으며:
Figure pct00144
, (12)
이는 예를 들어, T1 및 T4 양쪽이 동일한 클록으로부터 판독되기 때문에, 그리고 T4 가 T1 보다 항상 늦기 때문에, 논리적인 물리적인 의미를 가진 긍정적인 결과를 항상 획득하기 위해서 계산이 수행될 수 있다는 것을 나타낸다.
전파 지연을 (1) 또는 (2) 를 이용하여 계산하기 위해, T1 로부터 T4 까지의 모든 시간 스탬프들이 사용되어야 한다. 따라서, UAV 제어기 (610), UAV (630), 또는 양쪽이 전파 지연을 계산하도록 구성되는지 여부에 의존하여, 시간 스탬프들 T1 및 T4 또는 T2 및 T3 은 무선 링크 (620) 를 통해서 적합한 디바이스로 (예컨대, 시간 스탬프들 T2 및 T3 은 UAV 제어기 (610) 로, 및/또는 시간 스탬프들 T1 및 T4 은 UAV (630) 로) 통신될 필요가 있을 수도 있다.
일 실시형태에서, 단지 UAV 제어기 (610) 는 제어 제안들에 대한 전파 지연을 계산하도록 구성된다. 일반적으로, 시간 스탬프 T2 는 타이밍 측정 패킷 (720) 의 송신 전에 알려져 있으며, 따라서 T2 가 타이밍 측정 패킷 (720) 에 포함될 수 있다. 매우 정교한 이상적인 설계에 의해, 시간 스탬프 T3 는 타이밍 측정 패킷 (720) 의 실제 송신 전에 알려져 있으며 그에 따라서 타이밍 측정 패킷 (720) 에 포함될 수도 있다. 그러나, 전형적인 관례에서는, 시간 스탬프 T3 은 시스템 설계를 단순화하기 위해 단지 타이밍 측정 패킷 (720) 이 송신된 후에만 알려진다. 도 8 은 본 개시물의 일 실시형태에 따른, UAV 시스템 (600) 에서의 전파 지연 측정을 위한 타이밍 다이어그램 (800) 을 예시한다. 도 8 은 시간 스탬프 T3 을 UAV (630) 로부터 UAV 제어기 (610) 로 송신하는데 사용되는 추가적인 패킷 (830) 을 나타낸다. 도 7 및 도 8 양쪽에서, 패킷 (720) 은 패킷 (710) 에 대한 수신응답으로서 간주될 수 있다. 도 7 에서의 720 및 도 8 에서의 830 의 최종 패킷은 추가적인 수신응답을 필요로 할 수도 있다.
다른 실시형태에서, UAV 제어기 (610) 및 UAV (630) 양쪽은 전파 지연을 획득하도록 구성된다. 도 9 는 본 개시물의 일 실시형태에 따른, UAV 시스템 (600) 에서의 전파 지연 측정을 위한 타이밍 다이어그램 (900) 을 예시한다. 도 9 에 나타낸 바와 같이, T1, T4 의 정보, 및 이용가능한 경우 전파 지연을 운반하는 추가적인 타이밍 측정 패킷 (940) 은, UAV 제어기 (610) 에 의해 타이밍 측정 패킷 (830) 의 수신응답으로서 송신된다. UAV 제어기 (610) 가 타이밍 측정 패킷 (830) 을 수신한 후 전파 지연을 계산하지만, UAV (630) 는 타이밍 측정 패킷 (940) 으로부터 T1 및 T4 를 획득한 후 (1) 또는 (2) 를 이용하여 전파 지연을 계산하거나, 또는 타이밍 측정 패킷 (940) 으로부터 직접 UAV 제어기 (610) 에 의해 계산된 전파 지연을 취출할 수 있다. 타이밍 측정 패킷 (940) 은 추가적인 수신응답을 필요로 할 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, 전파 지연 측정 프로세스는 예를 들어, UAV 제어기 (610) 에 입력된 사용자 명령들에 의해 트리거되어, 온-디맨드로 수행될 수 있다. UAV (630) 가 전파 지연 측정을 개시하는 실시형태들에서, UAV (630) 는 신호를 UAV 제어기 (610) 로 먼저 전송하도록 구성될 수도 있으며, 따라서 UAV 제어기 (610) 는 도 9 에 따라서 타이밍 측정을 시작하도록 구성될 수도 있다.
UAV 제어기 (610) 와 UAV (630) 사이의 전파 지연 측정 프로세스는 또한 주어진 또는 미리 정의된 시간 간격으로 규칙적으로 수행될 수 있다. 이러한 실시형태들에서, 타이밍 측정 패킷들 (710 및 720) 이 주기적으로 전송되고 수신되기 때문에, 이들은 타이밍 측정 패킷들 (830 및 940) 의 기능을 또한 제공할 수 있다. 도 10 은 본 개시물의 일 실시형태에 따른, UAV 시스템 (600) 에서의 전파 지연 측정을 위한 타이밍 다이어그램 (1000) 을 예시하며, 특히, 도 10 은 주기적인 전파 지연 측정 프로세스를 나타낸다. 구체적으로 설명하면, 나타낸 바와 같이, 타이밍 측정 패킷 (710) 은 이전 타이밍 측정 패킷 (710) 의 송신 시간 스탬프 및 이전 타이밍 측정 패킷 (720) 의 수신 시간 스탬프를 운반하며, 타이밍 측정 패킷 (720) 은 이전 타이밍 측정 패킷 (710) 의 수신 시간 스탬프 뿐만 아니라, 이전 타이밍 측정 패킷 (720) 의 송신 시간 스탬프를 운반한다. UAV 제어기 (610) 및 UAV (630) 는 이들이 타이밍 측정 패킷 (710) 및 결과 (consequent) 패킷 (720) 에 대한 모든 4개의 시간 스탬프들을 획득하면 전파 지연을 계산할 수 있다. 도 10 에서는, 예를 들어, 동일한 방향 (710) 에서의 모든 패킷들이 나타낸 바와 같이, 동일한 목적을 제공하지만 상이한 시간 스탬프 값들을 운반한다. 따라서, 이러한 프로세스는 측정된 전파 지연에 대응하여 지속적으로 업데이트하는 범위 측정을 제공한다.
전력 측정
다양한 실시형태들에서, UAV (630) 및 UAV 제어기 (610) 양쪽의 수신기들은 수신된 신호들의 전력을 지속적으로 측정하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시형태들에서, UAV 시스템 (600) 은 적응적 변조 및 레이트 적응을 이용하여 (예컨대, 데이터 레이트를 변화시켜) 링크 품질을 유지하거나 또는 증가시키도록 구성될 수도 있다. 수신된 신호가 상대적으로 약하게 되면, UAV 제어기 (610) 또는 UAV (630) 는 어떤 링크 품질을 달성하는데 더 적은 전력을 요구하도록 더 강건한 변조를 구현하도록 구성될 수도 있다. 측정된 수신된 전력이 수신 디바이스 (예컨대, UAV (630)) 로부터 송신 디바이스 (예컨대, UAV 제어기 (610)) 로 되통신되면 적응적 변조를 구동하는데 전력 측정들이 사용될 수 있다. 예를 들어, UAV (630) 는 무선 링크 (620) 를 통한 UAV 제어기 (610) 로부터의 송신들의 수신된 전력에서의 감소를 검출하고 감소된 전력의 표시를 (예컨대, 송신 패킷의 형태로) UAV 제어기 (610) 로 송신할 수도 있다. UAV 제어기 (610) 는 이러한 송신 패킷을 수신하고, 수신된 전력에서의 검출된 감소를 경험하면서 링크 품질을 증가시키기 위해 무선 링크 (620) 의 변조를 적응적으로 조정하도록 구성될 수도 있다. 대안적으로, 수신 디바이스는 특정의 링크 품질 또는 전력에 부합하도록 송신 디바이스의 송신 데이터 레이트를 증가시키거나 또는 감소시키는 명령을 송신 디바이스로 전송할 수도 있다.
레이트 적응에 더해서, 전력 측정들이 빌딩, 산, 또는 다른 구조물에 의한 반사들에 관련된 링크 품질에서의 열화와 같은, 무선 링크에서의 장애가 있는지 여부를 결정하기 위해 사용될 수 있으며, 여기서, 무선 링크는 종종 통신 능력을 유지하지만 일반적으로는 휠씬 더 적은 수신된 전력을 가질 수 있다. 수신된 전력에서의 이러한 손실을 검출하기 위해 전력 측정을 수행함으로써, UAV (630) 및/또는 UAV 제어기 (610) 는 그들 사이의 무선 링크 (620) 의 무선 링크 상태가 시선 (LOS) 링크 상태 또는 비시선 (NLOS) 링크 상태에 대응하는지 여부를 결정할 수 있다. 이것은 UAV 를 조종할 때에 LOS 조건들을 요구하는 FAA 규제들을 준수하려고 할 때 특히 도움이 될 수 있다. 앞에서 설명한 바와 같이, 도 7 - 도 10 에 나타낸 바와 같은, 동일한 또는 유사한 패킷 구조들 및 타이밍들을 이용하여 UAV 제어기 (610) 와 UAV (630) 사이에 통신될 수 있는 전력 측정들이 무선 링크 (620) 를 통한 송신들에서의 전력 과도상태들 또는 갑작스러운 전력 손실 또는 이득을 표시함으로써 LOS 와 NLOS 사이의 전이의 순간을 결정하는데 사용될 수 있다. 예를 들어, UAC 제어기 (610) 또는 UAV (630) 는 무선 링크 (620) 를 통해서 통신되는, 어느 하나의 디바이스의 전력 측정들을 모니터링하고, LOS 와 NLOS 사이의 전이들을 전이들로서 검출하도록 구성될 수도 있다.
802.11 또는 유사한 무선 표준들에서, 측정된 전력은 수신 신호 강도 표시자 (RSSI) 로서 지칭될 수도 있다. RSSI 에서의 변화가 LOS 에서 NLOS 로의 전이의 순간 및/또는 NLOS 에서 LOS 로의 전이의 순간을 결정하는데 사용될 수 있다. 일부 실시형태들에서, RSSI 측정은 무선 링크에서의 큰 신호 간섭으로 인해 RSSI 에서의 변화가 실제로 존재하는 경우를 배제하기 위해 패킷이 정확하게 수신되면 효과적이지 않을 수도 있다.
안테나 어레이
무선 링크 (620) 는 특히, 밴드들 짧은 파장들로 인한 일반적으로 상대적으로 큰 채널 전파 손실들을 보상하기 위해 종종 안테나 어레이들을 필요로 하는 60 GHz 밀리미터 파 시스템들에 대해, (예컨대, 송신기 어레이 (124) 및 수신기 어레이 (128) 와 유사한) 송신기 어레이 및 수신기 어레이를 이용하여 형성될 수 있다. 본원에서 언급된 바와 같이, 무선 링크 (620) 를 형성하는 안테나 어레이들 중 하나 또는 양쪽은 본원에서 설명하는 다양한 방법들 중 하나 이상에 따라서, 필요에 따라, 단일 안테나 엘리먼트 (예컨대, 단일 엘리먼트 안테나 어레이) 를 포함하는 안테나 어레이로서 구현될 수도 있다.
도 11 은 본 개시물의 일 실시형태에 따른, 무인 항공기 시스템용 송신기 및 수신기 안테나 어레이들에 대한 출발 및 도달의 각도들의 다이어그램을 예시한다. 선형 송신기 안테나 어레이 (1124) 및 선형 수신기 안테나 어레이 (1128) 를 예들로서 이용하면, 도 11 은 상이한 안테나 엘리먼트들이 (예컨대, UAV 제어기 (610) 와 UAV (630) 사이의 방향 벡터들에 대응하는) 도달 각도 또는 출발 각도에 의존하여 상이한 위상 시프트들을 가지는 신호들을 경험한다는 것을 예시한다. 도달 각도를 결정하는 것이 출발의 각도를 결정하는 것과 동일한 문제이기 때문에, 출발 각도는 설명 목적들을 위해 사용되지만, 유사한 방법들이 또한 도달 각도에 적용될 수도 있다. 실제는, 실질적으로 병치된 송신 및 수신 안테나들에 의하면 (예컨대, 안테나 엘리먼트들 및/또는 안테나 어레이들 사이의 간격이 상대적으로 작다), 도달 각도 및 출발 각도가 실질적으로 동일하다. 예시 목적들을 위해, 도 11 은 출발 및 도달의 각도들에서의 차이들을 나타낸다. 도 11 이 단지 선형 어레이를 나타내지만, 2차원 어레이는 도달 또는 출발의 고도 및 방위각 양쪽을 결정가능하게 할 것이다.
θ 의 출발 각도 및 Δ 의 안테나 격리거리를 가정하면, 상이한 안테나 사이의 경로 차이는 Δsinθ 와 동일하며 대응하는 위상 차이는 다음과 같으며,
Figure pct00145
, (13)
여기서, λ 는 공기 중 무선 신호의 파장이다.
φ 의 위상 차이는 다양한 상이한 방법들에 따라서 측정될 수도 있다. 일 실시형태에서, 위상 차이 φ 는 안테나 어레이의 복소수 진폭 가중 벡터 (AWV) 의 각도로 주어질 수도 있다. AWV 는 송신기 디바이스 (예컨대, UAV 제어기 (610)) 로부터의 빔이 수신기 디바이스 (예컨대, UAV (630)) 측으로 지향하고 수신기 디바이스의 빔이 송신기 디바이스 측으로 지향하는 빔형성 프로세스에 의해 주어질 수도 있다. 이 지향 프로세스는 상이한 안테나들 간 신호들의 코히런트한 추가로서 구현된다. 이러한 신호들의 코히런트한 추가에 의해, 빔형성 안테나 어레이들에서 전형적인 바와 같이, 송신 어레이의 (수신기 측으로) 어떤 각도들로부터의 신호는 향상되지만 다른 각도들은 억제된다. 이상적으로는, AWV 는 상이한 안테나들 간 위상 차이를 보상해야 하거나, 또는, 달리 말하면, AWV 의 위상은 (13) 으로 주어진 위상 차이의 위상의 여각 (complement) 이다. 안테나 어레이들을 물리적으로 이동시킴이 없이, 송신기의 빔은 출발 각도 측으로 지향할 수도 있으며 수신기의 빔은 도달 각도 측으로 지향할 수도 있다. 이 특정의 방식에서, 위상 차이 (13) 는 AWV 의 위상의 여각이다.
다른 실시형태에서, 그리고 특히 도달의 각도들에 대해, 위상 차이는 안테나들의 대응하는 수신된 신호들의 아날로그-대-디지털 샘플들에 의해 측정될 수도 있다. 상이한 안테나들로부터의 수신된 신호들은 시간 지연/위상까지, 서로 연관될 수도 있으며, 이에 따라서 그들 신호들 사이의 상관 및 시간 지연이 본원에서 설명하는 바와 같이, 도달의 각도들을 결정하는데 사용될 수 있다. MUSIC 및 ESPRIT 를 포함한, 본원에서 개시된 것들 중 임의의 것과 같은, 출발의 도달 각도 및 각도를 획득하는데 사용될 수도 있는 다수의 상이한 알고리즘들이 존재한다. 도 6 과 유사한 실시형태들에서, 단지 단일 각도만이 식별되도록 요구되는 경우, 간단한 알고리즘이 이용가능하며, 다수의 각도들이 시스템이 NLOS 상태에 있는지 여부를 식별하는데 사용될 수도 있다.
본 설명은 UAV 제어기 (610) 를 주로 설명하지만, 도달 및 출발의 각도들/방향 벡터들은 또한 UAV (630) 에 대해 측정될 수 있다. 측정은 추가적인 프로세싱을 위해 UAV 제어기 (610) 로 되전송되거나 또는 되전송되지 않을 수도 있다. 일 실시형태에서, UAV (630) 가 UAV 제어기 (610) 에 대해 이동되어 경사지거나 및/또는 회전될 수도 있기 때문에, 도달 및 출발의 각도들은 UAV (630) 의 방위를 고려할 수도 있다. 다른 실시형태에서, UAV (630) 는 자체 제어에 의해 지표에 평행하게 스스로 조종하거나 및/또는 UAV 제어기 (610) 에 대해 회전하도록 구성될 수도 있다. 다양한 실시형태들에서, 회전으로 인한 방위각이 UAV (630) 에게 알려지지 않으면 도달 및 출발의 각도들은 높이 각도를 표시하지만 방위각을 무시할 수도 있다. 실제로, UAV (630) 의 방위각은 UAV 제어기 (610) 에 대해 측정되어, UAV 제어기 (610) 및/또는 UAV 제어기 (610) 의 안테나 어레이에 대해 선택된 방위들로 배향하도록 UAV (630) 를 제어하는데 사용될 수 있다.
다양한 실시형태들에서, UAV 제어기 (610) 에 대해, UAV 제어기 (610) 에 대한 UAV (630) 의 상대적인 위치를 결정하기 위해 (예컨대, 범위와 함께, 3차원 공간에서의 정확한 로케이션이 결정될 수도 있다); 측정들의 시 계열을 이용하여, UAV (630) 의 상대적인 속도/속도를 결정하기 위해; 측정들의 시 계열이 시 계열에서의 인접한 또는 반-인접한 측정들에 걸친 값에서의 상대적으로 큰 변화를 포함할 때, LOS 와 NLOS 사이의 (예컨대, LOS 로부터 NLOS 로의 또는 NLOS 로부터 LOS 로의) 링크 상태에서의 전이를 검출하기 위해; UAV (630) 에 대해, UAV 제어기 (610) 에 대한 UAV (630) 의 방위를 검출하고 제어하기 위해; UAV (630) 의 측정된 각도들이 UAV 제어기 (610) 로 되송신될 때, (예컨대, 예를 들어, UAV 제어기 (610) 및 UAV (630) 양쪽에 대한 안테나 어레이들이 지표에 평행할 때, 측정된 각도들/방향 벡터들이 UAV 제어기 (610) 및 UAV (630) 에 대해 동일하지 않거나/반대가 아닌 경우) 무선 링크가 NLOS 링크 상태에서의 해로운 다중경로 전파 (예컨대, 반사들) 로부터 고통받는 것을 검출하는 방법을 구현하기 위해, UAV 제어기 (610) 와 UAV (630) 사이의 방향 벡터들/도달 및 출발의 각도들이 사용될 수도 있다.
도 12 는 본 개시물의 일 실시형태에 따른, 무인 항공기 시스템 (600) 을 동작시키는 프로세스 (1200) 를 예시한다. 일부 실시형태들에서, 도 12 의 동작들은 도 1 내지 도 2e 및 도 6-11 에 도시된 대응하는 전자 디바이스들, 센서들, 및/또는 구조들과 연관된 하나 이상의 로직 디바이스들에 의해 실행되는 소프트웨어 명령들로서 구현될 수도 있다. 더 일반적으로는, 도 12 의 동작들은 소프트웨어 명령들 및/또는 전자적 하드웨어 (예컨대, 인덕터들, 커패시터들, 증폭기들, 엑츄에이터들, 또는 다른 아날로그 및/또는 디지털 컴포넌트들) 의 임의의 조합으로 구현될 수도 있다. 프로세스들 (1200) 의 임의의 스텝, 서브-스텝, 서브-프로세스, 또는 블록이 도 12 에 의해 예시된 실시형태들과는 상이한 순서 또는 배열로 수행될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 다른 실시형태들에서, 하나 이상의 블록들이 프로세스 (1200) 로부터 생략될 수도 있으며, 다른 블록들이 포함될 수도 있다. 더욱이, 블록 입력들, 블록 출력들, 다양한 센서 신호들, 센서 정보, 교정 파라미터들, 및/또는 다른 동작 파라미터들은 프로세스 (1200) 의 다음 부분으로 이동하기 전에 하나 이상의 메모리들에 저장될 수도 있다. 프로세스 (1200) 가 시스템들 (110 및 600) 및 도 1 내지 도 2e 및 도 6 - 도 11 을 참조하여 설명되지만, 프로세스 (1200) 는 시스템들 (110 및 600) 과는 상이하고 전자 디바이스들, 센서들, 어셈블리들, 및/또는 안테나 배열들의 상이한 선택을 포함하는 다른 시스템들에 의해 수행될 수도 있다. 프로세스 (1200) 의 개시 시에, 다양한 시스템 파라미터들이 예를 들어, 프로세스 (1200) 와 유사한 프로세스의 사전 실행에 의해 팝퓰레이트될 수도 있거나, 또는 본원에서 설명하는 바와 같이, 프로세스 (1200) 의 과거 동작으로부터 유도된 전형적인, 저장된, 및/또는 학습된 값들에 대응하는 하나 이상의 값들 및/또는 제로로 초기화될 수도 있다.
블록 1202 에서, 로직 디바이스는 UAV 제어기와 UAV 사이의 무선 링크를 확립한다. 예를 들어, UAV 제어기 (610) 또는 UAV (630) 의 (예컨대, 시스템 (110) 의 제어기 (112) 및/또는 공동-제어기 (120) 와 유사한) 제어기는 (예컨대, 시스템 (110) 의 송신기 어레이 (124) 및 수신기 어레이 (128) 와 유사한) 적어도 하나의 송신기 안테나 어레이 및/또는 적어도 하나의 수신기 안테나 어레이를 이용하여 UAV 제어기 (610) 와 UAV (630) 사이에 무선 링크 (620) 를 확립하도록 구성될 수도 있다. 링크 (620) 를 확립하는 UAV 제어기 (610) 는 UAV (630) 와의 무선 링크를 개시하거나 또는 요청하거나 및/또는 UAV (630) 와 쌍을 이루기 위해 또는 아니면 특히 UAV (630) 에의 무선 링크 (620) 를 확립하기 위해 협상 및/또는 수신확인 프로토콜 (예컨대, 핸드쉐이크) 을 수행하는 UAV 제어기 (610) 를 포함할 수도 있다. 링크 (620) 를 확립하는 UAV (630) 는 UAV 제어기 (610) 와의 무선 링크를 개시하거나 또는 요청하거나 및/또는 UAV 제어기 (610) 와 쌍을 이루기 위해 또는 아니면 특히 UAV 제어기 (610) 에의 무선 링크 (620) 를 확립하기 위해 협상 및/또는 수신확인 프로토콜 (예컨대, 핸드쉐이크) 을 수행하는 UAV (630) 를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제어기는 UAV 제어기 (610) 와 UAV (630) 사이에 무선 링크 (620) 를 확립하기 위해 대응하는 송신기 어레이 또는 수신기 어레이에 적용할 AWV 를 결정함으로써 무선 링크 (620) 를 빔형성하도록 구성될 수도 있다.
블록 1204 에서, 로직 디바이스는 확립된 무선 링크에 대응하는 링크 상태 데이터를 통신한다. 예를 들어, 무선 링크 (620) 가 확립된 후, UAV 제어기 (610) 또는 UAV (630) 의 제어기는 무선 링크 (620) 를 통해서 무선 링크 (620) 에 대응하는 링크 상태 데이터를 송신하거나 및/또는 수신하도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 링크 상태 데이터는 적어도 2개의 타이밍 측정 패킷들 (710 및 720), 즉 UAV 제어기 (610) 로부터 UAV (630) 로 송신되는 제 1 타이밍 측정 패킷 및 UAV (630) 로부터 UAV 제어기 (610) 에 의해 수신되는 제 2 타이밍 측정 패킷의 송신들 및 수신들에 대응하는 복수의 시간 스탬프들을 포함할 수도 있다. 제어기는 복수의 시간 스탬프들로부터 무선 링크 (620) 와 연관된 전파 지연을 결정하고 전파 지연에 기초하여 UAV 제어기 (610) 및 UAV (630) 사이의 범위/거리를 결정하도록 구성될 수도 있다. 제어기는 또한 복수의 시간 스탬프들로부터의 무선 링크 (620) 와 연관된 전파 지연들의 시 계열을 결정하고, LOS 링크 상태와 NLOS 링크 상태 사이의 무선 링크 (620) 의 링크 상태에서의 전이를 표시하는 전파 지연들의 시 계열에서의 변화를 검출하고, UAV 제어기 (610) 의 사용자에게 링크 상태에서의 전이를, 예컨대, UAV 제어기 (610) 의 디스플레이 상의 시각적 통지에 의해, 또는 UAV 제어기 (610) 의 스피커/트랜스듀서에 의해 발생되는 가청 통지에 의해 통지하도록 구성될 수도 있다. 이러한 변화는 전파 지연들의 시 계열에서의 상대적으로 갑작스러운 또는 불연속적인 변화, 예컨대, 예를 들어, 단일 시간 단계에서의 10% 보다 큰 변화를 포함할 수도 있다.
블록 1206 에서, 로직 디바이스는 확립된 무선 링크를 통해서 UAV 동작 데이터를 통신한다. 예를 들어, UAV 제어기 (610) 또는 UAV (630) 의 제어기는 무선 링크 (620) 를 통해서 UAV 동작 데이터를 송신하거나 및/또는 수신하도록 구성될 수도 있으며, 여기서, UAV 동작 데이터는 UAV (630) 의 동작을 제어하도록 구성되며, UAV 동작 데이터의 적어도 일부분은 블록 1204 에서 통신된 링크 상태 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 조정될 수도 있다. 예를 들어, 링크 상태 데이터는, UAV 제어기 (610) 또는 UAV (630) 의 제어기에 의해, UAV 동작 데이터를 (무선 링크 (620) 를 통한 통신 전후에) 조정하여 링크 상태 데이터에 의해 표시되는 바와 같은 무선 링크 (620) 및/또는 UAV 제어기 (610) 에 대해 방위, 위치, 및/또는 속도에 따라서 UAV (630) 를 조종하기 위해, UAV (630) 를 조종하여 링크 상태 데이터에 의해 표시되는 바와 같은 안전 또는 규제 이탈들 (excursions) 을 정정하기 위해, 링크 상태 데이터에 의해 표시되는 바와 같은 무선 링크 (620) 및/또는 UAV 제어기 (610) 에 대해 UAV (630) 상의 카메라들 및/또는 다른 센서들을 배향시키기 위해, 및/또는 아니면 원하는 애플리케이션에 따라서 UAV (630) 를 동작시키는 것을 돕기 위해, 사용될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 링크 상태 데이터가 시선 링크 상태로부터 비시선 링크 상태로의 무선 링크 (620) 의 링크 상태에서의 전이를 표시하면, UAV (630) 의 제어기는 예를 들어, LOS 링크 상태로의 되전이를 표시하는 추가적인 링크 상태 데이터를 대기하면서 그의 고도 및 위치를 유지하도록 UAV (630) 로 하여금 호버 모드에 진입가능하게 하기 위해 수신된 UAV 동작 데이터를 조정하도록 구성될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, UAV (630) 의 제어기는 수신된 UAV 동작 데이터를 조정하여 UAV (630) 로 하여금 그의 비행 경로를 역방향으로 되돌아가게 하여 LOS 링크 상태를 재확립하고, 귀환 모드에 진입하고 (예컨대, 여기서, UAV (630) 는 미리 결정된 높이까지 고도를 증가시키고, 미리 결정된 높이에서 위치를 평행이동하여 UAV 제어기 (610) 에 실질적으로 인접한 미리 결정된 "홈" 위치 위에서 호버링하고, 착륙가능하도록 자동 조종된다), 및/또는 LOS 링크 상태를 재확립하거나 또는 UAV (630) 를 안전하게 조종하거나 착륙시키도록 구성된 다른 비행 동작들을 수행하도록 구성될 수도 있다. 추가적인 실시형태들에서, UAV (630) 의 제어기는 LOS 링크 상태를 재확립하도록 구성된 무선 링크 (620) 의 링크 품질을 증가시키기 위해 송신 및/또는 수신 전력, 신호 변조, 또는 데이터 레이트를 조정하거나, 또는 이러한 조정들을 UAV 동작 데이터로서, 유사한 수단들 (measures) 을 구현하도록 구현될 수도 있는 UAV 제어기 (610) 로 송신하도록 구성될 수도 있다. LOS 링크 상태를 재확립 시, UAV (630) 는 UAV 제어기 (610) 에 의해 제공되는 동작 데이터에 의해 제어됨으로써 조종을 재개하도록 구성될 수도 있다.
유사한 상황들 하에서, UAV 제어기 (610) 의 제어기는 UAV (630) 로 하여금 UAV 제어기 (610) 의 사용자에게 링크 상태에서의 전이를 (예컨대, 시각적 또는 가청 표시자에 의해) 통지하게 하기 위해 수신된 UAV 동작 데이터를 조정하도록 구성될 수도 있다. 대안적으로 및/또는 추가적으로, UAV 제어기 (610) 의 제어기는 무선 링크 (620) 의 링크 품질을 증가시키고 LOS 링크 상태를 재확립하기 위해 송신 및/또는 수신 전력, 신호 변조, 또는 데이터 레이트를 조정하거나, 또는 이러한 조정들을 UAV 동작 데이터로서, 유사한 수단들을 구현하도록 구성될 수도 있는 UAV (630) 로 송신하도록 구성될 수도 있다. 관련된 실시형태들에서, UAV 제어기 (610) 의 제어기는 UAV (630) 로 하여금 호버 모드, 귀환 모드, 귀환-비행-경로 모드에 진입하게 하도록 구성된 (예컨대, 직접 사용자 입력/제어, 사전계획된 자동조종 제어, 및/또는 다른 비조정된 UAV 동작 데이터로부터 조정된) 조정된 UAV 동작 데이터를 송신하거나, 및/또는 LOS 링크 상태를 재확립하거나 또는 UAV (630) 를 안전하게 조종하거나 착륙시키도록 구성된 다른 비행 동작들을 수행하도록 구성될 수도 있다. NLOS 링크 상태로부터 LOS 링크 상태로의 무선 링크 (620) 의 링크 상태에서의 전이를 표시하는 링크 상태 데이터를 수신/결정하자 마자, UAV 제어기 (610) 의 제어기는 UAV 제어기 (610) 의 사용자에게 링크 상태에서의 전이를 통지하거나 및/또는 비조정된 UAV 동작 데이터를 송신하는 것을 재개하도록 구성될 수도 있다.
다른 실시형태들에서, UAV 제어기 (610) 또는 UAV (630) 의 제어기는 링크 상태 데이터로부터, 예를 들어, UAV (630) 의 속도 및/또는 고도에 대한 (예컨대, 사용자의 부모에 의해) 미리 정의된 안전 제한, 및/또는 다른 규제 속도, 위치 (예컨대, 공항/광 경로 제한 사항들), 및/또는 고도 한계들을 초과하는 UAV (630) 를 검출하고, 안전 및/또는 규제 한계들을 준수하도록 구성된 하나 이상의 다양한 비행 동작들을 수행하기 위해 UAV (630) 의 동작을 제어하는데 사용되기 전에 UAV 동작 데이터를 조정하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, UAV 제어기 (610) 또는 UAV (630) 의 제어기는 고도 한계에 근접할 때 상향 수직 속도를 제한하기 위해 UAV 동작 데이터를 조정하거나, UAV (630) 로 하여금 고도 한계 아래로 떨어지게 하거나, 및/또는 임의의 미리 정의된 한계들이 UAV (630) 의 동작 동안 초과되면 귀환 모드에 진입하도록 구성될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 링크 상태 데이터는 무선 링크 (620) 를 통한 UAV 제어기 (610) 또는 UAV (630) 에 의한 블록 1204 에서의 링크 상태 데이터 및/또는 블록 1206 에서의 UAV 동작 데이터의 수신들에 대응하는 복수의 전력 측정들의 시 계열을 포함할 수도 있다. 예를 들어, 제어기는 링크 상태 데이터 및/또는 동작 데이터의 수신된 송신들의 전력을 측정하도록 구성될 수도 있다. 제어기는 전력 측정들의 시 계열에서 무선 링크 (620) 의 링크 이득에서의 변화를 검출하여 무선 링크의 변조를 조정하거나 및/또는 적합한 경우, 링크 이득에서의 검출된 변화에 따라서 송신 데이터 레이트를 증가시키거나 또는 감소시키도록 구성될 수도 있다. 일부 실시형태들에서, 제어기는 시선 링크 상태와 비시선 링크 상태 사이의 무선 링크 (620) 의 링크 상태에서의 전이를 표시하는 전력 측정들의 시 계열에서 무선 링크 (620) 의 링크 이득에서의 변화를 검출하고, UAV 제어기 (610) 의 사용자에게 링크 상태에서의 전이를 통지하도록 구성될 수도 있다. 이러한 변화는 전력 측정들의 시 계열에서의 상대적으로 갑작스러운 또는 불연속적인 변화, 예컨대, 예를 들어, 단일 시간 단계에서의 10% 보다 큰 변화를 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 제어기는 무선 링크 (620) 를 통해서 블록 1204 에서 링크 상태 데이터 및/또는 블록 1206 에서 UAV 동작 데이터를 송신 및/또는 수신하는 것으로부터 UAV 제어기 (610) 와 UAV (630) 사이의 방향 벡터 (예컨대, AoA 또는 AoD) 를 결정하고, 범위 및 방향 벡터로부터 UAV 제어기 (610) 에 대한 UAV (630) 의 위치를 결정하고, 그리고 UAV 제어기 (610) 의 디스플레이 상의 위치를 UAV 제어기 (610) 의 사용자에게 표시하도록 구성될 수도 있다. 추가적인 실시형태들에서, 제어기는 UAV 제어기 (610) 내에 탑재되며, 전파 지연들의 시 계열에 기초하여 복수의 시간 스탬프들로부터의 무선 링크 (620) 와 연관된 전파 지연들의 시 계열 및 UAV 제어기 (610) 와 UAV (630) 사이의 범위들의 대응하는 시 계열을 결정하고, 무선 링크 (620) 를 통해서 링크 상태 데이터 및/또는 UAV 동작 데이터를 송신 및/또는 수신하는 것으로부터 UAV 제어기 (610) 와 UAV (630) 사이의 방향 벡터들의 시 계열을 결정하고, 범위들의 시 계열 및 방향 벡터들의 시 계열로부터 UAV 제어기 (610) 에 대한 UAV (630) 의 위치들의 시 계열을 결정하고, 위치들의 시 계열로부터 UAV 제어기 (610) 에 대한 UAV (630) 의 속도를 결정하고, 그리고 UAV 제어기 (610) 의 디스플레이 상에서의 UAV (630) 의 속도를 UAV 제어기 (610) 의 사용자에게 표시하도록 구성될 수도 있다.
추가적인 실시형태들에서, 제어기는 확립된 무선 링크를 통해서 블록 1204 에서 링크 상태 데이터 및/또는 블록 1206 에서 UAV 동작 데이터를 송신 및/또는 수신하는 것으로부터 UAV 제어기 (610) 와 UAV (630) 사이의 방향 벡터들의 시 계열을 결정하고, 시선 링크 상태와 비시선 링크 상태 사이의 무선 링크 (610) 의 링크 상태에서의 전이를 표시하는 방향 벡터들의 시 계열에서의 변화를 검출하고, 그리고 UAV 제어기 (610) 의 사용자에게 링크 상태에서의 전이를 통지하도록 구성될 수도 있다. 이러한 변화는 방향 벡터들의 시 계열에서의 상대적으로 갑작스러운 또는 불연속적인 변화, 예를 들어, 단일 시간 단계에 걸친 방향에서의 10% 보다 큰 변화를 포함할 수도 있다. 일 실시형태에서, 제어기는 UAV (630) 에 탑재될 수도 있으며, 무선 링크 (610) 를 통해서 블록 1204 에서 링크 상태 데이터 및/또는 블록 1206 에서의 UAV 동작 데이터를 송신 및/또는 수신하는 것으로부터 UAV 제어기 (610) 와 UAV (630) 사이의 방향 벡터를 결정하고, 그리고 방향 벡터를 참조로서 이용하여 UAV 제어기 (610) 에 대한 UAV (630) 의 방위를 유지하거나 조정하기 위해 UAV (630) 를 조종하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, UAV (630) 는 UAV (630) 에 대한 비행 경로에 관계없이, 탑재된 카메라를 UAV 제어기 (610) 에 겨냥하기 위해 스스로를 조종하도록 구성될 수도 있다.
제어기는 또한 무선 링크 (620) 를 통해 블록들 1204 및 1206 에서 링크 상태 데이터 및/또는 UAV 동작 데이터를 송신 및/또는 수신하는 것으로부터, UAV 제어기 (610) 로부터 UAV (630) 로의 제 1 방향 벡터 및 UAV (630) 로부터 UAV 제어기 (610) 로의 제 2 방향 벡터를 결정하고, 시선 링크 상태로부터 비시선 링크 상태로의 무선 링크 (610) 의 링크 상태에서의 전이를 검출하고, 그리고 제 1 및 제 2 방향 벡터들에 적어도 부분적으로 기초하여 비시선 링크 상태가 해로운 다중경로 전파에 기인한다고 결정하도록 구성될 수도 있다. 예를 들어, 제 1 및 제 2 방향 벡터들이 평행하지 않으면, 2개의 디바이스들 중 하나는 무선 링크 (620) 의 링크 이득에서의 감소를 초래할 수도 있는 반사된 빔을 측정할 가능성이 있다. 다양한 실시형태들에서, 제 1 및 제 2 방향 벡터들 중 적어도 하나는 UAV 제어기 (610) 및/또는 UAV (630) 에서의 송신기 안테나 어레이 또는 수신기 안테나 어레이에서 인접한 안테나 엘리먼트들 사이의 위상 차이를 측정함으로써 결정될 수도 있다. 이러한 결정 시, UAV (630) 의 제어기 또는 UAV 제어기 (610) 는 UAB (630) 의 공간 위치 또는 방위를 변경하는 것이 LOS 링크 상태를 재확립하는데 불충분한 경우와 같이, 해로운 다중경로 전파를 보상하는 것을 돕기 위해, 무선 링크 (620) 의 변조, 데이터 레이트, 또는 다른 빔 또는 채널 특성을 조정하도록 (예컨대, 및/또는 무선 링크 (620) 를 통해서 이러한 조정들을 조정된 UAV 동작 데이터로서 송신하도록) 구성될 수도 있다. 대안적으로, 또는 추가적으로, 제 1 및 제 2 방향 벡터들 중 적어도 하나는 블록 1202 에서 UAV 제어기 (610) 와 UAV (630) 사이에 무선 링크 (620) 를 확립하기 위해 송신기 안테나 어레이 또는 수신기 안테나 어레이에 적용되는 안테나 가중 벡터에 기초하여 결정될 수도 있다.
일부 실시형태들에서, UAV 시스템을 동작시키는 방법은 적어도 하나의 송신기 안테나 어레이 및 적어도 하나의 수신기 안테나 어레이를 이용하여 무인 항공기 (UAV) 제어기와 UAV 사이에 무선 링크를 확립하는 단계; 확립된 무선 링크를 통해서 확립된 무선 링크에 대응하는 링크 상태 데이터를 통신하는 단계; 및 확립된 무선 링크를 통해서 UAV 동작 데이터를 통신하는 단계를 포함하며, UAV 동작 데이터는 UAV 의 동작을 제어하도록 구성되며, UAV 동작 데이터의 적어도 일부분은 UAV 동작 데이터가 UAV 의 동작을 제어하는데 사용되기 전 링크 상태 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 조정된다. 다른 실시형태들에서, 본 방법은 송신기 안테나 어레이를 이용하여 무인 항공기 (UAV) 제어기와 UAV 사이에 무선 링크를 확립하는 단계; 확립된 무선 링크를 통해서 확립된 무선 링크에 대응하는 링크 상태 데이터를 통신하는 단계; UAV 의 동작을 제어하기 위해 링크 상태 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 UAV 동작 데이터를 발생시키는 단계; 및 확립된 무선 링크를 통해서 UAV 동작 데이터를 통신하는 단계를 포함할 수도 있다.
관련된 실시형태들에서, 링크 상태 데이터는 적어도 2개의 타이밍 측정 패킷들, 즉, UAV 제어기로부터 UAV 로 송신되는 제 1 타이밍 측정 패킷 및 UAV 제어기에 의해 UAV 로부터 수신되는 제 2 타이밍 측정 패킷의 송신들 및 수신들에 대응하는 복수의 시간 스탬프들을 포함하며, 본 방법은 복수의 시간 스탬프들로부터의 확립된 무선 링크와 연관된 전파 지연을 결정하는 단계; 및 전파 지연에 기초하여 UAV 제어기와 UAV 사이의 범위를 결정하는 단계를 포함한다. 본 방법은 또한 확립된 무선 링크를 통해서 링크 상태 데이터 및/또는 UAV 동작 데이터를 통신하는 것으로부터 UAV 제어기와 UAV 사이의 방향 벡터를 결정하는 단계; 범위 및 방향 벡터로부터 UAV 제어기에 대한 UAV 의 위치를 결정하는 단계; 및 UAV 제어기의 디스플레이 상의 위치를 UAV 제어기의 사용자에게 표시하는 단계를 포함할 수도 있다. 본 방법은 또한 복수의 시간 스탬프들로부터의 확립된 무선 링크와 연관된 전파 지연들의 시 계열을 결정하는 단계; 시선 링크 상태로부터 비시선 링크 상태까지의 확립된 무선 링크의 링크 상태에서의 전이를 표시하는 전파 지연들의 시 계열에서의 변화를 검출하는 단계; 및 UAV 로 하여금 시선 링크 상태를 재확립하기 위해 비행 동작들을 수행하게 하도록 UAV 동작 데이터를 조정하는 단계를 포함할 수도 있다.
본 방법은 또한 전파 지연들의 시 계열에 기초하여 복수의 시간 스탬프들로부터의 확립된 무선 링크와 연관된 전파 지연들의 시 계열 및 UAV 제어기와 UAV 사이의 대응하는 범위들의 시 계열을 결정하는 단계; 확립된 무선 링크를 통해서 링크 상태 데이터 및/또는 UAV 동작 데이터를 송신 및/또는 수신하는 것으로부터 UAV 제어기와 UAV 사이의 방향 벡터들의 시 계열을 결정하는 단계; 범위들의 시 계열 및 방향 벡터들의 시 계열로부터 UAV 제어기에 대한 UAV 의 위치들의 시 계열을 결정하는 단계; 위치들의 시 계열로부터 UAV 제어기에 대한 UAV 의 속도를 결정하는 단계; 및 UAV 제어기의 디스플레이 상에서의 UAV 의 속도를 UAV 제어기의 사용자에게 표시하는 단계를 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 링크 상태 데이터는 확립된 무선 링크를 통한 UAV 제어기 또는 UAV 에 의한 링크 상태 데이터 및/또는 UAV 동작 데이터의 수신들에 대응하는 복수의 전력 측정들의 시 계열을 포함하며, 본 방법은 전력 측정들의 시 계열에서의 확립된 무선 링크의 링크 이득에서의 변화를 검출하는 단계; 및 무선 링크의 변조를 조정하거나 및/또는 링크 이득에서의 검출된 변화에 따라서 송신 데이터 레이트를 증가시키거나 감소시키는 단계를 포함할 수도 있다. 이와 유사하게, 링크 상태 데이터는 확립된 무선 링크를 통한 UAV 제어기 또는 UAV 에 의한 링크 상태 데이터 및/또는 UAV 동작 데이터의 수신들에 대응하는 복수의 전력 측정들의 시 계열을 포함할 수도 있으며, 본 방법은 시선 링크 상태와 비시선 링크 상태 사이의 확립된 무선 링크의 링크 상태에서의 전이를 표시하는 전력 측정들의 시 계열에서의 확립된 무선 링크의 링크 이득에서의 변화를 검출하는 단계; 및 UAV 제어기의 사용자에게 링크 상태에서의 전이를 통지하는 단계를 포함할 수도 있다.
추가적인 실시형태들에서, 본 방법은 확립된 무선 링크를 통해서 링크 상태 데이터 및/또는 UAV 동작 데이터를 송신 및/또는 수신하는 것으로부터 UAV 제어기와 UAV 사이의 방향 벡터들의 시 계열을 결정하는 단계; 시선 링크 상태로부터 비시선 링크 상태까지의 확립된 무선 링크의 링크 상태에서의 전이를 표시하는 방향 벡터들의 시 계열에서의 변화를 검출하는 단계; 및 UAV 로 하여금 시선 링크 상태를 재확립하기 위해 비행 동작들을 수행하게 하도록 UAV 동작 데이터를 조정하는 단계를 포함할 수도 있다. 본 방법은 또한 확립된 무선 링크를 통해서 링크 상태 데이터 및/또는 UAV 동작 데이터를 송신 및/또는 수신하는 것으로부터 UAV 제어기와 UAV 사이의 방향 벡터를 결정하는 단계; 방향 벡터를 참조로서 이용하여 UAV 제어기에 대한 UAV 의 방위를 유지하거나 조정하도록 UAV 를 조종하는 단계를 포함할 수도 있다.
추가적인 실시형태들에서, 본 방법은 확립된 무선 링크를 통해서 링크 상태 데이터 및/또는 UAV 동작 데이터를 송신 및/또는 수신하는 것으로부터, UAV 제어기로부터 UAV 로의 제 1 방향 벡터 및 UAV 로부터 UAV 제어기로의 제 2 방향 벡터를 결정하는 단계; 시선 링크 상태로부터 비시선 링크 상태까지의 확립된 무선 링크의 링크 상태에서의 전이를 검출하는 단계; 및 제 1 및 제 2 방향 벡터들에 적어도 부분적으로 기초하여 비시선 링크 상태가 해로운 다중경로 전파에 기인한다고 결정하는 단계를 포함할 수도 있다. 제 1 및 제 2 방향 벡터들 중 적어도 하나는 송신기 안테나 어레이 또는 수신기 안테나 어레이에서 인접한 안테나 엘리먼트들 사이의 위상 차이를 측정함으로써 결정될 수도 있으며, 제 1 및 제 2 방향 벡터들 중 적어도 하나는 UAV 제어기와 UAV 사이의 무선 링크를 확립하기 위해 송신기 안테나 어레이 또는 수신기 안테나 어레이에 적용되는 안테나 가중 벡터에 기초하여 결정될 수도 있다.
다양한 실시형태들에서, UAV 시스템은 송신기 안테나 어레이에 커플링된 송신기로서, 상기 송신기는 송신기 안테나 어레이의 하나 이상의 안테나 엘리먼트들을 이용하여 대응하는 송신기 채널들을 형성하기 위해 진폭 가중 벡터들을 송신기 안테나 어레이에 제공되는 신호들에 적용하도록 구성되는, 상기 송신기; 수신기 안테나 어레이에 커플링된 수신기로서, 상기 수신기는 수신기 안테나 어레이의 하나 이상의 안테나 엘리먼트들을 이용하여 대응하는 수신기 채널들을 형성하기 위해 진폭 가중 벡터들을 수신기 안테나 어레이에 제공되는 신호들에 적용하도록 구성되는, 상기 수신기; 송신기 및 수신기와 통신하도록 구성된 제어기; 및 복수의 컴퓨터 판독가능 명령들을 저장하도록 구성된 메모리를 포함할 수도 있으며, 상기 명령은, 제어기에 의해 실행될 때, 시스템으로 하여금, 송신기 안테나 어레이 및 수신기 안테나 어레이 중 적어도 하나를 이용하여 무인 항공기 (UAV) 제어기와 UAV 사이에 무선 링크를 확립하는 단계; 확립된 무선 링크를 통해서 확립된 무선 링크에 대응하는 링크 상태 데이터를 통신하는 단계; 및 확립된 무선 링크를 통해서 UAV 동작 데이터를 통신하는 단계를 포함하는 방법을 수행하게 하도록 적응되며, 상기 UAV 동작 데이터는 UAV 의 동작을 제어하도록 구성되며, 상기 UAV 동작 데이터의 적어도 일부분은 UAV 동작 데이터가 UAV 의 동작을 제어하는데 사용되기 전 링크 상태 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 조정된다. 대안적인 실시형태들에서, 본 방법은 송신기 안테나 어레이 및 수신기 안테나 어레이 중 적어도 하나를 이용하여 무인 항공기 (UAV) 제어기와 UAV 사이에 무선 링크를 확립하는 단계; 확립된 무선 링크를 통해서 확립된 무선 링크에 대응하는 링크 상태 데이터를 통신하는 단계; 및 UAV 의 동작을 제어하기 위해 확립된 무선 링크를 통해서 UAV 동작 데이터를 통신하는 단계를 포함할 수도 있으며, 상기 UAV 동작 데이터의 적어도 일부분은 링크 상태 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 발생된다.
일부 실시형태들에서, 링크 상태 데이터는 적어도 2개의 타이밍 측정 패킷들, 즉 UAV 제어기로부터 UAV 로 송신되는 제 1 타이밍 측정 패킷 및 UAV 제어기 에 의해 UAV 로부터 수신되는 제 2 타이밍 측정 패킷의 송신들 및 수신들에 대응하는 복수의 시간 스탬프들을 포함하며, 본 방법은 복수의 시간 스탬프들로부터의 확립된 무선 링크와 연관된 전파 지연을 결정하는 단계; 및 전파 지연에 기초하여 UAV 제어기와 UAV 사이의 범위를 결정하는 단계를 포함한다. 관련된 실시형태들에서, 본 방법은 확립된 무선 링크를 통해서 링크 상태 데이터 및/또는 UAV 동작 데이터를 송신 및/또는 수신하는 것으로부터 UAV 제어기와 UAV 사이의 방향 벡터를 결정하는 단계; 범위 및 방향 벡터로부터 UAV 제어기에 대한 UAV 의 위치를 결정하는 단계; 및 UAV 제어기의 디스플레이 상에서의 위치를 UAV 제어기의 사용자에게 표시하는 단계를 포함할 수도 있다. 본 방법은 또한 복수의 시간 스탬프들로부터의 확립된 무선 링크와 연관된 전파 지연들의 시 계열을 결정하는 단계; 시선 링크 상태와 비시선 링크 상태 사이의 확립된 무선 링크의 링크 상태에서의 전이를 표시하는 전파 지연들의 시 계열에서의 변화를 검출하는 단계; 및 UAV 제어기의 사용자에게 링크 상태에서의 전이를 통지하는 단계를 포함할 수도 있다.
다른 실시형태들에서, 제어기는 UAV 제어기 내에 탑재될 수도 있으며, 본 방법은 전파 지연들의 시 계열에 기초하여 복수의 시간 스탬프들로부터의 확립된 무선 링크와 연관된 전파 지연들의 시 계열 및 UAV 제어기와 UAV 사이의 범위들의 대응하는 시 계열을 결정하는 단계; 확립된 무선 링크를 통해서 링크 상태 데이터 및/또는 UAV 동작 데이터를 송신 및/또는 수신하는 것으로부터 UAV 제어기와 UAV 사이의 방향 벡터들의 시 계열을 결정하는 단계; 범위들의 시 계열 및 방향 벡터들의 시 계열로부터 UAV 제어기에 대한 UAV 의 위치들의 시 계열을 결정하는 단계; 위치들의 시 계열로부터 UAV 제어기에 대한 UAV 의 속도를 결정하는 단계; 및 UAV 제어기의 디스플레이 상에서의 UAV 의 속도를 UAV 제어기의 사용자에게 표시하는 단계를 포함한다.
링크 상태 데이터가 확립된 무선 링크를 통한 UAV 제어기 또는 UAV 에 의한 링크 상태 데이터 및/또는 UAV 동작 데이터의 수신들에 대응하는 복수의 전력 측정들의 시 계열을 포함하는 실시형태들에서, 본 방법은 전력 측정들의 시 계열에서의 확립된 무선 링크의 링크 이득에서의 변화를 검출하는 단계; 및 무선 링크의 변조를 조정하거나 및/또는 링크 이득에서의 검출된 변화에 따라서 송신 데이터 레이트를 증가시키거나 감소시키는 단계를 포함할 수도 있다. 링크 상태 데이터가 확립된 무선 링크를 통한 UAV 제어기 또는 UAV 에 의한 링크 상태 데이터 및/또는 UAV 동작 데이터의 수신들에 대응하는 복수의 전력 측정들의 시 계열을 포함하는 유사한 실시형태들에서, 본 방법은 또한 시선 링크 상태로부터 비시선 링크 상태까지의 확립된 무선 링크의 링크 상태에서의 전이를 표시하는 전력 측정들의 시 계열에서의 확립된 무선 링크의 링크 이득에서의 변화를 검출하는 단계; 및 UAV 로 하여금 시선 링크 상태를 재확립하기 위해 비행 동작들을 수행하게 하도록 UAV 동작 데이터를 조정하는 단계를 포함할 수도 있다. 본 방법은 대안적으로, LOS 링크 상태로부터 NLOS 링크 상태로 또는 NLOS 링크 상태로부터 LOS 링크 상태로의 확립된 무선 링크의 링크 상태에서의 전이를 표시하는 전력 측정들의 시 계열에서의 확립된 무선 링크의 링크 이득에서의 변화를 검출하는 단계; 및 UAV 제어기의 사용자에게 링크 상태에서의 전이를 통지하는 단계를 포함할 수도 있다.
일부 실시형태들에서, 본 방법은 확립된 무선 링크를 통해서 링크 상태 데이터 및/또는 UAV 동작 데이터를 송신 및/또는 수신하는 것으로부터 UAV 제어기와 UAV 사이의 방향 벡터들의 시 계열을 결정하는 단계; 시선 링크 상태와 비시선 링크 상태 사이의 확립된 무선 링크의 링크 상태에서의 전이를 표시하는 방향 벡터들의 시 계열에서의 변화를 검출하는 단계; 및 UAV 제어기의 사용자에게 링크 상태에서의 전이를 통지하는 단계를 포함한다.
추가적인 실시형태들에서, 제어기는 UAV 에 탑재될 수도 있으며, 본 방법은 확립된 무선 링크를 통해서 링크 상태 데이터 및/또는 UAV 동작 데이터를 송신 및/또는 수신하는 것으로부터 UAV 제어기와 UAV 사이의 방향 벡터를 결정하는 단계; 및 방향 벡터를 참조로서 이용하여 UAV 제어기에 대한 UAV 의 방위를 유지하거나 조정하도록 UAV 를 조종하는 단계를 포함할 수도 있다. 더 일반적으로는, 본 방법은 또한 확립된 무선 링크를 통해서 링크 상태 데이터 및/또는 UAV 동작 데이터를 송신 및/또는 수신하는 것으로부터, UAV 제어기로부터 UAV 로의 제 1 방향 벡터 및 UAV 로부터 UAV 제어기로의 제 2 방향 벡터를 결정하는 단계; 시선 링크 상태로부터 비시선 링크 상태까지의 확립된 무선 링크의 링크 상태에서의 전이를 검출하는 단계; 및 제 1 및 제 2 방향 벡터들에 적어도 부분적으로 기초하여 비시선 링크 상태가 해로운 다중경로 전파에 기인한다고 결정하는 단계를 포함할 수도 있다.
본 개시물의 다양한 실시형태들은 무인 항공기 (UAV) 시스템의 하나 이상의 프로세서들에 의해 실행될 때, UAV 시스템으로 하여금, 적어도 하나의 송신기 안테나 어레이 및/또는 적어도 하나의 수신기 안테나 어레이를 이용하여 UAV 제어기와 UAV 사이의 무선 링크를 확립하는 단계; 확립된 무선 링크를 통해서 확립된 무선 링크에 대응하는 링크 상태 데이터를 통신하는 단계; 및 확립된 무선 링크를 통해서 UAV 동작 데이터를 통신하는 단계로서, 상기 UAV 동작 데이터는 UAV 의 동작을 제어하도록 구성되며, 상기 UAV 동작 데이터의 적어도 일부분은 UAV 동작 데이터가 UAV 의 동작을 제어하는데 사용되기 전 링크 상태 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 조정되는, 상기 통신하는 단계를 포함하는 컴퓨터-구현 방법을 수행하게 하도록 적응된 복수의 머신-판독가능 명령들을 저장하는 비일시성 머신-판독가능 매체를 포함한다. 일부 실시형태들에서, 컴퓨터-구현 방법은 적어도 하나의 송신기 안테나 어레이 및/또는 적어도 하나의 수신기 안테나 어레이를 이용하여 UAV 제어기와 UAV 사이에 무선 링크를 확립하는 단계; 확립된 무선 링크를 통해서 확립된 무선 링크에 대응하는 링크 상태 데이터를 통신하는 단계; 및 확립된 무선 링크를 통해서 UAV 동작 데이터를 통신하는 단계를 포함할 수도 있으며, 상기 UAV 동작 데이터는 UAV 의 동작을 제어하도록 구성되며, UAV 동작 데이터의 적어도 일부분은 UAV 동작 데이터가 UAV 의 동작을 제어하는데 사용되기 전 링크 상태 데이터에 적어도 부분적으로 기초하여 조정된다.
추가적인 실시형태들에서, UAV 시스템을 동작시키는 방법은 무인 항공기 (UAV) 제어기와 UAV 사이에 빔형성된 무선 통신 채널을 확립하는 단계; 빔형성된 무선 통신 채널에 대한 채널 상태 정보를 획득하는 단계; 및 채널 상태 정보를 이용하여 UAV 에 의해 수행될 동작을 결정하는 단계를 포함할 수도 있다. 일부 실시형태들에서, UAV 제어기는 UAV 측으로 지향되는 빔을 형성하도록 구성된 복수의 엘리먼트들을 가진 안테나 어레이를 포함하며, 채널 상태 정보는 도달 각도 및 출발 각도 정보 중 하나 이상을 포함한다. 도달 각도 정보는 UAV 로부터 UAV 제어기에서의 신호들의 도달 각도에 관련될 수도 있으며, 출발 각도 정보는 UAV 제어기로부터 UAV 까지의 신호들의 출발 각도에 관련될 수도 있다. 다른 실시형태들에서, UAV 는 UAV 제어기 측으로 지향되는 빔을 형성하도록 구성된 복수의 엘리먼트들을 가진 안테나 어레이를 포함하며, 채널 상태 정보는 도달 각도 및 출발 각도 정보 중 하나 이상을 포함한다. 본 방법은 UAV 에 의해, 도달 각도의 방위각 및 고도 컴포넌트 중 하나 이상을 추적하는 단계; 및 UAV 제어기에 대한 결정된 각도로 배향시키는 단계를 포함할 수도 있다. 추가적인 방법은 링크 상태 데이터에 적어도 기초하여, 어떤 시간 기간에 걸쳐서 UAV 제어기와 UAV 사이의 방향 벡터를 결정하는 단계; 및 시간 기간에 걸친 방향 벡터에서의 변화에 기초하여 시선 링크 상태로부터 비시선 링크 상태까지의 확립된 무선 링크의 링크 상태에서의 전이를 검출하는 단계를 포함할 수도 있다.
따라서, 본 개시물의 실시형태들은 위험한 비행을 표시하는 UAV 시스템에 대한 무선 링크의 링크 상태에서의 변화들을 검출하는데 또한 사용될 수 있는, UAV 시스템들에서의 중량 및 전력 효율적인 레이더-형 로케이션 검출을 제공한다.
적용가능한 경우, 본 개시물에 의해 제공되는 다양한 실시형태들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합들을 이용하여 구현될 수 있다. 또한 적용가능한 경우, 본원에서 개시된 다양한 하드웨어 컴포넌트들 및/또는 소프트웨어 컴포넌트들은 본 개시물의 정신으로부터 일탈함이 없이, 소프트웨어, 하드웨어, 및/또는 양쪽을 포함하는 복합 컴포넌트들로 결합될 수 있다. 적용가능한 경우, 본원에서 개시된 다양한 하드웨어 컴포넌트들 및/또는 소프트웨어 컴포넌트들은 본 개시물의 정신으로부터 일탈함이 없이, 소프트웨어, 하드웨어, 또는 양쪽을 포함하는 서브-컴포넌트들로 분리될 수 있다. 게다가, 적용가능한 경우, 소프트웨어 컴포넌트들은 하드웨어 컴포넌트들로서, 그리고 그 반대로도 구현될 수 있는 것으로 생각된다.
프로그램 코드 및/또는 데이터와 같은, 본 개시물에 따른 소프트웨어는 하나 이상의 비일시성 머신 판독가능 매체들 상에 저장될 수 있다. 또한, 본원에서 식별되는 소프트웨어는 하나 이상의 범용 또는 특수 목적 컴퓨터들 및/또는 네트워크화된 및/또는 다른, 컴퓨터 시스템들을 이용하여 구현될 수 있는 것으로 생각된다. 적용가능한 경우, 본원에서 설명하는 다양한 단계들의 순서정렬은 본원에서 설명되는 특징들을 제공하기 위해 변경되거나, 복합 단계들로 결합되거나, 및/또는 서브-단계들로 분리될 수 있다.
위에서 설명된 실시형태들은 본 발명을 예시하지만 한정하지 않는다. 또한, 본 발명의 원리들에 따라서 매우 많은 변경들 및 변형들이 가능한 것으로 이해되어야 한다. 따라서, 본 발명의 범위는 오직 다음 청구범위에 의해서만 정의된다.

Claims (20)

  1. 지정된 채널들의 각각의 채널에 대응하는 측정된 채널 응답들의 시 계열을 발생시키기 위해 시간 기간에 걸쳐 복수의 지정된 송신기 및 수신기 채널들을 통해서 물체 감지 시스템의 송신기 안테나 어레이 및 수신기 안테나 어레이를 반복적으로 스캔하는 단계;
    상기 측정된 채널 응답들의 시 계열에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 지정된 채널들 중 적어도 하나에 의해 스캔된 물체로의 또는 물체로부터의 방향 벡터들의 시 계열, 및/또는 평균 위상 차이들의 대응하는 시 계열을 결정하는 단계; 및
    상기 방향 벡터들의 시 계열 및/또는 상기 평균 위상 차이들의 대응하는 시 계열로부터 물체의 각 속도를 결정하는 단계를 포함하는, 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    단일 스캔을 위한 각각의 측정된 채널 응답에 대응하는 엔트리들을 포함하는 채널 매트릭스를 형성하는 단계로서, 상기 지정된 채널들은 상기 송신기 안테나 어레이 및 상기 수신기 안테나 어레이의 각각으로부터의 하나의 안테나 엘리먼트를 포함하는 개개의 안테나 엘리먼트들의 쌍들을 포함하는, 상기 형성하는 단계; 및
    상기 채널 매트릭스 상에서 특이 값 분해를 수행하여 상기 물체로의 또는 상기 물체로부터의 상기 방향 벡터에 대응하는 적어도 가장 큰 특이 값을 결정함으로써, 상기 물체로의 또는 상기 물체로부터의 상기 방향 벡터들 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 지정된 채널들은 상기 송신기 안테나 어레이 및 상기 수신기 안테나 어레이의 각각으로부터의 하나의 안테나 엘리먼트를 포함하는 개개의 안테나 엘리먼트들의 쌍들을 포함하며,
    상기 방법은, 푸리에 변환을 상기 평균 위상 차이들의 시 계열의 형태에 적용하고 결과적인 변환에서의 피크를 평균 각 속도로서 식별함으로써, 상기 평균 위상 차이들의 시 계열로부터 상기 물체의 평균 각 속도를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    단일 스캔을 위한 각각의 측정된 채널 응답에 대응하는 엔트리들을 포함하는 채널 매트릭스를 형성하는 단계로서, 상기 지정된 채널들은 상기 송신기 안테나 어레이 및 상기 수신기 안테나 어레이의 각각으로부터의 하나의 안테나 엘리먼트를 포함하는 개개의 안테나 엘리먼트들의 쌍들을 포함하는, 상기 형성하는 단계;
    채널 매트릭스 엔트리들을 테이블화된 교정 데이터에서의 대응하는 교정된 참조 값들과 비교하는 단계로서, 상기 테이블화된 교정 데이터는 교정 물체로의 또는 교정 물체로부터의 알려진 방향 벡터들에 따라서 테이블화된 교정된 채널 응답들을 포함하는, 상기 비교하는 단계; 및
    상기 채널 매트릭스 엔트리들에 수치적으로 가장 가까운 상기 교정된 참조 값들을 결정하고 대응하는 테이블화된 방향 벡터를 상기 물체로의 또는 상기 물체로부터의 상기 방향 벡터들 중 적어도 하나로서 선택함으로써 상기 물체로의 또는 상기 물체로부터의 상기 방향 벡터들 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 물체 감지 시스템의 상기 송신기 안테나 어레이 및 상기 수신기 안테나 어레이에 대한 복수의 송신기 및 수신기 채널들을 지정하는 단계; 및
    단일 스캔을 위한 각각의 측정된 채널 응답에 대응하는 엔트리들을 포함하는 측정 매트릭스를 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 복수의 송신기 및 수신기 채널들을 지정하는 단계는,
    상기 복수의 송신기 및 수신기 채널들에서의 각각의 송신기 채널에 대응하는 하나 이상의 송신기 AWV들을 포함하는 송신기 진폭 가중 벡터 (AWV) 매트릭스를 형성하는 단계, 및
    상기 복수의 송신기 및 수신기 채널들에서의 각각의 수신기 채널에 대응하는 하나 이상의 수신기 AWV들을 포함하는 수신기 AWV 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 송신기 AWV 매트릭스 및 상기 수신기 AWV 매트릭스 각각은 Hadamard 매트릭스 또는 이산 푸리에 변환 매트릭스를 포함하며,
    상기 방법은,
    상기 측정 매트릭스, 상기 송신기 AWV 매트릭스, 및 상기 수신기 AWV 매트릭스로부터 채널 매트릭스를 유도하는 단계; 및
    상기 채널 매트릭스 상에서 특이 값 분해를 수행하여 상기 물체로의 또는 상기 물체로부터의 상기 방향 벡터에 대응하는 적어도 가장 큰 특이 값을 결정함으로써 상기 물체로의 또는 상기 물체로부터의 상기 방향 벡터를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 송신기 AWV 매트릭스 및 상기 수신기 AWV 매트릭스 각각은 가용 검출 영역의 특정의 서브세트 내 상기 지정된 채널들에 집중하도록 구성된 AWV들을 포함하며,
    상기 방법은,
    상기 측정 매트릭스 상에서 특이 값 분해를 수행하여 적어도 가장 큰 특이 값 및 대응하는 측정 매트릭스 특이 벡터를 결정함으로써, 그리고, 상기 송신기 AWV 매트릭스 또는 상기 수신기 AWV 매트릭스에 기초한 변환 매트릭스를 상기 측정 매트릭스 특이 벡터에 적용하여 상기 측정 매트릭스 특이 벡터를 상기 물체로의 또는 물체로부터의 적어도 하나의 방향 벡터로 변환함으로써, 상기 물체로의 또는 물체로부터의 상기 방향 벡터들의 시 계열 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 지정된 채널들은 상기 송신기 안테나 어레이 및 상기 수신기 안테나 어레이의 각각으로부터의 하나의 안테나 엘리먼트를 포함하는 개개의 안테나 엘리먼트들의 쌍들에 대응하며,
    상기 방법은,
    상기 송신기 안테나 어레이 또는 상기 수신기 안테나 어레이 내 인접한 안테나 엘리먼트들에 대응하는 단일 스캔을 위한 상기 측정된 채널 응답들에서의 신호들 사이의 복수의 위상 차이들을 결정하는 단계; 및
    복수의 결정된 위상 차이들을 평균하고 결과적인 평균 위상 차이를 AoD 또는 AoA 로 변환함으로써 상기 물체로의 또는 물체로부터의 상기 방향 벡터들 중 적어도 하나를, 출발 각도 (AoD) 또는 도달 각도 (AoA) 의 형태로 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 지정된 채널들은 상기 송신기 안테나 어레이 및 상기 수신기 안테나 어레이의 각각으로부터의 하나의 안테나 엘리먼트를 포함하는 개개의 안테나 엘리먼트들의 쌍들을 포함하며, 상기 송신기 안테나 어레이 및/또는 상기 수신기 안테나 어레이는 제 1 및 제 2 주축들을 가지는 2차원 안테나 어레이를 포함하며,
    상기 방법은,
    상기 송신기 안테나 어레이 또는 상기 수신기 안테나 어레이 내 제 1 장축을 따른 인접한 안테나 엘리먼트들에 대응하는 상기 측정된 채널 응답들에서의 신호들 사이의 제 1 복수의 위상 차이들을 결정하는 단계;
    상기 송신기 안테나 어레이 또는 상기 수신기 안테나 어레이 내 제 2 장축을 따른 인접한 안테나 엘리먼트들에 대응하는 상기 측정된 채널 응답들에서의 신호들 사이의 제 2 복수의 위상 차이들을 결정하는 단계; 및
    제 1 복수의 결정된 위상 차이들을 평균하고 제 2 복수의 결정된 위상 차이들을 별개로 평균하고 그리고 결과적인 제 1 및 제 2 평균 위상 차이들을 AoD 또는 AoA 로 변환함으로써, 상기 물체로의 또는 물체로부터의 상기 방향 벡터를, 출발 각도 (AoD) 또는 도달 각도 (AoA) 의 형태로 결정하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정된 채널 응답들 중 적어도 하나는 샘플링된 임펄스 응답을 포함하며,
    상기 방법은, 상기 송신기 안테나 어레이 및/또는 상기 수신기 안테나 어레이로부터 상기 물체까지의 범위를 결정하기 위해 샘플링된 임펄스 응답을 이용하는 매칭 추적 프로세스를 수행하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  11. 시스템으로서,
    송신기 안테나 어레이에 커플링된 송신기로서, 상기 송신기는 상기 송신기 안테나 어레이의 하나 이상의 안테나 엘리먼트들을 이용하여 대응하는 송신기 채널들을 형성하기 위해 진폭 가중 벡터들을 상기 송신기 안테나 어레이에 제공되는 신호들에 적용하도록 구성되는, 상기 송신기;
    수신기 안테나 어레이에 커플링된 수신기로서, 상기 수신기는 상기 수신기 안테나 어레이의 하나 이상의 안테나 엘리먼트들을 이용하여 대응하는 수신기 채널들을 형성하기 위해 진폭 가중 벡터들을 상기 수신기 안테나 어레이에 제공되는 신호들에 적용하도록 구성되는, 상기 수신기;
    상기 송신기 및 상기 수신기와 통신하도록 구성된 제어기; 및
    복수의 컴퓨터 판독가능 명령들을 저장하도록 구성된 메모리를 포함하며,
    상기 명령들은, 상기 제어기에 의해 실행될 때, 상기 시스템으로 하여금,
    지정된 채널들의 각각의 채널에 대응하는 측정된 채널 응답들의 시 계열을 발생시키기 위해 시간 기간에 걸쳐 복수의 지정된 송신기 및 수신기 채널들을 통해서 상기 송신기 안테나 어레이 및 상기 수신기 안테나 어레이를 반복적으로 스캔하는 단계;
    측정된 채널 응답들의 시 계열에 적어도 부분적으로 기초하여, 상기 지정된 채널들 중 적어도 하나에 의해 스캔된 물체로의 또는 물체로부터의 방향 벡터들의 시 계열, 및/또는 평균 위상 차이들의 대응하는 시 계열을 결정하는 단계; 및
    상기 방향 벡터들의 시 계열 및/또는 상기 평균 위상 차이들의 대응하는 시 계열로부터 상기 물체의 각 속도를 결정하는 단계를 포함하는 방법을 수행하게 하도록 적응된, 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 방법은,
    단일 스캔을 위한 각각의 측정된 채널 응답에 대응하는 엔트리들을 포함하는 채널 매트릭스를 형성하는 단계로서, 상기 지정된 채널들은 상기 송신기 안테나 어레이 및 상기 수신기 안테나 어레이의 각각으로부터의 하나의 안테나 엘리먼트를 포함하는 개개의 안테나 엘리먼트들의 쌍들을 포함하는, 상기 형성하는 단계; 및
    상기 채널 매트릭스 상에서 특이 값 분해를 수행하여 상기 물체로의 또는 물체로부터의 상기 방향 벡터에 대응하는 적어도 가장 큰 특이 값을 결정함으로써 상기 물체로의 또는 물체로부터의 상기 방향 벡터들 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함하는, 시스템.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 지정된 채널들은 상기 송신기 안테나 어레이 및 상기 수신기 안테나 어레이의 각각으로부터의 하나의 안테나 엘리먼트를 포함하는 개개의 안테나 엘리먼트들의 쌍들을 포함하며,
    상기 방법은, 푸리에 변환을 상기 평균 위상 차이들의 시 계열의 형태에 적용하고 결과적인 변환에서의 피크를 평균 각 속도로서 식별함으로써 상기 평균 위상 차이들의 시 계열로부터 상기 물체의 평균 각 속도를 결정하는 단계를 더 포함하는, 시스템.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 방법은,
    단일 스캔을 위한 각각의 측정된 채널 응답에 대응하는 엔트리들을 포함하는 채널 매트릭스를 형성하는 단계로서, 상기 지정된 채널들은 상기 송신기 안테나 어레이 및 상기 수신기 안테나 어레이의 각각으로부터의 하나의 안테나 엘리먼트를 포함하는 개개의 안테나 엘리먼트들의 쌍들을 포함하는, 상기 형성하는 단계;
    채널 매트릭스 엔트리들을 테이블화된 교정 데이터에서의 대응하는 교정된 참조 값들과 비교하는 단계로서, 상기 테이블화된 교정 데이터는 교정 물체로의 또는 교정 물체로부터의 알려진 방향 벡터들에 따라서 테이블화된 교정된 채널 응답들을 포함하는, 상기 비교하는 단계; 및
    상기 채널 매트릭스 엔트리들에 수치적으로 가장 가까운 상기 교정된 참조 값들을 결정하고 대응하는 테이블화된 방향 벡터를 상기 물체로의 또는 물체로부터의 상기 방향 벡터들 중 적어도 하나로서 선택함으로써 상기 물체로의 또는 물체로부터의 상기 방향 벡터들 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함하는, 시스템.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 방법은,
    상기 물체 감지 시스템의 상기 송신기 안테나 어레이 및 상기 수신기 안테나 어레이에 대한 복수의 송신기 및 수신기 채널들을 지정하는 단계; 및
    단일 스캔을 위한 각각의 측정된 채널 응답에 대응하는 엔트리들을 포함하는 측정 매트릭스를 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 복수의 송신기 및 수신기 채널들을 지정하는 단계는,
    상기 복수의 송신기 및 수신기 채널들에서의 각각의 송신기 채널에 대응하는 하나 이상의 송신기 AWV들을 포함하는 송신기 진폭 가중 벡터 (AWV) 매트릭스를 형성하는 단계, 및
    상기 복수의 송신기 및 수신기 채널들에서의 각각의 수신기 채널에 대응하는 하나 이상의 수신기 AWV들을 포함하는 수신기 AWV 매트릭스를 형성하는 단계를 포함하는, 시스템.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 송신기 AWV 매트릭스 및 상기 수신기 AWV 매트릭스 각각은 Hadamard 매트릭스 또는 이산 푸리에 변환 매트릭스를 포함하며,
    상기 방법은,
    상기 측정 매트릭스, 상기 송신기 AWV 매트릭스, 및 상기 수신기 AWV 매트릭스로부터 채널 매트릭스를 유도하는 단계; 및
    상기 채널 매트릭스 상에서 특이 값 분해를 수행하여 상기 물체로의 또는 물체로부터의 상기 방향 벡터에 대응하는 적어도 가장 큰 특이 값을 결정함으로써 상기 물체로의 또는 물체로부터의 상기 방향 벡터를 결정하는 단계를 더 포함하는, 시스템.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 송신기 AWV 매트릭스 및 상기 수신기 AWV 매트릭스 각각은 가용 검출 영역의 특정의 서브세트 내 지정된 채널들에 집중하도록 구성된 AWV들을 포함하며,
    상기 방법은,
    상기 측정 매트릭스 상에서 특이 값 분해를 수행하여 적어도 가장 큰 특이 값 및 대응하는 측정 매트릭스 특이 벡터를 결정함으로써, 그리고, 상기 송신기 AWV 매트릭스 또는 상기 수신기 AWV 매트릭스에 기초한 변환 매트릭스를 측정 매트릭스 특이 벡터에 적용하여 상기 측정 매트릭스 특이 벡터를 상기 물체로의 또는 물체로부터의 적어도 하나의 방향 벡터로 변환함으로써, 상기 물체로의 또는 물체로부터의 방향 벡터들의 시 계열 중 적어도 하나를 결정하는 단계를 더 포함하는, 시스템.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 지정된 채널들은 상기 송신기 안테나 어레이 및 상기 수신기 안테나 어레이의 각각으로부터의 하나의 안테나 엘리먼트를 포함하는 개개의 안테나 엘리먼트들의 쌍들을 포함하며,
    상기 방법은,
    상기 송신기 안테나 어레이 또는 상기 수신기 안테나 어레이 내 인접한 안테나 엘리먼트들에 대응하는 단일 스캔을 위한 상기 측정된 채널 응답들에서의 신호들 사이의 복수의 위상 차이들을 결정하는 단계; 및
    복수의 결정된 위상 차이들을 평균하고 결과적인 평균 위상 차이를 AoD 또는 AoA 로 변환함으로써 상기 물체로의 또는 물체로부터의 상기 방향 벡터들 중 적어도 하나를, 출발 각도 (AoD) 또는 도달 각도 (AoA) 의 형태로 결정하는 단계를 더 포함하는, 시스템.
  19. 제 11 항에 있어서,
    디스플레이를 더 포함하며,
    상기 방법은, 상기 물체의 검출 및/또는 상기 물체의 각 속도를 표시하도록 구성된 디스플레이 상에 표시자를 디스플레이하는 단계를 더 포함하는, 시스템.
  20. 제 11 항에 있어서,
    상기 측정된 채널 응답들 중 적어도 하나는 샘플링된 임펄스 응답을 포함하며,
    상기 방법은, 상기 송신기 안테나 어레이 및/또는 상기 수신기 안테나 어레이로부터 상기 물체까지의 범위를 결정하기 위해 샘플링된 임펄스 응답을 이용하는 매칭 추적 프로세스를 수행하는 단계를 더 포함하는, 시스템.
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