KR20190084593A - 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치 - Google Patents

가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 도래각 추정 방법 및 장치가 개시된다. 본 발명의 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 도래각 추정 방법은 복수 개의 실제 안테나의 기 설정된 설정 위치에 기 설정된 설정개수의 가상 안테나를 생성하는 단계; 가상 안테나에서 받은 수신신호를 생성하는 단계; 및 가상 안테나에서 받은 수신신호와 실제 안테나에서 받은 수신 신호를 이용하여 DOA 추정 알고리즘을 통해 DOA 추정값을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR ESTIMATING DIRECTION OF ARRIVAL USING GENERATION OF VIRTUAL RECEIVED SIGNALS}
본 발명은 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 ULA(uniform linear array) 기반의 가상안테나를 이용하여 NLA(non-uniform linear array)를 생성함으로써 DOA를 추정하는, 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치에 관한 것이다.
차량용 레이더에 있어서, 전방에 2대의 차량이 레이더 센서로부터 같은 거리에 서로 인접해 있을 때, 레이더는 전방의 차량이 1대가 아닌 2대가 존재한다고 인식할 수 있어야 한다. 표적들의 속도 및 거리(range)가 비슷한 경우 여러 표적을 분리하기 위해 표적으로부터 수신되는 수신신호의 DOA을 정확하게 추정하는 것이 중요하다. 따라서 다중 신호 분류 (multiple signal classification: MUSIC) 알고리즘과 회전 불변 기법을 통한 신호 파라미터의 추정(estimation of signal parameters via rotational invariance technique: ESPRIT) 알고리즘과 같은 고해상도 수신신호 DOA 추정 알고리즘이 지난 수십 년 동안 연구되어 왔다. 또한 최근 몇 년 동안에는 MUSIC 알고리즘보다 신호 대 잡음비(SNR)의 영향을 덜 받는 바틀렛(Bartlett) 알고리즘이 관심을 받고 많이 사용되고 있다.
ULA 형태의 안테나를 사용하여 표적을 찾을 때, 정밀한 해상도와 높은 정확도를 얻기 위해서는 좁은 메인 빔 폭과 낮은 사이드 로브(lobe)가 요구된다. 안테나 어레이의 구경(aperture)이 넓은 경우, 메인 로브의 빔 폭은 좁다. 좁은 빔 폭은 밀접하게 인접한 표적들도 구별할 수 있게 해준다. 그러나 사이드 로브 (side lobes) 및 그레이팅 로브 (grating lobes)가 발생하여 표적의 위치를 결정하는 것을 방해 할 수 있다. 또한, 이 안테나 어레이의 넓은 구경은 너무 큰 공간을 차지한다.
본 발명의 배경기술은 대한민국 공개특허공보 10-2016-0144446호(2016.11.23)의 '도래각 추정 장치 및 이를 이용한 도래각 추정 방법'에 개시되어 있다.
레이더의 수신신호 도래각 측정 시 분해능을 높이기 위해서는 안테나 수를 늘리는 것이 좋다. 그러나, 실제의 물리적 안테나의 수를 늘리면 그것들이 차지하는 공간이 넓어지는 문제가 있다. 이에 실제 안테나 수를 늘리는 대신 그것을 이용한 가상 안테나를 만들어 전체 안테나 수가 늘어난 효과를 얻을 수 있으나, 이러한 방법은 늘릴 수 있는 가상 안테나의 개수가 실제 안테나 수에 영향을 받는 방식이어서 한계가 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 개선하기 위해 창안된 것으로서, ULA 안테나 환경에서 늘일 수 있는 가상 안테나의 개수를 종래기술에 비해 더 많게 하고, 제한된 안테나 구경 크기에서 좁은 빔 폭과 낮은 사이드 로브를 가지게 하고 그레이팅 로브를 발생시키지 않음으로써 수신신호 도래각 분해능을 더 향상시킬 수 있는 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 도래각 추정 방법 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 도래각 추정 방법은 복수 개의 실제 안테나의 기 설정된 설정 위치에 기 설정된 설정개수의 가상 안테나를 생성하는 단계; 상기 가상 안테나에서 받은 수신신호를 생성하는 단계; 및 상기 가상 안테나에서 받은 수신신호와 상기 실제 안테나에서 받은 수신 신호를 이용하여 DOA 추정 알고리즘을 통해 DOA 추정값을 생성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가상 안테나는 상기 실제 안테나의 사이 또는 외부에 위치하는 것을 특징으로 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가상 안테나는 상기 실제 안테나의 위치와 무관하게 비균등 간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 설정개수는 적어도 신호 대 잡음 비(SNR) 및 상기 안테나들의 간격을 고려하여 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가상 안테나를 생성하는 단계는 FOV(Field Of View) 각도 범위에 따라 섹터를 설정하고, 설정된 섹터를 통해 변환행렬을 생성한 후, 생성된 변환행령을 이용하여 상기 가상 안테나에서 받은 수신신호를 생성하는 단계; 상기 가상 안테나에서 받은 수신신호를 상기 실제 안테나에서 받은 수신신호와 결합하여 상관행렬을 생성한 후, 생성된 상관행렬을 이용하여 각도 추정 스펙트럼을 생성하여 DOA 추정값을 생성하는 단계; 및 상기 DOA 추정값의 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error;RMSE)를 이용하여 상기 설정위치를 결정하는 단계를 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 설정위치를 결정하는 단계는 상기 DOA 추정값의 정확도, 및 사이드 로브와 그레이팅 로브의 면적 중 적어도 하나를 토대로 상기 설정위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 변환 행렬은 수신신호들 간의 관계에 기초하여 선형 최소 제곱 (Linear Least Square: LLS) 방법을 사용하여 구하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 DOA 추정 알고리즘은 바틀렛 의사알고리즘인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 DOA 추정장치는 복수 개의 실제 안테나를 포함하는 ULA 수신 안테나; 상기 ULA 수신 안테나의 실제 안테나 각각을 통해 수신된 수신신호로부터 소정의 신호를 추출하여 디지털 신호로 변환하는 수신부; 및 상기 수신부가 제공하는 상기 디지털 신호를 제공받아 기 설정된 설정 위치에 설정 개수로 위치한 가상 안테나에서 수신되는 수신신호를 생성하고, 상기 실제 안테나에서 수신된 수신신호와 상기 가상 안테나에서 수신되는 수신신호를 이용하여 DOA 추정 알고리즘을 통해 DOA 추정값을 생성하는 신호 처리부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가상 안테나는 상기 실제 안테나의 사이 또는 외부에 위치하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 가상 안테나는 상기 실제 안테나의 위치와 무관하게 비균등 간격으로 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 설정개수는 적어도 신호 대 잡음 비(SNR) 및 상기 안테나들의 간격을 고려하여 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 신호 처리부는 FOV(Field Of View) 각도 범위에 따라 섹터를 설정하고, 설정된 섹터를 통해 변환행렬을 생성한 후, 생성된 변환행령을 이용하여 상기 가상 안테나에서 받은 수신신호를 생성하고, 상기 가상 안테나에서 받은 수신신호를 상기 실제 안테나에서 받은 수신신호와 결합하여 상관행렬을 생성한 후, 생성된 상관행렬을 이용하여 각도 추정 스펙트럼을 생성하여 DOA 추정값을 생성한 후, 상기 DOA 추정값의 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error;RMSE)를 이용하여 상기 설정위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 신호 처리부는 상기 DOA 추정값의 정확도, 및 사이드 로브와 그레이팅 로브의 면적 중 적어도 하나를 토대로 상기 설정위치를 결정하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 변환 행렬은 수신신호들 간의 관계에 기초하여 선형 최소 제곱 (Linear Least Square: LLS) 방법을 사용하여 구하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 상기 DOA 추정 알고리즘은 바틀렛 의사알고리즘인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치는, 내삽법(interpolation) 과 외삽법(extrapolation)을 모두 이용하여 가상안테나를 생성하여 안테나 개구 크기가 작은 경우에도 상당히 높은 분해능을 확보할 수 있다.
본 발명은 본 발명의 일 측면에 따른 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치는, 가상안테나 수를 설정 개수로 한정하되, 안테나수가 늘어나고 안테나 개구면이 늘어남에 따라 각도 분해능을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치는, 높은 해상도를 유지하면서 그레이팅 로브(grating lobe)를 억제시킬 수 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치는, 자율주행 차량용 레이더에 적용될 수 있으며, 향상된 분해능을 통해 전방에 근접해 있는 복수 대의 차량들을 한 대로 오인하지 않고 실제 차량 대수만큼 정확하게 인식할 수 있도록 하고, 이를 통해 정확한 전방 감시가 가능하고 차량 충돌 사고 등을 효과적으로 예방할 수 있다.
도 1은 N개의 안테나가 ULA의 형태로 배열된 ULA 안테나의 무선신호 수신을 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 도 3의 흐름도의 단계 S200의 구체적인 실행 절차를 도시한 도면이다.
도 5는 도 3의 흐름도의 단계 S400의 구체적인 실행 절차를 도시한 도면이다.
도 6은 도 3의 흐름도의 단계 S500의 구체적인 실행 절차를 도시한 도면이다.
도 7은 DOA 추정값을 위한 연산과정을 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 안테나를 이용한 가상 안테나 수신신호를 증가시키는 방법을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 섹터가 [-15°,15°]로 설정되었을 때의 바틀렛 의사 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 섹터가 [-5°,5°]로 설정되었을 때의 바틀렛 의사 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 평균 제곱근 오차의 변화를 나타내는 그래프이다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 이러한 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서, 이는 이용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 N개의 안테나가 ULA의 형태로 배열된 ULA 안테나의 무선신호 수신을 도시한 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 장치의 블록 구성도이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법을 도시한 순서도이며, 도 4는 도 3의 흐름도의 단계 S200의 구체적인 실행 절차를 도시한 도면이며, 도 5는 도 3의 흐름도의 단계 S400의 구체적인 실행 절차를 도시한 도면이며, 도 6은 도 3의 흐름도의 단계 S500의 구체적인 실행 절차를 도시한 도면이며, 도 7은 도 2의 시스템의 DSP에서 본 발명에 따른 방법에 기초한 수신신호 DOA 추정을 위한 연산과정을 도시한 도면이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 안테나를 이용한 가상 안테나 수신신호를 증가시키는 방법을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 1은 N개의 안테나가 일렬로 등간격 d 로 이격 배치된 ULA 안테나에서 전방의 표적으로부터 반사되어 되돌아오는 무선신호를 수신하는 것을 나타낸다. 이와 같은 ULA 형태의 안테나에서, 수신신호
Figure pat00001
는 다음과 같이 표현 될 수 있다.
Figure pat00002
...(1)
여기서,
Figure pat00003
,
Figure pat00004
는 전치 연산자, N 은 안테나의 수를 나타낸다.
Figure pat00005
는 스티어링 행렬(steering matrix)이다. 스티어링 행렬은 다음과 같이 주어진 스티어링 벡터
Figure pat00006
로 구성된다.
Figure pat00007
...(2)
여기서, L은 표적의 수, λ는 안테나의 수신신호의 파장, d i 는 첫 번째 안테나에서 i 번째 안테나까지의 거리, 본 발명의 실시예에서는 ULA가 사용되기 때문에
Figure pat00008
이고, 여기서 d 는 안테나 간격이다.
Figure pat00009
는 시간 t에서의 Lx1 입사 신호 벡터를 나타내며,
Figure pat00010
는 Nx1 제로 평균 백색 가우시안 잡음 벡터(zero mean white Gaussian noise vector)를 나타내고,
Figure pat00011
는 ULA 안테나 배열의 연장선과 직각을 이루는 직선과 각 안테나로 수신되는 입사 신호 벡터가 이루는 각을 나타낸다.
수신된 신호의 자기 상관 행렬(autocorrelation matrix)은 다음과 같이 추정 될 수 있다.
Figure pat00012
...(3)
여기서,
Figure pat00013
는 기대값(Expectation)을 나타내고,
Figure pat00014
는 수신신호
Figure pat00015
의 상관행렬을 나타내며,
Figure pat00016
는 공액 전치 연산(conjugate transpose operation)을 나타낸다. 만약 신호가 에르고드적(ergodic: 상당한 기간이 지난 후, 하나의 체계가 최초의 상태와 거의 비슷한 상태로 돌아가는 조건 하에 있는)인 경우, 앙상블 평균(ensemble average)은 시간 평균으로 표현할 수 있으므로 시간 평균을 사용하여 자기 상관 행렬
Figure pat00017
를 계산할 수 있다.
Figure pat00018
...(4)
여기서, K 는 시간 샘플의 개수이다.
한편, 바틀렛 알고리즘(Bartlett Algorithm)의 목표는 잡음의 크기를 일정하게 유지하면서 수신된 신호의 전력을 최대화하는 가중치 벡터를 결정하는 것이다. 어레이 출력은 수신신호에 가중치 벡터 w 를 곱한 값으로 표현 될 수 있다.
Figure pat00019
...(5)
여기서, w 는 Nx1 가중치 벡터이고, y(t)는 수신신호의 가중 출력이다. 각도 θ에서 오는 신호가 있으면 어레이 출력은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure pat00020
...(6)
여기서
Figure pat00021
이고,
Figure pat00022
은 잡음 분산을 나타낸다. 잡음 성분의 크기를 일정하게 유지하기 위해,
Figure pat00023
로 설정한다. 따라서 식 (6)의 해는 다음과 같다.
Figure pat00024
...(7)
바틀렛 알고리즘의 출력 스펙트럼은 다음과 같이 나타낼 수 있다.
Figure pat00025
...(8)
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 장치의 블록 구성도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 장치은 ULA 수신 안테나(30)에 연결된 수신부(40), ULA 송신 안테나(10)에 연결된 송신부(20), 송신부(20)와 수신부(40)에 연결된 신호 처리부(50)를 포함할 수 있다. 레이다 시스템(10)은 신호 처리부(50)에 연결된 사용자 인터페이스(User Interface, 30)를 더 포함할 수 있다.
ULA 수신 안테나(30)와 ULA 송신 안테나(10)는 각각 다수의 안테나를 포함할 수 있다. 특히, ULA 수신 안테나(30)는 다수의 안테나가 등간격으로 일렬로 배치된 ULA 형태의 안테나 배열을 가질 수 있다. 송신 안테나(10)를 통해 송출된 무선주파수 신호가 전방의 표적에서 반사되어 되돌아오는 반사 신호를 ULA 수신 안테나(30)가 수신할 수 있다.
송신부(20)는 송신 안테나(10)를 통해 전방의 표적으로 레이더 신호를 무선으로 송출한다. 일 실시예에 따르면, 송신부(20)는 파형발생기(Waveform Generator;24), 발진기(26), 전력증폭기(AMP;28)를 포함할 수 있다. 파형발생기(24)는 신호 처리부(50)가 제공하는 디지털 송신신호에 기초하여 원하는 주기와 모양의 아날로그 파형을 갖는 신호를 생성할 수 있다. 예를 들어 신호발생기(24)는 삼각파형의 변조된 신호(삼각파)를 송신신호로서 발진기(26)에 제공할 수 있다. 발진기(26)는 파형발생기(24)가 생성한 송신신호를 무선 송출하기 위해 고주파수의 무선주파수(RF) 신호로 변환한다. 발진기(26)는 예를 들어 파형발생기(24)가 제공하는 송신신호의 주파수 변조를 수행할 수 있다. 또한, 발진기(26)는 그 변환된 RF 신호를 수신부(40)의 혼합기(44)에 참조신호로 제공할 수 있다. 전력 증폭기(28)는 발진기(26)에서 출력되는 RF 신호를 송출에 필요한 출력으로 증폭하여 송신 안테나(10)에 제공한다. 발진기(26)는 예컨대 전압제어발진기(Voltage Control Oscillator: VCO)로 구성될 수 있다.
수신부(40)는 송신 안테나(10)에서 송출된 후 전방의 표적에 부딪혀 반사되어 되돌아오는 RF 신호를 수신 안테나(30)를 통해 전달받는다. 수신부(40)는 그 RF 신호를 송신부(20)의 발진기(26)로부터 제공된 참조 신호를 기초로 하향 변환한 다음 디지털 신호로 변환하여 신호 처리부(50)에 제공할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 수신부(40)는 수신 안테나(30)를 구성하는 각 안테나마다 저잡음 증폭기(Low-Noise Amplifier: LNA)(42), 믹서(44), 그리고 아날로그-디지털 변환기(Analog-to-Digital Converter: ADC, 48)를 포함할 수 있다.
저잡음 증폭기(42)는 ULA 수신 안테나(30)의 대응 안테나에 연결되어 ULA 수신 안테나(30)가 잡은 미약한 수신신호를 증폭시킨다. 저잡음 증폭기(42)에 의해 증폭된 수신신호는 혼합기(44)에 제공된다. 혼합기(44)는 상기 증폭된 수신신호와 송신부(20)의 발진기(26)로부터 제공되는 상기 RF 신호 간의 주파수 차이에 기초하여 상기 수신신호를 하향 변환할 수 있다. 즉, 혼합기(44)에서는 상기 증폭된 수신신호와 송신부(20)의 발진기(26)로부터 제공되는 상기 RF 신호가 혼합되어, 그 두 신호 간의 주파수 차이가 산출되고, 그 산출된 차주파수를 주파수로 갖는 비트 신호(beat signal)가 얻어진다. 혼합기(44)에서 얻어지는 비트 신호는 ADC(48)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 이렇게 얻어진 디지털 수신신호는 신호 처리부(50)로 제공된다. 수신부(40)는 혼합기(44)에서 출력되는 상기 비트 신호에 포함된 저주파성분을 제거하기 위한 저역통과필터(Low-Pass Filter: LPF,46)를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 신호 처리부(50)는 송신부(20), 수신부(40), 사용자 인터페이스(30)의 전반적인 동작을 제어할 수 있다. 신호 처리부(50)는 전방 표적으로부터 반사된 신호에 대응하는 디지털 정보를 수신부(40)로부터 제공받아 이하에서 설명하는 방법에 따라 연산 처리하여 전방 표적으로부터 수신되는 수신신호의 DOA를 추정한다. 또한, 신호 처리부(50)는 발신 안테나(70)를 통해 표적으로 송출할 송출할 정보를 신호처리를 통해 생성하여 송신부(20)에 제공한다. 신호 처리부(50)는 예를 들어 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processor: DSP), 마이크로 컴퓨터 등으로 구현될 수 있다.
사용자 인터페이스(UI, 30)는 신호 처리부(50)의 처리 결과를 표시하거나 또는 사용자의 지시를 신호 처리부(50)에 전달한다.
도 2에 도시된 레이더 시스템(10)의 구성은 예시적인 것일 뿐이며, 무선신호의 변,복조 방식 등에 따라 다른 구성을 가질 수도 있음은 물론이다. 이 레이더 시스템(10)은 예를 들어 차량에 설치되어 차량용 레이더 장치로서 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 가상 안테나 신호 생성방법은 프로그램으로 구현될 수 있다. 그 프로그램은 신호 처리부(50)에 내장되어 그것에 의해 실행될 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 방법에 기초한 수신신호 DOA의 추정 절차를 나타내는 흐름도이다. 도 7은 도 2의 레이다 시스템(10)의 신호 처리부(50)에서 본 발명에 따른 방법에 기초한 수신신호 DOA 추정을 위한 연산과정을 도시한다.
레이다 시스템(10)에서 본 발명에 따른 수신신호 DOA를 추정하는 방법을 개략적으로 설명한다. 레이다 시스템(10)에서, 신호 처리부(50)가 제공하는 디지털 송신신호에 기초하여 송신부(20)가 RF 신호를 만들어 송신 안테나(10)를 통해 송출한다. 송신 안테나(10)가 표적으로 송출한 RF 신호는 전방의 표적에 부딪혀 반사된다. ULA 수신 안테나(30)의 각 안테나는 그 표적에 반사되어 되돌아오는 RF 신호를 수신하여 수신부(40)에 전달할 수 있다. 수신부(40)는, 앞에서 언급했듯이 각 안테나(30)가 받은 RF 신호와 발진기(26)로부터 제공되는 상기 RF 신호 간의 주파수 차이에 기초한 비트 신호(beat signal)를 생성한 다음, 그것을 디지털 신호로 변환하여 신호 처리부(50)에 제공한다(S100 단계).
수신부(40)가 신호 처리부(50)에 제공한 그 수신 신호는 시간 도메인의 신호이다. 이를 주파수 도메인의 신호로 변환한다(S200 단계). 도 4의 흐름도는 도 3에 도시된 흐름도의 단계 S200의 구체적인 실행 절차를 나타낸다. 이를 참조하여 설명하면, 수신부(40)가 제공하는 시간 도메인의 신호는 신호 처리부(50)에서 예를 들어 힐버트 변환(Hilbert Transform) 알고리즘을 이용하여 복소수 신호 형태로 변환될 수 있다(S210 단계). 그런 다음 그 변환된 복소수 신호는 패스트 푸리에 변환(Fast Fourier Transform: FFT) 알고리즘을 이용하여 주파수 도메인의 신호로 변환될 수 있다(S220 단계). 변환된 주파수 도메인 신호에 대하여 캘리브레이션 처리를 할 수 있다(S240 단계).
주파수 도메인으로 변환된 신호 중에서 비트 주파수(beat frequency)에 해당하는 신호는 시간 도메인의 신호로 다시 변환될 수 있다(S400 단계). 도 5의 흐름도는 S400 단계의 구체적인 실행절차를 나타낸다. 이를 참조하면, 푸리에 변환을 통해 얻어진 주파수 도메인 신호에서 비트 주파수 신호를 추출한다(S310 단계). 그 추출된 비트 주파수 신호에 대하여 역 패스트 푸리에 변환(IFFT)을 수행하여 시간 도메인의 신호로 변환한다(S420 단계).
이렇게 하여 시간 도메인 신호가 얻어지면, 그 변환된 시간 도메인 신호를 이용하여 가상 안테나를 통해 수신되는 가상의 수신신호를 생성한다(S500 단계).
원하는 개수의 가상 안테나의 가상 수신신호가 얻어지면, 그 가상 수신신호와 실제의 물리적 안테나를 통해 수신된 신호를 함께 이용하여 수신신호 DOA 추정을 위한 알고리즘을 수행한다(S300 단계).
이와 같이 DOA 추정을 알고리즘을 수행하여 DOA 추정값을 이용하여
본 발명의 실시예에서는, 바틀렛 알고리즘(Bartlett algorithm)의 해상도를 높이고 격자 로브와 사이드 로브의 레벨을 낮추기 위해 개선된 수신신호 DOA 추정 알고리즘을 제안한다. 기존의 배열 보간 알고리즘에서는 시야 범위를 나타내는 섹터를 설정해야 한다. 섹터 외부에 표적이 존재하면, 종래의 보간 알고리즘은 표적의 위치를 정확하게 추정할 수 없다. 또한 초기 섹터를 설정하려면 추가 단계를 수행해야 한다.
도 6은 도 3의 흐름도의 단계 S500의 구체적인 실행 절차를 나타낸다.
도 6 및 도 8을 참조하면, 가상의 수신신호를 생성하는 S500 단계의 실행절차를 좀 더 구체적으로 나타낸다. 도 8은 ULA 수신 안테나(30)가 ULA 형태로 배치된 4개의 실제 안테나로 구성되는 경우, 그 4개의 실제 안테나의 수신신호를 이용하여 가상 안테나를 늘려가면서 그 가상 안테나의 수신신호를 생성하고, 이를 기반으로 최적의 가상 안테나 위치, 즉 설정 위치를 결정하는 본 발명의 방법을 개념적으로 도시한다. 이 도면들을 더 참조하면서 가상의 수신신호를 만들어내는 처리(S500 단계)를 좀 더 구체적으로 설명한다.
먼저, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이, M개의 실제로 존재하는 안테나가 존재할 경우 설정 개수의 가상 안테나를 생성시킨다(S410).
설정 개수는 각도 해상도가 최고의 성능을 갖는 가상 안테나의 개수로써 본 실시예에서는 4개가 채용될 수 있다.
가상 안테나는 사전에 다양한 위치에 생성될 수 있는데, 예를 들어 내삽법 또는 외삽법을 적용하여 실제 안테나의 사이 또는 실제 안테나의 외부에 배치될 수 있다.
아울러, 가상 안테나는 실제 안테나의 위치와 무관하게 비균등 간격으로 배치될 수 있다.
이어, 레이더의 FOV(Field Of View) 각도 범위에 따라 내삽법을 사용하기 위한 섹터를 지정하고, 설정 개수의 가상 안테나와 1차적으로 구한 대략적인 타겟 각도에 따라 변환행렬 T를 생성한다(S420). 즉, 1차로 섹터를 정의하고 첫 번째 추정된 각도에 대해 2차 각도를 재조정한다. 섹터가 실제 타겟의 위치에 가깝게 정의될수록 각도 추정 성능은 향상될 수 있다. 이 경우 타겟의 각도는 빔포밍 방식을 통해 산출될 수 있다.
상기한 바와 같이 섹터가 지정됨에 따라, 섹터를 통해 구한 변환행렬 T를 이용하여 가상 안테나에서 받은 수신신호를 생성한다.
도 8 의 (b)에는 설정개수, 즉 4개의 가상 안테나 중 1개는 내삽법에 의해 가장 좌측의 실제 안테나 우측에 위치하고, 나머지 3개의 가상 안테나는 외삽법에 의해 실제 안테나의 외부에 위치한다.
한편, 상기한 바와 같이 가상 안테나에서 받은 신호가 생성됨에 따라, 이 가상 안테나에서 받은 신호를 실제 안테나에서 받은 신호와 합쳐서 새로운 상관행렬을 생성하고, 이 상관행렬을 이용하여 각도 추정 스펙트럼을 생성하고, 이러한 각도 추정 스펙트럼을 통해 각도를 추정한다. 본 실시예에서는 DOA 추정 알고리즘으로 바틀렛 의사 스펙트럼이 채용될 수 있다.
이어 도 7 에 도시된 바와 같은 가상 수신신호와 실제의 물리적 안테나를 통해 수신된 신호를 함께 이용하여 수신신호 DOA 추정을 위한 DOA 추정 알고리즘을 수행한다. DOA 추정 알고리즘으로는 바틀렛 의사알고리즘이 채용될 수 있다.
이와 같이, DOA 추정 알고리즘을 통해 DOA 추정값이 생성되면, 각도의 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error;RMSE)를 이용하여 최적의 조합, 즉 가상 안테나의 위치를 설정한다.
즉, 가상 안테나의 위치를 설정하기 위한 조건으로써, DOA 추정값의 정확도, 및 사이드 로브와 그레이팅 로브의 면적을 토대로 가장 좋은 성능을 갖는 위치가 도 8 의 (c)와 같이 설정 위치로 설정될 수 있다.
예를 들어, 실제 안테나의 간격을 1.8λ라할 경우, 4개의 가상 안테나를 0.1λ 간격으로 배치시키면, 총 8.214.570개의 조합이 생성될 수 있다.
이와 같이 생성된 각 조합에 대해 상기한 도 6 에 도시된 바와 같은 과정을 수행할 경우, DOA 추정값의 정확도, 및 사이드 로브와 그레이팅 로브의 면적을 토대로 최적의 조합을 결정할 수 있다.
각 조합에 대한 그레이팅 로브와 사이드 로브의 면적, 및 최대 각도 구분능
d'1 d'2 d'3 d'4 GL/SL 면적 최대 각도 구분능
1 1.0λ 6.2λ 7.0λ 8.7λ 77.01 6°
2 2.5λ 6.2λ 7.0λ 8.7λ 81.41 6°
3 4.4λ 6.1λ 8.6λ 8.6λ 81.46 6°
4 1.0λ 6.2λ 8.9λ 8.9λ 96.99 6°
5 1.0λ 6.2λ 9.0λ 9.0λ 98.01 6°
표 1에서, d'1 내지 d'4는 가상 안테나의 위치이며, 실제 안테나 중 가장 외곽에 배치되어 있는 실제 안테나로부터의 거리에 해당된다. GL/SL 면적은 그레이팅 로브와 사이드 로브의 면적이다.
표 1은 상기한 8.214.570개의 조합 중 그 성능이 가장 우수한 5개의 조합을 나타낸 것이다.
상기한 실시예에서, 실제 안테나 간의 간격은 1.8λ이므로, 4개의 실제 안테나 간의 전체 간격은 5.4λ가 된다.
따라서, 1번, 4번, 및 5번 조합의 경우, d'1 은 첫 번째 실제 안테나와 두 번째 실제 안테나 사이에 배치(내삽법)되고, 나머지 d'2 내지 d'4는 실제 안테나의 외부에 배치(외삽법)에 배치된다.
2번 조합의 경우, d'1 은 두 번째 실제 안테나와 세 번째 실제 안테나 사이에 배치되고, 나머지 d'2 내지 d'4는 실제 안테나의 외부에 배치에 배치된다.
3번 조합의 경우, d'1 은 세 번째 실제 안테나와 네 번째 실제 안테나 사이에 배치되고, 나머지 d'2 내지 d'4는 실제 안테나의 외부에 배치에 배치된다.
1번 조합 내지 5번 조합을 참고할 때, 1번 조합 내지 5번 조합의 최대 각도 구분능은 동일하나, 1번 조합이 그레이팅 로브와 사이드 로브의 면적이 가장 작으므로, 1번 조합이 그 성능이 가장 우수함을 알 수 있다.
따라서, 4개의 가상 안테나 각각의 위치는 1.0λ, 6.2λ, 7.0λ 및 8.7λ가 될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가상 수신신호 생성을 이용한 가상 수신신호 생성 방법은 표적 검출용 레이더 장치에 응용하여 수신신호 DOA를 고해상도로 추정할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 섹터가 [-15°,15°]로 설정되었을 때의 바틀렛 의사 스펙트럼을 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 섹터가 [-5°,5°]로 설정되었을 때의 바틀렛 의사 스펙트럼을 나타낸 도면이며, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 평균 제곱근 오차의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 섹터를 [-15°,15°]로 설정했을 경우의 바틀렛 의사 스펙트럼이고, 도 10은 섹터를 [-5°,5°]로 설정했을 경우의 바틀렛 의사 스펙트럼으로써, 섹터가 실제 타겟이 존재하는 구간에 더 가까워지면서 더 좋은 성능을 보여주고 있음을 알 수 있다.
아울러, 도 11을 참조하면, 비슷한 array aperture size를 갖는 3개의 array(12ULA, 4ULA, Virtually extended array))의 성능을 비교한 결과 제안한 array의 성능이 상대적으로 우수함을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 안테나가 가상 안테나를 적용하지 않는 다른 안테나들에 비해서, RMSE 성능이 상대적으로 더욱 우수함을 알 수 있다. 즉, SNR이 10dB일 때, 가상 안테나의 RMSE는 0.7°이고, 실제 안테나의 RMSE는 2.4°이며, DOA 추정치의 정확도도 실제 안테나에 비해 약 1.4°도 증가함을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치는, 내삽법(interpolation) 과 외삽법(extrapolation)을 모두 이용하여 가상안테나를 생성하여 안테나 개구 크기가 작은 경우에도 상당히 높은 분해능을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치는, 높은 해상도를 유지하면서 그레이팅 로브(grating lobe)를 억제시킬 수 있다.
게다가, 본 발명의 일 실시예에 따른 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치는, 자율주행 차량용 레이더에 적용될 수 있으며, 향상된 분해능을 통해 전방에 근접해 있는 복수 대의 차량들을 한 대로 오인하지 않고 실제 차량 대수만큼 정확하게 인식할 수 있도록 하고, 이를 통해 정확한 전방 감시가 가능하고 차량 충돌 사고 등을 효과적으로 예방할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 기술이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의하여 정해져야할 것이다.
10: ULA 송신 안테나 20: 송신부
24: 파형 발생기(Waveform Generator) 26: 발진기
28: 전력 증폭기(PA) 30: ULA 수신 안테나
40: 수신부 42: 저잡음 증폭기(LNA)
44: 혼합기 46: 저역통과필터(LPF)
48: AD변환기 50: 신호 처리부
30: 사용자 인터페이스

Claims (16)

  1. 복수 개의 실제 안테나의 기 설정된 설정 위치에 기 설정된 설정개수의 가상 안테나를 생성하는 단계;
    상기 가상 안테나에서 받은 수신신호를 생성하는 단계; 및
    상기 가상 안테나에서 받은 수신신호와 상기 실제 안테나에서 받은 수신 신호를 이용하여 DOA 추정 알고리즘을 통해 DOA 추정값을 생성하는 단계를 포함하는 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 DOA 추정방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 가상 안테나는 상기 실제 안테나의 사이 또는 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 DOA 추정방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 가상 안테나는 상기 실제 안테나의 위치와 무관하게 비균등 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 DOA 추정방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 설정개수는 적어도 신호 대 잡음 비(SNR) 및 상기 안테나들의 간격을 고려하여 설정되는 것을 특징으로 하는 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 DOA 추정방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 가상 안테나를 생성하는 단계는
    FOV(Field Of View) 각도 범위에 따라 섹터를 설정하고, 설정된 섹터를 통해 변환행렬을 생성한 후, 생성된 변환행령을 이용하여 상기 가상 안테나에서 받은 수신신호를 생성하는 단계;
    상기 가상 안테나에서 받은 수신신호를 상기 실제 안테나에서 받은 수신신호와 결합하여 상관행렬을 생성한 후, 생성된 상관행렬을 이용하여 각도 추정 스펙트럼을 생성하여 DOA 추정값을 생성하는 단계; 및
    상기 DOA 추정값의 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error;RMSE)를 이용하여 상기 설정위치를 결정하는 단계를 것을 특징으로 하는 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 DOA 추정방법.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 설정위치를 결정하는 단계는 상기 DOA 추정값의 정확도, 및 사이드 로브와 그레이팅 로브의 면적 중 적어도 하나를 토대로 상기 설정위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 DOA 추정방법.
  7. 제 5 항에 있어서, 상기 변환 행렬은 수신신호들 간의 관계에 기초하여 선형 최소 제곱 (Linear Least Square: LLS) 방법을 사용하여 구하는 것을 특징으로 하는 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 DOA 추정방법.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 DOA 추정 알고리즘은 바틀렛 의사알고리즘인 것을 특징으로 하는 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 DOA 추정방법.
  9. 복수 개의 실제 안테나를 포함하는 ULA 수신 안테나;
    상기 ULA 수신 안테나의 실제 안테나 각각을 통해 수신된 수신신호로부터 소정의 신호를 추출하여 디지털 신호로 변환하는 수신부; 및
    상기 수신부가 제공하는 상기 디지털 신호를 제공받아 기 설정된 설정 위치에 설정 개수로 위치한 가상 안테나에서 수신되는 수신신호를 생성하고, 상기 실제 안테나에서 수신된 수신신호와 상기 가상 안테나에서 수신되는 수신신호를 이용하여 DOA 추정 알고리즘을 통해 DOA 추정값을 생성하는 신호 처리부를 포함하는 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 DOA 추정장치.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 가상 안테나는 상기 실제 안테나의 사이 또는 외부에 위치하는 것을 특징으로 하는 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 DOA 추정장치.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 가상 안테나는 상기 실제 안테나의 위치와 무관하게 비균등 간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 DOA 추정장치.
  12. 제 9 항에 있어서, 상기 설정개수는 적어도 신호 대 잡음 비(SNR) 및 상기 안테나들의 간격을 고려하여 설정되는 것을 특징으로 하는 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 DOA 추정장치.
  13. 제 9 항에 있어서, 상기 신호 처리부는 FOV(Field Of View) 각도 범위에 따라 섹터를 설정하고, 설정된 섹터를 통해 변환행렬을 생성한 후, 생성된 변환행령을 이용하여 상기 가상 안테나에서 받은 수신신호를 생성하고, 상기 가상 안테나에서 받은 수신신호를 상기 실제 안테나에서 받은 수신신호와 결합하여 상관행렬을 생성한 후, 생성된 상관행렬을 이용하여 각도 추정 스펙트럼을 생성하여 DOA 추정값을 생성한 후, 상기 DOA 추정값의 평균 제곱근 오차(Root Mean Square Error;RMSE)를 이용하여 상기 설정위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 DOA 추정장치.
  14. 제 13 항에 있어서, 상기 신호 처리부는 상기 DOA 추정값의 정확도, 및 사이드 로브와 그레이팅 로브의 면적 중 적어도 하나를 토대로 상기 설정위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 DOA 추정장치.
  15. 제 13 항에 있어서, 상기 변환 행렬은 수신신호들 간의 관계에 기초하여 선형 최소 제곱 (Linear Least Square: LLS) 방법을 사용하여 구하는 것을 특징으로 하는 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 DOA 추정장치.
  16. 제 13 항에 있어서, 상기 DOA 추정 알고리즘은 바틀렛 의사알고리즘인 것을 특징으로 하는 가상 수신신호 생성을 이용한 수신신호 DOA 추정장치.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023042936A1 (ko) * 2021-09-16 2023-03-23 엘지전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 도달 방향에 따라 잡음을 감소시키기 위한 수신기 구조 및 이를 위한 방법

Families Citing this family (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102323655B1 (ko) * 2018-01-08 2021-11-09 현대모비스 주식회사 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치
KR102099388B1 (ko) * 2018-05-08 2020-04-09 서울대학교산학협력단 안테나 어레이 외삽을 이용한 레이더 수신신호의 도착방향 추정 방법 및 장치
KR102182293B1 (ko) * 2019-03-11 2020-11-24 현대모비스 주식회사 Mimo 시스템에서 도래각 추정 장치 및 방법
CN111505597B (zh) * 2020-04-24 2023-04-14 南京市德赛西威汽车电子有限公司 一种消除雷达波束赋形栅瓣的方法及天线
JP7382898B2 (ja) * 2020-05-27 2023-11-17 日立Astemo株式会社 レーダ装置
US11751008B2 (en) 2020-07-30 2023-09-05 Samsung Electronics Co., Ltd. Angle of arrival capability in electronic devices
CN112526446B (zh) * 2020-11-27 2022-08-09 石家庄铁道大学 用于评价电磁干扰源doa估计算法分辨率的方法
CN112816936B (zh) * 2020-12-31 2024-04-16 中国人民解放军空军工程大学 基于矩阵匹配的二维稀疏线阵波达方向估计方法
JP2022182347A (ja) * 2021-05-28 2022-12-08 ソニーセミコンダクタソリューションズ株式会社 情報処理装置、及び、情報処理方法
JP7434214B2 (ja) 2021-06-18 2024-02-20 株式会社東芝 信号処理装置、レーダ装置及び信号処理方法
CN114545324B (zh) * 2022-04-24 2022-07-12 南京宇安防务科技有限公司 一种适用于非均匀阵列的快速测向方法
DE102023200990A1 (de) 2023-02-07 2024-08-08 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren zum Bestimmen einer Information eines Antennenarrays, Verfahren zum Betreiben eines Antennenarrays, Antennenarray, Sensorsystem sowie Fahrzeug mit einem Sensorsystem
CN116466299B (zh) * 2023-06-20 2023-08-18 中国人民解放军火箭军工程大学 二维子阵级稀疏阵列fpmimo雷达收发波束合成方法
CN117092585B (zh) 2023-10-12 2024-01-09 深圳大学 单比特量化DoA估计方法、系统和智能终端

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140142014A (ko) * 2013-06-03 2014-12-11 주식회사 만도 레이더 장치 및 안테나 장치
US20170285159A1 (en) * 2016-03-30 2017-10-05 Wistron Neweb Corporation Angle Estimating Method and Radar System

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9804256B2 (en) * 2012-10-19 2017-10-31 Ucl Business Plc Apparatus and method for determining the location of a mobile device using multiple wireless access points
CN102983896B (zh) * 2012-11-16 2014-12-17 哈尔滨工程大学 一种投影虚拟天线波束形成方法
TWI457585B (zh) * 2012-12-11 2014-10-21 Univ Nat Chiao Tung 角度偵測方法及其裝置
KR101413229B1 (ko) * 2013-05-13 2014-08-06 한국과학기술원 방향 추정 장치 및 방법
CA2869448A1 (en) 2013-11-04 2015-05-04 The L.D. Kichler Co. Low voltage lighting power supply systems and methods
KR101817460B1 (ko) 2014-06-04 2018-01-10 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤 가스 터빈
US9664775B2 (en) * 2014-09-29 2017-05-30 Delphi Technologies, Inc. Radar system and method for virtual antenna signals
US9541638B2 (en) * 2014-11-11 2017-01-10 Nxp B.V. MIMO radar system
CN104749552A (zh) * 2015-03-21 2015-07-01 西安电子科技大学 基于稀疏重构的互质阵列波达方向角估计方法
KR102449214B1 (ko) 2015-05-13 2022-09-30 주식회사 에이치엘클레무브 도래각 추정 장치 및 이를 이용한 도래각 추정 방법
KR102422396B1 (ko) * 2015-09-01 2022-07-20 주식회사 에이치엘클레무브 선형 위상 어레이 안테나의 공간 보간 방법 및 보간 장치
JP2017116425A (ja) * 2015-12-24 2017-06-29 学校法人東京電機大学 Ｍｉｍｏレーダシステム、および信号処理装置
KR101807499B1 (ko) * 2016-05-13 2017-12-11 국방과학연구소 상호간섭효과를 보상한 원형 배열 안테나 기반의 도래각 추정 장치 및 추정 방법
US10034258B2 (en) 2016-06-29 2018-07-24 Infineon Technologies Ag Signal detector device and method
EP3301470A3 (en) * 2016-09-29 2018-06-20 Panasonic Corporation Multi-radar system
CN106972882B (zh) * 2017-03-01 2020-08-07 浙江大学 基于虚拟域空间功率谱估计的互质阵列自适应波束成形方法
CN107092007A (zh) * 2017-05-25 2017-08-25 电子科技大学 一种虚拟二阶阵列扩展的波达方向估计方法
TWI634342B (zh) * 2017-08-30 2018-09-01 啟碁科技股份有限公司 角度估測方法及雷達系統
KR102323655B1 (ko) * 2018-01-08 2021-11-09 현대모비스 주식회사 가상 수신신호 생성을 이용한 도래각 추정 방법 및 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20140142014A (ko) * 2013-06-03 2014-12-11 주식회사 만도 레이더 장치 및 안테나 장치
US20170285159A1 (en) * 2016-03-30 2017-10-05 Wistron Neweb Corporation Angle Estimating Method and Radar System

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023042936A1 (ko) * 2021-09-16 2023-03-23 엘지전자 주식회사 무선 통신 시스템에서 도달 방향에 따라 잡음을 감소시키기 위한 수신기 구조 및 이를 위한 방법

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