KR20190108006A - Apparatus and method for processing radar signal - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 레이더 신호 처리 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 레이더를 이용한 센서 분야에서, 주파수 검출의 성능을 개선하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a radar signal processing apparatus and method, and more particularly to an apparatus and method for improving the performance of the frequency detection in the field of sensors using the radar.
FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 레이더 시스템은 시간-주파수 도메인을 동시에 사용함으로써 다수의 타겟에 대한 거리-속도정보를 추정할 수 있다. 또한, FMCW 레이더 시스템은 대역폭 효율이 매우 높으면서 복잡도도 낮아 차량용 레이더 시스템에서 주요 기술로 손꼽힌다. FMCW 레이더 시스템에서는 각 타겟의 거리, 속도에 따라 비트 주파수가 결정되므로, 주파수 성분을 정확히 추정하는 것이 매우 중요한 이슈이다. The frequency modulation continuous wave (FMCW) radar system can estimate distance-velocity information for multiple targets by simultaneously using the time-frequency domain. In addition, the FMCW radar system has high bandwidth efficiency and low complexity, making it a key technology for automotive radar systems. In the FMCW radar system, since the beat frequency is determined according to the distance and speed of each target, it is very important to accurately estimate the frequency components.
이와 같은 주파수 성분을 추정하기 위해, FMCW 레이더 시스템에서에서는 고속푸리에변환(Fast Fourier Transform, 이하 FFT)과 같은 주파수 변환 기반의 방식이 가장 널리 쓰이고 있다. 하지만, 주파수 성분을 추정하기 위한 FFT 기반의 방식들은 해상도가 높지 않아, 다수의 타겟이 인접한 경우 단일 타겟으로 인식할 확률이 높다. 차량용 레이더 시스템에서는, 높은 분해능과 장거리의 탐지조건을 요구하므로, 기존의 24GHz ISM(Industry-Science-Medical) 대역 레이더의 경우 자동차 감지의 다양한 요구 사항을 충족시키기가 어려운 문제점이 있다.In order to estimate such frequency components, a frequency transform based method such as a Fast Fourier Transform (FFT) is most widely used in an FMCW radar system. However, FFT-based schemes for estimating frequency components do not have high resolution, and thus, when multiple targets are adjacent, there is a high probability of recognizing a single target. In the vehicle radar system, since high resolution and long-range detection conditions are required, the existing 24 GHz Industry-Science-Medical (ISM) band radar has a problem that it is difficult to meet the various requirements of vehicle detection.
이를 개선하기 위해 2D-ESPRIT(2 dimension-estimation of signal parameters via rotational invariance techniques)이나 2D-MUSIC(2 dimension-multiple signal classification)과 같은 초고해상도 주파수 검출 알고리즘이 제안되었다. 하지만, 이 기법들은 연산 복잡도가 매우 높아 실시간으로 주파수 추정이 필요한 차량용에는 적합하지 않은 문제가 있다.To improve this, super-resolution frequency detection algorithms such as 2D-ESPRIT (2 dimension-estimation of signal parameters via rotational invariance techniques) or 2D-MUSIC (2 dimension-multiple signal classification) have been proposed. However, these techniques have very high computational complexity and are not suitable for vehicles requiring frequency estimation in real time.
본 발명은 복잡도가 낮은 FMCW 레이더 시스템을 위한 이산 푸리에 변환(DFT)과 MUSIC 알고리즘을 이용함으로써 탐지하고자 하는 타겟의 도착 지연 시간(TOA) 및 도착 방향(AOA)를 동시에 추정하는 장치 및 방법을 제공한다.The present invention provides an apparatus and method for simultaneously estimating the arrival delay time (TOA) and arrival direction (AOA) of a target to be detected by using a discrete Fourier transform (DFT) and a MUSIC algorithm for a low complexity FMCW radar system. .
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법은 탐색 영역에 존재하는 타겟에 의해 반사되어 수신된 레이더 신호를 이용하여 시공간 공분산 행렬을 생성하는 단계; 상기 생성된 시공간 공분산 행렬(Spatial-temporal covariance matrix)을 이용하여 상기 타겟의 도착 지연 시간(Time delay of Arrival, 이하 TOA) 및 도착 방향(Angle of arrival, 이하 AOA)에 대한 스티어링 벡터(Steering vector)를 식별하는 단계; 상기 수신된 레이더 신호에 대해 상기 식별된 TOA의 스티어링 벡터가 적용된 주파수 변환을 수행하여 상기 타겟의 TOA를 결정하는 단계; 상기 결정된 타겟의 TOA를 주파수 검출 알고리즘에 적용하여 상기 타겟의 AOA를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.Radar signal processing method according to an embodiment of the present invention comprises the steps of generating a space-time covariance matrix using a radar signal received by the target reflected in the search region; Steering vector for Time Delay Arrival (TOA) and Angle of Arrival (AOA) of the target using the generated spatial-temporal covariance matrix Identifying; Determining a TOA of the target by performing a frequency conversion to which the steering vector of the identified TOA is applied to the received radar signal; And applying the determined TOA of the target to a frequency detection algorithm to extract the AOA of the target.
상기 생성하는 단계는 상기 수신된 레이더 신호를 스태킹(Stacking)하는 단계; 및 상기 스태킹된 레이더 신호를 이용하여 시공간 공분산 행렬을 생성하는 단계를 포함할 수 있다.The generating may include stacking the received radar signal; And generating a space-time covariance matrix using the stacked radar signals.
고유값 분해(Eigen Value Decomposition, EVD)를 통해 상기 생성된 시공간 공분산 행렬을 신호 부분 공간 행렬 및 잡음 부분 공간 행렬로 분해하는 단계;를 더 포함하고, 상기 식별하는 단계는 상기 잡음 부분 공간 행렬에 직교하는 상기 타겟의 방향 벡터에 기초하여 상기 타겟의 TOA 및 AOA에 대한 스티어링 벡터(Steering vector)를 식별할 수 있다.Decomposing the generated spatiotemporal covariance matrix into a signal subspace matrix and a noise subspace matrix through eigen value decomposition (EVD), wherein the identifying is orthogonal to the noise subspace matrix. A steering vector for the TOA and the AOA of the target may be identified based on the direction vector of the target.
상기 결정하는 단계는 상기 수신된 레이더 신호에 대해 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, 이하 DFT)을 수행하는 단계; 및 상기 DFT가 수행된 레이더 신호에 대해 피크 검출(Peak detection)을 수행하여 상기 타겟의 TOA를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.The determining may include performing a Discrete Fourier Transform (DFT) on the received radar signal; And determining a TOA of the target by performing peak detection on a radar signal on which the DFT is performed.
상기 추출하는 단계는 상기 결정된 타겟의 TOA를 MUSIC(multiple signal classification) 추정기에 적용하는 단계; 및 상기 MUSIC 추정기의 결과 값에 대해 피크 검출(Peak detection)을 수행하여 상기 타겟의 AOA를 추출하는 단계를 포함할 수 있다.The extracting may include applying a TOA of the determined target to a multiple signal classification (MUSIC) estimator; And extracting an AOA of the target by performing peak detection on a result value of the MUSIC estimator.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치는 탐색 영역에 존재하는 타겟에 의해 반사되어 수신된 레이더 신호를 수신하는 통신 모듈; 및 상기 수신된 레이더 신호를 이용하여 상기 타겟의 TOA 및 AOA를 동시에 추정하는 프로세서를 포함하고, 상기 프로세서는 상기 수신된 레이더 신호를 이용하여 시공간 공분산 행렬을 생성하고, 상기 생성된 시공간 공분산 행렬(Spatial-temporal covariance matrix)을 이용하여 상기 타겟의 도착 지연 시간(Time delay of Arrival, 이하 TOA) 및 도착 방향(Angle of arrival, 이하 AOA)에 대한 스티어링 벡터(Steering vector)를 식별하며, 상기 수신된 레이더 신호에 대해 상기 식별된 TOA의 스티어링 벡터가 적용된 주파수 변환을 수행하여 상기 타겟의 TOA를 결정하고, 상기 결정된 타겟의 TOA를 주파수 검출 알고리즘에 적용하여 상기 타겟의 AOA를 추출할 수 있다.Radar signal processing apparatus according to an embodiment of the present invention comprises a communication module for receiving a radar signal received by the target reflected in the search area; And a processor for simultaneously estimating TOA and AOA of the target by using the received radar signal, wherein the processor generates a space-time covariance matrix using the received radar signal and generates the space-time covariance matrix. identify a steering vector for a Time Delay Arrival (TOA) and an Angle of Arrival (AOA) of the target using a temporal covariance matrix, the received radar The TOA of the target may be determined by performing a frequency transformation to which the steering vector of the identified TOA is applied to the signal, and the AOA of the target may be extracted by applying the determined TOA to the frequency detection algorithm.
상기 프로세서는 상기 수신된 레이더 신호를 스태킹(Stacking)하고, 상기 스태킹된 레이더 신호를 이용하여 시공간 공분산 행렬을 생성할 수 있다.The processor may stack the received radar signal and generate a space-time covariance matrix using the stacked radar signal.
상기 프로세서는 고유값 분해(Eigen Value Decomposition, EVD)를 통해 상기 생성된 시공간 공분산 행렬을 신호 부분 공간 행렬 및 잡음 부분 공간 행렬로 분해하고, 상기 잡음 부분 공간 행렬에 직교하는 상기 타겟의 방향 벡터에 기초하여 상기 타겟의 TOA 및 AOA에 대한 스티어링 벡터(Steering vector)를 식별할 수 있다.The processor decomposes the generated space-time covariance matrix through an eigen value decomposition (EVD) into a signal subspace matrix and a noise subspace matrix, and is based on a direction vector of the target orthogonal to the noise subspace matrix. The steering vector for the TOA and AOA of the target can be identified.
상기 프로세서는 상기 수신된 레이더 신호에 대해 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, 이하 DFT)을 수행하고, 상기 DFT가 수행된 레이더 신호에 대해 피크 검출(Peak detection)을 수행하여 상기 타겟의 TOA를 결정할 수 있다.The processor may perform a Discrete Fourier Transform (DFT) on the received radar signal, and perform peak detection on the radar signal on which the DFT is performed to determine the TOA of the target. have.
상기 프로세서는 상기 결정된 타겟의 TOA를 MUSIC(multiple signal classification) 추정기에 적용하고, 상기 MUSIC 추정기의 결과 값에 대해 피크 검출(Peak detection)을 수행하여 상기 타겟의 AOA를 추출할 수 있다. The processor may extract the AOA of the target by applying a TOA of the determined target to a multiple signal classification (MUSIC) estimator and performing peak detection on a result value of the MUSIC estimator.
본 발명의 일실시예에 의하면, 복잡도가 낮은 FMCW 레이더 시스템을 위한 이산 푸리에 변환(DFT)과 MUSIC 알고리즘을 이용함으로써 탐지하고자 하는 타겟의 도착 지연 시간(Time delay of Arrival, 이하 TOA) 및 도착 방향(Angle of arrival, 이하 AOA)를 동시에 추정할 수 있다.According to an embodiment of the present invention, a time delay of arrival (TOA) and a direction of arrival of a target to be detected by using a discrete Fourier transform (DFT) and a MUSIC algorithm for a low complexity FMCW radar system Angle of arrival (hereinafter referred to as AOA) can be estimated simultaneously.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 플로우챠트로 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a radar signal processing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
2 is a flowchart illustrating a radar signal processing method according to an embodiment of the present invention.
이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described in detail with reference to the accompanying drawings. However, various changes may be made to the embodiments so that the scope of the patent application is not limited or limited by these embodiments. It is to be understood that all changes, equivalents, and substitutes for the embodiments are included in the scope of rights.
실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of description and should not be construed as limiting. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Terms such as those defined in the commonly used dictionaries should be construed as having meanings consistent with the meanings in the context of the related art and shall not be construed in ideal or excessively formal meanings unless expressly defined in this application. Do not.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components regardless of reference numerals will be given the same reference numerals and duplicate description thereof will be omitted. In the following description of the embodiment, when it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the gist of the embodiment, the detailed description thereof will be omitted.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치를 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a radar signal processing apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
도 1을 참고하면, 본 발명의 레이더 신호 처리 장치(100)는 통신 모듈(110) 및 프로세서(120)로 구성될 수 있다. 구체적으로 통신 모듈(110)은 탐색 영역에 존재하는 타겟에 의해 반사된 레이더 신호를 수신할 수 있다. 그리고 프로세서(120)는 통신 모듈(110)을 통해 수신된 레이더 신호를 이용하여 타겟의 TOA 및 AOA를 동시에 추정할 수 있다. 이때, 프로세서(120)는 연산 복잡도가 매우 높은 2D-ESPRIT 또는 2D-MUSIC과 같은 초고해상도 주파수 검출 알고리즘 대신 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, 이하 DFT)와 MUSIC(multiple signal classification) 추정기를 이용함으로써 낮은 연산 복잡도를 가지면서도 신속하고 정확하게 타겟의 TOA와 AOA를 동시에 추정할 수 있다. 이때, 레이더 신호 처리 장치(100)는 FMCW 레이더 시스템에 포함될 수 있다.Referring to FIG. 1, the radar
이를 위해 레이더 신호 처리 장치(100)가 처리하는 레이더 신호는 다음과 같은 신호 모델을 가질 있다. 먼저 레이더의 송신 채널을 통해 송신되는 송신 레이더 신호는 하기의 식 1과 같이 표현될 수 있다. To this end, the radar signal processed by the radar
<식 1><Equation 1>
여기서 ω s 는 초기 주파수, μ 는 처프 심볼의 순간 주파수 변화율, μ=ω BW /T sym, ω BW 는 FMCW 신호의 대역폭, T sym 은 FMCW 심볼의 신호 주기이다.Where ω s is the initial frequency, μ is the instantaneous frequency change rate of the chirp symbol, μ = ω BW / T sym , ω BW is the bandwidth of the FMCW signal, and T sym is the signal period of the FMCW symbol.
K 개의 요소로 구성된 균일한 선형 배열(Uniform Linear Array, ULA)의 경우 M 개의 대상을 고려할 수 있다. T sym 의 시간 불변 채널에서 각 안테나 요소에 대한 수신 레이더 신호는 하기의 식 2와 같이 나타낼 수 있다.In the case of a uniform linear array (ULA) consisting of K elements, M objects may be considered. The reception radar signal for each antenna element in the time invariant channel of T sym may be represented by Equation 2 below.
<식 2><Equation 2>
여기서 a m 은 m 번째 목표에 대한 복소 진폭을 나타내고, τ m 은 m 번째 타겟에 대한 TOA를 정의하며, λ 는 반송파 신호의 파장을 나타내고, d 는 인접한 안테나 소자 사이의 간격을 나타내며, θ m 은 m 번째 타겟에 대한 AOA를 정의할 수 있다. 그리고 ω k (t) 는 k 번째 안테나 요소에서의 부가 백색 가우스 잡음 (AWGN) 신호이다.Where a m represents the complex amplitude for the m th target, τ m defines the TOA for the m th target, λ represents the wavelength of the carrier signal, d represents the spacing between adjacent antenna elements, and θ m is An AOA can be defined for the m th target. And ω k ( t ) is the additive white Gaussian noise (AWGN) signal at the k-th antenna element.
타겟으로부터 반사된 신호를 이용하여, 디-처프(de-chirping)는 수신 레이더 신호 y(t) 와 송신 레이더 신호 s *(t)의 컨주게이션(conjugation)을 곱하여 하기의 식 3과 같이 d k (t)를 획득할 수 있다. Using the signal reflected from the target, de-chirping multiplies the conjugation of the reception radar signal y ( t ) and the transmission radar signal s * ( t ) by d k as shown in Equation 3 below. (t) can be obtained.
<식 3><Equation 3>
여기서 d k (t)는 k 번째 안테나 어레이에서 디-처프 방법의 출력 결과를 의미한다. 상기의 식 3을 이용하여 변환 된 신호 d k (t)는 하기의 식 4를 통해 정현파로 표현 될 수 있다.Here, d k (t) means the output result of the de-chirp method in the k-th antenna array. The signal d k (t) converted using Equation 3 may be expressed as a sine wave through Equation 4 below.
<식 4><Equation 4>
여기서 d 는 λ/2 로 가정된다.Where d is assumed to be λ / 2.
나이퀴스트(Nyquist) 샘플링 주파수가 f s =1/T s 인 경우, 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 통한 d k (t) 의 이산 시간 모델 d k [n] 은 하기의 식 5와 같이 표현 될 수 있다.When the Nyquist sampling frequency is f s = 1 / T s , the discrete time model d k [ n ] of d k ( t ) through the analog-to-digital converter (ADC) is expressed as in Equation 5 below. Can be.
<식 5><Equation 5>
여기서, n=0,1,…N-1이다. 본 발명의 레이더 신호 처리 방법은 이와 같은 수신 레이더 신호의 이산 시간 모델인 d k [n]를 이용하여 타겟의 TOA 및 AOA를 동시에 추정할 수 있다.Where n = 0, 1,... N- 1. In the radar signal processing method of the present invention, the TOA and the AOA of the target may be simultaneously estimated using d k [ n ], which is a discrete time model of the received radar signal.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 플로우챠트로 도시한 도면이다.2 is a flowchart illustrating a radar signal processing method according to an embodiment of the present invention.
단계(210)에서, 레이더 신호 처리 장치(100)는 수신된 레이더 신호를 이용하여 시공간 공분산 행렬을 생성할 수 있다. 먼저 레이더 신호 처리 장치(100)는 수신된 레이더 신호를 스태킹(Stacking)하여 스태킹 수신 데이터 행렬 D n 을 하기의 식 6과 같이 생성할 수 있다.In
<식 6><Equation 6>
여기서 L 은 2≤L<N 을 만족하는 선택 파라미터이다.Where L is a selection parameter that satisfies 2 ≦ L < N .
본 발명의 레이더 신호 처리 장치(100)가 처리하는 DFT-MUSIC 추정 알고리즘은 상기 식 6의 스태킹 수신 데이터 행렬을 기반으로 하고, 하기의 식 7을 통해 스태킹 수신 데이터 행렬을 이용하여 시공간 공분산 행렬을 생성할 수 있다.The DFT-MUSIC estimation algorithm processed by the radar
<식 7><Equation 7>
단계(220)에서, 레이더 신호 처리 장치(100)는 생성된 시공간 공분산 행렬을 이용하여 타겟의 TOA 및 AOA에 대한 스티어링 벡터를 식별할 수 있다. 구체적으로 레이더 신호 처리 장치(100)는 고유값 분해를 수행하여 시공간 공분산 행렬을 신호 부분 공간 행렬 U s 및 잡음 부분 행렬 U n 으로 분해할 수 있다. 이후 레이더 신호 처리 장치(100)는 분해된 잡음 부분 행렬 U n 에 직교하는 실제 타겟의 방향 벡터를 하기의 식 8과 같이 구할 수 있다.In
<식 8><Equation 8>
이때, 는 하기의 식 9과 같이 쓸 수 있다.At this time, Can be written as in Equation 9 below.
<식 9><Equation 9>
여기서 이다.here to be.
본 발명의 레이터 신호 처리 장치(100)는 상기의 식 9를 이용하여 타겟의 TOA 및 AOA를 각각 찾을 수 있다.The radar
단계(230)에서, 레이더 신호 처리 장치(100)는 수신된 레이더 신호에 대해 식별된 TOA의 스티어링 벡터가 적용된 주파수 변환을 수행하여 타겟의 TOA를 결정할 수 있다. 먼저 레이더 신호 처리 장치(100)는 수신된 레이더 신호 즉, 스태킹 수신 데이터 행렬의 샘플에 대해 이산 푸리에 변환을 수행하고, 이산 푸리에 변환이 수행된 결과에 피크 검출을 수행함으로써 타겟의 TOA를 결정할 수 있다. 다중 타겟의 TOA는 제1 안테나 어레이에서 수신된 레이더 신호의 DFT 인덱스로부터 추정될 수 있다. 구체적으로 본 발명에서의 이산 푸리에 변환은 다음의 식 10과 같이 정의될 수 있다.In
<식 10><Equation 10>
여기서 E=[e 1 , e 2, …, e P ]는 TOA에 대한 스티어링 벡터이고, e p=[1 e- j 2 πp/L … e- j 2( L- 1) πp/L ]T 를 나타낸다. Where E = [ e 1 , e 2,... , e P ] is the steering vector for TOA, e p = [1 e- j 2 π p / L. e- j 2 ( L- 1) πp / L ] T is represented.
즉, 레이더 신호 처리 장치(100)는 제1 안테나 어레이에서의 이산 푸리에 변환의 수행을 수행하고, 이산 푸리에 변환이 수행된 결과에 피크 검출을 수행함으로써 다중 타겟에 대한 TOA 인덱스 벡터 I =[I 0,I 1,…, I M- 1]을 결정할 수 있다. 여기서 I m 은 을 의미한다. 따라서 m 번째 타겟에 대한 추정된 TOA의 방향 벡터는 하기의 식 11과 같이 나타낼 수 있다.That is, the radar
<식 11><Equation 11>
단계(240)에서, 레이더 신호 처리 장치(100)는 결정된 타겟의 TOA를 주파수 검출 알고리즘에 적용하여 타겟의 AOA를 추출할 수 있다. 구체적으로 레이더 신호 처리 장치(100)는 타갯의 AOA를 추출하기 위하여 식 11에서 결정된 TOA의 방향 벡터를 식 9에 대입할 수 있다. 이를 통해 레이더 신호 처리 장치(100)는 m 번째 타겟에 대한 MUSIC 추정기를 하기의 식 12와 같이 획득할 수 있다.In
<식 12><Equation 12>
여기서 이다. here to be.
레이더 신호 처리 장치(100)는 식 12를 이용하여 m 번째 타겟에 대한 MUSIC 추정을 수행한 후, 수행 결과에 대해 피크 검출을 수행함으로써 다중 타겟의 AOA 인덱스 행렬 J =[J 0,J 1,…,J M - 1] 를 이용하여 다음의 식 13과 같이 m 번째 타겟의 AOA를 추출할 수 있다.The radar
<식 13><Equation 13>
여기서 sin-1(-)은 사인 함수의 역 연산자이다.Where sin-1 (-) is the inverse operator of the sine function.
상기의 내용을 통해 본 발명의 레이더 신호 처리 장치(100)는 차량용 FMCW 레이더에 대한 타겟의 TOA 및 AOA를 동시에 추정할 수 있다. 이때, 레이더 신호 처리 장치(100)는 연산 복잡도가 매우 높은 2D-ESPRIT 또는 2D-MUSIC과 같은 초고해상도 주파수 검출 알고리즘을 이용하는 기존 방법과는 달리 DFT와 MUSIC 추정기를 이용함으로써 낮은 연산 복잡도를 가지면서도 신속하고 정확하게 타겟의 TOA와 AOA를 동시에 추정할 수 있다.Through the above, the radar
실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 실시예를 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The method according to the embodiment may be embodied in the form of program instructions that can be executed by various computer means and recorded in a computer readable medium. The computer readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the media may be those specially designed and constructed for the purposes of the embodiments, or they may be of the kind well-known and available to those having skill in the computer software arts. Examples of computer-readable recording media include magnetic media such as hard disks, floppy disks, and magnetic tape, optical media such as CD-ROMs, DVDs, and magnetic disks, such as floppy disks. Magneto-optical media, and hardware devices specifically configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine code generated by a compiler, but also high-level language code that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware device described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the embodiments, and vice versa.
소프트웨어는 컴퓨터 프로그램(computer program), 코드(code), 명령(instruction), 또는 이들 중 하나 이상의 조합을 포함할 수 있으며, 원하는 대로 동작하도록 처리 장치를 구성하거나 독립적으로 또는 결합적으로(collectively) 처리 장치를 명령할 수 있다. 소프트웨어 및/또는 데이터는, 처리 장치에 의하여 해석되거나 처리 장치에 명령 또는 데이터를 제공하기 위하여, 어떤 유형의 기계, 구성요소(component), 물리적 장치, 가상 장치(virtual equipment), 컴퓨터 저장 매체 또는 장치, 또는 전송되는 신호 파(signal wave)에 영구적으로, 또는 일시적으로 구체화(embody)될 수 있다. 소프트웨어는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템 상에 분산되어서, 분산된 방법으로 저장되거나 실행될 수도 있다. 소프트웨어 및 데이터는 하나 이상의 컴퓨터 판독 가능 기록 매체에 저장될 수 있다.The software may include a computer program, code, instructions, or a combination of one or more of the above, and configure the processing device to operate as desired, or process it independently or collectively. You can command the device. Software and / or data may be any type of machine, component, physical device, virtual equipment, computer storage medium or device in order to be interpreted by or to provide instructions or data to the processing device. Or may be permanently or temporarily embodied in a signal wave to be transmitted. The software may be distributed over networked computer systems so that they may be stored or executed in a distributed manner. Software and data may be stored on one or more computer readable recording media.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described with reference to the accompanying drawings, those skilled in the art may apply various technical modifications and variations based on the above. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components. Or even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the following claims.
100: 레이더 신호 처리 장치
110: 통신 모듈
120: 프로세서100: radar signal processing device
110: communication module
120: processor
Claims (11)
상기 생성된 시공간 공분산 행렬(Spatial-temporal covariance matrix)을 이용하여 상기 타겟의 도착 지연 시간(Time delay of Arrival, 이하 TOA) 및 도착 방향(Angle of arrival, 이하 AOA)에 대한 스티어링 벡터(Steering vector)를 식별하는 단계;
상기 수신된 레이더 신호에 대해 상기 식별된 TOA의 스티어링 벡터가 적용된 주파수 변환을 수행하여 상기 타겟의 TOA를 결정하는 단계;
상기 결정된 타겟의 TOA를 주파수 검출 알고리즘에 적용하여 상기 타겟의 AOA를 추출하는 단계
를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
Generating a space-time covariance matrix using radar signals received and reflected by a target present in the search region;
Steering vector for Time Delay Arrival (TOA) and Angle of Arrival (AOA) of the target using the generated spatial-temporal covariance matrix Identifying;
Determining a TOA of the target by performing a frequency conversion to which the steering vector of the identified TOA is applied to the received radar signal;
Extracting the AOA of the target by applying the determined TOA of the target to a frequency detection algorithm;
Radar signal processing method comprising a.
상기 생성하는 단계는,
상기 수신된 레이더 신호를 스태킹(Stacking)하는 단계; 및
상기 스태킹된 레이더 신호를 이용하여 시공간 공분산 행렬을 생성하는 단계
를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 1,
The generating step,
Stacking the received radar signals; And
Generating a space-time covariance matrix using the stacked radar signals
Radar signal processing method comprising a.
고유값 분해(Eigen Value Decomposition, EVD)를 통해 상기 생성된 시공간 공분산 행렬을 신호 부분 공간 행렬 및 잡음 부분 공간 행렬로 분해하는 단계;
를 더 포함하고,
상기 식별하는 단계는,
상기 잡음 부분 공간 행렬에 직교하는 상기 타겟의 방향 벡터에 기초하여 상기 타겟의 TOA 및 AOA에 대한 스티어링 벡터(Steering vector)를 식별하는 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 1,
Decomposing the generated space-time covariance matrix into a signal subspace matrix and a noise subspace matrix through eigen value decomposition (EVD);
More,
The identifying step,
And a steering vector for a TOA and an AOA of the target based on a direction vector of the target orthogonal to the noise subspace matrix.
상기 결정하는 단계는,
상기 수신된 레이더 신호에 대해 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, 이하 DFT)을 수행하는 단계; 및
상기 DFT가 수행된 레이더 신호에 대해 피크 검출(Peak detection)을 수행하여 상기 타겟의 TOA를 결정하는 단계
를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 1,
The determining step,
Performing a Discrete Fourier Transform (DFT) on the received radar signal; And
Determining the TOA of the target by performing peak detection on the radar signal subjected to the DFT
Radar signal processing method comprising a.
상기 추출하는 단계는,
상기 결정된 타겟의 TOA를 MUSIC(multiple signal classification) 추정기에 적용하는 단계; 및
상기 MUSIC 추정기의 결과 값에 대해 피크 검출(Peak detection)을 수행하여 상기 타겟의 AOA를 추출하는 단계
를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
The method of claim 1,
The extracting step,
Applying the determined TOA of the target to a multiple signal classification (MUSIC) estimator; And
Extracting AOA of the target by performing peak detection on a result value of the MUSIC estimator
Radar signal processing method comprising a.
A computer-readable recording medium having recorded thereon a program for executing the method of any one of claims 1 to 5.
상기 수신된 레이더 신호를 이용하여 상기 타겟의 TOA 및 AOA를 동시에 추정하는 프로세서
를 포함하고,
상기 프로세서는,
상기 수신된 레이더 신호를 이용하여 시공간 공분산 행렬을 생성하고, 상기 생성된 시공간 공분산 행렬(Spatial-temporal covariance matrix)을 이용하여 상기 타겟의 도착 지연 시간(Time delay of Arrival, 이하 TOA) 및 도착 방향(Angle of arrival, 이하 AOA)에 대한 스티어링 벡터(Steering vector)를 식별하며, 상기 수신된 레이더 신호에 대해 상기 식별된 TOA의 스티어링 벡터가 적용된 주파수 변환을 수행하여 상기 타겟의 TOA를 결정하고, 상기 결정된 타겟의 TOA를 주파수 검출 알고리즘에 적용하여 상기 타겟의 AOA를 추출하는 레이더 신호 처리 장치.
A communication module for receiving a radar signal received by the target reflected in the search area; And
A processor which simultaneously estimates TOA and AOA of the target using the received radar signal
Including,
The processor,
A space-time covariance matrix is generated using the received radar signal, and a time delay of arrival (TOA) and a direction of arrival of the target are generated by using the generated spatial-temporal covariance matrix. Identify a steering vector for an angle of arrival (hereinafter referred to as AOA), perform a frequency conversion to which the steering vector of the identified TOA is applied to the received radar signal, and determine the TOA of the target, A radar signal processing apparatus for extracting an AOA of the target by applying a target TOA to a frequency detection algorithm.
상기 프로세서는,
상기 수신된 레이더 신호를 스태킹(Stacking)하고, 상기 스태킹된 레이더 신호를 이용하여 시공간 공분산 행렬을 생성하는 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 7, wherein
The processor,
Stacking the received radar signals, and generating a space-time covariance matrix using the stacked radar signals.
상기 프로세서는,
고유값 분해(Eigen Value Decomposition, EVD)를 통해 상기 생성된 시공간 공분산 행렬을 신호 부분 공간 행렬 및 잡음 부분 공간 행렬로 분해하고, 상기 잡음 부분 공간 행렬에 직교하는 상기 타겟의 방향 벡터에 기초하여 상기 타겟의 TOA 및 AOA에 대한 스티어링 벡터(Steering vector)를 식별하는 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 7, wherein
The processor,
The eigenvalue decomposition (EVD) is used to decompose the generated spatiotemporal covariance matrix into a signal subspace matrix and a noise subspace matrix, and based on the direction vector of the target orthogonal to the noise subspace matrix. A radar signal processing apparatus for identifying a steering vector for a TOA and an AOA.
상기 프로세서는,
상기 수신된 레이더 신호에 대해 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform, 이하 DFT)을 수행하고, 상기 DFT가 수행된 레이더 신호에 대해 피크 검출(Peak detection)을 수행하여 상기 타겟의 TOA를 결정하는 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 7, wherein
The processor,
Radar signal processing to determine a TOA of the target by performing a Discrete Fourier Transform (DFT) on the received radar signal and performing peak detection on the radar signal on which the DFT is performed Device.
상기 프로세서는,
상기 결정된 타겟의 TOA를 MUSIC(multiple signal classification) 추정기에 적용하고, 상기 MUSIC 추정기의 결과 값에 대해 피크 검출(Peak detection)을 수행하여 상기 타겟의 AOA를 추출하는 레이더 신호 처리 장치.
The method of claim 7, wherein
The processor,
And applying the TOA of the determined target to a multiple signal classification (MUSIC) estimator and performing peak detection on a result value of the MUSIC estimator to extract the AOA of the target.
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