KR20190119102A - 초음파 신호 정보의 제공 방법 및 장치 - Google Patents

초음파 신호 정보의 제공 방법 및 장치 Download PDF

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크리스티안 팜푸스
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로베르트 보쉬 게엠베하
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Abstract

본 발명은 초음파 신호 정보를 제공하기 위한 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 복수의 에코 신호(10)를 수신하는 단계; 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 전파 시간(30) 및/또는 유의성을 기반으로 복수의 에코 신호(10)에서 개별 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15) 간의 상관성을 결정하는 단계; 상관성이 결정된 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)을 에코 신호 그룹(20, 21, 22)으로 그룹핑하는 단계; 및 에코 신호 그룹(20, 21, 22)의 특징적인 특성을 제공하는 단계;를 포함한다. 또한, 본 발명은 상기 방법과 관련된 장치에 관한 것이다.

Description

초음파 신호 정보의 제공 방법 및 장치
본 발명은 초음파 신호 정보를 제공하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.
이른바 삼변 측량식 초음파 시스템들(trilaterating ultrasonic system)의 경우, 측정에 관여하는 초음파 센서들을 통해 검출되는 객체 에코들의 측정된 전파 시간차들을 통해 객체의 위치를 결정하기 위해, 복수의 초음파 센서가 측정에 관여한다.
하나의 객체로부터 단 하나의 에코만이 측정되고, 초음파 센서들의 검출 영역 내에 단 하나의 객체만이 존재한다면, 어느 에코들이 서로 결합될지의 할당은 명확하다. 초음파 센서들이 단 하나보다 더 많은 에코를 수신한다면, 모호성이 발생한다. 삼변 측량 시 필요한 교차점 생성을 위한 명확한 에코 할당은 더 이상 제공되지 않는다. 이 경우, 이론상 가능한 모든 에코 쌍 형성을 위한, 즉, 사실이 아니면서 오탐(False Positives)으로서 지칭되는 에코 쌍 형성을 위한 객체 위치들이 도출된다.
복수의 에코는 정확히, 초음파 센서들의 검출 영역 내에 복수의 객체가 존재할 때, 또는 복수의 에코가 하나의 객체로부터 측정될 때 발생한다. 초음파 센서들의 감도 증가를 통해, 특히 두 번째로 언급한 경우가 더욱 중요시된다.
지금까지는 단지 최초에 수신되는 에코만이 삼변 측량을 위해 필요한 쌍 매칭(paring) 시 이용됨으로써 오류가 최소화되었다.
초음파 신호 정보를 제공하기 위한 본 발명에 따른 방법은, 복수의 에코 신호를 수신하는 단계, 에코 신호들의 전파 시간 및/또는 유의성(significance)을 기반으로 복수의 에코 신호에서 개별 에코 신호들 간의 상관성(correlation)을 결정하는 단계, 상관성이 결정된 에코 신호들을 에코 신호 그룹으로 그룹핑하는 단계, 및 에코 신호 그룹을 특징짓는 특성을 제공하는 단계를 포함한다.
초음파 신호 정보를 제공하기 위한 본 발명에 따른 장치는, 복수의 에코 신호를 수신하도록 구성된 초음파 수신기; 및 개별 에코 신호들의 전파 시간 및/또는 유의성을 기반으로 복수의 에코 신호에서 개별 에코 신호들 간의 상관성을 결정하고, 상관성이 결정된 에코 신호들을 에코 신호 그룹으로 그룹핑하며, 에코 신호 그룹을 특징짓는 특성을 제공하도록 구성된 전자 시스템;을 포함한다.
상기 장치 및 상기 방법을 통해, 다중 에코 처리를 통한 삼변 측량 시 오탐의 발생이 감소한다. 또한, 수신된 에코 신호들의 추가 처리도 간소화된다. 수신된 에코 신호들은 더 이상 개별적으로 처리되지 않아도 될뿐더러, 에코 신호 그룹들, 특히 이들을 특징짓는 특성들이 추가 처리될 수 있다. 후속 신호 처리를 위한 수고가 현저히 감소한다.
이 경우, 에코 신호는 앞서 송출된 초음파 신호와 관련되고 시간에 따라 제한되는 신호 섹션이다. 특히 에코 신호는, 초음파 수신기에 의해 수신되고 초음파 송신기에 의해 송출되었던 신호이다. 초음파 송신기와 초음파 수신기는, 특히 상이한 위치들에 배치되는 별도의 부품들이거나, 단일 부품, 예컨대 초음파 센서에 통합된다. 이렇게, 초음파 신호는 예컨대 제1 초음파 센서에 의해 송출되며, 제2 초음파 센서에 의해서는 관련 에코 신호가 수신된다.
전파 시간은, 초음파 신호의 송출과 에코 신호의 수신 사이에 경과하는 시간이다. 유의성은, 에코 신호와 관련 초음파 신호 간의 유사성(similarity)을 기술하는 값이다. 유의성은 특히, 최적 필터(optimal filter) 또는 정합 필터(matching filter)에 의해 결정되는 값이다. 유의성은 특히, 초음파 신호에 대한 에코 신호의 신호 유사성 또는 예상되는 에코 신호에 대한 에코 신호의 신호 유사성을 기술한다.
공급되고 에코 신호 그룹을 특징짓는 특성은, 에코 신호 그룹에 관련된 에코 신호들을 기술하는 특성이다. 특징적인 특성은, 신호 그룹에 관련된 에코 신호들의 특성들을 기반으로 결정되는 각각의 특성일 수 있다. 이는 에코 신호 그룹의 개별 대표 에코 신호의 특성일 수도 있다.
종속 청구항들에는 본 발명의 바람직한 개선예들이 제시되어 있다.
바람직하게는, 개별 에코 신호들 간의 상관성의 결정 시, 시간적으로 연속하는 2개의 에코 신호 간의 상관성을 위한 제1 기준은, 시간적으로 연속하는 두 에코 신호의 전파 시간들 간의 전파 시간차가 정해진 시간 값보다 더 작은 경우이다. 달리 말하면, 이는, 2개의 개별 에코 신호가 기설정 시간 간격 이내에 수신된다면 상관성이 있는 것으로서 평가됨을 의미한다. 이런 방식으로, 개별 에코 신호들 간의 상관성은 간단한 방식으로 결정될 수 있다. 이 경우, 특히 상기 제1 기준을 통해, 복수의 에코 신호가 하나의 공통 객체 상에서 반사되었는지의 여부가 신뢰성 있게 결정될 수 있다. 상관성은 개별 에코 신호들이 하나의 공통 객체 상에서 반사되었는지의 여부에 대한 지표(indicator)이다.
바람직하게 정해진 시간 값은 특히 시간적으로 연속하는 두 에코 신호 중 먼저 수신되는 에코 신호의 유의성에 따라서 선택되는 가변 값이다. 즉, 처음에 수신되는 에코 신호의 유의성이 크다면, 시간 값은 바람직하게 크게 선택된다. 그에 상응하게 바람직하게는, 처음에 수신되는 에코 신호의 유의성이 작다면, 정해진 시간 값은 감소된다. 이렇게, 시간 값은 예컨대 유의성이 기설정 임계값을 초과하는 경우 제1 값으로 설정되고, 유의성이 기설정 임계값 미만이라면 제2 값으로 설정되며, 이때 제1 값이 제2 값보다 더 크다. 여기서, 정해진 시간 값은 시간 간격이다. 상관성을 결정하기 위한 기준으로서 전파 시간과 유의성 간의 그러한 의존성에 의해, 특히, 연속 반사 특성들을 이용하지만 정해진 공간을 넘어서까지도 연장되는 특정 객체에 대한 관련성이 결정될 수 있다.
또한, 정해진 시간 값이, 시간적으로 연속하는 두 에코 신호의 상관성이 결정된 후에 감소하는 것이 바람직하다. 이런 방식으로, 에코 신호 그룹의 시간적 연장이 제한된다. 이 경우, 에코 신호 그룹의 시간적 연장은 에코 신호 그룹의 제1 에코 신호의 수신과 에코 신호 그룹의 최종 신호 간의 시간이다.
또한, 바람직하게는, 개별 에코 신호들 간의 상관성을 결정할 때, 시간적으로 연속하는 2개의 에코 신호 간의 상관성을 위한 제2 기준은, 먼저 수신되는 에코 신호의 유의성이 나중에 수신되는 에코 신호의 유의성보다 크거나 같은 경우이다. 여기서 유의성은 에코 신호의 전파 시간에 따라 감소한다고 가정될 수 있다. 따라서, 에코 신호가 긴 전파 시간으로 수신되는 경우, 상기 에코 신호는 상대적으로 더 짧은 전파 시간을 갖는 에코 신호보다 더 작은 유의성을 갖는다. 복수의 에코 신호의 수신의 시간 특성곡선에서 유의성의 상승이 인지되면, 2개 이상의 객체가 에코 신호들의 반사의 원인이 된다고 가정될 수 있다. 따라서, 복수의 에코 신호의 정보를 토대로 객체들의 매우 정확한 구분이 가능해진다.
또한, 바람직하게는, 개별 에코 신호들 간의 상관성을 결정할 때, 2개의 연속하는 에코 신호 간의 상관성에 반하는 기준은, 더 나중에 수신되는 에코 신호가 다른 에코 신호 그룹에 할당될 수 있는 경우이다. 이렇게, 예컨대 수신되는 복수의 에코 신호의 이력 분석이 수행될 수 있다. 선행 송신/수신 주기들에서 개별 에코 신호의 전파 시간을 토대로, 예컨대 하나의 현재 송신/수신 주기에서 개별 에코 신호의 예상 전파 시간이 결정될 수 있다. 개별 에코 신호의 전파 시간 변화량은 관련 에코 신호 그룹의 모든 에코 신호의 전파 시간 변화량에 상응하게 된다. 따라서, 제1 송신 주기를 토대로, 제2 송신 주기에서 수신되는 복수의 에코 신호가 어느 에코 신호 그룹에 속하는지가 결정된다. 따라서, 제2 송신 주기에서, 복수의 에코 신호 중 나머지 에코 신호들만이, 이미 제1 송신 주기에서 검출된 에코 신호 그룹에 속하지 않는 그룹에 할당될 수 있다. 따라서 에코 신호 그룹들로 에코 신호들의 매우 정확한 그룹핑이 달성될 수 있다.
또한, 바람직하게는, 에코 신호 그룹을 특징짓는 특성을 기반으로, 에코 신호들이 반사되었던 객체의 분류가 수행된다. 이 경우, 특징적인 특성은 특히, 에코 신호 그룹에 속하는 에코 신호들의 특성들로 구성된 그룹 특성이다. 이 경우, 특징적인 바람직한 특성들은, 에코 신호 그룹의 개별 에코 신호들의 시간 시퀀스, 및 에코 신호 그룹의 복수의 에코 신호에 걸친 에코 신호들의 유의성의 특성곡선이다. 이로써 특히 객체의 특성이 추론될 수 있다. 예를 들면, 예컨대 차량과 같은 평면형 장애물이 존재하는지, 아니면 예컨대 수풀처럼 구조화된 장애물이 존재하는지의 여부가 식별될 수 있다.
또한, 바람직하게는, 에코 신호 그룹을 특징짓는 특성은 에코 신호 그룹의 먼저 수신된 에코 신호의 유의성이며, 이 경우 먼저 수신된 에코 신호의 유의성은 특히 에코 신호 그룹으로 그룹핑된 에코 신호의 개수에 따라 조정된다. 이렇게, 유의성은 예컨대 에코 신호의 개수가 증가함에 따라 기설정 값만큼 상승한다. 특징적인 특성이 유의성인 것에 의해, 상기 특성은 간단히 추가 처리 시 존재 확률(probability of presence)로서 사용될 수 있다. 이 경우, 특징적인 특성은 더욱 정밀화되며, 그럼으로써 매우 정확한 분석이 수행될 수 있게 된다. 또한, 바람직하게는, 본원 방법은 복수의 초음파 신호를 송출하는 단계를 더 포함하며, 에코 신호의 유의성은 에코 신호와 상기 송출된 초음파 신호의 비교를 토대로 결정된다. 이는 특히 최적 필터에 의해 수행된다. 이런 방식으로, 개별 에코 신호들의 유의성이 매우 정확하게 결정될 수 있다.
하기에서 본 발명의 실시예들은 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 기술된다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 본원 방법의 순서도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따라 초음파 신호 정보를 제공하기 위한 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 예시적인 복수의 제1 에코 신호의 수신 시, 본 발명의 제1 실시예에 따른 에코 그룹핑을 도시한 도면이다.
도 4는 예시적인 복수의 제2 에코 신호의 수신 시, 본 발명의 제1 실시예에 따른 에코 그룹핑을 도시한 도면이다.
도 5는 수신되는 에코 신호들의 이력 분석을 나타낸 그래프이다.
도 1에는, 본 발명의 제1 실시예에 따른, 초음파 신호 정보를 제공하기 위한 방법의 순서도가 도시되어 있다. 본원 방법은 초음파 신호 정보를 제공하기 위한 장치(1)에 의해 실행된다. 상기 장치는 도 2에 도시되어 있다.
본원 장치(1)는, 초음파 신호 정보를 제공하기 위한 방법을 실행하도록 구성된 전자 시스템(2)을 포함한다. 또한, 본원 장치(1)는 제1 초음파 센서(3)와 제2 초음파 센서(4)를 포함한다. 제1 및 제2 초음파 센서(3, 4)는 초음파 수신기와 초음파 송신기를 포함한다. 이 경우, 초음파 송신기는, 각각의 초음파 센서(3, 4)의 멤브레인이 송신 단계에서 진동 여기됨으로써 제공된다. 초음파 수신기는, 각각의 초음파 센서(3, 4)의 멤브레인이 수신 단계에서 초음파 센서의 주변으로부터 진동을 흡수하여 이 진동을 전기 신호로 변환함으로써 제공된다. 전기 신호는 전자 시스템(2)으로 전달된다. 제2 초음파 센서(4)는 제1 초음파 센서(3)와 구조적으로 동일하다.
하기에서는 우선 제1 초음파 센서(3)만이 고려된다. 제2 초음파 센서(4)의 작동 원리는 제1 초음파 센서(3)의 작동 원리에 상응한다.
초음파 신호 정보를 제공하기 위한 본원 방법이 시작되면, 제1 방법 단계(S100)가 실행된다.
제1 방법 단계(S100)에서는 초음파 신호(5)의 송출이 수행된다. 초음파 신호(5)는 송신 단계에서 제1 초음파 센서(3)에 의해 송출된다. 초음파 신호는 상이한 신호 형태들을 가질 수 있다. 특히 초음파 신호는 정주파수(constant frequency)를 갖거나, 처프(chirp) 형태를 갖는다. 또한, 데이터가 초음파 신호로 변조될 수도 있다. 초음파 신호(5)는, 제1 초음파 센서(3)를 통해 송출되자마자 여러 방향으로 전파된다.
제1 초음파 센서(3)의 주변에서 음파로서 전파되는 초음파 신호(5)가 객체(6)에 부딪치면, 상기 초음파 신호는 객체(6)에 의해 반사되고 이와 동시에 제1 초음파 센서(3)의 방향으로도 역반사된다. 그러나 초음파 신호(5)는 여러 방향으로 전파되었기 때문에, 제1 초음파 센서(3)로 단일 신호만 역반사되는 것이 아니라 복수의 에코 신호(10)가 제1 초음파 센서(3)의 방향으로 역반사되며, 이 경우 에코 신호들(10) 각각은 객체(6)의 또 다른 지점에서 반사된 것이다. 복수의 에코 신호(10) 중에서 개별 에코 신호(11, 12, 13, 14, 15)기 객체(6) 상에서 상이한 발원점(point of origin)을 갖기 때문에, 이들 개별 에코 신호(11, 12, 13, 14, 15)는 제1 초음파 센서(3)에 동시에 도달하지 않는다. 또한, 상기 개별 에코 신호들은 자신들의 신호 형태 및 신호 진폭과 관련하여 서로 상이하다.
제1 단계(S100)에서 초음파 신호(5)가 송출된 후에 제2 단계(S101)가 실행된다. 제2 단계(S101)에서, 복수의 에코 신호(10)의 수신이 수행된다. 이는, 제2 초음파 센서(4)가 송신 단계에 있다면, 상기 제2 초음파 센서를 통해 수행된다. 따라서, 제2 초음파 센서(4)는 초음파 수신기이다. 이 경우, 에코 신호들(10)은 제2 초음파 센서(4)의 멤브레인을 여기하며, 제2 초음파 센서는 에코 신호들(10)을 전기 신호들로 변환한다. 에코 신호들(10)의 추가 처리는 전자 시스템(2)을 통한 관련 전기 신호들의 처리를 통해 수행된다. 그러나 에코 신호들(10)과 관련 전기 신호들의 신호 특성은 동일하기 때문에, 편의상 에코 신호들(10)이 계속 참조된다.
제1 초음파 센서(3)뿐만 아니라 제2 초음파 센서(4)도 초음파 수신기 및 초음파 송신기를 포함하기 때문에, 초음파 신호(5)의 송출 및 복수의 에코 신호(10)의 수신이 각각 두 초음파 센서(4)를 통해 실행된다. 이 경우, 초음파 센서들(3, 4)은 그 자체에서 송출된 초음파 신호들의 에코 신호들을 수신할 수 있고, 그리고/또는 각각 타측 초음파 센서(3, 4)에 의해 송출된 초음파 신호들의 에코 신호들을 수신할 수 있다.
제2 단계(S101) 후에 제3 단계(S102)가 실행된다. 상기 제3 단계는 전자 시스템(2)에서 신호 처리를 통해 실행된다. 제3 단계(S102)에서는 복수의 에코 신호(10) 중에서 개별 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15) 간의 상관성의 결정이 수행된다. 이는 에코 신호들(10)의 전파 시간(30) 및 유의성을 기반으로 수행된다.
먼저, 개별 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15) 각자의 전파 시간(30)이 결정된다. 전파 시간은, 초음파 신호(5)의 송출 시점과 각각의 에코 신호(11, 12, 13, 14, 15)의 수신 간의 차를 계산함으로써 결정된다. 상기 시간차는 각각의 에코 신호(11, 12, 13, 14, 15)와 관련된 전파 시간(30)이다.
또한, 개별 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 유의성도 결정된다. 이를 위해, 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15) 각각이, 초음파 신호(5)의 신호 형태에 부합하게 조정된, 정합 필터로도 지칭되는 최적 필터를 통과한다. 최적 필터의 출력단에서의 진폭은, 최적 필터를 방금 통과한 각각의 에코 신호(11, 12, 13, 14, 15)의 유의성으로서 간주된다. 따라서, 각각의 에코 신호(11, 12, 13, 14, 15)의 적어도 하나의 진폭뿐만 아니라, 송출된 초음파 신호(5)에 대한 각각의 에코 신호의 신호 형태의 유사성도 유의성에 포함된다.
하기에서는, 복수의 에코 신호(10)의 개별 에코 신호들 간의 상관성을 추론하기 위해, 복수의 에코 신호(10)의 개별 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15) 각각의 전파 시간(30) 및 유의성이 고려된다. 이는 기설정 규칙들을 기반으로 수행된다. 상기 제1 실시예에서, 개별 에코 신호들 간의 상관성은 제1 및 제2 기준을 기반으로 결정된다.
대안적 실시예들에서, 상관성은 오직 두 기준 중 하나만을 기반으로 결정된다. 이는, 본 발명의 기술한 제1 실시예에 상응하게 수행되며, 각각 다른 기준의 검사는 생략된다.
상기 제1 실시예에서, 개별 에코 신호들 간의 상관성을 결정할 때, 시간적으로 연속하는 2개의 에코 신호 간의 상관성을 가리키는 제1 기준은, 시간적으로 연속하는 두 에코 신호의 전파 시간들(30) 간의 전파 시간차(31)가 정해진 시간 값(32)보다 더 작은 경우이다. 이 경우, 전파 시간차(31)는 시간적으로 연속하는 두 에코 신호의 각각의 전파 시간들(30) 간의 차이다. 전파 시간차(31)가 정해진 시간 값(32)보다 더 작은지의 여부는, 전파 시간차(31)가 정해진 시간 값(32)을 기술하는 기설정 임계값 미만인지의 여부가 검사됨으로써 검사된다.
개별 에코 신호들 간의 상관성을 결정할 때, 시간적으로 연속하는 2개의 에코 신호 간의 상관성을 위한 제2 기준은, 먼저 수신되는 에코 신호의 유의성이 나중에 수신되는 에코 신호의 유의성보다 크거나 같은 경우이다.
제1 및 제2 기준이 시간적으로 연속하는 2개의 에코 신호 간의 상관성에 부합한다면, 상기 에코 신호들은 상관성이 있는 것으로서 표시된다. 상기 제1 실시예에서는 이를 위해 두 가지 기준이 충족되어야 한다. 대안적 실시예들에서는, 상관성을 결정하기 위해, 상기 기준들 중 하나만 충족되어도 충분하다.
그룹핑은, 제3 단계(S102) 후에 실행되는 본원 방법의 제4 단계(S103)에서 수행된다. 이 경우, 하나 이상의 에코 신호 그룹(20, 21)이 형성되고, 상기 에코 신호 그룹에는 상관성이 있는 것으로 표시되었던 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)이 부가된다. 상이한 에코 신호(11, 12, 13, 14, 15)에 대해 상이한 상관성이 결정된다면, 복수의 에코 신호 그룹이 형성된다.
본원 방법의 제4 단계(S103) 이후, 제5 단계(S104)가 실행된다. 제5 단계(S104)에서는 각각의 에코 신호 그룹(20, 21)을 특징짓는 특성의 제공이 수행된다.
여기에 기술된 제1 실시예에서, 특징적인 특성은 에코 신호 그룹(20, 21)과 관련된 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15) 중 각각 시간상 최초 에코 신호의 유의성 및 전파 시간이다. 이 경우, 대안적 실시예들에서, 최초에 수신되는 에코 신호의 유의성은 에코 신호 그룹(20, 21)으로 그룹핑된 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 개수에 따라 조정된다. 이는, 예컨대 에코 신호 그룹의 또 다른 에코 신호들의 유의성 값이 에코 신호 그룹(20, 21)의 제1 에코 신호의 유의성에 부가됨으로써 수행된다.
도 3 및 도 4에는, 에코 신호들(10)의 예시적인 시퀀스들이 도시되어 있다. 개별 에코 신호들 간의 상관성을 결정하고 개별 에코 신호들(10)을 그룹핑하는 단계를 이제부터 도 3 및 도 4를 기반으로 더 구체적으로 기술한다.
도 3 및 도 4에서, 각각 최상위 행에는 에코 신호들(10)의 전파 시간(30)을 나타내는 시간선(time line)이 도시되어 있다. 이 경우, 전파 시간은, 시간선의 시작점과, 복수의 에코 신호(10) 중 각각의 에코 신호(11, 12, 13, 14, 15)가 도시되어 있는 지점을 토대로 도출된다. 따라서 시간선의 시작점은 초음파 신호(5)가 송출된 시점이다. 이 경우, 에코 신호들(10) 중 하나의 수신은 시간선 상에 원으로 도시되어 있다. 따라서 원의 위치는 관련된 에코 신호(11 내지 15)의 각각의 전파 시간(30)을 반영한 것이다. 원의 크기는 각각의 에코 신호(11, 12, 13, 14, 15)의 유의성을 반영한 것이다.
이제 도 3을 참조하여 기술한다. 도 3의 최상위 행에 있는 시간선에서는, 5개의 에코 신호(11, 12, 13, 14, 15)가 수신된 것을 알 수 있다. 즉, 제1 에코 신호(11), 제2 에코 신호(12), 제3 에코 신호(13), 제4 에코 신호(14) 및 제5 에코 신호(15)가 수신되었다. 제1 내지 제5 에코 신호(11, 12, 13, 14, 15)는 복수의 에코 신호(10)를 형성한다.
시간 시퀀스에서, 가장 먼저 제1 에코 신호(11), 그 다음으로 제2 에코 신호(12), 제3 에코 신호(13), 제4 에코 신호(14), 그리고 마지막으로 제5 에코 신호(15)가 수신되었다. 제2 에코 신호(12), 제3 에코 신호(13), 제4 에코 신호(14) 및 제5 에코 신호(15)의 유의성은 동일하다. 제1 에코 신호(11)의 유의성은 제2 내지 제5 에코 신호(12, 13, 14, 15)의 유의성보다 더 크다. 전파 시간차(31), 즉, 일 에코 신호의 수신과 선행 에코 신호의 수신 사이에 경과된 시간은 제2 내지 제4 에코 신호(12, 13, 14)의 경우 일정하다. 제4 에코 신호(14)의 수신과 제5 에코 신호(15)의 수신 사이에 경과된 시간은 상기 시간 간격보다 더 크다.
따라서, 도 3에서 최상위 행은 제2 단계(S101)에서 수신된 복수의 에코 신호(10)의 신호 특성들을 기술한다. 도 3에서, 위에서 두 번째 행에는, 제1 및 제2 기준에 따른 개별 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15) 간의 상관성을 결정하는 단계가 도시되어 있다.
맨 먼저, 제1 기준에 따라서, 시간적으로 연속하는 2개의 에코 신호(10)의 전파 시간들(30) 간의 전파 시간차(31)가 정해진 시간 값(32)보다 더 작은지의 여부가 검사된다. 먼저, 제1 에코 신호(11)와 제2 에코 신호(12)가 고려된다. 그리고 상기 두 에코 신호의 전파 시간들(30)을 토대로 도출되는 전파 시간차(31)가 정해진 시간 값(32)보다 더 작은지의 여부가 검사된다. 도 3에서 정해진 시간 값(32)은, 상기 시간 값(32)에 상응하는 연장부에 따라 도시된 시간선을 따라 연장되는 직사각형으로서 도시되어 있다. 제1 에코 신호(11)와 제2 에코 신호(12) 간의 전파 시간차(31)는 정해진 시간 값(32)보다 더 작다. 이는, 제2 에코 신호가 제1 에코 신호(11)와 관련된 직사각형의 안쪽에 위치한다는 점에서 확인할 수 있다. 따라서 제1 기준은 충족된다.
하기에서는, 제2 기준이 검사된다. 다시 말하면, 먼저 수신되는 에코 신호, 다시 말하면 제1 에코 신호(11)의 유의성이 나중에 수신되는 에코 신호, 다시 말하면 제2 에코 신호(12)의 유의성보다 크거나 같은지의 여부가 검사된다. 제1 에코 신호(11)는 제2 에코 신호(12)보다 더 큰 원으로서 도시되어 있다. 따라서, 제1 에코 신호의 유의성도 나중에 수신되는 제2 에코 신호(12)의 유의성보다 더 크다. 따라서, 제2 기준도 충족된다.
그러므로 제1 에코 신호는 제2 에코 신호(12)와 상관성이 있는 것으로서 결정된다. 제1 에코 신호(11)와 제2 에코 신호(12)는 제1 에코 신호 그룹(20)으로 그룹핑된다.
하기에서는, 제2 에코 신호(12)와 제3 에코 신호(13)가 고려된다. 제2 에코 신호(12)와 제3 에코 신호(13)의 전파 시간들 간의 전파 시간차도 마찬가지로 정해진 시간 값(32)보다 더 작기 때문에, 제1 기준이 다시 충족된다. 제2 에코 신호와 제3 에코 신호의 유의성은 동일하다. 따라서, 제2 기준도 충족된다. 따라서, 제3 에코 신호(13)는 제1 에코 신호 그룹(20)에 부가된다. 동일한 방식으로, 제3 에코 신호(13)와 제4 에코 신호(14)가 고려되며, 이는 동일한 결과로 이어진다. 따라서, 제4 에코 신호(14)도 제1 에코 그룹(20)에 부가된다.
제1 기준은 제4 에코 신호(14) 및 제5 에코 신호(15)에 적용된다. 이 경우, 제4 에코 신호(14)와 제5 에코 신호(15)의 전파 시간들(30) 간의 전파 시간차(31)는 정해진 시간 값(32)보다 더 커지게 된다. 따라서 제1 기준이 충족되지 않기 때문에, 제5 에코 신호(15)는 제1 에코 신호 그룹(20)에 부가되지 않는다. 그 대신, 신규 에코 신호 그룹이 제2 에코 신호 그룹(21)으로 설정되고, 제5 에코 신호는 상기 제2 에코 신호 그룹(21)에 부가된다.
에코 신호 그룹들(20, 21)은 도 3에서 세 번째 행에 도시되어 있다. 상기 제1 실시예에서는, 에코 신호 그룹(20)에서 각각 시간상 최초 에코 신호의 유의성 및 전파 시간이 특징적인 특성으로서 제공된다. 따라서 제1 에코 신호 그룹(20)은 제1 에코 신호(11)의 전파 시간 및 유의성을 통해 표현된다. 제2 에코 신호 그룹(21)은 제5 에코 신호의 전파 시간 및 유의성으로 대표된다.
도 4에는, 수신되는 에코 신호들(11 내지 15)의 시퀀스에 대한 또 다른 예가 도시되어 있다. 제1 내지 제5 에코 신호(11 내지 15)는, 도 3에도 도시되어 있는 것처럼, 동일한 시간 시퀀스 및 동일한 시간 간격들로 수신된다. 그러나 제4 에코 신호(14)의 유의성은 나머지 에코 신호들, 즉, 제1 내지 제3 에코 신호(11 내지 13) 및 제5 에코 신호(15)의 유의성보다 더 크다.
그 결과, 제3 에코 신호(13)와 제4 에코 신호(14)의 고려 시 제2 기준이 충족되는지의 여부를 검사할 경우, 제2 기준은 충족되지 않는 것으로 간주된다. 그 이유는, 제4 에코 신호(14)의 유의성이 제3 에코 신호(13)의 유의성보다 더 크기 때문이다. 그러므로 제4 에코 신호(14)는 제1 에코 신호 그룹(20)에 할당되지 않는다. 그 대신, 이미 상기 시점에 제2 에코 신호 그룹(21)이 형성되며, 제4 에코 신호는 상기 제2 에코 신호 그룹(21)에 부가된다. 제4 에코 신호(14)와 제5 에코 신호(15)가 고려된다면, 제1 기준에서의 상관성은 무효화된다. 다시 말해 또 다른 에코 신호 그룹, 여기서는 제3 에코 신호 그룹(22)이 형성된다.
주지할 점은, 오직 단일 에코 신호만을 포함하는 에코 신호 그룹(20, 21, 22)이 반드시 에코 신호 그룹으로서 고려되지 않아도 되고, 개별 에코 신호로서 처리될 수도 있다는 점이다. 따라서, 도 3에 도시된 상황에서 기인하는 제2 에코 신호 그룹(21), 또는 도 4에 도시된 상황에서 기인하는 제3 에코 신호 그룹이 개별 에코 신호로서도 고려될 수 있다. 이는, 도 3에 도시된 예에서, 제1 내지 제4 에코 신호(11 내지 14)가 제1 에코 신호 그룹(20)으로 대표되고, 제5 에코 신호(15)는 그룹핑되는 것이 아니라 개별 신호로서 추가 처리됨을 의미한다.
상기 제1 실시예에서, 에코 신호 그룹(20, 21, 22)을 특징짓는 특성을 제공할 때, 에코 신호들(10)이 반사되었던 객체(6)의 분류도 수행된다. 이 경우, 상기 분석 시, 즉, 에코 신호들의 본 발명에 따른 그룹핑 시, 에코 신호들(10) 중에서 하나의 공통 객체에서 반사된 에코 신호들이 에코 신호 그룹(20, 21, 22)에 통합된다고 가정된다. 이렇게, 예컨대 도 3 및 도 4에서는, 에코 신호 그룹(20, 21, 22)이 자신의 개별 에코 신호들과 관련하여 정해진 유의성 거동을 가질 수 있다는 점을 알 수 있다. 이런 유의성 거동으로부터, 에코 신호 그룹(20, 21, 22)에 관련된 개별 에코 신호들이 반사된 객체(6)가 추론될 수 있다. 그래서, 예컨대 작은 유의성을 갖는 복수의 에코 신호가 연속하는 경우, 에코 신호 그룹(20, 21, 22)은 수풀의 존재로 인해 발생하는 것으로 추론된다. 에코 신호 그룹(20, 21, 22)이, 소수이긴 하지만 높은 유의성을 갖는 개별 신호들을 포함한다면, 예컨대 벽과 같은 평면 표면이 존재하는 것이다.
본 발명의 제2 실시예는 실질적으로 본 발명의 제1 실시예에 상응한다. 그러나 본 발명의 제2 실시예에서, 시간적으로 연속하는 2개의 에코 신호 간의 상관성이 결정된 후라면 항상 정해진 시간 값은 감소된다. 이 경우, 정해진 시간 값(32)의 이러한 감소는 각각 하나의 에코 신호 그룹(20, 21, 22) 내에서 연속하는 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)에 대해 수행된다. 이는, 달리 말하면, 제1 기준이 단계적으로 강화된다는 것, 즉, 더 많은 에코 신호가 하나의 에코 신호 그룹(20, 21, 22)에 이미 속해 있을수록 제1 기준의 충족은 더 어려워짐을 의미한다.
그 대안으로 또는 그에 추가로, 정해진 시간 값(32)은, 시간적으로 연속하는 2개의 에코 신호 중 더 먼저 수신되는 에코 신호의 유의성에 따라 선택되는 가변 값이다. 이를 위해, 정해진 시간 값(32)은, 예컨대 에코 신호(11, 12, 13, 14, 15)의 유의성이 결정되고, 예컨대 복수의 임계값에 의해 관련된 소정의 시간 값(32)이 산출됨으로써 결정된다. 이는, 달리 말하면, 앞서 수신된 에코 신호의 유의성이 더 클수록, 후속 에코 신호에 대한 제1 기준의 충족이 더 용이해짐을 의미한다.
또 다른 대안적 실시예들에서, 제1 및 제2 기준에 추가로, 또는 제1 또는 제2 기준의 대안으로, 제3 기준이 도입된다. 이는, 더 나중에 수신된 에코 신호(11, 12, 13, 14, 15)가 다른 에코 신호 그룹(20, 21, 22)에 할당될 수 있다면, 시간적으로 연속하는 2개의 에코 신호 간의 상관성이 존재하지 않음을 의미한다.
이에 대한 예시가 도 5에 도시되어 있다. 도 5에 도시된 여러 행들은 제1 및 제2 초음파 센서(3, 4)의 여러 송신 단계 및 수신 단계를 나타낸다. 따라서 제1 및 제2 초음파 센서(3, 4)를 통한 복수의 측정이 수행된다. 상이한 행들에 도시된 각각의 측정에서 제1 초음파 신호(11)를 볼 수 있다. 제1 에코 신호(11)를 야기하는 객체가 제1 및 제2 초음파 센서(3, 4)에 접근한다. 그에 따라 제1 에코 신호(10)의 전파 시간(30)이 일정하게 짧아지며, 제1 에코 신호(11)는 도 5에서 각각의 측정과 더불어 도 5에서 왼쪽에 놓인 각각 관련된 시간선의 원점에 더 가깝게 이동한다. 따라서, 제1 초음파 센서(3)를 통해, 도 5에서 제1 내지 제7 시간선(40 내지 46)으로 도시되어 있는 적어도 7회의 측정이 수행된다.
제1 및 제2 초음파 센서(3, 4)를 통한 제5 및 제6 측정의 경우, 또 다른 객체가 제1 및 제2 초음파 센서(3, 4)의 주변으로 진입한다. 그에 따라 추가 에코 신호들, 요컨대 제6 내지 제8 에코 신호(16, 17, 18)가 수신된다. 제6 내지 제8 에코 신호(16, 17, 18)는 제1 에코 신호(11)보다 더 짧은 전파 시간(31)을 갖는다. 제1 에코 신호(11)를 반사한 객체(6)가 제1 초음파 센서(3)의 주변에서 일정하게 이동하는 것으로 가정할 수 있으며, 그에 따라 제1 에코 신호(11)의 전파 시간(31)이 연속으로 변동하거나 일정하게 유지된다고도 가정할 수 있기 때문에, 갑자기 발생하는 에코 신호들, 즉, 제6 내지 제8 에코 신호(16, 17, 18)는 제1 에코 신호(11)와 관련이 없다고도 추론될 수 있다. 따라서, 도 5에 도시된 예에서, 특히 제5 측정(44)에서, 제1 에코 신호는 제6 내지 제8 에코 신호(16, 17, 18)와 함께 그룹핑되지 않는다. 도 5에 도시된 제1 에코 신호(11)는 마찬가지로, 제1 에코 신호(11)의 값으로 표현되는 에코 신호 그룹일 수 있다.
따라서 다중 에코 처리를 통한 삼변 측량 시 오류를 감소시키는 방법이 제공된다. 이 경우, 삼변 측량을 위해 가용한 에코 신호(11, 12, 13, 14, 15)의 수를 감소시키기 위해, 하나의 객체(6)에 관련된 복수의 에코 신호(11, 12, 13, 14, 15)의 식별 및 통합이 수행된다. 이를 위해, 실질적으로 2개의 특징이 이용된다. 그 중 하나는 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 전파 시간들인데, 그 이유는 에코 신호들이 하나의 동일한 객체(6)에 의해 유사한 전파 시간으로 발생하기 때문이다. 다른 하나는, 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 유의성이며, 다시 말해 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)이 상호 비교 시 얼마나 더 명확한가 하는 점이다.
이런 방식으로, 상호 양립할 수 없는 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 삼변 측량을 통해 오탐의 감소가 달성된다. 또한, 후속하는 처리 단계들을 위한 계산 부하도 감소한다. 또한, 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)이 데이터 인터페이스 상에서 사용자에게 제공되어야 하는 경우, 상대적으로 더 적은 통신량이 달성된다.
센서의 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)은 에코 신호 그룹들(20, 21, 22)로 통합되며, 하나의 에코 신호 그룹(20, 21, 22)의 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)은 가급적 하나의 단일 객체(6)에 할당된다. 에코 신호 그룹들(20, 21, 22)은 후속 단계에서 제1 에코 신호로 축소되며, 그룹핑된 에코 신호들의 수 및 그의 에코 특성들(예: 유의성, 전파 시간차)은 추가 특징들로서 제1 에코 신호에 할당된다.
에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 통합은, 시간상 최초 에코 신호의 전파 시간을 통해 트리거링되는 시간 섹션의 신장(stretching)을 통해 수행된다. 이 경우, 시간 섹션은 연속하는 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 전파 시간차(32)를 기술한다.
하나 또는 복수의 에코 신호 그룹(20, 21, 22)이 시간 섹션 내에 존재한다면, 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)은 에코 신호 그룹(20, 21, 22)에 할당되지만, 이는 유의성에 대한 조건들이 충족되는 경우에 한한다.
각각의 그룹핑된 에코 신호(11, 12, 13, 14, 15)는 추가 시간 섹션을 트리거하고, 그에 따라 에코 신호 그룹(20, 21, 22)에 대한 검색창(search box)이 상응하게 확장된다. 시간 섹션들은 바람직하게 동일하게 선택된다. 그 대안으로, 섹션의 수가 증가함에 따른 시간 섹션들의 단축 또는 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 유의성들에 따른 시간 섹션들의 변동도 가능하다(상대적으로 더 큰 유의성을 갖는 에코 신호들이 상대적으로 더 작은 유의성을 갖는 에코보다 더 큰 창을 형성한다). 객체(6)의 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 전파 시간차가 임의로 커질 수 없다는 관찰에 기반하여, 검색창은 최대 "그룹 시간(group time)"으로 제한되며, 최대 그룹 시간은 간격에 따라 결정될 수 있다. 최대 그룹 시간에 대한 표준 값들은 3 내지 6㎳의 범위이다.
한 바람직한 실시예는, 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 통합이 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 유의성에 따라 구성될 때 달성된다. 이는, 많은 경우에 객체(6)의 최초 반사가 가장 높은 유의성을 갖는 반사라는 관찰을 기초로 한다. 에코 유의성은 신호 세기에 대한 척도일 수 있다. 가장 단순한 경우에, 유의성은 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 에코 진폭에 비례하며, 부호화된 신호들의 경우, 에코 유의성은 추가로 위상 정보(phase information)에도 결합될 수 있다.
즉, 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 그룹핑 시 하기 기준들이 사용될 수 있다:
후속 에코 신호의 유의성이 제1 에코 신호의 유의성보다 더 작거나 같은 경우, 그룹핑이 허용됨.
후속 에코 신호의 유의성이 제1 에코 신호의 유의성보다 더 큰 경우, 그룹핑이 중지됨.
후속 에코 신호의 유의성이 제1 에코 신호의 유의성과 같고, 이와 동시에 유의성이 기설정 임계값을 초과하는 경우, 다시 말해 매우 높은 경우, 그룹핑이 중지됨.
또 다른 한 바람직한 실시예는, 에코 신호 그룹(20, 21, 22)의 제1 에코 신호의 유의성이 그룹핑 이후에 그룹핑된 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 수에 따라 변경될 때 제공된다. 또 다른 한 바람직한 실시예는, 그룹핑이 조합을 통해 에코 시퀀스의 이력 분석과 조합될 때, 구체적으로는 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)이, 상기 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 시퀀스에 매칭되지 않는 경우에, 즉, 높은 확률로 제2 객체로부터 유래하는 경우에, 그룹핑되지 않음으로써, 제공된다.
또 다른 한 바람직한 실시예는, 상기 시그니처(signature)에 따라 객체를 분류하기 위해, 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)과 이들의 유의성의 통합이 이용될 때 제공된다. 예컨대 차량의 반사는 주로 유의성이 훨씬 더 작은 후속 반사들을 포함한 하나의 뚜렷한 최초 반사로 형성된다. 이에 반해 수풀은 전반적으로 유의성이 유사하고 산란하는 반사들을 제공한다.
상술한 개시에 추가로, 도 1 내지 도 5의 개시도 명시적으로 참조한다.

Claims (10)

  1. 초음파 신호 정보를 제공하기 위한 방법으로서,
    - 복수의 에코 신호(10)를 수신하는 단계,
    - 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 전파 시간(30) 및/또는 유의성을 기반으로 상기 복수의 에코 신호(10)에서 개별 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15) 간의 상관성을 결정하는 단계,
    - 상관성이 결정된 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)을 에코 신호 그룹(20, 21, 22)으로 그룹핑하는 단계, 및
    - 상기 에코 신호 그룹(20, 21, 22)을 특징짓는 특성을 제공하는 단계를 포함하는, 초음파 신호 정보의 제공 방법.
  2. 제1항에 있어서, 개별 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15) 간의 상관성을 결정할 때, 시간적으로 연속하는 2개의 에코 신호 간의 상관성을 위한 제1 기준은, 시간적으로 연속하는 두 에코 신호의 전파 시간들(30) 간의 전파 시간차(31)가 정해진 시간 값(32)보다 더 작은 경우인 것을 특징으로 하는, 초음파 신호 정보의 제공 방법.
  3. 제2항에 있어서, 정해진 시간 값(32)은 특히, 시간적으로 연속하는 두 에코 신호 중 먼저 수신되는 에코 신호의 유의성에 따라서 선택되는 가변 값인 것을 특징으로 하는, 초음파 신호 정보의 제공 방법.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 정해진 시간 값(32)은, 시간적으로 연속하는 두 에코 신호 간의 상관성이 결정된 후에 감소하는 것을 특징으로 하는, 초음파 신호 정보의 제공 방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 개별 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15) 간의 상관성을 결정할 때, 시간적으로 연속하는 2개의 에코 신호 간의 상관성을 위한 제2 기준은, 먼저 수신되는 에코 신호의 유의성이 나중에 수신되는 에코 신호의 유의성보다 크거나 같은 경우인 것을 특징으로 하는, 초음파 신호 정보의 제공 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 개별 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15) 간의 상관성을 결정할 때, 시간적으로 연속하는 2개의 에코 신호 간의 상관성에 반하는 기준은, 나중에 수신되는 에코 신호가 다른 에코 신호 그룹(20, 21, 22)에 할당될 수 있는 경우인 것을 특징으로 하는, 초음파 신호 정보의 제공 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 에코 신호 그룹(20, 21, 22)을 특징짓는 특성을 기반으로, 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)이 반사되었던 객체(6)의 분류를 수행하는 것을 특징으로 하는, 초음파 신호 정보의 제공 방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 에코 신호 그룹(20, 21, 22)을 특징짓는 특성은 에코 신호 그룹(20, 21, 22)의 먼저 수신된 에코 신호의 유의성이며, 이 경우 먼저 수신된 에코 신호의 유의성은 특히 에코 신호 그룹(20, 21, 22)으로 그룹핑된 에코 신호의 개수에 따라 조정되는 것을 특징으로 하는, 초음파 신호 정보의 제공 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은, 초음파 신호(5)를 송출하는 단계를 더 포함하며, 개별 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 유의성은 각각의 에코 신호(10)와 상기 송출된 초음파 신호(5)의 비교를 토대로 결정되는 것을 특징으로 하는, 초음파 신호 정보의 제공 방법.
  10. 초음파 신호 정보를 제공하기 위한 장치로서,
    - 복수의 에코 신호를 수신하도록 구성된 초음파 수신기와;
    - 전자 시스템(2)으로서,
    개별 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)의 전파 시간(30) 및/또는 유의성을 기반으로 복수의 에코 신호(10)에서 개별 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15) 간의 상관성을 결정하고,
    상관성이 결정된 에코 신호들(11, 12, 13, 14, 15)을 에코 신호 그룹(20, 21, 22)으로 그룹핑하며,
    상기 에코 신호 그룹(20, 21, 22)을 특징짓는 특성을 제공하도록 구성된, 전자 시스템(2)
    을 포함하는, 초음파 신호 정보 제공 장치.
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