KR20200032108A - 차량 주변에 있는 적어도 하나의 물체를 탐지하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 송신기에서 전송되어 물체로부터 반사된 초음파 신호를 수신함으로써 차량 주변에 있는 적어도 하나의 물체를 탐지하기 위한 방법에 관한 것으로서, 이러한 방법에 적어도 하나의 초음파 송신기 및 이러한 초음파 송신기에 배열된 초음파 수신기가 제공된다. 상기 초음파 송신기는 초음파 전송 신호를 전송한다. 상기 초음파 수신기는 초음파 수신 신호를 수신한다. 초음파 수신 신호는 초음파 전송 신호와 상관관계에 있고, 상관 인자가 결정된다. 상기 상관 인자의 값에 따라, 초음파 수신 신호가 간섭 신호인지, 또는 상기 초음파 수신기에 배열되지 않은 또 다른 초음파 송신기에서 전송된 초음파 전송 신호인지, 또는 물체에서 반사되었으며 초음파 수신기에 배열되지 않은 또 다른 초음파 송신기의 초음파 전송 신호인지, 또는 물체에서 반사되었으며 초음파 수신기에 배열된 초음파 송신기의 초음파 전송 신호인지 결정된다.
Description
본 발명은 송신기에서 전송되어 물체로부터 반사된 초음파 신호를 수신함으로써 차량 주변에 있는 적어도 하나의 물체를 탐지하기 위한 방법에 관한 것이다.
초음파 측정 장치를 통해 차량 주변의 물체 탐지와 관련한 정확성 및 신뢰도에 대해 요구 사항이 점점 더 많아지고 있다. 특히, 간섭 신호가 확실하게 탐지되어야 한다.
WO-A-2012/016834 A1, WO-A-2014/108300 A1, DE-A-44 33 957, DE-A-10 2012 015 967 및 DE-A-10 2011 085286은 초음파 신호의 처리, 특히 장애물을 탐지하기 위한 다양한 방법 및 장치를 공지하고 있다. 그러나 이러한 모든 방법의 회로 기술 및 소프트웨어 기술의 실행은 때때로 회의적이다.
본 발명의 목적은 차량 주변에 있는 적어도 하나의 물체를 탐지하기 위해 개선된 방법을 제공하는 것이며, 이러한 방법은 회로 기술적 및/또는 소프트웨어 기술적 측면에서 용이하게 실행될 될 수 있다.
본 발명의 상기 목적은 송신기에서 전송되어 물체로부터 반사된 초음파 신호를 수신함으로써 차량 주변에 있는 적어도 하나의 물체를 탐지하기 위한 방법을 제공함으로써 해결되며, 이러한 방법에서,
- 적어도 하나의 초음파 송신기 및 이러한 초음파 송신기에 배열된 초음파 수신기가 제공되며,
- 상기 초음파 송신기는 초음파 전송 신호를 전송하고,
- 상기 초음파 수신기는 초음파 수신 신호를 수신하며,
- 이러한 초음파 수신 신호는 초음파 전송 신호와 상관관계(correlation)에 있으며, 이때 상관 인자(correlation factor)는,
- 상기 초음파 수신 신호가 I/Q-복조 됨으로써 결정되며, 이러한 I/Q-복조에서 복소수 신호는 실수부 신호(I)와 허수부 신호(Q)로 구성되고, 각각의 신호는 포락 곡선 신호를 형성하기 위해 제1 최적 필터로 필터링 되며, 이어서 필터링 된 실수부 신호와 허수부 신호(I, Q)를 사용하여 수치가 형성되고,
- 추가로, 실수부 신호(I)뿐 아니라 허수부 신호(Q)도 각각 정규화 되며,
- 정규화된 실수부 신호(I')뿐 아니라 정규화된 허수부 신호(Q')도 제2 최적 필터를 통해 필터링 되며, 이때 상기 제1 최적 필터와 제2 최적 필터는 일반적으로 동일하며,
- 정규화된 실수부 신호와 허수부 신호(I', Q')로 구성된 복소수 신호의 크기로서 상관 인자가 결정되며,
- 상기 상관 인자의 값에 따라, 초음파 수신 신호가
- 간섭 신호인지, 또는
- 상기 초음파 수신기에 연결되지 않은 또 다른 초음파 송신기에서 전송된 초음파 전송 신호인지, 또는
- 물체에서 반사된, 초음파 수신기에 연결되지 않은 또 다른 초음파 송신기의 초음파 전송 신호인지, 또는
- 물체에서 반사된, 초음파 수신기에 연결된 초음파 송신기의 초음파 전송 신호인지 결정된다.
본 발명에 따른 기본 사상은 수신된 초음파 신호가 예상되는 초음파 신호와 얼마나 일치하는지를 나타내는 측정값, 즉 상관 인자의 간단한 계산에서 찾아 볼 수 있다. 바람직하게는 에코(echo)와 해당 상관관계는 동시에 평가된다. 이를 위해, 본 발명에 따라 I/Q-복조를 통해 생성된 복소수 신호의 실수부와 허수부를 정규화하고, 정규화된 실수 신호부와 허수 신호부는 정합 필터(최적 필터로도 명명됨)를 통해 필터링 되며, 이러한 최적 필터는 I/Q-복조의 실수 신호와 허수 신호를 필터링 하는 그러한 최적 필터와 동일하도록 제공된다. 이러한 방식으로 필터링 되어 정규화된 실수 신호와 허수 신호는 수치 형성을 위해 계산되며, 이어서 전술한 것으로부터 상관계수 또는 상관인자가 생성된다. 이러한 방법은 회로 기술 또는 소프트웨어 기술적 측면에서 용이하게 실행되며, 전술한 것은 본 발명의 결정적인 장점에 해당한다.
본 발명에 따라 제안된 상관관계로 인해, 초음파-에코 신호가 "자체" 초음파 전송 신호의 반사로 인해 발생하는지 또는 간섭 신호로부터 발생하는지 탐지될 수 있다. 이때, "자체" 초음파 전송 신호는 초음파 측정 장치에서 발생하는 신호, 즉 초음파 송신기로부터 전송된 초음파 전송 신호가 동일한 초음파 측정 장치의 초음파 수신기에 의해 반사 신호로서 수신되는 그러한 초음파 송신기의 신호로 이해할 수 있다.
바람직하게는, 비교는 초음파 수신 신호의 주파수와 초음파 전송 신호의 주파수에 기초하여 예상되는 신호와 초음파 수신 신호가 일치된 상태에서 실시된다. 실험 결과에 따라, 두 자리 수 kHz-범위로 전송되는 초음파 송신기가 사용될 경우, 1kHz의 주파수 편차 및 바람직하게는 2kHz의 주파수 편차가 상관 인자를 통해 신호를 서로 구분하기 위해 충분하다.
본 발명의 바람직한 실시 형태에 따라, 원거리 물체를 탐지하기 위해, 상관 인자의 값에 대한 임계값은 초음파 수신 신호의 증가하는 수신 시간으로 인해 감소 될 수 있다.
마지막으로, 물체를 탐지하기 위해 상관관계에 대응(parallel)하여 초음파 수신 신호의 포락 곡선의 신호 진폭이 검사되고, 신호 진폭을 에코-임계값과 비교하는 것도 바람직할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 아래의 도면을 통해 보다 상세하게 설명된다.
본 발명에 따라, 초음파-버스트 전송 신호의 비변조 펄스를 위해 신호 경로에서 상관 계수가 계산될 수 있다. 이러한 접근 방법이 일반적으로 적용될 수 있다는 것은 입증되었다. 진폭의 정규화를 위해 기본적으로 상이한 가능성이 제공될 수 있다. 가장 바람직한 가능성은 도 1에 도시되어 있다.
정규화는 다음과 같이 일반적으로 초음파 수신 신호의 아날로그-디지털 변환과 관련하여 적용되는 I/Q-복조의 I/Q-신호를 기반으로 한다:
이러한 신호로부터 위상(phase)은 다음과 같이 계산된다:
이어서, 전술한 것으로부터 정규화된 I/Q-신호(정규화된 I-신호 = I/
, 정규화된 Q-신호 = Q/
)는 아래의 것으로서 결정된다:
이러한 정규화된 신호(I', Q')는 도 1에서 상단 분기 회로에 도시된 제1 정합 필터와 동일하게 구성된 제2 정합 필터를 통과한다.
측정 결과는 1kHz의 주파수 편차로 인해 ~0.7의 약한 상관관계를 갖는 에코 신호가 발생한다는 것을 보여주고 있다. 편차가 2kHz 이상인 경우, 상관관계는 ＜ = 0.5이다. 도플러 쉬프트에서 이러한 민감도는 ~3m/s의 속도부터 관찰될 수 있다.
음향 노이즈는 변환기의 짧은 여기(excitation)로 인해 높은 상관관계를 갖기 때문에, 음향 노이즈 간섭(공기 브레이크)은 분류될 수 없다. 이와 반대로, 변조 신호로 처리될 경우, 변조기의 여기된 자여진동(self oscillation )이 억제되며, 그 이유는 자여진동이 더 이상 상관기(correlator)에 매칭되지 않기 때문이다.
측정
측정 장비: 58kHz의 변조기, 16 펄스, k=5인 3차 필터, 2m 10°의 75mm 튜브, 5m 반사체(reflector).
신호 경로는 8bit-포락 곡선에 대응한다(도 2 참조).
상관 신호(correlation signal)에서 식별할 수 있는 근거리의 에코는 이러한 에코를 표시하기 위해 너무 약하다. 그러나 이러한 에코는 원신호(raw signal)에서 명확하게 식별될 수 있다(도 3, 4 및 도 5 참조).
시스템은 정해진 시나리오에서 작동되었다. 장애물은 상관 인자의 값에 의해 명확하게 식별될 수 있었다(도 6 참조).
58kHz-테스트 시스템은 또 다른 시스템에 의해 센서로 직접 복사(radiation)됨으로써 간섭되었다(도 7 참조). 상관관계가 더는 주어지지 않았기 때문에, 간섭은 에코로 평가되지 않았다.
간섭 신호는 대략 2m에서 그라운드 에코로 인해 야기된 상대적으로 높은 상관 신호를 강력하게 감소시킨다(도 8 내지 도 11 참조).
도 12 내지 도 14는 측정 결과를 도시하고 있으며, 이때 측정은 수신 모드에서, 그리고 초음파 발생기에 의해 실시되었다. 버스트-신호는 16 펄스로 5ms 간격으로 전송되었다.
상관 신호로부터 알 수 있는 것은 측정 공간 자체에 아직 많은 그라운드 에코(ground echo)가 존재한다는 것이다. 이러한 그라운드 에코는 부가 신호, 즉 동작 주파수 이외의 주파수를 갖는 비상관화 신호를 통해 감소 될 수 있다. 이러한 신호는 아날로그 신호로서 초음파 측정 신호와 결합(예를 들어, "혼합") 될 수 있다. ADC 뒤에서, 즉 디지털로, 상기 비상관화 신호를 공급하는 디지털 구현은 바람직한 것으로 간주할 수 있으며(도 15 참조), 그 이유는 이로 인해 매우 쉽게 부가 기능이 구현될 수 있기 때문이다. 이러한 부가 기능은 원거리에서 에코가 억제되지 않도록 하기 위해 측정기간 동안 부가 신호의 진폭을 감소시키는 것이다. 이것이 가능한 이유는 ＞ 3m의 원거리에서 실제로 그라운드 에코가 발생하지 않기 때문이다.
전술한 것은 상관 신호의 분류를 용이하게 한다. 그러나 더 적은 신호대 간섭비로 인해 상관 신호가 더 넓은 간격으로 약해지는 단점이 있다. 이것은 평가할 때 가변 임계값을 통해 고려되어야 한다.
다른 한편, 기존의 더욱 큰 간섭 신호가 상관 신호를 현저하게 억제 시키고(도 6 및 도 7 참조), 이것은 일반적으로 명확한 증거로 제시될 수 있다(도 16 및 도 17 참조).
상관관계 소스(source)의 진폭이 선형으로 감소할 경우, 현저하게 개선된 양상이 나타난다(도 18 및 도 19 참조).
평가시 상관관계가 함께 고려될 경우, 왜곡되어 표시된 그라운드 에코가 이러한 방식으로 억제될 수 있다.
정규화된 신호의 약간 상이한 펄스 형태로 인해, 상관 신호의 최댓값이 ~3 신호주기 뒤처진다. 이것은 평가할 때 포락 곡선을 ~3의 샘플링값으로 지연시킴으로써 고려될 수 있다(도 20 및 도 21 참조).
Claims (5)
- 송신기에서 전송되어 물체로부터 반사된 초음파 신호를 수신함으로써 차량 주변에 있는 적어도 하나의 물체를 탐지하는 방법에 있어서,
- 적어도 하나의 초음파 송신기 및 상기 초음파 송신기와 연결되는 초음파 수신기가 제공되며,
- 상기 초음파 송신기는 초음파 전송 신호를 전송하고,
- 상기 초음파 수신기는 초음파 수신 신호를 수신하며,
- 초음파 수신 신호는 초음파 전송 신호와 상관관계에 있으며, 상관 인자는,
- 상기 초음파 수신 신호가 I/Q-복조 됨으로써 결정되며, I/Q-복조에서 복소수 신호는 실수부 신호(I)와 허수부 신호(Q)로 구성되고, 각각의 신호는 포락 곡선 신호를 형성하기 위해 제1 최적 필터로 필터링되며, 이어서 필터링된 실수부 신호와 허수부 신호(I, Q)를 사용하여 수치가 형성되고,
- 추가로, 실수부 신호(I)뿐 아니라, 허수부 신호(Q)도 각각 정규화되며,
- 정규화된 실수부 신호(I')뿐 아니라, 정규화된 허수부 신호(Q')도 제2 최적 필터를 통해 필터링 되며, 이때 상기 제1 최적 필터와 제2 최적 필터는 거의 동일하며,
- 정규화된 실수부 신호와 허수부 신호(I', Q')로 구성된 복소수 신호의 크기로서 상관 인자가 결정되며,
- 상기 상관 인자의 값에 따라, 초음파 수신 신호가
- 간섭 신호인지, 또는
- 상기 초음파 수신기에 연결되지 않은 또 다른 초음파 송신기에서 전송된 초음파 전송 신호인지, 또는
- 물체에서 반사된, 초음파 수신기에 연결되지 않은 또 다른 초음파 송신기의 초음파 전송 신호인지, 또는
- 물체에서 반사된, 초음파 수신기에 연결된 초음파 송신기의 초음파 전송 신호인지가 결정되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항에 있어서,
초음파 수신 신호는 아날로그-디지털-변환되고, 디지털화된 초음파 수신 신호는 I/Q-복조되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
초음파 전송 신호의 주파수가 얼마나 초음파 수신 신호의 주파수와 동일한지를 상관 인자가 나타내는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
원거리 물체를 탐지하기 위해, 상관 인자의 값에 대한 임계값은 초음파 수신 신호의 증가하는 수신 시간으로 인해 감소 되는 것을 특징으로 하는 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
물체를 탐지하기 위해 상관관계에 대응하여 초음파 수신 신호의 포락 곡선의 신호 진폭이 검사되고 에코-임계값과 비교되는 것을 특징으로 하는 방법.
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