KR20200120932A - 레이더 센서를 이용한, 광폭의 레이더 객체의 데카르트 속도의 추정 - Google Patents

레이더 센서를 이용한, 광폭의 레이더 객체의 데카르트 속도의 추정 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 레이더 센서, 특히 자동차용 레이더 센서를 위한 방법 및 이 방법을 실시하기 위한 레이더 센서에 관한 것으로, 상기 방법은, 하나의 방향으로 관련 송신 및 수신 안테나들(22, 10, 12)의 상이한 중앙 안테나 위치((0, yi))에 상응하는 개별 평가 채널(i)에 대해, 그리고 각각의 개별 레이더 타깃에 대해, 각각의 평가 채널(i)에서 획득되는 신호를 참조하여 각각의 평가 채널(i)에 할당된 개별 레이더 타깃의 각각의 개별 시선 속도(radial velocity)(vr,i)를 결정하는 단계; 레이더 타깃의 결정된 개별 시선 속도(vr,i)를 토대로 각각의 레이더 타깃의 각각의 속도((vx,vy))를 추정하는 단계로서, 상기 속도((vx,vy))가 레이더 센서에 대해 순방향으로의 속도(vx) 및 접선 속도(vy)에 관한 정보를 포함하는 단계; 그리고 추정된 속도((vx,vy))에 따라, 광폭의 레이더 객체에 속하는 것으로서 레이더 타깃들을 할당하는 단계;를 포함한다.

Description

레이더 센서를 이용한, 광폭의 레이더 객체의 데카르트 속도의 추정
본 발명은, 레이더 센서를 위한, 특히 자동차용 레이더 센서를 위한 방법, 및 레이더 센서, 특히 자동차용 레이더 센서에 관한 것으로, 상기 레이더 센서는 하나의 방향으로 상이한 위치에 배열된 복수의 안테나를 갖는 안테나 어셈블리를 구비한다.
종래의 레이더 센서는 극좌표 내에서 레이더 타깃을 검출한다. 예를 들면 방사상 거리, 방사상 상대 속도, 그리고 방위각 및/또는 고도각이 측정된다. 횡단 속도(혹은 접선 속도) 또는 각속도의 결정은, 시간에 걸쳐 관찰된 각도 변화를 통해서만, 또는 광폭의 레이더 객체에 대한 복합 객체 모델(complex object model)을 사용해서만 수행될 수 있었다.
레이더 센서는 자동차에서, 예를 들어 자체 차량의 전방에서 위치 확인된 차량들 또는 기타 레이더 타깃들의 거리, 상대 속도 및 방위각을 측정하기 위해 사용된다. 이 경우, 복수의 안테나가 예를 들어 수평면 상에 서로 간격을 두고 배열됨으로써, 위치 확인된 레이더 타깃들의 상이한 방위각은, 레이더 신호가 레이더 타깃으로부터 각각의 안테나까지 주파해야 하는 전파 길이에서의 차이를 야기한다. 이와 같은 전파 길이 차이는, 안테나에 의해 수신되어 관련 평가 채널에서 평가되는 신호의 진폭 및 위상에서의 상응하는 차이를 야기한다. 각도 추정을 위해, 상이한 수신 안테나에 의해 획득된 신호의 진폭 관계 및 위상 관계가 특징적인 방식으로 레이더 타깃의 각도에 좌우되는 상황이 이용된다. 이 경우, 상이한 채널들에서 수신된 (복소) 진폭을 안테나 다이어그램 내의 상응하는 진폭과 비교함으로써, 레이더 신호의 입사각 및 이로써 레이더 타깃의 방위각도 결정될 수 있다. 상응하는 방식으로, 안테나들이 수직으로 위·아래로 배열됨으로써, 레이더 타깃의 고도각도 추정될 수 있다.
객체 추적에서 횡방향으로 주행하는, 광폭의 레이더 객체의 처리를 위해, 광폭의 레이더 객체의 가설 및 상기 레이더 객체에 대한 포인트 타깃들의 상응하는 할당에 근거하여, 포인트 타깃들을 공동으로 처리하고, 관찰된 상이한 시선 속도들(v1,..., vn) 및 객체에 할당된 n개의 포인트 타깃의 각각의 측정된 각도(a1,..., an)로부터, 과잉 결정된 이하의 연립 방정식을 참조하여, 광폭의 객체의 속도(vx,vy)의 실제 방향을 추정하는 점이 제안되다:
Figure pct00001
상기 연립 방정식은
Figure pct00002
로 작성된다. 그 해는, 제곱 평균법을 사용하여,
Figure pct00003
으로 결정된다.
레이더 센서들의 성능이 더욱 향상되는 과정에서, d,v 추정이 증대된 해상도로 수행될 수 있다.
또한, 유효 센서 변수, 다시 말해 안테나 어셈블리의 크기 또는 애퍼처(aperture)의 증가, 각도 추정 정확도의 증가 및 개선된 각도 분리도 가능해진다. 선형 주파수 램프를 갖는 FMCW(frequency modulated continuous wave) 측정 방법 및 이산 푸리에 변환, 특히 FFT(Fast Fourier Transformation)를 이용한 수신 신호의 평가에서는, 푸리에 변환의 거리 빈의 폭이 거리차(Δr; Δr = c/(2F))에 상응하며, 이 식에서 c는 광속이고, F는 FMCW 송신 신호의 선형 주파수 램프의 주파수 편이(frequency deviation)이다. 상기 거리차는 여기에서 거리 분해능이라고도 지칭된다.
따라서, 거리 분해능이란, (동일한 상대 속도에서) 레이더 센서로부터의 거리의 2개의 측정값이 레이더 센서의 주어진 작동 모드에서 계속 분리된 빈 상에 맵핑될 수 있는 최소 거리차로 이해될 수 있다. FFT를 실행할 때, 거리 분해능은 FFT에서 2개의 거리 빈의 간격, 즉, 거리 빈의 폭에 상응한다. 여기에서 그리고 이하에서, '거리 분해능'의 개념과 '거리 빈의 폭'의 개념은 동일한 의미로 사용된다. 그와 달리, 거리 분리능이란, 거리 빈의 폭의 2배로 이해된다. 레이더 센서의 대역폭이 증가하면, 예를 들어 F = 2GHz의 송신 신호의 주파수 편이에서는 Δr = 7.5㎝의 거리 분해능이 가능하다. 동시에 애퍼처 또는, MIMO(Multiple Input Multiple Output) 레이더 센서의 경우에는 가상의 애퍼처가 유사한 크기의 값으로 증가하면, 레이더 타깃의 각도에 따라 개별 안테나 또는 평가 채널의 수신 신호들 간의 전파 길이 차이는 이미, 평가 채널의 푸리에 스펙트럼 내에서 수신된 신호의 진폭 및/또는 위상에 관한 정보가 평가 채널에 따라, 검출된 레이더 타깃의 d,v 추정에 의해 결정된 주파수 빈 내에 포함될 뿐만 아니라 하나 또는 복수의 인접한 주파수 빈 내에도 포함될 정도로, 커질 수 있다. 바로 앞에 있는 레이더 타깃의 거리가 5m이고, 중앙 안테나 위치와 외측 안테나 위치 간의 오프셋이 예컨대 40㎜인 경우에는 대략 0.5°의 각도 차이가 나타난다. 레이더 타깃이 예컨대 2.7m/s(10㎞/h)의 횡단 속도를 가지면, 중앙 안테나 위치에서는 상대 속도가 인지되지 않지만, 외측 안테나 위치에서는 0.025m/s의 방사상 상대 속도가, 그리고 또 다른 쪽에서는 -0.025m/s의 방사상 상대 속도가 인지된다. FFT의 빈 크기가 0.1m/s(측정의 속도 분해능)인 경우에, 이는 상응하는 3개의 평가 채널에서 -1/4Bin, 0Bin 또는 +1/4Bin의 주파수 위치 이동에 상응한다.
본 발명의 과제는, 광폭의 레이더 객체에 대한 포인트 타깃의 직접적인 연관(association)을 가능하게 하는 방법 및 레이더 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 과제는, 광폭의 레이더 객체의 속도, 특히 데카르트 속도(cartesian velocity)의 신속하고 간단한 추정을 가능하게 하는 방법 및 레이더 센서를 제공하는 것이다.
상기 과제들 중 하나 이상의 과제를 해결하기 위해, 하나의 방향으로 상이한 위치에 배열된 복수의 안테나를 갖는 안테나 어셈블리를 구비한 레이더 센서, 특히 자동차용 레이더 센서를 위한 본 발명에 따른 방법은, 하나의 방향으로 관련 송신 및 수신 안테나들의 상이한 중앙 안테나 위치들에 상응하는 개별 평가 채널에 대해, 그리고 각각의 개별 레이더 타깃에 대해, 각각의 평가 채널에서 획득되는 신호를 참조하여 각각의 평가 채널에 할당된 각각의 레이더 타깃의 각각의 개별 시선 속도를 결정하는 단계; 각각의 레이더 타깃에 대해, 레이더 타깃의 결정된 개별 시선 속도를 토대로 각각의 레이더 타깃의 각각의 속도를 추정하는 단계로서, 상기 속도는 레이더 센서에 대해 순방향으로의 속도 및 접선 속도에 관한 정보를 포함하는 단계; 및 적어도 레이더 타깃들의 추정된 속도에 따라, 광폭의 레이더 객체에 속하는 것으로서 레이더 타깃들을 할당하는 단계;를 포함한다. 추정된 속도는, 레이더 센서에 대해 순방향으로의 속도 및 접선 속도에 관한 정보, 다시 말해 2차원 속도에 관한 정보를 포함한다. 특히, 속도는 데카르트 속도, 다시 말해 수직 좌표계에 명시된 속도일 수 있다. 레이더 센서가 직접 순방향으로 정렬된 경우, 접선 속도는 횡단 속도에 상응한다.
이는, 단 하나의 송신 신호 변조 사이클을 갖는 단 한 번의 측정을 토대로, 특히 예컨대 주파수 램프 형태 또는 래피드 처프 시퀀스(rapid chirp sequence) 형태의 주파수 변조 패턴을 갖는 송신 신호에 대하여, 각각의 레이더 타깃의 (데카르트) 속도를 추정하는 것을 가능하게 한다. 특히, 레이더 타깃의 (데카르트) 속도는, 각각의 주파수 스펙트럼으로부터 개별 평가 채널에서의 시선 속도의 단 한 번의 측정을 토대로 추정될 수 있다.
그렇기 때문에, 광폭의 레이더 객체에 대한 레이더 타깃의 속도 측정 및 할당(연관)이 매우 신속하게 수행될 수 있다. 특히, (데카르트) 속도의 측정은 개별 레이더 타깃에 대해 직접, 그리고 단 하나의 변조 사이클 내에서의 레이더 타깃의 검출 또는 송신 신호의 주파수 램프의 검출을 토대로 수행될 수 있다. 이로써, 단지 하나의 사이클 내에서만 또는 소수의 사이클 내에서만 볼 수 있어서 예컨대 신속하게 횡단 이동하는 객체 또는 도로변의 구조물과 같은 복합 객체 모델에 의해 어렵게 처리될 수밖에 없는 객체에서도, 데카르트 속도를 측정하고 광폭 객체에 대한 연관을 실행할 수 있게 된다.
이는, 특히 레이더 타깃이 상대적으로 짧은 거리에 있는 경우에, 운전자 보조 시스템 또는 자율 주행 시스템의 훨씬 더 신속한 반응을 가능하게 한다. 이는, 예컨대 보행자와 같은 취약 도로 사용자(VRU = vulnerable road user)의 보호를 위해 특히 바람직하다.
레이더 타깃이란, 복수의 반사 센터가 할당되어 있는 광폭의 레이더 객체와 달리, 단 하나의 위치만 할당되는 반사 중심으로 이해된다. "레이더 타깃"이라는 개념은 "포인트 타깃"과 동일한 의미로 사용된다.
이 방법에서는, 레이더 센서의 하나의 송신 신호가 하나 이상의 안테나에 의해 송신되고, 하나의 신호가 하나 이상의 안테나에 의해 수신된다. 바람직한 일 실시예에서는, 송신된 신호가 램프 형태로 주파수 변조된다. 바람직한 일 실시예에서는, 레이더 센서가 FMCW 레이더 센서이다.
이 방법은 또한, 할당된 레이더 타깃의 결정된 개별 시선 속도를 토대로 광폭의 레이더 객체의 속도를 추정하는 단계를 포함할 수 있다. 따라서, 광폭의 레이더 객체의 속도를 추정하기 위한 방법이 다루어진다. 이 방법은, 종래의 방법에 비해, 광폭 객체의 더 신속하고 개선된 속도 추정을 가능하게 한다. 속도는, 레이더 센서에 대해 순방향 속도 및 접선 속도에 관한 정보를 포함할 수 있다. 이 정보는 특히 데카르트 속도일 수 있다.
이하에서, 레이더 센서와 전체적으로 관련된, 추정되거나 결정되는 변수는 "전역(global)" 변수라고도 지칭되는 한편, 각각의 평가 채널에 관려된, 그리고 송신 및 수신 안테나의 관련 중앙 안테나 위치들과 관련된 변수는 "개별" 변수로서 지칭된다. 이로써, 예를 들어 추정될 접선 속도는 전역 접선 속도라고 지칭될 수 있다.
또한, 상기 과제는, 하나의 방향으로 상이한 위치에 배열된 복수의 안테나를 갖는 안테나 어셈블리를 구비하고 상기 방법을 실시하도록 설계된 제어 및 평가 장치를 구비한, 특히 자동차용 레이더 센서에 의해 해결된다.
본 발명의 바람직한 실시예들 및 개선예들은 종속 청구항들에 명시되어 있다.
바람직한 일 실시예에서, 각각의 레이더 타깃의 속도를 추정하는 단계에서는, 레이더 타깃의 데카르트 속도가 하기 관계식을 토대로 추정된다:
Figure pct00004
(1)
상기 관계식에서,
Figure pct00005
은 각각의 평가 채널을 지칭하고,
Figure pct00006
는 레이더 타깃의 결정된 개별 시선 속도를 지칭하며,
Figure pct00007
는 각각의 평가 채널에 할당된 레이더 타깃의 개별 측면각(aspect angle)이고,
Figure pct00008
는 레이더 타깃의 데카르트 속도이며, 여기서
Figure pct00009
는 접선 속도이고,
Figure pct00010
는 레이더 센서에 대한 순방향으로의 레이더 타깃 속도이다.
바람직한 일 실시예에서, 각각의 평가 채널에 대한 레이더 타깃의 각각의 개별 시선 속도를 결정하는 단계에서는, 평가 채널에서의 신호의 개별 주파수 위치를 토대로 각각의 개별 시선 속도가 결정된다.
바람직한 일 실시예에서는, 각각의 평가 채널에서 푸리에 변환을 이용하여 이산 주파수 스펙트럼이 계산되며, 레이더 타깃에 대해 관련 평가 채널에서의 신호의 개별 주파수 위치가 이산 주파수 스펙트럼의 표본점들의 주파수 간격들보다 더 정밀한 분해능으로 결정된다. 여기에서 주파수 위치의 분해능이란, 결정 단계에서 얻을 수 있는 주파수 위치의 가능한 값이 얼마나 미세하게 스케일링되어 있는지를 지시하는 변수로 이해된다. 이산 주파수 스펙트럼의 표본점은 주파수 포인트 또는 주파수 빈이라고도 지칭될 수 있다.
각각의 주파수 위치는 예를 들어 주파수 스펙트럼의 보간 및 신호의 피크 최대치의 검색에 의해, 또는 주파수 스펙트럼 내의 신호에 대한 모델 함수의 주파수 파라미터의 피팅(fitting)에 의해 결정될 수 있다.
이하에서는 도면을 참조하여 실시예들이 더욱 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차용 레이더 센서의 블록선도이다.
도 2는 각각의 평가 채널의 푸리에 스펙트럼의 주파수 빈의 개략도이다.
도 3은 하나의 안테나 위치와 하나의 레이더 타깃 간의 관계도이다.
도 4는 본 발명에 따른 방법의 제1 부분을 설명하기 위한 블록선도이다.
도 5는 방법의 제2 부분을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 6은 한 교통 상황의 개요도이다.
도 1에 도시된 레이더 센서는, 공통 기판(18) 상에 복수의 수신 안테나 또는 안테나 요소(10, 12)를 구비한다. 레이더 센서는 자동차 내에서, 복수의 안테나(10, 12)가 수평 위치들(yi, i = 0,...,k)에서 동일한 높이로 나란히 놓이도록 설치된다. 도 1에는, 각각의 방위각 θi(측면각)으로 안테나에 의해 수신되는 레이더 빔이 상징적으로 도시되어 있다.
송신 안테나(22)를 제어하기 위한 고주파부(20)는, 송신될 레이더 신호를 생성하는 국부 발진기(24)를 포함한다. 안테나(10, 12)에 의해 수신된 레이더 에코가 각각 믹서(28)에 공급되고, 이곳에서 레이더 에코는 발진기(24)에 의해 공급된 송신 신호와 혼합된다. 이와 같은 방식으로, 각각의 안테나(10, 12)에 대해 기저 대역 신호 또는 중간 주파수 신호(Z0, Z1, ..., Zi, ..., Zk)가 획득되고, 이 신호는 전자 제어 및 평가 유닛(30)에 공급된다.
제어 및 평가 유닛(30)은, 발진기(24)의 기능을 제어하는 제어부(32)를 포함한다. 도시된 예에서 레이더 센서는 FMCW 레이더이며, 다시 말해 발진기(24)에 의해 공급된 송신 신호의 주파수가 주기적으로 상승 및/또는 하강 주파수 램프의 형태로 변조된다.
또한, 제어 및 평가 장치(30)는 k개의 채널을 갖는 아날로그/디지털 변환기(34)를 구비한 평가부를 포함하며, 이 변환기는 k개의 안테나(10, 12)에 의해 수신된 중간 주파수 신호(Z0 내지 Zk)를 디지털 처리하여, 이를 각각 단일 주파수 램프의 지속 시간에 걸쳐 기록한다. 그런 다음, 이와 같이 획득된 시간 신호는 채널별로 변환단(36)에서 고속 푸리에 변환(FFT)에 의해 상응하는 주파수 스펙트럼으로 변환된다. 이 주파수 스펙트럼 내에서는 각각의 레이더 타깃이 피크의 형태로 나타나며, 이 피크의 주파수 위치는 레이더 센서로부터 레이더 타깃으로의 그리고 역으로 레이더 센서로의 신호 전파 시간에 좌우되고, 도플러 효과로 인해, 레이더 타깃의 상대 속도에 좌우된다.
그 다음, 동일한 레이더 타깃에 대해 획득되었지만, 주파수 램프 상에서 예를 들어 상승 램프 및 하강 램프와 같이 상이한 기울기를 갖는 2개의 피크의 주파수 위치로부터, 관련 레이더 타깃의 거리(d) 및 상대 속도(v)가 공지된 방식으로 계산될 수 있다. 추정된 거리(d)는, 각각의 평가 채널에 할당된 개별 거리(di)와 달리, 레이더 타깃의 전역 거리(global distance)로서 지칭될 수 있다.
도 1에서 레이더 빔을 참조하여 개략적으로 도시된 바와 같이, 안테나들(10, 12)의 상이한 위치는, 하나의 동일한 안테나에 의해 방출된 레이더 빔이 레이더 타깃에서 반사된 후에 상이한 안테나에 의해 수신되고, 상이한 전파 길이를 주파하며, 그에 따라 레이더 타깃의 방위각(θ)에 좌우되는 위상차를 갖도록 유도한다. 관련 중간 주파수 신호(Z0 내지 Zk)도 상응하는 위상차를 갖는다. 수신된 신호의 진폭(양)도 안테나마다 상이하며, 마찬가지로 방위각(θ)에 따라 좌우된다.
속도 추정기(38)는, 평가 채널들의 주파수 스펙트럼 내에서의 신호를 참조하여, 성분(vx), 즉, 레이더 센서에 대해 순방향으로의 속도 및 성분(vy), 즉, 접선 속도를 갖는 각각의 레이더 타깃의 데카르트 속도를 추정한다. 이는 이하에서 더욱 상세하게 설명된다. 나아가, 각도 추정기(40)가 상기 신호를 참조하여 각각의 레이더 타깃의 방위각을 추정한다.
FMCW 변조의 큰 주파수 편이에 상응하게 대역폭이 높고, 안테나 어셈블리의 확장이 큰 경우, 레이더 타깃의 방위각(θ)에 따라 그리고 레이더 타깃의 거리(d)에 따라, 개별 수신 채널에서 수신된 신호의 주파수 스펨트럼 내의 상이한 주파수 위치(fa(i))에 복소 진폭이 포함되어 있다. 도 2는, 평가 채널(i) 내에서 레이더 타깃에 대해 획득된 신호(스펙트럼의 피크)의 주파수 위치(fa(i))를 개략적으로 도시하며, 여기에는 증가하는 주파수(f)의 방향으로 연속하는 푸리에 스펙트럼의 주파수 빈이 도시되어 있다.
도 3은, 좌표(0,yi)에서 지수 "i"로 표시된 평가 채널의 안테나 위치에 대한 평면도에서, 데카르트 속도(vx,vy)를 갖는 좌표(x,y)에서 레이더 타깃으로서의 일 포인트 타깃에 대한 관계를 도시한다. 이 포인트 타깃의 거리는 "di"로 표시되어 있고, 수신된 레이더 신호의 측면각은 "θi"로 표시되어 있다. 도해의 간소화를 위해, 원점(0,0)은 안테나 어레이의 중심점을 나타내고 중심 안테나 위치에 상응한다고 가정된다. 본 예에서, 포인트 타깃은 레이더 센서 앞에서 정확히 횡방향으로 이동하는 상황에 상응하게 "vx = 0"이다. 본 도면은, 간소화를 위해, 원점에 대해 상대 시선 속도 및 절대 시선 속도가 0인 상황을 보여준다. 원점에 있는 안테나 위치(0,y0)에서는, 시선 속도 vr,0 = 0이 측정된다. 안테나 위치 (0,yi)에서는, 시선 속도 (vr,i)가 측정된다. 이 시선 속도는 안테나 위치의 반경 방향에 데카르트 속도(vx,vy)를 투영한 것에 상응하고, 이로써 안테나 위치에서의 레이더 타깃의 측면각(θi)에 좌우된다.
평가 채널(i)의 측면각(θi)와, 포인트 타깃의 데카르트 속도(vx,vy)와, 그리고 각각의 평가 채널(i) 내에서 스펙트럼으로부터 추정되는 개별 시선 속도 사이의 관계는 방정식 (1)에 의해서 성립된다. 상응하는 행렬(M)의 정의에 의해, 이 관계는 다음과 같이 치환될 수 있다:
Figure pct00011
그 다음에, 각각의 평가 채널 내의 개별 시선 속도(vr,i)로부터, 데카르트 속도(
Figure pct00012
)의 벡터가 최소 제곱(KQ 추정)의 방식에 따라 아래와 같이 추정될 수 있다:
Figure pct00013
(2)
각도 차이가 더 클수록, 그리고 상대 속도가 더 정확하게 결정될 수 있을수록, 상응하는 추정은 더 양호해진다. 최소 제곱 추정은, 예를 들어 의사 역행렬(pseudo inverse), SVD(Singular Value Decomposition, 특이값 분해) 또는 QR 분해(QR decomposition)를 사용하여 산술적으로 계산될 수 있다.
전파 길이 차이로 인해 레이더 센서에 의해 "관찰되는" 평가 채널들의 거리(di)는 안테나 구성에 좌우된다. 이로써, 바이스태틱 시스템 또는 MIMO 시스템에서는, 송신 안테나로부터 타깃으로의 경로에 대해 그리고 타깃으로부터 수신 안테나로의 경로에 대해 효과(거리 또는 전파 시간)가 가산되어 평균된다. 따라서, 거리(di)는 신호의 평균 전파 시간에 걸친 왕복 경로의 평균 거리가 된다. 그에 상응하게, 송신 안테나 및 수신 안테나의 중앙 안테나 위치가 고려된다.
제어 및 평가 장치(30)는, 레이더 타깃의 데카르트 속도를 추정하기 위한 방법을 실행하도록 구성되며, 이 방법은 도 4를 참조하여 예시적으로 설명되고, 속도 추정기(38) 내에 구현되어 있다.
주파수 스펙트럼의 보간에 의해서, 단계 "S10"에서는 채널(i)의 신호의 주파수 위치(fa(i), 피크 위치)가 고해상도로 결정된다.
단계 "S12"에서의 제1 각도 추정에서는, 각각의 위치 확인된 객체에 대해, 즉, 각각의 레이더 타깃(주파수 스펙트럼 내에서의 각각의 피크)에 대해, 레이더 타깃의 방위각(θ)을 추정하기 위하여, I개의 수신 채널에서 획득된 복소 진폭이 안테나 다이어그램과 비교된다. 이 경우, 복소 진폭의 벡터가 채널의 개별 스펙트럼 내의 각각 동일한 주파수 위치(fref)에서 평가된다. 추정된 측면각(θ)은, 각각의 평가 채널의 개별 측면각과 달리, "전체" 측면각이라고 지칭될 수 있다.
방위각(θ) 및 안테나 위치(yi)를 토대로, 단계 "S14"에서, 거리에 기인하는 채널의 빈 시프트(bin shift)(주파수 위치의 시프트(Δfa(i))가 결정된다. 주파수 위치 시프트는 거리에서 기인하는 주파수 위치 시프트로서 지칭될 수 있다. 주파수 위치 시프트는 주파수 위치 보정으로서도 지칭될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 주파수 위치 시프트는 측정의 높은 거리 분해능에 기인한다. 주파수 위치 시프트는 측면각에 따라 발생한다. 주파수 위치 시프트는 측면각에 따라 0일 수도 있다.
주파수 위치(fa(i))로부터, 단계 "S16"에서, 시프트(Δfa(i))가 감산되고, 나머지 주파수 위치(fa(i) - Δfa(i))가 단계 "S18"에서 평가되는데, 이는 이들 나머지 주파수 위치로부터 채널(i)의 개별 시선 속도(vr,i)를 결정하기 위함이다. 이는 FMCW 방정식
Figure pct00014
에 따라 수행된다. 이 방정식에서, k는 나머지 주파수 위치에 상응하는 빈 위치이고, c는 광속이며, d는 거리이고, F는 램프의 주파수 편이이며, f0는 중심 주파수이고, vr은 시선 속도이며, T는 램프의 지속 시간이다. 평가된 주파수 위치는 주파수 위치 시프트를 고려한 나머지 주파수 위치이다.
단계 "S20"에서는, 예를 들어 안테나 위치(yi)를 고려하여, 예컨대 이들 변수의 기하학적 관계에 기초해서, 전역 거리(d) 및 추정된 방위각(θ)으로부터 개별 측면각(θi)이 결정된다. 개별 측면각은 예를 들어 레이더 타깃의 데카르트 좌표 및 중앙 안테나 위치를 토대로도 계산될 수 있다.
단계 "S22"에서는, 방정식 (1) 및 (2)를 참조하여 레이더 타깃의 데카르트 속도의 추정이 수행된다. 레이더 센서의 출력을 위해, 이들 방정식은 예를 들어 원점에 대한 시선 속도 및 접선 속도(또는 각속도)로 변환될 수 있다.
선택적 단계 "S24"에서는, 개선된 제2 각도 추정에서 각도 추정기(40)에 의해 방위각(θ)이 추정되며, 이 경우 주파수 시프트(Δfa(i))를 고려하여, 그리고/또는 방위각(θ) 및 안테나 위치(yi)로부터 도출되는, 속도에서 기인하는 상응하는 주파수 시프트(Δfb(i))를 고려하여, 채널의 개별 스펙트럼 내에서의 각각의 주파수 위치에서 복소 진폭의 벡터가 평가된다. 특히, 전술한 측면각의 (제1) 추정 단계("S12")에 추가로 실시되는, 레이더 타깃의 측면각의 제2 추정 단계가 관련된다.
이 방법은 특히, 측면각의 제2 추정을 토대로 하여, 측면각의 추정에 좌우되는 단계 "S14", "S16", "S18", "S20", "S22"가 다시 실시되는 반복적인 방법일 수 있다.
다이어그램에서 알 수 있듯이, 단계들은 서로 병렬로 또는 상이한 순서로 실시될 수 있다.
바람직한 일 실시예에서는, 레이더 타깃의 거리가 거리 임계값 미만인 경우에 개별 시선 속도들의 차이가 고려된다. 그 이유는, 거리가 매우 먼 경우에는, 개별 시선 속도를 구별하기에는 효과가 지나치게 적기 때문이다. 거리 임계값은, 테스트 측정을 참조해서 또는 레이더 센서의 이론적인 속도 분해능을 토대로 해서 선택될 수 있다.
도 5는, 각각의 위치 확인된 레이더 타깃(포인트 타깃)에 대해 실시되는 전술한 방법을 토대로 하여, 광폭의 레이더 객체의 속도를 추정하기 위한 방법 단계들을 도시한다. 각각의 단계 "S22"의 결과를 근거로, 단계 "S30"에서는, 레이더 타깃의 추정된 데카르트 속도에 기초하여, 광폭의 레이더 객체에 속하는 복수의 레이더 타깃이 연관된다(서로 할당된다). 이 경우, 예를 들어 데카르트 속도가 공차 범위 내에서 일치하는지의 여부 그리고 레이더 타깃의 위치 또는 거리 및 각도가 제한 범위 내에서 일치하는지의 여부가 결정된다. 도 6은, 그 시선 속도들(vr)은 상이하지만, 데카르트 속도(vx,vy)는 동일한 것으로 추정된, 3개의 위치 확인된 레이더 타깃을 개략적으로 보여준다. 이들은 광폭의 객체(60)와 연관된다.
동일한 광폭 객체에 속하는 또 다른 관련 레이더 타깃에 대해 매트릭스 및 좌측 벡터의 행만큼 방정식(1)을 확대시킴으로써, 그 다음에는 상응하는 방식으로 단계 "S32"에서 방정식 (2)를 통해, 광폭 객체의 데카르트 속도의 추정이 수행될 수 있다.
여기에 기술된 실시예들에서는 바이스태틱 안테나 컨셉으로써 작동된다. 그러나, 선택적으로 동일한 (그룹) 안테나가 송신 및 수신의 목적으로 이용되는 모노스태틱 안테나 컨셉도 이용될 수 있다.
기술된 방법은, 특히 소위 래피드 처프 시퀀스로 작동되는 FMCW 레이더 센서에서 바람직하게 사용될 수 있다. 이 경우, 큰 경사도 및 단지 상대적으로 짧은 지속 시간을 갖는 복수의 주파수 램프(chirp)가 신속한 시퀀스로 통과된다. 개별 램프를 통해서 그리고 램프 시퀀스를 통해서 실시되는 2D FFT에서는, 평가 채널(i) 당 하나의 2차원 주파수 스펙트럼이 도출된다. 그에 상응하게, 주파수 위치(fa(i)) 및 주파수 시프트(Δfa(i) 또는 Δfb(i))는 일반적인 경우 2차원 벡터들이다.

Claims (10)

  1. 하나의 방향으로 상이한 위치에 배열된 복수의 안테나(10, 12)를 갖는 안테나 어셈블리를 구비한, 레이더 센서, 특히 자동차용 레이더 센서를 위한 방법으로서,
    하나의 방향으로 관련 송신 및 수신 안테나들(22, 10, 12)의 상이한 중앙 안테나 위치((0,yi))에 상응하는 개별 평가 채널(i)에 대해, 그리고 각각의 개별 레이더 타깃에 대해, 각각의 평가 채널(i)에서 획득되는 신호를 참조하여 각각의 평가 채널(i)에 할당된 개별 레이더 타깃의 각각의 개별 시선 속도(vr,i)를 결정하는 단계;
    각각의 레이더 타깃에 대해, 레이더 타깃의 결정된 개별 시선 속도(vr,i)를 토대로 각각의 레이더 타깃의 각각의 속도((vx,vy))를 추정하는 단계로서, 상기 속도((vx,vy))가 레이더 센서에 대해 순방향으로의 속도(vx) 및 접선 속도(vy)에 관한 정보를 포함하는 단계; 및
    적어도 레이더 타깃의 추정된 속도((vx,vy))에 따라, 광폭의 레이더 객체에 속하는 것으로서 레이더 타깃들을 할당하는 단계;
    를 포함하는, 레이더 센서를 위한 방법.
  2. 제1항에 있어서, 각각의 레이더 타깃에 대해, 각각의 레이더 타깃의 각각의 속도((vx,vy))를 추정하는 단계에서는, 각각의 레이더 타깃의 각각의 데카르트 속도((vx,vy))가 추정되는, 레이더 센서를 위한 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 관련 레이더 타깃의 결정된 개별 시선 속도((vx,vy))를 토대로, 광폭의 레이더 객체의 속도((vx,obj,vy,obj))를 추정하는 단계를 포함하는, 레이더 센서를 위한 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 평가 채널(i) 및 각각의 개별 레이더 타깃에 대해, 각각의 평가 채널에 할당된 각각의 레이더 타깃의 각각의 개별 측면각(θi)을 결정하는 단계를 포함하며,
    이 경우 각각의 레이더 타깃의 각각의 속도((vx,vy))를 추정하는 단계에서는, 레이더 타깃의 결정된 개별 시선 속도(vr,i) 및 레이더 타깃의 결정된 개별 측면각(θi)을 토대로, 각각의 레이더 타깃의 속도((vx,vy))가 추정되는, 레이더 센서를 위한 방법.
  5. 제4항에 있어서, 각각의 레이더 타깃의 각각의 개별 측면각(θi)을 결정하는 단계에서는, 각각의 평가 채널(i)의 관련 중앙 안테나 위치(yi)를 고려하여, 레이더 타깃의 추정된 측면각(θ) 및 레이더 타깃의 추정된 거리(d)를 토대로, 레이더 타깃의 각각의 개별 측면각(θi)이 결정되는, 레이더 센서를 위한 방법.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 평가 채널(i)에 대해 각각의 레이더 타깃의 각각의 개별 시선 속도(vr,i)를 결정하는 단계에서는, 평가 채널(i) 내에서의 신호의 각각의 주파수 위치(fa(i))를 토대로 각각의 개별 시선 속도(vr,i)가 결정되는, 레이더 센서를 위한 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 각각의 평가 채널(i)에 대해 각각의 레이더 타깃의 각각의 개별 시선 속도(vr,i)를 결정하는 단계에서는, 각각의 주파수 위치 시프트(Δfa(i))를 고려하여, 나머지 주파수 위치로부터 각각의 개별 시선 속도(vr,i)가 결정되며, 이 경우 각각의 평가 채널(i)에 대한 각각의 주파수 위치 시프트(Δfa(i))는 각각의 상응하는 중앙 안테나 위치((0,vi))에 대한 레이더 타깃의 거리차에 상응하는, 레이더 센서를 위한 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 방법은, 각각의 레이더 타깃에 대해, 상기 방향으로 관련 송신 및 수신 안테나(22, 10, 12)의 상이한 중앙 안테나 위치들(yi)에 상응하는 각각의 평가 채널의 신호들 간의 진폭 관계 및/또는 위상 관계를 참조하여, 각각의 레이더 타깃의 측면각(θ)을 추정하는 단계; 그리고
    추정된 측면각(θ)에 따라, 각각의 레이더 타깃에 대해, 주파수 위치 시프트(Δfa(i))가 각각의 상응하는 중앙 안테나 위치((0,vi))에 대한 레이더 타깃의 거리차에 상응하는 각각의 평가 채널(i) 내에서의 신호들의 각각의 주파수 위치 시프트(Δfa(i))를 결정하는 단계;를 포함하며,
    이 경우, 각각의 평가 채널(i)에 대해 각각의 레이더 타깃의 각각의 개별 시선 속도(vr,i)를 결정하는 단계에서는, 각각의 결정된 주파수 위치 시프트(Δfa(i))를 고려하여, 평가 채널(i) 내의 관련 신호의 나머지 주파수 위치로부터 각각의 개별 시선 속도(vr,i)가 결정되는, 레이더 센서를 위한 방법.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 방법은, 각각의 레이더 타깃에 대해, 상기 방향으로 관련 송신 및 수신 안테나(22, 10, 12)의 상이한 중앙 안테나 위치들((0,yi))에 상응하는 각각의 평가 채널의 신호들 간의 진폭 관계 및/또는 위상 관계를 참조하여, 레이더 타깃의 측면각(θ)을 추정하는 단계를 포함하며, 이 경우 제1 주파수 위치 시프트(Δfa(i))가 각각의 상응하는 중앙 안테나 위치((0,vi))에 대한 레이더 타깃의 거리차에 상응하는 각각의 평가 채널(i) 내에서의 신호들의 각각의 제1 주파수 위치 시프트(Δfa(i))를 고려하여, 그리고/또는 제2 주파수 위치 시프트(Δfa(i))가 각각의 평가 채널(i)에 대한 레이더 타깃의 개별 시선 속도(vr,i)의 차이들에 상응하는 각각의 평가 채널(i) 내에서의 신호들의 각각의 제2 주파수 위치 시프트(Δfb(i))를 고려하여, 각각의 주파수 위치에서 각각의 평가 채널(i)의 신호가 평가되는, 레이더 센서를 위한 방법.
  10. 하나의 방향으로 상이한 위치에 배열된 복수의 안테나(10, 12)를 갖는 안테나 어셈블리, 그리고 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 따른 방법을 실시하도록 설계된 제어 및 평가 장치(30)를 구비한 레이더 센서, 특히 자동차용 레이더 센서.
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