KR20210058303A

KR20210058303A - Fmcw 레이더 시스템에서 이동표적 검출 방법

Info

Publication number: KR20210058303A
Application number: KR1020190145600A
Authority: KR
Inventors: 신동승
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2019-11-14
Filing date: 2019-11-14
Publication date: 2021-05-24

Abstract

본 발명의 FMCW 레이더 시스템에서 이동표적 검출 방법은 톱니파형의 레이더 신호를 송신한 후에 표적에 의해 반사되어 돌아오는 수신 신호에 포함된 다수의 처프 각각을 다운 컨버팅하는 단계; 다운 컨버팅 된 다수의 처프(Chirp)에 대해 거리(Range) FFT를 수행하여 거리 FFT 결과를 획득하는 단계; 상기 거리 FFT 결과에서 n 번째 처프에 대한 거리 FFT 결과와 n-1 번째 처프에 대한 거리 FFT 결과 간의 차이를 계산하여, 상기 움직이지 않는 표적에 대응하는 성분을 제거하는 단계; 상기 움직이지 않는 표적에 대응하는 성분이 제거된 상기 거리 FFT 결과에 대해 도플러 FFT를 수행하여 도플러 FFT 결과를 획득하는 단계; 상기 도플러 FFT 결과에 대해 주파수 스펙트럼을 계산하는 단계; 상기 계산된 주파수 스펙트럼으로부터 비트 주파수 및 도플러 주파수를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 비트 주파수 및 도플러 주파수를 이용하여 이동 표적 검출 장치로부터 표적까지의 거리와 표적의 속도를 검출하는 단계를 포함한다.

Description

FMCW 레이더 시스템에서 이동표적 검출 방법{Method for Detecting Moving Target in FMCW Radar Systems}

본 발명은 레이더 시스템에서 이동표적 검출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 시스템에서 움직이는 표적과 움직이지 않는 표적이 같은 거리에서 검출되었을 때 움직이는 표적만을 검출하기 위한 방법에 관한 것이다.

레이다 시스템은 표적을 탐지하기 위한 레이더 파형을 송신하고 상기 레이더 파형에 대해 표적(target)이 반사한 반사 신호를 수신하여, 상기 반사 신호를 신호처리를 함으로써 표적을 탐지하는 시스템이다.

이러한 레이다 시스템과 관련해, 등록특허 10-1851079에서는 움직이는 표적을 식별하기 위해 임의의 2개의 처프(Chirp)에서의 비트 주파수의 위상차를 구하여 위상차가 임계점 이상인 경우에 표적이 이동 중인 것으로 판단하는 방법을 제안하고 있는데, 상기 위상차가 0에 가까운 사례가 있을 수 있으며, 이 경우, 움직이는 표적이 움직이지 않는 표적으로 오인식하는 문제가 발생할 수 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위해 창안된 것으로, 움직이지 않는 표적을 제거하고 움직이는 표적만 검출하는 FMCW 레이더 시스템에서 이동표적 검출 방법을 제공함을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 임의의 2개의 처프(Chirp)에서의 비트 주파수의 위상차가 0에 가까운 경우에서 움직이는 표적이 움직이지 않는 표적으로 오인식하는 문제를 해결하는 FMCW 레이더 시스템에서 이동표적 검출 방법을 제공함을 다른 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 각 처프의 Range FFT 결과를 이용하여 움직이지 않는 표적을 제거하여, 이동표적 검출을 위한 처리와 계산이 간단한 FMCW 레이더 시스템에서 이동표적 검출 방법을 제공함을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명의 전술한 목적들 및 그 이외의 목적과 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부된 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

본 발명에 의하면, FMCW 레이더에서 톱니파를 레이다 파형으로 사용하여 표적을 검출할 때, 신호가 강한 움직이지 않는 표적에 의해 신호가 약한 움직이는 표적을 검출하기 위한 방법을 제시하였다. 본 발명에 따르면 각 처프의 Range FFT 결과를 이용하여 움직이지 않는 표적을 제거하므로 처리와 계산이 간단한 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 적용되는 FMCW 레이다용 톱니파의 파형도.
도 2는 본 발명에 적용되는 거리-FFT(Range FFT)의 개념을 설명하기 위한 개념도.
도3은 본 발명에 적용되는 하나의 처프(chirp)의 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 적용되는 도플러 FFT(Doppler FFT)를 설명하기 위한 개념도.
도 5는 본 발명에 적용되는 거리 FFT(Range FFT)의 처리 결과에 대하여 도플러 FFT(Doppler FFT)의 수행하여 생성된 도플러 스펙트럼을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 적용되는 거리 FFT(Range FFT)의 처리 결과에 대하여 도플러 FFT(Doppler FFT)의 수행하여 생성된 거리-도플러 맵(거리-속도 또는 거리-속도 맵)을 나타내는 도면.
도 7은 임의의 2개의 처프에서의 비트 주파수의 위상차가 O에 가까운 사례를 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 각 처프의 r번째 주파수 bin에서의 신호를 나타낸 도면.
도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 움직이지 않는 표적이 제거된 r번째 주파수 bin에서의 신호를 나타낸 도면.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 움직이지 않는 표적이 제거된 도플러 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면.
도면 11은 본 발명의 실시 예에 따른 움직이지 않는 표적이 제거된 거리-도플러 맵(Range-Doppler Map)을 나타내는 도면.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 이동 표적 검출 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도.
도 13은 도 12에 도시한 FFT 처리부의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도.

본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.

본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.

제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.

먼저, 본 발명의 이해를 돕기 위해, 본 발명이 적용되는 FMCW(frequency modulated continuous wave) 레이더 기술에 대해 개괄적으로 설명한 후, 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.

본 발명이 적용되는 FMCW 레이더의 개념

도 1은 본 발명에 적용되는 FMCW 레이더용 톱니파의 파형도이다.

도 1을 참조하면, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더는 말 그대로, 주파수 변조된 신호를 연속적으로 발사하는 방식의 레이더를 의미한다.

FMCW 레이더에서 사용하는 레이더 파형 중의 하나인 톱니파(saw-tooth waveform)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 시간 Tm 동안 선형적으로 주파수 변조되는 신호(이하, 처프(chirp))를 연속적으로 N개 송신한다.

톱니파를 송신한 후에는 표적에 의해 반사되어 수신된 수신 신호를 ADC(Analog Digital converter)에 통합된 다운 컨버터(digital down converter, DDC)가 다운 컨버팅하여 디지털 샘플링 한 후 이 디지털 신호를 처리하여 표적의 거리와 속도를 검출하게 되는데, 이를 위해 2차원-고속 푸리에 변환(2-Dimensional Fast Fourier Transform, 2D-FFT)이 이용된다.

2D-FFT는 먼저 각 처프(chirp)의 디지털 신호에 대해 FFT를 수행한 후, FFT를 수행한 디지털 신호에 대해 다시 FFT를 수행하는 것으로서, 첫 번째 수행된 FFT를 '거리 FFT(Range FFT)', 두 번째 수행된 FFT를 '도플러 FFT(Doppler FFT)'라고 부른다.

도 2는 본 발명에 적용되는 거리-FFT(Range FFT)의 개념을 설명하기 위한 개념도이다.

도 2에서 가로는 아날로그 신호를 시간에 따라 ADC 샘플링한 결과이다. 색칠되어 있는 부분은 실제로 샘플링된 결과이고, 흰색은 ADC 샘플을 2의 승수개로 만들어주기 위해 zero padding을 한 부분이다. 2의 승수개로 만드는 이유는 FFT가 2의 승수개를 기준으로 실행되기 때문이다. 도 2에서 세로는 시간에 따라 전송한 처프들로서, 각각의 처프마다 ADC 샘플과 zero padding이 있다.

도 2를 참조하면, 각 처프(chirp)의 디지털 신호(노란색으로 표시된 부분) 외에 거리-FFT(Range FFT)의 입력 개수를 2의 제곱수로 만들기 위해 제로 패딩(zero-padding, 흰색으로 표시된 부분)하여 FFT를 수행한다.

도3은 본 발명에 적용되는 하나의 처프(chirp)의 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명에 적용되는 도플러 FFT(Doppler FFT)를 설명하기 위한 개념도이다.

도 3은 한 처프의 실수부와 허수부로 구성된 Range FFT 결과로부터 절대값을 취한 것이다. 도 3에서 X축은 Range FFT 결과에 따른 bin의 번호를 나타내며, 샘플링 주파수와 관계가 있기 때문에 거리 주파수라고 표현하기도 한다. 도 3의 Y축은 Range FFT 결과로부터 취한 절대값이다. 각 bin 들의 절대값을 이어 그리면 도 3과 같은 결과가 나온다.

도 4는 도 2에서 도시한 각 처프의 ADC 샘플과 zero padding을 처프 별로 FFT를 수행한 결과를 나타낸다. 도 4에서 가로는 ADC 샘플 + zero padding을 한 2의 승수개만큼의 bin으로 구성된 Range FFT 결과이고, 세로는 각 처프들을 의미하며 각각의 Range FFT 결과들이다. 처프들의 개수도 2의 승수개가 되지 않을 수 있기 때문에 2의 승수개가 되도록 zero padding을 한다.

도 3을 참조하면, 위 방법을 따르는 FMCW 레이더에서 표적의 거리를 검출하기 위해서는 각 처프(chirp)의 주파수 스펙트럼을 계산하여 신호 세기가 큰 주파수를 표적에 의한 비트 주파수로 검출하게 된다.

이때 처프(chirp)의 시간 길이가 매우 짧기 때문에 표적이 이동하더라도 각 처프에서는 동일한 위치에서 표적이 있는 것으로 나타난다. 다만 표적이 이동하기 때문에 비트 주파수의 위상이 변화하며, 이 위상 변화는 표적의 도플러 주파수에 의해 나타난다. 따라서 도 4에 도시된 바와 같이 각 처프의 표적이 검출된 주파수 지점(또는 각 처프의 표적이 검출된 지점의 주파수)을 FFT 입력으로 사용하여 FFT 를 하면 도플러 주파수를 구할 수 있다.

도 5는 본 발명에 적용되는 거리 FFT(Range FFT)의 처리 결과에 대하여 도플러 FFT(Doppler FFT)의 수행하여 생성된 도플러 스펙트럼을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 적용되는 거리 FFT(Range FFT)의 처리 결과에 대하여 도플러 FFT(Doppler FFT)의 수행하여 생성된 거리-도플러 맵(거리-속도 또는 거리-속도 맵)을 나타내는 도면이다.

도 5는 도플러 FFT 결과로부터 절대값을 취한 것으로, X축은 Doppler FFT 결과에 따른 bin이 번호를 나타내며, 처프의 반복주기와 관계 있으며 도플러 주파수라고 표현하기도 한다. 도 5의 Y축은 Doppler FFT 결과로부터 취한 절대값이다. 각 bin 들의 절대값을 이어 그리면 도 5와 같은 결과가 나옵니다.

도 5를 참조하면, 거리 FFT(Range FFT)와 도플러 FFT(Doppler FFT) 수행 후에는 특정 거리에서 특정 속도로 움직이는 표적이 있을 때 그 지점에 해당하는 거리/속도 주파수(이하 비트 주파수)에서 강한 신호가 발생하며, 정해진 수식을 통해 거리와 속도를 검출한다.

이 때 도 5에 도시된 바와 같이, Range FFT 후에 표적이 있는 것으로 검출된 거리에서의 도플러 FFT(Doppler FFT)를 수행하고 도플러 주파수(또는 도플러 스펙트럼)를 구하거나, 도 6에 도시된 바와 같이 모든 거리(Range)에 대해서 각각 Doppler FFT를 수행한 후 거리와 속도(거리-도플러 맵 또는 거리-속도 맵)를 구하는 방식을 적용할 수 있다. 거리와 속도를 구한다는 목적은 같지만 Range-Doppler Map을 사용하여 구분하는 방식은 모든 거리(Range) 주파수 해상도(frequency bin)에 대해 도플러(Doppler) FFT를 수행하고 도플러(Doppler) 스펙트럼을 구해야 하기 때문에 연산 시간과 연산량이 크다는 점에서 차이가 있다.

도 5와 6은 같은 거리에서 움직이지 않는 표적과 움직이는 표적이 동시에 탐지될 경우에 대한 결과로서 각각 두 개의 도플러 주파수에서 강한 신호가 존재하는 형태로 나타난다. 이를 구분하기 위해서 CFAR(constant false alarm rate)와 같은 프로세스(또는 CFAR 알고리즘)를 적용하여 두 개의 신호를 구분할 수 있다.

이 때 두 개의 신호가 서로 인접한 경우 신호간의 간섭으로 인해 신호 세기가 큰 하나의 신호만 식별되는 경우가 발생하기도 한다. 예를 들어, 신호 세기가 큰 신호에 대응하는 움직이지 않는 표적과 상대적으로 신호세기가 작은 신호에 대응하는 움직이는 표적(또는 느린 속도로 움직이는 표적)이 같은 거리에서 검출된다면, 움직이지는 표적이 검출되지 않을 수도 있다. 따라서 움직이는 표적을 검출하는 것이 중요한 상황이라면 움직이지 않는 표적을 제거하고 움직이는 표적만 식별하는 방법이 필요하다.

배경기술에서 전술한 바와 같이, 등록특허 10-1851079 에서는 움직이는 표적을 식별하기 위해 임의의 2개의 처프에서의 비트 주파수의 위상차를 구하여 위상차가 임계점 이상인 경우에 표적이 이동 중인 것으로 판단하는 방법을 제안하였으나, 도 5의 사례에 대해 위상차를 구하였을 때, 도 7에 도시된 바와 같이, 위상차가 0에 가까운 사례도 있어 움직이는 표적이 움직이지 않는 표적으로 오인식할 가능성이 있다.

이하, 상술한 바와 같이 임의의 2개의 처프에서의 비트 주파수의 위상차가 0에 가까운 경우에서 움직이는 표적이 움직이지 않는 표적으로 오인식 하는 문제를 해결할 수 있는 본 발명에 대해 상세히 설명하기로 한다.

아래의 수학식 1은 도 1에 표시한 다수의 처프(chirp) 중 n번째 처프에서 움직이지 않는 표적과 움직이는 표적이 존재할 경우에 수신된 수신 신호를 다운 컨버팅하여 획득한 수신 신호에 대한 수학적 모델이다.

여기서

이고,

는 움직이지 않는 표적에 대한 수신 신호를 다운 컨버팅하여 획득한 수신 신호의 신호 크기이고,

는 움직이는 표적에 대한 수신 신호를 다운 컨버팅하여 획득한 수신 신호의 신호 크기이고,

은 움직이지 않는 표적에 대한 수신 신호와 움직이는 표적에 대한 수신 신호에 대해 거리 FFT(Range FFT)를 수행한 후 표적이 있는 것으로 검출된 거리에 대응되는 비트 주파수이고,

는 움직이지 않는 표적에 대한 수신 신호를 다운 컨버팅하여 획득한 수신 신호에서 검출되는 위상으로서 모든 처프에서 일정한 값으로 나타나며,

는 움직이는 표적의 이동속도에 따른 도플러 주파수이다.

상기 수학식 1로 표현되는 다운 컨버팅하여 획득한 수신 신호에 대해서 거리 FFT(Range FFT)를 수행하면 n번째 처프(Chirp)에서

에 대응하는 r 번째 주파수 해상도(frequency bin)에서의 신호는 아래의 수학식 2와 같이 표현할 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 각 처프의 r번째 주파수 bin에서의 신호를 나타낸 도면이다.

도 8에서는 상기 수학식 2의 결과에 따라 도면 5의 사례에 대해 각 처프의 r번째 주파수 bin의 값으로부터 실수부(real) 값과 허수부(imaginary) 값을 각각 도시한 것으로서, 이에 대해 도플러 FFT(Doppler FFT)를 수행하면, 도 5와 같은 결과를 얻을 수 있다.

본 발명에서는 움직이지 않는 표적의 신호를 제거하기 위해 수학식 3을 적용한다.

여기서

이다.

상기 수학식 3을 물리적으로 해석하면, 거리 FFT의 수행 결과에서, n 번째 처프(Chirp)에서 f_r에 대응하는 r 번째 주파수 해상도(frequency bin)에서의 신호와 n-1 번째 처프(Chirp)에서 f_r에 대응하는 r 번째 주파수 해상도(frequency bin)에서의 신호 간의 차이를 계산하는 것으로 해석할 수 있다.

또는 상기 수학식 3은 거리 FFT의 수행 결과에서 n 번째 처프에 대한 거리 FFT의 수행 결과와 n-1 번째 처프에 대한 거리 FFT의 수행 결과 간의 차이를 계산하는 것으로 해석할 수 있다.

또는 상기 수학식 3은 인접한 처프들 각각에 대한 거리 FFT의 수행 결과의 차이를 계산하는 것으로 해석할 수 있다.

이러한 수학식 3을 적용하면 움직이지 않는 표적의 신호가 제거되며 움직이는 표적의 도플러 주파수에 의해 발생하는 위상차에 의한 신호만 남게 된다.

도 9는 본 발명의 실시 예에 따른 움직이지 않는 표적이 제거된 r번째 주파수 bin에서의 신호를 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 움직이지 않는 표적이 제거된 도플러 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면이다.

도 9에서는, 도 5의 사례에 대해 상기 수학식 3을 적용한 결과로부터 실수부 값(real value)와 허수부 값(imaginary value)을 각각 도시한 것으로서, 이 신호를 이용하여 도플러 FFT(Doppler FFT)를 수행하면, 도 10과 같이 움직이는 표적의 도플러 주파수를 구할 수 있다.

도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 움직이지 않는 표적이 제거된 거리-도플러 맵(Range-Doppler Map)을 나타내는 도면으로서, 도 11에서는 도 6의 사례에 대해 상기 수학식 3을 적용하여 획득한 거리-도플러 맵(Range-Doppler Map)을 도식적으로 나타낸 것이다.

도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 이동 표적 검출 장치의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이고, 도 13은 도 12에 도시한 FFT 처리부의 내부 구성을 개략적으로 도시한 블록도이다.

먼저, 도 12를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이동 표적 검출 장치(100)는 ADC 처리부(110), FFT 처리부(130), CFAR 처리부(150) 및 검출부(170)를 포함한다.

ADC 처리부(110)는 톱니파형의 레이더 신호를 송신한 후에 표적에 의해 반사되어 돌아오는 수신 신호를 수신하고, 상기 수신 신호에 포함된 다수의 처프 각각을 다운 컨버팅하여, 디지털 샘플링을 수행한다.

FFT 처리부(130)는 다운 컨버팅 된 다수의 처프 각각에 대해 FFT를 수행하여 FFT 결과를 획득한다.

CFAR 처리부(150)는 CFAR(constant false alarm rate) 알고리즘을 실행하여, 상기 FFT 결과로부터 비트 주파수 및 도플러 주파수를 검출한다.

검출부(170)는 상기 검출된 비트 주파수 및 도플러 주파수를 이용하여 이동 표적 검출 장치(100)로부터 표적까지의 거리와 표적의 속도를 검출한다.

이하, FFT 처리부(130)에 대해 상세히 기술한다.

도 13을 참조하면, FFT 처리부(130)는 거리(Range) FFT 처리부(131), 정지 표적 제거 처리부(133), 도플러 FFT 처리부(135) 및 스펙트럼 계산 처리부(137)를 포함한다.

거리(Range) FFT 처리부(131)는 다운 컨버팅 된 다수의 처프 각각에 대해 거리(Range) FFT를 수행한다.

정지 표적 제거 처리부(133)는 거리(Range) FFT를 수행하여 획득한 결과(이하, 거리 FFT 결과)를 이용하여 움직이지 않는 표적(정지 표적)에 대응하는 신호를 제거한다. 움직이지 않는 표적(정지 표적)에 대응하는 신호를 제거하기 위해, 전술한 수학식 3이 이용될 수 있다.

예를 들면, 정지 표적 제거 처리부(133)는 다운 컨버팅하여 획득한 수신 신호에 대해서 거리 FFT(Range FFT)를 수행하여 획득한 거리 FFT 결과에서, n 번째 처프(Chirp)에서

에 대응하는 r 번째 주파수 해상도(frequency bin)에서의 신호와 n-1 번째 처프(Chirp)에서

에 대응하는 r 번째 주파수 해상도(frequency bin)에서의 신호 간의 차이를 계산하는 프로세스를 수행하여 상기 움직이지 않는 표적(정지 표적)에 대응하는 신호(성분)를 제거한다.

도플러 FFT 처리부(135)는 움직이지 않는 표적(정지 표적)에 대응하는 신호가 제거된 거리 FFT 결과에 대해 도플러 FFT를 수행하여, 도플러 FFT 결과를 획득한다.

스펙트럼 계산 처리부(137)는 상기 도플러 FFT 결과에 대해 주파수 스펙트럼을 계산한다.

주파수 스펙트럼의 계산이 완료되면, 도 12에 도시한 CFAR 처리부(150)가 CFAR 알고리즘을 실행하여 스펙트럼 계산 처리부(137)에 의해 계산된 상기 주파수 스펙트럼으로부터 비트 주파수 및 도플러 주파수를 검출한다.

비트 주파수 및 도플러 주파수의 검출이 완료되면, 도 12에 도시한 검출부(170)가 상기 검출된 비트 주파수 및 도플러 주파수를 이용하여 이동 표적 검출 장치(100)로부터 움직이는 표적까지의 거리와 움직이는 표적의 속도를 검출한다.

이처럼, 본 발명의 이동 표적 검출 장치에서는 FMCW 레이더에서 톱니파를 레이다 파형으로 사용하여 표적을 검출할 때, 신호가 강한 움직이지 않는 표적에 의해 신호가 약한 움직이는 표적을 검출하기 위한 방법을 제시하였다.

이러한 본 발명에 따르면, 각 처프의 Range FFT 결과를 이용하여 움직이지 않는 표적을 제거하므로 처리와 계산이 간단한 장점이 있다.

추가로, 배경기술에서 언급한 등록 특허 10-1851079는 임의의 두 개의 chirp의 위상차를 구함을 개시하고 있다. 등록 특허 10-1851079의 도 7에서 볼 수 있듯이 임의의 두 개의 chirp의 위상차가 대개의 경우 0이 아닌 값으로 되어 있지만 운이 없게 위상차가 0으로 나타나는 두 개의 chirp을 고를 경우 표적이 움직이지 않는 것으로 오인할 수 있습니다.

그러나, 이상 설명한 바와 같은 본 발명에서는 임의의 두 개의 chirp을 고르는 것이 아니라 모든 chirp에 대해서 이전의 chirp 와의 위상차를 구한다.

그러면 움직이지 않는 표적의 경우 위상차=0이 되고, 움직이는 표적인 경우 위상차는 0이 아닌 값이 된다. 등록 특허 10-1851079의 도 7 사례와 같이 일시적으로 0이 나타날 수는 있지만 모든 chirp에서 나타나는 위상차를 고려하기 때문에 일시적으로 나타나는 0은 노이즈로 처리하게 되며 전체의 결과에 큰 영향을 주지는 않는다.

이상에서 설명된 이동 표적 검출 장치는 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다.

예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치 및 구성요소는, 예를 들어, 프로세서, 콘트롤러, ALU(arithmetic logic unit), 디지털 신호 프로세서(digital signal processor), 마이크로컴퓨터, FPGA(field programmable gate array), PLU(programmable logic unit), 마이크로프로세서, 또는 명령(instruction)을 실행하고 응답할 수 있는 다른 어떠한 장치와 같이, 하나 이상의 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다.

처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 하나 이상의 소프트웨어 애플리케이션을 수행할 수 있다. 또한, 처리 장치는 소프트웨어의 실행에 응답하여, 데이터를 접근, 저장, 조작, 처리 및 생성할 수도 있다. 이해의 편의를 위하여, 처리 장치는 하나가 사용되는 것으로 설명된 경우도 있지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는, 처리 장치가 복수 개의 처리 요소(processing element) 및/또는 복수 유형의 처리 요소를 포함할 수 있음을 알 수 있다. 예를 들어, 처리 장치는 복수 개의 프로세서 또는 하나의 프로세서 및 하나의 콘트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 병렬 프로세서(parallel processor)와 같은, 다른 처리 구성(processing configuration)도 가능하다.

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.

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 구조등 을 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.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 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.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims

톱니파형의 레이더 신호를 송신한 후에 표적에 의해 반사되어 돌아오는 수신 신호에 포함된 다수의 처프 각각을 다운 컨버팅 하는 단계;
상기 다운-컨버팅 된 다수의 처프(Chirp)에 대해 거리(Range) FFT를 수행하여 거리 FFT 결과를 획득하는 단계;
상기 거리 FFT 결과에서 n 번째 처프에 대한 거리 FFT 결과와 n-1 번째 처프에 대한 거리 FFT 결과 간의 차이를 계산하여, 상기 움직이지 않는 표적에 대응하는 성분을 제거하는 단계;
상기 움직이지 않는 표적에 대응하는 성분이 제거된 상기 거리 FFT 결과에 대해 도플러 FFT를 수행하여 도플러 FFT 결과를 획득하는 단계;
상기 도플러 FFT 결과에 대해 주파수 스펙트럼을 계산하는 단계;
상기 계산된 주파수 스펙트럼으로부터 비트 주파수 및 도플러 주파수를 검출하는 단계; 및
상기 검출된 비트 주파수 및 도플러 주파수를 이용하여 이동 표적 검출 장치로부터 표적까지의 거리와 표적의 속도를 검출하는 단계
를 포함하는 FMCW 레이더 시스템에서 이동표적 검출 방법.