KR20210082946A - 레이더 신호 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치는 센싱된 레이더 신호의 캐리어 주파수 변화를 보상함으로써 레이더 데이터를 획득하고, 획득된 레이더 데이터에 기초하여 레이더 이미지 맵을 출력할 수 있다.

Description

레이더 신호 처리 장치 및 방법{METHOD AND DEVICE TO PROCESS RADAR SIGNAL}
이하, 레이더 신호 처리 기술이 제공된다.
ADAS(Advanced Driver Assistance Systems)는 차량의 내부 또는 외부에 탑재되는 센서들을 이용하여 운전자의 안전과 편의를 증진하고, 위험한 상황을 회피하고자 하는 목적으로 운전을 지원하는 보조 시스템이다.
ADAS에서 이용되는 센서들은 카메라, 적외선 센서, 초음파 센서, 라이더(LiDAR) 및 레이더(Radar)를 포함할 수 있다. 이 중에서 레이더는 광학 기반 센서에 비해, 날씨와 같은 주변 환경의 영향을 받지 않고 차량 주변의 오브젝트를 안정적으로 측정할 수 있다.
일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법은 주파수 변조 모델에 기초하여 생성된 레이더 전송 신호 및 상기 레이더 전송 신호가 오브젝트로부터 반사된 레이더 반사 신호에 기초하여 비트 주파수 신호를 획득하는 단계; 및 상기 주파수 변조 모델에 따른 캐리어 주파수 변화를 상기 비트 주파수 신호에 보상함으로써 레이더 데이터를 생성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비트 주파수 신호를 획득하는 단계는, 상기 비트 주파수 신호를 복수의 샘플링 포인트들에서 샘플링함으로써 샘플링 데이터를 획득하는 단계를 포함하고, 상기 레이더 데이터를 생성하는 단계는, 상기 샘플링 데이터에서 상기 복수의 샘플링 포인트들의 각각에 대응하는 샘플링 값에 해당 샘플링 포인트에 대응하는 캐리어 주파수로 인한 오차를 보상하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 레이더 데이터를 생성하는 단계는, 상기 비트 주파수 신호의 캐리어 주파수를 기준 주파수로 정규화하는 위상 정규화 모델을 상기 비트 주파수 신호에 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 위상 정규화 모델은, 시간 도메인의 상기 비트 주파수 신호를 상기 주파수 변조 모델에 따른 캐리어 주파수에 기초하여 다른 도메인의 데이터로 변환하는 연산(operation) 및 상기 다른 도메인의 데이터로부터 기준 주파수에 기초하여 상기 시간 도메인으로 역변환하는 연산이 결합된 연산을 포함할 수 있다.
상기 다른 도메인은, 각도 도메인일 수 있다.
상기 위상 정규화 모델은, 상기 비트 주파수 신호의 복수의 샘플링 포인트들에 개별적으로 대응하는 복수의 위상 정규화 행렬들을 포함할 수 있다.
상기 위상 정규화 모델은, 상기 비트 주파수 신호의 복수의 샘플링 포인트들마다 해당 샘플링 포인트에 대응하는 시간 도메인 값(time domain value)을 상기 주파수 변조 모델의 해당 샘플링 포인트에 대응하는 캐리어 주파수를 이용하여 각도 정보로 변환하는 제1 행렬 연산; 및 상기 각도 정보를 기준 주파수를 이용하여 시간 도메인으로 역변환하는 제2 행렬 연산을 포함할 수 있다.
레이더 신호 처리 방법은 상기 주파수 변조 모델에 기초하여 캐리어 주파수가 변조된 처프 신호를 포함하는 상기 레이더 전송 신호를 방사(radiate)하는 단계; 및 상기 레이더 반사 신호를 센싱하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 레이더 반사 신호를 센싱하는 단계는, 레이더 센서에 포함된 복수의 서브 수신 안테나들이 상기 레이더 반사 신호를 개별적으로 센싱하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 비트 주파수 신호를 획득하는 단계는 상기 레이더 전송 신호 및 상기 레이더 반사 신호 간의 주파수 차이에 대응하는 상기 비트 주파수 신호를 산출하는 단계를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
상기 주파수 변조 모델은, 캐리어 주파수가 선형적으로 변화하는 패턴을 가지는 모델 및 상기 캐리어 주파수가 비선형적으로 변화하는 패턴을 가지는 모델 중 한 모델일 수 있다.
레이더 신호 처리 방법은 상기 레이더 데이터로부터 도래각 정보 및 거리 정보 중 적어도 하나를 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
레이더 신호 처리 방법은 상기 도래각 정보 및 상기 거리 정보 중 적어도 하나에 기초하여 주변에 관한 레이더 이미지 맵을 생성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
레이더 신호 처리 방법은 상기 레이더 이미지 맵을 디스플레이를 통해 시각화하는 단계를 더 포함할 수 있다.
레이더 신호 처리 방법은 상기 도래각 정보 및 상기 거리 정보 중 적어도 하나에 기초하여 레이더 신호 처리 장치가 장착된 차량의 속도, 가속도, 및 조향 중 적어도 하나를 변경하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치는, 주파수 변조 모델에 기초하여 생성된 레이더 전송 신호를 방사하고, 상기 레이더 전송 신호가 오브젝트로부터 반사된 레이더 반사 신호를 센싱하는 레이더 센서; 및 상기 레이더 전송 신호 및 상기 레이더 반사 신호에 기초하여 비트 주파수 신호를 획득하고, 상기 주파수 변조 모델에 따른 캐리어 주파수 변화를 상기 비트 주파수 신호에 보상함으로써 레이더 데이터를 생성하며, 상기 레이더 데이터로부터 도래각 정보 및 거리 정보 중 적어도 하나를 산출하는 프로세서를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 신호 처리 방법은, 주파수 변조 모델에 기초하여 생성된 전송 신호 및 상기 전송 신호가 오브젝트로부터 반사된 반사 신호에 기초하여 비트 주파수 신호를 획득하는 단계; 상기 주파수 변조 모델에 따른 캐리어 주파수 변화를 상기 비트 주파수 신호에 보상함으로써 정규화된 데이터를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 정규화된 데이터에 기초하여 주변 맵을 출력하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따른 신호 처리 방법은, 미리 정해진 대역 안에서 주파수가 변하는 전송 신호를 생성하고 방사하는 단계; 상기 전송 신호가 오브젝트로부터 반사된 반사 신호를 획득하는 단계; 상기 전송 신호와 상기 반사 신호에 기초하여, 비트 주파수 신호를 미리 정해진 샘플링 포인트들에서 획득하는 단계; 상기 샘플링 포인트들에 해당하는 상기 전송 신호의 주파수 변화가 반영된 값들로 상기 비트 주파수 신호를 보상하는 단계; 및 상기 보상된 비트 주파수 신호를 이용하여 상기 오브젝트의 도래각을 계산하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 대역은, 2GHz 이상일 수 있다.
상기 반사 신호를 획득하는 안테나들은 3개 이상일 수 있다.
상기 안테나들은 동일한 간격으로 이격될 수 있다.
상기 전송 신호의 주파수는 상기 대역 안에서 선형적으로 변할 수 있다.
상기 도래각의 분해능은 1도 이하일 수 있다.
상기 샘플링 포인트들에 해당하는 상기 전송 신호의 주파수 변화가 반영된 값들로 상기 비트 주파수 신호를 보상하는 단계는, 상기 샘플링 포인트들의 각각에서의 주파수 변화가 반영된 위상 정규화 행렬을, 상기 비트 주파수 신호에서 해당 샘플링 포인트에 대응하는 샘플링 데이터에 적용하는 단계를 포함할 수 있다.
각 샘플링 포인트에 대응하는 위상 정규화 행렬은, 상기 샘플링 데이터에서 해당 샘플링 포인트에 대응하는 시간 도메인 값을 해당 샘플링 포인트에서의 주파수를 이용하여 다른 도메인의 값으로 변환하는 제1 행렬 연산, 및 상기 다른 도메인의 값을 기준 주파수를 이용하여 시간 도메인으로 역변환하는 제2 행렬 연산이 결합된 행렬일 수 있다.
상기 다른 도메인은, 각도 도메인일 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 통한 주변 환경 인식을 설명하는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 레이더 센서의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 레이더 센서의 수신 안테나 어레이를 설명하는 도면이다.
도 5는 일 실시예에 따른 캐리어 주파수의 변화로 인해 발생하는 오차를 설명하는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 레이더 이미지를 업데이트하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 설명하는 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법에서의 샘플링 포인트 별 캐리어 주파수 변화에 따른 위상 변화를 설명한다.
도 9은 일 실시예에 따른 레이더 신호의 위상 정규화를 설명하는 도면이다.
도 10은 일 실시예에 따른 위상 정규화 모델을 비트 주파수 신호에 적용하는 예시를 설명하는 도면이다.
도 11은 일 실시예에 따른 위상 정규화에 의해 개선된(improved) 각도 분해능 및 거리 분해능을 설명한다.
도 12는 다른 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 블록도를 도시한다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 아래 설명하는 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있다. 따라서 권리범위는 실시예들의 실시 형태로만 한정되어서는 안되고, 이들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
실시예에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 실시예를 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수 개의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 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.
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.
또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 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.
ADAS는 차량 내부 및 외부에 탑재되는 각종 센서를 통해 운전자의 안전과 편의, 위험회피를 목적으로 운전을 지원하는 첨단 보조시스템이다. ADAS에 적용될 수 있는 센서들로서, 카메라, mmWave Radar, 적외선, 초음파, 및 LiDAR 등의 센서들이 있다. 각 타입의 센서들은 각기 다른 기술적 특성에 의해 감지 범위 및 적용기능에 차이가 있으며, 아래에서는 전파(Radio, Frequency, RF) 신호의 일종인 레이더를 이용한 기술을 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 통한 주변 환경 인식을 설명하는 도면이다.
도 1의 레이더 신호 처리 장치(110)는 레이더 센서(111)에서 수신된 레이더 신호를 분석하여 전방의 객체(180)까지의 거리를 검출할 수 있다. 레이더 센서(111)는 레이더 신호 처리 장치(110)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있으며, 레이더 신호 처리 장치(110)는 레이더 센서(111)로부터 수신된 레이더 신호뿐 아니라 다른 센서(예를 들어, 이미지 센서 등)에서 수집된 데이터를 함께 고려하여 전방의 객체(180)까지의 거리를 검출할 수도 있다. 레이더 데이터 처리의 분해능은 하드웨어 측면에서의 분해능 성능(resolving power performance) 및 소프트웨어 측면에서의 분해능 성능으로 구분될 수 있는데, 아래에서는 주로 소프트웨어 측면에서의 분해능 성능 개선을 설명한다.
참고로, 본 명세서에서 분해능(resolving power)은 아주 작은 차이를 분별해내는 기기의 능력, 예를 들어, 최소 단위 분별력으로서, "분해능=(분별 가능한 최소눈금단위)/(전체동작 범위)"으로 나타낼 수 있다. 기기의 분해능 수치(resolving power value)가 작을수록 해당 기기에 의해 정밀한 결과가 출력될 수 있다. 분해능 수치는 분해능 단위(resolving power unit)라고도 나타낼 수 있다. 예를 들어, 기기의 분해능 수치가 작으면 기기는 보다 작은 단위를 분별할 수 있으므로, 보다 증가된 해상도(resolution)를 가지는 정밀도가 향상된 결과를 출력할 수 있다. 반대로, 기기의 분해능 수치가 크면 기기는 작은 단위를 분별할 수 없게 되므로, 보다 감소된 해상도를 가지는 정밀도가 저하된 결과를 출력할 수 있다.
레이더 신호 처리 장치(110)는 차량에 탑재될 수 있다. 차량은 레이더 신호 처리 장치(110)에 의해 검출된 객체까지의 거리에 기초하여, ACC(Adaptive Cruise Control) 동작, AEB(Autonomous Emergency Braking) 동작, 및 BSD(Blind Spot Detection) 동작 등을 수행할 수 있다.
더 나아가, 레이더 신호 처리 장치(110)는 거리 검출 외에도 주변 맵(130)을 생성할 수 있다. 주변 맵(130)은 레이더 신호 처리 장치(110)의 주변에 존재하는 표적들의 위치를 나타내는 맵으로서, 주변의 표적은 차량 및 사람과 같은 동적 객체일 수도 있고, 가드레일 및 신호등과 같이 배경에 존재하는 정적 객체일 수 있다.
주변 맵(130)을 생성하기 위한 방법으로 단일 스캔 이미지 방법이 사용될 수 있다. 레이더 신호 처리 장치(110)가 센서로부터 단일 스캔 이미지(120)를 획득하고, 획득된 단일 스캔 이미지(120)로부터 주변 맵(130)을 생성하는 것이 단일 스캔 이미지 방법이다. 단일 스캔 이미지(120)는 단일 레이더 센서(111)에 의해 센싱된 레이더 신호로부터 생성된 이미지로서, 임의의 고도각(elevation angle)로부터 수신된 레이더 신호들이 지시하는 거리들을 비교적 높은 분해능으로 나타낼 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 단일 스캔 이미지에서 가로 축은 레이더 센서(111)의 스티어링 각도, 세로 축은 레이더 센서(111)로부터 표적까지의 거리를 나타낼 수 있다. 다만, 단일 스캔 이미지의 형태를 도 1에 도시된 바로 한정하는 것은 아니고, 설계에 따라 다른 포맷(format)으로 표현될 수도 있다.
본 명세서에서 스티어링 각도는 레이더 신호 처리 장치로부터 타겟 지점을 향하는 방향에 대응하는 각도를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 스티어링 각도는 레이더 신호 처리 장치(예를 들어, 차량)를 기준으로, 데이터 데이터를 처리하는 장치의 진행 방향 및 타겟 지점 사이의 각도일 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 스티어링 각도는 주로 수평 각(horizontal angle)을 기준으로 설명하였으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 스티어링 각도는 고도 각에 대해서도 적용될 수 있다.
레이더 신호 처리 장치(110)는 다중 레이더 맵(multi radar map)을 통해 표적의 형상에 대한 정보를 획득할 수도 있다. 다중 레이더 맵은 복수의 레이더 스캔 이미지들의 결합으로부터 생성할 수 있다. 예를 들어, 레이더 신호 처리 장치(110)는 레이더 센서(111)의 이동에 따라 획득되는 레이더 스캔 이미지들을 시공간적으로 결합함으로써 주변 맵(130)을 생성할 수 있다. 주변 맵(130)은 레이더 이미지 맵의 일종일 수 있으며, 파일럿 주차(pilot parking) 등에 사용될 수 있다.
주변 맵(130)을 생성하기 위해서는 도래각 정보(AoA information, Angle of Arrival information)를 활용할 수 있다. 도래각 정보는 타겟 지점으로부터 반사된 레이더 신호가 수신된 방향을 지시하는 정보를 의미한다. 레이더 신호 처리 장치(110)는 상술한 도래각 정보를 이용하여 레이더 센서(111)를 기준으로 타겟 지점이 존재하는 방향을 식별할 수 있게 된다. 따라서 이러한 도래각 정보는 레이더 스캔 데이터 및 주변 맵을 생성하는데 사용될 수 있다.
레이더 데이터는 레이더 센서(111)에 의해 센싱되는 원시 데이터(raw data)를 포함할 수 있다. 아래에서는 캐리어 주파수 변화에 따라 원시 데이터에서 발생하는 위상 오차를 제거하는 방법을 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 구성을 설명하는 블록도이다.
레이더 신호 처리 장치(200)는 레이더 센서(210) 및 프로세서(220)를 포함할 수 있다.
레이더 센서(210)는 레이더 데이터를 센싱할 수 있다. 레이더 센서(210)는 생성된 레이더 신호를 외부로 방사(radiate)할 수 있고, 방사된 레이더 신호가 타겟 지점(예를 들어 오브젝트)으로부터 반사된 신호를 수신할 수 있다. 본 명세서에서 외부로 방사된 레이더 신호를 레이더 전송 신호, 반사된 신호를 레이더 반사 신호라고 나타낼 수 있다. 레이더 전송 신호는 주파수 변조 모델에 기초하여 캐리어 주파수가 변조된 처프 신호를 포함할 수 있다. 레이더 전송 신호는 미리 정해진 대역 안에서 주파수가 변할 수 있다. 예를 들어, 레이더 전송 신호의 주파수는 대역 안에서 선형적으로 변할 수 있다. 레이더 센서(210)는 예를 들어, 복수의 수신 채널(Rx channel)들에 대응하는 안테나를 포함할 수 있고, 각 수신 채널을 통해 수신된 신호들은 수신 방향에 따라 서로 다른 위상을 가질 수 있다. 레이더 센서(210)는 도 3에서 상세히 설명한다.
프로세서(220)는 레이더 전송 신호 및 레이더 반사 신호에 기초하여 비트 주파수 신호를 생성할 수 있다. 비트 주파수 신호는 레이더 전송 신호의 주파수 및 레이더 반사 신호의 주파수 간의 차이에 대응하는 주파수를 가지는 신호를 나타낼 수 있다. 프로세서(220)는 레이더 전송 신호와 레이더 반사 신호에 기초하여, 비트 주파수 신호를 미리 정해진 샘플링 포인트들에서 획득할 수 있다. 프로세서(220)는 주파수 변조 모델에 따른 캐리어 주파수 변화를 비트 주파수 신호에 보상함으로써 레이더 데이터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(220)는 샘플링 포인트들에 해당하는 레이더 전송 신호의 주파수 변화가 반영된 값들로 상기 비트 주파수 신호를 보상할 수 있다. 비트 주파수에 대한 캐리어 주파수 보상은 하기 도 5 내지 도 11에서 설명한다. 프로세서(220)는 레이더 데이터로부터 도래각 정보 및 거리 정보를 산출할 수 있다. 도래각 정보는 상술한 바와 같이 타겟 지점으로부터 반사된 레이더 신호가 수신된 방향을 지시하는 정보이고, 거리 정보는 레이더 신호가 반사된 타겟 지점까지의 거리를 지시하는 정보일 수 있다.
아래 도 3에서는 레이더 신호의 구성과 함께 레이더 전송 신호 및 레이더 반사 신호를 설명한다.
도 3은 일 실시예에 따른 레이더 센서의 구성을 설명하는 블록도이다.
레이더 센서(310)는 안테나(313)를 통해 신호를 방사하고, 안테나(313)를 통해 신호를 수신할 수 있다. 설명의 편의를 위하여 안테나(313)가 한 개로 도시되었으나, 이로 한정하는 것은 아니고, 송신 안테나 및 수신 안테나가 서로 다른 소자로 구현될 수 있으며, 송신 안테나는 하나 이상의 송신 서브 안테나, 수신 안테나는 하나 이상의 서브 수신 안테나를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 수신 안테나는 레이더 반사 신호를 획득하는 안테나들(예를 들어, 서브 수신 안테나)을 3개 이상 포함할 수 있다. 서브 수신 안테나들은 동일한 간격으로 이격될 수 있다.
레이더 센서(310)는 예를 들어, mmWave Radar일 수 있고, 방사된 전기파가 객체에 맞고 되돌아오는 시간(Time of Flight)과 신호 파형의 변화를 분석해 객체까지의 거리를 측정할 수 있다. 참고로, mmWave Radar는 카메라를 비롯한 광학 기반 센서에 비해 안개, 비 등 외부 환경 변화에 무관하게 전방을 감지할 수 있다. 또한, mmWave Radar는 라이다(LiDAR)에 비해 비용대비 성능이 뛰어난 바, 상술한 카메라의 단점을 보완할 수 있는 센서 중 하나이다. 예를 들어, 레이더 센서(310)는 FMCW 레이더 (Frequency Modulated Continuous- Wave Radio Detection And Ranging) 레이더로 구현될 수 있다. FMCW 레이더는 외부 노이즈에 강인한 특성을 나타낼 수 있다.
레이더 센서(310)의 처프 전송기(Chirp Transmitter)(311)는 시간에 따라 주파수가 변하는, 주파수 변조 신호(FM signal, Frequency Modulated signal)(302)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 처프 전송기(311)는 주파수 변조 모델(301)에 따라 주파수 변조함으로써, 주파수 변조 신호(302)를 생성할 수 있다. 주파수 변조 신호(302)는 처프 신호라고도 나타낼 수 있다. 본 명세서에서 주파수 변조 모델(301)은 임의의 레이더 전송 신호에 있어서 주어진 전송 시간 동안의 캐리어 주파수의 변화를 지시하는 모델을 나타낼 수 있다. 주파수 변조 모델(301)의 세로 축은 캐리어 주파수, 가로 축은 시간을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 주파수 변조 모델(301)은 캐리어 주파수가 선형적으로 변화하는 패턴을 가지는 모델일 수 있다. 다른 예를 들어, 주파수 변조 모델(301)은 캐리어 주파수가 비선형적으로 변화하는 패턴을 가지는 모델일 수 있다.
도 3에 도시된 주파수 변조 모델(301)은 시간에 따라 주파수가 선형적으로 증가하거나 감소하는 신호를 나타낼 수 있다. 처프 전송기(311)는 주파수 변조 모델(301)에 따른 캐리어 주파수를 가지는 주파수 변조 신호(302)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 주파수 변조 신호(302)는 일부 구간에서는 점진적으로 캐리어 주파수가 증가하는 파형을 나타낼 수 있고, 나머지 구간에서는 점진적으로 캐리어 주파수가 감소하는 파형을 나타낼 수 있다. 처프 전송기(311)는 주파수 변조 신호(302)를 듀플렉서(312)로 전달할 수 있다.
레이더 센서(310)의 듀플렉서(duplexer)(312)는 안테나(313)를 통한 신호의 송신 경로 및 수신 경로를 결정할 수 있다. 예를 들어, 레이더 센서(310)가 주파수 변조 신호(302)를 방사하는 동안, 듀플렉서(312)는 처프 전송기(311)로부터 안테나(313)까지의 신호 경로를 형성할 수 있고, 형성된 신호 경로를 통해 주파수 변조 신호(302)를 안테나(313)로 전달한 후 외부로 방사할 수 있다. 레이더 센서(310)가 객체로부터 반사된 신호를 수신하는 동안, 듀플렉서(312)는 안테나(313)로부터 주파수 분석기(316)까지의 신호 경로를 형성할 수 있다. 안테나(313)는 방사된 신호가 장애물에 도달 후 반사되어 되돌아온 반사 신호를 수신할 수 있고, 레이더 센서(310)는 안테나(313)로부터 주파수 분석기(316)까지의 신호 경로를 통해 반사 신호를 주파수 분석기(316)로 전달할 수 있다. 안테나(313)를 통해 방사되는 신호를 레이더 전송 신호, 안테나(313)를 통해 수신되는 신호를 레이더 반사 신호라고 나타낼 수 있다.
주파수 믹서(frequency mixer)(314)는 수신된 신호로부터 주파수 변조(FM) 이전의 선형 신호(예를 들어, 원본 처프 신호)를 복조할 수 있다. 증폭기(315)는 복조된 선형 신호의 진폭을 증폭할 수 있다.
주파수 분석기(spectrum analyzer)(316)는 객체로부터 반사되어 들어오는 레이더 반사 신호의 주파수(308)와 레이더 전송 신호의 주파수(307)를 비교할 수 있다. 참고로, 레이더 전송 신호의 주파수(307)는 주파수 변조 모델(301)에 의해 지시되는 캐리어 주파수 변화에 따라 변화할 수 있다. 주파수 분석기(316)는 레이더 반사 신호의 주파수(308)와 레이더 전송 신호의 주파수(307) 간의 주파수 차이를 검출할 수 있다. 레이더 전송 신호 및 레이더 반사 신호 간의 주파수 차이는, 도 3에 도시된 그래프(309)에서, 주파수 변조 모델(301)에서 캐리어 주파수가 시간축을 따라 선형적으로 증가하는 구간 동안 일정한(constant) 차이를 나타낼 수 있고, 레이더 센서(310) 및 객체 간의 거리에 비례한다. 따라서, 레이더 센서(310) 및 객체 간의 거리는 레이더 전송 신호 및 레이더 반사 신호 간의 주파수 차이로부터 도출(derive)될 수 있다. 주파수 분석기(316)는 분석된 정보를 레이더 신호 처리 장치의 프로세서로 전달할 수 있다.
예를 들어, 주파수 분석기(316)는 하기 수학식 1에 따라 레이더 센서(310) 및 타겟 지점 간의 거리를 계산할 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
상술한 수학식 1에서, R은 레이더 센서(310) 및 타겟 지점 간의 거리를 나타낸다. c는 광속을 나타낸다. Tchirp는 방사된 주파수 변조 모델(301)에서 캐리어 주파수의 상승 구간의 시간 길이를 나타낸다. fIF는 상승 구간 내 임의의 시점에서 레이더 전송 신호 및 레이더 반사 신호 간의 주파수 차이로서, 비트 주파수(beat frequency) 또는 중간 주파수(intermediate frequency)라고 부를 수 있다. B는 변조 대역폭을 나타낸다. 참고로, 비트 주파수 fIF는 아래와 같은 수학식 2를 통해 도출될 수 있다.
[수학식 2]
Figure pat00002
상술한 수학식 2에서 fIF는 비트 주파수를 나타내고, td는 방사된 레이더 전송 신호의 방사 시점 및 레이더 반사 신호의 수신 시점 간의 시간 차이(예를 들어, 지연 시간)로서 타겟 지점에 대한 왕복 지연 시간을 나타낸다.
일 실시예에 따르면 복수의 레이더 센서들이 차량의 여러 부위에 설치될 수 있고, 복수의 레이더 센서들에 의해 센싱된 정보를 기초로 레이더 신호 처리 장치가 차량의 전방위(all direction)에 대한 타겟 지점까지의 거리, 방향, 및 상대 속도를 계산할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 차량에 탑재될 수 있으며, 계산된 정보들을 이용하여 주행에 도움이 되는 다양한 기능(예를 들어, ACC(Adaptive Cruise Control), BSD(Blind Spot Detection), 및 LCA(lane change assistance) 등)을 제공할 수 있다.
복수의 레이더 센서들 각각은, 주파수 변조 모델에 기초하여 주파수 변조된 처프 신호(chirp signal)를 포함하는 레이더 전송 신호를 외부로 방사하고, 타겟 지점으로부터 반사된 신호를 수신할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치의 프로세서는, 방사된 레이더 전송 신호 및 수신된 레이더 반사 신호 간의 주파수 차이로부터 복수의 레이더 센서들 각각으로부터 타겟 지점까지의 거리를 결정할 수 있다.
더 나아가, 레이더 센서(310)가 복수의 수신 채널들로 구성되는 경우, 레이더 신호 처리 장치의 프로세서는 타겟 지점으로부터 반사된 레이더 반사 신호의 도래각을 도출할 수도 있다. 아래 도 4에서는 레이더 센서가 복수의 수신 채널들로 구성되는 예시적인 구조를 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 레이더 센서의 수신 안테나 어레이(410)를 설명하는 도면이다.
레이더 데이터의 위상 정보는, 레이더 센서가 복수의 수신 채널들을 포함하는 경우, 각 수신 채널을 통해 수신된 신호가 갖는 위상 및 기준 위상 간의 위상 차이(phase difference)를 나타낼 수 있다. 기준 위상은 임의의 위상일 수도 있고, 복수의 수신 채널 중 한 수신 채널의 위상으로 설정될 수도 있다. 예를 들어, 레이더 신호 처리 장치는 한 서브 수신 안테나에 대해, 해당 서브 수신 안테나에 인접한 서브 수신 안테나의 위상을 기준 위상으로 설정할 수 있다.
또한, 프로세서는 레이더 데이터로부터 레이더 센서의 수신 채널 개수에 대응하는 차원(dimension)의 레이더 벡터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 4개의 수신 채널이 포함된 레이더 센서의 경우 프로세서는 각 수신 채널에 대응하는 위상 값을 포함하는 4차원의 레이더 벡터를 생성할 수 있다. 각 수신 채널에 대응하는 위상 값은, 상술한 위상 차이를 나타내는 수치(numerical value)일 수 있다.
레이더 센서가 1개의 송신(Tx) 채널 및 4개의 수신(Rx) 채널로 구성되는 경우를 예를 들어 부연 설명하면 다음과 같다. TX 채널을 통해 방사된 레이더 신호는 타겟 지점으로부터 반사된 후, 4개의 RX 채널을 통해 수신될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 레이더 센서의 수신 안테나 어레이(410)가 제1 서브 수신 안테나(411), 제2 서브 수신 안테나(412), 제3 서브 수신 안테나(413), 및 제4 서브 수신 안테나(414)를 포함하는 경우, 제1 서브 수신 안테나(411)에서 수신되는 신호의 위상이 기준 위상으로 설정될 수 있다. 동일한 타겟 지점으로부터 반사된 레이더 반사 신호(408)가 수신 안테나 어레이(410)에서 수신될 때, 타겟 지점으로부터 제1 서브 수신 안테나(411)까지의 거리 및 타겟 지점으로부터 제2 서브 수신 안테나(412)까지의 거리 간의 추가 거리(additional distance)
Figure pat00003
는 아래 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 3]
Figure pat00004
상술한 수학식 3에서
Figure pat00005
는 타겟 지점으로부터 레이더 반사 신호(408)가 수신되는 도래각을 나타낼 수 있다. d는 수신 서브 안테나들 간의 간격을 나타낼 수 있다. 공기 중에서의 빛의 속도 c는 상수로서 취급되고,
Figure pat00006
이므로, 상술한 추가 거리
Figure pat00007
로 인한 제2 서브 수신 안테나(412)에서의 위상 변화 W는 아래 수학식 4와 같이 도출될 수 있다.
[수학식 4]
Figure pat00008
위상 변화 W는 제1 서브 수신 안테나(411)에서 수신된 신호 파형을 기준으로 제2 서브 수신 안테나(412)에서 수신된 신호 파형의 위상 차이에 대응할 수 있다. 상술한 수학식 4에서 f는 레이더 반사 신호(408)의 주파수이고,
Figure pat00009
는 주파수 f에 대해 반비례 관계에 있다. 주파수 변조 모델에 의한 캐리어 주파수 변화가 작은 경우, 상술한 수학식 4에서 주파수 f는 주파수 변조 모델에서의 단일 초기 주파수(예를 들어, f0)로 간주될 수 있다. 따라서 수신된 신호에 기초하여 위상 변화 W만 결정되면, 레이더 신호 처리 장치는 도래각
Figure pat00010
를 결정할 수 있다.
다만, 주파수 변조 모델의 캐리어 주파수(예를 들어, 77GHz)가 광대역(wide bandwidth)(예를 들어, 4GHz, 5GHz, 또는 7GHz 등의 2GHz 이상의 대역폭)에서 변화하는 경우, 캐리어 주파수 변화가 무시될 수 없으므로 도래각 및 거리 추정에서 오차가 발생할 수 있다. 아래 도 5는 캐리어 주파수의 변화로 인한 오차를 설명한다.
도 5는 일 실시예에 따른 캐리어 주파수의 변화로 인해 발생하는 오차를 설명하는 도면이다.
아래에서는 설명의 편의를 위하여, 주파수 변조 모델(501)이, 주어진 전송 시간 동안, 캐리어 주파수가 선형적으로 증가하는 패턴을 나타내는 예시를 설명한다. 예를 들어, 주파수 변조 모델(501)에서 샘플링 구간은 초기 주파수 f0로부터 대역폭 BW만큼 증가된 마지막 주파수 f0+BW까지 선형적으로 증가하는 구간일 수 있다. 대역폭 BW는 샘플링 구간에 대응하는 샘플링 대역폭으로서, 수학식 1에서 상술한 변조 대역폭 B보다 작을 수 있다. 레이더 센서에서 수신되는 레이더 반사 신호(502)는 상술한 캐리어 주파수에 대응하는 주파수를 나타낼 수 있다. 레이더 반사 신호(502)는 복수의 서브 수신 안테나들에 의해 개별적으로 센싱될 수 있다. 레이더 센서의 임의의 한 서브 수신 안테나에서 센싱되는 레이더 반사 신호(502)에 대한 비트 주파수 신호 y(t)는 아래 수학식 5와 같이 모델링될 수 있다.
[수학식 5]
Figure pat00011
상술한 수학식 5에서
Figure pat00012
는 경로 손실 감쇄(path loss attenuation), fc는 레이더 반사 신호(502)의 캐리어 주파수, td는 R의 거리만큼 이격된 타겟 지점에 대한 왕복 지연 시간(round-trip delay), B는 전송된 처프(chirp)의 스윕 대역폭(sweep bandwidth)를 나타낼 수 있다. 여기서, 전송된 처프의 형태 및 스윕 대역폭은 주파수 변조 모델(501)에 의해 정의될 수 있다. Tc는 처프 주기(chirp duration)로서, 상술한 수학식 1의 Tchirp을 나타낼 수 있다. 상술한 수학식 5에서 왕복 지연 시간은 아래 수학식 6과 같이 표현될 수 있다.
[수학식 6]
Figure pat00013
상술한 수학식 6에서 R0는 타겟 지점까지의 거리, c는 공기 중에서의 광속을 지시하는 상수, d는 서브 수신 안테나들 간의 간격,
Figure pat00014
는 타겟 지점으로부터의 도래각을 나타낼 수 있다. 왕복 지연 시간 중에서도
Figure pat00015
는 타겟 지점으로부터 거리에 의한 성분을 나타낼 수 있고,
Figure pat00016
는 도래각에 의한 성분을 나타낼 수 있다. 상술한 수학식 5를 거리에 의한 성분 및 도래각에 의한 성분으로 나누면 아래 수학식 7 내지 수학식 10과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
Figure pat00017
[수학식 8]
Figure pat00018
[수학식 9]
Figure pat00019
[수학식 10]
Figure pat00020
상술한 수학식 8에서
Figure pat00021
및
Figure pat00022
항은 값이 작아서 무시될 수 있다.
레이더 신호 처리 장치는 각 서브 수신 안테나에서 센싱된 비트 주파수 신호에 대해 주파수 분석(예를 들어, 푸리에 변환(Fourier Transform))을 수행함으로써 상술한 수학식 9의
Figure pat00023
성분을 검출할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는
Figure pat00024
성분에 기초하여 타겟 지점까지의 거리를 추정할 수 있다. 또한, 수학식 8의
Figure pat00025
성분은 상수 성분(constant component)이므로, 레이더 신호 처리 장치는 서브 수신 안테나들에서 수신되는 비트 주파수 신호들 간의 위상 변화 W를
Figure pat00026
성분으로 결정하고
Figure pat00027
성분으로부터 도래각을 추정할 수 있다.
한 처프에 대응하는 레이더 반사 신호(502)는 동일한 타겟 지점으로부터 반사된 것이므로 왕복 지연 시간이 동일할 수 있다. 왕복 지연 시간이 동일하므로 레이더 신호 처리 장치는 해당 레이더 반사 신호(502)의 초기 시점, 중간 시점, 및 종료 시점에서 동일한 도래각을 산출해야 한다. 다만, 수학식 10의
Figure pat00028
성분으로 인해 한 처프 내에서도 시간 흐름에 따라 위상 변화 W가 달라지므로, 상술한 수학식 4에 따른 도래각도 달라지는 오차가 발생할 수 있다. 예를 들어, 레이더 신호 처리 장치는 제1 서브 수신 안테나, 제2 서브 수신 안테나, 및 제3 서브 수신 안테나의 각각을 통해 제1 비트 주파수 신호(511), 제2 비트 주파수 신호(512), 및 제3 비트 주파수 신호(513)를 센싱할 수 있다. 임의의 처프 내에서 초기 시점의 위상 변화(581), 중간 시점의 위상 변화(582), 및 종료 시점의 위상 변화(583)가 상술한 수학식 10의
Figure pat00029
성분으로 인해 달라질 수 있다.
Figure pat00030
성분이 시간 t에 따라 변화하기 때문이다.
일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치는 캐리어 주파수의 위상 정규화 연산(550)을 통해 위상이 정규화된 레이더 데이터
Figure pat00031
를 생성할 수 있다. 위상이 정규화된 레이더 데이터
Figure pat00032
의 제1 비트 주파수 신호(521), 제2 비트 주파수 신호(522), 및 제3 비트 주파수 신호(523)는, 도 5에 도시된 바와 같이 한 레이더 반사 신호(502)의 처프 주기 동안 동일한 위상 변화(591, 592, 593)를 나타낼 수 있다. 따라서 레이더 신호 처리 장치는 위상 정규화를 통해 도래각 추정 오차를 방지할 수 있다. 아래에서는 위상 정규화 연산(550)을 통해 캐리어 주파수 변화에 따른 오차를 보상하는 방법을 설명한다. 위상 정규화 연산(550)을 통해 상술한 수학식 10의
Figure pat00033
성분이 필터링(filter out)되는 효과를 가져올 수 있다.
도 5와 관련하여 상술한 수학식들은 캐리어 주파수 변화로 인해 발생할 수 있는 도래각 추정 오차를 설명하기 위해 제시되었다. 다시 말해, 전송 대역 안에서 변하는 캐리어 주파수를 반영하지 않고 상수로 가정하여 계산된 도래각은
Figure pat00034
성분 때문에 오차를 발생시킬 수 있음을 상술한 수학식들이 설명한다. 다만, 앞선 설명이 실제 도래각을 계산하는 데 있어서 상술한 수학식들이 사용된다는 것을 의미하는 것은 아니며, 단지 도래각 오차의 원인이 제대로 반영되지 않는 캐리어 주파수 변화에 있음을 알려준다.
도 6은 일 실시예에 따른 레이더 이미지를 업데이트하는 방법을 설명하는 흐름도이다.
우선, 단계(610)에서 레이더 신호 처리 장치는 캐리어 주파수 변화에 따른 오차를 레이더 신호로부터 획득된 비트 주파수 신호에 보상할 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이 레이더 센서에 의해 센싱되는 레이더 반사 신호는 레이더 전송 신호가 타겟 지점으로부터 반사되는 신호이므로, 레이더 반사 신호의 캐리어 주파수도 주파수 변조 모델에 따라 변화할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 레이더 전송 신호 및 레이더 반사 신호 간의 주파수 차이에 대응하는 비트 주파수 신호에 대해 주파수 변조 모델에 따른 캐리어 주파수 변화를 보상함으로써 레이더 데이터를 생성할 수 있다. 레이더 데이터는 캐리어 주파수 변화에 의한 오차가 보상된 비트 주파수 신호를 지시하는 데이터로서, 정규화된 데이터라고 나타낼 수도 있다. 캐리어 주파수 변화의 보상은 하기 도 7 내지 도 10에서 설명한다.
그리고 단계(620)에서 레이더 신호 처리 장치는 타겟 지점까지의 거리를 검출하는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 레이더 신호 처리 장치는 단계(610)에서 생성된 레이더 데이터를 처리하여, 레이더 전송 신호를 반사시킨 타겟 지점까지의 거리를 식별할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 레이더 데이터를 푸리에 변환함으로써 타겟 지점까지의 거리를 식별할 수 있다. 다만, 이로 한정하는 것은 아니고, 레이더 신호 처리 장치는 HRRP(high resolution range profile) 기법을 이용하여 레이더 데이터로부터 타겟 지점까지의 거리를 식별할 수도 있다.
이어서 단계(630)에서 레이더 신호 처리 장치는 도래각 정보를 결정할 수 있다. 예를 들어, 레이더 신호 처리 장치는 스티어링 정보에 기초하여, 각 타겟 지점의 레이더 데이터를 식별할 수 있다. 스티어링 정보는 복수의 후보 스티어링 벡터들을 포함하는 정보를 나타낼 수 있다. 스티어링 벡터는 임의의 레이더 데이터가 특정 각도로 수신된다고 가정하였을 때 해당 레이더 데이터가 가지는 것으로 계산된 위상 정보를 포함할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는, 복수의 후보 스티어링 벡터들을 포함하는 스티어링 정보로부터, 레이더 데이터의 위상 정보에 매칭하는 대상 스티어링 벡터를 식별할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 각 대상 거리에서 식별된 대상 스티어링 벡터에 대응하는 스티어링 각도를, 해당 레이더 데이터에 대한 도래각 정보로 결정할 수 있다. 참고로, 레이더 신호 처리 장치는 MUSIC 알고리즘, Bartlett 알고리즘, MVDR 알고리즘, DBF(digital beam forming) 및 ESPIRT(Estimation of Signal Parameter via Rotational invariance Techniques) 등을 이용하여 도래각 정보를 추정할 수 있다.
또한, 레이더 신호 처리 장치는 잠재적 객체를 검출할 수도 있다. 예를 들어, 레이더 신호 처리 장치는 단계(630)에서 도래각 정보가 추정된 타겟 지점들 중 잠재적 객체(potential object)에 대응하는 타겟 지점을 선별하여 레이더 이미지 맵 업데이트에 적용할 수 있다. 잠재적 객체에 대응하는 타겟 지점은, 객체일 것으로 잠재적으로 예상되는 타겟 지점을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 레이더 신호 처리 장치는 레이더 센서의 시야각(FOV, field of view) 내의 타겟 지점을 선별할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 시야각을 벗어나는 타겟 지점을 단계(650)의 레이더 이미지 맵 업데이트로부터 배제할 수 있다. 참고로, 레이더 신호 처리 장치는 잠재적 객체 검출을 위해 CFAR(Constant false alarm rate) 검출 기법, JPDA(joint probabilistic data association) 기법 등을 사용할 수 있다.
이어서 단계(640)에서 레이더 신호 처리 장치는 타겟 지점들의 좌표를 변환할 수 있다. 일 실시예에 따르면 레이더 신호 처리 장치는 도래각 정보 및 장치의 자체 측위(ego localization)에 기초하여 주변 객체의 좌표 정보를 생성할 수 있다. 예를 들어, 잠재적 객체로서 검출된 타겟 지점들은 레이더 센서를 기준으로 거리 축 및 도래각 축에 의해 정의되는 상대적 좌표를 가질 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 레이더 데이터에 의해 식별된 타겟 지점들의 상대적 좌표를 절대적 좌표로 변환할 수 있다.
그리고 단계(650)에서 레이더 신호 처리 장치는 레이더 이미지 맵을 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 레이더 신호 처리 장치는 단계(640)에서 획득된 주변 객체의 좌표 정보로부터 레이더 이미지 맵을 생성할 수 있다. 본 명세서에서 레이더 이미지 맵은 장치 주변에서 검출되는 타겟 지점들을 지시하는 맵으로서, 예를 들어, 타겟 지점들의 절대적 좌표를 지시할 수 있다. 레이더 이미지 맵은 복수의 칸들(spaces)을 포함하고, 복수의 칸들의 각각은 객체 점유 확률 또는 레이더 신호 수신 세기를 나타낼 수 있다. 객체 점유 확률은 각 칸이 지시하는 절대적 좌표를 임의의 객체가 점유할 확률을 나타낼 수 있다. 레이더 신호 수신 세기는 각 칸이 지시하는 절대적 좌표로부터 반사되어 수신된 신호의 세기를 나타낼 수 있다. 레이더 이미지 맵 중 객체 점유 확률을 지시하는 맵은 OGM(occupancy grid map)이라고 나타낼 수 있고, 레이더 신호 수신 세기를 지시하는 맵은 IGM(intensity grid map)이라고 나타낼 수 있다. 다만, 레이더 이미지 맵의 종류를 이로 한정하는 것은 아니다.
일 실시예에 따르면 레이더 신호 처리 장치는 도래각 정보로부터 장치의 주변 지점들에 대해 객체 점유 확률(object occupancy probability) 및/또는 레이더 신호 수신 세기(radar signal reception intensity)를 지시하는 맵을 현재 프레임에 대한 레이더 이미지 맵으로서 생성할 수 있다. 예를 들어, 레이더 신호 처리 장치는 도래각 정보에 기초하여 레이더 센서에 대한 레이더 스캔 이미지를 생성할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 복수의 레이더 센서들의 각각에 대해 생성된 레이더 스캔 이미지들에 기초하여, 레이더 신호 처리 장치의 주변 상황에 관한 레이더 이미지 맵을 생성할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 캐리어 주파수 변화에 따른 오차가 보상된 레이더 데이터를 이용하여 해상도(resolution)가 개선된 레이더 이미지 맵을 생성할 수 있다.
다만, 도 6의 동작 순서를 상술한 바로 한정하는 것은 아니고, 상술한 동작들 중 적어도 하나는 다른 동작과 시계열적으로 또는 병렬적으로 수행될 수 있다. 또한, 도 6에서 레이더 신호 처리 장치는 도래각 정보 및 거리 정보를 모두 산출하는 것으로 설명되었으나, 이 중 하나만 산출할 수도 있다. 레이더 신호 처리 장치는 도래각 정보 및/또는 거리 정보에 기초하여 주변에 관한 레이더 이미지 맵을 생성할 수도 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 설명하는 도면이다. 도 8은 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법에서의 샘플링 포인트 별 캐리어 주파수 변화에 따른 위상 변화를 설명한다.
우선, 단계(710)에서 레이더 신호 처리 장치는 주파수 변조 모델에 기초하여 생성된 레이더 전송 신호(870) 및 레이더 전송 신호(870)가 오브젝트로부터 반사된 레이더 반사 신호(880)에 기초하여 비트 주파수 신호를 획득할 수 있다. 예를 들어, 레이더 신호 처리 장치는 레이더 전송 신호(870)의 주파수(807) 및 레이더 반사 신호(880)의 주파수(808) 간의 주파수 차이에 대응하는 비트 주파수 신호를 산출할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 비트 주파수 fIF를 직접 측정할 수는 없고, 레이더 반사 신호(880)의 신호 파형(881)을 측정할 수 있고, 미리 주어진 레이더 전송 신호(870)의 신호 파형(871) 및 상술한 레이더 반사 신호(880)의 신호 파형(881)에 기초하여 비트 주파수 신호를 생성할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 레이더 전송 신호(870) 및 레이더 반사 신호(880)의 주파수 혼합(frequency mixing)(850)(예를 들어, 곱(multiplication))으로부터 상술한 비트 주파수 신호를 산출할 수 있다. 도 8에 도시된 ym(t)는 M개의 서브 수신 안테나들 중 제m 서브 수신 안테나에 의해 수신된 레이더 반사 신호(880) 및 레이더 전송 신호(870)에 대해 산출된 비트 주파수 신호를 나타낼 수 있다. M은 2이상의 정수이고, m은 1이상 M이하의 정수일 수 있다. 참고로, 도 8에서 레이더 전송 신호(870), 레이더 반사 신호(880), 및 비트 주파수 신호는 이해를 돕기 위해 실제보다 낮은 주파수로 도시되었을 뿐, 각 신호의 주파수를 도 8에 도시된 바로 한정하는 것은 아니다.
레이더 신호 처리 장치는 비트 주파수 신호를 복수의 샘플링 포인트들에서 샘플링함으로써 샘플링 데이터를 획득할 수 있다. 샘플링 데이터는 미리 정해진 샘플링 포인트들에서 획득된 샘플링 값들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하면, sm(i)는 i번째 샘플링 포인트에서 M개의 서브 수신 안테나들 중 제m 서브 수신 안테나에 의해 수신된 신호 세기를 샘플링한 값을 나타낼 수 있다. i는 시간 인덱스, N은 비트 주파수 신호의 샘플링 개수로서, N은 1이상의 정수이고, i는 1이상 N 이하의 정수일 수 있다.
도 8에 도시된 바와 같이, 레이더 전송 신호(870) 및 레이더 반사 신호(880)에서의 이러한 캐리어 주파수 변화로 인해, 각 샘플링 포인트마다 위상 변화가 달라질 수 있다. 예를 들어, 1번째 샘플링 포인트에서 샘플링된 제1 샘플링 값 sm(1), 2번째 샘플링 포인트에서 샘플링된 제2 샘플링 값 sm(2), 3번째 샘플링 포인트에서 샘플링된 제3 샘플링 값 sm(3), 내지 N번째 샘플링 포인트에서 샘플링된 제N 샘플링 값 sm(N)의 각각에는 제1 주파수 f1, 제2 주파수 f2, 제3 주파수 f3, 내지 제N 주파수 fN에 대응하는 수학식 10의
Figure pat00035
성분이 개별적으로(respectively) 반영될 수 있다. 상술한 샘플링 포인트 별 주파수 변화로 인해, 도 8에 도시된 바와 같이, 비트 주파수 신호의 주파수 및 위상이 고정되지 않고 달라질 수 있다. 설명의 편의를 위해 도 8에서는 레이더 전송 신호(870)와 레이더 반사 신호(880) 사이에 소정의 시간 지연이 명백히 드러나도록 도시하였다. 그러나, 레이더 신호는 빛의 속도로 전파되므로, 이러한 시간 지연은 아주 작고 그에 따른 주파수 차이 또한 아주 작아, 주어진 샘플링 포인트에서 레이더 전송 신호(870)의 캐리어 주파수와 레이더 반사 신호(880)의 캐리어 주파수는 실질적으로 동일하게 간주될 수 있다.
그리고 단계(720)에서 레이더 신호 처리 장치는 주파수 변조 모델에 따른 캐리어 주파수 변화를 비트 주파수 신호에 보상함으로써 레이더 데이터를 생성할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 샘플링 데이터에서 복수의 샘플링 포인트들의 각각에 대응하는 샘플링 값에 해당 샘플링 포인트에 대응하는 캐리어 주파수로 인한 오차를 보상할 수 있다. 해당 샘플링 포인트에 대응하는 캐리어 주파수는 레이더 반사 신호의 주파수(808) 상에서 해당 샘플링 포인트에 대응하는 주파수들(f1, f2, f3, ..., fN)일 수 있다. 다만, 전술한 바와 같이 레이더 전송 신호의 캐리어 주파수(807)와 레이더 반사 신호의 캐리어 주파수(808)는 실질적으로 동일하므로, 해당 샘플링 포인트에 대응하는 캐리어 주파수로써 레이더 반사 신호의 주파수(808) 대신에 레이더 전송 신호의 주파수(807) 값들이 오차 보상에 이용될 수 있다. 캐리어 주파수로 인한 오차 보상은 하기 도 9 내지 도 10에서 상세히 설명한다.
참고로 본 명세서에서는 주로 레이더 신호를 처리하는 방법을 주로 설명하였으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 상술한 위상 정규화 연산은, 신호 처리 방법을 수행하는 신호 처리 장치가 캐리어 주파수가 주파수 변조 모델에 따라 변화하는 전송 신호를 전송하고, 전송 신호가 타겟 지점으로부터 반사되어 수신된 반사 신호에 대해 일반적으로 적용될 수도 있다. 예를 들어, 전송 신호 및 반사 신호는 캐리어 주파수에 따른 파동을 가지고 전파되는 신호로서, 레이더 신호뿐만이 아니라, 초음파 신호, 전자기파 신호, 및 광 신호 등일 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 레이더 신호의 위상 정규화를 설명하는 도면이다.
일 실시예에 따르면 레이더 신호 처리 장치는 위상 정규화 모델(950)을 비트 주파수 신호에 적용할 수 있다. 위상 정규화 모델(950)은 비트 주파수 신호의 캐리어 주파수를 기준 주파수로 정규화하는 모델을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 위상 정규화 모델(950)은 비트 주파수 신호에서 시간 인덱스 별로 샘플링된 샘플링 데이터를 해당 시간 인덱스에 대응하는 캐리어 주파수로부터 기준 주파수로 정규화하도록 구성된 모델을 나타낼 수 있다. 참고로, 시간 인덱스는 아날로그 값인 시간 t를 이산적으로(discretely) 나타낸 인덱스일 수 있고, 레이더 신호 처리 장치에 따라 미리 결정되어 각각의 시간 인덱스에 해당하는 캐리어 주파수 또한 미리 결정될 수 있다. 있다. 미리 결정된 캐리어 주파수는 레이더 전송 신호의 주파수(807) 상에서 각각의 시간 인덱스에 대응하는 주파수일 수 있다. 위상 정규화 모델(950)은, 비트 주파수 신호의 복수의 샘플링 포인트들에 개별적으로 대응하는 복수의 위상 정규화 행렬들(951)을 포함할 수 있다. 위상 정규화 행렬들(951)의 각각은 주파수 변조 모델(901)에서 시간 인덱스에 따라 변화되는 캐리어 주파수를 기준 주파수로 정규화하는 행렬일 수 있다. 예를 들어, 도 8을 참조하여 하나의 비트 주파수 신호가 N개로 샘플링되는 경우, N개의 샘플링 포인트들의 각각에 대해 위상 정규화 행렬이 구성되고, 총 N개의 위상 정규화 행렬들(951)이 구성될 수 있다. 총 N개의 위상 정규화 행렬들(951) 중 i번째 샘플링 포인트에 대응하는 제i 위상 정규화 행렬은, i번째 샘플링 포인트에서의 샘플링 값들에서 나타나는 제i 주파수에 따른 오차를 보상하는 원소들(elements)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 상술한 도 8을 참조하면, 각 샘플링 포인트에서는 M개의 서브 안테나에 대하여 M개의 샘플링 값이 획득되므로, N개의 샘플링 포인트들에서 총 MХN개의 샘플링 값이 획득될 수 있다. 레이더 전송 신호의 주파수(807) 및 레이더 반사 신호의 주파수(808)는 도 9의 주파수 변조 모델(901)을 따라 변화한다. 이 때, 제1 샘플링 포인트에서의 M개 샘플링 값들(예를 들어, s1(1), s2(1), 내지 sM(1))에 대한 제1 위상 정규화 행렬, 제2 샘플링 포인트에서의 M개 샘플링 값들(예를 들어, s1(2), s2(2), 내지 sM(2))에 대한 제2 위상 정규화 행렬, 제3 샘플링 포인트에서의 M개 샘플링 값들(예를 들어, s1(3), s2(3), 내지 sM(3))에 대한 제3 위상 정규화 행렬, 내지 제N 샘플링 포인트에서의 M개 샘플링 값들(예를 들어, s1(N), s2(N), 내지 sM(N))에 대한 제N 위상 정규화 행렬이 구성될 수 있다. 여기서, N은 1이상의 정수일 수 있다. 위상 정규화 행렬은 하기 도 10에서 보다 상세히 설명한다.
일 실시예에 따르면 레이더 신호 처리 장치는 샘플링 포인트들의 각각에서의 주파수 변화가 반영된 위상 정규화 행렬을, 비트 주파수 신호에서 해당 샘플링 포인트에 대응하는 샘플링 데이터에 적용할 수 있다. 위상이 정규화되기 전의 비트 주파수 신호 y(t)는 도 9에 도시된 도래각 추정 결과(991)와 같이, 시간 인덱스(예를 들어, f0에 대응하는 시간 인덱스, f0+BW/2에 대응하는 시간 인덱스, 및 f0+BW에 대응하는 시간 인덱스) 별로 서로 다른 도래각을 나타낼 수 있다. 반면, 비트 주파수 신호 y(t)에 위상 정규화 모델(950)이 적용된 결과
Figure pat00036
로부터 도출된 도래각 추정 결과(992)는 모든 시간 인덱스에 대해 동일한 도래각을 나타낼 수 있다. 따라서 레이더 신호 처리 장치는 보상된 비트 주파수 신호를 이용하여 오브젝트의 도래각을 계산할 수 있다.
도 10은 일 실시예에 따른 위상 정규화 모델을 비트 주파수 신호에 적용하는 예시를 설명하는 도면이다.
일 실시예에 따르면 위상 정규화 모델(1000)은 시간 도메인의 비트 주파수 신호를 주파수 변조 모델에 따른 캐리어 주파수에 기초하여 다른 도메인의 데이터로 변환하는 제1 연산(operation)(1010) 및 다른 도메인의 데이터로부터 기준 주파수에 기초하여 시간 도메인으로 역변환하는 제2 연산(1020)이 결합된 연산을 포함할 수 있다. 제1 연산(1010)에 의해 비트 주파수 데이터 Y에서 각 샘플링 데이터가 다른 도메인의 데이터로 변환될 수 있다. 해당 다른 도메인의 데이터는 동일한 왕복 지연 시간에 대응하는 정보(예를 들어, 도래각 정보)를 지시할 수 있다. 제2 연산(1020)에 의해 해당 다른 도메인의 데이터가 동일한 기준 주파수에 대응하는 시간 도메인의 값으로 변환될 수 있다. 예를 들어, 상술한 다른 도메인은 각도 도메인일 수 있다.
예를 들어, 비트 주파수 신호 Y는 아래 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 11]
Figure pat00037
상술한 수학식 11에서 i는 시간 인덱스, N은 비트 주파수 신호의 샘플링 개수로서, N은 1이상의 정수이고, i는 1이상 N 이하의 정수일 수 있다. Y는 비트 주파수 신호가 아날로그 값으로부터 디지털 값으로 변환된 데이터를 나타낼 수 있다. 레이더 센서의 수신 안테나 어레이가 M개의 RX 채널 안테나를 포함하는 경우, 임의의 시간 인덱스 i에 대응하는 i번째 샘플링 포인트에서의 샘플링 데이터 Y(i)는 하기 수학식 12와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 12]
Figure pat00038
상술한 수학식 12에서 sm(i)는 i번째 샘플링 포인트에서 M개의 서브 수신 안테나들 중 제m 서브 수신 안테나에 의해 수신된 신호 세기를 샘플링한 값을 나타낼 수 있다. M은 2이상의 정수이고, m은 1이상 M이하의 정수일 수 있다.
일 실시예에 따른 위상 정규화 모델(1000)은 하기 수학식 13과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 13]
Figure pat00039
상술한 수학식 13에서 ApNorm,i는 샘플링 데이터 중 i번째 샘플링 포인트의 샘플링 값(예를 들어, 상술한 수학식 12에 설명된 바와 같은 제i 샘플링 벡터)에 적용되는 제i 위상 정규화 행렬을 나타낼 수 있다. 제i 위상 정규화 행렬은 하기 수학식 14와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 14]
Figure pat00040
상술한 수학식 14에서 Afi는 샘플링 데이터에서 i번째 샘플링 포인트에 대응하는 시간 도메인 값(time domain value)을 주파수 변조 모델의 해당 i번째 샘플링 포인트에 대응하는 캐리어 주파수를 이용하여 다른 도메인의 값(예를 들어, 각도 정보)으로 변환하는 제1 행렬 연산을 나타낼 수 있다. Af0 -1는 Af0의 역행렬로서, 다른 도메인의 값(예를 들어, 임의의 각도 정보)를 기준 주파수 f0를 이용하여 시간 도메인의 값으로 역변환하는 제2 행렬 연산을 나타낼 수 있다. 각 샘플링 포인트에 대응하는 위상 정규화 행렬 ApNorm,i은, 수학식 14에 설명된 바와 같이 제1 행렬 연산 및 제2 행렬 연산이 결합된 행렬일 수 있다. 상술한 수학식 14에서 제1 행렬 연산 Afi는 아래 수학식 15 및 수학식 16과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 15]
Figure pat00041
[수학식 16]
Figure pat00042
상술한 수학식 15에서 제1 행렬 연산 Afi는 스티어링 벡터
Figure pat00043
의 집합으로 표현될 수 있다. 여기서, K는 1이상의 정수이고, k는 1이상 K이하의 정수일 수 있다. 예를 들어, 레이더의 FOV(field of view)가 180도인 경우, FOV 내에서 K는 512개의 스티어링 벡터들이 선형적으로 배치될 경우, 도래각 분해능은 0.35도일 수 있다. 다만, 이로 한정하는 것은 아니고, K가 180인 경우는 도래각 분해능이 1도에 해당하고, K가 360인 경우에는 0.5도에 해당한다. 원하는 도래각 분해능(예를 들어, 1도 이하)에 따라 K가 결정될 수 있다. 상술한 수학식 16에서 d는 레이더 센서에 포함된 안테나 어레이에서 서브 수신 안테나들 간의 간격을 나타낼 수 있다. j는 허수 단위를 나타낼 수 있고,
Figure pat00044
는 i번째 샘플링 포인트에서의 캐리어 주파수에 대응하는 파장을 나타낼 수 있고,
Figure pat00045
는 Afi에서 k번째 스티어링 각도를 나타낼 수 있다.
Figure pat00046
는 주파수 변조 모델의 i번째 시간 인덱스에 대응하는 캐리어 주파수에서 스티어링 각도
Figure pat00047
에 대응하는 스티어링 벡터를 나타낼 수 있다.
참고로, Afi는 K개의 행 및 M개의 열로 구성되는 K x M 행렬일 수 있다. 상술한 수학식 15에 따른 스티어링 행렬 Afi 및 수학식 12에 따른 Y(i) 간의 행렬 곱 결과 AfiY(i)는 K x 1 차원의 벡터로서 산출될 수 있다. 행렬 곱 결과 AfiY(i)에서 k번째 행의 원소(element)는 Y(i)의 도래각이 k번째 스티어링 각도
Figure pat00048
일 확률에 대응하는 값으로서 각도 정보를 나타낼 수 있다. 따라서 i번째 샘플링 데이터 Y(i)에 대해 제1 행렬 연산 이 적용된 결과는 i번째 시간 인덱스에 대한 각도 정보를 나타낼 수 있다.
상술한 각도 정보에 대해 제2 행렬 연산 Af0 -1이 적용될 경우, 샘플링 데이터의 시간 도메인 값들의 주파수가 모두 동일한 기준 주파수 f0로 통일될 수 있다. 여기서, 기준 주파수는 임의의 주파수로 결정될 수 있고, 예를 들어, 1번째 시간 인덱스에서의 캐리어 주파수 fc일 수 있다. 따라서 레이더 신호 처리 장치는 하기 수학식 17과 같이 제1 행렬 연산 및 제2 행렬 연산이 결합된 제i 위상 정규화 행렬 ApNorm,i를 i번째 샘플링 값에 적용함으로써, i번째 시간 인덱스에서 위상이 정규화된 레이더 데이터
Figure pat00049
를 산출할 수 있다.
[수학식 17]
Figure pat00050
위상 정규화 모델(1000)은 비트 주파수 신호의 복수의 샘플링 포인트들마다 상술한 제1 행렬 연산 및 제2 행렬 연산이 행렬 곱을 통해 결합된 위상 정규화 행렬(예를 들어, N개의 샘플링 포인트들인 경우, N개의 위상 정규화 행렬들)을 포함할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 복수의 샘플링 포인트의 각각에서 샘플링 데이터에 대하여 제1 위상 정규화 행렬 내지 제N 위상 정규화 행렬을 개별적으로 적용함으로써 위상이 정규화된 레이더 데이터
Figure pat00051
를 생성할 수 있다.
참고로, 도 10에서는 설명의 편의를 위하여 제1 연산(1010) 및 제2 연산(1020)을 순차적으로 도시하였으나, 이로 한정하는 것은 아니고, 상술한 수학식들에서 설명한 바와 같이 행렬 곱에 의해 제1 연산(1010) 및 제2 연산(1020)이 결합된 위상 정규화 모델(1000)이 비트 주파수 데이터 Y에 바로 적용될 수 있다.
이상 설명한 것과 같이, 위상 정규화 행렬은 레이더 신호 처리 장치에 따라 샘플링 포인트들과 스티어링 각도들이 정해지면 미리 계산되어 저장될 수 있다. 샘플링 포인트들에 해당하는 캐리어 주파수들 또한 주파수 변조 모델로부터 획득될 수 있으므로, 수학식 15 및 수학식 16으로 표현되는 위상 정규화 행렬은 미리 계산되어 저장되고, 획득된 비트 주파수 데이터들에 바로 적용될 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 위상 정규화에 의해 개선된(improved) 각도 분해능 및 거리 분해능을 설명한다.
레이더 신호 처리 장치는 복수의 스티어링 벡터들(1191) 중 한 스티어링 벡터에 의해 지시되는 각도로 도래각을 결정하고, 복수의 식별 가능 거리들(1192) 중 한 거리에 타겟 지점이 있는 것으로 결정할 수 있다. 따라서 각도 분해능
Figure pat00052
은 스티어링 벡터들(1191) 간의 각도 차이에 대응하고, 거리 분해능
Figure pat00053
은 식별 가능 거리들(1192) 간의 거리 차이에 대응한다. 각도 분해능
Figure pat00054
이 작을수록, 레이더 신호 처리 장치는 보다 작은 각도 간격에 위치된 두 타겟 지점을 구별할 수 있다. 거리 분해능
Figure pat00055
이 작을수록, 레이더 신호 처리 장치는 보다 가까운 거리 간격에 배치된 두 타겟 지점을 구별할 수 있다.
제1 스티어링 정보(1110)는 일반적인 협대역에서의 레이더 신호 처리에 따른 각도 분해능
Figure pat00056
및 거리 분해능
Figure pat00057
을 나타낼 수 있다. 협대역에서는 각도 분해능
Figure pat00058
및 거리 분해능
Figure pat00059
이 클 수 있다. 제1 스티어링 정보(1110)에 비해 대역폭이 증가된 제3 스티어링 정보(1130)는 거리 분해능
Figure pat00060
이 감소되어 개선된 것을 나타낼 수 있다. 다만, 제3 스티어링 정보(1130)에서는 도 5에서 설명한 바와 같이 캐리어 주파수 변화에 따른 각도 오차
Figure pat00061
가 발생하므로 각도 분해능
Figure pat00062
이 블러(blur)해질 수 있다. 제3 스티어링 정보(1130)에서 각도 분해능
Figure pat00063
을 개선하기 위해 MIMO(multi input multi output)가 적용된 제4 스티어링 정보(1140)에서도 캐리어 주파수 변화에 따른 각도 오차
Figure pat00064
가 개선된 각도 분해능
Figure pat00065
보다 클 수 있다. 다만, MIMO를 적용할 경우 고해상도(high resolution)으로 도래각이 추정될 수 있으나, 송수신 안테나의 개수가 증가하므로 하드웨어 크기가 증가될 수 있다. 제4 스티어링 정보(1140)의 각도 오차
Figure pat00066
를 제거하기 위해 대역을 분할할 경우, 제2 스티어링 정보(1120)와 같이 거리 분해능
Figure pat00067
이 증가되어 저하될 수 있다.
일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치는 도 1 내지 도 9에서 상술한 바와 같이 캐리어 주파수 변화에 따른 오차를 비트 주파수 신호에 보상함으로써, 스티어링 정보(1150)의 거리 분해능
Figure pat00068
및 각도 분해능
Figure pat00069
이 모두 개선될 수 있다. 따라서 레이더 신호 처리 장치는 임의의 대상 거리에 위치되고 지면으로부터 일정 높이만큼 이격된 공중의 장애물(예를 들어, 터널의 천장, 및 신호등 등)에 대해 보다 정확한 고도각 및 높이를 추정할 수 있고, 추정된 결과를 안내하거나 추정된 결과에 기초하여 차량을 제어함으로써 해당 장애물과의 충돌을 방지할 수 있다.
도 12는 다른 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 블록도를 도시한다.
도 12를 참조하면, 컴퓨팅 장치(1200)는 위에서 설명한 레이더 데이터를 처리하는 방법을 이용하여 레이더 신호를 처리하는 장치다. 일 실시예에서, 컴퓨팅 장치(1200)는 도 2에서 설명된 장치(200)에 대응할 수 있다. 컴퓨팅 장치(1200)는, 예를 들어 이미지 처리 장치, 스마트폰, 웨어러블 기기(wearable device), 태블릿 컴퓨터, 넷북, 랩탑, 데스크탑, PDA(personal digital assistant), HMD(head mounted display), 자율 주행 차량, 및 차량에 장착되는 주행 보조 장치일 수 있다.
도 12를 참조하면, 컴퓨팅 장치(1200)는 프로세서(1210), 저장 장치(1220), 카메라(1230), 입력 장치(1240), 출력 장치(1250) 및 네트워크 인터페이스(1260)를 포함할 수 있다. 프로세서(1210), 저장 장치(1220), 카메라(1230), 입력 장치(1240), 출력 장치(1250) 및 네트워크 인터페이스(1260)는 통신 버스(1270)를 통해 서로 통신할 수 있다.
프로세서(1210)는 컴퓨팅 장치(1200) 내에서 실행하기 위한 기능 및 인스트럭션들을 실행한다. 예를 들어, 프로세서(1210)는 저장 장치(1220)에 저장된 인스트럭션들을 처리할 수 있다. 프로세서(1210)는 도 1 내지 도 11을 통하여 전술한 하나 이상의 동작을 수행할 수 있다.
저장 장치(1220)는 프로세서의 실행에 필요한 정보 내지 데이터를 저장한다. 예를 들어, 미리 계산된 위상 정규화 행렬이 저장 장치(1220)에 저장될 수 있다. 저장 장치(1220)는 컴퓨터 판독가능한 저장 매체 또는 컴퓨터 판독가능한 저장 장치를 포함할 수 있다. 저장 장치(1220)는 프로세서(1210)에 의해 실행하기 위한 인스트럭션들을 저장할 수 있고, 컴퓨팅 장치(1200)에 의해 소프트웨어 또는 애플리케이션이 실행되는 동안 관련 정보를 저장할 수 있다.
카메라(1230)는 복수의 이미지 프레임들로 구성되는 이미지를 캡쳐할 수 있다. 예를 들어, 카메라(1230)는 프레임 이미지를 생성할 수 있다.
입력 장치(1240)는 촉각, 비디오, 오디오 또는 터치 입력을 통해 사용자로부터 입력을 수신할 수 있다. 입력 장치(1240)는 키보드, 마우스, 터치 스크린, 마이크로폰, 또는 사용자로부터 입력을 검출하고, 검출된 입력을 전달할 수 있는 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다.
출력 장치(1250)는 시각적, 청각적 또는 촉각적인 채널을 통해 사용자에게 컴퓨팅 장치(1200)의 출력을 제공할 수 있다. 출력 장치(1250)는 예를 들어, 디스플레이, 터치 스크린, 스피커, 진동 발생 장치 또는 사용자에게 출력을 제공할 수 있는 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다. 네트워크 인터페이스(1260)는 유선 또는 무선 네트워크를 통해 외부 장치와 통신할 수 있다. 일 실시예에 따르면 출력 장치(1250)는 레이더 데이터를 처리한 결과 등을 시각 정보(visual information), 청각 정보(auditory information), 및 촉각 정보(haptic information) 중 적어도 하나를 이용하여 사용자에게 제공할 수 있다. 예를 들어, 컴퓨팅 장치(1200)가 차량에 장착된 경우, 컴퓨팅 장치(1200)는 레이더 이미지 맵을 디스플레이를 통해 시각화할 수 있다. 다른 예를 들어, 컴퓨팅 장치(1200)는 도래각 정보, 거리 정보, 및/또는 레이더 이미지 맵에 기초하여 장치(1200)가 장착된 차량의 속도, 가속도, 및 조향 중 적어도 하나를 변경할 수 있다. 다만, 이로 한정하는 것은 아니고, 컴퓨팅 장치(1200)는 ACC (Adaptive Cruise Control), BSD (Blind Spot Detection), LCA (Lane Change Assist), AEB (Autonomous Emergency Braking) 및 자체 측위(ego-localization) 등의 기능을 수행할 수 있다.
이상에서 설명된 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, FPA(field programmable 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 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. 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 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 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.　　
그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.

Claims (26)

  1. 레이더 신호 처리 방법에 있어서,
    주파수 변조 모델에 기초하여 생성된 레이더 전송 신호 및 상기 레이더 전송 신호가 오브젝트로부터 반사된 레이더 반사 신호에 기초하여 비트 주파수 신호를 획득하는 단계; 및
    상기 주파수 변조 모델에 따른 캐리어 주파수 변화를 상기 비트 주파수 신호에 보상함으로써 레이더 데이터를 생성하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 비트 주파수 신호를 획득하는 단계는,
    상기 비트 주파수 신호를 복수의 샘플링 포인트들에서 샘플링함으로써 샘플링 데이터를 획득하는 단계
    를 포함하고,
    상기 레이더 데이터를 생성하는 단계는,
    상기 샘플링 데이터에서 상기 복수의 샘플링 포인트들의 각각에 대응하는 샘플링 값에 해당 샘플링 포인트에 대응하는 캐리어 주파수로 인한 오차를 보상하는 단계;
    를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이더 데이터를 생성하는 단계는,
    상기 비트 주파수 신호의 캐리어 주파수를 기준 주파수로 정규화하는 위상 정규화 모델을 상기 비트 주파수 신호에 적용하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 위상 정규화 모델은,
    시간 도메인의 상기 비트 주파수 신호를 상기 주파수 변조 모델에 따른 캐리어 주파수에 기초하여 다른 도메인의 데이터로 변환하는 연산(operation) 및 상기 다른 도메인의 데이터로부터 기준 주파수에 기초하여 상기 시간 도메인으로 역변환하는 연산이 결합된 연산을 포함하는,
    레이더 신호 처리 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 다른 도메인은,
    각도 도메인인,
    레이더 신호 처리 방법.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 위상 정규화 모델은,
    상기 비트 주파수 신호의 복수의 샘플링 포인트들에 개별적으로 대응하는 복수의 위상 정규화 행렬들
    을 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 위상 정규화 모델은,
    상기 비트 주파수 신호의 복수의 샘플링 포인트들마다 해당 샘플링 포인트에 대응하는 시간 도메인 값(time domain value)을 상기 주파수 변조 모델의 해당 샘플링 포인트에 대응하는 캐리어 주파수를 이용하여 각도 정보로 변환하는 제1 행렬 연산; 및
    상기 각도 정보를 기준 주파수를 이용하여 시간 도메인으로 역변환하는 제2 행렬 연산
    을 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 변조 모델에 기초하여 캐리어 주파수가 변조된 처프 신호를 포함하는 상기 레이더 전송 신호를 방사(radiate)하는 단계; 및
    상기 레이더 반사 신호를 센싱하는 단계
    를 더 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 레이더 반사 신호를 센싱하는 단계는,
    레이더 센서에 포함된 복수의 서브 수신 안테나들이 상기 레이더 반사 신호를 개별적으로 센싱하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 비트 주파수 신호를 획득하는 단계는,
    상기 레이더 전송 신호 및 상기 레이더 반사 신호 간의 주파수 차이에 대응하는 상기 비트 주파수 신호를 산출하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 변조 모델은,
    캐리어 주파수가 선형적으로 변화하는 패턴을 가지는 모델 및 상기 캐리어 주파수가 비선형적으로 변화하는 패턴을 가지는 모델 중 한 모델인,
    레이더 신호 처리 방법
  12. 제1항에 있어서,
    상기 레이더 데이터로부터 도래각 정보 및 거리 정보 중 적어도 하나를 산출하는 단계
    를 더 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 도래각 정보 및 상기 거리 정보 중 적어도 하나에 기초하여 주변에 관한 레이더 이미지 맵을 생성하는 단계
    를 더 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 레이더 이미지 맵을 디스플레이를 통해 시각화하는 단계
    를 더 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 도래각 정보 및 상기 거리 정보 중 적어도 하나에 기초하여 레이더 신호 처리 장치가 장착된 차량의 속도, 가속도, 및 조향 중 적어도 하나를 변경하는 단계
    를 더 포함하는 레이더 데이터를 처리하는 방법.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항의 방법을 수행하기 위한 명령어를 포함하는 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
  17. 레이더 신호 처리 장치에 있어서,
    주파수 변조 모델에 기초하여 생성된 레이더 전송 신호를 방사하고, 상기 레이더 전송 신호가 오브젝트로부터 반사된 레이더 반사 신호를 센싱하는 레이더 센서; 및
    상기 레이더 전송 신호 및 상기 레이더 반사 신호에 기초하여 비트 주파수 신호를 획득하고, 상기 주파수 변조 모델에 따른 캐리어 주파수 변화를 상기 비트 주파수 신호에 보상함으로써 레이더 데이터를 생성하며, 상기 레이더 데이터로부터 도래각 정보 및 거리 정보 중 적어도 하나를 산출하는 프로세서
    를 포함하는 레이더 신호 처리 장치.
  18. 미리 정해진 대역 안에서 주파수가 변하는 전송 신호를 생성하고 방사하는 단계;
    상기 전송 신호가 오브젝트로부터 반사된 반사 신호를 획득하는 단계;
    상기 전송 신호와 상기 반사 신호에 기초하여, 비트 주파수 신호를 미리 정해진 샘플링 포인트들에서 획득하는 단계;
    상기 샘플링 포인트들에 해당하는 상기 전송 신호의 주파수 변화가 반영된 값들로 상기 비트 주파수 신호를 보상하는 단계; 및
    상기 보상된 비트 주파수 신호를 이용하여 상기 오브젝트의 도래각을 계산하는 단계
    를 포함하는 신호 처리 방법.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 대역은,
    2GHz 이상인,
    신호 처리 방법.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 반사 신호를 획득하는 안테나들은 3개 이상인,
    신호 처리 방법.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 안테나들은 동일한 간격으로 이격된,
    신호 처리 방법.
  22. 제18항에 있어서,
    상기 전송 신호의 주파수는 상기 대역 안에서 선형적으로 변하는,
    신호 처리 방법.
  23. 제18항에 있어서,
    상기 도래각의 분해능은 1도 이하인,
    신호 처리 방법.
  24. 제18항에 있어서,
    상기 샘플링 포인트들에 해당하는 상기 전송 신호의 주파수 변화가 반영된 값들로 상기 비트 주파수 신호를 보상하는 단계는,
    상기 샘플링 포인트들의 각각에서의 주파수 변화가 반영된 위상 정규화 행렬을, 상기 비트 주파수 신호에서 해당 샘플링 포인트에 대응하는 샘플링 데이터에 적용하는 단계
    를 포함하는 신호 처리 방법.
  25. 제24항에 있어서,
    각 샘플링 포인트에 대응하는 위상 정규화 행렬은,
    상기 샘플링 데이터에서 해당 샘플링 포인트에 대응하는 시간 도메인 값을 해당 샘플링 포인트에서의 주파수를 이용하여 다른 도메인의 값으로 변환하는 제1 행렬 연산, 및 상기 다른 도메인의 값을 기준 주파수를 이용하여 시간 도메인으로 역변환하는 제2 행렬 연산이 결합된 행렬인,
    신호 처리 방법.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 다른 도메인은,
    각도 도메인인,
    신호 처리 방법.
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