KR20230011696A - 레이더를 이용한 타겟 검출 장치 및 방법 - Google Patents

레이더를 이용한 타겟 검출 장치 및 방법 Download PDF

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강명구
이재용
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(주)스마트레이더시스템
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Abstract

본 발명의 일 양상에 따르는 레이더를 이용한 타겟 검출 장치는 복수의 송신 및 수신 안테나를 포함하는 다채널 레이더인 제1 레이더와 제2 레이더를 이격하여 설치하여 제1 레이더로부터 획득한 타겟의 제1 위치 정보와 제1 속도 정보와 제2 레이더로부터 획득한 타겟의 제2 위치 정보와 제2 속도 정보로부터 타겟의 위치 정보 와 타겟의 속도 벡터 정보를 구한 후 이를 이용하여 타겟을 검출하고 추적한다.

Description

레이더를 이용한 타겟 검출 장치 및 방법 { APPARATUS AND METHOD FOR DETECTING TARGET USING RADAR }
본 발명은 레이더를 이용한 이동 타겟을 검출하는 기술에 관한 것으로, 다채널 레이더를 2개 이상 사용하여 이동 타겟을 검출하는 장치 및 방법에 관한 것이다
레이더는 군사적인 목적으로 개발되었으나, 근래에는 다양한 분야에서 타겟을 감지하는 목적으로 활용 범위가 넓어지고 있다.
특히 차량용 레이더가 운전자 안전 시스템, 자율주행 등에서 많이 활용되고 있다. 차량용 레이더는 77 GHz FMCW 방식을 주로 사용하여 선형적으로 주파수 변조된 신호를 송신한 후 타겟으로부터 반사되어 수신된 신호와의 거리에 따른 지연 시간을 주파수 차이 즉, 비트 주파수(Beat frequency)로 측정한다.
일반적으로 레이더는 각도 탐지 성능이 낮아서 타겟을 하나의 포인트로 인지하나 이미지 레이더를 비롯한 다채널 레이더는 송신 및 수신 안테나 개수를 확장하여 타겟을 포인트 클라우드로 감지할 수 있다.
그러나 이러한 다채널 레이더 역시 레이더 장치의 크기를 고려하며 안테나 사이의 간격이 좁아 레이더에 수평 방향으로 이동하는 타겟의 트래킹이 여전히 어렵다. 즉, 레이더는 레이더 방향으로 접근하거나 멀어지는 방향의 움직임을 도플러 효과를 이용하여 구할 수 있으나, 레이더에 수평 방향의 움직임은 별도의 예측모델을 통해 판단하고 있다. 이럴 경우 일정한 방향으로 움직이는 객체(예, 자동차)는 예측이 가능하나 불규칙하게 움직이는 객체(예, 사람)는 예측이 어렵다.
대한민국 공개특허 제10-2019-0081257호
본 발명은 타겟의 속도 정보를 2차원 이상의 정보로 획득하여 타겟의 검출 정밀도를 높이고, 타겟의 이동 방향을 예측하여 타겟 추적 성능을 높일 수 있는 장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 양상에 따르는 레이더를 이용한 타겟 검출 장치는 제1 레이더와, 제2 레이더와, 위치 정보 합성부와, 속도 벡터 정보 산출부를 포함한다.
제1 레이더와 제2 레이더는 복수의 송신 및 수신 안테나를 포함하는 다채널 레이더이며 제1 레이더와 제2 레이더는 이격되어 설치된다. 제1 레이더는 타겟의 제1 위치 정보와 제1 속도 정보를 출력하고, 제2 레이더 타겟의 제2 위치 정보와 제2 속도 정보를 출력한다.
위치 정보 합성부는 제1 위치 정보와 제2 위치 정보로부터 타겟의 합성된 위치 정보를 계산하고, 속도 벡터 정보 산출부는 제1 속도 정보와 제2 속도 정보로부터 타겟의 속도 벡터 정보를 계산한다.
본 발명의 추가적 양상에 따르면, 타겟 검출 장치는 타겟 검출부를 더 포함할 수 있고, 타겟 검출부는 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟의 포인트 클라우드를 클러스터링하여 타겟을 검출할 수 있다.
본 발명의 추가적 양상에 따르면, 타겟 검출 장치는 타겟 추적부를 더 포함할 수 있고, 타겟 추적부는 검출된 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟을 추적할 수 있다. 보다 구체적으로 타겟 추적부는 이전에 검출된 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟의 이동 위치를 예측하고, 예측된 위치를 중심으로 포인트 클라우드를 클러스터링하여 타겟을 재검출하여 추적할 수 있다.
본 발명의 다양한 양상에서, 제1 레이더와 제2 레이더는 바람직하게 제1 레이더가 설치된 면과 제2 레이더가 설치된 면이 경사각을 갖도록 이격되어 설치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 타겟 검출 장치에 사용되는 레이더는 N(3이상의 자연수)개로 확장될 수 있다.
본 발명의 타겟 검출 장치의 일 실시 예에 따른 타겟 검출 방법은 제1 레이더를 통해 타겟의 제1 위치 정보와 제1 속도 정보를 획득하는 단계와, 제1 레이더와 이격되어 설치된 제2 레이더를 통해 타겟의 제2 위치 정보와 제2 속도 정보를 획득하는 단계와, 제1 위치 정보와 제2 위치 정보로부터 타겟의 합성된 위치 정보를 계산하는 단계와, 제1 속도 정보와 제2 속도 정보로부터 타겟의 속도 벡터 정보를 계산하는 단계를 포함하며, 제1 레이더 및 제2 레이더는 복수의 송신 및 수신 안테나를 포함하는 다채널 레이더이다.
본 발명의 타겟 검출 방법은 추가적으로 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟의 포인트 클라우드를 클러스터링하여 타겟을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 타겟 검출 방법은 추가적으로 검출된 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟을 추적하는 단계를 더 포함할 수 있고, 구체적으로 타겟을 추적하는 단계는 이전에 검출된 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟의 이동 위치를 예측하는 단계와, 예측된 위치를 중심으로 포인트 클라우드를 클러스터링하여 타겟을 재검출하여 추적하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 의하면 타겟의 속도 정보를 2차원 이상의 정보로 획득하여 타겟의 검출 정밀도를 높이고, 타겟의 이동 방향을 예측하여 타겟 추적 성능을 높일 수 있다.
도 1은 단일 레이더로 타겟의 도플러 속도를 구하는 종래기술의 예를 도시한 것이다.
도 2는 다중 레이더로 타겟의 도플러 속도를 구하는 예를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 객체 검출 장치의 블록도이다.
도 4는 본 발명의 객체 검출 장치에 사용될 수 있는 FMCW 레이더의 블록도이다.
도 5는 제2 레이더 좌표계를 제1 레이더 좌표계로 변환하는 개념을 도시한 것이다.
도 6은 제1 레이더에서 감지된 도플러 속도와 제2 레이더에서 감지된 도플러 속도를 이용하여 타겟의 속도 벡터를 산출하는 것을 도시한 것이다.
도 7은 타겟의 위치를 예측하고 예측된 위치를 중심으로 타겟을 재검출하는 개념을 도시한 것이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 타겟 검출 방법의 절차도이다.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시 예들을 통해 구체화된다. 각 실시 예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시 예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다. 블록도의 각 블록은 어느 경우에 있어서 물리적인 부품을 표현할 수 있으나 또 다른 경우에 있어서 하나의 물리적인 부품의 기능의 일부 혹은 복수의 물리적인 부품에 걸친 기능의 논리적인 표현일 수 있다. 때로는 블록 혹은 그 일부의 실체는 프로그램 명령어들의 집합(set)일 수 있다. 이러한 블록들은 전부 혹은 일부가 하드웨어, 소프트웨어 혹은 이들의 결합에 의해 구현될 수 있다.
도 1은 단일 레이더로 타겟의 도플러 속도를 구하는 종래기술의 예를 도시한 것으로, 도 1에 도시된 레이더는 타겟에 의해 반사된 신호를 처리하여 타겟의 위치와 도플러 속도 등을 구할 수 있다. 도 1에 도시된 레이더는 단일 채널의 레이더가 타겟과의 거리(radial distance)만 얻을 수 있는 것과 달리 다채널로 구성되어 각도 성분을 구할 수 있으며 타겟과의 거리와 각도 성분으로 해당 레이더 좌표계 상의 좌표로 타겟의 위치를 산출할 수 있다. 또한 도 1에 도시된 레이더는 도플러 속도를 구할 수 있다. 다만, 도 1의 레이더로는 레이더로부터 멀어지거나 레이더와 가까워지는 방향으로 도플러 속도가 구해진다. 따라서, 도 1의 타겟이 타겟과의 거리를 유지하며 이동한다면 도 1의 레이더는 타겟의 이동을 잘 감지하지 못한다. 이는 도 1의 레이더가 다채널 레이더라 하더라도 레이더 장치의 크기를 고려하면 수신 안테나의 간격이 극히 좁아 도플러 속도의 방향이 각 채널 별로 거의 동일하기 때문이다. 따라서, 도 1의 단일 레이더를 사용하는 타겟 검출 방식은 타겟 추적과 관련하여 레이더 방향의 움직임만 레이더가 감지할 수 있고 레이더의 수평 방향 움직임은 감지하지 못하기 때문에 타겟의 움직임을 예측하기 위하여는 수평 방향의 움직임에 대하여 별도의 예측모델을 사용하여야 한다.
도 2는 다중 레이더로 타겟의 도플러 속도를 구하는 예를 도시한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이 2개의 레이더를 이용하여 각각의 레이더가 구한 타겟의 도플러 속도를 이용하여 타겟의 움직임을 정확하게 예측할 수 있다. 즉, 제1 레이더를 통해 타겟의 제1 레이더 방향의 도플러 속도를 구하고, 제2 레이더를 통해 타겟의 제2 레이더 방향의 도플러 속도를 구한 후 두 도플러 속도를 이용하여 타겟의 속도 벡터를 구할 수 있다. 도 1과 마찬가지로 도 2에 도시된 제1 레이더 및 제2 레이더도 다채널 레이더이다. 도 1의 예와 달리 제2 레이더를 통한 측정값을 제2 레이더 좌표계로 변환한 후 제1 레이더 기준으로 제1 레이더와 평행한 방향의 타겟의 움직임을 정확하게 탐지할 수 있다. 또한, 도 2의 방식을 사용하면 방향이 불규칙적으로 변하는 타겟의 움직임도 탐지할 수 있다.
따라서, 도 2와 같이 다중 레이더를 사용하는 타겟 검출 방식은 타겟 추적과 관련하여 레이더의 수평 방향 움직임도 감지할 수 있기 때문에 타겟의 움직임을 예측하기 위하여 수평 방향의 움직임에 대하여 별도의 예측모델을 사용할 필요가 없다.
도 3은 본 발명의 객체 검출 장치의 블록도이다. 도 3에 도시된 것과 같이 본 발명의 일 양상에 따르는 레이더를 이용한 타겟 검출 장치(10)는 제1 레이더(100_1)와, 제2 레이더(100_2)와, 위치 정보 합성부(110)와, 속도 벡터 정보 산출부(120)를 포함한다.
제1 레이더(100_1)는 복수의 송신 및 수신 안테나를 포함하는 다채널 레이더이다. 제1 레이더(100_1)는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더일 수 있다.
FMCW 레이더는 선형적으로 주파수가 변조되어 송출되는 송신신호와 송신신호가 타겟으로부터 반사되어 수신된 수신신호로부터 구한 비트 주파수로부터 타겟과의 거리 및 타겟의 도플러 속도를 구한다.
도 4는 본 발명의 객체 검출 장치에 사용될 수 있는 FMCW 레이더의 블록도이다. 도 4에 도시된 블록도는 일반적인 FMCW 레이더의 블록도로 각 구성에 대하여 간략하게 설명한다. 전압제어발진기(VCO)는 선형적으로 주파수가 변조되는 발진 신호를 생성하여 출력하고 전력 증폭기(PA)를 통해 잡음을 제외한 신호를 증폭한 후 송신 안테나를 레이더 신호를 송출하고, 수신 안테나를 통해 수신한 신호를 저잡음 증폭기(LNA)를 통해 증폭한 후 주파수 합성기(Mixer)에서 전압제어발진기(VCO)의 출력 신호와 합성하여 비트 주파수 신호 생성에 사용할 합성 신호를 생성한다. 주파수 합성기(Mixer)로부터 출력되는 신호를 저역 통과 필터(LPF)에서 저주파수 대역의 신호만 필터링하여 고주파 성분의 잡음을 제거한 후 아날로그-디지털 변환기(ADC)에서 디지털 신호로 변환한다. 변환된 디지털 신호는 1st FFT(Range FFT) 처리와 2nd FFT(Doppler FFT)와 CFAR(Constant False Alarm Rate) 검파와 각도 성분 계산(Angle Estimation)을 통해 타겟의 거리, 속도, 각도를 구한다. 도 4의 레이더 출력은 타겟으로 감지된 포인트 클라우드들의 거리, 속도, 각도들의 집합 또는 포인트 클라우드들의 좌표(레이더 좌표계 상의 좌표)와 속도들의 집합일 수 있다.
제1 레이더(100_1)는 수신된 신호를 처리하여 타겟의 제1 위치 정보와 제1 속도 정보를 출력한다. 이때 제1 위치 정보는 타겟으로 감지된 포인트들의 거리, 각도들의 집합 또는 포인트들의 좌표(레이더 좌표계 상의 좌표)들의 집합이다. 제1 속도 정보는 타겟으로 감지된 포인트들의 도플러 속도 집합이다.
제1 레이더(100_1)가 FMCW 레이더인 경우를 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 방식의 레이더일 수 있다.
제2 레이더(100_2) 또한 복수의 송신 및 수신 안테나를 포함하는 다채널 레이더이다. 제2 레이더(100_2)는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며 다른 방식의 레이더일 수 있다. 제2 레이더(100_2)는 제1 레이더(100_1)와 일정 거리 이격되어 설치된다. 바람직하게는 제2 레이더(100_2)는 제1 레이더(100_1)와 50 cm 이상 이격되어 설치된다.
이때, 제1 레이더(100_1)가 설치된 면과 제2 레이더(100_2)가 설치된 면이 일정한 경사각 θ를 갖도록 제1 레이더(100_1)와 제2 레이더(100_2)가 이격되어 설치될 수 있다. 제1 레이더(100_1)를 통해 획득하는 타겟의 도플러 속도와 제2 레이더(100_2)를 통해 획득하는 도플러 속도의 방향의 편차를 크게 할 목적으로 경사각을 갖도록 제1 레이더(100_1)와 제2 레이더(100_2)를 이격하여 설치할 수 있다.
제2 레이더(100_2)는 수신된 신호를 처리하여 타겟의 제2 위치 정보와 제2 속도 정보를 출력한다. 제2 위치 정보 또한 타겟으로 감지된 포인트들의 거리, 각도들의 집합 또는 포인트들의 좌표(레이더 좌표계 상의 좌표)들의 집합이다. 제2 속도 정보또한 타겟으로 감지된 포인트들의 도플러 속도 집합이다.
제1 레이더(100_1)와 제2 레이더(100_2)는 다채널 레이더로 하나의 타겟을 복수의 포인트 즉, 포인트 클라우드로 감지한다. 타겟은 일반적으로 볼륨을 가진 객체이므로 제1 레이더(100_1)와 제2 레이더(100_2)는 설치된 위치 차이 때문에 동일 타겟에 대하여도 다른 포인트 클라우드로 감지한다.
위치 정보 합성부(110)는 제1 위치 정보와 제2 위치 정보로부터 타겟의 합성된 위치 정보를 계산한다. 제1 위치 정보는 제1 레이더(100_1)에서 구한 위치 정보로 제1 레이더 좌표계 상의 위치 정보이며, 제2 위치 정보는 제2 레이더(100_2)에서 구한 위치 정보로 제2 레이더 좌표계 상의 위치 정보이다. 제1 위치 정보와 제2 위치 정보는 좌표계가 달라 두 위치 정보를 단순히 결합하여 포인트 클라우드를 생성할 수 없다. 도 5는 제2 레이더 좌표계를 제1 레이더 좌표계로 변환하는 개념을 도시한 것이다. 도 5에 도시된 것과 같이 제1 레이더(100_1)와 제2 레이더(100_2)는 각각의 설치면이 θ의 경사각을 갖고 수평축으로 xr 만큼 수직축으로 yr만큼 이격되어 설치되어 있다. 위치 정보 합성부(110)는 도 5의 예에서 제2 레이더(100_2)를 통해 구한 위치 정보(x, y)를 θ만큼 회전 변환하고(①) 레이더 중심간 거리 차이인 xr과 yr을 고려하여 이동 변환한다. 즉, 제2 레이더 좌표 기준으로 (x, y) 위치에 있는 타겟 포인트는 두 레이더의 각도만큼 역으로 회전하여 변환하여 좌표 (xθ, yθ)를 구하고(xθ = xsinθ + ycosθ, yθ = xcosθ - ysinθ), 이어서 이동 변환된 좌표(x', y')을 구한다(x' = xr - xθ, y' = yθ - yr). 제2 레이더(100_2)에 의해 감지된 타겟을 제1 레이더 좌표계로 변환하며 해당 포인트가 제1 레이더(100_1)에 의해 감지된 포인트일 수 있고, 제1 레이더(100_1)에 의해 감지되지 않은 포인트일 수 있다.
위치 정보 합성부(110)에 의해 제1 위치 정보와 제2 위치 정보가 합성되면, 제1 레이더(100_1)에 의해 감지된 타겟에 대한 포인트에 제2 레이더(100_2)에 의해 감지된 타겟에 대한 포인트가 제1 레이더 좌표계로 변환된 후 합쳐져 포인트 클라우드를 형성한다. 두 좌표계가 합쳐져 생성된 포인트 클라우드는 제1 레이더(100_1)에 의해 감지된 타겟 포인트와, 제2 레이더(100_2)에 의해 감지된 타겟 포인트의 집합이며 일부 포인트는 두 레이더에 의해 모두 감지된 포인트일 수 있다.
앞서 설명한 예에서는 제1 레이더 좌표계로 좌표 변환하였으나, 당연히 제2 레이더 좌표계를 기준으로 좌표 변환하는 것도 가능하다.
속도 벡터 정보 산출부(120)는 제1 속도 정보와 제2 속도 정보로부터 타겟의 속도 벡터 정보를 계산한다. 제1 속도 정보는 제1 레이더(100_1)에서 감지한 타겟의 도플러 속도 즉, 제1 레이더(100_1)를 향하거나 멀어지는 방향의 도플러 속도로 제1 레이더 좌표계 상의 도플러 속도 정보이며, 제2 속도 정보는 제2 레이더(100_2)에서 감지한 타겟의 도플러 속도 즉, 제2 레이더(100_2)를 향하거나 멀어지는 방향의 도플러 속도로 제2 레이더 좌표계 상의 도플러 속도 정보이다. 제1 속도 정보와 제2 속도 정보를 이용하여 타겟의 움직임을 예측할 수 있다. 이때, 제2 속도 정보를 제1 좌표계로 변환하여 활용할 수 있다. 도 6은 제1 레이더(100_1)에서 감지된 도플러 속도와 제2 레이더(100_2)에서 감지된 도플러 속도를 이용하여 타겟의 속도 벡터를 산출하는 것을 도시한 것이다. 도 6에 도시된 것과 같이 타겟의 실제 속도 벡터(벡터3)는 제1 레이더(100_1)에 의해서는 제1 레이더(100_1)를 향하는 도플러 속도 벡터(벡터1)로 산출된다. 이때, 타겟에서 직선(a) 상의 점에 도달하는 모든 벡터는 제1 레이더(100_1)에 의해 제1 레이더(100_1)를 향하는 도플러 속도 벡터(벡터1)로 산출되므로 제1 레이더(100_1)에 의해 산출된 도플러 속도만으로 타겟의 실제 속도를 알 수 없다. 또한, 타겟의 실제 속도 벡터(벡터3)는 제2 레이더(100_2)에 의해서는 제2 레이더(100_2)를 향하는 도플러 속도 벡터(벡터2)로 산출되며 타겟에서 직선(b) 상의 점에 도달하는 모든 벡터가 제2 레이더(100_2)에 의해 제2 레이더(100_2)를 향하는 도플러 속도 벡터(벡터2)로 산출될 수 있다. 따라서, 역으로 타겟에 대하여 제1 레이더(100_1)에서 산출한 도플러 속도(벡터1)와 제2 레이더(100_2)에서 산출한 도플러 속도(벡터2)로부터 실제 속도 벡터(벡터3)를 구할 수 있다.
본 발명의 추가적 양상에 따르면, 타겟 검출 장치(10)는 타겟 검출부(130)를 더 포함할 수 있다.
타겟 검출부(130)는 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟의 포인트 클라우드를 클러스터링하여 타겟을 검출할 수 있다. 타겟 검출부(130)는 제1 레이더(100_1)가 감지한 포인트들에 대하여 인접한 점들끼리 클러스터링하고, 제2 레이더(100_2)가 감지한 포인트들에 대하여 인접한 점들끼리 클러스터링한다. 위치 정보 합성부(110)가 제2 레이더(100_2)의 타겟 위치를 제1 레이더 좌표계 기준으로 변환하여 제1 레이더 좌표계 상에서 다시 포인트들을 클러스터링할 수 있다. 다만, 발명의 양상에 따라서는 좌표 변환을 먼저 한 후 제1 레이더 좌표계 상에서 포인트들을 클러스터링하여 포인트 클라우드를 생성할 수도 있다. 이때 클러스터링 알고리즘은 인접한 점들의 유클리디안 거리를 계산하는 dbscan 알고리즘을 사용할 수 있으며, 다른 클러스터링 알고리즘을 사용할 수도 있다. 또한, 타겟 검출부(130)는 속도 벡터 정보 산출부(120)에 의해 산출된 포인트들의 속도 벡터 정보를 이용하여 타겟을 정확하게 검출할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 포인트 클라우드가 인접하고 있어 유클리디안 거리 등에서는 하나의 포인트 클라우드로 감지되더라도(실제 두 개의 타겟이 인접해있는 경우) 포인트들의 속도 벡터 정보가 같거나 유사한 포인트들끼리 다시 포인트 클라우드를 분리할 수 있다.
또한, 타겟 검출부(130)는 연속적으로 추적된 포인트 클라우드를 정확한 타겟으로 검출할 수 있다. 즉, 타겟 검출부(130)는 일시적으로 나타났다가 사라지는 고스트 타겟을 연속적으로 추적하여 제거할 수 있다.
본 발명의 추가적 양상에 따르면, 타겟 검출 장치(10)는 타겟 추적부(140)를 더 포함할 수 있다.
타겟 추적부(140)는 검출된 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟을 추적할 수 있다. 타겟 추적부(140)는 타겟 검출부(130)가 검출한 포인트 클라우드를 타겟 후보군에 등록한 후 해당 포인트 클라우드를 추적할 수 있다. 타겟 추적부(140)는 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보를 이용하여 타겟의 다음 위치를 예측할 수 있다.
보다 구체적으로 타겟 추적부(140)는 이전 프레임에 검출된 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟의 이동 위치를 예측할 수 있다. 타겟 추적부(140)는 예측된 위치를 중심으로 현재 입력된 레이더 신호로부터 산출된 타겟에 대한 포인트 클라우드를 클러스터링하여 타겟을 재검출하여 추적할 수 있다. 즉, 타겟 추적부(140)는 예측된 위치를 주변으로 포인트들을 dbscan 등의 알고리즘을 이용하여 다시 포인트 클라우드를 결합하여 타겟을 재검출한다. 이와 같은 과정은 지정된 관심영역(ROI)를 벗어날 때까지 반복된다.
도 7은 타겟의 위치를 예측하고 예측된 위치를 중심으로 타겟을 재검출하는 개념을 도시한 것이다. 도 7에 도시된 바와 같이 이전 검출된 타겟의 위치에서 타겟의 속도 벡터 등을 이용하여 타겟의 위치를 예측하고, 예측된 위치를 중심으로 다시 클러스터링하여 타겟을 재검출한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 타겟 검출 장치(10)에 사용되는 레이더는 N(3이상의 자연수)개로 확장될 수 있다. 즉. 타겟 검출 장치(10)는 N(3이상의 자연수)개의 레이더를 포함할 수 있으며, 이들 레이더들은 모두 복수의 송신 및 수신 안테나를 포함하는 다채널 레이더일 수 있다. 또한, N(3 이상의 자연수) 개의 레이더들은 각각 이격되어 설치되어 타겟의 위치 정보와 속도 정보를 출력할 수 있다.
이 양상의 위치 정보 합성부(110)는 각각의 레이더들이 출력한 위치 정보들로부터 상기 타겟의 합성된 위치 정보를 계산할 수 있으며, 공통의 좌표계로 하나의 레이더의 좌표계를 설정할 수 있으며, 별도의 글로벌 좌표계를 공통의 좌표계로 사용할 수도 있다.
이 양상의 속도 벡터 정보 산출부(120)는 각각의 레이더들이 출력한 속도 정보들로부터 상기 타겟의 속도 벡터 정보를 계산할 수 있다.
본 발명의 타겟 검출 장치(10)의 일 실시 예에 따른 타겟 검출 방법은 제1 레이더(100_1)를 통해 타겟의 제1 위치 정보와 제1 속도 정보를 획득하는 단계와, 제1 레이더(100_1)와 이격되어 설치된 제2 레이더(100_2)를 통해 타겟의 제2 위치 정보와 제2 속도 정보를 획득하는 단계와, 제1 위치 정보와 제2 위치 정보로부터 타겟의 합성된 위치 정보를 계산하는 단계와, 제1 속도 정보와 제2 속도 정보로부터 타겟의 속도 벡터 정보를 계산하는 단계를 포함하며, 제1 레이더(100_1) 및 제2 레이더(100_2)는 복수의 송신 및 수신 안테나를 포함하는 다채널 레이더이며 FMCW 레이더일 수 있다.
제1 위치 정보와 제1 속도 정보를 획득하는 단계는 제1 레이더(100_1)를 통해 수신된 신호를 처리하여 타겟의 제1 위치 정보와 제1 속도 정보를 출력하는 단계이다. 이때 제1 위치 정보는 타겟으로 감지된 포인트들의 거리, 각도들의 집합 또는 포인트들의 좌표(레이더 좌표계 상의 좌표)들의 집합이다. 제1 속도 정보는 타겟으로 감지된 포인트들의 도플러 속도 집합이다.
제2 위치 정보와 제2 속도 정보를 획득하는 단계는 제1 레이더(100_1)와 이격되어 설치된 제2 레이더(100_2)를 통해 제2 위치 정보와 제2 속도 정보를 출력하는 단계이다. 제2 위치 정보 또한 타겟으로 감지된 포인트들의 거리, 각도들의 집합 또는 포인트들의 좌표(레이더 좌표계 상의 좌표)들의 집합이다. 제2 속도 정보 또한 타겟으로 감지된 포인트들의 도플러 속도 집합이다.
제1 레이더(100_1)와 제2 레이더(100_2)는 다채널 레이더로 하나의 타겟을 복수의 포인트 즉, 포인트 클라우드로 감지한다. 타겟은 일반적으로 볼륨을 가진 객체이므로 제1 레이더(100_1)와 제2 레이더(100_2)는 설치된 위치 차이 때문에 동일 타겟에 대하여도 다른 포인트 클라우드로 감지한다.
타겟의 합성된 위치 정보를 계산하는 단계는 제1 위치 정보와 제2 위치 정보로부터 타겟의 합성된 위치 정보를 계산하는 단계이다. 제1 위치 정보는 제1 레이더(100_1)에서 구한 위치 정보로 제1 레이더 좌표계 상의 위치 정보이며, 제2 위치 정보는 제2 레이더(100_2)에서 구한 위치 정보로 제2 레이더 좌표계 상의 위치 정보이다. 제1 위치 정보와 제2 위치 정보는 좌표계가 달라 두 위치 정보를 단순히 결합하여 포인트 클라우드를 생성할 수 없다. 도 5에 제2 레이더 좌표계를 제1 레이더 좌표계로 변환하는 개념이 도시되어 있으며 도 5에 대한 설명은 앞서 한 바 있다.
타겟의 합성된 위치 정보를 계산하는 단계를 통해 제1 위치 정보와 제2 위치 정보가 합성되면, 제1 레이더(100_1)에 의해 감지된 타겟에 대한 포인트에 제2 레이더(100_2)에 의해 감지된 타겟에 대한 포인트가 제1 레이더 좌표계로 변환된 후 합쳐져 포인트 클라우드가 형성된다. 두 좌표계가 합쳐져 생성된 포인트 클라우드는 제1 레이더(100_1)에 의해 감지된 타겟 포인트와, 제2 레이더(100_2)에 의해 감지된 타겟 포인트의 집합이며 일부 포인트는 두 레이더에 의해 모두 감지된 포인트일 수 있다.
타겟의 속도 벡터 정보를 계산하는 단계는 제1 속도 정보와 제2 속도 정보로부터 타겟의 속도 벡터 정보를 계산하는 단계이다. 제1 속도 정보는 제1 레이더(100_1)에서 감지한 타겟의 도플러 속도 즉, 제1 레이더(100_1)를 향하거나 멀어지는 방향의 도플러 속도로 제1 레이더 좌표계 상의 도플러 속도 정보이며, 제2 속도 정보는 제2 레이더(100_2)에서 감지한 타겟의 도플러 속도 즉, 제2 레이더(100_2)를 향하거나 멀어지는 방향의 도플러 속도로 제2 레이더 좌표계 상의 도플러 속도 정보이다. 제1 속도 정보와 제2 속도 정보를 이용하여 타겟의 움직임을 예측할 수 있다. 이때, 제2 속도 정보를 제1 좌표계로 변환하여 활용할 수 있다. 도 6에 제1 레이더(100_1)에서 감지된 도플러 속도와 제2 레이더(100_2)에서 감지된 도플러 속도를 이용하여 타겟의 속도 벡터를 산출하는 것이 도시되어 있으며, 도 6에 대한 설명한 앞서 한 바 있다.
본 발명의 타겟 검출 방법은 추가적으로 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟의 포인트 클라우드를 클러스터링하여 타겟을 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
타겟을 검출하는 단계는 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟의 포인트 클라우드를 클러스터링하여 타겟을 검출하는 단계이다. 타겟을 검출하는 단계에서 제1 레이더(100_1)가 감지한 포인트들에 대하여 인접한 점들끼리 클러스터링하고, 제2 레이더(100_2)가 감지한 포인트들에 대하여 인접한 점들끼리 클러스터링한다. 타겟을 검출하는 단계는 타겟의 합성된 위치 정보를 계산하는 단계에서 제2 레이더(100_2)의 타겟 위치를 제1 레이더 좌표계 기준으로 변환하여 제1 레이더 좌표계 상에서 다시 포인트들을 클러스터링할 수 있다. 다만, 발명의 양상에 따라서는 좌표 변환을 먼저 한 후 제1 레이더 좌표계 상에서 포인트들을 클러스터링하여 포인트 클라우드를 생성할 수도 있다. 이때 클러스터링 알고리즘은 인접한 점들의 유클리디안 거리를 계산하는 dbscan 알고리즘을 사용할 수 있으며, 다른 클러스터링 알고리즘을 사용할 수도 있다. 또한, 타겟을 검출하는 단계는 타겟의 속도 벡터를 산출하는 단계에 의해 산출된 포인트들의 속도 벡터 정보를 이용하여 타겟을 정확하게 검출할 수 있다. 예를 들어, 두 개의 포인트 클라우드가 인접하고 있어 유클리디안 거리 등에서는 하나의 포인트 클라우드로 감지되더라도(실제 두 개의 타겟이 인접해있는 경우) 포인트들의 속도 벡터 정보가 같거나 유사한 포인트들끼리 다시 포인트 클라우드를 분리할 수 있다.
또한, 타겟을 검출하는 단계에서 연속적으로 추적된 포인트 클라우드를 정확한 타겟으로 검출할 수 있다. 즉, 타겟을 검출하는 단계에서 일시적으로 나타났다가 사라지는 고스트 타겟을 연속적으로 추적하여 제거할 수 있다.
본 발명의 타겟 검출 방법은 추가적으로 검출된 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟을 추적하는 단계를 더 포함할 수 있다.
타겟을 추적하는 단계는 검출된 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟을 추적하는 단계이다. 타겟을 추적하는 단계에서 타겟을 검출하는 단계에서 검출한 포인트 클라우드를 타겟 후보군에 등록한 후 해당 포인트 클라우드를 추적할 수 있다. 타겟을 추적하는 단계는 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보를 이용하여 타겟의 다음 위치를 예측할 수 있다.
구체적으로 타겟을 추적하는 단계는 이전에 검출된 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟의 이동 위치를 예측하는 단계와, 예측된 위치를 중심으로 포인트 클라우드를 클러스터링하여 타겟을 재검출하여 추적하는 단계를 포함할 수 있다. 타겟을 추적하는 단계는 예측된 위치를 주변으로 포인트들을 dbscan 등의 알고리즘을 이용하여 다시 포인트 클라우드를 결합하여 타겟을 재검출한다. 이와 같은 과정은 지정된 관심영역(ROI)를 벗어날 때까지 반복된다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 타겟 검출 방법의 절차도이다. 도 8을 참고하여 설명하면, 타겟 검출 장치(10)는 제1 레이더(100_1)를 통해 타겟의 제1 위치 정보와 제1 속도 정보를 획득하고(S8000), 제1 레이더(100_1)와 이격되어 설치된 제2 레이더(100_2)를 통해 타겟의 제2 위치 정보와 제2 속도 정보를 획득한다(S8010). 타겟 검출 장치(10)는 제1 위치 정보와 제2 위치 정보로부터 제1 레이더 좌표계 기준으로 타겟의 합성된 위치 정보를 계산하고(S8020), 제1 속도 정보와 제2 속도 정보로부터 타겟의 속도 벡터 정보를 계산한다(S8030). 타겟 검출 장치(10)는 타겟의 합성 위치 정보와 속도 벡터 정보로부터 타겟의 포인터 클라우드를 클러스터링하여 타겟 검출하고(S8040), 이전에 검출된 타겟의 합성된 위치 정보와 속도 벡터 정보를 이용하여 타겟의 다음 이동 위치를 예측(S8050)한 후, 예측된 위치를 중심으로 포인트들을 다시 클러스터링하여 타겟을 재검출하여 추적한다(S8060). 이러한 타겟의 추적은 지정된 관심영역(ROI)를 벗어날 때까지 반복된다.
이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시 예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형 예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형 예들을 포괄하도록 의도되었다.
10 : 타겟 검출 장치
100 : 레이더
110 : 위치 정보 합성부
120 : 속도 벡터 정보 산출부
130 : 타겟 검출부
140 : 타겟 추적부

Claims (10)

  1. 복수의 송신 및 수신 안테나를 포함하는 다채널 레이더로, 타겟의 제1 위치 정보와 제1 속도 정보를 출력하는 제1 레이더;
    복수의 송신 및 수신 안테나를 포함하는 다채널 레이더로, 제1 레이더와 이격되어 설치되어 상기 타겟의 제2 위치 정보와 제2 속도 정보를 출력하는 제2 레이더;
    제1 위치 정보와 제2 위치 정보로부터 상기 타겟의 합성된 위치 정보를 계산하는 위치 정보 합성부; 및
    제1 속도 정보와 제2 속도 정보로부터 상기 타겟의 속도 벡터 정보를 계산하는 속도 벡터 정보 산출부;
    를 포함하는 레이더를 이용한 타겟 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟의 합성된 위치 정보와 상기 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟의 포인트 클라우드를 클러스터링하여 타겟을 검출하는 타겟 검출부;
    를 더 포함하는 레이더를 이용한 타겟 검출 장치.

  3. 제 2 항에 있어서,
    검출된 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟을 추적하는 타겟 추적부;
    를 더 포함하는 레이더를 이용한 타겟 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    타겟 추적부는 이전에 검출된 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟의 이동 위치를 예측하고, 예측된 위치를 중심으로 포인트 클라우드를 클러스터링하여 타겟을 재검출하여 추적하는 레이더를 이용한 타겟 검출 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    제1 레이더가 설치된 면과 제2 레이더가 설치된 면이 경사각을 갖도록 제1 레이더와 제2 레이더가 이격되어 설치되는 레이더를 이용한 타겟 검출 장치.
  6. 복수의 송신 및 수신 안테나를 포함하는 다채널 레이더로, 각각 이격되어 설치되어 타겟의 위치 정보와 속도 정보를 출력하는 N(3이상의 자연수)개의 레이더;
    각각의 레이더들이 출력한 위치 정보들로부터 상기 타겟의 합성된 위치 정보를 계산하는 위치 정보 합성부; 및
    각각의 레이더들이 출력한 속도 정보들로부터 상기 타겟의 속도 벡터 정보를 계산하는 속도 벡터 정보 산출부;
    를 포함하는 레이더를 이용한 타겟 검출 장치.
  7. 복수의 송신 및 수신 안테나를 포함하는 다채널 레이더를 이용하여 타겟을 검출하는 장치가 타겟을 검출하는 방법에 있어서,
    제1 레이더를 통해 타겟의 제1 위치 정보와 제1 속도 정보를 획득하는 단계;
    제1 레이더와 이격되어 설치된 제2 레이더를 통해 상기 타겟의 제2 위치 정보와 제2 속도 정보를 획득하는 단계;
    제1 위치 정보와 제2 위치 정보로부터 상기 타겟의 합성된 위치 정보를 계산하는 단계; 및
    제1 속도 정보와 제2 속도 정보로부터 상기 타겟의 속도 벡터 정보를 계산하는 단계;
    를 포함하는 레이더를 이용한 타겟 검출 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 타겟의 합성된 위치 정보와 상기 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟의 포인트 클라우드를 클러스터링하여 타겟을 검출하는 단계;
    를 더 포함하는 레이더를 이용한 타겟 검출 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    검출된 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟을 추적하는 단계;
    를 더 포함하는 레이더를 이용한 타겟 검출 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    타겟을 추적하는 단계는 :
    이전에 검출된 타겟의 합성된 위치 정보와 타겟의 속도 벡터 정보로부터 타겟의 이동 위치를 예측하는 단계;
    예측된 위치를 중심으로 포인트 클라우드를 클러스터링하여 타겟을 재검출하여 추적하는 단계;
    를 포함하는 레이더를 이용한 타겟 검출 방법.
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