KR20230111882A - 레이더 신호 처리 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치는 같은 프레임에 속하는 복수의 처프 신호들 중 적어도 일부 처프 신호를 복수의 안테나들 중 단일 안테나(single antenna)를 통해 전송하고, 다른 처프 신호들을 복수의 안테나들 중 둘 이상의 안테나들을 통해 전송함으로써 레이더 신호를 방사하며, 방사된 레이더 신호의 반사 신호를 수신할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 적어도 일부 처프 신호, 다른 처프 신호들, 및 반사 신호에 기초하여 획득된 레이더 데이터로부터, 표적(target)의 검출 및 표적의 도래각(direction of arrival; DOA)의 결정을 수행할 수 있다.

Description

레이더 신호 처리 장치 및 방법{DEVICE AND METHOD TO PROCESS RADAR SIGNAL}
아래의 개시는 레이더 신호 처리 기술에 관한 것이다.
첨단 운전자 보조 시스템(Advanced Driver Assistance System, ADAS)는 차량의 내부 또는 외부에 탑재되는 센서들을 이용하여 운전자의 안전과 편의를 증진하고, 위험한 상황을 회피하고자 하는 목적으로 운전을 지원하는 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 전자 장치는, 같은 프레임에 속하는 복수의 처프 신호 들 중 적어도 일부 처프 신호를 복수의 안테나들 중 단일 안테나(single antenna)를 통해 전송하고, 다른 처프 신호들을 상기 복수의 안테나들 중 둘 이상의 안테나들을 통해 전송함으로써 레이더 신호를 방사하며, 상기 방사된 레이더 신호의 반사 신호를 수신하는 레이더 센서; 상기 적어도 일부 처프 신호, 상기 다른 처프 신호들, 및 상기 반사 신호에 기초하여 획득된 레이더 데이터로부터, 표적(target)의 검출 및 상기 표적의 도래각(direction of arrival; DOA)의 결정을 수행하는 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 레이더 센서는, 상기 같은 프레임 내의 한 처프 시퀀스에서 상기 다른 처프 신호들의 각각을 서로 다른 안테나를 통해 전송할 수 있다.
상기 레이더 센서는, 상기 같은 프레임 내의 한 처프 시퀀스에서 상기 다른 처프 신호들의 각각에 대해 선정된 타임 슬롯에 무작위로 결정된 송신 안테나를 통해 해당 처프 신호를 전송할 수 있다.
상기 레이더 센서는, 상기 같은 프레임 내에서 모든 송신 안테나를 적어도 한번 이상 활성화함으로써, MIMO(multi input multi output)를 위한 처프 신호를 전송할 수 있다.
상기 레이더 센서는, 제1 캐리어 주파수에 기초하여 생성된 상기 적어도 하나의 처프 신호를 상기 단일 안테나를 통해 전송하고, 상기 제1 캐리어 주파수와 다른 제2 캐리어 주파수에 기초하여 생성된 상기 다른 처프 신호들을 상기 둘 이상의 안테나들을 통해 전송할 수 있다.
상기 레이더 센서는, 제1 캐리어 주파수에 기초하여 생성된 상기 적어도 하나의 처프 신호를 상기 단일 안테나를 통해 전송하고, 상기 제1 캐리어 주파수와 다른 제2 캐리어 주파수에 기초하여 생성된 상기 다른 처프 신호들의 각각에 대해 상기 같은 프레임 내의 한 처프 시퀀스에서 무작위로 선정된 타임 슬롯에 무작위로 결정된 송신 안테나를 통해 해당 처프 신호를 전송할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 적어도 일부 처프 신호 및 상기 적어도 일부 처프 신호의 반사 신호에 기초하여 거리-도플러 맵을 획득할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 적어도 일부 처프 신호 및 해당하는 반사 신호 간의 중간 주파수 데이터에 대해 거리 기준의 주파수 변환 및 도플러 주파수 기준의 주파수 변환을 수행함으로써, 상기 거리-도플러 맵을 획득할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 거리-도플러 맵에 기초하여 표적을 탐지할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 다른 처프 신호들 및 상기 다른 처프 신호들의 반사 신호에 기초하여 거리 프로파일(range profile)을 획득할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 다른 처프 신호들 및 해당하는 반사 신호에 기초한 중간 주파수 데이터에 대해 거리 기준의 주파수 변환을 수행함으로써 상기 거리 프로파일을 획득할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 다른 처프 신호들에 대해서는 도플러 주파수 기준의 주파수 변환을 스킵할 수 있다.
상기 프로세서는, 상기 적어도 일부 처프 신호를 처리함으로써 획득된 거리-도플러 맵에 기초하여 탐지된 표적을 기준으로 상기 다른 처프 신호들을 처리함으로써 상기 탐지된 표적 별 도래각을 결정할 수 있다.
상기 프로세서는, 각 프레임에서 탐지된 표적 별로 거리, 도플러 속도, 및 각도를 보존할 수 있다.
같은 프레임 내에서 MIMO를 위한 타임 슬롯의 비율이 0을 초과하고 0.5 이하일 수 있다.
상기 같은 프레임에 포함된 복수의 처프 시퀀스들의 각각은 상기 레이더 센서에 포함된 송신 안테나의 개수와 동일한 개수의 타임 슬롯들을 포함할 수 있다.
MIMO를 위한 상기 둘 이상의 안테나 중 한 안테나는 SIMO(single input multi output)를 위한 상기 단일 안테나와 같은 안테나일 수 있다.
상기 전자 장치는 탈 것(vehicle)에 탑재되고, 상기 프로세서는, 상기 레이더 데이터로부터 산출되는 거리, 도플러 속도, 및 상기 도래각 중 적어도 하나를 포함하는 레이더 처리 결과에 기초하여 주변 환경 맵을 생성하고, 상기 생성된 주변 환경 맵을 이용하여 상기 탈 것의 조향(steering) 및 속도 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치에 의해 수행되는 레이더 신호 처리 방법은, 같은 프레임에 속하는 복수의 처프 신호들 중 적어도 일부 처프 신호를 복수의 안테나들 중 단일 안테나(single antenna)를 통해 전송하는 단계; 다른 처프 신호들을 상기 복수의 안테나들 중 둘 이상의 안테나들을 통해 전송하는 단계; 및 상기 적어도 일부 처프 신호, 상기 다른 처프 신호들, 및 상기 반사 신호에 기초하여 획득된 레이더 데이터로부터, 표적(target)의 검출 및 상기 표적의 도래각(direction of arrival; DOA)의 결정을 수행하는 단계를 포함할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 통해 주변 환경을 인식하는 과정을 나타낸다.
도 2는 일 실시예에 따른 레이더 센서의 구성을 나타낸다.
도 3은 일 실시예에 따른 처프 시퀀스들을 처리하는 동작을 나타낸다.
도 4는 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 구성을 나타낸다.
도 5는 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 도시한 흐름도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 레이더 센서의 수신 안테나 어레이를 나타낸다.
도 7은 일 실시예에 따른 레이더 신호의 프레임 간 간격 및 프레임 내 처프 간 간격을 도시한다.
도 8 및 도 9는 일 실시예에 따른 SIMO(single input multi output) 슬롯 및 MIMO(multi input multi output) 슬롯이 혼재된 처프 시퀀스의 예시를 설명한다.
도 10은 일 실시예에 따른 가변 캐리어 주파수(variable carrier frequency; VCF)에 기초한 레이더 신호를 처리하는 예시를 설명한다.
도 11은 일 실시예에 따른 무작위 TX 송신 및 VCF에 기초한 처프 시퀀스들 및 SIMO 데이터와 MIMO 데이터로부터 표적의 거리, 도플러 속도, 및 도래각을 결정하는 동작을 설명한다.
도 12 및 도 13은 일 실시예에 따른 SIMO 슬롯 및 MIMO 슬롯의 혼재에 따른 트레이드 오프를 설명한다.
도 14는 일 실시예에 따른 전자 장치를 도시하는 블록도이다.
실시예들에 대한 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 예시를 위한 목적으로 개시된 것으로서, 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있다. 따라서, 실제 구현되는 형태는 개시된 특정 실시예로만 한정되는 것이 아니며, 본 명세서의 범위는 실시예들로 설명한 기술적 사상에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이런 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 해석되어야 한다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 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 해당 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 도면들을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조 부호를 부여하고, 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 통해 주변 환경을 인식하는 과정을 나타낸다.
도 1을 참조하면, 레이더 신호 처리 장치(110)는 레이더 센서(111)에서 수신된 레이더 신호를 분석하여 전방의 표적(target, 180)에 관한 정보(예: 거리(range), 속도(velocity), 및 방향(direction)을 검출할 수 있다. 레이더 센서(111)는 레이더 신호 처리 장치(110)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치(110)는 레이더 센서(111)로부터 수신된 레이더 신호뿐 아니라 다른 센서(예: 이미지 센서)에서 수집된 데이터를 함께 고려하여 전방의 표적(180)에 관한 정보를 검출할 수도 있다. 레이더 데이터 처리의 분해능은 하드웨어 측면에서의 분해능 성능(resolving power performance) 및 소프트웨어 측면에서의 분해능 성능으로 구분될 수 있다.
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.
일 실시예에 따르면, 레이더 신호 처리 장치(110)는 도 1과 같이 차량에 탑재될 수 있다. 차량은 레이더 신호 처리 장치(110)에 의해 검출된 표적(180)까지의 거리(range)에 기초하여, 적응형 순향 제어(Adaptive Cruise Control, ACC), 자동 긴급 제동(Autonomous Emergency Braking, AEB), 사각 지역 탐지(Blind Spot Detection, BSD), 차선 변경 보조(Lane Change Assistance, LCA) 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 표적(180)과 같이 레이더 신호 처리 장치(110)의 주변에 존재하는 다양한 표적들의 위치를 나타내는 맵으로서, 주변의 표적은 차량 및 사람과 같은 동적 객체일 수도 있고, 가드레일 및 신호등과 같이 배경에 존재하는 정적 객체일 수도 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 이미지(120)에서 가로 축은 레이더 센서(111)의 스티어링 각도, 세로 축은 레이더 센서(111)로부터 표적(180)까지의 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.
스티어링 각도는 레이더 신호 처리 장치(110)로부터 표적(180)을 향하는 타겟 방향에 대응하는 각도를 나타낼 수 있다. 예를 들어, 스티어링 각도는 레이더 신호 처리 장치(110)(또는, 레이더 처리 장치(110)를 포함하는 차량)의 진행 방향과 타겟 방향 사이의 각도일 수 있다. 참고로, 본 명세서에서 스티어링 각도는 주로 방위 각(azimuth angle)을 기준으로 설명하였으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 스티어링 각도는 고도 각에 대해서도 적용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 레이더 신호 처리 장치(110)는 다중 레이더 맵(multi radar map)을 통해 표적(180)의 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.
일 실시예에 따르면, 레이더 신호 처리 장치(110)는 주변 맵(130)을 생성하기 위해 도래각(direction of arrival, DOA) 정보를 활용할 수 있다. DOA 정보는 표적으로부터 반사된 레이더 신호가 수신된 방향을 지시하는 정보를 의미한다. 레이더 신호 처리 장치(110)는 상술한 DOA 정보를 이용하여 레이더 센서(111)를 기준으로 표적이 존재하는 방향을 식별할 수 있다. 따라서 이러한 DOA 정보는 레이더 스캔 데이터 및 주변 맵을 생성하는데 사용될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 레이더 신호 처리 장치(110)에 의해 생성된 표적(180)에 관한 거리, 속도, DOA, 맵 정보 등의 레이더 정보는 레이더 신호 처리 장치(110)가 장착된 차량을 제어하는데 이용될 수 있다. 예를 들어, 차량의 제어는 ACC, AEB, BSD, LCA와 같은 차량의 속도, 조향 제어를 포함할 수 있다. 차량의 제어 계통(control system)은 레이더 정보를 직간접적으로 이용하여 차량을 제어할 수 있다. 예를 들어, 어느 표적의 도플러 속도가 측정된 경우, 제어 계통은 해당 표적을 따라가도록 차량을 가속하거나, 혹은 해당 표적과의 충돌을 방지하기 위해 차량을 제동할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 레이더 센서의 구성을 나타낸다.
레이더 센서(210)는 처프 전송기(chirp transmitter, 211), 안테나들(212, 213), 주파수 믹서(214), 증폭기(215), 및 레이더 신호 처리기(216)를 포함할 수 있다. 레이더 신호 처리기(216)는 후술하는 도 4의 신호처리부(430) 및 도 10의 프로세서(1410)에 대응할 수 있다. 이 경우, 레이더 신호 처리기(216)는 프로세서(1410)와 같이 레이더 센서(210)의 외부에 위치할 수 있다. 다만, 이로 한정하는 것은 아니고, 레이더 신호 처리기(216)가 자체적으로 레이더 신호의 스펙트럼을 분석함으로써 레이더 데이터를 생성하고, 생성된 레이더 데이터를 외부의 프로세서(1410)에게 전달할 수도 있다. 레이더 데이터는 레이더 센서(210)에서 센싱된 레이더 신호를 분석함으로써 생성되는 데이터로서, 예시적으로, 거리-도플러 맵 및 거리 프로파일을 포함할 수 있다. 레이더 데이터의 예시는 하기 도 3 및 도 10에서 설명한다.
레이더 센서(210)는 송신 안테나(212)를 통해 신호를 방사하고, 수신 안테나(213)를 통해 신호를 수신할 수 있다. 도 2에 송신 안테나(212) 및 수신 안테나(213)는 각각 하나로 도시되어 있으나, 이로 한정하는 것은 아니고, 송신 안테나(212)는 적어도 하나의 송신 안테나 소자 및 수신 안테나(213)는 적어도 하나의 수신 안테나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 안테나들(212, 213)은 배열 안테나에 해당할 수 있다. 일례로, 안테나들(212, 213)는 3개 이상의 수신 안테나 소자들을 포함할 수 있다. 이때, 수신 안테나 소자들은 동일한 간격으로 이격될 수 있다.
레이더 센서(210)는 예를 들어, mmWave 레이더일 수 있고, 방사된 전기파가 표적에 반사되어 되돌아오는 시간인 ToF(Time of Flight)와 레이더 신호의 파형의 변화를 분석해 표적까지의 거리를 측정할 수 있다. 참고로, mmWave 레이더는 카메라를 비롯한 광학 기반 센서에 비해 안개, 비 등 외부 환경 변화에 무관하게 전방을 감지할 수 있다. 또한, mmWave 레이더는 라이다(LiDAR)에 비해 비용대비 성능이 뛰어나므로, 상술한 카메라의 단점을 보완할 수 있는 센서 중 하나이다. 예를 들어, 레이더 센서(210)는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더로 구현될 수 있다. FMCW 레이더는 외부 노이즈에 강인한 특성을 가질 수 있다.
처프 전송기(211)는 시간에 따라 주파수가 변하는, 주파수 변조 신호(FM signal, 202)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 처프 전송기(211)는 주파수 변조 모델(201)의 주파수 변조 특성에 따라 주파수 변조함으로써, 주파수 변조 신호(202)를 생성할 수 있다. 주파수 변조 신호(202)는 처프 신호라고도 나타낼 수 있다. 본 명세서에서 주파수 변조 모델(201)은 임의의 레이더 전송 신호에 있어서 주어진 전송 시간 동안의 캐리어 주파수의 변화를 지시하는 모델을 나타낼 수 있다. 주파수 변조 모델(201)의 세로 축은 캐리어 주파수, 가로 축은 시간을 나타낼 수 있다. 예를 들어, 주파수 변조 모델(201)은 캐리어 주파수를 선형적으로 변화(예: 선형적인 증가, 또는 선형적인 감소)시키는 주파수 변조 특성을 가질 수 있다. 다른 예를 들어, 주파수 변조 모델(201)은 캐리어 주파수를 비선형적으로 변화시키는 주파수 변조 특성을 가질 수 있다.
도 2의 주파수 변조 모델(201)은 시간에 따라 주파수를 선형적으로 증가시키는 주파수 변조 특성을 가지는 것으로 도시되어 있다. 처프 전송기(211)는 주파수 변조 모델(201)에 따른 캐리어 주파수를 가지는 주파수 변조 신호(202)를 생성할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 주파수 변조 신호(202)는 일부 구간에서는 점진적으로 캐리어 주파수가 증가하는 파형을 나타낼 수 있고, 나머지 구간에서는 점진적으로 캐리어 주파수가 감소하는 파형을 나타낼 수 있다. 주파수 변조 신호(202)는 처프 신호(chirp signal)라고도 나타낼 수 있다.
처프 전송기(211)는 주파수 변조 신호(202)를 송신 안테나(212)로 전달할 수 있다. 수신 안테나(213)는 방사된 신호가 장애물에 도달 후 반사되어 되돌아온 수신 신호를 수신할 수 있고, 레이더 센서(210)는 수신 안테나(213)로부터 레이더 신호 처리기(216)까지의 신호 경로를 통해 수신 신호를 레이더 신호 처리기(216)로 전달할 수 있다. 송신 안테나(212)를 통해 방사되는 신호를 레이더 전송 신호, 수신 안테나(213)를 통해 수신되는 신호를 레이더 수신 신호라고 나타낼 수 있다.
참고로, 도 2에는 도시되지 않았으나, 레이더 신호 처리 장치(210)는 듀플렉서를 더 포함할 수도 있다. 듀플렉서는 안테나들(212, 213)를 통한 신호의 송신 경로 및 수신 경로를 결정할 수 있다. 예를 들어, 레이더 센서(210)가 주파수 변조 신호(202)를 방사하는 동안, 듀플렉서는 처프 전송기(211)로부터 송신 안테나(212)까지의 신호 경로를 형성할 수 있고, 형성된 신호 경로를 통해 주파수 변조 신호(202)를 송신 안테나(212)로 전달한 후 외부로 방사할 수 있다. 레이더 센서(210)가 표적으로부터 반사된 신호를 수신하는 동안, 듀플렉서는 수신 안테나(213)로부터 레이더 신호 처리기(216) 까지의 신호 경로를 형성할 수 있다.
주파수 믹서(214)는 표적으로부터 반사되어 수신된 레이더 수신 신호의 주파수(208)와 레이더 전송 신호의 주파수(207)를 비교할 수 있다. 참고로, 레이더 전송 신호의 주파수(207)는 주파수 변조 모델(201)에 의해 지시되는 캐리어 주파수 변화에 따라 변화할 수 있다. 주파수 믹서(214)는 레이더 수신 신호의 주파수(208)와 레이더 전송 신호의 주파수(207) 간의 주파수 차이에 해당하는 중간 주파수(fIF)(예: 비트 주파수(beat frequency))를 검출할 수 있다. 레이더 전송 신호 및 레이더 수신 신호 간의 주파수 차이(209)는, 도 2에 도시된 그래프에서, 주파수 변조 모델(201)에서 캐리어 주파수가 시간 축을 따라 선형적으로 증가하는 구간 동안 일정한(constant) 차이를 나타낼 수 있고, 레이더 센서(210) 및 표적 간의 거리에 비례한다. 따라서, 레이더 센서(210) 및 표적 간의 거리는 레이더 전송 신호 및 레이더 수신 신호 간의 주파수 차이로부터 도출(derive)될 수 있다. 주파수 믹서(214)를 통해 검출된 비트 주파수 신호는 증폭기(215)를 거쳐 레이더 신호 처리기(216)로 전달할 수 있다. 비트 주파수 신호는 아래 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
수학식 1에서 α는 경로 손실 감쇠(path loss attenuation), fc는 캐리어 주파수, td는 왕복 지연(round-trip delay), B는 전송된 처프의 스위프 대역폭(sweep bandwidth), Tc는 처프 듀레이션을 나타낼 수 있다. Tc는 도 2에서 T로 도시되었으며, Tchirp라고도 나타낼 수 있다. 참고로, i번째 표적에 대한 td는 하기 수학식 6에 따라 τi로서 산출될 수도 있다.
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 표적까지의 거리, 방향, 및 상대 속도를 계산할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 차량에 탑재될 수 있으며, 계산된 정보들을 이용하여 주행에 도움이 되는 다양한 기능(예: ACC, AEB, BSD, LCA 등)을 제공할 수 있다.
복수의 레이더 센서들 각각은, 주파수 변조 모델에 기초하여 주파수 변조된 처프 신호를 포함하는 레이더 전송 신호를 외부로 방사하고, 표적으로부터 반사된 신호를 수신할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는, 방사된 레이더 전송 신호 및 수신된 레이더 수신 신호 간의 주파수 차이로부터 복수의 레이더 센서들 각각으로부터 표적까지의 거리를 결정할 수 있다. 또한, 레이더 센서(210)가 복수의 채널들로 구성되는 경우, 레이더 신호 처리 장치는 레이더 수신 신호의 위상 정보를 이용하여 표적으로부터 반사된 레이더 수신 신호의 DOA을 도출할 수 있다.
레이더 센서(210)는 다양한 응용의 넓은 시야각(Field of View, FoV) 및 고해상도(High Resolution, HR) 요구에 맞추어 넓은 대역폭을 사용하고 MIMO 방식을 채택할 수 있다. 넓은 대역폭을 통해 거리 해상도가 증가될 수 있고, MIMO 방식을 통해 각도 해상도가 증가될 수 있다. 거리 해상도는 표적에 관한 거리 정보를 얼마나 작은 단위로 분별할 수 있는지 나타낼 수 있고, 각도 해상도는 표적에 관한 DOA 정보를 얼마나 작은 단위로 분별할 수 있는지 나타낼 수 있다. 예를 들어, 레이더 센서(210)는 200MHz, 500MHz, 1GHz와 같은 협대역 대신 4GHz, 5GHz, 7GHz와 같은 광대역을 사용할 수 있다.
레이더 센서(210)는 TDM(time division multiplexing)을 통해 MIMO에 따른 각 송신 안테나의 송신 신호를 구분할 수 있다. TDM에 따르면 송신 안테나들이 교대로(alternately) 송신 신호를 전송해야 하므로, 각 송신 신호에서 캐리어 주파수의 상승 구간의 시간 길이, 다시 말해 처프 반복 주기(repetition period)가 길어질 수 있다. 이는 확정적으로(unambiguosly) 측정 가능한 도플러 속도 및/또는 도플러 주파수의 범위의 감소를 초래할 수 있다. 레이더 신호 처리기(216)는 TDM MIMO 방식의 레이더 시스템에서 표적의 움직임으로 인한 도플러 속도 및/또는 도플러 주파수와 DOA 간의 커플링(coupling) 성분을 보상하여 도플러 모호성에 강인한 신호 처리를 수행할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 처프 시퀀스들을 처리하는 동작을 나타낸다.
한 프레임의 레이더 신호는 복수의 처프 신호들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 한 프레임은 복수의 타임 슬롯들을 포함하고, 레이더 센서는 각 타임 슬롯 동안 한 개의 처프 신호를 한 개의 송신 안테나를 통해 전송할 수 있다. 타임 슬롯은 한 처프 신호를 전송하는 단위 시간 구간을 나타낼 수 있다. 한 프레임은 한번의 스캔에 대응할 수 있다. 예를 들어, 한 프레임은 L개의 처프 시퀀스들을 포함하고, 각 처프 시퀀스는 복수의 타임 슬롯들(예: M개의 타임 슬롯들)을 포함할 수 있다. 같은 프레임에 포함된 복수의 처프 시퀀스들의 각각은 레이더 센서에 포함된 송신 안테나의 개수와 동일한 개수의 타임 슬롯들을 포함할 수 있다. 한 프레임의 레이더 신호는 LХM개의 처프 신호들을 포함할 수 있다. 레이더 센서는 한번의 스캔에 대응하는 프레임 동안 LХM개의 처프 신호들을 방사하고, 해당 LХM개의 처프 신호들이 반사된 신호들을 센싱할 수 있다. 여기서, L, M은 각각 1이상의 정수일 수 있다. 후술하겠으나, 레이더 센서가 M개의 송신 안테나 소자들을 포함하고, 각 처프 시퀀스는 송신 안테나 소자들의 개수에 대응하는 M개의 타임 슬롯들을 포함할 수 있다. 도 3에서는 L=1인 경우의 프레임에 대해서 도시된 레이더 신호(310)의 주파수 변화 추이는 LХM개의 처프 신호들의 각각의 시간 흐름에 따른 주파수 변화 추이들을 포함할 수 있다.
상술한 한 프레임의 레이더 신호는 빠른 시간(fast time) 축 및 느린 시간(slow time) 축에 따라 해석될 수 있다. 느린 시간 축은 처프 신호들에 의해 구분되는 시간 축일 수 있고, 빠른 시간 축은 개별 처프 신호의 주파수 변화가 관찰 가능한 시간 축일 수 있다. 예를 들어, 레이더 신호 처리 장치는 한 프레임에서 레이더 신호(310)(예: LХM개의 처프 신호들)를 전송하고, 레이더 신호(310)의 반사 신호(예: LХM개의 반사 신호들)를 수신할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 전송된 처프 신호들 및 반사 신호들로부터 LХM개의 비트 신호들을 획득할 수 있다. 빠른 시간 축에서 각 처프 신호에 대응하는 비트 신호가 복수의 샘플링 포인트들에서 샘플링될 수 있다. 비트 신호는 전송 신호(예: 처프 신호) 및 해당 전송 신호의 반사 신호 간의 주파수 차이를 갖는 신호로서, 중간 주파수 신호(IF signal, intermediate frequency signal), 비트 주파수 신호라고도 나타낼 수 있다. 예시적으로, 개별 처프 신호가 방사되고, 표적에 도달하여 반사되며, 반사된 신호가 레이더 센서에 의해 수신될 수 있다. 방사된 처프 신호 및 반사된 신호 간의 비트 신호의 값이 샘플링될 수 있다. 레이더 신호(310)에 포함된 각 처프 신호에 대응하는 비트 신호는 샘플링 간격 Ts마다 샘플링될 수 있다. 다시 말해, 한 처프 신호에 대응하는 비트 신호로부터 S개의 샘플 값들(320)이 획득될 수 있다. 여기서, S는 1이상의 정수일 수 있다. 레이더 신호는 한 프레임당 L개의 처프 시퀀스들을 포함하고, K개의 가상 안테나들이 레이더 신호를 개별적으로 수신하므로, 총 S Х L Х K개의 샘플 값이 획득될 수 있다. 송신 안테나의 개수가 M이고, 수신 안테나의 개수가 N인 경우, 가상 안테나들의 개수 K=MХN일 수 있다. 여기서, N은 1이상의 정수일 수 있다. 레이더 원시 데이터(330)는 샘플 축(331), 처프 축(332), 및 안테나 축(333)을 따라 각각 S Х L Х K 차원으로 구성되는 데이터 큐브(data cube)일 수 있다. 다만, 레이더 원시 데이터(330)를 도 3에 도시된 데이터 큐브로 한정하는 것은 아니고, 설계에 따라 달라질 수 있다. 레이더 원시 데이터(330)는 후술하는 주파수 변환에 의해 거리 프로파일, 각도 프로파일, 및 거리-도플러 맵을 포함하는 형식의 레이더 데이터로 변환될 수 있다.
표적이 이동 중인 경우, 비트 주파수는 표적까지의 거리에 의한 거리 성분에 더하여 표적의 움직임으로 인한 도플러 주파수 성분을 포함할 수 있다.
수학식 2에서 fR은 거리 성분, fD는 도플러 주파수 성분, λ는 파장(wave length), v는 표적의 속도를 나타낸다. 표적의 속도는 도 5의 주파수 변환(510)을 통해 계산될 수 있다.
레이더 신호 처리 장치는 레이더 원시 데이터(330)에 대한 주파수 변환(340)을 수행하여 거리-도플러 맵(range-Doppler map, 350)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 주파수 변환(340)은 거리(range) 기준의 제1 푸리에 변환 및 도플러 주파수 기준의 제2 푸리에 변환을 포함하는 2차원 푸리에 변환을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 푸리에 변환은 거리 FFT(fast fourier transform)일 수 있고, 제2 푸리에 변환은 도플러 FFT일 수 있고, 2차원 푸리에 변환은 2차원 FFT일 수 있다. 참고로, 레이더 신호 처리 장치는 레이더 원시 데이터(330)에 대해 거리(range) 기준의 제1 푸리에 변환만 수행함으로써 거리 프로파일을 획득할 수도 있다. 거리 프로파일은 거리 별 수신 신호의 세기를 나타낼 수 있다.
레이더 신호 처리 장치는 거리-도플러 맵(350)에서 표적 셀들(351, 352)을 검출할 수 있다. 예를 들어, 레이더 신호 처리 장치는 거리-도플러 맵(350)에 관한 CFAR(constant false alarm rate detection)를 통해 표적 셀들(351, 352)을 검출할 수 있다. CFAR는 임계치 설정(thresholding) 기반의 검출 기법을 나타낼 수 있다.
레이더 신호 처리 장치는 제1 표적 셀(351)의 제1 주파수 정보에 기초하여 제1 표적의 비확정적 도플러 속도(ambiguous Doppler velocity)를 결정할 수 있다. 예를 들어, 제1 표적 셀(351)은 레이더 원시 데이터(330)의 도플러 스펙트럼에서 피크 강도(peak intensity)에 대응하는 셀일 수 있다. 제1 주파수 정보는 피크 강도가 나타난 도플러 주파수를 포함할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 해당 도플러 주파수에 대응하는 도플러 속도를 비확정적 도플러 속도로 결정할 수 있다. 확정적 도플러 속도(unambiguous Doppler velocity)와 비확정적 도플러 속도 간의 관계는 아래 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
전술한 수학식 3에서 vD,unamb는 확정적 도플러 속도, vD,amb는 비확정적 도플러 속도, q는 비확정 수(ambiguity number), vD,max는 처프 시퀀스 신호를 통해 확정적으로 측정 가능한 도플러 속도의 최대 범위를 나타낼 수 있다. Q는 정수 값을 가질 수 있다. 도플러 속도는 도플러 주파수에 대응하며, 아래 도 11에서는 도플러 주파수에 기초하여 확정적 시선 속도(radial velocity)를 결정하는 동작을 설명한다.
일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치는 한 프레임 내에서 복수의 선형 처프 신호들(예: 주파수가 선형적으로 증가하는 처프 신호)을 방사할 수 있다. 예를 들어, 레이더 신호 처리 장치는 한 프레임 내에서 수십 내지 수백개의 처프 신호들을 방사할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 방사된 처프 신호들과 대응하는 반사 신호들 간의 도플러 현상으로 인한 위상 차이에 기초하여 속도를 추정할 수 있다. 또한, 레이더 신호 처리 장치는, MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) 안테나 구조를 사용하여, 레이더 센서를 기준으로 표적의 각도(예: 도래각)을 추정할 수 있다.
레이더 신호 처리 장치는 복수의 송신 안테나를 이용하여 복수의 처프 신호들을 전송할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 TDM(Time-Division Multiplexing) 기법에 기초하여 복수의 수신 안테나들에서 수신된 반사 신호에 대응하는 전송 신호(예: 처프 신호)를 방사한 전송 안테나를 식별할 수 있다. TDM 기법은 처프 신호들의 방사 동작들 사이에 물리적인 시간 차이를 가지고, 송신 안테나를 활성화하는 기법을 나타낼 수 있다. 여기서, 한 프레임에서 전송될 레이더 신호가 총 LХM개의 처프 신호들을 포함하는 경우, 각 송신 안테나에 의해 전송되는 레이더 신호는 하기 수학식 4와 같이 모델링될 수 있다.
전술한 수학식 4 및 수학식 5에서, fc는 캐리어 주파수, B는 전송된 처프의 스위프 대역폭(sweep bandwidth), Tc는 도 2에서도 언급된 바와 같이 처프 신호에서 주파수가 변화(예: 선형적으로 증가)하는 구간의 길이를 나타낼 수 있다. Tp는 한 처프 신호의 방사를 개시한 시점으로부터 다음 처프 신호의 방사를 개시하는 시점까지의 시간 간격(예: 처프의 방사 주기)으로서, 타임 슬롯의 시간 길이에 대응할 수 있다. T는 프레임 내에서 시점(time point), t'은 개별 타임 슬롯 내에서의 시점을 나타낼 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 LХM개의 처프 신호들을 M개의 송신 안테나들을 통해 시분할하여 송신할 수 있다. 레이더 신호 처리 장치는 방사된 후 표적에 맞고 돌아오는 반사 신호를 수신 안테나에서 수신할 수 있다. 레이더 신호가 방사된 후 i번째 표적으로부터 수신 안테나에 돌아오기 까지 걸리는 시간(예: 왕복 시간) τi은 i번째 표적의 거리, 속도, 및 각도에 따라 아래와 같은 수학식 6으로 표현될 수 있다.
전술한 수학식 6에서 은 처프 인덱스(chirp index), n은 수신 안테나의 인덱스, ri는 i번째 표적의 거리, vi는 i번째 표적의 속도, θi는 i번째 표적의 각도를 나타낼 수 있다. DTX는 송신 안테나들 간의 간격, dRX는 수신 안테나들 간의 간격을 나타낼 수 있다. 균일 선형 어레이(uniform linear array) 설계를 가정하면 dRX는 λ/2고, dTX는 MХdRX일 수 있다.
참고로, 송신 안테나들이 순차적으로 활성화되는 경우, 송신 안테나의 인덱스는 으로 표현될 수 있다. 송신 안테나의 인덱스는 처프 인덱스인 에 종속될 수 있다. 레이더 신호에서 MTp 주기를 갖는 성분이 발생하므로, Tp 주기마다 도플러 효과 측정이 불가능해진다. 동일한 송신 안테나만 반복적으로 활성화하는 경우, 측정 가능한 속도의 최대치는 이다. 전술한 바와 같이 주어진 프레임 내에서 순차적으로 복수의 송신 안테나들을 교대로 활성화하는 경우, 으로 감소될 수 있다. 따라서, 모호성없이 추정 가능한 도플러 속도 최대치가 1/M 감소된다. 아래에서는 도플러 속도 최대치를 증가시키면서, 각도 분해능을 가지는 레이더 신호 처리 방법을 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 구성을 나타낸다.
레이더 신호 처리 장치(400)는 레이더 센서(410) 및 신호처리부(420)(예: 프로세서)를 포함할 수 있다. 레이더 센서(410)는 레이더 신호를 레이더 센서(410)의 외부로 방사(radiate)할 수 있고, 방사된 레이더 신호가 표적에 의해 반사된 신호를 수신할 수 있다. 본 명세서에서 방사된 레이더 신호는 레이더 전송 신호로, 수신된 신호는 레이더 수신 신호로 지칭될 수 있다. 레이더 전송 신호는 주파수 변조 모델에 기초하여 캐리어 주파수가 변조된 처프(chirp) 신호를 포함할 수 있다. 레이더 전송 신호의 주파수는 미리 정해진 대역 안에서 변할 수 있다. 예를 들어, 레이더 전송 신호의 주파수는 미리 정해진 대역 안에서 선형적으로 변할 수 있다.
레이더 센서(410)는 송신부(411) 및 수신부(411)를 포함할 수 있다. 레이더 센서(410)는 배열 안테나를 포함할 수 있고, 배열 안테나를 통해 레이더 전송 신호를 전송하고 레이더 수신 신호를 수신할 수 있다. 배열 안테나는 복수의 안테나 소자들(antenna elements)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 복수의 안테나 소자들을 통해 다중입출력(multiple input multiple output, MIMO)이 구현될 수 있다. 이때, 복수의 안테나 소자들에 의해 복수의 MIMO 채널들이 형성될 수 있다. 송신부(411)는 복수의 송신 안테나 소자들을 포함하고, 수신부(412)는 복수의 수신 안테나 소자들을 포함할 수 있다. 예를 들어, M개의 송신 안테나 소자들 및 N개의 수신 안테나 소자들을 통해 MХN개의 가상 안테나들에 대응하는 복수의 채널들이 형성될 수 있다. 여기서, 각 채널을 통해 수신된 레이더 수신 신호들은 수신 방향에 따라 서로 다른 위상을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면 신호처리부(420)는 하이브리드 처프 생성부(421)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면 하이브리드 처프 생성부(421)는 한 프레임 내에서 SIMO를 위한 처프 신호(421-1) 및 MIMO를 위한 처프 신호(421-2)를 포함하는 레이더 신호를 생성할 수 있다. 신호처리부(420)는 레이더 센서(410)를 통해 같은 프레임 내에서 SIMO를 위한 처프 신호(421-1) 및 MIMO를 위한 처프 신호(421-2)가 혼재된 레이더 신호를 방사할 수 있다. 도 4에서 하이브리드 처프 생성부(421)는 신호처리부(420) 내부의 모듈로 도시되었으나, 이로 한정하는 것은 아니다.
레이더 신호 처리 장치의 프로세서가 같은 프레임 내에서 개별적으로 지정된 타임 슬롯에서 SIMO를 위한 처프 신호(421-1) 및 MIMO를 위한 처프 신호(421-2)를 송신 안테나 소자를 통해 방사할 수 있다. 본 명세서에서 SIMO를 위한 처프 신호(421-1) 및 MIMO를 위한 처프 신호(421-2)는 동일한 처프의 파형, 주기, 및 시간 길이를 가지고, 시간적으로 구별될 수 있다. 후술하겠으나, SIMO를 위한 처프 신호(421-1)가 할당되는 타임 슬롯을 SIMO 슬롯, MIMO를 위한 처프 신호(421-2)가 할당되는 타임 슬롯을 MIMO 슬롯이라고 나타낼 수 있다. SIMO를 위한 처프 신호(421-1)는 SIMO 슬롯들에서 같은 송신 안테나를 통해 전송될 수 있다. MIMO를 위한 둘 이상의 안테나 중 한 안테나는 SIMO(single input multi output)를 위한 단일 안테나와 같은 안테나일 수 있다. MIMO를 위한 처프 신호(421-2)는 MIMO 슬롯들에서 여러 송신 안테나를 통해 전송될 수 있다. 각 MIMO 슬롯에서는 무작위 또는 미리 결정된 순서에 따라 선택된 하나의 송신 안테나가 MIMO를 위한 처프 신호(421-2)를 전송하기 위해 활성화될 수 있다. 한 프레임 동안 MIMO 슬롯들에서 레이더 센서(420)에 포함된 복수의 송신 안테나 소자들의 각각은 적어도 1회 활성화될 수 있다. 프로세서는 복수의 송신 안테나 소자들의 각각을 한 프레임 내 적어도 하나의 MIMO 슬롯에 할당할 수 있다.
레이더 전송 신호 및 레이더 수신 신호에 기초하여, 레이더 데이터가 생성될 수 있다. 예를 들어, 레이더 센서(410)는 주파수 변조 모델에 기초하여 배열 안테나를 통해 레이더 전송 신호를 전송하고, 레이더 전송 신호가 표적에 의해 반사되면 배열 안테나를 통해 레이더 수신 신호를 수신하고, 레이더 전송 신호 및 레이더 수신 신호에 기초하여 중간 주파수(intermediate frequency, IF) 신호를 생성할 수 있다. 신호처리부(420)는 중간 주파수 신호에 관한 샘플링 동작을 수행할 수 있고, 샘플링 결과를 통해 레이더 원시 데이터를 생성할 수 있다. 신호처리부(420)는 레이더 원시 데이터에 대해 주파수 분석을 수행함으로써 레이더 데이터를 생성할 수 있다.
예를 들어, 신호처리부(420)는 레이더 데이터에 기초하여 표적에 관한 정보를 생성하고 이를 이용할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(420)는 레이더 데이터에 기초하여 거리 FFT(range FFT(fast Fourier transform)), 도플러 FFT(Doppler FFT), CFAR(constant false alarm rate detection), DOA 추정 등을 수행하고, 거리, 속도, 방향 등의 표적에 관한 정보를 획득할 수 있다. 이와 같은 표적에 관한 정보는ACC, AEB, BSD, LCA와 같은 다양한 응용(application)을 위해 제공될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 도시한 흐름도이다.
우선, 단계(510)에서 전자 장치(예: 레이더 신호 처리 장치)의 레이더 센서는 같은 프레임에 속하는 복수의 처프 신호들 중 적어도 일부 처프 신호(예: SIMO를 위한 처프 신호)를 복수의 안테나들 중 단일 안테나(single antenna)를 통해 전송할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 단일 안테나를 통해 SIMO를 위한 처프 신호들을 같은 프레임 내 서로 다른 타임 슬롯에서 전송할 수 있다.
그리고 단계(520)에서 전자 장치의 레이더 센서는 다른 처프 신호들(예: MIMO를 위한 처프 신호)을 복수의 안테나들 중 둘 이상의 안테나들을 통해 전송할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 MIMO를 위한 처프 신호들을 전술한 같은 프레임 내 서로 다른 타임 슬롯에서, 서로 다른 안테나들을 통해 전송할 수 있다. 따라서, 전술한 단계(520)에서 SIMO를 위한 처프 신호들은 같은 프레임(예: 처프 시퀀스) 내에서 동일한 단일 안테나에서 방사되나, MIMO를 위한 처프 신호들은 같은 프레임 내에서 서로 다른 안테나들에서 방사될 수 있다. 예시적으로 MIMO를 위한 처프 신호들 중 제1 MIMO 처프 신호가 제1 안테나 소자를 통해 제1 타임 슬롯에서 방사되고, 제2 MIMO 처프 신호가 제2 안테나 소자를 통해 제2 타임 슬롯에서 방사될 수 있다.
이어서 단계(530)에서 전자 장치의 프로세서는 적어도 일부 처프 신호, 다른 처프 신호, 및 반사 신호에 기초하여 획득된 레이더 데이터로부터, 표적(target)의 검출 및 표적의 도래각(direction of arrival; DOA)의 결정을 수행할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 적어도 일부 처프 신호(예: SIMO를 위한 처프 신호) 및 대응하는 반사 신호에 기초하여 제1 레이더 데이터를 획득할 수 있다. 전자 장치는 제1 레이더 데이터를 이용하여 표적을 검출할 수 있다. 전자 장치는 다른 처프 신호들 및 대응하는 반사 신호에 기초하여 제2 레이더 데이터를 획득할 수 있다. 전자 장치는 제2 레이더 데이터를 이용하여 도래각을 결정할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 제1 레이더 데이터를 이용하여 검출된 표적에 대응하는 제2 레이더 데이터의 빈(bin)을 식별하고, 표적에 대한 도래각을 결정할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치는 SIMO를 위한 처프 신호에 기초하여 획득된 제1 레이더 데이터를 이용하여 모호성 없이 측정 가능한 최대 속도의 감소를 방지할 수 있다. 더 나아가 전자 장치는 제1 레이더 데이터와 함께 MIMO를 위한 처프 신호에 기초하여 획득된 제2 레이더 데이터를 이용하여 도플러 속도를 결정함으로써 측정 가능한 최대 속도의 범위를 증가시킬 수도 있다. 예를 들어, 제1 레이더 데이터에 기초한 속도 추정의 최대치는 일 수 있다.
또한, 전자 장치는 MIMO를 위한 처프 신호를 무작위 순서로 선택된 송신 안테나를 통해 전송함으로써, 프레임 내의 MIMO 슬롯들에서 비주기적으로 송신 안테나를 활성화할 수 있다. 참고로, 송신 안테나의 활성화 순서가 무작위로 결정되더라도, 각도 추정을 위해서는 한 프레임 내에서 모든 송신 안테나가 활성화되어야 한다. 또한, 전자 장치는 SIMO를 위한 처프 신호의 캐리어 주파수와 MIMO를 위한 처프 신호의 캐리어 주파수를 다르게 설정함으로써 VCF 방식에 기반한 레이더 신호 전송을 수행할 수 있다. 따라서, 전자 장치는 SIMO에 기초한 제1 레이더 데이터 및 MIMO에 기초한 제2 레이더 데이터를 연관시킴으로써 전술한 속도 추정의 최대치를 초과하더라도 전술한 수학식 3에서 언급된 비확정 수를 결정할 수 있다. 다시 말해, 전자 장치는 전술한 SIMO 및 MIMO의 혼재를 통해 도플러 속도의 모호성을 제거할 수 있다.
따라서, 전자 장치는 ADAS를 위한 다른 센서(예: 카메라 센서, 라이다(LiDAR) 센서) 대비 순간적인 속도 측정(instantaneous velocity measurement)을 넓은 속도 범위에 대해 제공하면서, 각도 추정도 제공할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 레이더 센서의 수신 안테나 어레이를 나타낸다.
일 실시예에 따른 레이더 센서(610)는 복수의 송신 안테나들 및 복수의 수신 안테나들을 포함할 수 있다. 도 6에서는 M개의 송신 안테나들 및 N개의 수신 안테나들이 도시된다. M개의 송신 안테나들 간의 물리적인 간격은 d, N개의 수신 안테나들 간의 물리적인 간격은 4d로 배치될 수 있다. 가상 안테나(620) 개수는 수평 또는 수직으로 배열된 송신 안테나의 개수와 수신 안테나의 개수의 곱으로 계산될 수 있다. 예를 들어, 가상 안테나(620) 개수는 송신 안테나들의 개수 M 및 수신 안테나들의 개수 N에 기초하여, MХN개로 결정될 수 있다. 가상 안테나(620)의 개수가 증가할수록 각도 해상도가 개선될 수 있다. 안테나의 개수와 레이더 센서(610)의 물리적 크기 사이에 트레이드 오프가 있을 수 있다. 도 6에 도시된 안테나 어레이 구조에서 표적에 대한 각도 계산의 예시를 아래에서 설명한다.
예를 들어, 전술한 수학식 1의 비트 주파수 신호의 왕복 지연 성분을 더 세부적으로 분석하면 아래 수학식 7이 도출될 수 있다.
수학식 7에서 R은 표적까지의 거리(range), c는 빛의 속도, d는 안테나 소자들 간의 간격을 나타낸다. 수학식 7에 따르면 왕복 지연 성분은 거리 성분(td,0)과 DOA 성분(td,θ)으로 분해될 수 있다. 수학식 1은 왕복 지연 성분의 거리 성분(td,0)과 DOA 성분(td,θ)에 기초하여 아래 수학식 8 내지 수학식 11과 같이 나타낼 수 있다.
각 안테나 소자 별로 비트 주파수 신호의 주파수 분석(예: 푸리에 변환(Fourier transform))을 통해 Φt(td,0) 성분을 검출하여 표적까지의 거리가 도출될 수 있다. 안테나 소자들 간의 위상 변화로부터 Φ0 성분의 세 번째 텀(2πfctd,θ)을 검출하여 DOA가 추정될 수 있다.
레이더 수신 신호의 위상 정보는, 레이더 센서(610)가 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 수신 안테나 소자에 대해, 해당 수신 안테나 소자에 인접한 수신 안테나 소자의 위상을 기준 위상으로 설정할 수 있다.
또한, 레이더 신호 처리 장치는 레이더 센서(610)의 수신 채널 개수에 대응하는 차원(dimension)의 레이더 벡터를 생성할 수 있다. 예를 들어, 4개의 수신 채널이 포함된 레이더 센서(610)의 경우 레이더 신호 처리 장치는 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.
전술한 바와 같이, 레이더 센서(610)가 복수의 수신 안테나들 및 복수의 송신 안테나들을 포함하는데, 아래에서는 설명의 편의를 위하여 복수의 송신 안테나들 위주로 설명한다. 다만, 레이더 센서(610)가 복수의 수신 안테나들을 설명하므로, 전자 장치는 수신 안테나들을 통해 수신된 레이더 수신 신호에 대해 같은 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 하기 도 10에서는 예시적으로 한 수신 안테나에 대한 제1 레이더 데이터 및 제2 레이더 데이터가 도시되었으나, 이로 한정하는 것은 아니고, 복수의 수신 안테나들에 대해서 제1 레이더 데이터 및 제2 레이더 데이터가 획득될 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 레이더 신호의 프레임 간 간격 및 프레임 내 처프 간 간격을 도시한다.
일 실시예에 따른 한 프레임의 레이더 신호는 도 7에 도시된 바와 같이 복수의 처프 신호들을 포함할 수 있다. 예시적으로, 처프 듀레이션 Tc=54μs, 처프의 방사 주기 Tp=58μs일 수 있다. 인접한 처프 신호들 간의 마진(margin)은 Tp-Tc=4μs일 수 있다. 프레임 길이 Tframe=7.4ms, 프레임 간 간격 Tinter_gap=94.9ms, 프레임 주기 Ttotal=100ms일 수 있다. 도 7은 프레임 레이트가 10Hz인 예시이다.
일 실시예에 따른 전자 장치는 레이더 신호의 센싱 결과로부터 모호성을 제거하고, 측정 가능한 최대 속도 범위를 확장하기 위해, MIMO 기법(예: 무작위 전송 방식 및 VCF 방식)과 SIMO 기법이 혼재된 레이더 신호(예: 하이브리드 레이더 신호)를 전송할 수 있다.
전자 장치는 프레임 내 타임 슬롯들 중 SIMO 슬롯에서 SIMO를 위한 처프 신호를 방사하기 위해 동일한 송신 안테나를 활성화할 수 있다. SIMO 슬롯들에서 동일한 송신 안테나를 활성화하므로, 속도 추정에서 속도 분해능의 손실이 최소화될 수 있다. 또한, 하나의 프레임 내에서는 처프 신호들이 수십 μs 단위로 송신되기 때문에 연관성(association) 문제가 무시될 수 있다. 같은 프레임 내에서는 전자 장치로부터 표적까지의 거리 변화가 없거나 적다고 가정될 수 있기 때문이다.
참고로, 주로 같은 프레임 내에서의 하이브리드 방식(예: 인트라프레임 하이브리드 방식)을 설명하였으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 전자 장치는 제1 프레임에서 단일 송신 안테나를 반복적으로 활성화하고, 다른 제2 프레임에서 무작위로 모든 송신 안테나를 활성화하는 하이브리드 방식(예: 인터프레임 하이브리드 방식)을 사용할 수도 있다. 서로 다른 프레임들에서는 표적이 동일 거리 빈(range bin) 또는 각도 빈(angle bin)에 있다고 보장되지 않으므로, 제2 프레임에서 탐지된 여러 표적 B, C, D 중 제1 프레임에서의 표적 A에 대응하는 표적을 식별하는 표적 연관(target association)을 수행해야할 수 있다.
도 8 및 도 9는 일 실시예에 따른 SIMO(single input multi output) 슬롯 및 MIMO(multi input multi output) 슬롯이 혼재된 처프 시퀀스의 예시를 설명한다.
예를 들어, 도 8 및 도 9에서는 레이더 신호의 한 프레임에서 한 처프 시퀀스를 설명한다. 전자 장치는 처프 시퀀스의 타임 슬롯마다 하나의 처프 신호를 하나의 송신 안테나를 통해 방사할 수 있다. 전술한 바와 같이, 전자 장치는 처프 시퀀스의 타임 슬롯들 중 SIMO 슬롯에서 SIMO를 위한 처프 신호를 하나의 송신 안테나를 통해 방사하고, MIMO 슬롯에서 MIMO를 위한 처프 신호를 복수의 송신 안테나들을 통해 방사할 수 있다. 다시 말해, SIMO 슬롯들에서는 동일한 송신 안테나가 활성화되지만, MIMO 슬롯들에서는 활성화되는 송신 안테나가 변경될 수도 있다. 예를 들어, 전자 장치의 레이더 센서는 같은 프레임 내의 한 처프 시퀀스 중 MIMO 슬롯들에서 다른 처프 신호들의 각각을 서로 다른 안테나를 통해 전송할 수 있다. 전자 장치는 같은 프레임 내에 포함된 MIMO 슬롯들 중 적어도 하나를 MIMO를 위한 복수의 송신 안테나들의 각각에 할당할 수 있다. MIMO 슬롯들 중 적어도 한 MIMO 슬롯(예: 제1 MIMO 슬롯)에 할당된 제1 송신 안테나 소자는 다른 MIMO 슬롯(예: 제2 MIMO 슬롯)에 할당된 제2 송신 안테나 소자)와 다를 수 있다. 이 경우, MIMO를 위한 복수의 송신 안테나들은 적어도 1회 이상 활성화될 수 있다. 참고로, 본 명세서에서는 레이더 센서에 포함된 모든 송신 안테나가 MIMO를 위해 선택적으로 활성화되는 예시를 설명하였으나, 이로 한정하는 것은 아니다. 레이더 센서에 포함된 복수의 송신 안테나들 중 일부 안테나가 MIMO를 위한 안테나로 설정되고, 다른 일부 안테나가 SIMO를 위한 안테나로 설정될 수도 있다.
도 8은 MIMO 슬롯들(820)에 대해 송신 안테나가 무작위로 할당된 처프 시퀀스(800)를 도시한다. 예를 들어, 처프 시퀀스(800)는 0번째 타임 슬롯부터 7번째 타임 슬롯까지 SIMO 슬롯들(810), 및 8번째 타임 슬롯부터 11번째 타임 슬롯까지 MIMO 슬롯들(820)을 포함할 수 있다. 도 8에서는 한 처프 시퀀스(800)만 도시되었으나, 이로 한정하는 것은 아니고, 한 프레임 내에 여러 처프 시퀀스가 포함될 수도 있다.
일 실시예에 따르면 레이더 센서는, 같은 프레임 내의 한 처프 시퀀스(800)에서 다른 처프 신호들의 각각에 대해 선정된 타임 슬롯(예: MIMO 슬롯들)에 무작위로 결정된 송신 안테나를 통해 해당 처프 신호를 전송할 수 있다. 한 프레임 내 및/또는 한 처프 시퀀스 내의 타임 슬롯들 중에서 MIMO 슬롯이 무작위로 선정될 수도 있다. 레이더 센서는, 같은 프레임 내에서 모든 송신 안테나를 적어도 한번 이상 활성화함으로써, MIMO(multi input multi output)를 위한 처프 신호를 전송할 수 있다. 예시적으로, 도 8에서는 4개의 송신 안테나 소자들(TX1, TX2, TX3, TX4)을 포함하는 레이더 센서가 가정된다. SIMO 슬롯들(810)에는 제1 송신 안테나 소자(TX1)가 할당될 수 있다. MIMO 슬롯들(820) 중 8번째 타임 슬롯에는 제2 송신 안테나 소자(TX2), 9번째 타임 슬롯에는 제3 송신 안테나 소자(TX3), 10번째 타임 슬롯에는 제1 송신 안테나 소자(TX1), 및 11번째 타임 슬롯에는 제4 송신 안테나 소자(TX4)가 할당될 수 있다. 한 처프 시퀀스(800) 내에서 모든 송신 안테나 소자들이 MIMO 슬롯들(820)에 대해 1회씩 할당된 예시이다. 도시된 바와 같이, SIMO 슬롯 및 MIMO 슬롯에 할당되는 안테나 소자들 중 일부 안테나 소자(예: 제1 안테나 소자(TX1)가 공통될 수도 있다. 일 실시예에 따른 전자 장치는 SIMO 슬롯 및 무작위 할당에 기초한 MIMO 슬롯을 포함하는 처프 시퀀스(800)를 포함하는 레이더 신호를 방사 및 수신함으로써, 도플러 속도 추정의 최대치를 제1 비교 실시예(예: 단순 TDM) 대비 증가시킬 수 있다.
예를 들어, 제1 비교 실시예에서 송신 안테나들의 순차적인 활성화를 가정하면, i번째 표적에 대한 왕복시간 τ'i은 아래 수학식 12와 같이 표현될 수 있다.
전술한 바와 같이, 송신 안테나의 인덱스는 가 주기적으로 반복되기 때문에, 도플러 모호성이 나타날 수 있다. 단일 송신 안테나만 사용했을 때 모호성 없이 측정 가능한 속도의 최대 범위를 [-vmax,vmax]라고 가정할 수 있다. 전술한 수학식 12에 따른 제1 비교 실시예에서는, 속도를 측정함에 있어 TP가 샘플링 주파수로서 작용할 수 있다. M개의 송신 안테나를 TDM으로 사용하는 경우, 같은 안테나에서 처프를 송신하는 주기가 M·TP이 되므로, 샘플링 주파수가 1/M 되는 효과가 나타날 수 있다. 따라서, 제1 비교 실시예에서 측정 가능한 속도의 최대 범위는 송신 안테나들의 개수인 M배만큼 감소하여, [-vmax/M, vmax/M]으로 나타날 수 있다.
다른 제2 비교 실시예에서는 송신 안테나들을 타임 슬롯들에 무작위로 할당함으로써, 송신 안테나들 간의 물리적인 간격으로 인해 발생하는 성분의 주파수 전체 영역에 걸친 노이즈(noise) 스프레드(spread)를 유발할 수 있다. 제 1 비교 실시예에서 첫번째 처프 시퀀스의 m번째 슬롯에서는 m번째 송신 안테나가 사용되었다. 제2 비교 실시예에서는 l번째 chirp의 m번째 슬롯에서 사용되는 송신 안테나를 랜덤하게 선택하여, 이 때 선택된 송신 안테나의 인덱스를 랜덤 변수 a(l,m)으로 나타낼 수 있다. a(l, m)은 무작위로 결정된 송신 안테나의 활성화 순서를 지시하는 인덱스일 수 있다. 아래 수학식 13과 같이 표현될 수 있다.
제2 비교 실시예에서의 i번째 표적에 대한 왕복시간 τ"i은 전술한 수학식 13에 따라 산출될 수 있다. 제2 비교 실시예에서 도플러 비모호성(Doppler disambiguation)이 확보될 수 있다. 모호성 없이 측정 가능한 속도의 최대 범위가 [-vmax,vmax]로 회복된다. 다만, 송신 안테나들을 타임 슬롯들에 무작위 할당한 것으로 인해, 그레이팅 로브(grating lobe)를 포함하는 피크들(peaks)이 스프레드될 수 있다. 다시 말해, 노이즈 레벨(noise level)이 증가될 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치는 SIMO 슬롯들(810)에서 같은 송신 안테나(예: 제1 송신 안테나 소자(TX1)를 통해 방사된 SIMO 처프 신호들에 기초하여 도플러 속도를 추정할 수 있다. 따라서, 측정 가능한 속도의 최대 범위가 [-vmax,vmax]로 나타날 수 있다. 또한, 전자 장치는 MIMO 슬롯들(820)에서 여러 송신 안테나들을 통해 방사된 MIMO 처프 신호들에 기초하여 각도를 추정할 수 있다. 전술한 제2 비교 실시예에서 언급된 노이즈 레벨은, SIMO 슬롯 및 MIMO 슬롯의 개수 및/또는 비율에 따라 억제될 수도 있다. 한 프레임 내에서 SIMO 슬롯의 개수가 증가할수록 도플러 속도 추정에서의 노이즈 레벨이 감소하고, 각도 측정에서의 노이즈 레벨이 증가할 수 있다. 반대로, 한 프레임 내에서 MIMO 슬롯의 개수가 증가할수록 도플러 속도 추정에서의 노이즈 레벨이 증가하고, 각도 측정에서의 노이즈 레벨이 감소할 수 있다.
아래에서는 도플러 모호성을 해결하는 다른 방법으로서, 가변 캐리어 주파수(Variable carrier frequency; VCF) 방식에 기초한 MIMO 슬롯의 할당을 설명한다.
도 9는 SIMO 슬롯들과 MIMO 슬롯들에 대해 서로 다른 캐리어 주파수가 할당된 처프 시퀀스를 도시한다.
일 실시예에 따르면 전자 장치의 레이더 센서는, 제1 캐리어 주파수 fc,1에 기초하여 생성된 적어도 하나의 처프 신호를 단일 안테나를 통해 전송할 수 있다. 레이더 센서는 제1 캐리어 주파수 fc,1와 다른 제2 캐리어 주파수 fc,2에 기초하여 생성된 다른 처프 신호들을 둘 이상의 안테나들을 통해 전송할 수 있다.
예를 들어, 도 9에 도시된 처프 시퀀스(900)에서 SIMO 슬롯들(910)에 대해 제1 캐리어 주파수 fc,1가 할당되고, MIMO 슬롯들(920)에 대해 제2 캐리어 주파수 fc,2가 할당될 수 있다. M=12인 예시를 설명한다. 0번째 타임 슬롯, 3번째 내지 5번째 타임 슬롯, 7번째 타임 슬롯, 및 9번째 타임 슬롯 및 10번째 타임 슬롯이 SIMO 슬롯으로 설정된 예시이다. 나머지 타임 슬롯은 MIMO 슬롯으로 설정된다. 도 9에서 제1 캐리어 주파수는 80GHz, 제2 캐리어 주파수는 77GHz로 도시되었으나, 이는 예시이다. 아울러, 도 9에서는 2개의 캐리어 주파수들만 도시되었으나, 3개 이상의 캐리어 주파수들이 사용될 수도 있다. 전자 장치는 복수의 캐리어 주파수들 중 적어도 하나의 캐리어 주파수를 이용하여 SIMO 슬롯의 처프 신호를 전송하고, 다른 캐리어 주파수를 이용하여 MIMO 슬롯의 처프 신호를 전송할 수 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치는 SIMO 슬롯의 처프 신호의 방사 및 센싱을 통해 도플러 모호성이 제거된 속도를 추정할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 도 8과 유사하게, 모호성 없이 측정 가능한 속도의 최대 범위 [-vmax,vmax]로 도플러 속도를 추정할 수 있다.
참고로, 도 9에서는 MIMO 슬롯들(920)에서 송신 안테나 소자들이 순차적으로 할당되었다. m번째 타임 슬롯에 대해 제m+1 송신 안테나 소자가 할당될 수 있다. 예를 들어, 1번째 타임 슬롯에 제2 송신 안테나 소자(TX2), 2번째 타임 슬롯에 제3 송신 안테나 소자(TX3)가 할당되었다. 아래 도 11에서 후술하는 바와 같이, MIMO 슬롯들(920)에 대해 송신 안테나 소자들이 무작위로 할당될 수도 있다. 한 처프 시퀀스(900) 내의 MIMO 슬롯들(920)에서 일부 송신 안테나 소자들만 활성화될 수 있는데, 이 경우, 전자 장치는 같은 프레임 내 다른 처프 시퀀스(900)의 MIMO 슬롯들(920)에서 나머지 송신 안테나 소자들도 적어도 1회 이상 활성화할 수 있다.
전자 장치는 복수의 캐리어 주파수들 중 한 캐리어 주파수에 대해 측정 가능 속도 범위 복원을 고려하여 타임 슬롯을 할당하고, 다른 캐리어 주파수에 대해 각도 측정을 고려하여 타임 슬롯을 할당할 수도 있다. 또한, 전자 장치는 도 8에서 전술한 무작위 송신 안테나 할당 및 VCF를 결합함으로써, 측정 가능한 속도의 최대 범위를 [-vmax,vmax]보다 더 확장시킬 수도 있으며, 하기 도 10에서 설명한다.
도 10은 일 실시예에 따른 가변 캐리어 주파수(variable carrier frequency; VCF)에 기초한 레이더 신호를 처리하는 예시를 설명한다.
일 실시예에 따르면 전자 장치는 가변 캐리어 주파수 및 송신 안테나의 무작위 선정에 기초하여 생성된 레이더 신호를 처리함으로써 도플러 속도를 결정할 수 있다. 전자 장치는 제1 캐리어 주파수에 기초한 SIMO 신호를 이용하여 제1 레이더 데이터(예: 거리-도플러 맵(1010))를 생성하고, 제2 캐리어 주파수에 기초한 MIMO 신호를 이용하여 제2 레이더 데이터(예: 거리 프로파일(1020))를 생성할 수 있다.
예를 들어, 전자 장치는 적어도 일부 처프 신호(예: 제1 캐리어 주파수에 기초한 SIMO 신호) 및 적어도 일부 처프 신호의 반사 신호에 기초하여 거리-도플러 맵(1010)을 획득할 수 있다. 전자 장치의 프로세서는, 적어도 일부 처프 신호 및 해당하는 반사 신호 간의 중간 주파수 데이터에 대해 거리 기준의 주파수 변환 및 도플러 주파수 기준의 주파수 변환을 수행함으로써, 거리-도플러 맵(1010)을 획득할 수 있다. 전자 장치의 프로세서는, 다른 처프 신호들 및 다른 처프 신호들의 반사 신호에 기초하여 거리 프로파일(1020)(range profile)을 획득할 수 있다. 프로세서는, 다른 처프 신호들 및 해당하는 반사 신호에 기초한 중간 주파수 데이터에 대해 거리 기준의 주파수 변환을 수행함으로써 거리 프로파일(1020)을 획득할 수 있다.
예를 들어, 만약 표적의 속도가 [-vmax,vmax]를 초과하는 경우, 전술한 수학식 3에서 언급한 바와 같이, 비확정 수 q에 의한 모호성이 나타날 수 있다. 전자 장치는 비확정 수 q를 추정함으로써 도플러 속도의 모호성을 제거할 수 있다. 전자 장치는 제1 레이더 데이터 및 제2 레이더 데이터를 연관시킴으로써, 도플러 속도에 있어서 비확정수 q를 추정할 수 있다. 예를 들어, 거리-도플러 맵(1010)을 생성할 수 있다. 여기서, 캐리어 주파수들 간의 차이는 거리(range) 관점에서 무시될 수 있다. 반면, 도플러 속도 측면에서는, 캐리어 주파수들 간의 차이 및 표적 속도에 의해 전술한 거리-도플러 맵(1010)에서 표적이 위치하는 빈이 달라질 수 있다. 전자 장치는 제1 레이더 데이터(예: 거리-도플러 맵(1010))에서 식별된 표적의 도플러 속도 성분(예: 도플러 주파수) 및 제2 레이더 데이터(예: 거리 프로파일(1020))에서 대응하는 표적(예: 동일 또는 유사한 거리에 위치된 빈의 표적)의 도플러 속도 성분 간의 차이에 기초하여 비확정수 q를 추정할 수 있다. 전자 장치는 비확정수 q에 기초하여 정확한 속도를 결정함으로써 최대 탐지 속도 범위를 증가시킬 수 있다. 비확정 수 q의 추정은 하기 도 11에서 설명한다.
따라서, 전자 장치는 서로 다른 캐리어 주파수를 이용한 처프 신호들을 이용하여, 캐리어 주파수 별로 같은 표적에 대한 도플러 빈 차이를 계산함으로써, 측정 가능한 속도 범위를 보다 증가시킬 수 있다. 전자 장치는 단일 송신 안테나를 통해 측정 가능한 최대 속도 범위인 [-vmax,vmax]를 초과하는 속도도 모호성 없이 측정할 수 있다.
도 11은 일 실시예에 따른 무작위 TX 송신 및 VCF에 기초한 처프 시퀀스들 및 SIMO 데이터와 MIMO 데이터로부터 표적의 거리, 도플러 속도, 및 도래각을 결정하는 동작을 설명한다.
일 실시예에 따른 전자 장치는 복수의 처프 시퀀스들(1100)을 포함하는 레이더 신호를 전송할 수 있다. 도 11에 도시된 예시에서, 전자 장치는 L개의 처프 시퀀스들(1100)을 포함하는 레이더 신호를 전송할 수 있다. 각 처프 시퀀스는 M개의 타임 슬롯들을 포함할 수 있다. 도 11에서는 l=0의 처프 시퀀스와 l=1의 처프 시퀀스에 대한 예시가 도시된다. SIMO 슬롯들(1110)에서는 제1 캐리어 주파수 fc,1을 이용하여 제1 송신 안테나 소자(TX1)를 통해 처프 신호들이 전송되고, MIMO 슬롯들(1120)에서는 제2 캐리어 주파수 fc,2를 이용하여 여러 송신 안테나 소자들을 통해 처프 신호들이 전송된다. 도 11에서 MIMO 슬롯들(1120)에서는 l=0 처프 시퀀스에 대해 TX9, TX5, TX1, TX4, 및 TX7의 순서로 송신 안테나들이 활성화될 수 있다.
일 실시예에 따른 레이더 센서는, 제1 캐리어 주파수에 기초하여 생성된 적어도 하나의 처프 신호를 단일 안테나를 통해 전송할 수 있다. 레이더 센서는 제1 캐리어 주파수와 다른 제2 캐리어 주파수에 기초하여 생성된 다른 처프 신호들의 각각에 대해 같은 프레임 내의 한 처프 시퀀스에서 무작위로 선정된 타임 슬롯에 무작위로 결정된 송신 안테나를 통해 해당 처프 신호를 전송할 수 있다.
단계(1191)에서 전자 장치는 레이더 전송 신호 및 레이더 수신 신호에 기초하여 중간 주파수 신호를 획득할 수 있다. 전자 장치는 제1 캐리어 주파수에 기초한 SIMO 처프 신호에 대한 제1 중간 주파수 신호를 획득하고, 제2 캐리어 주파수에 기초한 MIMO 처프 신호에 대한 제2 중간 주파수 신호를 획득할 수 있다. 전자 장치는 후술하는 단계들에서 제1 중간 주파수 신호 및 제2 중간 주파수 신호를 개별적으로 처리할 수 있다.
단계(1192)에서 전자 장치는 거리 기준의 주파수 변환을 수행할 수 있다. 전자 장치는 제1 중간 주파수 신호 및 제2 중간 주파수 신호의 각각에 대해 거리 기준의 주파수 변환을 수행할 수 있다.
단계(1193)에서 전자 장치는 시퀀스 확장(sequence extension)을 통해 데이터를 재배열할 수 있다.
단계(1194)에서 전자 장치는 제1 중간 주파수 신호에 기초한 데이터에 대해 도플러 기준의 주파수 변환을 수행할 수 있다. 따라서, 전자 장치는 SIMO 신호 및 해당하는 반사 신호 간의 제1 중간 주파수 데이터에 대해 거리 기준의 주파수 변환 및 도플러 주파수 기준의 주파수 변환을 수행함으로써, 거리-도플러 맵을 획득할 수 있다.
반면, 전자 장치는 제2 중간 주파수 신호에 기초한 데이터에 대해서는 도플러 기준의 주파수 변환을 배제할 수 있다. 다시 말해, 전자 장치의 프로세서는, 다른 처프 신호들(예: MIMO 처프 신호)에 대해서는 도플러 주파수 기준의 주파수 변환을 스킵할 수 있다.
단계(1195)에서 전자 장치의 프로세서는, 거리-도플러 맵에 기초하여 표적을 탐지할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 제1 레이더 데이터(예: 거리-도플러 맵)에 CFAR를 적용함으로써 표적을 탐지할 수 있다.
단계(1196)에서 전자 장치는 도플러 속도의 모호성을 해결할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 제1 레이더 데이터로부터 표적에 대해 제1 캐리어 주파수에 기초하여 추정된 제1 미확정된 도플러 속도 fD1,amb를 획득할 수 있다. 전자 장치는 제2 레이더 데이터로부터 같은 표적에 대해 제2 캐리어 주파수에 기초하여 추정된 제2 미확정된 도플러 속도 fD2,amb를 획득할 수 있다. 전자 장치는 제1 레이더 데이터에서 식별된 표적의 거리와 동일 또는 유사한 거리를 가지는 표적을 제2 레이더 데이터에서 선별할 수 있다. 같은 프레임 내에서는 거리 차이가 거의 발생하지 않으므로, 제1 레이더 데이터에서 식별된 표적과 제2 레이더 데이터에서 선별된 표적은 서로 동일한 것으로 가정될 수 있다.
전자 장치는 추정 가능한 최대 도플러 주파수 fD,max를 전술한 수학식 14에 따라 계산할 수 있다.
전자 장치는 도플러 속도 v를 전술한 수학식 15에 따라 계산할 수 있다. 참고로, 전자 장치는 하기 표 1에 따라 제1 미확정된 도플러 속도 fD1,amb 및 제2 미확정된 도플러 속도 fD2,amb를 간의 도플러 주파수 차이 를 계산할 수 있다.
참고로, 전술한 표 1에서 q1은 하기 수학식 17에서 q로 표현될 수 있다.
전술한 수학식 15의 주파수 시프트 fshift는 전술한 수학식 16에 따라 계산될 수 있다.
표적의 모호성이 제거된 도플러 주파수 성분은 전술한 수학식 17과 같이 표현될 수 있다.
비확정 수 q는 전술한 수학식 18 및 수학식 19와 같이 계산될 수 있다.
전자 장치는 표적에 대한 시선 속도(radial velocity)를 전술한 수학식 20에 기초하여 계산할 수 있다. 수학식 17에서 비확정 수 q가 고려되었으므로, 수학식 20에서는 모호성이 제거될 수 있다.
단계(1197)에서 전자 장치는 빔포밍 전처리를 수행할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 송신 안테나들 간 간격에 의한 오차를 보상하기 위해 적용된 빔포밍에 따른 값을 보상할 수 있다.
단계(1198)에서 전자 장치는 표적의 도래각을 결정할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 적어도 일부 처프 신호(예: SIMO 처프 신호)를 처리함으로써 획득된 거리-도플러 맵(예: 제1 레이더 데이터)에 기초하여 탐지된 표적을 기준으로 다른 처프 신호들(예: MIMO 처프 신호)을 처리함으로써 탐지된 표적 별 도래각을 결정할 수 있다. 전자 장치의 프로세서는, 각 프레임에서 탐지된 표적 별로 거리, 도플러 속도, 및 각도(예: 수평각 및 수직각)를 보존할 수 있다.
참고로, 전자 장치는 표적에 관련된 값들만 보존하고 나머지는 폐기할 수 있다. 예를 들어, 단계(1196)에서 도플러 모호성이 해소된 후, 전자 장치는 SIMO에 기초하여 획득된 제1 레이더 데이터(예: 거리-도플러 맵)을 폐기할 수 있다. 전자 장치는 제1 레이더 데이터를 통해 식별된 표적을 기준으로 MIMO에 기초하여 획득된 제2 레이더 데이터로부터 표적 별 도래각을 결정할 수 있다. 결과적으로 전자 장치는 표적 별로 거리 값, 도플러 속도 값, 및 각도 값을 저장하므로, (표적 개수)Х3 개의 값들을 포함하는 결과 데이터를 유지할 수 있다. 표적 별로 거리 값, 도플러 속도 값, 방위각, 및 고도각이 저장되는 경우, 전자 장치는 (표적 개수)Х4 개의 값들을 포함하는 결과 데이터를 유지할 수 있다. 따라서, 전자 장치는 거리-도플러 맵을 유지하는 비교 실시예보다 메모리 및 연산량을 크게 절감시킬 수 있다.
단계(1199)에서 전자 장치는 전술한 결과 데이터를 이용하여 다양한 동작을 수행할 수 있다. 도 11에 도시된 예시에서 전자 장치는 결과 데이터를 이용하여 표적의 좌표계를 변환할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치는 표적의 거리 값, 도플러 속도 값, 및 각도 값을 카테시안 좌표계(cartesian coordinate system)를 따르는 좌표로 변환할 수 있다. 전자 장치는 좌표값들에 기초하여 클러스터링을 수행할 수 있다. 전자 장치는 표적 별 좌표 값들 및 속도 값들에 기초하여 자체 속도(ego-velocity)(예: 전자 장치가 탑재된 차량의 속도)를 추정할 수 있다. 전자 장치는 이동하는 객체를 식별할 수 있다. 전자 장치는 주변 객체를 분류할 수 있다.
예를 들어, 전자 장치는 탈 것(vehicle)(예: 자율주행차량, 비행기, 및 배)에 탑재될 수 있다. 전자 장치의 프로세서는, 레이더 데이터로부터 산출되는 거리, 도플러 속도, 및 도래각 중 적어도 하나를 포함하는 레이더 처리 결과에 기초하여 주변 환경 맵을 생성할 수 있다. 전자 장치는 생성된 주변 환경 맵을 이용하여 탈 것의 조향(steering) 및 속도 중 적어도 하나를 제어할 수 있다.
도 12 및 도 13은 일 실시예에 따른 SIMO 슬롯 및 MIMO 슬롯의 혼재에 따른 트레이드 오프를 설명한다.
일 실시예에 따르면 전자 장치는 한 프레임에서 SIMO 슬롯 및 MIMO 슬롯의 개수 및/또는 비율을 조절할 수 있다. SIMO 슬롯이 많을수록 도플러 프로파일에서 피크 대 사이드로브 간 갭이 개선될 수 있다. MIMO 슬롯이 많을수록 각도 프로파일에서 피크 대 사이드로브 간 갭이 개선될 수 있다. 이 때 MIMO 슬롯의 비율 증가 대비 각도 프로파일에서의 갭 향상 폭이 상대적으로 더 낮기 때문에, MIMO 슬롯의 비율을 증가시키는 것은 효율이 낮은 것으로 해석될 수 있다. 따라서, SIMO 슬롯의 비율을 증가시키는 것이 SNR(signal to ratio) 개선 측면에서 유리할 수 있다. 도 12는 도플러 프로파일로서, 도플러 속도 측면에서의 노이즈 레벨이 나타난다. 도플러 프로파일의 가로축은 도플러 속도, 세로 축은 신호 세기를 나타낼 수 있다. 도 12에서 한 프레임 내에서 MIMO 슬롯의 비율이 100%인 경우의 피크 대 사이드로브(sidelobe)간 갭(1210), 75%인 경우의 갭(1220), 50%인 경우의 갭(1230), 및 25%인 경우의 갭(1240)이 도시된다. 도 12에 도시된 바와 같이, MIMO 슬롯의 비율이 감소할수록, 도플러 속도의 구별이 용이한 것으로 해석될 수 있다.
도 13에서는 하이브리드 처프가 사용되지 않은, 단순 MIMO에 기초한 거리-도플러 맵(1310)에서 표적 별 각도 프로파일을 도시한다. 거리-도플러 맵(1310)의 가로축은 도플러 속도, 세로축은 거리를 나타낸다. 하이브리드 처프가 사용된 도플러 맵(1320)에서는 동일한 표적 대비 감소된 신호 세기(1391, 1392)가 나타난다. 이때, 피크와 노이즈 간의 갭 대비 노이즈 레벨이 크게 감소되므로, 피크 식별이 용이해질 수 있다.
전자 장치는 같은 프레임 내에서 MIMO를 위한 타임 슬롯의 비율이 0을 초과하고 1 미만인 레이더 신호를 생성할 수 있다. MIMO를 위한 타임 슬롯의 비율은 한 프레임의 전체 타임 슬롯들의 개수 대비 MIMO 슬롯 개수의 비율일 수 있다. 전자 장치는 같은 프레임 내에서 MIMO를 위한 타임 슬롯의 비율이 0을 초과하고 0.75 이하인 레이더 신호를 생성할 수 있다. 전자 장치는 같은 프레임 내에서 MIMO를 위한 타임 슬롯의 비율이 0을 초과하고 0.5 이하인 레이더 신호를 생성할 수 있다. 참고로, MIMO 슬롯의 개수 감소에 따른 각도 추정 성능의 저하보다 SIMO 슬롯의 개수 증가에 따른 거리 추정 성능의 증가가 상대적으로 큰 것으로 평가될 수 있다. 전자 장치는 같은 프레임 내에서 MIMO를 위한 타임 슬롯의 비율이 0을 초과하고 0.25이하인 레이더 신호를 생성할 수 있다.
전술한 바와 같이, 하이브리드 처프를 통해 신호 처리 관점에서 도플러 측면의 계산량이 크게 감소될 수 있다. 속도 측면에서 노이즈 레벨(noise level)이 낮아지므로, 서로 다른 캐리어 주파수에 기초한 레이더 데이터 간의 연관 문제의 해결이 보다 쉬워질 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 전자 장치를 도시하는 블록도이다.
도 14를 참조하면, 전자 장치(1400)는 위에서 설명한 레이더 신호 처리 방법을 수행할 수 있다. 예를 들어, 전자 장치(1400)는 도 4의 레이더 신호 처리 장치(400)를 기능적으로 및/또는 구조적으로 포함할 수 있다. 전자 장치(1400)는, 예를 들어 이미지 처리 장치, 스마트폰, 웨어러블 기기(wearable device), 태블릿 컴퓨터, 넷북, 랩탑, 데스크탑, PDA(personal digital assistant), HMD(head mounted display), 차량(예: 자율 주행 차량), 및 차량에 장착되는 주행 보조 장치일 수 있다.
도 14를 참조하면, 전자 장치(1400)는 프로세서(1410), 저장 장치(1420), 레이더 센서(1430), 입력 장치(1440), 출력 장치(1450) 및 네트워크 인터페이스(1460)를 포함할 수 있다. 프로세서(1410), 저장 장치(1420), 카메라(1430), 입력 장치(1440), 출력 장치(1450) 및 네트워크 인터페이스(1460)는 통신 버스(1470)를 통해 서로 통신할 수 있다.
프로세서(1410)는 전자 장치(1400) 내에서 실행하기 위한 기능 및 인스트럭션들을 실행한다. 예를 들어, 프로세서(1410)는 저장 장치(1420)에 저장된 인스트럭션들을 처리할 수 있다. 프로세서(1410)는 도 1 내지 도 13를 통하여 설명한 동작을 수행할 수 있다.
저장 장치(1420)는 프로세서의 실행에 필요한 정보 내지 데이터를 저장한다. 저장 장치(1420)는 컴퓨터 판독가능한 저장 매체 또는 컴퓨터 판독가능한 저장 장치를 포함할 수 있다. 저장 장치(1420)는 프로세서(1410)에 의해 실행하기 위한 인스트럭션들을 저장할 수 있고, 전자 장치(1400)에 의해 소프트웨어 또는 애플리케이션이 실행되는 동안 관련 정보를 저장할 수 있다.
레이더 센서(1430)는 여러 프레임의 레이더 신호를 전송 및 반사 신호를 수신할 수 있다. 레이더 센서(1430)는 같은 프레임에 속하는 복수의 처프 신호 들 중 적어도 일부 처프 신호를 복수의 안테나들 중 단일 안테나(single antenna)를 통해 전송할 수 있다. 레이더 센서(1430)는 다른 처프 신호들을 복수의 안테나들 중 둘 이상의 안테나들을 통해 전송함으로써 레이더 신호를 방사할 수 있다. 레이더 센서(1430)는 복수의 송신 안테나 소자들 및 복수의 수신 안테나 소자들을 포함할 수 있다.
입력 장치(1440)는 촉각, 비디오, 오디오 또는 터치 입력을 통해 사용자로부터 입력을 수신할 수 있다. 입력 장치(1440)는 키보드, 마우스, 터치 스크린, 마이크로폰, 또는 사용자로부터 입력을 검출하고, 검출된 입력을 전달할 수 있는 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다.
출력 장치(1450)는 시각적, 청각적 또는 촉각적인 채널을 통해 사용자에게 전자 장치(1400)의 출력을 제공할 수 있다. 출력 장치(1450)는 예를 들어, 디스플레이, 터치 스크린, 스피커, 진동 발생 장치 또는 사용자에게 출력을 제공할 수 있는 임의의 다른 장치를 포함할 수 있다. 네트워크 인터페이스(1460)는 유선 또는 무선 네트워크를 통해 외부 장치와 통신할 수 있다. 일 실시예에 따르면 출력 장치(1450)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, 전자 장치(1400)가 차량에 장착된 경우, 전자 장치(1400)는 레이더 이미지 맵을 디스플레이를 통해 시각화할 수 있다. 다른 예를 들어, 전자 장치(1400)는 도래각 정보, 거리 정보, 및/또는 레이더 이미지 맵에 기초하여 장치(1400)가 장착된 차량의 속도, 가속도, 및 조향 중 적어도 하나를 변경할 수 있다. 다만, 이로 한정하는 것은 아니고, 전자 장치(1400)는 ACC, AEB, BSD, LCA 및 자체 측위(ego-localization) 등의 기능을 수행할 수 있다. 전자 장치(1400)는 이러한 차량의 제어를 위한 제어 계통(control system)을 구조적 및/또는 기능적으로 포함할 수 있다.
전자 장치(1400)는 ADAS(능동형 차량안전 시스템)은 차량 내/외부에 탑재되는 각종 센서를 통해 운전자의 안전과 편의, 위험회피를 목적으로 운전을 지원하는 첨단 보조시스템으로 구현될 수 있다. 전자 장치(1400)는 차량용 레이더를 구동하고, 도플러 속도의 모호성을 해결함으로써 더 넓은 범위의 도플러 속도 측정 범위를 가질 수 있다. 전자 장치(1400)는 레이더가 장착된 플랫폼의 자체 속도 추정, 자세 추정, 및 도래각 추정 시 속도 커플링 보정을 수행할 수 있다. 전자 장치(1400)는 차량용 레이더에 적용될 수 있으며, 각 레이더 센서 자체에서 동작할 수도 있다.
일 실시예에 따른 전자 장치(1400)는 한 프레임의 처프 신호들 중 일부 처프 신호를 단일 송신 안테나로 전송하고, 나머지 처프 신호를 여러 송신 안테나를 통해 전송함으로써 SIMO 및 MIMO가 혼재된 레이더 신호를 방사할 수 있다. 전자 장치(1400)는 SIMO 및 MIMO의 혼재를 통해 도블러 디앰비규에이션(Doppler disambiguation)을 실현하고, 더 넓은 범위의 최대 속도를 탐지하면서, 계산량 간소화 및 정확도 향상을 달성할 수 있다.
이상에서 설명된 실시예들은 하드웨어 구성요소, 소프트웨어 구성요소, 및/또는 하드웨어 구성요소 및 소프트웨어 구성요소의 조합으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 실시예들에서 설명된 장치, 방법 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, 범용 컴퓨터 또는 특수 목적 컴퓨터를 이용하여 구현될 수 있다. 처리 장치는 운영 체제(OS) 및 상기 운영 체제 상에서 수행되는 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 컨트롤러를 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 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 저장할 수 있으며 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.
위에서 설명한 하드웨어 장치는 실시예의 동작을 수행하기 위해 하나 또는 복수의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이를 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 (20)

  1. 전자 장치에 있어서,
    같은 프레임에 속하는 복수의 처프 신호들 중 적어도 일부 처프 신호를 복수의 안테나들 중 단일 안테나(single antenna)를 통해 전송하고, 다른 처프 신호들을 상기 복수의 안테나들 중 둘 이상의 안테나들을 통해 전송함으로써 레이더 신호를 방사하며, 상기 방사된 레이더 신호의 반사 신호를 수신하는 레이더 센서;
    상기 적어도 일부 처프 신호, 상기 다른 처프 신호들, 및 상기 반사 신호에 기초하여 획득된 레이더 데이터로부터, 표적(target)의 검출 및 상기 표적의 도래각(direction of arrival; DOA)의 결정을 수행하는 프로세서
    를 포함하는 전자 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 레이더 센서는,
    상기 같은 프레임 내의 한 처프 시퀀스에서 상기 다른 처프 신호들의 각각을 서로 다른 안테나를 통해 전송하는,
    전자 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 레이더 센서는,
    상기 같은 프레임 내의 한 처프 시퀀스에서 상기 다른 처프 신호들의 각각에 대해 선정된 타임 슬롯에 무작위로 결정된 송신 안테나를 통해 해당 처프 신호를 전송하는,
    전자 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 레이더 센서는,
    상기 같은 프레임 내에서 모든 송신 안테나를 적어도 한번 이상 활성화함으로써, MIMO(multi input multi output)를 위한 처프 신호를 전송하는,
    전자 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 레이더 센서는,
    제1 캐리어 주파수에 기초하여 생성된 상기 적어도 하나의 처프 신호를 상기 단일 안테나를 통해 전송하고,
    상기 제1 캐리어 주파수와 다른 제2 캐리어 주파수에 기초하여 생성된 상기 다른 처프 신호들을 상기 둘 이상의 안테나들을 통해 전송하는,
    전자 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레이더 센서는,
    제1 캐리어 주파수에 기초하여 생성된 상기 적어도 하나의 처프 신호를 상기 단일 안테나를 통해 전송하고,
    상기 제1 캐리어 주파수와 다른 제2 캐리어 주파수에 기초하여 생성된 상기 다른 처프 신호들의 각각에 대해 상기 같은 프레임 내의 한 처프 시퀀스에서 무작위로 선정된 타임 슬롯에 무작위로 결정된 송신 안테나를 통해 해당 처프 신호를 전송하는,
    전자 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 적어도 일부 처프 신호 및 상기 적어도 일부 처프 신호의 반사 신호에 기초하여 거리-도플러 맵을 획득하는,
    전자 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 적어도 일부 처프 신호 및 해당하는 반사 신호 간의 중간 주파수 데이터에 대해 거리 기준의 주파수 변환 및 도플러 주파수 기준의 주파수 변환을 수행함으로써, 상기 거리-도플러 맵을 획득하는,
    전자 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 거리-도플러 맵에 기초하여 표적을 탐지하는,
    전자 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 다른 처프 신호들 및 상기 다른 처프 신호들의 반사 신호에 기초하여 거리 프로파일(range profile)을 획득하는,
    전자 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 다른 처프 신호들 및 해당하는 반사 신호에 기초한 중간 주파수 데이터에 대해 거리 기준의 주파수 변환을 수행함으로써 상기 거리 프로파일을 획득하는,
    전자 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 다른 처프 신호들에 대해서는 도플러 주파수 기준의 주파수 변환을 스킵하는,
    전자 장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 적어도 일부 처프 신호를 처리함으로써 획득된 거리-도플러 맵에 기초하여 탐지된 표적을 기준으로 상기 다른 처프 신호들을 처리함으로써 상기 탐지된 표적 별 도래각을 결정하는,
    전자 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    각 프레임에서 탐지된 표적 별로 거리, 도플러 속도, 및 각도를 보존하는,
    전자 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    같은 프레임 내에서 MIMO를 위한 타임 슬롯의 비율이 0을 초과하고 0.5 이하인,
    전자 장치.
  16. 제1항에 있어서,
    상기 같은 프레임에 포함된 복수의 처프 시퀀스들의 각각은 상기 레이더 센서에 포함된 송신 안테나의 개수와 동일한 개수의 타임 슬롯들을 포함하는,
    전자 장치.
  17. 제1항에 있어서,
    MIMO를 위한 상기 둘 이상의 안테나 중 한 안테나는 SIMO(single input multi output)를 위한 상기 단일 안테나와 같은 안테나인,
    전자 장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 전자 장치는 탈 것(vehicle)에 탑재되고,
    상기 프로세서는,
    상기 레이더 데이터로부터 산출되는 거리, 도플러 속도, 및 상기 도래각 중 적어도 하나를 포함하는 레이더 처리 결과에 기초하여 주변 환경 맵을 생성하고,
    상기 생성된 주변 환경 맵을 이용하여 상기 탈 것의 조향(steering) 및 속도 중 적어도 하나를 제어하는,
    전자 장치.
  19. 전자 장치에 의해 수행되는 레이더 신호 처리 방법에 있어서,
    같은 프레임에 속하는 복수의 처프 신호들 중 적어도 일부 처프 신호를 복수의 안테나들 중 단일 안테나(single antenna)를 통해 전송하는 단계;
    다른 처프 신호들을 상기 복수의 안테나들 중 둘 이상의 안테나들을 통해 전송하는 단계; 및
    상기 적어도 일부 처프 신호, 상기 다른 처프 신호들, 및 반사 신호에 기초하여 획득된 레이더 데이터로부터, 표적(target)의 검출 및 상기 표적의 도래각(direction of arrival; DOA)의 결정을 수행하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  20. 제19항의 방법을 수행하기 위한 하나 이상의 컴퓨터 프로그램을 저장한 컴퓨터 판독 가능 기록 매체.
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