KR20240048809A - 레이더 제어 장치 및 제어 방법 - Google Patents

레이더 제어 장치 및 제어 방법 Download PDF

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Abstract

본 개시는 레이더 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로, 수직 단차가 존재하는 적어도 둘 이상의 안테나 소자를 포함하는 수신 안테나로부터 타겟에서 반사되는 수신 신호를 수신하는 수신부와, 수신 신호에 기초하여 공분산 행렬 정보를 추정하고, 공분산 행렬 정보에 기초하여 최적 가중치 벡터 정보를 산출하며, 최적 가중치 벡터 정보에 기초하여 타겟의 수직 각도 정보를 산출하는 산출부를 포함한다.

Description

레이더 제어 장치 및 제어 방법{RADAR CONTROL APPARATUS AND METHOD THEREOF}
본 개시는 레이더 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하는 물체의 수직 각도를 추정할 수 있는 레이더 제어 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.
레이더(RADAR)란, 전파를 이용하여 타겟을 관측하는 장치를 말한다. 레이더의 송수신부에서는 송신 안테나를 통해 신호를 송신하고, 송신 신호가 물체에 반사되는 신호를 수신 안테나를 통해 수신할 수 있다. 그리고 송수신되는 신호를 이용하여, 주변 물체의 거리, 속도 및 각도 등을 계산할 수 있다.
그리고 차량용 레이더의 경우, 타 분야 레이더에 비해 소형화된 장치를 이용하면서도 성능을 최적화하는 것이 요구된다. 특히, 타겟의 각도 정보는 거리 및 속도 정보와 함께 타겟의 정확한 감지를 위해 필수적인 정보인 바, 높은 각도 분해능을 갖출 필요가 있다.
위와 같은 점들을 고려할 때, 안테나 소자의 개수가 제한되는 환경에서도 타겟의 각도 정보를 보다 정확하게 측정할 수 있는 기술의 개발이 요구된다.
본 개시는, 레이더 장치의 각도 분해능을 향상시킬 수 있는 레이더 제어 장치 및 제어 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는, 안테나 소자 수가 제한되는 환경에서도 타겟 각도 정보를 정확하게 측정할 수 있는 레이더 제어 장치 및 제어 방법을 제공하고자 한다.
또한, 본 개시는, 레이더 장치를 이용한 타겟 측정에 있어 보다 샤프(sharp)한 수직 각도 스펙트럼을 얻을 수 있는 레이더 제어 장치 및 제어 방법을 제공하고자 한다.
일 측면에서, 본 실시예들은 수직 단차가 존재하는 적어도 둘 이상의 안테나 소자를 포함하는 수신 안테나로부터 타겟에서 반사되는 수신 신호를 수신하는 수신부와, 수신 신호에 기초하여 공분산 행렬 정보를 추정하고, 공분산 행렬 정보에 기초하여 최적 가중치 벡터 정보를 산출하며, 최적 가중치 벡터 정보에 기초하여 타겟의 수직 각도 정보를 산출하는 산출부를 포함하는 레이더 제어 장치를 제공할 수 있다.
다른 측면에서, 본 실시예들은 수직 단차가 존재하는 적어도 둘 이상의 안테나 소자를 포함하는 수신 안테나로부터 타겟에서 반사되는 수신 신호를 수신하는 신호 수신 단계와, 수신 신호에 기초하여 공분산 행렬 정보를 추정하는 공분산 행렬 추정 단계와, 공분산 행렬 정보에 기초하여 최적 가중치 벡터 정보를 산출하는 최적 가중치 벡터 산출 단계와, 최적 가중치 벡터 정보에 기초하여 타겟의 수직 각도 정보를 산출하는 수직 각도 산출 단계를 포함하는 레이더 제어 방법을 제공할 수 있다.
본 개시에 의하면, 레이더 장치의 각도 분해능을 향상시킬 수 있는 레이더 제어 장치 및 제어 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시에 의하면, 안테나 소자 수가 제한되는 환경에서도 타겟 각도 정보를 정확하게 측정할 수 있는 레이더 제어 장치 및 제어 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시에 의하면, 레이더 장치를 이용한 타겟 측정에 있어 보다 샤프(sharp)한 수직 각도 스펙트럼을 얻을 수 있는 레이더 제어 장치 및 제어 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 레이더 제어 장치에 관한 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 배열 안테나를 이용하여 수직 각도를 산출하는 구성을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 3 및 도 4는 일 실시예에 따른 최적 가중치 벡터를 예시적으로 설명하기 위한 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 레이더 제어 방법에 관한 순서도이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 레이더 제어 방법을 예시적으로 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 본 개시의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 기술 사상의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 개시의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
도 1은 본 개시에 따른 레이더 제어 장치에 관한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 개시에 따른 레이더 제어 장치(100)는, 수신부(110), 산출부(120)를 포함할 수 있다. 그리고 수신부(110) 및 산출부(120))는 서로 연결될 수 있다.
일 예로, 레이더 제어 장치(100)는, 수직 단차가 존재하는 적어도 둘 이상의 안테나 소자를 포함하는 수신 안테나로부터 타겟에서 반사되는 수신 신호를 수신하는 수신부(110)와, 수신 신호에 기초하여 공분산 행렬 정보를 추정하고, 공분산 행렬 정보에 기초하여 최적 가중치 벡터 정보를 산출하며, 최적 가중치 벡터 정보에 기초하여 타겟의 수직 각도 정보를 산출하는 산출부(120)를 포함할 수 있다.
일 예로, 차량용 레이더 시스템에서, 각도 정보는 거리 정보 및 속도 정보와 함께 타겟의 위치 정보 추정에 사용되기 때문에, 타겟 위치를 정확하게 추정하기 위하여는 높은 각도 분해능이 요구된다.
그리고, 각도 분해능을 높이기 위하여는, 안테나 소자 개수를 증가시키는 것과 같이 레이더 개구면(aperture)의 물리적인 크기 변경을 통해 얻을 수도 있다. 그러나, 이러한 방식은 레이더의 단가 상승을 불러올 수 있어 레이더 제품의 가격 경쟁력을 하락시킬 수 있고, 레이더의 크기 증가로 인하여 범퍼 혹은 페시아(fascia) 등의 차량 내 위치에 레이더를 장착하는 것이 어려워지는 문제 등이 발생할 수 있는 바, 안테나 소자 개수를 증가시키는 것만으로는 한계점이 존재한다.
위와 같은 점들을 고려할 때, 제한된 안테나 소자 수가 주어진 환경에서도 레이더 장치의 각도 분해능을 높일 수 있는 기술이 요구되며, 이하에서 개시할 바와 같이, 최적 가중치 벡터(optimal weight vector)를 활용하여 수직 각도 정보를 추정하는 방식을 통해 높은 각도 분해능을 달성할 수 있다. 이에 따라, 이하에서는 본 개시에 따른 레이더 제어 장치(100)의 각 구성을 이용하여 최적 가중치 벡터 정보를 산출하고, 이를 이용하여 수직 각도 정보를 산출하는 실시예들을 설명하기로 한다.
본 개시에 따른 레이더 제어 장치(100)에서, 수신부(110)는, 레이더 장치 또는 차량의 타 장치와 연결될 수 있고, 레이더 장치 또는 차량의 타 장치로부터 신호 또는 정보를 수신할 수 있다. 수신부(110)는 임의의 시점에 또는 일정 주기로 신호 또는 정보를 수신할 수 있다.
일 예로, 수신부(110)는, 안테나 장치로부터 수신 신호를 수신할 수 있다. 이 경우, 안테나 장치는 송신 안테나 및 수신 안테나를 포함할 수 있다. 그리고, 안테나 장치를 통해 수신되는 신호는, 송신 안테나에서 방사되는 송신 신호가 타겟에 반사되어 수신 안테나를 통해 수신되는 신호를 포함할 수 있다.
일 예로, 안테나 장치는, 배열 안테나(Antenna Array)를 포함할 수 있다. 이 경우, 배열 안테나는 각각 적어도 둘 이상의 송신 채널 및 수신 채널을 가질 수 있다.
경우에 따라, 안테나 장치는, 수직 단차가 존재하는 적어도 둘 이상의 안테나 소자를 포함할 수 있다. 이러한 안테나 소자 간의 수직 단차로 인하여 안테나 장치에 수신되는 신호는 동일 타겟에서 반사되는 신호라도 각 수신 채널 별로 위상차가 발생할 수 있다.
일 예로, 본 개시에 따른 레이더 장치는, 각 수신 채널 별로 수신되는 신호에 기초하여 타겟의 위치를 측정할 수 있다. 예를 들면, 동일 타겟으로부터 반사되는 수신 신호가 각 수신 채널 간의 위상차에 의해 달라지는 부분을 이용하여 타겟의 각도 및 거리를 측정하고, 이를 통해 타겟의 검출 위치를 결정할 수 있다.
또한, 위와 같은 과정을 통해 산출된 정보를 이용하여 타겟의 각도 변화율 및 거리 변화율을 산출할 수 있고, 이를 이용하여 타겟의 속도 및 가속도에 관한 정보를 산출할 수 있다.
일 예로, 수신부(110)에서 수신되는 신호는, 해당 수신 신호가 수신된 수신 채널에 관한 정보를 포함할 수 있다. 이 경우, 수신 채널에 관한 정보는 해당 수신 채널의 위상에 관한 정보를 포함할 수 있다.
본 개시에 따른 레이더 제어 장치(100)에서, 산출부(120)는, 수신부(110)와 연결될 수 있다. 이 경우, 수신부(110)에서 수신되는 정보에 기초하여 새로운 정보를 산출할 수도 있고, 수신되는 정보를 다른 정보 또는 미리 설정된 값을 이용하여 재산출할 수도 있다. 그리고 산출된 정보를 타 장치에 제공할 수 있다.
일 예로, 산출부(120)는, 수신 신호 및 수신 신호의 켤레 전치 신호에 기초하여 공분산 행렬 정보를 추정할 수 있다.
여기서 공분산은 두 확률변수 간 선형 관계를 나타내는 값으로 설명될 수 있으며, 공분산 행렬은 벡터 형태로 주어진 신호 또는 정보를 이용하여 각 요소쌍 간의 공분산을 제공하는 행렬로 설명될 수 있다. 이 경우, 공분산 행렬은 정방 행렬 및 대칭 행렬의 특징을 가질 수 있다.
그리고 켤레 전치 신호는 복소수 신호를 구성 요소로 하는 행렬 형태의 신호에 대하여 켤레 전치 연산(Complex Conjugate Transpose)을 수행한 결과를 나타내는 신호로 설명될 수 있다. 이 경우, 켤레 전치 연산은 켤레(Conjugate) 연산 및 전치(Transpose) 연산을 수행하는 것으로 설명될 수 있다.
일 예로, 산출부(120)는, 수신 신호 및 그 켤레 전치 신호 를 대상으로 공분산을 산출하기 위한 공분산 행렬 을 추정할 수 있다.
보다 구체적인 예로, 산출부(120)는, 임의의 수직 각도 에서 수신 신호 가 수신되는 경우 그 켤레 전치 신호 를 산출할 수 있다. 그리고, 수신 신호 및 켤레 전치 신호 에 기초하여 공분산 행렬 를 산출할 수 있다. 이러한 공분산 행렬의 산출에는, 와 같은 계산식이 이용될 수 있다.
일 예로, 산출부(120)는, 공분산 행렬 정보의 역행렬인 공분산 역행렬 정보를 산출하고, 수신 신호 및 공분산 역행렬 정보에 기초하여 수신 신호를 억제하기 위한 최적 가중치 벡터를 산출할 수 있다.
예를 들면, 공분산 행렬 가 위 설명에서와 같이 산출되는 경우, 의 역행렬인 을 산출할 수 있다. 이 경우, 공분산 행렬 의 역행렬 은 공지된 역행렬 산출 방법이 모두 이용될 수 있다.
한편, 최적 가중치 벡터는, 미리 설정된 특정 목적을 최적으로 달성하기 위해 일정한 형태의 신호 또는 정보에 최적 가중치 벡터에 의한 가중치가 각각 반영되어 연산될 수 있는 형태로 설정될 수 있다.
예를 들면, 최적 가중치 벡터()는, 수신 신호의 신호 대 잡음비(SNR)를 최대로 만들어주기 위한 목적으로 설정될 수 있다. 이 경우, 최적 가중치 벡터의 산출에는, = 와 같은 계산식이 이용될 수 있다.
여기서,
는 상수, 는 조향 벡터, 는 수직 각도를 나타낼 수 있다. 경우에 따라, 는 시야각(Field of View) 범위의 각도로 한정될 수 있다.
위와 같이, 수신 신호의 SNR을 최대로 만들어주기 위한 가중치 벡터를 이용하여 수직 각도 범위에서 수신 신호에 행렬곱 등의 연산을 수행하는 경우, 해당 연산 결과 중 가장 큰 값을 가지는 수신 신호의 수직 각도를 SNR이 최대인 수신 신호의 수직 각도로 산출할 수 있다.
다른 예를 들면, 최적 가중치 벡터 는, 수신 신호 를 억제하기 위한 목적으로 설정될 수도 있다. 이 경우, 수신 신호 를 억제하기 위한 최적 가중치 벡터의 산출에는, 와 같은 계산식이 이용될 수 있다. 여기서, 억제 대상이 되는 수신 신호 는, 잡음 신호가 아닌 수신 신호로 한정될 수 있고, 공분산 행렬 의 역수인 이 이용될 수 있다.
위와 같이, 수신 신호를 억제하기 위한 최적 가중치 벡터를 이용하여 수직 각도 범위에서 수신 신호에 행렬곱 등의 연산을 수행하는 경우, 해당 연산 결과 중 가장 작은 값을 가지는 수신 신호의 수직 각도를 가장 많이 억제된 수신 신호의 수직 각도로 산출할 수 있다.
일 예로, 산출부(120)는, 공분산 역행렬 정보에 수신 신호의 신호 대 잡음비를 최대로 하기 위한 가중치 벡터를 곱한 값에 기초하여 최적 가중치 벡터 정보를 산출할 수 있다.
일반적으로, 함수 f(x) 및 그 역함수 f-1(x)의 관계는, f(x)에서 최대값을 갖는 위치가 f-1(x)에서의 최소값을 갖는 위치가 되고, f(x)에서의 최소값을 갖는 위치가 f-1(x)에서 최대값을 갖는 위치가 된다.
또한, 함수 f(x)가 직선 형태의 선형 함수인 경우, 역함수 f-1(x)은 곡선 형태의 함수가 되므로, 경우에 따라 f(x)에서의 기울기보다 f-1(x) 기울기가 더 급격해질 수 있다. 그리고 이러한 역함수의 특징은 최적 가중치 벡터의 산출에 있어 공분산 역행렬 정보를 이용하는 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다.
예를 들어, 수신 신호의 SNR을 최대로 하기 위한 가중치 벡터에 수신 신호 및 켤레 전치 신호 에 기초하여 산출된 공분산 행렬 의 역행렬 을 하나의 성분으로 부가하는 경우, 공분산 역행렬 의 부가에 따라, SNR이 최대인 수직 각도에 해당하는 지점은 잡음 신호가 아닌 수신 신호가 가장 많이 억제되는 지점으로 나타날 수 있고, 기울기 또한 공분산 역행렬 의 부가 전보다 더 급격해질 수 있다.
즉, 수신 신호의 SNR을 최대로 하기 위한 가중치 벡터에 공분산 역행렬 을 행렬곱 등을 이용하여 부가하는 방식으로 최적 가중치 벡터를 설정하는 경우, 잡음 신호가 아닌 수신 신호를 억제하기 위한 최적 가중치 벡터를 산출할 수 있다.
일 예로, 산출부(120)는, 최적 가중치 벡터 정보의 역수값을 계산하여 최적 가중치 벡터 역수 정보를 산출하고, 최적 가중치 벡터 역수 정보가 최대가 되는 각도를 선택하여 수직 각도 정보를 산출할 수 있다.
예를 들면, 산출부(120)는, 잡음 신호가 아닌 수신 신호를 억제하기 위한 최적 가중치 벡터 를 산출하고, 이러한 최적 가중치 벡터 의 역수인 를 산출할 수 있다. 여기서, 가 행렬 형태의 정보인 경우에는 의 역행렬을 구하는 방식으로 을 산출할 수 있을 것이다.
그런 다음, 산출부(120)는, 잡음 신호가 아닌 수신 신호를 억제하기 위한 최적 가중치 벡터의 역수인 를 이용하여 수직 각도 정보를 산출할 수 있다.
예를 들면, 최적 가중치 벡터 는 잡음 신호가 아닌 수신 신호를 억제하기 위한 것이므로, 값이 가장 작은 수직 각도 에서의 수신 신호는 가장 많이 억제된 수신 신호에 해당하는 것으로 산출될 수 있다.
이러한 점을 고려할 때, 최적 가중치 벡터 의 역수인 를 이용하는 경우, 값이 가장 큰 수직 각도에서의 수신 신호는 최적 가중치 벡터 에 의하여 억제되지 않았을 경우 가장 높은 SNR을 갖는 수직 각도에서의 수신 신호로 산출될 수 있다.
그리고, 전술한 바와 같이 공분산 역행렬 및 잡음 신호가 아닌 수신 신호를 억제하기 위한 최적 가중치 벡터의 역수 를 이용하여 수직 각도 에 따른 수신 신호의 크기 등을 탐색 및 산출하는 경우, 역수 산출 및 역수 그래프의 특성상 역수 산출 전과 비교할 때 각도 스펙트럼의 기울기를 더 급격하게 증가시킬 수 있다.
그리고 이러한 각도 스펙트럼의 기울기 증가에 따라, 보다 샤프(sharp)한 각도 스펙트럼이 도출될 수 있고, 이를 통해 레이더를 이용한 타겟 검출에 있어 각도 분해능을 높일 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 배열 안테나를 이용하여 수직 각도를 산출하는 구성을 예시적으로 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 레이더 제어 장치는, 배열 안테나(200)에 관한 구성 중에서도 서로 수직 단차(210)가 존재하는 안테나 소자들을 이용하여 수직 각도 정보를 추정할 수 있다.
일 예로, 레이더 제어 장치는, 채널[0] 및 채널[1]을 통해 신호를 수신하고, 채널[0] 및 채널[1]은 지면(220)을 기준으로 수직 단차(210)를 가지며, 수직 단차 길이(212)가 d인 배열 안테나(200)를 이용하여 수직 각도를 산출할 수 있다. 그리고, 이 경우 각 채널에 수신되는 잡음 신호는 가산 백색 가우시안 잡음 신호(Additive White Gaussian Noise, AWGN)로 가정할 수 있다.
일 예로, 배열 안테나(200)는, 안테나 소자 간의 거리 및 수신 채널 간의 위상차에 기초하여 타겟의 각도를 산출할 수 있다. 즉, 안테나 소자 간 단차가 존재하는 배열 안테나에서는 동일 타겟으로부터 신호를 수신하는 경우에도 각 채널 별 수신 신호의 내용이 서로 다를 수 있으며, 이를 이용하여 타겟의 각도를 추정할 수 있다. 이 경우, 안테나 소자 간 수평 단차에 기초하여는 타겟의 수평 각도(Azimuth Angle)를 추정할 수 있고, 안테나 소자 간 수직 단차에 기초하여는 타겟의 수직 각도(Elevation Angle)를 추정할 수 있다. 이하에서는, 편의상 안테나 소자 간 수직 단차에 기초하여 수직 각도를 추정하는 실시예를 중심으로 설명하기로 한다.
일 예로, 배열 안테나(200)를 이용하여 수직 각도를 산출하는 실시예에 대하여 보다 구체적 예를 들어 설명하면, 수직 단차 길이(212)가 d인 채널[0] 및 채널[1]을 포함하는 수직 배열 안테나에서 임의의 방향 로부터 수신 신호 를 수신하는 경우, 채널[0]에서의 수신 신호와 채널[1]에서의 수신 신호는 서로 다를 수 있다.
이 경우, 임의의 방향 로부터의 수신 신호 는, 예시적으로 와 같이 나타낼 수 있다. 여기서, 수신 신호 는, 타겟 반사 신호 부분인 및 노이즈 신호 으로 구분될 수 있다.
경우에 따라, 둘 이상의 채널을 통해 신호가 수신되는 경우 수신 신호 는 및 부분 채널 별로 각각 나누어 표현될 수 있다. 그리고 이 경우, 수신 신호는 각 채널 별 신호를 모두 표현하기 위해, 행렬 형태로 표현될 수 있다.
예를 들면, 채널[0] 및 채널[1]을 통해 수신되는 신호는 와 같이 표현될 수 있다. 여기서, s0 및 n0은 채널[0]의 수신 신호 성분, s1 및 n1은 채널[1]의 수신 신호 성분을 각각 나타낼 수 있다.
그리고, 수직 단차 길이(212)가 d인 채널[0] 및 채널[1]을 통해 방향으로 수신 신호가 입사되는 경우로서, 채널[0] 수신 신호(214)가 채널[1] 수신 신호(216)보다 먼저 입사되는 경우에, 채널[1] 수신 신호(216)는 채널[0] 수신 신호(214) 대비 d * sinθt 만큼 지연되어 수신될 수 있다.
한편, 수신 신호 는 경우에 따라 주파수 단위를 기준으로 변환되는 신호 형태로 표현될 수도 있다. 예를 들면, 채널[0] 및 채널[1]을 통해 임의의 방향 로부터 수신되는 신호 는, 와 같이 표현될 수 있다. 이 경우, 채널[0] 수신 신호(214) 부분은 으로, 채널[1] 수신 신호(216) 부분은 로 각각 표현될 수 있다.
여기서, 은 채널[0] 수신 신호(214)의 타겟 반사 신호 부분, 은 채널[0] 수신 신호(214)의 노이즈 신호 부분, 은 채널[1] 수신 신호(216)의 타겟 반사 신호 부분, 은 채널[1] 수신 신호(216)의 노이즈 신호 부분을 각각 나타낼 수 있다. 또한, 타겟 반사 신호의 수평 입사 각도는 으로 동일한 경우로 나타낼 수 있다.
그리고, 신호 부분과 신호 부분은 동일한 방향에서 입사되는 타겟 반사 신호를 단지 서로 다른 위상을 갖는 채널[0] 및 채널[1]을 통해 수신한 것이므로, 수직 단차 길이(212) 또는 채널[0] 및 채널[1] 간의 위상차를 이용하여 타겟의 수직 각도를 추정할 수 있다.
도 3 및 도 4는 일 실시예에 따른 최적 가중치 벡터를 예시적으로 설명하기 위한 그래프이다.
도 3을 참조하면, 최적 가중치 벡터 정보 그래프(300)는, 잡음 신호가 아닌 수신 신호를 억제하기 위한 최적 가중치 벡터 에 기초한 각도 스펙트럼 형태로 도시될 수 있다.
이 경우, 그래프의 가로축은 수직 각도 로 나타낼 수 있다. 그리고 세로축은 잡음 신호가 아닌 수신 신호를 억제하기 위한 최적 가중치 벡터 가 적용된 수신 신호의 크기로 나타낼 수 있으며, 경우에 따라 정규화된 진폭(Normalized Amplitude)의 크기로 나타낼 수 있다.
일 예로, 최적 가중치 벡터 정보 그래프(300)는, 잡음 신호가 아닌 수신 신호를 억제하기 위한 최적 가중치 벡터 가 적용됨에 따라, 잡음 신호가 아닌 수신 신호가 가장 많이 억제된 수직 각도에 해당하는 0도 부분이 피크아웃 지점(310)으로 나타날 수 있다.
그리고, 최적 가중치 벡터 정보 그래프(300)에서 피크아웃 지점(310) 좌우로 나타나는 제 1 좌측 스펙트럼(320) 및 제 1 우측 스펙트럼(330)은, 선형에 가까운 형태로 나타날 수 있다.
이와 같이, 최적 가중치 벡터 정보 그래프(300)를 이용하여 잡음 신호가 아닌 수신 신호가 가장 많이 억제된 피크아웃 지점(310)의 탐색 및 산출을 수행하는 경우, 이하 도 4에서 설명할 최적 가중치 벡터 역수 정보 그래프(400)와 비교할 때 피크아웃 지점(310)을 중심으로 하는 각도 스펙트럼의 형태가 완만하므로, 피크아웃 지점(310)의 탐색 및 산출이 상대적으로 어려울 수 있다.
도 4를 참조하면, 최적 가중치 벡터 역수 정보 그래프(400)는, 잡음 신호가 아닌 수신 신호를 억제하기 위한 최적 가중치 벡터의 역수인 에 기초한 각도 스펙트럼 형태로 도시될 수 있다.
일 예로, 최적 가중치 벡터 역수 정보 그래프(400)는, 잡음 신호가 아닌 수신 신호를 억제하기 위한 최적 가중치 벡터의 역수인 가 적용됨에 따라, 잡음 신호가 아닌 수신 신호가 최적 가중치 벡터 에 의하여 억제되지 않았을 경우 가장 높은 SNR을 갖는 수직 각도에 해당하는 0도 부분이 피크 지점(410)으로 나타날 수 있다.
그리고, 최적 가중치 벡터 역수 정보 그래프(400)에서 피크 지점(410) 좌우로 나타나는 제 2 좌측 스펙트럼(420) 및 제 2우측 스펙트럼(430)은, 피크 지점(410)을 중심으로 가까울수록 기울기가 급격한 곡선 형태로 나타날 수 있다.
이와 같이, 최적 가중치 벡터 역수 정보 그래프(400)를 이용하여 피크 지점(410)의 탐색 및 산출을 수행하는 경우, 위 도 3에서 설명한 최적 가중치 벡터 정보 그래프(300)와 비교할 때, 피크 지점(410)을 중심으로 하는 각도 스펙트럼의 형태가 피크 지점(410)에 가까울수록 급격한 기울기를 갖게 되므로, 피크 지점(410)의 탐색 및 산출이 상대적으로 용이할 수 있다.
그리고 이러한 피크 지점(410)의 탐색 및 산출이 용이한 형태일수록 각도 스펙트럼은 보다 샤프(sharp)한 형태로 나타날 수 있으며, 이에 따라 보다 정확하게 수직 각도를 추정할 수 있게 되므로, 레이더 장치의 수직 각도 분해능을 높일 수 있다.
아래에서는 본 개시에서 전술한 내용들을 모두 수행할 수 있는 레이더 제어 장치(100)를 이용하는 레이더 제어 방법에 대해 설명하며, 위에서 설명한 내용과 중복되는 내용은 경우에 따라 생략할 수 있으나, 아래 방법 관점에서도 모두 적용될 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 레이더 제어 방법에 관한 순서도이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 레이더 제어 방법은, 신호 수신 단계(S510), 공분산 행렬 추정 단계(S520), 최적 가중치 벡터 산출 단계(S530), 및 수직 각도 산출 단계(S540)를 포함할 수 있다.
일 예로, 레이더 제어 방법은, 수직 단차가 존재하는 적어도 둘 이상의 안테나 소자를 포함하는 수신 안테나로부터 타겟에서 반사되는 수신 신호를 수신하는 신호 수신 단계(S510)와, 수신 신호에 기초하여 공분산 행렬 정보를 추정하는 공분산 행렬 추정 단계(S520)와, 공분산 행렬 정보에 기초하여 최적 가중치 벡터 정보를 산출하는 최적 가중치 벡터 산출 단계(S530)와, 최적 가중치 벡터 정보에 기초하여 타겟의 수직 각도 정보를 산출하는 수직 각도 산출 단계(S540)를 포함할 수 있다.
신호 수신 단계(S510)에서는, 송신 안테나 및 수신 안테나를 포함하는 안테나 장치로부터 수신 신호를 수신하는 것을 포함할 수 있다. 이 경우, 안테나 장치는, 수직 단차가 존재하는 적어도 둘 이상의 안테나 소자를 포함하는 배열 안테나 형태일 수 있다. 그리고, 수신 신호는, 송신 안테나에서 방사되는 송신 신호가 타겟에 반사되어 수신 안테나를 통해 수신되는 신호를 포함할 수 있다.
공분산 행렬 추정 단계(S520)에서는, 수신 신호 및 수신 신호의 켤레 전치 신호에 기초하여 공분산 행렬 정보를 추정하는 것을 포함할 수 있다.
일 예로, 공분산 행렬 추정 단계(S520)에서는, 수신 신호 및 그 켤레 전치 신호 를 대상으로 공분산을 산출하기 위한 공분산 행렬 가 추정될 수 있다.
최적 가중치 벡터 산출 단계(S530)에서는, 공분산 행렬 정보의 역행렬인 공분산 역행렬 정보를 산출하고, 수신 신호 및 공분산 역행렬 정보에 기초하여 수신 신호를 억제하기 위한 최적 가중치 벡터를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
일 예로, 최적 가중치 벡터 산출 단계(S530)에서는, 공분산 행렬 의 역행렬인 을 산출하고, 와 같은 계산식을 이용하여 잡음 신호가 아닌 수신 신호 를 억제하기 위한 최적 가중치 벡터 가 산출될 수 있다.
그리고 경우에 따라, 최적 가중치 벡터 산출 단계(S530)에서는, 수신 신호의 신호 대 잡음비를 최대로 하기 위한 가중치 벡터에 공분산 역행렬을 하나의 성분으로 부가하여 최적 가중치 벡터 정보를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
수직 각도 산출 단계(S540)에서는, 최적 가중치 벡터 정보의 역수값을 계산하여 최적 가중치 벡터 역수 정보를 산출하고, 최적 가중치 벡터 역수 정보가 최대가 되는 각도를 선택하여 수직 각도 정보를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
일 예로, 수직 각도 산출 단계(S540)에서는, 잡음 신호가 아닌 수신 신호를 억제하기 위한 최적 가중치 벡터 의 역수인 를 산출하고, 값이 가장 큰 수직 각도에서의 수신 신호는 최적 가중치 벡터 에 의하여 억제되지 않았을 경우 가장 높은 SNR을 갖는 수직 각도에서의 수신 신호로 산출될 수 있는 점을 고려하여 수직 각도 정보가 산출될 수 있다.
도 6은 다른 실시예에 따른 레이더 제어 방법을 예시적으로 설명하기 위한 순서도이다.
도 6을 참조하면, 다른 실시예에 따른 레이더 제어 방법은, 수직 단차가 존재하는 배열 안테나로부터 신호 를 수신하는 것을 포함할 수 있다(S610).
다음으로, 다른 실시예에 따른 레이더 제어 방법은, 수신 신호로 공분산 행렬 을 추정하는 것을 포함할 수 있다(S620).
다음으로, 다른 실시예에 따른 레이더 제어 방법은, 최적 가중치 벡터 를 계산하는 것을 포함할 수 있다(S630). 이 경우, 공분산 행렬의 역행렬 이 최적 가중치 벡터의 계산에 이용될 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 최적 가중치 벡터의 산출에는 와 같은 계산식이 이용될 수 있다.
다음으로, 다른 실시예에 따른 레이더 제어 방법은, 최적 가중치 벡터의 역수 를 계산하는 것을 포함할 수 있다(S640).
다음으로, 다른 실시예에 따른 레이더 제어 방법은, 물체의 각도 를 추정하는 것을 포함할 수 있다(S650). 이 경우, 최적 가중치 벡터의 역수 가 물체의 각도 추정에 이용될 수 있다. 보다 구체적인 예를 들면, 물체의 각도 추정에는 와 같은 계산식이 이용될 수 있다.
상기의 내용에서 설명한 바와 같이, 본 개시는, 레이더 장치의 각도 분해능을 향상시킬 수 있는 레이더 제어 장치 및 제어 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시는, 안테나 소자 수가 제한되는 환경에서도 타겟 각도 정보를 정확하게 측정할 수 있는 레이더 제어 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 개시는, 레이더 장치를 이용한 타겟 측정에 있어 보다 샤프(sharp)한 수직 각도 스펙트럼을 얻을 수 있는 레이더 제어 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
이상의 설명은 본 개시의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 기술 사상의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 실시예들은 본 개시의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 개시의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 개시의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 수직 단차가 존재하는 적어도 둘 이상의 안테나 소자를 포함하는 수신 안테나로부터 타겟에서 반사되는 수신 신호를 수신하는 수신부; 및
    상기 수신 신호에 기초하여 공분산 행렬 정보를 추정하고, 상기 공분산 행렬 정보에 기초하여 최적 가중치 벡터 정보를 산출하며, 상기 최적 가중치 벡터 정보에 기초하여 상기 타겟의 수직 각도 정보를 산출하는 산출부를 포함하는 레이더 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 산출부는,
    상기 수신 신호 및 상기 수신 신호의 켤레 전치 신호에 기초하여 상기 공분산 행렬 정보를 추정하는 레이더 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 산출부는,
    상기 공분산 행렬 정보의 역행렬인 공분산 역행렬 정보를 산출하고, 상기 수신 신호 및 상기 공분산 역행렬 정보에 기초하여 상기 수신 신호를 억제하기 위한 상기 최적 가중치 벡터를 산출하는 레이더 제어 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 산출부는,
    상기 공분산 역행렬 정보에 상기 수신 신호의 신호 대 잡음비를 최대로 하기 위한 가중치 벡터를 곱한 값에 기초하여 상기 최적 가중치 벡터 정보를 산출하는 레이더 제어 장치.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 산출부는,
    상기 최적 가중치 벡터 정보의 역수값을 계산하여 최적 가중치 벡터 역수 정보를 산출하고, 상기 최적 가중치 벡터 역수 정보가 최대가 되는 각도를 선택하여 상기 수직 각도 정보를 산출하는 레이더 제어 장치.
  6. 수직 단차가 존재하는 적어도 둘 이상의 안테나 소자를 포함하는 수신 안테나로부터 타겟에서 반사되는 수신 신호를 수신하는 신호 수신 단계;
    상기 수신 신호에 기초하여 공분산 행렬 정보를 추정하는 공분산 행렬 추정 단계;
    상기 공분산 행렬 정보에 기초하여 최적 가중치 벡터 정보를 산출하는 최적 가중치 벡터 산출 단계; 및
    상기 최적 가중치 벡터 정보에 기초하여 상기 타겟의 수직 각도 정보를 산출하는 수직 각도 산출 단계를 포함하는 레이더 제어 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 공분산 행렬 추정 단계는,
    상기 수신 신호 및 상기 수신 신호의 켤레 전치 신호에 기초하여 상기 공분산 행렬 정보를 추정하는 것을 포함하는 레이더 제어 방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 최적 가중치 벡터 산출 단계는,
    상기 공분산 행렬 정보의 역행렬인 공분산 역행렬 정보를 산출하고, 상기 수신 신호 및 상기 공분산 역행렬 정보에 기초하여 상기 수신 신호를 억제하기 위한 상기 최적 가중치 벡터를 산출하는 것을 포함하는 레이더 제어 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 최적 가중치 벡터 산출 단계는,
    상기 공분산 역행렬 정보에 상기 수신 신호의 신호 대 잡음비를 최대로 하기 위한 가중치 벡터를 곱한 값에 기초하여 상기 최적 가중치 벡터 정보를 산출하는 것을 포함하는 레이더 제어 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 수직 각도 산출 단계는,
    상기 최적 가중치 벡터 정보의 역수값을 계산하여 최적 가중치 벡터 역수 정보를 산출하고, 상기 최적 가중치 벡터 역수 정보가 최대가 되는 각도를 선택하여 상기 수직 각도 정보를 산출하는 것을 포함하는 레이더 제어 방법.
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