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KR101808494B1 - 자동차 안전 레이더 시스템을 위한 가상 레이더 시그니처를 이용한 테스트 방법 - Google Patents

자동차 안전 레이더 시스템을 위한 가상 레이더 시그니처를 이용한 테스트 방법 Download PDF

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KR101808494B1
KR101808494B1 KR1020177012140A KR20177012140A KR101808494B1 KR 101808494 B1 KR101808494 B1 KR 101808494B1 KR 1020177012140 A KR1020177012140 A KR 1020177012140A KR 20177012140 A KR20177012140 A KR 20177012140A KR 101808494 B1 KR101808494 B1 KR 101808494B1
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radar
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하기기 카스라
라피에니아 파히메
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유니크섹 에이비
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Abstract

본 발명은 특정 자동차 안전 시나리오를 위한 자동차 레이더 시스템의 응답 테스트 및 평가 방법 및 시스템에 관한 것으로, 상기 방법 및 시스템은 특정 가상 시나리오에서 적어도 하나의 가상 타겟에 대응하는 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처를 생성한다. 상기 시뮬레이트된 레이더 시그니처는,
-특정 실제 시나리오에서 적어도 하나의 실제 타겟으로부터 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처,
-특정 가상 시나리오에서 적어도 하나의 가상 타겟으로부터 레이더 타겟 시그니처의 분석 표현 중 하나 이상으로부터 생성된다.

Description

자동차 안전 레이더 시스템을 위한 가상 레이더 시그니처를 이용한 테스트 방법{TESTING METHOD WITH VIRTUAL RADAR SIGNATURES FOR AN AUTOMOTIVE SAFETY RADAR SYSTEM}
본 발명은 레이더 시스템에 관한 것으로, 자동차 안전 레이더 시스템의 평가를 위해 사용되는 것을 의미하는, 가상 타겟을 포함하는 가상 환경의 생성을 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
여러 어플리케이션에서 레이더 시스템의 기능을 평가하기 위해, 실제 환경과 유사한, 재생 가능하고 제어된 알려진 조건 하에서 테스트되는 것이 요구된다. 레이더 타겟의 시뮬레이션은 밀폐된 공간, 예를 들어 전자기 챔버, 또는 랩 환경에서 실제 레이더 시스템을 테스트 가능하게 할 수 있다.
이러한 레이더 기반 안전 시스템의 성능 검증이 매우 요구된다.
이러한 발명의 목적은 상술된 문제점들이 회피되는, 특정 자동차 안전 시나리오를 위한 자동차 레이더 시스템의 응답을 테스트 및 평가하기 위한 방법 및 시스템을 제공하는 것이다. 특히, 본 발명의 목적은, 특정 자동차 안전 시나리오를 위한 자동차 레이더 시스템의 응답을 테스트 및 평가하기 위한 알려진 방법을 개선하는 것이다. 이러한 목적은 청구항 제1항의 방법 및 제22항의 시스템에 의해서 달성된다.
상술한 각각의 레이더에 대해 현실 세계에서 발생하기 쉬운 많은 가능한 시나리오를 고려할 때, 안전 시스템의 성능을 보다 자신 있게 증명하기 위해, 시나리오 및 타겟의 재현이 중요하다. 본 발명의 하나의 목적은, 자동차 분야에서 발생하기 쉬운 매우 다양한 시나리오에서 주파수 변조 연속파(frequency modulated continuous wave; FMCW) 레이더 타겟 시그니처를 생성하는 접근법을 도입하는 것이다. 본 목적은, 실제 하드웨어 인 더 루프(hardware in the loop; HIL)/비히클 인 더 루프(vehicle in the loop; VIL) 설정을 사용하여 첨단 운전자 보조 시스템(advanced driver assistance systems; ADAS), 또는 센서 또는 기능 수준에서의 자율 주행을 위해 사용되는 자동차 레이더 시스템의 검증을 가능하게 하는 것이다.
본 발명은 다양한 시나리오 및 타겟을 에뮬레이트할 수 있는 하드웨어 인 더 루프 설정 또는 비히클 인 더 루프 설정에 관한 것이다. 타겟 생성은, 다양한 시나리오에서 많은 레이더 타겟을 재생성할 수 있는 두 가지의 접근법: "분석" 및 "기록 및 재생"으로 수행된다.
하드웨어 인 더 루프는 테스트 대상 디바이스(device under test; DUT) 입력 및 출력이 하나의 시스템을 사용하여 제어되는 설정이다. 시스템은 DUT에 대해 의도된 반사 레이더 신호를 생성하고, 본 발명에서는 레이더 기반 자동차 능동 안전 시스템이다. DUT의 응답 또는 반응이 테스트 시스템에 의해 분석된다. 반사 레이더 시그니처와 레이더 시스템이 어떻게 반응했고, DUT에 의해 인식된 것에 기초하여 시스템의 성능이 평가되고 GUI로 다시 보고된다. DUT의 성능은 시스템의 레이더뿐만 아니라 보조 전자 장치를 포함하는 자동차의 전체 의사 결정 시스템으로부터 기인한다.
본 발명은 특정 자동차 안전 시나리오를 위한 자동차 레이더 시스템의 응답을 테스트하고 평가하는 방법에 관한 것으로, 본 방법은,
-하드웨어 인 더 루프 설정에서 적어도 하나의 자동차 레이더를 배치하는 단계,
-특정 시나리오에서 적어도 하나의 타겟에 대응하는 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처를 생성하는 단계,
-적어도 하나의 자동차 레이더에 의해 시뮬레이트된 시그니처를 수신하는 단계,
-자동차 레이더 시스템의 출력을 시뮬레이트된 타겟 시그니처에 기초한 기대 출력과 비교함으로써 자동차 레이더 시스템의 응답을 평가하는 단계,
-속도의 오차, 거리의 오차, 적어도 하나의 타겟의 오검출 및 오경보 중 하나 이상을 디스플레이하는 단계를 포함하고,
특정 시나리오에서 적어도 하나의 타겟에 대응하는 생성된 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처는,
-특정 시나리오에서 적어도 하나의 타겟으로부터 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처,
-특정 시나리오에서 적어도 하나의 타겟으로부터 레이더 타겟 시그니처의 분석 표현 중 하나 이상으로부터 생성된다.
일반적으로 타겟 시뮬레이션은 실제 타겟으로부터 반환된 신호와 유사한 전자기 반사 신호의 생성을 의미한다. 이러한 신호를 생성하는 한 가지 방법은 실제 타겟 반환에서 보일 수 있는 것으로 기대되는 정보를 시그니처에 적용하는 것이다. 이 정보는 도플러 편이, 레이더 단면적(radar cross section; RCS), 지연, 다중 경로 효과, 안테나 빔 패턴, 타겟 위치, 환경 관련 정보, 클러터 등을 포함한다. 또한, 다양한 타겟을 생성하기 위해서 여러 개의 시나리오와 상이한 가능성들이 고려되어야 할 필요가 있다. 본 발명의 한 방법에서, 실제 반환 신호는 가상 타겟 생성부에 배치되도록 기록된다. 이 방법을 사용함으로써 매개변수를 추가하는 복잡성과 복잡한 계산이 현저하게 감소될 것이고, 사실상 임의의 타겟 또는 클러터가 최대 신뢰성으로 재생성될 수 있다.
본 발명은 자동차 안전 어플리케이션에서 레이더가 직면할 수 있는 상이한 시나리오에 따라 다양한 레이더 타겟을 재현하는 것을 의미한다. 본 목적은, 차량 내 상이한 레이더의 기능을 평가하고 증명하기 위해 상이한 가능한 레이더 타겟이 실제로 생성되는 하드웨어 인 더 루프(HIL) 설정을 가지는 것이다. 이는 본 발명에서 두 가지 접근법으로 수행된다. 첫 번째 접근법에서는 원하는 타겟의 매개변수와 가정이 고려된 분석 함수를 기반으로 가상 타겟이 시뮬레이트된다. 두 번째 접근법은 임의의 시나리오에서 실제 타겟을 기록하고 테스트 대상 레이더에 대해 이들을 재생하는 것에 따른다. 이는 레이더 타겟의 생성에 고도의 융통성을 제공하며, 그 결과는 확실할 것이다.
특정 시나리오는,
-보행자, 자전거 운전자, 자동차, 트럭, 동물, 오토바이, 건설 차량, 도로 표지판, 도로 장애물을 포함하는 적어도 하나의 타겟,
-클러터,
-환경 시나리오 조건들,
-트래픽 시나리오 조건들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
환경 시나리오 조건을 갖는 것은 레이더 시스템에서의 신호 대 잡음비(signal to noise ratio; SNR)에 영향을 줄 수 있는 날씨, 가시성, 온도, 습도 및 기타 조건을 의미하며, 이는 클러터를 포함할 수 있다. 트래픽 시나리오 조건을 갖는 것은 적어도 하나의 타겟이 위치한 트래픽 상황을 의미한다. 트래픽 상황의 예는 직선을 따라 이동하는 타겟, 회전을 수행하는 타겟, 회전교차로의 타겟, 기동 또는 타겟 주차를 수행하는 타겟일 수 있다. 트래픽 시나리오 조건은 또한 특정 자동차 안전 시나리오에서 타겟의 레이더 시그니처에 영향을 주는 지형일 수 있다. 본 발명의 일례로서, 타겟(들), 주변 환경뿐만 아니라 기상 조건과 같은 다른 영향 요인을 구성하는 상이한 시나리오가 한 세트의 반사 포인트에 의해 표시된다. 이 포인트들은 시나리오에서 각각의 연장된 객체에 대한 광선 추적 방법을 사용하여 얻어진다. 연장된 객체는 특정 거리에 의해 서로 분리된 다중 반사 포인트(포인트 타겟)를 갖는 객체다. 예를 들어, 차량은 일반적으로 연장된 객체로 간주된다. 다음 단계에서는, 테스트 대상 차량(vehicle under test; VUT)의 위치와 그 레이더 빔을 고려하여 시나리오 요소의 동작 모델이 고려되고, 관련된 반사 포인트를 식별하고 표시할 수 있다. 이들 각각에 대해 VUT 상에 레이더에 의해 송신된 신호의 위상 및 진폭의 변화는 단일-포인트 문제와 유사하게 계산된다. 이는 VUT를 위한 신호 생성의 기초를 형성한다. 신호는 이후 RF 프론트 엔드로 보내진다.
타겟 시나리오 생성과 관련된 추가의 양태, 예를 들어 레이더 사양의 역할, 각도 정보, 타겟 시뮬레이터와 VUT 사이의 동기화, 분석 대상과 기록 및 재생 설정의 결과의 결합을 추가로 자세히 설명하기로 한다.
가상 타겟 및 가상 시나리오는 그래픽 사용자 인터페이스를 통해 선택될 수 있다. 그래픽 사용자 인터페이스를 사용하는 것은 본 방법의 사용자에게 있어서 선택 프로세스를 더 쉽게 만들고, 이는 그래픽 사용자 인터페이스가 시나리오를 시각화하고 시나리오 타겟, 시나리오 조건 및 다른 매개변수의 보다 직관적인 조정을 가능하게 할 수 있기 때문이다.
특정 시나리오에서 타겟으로부터 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처는 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처 데이터베이스에 액세스함으로써 처리 유닛에 의해 생성될 수 있다.
미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처 데이터베이스는 레이더 기록 시스템으로 실제 반사 레이더 신호를 기록함으로써 생성될 수 있으며, 레이더 기록 시스템은 타겟 데이터, 클러터 데이터 및 환경 시나리오 조건 및 트래픽 시나리오 조건을 기록하고, 각각의 타겟 데이터 데이터베이스, 클러터 데이터 데이터베이스 및 시나리오 조건 데이터베이스에 각 데이터를 저장한다.
분석 표현은 특정 시나리오의 타겟의 타겟 매개변수 및 특정 시나리오의 시나리오 매개변수에 기초할 수 있다.
분석 표현의 타겟 매개변수는,
-보행자, 자전거 운전자, 자동차, 트럭, 동물, 오토바이, 건설 차량, 도로 표지판, 도로 장애물을 포함하는 타겟의 유형,
-타겟 속도, 거리, 각도 또는 이동 궤적,
-레이더 빔에 의한 타겟의 부분적 커버리지의 경우를 포함하는 타겟 레이더 단면적(RCS) 및 시간 경과에 따른 RCS의 변화 중 하나 이상일 수 있다.
분석 표현의 시나리오 매개변수는,
-환경 시나리오 조건들,
-트래픽 시나리오 조건들 중 하나 이상일 수 있다.
가상 환경 시나리오 조건들은,
-지리 맵,
-가상 환경의 고정된 객체,
-기상 조건 중 하나 이상일 수 있다.
본 방법은,
-특정 가상 시나리오의 모든 물리적 요소에 대해 레이더 광선을 반사하기 위한 3차원 그래픽 모델과 포인트 클라우드를 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 물리적 요소의 3D 그래픽 모델을 사용하는 것은 포인트 소스의 계산을 가능하게 하여, 반사된 레이더 광선이 계산될 수 있다. 또한 시나리오의 시각적 표현을 가능하게 할 수 있다.
연장된 객체 시그니처는 포인트 클라우드의 포인트 타겟의 레이더 시그니처를 집합함으로써 생성될 수 있다. 3D 모델의 모든 포인트 소스는 해당 객체에 대한 포인트 클라우드를 형성한다. 포인트 클라우드는 각 3D 모델의 주요 반사 포인트를 나타낸다. 3차원 모델을 만들고 각 각도에서 반사기(포인트 클라우드)를 계산하는 프로세스는 오프라인으로 수행되어 라이브러리를 생성할 수 있다. 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처 또는 신호를 실시간으로 생성할 수 있도록 하기 위해 오프라인 계산은 매우 중요하다. 타겟으로부터 레이더 시그니처를 생성하기 위해, 입력에 따라 객체의 각도 및 유형을 수신하고 상기에 따라 그에 해당하는 신호를 생성하는 뉴럴 네트워크가 학습될 수 있다. 각각의 모든 각도로부터 모든 객체 시그니처의 큰 라이브러리를 필요로 하지 않고, 객체당 훨씬 더 작고 낮은 복잡도의 뉴럴 네트워크를 저장할 수 있다.
본 방법은,
-테스트 대상 차량의 결정 입력을 기초로 가상 시나리오 매개변수를 연속적으로 업데이트하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 레이더 시스템으로부터 피드백을 경험한 차량은 조치를 취하고 행동을 조정할 수 있으며, 예를 들어, 객체가 탐지 영역에 들어갈 경우 자동으로 중단될 수 있다. 이러한 입력이 본 방법에 공급되고 이로써 시나리오 매개변수가 업데이트된다.
본 방법은,
-임의의 궤적을 따라 이동하는 타겟에 대한 순간 진폭 및 순간 위상을 포함하는 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처를 생성하는 것을 추가로 포함할 수 있다.
본 방법은,
-2차 반사를 일으키는 반사 포인트 및 경로 식별 단계를 추가로 포함할 수 있다. 2차 반사는 1차 반사와 비교하여 낮은 수준의 전력을 가지고, 비가시선 경로의 이동 때문에 장거리에서 오류 타겟을 나타낸다.
시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처는 타겟 매개변수의 사양, 시나리오 리스트 및 시나리오 조건에 기초하여 랜덤으로 선택될 수 있다.
시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처는 전체 연속파일 수 있다.
이전 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 본 방법은,
-레이더 매개변수의 변화를 기반으로 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처를 조정하는 단계를 포함한다. 테스트 동안, 테스트 대상 레이더의 다양한 매개변수가 변할 수 있다. 이러한 변경 사항은 모니터링되고 본 방법에 공급되어, 새로운 레이더 매개변수에 대해 본 방법을 연속적으로 조정할 수 있다.
본 방법은,
-가상 타겟의 각 위치를 반사하는 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처를 생성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 타겟은 상이한 위치에 위치될 수 있고, VUT와 관련된 각 위치는 결정하는 데 중요하다. 본 방법은 가상 타겟의 각 위치의 시뮬레이션을 가능하게 한다.
본 방법은,
-단일 스티어링 빔 레이더에 대한 적어도 하나의 가상 타겟에 대응하는 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처를 생성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 하나의 빔을 사용하여 빔 스티어링 각도 정보를 처리하는 이점은, 레이더 스티어링 빔의 속도로 빔을 스티어링할 필요가 없다는 것이다. 이는 RF 프론트-엔드의 비용과 요구 사항을 감소시킨다. 이는 또한 각도 정보의 오류 위험을 감소시킨다.
본 방법은,
-레이더 반사가 테스트 대상 레이더의 사이드 로브에 주로 존재하는 시나리오를 생성하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 방법은,
-미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처와 레이더 타겟 시그니처의 분석 표현 모두로부터 가상 시그니처를 결합하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처와 레이더 타겟 시그니처의 분석 표현 모두로부터 가상 시그니처를 결합함으로써, 더 많은 시나리오가 생성될 수 있다.
본 발명은 추가로 특정 자동차 안전 시나리오를 위한 자동차 레이더 시스템의 응답을 테스트 및 평가하기 위한 시스템에 관한 것으로, 시스템은,
-하드웨어 인 더 루프 설정의 적어도 하나의 자동차 레이더,
-적어도 하나의 자동차 레이더에 연결된 전자 컴퓨터 유닛,
-평가 모듈(레이더 기반 안전 시스템의 성능 평가용)
-그래픽 사용자 인터페이스,
-특정 시나리오에서 적어도 하나의 타겟에 대응하는 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처를 생성하도록 배치된 레이더 프론트 엔드를 포함하고,
특정 시나리오에서 적어도 하나의 타겟에 대응하는 생성된 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처는,
-특정 시나리오에서 적어도 하나의 타겟으로부터 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처,
-특정 시나리오에서 적어도 하나의 타겟으로부터의 레이더 타겟 시그니처의 분석 표현 중 하나 이상으로부터 생성된다.
레이더 프론트 엔드는 VUT 상에 테스트 대상 레이더로부터 신호를 수신하도록 배치된 제1 수신 안테나, 증폭기, 타겟 시나리오 레이더 시그니처를 부가하도록 배치된 혼합기 및 VUT를 위한 시뮬레이트된 반사 레이더 신호를 송신하도록 배치된 송신 안테나를 포함할 수 있다.
레이더 프론트 엔드는 레이더 매개변수의 변화를 검출하기 위해 VUT로부터 레이더 신호를 수신하도록 배치된 제2 수신 안테나를 포함하는 동기화 서브 시스템을 더 포함할 수 있다. 서브 시스템은 테스트 동안 레이더 매개변수의 변화에 대해 본 방법을 조정하기 위해 시스템의 연속적인 업데이트를 가능하게 하며, 시스템이 행동을 변경하거나 각도 정보를 사용할 때 사용된다.
시스템은 단일 스티어링 빔 레이더 및/또는 모노펄스 레이더에 대한 각도 정보를 갖는 가상 타겟을 시뮬레이트하도록 배치된 레이더 프론트 엔드를 추가로 포함할 수 있다.
레이더 프론트 엔드는 단일 스티어링 빔에 대한 각도 정보를 갖는 가상 타겟을 시뮬레이트하도록 배치될 수 있고, 레이더는 동기화 서브 시스템을 포함하는 레이더 프론트 엔드이다.
레이더 프론트 엔드는 수신 안테나, 제1 TSG 송신 안테나 및 제2 TSG 송신 안테나를 포함하는 타겟 시나리오 생성기(target scenario generator; TSG)를 포함하는 모노펄스 레이더에 대한 각도 정보를 갖는 가상 타겟을 시뮬레이트하도록 배치될 수 있다.
특정 시나리오는,
-적어도 하나의 타겟,
-클러터,
-환경 시나리오 조건들,
-트래픽 시나리오 조건들 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
시스템에서, 특정 시나리오에서 타겟으로부터의 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처는 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처 데이터베이스에 액세스함으로써 처리 유닛에 의해 생성될 수 있다.
시스템에서, 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처 데이터베이스는 레이더 기록 시스템으로 실제 반사 레이더 신호를 기록함으로써 생성될 수 있고, 레이더 기록 시스템은 타겟 데이터, 클러터 데이터 및 환경 시나리오 조건 및 트래픽 시나리오 조건을 기록하고, 각각의 타겟 데이터 데이터베이스, 클러터 데이터 데이터베이스 및 시나리오 조건 데이터베이스에 각 데이터를 저장한다.
시스템에서, 분석 표현은 특정 시나리오의 타겟의 타겟 매개변수 및 특정 시나리오의 시나리오 매개변수에 기초할 수 있다.
시스템에서, 분석 표현의 타겟 매개변수는,
-보행자, 자전거 운전자, 자동차, 트럭, 동물, 오토바이, 건설 차량, 도로 표지판, 도로 장애물을 포함하는 타겟의 유형,
-타겟 속도, 거리, 각도 또는 이동 궤적,
-레이더 빔에 의한 타겟의 부분적 커버리지의 경우를 포함하는 타겟 레이더 단면적(RCS) 및 시간 경과에 따른 RCS의 변화 중 하나 이상일 수 있다.
시스템에서 분석 표현의 시나리오 매개변수는,
-환경 시나리오 조건들,
-교통 시나리오 조건들 중 하나 이상일 수 있다.
시스템에서, 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처는 타겟 매개변수의 사양, 시나리오 리스트 및 시나리오 조건들에 기초하여 랜덤으로 선택될 수 있다.
시스템에서 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처는 전체 연속파일 수 있다.
시스템은 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처 및 레이더 타겟 시그니처의 분석 표현 모두로부터 가상 시그니처를 결합하도록 배치될 수 있다.
도 1은 자동차 안전 어플리케이션에 사용되는 상이한 레이더를 포함하는 차량을 도시한 것이다.
도 2는 하드웨어 인 더 루프(HIL) 설정에 대한 개략적인 하드웨어 블록도이다.
도 3은 타겟 시그니처 생성 및 HIL 프로세스의 흐름도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 실시예의 일례에 따른 분석 타겟 생성을 사용하는 타겟 시그니처 생성을 위한 보다 상세한 절차에 대한 흐름도를 개략적으로 도시한 것이다.
도 5는 동기화 서브 시스템을 포함하는 타겟 시나리오 생성기의 레이더 프론트 엔드를 도시한 것이다.
도 6은 고정 타겟에 대한 FMCW 레이더를 갖는 스위프를 도시한 것이다.
도 7은 이동하는 타겟에 대한 FMCW 레이더를 갖는 스위프를 도시한 것이다.
도 8은 선형 경로를 따라 이동하는 타겟에 대한 동작 모델의 예를 도시한 것이다.
도 9는 임의의 경로를 따라 이동하는 타겟에 대한 동작 모델의 예를 도시한 것이다.
도 10a-10c는 분석 타겟 생성을 위해 고려된 타겟 시나리오를 도시한 것이다.
도 11a 및 도 11b는 레이더에 대한 타겟의 경로 및 그들의 변위를 도시한 것이다.
도 12a 및 도 12b는 단일 스티어링 빔 레이더에 대한 타겟 시나리오 생성을 도시한 것이다.
도 13은 모노펄스 레이더들에 대한 각도 정보의 시뮬레이션을 위한 안테나의 배치를 도시한 것이다.
도 1은 자동차 안전 어플리케이션의 레이더 시스템 도면을 제공한다. 도 1은 하드웨어-인-더-루프 설정으로 배치된 자동차 안전 어플리케이션에 사용되는 상이한 레이더를 포함하는 차량을 도시한다. 차량은 차량의 전방에 위치한 두 개의 레이더를 포함하고; 좁은 빔을 갖는 제1 레이더(1)는 예를 들어, 적응형 주행 제어(adaptive cruise control; ACC) 기능이 사용되는 동안 고속으로 이동하는 다른 도로 사용자를 검출하는데 사용된다. 더 넓은 빔을 갖는 제2 레이더(2)는 충돌을 피하기 위해 차량의 전방에 보이는 보행자 또는 자전거 운전자를 검출하도록 배치된다. 교차 트래픽이 차량 후방 영역에서 이동하는 경우 차량 후면의 후방 레이더 센서(3)가 울린다. 도어 미러 레이더(4)는 차량의 사각지대에 있는 타겟을 검출하도록 배치된다. 레이더뿐만 아니라 전자 제어 장치(electronic control unit; ECU)는 타겟 시뮬레이터(100)에 연결된다. 객체(1a, 3a, 4a)는 레이더(1, 3, 4) 각각에 의해 검출되는 가상 타겟에 대응한다. 각각의 레이더로부터의 피드백뿐만 아니라 ECU로부터의 임의의 다른 피드백은 타겟 시뮬레이터에 다시 공급된다. 보다 상세한 설명은 다음과 같다.
하드웨어 설정에 대한 자세한 설명은 도 2에 나타나 있다. 타겟 생성, 기록 및 재생 접근법 또는 미리 기록된 접근법에 대한 첫 번째 접근법에서 레이더 기록 시스템(5)은 실제 타겟 시나리오(6)를 캡처한다. 실제 타겟 시나리오의 측정은 실제 타겟 데이터베이스(7), 실제 클러터 데이터베이스(8) 뿐만 아니라 실제 시나리오 조건을 위한 데이터베이스(9)를 형성한다. 데이터베이스(7, 8, 9)는 이후 처리 유닛(10)이 관련 가상 신호, 즉, 가상 타겟 시그니처의 생성을 위해 사용될 수 있도록 처리 유닛(10)에 의해 사용된다.
제2 접근법인 분석 표현 접근법에서, 가상 타겟 생성(12)을 위한 시나리오는 그래픽 사용자 인터페이스(Graphic User Interface; GUI)(11)로부터의 사용자 명령에 따라 선택된다. 가상 타겟 시나리오는 분석 가상 타겟 생성 유닛(13)에 적용되고, 원하는 가상 타겟의 시그니처가 이론적으로 계산되고, 이후 신호 생성 유닛(14)에서 생성된다. 처리 유닛으로부터의 아날로그 신호는 디지털-아날로그 변환기(15)에서 디지털로 변환된다. RF 프론트 엔드에 의해 전송되기에 적합하도록 하기 위해 시그니처의 진폭과 범위를 조정하는 것이 요구될 수 있다. 신호 증폭 및 컨디셔닝 회로(17)가 이러한 요구를 만족시킨다.
테스트 대상 차량(19)은 가상 타겟에 대응하여 생성된 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처를 수신하는 레이더 시스템(18)과, 데이터 처리를 수행하고 그 결과를 평가 모듈(21)에 전송하는 전자 컴퓨터 유닛(ECU)(20)으로 구성된다. 평가 모듈 (21)은 레이더 기반 안전 시스템의 성능을 측정하고 그 결과를 GUI(11)에 디스플레이한다. 테스트 대상 레이더 시스템은 제1 추정으로서 완전하게 수행될 것으로 기대된다. 경험에서는 실제로 그렇지 않다는 것을 보여준다. 제어된 가상 환경을 생성함으로써, 레이더 시스템으로부터 기대되는 출력을 파악하고 레이더 시스템 또는 DUT의 반응을 관찰함으로써 전체 시스템의 실제 성능을 측정할 수 있다.
다음 매개변수들은 자동차 안전 분야의 미리 기록된 실제 및 분석 가상 시나리오 모두로부터, 생성된 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처와 관련하여 중요한 것으로 고려된다:
-보행자, 자전거 운전자, 자동차, 트럭 및 기타 도로 사용자를 포함하는 타겟의 유형,
-환경 시나리오 조건들,
-트래픽 시나리오 조건들,
-타겟 속도, 거리, 각도 또는 이동 궤적,
-레이더 시스템의 신호 대 잡음비(SNR)에 영향을 주는 상이한 기상 조건,
-레이더 빔에 의한 타겟의 부분적 커버리지의 경우를 포함하는 타겟의 레이더 단면적(RCS) 및 시간 경과에 따른 RCS의 변화.
도 3은 타겟 시그니처 생성 및 HIL 프로세스의 흐름도를 개략적으로 도시한 것이다.
제1 블록(22)에서, 사용자는 가상 타겟의 매개변수들, 가상 환경 시나리오의 조건들 및 가상 트래픽 시나리오의 조건들을 특정함으로써 테스트 시나리오의 일반적인 프레임워크를 선택할 것이다. 제2 블록(23)에서, 시스템은 선택된 매개변수들 및 조건들에 기초하여 에뮬레이트될 시나리오의 세부 사항들을 랜덤으로 생성한다. 블록(24a 또는 24b)에서, 시스템은 기록된 실제 시나리오(블록 24a) 또는 분석 시나리오(블록 24b)의 데이터베이스(24c)로부터 취해진 실제 시나리오로부터 가상 시나리오에서 하나 이상의 가상 타겟을 선택한다. 블록(25)에서, 특정 가상 시나리오에서 적어도 하나의 가상 타겟에 대응하는 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처가 생성되고, 테스트 대상 차량에 적용된다. 블록(26)에서, 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처는 테스트 대상 차량의 레이더 시스템에 의해 수신된다. 블록(27)에서, 차량 레이더 기반 시스템 반응의 결과는 레이더 시스템 출력을 가상 타겟 시그니처와 비교함으로써 평가된다. 블록(28)에서, 성능이 사용자에게 제시된다. 성능은 예를 들어 속도/거리 오차, 검출 또는 미검출 및 오경보일 수 있다.
도 4는 실시예의 일례에 따른 분석 타겟 생성을 사용하여 타겟 시그니처 생성을 위한 보다 상세한 절차의 예를 개략적으로 도시한 것이다.
절차는 다음 단계로 구성된다:
시나리오 선택:
첫째, 테스트 시나리오는 선택되어야 할 필요가 있다. 사용자는 그래픽 사용자 인터페이스(GUI)(11)를 통해 시나리오의 상이한 요소 및 특정 테스트 상황에 대한 타겟 특징들을 선택할 수 있다. 시나리오 선택은 블록(102)에서 행해진다. 시나리오 선택은 신호 처리 알고리즘 개발 및 특정 상황에서의 성능의 검증을 위해 VUT의 반복 가능한 테스트를 가능하게 한다. 시나리오 선택은 또한 임의의 방식으로 수행될 수 있다. 따라서, 다양한 실제 상황에서 유효성과 신뢰성을 보장하기 위해 마지막 단계에서 VUT의 성능을 평가할 수 있다.
분석 라이브러리:
분석 라이브러리(104)는 블록(102)으로부터 선택되는 시나리오에 보일 수 있는 모든 구성 요소에 대한 포인트 클라우드뿐만 아니라 3D 그래픽 모델을 포함한다. 구성 요소는 블록(106)의 지리 맵 및 트래픽 상황, 블록(108)의 상이한 유형의 차량, 블록(110)의 다른 도로 사용자, 블록(112)의 건물 및 나무와 같은 고정 객체 및 블록(114)의 비, 안개, 먼지 등과 같은 기상 조건을 포함한다. 먼저, 모든 이들 요소에 대해 3D 그래픽 모델이 형성된다. 이를 얻기 위해 와이어 프레임 모델이 생성되고 각 연장된 객체에 렌더링된다. 이후 최종 3D 모델은 상이한 각도에서 조명되고, 광선 추적 기법을 사용하여 각 각도로부터의 반사량이 측정된다. 조명 레이더 신호에 의해 행해진다. (시뮬레이션에서) 광선-추적은, 레이더의 광선이 레이더 송신기의 위치에서 시작하여 타겟의 상이한 지점까지 계속 진행되고, 이후 어떠한 광선이 결국 레이더 수신기로 돌아갈지 찾는다. 객체를 바라보는 레이더의 각도에 따라 각 객체의 포인트 반사기 위치가 미리 계산되고 라이브러리에 저장된다. 이러한 식으로, 각 구성 요소의 주요 반사 포인트가 식별될 수 있고, 구성 요소의 3D 모델에 표시될 수 있다. 이는 연장된 객체에 대한 포인트 클라우드로서 분석 라이브러리(104)에 저장된다.
환경 생성:
단계(116)에서, 블록들(106, 108, 110, 112 및 114)로부터의 구성 요소의 그래픽 모델들이 결합되어 블록(102)에서 선택된 원하는 시나리오에 관련된 환경을 나타낼 수 있다.
시나리오 생성:
시뮬레이트된 환경에서 VUT의 궤적과, 타겟(들) 및 다른 구성 요소들의 동작 패턴(들)에 따라 이 스테이지에서 시나리오가 생성될 수 있다. 이는 블록(118)에서 행해진다.
시나리오 생성은 바람직하게는 적응형 실시간 프로세스이다. 이는 레이더 기반 결정으로 인한 VUT의 반응에 영향을 받는다. VUT가 자율 비상 제동(Autonomous Emergency Braking; AEB)으로 인한 제동과 같은 조치를 취할 때, 레이더의 진행각 및 다른 시나리오 구성 요소의 상대적 위치가 변할 수 있다. 따라서 시나리오 생성기는 새로운 상황을 나타내기 위해 이러한 변화에 적응할 필요가 있다. 그러므로, VUT의 결정은 결정 입력(120)에 의한 이 업데이트를 위해 시나리오 생성 블록(118)에 적용된다. 시나리오 생성은 또한 기록 라이브러리(122)를 분석 라이브러리(104)와 결합함으로써 수행될 수 있다. 이는 나중에 보다 상세하게 설명된다.
신호 생성:
신호 생성은 블록(124)에서 수행된다. 테스트 대상 레이더의 입력 매개변수는 레이더 매개변수 입력(126)으로서 신호 생성부에 입력된다. 레이더 신호는 3차원 세계를 1차원으로 투영한 것이다. 이는 레이더가 환경의 모든 세부 사항을 캡처할 수 없으며 일부 정보가 손실될 것임을 의미한다. 레이더가 정보를 놓친다는 사실 때문에 레이더에 대한 타겟 시나리오 생성의 복잡성이 결과적으로 급격히 감소한다. 복잡성 감소로 인해 타겟 시나리오 생성은 실제로 레이더에 가시적인 타겟 시나리오의 기능만 다시 재현할 필요가 있다. 레이더는 신호를 다시 반사하는 요소로부터 정보를 캡처한다. 따라서, 시나리오 생성 후, 테스트 대상 레이더의 시야(FoV)에 들어가고, 레이더 신호를 수신하며, 이를 다시 에코할 수 있는 타겟 시나리오로부터의 마킹된 반사기 포인트가 블록(128)에서 식별될 필요가 있다. 이는 직접(또는 1차) 반사로부터 또는 2차 또는 3차 반사를 통해 행해진다. 2차 또는 3차 반사를 다루는 방법은 나중에 설명하지만 현재 "반사"는 직접 반사 또는 1차 반사를 나타낸다.
추가로, 시나리오 동안, VUT 관련 다양한 구성 요소의 거리 및 속도가 변할 것이고, 이들이 이동하기 때문이며, 또한 VUT의 위치조정 때문이다. 추가로, 연장된 객체는 상이한 각도에서 상이한 반사 특성을 나타낼 수 있으므로 반사 포인트의 배치가 변할 수 있다. 따라서, 상대 속도와 거리는 시간 경과에 따라 연속적으로 계산될 필요가 있다. 이는 블록(130)에서 행해진다.
각각의 관련 반사 포인트는 포인트 타겟으로 간주된다. FMCW 레이더에서, 포인트 타겟의 거리 및 속도 정보는 레이더 수신 신호에서 순간 위상/주파수를 생성한다. 따라서, 타겟 시나리오 생성기에서, 특정 거리 및 속도에서 각각의 관련 반사기 포인트는 순간 위상/주파수 및 진폭에 의해 표시될 것이다. 이러한 순간 위상의 계산은 (a)고정된 반지름 방향 속도 및 거리, (b)선형 경로의 고정 속도 및 (c)텍스트의 임의의 동작 경로에 따른 시변 속도를 사용하는 포인트 타겟에 대해 설명된다. 계산은 블록(132)에서 수행된다. 이 접근법은 본 실시예의 예시에 따른 신호 생성의 기초를 형성한다.
VUT의 레이더 기반 결정, 즉 결정 입력(120)에 의한 시나리오의 변화는 또한 앞서 설명된 바와 같이 신호 생성에서의 수정을 필요로 한다.
완전한 타겟/시나리오 시그니처가 단계(134)에서 출력된다.
동기화 서브 시스템(208)을 포함하는 타겟 시나리오 생성기의 레이더 프론트 엔드(16)가 도 5에 도시되어 있다. 이는 도 2의 레이더 프론트 엔드(16)의 일례이다. 레이더 프론트 엔드(16)는 테스트 대상 레이더로부터 신호를 수신하는 제1 수신 안테나(200), 증폭기(202), 분석 방법 또는 기록된 방법으로 생성된 타겟 시나리오 시그니처를 테스트 대상 레이더로부터의 신호에 부가하는 혼합기(204), 및 VUT에 대한 시뮬레이트된 반사 레이더 신호를 송신하는 송신 안테나(206)를 포함한다.
동기화 서브 시스템(208)에서, 제2 수신 안테나(210)는 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이 레이더 파라미터의 변화를 검출하기 위해 VUT로부터 레이더 신호를 수신한다. 제2 수신 안테나(210)에 의해 수신된 신호는 또한 동기화 서브 시스템(208)의 일부인 스위프 매개변수 분석(212) 및 수신된 신호 전력 분석(214)에 사용된다.
이러한 분석 결과는 레이더 매개변수 입력(126)과 함께 신호 생성부에 입력되어 신호 생성(124)을 연속적으로 업데이트한다. 스위프 매개변수 분석(212)은 동기화가 필요할 경우 트리거를 신호 생성부로 보낼 수 있다. 신호 생성부로부터의 출력은 송신 안테나(206)에 공급된다.
다양한 경우의 순간 위상/주파수 계산에 대한 상세한 설명은 다음과 같다. 상세한 설명 다음에 간단한 계산이 제공된다.
포인트 타겟의 순간 위상/주파수:
FMCW 레이더에서, 레이더의 동작 주파수(f 0) 주변의 대역폭(Δf)는 T초 동안 선형으로 스위프된다. FMCW 레이더는 스위프 형태로 주파수가 변하는 연속 신호를 송신한다.
타겟으로부터의 반사된 레이더 신호는 조명된 타겟의 거리 및 속도 정보를 포함한다. 삼각 스위프를 사용하여 수신된 신호의 순간 주파수로부터 이러한 정보가 추출될 수 있다. 타겟 시나리오 생성을 위해, 이러한 정보의 역추출 절차가 뒤따라야 한다.
고정된 반지름 방향 속도:
도 6은 정지된 타겟에 대한 FMCW 레이더를 갖는 스위프를 도시한다. 정지 타겟은 레이더 시스템으로부터의 거리(R)에 따라 레이더 신호에 지연(τd)을 야기할 것이고, 여기서 τd는 식 1에 의해 기술된다:
Figure 112017042924362-pct00001
여기서 c는 빛의 속도이다. 따라서, 레이더는 지연된 버전의 송신된 신호를 수신하고, 레이더 수신기에서 주파수 차이(f b )를 야기하고, 중간 주파수(IF) 레벨에서 관찰된다. 이 타겟의 시뮬레이션은 지연을 나타내는 위상 표현의 생성 또는 등가적으로 식 2에서 볼 수 있는 바와 같이, 비트 주파수(f b )의 생성을 필요로 한다.
Figure 112017042924362-pct00002
순간 위상/주파수는 식 3 및 식 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 타겟 시나리오 생성기의 RF 부분의 레이더 후방으로부터 수신된 신호와 혼합되는 동위상 성분 I(t) 및 직교 성분 Q(t)에 해당한다:
Figure 112017042924362-pct00003
여기서,
Figure 112017042924362-pct00004
속도(v)를 갖는 이동하는 타겟에 대해, 송신된 신호의 지연 및 주파수 편이 버전이 모두 레이더로 돌아갈 수 있다. 도 7은 이동하는 타겟에 대한 FMCW 레이더를 갖는 스위프를 도시한다. 레이더 수신기에 보이는 두 개의 비트 주파수 f b1 및 f b2 는 타겟 속도 및 거리 정보를 포함한다. 이들은 방정식 5 및 6을 사용하여 추출될 수 있다:
Figure 112017042924362-pct00005
및
Figure 112017042924362-pct00006
λ는 레이더 신호 파장이고,
Figure 112017042924362-pct00007
이다. 이 경우, 순간 주파수 또는 동 위상 및 직교 신호는 교대 비트 주파수와 일치하도록 생성되어야 한다.
선형 동작 모델:
선형 동작 모델의 예가 도 8에 도시되어 있다.
레이더 전방에서 직선 경로를 따라 이동하는 타겟의 시나리오는 자동차 분야에서 매우 일반적일 수 있다. 이 타겟에 의한 레이더 신호의 위상 변화는 시간의 함수이다. 레이더 수신기에서 복조된 신호의 순간 주파수는, 또한 각 위치에서 레이더가 상이한 속도와 타겟으로부터의 거리를 관찰하기 때문에 변한다. 도 8에서, 동작은 평면 좌표계로 도시되며, 여기서 라인 상의 각 포인트는 x 및 y 좌표로 제공될 수 있다. 타겟이 이동함에 따라 좌표는 시간, 즉 z(t) 및 y(t)에 따라 변한다. 따라서, 순간 주파수는 식 7에 따른 반지름 방향 속도 v r (t) 및 거리 R(t)에 의해 시간 경과에 따라 변한다.
Figure 112017042924362-pct00008
여기서 β는 z축과 선형 경로 사이의 각도이고, R(t)는 식 8에 의해 기술된다:
Figure 112017042924362-pct00009
순간 주파수는 식 9 및 10에 따라 반지름 방향 속도 및 거리에 의해 시간 경과에 따라 변하고,
Figure 112017042924362-pct00010
및
Figure 112017042924362-pct00011
임의 동작 모델:
도 9는 임의의 경로를 따라 이동하는 타겟에 대한 동작 모델의 예를 도시한다.
임의의 경로 상에서 이동하는 포인트 타겟(point target; PT)의 시그니처는 식 11에 의해 기술되며,
Figure 112017042924362-pct00012
선형 동작과 유사하게 얻어질 수 있다. 임의의 순간에서, 타겟의 속도 v r (t) 및 거리 R(t)의 레이더 관찰이 계산되고, 대응하는 순간 위상은 식 12에 기초하여 알 수 있다.
Figure 112017042924362-pct00013
여기서
Figure 112017042924362-pct00014
는 임의의 시점에서의 타겟 속도의 벡터이고, u는 식 13에 기술된 바와 같이 시간(t)에서 타겟의 위치에 레이더를 연결하는 선의 방향을 특정하는 단위 벡터이다.
Figure 112017042924362-pct00015
테스트 대상 레이더의 매개변수:
FMCW 레이더 스위프 매개변수, 즉 대역폭, 스위프 길이, 형상 및 VUT 상의 레이더 동작 주파수는 신호 생성 단계에서 순간 위상을 추정하는데 필수적이다. 이는 도 4의 레이더 매개변수 입력(126)에 의해 도시된다. 이는, 타겟 시나리오 생성기가 이러한 사양에 따라, 또는 테스트 대상 레이더에 따라 설계되어야 하기 때문이다. 그러나, 타겟 시나리오 생성의 주요 단계는 레이더 사양과 무관하며 신호 생성 단계(124)에서만 레이더 사양이 본 방법에 영향을 준다.
또 다른 요점은, 레이더가 측정을 하거나 테스트되고 있는 동안 FMCW 레이더 스위프 매개변수가 변하면 타겟 시나리오 생성기가 이러한 매개변수를 다시 획득하고 그에 따라 적응할 수 있는 기능을 가지고 있다는 것이다. 이를 위해, 전술한 바와 같이 동기화가 필요하고, 이는 동기화 서브 시스템에 의해 수행된다. 서브 시스템은 레이더 송신기(들)로부터의 신호를 관찰하고 스위프 매개변수에 대해 분석하는 독립 레이더 수신기를 포함한다. 이 분석의 출력은 동기화가 필요할 때 타겟 시나리오 생성 송신기를 테스트 대상 레이더와 동기화시키기 위해 도 4의 신호 생성 블록(124)에 적용되는 트리거이다.
2차 및 추가 반사:
레이더에 의해 송신된 전자파는 또한 하나 이상의 추가 반사 표면에 이른 후, 간접적으로 다시 반사될 수 있다. 24GHz 및 77GHz 주파수에서 레이더 신호의 흡수는 상당히 높다. 일반적으로 레이더 수신 신호에는 2차 반사 이상이 나타나지 않는다.
2차 반사는 1차 반사와 비교하여 낮은 수준의 전력을 가지며 비가시선 경로의 이동 때문에 장거리에서 오류 타겟을 나타낸다.
결과적으로 2차 반사를 고려하는 것은 장거리에서 적은 전력으로 타겟을 에뮬레이션하는 것과 동일하다. 1차 반사에 대한 접근법과 유사하게, 시나리오 생성 후에 어떤 반사 포인트와 어떤 경로가 2차 반사를 일으키는지 식별되어야 한다. 이 단계에서 거리는 대응하는 순간 위상을 찾기 위해 포인트-타겟 모델에 의해 사용되도록 계산될 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 분석 타겟 생성에 사용된 다양한 경우의 타겟 이동을 개략적으로 도시한다. 이는 도 8 및 도 9와 관련하여 위에서 설명한 계산의 단순화된 버전이다.
분석 타겟 생성에서, 타겟 이동의 1차 시나리오는 레이더 전방의 직선 경로를 따른 이동이다. 이는 아마 자동차 어플리케이션에서 가장 일반적인 경우 중 하나이다. 도 10a는 차량(32) 전방의 도로(31)를 가로지르는 두 보행자(29,30)를 도시한다. 제1 보행자(29)는 도로(31)의 방향에 직각인 직선으로 도로(31)와 교차한다. 제2 보행자(30)는 도로(31)의 방향에 대한 각도로 기울어진 선에서 도로(31)와 교차한다. 제2 레이더(2)는 보행자(29, 30)를 검출하기 위해 사용된다.
도 10b는 선형 경로를 따라, 예를 들어 도로(31)의 차선을 따라 이동하는 두 개의 차량(32, 33)을 도시한다. 대부분의 이동 트래픽 시나리오에서, 차량은 차량의 전방 레이더쪽으로 또는 그로부터 떨어져서 선형 경로를 따라 이동한다. 좁은 빔을 갖는 제1 레이더(1)는 고속으로 이동하는 제2 차량(33)을 검출하는 데 사용된다. 이 시나리오는 예를 들어 적응형 주행 제어(ACC)의 사용을 나타낼 수 있다.
도 10c는 후방 레이더에 의한 이동 물체의 검출을 도시한다. 이 시나리오는 예를 들어 주차 공간(34)으로부터 지지되는 차량(32)을 나타낼 수 있다. 도 10c에서, 보행자(35)는 차량(32) 뒤에서 움직인다. 동시에, 제2 차량(33)은 제1 차량(32) 뒤에서 이동한다. 후방 레이더는 일반적으로 레이더의 배치로 인해 레이더 빔의 방향에 대한 각도로 경사진 직선을 따라 이동하는 트래픽을 검출한다.
도 10a 내지 도 10c와 관련하여 기술된 경우의 가상 타겟의 생성을 위해, 원하는 타겟으로부터 레이더가 수신하는 것을 계산할 필요가 있다. 이는 아래에 더 자세히 설명되어 있다.
도 11a 및 11b는 타겟의 다양한 경로와 레이더(36)에 대한 그 변위를 도시한다. 이는 도 8 및 도 9와 관련하여 상기 계산의 단순화된 버전이다.
연속파(CW) 레이더의 단순화된 상태에서, 레이더는 다음과 같은 형태로 주파수
Figure 112017042924362-pct00016
의 모노톤 신호
Figure 112017042924362-pct00017
를 송신한다:
Figure 112017042924362-pct00018
또한 초기 거리(d)에서 타겟에 대해 상이한 직선 경로 이동을 가정하면 각 경우에 이동하는 타겟은 레이더로부터 송신된 신호로 위상 편이(
Figure 112017042924362-pct00019
)를 발생시킨다. 따라서, 타겟으로부터의 반환 신호
Figure 112017042924362-pct00020
는 다음의 형태를 갖는다:
Figure 112017042924362-pct00021
위상 편이,
Figure 112017042924362-pct00022
는 레이더로부터의 반지름 방향 변위 (Δd)에 의존하고, 다음과 같다.
Figure 112017042924362-pct00023
여기서 λ는 레이더 신호 파장이고,
Figure 112017042924362-pct00024
이며, 도 10a-10c의 각 경우의 타겟에 대해 반지름 방향의 변위가 계산될 수 있다.
도 11a는 레이더의 전방에서의 수직 이동을 도시한다. 변위 Δd는 다음과 같이 계산된다.
Figure 112017042924362-pct00025
여기서 d는 레이더로부터의 초기 거리이고, x(t)는 도 11a에서 볼 수 있는 바와 같이 초기 지점을 기준으로 한 시간(t)에서의 타겟의 위치다. 타겟이 일정한 가속도(a) 또는 일정한 속도(v)로 이동할 때, 다음을 갖는다:
Figure 112017042924362-pct00026
도 11b는 레이더의 가시선과 관련하여 β의 기울기를 갖는 선형 운동의 경우를 도시한다. 변위(Δd)는 다음과 같이 계산된다.
Figure 112017042924362-pct00027
레이더를 향해 또는 레이더로부터 떨어진 반지름 방향의 이동 경우, 다음을 갖는다:
Figure 112017042924362-pct00028
타겟은 짧은 시간의 관측 시간 동안 일정한 속도 또는 일정한 가속도를 가지고 있다고 가정한다.
다운 컨버전 후, 반환된 신호는 다음과 같은 형태일 수 있다:
Figure 112017042924362-pct00029
도 1에서 각 이동 패턴에 대한 신호의 생성과 테스트 대상 차량의 레이더 시스템에 재생하는 것은 레이더에 의한 대응하는 상황에서 가상 타겟의 관찰과 동일하다.
본 발명의 다른 예시의 실시예는 타겟(들)의 각도를 검출하기 위한 레이더의 어플리케이션이다. 전술한 바와 같이 타겟 시나리오 생성기를 사용함으로써, VUT에 대한 각도 정보가 표시될 수 있다.
레이더는 두 가지 방법을 사용하여 각도 정보를 얻을 수 있다:
-(기계적 또는 전자적) 단일 빔 안테나 스티어링,
-멀티 빔 안테나 사용.
두 종류의 레이더에 대한 타겟 시나리오 신호 생성이 여기에 설명된다.
단일 스티어링 빔 레이더:
가장 일반적인 경우에서, 레이더의 안테나는 단일 빔을 갖는다. 이 빔은 송신기 또는 수신기 또는 모두에 관련될 수 있으며 기계적으로 또는 전자적으로 스티어링되어 전체 검출 범위가 측정 사이클 내에서 스캔된다. 각 스티어링 각에서, 레이더는 타겟의 위치에서 레이더 빔의 강도에 의존하는 진폭 및 위상을 감지한다. 타겟은 레이더가 가장 강력한 신호를 수신하는 각도에서 검출될 것이다.
예를 들어, 상이한 방향을 스캔하는 단일 빔 레이더와 포인트 타겟을 고려한다. 이는 도 12a와 12b에 도시된다. 도 12a는 송신기(Tx)를 갖는 테스트 대상 레이더(radar under test; RUT)를 포함한다. 레이더는 점선에 의해 도시된 바와 같이 FoV를 가진다. 레이더 빔은 4개의 상이한 위치 P1-P4 사이에서 이동되는 것으로 도시되어 있다. 포인트 타겟(150)은 레이더의 검출 범위 내에 존재한다.
레이더 빔이 P1 또는 P3 위치에 있을 때, P2 위치에 있을 때와 비교하여 레이더는 낮은 전력을 수신한다. 위치(P2)에서, 타겟은 레이더 빔의 피크로 조명되고 반사된 신호는 더 강하다. 위치(P4)에서, 레이더는 안테나 사이드 로브를 통해 타겟으로부터 매우 약한 신호를 수신한다.
도 12b는 단일 스티어링 빔 안테나를 갖는 VUT의 전방에 위치된 타겟 시나리오 생성기(160)의 안테나 빔(점선)을 도시한다. VUT 상에 위치한 단일 스티어링 빔 안테나의 상이한 위치(P1, P2 ... Pn)는 전체 라인으로 표시된다. 차량은 시야(170)를 갖는다.
단일 스티어링 빔 레이더에 대한 타겟 시뮬레이션:
타겟 시나리오 생성기를 사용하여 테스트 대상 단일 빔 레이더에 대한 타겟의 각 위치의 감지를 생성하기 위해, 각 스티어링 각도에서 타겟에 해당하는 동일한 진폭과 위상을 재생할 필요가 있다. 따라서 신호 생성은 각 스티어링 각에 대해 업데이트된다.
여기에 몇 가지 가정이 필요하다:
-임의의 순간에 레이더 빔의 각 위치가 알려져야 하고,
-패턴, 빔 폭, 스티어링 단계 및 검출 범위를 포함하는 레이더 안테나 정보가 알려져야 하며,
-타겟 시나리오 생성기의 RF 프론트 엔드는 송신을 위해 단일 광폭 빔을 가지며, VUT 가까이에 위치하여 전체 검출 범위에서 레이더의 스캐닝 빔을 커버할 수 있다.
하기의 스캐닝 빔 위치:
레이더 빔의 각 위치는 전술한 동기화 서브 시스템(208)을 통해 획득될 것이다. 그렇게 하기 위해, 시스템(208) 내의 수신 안테나(210)는 레이더 신호를 청취하고, 수신된 신호 전력, 즉 하나의 완전 스캔의 사이클에서 두 개의 피크 사이의 시간 간격을 측정한다. 이와 빔 폭, 스티어링 단계를 사용하고, 범위 정보를 검출하여; 스티어링의 타이밍을 발견하고 신호 발생을 스캐닝 빔의 위치와 동기화시키는 것이 가능하다.
멀티 빔:
각도 정보를 얻는 한 가지 접근법은 모노펄스 레이더를 사용하는 것으로-레이더는
Figure 112017042924362-pct00030
거리에 배치되고, 하나의 송신 안테나와 두 개의 수신 안테나를 갖고, 빔은 약간 상이한 방향에 있다. A1과 A2의 진폭을 갖는 두 안테나로부터 수신된 신호는 가산되고(A Σ ) 감산된다(A Δ ). 식 22에 기초하여, 타겟의 각 위치(θ)는 합 신호 및 차 신호(A Σ 및 A Δ )의 진폭비를 이용하여 계산된다.
Figure 112017042924362-pct00031
모노펄스 레이더의 타겟 시뮬레이션:
도 13을 참고하면, 모노펄스 레이더에 대한 특정 각 위치에서 타겟을 시뮬 레이팅하기 위해, 타겟 시나리오 생성기의 RF 프론트 엔드에서 두 개의 송신 안테나가 요구된다. 도 13은 모노펄스 레이더에 대한 각도 정보의 시뮬레이션을 위한 안테나 장치(300)를 도시한다. 장치(300)는 전압 제어 발진기(304), RUT 송신 안테나(306), 제1 RUT 수신 안테나(308) 및 제2 RUT 수신 안테나(310)를 포함하는, 테스트 대상 레이더(RUT)(302)를 포함한다. 장치는 TSG 수신 안테나(314), 제1 TSG 송신 안테나(316) 및 제2 TSG 송신 안테나(318)를 포함하는 타겟 시나리오 생성기(TSG)(312)를 추가로 포함한다.
이들 안테나로부터 송신된 신호의 진폭은 A1 및 A2에 비례하여, 레이더 측에서는 각 시점에서 기대되는 각 위치가 얻어진다.
사이드 로브 :
레이더 안테나의 사이드 로브는 경우에 따라 수신된 레이더 신호에 현저하게 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 레이더 신호의 주 로브가 임의의 상당한 반사를 관측하지 않거나, 아주 먼 거리의 타겟을 관측하지 않는 경우, 안테나 사이드 로브의 근방에 가까운 주요 레이더 반사기가 있는 경우, 레이더 신호는 사이드 로브로부터 수신된 반사에 의해 더 영향을 받을 수 있다.
타겟 시나리오 생성기에서 이러한 효과를 시뮬레이트하기 위해, 테스트 대상 레이더의 주요 빔에 오류 타겟이 있을 때 상황을 에뮬레이션할 필요가 있다. 전술한 신호 생성 기술에 따라, 오류 타겟을 고려하여 시나리오를 위한 신호 생성 처리가 수행될 수 있다.
시나리오의 결합
상술한 바와 같이, 시나리오 생성을 위해, 두 가지 방법: 분석 및 기록 및 재생이 사용된다.
때로는 분석 엔진으로부터 생성된 시나리오를 기록된 데이터베이스의 요소와 결합하는 것이 실용적이다. 새로운 결합 시나리오의 타겟 시나리오 시그니처를 얻기 위해, 분석 신호 생성 단계에서 관련 반사 포인트가 다시 식별될 필요가 있다. 이는, 기록된 라이브러리가 타겟 및/또는 시나리오에 대한 완전한 지식이 있는 통제된 조건 하에서 생성되기 때문에 가능하다.
예를 들어, 분석 라이브러리에서 그래픽으로 시뮬레이트된 배경과 결합된 기록된 차량을 고려해본다. 시뮬레이트된 배경에서 기록된 차량의 위치 정보를 사용하여, 차량에 의해 가려질 수 있고, 신호 생성 계산이 제거되어야만 하는, 배경 환경에서의 반사 포인트가 결정될 수 있다.
분석 시그니처와 기록된 시그니처의 결합에 대한 다른 고려 사항은 분석 엔진의 가중 신호와 기록된 신호를 적용하여 적절한 레벨과 신호 합계에 도달하는 것이다.
청구 범위에서 언급된 참조 부호는 청구 범위에 의해 보호되는 대상의 범위를 제한하는 것으로 보여서는 안 되며, 유일한 기능은 청구항들을 보다 쉽게 이해하는 것이다.
실현될 바와 같이, 본 발명은 첨부된 청구 범위의 범주를 모두 벗어나지 않으면서 다양하고 명백한 관점에서 변형될 수 있다. 관련 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처의 생성이 특정 시나리오에서 적어도 하나의 타겟에 대응하는 추가의 유용한 어플리케이션이 본 발명의 범위 내에서 가능하다. 따라서, 도면 및 설명은 본질적으로 예시적인 것으로 간주되고, 제한적이지 않은 것으로 간주된다.

Claims (36)

  1. 특정 자동차 안전 시나리오를 위한 자동차 레이더 시스템의 응답 테스트 및 평가 방법으로, 상기 방법은,
    -하드웨어 인 더 루프 설정에서 적어도 하나의 자동차 레이더(1,2,3,4)를 배치하는 단계;
    -특정 가상 시나리오에서 적어도 하나의 가상 타겟에 대응하는 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처를 생성하는 단계;
    -적어도 하나의 자동차 레이더(1,2,3,4)에 의해 상기 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처를 수신하는 단계;
    -상기 자동차 레이더 시스템으로부터의 출력을 상기 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처에 기초한 기대 출력과 비교함으로써, 상기 자동차 레이더 시스템의 응답을 평가하는 단계,
    -속도의 오차, 거리의 오차, 적어도 하나의 타겟의 오검출 및 오경보 중 하나 이상을 디스플레이하는 단계를 포함하고,
    특정 가상 시나리오에서 적어도 하나의 가상 타겟에 대응하는 상기 생성된 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처는,
    -특정 실제 시나리오에서 적어도 하나의 실제 타겟으로부터 미리-기록된 실제 반사 레이더 시그니처,
    -특정 가상 시나리오에서 적어도 하나의 가상 타겟으로부터 레이더 타겟 시그니처의 분석 표현
    중에서 하나 이상으로부터 생성되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 특정 가상 시나리오는,
    -적어도 하나의 가상 타겟,
    -클러터,
    -가상 환경 시나리오 조건들,
    -가상 트래픽 시나리오 조건들 중 하나 이상을 포함하는, 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 가상 타겟 및 상기 가상 시나리오는 그래픽 사용자 인터페이스(11)를 통해 선택되는, 방법.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    특정 실제 시나리오에서 실제 타겟으로부터의 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처는 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처 데이터베이스(7, 8, 9)에 액세스함으로써 처리 유닛(10)에 의해 생성되는, 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처 데이터베이스(7,8,9)는 레이더 기록 시스템(5)으로 실제 반사된 레이더 신호를 기록함으로써 생성되고, 상기 레이더 기록 시스템(5)은 실제 타겟 데이터, 실제 클러터 데이터 및 실제 환경 시나리오 조건 및 트래픽 시나리오 조건을 기록하고, 각각의 타겟 데이터 데이터베이스(7), 클러터 데이터 데이터베이스(8) 및 시나리오 조건 데이터베이스(9)에 각각의 데이터를 저장하는, 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 분석 표현은 특정 가상 시나리오의 가상 타겟의 가상 타겟 매개변수 및 특정 가상 시나리오의 가상 시나리오 매개변수에 기초한, 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 가상 타겟 매개변수는,
    -보행자, 자전거 운전자, 자동차, 트럭, 동물, 오토바이, 건설 차량, 도로 표지판, 도로 장애물을 포함하는 타겟의 유형,
    -타겟 속도, 거리, 각도 또는 이동 궤적,
    -레이더 빔에 의한 타겟의 부분적 커버리지의 경우를 포함하는 타겟 레이더 단면적(RCS) 및 시간 경과에 따른 RCS의 변화 중 하나 이상인, 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 가상 시나리오 매개변수는
    -가상 환경 시나리오 조건들,
    -가상 트래픽 시나리오 조건들 중 하나 이상인, 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 가상 환경 시나리오 조건들은,
    -지리 맵,
    -가상 환경의 고정된 객체,
    -기상 조건 중 하나 이상인, 방법.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 방법은,
    -상기 특정 가상 시나리오의 모든 물리적 요소에 대한 레이더 광선을 반사하기 위한 3차원 그래픽 모델과 포인트 클라우드를 제공하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    연장된 객체 시그니처가 포인트 클라우드에서 포인트 타겟의 레이더 시그니처를 집합함으로써 생성되는, 방법.
  12. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 방법은,
    -테스트 대상 차량의 결정 입력(120)에 기초하여 가상 시나리오 매개변수를 연속적으로 업데이트하는 단계를 포함하는, 방법.
  13. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 방법은,
    -임의의 궤적을 따라 이동하는 타겟에 대한 순간 진폭과 순간 위상을 포함하는 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제6항 또는 제7항에 있어서,
    상기 방법은,
    -2차 반사를 일으키는 반사 포인트와 경로 식별을 포함하는, 방법.
  15. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처는 가상 타겟 매개변수의 사양, 가상 시나리오 리스트 및 가상 시나리오 조건에 기초하여 랜덤으로 선택되는, 방법.
  16. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처는 전체 연속파를 포함하는, 방법.
  17. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방법은,
    -레이더 매개변수의 변화를 기반으로 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처를 조정하는 것을 포함하는, 방법.
  18. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방법은,
    -가상 타겟의 각 위치를 반사하는 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  19. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방법은,
    -단일 스티어링 빔 레이더에 대한 적어도 하나의 가상 타겟에 대응하는 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  20. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방법은,
    -레이더 반사가 테스트 대상 레이더의 사이드 로브에 존재하는 시나리오를 생성하는 단계를 포함하는, 방법.
  21. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 방법은,
    -미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처와 레이더 타겟 시그니처의 분석 표현 모두로부터 가상 시그니처를 결합하는 단계를 포함하는, 방법.
  22. 특정 자동차 안전 시나리오를 위한 자동차 레이더 시스템(18)의 응답 테스트 및 평가 시스템으로, 상기 시스템은,
    -상기 하드웨어 인 더 루프 설정에서 적어도 하나의 자동차 레이더(1,2,3,4),
    -적어도 하나의 자동차 레이더(1,2,3,4)에 연결된 전자 컴퓨터 유닛(20),
    -상기 자동차 레이더 시스템(18)의 성능을 평가하기 위한 평가 모듈(21),
    -그래픽 사용자 인터페이스(11),
    -특정 가상 시나리오에서 적어도 하나의 가상 타겟에 대응하는 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처를 생성하도록 배치된 레이더 프론트 엔드(16)를 포함하고,
    특정 가상 시나리오에서 적어도 하나의 가상 타겟에 대응하는 상기 생성된 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처는,
    -특정 실제 시나리오에서 적어도 하나의 실제 타겟으로부터 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처,
    -특정 가상 시나리오에서 적어도 하나의 가상 타겟으로부터 레이더 타겟 시그니처의 분석 표현
    중에서 하나 이상으로부터 생성되는, 시스템.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 레이더 프론트 엔드(16)는 VUT 상에 테스트 대상 레이더로부터 신호를 수신하도록 배치된 제1 수신 안테나(200), 증폭기(202), 타겟 시나리오 레이더 시그니처를 부가하도록 배치된 혼합기(204) 및 VUT에 대한 시뮬레이트된 반사 레이더 신호를 송신하도록 배치된 송신 안테나(206)를 포함하는, 시스템.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 레이더 프론트 엔드(16)는 레이더 매개변수의 변화를 검출하기 위해 VUT로부터의 레이더 신호를 수신하도록 배치된 제2 수신 안테나를 포함하는 동기화 서브 시스템(208)를 추가로 포함하는, 시스템.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 단일 스티어링 빔 레이더 및/또는 모노펄스 레이더에 대한 각도 정보를 갖는 가상 타겟을 시뮬레이트하도록 배치된 레이더 프론트 엔드(16)를 포함하는, 시스템.
  26. 제25항에 있어서,
    단일 스티어링 빔 레이더에 대한 각도 정보를 갖는 가상 타겟을 시뮬레이트하도록 배치된 레이더 프론트 엔드(16)는 동기화 서브 시스템(208)을 포함하는 레이더 프론트 엔드(16)인, 시스템.
  27. 제25항에 있어서,
    상기 레이더 프론트 엔드(16)는 TSG 수신 안테나(314), 제1 TSG 송신 안테나(316) 및 제2 TSG 송신 안테나(318)를 포함하는 타겟 시나리오 생성기(TSG)(312)를 포함하는 모노펄스 레이더에 대한 각도 정보를 갖는 가상 타겟을 시뮬레이트하도록 배치된, 시스템.
  28. 제22항에 있어서,
    상기 특정 가상 시나리오는,
    -적어도 하나의 가상 타겟,
    -클러터,
    -가상 환경 시나리오 조건들
    -가상 트래픽 시나리오 조건들 중 하나 이상을 포함하는, 시스템.
  29. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    특정 실제 시나리오에서 실제 타겟으로부터 상기 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처는 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처 데이터베이스에 액세스함으로써 처리 유닛에 의해 생성되는, 시스템.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처 데이터베이스는 레이더 기록 시스템(5)을 갖는 실제 반사 레이더 신호를 기록함으로써 생성되고, 상기 레이더 기록 시스템(5)은 실제 타겟 데이터, 실제 클러터 데이터 및 실제 환경 시나리오 조건들 및 트래픽 시나리오 조건들을 기록하고, 각각의 타겟 데이터 데이터베이스(7), 클러터 데이터 데이터베이스(8) 및 시나리오 조건들 데이터베이스(9)에서 각 데이터를 저장하는, 시스템.
  31. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분석 표현은 특정 가상 시나리오에서 가상 타겟의 가상 타겟 매개변수 및 특정 가상 시나리오의 가상 시나리오 매개변수에 기초한, 시스템.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 타겟 매개변수는,
    -보행자, 자전거 운전자, 자동차, 트럭, 동물, 오토바이, 건설 차량, 도로 표지판, 도로 장애물을 포함하는 타겟의 유형,
    -타겟 속도, 거리, 각도 또는 이동 궤적,
    -레이더 빔에 의한 타겟의 부분적 커버리지의 경우를 포함하는 타겟 레이더 단면적(RCS) 및 시간 경과에 따른 RCS의 변화 중 하나 이상인, 시스템.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 가상 시나리오 매개변수는,
    -가상 환경 시나리오 조건들,
    -가상 트래픽 시나리오 조건들 중 하나 이상인, 시스템.
  34. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처는 가상 타겟 매개변수 사양, 가상 시나리오 리스트 및 가상 시나리오 조건들에 기초하여 랜덤으로 선택되는, 시스템.
  35. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시뮬레이트된 반사 레이더 시그니처는 전체 연속파를 포함하는, 시스템.
  36. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 시스템은 미리 기록된 실제 반사 레이더 시그니처 및 레이더 타겟 시그니처의 분석 표현 모두로부터의 가상 시그니처들을 결합하도록 배치되는, 시스템.
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