KR20140088683A

KR20140088683A - 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체

Info

Publication number: KR20140088683A
Application number: KR20130000493A
Authority: KR
Inventors: 이재은
Original assignee: 주식회사 만도
Priority date: 2013-01-03
Filing date: 2013-01-03
Publication date: 2014-07-11

Abstract

본 발명은 차량 등에 설치되어 차량 간의 거리, 각도 등을 측정하기 위한 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치에 관한 것으로서, 특히 차량의 전면에 설치된 안테나를 통해 신호를 발생시키고, 발생된 신호의 반사 파형을 수신함으로써 타깃 차량과의 각도를 측정하기 위한 물체 감지 장치에 있어서, 전방 탐지를 위한 레이더 신호를 방사하기 위한 송신용 배열 안테나; 상기 송신용 배열 안테나에서 방사되는 레이더 신호가 반사되어 돌아오는 레이더 신호를 수신하기 위한 수신용 배열 안테나; 상기 수신된 신호를 신호 처리하여 상관 매트릭스를 산출하는 신호 분석부; 상기 신호 분석부에서 산출된 상관 매트릭스를 저장하는 데이터 저장부; 상기 신호 분석부에 의해 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 데이터 저장부에 저장된 적어도 하나의 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 연산하여 보정된 상관 매트릭스를 산출하는 결과 재사용부; 및 상기 결과 재사용부에서 산출된 보정된 상관 매트릭스에 의해 타깃 차량과의 각도를 추정하는 각도 추정부;를 포함한다.

Description

차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체{APPARATUS, METHOD AND COMPUTER READABLE RECORDING MEDIUM FOR DETECTING AN OBJECT USING AN AUTOMOTIVE RADAR}

본 발명은 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 차량 등에 설치되어 차량 간의 거리, 각도 등을 측정하기 위한 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 관한 것이다.

최근 주변에 있는 물체를 감지하기 위한 레이더 장치를 이용하여 차량을 제어하는 차량 제어 시스템이 많이 개발되고 있다. 이러한 차량 제어 시스템이 정확한 차량 제어를 수행하기 위해서는 레이더 장치에 의한 정확한 물체 감지가 필수적이다.

한편, 레이더(Radar)에서 각도 정확도는 안정적인 감지 성능을 위해 매우 중요하다. 레이더는 특정 주기를 가지고 동작하는데 한 주기(scan)마다 거리, 속도, 각도를 추출하여 대상(타깃; target)을 감지하는데 터널이나 가드레일 등 도로 환경이 복잡해지면 다중 경로(multi-path)에 의해 각도 정보가 왜곡되거나 다른 물체에 의한 신호의 주파수와 겹쳐 각도 정보가 실제 대상의 각도와 달라질 수 있다.

도 1은 종래의 레이더 장치(100)에 대한 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 레이더 장치(100)는, 송신주기마다 송신신호를 송신하되, 가용주파수 대역 내에서 송신주기별 송신주파수 대역을 가변하면서 송신신호를 송신하는 신호 송신부(110), 송신된 송신신호가 주변에서 반사된 신호를 수신하는 신호 수신부(120), 수신된 신호를 필터에 통과시켜 간섭신호를 제거하는 간섭신호 제거부(130) 및 수신된 신호에서 간섭신호가 제거된 수신신호를 토대로 타깃(대상) 물체를 감지하는 타깃 물체 감지부(140) 등을 포함한다.

신호 수신부(120)에 의해 수신된 신호에 포함되어 필터에 의해 제거되는 간섭신호는, 일 예로서, 주변 레이더 장치에서 송신된 송신신호일 수 있다. 전술한 신호 송신부(110)는 적어도 하나 이상의 송신주기에서의 송신주파수 대역이 간섭신호에 대한 주파수 대역과는 달라지도록 가용주파수 대역 내에서 송신주기별 송신주파수 대역을 가변해야 한다. 전술한 신호 송신부(110)는 가용주파수 대역 내에서 송신주기별 송신주파수 대역을 정해진 송신주파수 대역 변경 순서정보에 따라 가변하거나 랜덤 하게 가변할 수 있다.

도 2는 이러한 레이더 장치(200)를 이용하여 타깃 물체(200)를 감지하는 예시도이다. 도 2를 참조하면, 해당 차량에 장착된 레이더 장치(200)는 송신주기마다 가변되는 송신주파수 대역을 통해 송신 신호를 송신하고, 주변에서 반사된 신호로부터 간섭신호를 제거하고 트래킹 처리를 수행하여 실제 물체인 타깃 물체(200)에서 반사된 수신신호를 얻어내고 이를 이용하여 타깃 물체(200)를 감지한다. 이 과정에서, 타깃 물체(200)의 거리 및 속도 등을 알아낼 수 있다.

도 6은 상기 도 1과 같은 종래의 레이더 장치(100)가 제공하는 타깃 물체 감지 방법에 대한 흐름도이다. 도 6을 참조하면, 타깃 물체 감지 방법은, 송신주기마다 송신신호를 송신하되, 가용주파수 대역 내에서 송신주기별 송신주파수 대역을 가변하면서 송신신호를 송신하는 단계(S600), 송신된 송신 신호가 주변에서 반사된 신호를 수신하는 단계(S602), 수신된 신호를 필터에 통과시켜 간섭신호를 제거하는 단계(S604) 및 수신된 신호에서 간섭신호가 제거된 수신신호를 토대로 타깃 물체를 감지하는 단계(S606) 등을 포함한다.

한편, 상기 레이더 장치에서 송신하는 신호로서 FMCW(Frequency Modulated Continuous-wave) 신호를 사용할 경우, 상기 FMCW 신호는 일반적으로 업 쳐프(up-chirp)와 다운 쳐프(down-chirp)의 조합으로 이루어지는데, 도로 환경에 따라 상기 업 쳐프 또는 다운 쳐프의 각도 정보가 실제와 다르거나, 한쪽이 정확히 나온다고 하더라도 업 쳐프와 다운 쳐프의 각도 정보가 페어링(pairing) 되지 않아 실제 타깃의 거리, 속도 추출이 어렵다.

또한, 업/다운 쳐프 모두 각도가 왜곡되는 경우가 발생하면 타깃의 각도가 각 스캔마다 크게 변해 타깃이 드롭(drop)되는 경우가 발생한다.

예컨대, 도 3에서와 같이 각각의 특정 스캔에서 FMCW 변조가 된 신호가 송신되면 타깃에 의해 반사된 신호가 수신되고, 도 4와 같은 신호 간의 주파수 차이를 인식(acquisition)하여 FFT(Fast Fourier Transform) 등의 신호처리를 하면, 업/다운 쳐프 각각에 대해 도 5a 및 도 5b와 같이 주파수 영역(domain)에서 피크(peak)가 생기게 된다.

이때, 피크가 있는 주파수 영역에서 빔포밍(beamforming) 알고리즘을 통해 각도를 추출하는데 각 스캔에 해당하는 신호 피크에서 각 안테나 채널별 신호를 이용하여 상관 매트릭스(correalation matrix)를 생성하고 각도를 추출한다.

이 경우, 현재 각도를 추출하는 신호 자체가 다중 경로(multi-path)이거나 안테나 빔 분해도(beam resolution) 부족 등의 문제로 인해 해당 타깃의 각도 정보가 부정확해질 수 있는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 상기의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 차량 등에 설치되어 차량 간의 거리, 각도 등을 측정하기 위한 차량용 레이더에서 이전 시간에 스캔한 데이터를 재사용함으로써 각도 측정에 대한 오류를 줄일 수 있는 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공함에 있다.

따라서, 본 발명은 안테나에서 수신된 수신 신호에서 현재 스캔에 대해 각도를 추출할 때 상관 매트릭스(correlation matrix)를 이전 스캔값과의 평균 값으로 결정함으로써 각도 측정에 대한 오류를 줄일 수 있는 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치, 방법 및 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하고, 후술하는 본 발명의 특유의 효과를 달성하기 위한, 본 발명의 특징적인 구성은 하기와 같다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치는, 차량의 전면에 설치된 안테나를 통해 신호를 발생시키고, 발생된 신호의 반사 파형을 수신함으로써 타깃 차량과의 각도를 측정하기 위한 물체 감지 장치에 있어서, 전방 탐지를 위한 레이더 신호를 방사하기 위한 송신용 배열 안테나; 상기 송신용 배열 안테나에서 방사되는 레이더 신호가 반사되어 돌아오는 레이더 신호를 수신하기 위한 수신용 배열 안테나; 상기 수신된 신호를 신호 처리하여 상관 매트릭스를 산출하는 신호 분석부; 상기 신호 분석부에서 산출된 상관 매트릭스를 저장하는 데이터 저장부; 상기 신호 분석부에 의해 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 데이터 저장부에 저장된 적어도 하나의 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 연산하여 보정된 상관 매트릭스를 산출하는 결과 재사용부; 및 상기 결과 재사용부에서 산출된 보정된 상관 매트릭스에 의해 타깃 차량과의 각도를 추정하는 각도 추정부;를 포함한다.

바람직하게는, 상기 결과 재사용부는, 상기 신호 분석부에 의해 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 데이터 저장부에 저장된 적어도 하나의 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 평균함으로써 보정된 상관 매트릭스를 산출한다.

바람직하게는, 상기 결과 재사용부는, 상기 신호 분석부에 의해 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 데이터 저장부에 저장된 바로 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 평균함으로써 보정된 상관 매트릭스를 산출한다.

바람직하게는, 상기 결과 재사용부는, 상기 신호 분석부에 의해 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 데이터 저장부에 저장된 적어도 하나의 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 가중 평균함으로써 보정된 상관 매트릭스를 산출한다.

바람직하게는, 상기 신호 분석부는, 수신 신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환시키는 FFT(Fast Fourier Transform)을 수행함으로써 피크 신호를 검출하고, 상기 검출된 피크 신호로부터 상관 매트릭스를 산출한다.

바람직하게는, 상기 장치는, 상기 수신용 배열 안테나로부터 수신된 신호를 신호 처리하여 거리를 산출하는 거리 산출부;를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 장치는, 상기 수신용 배열 안테나로부터 수신된 신호를 신호 처리하여 속도를 산출하는 속도 산출부;를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 장치는, 상기 수신용 배열 안테나로부터 수신된 신호를 신호 처리하여 거리 및 속도를 산출하는 거리 및 속도 산출부;를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 장치는, 상기 거리 및 속도 산출부로부터 산출된 거리 및 속도 정보와 상기 각도 추정부로부터 추정된 각도 정보를 감지하려는 물체에 매핑시키는 페어링부;를 더 포함한다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 방법은, 차량의 전면에 설치된 안테나를 통해 신호를 발생시키고, 발생된 신호의 반사 파형을 수신함으로써 타깃 차량과의 각도를 측정하기 위한 물체 감지 방법에 있어서, 송신용 배열 안테나를 통해 전방 탐지를 위한 레이더 신호를 방사하는 단계; 상기 송신용 배열 안테나에서 방사되는 레이더 신호가 반사되어 돌아오는 레이더 신호를 수신용 배열 안테나를 통해 수신하는 단계; 상기 수신된 신호를 신호 처리하여 상관 매트릭스를 산출하는 단계; 상기 산출된 상관 매트릭스를 메모리에 저장하는 단계; 상기 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 메모리에 저장된 적어도 하나의 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 연산하여 보정된 상관 매트릭스를 산출하는 단계; 및 상기 산출된 보정된 상관 매트릭스에 의해 타깃 차량과의 각도를 추정하는 단계;를 포함한다.

바람직하게는, 상기 보정된 상관 매트릭스를 산출하는 단계는, 상기 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 메모리에 저장된 적어도 하나의 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 평균함으로써 보정된 상관 매트릭스를 산출한다.

바람직하게는, 상기 보정된 상관 매트릭스를 산출하는 단계는, 상기 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 메모리에 저장된 바로 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 평균함으로써 보정된 상관 매트릭스를 산출한다.

바람직하게는, 상기 보정된 상관 매트릭스를 산출하는 단계는, 상기 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 메모리에 저장된 적어도 하나의 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 가중 평균함으로써 보정된 상관 매트릭스를 산출한다.

바람직하게는, 상기 수신된 신호를 신호 처리하여 상관 매트릭스를 산출하는 단계는, 수신 신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환시키는 FFT(Fast Fourier Transform)을 수행함으로써 피크 신호를 검출하는 단계; 및 상기 검출된 피크 신호로부터 상관 매트릭스를 산출하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 방법은, 상기 수신용 배열 안테나로부터 수신된 신호를 신호 처리하여 거리를 산출하는 단계;를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 방법은, 상기 수신용 배열 안테나로부터 수신된 신호를 신호 처리하여 속도를 산출하는 단계;를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 방법은, 상기 수신용 배열 안테나로부터 수신된 신호를 신호 처리하여 거리 및 속도를 산출하는 단계;를 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 방법은, 상기 산출된 거리 및 속도 정보와 상기 각도 추정부로부터 추정된 각도 정보를 감지하려는 물체에 매핑시키는 단계;를 더 포함한다.

한편, 상기 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 방법을 제공받기 위한 정보는 서버 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록 매체에 저장될 수 있다. 이러한 기록 매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있도록 프로그램 및 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록매체를 포함한다. 그 예로는, 롬(Read Only Memory), 램(Random Access Memory), CD(Compact Disk), DVD(Digital Video Disk)-ROM, 자기 테이프, 플로피 디스크, 광데이터 저장장치 등이 있으며, 또한 케리어 웨이브(예를 들면, 인터넷을 통한 전송)의 형태로 구현되는 것도 포함된다. 또한, 이러한 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산 방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따르면, 안테나에서 수신된 수신 신호에서 현재 스캔에 대해 각도를 추출할 때 상관 매트릭스(correlation matrix) 계산시 이전 스캔 시의 상관 메트릭스를 반영하여 결정함으로써 에버러징(averaging)되는 효과가 생겨 주위 환경에 의해 현재 스캔의 각도 정보가 부정확해 지는 경우 각도가 급격히 변하는 것을 막아 각도 페어링(pairing)을 개선시킬 수 있고, 타깃이 드롭되는 확률을 줄일 수 있다.

도 1은 일반적인 레이더 장치에 대한 블록도이다.
도 2는 일반적인 레이더 장치를 이용하여 타깃 물체를 감지하는 예시도이다.
도 3은 본 발명에 적용되는 FMCW 신호의 송신 및 수신 신호를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3의 송신 신호 및 수신 신호 주파수의 합 및 차를 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 상기 도 4를 주파수 영역에서 나타낸 도면이다.
도 6은 일반적인 타깃 물체 감지 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치를 나타내는 블록도이다.
도 8은 본 발명에 적용되는 안테나를 통해 수신된 신호로부터 각도를 산출하는 개념을 나타내는 도면이다.
도 9는 종래의 차량용 레이더의 물체 감지 절차를 나타내는 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 절차를 나타내는 흐름도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는 적절하게 설명된다면 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

본 발명은 감지하려는 대상(타깃; target)(예컨대, 다른 차량)의 각도 정보를 추출하는 경우 종래와 같이 현재 스캔된 데이터만을 사용하여 각도를 추출하는 것이 아니라 이전 스캔 데이터를 재사용하여 현재 스캔된 데이터의 상관 매트릭스(correlation matrix)에 반영함으로써 각도 측정에 대한 오류를 줄일 수 있는 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치 및 방법을 개시한다.

예컨대, 현재 스캔이 도 3에서의 scan #2라 가정하고, 현재 스캔된 데이터로 구성된 상관 매트릭스를 R(k), 이전 스캔인 scan #1의 데이터로 구성된 상관 매트릭스는 R(k-1)이라 가정한다. 이때, 현재 스캔에서 각도를 추출할 때의 상관 매트릭스를 R(k-1)과 R(k)의 평균인 R'(k)로 정하여 각도를 추출하면 이전 스캔의 타깃의 각도 정보와 현재 스캔의 각도 정보가 평균화(averaging)되는 효과가 발생한다.

보다 구체적으로 설명하면, k 시점에서의 상관 매트릭스를 R(k)라고 하면, 상기 R(k)는 하기 <수학식 1>과 같이 각 수신 안테나로부터 수신된 신호 x_n(k)의 행 백터와 열 백터를 곱함으로써 산출될 수 있다.

이때, 상기 <수학식 1>에서 x₁(k)는 k 스캔 시점에서의 제1 안테나로부터 수신된 신호이며, x_n(k)는 k 스캔 시점에서의 제n 안테나로부터 수신된 신호를 의미한다.

한편, 상기 <수학식 1>은 연산하여, 하기 <수학식 2>와 같이 표현될 수 있다.

따라서, 상술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따라 현재 스캔 시점에서의 상관 매트릭스는 하기 <수학식 3>과 같이 산출될 수 있다.

따라서, 주위 환경에 의해 현재 스캔의 각도 정보가 부정확해 지는 경우 각도가 급격히 변하는 것을 막아 각도 페어링(pairing)을 개선시킬 수 있고, 타깃이 드롭(drop)되는 확률을 줄일 수 있다.

즉, 종래에는 현재 스캔된 데이터만을 이용하여 현재 스캔의 상관 매트릭스를 구성하였으나, 본 발명에서는 상기 <수학식 3>에서와 같이 이전 스캔된 데이터가 누적되어 이동 평균(moving average) 효과가 반영된 상관 매트릭스(correlation matrix)를 이용하여 현재 상관 매트릭스를 구성할 수도 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라 1 스캔 이전의 데이터뿐만 아니라 상황에 따라 더 이전의 스캔 데이터까지 활용하여 적용할 수도 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라 현재 스캔 데이터와 적어도 하나의 이전 스캔 데이터를 연산할 때, 각 스캔 데이터에 가중치를 부여하여 연산함으로써 현재 스캔의 상관 매트릭스를 결정할 수 있다. 예컨대, 현재 스캔과 가까울수록 가중치를 높게 설정하고, 이전 스캔으로 갈수록 가중치가 낮아지도록 설정할 수 있다. 또한, 반대로 현재 스캔과 가까울수록 가중치를 낮게 설정하고, 이전 스캔으로 갈수록 가중치가 높아지도록 설정할 수 있다.

이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치를 나타내는 블록도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 장치(100)는 RF 송신부(710), 안테나부(720), RF 수신부(730), 거리 및 속도 산출부(740), 신호 분석부(750), 결과 재사용부(760), 데이터 저장부(770), 각도 추정부(780) 및 페어링부(790)를 포함하도록 구성될 수 있다.

먼저, RF 송신부(710)는 안테나부(720)를 통해 차량 전방으로 방사하기 위한 레이더 신호를 생성한다. RF 송신부(710)는 레이더 신호의 위상 등을 제어함으로써 레이더 신호가 안테나부(720)를 통해 특정 방향으로 방사되도록 할 수 있다. 이때, 안테나부(720)는 배열 안테나로 구성됨이 바람직하다.

안테나부(720)는 송신용 배열 안테나(721) 및 수신용 배열 안테나(722)를 포함하도록 구성될 수 있다. 여기에서 송신용 배열 안테나(721)와 수신용 배열 안테나(722)는 각각 복수의 복사 소자(미도시)를 포함하도록 구성될 수 있다.

송신용 배열 안테나(721)는 전방 탐지를 위해 레이더 신호를 방사하기 위한 구성이다. 송신용 배열 안테나(721)는 다수의 채널로 구성될 수 있으며, 다수의 채널은 다수의 복사 소자들로 구성될 수 있다.

그리고, 수신용 배열 안테나(722)는 송신용 배열 안테나(721)에서 방사되는 레이더 신호가 도 2에서와 같이 전방의 타깃으로부터 반사되어 돌아오는 경우 반사되는 레이더 신호를 수신하기 위한 채널을 포함하도록 구성될 수 있다. 수신용 배열 안테나(722)도 송신용 배열 안테나(721)처럼 여러 채널로 구성될 수 있다.

RF 수신부(730)는 수신용 배열 안테나(722)를 통해 수신되는 신호를 신호 처리하도록 구성될 수 있다. 거리 및 속도 산출부(740)는 도 4 및 도 5에서와 같이 수신 신호를 FFT 처리하고 피크를 검출함으로써, 주파수 영역에서 'fr-fd' 및 'fr+fd'를 검출하고, 이를 서로 연산함으로써 타깃과의 거리 및 속도를 산출할 수 있다.

신호 분석부(750)는 RF 수신부(730)로부터 수신된 신호를 분석하여 상기 <수학식 1>에서와 같은 연산을 통해 현재 스캔한 시점에서의 상관 매트릭스(R(k))를 산출한다. 상기 산출된 상관 매트릭스는 데이터 저장부(770)에 저장한다.

이때, 본 발명의 실시예에 따라, 결과 재사용부(760)에서는 데이터 저장부(770)에 저장된 이전 스캔한 시점에서의 상관 매트릭스를 독출하여 현재 스캔한 시점에서의 상관 매트릭스와 연산한다. 예컨대, 본 발명의 실시예에 따라 바로 이전 상관 매트릭스와의 평균을 산출할 수도 있으며, 둘 이상의 이전 시점에서의 상관 매트릭스와의 평균을 산출할 수도 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라 각 스캔한 시점에서의 상관 매트릭스에 가중치를 부여하여 연산할 수도 있다.

각도 추정부(780)는 상기 본 발명에 따라 이전 스캔한 값들과 연산된 상관 매트릭스로부터 디지털 빔포밍(DBF; Digital Beamforming) 방식에 따라 각도를 추정한다.

상기 디지털 빔포밍에 따라 각도를 추정하는 방법의 예를 도 8을 참조하여 상세히 설명한다.

도 8은 본 발명에 적용되는 안테나를 통해 수신된 신호로부터 각도를 산출하는 개념을 나타내는 도면이다. 도 8을 참조하면, 2개의 수신 안테나에서 수신된 신호를 이용하여 차량과 타깃과의 각도를 산출할 수 있다. 상기 각도를 산출하는 방법은 후술하는 방법 외에도 다양한 방법들이 이용될 수 있으며, 상기 상관 매트릭스를 이용하여 각도를 산출한다.

디지털 빔포밍은 아날로그 위상 쉬프터(analog phase shifter) 등의 소자를 이용하지 않고 여러 채널의 신호를 이용하여 전자적 신호처리를 통해 타깃의 각도를 추정하는 기법이다. 도 8에 도시된 바와 같이 다수의 수신 채널이 있는 경우 타깃으로부터 신호가 입력되면 입사 각도에 따라 경로의 거리 차가 존재하게 되고 거리차이에 의한 신호의 위상이 각 채널마다 다르게 된다. 이렇게 차이가 발생한 위상을 신호 처리를 통해 보상하여 각도를 추출해 내는 것이 디지털 빔포밍이다.

상기 디지털 빔포밍을 구현하는 방법은 크게 세가지로 나눌 수 있다. 첫째, 미리 정해놓은 각도에 대해 각각의 각도로 매번 빔(beam)을 지향하여 신호처리를 하는 방법이다. 둘째, 다수의 채널에 대해 수신되는 신호의 스펙트랄 상관(spatial correlation)을 구하여 각도에 대한 스펙트랄 스펙트럼(spatial spectrum)을 구하는 방법이 있다. 마지막으로, 위에서 구한 스펙트랄 상관(spatial correlation)을 이용하여 신호와 잡음(noise)의 부공간(subspace)을 분리하여 신호에 대한 부공간만 추출하여 수신 신호의 입사 각도를 찾는 방법이다

예컨대, 바틀렛 빔포밍(Bartlett beamforming)은 여러 채널에서 신호가 들어올 때 각각 채널에서 들어오는 신호의 스펙트랄 상관 매트릭스(spatial correlation matrix)를 이용한다. DOA(direction of arrival)를 알고자 하는 범위(Field of view) 내에서 스티어링 백터(steering vector)를 생성하여 상관 매트릭스(correlation matrix)와 연산하여 미리 정해진 각도 분해능(resolution)마다 전력(power)을 계산한 이후에 각도에 대한 전력의 피크(peak) 지점을 찾아서 각도를 찾아내는 방법이다. 이때, FOV 내에서 각 분해능(angle resolution)만큼으로 각도를 나누어 이값만큼 연산을 반복하여 각도에 대한 전력 스펙트럼(power spectrum)을 계산한다. 한편, 상기 도 8에서 θ는 타깃의 각도이며, λ는 수신신호의 파장, d는 수신 안테나 1과 수신 안테나 2의 거리이다.

페어링부(790)는 상기 거리 및 속도 산출부(740)에서 산출된 거리 및 속도값과 각도 추정부(780)에서 산출된 각도값을 특정 타깃에 매핑시켜 페어링한다. 이후 상기 페어링된 데이터에 매핑된 타깃을 계속하여 트래킹함으로써 목표하는 대상을 추적한다.

즉, 상술한 바와 같이 현재 스캔이 도 3에서의 scan #2라 가정하고, 현재 스캔된 데이터로 구성된 상관 매트릭스를 R(k), 이전 스캔인 scan #1의 데이터로 구성된 상관 매트릭스는 R(k-1)이라 가정할 때, 현재 스캔에서 각도를 추출할 때의 상관 매트릭스를 R(k-1)과 R(k)의 평균인 R'(k)로 정하여 각도를 추출하면 이전 스캔의 타깃의 각도 정보와 현재 스캔의 각도 정보가 평균화(averaging)되는 효과가 발생한다. 즉, 종래에는 현재 스캔된 데이터만을 이용하여 현재 스캔의 상관 매트릭스를 구성하였으나, 본 발명의 실시예에서는 이전 스캔된 데이터가 누적되어 이동 평균(moving average) 효과가 반영된 상관 매트릭스(correlation matrix)를 이용하여 현재 상관 매트릭스를 구성할 수도 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라 1 스캔 이전의 데이터뿐만 아니라 상황에 따라 더 이전의 스캔 데이터까지 활용하여 적용할 수도 있다. 즉, 일정 개수 이상의 스캔들에 대한 수신된 데이터로부터 측정된 상관 매트릭스들을 누적시켜 저장하고, 현재 스캔의 수신 데이터에 대한 상관 매트릭스를 결정할 때, 미리 설정된 개수의 이전 스캔들의 상관 매트릭스와 연산함으로써 현재 스캔의 상관 매트릭스를 결정할 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따라 현재 스캔 데이터와 적어도 하나의 이전 스캔 데이터를 연산할 때, 각 스캔 데이터에 가중치를 부여하여 연산함으로써 현재 스캔의 상관 매트릭스를 결정할 수 있다. 예컨대, 현재 스캔과 가까울수록 가중치를 높게 설정하고, 이전 스캔으로 갈수록 가중치가 낮아지도록 설정할 수 있다. 또한, 반대로 설정하는 것도 가능하다.

한편, 상기 장치의 각각의 구성요소들은 기능 및 논리적으로 분리될 수 있음을 나타나기 위해 별도로 도면에 표시한 것이며, 물리적으로 반드시 별도의 구성요소이거나 별도의 코드로 구현되는 것을 의미하는 것은 아니다.

그리고 본 명세서에서 각 기능부(또는 모듈)라 함은, 본 발명의 기술적 사상을 수행하기 위한 하드웨어 및 상기 하드웨어를 구동하기 위한 소프트웨어의 기능적, 구조적 결합을 의미할 수 있다. 예컨대, 상기 각 기능부는 소정의 코드와 상기 소정의 코드가 수행되기 위한 하드웨어 리소스의 논리적인 단위를 의미할 수 있으며, 반드시 물리적으로 연결된 코드를 의미하거나, 한 종류의 하드웨어를 의미하는 것은 아님은 본 발명의 기술분야의 평균적 전문가에게는 용이하게 추론될 수 있다.

도 9는 현재 스캔에서의 차량용 레이더의 물체 감지 절차를 나타내는 흐름도이다. 도 9를 참조하면, 먼저, 전처리 단계(FFT(Fast Fourier Transform))(S901)로서 수신되는 로우 데이터(Raw data)를 처리하여 주파수 영역(Frequency domain) 신호를 생성한다.

그런 다음, 피크 검출(Peak Detection) 단계(S902)로서 CFAR(constant false alarm rate) 등의 알고리즘을 수행하여 주파수 신호에서 피크를 검출한다.

다음으로, 각도 추정(Angle Estimation) 단계(S903)에서는 채널 수신 데이터를 이용하여 디지털 빔포밍(DBF; Digital Beamforming) 알고리즘을 통해 각도를 추출한다.

다음으로, 페어링(Pairing) 단계(S904)에서는 업/다운 쳐프(Up/down chirp)에서 추출된 피크 정보와 각도 추정 단계에서 추출한 각도 정보를 이용하여 타깃의 거리, 속도, 각도 정보 등을 생성한다.

마지막으로, 트래킹(Tracking) 단계(S905)에서는 안정적인 감지를 위한 트래킹을 수행한다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 절차를 나타내는 흐름도이다.

도 10을 참조하면, 도 9에서와 같이 먼저, 전처리 단계(FFT(Fast Fourier Transform))(S1001)로서 수신되는 로우 데이터(Raw data)를 처리하여 주파수 영역(Frequency domain) 신호를 생성한다.

이때, 본 발명의 실시예에 따라 상기 FFT 결과를 메모리에 저장(S1002)한다. 즉, 이전 1 스캔(또는 M 스캔) 전까지의 데이터를 저장하여 현재 스캔의 각도 추출 시 데이터를 포함하여 상술한 디지털 빔포밍 알고리즘을 수행한다.

그런 다음, 피크 검출(Peak Detection) 단계(10902)로서 CFAR(constant false alarm rate) 등의 알고리즘을 수행하여 주파수 신호에서 피크를 검출한다.

다음으로, 각도 추정(Angle Estimation) 단계(S1003)에서는 채널 수신 데이터를 이용하여 디지털 빔포밍(DBF; Digital Beamforming) 알고리즘을 통해 각도를 추출한다. 이때, 본 발명의 실시예에 따라 상기 메모리에 저장된 이전 스캔 데이터를 함께 연산하여 상관 매트릭스를 구성하고, 이를 통해 상술한 바와 같이 디지털 빔포밍함으로써 각도를 추정한다.

다음으로, 페어링(Pairing) 단계(S1004)에서는 업/다운 쳐프(Up/down chirp)에서 추출된 피크 정보와 각도 추정 단계에서 추출한 각도 정보를 이용하여 타깃의 거리, 속도, 각도 정보 등을 생성한다.

마지막으로, 트래킹(Tracking) 단계(S1005)에서는 안정적인 감지를 위한 트래킹을 수행한다.

본 발명은 특정 기능들 및 그의 관계들의 성능을 나타내는 방법 단계들의 목적을 가지고 위에서 설명되었다. 이러한 기능적 구성 요소들 및 방법 단계들의 경계들 및 순서는 설명의 편의를 위해 여기에서 임의로 정의되었다. 상기 특정 기능들 및 관계들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들 및 순서들이 정의될 수 있다. 임의의 그러한 대안적인 경계들 및 순서들은 그러므로 상기 청구된 발명의 범위 및 사상 내에 있다. 추가로, 이러한 기능적 구성 요소들의 경계들은 설명의 편의를 위해 임의로 정의되었다. 어떠한 중요한 기능들이 적절히 수행되는 한 대안적인 경계들이 정의될 수 있다. 마찬가지로, 흐름도 블록들은 또한 어떠한 중요한 기능성을 나타내기 위해 여기에서 임의로 정의되었을 수 있다. 확장된 사용을 위해, 상기 흐름도 블록 경계들 및 순서는 정의되었을 수 있으며 여전히 어떠한 중요한 기능을 수행한다. 기능적 구성 요소들 및 흐름도 블록들 및 순서들 둘 다의 대안적인 정의들은 그러므로 청구된 본 발명의 범위 및 사상 내에 있다. 당업자는 또한 여기에서의 상기 기능적 구성 요소들 및 다른 도시된 블록들, 모듈들, 및 구성요소들이 도시된 바와 같이 또는 분리된 구성요소들, 반도체 집적 회로(ASIC)들, 적절한 소프트웨어를 실행하는 프로세서들 및 그와 유사한 또는 임의의 조합에 의해 구현될 수 있음을 인지할 것이다.

본 발명은 또한 하나 이상의 실시예들의 용어로, 적어도 부분적으로 설명되었을 수 있다. 본 발명의 실시예는 본 발명, 그 측면, 그 특징, 그 개념, 및/또는 그 예를 나타내기 위해 여기에서 사용된다. 본 발명을 구현하는 장치, 제조의 물건, 머신, 및/또는 프로세스의 물리적인 실시예는 여기에 설명된 하나 이상의 실시예들을 참조하여 설명된 하나 이상의 측면들, 특징들, 개념들, 예들 등을 포함할 수 있다. 더구나, 전체 도면에서, 실시예들은 상기 동일한 또는 상이한 참조 번호들을 사용할 수 있는 상기 동일하게 또는 유사하게 명명된 기능들, 단계들, 모듈들 등을 통합할 수 있으며, 그와 같이, 상기 기능들, 단계들, 모듈들 등은 상기 동일한 또는 유사한 기능들, 단계들, 모듈들 등 또는 다른 것들일 수 있다.

본 발명의 여러가지 기능들 및 특정들의 특별한 조합들이 여기에 분명히 설명된 반면, 이러한 특징들 및 기능들의 다른 조합들이 마찬가지로 가능하다. 본 발명은 여기에 개시된 특정한 예들에 제한되지 않으며, 이러한 다른 조합들을 명백히 통합한다.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100 : 레이더 장치 110 : 신호 송신부
120 : 신호 수신부 130 : 간섭 신호 제거부
140 : 타깃 물체 감지부 200 : 타깃 물체
710 : RF 송신부 720 : 안테나부
721 : 송신용 배열 안테나 722 : 수신용 배열 안테나
730 : RF 수신부 740 : 거림 및 속도 산출부
750 : 신호 분석부 760 : 결과 재사용부
770 : 데이터 저장부 780 : 각도 추정부
790 : 페어링부

Claims

차량의 전면에 설치된 안테나를 통해 신호를 발생시키고, 발생된 신호의 반사 파형을 수신함으로써 타깃 차량과의 각도를 측정하기 위한 물체 감지 장치에 있어서,
전방 탐지를 위한 레이더 신호를 방사하기 위한 송신용 배열 안테나;
상기 송신용 배열 안테나에서 방사되는 레이더 신호가 반사되어 돌아오는 레이더 신호를 수신하기 위한 수신용 배열 안테나;
상기 수신된 신호를 신호 처리하여 상관 매트릭스를 산출하는 신호 분석부;
상기 신호 분석부에서 산출된 상관 매트릭스를 저장하는 데이터 저장부;
상기 신호 분석부에 의해 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 데이터 저장부에 저장된 적어도 하나의 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 연산하여 보정된 상관 매트릭스를 산출하는 결과 재사용부; 및
상기 결과 재사용부에서 산출된 보정된 상관 매트릭스에 의해 타깃 차량과의 각도를 추정하는 각도 추정부;를 포함하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 결과 재사용부는,
상기 신호 분석부에 의해 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 데이터 저장부에 저장된 적어도 하나의 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 평균함으로써 보정된 상관 매트릭스를 산출하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 결과 재사용부는,
상기 신호 분석부에 의해 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 데이터 저장부에 저장된 바로 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 평균함으로써 보정된 상관 매트릭스를 산출하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치.
청구항 2에 있어서, 상기 결과 재사용부는,
상기 신호 분석부에 의해 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 데이터 저장부에 저장된 적어도 하나의 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 가중 평균함으로써 보정된 상관 매트릭스를 산출하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 신호 분석부는,
수신 신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환시키는 FFT(Fast Fourier Transform)을 수행함으로써 피크 신호를 검출하고, 상기 검출된 피크 신호로부터 상관 매트릭스를 산출하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 장치는,
상기 수신용 배열 안테나로부터 수신된 신호를 신호 처리하여 거리를 산출하는 거리 산출부;를 더 포함하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 장치는,
상기 수신용 배열 안테나로부터 수신된 신호를 신호 처리하여 속도를 산출하는 속도 산출부;를 더 포함하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치.
청구항 1에 있어서, 상기 장치는,
상기 수신용 배열 안테나로부터 수신된 신호를 신호 처리하여 거리 및 속도를 산출하는 거리 및 속도 산출부;를 더 포함하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치.
청구항 8에 있어서, 상기 장치는,
상기 거리 및 속도 산출부로부터 산출된 거리 및 속도 정보와 상기 각도 추정부로부터 추정된 각도 정보를 감지하려는 물체에 매핑시키는 페어링부;를 더 포함하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 장치.
차량의 전면에 설치된 안테나를 통해 신호를 발생시키고, 발생된 신호의 반사 파형을 수신함으로써 타깃 차량과의 각도를 측정하기 위한 물체 감지 방법에 있어서,
송신용 배열 안테나를 통해 전방 탐지를 위한 레이더 신호를 방사하는 단계;
상기 송신용 배열 안테나에서 방사되는 레이더 신호가 반사되어 돌아오는 레이더 신호를 수신용 배열 안테나를 통해 수신하는 단계;
상기 수신된 신호를 신호 처리하여 상관 매트릭스를 산출하는 단계;
상기 산출된 상관 매트릭스를 메모리에 저장하는 단계;
상기 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 메모리에 저장된 적어도 하나의 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 연산하여 보정된 상관 매트릭스를 산출하는 단계; 및
상기 산출된 보정된 상관 매트릭스에 의해 타깃 차량과의 각도를 추정하는 단계;를 포함하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 보정된 상관 매트릭스를 산출하는 단계는,
상기 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 메모리에 저장된 적어도 하나의 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 평균함으로써 보정된 상관 매트릭스를 산출하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 보정된 상관 매트릭스를 산출하는 단계는,
상기 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 메모리에 저장된 바로 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 평균함으로써 보정된 상관 매트릭스를 산출하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 방법.
청구항 11에 있어서, 상기 보정된 상관 매트릭스를 산출하는 단계는,
상기 산출된 현재 수신된 신호의 상관 매트릭스와 상기 메모리에 저장된 적어도 하나의 이전 수신된 신호의 상관 매트릭스를 가중 평균함으로써 보정된 상관 매트릭스를 산출하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 수신된 신호를 신호 처리하여 상관 매트릭스를 산출하는 단계는,
수신 신호를 시간 영역에서 주파수 영역으로 변환시키는 FFT(Fast Fourier Transform)을 수행함으로써 피크 신호를 검출하는 단계; 및
상기 검출된 피크 신호로부터 상관 매트릭스를 산출하는 단계를 포함하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 방법은,
상기 수신용 배열 안테나로부터 수신된 신호를 신호 처리하여 거리를 산출하는 단계;를 더 포함하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 방법은,
상기 수신용 배열 안테나로부터 수신된 신호를 신호 처리하여 속도를 산출하는 단계;를 더 포함하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 방법.
청구항 10에 있어서, 상기 방법은,
상기 수신용 배열 안테나로부터 수신된 신호를 신호 처리하여 거리 및 속도를 산출하는 단계;를 더 포함하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 방법.
청구항 17에 있어서, 상기 방법은,
상기 산출된 거리 및 속도 정보와 상기 각도 추정부로부터 추정된 각도 정보를 감지하려는 물체에 매핑시키는 단계;를 더 포함하는, 차량용 레이더를 이용한 물체 감지 방법.
청구항 10 내지 청구항 18 중 어느 한 항의 방법을 실행하기 위한 프로그램이 기록되어 있는 것을 특징으로 하는 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체.