MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법 및 그 장치
METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING MIMO FMCW RADAR SIGNALS
특허 요약
2차원 각도 스펙트럼 분석을 통해 직접 경로 신호와 다중 경로 신호를 구별하여 상기 다중 경로 신호를 제거하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법 및 그 장치가 개시된다. MIMO FMCW 레이더 송신 신호를 복수의 송신 안테나들을 포함하는 송신 안테나 어레이를 통해 전송한 후 MIMO FMCW 레이더 수신 신호를 복수의 수신 안테나들을 포함하는 수신 안테나 어레이를 통해 수신하여 비트 신호에 대해 신호 처리를 수행하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 장치는, 상기 송신 안테나 어레이 및 상기 수신 안테나 어레이의 배치에 의해 각 채널 별로 생성된 2차원 스티어링 벡터를 이용하여 2차원 각도 스펙트럼을 획득하는 2차원 각도 스펙트럼 획득부; 상기 2차원 각도 스펙트럼에서 앨리어싱이 생기지 않는 발사각 범위 내에 존재하는 피크를 탐지하는 피크 탐지부; 앨리어싱 각도를 계산하여 상기 앨리어싱이 생기지 않는 발사각 범위 밖에 존재하는 피크를 탐지하는 앨리어싱 각도 계산부; 탐지된 모든 피크들에 대해 직접 경로에 대한 비용과 다중 경로 쌍에 대한 비용을 계산하는 비용 계산부; 및 상기 계산된 비용을 이용해 직접 경로와 다중 경로를 탐지하여 직접 경로 각도를 출력하는 경로 각도 탐지부를 포함한다.
청구항
번호청구항
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제1항에 있어서, 앨리어싱으로 인해 나타나는 피크가 갖는 발사각에 해당하는 G-1개의 앨리어싱 각도 는, (여기서, mod(a,b)는 a를 b로 나누었을 때 나머지를 반환하고, 는 상기 앨리어싱이 생기지 않는 탐지 범위 내에서 탐지된 피크의 발사각이다.)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법.

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제6항에 있어서, 총 G개의 발사각 중 하나만이 실제 값에 해당하고, 나머지 G-1개는 앨리어싱으로 인한 거짓된 값에 해당하는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법.

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제1항에 있어서, 탐지된 피크가 개일 때, 피크들의 발사각 값은 행렬 로 나타내고, 도래각(AoA) 값은 벡터 으로 나타내는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법.

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제1항에 있어서, 각 탐지된 피크에 대해 상기 직접 경로에 대한 비용이 계산되고, 번째 피크가 직접 경로가 되는 경우의 비용은, , ()(여기서, 이다.)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법.

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MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 송신 신호를 복수의 송신 안테나들을 포함하는 송신 안테나 어레이를 통해 전송한 후 MIMO FMCW 레이더 수신 신호를 복수의 수신 안테나들을 포함하는 수신 안테나 어레이를 통해 수신하여 비트 신호에 대해 신호 처리를 수행하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법에서, 상기 송신 안테나 어레이 및 상기 수신 안테나 어레이의 배치에 의해 각 채널 별로 생성된 2차원 스티어링 벡터를 이용하여 2차원 각도 스펙트럼을 획득하는 단계; 상기 2차원 각도 스펙트럼에서 앨리어싱이 생기지 않는 발사각 범위 내에 존재하는 피크를 탐지하는 단계; 앨리어싱 각도를 계산하여 상기 앨리어싱이 생기지 않는 발사각 범위 밖에 존재하는 피크를 탐지하는 단계; 탐지된 모든 피크들에 대해 직접 경로에 대한 비용과 다중 경로 쌍에 대한 비용을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 비용을 이용해 직접 경로와 다중 경로를 탐지하여 직접 경로 각도를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법.

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제1항에 있어서, 상기 2차원 각도 스펙트럼은 상기 2차원 스티어링 벡터를 각도 추정 알고리즘에 적용하여 획득되고, 상기 각도 추정 알고리즘은 MVDR(minimum variance distortionless response)이고, 상기 MVDR에 의한 2차원 각도 스펙트럼 은, (여기서, 는 발사각(AoD)이고, 는 도래각(AoA)이다. 은 안테나 어레이 신호의 공분산 행렬이다.)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법.

3

제1항에 있어서, 상기 2차원 각도 스펙트럼은 상기 2차원 스티어링 벡터를 각도 추정 알고리즘에 적용하여 획득되고, 상기 각도 추정 알고리즘은 MUSIC(multiple signal classification)이고, 상기 MUSIC에 의한 2차원 각도 스펙트럼 은, (여기서, 이다. 또한 는 발사각(AoD)이고, 는 도래각(AoA)이고, 은 안테나 어레이 신호의 공분산 행렬이고, 는 의 고유벡터행렬이고, 는 의 고유값 행렬이고, 는 신호/잡음에 대응하는 고유벡터행렬이고, 는 신호/잡음에 대응하는 고유값 행렬이다.)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법.

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제1항에 있어서, 상기 송신 안테나들 간의 간격이 인 경우(G는 양의 정수), 상기 앨리어싱이 생기지 않는 발사각 범위는, , 에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법.

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제1항에 있어서, 상기 송신 안테나들 간의 간격이 인 경우(G는 양의 정수), 발사각 축으로 스펙트럼이 G번 반복되어, 앨리어싱이 생기지 않는 발사각 범위 밖에는 G-1개의 앨리어싱으로 인한 피크가 반복되어 나타나는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법.

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제1항에 있어서, 탐지된 피크들의 가능한 모든 쌍에 대해 다중 경로 쌍이 되는 경우의 비용을 계산하되, 탐지된 번째 피크와 번째 피크의 다중 경로 쌍이 되는 경우의 비용은( 003e# ), ,(, )(여기서, 이다.)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법.

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제1항에 있어서, 상기 직접 경로에 대한 비용과 상기 다중 경로에 대한 비용이 임계 비용보다 작으면, 해당 직접 경로를 직접 경로 집합에 포함시키고, 해당 다중 경로 쌍을 다중 경로 집합에 포함시키는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법.

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제11항에 있어서, 하나의 피크가 상기 직접 경로 집합과 상기 다중 경로 집합에 동시에 포함되는 것을 방지하기 위해, 상기 다중 경로 집합의 각 원소 에 대해 과 중 하나의 피크만이 상기 직접 경로 집합에 포함되면, 정의되지 않은 피크를 최소화하기 위해 각 원소 를 다중 경로 쌍으로 정의하고 상기 직접 경로 집합에서 제거하는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법.

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제11항에 있어서, 상기 다중 경로 집합의 각 원소 의 과 이 모두 상기 직접 경로 집합에 포함되면, 과 에 대한 직접 경로 비용의 평균값이 에 대한 다중 경로 비용보다 작아지는 조건이 만족될 때, 각 원소 를 두 개의 직접 경로로 정의하여 상기 다중 경로 집합에서 제거하는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법.

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제11항에 있어서, 상기 직접 경로 집합에 포함되는 각 원소에 대응하는 직접 경로 각도는, (여기서, 이다.)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법.

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제11항에 있어서, 상기 다중 경로 집합에 포함되는 각 원소에 대응하는 다중 경로 각도는, (여기서, 이다.)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 방법.

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MIMO(Multiple-Input Multiple-Output) FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 송신 신호를 복수의 송신 안테나들을 포함하는 송신 안테나 어레이를 통해 전송한 후 MIMO FMCW 레이더 수신 신호를 복수의 수신 안테나들을 포함하는 수신 안테나 어레이를 통해 수신하여 비트 신호에 대해 신호 처리를 수행하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 장치에서, 상기 송신 안테나 어레이 및 상기 수신 안테나 어레이의 배치에 의해 각 채널 별로 생성된 2차원 스티어링 벡터를 이용하여 2차원 각도 스펙트럼을 획득하는 2차원 각도 스펙트럼 획득부; 상기 2차원 각도 스펙트럼에서 앨리어싱이 생기지 않는 발사각 범위 내에 존재하는 피크를 탐지하는 피크 탐지부; 앨리어싱 각도를 계산하여 상기 앨리어싱이 생기지 않는 발사각 범위 밖에 존재하는 피크를 탐지하는 앨리어싱 각도 계산부; 탐지된 모든 피크들에 대해 직접 경로에 대한 비용과 다중 경로 쌍에 대한 비용을 계산하는 비용 계산부; 및 상기 계산된 비용을 이용해 직접 경로와 다중 경로를 탐지하여 직접 경로 각도를 출력하는 경로 각도 탐지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 장치.

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제16항에 있어서, 상기 2차원 각도 스펙트럼은 상기 2차원 스티어링 벡터를 각도 추정 알고리즘에 적용하여 획득되고, 상기 각도 추정 알고리즘은 MVDR(minimum variance distortionless response)이고, 상기 MVDR에 의한 2차원 각도 스펙트럼 은, (여기서, 는 발사각(AoD)이고, 는 도래각(AoA)이다. 은 안테나 어레이 신호의 공분산 행렬이다.)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 장치.

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제16항에 있어서, 상기 2차원 각도 스펙트럼은 상기 2차원 스티어링 벡터를 각도 추정 알고리즘에 적용하여 획득되고, 상기 각도 추정 알고리즘은 MUSIC(multiple signal classification)이고, 상기 MUSIC에 의한 2차원 각도 스펙트럼 은, (여기서, 이다. 또한 는 발사각(AoD)이고, 는 도래각(AoA)이고, 은 안테나 어레이 신호의 공분산 행렬이고, 는 의 고유벡터행렬이고, 는 의 고유값 행렬이고, 는 신호/잡음에 대응하는 고유벡터행렬이고, 는 신호/잡음에 대응하는 고유값 행렬이다.)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 장치.

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제16항에 있어서, 상기 앨리어싱 각도 는, (여기서, mod(a,b)는 a를 b로 나누었을 때 나머지를 반환하고, 는 탐지 범위 내에서 탐지된 피크의 발사각(AoD)이다.)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 장치.

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제16항에 있어서, 상기 직접 경로에 대한 비용은, , ()(여기서, 이다.)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 장치.

21

제16항에 있어서, 상기 다중 경로에 대한 비용은, ,(, )(여기서, 이다.)에 의해 정의되는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 장치.

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제21항에 있어서, 상기 직접 경로에 대한 비용과 상기 다중 경로에 대한 비용이 임계 비용보다 작으면, 상기 경로 각도 탐지부는, 해당 직접 경로를 직접 경로 집합에 포함시키고, 해당 다중 경로 쌍을 다중 경로 집합에 포함시키는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 장치.

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제22항에 있어서, 하나의 피크가 상기 직접 경로 집합과 상기 다중 경로 집합에 동시에 포함되는 것을 방지하기 위해, 상기 다중 경로 집합의 각 원소 에 대해 과 중 하나의 피크만이 상기 직접 경로 집합에 포함되면, 상기 경로 각도 탐지부는, 정의되지 않은 피크를 최소화하기 위해 각 원소 를 다중 경로 쌍으로 정의하고 상기 직접 경로 집합에서 제거하는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 장치.

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제22항에 있어서, 상기 다중 경로 집합의 각 원소 의 과 이 모두 상기 직접 경로 집합에 포함되면, 상기 경로 각도 탐지부는, 과 에 대한 직접 경로 비용의 평균값이 에 대한 다중 경로 비용보다 작아지는 조건이 만족될 때, 각 원소 를 두 개의 직접 경로로 정의하여 상기 다중 경로 집합에서 제거하는 것을 특징으로 하는 MIMO FMCW 레이더 신호 처리 장치.