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KR101886366B1 - Apparatus of fmcw radar system for detecting moving target and method thereof - Google Patents

Apparatus of fmcw radar system for detecting moving target and method thereof Download PDF

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KR101886366B1
KR101886366B1 KR1020160065057A KR20160065057A KR101886366B1 KR 101886366 B1 KR101886366 B1 KR 101886366B1 KR 1020160065057 A KR1020160065057 A KR 1020160065057A KR 20160065057 A KR20160065057 A KR 20160065057A KR 101886366 B1 KR101886366 B1 KR 101886366B1
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pattern
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주식회사 유컴테크놀러지
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Abstract

본 발명은 미리 정해진 주기 동안 주파수가 변하는 송신신호를 생성하는 신호 생성부, 상기 송신신호를 탐지 공간에 방사하는 신호 송신부, 상기 송신신호가 상기 탐지 공간에 존재하는 목표물에 의해 반사되어 돌아오는 반사신호를 수신하는 신호 수신부, 상기 송신신호와 상기 반사신호 간의 차 주파수 성분에 해당하는 비트 주파수를 산출하는 비트주파수 산출부, 상기 비트 주파수를 고속 푸리에 변환하고 환경잡음 제거하여 이동타겟에 대한 제1 FFT값을 산출하며, 상기 제1 FFT값의 패턴을 설정된 거리별 FFT값의 패턴과 각각 상관도를 측정하여 상기 설정된 거리별 FFT값 중 상기 제1 FFT값의 패턴과 가장 유사한 하나 FFT값을 파악하고, 파악한 하나의 FFT값에 대응한 거리를 이동타겟의 거리로 판단하는 신호처리부, 그리고 상기 설정된 거리별 FFT값에 대한 정보를 저장하고 있는 패턴 저장부를 포함하는 FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a signal processing apparatus, comprising: a signal generator for generating a transmission signal whose frequency varies during a predetermined period; a signal transmitter for radiating the transmission signal into a detection space; A bit frequency calculating unit for calculating a bit frequency corresponding to a difference frequency component between the transmission signal and the reflection signal, a first FFT value calculator for performing fast Fourier transform on the bit frequency, Calculates a correlation value between a pattern of the first FFT value and a pattern of the FFT value for each distance to determine a FFT value that is most similar to the pattern of the first FFT value among the set distance FFT values, A signal processing unit for determining a distance corresponding to the detected one FFT value as a distance of the moving target, And more particularly, to a moving target detection apparatus and method of an FMCW radar system including a pattern storage unit storing one information.

Description

FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 장치 및 방법{APPARATUS OF FMCW RADAR SYSTEM FOR DETECTING MOVING TARGET AND METHOD THEREOF}FIELD OF THE INVENTION [0001] The present invention relates to an apparatus and method for detecting a moving target of an FMCW radar system,

본 발명은 FMCW 레이더 시스템에서 이동타겟과의 거리를 탐지하는 이동타겟 탐지 장치 및 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a moving target detection apparatus and method for detecting a distance to a moving target in an FMCW radar system.

침입자나 차량 등의 이동타겟을 탐지하는 장치는 보안 시스템이나, 차량의 능동 안전 시스템 등에 사용되고 있다. 그리고 이동타겟을 감지하는 장치로 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더가 이용되고 있다. 일반적인 FMCW 레이더는 주파수가 변조된 송신파를 연속으로 발사하여 물체에 의해 반사되는 반사파를 수신하고, 송신파와 반사파 간의 차 주파수 성분인 비트 주파수를 FFT(Fast Fourier Transform)한 후 FFT한 결과(FFT 스펙트럼)의 FFT 포인트별로 신호세기를 분석하여 이동타겟의 탐지를 수행하고 도플러 주파수에 기초하여 물체의 속도 및 거리를 감지한다.A device for detecting a moving target such as an intruder or a vehicle is used in a security system or an active safety system of a vehicle. A frequency modulated continuous wave (FMCW) radar is used as a device for detecting a moving target. A typical FMCW radar receives a reflected wave reflected by an object by continuously emitting a frequency-modulated transmission wave, and performs FFT (Fast Fourier Transform) on a bit frequency, which is a difference frequency component between a transmission wave and a reflected wave, ) To detect the moving target and to detect the speed and distance of the object based on the Doppler frequency.

FMCW 레이더 시스템에서, 이동타겟을 탐지하면 FFT 결과가 침입자가 발생하기 않는 상황에 대비하여 크게 증가하게 되고, 이때 레이더와 이동타겟과의 거리에 해당하는 FFT 포인트의 신호세기가 가장 크게 나타난다.In the FMCW radar system, when the mobile target is detected, the FFT result is greatly increased against the situation where the intruder does not occur. At this time, the signal intensity of the FFT point corresponding to the distance between the radar and the moving target is largest.

그런데 이러한 종래의 FMCW 레이더는 FFT 포인트별로 신호세기를 산출하고 비교하는 등을 해야 하므로 연산량이 많은 문제가 있다.However, such a conventional FMCW radar requires calculation and comparison of signal intensity for each FFT point.

한편 종래의 FMCW 레이더는 변조대역(modulation bandwidth)이 적을수록 이동타겟의 거리 산출에 오차가 증가하는 문제가 있다. 예컨대, 1m 해상도 성능을 가지도록 FMCW 레이더를 구현하려면 다음의 수학식 1에 의해 최소 150MHz의 변조대역이 필요하다.On the other hand, in the conventional FMCW radar, there is a problem that the error is increased in the distance calculation of the moving target as the modulation bandwidth is small. For example, to implement an FMCW radar to have a 1 m resolution performance, a modulation bandwidth of at least 150 MHz is required by the following equation (1).

Figure 112016050919397-pat00001
Figure 112016050919397-pat00001

그리고 5m 거리에 있는 물체에 대하여 종래의 FMCW 레이더 시스템에 150MHz, 150MHz/2, 150MHz/4, 150MHz/8의 변조대역을 이용하여 비트주파수(beat frequency)에 대한 FFT 결과를 보면 도 1과 같이 나타난다. 여기서 비트주파수는 레이더에서 송신한 송신신호와 송신신호가 물체에 의해 반사되어 수신된 반사신호 간의 차 주파수 성분이다.An FFT result for a beat frequency using a modulation band of 150 MHz, 150 MHz / 2, 150 MHz / 4, and 150 MHz / 8 is shown in FIG. 1 for a conventional FMCW radar system with respect to an object at a distance of 5 m . Here, the bit frequency is a difference frequency component between the transmission signal transmitted from the radar and the reflection signal received by the transmission signal reflected by the object.

도 1에서, (a)는 150MHz를 이용한 경우의 FFT 결과(즉, FFT 스펙트럼) 파형이고, (b)는 75MHz를 이용한 경우의 FFT 결과 파형이며, (c)는 37.5MHz를 이용한 경우의 FFT 결과 파형이고, (d)는 18.75MHz를 이용한 경우의 FFT 결과 파형이다.1 (a) is a waveform of an FFT result (i.e., FFT spectrum) when 150 MHz is used, (b) is an FFT result waveform when 75 MHz is used, (D) is the FFT result waveform when 18.75 MHz is used.

도 1을 참고하면, 150MHz의 변조대역을 이용하는 경우에는 물체가 5m에 있다고 정확한 정보를 나타내지만, 75MHz의 변조대역을 이용하는 경우에는 4m로 나타나서 1m의 거리 오차가 발생하고, 37.5MHz의 변조대역을 이용하는 경우에는 3m로 나타나서 2m의 거리 오차가 발생하며, 17.75MHz의 변조대역을 이용하는 경우에는 1m로 나타나서 4m의 거리 오차가 발생한다.Referring to FIG. 1, when a modulation band of 150 MHz is used, accurate information is shown that the object is at 5 m. However, when the modulation band of 75 MHz is used, a distance error of 1 m appears at 4 m and a modulation band of 37.5 MHz In case of using it, 3m appears and a distance error of 2m occurs. When using the modulation band of 17.75MHz, 1m appears and a distance error of 4m occurs.

이런 이유로 협대역을 이용하는 근거리 고해상도 레이더에서 광대역 FMCW 레이더를 사용하지 못하거나 협대역을 이용하여 종래의 광대역을 이용하는 결과를 얻지 못하는 원인이 되고 있다.For this reason, it is not possible to use broadband FMCW radar in short distance high resolution radar using narrow band, or to use narrow band to get result of using conventional wide band.

본 발명의 하나의 실시예는 협대역의 변조대역을 이용하여 광대역의 변조대역을 이용하는 것과 동일한 결과를 얻도록 하는 FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.One embodiment of the present invention is to provide an apparatus and method for moving target detection of an FMCW radar system that achieves the same result as using a modulation band of a wide band using a narrow band modulation band.

본 발명의 하나의 실시예는 침입 탐지 및 침입자와의 거리를 산출하기 위한 연산량을 줄이는 FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.One embodiment of the present invention is to provide an apparatus and method for moving target detection of an FMCW radar system that reduces the amount of computation for calculating intrusion detection and distance to an intruder.

상기 과제 이외에도 구체적으로 언급되지 않은 다른 과제를 달성하는 데 본 발명에 따른 실시예가 사용될 수 있다.Embodiments according to the present invention can be used to accomplish other tasks not specifically mentioned other than the above-described tasks.

본 발명의 하나의 실시예에 따른 FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 장치는 미리 정해진 주기 동안 주파수가 변하는 송신신호를 생성하는 신호 생성부, 상기 송신신호를 탐지 공간에 방사하는 신호 송신부, 상기 송신신호가 상기 탐지 공간에 존재하는 목표물에 의해 반사되어 돌아오는 반사신호를 수신하는 신호 수신부, 상기 송신신호와 상기 반사신호 간의 차 주파수 성분에 해당하는 비트 주파수를 산출하는 비트주파수 산출부, 상기 비트 주파수를 고속 푸리에 변환하고 환경잡음 제거하여 이동타겟에 대한 제1 FFT값을 산출하며, 상기 제1 FFT값의 패턴을 설정된 거리별 FFT값의 패턴과 각각 상관도를 측정하여 상기 설정된 거리별 FFT값 중 상기 제1 FFT값의 패턴과 가장 유사한 하나 FFT값을 파악하고, 파악한 하나의 FFT값에 대응한 거리를 이동타겟의 거리로 판단하는 신호처리부, 그리고 상기 설정된 거리별 FFT값에 대한 정보를 저장하고 있는 패턴 저장부를 포함한다.A moving target detection apparatus of an FMCW radar system according to an embodiment of the present invention includes a signal generation unit for generating a transmission signal whose frequency is changed for a predetermined period, a signal transmission unit for radiating the transmission signal to a detection space, A bit frequency calculating unit for calculating a bit frequency corresponding to a difference frequency component between the transmission signal and the reflection signal; A first FFT value for a moving target is calculated by performing Fourier transform and removal of ambient noise, and a pattern of the first FFT value is correlated with a pattern of an FFT value for each distance, One FFT value, which is most similar to the pattern of one FFT value, is determined, and a distance corresponding to the obtained FFT value is obtained from the moving target Lee judgment signal processor, and which includes a storage information for the established distance value by FFT, and stores that pattern.

상기 신호처리부는 상기 비트주파수를 고속 푸리에 변환하여 현재 FFT값을 산출하는 FFT부, 상기 현재 FFT값에서 이전 FFT값을 제거하여 환경잡음 제거된 FFT값을 산출하는 환경잡음 제거부, 상기 환경잡음 제거된 FFT값의 각 FFT 포인트별 신호세기를 합산하고 합산한 신호세기를 설정값과 비교하여 이동타겟의 존재 유무를 판단하고 이동타겟 존재시에 상기 환경잡음 제거된 FFT값을 상기 제1 FFT값으로 판단하는 이동타겟 파악부, 상기 제1 FFT값의 각 FFT 포인트별 신호세기를 정규화하는 정규화부, 상기 정규화부에 의해 정규화된 제1 FFT값의 각 FFT 포인트별 신호세기값의 패턴을 상기 설정된 거리별 FFT값의 각 FFT 포인트별 신호세기값의 패턴과 비교하여 상관도를 측정하고 상기 설정된 거리별 FFT값 중 상기 정규화된 상기 제1 FFT값의 패턴과 가장 유사한 하나의 FFT값을 파악하는 상관도 측정부, 그리고 상기 가장 유사한 하나의 FFT값에 대응하여 저장된 거리를 이동타겟의 거리로 판단하는 거리 판단부를 포함한다.Wherein the signal processing unit includes: an FFT unit for FFT-transforming the bit frequency to calculate a current FFT value; an environmental noise removing unit for removing an old FFT value from the current FFT value to calculate an FFT value, The signal strength of each FFT point of the FFT value is summed and summed and the summed signal strength is compared with the set value to determine the presence or absence of a moving target and the FFT value removed from the environment noise is determined as the first FFT value A normalization unit for normalizing the signal intensity of each FFT point of the first FFT value, and a normalization unit for normalizing the signal intensity value of each FFT point of the first FFT value normalized by the normalization unit, And comparing the FFT value with a pattern of a signal strength value for each FFT point of a star FFT value to measure a correlation, Correlation to identify the FFT value measurement unit, and includes distance determination unit for determining the distance to the distance stored in the moving targets in response to the value of the FFT of a similar one.

상기 패턴은 FFT 포인트별 신호세기값이거나, FFT 포인트별 신호세기값으로 표현되는 곡선의 형태이다. 상기 상관도 측정부는 하기 수학식 3을 이용하여 상관도를 측정한다.The pattern is a signal intensity value for each FFT point or a curve shape expressed by a signal intensity value for each FFT point. The correlation measuring unit measures the correlation using the following equation (3).

본 발명의 하나의 실시예에 따른 FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 방법은 미리 정해진 주기 동안 주파수가 변하는 송신신호를 탐지 공간에 방사하는 단계, 상기 탐지 공간에 존재하는 목표물에 의해 반사되어 돌아오는 반사신호를 수신하는 단계, 상기 송신신호와 상기 반사신호 간의 차 주파수 성분에 해당하는 비트 주파수를 산출하는 단계, 상기 비트주파수를 고속 푸리에 변환하여 현재 FFT값을 산출하는 단계, 상기 현재 FFT값에서 이전 FFT값을 제거하여 환경잡음 제거된 FFT값을 산출하는 단계, 상기 환경잡음 제거된 FFT값의 신호세기를 설정값과 비교하고 상기 측정된 신호세기가 상기 설정값을 초과하면 이동타겟 감지로 판단하고 상기 환경잡음 제거된 FFT값을 이동타겟의 FFT값으로 판단하는 단계, 상기 이동타겟의 FFT값을 정규화하는 단계, 정규화한 이동타겟의 FFT값의 각 FFT 포인트별 신호세기값의 패턴을 상기 설정된 거리별 FFT값의 각 FFT 포인트별 신호세기값의 패턴과 비교하여 상관도를 측정하는 단계, 측정된 상관도를 기반으로 상기 설정된 거리별 FFT값 중 정규화한 이동타겟의 FFT값의 패턴과 가장 유사한 하나의 FFT값을 파악하는 단계, 그리고 상기 가장 유사한 하나의 FFT값에 대응하여 저장된 거리를 이동타겟의 거리로 판단하는 단계를 포함한다.A method for detecting a moving target in an FMCW radar system according to an embodiment of the present invention includes the steps of radiating a transmission signal whose frequency varies in a predetermined period to a detection space, Calculating a bit frequency corresponding to a difference frequency component between the transmission signal and the reflection signal, calculating a current FFT value by performing a fast Fourier transform on the bit frequency, calculating a previous FFT value from the current FFT value, Calculating an FFT value by removing an environmental noise, comparing the signal strength of the FFT value with the set value, determining that the mobile target is sensed when the measured signal intensity exceeds the set value, Determining a noise-removed FFT value as an FFT value of the moving target, normalizing the FFT value of the moving target, Measuring a correlation value between a pattern of signal intensity values of the FFT points of the FFT points of the mobile target and patterns of signal intensity values of the FFT points of the set FFT points, Determining one FFT value most similar to a pattern of the FFT value of the normalized moving target among the set distance FFT values and determining a distance stored corresponding to the most similar FFT value as a distance of the moving target .

본 발명의 실시예에 따르면, 할 수 있다.본 발명의 실시예에 따르면, 협대역의 변조대역을 이용하여 광대역의 변조대역을 이용하는 것과 동일한 결과를 얻고, 침입 탐지 및 침입자와의 거리를 산출하기 위한 연산량을 줄이는 효과를 제공한다.According to the embodiment of the present invention, it is possible to obtain the same result as using the wide-band modulation band using the narrow-band modulation band, and to calculate the distance from the intruder to the intrusion detection It is possible to reduce the amount of computation required for the operation.

도 1은 종래의 FMCW 레이더 시스템에서 변조대역별 FFT 결과 파형을 보인 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 장치의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이동타겟을 탐지하기 위한 과정을 보인 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 37.5MHz 변조대역에서 환경잡음 제거 전과 제거 후의 16 포인트 FFT값을 보인 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 거리별 신호세기 패턴의 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 거리별 FFT값을 설정하는 과정을 보인 순서도이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 이동타겟 탐지 장치의 상세 회로도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 방법을 보인 순서도이다.
FIG. 1 is a diagram showing an FFT result waveform for each modulation band in a conventional FMCW radar system.
2 is a block diagram of a moving target detection apparatus of an FMCW radar system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating a process for detecting a moving target according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a 16-point FFT value before and after removal of ambient noise in a 37.5 MHz modulation band according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating an example of a signal intensity pattern for each distance according to an embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of setting an FFT value for each distance according to an embodiment of the present invention.
7 is a detailed circuit diagram of a moving target detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
8 is a flowchart illustrating a method of detecting a moving target in an FMCW radar system according to an embodiment of the present invention.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 도면부호가 사용되었다. 또한 널리 알려져 있는 공지기술의 경우 그 구체적인 설명은 생략한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will be more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. The present invention may be embodied in many different forms and is not limited to the embodiments described herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same reference numerals are used for the same or similar components throughout the specification. In the case of publicly known technologies, a detailed description thereof will be omitted.

명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부"의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.Whenever a component is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, not the exclusion of any other element, unless the context clearly dictates otherwise. Also, the term "part" in the description means a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented by hardware, software, or a combination of hardware and software.

이하에서는 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 장치 및 방법을 설명한다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, an apparatus and method for detecting a moving target of an FMCW radar system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 장치의 블록 구성도이다. 도 2를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 이동타겟 탐지 장치는 신호 생성부(110), 신호 송신부(120), 신호 수신부(130), 비트주파수 산출부(140), 신호 처리부(150) 및 패턴 저장부(160)를 포함한다.2 is a block diagram of a moving target detection apparatus of an FMCW radar system according to an embodiment of the present invention. 2, a mobile target detection apparatus according to an embodiment of the present invention includes a signal generation unit 110, a signal transmission unit 120, a signal reception unit 130, a bit frequency calculation unit 140, a signal processing unit 150, And a pattern storage unit 160.

신호 생성부(110)는 미리 정해진 주기 동안 주파수가 변하는 송신신호를 생성한다. 예를 들어, 신호 생성부(110)는 주파수가 일정한 기울기로 증가하다가 감소하는 삼각파 형태의 송신신호를 생성할 수 있다. 이 경우에, 신호 생성부(110)는 목표물을 탐지하기 위한 레졸루션(resolution)에 기초하여 샘플링 주파수 및 샘플링 신호의 주파수 상승폭을 설정할 수 있다. 예를 들어, 신호 생성부(110)는 1m 거리의 레졸루션을 갖도록 설계된 경우이면, 송신신호에 대해 샘플링 주파수를 150MHz, 샘플링 신호의 주파수 상승폭을 6.6kHz로 설정된다. 그리고 신호 생성부(110)는 삼각파의 송신신호를 변조하여 특정 위상 값을 갖는 아날로그 신호의 형태로 변조한다. 예컨대, 변조된 아날로그 형태의 신호는 코사인 신호나 사인 신호 등이다.The signal generation unit 110 generates a transmission signal whose frequency varies for a predetermined period. For example, the signal generator 110 may generate a transmission signal in the form of a triangle wave whose frequency increases at a constant slope and decreases. In this case, the signal generator 110 may set the sampling frequency and the frequency rise of the sampling signal based on resolution for detecting the target. For example, if the signal generator 110 is designed to have a resolution of 1 m, the sampling frequency is set to 150 MHz and the frequency rise of the sampling signal is set to 6.6 kHz. The signal generator 110 modulates the transmission signal of the triangle wave into an analog signal having a specific phase value. For example, a modulated analog type signal is a cosine signal or a sine signal.

신호 송신부(120)는 신호 생성부(110)에서 생성된 아날로그 형태의 송신신호를 증폭하여 FMCW 레이더의 외부인 탐지 공간에 방사한다. 이동타겟 탐지 장치는 고정된 목표물을 탐지하는 것이 아니고, 해당 공간 어디든지 출현될 수 있는 이동타겟을 탐지하는 장치이기 때문에 탐지 공간 전체에 송신신호를 방사하여 이동타겟을 탐지한다.The signal transmitter 120 amplifies the transmission signal of the analog form generated by the signal generator 110 and radiates the amplified transmission signal into a detection space outside the FMCW radar. Since the moving target detection device does not detect a fixed target and is a device that detects a moving target that can appear anywhere in the space, it detects a moving target by radiating a transmission signal throughout the detection space.

신호 수신부(130)는 신호 송신부(120)로부터 방사된 송신신호가 탐지 공간에 존재하는 목표물에 의해 반사되어 돌아오는 반사신호를 수신한다. 여기서, 목표물이라 함은 레이더가 설치된 탐지하는 공간에 레이더가 탐지하는 대상(물체, 벽면, 사람 등)을 의미한다. 반사신호는 송신신호에 대해 소정의 지연시간을 가지고 수신된다. 반사신호의 지연시간은 목표물의 거리가 멀수록 증가되며, 지연시간이 클수록 송신신호와 반사신호 간의 차 주파수 성분(이하 '비트 주파수(beat frequency)'라고 함)이 커진다.The signal receiving unit 130 receives a reflected signal that is reflected by a target existing in the detection space and returned from the signal transmission unit 120. Here, the target means an object (an object, a wall surface, a person, etc.) detected by the radar in a space where the radar is installed. The reflected signal is received with a predetermined delay time for the transmitted signal. The delay time of the reflected signal increases as the distance from the target increases. As the delay time increases, the difference frequency component (hereinafter referred to as a 'beat frequency') between the transmission signal and the reflected signal increases.

비트주파수 산출부(140)는 송신신호와 반사신호 간의 차 주파수 성분인 비트주파수를 산출한다. The bit frequency calculator 140 calculates a bit frequency which is a difference frequency component between the transmission signal and the reflection signal.

일 예로, 비트주파수 산출부(140)는 다음의 과정을 통해 비트 주파수를 산출한다. 우선 비트주파수 산출부(140)는 수신된 송신신호와 반사신호에 대하여 다음의 수학식 2과 같이 연산한다.For example, the bit frequency calculator 140 calculates a bit frequency through the following process. First, the bit frequency calculation unit 140 calculates the received transmission signal and the reflection signal according to the following equation (2).

Figure 112016050919397-pat00002
Figure 112016050919397-pat00002

수학식 2에서, Φtx는 송신신호의 위상을 나타내고, Φrx는 반사신호의 위상이며, cos(Φtx)는 신호 생성부(110)에서 생성된 코사인(cos) 신호이다. In Equation 2, Φtx denotes the phase of the transmission signal, Φrx is the phase of the reflected signal, cos (Φ tx) is a cosine (cos) signal generated by the signal generator 110.

그런 다음 비트주파수 산출부(140)는 수학식 2와 같이 연산한 신호를 저역통과필터(Low Pass Filter)를 이용하여 송신신호의 위상과 반사신호의 합 주파수 성분을 필터링하여 제거하고, 송신신호와 반사신호의 차 주파수 성분(즉, 비트 주파수)만을 남긴다.Then, the bit frequency calculator 140 filters the sum signal of the phase of the transmission signal and the sum of the reflection signals by using a low pass filter, Leaving only the difference frequency component (i.e., the bit frequency) of the reflected signal.

신호처리부(150)는 비트주파수 산출부(140)에서 산출한 비트 주파수를 이용하여 새로운 목표물의 발생 여부 즉, 이동타겟 탐지를 판단하고, 이동타겟 탐지시 이동타겟에 대응하는 신호세기 패턴을 생성하며 기 설정된 신호세기 패턴들과 비교하여 상관도가 높은 신호세기 패턴을 파악하고, 파악한 신호세기 패턴에 대응된 거리를 침입자 거리로 파악한다. 여기서 신호세기 패턴은 비트 주파수를 FFT한 결과를 이용하여 얻어진 FFT 포인트별 신호세기에 대한 패턴이고, 기 설정된 신호세기 패턴은 거리별로 얻어진 신호세기 패턴이다.The signal processing unit 150 uses the bit frequency calculated by the bit frequency calculating unit 140 to determine whether a new target is generated or not, that is, a moving target detection, and generates a signal intensity pattern corresponding to the moving target when the moving target is detected The signal strength pattern having a high degree of correlation is compared with the predetermined signal strength patterns, and the distance corresponding to the detected signal strength pattern is recognized as the intruder distance. Herein, the signal intensity pattern is a pattern for the signal intensity for each FFT point obtained by using the result of FFT of the bit frequency, and the predetermined signal intensity pattern is a signal intensity pattern obtained for each distance.

이를 위해, 신호처리부(150)는 FFT부(151), 환경잡음 제거부(152), 이동타겟 파악부(153), 정규화부(154), 상관도 측정부(155) 및 거리 판단부(156)를 포함한다.For this, the signal processing unit 150 includes an FFT unit 151, an environmental noise removing unit 152, a moving target grasping unit 153, a normalizing unit 154, a correlation degree measuring unit 155 and a distance determining unit 156 ).

FFT부(151)는 비트주파수 산출부(140)에서 산출한 비트 주파수를 각각 고속 푸리에 변환을 수행하여 FFT 스펙트럼 즉, FFT값을 산출한다. 즉, FFT값은 FFT 포인트마다 소정의 신호세기를 나타내는 형태로 표시되며, FFT 포인트별 신호세기에는 노이즈(클러터 등)를 포함한다(도 3 참조).The FFT unit 151 performs fast Fourier transform on the bit frequencies calculated by the bit frequency calculating unit 140 to calculate FFT spectra, that is, FFT values. That is, the FFT value is displayed in a form indicating a predetermined signal intensity for each FFT point, and the signal intensity for each FFT point includes noise (clutter etc.) (see FIG. 3).

환경잡음 제거부(152)는 현재 측정된 탐지 공간의 환경에서 환경잡음을 제거하여 새로운 정보만을 남긴다. 여기서 환경잡음이란 새로운 목표물이 침입하지 않는 상태에 대한 레이더 측정 정보로서 노이즈 및 고정타겟의 정보를 포함한다. 이러한 환경잡음은 현재 측정한 FFT값의 입장에서 바로 이전에 측정한 이전 FFT값이 이에 해당한다. 따라서 환경잡음 제거부(152)는 현재 측정된 FFT값에서 이전 측정된 FFT값을 제거하는 동작을 수행하여 새로운 정보만을 남긴다. 만약 새로운 목표물이 침입하지 않은 상태가 되면 이전 FFT값과 현재 FFT값은 동일한 값이 되므로 새로운 정보가 없는 결과 즉, '0'이라는 신호세기(파워)를 출력하게 된다. 그러나 실제로는 외부 환경(노이즈 및 클러터 등)의 변화에 의해 환경잡음 제거부(152)는 FFT 포인트(point)별로 신호세기가 나타나는 형태의 결과를 출력한다. 물론 새로운 목표물이 침입하는 상태가 되면 환경잡음 제거부(152)는 새로운 목표물에 대응하는 FFT값이 출력된다.The environmental noise removing unit 152 removes environmental noise from the environment of the currently measured detection space and leaves only new information. Here, the environmental noise includes information on noise and fixed target as radar measurement information on a state in which a new target does not enter. This environmental noise corresponds to the previous FFT value measured immediately before the present measured FFT value. Therefore, the environment noise removing unit 152 performs an operation of removing the previously measured FFT value from the currently measured FFT value, leaving only new information. If the new target is not intruded, the previous FFT value and the current FFT value become equal to each other, so that the signal intensity (power) of "0" is output without any new information. However, in actuality, the environmental noise removing unit 152 outputs a result in which the signal intensity appears at each FFT point (point) by the change of the external environment (noise, clutter, etc.). Of course, when the new target enters the intruding state, the environmental noise removing unit 152 outputs the FFT value corresponding to the new target.

이해를 돕기 위해 환경잡음 제거부(152)에 대한 일 예에 따른 동작을 도 3을 참고하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이동타겟을 탐지하기 위한 과정을 보인 도면이다.An operation according to an example of the environmental noise removing unit 152 will be described with reference to FIG. 3 is a diagram illustrating a process for detecting a moving target according to an embodiment of the present invention.

도 3에서 (a)는 이전 FFT값이고, (b)는 현재 FFT값으로, 동일한 탐지 공간 내에서의 결과물이다. FFT 포인트가 4개라고 하는 경우에 이전 FFT값과 현재 FFT값에는 각 FFT 포인트별로 신호세기(노이즈 포함)가 나타나며, 환경잡음 제거부(152)에 의해 현재 FFT값에서 이전 FFT값을 제거하면 도 3의 (c)와 같이 이전환경에 대비하여 변화된 정보에 대응하는 FFT 포인트별 신호세기만이 남는다. 이때 변화된 정보는 이전환경에 대해 새로운 정보로서 이동타겟에 대한 정보이다.In FIG. 3, (a) is the previous FFT value, (b) is the current FFT value, and is the result in the same detection space. If the FFT points are four, the signal strength (including noise) appears for each FFT point in the previous FFT value and the current FFT value. If the previous FFT value is removed from the current FFT value by the environmental noise removing unit 152 As shown in (c) of FIG. 3, only the signal strength of each FFT point corresponding to the changed information in the previous environment is left. At this time, the changed information is information about the moving target as new information for the previous environment.

여기서 동일 FFT 포인트에서 이전 FFT값이 더 크면 신호세기는 '-'값을 가지게 되는데, 이 경우에 환경잡음 제거된 FFT값에는 해당 FFT 포인트의 신호세기를 “0”으로 하거나 절대값으로 하여 표시한다.Here, if the previous FFT value at the same FFT point is larger, the signal intensity has a negative value. In this case, the signal strength of the FFT point corresponding to the FFT removed with environmental noise is set to " 0 " .

환경잡음 제거부(152)의 동작은 전술한 일 예 이외에, 이전 FFT값과 현재 FFT값을 이용하여 탐지공간에서 변화된 FFT값만 추출하는 기술이라면 이용이 가능하다.The operation of the environmental noise removing unit 152 can be used in a technique of extracting only the changed FFT value in the detection space using the previous FFT value and the current FFT value, in addition to the above example.

참고로 도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 37.5MHz 변조대역에서 환경잡음 제거 전과 제거 후의 16 포인트 FFT값을 보인 도면이다. 그리고 환경잡음 제거전의 신호세기는 환경잡음 제거후의 신호세기에 비해 104 배만큼 크다. 도 4에서, (a)는 5m 거리에 있는 타겟을 대상으로 한 환경잡음 제거전의 FFT값이고, (b)는 5m 거리에 있는 타겟을 대상으로 한 환경잡음 제거후의 FFT값이다. 그리고 (c)는 6m 거리에 있는 타겟을 대상으로 한 환경잡음 제거전의 FFT값이고, (d)는 6m 거리에 있는 타겟을 대상으로 한 환경잡음 제거후의 FFT값이다.4 is a graph showing a 16-point FFT value before and after removal of ambient noise in a 37.5 MHz modulation band according to an embodiment of the present invention. Also, the signal strength before the environmental noise cancellation is 10 4 times larger than the signal strength after the environmental noise cancellation. In FIG. 4, (a) is the FFT value before the environmental noise removal for the target at 5 m distance, and (b) is the FFT value after the environmental noise removal for the target at 5 m distance. (C) is the FFT value before the environmental noise removal for the target at the distance of 6 m, and (d) is the FFT value after removing the environmental noise for the target at the distance of 6 m.

도 4의 (a)와 (b)를 참고하면, 5m 거리의 타겟에 대한 환경잡음 제거전 FFT값의 각 포인트별 신호세기에 대한 패턴은 환경잡음 제거후에 패턴이 변화하였음을 알 수 있으며 이때의 패턴은 5m 거리에 위치한 이동타겟의 패턴임을 알 수 있다. 이와 마찬가지로, 도 4의 (c)와 (d)를 참고하면, 6m 거리의 타겟에 대한 환경잡음 제거전 FFT값의 각 포인트별 신호세기에 대한 패턴은 환경잡음 제거후에 패턴이 변화하였음을 알 수 있으며, 5m 거리에 위치한 이동타겟의 패턴임을 알 수 있다.Referring to FIGS. 4A and 4B, it can be seen that the pattern of the signal strength of each point of the FFT value before the removal of the environmental noise for the target of 5 m distance is changed after the environmental noise is removed, It can be seen that the pattern is a pattern of a moving target located at a distance of 5 m. Similarly, referring to FIGS. 4C and 4D, the pattern of the signal intensity of each point of the FFT value before the removal of the environmental noise for the target of 6 m distance shows that the pattern changes after the environmental noise is removed And it is a pattern of a moving target located at a distance of 5 m.

한편, 새로운 목표물이 침입하지 않는 상태의 환경잡음 제거부(152)의 FFT값과 새로운 목표물이 침입한 상태의 환경잡음 제거부(152)의 FFT값은 신호세기의 값이 다르다. 이는 외부 환경 즉, 노이즈의 크기 변화에 의해 측정된 FFT값은 그 크기가 작고, 새로운 목표물에 의해 측정된 FFT값은 그 크기가 크다. 따라서 본 발명의 신호처리부(150)는 FFT값의 크기의 차이를 이용하여 이동타겟의 침입을 탐지하게 되는데, 이때에 이동타겟의 침입 탐지를 위해 이동타겟 파악부(153)가 이용된다.On the other hand, the FFT value of the environmental noise removing unit 152 in a state in which a new target does not intrude and the FFT value of the environmental noise removing unit 152 in a state in which a new target is intruded have different signal intensity values. This is because the FFT value measured by the external environment, that is, the change in the size of the noise, is small and the FFT value measured by the new target is large. Therefore, the signal processor 150 of the present invention detects the intrusion of the mobile target by using the difference in magnitude of the FFT value. At this time, the mobile target grasping unit 153 is used for intrusion detection of the mobile target.

이동타겟 파악부(153)는 환경잡음 제거부(152)에서 출력한 FFT값에서 각 FFT 포인트별 신호세기(amplitude)를 합산하고 합산한 신호세기를 설정값과 비교하여 이동타겟의 존재 유무를 판단한다. 여기서 설정값은 새로운 목표물이 침입하지 않는 상태에서 외부 환경의 변화에 의해 발생되는 FFT값의 최대값으로 설정하는 것이 이상적이다. 이에 따르면 설정값은 약 3dB 정도이다. 물론 설정값은 설치 환경에 따라 3dB보다 작거나 크게 설정할 수 있다.The mobile target grasping unit 153 compares the signal intensity of each FFT point from the FFT value output from the environmental noise removing unit 152 and compares the signal intensity with the set value to determine whether or not the mobile target exists do. It is ideal to set the set value to the maximum value of the FFT value generated by the change of the external environment in the state where the new target does not enter. According to this, the set value is about 3 dB. Of course, the setting value can be set smaller or larger than 3dB depending on the installation environment.

따라서 이동타겟 파악부(153)는 신호세기가 설정값 이하이면 이동타겟이 탐지되지 않았다고 판단하고, 신호세기가 설정값을 초과하면 이동타겟이 탐지되었다고 판단한다. 이동타겟 파악부(153)는 이동타겟이 탐지되었다고 판단하면 환경잡음 제거부(152)로부터 수신된 FFT값을 이동타겟의 FFT값(예; 도 4의 (b), (d))으로 하여 정규화부(154)에 제공한다.Therefore, the mobile target grasping unit 153 determines that the mobile target is not detected if the signal strength is less than the set value, and determines that the mobile target is detected when the signal strength exceeds the set value. 4 (b) and 4 (d)), the mobile target grasping unit 153 determines that the mobile target has been detected. The FFT value received from the environment noise removing unit 152 is normalized Section 154 of FIG.

정규화부(154)는 이동타겟에 대한 FFT값 즉, 각 FFT 포인트별 신호세기를 정규화한다. 이때 정규화는 신호세기의 최대값 또는 최소값을 설정값으로 만들고, 다른 FFT 포인트별 신호세기를 최대값 또는 최소값이 설정값으로 조정된 비율만큼 조절되게 한다. 여기서 정규화부(154)에 의해 FFT값의 real값과 image값이 정규화된다.The normalization unit 154 normalizes the FFT value for the moving target, that is, the signal intensity for each FFT point. At this time, the normalization sets the maximum value or the minimum value of the signal intensity as a set value, and adjusts the signal strength of the different FFT points by the adjusted ratio of the maximum value or the minimum value to the set value. Here, the real value and the image value of the FFT value are normalized by the normalization unit 154.

상관도 측정부(155)는 정규화부(154)에 의해 정규화된 이동타겟의 FFT값을 패턴 저장부(160)에 저장된 거리별 FFT값 각각과 상관도를 측정한다. 이때 상관도는 이동타겟의 FFT값에서 FFT 포인트별 신호세기의 패턴과 비교할 하나의 거리의 FFT값에서 FFT 포인트별 신호세기의 패턴(도 5 참조)의 유사성 정도이다. 여기서 패턴은 FFT 포인트별 신호세기값이거나 FFT 포인트별 신호세기값으로 이루어진 곡선이다.The correlation measurement unit 155 measures the FFT value of the moving target normalized by the normalization unit 154 and the FFT value of each distance stored in the pattern storage unit 160. At this time, the degree of similarity is the degree of similarity of the FFT point-specific signal strength pattern (see FIG. 5) in the FFT value of one distance to be compared with the FFT point-to-FFT point-to-FFT value. Here, the pattern is a signal intensity value per FFT point or a signal intensity value per FFT point.

따라서 상관도 측정부(155)는 FFT 포인트별 신호세기를 기준으로 정규화된 이동타겟의 FFT값과 거리별 FFT값 간의 패턴 상관도를 측정하거나, 곡선의 형태를 기준으로 이동타겟의 FFT값과 거리별 FFT값 간의 패턴 상관도를 측정한다. FFT 포인트별 신호세기를 기준으로 하는 경우에 상관도 측정부(155)는 다음의 수학식 3을 이용하여 상관도를 측정한다.Accordingly, the correlation measuring unit 155 may measure the pattern correlation between the FFT value of the normalized moving target and the FFT value by distance based on the signal intensity of each FFT point, or may calculate the correlation value between the FFT value of the moving target and the distance Measure the pattern correlation between star FFT values. In a case where the signal strength is used as a reference for each FFT point, the correlation measuring unit 155 measures the degree of correlation using the following equation (3).

Figure 112017131377330-pat00014
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수학식 3에서, 상기 R은 상기 패턴 저장부에 저장된 거리별 FFT값 중에서 특정 거리를 지정하기 위한 인덱스 값으로 레이더의 최소 감지거리부터 최대 감지거리까지의 범위를 가지는 값, M은 FFT의 전체 포인트 수, i는 FFT의 포인트자리를 가르키는 인덱스값, NormRE[i]는 정규화된 FFT값에서 i번째 포인트의 신호세기의 real값, LUTRE[R][i]는 상기 패턴 저장부에 저장된 거리 R에 대한 FFT값에서 i번째 포인트의 신호세기의 real값, NormIM[i]는 정규화된 FFT값에서 i번째 포인트의 신호세기의 image값, LUTIM[R][i]는 상기 패턴 저장부에 저장된 거리 R에 대한 FFT값에서 i번째 포인트의 신호세기의 image값, e[R]은 상기 패턴 저장부에 저장된 거리 R에 대한 FFT 값과 정규화된 FFT 값과의 상관도에 해당하는 유클리드 거리(Euclidean Distance)이다.In Equation (3), R denotes an index value for designating a specific distance among the distance-dependent FFT values stored in the pattern storage unit, a value ranging from a minimum sensing distance to a maximum sensing distance of the radar, LUTRE [R] [i] is a real value of the signal intensity of the i-th point in the normalized FFT value, and LUTRE [R] [i] , NormIM [i] is the image value of the signal intensity at the i-th point in the normalized FFT value, and LUTIM [R] [i] is the real value of the signal strength of the i-th point in the FFT value, E [R] is the image value of the signal intensity of the i-th point in the FFT value for R, Euclidean Distance (Euclidean Distance) corresponding to the correlation between the FFT value for the distance R stored in the pattern storage unit and the normalized FFT value )to be.

수학식 3에 따르면, 상관도 측정부(155)는 정규화된 이동타겟의 FFT값과 기 설정된 거리별 FFT값에서 동일 FFT 포인트의 신호세기값을 비교하여 비교하는 두 신호세기값의 차이를 파악한다. 이상적으로는 정규화된 이동타겟의 FFT값의 FFT 포인트별 신호세기값은 하나의 설정 FFT값과 일치하게 되나, 실제적으로는 잡음 등의 외부환경에 의해 약간의 오차가 발생한다. According to Equation (3), the correlation measuring unit 155 compares the FFT values of the normalized moving target with the FFT values of the predetermined distance to compare the signal intensity values of the same FFT points and compares the two signal intensity values . Ideally, the FFT value of the FFT value of the normalized moving target is made to coincide with the set FFT value for each FFT point, but a slight error occurs due to the external environment such as noise.

따라서 상관도 측정부(155)는 정규화된 이동타겟의 FFT값과 설정된 거리별 FFT값 각각과의 유클리드 거리를 파악하고, 유클리드 거리가 가장 짧은 즉, e[R]값이 가장 작은 하나의 설정 FFT값을 상관도가 가장 높은 값으로 파악한다.Therefore, the correlation measuring unit 155 measures the Euclidean distance between the FFT value of the normalized moving target and the FFT value for each distance set, and determines the Euclidean distance as a set FFT having the smallest e [R] Value is regarded as the highest correlation value.

거리 판단부(156)는 상관도 측정부(155)에서 파악한 상관도가 가장 높은 하나의 설정 FFT값에 대하여 해당 설정 FFT값에 대응된 거리를 파악하고, 이때의 거리를 이동타겟과의 거리로 판단한다. The distance determining unit 156 determines a distance corresponding to the set FFT value with respect to one set FFT value having the highest degree of correlation obtained by the correlation measuring unit 155 and sets the distance to the moving target .

패턴 저장부(160)는 거리별 FFT값을 저장하고 있으며, 저장된 FFT값(설정 FFT값)은 FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 장치에서 측정하여 저장된 값이거나, 외부장치로부터 측정되어 저장된 값일 수 있다. 패턴 저장부(160)에 저장된 거리별 패턴값에 대한 일 예가 도 5에 도시되어 있다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 거리별 신호세기 패턴의 예시도이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 거리별 신호세기의 패턴(즉, 거리별 FFT값)은 신호세기의 최대값이 “1”로 동일하게 규정화되어 있으며, 거리별로 서로 다른 패턴을 가짐을 알 수 있다.The pattern storage unit 160 stores an FFT value for each distance, and the stored FFT value (the set FFT value) may be a value measured and stored in the moving target detection apparatus of the FMCW radar system, or a value measured and stored from an external apparatus. FIG. 5 shows an example of a pattern value for each distance stored in the pattern storage unit 160. As shown in FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a signal intensity pattern for each distance according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, it can be seen that the pattern of signal intensity by distance (i.e., FFT value by distance) has the same maximum signal intensity value of " 1 " have.

이하에서는 패턴 저장부(160)에 저장되는 설정 거리별 FFT값을 산출하는 과정을 도 6을 참조로 하여 설명한다. 도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 거리별 FFT값을 설정하는 과정을 보인 순서도이다. 이하의 도 6을 참조로 한 설명에서는 최소 거리 1m에서 최대 거리 10m이며, 측정 거리 간격이 1m인 경우를 일 예로 하여 설명한다.Hereinafter, a process of calculating the FFT value according to the set distance stored in the pattern storage unit 160 will be described with reference to FIG. FIG. 6 is a flowchart illustrating a process of setting an FFT value for each distance according to an embodiment of the present invention. In the following description with reference to FIG. 6, a case where the minimum distance is 1 m, the maximum distance is 10 m, and the measurement distance is 1 m will be described as an example.

도 6을 참조하면, 탐지 공간에 물체를 측정할 거리 중 가장 짧은 거리인 1m에 위치시킨다. 이런 상태에서 FMCW 레이서 시스템의 이동타겟 탐지 장치는 미리 정해진 주기 동안 주파수가 변하는 송신신호를 생성하고 생성한 송신신호를 탐지 공간에 송신한다(S601).Referring to FIG. 6, the object is positioned at a distance of 1 m, which is the shortest distance among the distances to be measured in the detection space. In this state, the moving target detection apparatus of the FMCW racer system generates a transmission signal whose frequency varies for a predetermined period and transmits the generated transmission signal to the detection space (S601).

이동타겟 탐지 장치는 송신신호가 탐지 공간에 존재하는 목표물을 포함하는 물체에 의해 반사되어 돌아오는 반사신호를 수신하고(S602), 수신한 반사신호와 송신신호를 수학식 1과 같이 연산하고 송신신호와 반사신호의 곱에 대한 신호를 필터링하여 비트 주파수를 산출한다(S603).The moving target detection apparatus receives a reflected signal reflected by an object including a target whose transmission signal exists in a detection space (S602), calculates the received reflection signal and transmission signal according to Equation (1) And a reflection signal to calculate a bit frequency (S603).

이동타겟 탐지 장치는 비트 주파수를 FFT하여 FFT값을 산출하고(S604), 산출한 FFT값을 도 5와 같이 정규화한다(S605). 그런 다음 이동타겟 탐지 장치는 정규화한 FFT값을 1m 거리 정보와 매칭하여 룩업테이블로 패턴 저장부(160)에 저장한다(S606).The moving target detection apparatus FFTs the bit frequency to calculate an FFT value (S604), and normalizes the calculated FFT value as shown in FIG. 5 (S605). Then, the moving target detection apparatus matches the normalized FFT value with the 1-m distance information and stores it in the pattern storage unit 160 as a look-up table (S606).

이후, 이동타겟 탐지 장치는 현재 측정한 거리가 설정된 최대거리 즉, 10m인지를 판단하고(S607), 10m이면 설정 FFT값 저장을 완료하고, 10m가 아니면 다음 간격의 거리인 2m에만 물체가 위치하도록 한 후(S607), S601 과정 내지 S606 과정을 반복한다.Then, the moving target detection apparatus determines whether the currently measured distance is a set maximum distance, that is, 10 m (S607). If the distance is 10 m, the setting FFT value storage is completed. Otherwise, the object is located only at 2 m (S607), and repeats the process from S601 to S606.

이상과 같은 과정을 통해 패턴 저장부(160)에는 각 거리별 FFT값이 해당 거리정보와 매칭되어 룩업테이블로 저장된다.In the pattern storage unit 160, the FFT values for each distance are matched with the corresponding distance information and stored as a lookup table.

이하에서는 도 7을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 따른 이동타겟 탐지 장치의 회로 구성에 대하여 설명한다. 도 2의 이동타겟 탐지 장치의 블록도는 도 7과 같은 회로를 이용하여 구성될 수 있다. 도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 이동타겟 탐지 장치의 상세 회로도이다. Hereinafter, a circuit configuration of a moving target detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The block diagram of the moving target detection apparatus of FIG. 2 may be constructed using the circuit shown in FIG. 7 is a detailed circuit diagram of a moving target detection apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 송신신호를 생성하는 경우, 신호 생성부(110)는 합산부(111), 코사인(cos) 신호 생성부(112) 및 디지털 아날로그 컨버터(113)를 포함한다. 신호 생성부(110)는 샘플마다 주파수가 바뀌는 송신신호(fM(i))에 fbias를 더하여 주파수 대역을 조절한다. 비트주파수 산출부(140)는 fbias에 의해 고주파 대역으로 올라간 신호를 저역통과필터(LPF)로 제거하여 송신신호와 반사신호의 위상차 정보가 포함된 신호를 쉽게 얻을 수 있다.7, in the case of generating a transmission signal, the signal generation unit 110 includes a summation unit 111, a cosine signal generation unit 112, and a digital-to-analog converter 113. The signal generating unit 110 adjusts the frequency band by adding f bias to the transmission signal f M (i) whose frequency changes every sample. The bit frequency calculator 140 can easily obtain a signal including the phase difference information of the transmission signal and the reflection signal by removing the signal that has been shifted to the high frequency band by the f bias with the low pass filter (LPF).

신호 생성부(110)는 합산부(111)를 이용하여 송신신호 각각의 샘플 주파수를 합산하여 송신신호의 위상을 산출한다. 코사인(cos) 신호 생성부(112)는 산출한 위상을 이용하여 코사인(cos) 신호를 생성한다. 또한, 신호 생성부(110)는 디지털 아날로그 컨버터(DAC)(113)를 이용하여 코사인(cos) 신호를 아날로그 신호로 변환한다.The signal generating unit 110 calculates the phase of the transmission signal by summing the sample frequencies of the transmission signals using the summing unit 111. [ The cosine signal generating unit 112 generates a cosine signal using the calculated phase. Also, the signal generating unit 110 converts a cosine signal into an analog signal using a digital-to-analog converter (DAC) 113.

신호 송신부(120)는 믹서(mixer)(121)를 이용해 변환된 송신신호에 반송파(cosfc)를 곱하여 송신신호의 주파수 대역을 이동시킬 수 있으며, 주파수 대역이 이동된 신호를 탐지 공간으로 방사한다.The signal transmitting unit 120 can shift the frequency band of the transmission signal by multiplying the transmission signal converted by the mixer 121 by the carrier wave cosf c and emits the signal with the frequency band shifted to the detection space .

신호 수신부(130)는 반사신호를 수신하여 믹서(131)를 이용해 반송파와 곱하고, 다운 샘플링하여 기저대역(baseband)으로 반사신호의 주파수 대역을 이동시킨다.The signal receiving unit 130 receives the reflected signal, multiplies the received signal using the mixer 131, and downsamples the signal to move the frequency band of the reflected signal to the baseband.

비트신호 산출부(140)는 기저대역의 반사신호를 수학식 1과 같이 믹서(141)에 의해 코사인(cos) 신호와 곱해하고, 반사신호와 송신신호의 곱에 대한 신호를 아날로그 디지털 컨버터(ADC)(142)에 의해 디지털 신호로 변환한다. 그런 다음 비트신호 산출부(140)는 저역통과필터(LPF, 143)를 이용하여 변환된 신호의 고주파 성분을 제거하고, 신호 처리부(DSP)(150)에 송신신호와 반사신호의 차 주파수 성분인 비트 주파수를 제공한다.The bit signal calculator 140 multiplies the reflected signal of the baseband by a cosine signal by the mixer 141 as shown in Equation 1 and outputs a signal of the product of the reflected signal and the transmitted signal to an analog- ) 142 as a digital signal. The bit signal calculation unit 140 then removes the high frequency component of the converted signal using a low pass filter (LPF) 143 and outputs the difference frequency component of the transmitted signal and the reflected signal to the signal processing unit (DSP) Bit frequency.

이하에서는 도 8을 참조로 하여 본 발명의 실시 예에 따른 FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 방법을 설명한다. 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 방법을 보인 순서도이다.Hereinafter, a moving target detection method of the FMCW radar system according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 8 is a flowchart illustrating a method of detecting a moving target in an FMCW radar system according to an embodiment of the present invention.

도 8을 참조하면, 이동타겟 탐지 장치는 미리 정해진 주기 동안 주파수가 변하는 송신신호를 생성하고(S801), 송신신호를 탐지 공간에 방사한다(S802).Referring to FIG. 8, the moving target detection apparatus generates a transmission signal whose frequency varies for a predetermined period (S801), and emits the transmission signal to the detection space (S802).

이동타겟 탐지 장치는 송신신호가 탐지 공간에 존재하는 목표물을 포함하는 물체에 의해 반사되어 돌아오는 반사신호를 수신하고(S803), 수신한 반사신호와 송신신호를 수학식 1과 같이 연산하고 같은 송신신호와 반사신호의 곱에 대한 신호를 필터링하여 비트 주파수를 산출한다(S804).The moving target detection apparatus receives a reflection signal reflected by an object including a target whose transmission signal exists in a detection space (S803), calculates the received reflection signal and transmission signal as shown in Equation (1) The signal for the product of the signal and the reflected signal is filtered to calculate the bit frequency (S804).

이동타겟 탐지 장치는 비트 주파수를 FFT하여 FFT값을 산출하고(S805), 산출한 FFT값에 대하여 환경잡음 제거를 수행한다(S806). 그런 다음 이동타겟 탐지 장치는 환경잡음이 제거된 FFT값의 FFT 포인트별 신호세기를 합산하고 합산한 신호세기를 설정값인 3dB를 초과하는 지를 판단한다(S807).The moving target detection apparatus FFTs the bit frequency to calculate an FFT value (S805), and performs an environmental noise removal on the calculated FFT value (S806). Then, the moving target detection apparatus sums the signal strengths of the FFT points of the FFT values of which the environmental noise is removed, and determines whether the summed signal strength exceeds 3 dB (S807).

이동타겟 탐지 장치는 신호세기의 총합이 3dB 이하이면 이동타겟이 출현하지 않았다고 판단하고 계속해서 탐지 동작을 수행하며, 신호세기의 총합이 3dB를 초과하면 이동타겟이 탐지되었다고 판단하고 환경잡음 제거한 FFT값이 이동타겟에 대한 FFT값이라고 판단하여 환경잡음 제거한 FFT값을 정규화한다(S808).If the sum of the signal intensities is less than 3 dB, the moving target detection apparatus determines that the moving target has not appeared and performs the detection operation continuously. If the sum of the signal intensities exceeds 3 dB, the moving target detection apparatus determines that the moving target is detected, The FFT value for the moving target is determined and the FFT value from which the environmental noise is removed is normalized (S808).

이동타겟 탐지 장치는 정규화한 FFT값의 패턴을 패턴 저장부(160)에 저장된 설정된 거리별 FFT값의 패턴과 각각 비교하여 거리별 FFT값의 패턴에 대응하는 상관도를 각각 측정하고(S809), 측정한 각 상관도를 비교하여 유사성이 가장 큰 하나의 FFT값을 파악한다(S810).The moving target detection apparatus compares the pattern of the normalized FFT values with the patterns of the FFT values according to the set distance stored in the pattern storage unit 160, respectively, and measures correlations corresponding to the patterns of FFT values by distance (S809) The measured correlation values are compared to determine one FFT value having the greatest similarity (S810).

이동타겟 탐지 장치는 유사성이 가장 큰 하나의 FFT값이 이동타겟의 FFT값에 대응하는 FFT값이라고 판단하고, 룩업테이블로부터 해당 FFT값에 대응하는 거리를 판단하여 이를 이동타겟과의 거리로 판단한다(S811).The moving target detection apparatus determines that one FFT value having the greatest similarity is an FFT value corresponding to the FFT value of the moving target, determines a distance corresponding to the FFT value from the lookup table and determines the distance as a distance from the moving target (S811).

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of the right.

110 : 신호 생성부 120 : 신호 송신부
130 : 신호 수신부 140 : 비트주파수 산출부
150 : 신호 처리부 151 : FFT부
152 : 환경잡음 제거부 153 : 이동타겟 파악부
154 : 정규화부 155 : 상관도 측정부
156 : 거리 판단부 160 : 저장부
110: Signal generator 120: Signal transmitter
130: Signal receiving unit 140: Bit frequency calculating unit
150: signal processing unit 151: FFT unit
152: Environmental noise removing unit 153: Moving target grasping unit
154: normalization unit 155: correlation measurement unit
156: Distance judging unit 160:

Claims (7)

미리 정해진 주기 동안 주파수가 변하는 송신신호를 생성하는 신호 생성부,
상기 송신신호를 탐지 공간에 방사하는 신호 송신부,
상기 송신신호가 상기 탐지 공간에 존재하는 목표물에 의해 반사되어 돌아오는 반사신호를 수신하는 신호 수신부,
상기 송신신호와 상기 반사신호 간의 차 주파수 성분에 해당하는 비트 주파수를 산출하는 비트주파수 산출부,
상기 비트 주파수를 고속 푸리에 변환하고 환경잡음 제거하여 이동타겟에 대한 제1 FFT값을 산출하며, 상기 제1 FFT값을 정규화하고 정규화한 상기 제1 FFT값의 패턴을 설정된 거리별 FFT값의 패턴과 각각 상관도를 측정하여 상기 설정된 거리별 FFT값 중 상기 제1 FFT값의 패턴과 가장 유사한 하나의 FFT값을 파악하고, 파악한 하나의 FFT값에 대응한 거리를 이동타겟의 거리로 판단하는 신호처리부, 그리고
상기 설정된 거리별 FFT값에 대한 정보를 저장하고 있는 패턴 저장부를 포함하고,
상기 제1 FFT값과 상기 거리별 FFT값은 설정된 M개의 FFT 포인트에서의 FFT값이며,
상기 패턴은 FFT 포인트별 신호세기값이고,
상기 정규화는 신호세기의 최대값 또는 최소값을 설정값으로 만들고, 다른 FFT 포인트별 신호세기를 최대값 또는 최소값이 설정값으로 조정된 비율만큼 조절되게 하는 FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 장치.
A signal generator for generating a transmission signal whose frequency varies during a predetermined period,
A signal transmitter for radiating the transmission signal into a detection space,
A signal receiving unit for receiving a reflected signal of the transmission signal reflected by the target existing in the detection space,
A bit frequency calculator for calculating a bit frequency corresponding to a difference frequency component between the transmission signal and the reflection signal,
Calculating a first FFT value for a moving target by performing a fast Fourier transform on the bit frequency and removing an ambient noise, calculating a pattern of the first FFT value normalized by normalizing the first FFT value, And a signal processor for determining a distance corresponding to one FFT value as a distance of the moving target by measuring one correlation value and determining one FFT value most similar to the pattern of the first FFT value among the FFT values for each distance, , And
And a pattern storage unit for storing information on the set distance FFT value,
The first FFT value and the FFT value for the distance are FFT values at the set M FFT points,
The pattern is a signal intensity value per FFT point,
Wherein the normalization is performed by setting a maximum value or a minimum value of the signal intensity as a set value and adjusting the signal strength of each FFT point by a ratio of the maximum value or the minimum value adjusted to the set value.
제1항에서,
상기 신호처리부는,
상기 비트주파수를 고속 푸리에 변환하여 현재 FFT값을 산출하는 FFT부,
상기 현재 FFT값에서 이전 FFT값을 제거하여 환경잡음 제거된 FFT값을 산출하는 환경잡음 제거부,
상기 환경잡음 제거된 FFT값의 각 FFT 포인트별 신호세기를 합산하고 합산한 신호세기를 설정값과 비교하여 이동타겟의 존재 유무를 판단하고 이동타겟 존재시에 상기 환경잡음 제거된 FFT값을 상기 제1 FFT값으로 판단하는 이동타겟 파악부,
상기 제1 FFT값의 각 FFT 포인트별 신호세기를 정규화하는 정규화부,
상기 정규화부에 의해 정규화된 제1 FFT값의 각 FFT 포인트별 신호세기값의 패턴을 상기 설정된 거리별 FFT값의 각 FFT 포인트별 신호세기값의 패턴과 비교하여 상관도를 측정하고 상기 설정된 거리별 FFT값 중 상기 정규화된 상기 제1 FFT값의 패턴과 가장 유사한 하나의 FFT값을 파악하는 상관도 측정부, 그리고
상기 가장 유사한 하나의 FFT값에 대응하여 저장된 거리를 이동타겟의 거리로 판단하는 거리 판단부
를 포함하는 FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 장치.
The method of claim 1,
The signal processing unit,
An FFT unit for fast Fourier transforming the bit frequency to calculate a current FFT value,
An environmental noise removing unit for removing the previous FFT value from the current FFT value to calculate an FFT value that is removed from the environment noise,
The signal strength of each FFT point of the FFT value removed from the environment noise is summed and summed, and the signal intensity is compared with a set value to determine whether or not a moving target exists. 1 < / RTI > FFT value,
A normalizer for normalizing the signal strength of each FFT point of the first FFT value,
A pattern of a signal intensity value of each FFT point of the first FFT value normalized by the normalizing unit is compared with a pattern of signal intensity value of each FFT point of the set distance FFT value to measure a correlation, A correlation measurement unit for determining one FFT value most similar to the normalized pattern of the first FFT value among the FFT values, and
A distance determining unit that determines a distance stored corresponding to the most similar FFT value as a distance of the moving target,
Wherein the moving target detection device of the FMCW radar system comprises:
삭제delete 제2항에서,
상기 상관도 측정부는 다음의 수학식을 이용하여 상관도를 측정하는 FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 장치
Figure 112017131377330-pat00015

상기 R은 상기 패턴 저장부에 저장된 거리별 FFT값 중에서 특정 거리를 지정하기 위한 인덱스 값으로 레이더의 최소 감지거리부터 최대 감지거리까지의 범위를 가지는 값, M은 FFT의 전체 포인트 수, i는 FFT의 포인트자리를 가르키는 인덱스값, NormRE[i]는 정규화된 FFT값에서 i번째 포인트의 신호세기의 real값, LUTRE[R][i]는 상기 패턴 저장부에 저장된 거리 R에 대한 FFT값에서 i번째 포인트의 신호세기의 real값, NormIM[i]는 정규화된 FFT값에서 i번째 포인트의 신호세기의 image값, LUTIM[R][i]는 상기 패턴 저장부에 저장된 거리 R에 대한 FFT값에서 i번째 포인트의 신호세기의 image값, e[R]은 상기 패턴 저장부에 저장된 거리 R에 대한 FFT 값과 정규화된 FFT 값과의 상관도에 해당하는 유클리드 거리(Euclidean Distance).
3. The method of claim 2,
Wherein the correlation measuring unit measures the correlation using the following formula: < EMI ID =
Figure 112017131377330-pat00015

Wherein R is an index value for designating a specific distance among the FFT values by distance stored in the pattern storage unit, M is a total number of points of the FFT, i is an FFT LUTRE [R] [i] is a real value of the signal intensity of the i-th point in the normalized FFT value, and FTR value of the distance R stored in the pattern storage unit Normim [i] is an image value of the signal intensity of the i-th point in the normalized FFT value, LUTIM [R] [i] is an FFT value of the distance R stored in the pattern storage, And e [R] is an Euclidean distance corresponding to the degree of correlation between the FFT value for the distance R stored in the pattern storage unit and the normalized FFT value.
미리 정해진 주기 동안 주파수가 변하는 송신신호를 탐지 공간에 방사하는 단계,
상기 탐지 공간에 존재하는 목표물에 의해 반사되어 돌아오는 반사신호를 수신하는 단계,
상기 송신신호와 상기 반사신호 간의 차 주파수 성분에 해당하는 비트 주파수를 산출하는 단계,
상기 비트주파수를 고속 푸리에 변환하여 현재 FFT값을 산출하는 단계,
상기 현재 FFT값에서 이전 FFT값을 제거하여 환경잡음 제거된 FFT값을 산출하는 단계,
상기 환경잡음 제거된 FFT값의 신호세기를 설정값과 비교하고 상기 환경잡음 제거된 FFT값의 신호세기가 상기 설정값을 초과하면 이동타겟 감지로 판단하고 상기 환경잡음 제거된 FFT값을 이동타겟의 FFT값으로 판단하는 단계,
상기 이동타겟의 FFT값을 정규화하는 단계,
정규화한 이동타겟의 FFT값의 각 FFT 포인트별 신호세기값의 패턴을 상기 설정된 거리별 FFT값의 각 FFT 포인트별 신호세기값의 패턴과 비교하여 상관도를 측정하는 단계,
측정된 상관도를 기반으로 상기 설정된 거리별 FFT값 중 정규화한 이동타겟의 FFT값의 패턴과 가장 유사한 하나의 FFT값을 파악하는 단계, 그리고
상기 가장 유사한 하나의 FFT값에 대응하여 저장된 거리를 이동타겟의 거리로 판단하는 단계를 포함하며,
상기 정규화한 이동타겟의 FFT값과 상기 설정된 거리별 FFT값은 설정된 M개의 FFT 포인트에서의 FFT값이며,
상기 패턴은 FFT 포인트별 신호세기값이고,
상기 정규화는 신호세기의 최대값 또는 최소값을 설정값으로 만들고, 다른 FFT 포인트별 신호세기를 최대값 또는 최소값이 설정값으로 조정된 비율만큼 조절되게 하는 FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 방법.
Emitting a transmission signal whose frequency changes during a predetermined period to a detection space,
Receiving a reflected signal reflected by a target existing in the detection space,
Calculating a bit frequency corresponding to a difference frequency component between the transmission signal and the reflection signal,
Performing a fast Fourier transform on the bit frequency to calculate a current FFT value,
Removing the previous FFT value from the current FFT value to calculate an FFT value with the environment noise removed,
Comparing the signal strength of the FFT value with the set value, and when the signal strength of the FFT removed from the environment noise exceeds the set value, it is determined that the mobile target is detected, and the FFT value, Determining an FFT value,
Normalizing an FFT value of the moving target,
Comparing the pattern of the FFT value of the FFT value of the normalized mobile target with the pattern of the signal intensity value of each FFT point of the set distance FFT value to measure the correlation,
Determining one FFT value most similar to the pattern of the FFT value of the normalized mobile target among the set FFT values based on the measured correlation, and
Determining a distance stored corresponding to the most similar FFT value as a distance of the moving target,
The FFT value of the normalized moving target and the FFT value of the set distance are FFT values at the set M FFT points,
The pattern is a signal intensity value per FFT point,
Wherein the normalization is performed by setting a maximum value or a minimum value of a signal intensity as a set value and adjusting a signal strength of each FFT point by a ratio of a maximum value or a minimum value adjusted to a set value.
삭제delete 제5항에서,
상기 상관도 측정 단계는 다음의 수학식을 이용하여 상관도를 측정하는 FMCW 레이더 시스템의 이동타겟 탐지 방법
Figure 112017131377330-pat00016

상기 R은 저장된 거리별 FFT값 중에서 특정 거리를 지정하기 위한 인덱스 값으로 레이더의 최소 감지거리부터 최대 감지거리까지의 범위를 가지는 값, M은 FFT의 전체 포인트 수, i는 FFT의 포인트자리를 가르키는 인덱스값, NormRE[i]는 정규화된 FFT값에서 i번째 포인트의 신호세기의 real값, LUTRE[R][i]는 상기 R에 대한 FFT값에서 i번째 포인트의 신호세기의 real값, NormIM[i]는 정규화된 FFT값에서 i번째 포인트의 신호세기의 image값, LUTIM[R][i]는 상기 R에 대한 FFT값에서 i번째 포인트의 신호세기의 image값, e[R]은 상기 R에 대한 FFT 값과 정규화된 FFT 값과의 상관도에 해당하는 유클리드 거리(Euclidean Distance).
The method of claim 5,
The correlation measurement step may be a moving target detection method of an FMCW radar system for measuring a correlation using the following equation
Figure 112017131377330-pat00016

R is an index value for designating a specific distance among the FFT values for each distance stored, and is a value ranging from the minimum sensing distance to the maximum sensing distance of the radar, M is the total number of points of the FFT, LUTRE [R] [i] is the real value of the signal intensity at the i-th point in the FFT value for the R, and NormIM [i] is the real value of the signal intensity at the i- [i] is an image value of the signal intensity of the i-th point in the normalized FFT value, LUTIM [R] [i] is the image value of the signal intensity of the i-th point in the FFT value for R, The Euclidean distance corresponds to the degree of correlation between the FFT value for R and the normalized FFT value.
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