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WO2018135754A1 - 레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법 - Google Patents

레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2018135754A1
WO2018135754A1 PCT/KR2017/014380 KR2017014380W WO2018135754A1 WO 2018135754 A1 WO2018135754 A1 WO 2018135754A1 KR 2017014380 W KR2017014380 W KR 2017014380W WO 2018135754 A1 WO2018135754 A1 WO 2018135754A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
target
information
tracking
radar
clutter
Prior art date
Application number
PCT/KR2017/014380
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
최수호
양희진
Original Assignee
(주)디지탈엣지
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)디지탈엣지 filed Critical (주)디지탈엣지
Publication of WO2018135754A1 publication Critical patent/WO2018135754A1/ko

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/42—Simultaneous measurement of distance and other co-ordinates
    • G01S13/44—Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing
    • G01S13/4472—Monopulse radar, i.e. simultaneous lobing with means specially adapted to airborne monopulse systems
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/66—Radar-tracking systems; Analogous systems
    • G01S13/72—Radar-tracking systems; Analogous systems for two-dimensional tracking, e.g. combination of angle and range tracking, track-while-scan radar
    • G01S13/723—Radar-tracking systems; Analogous systems for two-dimensional tracking, e.g. combination of angle and range tracking, track-while-scan radar by using numerical data
    • G01S13/726—Multiple target tracking

Definitions

  • the present invention relates to a radar system, and more particularly, to remove clutter, track the same target, and estimate undetected targets using multiple target detection information. It is about tracking method.
  • the radar sensor is a sensing means for measuring distance, velocity, and angle information by transmitting a radio wave using microwaves and receiving some reflection signals reflected from a target.
  • radar sensors include Pulsed Doppler Radar, Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW), Stepped-Frequency Continous Wave (SFCW), Frequency Target information is measured using various radar waveforms such as a frequency shift keying (FSK) radar.
  • FMCW Frequency Modulated Continuous Wave
  • SFCW Stepped-Frequency Continous Wave
  • FSK frequency shift keying
  • Patent Literature 1 includes a transceiver for transmitting a radar signal to the surroundings while driving and receiving a signal reflected from a target, a controller for determining whether a collision with a target occurs based on radar detection information of the signal received through the transceiver, and a collision. It includes a warning unit for generating a collision risk warning before the occurrence, wherein the radar detection information is configured to include the distance to the target, the speed and angle information of the target, to detect the target around the radar using the detection information.
  • a collision warning and an accident recording method of a radar terminal that warns of a collision risk according to a distance from a detected target, a speed and an angle of a target are described.
  • Patent document 2 transmits a radar signal to the surroundings while driving, receives a signal reflected from a target, generates radar detection information using the received detection signal, and removes the near-interference signal included in the detection signal to determine the bit frequency.
  • the digital signal processing method solves the shadow area of the near-field detection radar to detect the detection probability and the detection reliability of the near-field target.
  • a method for removing a near shadow area of a radar device is disclosed.
  • the target detected by the vehicle radar system detects not only the actual target opponent vehicle but also unwanted clutter information such as a guard rail or a telephone pole.
  • a target may not be detected due to a change in a radar effective reflection area (RCS) of a target such as a relative vehicle or a destructive interference by a multipath reflected signal such as a signal reflected from a road surface.
  • RCS radar effective reflection area
  • Patent Literature 3 to Patent Literature 5 below disclose a technique for removing clutter in a vehicle radar system according to the prior art.
  • Patent Document 3 describes the configuration of a side boundary recognition method of a driving road that recognizes a boundary using a road database
  • Patent Document 4 describes a guardrail recognition method and an autonomous driving system that determine clutter in size and form through collection.
  • a method and a device configuration for generating guardrail information are described
  • Patent Document 5 describes a configuration for preventing target detection by adding a vertically arranged component of an antenna element.
  • Patent Document 1 Republic of Korea Patent Registration No. 10-1513878 (announced April 22, 2015)
  • Patent Document 2 Korean Patent Registration No. 10-1505044 (announced March 24, 2015)
  • Patent Document 3 Korean Patent Registration No. 10-1500168 (March 6, 2015 notification)
  • Patent Document 4 Korean Patent Registration No. 10-1394574 (announced May 27, 2014)
  • Patent Document 5 Korean Patent Publication No. 10-2013-0021996 (published March 6, 2013)
  • the clutter removal method applied to the vehicle radar system recognizes and removes the guardrail or the side of the road by using external data or a clustering characteristic of the measured data.
  • the clutter removal method applied to the vehicle radar system according to the prior art has a problem that the gaze direction of the radar is limited to the front.
  • An object of the present invention is to solve the problems as described above, to remove the clutter using multiple target detection information, to track the same target and to remove the clutter of the radar system that can estimate the undetected target It is to provide a target tracking method.
  • the clutter removal and multi-target tracking method of the radar system (a) transmits a radar signal from the transceiver of the radar system to the surroundings, and receives the signal reflected from the target (B) generating radar detection information using the radar signal received from the control unit, (c) removing clutter information from the radar detection information, and (d) radar from which the clutter information has been removed Checking whether the target tracking prediction information using the detection information matches the actual detection information, and (e) updating the tracking history by using all of the matched and unmatched test results of step (d). It is characterized by.
  • the target false alarm through the removal of the clutter using the multi-target detection information, tracking the same target, and estimation of the undetected target The effect is to reduce the rate and improve the accuracy of the target detection rate and measurement information.
  • the present invention it is possible to improve the accuracy of the target information by reducing the false alarm rate by removing clutter, estimating the undetected target, and simultaneously integrating and classifying the matching target using past tracking information. Is obtained.
  • the effect can be applied not only to a vehicle radar system but also to all radar systems that track radar detection targets such as fixed, naval, and aircraft radar systems.
  • 1 is a configuration diagram of a vehicle radar system
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating step-by-step method for removing clutter and tracking multiple targets of a vehicle radar system according to an embodiment of the present invention
  • 3 is a view showing the radar Iso-Range, Doppler,
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method for estimating information of an undetected target
  • 5 is a diagram for explaining a tracking history updating method.
  • the present invention is not necessarily limited thereto, and it should be noted that the present invention can be applied to a near-field detection and detection radar system used for various purposes such as a radar for measuring ITS traffic, a radar level meter, a near-field displacement measuring radar, and a near-sensitive control radar. do.
  • 1 is a configuration diagram of a vehicle radar system.
  • the vehicle radar system transmits a radar signal around a vehicle and based on radar detection information of signals received through the transceiver 10 and the transceiver 10 for receiving a signal reflected from a target.
  • the controller 20 may determine whether a collision between the vehicle and another vehicle occurs.
  • the vehicle radar system further includes a warning unit 30 for generating a collision risk warning before the collision and a storage unit 40 for storing tracking information generated by accumulating radar detection information and radar detection information when a collision occurs. It may include.
  • the transceiver 10 is provided with a transmission antenna 11 for transmitting a radar signal in a predetermined direction and a receiving antenna 12 for receiving a signal reflected from a target, each one independently, and a low frequency (LF) radar.
  • a first signal converter 13 for converting the signal into a radio frequency (RF) signal
  • RF radio frequency
  • a power amplifier 14 for amplifying the power of the RF signal
  • a low noise amplifier for amplifying the signal received at the receiving antenna 12 and attenuating noise 15 and the second signal converter 16 converting the RF signal output from the low noise amplifier 15 into an LF signal form and outputting a beat frequency signal.
  • the control unit 20 uses a signal generator 21 for generating a continuous wave radar signal such as FMCW, SFCW, FSK, etc., and a signal for signal processing to generate radar detection information using the signal received from the transceiver 10.
  • the analog signal output from the controller 23 for generating radar detection information using the output signal of the processor 22, the signal processor 22, and the second signal converter 16 of the transceiver 10 is a digital signal. It may include an AD converter 24 to convert to.
  • the controller 23 may function to generate radar detection information using the output signal of the signal processing unit 22, and accumulate the generated radar detection information to generate tracking information.
  • the radar detection information includes the distance to the target, the speed and the angle information of the target
  • the tracking information is the position information (x, y) with the target
  • the speed information (x, y) of the target the acceleration information ( x, y) and driving direction information.
  • FIG. 2 is a flowchart illustrating a step-by-step method for removing clutter and tracking multiple targets of a vehicle radar system according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the transceiver 10 of the vehicle radar system transmits a radar signal and receives a signal reflected from a target around the vehicle, and the controller 20 processes the received signal to detect radar detection information. do.
  • step S12 the control unit 20 removes clutter information from the detected radar detection information.
  • the clutter information is unnecessary detection information for determining whether a vehicle collides in a vehicle radar system such as a fixed target such as a guard rail and a vehicle opposite to each other, and changes for each radar detection target.
  • 3 is a view showing the radar Iso-Range, Doppler.
  • the radar Iso-Range may be displayed as a circle connecting points having the same distance from the radar system, and the Iso-Doppler may be displayed as a cosine curve shape around the radar system.
  • the velocity information of the target to be detected varies depending on the relative speed and angle between the radar and the target.
  • the controller 20 may estimate the relative speed by compensating the speed information detected by the radar detection information by using the radar Iso-Doppler characteristic with the detected angle information and the installation angle of the radar.
  • the relative speed of the fixed target is -Vt, so that the fixed clutter such as the guard rail can be removed.
  • the detection speed Vm and the relative speed Vt of the target may be expressed as in Equation 1.
  • Equation 2 the relative velocity Vt of the target can be summarized as in Equation 2.
  • the controller 20 may remove detection information classified as a clutter using the relative speed information compensated according to an operation mode such as a vehicle opposite to the center lane and a vehicle having a large difference in relative speed.
  • step S14 the controller 20 checks whether the target tracking prediction information using the radar detection information matches the actual detection information.
  • the controller 20 may determine whether the target is matched by using the distance and velocity information between the n-th detection information predicted using the n-th tracking information and the n-th detection information.
  • step S16 the controller 20 uses a tracking filter such as an ⁇ - ⁇ filter, an ⁇ - ⁇ - ⁇ filter, or a Kalman filter.
  • the tracking information is updated (S16).
  • control unit 20 assigns each of the new IDs to separate them or sets information on the nearest distance as the target information. You can judge.
  • the controller 20 may apply the actual detection information as input to all matching target tracking prediction information.
  • the controller 20 determines that the target is not detected, and uses the target tracking history to determine the information of the target, that is, the distance to the target and the target.
  • the angle and speed can be estimated.
  • control unit 20 proceeds to step S22.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining a method for estimating information of an undetected target.
  • control unit 20 uses the tracking history on the prediction information that does not match the nth actual detection information among the prediction information using the n ⁇ 1 th tracking result, as illustrated in FIG. 4. Estimate speed, acceleration information.
  • the estimated current position information of the target is calculated using the tracking information in the distribution range of 1sigma, 2sigma, 3sigma, etc. of M historical tracking information, the average speed and acceleration, and then the speed calculated from the n-1th position information It can be estimated using the information.
  • step S20 the control unit 20 allocates a new ID to the detection result that does not match the n-th target tracking prediction information among the n-th actual detection information and stores the detection information.
  • step S22 the control unit 20 determines whether or not the same target using the tracking history for all the tracking information, and if the determination is the same target performs clustering (S24).
  • the present invention can minimize the number of tracking information to be calculated by determining and clustering whether all tracking information are the same target.
  • step S22 determines whether the determination result of step S22 is the same target. If the determination result of step S22 is not the same target, the control unit 20 separates the tracking information that is not the same target as a new target (S26).
  • tracking information of a detected target determined to be the same target and given an ID may be stored periodically.
  • the tracking information includes not only the distance to the target, the speed and the angle of the target, but also the X direction distance, the Y direction distance, the X direction speed, the Y direction speed, the X direction acceleration, and the Y direction acceleration for marking on the XY coordinates. It may include.
  • step S28 the control unit 20 updates the nth tracking information in the tracking history.
  • 5 is a diagram for explaining a tracking history updating method.
  • control unit 20 may update the additional history by adding the n th tracking information to the first column of the tracking history at the i th n time, and provide the updated information to step S18.
  • step S30 the control unit 20 predicts the position of the target using the tracking result, and repeats step S14.
  • the present invention uses the multiple target detection information to remove clutter, track the same target, reduce the target false alarm rate by estimating the undetected target, accuracy of the target detection rate and measurement information Can improve.
  • a vehicle radar system having an anti-collision and accident recording function of the vehicle has been described.
  • the present invention is not limited thereto, and the ITS traffic measurement radar, radar level meter, near-field displacement measuring radar, and near-field sensitivity are described. It should be noted that it can be applied to near-field detection and detection radar systems used for various purposes such as control radars, ships and aircraft radar systems.
  • the present invention is applied to the radar system technology that removes clutter using multiple target detection information, tracks the same target, reduces target false alarm rate by estimating undetected target, and improves the accuracy of target detection rate and measurement information. do.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법에 관한 것으로, (a) 레이더 시스템의 송수신부에서 주변으로 레이더 신호를 송신하고, 표적에서 반사되는 신호를 수신하는 단계, (b) 제어부에서 수신된 레이더 신호를 이용해서 레이더 검지정보를 생성하는 단계, (c) 상기 레이더 검지정보에서 클러터 정보를 제거하는 단계, (d) 상기 클러터 정보가 제거된 레이더 검지정보를 이용한 표적 추적 예측 정보와 실제 검출정보가 매칭되는지 검사하는 단계 및 (e) 상기 (d)단계의 검사결과 매칭 및 언매칭된 모든 추적 정보를 이용해서 추적 히스토리를 갱신하는 단계를 포함하는 구성을 마련하여, 다중 표적 검출정보를 이용해서 클러터를 제거하고, 동일 표적을 추적하며, 미탐지 표적 추정을 통하여 표적 오경보율을 감소시키고, 표적 탐지율과 측정정보의 정확도를 향상시킬 수 있다.

Description

레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법
본 발명은 레이더 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다중 표적 검출정보를 이용해서 클러터(clutter)를 제거하고, 동일 표적을 추적하며, 미탐지 표적을 추정하는 레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법에 관한 것이다.
레이더 센서는 마이크로파(microwave)를 이용하여 전파를 송신하고 표적에서 반사된 일부 반사(reflection) 신호를 수신하여 거리, 속도, 각도 정보를 측정하는 감지수단이다.
이러한 레이더 센서는 펄스 도플러 레이더(Pulsed Doppler Radar), 주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, 이하 'FMCW'라 함), 계단형 주파수 연속파(Stepped-Frequency Continous Wave, 이하 'SFCW'라 함), 주파수 편이 방식(Frequency Shift Keying, 이하 'FSK'라 함) 레이더 등의 다양한 레이더 파형(Radar Waveform)을 사용하여 표적정보를 측정한다.
본 출원인은 하기의 특허문헌 1 및 특허문헌 2 등 다수에 레이더 센서 기술을 개시해서 특허 출원하여 등록받은 바 있다.
특허문헌 1에는 주행 도중에 주변으로 레이더 신호를 송신하고 표적으로부터 반사되는 신호를 수신하는 송수신부, 상기 송수신부를 통해 수신된 신호의 레이더 검지정보에 기초해서 표적과의 충돌 발생 여부를 판단하는 제어부 및 충돌 발생 이전에 충돌 위험 경고를 발생하는 경고부를 포함하고, 상기 레이더 검지정보는 표적과의 거리, 표적의 속도 및 각도 정보를 포함하는 구성을 마련하여, 레이더 검지정보를 이용해서 주변의 표적을 검지하고, 검지된 표적과의 거리, 표적의 속도 및 각도 정보에 따라 충돌 위험을 경고하는 레이더 단말의 충돌 경고 및 사고 기록 방법이 기재되어 있다.
특허문헌 2에는 주행 도중에 주변으로 레이더 신호를 송신하고 표적으로부터 반사되는 신호를 수신하고, 수신된 검지신호를 이용해서 레이더 검지정보를 생성하며, 검지신호에 포함된 근거리 간섭신호를 제거해서 비트 주파수의 스펙트럼을 추출하여 표적과의 거리, 표적의 속도 및 각도 정보를 포함하는 레이더 검지정보를 생성함으로써, 디지털 신호처리 방식으로 근거리 탐지 레이더의 음영지역을 해결하여 근거리 표적에 대한 탐지확률과 표적의 검출 신뢰성을 향상시키는 레이더 장치의 근거리 음영지역 제거방법이 개시되어 있다.
한편, 차량용 레이더 시스템에서 검출된 표적은 실제 표적인 상대 차량뿐만 아니라, 가드레일 또는 전신주 등 원하지 않는 클러터 정보들도 같이 탐지된다.
또한, 상대차량 등 표적의 레이더 유효 반사 면적(Radar Cross Section, RCS)의 변화 또는 도로 표면으로부터 반사되는 신호 등과 같은 다중경로 반사신호에 의한 상쇄 간섭으로 인하여 표적이 검출되지 않는 경우도 발생한다.
예를 들어, 하기의 특허문헌 3 내지 특허문헌 5에는 종래기술에 따른 차량용 레이더 시스템에서 클러터를 제거하는 기술이 개시되어 있다.
특허문헌 3에는 도로 데이터베이스를 이용하여 경계를 인지하는 주행 도로의 측면 경계 인지 방법 구성이 기재되어 있고, 특허문헌 4에는 집화를 통해 크기 및 형태로 클러터를 판단하는 가드레일 인식방법과 자율주행시스템의 가드레일 정보 생성방법 및 장치 구성이 기재되어 있으며, 특허문헌 5에는 안테나 엘리먼트의 수직방향 배열 성분을 추가하여 표적 미탐지를 방지하는 구성이 기재되어 있다.
[선행기술문헌]
(특허문헌 1) 대한민국 특허 등록번호 제10-1513878호(2015년 4월 22일 공고)
(특허문헌 2) 대한민국 특허 등록번호 제10-1505044호(2015년 3월 24일 공고)
(특허문헌 3) 대한민국 특허 등록번호 제10-1500168호(2015년 3월 6일 공고)
(특허문헌 4) 대한민국 특허 등록번호 제10-1394574호(2014년 5월 27일 공고)
(특허문헌 5) 대한민국 특허 공개번호 제10-2013-0021996호(2013년 3월 6일 공개)
그러나 종래기술에 따른 차량용 레이더 시스템에 적용되는 클러터 제거 방법은 외부데이터를 이용하거나 측정데이터의 군집특성을 이용하여 가드레일이나 도로 측면을 인지하여 제거함에 따라, 플랫폼의 위치정보와 외부데이터에 대한 정확도가 추가로 요구될 뿐만 아니라, 실시간으로 변화하는 다양하고 복잡한 환경에 대해서는 적용이 어려운 문제점이 있었다
또한, 종래기술에 따른 차량용 레이더 시스템에 적용되는 클러터 제거 방법은 레이더의 응시방향이 전방으로 한정되어 있는 문제점이 있었다.
또한, 종래기술에 따른 차량용 레이더 시스템에는 수신채널을 추가하여 표적을 탐지함으로써 표적 미탐지 문제를 해결하는 방법이 적용되었으나, 이는 안테나 추가로 인한 하드웨어의 크기가 증가하고, 신호처리 계산용량 및 처리 시간이 증가하는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 다중 표적 검출정보를 이용해서 클러터를 제거하고, 동일표적을 추적하며 미탐지표적을 추정할 수 있는 레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 클러터 및 미탐지 표적으로 인한 표적 오경보율을 감소시키고, 측정정보의 정확도를 향상시킬 수 있는 레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법을 제공하는 것이다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법은 (a) 레이더 시스템의 송수신부에서 주변으로 레이더 신호를 송신하고, 표적에서 반사되는 신호를 수신하는 단계, (b) 제어부에서 수신된 레이더 신호를 이용해서 레이더 검지정보를 생성하는 단계, (c) 상기 레이더 검지정보에서 클러터 정보를 제거하는 단계, (d) 상기 클러터 정보가 제거된 레이더 검지정보를 이용한 표적 추적 예측 정보와 실제 검출정보가 매칭되는지 검사하는 단계 및 (e) 상기 (d)단계의 검사결과 매칭 및 언매칭된 모든 추적 정보를 이용해서 추적 히스토리를 갱신하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법에 의하면, 다중 표적 검출정보를 이용해서 클러터를 제거하고, 동일 표적을 추적하며, 미탐지 표적 추정을 통하여 표적 오경보율을 감소시키고, 표적 탐지율과 측정정보의 정확도를 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
즉, 본 발명에 의하면, 클러터 제거를 통해 오경보율을 감소시키고, 미탐지 표적을 추정함과 동시에 과거 추적정보들을 이용한 매칭 표적의 통합 및 분류를 수행하여 표적정보의 정확도를 향상시킬 수 있다는 효과가 얻어진다.
또한, 본 발명에 의하면, 차량용 레이더 시스템뿐만 아니라 고정용, 함정용, 항공기용 레이더 시스템 등 레이더 검출 표적을 추적하는 모든 레이더 시스템에 적용할 수 있다는 효과가 얻어진다.
도 1은 차량용 레이더 시스템의 구성도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법을 단계별로 설명하는 흐름도,
도 3은 레이더 Iso-Range, Doppler를 보인 도면,
도 4는 미탐지 표적의 정보를 추정하는 방법을 설명하는 도면,
도 5는 추적 히스토리 갱신방법을 설명하는 도면.
이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 레이더 시스템 및 그의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
본 실시 예에서는 차량의 충돌방지 및 사고기록 기능을 갖는 차량용 레이더 시스템을 이용해서 설명하기로 한다.
그러나 본 발명은 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, ITS 교통량 측정용 레이더, 레이더 레벨미터, 근거리 변위측정 레이더, 근거리 감응제어 레이더 등 다양한 용도로 사용되는 근거리 탐지 및 검출용 레이더 시스템에 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법을 설명하기에 앞서, 도 1을 참조하여 차량용 레이더 시스템의 구성을 설명한다.
도 1은 차량용 레이더 시스템의 구성도이다.
차량용 레이더 시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 차량 주변에 레이더 신호를 송신하고 표적으로부터 반사되는 신호를 수신하는 송수신부(10) 및 송수신부(10)를 통해 수신된 신호의 레이더 검지정보에 기초해서 해당 차량과 타 차량의 충돌 발생 여부를 판단하는 제어부(20)를 포함할 수 있다.
이와 함께, 차량용 레이더 시스템은 충돌 발생 이전에 충돌 위험 경고를 발생하는 경고부(30)와 충돌 발생 시 레이더 검지정보와 레이더 검지정보를 누적해서 생성된 추적 정보를 저장하는 저장부(40)를 더 포함할 수 있다.
송수신부(10)는 레이더 신호를 미리 설정된 방향으로 송신하는 송신 안테나(11)와 표적으로부터 반사되는 신호를 수신하는 수신 안테나(12)가 각각 하나씩 독립적으로 마련되고, LF(low frequency) 형태의 레이더 신호를 RF(radio frequency) 신호로 변환하는 제1 신호 변환기(13), RF 신호의 전력을 증폭하는 전력 증폭기(14), 수신 안테나(12)에서 수신된 신호를 증폭하고 노이즈를 감쇠하는 저잡음 증폭기(15) 및 저잡음 증폭기(15)에서 출력되는 RF 신호를 다시 LF 신호 형태로 변환하여 비트 주파수(beat frequency) 신호를 출력하는 제2 신호 변환기(16)를 포함할 수 있다.
제어부(20)는 FMCW, SFCW, FSK 등의 연속파 형태의 레이더 신호를 발생하는 신호 발생부(21), 송수신부(10)에서 수신된 신호를 이용해서 레이더 검지정보를 생성 가능하도록 신호 처리하는 신호 처리부(22), 신호 처리부(22)의 출력 신호를 이용해서 레이더 검지정보를 생성하는 컨트롤러(23) 및 송수신부(10)의 제2 신호 변환기(16)에서 출력되는 아날로그 형태의 신호를 디지털 신호로 변환하는 AD 컨버터(24)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(23)는 신호 처리부(22)의 출력 신호를 이용해서 레이더 검지정보를 생성하고, 생성된 레이더 검지정보를 누적해서 추적 정보를 생성하는 기능을 할 수 있다.
여기서, 상기 레이더 검지정보는 표적과의 거리, 표적의 속도 및 각도정보를 포함하고, 상기 추적 정보는 표적과의 위치 정보(x,y), 표적의 속도 정보(x,y), 가속도 정보(x,y) 및 주행 방향 정보를 포함할 수 있다.
다음, 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법을 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 차량용 레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법을 단계별로 설명하는 흐름도이다.
도 2의 S10단계에서 차량용 레이더 시스템의 송수신부(10)는 차량 주변으로 레이더 신호를 송신하고 표적으로부터 반사되는 신호를 수신하며, 제어부(20)는 수신된 신호를 신호처리해서 레이더 검지정보를 검출한다.
S12단계에서 제어부(20)는 검출된 레이더 검지정보에서 클러터 정보를 제거한다.
상기 클러터 정보는 가드레일 같은 고정표적과 반대편 차량과 같이 차량용 레이더 시스템에서 차량 충돌 여부를 판단하기에 불필요한 검출정보로서, 레이더 검출 목표마다 변화한다.
도 3은 레이더 Iso-Range, Doppler를 보인 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 레이더 Iso-Range는 레이더 시스템으로부터 동일 거리를 갖는 지점들을 연결한 원 형태로 표시되고, Iso-Doppler는 레이더 시스템을 중심으로 코사인 곡선 형상으로 표시될 수 있다.
이러한 레이더 Iso-Doppler 특성으로 인하여, 검출되는 표적의 속도 정보는 레이더와 표적과의 상대 속도와 각도에 따라 변화한다.
따라서 본 실시 예에서 제어부(20)는 레이더 Iso-Doppler 특성을 이용하여 레이더 검지정보로 검출된 속도 정보를 검출된 각도 정보와 레이더의 설치 각도로 보상해서 상대 속도를 추정할 수 있다.
즉, 고정 표적의 경우, 자차 속도가 Vt이면 고정 표적의 상대속도는 -Vt이므로, 가드레일과 같은 고정 클러터를 제거할 수 있다.
여기서, 검출 속도(Vm)와 표적의 상대 속도(Vt)는 수학식 1과 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2017014380-appb-M000001
이를 정리하면, 표적의 상대 속도(Vt)는 수학식 2와 같이 정리할 수 있다.
Figure PCTKR2017014380-appb-M000002
또한, 제어부(20)는 중앙차선 반대차량, 상대속도 차이가 큰 차량 등 운용 모드에 따라 보상된 상대속도 정보를 이용하여 클러터로 분류되는 검출정보를 제거할 수 있다.
S14단계에서 제어부(20)는 레이더 검지정보를 이용한 표적 추적 예측 정보와 실제 검출정보가 매칭되는지를 검사한다.
여기서, 제어부(20)는 n-1번째 추적 정보를 이용하여 예측된 n번째 검출정보와 실제 n번째 검출정보와의 거리와 속도 정보를 이용하여 표적 매칭 여부를 판단할 수 있다.
만약, S14단계의 검사결과 표적 추적 예측 정보와 실제 검출 정보가 매칭되면, S16단계에서 제어부(20)는 α-β 필터, α-β-γ 필터, 칼만(Kalman) 필터 등의 추적필터를 이용해서 추적 정보를 갱신한다(S16).
여기서, 제어부(20)는 동일 표적에서 다수의 반사신호가 수신됨에 따라 한 개의 트랙정보에 여러 개의 검출정보가 매칭될 경우, 각각 신규 ID로 할당하여 분리하거나 최근접 거리에 대한 정보를 표적 정보로 판단할 수 있다.
그리고 제어부(20)는 한 개의 실제 검출정보에 여러 개의 표적 추적 예측정보가 매칭될 경우, 실제 검출정보를 매칭되는 모든 표적 추적 예측정보에 입력으로 적용할 수 있다.
한편, S14단계의 검사결과 표적 추적 예측정보와 검출결과가 언매칭되면, 제어부(20)는 표적 미탐지 상태로 판단하고, 표적 추적 히스토리를 이용해서 표적의 정보, 즉 표적과의 거리, 표적의 각도 및 속도를 추정할 수 있다.
이어서, 제어부(20)는 S22단계로 진행한다.
도 4는 미탐지 표적의 정보를 추정하는 방법을 설명하는 도면이다.
S18단계에서 제어부(20)는 도 4에 도시된 바와 같이, n-1번째 추적결과를 이용한 예측정보 중에서 n번째 실제 검출정보와 매칭되지 않은 예측정보에 대해 추적 히스토리를 이용하여 n번째 표적의 위치, 속도 및 가속도 정보를 추정한다.
여기서, 추정되는 표적의 현재 위치정보는 M개의 과거추적정보 중 1sigma, 2sigma, 3sigma 등 분포 범위 내의 추적정보를 이용하여 속도와 가속도를 평균을 계산한 후, n-1번째 위치정보에서 계산된 속도 정보를 이용하여 추정될 수 있다.
S20단계에서 제어부(20)는 n번째 실제 검출정보 중 n-1번째 표적 추적 예측정보와 매칭되지 않는 검출결과에 대해 신규 ID를 할당하고 검출정보를 저장한다.
S22단계에서 제어부(20)는 모든 추적 정보에 대해 추적 히스토리를 이용하여 동일 표적 여부를 판단하고, 판단결과 동일 표적이면 클러스터링을 수행한다(S24).
이와 같이, 본 발명은 모든 추적 정보에 대해 동일 표적인지 여부를 판단하여 클러스터링함에 따라, 계산해야 할 추적 정보의 수를 최소화할 수 있다.
반면, S22단계의 판단결과 동일 표적이 아닌 경우, 제어부(20)는 동일 표적이 아닌 추적 정보를 새로운 표적으로 분리한다(S26).
상기 추적 히스토리에는 동일 표적으로 판단되어 ID를 부여받은 검출된 표적의 추적 정보가 주기적인 시간별로 저장될 수 있다.
그리고 상기 추적정보는 표적과의 거리, 표적의 속도 및 각도뿐만 아니라, X-Y 좌표상에 표기하기 위한 X 방향 거리, Y 방향 거리, X 방향 속도, Y 방향 속도, X 방향 가속도 및 Y 방향 가속도를 모두 포함할 수 있다.
S28단계에서 제어부(20)는 추적 히스토리에 n번째 추적정보를 갱신한다.
도 5는 추적 히스토리 갱신방법을 설명하는 도면이다.
즉, 제어부(20)는 i번째 n시간에서 추적 히스토리의 첫 번째 열에 n번째 추적정보를 추가해서 추가 히스토리를 갱신하고, 갱신된 정보를 S18단계에 제공할 수 있다.
이어서, S30단계에서 제어부(20)는 추적 결과를 이용해서 표적의 위치를 예측하고, S14단계를 반복 수행한다.
상기한 바와 같은 과정을 통하여, 본 발명은 다중 표적 검출정보를 이용해서 클러터를 제거하고, 동일 표적을 추적하며, 미탐지 표적 추정을 통하여 표적 오경보율을 감소시키고, 표적 탐지율과 측정정보의 정확도를 향상시킬 수 있다.
이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고, 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.
상기의 실시 예에서는 차량의 충돌방지 및 사고기록 기능을 갖는 차량용 레이더 시스템을 이용해서 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, ITS 교통량 측정용 레이더, 레이더 레벨미터, 근거리 변위측정 레이더, 근거리 감응제어 레이더, 함정용 및 항공기용 레이더 시스템 등 다양한 용도로 사용되는 근거리 탐지 및 검출용 레이더 시스템에 적용될 수 있음에 유의하여야 한다.
본 발명은 다중 표적 검출정보를 이용해서 클러터를 제거하고, 동일 표적을 추적하며, 미탐지 표적 추정을 통하여 표적 오경보율을 감소시키고, 표적 탐지율과 측정정보의 정확도를 향상시키는 레이더 시스템 기술에 적용된다.

Claims (5)

  1. 주변으로 레이더 신호를 송신하고, 표적에서 반사되는 신호를 수신해서 표적을 추적하는 레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법에 있어서,
    (a) 레이더 시스템의 송수신부에서 주변으로 레이더 신호를 송신하고, 표적에서 반사되는 신호를 수신하는 단계,
    (b) 제어부에서 수신된 레이더 신호를 이용해서 레이더 검지정보를 생성하는 단계,
    (c) 상기 레이더 검지정보에서 클러터 정보를 제거하는 단계,
    (d) 상기 클러터 정보가 제거된 레이더 검지정보를 이용한 표적 추적 예측 정보와 실제 검출정보가 매칭되는지 검사하는 단계 및
    (e) 상기 (d)단계의 검사결과 매칭 및 언매칭된 모든 추적 정보를 이용해서 추적 히스토리를 갱신하는 단계를 포함하며,
    상기 (b)단계에서 제어부는 레이더 Iso-Doppler 특성을 이용하여 상기 레이더 검지정보로 검출된 속도 정보를 표적의 각도 정보와 레이더의 설치 각도로 보상해서 상대 속도를 추정하고, 추정된 상대 속도를 기준으로 상기 클러터 정보를 제거하며,
    상기 (d)단계에서 제어부는 표적 추적 예측 정보와 실제 검출 정보가 매칭되면 추적필터를 이용해서 실제 검출 정보를 추적 정보로 갱신하고, 상기 표적 추적 예측 정보와 검출결과가 언매칭되면 표적 미탐지 상태로 판단하며, 표적 추적 히스토리를 이용해서 표적과의 거리, 표적의 각도 및 속도를 포함하는 표적의 정보를 추정하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (d)단계는
    (d1) n-1번째 추적결과를 이용한 예측정보 중에서 n번째 실제 검출정보와 언매칭된 예측정보에 대해 추적 히스토리를 이용하여 n번째 표적의 위치, 속도 및 가속도 정보를 추정하는 단계 및
    (d2) n번째 실제 검출정보 중 n-1번째 표적 추적 예측정보와 언매칭된 검출결과에 대해 신규 ID를 할당하고 검출정보를 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 (d1)단계에서 추정되는 표적의 현재 위치정보는 M개의 과거 추적정보 중 분포 범위 내의 추적정보를 이용하여 속도와 가속도를 평균을 계산한 후, n-1번째 위치정보에서 계산된 속도 정보를 이용하여 추정되는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 (e)단계는
    (e1) 모든 추적 정보에 대해 추적 히스토리를 이용하여 동일 표적 여부를 판단하고, 판단결과 동일 표적이면 클러스터링을 수행하는 단계,
    (e2) 상기 (e1)단계의 판단결과 서로 다른 표적인 경우, 각 추적 정보를 새로운 표적에 대한 추적정보로 분리하는 단계,
    (e3) 상기 추적 히스토리에 새로운 추적정보를 갱신하는 단계 및
    (e4) 갱신된 추적 히스토리를 이용해서 표적의 위치를 예측하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 추적 히스토리에는 동일 표적으로 판단되어 ID를 부여받은 검출된 표적의 추적 정보가 주기적인 시간별로 저장되고,
    상기 추적정보는 표적과의 거리, 표적의 속도 및 각도, X-Y 좌표상에 표기하기 위한 X 방향 거리, Y 방향 거리, X 방향 속도, Y 방향 속도, X 방향 가속도 및 Y 방향 가속도를 모두 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 시스템의 클러터 제거 및 다중 표적 추적방법.
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