[H-모빌리티 클래스 자율주행 인지 기초 내용 정리] 14. 레이더 기반 물체 검출 기술

1. 레이더 기반 물체 검출 기술 개요

 

1) 송신 신호 웨이브폼

- 펄스 레이더 송신 신호 파형 : 반사돼서 돌아오는 지연시간을 계산해서 물체 검출

- FMCW 레이더 송신 신호 주파수의 파형

 

2. 타겟 물체 검출 과정

 

1) 수신 신호 * 윈도우(특정 영역의 신호만 처리) -> 주파수 분석 적용

 

2) 윈도우를 시간축으로 움직이면서 주파수 성분 변환을 수행하여 시간-주파수 영역의 신호 영상을 얻음

 

3) 시간-주파수 영역의 신호 영상을 거리-도플러 영역으로 환산할 수 있으며 2차원 영상에서의 하나의 원소를 셀이라 부름

 

4) 거리 도플러 영역에서의 하나의 셀 = 차량에서 물체까지의 거리와 상대 속도

 

5) 각 셀에서의 신호의 세기를 임계값(Threshold)과 비교하여 수신 신호의 에너지가 임계값(Threshold)보다 높으면 물체

가 검출이 된 것으로 판단, 에너지가 임계값보다 낮으면 검출 X

 

3. 레이더 기반 물체 검출 기술 원리

 

1) 임계값 작으면 -> 물체가 아닌 경우에도 물체라고 검출하는 오류 확률이 높아짐

임계값 높으면 -> 물체가 있는 경우에도 놓치는 확률 높아짐

 

2) 정해진 오탐률을 달성하기 위해 적절한 임계값(Threshold)을 결정해야 함

 

3) CFAR 검출기를 이용하여 임계값(Threshold)을 환경에 따라 조절

 

4) CFAR 검출기의 원리 : 주어진 셀에서의 신호의 세기를 임계값(Threshold)과 비교하는 경우, 주변셀들의 잡음의 에너지를 예측하여 임계값(Threshold)을 결정하는 방법

 

5) 주변 잡음, 방해 신호의 에너지 추정 방법 : 거리-도플러 영역에서 알고자 하는 셀 주변의 신호 세기 파악 -> 신호의 세기를 잡음의 에너지로 가정 -> 임계값 가정

 

6) 셀 – 평균 CFAR 검출기 : 잡음의 세기를 주변셀에서의 신호 에너지의 평균을 취하여 계산

 

7) 셀 – 평균 CFAR 검출 원리 :

 

 

8) 횡방향의 각도 검출 : Phased array라고 불리는 배열 안테나 사용

- 배열 안테나의 각 요소에 들어오는 신호의 지연시간이 다름 -> 수신 신호의 위상 차이 발생 -> 위상 차이를 분석하여 신호의 입사 방향 측정 -> 도달각 추정 기술

 

퀴즈)

1. CFAR 검출기에 대한 설명 중 틀린 것은 무엇? 

 

1. Threshold 값은 주변 셀에서의 잡음 세기에 비례하여 증가한다.

2. 셀-평균 CFAR 검출기는 잡음의 세기를 주변 셀에서의 신호 에너지의 평균을 취하여 계산한다.

3. 가드셀은 타겟셀의 에너지가 스며들지 않도록 잡음 에너지 계산에는 포함하지 않는다.

4. 가드셀은 주변셀을 둘러싸고 있다.

 

답 4(가드셀은 주변셀 안쪽에 위치한다.)

 

2. 배열안테나를 가진 레이더에서 수신신호의 각도를 추정하기 위해서 사용하는 정보는? 

 

1. 입력신호의 위상 차이

2. 입력신호의 세기 차이

3. 입력신호의 주파수 차이

4. 입력신호의 진폭

답 1