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FMCW MIMO 레이다를 이용한 거리-각도 동시 추정 기법
Joint Range and Angle Estimation of FMCW MIMO Radar 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.30 no.2, 2019년, pp.169 - 172  

김정훈 (카이스트 전기 및 전자공학부) ,  송성찬 (한화시스템) ,  전주환 (카이스트 전기 및 전자공학부)

초록
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FMCW 배열 안테나는 저비용 고해상도라는 장점 때문에 많은 분야에 널리 사용되고 있다. FMCW 배열을 이용하여 표적의 거리와 각도를 추정하기 위해서, 우선 deramped 수신신호로부터 거리-각도 행렬을 구성하고, 그 다음에 거리-각도 행렬에 2D-FFT와 같은 2차원 주파수 추정기법을 적용한다. 하지만, 이러한 주파수 추정기법은 bias 오차를 발생시키게 된다. 그 이유는 거리-각도 행렬의 두 개의 주파수가 서로 독립적이지 않기 때문이다. 따라서 FMCW 배열 안테나를 이용하여 표적의 거리-각도 동시추정을 위한 최대우도 기반 알고리즘을 제안하고, 거리와 각도 추정에 있어서 Cramer-Rao bound에 도달함을 보인다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

Frequency-modulated continuous wave(FMCW) radars with array antennas are widely used because of their light weight and relatively high resolution. A usual approach for the joint range and angle estimation of a target using an array FMCW radar is to create a range-angle matrix with the deramped recei...

주제어

#FMCW Radars   #Maximum Likelihood Estimation   #2D-FFT   #2D-MUSIC   #CRB   #Joint Range   #Angle Estimation  

표/그림 (1)

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 논문에서는 앞서 언급한 bias 오차를 해결하기 위해 거리-각도의 동시추정을 위한 최대우도법(maximum likelihood) 알고리즘을 제안한다. 또한, 제안하는 알고리즘을 통해 구한 거리와 각도의 추정치를 기존의 기법들과 더불어 Cramer-Rao bounds(CRB)와도 비교한다.
  •  (=2,048)만큼 미세탐색(fine search)를 진행하였다. 이와 같이 oversampling을 한 이유는 기존의 알고리즘인 2D-FFT나 2D-MUSIC는 격자기반(grid-based)이므로, 제안하는 무격자기반(gridless based) 알고리즘과 공평하게 비교하기 위해서이다. 따라서 얻어지는 거리와 각도의 겉보기 분해능(apparent resolution)은 각각 Δr/Nz=1.
  • 최대우도추정(maximum likelihood estimation: MLE) 기법을 통해 r과 u를 추정함과 동시에, nuisance 변수인 와 도 함께 추정하는 것이 목표이다. 신호모델을 다시 써보면 다음과 같다.

가설 설정

  • 모의실험은 300번 진행한 평균 결과 값이고, ψ ∼ U(0, 2π)가 균일분포를 갖는다고 가정하였다.
  • 표적은 거리 r=5m, 각도 θ=15°에 위치해 있다고 가정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
FMCW 레이다의 특징은 무엇인가? FMCW 레이다는 가볍고, 전력소모가 적으며, 저비용일 뿐만 아니라 거리의 고해상도를 얻을 수 있다는 장점이 있으며, 고도계, 차량용 레이다, 합성개구레이다(SAR) 등 근 접거리 추정분야에 널리 사용되고 있다[1]. FMCW 레이다는 수신안테나 배열 또는 다중안테나(MIMO) 배열로 사용될 수 있다.
본 논문에서 제안한 최대우도 기반 알고리즘의 역할은 무엇인가? 그 이유는 거리-각도 행렬의 두 개의 주파수가 서로 독립적이지 않기 때문이다. 따라서 FMCW 배열 안테나를 이용하여 표적의 거리-각도 동시추정을 위한 최대우도 기반 알고리즘을 제안하고, 거리와 각도 추정에 있어서 Cramer-Rao bound에 도달함을 보인다.
최대우도법 알고리즘을 적용할 때 어떤 문제를 해결할 수 있는가? 이러한 bias 오차를 극복하기 위해 최대우도법 알고리즘을 제안하였고, 제안된 알고리즘은 CRB에 도달함을 검증하였다. 레이다 기반 SLAM 문제에서 bias 오차가 누적되어 차량의 위치가 크게 어긋나게 되는데, 본 알고리즘은 이와 같이 고정밀추정이 요구되는 응용분야에 적용될 수 있다.
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참고문헌 (2)

  1. 이혁중, 전주환, 송성찬, "밀리미터파(W밴드) FMCWSAR 기반 전방의 이동지상표적 탐지 및 위치와 속도추정," 한국전자파학회논문지, 28(6), pp. 459-469, 2017년 6월. 

    원문보기 상세보기

  2. F. Belfiori, W. van Rossum, and P. Hoogeboom, "2DMUSIC technique applied to a coherent FMCW MIMO radar," in IET International Radar Conference on Radar Systems(Radar 2012), Glasgow, UK, pp. 1-6, Oct. 2012. 

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