초록 ▼

□ 연구개요
레이더 시스템을 사용하여 목표물의 거리, 속도 및 방향을 탐지할 수 있다. 방향 탐지는 레이더의 회전 혹은 MIMO 기술을 활용하여 가능하지만, 각각 레이더 시스템에 추가적으로 필요한 하드웨어 및 소프트웨어 적인 부담이 발생한다. 본 연구는 레이더 시스템의 도플러 수신 신호를 분석하여 목표물의 방향을 파악하는 기술을 연구하였다. 목표물의 도플러 신호를 정밀하고 정확하게 수신하기 위한 레이더의 파형 제어기술 및 각도 인식을 위한 알고리즘을 연구하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 과제의 연구목표는

□ 연구개요
레이더 시스템을 사용하여 목표물의 거리, 속도 및 방향을 탐지할 수 있다. 방향 탐지는 레이더의 회전 혹은 MIMO 기술을 활용하여 가능하지만, 각각 레이더 시스템에 추가적으로 필요한 하드웨어 및 소프트웨어 적인 부담이 발생한다. 본 연구는 레이더 시스템의 도플러 수신 신호를 분석하여 목표물의 방향을 파악하는 기술을 연구하였다. 목표물의 도플러 신호를 정밀하고 정확하게 수신하기 위한 레이더의 파형 제어기술 및 각도 인식을 위한 알고리즘을 연구하였다.

□ 연구 목표대비 연구결과
본 과제의 연구목표는 크게 세가지 항목이다. 첫 번째는 레이더의 마이크로도플러 기반 각도 인식용 실험을 수행하기 위한 환경 구축, 두 번째는 목표물 선정 및 데이터 수집 실험, 마지막으로는 수집한 데이터를 기반으로 한 인식 알고리즘 개발이다.
레이더 데이터 수집 실험은 밀리미터파 레이더 평가 보드를 사용하여 진행하였다. 1차년도에는 77GHz FMCW 차량용 고해상도 레이더 시스템으로 실험할 수 있는 환경을 구축하였다. 2차년도에는 1차년도 구현한 시스템을 사용하여 마이크로도플러 데이터 수집 시험을 수행하였고, 데이터의 분석을 수행하였다.
1차년도에 구현한 시스템의 경우 많은 송수신기(12Tx 16Rx)를 사용하여 물체의 각도 데이터를 정밀하게 탐지할 수 있다. 1차년도 시스템의 경우 Azimuth 방향 각도 해상도가 약 1도로써 방향에 대한 정밀도가 매우 높은 시스템이다. 이 시스템을 활용하면 다양한 각도와 방향에서 발생하는 데이터를 수집할 수 있기 때문에 연구에 활용하고자 하였다. 하지만, 실험을 진행 해 본 결과 마이크로도플러 패턴의 왜곡이 발생하였고, 이는 많은 수의 송신기 채널을 사용하기 때문으로 파악되었다. 송신기 기반의 MIMO를 사용하면 측정 가능한 속도의 범위가 제한되어, 마이크로도플러 정확도가 떨어지는 것을 확인하였다. 또한, 전송되는 레이다 원 신호의 양이 MIMO로 인해 다른 레이다와 비교 시 수십배 이상 많아, 1초에 최대 2~3프레임 수신되었다.
따라서, 이를 극복할 수 있는 60GHz 레이더 시스템을 기반으로 한 환경을 추가적으로 구현하였다. 송신기의 수를 줄인 60GHz 레이더 평가 보드를 기반으로 두가지 파형 설정에 따라 실험을 진행하였으며, 수집한 데이터를 분석하였다.
사람의 걷기 운동을 각도와 방향을 변경하며 측정 해 본 결과를 정리하면 다음과 같다. 첫째로, 기존 마이크로 도플러 인식에 활용되던 STFT와 같은 JointTime-Frequency 분석 기법은 최신 Fast-Chirp FMCW 밀리미터파 레이더에는 적합하지 않다. 두 번째로 목표물의 도플러 신호 범위를 파악하여, 그에 적합한 레이더 파형 디자인이 필요하다는 것이다. 같은 상황과 같은 레이더 시스템에서도 FMCW 파형의 변화에 따라 사람의 걸음으로부터 발생되는 마이크로도플러 신호의 탐지 유무가 달라지는 것을 확인하였다.

□ 연구개발성과의 활용 계획 및 기대효과 (연구개발결과의 중요성)
본 연구를 통해 확보한 레이더 실험 환경, 밀리미터파 MIMO FMCW 레이더 파형설계 기술, 신호처리 알고리즘 등을 기반으로 현재 어려움을 겪고 있는 MIMO 레이더의 정확한 각도 및 도플러 추정이 가능한 기술을 개발하는 데에 활용하고자 한다.
해당 기술은 레이더 신호처리 기술적인 측면 및 레이더 파형 혹은 송수신 방식 변경을 통해 접근이 가능할 것으로 예상된다. 해당 문제점이 해결되면, 현재 레이더가 가지고 있는 주요 단점인 낮은 해상도 및 도플러 정확도가 극복되어, 자율주행과 같은 첨단 응용분야에 전천후 센서로서 활용처가 증가할 것으로 보인다.

(출처 : 연구결과 요약문 2p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 연구결과 요약문 ... 2
• 목차 ... 3
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 4
• 1) 연구개발의 목적 및 필요성 ... 4
• 2) 연구개발의 범위 ... 5
• 2. 연구개발과제의 수행 과정 및 수행 내용 ... 6
• 1) 레이다 시스템 및 실험 환경 구축 ... 6
• 2) 실험 수행을 통한 데이터 수집 ... 11
• 3) 레이더 신호처리 알고리즘 구현 ... 14
• 3. 연구개발과제의 수행 결과 및 목표 달성 수준 ... 17
• 1) 정성적 연구개발성과(연구개발결과) ... 17
• 2) 세부 정량적 연구개발성과 ... 17
• 3) 목표 달성 수준 ... 17
• 4) 목표 미달 시 원인 분석 ... 17
• 4. 연구개발성과의 관련 분야에 대한 기여 정도(연구개발결과의 중요성) ... 18
• 5. 연구개발성과의 관리 및 활용 계획 ... 18
• 6. 참고문헌 ... 19
• 붙임1. 세부 정량적 연구개발성과 ... 20
• 붙임2. 연구책임자 대표적 연구실적 및 증빙(요약문 및 사본) ... 21
• 끝페이지 ... 21