KR101152250B1 - 차량용 레이더의 오탐지 정보 제거장치 및 방법 - Google Patents

차량용 레이더의 오탐지 정보 제거장치 및 방법 Download PDF

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윤주홍
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Abstract

차량용 레이더의 오탐지정보 제거장치 및 방법을 개시한다. 본 발명의 차량용 레이더의 오탐지정보 제거장치는 전방의 물체를 탐지하는 2개의 차량용 레이더와, 상기 2개의 차량용 레이더에 연결되어 상기 2개의 레이더로부터 수신된 탐지정보들을 비교분석하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는 상기 2개의 차량용 레이더로부터 탐지정보들을 수신하는 탐지정보 수신부와, 상기 수신부로부터 입력되는 탐지정보들에 대해 각각 거리 및 방위각별로 비교하여 소정의 범위 내에 있으면 정상 탐지정보로 판단하고 아닐 경우 오탐지 정보로 판단하는 탐지정보 처리부를 포함한다. 본 발명의 차량용 레이더의 오탐지정보 제거방법은 (a) 전방의 물체를 탐지하는 2개의 차량용 레이더로부터 탐지정보를 수신하는 단계와, (b) 상기 수신된 탐지정보들에 대해 각각 거리 및 방위각별로 비교하여 소정의 범위 내에 있으면 정상 탐지정보로 판단하고 아닐 경우 오탐지 정보로 판단하는 단계와, (c) 상기 정상 탐지정보로 판단된 탐지 정보에 포함된 2개의 차량용 레이더의 탐지정보에 신호세기를 가중치로 하여 새로운 탐지정보를 산출하는 단계를 포함한다.

Description

차량용 레이더의 오탐지 정보 제거장치 및 방법 {FALSE DETECTION ELLIMINATION DEVICE FOR VEHICLE RADAR AND METHOD THEREOF}
본 발명은 차량용 레이더의 오탐지 정보를 제거하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 특히 랜덤 특성을 갖는 오탐지 정보를 제거하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
차량용 레이더는 지능형 자동차 및 국방 목적의 무인차량에 있어서 전천후 환경(먼지, 안개, 연막 등)에서 장애물 탐지 및 추적을 위해 필수적으로 소요되는 센서이다. 차량용 레이더는 장애물(또는 표적) 정보만을 획득해야 하지만 원하지 않는 정보, 즉 오탐지 정보도 같이 획득된다. 이 원하지 않는 정보는 목표 이외의 물체에 의한 간섭 에코로 정의되는 클러터로 불리며, 클러터는 크게 랜덤(Random) 특성을 가지는 클러터와 그렇지 않은 클러터로 구분된다. 대표적인 클러터로는 지표, 나무 및 건물 등으로부터 생성되는 반사파인 지면 클러터와 비, 눈, 태풍 등 기상조건의 변화와 대기조건의 변화에 의해서 발생되는 기상 클러터를 들 수 있다.
차량용 레이더의 오탐지 정보를 제거하기 위하여 종래에는 레이더의 신호처리 단에서 다양한 필터를 사용하거나 송신 파형을 변형함으로써 클러터를 제거하는 방법들을 사용하고 있다. 그러나 이러한 방법들도 완벽하게 클러터를 제거하지 못하고 출력단에서 원하지 않는 정보가 획득되는 문제점을 가진다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 창안된 것으로서, 차량용 레이더로부터 수신되는 탐지정보 중에서 랜덤 특성을 갖는 오탐지 정보를 제거하여 이동 장애물 추적이나 충돌회피에 오탐지 정보가 적은 장애물 정보를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 차량용 레이더의 오탐지 정보 제거장치는, 전방의 물체를 탐지하는 2개의 차량용 레이더와, 이 2개의 차량용 레이더에 연결되어 2개의 레이더로부터 수신된 탐지정보들을 비교분석하는 제어부를 구비하고, 제어부는 2개의 차량용 레이더로부터 탐지정보들을 수신하는 탐지정보 수신부와, 수신부로부터 입력되는 탐지정보들에 대해 각각 거리 및 방위각별로 비교하여 소정의 범위 내에 있으면 정상 탐지정보로 판단하고 아닐 경우 오탐지 정보로 판단하는 탐지정보 처리부를 포함한다.
여기서, 2개의 차량용 레이더의 탐지정보는 물체와의 거리, 방위각, 도플러 정보, 신호세기(RCS)를 포함한다.
제어부는, 정상 탐지정보로 판단된 탐지 정보에 포함된 2개의 차량용 레이더의 탐지정보에 신호세기를 가중치로 하여 새로운 탐지정보를 산출하는 탐지정보 산출부를 더 포함할 수 있다.
탐지정보 산출부에서 산출되는 새로운 탐지정보 중에서, 새로운 거리
Figure 112011079149624-pat00001
이고, 새로운 방위각
Figure 112011079149624-pat00002
이고, 새로운 도플러 속도
Figure 112011079149624-pat00003
이고, 새로운 신호세기
Figure 112011079149624-pat00004
이며, 여기에서 P1, P2는 각각 차량용 레이더1과 차량용 레이더2로부터 수신된 신호세기이고, R1과 R2는 각각 차량용 레이더1과 차량용 레이더2로부터 수신된 물체와의 거리이고, θ1과 θ2는 각각 차량용 레이더1과 차량용 레이더2로부터 수신된 물체의 방위각이고, V1과 V2는 각각 차량용 레이더1과 차량용 레이더2로부터 수신된 도플러 정보이다. 한편, 새로운 거리 R=min{R1, R2}로 대체할 수도 ㅇ있다.
차량용 레이더는 2개 이상 장착될 수 있으며, 상하로 근거리에 장착되는 것이 바람직하다.
본 발명의 차량용 레이더의 오탐지 정보 제거방법은, (a) 전방의 물체를 탐지하는 2개의 차량용 레이더로부터 탐지정보를 수신하는 단계와, (b) 수신된 탐지정보들에 대해 각각 거리 및 방위각별로 비교하여 소정의 범위 내에 있으면 정상 탐지정보로 판단하고 아닐 경우 오탐지 정보로 판단하는 단계와, (c) 정상 탐지정보로 판단된 탐지 정보에 포함된 2개의 차량용 레이더의 탐지정보에 신호세기를 가중치로 하여 새로운 탐지정보를 산출하는 단계를 포함한다.
본 발명에서는 다수의 레이더로부터 수신되는 거리, 방위각 정보에 대해 그 차이가 일정범위에 있을 경우 정상적인 탐지정보라고 판단하고 일정범위 밖일 경우 오탐지정보로 처리하여 탐지정보를 제거함으로써, 랜덤 특성을 갖는 오탐지 정보를 효율적으로 제거할 수 있다. 또한, 본 발명은 차량용 레이더에서 송신파형을 변화시키거나 다양한 필터처리를 적용한 신호처리를 통한 종래의 클러터 제거방법에 비해 계산량이 적고 구현이 용이하다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 레이더의 오탐지 정보 제거장치를 나타내는 개략도이다.
도 2는 도 1의 제어부를 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 오탐지 정보를 제거하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도 4는 도1의 레이더1로부터 획득된 탐지정보 및 비교분석을 위해 장착한 2D 레이저 레이더로부터 획득된 장애물 탐지결과를 보여주는 그래프이다.
도 5는 도1의 레이더2로부터 획득된 탐지정보 및 비교분석을 위해 장착한 2D 레이저 레이더로부터 획득된 장애물 탐지결과를 보여주는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 차량용 레이더의 오탐지 정보 제거방법을 적용하여 산출된 탐지정보를 나타낸다.
이하 첨부도면을 참조하면서 본 발명을 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 차량용 레이더의 오탐지 정보 제거장치를 나타내는 개략도이다.
도1을 참조하면, 본 발명의 오탐지 제거장치(100)는, 전방의 물체를 탐지하는 2개의 차량용 레이더(102, 104)와 이 레이더들(102, 104)에 연결되어 레이더들(102, 104)로부터 수신된 탐지정보들을 비교분석하는 제어부(120)를 구비하며, 제어부(120)는 탐지정보 수신부(122), 탐지정보 처리부(124) 및 탐지정보 산출부(126)를 포함한다 (도 2 참조).
2개의 차량용 레이더(102, 104)는 동일한 수평탐지범위를 갖는 것이 바람직하고, 이를 위해 예컨대 상하로 근거리에 배치되는 것이 좋다.
차량용 레이더들(102, 104)로부터 수신되는 탐지정보는 물체와의 거리, 방위각, 도플러 정보, 신호세기(Radar Cross Section; RCS)를 포함한다. 여기서, 신호세기는 레이다에서 쏘아보낸 전자파가 물체에 반사되어 돌아올 때 반사파의 전력과 송신 전자파의 전력의 비율로 표현되며, 그 물체의 반사량을 평가하는 기준으로 사용된다. 일반적으로 물체가 클수록 반사되어 오는 전자파가 많기 때문에 신호세기가 클 것이고, 또 물체의 반사면이 평평할수록 반사파가 많이 돌아올 수 있으므로 신호세기가 클 것이다. 본 발명자들은 이러한 신호세기의 원리에 바탕을 두고 2대의 차량용 레이더를 활용하여 오탐지 정보를 제거하는 장치 및 방법을 창안하였다.
도 2에 도시된 바와 같이, 제어부(120)는 탐지정보 수신부(122)와 탐지정보 처리부(124)와 탐지정보 산출부(126)를 포함한다. 탐지정보 수신부(122)는 2개의 차량용 레이더(102, 104)로부터 탐지정보들을 실시간으로 수신하여 탐지정보 처리부(124)로 전송한다. 탐지정보 수신부(122)는 탐지정보 처리(124)부에서의 처리시간을 감안하여 탐지정보들을 임시로 저장할 수 있도록 하는 버퍼를 구비할 수 있다. 탐지정보 처리부(124)는 탐지정보 수신부(122)를 거쳐 전송되는 탐지정보들에 대해 각각 거리 및 방위각별로 비교하여 소정의 범위 내에 있으면 정상 탐지정보로 판단하고 아닐 경우 오탐지 정보로 판단한다. 탐지정보 산출부(126)는 정상 탐지정보로 판단된 탐지정보에 포함된 2개의 차량용 레이더의 탐지정보에 신호세기를 가중치로 하여 새로운 탐지정보를 산출한다.
제어부(120)는 장애물 탐지나 추적을 수행하기 위하여 항법 컴퓨터(140)로부터 항법정보를 수신하고, 이 항법정보를 새로운 탐지정보에 부가하여 새로운 장애물 탐지정보로 경로제어부(160)에 제공할 수 있다. 이때 항법 컴퓨터(140)에서 제공되는 항법정보를 레이더들(102, 104)로부터의 탐지정보가 획득된 시점과 동기화하는 것이 바람직하다. 도 1에는 항법 컴퓨터(140)와 경로 제어부(160)가 본 발명의 차량용 레이더의 오탐지 정보 제거장치(100)와 별개의 것으로 도시되어 있지만, 제어부(120)가 항법 컴퓨터(140) 및/또는 경로 제어부(160)를 포함하도록 구성할 수도 있다.
이하, 이와 같이 구성된 본 발명의 차량용 레이더의 오탐지 정보 제거장치를 이용하여 오탐지 정보를 제거하는 방법을 설명한다.
도3은 본 발명에 따른 오탐지 정보를 제거하는 방법을 나타내는 순서도이다.
도3을 참조하면, 탐지정보 수신부(122)가 전방의 물체를 탐지하는 2개의 차량용 레이더(102, 104)로부터 탐지정보를 수신한다(S100). 레이더들(102, 104)로부터 수신되는 탐지정보는 물체와의 거리(R), 방위각(θ), 도플러 정보(V), 신호세기(P)를 포함한다. 탐지정보 수신부(122)는 수신되는 탐지정보를 실시간으로 탐지정보 처리부(124)에 전송하는데, 탐지정보 처리부(124)에서의 처리시간을 고려하여 버퍼(미도시)에 탐지정보를 임시로 저장할 수도 있다.
탐지정보 처리부(124)는, 탐지정보 수신부(122)로부터의 탐지정보들에 대해 각각 거리 및 방위각별로 비교하여 소정의 범위 내에 있으면 정상 탐지정보로 판단하고 아닐 경우 오탐지 정보로 판단한다(S200, S300).
먼저, 정상 탐지정보에 해당하는 소정의 범위를 결정하기 위하여, 거리에 대한 임계값(Rth) 및 방위각에 대한 임계값(θth)을 설정한다. 임계값(Rth, θth)의 설정시 차량용 레이더들(102, 104)의 거리정확도와 방위정확도를 고려하게 되는데, 차량용 레이더별로 거리정확도와 방위정확도가 다르기 때문에 구체적인 값은 사용하는 차량용 레이더에 따라 다를 수 있다. 이와 같이 임계값이 설정되면, 수학식1에 따라서, 2개의 레이더(102, 104)로부터 수신된 탐지정보에 포함되어 있는 거리정보(R1, R2)의 차의 절대값(
Figure 112011079149624-pat00005
)가 거리에 대한 임계값(Rth)보다 적은지를 판별한다(S200). 이와 같이 하면, 2개의 레이더로부터 수신된 탐지정보가 거리를 기준으로 소정의 범위 내에 있는지 판별할 수 있다. 그 결과 거리정보(R1, R2)의 차의 절대값(
Figure 112011079149624-pat00006
)이 거리에 대한 임계값(Rth)보다 크다면 해당 탐지정보는 오탐지 정보로 판단하여 탐지정보에서 제거되고, 적다면 다음 단계(S300)로 진행한다.
Figure 112011079149624-pat00007
이어서, 탐지정보 처리부(124)는, 수학식2에 따라서, 2개의 레이더(102, 104)로부터 수신된 탐지정보에 포함되어 있는 방위각 정보(θ1, θ2)의 차의 절대값(
Figure 112011079149624-pat00008
)가 방위각에 대한 임계값(θth)보다 적은지를 판별한다(S300). 이와 같이 하면, 2개의 레이더로부터 수신된 탐지정보가 방위각을 기준으로 소정의 범위 내에 있는지 판별할 수 있다. 그 결과 방위각 정보(θ1, θ2)의 차의 절대값(
Figure 112011079149624-pat00009
)이 거리에 대한 임계값(θth)보다 크다면 해당 탐지정보는 역시 오탐지 정보로 판단하여 탐지정보로부터 제거되고, 적다면 다음 단계(S400)로 진행한다.
Figure 112011079149624-pat00010
다음에, 탐지정보 산출부(126)는, 정상 탐지정보로 판단된 탐지 정보에 포함된 2개의 차량용 레이더의 탐지정보에 신호세기를 가중치로 하여 새로운 탐지정보를 산출한다(S400). 구체적으로는, 단계(S400)에서 산출되는 새로운 탐지정보, 즉 새로운 거리(R), 새로운 방위각(θ), 새로운 도플러 속도(V), 새로운 신호세기(P)를 다음과 같이 수학식3을 이용하여 구할 수 있다.
Figure 112011079149624-pat00011
Figure 112011079149624-pat00012
이고,
Figure 112011079149624-pat00013
이고,
Figure 112011079149624-pat00014
이며,
수학식3에서, P1, P2는 각각 차량용 레이더1과 차량용 레이더2로부터 수신된 신호세기이고, R1과 R2는 각각 차량용 레이더1과 차량용 레이더2로부터 수신된 물체와의 거리이고, θ1과 θ2는 각각 차량용 레이더1과 차량용 레이더2로부터 수신된 물체의 방위각이고, V1과 V2는 각각 차량용 레이더1과 차량용 레이더2로부터 수신된 도플러 정보이다.
한편, 물체와의 충돌회피가 목적인 경우에는 단계(S400)에서 새로운 거리(R)는 신호치를 가중치로 하여 산출하는 대신에 수학식4와 같이 차량용 레이더1에서 수신된 물체와의 거리(R1)와 차량용 레이더2로부터 수신된 물체와의 거리(R2)중에서 적은 것을 택할 수 있다.
Figure 112011079149624-pat00015
단계(S400)에서, 장애물 탐지나 추적을 수행하기 위하여 제어부(120)는 항법 컴퓨터(140)로부터 항법정보를 수신하고, 이 항법정보를 새로운 탐지정보에 부가하여 경로제어부(160)에 새로운 장애물 탐지정보로서 제공할 수 있다. 이때 항법 컴퓨터(140)에서 제공되는 항법정보는 레이더들(102, 104)로부터의 탐지정보가 획득된 시점과 동기화하는 것이 바람직하다는 점은 이미 설명한 바 있다.
본 발명의 차량용 레이더의 오탐지 정보 제거방법을 검증하기 위하여 상하로 근거리에 배치한 2대의 차량용 레이더(102, 104)로부터 획득된 탐지정보와, 동일한 위치에 2D 레이저 레이더를 배치하여 획득된 장애물 탐지결과와 비교하였고, 그 결과를 도 4, 5, 6에 나타내었다.
도 4는 도1의 레이더1로부터 획득된 탐지정보 및 비교분석을 위해 장착한 2D 레이저 레이더로부터 획득된 장애물 탐지결과를 보여주는 그래프이다.
도 4에서 x축은 각도를 의미하고 y축은 단위가 cm인 거리를 의미한다. x표시는 2D 레이저 레이더로부터의 전방환경에 대한 스캔 결과로서 각도별 거리정보를 포함하고 있다. ○는 차량용 레이더1(102)로부터 획득된 탐지정보로서 각도별 거리정보를 포함하고 있다. 도 4로부터 차량용 레이더1(102)으로부터 획득된 탐지정보에는 각도 약 17도 및 거리 7미터, 각도 약 11도 및 거리 13 미터에 오탐지 정보가 존재함을 확인할 수 있다.
도 5는 도1의 레이더2로부터 획득된 각도별 거리정보 및 비교분석을 위해 장착한 2D 레이저 레이더로부터 획득된 장애물 탐지결과를 보여주는 그래프이다.
도 5에서 x축은 각도를 의미하고 y축은 단위가 cm인 거리를 의미한다. 도 4에서와 동일하게 x표시는 2D 레이저 레이더로부터의 전방환경에 대한 스캔 결과로서 각도별 거리정보를 포함하고 있다. ◇는 차량용 레이더2(104)로부터 획득된 탐지정보로서 각도별 거리정보를 포함하고 있다. 도 5로부터 차량용 레이더1(104)으로부터 획득된 탐지정보에는 각도 약 -18도 및 거리 12미터에 오탐지 정보가 존재함을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 차량용 레이더의 오탐지 정보 제거방법을 적용하여 산출된 탐지정보를 나타낸다.
도 6에서 x축은 각도를 의미하고 y축은 단위가 cm인 거리를 의미한다. 도 4에서와 동일하게 x표시는 2D 레이저 레이더로부터의 전방환경에 대한 스캔 결과로서 각도별 거리정보를 포함하고 있다. ★는 본 발명의 오탐지 정보 제거방법을 적용하여 산출된 탐지정보를 나타내고 있으며, 오탐지 정보가 제거되었음을 확인할 수 있었다.
상술한 바와 같이, 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변경 및 응용이 가능함은 당업자에게 자명하다. 따라서, 본 발명의 진정한 보호범위는 다음의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 예컨대 2개의 차량용 레이더를 이용하여 차량용 레이더의 오탐지 정보를 제거하는 장치 및 방법을 설명하였지만, 당업자라면 본원 발명의 기술적 사상은 차량용 레이더의 수가 2개 이상으로 구성하더라도 동일하게 적용할 수 있다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
102, 104: 차량용 레이더
120: 제어부
122: 탐지정보 수신부
124: 탐지정보 처리부
126: 탐지정보 산출부
140: 항법 컴퓨터
160: 경로 제어부

Claims (9)

  1. 동일영역을 감지하도록 상하로 근접하여 배치되어 각각 전방의 동일 물체를 탐지하는 2개의 차량용 레이더와,
    상기 2개의 차량용 레이더에 연결되어 상기 2개의 레이더로부터 수신된 탐지정보들을 비교분석하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는 상기 2개의 차량용 레이더로부터 전방의 동일물체에 대한 탐지정보들을 수신하는 탐지정보 수신부와, 상기 수신부로부터 입력되는 상기 전방의 동일물체에 대한 탐지정보들 각각에 대해 거리 및 방위각별로 비교하여 소정의 범위 내에 있으면 정상 탐지정보로 판단하고 아닐 경우 오탐지 정보로 판단하는 탐지정보 처리부를 포함하는, 차량용 레이더의 오탐지 정보 제거장치.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 정상 탐지정보로 판단된 탐지 정보에 포함된 2개의 차량용 레이더의 탐지정보에 신호세기를 가중치로 하여 새로운 탐지정보를 산출하는 탐지정보 산출부를 더 포함하는, 차량용 레이더의 오탐지 정보 제거장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 탐지정보 산출부에서 산출되는 새로운 탐지정보 중에서,
    새로운 거리
    Figure 112011079149624-pat00016
    이고,
    새로운 방위각
    Figure 112011079149624-pat00017
    이고,
    새로운 도플러 속도
    Figure 112011079149624-pat00018
    이고,
    새로운 신호세기
    Figure 112011079149624-pat00019
    이며,
    여기에서 P1, P2는 각각 차량용 레이더1과 차량용 레이더2로부터 수신된 신호세기이고, R1과 R2는 각각 차량용 레이더1과 차량용 레이더2로부터 수신된 물체와의 거리이고, θ1과 θ2는 각각 차량용 레이더1과 차량용 레이더2로부터 수신된 물체의 방위각이고, V1과 V2는 각각 차량용 레이더1과 차량용 레이더2로부터 수신된 도플러 정보인, 차량용 레이더의 오탐지 정보 제거장치.
  5. 제4항에 있어서, 상기 새로운 거리 R=min{R1, R2}인, 차량용 레이더의 오탐지 정보 제거장치.
  6. (a) 동일영역을 감지하도록 상하로 근접하여 배치되어 각각 전방의 동일 물체를 탐지하는 2개의 차량용 레이더로부터 전방의 동일 물체에 대한 탐지정보를 수신하는 단계;
    (b) 상기 2개의 차량용 레이더로부터 수신된 전방의 동일 물체에 대한 탐지정보들 각각에 대해 거리 및 방위각별로 비교하여 소정의 범위 내에 있으면 정상 탐지정보로 판단하고 아닐 경우 오탐지 정보로 판단하는 단계;
    (c) 상기 정상 탐지정보로 판단된 탐지 정보에 포함된 2개의 차량용 레이더의 탐지정보에 신호세기를 가중치로 하여 새로운 탐지정보를 산출하는 단계;를 포함하는, 차량용 레이더의 오탐지 정보 제거방법.
  7. 삭제
  8. 제6항에 있어서, 상기 단계 (c)에서 산출되는 새로운 탐지정보 중에서,
    새로운 거리
    Figure 112012029876616-pat00020
    이고,
    새로운 방위각
    Figure 112012029876616-pat00021
    이고,
    새로운 도플러 속도
    Figure 112012029876616-pat00022
    이고,
    새로운 신호세기
    Figure 112012029876616-pat00023
    이며,
    여기에서 P1, P2는 각각 차량용 레이더1과 차량용 레이더2로부터 수신된 신호세기이고, R1과 R2는 각각 차량용 레이더1과 차량용 레이더2로부터 수신된 물체와의 거리이고, θ1과 θ2는 각각 차량용 레이더1과 차량용 레이더2로부터 수신된 물체의 방위각이고, V1과 V2는 각각 차량용 레이더1과 차량용 레이더2로부터 수신된 도플러 정보인, 차량용 레이더의 오탐지 정보 제거방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 새로운 표적의 거리 R=min{R1, R2}인, 차량용 레이더의 오탐지 정보 제거방법.
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