KR101784576B1 - 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 시스템 및 방법 - Google Patents
차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 시스템 및 방법 Download PDFInfo
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Abstract
차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 방법들은 레이저 진동계 복귀 신호 내의 피크들을 트래킹하는 것에 기초하는 속도의 추정값 뿐만 아니라 측정된 속도 양자를 사용한다.
Description
레이저 진동계(laser vibrometer)들은 타깃으로부터 레이저 복귀(laser return)의 도플러 주파수 천이를 측정함으로써 레이저와 타깃 간의 상대 속도를 측정한다. 레이저의 동작은 속도 측정의 정확도에 영향을 줄 수 있다. 따라서, 레이저 진동계와 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 향상된 방법들 및 시스템들의 필요성이 존재한다.
본 명세서에서 설명되는 기술은 타깃으로부터 레이저 복귀의 도플러 주파수 천이를 측정하는 것을 포함하는 레이저와 타깃 간의 상대 속도를 측정하기 위한 레이저 진동계의 사용에 관한 것이다. 레이저의 동작이 타깃 동작보다 클 수 있기 때문에, 관성 항법 시스템(INS : inertial navigation system)이 레이저 동작을 측정하는데 사용된다. 그러나, INS와 연관된 속도 측정 데이터의 불확실성이 존재한다. 불확실성은 레이저 복귀의 소실을 초래할 수 있거나 시스템이 인접 주파수를 레이저의 참 주파수(true frequency)로 트래킹하는 것을 초래할 수 있어, 잘못된 속도 결과들을 낼 수 있다. 본 명세서에서 설명되는 기술은 속도 측정 데이터의 불확실성에도 불구하고 레이저 복귀를 트래킹한다. 이 기술의 하나의 이점은 피크 트래킹(레이저 진동계 신호들의) 및 내비게이터(INS) 측정의 조합을 사용함으로써, 트래킹 시스템이 타깃 포착(lock on target)을 유지할 수 있고 차량과 타깃 간의 상대 속도 및 타깃의 절대 속도를 정확하게 제공할 수 있다.
일 실시예는 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 방법이다. 이 방법은 a); 차량에 대해 취득된 관성 측정값(inertial measurements)에 기초하여 차량의 속도를 결정하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 b); 차량 상의 레이저 진동계의 시선을 따라 차량의 속도 벡터 신호를 결정하는 단계를 포함하며, 여기서 레이저 진동계는 이 레이저 진동계의 동작 주파수 부근에 중심이 있는 주파수 도메인 내에 공칭 윈도우(nominal window)를 갖는다. 이 방법은 또한 c); 속도 벡터 신호를 도플러 주파수 속도 추정값으로 변환하는 단계 및 d); 도플러 주파수 속도 추정값(Doppler frequency velocity estimate)으로부터 도플러 주파수 속도 에러를 감산하여 정정된 도플러 주파수 속도 추정값을 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 e); 단계 d)의 정정된 도플러 주파수 속도 추정값만큼 공칭 윈도우의 중심 주파수를 천이시킴으로써 갱신된 윈도우를 생성하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 f); 차량 상의 레이저 진동계를 사용하여 타깃에 대한 차량의 속도 측정값(velocity measurements)을 취득하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 g); 레이저 진동계 속도 측정값을 주파수 데이터로 변환하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 h); 단계 g)로부터의 주파수 데이터 상에 단계 e)로부터의 갱신된 윈도우를 중첩하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 i); 갱신된 윈도우 내의 주파수가 최대 크기 신호를 갖는지를 단계 h)로부터 결정하는 단계를 포함한다. 이 방법은 또한 j); 단계 i)의 최대 크기 신호를 갖는 갱신된 윈도우 내의 주파수로부터 단계 d)의 정정된 도플러 주파수 속도 추정값을 감산함으로써 도플러 주파수 속도 에러를 결정하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 이 방법은 k1); 단계 i)의 최대 크기 신호를 갖는 갱신된 윈도우 내의 주파수로부터 단계 c)의 도플러 주파수 속도 추정값을 감산함으로써 타깃 속도의 도플러 주파수를 결정하는 단계 및 l); 단계 k1)에서의 신호를 타깃의 절대 속도 신호로 변환하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 이 방법은 단계 j) 후에 도플러 주파수 속도 에러를 로우 패스 필터링하는 단계를 포함한다.
일부 실시예에서, 이 방법은 k2); 단계 i)의 최대 크기 신호를 갖는 갱신된 윈도우 내의 주파수로부터 단계 d)의 정정된 도플러 주파수 속도 추정값을 감산함으로써 타깃 속도의 도플러 주파수를 결정하는 단계 및 l); 단계 k2)에서의 신호를 타깃의 절대 속도 신호로 변환하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서는, 미리 정해진 임계값 이상의 반송파 대 잡음비(carrier to noise ratio)를 갖는 레이저 진동계 속도 측정값이 사용된다.
일부 실시예에서, 이 방법은 차량이 공지된 속도에 있을 때에 단계 a) 및 단계 b)를 처음에 수행하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 공지된 속도는 일정한 속도 또는 0(zero)의 속도이다. 일부 실시예에서, 이 방법은 단계 g)의 주파수 데이터 및 최대 크기 신호를 갖는 주파수를 바운딩(bound)하는 공칭 윈도우 사이즈에 걸쳐서 다수의 반복을 위해 단계 i)를 처음에 수행하는 단계를 포함한다. 일부 실시예에서, 타깃은 0의 평균 속도를 갖는다. 일부 실시예에서, 단계 f)는 복수의 레이저 진동계를 사용하여 타깃에 대한 차량의 속도 측정값을 취득하는 단계를 포함한다.
다른 실시예는 차량과 타깃 간의 상대 속도를 결정하기 위한 시스템이다. 이 시스템은 프로세서와 메모리를 포함한다. 메모리는, 실행되었을 때에 프로세서가, a); 차량에 대하여 취득된 관성 측정값에 기초하여 차량의 속도를 결정하는 단계 및 b); 차량 상의 레이저 진동계의 시선을 따라 차량의 속도 벡터 신호를 결정하는 단계 - 여기서 레이저 진동계는 이 레이저 진동계의 동작 주파수 위주의 주파수 도메인 내의 공칭 윈도우를 가짐 -를 행하게 하는 명령들을 나타내는 코드를 포함한다. 메모리는, 실행되었을 때에 프로세서가, c); 속도 벡터 신호를 도플러 주파수 속도 추정값으로 변환하는 단계 및 d); 도플러 주파수 속도 추정값으로부터 도플러 주파수 속도 에러를 감산하여 정정된 도플러 주파수 속도 추정값을 생성하는 단계를 행하게 하는 명령들을 나타내는 코드를 포함한다. 메모리는, 실행되었을 때에 프로세서가, e); 단계 d)의 정정된 도플러 주파수 속도 추정값만큼 공칭 윈도우의 중심 주파수를 천이시킴으로써 갱신된 윈도우를 생성하는 단계를 행하게 하는 명령들을 나타내는 코드를 포함한다. 메모리는, 실행되었을 때에 프로세서가, f); 차량 상의 레이저 진동계를 사용하여 타깃에 대한 차량의 속도 측정값을 취득하는 단계 및 g); 레이저 진동계 속도 측정값을 주파수 데이터로 변환하는 단계를 행하게 하는 명령들을 나타내는 코드를 포함한다. 메모리는, 실행되었을 때에 프로세서가, h); 단계 g)로부터의 주파수 데이터 상에 단계 e)로부터의 갱신된 윈도우를 중첩하는 단계 및 i); 갱신된 윈도우 내의 주파수가 최대 크기 신호를 갖는지를 단계 h)로부터 결정하는 단계를 행하게 하는 명령들을 나타내는 코드를 포함한다. 메모리는, 실행되었을 때에 프로세서가, j); 단계 i)의 최대 크기 신호를 갖는 갱신된 윈도우 내의 주파수로부터 정정된 도플러 주파수 속도 추정값을 감산함으로써 도플러 주파수 속도 에러를 결정하는 단계를 행하게 하는 명령들을 나타내는 코드를 포함한다.
일부 실시예에서, 메모리는, 실행되었을 때에 프로세서가, k1); 단계 i)의 최대 크기 신호를 갖는 갱신된 윈도우 내의 주파수로부터 단계 c)의 도플러 주파수 속도 추정값을 감산함으로써 타깃 속도의 도플러 주파수를 결정하는 단계 및 l); 단계 k1)에서의 신호를 타깃의 절대 속도 신호로 변환하는 단계를 행하게 하는 명령들을 나타내는 코드를 포함한다. 일부 실시예에서, 메모리는, 실행되었을 때에 프로세서가, 단계 j) 후에 도플러 주파수 속도 에러를 로우 패스 필터링하는 단계를 행하게 하는 명령들을 나타내는 코드를 포함한다. 일부 실시예에서, 메모리는, 실행되었을 때에 프로세서가, k2); 단계 i)의 최대 크기 신호를 갖는 갱신된 윈도우 내의 주파수로부터 단계 d)의 정정된 도플러 주파수 속도 추정값을 감산함으로써 타깃 속도의 도플러 주파수를 결정하는 단계 및 l); 단계 k2)에서의 신호를 타깃의 절대 속도 신호로 변환하는 단계를 행하게 하는 명령들을 나타내는 코드를 포함한다.
본 발명의 다른 양태들 및 이점들은 예에 의해서만 본 발명의 원리들을 도시하는 첨부된 도면과 함께 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.
본 발명의 다양한 실시예의 상기한 특징들은 첨부된 도면들의 다음의 상세한 설명을 참조하여 더욱 용이하게 이해될 것이다.
도 1은 예시적인 실시예에 따른, 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 방법의 플로차트.
도 2는 예시적인 실시예에 따른, 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 다른 방법의 플로차트.
도 3은 예시적인 실시예에 따른, 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 시스템의 개략도.
도 4a 내지 도 4e는 예시적인 실시예에 따른, 실시된 실험을 위한 데이터를 나타내는 그래프.
도 1은 예시적인 실시예에 따른, 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 방법의 플로차트.
도 2는 예시적인 실시예에 따른, 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 다른 방법의 플로차트.
도 3은 예시적인 실시예에 따른, 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 시스템의 개략도.
도 4a 내지 도 4e는 예시적인 실시예에 따른, 실시된 실험을 위한 데이터를 나타내는 그래프.
도 1은 예시적인 실시예에 따른, 차량(또는 일부 다른 이동 시스템)과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 방법의 플로차트(100)이다. 타깃에 대한 차량의 속도는 이하에서 더욱 설명되는 방법에 의해 결정된다(단계 120의 출력). 차량은 레이저 진동계 및 관성 항법 시스템(내비게이터라고도 칭함)을 포함한다. 레이저 진동계(진동계 또는 레이저 도플러 진동계라고도 칭함)는 표면의 비접촉 진동 측정을 수행하는데 사용되는 계기(instrument)이다. 진동계는 통상적으로 2개의 레이저 빔, 즉 내부 참조 레이저 빔(internal reference laser beam)과 테스트 빔을 발생시킨다. 테스트 빔은 관심있는 표면으로 향하게 된다. 진동계는 내부 기준 레이저 빔과 테스트 빔 복귀 신호 간의 주파수 차(또는 동등하게, 상 차이)를 측정한다. 레이저 진동계 출력은 통상적으로 레이저 진동계(즉, 레이저 진동계가 부착되는 구조)와 관심있는 표면(또는 타깃) 간의 상대 속도(레이저의 시선을 따름)에 비례하는 아날로그 전압 신호이다.
관성 항법 시스템들은 지속적으로 외부 참조들의 측정값을 수신할 필요없이 위치, 방향 및/또는 속도의 초기값들을 수신한 후에 이동 물체(즉, 본 실시예에서는 레이저 진동계를 지지하는 구조)의 위치, 방향 및 속도를 연속적으로 결정하는 계기들이다. 이 시스템들은 위치, 방향 및 속도를 결정하는데 사용되는 동작 센서들(예를 들면, 가속도계들) 및 회전 센서들(예를 들면, 자이로스코프들)을 포함한다.
이 방법은 내비게이터에 의해 발생되는 관성 측정값에 기초하여 내비게이터가 부착되어 있는 차량의 속도를 결정하는 단계(단계 124)를 포함한다. 그러면, 차량 속도가 단계 124에서 결정된 차량 속도에 기초하여 차량의 레이저 진동계의 시선을 따라 차량의 속도 벡터 신호를 결정(단계 128)하는데 사용된다. 레이저 진동계의 시선을 따르는 속도는 레이저 진동계의 시선에 대한 내비게이터의 차량 속도 및 방향에 기초하여 결정된다. 내비게이터의 측정 축들(통상적으로 3개의 직교 축)이 레이저 진동계의 시선과 정렬되어 있지 않은 경우, 좌표 변환이 시선을 따라 속도를 결정하는데 사용될 수 있다.
일부 실시예에서는, 차량 속도가 공지된 속도(예를 들면, 정지, 공지된 고정 속도, 또는 0의 평균 속도)일 때에 시스템의 동작을 개시하는데 유리하다. 공지된 속도는 식 
을 사용하여 공지된 도플러 주파수의 연산을 행할 수 있게 하고, 여기서 vknown은 센서의 공지된 속도이고, λ는 레이저의 파장이다. 이는 적절한 구성으로 시스템을 개시하여 피드백 루프가 트랙을 유지하게 할 수 있다.
그러면 단계 128에서 연산된 속도는 식 
을 사용하여 도플러 주파수 속도 추정값으로 변환되고(단계 132), 여기서 v는 타깃과 센서 간의 상대 속도이고, λ는 레이저의 파장이다.
합산 합류부(144)는 로우 패스 필터링되는(단계 136) 도플러 주파수 속도 에러를 발생시킨다. 로우 패스 필터링 단계(136)는 선택적이지만, 도 1에서 설명되는 반복 프로세서 중에 시스템에서의 불량 또는 결함 측정을 거절하기 위해서 일부 실시예에서는 유효하다. 본 실시예에서, 필터링된 도플러 주파수 속도 에러(142)는 도플러 주파수 속도 추정값(단계 132의 출력)으로부터 감산되어 정정된 도플러 주파수 속도 추정값(134)을 생성한다. 정정된 도플러 주파수 속도 추정값(134)은 신호 경로(138)로 도시된 바와 같이, 차후의 사이클들 동안 반복 방식으로 갱신된다.
그러면 고속 푸리에 변환(FFT : fast Fourier transform)이 정정된 도플러 주파수 속도 추정값에 적용된다(단계 140). 그러면 단계 140의 출력이 정정된 도플러 주파수 천이 추정값만큼 공칭 윈도우의 중심 주파수를 천이시킴으로써 주파수 도메인 내에 갱신된 윈도우를 생성(단계 128)하도록 처리된다. 공칭 윈도우는 처음에 레이저 진동계 동작 주파수 부근에 중심이 있다. 윈도우의 중심 주파수는 이 방법의 단계들을 각각 거치는 동안에 갱신된다.
이 방법은 또한 레이저 진동계를 사용하여 타깃에 대한 차량의 속도 측정값을 취득한다(단계 104). 일부 실시예에서, 이 방법은 미리 정해진 임계값 이상의 반송파 대 잡음비를 갖지 않는 레이저 진동계 속도 측정값을 필터링하는 단계(단계 106), 또는 그렇지 않으면 제거하는 단계를 선택적으로 포함한다. 반송파 대 잡음비는 진동계 측정에서의 배경 잡음에 대한 원하는 신호(레이저 진동계 반송파 신호 크기)의 비이다. 예를 들면, 잡음이 반송파 신호에 비하여 매우 큰 경우에는, 시스템이 잡음과 반송파 신호 간을 적절히 구별하는 것이 어렵다. 이는 종종 반송파 신호에 기초하여 이루어지는 결함 결정을 초래한다. 임계값 이하의 측정값은 시스템의 정확성에 영향을 줄 수 있고, 예를 들면 타깃에 반사되는 테스트 빔 신호에 기인하여 테스트 빔 복귀 신호가 레이저 진동계로 적절하게 복귀되지 않게 될 수 있다. 일부 실시예에서, 2개 이상의 레이저 진동계 채널이 사용되고 이 방법은 각각의 레이저 진동계 채널을 사용하여 타깃에 대한 차량의 속도 측정값을 취득하는 단계를 포함한다.
다음으로, 속도 측정값에 대하여 FFT가 연산되어(단계 108) 측정값을 주파수 데이터로 변환한다. 그러면 갱신된 윈도우가 단계 108에서 발생된 주파수 데이터 상에 중첩된다(단계 112). 갱신된 윈도우를 주파수 데이터 상에 중첩함으로써, 그러면 시스템이 최대 크기 신호(최대 크기 신호를 갖는 주파수(118))를 갖는 갱신된 윈도우 내의 주파수 데이터의 주파수를 결정하게 된다(단계 116). 그러면 최대 크기 신호를 갖는 주파수가 합산 합류부(144)에서 반복적으로 사용되어 주파수(118)로부터 신호 경로(138)의 값(정정된 도플러 주파수 속도 추정값(134)의 이전의 값임)을 감산함으로써 갱신된 도플러 주파수 속도 에러를 계산한다. 일부 실시예에서, 시스템은 처음에 단계 108에 의해 발생된 주파수 데이터의 전체 세트를 검색하여 최대 크기 신호를 갖는 갱신된 윈도우 내의 주파수 데이터의 주파수(단계 116)를 식별한다.
일부 실시예에서, 최대 크기 신호를 갖는 갱신된 윈도우 내의 주파수 데이터의 주파수를 찾는 단계 116은 최대 크기 신호에 대하여 인접하는 주파수들의 곡선 맞춤(curve fit)을 수행하는 단계를 포함한다. 이는 FFT 빈(bin)보다 낮은 해상도로 피크 주파수를 찾을 수 있게 한다. 따라서 이 주파수가 빈으로 양자화되지 않기 때문에, 에러를 얻도록 이 주파수로부터 감산하는 값도 빈으로 양자화되지 않을 것이다.
이 방법은 또한 합산 합류부(126)에 의해 단계 116의 출력으로부터 도플러 주파수 속도 추정값(122)을 감산함으로써(△ f target = △ f peak - △f velocityEstimate ) 타깃 속도의 도플러 주파수를 결정하는 단계를 포함한다. 그러면 도플러 주파수가 식 
을 사용하여 타깃을 위한 절대 속도 신호로 변환되고(단계 120), 여기서 △ftarget은 상기에서 연산된 것이고 λ는 레이저의 파장이다.
도 2는 예시적인 실시예에 따른, 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 방법의 플로차트(200)이다. 도 2의 플로차트(200)는 도 1의 플로차트(100)와 유사하지만, 신호들 중 하나가 합산 합류부(126)에 공급된다. 본 실시예에서, 이 방법은 합산 합류부(126)에 의해 단계 116의 출력으로부터 정정된 도플러 주파수 속도 추정값을 감산함으로써 타깃 속도의 도플러 주파수를 결정하는 단계를 포함한다. 그러면 도플러 주파수가 타깃을 위한 절대 속도 신호로 변환된다(단계 120).
도 3은 (예를 들면, 도 1의 방법의 플로차트(100)에 따라서) 차량과 타깃 간의 상대 속도를 결정하기 위한 시스템을 동작시키기 위한 컴퓨팅 장치(302)의 개략도(300)이다. 컴퓨팅 장치(302)는 하나 이상의 입력 장치(316), 하나 이상의 출력 장치(324), 하나 이상의 표시 장치(들)(320), 프로세서(328), 메모리(330), 및 통신 모듈(312)을 포함한다. 본 명세서에서 설명되는 모듈들 및 장치들은, 예를 들면 프로세서(328)가 컴퓨터 실행 가능한 명령들을 실행하도록 하는데 활용될 수 있고/있거나, 본 명세서에서 설명되는 모듈들 및 장치들은, 예를 들면 컴퓨터 실행 가능한 명령들을 실행하도록 그들 자신의 프로세서를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 장치(302)는, 예를 들면 다른 모듈들, 장치들, 및/또는 본 기술분야에서 알려진 프로세서들 및/또는 다양한 상술한 모듈들, 장치들, 및/또는 프로세서들을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다.
통신 모듈(312)은 컴퓨팅 장치가 내비게이터(304) 및 레이저 진동계(308)로/로부터 송신/수신할 수 있게 하는 컴퓨터 명령들에 대응하는 회로 및 코드를 포함한다. 통신 모듈(312)은, 예를 들면 메모리(330)에 의해 저장될 수 있거나 그렇지 않으면 프로세서(328)에 의해 처리(예를 들면, 타깃 포착 무기 시스템에 의해 사용)될 수 있는 차량 및 타깃의 속도에 대응하는 데이터를 또한 출력한다.
입력 장치들(316)은 사용자(도시하지 않음) 및/또는 다른 연산 시스템(도시하지 않음)으로부터 정보를 수신한다. 입력 장치들(310)은, 예를 들면, 키보드, 스캐너, 마이크로폰, 스타일러스, 터치 감응형 패드 또는 디스플레이를 포함할 수 있다. 출력 장치들(314)은 컴퓨팅 장치(302)와 연관된 정보(예를 들면, 프린터로의 정보, 스피커로의 정보, 디스플레이로의 정보, 예를 들어 정보의 그래픽 표현들)를 출력한다. 프로세서(328)는 운영 체제 및/또는 컴퓨팅 장치(302)를 위한 또다른 컴퓨터 실행 가능한 명령들을 실행한다(예를 들면, 애플리케이션들을 실행한다). 메모리(330)는, 이미징 어레이가 회절 격자(diffraction grating)로부터 수신된 복수의 전자기 빔 또는 이미지의 스펙트럼 대체 버전(spectrally altered version)과 연관된 데이터 중 하나 이상을 선택적으로 감쇠시켜야 하는 방법을 명시하도록 컴퓨팅 장치(302)에 의해 사용되는 프로파일들을 포함하는 다양한 정보/데이터를 저장한다. 메모리(330)는, 예를 들면 하드 드라이브, 테이프 저장 장치, 또는 플래시 메모리 등의 장기간 스토리지; 랜덤 액세스 메모리, 또는 그래픽 메모리 등의 단기간 스토리지; 및/또는 다른 타입의 컴퓨터 판독 가능한 스토리지를 포함할 수 있다.
도 4a 내지 도 4e는 하나의 예시적인 실시예에서의 본 명세서에서 설명되는 방법의 원리들을 사용하여 실시되는 실험을 위한 데이터를 나타내는 그래프이다. 도 4a는 차량이 이동하고 있지 않을 때에 레이저 진동계(예를 들면, 도 1의 레이저 진동계(104))에 대하여 주파수 데이터(408a)(예를 들면, 도 1의 단계 108) 상에 중첩되는 시스템 윈도우(404a)를 나타내는 그래프(dB의 신호 전력 대 주파수)이다. 최대 크기 신호(412a)는 윈도우(404a) 내의 중심에(대략 5MHz에) 있다. 본 명세서에서 설명되는 방법들은 차량이 이동중인 상황을 바로잡는데 사용되고, 이동중인 차량의 영향을 적절히 보상하기 위해서 최대 크기 신호의 주파수를 적절히 결정할 수 있도록 주파수 데이터 상에 윈도우를 적절히 중첩하는 것은 어렵다. 도 4b는 차량이 이동중일 때와 이 방법의 원리들이 활용되지 않을 때에 주파수 데이터(408b) 상에 중첩되는 시스템 윈도우(404b)를 나타내는 그래프이다. 도 4c는 윈도우(404b)가 주파수 데이터(408b)의 최대 크기 신호(412b) 상의 중심에 있지 않은 경우를 도시한다. 도 4c는 차량이 이동중일 때와 이 방법의 원리들이 활용되지 않을 때에 주파수 데이터(408c) 상에 중첩되는 시스템 윈도우(404c)를 나타내는 그래프이다. 도 4c는 윈도우(404c)가 (예를 들면, 도 1의 단계 116을 수행하는 것에 기인하여) 주파수 데이터(408c)의 최대 크기 신호(412c) 상에(대략 3.7MHz에) 중심이 있는 경우를 도시한다.
도 4d 및 도 4e는 이 방법의 원리들이 활용될 때에 주파수 데이터(408d) 상에 중첩되는 시스템 윈도우(404d)를 나타내는 그래프이다. 본 실시예에서, 최대 크기 신호를 갖는 갱신된 윈도우 내의 주파수 데이터의 주파수를 찾는 단계(예를 들면, 도 1의 단계 116)는 최대 크기 신호에 인접하는 주파수들의 곡선 맞춤을 수행하는 단계를 포함한다. 이는 FFT 빈보다 낮은 해상도로 피크 주파수(408d)를 찾을 수 있게 한다. 그러면 에러가 피크 주파수 및 이전의 도플러 주파수 속도 추정값(예를 들면, 도 1의 추정값(134))에 기초하여 계산된다.
상술한 시스템들 및 방법들은 디지털 전자 회로, 컴퓨터 하드웨어, 펌웨어, 및/또는 소프트웨어로 구현될 수 있다. 이러한 구현은 정보 캐리어로 명백히 구현되는 컴퓨터 프로그램 제품으로 이루어질 수 있다. 이러한 구현은, 예를 들면 기계 판독 가능한 저장 장치로 및/또는 데이터 처리 장치에 의한 실행을 위한, 또는 이 데이터 처리 장치의 동작을 제어하는 전파 신호로 이루어질 수 있다. 이러한 구현은, 예를 들면, 프로그래머블 프로세서, 컴퓨터, 및/또는 다수의 컴퓨터로 이루어질 수 있다.
컴퓨터 프로그램은 컴파일형(compiled) 및/또는 해석형(interpreted) 언어들을 포함하는, 임의 형태의 프로그래밍 언어로 기록될 수 있고, 컴퓨터 프로그램은 독립형 프로그램 또는 컴퓨팅 환경에서의 사용에 적합한 서브루틴, 구성요소, 및/또는 다른 유닛을 포함하는 임의 형태로 배치될 수 있다. 컴퓨터 프로그램은 하나의 사이트에 있는 하나의 컴퓨터 상에서 또는 다수의 컴퓨터 상에서 실행되도록 배치될 수 있다.
방법의 단계들은 하나 이상의 프로그래머블 프로세서, 또는 입력 데이터를 동작시키고 출력을 발생시킴으로써 본 개시의 기능들을 수행하기 위해서 컴퓨터 프로그램을 실행하는 하나 이상의 프로세서를 포함하는 하나 이상의 서버에 의해 수행될 수 있다. 방법의 단계들은 또한 특수 목적용 논리 회로에 의해 수행될 수 있고, 장치는 특수 목적용 논리 회로로 구현될 수 있다. 회로는, 예를 들면 FPGA(field programmable gate array) 및/또는 ASIC(application-specific integrated circuit)일 수 있다. 모듈들, 서브루틴들, 및 소프트웨어 에이전트들은 그러한 기능을 구현하는 컴퓨터 프로그램, 프로세서, 특수 회로, 소프트웨어, 및/또는 하드웨어의 일부를 칭할 수 있다.
컴퓨터 프로그램의 실행에 적합한 프로세서들은, 예로서 범용 및 특수 목적용 양자의 마이크로프로세서들, 및 임의 종류의 디지털 컴퓨터의 임의의 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 일반적으로, 프로세서는 판독 전용 메모리나 랜덤 액세스 메모리 또는 양자로부터 명령들 및 데이터를 수신한다. 컴퓨터의 필수 구성요소들은 명령들을 실행하기 위한 프로세서 및 명령들 및 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 메모리 장치이다. 일반적으로, 컴퓨터는 데이터를 저장하기 위한 하나 이상의 대량 저장 장치로부터 데이터를 수신하고/하거나 거기에 데이터를 전송하도록 동작적으로 결합될 수 있다. 자기 디스크들, 광자기 디스크들, 또는 광 디스크들이 이러한 저장 장치들의 예들이다.
데이터 송신 및 명령들은 통신 네트워크에 걸쳐서 생길 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령들 및 데이터를 구현하는데 적합한 정보 캐리어들은, 예로서 반도체 메모리 장치들을 포함하는 모든 형태의 비휘발성 메모리를 포함한다. 정보 캐리어들은, 예를 들면 EPROM, EEPROM, 플래시 메모리 장치들, 자기 디스크들, 내장 하드 디스크들, 외장 디스크들, 광자기 디스크들, CD-ROM, 및/또는 DVD-ROM 디스크들일 수 있다. 프로세서 및 메모리는 특수 목적용 논리 회로에 의해 보강될 수 있고/있거나, 거기에 통합될 수 있다.
"구비하다", "포함하다", 및/또는 각 복수형은 확장 가능형이며, 열거된 파트들을 포함하고, 열거되지 않은 추가 파트들을 포함할 수 있다. "및/또는"은 확장 가능형이며, 하나 이상의 열거된 파트 및 열거된 파트들의 조합을 포함한다.
당업자는 본 발명의 사상 또는 필수 특징들로부터 이탈하지 않고서 본 발명을 다른 특정 형태들로 구현할 수 있을 것이다. 따라서 상기한 실시예들은 본 발명을 본 명세서에서 설명된 것에 한정하기 보다는 모든 점에서 예시적인 것으로 간주된다. 따라서, 본 발명의 범주는 상기한 설명에 의한 것이 아니라 첨부된 청구항들에 의해 나타내어지며, 이에 따라 청구항들의 의미 및 등가 범위 내에 있는 모든 변경이 본 발명의 범주에 포함된다.
Claims (14)
- 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 방법으로서,
a) 상기 차량에 대하여 취득된 관성 측정값(inertial measurements)에 기초하여 상기 차량의 속도를 결정하는 단계;
b) 상기 차량 상의 레이저 진동계(laser vibrometer)의 조준선에 따른, 상기 차량의 속도 벡터 신호를 결정하는 단계 - 상기 레이저 진동계는 상기 레이저 진동계의 동작 주파수 부근에 중심이 있는 주파수 도메인 내의 공칭 윈도우(nominal window)를 가짐 -;
c) 상기 속도 벡터 신호를 도플러 주파수 속도 추정값(Doppler frequency velocity estimate)으로 변환하는 단계;
d) 상기 도플러 주파수 속도 추정값으로부터 도플러 주파수 속도 에러를 감산하여 정정된 도플러 주파수 속도 추정값을 생성하는 단계;
e) 상기 단계 d)의 상기 정정된 도플러 주파수 속도 추정값만큼 상기 공칭 윈도우의 중심 주파수를 천이시킴으로써 갱신된 윈도우를 생성하는 단계;
f) 상기 차량 상의 상기 레이저 진동계를 사용하여 상기 타깃에 대한 상기 차량의 속도 측정값(velocity measurements)을 취득하는 단계;
g) 상기 레이저 진동계 속도 측정값을 주파수 데이터로 변환하는 단계;
h) 상기 단계 g)로부터의 상기 주파수 데이터 상에 상기 단계 e)로부터의 상기 갱신된 윈도우를 중첩하는 단계;
i) 상기 갱신된 윈도우 내에서 최대 크기 신호를 갖는 주파수를 상기 단계 h)로부터 결정하는 단계; 및
j) 상기 단계 i)에서 결정된, 상기 갱신된 윈도우 내에서 상기 최대 크기 신호를 갖는 상기 주파수로부터 상기 단계 d)의 상기 정정된 도플러 주파수 속도 추정값을 감산함으로써 상기 도플러 주파수 속도 에러를 결정하는 단계
를 포함하는 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
k1) 상기 단계 i)에서 결정된, 상기 갱신된 윈도우 내에서 상기 최대 크기 신호를 갖는 상기 갱신된 윈도우 내의 상기 주파수로부터 상기 단계 c)의 상기 도플러 주파수 추정값을 감산함으로써 상기 타깃의 타깃 속도의 도플러 주파수를 결정하는 단계; 및
l) 상기 단계 k1)에서의 상기 신호를 상기 타깃의 절대 속도 신호로 변환하는 단계
를 포함하는 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 j) 후에 상기 도플러 주파수 속도 에러를 로우 패스 필터링하는 단계를 포함하는 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
k2) 상기 단계 i)에서 결정된, 상기 갱신된 윈도우 내에서 상기 최대 크기 신호를 갖는 상기 주파수로부터 상기 단계 d)의 상기 정정된 도플러 주파수 속도 추정값을 감산함으로써 상기 타깃의 타깃 속도의 도플러 주파수를 결정하는 단계; 및
l) 상기 단계 k2)에서의 상기 신호를 상기 타깃의 절대 속도 신호로 변환하는 단계
를 포함하는 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
미리 정해진 임계값 이상의 반송파 대 잡음비(carrier to noise ratio)를 갖는 레이저 진동계 속도 측정값이 사용되는 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
상기 차량이 공지된 속도에 있는 경우, 상기 단계 a)에서는 상기 공지된 속도를 상기 차량의 속도로서 결정하고, 단계 b)에서는 상기 공지된 속도에 기초하여 상기 차량의 속도 벡터 신호를 결정하는 것을 특징으로 하는 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 방법. - 제6항에 있어서,
상기 공지된 속도는 일정한 속도 또는 0(zero)의 속도인 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 타깃은 0의 평균 속도를 갖는 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 방법. - 제1항에 있어서,
상기 단계 f)는 복수의 레이저 진동계를 사용하여 상기 타깃에 대한 상기 차량의 속도 측정값을 취득하는 단계를 포함하는 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 방법. - 차량과 타깃 간의 상대 속도를 결정하기 위한 시스템으로서,
프로세서; 및
메모리를 포함하며,
상기 메모리는, 실행되었을 때에 상기 프로세서가,
a) 상기 차량에 대하여 취득된 관성 측정값에 기초하여 상기 차량의 속도를 결정하는 단계;
b) 상기 차량 상의 레이저 진동계의 조준선에 따른, 상기 차량의 속도 벡터 신호를 결정하는 단계 - 상기 레이저 진동계는 상기 레이저 진동계의 동작 주파수 부근에 중심이 있는 주파수 도메인 내의 공칭 윈도우를 가짐 -;
c) 상기 속도 벡터 신호를 도플러 주파수 속도 추정값으로 변환하는 단계;
d) 상기 도플러 주파수 속도 추정값으로부터 도플러 주파수 속도 에러를 감산하여 정정된 도플러 주파수 속도 추정값을 생성하는 단계;
e) 상기 단계 d)의 상기 정정된 도플러 주파수 속도 추정값만큼 상기 공칭 윈도우의 중심 주파수를 천이시킴으로써 갱신된 윈도우를 생성하는 단계;
f) 상기 차량 상의 상기 레이저 진동계를 사용하여 상기 타깃에 대한 상기 차량의 속도 측정값을 취득하는 단계;
g) 상기 레이저 진동계 속도 측정값을 주파수 데이터로 변환하는 단계;
h) 상기 단계 g)로부터의 상기 주파수 데이터 상에 상기 단계 e)로부터의 상기 갱신된 윈도우를 중첩하는 단계;
i) 상기 갱신된 윈도우 내에서 최대 크기 신호를 갖는 주파수를 상기 단계 h)로부터 결정하는 단계; 및
j) 상기 단계 i)에서 결정된, 상기 갱신된 윈도우 내에서 상기 최대 크기 신호를 갖는 상기 주파수로부터 상기 정정된 도플러 주파수 속도 추정값을 감산함으로써 상기 도플러 주파수 속도 에러를 결정하는 단계
를 행하게 하는 명령들을 나타내는 코드를 포함하는 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 메모리는, 실행되었을 때에 상기 프로세서가,
k1) 상기 단계 i)에서 결정된, 상기 갱신된 윈도우 내에서 상기 최대 크기 신호를 갖는 상기 주파수로부터 상기 단계 c)의 상기 도플러 주파수 속도 추정값을 감산함으로써 상기 타깃의 타깃 속도의 도플러 주파수를 결정하는 단계; 및
l) 상기 단계 k1)에서의 상기 신호를 상기 타깃의 절대 속도 신호로 변환하는 단계
를 행하게 하는 명령들을 나타내는 코드를 포함하는 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 메모리는, 실행되었을 때에 상기 프로세서가, 상기 단계 j) 후에 상기 도플러 주파수 속도 에러를 로우 패스 필터링하는 단계를 행하게 하는 명령들을 나타내는 코드를 포함하는 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 시스템. - 제11항에 있어서,
상기 메모리는, 실행되었을 때에 상기 프로세서가,
k2) 상기 단계 i)에서 결정된, 상기 갱신된 윈도우 내에서 상기 최대 크기 신호를 갖는 상기 주파수로부터 상기 단계 d)의 상기 정정된 도플러 주파수 속도 추정값을 감산함으로써 상기 타깃의 타깃 속도의 도플러 주파수를 결정하는 단계; 및
l) 상기 단계 k2)에서의 상기 신호를 상기 타깃의 절대 속도 신호로 변환하는 단계
를 행하게 하는 명령들을 나타내는 코드를 포함하는 차량과 타깃 간의 상대 속도를 트래킹하기 위한 시스템.
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