KR20230043954A - 자율 주행에서 코너들 주위를 보기 위한 다중 주파수 레이더 어레이 시스템들 및 센서 융합 - Google Patents
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Abstract
자율 주행을 위해 그리고/또는 자율 차량들에서 사용될 수 있는 시스템들, 디바이스들, 및 방법들이 본원에 개시된다. 일부 실시예들은, 통합 넓은-애퍼쳐 다중 대역 레이더 서브시스템을 사용하고, 다수의 대역들 및/또는 다수의 센서 기술들의 고유한 전파 특성들을 활용하여, 풍경의 검출 및 이해, 특히, 비-가시선 타겟들을 식별하도록 코너들 주위를 보는 것을 상당히 개선한다. 일부 실시예들에서, 시스템의 적어도 하나의 프로세서는, 다양한 조건들(예컨대, 기후)에서 높은 정확도를 제공하기 위해 다수의 대역들에서 반환(반사된) 신호들을 공동으로 처리하는 것이 가능하다. 개시된 레이더 서브시스템은, 단독으로 또는, 예컨대 라이다 및/또는 카메라들과 같은 다른 감지 기술과 함께 사용될 수 있다.
Description
관련 출원들에 대한 상호-참조
본 출원은, "Next Generation Sensor Technology For Autonomous Driving"이라는 명칭으로 2020년 7월 29일자로 출원된 미국 가출원 제63/058,471호(대리인 문서번호 제NPS005P호), 및 "Next Generation Sensor Technology for Autonomous Driving"이라는 명칭으로 2020년 10월 15일자로 출원된 미국 가출원 제63/092,336호(대리인 문서번호 제NPS007P호)를 우선권으로 주장한다. 위에서 참조된 출원들 둘 모두는 모든 목적들을 위해 그들 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
오늘날 많은 회사들은 (예컨대, 자율 차량들, 이를테면 자동차들에서의) 자율 주행(AD) 애플리케이션들을 위한 기술을 생성하거나 사용하고 있다. AD 시스템들에 대한 중요한 고려사항은, 거의 제한이 없는 복잡하고 동적인 장면들의 세트에서 동작하는 동안의 안전성이다. AD의 목표는, 자율 차량(AV)이 직면할 수 있는 모든 장면들에서의 사고들의 확률을 거의 영(zero)으로 감소시킴으로써, 인간 운전자들에 의해 달성될 수 있는 것보다 훨씬 더 높은 안전성을 제공하는 것이다.
가시선(line-of-sight)(LOS) 및 비-가시선(non-line-of-sight)(NLOS) 타겟들(예컨대, 다른 차량들, 사람들, 동물들, 건물들 등) 둘 모두는 AD 시스템을 구비한 차량들에 대한 위험요소들을 생성할 수 있다. NLOS 타겟들을 검출하는 능력은, 충돌들을 야기할 수 있는 은닉된 타겟들이 회피될 수 있기 위해서 특히 가치가 있을 것이다. 예컨대, 도시 환경에서, 교차로를 향해 가속하고 있는 다가오는 자동차는 처음에 건물에 의해 가려질 수 있다. 다가오는 자동차와 부딪힐 수 있는 다른 방향으로부터 교차로에 접근하는 차량 상의 AD 시스템은, 다가오는 자동차가 심지어 가시적이기 전에 그를 검출하고, 다가오는 자동차가 교차로의 적색 등에서 정지하지 못하는 경우 사고를 회피하는 것이 바람직할 것이다. 불리한 기후 및 다른 조건들, 이를테면, 강우, 강설, 안개, 밝은 태양광, 먼지 등이 또한 AD 시스템들에 난제들을 제시할 수 있다.
이러한 난제들의 결과로서, 이상적인 조건들 하에서도, 현재의 AD 솔루션들은 부분적 L4(높은 주행 자동화) 및/또는 부분적 L5(완전한 주행 자동화) 자율성만을 제공한다. 따라서, 현재의 접근법들의 단점들을 해결하는 AD 시스템들, 방법들, 및 디바이스들을 제공하는 것이 바람직하다.
본 개시내용의 목적들, 특징들, 및 장점들은, 첨부된 도면들과 함께 해석되는 특정 실시예들에 대한 다음의 설명으로부터 용이하게 명백할 것이다.
도 1은 일부 실시예들에 따른 시스템을 예시한다.
도 2는 일부 실시예들에 따른, 시스템에 의해 송신 및 수신되는 다양한 신호들 사이의 관계들의 개념적 예시를 제공한다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 시스템의 송신기의 특정 구성요소들을 예시한다.
도 4는 일부 실시예들에 따른, 시스템의 송신기 어레이의 특정 구성요소들을 예시한다.
도 5는 일부 실시예들에 따른 수신기의 고수준 블록도이다.
도 6은, 센서 어레이에 포함된 다수의 센서들을 포함하는 예시적인 실시예를 예시한다.
도 7은, 신호 감쇠를 강우율의 함수로서 도시하는 플롯이다.
도 8은, 전자기파들이 급격한 에지들에서 회절하거나 만곡된 표면들 상에서 "잠행성(creeping)"파들로서 전파되는 경향이 있는 것을 예시한다.
도 9는 일부 실시예들에 따른 바이스태틱(bistatic) 레이더 설정을 예시한다.
도 10은, 자동차 및 평균 크기의 사람에 대한 레이더 단면적(radar cross section)을 예시한다.
도 11은, 벽을 통한 입사, 반사, 및 투과 전기장을 예시한다.
도 12a 및 12b는, 도 11에 도시된 예시적인 벽을 사용하여 3개의 주파수 대역에 대한 투과 계수(T) 및 반사 계수(Γ)를 도시한다.
도 13은, 시골 지역에서의 교차로를 예시한다.
도 14는, 나무가 우거진 영역을 통해 전자기파가 어떻게 전파될 수 있는지를 예시한다.
도 15는 일부 실시예들에 따른 희소 어레이를 사용하는 예시적인 시스템 및 2개의 분할된-어레이 시스템들에 대한 타겟의 각도 포지션의 함수로서의 오검출 백분율을 비교한다.
도 16a는 일부 실시예들에 따른, 타겟 거리의 함수로서의 검출 백분율을 플롯팅한다.
도 16b는 일부 실시예들에 따른, 20개의 랜덤 타겟의 평균 범위의 함수로서의 검출 백분율을 도시한다.
도 17은 일부 실시예들에 따른, 20개의 랜덤으로 배치된 타겟의 레이더 단면적의 분포의 함수로서의 검출 백분율을 플롯팅한다.
도 18은 일부 실시예들에 따른, 시스템이 범위 및 각도 데이터를 공동으로 처리할 때의 결과들을 도시한다.
도 19a 및 도 19b는 시뮬레이션된 AD 장면을 도시한다.
도 19c는, 도 19a 및 도 19b에 도시된 장면에 대한 광선 추적을 예시한다.
도 20a 및 도 20b는, 3개의 레이더 대역 각각에 대한 채널의 임펄스 응답의 크기를 예시한다.
도 21a, 도 21b, 도 21c, 도 21d, 도 21e, 도 21f, 도 21g, 도 21h, 및 도 21i는 일부 실시예들에 따른 시뮬레이션 결과들의 부가적인 시각화를 제공한다.
도 22는 일부 실시예들에 따른 예시적인 시스템의 블록도이다.
도 23은 일부 실시예들에 따른 다른 예시적인 시스템을 예시한다.
도 24는 일부 실시예들에 따른, 예시적인 희소 어레이를 포함하는 시스템의 일부분을 예시한다.
도 25는 일부 실시예들에 따른, 라이다(LiDAR) 서브시스템의 예시적인 광학 어레이를 포함하는 시스템의 일부분을 예시한다.
도 26a는 일부 실시예들에 따른, 장면 내의 타겟들의 포지션들을 식별하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 26b는 일부 실시예들에 따른, 타겟의 추정 포지션(projected position)의 결정을 수행하기 위해 수행될 수 있는 예시적인 절차의 흐름도이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 도면들에 공통된 동일한 요소들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 도면들 중 일부는 특정 요소들(예컨대, 신호들, 타겟들, 송신기들, 수신기들, 어레이 요소들 등)의 다수의 인스턴스들을 예시한다. 본원에서 사용되는 관례는, 도면에 예시된 요소의 특정 인스턴스들을 문자(예컨대, A, B, C 등)가 후속되는 참조 번호로 표시하는 것이다. 명세서가 일반적으로 요소를 언급할 때, 참조 번호만이 사용된다. 그에 따라, 일 예로서, 명세서는 특정 타겟들(130A, 130B 등) 등을 언급하고 도면들은 그를 예시하며, 명세서는 또한 단순히 타겟(130) 또는 타겟들(130)을 언급한다. 일 실시예에 개시된 요소들은, 특정 언급 없이 다른 실시예들에서 유익하게 활용될 수 있는 것으로 고려된다. 더욱이, 하나의 도면의 맥락에서의 한 요소의 설명은 그 요소를 예시하는 다른 도면들에 적용가능하다.
도 1은 일부 실시예들에 따른 시스템을 예시한다.
도 2는 일부 실시예들에 따른, 시스템에 의해 송신 및 수신되는 다양한 신호들 사이의 관계들의 개념적 예시를 제공한다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 시스템의 송신기의 특정 구성요소들을 예시한다.
도 4는 일부 실시예들에 따른, 시스템의 송신기 어레이의 특정 구성요소들을 예시한다.
도 5는 일부 실시예들에 따른 수신기의 고수준 블록도이다.
도 6은, 센서 어레이에 포함된 다수의 센서들을 포함하는 예시적인 실시예를 예시한다.
도 7은, 신호 감쇠를 강우율의 함수로서 도시하는 플롯이다.
도 8은, 전자기파들이 급격한 에지들에서 회절하거나 만곡된 표면들 상에서 "잠행성(creeping)"파들로서 전파되는 경향이 있는 것을 예시한다.
도 9는 일부 실시예들에 따른 바이스태틱(bistatic) 레이더 설정을 예시한다.
도 10은, 자동차 및 평균 크기의 사람에 대한 레이더 단면적(radar cross section)을 예시한다.
도 11은, 벽을 통한 입사, 반사, 및 투과 전기장을 예시한다.
도 12a 및 12b는, 도 11에 도시된 예시적인 벽을 사용하여 3개의 주파수 대역에 대한 투과 계수(T) 및 반사 계수(Γ)를 도시한다.
도 13은, 시골 지역에서의 교차로를 예시한다.
도 14는, 나무가 우거진 영역을 통해 전자기파가 어떻게 전파될 수 있는지를 예시한다.
도 15는 일부 실시예들에 따른 희소 어레이를 사용하는 예시적인 시스템 및 2개의 분할된-어레이 시스템들에 대한 타겟의 각도 포지션의 함수로서의 오검출 백분율을 비교한다.
도 16a는 일부 실시예들에 따른, 타겟 거리의 함수로서의 검출 백분율을 플롯팅한다.
도 16b는 일부 실시예들에 따른, 20개의 랜덤 타겟의 평균 범위의 함수로서의 검출 백분율을 도시한다.
도 17은 일부 실시예들에 따른, 20개의 랜덤으로 배치된 타겟의 레이더 단면적의 분포의 함수로서의 검출 백분율을 플롯팅한다.
도 18은 일부 실시예들에 따른, 시스템이 범위 및 각도 데이터를 공동으로 처리할 때의 결과들을 도시한다.
도 19a 및 도 19b는 시뮬레이션된 AD 장면을 도시한다.
도 19c는, 도 19a 및 도 19b에 도시된 장면에 대한 광선 추적을 예시한다.
도 20a 및 도 20b는, 3개의 레이더 대역 각각에 대한 채널의 임펄스 응답의 크기를 예시한다.
도 21a, 도 21b, 도 21c, 도 21d, 도 21e, 도 21f, 도 21g, 도 21h, 및 도 21i는 일부 실시예들에 따른 시뮬레이션 결과들의 부가적인 시각화를 제공한다.
도 22는 일부 실시예들에 따른 예시적인 시스템의 블록도이다.
도 23은 일부 실시예들에 따른 다른 예시적인 시스템을 예시한다.
도 24는 일부 실시예들에 따른, 예시적인 희소 어레이를 포함하는 시스템의 일부분을 예시한다.
도 25는 일부 실시예들에 따른, 라이다(LiDAR) 서브시스템의 예시적인 광학 어레이를 포함하는 시스템의 일부분을 예시한다.
도 26a는 일부 실시예들에 따른, 장면 내의 타겟들의 포지션들을 식별하는 예시적인 방법의 흐름도이다.
도 26b는 일부 실시예들에 따른, 타겟의 추정 포지션(projected position)의 결정을 수행하기 위해 수행될 수 있는 예시적인 절차의 흐름도이다.
이해를 용이하게 하기 위해서, 도면들에 공통된 동일한 요소들을 지정하기 위해 가능한 경우 동일한 참조 번호들이 사용되었다. 도면들 중 일부는 특정 요소들(예컨대, 신호들, 타겟들, 송신기들, 수신기들, 어레이 요소들 등)의 다수의 인스턴스들을 예시한다. 본원에서 사용되는 관례는, 도면에 예시된 요소의 특정 인스턴스들을 문자(예컨대, A, B, C 등)가 후속되는 참조 번호로 표시하는 것이다. 명세서가 일반적으로 요소를 언급할 때, 참조 번호만이 사용된다. 그에 따라, 일 예로서, 명세서는 특정 타겟들(130A, 130B 등) 등을 언급하고 도면들은 그를 예시하며, 명세서는 또한 단순히 타겟(130) 또는 타겟들(130)을 언급한다. 일 실시예에 개시된 요소들은, 특정 언급 없이 다른 실시예들에서 유익하게 활용될 수 있는 것으로 고려된다. 더욱이, 하나의 도면의 맥락에서의 한 요소의 설명은 그 요소를 예시하는 다른 도면들에 적용가능하다.
다수의 유형들의 센서들이 AD 시스템들에서 사용될 수 있다. 예컨대, 카메라들은, 저렴하고 차량 내의 또는 차량 상의 편리한 위치들에 쉽게 통합되는 잘 이해되는 20세기 2차원 센서 기술이다. 스테레오 모드의 종래의 카메라들은 일부 객체들 및 그들 개개의 속도들을 검출하는 데 사용될 수 있지만, 카메라들은 제한된 범위 및 깊이 추정을 갖는다. 그에 따라, 카메라들의 정확도는 종종 안전한 AD 시스템들에 대해 필요한 것 미만이고, 카메라들은 NLOS 타겟들을 검출할 수 없다. 게다가, 카메라들은, 야간에, 안개에서, 직사 태양광에서, 그리고 다른 조건들에서 또한 작동하지 않고, 그들은 또한 착시들에 취약하다. 독립적으로는, 카메라는 AD에 불충분하다. 그 결과로서, 타겟들을 검출 및/또는 추적하기 위해 카메라들의 성능을 보강 및/또는 향상시키기 위한 다른 센서 기술들이 개발되었다.
더 정확한 범위 추정치들 및 더 정확한 깊이 정보를 제공하는 것이 가능한 있는 2개의 기술은, 라디오 검출 및 거리측량(radio detection and ranging)(레이더) 및 광 검출 및 거리측량(light detection and ranging)(라이다)이다. 레이더 시스템들은 (예컨대, 라디오 또는 마이크로파 주파수들에서) 전자기파들을 송신하고, 타겟으로부터의 파들의 반사들을 수신한다. 타겟의 포지션 및 속도는 반사들로부터 결정될 수 있다.
레이더 시스템의 성능은, 그의 범위 분해능 및 그의 각도 분해능에 의해 특성화될 수 있다. (본 문서에서, 분해능은, 2개의 객체가 구별될 수 없고 하나로서 나타나기 전에 (범위 또는 각도 분리에서) 그들이 얼마나 가까워야 하는지를 지칭한다.) 범위 분해능은, 동일한 방위에 있지만 상이한 범위들에 있는 2개의 타겟 사이에서 구별될 수 있는 범위의 최소 차이이다. 각도 분해능은, 동일한 크기의 그리고 동일한 범위에 있는 2개의 타겟이 구별될 수 있는 최소 분리이다. 레이더 시스템의 범위 분해능은 변조된 파형의 대역폭에 의존하고, 각도 분해능은 (방위각 및 앙각 둘 모두에서) 레이더 어레이 그 자체의 물리적 애퍼쳐에 의존한다. 레이더의 정확도, 즉, 타겟들의 범위 및 각도가 얼마나 정확하게 식별될 수 있는지는, 다른 것들 중에서도, 수신된 신호-대-잡음 비(SNR)에 의존한다. 레이더를 사용하는 현재의 AD 시스템들은 전형적으로 77 GHz에서 동작하고 선형 주파수 변조(FM)를 사용한다. 이러한 AD 시스템들은 전해진 바에 따르면, 미터 단위 미만(sub-meter) 범위 분해능 및 도 단위 미만(sub-degree) 각도 분해능을 갖는다.
레이더 시스템들은 빠르고, 장거리들에 걸쳐 동작할 수 있고, 기계적으로 움직이는 부분들을 필요로 하지 않지만, 그들은 부정확할 수 있다. 예컨대, 레이더 시스템은, 작은 타겟으로부터의 반사들을 훨씬 더 큰 타겟을 표시하는 것으로서 오인할 수 있다. 또한, 더 높은 주파수 레이더 대역들은, 열악한 기후(예컨대, 강우, 안개) 및 다른 장애들(예컨대, 먼지)에 의해 악영향을 받고, 더 낮은 주파수 레이더 대역들은 더 적은 정확도를 제공하고 더 큰 애퍼쳐의 안테나들을 사용한다.
라이다 시스템들은, 펄스형 광으로 타겟 영역 또는 장면을 조명하고, 타겟들에 의해 반사된 펄스들이 광학 검출기로 반환되는 데 얼마나 오래 걸리는지를 측정한다. 많은 라이다 시스템들은, 레이저들을 사용하여 광 펄스들을 송신하고 객체로부터 대응하는 수신기(예컨대, 광다이오드)로의 반사의 비행 시간(time of flight)을 측정한다. 회전식(spinning) 라이다 및 솔리드 스테이트 라이다를 포함하는 라이다의 여러 변형들이 존재한다. 명칭이 시사하는 바와 같이, 회전식 라이다 시스템은 움직이는 부분들을 가지며, 시야를 물리적으로 스캐닝한다. 솔리드 스테이트 라이다는 움직이는 부분들을 갖지 않는다. 라이다의 다른 부류는 플래시 라이다이며, 이는, 관심 시야 전체를 조명하는 단일 고전력 레이저, 및 각각의 검출기(픽셀)가 특정 방위각 및 앙각 각도에 대응하는 검출기들의 조밀한 어레이를 갖는다. 플래시 라이다는, 주어진 픽셀에서 관측된 반사들에 대응하는 비행 시간을 결정할 수 있다는 점을 제외하고는 디지털 카메라와 유사하다. 주파수 변조 연속파(FMCW) 라이다로 지칭되는 또 다른 부류의 라이다는 광학 신호들의 직접 하향변환을 사용한다.
라이다 시스템들은, 그들이 그들 자신의 광자들을 공급하기 때문에 불량한 기후 조건들에서 카메라들보다 종종 우수하다. 게다가, 라이다 시스템들은, 레이더를 포함하는 다른 유형들의 시스템들보다 더 정밀한 분해능을 제공할 수 있고, 그에 의해, 작은 타겟들에 대해서도 양호한 범위, 정확도, 및 분해능을 제공한다. 라이다 시스템들은 일반적으로 높은 검출 확률로 LOS 타겟들을 찾고 추적할 수 있지만, 그들은 가려짐들에 의해 방해받을 수 있고, 그들의 정확도가 불량한 기후 조건들에 의해 감소될 수 있다. LOS 타겟들에 대해, 라이다는 레이더보다 더 높은 분해능을 달성할 수 있지만, 카메라들에 대해서와 같이, 라이다 시스템의 성능은 그의 시야(FOV)가 안개, 강우, 또는 밝은 태양광에 의해 영향을 받을 때 악화될 수 있다. 라이다 시스템들은 전형적으로 200-300 미터의 범위를 갖지만, 더 큰 범위가 종종 AD에 대해 바람직하다. 게다가, 라이다 시스템들은 손상되기 쉬울 수 있다. 예컨대, 회전식 라이다는, 특히 이물질(foreign object)과 부딪히는 경우, 기계적 고장들에 취약하고, 플래시 라이다는 단일의 고전력 레이저의 신뢰가능한 동작 및 매우 정확한 광학기기에 의존한다.
사용 중인 주파수 대역에 따라, 레이더는 카메라들보다 기후 조건들에 덜 취약할 수 있지만, 라이다와 비교하여, 레이더는 일반적으로 열등한 범위 및 각도 분해능 및 정확도를 갖는다.
그에 따라, AD 애플리케이션들에 대해, 카메라들, 레이더, 및 라이다는 상이한 능력들 및 특성들을 가지며, 각각은 적어도 일부 측면들에서 단점들을 갖는다. 각각의 유형의 센서로부터 추출될 수 있는 정보의 양은 물리학에 의해 제한되며, 이는, 사고들 및/또는 사망들을 회피하려고 시도하는 AD 시스템에 대한 딜레마들을 생성할 수 있다. 관심 대상은, 서로 보완할 수 있는 센서들의 설계 및 정보에서의 갭들을 채우는 것이다.
자율 주행을 위해 그리고/또는 자율 차량들에서 사용될 수 있는 시스템들, 디바이스들, 및 방법들이 본원에 개시된다. 일부 실시예들은, 통합 넓은-애퍼쳐 다중 대역 레이더 서브시스템을 사용하고, 다수의 대역들 및/또는 다수의 센서 기술들의 고유한 전파 특성들을 활용하여, 풍경의 검출 및 이해, 특히, NLOS 타겟들을 식별하도록 코너 주위를 보는 것을 상당히 개선한다. 일부 실시예들은, 송신 및 수신 요소들(안테나들)의 희소 어레이를 갖는 레이더 서브시스템을 포함하거나 사용한다. 일부 실시예들에서, 레이더 서브시스템은 동시에 다수의 대역들에서 레이더 신호들을 송신 및 수신하는 것이 가능하며, 이 경우에, 그것은 때때로 본원에서 "희소 넓은-애퍼쳐 다중 대역"(SWAM) 레이더로 지칭된다. 일부 실시예들에서, 시스템의 적어도 하나의 프로세서는, 다양한 조건들(예컨대, 기후)에서 높은 정확도를 제공하기 위해 다수의 대역들에서 반환(반사된) 신호들을 공동으로 처리하는 것이 가능하다. 개시된 레이더 서브시스템은, 단독으로 또는, 예컨대 라이다 및/또는 카메라들과 같은 다른 감지 기술과 함께 사용될 수 있다.
개시된 시스템들, 디바이스들, 및 방법들은, 대안적인 접근법들보다 더 높은 성능을 제공하기 위해 AD 시스템들에서 사용될 수 있다. 예컨대, 라이다 시스템들은, 안개 또는 강우를 포함하는 특정 조건들에서 타겟들을 검출하지 못할 수 있다. 자동차 산업은, 77 GHz에서 mm파 대역 레이더들을 도입함으로써 안개의 문제를 처리했지만, 이 역시 강우에 대해 상당한 손실 문제들을 갖는다. 더욱이, 대안적인 시스템들은 상당한 오검출 확률로부터 어려움을 겪을 수 있다. 그 결과로서, 미국에서, 라이다 및 77 GHz 레이더만을 구비한 AV들은, 안개 및 심한 강우가 극도로 드문 애리조나 주와 같은 사막 주들을 제외하고는 시간상 100 %의 자율성을 실시할 수는 없다. 이러한 제한은, 유럽, 아시아, 및 다른 강우가 잦거나 안개가 잦은 지역들의 대부분에서 이러한 유형들의 시스템들을 사용한 완전 자율 주행을 막는다. 개시된 시스템들, 특히, 개시된 SWAM 레이더의 일부 실시예들은 이러한 문제들을 극복할 수 있다.
부가적으로, 코너들 주위의 움직이는 타겟 및 정지상태 타겟을 검출할 수 있는 것과 같은 안전성 문제들의 관점에서, 개시된 시스템들의 실시예들은 다수의(예컨대, 더 낮은) 주파수 대역들에서 부가적인 레이더 관측들을 사용할 수 있다. 시스템은, 종래의 AV 레이더 시스템들보다 더 높은 분해능을 달성하기 위해 자동차의 전체 폭 및 희소 어레이를 사용할 수 있다. 개시된 실시예들은 또한, 다수의 차량들이 자신의 레이더들을 동시에 동작시키는 혼잡한 EM 환경들에서 장점들을 제공한다. 다수의 대역들의 존재는, 예컨대, 주파수 호핑 또는 시간 공유를 통해, 송신된 파형들을 추가적으로 직교화할 가외의 차원들을 부가하고, 이는, 다른 레이더들로부터의 간섭을 감소시키고, 그에 의해, AD 레이더들을 도시 교통 환경들로 스케일링하는 데 도움이 될 수 있다. 일부 실시예들은, 불리한 조건들 하에서 최대 360°의 통달범위(coverage)를 제공하는 것이 가능하며, 그에 의해, 종래의 AD 시스템들의 단점들 중 적어도 일부가 극복된다. AD에 대해 고려되고 있는 종래의 레이더 시스템들 또는 다른 접근법들과는 대조적으로, 일부 실시예들은 거의 100 %의 관측가능성 및 개선된 안전성을 제공할 수 있다.
일부 실시예들에서, 레이더 서브시스템은, 라이다 서브시스템, 카메라 서브시스템, 및/또는 다른 정보 소스들(예컨대, GPS, 맵들 등)을 보강하고 이들과 동기화한다. 일부 실시예들은, 적어도 2개의 정보 소스들(예컨대, 레이더, 라이다, 카메라들, GPS 좌표들 등)에 액세스할 수 있고, 다수의 소스들로부터 획득된 정보는 성능을 개선하기 위해 함께 융합된다. 상이한 감지 기술들로부터의 장면에 관한 정보의 결합 또는 병합은 본원에서 "센서 융합"으로 지칭된다.
개시된 시스템들, 디바이스들, 및 방법들의 일부 실시예들은, LOS 및 NLOS 타겟들 둘 모두를 식별하고 추적하기 위해 다수의 감지 기술들 및 센서 융합을 사용한다. 일부 실시예들은, 진보된 신호 처리 및 확률적 센서 융합 알고리즘들과 함께 SWAM 레이더를 사용한다. 일부 실시예들에서, 상이한 센서 유형들로부터 획득된 정보는 풍경의 일관된 이해를 획득하기 위해 결합된다. 일부 실시예들에서, 개시된 시스템들, 디바이스들, 및 방법들은, 다양한 기후 조건들에서 풍경의 개선된 이해를 달성하기 위해 상이한 주파수 대역들에서 전자기(EM)파들의 고유한 전파 특성들을 이용한다. 특히, 일부 실시예들에서, 개시된 시스템들은, 코너들을 통해 그리고 그 주위에서 종래의 시스템들로는 가능하지 않은 어떤 것을 볼 수 있으며, 그에 의해, 자율 주행의 안전성이 개선된다.
개시된 방법들, 시스템들, 및 디바이스들은 다수의 장점들을 제공할 수 있다. 예컨대, 일부 실시예들은, 차량이 도시 교차로들에 접근할 때 먼 거리에서 교차로들을 볼 수 있고, 건물들에 의해 가려진 타겟들을 찾을 수 있다. (본원에서 사용되는 바와 같이, "보다" 및 "찾다"라는 단어들은 일반적으로, 예컨대, 장애물에 의해 가려질 수 있는 객체 또는 타겟의 존재를 검출하는 것을 지칭한다는 것이 이해되어야 한다.). 일부 실시예들은, 나무들, 나무가 우거진 숲들, 또는 다른 초목에 의해 차단된 시골 교차로들에 차량이 접근할 때 코너들 주위를 보는 능력을 갖는다. 일부 실시예들은, (예컨대, 최대 약 300 미터만을 보는) 종래의 시스템들과 비교하여 훨씬 더 먼 거리들(예컨대, 1 킬로미터)을 볼 수 있음으로써 적응형 스마트 추적을 허용한다. 일부 실시예들은, (예컨대, 초당 50 프레임(FPS)의) 높은 분해능 레이트에서 많은 수의 타겟들(예컨대, 100개 이상의 타겟들)을 동시에 추적하는 능력을 갖는 동적 성능을 제공한다.
본원에 개시된 방법들, 시스템들, 및 디바이스들은, AD 시스템들이 직면하는 고도로 복잡한 장면들에서 많은 수의 타겟들의 높은 분해능 및 높은 분해능/정확도 검출 및 추적을 제공할 수 있다. 더욱이, 다중 대역 레이더의 사용은, 다수의 차량들의 레이더 시스템들이 동시에 동작하고 있는 혼잡한 환경들에서 장점을 제공한다. 개시된 시스템들의 실시예들은, 그들의 파형들 및 송신들을 "직교화"하여, 간섭을 감소시키는 것 및 그들의 반환 신호들을 다른 차량들의 레이더 시스템들의 것들과 구별하는 것 둘 모두를 행할 수 있다. 다수의 대역들의 존재는, (예컨대, 주파수 호핑 또는 시간 공유를 통해) 그러한 직교화를 달성할 가외의 차원들을 부가하고, 이는, AD 레이더가 도시 교통 환경들로 스케일링될 수 있게 한다.
"어레이 요소"라는 용어는 때때로, 안테나 어레이에 포함되는 안테나를 지칭하기 위해 본원에서 사용된다. 어레이 요소는, 신호들을 송신하는 데 사용되거나, 신호들을 수신하는 데 사용되거나, 또는 신호들을 송신하는 것 및 수신하는 것 둘 모두에 사용될 수 있다. "송신 요소"는 송신하는 것이 가능한 어레이 요소이고, "수신 요소"는 수신하는 것이 가능한 어레이 요소이다. 단일 어레이 요소는, 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 송신하는 것 및 수신하는 것 둘 모두가 가능할 수 있다. "안테나" 및 "안테나 요소"라는 용어들은 본원에서 대체로 상호교환가능하게 사용된다. 안테나는 센서의 일 예이고, 아래의 설명 중 일부는 안테나들 및 안테나 요소들을 참조하지만, 설명 중 일부는 센서라는 용어를 사용한다. 그러나, 관련 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 인식될 바와 같이, "안테나"라는 단어는 종종 "센서"로 대체될 수 있다.
도 1은 일부 실시예들에 따른 시스템(100)을 예시한다. AD 시스템일 수 있는 시스템(100)은, 적어도 하나의 송신기(105)(또는 아래에서 추가로 설명되는 송신기 어레이(111)) 및 적어도 하나의 수신기(120)(또는 아래에서 추가로 설명되는 센서 어레이(121))를 포함한다. 간략화를 위해, 도 1의 설명은 단일 송신기(105) 및 단일 수신기(120)를 참조하지만, 아래에 더 상세히 논의되는 바와 같이, 시스템(100)은 송신기 어레이(111) 및 다수의 수신기들(120)을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야야 한다. 마찬가지로, 도 1은 송신기(105) 및 수신기(120)가 공통 위치(collocate)되는 것을 예시하지만, 송신기(들)(105) 및 수신기(들)(120)가 공통 위치되도록 요구되지는 않는다. 아래에 설명되는 일부 실시예들에서, 송신기(들)(105) 및 수신기(들)(120)는 차량, 이를테면 자동차의 차체에 걸쳐 분포된다. 송신 및 수신 요소들의 포지션들은 임의적일 수 있다. 다시 말해서, 그들은 3차원 공간 내의 임의의 좌표들을 가질 수 있다. 송신 및 수신 요소들이 선형 또는 평면형 어레이로 있을 필요는 없다. 특히, 안테나 요소들이 차량의 차체에 분포될 때, 그들은 곡선형 또는 곡면형(curviplanar) 배치로 있을 수 있다.
도 1은 시스템(100) 근방에 있는 4개의 타겟(130A, 130B, 130C, 및 13D)을 예시한다. 타겟(130A)은 시스템(100)으로부터의 거리(150A)에 있고, 타겟(130B)은 시스템(100)으로부터의 거리(150B)에 있고, 타겟(130)은 시스템(100)으로부터의 거리(150C)에 있고, 타겟(130D)은 시스템(100)으로부터의 거리(150D)에 있다. 일부 실시예들에 따르면, 시스템(100)의 하나의 목적은 거리들(150A, 150B, 150C, 및 150D)을 추정하는 것이다. 일부 실시예들에서의 시스템(100)의 다른 목적은, 타겟들(130)의 각도 포지션들(예컨대, 거리(150A)와 동일한 반경을 갖는 원 상에서 타겟(130A)이 있는 곳, 거리(150B)와 동일한 반경을 갖는 원 상에서 타겟(130B)이 있는 곳 등)을 추정하는 것이며, 이는, 도달 각도들로 지칭된다(또는 도달 각도들로부터 결정될 수 있음).
동작 시, 송신기(105)는 개개의 파형(140)을 송신한다. 파형(140)은, 특정된 주파수 및 위상을 갖는 캐리어 신호 상에 변조된 기저대역 신호일 수 있다. 설명의 용이성을 위해, 송신기(105)에서의 캐리어 신호 상의 변조, 및 수신기(120)에서의, 기저대역으로든 또는 중간 주파수로든, 통과대역 신호의 복조의 세부사항들은 본원에서 상세히 설명되지 않는다. 이러한 기법들은 통상적이며, 관련 기술분야에 잘 알려져 있다.
송신된 파형(140)은 감쇠 및 잠재적으로는 왜곡을 야기하는 매질(예컨대, 자유 공간, 공기, 안개, 강우, 건물들 등)을 통해 전파되어 타겟(130)에서 반사된다. (타겟(130A)에 의해 반사된) 반사된 신호(148A), (타겟(130B)에 의해 반사된) 반사된 신호(148B), (타겟(130C)에 의해 반사된) 반사된 신호(148C), 및 (타겟(130D)에 의해 반사된) 반사된 신호(148D)는 수신기(120)로 다시 전파된다. 반사된 신호들(148A, 148B, 148C, 및 148D)은 매질에 의해 감쇠되고, 송신된 후의 어떤 시간에 수신기(120)에 도달하며, 여기서, 그 시간은, 신호들이 매질을 통해 전파되는 속도 및 반사된 신호들(148A, 148B, 148C, 및/또는 148D)이 가시선(LOS) 타겟들(130)로부터의 직접 반환들인지, 건물을 통한 반환들인지, 또는 다중 경로 반환들인지에 의존한다. 매질 및/또는 수신기(120)는 반사된 신호들(148A, 148B, 148C, 및 148D)에 잡음을 부가할 수 있다.
도 2는 일부 실시예들에 따른, 시스템(100)에 의해 송신 및 수신되는 다양한 신호들 사이의 관계들의 개념적 예시를 제공한다. 도 2의 개념적 예시에서, 송신된 파형(140)은 단순한 펄스로서 예시된다. 도 2에 도시된 바와 같이, 본원에서 반향 신호(142)로 지칭되는 수신된 잡음이 있는 파형은 반사된 신호들(예컨대, 도 1의 반사된 신호들(148A, 148B, 148C, 및 148D))의 중첩이고, 간섭(예컨대, 다중 경로), 잡음, 및 다른 장애들로 인한 기여분들을 포함한다. 송신된 파형(140)이 송신을 위해 캐리어 신호 상에 변조되었을 때, 수신된 반향 신호(142)는 진폭과 위상 둘 모두를 가지며, 기저대역으로 변환될 때, 동위상(I) 및 직교위상(Q) 성분들 둘 모두를 갖는다는 것이 이해되어야 한다. (도 2는 반향 신호(142)의 위상 또는 반사된 신호들(148A, 148B, 148C, 및 148D)의 기여분들 중 임의의 것의 위상을 예시하지 않는다.) 반사된 신호들(148)(예컨대, 도 2의 148A, 148B, 148C, 및 148D)은, 타겟들(130)과 시스템(100) 사이의 일부 거리들에서 보강적으로 부가되고 다른 거리들에서는 파괴적으로 부가될 수 있다. 도 2의 고수준 개념적 예시에서, 반향 신호(142)는 3개의 별개의 감쇠되고 왜곡된 반사들을 갖지만, 그들은 잡음에 의해 불명료해진다. 이러한 반사들 각각은, 시스템(100)으로부터 어떤 거리에 있는 적어도 하나의 타겟(130)에 대응한다. 시스템(100)의 하나의 목적은, 잡음이 있는 반향 신호(142)를 처리하고 타겟(130) 및 시스템(100)에 대한 그들의 위치들을 식별하는 것이다. 일부 실시예들에서, 시스템(100)은, 타겟들(130)의 위치들을 식별하기 위해 센서 융합 절차를 적용한다.
시스템(100)의 가시선 내에 있는 타겟들(130)에 대해, 송신된 파형(140)이 론칭되는 때와 반향 신호(142)가 수신되는 때 사이의 시간은, 신호들이 알려져 있는 속도(예컨대, 매질이 공기일 때 광속)로 이동하기 때문에 거리(150)가 직접 계산될 수 있게 한다. 측정된 전파 시간으로부터 컴퓨팅될 수 있는, 타겟(130)과 시스템(100) 사이의 거리(150)는, 시스템(100)의 포지션에 중심이 놓인 원을 제공하며, 그 원 상에 타겟(130)이 놓인다.
본원에 개시된 일부 실시예들에 따르면, 수신기(120)는, 잡음이 제거된 신호(144)를 획득하기 위해 최적화 절차를 사용하여 반향 신호(142)를 처리한다. 이어서, 수신기(120)는, 잡음이 제거된 신호(144)를 사용하여, 타겟(130)이 포지셔닝되는 시스템(100)으로부터의 거리(150)를 추정한다. 타겟들(130)의 범위들을 추정하기 위해 잡음이 제거된 신호(144)를 사용하는 것은, (예컨대, SNR을 10-12 dB 이상만큼 개선함으로써) 실질적으로 종래의 시스템들에 대하여 시스템(100)의 성능을 개선할 수 있다.
도 2는 일부 실시예들에 따라 사용되는 잡음 제거 절차를 고수준으로 예시한다. 수신기(120)는, 잡음이 제거된 신호(144)를 획득하기 위해 반향 신호(142)를 사용하여, 아래에 더 상세히 설명되는 최적화 절차를 수행할 수 있다. 최적화 절차는, (잡음이 부재하는) 이상적인 반향 신호(142)가, 시간-편이들 및 감쇠들이 알려져 있지 않더라도, 송신된 파형(140)의 비교적 적은 수의 시간-편이되고 감쇠된 사본들의 중첩인 구조화된 신호라는 지식을 이용한다. 최적화는, 결과적인 잡음이 제거된 신호(144)가, 수신된 반향 신호(142)에 여전히 "근접"해 있으면서, 몇몇 시간-편이되고 감쇠된 송신된 파형들(140)의 선형 중첩처럼 보이도록 그러한 방식으로 신호의 잡음을 제거한다. 이어서, 수신기(120)는, 결과적인 잡음이 제거된 신호(144)를 사용하여, 타겟들(130)이 상주하는 시스템(100)으로부터의 거리들(150)을 추정할 수 있다. 일부 실시예들에서, 거리들(150)을 추정하기 위해, 수신기(120)는, 송신된 파형(140)과 잡음이 제거된 신호(144)의 상관을 수행하고, 이어서, 상관 결과에서의 피크들의 포지션들을 사용하여 거리들(150)을 추정한다. 상관은, 시간 도메인에서 또는 주파수 도메인에서 동등한 절차를 수행함으로써 수행될 수 있다. 도 2는, 시간들 t1, t2, 및 t3에서 피크들을 갖는 것으로 도시된 상관-후 신호(146)의 개념적 예시를 제공한다. 송신된 신호(140) 및 반사된 신호들(148)이 매질을 통해 전파하는 속도를 사용하여, LOS 타겟들에 대한 거리들(150)은 상관-후 신호(146)에서의 피크들의 포지션들로부터 추정될 수 있다.
도 2에 예시된 바와 같이, 상관-후 신호에서의 피크들의 수는 타겟들(130)의 수와 동일하지 않을 수 있다. 예컨대, 다수의 타겟들(130)이 시스템(100)으로부터 대략적으로 등거리에 있는 경우, 그들의 반사된 신호들(148)은 수신기(120)에 실질적으로 동일한 시간에 도달할 것이다. 도 1을 다시 참조하면, 타겟들(130A 및 130B)은 시스템(100)으로부터 대략적으로 동일한 거리에 있다(예컨대, 거리(150A)는 거리(150B)와 대략적으로 동일함). 그에 따라, 그들의 반사된 신호들(148A 및 148B)은 대략적으로 동일한 시간에 수신기(120)에 도달한다. 도 2에서, 반사된 신호들(148A 및 148B)은 반향 신호(142)에서의 (잡음에 의해 불명료해진) 제1 "범프"에 대응한다. 이러한 예가 예시하는 바와 같이, 수신기(120)는, 상관-후 신호(146)로부터, 시간 t1에서의 피크에 대응하는 거리(150)에 적어도 하나의 타겟(130)이 존재한다는 것을 식별할 수 있지만, 상관-후 신호(146)로부터 단독으로는, 얼마나 많은 타겟들이 그 거리(150)에 있는지를 식별할 수 없을 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템(100)은 다수의 수신기 센서들(예컨대, 안테나 어레이)을 포함하며, 이들 각각은 개개의 반향 신호(142)를 수신한다. 그러한 일부 실시예들에서, 시스템(100)으로부터의 타겟들(130)의 거리들(150)을 추정하기 위해 반향 신호(142)를 사용하는 것에 부가하여(또는 그 대신에), 수신기(120)는, 타겟들(130)의 도달 각도들을 결정하기 위해 다수의 반향 신호들(142)을 처리한다.
도 3은 일부 실시예들에 따른, 시스템(100)의 송신기(105)의 특정 구성요소들을 예시한다. 송신기(105)는, 파형 생성기(110), 및 송신된 파형(140)을 송신하기 위한 다른 구성요소들을 포함한다. 송신된 파형(140)은 임의의 적합한 파형일 수 있다. 예컨대, 송신된 파형(140)은 일련의 펄스들을 포함할 수 있으며, 각각의 펄스가 특정된 지속기간을 갖거나 상이한 펄스들은 상이한 지속기간들을 갖는다. 일부 실시예들에서, 송신된 파형(140)은 양호한 자기상관 특성들을 가지며, 이는, 자기상관이 원점 근처를 제외하고는 작다는 것을 의미한다. 자기 상관 특성들이 양호할수록, 아래에 논의되는 상관 수신기의 성능이 양호하다. 영역 내의 타겟들을 탐침하기 위해, 송신된 파형(140)은, 제1의 짧은 지속기간을 갖는 하나 이상의 펄스, 및 더 멀리 떨어진 타겟들을 프로빙(probe)하기 위한 제2의 더 긴 지속기간을 갖는 하나 이상의 펄스로 구성될 수 있다. 본원에서의 실시예들은, 펄스형 어레이 처리의 맥락에서 제시되지만, 개시된 원리들은 연속파(CW)-유형들의 시스템들(예컨대, 레이더 시스템들)에 또한 적용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
송신기(105)는, 송신된 파형(140)을 하나 이상의 캐리어 신호 상에 변조할 수 있다. 예컨대, 도 3에 도시된 예시적인 실시예에서, 파형 생성기(110)는 믹서(118)에 결합된다. 믹서(118)는, 송신된 파형(140)을 캐리어 신호 상에 변조한다.
캐리어 신호의 주파수는 항상 동일하게 유지될 수 있거나, 상이한 시간들에서 상이할 수 있다. 마찬가지로, 캐리어 신호의 위상은 일정할 수 있거나, 변할 수 있다. 캐리어 신호는 하나 이상의 발진기(112)에 의해 생성될 수 있고, 그의 위상은 하나 이상의 위상 편이기(116)에 의해 생성될 수 있다. 적어도 하나의 프로세서(114)는, 발진기(들)(112) 및/또는 위상 편이기(들)(116)를 제어할 수 있다.
일부 실시예들에서, 시스템(100)은, 다수의 주파수 대역들에서(예컨대, L, S, X, C, K, Ka, Ku, W 또는 UHF 대역들 중 2개 이상에서) 송신하는 것이 가능하다. 그러한 실시예들에서, 동일한 송신된 파형(140)이 다수의 주파수 대역들(예컨대, 분리된 또는 비중첩 대역들)에서 송신될 수 있거나, 또는 상이한 송신된 파형들(140)이 상이한 주파수 대역들에서 송신될 수 있다(예컨대, 제1 송신된 파형(140)은 제1 주파수 대역에서 송신될 수 있고, 제2 송신된 파형(140)은 제2 주파수 대역에서 송신될 수 있음). 다수의 대역들의 존재는, 예컨대, 주파수 호핑 또는 시간 공유를 통해, "직교화"로 지칭되는 개념인, 송신된 파형들(140)을 추가적으로 분리할 가외의 차원들을 부가하며, 이는, 인근에서 동작하고 있을 수 있는 다른 레이더 시스템들로부터의 간섭을 감소시킬 수 있고/거나 시스템(100)이 도시 교통 환경들에서 사용될 수 있게 할 수 있다.
일부 실시예들에서, 시스템(100)의 송신 부분은 송신기 어레이(111)를 포함한다. 도 4은 일부 실시예들에 따른, 시스템(100)의 송신기 어레이(111)의 특정 구성요소들을 예시한다. 송신기 어레이(111)는 안테나 어레이의 일부일 수 있거나 그를 포함할 수 있다. 송신기 어레이(111)는, 파형 생성기들(110A, 110B, ..., 110x) 및 송신된 파형들(140A, 140B, ... 140x)의 인스턴스들을 송신하기 위한 다른 구성요소들을 포함하며, 여기서, "x"는 파형 생성기들(110) 및 파형들(140)의 수를 표현한다. 일부 실시예들에서, 모든 각각의 시간 인스턴스에서, 송신된 파형들(140A, 140B, ..., 140x)은 서로 동일하다. 그에 따라, 이러한 실시예들에서, 다수의 파형 생성기들(110A, 110B, ..., 110x)이 활성인 경우, 그들은 동일한 물리적 송신된 파형(140)을 생성하지만, 각각의 파형 생성기(110A, 110B, ..., 110x)는, 다른 파형 생성기들(110)과 독립적으로, 송신된 파형(140)을 생성할 수 있다. 다른 실시예들에서, 송신된 파형들(140A, 140B, ..., 140x) 중 적어도 일부는 상이하다. 그에 따라, 이러한 실시예들에서, 다수의 파형 생성기들(110A, 110B, ..., 110x)이 활성인 경우, 그들 중 적어도 일부는 상이한 물리적 송신된 파형(140)을 생성하고 있다.
송신된 파형(140)은 임의의 적합한 파형일 수 있다. 예컨대, 송신된 파형(140)은 일련의 펄스들을 포함할 수 있으며, 각각의 펄스가 특정된 지속기간을 갖거나 상이한 펄스들은 상이한 지속기간들을 갖는다. 위에 설명된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 송신된 파형(140)은 양호한 자기상관 특성들을 갖는다.
송신기 어레이(111)는, 송신된 파형(140)의 각각의 인스턴스를 하나 이상의 캐리어 신호 상에 변조할 수 있다. 예컨대, 도 4에 도시된 예시적인 실시예에서, 도시된 파형 생성기들(110) 각각은 개개의 믹서(118)에 결합된다(즉, 파형 생성기(110A)는 믹서(118A)에 결합되고, 파형 생성기(110B)는 믹서(118B)에 결합되는 등 그러한 식임). 믹서들(118)은, 송신된 파형(140)의 인스턴스들을 캐리어 신호들 상에 변조한다. 임의의 특정 시간에, 각각의 캐리어 신호는 동일한 주파수를 갖지만, 특정 파형 생성기(110)에 대응하는 송신된 파형(140)의 각각의 인스턴스는, 송신된 파형(140)의 모든 다른 인스턴스들이 변조되는 캐리어 신호들과 상이한 위상을 갖는 캐리어 신호 상에 변조된다. 예컨대, 도 4에 도시된 바와 같이, 송신된 파형(140A)의 인스턴스들은, 주파수 "f_1" 및 위상 "phase_1"을 갖는 캐리어 신호 상에 변조되고, 송신된 파형(140B)의 인스턴스는, 동일한 주파수 "f_1"을 갖지만 상이한 위상 "phase_2"를 갖는 캐리어 신호 상에 변조되는 등 그러한 식이다.
각각의 캐리어 신호의 캐리어 주파수는 동일하게 유지될 수 있거나, 상이한 시간들에서 상이할 수 있다. 마찬가지로, 각각의 캐리어 신호의 위상은 일정할 수 있거나, 변할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 캐리어 신호들은 하나 이상의 발진기(112)에 의해 생성될 수 있고, 파형 생성기(들)(110)에 대한 캐리어 신호들에 대한 다양한 위상들은 하나 이상의 위상 편이기(116)에 의해 생성될 수 있다. 적어도 하나의 프로세서(114)는, 발진기(들)(112) 및/또는 위상 편이기(들)(116)를 제어할 수 있다.
일부 실시예들에서, 시스템(100)은, 동일한 시간에 다수의 주파수 대역들에서(예컨대, L, S, X, C, K, Ka, Ku, W 또는 UHF 대역들 중 2개 이상에서) 동시에 송신하는 것이 가능하다. 그러한 실시예들에서, 동일한 송신된 파형(140)이 다수의 주파수 대역들에서 동시에 송신될 수 있거나, 또는 상이한 송신된 파형들(140)이 상이한 주파수 대역들에서 송신될 수 있다(예컨대, 제1 송신된 파형(140)은 제1 주파수 대역에서 송신될 수 있고, 제2 송신된 파형(140)은 제2 주파수 대역에서 송신될 수 있음). 일부 실시예들에서, 임의의 특정 시간에, 사용 중인 특정 주파수 대역 내의 각각의 캐리어 신호는 동일한 주파수를 갖지만, 그 대역 내에서 송신하는 특정 파형 생성기(110)에 대응하는 송신된 파형(140)의 각각의 인스턴스는, 송신된 파형(140)의 모든 다른 인스턴스들이 그 대역 내에서 송신하는 다른 파형 생성기들(110)에 의해 변조되는 캐리어 신호들과 상이한 위상을 갖는 캐리어 신호 상에 변조된다. 위에 설명된 바와 같이, 상이한 송신된 파형(140)은 동일한 주파수 대역에서 동시에 송신될 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
일반성의 손실 없이, 송신기 어레이(111) 내에 P개의 파형 생성기들(110)이 존재한다고 가정된다. 송신기 어레이(111) 내의 P개의 파형 생성기들(110) 모두가 동시에 송신할 수 있지만, 송신기 어레이(111)를 갖는 일부 실시예들에서, 송신기 어레이(111) 내의 P개의 파형 생성기들(110) 모두보다는 적은 파형 생성기들이 동일한 시간에 송신한다. 더욱이, 파형 생성기들(110)의 수는 (아래에 설명되는) 수신기 센서들(122)의 수보다 많거나, 그보다 적거나, 또는 그와 동일할 수 있다.
일부 실시예들에서, 송신기 어레이(111)는 (최대) P-차원 감지 벡터를 송신한다. 감지 벡터는, 각각의 파형 생성기(110)가 어레이 내의 파형 생성기들(110) 모두에 대해 동일한 특정 캐리어 주파수를 갖는 캐리어 신호 상에 변조되는 송신 파형(140)(예컨대, 펄스, 일련의 펄스들 등)을 생성하는 것의 결과이다. 바람직하게는, (최대) P개의 파형 생성기들(110)에 의해 송신된 캐리어 신호들의 위상들이 서로 상이하다. 일부 실시예들에서, 위상들은 랜덤으로 선택된다. 예컨대, 그들은 진정으로 랜덤이고 시간이 진행됨에 따라 변할 수 있거나, 또는 그들은 진정으로 랜덤이고 항상 고정될 수 있다. 대안적으로, 그들은, 잠재적으로 적어도 하나의 프로세서(114)와 협력하여 일부 알고리즘 또는 기준에 따라 결정론적이고 선택될 수 있다. 상이한 위상들을 갖는 변조된 캐리어 신호들을 송신하는 목적은, 한 번에 많은 방향들로 에너지를 전송하는 것이다. 송신된 변조된 캐리어 신호들의 상이한 위상들은, (아래에서 논의되는) 수신기 센서(들)(122)에 의해 수신된 반향 신호(들)(142)의 진폭 및 위상에 영향을 미친다. 시스템(100)이 다수의 수신기들(예컨대, 복수의 수신기 센서들(122))을 포함하는 실시예들에서, 각각의 수신된 반향 신호(142)의 진폭과 위상의 차이들은 타겟(130)의 도달 각도들을 결정하는 데 사용될 수 있다.
랜덤 또는 다수의 캐리어 신호 위상들을 사용하는 실시예들에서, 캐리어 신호들의 위상들의 랜덤성 또는 가변성은 공간적 의미라는 것이 이해되어야 한다. 각각의 파형 생성기(110)는, 캐리어 신호들 상에 변조된 송신 파형들(140)이 동일할 때 동일한 평균 에너지를 송신한다.
시스템(100)이 P개의 파형 생성기들(110)의 어레이를 포함하는 일부 실시예들에서, P개의 파형 생성기들(110)의 상이한 서브세트들은 상이한 시간들에 송신한다. 일부 실시예들에서, 활성 파형 생성기들(110)은 동일한 양들의 에너지를 송신한다. 시간 경과에 따라, 활성 파형 생성기들(110)의 서브세트들을 변경하는 프로세스는, 3차원 환경을 프로빙하기에 적합한 랜덤화된 안테나 이득 패턴을 생성한다.
도 4를 다시 참조하면, 송신기 어레이(111)는 적어도, 제1 파형 생성기(110A) 및 제2 파형 생성기(110B)를 포함한다. 제1 파형 생성기(110A)는, 일정 시간 기간 동안, 특정된 캐리어 주파수 및 제1 위상을 갖는 제1 캐리어 신호 상에 변조되는 송신된 파형(140)의 제1 인스턴스(140A)를 생성한다. 제2 파형 생성기(110B)는, 동일한 시간 기간 동안 그리고 제1 파형 생성기(110A)와 실질적으로 동기적으로, 송신된 파형(140)의 제2 인스턴스(140B)를 생성하며, 이는, 동일한 특정된 캐리어 주파수를 갖지만 제1 위상과 상이한 제2 위상을 갖는 제2 캐리어 신호 상에 변조된다. 제1 및 제2 위상들은 랜덤으로 선택될 수 있거나, 또는 그들은 결정론적일 수 있다. 예컨대, 제1 및 제2 위상들은, (예컨대, 랜덤화된 제1 및 제2 위상들을 결정하기 위해 의사 랜덤 시퀀스 생성기를 사용하는 등의) 랜덤화된 절차의 결과로서 선택될 수 있다. 다른 예로서, 제1 및 제2 위상들은 결정론적일 수 있는데, 이는, 그들이 제1 및 제2 송신기들에 알려져 있는 알고리즘(예컨대, 시스템이 동작함에 따라, 예를 들어, 검색 테이블로부터 미리 정의된 위상을 선택하는 것 등에 의해, 시스템이 동작함에 따라 제1 및 제2 위상들이 선택되고/변경되는 변경되는 결정론적 시퀀스)에 따라 선택된다는 것을 의미한다.
제1 및 제2 파형 생성기들(110A, 110B)은, 적어도 하나의 기계 실행가능 명령어를 실행하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서(114)를 포함할 수 있거나 그에 결합될 수 있다. 적어도 하나의 기계 실행가능 명령어를 실행한 결과로서, 적어도 하나의 프로세서(114)는, 제1 및 제2 위상들을 결정하거나 선택할 수 있다(이는, 위에 설명된 바와 같이, 발진기(들)(112) 및 위상 편이기(들)(116)를 사용하여 구현될 수 있음).
제1 및 제2 파형 생성기들(110A, 110B)이 적어도 하나의 프로세서(114)를 포함하거나 그에 결합되는 일부 실시예들에서, 그 적어도 하나의 프로세서(114)는, 제1 및 제2 파형 생성기들(110A, 110B)에 의해 송신되는 신호들의 하나 이상의 특성을 제어한다. 예컨대, 적어도 하나의 프로세서(114)는, 제1 및 제2 파형 생성기들(110A, 110B) 각각에 의한 캐리어 신호(들) 상에 변조된 송신 파형(들)(140)의 형상 및/또는 타이밍 및/또는 지속기간을 제어할 수 있다. 적어도 하나의 프로세서(114)는 또한, 또는 대안적으로, 예컨대, 캐리어 주파수, 진폭, 및/또는, 위에 설명된 바와 같이 위상과 같은 캐리어 신호들의 일부 양상을 (직접 또는 관련 기술분야의 통상의 기술자들에게 잘 알려져 있는 다른 파형 생성기(110) 구성요소들과 협력하여) 제어하는 것이 가능할 수 있다.
시스템(100)은, 도 4에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 파형 생성기들(110A, 110B)에 부가하여 다른 파형 생성기들(110)을 포함할 수 있다. 그러한 실시예들에서, 각각의 부가적인 파형 생성기(110x)는, 동일한 시간 기간 동안 그리고 제1 및 제2 파형 생성기(110A, 110B)와 실질적으로 동기적으로, 제1 및 제2 캐리어 신호들과 동일한 캐리어 주파수를 갖지만 상이한 개개의 위상을 갖는 개개의 캐리어 신호 상에 변조된 송신 파형(140)의 개개의 인스턴스를 송신한다. 각각의 파형 생성기(110)는, 모든 각각의 다른 변조된 캐리어 신호의 위상과 상이한 위상을 갖는 변조된 캐리어 신호를 송신한다. 일부 실시예들에서, 송신된 파형(140)의 개개의 인스턴스들 각각은, 송신된 파형(140)의 제1 및 제2 인스턴스들과 실질적으로 동일하다.
도 1을 다시 참조하면, 시스템(100)은 또한 적어도 하나의 수신기(120)를 포함한다. 도 5는 일부 실시예들에 따른 수신기(120)의 고수준 블록도이다. 수신기(120)는, 적어도 하나의 센서(122), (예컨대, 하향변환을 수행하기 위한) 적어도 하나의 라디오 주파수(RF)/아날로그 회로(124), 적어도 하나의 아날로그-디지털(analog-to-digital) 변환기(ADC)(126), 및 적어도 하나의 프로세서(128)를 포함한다. 적어도 하나의 수신기(120)는 도 5에 예시되지 않은 구성요소들을 포함할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 단지 하나의 예로서, 적어도 하나의 수신기(120)는 메모리를 포함할 수 있고, 이러한 메모리는 적어도 하나의 프로세서(128) 및/또는 적어도 하나의 ADC(126)에 결합될 수 있다. 적어도 하나의 프로세서(128)는 송신기(105)의 적어도 하나의 프로세서(114)와 동일한 하나의 것일 수 있다는 것이 또한 이해되어야 한다.
각각의 센서(122)는, 예컨대, 안테나를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 센서(들)(122)는, 적어도 2개의 주파수 대역(예컨대, L, S, X, C, K, Ka, Ku, W, 및 UHF 대역들 중 하나 초과)에서 신호들을 수신하는 것이 가능하다. 그러한 센서(들)(122)는, 하나 초과의 대역에서 동일한 시간에 신호들을 수신하는 것이 가능할 수 있다.
각각의 RF/아날로그 회로(124)는 임의의 종래의 RF/아날로그 회로(124)일 수 있으며, 이 회로들은 관련 기술분야의 통상의 기술자들에게 친숙하고 잘 알려져 있다. 일부 실시예들에서, 각각의 RF/아날로그 회로(124)는 개개의 수신된 반향 신호(142)를 기저대역으로 하향변환한다. 그러한 실시예들에서, 적어도 하나의 ADC(126)는, 수신기(120)에 의한 추가적인 처리를 위해 반향 신호(142)의 동위상(I) 및 직교위상(Q) 샘플들의 세트를 생성하도록 구성된다. 다른 실시예들에서, 각각의 RF/아날로그 회로(124)는, 개개의 반향 신호(142)를 중간 주파수로 하향변환하도록 구성되고, ADC는, 반향 신호(142)가 중간 주파수에 상주하는 동안 그를 샘플링하도록 구성된다. 또 다른 실시예들은 어떠한 RF/아날로그 회로(124)도 포함하지 않으며, 이 경우에, ADC는 어떠한 하향변환도 없이 반향 신호(142)를 직접 샘플링한다.
"아날로그-디지털 변환기(ADC)"라는 용어는, 연속-시간, 연속-진폭 (아날로그) 수신 반향 신호(들)(142)를 이산-시간, 이산-진폭 (디지털) 신호들(예컨대, 샘플들)로 변환하는 임의의 구성요소를 의미하도록 광범위하게 사용된다. 그러한 구성요소들은 관련 기술분야의 통상의 기술자들에게 잘 알려져 있으며, 본원에서 추가로 논의되지 않는다.
도 6은, 센서 어레이(121)(예컨대, 안테나 어레이)에 포함된 다수의 센서들(122)을 포함하는 예시적인 실시예를 예시한다. 도 6에 도시된 실시예에서, "센서 1"로 라벨링된 제1 센서(122)는, 적어도 하나의 프로세서(128)에 결합되는 "ADC 1"로 라벨링된 제1 ADC(126)에 결합되는 "RF/아날로그 1"로 라벨링된 제1 RF/아날로그 회로(124)에 결합된다. 유사하게, "센서 2"로 라벨링된 제2 센서(122)는, 적어도 하나의 프로세서(128)에 결합되는 "ADC 2"로 라벨링된 제2 ADC(126)에 결합되는 "RF/아날로그 2"로 라벨링된 제2 RF/아날로그 회로(124)에 결합된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 수신기(120)는 또한, 적어도 하나의 프로세서(128)에 결합될 수 있는 부가적인 센서들(122), RF/아날로그 회로들(124), 및 ADC들(126)을 포함할 수 있다. 위에 설명된 바와 같이, RF/아날로그 회로들(124) 및 ADC들(126)은 관련 기술분야에 잘 알려져 있다. 또한 위에 설명된 바와 같이, 일부 실시예들은 RF/아날로그 회로들(124)을 포함하지 않는다.
다수의 센서들(122)을 포함하는 실시예들에서, 이전에 설명된 바와 같이, 센서들(122)은 (그 센서들이 공통 위치될 수 있지만) 공통 위치될 필요는 없다. 더욱이, 3개 이상의 센서(122)를 포함하는 실시예들에서, 센서들(122)은 (그 센서들이 동일 선상에 있을 수 있지만) 동일 선상에 있을 필요는 없다. 또한, 센서들(122)은, 임의의 규칙적인 방식으로 또는 그들 사이에 임의의 특정 간격을 두고 배치될 필요가 없다. 예컨대, 종래의 시스템들에서와 달리, 센서 어레이(121) 내의 인접한 센서들(122) 사이의 거리들은 (그 거리들이 동일할 수 있지만) 동일할 필요가 없다. 결과적으로, 그리고 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 시스템(100)은 제한된 공간 및 곡선형 표면들을 갖는 차량 내에 포함될 수 있다.
센서(들)(122)(예컨대, 도 5 및 도 6에 도시됨)는, 파형 생성기(들)(110)(예컨대, 도 4에 도시됨)와 공통 위치될 수 있다. 일부 실시예들에서, 파형 생성기(들)(110)는 센서(들)(122)를 사용하여 신호들을 송신한다. 예컨대, 파형 생성기(들)(110) 및 수신기(들)(120)는, 센서 어레이(121)(예컨대, 안테나 어레이) 내의 센서들(122) 중 일부 또는 그 전부를 공유할 수 있다. 센서들(122) 중 적어도 일부가 파형 생성기들(110) 중 적어도 일부와 공통 위치되는 실시예들에서, 적어도 하나의 프로세서(128)(예컨대, 도 5 및 도 6에 도시됨) 및 적어도 하나의 프로세서(114)(예컨대, 도 4에 도시됨)는 동일한 적어도 하나의 프로세서일 수 있다. 다시 말해서, 적어도 하나의 프로세서(114/128)는, 시스템(100)의 송신 및 수신 동작들을 조정 및 관리하도록 구성될 수 있다. 적어도 하나의 프로세서(114/128)는 또한, 센서 융합과 같은 아래에서 추가로 논의되는 바와 같은 부가적인 기능들을 수행할 수 있다.
일부 실시예들에서, 송신 파형(들)(140)(예컨대, 넓은 빔)의 파형 생성기(들)(110)에 의한 송신 후에, 적어도 하나의 수신기(120)가 반향 신호(들)(142)를 청취하는 청취 기간이 존재한다. 위에 설명된 바와 같이, 일부 실시예들에서, 하나 이상의 파형 생성기(들)(110)는 적어도 하나의 수신기(120)와 안테나(예컨대, 센서들(122) 중 하나)를 공유한다. 그러한 일부 실시예들에서, 모두보다는 적은 파형 생성기들(110)이 송신하고 있는 경우, 이러한 공유된 안테나들은 반향 신호들(142)을 검출하기 위해 적어도 하나의 수신기(120)에 의해 사용될 수 있는 한편, 다른 안테나들은 하나 이상의 파형 생성기(들)(110)에 의해 사용되고 있다. 파형 생성기(들)(110)에 의해 사용되는 안테나들의 수는 수신기(120)에 의해 사용되는 센서들(122)의 수와 동일하거나 상이할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
위에 설명된 바와 같이, 범위 및 정확도(예컨대, 범위 분해능 및 각도 분해능)는, AD 시스템들의 성능을 특성화하는 데 사용되는 공통 메트릭들이다. 범위 및 정확도에 부가하여, 예컨대, 식별/검출 및 추적될 수 있는 타겟들(130)의 수(더 많은 수가 일반적으로 더 양호한 것으로 간주됨), (예컨대, 적어도 하나의 프로세서(114) 및/또는 적어도 하나의 프로세서(128)에 있는) 인지 엔진에 의해 처리될 수 있는 포인트 클라우드들의 크기(각각의 포인트 클라우드는 3차원 형상 또는 피쳐를 표현하는 포인트들의 집합이며, 이로부터, 범위, 각도, 및 속도 정보가 결정될 수 있음), 및 리프레시 레이트(초당 전체 시야가 프로빙되고 대응하는 타겟들(130)이 식별되는 횟수)와 같은 AD 시스템들의 다른 양상들이 관심 대상이다.
위에 설명된 바와 같이, 레이더 동작의 기본 원리는, EM파들(예컨대, 송신된 파형(140))의 송신 및 객체 검출을 위한 수신된 산란된 신호(예컨대, 반사된 신호들(148))의 후속 처리이다. 수신된 산란된 신호들을 처리하는 검출 절차의 정확도는 EM파들이 어떻게 전파되고 산란되는지의 이해에 의존한다. AD 애플리케이션들에 대해, 라이다 대신에 또는 라이다에 부가하여 레이더를 사용하는 것의 하나의 목표는, 전파 물리학에 대한 라이다 기술의 단점들을 보상하고 일부 복잡한 검출 문제들을 해결하는 것이다. 난제들 중 일부는, 한 번에 많은 수의 타겟들(130), 고도로 복잡하고 동적인 환경, (예컨대, 건물들의) 코너들 주위에 위치된 타겟들(130), 및 초목 및 나무가 우거진 영역들에 의해 불명료해진 타겟들(130)을 포함하는 장면들을 포함한다. 레이더 시스템들의 목적은, 라이다 시스템의 각도 분해능에 가까운 각도 분해능을 제공하면서 다양한 기후 조건들 하에서 이러한 과제들 전부를 충족시키는 것이다.
자동차 산업에서, 라이다를 보강하기 위해 77-81 GHz 범위의 밀리미터파 레이더 시스템들이 최근에 도입되었다. 라이다 시스템들 및 카메라들의 하나의 단점은, 자욱한 가시성이 낮은 안개에서의 높은 신호 손실이다. 예컨대, 짙은 안개는 약 0.5 g/m3의 수분 액체 밀도 및 50 m 미만의 가시성을 가지며, 이는, 광 강도가 50 m 범위에 걸쳐 10-15 dB만큼 감쇠된다는 것을 의미한다. 중간 정도의 안개에서, 수분 액체 밀도는 약 0.05 g/m3이고 가시성은 200 m 미만이며, 이는, 광 강도가 200 m에 걸쳐 10-15 dB만큼 감쇠된다는 것을 의미한다. 77 GHz(및 더 낮은 주파수 대역들)에서, 짙은 안개 및 중간 정도의 안개에서의 신호 손실은 킬로미터당 dB의 일부에 불과하다. 그에 따라, 모든 실제적인 목적들을 위해, 밀리미터파 및 더 낮은 주파수 레이더들이 안개에 의해 그 정도로 영향을 받지 않고 안개로 인한 라이다의 성능의 상당한 하락을 보상하기 위해 사용될 수 있다.
그러나, 오히려 강우가 레이더 시스템들에 대한 난제일 수 있다. 강우를 포함하는 상이한 기후 조건들에서의 EM파 전파에 관한 풍부한 문헌(body)이 존재한다. 예컨대, 심한 강우 조건들(150 mm/h)로 인한 전파 손실이 측정될 수 있고, 또한, 상이한 주파수 대역들에 대해 이론적으로 컴퓨팅될 수 있다. 전자기파들은, UHF, C, X, Ku, 및 Ka 대역에서 각각 0.01 dB/km, 0.08 dB/km, 1.0 dB/km, 2.5 dB/km, 및 12 dB/km로 감쇠한다. 도 7은 강우율(mm/시간 단위)의 함수로서 1550 nm 라이다뿐만 아니라 77 GHz, 24 GHz, 5.8 GHz, 및 1 GHz 레이더에 대한 신호 감쇠(dB/km 단위)를 도시하는 플롯이다. 약 50 mm/시간, 10 mm/시간, 및 2 mm/시간에 각각 대응하는 심한, 중간 정도, 및 가벼운 소나기들에서, 77 GHz에서 동작하는 라이다 및 레이더에 대한 신호 감쇠는 각각 약 20 dB/km, 10 dB/km, 및 5 dB/km로 사실상 동일하다. 그에 따라, 라이다 시스템에 비해, 77 GHz에서 동작하는 레이더 시스템은 강우 시 어떠한 이점들도 제공하지 않는 것으로 보이고, 두 시스템들 모두는 중간 정도 강우 및 심한 강우에 취약하다. 더 낮은 주파수들에서의 레이더 시스템들의 성능은 더 양호하다. 특히, 5.8 GHz 및 1 GHz에서 동작하는 레이더 시스템들은 강우에 크게 취약한 것으로 보이지 않는다.
강우가 유발하는 성능 저하들에 취약함에도 불구하고, 예컨대, 77-81 GHz 주파수 대역에서 동작하는 레이더 시스템은, 더 낮은 범위 및 각도 분해능을 포함하여, 더 낮은 주파수들에서 동작하는 레이더 시스템들의 단점들 중 일부를 해결할 수 있다. 이러한 mm파 주파수들에서, 안테나 어레이들로부터 방사되는 EM파들은 좁은 빔 폭을 갖고 레이저 빔들과 유사하게 거동할 수 있다. 따라서, 밀리미터파 레이더 시스템들은 라이다 시스템들의 이점들 중 일부를 제공할 수 있지만, 라이다 시스템들과 마찬가지로, 그들은 LOS 검출(코너 주위 옵션이 없음), 및 섀도잉 및 가려짐 효과들로 제한된다.
그에 따라, 오늘날 일부 AD 시스템들에서 다양한 환경들에서의 동작을 허용하고 다양한 거리들에서 광범위한 정지상태 및 이동성 타겟들을 검출하기 위해 레이더가 사용되지만, AD 애플리케이션들에서 사용되는 종래의 레이더 시스템들은 장거리들에서 고도의 세부사항들을 검출하지 못하고 측방향으로 또는 장애물들을 통해 잘 보지도 못한다. 예컨대, K 및 W와 같은 더 높은 주파수 대역들은, 높은 분해능을 제공할 수 있고 타겟들의 위치들 및 속도들을 정확하게 추정할 수 있다. 그러나, 이러한 더 높은 주파수들에서의 레이더 신호들은 건물들의 벽들을 관통하지 못하거나 코너들 주위를 보지 못하며, 위에 설명된 바와 같이, 그들은 강우, 안개, 및 먼지에 취약하다. UHF 및 C와 같은 더 낮은 주파수 대역들은 이러한 문제들에 훨씬 덜 취약하지만, 그들은 더 큰 안테나 요소들을 사용하고, 더 작은 이용가능한 대역폭을 가지며, 이는, 범위 분해능(방위가 유사하지만 범위들이 상이한 2개의 객체를 구별하는 능력)을 감소시킨다. 그들은 또한, AD 애플리케이션들에 바람직한 각도 분해능을 제공하기 위해 큰 물리적 애퍼쳐 크기를 요구한다.
그에 따라서, 단일 레이더 대역이 요망되는 정확도 및 범위 및 각도 분해능을 제공할 수 있을 뿐만 아니라 모든 예상되는 기후 조건들에서 동작하고 건물들을 통해 그리고 코너들 주위를 볼 수 있는 것으로 보이지 않는다. 본 발명자들은, 다수의 주파수 대역들에서 동시에 동작하는 시스템(100)이 종래의 시스템들에 비해 상당한 개선일 것이라고 통찰했다. 다수의 이질적 대역들을 사용함으로써, 하나의 대역의 취약성들이 다른 것들의 강점들과 결합될 수 있다.
동일한 크기의 동일한 범위에 있는 2개의 타겟이 구별될 수 있는 최소 분리인 레이더 시스템의 각도 분해능은, 레이더 시스템의 애퍼쳐에 의존하고 사용 중인 주파수에 반비례한다. 동일한 방위에 있지만 상이한 범위들에 있는 2개의 타겟 사이에서 구별될 수 있는 범위의 최소 차이인 범위 분해능은 대역폭에 반비례한다. K(18-27 GHz) 또는 W(75-110 GHz) 대역에서의 레이더 시스템과 동일한 각도 분해능을 달성하는 UHF(0.3-1 GHz) 또는 C(4-8 GHz) 대역에서의 레이더 시스템은 상당히 더 큰 애퍼쳐를 갖는다.
밀리미터파 레이더 시스템들에 비해 더 낮은 주파수 레이더 시스템들(UHF 및 C 대역들)의 장점은, 더 낮은 주파수 대역들에서의 EM파들이 우수한 반사, 회절, 및 투과 특성들을 갖는다는 것이며, 이는, NLOS 검출에 중요할 수 있다. 도 8은, EM파들이 급격한 에지들에서 회절하거나 만곡된 표면들 상에서 "잠행성"파들로서 전파되는 경향이 있는 것을 예시한다. 이러한 효과들은 더 높은 주파수들(예컨대, K 및 W 대역들)에서는 약하지만, 그 효과들은 UHF 및 C 대역들에서 상당할 수 있다. EM파 회절에 부가하여 낮은 투과 손실은, UHF 대역들에서 동작하는 레이더 시스템들이 코너 주위의 객체들을 검출할 수 있게 할 수 있다.
더 높은 주파수 대역들(예컨대, 24 GHz 및 77 GHz)은 높은 각도 및 범위 분해능을 제공할 수 있고, 더 많은 대역폭이 더 높은 주파수들에서 이용가능하기 때문에, 레이더 시스템이 장면 내의 타겟들의 위치 및 속도를 정확하게 추정할 수 있게 할 수 있다. 그러나, 위에 설명된 바와 같이, 더 높은 주파수 대역들은 일반적으로 건물들의 벽들을 투과하지 않고, 특정 장애들(예컨대, 강우, 안개, 먼지 등)에 취약하다. 더 낮은 주파수 대역들은 이러한 장애들에 의해 영향을 덜 받지만, 더 낮은 주파수 대역들은 더 큰 안테나 요소들에 대응한다. 또한, 더 낮은 주파수 대역들에서, 이용가능한 대역폭이 더 작을 수 있고, 이는 범위 분해능에 악영향을 미치며, 높은 각도 분해능을 제공하는 위상 어레이를 형성하기 위해 큰 물리적 애퍼쳐가 필요할 수 있다.
일반적으로, 라디오 주파수(RF) 채널은 풍부한 다중 경로 환경에 있고, AD 환경들에서, 다수의 활성 자동차 레이더 시스템들의 공존으로 인해 고도로 혼잡할 수 있다. 또한, 강우, 안개, 및 먼지는 특히 밀리미터파 주파수들에서 레이더 동작의 범위를 제한할 수 있다. 이러한 광범위한 난제들의 목록은 본 발명자들로 하여금 모든 예상되는 환경들 하에서 높은 성능을 제공할 수 있는 단일 레이더 대역이 존재하지 않는다는 결론을 내리게 하였다. 본 발명자들은, 시스템(100)이 다수의 주파수 대역들에서 동시에 동작할 수 있게 하는 것이, 복잡한 RF 채널이 다수의 관점들에서 보여질 수 있게 하고, 본원에서 추가로 설명되는 바와 같이, AD(및 잠재적으로는 다른) 애플리케이션들에 대한 성능을 개선하는 데 활용될 수 있는 상이한 양태들의 정보를 제공할 수 있다고 통찰했다.
AD 애플리케이션들에 대한 레이더 성능은 전형적인 타겟(130) 레이더 단면적(RCS), 다양한 기후 조건들에서의 경로 손실, 급격한 에지들의 전형적인 가리는 건물/벽 회절 계수들에 대한 반사/투과 손실, 타겟들을 정확하게 검출하기 위해 요구되는 전력, 및 요망되는 각도 분해능에 대한 애퍼쳐 크기에 의존한다. 이러한 인자들/특성들 각각은 아래에서 추가로 논의된다.
레이더 단면적(RCS)은, 레이더 수신기(예컨대, 수신기(120))의 방향으로 레이더 신호들(예컨대, 송신된 파형(140))을 반사하는 타겟(130)의 능력의 척도이다. 다시 말해서, RCS는, (타겟(130)으로부터의) 레이더의 방향으로의 후방산란 밀도 대 타겟(130)에 의해 인터셉트되는 전력 밀도의 비율의 척도이다. 도 9는 일부 실시예들에 따른 바이스태틱 레이더 설정을 예시한다. 도 9에서, 송신 안테나(106)는 수신 안테나(107)와 별개인 것으로 도시되지만, 단일 안테나가 송신 및 수신에 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 라플라스(Laplace) 도메인에서, 수신기(120) 안테나 포트에서의 수신된 신호(b(s))를 송신기(105) 안테나 포트에서의 송신 신호(a(s))와 관련시키는 자유 공간 레이더 방정식의 단순화된 형태는 다음과 같다:
여기서, μ는 투과율이고, c는 광속이고, H TX 및 H RX는 안테나들 둘 모두가 R0에 매칭될 때 각각 송신 안테나(106) 및 수신 안테나(107) 실현 유효 길이들이고, 
는 
로부터 
를 향해 산란된 입사파(예컨대, 송신된 파형(140))에 대한 산란체의 전달 함수이다. 산란체가 입사파의 편광을 변경할 수 있기 때문에, Γ는 연산자이다. 
방향으로 액세스되고 
방향에서 관측될 수 있는 산란체 정보 전부가 
에 포함된다. 산란체가 입사파의 편광을 변경하지 않는 모노스태틱(monostatic) 경우(
)에, 객체의 종래의 RCS는 다음과 같이 그의 Γ와 관련된다:
수학식 (2)는, 
가 산란체의 물질 특성들을 추정하는 데 잠재적으로 사용될 수 있는 위상 정보를 포함하지 않는다는 것을 표시한다. 그럼에도 불구하고, 그것은 링크 예산 계산들을 용이하게 한다.
도 10은, 시스템(100)이 직면할 수 있는 2개의 잠재적 타겟(130), 즉, 자동차 및 평균 크기의 사람에 대해 K(좌측), C(중간) 및 UHF(우측) 대역들에서 회절 물리 이론(physical theory of diffraction)(PTD) 및 회절 통합 이론(unified theory of diffraction)(UTD) 높은 주파수 기법들을 사용하여 컴퓨팅된 RCS(dBsm 단위)를 예시한다. (PTD 및 UTD 기법들은 작은 객체들에 대해 UHF 대역에서 정확하지 않을 수 있다는 것이 유의되어야 한다.) RCS는, 인간 신체의 전파(full-wave) 분석(실선)을 사용하여 그를 높은 주파수 기법들(파선)과 비교하여 컴퓨팅된다. 예시된 객체들의 그리고 예시된 대역들에서의 RCS가 일부 공통성들을 공유하지만, 그들은 중요한 방식들에서 상이하다. 예컨대, 자동차의 전방 뷰의 UHF RCS는 C 및 K 대역들에 대한 것보다 훨씬 작다. 이러한 결과는, 접근하는 자동차가 C 및 K 대역들에서 검출하기가 더 쉬울 것임을 시사하지만, 그것은 또한, K 또는 C 대역에서 동작하는 동안 가장 가까운 자동차를 넘어서 보는 것(예컨대, 그 뒤의 타겟들(130)을 검출하는 것)이 더 어려울 수 있음을 시사한다. 추가로, 사람에 대한 UHF RCS는 C 및 K 대역들에서의 RCS보다 훨씬 더 평활한 것으로 보인다. 이러한 결과는, C 및 K 대역들과 비교하여, UHF RCS가 사람의 걸음걸이 및 포지션에 대해 더 강건할 것이고, 이로부터, 사람들이 UHF 레이더를 사용하여 검출하기가 더 쉬울 수 있다고 추론될 수 있다는 것을 시사한다.
객체의 RCS는 산란체의 표면 상에 수분이 존재할 때 감소하며, 이는, C 및 K 대역들에서 측정되는 레이더 반사들을 줄어들게 하지만, 이러한 현상은 UHF 대역을 사용하는 레이더 시스템들에는 특별히 영향을 미치지 않는다.
AD 시스템들의 안전성은, 그러한 시스템들이 다른 타겟들(130)의 코너들 주위 또는 그 뒤의 타겟들(130)(예컨대, 자동차들, 오토바이들, 자전거들, 보행자들, 동물들 등)을 검출하기 위해 NLOS 전파를 사용할 수 있는 경우 상당히 개선될 것이다. AD에 대해 NLOS 전파를 사용하는 시스템(100)의 실현가능성을 평가하기 위해, 상이한 객체들(예컨대, 도시 주행의 경우의 벽들 및 시골/교외 주행의 경우에서의 초목)의 반사/투과 계수들이 평가될 수 있다. 객체의 투과 계수는, 얼마나 많은 전자기파가 그를 통과하는지의 척도이고, 반사 계수는, 얼마나 많은 파가 투과 매질에서의 임피던스 불연속성에 의해 반사되는지의 척도이다.
도 11은, 전형적인 벽을 통한 평면파의 반사 및 투과의 손실을 계산하기 위한 방식의 예로서 d의 두께를 갖는 벽(190)을 통한 입사, 반사, 및 투과 전기장을 예시한다. 일반적인 경우에서, 반사 및 투과 계수들은 입사 필드의 편광 및 입사각 θi의 함수들이다. 횡방향 전기(transverse electric)(TE) 모드에서, 모든 송신된 필드들은 수직으로 편광된다.
도 12a 및 도 12b는 각각, 도 11에 도시된 예시적인 벽(190)을 사용한 3개의 주파수 대역에 대한 투과 계수(T) 및 반사 계수(Γ)를 도시하며, d는 30 cm로 설정되고 벽(190)은 콘크리트로 만들어진다고 가정한다. 도 12a가 나타내는 바와 같이, UHF 대역에서, 투과 계수는 많은 범위의 입사각들에서 대략적으로 -6.5 dB이다. 플롯팅된 입사각들에 대한 C 및 K 대역들에 대한 투과 계수들은 도 12a에 도시되지 않는데, 그 이유는, 그들이 각각 -35 dB 및 -150 dB 미만이고, 그에 따라, 그들이 무시가능한 것으로 간주되기 때문이다. 도 12b에서, C 및 K 대역들에 대한 반사 계수들은 일치한다. 그에 따라, 도 12a 및 도 12b는, 더 낮은 주파수 대역에서의 신호가 벽을 투과하여 건물을 통과할 수 있는 반면, 더 높은 주파수들은 임의의 유의미한 방식으로 그렇게 할 수 없다는 것을 나타낸다.
반사 및 투과에 부가하여, 급격한 에지들에 의해 야기되는 회절이 또한 NLOS 전파에서의 EM파들의 전파에 영향을 미친다. 기하학적 회절 이론(GTD)에 기반하여, (건물, 창문, 광고판 등과 같은) 금속 객체의 에지에 의해 회절된 신호의 전력은 주파수에 반비례한다. 따라서, 회절은 더 높은 주파수 대역들에서 NLOS 전파의 필수적인 현상이 아닐 수 있는 반면, UHF와 같은 더 낮은 주파수들에 영향을 미칠 수 있다.
나무가 우거진 그리고 초목이 있는 영역들에서의 전파 손실로 인한 신호 차단은 AD 애플리케이션들에서 우려 대상이다. 초목 차단이 오검출의 위험을 증가시킬 수 있는 시골(및 도시) 영역에서의 다양한 시나리오들이 존재한다. 도 13은, 시골 지역에서의 교차로를 예시한다. 도시된 바와 같이, 초목 때문에, 자동차(300A)는 사고를 방지하도록 제시간에 자동차(300B)를 보지 못할 수 있다.
전파에 대한 지형의 영향을 논의하는, 지휘관 중요 정보 요구(Commander’s Critical Information Requirements)(CCIR) 보고(236-2)는 다음과 같이 삼림(foliage) 손실을 특성화한다:
여기서, f는 메가헤르츠 단위의 주파수이고, R은 파가 삼림에서 확장되는 범위이다. 파라미터들 α 및 β는 삼림 밀도, 초목 유형, 습도, 및 온도의 함수들이다. α 및 β의 전형적인 값들은 각각 0.3 및 0.6이다. EM파들은, 지수적 감쇠로 인해 송신기 및 수신기가 손실성 층에 있는 층상 매질에서 직선으로 이동하지 않는다. EM파는, 손실성 층을 벗어나 무손실 층을 통과한 다음 다시 손실성 층에 진입하여 수신 안테나에 도달할 수 있는 것으로 나타났다. 레이더 신호는, 도 14에 도시된 경로(305)에 의해 예시된 바와 같이, 나무가 우거진 영역에서의 왕복(round trip) 전파에 대해 동일한 규칙을 따른다.
레이더 시스템의 각도 분해능은 그의 애퍼쳐 크기에 의존한다. 구체적으로, 선형 어레이로 송신 및 수신 요소들(안테나들)을 포함하는 레이더 시스템에 대해, 각도 분해능은 파장에 비례하고 어레이의 애퍼쳐(또는 물리적 길이)에 반비례한다. 그에 따라, 파장이 작을수록 그리고/또는 애퍼쳐가 클수록 각도 분해능이 양호하다. 이는, 밀리미터파들이 AD에 대해 제안된 이유들 중 하나이다. 이전에 설명된 바와 같이, 각도 분해능은, 동일한 크기의 그리고 동일한 범위에 있는 2개의 타겟(130)이 구별될 수 있는 최소 분리이다. 다른 방식으로 언급하자면, 각도 분해능은, 2개(또는 그 초과)의 별개의 타겟들(130)이 서로로부터 분해될 수 있도록 하는 그 타겟들로부터의 도달 각도들에서의 최소 분리이다. 예컨대, 선형 어레이로 배열된 송신 및 수신 요소들을 갖는 레이더 시스템을 고려한다. 그러한 배열의 각도 분해능(라디안 단위)는 다음에 의해 주어진다.
여기서, λ는 파장이고 D는 어레이의 애퍼쳐(또는 길이)이다. 위의 수학식으로부터, 파장이 작을수록 그리고/또는 애퍼쳐가 클수록 각도 분해능이 양호하다는 것이 명백하다. 이러한 이유로, 77 GHz 주파수 대역이 AD 시스템들에 의해 사용되었다. 각도 분해능은 본질적으로 다수의 별개의 타겟들로부터의 도달 각도들(AoA)을 분리하고, 솔루션은, 관련 기술분야에 잘 알려져 있고 본원에 설명되지 않은, MUSIC 또는 ESPIRIT와 같은 어레이 신호 처리 방법들을 사용하여 획득될 수 있다.
오늘날, 전형적인 레이더 애퍼쳐들은 15 cm 범위 내에 있고, 이는, 77 GHz에서 약 1°의 각도 분해능들을 초래하며, 이는, 완전 자율 차량들이 혼잡하고/거나 복잡한 장면들에서 동작하고 요망되는 안전성 목표들을 충족시키기에 불충분하다. 라이다 시스템들의 전형적인 각도 분해능은 종종, 약 0.1° - 0.2°, 예컨대, 77 GHz에서 동작하는 레이더에 대한 것보다 최대 한 자릿수만큼 더 작다. 특정 시나리오들(예컨대, 안개, 강우 등)에서 라이다 시스템들이 겪는 성능의 상당한 손실을 그러한 레이더 시스템이 회피할 수 있을 것이기 때문에, 레이더 시스템이, 라이다 시스템에 의해 제공되는 각도 분해능 정도의 각도 분해능을 제공하는 것이 바람직할 것이다. 그러나, 77 GHz에서 0.1°의 각도 분해능을 달성하기 위해, 애퍼쳐는 비교적 커야 한다. 예컨대, 요망되는 각도 분해능을 산출하기 위해 1 미터 초과(예컨대, 1.2 m)의 애퍼쳐가 충분할 수 있다. 그러한 애퍼쳐는 자동차의 폭에 의해 수용될 수 있다.
각도 및 범위 분해능과 같은 척도들에 부가하여, 레이더 시스템의 성능의 다른 척도는 그 시스템이 동시에 검출할 수 있는 타겟들(130)의 최대 수이다. "범위 빈(bin)"이라는 용어는 본원에서 거리의 관점들에서 서로 분해될 수 없는 객체들을 지칭하기 위해 사용되며, 그러한 객체들은 동일 범위 빈에 속한다. 아래에서 추가로 논의되는 바와 같이, 범위 분해능은 c/2W로서 근사화될 수 있으며, 여기서, c는 광속이고, W는 송신된 파형의 대역폭이다. 그에 따라, 예컨대, 송신된 파형의 대역폭이 100 MHz인 경우, 범위 분해능은 약 1.5 m이고, 각각의 범위 빈의 크기가 또한 1.5 m이다.
M개의 송신 요소 및 N개의 수신 요소가 등거리로(균일하게) 이격된 균일한 선형 어레이(ULA)에 대해, 임의의 범위 빈에 대해 동시에 검출될 수 있는 타겟들(130)의 최대 수는 M + N이다. AD 환경은, 장면을 채우는 많은 객체들로 상당히 복잡할 수 있다. 따라서, 검출가능해야 하는 타겟들(130)(또는 포인트 클라우드)의 수는, 아마도 범위 빈당 수십 또는 수백 개로 상당히 클 수 있다. 그에 따라, ULA를 사용하는 AD 시스템은, 장면에서 타겟들(130)을 충분히 검출할 수 있기 위해 많은 수의 송신 및 수신 요소들을 사용할 필요가 있을 수 있다. 게다가, 큰 애퍼쳐의 바람직함은 ULA에 대한 송신 및 수신 안테나들(요소들)의 수를 더 증가시킨다. 예로서, 24 GHz에서 동작하는 1.2 m 애퍼쳐를 갖는 레이더는 (관례적인 바와 같이) 반파장 간격을 갖는 ULA에서 192개의 안테나를 필요로 할 것이다. 대부분의 AD 애플리케이션들에 대해, 이는 엄청나게 많은 수의 송수신기(송신 및 수신 요소)들이다. 더욱이, 그러한 시스템은, RF 및 디지털 하드웨어, 전력 소산, 및 중량의 관점들에서 불리하고 비용이 많이 들 것이다. 또한, 자동차의 기하학적 제약들(예컨대, 자동차의 표면의 곡률) 때문에, ULA를 자동차 내에 또는 자동차 상에 위치시키는 것은 일반적으로 실현가능하지 않다.
ULA를 배치함이 없이 레이더 시스템의 각도 분해능을 개선하기 위한 하나의 대안적인 접근법은, 가상 선을 따라 자동차의 차체 내에 또는 차체 상에 다수의 더 작은 애퍼쳐 ULA 레이더 유닛들을 위치시키는 것이다. 본원에서 분할식 어레이로 지칭되는 이러한 솔루션은, 일부 AD 시스템 제공자들에 의해 고려되고 있다. 여러 개의 그러한 더 작은 애퍼쳐 ULA 유닛들이 이론적으로는 요망되는 넓은 애퍼쳐를 갖는 단일 레이더 유닛과 동등하게 동작할 수 있지만, 모든 각각의 레이더 유닛에 의해 수집되는 데이터는 공동으로 처리될 필요가 있을 것이고, 이는 결국, 모든 유닛들이 RF 및 디지털 (샘플링된) 도메인들 둘 모두에서 서로 완벽하게 동기화될 것을 요구할 것이다. 그것은 또한, 별개의 더 작은 애퍼쳐 ULA 유닛들이 처리 블록들에 알려져 있는 정확하게 규정된 포지션들에 위치될 것을 요구한다. 완벽한 동기화를 달성하는 것은, 그것이, 모든 각각의 송신 및 수신 요소에 대한 RF 및 디지털 체인들이 완전히 동기화될 수 있도록 넓은 물리적 애퍼쳐에 걸쳐 매우 세심한 교정된 클록 및 주파수 동기화를 요구할 수 있기 때문에 특히 난제이다.
그에 따라서, 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 시스템(100)의 일부 실시예들은 송신 및 수신 요소들의 희소 어레이를 사용한다. 예컨대, 일부 실시예들에서, 송신 및 수신 요소들은 전체 크기의 ULA 내의 요소들에 의해 점유될 포지션들의 희소 서브세트에만 배치된다. 희소 어레이는, 각각의 송신 및 각각의 수신 요소의 위치들 사이의 뚜렷한 쌍별 차이들에 의해 주어지는 포지션들에 위치되는 요소들을 갖는 비-희소 어레이로서 거동할 수 있다. 각각의 쌍별 차이가 고유하도록 적절하게 설계되는 경우, 희소 어레이는, 동일한 애퍼쳐 크기를 갖지만 그의 어레이 요소들의 수가 희소 어레이의 수신 및 송신 요소들의 수의 곱인 ULA로서 거동하도록 이루어질 수 있다. 다시 말해서, 각각의 쌍별 차이가 고유한 경우, M개의 송신 요소 및 N개의 수신 요소를 갖는 희소 어레이는 그것이 M × N개의 요소를 갖는 것처럼 거동한다.
시스템(100)에서의 희소 어레이의 사용은, 각각의 범위 빈에서 동시에 검출될 수 있는 타겟들(130)의 최대 수를 M + N에서 M × N으로 증가시키며, 이는 상당한 증가이다. K 대역에서 동작하는 1.2 m 애퍼쳐 레이더(24 GHz가 레이더 애플리케이션들에 대해 할당됨)의 예에서, 30개의 송신 요소 및 30개의 수신 요소를 갖는 희소 어레이는 그것이 900개의 요소를 갖는 것과 동일한 성능을 제공할 수 있고, 이러한 성능은 반파장 간격으로의 ULA의 성능을 훨씬 넘어선다. 유사하게, 12개의 송신 요소 및 16개의 수신 요소를 갖는 희소 어레이는 192개의 요소를 갖는 ULA로서 거동할 수 있다(반파장 간격으로의 ULA의 성능보다 훨씬 높음). 희소 어레이의 사용은, 아래에서 추가로 설명되는 바와 같이, 어레이가 차량(예컨대, 자동차)의 차체에 (예컨대, 위, 내부, 아래 등에 분포된 채로) 내장되는 것을 허용한다.
위에 설명된 바와 같이, 구현하기가 복잡할 수 있는 분할식 어레이 접근법이 일부 AD 시스템 제조업체들에 의해 고려되고 있다. 분할식 어레이 접근법에서의 유닛들 전부가 완벽하게 동기화될 수 있는 경우(비용이 많이 들고/거나 번거로울 수 있음)에도, 그리고 데이터가 공동으로 처리되는 경우에도, 결과적인 분할식 어레이 레이더 시스템의 성능은 희소 어레이를 사용하는 시스템(100)의 성능에 미치지 못한다. 그 차이를 예시하기 위해, 각각 1.2 m의 길이를 갖는 W 대역의 77 GHz에서의 2개의 넓은-애퍼쳐 레이더 시스템들을 고려하며, 이들 둘 모두는 12개의 송신 요소 및 16개의 수신 요소를 갖는다. 제1 시스템(시스템(100))은, 세심하게 설계된 희소 어레이를 사용하여, 192개의 기하학적으로 배치된 가상 안테나 요소들의 등가물을 산출한다. 제2 시스템은, 1.2 m 애퍼쳐의 극단 측들 상의 2개의 14개-요소 ULA를 사용한다. 후자의 구성은, 2개의 별개의 14개-안테나 ULA 시스템들을 분할된 방식으로 합치는 분할식 어레이를 에뮬레이팅하는 데 사용되며, 이는 일부 AD 제조업체들이 고려하고 있는 접근법이다. 두 시스템들 모두가 동일한 애퍼쳐 및 동일한 수의 안테나 요소들을 갖지만, 통합 희소 어레이 시스템(시스템(100))은 우수한 성능을 갖는다. 도 15는 3개의 시스템, 즉, 희소 어레이를 갖는 시스템(100), RF 및 디지털 도메인들 둘 모두에서 완전 동기화를 갖는 분할식 어레이 시스템(이 결과는 "동기화된 ULA" 곡선임), 및 2개의 어레이 각각이 독립적으로 동작한 다음 그들의 검출된 타겟들(130)이 융합되는 분할식 어레이 시스템(이 결과는 "비동기화된 ULA" 플롯임)에 대한 타겟의 각도 포지션의 함수로서의 오검출 백분율을 비교한다.
도 15가 나타내는 바와 같이, 희소 어레이를 갖는 시스템(100)은 모든 각도에 걸쳐 영 오검출에 가까운 반면, 분할식 어레이 시스템의 두 버전들 모두는 (분할식 어레이 시스템의 안테나 요소들이 어레이의 2개의 극단 측 상에 있는 것의 결과로서) 어레이의 정면을 표현하는 작은 각도들에서 불량하게 거동한다. 어레이의 중심은 분할식 어레이에 대해 거의 "사각 지대"처럼 거동하며, 여기서, 동기화된 경우에 대해 오검출은 45 % 초과이고, 비동기화된 경우에 대해 오검출은 거의 60 %이다. "동기화된 ULA" 시나리오는, (2개의 ULA 서브세트 사이의 완전한 동기성이 실현가능하지 않을 수 있기 때문에) 이상적인 것이고, 그에 따라, 분할식 어레이 시스템에 의해 달성될 수 있는 최상의 성능을 표현한다. 따라서, 희소 어레이 및 분할식 어레이 접근법들을 사용하는 시스템(100) 사이의 관측된 성능 차이는 시스템(100)의 희소 어레이 내의 송신 및 수신 요소들의 세심한 배치에 전적으로 기인할 수 있다.
희소 어레이 접근법의 이점들을 예시하기 위한 다른 예로서, 각각 1.2 m의 길이를 갖는 2개의 부가적인 넓은 애퍼쳐 레이더 시스템를 고려하며, 이들 둘 모두는 20개의 송신 요소 및 20개의 수신 요소를 갖는다. 제1 시스템은, 안테나 요소들 사이에서 거의 400개의 고유한 쌍별 거리를 산출하는 세심하게 설계된 희소 어레이를 갖는 시스템(100)이다. 제2 시스템은, 1.2 m 애퍼쳐의 극단 측들 상에 2개의 10개-요소 ULA를 가지며, 이는, 2개의 별개의 10개-안테나 ULA 시스템을 분포된 방식으로 합쳐서 분할식 어레이를 만드는 것을 에뮬레이팅한다. 제1 및 제2 시스템들은 동일한 애퍼쳐 및 동일한 수의 안테나 요소들을 갖는다.
도 16a 및 도 16b는, 위에 설명된 제1 시스템(희소 어레이를 갖는 시스템(100)) 및 제2 시스템(분할식 어레이)의 성능을 비교하기 위한 시뮬레이션들의 결과들을 도시한다. 공정한 비교를 제공하기 위해, 두 시스템들 모두는, 동일한 송신된 파형들, 동일한 유형의 빔형성, 및 동일한 공동 범위 및 각도 추정 알고리즘(아래에서 추가로 설명됨)을 사용하였다. 제2 시스템에 대해, 분할식 어레이 내의 2개의 ULA 서브세트는 (RF 및 디지털 도메인들 둘 모두에서) 완전히 동기적이다. 도 16a는 레이더 시스템으로부터의 타겟(130) 거리(150)(범위)의 함수로서 올바르게 검출된 타겟들(130)의 백분율인 검출 백분율을 플롯팅하고, 도 16b는 20개의 랜덤 타겟들(130)의 평균 범위의 함수로서 검출 백분율을 도시한다. 도 16a가 도시하는 바와 같이, 범위가 증가함에 따라 두 시스템들 모두의 성능이 감소하는데, 그 이유는, 수신된 신호들(예컨대, 반사된 신호들(148))이 경로 손실로 인해 더 약해지기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 희소 어레이를 사용하는 시스템(100)의 우수성은 도 16a 및 도 16b로부터 명백하다. 도 16b는, 희소 어레이를 갖는 시스템(100)이 모든 타겟들(130)을 올바르게 검출하는 것이 가능한 반면 분할식 어레이 시스템은 타겟들(130) 중 90 퍼센트 미만을 검출하는 것을 도시한다. 도 16b에 의해 도시된 바와 같이, 30개 초과의 타겟(130)이 존재할 때 분할식 어레이 시스템(제2 시스템)의 성능은 상당히 하락한다. 이는, 20개의 송신 및 수신 안테나를 갖는 분할식 어레이가 많아야 20개의 타겟(130)을 검출할 수 있기 때문이다. 다시 말해서, 분할식 시스템은 총 40개의 안테나, 즉, M = 20개의 송신 안테나 및 N = 20개의 수신 안테나를 갖는다. (2개의 10개-안테나 ULA가 존재하며, 이는, 각각의 ULA가 10개의 송신 안테나 및 10개의 수신 안테나를 갖는다는 것을 의미한다.) 이론적으로, 분할식 시스템은 최대 40개의 타겟을 검출할 수 있어야 하지만, 실제로, 성능의 저하가 더 일찍 시작되는데, 즉, 이러한 경우에서는 30개의 타겟에서 시작된다. 2개의 시뮬레이션된 시스템의 모든 양상들이 송신 및 수신 요소들의 어레이들 외에는 동일했기 때문에, 희소 어레이를 사용하는 시스템(100)의 우수한 성능은 제2 시스템에서 사용되는 분할식 어레이에서와는 대조적으로 희소 어레이 내의 송신 및 수신 요소들의 배치에 완전히 기인할 수 있다.
타겟이 풍부한 환경에 대해, 희소 어레이를 갖는 시스템(100) 및 제2 시스템(들)(분할식 어레이)의 성능들은 올바르게 검출(이는, 타겟들(130)이 검출되었고, 그들이 실제 타겟으로부터 50 cm의 반경 내에서 추정되었다는 것을 의미하며, 두 시스템들 모두의 범위 분해능은 75 cm임)된 타겟들(130)의 백분율에 의해 특성화될 수 있다. 위에 논의된 도 16a 및 도 16b는, 검출 백분율 대 타겟들(130)의 범위뿐만 아니라 타겟들(130)의 수를 비교한다. 도 17은, 타겟들(130)의 레이더 단면적들의 분포가 비교될 수 있게 하기 위해 20개의 랜덤으로 배치된 타겟(130)의 RCS의 분포의 함수로서 검출 백분율을 플롯팅한다. 예상되는 바와 같이, 두 시스템들 모두의 성능은 RCS가 개선됨에 따라 개선된다. 그럼에도 불구하고, 도 17은, 희소 어레이를 갖는 시스템(100)의 성능이 분할식 어레이를 갖는 제2 시스템의 성능보다 우수하다는 것을 예시한다. 모든 경우들에서, 희소 어레이를 갖는 시스템(100)은 분할식 어레이를 갖는 시스템을 상당히 능가한다.
시스템(100)의 성능은, 범위 및 각도 도메인들에 걸쳐 수집된 데이터를 공동으로 처리함으로써 개선 및/또는 최대화될 수 있다. 종래의 레이더 시스템들에서, 타겟들(130)의 범위들은, (수신된 신호(예컨대, 반사된 신호들(148))를 송신된 펄스 또는 선형 FM 파형(예컨대, 송신된 파형(140))에 대하여 상관시키는) 상관 수신기의 출력에서 피크들을 식별함으로써 결정된다. 이어서, 피크들이 샘플링되고 MUSIC 또는 ESPRIT와 같은 공간적 어레이 처리 알고리즘에 공급되어, 타겟들의 도달 각도(AoA)들이 결정된다. 그에 따라, 범위들 및 AoA들은 별개로 결정된다. 또한, 범위 분해능은 송신된 펄스의 대역폭의 역과 관련된다. 범위 분해능에 대한 양호한 근사화는 다음과 같다:
범위 분해능 = 
여기서, c는 광속이고, W는 송신된 펄스(또는, 더 일반적으로, 파형(예컨대, 송신된 파형(140))의 대역폭이다. 위의 수학식은, 실제 범위 분해능이 송신된 파형의 대역폭에 단독으로 의존하는 것이 아니라 송신된 파형 전체(특히, 그의 자기상관 함수)에 의존하기 때문에 근사치일 뿐이다.
본 발명자들은, 범위 및 각도 도메인들의 다차원 공동 처리가 레이더 시스템의 범위 분해능 및 각도 분해능 둘 모두에서 개선들을 초래할 수 있다고 통찰했다. 예컨대, 200 MHz의 대역폭 및 46.9 cm의 애퍼쳐(75 파장에 대응함)를 갖는 24 GHz에서 동작하는 8개의 송신 요소 및 8개의 수신 요소를 갖는 레이더 시스템을 고려한다. 그러한 시스템은, 범위 및 각도 도메인들이 별개로 처리될 때 0.75 m의 범위 분해능 및 0.8°의 각도 분해능을 갖는다. 따라서, 범위 및 각도 도메인들이 별개로 처리되는 경우, 0.75 m 미만으로 떨어져 있는 타겟들(130)은 이러한 시스템에 의해 분해될 수 없을 것이다.
도 18은, 시스템(100)이 범위 및 각도 데이터를 공동으로 처리할 때의 결과들을 도시한다. 장면 내에 10개의 타겟(130)이 존재하며, 실제 포지션들은 태양 형상 기호들로 표현되고, 추정 포지션들(레이더 데이터에 기반함)은 매끄러운 타원들로 표현된다. 2개의 가장 좌측 타겟(130)은 각각 5.0 m 및 5.4 m의 범위들(그에 따라, 이들은 0.75 m의 범위 분해능 미만으로 분리됨) 및 각각 45.0 도 및 45.5 도의 각도들(그에 따라, 이들은 0.8°의 각도 분해능 미만으로 분리됨)에 있다. 도 18이 표시하는 바와 같이, 시스템(100)은, 범위 및 각도 데이터를 공동으로 처리함으로써 2개의 타겟(130)을 식별하고 분해할 수 있다.
위에 설명된 바와 같이, 분할식 어레이 시스템의 성능이 AD 애플리케이션들에 대해 충분한 경우에도, 배치 환경, 즉, 자동차들 내/상의 배치 환경은, 제한된 물리적 공간뿐만 아니라 자동차들의 형상(예컨대, 곡률) 때문에 난제들을 제시한다. 위에 개시된 희소 어레이 접근법은 이러한 난제들 둘 모두를 극복한다. 구체적으로, 시스템(100)의 레이더 요소들(예컨대, 가능하게는 상이한 주파수들에서 송신/수신하는 송신 및 수신 안테나들)은, 다양한 위치들(예컨대, 지붕, 후드, 펜더(fender)들, 전방, 후방, 측부들, 방풍창 주위, 방풍창 내부 등)에서 자동차의 차체 상에/내에 내장될 수 있다. 결과적인 어레이는 선형이 아닐 가능성이 있을 것이고, 아마도, 2차원에서 곡선형이거나 또는 3차원을 갖는 만곡된 표면 상에 있을 것이다. 위에 논의된 바와 같이, 안테나 요소 배치들은 안테나 요소들 간에 x, y 및 z 좌표에서 다수의 뚜렷한 쌍별 차이들이 존재하도록 이루어져야 한다. (다시 말해서, 어레이 요소들의 분포는 불균일하다.) 더 뚜렷한 쌍별 차이들(x, y 및 z 좌표들)이 존재할수록, 성능이 양호할 것이다. 그렇게 위치된 희소 어레이가 2차원 또는 3차원이기 때문에, 시스템(100)(예컨대, 적어도 하나의 프로세서(114) 및/또는 적어도 하나의 프로세서(128))은, 방위각 각도들에 부가하여 타겟들(130)의 앙각 각도들을 추정할 수 있을 것이다. 타겟들(130)의 범위들, 방위각 각도들, 및 앙각 각도들은 공동으로 추정될 수 있지만, 어레이가 균일하지 않고 선형이 아니기 때문에, ESPRIT와 같은 많은 AoA 추정 방법들은 작동하지 않는다. 대신에, 송신 및 수신 요소들이 공간 내의 임의적 포지션들에 있을 때에는 언제나, 원자 놈(atomic norm) 최소화가 사용되어 타겟들(130)의 범위들, 방위각 각도들, 및 앙각 각도들을 공동으로 추정할 수 있다.
일부 실시예들에 따라 사용되는 원자 놈 프레임워크에서, 원자들의 세트가 존재한다고 가정된다.
여기서, 세트는 유한하거나, 카운팅가능하게 무한하거나, 또는 심지어 카운팅불가능하게 무한할 수 있다. 신호 x는, 그 신호가 몇 개의 원자, 말하자면 그들 중 K개의 원자의 합으로 작성될 수 있는 경우 "구조화된" 것으로 지칭되며, 여기서, K는 x의 주변 공간의 차원보다 작은데, 즉, 다음과 같다.
위의 수학식에서, αk는 (가능하게는 복소) 스칼라들이다.
원자들의 세트 
에 대한 벡터 x의 원자 놈은 다음과 같이 정의된다.
다시 말해서, x의 원자 놈은, x가 원자들의 선형 조합의 관점들에서 표현될 수 있는 가장 경제적인 방식이며, 여기서, "경제적"은, 
놈을 최소화하는 표현을 의미하며, 여기서, 
이다. 작은 원자 놈은, x가 몇 개의 원자들의 합으로서 표현될 수 있다는 것을 의미한다. 역대로, 큰 원자 놈은, x를 표현하기 위해 많은 원자들이 필요하다는 것을 의미한다.
시스템(100)의 프로세서(예컨대, 적어도 하나의 프로세서(114) 및/또는 적어도 하나의 프로세서(128))는, (대응하는 송신된 파형(140)에 튜닝된) 원자 놈 잡음제거기(atomic norm denoiser)와 그에 후속하는 상관 수신기를 사용할 수 있다. 다른 예로서, 적어도 하나의 프로세서(114) 및/또는 적어도 하나의 프로세서(128)는, 원자 놈 잡음제거기와 그에 후속하는 임의의 MUSIC, ESPRIT, 한켈(Hankel) 놈 근사화, 프로니(Prony), 버그(Burg), 또는 다른 것들과 같은 임의의 잡음 내 정현파(sinusoid-in-noise) 추정기를 사용할 수 있다. 또 다른 예로서, 적어도 하나의 프로세서(114) 및/또는 적어도 하나의 프로세서(128)는, 유한한 세트의 원자들에 대한 탐색을 수반하는 원자 놈 잡음제거기를 사용할 수 있다. 타겟들(130)의 범위들, 도달 각도들, 및 속도들을 결정하기 위해 원자 놈을 사용하는 시스템들 및 방법들은 미국 특허 제10,866,304호에서 상세히 설명되며, 이 특허는 모든 목적들을 위해 그 전체가 인용에 의해 본원에 포함된다.
자동차의 차체 상에 레이더 요소들을 내장/포지셔닝하는 것에 부가하여, 시스템(100)은 또한 라이다 요소들(예컨대, 광원들(예컨대, 레이저들) 및 광학 검출기들(예컨대, 광다이오드들))을 포함할 수 있으며, 이들이 또한 자동차의 차체에 내장되거나 차체 상에 포지셔닝될 수 있다. 솔리드 스테이트 라이다, 플래시 라이다, 및 단일 광자 애벌란시 검출기(SPAD) 요소들과 같은 다양한 유형들의 라이다 요소들이 본원에 설명된 바와 같이 포지셔닝될 수 있는데, 즉, 차량 상의 임의적 포지션들에 위치될 수 있거나 차량 내에 내장될 수 있다.
위에 설명된 바와 같이, AD 시스템들의 하나의 바람직한 특성은 "코너 주위를 보는" 능력일 것이다. 전자기파들은 급격한 에지들에서 회절하는 경향이 있고, 그들이 만곡된 표면들에 직면할 때, 그들은 "잠행성" 파들로서 그러한 표면들 주위에서 회절할 수 있다. (도 8을 참조한다.) 이전에 설명된 바와 같이, 이러한 효과들은 더 높은 주파수들(예컨대, K 및 W 대역들)에서는 약하지만, 그 효과들은 UHF 및 C(4 내지 8 GHz) 대역들에서 상당할 수 있다. 본 발명자들은, 이러한 회절 거동이, 더 낮은 주파수 대역들로서의 더 낮은 투과 손실과 함께, 레이더 시스템이 코너들 주위의 객체들을 검출할 수 있게 하는데 이용될 수 있다고 통찰했다.
레이더 신호들은, 많은 경로들을 횡단하여, 추적되는 객체들까지의 그리고 그 객체들로부터의 그 도중의 많은 객체들에서 반사된다. AD 애플리케이션들에서, 이러한 다수의 경로들(다중 경로들 또는 다중 경로 신호들로 지칭됨)로부터 초래되는 레이더 반환들(예컨대, 반사된 신호들(148))은 또한, 근방에 있는 다른 자동차 레이더 시스템들의 레이더 신호들에 의해 영향을 받을 수 있다. 그럼에도 불구하고, 이러한 다중 경로 신호들은, 시스템(100)의 프로세서(예컨대, 적어도 하나의 프로세서(114) 및/또는 적어도 하나의 프로세서(128))에, 시스템(100)의 가시선 내에 있지 않은 타겟들(130)에 관한 정보를 제공할 수 있는데, 예를 들면, 직접 검출에서 불명료한 교차 통행을 드러낸다. 다시 말해서, 이러한 다중 경로들은 NLOS 타겟들(130)을 검출하기 위해 사용될 수 있다.
"코너 주위를 보는" 능력을 입증하기 위해 시스템(100)의 3중 대역 버전의 시뮬레이션들이 사용될 수 있다. 각각의 대역에 대한 희소한 넓은 애퍼쳐 송신 및 수신 어레이를 포함하고 다수의 대역에서 동시에 동작하는 3중 대역 레이더(예컨대, UHF, C, 및 K 대역) 시스템(100)을 구비한 자율 차량(AV)을 고려한다. AV가 교차로의 각각의 코너에 하나씩 4개의 고층 콘크리트 건물에 의해 둘러싸인 도시 교차로에 접근하고 있다고 가정한다. 간략화를 위해, 거리들은 북쪽-남쪽 및 동쪽-서쪽으로 이어지는 것으로 가정된다. 도 19a 및 도 19b는, 교차로의 북동쪽 상에 있는 한 사람 및 교차로에 접근하고 있는 3대의 차량, 즉, 북쪽에서 남쪽으로 접근하고 있는 하나의 자동차(300A), 남쪽에서 북쪽으로 접근하고 있는 하나의 자동차(300B), 및 서쪽에서 동쪽으로 접근하고 있는 하나의 자동차(300C)을 포함하는 장면을 도시한다. AV는 동쪽에서 서쪽으로 이동하고 있고 도 19a에서는 가시적이지 않지만, 그의 포지션이 도 19b에서 표시된다. 도 19a 및 도 19b에 예시된 장면에서, AV는 교차로의 중심으로부터 35 미터에 있고, 자동차(300C)는 남쪽으로부터 교차로에 접근하고 있다. 하나의 자동차(300C)는, 교차로의 중심으로부터 40 m에 있고 AV의 가시선 내에 있지 않다. 그에 따라, 그 자동차는 LOS 기법들을 통해 시스템(100)에 의해 검출될 수 없다.
3개의 주파수 대역 각각에서, 레이더 시스템은 타겟들(130)의 범위 및 방위(도달 각도)를 추정할 수 있다. LOS 타겟들(130)에 대해, 타겟(130)의 범위(시스템(100)으로부터의 타겟의 거리)는, 송신된 EM파(예컨대, 송신된 파형(140))가 시스템(100)으로 반환되는 데 소요되는 시간의 절반을 광속과 곱한 것과 동일하다. 다시 말해서, 범위는, 시스템(100)으로 반환되는 송신된 EM파의 비행 시간(ToF)의 절반에 대응한다. 타겟(130)의 방위는, 시스템(100)에서의 수신된 파면들(예컨대, 반사된 신호들(148))의 입사각으로부터 결정된다. 다시 말해서, AoA는 단순히 특정 타겟(130)으로부터 수신된 파형(예컨대, 반사된 신호(148))의 각도이다. 다시, 타겟들(130)이 시스템(100)의 LOS 내에 있을 때, 이는 단순히 타겟(130)이 위치되는 각도이다.
타겟들(130)이 시스템(100)의 가시선 내에 있지 않을 때, 신호들(예컨대, 반사된 신호들(148))이 다수의 경로들을 따라 반환되기 때문에 상황은 더 복잡해진다. 타겟(130)이 NLOS이고, 이에 따라, EM파(예컨대, 반사된 신호(148))가 다중 경로 반사들 또는 산란들을 통해 수신될 때, 범위는 ToF의 절반을 표현하는 것을 넘어서 해석되지 않으며, 레이더로부터의 타겟(130)의 거리인 것으로 볼 수 없다. 또한, NLOS 타겟들(130)에 대한 AoA가 반드시 타겟(130)의 각도와 관련되는 것이 아니라, 오히려, 시스템(100)으로의 다중 경로의 (반사 또는 산란을 통한) 마지막 반환의 각도와 관련된다. 시스템(100)의 대역들 각각으로부터의 정보를 해석할 때, 위의 고려사항들은, (예컨대, 카메라들, 라이다, 맵들, GPS 등으로부터의) 풍경의 임의의 사전 지식과 함께, 타겟들(130)의 위치들을 직접 측정하기보다는 추론하기 위해 고려될 수 있다.
일부 실시예들에서, 반환들(예컨대, 반사된 신호들(148))은 가시선(LOS), 다중 경로, 또는 건물을 통한(또는 NLOS) 반환들로서 분류된다. 주어진 범위에 대해, 다중 경로 반환들은 전형적으로 (다수의 반사들로 인해) 더 약하고, LOS 반환들과 상이한 편광을 갖는다. 건물을 통한 반환들이 또한 더 약하다. 일부 실시예들에서, 환경에 관한 정보(예컨대, AD 시스템 주위의 건물들 및 다른 정지상태 객체들의 포지션들, 물질들 등)가 또한 설명된다. 프레임워크는 실제 타겟들의 가능한 포지션들을 찾도록 구성될 수 있다. 이어서, 그 프레임워크는, 타겟이 복수의 후보 포지션들 각각에 있을 확률을 추정하는 데 사용될 수 있다.
반환들이 분류될 수 있는 방식의 예로서, 반환은, 실질적으로 유사한 비행 시간들 및 도달 각도들을 갖는 반환들이 다수의(예컨대, 대부분의) 주파수 대역들에서 관측되고, 반환이 임계치 위의(그를 초과하는) 반환 강도를 갖고/거나, 반환이 시간 경과에 따라 느리게 변하는 각도 및 범위 포지션(타겟이 LOS라고 가정하여 컴퓨팅됨)을 갖는 경우, LOS 반환으로서 범주화될 수 있다. 반환은, 실질적으로 유사한 비행 시간들 및 도달 각도들을 갖는 반환들이 더 낮은 주파수 대역들에서 대부분 또는 전적으로 관측되고, 반환이 임계치 미만의 반환 강도를 갖고/거나, 시간 경과에 따라 급격하고 불규칙하게 변하는 각도 및 범위 포지션(타겟이 LOS라고 가정하여 컴퓨팅됨)을 갖는 경우, 다중 경로 반환으로서 범주화될 수 있다. 다중 경로 반환들을 식별하기 위해 편광 정보가 또한 고려될 수 있다. 반환은, 실질적으로 유사한 비행 시간들 및 도달 각도들을 갖는 반환들이 더 낮은 주파수 대역들에서 대부분 또는 전적으로 관측되고, 반환이 임계치 미만의 반환 강도를 갖고/거나, 시간 경과에 따라 느리게 변하는 각도 및 범위 포지션(타겟이 LOS라고 가정하여 컴퓨팅됨)을 갖는 경우, 건물을 통한 반환으로서 범주화될 수 있다. 풍경에 관한 정보(말하자면, 맵들로부터의 또는 라이다로부터의 건물의 포지션)가 또한 건물을 통한 반환들을 식별하는 데 사용될 수 있다.
AV 및 타겟들(130)이 이동하고, 시스템(100)이 (예컨대, 반사된 신호들(148)을 통해) 부가적인 데이터를 수집하는 경우, 타겟들(130)이 후보 위치들에 있는 확률들을 업데이트하기 위해 부가적인 데이터가 사용될 수 있다. 시스템(100)이 추정 확률들을 업데이트할 때마다, 그것은, 타겟들(130)의 포지션들에서의 신뢰도가 그들이 선택될 수 있을 정도로 충분히 높고 "고스트(ghost)" 타겟 포지션들이 사라질 때까지 가능한 위치들의 모집단(universe)을 좁힌다. 시스템(100)의 성능은 다수의 대역들로부터 획득된 정보를 융합함으로써 상당히 향상될 수 있다.
개시된 시스템(100)은 또한, 다수의 자율 차량들의 레이더 시스템들이 동시에 동작하고 있는 혼잡한 EM 환경들에서 장점을 제공한다. 다수의 대역들의 존재는, 예컨대, 주파수 호핑 또는 시간 공유를 통해, "직교화"로 지칭되는 개념인, 송신된 파형들(예컨대, 송신된 파형(140))을 추가적으로 분리할 가외의 차원들을 부가하며, 이는, 다른 레이더 시스템들로부터의 간섭이 감소될 수 있게 하고 시스템(100)이 도시 교통 환경들에 대해 스케일링되고 그 도시 교통 환경들에서 사용될 수 있게 한다.
도 19c는, 도 19a 및 도 19b에 도시된 시간 이후의 어떤 시점에서의 도 19a 및 도 19b의 시나리오에 대한 광선 추적을 예시한다. 방사되어 시스템(100)으로 반환되는 주요 광선들 중 일부의 왕복 거리들은 각각의 광선 상에 마킹된다. 예컨대, 둘 모두가 시스템(100)의 LOS 내에 있는 자동차들(300B("V1") 및 300A("V2"))로의/로부터의 왕복 거리들은 각각 94.8 m 및 51.6 m이다. (관련 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 이해될 바와 같이, 왕복 거리는 왕복 시간에 대한 대용물이다.) 둘 모두가 또한 시스템(100)의 LOS 내에 있는 보행자들(302A("P1") 및 302B("P2"))에 대한 왕복 거리는 각각 56.4 m 및 81.6 m이다.
도 20a는, 3개 대역 각각에 대한 dB 단위의 채널의 임펄스 응답(임펄스가 송신 요소에서 송신될 때 수신 요소에서 수신된 신호)의 크기를 예시한다. 도 20b는 도 20a의 플롯의 줌-인된 버전이며, 이는, 임펄스 응답들에서의 피크들의 더 명확한 식별을 제공한다. 플롯들은, EM파들이 수신기로 반환되기 전에 이동하는 거리를 강조하기 위해, 시간이 아니라 왕복 거리의 함수로서 주어진다. 왕복 거리들은, 그들을 광속으로 나눔으로써 시간으로 용이하게 변환될 수 있다. 임펄스 응답들은, 레이더 시스템의 송신된 펄스에 대하여 수신된 신호에 적용된 이상적인 상관 수신기의 출력으로서 생각될 수 있다.
도 20a로부터 알 수 있는 바와 같이, 5.8 GHz 및 24 GHz에서의 임펄스 응답들은 160 m 이후에 대체로 침묵하는 반면, 900 MHz에 대한 임펄스 응답은 그렇지 않다. 주된 이유는 900 MHz가 벽들 및 건물들에서의 훨씬 더 강한 반사들을 허용하기 때문이다. 그에 따라, 160 m 왕복 이후에 관측된 피크들은 그러한 반사들에 대응한다. 그들은 더 높은 주파수들에서는 부재하는데, 그 이유는, 그러한 반사들 대부분이 흡수되고 신호들은 감쇠되기 때문이다.
도 20b를 참조하면, 자동차(300B)("V1")에 대해, 3개의 대역 모두에 대해 약 52 m 내지 53 m에서 피크들이 존재한다. 자동차(300A)("V2")에 대해, 3개의 대역 모두에 대해 약 95 m 및 96 m에서 피크들이 존재한다. 이는, 자동차들(300A 및 300B) 둘 모두가 3개의 대역 모두에 의해 보여질 수 있다는 것을 암시한다. 보행자들(302A("P1") 및 302B("P2"))은 900 MHz 신호에 대해 훨씬 더 가시적이며, 여기서, 각각 56 m 및 82 m에서 명확한 피크들이 존재한다. 5.8 GHz 및 24 GHz에서의 대응하는 피크들은 덜 인지가능한데, 이는, 인간에 대한 RCS가 더 낮은 주파수들에서 보행자의 배향 및 걸음걸이에 대해 훨씬 더 강건하기 때문일 가능성이 있다.
시스템(100)은 또한 건물에 의해 차단되고 "코너 주위"에 있는 자동차(300C)("V3")를 검출할 수 있다는 것을 유의한다. 900 MHz 및 5.8 GHz에 대한 임펄스 응답들은 66 m에서 명확한 피크들을 갖는다. 이는, 건물을 관통하고, V3에서 반사되고, 두번째로 건물을 투과하여 반환되는 EM파들에 대응한다. 이러한 피크는 24 GHz 임펄스 응답에서는 부재하는데, 그 이유는, EM파들이 이러한 높은 주파수에서 건물들을 투과하지 못하기 때문이다.
도 19c의 광선 추적의 더 면밀한 검사는, 자동차(300C)("V3")가 관측될 수 있는 제2 경로가 존재한다는 것을 표시한다. 이는, EM파들이 우측 하단 코너 상에서 건물을 투과하고, 자동차(300C)에서 좌측으로 반사된 다음, 좌측 하단 상에서 건물에서 반사되는 것에 대응한다. 2개의 건물 투과 및 하나의 반사를 수반한 자동차(300C)로의 그리고 그로부터의 경로와는 달리, 이 경로는 하나의 건물 투과 및 2개의 반사를 수반한다. 도 19c에 도시된 바와 같이, 이 경로에 대한 왕복 시간은 88.8 m이다. 900 MHz에서의 임펄스 응답에서는 88 m 내지 89 m에서 명확한 피크가 존재한다. 5.8 GHz 및 24 GHz의 더 높은 대역들에서는 약 87 m 내지 88 m에서 약간 덜 두드러진 피크들이 또한 존재하며, 이는, 이 경로에 기인할 수 있다.
센서 융합을 수행하기 위한(예컨대, 상이한 주파수 대역들로부터 획득된 정보를 결합하기 위한) 다수의 방식들이 존재한다. 예컨대, 각각의 주파수 대역에 대해, 그 대역에서의 반환 신호들(예컨대, 반사된 신호들(148), 반향 신호들(142) 등) 중 일부 또는 그 전부에 대해, (예컨대, 위에 설명되고 아래의 도 26a 및 도 26b의 논의에서 추가로 설명되는 바와 같이) 타겟(130)이 후보 포지션에 있을 확률이 컴퓨팅될 수 있다. 이러한 절차는, 각각이 확률과 연관된, 타겟들(130)의 후보 포지션들의 목록을 초래한다. 이어서, 예컨대, 각각의 후보 포지션 주위에 2차원 가우시안 분포를 배치함으로써 각각의 주파수 대역에 대해 "히트 맵"이 생성될 수 있으며, 여기서, 가우시안 분포의 평균은 타겟(130)의 후보 포지션이고, 공분산 행렬은 추정 타겟(130)의 범위 및 각도 정확도에 의해 결정되고, 가우시안의 강도는 타겟(130)이 후보 포지션에 위치할 확률에 의해 결정된다. 이어서, 다수의 대역들로부터의 정보는, 융합된 히트 맵을 획득하기 위해, 예컨대, (각각의 주파수 대역이 풍경의 독립적인 측정치를 제공한다고 가정하여) 상이한 대역들로부터의 개별 히트 맵들의 지점별 곱셈에 의해 융합될 수 있다. 시간 경과에 따라 더 많은 측정치들이 수집됨에 따라, 융합된 히트 맵이 진화되고 더 정확해진다. 결과적으로, 고스트 타겟들이 (예컨대, 임계 확률 미만의 후보 포지션들을 제거함으로써) 제거될 수 있고, 타겟들(130)의 실제 포지션들이 결정될 수 있다.
도 21a 내지 도 21i는, 2개의 레이더 대역을 사용하여 획득된 융합 정보(예컨대, 센서 융합)의 이점들 및 코너들 주위를 보는 시스템(100)의 능력을 예시하기 위한 시뮬레이션들로부터의 예시적인 히트 맵들이다. 예시적인 시스템(100)을 구비한 차량은 각각의 도면의 우측 상에 원으로 도시된다. 도 21a 내지 도 21c는 UHF 대역(915 GHz)을 사용하여 검출된 타겟들(130)을 도시하고, 도 21d 내지 도 21f는 C 대역(5.8 GHz)에 대한 결과들을 도시한다. (K 대역에 대한 대응하는 도면들은 포함되지 않고, 24 GHz 대역에서 신호들에 의해 검출되는 타겟들(130)도 포함되지 않는데, 그 이유는, K 대역이 시뮬레이션 조건들에서 코너 주위의 객체들을 드러내지 않기 때문이다.) 검출된 타겟들(130)의 강도들은 각각의 도면의 우측 상에 스케일로 도시된다.
도 21a 및 도 21d는 UHF 및 C 대역들 각각에서 동시에 송신되는 신호들(예컨대, 송신된 파형들(140) 및 반사된 신호들(148))을 사용하여 시스템(100)이 시간 영에서 검출하는 타겟들(130)을 도시한다. 도 21a 및 도 21d에서 알 수 있는 바와 같이, 4개의 건물 코너는 C 및 UHF 대역들 둘 모두에서 시스템(100)에 의해 검출된다. AV 위 및 아래의 건물들은 UHF 대역에서 강한 반사들을 갖지만(그러므로, 가시적임), C 대역에서는 그렇지 않다. 다시 말해서, 미약한 반환들이 AV 바로 위 및 아래에서 검출되고, 이러한 미약한 반환들은 C 대역 주파수들이 아니라 UHF에서만 보일 수 있다. 도 21a 및 도 21d에 도시된 바와 같이, 남쪽으로부터 교차로에 접근하고 있는 자동차(300)(AV의 관점에서, 자동차(300)는 좌측으로부터 교차로에 접근함)는 시스템(100)의 LOS 내에 있지 않다. 또한, 시간 영에서, 자동차(300)는 시스템(100)에 의해 NLOS 타겟(130)으로서 검출되지 않는다. 다시 말해서, 접근하고 있는 차량인 자동차(300)는 교차로의 중심으로부터 40 m에 있는 시간 영에서 시스템(100)에 의해 "보여질" 수 없다.
시뮬레이션들은, 예시적인 시스템(100)이, 자동차(300)가 교차로의 중심으로부터 대략적으로 33 m에 있는 약 0.45 초의 시간에서 시작하여 접근하고 있는 차량을 검출할 수 있다는 것을 표시한다. 도 21b 및 도 21e는 시간 0.6 초에서 시스템(100)에 의해 검출된 타겟들(130)을 도시하고, 도 21c 및 도 21f는 시간 0.65 초에서 검출된 타겟들(130)을 도시한다. 두 경우들 모두에서, 자동차(300)는 교차로의 중심으로부터 대략적으로 30 m에 있다. 이러한 시간들 둘 모두에서, 자동차(300)는 교차로의 남동쪽 사분면 상에서 건물을 투과하는 다중 경로 반사 및 EM파들로 인해 UHF 및 C 대역들 둘 모두에서 "보여질" 수 있다.
예시된 시간 순간들 모두에서, (AV 및 시스템(100)의 좌측 및 자동차(300)의 우측으로의) 교차로의 건물 남동쪽이 접근하고 있는 자동차(300)에 대한 시스템(100)의 직접 뷰를 완전히 차단하여, 그를 NLOS 타겟(130)이 되게 한다는 것을 유의한다. 예시적인 시스템(100)은 접근하고 있는 자동차(300)를 검출하는데, 그 이유는, 시스템(100)이 코너 주위에 있는 객체들을 검출하는 것이 가능하기 때문이다.
마지막으로, 잡음, 클러터(clutter) 등으로 인해, 대역들 각각에서 그리고 도 21a 내지 도 21f에 도시된 시간들 각각에서 시스템(100)에 의해 검출된 많은 "고스트 타겟들"이 존재한다. 실제 타겟들(130)은 UHF 및 C 대역들로부터의 결과들을 융합함으로써 고스트 타겟들과 구별될 수 있다. 센서 융합 알고리즘은, 다수의 대역들로부터의(예컨대, 시스템(100)에 의해 사용 중인 대역들의 서브세트로부터의 또는 그 대역들 전부로부터의) 데이터를 결합하는 데 사용될 수 있다. 일부 실시예들에서, 시스템(100)(예컨대, 적어도 하나의 프로세서(114) 및/또는 적어도 하나의 프로세서(128))은, 다중 대역 레이더(예컨대, 그의 하나 이상의 대역), 라이다, 카메라들, GPS 좌표들, 도로 맵들 등을 포함하는 다양한 세트의 다중 모드 정보 소스들로부터의 정보를 융합한다. 예컨대, 각각의 타겟(130)에 대한 레이더 반환 범위들 및 각도들을 결정하기 위해, 주변 풍경(예컨대, 초목, 건물들의 위치 등)의 지식이 사용되어, 어느 신호 반환들(예컨대, 반사된 신호들(148))이 LOS인지 그리고 어느 것이 NLOS인지를 그리고 반사들, 또는 투과들, 또는 둘 모두에 기인하는지를 결정할 수 있다.
센서 융합을 구현하는 데 사용될 수 있는 여러 접근법들이 존재한다. 예컨대, 사전 지식 및 현재 측정치들에 기반하여 최적의 검출 및 추정을 행하는 베이지안(Bayesian) 네트워크들이 사용될 수 있다. 관련 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 인식될 바와 같이, 베이지안 네트워크(결정 네트워크로 또한 알려져 있음)는, 변수들의 세트 및 그들의 조건부 의존성들을 방향성 비순환 그래프(directed acyclic graph)를 통해 표현함으로써, 여러 가능한 알려져 있는 원인들 중 임의의 원인이 발생한 이벤트의 원인일 가능성을 예측하는 확률적 그래픽 모델이다. 또 다른 옵션은, (예컨대, 매우 큰 데이터 세트들을 사용하여) 데이터 구동되고 문제에 대한 맞춤형 피쳐들, 모델들, 또는 가설들을 정의할 필요 없이 과거의 관측들을 활용하는 심층 네트워크들(심층 신경망들로서 또한 알려져 있음)을 사용하는 것이다. 관련 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 인식될 바와 같이, 심층 네트워크는 많은 은닉 계층들(예컨대, 종래의 신경망의 하나 또는 2개 초과의 은닉 계층)을 갖고, 가중치들, 바이어스들, 비선형 활성화, 및/또는 역전파를 갖는 적층형 신경망들인 것으로 간주될 수 있다. 게다가, 재구성되는 장면이 동적으로 변하기 때문에, 입자 필터링 및 유향 칼만 필터들(scented Kalman filter)과 같은 기법들이 사용될 수 있다. 도 21g, 도 21h, 및 도 21i는, 시스템(100)이 0.00 초, 0.60 초, 및 0.65 초의 시간 인스턴스들에서 UHF 및 C 대역들로부터의 데이터를 융합한 후의 결과들을 도시한다(예컨대, 도 21g는 도 21a에 대응하는 데이터와 도 21d에 대응하는 데이터의 융합에 후속하고; 도 21h는 도 21b에 대응하는 데이터와 도 21e에 대응하는 데이터를 융합하는 융합에 후속하고; 도 21i는 도 21c에 대응하는 데이터와 도 21f에 대응하는 데이터를 융합하는 융합에 후속함). 도 21g, 도 21h, 및 도 21i 각각에서 알 수 있는 바와 같이, 융합 절차의 결과로서, 남아 있는 유일한 유의한 타겟들(130)은, 교차로 주위의 건물들의 코너들(특히, 교차로의 북서쪽 및 남서쪽의 것들), 및 코너 주위에 있는, 남쪽으로부터 교차로에 접근하고 있는 자동차(300)이다. 그에 따라, 도 21g 내지 도 21i는, 센서 융합 프로세스가 장면으로부터 고스트 타겟들을 소거하는 것을 도시한다.
도 21a 내지 도 21i가 2개의 레이더 대역을 사용하는 센서 융합을 예시하지만, 개시된 기법들은 상이한 센서 유형들로부터의 정보를 융합하는 데 사용될 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 예컨대, 기법들은, 레이더 서브시스템(170)으로부터의 정보를 라이다 서브시스템(320)으로부터의 정보와 융합하는 데 사용될 수 있다. 더욱이, 2개 초과의 주파수 대역으로부터의 정보가 융합될 수 있다. 예컨대, 시스템(100)은, 2개 초과의 레이더 대역으로부터의 정보를 융합할 수 있다. 다른 예로서, 시스템(100)은, 레이더 서브시스템(170)에 의해 사용되는 2개 이상의 레이더 대역으로부터의 정보를 라이다 서브시스템(320)에 의해 사용되는 대역으로부터의 정보와 융합할 수 있다.
위에 나타내고 설명된 시뮬레이션 결과들은, 개시된 시스템(100)의 실시예들이 건물들과 같은 다른 객체들에 의해 가려진 차량들과 같은 타겟들(130)을 식별하고 그 위치를 찾을 수 있다는 것을 표시한다. 시뮬레이션들은 또한, 다수의 레이더 대역들에서 동시에 동작하는 시스템(100)의 능력의 가치를 입증한다. 더 낮은 주파수 대역들은 더 높은 주파수 대역들에서 이용가능하지 않은 정보를 제공하는데, 그 이유는, 더 낮은 주파수 EM파들이 건물들을 투과하고, 더 양호하게 반사하고, 덜 광파들처럼 거동하고(그러므로, 라이다에 의해 제공되는 것과 상이하고 상보적인 정보를 제공함), 일반적으로, 더 양호한 전파 특성들을 가져서, 더 긴 범위들이 프로빙될 수 있게 하기 때문이다. 더 낮은 주파수 대역들은 또한 기후 조건들 및 타겟들(130)의 배향에 더 강건하다. 반면에, 더 높은 주파수 대역들은 훨씬 더 높은 각도 분해능을 제공하며, 더 낮은 주파수들에서 누락될 수 있는 상세한 피쳐들을 볼 수 있다. 다수의 대역들의 사용, 및 그들이 제공하는 정보를 융합하는 것은, 시스템(100)이 자율 차량들의 안전한 동작을 제공하도록 장면의 정확한 이해를 획득할 수 있게 한다.
시스템(100)은, 요망되는 능력들을 제공하기 위해 서브시스템들의 다양한 조합들을 포함할 수 있다. 예컨대, AD 애플리케이션들에 대해, 시스템(100)은, 예컨대, (a) 다중 대역 레이더 서브시스템만을, (b) 다중 대역 레이더 서브시스템 및 라이다 서브시스템을, (c) 다중 대역 레이더 서브시스템, 라이다 서브시스템, 및 카메라 서브시스템을 포함할 수 있다. 임의의 구성에서, 시스템(100)은 또한, 이를테면, 예컨대, 건물들, 소화전들, 표지판들, 가드 레일들 등과 같은, 장면 내의 정지상태 객체들에 관한 다른 정보(예컨대, 그들의 위치들, 물질 특성들 등)를 고려할 수 있다. 시스템(100)은 또한, 예컨대, 공사 구역들, 포트홀들, 비계 등과 같은 일시적인 위험요소들에 관한 정보를 고려할 수 있다.
도 22는 일부 실시예들에 따른 예시적인 시스템(100)의 블록도이다. 예시적인 시스템(100)은, 적어도 하나의 프로세서(114)에 결합되는 희소 어레이(160)를 포함한다. 희소 어레이(160)는 복수의 어레이 요소들(102)을 포함한다. 도 22에서, 어레이 요소들(102)은 1 내지 N으로 라벨링되지만, 임의의 수의 적어도 2개의 어레이 요소(102)가 존재할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 어레이 요소들(102) 각각은 송신 요소 또는 수신 요소, 또는 결합된 송신/수신 요소일 수 있다. 예컨대, 어레이 요소들(102) 각각은, 레이더 송신기, 라이다 송신기, 레이더 수신기, 라이다 수신기, 카메라 등일 수 있다. 희소 어레이(160)는, 적어도 하나의 송신 요소 및 적어도 하나의 수신 요소를 포함한다. 송신 요소들의 수는 수신 요소들의 수와 동일할 수 있거나, 수신 요소들보다 더 많거나 더 적은 송신 요소들이 존재할 수 있다.
희소 어레이(160)는, 위에 설명된 바와 같이, 차량, 이를테면 자동차의 차체에 걸쳐 분포될 수 있다. 시스템(100)의 어레이 요소들(102)(예컨대, 가능하게는 상이한 주파수들에서 송신/수신하는 송신 및 수신 안테나들)은, 다양한 위치들(예컨대, 지붕, 후드, 펜더들, 전방, 후방, 측부들, 방풍창 주위, 방풍창 내부 등)에서 자동차의 차체 상에/내에 내장될 수 있다. 결과적인 희소 어레이(160)는, 2차원에서 곡선형이거나 3차원을 갖는 만곡된 표면 상에 있을 가능성이 있을 것이다. 위에 논의된 바와 같이, 어레이 요소들(102)의 배치는, 어레이 요소들(102) 사이의 x, y 및 z 좌표들에서 다수의 뚜렷한 쌍별 차이들이 존재하도록 이루어져야 한다. 더 뚜렷한 쌍별 차이들이 존재할수록, 시스템(100)의 성능이 양호할 수 있다. 희소 어레이(160)가 2차원 또는 3차원이기 때문에, 시스템(100)(예컨대, 적어도 하나의 프로세서(114))은, 타겟들(130)의 앙각 각도들 및 방위각 각도들을 추정할 수 있을 것이다. 시스템(100)은, 예컨대, 원자 놈 최소화를 사용하여 타겟들(130)의 범위들, 방위각 각들, 및 앙각 각도들을 공동으로 추정할 수 있다.
도 23은 일부 실시예들에 따른 다른 예시적인 시스템(100)을 예시한다. 예시적인 시스템(100)은 레이더 서브시스템(170) 및 라이다 서브시스템(320)을 포함하며, 이들 둘 모두는 적어도 하나의 프로세서(114)에 결합된다. 예시적인 시스템(100)은, 도 23에 예시되지 않은 다른 구성요소들을 포함할 수 있다. 예컨대, 예시적인 시스템(100)은, 레이더 서브시스템(170) 및/또는 라이다 서브시스템(320)에 의해 수집된 데이터를 저장하기 위한 메모리를 포함할 수 있다.
레이더 서브시스템(170)은, (예컨대, 자동차의 차체 상에/내에) 희소 어레이(160)로 배열될 수 있는, 적어도 하나의 레이더 송신기(172) 및 적어도 하나의 레이더 수신기(176)를 포함하는 복수의 송신 및 수신 요소들을 포함한다. 레이더 송신기들(172)의 수는 레이더 수신기(176)의 수와 동일할 수 있거나, 또는 레이더 수신기들(176)보다 더 많거나 더 적은 레이더 송신기들(172)이 존재할 수 있다. 각각의 레이더 송신기(172)는, 예컨대, 도 1 내지 도 6에 도시되고 그 설명들에서 설명된 송신기(105)의 구성요소들 중 일부 또는 그 전부를 포함할 수 있다. 각각의 레이더 수신기(176)는, 예컨대, 도 1 내지 도 6에 도시되고 그 설명들에서 설명된 수신기(120)의 구성요소들 중 일부 또는 그 전부를 포함할 수 있다. 레이더 안테나(174)는 레이더 수신기(176)에 의해 공유될 수 있거나, 또는 레이더 수신기(176)는 (예컨대, 도 9의 논의에서 설명된 바와 같이) 별개의 안테나를 가질 수 있다. 레이더 서브시스템(170)은, 예컨대, 도 3 및 도 6에 도시되고 그 논의들에서 설명된 구성요소들과 같은, 도 23에 예시되지 않은 구성요소들을 포함할 수 있다. 본원에서 설명되지 않은 다른 구성요소들이 또한 포함될 수 있다.
라이다 서브시스템(320)은, (예컨대, 자동차의 차체 상에) 어레이로 배열될 수 있는, 적어도 하나의 광원(322) 및 적어도 하나의 광학 검출기(324)를 포함하는 복수의 송신 및 수신 요소들을 포함한다. 적어도 하나의 광원(322)은, 예컨대, 레이저를 포함할 수 있다. 적어도 하나의 광학 검출기(324) 각각은, 예컨대, 광검출기(예컨대, 광다이오드, 이를테면, 애벌란시 광다이오드)를 포함할 수 있다. 광원들(322)의 수는 광학 검출기들(324)의 수와 동일할 수 있거나, 또는 광학 검출기들(324)보다 더 많거나 더 적은 광원들(322)이 존재할 수 있다. 라이다 서브시스템(320)은, 예컨대, 그 전체가 모든 목적들을 위해 인용에 의해 본원에 포함되는 미국 특허 제11,047,982호에 도시되고 설명된 구성요소들과 같은, 도 23에 예시되지 않은 구성요소들을 포함할 수 있다. 라이다 서브시스템(320)은, 미국 특허 제11,047,982호에서 상세히 설명된 바와 같이, 라이다 서브시스템(320)이 장면 내의 타겟들(130)을 검출할 수 있게 하기 위해, 낮은 상호 상관을 갖는 희소 펄스 시퀀스들과 함께 중첩 필드들을 갖는 광원들(322) 및 광학 검출기들(324)을 사용할 수 있다. 본원에서 또는 미국 특허 제11,047,982호에서 설명되지 않은 다른 구성요소들이 또한 포함될 수 있다.
그에 따라, 일부 실시예들에서, 장면 내의 타겟들을 검출하기 위한 시스템(100)은, 레이더 서브시스템(170), 라이다 서브시스템(320), 및 레이더 서브시스템(170) 및 라이다 서브시스템(320)에 결합되는 적어도 하나의 프로세서(114)를 포함한다. 라이다 서브시스템(320)은, 광 신호를 방출하도록 구성되는 광원, 및 방출된 광 신호의 반사들을 검출하도록 구성되는 광학 검출기를 포함한다. 레이더 서브시스템(170)은, 레이더 신호를 송신하도록 구성되는 레이더 송신기, 및 송신된 레이더 신호의 반사들을 검출하도록 구성되는 레이더 수신기를 포함한다. 적어도 하나의 프로세서(114)는 적어도 하나의 기계 실행가능 명령어를 실행하도록 구성되며, 명령어는, 실행될 때, 적어도 하나의 프로세서(114)로 하여금, 라이다 서브시스템(320)으로부터의 방출된 광 신호의 반사의 표현을 획득하게 하고, 레이더 서브시스템(170)으로부터의 송신된 레이더 신호의 반사(예컨대, 반사된 신호들(148))의 표현을 획득하게 하고, 방출된 광 신호의 반사의 표현 및 송신된 레이더 신호의 반사의 표현에 적어도 부분적으로 기반하여, 장면 내의 적어도 하나의 타겟(130)의 위치를 결정하게 한다.
레이더 서브시스템(170)은, 위에 설명된 바와 같이, 적어도 하나의 라디오 주파수 신호 생성기 및 적어도 하나의 안테나를 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 레이더 서브시스템(170)은, 차량의 차체에 걸쳐 분포된 희소 어레이(160)를 포함하며, 여기서, 희소 어레이(160)는 복수의 레이더 송신기들(172) 및 복수의 레이더 수신기들(176)을 포함한다. 희소 어레이(160)는, 본원에 설명된 바와 같이 3차원일 수 있고/거나 불균일하게 분포될 수 있다.
일부 실시예들에서, 레이더 서브시스템(170)은, 예컨대, L, S, W, X, C, K, Ka, Ku, 또는 UHF 대역들 중 2개 이상과 같은 적어도 2개의 레이더 대역에서 동시에 동작하는 것이 가능하다. 예컨대, 레이더 서브시스템(170)은, W 또는 X 대역에서 그리고 UHF 대역에서 동시에 동작하는 것이 가능할 수 있다.
일부 실시예들에서, 라이다 서브시스템(320)은 복수의 광학 구성요소들을 갖는 광학 어레이를 포함하며, 여기서, 복수의 광학 구성요소들은 복수의 광원들(322) 및 복수의 광학 검출기들(324)을 포함한다. 일부 실시예들에서, 복수의 광학 구성요소들 중 적어도 2개의 광학 구성요소는 동일 선상에 있지 않다.
도 24는 일부 실시예들에 따른, 예시적인 희소 어레이(160)를 포함하는 시스템(100)의 일부분을 예시한다. 예시적인 희소 어레이(160)는, 복수의 레이더 송신기들(172) 및 복수의 레이더 수신기들(176)을 포함한다. 도 24는, 예시적인 희소 어레이(160) 내의 적어도 3개의 레이더 송신기들(172), 즉, 레이더 송신기(172A), 레이더 송신기(172B), 및 레이더 송신기(172N)를 도시한다. 일부 실시예들에서, 희소 어레이(160) 내의 복수의 레이더 송신기들(172)은, 위에 설명된 바와 같이 다수의 대역들(예컨대, L, S, X, C, K, Ka, Ku, W, UHF 등 중 적어도 2개)에서 레이더 신호들을 송신하여 다중 대역 레이더 시스템을 구현하는 것이 가능하다. 레이더 송신기들(172)에 대한 참조 번호들(172A, 172B, 및 172N)의 도 24에서의 사용은 편의성을 위한 것이고, 희소 어레이(160)가 반드시 정확히 14개의 레이더 송신기(172)를 포함한다는 것을 시사하지는 않는다는 것이 이해되어야 한다. 위에 설명된 바와 같이, 희소 어레이(160)는 임의의 수의 레이더 송신기(172)를 가질 수 있다. 다수의 레이더 대역들을 동시에 사용하는 시스템(100)에서 희소 어레이(160)가 사용되는 경우에, 레이더 송신기들(172)의 수는 1보다 크다.
도 24에 도시된 예시적인 희소 어레이(160)는 또한 복수의 레이더 수신기들(176)을 포함한다. 도 24는, 예시적인 희소 어레이(160) 내의 적어도 3개의 레이더 수신기(176), 즉, 레이더 수신기(176A), 레이더 수신기(176B), 및 레이더 수신기(176M)를 도시한다. 일부 실시예들에서, 희소 어레이(160) 내의 복수의 레이더 수신기들(176)은, 위에 설명된 바와 같이 다수의 대역들(예컨대, L, S, X, C, K, Ka, Ku, W, UHF 등 중 2개 이상)에서 레이더 신호들을 검출하여 다중 대역 레이더 시스템을 구현하는 것이 가능하다. 레이더 수신기들(176)에 대한 참조 번호들(176A, 176B, 및 176M)의 도 24에서의 사용은 편의성을 위한 것이고, 희소 어레이(160)가 반드시 정확히 13개의 레이더 수신기(176)를 포함한다는 것을 시사하지는 않는다는 것이 이해되어야 한다. 위에 설명된 바와 같이, 희소 어레이(160)는 임의의 수의 레이더 수신기(176)를 가질 수 있다. 다수의 레이더 대역들을 동시에 사용하는 시스템(100)에서 희소 어레이(160)가 사용되는 경우에, 레이더 수신기들(176)의 수는 1보다 크다.
그에 따라, 일부 실시예들에서, 시스템(100)은, 적어도 하나의 프로세서(114), 및 프로빙 신호들을 방출하고 장면에서 반사된 신호들을 검출하기 위한 희소 어레이(160)를 포함한다. 희소 어레이(160)는 자동차의 차체에 걸쳐 분포될 수 있다. 희소 어레이(160)는 복수의 어레이 요소들을 포함하고, 이들 각각은 신호들을 송신 및/또는 수신하는 것이 가능하다. 복수의 어레이 요소들 중에는, 신호들을 송신하는 것이 가능한 적어도 하나의 요소(예컨대, 송신기(105)) 및 신호들을 수신하는 것이 가능한 적어도 하나의 요소(예컨대, 수신기(120))가 있다. 일부 실시예들에서, 희소 어레이(160)의 제1 어레이 요소는 제1 세트의 3차원 좌표들 (X1,Y1,Z1)을 갖는 제1 위치에 위치되고, 희소 어레이(160)의 제2 어레이 요소는 제2 세트의 3차원 좌표들 (X2,Y2,Z2)를 갖는 제2 위치에 위치되며, 여기서, X1 ≠ X2이고/거나 Y1 ≠ Y2이고/거나 Z1 ≠ Z2이다. 일부 실시예들에서, X1 ≠ X2이고 Y1 ≠ Y2이고 Z1 ≠ Z2이다. 일부 실시예들에서, 제1 및 제2 위치들은, 지붕, 후드, 전방, 범퍼, 펜더, 후방, 트렁크, 좌측, 우측, 방풍창, 또는 자동차 상의 임의의 다른 위치일 수 있다.
일부 실시예들에서, 희소 어레이(160)는 3차원이다. 일부 실시예들에서, 희소 어레이(160)는 불균일하게 분포되며, 이는, 희소 어레이(160)의 가장 가까운 이웃 요소들 사이의 쌍별 거리들 중 적어도 일부가 서로 상이하다는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 희소 어레이(160)의 가장 가까운 이웃 요소들 사이의 쌍별 거리들은 고유하다.
일부 실시예들에서, 희소 어레이(160)는, 다수의 레이더 대역들(예컨대, L, S, W, X, C, K, Ka, Ku, UHF 등 중 2개 이상)에서 동시에 송신 및 수신하는 것이 가능하다. 일부 실시예들에서, 희소 어레이(160)는, 제1 레이더 송신기(172A) 및 제1 레이더 수신기(176A)를 포함한다. 그러한 실시예들에서, 희소 어레이(160)는 또한, 제2 레이더 송신기(172B) 및 제2 레이더 수신기(176B)를 포함할 수 있으며, 이에 따라, 레이더 송신기(172A)는 제1 레이더 대역(예컨대, K 또는 C)에서 송신하도록 구성되고, 레이더 수신기(176A)는 제1 레이더 대역에서 수신하도록 구성되고, 레이더 송신기(172B)는 제1 레이더 대역과 상이한 제2 레이더 대역(예컨대, UHF)에서 송신하도록 구성되고, 레이더 수신기(176B)는 제2 레이더 대역에서 수신하도록 구성된다.
적어도 하나의 프로세서(114)는 적어도 하나의 기계 실행가능 명령어를 실행하도록 구성되며, 명령어는, 실행될 때, 적어도 하나의 프로세서(114)로 하여금, 희소 어레이(160)에 의해 검출된 복수의 반사된 신호들(예컨대, 반사된 신호들(148))을 수집하게 하고, 복수의 반사된 신호들에 적어도 부분적으로 기반하여, 장면 내의 적어도 하나의 타겟(130)의 포지션(예컨대, 범위 및/또는 각도(예컨대, 방위각 또는 앙각))을 추정하게 한다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 프로세서(114)는, 적어도 하나의 타겟(130)의 포지션을 추정하기 위해 범위, 방위각, 및 앙각 각도를 공동으로 추정한다. 공동 추정은, 원자 놈을 컴퓨팅하거나 최소화하는 것을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 프로세서(114)는, 부분적으로, (예컨대, 원자 놈을 결정하거나 최소화함으로써) 복수의 반사된 신호들의 적어도 일부분에 있어서의 잡음을 제거하고, 복수의 반사된 신호들의 잡음 제거된 적어도 일부분의 상관을 수행하고, 상관의 결과에서 적어도 하나의 피크를 식별함으로써 적어도 하나의 타겟(130)의 포지션을 추정한다. 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 프로세서(114)는, 부분적으로, 상관을 수행하고 상관의 결과에서 적어도 하나의 피크를 식별함으로써 장면 내의 적어도 하나의 타겟의 포지션을 추정한다.
일부 실시예들에서, 시스템(100)은 또한, 적어도 제1 광원(322A) 및 제1 광학 검출기(324B)를 갖는 라이다 서브시스템(320)을 포함할 수 있다. 제1 광원(322A)은, 제1 시간 윈도우 동안 제1 펄스 시퀀스를 방출하도록 구성될 수 있다. 제1 펄스 시퀀스는 희소할 수 있다. 일부 실시예들에서, 라이다 서브시스템(320)은 또한, 제2 광원(322B) 및 제2의 제1 광학 검출기(324B)를 포함한다. 제2 광원(322B)은, (예컨대, 제1 시간 윈도우 동안) 322A가 제1 펄스 시퀀스를 방출하는 것과 동일한 시간에 제2 펄스 시퀀스를 방출하도록 구성될 수 있다. 제2 펄스 시퀀스는 희소할 수 있다. 일부 실시예들에서, 제2 펄스 시퀀스는 제1 펄스 시퀀스와 상이하다. 제1 및 제2 펄스 시퀀스들은 서로 실질적으로 비-상관될 수 있다(예컨대, 그들은 낮은 상호 상관을 가짐). 제1 및 제2 펄스 시퀀스들은 실질적으로 백색일 수 있다.
도 25는 일부 실시예들에 따른, 라이다 서브시스템(320)의 예시적인 광학 어레이(164)를 포함하는 시스템(100)의 일부분을 예시한다. 예시적인 광학 어레이(164)는, 복수의 광원들(322) 및 복수의 광학 검출기들(324)을 포함한다. 미국 특허 제11,047,982호에서 설명된 바와 같이, 광학 어레이(164) 내의 요소들의 총 수 및 그들의 서로에 대한 포지션들에 관한 특정 조건들이 충족되는 한, 광학 어레이(164)는 다양한 수의 광원(322) 및 광학 검출기(324)(예컨대, 겨우 하나의 광원(322) 또는 겨우 하나의 광학 검출기(324))을 사용하여 높은 정확도의 타겟 검출을 제공할 수 있다는 것이 이해되어야 한다. 도 25는 광학 어레이(164) 내의 적어도 3개의 광원(322), 즉, 광원(322A), 광원(322B), 및 광원(322P)을 도시한다. 일부 실시예들에서, 광학 어레이(164) 내의 복수의 광원들(322)은, 미국 특허 제11,047,982호에서 설명된 바와 같이, 다수의 파장을 갖는 광 신호들을 방출하고/거나 상이한 펄스 시퀀스들을 사용하는 것이 가능하다. 일부 실시예들에서, 광학 어레이(164)는, 미국 특허 제11,047,982호에 설명된 바와 같은 다중 입력 다중 출력(MIMO) 라이다를 구현하는 것을 돕는다. 참조 번호들(322A, 322B, 및 322P)의 도 25에서의 사용은 편의성을 위한 것이고, 광학 어레이(164)가 반드시 정확히 16개의 광원(322)을 포함한다는 것을 시사하지는 않는다는 것이 이해되어야 한다. 광학 어레이(164)는, 미국 특허 제11,047,982호에서 설명된 바와 같이, 0보다 큰 임의의 수의 광원(322)을 가질 수 있다.
도 25에 도시된 광학 어레이(164)는 또한 복수의 광학 검출기들(324)을 포함한다. 도 25는 광학 어레이(164) 내의 적어도 3개의 광학 검출기(324), 즉, 광학 검출기(324A), 광학 검출기(324B), 및 광학 검출기(324Q)를 도시한다. 일부 실시예들에서, 광학 어레이(164) 내의 복수의 광학 검출기들(324)은, 미국 특허 제11,047,982호에서 설명된 바와 같이, 다수의 파장들에서 그리고 상이한 펄스 시퀀스들(예컨대, 서로 실질적으로 비-상관될 수 있음)에 따라 광을 검출하는 것이 가능하다. 참조 번호(324A, 324B, 및 324Q)의 도 25에서의 사용은 편의성을 위한 것이고, 광학 어레이(164)가 반드시 정확히 17개의 광학 검출기(324)를 포함한다는 것을 시사하지는 않는다는 것이 이해되어야 한다. 광학 어레이(164)는, 미국 특허 제11,047,982호에서 설명된 바와 같이, 0보다 큰 임의의 수의 광학 검출기(324)를 가질 수 있다.
도 26a는 일부 실시예들에 따른, 장면 내의 타겟들(130)의 포지션들을 식별하는 예시적인 방법(200)의 흐름도이다. 예시적인 방법(200)은, 예컨대, 본원에 설명된 시스템(100)의 실시예들 중 하나 이상에 의해 수행될 수 있다. 블록(202)에서, 복수의 스캐닝 신호들(예컨대, 송신된 파형들(140))이 (예컨대, 레이더 서브시스템(170)에 의해) 송신된다. 스캐닝 신호들은, 위에 설명된 바와 같이 상이한 주파수들(예컨대, L, S, X, C, K, Ka, Ku, W, UHF 등)의 별개의 대역들에서 송신되어, 예시적인 방법(200)을 구현하는 시스템(100)이 코너들 주위를 보고 타겟들(130)의 높은 정확도 검출을 제공할 수 있게 하는 레이더 신호들일 수 있다. 예컨대, 제1 스캐닝 신호는 C 또는 K 대역에서 송신될 수 있고, 제2 스캐닝 신호는 UHF 대역에서 송신될 수 있다. 스캐닝 신호들은, 다수의 시간들에 또는 다수의 시간 구간들 동안 송신될 수 있다. 유사하게, 다수의 복수의 반사된 신호들이 다수의 시간들에 또는 다수의 시간 구간들 동안 수집(예컨대, 수신)될 수 있다.
블록(204)에서, 복수의 반사된 신호들(예컨대, 반사된 신호들(148))이 수집된다(예컨대, 레이더 서브시스템(170)에 의해 수신됨). 블록(206)에서, 복수의 반사된 신호들의 적어도 서브세트 각각에 대한 분류가 결정된다. 분류는, 서브세트 내의 반사된 신호들 각각이, 예컨대, LOS 반환, 다중 경로 반환, 또는 건물을 통한 반환으로 간주되는 것을 초래할 수 있다. 그에 따라, 일부 실시예들에서, 분류의 결과로서, 적어도 서브세트 내의 각각의 반사된 신호는 LOS 반환, 다중 경로 반환 또는 건물을 통한 반환으로서 분류된다.
블록(208)에서, 장면 내의 타겟(130)의 추정 포지션(예컨대, 범위/거리 및 각도(예컨대, 앙각 및/또는 방위각))이 적어도 복수의 반사된 신호들의 서브세트 및 적어도 복수의 반사된 신호들의 서브세트 내의 각각의 신호의 분류(예컨대, LOS, 다중 경로, 건물을 통함)에 기반하여 결정된다. 임의적으로, 장면 내의 타겟(130)의 추정 포지션을 결정하기 위해, 블록(208)에서, 장면 내의 하나 이상의 정지상태 객체에 관한 정보(210)(예컨대, 건물들, 전신주들, 소화전들, 및 다른 고정된 (영구적인 또는 일시적인) 장애물들의 포지션들, 위치들, 및/또는 배향들, 정지상태 객체들에 사용된 물질들 또는 그의 특성들에 관한 정보 등)가 고려될 수 있다. 방법(200)은, 장면에서 복수의 타겟들(130)을 검출하는 데 사용될 수 있다.
도 26b는 일부 실시예들에 따른, 도 26a의 208에서의 결정을 수행하기 위해 수행될 수 있는 예시적인 절차의 흐름도이다. 블록(212)에서, 타겟(130)의 복수의 후보 포지션들 각각에 대해 확률이 결정된다. 각각의 후보 포지션에 대응하는 개개의 확률은 타겟(130)이 그 후보 포지션에 있을 가능성이다. 다시 말해서, 블록(212)의 결과는 후보 포지션들의 세트이고, 그 각각은, 타겟(130)이 그 후보 포지션에 있을 가능성을 표현하는 개개의 확률과 연관된다. 블록(214)에서, 가장 큰 확률이 식별된다. 블록(216)에서, 타겟(130)의 추정 포지션은, 블록(214)에서 식별된 가장 큰 확률에 대응하는 후보 포지션으로서 선택된다. 다시 말해서, 타겟(130)이 후보 포지션들 각각에 있을 확률을 결정한 후에, 가장 큰 확률을 갖는 후보 포지션이 타겟(130)의 추정 포지션으로서 선택된다. 확률들은, 방법(200)을 구현하는 디바이스 또는 시스템의 움직임, 및/또는 타겟(130), 다른 객체들, 및 장애물들의 (예컨대, 방법을 구현하는 디바이스 또는 시스템에 대한) 포지션, 위치, 또는 배향의 변화들을 고려하기 위해, 상이한 시간들에 또는 상이한 시간 구간들에서 수집된 반사된 신호들에 기반하여 업데이트될 수 있다.
시스템(100)은 예시적인 방법(200)을 구현할 수 있다. 시스템(100)은, 예컨대, 자동차와 같은 차량에 통합될 수 있다. 일부 실시예들에서, 예시적인 방법(200)을 수행하도록 구성되는 시스템(100)은, 복수의 스캐닝 신호들을 송신하고 복수의 반사된 신호들을 수집하도록 구성되는 레이더 서브시스템(170)(예컨대, 예시적인 방법(200)의 블록들(202 및 204)), 및 레이더 서브시스템(170)에 결합되고, 실행될 때, 적어도 하나의 프로세서(114)로 하여금 예시적인 방법(200)의 블록들(206 및 208)을 수행하게 하는 하나 이상의 기계 실행가능 명령어를 실행하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서(114)를 포함한다. 레이더 서브시스템(170)은, 제1 시간 기간 동안 제1 레이더 대역(예컨대, 더 낮은 주파수 대역)에서 복수의 스캐닝 신호들의 제1 서브세트를 송신하고 제2 시간 기간 동안 (상이한) 제2 레이더 대역(예컨대, 더 높은 주파수 대역)에서 복수의 스캐닝 신호들의 제2 서브세트를 송신하는 것이 가능할 수 있다. 일부 실시예들에서, 레이더 서브시스템(170)은, 차량(예컨대, 자동차)의 차체 상에 그리고/또는 차체 내에 위치되는 복수의 송신 요소들(예컨대, 안테나들, 송신기들(105) 등) 및 복수의 수신 요소들(예컨대, 안테나들, 수신기들(120))을 포함한다. 일부 실시예들에서, 레이더 서브시스템(170)은, 복수의 송신 요소들 및 복수의 수신 요소들을 포함하는 희소 어레이(160)를 포함한다. 일부 실시예들에서, 희소 어레이(160)는 3차원이다. 일부 실시예들에서, 희소 어레이(160)는 불균일하게 분포되며, 이는, 희소 어레이(160)의 가장 가까운 이웃 요소들 사이의 쌍별 거리들 중 적어도 일부가 서로 상이하다는 것을 의미한다. 일부 실시예들에서, 희소 어레이(160)의 가장 가까운 이웃 요소들 사이의 쌍별 거리들은 고유하다.
일부 실시예들에서, 예시적인 방법(200)을 구현하는 시스템(100)은 또한, 복수의 광학 신호들을 송신하고 제2 복수의 반사된 신호들을 수집하도록 구성되는 라이다 서브시스템(320)을 포함하며, 적어도 하나의 프로세서(114)는, 제2 복수의 반사된 신호들에 추가로 기반하여 타겟의 추정 포지션을 결정한다. 다시 말해서, 일부 실시예들에서, 적어도 하나의 프로세서(114)는, 레이더 반환 신호들 및 라이다 반환 신호들 둘 모두를 사용하여 센서 융합을 수행한다. 시스템(100)은, 예컨대, 자동차와 같은 차량에 통합될 수 있다.
송신기가 다수의 송신기 요소들을 갖거나 수신기가 다수의 수신기 센서들을 갖는 본원에 설명된 실시예들에서, 종래의 안테나 어레이들과는 대조적으로, (송신을 위한 것이든 수신을 위한 것이든) 어레이 내의 인접한 요소들 또는 센서들(예컨대, 안테나 요소들) 사이의 간격은 동일할 수 있지만 그러할 필요는 없다는 것이 이해되어야 한다. 종래의 시스템들에서, 안테나 요소들 사이의 거리들에서의 약간의 변동조차도 바람직하지 않은 사이드로브들을 초래하며, 이는, 거짓 검출 및 강한 간섭 신호들(예컨대, 재머(jammer) 신호들)의 존재에 대한 취약성과 같은 많은 잠재적 문제들을 야기할 수 있다. 사이드로브들을 최소화하기 위해 안테나 요소들이 서로로부터 파장(여기서, 파장은 타겟들을 검출하는 데 사용되는 송신된/수신된 신호의 파장임)의 절반만큼 이격되는 종래의 안테나 어레이들과는 대조적으로, 본원에서 개시되는 실시예들에서는, 요소들(송신기 요소들 또는 수신 센서들(예컨대, 안테나들))이 서로로부터 임의의 특정 거리에 있어야 한다는 어떠한 요건도 존재하지 않는다. 그에 따라, 간격이 규칙적(예컨대, 종래의 시스템들에서와 같이 파장의 절반)일 수 있지만, 센서들은 대안적으로, 어떤 간격이든 편리한 간격으로 배치될 수 있다. 송신기 요소들(예컨대, 안테나들)이 서로로부터 반파장 거리들로 이격되지 않을 때, 본원에 개시된 시스템들 및 방법들은, 종래의 레이더 시스템의 송신 빔형성기로부터의 좁은 빔과는 대조적으로, 넓은 공간적 의미에서 더 넓은 송신 펄스의 일부로서 사이드로브 에너지를 이용할 수 있다.
유사하게, 하나 초과의 송신기 요소 또는 하나 초과의 수신기 센서를 포함하는 실시예들에서, 본원에 개시되는 시스템들에서의 송신기 요소들 또는 수신기 센서들 중 어느 것도, 공통 위치될 수 있지만 그러할 필요는 없다. 예컨대, 일부 송신기 요소들은 제1 위치에 배치될 수 있고, 다른 송신기 요소들은 제2 위치에 배치될 수 있다. 다른 예로서, 일부 수신기 센서들은 제1 위치에 배치될 수 있고, 다른 수신기 센서들은 제2 위치에 배치될 수 있다. 예컨대, 수신기 센서 어레이가 자동차 상에 탑재되는 실시예를 취하면, 어레이의 요소들 또는 센서들 중 일부는, 예컨대, 자동차의 전방 범퍼 상에 탑재될 수 있고, 다른 것들은, 예컨대, 자동차의 지붕 상에 탑재될 수 있으며, 또 다른 것들은, 예컨대, 자동차의 후방 범퍼 상에 탑재될 수 있다. 수신기 센서들은 어느 곳이든 편리한 곳에 포지셔닝될 수 있다. 마찬가지로, 송신기 요소들은 어느 곳이든 편리한 곳에 포지셔닝될 수 있다.
적어도 하나의 프로세서(114) 및 적어도 하나의 프로세서(128) 각각은, 예컨대, 처리 유닛, 위에 설명된 실시예들의 다양한 방법들 및 기법들을 실시하기 위해 그리고 또한 위에 설명된 실시예들에 따라 다양한 프로그래밍된 또는 구성 설정들을 실시하기 위한 데이터 또는 다른 정보를 구성하기 위해 처리 유닛에 의해 실행되는 프로그램 코드를 저장기 위한 메모리를 포함할 수 있다. 처리 유닛 그 자체는 범용 또는 특수 목적 프로세서(또는 처리 코어들의 세트)에 의해 구현될 수 있고, 그에 따라, 예컨대, 레이더 서브시스템(170) 및 라이다 서브시스템(320)의 구성요소들 및 시스템(100)의 다른 구성요소들의 동작을 제어 및/또는 동기화하는 것과 연관된 다양한 동작들을 수행하기 위해 프로그래밍된 명령어들의 시퀀스들을 실행할 수 있다는 것을 유의한다. 적어도 하나의 프로세서(114) 및 적어도 하나의 프로세서(128) 각각은, 독립형 프로세서(예컨대, 디지털 신호 프로세서(DSP)), 제어기, CPU로서, 또는 맞춤-제작 하드웨어(예컨대, 주문형 집적 회로(ASIC))로서 구현되거나, 또는 필드-프로그래밍가능 게이트 어레이와 같은 프로그래밍가능 하드웨어 디바이스 상에 프로그래밍되거나, 또는 시스템(100) 내에서 또는 외부에서 이들의 임의의 조합으로 이루어질 수 있다.
본원에 개시된 기법들 및/또는 이들을 구성하고 관리하기 위한 사용자 인터페이스들은, (적절한 명령어 실행에 필요한 관련 데이터를 포함하는) 하나 이상의 시퀀스 명령어의 기계 실행에 의해 구현될 수 있다. 그러한 명령어들은, 특수 목적 또는 범용 컴퓨터 시스템 또는 소비자 전자 디바이스 또는 기기, 이를테면 시스템(100)(예컨대, 차량, 이를테면 자동차에서 구현됨)의 하나 이상의 프로세서 내에서의 나중의 검색(retrieval) 및 실행을 위해 하나 이상의 비-일시적인 컴퓨터 판독가능 매체 상에 기록될 수 있다. 그러한 명령어들 및 데이터가 구현될 수 있는 컴퓨터 판독가능 매체는, 실행가능 코드 및 관련 데이터를 저장하기 위한 고정식 또는 착탈식 자기, 광학, 또는 반도체 기반 기록 매체와 같은 비-휘발성 저장 매체, 및 보다 일시적인 정보 및 다른 가변 데이터를 저장하기 위한 정적 또는 동적 RAM과 같은 휘발성 저장 매체를 포함하지만, 이에 제한되지 않는다.
전술한 설명 및 첨부된 도면들에서, 개시된 실시예들의 철저한 이해를 제공하기 위해 특정 용어가 기재되었다. 일부 예시들에서, 용어 또는 도면들은 본 발명을 실시하는 데 요구되지 않는 특정 세부사항들을 암시할 수 있다.
본 개시내용의 다양한 양상들을 설명하기 위한 직각 좌표계의 사용은 편의성을 위한 것이며, 제한적인 것으로 의도되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 다른 좌표계들이 사용될 수 있다.
본 개시내용은 주로 자율 주행의 맥락에서 제시되지만, 관련 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 인식될 바와 같이, 일반적으로, 반사된 신호들을 사용하여 타겟, 센서로부터의 그의 거리, 그의 도달 각도(AoA로 축약되고, 관련 기술분야에서 더 일반적으로는 도달 방향(DOA)으로 또한 지칭됨), 그의 속도(예컨대, 도플러 편이에서의 이동 방향 및/또는 속도), 및/또는 그의 물질 조성을 식별하는 임의의 시스템이 본원의 개시내용들로부터 이익을 얻을 수 있다는 것이 인식되어야 한다.
본 개시내용을 불필요하게 불명료하게 하는 것을 회피하기 위해, 잘 알려져 있는 구성요소들은 블록도 형태로 도시되고/거나 상세히 논의되지 않거나, 또는 일부 경우들에서는 전혀 논의되지 않는다.
본원에서 달리 구체적으로 정의되지 않는 한, 모든 용어들에는, 본 명세서 및 도면들로부터 암시되는 의미들 및 관련 기술분야의 통상의 기술자들에 의해 이해되고/거나 사전들, 논문들 등에서 정의되는 바와 같은 의미들을 포함하는 그들의 가장 넓은 가능한 해석이 주어진다. 본원에서 명시적으로 기재되는 경우, 일부 용어들은 그들의 통상적이거나 관례적인 의미들을 따르지 않을 수도 있다.
본원에서 사용되는 바와 같이, "타겟" 및 "객체"라는 용어는 맥락이 달리 표시하지 않는 한 상호교환가능하게 사용된다.
본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은 달리 특정되지 않는 한 복수의 지시대상을 배제하지 않는다. "또는"이라는 단어는 달리 특정되지 않는 한 포괄적인 것으로서 해석되어야 한다. 그에 따라, "A 또는 B"라는 문구는, 다음의 것들, 즉, "A 및 B 둘 모두", "A이지만 B는 아님", 및 "B이지만 A는 아님" 모두를 의미하는 것으로서 해석되어야 한다. 본원에서 "및/또는" 및 "그리고/또는" 및 "~고/거나"의 임의의 사용은, "또는"이라는 단어 단독으로 배타성을 함축한다는 것을 의미하지 않는다.
본 명세서 및 첨부된 청구항들에서 사용되는 바와 같이, "A, B, 및 C 중 적어도 하나", "A, B, 또는 C 중 적어도 하나", "A, B, 또는 C 중 하나 이상", 및 "A, B, 및 C 중 하나 이상"의 형태의 문구들은 상호교환가능하고, 각각은 다음의 의미들, 즉, "A 단독", "B 단독", "C 단독", "A 및 B이지만 C는 아님", "A 및 C이지만 B는 아님", "B 및 C이지만 A는 아님", 및 "A, B, 및 C 모두" 모두를 포괄한다.
"포함(include(s))", "갖는(having)", "갖는다(has)", "가진(with)" 및 이들의 변형들이 상세한 설명 또는 청구항들에서 사용되는 정도까지, 그러한 용어들은 "포함(comprising)"이라는 용어와 유사한 방식으로 포괄적인 것으로 의도되는데, 즉, "포함하지만 그에 제한되지 않음"을 의미한다.
"예시적" 및 "실시예"라는 용어들은 선호도들 또는 요건들이 아니라 예들을 표현하기 위해 사용된다.
"결합"이라는 용어는, 본원에서 직접 연결/부착뿐만 아니라 하나 이상의 개재 요소 또는 구조를 통한 연결/부착을 표현하기 위해 사용된다.
"위", "아래", "사이" 및 "상(on)"이라는 용어들은 본원에서 다른 피쳐들에 대한 하나의 피쳐의 상대적 포지션을 지칭하기 위해 사용된다. 예컨대, 다른 피쳐 "위" 또는 "아래"에 배치된 하나의 피쳐는 다른 피쳐와 직접 접촉할 수 있거나, 또는 개재 물질을 가질 수 있다. 더욱이, 2개의 피쳐 "사이"에 배치된 하나의 피쳐는 2개의 피쳐와 직접 접촉할 수 있거나, 또는 하나 이상의 개재 피쳐 또는 물질을 가질 수 있다. 대조적으로, 제2 피쳐 "상"의 제1 피쳐는 그 제2 피쳐와 접촉한다.
"실질적으로"라는 용어는, 대체로 또는 거의 언급된 바와 같은 구조, 구성, 치수 등을 설명하기 위해 사용되지만, 제조 공차들 등으로 인해, 실제로는, 구조, 구성, 치수 등이 항상 또는 반드시 정확하게 언급된 바와 같지는 않은 상황을 초래할 수 있다. 예컨대, 2개의 길이를 "실질적으로 동일"한 것으로 설명하는 것은, 2개의 길이가 모든 실제적인 목적들에 대해 동일하지만, 그들이 충분히 작은 스케일들에서 정확히 동일하지는 않을 수 있다는 것(그러할 필요는 없다는 것)을 의미한다(예컨대, 측정치의 단위들이 미터인 경우, 1.000 m와 1.001 m의 길이들을 갖는 2개의 피쳐는 실질적으로 동일한 길이들을 가질 것임). 다른 예로서, "실질적으로 수직"인 구조는, 그 구조가 수평에 대해 정확하게 90 도로 있지 않는 경우에도, 모든 실제적인 목적들에 대해 수직인 것으로 간주될 것이다.
도면들이 반드시 실척인 것은 아니며, 피쳐들의 치수들, 형상들, 및 크기들은 그들이 도면들에 도시되어 있는 방식과 실질적으로 상이할 수 있다.
특정 실시예들이 개시되었지만, 본 개시내용의 더 넓은 사상 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 수정들 및 변경들이 이루어질 수 있다는 것이 명백할 것이다. 예컨대, 실시예들 중 임의의 실시예의 특징들 또는 양상들은, 적어도 실행가능한 경우, 실시예들 중 임의의 다른 실시예와 조합하여 또는 그의 상응하는 특징들 또는 양상들 대신에 적용될 수 있다. 그에 따라서, 명세서 및 도면들은 제한적인 의미보다는 예시적인 것으로 간주되어야 한다.
Claims (62)
- 장면 내의 타겟들의 위치들을 식별하는 방법(200)으로서,
상기 방법은,
복수의 스캐닝 신호들을 송신하는 단계(202);
복수의 반사된 신호들을 수집하는 단계(204);
적어도 상기 복수의 반사된 신호들의 서브세트의 각각의 신호에 대한 분류를 결정하는 단계(206); 및
(a) 적어도 상기 복수의 반사된 신호들의 서브세트, 및 (b) 적어도 상기 복수의 반사된 신호들의 서브세트의 각각의 신호의 상기 분류에 적어도 부분적으로 기반하여, 상기 장면 내의 타겟의 추정 포지션을 결정하는 단계(208)
를 포함하는, 방법. - 제1항에 있어서,
상기 분류는, 가시선(line-of-sight) 반환, 다중 경로 반환, 또는 건물을 통한 반환 중 하나인, 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
적어도 상기 복수의 반사된 신호들의 서브세트의 각각의 신호에 대한 분류를 결정하는 단계는, 적어도 상기 복수의 반사된 신호들의 서브세트의 특정 반사된 신호에 대해, (a) 상기 특정 반사된 신호와 실질적으로 유사한 비행 시간 및/또는 도달 각도를 갖는 다른 반사된 신호가 관측되는 대역들의 주파수, (b) 상기 특정 반사된 신호와 실질적으로 유사한 비행 시간 및/또는 도달 각도를 갖는 다른 반사된 신호가 관측되는 대역들의 수, (c) 상기 특정 반사된 신호의 강도가 임계치를 초과하는지 여부, (d) 상기 특정 반사된 신호의 도달 각도 및/또는 비행 시간의 시간 경과에 따른 변화율, 또는 (e) 상기 특정 반사된 신호의 편광 중 하나 이상을 결정하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타겟의 추정 포지션을 결정하는 단계는, 상기 장면 내의 적어도 하나의 정지상태 객체에 관한 정보(210)에 추가로 기반하는, 방법. - 제4항에 있어서,
상기 장면 내의 상기 적어도 하나의 정지상태 객체에 관한 정보는, 상기 적어도 하나의 정지상태 객체의 위치, 상기 적어도 하나의 정지상태 객체의 포지션, 상기 적어도 하나의 정지상태 객체의 배향, 또는 상기 적어도 하나의 정지상태 객체의 물질 중 적어도 하나를 포함하는, 방법. - 제4항 또는 제5항에 있어서,
상기 적어도 하나의 정지상태 객체는 건물을 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스캐닝 신호들은 레이더 신호들인, 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 반사된 신호들을 수집하는 단계는, 상기 복수의 반사된 신호들을 수신하는 단계를 포함하는, 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 추정 포지션은 범위 및 각도를 표현하는, 방법. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 타겟의 추정 포지션을 결정하는 단계는,
상기 타겟의 복수의 후보 포지션들에 대한 복수의 확률들을 결정하는 단계(212) ― 상기 복수의 확률들 각각은 상기 복수의 후보 포지션들의 개개의 후보 포지션에 대응하고, 상기 복수의 확률들 각각은 상기 타겟이 상기 개개의 후보 포지션에 있을 가능성을 표현함 ―;
상기 복수의 확률들 중 가장 큰 확률을 식별하는 단계(214); 및
상기 복수의 확률들 중 상기 가장 큰 확률에 대응하는, 상기 복수의 후보 포지션들 중 특정 후보 포지션을, 상기 타겟의 상기 추정 포지션으로서 선택하는 단계(216)
를 포함하는, 방법. - 제10항에 있어서,
적어도 상기 복수의 반사된 신호들의 서브세트는, 적어도 상기 복수의 반사된 신호들의 제1 서브세트이고, 적어도 상기 복수의 반사된 신호들의 상기 제1 서브세트 각각은 제1 시간 또는 제1 시간 구간에 대응하고,
상기 방법은, 적어도 상기 복수의 반사된 신호들의 제2 서브세트에 적어도 부분적으로 기반하여 상기 복수의 확률들을 업데이트하는 단계를 더 포함하며, 적어도 상기 복수의 반사된 신호들의 상기 제2 서브세트 각각은 제2 시간 또는 제2 시간 구간에 대응하는, 방법. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 반사된 신호들 중 제1 반사된 신호는 제1 주파수 대역에서 송신된 제1 레이더 신호의 반사를 포함하고, 상기 복수의 반사된 신호들 중 제2 반사된 신호는 제2 주파수 대역에서 송신된 제2 레이더 신호의 반사를 포함하며, 상기 제1 주파수 대역 및 상기 제2 주파수 대역은 분리된, 방법. - 제12항에 있어서,
상기 제1 주파수 대역은 L, S, W, X, C, K, Ka, Ku, 또는 UHF 대역인, 방법. - 제12항에 있어서,
상기 제1 주파수 대역은 C 또는 K 대역이고, 상기 제2 주파수 대역은 UHF 대역인, 방법. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항의 방법을 수행하도록 구성되는 시스템(100)으로서,
상기 시스템은,
복수의 스캐닝 신호들을 송신하고 복수의 반사된 신호들을 수집하도록 구성되는 레이더 서브시스템(170); 및
상기 레이더 서브시스템에 결합되고 적어도 하나의 기계 실행가능 명령어를 실행하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서(114)
를 포함하며, 상기 적어도 하나의 기계 실행가능 명령어는, 실행될 때, 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금,
적어도 상기 복수의 반사된 신호들의 서브세트 각각에 대한 분류를 결정하게 하고,
(a) 적어도 상기 복수의 반사된 신호들의 서브세트, 및 (b) 적어도 상기 복수의 반사된 신호들의 서브세트 각각에 대한 상기 분류에 적어도 부분적으로 기반하여, 타겟의 추정 포지션을 결정하게 하는,
시스템. - 제15항에 있어서,
상기 레이더 서브시스템은, 제1 시간 기간 동안 제1 레이더 대역에서 상기 복수의 스캐닝 신호들의 제1 서브세트를 송신하고 상기 제1 시간 기간 동안 제2 레이더 대역에서 상기 복수의 스캐닝 신호들의 제2 서브세트를 송신하는 것이 가능하며, 상기 제1 레이더 대역은 상기 제2 레이더 대역과 상이한, 시스템. - 제16항에 있어서,
상기 레이더 서브시스템은, 차량의 차체 상에 그리고/또는 상기 차체 내에 위치되는 복수의 송신기들 및 복수의 수신기들을 포함하는, 시스템. - 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이더 서브시스템은 희소 어레이(160)를 포함하며, 상기 희소 어레이는 복수의 송신 요소들 및 복수의 수신 요소들을 포함하는, 시스템. - 제18항에 있어서,
상기 복수의 송신 요소들 및 상기 복수의 수신 요소들은 차량의 차체에 걸쳐 그리고/또는 상기 차체 내에 분포되는, 시스템. - 제18항 또는 제19항에 있어서,
상기 희소 어레이는 3차원인, 시스템. - 제18항 내지 제20항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 희소 어레이는 불균일하게 분포되는, 시스템. - 제15항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 반사된 신호들은 제1 복수의 반사된 신호들이고,
상기 시스템은, 복수의 광학 신호들을 송신하고 제2 복수의 반사된 신호들을 수집하도록 구성되는 광 검출 및 거리측량(라이다(LiDAR)) 서브시스템(320)을 더 포함하며,
상기 적어도 하나의 기계 실행가능 명령어는, 실행될 때, 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금, 상기 제2 복수의 반사된 신호들에 추가로 기반하여 상기 타겟의 상기 추정 포지션을 결정하게 하는, 시스템. - 차량으로서,
제15항 내지 제22항 중 어느 한 항의 시스템을 포함하는, 차량. - 자율 주행을 위한 시스템(100)으로서,
상기 시스템은,
프로빙 신호들을 방출하고 장면에서 반사된 신호들을 검출하기 위한 희소 어레이(160) ― 상기 희소 어레이는 복수의 어레이 요소들(102)을 포함하고, 상기 복수의 어레이 요소들 각각은 송신 및/또는 수신하는 것이 가능하고,
상기 복수의 어레이 요소들은 적어도 하나의 송신기(172) 및 적어도 하나의 수신기(174)를 포함하고,
상기 복수의 어레이 요소들은 차량의 차체에 걸쳐 분포되고,
상기 희소 어레이의 제1 어레이 요소는 제1 세트의 3차원 좌표들 (X1,Y1,Z1)을 갖는 제1 위치에 위치되고, 상기 희소 어레이의 제2 어레이 요소는 제2 세트의 3차원 좌표들 (X2,Y2,Z2)를 갖는 제2 위치에 위치되며, X1 ≠ X2이고/거나 Y1 ≠ Y2이고/거나 Z1 ≠ Z2임 ―; 및
상기 희소 어레이에 결합되고 적어도 하나의 기계 실행가능 명령어를 실행하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서(114)
를 포함하며, 상기 적어도 하나의 기계 실행가능 명령어는, 실행될 때, 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금,
상기 희소 어레이에 의해 검출되는 복수의 반사된 신호들을 수집하게 하고,
상기 복수의 반사된 신호들에 적어도 부분적으로 기반하여, 상기 장면 내의 적어도 하나의 타겟(130)의 포지션을 추정하게 하는,
시스템. - 제24항에 있어서,
X1 ≠ X2이고 Y1 ≠ Y2이고 Z1 ≠ Z2인, 시스템. - 제24항 또는 제25항에 있어서,
상기 차량의 차체에 걸친 상기 복수의 어레이 요소들의 분포는 불균일한, 시스템. - 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 희소 어레이는 제1 레이더 송신기 및 제1 레이더 수신기를 포함하는, 시스템. - 제27항에 있어서,
상기 희소 어레이는 제2 레이더 송신기 및 제2 레이더 수신기를 더 포함하고,
상기 제1 레이더 송신기는 제1 레이더 대역에서 송신하도록 구성되고,
상기 제1 레이더 수신기는 상기 제1 레이더 대역에서 수신하도록 구성되고,
상기 제2 레이더 송신기는 제2 레이더 대역에서 송신하도록 구성되고, 상기 제2 레이더 대역은 상기 제1 레이더 대역과 분리되고,
상기 제2 레이더 수신기는 상기 제2 레이더 대역에서 수신하도록 구성되는, 시스템. - 제28항에 있어서,
상기 제1 레이더 대역 및 상기 제2 레이더 대역들은 L, S, W, X, C, K, Ka, Ku, 또는 UHF 대역 중 2개인, 시스템. - 제28항에 있어서,
상기 제1 레이더 대역은 K 또는 C이고, 상기 제2 레이더 대역은 UHF인, 시스템. - 제24항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
광 검출 및 거리측량(라이다) 서브시스템(320)을 더 포함하며, 상기 라이다 서브시스템은 제1 광원(322) 및 제1 광학 검출기(324)를 포함하는, 시스템. - 제31항에 있어서,
상기 제1 광원은 제1 시간 윈도우 동안 제1 펄스 시퀀스를 방출하도록 구성되는, 시스템. - 제32항에 있어서,
상기 제1 펄스 시퀀스는 희소한, 시스템. - 제32항 또는 제33항에 있어서,
상기 라이다 서브시스템은 제2 광원을 더 포함하며, 상기 제2 광원은 상기 제1 시간 윈도우 동안 제2 펄스 시퀀스를 방출하도록 구성되고, 상기 제2 펄스 시퀀스는 상기 제1 펄스 시퀀스와 상이한, 시스템. - 제34항에 있어서,
상기 제1 펄스 시퀀스 및 상기 제2 펄스 시퀀스는 실질적으로 비-상관되는, 시스템. - 제34항 또는 제35항에 있어서,
상기 제1 펄스 시퀀스 및 상기 제2 펄스 시퀀스는 희소한, 시스템. - 제34항 내지 제36항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 펄스 시퀀스 및 상기 제2 펄스 시퀀스 각각은 실질적으로 백색인, 시스템. - 제24항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 위치 또는 상기 제2 위치는, 지붕, 후드, 전방, 범퍼, 펜더(fender), 후방, 트렁크, 좌측, 우측 또는 방풍창에 대응하는, 시스템. - 제24항 내지 제38항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장면 내의 상기 적어도 하나의 타겟의 포지션은, 범위, 방위각 각도, 또는 앙각 각도 중 적어도 하나를 포함하는, 시스템. - 제39항에 있어서,
상기 적어도 하나의 기계 실행가능 명령어는, 실행될 때, 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금, 상기 범위, 상기 방위각 각도, 및 상기 앙각 각도를 공동으로 추정함으로써 상기 장면 내의 상기 적어도 하나의 타겟의 포지션을 추정하게 하는, 시스템. - 제40항에 있어서,
상기 범위, 상기 방위각 각도, 및 상기 앙각 각도를 공동으로 추정하는 것은, 원자 놈(atomic norm)을 컴퓨팅하는 것을 포함하는, 시스템. - 제40항 또는 제41항에 있어서,
상기 범위, 상기 방위각 각도, 및 상기 앙각 각도를 공동으로 추정하는 것은, 원자 놈을 최소화하는 것을 포함하는, 시스템. - 제24항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 기계 실행가능 명령어는, 실행될 때, 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금, 부분적으로,
상기 복수의 반사된 신호들의 적어도 일부분에 있어서의 잡음을 제거하고,
상기 복수의 반사된 신호들의 잡음 제거된 적어도 일부분의 상관을 수행하고,
상기 상관의 결과에서 적어도 하나의 피크를 식별함으로써,
상기 장면 내의 상기 적어도 하나의 타겟의 포지션을 추정하게 하는, 시스템. - 제43항에 있어서,
상기 복수의 반사된 신호들의 적어도 일부분에 있어서의 잡음을 제거하는 것은, 원자 놈을 결정하거나 최소화하는 것을 포함하는, 시스템. - 제24항 내지 제44항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 기계 실행가능 명령어는, 실행될 때, 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금, 부분적으로,
상관을 수행하고,
상기 상관의 결과에서 적어도 하나의 피크를 식별함으로써,
상기 장면 내의 상기 적어도 하나의 타겟의 포지션을 추정하게 하는, 시스템. - 장면 내의 타겟들을 검출하기 위한 시스템(100)으로서,
광 검출 및 거리측량(라이다) 서브시스템(320) ― 상기 라이다 서브시스템은, 광 신호를 방출하도록 구성되는 광원(322) 및 방출된 광 신호의 반사들을 검출하도록 구성되는 광학 검출기(324)를 포함함 ―;
레이더 서브시스템(170) ― 상기 레이더 서브시스템은, 레이더 신호를 송신하도록 구성되는 레이더 송신기(172) 및 송신된 레이더 신호의 반사들을 검출하도록 구성되는 레이더 수신기(176)를 포함함 ―; 및
상기 라이다 서브시스템 및 상기 레이더 서브시스템에 결합되고 적어도 하나의 기계 실행가능 명령어를 실행하도록 구성되는 적어도 하나의 프로세서(114)
를 포함하며, 상기 적어도 하나의 기계 실행가능 명령어는, 실행될 때, 상기 적어도 하나의 프로세서로 하여금,
상기 라이다 서브시스템으로부터, 상기 방출된 광 신호의 반사의 표현을 획득하게 하고,
상기 레이더 서브시스템으로부터, 상기 송신된 레이더 신호의 반사의 표현을 획득하게 하고,
상기 방출된 광 신호의 반사의 표현 및 상기 송신된 레이더 신호의 반사의 표현에 적어도 부분적으로 기반하여, 상기 장면 내의 적어도 하나의 타겟의 위치를 결정하게 하는,
시스템. - 제46항에 있어서,
상기 레이더 송신기는,
라디오 주파수 신호 생성기; 및
안테나
를 포함하는, 시스템. - 제46항 또는 제47항에 있어서,
상기 레이더 송신기는 제1 레이더 송신기이고, 상기 레이더 수신기는 제1 레이더 수신기이고, 상기 레이더 서브시스템은 희소 어레이(160)를 포함하고, 상기 희소 어레이는, (a) 상기 제1 레이더 송신기를 포함하는 복수의 레이더 송신기들 및 (b) 상기 제1 레이더 수신기를 포함하는 복수의 레이더 수신기들을 포함하며, 상기 희소 어레이는 차량의 차체에 걸쳐 분포되는, 시스템. - 제48항에 있어서,
상기 희소 어레이는 3차원인, 시스템. - 제48항 또는 제49항에 있어서,
상기 희소 어레이는 불균일하게 분포되는, 시스템. - 제46항 내지 제50항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 레이더 서브시스템은 적어도 2개의 레이더 대역에서 동시에 동작하는 것이 가능한, 시스템. - 제51항에 있어서,
상기 적어도 2개의 레이더 대역 각각은 L, S, W, X, C, K, Ka, Ku, 또는 UHF 대역을 포함하는, 시스템. - 제51항에 있어서,
상기 2개의 레이더 대역 중 제1 대역은 UHF 또는 C 대역이고, 제2 대역은 W 또는 X 대역인, 시스템. - 제46항 내지 제53항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 광원은 제1 광원이고, 상기 광학 검출기는 제1 광학 검출기이고, 상기 라이다 서브시스템은 광학 어레이를 포함하고, 상기 광학 어레이는 복수의 광학 구성요소들을 포함하고, 상기 복수의 광학 구성요소들은, (i) 상기 제1 광원을 포함하는 복수의 광원들 및 (ii) 상기 제1 광학 검출기를 포함하는 복수의 광학 검출기들을 포함하는, 시스템. - 제54항에 있어서,
상기 복수의 광학 구성요소들 중 적어도 2개의 광학 구성요소는 동일 선상에 있지 않은, 시스템. - 복수의 주파수 대역들로부터의 정보를 융합하는 방법으로서,
상기 방법은,
제1 히트 맵을 생성하는 단계 ― 상기 제1 히트 맵은 제1 주파수 대역에서 관측되는 반환 신호들을 표현함 ―;
제2 히트 맵을 생성하는 단계 ― 상기 제2 히트 맵은 제2 주파수 대역에서 관측되는 반환 신호들을 표현하고, 상기 제2 주파수 대역은 상기 제1 주파수 대역과 상이함 ―; 및
상기 제1 히트 맵과 상기 제2 히트 맵을 결합하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제56항에 있어서,
상기 제1 히트 맵을 생성하는 단계는,
타겟이 후보 포지션에 있을 확률을 결정하는 단계; 및
상기 후보 포지션에 대한 2차원 가우시안 분포를 컴퓨팅하는 단계
를 포함하는, 방법. - 제57항에 있어서,
상기 2차원 가우시안 분포의 평균은 상기 후보 포지션이고, 상기 2차원 가우시안 분포의 공분산은 범위 및/또는 각도 추정치의 정확도에 기반하고, 상기 2차원 가우시안 분포의 강도는 상기 타겟이 상기 후보 포지션에 있을 확률에 기반하는, 방법. - 제56항 내지 제58항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 히트 맵과 상기 제2 히트 맵을 결합하는 단계는, 상기 제1 히트 맵과 상기 제2 히트 맵의 지점별 곱셈을 수행하는 단계를 포함하는, 방법. - 제56항 내지 제59항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 히트 맵 및/또는 상기 제2 히트 맵을 업데이트하는 단계를 더 포함하는, 방법. - 제56항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 주파수 대역 또는 상기 제2 주파수 대역 중 적어도 하나는 레이더 대역인, 방법. - 제56항 내지 제60항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 주파수 대역 또는 상기 제2 주파수 대역은 라이다 대역인, 방법.
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