KR102810381B1

KR102810381B1 - 위상 변조 연속파 레이다 송수신기

Info

Publication number: KR102810381B1
Application number: KR1020190084442A
Authority: KR
Inventors: 한선호; 구본태; 김기수; 최장홍
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2018-11-23
Filing date: 2019-07-12
Publication date: 2025-05-22
Anticipated expiration: 2039-07-12
Also published as: KR20200061283A

Abstract

본 발명의 실시 예에 따른 위상 변조 연속파 레이다 송수신기는, 의사랜덤코드 신호를 기반으로 국부발진 신호를 위상 변조하여 상향변환 신호를 생성하고, 상향변환 신호를 방사하는 송신부; 국부발진 신호를 송신부로 출력하고, 의사랜덤코드 신호의 주파수의 2배보다 낮은 주파수를 갖는 샘플링 클록 신호를 생성하는 신호생성부; 방사된 상향변환 신호를 수신하고, 신호생성부로부터 국부발진 신호 및 샘플링 클록 신호를 수신하며, 수신된 상향변환 신호 및 수신된 국부발진 신호를 기반으로 하향변환 신호를 생성하고, 하향변환 신호 및 샘플링 클록 신호를 기반으로 등가 시간 샘플링 한 등가 시간 샘플링 신호를 출력하는 수신부; 및 등가 시간 샘플링 신호를 수신하고, 수신된 등가 시간 샘플링 신호를 기반으로 감지 대상 물체와의 거리를 추정하는 디지털 신호 처리부를 포함한다.

Description

위상 변조 연속파 레이다 송수신기{PHASE MODULATED CONTINUOUS WAVE RADAR TRANSCEIVER}

본 발명은 레이다 송수신기에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 등가 시간 샘플링을 이용한 위상 변조 연속파 레이다 송수신기에 관한 것이다.

레이다(Radar)는 펄스 신호 방식의 레이다와 연속 신호 방식의 레이다로 분류될 수 있다. 연속 신호 방식의 레이다 중에서 위상 변조 연속파(PMCW; Pulse Modulated Continuous Wave) 레이다와 주파수 변조 연속파(FMCW; Frequency Modulated) 레이다가 있다.

위상 변조 연속파 레이다는 독립적으로 암호화된 디지털 코드로 위상 변조 신호를 송수신함으로써 위상 변조 연속파 레이다는 정합 필터링을 통하여 위치 신호를 검출하므로 간섭의 영향을 적게 받는 장점이 있으나, 높은 레이다 거리 해상도를 얻기 위해서는 출력 신호가 광대역 특성을 가지므로 송수신시 RF 송수신기는 광대역의 신호를 처리할 수 있어야 하며, 아날로그 디지털 컨버터(Analog-Digital Converter) 및 디지털 신호 처리부가 레이다 신호 처리시 높은 주파수가 요구되는 단점이 있다.

주파수 변조 연속파 레이다는 RF 송수신기가 낮은 주파수의 신호를 처리하며, 아날로그 디지털 컨버터 및 디지털 신호 처리부가 낮은 주파수로 레이다 신호를 처리할 수 있는 장점이 있으나, 간섭에 약한 단점이 있다.

본 발명의 목적은 위상 변조 연속파 레이다 송수신기에 등가 시간 샘플링을 적용함으로써, 레이다 신호를 처리하는 아날로그 디지털 컨버터 및 디지털 신호 처리부가 낮은 주파수에서 동작하는 위상 변조 연속파 레이다 송수신기를 제공하는데 있다.

본 발명의 실시 예에 따른 위상 변조 연속파 레이다 송수신기는, 의사랜덤코드 신호를 기반으로 국부발진 신호를 위상 변조하여 상향변환 신호를 생성하고, 상기 상향변환 신호를 방사하는 송신부; 상기 국부발진 신호를 상기 송신부로 출력하고, 상기 의사랜덤코드 신호의 주파수의 2배보다 낮은 주파수를 갖는 샘플링 클록 신호를 생성하는 신호생성부; 상기 방사된 상향변환 신호를 수신하고, 상기 신호생성부로부터 상기 국부발진 신호 및 상기 샘플링 클록 신호를 수신하며, 상기 수신된 상향변환 신호 및 상기 수신된 국부발진 신호를 기반으로 하향변환 신호를 생성하고, 상기 하향변환 신호 및 상기 샘플링 클록 신호를 기반으로 등가 시간 샘플링 한 등가 시간 샘플링 신호를 출력하는 수신부; 및 상기 등가 시간 샘플링 신호를 수신하고, 상기 수신된 등가 시간 샘플링 신호를 기반으로 감지 대상 물체와의 거리를 추정하는 디지털 신호 처리부를 포함하며, 상기 상향변환 신호는 상기 의사랜덤코드 신호를 기반으로 상기 국부발진 신호의 위상이 변조된 연속파 신호이고, 주기적으로 반복되는 펄스 반복 구간을 가지며, 상기 등가 시간 샘플링 신호는 상기 펄스 반복 구간마다 등가 시간 샘플링을 적어도 한 번 수행하여 획득된 샘플링 신호이다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 등가 시간 샘플링을 적용함으로써, 아날로그 디지털 컨버터 및 디지털 신호 처리부가 낮은 주파수에서 동작하고 간섭에 강인한 위상 변조 연속파 레이다 송수신기가 제공된다.

도 1은 위상 변조 연속파 레이다 송신기를 보여주는 도면이다.
도 2는 도 1의 신호들을 예시적으로 설명하는 그래프이다.
도 3은 레이다 송신기의 송신 전력을 예시적으로 설명하는 그래프이다.
도 4는 샘플링 방식들을 예시적으로 설명하는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변조 연속파 레이다 송수신기를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5의 송신부를 예시적으로 설명하는 도면이다.
도 7은 도 5의 신호생성부를 예시적으로 설명하는 도면이다.
도 8은 도 5의 수신부를 예시적으로 설명하는 도면이다.
도 9는 도 5의 디지털 신호 처리부를 예시적으로 설명하는 도면이다.

아래에서는, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있을 정도로, 본 발명의 실시 예들이 명확하고 상세하게 기재될 것이다.

도 1은 위상 변조 연속파 레이다 송신기를 보여주는 도면이다. 도 1을 참조하면, 위상 변조 연속파 레이다 송신기(10)는 발진기(11), 코드생성기(12), 믹서(13), 및 송신안테나(14)를 포함할 수 있다.

발진기(11)는 국부발진 신호(LO)를 믹서(13)로 출력할 수 있다. 발진기(11)는 국부발진 신호(LO)를 생성하는 국부 발진기(Local Oscillator)일 수 있다. 국부발진 신호(LO)는 위상 변조(Phase Modulation)에 활용되는 반송파(Carrier signal)일 수 있다.

코드생성기(12)는 의사랜덤코드 신호(PRC)를 믹서(13)로 출력할 수 있다. 의사랜덤코드 신호(PRC)는 국부발진 신호(LO)를 위상 변조시키는데 사용되는 신호일 수 있다. 의사랜덤코드 신호(PRC)는 의사랜덤코드(Pseudo Random Code)에 따라 생성된 디지털(digital) 신호일 수 있다.

믹서(13)는 국부발진 신호(LO) 및 의사랜덤코드 신호(PRC)를 수신할 수 있다. 믹서(13)는 의사랜덤코드 신호(PRC)를 이용하여 국부발진 신호(LO)를 위상 변조할 수 있다. 믹서(13)는 국부발진 신호(LO)가 위상 변조된 신호인 변조된 국부발진 신호(MLO)를 출력할 수 있다.

송신안테나(14)는 믹서(13)로부터 변조된 국부발진 신호(MLO)를 수신할 수 있다. 송신안테나(14)는 변조된 국부발진 신호(MLO)를 기반으로 무선주파수 신호(RF)를 방사할 수 있다. 송신안테나(14)는 무선주파수(Radio frequency) 대역에서 별도의 수신 모듈(예를 들어, 수신 안테나)과 무선으로 통신할 수 있다.

상술된 바와 같이, 위상 변조 연속파 레이다 송신기(10)는 위상 변조된 국부발진 신호를 무선주파수 대역에서 방사할 수 있다. 위상 변조 된 신호는 주파수 변조(Frequency Modulation) 된 신호보다 간섭에 강인한 특성을 가질 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따르면, 간섭에 강한 레이다 송신기가 제공될 수 있다.

도 2는 도 1의 신호들을 예시적으로 설명하는 그래프이다. 도 2를 참조하면, 시간에 따른 국부발진 신호(LO), 의사랜덤코드 신호(PRC), 및 변조된 국부발진 신호(MLO)의 전압 변화가 도시된다.

국부발진 신호(LO)는 정현파의 파형(sinusoidal waveform)을 갖는 아날로그(analogue) 신호일 수 있다. 국부발진 신호(LO)는 주기적으로 반복되는 신호일 수 있다. 의사랜덤코드 신호(PRC)는 의사랜덤코드(Pseudo Random Code)에 따라 하이 레벨(H)의 전압 또는 로우 레벨(L)의 전압을 갖는 디지털 신호일 수 있다.

변조된 국부발진 신호(MLO)는 의사랜덤코드 신호(PRC)의 전압을 기반으로 국부발진 신호(LO)가 위상 변조 된 신호일 수 있다. 예를 들어, 연속하는 임의의 시간구간들(T1~T7) 중 특정 시간구간들(T4, T5, T7)에서 의사랜덤코드 신호(PRC)는 로우 레벨(L)의 전압을 가질 수 있다. 의사랜덤코드 신호(PRC)는 다른 시간구간들(T1, T2, T3, T6)에서 하이 레벨(H)의 전압을 가질 수 있다.

이 때, 변조된 국부발진 신호(MLO)는 특정 시간구간들(T4, T5, T7)에서 국부발진 신호(LO)의 위상이 반전된 신호일 수 있다. 변조된 국부발진 신호(MLO)는 다른 시간구간들(T1, T2, T3, T6)에서 국부발진 신호(LO)일 수 있다.

도 3은 레이다 송신기의 송신 전력을 예시적으로 설명하는 그래프이다. 도 3을 참조하면, 펄스 레이다 송신기의 시간에 따른 송신 전력이 실선으로 도시된다. 위상 변조 연속파 레이다 송신기의 시간에 따른 송신 전력이 점선으로 도시된다.

실선으로 도시되는 펄스 레이다 송신기의 송신 전력 파형에서, 펄스 레이다 송신기의 단위 시간 당 송신 전력(P1)은 클 수 있다. 펄스 레이다 송신기의 송신 시간(t1)은 짧을 수 있다. 펄스 레이다 송신기에서 시간과 전력의 곱(t1*P1)이 증가하면 펄스 레이다가 감지할 수 있는 거리가 증가할 수 있다. 펄스 레이다 송신기에서 송신 시간(t1)이 감소하면, 즉, 펄스 폭이 좁아지면, 거리 해상도(distance resolution)가 증가할 수 있다.

거리 해상도는 레이다가 감지하는 감지 대상 물체와의 거리가 정확한 정도를 의미할 수 있다. 거리 해상도가 높은 레이다는 적은 오차 범위로 물체를 감지할 수 있다. 예를 들어, 펄스 레이다의 송신 전력(P1)이 크고 송신 시간(t1)이 짧은 경우, 펄스 레이다는 먼 거리의 물체를 정확하게 감지할 수 있다.

예시적인 실시 예에서, 펄스 레이다와 위상 변조 연속파 레이다가 같은 거리를 탐지하는 경우, 펄스 레이다 송신기에서 시간과 전력의 곱(t1*P1)은 위상 변조 연속파 레이다 송신기에서 시간과 전력의 곱(t2*P2)과 동일하다.

점선으로 도시되는 위상 변조 연속파 레이다 송신기의 송신 전력 파형에서, 위상 변조 연속파 레이다 송신기의 단위 시간 당 송신 전력(P2)은 작을 수 있다. 위상 변조 연속파 레이다 송신기의 송신 시간(t2)은 짧을 수 있다. 위상 변조 연속파 레이다 송신기에서 시간과 전력의 곱(t2*P2)이 증가하면 위상 변조 연속파 레이다가 감지할 수 있는 거리가 증가할 수 있다. 위상 변조 연속파 레이다 송신기에서 샘플링 주파수(Sampling frequency)가 높은 경우, 거리 해상도가 증가할 수 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 위상 변조를 적용하여 간섭에 강인한 특성을 갖고, 높은 샘플링 주파수로 샘플링 함으로써 높은 거리 해상도를 갖는 위상 변조 연속파 레이다가 제공될 수 있다.

도 4는 샘플링 방식들을 예시적으로 설명하는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 샘플링 대상이 되는 무선주파수 신호(RF), 오버 샘플링 신호(So), 등가 시간 샘플링 신호(Se1), 및 '2'배 등가 시간 샘플링 신호(Se2)가 시간의 변화에 따라 도시된다.

무선주파수 신호(RF)는 레이다가 감지 대상 물체와의 거리를 추정하는데 사용되는 신호일 수 있다. 무선주파수 신호(RF)는 펄스 반복 구간(PRI; Pulse Repetition Interval)을 주기로 반복되는 신호일 수 있다. 무선주파수 신호(RF)는 물체와의 거리 정보를 포함하는 아날로그 신호일 수 있다. 레이다는 무선주파수 신호(RF)를 샘플링(sampling)한 디지털 신호를 기반으로 물체와의 거리를 추정할 수 있다.

오버 샘플링 신호(So)는 무선주파수 신호(RF)를 오버 샘플링(over sampling)한 신호일 수 있다. 오버 샘플링은 나이퀴스트 레이트(Nyquist rate) 이상의 샘플링 레이트(sampling rate)로 수행되는 샘플링일 수 있다.

나이퀴스트 레이트는 샘플링 대상이 되는 신호의 최대 주파수보다 '2'배 높은 주파수의 샘플링 레이트를 의미할 수 있다. 샘플링 레이트는 단위 시간 당 수행되는 샘플링 수를 의미할 수 있다. 즉, 오버 샘플링에서 샘플링 주기(Ts)는 펄스 반복 구간(PRI)의 '1/2'보다 작을 수 있다.

예시적인 실시 예에서, 오버 샘플링에서 샘플링 수가 증가하는 경우, 샘플링에 의한 정보 손실이 감소될 수 있다. 이 때, 오버 샘플링을 수행하기 위해 높은 주파수의 샘플링 클록 신호가 요구될 수 있다. 오버 샘플링은 펄스 반복 구간(PRI)의 시간이 소요될 수 있다.

예를 들어, 펄스 반복 구간(PRI) 내에서 '8'회의 오버 샘플링을 수행하는 경우, 샘플링 주기(Ts)는 펄스 반복 구간(PRI)보다 '8'배 작을 수 있다. 오버 샘플링에 소요되는 시간은 펄스 반복 구간(PRI)의 시간과 같을 수 있다. 오버 샘플링을 수행하기 위해서, 무선주파수 신호(RF)의 펄스 반복 구간(PRI)보다 '8'배 짧은 주기를 갖는 샘플링 클록 신호가 요구될 수 있다.

등가 시간 샘플링 신호(Se1)는 무선주파수 신호(RF)를 등가 시간 샘플링(equivalent time sampling) 한 신호일 수 있다. 등가 시간 샘플링은 무선주파수 신호(RF)가 주기적으로 반복되는 특성을 이용하여 펄스 반복 구간(PRI)보다 긴 시간 동안 수행되는 샘플링일 수 있다. 등가 시간 샘플링에서 펄스 반복 구간(PRI)마다 추출되는 샘플링 정보는 다를 수 있다. 샘플링 정보는 펄스 반복 구간(PRI)마다 샘플링 지점을 이동하여 무선주파수 신호(RF)를 샘플링함으로써 획득된 정보를 지칭할 수 있다.

예시적인 실시 예에서, 등가 시간 샘플링은 펄스 반복 구간(PRI)마다 '1'회 수행될 수 있다. 등가 시간 샘플링은 펄스 반복 구간(PRI)과 샘플링 수의 곱만큼의 시간이 소요될 수 있다. 예를 들어, 샘플링 수가 '8'회인 등가 시간 샘플링을 수행하는 경우, 무선주파수 신호(RF)에 대해서 '8'종류의 샘플링 정보를 획득할 수 있다. 이 때, 등가 시간 샘플링은 펄스 반복 구간(PRI)의 '8'배의 시간이 소요될 수 있다.

예시적인 실시 예에서, 등가 시간 샘플링에서 샘플링 수가 증가하면 샘플링에 의한 정보 손실이 감소될 수 있다. 등가 시간 샘플링에 소요되는 시간이 증가할 수 있다. 이 때, 등가 시간 샘플링은 나이퀴스트 레이트보다 낮은 샘플링 레이트로 수행될 수 있다.

'2'배 등가 시간 샘플링 신호(Se2)는 등가 시간 샘플링 신호(Se1)를 획득하는 경우보다 '2'배 이상 짧은 샘플링 주기로 무선주파수 신호(RF)를 등가 시간 샘플링 한 신호일 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면, 등가 시간 샘플링은 펄스 반복 구간(PRI)마다 적어도 '1'번 수행될 수 있다. 예를 들어, 등가 시간 샘플링은 펄스 반복 구간(PRI)마다 '2'번 이상 수행될 수 있다.

발명의 이해를 돕기 위해서, 도 4의 '2'배 등가 시간 샘플링 신호(Se2)는 펄스 반복 구간(PRI)마다 '2'번 수행되는 것으로 도시되나, 본 발명의 범위는 이에 제한되지 않는다.

예시적인 실시 예에서, 높은 주파수의 샘플링 클록 신호를 사용하고 샘플링에 소요되는 시간을 단축시키는 등가 시간 샘플링을 수행하는 방법이 제공될 수 있다. 예를 들어, 샘플링 수가 '8'회인 등가 시간 샘플링을 수행하는 경우, 펄스 반복 구간(PRI)의 '8'배의 시간 동안 등가 시간 샘플링을 수행하여 등가 시간 샘플링 신호(Se1)가 획득될 수 있다.

예를 들어, 등가 시간 샘플링 신호(Se1)를 획득할 때 사용된 샘플링 클록 신호보다 '2'배 높은 샘플링 클록 신호를 사용하여, 펄스 반복 구간(PRI)의 '4'배의 시간 동안 등가 시간 샘플링을 수행하여 '2'배 등가 시간 샘플링 신호(Se2)가 획득될 수 있다.

이 때, 등가 시간 샘플링 신호(Se1) 및 '2'배 등가 시간 샘플링 신호(Se2) 각각으로부터 추정될 수 있는 정보는 유사할 수 있다. 즉, 등가 시간 샘플링에서 소요되는 시간과 샘플링 클록 신호의 주파수는 트레이드 오프(trade-off) 관계일 수 있다.

예시적인 실시 예에서, 오버 샘플링의 샘플링 수와 등가 시간 샘플링의 샘플링 수가 같으면, 오버 샘플링 신호로부터 추정되는 정보와 등가 시간 샘플링 신호로부터 추정되는 정보는 유사할 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 것과 같이 샘플링 수가 '8'회인 경우, 샘플링 신호들(So, Se1, Se2) 각각으로부터 추정되는 무선주파수 신호(RF)에 대한 정보는 유사할 수 있다.

만약, 샘플링 신호들(So, Se1, Se2)이 레이다가 물체를 감지하는데 사용되는 무선주파수 신호(RF)를 샘플링 한 신호들인 경우, 샘플링 신호들(So, Se1, Se2) 각각으로부터 추정된 물체와의 거리 및 거리 해상도가 유사할 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 위상 변조 연속파 레이다 송수신기를 보여주는 도면이다. 도 5를 참조하면, 위상 변조 연속파 레이다 송수신기(100)는 송신부(110), 신호생성부(120), 수신부(130), 및 디지털 신호 처리부(140)를 포함할 수 있다. 위상 변조 연속파 레이다 송수신기(100)는 위상 변조 연속파를 기반으로 위상 변조 연속파 레이다 송수신기(100)와 감지 대상 물체 사이의 거리를 추정할 수 있다.

송신부(110)는 디지털 신호 처리부(140)로부터 의사랜덤코드 신호(PRC)를 수신할 수 있다. 송신부(110)는 신호생성부(120)로부터 국부발진 신호(LO)를 수신할 수 있다. 송신부(110)는 수신된 의사랜덤코드 신호(PRC) 및 국부발진 신호(LO)를 기반으로 무선주파수 신호(RF)를 방사할 수 있다. 방사되는 무선주파수 신호(RF)는 위상 변조 연속파 레이다 송수신기(100)가 감지한 물체에 반사될 수 있다.

의사랜덤코드 신호(PRC)는 물체와의 거리를 추정하는데 필요한 정보를 포함하는 디지털 신호일 수 있다. 국부발진 신호(LO)는 의사랜덤코드 신호(PRC)를 기저 대역(baseband)에서 무선주파수 대역(radio frequency band)으로 상향 변환하는데 사용되는 신호일 수 있다. 즉, 국부발진 신호(LO)는 위상 변조에 사용되는 반송파 신호일 수 있다. 무선주파수 신호(RF)는 의사랜덤코드 신호(PRC)를 기반으로 위상이 변조된 국부발진 신호(LO)가 안테나를 통해서 방사되는 신호일 수 있다.

신호생성부(120)는 국부발진 신호(LO)를 송신부(110) 및 수신부(130)로 출력할 수 있다. 신호생성부(120)는 클록 신호(CL)를 디지털 신호 처리부(140)로 출력할 수 있다. 신호생성부(120)는 샘플링 클록 신호(CLS)를 수신부(130)로 출력할 수 있다.

국부발진 신호(LO)는 위상 변조에 사용되는 신호일 수 있다. 샘플링 클록 신호(CLS)는 등가 시간 샘플링에 활용되는 클록 신호일 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 샘플링 클록 신호(CLS)의 주파수는 오버 샘플링에 사용되는 샘플링 클록 신호의 주파수보다 작을 수 있다.

수신부(130)는 위상 변조 연속파 레이다 송수신기(100)가 감지한 물체에서 반사된 무선주파수 신호(RF)를 수신할 수 있다. 수신부(130)는 신호생성부(120)로부터 국부발진 신호(LO) 및 샘플링 클록 신호(CLS)를 수신할 수 있다. 수신부(130)는 수신된 신호들(RF, LO, CLS)을 기반으로 등가 시간 샘플링 신호(Se)를 디지털 신호 처리부(140)로 출력할 수 있다.

국부발진 신호(LO)는 수신된 무선주파수 신호(RF)를 무선주파수 대역(radio frequency band)에서 기저 대역(baseband)으로 하향 변환하는데 사용되는 신호일 수 있다. 등가 시간 샘플링 신호(Se)는 하향 변환된 무선주파수 신호(RF)를 등가 시간 샘플링 한 디지털 신호일 수 있다.

디지털 신호 처리부(140)는 송신부(110)로 의사랜덤코드 신호(PRC)를 출력할 수 있다. 디지털 신호 처리부(140)는 신호생성부(120)로부터 클록 신호(CL)를 수신할 수 있다. 디지털 신호 처리부(140)는 수신부(130)로부터 등가 시간 샘플링 신호(Se)를 수신할 수 있다. 수신된 등가 시간 샘플링 신호(Se)를 기반으로 위상 변조 연속파 레이다 송수신기(100)와 물체의 거리가 추정될 수 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 의사랜덤코드 신호(PRC)를 기반으로 위상이 변조된 국부발진 신호(LO)를 이용함으로써 간섭에 강한 위상 변조 연속파 레이다 송수신기(100)가 제공될 수 있다. 또한, 등가 시간 샘플링을 이용하여, 낮은 주파수의 샘플링 클록 신호(CLS)를 기반으로 샘플링을 수행하는 위상 변조 연속파 레이다 송수신기(100)가 제공될 수 있다.

도 6은 도 5의 송신부를 예시적으로 설명하는 도면이다. 도 6을 참조하면, 송신부(110)는 저역통과필터(111), 가변이득증폭기(112), 업컨버터(113), 전력증폭기(114), 및 송신안테나(115)를 포함할 수 있다. 송신부(110)는 신호생성부(120) 및 디지털 신호 처리부(140)와 연결될 수 있다.

저역통과필터(111)는 디지털 신호 처리부(140)로부터 의사랜덤코드 신호(PRC)를 수신할 수 있다. 저역통과필터(111)는 필터된 의사랜덤코드 신호(FPRC)를 가변이득증폭기(112)로 출력할 수 있다. 필터된 의사랜덤코드 신호(FPRC)는 의사랜덤코드 신호(PRC)에서 고주파 대역의 노이즈(noise)가 차단된 신호일 수 있다.

가변이득증폭기(112)는 저역통과필터(111)로부터 필터된 의사랜덤코드 신호(FPRC)를 수신할 수 있다. 가변이득증폭기(112)는 증폭된 의사랜덤코드 신호(APRC)를 업컨버터(113)로 출력할 수 있다. 증폭된 의사랜덤코드 신호(APRC)는 필터된 의사랜덤코드 신호(FPRC)가 가변 증폭된 신호일 수 있다.

업컨버터(113)는 가변이득증폭기(112)로부터 증폭된 의사랜덤코드 신호(APRC)를 수신할 수 있다. 업컨버터(113)는 신호생성부(120)로부터 국부발진 신호(LO)를 수신할 수 있다. 업컨버터(113)는 상향변환 신호(UC)를 전력증폭기(114)로 출력할 수 있다.

상향변환 신호(UC)는 증폭된 의사랜덤코드 신호(APRC)가 기저 대역에서 무선주파수 대역으로 상향변환 된 신호일 수 있다. 좀 더 상세하게는, 상향변환 신호(UC)는 기저 대역의 디지털 신호인 증폭된 의사랜덤코드 신호(APRC)에 따라 국부발진 신호(LO)의 위상을 변조한 신호일 수 있다. 상향변환 신호(UC)는 무선주파수 대역의 아날로그 신호일 수 있다.

전력증폭기(114)는 업컨버터(113)로부터 상향변환 신호(UC)를 수신할 수 있다. 전력증폭기(114)는 증폭된 상향변환 신호(AUC)를 송신안테나(115)로 출력할 수 있다. 증폭된 상향변환 신호(AUC)는 상향변환 신호(UC)가 무선 통신에 필요한 전력을 갖도록 증폭된 신호일 수 있다.

송신안테나(115)는 전력증폭기(114)로부터 증폭된 상향변환 신호(AUC)를 수신할 수 있다. 송신안테나(115)는 무선주파수 신호(RF)를 방사할 수 있다. 방사되는 무선주파수 신호(RF)는 증폭된 상향변환 신호(AUC)가 안테나를 통해서 무선으로 방사되는 신호일 수 있다.

예시적인 실시 예에서, 송신부(110)는 송신안테나(115)가 다중 채널(multi-channel)의 무선주파수 신호(RF)를 방사하도록 구성될 수 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 위상 변조 연속파 레이다 송수신기의 송신부는 필터링 및 증폭된 의사랜덤코드 신호를 무선주파수 대역의 신호로 변환시킬 수 있다. 또한, 송신부는 송신안테나를 통해서 무선주파수 대역의 신호를 방사할 수 있다.

도 7은 도 5의 신호생성부를 예시적으로 설명하는 도면이다. 도 7을 참조하면, 신호생성부(120)는 발진기(121), 클록생성기(122), 및 샘플링클록 생성기(123)를 포함할 수 있다. 신호생성부(120)는 송신부(110), 수신부(130), 및 디지털 신호 처리부(140)와 연결될 수 있다.

발진기(121)는 발진 신호(OS)를 클록생성기(122)로 출력할 수 있다. 발진 신호(OS)는 발진기(121)에서 생성된 신호일 수 있다. 예를 들어, 발진기(121)는 발진 신호(OS)를 생성시키는 크리스탈 발진기(Xtal Oscilator)일 수 있다.

클록생성기(122)는 발진기(121)로부터 발진 신호(OS)를 수신할 수 있다. 클록생성기(122)는 국부발진 신호(LO)를 송신부(110) 및 수신부(130)로 출력할 수 있다. 클록생성기(122)는 클록 신호(CL)를 디지털 신호 처리부(140) 및 샘플링클록 생성기(123)로 출력할 수 있다.

클록생성기(122)는 위상 고정 회로(PLL; Phase Locked Loop)를 포함할 수 있다. 위상 고정 회로는 국부발진 신호(LO)의 주파수 및 클록 신호(CL)의 주파수를 고정시킬 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 클록생성기(122)는 위상 고정 회로를 통해서 국부발진 주파수로 고정된 국부발진 신호(LO) 및 클록 주파수로 고정된 클록 신호(CL)를 출력할 수 있다.

국부발진 신호(LO)는 위상 변조 연속파 레이다 송수신기에서 위상 변조에 사용되는 반송파일 수 있다. 좀 더 상세하게는, 국부발진 신호(LO)는 송신부(110)에서 기저 대역의 신호를 무선주파수 대역의 신호로 상향변환 하는데 사용될 수 있다. 국부발진 신호(LO)는 수신부(130)에서 무선주파수 대역의 신호를 기저 대역의 신호로 하향변환 하는데 사용될 수 있다.

샘플링클록 생성기(123)는 클록생성기(122)로부터 클록 신호(CL)를 수신할 수 있다. 샘플링클록 생성기(123)는 샘플링 클록 신호(CLS)를 수신부(130)로 출력할 수 있다. 샘플링 클록 신호(CLS)는 수신부(130)에서 하향변환 된 신호를 등가 시간 샘플링 할 때 사용되는 클록 신호일 수 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 위상 변조 연속파 레이다 송수신기의 신호생성부는 상향변환 및 하향변환에 필요한 국부발진 신호(LO)를 출력할 수 있다. 또한, 신호생성부는 등가 시간 샘플링에 필요한 샘플링 클록 신호(CLS)를 출력할 수 있다.

도 8은 도 5의 수신부를 예시적으로 설명하는 도면이다. 도 8을 참조하면, 수신부(130)는 수신안테나(131), 저잡음증폭기(132), 다운컨버터(133), 저역통과필터(134), 가변이득증폭기(135), 및 아날로그 디지털 컨버터(136)를 포함할 수 있다. 수신부(130)는 신호생성부(120) 및 디지털 신호 처리부(140)와 연결될 수 있다.

수신안테나(131)는 송신안테나에서 방사된 무선주파수 신호(RF)를 수신할 수 있다. 수신안테나(131)는 무선주파수 신호(RF)를 저잡음증폭기(132)로 출력할 수 있다. 예를 들어, 무선주파수 신호(RF)는 송신안테나에서 방사되고 감지 대상 물체에 반사된 신호일 수 있다.

예시적인 실시 예에서, 수신안테나(131)는 다중 채널의 무선주파수 신호(RF)를 수신할 수 있다. 수신부(130)는 수신된 다중 채널의 무선주파수 신호(RF)를 처리하도록 구성될 수 있다.

저잡음증폭기(132)는 수신안테나(131)로부터 무선주파수 신호(RF)를 수신할 수 있다. 저잡음증폭기(132)는 다운컨버터(133)로 증폭된 무선주파수 신호(ARF)를 출력할 수 있다. 증폭된 무선주파수 신호(ARF)는 저잡음증폭기(132)에서 수신된 무선주파수 신호(RF)를 저잡음(low noise) 증폭한 신호일 수 있다.

다운컨버터(133)는 저잡음증폭기(132)로부터 증폭된 무선주파수 신호(ARF)를 수신할 수 있다. 다운컨버터(133)는 신호생성부(120)로부터 국부발진 신호(LO)를 수신할 수 있다. 다운컨버터(133)는 하향변환 신호(DC)를 저역통과필터(134)로 출력할 수 있다. 하향변환 신호(DC)는 증폭된 무선주파수 신호(ARF)가 무선주파수 대역에서 기저 대역으로 하향변환 된 아날로그 신호일 수 있다.

저역통과필터(134)는 다운컨버터(133)로부터 하향변환 신호(DC)를 수신할 수 있다. 저역통과필터(134)는 필터된 하향변환 신호(FDC)를 가변이득 증폭기(135)로 출력할 수 있다. 필터된 하향변환 신호(FDC)는 하향변환 신호(DC)에서 고주파 대역의 노이즈(noise)가 차단된 신호일 수 있다.

가변이득증폭기(135)는 저역통과필터(134)로부터 필터된 하향변환 신호(FDC)를 수신할 수 있다. 가변이득증폭기(135)는 증폭된 하향변환 신호(ADC)를 아날로그 디지털 컨버터(136)로 출력할 수 있다. 증폭된 하향변환 신호(ADC)는 필터된 하향변환 신호(FDC)가 가변 증폭된 신호일 수 있다.

아날로그 디지털 컨버터(136)는 가변이득증폭기(135)로부터 증폭된 하향변환 신호(ADC)를 수신할 수 있다. 아날로그 디지털 컨버터(136)는 신호생성부(120)로부터 샘플링 클록 신호(CLS)를 수신할 수 있다. 아날로그 디지털 컨버터(136)는 등가 시간 샘플링 신호(Se)를 디지털 신호 처리부(140)로 출력할 수 있다. 등가 시간 샘플링 신호(Se)는 증폭된 하향변환 신호(ADC)를 샘플링 클록 신호(CLS)로 등가 시간 샘플링 한 신호일 수 있다.

예시적인 실시 예에서, 아날로그 디지털 컨버터(136)는 아날로그 신호인 증폭된 하향변환 신호(ADC)를 디지털 신호인 등가 시간 샘플링 신호(Se)로 변환시키는 아날로그 디지털 컨버터(Analog-Digital Converter)일 수 있다.

예시적인 실시 예에서, 등가 시간 샘플링의 샘플링 수가 동일한 조건에서, 높은 주파수의 샘플링 클록 신호(CLS)로 등가 시간 샘플링 하면, 등가 시간 샘플링에 소요되는 시간이 짧을 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 등가 시간 샘플링의 샘플링 수가 동일한 조건에서, 낮은 주파수의 샘플링 클록 신호(CLS)로 등가 시간 샘플링 하면, 등가 시간 샘플링에 소요되는 시간이 길 수 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 위상 변조 연속파 레이다 송수신기의 수신부는 송신부에서 방사된 무선주파수 대역의 신호를 저잡음 증폭하고 하향변환 할 수 있다. 수신부는 하향변환 된 신호를 필터링 및 증폭시킬 수 있다. 수신부는 필터링 및 증폭된 신호를 등가 시간 샘플링 할 수 있다.

도 9는 도 5의 디지털 신호 처리부를 예시적으로 설명하는 도면이다. 도 9를 참조하면, 디지털 신호 처리부(140)는 의사랜덤코드 생성기(141), 프로세서(142), 및 레이다 신호 처리기(143)를 포함할 수 있다. 디지털 신호 처리부(140)는 송신부(110), 신호생성부(120), 및 수신부(130)와 연결될 수 있다.

의사랜덤코드 생성기(141)는 의사랜덤코드 신호(PRC)를 송신부(110)로 출력할 수 있다. 의사랜덤코드 신호(PRC)는 물체와의 거리를 추정하는데 필요한 정보를 포함하는 디지털 신호일 수 있다. 프로세서(142)는 신호생성부(120)로부터 클록 신호(CL)를 수신할 수 있다. 프로세서(142)는 의사랜덤코드 생성기(141) 및 레이다 신호 처리기(143)를 제어할 수 있다.

레이다 신호 처리기(143)는 수신부(130)로부터 등가 시간 샘플링 신호(Se)를 수신할 수 있다. 레이다 신호 처리기(143)는 수신된 등가 시간 샘플링 신호(Se)를 기반으로 감지 대상 물체와의 거리가 추정될 수 있다.

예시적인 실시 예에서, 레이다 신호 처리기(143)는 디지털 빔포밍(digital beamforming)으로 물체와의 거리를 추정할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 레이다 신호 처리기(143)는 앵귤러 추정(angular estimation)을 통해서 물체와의 거리를 추정할 수 있다. 예시적인 실시 예에서, 레이다 신호 처리기(143)는 정합 필터링(matched filtering)을 통해서 물체와의 거리를 추정할 수 있다.

상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 위상 변조 연속파 레이다 송수신기의 디지털 신호 처리부는 수신부로부터 수신된 등가 시간 샘플링 신호(Se)를 기반으로 물체와의 거리를 추정할 수 있다.

상술된 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 실시 예들이다. 본 발명은 상술된 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경되거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들 또한 포함할 것이다. 또한, 본 발명은 실시 예들을 이용하여 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상술된 실시 예들에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 위상 변조 연속파 레이다 송수신기
110: 송신부
120: 신호생성부
130: 수신부
140: 디지털 신호 처리부

Claims

의사랜덤코드 신호를 기반으로 국부발진 신호를 위상 변조하여 상향변환 신호를 생성하고, 상기 상향변환 신호에 기반하는 무선주파수 신호를 방사하는 송신부;
상기 국부발진 신호를 상기 송신부로 출력하고, 상기 의사랜덤코드 신호의 주파수의 2배보다 낮은 주파수를 갖는 샘플링 클록 신호를 생성하는 신호생성부;
상기 무선주파수 신호를 수신하고, 상기 신호생성부로부터 상기 국부발진 신호 및 상기 샘플링 클록 신호를 수신하고, 상기 무선주파수 신호 및 상기 수신된 국부발진 신호를 기반으로 하향변환 신호를 생성하고, 상기 샘플링 클록 신호를 기반으로 상기 하향변환 신호를 등가 시간 샘플링 한 등가 시간 샘플링 신호를 출력하는 수신부; 및
상기 등가 시간 샘플링 신호를 수신하고, 상기 수신된 등가 시간 샘플링 신호를 기반으로 감지 대상 물체와의 거리를 추정하는 디지털 신호 처리부를 포함하고,
상기 등가 시간 샘플링은 펄스 반복 구간마다 샘플링 지점을 이동하여 수행되는 샘플링을 지칭하는 위상 변조 연속파 레이다 송수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 등가 시간 샘플링 신호는 펄스 반복 구간 마다 적어도 '1'번의 샘플링을 수행하여 획득된 샘플링 정보를 포함하는 위상 변조 연속파 레이다 송수신기.
제 2 항에 있어서,
상기 등가 시간 샘플링 신호는 상기 펄스 반복 구간 마다 '2'번의 샘플링을 수행하는 '2'배 등가 시간 샘플링 신호에 대응하는 위상 변조 연속파 레이다 송수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 송신부는:
상기 디지털 신호 처리부로부터 상기 의사랜덤코드 신호를 수신하고, 필터된 의사랜덤코드 신호를 생성하도록 구성된 저역통과필터;
상기 저역통과필터로부터 상기 필터된 의사랜덤코드 신호를 수신하고, 증폭된 의사랜덤코드 신호를 생성하도록 구성된 가변이득증폭기;
상기 가변이득증폭기로부터 상기 증폭된 의사랜덤코드 신호를 수신하고, 상기 신호생성부로부터 상기 국부발진 신호를 수신하고, 상기 상향변환 신호를 생성하도록 구성된 업컨버터;
상기 업컨버터로부터 상기 상향변환 신호를 수신하고, 증폭된 상향변환 신호를 생성하도록 구성된 전력증폭기; 및
상기 전력증폭기로부터 상기 증폭된 상향변환 신호를 수신하고, 상기 무선주파수 신호를 방사하도록 구성된 송신안테나를 포함하는 위상 변조 연속파 레이다 송수신기.
제 4 항에 있어서,
상기 송신안테나에 의해 방사된 상기 무선주파수 신호는 다중 채널의 무선주파수 신호인 위상 변조 연속파 레이다 송수신기.
제 4 항에 있어서,
상기 상향변환 신호는 상기 증폭된 의사랜덤코드 신호의 주파수 대역을 기저 대역에서 무선주파수 대역으로 변환시킨 신호인 위상 변조 연속파 레이다 송수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 신호생성부는:
발진 신호를 생성하도록 구성된 발진기;
상기 발진 신호에 기반하는 상기 국부발진 신호 및 클록 신호를 생성하고, 상기 국부발진 신호를 상기 송신부 및 상기 수신부에 제공하고, 상기 클록 신호를 상기 디지털 신호 처리부에 제공하도록 구성된 클록생성기; 및
상기 클록생성기로부터 상기 클록 신호를 수신하고, 상기 클록 신호에 기반하는 상기 샘플링 클록 신호를 생성하도록 구성된 샘플링클록 생성기를 포함하는 위상 변조 연속파 레이다 송수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 수신부는:
수신안테나;
상기 수신안테나를 통해 상기 무선주파수 신호를 수신하고, 증폭된 무선주파수 신호를 생성하도록 구성된 저잡음증폭기;
상기 저잡음증폭기로부터 상기 증폭된 무선주파수 신호를 수신하고, 상기 신호생성부로부터 상기 국부발진 신호를 수신하고, 상기 하향변환 신호를 생성하도록 구성된 다운컨버터;
상기 다운컨버터로부터 상기 하향변환 신호를 수신하고, 필터된 하향변환 신호를 생성하도록 구성된 저역통과필터;
상기 저역통과필터로부터 상기 필터된 하향변환 신호를 수신하고, 증폭된 하향변환 신호를 생성하도록 구성된 가변이득증폭기; 및
상기 가변이득증폭기로부터 상기 증폭된 하향변환 신호를 수신하고, 상기 신호생성부로부터 상기 샘플링 클록 신호를 수신하고, 상기 등가 시간 샘플링 신호를 생성하도록 구성된 아날로그 디지털 컨버터를 포함하는 위상 변조 연속파 레이다 송수신기.
제 8 항에 있어서,
상기 하향변환 신호는 상기 증폭된 무선주파수 신호의 주파수 대역을 무선주파수 대역에서 기저 대역으로 변환시킨 신호인 위상 변조 연속파 레이다 송수신기.
제 1 항에 있어서,
상기 디지털 신호 처리부는:
상기 의사랜덤코드 신호를 상기 송신부에 제공하도록 구성된 의사랜덤코드 생성기;
상기 수신부로부터 상기 등가 시간 샘플링 신호를 수신하고, 상기 감지 대상 물체와의 상기 거리를 추정하도록 구성된 레이다 신호 처리기; 및
상기 신호생성부로부터 클록 신호를 수신하고, 상기 의사랜덤코드 생성기 및 상기 레이다 신호 처리기를 제어하도록 구성된 프로세서를 포함하는 위상 변조 연속파 레이다 송수신기.