KR101233745B1 - 거리 측정 장치 및 방법 - Google Patents

거리 측정 장치 및 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR101233745B1
KR101233745B1 KR1020110123420A KR20110123420A KR101233745B1 KR 101233745 B1 KR101233745 B1 KR 101233745B1 KR 1020110123420 A KR1020110123420 A KR 1020110123420A KR 20110123420 A KR20110123420 A KR 20110123420A KR 101233745 B1 KR101233745 B1 KR 101233745B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
distance
pulse
phase
spectrum
phase modulator
Prior art date
Application number
KR1020110123420A
Other languages
English (en)
Inventor
박진성
공덕규
이재웅
Original Assignee
국방과학연구소
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 국방과학연구소 filed Critical 국방과학연구소
Priority to KR1020110123420A priority Critical patent/KR101233745B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101233745B1 publication Critical patent/KR101233745B1/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/06—Systems determining position data of a target
    • G01S13/08—Systems for measuring distance only
    • G01S13/32—Systems for measuring distance only using transmission of continuous waves, whether amplitude-, frequency-, or phase-modulated, or unmodulated
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/52—Discriminating between fixed and moving objects or between objects moving at different speeds
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/292—Extracting wanted echo-signals

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

본 발명의 거리 측정 장치는 송신 펄스의 사이에 동작하여 상기 송신 펄스의 사이에 입력된 상기 송신 펄스의 반사 펄스인 수신 펄스를 180도 위상 변환시키는 위상 변조부, 상기 위상 변환된 신호의 스펙트럼에서 1개의 스펙트럼만 통과되도록 상기 위상 변환된 신호를 여파하는 여파부 및 상기 1개의 스펙트럼의 전압 크기를 분석하여 상기 수신 펄스를 유발한 표적의 거리를 산출하는 거리 산출부를 포함함으로써, 사실상 거리 측정이 불가능했던 고반복률 펄스 반복 주파수 레이더 등에서도 거리 측정이 가능하다.

Description

거리 측정 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR MEASURING DISTANCE}
본 발명은 표적과의 거리를 신뢰성 있게 파악할 수 있는 거리 측정 장치에 관한 것이다.
레이더(Radar)는 지난 수십 년간 이용된 대표적인 거리 및 속도 추적 센서이다. 그 용도는 매우 광범위하여 군사용으로 이용되는 방공 레이더를 비롯하여 민간의 관제탑 레이더, 항만용 레이더, 기상용 레이더 등이 있다. 이처럼 표적의 거리 및 속도를 추적하기 위하여 전파를 이용하는데, 이 중 거리 추적 원리는 송신한 전자기 펄스가 표적에 반사되어 수신되는 시간을 측정하는 것이다.
도 1은 레이더 시스템의 송신 펄스 및 수신 펄스를 나타낸 개략도이다.
송신 펄스는 t1의 주기로 일정하게 송신된다. 이때, 표적이 존재한다면 표적에서 반사된 펄스가 수신기에 감지되고 수신기 회로는 송신 펄스와 수신 펄스 사이의 시간인 t2를 측정한다. 전파는 빛의 속도인 초속 3*108m/s로 전파되고, 전파는 표적과 레이더 사이의 공간을 왕복하므로 표적과의 거리는 다음의 수학식 1과 같이 계산된다.
Figure 112011093164582-pat00001
예를 들어 t2가 2㎲라면 표적과 레이더 사이의 거리는 300m이다.
레이더를 이용한 속도 추적은 도플러(Doppler) 원리를 이용한다. 도플러 원리란, 이동하는 물체에 반사되어 수신되는 전자기파는 원래의 주파수에 도플러 주파수(fd)가 더해져서 주파수가 변하는 물리 현상을 말한다. 도플러 원리가 이용되는 대표적인 일상 생활의 레이더는 속도 감시용 스피드건이다. 스피드건은 일정한 주파수를 가지는 전파를 송신하여 수신되는 전파와의 주파수 차이를 감지하여 이에 해당하는 물체의 속력을 계산한다.
도 2는 레이더 시스템에서의 송신 펄스 스펙트럼 및 수신 스펙트럼을 나타낸 개략도이다.
송신 스펙트럼은 싱크(Sinc) 함수의 형태를 가지는 스펙트럼으로 이루어져 있으며 각각의 스펙트럼 사이의 간격은 펄스 반복 주파수로 이루어져 있다. 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency, PRF)란 송신 펄스가 1초에 전송되는 개수를 나타낸다. 따라서 펄스 반복 주파수는 다음의 수학식 2로 정의된다.
Figure 112011093164582-pat00002
여기서, t1은 송신 펄스의 주기이다.
수신되는 스펙트럼은 도 2에서 점선으로 표시된 부분이다. 속도를 가지는 표적에 반사되어 수신된 스펙트럼은 도플러 주파수만큼 이동(shift)되어 나타난다. 도플러 주파수를 수식으로 표현하면 수학식 3과 같다.
Figure 112011093164582-pat00003
여기서, fr는 수신 주파수이고,
ft는 송신 주파수이며,
v는 표적의 속도이고,
c는 빛의 속도이다.
일반적인 상황에서 c>>v이므로 간략하게 다시 쓰면 수학식 4와 같다.
Figure 112011093164582-pat00004
예를 들어, 송신 주파수가 1GHz이고 fd가 10kHz이면 표적의 이동 속도는 1500m/s이 된다.
레이더 시스템에는 거리 모호성, 속도 모호성의 대표적인 2가지 모호성이 존재한다.
도 3은 거리 모호성을 나타낸 개략도이다.
도 3에서의 수신 펄스는 송신 펄스 1이 표적에 반사되어 수신된 것인지, 송신 펄스 1의 다음 펄스인 송신 펄스 2가 표적에 반사되어 수신된 것인지 분별이 불가능하다. 이와 같이 수신된 펄스가 송신 펄스간의 시간 간격 t1을 초과하면 표적의 거리 추적이 불가능하다. 즉, 원거리에 위치한 표적일수록 반사되어 돌아오는데 걸리는 시간이 길어지므로 원거리의 표적을 추적하기 위해서는 t1을 크게 할수록 유리하다.
도 4는 속도 모호성을 나타낸 개략도이다.
도 4에서 실제 도플러 주파수는 fd2이나 레이더가 인식하는 계산된 도플러 주파수는 fd1이 된다. 그 이유는 실제 도플러 주파수 fd2가 스펙트럼 사이의 간격인 PRF를 초과하였기 때문이다. 이 경우, 레이더 시스템은 실제 도플러 주파수 fd2를 인식하지 못하고 fd1으로 도플러 주파수를 인식한다. 즉, 레이더 시스템이 인식 가능한 최대 도플러 주파수는 PRF로 제한된다. 수학식 4에서 볼 수 있듯이 표적의 이동 속도가 증가할수록 도플러 주파수 fd는 증가한다.
요약하면, 거리 모호성을 줄이기 위해서는 t1을 크게 하여야 한다. t1은 1/PRF이므로 t1을 크게 한다는 뜻은 PRF가 작아진다는 것과 동일하다.
반면, 속도 모호성을 줄이기 위해서는 PRF를 크게 하여야 한다. PRF는 1/t1이므로 PRF를 크게 한다는 뜻은 t1이 작아진다는 것과 동일하다.
즉, 2가지의 모호성을 동시에 만족시킬 수는 없다. 거리 추적에 특화된 레이더는 PRF가 낮으므로, 매우 낮은 속도에서 속도 모호성이 발생하고 속도 추적이 거의 불가능하다. 속도 추적에 특화된 레이더는 PRF가 높으므로 거리 모호성이 매우 가까운 거리에서 발생하고, 거리 추적이 거의 불가능하다.
종래의 레이더 시스템은 송신 펄스가 송신된 시점으로부터 수신 펄스가 수신되는 시점까지의 시간을 계산하여 거리를 산출한다. 고반복률 펄스 반복 주파수를 사용하는 레이더에서는 거리 모호성이 매우 커지게 되므로 속도 추적만이 가능하다. 속도만을 추적하므로 거리 모호성을 고려하지 않게 되고, 따라서 고출력의 전력을 송신하기 위하여 펄스 폭을 넓게 하여 송신한다. 따라서 더욱더 거리 모호성이 커지게 되고 거리는 추적이 불가능하게 된다.
도 5는 고반복률 펄스 반복 주파수를 쓰는 레이더 시스템의 펄스 파형을 나타낸 개략도이다.
도 1에 비하여 송신 펄스와 수신 펄스 간의 시간 차이인 t2가 줄어들어 있으며 t3 시간 이내로 수신 펄스와 송신 펄스 간격이 좁혀지면 펄스가 겹치는 일식 현상(eclipse)로 인해서 더 이상 표적 추적이 불가능하다.
결과적으로 종래의 거리 측정 방법에 따르면 고반복률 펄스 반복 주파수를 쓰는 레이더 시스템에서는 표적과의 거리 측정이 어려운 문제가 있다.
본 발명은 표적과의 거리를 신뢰성 있게 파악할 수 있는 거리 측정 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 거리 측정 장치는 송신 펄스의 사이에 동작하여 상기 송신 펄스의 사이에 입력된 상기 송신 펄스의 반사 펄스인 수신 펄스를 180도 위상 변환시키는 위상 변조부, 상기 위상 변환된 신호의 스펙트럼에서 1개의 스펙트럼만 통과되도록 상기 위상 변환된 신호를 여파하는 여파부 및 상기 1개의 스펙트럼의 전압 크기를 분석하여 상기 수신 펄스를 유발한 표적의 거리를 산출하는 거리 산출부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 위상 변조부는 상기 수신 펄스의 중앙에서 동작될 수 있다.
또한, 상기 위상 변조부는 상기 송신 펄스 간의 중앙에서 동작될 수 있다.
또한, 상기 전압 크기 v는 다음의 수학식으로 정의될 수 있다.
Figure 112011093164582-pat00005
여기서, t1은 송신 펄스의 주기이고,
δ = tR - tL이며,
tR은 위상 변조부 동작 시각을 기준으로 수신 펄스의 오른쪽 단까지의 시간차이고,
tL은 위상 변조부 동작 시각을 기준으로 수신 펄스의 왼쪽 단까지의 시간차이다.
여기서, 상기 거리 산출부는 상기 전압 크기 v가 0이면 다음의 수학식으로 상기 표적의 거리 R을 산출할 수 있다.
Figure 112011093164582-pat00006
또한, 상기 위상 변조부는 상기 송신 펄스 간의 중앙에서 동작되고, 상기 거리 산출부는 상기 전압 크기 v가 나타내는 표적과의 거리를 기설정된 테이블을 통해 산출할 수 있다.
한편, 본 발명의 거리 측정 방법은 송신 펄스의 사이에 동작하여 상기 송신 펄스의 사이에 입력된 수신 펄스를 180도 위상 변환시키는 단계, 상기 위상 변환된 신호의 스펙트럼에서 1개의 스펙트럼만 통과되도록 상기 위상 변환된 신호를 여파하는 단계 및 상기 1개의 스펙트럼의 전압을 분석하여 상기 수신 펄스를 유발한 표적의 거리를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
이때, 상기 위상 변환은 복수의 송신 펄스의 사이 중간에서 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 거리 산출 단계는 상기 전압 크기가 나타내는 표적과의 거리를 기설정된 테이블을 통해 산출할 수 있다.
한편, 본 발명의 거리 측정 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램으로 기록될 수 있다.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명의 거리 측정 장치 및 방법은 송신 펄스 사이에 위상 변조부와 여파부를 구동시켜 얻은 수신 펄스의 스펙트럼의 전압 크기로부터 표적과의 거리를 산출함으로써, 사실상 거리 측정이 불가능했던 고반복률 펄스 반복 주파수 레이더 등에서도 거리 측정이 가능하다.
또한, 테이블을 이용하여 거리를 산출함으로써 수신 펄스가 돌아오는 시간을 계산할 필요가 없어 연산 부하를 감소시킬 수 있다.
도 1은 레이더 시스템의 송신 펄스 및 수신 펄스를 나타낸 개략도.
도 2는 레이더 시스템에서의 송신 펄스 스펙트럼 및 수신 스펙트럼을 나타낸 개략도.
도 3은 거리 모호성을 나타낸 개략도.
도 4는 속도 모호성을 나타낸 개략도.
도 5는 고반복률 펄스 반복 주파수를 쓰는 레이더 시스템의 펄스 파형을 나타낸 개략도.
도 6은 본 발명의 거리 측정 장치를 나타낸 블럭도.
도 7은 위상 변조부의 세부 구성을 나타낸 개략도.
도 8은 수신 펄스에 대하여 위상 변조부가 동작될 때의 결과를 시간 축에서 살펴본 개략도.
도 9는 위상 변조부를 통과한 수신 펄스가 여파부를 통과한 후의 결과를 나타낸 개략도.
도 10은 δ와 여파부를 통과한 스펙트럼의 전압 크기의 상관 관계를 나타낸 개략도.
도 11은 본 발명의 거리 측정 장치를 검증하기 위한 시뮬레이션 시스템을 나타낸 개략도.
도 12는 위상에 대한 결과를 나타낸 개략도.
도 13은 S21의 시뮬레이션 결과를 나타낸 개략도.
도 14는 본 발명의 거리 측정 방법을 나타낸 흐름도.
이하, 본 발명의 거리 측정 장치 및 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 거리 측정 장치를 나타낸 블럭도이다.
도 6에 도시된 거리 측정 장치는 송신 펄스의 사이에 동작하여 상기 송신 펄스의 사이에 입력된 상기 송신 펄스의 반사 펄스인 수신 펄스를 180도 위상 변환시키는 위상 변조부(110), 상기 위상 변환된 신호의 스펙트럼에서 1개의 스펙트럼만 통과되도록 상기 위상 변환된 신호를 여파하는 여파부(130) 및 상기 1개의 스펙트럼의 전압 크기를 분석하여 상기 수신 펄스를 유발한 표적의 거리를 산출하는 거리 산출부(150)를 포함한다.
위상 변조부(110)는 동작 시점에서 입력된 신호의 위상을 180도 변화시키는 기능을 수행한다. 이때 위상 변조부의 동작 시점은 각 송신 펄스 간의 사이이다. 위상 변조부로 입력되는 신호는 레이더 또는 안테나로부터 수신된 수신 펄스이다.
도 7은 위상 변조부의 세부 구성을 나타낸 블럭도로서, 살펴보면 혼합기를 기본으로 하여 기능이 구현된다. 혼합기(mixer)는 입력 신호와 국부 발진 신호(Local Oscillator) 신호가 곱해져서 출력이 생성된다. 위상 변조부는 국부 발진 신호의 위상을 변조시킴으로써 혼합기의 출력 신호 위상이 변조되도록 한다. 즉, 국부 발진 신호의 위상이 제어 신호에 따라 0도, 180도 바뀌게 제어되면 혼합기의 출력 역시 0도, 180도 바뀌게 된다.
이상의 위상 변조부는 2위상을 변조하므로 이하에서는 2위상 변조기 또는 BPM(Bi-Phase Modulator)으로 칭할 수도 있음을 환기한다.
도 8은 수신 펄스에 대하여 위상 변조부가 동작될 때의 결과를 시간 축에서 살펴본 개략도이다.
위상 변조부가 수신 펄스의 중앙에서 동작하는 경우, 수신 펄스의 오른쪽에서 동작하는 경우, 수신 펄스의 왼쪽에서 동작하는 세가지 경우로 나뉜다. 송신 펄스를 알고 있으므로 위상 변조부를 송신 펄스 간의 중앙에서 동작시키는데 어려움이 없다. 따라서 위상 변조부가 송신 펄스 간의 중앙에서 동작되는 것으로 설정할 수 있다.
여파부(130)는 위상 변조부(110)에서 위상 변환된 신호의 스펙트럼에서 1개의 스펙트럼만 통과되도록 상기 위상 변환된 신호를 여파한다. 이대의 여파부는 대역통과 여파부일 수 있다.
도 9는 위상 변조부를 통과한 수신 펄스가 여파부를 통과한 후의 결과를 나타낸 개략도이다.
PRF 간격으로 생성되는 스펙트럼들 중, 1개의 스펙트럼만 대역 통과 여파 특성의 여파부를 통과하고 나머지는 통과하지 못한다. 이때, 여파부를 통과한 스펙트럼의 전압 크기 v는 수학식 5와 같다.
Figure 112013007127331-pat00026
여기서, t1은 송신 펄스의 주기이고,
δ = tR - tL이며,
tR은 위상 변조부 동작 시각을 기준으로 수신 펄스의 오른쪽 단까지의 시간차이고,
tL은 위상 변조부 동작 시각을 기준으로 수신 펄스의 왼쪽 단까지의 시간차이다.
V0 는 δ = -τ 일 때(이 때, tR = 0, tL = τ)의 전압(양의 값)이고,
τ는 tR + tL = 펄스 폭 이다.
수학식 5에 따르면, 위상 변조부가 수신 펄스의 중앙에서 동작하면 δ는 0이 되므로 전압 크기는 0이다. 위상 변조부가 수신 펄스의 오른쪽에서 동작하면 δ는 음수가 되므로 전압 크기는 양의 값이 된다. 위상 변조부가 수신 펄스의 왼쪽에서 동작하면 δ는 양수가 되므로 전압 크기는 음의 값이 된다. 따라서, 전압 크기의 값들에 대하여 미리 테이블을 만들어 놓고, 수신 펄스에 대하여 여파부 후단의 전압을 측정하면 표적과의 거리를 산출할 수 있다. 이때 위상 변조부의 동작 시점이 일정하지 않다면 미리 생성해 놓은 테이블을 이용하기 어려우므로 위상 변조부의 동작 시점은 송신 펄스 간의 중앙과 같이 일정한 시점으로 하는 것이 좋다.
거리 산출부(150)는 여파부(130)를 통과한 1개의 스펙트럼의 전압 크기 v를 분석하여 수신 펄스를 유발한 표적의 거리를 산출하게 되는데, 위의 경우 기설정된 테이블을 이용하여 표적과의 거리를 산출할 수 있다. 기설정된 테이블을 이용하여 표적과의 거리를 산출하는 경우 위상 변조부는 송신 펄스 간의 중앙에서 동작되는 것이 바람직하다.
또는, 위상 변조부를 수신 펄스의 중앙에서 동작시킬 수 있다. 이때는 기설정된 테이블을 이용하는 대신, 수학식 6을 통해 표적과의 거리 R을 산출할 수 있다.
Figure 112011093164582-pat00008
여기서, R의 단위는 m이다.
즉, 여파부의 출력 스펙트럼의 전압 크기 v가 0이면 거리 산출부는 기설정된 테이블을 이용하는 대신 수학식 6으로 표적 거리 R을 산출할 수 있다.
도 10은 δ와 여파부를 통과한 스펙트럼의 전압 크기의 상관 관계를 나타낸 개략도이다.
위상 변조부가 송신 펄스 간의 중앙에서 동작되도록 한다. 위상 변조부 동작 시각을 기준으로 수신 펄스가 위상 변조부의 범위에 들어오지 않고 완전하게 왼쪽으로 치우쳐 있다면 전압 크기 v는 최대값이 되고, 표적의 위치는 알 수 없다. 수신 펄스가 위상 변조부의 동작 시각에 들어오는 순간부터 도 10에 도시된 바와 같이 전압이 하강하기 시작한다. 수신 펄스가 위상 변조부 동작 시각의 오른쪽으로 벗어나는 시점까지는 선형적으로 전압 크기가 하강한다. 수신 펄스가 위상 변조부의 동작 시각으로부터 오른쪽으로 완전하게 벗어나면 전압은 더 이상 하강하지 않고 최소값을 유지한다. 즉 위상 변조부를 이용하여 거리를 판별할 수 있는 범위는 도 10의 전압 그래프에서 선형적으로 전압의 크기가 변하는 구간인 t4 구간이다.
수학식 5에 의해 전압 크기 v가 1V이면 기실험을 통해 획득한 테이블을 참조하여 80m가 산출된다. 전압 크기 v가 0V이면 100m가 산출되고, 전압 크기 v가 -2V이면 140m가 산출된다.
즉, 거리 산출부는 수신 전압(여파부의 출력 스펙트럼의 전압)의 크기 v와 기설정된 테이블만을 이용하여 표적과의 거리를 산출할 수 있다.
정리하면, 위상 변조부가 송신 펄스 간의 중앙에서 동작될 때, 거리 산출부는 상기 전압 크기 v가 나타내는 표적과의 거리를 기설정된 테이블을 통해 산출할 수 있다.
도 10을 참조하여 살펴보면 기존의 레이더 시스템에서는 t3*2에 해당하는 시간구간만큼의 거리를 추적할 수 있지만, 이상의 방식에 의하면 t4에 해당하는 시간구간만큼의 거리를 추적할 수 있다. 수신 펄스의 폭이 넓어질수록 t3는 줄어드는 반면, t4는 증가하므로 본 발명에 따르면 보다 신뢰성 있는 거리 추적이 가능하다.
수신 전압 출력에 대한 검증을 위하여 도 11과 같이 시뮬레이션 셋업을 구성하여 S21을 측정하였다.
네트웍 분석기(170)는 연속파(Continuous Wave, CW)를 이용하는데 위상 변조부를 제어하여 연속파의 위상을 변조한다. 펄스 반복 주기(Pulse Repetition Interval, PRI)를 일정하게 유지하고 변조되는 위치를 조절하면 tR-tL이 변조되는 것과 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이론적인 S21은 수학식 7과 같다.
Figure 112011093164582-pat00009
도 13은 S21의 시뮬레이션 결과를 나타낸 개략도로서, 셋업에서 PRI를 2㎲로 설정하였으므로 위상 변조부의 동작 시점이 δ=0이 되는 1㎲에서 S21이 최소가 된다. 즉, 1㎲에서 S21이 최소가 되어야 하는데, 도 13의 S21 결과를 살펴보면 이에 부합하는 것을 알 수 있다.
도 12는 위상에 대한 결과를 나타낸 개략도이다.
이론적으로 1㎲인 펄스폭의 절반이 되는 시점에서 부호가 뒤집어지므로 이때 위상이 180도 변한다. 도 12에서 확인할 수 있듯이 1㎲가 되는 지점에서 위상이 변화하고 있음을 확인할 수 있다.
도 14는 본 발명의 거리 측정 방법을 나타낸 흐름도로서, 도 14에 도시된 거리 측정 방법은 도 6에 도시된 거리 측정 장치의 동작으로서 설명될 수도 있다.
먼저, 송신 펄스의 사이에 동작하여 상기 송신 펄스의 사이에 입력된 수신 펄스를 180도 위상 변환시킨다(S 510). 위상 변조부(110)에서 수행되는 동작으로 기설정된 테이블을 이용하는 동시에 가장 넓은 분석 범위 t4를 갖도록 각 송신 펄스 간의 중앙 시점에서 위상 변환을 수행하는 것이 좋다.
상기 위상 변환된 신호의 스펙트럼에서 1개의 스펙트럼만 통과되도록 상기 위상 변환된 신호를 여파한다(S 530). 여파부(130)에서 수행되는 동작이다.
상기 1개의 스펙트럼의 전압을 분석하여 상기 수신 펄스를 유발한 표적의 거리를 산출한다(S 550). 거리 산출부(150)에서 수행되는 동작으로 여파부에서 출력된 스펙트럼의 전압 크기가 나타내는 표적과의 거리를 기설정된 테이블 통해 산출할 수 있다.
한편, 본 발명의 거리 측정 방법은 컴퓨터로 읽을 수 있는 매체에 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램으로 기록될 수 있다.
한편, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다. 예를 들어 수신 펄스의 중간 시점에 위상 변조부를 동작시킨 후 수학식 6에 의해 표적과의 거리를 산출할 수도 있다.
거리 측정 장치에 적용할 수 있다.
특히, 고반복률 펄스 반복 주파수를 사용하는 레이더 등에 적용하는 것이 유리하다.
110...위상 변조부 130...여파부
150...거리 산출부 170...네트웍 분석기

Claims (10)

  1. 송신 펄스의 사이에 동작하여 상기 송신 펄스의 사이에 입력된 상기 송신 펄스의 반사 펄스인 수신 펄스를 180도 위상 변환시키는 위상 변조부;
    상기 위상 변환된 신호의 스펙트럼에서 1개의 스펙트럼만 통과되도록 상기 위상 변환된 신호를 여파하는 여파부; 및
    위상변조부동작시각 및 이전송신펄스시각을 이용하여(1개의 스펙트럼의 전압 크기가 0 인 경우)
    표적의 거리를 산출하는 거리 산출부;를 포함하고,
    상기 거리 산출부는 1개의 스펙트럼의 전압 크기 v가 0 이면 다음의 수학식으로 상기 표적의 거리 R을 산출하며,
    Figure 112013007127331-pat00027

    상기 1개의 스펙트럼의 전압 크기 v는 다음의 수학식으로 정의되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
    Figure 112013007127331-pat00028

    여기서, t1은 송신 펄스의 주기이고,
    δ = tR - tL이며,
    tR은 위상 변조부 동작 시각을 기준으로 수신 펄스의 오른쪽 단까지의
    시간차이고,
    tL은 위상 변조부 동작 시각을 기준으로 수신 펄스의 왼쪽 단까지의
    시간차이며,
    V0 는 δ = -τ 일 때(이 때, tR = 0, tL = τ)의 전압(양의 값)이고,
    τ는 tR + tL = 펄스 폭 이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 변조부는 상기 수신 펄스의 중앙에서 동작되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 변조부는 상기 송신 펄스 간의 중앙에서 동작되는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 위상 변조부는 상기 송신 펄스 간의 중앙에서 동작되고,
    상기 거리 산출부는 상기 전압 크기 v가 나타내는 표적과의 거리를 기설정된 테이블을 통해 산출하는 것을 특징으로 하는 거리 측정 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
KR1020110123420A 2011-11-24 2011-11-24 거리 측정 장치 및 방법 KR101233745B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110123420A KR101233745B1 (ko) 2011-11-24 2011-11-24 거리 측정 장치 및 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020110123420A KR101233745B1 (ko) 2011-11-24 2011-11-24 거리 측정 장치 및 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR101233745B1 true KR101233745B1 (ko) 2013-02-18

Family

ID=47899617

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020110123420A KR101233745B1 (ko) 2011-11-24 2011-11-24 거리 측정 장치 및 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101233745B1 (ko)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160055306A (ko) 2014-11-07 2016-05-18 국방과학연구소 전파 증폭 모듈을 이용한 모의 대상물에 대한 레이더 단면적 프로파일 산출 장치 및 방법
RU2642430C1 (ru) * 2017-01-09 2018-01-25 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Способ измерения дальности
KR20210089470A (ko) * 2020-01-08 2021-07-16 한국수력원자력 주식회사 거리 측정 센서를 이용하는 비파괴 검사 장치
KR102613929B1 (ko) * 2023-06-22 2023-12-15 한화시스템(주) 우주 감시 레이다용 송, 수신 블록의 송, 수신 신호 자동 측정 장치 및 그 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2940260B2 (ja) * 1991-08-13 1999-08-25 オムロン株式会社 距離測定装置および方法
KR20040094845A (ko) * 2002-03-22 2004-11-10 엠/에이-컴, 인크. 고해상도 레이더 시스템용 송신기, 수신기 및 센서 검출시스템
JP2007240485A (ja) 2006-03-13 2007-09-20 Mitsubishi Electric Corp パルスレーダ装置及び測距方法
KR20090012613A (ko) * 2007-07-30 2009-02-04 국방과학연구소 위상변위기를 적용한 코드상관방식의 거리측정기

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2940260B2 (ja) * 1991-08-13 1999-08-25 オムロン株式会社 距離測定装置および方法
KR20040094845A (ko) * 2002-03-22 2004-11-10 엠/에이-컴, 인크. 고해상도 레이더 시스템용 송신기, 수신기 및 센서 검출시스템
JP2007240485A (ja) 2006-03-13 2007-09-20 Mitsubishi Electric Corp パルスレーダ装置及び測距方法
KR20090012613A (ko) * 2007-07-30 2009-02-04 국방과학연구소 위상변위기를 적용한 코드상관방식의 거리측정기

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160055306A (ko) 2014-11-07 2016-05-18 국방과학연구소 전파 증폭 모듈을 이용한 모의 대상물에 대한 레이더 단면적 프로파일 산출 장치 및 방법
RU2642430C1 (ru) * 2017-01-09 2018-01-25 Федеральное государственное бюджетное военное образовательное учреждение высшего образования "Военно-космическая академия имени А.Ф. Можайского" Министерства обороны Российской Федерации Способ измерения дальности
KR20210089470A (ko) * 2020-01-08 2021-07-16 한국수력원자력 주식회사 거리 측정 센서를 이용하는 비파괴 검사 장치
KR102314794B1 (ko) * 2020-01-08 2021-10-18 한국수력원자력 주식회사 거리 측정 센서를 이용하는 비파괴 검사 장치
KR102613929B1 (ko) * 2023-06-22 2023-12-15 한화시스템(주) 우주 감시 레이다용 송, 수신 블록의 송, 수신 신호 자동 측정 장치 및 그 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US11099269B2 (en) Radar device for vehicle and target determination method therefor
US6606052B1 (en) Method and apparatus for detecting multiple objects with frequency modulated continuous wave radar
US7492309B2 (en) Frequency shift keying radar with ambiguity detection
US10401487B2 (en) Radar device for vehicle and target measurement method therefor
CN104280729A (zh) 调频连续波雷达装置和利用其连续波的对象检测方法
CN102998656B (zh) 一种基于频率步进的宽带分布式雷达时间同步方法
CN105738889B (zh) 一种调频连续波测速测距方法
KR101233745B1 (ko) 거리 측정 장치 및 방법
CN105301591A (zh) 一种道路交通监控雷达及其实现方法
CN105549002A (zh) 一种基于组合波形的调频连续波雷达测量方法
CN104597452A (zh) 对称三角线性调频连续波激光雷达探测目标的方法
US9134406B2 (en) Method and device for measuring a change in distance
CN103048695B (zh) 基于组合巴克码突发脉冲的探测装置
CN104111450A (zh) 一种利用双脉冲探测目标微多普勒特征的方法及***
US11892557B2 (en) Radar device
KR20110002171A (ko) 레이더를 이용한 타겟의 거리 속도 검출 방법 및 장치와 그를 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체
KR102259887B1 (ko) FMCW LiDAR 시스템에서 거리 해상도 향상을 위한 후처리 기법
JP4771166B2 (ja) Ｆｍ−ｃｗレーダ装置
JP2013113723A (ja) レーダ装置
RU2518108C1 (ru) Способ измерения скорости сближения ракеты с астероидом при встречных курсах их перемещения и устройство для его реализации
CN112904293A (zh) 一种针对快扫锯齿波波形雷达的近距离目标模拟方法
KR101144527B1 (ko) 오버랩 기반 ｃｓｓ 시스템을 이용한 근거리 측정 방법 및 장치
RU2492503C1 (ru) Способ распознавания класса цели и устройство для его осуществления
El-Mokdad et al. FMCW implementation on LABVIEW
CN116047529B (zh) 基于fmcw激光雷达的目标运动参数测量方法和***

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20160519

Year of fee payment: 4

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20170201

Year of fee payment: 5

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20180105

Year of fee payment: 6

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190207

Year of fee payment: 7

FPAY Annual fee payment

Payment date: 20200204

Year of fee payment: 8