KR101854459B1 - 증폭이득을 조절가능한 레이더 시스템 및 레이더 신호 처리 방법 - Google Patents

증폭이득을 조절가능한 레이더 시스템 및 레이더 신호 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 증폭이득을 조절가능한 레이더 시스템 및 레이더 신호 처리 방법에 대하여 개시한다. 본 발명의 일면에 따른 레이더 시스템은, 전자기파가 송신된 후, 목표물에 반사되어 되돌아오는 반사파를 수신하는 수신 안테나; 상기 반사파와 기준 주파수의 차이를 이용하여 상기 전자기파에 대한 상기 목표물의 진동 주파수를 추출하는 믹서; 이전에 설정된 증폭이득으로 상기 진동 주파수를 증폭하는 증폭기; 상기 진동 주파수의 진폭을 디지털 변환하여 진폭 데이터를 출력하는 아날로그 디지털 변환기; 상기 진폭 데이터를 아날로그 변환하여 상기 진동 주파수의 진폭에 대응하는 아날로그 전압으로 변환하는 검출기; 및 상기 아날로그 전압이 상기 아날로그 디지털 변환기의 풀 스케일(Full-scale)과 상이하면, 상이한 정도를 고려하여 상기 증폭이득을 조절하는 자동이득조절기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

증폭이득을 조절가능한 레이더 시스템 및 레이더 신호 처리 방법{Radar System and Radar Signal Processing Method capable of Adjusting Amplitude Gain}
본 발명은 레이더 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 레이더에 의한 목표물 탐지확률을 높일 수 있는 증폭이득을 조절가능한 레이더 시스템 및 레이더 신호 처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 레이더 시스템은 적용된 차량의 전방 등에 위치한 물체를 탐지하여 물체와의 충돌가능성 등을 예고함으로써, 차량 사고를 예방한다.
차량용 레이더 시스템은 물체에 의해 반사되어 돌아오는 진동 주파수를 수신한 후, 디지털 변환하기 전에 증폭하였다.
그런데, 종래의 레이더 시스템은 진동 주파수를 일정 증폭이득로 증폭하므로, 수신 신호의 크기가 가변하면, 아날로그 디지털 변환기 입력단의 전체 크기(Full Scale)를 이용하지 못하는 경우가 발생했고, 탐지확률이 저하되는 문제가 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 기술적 배경에서 안출된 것으로서, 물체의 진동 주파수의 크기를 고려하여 증폭이득을 조절할 수 있는 증폭이득을 조절가능한 레이더 시스템 및 레이더 신호 처리 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
본 발명의 일면에 따른 레이더 시스템은, 전자기파가 송신된 후, 목표물에 반사되어 되돌아오는 반사파를 수신하는 수신 안테나; 상기 반사파와 기준 주파수의 차이를 이용하여 상기 전자기파에 대한 상기 목표물의 진동 주파수를 추출하는 믹서; 이전에 설정된 증폭이득으로 상기 진동 주파수를 증폭하는 증폭기; 상기 진동 주파수의 진폭을 디지털 변환하여 진폭 데이터를 출력하는 아날로그 디지털 변환기; 상기 진폭 데이터를 아날로그 변환하여 상기 진동 주파수의 진폭에 대응하는 아날로그 전압으로 변환하는 검출기; 및 상기 아날로그 전압이 상기 아날로그 디지털 변환기의 풀 스케일(Full-scale)과 상이하면, 상이한 정도를 고려하여 상기 증폭이득을 조절하는 자동이득조절기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 면에 따른 레이더 신호 처리 방법은, 전자기파가 송신된 후, 목표물에 반사되어 되돌아오는 반사파를 수신하는 단계; 상기 반사파와 기준 주파수의 차이를 이용하여 상기 전자기파에 대한 상기 목표물의 진동 주파수를 추출하는 단계; 이전에 설정된 증폭이득으로 상기 진동 주파수를 증폭하는 단계; 상기 진동 주파수의 진폭을 디지털 변환하여 진폭 데이터를 출력하는 단계; 아날로그 디지털 변환기에 의해 상기 진폭 데이터를 아날로그 변환하여 상기 진동 주파수의 진폭에 대응하는 아날로그 전압으로 변환하는 단계; 및 상기 아날로그 전압이 상기 아날로그 디지털 변환기의 풀 스케일(Full-scale)과 일치하지 않으면, 일치하지 않는 정도를 고려하여 상기 증폭이득을 조절하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 목표물과의 거리 및 레이더 반사 면적(RCS: radar cross-section) 등에 따라 진동 주파수의 크기가 변동할 경우에도, ADC(Analog Digital Converter)의 풀 스케일(Full-scale) 입력을 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 양자화 에러를 줄일 수 있으며, 신호대 잡음비(SNR)를 증가시킬 수 있어, 목표물의 탐지확률을 높일 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 ADC에 증폭기를 내장할 수 있어, 부품 수 감소로 인해 소비전력 및 중량을 감소시킬 수 있으며, 그로 인한 연비향상을 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 시스템을 도시한 구성도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 도시한 흐름도.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 한편, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성소자, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이제 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 레이더 시스템을 도시한 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 레이더 시스템(10)은 송신 안테나(111), 복수의 수신 안테나(112,…113), 주파수 생성기(120), 믹서(130), 필터(140), PGA(Programmable Gain Amplifier)(150), AGC(Auto Gain Control)(180), ADC(160), 검출기(170) 및 신호처리부(190)를 포함한다. 여기서, 믹서(130), 필터(140), PGA(150), ADC(160), 검출기(170) 및 AGC(180)은 수신 모듈(200)을 구성하고, 복수의 수신 안테나 각각에 연결된다.
송신 안테나(111)는 주변의 물체를 탐지하기 위한 고주파 대역의 전자기파를 송신한다.
주파수 생성기(120)는 기준 주파수를 생성하여 믹서(130) 및 신호처리부(190)에 공급한다.
주파수 생성기(120)는 VCO(Voltage Control Oscillator) 및 PLL(Phase Lock Loop), Chirp 발생기를 포함한다. 구체적으로, Chirp 발생기는 파형의 프로파일(예컨대, 파형의 형상)을 제공하며, VCO는 프로파일에 대응하는 형상의 기준 주파수를 생성하며, PLL은 기준 주파수의 위상을 고정한다.
수신 안테나(112,…113)는 목표물에 의해 반사되어 되돌아오는 반사파를 수신한다.
믹서(130)는 반사파와 기준 주파수의 차이를 이용하여 전자기파에 대한 목표물의 진동 주파수를 추출한다. 여기서, 반사파 및 전자기파는 레이더의 송수신 대역(고주파 대역)이며, 진동 주파수는 기저 대역의 주파수이다.
필터(140)는 필터링을 통해 진동 주파수로부터 노이즈를 제거한다.
PGA(150)는 AGC(180)의 이전 설정에 따른 증폭이득으로 진동 주파수를 증폭한다.
ADC(160)는 증폭된 진동 주파수의 진폭을 디지털 변환한 진폭 데이터를 신호처리부(190) 및 검출기(170)에 전달한다.
검출기(170)는 진폭 데이터를 아날로그 변환하여 진동 주파수의 진폭에 대응하는 아날로그 전압을 출력한다.
AGC(180)는 진동 주파수의 진폭에 대응하는 아날로그 전압이 ADC(160)의 풀 스케일(full-scale)과 일치하면, 신호처리부(190)에 알린다.
AGC(180)는 진동 주파수의 진폭이 ADC(160)의 풀 스케일 입력 이하이면, 풀 스케일에 상응하도록 PGA(150)의 증폭이득을 증가시킨다.
AGC(180)는 검출기(170)의 출력과 상관없이, PGA(150)에 입력되는 진동 주파수의 피크(Peak)가 잘리는 것을 감지하면, 진동 주파수가 잘리지 않도록 증폭이득을 감소시킬 수 있다.
신호처리부(190)는 진동 주파수의 진폭에 대응하는 아날로그 전압이 ADC(160)의 풀 스케일(full-scale)과 일치함을 확인하면, 설정된 증폭이득에 기반한 진동 주파수의 진폭을 확인함에 따라 목표물과의 거리를 파악한다.
한편, 도 1에서는 필터(140), 검출기(170) 및 AGC(180)가 ADC(160)와 별개의 구성요소인 경우를 예로 들어 설명하였지만, 필터(140), 검출기(170) 및 AGC(180)는 ADC(160)의 구성요소로 포함될 수도 있음은 물론이다.
이하, 도 2를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법에 대하여 설명한다. 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 도시한 흐름도이다.
도 2를 참조하면, 믹서(130)는 수신 안테나(112,…113)에 수신된 반사파로부터 진동 주파수를 검출한다(S210).
PGA(150)는 이전에 설정된 증폭이득으로 진동 주파수를 증폭한다(S220).
PGA(150)는 증폭이득이 높아, 증폭된 진동 주파수의 피크에 잘리는 영역이 있는지를 확인한다(S230). 이때, PGA(150)는 증폭된 진동 주파수의 피크에 잘리는 영역이 있으면, PGA(150)의 증폭이득을 감소시킨다(S290).
ADC(160)는 증폭된 진동 주파수의 진폭을 디지털 변환한 진폭 데이터를 신호처리부(190) 및 검출기(170)에 전달한다(S240).
검출기(170)는 진폭 데이터를 아날로그 변환하여 진동 주파수의 진폭에 대응하는 아날로그 전압으로 변환한다(S250).
AGC(180)는 진동 주파수의 진폭에 대응하는 아날로그 전압이 ADC(160)의 풀 스케일 입력과 일치하면, 신호처리부(190)에 알린다(S260).
신호처리부(190)는 PGA(150)의 증폭이득에 기반하여 진폭 데이터의 크기를 확인함에 따라 목표물과의 거리를 파악한다(S270).
AGC(180)는 진동 주파수의 진폭에 대응하는 아날로그 전압이 ADC(160)의 풀 스케일 입력과 일치하지 않으면, 진동 주파수의 진폭이 풀 스케일 입력에 대응하도록 PGA(150)의 증폭이득을 증가시킨다(S280).
이와 같이, 본 발명은 목표물과의 거리 및 레이더 반사 면적(RCS: radar cross-section) 등에 따라 진동 주파수의 크기가 변동할 경우에도, ADC(160)의 풀 스케일을 이용할 수 있다. 따라서, 본 발명은 양자화 에러를 줄일 수 있으며, 신호대 잡음비(SNR)를 증가시킬 수 있어, 목표물의 탐지확률을 높일 수 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 ADC에 증폭기를 내장할 수 있어, 부품 수 감소로 인해 소비전력 및 중량을 감소시킬 수 있으며, 그로 인한 연비향상을 기대할 수 있다.
이상, 본 발명의 구성에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하였으나, 이는 예시에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술분야에 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 보호 범위는 전술한 실시예에 국한되어서는 아니되며 이하의 특허청구범위의 기재에 의하여 정해져야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 전자기파가 송신된 후, 목표물에 반사되어 되돌아오는 반사파를 수신하는 수신 안테나;
    상기 반사파와 기준 주파수의 차이를 이용하여 상기 전자기파에 대한 상기 목표물의 진동 주파수를 추출하는 믹서;
    이전에 설정된 증폭이득으로 상기 진동 주파수를 증폭하는 증폭기;
    상기 진동 주파수의 진폭을 디지털 변환하여 진폭 데이터를 출력하는 아날로그 디지털 변환기;
    상기 진폭 데이터를 아날로그 변환하여 상기 진동 주파수의 진폭에 대응하는 아날로그 전압으로 변환하는 검출기; 및
    상기 아날로그 전압이 상기 아날로그 디지털 변환기의 풀 스케일(Full-scale)과 상이하면, 상이한 정도를 고려하여 상기 증폭이득을 조절하는 자동이득조절기
    를 포함하는 레이더 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자동이득조절기는,
    상기 아날로그 전압이 상기 풀 스케일과 일치하면, 상기 진동 주파수의 진폭을 이용하여 상기 목표물과의 거리를 산출하는 신호처리부에 상기 아날로그 전압과 상기 풀 스케일의 일치 여부를 알리는 것인 레이더 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 신호처리부는,
    상기 증폭이득에 기반한 상기 진동 주파수의 진폭을 이용하여 상기 목표물과의 거리를 산출하는 것인 레이더 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 자동이득조절기는,
    상기 아날로그 전압이 상기 풀 스케일 미만이면, 상기 상이한 정도에 따라 상기 증폭이득을 증가시켜 상기 아날로그 전압이 상기 풀 스케일과 일치하도록 조절하는 것인 레이더 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 자동이득조절기는,
    상기 증폭이득으로 증폭하여 상기 진동 주파수의 진폭의 피크(Peak)가 잘리면, 상기 증폭이득을 줄이는 것인 레이더 시스템.
  6. 전자기파가 송신된 후, 목표물에 반사되어 되돌아오는 반사파를 수신하는 단계;
    상기 반사파와 기준 주파수의 차이를 이용하여 상기 전자기파에 대한 상기 목표물의 진동 주파수를 추출하는 단계;
    이전에 설정된 증폭이득으로 상기 진동 주파수를 증폭하는 단계;
    상기 진동 주파수의 진폭을 디지털 변환하여 진폭 데이터를 출력하는 단계;
    아날로그 디지털 변환기에 의해 상기 진폭 데이터를 아날로그 변환하여 상기 진동 주파수의 진폭에 대응하는 아날로그 전압으로 변환하는 단계; 및
    상기 아날로그 전압이 상기 아날로그 디지털 변환기의 풀 스케일(Full-scale)과 상이하면, 상이한 정도를 고려하여 상기 증폭이득을 조절하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 아날로그 전압이 상기 풀 스케일과 일치하면, 상기 진동 주파수의 진폭을 이용하여 상기 목표물과의 거리를 산출하되, 상기 증폭이득을 고려하여 상기 목표물과의 거리를 산출하는 단계
    를 더 포함하는 레이더 신호 처리 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 조절하는 단계는,
    상기 아날로그 전압이 상기 풀 스케일 미만이면, 상기 상이한 정도에 따라 상기 증폭이득을 증가시켜 상기 아날로그 전압이 상기 풀 스케일과 일치하도록 조절하는 단계
    를 포함하는 것인 레이더 신호 처리 방법.
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