KR101973154B1 - Fmcw radar using pulse modulation and receiver channel calibration method in fmcw radar using pulse modulation - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더 및 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더 수신채널 보정 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 펄스 변조기에 의해 생성된 변조 주파수를 이용하여 추가적인 장치 없이 단일 혹은 다중 수신 채널을 보정할 수 있도록 하는 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더 및 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더 수신채널 보정 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an FMCW radar using pulse modulation and a FMCW radar receiving channel correction method using pulse modulation, and more particularly, to a method and apparatus for correcting single or multiple reception channels without additional apparatus using a modulation frequency generated by a pulse modulator The present invention relates to an FMCW radar using pulse modulation and a FMCW radar receiving channel correction method using pulse modulation.
FWCW(Frequency Modulated Continuous Wave:주파수 변조 연속파) 레이더는 송신 신호와 수신 신호의 주파수 차(비트 주파수 신호)를 계산하여 목표물의 거리와 이동 속도를 측정하는 시스템으로, 복잡도가 낮은 구조로 신호를 송수신할 수 있다.Frequency Modulated Continuous Wave (FWCW) radar is a system that measures the distance and movement speed of a target by calculating the frequency difference (bit frequency signal) between the transmission signal and the reception signal. It transmits and receives signals with a low complexity structure .
최근에는 다중 수신 채널의 운용을 통해 거리뿐만 아니라 각도까지도 측정할 수 있는 시스템이 개발되고 있으며, 수신 채널이 복수 개가 됨에 따라 채널 별로 위상 및 이득을 보정해야 하는 필요성이 부각되고 있다.In recent years, a system capable of measuring distances as well as angles through the operation of multiple reception channels has been developed, and the need for correcting the phase and gain for each channel has been emphasized as a plurality of reception channels are provided.
FMCW 레이더는 도 1에 도시하는 바와 같이 통상적으로 호모다인(homodyne) 방식으로 구현될 수 있다.The FMCW radar may be implemented in a homodyne manner as shown in FIG.
그러나 호모다인 방식으로 구현된 FMCW 레이더는 도 1에 도시하는 바와 같이 보정신호①와 국부신호②가 동일하기 때문에 채널 보정을 위해 두 신호를 혼합기에 입력으로 인가하는 경우, 주파수 합성기에서 도 2에 도시하는 바와 같이 DC 신호가 생성되어 보정을 위한 이득 및 위상 정보를 얻기 어려운 문제점이 있다.However, when the FMCW radar implemented by the homodyne method is applied to the mixer as an input to correct the channel because the correction signal (1) and the local signal (2) are the same as shown in FIG. 1, There is a problem that it is difficult to obtain the gain and phase information for correction as a DC signal is generated.
이러한 문제점을 해결하기 위해 종래에는 도 3에 도시하는 바와 같이 신호 지연 장치를 외부에 추가 설치하여 지연된 송신 신호를 인가하여 채널 보정을 수행한다. 그러나 실제 레이더를 운용하는 상황에서는 채널 보정을 수행할 수 없는 문제점이 존재한다.In order to solve this problem, as shown in FIG. 3, a signal delay device is additionally provided outside and a delayed transmission signal is applied to perform channel compensation. However, there is a problem that the channel correction can not be performed in a situation where the actual radar is operated.
한편, FMCW 레이더가 헤테로다인 방식으로 구현되는 경우에는 도 4에 도시하는 바와 같이 송수신기 내에 별개의 신호 생성기를 추가하고, 추가된 신호 생성기를 통해 주파수 오프셋(Offset)을 인가한 신호를 생성하여 채널 보정을 수행할 수 있다.Meanwhile, when the FMCW radar is implemented in a heterodyne manner, a separate signal generator is added to the transceiver as shown in FIG. 4, a signal obtained by applying a frequency offset is generated through the added signal generator, Can be performed.
그러나 추가적으로 설치된 신호 생성기와 국부신호 제거를 위한 필터 사용으로 인하여 송수신기 구조가 복잡해지고, 제작 비용 및 물리적인 크기가 증가하는 문제점이 있다.However, there is a problem that the structure of the transceiver becomes complex due to the use of the additional signal generator and the filter for removing the local signal, and the manufacturing cost and the physical size increase.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 펄스 변조기에 의해 생성된 변조 주파수를 이용하여 추가적인 장치 없이 단일 혹은 다중 수신 채널을 보정할 수 있도록 하는 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더 및 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더 수신채널 보정 방법을 제공함에 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been conceived to solve such problems, and it is an object of the present invention to provide an FMCW radar using pulse modulation, which can correct a single or multiple reception channels without using an additional device by using a modulation frequency generated by a pulse modulator, And a radar receiving channel correction method.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더는, 송신신호를 생성하는 신호 생성기; 상기 신호 생성기에서 출력되는 송신신호를 증폭시키는 전력 증폭기; 상기 신호 생성기와 상기 전력 증폭기 사이에 위치하며, 채널 보정 시, 상기 신호 생성기에서 출력되는 송신신호를 펄스 변조하는 펄스 변조기; 상기 펄스 변조기와 상기 전력 증폭기 사이에 위치하며, 상기 펄스 변조기에서 변조된 신호를 안테나의 수신단 측으로 지향시키는 지향성 결합기; 채널 보정 시, 온(ON) 되어 상기 지향성 결합기에서 상기 안테나의 수신단 측으로 인가되는 신호를 통과시키는 제어기; 및 채널 보정 시, 상기 지향성 결합기 및 제어기를 통해 상기 안테나의 수신단 측으로 입력된 펄스 변조 신호와 상기 신호 생성기로부터 인가 받은 국부신호를 혼합하여 비트 주파수 신호를 발생시키는 주파수 혼합기;를 포함하는 것이 바람직하다.According to an aspect of the present invention, there is provided an FMCW radar using pulse modulation, comprising: a signal generator for generating a transmission signal; A power amplifier for amplifying a transmission signal output from the signal generator; A pulse modulator located between the signal generator and the power amplifier and pulse modulating a transmission signal output from the signal generator at the time of channel correction; A directional coupler positioned between the pulse modulator and the power amplifier and directing a modulated signal from the pulse modulator to a receiving end of the antenna; A controller for turning on a signal applied to the receiving end of the antenna in the directional coupler when the channel is corrected; And a frequency mixer for mixing the pulse modulated signal input to the receiving end of the antenna through the directional coupler and the controller and the local signal applied from the signal generator to generate a bit frequency signal when the channel is corrected.
본 발명의 일 실시예에서, 채널 보정 시, 상기 전력 증폭기는 오프(OFF) 되는 것이 바람직하다.In an embodiment of the present invention, at the time of channel correction, the power amplifier is preferably OFF.
본 발명의 다른 실시예에 따른 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더는, 송신신호를 생성하는 신호 생성기; 상기 신호 생성기에서 출력되는 송신신호를 증폭시키는 전력 증폭기; 상기 신호 생성기와 상기 전력 증폭기 사이에 위치하며, 채널 보정 시, 상기 신호 생성기에서 출력되는 송신신호를 펄스 변조하는 펄스 변조기; 상기 펄스 변조기와 상기 전력 증폭기 사이에 위치하며, 상기 펄스 변조기에서 변조된 신호를 안테나의 수신단 측으로 지향시키는 제1지향성 결합기; 채널 보정 시, 온 되어 상기 제1지향성 결합기에서 상기 안테나의 수신단 측으로 인가되는 신호를 통과시키는 제어기; 채널 보정 시, 상기 제1지향성 결합기 및 제어기를 통해 상기 안테나의 수신단 측으로 입력된 펄스 변조 신호와 상기 신호 생성기로부터 인가 받은 국부신호를 혼합하여 비트 주파수 신호를 발생시키는 주파수 혼합기; 및 상기 안테나의 수신단 측에 위치하며, 상기 제어기를 통해 인가되는 신호를 상기 주파수 혼합기로 피드백 시키는 제2지향성 결합기;를 포함하는 것이 바람직하다.An FMCW radar using pulse modulation according to another embodiment of the present invention includes: a signal generator for generating a transmission signal; A power amplifier for amplifying a transmission signal output from the signal generator; A pulse modulator located between the signal generator and the power amplifier and pulse modulating a transmission signal output from the signal generator at the time of channel correction; A first directional coupler positioned between the pulse modulator and the power amplifier and directing a modulated signal from the pulse modulator to a receiving end of the antenna; A controller for turning on a signal applied to the receiving end of the antenna in the first directional coupler when the channel is corrected; A frequency mixer for mixing a pulse modulated signal input to the receiving end of the antenna through the first directional coupler and the controller and a local signal applied from the signal generator to generate a bit frequency signal when the channel is corrected; And a second directional coupler located at a receiving end of the antenna and feeding back a signal applied through the controller to the frequency mixer.
본 발명의 다른 실시예에서, 채널 보정 시, 상기 전력 증폭기는 오프 되는 것이 바람직하다.In another embodiment of the present invention, at the time of channel correction, the power amplifier is preferably turned off.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더는, 기준 삼각파 신호를 입력 받아서 주파수 변조하여 송신신호를 발생시키는 신호 생성기; 상기 신호 생성기에서 출력되는 송신신호를 증폭시키는 전력 증폭기; 상기 신호 생성기와 상기 전력 증폭기 사이에 위치하며, 채널 보정 시, 상기 신호 생성기에서 출력되는 송신신호를 펄스 변조하는 펄스 변조기; 상기 펄스 변조기와 상기 전력 증폭기 사이에 위치하며, 상기 펄스 변조기에서 변조된 신호를 안테나의 수신단 측으로 지향시키는 제1지향성 결합기; 채널 보정 시, 온 되어 상기 제1지향성 결합기에서 상기 안테나의 수신단 측으로 인가되는 신호를 통과시키는 제어기; 채널 보정 시, 상기 제1지향성 결합기 및 제어기를 통해 상기 안테나의 수신단 측으로 입력된 펄스 변조 신호와 상기 신호 생성기로부터 인가 받은 국부신호를 혼합하여 비트 주파수 신호를 발생시키는 주파수 혼합기; 상기 안테나의 수신단 측에 위치하며, 상기 제어기를 통해 인가되는 신호를 상기 주파수 혼합기로 피드백 시키는 제2지향성 결합기; 및 상기 전력 증폭기에서 증폭된 송신신호가 상기 주파수 혼합기 측으로 유기되지 않도록 신호의 진행방향을 결정하는 순환기;를 포함하는 것이 바람직하다.According to another aspect of the present invention, there is provided an FMCW radar using pulse modulation, comprising: a signal generator for receiving a reference triangular wave signal and frequency-modulating the same to generate a transmission signal; A power amplifier for amplifying a transmission signal output from the signal generator; A pulse modulator located between the signal generator and the power amplifier and pulse modulating a transmission signal output from the signal generator at the time of channel correction; A first directional coupler positioned between the pulse modulator and the power amplifier and directing a modulated signal from the pulse modulator to a receiving end of the antenna; A controller for turning on a signal applied to the receiving end of the antenna in the first directional coupler when the channel is corrected; A frequency mixer for mixing a pulse modulated signal input to the receiving end of the antenna through the first directional coupler and the controller and a local signal applied from the signal generator to generate a bit frequency signal when the channel is corrected; A second directional coupler located at a receiving end of the antenna and feeding back a signal applied through the controller to the frequency mixer; And a circulator for determining a traveling direction of the signal so that the transmission signal amplified by the power amplifier is not propagated to the frequency mixer.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 채널 보정 시, 상기 전력 증폭기는 오프 되는 것이 바람직하다.In another embodiment of the present invention, at the time of channel correction, the power amplifier is preferably turned off.
본 발명의 또 다른 실시예에서, 상기 순환기는, 상기 전력 증폭기에서 증폭된 송신신호를 상기 안테나의 송신단으로 인가하고, 상기 안테나에 의해 수신된 수신신호를 상기 주파수 혼합기로 인가하는 것이 바람직하다.In another embodiment of the present invention, it is preferable that the circulator applies a transmission signal amplified by the power amplifier to a transmitting end of the antenna, and applies a received signal received by the antenna to the frequency mixer.
본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더 수신채널 보정 방법은, 신호 생성기, 전력 증폭기, 상기 신호 생성기와 상기 전력 증폭기 사이에 위치하는 펄스 변조기, 상기 펄스 변조기와 상기 전력 증폭기 사이에 위치하는 제1지향성 결합기, 상기 제1지향성 결합기에서 인가되는 신호를 통과시키는 제어기, 상기 제어기를 통해 인가되는 신호를 주파수 혼합기로 피드백 시키는 제2지향성 결합기를 포함하는 FMCW 레이더의 수신채널 보정 방법에 있어서, FMCW 레이더의 주제어부가 FMCW 레이더의 운용모드를 확인하여 운용모드가 채널 보정 모드인지를 확인하는 단계; 상기 확인결과 FMCW 레이더의 운용모드가 채널 보정 모드가 아닌 송수신모드인 경우에는, 상기 펄스 변조기에서 펄스 변조가 수행되지 않게 하고, 상기 제어기는 오프 시키고, 상기 전력 증폭기는 온 시키는 단계; 및 상기 확인결과 FMCW 레이더의 운용모드가 채널 보정 모드인 경우에는, 상기 펄스 변조기에서 펄스 변조가 수행되게 하고, 상기 제어기는 온 시키고, 상기 전력 증폭기는 오프 시키는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.A method for compensating an FMCW radar receiving channel using pulse modulation according to an embodiment of the present invention includes a signal generator, a power amplifier, a pulse modulator located between the signal generator and the power amplifier, And a second directional coupler for feeding back a signal applied through the controller to a frequency mixer, the method comprising the steps of: receiving a first directional coupler, a first directional coupler, Confirming the operation mode of the FMCW radar to confirm whether the operation mode is the channel correction mode; If the operation mode of the FMCW radar is a transmission / reception mode other than the channel correction mode, the pulse modulation is not performed in the pulse modulator, the controller is turned off, and the power amplifier is turned on; And when the operation mode of the FMCW radar is the channel correction mode, pulse modulation is performed in the pulse modulator, the controller is turned on, and the power amplifier is turned off.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 펄스 변조기에서 펄스 변조가 수행되지 않게 하고, 상기 제어기는 오프 시키고, 상기 전력 증폭기는 온 시키는 단계는, 상기 펄스 변조기에서 펄스 변조가 수행되지 않게 하고, 상기 제어기는 오프 시키고, 상기 전력 증폭기는 온 시켜, 상기 신호 생성기에서 생성된 송신신호를 상기 전력 증폭기에서 증폭시킨 후, 안테나를 통해 외부로 송출시키는 단계이고, 상기 펄스 변조기에서 펄스 변조가 수행되게 하고, 상기 제어기는 온 시키고, 상기 전력 증폭기는 오프 시키는 단계는, 상기 펄스 변조기에서 펄스 변조가 수행되게 하고, 상기 제어기는 온 시키고, 상기 전력 증폭기는 오프 시켜, 상기 신호 생성기에서 생성된 송신신호를 상기 펄스 변조기에서 펄스 변조시킨 후, 펄스 변조된 신호를 상기 제1지향성 결합기, 상기 제어기, 상기 제2지향성 결합기를 거쳐 안테나의 수신단으로 피드백 시켜 상기 주파수 혼합기로 인가시키는 단계인 것이 바람직하다.In one embodiment of the present invention, pulse modulation is not performed in the pulse modulator, the controller is turned off, and the power amplifier is turned on, so that pulse modulation is not performed in the pulse modulator, And the power amplifier is turned on to amplify a transmission signal generated in the signal generator by the power amplifier and then to send the amplified signal to the outside through an antenna so that pulse modulation is performed in the pulse modulator, And turning off the power amplifier causes the pulse modulator to perform pulse modulation, the controller to turn on, the power amplifier to turn off, and to transmit the transmission signal generated in the signal generator to the pulse modulator Modulated signal to the first directional coupler, the first directional coupler, Group, was fed back to the receiving end of the antenna through the second directional coupler is preferably a step of applying to said frequency mixer.
본 발명의 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더 및 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더 수신채널 보정 방법은, 신호 생성기와 전력 증폭기 입력단 사이에 펄스 변조기를 위치시키고, 펄스 변조기에 의해 생성된 변조 주파수를 이용하여 단일 혹은 다중 수신 채널을 보정할 수 있게 된다.The FMCW radar using the pulse modulation of the present invention and the FMCW radar receiving channel correction method using the pulse modulation can be realized by positioning a pulse modulator between the signal generator and the power amplifier input end and using a modulation frequency generated by the pulse modulator, The receiving channel can be corrected.
또한, 추가적인 장비 없이 레이더의 단일 혹은 다채널 보정을 수행할 수 있게 됨에 따라 송수신기 구조가 복잡하지 않고, 레이더의 제작 비용 및 물리적인 크기를 줄일 수 있게 된다.In addition, since the single or multi-channel correction of the radar can be performed without any additional equipment, the structure of the transceiver is not complicated, and the production cost and physical size of the radar can be reduced.
도 1 내지 도 4는 종래 기술에 따른 FMCW 레이더의 구성을 예시적으로 보인 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더의 운용모드에 따른 주요 구성 요소의 동작 상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더에서의 운용모드에 따른 신호의 흐름을 개략적으로 보인 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더의 신호 생성기에서 출력되는 송신신호의 파형을 예시적으로 보인 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더의 펄스 변조기에서 펄스 변조된 신호의 파형을 예시적으로 보인 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더의 주파수 혼합기에서 출력되는 신호의 주파수 영역 스펙트럼을 예시적으로 보인 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더 수신채널보정 방법을 설명하기 위한 처리도이다.1 to 4 are views showing an exemplary configuration of an FMCW radar according to the related art.
5 is a diagram schematically illustrating the configuration of an FMCW radar using pulse modulation according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating operational states of major components according to an operation mode of an FMCW radar using pulse modulation according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram schematically illustrating a signal flow according to an operation mode in an FMCW radar using pulse modulation according to an embodiment of the present invention.
FIG. 8 is a diagram illustrating a waveform of a transmission signal output from a signal generator of an FMCW radar using pulse modulation according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG.
FIG. 9 is a diagram illustrating a waveform of a pulse-modulated signal in a pulse modulator of an FMCW radar using pulse modulation according to an exemplary embodiment of the present invention.
10 is a diagram illustrating a frequency domain spectrum of a signal output from a frequency mixer of an FMCW radar using pulse modulation according to an embodiment of the present invention.
11 is a process chart for explaining a FMCW radar receiving channel correction method using pulse modulation according to an embodiment of the present invention.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예와 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.The following detailed description of the invention refers to the accompanying drawings, which illustrate, by way of illustration, specific embodiments in which the invention may be practiced. These embodiments are described in sufficient detail to enable those skilled in the art to practice the invention. It should be understood that the various embodiments of the present invention are different, but need not be mutually exclusive. For example, certain features, structures, and characteristics described herein may be implemented in other embodiments without departing from the spirit and scope of the invention in connection with an embodiment. It is also to be understood that the position or arrangement of the individual components within each disclosed embodiment may be varied without departing from the spirit and scope of the invention. The following detailed description is, therefore, not to be taken in a limiting sense, and the scope of the present invention is to be limited only by the appended claims, along with the full scope of equivalents to which such claims are entitled, if properly explained. In the drawings, like reference numerals refer to the same or similar functions throughout the several views.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더 및 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더 수신채널 보정 방법에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.Hereinafter, an FMCW radar using pulse modulation and a FMCW radar receiving channel correction method using pulse modulation according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더의 구성을 개략적으로 보인 도면이다.5 is a diagram schematically illustrating the configuration of an FMCW radar using pulse modulation according to an embodiment of the present invention.
도 5에서, 신호 생성기(10)는 기준 삼각파 신호를 입력 받아서 주파수 변조하여 송신신호를 발생시킨다.5, the
신호 생성기(10)는 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator;VCO), 위상 고정 루프(Phase Locked Loop;PLL), 디지털 신디사이저(Direct Digital Synthesizer;DDS) 등으로 구현될 수 있다.The
펄스 변조기(20)는 신호 생성기(10)와 전력 증폭기(40) 사이에 위치하며, FMCW 레이더가 기본 기능인 송수신 기능을 수행할 경우에는 주제어부(도시하지 않음)의 제어 하에 펄스 변조를 수행하지 않고, 채널 보정 시에는 신호 생성기(10)에서 출력되는 송신신호를 주제어부(도시하지 않음)의 제어 하에 펄스 변조하여 출력한다.The
펄스 변조기(20)는 α의 주기로 스위치 동작을 수행하여 송신신호를 펄스 변조할 수 있다.The
제1지향성 결합기(30)는 펄스 변조기(20)와 전력 증폭기(40) 사이에 위치하며, 펄스 변조기(20)에서 변조된 신호를 안테나(80)의 수신단 측으로 지향시킨다.The first
전력 증폭기(40)는 신호 생성기(10)에서 출력되는 송신신호를 증폭시켜 안테나(80)의 송신단 측으로 인가한다.The
전력 증폭기(40)는 FMCW 레이더가 송수신 기능을 수행할 경우에는 주제어부(도시하지 않음)의 제어 하에 온(ON) 되어 인가되는 송신신호를 증폭시켜 출력하고, 채널 보정 시에는 주제어부(도시하지 않음)의 제어 하에 오프(OFF) 된다.When the FMCW radar performs a transmission / reception function, the
제어기(50)는 제1지향성 결합기(30)와 제2지향성 결합기(70) 사이에 위치하며, FMCW 레이더가 송수신 기능을 수행할 경우에는 주제어부(도시하지 않음)의 제어 하에 오프 되어 있고, 채널 보정 시에는 주제어부(도시하지 않음)의 제어 하에 온 되어 제1지향성 결합기(30)에서 안테나(80)의 수신단 측으로 인가되는 신호를 통과시킨다.The
제2지향성 결합기(70)는 안테나(80)의 수신단 측에 위치하며, 제어기(50)를 통해 인가되는 신호를 주파수 혼합기(90)로 인가한다.The second
전술한 제1지향성 결합기(30) 및 제2지향성 결합기(70)는 일 예로 스트립 라인에 의해 형성되는 하이브리드 링 결합기(Hybrid ring coupler)로 구현될 수 있다.The first
순환기(60)는 전력 증폭기(40)에서 증폭된 송신신호가 주파수 혼합기(90) 측으로 유기되지 않도록 신호의 진행방향을 결정한다.The
구체적으로, 순환기(60)는 전력 증폭기(40)에서 증폭된 송신신호를 안테나(80)의 송신단으로 인가하고, 안테나(80)에 의해 수신된 수신신호 및 제1지향성 결합기(30), 제어기(50), 제2지향성 결합기(70)를 거쳐 안테나(80)의 수신단으로 피드백된 펄스 변조 신호를 주파수 혼합기(90)로 인가한다.The
주파수 혼합기(90)는 FMCW 레이더가 송수신 기능을 수행할 경우에는 목표물로부터 반사되어 입력된 수신 신호와 국부신호를 혼합하여 비트 주파수 신호를 발생시키고, 채널 보정 시에는 제1지향성 결합기(30), 제어기(50), 제2지향성 결합기(70)를 통해 안테나(80)의 수신단 측으로 입력된 펄스 변조 신호와 신호 생성기(10)로부터 인가 받은 국부신호를 혼합하여 비트 주파수 신호를 발생시킨다.When the FMCW radar performs a transmission / reception function, the
주파수 혼합기(90)에서 발생된 비트 주파수 신호는 신호처리부(도시하지 않음)로 인가되며, 신호처리부(도시하지 않음)는 주파수 혼합기(90)로부터 인가 받은 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 변환된 디지털 신호에서 비트 주파수 신호를 검출하고, 검출된 비트 주파수 신호의 크기를 비교, 분석하여 목표물의 거리와 이동 속도를 측정한다.The bit frequency signal generated in the
또한, 신호처리부(도시하지 않음)는 채널 보정 시에는 주파수 혼합기(90)로부터 인가 받은 신호를 디지털 신호로 변환한 후, 변환된 디지털 신호에서 비트 주파수 신호를 검출하고, 검출된 비트 주파수 신호의 이득 및 위상 값을 기록 및 비교하여 채널 보정을 수행한다.The signal processing unit (not shown) converts a signal received from the
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더의 운용모드에 따른 주요 구성 요소의 동작 상태를 나타내는 도면으로, FMCW 레이더가 송수신 기능을 수행할 경우에는 주제어부(도시하지 않음)의 제어 하에 펄스 변조기(20)는 펄스 변조를 수행하지 않으며, 제어기(50)는 오프 되어 있고, 전력 증폭기(40)는 온 되어 있다.FIG. 6 is a diagram illustrating operational states of major components according to an operation mode of an FMCW radar using pulse modulation according to an embodiment of the present invention. When the FMCW radar performs a transmission / reception function, a main controller (not shown) The
그리고 채널 보정 시에는 주제어부(도시하지 않음)의 제어 하에 펄스 변조기(20)는 펄스 변조를 수행하며, 제어기(50)는 온 되어 있고, 전력 증폭기(40)는 오프 되어 있다.At the time of channel correction, the
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더에서의 운용모드에 따른 신호의 흐름을 개략적으로 보인 도면이다.7 is a diagram schematically illustrating a signal flow according to an operation mode in an FMCW radar using pulse modulation according to an embodiment of the present invention.
FMCW 레이더가 송수신 기능을 수행할 경우, 신호 생성기(10)에서 생성된 송신신호는 주제어부(도시하지 않음)의 제어 하에 온 되어 있는 전력 증폭기(40)에서 증폭된 후, 순환기(60)에 의해 안테나(80)의 송신단 측으로 인가되고, 안테나(80)는 순환기(60)를 통해 인가 받은 송신신호를 외부로 송출한다(경로①). 이때, 펄스 변조기(20)와 제어기(50)는 오프 상태이다.When the FMCW radar performs the transmission / reception function, the transmission signal generated by the
채널 보정 시, 신호 생성기(10)에서 생성된 송신신호는 주제어부(도시하지 않음)의 제어 하에 펄스 변조기(20)에서 펄스 변조된 후, 제1지향성 결합기(30), 제어기(50), 제2지향성 결합기(70)를 거쳐 안테나(80)의 수신단으로 피드백 되고, 안테나(80)의 수신단으로 피드백 된 펄스 변조 신호는 순환기(60)에 의해 주파수 혼합기(90)로 인가된다(경로②).The transmission signal generated by the
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더의 동작에 대해 설명한다.Hereinafter, the operation of the FMCW radar using pulse modulation according to an embodiment of the present invention will be described.
우선, 본 발명에 따른 FMCW 레이더가 송수신 기능을 수행하는 경우, 펄스 변조기(20)는 주제어부(도시하지 않음)의 제어 하에 펄스 변조를 수행하지 않고, 제어기(50)는 오프 되어 있고, 전력 증폭기(40)는 온 되어 있다.First, when the FMCW radar according to the present invention performs a transmission / reception function, the
따라서 신호 생성기(10)에서 생성된 송신신호는 전력 증폭기(40)에서 증폭된 후, 안테나(80)를 통해 송출되기 때문에 도 8에 도시하는 바와 같은 파형을 안테나(80)로 송출하게 된다.Therefore, the transmission signal generated by the
한편, 본 발명에 따른 FMCW 레이더가 채널 보정을 수행하고자 하는 경우, 신호 생성기(10)는 도 8에 도시하는 바와 같은 송신신호를 생성하고, 펄스 변조기(20)는 주제어부(도시하지 않음)의 제어 하에 α의 주기로 스위치 동작을 수행하여 송신신호를 펄스 변조한다.In the meantime, when the FMCW radar according to the present invention desires to perform channel correction, the
이에 따라, 신호 생성기(10)에서 생성된 송신신호는 펄스 변조기(20)에서 α주기로 펄스 변조되어 도 9에 도시하는 바와 같이 α의 주기를 갖는 변조된 펄스 파형으로 출력하게 된다.Accordingly, the transmission signal generated by the
이와 같이 펄스 변조된 신호는 제1지향성 결합기(30), 제어기(50), 제2지향성 결합기(70)를 거쳐 안테나(80)의 수신단으로 피드백 되어 주파수 혼합기(90)로 인가되고, 주파수 혼합기(90)는 도 9와 같은 펄스 변조 신호를 신호 생성기(10)로부터 인가 받은 도 8에 도시하는 바와 같은 국부신호로 주파수 하향 변환을 수행하며, 그 출력 신호의 주파수 영역 스펙트럼은 도 10과 같을 수 있다.The pulse-modulated signal is fed back to the receiving end of the
시간 축에서 변조 파형은 α주기로 신호가 변조된 것에 대한 결과로 도 10에 도시하는 바와 같이 주파수 축에서 주파수 혼합기(90) 출력은 1/α주기로 펄스 변조 고조파가 형성된다.As a result of modulation of the modulated waveform on the time axis as a result of the modulation of the signal on the? Cycle, the output of the
전술한 바와 같이 펄스 변조기(20)에서 생성하는 펄스의 주기에 따라 주파수 혼합기(90)의 출력신호가 결정되므로, 신호처리부(도시하지 않음)의 신호처리 능력에 따른 해석 가능한 주파수 대역과 펄스 변조 주파수의 교집합 내에 포함되는 주파수를 선정해야만 신호 분석 시 변조된 신호의 결과를 수치화할 수 있다.As described above, since the output signal of the
FMCW 레이더의 주제어부(도시하지 않음)는 수치화된 결과 내 신호의 크기 정보와 위상 정보를 분석하여 다채널 수신기 위상 정보를 수행하게 된다.The main control unit (not shown) of the FMCW radar analyzes the size information and the phase information of the signal in the digitized result to perform multi-channel receiver phase information.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더 수신채널 보정 방법을 설명하기 위한 처리도이다.11 is a process chart for explaining a FMCW radar receiving channel correction method using pulse modulation according to an embodiment of the present invention.
우선, FMCW 레이더의 주제어부(도시하지 않음)는 FMCW 레이더의 운용모드를 확인하여 운용모드가 기본 모드인 송수신 모드인지, 채널 보정 모드인지를 확인한다(S10).First, the main control unit (not shown) of the FMCW radar confirms the operation mode of the FMCW radar and confirms whether the operation mode is the transmission / reception mode or the channel correction mode which is the basic mode (S10).
상기한 단계 S10의 확인결과 FMCW 레이더의 운용모드가 송수신 모드인 경우, 주제어부(도시하지 않음)는 펄스 변조기(20)를 제어하여 펄스 변조가 수행되지 않게 하고, 제어기(50)는 오프 시키고, 전력 증폭기(40)는 온 시킨다(S20).If the operation mode of the FMCW radar is the transmission / reception mode, the main controller (not shown) controls the
상기한 단계 S20을 통해 펄스 변조기(20)가 펄스 변조를 수행하지 않고, 제어기(50)가 오프 되고, 전력 증폭기(40)가 온 됨에 따라, 신호 생성기(10)에서 생성된 송신신호는 전력 증폭기(40)에서 증폭된 후, 순환기(60)에 의해 안테나(80)의 송신단 측으로 인가되고, 안테나(80)는 순환기(60)를 통해 인가 받은 송신신호를 외부로 송출한다.As the
한편, 상기한 단계 S10의 확인결과 FMCW 레이더의 운용모드가 채널 보정 모드인 경우, 주제어부(도시하지 않음)는 펄스 변조기(20)를 제어하여 펄스 변조가 수행되게 하고, 제어기(50)는 온 시키고, 전력 증폭기(40)는 오프 시킨다(S30).If the operation mode of the FMCW radar is the channel correction mode, the main controller (not shown) controls the
상기한 단계 S30을 통해 펄스 변조기(20)가 펄스 변조를 수행하고, 제어기(50)가 온 되고, 전력 증폭기(40)가 오프 됨에 따라, 신호 생성기(10)에서 생성된 송신신호는 펄스 변조기(20)에서 펄스 변조된 후, 제1지향성 결합기(30), 제어기(50), 제2지향성 결합기(70)를 거쳐 안테나(80)의 수신단으로 피드백 되고, 안테나(80)의 수신단으로 피드백 된 펄스 변조 신호는 순환기(60)에 의해 주파수 혼합기(90)로 인가된다.As the
이후, FMCW 레이더의 주제어부(도시하지 않음)는 레이더 운용 임무의 종료여부를 판단하여(S40), 운용 임무가 종료되지 않은 경우에는 상기한 단계 S10 내지 S30을 반복 수행하고, 운용 임무가 종료되는 경우에는 임무 종료를 수행한다.Thereafter, the main control unit (not shown) of the FMCW radar determines whether or not the radar operation mission is terminated (S40). If the operation mission is not terminated, the above-described steps S10 to S30 are repeated, In this case, terminate the mission.
이상에서는 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims. It will be possible.
10. 신호 생성기, 20. 펄스 변조기,
30. 제1지향성 결합기, 40. 전력 증폭기,
50. 제어기, 60. 순환기,
70. 제2지향성 결합기, 80. 안테나,
90. 주파수 혼합기10. Signal generator, 20. Pulse modulator,
30. A first directional coupler, 40. Power amplifier,
50. Controller, 60. Circulator,
70. A second directional coupler, 80. Antenna,
90. Frequency mixer
Claims (9)
상기 신호 생성기에서 출력되는 송신신호를 증폭시키는 전력 증폭기;
상기 신호 생성기와 상기 전력 증폭기 사이에 위치하며, 채널 보정 시, 상기 신호 생성기에서 출력되는 송신신호를 펄스 변조하는 펄스 변조기;
상기 펄스 변조기와 상기 전력 증폭기 사이에 위치하며, 상기 펄스 변조기에서 변조된 신호를 안테나의 수신단 측으로 지향시키는 제1지향성 결합기;
채널 보정 시, 온 되어 상기 제1지향성 결합기에서 상기 안테나의 수신단 측으로 인가되는 신호를 통과시키는 제어기;
채널 보정 시, 상기 제1지향성 결합기 및 제어기를 통해 상기 안테나의 수신단 측으로 입력된 펄스 변조 신호와 상기 신호 생성기로부터 인가 받은 국부신호를 혼합하여 비트 주파수 신호를 발생시키는 주파수 혼합기; 및
상기 안테나의 수신단 측에 위치하며, 상기 제어기를 통해 인가되는 신호를 상기 주파수 혼합기로 피드백 시키는 제2지향성 결합기;를 포함하는, 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더.A signal generator for generating a transmission signal;
A power amplifier for amplifying a transmission signal output from the signal generator;
A pulse modulator located between the signal generator and the power amplifier and pulse modulating a transmission signal output from the signal generator at the time of channel correction;
A first directional coupler positioned between the pulse modulator and the power amplifier and directing a modulated signal from the pulse modulator to a receiving end of the antenna;
A controller for turning on a signal applied to the receiving end of the antenna in the first directional coupler when the channel is corrected;
A frequency mixer for mixing a pulse modulated signal input to the receiving end of the antenna through the first directional coupler and the controller and a local signal applied from the signal generator to generate a bit frequency signal when the channel is corrected; And
And a second directional coupler located at a receiving end of the antenna and feeding back a signal applied through the controller to the frequency mixer.
채널 보정 시, 상기 전력 증폭기는 오프 되는, 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더.The method of claim 3,
And the power amplifier is turned off when the channel is calibrated.
상기 신호 생성기에서 출력되는 송신신호를 증폭시키는 전력 증폭기;
상기 신호 생성기와 상기 전력 증폭기 사이에 위치하며, 채널 보정 시, 상기 신호 생성기에서 출력되는 송신신호를 펄스 변조하는 펄스 변조기;
상기 펄스 변조기와 상기 전력 증폭기 사이에 위치하며, 상기 펄스 변조기에서 변조된 신호를 안테나의 수신단 측으로 지향시키는 제1지향성 결합기;
채널 보정 시, 온 되어 상기 제1지향성 결합기에서 상기 안테나의 수신단 측으로 인가되는 신호를 통과시키는 제어기;
채널 보정 시, 상기 제1지향성 결합기 및 제어기를 통해 상기 안테나의 수신단 측으로 입력된 펄스 변조 신호와 상기 신호 생성기로부터 인가 받은 국부신호를 혼합하여 비트 주파수 신호를 발생시키는 주파수 혼합기;
상기 안테나의 수신단 측에 위치하며, 상기 제어기를 통해 인가되는 신호를 상기 주파수 혼합기로 피드백 시키는 제2지향성 결합기; 및
상기 전력 증폭기에서 증폭된 송신신호가 상기 주파수 혼합기 측으로 유기되지 않도록 신호의 진행방향을 결정하는 순환기;를 포함하는, 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더.A signal generator for receiving a reference triangular wave signal and modulating the frequency thereof to generate a transmission signal;
A power amplifier for amplifying a transmission signal output from the signal generator;
A pulse modulator located between the signal generator and the power amplifier and pulse modulating a transmission signal output from the signal generator at the time of channel correction;
A first directional coupler positioned between the pulse modulator and the power amplifier and directing a modulated signal from the pulse modulator to a receiving end of the antenna;
A controller for turning on a signal applied to the receiving end of the antenna in the first directional coupler when the channel is corrected;
A frequency mixer for mixing a pulse modulated signal input to the receiving end of the antenna through the first directional coupler and the controller and a local signal applied from the signal generator to generate a bit frequency signal when the channel is corrected;
A second directional coupler located at a receiving end of the antenna and feeding back a signal applied through the controller to the frequency mixer; And
And a circulator for determining a traveling direction of the signal so that the transmission signal amplified by the power amplifier is not introduced to the frequency mixer.
채널 보정 시, 상기 전력 증폭기는 오프 되는, 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더.6. The method of claim 5,
And the power amplifier is turned off when the channel is calibrated.
상기 순환기는,
상기 전력 증폭기에서 증폭된 송신신호를 상기 안테나의 송신단으로 인가하고, 상기 안테나에 의해 수신된 수신신호를 상기 주파수 혼합기로 인가하는, 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더.6. The method of claim 5,
The circulator includes:
And applying a transmission signal amplified by the power amplifier to a transmitting end of the antenna and applying a received signal received by the antenna to the frequency mixer.
FMCW 레이더의 주제어부가 FMCW 레이더의 운용모드를 확인하여 운용모드가 채널 보정 모드인지를 확인하는 단계;
상기 확인결과 FMCW 레이더의 운용모드가 채널 보정 모드가 아닌 송수신모드인 경우에는, 상기 펄스 변조기에서 펄스 변조가 수행되지 않게 하고, 상기 제어기는 오프 시키고, 상기 전력 증폭기는 온 시키는 단계; 및
상기 확인결과 FMCW 레이더의 운용모드가 채널 보정 모드인 경우에는, 상기 펄스 변조기에서 펄스 변조가 수행되게 하고, 상기 제어기는 온 시키고, 상기 전력 증폭기는 오프 시키는 단계;를 포함하는, 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더 수신채널 보정 방법.A signal generator, a power amplifier, a pulse modulator located between the signal generator and the power amplifier, a first directional coupler located between the pulse modulator and the power amplifier, a controller for passing a signal applied from the first directional coupler, And a second directional coupler that feeds back a signal applied through the controller to a frequency mixer, the method comprising:
Confirming the operation mode of the FMCW radar to confirm whether the operation mode is the channel correction mode;
If the operation mode of the FMCW radar is a transmission / reception mode other than the channel correction mode, the pulse modulation is not performed in the pulse modulator, the controller is turned off, and the power amplifier is turned on; And
And if the operation mode of the FMCW radar is the channel correction mode, pulse modulation is performed in the pulse modulator, the controller is turned on, and the power amplifier is turned off. Radar receive channel compensation method.
상기 펄스 변조기에서 펄스 변조가 수행되지 않게 하고, 상기 제어기는 오프 시키고, 상기 전력 증폭기는 온 시키는 단계는,
상기 펄스 변조기에서 펄스 변조가 수행되지 않게 하고, 상기 제어기는 오프 시키고, 상기 전력 증폭기는 온 시켜, 상기 신호 생성기에서 생성된 송신신호를 상기 전력 증폭기에서 증폭시킨 후, 안테나를 통해 외부로 송출시키는 단계이고,
상기 펄스 변조기에서 펄스 변조가 수행되게 하고, 상기 제어기는 온 시키고, 상기 전력 증폭기는 오프 시키는 단계는,
상기 펄스 변조기에서 펄스 변조가 수행되게 하고, 상기 제어기는 온 시키고, 상기 전력 증폭기는 오프 시켜, 상기 신호 생성기에서 생성된 송신신호를 상기 펄스 변조기에서 펄스 변조시킨 후, 펄스 변조된 신호를 상기 제1지향성 결합기, 상기 제어기, 상기 제2지향성 결합기를 거쳐 안테나의 수신단으로 피드백 시켜 상기 주파수 혼합기로 인가시키는 단계인, 펄스 변조를 이용한 FMCW 레이더 수신채널 보정 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the pulse modulation is not performed in the pulse modulator, the controller is turned off, and the power amplifier is turned on,
The pulse modulator is not pulse-modulated, the controller is turned off, the power amplifier is turned on, the transmission signal generated by the signal generator is amplified by the power amplifier, and the amplified signal is transmitted to the outside through an antenna ego,
Causing the pulse modulator to perform pulse modulation, turning on the controller, and turning off the power amplifier,
Wherein the pulse modulator is configured to perform pulse modulation, the controller is turned on, the power amplifier is turned off, a transmission signal generated in the signal generator is pulse-modulated in the pulse modulator, Wherein the controller is fed back to the receiving end of the antenna through the directional coupler, the controller, and the second directional coupler, and is applied to the frequency mixer.
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