KR20120104026A - Method for driving ultra-wideband radar and ultra-wideband radar - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 초광대역 레이더 및 초광대역 레이더 운용 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 각종 장애물을 관통할 수 있는 의사 불규칙 잡음 신호로 운용되는 초광대역 레이더 및 그 운용 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to an ultra-wideband radar and an ultra-wideband radar operating method, and more particularly, to an ultra-wideband radar and a method of operating the same as a pseudo irregular noise signal that can penetrate various obstacles.
초광대역 레이더(Ultra-WideBand radar) 기술은 기저대역에서 수 GHz의 넓은 주파수 대역을 점유하는 신호를 사용하여 지하에 매설된 구조물을 탐지하는 기술이다. 즉, 각종 장애물을 관통하여 타겟을 식별할 수 있는 레이더로서 비교적 낮은 주파수를 사용하기 때문에 투과성이 우수하고, 넓은 주파수 대역을 사용하여 해상도가 높은 장점이 있다.Ultra-WideBand radar technology detects underground structures using signals that occupy a wide frequency band from baseband to a few GHz. That is, since a relatively low frequency is used as a radar capable of identifying a target by penetrating various obstacles, there is an advantage of excellent transparency and high resolution using a wide frequency band.
초광대역 레이더는 송신되는 시영역 파형에 따라 임펄스 레이더, 주파수 변조 레이더, 스텝 주파수 레이더, 잡음 레이더 등으로 구분된다.Ultra-wideband radars are classified into impulse radars, frequency-modulated radars, step frequency radars, and noise radars according to transmitted time-domain waveforms.
이 중 잡음 레이더는 불규칙 잡음 신호를 송신하고, 타겟으로부터 돌아온 수신 신호와 송신된 신호를 코릴레이션시켜 타겟의 정보를 획득하는 방식이다. 잡음 레이더는 보안성이 우수하고, 전자파 적합성이 우수하여 한 영역에서 여러 레이더를 동시에 사용할 수 있는 등 많은 장점이 있는 것으로 알려져 있다.Among them, the noise radar transmits an irregular noise signal and correlates the received signal and the transmitted signal returned from the target to obtain information of the target. Noise radar is known to have many advantages, such as excellent security and good electromagnetic compatibility, allowing the use of multiple radars simultaneously in one area.
그러나, 코릴레이션을 수행하기 위해서는 송신된 신호와 수신된 신호를 샘플링하여 디지털화하여야 한다.However, in order to perform correlation, the transmitted and received signals must be sampled and digitized.
불규칙 잡음 신호는 매번 발생시킬 때마다 파형이 달라지므로 송신 신호와 수신 신호를 모두 나이퀴스트 샘플링 속도 이상으로 샘플링하여야 한다. 사용된 신호는 모두 초광대역을 점유하는 신호이므로 나이퀴스트 샘플링 속도를 만족시키기 위해서는 샘플러가 고속으로 동작하여야 한다.Since irregular waveforms have different waveforms each time they are generated, both the transmit and receive signals should be sampled above the Nyquist sampling rate. Since all used signals occupy an ultra-wideband, the sampler must operate at high speed to satisfy the Nyquist sampling rate.
결국, 잡음 레이더를 정상적으로 운용하기 위해서는 고속의 샘플링이 요구되며 이를 만족하는 샘플러의 구비로 인하여 생산성이 제한될 수밖에 없다.
As a result, in order to operate the noise radar normally, high speed sampling is required and productivity is limited due to the provision of a sampler that satisfies this.
본 발명은 각종 장애물을 관통할 수 있는 의사 불규칙 잡음 신호로 운용되는 초광대역 레이더 및 그 운용 방법을 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide an ultra-wideband radar and a method of operating the same as a pseudo-random noise signal that can penetrate various obstacles.
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.
It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are not intended to limit the invention to the precise forms disclosed. Other objects, which will be apparent to those skilled in the art, It will be possible.
상기의 목적을 달성하기 위한 초광대역 레이더는 의사 불규칙 잡음(pseudo random noise) 신호를 생성하여 제1 필터부를 거쳐 방사하고, 상기 제1 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 샘플링하여 제1 디지털 신호로 저장하는 레이더 송신부, 타겟으로부터 돌아온 의사 불규칙 잡음 신호를 수신하여 제2 필터부를 거쳐 샘플링하여 제2 디지털 신호로 저장하는 레이더 수신부 및 상기 제1 디지털 신호와 상기 제2 디지털 신호를 정합 필터링하는 데이터 처리부를 포함할 수 있다.To achieve the above object, an ultra-wideband radar generates a pseudo random noise signal and radiates it through a first filter unit, and samples and stores a pseudo random noise signal passed through the first filter unit as a first digital signal. A radar transmitter for receiving a pseudo random noise signal returned from a target, sampling the second random signal through a second filter, and storing the sample as a second digital signal; and a data processor for matching and filtering the first digital signal and the second digital signal. can do.
이때, 상기 의사 불규칙 잡음 신호는 의사 잡음 코드(PN code, pseudo noise code)를 복수로 결합한 골드 코드(Gold code)일 수 있다.In this case, the pseudo random noise signal may be a gold code combining a plurality of pseudo noise codes (PN code).
또한, 상기 제1 필터부는, 상기 의사 불규칙 잡음 신호에 포함된 직류 신호를 제거하는 직류 블록킹(DC blocking)부 및 원하지 않는 고주파 신호를 차단하며 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환해주는 저역 통과 필터(LPF, Low Pass Filter)를 포함할 수 있다.The first filter unit may include a DC blocking unit that removes a DC signal included in the pseudo random noise signal and a low pass filter that blocks unwanted high frequency signals and converts a digital signal into an analog signal. Low Pass Filter).
또한, 상기 제2 필터부는, 원하지 않는 고주파 신호를 차단하는 저역 통과 필터(LPF, Low Pass Filter)를 포함할 수 있다.In addition, the second filter unit may include a low pass filter (LPF) that blocks unwanted high frequency signals.
또한, 상기 데이터 처리부는 상기 제1 디지털 신호와 상기 제2 디지털 신호를 시영역에서 코릴레이션하거나, 주파수 영역에서 FFT(fast Fourier transform)함으로써 정합 필터링을 수행할 수 있다.The data processor may perform matched filtering by correlating the first digital signal and the second digital signal in a time domain or by performing a fast fourier transform (FFT) in a frequency domain.
또한, 상기 레이더 송신부는 상기 의사 불규칙 잡음 신호를 생성하는 신호 생성부와 상기 제1 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 샘플링하는 제1 샘플링부를 포함하고, 상기 레이더 수신부는 상기 제2 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 샘플링하는 제2 샘플링부를 포함하고, 상기 신호 생성부, 제1 샘플링부 및 제2 샘플링부에 트리거 신호를 제공하는 동기화부를 더 포함할 수 있다.The radar transmitter may include a signal generator for generating the pseudo-random noise signal and a first sampling unit for sampling a pseudo-random noise signal that has passed through the first filter unit, and the radar receiver includes a pseudo-random that passes through the second filter unit. The apparatus may further include a second sampling unit configured to sample the noise signal, and a synchronization unit configured to provide a trigger signal to the signal generator, the first sampling unit, and the second sampling unit.
이때, 상기 동기화부는 상기 신호 생성부에 제공되는 트리거 신호에 비해 상기 제1 샘플링부 및 상기 제2 샘플링부에 제공되는 트리거 신호를 지연시켜 제공할 수 있다.In this case, the synchronization unit may delay and provide the trigger signals provided to the first sampling unit and the second sampling unit, compared to the trigger signals provided to the signal generation unit.
여기서, 상기 트리거 신호의 지연 시간은 상기 신호 생성부에서의 의사 불규칙 잡음 신호 생성이 반복됨에 따라 점진적으로 증가 또는 감소할 수 있다.Here, the delay time of the trigger signal may be gradually increased or decreased as the generation of the pseudo irregular noise signal in the signal generator is repeated.
한편, 본 발명의 초광대역 레이더 운용 방법은 의사 불규칙 잡음(pseudo random noise) 신호를 생성하는 단계, 제1 필터부를 거쳐 상기 의사 불규칙 잡음 신호에 포함된 원하지 않는 직류 신호와 고주파 신호를 제거하는 단계, 상기 제1 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 샘플링하여 제1 디지털 신호로 저장하는 단계, 상기 제1 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 방사하는 단계, 타겟으로부터 돌아온 의사 불규칙 잡음 신호를 수신하는 단계, 수신된 의사 불규칙 잡음 신호를 제2 필터부를 거쳐 원하지 않는 신호를 제거하는 단계, 상기 제2 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 샘플링하여 제2 디지털 신호로 저장하는 단계 및 상기 제1 디지털 신호와 상기 제2 디지털 신호를 정합 필터링하는 단계를 포함할 수 있다.On the other hand, the ultra-wideband radar operating method of the present invention comprises the steps of generating a pseudo random noise signal, removing the unwanted DC signal and the high frequency signal included in the pseudo random noise signal through a first filter unit, Sampling and storing a pseudo random noise signal having passed through the first filter unit as a first digital signal, radiating a pseudo random noise signal having passed through the first filter unit, receiving a pseudo random noise signal returned from a target, and receiving Removing the unwanted signal through the second pseudo-random signal through a second filter unit; sampling and storing the pseudo-random noise signal passed through the second filter unit as a second digital signal; and the first digital signal and the second And matched filtering the digital signal.
이때, 상기 의사 불규칙 잡음 신호의 생성에 사용되는 트리거 신호에 비해 상기 제1 디지털 신호의 샘플링과 상기 제2 디지털 신호의 샘플링에 사용되는 트리거 신호를 지연시킬 수 있다.In this case, the trigger signal used for sampling the first digital signal and the sampling of the second digital signal may be delayed compared to the trigger signal used for generating the pseudo random noise signal.
여기서, 상기 트리거 신호의 지연 시간은 상기 의사 불규칙 잡음 신호의 생성이 반복됨에 따라 점진적으로 증가 또는 감소할 수 있다.
Here, the delay time of the trigger signal may gradually increase or decrease as the generation of the pseudo random noise signal is repeated.
이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 초광대역 레이더 및 초광대역 레이더 운용방법은 종래의 불규칙 잡음 신호 대신 불규칙 잡음 신호와 특성은 비슷하지만 정확한 파형을 알 수 있으며 반복적인 생성이 가능한 의사 불규칙 잡음 신호를 이용하여 타겟을 탐지함으로써, 고속의 샘플러를 이용하지 않고 종래 대비 저속의 샘플러로 순차적 샘플링 방법을 이용하여 초광대역 레이더를 구현할 수 있다.As described above, the ultra-wideband radar and the ultra-wideband radar operating method according to the present invention have similar characteristics to the irregular noise signal instead of the conventional irregular noise signal, but can know a precise waveform and generate a pseudo irregular noise signal that can be repeatedly generated. By detecting the target by using the target, it is possible to implement an ultra-wideband radar using a sequential sampling method with a sampler that is lower than a conventional one without using a high-speed sampler.
그 결과 초광대역 레이더의 생산성을 향상시킬 수 있다.
As a result, the productivity of ultra-wideband radar can be improved.
도 1은 본 발명의 초광대역 레이더를 나타낸 블럭도.
도 2는 본 발명의 초광대역 레이더에서의 샘플링 상태를 나타낸 개략도.
도 3은 본 발명의 초광대역 레이더 운용 방법을 나타낸 흐름도.
도 4는 본 발명의 초광대역 레이더에서 생성된 의사 불규칙 잡음 신호를 나타낸 파형도.
도 5는 본 발명의 초광대역 레이더의 직류 블록킹부를 거치기 전과 후의 파형을 시간축으로 나타낸 파형도.
도 6은 본 발명의 초광대역 레이더의 직류 블록킹부를 거치기 전과 후의 파형을 주파수축으로 나타낸 파형도.
도 7은 본 발명의 초광대역 레이더의 직류 블록킹부의 출력 신호가 저역 통과 필터를 거치기 전과 후의 파형을 시간축으로 나타낸 파형도.
도 8은 본 발명의 초광대역 레이더의 직류 블록킹부의 출력 신호가 저역 통과 필터를 거치기 전과 후의 파형을 주파수축으로 나타낸 파형도.1 is a block diagram showing an ultra-wideband radar of the present invention.
2 is a schematic diagram showing a sampling state in an ultra-wideband radar of the present invention.
Figure 3 is a flow chart showing an ultra-wideband radar operating method of the present invention.
Figure 4 is a waveform diagram showing a pseudo irregular noise signal generated in the ultra-wideband radar of the present invention.
Figure 5 is a waveform diagram showing the waveform before and after passing through the DC blocking portion of the ultra-wideband radar of the present invention on the time axis.
Figure 6 is a waveform diagram showing the waveform before and after passing through the DC blocking portion of the ultra-wideband radar of the present invention in the frequency axis.
Figure 7 is a waveform diagram showing the waveform before and after the output signal of the DC blocking portion of the ultra-wideband radar of the present invention through the low pass filter on the time axis.
FIG. 8 is a waveform diagram showing, on the frequency axis, waveforms before and after the output signal of the DC blocking portion of the ultra-wideband radar of the present invention passes through the low pass filter. FIG.
이하, 본 발명의 초광대역 레이더 및 초광대역 레이더 운용 방법에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the ultra-wideband radar and the ultra-wideband radar operating method of the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 초광대역 레이더를 나타낸 블럭도이다.1 is a block diagram illustrating an ultra-wideband radar of the present invention.
도 1에 도시된 초광대역 레이더는 의사 불규칙 잡음(pseudo random noise) 신호를 생성하여 제1 필터부(130)를 거쳐 방사하고, 상기 제1 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 샘플링하여 제1 디지털 신호로 저장하는 레이더 송신부(100), 타겟으로부터 돌아온 의사 불규칙 잡음 신호를 수신하여 제2 필터부(230)를 거쳐 샘플링하여 제2 디지털 신호로 저장하는 레이더 수신부(200) 및 상기 제1 디지털 신호와 상기 제2 디지털 신호를 정합 필터링하는 데이터 처리부(300)를 포함하고 있다.The ultra-wideband radar shown in FIG. 1 generates a pseudo random noise signal and radiates it through the
레이더 송신부(100)는 타겟 탐지에 이용되는 의사 불규칙 잡음 신호를 생성하여 방사하며, 이를 위해 신호 생성부(110), 제1 필터부(130), 제1 샘플링부(150), 증폭기(170) 및 안테나(190)를 포함하고 있다.The
신호 생성부(110)는 의사 불규칙 잡음(pseudo random noise) 신호를 생성한다. 의사 불규칙 잡음 신호의 예로서 의사 잡음 코드(PN code, pseudo noise code)와 복수개의 의사 잡음 코드를 결합한 골드 코드(Gold code) 등이 있다.The
의사 잡음 코드(의사 잡음 부호)는 주기적 부호의 하나로, 1주기의 각 순간에서의 값이 임의(random) 분포에 준하는 분포가 되는 부호이며 PN 부호라고도 한다. 불규칙 잡음 신호와 특성은 비슷하지만 정확한 파형을 알 수 있어 원신호에 대한 복조 등의 처리가 용이하다. 불규칙 잡음 신호와 마찬가지로 타겟에 대한 정밀도 향상, 자연 환경에 의해 받는 영향의 감소, 타겟에 대한 검출 확률 증가, 검출된 목표물에 대한 지속적인 관찰 성능의 개선 및 비화성이 높아 상대방이 검출하기 어려운 점과 같은 장점을 가진다.A pseudo noise code (pseudo noise code) is one of periodic codes. The code at which the value at each instant of one cycle becomes a distribution corresponding to a random distribution is also called a PN code. The characteristics are similar to that of the random noise signal, but it is easy to process the demodulation on the original signal by knowing the exact waveform. As with irregular noise signals, the accuracy of the target is reduced, the influence of the natural environment is reduced, the probability of detection on the target is increased, the continuous observation performance on the detected target is improved, and the high flammability makes it difficult for the other party to detect it. Has an advantage.
골드 코드는 대역 확산 시스템에서 2개의 대역 확산 코드 생성기의 출력을 모듈로-2(modulo-2)를 사용하여 합산 생성된 코드를 의미하나, 본 명세서에서는 복수개의 의사 잡음 코드를 결합한 코드를 지칭하는 것으로 한다. 의사 잡음 코드를 결합한 것으로 골드 코드 역시 의사 잡음 코드와 같은 장점을 갖는다. 후술되는 시뮬레이션에서는 의사 잡음 코드(PN code, pseudo noise code)를 복수로 결합한 골드 코드(Gold code)를 의사 불규칙 잡음 신호로서 이용한 경우를 나타낸다.Gold code refers to a code generated by summing outputs of two spreading code generators using modulo-2 in a spread spectrum system, but in this specification, refers to a code combining a plurality of pseudo noise codes. Shall be. Combining pseudo noise codes, Gold codes also have the same advantages as pseudo noise codes. In the simulations described later, a gold code obtained by combining a plurality of pseudo noise codes (PN code) is used as a pseudo irregular noise signal.
의사 불규칙 잡음 신호는 불규칙 잡음 신호의 성격을 가지므로 직류 신호(DC 신호)가 포함되어 있고, 고주파 성분이 포함되어 있는 등 원하지 않는 대역의 신호가 존재하게 된다. 직류 신호는 안테나로 방사할 수 없으며 원하지 않는 대역의 신호는 방사하지 않아야 한다. 따라서, 직류 신호와 원하지 않는 대역의 신호(초광대역 레이더의 특성상 고주파 성분이 여기에 해당함)을 제거할 필요가 있으며, 이를 위해 제1 필터부(130)가 이용된다.Since the pseudo-random noise signal has the characteristics of an irregular noise signal, a DC signal (DC signal) is included, and a high frequency component is included. DC signals shall not radiate to the antenna and shall not radiate signals in undesired bands. Therefore, it is necessary to remove the DC signal and the signal of the undesired band (the high frequency component corresponds to the characteristics of the ultra-wideband radar). For this purpose, the
제1 필터부(130)는 의사 불규칙 잡음 신호에 포함된 직류 신호를 제거하는 직류 블록킹(DC blocking)부(131) 및 원하지 않는 고주파 신호를 차단하는 동시에 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환시켜주는 저역 통과 필터(LPF, Low Pass Filter)(133)를 포함하고 있다. 도 1에서는 직류 블록킹부를 저역 통과 필터의 전단에 배치하고 있으나, 적절한 회로 구성을 통해 직류 블록킹부를 저역 통과 필터의 후단에 배치할 수도 있다.The
직류 블록킹부(131)는 주파수축에서는 의사 불규칙 잡음 신호에 포함된 DC 신호를 제거하게 되며, 시간축에서는 의사 불규칙 잡음 신호를 미분하게 된다.The
저역 통과 필터(133)는 원하지 않는 고주파 신호를 차단하는 효과 외에도 직류 블록킹 회로를 거친 임펄스(impulse) 형태의 신호를 아날로그 신호로 변환시켜 안테나를 통한 방사가 원활하게 이루어질 수 있도록 한다.The
제1 필터부(130)를 거친 의사 불규칙 잡음 신호는 안테나(190), 구체적으로 송신용 안테나를 통해 외부로 방사된다. 이 과정에서 제1 필터부와 안테나의 사이에 증폭기(170)를 추가로 배치하여 제1 필터부의 출력 신호를 방사에 적합하도록 증폭시킬 수 있다.The pseudo random noise signal passing through the
제1 샘플링부(150)는 제1 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 샘플링하여 제1 디지털 신호로 저장한다. 이를 위해 제1 샘플링부는 제1 디지털 신호의 저장을 위한 저장부를 구비할 수 있다. 물론 이때의 저장부는 제1 샘플링부와 별도로 마련될 수도 있다.The
레이더 수신부(200)는 타겟에 반사된 의사 불규칙 잡음 신호를 수신하며, 이를 위해 안테나(290), 증폭기(270), 제2 필터부(230) 및 제2 샘플링부(250)를 포함하고 있다.The
안테나(290), 구체적으로 수신용 안테나는 타겟에 반사되어 돌아온 의사 불규칙 잡음 신호를 수신한다. 구성에 따라서 레이더 수신부의 안테나(290)는 레이더 송신부의 안테나(190)와 일체로 형성될 수 있다.The
제2 필터부(230)는 전파 과정에서 각종 잡음이 유입된 상태의 의사 불규칙 잡음 신호에서 잡음을 제거한다. 대표적으로 원하지 않는 고주파 신호를 차단하며 이를 위해 저역 통과 필터(LPF, Low Pass Filter)(233)를 포함할 수 있다.The
안테나로 수신된 의사 불규칙 잡음 신호가 미약한 상태일 수 있으므로 후단의 제2 필터부, 제2 샘플링부의 적절한 처리를 위해 일정 레벨로 증폭시킬 수 있다. 이때의 레벨 증폭을 위해 제2 필터부와 안테나의 사이에 증폭기(270)가 배치될 수 있다.Since the pseudo random noise signal received by the antenna may be in a weak state, it may be amplified to a predetermined level for proper processing of the second filter unit and the second sampling unit of the rear stage. An
제2 샘플링부(250)는 제2 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 샘플링하여 제2 디지털 신호로 저장한다. 이를 위해 제2 샘플링부는 제2 디지털 신호의 저장을 위한 저장부를 구비할 수 있다. 물론 이때의 저장부 역시 제2 샘플링부와 별도로 마련될 수 있다.The
데이터 처리부(300)는 제1 샘플링부로부터 전달받은 제1 디지털 신호와, 제2 샘플링부로부터 전달받은 제2 디지털 신호를 정합 필터링(matched filtering)함으로써 타겟의 정보를 획득하게 된다. 구체적으로 데이터 처리부는 제1 디지털 신호와 제2 디지털 신호를 시영역에서 코릴레이션(correlation)하거나, 주파수 영역에서 FFT(fast Fourier transform)함으로써 정합 필터링을 수행하여 타겟 정보를 획득하게 된다.The
본 발명에 따른 초광대역 레이더는 잡음 레이더의 특성을 가지므로 제1 샘플링부와 제2 샘플링부에서의 샘플링 타임을 신호 생성부에서의 의사 불규칙 잡음 신호의 생성보다 지연시킬 필요가 있다.Since the ultra-wideband radar according to the present invention has the characteristics of the noise radar, it is necessary to delay the sampling time in the first sampling unit and the second sampling unit rather than the generation of the pseudo irregular noise signal in the signal generation unit.
이를 위해, 레이더 송신부가 의사 불규칙 잡음 신호를 생성하는 신호 생성부와 제1 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 샘플링하는 제1 샘플링부를 포함하고, 레이더 수신부가 제2 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 샘플링하는 제2 샘플링부를 포함할 때, 상기 신호 생성부, 제1 샘플링부 및 제2 샘플링부에 트리거 신호를 제공하는 동기화부(400)를 더 포함할 수 있다.To this end, the radar transmitter includes a signal generator for generating a pseudo-random noise signal and a first sampling unit for sampling a pseudo-random noise signal passed through the first filter unit, and the radar receiver samples a pseudo-random noise signal passed through the second filter unit. When the second sampling unit is included, the signal generation unit, the first sampling unit, and the second sampling unit may further include a
이때, 동기화부(400)는 신호 생성부에 제공되는 트리거 신호에 비해 제1 샘플링부 및 제2 샘플링부에 제공되는 트리거 신호를 지연시켜 제공할 수 있으며, 이를 위해 신호 생성부에 제공되는 트리거 신호를 지연시켜 각 샘플링부에 제공하는 지연부(410)를 포함할 수 있다.At this time, the
트리거 신호의 지연 시간, 즉 신호 생성부에 제공되는 트리거 신호와 각 샘플링부에 제공되는 트리거 신호와의 시간 차는 신호 생성부에서의 의사 불규칙 잡음 신호 생성이 반복됨에 따라 점진적으로 증가 또는 감소할 수 있다. 이에 따라 수신된 불규칙 의사 잡음 신호의 전체 파형을 송신된 불규칙 의사 잡음 신호에 맞춰 순차적으로 정합 필터링할 수 있게 된다. 이때의 정합 필터링의 대상은 의사 불규칙 잡음 신호로서 불규칙 잡음 신호의 특성을 갖지만 각 샘플링부의 입장에서는 일정 주기 간격으로 반복적으로 생성되는 동일한 신호이므로 속도가 느린 샘플러로 각 샘플링부를 구성하더라도 원신호의 복원이 가능하다.The delay time of the trigger signal, that is, the time difference between the trigger signal provided in the signal generator and the trigger signal provided in each sampling unit, may gradually increase or decrease as the generation of the pseudo-random noise signal in the signal generator is repeated. . Accordingly, the entire waveform of the received pseudo pseudo noise signal can be matched and filtered sequentially according to the transmitted pseudo pseudo noise signal. At this time, the object of matched filtering is a pseudo-random noise signal, which has the characteristics of an irregular noise signal, but for each sampling unit, since the same signal is generated repeatedly at regular intervals, even if each sampling unit is composed of a slow sampler, restoration of the original signal is not possible. It is possible.
즉, 상대적으로 저가인 저속의 샘플러로서 각 샘플링부를 구성함으로써 초광대역 레이더의 생산성을 향상시킬 수 있게 된다.That is, the productivity of the ultra-wideband radar can be improved by configuring each sampling unit as a relatively low-cost low-speed sampler.
이상에서 살펴본 구성의 초광대역 레이더의 신호 샘플링을 도 2에 나타내었다.Signal sampling of the ultra-wideband radar having the above-described configuration is shown in FIG. 2.
510은 지연이 없는 샘플링 주기에 의한 샘플링을 나타낸다. 510의 주기를 가지는 일반적인 샘플러는 510의 주기마다만 샘플링이 가능하다. 이런 샘플러로는 원신호 샘플링이 불가능하다. 그래서 순차적 샘플링 방법을 위해 지연을 주게 된다. 520은 지연1을, 530은 지연2를, 540은 지연3을 준 샘플링 주기에 의한 샘플링 주기를 나타낸다. 550은 일정한 주기마다 발생되는 의사 불규칙 잡음 신호를 나타내고 이 주기는 510 즉 샘플링 주기와 동일하고, 560은 지연이 없는 샘플링부에 의해 샘플링된 신호를 나타낸다. 지연이 없다면 다음 주기에 560과 같은 신호가 샘플링되지만 지연을 주어 다음 주기에 560 뒤의 신호를 샘플링한다. 570은 지연1을 하여 560 뒤의 신호를 샘플링하고, 580은 지연2를 하여 570 뒤의 신호를 샘플링하고, 590은 지연3을 주어 580 뒤의 신호를 샘플링한다. 600은 앞에서 차례로 샘플링한 신호를 합성하여 원래 샘플링하고자 한 신호로 복원된 신호이다.510 denotes sampling by a sampling period without delay. A typical sampler having a period of 510 can sample only every 510 periods. This sampler does not allow raw signal sampling. This gives a delay for the sequential sampling method. Denoted at 520 is
지연이 없는 샘플러는 처음에 방사되는 신호와 트리거가 되기 때문에 560 동그라미로 표시된 부분을 샘플링한다. 그 결과 동그라미로 표시된 부분이 디지털 신호로 저장된다. 그 후에 지연이 없다면 다음 주기에도 역시 동그라미로 표시된 부분이 샘플링된다. 이렇게 되면 원신호를 샘플링할 수 없다. 따라서 일정한 지연(예를 들어 1nsec)을 주어서 다음 주기에는 동그라미보다 시간적으로 약간 뒤의 신호인 네모를 샘플링한다. 그 뒤의 주기에도 일정한 지연(1+1=2nsec)을 주어서 세모를 샘플링하고, 그 뒤에도 일정한 지연(1+1+1=3nsec)를 주어 별모양을 샘플링한다. 이와 같이 점진적으로 지연 시간을 증가시켜 샘플링하면 신호의 한 주기를 샘플링할 수 있게 된다. 이렇게 샘플링된 신호를 합성하면 600의 원신호처럼 복원이 가능하다. 지연 시간은 점진적으로 감소시켜 이용할 수도 있는데, 이 경우에는 최초 샘플링 부분이 처음에 방사되는 신호의 끝이어야 할 것이다.The sampler without delay samples the portion marked with 560 circles because it is the first signal and trigger that is emitted. As a result, the circled part is stored as a digital signal. After that, if there is no delay, the circled part is sampled in the next period as well. In this case, the original signal cannot be sampled. Therefore, given a certain delay (for example 1 nsec), the next cycle samples the square, a signal slightly later in time than the circle. After that, the triangle is sampled by giving a constant delay (1 + 1 = 2 nsec), and then a star is sampled by giving a constant delay (1 + 1 + 1 = 3 nsec). This incremental delay time sampling allows one sample of a signal to be sampled. When the sampled signals are synthesized, they can be restored like the original signal of 600. The delay time can also be used to decrease gradually, in which case the first sampling part should be the end of the signal emitted first.
점진적인 증가와 감소의 정도는 샘플링의 정밀도와 관련하여 설정될 수 있다. 즉, 점진적인 증가와 감소의 간격이 조밀하면 조밀한 샘플링이 이루어지므로 보다 정밀한 샘플링이 가능한 반면 처리 속도가 늦어지게 된다. 반대로 간격이 조미하지 않으면 샘플링의 정밀도는 저하되는 반면 처리 속도가 개선된다. 따라서, 지연 시간의 간격은 샘플러의 성능과 처리해야 할 신호를 고려하여 사용자에 의해 적절하게 선택될 수 있다.The degree of gradual increase and decrease can be set in relation to the precision of the sampling. In other words, if the interval between gradual increments and decrements is dense, a dense sampling is achieved, which results in more accurate sampling and a slower processing speed. On the contrary, if the spacing is not narrow, the sampling precision is reduced while the processing speed is improved. Thus, the interval of delay time may be appropriately selected by the user in consideration of the performance of the sampler and the signal to be processed.
도 3은 본 발명의 초광대역 레이더 운용 방법을 나타낸 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating an ultra-wideband radar operating method of the present invention.
먼저, 의사 불규칙 잡음(pseudo random noise) 신호를 생성한다(S 610).First, a pseudo random noise signal is generated (S610).
주파수 대역폭이 DC ~ 6Ghz이고, 의사 불규칙 잡음 신호가 골드 코드이며, 의사 불규칙 잡음 신호의 길이가 255개이고, 필터부의 차단 주파수가 2.2Ghz일 때의 시뮬레이션 결과를 참조하면 생성된 의사 불규칙 잡음 신호는 도 4와 같을 수 있다. FFT 처리된 상태를 살펴보면 원하지 않는 DC 신호가 존재하고 있는 것을 알 수 있다.Referring to the simulation results when the frequency bandwidth is DC to 6 Ghz, the pseudo random noise signal is a gold code, the length of the pseudo random noise signal is 255, and the cutoff frequency of the filter part is 2.2 Ghz, the generated pseudo random noise signal is shown in FIG. It can be equal to four. Looking at the FFT state, it can be seen that an unwanted DC signal exists.
제1 필터부를 거쳐 상기 의사 불규칙 잡음 신호에 포함된 원하지 않는 직류 신호와 고주파 신호를 제거한다(S 620).The unwanted DC signal and the high frequency signal included in the pseudo irregular noise signal are removed through the first filter unit (S620).
도 5와 도 6은 제1 필터부에서 직류 블록킹부를 거친 상태의 의사 불규칙 잡음 신호를 나타낸 것으로 도 5는 시간축으로 나타낸 파형도이고, 도 6은 주파수축으로 나타낸 파형도이다.5 and 6 illustrate a pseudo irregular noise signal in a state where a first blocking unit passes through a DC blocking unit. FIG. 5 is a waveform diagram showing a time axis, and FIG. 6 is a waveform diagram showing a frequency axis.
살펴보면 직류 블록킹(DC blocking)에 의해 직류(DC) 신호가 제거된 것을 알 수 있다. 도 7과 도 8은 제1 필터부에서 직류 블록킹부의 출력 신호가 저역 통과 필터를 거친 상태를 나타낸 것으로 도 7은 시간축으로 나타낸 파형도이고, 도 8은 주파수축으로 나타낸 파형도이다.Looking at it can be seen that the DC signal is removed by DC blocking. 7 and 8 illustrate a state in which an output signal of the DC blocking unit passes through a low pass filter in the first filter unit. FIG. 7 is a waveform diagram showing a time axis, and FIG. 8 is a waveform diagram showing a frequency axis.
살펴보면 원하지 않는 고주파 신호가 제거된 것을 알 수 있다.Looking at it, we can see that unwanted high frequency signals have been removed.
상기 제1 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 샘플링하여 제1 디지털 신호로 저장한다(S 630).The pseudo random noise signal passed through the first filter unit is sampled and stored as a first digital signal (S 630).
상기 제1 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 방사한다(S 640).The pseudo random noise signal passing through the first filter part is radiated (S640).
타겟으로부터 돌아온 의사 불규칙 잡음 신호를 수신한다(S 650).A pseudo irregular noise signal returned from the target is received (S650).
수신된 의사 불규칙 잡음 신호를 제2 필터부를 거쳐 원하지 않는 신호를 제거한다(S 660).The unwanted pseudo-noise signal is removed through the second filter unit to remove unwanted signals (S 660).
상기 제2 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 샘플링하여 제2 디지털 신호로 저장한다(S 670).The pseudo random noise signal passed through the second filter unit is sampled and stored as a second digital signal (S 670).
상기 제1 디지털 신호와 상기 제2 디지털 신호를 정합 필터링한다(S 680).The first digital signal and the second digital signal are matched and filtered (S680).
이때, 의사 불규칙 잡음 신호의 생성에 사용되는 트리거 신호에 비해 제1 디지털 신호의 샘플링과 제2 디지털 신호의 샘플링에 사용되는 트리거 신호를 지연시킬 수 있다. 여기서, 상기 트리거 신호의 지연 시간은 의사 불규칙 잡음 신호의 생성이 반복됨에 따라 점진적으로 증가 또는 감소할 수 있다.In this case, the trigger signal used for sampling the first digital signal and the sampling of the second digital signal may be delayed compared to the trigger signal used for generating the pseudo random noise signal. Here, the delay time of the trigger signal may gradually increase or decrease as the generation of the pseudo random noise signal is repeated.
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 예시적인 것이며 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.
It will be understood by those skilled in the art that the present invention may be embodied in other specific forms without departing from the spirit or essential characteristics thereof. It is therefore to be understood that the embodiments described above are to be considered in all respects only as illustrative and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the appended claims rather than the detailed description and all changes or modifications derived from the meaning and scope of the claims and their equivalents are to be construed as being included within the scope of the present invention do.
초광대역 레이더에 적용할 수 있다.Applicable to ultra-wideband radars.
특히, 고속의 샘플러를 구비하기 어려운 환경의 잡음 방식의 초광대역 레이더에 적용하는 것이 유리하다.
In particular, it is advantageous to apply to the noise-based ultra-wideband radar of the environment difficult to have a high-speed sampler.
100...레이더 송신부 110...신호 생성부
130...제1 필터부 131...직류 블록킹부
133, 233...저역 통과 필터 150...제1 샘플링부
200...레이더 수신부 230...제2 필터부
250...제2 샘플링부 300...데이터 처리부
400...동기화부100 ...
130 ...
133, 233 ...
200 ...
250 ...
400 ... Sync
Claims (11)
타겟으로부터 돌아온 의사 불규칙 잡음 신호를 수신하여 제2 필터부를 거쳐 샘플링하여 제2 디지털 신호로 저장하는 레이더 수신부; 및
상기 제1 디지털 신호와 상기 제2 디지털 신호를 정합 필터링하는 데이터 처리부;
를 포함하는 초광대역 레이더.
A radar transmitter configured to generate a pseudo random noise signal, radiate it through a first filter unit, and sample and store a pseudo random noise signal that has passed through the first filter unit as a first digital signal;
A radar receiver for receiving a pseudo random noise signal returned from a target, sampling the second random noise signal, and storing the sample as a second digital signal; And
A data processor for matching and filtering the first digital signal and the second digital signal;
Ultra-wideband radar comprising a.
상기 의사 불규칙 잡음 신호는 의사 잡음 코드(PN code, pseudo noise code)를 복수로 결합한 골드 코드(Gold code)인 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더.
The method of claim 1,
The pseudo-random noise signal is an ultra-wideband radar, characterized in that the gold code (Gold code) combining a plurality of pseudo noise code (PN code, pseudo noise code).
상기 제1 필터부는,
상기 의사 불규칙 잡음 신호에 포함된 직류 신호를 제거하는 직류 블록킹(DC blocking)부; 및
원하지 않는 고주파 신호를 차단하는 동시에 디지털 신호를 아날로그 신호로 변환시켜주는 저역 통과 필터(LPF, Low Pass Filter);를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더.
The method of claim 1,
The first filter unit,
A DC blocking unit to remove a DC signal included in the pseudo random noise signal; And
And a low pass filter (LPF) for blocking unwanted high frequency signals and converting digital signals into analog signals.
상기 제2 필터부는,
원하지 않는 고주파 신호를 차단하는 저역 통과 필터(LPF, Low Pass Filter)를 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더.
The method of claim 1,
The second filter unit,
An ultra-wideband radar comprising a low pass filter (LPF) that blocks unwanted high frequency signals.
상기 데이터 처리부는 상기 제1 디지털 신호와 상기 제2 디지털 신호를 시영역에서 코릴레이션(correlation)하거나, 주파수 영역에서 FFT(fast Fourier transform)함으로써 정합 필터링을 수행하는 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더.
The method of claim 1,
And the data processor performs matched filtering by correlating the first digital signal and the second digital signal in a time domain or by performing a fast fourier transform (FFT) in a frequency domain.
상기 레이더 송신부는 상기 의사 불규칙 잡음 신호를 생성하는 신호 생성부와 상기 제1 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 샘플링하는 제1 샘플링부를 포함하고,
상기 레이더 수신부는 상기 제2 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 샘플링하는 제2 샘플링부를 포함하고,
상기 신호 생성부, 제1 샘플링부 및 제2 샘플링부에 트리거 신호를 제공하는 동기화부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더.
6. The method according to any one of claims 1 to 5,
The radar transmitter includes a signal generator for generating the pseudo random noise signal and a first sampling unit for sampling the pseudo irregular noise signal passed through the first filter unit.
The radar receiver includes a second sampling unit for sampling a pseudo random noise signal passing through the second filter unit,
And a synchronization unit for providing a trigger signal to the signal generation unit, the first sampling unit, and the second sampling unit.
상기 동기화부는 상기 신호 생성부에 제공되는 트리거 신호에 비해 상기 제1 샘플링부 및 상기 제2 샘플링부에 제공되는 트리거 신호를 지연시켜 제공하는 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더.
The method according to claim 6,
And the synchronization unit delays and provides a trigger signal provided to the first sampling unit and the second sampling unit compared to the trigger signal provided to the signal generation unit.
상기 트리거 신호의 지연 시간은 상기 신호 생성부에서의 의사 불규칙 잡음 신호 생성이 반복됨에 따라 점진적으로 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더.
The method of claim 7, wherein
The delay time of the trigger signal is an ultra-wideband radar, characterized in that gradually increases or decreases as the generation of the pseudo-random noise signal in the signal generator is repeated.
제1 필터부를 거쳐 상기 의사 불규칙 잡음 신호에 포함된 원하지 않는 직류 신호와 고주파 신호를 제거하는 단계;
상기 제1 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 샘플링하여 제1 디지털 신호로 저장하는 단계;
상기 제1 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 방사하는 단계;
타겟으로부터 돌아온 의사 불규칙 잡음 신호를 수신하는 단계;
수신된 의사 불규칙 잡음 신호를 제2 필터부를 거쳐 원하지 않는 신호를 제거하는 단계;
상기 제2 필터부를 거친 의사 불규칙 잡음 신호를 샘플링하여 제2 디지털 신호로 저장하는 단계; 및
상기 제1 디지털 신호와 상기 제2 디지털 신호를 정합 필터링하는 단계;
를 포함하는 초광대역 레이더 운용 방법.
Generating a pseudo random noise signal;
Removing unwanted DC signals and high frequency signals included in the pseudo random noise signal through a first filter unit;
Sampling a pseudo random noise signal that has passed through the first filter unit and storing the pseudo random noise signal as a first digital signal;
Radiating a pseudo random noise signal that has passed through the first filter part;
Receiving a pseudo irregular noise signal returned from the target;
Removing unwanted signals through the received pseudo-random noise signal through a second filter portion;
Sampling a pseudo random noise signal having passed through the second filter unit and storing the pseudo random noise signal as a second digital signal; And
Matched filtering the first digital signal and the second digital signal;
Ultra-wideband radar operating method comprising a.
상기 의사 불규칙 잡음 신호의 생성에 사용되는 트리거 신호에 비해 상기 제1 디지털 신호의 샘플링과 상기 제2 디지털 신호의 샘플링에 사용되는 트리거 신호를 지연시키는 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더 운용 방법.
The method of claim 9,
And delaying the trigger signal used for sampling the first digital signal and the sampling of the second digital signal compared to the trigger signal used for generating the pseudo random noise signal.
상기 트리거 신호의 지연 시간은 상기 의사 불규칙 잡음 신호의 생성이 반복됨에 따라 점진적으로 증가 또는 감소하는 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더 운용 방법.11. The method of claim 10,
And the delay time of the trigger signal is gradually increased or decreased as the generation of the pseudo-random noise signal is repeated.
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