KR20170135727A - 레이더 시스템 및 레이더 시스템 동작 방법 - Google Patents

레이더 시스템 및 레이더 시스템 동작 방법 Download PDF

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Abstract

레이더 시스템을 동작시키는 방법(100)은 제 1 기간 동안 레이더 신호의 주파수를 증가시키는 단계(102)와, 제 1 기간 동안 제 1 전송 안테나로부터의 레이더 신호를 전송하는 단계(104)를 포함한다. 또한, 방법은 제 2 기간 동안 레이더 신호의 주파수를 감소시키는 단계(106)와 제 2 시간 동안 제 2 전송 안테나를 통해 레이더 신호을 전송하는 단계(108)를 포함한다.

Description

레이더 시스템 및 레이더 시스템 동작 방법{RADAR SYSTEMS AND METHODS FOR OPERATING A RADAR SYSTEM}
실시예는 레이더 신호를 변조하는 개념에 관한 것으로서, 특히 레이더 시스템 및 레이더 시스템 동작 방법에 관한 것이다.
다양한 애플리케이션에 대해 레이더 신호의 변조가 요구된다. 예를 들어, 높은 대역폭, 높은 주파수 정확도, 매우 짧은 처프 시간(chirp times) 및 저위상 잡음의 주파수 변조 레이더 신호를 제공하는 것은 어려운 작업이다. 종종 상이한 속성이 서로 트레이드 오프되어야만 한다. 휴대용 배터리 구동 애플리케이션은 저전력 레이더 개념으로부터 이득을 취할 수 있다.
타겟의 위치 및/또는 속도를 결정하는 것에 대한 정확도를 높이고 레이더 시스템의 전력 소비를 감소시킬 수 있는 레이더 시스템을 동작시키는 개선된 개념에 대한 요구가 존재할 수 있다.
그러한 요구는 청구항의 주제로 인해 충족될 수 있다.
일부 실시예는 레이더 시스템을 동작시키는 방법에 관한 것이다. 방법은 제 2 기간에 레이더 신호의 주파수를 증가시키는 단계와, 제 1 기간에 레이더 신호를 제 1 전송 안테나로부터 전송하는 단계를 포함한다. 또한, 방법은 제 2 기간에 레이더 신호의 주파수를 감소시키는 단계와, 제 2 기간에 레이더 신호를 제 1 전송 안테나로부터 전송하는 단계를 포함한다.
일부 실시예는 레이더 시스템에 관한 것이다. 레이더 시스템은 제 1 전송 안테나와 적어도 하나의 제 2 전송 안테나를 포함한다. 또한, 레이더 시스템은 위상 고정 루프를 포함한다. 위상 고정 루프는 제 1 기간에 레이더 신호의 주파수를 증가시킨다. 또한, 위상 고정 루프는 제 2 기간에 레이더 신호의 주파수를 감소시킨다. 아울러, 레이더 시스템은 신호 스위치를 포함한다. 신호 스위치는 제 1 기간에 레이더 신호를 제 1 전송 안테나로 스위칭하고, 제 2 기간에 레이더 신호를 제 2 전송 안테나로 스위칭한다.
장치 및/또는 방법의 일부 실시예가 단지 예시로서 첨부된 도면을 참조하여 하기에서 설명될 것이다.
도 1은 레이더 시스템 동작 방법의 흐름도이다.
도 2는 레이더 시스템의 주파수 변조의 일 예시를 도시한다.
도 3은 레이더 신호의 수신된 반사의 주파수 도메인 표현의 일 예시를 도시한다.
도 4는 타겟의 다양한 거리 및 다양한 속도에 대한 도플러 주파수 편이와 타겟까지의 거리로 인한 주파수 편이를 포함하는 표를 도시한다.
도 5(a)는 레이더 시스템의 범위를 범위 게이트로 분할하는 것을 도시한다.
도 5(b)는 레이더 시스템의 수신기 측에서 중간 주파수가 어떻게 타겟까지의 거리에 관계될 수 있는지를 도시한다.
도 6은 레이더 시스템의 블록도를 도시한다.
도 7(a)는 레이더 시스템의 다른 블록도를 도시한다.
도 7(b)는 어떻게 복수의 전송 요소가 레이더 시스템의 복수의 합성 수신 채널을 형성할 수 있는지에 대한 개념을 도시한다.
도 8(a)는 레이더 신호의 주파수 변조의 다른 예시를 도시한다.
도 8(b)는 전압 제어 오실레이터(VCO)의 주파수 동조 곡선의 일 예시를 도시한다.
도 8(c)는 VCO의 동조 감도 곡선의 일 예시를 도시한다.
이제 다양한 예시적인 실시예가 일부 예시적인 실시예를 도시하는 첨부된 도면을 참조하여 더욱 자세하게 설명될 것이다. 도면에서, 선, 층 및/또는 구역의 두께가 명료성을 위해 강조될 수 있다.
따라서, 예시적인 실시예가 다양한 수정 및 대안적인 형태로 구현될 수 있으므로, 실시예는 예시로서 도면에 도시되며 본 명세서에서 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 예시적인 실시예를 개시된 특정 형태로 한정할 의도는 없으며, 반대로 예시적인 실시예는 개시의 범위에 속하는 모든 수정물, 등가물 및 대안물을 포함하도록 의도된다. 도면의 설명에서 같은 숫자는 동일하거나 유사한 요소를 지칭한다.
구성 요소가 다른 구성 요소에 "접속(connected)"되거나 "연결(coupled)"되는 것으로 지칭되는 경우, 다른 구성 요소에 직접적으로 접속되거나 연결될 수 있거나 중간 구성 요소가 존재할 수 있음을 이해할 것이다. 반대로, 구성 요소가 다른 구성 요소에 "직접적으로 접속(directly connected)"되거나 "직접적으로 연결(directly coupled)"되는 것으로 지칭되는 경우, 중간 구성 요소가 존재하지 않는다. 구성 요소 간의 관계를 설명하기 위해 사용되는 다른 단어가 비슷한 방식으로 해석되어야 한다(예컨대, "사이에(between)"와 "직접적인 사이에(directly between)", "인접하는(adjacent)"과 "직접적으로 인접하는(directly adjacent)" 등).
본 명세서에 사용되는 용어는 특정 실시예만을 설명하기 위한 목적을 위한 것이며 예시적인 실시예를 한정하고자 의도하지 않는다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, "하나의(a)", "하나의(an)" 및 "상기(the)"와 같은 단수형은 문맥상 명시적으로 지시되지 않는 한 복수형 역시 포함하도록 의도된다. "포함한다(comprises)", "포함하는(comprising)", "포함한다(includes)" 및/또는 "포함하는(including)"이라는 용어가 본 명세서에서 사용되는 경우, 언급된 특징, 정수, 단계, 동작, 구성요소 및/또는 컴포넌트의 존재를 특정하지만, 하나 이상의 특징, 정수, 단계, 동작, 구성요소, 컴포넌트 및/또는 그들의 그룹의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
별도로 정의되지 않는 한, 본 명세서에 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함함)는 예시적인 실시예가 속하는 분야의 당업자에 의해 널리 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 예를 들어, 널리 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련 기술 분야의 맥락에서의 의미와 일관된 의미를 갖는 것으로 해석되어야 한다. 그러나, 본 개시가 당업자에게 널리 이해되는 의미를 벗어나는 용어에 특정 의미를 부여하는 경우, 그 의미는 이러한 정의가 본 명세서에 주어진 특정 맥락에서 고려되어야 한다.
레이더 신호의 변조는, 예를 들어, 펄스-압축 레이더 시스템에서 완성된 기술이다. 레이더 신호의 주파수 변조(800)의 예시가 도 8(a)에 도시된다. 도시된 주파수 변조(800)는, 예컨대, 레이더 신호의 주파수는 예컨대, 100 μs의 기간에 제 1 무선 주파수(f1)로부터 제 2 무선 주파수(f2)로 선형적으로 증가되는 톱니 처프(saw tooth chirp)(882)를 수행한다. 제 2 무선 주파수(f2)에 도달한 후에, 레이더 신호의 주파수는 새로운 톱니 처프(888)을 수행하기 위해 짧은 시간 내에, 예를 들어, 5 μ 보다 짧은 시간 내에 제 1 무선 주파수(f1)로 리셋된다.
종종, 예컨대 밀리미터파 움직임 감지 시스템과 같은 레이더 시스템은 고해상도를 요구한다. 고해상도는, 예컨대, 제 1 무선 주파수(f1)와 제 2 무선 주파수(f2) 사이의 주파수 차이가 큰, 예를 들어, 7 GHz 이상인 큰 레이더 대역폭을 사용하여 달성될 수 있다. 따라서, 주파수의 리셋은 레이더 대역폭에 대응하는 큰 주파수 점프(884)를 야기할 수 있다. 제 1 무선 주파수(f1)로의 주파수 점프(884)는 레이더 신호의 주파수의 오버슈트 및 오실레이션(886)을 야기할 수 있어, 레이더 신호의 주파수가 제 1 무선 주파수(f1)로 다시 안정화되기 전에 안정화 시간(settling time)을 거칠 수 있다. 예를 들어, 50 μs 이상의 긴 안정화 시간은 레이더 신호의 전체 듀티 사이클을 증가시키고 그에 따라 전체 전력 소비를 증가시킬 수 있다.
PLL(phase-locked loop)이 레이더 신호의 주파수를 제어하기 위해 사용되는 경우, PLL은 주파수 점프(884)를 수행하기 위해 큰 루프 대역폭을 필요로 할 수 있다. 그러나, 큰 루프 대역폭(예를 들어, 1　MHz 이상)은 레이더 신호의 위상 잡음을 저하시킬 수 있다. 대안적인 이중 루프 PLL은 제 2 루프로 인한 추가적인 위상 잡음을 도입할 수 있다.
PLL이 전압 제어 오실레이터(voltage-controlled oscillator: VCO)를 포함하는 경우, VCO가 종종, 예를 들어, 도 8(b)의 VCO 동조 특성(tuning characteristic)(890) 및 도 8(c)의 대응하는 VCO 동조 감도(tuning sensitivity)(895)에 의해 도시된 제 1 무선 주파수와 같은 낮은 주파수 동조 범위에서 높은 동조 감도(K vco)를 갖기 때문에, 레이더 신호의 주파수의 오버슈트 및 오실레이션(886)이 악화될 수 있다. 동조 감도(K vco)는, 예를 들어, 5 GHz/V보다 클 수 있다. 아울러, 휴대용 애플리케이션에서, 동조 전압 범위는 레이더 시스템의 배터리 전압에 의해 제한될 수 있다. 결국, 더 높은 동조 감도(K vco)를 갖는 VCO가 필요해져서, 레이더 신호의 주파수의 오버슈트 및 오실레이션(886)이 더욱 악화될 수 있다.
본 개시의 실시예가 제한 없이 이러한 기술적 문제를 처리하고 해결책을 제공한다.
도 1은 본 개시의 일 실시예에 따른 레이더 시스템 동작 방법(100)의 흐름도이다. 방법(100)은 제 1 기간에 레이더 신호의 주파수를 증가시키는 단계(102)와 제 1 기간에 제 1 전송 안테나로부터 레이더 신호를 전송하는 단계(104)를 포함한다. 또한, 방법은 제 2 기간에 레이더 신호의 주파수를 감소시키는 단계(106)와 제 2 기간에 제 2 전송 안테나로부터 레이더 신호를 전송하는 단계(108)를 포함한다.
제 1 기간에 레이더 신호의 주파수를 증가시켜서 제 1 전송 안테나로부터 레이더 신호를 전송하고, 제 2 기간에 레이더 신호의 주파수를 감소시켜서 제 2 전송 안테나로부터 레이더 신호를 전송함으로써, 제 1 기간과 제 2 기간의 전송 사이의 중간 기간이 단축될 수 있다. 다시 말해, 제 1 안테나로부터 레이더 신호를 전송한 후에, 제 2 안테나에서 짧은 시간 내에 제공될 수 있다. 이러한 방식으로, 레이더 시스템은 연속적으로, 예컨대, 짧고/짧거나 작은 중단을 겪으며 타겟에 전자기 에너지를 인가할 수 있다. 결국, 더욱 안정적이고, 빠르고, 정확하게 타겟의 검출 및/또는 추적이 가능해질 수 있다. 아울러, 제 1 및 제 2 전송 안테나로부터 레이더 신호를 전송하는 것은 짧은 시간 내에 수행될 수 있어서, 레이더 시스템의 전체 듀티 사이클을 감소시킬 수 있고, 따라서 레이더 시스템의 전력 소비를 낮출 수 있다. 즉, 레이더 신호의 주파수를 증가 및 감소시키고 제 1 및 제 2 전송 안테나로부터 레이더 신호를 전송함으로써, 시작 주파수로 레이더 신호의 주파수를 리셋하는 것과 이러한 리셋을 수행하는 시간을 회피할 수 있다. 이렇게 리셋을 회피하는 것(예컨대, 큰 주파수 불연속 및/또는 큰 주파수 점프를 갖는 레이더 신호의 주파수 변조의 톱니 함수를 회피하는 것)은 레이더 신호의 주파수가 오버슈트 및/또는 발진할 수 있고, 레이더 신호가 제 2(또는 제 1) 전송 안테나에서 다시 제공될 수 있기 전에 대응하는 안정화 시간을 겪을 수 있는 것 또한 회피할 수 있다.
레이더 신호는 아날로그 신호 또는 디지털 신호일 수 있다. 아날로그 또는 디지털 레이더 신호는 지속파 신호 또는 펄스 신호를 포함할 수 있다. 디지털 레이더 신호의 경우, 레이더 신호를 전송하기 전에, 디지털-아날로그 변환기에 의해 디지털 도메인에서 아날로그 도메인으로 변환될 수 있다. 또한, 레이더 신호는 반송파 주파수 신호(carrier frequency signal), 중간 주파수 신호 또는 베이스밴드(baseband) 신호일 수 있다. 베이스밴드 신호 또는 중간 주파수 신호의 경우에, 레이더 신호는 전송 전에 반송파 주파수 도메인으로 업컨버트(up-converted)될 수 있다. 예를 들어, 혼합기(mixer) 및/또는 주파수 체배기(frequency multiplier)를 사용하는 것을 포함할 수 있다. 선택적으로, 레이더 신호는 전송되기 전에 증폭 및/또는 필터링될 수 있다.
예를 들어, 레이더 신호는 오실레이터에 의해 제공될 수 있다. 오실레이터는 예를 들어 가변 주파수 오실레이터를 포함할 수 있다. 가변 주파수 오실레이터는, 예를 들어, 전압 제어 오실레이터 및/또는 수치 제어 오실레이터(numerically controlled oscillator: NCO)를 포함할 수 있다. 오실레이터는 PLL(phase-locked loop), 예를 들어, 아날로그 PLL, 디지털 PLL 또는 아날로그 및 디지털 신호 및 회로를 포함하는 하이브리드 PLL일 수 있다.
제 1 기간에 레이더 신호의 주파수를 증가시키는 단계와 제 2 기간에 레이더 신호의 주파수를 감소시키는 단계는 레이더 신호의 주파수 변조를 포함할 수 있다. 주파수 변조는, 예를 들어, 선형적 주파수 변조를 포함할 수 있다. 선형적 주파수 변조에서, 레이더 신호의 주파수는 제 1 기간에 선형적으로 증가될 수 있고, 이는 하기에서 선형적 주파수 업-처프(up-chirp)(또는 간략하게 업-처프)로 지칭되며, 제 2 기간에 선형적으로 감소될 수 있으며, 이는 하기에서 선형적 주파수 다운-처프(down-chirp)(또는 간략하게 다운-처프)로 지칭된다.
레이더 신호의 주파수를 제어하는 단계, 예컨대, 레이더 신호의 주파수를 증가 및/또는 감소시키는 단계는 레이더 신호를 제공하는 오실레이터를 제어하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, PLL이 포함하는 전압 제어 오실레이터(VCO)의 경우에, VCO의 주파수(예를 들어, 레이더 신호의 주파수)를 제어하는 단계는 디바이더가 레이더 신호의 주파수를 분할하는 단계와, 레이더 신호의 분할된 주파수 및/또는 위상을 기준 신호의 주파수 및/또는 위상과 비교하는 단계와, 그에 상응하여 VCO의 동조 전압을 조정하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 디바이더를 증가시키는 것은 높은 동조 전압을 야기하여 결국 레이더 신호의 증가된 주파수를 야기할 수 있다. 유사하게, 디바이더를 감소시키는 것은 낮은 동조 전압을 야기하여, 예를 들어, 레이더 신호의 감소된 주파수를 야기할 수 있다.
방법(100)에 따라서, 레이더 신호의 주파수를 증가시키는 단계는, 예를 들어, 제 1 무선 주파수에서 제 2 무선 주파수로 증가시키는 단계를 포함할 수 있다. 또한, 레이더 신호의 주파수를 감소시키는 단계는 제 2 무선 주파수에서 제 1 무선 주파수로 감소시키는 단계를 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 동일한 주파수 범위(예컨대, 동일한 주파수 대역 및 동일한 레이더 대역폭)가, 예를 들어, 선형적 주파수 업-처프 및 선형적 주파수 다운-처프를 위해 사용될 수 있다. 이로 인해, 예를 들어, 방법(100)에 따라 동작하는 레이더 시스템의 하드웨어적 복잡도를 감소할 수 있으며, 따라서 레이더 시스템의 전력 소비를 감소할 수 있다.
또한, 방법(100)은 선택적으로 중간 기간에 레이더 신호의 주파수를 유지하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 중간 기간은 제 1 기간에 바로 연속(예컨대, 후속)할 수 있고, 제 2 기간에 바로 선행(예컨대, 직전에 수행)할 수 있다. 즉, 레이더 신호의 주파수는 중간 기간에 일정하게 유지될 수 있고, 제 1 기간, 중간 기간 및 제 2 기간은 곧바로(directly) 차례대로 수행될 수 있다. 중간 기간에 레이더 신호의 주파수를 유지함으로써, 방법(100)의 일 실시예에 따라 동작하는 레이더 시스템은, 예를 들어, 전술한 바와 같이 레이더 신호의 주파수의 리셋을 회피할 수 있기 때문에 전력 소비를 감소시킬 수 있다. 레이더 신호의 주파수의 리셋을 회피하는 것은 전체 듀티 사이클을 단축할 수 있으며 레이더 시스템의 동작 수를 줄일 수 있다.
아울러, 중간 기간에 레이더 신호의 주파수를 유지하는 단계는 주파수를 제 2 무선 주파수로 유지시키는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 레이더 신호가 제 1 전송 안테나로부터 전송되는 동안에 레이더 신호의 주파수는 제 1 기간에 제 1 무선 주파수에서 제 2 무선 주파수로 증가될 수 있다. 바로 후에, 중간 기간에 레이더 신호의 주파수는 제 2 주파수로 유지될 수 있다. 레이더 신호의 주파수는 변경되지 않으며, 레이더 신호의 주파수가 이미 동조된 제 2 무선 주파수로 일정하게 유지될 수 있다. 중간 기간에 곧바로 후속하여, 레이더 신호가 제 2 전송 안테나로부터 전송되는 동안 레이더 신호의 주파수는 제 2 구간에 제 2 무선 주파수에서 제 1 무선 주파수로 감소될 수 있다.
이러한 방식으로, 제 1 기간에 레이더 신호의 주파수가 동조된 마지막 주파수(예컨대, 정지 주파수)가 제 2 기간의 레이더 신호의 최초 주파수(예컨대, 시작 주파수)에 대응(예컨대, 동일)할 수 있다. 따라서, 제 1 기간의 종료시에 제 2 기간에 전송될 레이더 신호의 주파수는 이미 제 2 기간의 시작 주파수에 동조된다. 결국, 제 2 기간에 전송을 시작하기 위한 레이더 신호의 주파수를 동조하는 시간을 절약할 수 있다. 결과적으로, 예를 들어, VCO를 포함하는 PLL은 단지 연속적인(예컨대, 작은) 주파수 변경, 예를 들어, 레이더 신호의 반송파 주파수에 비해 1.0　% 미만인, 0.5　% 미만인 또는 0.2　% 미만인 주파수 변경을 수행(예컨대, 제어)할 필요가 있을 수 있다. 결국, PLL은 작은 루프 대역폭을 포함할 수 있다. 작은 루프 대역폭(예를 들어, 3을 초과하는, 5를 초과하는 또는 10을 초과하는 인자에 의해 감소된 루프 대역폭)이 레이더 신호의 감소된 위상 잡음 및 주파수 업-처프와 다운-처프의 높은 선형성(linearity)을 초래할 수 있다. 루프 대역폭은, 예를 들어, 500　kHz 미만, 예컨대, 300　kHz 내지 500　kHz, 100 kHz 내지 300　kHz, 또는 100　kHz 미만일 수 있다. 아울러, 레이더 신호의 주파수의 연속성은 레이더 신호의 주파수의 오버슈트를 회피 및/또는 감소시킬 수 있다. 감소된 위상 잡음, 회피되고/회피되거나 감소된 주파수 오버슈트 및 주파수 업-처프 및 다운-처프의 개선된 선형성이 타겟의 위치측정(positioning) 또는 추적 면에서 방법(100)에 따라 동작하는 레이더 시스템의 정확도를 높일 수 있다.
선택적으로, 방법(100)은 중간 기간에 제 1 전송 안테나로부터 제 2 전송 안테나로 레이더 신호를 스위칭하는 단계를 더 포함할 수 있다. 레이더 신호를 스위칭하는 단계는, 예를 들어, 트랜지스터-스위치, 다이오드-스위치 및/또는 중계기와 같은 신호 스위치를 동작시키는 단계를 포함할 수 있다. 레이더 신호를 1 전송 안테나로부터 제 2 전송 안테나로 스위칭함으로써, 공통 PLL 및 공통 오실레이터(예컨대, 공통 VCO)가 제 1 전송 안테나로부터 제 2 전송 안테나로 레이더 신호를 전송하기 위해 채택될 수 있다. 결과적으로, 본 개시의 일 실시예에 따라 동작하는 레이더 시스템의 하드웨어적 복잡도를 경감시킬 수 있고, 이에 따라 전력 소비를 줄일 수 있다. 레이더 신호를 스위칭하는 단계는 레이더 신호를 제 2 전송 안테나로부터 다시 제 1 전송 안테나로 스위칭하는 단계를 더 포함할 수 있다.
방법(100)에 따라, 제 1 기간은 제 2 기간의 절반보다 길 수 있고, 제 2 기간의 두배보다 짧을 수 있다. 다시 말해, 제 1 기간의 길이와 제 2 기간의 길이는 같은 자릿수(order of magnitude)일 수 있다. 부가적으로 또는 선택적으로, 레이더 신호의 주파수가 제 1 기간에 제 1 무선 주파수로부터 제 2 무선 주파수로 증가되고, 제 2 기간에 제 2 무선 주파수에서 제 1 무선 주파수로 감소되면, 레이더 신호의 주파수가 제 1 기간에 증가되는 제 1 속도(rate)는 레이더 신호의 주파수가 제 2 기간에 감소되는 제 2 속도의 절반 내지 두 배일 수 있다. 이러한 방식으로, 공통 루프 대역폭을 갖는 공통 PLL이 제 1 기간에는 레이더 신호의 주파수를 증가시키고 제 2 기간에는 레이더 신호의 주파수를 감소시키기 위해 사용될 수 있어, 위상 잡음과 주파수 업-처프 및 다운-처프의 선형성이 제 1 및 제 2 기간에 동일하게(또는 유사하게) 양호해질 수 있다. 아울러, 제 1 및 제 2 기간은, 예를 들어, 동일한 길이를 가질 수 있다.
또한, 제 1 기간 및/또는 제 2 기간은, 예를 들어, 중간 기간보다 적어도 30 배 더 길 수 있다. 일부 예시에서, 제 1 기간 및/또는 제 2 기간은 중간 기간보다 50 배, 100 배 또는 심지어 200배 이상 더 길 수 있다. 다시 말해, 중간 기간은 제 1 기간 및/또는 제 2 기간에 비해 상대적으로 짧을 수 있다. 예를 들어, 전송이, 예를 들어, 레이더 신호를 제 1 전송 안테나로부터 제 2 전송 안테나로 스위칭하기 위해 중단(예컨대, 인터럽트)되면, 중간 기간의 지속시간을 상대적으로 짧게 유지하는 것이 타겟에 평균적으로 긴 시간 동안 전자기 에너지를 인가하는 것을 가능하게 수 있고, 따라서 타겟의 위치 결정 및/또는 추적을 더욱 정확하게 수행할 수 있다. 예를 들어, 제 1 기간 및 제 2 기간 모두 100 μs이고, 중간 기간은 1 μs 내지 2 μs 또는 심지어 1 μs보다 더 짧을 수도 있다.
선택적으로, 방법(100)은 제 1 기간에 타겟으로부터 레이더 신호의 제 1 반사를 수신하는 단계와, 제 2 기간에 타겟으로부터 레이더 신호의 제 2 반사를 수신하는 단계와, 레이더 신호의 수신된 제 1 반사에 기초하고/기초하거나 레이더 신호의 수신된 제 2 반사에 기초하여 타겟의 위치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
선택적으로, 방법(100)은 타겟까지의 거리로 인한 수신된 반사 내의 주파수 편이(frequency shift)의 50배보다 작은 수신된 반사(예컨대, 수신된 제 1 및 제 2 반사) 내의 도플러(Doppler) 주파수 편이를 야기하기 위해서 레이더 신호의 변조 파라미터를 설정하는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 예시에서, 도플러 주파수 편이는 레이더 신호의 변조 파라미터를 그에 따라 설정함으로써, 타겟까지의 거리로 인한 주파수 편이보다 100 배, 500 배 또는 심지어 1,000배 보다 작아질 수 있다. 이러한 방식으로, 수신된 제 1 반사 및 수신된 제 2 반사는 타겟의 위치를 결정하기 위해 동등한 것으로 간주될 수 있다. 아울러, 수신된 반사의 도플러 주파수 편이를 감소시킴으로써, 방법(100)에 따라 동작하는 레이더 시스템의 수신기 측에서의 중간 주파수(intermediate frequency: IF) 대역폭이 감소될 수 있다. 수신기 측의 작은 IF 대역폭은 결국 수신된 반사를 방해할 것인 불요 신호(spurious signal)의 수신을 감소시킬 수 있고, 또한 수신기 측의 열 잡음을 감소시킬 수 있다.
레이더 신호의 설정된 변조 파라미터는, 예를 들어, 반송파 주파수(예컨대, 무선 주파수(RF) 중심 주파수), 제 1 무선 주파수, 제 2 무선 주파수, 제 1 무선 주파수와 제 2 무선 주파수 사이의 차이(예컨대, 레이더 대역폭), 제 1 기간의 길이(예컨대, 업-처프 시간) 및 제 2 기간의 길이(예컨대, 다운-처프 시간)을 포함할 수 있다. 이러한 변조 파라미터는 수신된 반사의 도플러 주파수 편이 및 타겟까지의 거리로 인한 수신된 반사의 주파수 편이에 대해 직접적인 영향을 미칠 수 있다.
선택적으로, 방법(100)에 따라, 레이더 신호의 제 1 반사를 수신하는 단계와 레이더 신호의 제 2 반사를 수신하는 단계는 디지털 빔-포밍(beam-forming)을 포함할 수 있다. 방법(100)에 따라 동작하는 레이더 시스템은, 예를 들어, 수신 안테나 어레이를 포함할 수 있으며, 수신 안테나 어레이의 각 안테나 요소는 전용 수신기 채널에 연결될 수 있다. 수신기 측에서의 디지털 빔-포밍에 의해, 레이더 시스템으로부터 타겟으로의 방향이 결정될 수 있다. 예를 들어, 수신 안테나 어레이의 제 1 및/또는 제 2 반사의 입사각이 결정될 수 있다. 이러한 입사각은 레이더 시스템으로부터 타겟으로의 방향에 대응할 수 있다. 수신된 반사의 주파수 편이에 기초하여 타겟까지의 거리를 결정하고 타겟으로의 방향을 결정함으로써, 예를 들어, 타겟의 위치가 결정될 수 있다.
방법(100)에 따라, 타겟의 위치를 결정하는 단계는 적어도 레이더 신호의 제 1 수신된 반사에 기초하여 타겟의 제 1 위치를 결정하는 단계와, 적어도 레이더 신호의 제 2 수신된 반사에 기초하여 타겟의 제 2 위치를 결정하는 단계와, 적어도 제 1 위치와 제 2 위치에 기초하여 타겟의 평균 위치를 결정하는 단계를 선택적으로 포함할 수 있다. 이러한 방식으로, 노이즈, 예컨대, 수신된 반사의 진폭 및 위상 잡음이 상당히 감소(예컨대, 평균화)될 수 있다. 따라서, 타겟의 위치가 높은 정확도로 결정될 수 있다.
방법(100)에 따른 일부 예시에서, 타겟은 생물 또는 생물의 신체 일부일 수 있다. 생물은, 예를 들어, 사람 및/또는 동물일 수 있다. 이러한 방식으로, 타겟에 관한 사전 정보(priori information)(예컨대, 타겟의 최대 속도)가 알려질 수 있어서, 방법(100)에 따른 레이더 시스템은 그러한 타겟의 검출을 위해 설계될 수 있다. 예를 들어, 레이더 시스템이 생물 및/또는 생물의 신체 일부의 위치를 결정하는데 사용되는 경우, 레이더 신호의 변조 파라미터는 전술한 바와 같이 타겟까지의 거리로 인해 수신된 반사의 주파수 편이보다 상당히 작은 수신된 반사의 도플러 주파수 편이를 야기하도록 설정될 수 있다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따른 레이더 신호의 주파수 변조(200)의 일 예시를 도시한다. 제 1 기간(244)에, 레이더 신호의 주파수는 레이더 대역폭(242)으로 제 1 무선 주파수로부터 제 2 무선 주파수로 선형적으로 증가된다. 레이더 대역폭(예컨대, 제 1 무선 주파수와 제 2 무선 주파수 간의 차이)은, 예를 들어, 4 GHz보다 크고, 예컨대, 4 GHz 내지 6 GHz, 6 GHz 내지 8 GHz, 8 GHz 내지 10 GHz 또는 심지어 10 GHz를 초과할 수 있다. 대안적으로, 레이더 대역폭(242)은 제 1 및 제 2 무선 주파수의 산술 평균값에 비해 8%만큼 더 클 수 있으며, 예컨대, 8 % 내지 10 %, 10 % 내지 12 %, 12 % 내지 15 % 또는 심지어 15 %보다 더 클 수 있다. 제 1 및 제 2 무선 주파수는 40 GHz보다 더 높을 수 있으며, 예컨대, 40 GHz 내지60 GHz, 50 GHz 내지 75 GHz, 60 GHz 내지 90 GHz, 75 GHz 내지 110 GHz 또는 심지어 110 GHz보다 높을 수 있다.
도 2의 예시에 따라, 제 1 기간(244)의 최초 시점에서 레이더 신호의 주파수는 제 1 무선 주파수와 같고, 제 1 기간(244)의 마지막 시점에서 레이더 신호의 주파수는 제 2 무선 주파수와 같다. 레이더 신호는 제 1 기간(244)에 제 1 전송 안테나로부터 전송된다.
중간 기간(246)이 제 1 기간(244)에 바로 연속한다(예컨대, 후속한다). 레이더 신호의 주파수는 전체 중간 기간(246) 동안에 제 2 무선 주파수로 유지된다. 중간 기간(246)에 레이더 신호는 제 1 전송 안테나로부터 제 2 전송 안테나로 스위칭될 수 있다.
제 2 기간(248)이 중간 기간(246)에 바로 연속한다(예컨대, 후속한다). 레이더 신호의 주파수는 제 2 기간(248)에 레이더 대역폭(242)으로 선형적으로 감소된다. 제 2 기간(248)의 최초 시점에서 레이더 신호의 주파수는 제 2 무선 주파수와 같고, 제 2 기간(248)의 마지막 시점에서 레이더 신호의 주파수는 제 1 무선 주파수와 같다. 제 2 기간(248)에 레이더 신호는 제 2 전송 안테나로부터 전송된다.
제 1 및 제 2 기간(244 및 248)은, 예를 들어, 500 μs보다 짧을 수 있고, 예컨대, 300 μs 내지 500 μs, 150 μs 내지 300 μs, 50 μs 내지 150 μs 또는 심지어 50 μs보다 짧을 수 있다. 중간 기간(246)은 제 1 기간(244) 및/또는 제 2 기간(248)보다 상당히 짧을 수 있어서, 예컨대, 1 μs 내지 2 μs, 500 ns 내지 1 μs 또는 500 ns보다 더 짧을 수 있다.
제 2 기간(248)은 휴지 기간(249)에 의해 바로 후속된다. 휴지 기간에, 제 1 및 제 2 전송 안테나로부터의 전송이, 예를 들어, 제 1 및/또는 제 2 전송 안테나와 연결된 전력 증폭기를 일시적으로 정지시킴으로써 중단될 수 있고, 이에 따라 전력 소비가 감소될 수 있다. 아울러, 휴지 기간에, 레이더 신호의 주파수는 제 1 무선 주파수로 유지될 수 있고, 레이더 주파수는 다시 제 1 전송 안테나로 스위칭될 수 있다. 휴지 기간(249)은 중간 시간(246)만큼 짧을 수 있거나, 중간 시간(246)보다 더 길 수 있고, 예를 들어, 중간 시간(246)보다 열 배 더 길 수 있다.
휴지 기간(249)이 경과한 후에, 전술한 변조 및 제 1 및 제 2 전송 안테나로부터의 전송이 반복될 수 있다. 이러한 방식으로, 일련의 선형적인 주파수 업-처프가 제 1 전송 안테나로부터 전송될 수 있고, 일련의 선형적인 주파수 다운-처프가 제 2 전송 안테나로부터 전송될 수 있다. 이러한 방식으로, 타겟의 위치가 반복적으로 결정될 수 있어서, 위치 결정의 정확도를 개선(예컨대, 잡음 감소)하고/ 개선하거나 타겟이 시간에 따라 추적될 수 있다.
도 2에 제안된 변조 스킴에 의해, 레이더 신호를 제공하는 PLL과 레이더 신호의 주파수를 제어하는 단계는, 예를 들어, PLL이 포함하는 VCO의 낮은 동조 감도 구역으로부터 VCO의 높은 동조 감도로 큰 주파수 점프를 지원할 필요가 없다. 요구되는 최대 대역폭(예컨대, PLL의 최대 루프 대역폭)은, 예를 들어, (예컨대, 주파수 업-처프 및/또는 주파수 다운-처프의) 처프 지점의 개수와 관련된다. 이런 방식으로, 시스템(예컨대, 레이더 시스템)은, 예를 들어, 잡음 및 선형성을 최적화할 수 있다. 아울러 일부 예시에서, 제 1 기간의 주파수 업-처프는 톱니 함수에 대응할 수 있으며, 제 2 기간의 주파수 다운-처프는 역톱니 함수에 대응할 수 있다. 중간 기간(246)은 제 1 전송기와 제 2 전송기 사이의 구성을 스위칭하는데 선택적으로 사용될 수 있다. 아울러 일부 예시에서, 중간 기간(246)은 PLL 대역폭(예컨대, PLL의 루프 대역폭)에 가능한한 어떠한 영향도 없도록 짧을 수 있다.
더욱 상세한 사항 및 양태가 상기 및 하기에 설명될 실시예에 관해 설명된다. 도 2에 도시된 실시예는 제안된 개념에 관하여 설명된 하나 이상의 양태 또는 상기(예컨대, 도 1) 또는 하기(예컨대, 도 3 내지 도 7(b))에 설명되는 하나 이상의 실시예에 대응하는 하나 이상의 선택적이고 부가적인 특징을 포함할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 레이더 신호의 수신된 반사의 주파수 도메인 표현(300)의 일 예시를 도시한다. 수신된 반사는, 예를 들어, 레이더 시스템의 수신기 측에서 중간 주파수로 다운-컨버트(down-convert)될 수 있다.
수신된 반사는, 예를 들어, 수신된 제 1 및 제 2 반사를 포함할 수 있다. 수신된 제 1 반사는 제 1 기간, 예컨대, 주파수 업-처프 동안에 제 1 전송 안테나로부터 전송된 레이더 신호에 대응할 수 있다. 제 1 반사가, 예를 들어, 레이더 신호가 제 1 기간에 전송되는 동안 수신되기 때문에, 제 1 반사의 순시 주파수(instantaneous frequency)가 레이서 시스템에서 제 1 반사의 수신 동안에 제 1 전송 안테나로부터 전송된 레이더 신호의 순시 주파수와 비교될 수 있다. 예를 들어, 제 1 반사의 순시 주파수는 제 1 전송 안테나로부터 전송된 레이더 신호의 순시 주파수보다 낮을 수 있는데, 이는 제 1 전송 안테나로부터 타겟까지 그리고 다시 레이더 시스템까지의 레이더 신호의 전파 시간 때문이다. 제 1 반사의 순시 주파수와 제 1 전송 안테나로부터 전송된 레이더 신호의 순시 주파수 사이의 차이는 제 1 전송 안테나로부터 타겟까지의 거리 및/또는 타겟의 속도(예컨대, 제 1 전송 안테나에 대한 타겟의 시선 속도(radial speed))에 대해 나타낼 수 있다.
유사하게, 수신된 제 2 반사는 제 2 기간, 예컨대, 주파수 다운-처프 동안에 제 2 전송 안테나로부터 전송된 레이더 신호에 대응할 수 있다. 제 2 반사는 레이더 신호가 제 2 기간에 전송되는 동안에 수신될 수 있다. 제 2 반사의 수신 동안에, 제 2 반사의 순시 주파수는 제 2 전송 안테나로부터 전송된 레이더 신호의 순시 주파수와 비교될 수 있다. 제 2 반사의 순시 주파수는, 예를 들어, 제 2 전송 안테나로부터 전송된 레이더 신호의 순시 주파수보다 높을 수 있는데, 이는 제 2 전송 안테나로부터 타겟까지의 그리고 다시 레이더 시스템까지의 전파 시간 때문이다. 제 2 반사의 순시 주파수와 제 2 전송 안테나로부터 전송된 레이더 신호의 순시 주파수 사이의 차이는 제 2 전송 안테나로부터 타겟까지의 거리 및/또는 타겟의 속도(예컨대, 제 2 전송 안테나에 대한 타겟의 시선 속도)에 대해 나타낼 수 있다.
검출 주파수(
Figure pat00001
), 예컨대, 제 1/제 2 반사의 순시 주파수와 제 1/제 2 전송 안테나로부터 각각 전송된 레이더 신호의 순시 주파수 사이의 주파수 차이가 다음과 같이 계산될 수 있다:
Figure pat00002
더하기 기호는 제 1 기간, 예컨대, 선형적 주파수 업-처프 동안에 수학식 1에서 사용되고, 빼기 기호는 제 2 기간, 예컨대, 선형적 주파수 다운-처프 동안에 수학식 1에서 사용된다. 일반성을 잃지 않고, 수학식 1에서 제 1 및 제 2 기간이 동일한 길이(T)(예컨대, 동일한 업-처프 및 다운-처프 시간)을 포함하는 것으로 가정한다. 제 1 및 제 2 기간이 다른 길이이면, 수학식 1은 당업자에 의해 적절히 수정될 수 있다. 변수 B는 레이더 신호의 주파수가 제 1 기간에 선형적으로 증가되고 제 2 기간에 선형적으로 감소되는 제 1 무선 주파수와 제 2 무선 주파수의 차이(예컨대, 레이더 대역폭)를 나타낸다.
Figure pat00003
는 제 1 및/또는 제 2 전송 안테나 각각으로부터 타겟까지의 거리이다.
Figure pat00004
는 빛의 속도이다.
Figure pat00005
는 제 1 무선 주파수와 제 2 무선 주파수의 산술 평균값, 예컨대, RF 중심 주파수이다. 다시 말해,
Figure pat00006
는 레이더 신호의 반송파 주파수이다.
Figure pat00007
는 제 1 및 제 2 전송 안테나 각각에 대한 타겟의 시선 속도이다.
따라서, 수학식 1을 검토함으로써 검출 주파수(
Figure pat00008
)가 두 개의 컴포넌트로부터 발생할 수 있다. 검출 주파수의 첫번째 컴포넌트(
Figure pat00009
)는 타겟의 시선 속도(
Figure pat00010
)로 인한 것이며, 수신된 제 1 및 제 2 반사의 도플러 주파수 편이를 야기한다:
Figure pat00011
제 1 및 제 2 전송 안테나를 향해(예컨대, 레이더 시스템을 향해) 움직이는 타겟에 대해, 시선 속도(
Figure pat00012
)는 양의 값을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 전송 안테나로부터 멀어지며(예컨대, 레이더 시스템으로부터 멀어지며) 움직이는 타겟에 대해, 시선 속도(
Figure pat00013
)는 음의 값을 포함할 수 있다.
검출 주파수의 제 2 컴포넌트(
Figure pat00014
)는 타겟까지의 거리, 예컨대, 제 1 및 제 2 전송 안테나로부터 타겟까지의 거리로 인한 것일 수 있다:
Figure pat00015
수학식 3에서, 더하기 기호는 주파수 업-처프 동안에 사용되고, 빼기 기호는 주파수 다운-처프 동안에 사용된다.
도 3을 참조하면, 움직이는 타겟은 검출 주파수를 증가시키고/증가시키거나 감소시킬 수 있다. 검출 주파수가 증가되거나 감소되는 것은 처프 방향(예컨대, 레이더 신호의 주파수가 증가되거나 감소됨)에 따라서, 그리고 타겟 움직임 방향에 따라서 결정될 수 있다. 도 3에서, 타겟은 양의 시선 속도를 가져서, 주파수 업-처프 동안에(예컨대, 제 1 기간에) 검출 주파수는 도플러 주파수 편이(
Figure pat00016
)만큼 증가되고, 높은 주파수를 갖는 스펙트럼 컴포넌트(354)를 야기한다. 유사하게, 주파수 다운-처프 동안에(예컨대, 제 2 기간에) 검출 주파수는 동일한 도플러 주파수 편이만큼 감소되고, 낮은 주파수를 갖는 스펙트럼 컴포넌트(356)를 야기한다.
더욱 상세한 사항 및 양태가 상기 및 하기에 설명되는 실시예에 관해 설명된다. 도 3에 도시된 실시예는 제안된 개념에 관하여 설명된 하나 이상의 양태 또는 상기(예컨대, 도 1 및 도 2) 또는 하기(예컨대, 도 4 내지 도 7(b))에 설명되는 하나 이상의 실시예에 대응하는 하나 이상의 선택적이고 부가적인 특징을 포함할 수 있다.
도 4는 한 세트의 변조 파라미터에 대해 타겟의 다양한 거리 및 다양한 속도에 따른 도플러 주파수 편이 및 타겟까지의 거리로 인한 주파수 편이를 포함하는 표(400)를 도시한다. 본 예시에서, 변조 파라미터는 60 GHz으로 설정된 RF 중심 주파수(
Figure pat00017
)(예컨대, 레이더 중심 주파수), 7 GHz로 설정된 레이더 대역폭(B)(예컨대, 제 1 및 제 2 무선 주파수 사이의 차이) 및 모두 100 μs으로 설정된 제 1 및 제 2 기간의 길이(T)(예컨대, 처프 시간)를 포함한다.
도 1에 관해 전술한 바와 같이, 본 개시의 실시예에 따르면, 레이더 신호의 변조 파라미터는 타겟까지의 거리(예컨대,
Figure pat00018
)로 인한 수신된 반사의 주파수 편이보다 상당히 작은 수신된 반사의 도플러 주파수 편이(예컨대,
Figure pat00019
)를 야기하도록 선택적으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 검출되는 타겟에 관한 사전 정보를 사용하여 이뤄질 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 따라 동작하는 레이더 시스템은 최대 시선 속도와 레이더 시스템으로부터의 최소 거리를 갖는 타겟을 검출하기 위해 설계될 수 있다. 그러한 타겟은, 예를 들어, 생물 또는 생물의 신체 일부를 포함할 수 있다.
타겟의 최대 시선 속도(예컨대, 가정된 최대 시선 속도)는, 예를 들어, 10 m/s보다 작거나, 5 m/s보다 작거나, 심지어 1 m/s보다 작을 수 있다. 타겟까지의 최소 거리(예컨대, 가정된 타겟까지의 최소 거리)는, 예를 들어, 10 m보다 짧거나, 5 m보다 짧거나, 심지어 10 cm보다 짧거나 같을 수 있다.
도 4의 표(400)의 예시에서, 타겟의 최대 시선 속도는 1 m/s이고, 타겟까지의 최소 거리는 0.1 m이다. 그에 따라, 최대 도플러 주파수 편이(458)는 400 Hz에 이르고, 타겟까지의 최소 거리로 인한 대략 46.667 kHz의 최소 주파수 편이(462)보다 상당히 낮다(예컨대, 100 배 이상 낮다). 즉, 빠른 처프를 실행하는 레이더 시스템의 적어도 일부의 예시에서, 도플러 편이는 타겟까지의 거리로 인한 주파수 편이에 비해 매우 작을 수 있다.
더욱 상세한 사항 및 양태가 상기 및 하기에 설명되는 실시예에 관해 설명된다. 도 4에 도시된 실시예는 제안된 개념에 관하여 설명된 하나 이상의 양태 또는 상기(예컨대, 도 1 및 도 3) 또는 하기(예컨대, 도 5(a) 내지 도 7(b))에 설명되는 하나 이상의 실시예에 대응하는 하나 이상의 선택적이고 부가적인 특징을 포함할 수 있다.
도 5(a)는 본 개시의 일 실시예에 따라 레이더 시스템(500)의 범위를 범위 게이트(range gates)(564)로 분할한 것을 도시한다. 예를 들어, 레이더 시스템(500)의 범위는 인접한 세그먼트로 분할될 수 있으며, 이러한 인접한 세그먼트는 함께 합쳐질 경우 레이더 시스템(500)의 전체 범위를 포함할 수 있다. 범위 게이트는, 예를 들어, 1 cm보다 넓을 수 있으며, 예컨대, 1 cm 내지 10 cm, 10 cm 내지 50 cm, 50 cm 내지 100 cm, 또는 심지어 100 cm보다 넓을 수 있다. 도 5(b)에 도시된 주파수 전력 스펙트럼(550)에 의해 표시된 바와 같이, 범위 게이트에서 검출된 타겟은 레이더 시스템(500)의 수신기 측에서 대응하는 중간 주파수를 야기할 수 있다. 레이더 시스템(500)의 소스(566)로부터 가장 가까운 범위 게이트 내의 타겟(예컨대, 제 1 및/또는 제 2 전송 안테나)은, 예를 들어, 최소 중간 주파수(572)(예컨대, 수학식 1에 따른 최소 검출 주파수)를 야기할 수 있다. 소스(566)로부터 가장 먼 범위 게이트 내의 타겟은, 예를 들어, 최대 중간 주파수(574)(예컨대, 수학식 1에 따른 최대 검출 추파수)를 초래할 수 있다. 레이더 시스템의 범위 해상도(range resolution)는, 예를 들어, 레이더 시스템이 두 개의 가까운 타겟을 구분할 수 있는 능력으로 정의될 수 있다.
도 5(a) 및 도 5(b)는 도 4와 연관되어 특정 거리에서 타겟에 연관된 중간 주파수가 본 개시의 레이더 시스템, 예컨대, 움직임 감지에 사용되는 레이더 시스템의 적어도 일부의 예시에 대한 도플러 주파수 편이보다 여러 자릿수만큼 큰 것을 도시하며, 범위는, 예를 들어, 10 m보다 짧을 수 있다. 아울러, 이러한 시스템에 연관될 수 있는 각 범위 게이트는 10 kHz(1/처프 트림(trim))의 범위에 있다.
도 4에 관해 설명된 바와 같이, 레이더 시스템의 변조 파라미터가 수신된 반사의 도플러 주파수 편이를 타겟까지의 거리로 인한 수신된 반사의 주파수 편이보다 상당히 작게 하도록 설정된 경우에, 도플러 편이로 인한 타겟과 연관된 에러(예컨대, 위치측정 에러)는 범위 게이트의 넓이보다 훨씬 작을 수 있으며, 예를 들어, 100 배 이상, 500 배 이상 또는 심지어 1000 배 이상 작을 수 있다. 이러한 방식으로, 레이더 시스템(500)(예컨대, 레이더 센서)은 정확한(예컨대, 예상된) 범위 게이트에서 타겟을 검출할 수 있다. 이러한 의미에서, 주파수 업-처프 및 주파수 다운-처프는 프레임 내에서 수행되는 일련의 처프에서 동등하게 간주될 수 있다. 결국, PLL 대역폭 및 VCO의 요건이, 예를 들어, 완화될 수 있다. 요구되는 대역폭(예컨대, PLL의 루프 대역폭)이 특정 선형성으로 처프 내의 여러 단계를 제공하기에 충분할 수 있다. 레이더 시스템은, 예를 들어, 여러 트레이드-오프로 잡음(예컨대, 위상 잡음)과 선형성을 최적화할 수 있다.
더욱 상세한 사항 및 양태가 상기 및 하기에 설명되는 실시예에 관해 설명된다. 도 5(a) 및 도 5(b)에 도시된 실시예는 제안된 개념에 관하여 설명된 하나 이상의 양태 또는 상기(예컨대, 도 1 및 도 4) 또는 하기(예컨대, 도 6 내지 도 7(b))에 설명되는 하나 이상의 실시예에 대응하는 하나 이상의 선택적이고 부가적인 특징을 포함할 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 레이더 시스템(600)의 블록도이다. 레이더 시스템(600)은 제 1 전송 안테나(632)와 적어도 하나의 제 2 전송 안테나(634)를 포함한다. 또한, 레이더 시스템(600)은 제 1 기간에 레이더 신호의 주파수를 증가시키고 제 2 기간에 레이더 신호의 주파수를 감소시키는 PLL(610)을 포함한다. 레이더 시스템(600)은 제 1 기간에 레이더 신호를 제 1 전송 안테나(632)로 스위칭하고 제 2 기간에 레이더 신호를 제 2 전송 안테나(634)로 스위칭하는 신호 스위치(620)를 더 포함한다.
레이더 시스템(600)은, 예를 들어, 도 1에 관해 설명된 방법을 수행하도록 구성될 수 있다. 레이더 시스템(600)의 구현에 관한 상세 사항은 도 1 내지 도 5에 관해 전술되었다.
선택적으로, 제 1 전송 안테나(632)와 적어도 하나의 제 2 전송 안테나(634) 사이의 최소 거리는 레이더 신호의 파장보다 클 수 있다. 파장은, 예를 들어, 레이더 신호의 최소 자유 공간 파장(free space wavelength)에 대응할 수 있다. 레이더 신호의 자유 공간 파장은 레이더 신호의 주파수가 최대일 때, 예를 들어, 제 1 기간에 제 1 무선 주파수로부터 제 2 무선 주파수로 증가된 후에 최소일 수 있다. 제 2 무선 주파수에서, 레이더 신호의 자유 공간 파장이 최소일 수 있다. 최소 자유 공간 파장은, 예를 들어, 1 cm보다 짧을 수 있고, 예컨대, 1 cm 내지 5 mm, 5 mm 내지 1 mm, 또는 심지어 1 mm보다 짧을 수 있다.
제 1 전송 안테나(632)와 제 2 전송 안테나(634)를 레이더 신호의 파장보다 더 크게(예컨대, 하나 내지 두 개의 파장, 두 개 내지 다섯 개의 파장 또는 다섯 개의 파장 이상으로) 공간적으로 분리함으로써, 레이더 시스템(600)은, 예를 들어, 입체 레이더 시스템으로 동작할 수 있고, 입체 레이더 시스템은, 예를 들어, 타겟의 크기 및/또는 형태에 관한 정보를 획득하고 타겟의 위치 및/또는 속도를 결정할 수 있다. 예를 들어, 생물(예컨대, 사람 및/또는 동물)의 신체 일부의 상이한 움직임 및/또는 상이한 자세가 일 실시예에 따른 레이더 시스템에 의해 인식, 구분 및/또는 해석될 수 있는 경우에, 움직임 감지 레이더 시스템에 적용될 수 있다.
선택적으로, 레이더 시스템(600)은 FMCW(frequency-modulated continuous-wave) 레이더, 예컨대, 선형적 FMCW 레이더로서 동작할 수 있다.
더욱 상세한 사항 및 양태가 상기 및 하기에 설명되는 실시예에 관해 설명된다. 도 6에 도시된 실시예는 제안된 개념에 관하여 설명된 하나 이상의 양태 또는 상기(예컨대, 도 1 및 도 5(b)) 또는 하기(예컨대, 도 7(a) 내지 도 7(b))에 설명되는 하나 이상의 실시예에 대응하는 하나 이상의 선택적이고 부가적인 특징을 포함할 수 있다.
도 7(a)는 일 예시에 따른 레이더 시스템(700)의 다른 블록도를 도시한다. 레이더 시스템(700)은 도 6의 레이더 시스템과 유사하다. PLL(710)이 무선 주파수 전단(730)에 연결된다. 무선 주파수 전단(730)은 제 1 전송 안테나(732)와 제 2 전송 안테나(734)뿐만 아니라 수신 안테나 어레이(736)를 포함한다. 수신 안테나 어레이(736)는 네 개의 수신 안테나 요소(예컨대, 수신 요소)를 포함한다. 각 수신 안테나 요소는 전용 수신 채널에 연결된다. 각 전용 수신 채널은 도 5(a) 및 도 5(b)에 관해 설명된 바와 같은 수신된 중간 주파수 신호를 제공할 수 있다. 전용 수신 채널의 중간 주파수 신호는 전용 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 연결되어, 중간 주파수 신호는 디지털 도메인으로 처리 및/또는 분석될 수 있다. 예를 들어, 각 중간 주파수 신호의 고속 푸리에 변환(Fast-Fourier-Transformation: FFT)이 계산될 수 있다. 중간 주파수 신호의 FFT로부터 중간 주파수 신호 사이의 위상 편이가 계산될 수 있다. 계산된 위상 편이는 수신된 반사의 입사각(Θ)을 나타낼 수 있으며, 따라서 반사를 유발하는 수신 안테나 어레이(736)로부터 타겟으로의 방향을 나타낼 수 있다. 다시 말해, 레이더 시스템(600)은 수신기 측에서의 디지털 빔포밍에 기초하여 타겟으로의 방향을 결정할 수 있다.
아울러, 중간 주파수 신호의 FFT가 합해질 수 있으며, 그 합은 USB(universal-serial-bus) 포트로 제공될 수 있다. 중간 주파수 신호의 아날로그-디지털 변환, FFT의 계산 및 FFT의 합은, 예를 들어, 마이크로 컨트롤러, FPGA(programmable gate array), DSP(digital signal processor) 또는 ASIC(application specific integrated circuit)와 같은 혼합 신호(mixed-signal) 회로(740)에서 수행될 수 있다.
전압 조정기(738)(예컨대, 선형 LDO(low dropout) 전압 조정기 및/또는 스위치 전압 조정기)가 PLL(710), RF 전단(730) 및 혼합 신호 회로(740)에 전력을 공급하는데 사용된다.
또한, PLL(710), RF 전단(730), 혼합 신호 회로(740) 및 전압 조정기(738)는 선택적으로 공통 반도체 패키지 또는 공통 반도체 다이로 통합될 수 있다.
아울러, 도 7(a)에 도시된 레이더 시스템(700)은, 예를 들어, 두 개의 전송기와 네 개의 수신기를 갖는 디지털 빔포밍을 위한 6 채널 송수신기에 기초할 수 있다. 레이더 시스템(700)은 Tx1, 예컨대, 제 1 전송 안테나(732)와 Tx2, 예컨대, 제 2 전송 안테나(734) 사이에서 처프로부터 처프로(예컨대, 주파수 업-처프로부터 주파수 다운-처프로 또는 그 역으로) 토글링할 수 있다.
도 7(b)는 복수의 전송 요소가 어떻게 레이더 시스템(700)을 위한 실제 수신 요소로부터 복수의 합성 수신 채널을 형성할 수 있는지에 대한 개념을 도시한다. 제 1 전송 안테나(732)를 제 2 전송 안테나(734)로부터, 예를 들어, 레이더 신호의 파장보다 더 크게 공간적으로 분리함으로써, 레이더 시스템(700)은 합성 개구 레이더(synthetic aperture radar)로서 동작할 수 있다. 결국, 레이더 시스템(700)의 각도 해상도가 개선될 수 있어, 예를 들어, 10
Figure pat00020
미만, 5
Figure pat00021
미만, 또는 심지어 2
Figure pat00022
미만의 각도로 분리된 두 개의 타겟이 레이더 시스템(700)에 의해 구분될 수 있다.
더욱 상세한 사항 및 양태가 상기 및 하기에 설명되는 실시예에 관해 설명된다. 도 7(a) 및 도 7(b)에 도시된 실시예는 제안된 개념에 관하여 설명된 하나 이상의 양태 또는 상기(예컨대, 도 1 및 도 6) 또는 하에 설명되는 하나 이상의 실시예에 대응하는 하나 이상의 선택적이고 부가적인 특징을 포함할 수 있다.
일부 실시예는 움직임 감지 시스템과 디지털 빔포밍을 위한 두 개의 전송기로 구성된 송수신기에 기초한 레이더 시스템에 관한 것이다. 그러한 시스템은 처프에서 처프로 두 개의 전송기 사이에서 토글링함으로써 프레임에서 처프 시퀀스를 수행할 수 있다. 두 개의 전송기에서 업-처프(예컨대, 톱니)를 실행하는 대신에, 처프의 선형성을 개선하고 PLL 설계를 단순화하기 위해서, 제 1 전송기가 업-처프를 사용하고 제 2 전송기가 다운-처프를 사용할 수 있다. 처프가 매우 빠르게 수행되는 경우에 이들은 동등한 것으로 간주될 수 있어서, 예컨대 도플러 편이는 타겟과 연관된 중간 주파수에 영향을 미치지 않는다.
아울러, 일부 실시예는 고해상도를 요구하는 밀리미터파 움직임 감지 시스템에 관한 것이다. 고해상도는, 예를 들어, 큰 대역폭, 예를 들어, 7 GHz 이상의 대역폭을 사용함으로써 달성될 수 있다. 일부 밀리미터파 움직임 감지 시스템은, 예를 들어, 7 GHz 이상의 주파수 범위에 대응하는 0 내지 5 V 또는 그 이하의 동조 전압을 갖는 VCO를 포함할 수 있다. 휴대용 배터리 구동 애플리케이션에서, 동조 전압 범위는 훨씬 작을 수 있고, 예를 들어, 7 GHz 이상의 주파수 범위에 대응하는, 예를 들어, 0 내지 3.7 V일 수 있다.
예시적인 실시예는 컴퓨터 프로그램이 컴퓨터 또는 프로세서에서 실행되는 경우에, 전술한 방법 중 하나를 수행하는 프로그램 코드를 갖는 컴퓨터 프로그램을 더 제공할 수 있다. 본 기술분야의 당업자는 전술한 다양한 방법의 작업이 프로그램된 컴퓨터에 의해 수행될 수 있음을 용이하게 이해할 것이다. 본 명세서에서, 일부 예시적인 실시예는, 예컨대, 디지털 데이터 저장 매체와 같은 프로그램 저장 디바이스를 포함하도록 의도되며, 프로그램 저장 디바이스는 머신 또는 컴퓨터 판독가능하고 명령어의 머신 실행가능 또는 컴퓨터 실행가능 프로그램을 인코딩하고, 명령어는 전술한 방법의 작업의 일부 또는 전부를 수행한다. 프로그램 저장 디바이스는, 예컨대, 디지털 메모리, 자기 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 저장 매체, 하드 드라이브 또는 광학 판독가능 디지털 데이터 저장 매체일 수 있다. 다른 예시적인 실시예는 전술한 방법의 작업을 수행하도록 프로그램된 컴퓨터, 또는 전술한 방법의 작업을 수행하도록 프로그램된 (F)PLA((field) programmable logic array) 또는 (F)PGA((field) programmable gate array)를 포함하도록 의도된다.
상세한 설명 및 도면은 단지 개시의 원리를 설명한다. 따라서, 당업자는 본 명세서에 명시적으로 설명되거나 도시되지 않았지만 본 개시의 원리를 실시하고 사상 및 범위 내에 속하는 다양한 배치를 고안하는 것이 가능함을 이해할 것이다. 아울러, 본 명세서에 기재된 모든 예시는 독자가 발명자(들)에 의해 기술을 발전시키고자 기고된 개시 및 개념의 원리를 이해하는 것을 돕는 교육적 목적만을 위한 것으로 원칙적으로 의도되며, 특히 기재된 예시 및 조건에 한정되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 본 개시의 원리, 양태 및 실시예뿐만 아니라 그 특정 예시를 기재하는 본 명세서의 모든 설명은 그 등가물을 포함하도록 의도된다.
본 명세서의 모든 블록도는 본 개시의 원리를 실시하는 예시적인 회로의 개념적 도면을 나타내는 것임을 본 기술분야에 속한 당업자는 이해할 것이다. 마찬가지로, 모든 흐름도(flow charts), 흐름도(flow diagrams), 상태 변화도, 수도 코드(pseudo code) 등은 컴퓨터 판독가능 매체에 실질적으로 나타날 수 있고, 그러한 컴퓨터 또는 프로세서가 명시적으로 도시되었는지 여부에 상관없이 컴퓨터 또는 프로세서에 의해 실행될 수 있는 다양한 프로세스를 나타내는 것이 이해될 것이다.
아울러, 하기의 청구항은 상세한 설명에 통합되고, 각 청구항은 개별적인 실시예로서 독립될 수 있다. 각 청구항이 개별적인 실시예로서 독립될 수 있으나, 하나의 종속항이 하나 이상의 다른 청구항의 특정 조합을 인용할 수 있을지라도, 다른 실시예 또한 다른 종속항 또는 독립항의 각각의 주제를 갖는 종속항의 조합을 포함할 수 있음을 유의해야 한다. 특정 조합이 의도되지 않는다고 별도로 언급되지 않는한 그러한 조합이 본 명세서에 제안된다. 또한, 한 청구항이 임의의 다른 독립항을 직접적으로 인용하지 않는 경우에도, 그러한 청구항의 특징들이 독립항에 또한 포함되도록 의도된다.
명세서 또는 청구항에 개시된 방법이 이러한 방법의 각 단계를 수행하는 수단을 포함하는 디바이스에 의해 구현될 수 있음을 또한 유의해야 한다.
또한, 명세서 또는 청구항에 개시된 복수의 단계 또는 기능의 개시가 특정 순서를 갖는 것으로 해석될 수 없음을 이해해야 한다. 따라서, 복수의 단계 또는 기능의 개시가 그러한 단계 또는 기능이 기술적인 이유로 상호변경하는 것이 불가능한 것이 아니면 특정 순서에 한정되지 않을 것이다. 아울러, 일부 실시예에서, 단일 단계는 복수의 하위 단계를 포함하거나 복수의 하위 단계로 분할될 수 있다. 그러한 하위 단계는 명시적으로 배제되지 않는 한 이러한 단일 단계의 개시의 일부로서 포함될 것이다.

Claims (16)

  1. 레이더 시스템 동작 방법으로서,
    제 1 기간에 레이더 신호의 주파수를 증가시키는 단계와,
    상기 제 1 기간에 제 1 전송 안테나로부터 상기 레이더 신호를 전송하는 단계와,
    제 2 기간에 상기 레이더 신호의 주파수를 감소시키는 단계와,
    상기 제 2 기간에 제 2 전송 안테나로부터 상기 레이더 신호를 전송하는 단계를 포함하는
    레이더 시스템 동작 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 레이더 신호의 주파수를 증가시키는 단계는 상기 주파수를 제 1 무선 주파수에서 제 2 무선 주파수로 증가시키는 단계를 포함하고,
    상기 레이더 신호의 주파수를 감소시키는 단계는 상기 주파수를 상기 제 2 무선 주파수에서 상기 제 1 무선 주파수로 감소시키는 단계를 포함하는
    레이더 시스템 동작 방법.

  3. 제 2 항에 있어서,
    중간 기간에 상기 레이더 신호의 주파수를 유지하는 단계를 더 포함하되,
    상기 중간 기간은 상기 제 1 기간에 바로 후속하고 상기 제 2 기간에 바로 선행하는
    레이더 시스템 동작 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 레이더 신호의 주파수를 유지하는 단계는 상기 주파수를 상기 제 2 무선 주파수로 유지하는 단계를 포함하는
    레이더 시스템 동작 방법.
  5. 제 3 항에 있어서,
    상기 중간 기간에 상기 레이더 신호를 상기 제 1 전송 안테나로부터 상기 제 2 전송 안테나로 스위칭하는 단계를 더 포함하는
    레이더 시스템 동작 방법.

  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기간은 상기 제 2 기간의 절반보다 길고 상기 제 2 기간의 두 배보다 짧은
    레이더 시스템 동작 방법.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 제 1 기간과 상기 제 2 기간 중 적어도 하나는 상기 중간 기간보다 적어도 삼십 배만큼 긴
    레이더 시스템 동작 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기간에 타겟으로부터 상기 레이더 신호의 제 1 반사를 수신하는 단계와,
    상기 제 2 기간에 상기 타겟으로부터 상기 레이더 신호의 제 2 반사를 수신하는 단계와,
    상기 레이더 신호의 수신된 제 1 반사와 상기 레이더 신호의 수신된 제 2 반사 중 적어도 하나에 기초하여 상기 타겟의 위치를 결정하는 단계를 더 포함하는
    레이더 시스템 동작 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 수신된 제 1 반사 및 제 2 반사의 도플러 주파수 편이(Doppler frequency shift)가 상기 타겟까지의 거리로 인한 상기 수신된 제 1 반사와 제 2 반사의 주파수 편이의 50 배보다 작도록 상기 레이더 신호의 변조 파라미터를 설정하는 단계를 더 포함하는
    레이더 시스템 동작 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 레이더 신호의 변조 파라미터는 반송파 주파수, 제 1 무선 주파수, 제 2 무선 주파수, 상기 제 1 무선 주파수와 상기 제 2 무선 주파수 간의 차이, 상기 제 1 기간의 길이 및 상기 제 2 기간의 길이 중 적어도 하나를 포함하는
    레이더 시스템 동작 방법.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 레이더 신호의 제 1 반사를 수신하는 단계와 상기 레이더 신호의 제 2 반사를 수신하는 단계는 디지털 빔포밍(digital beam-forming)을 포함하는
    레이더 시스템 동작 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 타겟의 위치를 결정하는 단계는
    적어도 상기 레이더 신호의 제 1 수신된 반사에 기초하여 상기 타겟의 제 1 위치를 결정하는 단계와,
    적어도 상기 레이더 신호의 제 2 수신된 반사에 기초하여 상기 타겟의 제 2 위치를 결정하는 단계와,
    적어도 상기 제 1 위치와 상기 제 2 위치에 기초하여 상기 타겟의 평균 위치를 결정하는 단계를 포함하는
    레이더 시스템 동작 방법.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 타겟은 생물 또는 생물의 신체 일부인
    레이더 시스템 동작 방법.

  14. 제 1 전송 안테나 및 적어도 하나의 제 2 전송 안테나와,
    제 1 기간에 레이더 신호의 주파수를 증가시키고 제 2 기간에 상기 레이더 신호의 주파수를 감소시키는 위상 고정 루프와,
    상기 제 1 기간에 상기 레이더 신호를 상기 제 1 전송 안테나로 스위칭하고 상기 제 2 기간에 주파수 변조된 출력 신호를 상기 제 2 전송 안테나로 스위칭하는 신호 스위치를 포함하는
    레이더 시스템.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 전송 안테나와 상기 적어도 하나의 제 2 전송 안테나 사이의 최소 거리는 상기 레이더 신호의 파장보다 긴
    레이더 시스템.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 레이더 시스템은 FMCW(frequency-modulated continuous-wave) 레이더에 따라 동작하는
    레이더 시스템.
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