KR100307550B1 - 레이다시스템의수신이득조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 레이다시스템의 수신이득조절장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수신신호의 상승, 하강주기에서 발생되는 수신 파형 왜곡을 억제하기 위한 수신이득조절장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 레이다시스템의 수신이득조절장치는, 송신신호를 상승, 하강, CW 송신 및 송신 중지 구간으로 구분하여 송출하는 송신수단과; 반사된 신호를 수신하고, 중간주파수신호를 발생하는 수신수단과; 상기 송신신호의 상승, 하강 구간에서 상기 수신수단의 대역을 제한하는 하이패스필터링수단과; 상기 송신신호의 CW 구간에서 상기 수신수단의 출력을 선택하고, 상기 송신신호의 상승, 하강 구간에서 상기 하이패스필터링수단의 출력을 선택하는 스위치수단과; 상기 스위치수단의 출력을 신호처리하여, 원하는 수신정보를 얻는 신호처리수단을 포함함을 특징으로 한다.

Description

레이다시스템의 수신이득조절장치{Radar receiving device}

본 발명은 레이다시스템의 수신이득조절장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수신신호의 상승, 하강주기에서 발생되는 수신 파형 왜곡을 억제하기 위한 수신이득조절장치에 관한 것이다.

연속파(Continuous Wave : 이하 'CW' 라고 함 ) 레이다는 CW신호를 송신하면서, 동시에 목표로부터의 반사신호를 수신하는 레이다이다. 상기 CW 레이다는 목표의 이동속도를 검출하는 것에 적합하고, 펄스 레이다에 비해서 훨씬 가까운 거리까지 목표를 탐지할 수 있는 것 등이 CW 레이다의 장점이다. 그러나 상기 CW 레이다는 거리를 측정할 수 없는 것 외에, 송신 전력이 수신기 측으로 누설되어 수신 감도를 열화시키므로써, 일방적으로 송신 전력을 증대시켜서 탐지 거리를 늘릴 수 없는 점이 단점으로 제시되고 있다.

그래서 상기 CW신호를 이용하되 적당한 반복 변조를 해서 송신신호의 점유 주파수 대역폭을 넓혀주므로써, CW 레이다의 장점을 거의 손상시키지 않고 거리를 계측할 수 있는 레이다 시스템이 주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave ; 이하 'FMCW'라고 함) 레이다이다.

상기 FMCW 레이다는, CW 레이더의 송신신호에 주파수 변조를 한 것이다. 상기 FMCW 레이다는 송신신호를 상승, 하강 및 CW 구간으로 나누어서 송신을 하고, 이산형프리모변조(Fast Fourier Transformation ; 이하 'FFT' 라고 함) 처리하므로써, 표적의 거리와 속도를 획득하는 신호처리 방법을 사용하고 있다.

따라서 FMCW 레이다의 송수신신호는 도 1에 도시하고 있는 바와 같이, 주파수가 점차적으로 증가되는 상승구간과, 주파수가 점차적으로 감소되는 하강구간과, 주파수의 변화가 없는 CW 구간과, 송신신호가 중지된 수신구간으로 구분된다. 이때, 상기 상승구간 및 하강구간은 근거리신호의 송수신구간으로, 고전력량상태에 따라서 송신시 누설전력량이 많고, 또한 주파수 변화가 많은 구간이다. 이에 반해서 상기 CW 구간은 원거리신호의 송수신구간으로, 저전력량이고 주파수 변화가 없는 구간이다.

따라서 종래의 FMCW 레이다는, 상승, 하강 구간에서 검출되는 근거리 수신신호에 포화현상이 발생되고, 상기 포화현상이 발생된 근거리 수신신호를 FFT 처리 결과 신호의 왜곡이 발생되었다. 이러한 신호의 왜곡은 검출정보의 오인을 낳게하고, 이것은 결국 시스템의 신뢰성을 저하시키는 문제점이 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 상승, 하강구간에서 근거리 수신신호의 포화현상을 방지하면서 각 주기에서의 수신 이득을 조절할 수 있는 레이다시스템의 수신이득조절장치를 제공함에 있다.

도 1은 FMCW 레이다의 송신 파형도,

도 2는 본 발명에 따른 레이다시스템의 수신이득조절장치의 구성도,

도 3a, 도 3b는 수신 이득신호의 이득과 주파수 그래프,

도 4a, 도 4b는 본 발명을 적용한 전후의 수신파형 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 저잡음증폭기 15 : 믹서

20 : 중간주파수 증폭기 33 : 방향성 결합기

35 : 전압제어발진기 25,40 : 저역통과필터

30 : 아날로그/디지탈 변환기 45 : 디지탈/아날로그변환기

50 : FPGA 55 : DSP

60 : ROM 65 : RAM

70 : 하이패스필터 75 : 스위치

100 : 차간경보시스템

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 레이다시스템의 수신이득조절장치는, 송신신호를 상승, 하강, CW 송신 및 송신 중지 구간으로 구분하여 송출하는 송신수단과; 반사된 신호를 수신하고, 중간주파수신호를 발생하는 수신수단과; 상기 송신신호의 상승, 하강 구간에서 상기 수신수단의 대역을 제한하는 하이패스필터링수단과; 상기 송신신호의 CW 구간에서 상기 수신수단의 출력을 선택하고, 상기 송신신호의 상승, 하강 구간에서 상기 하이패스필터링수단의 출력을 선택하는 스위치수단과; 상기 스위치수단의 출력을 신호처리하여, 원하는 수신정보를 얻는 신호처리수단을 포함함을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조해서 본 발명에 따른 레이다시스템의 수신이득조절장치에 대해서 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 따른 레이다시스템의 수신이득조절장치의 구성도이다.

본 발명에 따른 레이다시스템의 수신이득조절장치는, 신호를 송신 또는 수신하는 송신부(95) 및 수신부(90)와, 송신을 위한 신호와 수신된 신호의 처리를 수행하는 신호처리부(80)와, 수신신호의 이득제어를 위한 수신이득조절부(85)로 구분된다.

상기 신호처리부(80)는 롬(60), 램(65)에 저장된 데이터에 기초해서 신호 송수신에 따른 제어를 수행하고, FPGA(Field Programmable Gate Arrays)를 통해서 송신신호의 출력파형 및 수신신호의 이득을 조절하는 디지털신호처리부(55)와, 상기 디지털신호처리부(55)의 제어에 의해서 도 1에 도시된 바와 같은 송신파형을 만들고, 수신신호의 이득을 조절하는 FPGA(50)를 포함한다. 만일, 본 시스템을 차량거리경보시스템에 적용했을때, 상기 FPGA(50)는 수신신호를 이용하여 선행차량과의거리, 속도, 방향 등에 따른 신호를 산출해낸다.

또한, 신호처리부(80)는 상기 FPGA(50)에서 출력되는 신호를 아날로그신호로 변환하는 디지털/아날로그 변환기(45)와, 상기 디지털/아날로그 변환기(45)의 출력으로부터 일정대역의 주파수를 필터링하는 저역통과필터(40)를 포함한다.

상기 송신부(95)는, 상기 저역통과필터(40)를 통과한 신호를 전압제어발진기(35)를 통해서 주파수 변조시킨 후, 안테나를 통해서 외부로 방사시킨다. 그리고 상기 전압제어발진기(35)를 통해서 주파수 변조된 신호 중의 일부는 방향 결합기(33)를 통해서 수신측으로 인가된다.

상기 수신부(90)는, 안테나를 통해서 수신된 신호를 증폭하는 저잡음증폭기(10)와, 상기 저잡음증폭기(10)의 출력과 상기 송신부(95)로부터 출력된 주파수변조신호를 믹싱해서 중간주파수신호를 발생하는 믹서(15)와, 상기 믹서(15)의 출력을 증폭하는 중간주파수 증폭기(20)를 포함한다.

상기 수신이득조절부(85)는, 수신신호의 상승, 하강주기에서 동작하여, 저주파대역에서 이득을 감쇠시키는 하이패스필터(70)와, 수신신호의 상승, 하강주기에서는 상기 하이패스필터(70)의 출력신호를 선택하고, 수신신호의 CW 주기에서는 상기 중간주파수 증폭기(20)의 출력신호를 선택하는 스위치(75)를 포함한다. 상기 스위치(75)의 동작 제어는 FPGA(50)에서 수행한다.

상기 수신이득조절부(85)에서 이득 조절된 수신신호는, 신호처리부(80)의 저역통과필터(25)와 아날로그/디지털 변환기(30)를 통해서 FPGA(50)에 입력된다.

다음은 상기 구성으로 이루어진 본 발명에 따른 레이다시스템의 수신이득조절장치의 동작에 대해서 설명한다.

상기 신호처리부(80)의 디지털신호처리부(55)는, FPGA(50)를 통해서 도 1에 도시된 바와 같은 송신파형을 만든다. 상기 FPGA(50)를 통해서 만들어진 송신파형은 디지털/아날로그 변환기(45)를 통해서 아날로그신호로 변환된 후, 저역통과필터(40)를 통과한다. 상기 저역통과필터(40)의 출력은 전압제어발진기(35)를 통해서 주파수 변조된 후, 일부는 안테나를 통해서 공중으로 방사되고, 나머지 일부는, 방향 결합기(33)를 통해서 수신부(90)의 믹서(15)에 공급된다.

상기 과정으로 방사된 송신신호는 임의의 물체(앞에서 달리고 있는 자동차)에 의해서 반사된 후, 안테나(90)를 통해서 수신된다. 수신신호는 저잡음증폭기(10)를 통해서 증폭된 후, 믹서(15)에서 상기 송신부(95)의 방향 결합기(33)를 통해서 공급되는 신호와 믹싱되어 중간주파수 신호를 출력한다. 상기 중간주파수신호는 증폭기(20)를 통해서 증폭된다.

이와 같은 과정을 통과한 수신신호는 수신이득조절부(85)에 인가된다. 한편, 디지털신호처리부(55)는 현재 수신신호가 어느 구간에 포함되는지는 판단하고, 상기 FPGA(50)를 통해서 상기 수신이득조절부(85) 내의 스위치(75)의 동작상태를 제어한다.

만일, 현재 수신신호의 구간이 주파수 상승 및 하강주기이면, 상기 FPGA(50)는 스위치(75)의 출력단을 하이패스필터(70) 측(a)으로 연결시킨다. 그러나 현재 수신신호의 구간이 CW 구간이면, 상기 FPGA(50)는 스위치(75)의 출력단을 상기 중간주파수 증폭기(20)의 출력단(b)과 직접 연결시킨다.

따라서 현재 수신신호의 주파수 상승 및 하강주기에서는, 상기 중간주파수 증폭기(20)의 출력은 하이패스필터(70)를 통과하게 되고, 이때 수신이득은 도 3a와 같이 저주파대역에서 이득이 감쇠된다. 상기 하이패스필터(70)를 통과한 신호는 스위치(75)를 통해서 신호처리부(80) 내의 저역통과필터(25)에 입력된다. 따라서 상기 저역통과필터(25)에서 주파수 제한이 이루어진 후, 아날로그/디지털변환기(30)에서 디지털신호로 변환되어진 후, FPGA(50)에 입력된다. 이와 같은 과정을 통해서 입력된 수신신호가 FPGA(50)에서 신호처리되어져 사용자가 얻고자 하는 정보를 얻게 된다.

한편, 수신신호의 CW 구간에서는, 상기 중간주파수 증폭기(20)의 출력이 직접 스위치(75)를 통과한 후, 저역통과필터(25)에 입력된다. 즉, CW 구간의 수신신호는 주파수 변화가 거의 없는 구간이고, 따라서 도 3b와 같은 수신이득이 얻어진다. 이후, 아날로그/디지털변환기(30)에서 신호 변환되어진 후, FPGA(50)에 입력된다.

이러한 과정을 통해서 신호처리된 수신신호는 상기 FPGA(50)의 제어로직에 의해서 선행차량과의 거리, 속도 방향 등에 따른 정확한 정보를 얻고, 디지털신호처리부(80)의 제어하에 램(65)에 저장된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 송신파형에서 상승, 하강 및 CW 구간에서하이패스필터를 선택적으로 적용시키므로써, FMCW 레이더 시스템의 문제인 근거리 수신신호의 세기를 조절하는 것이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 동일한 거리에 위치한 차량에 대해서 본 발명의 적용 전후의 수신신호의 포화상태를 도 4에 도시하고 있다. 즉, 종래의 경우 도 4a에 도시하는 바와 같이 수신신호가 포화되어 데이터의 손실이 발생되었으나, 본 발명은 도 4b에서 보여지고 있는 바와 같이 수신신호에 포화현상이 발생되지 않는 효과가 있다.

따라서 본 시스템을 차간거리경보시스템에 적용했을때, 상기 얻어진 정보에 의해서 차간거리경보시스템(100)의 동작을 정확히 제어하는 것이 가능하여, 선행차량과의 차간거리유지 및 선행차량과의 충돌과 같은 위험상황의 발생을 미연에 방지할 수 있는 잇점이 있다.

Claims (1)

1. 송신신호를 상승, 하강, CW 송신 및 송신 중지 구간으로 구분하여 송출하는 송신수단과;

   반사된 신호를 수신하고, 중간주파수신호를 발생하는 수신수단과;

   상기 송신신호의 상승, 하강 구간에서 상기 수신수단의 대역을 제한하는 하이패스필터링수단과;

   상기 송신신호의 CW 구간에서 상기 수신수단의 출력을 선택하고, 상기 송신신호의 상승, 하강 구간에서 상기 하이패스필터링수단의 출력을 선택하는 스위치수단과;

   상기 스위치수단의 출력을 신호처리하여, 원하는 수신정보를 얻는 신호처리수단을 포함하여 구성되는 레이더시스템의 수신이득조절장치.