KR100322662B1 - 초-광대역레이더이동감지기 - Google Patents

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Abstract

이동 감지기는 초광대역(UWB) 레이다에 기초한다. UWB 레이다 레인지는 펄스-반사파 간격에 의헤 결정된다. 이동 검출에 있어서, 감지기(40)는 고정된 범위에서 응시 및 그 범위에서 평균화된 레이다 반사율에서 어떤 변화를 감지함에 의해 작동한다. 샘플링 게이트(도 4)는 전송 펄스의 방사 이후에 고정된 지연에서 개방된다. 결과적인 샘플링 게이트 출력은 반복된 펄스로써 평균화된다. 평균 샘플링게이트 출력의 변화는 특정 범위 및 그 이동에 있어서 레이다 반사율의 변화를 나타낸다.

Description

초-광대역 레이더 이동 감지기
미합중국 정부는 로렌스 리버모어 국립 실험실의 작동을 위하여 캘리포니아 대학과 미합중국 에너지부 사이에 체결된 계약 제 W-7405-ENG-48호에 따라서 본 발명에 권리를 가진다.
발명의 배경
본 발명은 이동 감지기에 관한 것으로, 특히 초-광대역 레이더에 기초한 이동 감지기에 관한 것이다.
이동 감지기는 기본적으로 초음파 검출기, 수동 적외선(PIR) 검출기 및 레이더 검출기에 기초한다. 초음파 이동 감지기는 통상 자동 문 개방기와 보안 경보기에 사용된다. 이 초음파 이동 감지기는 저가이며 좁은 빔 폭으로 동작 가능하다. 하지만 초음파 빔은 종이와 같은 얇은 물질에 의해 쉽게 차단되기 때문에 설치 옵션이 제한된다. 또 다른 단점으로는 펄럭이는 커튼이나 날라다니는 곤충으로부터의 반사에 의해 거짓으로 트리거(trigger)되는 경향이 있다는 것이다.
PIR 감지기는 아마도 가장 빈번히 사용되는 가정 보안 감지기일 것이다. 이 PIR 감지기는 특별한 프레넬(fresnel) 렌즈를 사용하여 사람과 같이 온기가 있는 물체의 다양한 열 이미지를 발생시킨다. 사람이 관측구역을 횡단하면 상기 열 이미지가 적외선(IR) 감지기를 스위프(sweep)하므로 상기 열 이미지에 주기적인 변동이 생기는데, 이는 저가의 전자장치에 의해 검출된다. 초음파와 마찬가기로 PIR은 한장의 종이에 의해 차단될 수 있다. 게다가 PIR은 레인지(range) 조절이 없다.
FM-CW 레이더 감지기는 스위프 주파수의 마이크로파 신호를 방출하고, 반사파의 주파수를 현재의 방출되는 파의 주파수와 비교하여, 레인지에 비례한 비트 주파수를 생성시킨다. FM-CW 레이더 감지기는 저가의 마이크로파 발진기 및 검출기 다이오드를 사용하고, 오디오 비트 주파수 또는 레인지를 결정하기 위한 오디오 주파수 처리 전자장치를 사용한다. 무-레인지 조절(non-ranging) 레이더 감지기는 단순히 연속적인 마이크로파 반송파를 방출하여 이동하는 물체로부터의 도플러 전이 (shift)를 청취한다. 안테나는 통상 저가의 다이 캐스트 금속 혼이다. FM-CW와 도플러 레이더의 주된 한계로는 1) 높은 마이크로파의 주파수가 채용됨에 따른 제한된 물질 투과성과, 2) 오디오 주파수 처리와 조합된 짧은 레이더 파장의 사용에 의해 야기된 확성효과(microphonics)와, 3) 주파수 밀집 및 4) 빈약한 짧은 레인지 동작을 들 수 있다. 짧은 레인지의 성능은 GHz 영역에서 작동하여야 하며 아직까지 100Hz 정도(order)의 랜덤 주파수 변동을 가지고 있지 않은 (왜냐하면 이러한 변화는 원하는 비트 주파수와 구별되기 않기 때문임) 송신 발진기 내의 근접 노이즈 측파대에 의해 제한된다.
발명의 요약
초-광대역(UWB) 레이더 이동 감지기술은 이동 감지기 기술에 대한 완전히 새로운 접근방식이다. UWB 레이더는 극히 짧은 전기 펄스의 양 방향 비산 시간을 계측하는 펄스-반사파 시스템으로서 동작한다. 반송 주파수는 사용되지 않으며 대신 안테나에 전기적인 전압 펄스가 직접 인가된다.
변조기에 의한 주파수 업(up)-변환이 사용되기 않기 때문에, 주파수 동조는 없다. UWB 송신 스펙트럼은 방출된 펄스의 퓨리에 변환으로서, 일반적으로 수백 메가 헬츠에서 수 기가 헬츠에 걸쳐 있다. 이것은 선천적으로 퍼진(spread)-스펙트럼이다. FCC에 의한 주파수 할당은 관련이 없다. 게다가 별개의 많은 UWB 감지 기가 방해없이 서로 가까이 위치될 수도 있다.
주파수 업-변환을 사용하지 않음에 의해, UWB 스펙트럼은 가능한한 DC에 아주 근접하게 위치된다. 대부분의 물질들이 주파수에 따라 급속히 증가하는 감쇠를 나타내므로, UWB 레이더는 물질 투과에서 매우 큰 이점을 가진다. 실험 결과는 2OOps 펄스가 석고, 나무 및 콘크리트 벽을 자유롭게 투과하는 것을 보여주고 있다. 뛰어난 물질 투과성은 UWB 감지기의 기본적인 장점이며, 이에 따라 벽과 장치의 패널 뒤에 설치하거나 천장 위에 또는 바닥 아래 등에 설치 가능하다.
UWB 레이더 레인지는 펄스-반사파 간격에 의해 결정된다. 이동 검출을 위해 감지기는 한 고정 레인지를 응시하고 그 레인지에서 레이더 평균 반사의 어떤 변화를 감지한다. 이것은 송신 펄스의 방출 후 고정 지연에서 샘플링 게이트를 개방시키고, 반복 펄스를 통한 샘플링 게이트 출력을 평균함으로써 성취된다. 평균 샘플링 게이트 출력의 변화는 특정 레인지에서의 레이더 반사의 변화, 즉 이동을 의미한다.
보이지 않는, 일정한 레인지의 구형 쉘(spherical shell)이 공간에 유효하게 형성되며, 이 구형 쉘의 두께는 레이더 펄스 폭과 직접 관계된다. 두 개의 도시된 실시예에서, 한 감지기는 1 인치 두께의 쉘을 갖으며, 다른 것은 쉘의 두께가 약18 인치이다.
검출 쉘의 위치는 샘플링 게이트 지연을 조절함으로써 설정된다. 지연 조절은 쉽게 구현되며, 성능 감소없이 점 공백 레인지(point blank range)까지 조절 가능하다. 사용자가 검출 레인지를 조절할 수 있다는 것이 UWB 감지기의 또 다른 장점이다.
UWB 이동 감지기의 가격은 경쟁 감지기의 가격과 대등하므로, 많은 애플리케이션에서 본 감지기는 가장 적절한 감지기 기술이 될 것이다. 가까운 장래에 UWB 감지기는 기성부품으로 제조될 것이다. 결국 실리콘, 응용 규격 집적 회로(ASIC)가 모든 감지기 전자장치를 실용화할 수 도 있을 것이다.
UWB 이동 감지기 전자장치는, 광학적으로 검출 쉘을 투영하도록 발광 다이오드 및 PIN 포토 다이오드와 같은 전기-광학 변환기에 접속될 수도 있다. 이는 펜슬 빔 감지(pencil beam sensing) 즉, "광 사브르(light saber)" 동작이 요구되는 경우 특히 유용하다.
도면의 간단한 설명
제 1 도는 UWB 레이더 이동 감지기의 블록도이다.
제 2 도는 UWB 레이더의 일정한 레인지 쉘을 도시한 도면이다.
제 3a - 3d 도는 다양한 UWB 레이더의 이동 검출 신호들을 나타내는 도면이다.
제 4 도는 UWB 레이더 이동 검출기 내에 구비된 UWB 수신기의 개략적인 회로도이다.
제 5 도는 UWB 레이더 이동 감지기의 개략적인 회로도이다.
제 6 도는 VHF 중간 레인지의 UWB 레이더 이동 감지기의 개략적인 회로도이다.
제 7 도는 링 다운 다이폴 안테나 쌍을 나타낸 도면이다.
제 8a - 8b 도는 디더된(dithered) PRI 동작 및 디더되지 않은 PRI 동작에 따른 UWB 스펙트럼을 나타낸 도면이다.
제 9 도는 듀얼 쉘 속도 측정을 도시한 도면이다.
제 10 도는 타임 멀티플렉스 듀얼 레인지 쉘 속도 측정 시스템의 개략도이다.
제 11 도는 듀얼 지연 속도 측정 시스템의 개략도이다.
제 12A 도는 변조된 콜피츠 RF 발진회로의 개략적인 회로도이다.
개 l2B 도는 제 l2A 도의 회로로부터 출력되는 출력 신호를 나타낸 도면이다.
바람직한 실시예의 상세한 설명
제 1 도를 참조하면, 자유-동작 발진기(PRI 발생기)(20)가 레이더 펄스 반복 간격(PRI)을 발생시킨다. 전형적으로 이 간격은 l/㎲이다. 노이즈 발생기(22)는 PRI에 임의의 변동을 도입하도록 PRI 발생기(20)에 접속되는데, 그 목적은 이하에서 설명한다. PRI 발생기 (20)의 출력은 2개의 지연 수단을 구동하는 데, 하나는 송신 경로(26) 내의 고정 된 기준 지연 수단(24)이며, 하나는 수신(게이트 펄스) 경로(30) 내의 조정 가능한 지연 수단이다. 지연 수단(28)은 레인지 조정 수단(32)에 의해 조정된다.
기준 지연 수단(24)은 일반적으로 수신 경로(30) 내의 최소 지연과 정합되도록 설정되며, 안테나 피드라인에서의 지연 등을 고려하도록 설정될 수도 있다. 기준 지연 수단(24)의 출력은 송신 펄스를 제공하는 임펄스(또는 스텝) 발생기(34)를 구동한다. 만일 PRI 발생기(20) 또는 기준 지연 수단(24)이 충분히 빠른 상승 시간을 가진 펄스를 생성한다면, 임펄스(또는 스텝) 발생기는 생략될 수도 있다. 그렇지 않은 경우에는 임펄스 발생기(34)가 적당한 송신 펄스를 발생시키는데 사용된다. 송신 펄스는 전형적으로 가우스 형 전압 펄스와 유사하다. 일반적으로, 이 펄스는 변조된 RF 펄스가 아니다. UWB 레이더는 반송 주파수를 사용하지 않는다는 점에서 종래의 레이더와 다르다. 오히려 PRI에 의해 간격이 결정되는 일련의 펄스가 안테나에 직접 인가된다.
송신 펄스는 송신 안테나(36)에 의해 직접 방사된다. 몇 개의 UWB 안테나가 통상 사용되는데, 가장 일반적인것은 엔드 파이어(endfire)안테나로도 알려진 테이퍼드 슬롯 안테나(tapered slot antenna)이다. 바람직한 실시예에서는, 단순 와이어 다이폴 및 광대역 "보우-타이(bow-tie)" 다이폴이 모두 사용된다. 그 공진 특성때문에 방출된 방사에 링잉(ringing)이 생성되지만, 이 효과는 아래에 설명되는 바와 같이 사용된다.
많은 안테나가 주파수 증가에 대해 이득 증가를 나타내기 때문에, 송신 안테나에 인가된 스텝 입력은 스텝의 도함수(즉, 임펄스)의 방사를 가져온다. 제 5 도 및 제 6 도의 실시예의 경우, 전압 스텝이 송신 안테나에 인가된다. 송신 및 수신안테나 피드라인은 양자 모두 당업자에게 알려진 여러 목적을 인하여 스펙트럼 제한 또는 정형(shaping) 필터를 구비할 수 있다.
수신 안테나(38)는 UWB 검출기(수신기 또는 샘플러)에 접속되는데, 이 검출기는 본 명세서에 참조문헌으로서 합체되며 본 출원과 함께 출원된 "초-광대역 수신기" 라는 명칭의 미합중국 특허출원 제O8/O44,745(IL-9091. RL-12.O54. S-77.731)에 설명되어 있다. 상기 UWB 검출기는 텍트로닉스사 및 휴렛-패커드사의 표준 샘플링 오실로스코우프에서와 같은 광대역 샘플링 회로일 수도 있다. 샘플러 (40)는 임펄스(또는 스텝) 발생기(42)를 통해 조정가능한 지연(28)을 출력함으로써 게이트 또는 스트로브되어, 샘플러(40)가 표적(44)에 대한 양-방향(two-way) 반사파 시간에 상응하는 공간 내의 한 점을 샘플링하도록 한다. 만일 조정가능한 지연 펄스가 충분히 짧은 상승시간을 가진다면 임펄스/스텝 발생기 (42)가 역시 생략될 수도 있다.
UWB 검출기의 출력은 레이더의 PRI보다 실질적으로 긴 시정수, 이동 감지기의 경우 전형적으로는 10ms인 시정수로 적분기(46) 내에서 평균된다. l㎲의 PRI에서, 10,000 펄스가 평균된다. 이 평균값은 안테나끼리의 직접 커플링과 같은 레이더 반사 및 다른 레이더 클러터(clutter)의 합을 나타낸다.
본 발명의 방법은 2 이상의 펄스를 평균함으로써 구현될 수 있다. 하지만 바람직하게는 큰 수의 펄스 즉, 1000 내지 l0000개의 펄스가 평균될 것이다. 송신된 펄스는 전형적으로 약 5ns 이하의 폭을 가지는데, 바람직하게는 약 1ns 이하의 폭이다. PRI는 전형적으로 100ns에서 100ms의 범위에 있다.
만일 샘플되는 레인지에서 레이더의 반사율이 변화하면, 그 평균이 변할 것이며, 이 변화는 미분기(48)에 의해 감지된다. 미분기 (48)의 출력은 비교기 회로 (50)를 트리거하고, 이어서 경보기를 작동시킬 수 있다. 비교기(50)는 미분기(48)의 출력을 미리 설정된 Vref와 비교한다. 감도는 Vref에 의해 제어된다.
간단하게 하기 위해, 본 발명은 아날로그 적분기 및 미분기를 사용한다. 좀 더 복잡하게 디지털 장치가 사용될 수도 있다. 선형 시스템에서, 적분기 및 미분기의 차수는 교환될 수도 있다. 또한, 연속(cascaded) 적분 및 미분 프로세스는 주파수 영역에서 대역 통과 필터와 유사하므로, 대역 통과 필터(52)가 이 조합 기능을 위해 사용될 수도 있다. 전형적 필터 상수는 사람들의 이동 감지를 위한 것으로서 1Hz 에서의 저주파수 코너(corner) 및 10Hz에서의 고주파수 코너(corner)이다.
상기 UWB 펄스-반사파 시스템(54)은 전형적으로 일정한 샘플링 지연에서 동작하거나, 제 2 도에 도시된 바와 같이 일정한 레인지에서 동작한다. 짧은 펄스가 방출되기 매문에, 공간 내에 유효 구형 쉘(56)이 형성된다. 상기 쉘의 두께는 샘플링 펄스 폭에 직접 관계되는데, 이 폭은 일반적으로 송신 펄스 폭(T)과 같게 설정된다. 일정한 레인지의 쉘은 cT/2의 두께를 갖는데, 여기서 c는 펄스 속도이다.
제 3a도 내지 제 3d도는 제 5 도의 UWB 레이더로부터 얻은 데이터를 나타내고 있다. 수평 눈금은 느린 시간축으로서 2초 경과에 대응한다. 수직 눈금은 UWB 검출기-적분기-미분기로부터의 출력이다. 제 3a-d도에, 사람 손을 2초 동안에 쉘 내에 넣었다 빼고 그 결과로서 발생하는 신호를 몇 개의 레인지(제 3a 도의 경우 1 ft., 제 3b 도의 경우 4 ft. 제 3c-d 도의 경우 15 in.)에 대하여 나타내었으며,레이더와 표적 사이에 몇 가지 물질(제 3c 도에서 6 in.의 교과서, 제 3d 도에서 2 in.의 콘크리트)을 이용한 것을 나타내었다. 손의 삽입과 제거가 분명하게 보여진다.
제 4 도는 UWB 레이더 이동 검출기에 사용하도록 설계된 차동 UWB 수신기를 도시하고 있다. 광대역 다이폴 안테나(58)가 트위스트 페어 전송선(60)에 접속된다. 페어 전송선(60)의 각 와이어는 커패시터(C1 또는 C2) 및 저항기(R1 또는 R2)를 매개로 OP 앰프(A1 또는 A2)의 포지티브 입력에 접속된다. C1-Rl 및 C2-R2 사이의 접속점은 한 쌍의 다이오드(D1, D2)에 접속되는데, 이 다이오드의 애노우드들은 접속점에 접속되고 캐소우드들은 서로 접속된다. 다이오드(Dl-D2) 사이의 공통 캐소우드 접속점에 게이트 펄스가 인가된다. 상기 게이트 펄스 선은 커패시터(Cs)를 포함할 수도 있다. 입력 페어 선(60)과 게이트 펄스 선은 모두 저항기(RT)에서 종단된다. OP 앰프(A1, A2)의 포지티브 입력은 저항기 (R3, R4)를 통해 각각 + 바이어스 전압에 접속된다. OP 앰프(A1, A2)의 포지티브 입력은 또한 커패시터(C3, C4)를 통해 접지에 접속된다. 만일 OP 앰프(A1, A2)에 충분한 입력 커패시턴스가 있거나 또는 RF 제거가 불필요하던지 요구되지 않는다면, 커패시터(C3과 C4)가 생략될 수도 있다. OP 앰프(A1)의 출력은 C5와 R5를 통해 OP 앰프(A3)의 네가티브 입력에 접속되며 OP 앰프(A2)의 출력은 OP 앰프(A3)의 포지티브 입력에 접속된다. OP 앰프(A3)의 출력은 커패시터(C6)과 그리고 병렬연결된 가변 저항기(R6)를 통해 A3의 네가티브 입력으로 귀환(feedback)된다. 저항기(R6)는 감도를 제어하도록 조절된다. OP 앰프(Al, A2)의 네가티브 입력은 C7과 R7을 통해 서로 접속되며 C8과 그리고 병렬연결된 R8을 통해 A1, A2의 출력에 접속된다.
도시된 실시예에서 C1=C2=22pF, R1=R2=1OkΩ, RT=68Ω, D1과 D2는 M-펄스 MP2612 다이오드, 게이트 펄스는 2OOps 에지(edge)와 그리고 0.5pF 커패시터를 통해 입력된 메텔릭스 스텝 회복(Metellics step recovery) 다이오드 MMD 805-828에 의해 발생된 l㎲ PRI를 가진 -8V, + 바이어스=+5V, C3=C4=0.01μF, Al-A3은 TLO74 OP 앰프, C5=220μF, R5=1 kΩ, C6=0.2μF, R6=100kΩ (가변). C7=4.7μF, R7=47kΩ, C8=3300pF, R8=2.2MΩ이다. 만일 C3, C4가 생략되면, C1=C2=0.01μF이다.
제 5 도는 미소전력(micropower) UWB 레이더 이동 감지기의 개략회로도이다. 일련의 CMOS 논리 게이트(11으로 표시)가 PRI 발생기(33kHz 발진기)(21)를 형성하는데, 버퍼 게이트(12)를 통해 지연 회로 (23a, b)와 임펄스 발생기(25a, b)에 접속된다. 노이즈 발생기(19)는 발진기(21)에 접속된다. 지연 수단(23a)은 단지 와이어인 반면(즉, 지연이 없음), 지연 수단(23b)은 스위치(S)와 연합된 저항기로 형성된다. 최종적으로 캘리포니아 써니베일에 위치한 메텔릭스사에 의해 공급되는 스텝 회복 다이오드(SRD)에 의해 임펄스가 발생되며, 1OOps 또는 이보다 빠른 천이를 생성하도록 특정된다. 송신(T) 및 수신(R) 안테나는 6 인치 보우-타이 모양의 다이폴 또는 3 인치 와이어 모노폴이다. OP 앰프(I3)로 형성된 UWB 수신기(27)는 제 4 도에 도시된 타입으로서, 상기 회로와 조합된 다양한 커패시터 형태의 적분기 및 미분기를 포함한다. 게이트 펄스 경로 및 UWB 수신기 내의 스위치(S)는 레인지 (6 인치 또는 l2 인치)를 선택하는데 사용된다. 경보기 회로(29)는 OP 앰프(14)로 구성되며, 바이폴라 비교기 및 구동 회로를 포함하여 검출 후 경보음을 발생시킨다. 상기 IC들은 I1=CD4069, I2=74HC04, I3=TLC27L4, I4=TLC27L2이다. +3V 전압 조정기 및 +6V 펜라이트 전지는 도시되지 않았다. 낮은 듀티 사이클 및 저 전력 소모로 인해, 전지는 연속 동작 시에 수 년 동안 사용된다.
제 6 도는 2ns의 송신 펄스 폭으로 동작하는 VHF 보안 경보 회로를 나타낸다. 18 인치 다이폴 안테나(31)에 인가된 파형은 링잉과 함께 안테나에 의해 유효하게 미분된 전압 스텝이다. PRI 발생기(100kHz 발진기; 21)와, 송신 및 수신(스트로브) 경로 내의 버퍼는 74HC04 인버터인 CMOS IC(I1 및 I2)로 형성된다. 이 IC는 0.5$보다 저가이며 0에서 200 ns까지의 안정적인 지터-프리(jitter-free) 지연을 발생시킨다. 지연 수단(23a)은 지연을 제공하지 않는 반면, 지연 수단(23b)은 가변 저항기 R로 형성된다. 임펄스 발생기(25a,b)는 트렌지스터 Q1=2N5l09 및 Q2=2N2369를 포함한다. 노이즈 발생기(19)는 발진기(21)에 접속된다. 다이폴 안테나의 두 부분(31a, b)은 경보기 회로(29)를 구동하는 UWB 수신기(27)의 입력에 접속된다. 상기 IC들은 I3=TLC27L4 및 I4=TLC27L2OP 앰프이다. 쇼트키 다이오드(D)는 1N5711이다. 스트로브선 내의 간단한 가변 저항기(R)에 의해 레인지 지연 조절이 제공된다. 이 회로는 제5 도와 유사하다. 이 회로는 전지로 구동되며 안테나의 길이는 6인치가 아닌 1m이다.
본 발명은 평균화 회로를 사용하여 고정 레인지 셀에서 RCS(radar cross section)를 평균하고 평균화된 RCS 변화를 검출하는 것에 의거한다. 고정 레인지가 응시되고(stared at), 다수의 복귀 펄스가 평균된다. 평균값이 변화하면 이동하는 것으로 감지된다.
본 발명은 또한 평균을 사용하여 레인지를 가로지르는 RCS를 평균하고, 평균된 RCS 변화를 검출하는 것을 포함한다. 가상적으로 모든 펄스-반사파 레이더는 비교적 작은 개수의 펄스를 평균하는 동안 조정가능한 지연 또는 레인지 지연을 스위프하여, 개개의 "영상(blips)"이 보여질 수도 있다. 본 발명에서 평균 시정수는 전체 스위프가 평균되도록 레인지 스캔 시간보다 길게 설정될 수 있다. 이 평균의 변화는 레인지 스위프 내의 어딘가에서의 이동을 나타낸다.
비록 개개의 "영상", 또는 특정 레인지에서의 표적이 상기 평균 처리에 의해 줄어든다 하더라도 평균처리에 의해 노이즈 레벨이 동일하게 줄어들게 되어, 영상의 변화에 대한 신호-대-잡음비는 동일하게 유지된다. 사람에 대한 UWB 반사는 애스펙트(aspect) 각도에 따라 크게 변하는 함수이어서, 평균된 레인지 스위프 내에서 사람의 이동에 의해 감지가능한 변동이 발생한다. 이런 스위프 평균 기술은 UWB 이동 감지기 하드웨어의 단순화를 위한 것이다.
본 발명은 또한, 평균화 회로를 사용하여, 레인지 경간(span)을 가로지르는 이동을 검출하고 평균 RCS 변화를 검출하는 안테나 링다운 방법을 포함한다. 제 7 도는 빠른 상승의 전압 스텝에 의해 여기된 송/수신 다이폴 페어에 의해 발생되는 전형적인 안테나 링다운을 도시하고 있다. UWB 이동 감지기는 기본적으로 송신 펄스의 선단의 비산 시간에 대응하는 검출 레인지에서 동작한다. 상기 선단을 추종하는 링잉(ringing)은 시간상으로 나중에 나타나며, 공간내에 있는 동안 링잉은 고정 샘플링 지연에 대해 레이더에 더욱 근접한 레인지에서 나타난다. 그러므로 주어진 레인지 지연 설정에 대하여, 링잉 펄스는 상기 선단 펄스에 대응하는 최외각 검출쉘 및, 링잉의 주기성에 의해 위치한 연속적인 안쪽 검출 쉘을 생성한다.
링잉의 장점은 다중 레인지가 이동 감지에 대해 활성으로 되기 때문에 유효 레인지 스위프를 발생하는 점이다. 레인지 스위프 하드웨어가 제거되고 간단한 다이폴 안테나의 사용이 허용된다.
본 기술 또는 평균 레인지 스위프의 또 다른 장점은 만일 표적이 외곽 검출 쉘을 벗어나더라도 안쪽 쉘은 여전히 활성될 수 있다는 점이다. 이런 상황은 외곽 레인지 쉘로부터의 표적 반사파가 검출하기엔 너무 작은 경우에 발생한다. 이것은 또한 UWB 이동 감지기를 끄지 않고 사람이 이를 향해 걸어가는 것을 방지한다.
안테나가 링다운 되면 링잉 진폭은 감소한다. 연속적인 링잉 사이클이 더 가까운 레인지에서 나타나기 때문에, 줄어든 진폭은 일정한 감도 유지에 도움을 준다.
미합중국 연방 통신 위원회 규정에 합치하는 링다운 파형을 방사하는 추가적 방법은 1) 전압 임펄스/스텝으로 동조 회로 또는 대역 통과 필터를 충격 여기하는 것, 또는 2) 발진기를 변조하도록 전압 임펄스/스텝을 사용하는 것을 포함한다. 첫 번째 경우는 주파수 콤(comb) 발생기의 고조파를 선택하는 것과 유사한데, 상기 주파수 콤 발생기는 제 1 도의 임펄스/스텝 발생기(34)에 의해 표시되고, 상기 동조 회로/대역 통과 필터(35)는 임펄스/스텝 발생기(34)와 송신 안테나(36) 사이에 삽입된 부재이다. 상기 동조 회로/대역 통과 필터의 유한한 Q 또는 감쇠 계수는 각 반복에서의 감쇠된 정현파를 이끌어낸다. 이런 감쇠된 파형은 공진 또는 비-공진 안테나(36)중의 하나에 인가될 수 있다.
제 2 링다운 방법은 상기 스텝 발생기(34) 및 안테나(36) 사이에 변조 발진기를 삽입하는 것을 포함한다. 제 l2A 도는 링다운 파형을 발생시키는 변조된 콜피츠 RF 발진 회로를 보인다. 콜피츠 발진기는 당업계에 주지되어 있다. 하지만 본 발진기는 변조 방법에서 다르다. 상기 콜피츠 발진기(80)는 커패시터(83)와 직렬 저항기(85)를 포함하는 변조 포락선 정형 네트웍(84)을 통해 CMOS 로직 인버터에 의해 구동된다. 정형 네트웍(84)의 저항기-커패시터 값은 유효한 임의의 감쇠 계수를 제공하도록 Q<1(하나의 발진 사이클 미만)에서 거의 무한대(정상 발진)의 범위까지 조절될 수 있다. 동작시에 CMOS 인버터로부터의 네가티브로 가는 로직 천이는 정형 네트웍을 통해 결합되고 상기 콜피츠 발진 트랜지스터(Q1)를 온으로 바이어스 하여, 상기 발진기는 정형 네트웍에 의해 제공되는 감쇠 구동 전류에 대응하는 제한된 수의 사이클의 감쇠 진폭을 발생시킨다. 스텝 회복 다이오드(86)와 바이어스 저항기(88)는 CMOS 인버터로부터의 구동을 날카롭게 하여 콜피츠 발진기의 신속한 시동 구동을 제공하며, 이로써 제 l2B 도에서의 발진기 출력에 의해 나타난 것과 같은 발진 생성 시간의 감소 결과를 가져온다. 만일 상기 발진기가 느린 발진 생성 시간을 가지면, 레이더 레인지 경계는 날카롭지 않을 것이다. 트랜지스터(Q1)는 모토롤라 MMBR920L이며, 로직 인버터는 텍사스 인스트루먼트 74HC04이며 상기 스텝 회복 다이오드는 통상의 컴퓨터 다이오드 1N4148이다.
바람직한 감쇠 계수는 레인지 게이트 내의 연속적인 이동 감도를 유지하도록 하는 경향이 있는 것으로 - 전형적으로 10-100/사이클이 37% 지점으로 감쇠된다. 변조 포락선은, 감쇠 정현파와 다를 수도 있지만, 변조 포락선의 모양이 규정된 규칙에 합치하도록 방출되는 방사 스펙트럼을 제어하는데 사용되는 것을 제외하고는 - 바람직하지 않다.
본 발명은 랜덤하게 또는 의사-랜덤(pseudo-random)하게 디더된 PRI 동작을 더 포함한다. 제 8a 도는 상기 PRI가 일정하거나 디더되지 않은 때의 UWB 방출 스펙트럼을 나타낸다. 이 스펙트럼은 펄스 반복 주파수(PRF)의 고조파에 위치한 스펙트럼 선으로 구성된다. 상기 스펙트럼 선에 의해 형성된 포락선은 단일 임펄스에 의해 제공된 스펙트럼의 모양과 동일하다. (큰 스파이크는 지역 TV 방송국이다).
만일 제 8b 도와 같이, 랜덤 노이즈 또는 부호-발생 의사 랜덤 PRI 변조 또는 디더(dither)가 추가되면 방출 스펙트럼은 단일 임펄스의 모양과 유사하도록 퍼질 수 있다. 개개의 선에 집중되었던 에너지가 퍼지기 때문에, 스펙트럼의 피크 진폭은 감소된다. 종래 수신기의 간섭이 따라서 줄어들게 되며 열 노이즈와 유사하게 된다.
PRI 디더는 펄스 반복 간격만에 영향을 미치며 펄스-반사파 지연 시간에는 영향을 미치지 않는다. 대부분의 상업용 샘플링 회로는 PRI 디더를 감수하지 않는 반면, 본 발명에 사용된 상기 수신기 회로는 PRI 변화에 뛰어난 독립성을 가진다.
예컨대 10,000펄스와 같이 높은 레벨의 펄스 적분은 수신기 내의 간섭을 평균하며, 동조 회로가 주파수 영역에서 달성하는 시간 영역에서 달성하기 때문에 시간 영역의 동조 형태이다. 그런데 만일 간섭 신호가 다수의 레이더 PRF에 근접하는 주파수를 가진다면, 비트 주파수가 평균된 신호에 형성될 수 있다 (하지만 이것은 실제로 관찰되지 않는다). PRI 디더를 인가함에 의해, 같은 양의 평균이 발생하지만 여기에는 비트 주파수를 형성하는 일정한 PRF가 없다. PRI 디더는 독특한 것은 아니지만 본 UWB 이동 감지기에 사용된다.
본 발명에 따르면 노이즈 스펙트럼은 UWB 검출 대역폭 위쪽에 있어야 한다. 이렇게 하면 상기 UWB 검출기의 출력에서 나타나는 잔류 디더 노이즈를 감소시키거나 제거시켜 UWB 검출기에 적용되는 노이즈 제거 조건을 경감시킨다.
본 발명은 듀얼 레인지 이동 감지를 사용한 절대 속도 측정을 또한 제공한다. 자동차 또는 다른 응용에서 이동 감지에 더하여 속도 측정이 요구된다. 제 9 도는 이하에서 설명되는 방법중의 하나에 의거하여 2개의 검출 쉘을 투영하는 듀얼 검출 쉘 방안을 도시한다. 표적(62)이 Rl, R2에서 쉘(64, 66)을 횡단할 때 이동 신호가 발생되어 UWB 이동 감지기(68)에 의해 검출된다. R1과 R2에서의 검출 시간의 차이는 반경방향의 속도를 결정하는데 사용될 수 있다. 듀얼 레인지의 원리는 두 개 이상의 쉘 또는 레인지로 확장될 수 있다.
하나의 듀얼 검출 방안은 타임 멀티플렉스 듀얼 레인지 동작(time multiplexed dual range operation)이다. 제 10 도는 제 1 도에서의 방안에 타임 멀티플렉스 레인지 회로가 추가된 것을 나타내고 있다. 방형파 발진기(70)는 PRF보다 느린 비율로, 예컨대 0.5 PRF로 동작하며, 따라서 상기 레이더는 한 주기동안은 Rl에서 그리고 한 주기동안은 R2에서 번갈아 레인지가 설정된다. 검출 레인지가 교대로 됨으로써, 아날로그 스위치(72)가 동기식으로 토글되어, 상기 UWB 검출기로부터의 두 개의 레인지 신호가 적분기 및 이동 검출 회로(74a,b)를 분리시키도록 라우팅된다. 나머지 구성요소들은 제 1 도와 동일하다.
방형파의 주기는 Rl 및 R2와 관련된 최단 횡단시간보다도 많이 짧다. 실제로 Rl과 R2는 1 ft만큼 차이가 날 수도 있으며, 가장 빠른 자동차의 환경에서는 Rl-R2 횡단이 수 ms가 될 것인데, 이는 방형파 발진기의 주기 ∼l㎲보다 무척 길다.
따라서 적은 양의 회로를 추가하여 속도가 측정될 수 있다. 이런 특징은 추가로 안테나를 요구하지 않는다. 도플러 기술과 달리, 매우 낮은 속도가 측정될 수 있다.
다른 듀얼 검출 방안은 하나의 채널에 삽입된 지연을 가진 듀얼 수신 채널에 기초한다. 제 11 도는 완전한 수신기 채널(30b)이 추가된 제 1 도의 기본적인 이동 검출기를 사용하여 듀얼 쉘 속도를 측정하는 방안을 나타내고 있다. 제 2 수신기 (4Ob)는 안테나 공급라인에 케이블 지연(76)을 삽입함으로써 다른 레인지에서 감지한다. 다르게는, 지연(78)이 스트로브 라인(예를 들면 수신기(4Oa)를 향하는 라인 (30a))에 삽입될 수 있다. 나머지 구성요소는 제 1 도 및 제 10 도와 유사하다.
본 시스템은 추가 안테나와 완전한 수신기를 요구하므로, 타임 멀티플렉스 듀얼 레인지 시스템에 비하여 바람직하지 않다.
UWB 이동 감지기의 독특한 특징으로는 뛰어난 물질 투과, 예리하게 경계가 정의되는 조절가능한 활성 레인지, 낮은 가격, 다중-감지기 동작, 및 단일 칩 구형 가능성을 들 수 있다. 이런 특징들은 많은 새로운 응용을 가능하게 할 것 인데, 그 범위는 주로 인간의 상상력에 의해 제한된다. 우수한 응용예의 일부는 다음과 같다.
보안 시스템 : UWB 이동 감지기는 벽 뒤에 위치되거나, 천장 위 및 바닥 아래에 위치될 수도 있다. 가정에 설치 가능한 하나의 예로는 UWB 이동 감지기를 각 방의 위에 위치시키고 검출 레인지를 6 ft로 설정하는 것이다. 이 레인지에서 검출 쉘은 사람을 검출할 만큼 낮게 되지만, 바닥에 근접한 애완동물의 검출은 제외된다. 제 5 도의 100ps 이동 감지기의 실험에서, 벽을 지나 현관을 향하였는데, 그 레인지는 현관의 폭 대부분을 가로지르도록 설정되었다. 만일 사람이 현관의 끝 벽에 붙어 있다면 검출을 피할 수 있지만, 이것을 모르는 사람은 항상 검출될 것이다.
UWB 감지기를 차고 내부에 위치시키면 간단한 설치로 침입자에게는 보이지 않으면서 차고 문의 전방 영역을 보호할 수 있다.
하나의 저가형 감지기를 이용하여 집전체를 보호하도록, 하나의 UWB VHF 감지기를 가정의 가운데에 위치시키고 보이지 않는 검출 쉘이 전체 집을 투영하도록 검출 레인지를 설정할 수도 있다. 이런 개념이 제 6 도의 시스템을 사용하여 성공적으로 테스트되었다.
경찰 업무를 위하여, UWB 감지기를 실외에 여기저기 분산시켜 위치시켜서 실외에서의 활동을 모니터할 수도 있다. 제 6 도의 전지로 작동하는 UWB VHF 레이더를 사용하면 감도를 높게 설정하여 인접한 방에서 사람이 약간 이동하는 것도 검출되도록 할 수 있다. 생활하는 사람에게는 보이지 않으므로 감지기를 끄지 않고 둘 수 있다.
신규한 가정 사용 : UWB 감지기는 감춰진 조명 스위치 및 문 개방기로 사용되도록 정션 박스 내에 조립될 수 있다. 미래의 가정에서는 손을 흔들어 조명을 켜도록 벽 근방에 보이지 않는 영역이 있을 수도 있다. 출입구가 감춰진 UWB 감지기에 의해 모니터 되어 출입구가 열리거나 조명이 켜지도록 할 수도 있다. UWB 감지기는 장애자를 도울 수도 있다.
지능 장치 : 플라스틱 패널을 통과하여 작동되며 및 근접 레인지에서 작동될 수 있는 독특한 특징을 이용하면, UWB 감지기는 사람의 존재를 감지하거나 또는 사람의 손을 감지하고 이에 따라 응답하는 지능형 응용장치에서 그 용도를 찾을 수 있을 것이다. 조명을 켤 수 있으며, 문을 열 수 있으며, 기계를 안전성 또는 편이를 위해 끌 수 있으며, 오븐 등을 끌 수도 있다.
재난 업무에서 생명 탐지기 : 지진 함몰 및 사태의 희생자들은 고감도의 UWB 감지기로 찾아낼 수도 있다. UWB 레이더의 초 투과성, 뛰어난 근접 레인지 동작 및 고 감도는 종래의 FM-CW 레이더를 사용하는 작업을 개선시킬 것이다. 제 6 도의 UWB VHF 레이더는 10 ft의 레인지서 호흡 및 심장박동을 검출하였다.
의료 응용 : 제 5 도의 100ps UWB 레이더는 거의 ZERO 레인지(표면 접촉)에서 심장박동 및 동맥 펄스를 검출하였다. 비록 검출된 신호의 대부분은 피부의 움직임에 의한 것일 수도 있지만, 더 깊은 부분으로 보인다. 의료상의 중요성은 현재 알려져 있지 않다. UWB의 방사 레벨은 마이크로파에 계속적으로 노출되는 것에 대한 OSHA 한계보다 충분히 낮다.
자동차 충돌 감지기 : 대부분의 레이더는 자동차에 사용하기 위하여 밀리미터파(MMW)에 초점이 맞춰쳐 있다. 현재 이런 레이더의 가격은 500$ 또는 이 이상이다. 이런 레이더 중 어떤 것은 MMW 레이더 파장과 기계적인 진동이 유사한 디멘젼을 갖고 있으므로, 매우 마미크로포닉(microphonic)하다. 게다가 MMW 레이더는 물, 진흙, 눈이 덮임으로 인해 투과 불능하므로 방풍 와이퍼를 요구할 것이다. MMW 레이더 제안자들은 레이더의 파장이 표적의 디멘젼과 같은 차수(order)일 때 레이더가 가장 잘 동작한다는 기본적 사실을 간과한다.
그러므로 1m 또는 2m 파장이 VHF 레이더는 자동차 감지를 위해 가장 적절할 것이다.
UWB VHF 레이더 안테나는 플라스틱 몸체 부분에 또는 창문에 내장된 기본 와이어 다이폴로 구성될 수도 있다. 비록 다이폴의 전체 길이는 0.5 - 1.0m 정도 (order)이지만 상당히 작은 다이폴로도 작동하는데, 이는 제한된 검출 레인지와 자동차의 큰 레이더 단면이 높은 시스템 손실을 감수하면서 허용되기 때문이다.
1에서 10 ft의 검출 레인지는 무 지향성 안테나에서 실용적이다. 미등 및 주차등 렌즈에 내장된 안테나를 사용하면, 검출 쉘은 차량의 후방, 측방 및 전방을 커버하도록 형성될 수 있다. 이런 안테나는 저가의 동축 케이블을 사용하여 중앙 UWB 모듈에 접속될 수도 있다. UWB 모듈의 가격은 10$ 정도(order)로 된다. 예리하게 제어되는 합성 빔 폭을 얻기 위해 삼각측량법이 사용될 수도 있다.
UWB 이동 감지는 세 가지 레벨의 경보 식별, 즉 레이더 단면 또는 물체의 크기, 정밀한 검출 레인지 및 속도 측정을 제공한다. 이 모든 식별은 차량의 속도에 맞도록 쉽게 스케일될 수도 있다.
본 발명의 특허청구범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 상술한 실시예의 변화 및 변경이 가능하다.

Claims (37)

  1. 펄스 반복 간격 발생기;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 고정 기준 지연 수단;
    상기 고정 기준 지연 수단에 접속된 송신 펄스 발생기;
    상기 송신 펄스 발생기에 접속된 송신 안테나;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 조절 가능 지연 수단;
    상기 조절 가능 지연 수단에 접속된 게이트 펄스 발생기;
    상기 게이트 펄스 발생기에 접속된 UWB 레이더 수신기;
    상기 UWB 수신기에 접속된 수신 안테나;
    상기 UWB 수신기에 접속된 신호 처리 수단으로 구성되는 초-광대역(UWB) 레이더 이동 감지기.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 처리 수단에 접속된 경보 수단을 더 포함하는 감지기.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 노이즈 발생기를 더 포함하는 감지기.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 조절 가능 지연 수단에 접속된 레인지 조절 수단을더 포함하는 감지기.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 처리 수단은 적분기 다음 단에 미분기가 구비되는 감지기.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 신호 처리 수단은 대역 통과 필터로 구성되는 감지기.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 펄스 반복 간격 발생기는 디더(dithered) 펄스 발생기로 구성되는 감지기.
  8. 제 1 항에 있어서, 2개의 고정 레인지 사이에서 반복적으로 스위칭하도록 상기 조절 가능 지연 수단에 접속된 방형파 발진기와, 각 레인지에 대해 이동 감지기를 분리하도록 상기 UWB 수신기 출력을 스위칭하기 위해 방형파 발진기와 상기 UWB 수신기 출력에 접속된 아날로그 스위치를 더 포함하는 감지기.
  9. 제 1 항에 있어서, 게이트 펄스 발생기에 접속된 제 2 UWB 레이더 수신기와, 상기 제 2 UWB 수신기에 접속된 제 2 수신기 안테나, 및 상기 게이트 펄스 발생기와 상기 UWB 수신기들 중의 하나 사이에 위치하기나 또는 상기 제 2 수신기 안테나와 제 2 UWB 수신기 사이에 위치한 지연 라인을 더 포함하는 감지기.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 UWB 레이더 수신기는 약 1,000에서 10,000 펄스를 평균하는 구성으로 되는 감지기.
  11. 제 1 항에 있어서, 상기 송신 및 수신 안테나는 안테나 링 다운을 나타내는 다이폴 쌍으로 형성되는 감지기.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 송신 펄스 발생기는 충격 여기 동조 회로 또는 대역 통과 필터로 구성되는 감지기.
  13. 제 1 항에 있어서, 상기 송신 펄스 발생기는 변조 발진기로 구성되는 감지기.
  14. 펄스 반복 간격 발생기;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 고정 기준 지연 수단;
    상기 기준 지연 수단에 접속된 송신 펄스 발생기;
    상기 송신 펄스 발생기에 접속된 송신 안테나;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 조절 가능 지연 수단;
    상기 조절 가능 지연 수단에 접속된 게이트 펄스 발생기;
    상기 게이트 펄스 발생기에 접속된 UWB 레이더 수신기;
    상기 UWB 수신기에 접속된 수신 안테나; 및
    상기 UWB 수신기에 접속된 신호 처리 수단을 구비하고,
    상기 UWB 수신기는, 샘플러 신호를 발생하도록 게이트 펄스 발생기에 의해 발생되는 대응하는 복수의 게이트 펄스에 응답하여 수신 안테나상의 복수 신호의 영향을 축적하는 샘플러를 포함하는, 초광대역(UWB) 레이더 이동 감지기.
  15. 펄스 반복 간격 발생기;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 고정 기준 지연 수단;
    상기 기준 지연 수단에 접속된 송신 펄스 발생기;
    상기 송신 펄스 발생기에 접속된 송신 안테나;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 조절 가능 지연 수단;
    상기 조절 가능 지연 수단에 접속된 게이트 펄스 발생기;
    상기 게이트 펄스 발생기에 접속된 UWB 레이더 수신기;
    상기 UWB 수신기에 접속된 수신 안테나; 및
    상기 UWB 수신기에 접속된 신호 처리 수단을 구비하고,
    상기 송신 펄스 발생기는, 송신 안테나에 송신 펄스를 공급하는 논-애벌란시 모드(non-avalanche mode)에서 동작하도록 바이어스된 회로를 포함하는, 초-광대역 (UWB) 레이더 이동 감지기.
  16. 펄스 반복 간격 발생기;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 고정 기준 지연 수단;
    상기 기준 지연 수단에 접속된 송신 펄스 발생기;
    상기 송신 펄스 발생기에 접속된 송신 안테나;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 조절 가능 지연 수단;
    상기 조절 가능 지연 수단에 접속된 게이트 펄스 발생기;
    상기 게이트 펄스 발생기에 접속된 UWB 레이더 수신기;
    상기 UWB 수신기에 접속된 수신 안테나; 및
    상기 UWB 수신기에 접속된 신호 처리 수단을 구비하고,
    상기 수신기는 적분 샘플러를 포함하는, 초-광대역(UWB) 레이더 이동 감지기.
  17. 펄스 반복 간격 발생기;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 고정 기준 지연 수단;
    상기 기준 지연 수단에 접속된 송신 펄스 발생기;
    상기 송신 펄스 발생기에 접속된 송신 안테나;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 조절 가능 지연 수단;
    상기 조절 가능 지연 수단에 접속된 게이트 펄스 발생기;
    상기 게이트 펄스 발생기에 접속된 UWB 레이더 수신기;
    상기 UWB 수신기에 접속된 수신 안테나; 및
    상기 UWB 수신기에 접속된 신호 처리 수단을 구비하고,
    상기 수신기는 차동 적분 샘플러를 포함하는, 초-광대역(UWB) 레이더 이동 감지기.
  18. 펄스 반복 간격 발생기;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 고정 기준 지연 수단;
    상기 기준 지연 수단에 접속된 송신 펄스 발생기;
    상기 송신 펄스 발생기에 접속된 송신 안테나;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 조절 가능 지연 수단;
    상기 조절 가능 지연 수단에 접속된 게이트 펄스 발생기;
    상기 게이트 펄스 발생기에 접속된 UWB 레이더 수신기;
    상기 UWB 수신기에 접속된 수신 안테나; 및
    상기 UWB 수신기에 접속된 신호 처리 수단을 구비하고,
    상기 수신기는 적분 샘플러를 구비하고, 상기 신호 처리 수단은 적분 샘플러의 출력을 평활하게 하는 적분기 및 표적 이동 정보를 얻기 위하여 적분기의 출력을 미분하는 미분기를 구비하는, 초-광대역(UWB) 레이더 이동 감지기.
  19. 펄스 반복 간격 발생기;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 고정 기준 지연 수단;
    상기 기준 지연 수단에 접속된 송신 펄스 발생기;
    상기 송신 펄스 발생기에 접속된 송신 안테나;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 조절 가능 지연 수단;
    상기 조절 가능 지연 수단에 접속된 게이트 펄스 발생기;
    상기 게이트 펄스 발생기에 접속된 UWB 레이더 수신기;
    상기 UWB 수신기에 접속된 수신 안테나; 및
    상기 UWB 수신기에 접속된 신호 처리 수단을 구비하고,
    상기 송신 펄스 발생기는 송신 안테나상에 안테나 링 다운 펄스를 발생하는 회로를 포함하는, 초-광대역(UWB) 레이더 이동 감지기.
  20. 펄스 반복 간격 발생기;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 고정 기준 지연 수단;
    상기 기준 지연 수단에 접속된 송신 펄스 발생기;
    상기 송신 펄스 발생기에 접속된 송신 안테나;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 조절 가능 지연 수단;
    상기 조절 가능 지연 수단에 접속된 게이트 펄스 발생기;
    상기 게이트 펄스 발생기에 접속된 UWB 레이디 수신기;
    상기 UWB 수신기에 접속된 수신 안테나; 및
    상기 UWB 수신기에 접속된 신호 처리 수단을 포함하고,
    상기 UWB 수신기는 제 1 레인지 및 이 제 1 레인지와 다른 제 2 레인지를 포함하는, 복수의 레인지를 위해 복귀 반사파를 수신하는 리소스를 포함하는, 초-광대역(UWB) 레이더 이동 감지기.
  21. 펄스 반복 간격 발생기;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 고정 기준 지연 수단;
    상기 기준 지연 수단에 접속된 송신 펄스 발생기;
    상기 송신 펄스 발생기에 접속된 송신 안테나;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 조절 가능 지연 수단;
    상기 조절 가능 지연 수단에 접속된 게이트 펄스 발생기;
    상기 게이트 펄스 발생기에 접속된 UWB 레이더 수신기;
    상기 UWB 수신기에 접속된 수신 안테나; 및
    상기 UWB 수신기에 접속된 신호 처리 수단을 구비하고,
    상기 수신기는 수신 안테나에 결합된 입력 노드, 입력 노드에 결합된 애노드와 게이트 펄스 발생기에 결합된 캐소드를 갖는 다이오드, 및 복수 펄스의 영향이 축적되는 다이오드의 애노드에 결합된 용량성 노드를 구비하는, 초-광대역(UWB) 레이더 이동 감지기.
  22. 펄스 반복 간격 발생기;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 고정 기준 지연 수단;
    상기 기준 지연 수단에 접속된 송신 펄스 발생기;
    상기 송신 펄스 발생기에 접속된 송신 안테나;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 조절 가능 지연 수단;
    상기 조절 가능 지연 수단에 접속된 게이트 펄스 발생기;
    상기 게이트 펄스 발생기에 접속된 UWB 레이더 수신기;
    상기 UWB 수신기에 접속된 수신 안테나; 및
    상기 UWB 수신기에 접속된 신호 처리 수단을 구비하고,
    상기 수신기는,
    수신 안테나에 결합된 제 1 입력 노드, 제 1 입력 노드에 결합된 애노드와 게이트 펄스 발생기에 결합된 캐소드를 가지는 제 1 다이오드, 복수 펄스의 제 1 신호 반사 영향이 축적되는 다이오드의 애노드에 결합된 제 1 용량성 노드;
    수신 안테나에 결합된 제 2 입력 노드, 제 2 입력 노드에 결합된 애노드와 게이트 펄스 발생기에 결합된 캐소드를 가지는 제 2 다이오드, 복수 펄스의 제 2 신호 반사 영향이 축적되는 제 2 다이오드의 애노드에 결합된 제 2 용량성 노드; 및
    수신기 출력을 발생시키기 위하여 제 1 신호와 제 2 신호를 결합하는 회로로 구성되는, 초-광대역(UWB) 레이더 이동 감지기.
  23. 펄스 반복 간격 발생기;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 고정 기준 지연 수단;
    상기 기준 지연 수단에 접속된 송신 펄스 발생기;
    상기 송신 펄스 발생기에 접속된 송신 안테나;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 조절 가능 지연 수단;
    상기 조절 가능 지연 수단에 접속된 게이트 펄스 발생기;
    상기 게이트 펄스 발생기에 접속된 UWB 레이디 수신기;
    상기 UWB 수신기에 접속된 수신 안테나; 및
    상기 UWB 수신기에 접속된 신호 처리 수단을 구비하고,
    상기 펄스 반복 간격 발생기, 상기 고정 기준 지연 수단, 상기 송신 펄스 발생기, 상기 조절 가능 지연 수단, 상기 게이트 펄스 발생기, 상기 UWB 레이더 수신기, 및 상기 신호 처리 수단은 단일 집적회로상에 소자들을 구비하는, 초-광대역 (UWB) 레이더 이동 감지기.
  24. 펄스 반복 간격 발생기;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 고정 기준 지연 수단;
    상기 기준 지연 수단에 접속된 무변압기(transformerless) 송신 펄스 발생기;
    상기 송신 펄스 발생기에 접속된 송신 안테나;
    상기 펄스 반복 간격 발생기에 접속된 조절 가능 지연 수단;
    상기 조절 가능 지연 수단에 접속된 게이트 펄스 발생기;
    상기 게이트 펄스 발생기에 접속된 무인덕터(inductorless) UWB 레이더 수신기;
    상기 UWB 수신기에 접속된 수신 안테나; 및
    상기 UWB 수신기에 접속된 신호 처리 수단을 구비하는, 초-광대역(UWB) 레이더 이동 감지기.
  25. 초-광대역(UWB) 레이더 펄스를 송신하고;
    소정의 레인지로부터 반사된 UWB 레이더 펄스를 검출하고 그리고 이 검출된 복수의 펄스들을 나타내는 기저대(base band) 검출 출력신호를 생성함으로써 반사된 UWB 레이더 펄스를 수신하여 처리하고;
    상기 기저대 검출 출력 신호를 적분하여, 상기 복수의 검출된 펄스들의 평균에 대응하는 기저대 평균 출력신호를 생성하고;
    다른 시간에 생성된 기저대 평균 출력신호들을 미분하여 이동을 감지하는 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더 펄스를 이용한 이동 감지 방법.
  26. 초-광대역(UWB) 레이더 펄스를 송신하고;
    소정의 레인지로부터 반사된 UWB 레이더 펄스를 검출하고 그리고 이 검출된 복수의 펄스들을 나타내는 기저대(base band) 검출 출력신호를 생성함으로써 반사된 UWB 레이더 펄스를 수신하여 처리하고;
    다른 시간에 생성된 기저대 검출 출력신호들을 미분하여, 기저대 미분 출력신호를 생성하고;
    상기 기저대 미분 출력신호를 적분하여, 이동을 감지하는 것을 특징으로 하는 초광대역 레이더 펄스를 이용한 이동 감지 방법.
  27. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 상기 고정 레인지로부터 반사된 펄스를 검출하는 단계는 송신 펄스가 방출된 후 고정 지연에서 샘플링 게이트를 개방시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 이동 감지 방법.
  28. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 상기 레인지의 조절 단계를 더 포함하는 이동 감지 방법.
  29. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 약 1,000 펄스에서 10,000 펄스를 평균하는 단계를 더 포함하는 이동 감지 방법.
  30. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 송신 펄스의 펄스 반복주파수를 디더링 (dithering)하는 단계를 더 포함하는 이동 감지 방법.
  31. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 5 ns 미만의 펄스 폭을 가진 UWB 레이더 펄스를 송신하는 단계를 더 포함하는 이동 감지 방법.
  32. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 1 ns 미만의 펄스 폭을 가진 UWB 레이더 펄스를 송신하는 단계를 더 포함하는 이동 감지 방법.
  33. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 2개의 다른 레인지로부터 신호를 측정하고 이 2개의 레인지로부터의 신호들 사이의 시간차로부터 속도를 결정하는 단계를 더 포함하는 이동 감지 방법.
  34. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 안테나 링 다운에 의해 야기되는 반사 펄스를 검출하는 단계를 더 포함하는 이동 감지 방법.
  35. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 대역 통과 필터 또는 동조회로를 충격 여기시킴으로써 송신 레이더 펄스를 형성하는 단계를 더 포함하는 이동 감지 방법.
  36. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 발진기 변조에 의해 송신 레이더 펄스를 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이동 감지 방법.
  37. 제 25 항 또는 제 26 항에 있어서, 상기 레이더 펄스는 반송 주파수없이 송신되는 것을 특징으로 하는 이동 감지 방법.
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