KR101019075B1 - 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치 및 그 방법 - Google Patents

비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 송신신호를 방사하여 주변 물체에 반사되어 돌아오는 신호를 수신하는 레이더 신호처리 장치에 있어서, 송신신호는 윈도우 함수(Window Function)를 이용하여 생성된 비선형 주파수 변조(Nonlinear Frequency Modulation, NLFM) 신호 파형으로서, 비선형 주파수 변조(NLFM) 신호 파형을 발생시키기 위하여 기설정된 카운터 타이밍에 따라 특정 제어신호, 어드레스 값 및 델타 주파수(Delta Frequency) 값을 출력하는 주파수 변조모듈과, 주파수 변조모듈로부터 출력된 특정 제어신호에 따라 어드레스 값 및 델타 주파수 값을 제공받아 직접 디지털 합성(Direct Digital Synthesis) 방식을 이용하여 비선형 주파수 변조(NLFM) 신호 파형으로 송출하는 주파수 합성모듈을 포함함으로써, 기존의 수신단에 적용된 저엽(sidelobe) 억제 필터 등에 의한 수신신호의 에너지 손실을 효과적으로 방지함과 아울러 수신이득을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.
레이더, 델타 주파수, 비선형 주파수 변조, 윈도우 함수

Description

비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치 및 그 방법{APPARATUS FOR PROCESSING RADAR SIGNAL USING NONLINEAR FREQUENCY MODULATION WAVEFORM AND METHOD THEREOF}
본 발명은 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치 및 그 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 송신단에서 윈도우 함수가 적용된 비선형 주파수 변조(Nonlinear Frequency Modulation, NLFM) 신호 파형을 생성하여 송출함으로써, 기존의 수신단에 적용된 저엽(sidelobe) 억제 필터 등에 의한 수신신호의 에너지 손실을 효과적으로 방지함과 아울러 수신이득을 증가시킬 수 있도록 한 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치 및 그 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 레이더(RADAR : Radio Detection And Ranging)는 인간의 가시거리 한계를 초월하여 원거리에 있는 물체의 존재를 탐지하는 센서장치로서, 기상 여건이나 주야에 관계없이 전천후 기능으로 단거리부터 수평선 너머 지구 반대편의 장거리 물체까지 탐지할 수 있는 고유한 신호의 특성이 있기 때문에 기존의 광학 수단을 이용한 방식과는 완전히 다른 전자파 센서장치이다.
상기 레이더는 전자파를 이용하여 원거리의 표적을 볼 수 있는 전천후 전자의 눈으로서 예컨대, 항공 운항 및 관제, 지구 및 우주탐사, 기상관측, 선박 항해, 자동차 속도 측정 및 충돌방지 등의 민수용 뿐만 아니라 조기경보, 항만감시, 대공방어, 미사일 유도통제 등의 군사용으로 사용된다.
이러한 레이더는 여러 가지 형태의 레이더가 있으며, 이는 전파 형태에 따라 크게 연속파 레이더(Continuous Wave Radar)와 펄스파 레이더(Pulse Wave Radar)로 나뉘며, 상기 연속파 레이더는 도플러 레이더(Doppler Radar)와 주파수 변조 연속파(Frequency Modulation Continuous Wave, FMCW) 레이더로 나뉘고, 상기 펄스파 레이더는 펄스 도플러 레이더(Pulse Doppler Radar)와 펄스 압축 레이더(Pulse Compression Radar)로 나뉜다.
여기서, 상기 펄스파 레이더는 특정의 펄스파를 송신하여, 특정 대상물로부터 반사를 수신하기까지의 시간으로부터, 특정 대상물까지의 거리를 측정하는 장치이다. 이러한 펄스파 레이더에 있어서는, 송신파를 방사하고 나서 수신파를 수신하기까지의 시간을 측정함으로써, 펄스파 레이더로부터 특정 대상물까지의 거리에 비례한 신호를 얻어, 그 신호로부터 거리를 산출하고 있다.
이때, 레이더의 거리 분해능(Resolution)은 송신 펄스 폭이 짧을수록 향상되지만, 짧은 펄스 폭은 평균 송신출력을 감소시키고, 수신기의 SNR(Signal-to-Noise Ratio) 감소를 초래할 뿐만 아니라 표적에 대한 탐지 확률을 저하시킨다. 이러한 단점을 보완하기 위하여 통상적으로 펄스 압축 방법을 사용한다.
상기 펄스 압축 방법은 레이더 시스템에서 일반적으로 사용되는 것으로서 짧은 펄스의 거리 해상도(Range Resolution)를 얻으면서 긴 펄스를 사용하여 높은 방사 에너지를 달성한다. 즉, 송신 펄스 폭을 길게 하면서도 짧은 송신 펄스 폭에 상응하는 거리 분해능(Resolution)을 얻을 수 있도록 하는 기법(예컨대, 정합필터로 구현 가능)이다.
그러나, 이러한 펄스 압축 방법을 적용함으로써 나타나는 문제점 중의 중요한 것은 압축 신호처리 과정에서 부가적으로 생성되는 거리 저엽(Range sidelobe) 문제이다.
즉, 목표물이 원래 위치뿐만 아니라, 다른 거리에도 일부분 있는 것처럼 신호가 생성이 되는 것이다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 일반적으로 디지털 신호처리 기술로써 수신단에서 윈도우(Window) 필터를 적용한다.
이 때, 적용되는 최적의 윈도우는 시스템의 조건에 따라 다르며, 잘 알려진 윈도우 함수로는 예컨대, 해밍(Hamming), 해닝(Hanning), 블랙만(Blackman), 가우시안(Gaussian) 등이 있다. 이러한 윈도우 필터를 적용함으로써 거리 저엽 레벨을 메인 빔에 비하여 수십 dB 이상 낮출 수 있다.
그러나, 수신단에서 윈도우 필터를 적용하면, 메인 빔 폭(Main Beam width)이 넓어지게 되며(Wide Beam width), 또한 윈도우 필터 적용에 의한 미스매치 손실(Mismatch Loss)로 인하여 수dB∼10dB 이상의 손실이 발생하는 문제점이 있다.
이러한 수신신호의 미스매치 손실(Mismatch Loss)은 결국 수신단의 신호-잡음비(S/N) 감소가 되어 수신기의 검출 기능이 현저히 저하되는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 송신단에서 윈도우 함수가 적용된 비선형 주파수 변조(Nonlinear Frequency Modulation, NLFM) 신호 파형을 생성하여 송출함으로써, 기존의 수신단에 적용된 저엽(sidelobe) 억제 필터 등에 의한 수신신호의 에너지 손실을 효과적으로 방지함과 아울러 수신이득을 증가시킬 수 있도록 한 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치 및 그 방법을 제공하는데 있다.
전술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 제1 측면은, 송신신호를 방사하여 주변 물체에 반사되어 돌아오는 신호를 수신하는 레이더 신호처리 장치에 있어서, 상기 송신신호는 윈도우 함수(Window Function)를 이용하여 생성된 비선형 주파수 변조(Nonlinear Frequency Modulation, NLFM) 신호 파형으로서, 상기 비선형 주파수 변조(NLFM) 신호 파형을 발생시키기 위하여 기설정된 카운터 타이밍에 따라 특정 제어신호, 어드레스 값 및 델타 주파수(Delta Frequency) 값을 출력하는 주파수 변조모듈; 및 상기 주파수 변조모듈로부터 출력된 특정 제어신호에 따라 어드레스 값 및 델타 주파수 값을 제공받아 직접 디지털 합성(Direct Digital Synthesis) 방식을 이용하여 비선형 주파수 변조(NLFM) 신호 파형으로 송출하는 주파수 합성모듈을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이 더 신호처리 장치를 제공하는 것이다.
여기서, 상기 주파수 변조모듈은, 전체적인 제어를 위한 타이밍 카운트를 수행하는 카운터부; 윈도우 함수를 이용하여 델타 주파수를 저장하는 데이터 저장부; 및 상기 카운터부로부터 기설정된 카운터 타이밍에 따라 상기 주파수 합성모듈을 구동하기 위한 어드레스 값과 상기 데이터 저장부에 저장된 델타 주파수 값을 상기 주파수 합성모듈로 전달하기 위한 특정 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하여 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 주파수 합성모듈이 동작하는 동안 필요한 파라미터들을 저장하기 위한 데이터 레지스터부가 더 포함될 수 있다.
바람직하게, 상기 파라미터들은 펄스 길이를 나타내는 값 또는 비선형 주파수 변조(NLFM) 신호의 시작 주파수 등으로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 데이터 저장부에 저장된 델타 주파수는, 특정의 윈도우 함수를 선택하여 주파수 응답으로 설정하고, 상기 설정된 주파수 응답을 적분 및 정규화한 후 이에 대한 역함수를 구하여 시간-주파수 함수로 변환하고, 상기 변환된 시간-주파수 함수를 미분함으로써, 시간에 따른 주파수 변화량으로 생성될 수 있다.
바람직하게, 상기 주파수 변조모듈은, 프로그램이 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA)로 이루어질 수 있다.
바람직하게, 상기 주파수 합성모듈은, 직접 디지털 주파수 합성기(Direct Digital Synthesizer, DDS)로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제2 측면은, 송신신호를 방사하여 주변 물체에 반사되어 돌아오는 신호를 수신하는 레이더 신호처리 방법에 있어서, (a) 윈도우 함수를 이용하여 델타 주파수(Delta Frequency) 값을 생성 및 저장하는 단계; (b) 상기 저장된 델타 주파수 값을 기설정된 카운터 타이밍에 따라 출력하는 단계; 및 (c) 상기 출력된 델타 주파수 값을 제공받아 직접 디지털 합성(Direct Digital Synthesis) 방식을 이용하여 비선형 주파수 변조(Nonlinear Frequency Modulation, NLFM) 신호 파형으로 송출하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 방법을 제공하는 것이다.
상기 단계(a)에서, 상기 델타 주파수 값의 생성은, 특정의 윈도우 함수를 선택하여 주파수 응답으로 설정하는 제1 과정; 상기 설정된 주파수 응답을 적분 및 정규화하는 제2 과정; 상기 적분 및 정규화된 주파수 응답에 대한 역함수를 구하여 시간-주파수 함수로 변환하는 제3 과정; 및 상기 변환된 시간-주파수 함수를 미분하여 시간에 따른 주파수 변화량으로 생성하는 제4 과정으로 이루어짐이 바람직하다.
바람직하게, 상기 단계(a)에서, 상기 델타 주파수 값은 별도의 데이터 저장부에 윈도우 함수에 따라 룩업(Lookup) 테이블 형태로 저장할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레 이더 신호처리 장치 및 그 방법에 따르면, 송신단에서 윈도우 함수가 적용된 비선형 주파수 변조(Nonlinear Frequency Modulation, NLFM) 신호 파형을 생성하여 송출함으로써, 기존의 수신단에 적용된 저엽(sidelobe) 억제 필터 등에 의한 수신신호의 에너지 손실을 효과적으로 방지함과 아울러 수신이득을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나, 다음에 예시하는 본 발명의 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 상술하는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위하여 제공되어지는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 주파수 변조모듈을 구체적으로 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치는, 크게 송신신호를 방사(Radiation)하기 위한 송신기(100)와, 주변 물체에 반사되어 돌아오는 신호를 수신하기 위한 수신 기(200)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 송신기(100)는 본 발명의 일 실시예에서 적용된 비선형 주파수 변조(Nonlinear Frequency Modulation, NLFM) 신호 파형으로 이루어진 송신신호를 송수신 안테나(300)를 통해 특정 목표물을 향해 주기적으로 방사하는 기능을 수행한다.
이때, 상기 비선형 주파수 변조(NLFM) 신호 파형의 주파수 대역은 통상적인 레이더 장치에서 사용되는 모든 주파수 대역(예컨대, 마이크로파 등)을 적용할 수 있다.
이러한 송신기(100)는, 크게 비선형 주파수 변조(NLFM) 신호 파형을 발생시키기 위하여 기설정된 카운터 타이밍에 따라 특정 제어신호, 어드레스 값 및 델타 주파수(Delta Frequency) 값을 출력하는 주파수 변조모듈(110)과, 주파수 변조모듈(110)로부터 출력된 특정 제어신호에 따라 어드레스 값 및 델타 주파수 값을 제공받아 직접 디지털 합성(Direct Digital Synthesis) 방식을 이용하여 비선형 주파수 변조(NLFM) 신호 파형으로 송출하는 주파수 합성모듈(130)을 포함하여 이루어진다.
이때, 상기 직접 디지털 합성 방식은 통상적으로 신호를 디지털 방식으로 생성하여 조작하고 변조하기 위해 디지털 신호 처리(Digital Signal Processing)를 이용하는 신호 생성 기술이다.
주파수 변조모듈(110)은 카운터부(111), 데이터 저장부(113), 데이터 레지스터(115) 및 제어부(117) 등으로 구성되어 있다.
카운터부(111)는 전체 로직(Logic)의 제어를 위한 타이밍 카운트(Timing Count)를 수행하는 역할을 한다. 이러한 카운터부(111)는 카운터 로직을 이용하여 기설정된 카운터 타이밍에 적절한 데이터를 주파수 합성모듈(130)로 전달한다. 만약, 10MHz 클럭을 기준으로 128usec의 펄스가 필요할 때는 1280번을 카운트한다.
데이터 저장부(113)는 윈도우 함수(Window Function)를 이용하여 델타 주파수를 저장하는 기능을 수행한다. 한편, 비선형 주파수 변조(NLFM)를 수행하기 위해서는 내부의 델타 주파수(Delta Frequency)를 계속 업데이트(Update)시켜 주어야 하는데, 이를 계산을 통하여 수행할 경우 연산량이 너무 많아지므로 미리 필요한 델타 주파수 값을 산출한 후 각각의 스텝(Step)수 또는 윈도우 함수에 따라 룩업(Lookup) 테이블 형태로 데이터 저장부(113)에 저장함이 바람직하다.
이때, 데이터 저장부(113)에 저장된 델타 주파수는, 특정의 윈도우 함수를 선택하여 주파수 응답(Frequency Response)으로 설정하고, 상기 설정된 주파수 응답을 적분(Integration) 및 정규화(Normalization)한 후 이에 대한 역함수(Inverse Function)를 구하여 시간-주파수(Time-Frequency) 함수로 변환하고, 상기 변환된 시간-주파수 함수를 미분(Differential)함으로써, 시간에 따른 주파수 변화량으로 생성될 수 있다.
상기 윈도우 함수는 예컨대, 블랙만(blackman), 바틀렛(bartlett), 체브윈(chebwin), 가우스윈(gausswin), 블랙만하리스(blackmanharris), 해닝(hanning) 또는 해밍(hamming) 등으로 이루어질 수 있다.
데이터 레지스터(115)는 주파수 합성모듈(130)이 동작하는 동안 필요한 파라 미터들을 저장하는 기능을 수행한다. 이때, 주요 파라미터들은 예컨대, 펄스 길이를 나타내는 값 또는 비선형 주파수 변조(NLFM) 신호의 시작 주파수, DDS(Direct Digital Synthesizer) 레지스터 신호 등으로 이루어질 수 있다.
그리고, 제어부(117)는 카운터부(111)로부터 기설정된 카운터 타이밍에 따라 주파수 합성모듈(130)을 구동하기 위한 어드레스 값과 데이터 저장부(113)에 저장된 델타 주파수 값을 주파수 합성모듈(130)로 전달하기 위한 특정 제어신호를 출력하는 기능을 수행한다.
상기와 같이 구성된 주파수 변조모듈(110)은, 원하는 소정의 데이터 처리 작업을 수행하기 위한 프로그램이 가능한 게이트 어레이인 FPGA(Field Programmable Gate Array)로 구현함이 바람직하지만, 이에 국한하지 않으며, 전용 아날로그/디지털 장치의 형태 또는 중앙 처리 장치(Central Processing Unit, CPU) 또는 디지털 신호 처리기(Digital Signal Processor, DSP) 등의 다른 마이크로 프로세서(Micro-Processor)로 구현될 수도 있다.
주파수 합성모듈(130)은 디지털 및 아날로그 신호 처리 블록들을 이용하여 비선형의 주파수 변조(NLFM)된 주기성 파형을 생성하는 것으로서, 예컨대, 직접 디지털 주파수 합성기(Direct Digital Synthesizer, DDS)로 이루어짐이 바람직하지만, 이에 국한하지 않는다.
그리고, 수신기(200)는 송수신 안테나(300)를 통해 해당 특정 목표물로부터 반사되는 비선형 주파수 변조(NLFM) 신호 파형을 일정한 시간단위로 검출하여 해당 특정 목표물의 특징(예컨대, 종류, 형태 등) 및 위치정보(예컨대, 속도, 거리, 좌 표 등)를 분석하는 기능을 수행한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 언급되지 않은 레이더 신호처리를 위한 다른 구성요소들(예컨대, 증폭부, A/D변환부, D/A변환부, 샘플링부, 복조부, 필터부 등)은 통상적인 레이더 장치와 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
다른 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 신호처리 장치는 기상레이더 장치를 적용하였지만, 이에 국한하지 않으며, 예컨대, 항공 운항 및 관제, 지구 및 우주탐사, 선박 항해, 자동차 속도 측정 및 충돌방지 등의 민수용 뿐만 아니라 조기경보, 항만감시, 대공방어, 미사일 유도통제 등의 군사용 레이더 장치 즉, 모든 레이더 장치에도 적용될 수 있다.
이하에는 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 방법에 대해서 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도이고, 도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 적용된 델타 주파수를 생성하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도로서, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 적용된 델타 주파수를 생성하는 과정을 이산시간으로 계산하기 위한 구체적인 흐름도이며, 도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 적용된 델타 주파수를 생성하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 먼저, 송신기(100)를 통해 방사되는 송신신호는, 윈도우 함수(Window Function)를 이용하여 델타 주파수(Delta Frequency) 값을 생성하여 각각의 스텝(Step)수 또는 윈도우 함수에 따라 룩업(Lookup) 테이블 형태로 데이터 저장부(113)에 저장한다(S100).
다음으로, 상기 단계S100에서 저장된 델타 주파수 값을 카운터부(111)로부터 기설정된 카운터 타이밍에 따라 주파수 합성모듈(130)로 출력한 후(S200), 주파수 합성모듈(130)에서는 상기 단계S200에서 출력된 델타 주파수 값을 제공받아 직접 디지털 합성(Direct Digital Synthesis) 방식을 이용하여 비선형 주파수 변조(Nonlinear Frequency Modulation, NLFM) 신호 파형으로 송출한다(S300).
한편, 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 단계S100에서 상기 델타 주파수 값을 생성하는 과정은, 먼저 특정의 윈도우 함수를 선택하여 주파수 응답(Frequency Response)으로 설정한다(S110).
이때, 상기 윈도우 함수는 예컨대, 블랙만(blackman), 바틀렛(bartlett), 체브윈(chebwin), 가우스윈(gausswin), 블랙만하리스(blackmanharris), 해닝(hanning) 또는 해밍(hamming) 등으로 이루어질 수 있다.
그리고, 도 5a에 도시된 바와 같이, 상기 설정된 주파수 응답의 X축은 비선형 주파수 변조(NLFM) 신호 파형의 시작 주파수에서 끝 주파수에 해당하며, Y축은 상대적 파워(Power)값이 된다.
이후에, 상기 단계S110에서 설정된 주파수 응답을 적분(Integration) 및 정규화(Normalization)한다(S120). 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 단계S110에서 설 정된 주파수 응답을 적분하면, 앞의 값들이 누적되어 단조 증가하는 함수를 얻을 수 있다. 여기에 마지막 값을 N(예컨대, N=160)으로 정규화 한다. 여기서, 상기 N이란 업데이트(Update)될 델타 주파수의 수이다. 이 N값은 제어 단위 시간과 펄스 길이에 의하여 결정된다.
다음으로, 상기 단계S120에서 적분 및 정규화 된 주파수 응답에 대한 역함수(Inverse Function)를 구하여 시간-주파수(Time-Frequency) 함수로 변환한다(S130). 즉, 본 발명에서 사용하는 펄스 파형은 사각 형태이기 때문에, 시간에 따른 에너지 증가는 선형적일 것이다.
따라서, 시간의 증가에 따른 주파수의 변화량을 구하는 것은 상기 단계S120에서 얻어진 함수의 역함수를 구하는 것과 같을 것이다. 에너지와 시간이 1차원적으로 선형을 나타내기 때문에 이 연산이 가능한 것이다.
도 5c에 도시된 바와 같이, Y축의 마지막 값에 밴드 폭(Band width)에 적합하도록(예컨대, 약 15MHz 정도) 맞추었으며, X축은 시간을 나타내고, Y축은 주파수를 나타낸다.
이후에, 상기 단계S130에서 변환된 시간-주파수 함수를 미분(Differential)함으로써, 원하는 델타 주파수 즉, 시간에 따른 주파수 변화량을 얻을 수 있다(S140). 도 5d에 도시된 바와 같이, X축은 시간을 나타내고, Y축은 주파수 변화량을 나타내고 있다.
전술한 본 발명에 따른 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치 및 그 방법에 대한 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명에 속한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치를 설명하기 위한 전체적인 블록 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 적용된 주파수 변조모듈을 구체적으로 설명하기 위한 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 방법을 설명하기 위한 전체적인 흐름도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 적용된 델타 주파수를 생성하는 과정을 구체적으로 설명하기 위한 흐름도이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 일 실시예에 적용된 델타 주파수를 생성하는 과정을 설명하기 위한 그래프이다.

Claims (10)

  1. 송신신호를 방사하여 주변 물체에 반사되어 돌아오는 신호를 수신하는 레이더 신호처리 장치에 있어서,
    상기 송신신호는 윈도우 함수(Window Function)를 이용하여 생성된 비선형 주파수 변조(Nonlinear Frequency Modulation, NLFM) 신호 파형으로서,
    상기 비선형 주파수 변조(NLFM) 신호 파형을 발생시키기 위하여 기설정된 카운터 타이밍에 따라 특정 제어신호, 어드레스 값 및 델타 주파수(Delta Frequency) 값을 출력하는 주파수 변조모듈; 및
    상기 주파수 변조모듈로부터 출력된 특정 제어신호에 따라 어드레스 값 및 델타 주파수 값을 제공받아 직접 디지털 합성(Direct Digital Synthesis) 방식을 이용하여 비선형 주파수 변조(NLFM) 신호 파형으로 송출하는 주파수 합성모듈을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 주파수 변조모듈은,
    전체적인 제어를 위한 타이밍 카운트를 수행하는 카운터부;
    윈도우 함수를 이용하여 델타 주파수를 저장하는 데이터 저장부; 및
    상기 카운터부로부터 기설정된 카운터 타이밍에 따라 상기 주파수 합성모듈을 구동하기 위한 어드레스 값과 상기 데이터 저장부에 저장된 델타 주파수 값을 상기 주파수 합성모듈로 전달하기 위한 특정 제어신호를 출력하는 제어부를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 주파수 합성모듈이 동작하는 동안 필요한 파라미터들을 저장하기 위한 데이터 레지스터부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 파라미터들은 펄스 길이를 나타내는 값 또는 비선형 주파수 변조(NLFM) 신호의 시작 주파수로 이루어진 것을 특징으로 하는 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 데이터 저장부에 저장된 델타 주파수는,
    특정의 윈도우 함수를 선택하여 주파수 응답으로 설정하고, 상기 설정된 주파수 응답을 적분 및 정규화한 후 이에 대한 역함수를 구하여 시간-주파수 함수로 변환하고, 상기 변환된 시간-주파수 함수를 미분함으로써, 시간에 따른 주파수 변화량으로 생성되는 것을 특징으로 하는 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 주파수 변조모듈은,
    프로그램이 가능한 게이트 어레이(Field Programmable Gate Array, FPGA)로 이루어진 것을 특징으로 하는 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 주파수 합성모듈은,
    직접 디지털 주파수 합성기(Direct Digital Synthesizer, DDS)로 이루어진 것을 특징으로 하는 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 장치.
  8. 송신신호를 방사하여 주변 물체에 반사되어 돌아오는 신호를 수신하는 레이더 신호처리 방법에 있어서,
    (a) 윈도우 함수를 이용하여 델타 주파수(Delta Frequency) 값을 생성 및 저장하는 단계;
    (b) 상기 저장된 델타 주파수 값을 기설정된 카운터 타이밍에 따라 출력하는 단계; 및
    (c) 상기 출력된 델타 주파수 값을 제공받아 직접 디지털 합성(Direct Digital Synthesis) 방식을 이용하여 비선형 주파수 변조(Nonlinear Frequency Modulation, NLFM) 신호 파형으로 송출하는 단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 단계(a)에서, 상기 델타 주파수 값의 생성은,
    특정의 윈도우 함수를 선택하여 주파수 응답으로 설정하는 제1 과정;
    상기 설정된 주파수 응답을 적분 및 정규화하는 제2 과정;
    상기 적분 및 정규화된 주파수 응답에 대한 역함수를 구하여 시간-주파수 함수로 변환하는 제3 과정; 및
    상기 변환된 시간-주파수 함수를 미분하여 시간에 따른 주파수 변화량으로 생성하는 제4 과정으로 이루어진 것을 특징으로 하는 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 방법.
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 단계(a)에서, 상기 델타 주파수 값은 별도의 데이터 저장부에 윈도우 함수에 따라 룩업(Lookup) 테이블 형태로 저장하는 것을 특징으로 하는 비선형 주파수 변조 파형을 이용한 레이더 신호처리 방법.
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