KR101028566B1 - 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서 및 센싱방법 - Google Patents

단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서 및 센싱방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서 및 센싱방법에 관한 것으로서, 도플러 레이더 센서는, 소정 주파수 대역의 발진 주파수 신호에 근거하여, 발신될 특정 주기로 반복되는 코드신호(
Figure 112008076636392-pat00001
)를 2πN(N=1, 2, 3, ㆍㆍㆍ)배로 위상 변조시킨 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00002
)를 발신하고, 코드신호(
Figure 112008076636392-pat00003
)의 반복 주기의 두배 주기를 갖는 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00004
)를 생성하며, 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00005
)에 대해 (π/2)N배 변조된 변조신호(
Figure 112008076636392-pat00006
)와 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00007
)의 발신에 따라 복귀된 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00008
)를 상기 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00009
)의 레벨에 따라 π/2 위상차를 갖도록 믹싱하여 믹싱된 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00010
)에 대한 I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00011
) 및 Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00012
)로 분류하여 I 신호(
Figure 112008076636392-pat00013
) 및 Q 신호(
Figure 112008076636392-pat00014
)를 추출하는 것을 특징으로 한다.
움직임 감지 센서, 도플러 센서, 레이더 센서, 모션 센서, 쿼드러쳐 레이더

Description

단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서 및 센싱방법{CODED QUADRATURE DOPPLER RADER SENSOR USING SINGLE MIXER AND METHOD SENSING}
본 발명은 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서 및 센싱방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 단일 주파수 혼합기를 이용하여 쿼드러쳐 도플러 신호를 추출하여 외부 클러터를 제거함으로써, 도플러 레이더 센서의 오작동을 최소화하는 도플러 레이더 센서와 그에 따른 센싱방법에 관한 것이다.
일반적으로 클러터를 제거하기 위한 도플러 레이더는 국내 특허공개번호 제2008-0045364호 이외에 다수 출원 및 등록된 상태이다.
도 1 은 종래의 도플러 레이더의 구조를 나타낸 것으로, 특정 주파수(f)에서 발진하는 발진기(101)에서 발생된 정현파 신호 중에 일부는 전력 분배기(103)를 통해, 일부는 송신 안테나(102)를 통해 물체에 입사되고, 물체에서 반사된 전파는 수신안테나(104)를 통해 수신되며, 수신된 신호는 주파수 혼합기(105)를 통해 송신 신호와 믹싱(mixing)되며, 저대역 통과 필터(106)를 통해 도출된 송신신호와 수신 신호와의 위상차이 정보(107)에 따라 물체의 움직임이나 속도를 감지하는 구조이다.
한편 도 2 는 종래의 쿼드러쳐 도플러 레이더의 구조이다. 쿼드러쳐 도를러 레이더는 움직이는 속도뿐만 아니라 물체의 방향을 알 수 있는 구조로서, 발진기(201)에서 발생된 정현파는 전력분배기(203)를 이용해 일부는 송신 안테나(202)를 통해 물체에 입사되고, 반사된 전파는 수신 안테나(207)와 전력분배기(208)를 통해 두 개의 주파수 혼합기(205, 206)에 인가되며, 전력분배기(203)를 통해 분리된 발진 신호는 90도 위상변위기(204)에 의해 90도 위상차이가 나는 신호로 믹싱된다. 주파수 혼합기(205, 206)의 출력신호는 저대역 통과 필터(209, 210)을 통하여 I신호(211) 및 Q신호(212)를 도출하게 된다.
도 2에서 물체와 안테나와의 거리를 d(t)라고 상정하면, I신호(211)와 Q신호(212)는 아래의 [수학식 1]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112008076636392-pat00015
만약 물체가 속도 v로 안테나로부터 가까워지는 경우, 물체의 초기위치를
Figure 112008076636392-pat00016
라고하면,
Figure 112008076636392-pat00017
로 나타낼 수 있으며, 물체가 속도 v로부터 멀어지는 경우,
Figure 112008076636392-pat00018
로 나타낼 수 있다. 따라서, 상기 [수학식 1]은 물체의 움직이는 방향에 따라 아래의 [수학식 2]로 도출할 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112008076636392-pat00019
즉, 물체가 가까워지는 경우, I신호의 위상이 Q신호의 위상보다 90도 늦으며, 물체가 멀어져 가는 경우, 1신호의 위상이 Q신호의 위상보다 90도 빠르게 된다. 따라서, 쿼드러쳐 도플러 레이더 구조는 I신호와 Q신호의 위상 차이를 통해 물체의 방향을 도출하도록 구성된다.
그러나, 이러한 종래의 도플러 레이더 센서들의 경우 송신 주파수와 동일한 주파수를 갖는 클러터(clutter)들에 의해 잘못된 알람(alarm)을 일으킬 수 있다. 특히 도플러 레이더 센서를 이용하여 보안등에 사용하는 경우, 클러터들에 의한 잘못된 알람은 경비시스템 유지에 만은 문제를 야기하게 된다. 또한, 앞서 도 2 를 통해 설명한 쿼드러쳐 도플러 레이더의 경우, 쿼드러쳐 믹싱을 위해 두 개의 주파수 혼합을 위해 수신 신호를 분리해야하는 번거로움이 뒤따르는 구조인바, 지양되어야 한다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해소하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은, 단일 개수의 주파수 혼합기로 구성된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서를 제공함에 있다.
그리고, 본 발명의 또 다른 목적은, 신호처리부를 통해 사용주파수와 동일한 주파수 이외의 클러터 신호 및 노이즈 신호를 제거함으로써, 노이즈에 의한 사용주파수의 외곡을 미연에 방지함에 있다.
이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 단일 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서는, 소정 주파수 대역의 발진 주파수 신호에 근거하여, 발신될 특정 주기로 반복되는 코드신호(
Figure 112008076636392-pat00020
)를 2πN(N=1, 2, 3, ㆍㆍㆍ)배로 위상 변조시킨 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00021
)를 발신하고, 코드신호(
Figure 112008076636392-pat00022
)의 반복 주기의 두배 주기를 갖는 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00023
)를 생성하며, 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00024
)에 대해 (π/2)N배 변조된 변조신호(
Figure 112008076636392-pat00025
)와 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00026
)의 발신에 따라 복귀된 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00027
)를 상기 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00028
)의 레벨에 따라 π/2 위상차를 갖도록 믹싱하여 믹싱된 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00029
)에 대한 I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00030
) 및 Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00031
)로 분류하여 I 신호(
Figure 112008076636392-pat00032
) 및 Q 신호(
Figure 112008076636392-pat00033
)를 추출하는 것을 특징으로 한다.
또한, 소정 주파수 대역의 발진 주파수 신호를 생성하는 발진기와, 일정한 비트수를 갖는 코드신호(
Figure 112008076636392-pat00034
)를 생성하는 코드신호 발생부, 코드신호(
Figure 112008076636392-pat00035
)의 반주기를 갖는 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00036
)를 생성하는 클럭신호 발생부를 포함한다.
또한, 코드신호(
Figure 112008076636392-pat00037
)를 2πN배로 위상 변조시켜 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00038
)를 생성하는 제 1 위상 변조기, 및 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00039
)에 대해 (π/2)N배 변조된 변조신호(
Figure 112008076636392-pat00040
)를 생성하는 제 2 위상 변조기를 포함한다.
또한, 변조신호(
Figure 112008076636392-pat00041
)와 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00042
)를 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00043
)의 레벨에 따라 π/2 위상차를 갖도록 믹싱하되, 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00044
)의 레벨이 high인 경우, 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00045
)와
Figure 112008076636392-pat00046
를 믹싱하고, 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00047
)의 레벨이 low인 경우, 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00048
)와
Figure 112008076636392-pat00049
를 믹싱하는 주파수 혼합기를 포함한다.
또한, 믹싱된 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00050
)를 I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00051
) 및 Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00052
)로 분리하는 스위치, 및 분리된 I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00053
) 및 Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00054
)에 포함된 클러터 신호 또는 노이즈 신호를 제거한 I 신호(
Figure 112008076636392-pat00055
) 및 Q 신호(
Figure 112008076636392-pat00056
)를 검출하는 신호처리부를 포함한다.
또한, I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00057
) 및 Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00058
) 각각의 high 값 및 low 값을 곱한 평균값인 적분값 '1'을 상기 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00059
)의 반주기 동안 도출하는 적분기와, 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00060
)가 low 값인 경우, 적분값 도출에 따른 I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00061
)를 홀드시키고, 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00062
)가 high 값인 경우, 적분값 도출에 따른 Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00063
)를 홀드시키는 피크 홀드 회로, 및 홀드된 I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00064
) 및 Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00065
)에 포함된 클러터 신호 또는 노이즈 신호를 제거한 I 신호(
Figure 112008076636392-pat00066
) 및 Q 신호(
Figure 112008076636392-pat00067
)를 검출하는 피크 검출 회로를 더 포함한다.
그리고, 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00068
)의 반주기와, 코드신호(
Figure 112008076636392-pat00069
)의 주기 및 동기는 서로 일치하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상술한 센서를 기반으로 하는 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센싱방법은, 소정 주파수 대역의 발진 주파수 신호에 근거하여 발신될 코드신호(
Figure 112008076636392-pat00070
)를 2πN(N=1, 2, 3, ㆍㆍㆍ)배로 위상 변조시킨 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00071
)를 발신하는 (a) 단계와, 코드신호(
Figure 112008076636392-pat00072
)의 반주기를 갖는 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00073
)를 생성하는 (b) 단계와, 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00074
)에 대해 (π/2)N배 변조된 변조신호(
Figure 112008076636392-pat00075
)와 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00076
)의 발신에 따라 복귀된 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00077
)를 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00078
)의 레벨에 따라 π/2 위상차를 갖도록 믹싱하는 (c) 단계, 및 믹싱된 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00079
)에 대한 I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00080
) 및 Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00081
)로 분류하여 I 신호(
Figure 112008076636392-pat00082
) 및 Q 신호(
Figure 112008076636392-pat00083
)를 추출하는 (d) 단계를 포함한다.
그리고, (d) 단계는, I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00084
) 및 Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00085
) 각각의 적분값을 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00086
)의 반주기동안 도출하는 (d-1) 단계와, 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00087
)의 레벨이 low인 경우, I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00088
)를 홀드 시키고, 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00089
)의 레벨이 high인 경우, Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00090
)를 홀드시키는 (d-2) 단계, 및 I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00091
) 및 Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00092
)에 포함된 클러터 신호 또는 노이즈 신호를 제거 및 복원하여 I 신호(
Figure 112008076636392-pat00093
) 및 Q 신호(
Figure 112008076636392-pat00094
)를 검출하는 (d-3) 단계를 포함한다.
상기와 같은 본 발명에 따르면, 단일 개수의 주파수 혼합기를 통해 쿼드러쳐 도플러 신호를 추출함으로써, 물적 자원의 낭비를 방지하는 효과가 있다.
또한, 사용주파수와 동일한 주파수 대역의 클러터 신호에 의한 오류를 제거함으로써, 노이즈에 의한 사용주파수의 외곡을 미연에 방지하는 효과가 있다.
본 발명의 구체적인 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 할 것이다. 또한, 본 발명에 관련된 공지 기능 및 그 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 구체적인 설명을 생략하였음에 유의해야 할 것이다.
본 발명에 따른 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서(S)를 도 3 내지 도 7 을 참조하여 살피면 다음과 같다.
도 3 은 본 발명에 따른 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서(S)에 대한 전체 구성도이고, 도 4 는 본 발명에 따른 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서의 신호처리부를 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이 발진기(301), 제 1 변조기(302), 코드신호 발생부(303), 전력분배기(304), 송신 안테나(305), 수신 안테나(306), 제 2 변조기(307), 클럭신호 발생부(308), 주파수 혼합기(309), 저주파 대역 통과 필터(310), 스위치(311) 및 신호처리부(312)를 포함하여 구성된다.
세부적으로, 제 1 변조기(302)는 발진기(301)로부터 인가받은 소정 주파수 대역의 발진 주파수 신호와, 코드신호 발생부(303)로부터 인가받은 일정한 비트수를 갖는 발신될 코드신호(
Figure 112008076636392-pat00095
)를 2πN(N=1, 2, 3, ㆍㆍㆍ)배로 위상 변조시킨 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00096
)를 생성하여 전력분배기(304)로 인가한다.
여기서, 코드신호(
Figure 112008076636392-pat00097
)는 아래의 [수학식 3]과 같은 특성을 같으며,
Figure 112008076636392-pat00098
는 '+1' 혹은 '-1'의 값을 갖는 코드 즉, low 또는 high의 값을 갖는다.
[수학식 3]
Figure 112008076636392-pat00099
송신 안테나(305)는 전력분배기(304)로부터 인가받은 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00100
)를 발산하여 특정 물체에 입사되도록 한다.
수신 안테나(306)는 송신 안테나(305)가 발산한 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00101
)와 거리
Figure 112008076636392-pat00102
만큼 떨어진 물체에 반사되어 수신한 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00103
)를 수신하며, 수신된 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00104
)는 아래의 [수학식 4]와 같다.
[수학식 4]
Figure 112008076636392-pat00105
이때, 상기 [수학식4]에서의 c는 전파의 속력이다.
제 2 변조기(307)는 클럭신호 발생부(308)로부터 인가받은 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00107
)의 주기에 따라, 전력분배기(304)로부터 인가받은 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00108
)를 (π/2)N배 변조시켜 변조신호(
Figure 112008076636392-pat00109
)를 생성하며, 이때, 변조신호(
Figure 112008076636392-pat00110
)는 아 래의 [수학식 5]와 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 5]
Figure 112008076636392-pat00111
이때, [수학식 5]에서 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00112
)의 레벨이 high인 경우 '1'의 값을 갖으며, 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00113
)의 레벨이 low인 경우 '0'의 값을 갖는다.
또한, 도 4 에 도시된 바와 같이, 클럭신호 발생부(308)에 의한 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00114
)의 반주기는, 상기 코드신호 발생부(303)가 생성하는 코드신호(
Figure 112008076636392-pat00115
)의 주기 및 동기와 일치한다.
주파수 혼합기(309)는 수신 안테나(306)로부터 인가받은 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00116
)와 제 2 변조기(307)로부터 인가받은 변조신호(
Figure 112008076636392-pat00117
)를 상기 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00118
)의 레벨에 따라 π/2 위상차를 갖도록 믹싱한다.
이때, 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00119
)의 레벨이 high인 경우, 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00120
)와 를 믹싱하고, 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00121
)의 레벨이 low인 경우, 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00122
)와 를 믹싱하게 된다.
스위치(311)는 저주파 대역 통과 필터(310)를 거처 인가받은 믹싱된 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00123
)를 상기 클럭신호 발생부(308)로부터 인가받은 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00124
)의 high 값 또는 low 값에 따라 I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00125
) 및 Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00126
)로 분리하며, 분 리된 I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00127
) 및 Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00128
)는 아래의 [수학식 6]과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 6]
Figure 112008076636392-pat00129
신호처리부(312)는 스위치(311)로부터 인가받은 I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00130
) 및 Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00131
) 각각의 high 값 및 low 값을 곱한 평균값, 즉 적분값 '1'을 도출하는 적분을 통해 상기 송신 안테나(305)가 출력한 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00132
)와 동일한 코드를 갖는 신호를 제외한 클러터 신호 또는 노이즈 신호들을 제거하여 I 신호(
Figure 112008076636392-pat00133
) 및 Q 신호(
Figure 112008076636392-pat00134
)로 검출한다. 이때, 적분은, 상기 [수학식 3]에서 나타난 코드신호(
Figure 112008076636392-pat00135
)의 레벨에 따라 수행되며, 적분기(501), 피크 홀드 회로(502) 및 피크 검출 회로(503)를 포함한다.
도 5 를 참조하여 신호처리부(312)의 세부구성을 살피면 다음과 같다.
적분기(501)는 상기 스위치(311)로부터 인가받은 I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00136
) 및 Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00137
) 각각의 high 값 및 low 값을 곱한 평균값을 도출하는데, 이는 코드신호(
Figure 112008076636392-pat00138
)의 한주기, 즉 상기 클럭신호 발생부(308)로부터 인가받은 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00139
)의 반주기동안 수행한다.
피크 홀드 회로(502)는 클럭신호 발생부(308)로부터 인가받은 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00140
)가 low값인 경우, 적분값 도출에 따라 적분기(501)로부터 인가받아 인가받은 I 채널의 신호(
Figure 112008076636392-pat00141
)를 홀드 시키고, 클럭 발생기(308)로부터 인가받은 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00142
)가 high값인 경우, 적분값 도출에 따라 적분기(501)로부터 인가받아 출력되는 Q 채널의 신호(
Figure 112008076636392-pat00143
)를 홀드시킨다.
피크 검출 회로(503)는 피크 홀드 회로(502)에 의해 홀드된 I 채널의 신호(
Figure 112008076636392-pat00144
) 및 Q 채널의 신호(
Figure 112008076636392-pat00145
)에 포함된 클러터 신호 또는 노이즈 신호를 제거 및 복원하여 I 신호(
Figure 112008076636392-pat00146
) 및 Q 신호(
Figure 112008076636392-pat00147
)로 검출하며, 검출된 I 신호(
Figure 112008076636392-pat00148
) 및 Q 신호(
Figure 112008076636392-pat00149
)는 아래의 [수학식 7]과 같은 형태로 나타낼 수 있다.
[수학식 7]
Figure 112008076636392-pat00150
Figure 112008076636392-pat00151
따라서, 상술한 구성을 통해 한 개의 주파수 혼합기를 이용하여 I 신호(
Figure 112008076636392-pat00152
) 및 Q 신호(
Figure 112008076636392-pat00153
)를 추출할 수 있으며, 상기 송신 안테나(306)가 송신한 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00154
)와 동일한 신호 이외의 신호를 제거할 수 있다.
이하, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서(S)를 통해 측정한 실험결과를 도 6 및 도 7 을 참조하여 살피면 다음과 같다.
도 6 은 도 3 에 도시된 바와 같이 구성된 센서를 2.4GHz 대역에서 구현한 것을 나타낸 도면으로, G1은 물체가 상기 센서로 접근하는 경우의 최종 출력신호인 I 신호(
Figure 112008076636392-pat00155
) 및 Q 신호(
Figure 112008076636392-pat00156
)이며, G2는 물체가 상기 센서로부터 멀어지는 경우의 출력신호인 I 신호(
Figure 112008076636392-pat00157
) 및 Q 신호(
Figure 112008076636392-pat00158
)이다. 도 6 에서 알 수 있듯이, 제작된 센서를 이용하여 종래의 쿼드러쳐 레이더 센서와 동일하게 물체의 움직임 방향을 검출되는 것을 확인하였다.
그리고, 도 7 은 2.4GHz 대역을 사용하는 블루투스(Bluetooth) 신호의 클러터가 존재하는 경우, 약 14초 경과후에 움직이는 물체에 대한 센서의 응답을 측정한 결과를 나타낸 도면이다. 여기서, G3는 본 발명에 따른 센서의 결과 값이고, G4 는 종래의 도플러 레이더 구조를 이용한 센서의 결과 값이다.
종래의 도플러 레이더의 경우 물체의 움직임이 없는 경우에도, 클러터 신호에 의해 큰 출력 신호가 발생하는 것을 알 수 있지만, 본 발명에 따른 센서 구조에서는 상기 물체가 실제로 움직이는 경우에만 반응하는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서(S)는 외부 잡음의 영향을 크게 줄일 수 있다.
이하, 상술한 시스템을 기반으로 하는 본 발명에 따른 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센싱방법에 관하여 도 8 을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 제 1 변조기(302)가 소정 주파수 대역의 발진 주파수 신호에 근거하여 발신될 코드신호(
Figure 112008076636392-pat00159
)를 2πN(N=1, 2, 3, ㆍㆍㆍ)배로 위상 변조시켜 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00160
)를 생성하고, 송신 안테나(305)가 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00161
)를 발신한다(S801).
이어서, 클럭신호 발생부(308)이 상기 코드신호(
Figure 112008076636392-pat00162
)의 반주기를 갖는 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00163
)를 생성한다(S802).
뒤이어, 제 2 변조기(307)가 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00164
)에 대해 (π/2)N배 변조된 변조신호(
Figure 112008076636392-pat00165
)를 생성하고, 주파수 혼합기(309)가 변조신호(
Figure 112008076636392-pat00166
)와 상기 출력신호(
Figure 112008076636392-pat00167
)의 발신에 따라 복귀된 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00168
)를 상기 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00169
)의 레벨에 따라 π/2 위상차를 갖도록 믹싱한다(S803).
그리고, 스위치(311)가 상기 믹싱된 복귀신호(
Figure 112008076636392-pat00170
)를 상기 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00171
)의 레벨 즉, 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00172
)의 레벨에 따라 I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00173
) 및 Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00174
)로 분류하여 신호처리부(312)가 I 신호(
Figure 112008076636392-pat00175
) 및 Q 신호(
Figure 112008076636392-pat00176
)를 추출한다(S804).
세부적으로 도 9 를 참조하여 상기 제 S804 단계를 살펴본다.
먼저, 신호처리부(312)의 적분기(501)가 상기 I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00177
) 및 Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00178
) 각각의 적분값을 상기 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00179
)의 반주기동안 도출한다(S901).
이어서, 피크 홀드 회로(502)가 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00180
)의 레벨이 low인 경우, I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00181
)를 홀드 시키고, 클럭신호(
Figure 112008076636392-pat00182
)의 레벨이 high인 경우, Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00183
)를 홀드시킨다(S902).
그리고, 피크 검출 회로(503)가 I 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00184
) 및 Q 채널 신호(
Figure 112008076636392-pat00185
)에 포함된 클러터 신호 또는 노이즈 신호를 제거 및 복원하여 I 신호(
Figure 112008076636392-pat00186
) 및 Q 신호(
Figure 112008076636392-pat00187
)를 검출한다(S903).
이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.
도 1 은 종래의 도플러 레이더의 구조를 나타낸 구성도.
도 2 는 종래의 쿼드러쳐 도플러 레이더의 구조를 나타낸 구성도.
도 3 은 본 발명에 따른 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서(S)를 나타낸 구성도.
도 4 는 본 발명에 따른 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서(S)의 클럭신호 발생부(308)와 코드신호 발생부(303)의 주기를 나타낸 도면.
도 5 는 본 발명에 따른 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서(S)의 신호처리부(312) 세부구성을 나타낸 도면.
도 6 은 본 발명에 따른 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서(S)를 2.4GHz 대역에서 구현하여 테스트한 결과를 나타낸 도면.
도 7 은 본 발명에 따른 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서(S)를 2.4GHz 대역에서 구현하여 14초 경과후에 움직이는 물체에 대한 센싱 결과를 나타낸 도면.
도 8 은 본 발명에 따른 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센싱방법을 나타낸 순서도.
도 9 는 본 발명에 따른 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센싱방법의 제 S804 단계를 세부적으로 나타낸 순서도.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
S: 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서
301: 발진기 302: 제 1 변조기
303: 코드신호 발생부 304: 전력분배기
305: 송신 안테나 306: 수신 안테나
307: 제 2 변조기 308: 클럭신호 발생부
309: 주파수 혼합기 310: 저주파 대역 통과 필터
311: 스위치 312: 신호처리부
501: 적분기 502: 피크 홀드 회로
503: 피크 검출 회로

Claims (9)

  1. 하나의 주파수 혼합기를 갖는 도플러 레이더 센서에 있어서,
    상기 도플러 레이더 센서는, 소정 주파수 대역의 발진 주파수 신호에 근거하여, 발신될 특정 주기로 반복되는 코드신호(
    Figure 112010083701857-pat00188
    )를 2πN(N=1, 2, 3, ㆍㆍㆍ)배로 위상 변조시킨 출력신호(
    Figure 112010083701857-pat00189
    )를 발신하고; 상기 코드신호(
    Figure 112010083701857-pat00190
    )의 반복 주기의 두배 주기를 갖는 클럭신호(
    Figure 112010083701857-pat00191
    )를 생성하며; 상기 출력신호(
    Figure 112010083701857-pat00192
    )에 대해 (π/2)N배 변조된 변조신호(
    Figure 112010083701857-pat00193
    )와 상기 출력신호(
    Figure 112010083701857-pat00194
    )의 발신에 따라 복귀된 복귀신호(
    Figure 112010083701857-pat00195
    )를 상기 클럭신호(
    Figure 112010083701857-pat00196
    )의 레벨에 따라 π/2 위상차를 갖도록 믹싱하여 상기 복귀신호(
    Figure 112010083701857-pat00197
    )에 대한 I 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00198
    ) 및 Q 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00199
    )로 분류하여 I 신호(
    Figure 112010083701857-pat00200
    ) 및 Q 신호(
    Figure 112010083701857-pat00201
    )를 추출하는 것을 특징으로 하되,
    상기 소정 주파수 대역의 발진 주파수 신호를 생성하는 발진기;
    일정한 비트수를 갖는 상기 코드신호(
    Figure 112010083701857-pat00202
    )를 생성하는 코드신호 발생부;
    상기 코드신호(
    Figure 112010083701857-pat00203
    )의 반주기를 갖는 클럭신호(
    Figure 112010083701857-pat00204
    )를 생성하는 클럭신호 발생부;
    상기 믹싱된 복귀신호(
    Figure 112010083701857-pat00273
    )를 I 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00274
    ) 및 Q 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00275
    )로 분리하는 스위치; 및
    상기 분리된 I 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00276
    ) 및 Q 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00277
    )에 포함된 클러터 신호 또는 노이즈 신호를 제거한 I 신호(
    Figure 112010083701857-pat00278
    ) 및 Q 신호(
    Figure 112010083701857-pat00279
    )를 검출하는 신호처리부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 코드신호(
    Figure 112008076636392-pat00205
    )를 2πN배로 위상 변조시켜 상기 출력신호(
    Figure 112008076636392-pat00206
    )를 생성하는 제 1 위상 변조기; 및
    상기 출력신호(
    Figure 112008076636392-pat00207
    )에 대해 (π/2)N배 변조된 변조신호(
    Figure 112008076636392-pat00208
    )를 생성하는 제 2 위상 변조기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 변조신호(
    Figure 112008076636392-pat00209
    )와 상기 복귀신호(
    Figure 112008076636392-pat00210
    )를 상기 클럭신호(
    Figure 112008076636392-pat00211
    )의 레벨에 따라 π/2 위상차를 갖도록 믹싱하되, 상기 클럭신호(
    Figure 112008076636392-pat00212
    )의 레벨이 high인 경우, 상기 복귀신호(
    Figure 112008076636392-pat00213
    )와
    Figure 112008076636392-pat00214
    를 믹싱하고, 상기 클럭신호(
    Figure 112008076636392-pat00215
    )의 레벨이 low인 경우, 상기 복귀신호(
    Figure 112008076636392-pat00216
    )와
    Figure 112008076636392-pat00217
    를 믹싱하는 주파수 혼합기; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서.
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 신호처리부는,
    상기 I 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00225
    ) 및 Q 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00226
    ) 각각의 high 값 및 low 값을 곱한 평균값인 적분값 '1'을 상기 클럭신호(
    Figure 112010083701857-pat00227
    )의 반주기 동안 도출하는 적분기;
    상기 클럭신호(
    Figure 112010083701857-pat00228
    )가 low 값인 경우, 상기 적분값 도출에 따른 I 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00229
    )를 홀드시키고, 상기 클럭신호(
    Figure 112010083701857-pat00230
    )가 high 값인 경우, 상기 적분값 도출에 따른 상기 Q 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00231
    )를 홀드시키는 피크 홀드 회로; 및
    상기 홀드된 I 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00232
    ) 및 Q 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00233
    )에 포함된 클러터 신호 또는 노이즈 신호를 제거한 I 신호(
    Figure 112010083701857-pat00234
    ) 및 Q 신호(
    Figure 112010083701857-pat00235
    )를 검출하는 피크 검출 회로; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 클럭신호(
    Figure 112008076636392-pat00236
    )의 반주기와, 상기 코드신호(
    Figure 112008076636392-pat00237
    )의 주기 및 동기는 서로 일치하는 것을 특징으로 하는 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센서.
  8. 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센싱방법에 있어서,
    (a) 소정 주파수 대역의 발진 주파수 신호에 근거하여 발신될 코드신호(
    Figure 112010083701857-pat00238
    )를 2πN(N=1, 2, 3, ㆍㆍㆍ)배로 위상 변조시킨 출력신호(
    Figure 112010083701857-pat00239
    )를 발신하는 단계;
    (b) 상기 코드신호(
    Figure 112010083701857-pat00240
    )의 반주기를 갖는 클럭신호(
    Figure 112010083701857-pat00241
    )를 생성하는 단계;
    (c) 상기 출력신호(
    Figure 112010083701857-pat00242
    )에 대해 (π/2)N배 변조된 변조신호(
    Figure 112010083701857-pat00243
    )와 상기 출력신호(
    Figure 112010083701857-pat00244
    )의 발신에 따라 복귀된 복귀신호(
    Figure 112010083701857-pat00245
    )를 상기 클럭신호(
    Figure 112010083701857-pat00246
    )의 레벨에 따라 π/2 위상차를 갖도록 믹싱하는 단계; 및
    (d) 상기 믹싱된 복귀신호(
    Figure 112010083701857-pat00247
    )를 상기 클럭신호(
    Figure 112010083701857-pat00248
    )의 레벨에 따라 I 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00249
    ) 및 Q 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00250
    )로 분류하여 I 신호(
    Figure 112010083701857-pat00251
    ) 및 Q 신호(
    Figure 112010083701857-pat00252
    )를 추출하는 단계; 를 포함하되,
    상기 (d) 단계는,
    (d-1) 상기 I 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00253
    ) 및 Q 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00254
    ) 각각의 적분값을 상기 클럭신호(
    Figure 112010083701857-pat00255
    )의 반주기동안 도출하는 단계;
    (d-2) 상기 클럭신호(
    Figure 112010083701857-pat00256
    )의 레벨이 low인 경우, 상기 I 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00257
    )를 홀드 시키고, 상기 클럭신호(
    Figure 112010083701857-pat00258
    )의 레벨이 high인 경우, Q 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00259
    )를 홀드시키는 단계; 및
    (d-3) 상기 I 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00260
    ) 및 Q 채널 신호(
    Figure 112010083701857-pat00261
    )에 포함된 클러터 신호 또는 노이즈 신호를 제거 및 복원하여 I 신호(
    Figure 112010083701857-pat00262
    ) 및 Q 신호(
    Figure 112010083701857-pat00263
    )를 검출하는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일화된 구조의 주파수 혼합기를 이용한 코드화된 쿼드러쳐 도플러 레이더 센싱방법.
  9. 삭제
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