KR101238972B1

KR101238972B1 - 레인지 게이트 홀로그래픽 레이더

Info

Publication number: KR101238972B1
Application number: KR1020117019475A
Authority: KR
Inventors: 토마스 에드워드 맥이완
Original assignee: 맥이완 테크놀로지스, 엘엘씨
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2010-02-22
Publication date: 2013-03-04
Also published as: CA2752515A1; AU2010218453A1; CA2752515C; JP6208710B2; WO2010098836A3; US20100214157A1; AU2010218453B2; EP2401629B1; KR20110129871A; JP2012519275A; JP2015163890A; EP2401629A2; CN102317809B; US7952515B2; CN102317809A; WO2010098836A2

Abstract

좁은 가상의 전송 펄스는 긴-기간의 스태거된 펄스 반복 간격(PRI) 전송 펄스를 다르게 함으로써 합성한다. PRI는 중간 주파수로 스태거된다. 가상 펄스로부터의 에코는 기준파를 갖는 IF-변조의 간섭 패턴을 형성한다. 간섭 패턴의 샘플은 높은 공간 분해능 홀로그래픽 데이터를 생성하도록 IF-필터된다. PRI 스태거는 매우 긴 스태거된 전송 펄스로부터 1-ns 가상 펄스를 생성하기 위해 아주 작은, 예컨대 1-ns가 될 수 있다. 점유 대역폭(OBW)은 홀로그래피에 필요한 긴 RF 펄스로 인해 10MHz보다 작아질 수 있지만, 공간 분해능은 짧은 가상 펄스로 인해 초광대역(UWB) 동작에 대응하여 매우 높아질 수 있다. X-Y 안테나 스캐닝은 쿼드러처 데이터로부터 레인지-게이트된 표면 홀로그램을 생성할 수 있다. 다수의 레인지 게이트는 스택-인-레인지(stacked-in-range) 홀로그램을 생성할 수 있다. 동작 및 진동은 레인지-게이트 영역 내의 간섭 패턴의 변경에 의해 검출될 수 있다.

Description

레인지 게이트 홀로그래픽 레이더{RANGE GATED HOLOGRAPHIC RADAR}

본 발명은 레이더에 관한 것으로, 특히 간섭 및 홀로그래픽 레이더에 관한 것이다. 본 발명은 홀로그램을 형성하고, 스택 홀로그램을 형성하며, 게이트 영역 내의 동작 및 진동을 검출하여, 레인지를 찾는데 이용될 수 있다.

펄스-에코 및 FMCW 고분해능 레이더는 통상 광대역에서 초광대역(UWB)의 방출을 갖는다. UWB 임펄스 레이더는 하나의 RF 사이클 기간에 1/2의 단펄스를 방출하며, 대응하는 대역폭은 500MHz에서 10GHz까지 또는 그 이상까지 확장한다. 광대역 펄스-에코 레이더는 버스트의 RF 정현파를 방출하고, 탱크 레벨 감지 레이더는 통상 수백 MHz 이상의 대응하는 대역폭을 갖는 10 내지 20 RF 정현파의 버스트를 방출한다. 이들 높은 대역폭 레이더의 동작은 FCC와 같은 조절 기관에 의해 엄격히 제한된다. 이들 제한의 예는 다음을 포함한다: 즉 (1) 미국 내의 UWB 레이더는 휴대시에만 그리고 극히 제한된 방출 파워 레벨로 옥외에서만 동작될 수 있고; (2) 광대역 탱크 레벨 감지 레이더는 탱크 내부에서만 동작될 수 있는데, 예컨대 리버 레벨(riber level)을 감지하는데 사용될 수 없으며; (3) ISM 대역폭은 50MHz에서 10.5GHz와 같이 매우 제한된다.

높은 대역폭 레이더가 엄격한 조절 제한을 받는 한편, 레인지 게이트 없는 동작은 다른 엄격한 제한을 이끈다. 보통 레인지 게이트의 사용이 높은 대역폭을 암시한다는 것을 염두해 두자. 보통 레인지 게이팅(range gating)은 좁은 샘플링 개구 및 매칭되는 좁고 높은 대역폭 방출 펄스를 암시하는 높은 공간 분해능을 필요로 한다. 짧은 레인지 레이더, 및 통상의 레이더 센서는 종종 매우 높은 분해능 게이팅을 필요로 한다.

CW 도플러 레이더는 통상 동작을 감지하기 위해 사용된다. 그러나, 이들 레이더는 최대 레인지의 제한이 없다. 원하지 않는 이동의 대상, 즉 소정 레인지의 클러터(clutter)는 응답을 생성할 수 있다. 레인지 게이트의 결핍은 경찰 스피드 감지 레이더에 전형적인데, 보안용 알람에 전혀 바람직하지 않으며, 보안 영역 밖에서 움직이는 사람은 게이트되지 않은 레이더를 잘못 트리거할 수 있다. 레인지 게이트는 분명히 많은 애플리케이션에서 필요하다. 다수의 레인지 게이트 동작 감지 레이더가 종래기술로 존재하지만, 여전히 그것들은 종종 높은 대역폭을 필요로 하고, 따라서 엄격한 조절 제한이 따른다. 낮은 대역폭 레인지 게이트 레이더가 필요하다.

홀로그래픽 레이더는 Collins 등에 의한 "Real-Time Holographic Surveillance System,"으로 명칭된 미국특허 제5,455,590호에 개시되어 있다. X축 및 Y축을 따라 안테나를 스캐닝함으로써 홀로그래픽 레이더 이미지를 형성하는 장치가 개시되어 있다. 그러나, 그 레이더는 CW 레이더로 레인지 게이팅을 갖고 있지 않다. 따라서, 홀로그래픽 이미지는 이미지 평면 밖으로부터 에코에 의해 오염될 수 있다. 이는 단지 클러터 장면이 엄격하게 콘트롤되는 실제 상황일 뿐이다. 더욱이, 그것은 단지 레이더에 대해 반투과하지 않는 물체를 대상으로 작업할 뿐이며, 예컨대 불가능하지 않을 경우 나무 또는 플라스틱 표면의 홀로그래픽 이미지를 형성하는 것은 어려울 수 있다. 타임 게이팅, 즉 레이더 에코의 레인지 게이팅이 필요하다. 상기 미국특허 제5,455,590호는 다운레인지(downrange) 방향으로 에코를 소멸시키기 위한 타임 게이팅이 없기 때문에, 스택 홀로그램(stacked holograms), 즉 고체 내부의 다수 표면 또는 조각을 나타내는 홀로그램을 형성할 수 없다.

종래기술은 (1) 높은 공간 분해능 레인지 게이팅을 갖는 낮은 대역폭 레이더; (2) 좁은 ISM 대역에서 동작할 수 있는 고분해능 레이더; (3) 밀집 ISM 대역에서 동작할 수 있도록 간섭에 대해 높은 면역성이 있는 고분해능 레이더; (4) 클러터를 거부하는 홀로그래픽 레이더; (5) 물체를 이미지 반투과할 수 있는 홀로그래픽 레이더; (6) 스택 홀로그래픽 이미지를 형성할 수 있는 홀로그래픽 레이더; 및 (7) 클로즈-인(close-in) 레인지 게이팅을 갖는 협대역 동작 감지 레이더가 없다.

본 발명은 (1) 외부로부터의 에코를 배제하기 위해 홀로그래픽 레이더에 레인지 게이트를 부가하고, (2) 스택 홀로그램을 형성할 수 있도록 홀로그래픽 레이더에 레인지 게이트를 부가하고, (3) 높은 공간 분해능과 함께 협대역 방출을 갖는 레이더를 제공하고, (4) ISM 대역 조절을 따르도록 협대역 방출을 갖는 고분해능 레이더를 제공하고, (5) 낮은 노이즈 레인지 게이트 협대역 동작 센서를 제공하며, (6) 협대역, 고분해능 스윕(sweep) 레인지 A-스캔 레이더를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 레인지 게이트 홀로그래픽 레이더는 PRI 펄스를 생성하기 위한 PRI 생성기; IF 변조신호를 생성하기 위한 중간 주파수 IF 생성기; 클럭 펄스 및 IF 변조신호에 응하고, 스태거 PRI 펄스를 생성하기 위한 스태거 변조기; 상기 스태거 PRI 펄스에 응하고, 원하는 에코 기간에 최장 전송 펄스보다 긴 기간을 갖는 전송 펄스를 생성하기 위한 제1펄스 생성기; 상기 전송 펄스에 응하고, 전송 RF 버스트를 생성하며, 기준파를 형성하기 위한 RF 오실레이터; 상기 RF 오실레이터에 연결되고, 전송 RF 버스트를 방출하며, 그 버스트로부터 에코를 수신하기 위한 안테나; 상기 PRI 생성기에 연결되고, 레인지 지연 펄스를 생성하기 위한 레인지 지연요소; 상기 레인지 지연 펄스에 응하고, 게이트 펄스를 생성하기 위한 제2펄스 생성기; 상기 게이트 펄스에 응하고, 상기 기준파와 에코 합의 RF 크기 샘플을 생성하기 위한 안테나에 연결된 RF 크기 검출기; IF 변조를 갖는 크기 샘플을 통과시키기 위한 IF 필터; 및 필터된 크기 샘플을 복조하고, 간섭 출력신호를 생성하기 위한 IF 검출기를 포함한다.

또한, 상기 레이더는 하나 또는 그 이상의 게이트 간격 동안 RF 펄스 피크를 검출 및 적분하기 위한 게이트 RF 피크 검출기를 포함한다. RF 크기 샘플러는 제2RF 크기 샘플러를 더 포함할 수 있으며, 각각의 샘플러는 RF 오실레이터와 안테나 사이에 연결된 전송 라인 상의 이격된 탭에 연결되고, 전송 RF 버스트와 에코 합의 RF 크기 샘플을 생성하고, 쿼드러처(quadrature) 간섭 출력신호를 생성한다.

본 발명의 다른 실시예는 제1전도요소를 제공하기 위한 제1다이오드; 제2전도요소를 제공하기 위한 제2다이오드; 전송 라인에 연결되고, 협대역 RF신호를 제1다이오드에 연결하기 위한 제1다이오드에 연결된 제1RF 포트; 전송 라인에 연결되고, RF신호를 제2다이오드에 연결하기 위한 제2다이오드에 연결된 제2RF 포트를 포함하는 쿼드러처 협대역 RF 크기 샘플러를 형성하며, 상기 제2RF 포트는 전송 라인을 따라 분율(fraction)의 파장에 의해 제1RF 포트로부터 물리적으로 이격되고, 게이트 포트는 단극 게이트 펄스를 다이오드에 연결하기 위한 제1 및 제2다이오드에 연결되고, 상기 게이트 펄스는 제1 및 제2다이오드에 전도 펄스를 생성하기 위해 일부의 적어도 2개의 RF신호 사이클 동안 그리고 게이트 펄스 기간 동안 다이오드를 전도로 구동시키고, 제1적분 캐패시터는 적어도 2개의 전도 펄스를 적분하고 동-위상(in-phase) 샘플을 생성하기 위한 제1다이오드에 연결되며, 제2적분 캐패시터는 적어도 2개의 전도 펄스를 적분하고 쿼드러처-위상(quadrature-phase) 샘플을 생성하기 위한 제2다이오드에 결합된다. 상기 레이더는 중간 주파수가 ΔT의 스태거 타이밍 오프셋으로 변조되는 스태거 PRI 변조를 더 포함한다.

본 발명의 레인지 게이트 홀로그래픽 레이더 센서는 ΔT의 스태거 PRI 변조에 의해 발생하고, 예상된 에코 지연보다 긴 버스트 기간을 갖는 RF 버스트를 제공하기 위한 펄스 RF 오실레이터; RF 버스트를 전송하고, 그 RF 버스트의 에코를 수신하기 위한 안테나; 및 ΔT 변조에 의해 생성된 에코와 RF 버스트의 합에 응하고, 간섭 출력 샘플을 생성하기 위한 타임 게이트 RF 샘플러를 포함한다.

본 발명의 간섭 레이더 감지 방법은 RF 버스트로부터 원하는 에코를 포함하도록 충분한 기간의 RF 버스트를 생성하는 단계; 타겟 쪽으로 안테나로부터 RF 버스트를 방출하는 단계; 안테나에 의해 버스트의 타겟 에코를 수신하는 단계; 간섭신호를 생성하도록 RF 버스트와 에코를 합하는 단계; 및 에코의 레인지 게이트 간섭 샘플을 생성하도록 콘트롤된 타이밍에 의해 간섭신호를 크기 샘플링하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 레인지 게이트 쿼드러처 간섭 샘플을 생성하도록 콘트롤된 타이밍에 의해 전송 라인 상의 두 지점에서 간섭신호의 크기를 샘플링하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 스태거 PRI를 갖는 RF 버스트를 생성하는 단계를 더 포함한다. 상기 방법은 중간 주파수에서 ΔT 스태거에 응하는 크기 샘플링 단계를 더 포함한다.

본 발명의 간섭 레이더 동작 감지 방법은 RF 버스트로부터 원하는 에코를 포함하도록 충분한 기간의 RF 버스트를 생성하는 단계; 타겟 쪽으로 안테나로부터 RF 버스트를 방출하는 단계; 안테나에 의해 버스트의 타겟 에코를 수신하는 단계; 간섭신호를 생성하도록 RF 버스트와 에코를 합하는 단계; 고정 레인지에서 타겟 에코로부터 샘플신호를 생성하도록 고정 타이밍에 의해 간섭신호를 크기 샘플링하는 단계; 및 동작신호를 생성하도록 샘플신호의 변경을 검출하는 단계를 포함한다. 추가적으로, 이러한 방법은 레인지 게이트 쿼드러처 간섭신호를 생성하도록 콘트롤된 타이밍에 의해 전송 라인 상의 두 지점에서 간섭신호의 크기를 샘플링하는 단계를 더 포함한다.

본 발명에 따르면, (1) 외부로부터의 에코를 배제하기 위해 홀로그래픽 레이더에 레인지 게이트를 부가하고, (2) 스택 홀로그램을 형성할 수 있도록 홀로그래픽 레이더에 레인지 게이트를 부가하고, (3) 높은 공간 분해능과 함께 협대역 방출을 갖는 레이더를 제공하고, (4) ISM 대역 조절을 따르도록 협대역 방출을 갖는 고분해능 레이더를 제공하고, (5) 낮은 노이즈 레인지 게이트 협대역 동작 센서를 제공하며, (6) 협대역, 고분해능 스윕 레인지 A-스캔 레이더를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명 레이더의 블록도이다.
도 2는 레이더의 쿼드러처 검출기를 나타낸 도면이다.
도 3a는 RF 및 게이트 펄스의 파형도이다.
도 3b는 PRI 스태거의 파형도이다.
도 3c는 가상의 전송 펄스 생성의 파형도이다.
도 4는 본 발명의 레이더를 이용한 스택 홀로그램 형성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 직접 기저대역 처리 레이더의 블록도이다.
도 6a는 도 1의 레이더를 이용한 동작 감지 응답을 나타낸 플롯이다.
도 6b는 도 5의 레이더를 이용한 동작 감지 응답을 나타낸 플롯이다.
도 7은 본 발명 샘플러의 블록도이다.
도 8은 샘플러의 개략도이다.
도 9a는 협대력 RF신호를 갖는 샘플러의 파형도이다.
도 9b는 협대역 간섭 RF신호를 갖는 샘플러의 파형도이다.
도 10은 IF 출력을 갖는 샘플러의 블록도이다.
도 11은 샘플러의 쿼드러처 구성의 블록도이다.

본 발명의 상세한 설명은 이하 도면을 참조하여 제공된다. 예시의 성분 값 및 회로 파라미터가 주어지는 한편, 다른 실시예들이 다른 성분 값 및 회로 파라미터로 구성될 수 있다.

전반적인 설명

본 발명은 특정 다운레인지(downrange) 영역에 응답을 제한하기 위한 레인지 게이트를 도입함으로써 종래의 홀로그래픽 레이더의 한계를 극복한다. 따라서, 특히 내부 이미지 평면, 또는 조각을 이미지하기 위해 재료를 투과할 때, 클리너인 이미지 표면의 다수의 클러터가 없는 레이더 홀로그램이 얻어질 수 있다. 또한 레인지 게이팅은 스택 홀로그램 기술(stacked hologram technology)을 가능하게 하며, 여기서 다수의 이미지 표면이 다운레인지 방향으로 스택될 수 있다. 고체 대상의 내부 조각의 홀로그램은 나무의 조각, 인간 기관의 내부 조직 일부, 및 매립된 묘비의 홀로그래픽 이미지와 같은 홀로그래픽 레이더가 투과하는 지면으로부터 깊이 방향으로의 분층을 포함할 수 있다.

본 발명은 기준파로도 제공되는 광범위 RF 버스트를 방출하는 레인지 게이트 홀로그래픽 레이더이다. 광범위 펄스는 연관된 협대역폭을 갖는다. 따라서, 상기 레이더는 국제 ISM 대역에서 동작할 수 있다. 이것은 ISM 대역에서 동작을 금지한 제한적인 조절 제한 하에서 동작해야 하는 동작 센서 애플리케이션 및 레인지파인더(rangefinder)에 있어 주요한 획기적인 돌파구이다.

광범위 RF 펄스의 방출 시간은 스태거(stagger)될 수 있다. 즉, 그 방출 시간은 중간 스태거 주파수(IF)에서 반복하는 ΔT의 PRI(pulse repetition interval) 간격 변화를 갖는다. 광범위 RF 버스트의 시작 이후 취해진 에코 샘플(echo sample)은 IF에서 스펙트럼 성분을 포함한다. IF 필터된 샘플은 ΔT 간격에만 응한다. 그 ΔT 간격이 광범위 RF 전송 버스트의 시작에서 그리고 단기간 ΔT의 지속동안에만 형성되기 때문에, 그것은 초광대역 가상 펄스인 것과 같이 전송된다. 그 가상 펄스의 일시적인 위치는 비스태거(또는 비지연) PRI의 시작에서 출발하여 그 스태거 PRI의 시작으로 끝난다. 이것은 실제 단펄스가 존재하지 않기 때문에 가상 펄스라 칭하며, 스태거 광범위 펄스로부터 비스태거 광범위 펄스를 감(subtract)함으로써 형성된다. 즉, 그것은 다수의 PRI를 가로질러 형성된다.

가상 펄스의 에코는 가상 간섭 패턴을 형성하기 위해 진행의 광범위 전송 펄스와 조합되며, 그것은 IF에서 존재하고 가상의 단펄스에 의해 생성된 위상 및 진폭 변이와 관련된 패턴이다. 명확하게, 그 전송 펄스는 원하는 에코가 수신되는 동안 지속되도록 충분히 광범위해야하며, 그렇지 않으면 가상의 간섭 패턴을 형성하지 못할 것이다. 가상의 간섭 패턴이 고정 레인지(fixed range)에서 샘플되면, 단일의 픽셀 홀로그램이 얻어진다. X-Y 평면으로 안테나를 스캐닝하는 것은 포토그래픽 네가티브의 홀로그래픽 패턴과 유사한 2차원 간섭 패턴을 생성할 것이다. 그러나, 레인지 게이팅 특징은 레인지 게이트의 위치와 폭에 의해 규정된 특정 다운레인지 영역에 대한 패턴을 제한한다. 게이트 위치를 변경함으로써, 다른 홀로그램이 다른 레인지에서 얻어질 수 있다.

간섭 패턴은 위상이 아닌 크기에 응하는 특별히 고안된 샘플러에 의해 샘플되며, RF 위상과 비교하여 게이트 펄스 타이밍에 좌우되지 않는다. 기존의 믹서(mixer), 상관기 및 샘플 홀드 모두는 샘플된 RF신호에 따라 게이트 펄스의 타이밍으로 변하는 응답을 생성한다. 본 발명에서 사용될 경우, 이러한 장치들은 게이트 펄스와 RF 간섭신호간 위상 및 위상 노이즈와 관련된 아주 큰 스퓨리어스 응답(spurious response)을 생성할 것이다. 예컨대, 24GHz의 RF 주파수에서, 파의 1/4의 기간은 10ps 이고, 그 게이트 펄스는 100ns(15m의 레인지) 동안 지연되어야 한다. 명확하게, 0.1ps의 게이트 타이밍 지터(jitter)는 상당한 노이즈를 야기할 수 있다. 위상 감지 검출기는 본 애플리케이션에 바람직하지 않다. 단지 크기 샘플러만이 필요하다.

다양한 이전의 샘플링 장치의 제약을 극복하는 크기 샘플러는 여기에 기술되고 있으며, 본 발명자인 Thomas E. McEwan에 의한 "RF Magnitude Sampler for Holographic Radar,"로 명칭된 계류중인 미국특허출원 제12/380,337호에 더 나타나 있다. 그것은 RF신호의 위상-독립형 크기 샘플을 생성하기 위해 게이트 피크 검출기를 채용한다. 그 새로운 샘플러는 타임-게이트 피크 검출기로 RF신호 피크를 검출하고 출력 샘플을 제공하기 위해 피크 검출기 출력을 적분하는 것으로 동작한다. 일실시예에 있어서, RF신호는 게이트 펄스와 합해지고 쇼트키 다이오드에 인가되며, 합해진 파형의 RF 피크는 전도로 다이오드를 구동시키고 게이트 펄스 기간 동안에만 다이오드 전도 전류 펄스를 생성한다. 다이오드 전도 펄스는 캐패시터 또는 저역통과필터에 연결되어 적분된다. 게이트 펄스가 적어도 2개의 RF 사이클에 걸치면, 2개의 RF 피크는 항상 게이트 펄스의 기간 내에 발생할 것이다. 캐패시터 상의 전압은 2개의 RF 사이클 내에서, 또는 디자인 파라미터에 따른 보다 많은 수의 사이클 내에서 최대 출력으로 충전될 것이다. 일단 그 충전이 최대에 도달하면, 동일한 또는 보다 낮은 진폭의 RF 입력신호를 지속하기 위한 샘플된 출력의 변화는 더 이상 일어나지 않을 것이다. 그 샘플 진폭은 게이트 기간 내에 2개의 피크가 발생하는 동안 RF신호의 위상에 의해 영향받지 않는다.

단기간 샘플러의 중요한 특징은 샘플 적분이 포함될 때 RF 간섭에 크나큰 면역성이 있다는 것이다. N개 샘플이 취해져 적분될 때, 기존 학문에서는 샘플된 노이즈 및 간섭 전압이 N 제곱근에 따라 감소되는 것을 제안하고 있다. 본 발명의 동작 감지 레이더는 N=10,000 펄스를 적분할 수 있었고, 적분으로 인해 기존의 것은 노이즈 및 간섭을 100배 감소시킬 것으로 예상하고 있다. 그러나, 본 발명은 10,000개 신호 샘플 각각이 최종 값의 1/10,000로 적분 캐패시터를 증가하도록 이동의 평균 적분기로 구성된다. 이것은 사인(signed) 형태의 코히어런트 적분(coherent integration)이고, 여기서 동일한 극성 및 진폭의 10,000개 샘플이 입력신호의 현재 값을 나타내는 최종 값으로 적분 캐패시터를 증가시켜야 한다. 레이더 PRI가 랜덤화(randomized)되면, 외부 간섭신호의 샘플은 랜덤화되지만 에코의 샘플은 코히어런트를 유지한다. 그 랜덤 샘플은 사인 샘플이며, 몇몇은 포지티브(positive)이고 몇몇은 네가티브(negative)이다. 만약 각 샘플의 외부 노이즈가 랜덤이면서 1/10,000로 적분 캐패시터 전압을 증가 또는 감소시키면, 연속의 랜덤 극성 샘플이 작은 변동에 의해 제로(zero)로 평균되는 것을 알 수 있다. 따라서, 노이즈는 N과 연관된 요인에 의해 거부되며, N의 제곱근은 아니다. 이러한 이유 때문에 매우 짧은 단펄스에 대한 스펙트럼 분석기의 응답이 20logBT로 둔감해지고 기존의 이유로 인해 10logBT를 기대하지도 못한다. 여기서, B=스펙트럼 분석기 대역폭이고 T=RF 펄스 폭이다. 이것은 널리 주장된 UWB 기술 장점 중 하나이고, 본 발명은 이러한 장점을 적분 샘플러 및 선택의 다운스트림 적분으로 인해 존속시킨다. 테스트에서는 본 발명의 레이더 동작 센서가 큰거리 블루투스(Bluetooth), 와이파이(WiFi), GSM 셀 폰 및 명백한 간섭이 없는 다른 장치들이 갖는 2.4GHz ISM 대역에서 동작할 수 있다는 것을 보여주고 있다.

홀로그래픽 레이더에서의 이미지 처리는 쿼드러처 포맷의 크기 및 위상 정보 모두를 필요로 한다. 이는 또한 동작 및 진동 감지와 같은 다른 적용에도 마찬가지이다. 간섭 패턴의 쿼드러처 샘플링은 크기-단독 샘플링 장점을 잃지 않고 필요한 쿼드러처 데이터를 제공할 수 있다.

본 발명에서는 크기-단독 샘플링을 이용하는 한편 최대한의 4-쿼드런트(four-quadrant) 쿼드러처 샘플링이 실현될 수 있다. 기준 RF 버스트 및 에코 RF신호가 전송 라인을 따라 전송될 때, 그 전송 라인을 따라 분배된 패턴과 같은 간섭 패턴을 형성한다. 본 발명의 2개의 크기 샘플이 쿼드러처 샘플을 생성하기 위해 1/4 파장에 대응하는 간격으로 전송 라인 상의 탭에 위치될 수 있다. 간섭 패턴이 기준 및 에코 RF신호의 보강 및 상쇄 조합에 의해 형성되기 때문에, 단독의 기준 펄스에 대해 그 전송 라인을 따라 그 결합된 크기가 증가하거나 또는 감소할 수 있다. 그 출력 샘플은 간섭 패턴에 따라 증가 또는 감소할 수 있다. 즉, 사인 크기 샘플은 크기-단독 샘플러에 의해 생성된다. 사인 크기 샘플들의 조합 및 1/4 파장 간격은 모두 4위상(four phase) 쿼드런트를 나타내는 샘플들을 생성한다. 따라서, 간섭 패턴의 위상 쿼드러처 I 및 Q 샘플은 본 발명의 크기-단독 샘플러를 이용하여 얻어질 수 있다.

샘플링 게이트의 일시적인 위치는 고정 다운레인지 영역과 관련된 응답을 제공하도록 고정될 수 있다. 이것은 동작 감지 및 진동 감지를 위한 바람직한 모드이다. 진동 감지는 동작 감지의 형태가 되도록 고려되며, 여기서 그 동작 진폭은 1/2파장보다 짧다. 그 영역 폭은 가상 전송 펄스 ΔT의 폭으로 컨벌브(convolve)된 샘플 개구로 설정되고, 모두 24GHz에서 80ps 이하인 2개의 RF 사이클만큼 짧아질 수 있다. 이것은 UWB 레이더 대역폭에 대응하며, 본 발명의 RF 펄스 폭은 여전히 1㎲ 이상이 될 수 있고, 점유 대역폭(방출 파워의 99%가 포함된)은 10MHz 이하가 될 수 있다.

샘플링 게이트의 일시적인 위치는 레인지파인딩(rangefinding) 및 이미징에 유용한 A-스캔 응답을 제공하기 위해 스윕(sweep)될 수 있다. A-스캔은 다운레인지 방향의 1차원 이미지이다. 2차원 이미지는 하나의 물리적 치수의 A-스캔 레이더 안테나를 스윕핑(sweeping)함으로써 형성될 수 있고, 3차원 이미지는 2차원의 스윕핑에 의해 형성될 수 있다. 본 발명은 레이더가 좁은 ISM 대역 내에서 동작하는 동안 기존의 이미지 처리, 예컨대 백-전파(back-propagation)를 이용하거나 홀로그래픽 처리를 이용하여 높은 공간 분해능 이미지를 형성하기 위해 이용될 수 있다. 예컨대, 지면 투과 레이더 GPR은 두 사이클의 RF만을 분석하는 한편 단지 10MHz 점유 대역폭을 갖는 26MHz에서 900MHz ISM 대역, 약 500MHz 유효 대역폭에서 동작될 수 있다. 사실상 50:1 대역폭 감소가 달성된다.

본 발명은 또한 비스태거 PRI 모드에서 동작할 수 있다. 이러한 모드에서, 레인지 게이트에 선행하는 전체 RF 버스트의 일부가 에코 샘플에 기여한다. 레인지 정보는 손실된다. 그러나, 최대 레인지 제한은 레인지 게이트의 일시적인 위치에 의해 규정되며, 레인지 게이트가 샘플된 이후 에코는 없다. 이러한 모드는 최대 레인지 제한이 그와 같은 단순한 동작 감지를 원하는 곳에서 유용하며, 최대 레인지 제한을 갖는 것은 레인지 제한이 없는 클러터가 빈번한 기존의 홀로그래픽 레이더에 대한 주요한 개선점이다.

구체적인 설명

이제 도면으로 돌아가서, 도 1은 예시의 레인지 게이트 홀로그래픽 레이더(10)의 블록도이다. PRI 생성기(PRI gen; 12)는 시간 기간 또는 간격 후, 예컨대 1㎲마다 반복되는 펄스를 출력한다. PRI의 상대되는 것은 PRF(pulse repetion frequency)로 1MHz이다. 노이즈 생성기(13)는 RF 방출 스펙트럼을 확산시키기 위해 PRI를 변조하여 다른 스펙트럼 사용자에 대한 간섭 및 그 사용자로부터의 간섭을 감소시킬 수 있다.

PRI 생성기는 스태거 변조기(14)에 연결된다. 그 스태거 변조기는 PRI 생성기로부터 수신하는 각 PRI 펄스에 대한 하나의 펄스를 출력한다. 몇몇 출력 펄스는 다른 것보다 더 지연되거나, 또는 스태거된다. 스태거 변조기(14)는 중간 주파수(IF) 생성기(IF gen; 22)로부터의 입력에 응한다. IF 생성기는 예컨대 라인(40) 상에 레이더(10)의 최종 검출된 신호 주파수와 PRF 사이의 중간 주파수인 PRF보다 작은 주파수를 갖는 방현파(squarewave)를 출력할 수 있다. IF 생성기 신호에 대한 응답에 있어서, 스태거 변조기 출력은 입력에 대한 지연이 없는 N개 펄스의 펄스 트레인(pulse train)으로 이루어지며, 그 N개 펄스는 고정된 양을 지연한다. 이들 2개 에코의 총 시간은 2N*PRI이고, 그 역은 1/2(2N*PRI)=IF이다. N은 임의의 정수(1,2,3,...)일 수 있다. 라인 23은 IF가 PRF와 상관되길 원할 경우 PRI 펄스를 PRI 생성기에 연결하며, 예컨대 정수 약수는 디지털 카운터로부터 유도된다. 선택적으로, IF 생성기(22)는 독립된 오실레이터, 의사임의(pseudorandom) 펄스 생성기, 또는 코드 패턴 생성기일 수 있다.

스태거 변조기(14)는 라인(17) 상에 펄스를 출력하는 제1펄스 생성기(pulse gen; 16)를 구동시킨다. 그 출력 펄스의 기간은 안테나(20)에서 원하는 타겟으로 그리고 그 안테나(20)로 다시 전파되는 펄스의 펄스-에코 기간이거나 또는 그 펄스-에코 기간 이상이 된다. "TX 폭"으로 라벨된 선택의 콘트롤 입력 포트는 펄스 생성기(16)의 출력 폭이 예컨대 타겟 레인지 추정 또는 동작 검출 영역 콘트롤에 따라 스케일되게 한다.

RF 오실레이터(18; RF osc)는 RF 펄스를 안테나(20)로 출력하며, 그 각각의 펄스는 2개 또는 그 이상의 RF 정현파의 버스트로 이루어진다. 도 3a의 예시의 파형(62)은 전송 RF 버스트를 나타낸다. 버스트의 기간은 원하는 에코가 리턴될 때 지속될 만큼 충분히 길다. 최근 레이더 애플리케이션에서 나타나는 실질적인 펄스-에코 지연으로 인해, 그 버스트 기간은 길며, 그 연관된 방출 대역폭은 협대역으로 좁다. 협대역 RF 방출은 비인가 ISM 대역의 조절 기관에 의해 폭넓게 허용되고 있다.

PRI 생성기(12)는 또한 예상된 타겟 지연과 동일한 양으로 PRI 생성기 펄스를 지연시키는 레인지 딜레이(24; range delay)에 연결된다. 선택의 입력 라벨의 "레인지"는 특정 방식으로 레인지 게이트 타이밍을 콘트롤할 수 있다. 예컨대, 그 레인지 입력은 레이더(10)의 출력에서 A-스캔 응답을 생성하기 위해 레인지 딜레이를 선형적으로 스윕하는데 사용될 수 있다. 레인지 입력은 또한 2차원 스캔의 홀로그래픽 레이더 이미지의 깊이를 설정하는데 사용될 수 있다. 상기 레인지 입력의 변경은 깊이, 또는 홀로그램의 다운레인지 위치를 변경할 수 있어, 깊이로 스택된 홀로그램이 생성될 수 있다. 또한 그 레인지 콘트롤은 조절될 수 있으나, 레이더(10)의 동작 감지 실시에 있어서 감지 영역 위치를 설정하기 위해 전송 RF 버스트에 따라 고정될 수 있다. 그러나, 레인지 지연요소는 콘트롤되며, 전송 펄스 방출의 시간에 대한 특정의 일시적인 관계를 수반하는데, 즉 콘트롤 타이밍을 수반한다.

레인지 딜레이(24)는 라인(27) 상에 게이트 펄스를 출력하는 제2펄스 생성기(26; pulse gen)에 연결된다. 그 출력 펄스의 기간은 크기 샘플러(28)의 일시적인 샘플링 개구를 설정한다. 개구는 적어도 2개의 RF 버스트 정현파, 예컨대 10GHz 레이더에 대해 200ps를 스팬(span)해야 한다. 선택의 콘트롤 입력 포트 라벨의 "게이트 폭"은 펄스 생성기(26)의 출력 폭이 동작 감지 영역 크기 또는 레이더 분해능 조건에 따라 스케일되게 한다.

게이트 펄스 생성기(26)로부터 게이트 펄스는 입력 라인(29) 상의 RF신호의 위상-독립 크기 샘플을 생성하기 위해 게이트 피크 검출기를 채용하는 크기 샘플러(28)에 연결된다. RF 오실레이터(18)로부터의 전송 RF 버스트와 안테나(20)로부터의 수신 에코 버스트를 간섭 패턴, 즉 라인(29) 상의 간섭 패턴을 생성하기 위해 라인(29) 상에서 벡터-합한다. 샘플러는 타임-게이트 피크 검출기에 의해 RF신호를 피크 검출하고 라인(31) 상에 출력 샘플을 제공하기 위해 피크 검출기 출력을 적분하는 것으로 동작한다. 게이트 펄스가 적어도 2개의 RF 사이클을 스팬할 때, 2개의 RF 피크가 항상 게이트 펄스의 기간 내에 발생한다. 샘플러가 2개의 RF 피크에 최대 응하도록 구성될 수 있기 때문에, 샘플 크기는 게이트 펄스에 대한 RF신호의 위상에 의해 영향받지 않는다.

아주 작은 위상 변경이 라인(29) 상의 간섭 패턴 내에서 검출될 필요가 있기 때문에 위상 독립이 바람직하다. 전송 버스트 신호에 대해 먼 타겟으로부터의 에코가 극히 작기 때문에 라인(29) 상의 위상 및 진폭 변경이 극히 작아질 수 있다. 사실상, 간섭 패턴은 아주 낮은 대비가 될 수 있다. 위상 샘플러는 레이더(10)를 본질적으로 동작하지 않게 하여 전송 버스트와 게이트 펄스간 위상 노이즈로 인한 매우 큰 위상 노이즈를 야기할 수 있다.

크기 샘플러(28)는 라인(31)을 따라 샘플을 IF 필터(30)로 출력한다. 각각의 PRI에 있어, 하나의 샘플이 취해지고, 그에 따라 PRI와 동일한 높은 비율로 라인(31) 상의 샘플이 발생할 수 있다. 그러나, 스태거 변조기(14)는 IF, 예컨대 가짜의 도플러 성분에서 그리고 PRF에서 스펙트럼 성분은 거부하지만 IF 필터(30)를 통과하는 라인(31) 상의 샘플 스펙트럼에 중간 주파수 변조 성분을 도입한다. 필터(30)는 대역통과필터일 수 있다. 선택의 IF 증폭기(32)는 IF신호를 증폭할 수 있다. 또한 증폭기(32)는 필터(30) 전방에 위치될 수 있다.

IF 검출기(34)는 IF 신호를 라인(35) 상의 기저대역 신호로 변환한다. 이는 예컨대 동기식 복조기 또는 포락선 검출기와 함께 실시될 수 있다. 동기식 복조기는 라인(37) 상에 IF 생성기(22)에 의해 제공된 IF 로컬 오실레이터 신호에 의해 구동된 아날로그 스위치 또는 믹서일 수 있다. 선택적으로, 정류형 포락선 검출기가 사용될 수 있다. 종래 공지된 다른 방법의 AM 복조가 사용될 수 있다.

선택의 기저대역 필터(36) 및 기저대역 증폭기(38)가 다른 필터에 채용될 수 있으며 라인(40) 상에 레이더(10)로부터 출력되기 전에 검출된 레이더 신호를 증폭한다. 레이더 출력은 여러 기술로 공지된 사용을 위한 선택의 프로세서, 알람, 디스플레이, 또는 콘트롤러에 연결될 수 있다.

도 2는 쿼드러처 버전의 크기 샘플러(28)를 나타낸 블록도이다. 전송 라인(52)은 전송 RF 버스트를 안테나(20)를 통한 방출을 위해 단부 54에서 56까지 전파한다. 에코 버스트는 안테나(20)에서 라인 단부(56)로 리턴한다. 전송 RF 버스트는 도 3a의 버스트(62)와 같은 협대역 RF 펄스이며 원하는 에코 발생시간 이상 확장할 만큼 충분한 기간이다. 에코는 라인(52)에 걸친 간섭 패턴을 형성하기 위해 전송 버스트와 벡터-합된다. 크기 샘플러(28i, 28q)는 위치(29i, 29q)에 탭에 연결된다. 이러한 예에서, 샘플러는 라인(27) 상에 인가된 공통 게이트 펄스에 의해 게이트되며, 여러 목적을 위해 각각의 타이밍 파라미터를 갖는 각각의 독립 게이트 펄스가 인가될 수 있다. 예시의 전송 라인(52)은 마이크로스트립(microstrip), 동축(coax), 도파로 또는 집중(lumped) 소자 구조를 포함할 수 있다. 쿼드러처 네트워크 또는 다양한 마이크로파 위상 분할기가 채용될 수 있다. 라인(52)이 도파로인 경우, 그 탭은 도파로 전류 또는 전압 프로브(probe)이거나 또는 도파로 내부 1/4파 모노폴(monopole) 안테나일 수 있다.

만약 탭(29i, 29q), 즉 연결 포인트가 RF 주파수의 1/8 파장으로 이격되면, 에코의 동위상(I) 및 쿼드러처 위상(Q) 성분을 나타내는 크기 샘플이 취해질 것이다. 샘플이 기존 위상-감지 믹서에 의해 1/4파 떨어져 있는 것과 같다. 1/8파 이격은 라인 상의 2-방향 이동에 의한 1/4파 샘플링을 달성하기 위해 사용된다.

에코가 전송 버스트로부터 가(add)하거나 감(subtract)하는 위상을 가질 수 있기 때문에, 간섭 패턴의 크기 샘플은 사인된(signed) 크기 샘플을 생성한다. 홀로그래픽 기간 중에 전송 버스트(62)는 기준파이다. RF 기간 중에 전송 버스트(62)는 로컬 오실레이터 신호이다. 사인된 크기 샘플 및 1/8파 탭의 조합은 수신기(44i, 44q)에서 출력 샘플을 생성하고 출력 포트는 모두 4개의 위상 쿼드런트에서의 RF 간섭 패턴을 충분히 나타내는 I 및 Q로 라벨되어 있다. 수신기(44i, 44q)는 도 1의 수신기(44)에 나타낸 요소들을 포함할 수 있다.

도 3a는 예시 레이더(10)의 파형도이다. 협대역 RF 버스트(62)는 예시의 전송 RF 버스트로 나타낸 도 3a의 상부 도선의 라벨 RF로 나타나 있다. 본 예에서 하나의 버스트는 약 15 사이클로 이루어지며, 종종 수백 사이클로 이루어질 수 있다. 각각의 개별 RF 사이클은 포지티브 및 네가티브 피크를 갖는다. 크기 샘플러(28)는 이들 피크를 검출하며, 디자인 선택에 따라, 검출은 단극 또는 양극일 수 있다.

점선의 지그 제그된 라인 64는 도선의 컷-아웃(cut-out) 부분을 나타낸다. 라인 64는 설명의 명확성을 위해 부가된 것으로, 라인 64 없이 라인 연결 버스트 62 내지 버스트 66까지 매우 길 수 있다. 버스트 66은 버스트 62의 반복이다. 버스트 62의 시작부터 버스트 66의 시작까지의 간격은 펄스 반복 간격(또는 PRI)이다.

도 3a의 하부 파형은 도선의 라벨된 "게이트(gate)"이며, 라인(29) 상의 간섭 패턴을 샘플하도록 샘플러(28)에 연결된 예시의 게이트 펄스(40)를 나타낸다. 샘플러의 개구는 게이트 펄스(68)의 폭으로 설정된다. 각 게이트 펄스에 있어서, 샘플러는 샘플을 출력하거나, 또는 PRI에서 발생하는 다수 반복의 이동 평균 또는 적분을 출력할 수 있다.

도 3b는 점선(74)으로 나타낸 기준시간에서 각각 시작하는 3개의 전송 RF 버스트(72)의 제1그룹을 나타낸다. 기준시간(74)을 더한 스태거 오프셋 ΔT에서 각각 시작하는 전송 RF 버스트(73)의 제2그룹 또한 나타나 있으며, 이들 스태거된 버스트 73에 대한 실제 시작시간은 점선의 타이밍 기준선(76)으로 나타나 있다. 스태거 오프셋은 ΔT로 정의될 수 있다. 스태거 주기는 6PRI이고, 대응하는 중간 주파수는 PRI/6이다.

도 3c는 전송 RF 버스트(62) 및 ΔT로 스태거된 제2버스트(66)를 나타낸다. 도 3b로부터 타이밍 기준은 PRI 생성기 펄스에 기준이 될 수 있는 공통 타이밍 기준을 나타내도록 여기에 나타냈다. 따라서, ΔT는 기준(74)으로부터의 지연이거나 또는 일시적인 오프셋이다. 버스트(62)는 시기1 동안 반복적으로 발생하며, 시기2 동안 버스트(66)가 발생할 수 있다. 그들 시기의 반복비율은 중간 주파수에서 되풀이 된다. 도 3a의 게이트(68)의 일시적인 위치가 ΔT 간격으로 설정되면, IF에서 매우 강한 샘플 신호가 발생할 수 있는데, 시기1 동안 최대 신호가 샘플되고, 시기2 동안 ΔT 간격에서 신호가 샘플되지 않을 것이다. ΔT로부터의 이러한 샘플 신호는 IF에서 반복하는 좁은 가상의 전송 버스트(80)로서 나타난다. 버스트(80)가 물리적으로 존재하지 않기 때문에 용어 "가상"이 사용되며, 이는 스태거된 타이밍 관계를 갖는 PRI의 선택 그룹으로부터 비트 패턴을 합성한다. ΔT 간격은 긴 협대역 전송 버스트만을 사용하나 가상의 UWB 전송 펄스를 생성하기 위해 2개의 RF 사이클 정도로 매우 짧게 이루어질 수 있다. 게이트 펄스(68)의 폭은 최적의 매칭된 대역폭 샘플링을 위해 ΔT로 설정될 수 있다. 이는 또한 넓은 동작 감지 영역을 정의하는 것을 포함한 여러가지 목적을 위해 다른 폭들로 설정될 수도 있다.

도 4는 레이더(10)를 이용한 홀로그래픽 이미지 형성을 나타낸다. 레이더(10)의 안테나(20)는 이미지 표면(92)의 홀로그램을 형성하기 위해 개략적으로 스캐닝 그리드(90)로 나타낸 X 및 Y 범위로 스캔된다. 물리적으로 이동된 단일의 안테나 또는 스위치된 안테나 어레이가 스캔하는데 이용될 수 있다. 다운레인지 방향(R)의 특정 레인지에서 전송 RF 버스트와 표면(92)으로부터의 에코 버스트의 벡터 합에 의해 도 1의 샘플러(28) 입력으로 라인(29) 상에 간섭 패턴이 생성된다. 스태거 변조 및 짧은 가상 전송 버스트의 다음 생성으로 인해, 레인지-게이트 샘플러(28)는 특정 다운레인지 영역으로 제한된 간섭 데이터를 출력할 수 있다. 2개의 분리된 다운레인지 영역 92 및 94는 도 4에 나타나 있다. 따라서, 홀로그램은 다른 영역으로부터의 에코를 배제하면서 이들 영역에 형성될 수 있다. 각각의 영역-제한 홀로그램은 예컨대 물질 또는 조직의 특정 깊이로 이미지 표면을 나타낼 수 있다. 이미지 프로세서(42)는 라인(40) 상에 레이더(10)로부터 출력된 쿼드러처 레인지 게이트 샘플 및 X, Y 및 R 공간 데이터에 기초한 이미지를 생성할 수 있다.

도 5는 스태거된 PRI 없이 동작하도록 구성된 예시의 레인지 게이트 간섭 레이더(100)의 블록도이다. PRI 생성기(12)는 시간 기간 또는 간격 후, 예컨대 1㎲마다 반복되는 펄스를 출력한다. 노이즈 생성기(13)는 RF 방출 스펙트럼을 확산시키기 위해 PRI를 변조하여 다른 스펙트럼 사용자에 대한 간섭 및 그 사용자로부터의 간섭을 감소시킬 수 있다.

PRI 생성기(12)는 라인(17) 상의 펄스를 출력하는 제1펄스 생성기(pulse gen; 16)를 구동시킨다. 그 출력 펄스의 기간은 안테나(20)에서 원하는 타겟으로 그리고 그 안테나(20)로 다시 전파되는 펄스의 펄스-에코 기간이거나 또는 그 펄스-에코 기간 이상이 된다. "TX 폭"으로 라벨된 선택의 콘트롤 입력 포트는 펄스 생성기(16)의 출력 폭이 예컨대 타겟 레인지 추정 또는 동작 검출 영역 콘트롤에 따라 스케일되게 한다.

RF 오실레이터(18; RF osc)는 RF 펄스를 안테나(20)로 출력하며, 그 각각의 펄스는 2개 또는 그 이상의 RF 정현파의 버스트로 이루어진다. 도 3a의 예시의 파형(62)은 전송 RF 버스트를 나타낸다. 버스트의 기간은 원하는 에코가 리턴될 때 지속될 만큼 충분히 길다. 최근 레이더 애플리케이션에서 나타나는 실질적인 펄스-에코 지연으로 인해, 그 버스트 기간은 길며, 그 연관된 방출 대역폭은 협대역으로 좁다.

PRI 생성기(12)는 또한 최대 예상된 타겟 지연과 동일한 양으로 PRI 생성기 펄스를 지연시키는 레인지 딜레이(24)에 연결된다. 그 레인지 콘트롤은 조절될 수 있으나, 레이더(10)의 동작 감지 실시에 있어서 감지 영역 위치를 설정하기 위해 고정될 수 있다.

레인지 딜레이(24)는 라인(27) 상에 게이트 펄스를 출력하는 제2펄스 생성기(26; pulse gen)에 연결된다. 그 출력 펄스의 기간은 크기 샘플러(28)의 일시적인 샘플링 개구를 설정한다. 개구는 적어도 2개의 RF 버스트 정현파, 예컨대 10GHz 레이더에 대해 200ps를 스팬해야 한다. 선택의 콘트롤 입력 포트 라벨의 "게이트 폭"은 펄스 생성기(26)의 출력 폭이 동작 감지 영역 크기 또는 레이더 분해능 조건에 따라 스케일되게 한다.

게이트 펄스 생성기(26)로부터 게이트 펄스는 입력 라인(29) 상의 RF신호의 위상-독립 크기 샘플을 생성하기 위해 게이트 피크 검출기를 채용하는 크기 샘플러(28)에 연결된다. RF 오실레이터(18)로부터의 전송 RF 버스트와 안테나(20)로부터의 수신 에코 버스트를 라인(29) 상의 간섭 패턴을 생성하기 위해 라인(29) 상에서 벡터-합한다. 샘플러는 타임-게이트 피크 검출기에 의해 RF신호를 피크 검출하고 라인(31) 상에 출력 샘플을 제공하기 위해 피크 검출기 출력을 적분하는 것으로 동작한다. 게이트 펄스가 적어도 2개의 RF 사이클을 스팬할 때, 2개의 RF 피크가 항상 게이트 펄스의 기간 내에 발생한다. 샘플러가 2개의 RF 피크에 최대 응하도록 구성될 수 있기 때문에, 샘플 크기는 게이트 펄스에 대한 RF신호의 위상에 의해 영향받지 않는다.

크기 샘플러(28)는 저역통과필터일 수 있는 선택의 기저대역 필터에 기저대역 신호를 출력한다. 선택의 증폭기(38)는 기저대역 신호를 스케일할 수 있다. 레이더(100)로부터의 기저대역 신호는 선택의 프로세서, 알람, 디스플레이 또는 콘트롤러(42)로 라인(40)을 따라 출력된다.

도 6a는 레이더(10)의 동작 감지 실행에 대한 응답 플롯을 나타낸다. 도 1에서 요소(24; 즉 레인지 딜레이)에 의해 생성된 레인지 게이트 지연은 고정 레인지로 설정되고, 수신기(44)의 파라미터는 타겟 동작에 의해 야기된 라인(29) 상의 간섭 패턴의 변경에 의해 생성된 동작신호를 통과하도록 설정된다. 응답은 이동의 타겟 레인지에 따라 플롯되며 "근 게이트(near gate)"와 "원 게이트(far gate)"간 일정한 것으로 보여질 수 있다. 근 게이트 레인지는 2-방향 이동을 위해 둘로 분할된 도 3a의 펄스 62의 시작과 68의 시작간 시간으로 설정된다. 원 게이트는 2-방향 이동을 위해 둘로 분할된 펄스 68의 종료 시간으로 설정된다. 플롯된 응답의 평활성은 이상적이며, 실제 응답은 주변 펄스 산란, 전송 버스트에 의한 샘플링 컨벌루션(sampling convolution) 및 실제 비이상(non-ideality)에 의해 영향받을 수 있다.

도 6b는 레이더(100)의 동작 센서 실행에 대한 응답 플롯을 나타내며, PRI 스태거 및 짧은 가상 전송 버스트가 없다. 도 1의 요소(24)에 의해 생성된 레인지 게이트 지연은 고정 레인지로 설정되고, 수신기(44)의 파라미터는 타겟 동작에 의해 야기된 라인(29) 상의 간섭 패턴의 변경에 의해 생성된 통과 동작신호로 설정된다. 응답은 이동의 타겟 레인지에 따라 플롯되고, 원 게이트를 지나서는 절대적으로 제로(zero)가 되는 것으로 보여지며, 누출은 없다. 도 6a와 달리, 타겟 레인지가 제로에 가까워짐에 따라 매우 빠르게 상승하는 1/(레인지 제곱)의 근 게이트 및 전압 응답 변화가 없다. 이는 동작 센서에 바람직하지 않은데, 그 이유는 로컬 레이더 반사율의 변경을 야기할 수 있는 안테나 근처의 곤충, 및 스위칭 장치, 예컨대 트랜지스터와 같은 로컬적으로 생성된 전자적 노이즈에 따른 로컬 진동에 대한 지나친 민감도를 야기하기 때문이다. 그럼에도 불구하고, 레이더(100)의 단순화는 몇몇 애플리케이션에서의 단점보다 중요하다. 게이트(68)에 선행하는 전송 버스트(62)의 전부는 도 6b의 응답에 기여한다. 이는 "필드 볼륨(filled volume)" 감지를 원하는 몇몇 애플리케이션에서 장점이 될 수 있다. 반대로, 도 6a의 플롯은 완전히 필드되지 않은 도넛-형태의 감지 영역을 형성한다. 크기 샘플러(28)는 레이더 10 또는 레이더 100을 위한 쿼드러처 샘플러(50)일 수 있다. 쿼드러처 샘플링은 동작의 다운레인지 방향을 결정할 수 있으며, 또한 1/4 파장마다 반복하는 주기적인 다운레인지 진동 감지 널(null)을 제거할 수 있다.

도 7은 협대역 신호를 위한 예시의 고분해능 샘플러(200)의 블록도이다. 게이트 피크 검출기(212)는 RF 포트, 라벨 포트(1), 게이트 포트 라벨 포트(2) 및 피크 검출기 출력 라인(214)을 갖는다. 라인(214)은 저대역통과필터(216)에 연결된다. 적분기는 포트(3)에 샘플 출력신호를 생성한다. 저역통과필터(216)는 또한 적분기일 수 있다. 파형(240)으로 나타낸 게이트 펄스는 게이트 포트에 인가되어 피크 검출기를 바이어스 시킴으로써, 게이트 펄스의 기간 동안, 예컨대 게이트 파형(240)의 네가티브 부분 동안 피크 검출하게 한다. 게이트 파형(240)은 레이더 레인지 게이트 생성기로부터 유도될 수 있다. 게이트 펄스가 포트(1)에 인가된 RF신호에 대한 소정의 특정 위상 관계를 가질 필요는 없으나, 2개의 연관된 피크를 갖는 2개의 로브(lobe)를 본질적으로 포함하는 적어도 2개의 RF 입력 사이클을 포함하도록 충분히 넓어야 한다. 피크 검출기는 포트(1)에 RF신호에 의해 부분적으로 결정된 피크 전압으로 충전된다. 게이트 펄스(240)는 예컨대 10GHz RF신호의 10개의 사이클을 스팬하는 1ns 폭과 거의 비슷해질 수 있다.

게이트 펄스(240)는 클럭 신호 또는 펄스 PRI 오실레이터로부터 유도된다. 게이트 펄스는 종종 클럭 파형의 에지상의 트리깅(trigging)의 결과이며, 그 클럭은 고정 또는 조절가능한 지연, 또는 그들간 스윕 지연을 갖는 전송 또는 수신 타이밍 클럭이다.

레이더 수신기 애플리케이션에 있어서, 게이트 펄스는 스트로보스코픽(stroboscopic), 또는 다운-컨버팅(down-converting), 샘플링 타입 레이더의 경우와 같이 위상이 포트(1)에 RF 위상으로 타이트하게 락(lock)될 필요는 없다. 이러한 RF 위상으로부터의 독립은 게이트 펄스에 대한 RF 사이클의 위상에 관계없이 2개의 RF 사이클 내에 RF신호의 피크 진폭을 피크 검출기(212)가 이상적으로 검출하는 사실에 의한 것이다. 이는 단지 피크 검출기 설정으로 게이트 펄스 기간 내에 최대로 보장하기 위해 적어도 2개의 RF 사이클을 스팬할 필요가 있을 뿐이다.

게이트 펄스(240)는 많은 RF 사이클, 예컨대 협대역 RF 패킷 또는 버스트의 10개 또는 그 이상의 사이클 집합을 스팬할 수 있고, 피크 검출기(212)는 그 집합에 걸친 피크치로 증가적으로 충전할 수 있으며, 그러한 각각의 증가는 RF 피크에 대응한다. 피크 검출을 처리하는 동안 적분이 수행되며, 피크 검출기 하드웨어 대역폭 필요성이 최소화된다. 몇몇 애플리케이션의 향상에 따라, 피크 검출기(212)는 다수의 PRI에 걸친 적분을 허용하도록 하나 또는 그 이상의 펄스 반복 간격(PRI)을 따라 작은 전압강하를 갖는 피크치를 유지할 수 있다. 피크 검출기(212)는 저역통과필터(16)와 협력하여 노이즈 및 간섭 레벨을 감소시키기 위해 다수의 PIR에 걸쳐 적분할 수 있다.

도 8은 예시의 샘플러(200)의 개략도이다. 다이오드(220)는 피크 검출 기능을 수행하며, 애노드 및 캐소드를 갖추고, 전류(통상 전류)는 주로 애노드에서 캐소드로 한 방향으로 흐른다. 많은 애플리케이션에서, 상기 다이오드는 쇼트키 다이오드이며, 접합 트랜지스터 또는 종래 공지의 다른 다이오드에 의해 형성된 다이오드일 수도 있다. 캐패시터(224)는 다이오드와 게이트 포트(2) 사이에 연결되며, 피크 유지 캐패시터로서 제공된다. 레지스터(226)는 애플리케이션에 따라 결정된 비율로 피크-유지 전압을 블리드 오프(bleed off)시키며, 통상 RF신호 변조를 따를 수 있는 비율로 전하를 블리드 오프시켜야 한다. 레지스터(228)는 캐패시터(230)와 협력하여, 저역통과필터 또는 적분기를 형성한다. 저역통과필터는 다이오드(220)와 출력 포트(3)간 RF 분리를 형성하며, 이는 RF신호와 게이트 펄스가 출력 포트(3)에 연결되는 것을 차단한다. 시상수(time constant)는 레지스터(228) 및 캐패시터(230)의 곱에 의해 형성되며, 충분히 클 경우 적분 시상수가 될 수 있다. 선택적으로, 시상수가 짧을 경우, 레지스터(228) 및 캐패시터(230)의 기능은 주로 마이크로파 주파수 및 나노초의 속도 게이트 펄스가 포트(3)에 나타나는 것을 차단하는 것이다. 추가의 적분(즉, 시간 동작 평균), 또는 저역통과 필터링은 포트(3) 하류에서 발생할 수 있다.

포트(1)에 입력된 RF신호 및 포트(2)에 입력된 게이트 펄스는 다이오드(220)에 걸친 순전압(net voltage)에 효과적으로 더해진다. 다이오드(220)는 순전압이 그 고유 임계전압, 통상 약 0.4V를 초과할 때 순방향 전도로 구동된다. 게이트 펄스(240)는 3V의 전압 스윙(swing)을 가질 수 있는 반면, RF 입력신호는 통상 1~100mV 정도이다. 게이트 펄스(240)의 상부 레벨은 RF신호 진폭에 상관없이 바이어스 오프된 다이오드(220)를 유지하도록 설정된다. 게이트 펄스 스윙이 로(low)이면, 조합된 RF 및 게이트 전압은 RF신호의 포지티브 로브(positive lobe) 동안 다이오드(220)를 바이어스 온한다. 다이오드가 바이어스 온되면, 다이오드 전도 전류 펄스는 다이오드의 애노드에서 캐소드로 흐른다. 다이오드 전도 펄스는 캐패시터(224)로 흘러 RF 포지티브 로브 피크와 게이트 펄스의 합에 대응하는 최대 전압으로 충전된다. 다이오드 임계전압 및 게이트 펄스 전압으로 인해 기본적인 DC 오프셋이 존재한다. RF가 제공되지 않으면, 캐패시터(224)는 반복의 게이트 펄스로 인해 정지 전압으로 충전된다. RF신호는 캐패시터(224) 상의 정지 전압으로부터 점증적인 변화를 야기한다. 일반적으로, DC 오프셋은 포트(3)에서 샘플된 출력이 보통 AC 결합 증폭기 또는 저역통과필터에 의해 증폭되므로 그리 중요하지 않다. 다이오드(220)의 위치는 원칙적으로 동작의 변경없이 캐패시터(224) 및 레지스터(226)와 상호교환될 수 있다. 다이오드(220)는 대응하는 정반대의 게이트 펄스(240)로 역전될 수 있다.

도 9a는 예시의 샘플러의 파형도이다. 협대역 RF 버스트(242)는 상부 도선에 나타나 있다. 본 예에서 하나의 버스트는 약 15개 사이클로 이루어지며, 종종 수백 개의 사이클로 이루어질 수 있다. 각각의 개별 RF 사이클은 포지티브 및 네가티브 피크를 갖는다. 본 발명은 그와 같은 피크를 검출하며, 종종 하나의 극성만을 검출한다. 균형의 2개의 극성 검출기는 다이오드의 극성 및 제2검출기의 게이트 펄스를 역전시킴으로써 구성될 수 있다.

점선의 지그 제그된 라인 244는 도선의 컷-아웃(cut-out) 부분을 나타낸다. 라인 244는 설명의 명확성을 위해 부가된 것으로, 라인 244 없이 라인 연결 버스트 242 내지 버스트 246까지 매우 길 수 있다. 버스트 246은 버스트 242의 반복이다. 버스트 242의 시작과 버스트 246의 시작간 발생 간격은 펄스 반복 간격(또는 PRI)이다.

도 9a의 하부 파형은 실선 도선의 라벨된 "캐소드(cathode)" 및 점선 도선의 라벨된 "출력(output)"을 나타낸다. 상기 캐소드 도선은 다이오드(220)의 캐소드에서의 전압을 나타내며, 캐소드에 연결된 게이트 펄스(240), 및 다이오드 전도를 통해 애노드에서 캐소드까지 연결되는 버스트(242, 246)로부터의 포지티브 RF신호 피크(252, 256)로 이루어진다. 출력 도선으로 나타낸 바와 같이 게이트 펄스 기간 내에 발생하는 RF 사이클의 적어도 일부에 전도가 발생한다.

점선 도선은 피크 유지 캐패시터(224)에 걸쳐 측정된 전압이며, 이것은 차동전압, 즉 캐패시터의 2개의 플레이트간 차이이다. 게이트 펄스(240)는 양 플레이트 상에 동일하게 나타나며 예시의 차별의 도선에는 나타내지 않았다. 다이오드 전도 전류 펄스는 캐패시터(224)를 충전한다. 점증적인 충전 전압 ΔV1 및 ΔV2은 피크 전압 252 및 256과 관련된 피크 전도 펄스의 결과로서 캐패시터 전압의 작은 증가를 나타낸다.

캐패시터(224) 상의 전압은 저역통과필터, 예컨대 레지스터(228) 및 캐패시터(230)를 통해 출력 포트(3)에 연결된다. 이러한 필터는 펄스(252, 256)가 출력 포트에 나타나는 것을 차단한다. 레지스터(228)는 포트(3)의 부하 또는 캐패시터(230)에 의한 션팅 효과(shunting effect)를 도입하지 않고 캐소드에서 RF 및 게이트 펄스 전압 스윙을 허용한다. 출력 포트에 나타나는 전압은 평활한 버전의 ΔV1 및 ΔV2일 수 있다. 캐패시터 224와 230 중 어느 하나 또는 양쪽 모두는 2개 또는 그 이상의 PRI에 걸친 개별 펄스 252, 256을 적분할 정도로 충분히 커질 수 있다. 적분량은 디자인의 선택에 따른다.

도 9b는 에코 펄스(262, 266)가 더 포함된 것을 나타낸다. 정확한 위상의 에코에 따라, 그것들을 RF 버스트(242, 246)에 가하거나 RF 버스트로부터 감할 것이다. 나타낸 바와 같이, 본 예에서의 에코는 버스트(272, 276)를 형성하기 위해 가한다. 버스트(272, 276)는 간섭 RF신호이다. 에코 266은 설명을 위해 에코 262보다 크게 나타냈다. 상기 에코 모두는 동일한 타겟으로부터의 에코이지만 전송 진폭이 도 9b의 각각의 ΔV1 및 ΔV2로 나타낸 바와 같이 변조된 검출 전압을 생성하기 위해 변조될 수 있다.

도 10은 대역통과필터(282)를 추가로 포함하는 샘플러(200)를 나타낸다. 레이더 전송기는 검출된 전압 ΔV1 및 ΔV2의 진폭 변조를 생성하기 위해 각각의 연속하는 PRI 또는 PRI 그룹으로 전송 RF 펄스를 진폭 변조할 수 있다. 그 변조 주파수는 PRI의 역보다, 즉 레이더 PRF보다 낮아야 한다. 이러한 주파수는 IF로 나타낸 중간 주파수가 될 수 있다. 따라서, 대역통과필터(282)는 IF 필터일 수 있으며, 증폭을 포함할 것이다. 필터(282)로부터의 IF 출력은 라인(284)을 따라 믹서(286)에 연결될 수 있다. 요소(286; 즉, 믹서)는 또한 아날로그 스위치 또는 게이트일 수 있으며, IF 로컬 오실레이터 신호(IF LO)에 의해, 스위치 또는 믹스될 때 동기 복조를 형성할 것이다. 요소(286)는 또한 라인(284) 상의 IF신호를 간단히 포락선 검출하기 위해 IF LO 없는 간단한 다이오드-캐패시터일 수 있다. 저역통과필터(288)는 IF 성분을 제거하고 요소(286)로부터 검출된 기저대역신호를 통과시켜, 포트(3)에 샘플 출력신호를 제공하기 위해 포함될 수 있다. 샘플러(200)가 여러 레이더를 위해 IF 및 "직접 출력"신호 모두를 동시에 출력할 수 있는 것을 보여주기 위해 점선의 또 다른 포트(3)가 나타나 있다.

도 11은 쿼드러처 버전의 예시의 샘플러(200)를 나타낸다. 전송 라인(322; T-line)은 안테나 또는 TDR 라인을 통한 전송을 위해 단부 324에서 단부 326까지 전송 레이더 펄스를 전파한다. 에코는 라인 단부(326)로 리턴한다. 전송 펄스는 도 9a의 버스트(242, 246)와 같은 협대역 RF 버스트이며 에코 발생시간 이상 확장할 만큼 충분한 기간이다. 에코는 도 9b의 펄스(272, 276)와 유사한 라인(322)에 걸친 간섭 패턴을 형성하기 위해 전송 버스트와 벡터-합된다. 2개의 샘플러(200)는 위치(328, 330)에 탭에 연결된다. 이러한 예에서, 샘플러는 포트(2)에 인가된 공통 게이트 펄스에 의해 게이트되며, 여러 목적을 위해 각각의 독립 게이트 펄스가 인가될 수 있다. 예시의 전송 라인(322)은 마이크로스트립(microstrip), 동축(coax), 도파로 또는 집중(lumped) 소자 구조를 포함할 수 있다. 쿼드러처 네트워크 또는 다양한 마이크로파 위상 분할기가 채용될 수 있다. 라인(322)이 도파로인 경우, 그 탭은 도파로 전류 또는 전압 프로브(probe)이거나 또는 도파로 내부 1/4파 모노폴(monopole) 안테나일 수 있다.

만약 탭(328, 330), 즉 연결 포인트가 RF 주파수의 1/8 파장으로 이격되면, 에코의 동위상(I) 및 쿼드러처 위상(Q) 성분을 나타내는 크기 샘플이 취해질 것이다. 샘플이 기존 위상-감지 믹서에 의해 1/4파 떨어져 있는 것과 같다. 1/8파 이격은 라인 상의 2-방향 이동에 의한 1/4파 샘플링을 달성하기 위해 사용된다.

에코(262, 266)가 전송 버스트(242, 246)로부터 가하거나 감하는 위상을 가질 수 있기 때문에, 간섭 패턴의 크기 샘플은 사인된 크기 샘플을 생성한다. 홀로그래픽 기간 중에 버스트(242, 246)는 기준파이다. 사인된 크기 샘플 및 1/8파 탭의 조합은 모두 4개의 위상 쿼드런트에서의 RF 간섭 패턴을 충분히 나타내는 I 및 Q로 라벨된 포트에서 출력 샘플을 생성한다.

RF신호는 하나 또는 그 이상의 사이클을 포함하도록 고려되며, 각각의 사이클은 포지티브 및 네가티브 로브를 갖고, 각각의 로브는 피크를 갖는다. 여기서 용어 "협대역"의 사용은 일반적으로 좁은 플롯의 스펙트럼과 관련된 ISM 대역 및 또 다른 대역들과 같은 디자인된 조절 주파수 대역에 맞출 수 있는 대역폭을 갖는 RF신호와 관련되며, 더욱이, 버스트의 다수(N)의 RF 사이클을 갖는 진복 변조된 온-오프(ON-OFF) RF 펄스와 관련될 수 있고, 여기서 N=2이며 종종 10 또는 그 이상이다. 초광대역 신호가 500MHz 대역폭보다 크기 때문에, 협대역은 500MHz 대역폭보다 작은 것으로 정의될 수 있다. 일예의 협대역 레이더 RF신호는 1MHz 제곱파 변조된 10.525GHz RF 캐리어이다. 측정에서는 그와 같은 캐리어가 40MHz 점유 대역폭(OBW; 총 파워의 99%를 포함)보다 작은 것을 나타낸다. 본 발명자에 의해 개발된 펄스 홀로그래픽 레이더는 통상 100배 이상의 대역폭을 갖는 레이더와 관련된 공간 분해능을 나타낼 수 있다.

개념 1-11
본 발명은 이하의 개념들을 적어도 개시한다.

개념 1. PRI 펄스를 생성하기 위한 PRI 생성기;
IF 변조신호를 생성하기 위한 중간 주파수 IF 생성기;
상기 PRI 펄스 및 IF 변조신호에 응하고, 스태거 PRI 펄스를 생성하기 위한 스태거 변조기;
상기 스태거 PRI 펄스에 응하고, 원하는 에코 기간에 최장 전송 펄스보다 긴 기간을 갖는 전송 펄스를 생성하기 위한 제1펄스 생성기;
상기 전송 펄스에 응하고, 전송 RF 버스트를 생성하며, 기준파를 형성하기 위한 RF 오실레이터;
상기 RF 오실레이터에 연결되고, 전송 RF 버스트를 방출하며, 그 버스트로부터 에코를 수신하기 위한 안테나;
상기 PRI 생성기에 연결되고, 레인지 지연 펄스를 생성하기 위한 레인지 지연요소;
상기 레인지 지연 펄스에 응하고, 게이트 펄스를 생성하기 위한 제2펄스 생성기;
상기 게이트 펄스에 응하고, 상기 기준파와 에코 합의 RF 크기 샘플을 생성하기 위한 안테나에 연결된 RF 크기 샘플러;
IF 변조된 크기 샘플을 통과시키기 위한 IF 대역통과필터; 및
필터된 크기 샘플을 복조하고, 간섭 출력신호를 생성하기 위한 IF 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레인지 게이트 홀로그래픽 레이더.

개념 2. 개념 1에 있어서, 상기 크기 샘플러는 하나 또는 그 이상의 게이트 간격 동안 RF 펄스 피크를 검출하여 적분하기 위한 게이트 RF 피크 검출기를 더 포함하는 레인지 게이트 홀로그래픽 레이더.

개념 3. 개념 1에 있어서, 상기 RF 크기 샘플러는 제2RF 크기 샘플러를 포함하며, 각각의 샘플러는 RF 오실레이터와 안테나 사이에 연결된 전송 라인 상의 이격된 탭에 연결되고, 기준파와 에코 합의 RF 크기 샘플을 생성하고, 쿼드러처 간섭 출력신호를 생성하는 레인지 게이트 홀로그래픽 레이더.

개념 4. 각각 스태거 변조된 PRI에 의해 발생하고, 원하는 타겟으로부터의 펄스-에코
간격보다 긴 버스트 기간을 갖는 RF 버스트를 제공하기 위한 펄스 RF 오실레이터;
RF 버스트를 전송하고, 그 RF 버스트의 에코를 수신하기 위한 안테나; 및
스태거 변조된 에코와 RF 버스트의 합에 응하고, 레인지 게이트 간섭 출력 샘플을 생성하기 위한 타임 게이트 RF 샘플러를 포함하는 레인지 게이트 홀로그래픽 레이더 센서.

개념 5. 개념 4에 있어서, 스태거 변조된 PRI는 중간 주파수로 변조된 것을 특징으로 하는 레인지 홀로그래픽 레이더 센서.

개념 6. 원하는 타겟으로부터의 펄스-에코 간격보다 긴 버스트 기간을 갖는 RF 버스트
를 생성하는 단계;
타겟 쪽으로 안테나로부터 RF 버스트를 방출하는 단계;
안테나에 의해 버스트의 타겟 에코를 수신하는 단계;
간섭신호를 생성하도록 RF 버스트와 에코를 합하는 단계; 및
에코의 레인지 게이트 간섭 샘플을 생성하도록 콘트롤된 타이밍에 의해 간섭신호를 크기 샘플링하는 단계를 포함하는 간섭 레이더 감지 방법.

개념 7. 개념 6에 있어서, 레인지 게이트 쿼드러처 간섭 샘플을 생성하도록 콘트롤된 타이밍에 의해 전송 라인 상의 두 지점에서 간섭신호의 크기를 샘플링하는 단계를 더 포함하는 간섭 레이더 감지 방법.

개념 8. 개념 6에 있어서, 스태거 PRI를 갖는 RF 버스트를 생성하는 단계를 더 포함하는 간섭 레이더 감지 방법.

개념 9. 개념 8에 있어서, 스태거 PRI에 응하는 크기 샘플링 단계를 더 포함하는 간섭 레이더 감지 방법.

개념 10. 원하는 타겟으로부터의 펄스-에코 간격보다 긴 버스트 기간을 갖는 RF 버스트
를 생성하는 단계;
타겟 쪽으로 안테나로부터 RF 버스트를 방출하는 단계;
안테나에 의해 버스트의 타겟 에코를 수신하는 단계;
간섭신호를 생성하도록 RF 버스트와 에코를 합하는 단계;
타겟 에코로부터 샘플신호를 생성하도록 RF 버스트에 대한 고정 타이밍에 의해 간섭신호를 크기 샘플링하는 단계; 및
동작신호를 생성하도록 샘플신호의 변경을 검출하는 단계를 포함하는 간섭 레이더 동작 감지 방법.

개념 11. 개념 10에 있어서, 레인지 게이트 쿼드러처 간섭신호를 생성하도록 콘트롤된 타이밍에 의해 전송 라인 상의 두 지점에서 간섭신호들의 크기를 샘플링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 레이더 동작 감지 방법.

부가된 청구항의 범위만으로 제한된 발명의 범위를 벗어나지 않고 특정 기술된 실시예들의 변경 및 변형이 실시될 수 있다.

10 : 레인지 게이트 홀로그래픽 레이더, 12 : PRI 생성기,
14 : 스태거 변조기, 16 : 펄스 생성기,
18 : RF 오실레이터, 20 : 안테나,
22 : IF 생성기, 24 : 레인지 딜레이,
28 : 크기 샘플러, 30 : 필터,
32 : 증폭기, 34 : IF 검출기.

Claims

PRI 펄스를 생성하기 위한 PRI 생성기;
IF 변조신호를 생성하기 위한 중간 주파수 IF 생성기;
상기 PRI 펄스 및 IF 변조신호에 응하고, 스태거 PRI 펄스를 생성하기 위한 스태거 변조기;
상기 스태거 PRI 펄스에 응하고, 원하는 에코 기간에 최장 전송 펄스보다 긴 기간을 갖는 전송 펄스를 생성하기 위한 제1펄스 생성기;
상기 전송 펄스에 응하고, 전송 RF 버스트를 생성하며, 기준파를 형성하기 위한 RF 오실레이터;
상기 RF 오실레이터에 연결되고, 전송 RF 버스트를 방출하며, 그 버스트로부터 에코를 수신하기 위한 안테나;
상기 PRI 생성기에 연결되고, 레인지 지연 펄스를 생성하기 위한 레인지 지연요소;
상기 레인지 지연 펄스에 응하고, 게이트 펄스를 생성하기 위한 제2펄스 생성기;
상기 게이트 펄스에 응하고, 상기 기준파와 에코 합의 RF 크기 샘플을 생성하기 위한 안테나에 연결된 RF 크기 샘플러;
IF 변조된 크기 샘플을 통과시키기 위한 IF 대역통과필터; 및
필터된 크기 샘플을 복조하고, 간섭 출력신호를 생성하기 위한 IF 검출기를 포함하는 것을 특징으로 하는 레인지 게이트 홀로그래픽 레이더.
청구항 1에 있어서,
상기 크기 샘플러는 하나 또는 그 이상의 게이트 간격 동안 RF 펄스 피크를 검출하여 적분하기 위한 게이트 RF 피크 검출기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레인지 게이트 홀로그래픽 레이더.
청구항 1에 있어서,
상기 RF 크기 샘플러는 제2RF 크기 샘플러를 포함하며, 각각의 샘플러는 RF 오실레이터와 안테나 사이에 연결된 전송 라인 상의 이격된 탭에 연결되고, 기준파와 에코 합의 RF 크기 샘플을 생성하고, 쿼드러처 간섭 출력신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 레인지 게이트 홀로그래픽 레이더.
각각 스태거 변조된 PRI에 의해 발생하고, 원하는 타겟으로부터의 펄스-에코 간격보다 긴 버스트 기간을 갖는 RF 버스트를 제공하기 위한 펄스 RF 오실레이터;
RF 버스트를 전송하고, 그 RF 버스트의 에코를 수신하기 위한 안테나; 및
스태거 변조된 에코와 RF 버스트의 합에 응하고, 레인지 게이트 간섭 출력 샘플을 생성하기 위한 타임 게이트 RF 샘플러를 포함하는 것을 특징으로 하는 레인지 게이트 홀로그래픽 레이더 센서.
청구항 4에 있어서,
스태거 변조된 PRI는 중간 주파수로 변조된 것을 특징으로 하는 레인지 홀로그래픽 레이더 센서.
원하는 타겟으로부터의 펄스-에코 간격보다 긴 버스트 기간을 갖는 RF 버스트를 생성하는 단계;
타겟 쪽으로 안테나로부터 RF 버스트를 방출하는 단계;
안테나에 의해 버스트의 타겟 에코를 수신하는 단계;
간섭신호를 생성하도록 RF 버스트와 에코를 합하는 단계; 및
에코의 레인지 게이트 간섭 샘플을 생성하도록 콘트롤된 타이밍에 의해 간섭신호를 크기 샘플링하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 레이더 감지 방법.
청구항 6에 있어서,
레인지 게이트 쿼드러처 간섭 샘플을 생성하도록 콘트롤된 타이밍에 의해 전송 라인 상의 두 지점에서 간섭신호의 크기를 샘플링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 레이더 감지 방법.
청구항 6에 있어서,
스태거 PRI를 갖는 RF 버스트를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 레이더 감지 방법.
청구항 8에 있어서,
스태거 PRI에 응하는 크기 샘플링 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 레이더 감지 방법.
원하는 타겟으로부터의 펄스-에코 간격보다 긴 버스트 기간을 갖는 RF 버스트를 생성하는 단계;
타겟 쪽으로 안테나로부터 RF 버스트를 방출하는 단계;
안테나에 의해 버스트의 타겟 에코를 수신하는 단계;
간섭신호를 생성하도록 RF 버스트와 에코를 합하는 단계;
타겟 에코로부터 샘플신호를 생성하도록 RF 버스트에 대한 고정 타이밍에 의해 간섭신호를 크기 샘플링하는 단계; 및
동작신호를 생성하도록 샘플신호의 변경을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 레이더 동작 감지 방법.
청구항 10에 있어서,
레인지 게이트 쿼드러처 간섭신호를 생성하도록 콘트롤된 타이밍에 의해 전송 라인 상의 두 지점에서 간섭신호들의 크기를 샘플링하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 간섭 레이더 동작 감지 방법.