KR101249823B1 - 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치 및 이를 이용한 측정 방법 - Google Patents

지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치 및 이를 이용한 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 지표면 및 해수면 반사 특성을 획득하는 레이더 측정 장치(10)에는 변조되지 않은 고정된 주파수의 연속파형을 이용하는 도플러(Doppler)방식과, 전압과 시간에 따라 변조되는 주파수를 이용하는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식이 구현되고, 상기 도플러(Doppler)방식이나 상기 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식이 선택된 후 오프셋 주파수만큼 주파수를 편이시켜 생성한 송신신호를 안테나부로 송신하며, 클러터에서 반사된 귀환 신호가 상기 안테나부를 통해 수신되는 송수신부가 포함됨으로써, 주파수 변조를 선택적으로 적용한 연속 파형의 마이크로파 또는 밀리미터파를 이용함으로써 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)의 장점과 도플러 레이더의 장점을 각각 이용하고, 보다 정확한 정보가 획득되는 특징을 갖는다.

Description

지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치 및 이를 이용한 측정 방법{RADAR APPARATUS FOR MEASURING REFLECTION CHARACTERISTICS FROM LAND AND THE SEA AND METHOD THEREOF}
본 발명은 지표면 및 해수면 반사 특성 측정에 관한 것으로, 특히 주파수 변조를 선택적으로 적용한 연속 파형의 마이크로파 또는 밀리미터파를 이용함으로써 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)의 장점과 도플러(Doppler) 레이더의 장점을 각각 이용할 수 있는 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치 및 이를 이용한 측정 방법에 관한 것이다.
일반적으로 도플러 레이더는 움직이는 목표물을 탐지하고 목표물의 속도를 계산하는데 사용되고, 이로부터 항법과, 기상관측, 해안 감시, 지형구조 및 지상의 차량 이동상태 파악 용도와 같이 다양한 분야에 응용된다.
통상, 레이더에서는 반사 특성의 정확한 측정이 매우 중요한데, 이는 반사 특성이 지표면 및 해수면의 레이더 단면적(Radar cross section)과, 거리 및 상대 속도 뿐만 아니라 비트 주파수와, 도플러 주파수의 퍼짐 효과 등에 큰 영향을 줌에 기인된다.
그러므로, 레이더는 도플러 방식에 더해 펄스 레이더와, CW(Continuous Wave)레이더, 주파수 변조 레이더, 위상변조 레이더와 같이 다양한 종류가 사용되고 있다.
이러한 다양한 레이더 중, 연속파 레이더 타입인 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)레이더는 표면 및 해수면의 고속, 저속 및 정지 반사 특성 즉, 레이더 단면적, 거리, 상대 속도 뿐만 아니라 비트 주파수, 도플러 주파수의 퍼짐 효과를 정확히 측정할 수 있고, 특히 송신 경로에 오프셋(offset) 주파수를 생성함으로써 저주파 대역에 존재하는 저주파 잡음을 회피하고 위상 잡음도 최소화 할 수 있는 장점을 갖는 방식이다.
상기와 같은 FMCW 레이더의 장점을 이용함으로써 송신 파형과 연관된 시간 신호가 없는 도플러 레이더가 갖는 단점을 보완할 수 있고, 이로부터 지표면 및 해수면의 반사 특성이 보다 정확하게 측정될 수 있다.
국내특허공개 10-1994-0011969(1994년06월22일)
상기 특허문헌은 펄스 레이더에서 입력된 레이더 수신신호에서 표면 반사파를 제거하는 STC수단과 함께 레이더의 수신신호에서 동기를 추출하고 주파수발생기를 보유해 클러터 알고리즘 메모리를 동기시키는 동기 발생수단을 구비함으로써, 레이더 수신신호에서 표적의 탐지능력을 저해하는 클러터를 감쇄하거나 제거하여 탐지능력을 향상시킨 기술의 예를 나타낸다.
하지만, 레이더에서는 실제 목표물 반사 신호보다 클러터 신호의 크기가 큰 경우, 레이더 단면적과 거리 및 상대 속도뿐만 아니라 비트 주파수와 도플러 주파수의 퍼짐 효과를 정확히 측정하여 그 특성을 아는 것이 무엇보다 중요한 해결 과제이다.
이러한 측면은 FMCW타입 레이더에서도 레이더 시스템의 구성으로 인해 목표물의 움직임에 따른 도플러 주파수 편이(fd)를 직접 추출할 수 없는 한계로 나타나고, 또한 상대 속도가 빠르지 않은 지표면이나 해수면이 목표물이 될 때 환경 변화에 따른 도플러 주파수의 미세한 이동이나 도플러 주파수 퍼짐 효과에 대해서는 세밀한 분리 성능 구현에 한계로 나타난다.
특히, 도플러 레이더와 같이 FMCW 레이더도 송신과 수신이 동시에 이루어짐으로써 송신단의 신호가 누설되어 수신단으로 지속적인 유입이 일어날 수밖에 없다.
상기와 같은 송신 신호의 누설은 안테나 부정합과 안테나 간 혼선(Cross Talk) 및 기판 상에서의 누설 등 여러 가지 경로에 의해 발생하는 측면이 있지만, 이 경우 실제 목표물과 유사한 중간주파수 대역의 낮은 주파수 성분 또는 DC 성분이 생성됨으로써 누설 잡음 신호의 주파수 대역이 목표물의 중간주파수 대역과 비슷하게 되고, 이로 인해 목표물 신호와 분리하기 어렵게 된다.
통상, 누설 잡음 신호는 실제 목표물 반사 신호보다 그 크기가 상대적으로 크게 됨으로써 레이더 단면적, 거리, 상대 속도 뿐만 아니라 비트 주파수, 도플러 주파수의 퍼짐 효과가 정확히 측정될 수 없게 된다.
이에 상기와 같은 점을 감안하여 발명된 본 발명은 주파수 변조를 선택적으로 적용한 연속 파형의 마이크로파 또는 밀리미터파를 이용함으로써 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)의 장점과 도플러 레이더의 장점을 각각 이용하고, 특히 두 방식이 융합됨으로써 레이더 단면적, 거리, 상대 속도, 비트 주파수 및 도플러 주파수 퍼짐 효과에 대한 정확한 측정하고, 더불어 송신 경로에 오프셋(offset) 주파수를 생성함으로써 보다 정확하게 지표면 및 해수면의 반사 특성을 측정할 수 있는 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치 및 이를 이용한 측정 방법을 제공하는데 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치는 주파수 변조를 선택적으로 하고, 오프셋 주파수만큼 주파수를 편이시켜 생성한 송신신호를 안테나부를 통해 송신하며, 클러터에서 반사된 귀환 신호를 상기 안테나부를 통해 수신하는 송수신부와;
상기 송수신부로부터 입력된 출력신호의 감도 향상을 위해 필터링으로 잡음 제거하고, 신호처리 가능한 레벨로 증폭하는 중간주파수부와;
상기 중간주파수부로부터 입력된 출력신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 등 신호처리를 통해 비트 주파수 및 도플러 주파수 분석을 하는 신호처리부와;
상기 신호처리부로부터 출력신호를 입력받아 상기 클러터의 레이더 단면적과 거리 및 상대속도를 계산하여 운영자에게 제공하고, 상기 운영자에 의해 주파수 변조가 선택적으로 이루어지는 신호가공부; 가 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 주파수 변조는 주파수가 고정된 연속파형의 생성과, 주파수 변조되는 연속파형의 생성으로 선택된다.
상기 주파수가 고정된 연속파형으로 도플러(Doppler)방식이 구현되고, 상기 주파수 변조되는 연속파형으로 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식이 구현된다.
상기 송수신부는 기준클럭신호를 발생하는 기준클럭신호발생부와; 상기 기준클럭신호를 입력받아 주파수 변조를 선택적으로 하는 주파수 변조기와; 상기 주파수 변조기의 출력신호의 주파수를 크게 하고, 상기 주파수를 일정하게 유지하기 위한 위상잠금루프와; 상기 위상잠금루프로 위상 고정된 신호에 오프셋 주파수만큼 주파수를 편이 시키는 오프셋 주파수부와; 상기 오프셋 주파수부로부터 주파수가 편이된 신호를 상향 변환하는 상향 주파수혼합기와; 상기 상향 주파수혼합기 출력을 분기하여 신호의 전력을 측정하는 전력검출기와; 상기 상향 주파수 혼합기의 국부발진신호를 생성하는 국부발진기와; 상기 안테나부로부터 신호를 입력받고, 상기 국부발진기 신호와 혼합하여 주파수를 하향 변환하는 하향 주파수 혼합기와; 상기 하향 주파수 혼합기 신호를 입력받고, 상기 위상잡음루프 출력신호와 혼합하여 주파수를 변환하는 하향 I/Q 주파수 혼합기; 로 구성된다.
상기 주파수 변조기는 직접 디지털 합성기(DDS: Direct Digital Synthesizer)를 구비하고, 상기 직접 디지털 합성기(DDS: Direct Digital Synthesizer)를 이용해 상기 연속파형이나 상기 주파수 변조된 연속파형을 갖는 송신신호를 발생한다.
상기 주파수의 증가는 배수로 이루어지고, 상기 배수는 N배이고, 상기 오프셋 주파수는 설정 값이 적용된다.
상기 오프셋 주파수부는 상기 오프셋 주파수를 발생하는 오프셋 주파수 발생기와; 상기 오프셋 주파수 발생기의 I,Q 출력과 상기 위상잠금루프 출력신호를 각각 위상 변환하여 주파수 혼합을 하는 주파수 혼합기와; 상기 주파수 혼합기의 출력을 더하는 결합기; 로 구성된다.
상기 주파수 혼합기는 상기 I,Q 출력에 대해 각각 위상 변환하는 2개로 이루어지고, 상기 위상 변환은 상기 I,Q 출력에 대해 각각 0ㅀ와 90ㅀ이다.
상기 하향 I/Q 주파수 혼합기는 송신 경로 상에서 위상 잡음이 최소화되도록 상기 안테나부의 송신 신호와 수신 신호의 경로차가 최소화 되는 부위에 위치된다.
상기 안테나부는 상기 송신신호를 송신하는 송신안테나와, 상기 귀환 신호가 수신되는 수신안테나로 이원화된다.
상기 신호가공부는 운영자에 의해 주파수 변조가 선택적으로 이루어지도록 상기 운영자의 제어 명령이 입력되고, 그 계산 결과가 전시되는 입출력부와; 상기 신호처리부로부터 출력신호를 입력받고, 이로부터 상기 클러터의 레이더 단면적과 거리 및 상대속도를 계산하여 상기 입출력부에 전시하는 연산부와; 상기 입출력부로부터 제어신호에 대한 설정 값을 입력받고, 상기 송수신부가 상기 주파수 변조를 선택하도록 제어신호를 전송하는 제어부; 로 구성된다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 방법은 (a) 연속파형 또는 주파수 변조된 연속파형이 선택되는 제 1단계;
(b) 상기 주파수 변조된 연속파형 선택에서는 송신전력, 수신전력, 비트 주파수가 포함된 클러터의 귀환 신호를 측정하고, 상기 연속파형 선택에서는 도플러 주파수가 포함된 클러터의 귀환 신호를 측정하는 제 2단계;
(c) 상기 귀환 신호로부터 클러터의 거리 및 레이더 단면적이 계산되고, 상대속도가 계산되는 제 3단계;
(d) 상기 클러터의 계산된 거리와 계산된 레이더 단면적 및 계산된 속도가 운영자가 인식하도록 표시되고, 더불어 상기 측정된 비트 주파수 및 상기 도플러 주파수가 상기 운영자가 인식하도록 표시되는 제 4단계;를 포함해 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1단계에서, 상기 연속파형 또는 주파수 변조된 연속파형은 안테나에서 송신되는 송신신호로 제공되고, 상기 송신신호는 기준클럭신호를 입력받는 직접 디지털 합성기(DDS: Direct Digital Synthesizer)로부터 생성된다.
상기 연속파형 또는 주파수 변조된 연속파형은 운영자가 설정한 설정값으로부터 선택된다.
상기 제 3단계에서, 상기 클러터의 거리 및 상기 레이더 단면적은 상기 송신전력과 상기 수신전력 및 상기 비트 주파수 측정값으로부터 계산되고, 상기 상대속도는 상기 도플러 주파수 측정값으로부터 계산된다.
이러한 본 발명은 주파수 변조를 선택적으로 적용한 연속 파형의 마이크로파 또는 밀리미터파를 이용함으로써 레이더 단면적, 거리, 상대 속도, 비트 주파수 및 도플러 주파수 퍼짐을 정확히 측정하고, 더불어 송신 경로에 오프셋(offset) 주파수를 생성함으로써 보다 정확하게 지표면 및 해수면의 반사 특성을 측정할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)레이더와 도플러(Doppler)레이더가 함께 적용된 시스템을 이용해 지표면 및 해수면의 반사 특성 측정시 송신 경로에 오프셋(offset) 주파수를 생성함으로써, 저주파 대역에 존재하는 저주파 잡음을 회피하고 위상 잡음을 최소화 할 수 있으므로 보다 정확하게 지표면 및 해수면의 반사 특성이 측정되는 효과도 있다.
또한, 본 발명은 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)과 도플러 레이더가 함께 적용된 시스템을 이용해 주파수 변조를 선택적으로 적용한 연속 파형의 마이크로파 또는 밀리미터파가 사용됨으로써, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)의 장점과 도플러 레이더의 장점이 모두 구현되는 효과도 있다.
도 1은 본 발명에 따른 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치의 블록 구성도이고, 도 2는 도 1에서 안테나부와 송수신부의 세부 구성도이며, 도 3은 도 2에서 송수신부의 오프셋주파수부에 대한 세부 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 방법의 순서도이며, 도 5는 본 발명에 따른 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 장치의 작동도이고, 도 6은 본 발명에 적용된 도플러 레이더의 구성 및 작동원리이며, 도 7과 도 8은 본 발명에 적용된 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)레이더의 구성 및 작동원리이다.
이하 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명하며, 이러한 실시예는 일례로서 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으므로, 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도 1은 본 실시예에 따른 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치의 블록 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 레이더 측정 장치(10)는 신호의 송수신이 이루어지는 안테나부(20)와; 선택적인 주파수 변조를 이용해 안테나부(20)가 도플러(Doppler)방식 송신이나 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식 송신이 이루어지고, 안테나부(20)의 귀한 신호를 수신하여 변환하는 송수신부(30)와; 송수신부(30)를 거친 귀환신호를 신호처리가 가능하도록 변환하는 중간주파수부(40)와, FFT(Fast Fourier Transform)를 이용한 신호처리로 비트 주파수 및 도플러 주파수 분석을 함으로써 귀환 신호로부터 필요 데이터가 추출되는 신호처리부(50)와; 운영자의 연산 명령에 따라 도플러(Doppler)레이더나 또는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)레이더로 작동하고, 도플러(Doppler)방식으로 지표면 및 해수면에 의한 도플러 퍼짐효과와 함께 상대 속도를 계산하고, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식으로 지표면 및 해수면의 거리와 레이더 단면적을 계산하는 신호가공부(100)로 구성된다.
상기 안테나부(20)는 지표면 및 해수면으로 신호를 송출하고, 지표면 및 해수면에서 반사된 귀환 신호를 수신하도록 구성된다.
상기 송수신부(30)는 안테나부(20)에서 수신된 귀환신호를 받고, 이를 중간주파수로 하향 변환시켜준다.
특히, 상기 송수신부(30)에서 무변조 연속파형이 송수신될 경우, 상대 속도가 적은 지표면 및 해수면의 미세한 도플러 편이 및 도플러 주파수 퍼짐 효과가 직접적으로 측정됨으로써 도플러(Doppler)레이더와 같이 동작을 할 수 있다.
또한, 상기 송수신부(30)에서 주파수 변조된 연속파형이 송수신될 경우, 지표면 및 해수면의 거리, 레이더 단면적, 비트 주파수 퍼짐 정도가 측정됨으로써 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)레이더와 같이 동작을 할 수 있다.
상기 중간주파수부(40)는 송수신부(30)에서 나온 귀환신호를 기저대역으로 하향 변환하고, 더불어 신호처리를 위한 신호로 필터링 및 증폭시켜 준다. 특히 필터링됨으로써 감도가 좋도록 잡음이 걸러지고, 증폭됨으로써 신호처리가 가능한 레벨로 신호가 신호처리부(50)로 전달될 수 있다.
상기 신호처리부(50)는 중간주파수부(40)에서 나온 귀환 신호로부터 도플러 주파수 편이와 함께 비트 주파수를 추출하여준다.
상기 신호가공부(100)는 운용자의 연산 명령을 받는 제어부(60)와, 운용자의 연산 명령에 따라 필요한 계산을 수행하는 연산부(70)와, 운용자의 연산 명령이 입력되고 그 계산 결과가 전시되는 입출력부(80)로 구성된다.
특히, 상기 연산부(70)에서는 지표면 및 해수면에 의한 도플러 퍼짐효과와 함께 상대 속도가 계산되고, 지표면 및 해수면의 거리와 레이더 단면적이 계산된다.
이를 위해, 상기 제어부(60)는 연산부(70)와 함께 송수신부(30)로 신호가 제공되도록 회로를 구성하고, 상기 연산부(70)는 제어부(60)에서 제공된 운용자의 연산 명령을 처리한 계산 결과가 입출력부(80)에 제공되도록 회로를 구성하며, 상기 입출력부(80)는 운용자의 연산 명령을 제어부(60)로 제공하고 연산부(70)의 계산 결과를 전시하도록 회로를 구성한다.
한편, 도 2는 본 실시예에 따른 송수신부(30)의 세부 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 상기 송수신부(30)는 안테나부(20)로 송신신호를 송출하고, 안테나부(20)로부터 귀환신호를 제공받도록 구성된다.
이를 위해, 상기 안테나부(20)는 지표면 및 해수면으로 신호를 송출하는 송신안테나(21)와, 지표면 및 해수면에서 반사된 귀환 신호를 수신하는 수신 안테나(22)로 구성된다.
또한, 상기 송수신부(30)는 기준클럭신호(300)를 입력받는 주파수변조기(310)와, 주파수변조기(310)에서 나온 주파수에 대한 처리가 이루어지는 위상잠금루프(320)와, 위상잠금루프(320)의 출력신호를 오프셋(Off Set) 주파수만큼 편이 시켜주는 오프셋 주파수부(330)와, 오프셋 주파수를 상향 변환하는 상향주파수혼합기(340)와, 기준클럭신호(300)를 입력받아 출력하는 국부발진기(350)와, 지표면 및 해수면에서 반사되어 오는 귀환 신호가 인가되는 하향주파수혼합기(360)와, 송신 신호와 수신 신호가 혼합되는 하향 I/Q 주파수혼합기(370)와, 송신 전력 크기를 검출하는 전력검출기(380)로 구성된다.
본 실시예에서, 상기 송수신부(30)의 각 구성요소가 구현하는 구체적인 작용 및 효과는 다음과 같다.
상기 주파수변조기(310)에서는 주파수 변조를 선택적으로 적용함으로써 무변조 연속파형 또는 주파수 변조된 연속파형이 발생될 수 있다.
일례로, 상기 주파수변조기(310)가 무변조 연속파형을 송수신할 경우 송수신부(30)는 도플러(Doppler)레이더와 같이 동작을 할 수 있고, 이로부터 상대 속도가 적은 지표면 및 해수면의 미세한 도플러 편이 및 도플러 주파수 퍼짐 효과가 직접적으로 측정될 수 있다.
반면, 상기 주파수변조기(310)가 주파수 변조된 연속파형을 송수신할 경우 송수신부(30)는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)레이더와 같이 동작을 할 수 있고, 이로부터 지표면 및 해수면의 거리, 레이더 단면적, 비트 주파수 퍼짐 정도가 측정될 수 있다. 특히 거리와 레이더 단면적은 지표면 및 해수면 반사 특성에 있어 핵심이 되는 것으로 거리와 레이더 단면적을 통해 측정 영역의 지형 및 지물에 대한 정보도 용이하게 얻을 수 있다.
이를 위해, 상기 주파수변조기(310)는 기준클럭신호를 입력받아 연속파형 또는 주파수 변조된 연속파형을 갖는 송신신호를 발생하는 직접 디지털 합성기(DDS: Direct Digital Synthesizer)를 구비한다.
그리고, 상기 위상잠금루프(320)에서는 주파수의 N배 증폭과 함께 주파수의 일정 값 유지가 이루어짐으로써, 주파수변조기(310)의 출력신호가 위상잠금루프(320)를 거치면 주파수는 N배만큼 크게 되고 일정한 주파수로 유지될 수 있다.
상기 오프셋주파수부(330)에서는 위상잠금루프(320)의 출력신호를 오프셋(Off Set) 주파수만큼 편이 시켜 출력하며, 특히 중간주파수 대역이 오프셋 주파수만큼 주파수가 이동함으로써 중간 주파수 대역의 누설 잡음 신호에서 벗어나게 하여 민감도(Sensitivity)를 크게 향상시켜준다.
이러한 주파수 이동에 의한 민감도 향상이 이루어지면, 도플러 레이더 및 FMCW 레이더 각각에서 성능이 개선될 수 있다.
이러한 이유는 도플러 레이더의 경우, 지표면 및 해수면과 같이 상대 속도가 저속인 목표물은 도플러 편이가 낮은 주파수로 나타나며 중간 주파수 대역의 누설 잡음 신호와 동 주파수 대역에 나타나게 되어 도플러 신호를 분리 할 수 없는 한계를 갖지만, 도플러 편이를 오프셋 주파수만큼 이동시킴으로써 도플러 신호가 추출될 수 있고, 이로부터 도플러 및 비트 주파수 퍼짐에 대한 보다 정밀한 측정이 가능함에 기인된다.
이러한 이유는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)레이더의 경우, 고속 근거리 목표물의 비트 주파수 신호가 누설 잡음 신호 대역과 동 주파수 대역에 나타나게 되어 비트 주파수 신호만 분리하기 어려운 한계를 갖지만, 오프셋 주파수만큼 이동시켜줌으로써 비트 주파수 신호가 쉽게 추출될 수 있고, 이로부터 상대 속도와 거리 및 레이더 단면적의 정확도가 향상될 수 있음에 기인된다.
또한, 상기 하향주파수혼합기(360)에서는 지표면 및 해수면에서 반사되어 오는 귀환 신호와 함께 상기 국부발진기(350)의 신호를 혼합하여 하향 변환시켜 준다.
그리고, 상기 하향 I/Q 주파수혼합기(370)에서는 상기 하향주파수혼합기(360)에서 나온 하향 변환된 출력 신호와 함께 상기 위상잡음루프(320)에서 나온 출력신호를 혼합하여 주파수 변환된 I, Q 신호로 처리한 후, 상기 I, Q 신호를 신호처리부(50)에서 처리되도록 잡음 필터링과 신호처리 가능한 레벨로 신호를 증폭하는 중간주파수부(40)로 전달한다.
특히, 상기 하향 I/Q 주파수혼합기(370)에서는 위상 잡음이 최소화될 수 있다. 통상, 위상 잡음은 시스템 내 발진기의 시간에 따른 위상 변화에 기인하지만 시스템 내에서 다양한 원인으로 발생된다.
발생된 위상 잡음은 시스템 성능에 부정적인 영향을 미치고, 특히 수신된 도플러나 비트 주파수 신호를 오염시킴으로써 시스템의 동적 영역과 수신 민감도를 저하시키게 된다.
이를 위한 해소방안으로서, 본 실시예에서는 하향 I/Q 주파수혼합기(370)가 송신 경로 상에 짧게 구성됨으로써 혼합되는 송신 신호와 수신 신호의 경로차가 최소화 되는 부위로 위치시켜준다.
이로부터, 하향 I/Q 주파수혼합기(370)는 위상 잡음을 줄여 시스템의 수신 성능을 향상 시킬 수 있고, 지표면 및 해수면의 반사 특성이 보다 정확하게 측정될 수 있다.
그리고, 상기 전력검출기(380)에서는 송신안테나(21)의 송신기에서 출력되는 신호의 전력을 측정하고, 이를 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)레이더에서 비트 주파수 신호를 받아 추출한 거리 정보와 함께 이용함으로써 지표면 및 해수면의 레이더 단면적 계산에 활용된다.
한편, 도 3은 본 실시예에 따른 오프셋주파수부(330)에 대한 세부 구성을 나타낸다.
도시된 바와 같이, 상기 오프셋주파수부(330)는 I, Q 출력을 위한 오프셋주파수발생기(331)와, 위상잠금루프(320)의 출력 신호를 분기하여 각각 0˚, 90ㅀ 위상 변환시키는 90˚ 위상변환기(333)와, 상기 I, Q 출력과 상기 0˚, 90˚ 위상 변환된 신호를 혼합시키는 오프셋주파수합성기(332)와, 오프셋주파수합성기(332)에서 나온 출력신호 중 두 개의 I,Q신호를 결합해 출력해주는 I/Q결합기(334)로 구성된다.
그러므로, 본 실시예에 따른 레이더 장치(10)는 송수신부(30)에서 오프셋주파수부(330)에 의해 오프셋 주파수만큼 편이된 신호와, 기준클럭신호(300)에서 제공되어 국부발진기(350)를 통해 출력되는 신호는 상향주파수혼합기(340)에서 혼합된 후 상향 변환될 수 있고, 상기 송수신부(30)에서 나온 출력 신호는 안테나부(20)의 송신안테나(21)를 통해 공간상으로 송신될 수 있다.
한편, 도 4는 본 실시예에 따른 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 방법을 나타낸다.
S100은 송신방식 및 수신방식이 선택되는 단계로서, 이는 본 실시예에 따른 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치가 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)레이더와 도플러(Doppler)레이더를 모두 구현할 수 있는 특징에 기인된다.
상기와 같은 송수신방식의 선택은 도 5에 도시된 바와 같이 운영자의 간단한 조작만으로 구현된다.
즉, 운영자가 입출력부(80)를 이용해 원하는 송수신방식중 하나를 선택하면, 제어부(60)는 이를 인식해 제어신호를 송수신부(30)로 전송함으로써 운영자가 선택한 송수신방식이 결정된다.
상기 송수신부(30)에서는 주파수변조기(310)가 제어부(60)로 제어됨으로써 기준클럭신호(300)의 출력을 선택적으로 주파수 변조하고, 이를 통해 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치는 운영자가 선택한 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식이나 또는 도플러(Doppler)방식으로 작동된다.
S210 및 S310은 도플러(Doppler)방식으로, S210에서는 도플러(Doppler) 주파수가 측정되고, S310에서는 S210에서 획득한 데이터로부터 지표면이나 또는 해수면에 대한 상대속도가 계산된다.
이러한 과정에 대해 도 5를 참조하면, 기준클럭신호(300)의 출력을 도플러(Doppler)방식에 맞춰 송수신부(30)에서 주파수 변조가 이루어진 후, 이를 안테나부(20)의 송신안테나(21)에서 지표면이나 또는 해수면으로 신호로 송신하여 준다.
이어, 송신안테나(21)의 송신 신호는 지표면이나 또는 해수면에서 반사됨으로써 귀환신호로 수신 안테나(22)에 수신되고, 수신된 귀환 신호는 송수신부(30)에서 처리된 후 중간주파수부(40)와 신호처리부(50)를 거쳐 연산부(70)로 제공된다.
이때, 상기 송수신부(30)에서는 송신 전력과 함께 송신 주파수에서 도플러 주파수만큼 편이된 주파수특성을 갖는 귀환 신호를 검출한다. 상기 중간주파수부(40)에서는 송수신부(30)에서 나온 귀환신호를 기저대역으로 하향 변환함과 더불어 신호처리를 위한 신호로 필터링 및 증폭시킨다. 상기 신호처리부(50)에서는 중간주파수부(40)에서 나온 귀환 신호로부터 도플러 주파수만큼 편이된 주파수특성을 추출한다. 상기 연산부(70)에서는 도플러(Doppler)레이더에서 필요로 하는 지표면 및 해수면의 도플러 정보 및 상대 속도에 대한 정보가 추출된다.
본 실시예에서 구현되는 도플러(Doppler)방식은 이를 동일하게 예시한 도 6으로부터 알 수 있다.
도 6은 일반적인 도플러(Doppler) 레이더의 구성으로서, 도플러(Doppler) 레이더(400)는 변조되지 않은 고정된 주파수(ft)를 가지는 연속파형이 발생되는 연속파발진기(410)와, 송신 신호 전력의 일부가 분기되고 수신된 주파수를 출력하는 결합기(420)와, 고정된 주파수(ft)를 가지는 연속파형이 송신되는 송신안테나(431)와 송신 주파수에서 도플러 주파수만큼 편이된 주파수특성을 갖는 귀환 신호가 수신되는 수신안테나(432)로 이루어진 안테나부(430)와, 지표면이나 해수면의 도플러 주파수와 함께 도플러 정보 및 상대 속도에 대한 정보가 추출되는 도플러 프로세서(440)와, 도플러 주파수만큼 편이된 주파수특성을 갖는 귀환 신호가 주파수 혼합되고 하향 변환된 주파수 신호로 생성되는 주파수혼합기(450)로 구성된다.
통상, 도플러 레이더(400)에서는 레이더와 목표물 사이의 상대적 움직임에 의해 귀환 신호에 도플러 주파수 편이가 발생하고, 이러한 편이 정도에 따라 상대 속도를 구함으로써 움직이는 목표물을 탐지하고 목표물의 속도를 계산할 수 있다.
상기와 같은 도플러 편이에 따른 상대 속도 산출 원리는 수학식(1)로 다음과 같이 표현된다.
수학식(1)
fdoppler = (2/λ0)υr =(2υr/c)f0
여기서, f0 는 송신신호 주파수이고, c는 자유 공간상의 전파 속도이며, υr은 목표물의 상대 속도이다. 통상적으로, υr이 c보다 훨씬 작기 때문에 f0 에 비해 fdoppler 는 매우 작으며, 수신된 신호의 주파수는 f0 ㅁ fdoppler에서 +는 접근하는 목표물을 의미하고 반면 -는 멀어지는 목표물을 의미한다.
그러므로, 도플러(Doppler)방식으로 구현되는 S210 및 S310에서는 송신 주파수에서 도플러 주파수만큼 편이된 주파수특성을 갖는 귀환 신호로부터 지표면이나 해수면에 대한 상대 속도가 계산된다.
실제적으로, 본 실시예에 따른 레이더장치(10)에서는 목표물의 레이더 단면적(σ)과 거리(R)가 반드시 요구되므로, 이를 위해 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)레이더로 작동된다.
S220 및 S320은 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식을 이용함으로써 S210 및 S310의 도플러(Doppler)방식에서 획득하지 못하는 데이터를 얻는 과정이다.
상기 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식은 송신전력과 수신전력 및 비트 주파수가 측정되는 S220의 과정과, S220에서 획득한 데이터로부터 지표면이나 또는 해수면까지의 거리(R)와 목표물의 레이더 단면적(σ)등이 계산되는 S320의 과정으로 구현된다.
이러한 과정에 대해 도 5를 참조하면, 기준클럭신호(300)의 출력을 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식에 맞춰 송수신부(30)에서 주파수 변조가 이루어진 후, 이를 안테나부(20)의 송신안테나(21)에서 지표면이나 또는 해수면으로 신호로 송신한다.
이어, 송신안테나(21)의 송신 신호는 지표면이나 또는 해수면에서 반사됨으로써 귀환신호로 수신 안테나(22)에 수신되고, 수신된 귀환 신호는 송수신부(30)에서 처리된 후 중간주파수부(40)와 신호처리부(50)를 거쳐 연산부(70)로 제공된다.
이때, 상기 송수신부(30)에서는 전력검출기(380)를 통해 송신전력과 수신전력을 검출한다. 상기 중간주파수부(40)에서는 송수신부(30)에서 나온 귀환신호를 기저대역으로 하향 변환함과 더불어 신호처리를 위한 신호로 필터링 및 증폭시킨다. 상기 신호처리부(50)에서는 중간주파수부(40)에서 나온 귀환 신호로부터 비트 주파수를 추출한다. 상기 연산부(70)에서는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)레이더에서 필요로 하는 지표면 및 해수면의 거리와 레이더 단면적이 계산된다.
본 실시예에서 구현되는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식은 이를 동일하게 예시한 도 7 및 도 8로부터 알 수 있다.
도 7은 일반적인 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)레이더의 구성으로서, 일반적인 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)레이더(500)는 주파수 변조된 신호가 생성되는 전압조정발진기(510)와, 송신신호전력과 입력된 지표면 및 해수면의 귀환 신호를 혼합하는 결합기(520)와, 출력전압으로 시간에 따라 변화는 주파수가 신호가 송신되는 송신안테나(531) 및 귀환 신호를 수신하는 수신안테나(532)로 이루어진 안테나부(530)와, 신호의 주파수를 변조하는 주파수 변조기(540)와, 비트 주파수가 측정되고 지표면 및 해수면까지의 거리를 추출하는 비트 프로세서(550)와, 혼합된 신호에서 중간주파수를 생성하는 주파수혼합기(560)를 포함해 구성된다.
통상, 레이더에서는 거리 측정을 위해 특정한 타이밍 정보가 송신시간과 귀환시간을 구별하기 위해 필요하므로, 일반적인 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)레이더(500)에서는 주파수 변조를 이용함으로써 시간에 따라 주파수를 바꾸는 방식으로 타이밍을 표시하는 방식이 적용되며, 도 8은 일반적인 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)레이더(500)의 작동방식 예를 나타낸다.
도시된 바와 같이, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)레이더(500)가 주파수 변조하여 목표물로 송신한 송신 신호 주파수(ft)와 귀환 신호 주파수(fr)의 차 주파수(|ft - fr|)인 중간주파수(fif)(Hz)를 추출함으로써 목표물의 거리(R)를 계산한다.
이어, 계산된 목표물과의 거리 정보와 추출된 수신 전력을 이용함으로써 목표물의 레이더 단면적(σ)이 계산된다. 이때 목표물의 레이더 단면적(σ)은 미리 설정된 값인 송수신 전력과 송수신 안테나의 이득을 함께 고려하여 계산된다.
이에 대한 수학식은 수학식(2)내지(5)로 다음과 같이 표현된다.
수학식 2
fif-upsweep = fb - fd
수학식 3
fif-downsweep = fb + fd
수학식 4
R = cfb/(4fmΔf) = c[1/2{fif-upsweep + fif-downsweep}]/(4fmΔf)
수학식 5
σ = [Pr(4π)3/PtGtGrλ2 t]R4
여기서, fif-upsweep와 fif-downsweep는 중간주파수이며, fm은 변조 주파수이고, Δf는 주파수 변조 대역폭이며, Pt는 송신 전력이고, Pr은 수신 전력이며, Gt는 송신 안테나 이득이고, Gr은 수신 안테나 이득이며, λt는 송신 신호의 파장.
그러므로, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식으로 구현되는 S220 및 S320에서는 목표물의 거리와 목표물의 레이더 단면적(σ)이 상기 수학식(2)내지 수학식(5)와 같은 방식으로 계산된다.
한편, S400은 운영자에게 지표면이나 또는 해수면에 있는 목표물에 대한 정보가 전시되는 과정으로, 이로부터 레이더 장치(10)에는 도플러(Doppler)방식으로 취득된 정보인 도플러 주파수 퍼짐 및 클러터(목표물)의 속도에 대한 전시 정보와, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식으로 취득된 정보인 비트 주파수와 계산된 클러터(목표물)의 거리 및 클러터(목표물)의 레이더 단면적(σ)이 전시된다.
이러한 과정은 도 5와 같이, 연산부(70)는 계산된 도플러 주파수 퍼짐, 클러터(목표물)의 속도, 비트 주파수, 계산된 클러터(목표물)의 거리 및 클러터(목표물)의 레이더 단면적(σ)이 입출력부(80)로 전송되고, 입출력부(80)가 이를 전시함으로써 운영자는 이를 손쉽게 확인할 수 있다.
그러므로, 운영자는 레이더 단면적(σ)으로부터 클러터(목표물)에 대한 크기와, 클러터(목표물)의 이동 속도등으로부터 클러터(목표물)에 대한 정보를 획득할 수 있다.
전술된 바와 같이, 본 실시예에 따른 지표면 및 해수면 반사 특성을 획득하는 레이더 측정 장치(10)에는 변조되지 않은 고정된 주파수의 연속파형을 이용하는 도플러(Doppler)방식과, 주파수 변조를 이용하는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식이 구현되고, 상기 도플러(Doppler)방식이나 상기 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식이 선택된 후 오프셋 주파수만큼 주파수를 편이시켜 생성한 송신신호를 안테나부로 송신하며, 클러터에서 반사된 귀환 신호가 상기 안테나부를 통해 수신되는 송수신부가 포함됨으로써, 주파수 변조를 선택적으로 적용한 연속 파형의 마이크로파 또는 밀리미터파를 이용함으로써 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)의 장점과 도플러 레이더의 장점을 각각 이용하고, 보다 정확한 정보가 획득될 수 있다.
10 : 레이더 측정 장치 20 : 안테나부
21 : 송신안테나 22 : 수신 안테나
30 : 송수신부 40 : 중간주파수부
50 : 신호처리부 60 : 제어부
70 : 연산부 80 : 입출력부
100 : 신호가공부
300 : 기준클럭신호 310 : 주파수변조기
320 : 위상잠금루프 330 : 오프셋주파수부
331 : 오프셋주파수발생기 332 : 오프셋주파수합성기
333 : 90˚ 위상변환기 334 : I/Q 결합기
340 : 상향주파수혼합기 350 : 국부발진기
360 : 하향주파수혼합기 370 : 하향 I/Q 주파수혼합기
380 : 전력검출기 400 : 도플러(Doppler) 레이더
410 : 연속파발진기 420 : 결합기
430 : 안테나부 431 : 송신안테나
432 : 수신안테나 440 : 도플러 프로세서
450 : 주파수혼합기
500 : FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더
510 : 전압조정발진기 520 : 결합기
530 : 안테나부 531 : 송신안테나
532 : 수신안테나 540 : 주파수변조기
550 : 비트 프로세서(Beat Processor)
560 : 주파수혼합기

Claims (13)

  1. 주파수 변조를 선택적으로 하고, 오프셋 주파수만큼 주파수를 편이시켜 생성한 송신신호를 안테나부를 통해 송신하며, 클러터에서 반사된 귀환 신호를 상기 안테나부를 통해 수신하는 송수신부와;
    상기 송수신부로부터 입력된 출력신호의 감도 향상을 위해 필터링으로 잡음 제거하고, 신호처리 가능한 레벨로 증폭하는 중간주파수부와;
    상기 중간주파수부로부터 입력된 출력신호를 FFT(Fast Fourier Transform) 등 신호처리를 통해 비트 주파수 및 도플러 주파수 분석을 하는 신호처리부와;
    상기 신호처리부로부터 출력신호를 입력받아 상기 클러터의 레이더 단면적과 거리 및 상대속도를 계산하여 운영자에게 제공하고, 상기 운영자에 의해 주파수 변조가 선택적으로 이루어지는 신호가공부;
    가 포함된 것을 특징으로 하는 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 주파수 변조는 주파수가 고정된 연속파형의 생성과, 주파수 변조되는 연속파형의 생성으로 선택되는 것을 특징으로 하는 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치.

  3. 청구항 2에 있어서, 상기 주파수가 고정된 연속파형으로 도플러(Doppler)방식이 구현되고, 상기 주파수 변조되는 연속파형으로 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave)방식이 구현되는 것을 특징으로 하는 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 송수신부는 기준클럭신호를 발생하는 기준클럭신호발생부와;
    상기 기준클럭신호를 입력받아 주파수 변조를 선택적으로 하는 주파수 변조기와;
    상기 주파수 변조기의 출력신호의 주파수를 크게 하고, 상기 주파수를 일정하게 유지하기 위한 위상잠금루프와;
    상기 위상잠금루프로 위상 고정된 신호에 오프셋 주파수만큼 주파수를 편이 시키는 오프셋 주파수부와;
    상기 오프셋 주파수부로부터 주파수가 편이된 신호를 상향 변환하는 상향 주파수혼합기와;
    상기 상향 주파수혼합기 출력을 분기하여 신호의 전력을 측정하는 전력검출기와;
    상기 상향 주파수 혼합기의 국부발진신호를 생성하는 국부발진기와;
    상기 안테나부로부터 신호를 입력받고, 상기 국부발진기 신호와 혼합하여 주파수를 하향 변환하는 하향 주파수 혼합기와;
    상기 하향 주파수 혼합기 신호를 입력받고, 상기 위상잠금루프 출력신호와 혼합하여 주파수를 변환하는 하향 I/Q 주파수 혼합기;
    로 구성된 것을 특징으로 하는 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 주파수 변조기는 직접 디지털 합성기(DDS: Direct Digital Synthesizer)를 구비하고, 상기 직접 디지털 합성기(DDS: Direct Digital Synthesizer)를 이용해 상기 주파수 변조중 주파수가 고정된 연속파형이나 상기 주파수 변조된 연속파형을 갖는 송신신호를 발생하는 것을 특징으로 하는 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 오프셋 주파수는 설정 값인 것을 특징으로 하는 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 오프셋 주파수부는 상기 오프셋 주파수를 발생하는 오프셋 주파수 발생기와; 상기 오프셋 주파수 발생기의 I,Q 출력과 상기 위상잠금루프 출력신호를 각각 위상 변환하여 주파수 혼합을 하는 주파수 혼합기와;
    상기 주파수 혼합기의 출력을 더하는 결합기; 로 구성된 것을 특징으로 하는 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치.
  8. 청구항 4에 있어서, 상기 하향 I/Q 주파수 혼합기는 송신 경로 상에서 위상 잡음이 최소화되도록 상기 안테나부의 송신 신호와 수신 신호의 경로차가 최소화 되는 부위에 위치되는 것을 특징으로 하는 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 신호가공부는 운영자에 의해 주파수 변조가 선택적으로 이루어지도록 상기 운영자의 연산 명령이 입력되고, 그 계산 결과가 전시되는 입출력부와;
    상기 신호처리부로부터 출력신호를 입력받고, 이로부터 상기 클러터의 레이더 단면적과 거리 및 상대속도를 계산하여 상기 입출력부에 전시하는 연산부와;
    상기 입출력부로부터 제어신호에 대한 설정 값을 입력받고, 상기 송수신부가 상기 주파수 변조를 선택하도록 제어신호를 전송하는 제어부;
    로 구성된 것을 특징으로 하는 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 레이더 장치.
  10. 지표면 및 해수면 반사 특성 측정을 위한 방법으로서,
    (a) 연속파형 또는 주파수 변조된 연속파형이 선택되는 제 1단계;
    (b) 상기 주파수 변조된 연속파형 선택에서는 송신전력, 수신전력, 비트 주파수가 포함된 클러터의 귀환 신호를 측정하고, 상기 연속파형 선택에서는 도플러 주파수가 포함된 클러터의 귀환 신호를 측정하는 제 2단계;
    (c) 상기 귀환 신호로부터 클러터의 거리 및 레이더 단면적이 계산되고, 상대속도가 계산되는 제 3단계;
    (d) 상기 클러터의 계산된 거리와 계산된 레이더 단면적 및 계산된 속도가 운영자가 인식하도록 표시되고, 더불어 상기 측정된 비트 주파수 및 상기 도플러 주파수가 상기 운영자가 인식하도록 표시되는 제 4단계;
    를 포함해 수행되는 것을 특징으로 하는 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 제 1단계에서, 상기 연속파형 또는 주파수 변조된 연속파형은 안테나에서 송신되는 송신신호로 제공되고, 상기 송신신호는 기준클럭신호를 입력받는 직접 디지털 합성기(DDS: Direct Digital Synthesizer)로부터 생성되는 것을 특징으로 하는 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 연속파형 또는 주파수 변조된 연속파형은 운영자가 설정한 설정값으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 방법.
  13. 청구항 10에 있어서, 상기 제 3단계에서, 상기 클러터의 거리 및 상기 레이더 단면적은 상기 송신전력과 상기 수신전력 및 상기 비트 주파수 측정값으로부터 계산되고, 상기 상대속도는 상기 도플러 주파수 측정값으로부터 계산되는 것을 특징으로 하는 지표면 및 해수면 반사 특성 측정 방법.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160002170U (ko) * 2014-12-15 2016-06-23 주식회사 우리로 차량 레이더
CN113625269A (zh) * 2021-08-26 2021-11-09 长沙理工大学 一种基于毫米波雷达的高速铁路钢轨沉降检测方法和系统

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100766414B1 (ko) 2006-10-26 2007-10-15 국방과학연구소 방위각 보상이 가능한 레이더 장치 및 그 방법
KR100851888B1 (ko) 2006-10-26 2008-08-13 국방과학연구소 클러터와 송신 누설 전력 제거가 가능한 레이더
KR20110029375A (ko) * 2009-09-15 2011-03-23 이엠와이즈 통신(주) 주파수변조-진폭변조 레이더 및 그 거리 측정 방법
KR101040257B1 (ko) 2008-11-14 2011-06-09 엘아이지넥스원 주식회사 레이더 시스템 및 이를 이용한 신호 처리 방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100766414B1 (ko) 2006-10-26 2007-10-15 국방과학연구소 방위각 보상이 가능한 레이더 장치 및 그 방법
KR100851888B1 (ko) 2006-10-26 2008-08-13 국방과학연구소 클러터와 송신 누설 전력 제거가 가능한 레이더
KR101040257B1 (ko) 2008-11-14 2011-06-09 엘아이지넥스원 주식회사 레이더 시스템 및 이를 이용한 신호 처리 방법
KR20110029375A (ko) * 2009-09-15 2011-03-23 이엠와이즈 통신(주) 주파수변조-진폭변조 레이더 및 그 거리 측정 방법

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20160002170U (ko) * 2014-12-15 2016-06-23 주식회사 우리로 차량 레이더
KR200483456Y1 (ko) 2014-12-15 2017-05-17 주식회사 우리로 차량 레이더
CN113625269A (zh) * 2021-08-26 2021-11-09 长沙理工大学 一种基于毫米波雷达的高速铁路钢轨沉降检测方法和系统
CN113625269B (zh) * 2021-08-26 2024-03-01 长沙理工大学 一种基于毫米波雷达的高速铁路钢轨沉降检测方法和系统

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