KR101264287B1

KR101264287B1 - FMCW radar distance detection method and device thereof

Info

Publication number: KR101264287B1
Application number: KR1020110116997A
Authority: KR
Inventors: 현유진; 이종훈
Original assignee: 재단법인대구경북과학기술원
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2011-11-10
Publication date: 2013-05-22
Also published as: KR20130051694A

Abstract

본 발명은 FMCW 레이더의 거리 정밀 측정방법 및 그 장치에 관한 것으로, (a) 일정한 주기(T₀) 및 대역폭(B₀) 을 갖는 FMCW 레이더 파를 목표물로 송신하고, 반사된 파형으로부터 추출된 제1 비트 주파수를 이용하여 상기 목표물과의 타겟 기준거리(R₀)를 추출하는 단계; (b) 상기 타겟 기준거리를 바탕으로 대역폭 단위 변화량(△B) 또는 시간 단위 변화량(△T)를 계산하는 단계; (c) 상기 대역폭 단위 변화량(△B) 또는 시간 단위 변화량(△T)를 n배하여 상기 대역폭이나 주기를 변화시켜 상기 FMCW 레이더 파를 상기 목표물로 재 전송하는 단계; (d) 상기 목표물에서 반사되어 수신된 상기 FMCW 레이더 파를 이용하여 제2 비트 주파수를 추출하는 단계; 및 (e) 상기 제2 비트 주파수가 상기 제1 비트 주파수와 다른 경우, 상기 제2 비트 주파수를 이용하여 상기 목표물과의 정밀거리를 산출하는 단계를 포함한다.
이와 같은 본 발명은 FMCW 레이더를 이용하여 단일 정지 타겟의 거리를 측정함에 있어서, 간단하고 용이한 방법으로 거리측정의 정밀도를 높이고, 그 측정시간이 빠를 뿐만 아니라, 계산량을 줄여 시스템 성능의 부담을 낮추는 고효율 및 고정밀 FMCW 레이더의 거리 정밀 측정장치 및 그 방법을 제공한다.The present invention relates to a method for precisely measuring a distance of an FMCW radar and a device thereof, comprising: (a) transmitting a FMCW radar wave having a constant period (T ₀ ) and a bandwidth (B ₀ ) to a target and extracting the extracted waveform from the reflected waveform; Extracting a target reference distance (R ₀ ) with the target using a 1-bit frequency; calculating a bandwidth unit change amount ΔB or a time unit change amount ΔT based on the target reference distance; (c) retransmitting the FMCW radar wave to the target by changing the bandwidth or period by n times the bandwidth unit change amount ΔB or the time unit change amount ΔT; (d) extracting a second bit frequency using the FMCW radar wave reflected and received from the target; And (e) calculating a precise distance from the target using the second bit frequency when the second bit frequency is different from the first bit frequency.
As described above, the present invention measures the distance of a single stationary target by using an FMCW radar, and increases the accuracy of the distance measurement by a simple and easy method, and the measurement time is not only fast, but also the computational amount is reduced to reduce the burden of system performance. The present invention provides a precise distance measuring apparatus and method of high efficiency and high precision FMCW radar.

Description

FMCW radar distance detection method and device thereof

본 발명은 FMCW 레이더의 거리 측정방법 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 간단하고 용이한 방법으로 단일 정지 타겟의 거리를 정밀하게 측정할 수 있는 FMCW 레이더의 거리 측정방법 및 그 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a distance measuring method and apparatus for the FMCW radar, and more particularly, to a distance measuring method and apparatus for the FMCW radar that can accurately measure the distance of a single stationary target in a simple and easy way. .

목표 물체와의 상대 속도와 거리를 계측하는 레이더 방식으로서, FMCW 레이더가 사용되고 있다. 이 방식의 레이더는, 간단한 신호 처리 회로에 의해 앞 쪽 차량과의 상대 속도 및 거리를 측정할 수 있고, 또한 송수신기도 간단한 구성으로 할The FMCW radar is used as a radar system for measuring the relative speed and distance to a target object. The radar of this system can measure the relative speed and distance with the front vehicle by a simple signal processing circuit, and the transceiver can also be configured with a simple configuration.

수 있기 때문에, 자동차의 충돌 방치용 레이더로서 사용되고 있다.Since it can be used, it is used as a radar for collision avoidance of a motor vehicle.

FMCW 레이더의 원리는 이하와 같다. 발진기를 예를 들면 수백 Hz의 삼각파 등에 의해 FM 변조하여 FM 변조파를 송신하고, 목표 물체로부터의 반사 신호를 수신하여 FM 변조파를 로컬(local)로서 수신 신호를 FM 검파(檢波)한다. 목표 물체로부터의 반사파는, 레이더와 목표 물체 사이의 거리에 따라, 또 상대 속도에 의한 도플러 시프트(Doppler shift)에 따라 송신 신호와의 어긋남(비트(beat))을 발생시킨다. 따라서, 이 주파수의 어긋남으로부터 목표 물체와의 거리와 상대 속도를 계측할 수 있다.
The principle of the FMCW radar is as follows. The oscillator is FM-modulated by, for example, a triangular wave of several hundred Hz or the like to transmit the FM modulated wave, receives the reflected signal from the target object, and FM-detects the received signal using the FM modulated wave locally. The reflected wave from the target object generates a deviation (beat) from the transmission signal in accordance with the distance between the radar and the target object and in accordance with a Doppler shift due to relative speed. Therefore, the distance and relative speed with a target object can be measured from this frequency shift.

도 1은 단일 정지 타겟인 경우, 일반적인 FMCW 레이더 송수신 파형과 비트 주파수를 나타낸 모식도이다. 일반적으로 FMCW 레이더는, 주파수 변조된 연속된 신호를 전송한다. 도 1의 (a)는 FMCW 레이더의 변조 모양이 톱니파 형태인 변조 방식을 보여주고 있다. 이 그림은 주파수-시간 도메인에서의 송신신호의 이동 타켓으로 부터 반사된 수신신호의 주파수 변화를 보여주고 있다. 여기서,

은 주파수 스윕 주기이며,

은 타켓과의 거리에 의한 수신 지연시간을 나타낸다. 여기서 타겟은 움직이지 않는 정지 타겟으로 도플러 성분이 없다고 가정하였다.1 is a schematic diagram showing a typical FMCW radar transmission and reception waveform and bit frequency in the case of a single stop target. Generally, FMCW radars transmit a frequency modulated continuous signal. Figure 1 (a) shows a modulation scheme in which the modulation shape of the FMCW radar is a sawtooth wave form. This figure shows the frequency change of the received signal reflected from the target of movement of the transmitted signal in the frequency-time domain. here,

Is the frequency sweep period,

Represents the reception delay time according to the distance from the target. It is assumed here that the target is a stationary target that does not move and there is no Doppler component.

도 1의 (b)는 송신 주파수와 수신 주파수 차이를 나타내는 비트 주파수[

]를 나타낸다. 여기서

는 주파수 스윕이 변하는 부분에서 발생하는 고주파 노이즈 성분으로 필터 등으로 제거될 수 있다. 비트 주파수는

로 표현이 된다. 여기서 c는 빛의 속도이며, B는 대역폭을 나타낸다. 즉, 비트 주파수는 거리와 대역폭에 비례하고, 주기에 반비례 한다.
(B) of FIG. 1 shows a bit frequency representing a difference between a transmission frequency and a reception frequency [

]. here

Is a high frequency noise component generated at a portion where the frequency sweep changes, and may be removed by a filter or the like. Beat frequency

It is expressed as Where c is the speed of light and B is the bandwidth. That is, the bit frequency is proportional to the distance and bandwidth and inversely proportional to the period.

도 2는 일반적인 FMCW 레이더의 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면이다. 도 2는 수신된 비트 신호를 이용하여 비트 주파수를 구하기 위해서 FFT[Fast Fourier Transform] 알고리즘을 이용한다. 이때 FFT point가 N이고, 샘플링 주파수가

라면 비트 주파수 스펙트럼을 나타낸다. 따라서 주파수 간격

는

가 된다. 따라서 탐지할 수 있는 거리 간격은

이다.2 is a diagram showing the frequency spectrum of a typical FMCW radar. 2 uses a fast fourier transform (FFT) algorithm to obtain a bit frequency using the received bit signal. The FFT point is N and the sampling frequency

If it represents the bit frequency spectrum. Thus frequency interval

The

. Therefore, the detectable distance interval

to be.

일반적으로 거리 정밀도를 향상시키는 방법은 zero-padding FFT가 있다. 하지만, zero-padding FFT의 경우 주파수 간격이 조밀해지기는 하나, FFT의 포인트가 증가하기 때문에, 한번에 처리해야될 데이터 계산량이 급격히 많아진다. 즉, 8 배 정밀도를 향상시키기 위해서는 한번에 계산해야 할 데이터 양이 8 배 증가하게 되는 것이고, 이는 결국 하드웨어 성능에 큰 부담을 주는 문제점이 있다.
In general, a method for improving distance accuracy is a zero-padding FFT. However, in the case of zero-padding FFTs, the frequency spacing becomes dense, but as the points of the FFT increase, the amount of data calculations to be processed at one time is rapidly increased. That is, in order to improve the 8 times accuracy, the amount of data to be calculated at a time is increased by 8 times, which is a problem that causes a great burden on hardware performance.

상술한 문제를 해결하고자 하는 본 발명의 과제는 단일 정지 타겟의 거리를 측정하는 경우 정밀도를 간단하고 용이한 방법 향상시키고, 시스템 성능의 부담을 줄일 수 있는 FMCW 레이더의 거리 정밀 측정장치 및 그 방법을 제공하고자 함이다.An object of the present invention to solve the above problems is to provide a simple and easy method to improve the accuracy when measuring the distance of a single stationary target, and to accurately measure the distance of the FMCW radar and the method that can reduce the burden of system performance To provide.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 제1 특징은 (a) 일정한 주기(T₀) 및 대역폭(B₀) 을 갖는 FMCW 레이더 파를 목표물로 송신하고, 반사된 파형으로부터 추출된 제1 비트 주파수를 이용하여 상기 목표물과의 타겟 기준거리(R₀)를 추출하는 단계; (b) 상기 타겟 기준거리를 바탕으로 대역폭 단위 변화량(△B) 또는 시간 단위 변화량(△T)를 계산하는 단계; (c) 상기 대역폭 단위 변화량(△B) 또는 시간 단위 변화량(△T)를 n배하여 상기 대역폭이나 주기를 변화시켜 상기 FMCW 레이더 파를 상기 목표물로 재전송하는 단계; (d) 상기 목표물에서 반사되어 수신된 상기 FMCW 레이더 파를 이용하여 제2 비트 주파수를 추출하는 단계; 및 (e) 상기 제2 비트 주파수가 상기 제1 비트 주파수와 다른 경우, 상기 제2 비트 주파수를 이용하여 상기 목표물과의 정밀거리를 산출하는 단계를 포함한다.A first feature of the present invention for solving the above problems is (a) transmitting a FMCW radar wave having a constant period (T ₀ ) and bandwidth (B ₀ ) to the target, and the first bit frequency extracted from the reflected waveform Extracting a target reference distance (R ₀ ) with the target by using; calculating a bandwidth unit change amount ΔB or a time unit change amount ΔT based on the target reference distance; (c) retransmitting the FMCW radar wave to the target by changing the bandwidth or period by n times the bandwidth unit change amount ΔB or the time unit change amount ΔT; (d) extracting a second bit frequency using the FMCW radar wave reflected and received from the target; And (e) calculating a precise distance from the target using the second bit frequency when the second bit frequency is different from the first bit frequency.

여기서, 상기 (e) 단계에서, 상기 제2 비트 주파수가 상기 제1 비트 주파수와 같은 경우, 상기 n을 n+1로 변경하여, 상기 (c) 단계 내지 상기 (e) 단계를 반복하는 것이 바람직하고, 상기 (a) 단계는, 일정한 주기(T₀) 및 대역폭(B₀) 을 갖는 FMCW 레이더 파를 목표물로 송신하는 단계; 상기 FMCW 레이더 파가 반사되어 수신된 파를 N point FFT를 수행하여 제1 비트 주파수를 추출하는 단계; 상기 제1 비트 주파수를 이용하여 상기 목표물과의 기준거리를 산출하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.Here, in the step (e), when the second bit frequency is equal to the first bit frequency, it is preferable to change the n to n + 1, repeating the steps (c) to (e). And the step (a) comprises: transmitting a FMCW radar wave having a constant period (T ₀ ) and bandwidth (B ₀ ) to a target; Extracting a first bit frequency by performing an N point FFT on the received wave after the FMCW radar wave is reflected; It is preferable to include the step of calculating a reference distance to the target using the first bit frequency.

또한, 바람직하게는 상기 (d) 단계는, 상기 목표물에서 반사되어 수신된 상기 FMCW 레이더 파를 N point FFT를 수행하는 단계; 상기 FFT를 통해 제2 비트 주파수를 추출하는 단계를 포함하는 것일 수 있다.
Also, preferably, the step (d) may include performing an N point FFT on the FMCW radar wave reflected and received from the target; And extracting a second bit frequency through the FFT.

그리고, 본 발명의 제2 특징은 FMCW 레이더의 거리 정밀 측정장치로서, FMCW 레이더 파를 발생하는 파형발생기와, 상기 FMCW 레이더 파의 송신 및 수신을 담당하는 RF front-end와, 아날로그 신호 및 디지털 신호간에 상호 신호를 전환하는 컨버터와, 일정한 주기 및 대역폭을 갖는 FMCW 레이더 파의 송신 및 수신을 통한 비트 주파수를 사용하여 타겟 거리를 산출하는 것으로, 상기 FMCW 레이더 파의 대역폭 또는 주기를 단계적으로 변화시켜, 정밀한 타겟 거리를 산출하는 디지털 신호 처리장치(DSP)를 포함한다.In addition, a second aspect of the present invention is an apparatus for precisely measuring the distance of an FMCW radar, including a waveform generator for generating an FMCW radar wave, an RF front-end responsible for transmitting and receiving the FMCW radar wave, an analog signal and a digital signal. Computing a target distance using a converter for switching the signal between each other, and the bit frequency through the transmission and reception of the FMCW radar wave having a constant period and bandwidth, by varying the bandwidth or period of the FMCW radar wave step by step, And a digital signal processor (DSP) for calculating a precise target distance.

여기서, 상기 RF front-end는, 전압 제어 발진기(VCO)와, 증폭기(AMP) 및 저역 통과 필터(LPF)를 포함하는 것이 바람직하고, 상기 디지털 신호 처리장치(DSP)는 상기 변화된 대역폭 또는 주기를 상기 파형발생기로 보내고, 상기 파형발생기에서 발생된 파형을 상기 RF front-end를 통하여 상기 타겟으로 송신한 후, 반사되어 수신된 파형의 비트 주파수를 통하여 상기 정밀한 타겟 거리를 산출하는 것이 바람직하다.Here, the RF front-end preferably includes a voltage controlled oscillator (VCO), an amplifier (AMP) and a low pass filter (LPF), and the digital signal processing device (DSP) is configured to change the changed bandwidth or period. It is preferable to transmit the waveform generated by the waveform generator, the waveform generated by the waveform generator to the target through the RF front-end, and then calculate the precise target distance through the bit frequency of the reflected and received waveform.

이와 같은 본 발명은 FMCW 레이더를 이용하여 단일 정지 타겟의 거리를 측정함에 있어서, 간단하고 용이한 방법으로 거리측정의 정밀도를 높이고, 그 측정시간이 빠를 뿐만 아니라, 계산량을 줄여 시스템 성능의 부담을 낮추는 고효율 및 고정밀 FMCW 레이더의 거리 정밀 측정장치 및 그 방법을 제공한다.As described above, the present invention measures the distance of a single stationary target by using an FMCW radar, and increases the accuracy of the distance measurement by a simple and easy method, and the measurement time is not only fast, but also the computational amount is reduced to reduce the burden of system performance. The present invention provides a precise distance measuring apparatus and method of high efficiency and high precision FMCW radar.

도 1은 단일 정지 타겟인 경우, 일반적인 FMCW 레이더 송수신 파형과 비트 주파수를 나타낸 모식도,
도 2는 일반적인 FMCW 레이더의 주파수 스펙트럼을 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 실시예로서, 대역폭을 단계적으로 변화시켜 타겟 거리를 정밀하게 측정하는 방법의 흐름도이고,
도 4는 본 발명에 따른 실시예로서, 주기를 단계적으로 변화시켜 타겟 거리를 정밀하게 측정하는 방법의 흐름도이고,
도 5는 도 2의 x축인 주파수 눈금을 주파수

중심으로 확대한 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 FMCW 레이더의 거리 정밀 측정방법을 사용하는 경우 파형의 시간변화를 나탄낸 도면이고,
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, FMCW 레이더의 거리 정밀 측정장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.1 is a schematic diagram showing a typical FMCW radar transmit and receive waveform and bit frequency in the case of a single stop target;
2 is a view showing a frequency spectrum of a typical FMCW radar,
3 is a flowchart of a method of accurately measuring a target distance by varying a bandwidth in an embodiment according to the present invention.
4 is a flowchart of a method of accurately measuring a target distance by changing a period in an embodiment according to the present invention.
5 is a frequency scale of the x-axis of FIG.

Drawing centered,
6 is a view showing the time change of the waveform when using the precise distance measuring method of the FMCW radar according to an embodiment of the present invention,
7 is a block diagram showing a configuration of an apparatus for accurately measuring distance of an FMCW radar according to another embodiment of the present invention.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 통해 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 여기에서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 단지, 본 실시예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여 제공되는 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The advantages and features of the present invention, and how to accomplish it, will be described with reference to the embodiments described in detail below with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. The embodiments are provided so that those skilled in the art can easily carry out the technical idea of the present invention to those skilled in the art.

도면들에 있어서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며 명확성을 기하기 위하여 과장된 것이다. 또한 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소를 나타낸다.In the drawings, embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown and are exaggerated for clarity. In addition, parts denoted by the same reference numerals throughout the specification represent the same components.

본 명세서에서 "및/또는"이란 표현은 전후에 나열된 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용된다. 또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 또한, 명세서에서 사용되는 "포함한다" 또는 "포함하는"으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.
The expression "and / or" is used herein to mean including at least one of the components listed before and after. In addition, the singular also includes the plural unless specifically stated otherwise in the text. Also, components, steps, operations and elements referred to in the specification as " comprises "or" comprising " refer to the presence or addition of one or more other components, steps, operations, elements, and / or devices.

이하에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

도 3 및 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 FMCW 레이더의 거리 정밀 측정방법의 흐름을 나타낸 도면이다. 도 3은 대역폭을 단계적으로 변화시켜 타겟 거리를 정밀하게 측정하는 방법의 흐름도이고, 도 4는 주기를 단계적으로 변화시켜 타겟 거리를 정밀하게 측정하는 방법의 흐름도이다.3 and 4 are views showing the flow of the method for precise distance measurement of the FMCW radar according to an embodiment of the present invention. 3 is a flowchart of a method of precisely measuring the target distance by changing the bandwidth in steps, and FIG. 4 is a flowchart of a method of accurately measuring the target distance by changing the period in steps.

즉, 본 발명에 따른 FMCW 레이더의 거리 정밀 측정방법은 (a) 일정한 주기(T₀) 및 대역폭(B₀) 을 갖는 FMCW 레이더 파를 목표물로 송신하고, 반사된 파형으로부터 추출된 제1 비트 주파수를 이용하여 상기 목표물과의 타겟 기준거리(R₀)를 추출하는 단계(S100); (b) 상기 타겟 기준거리를 바탕으로 대역폭 단위 변화량(△B) 또는 시간 단위 변화량(△T)를 계산하는 단계; (c) 상기 대역폭 단위 변화량(△B) 또는 시간 단위 변화량(△T)를 n배하여 상기 대역폭이나 주기를 변화시켜 상기 FMCW 레이더 파를 상기 목표물로 재 전송하는 단계(S230); (d) 상기 목표물에서 반사되어 수신된 상기 FMCW 레이더 파를 이용하여 제2 비트 주파수를 추출하는 단계(S250); 및 (e) 상기 제2 비트 주파수가 상기 제1 비트 주파수와 다른 경우(S260), 상기 제2 비트 주파수를 이용하여 상기 목표물과의 정밀거리를 산출하는 단계(S270)를 포함하여 구성된다.That is, the method for precisely measuring the distance of an FMCW radar according to the present invention includes (a) transmitting a FMCW radar wave having a constant period T ₀ and a bandwidth B ₀ to a target, and extracting a first bit frequency from a reflected waveform. Extracting a target reference distance (R ₀ ) from the target using the target (S100); calculating a bandwidth unit change amount ΔB or a time unit change amount ΔT based on the target reference distance; (c) retransmitting the FMCW radar wave to the target by changing the bandwidth or period by n times the bandwidth unit change amount ΔB or the time unit change amount ΔT; (d) extracting a second bit frequency using the FMCW radar wave reflected and received from the target (S250); And (e) calculating the precise distance from the target by using the second bit frequency when the second bit frequency is different from the first bit frequency (S260).

여기서, 상기 (e) 단계에서, 상기 제2 비트 주파수가 상기 제1 비트 주파수와 같은 경우, 상기 n을 n+1로 변경하여, 상기 (c) 단계 내지 상기 (e) 단계를 반복하는 것이 바람직하다.
Here, in the step (e), when the second bit frequency is equal to the first bit frequency, it is preferable to change the n to n + 1, repeating the steps (c) to (e). Do.

이하에서 본 발명에 따른 FMCW 레이더의 거리 정밀 측정방법의 원리를 상세히 설명하기로 한다. Hereinafter, the principle of the precise distance measurement method of the FMCW radar according to the present invention will be described in detail.

먼저 레이더와 거리

만큼 떨어진 위치에 움직이지 않는 타겟이 있다고 가정한다.(단일 정지 타겟) 이때 레이더의 대역폭

과 주기

이다. 이 경우 FFT를 통해 검출된 비트 주파수를

라고 가정하고, 최초로 탐지된 타겟과의 거리를 기준거리 R₀로 가정해보자. 이때 FFT에 의한 주파수 간격은

이다.
First, distance with the radar

Assume that there is a stationary target that is not moving away by a distance (single stationary target).

And cycle

to be. In this case, the bit frequency detected through the FFT

Assume that the reference distance R ₀ is the distance from the first detected target. At this time, the frequency interval by FFT is

to be.

대역폭을 변화시켜 거리 정밀도를 높이는 방법을 살펴보면, 도 5는 도 2의 x축인 주파수 눈금을 주파수

중심으로 확대한 도면이다. 이때 빠른 퓨리에 변환(Fast Fourier Transform: 이하 'FFT'라 함)에 의한 주파수 간격은

이다. Looking at the method of increasing the distance accuracy by changing the bandwidth, Figure 5 shows the frequency scale of the x-axis frequency of Figure 2

This is an enlarged view of the center. In this case, the frequency spacing due to the Fast Fourier Transform (FFT) is

to be.

여기서 만약 기준거리

의 타겟의 정확한 비트 주파수가

이라면, FFT 결과는 대표값

로 표현된다. 즉, 대표값

로 표현되는 비트 주파수 들은 도 3에서

~

이다. 물론 주파수 간격

보다 8배나 더 조밀한

간격으로 FFT를 할 수 있다면,

~

주파수 값들은 모두 정확하게 탐지할 수 있다.Where the reference distance

The exact bit frequency of the target of

If FFT result is representative

Lt; / RTI > That is, the representative value

Bit frequencies represented by

~

to be. Of course frequency interval

8 times denser than

If you can do FFT at intervals,

~

All frequency values can be detected accurately.

본 발명에서 보다 구체적으로 설명하기 위해, 기준거리

타겟의 정확한 비트 주파수

인 경우를 가정하고, 이때 FFT 결과에 따라 탐지된 주파수는 대표값

로 표현된다.To describe in more detail in the present invention, the reference distance

The exact beat frequency of the target

Is assumed, the detected frequency according to the FFT result is a representative value.

Lt; / RTI >

만약 대역폭을

로 하면 비트 주파수는 아래의 [수학식 1]로 나타낼 수 있다.
If bandwidth

In this case, the bit frequency can be expressed by Equation 1 below.

이때, 비트 주파수

가

가 되려면,

이어야 한다. 여기서

는

보다 8배가 더 조밀한 주파수 간격이다. 따라서 대역폭을

로 늘리면, 거리

타겟의 정확한 비트 주파수는

로 바뀌게 된다. 하지만 FFT 결과는 여전히 대표값

로 탐지된다.Bit frequency

end

To be

. here

The

Eight times more dense frequency spacing. So bandwidth

Increasing the distance

The exact beat frequency of the target

Will change to But the FFT results are still representative

Is detected.

다시 대역폭을

,

,...,

으로 늘리면, 실제 정확한 비트 주파수

,

, ...,

로 바뀌지만, FFT 결과는 여전히 대표값

로 비트 주파수가 추출된다.Back up bandwidth

,

, ...,

Increasing to, the actual exact beat frequency

,

, ...,

, But the FFT result is still representative

The beat frequency is extracted.

그런데, 다시 대역폭을

로 늘리게 되면, FFT를 통해 탐지된 비트 주파수가

가 아니라,

로 바뀐다. 여기서 알 수 있는 사실은 대역폭을

에서

로 바꿀 때, n값이 얼마일 때, FFT 결과에 따른 비트 주파수가

에서

로 바뀌는가를 알 수 있다면, 8배 높인 도 6의 (a)는 대역폭을

에서

간격으로 8번 늘리면서 파형을 송신하는 예를 나타낸다.
But again,

Increasing to, the bit frequency detected through the FFT

Not

Changes to The fact here is that bandwidth

in

When the value of n is small, the bit frequency according to the FFT result is

in

If it can be seen that is changed to 8 times (a) of FIG.

in

The following example shows how to transmit a waveform while increasing the interval eight times.

도 3에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 제안된 파형에서 탐지구간은 크게 두 부분으로 나누어 진행된다.As shown in FIG. 3, the detection section of the waveform proposed in the embodiment of the present invention is divided into two parts.

첫째, 일반 탐지 구간은 레이더의 대역폭을

과 주기

의 FMCW 레이더 신호를 송신하여, 수신 후 N point FFT를 통해 비트 주파수를

를 검출하고, 이때, 주파수 간격은

이다. 검출된 비트 주파수

를 통해 타겟 거리

를 탐지한다.First, the general detection interval is used to determine the radar bandwidth

And cycle

Transmits FMCW radar signal, and after receiving the bit frequency through N point FFT

Where the frequency interval is

to be. Bit Frequency Detected

Through target distance

Detect

둘째, 정밀 탐지 구간은 거리

값을 이용하여

공식을 통해

를 계산하고, 대역폭

로 바꾸면서 도 4에 나타낸 바와 같이, N번의 FMCW파형을 전송한다.Second, the precision detection interval is the distance

Using the value

Through the formula

, And bandwidth

4, N FMCW waveforms are transmitted.

수신된 신호와 똑같이 N point FFT를 한 후 비트 주파수를 추출하고, 이때 FFT 결과값이 바뀌는 n이 언제인지를 알게 됨으로써, N배 좋은 정밀도의 비트 주파수를 획득할 수 있다.
By performing N point FFT like the received signal and extracting the bit frequency, it is possible to obtain the bit frequency with N times higher precision by knowing when n changes the FFT result.

도 4는 주기를 변화시켜 거리 정밀도를 높이는 방법의 흐름을 나타낸다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 앞서 설명한 방법과 똑같은 방법으로 주기를

에서

로 바뀌는 가의 정보를 이용하여 8배 정밀해진 주파수 값을 획득할 수 있다. 도 6의 (b)에서 이를 위한 파형을 나타내었다.
4 shows a flow of a method of increasing the distance precision by changing the period. As shown in Fig. 4, the cycle is performed in the same manner as described above.

in

By using the information of whether to change to 8 times more accurate frequency value can be obtained. Figure 6 (b) shows a waveform for this.

이처럼 본 발명의 실시예에 따른 FMCW 레이더의 거리 정밀 측정방법은 FMCW의 주파수 대역폭을 조금씩 늘리거나, 혹은 주기를 조금씩 줄이면서 연속으로 N번 전송하여 N배 높은 거리 정밀도를 얻는 방법으로서, FFT 포인트 변화가 없기 때문에 계산량이 증가하지 않는 큰 장점이 있다.
As described above, the method for precisely measuring the distance of the FMCW radar according to the embodiment of the present invention is a method of obtaining N times higher distance precision by transmitting N times in succession while increasing the frequency bandwidth of the FMCW little by little, or by decreasing the period slightly. There is a big advantage that the calculation does not increase because there is no.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, FMCW 레이더의 거리 정밀 측정장치의 구성을 나타내는 블럭도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 FMCW 레이더의 거리 정밀 측정장치는, FMCW 레이더 파를 발생하는 파형발생기와, 상기 FMCW 레이더 파의 송신 및 수신을 담당하는 RF front-end와, 아날로그 신호 및 디지털 신호간에 상호 신호를 전환하는 컨버터와, 일정한 주기 및 대역폭을 갖는 FMCW 레이더 파의 송신 및 수신을 통한 비트 주파수를 사용하여 타겟 거리를 산출하는 것으로, 상기 FMCW 레이더 파의 대역폭 또는 주기를 단계적으로 변화시켜, 정밀한 타겟 거리를 산출하는 디지털 신호 처리장치(DSP)를 포함하여 구성된다.7 is a block diagram showing a configuration of an apparatus for accurately measuring distance of an FMCW radar according to another embodiment of the present invention. As shown in FIG. 5, the apparatus for precise distance measurement of an FMCW radar according to the present invention includes a waveform generator for generating an FMCW radar wave, an RF front-end responsible for transmitting and receiving the FMCW radar wave, an analog signal, A target distance is calculated by using a converter that switches signals between digital signals and bit frequencies through transmission and reception of a FMCW radar wave having a constant period and bandwidth, thereby changing the bandwidth or period of the FMCW radar wave in stages. And a digital signal processing device (DSP) for calculating a precise target distance.

도 7를 참조하면, 파형발생기(10)에 의해 파형을 생성한 후, 디지털 신호 처리장치(DAC)(1)을 제어하여 최초 변조용 신호의 진폭을 전송 대역폭 B₀가 되도록 전송한다. 상술한 바와 같이, 수신된 비트 신호는 디지털 신호 처리장치(6)의 FFT를 통해 대표 비트 주파수

가 추출된 후, 상기 대표 비트 주파수

를 통해 타겟 기준거리 R₀를 탐지한다.Referring to FIG. 7, after the waveform is generated by the waveform generator 10, the digital signal processor (DAC) 1 is controlled to transmit the amplitude of the initial modulation signal to the transmission bandwidth B ₀ . As described above, the received bit signal is represented by the representative bit frequency through the FFT of the digital signal processing apparatus 6.

After is extracted, the representative bit frequency

Detects the target reference distance R ₀ via.

만약 FFT 포인트 M에 의해 결정된 거리 정밀도 보다 N배 높은 거리 정밀도를 가지기를 원한다면, 타겟 거리가 여전히 기준거리 R₀일때 비트 주파수가

가 되도록 하는 증가 대역폭

를 디지털 신호 처리장치(6)는 계산하여 파형발생기(10)에 제공한다. 그러면 파형발생기(10)는 주기는 여전히 T₀이면서 대역폭이 B₀+△B가 되는 송신 신호를 발생시킨다.If you want to have a distance precision that is N times higher than the distance precision determined by the FFT point M, then the beat frequency is still at the target distance R ₀ .

Increase bandwidth to be

The digital signal processing device 6 calculates and provides the waveform generator 10 to the waveform generator 10. The waveform generator 10 then generates a transmit signal whose period is still T ₀ while the bandwidth is B ₀ + ΔB.

그리고, 거리 R₀로부터 수신된 비트 신호를 디지털 신호 처리장치(6)에 의해 M 포인트 FFT를 수행한 경우, 비트 주파수는 여전히

일 수도 있다. 만약, 여전히

라면, 다시 디지털 신호 처리장치(6)는 이를 파형발생기(10)에 알려 대역폭을 △B 만큼 더 증가시키게 된다. 반대로 만약 탐지된 비트 주파수가 상기

와 다른

라면 대역폭 증가 △B를 몇번 증가 했는지 확인한 후, 그 정보를 이용하여 N배 조밀한 거리 값을 탐지할 수 있게 된다.And, if the bit signal received from the distance R ₀ is performed by the digital signal processor 6 with an M point FFT, the bit frequency is still

Lt; / RTI > If, still

If so, the digital signal processor 6 informs the waveform generator 10 to increase the bandwidth further by ΔB. Conversely if the detected beat frequency

And other

In this case, after checking how many times the bandwidth increase ΔB has been increased, the information can be used to detect an N times dense distance value.

즉, 상술한 바와 같이 대역폭 또는 주기를 단계적으로 변화시켜 추출된 비트 주파수가 처음 추출한 비트 주파수 값과 다른 경우, 상기 달라진 비트 주파수 값을 바탕으로 타겟 거리를 산출하게 되면 상기 변화시킨 배수만큼 정밀한 타겟 거리를 산출할 수 있는 FMCW 레이더의 거리 정밀 측정장치를 제공할 수 있게 된다. 여기서, 주기를 변화시키는 경우도 동일하나, 대역폭은 △B 만큼 증가시켰다면, 주기는 △T 만큼 감소시키며 비트 주파수 변화를 확인하여야 한다는 점에서 차이가 있다.
That is, when the bit frequency extracted by changing the bandwidth or period stepwise as described above is different from the first extracted bit frequency value, if the target distance is calculated based on the changed bit frequency value, the target distance is as accurate as the changed multiple. It is possible to provide a distance precision measuring device of the FMCW radar to calculate the. Here, the case of changing the period is the same, but if the bandwidth is increased by ΔB, the difference is that the period is decreased by ΔT and the change of the bit frequency should be confirmed.

이하, 본 발명에 따른 FMCW 레이더의 거리 정밀 측정장치 및 그 방법을 사용하여 나타나는 그 실험예를 설명하기로 한다.Hereinafter, an experimental example of the FMCW radar according to the present invention will be described using the apparatus for precise distance measurement and method thereof.

이하의 실험예는 타겟 거리는 1m, 신호주기 T0는 1ms, 대역폭 B0는 200MHz이고, 아날로그 디지털 컨버터(ADC) 샘플링 주파수 fs를 1MHz이고, FFT 포인트는 1024로 하였다.
In the following experimental example, the target distance was 1 m, the signal period T0 was 1 ms, the bandwidth B0 was 200 MHz, the analog-to-digital converter (ADC) sampling frequency fs was 1 MHz, and the FFT point was 1024.

(1) 타겟과의 거리가 1m인 경우(1) When the distance to the target is 1m

■ 이 경우 정확한 거리 1m에 해당하는 비트 주파수는 1.333kHz이다.■ In this case, the bit frequency corresponding to 1m accurate distance is 1.333kHz.

■ 하지만 FFT를 통해 탐지되는 비트 주파수 간격 Δf은 976.5625Hz이며 (Δf = fs/1024), 거리 간격 ΔR은 0.7324m이다 (ΔR = (c·Δf·T₀)/(2·B₀)) However, the bit frequency interval Δf detected through the FFT is 976.5625 Hz (Δf = fs / 1024), and the distance interval ΔR is 0.7324 m (ΔR = (c · Δf · T ₀ ) / (2 · B ₀ )).

■ 따라서 타겟의 비트주파수 f_b0는 976.5625Hz이며 기준거리 R₀는 0.7324m로 탐지된다. 왜냐면 1.4648m 보다는 0.7324m가 1m에 가깝기 때문이다. 따라서 이 경우 거리 오차는 0.2676m이다
Therefore, the bit frequency f _b0 of the target is 976.5625 Hz and the reference distance R ₀ is detected as 0.7324m. This is because 0.7324m is closer to 1m than 1.4648m. So in this case the distance error is 0.2676m

(2) 정밀도 10배 향상시킬 경우 (종래의 일반적인 방법)(2) When the accuracy is improved 10 times (conventional general method)

■ 만약 거리 정밀도를 10배 높이기 위해서는 FFT point를 10240만큼 높이면 된다.If you want to increase the distance precision by 10 times, increase the FFT point by 10240.

■ 이 경우 FFT를 통해 탐지되는 비트 주파수 간격 Δf은 97.6562Hz이며, 거리 간격 ΔR은 0.0732m이 된다.In this case, the bit frequency interval Δf detected by the FFT is 97.6562Hz, and the distance interval ΔR is 0.0732m.

■ 하지만 이를 경우 FFT 포인트가 10240이므로 계산량이 너무 많게 된다.
In this case, however, the FFT point is 10240, which leads to too much computation.

(3) 정밀도 10배 향상시킬 경우 (본 발명)(3) When the accuracy is improved 10 times (invention)

■ 상기 (1)에 탐지된 타겟과의 기준거리가 R₀(0.7324m)일 때, 이 거리에 해당하는 비트 주파수 f_b0 976.5625Hz보다 97.6562Hz 만큼 더 높은 비트 주파수를 얻기 위해서는 대역폭을 ΔB 만큼 더 높이면 된다. 이를 구해보면 20MHz가 된다. (ΔB = (c·Δf·T₀)/(2·R₀)) When the reference distance to the target detected in (1) is R ₀ (0.7324m), the bandwidth is increased by ΔB to obtain a bit frequency that is 97.6562 Hz higher than the bit frequency f _b0 976.5625 Hz corresponding to this distance. You can increase it. This is 20MHz. (ΔB = (c ΔfT ₀ ) / (2R ₀ ))

■ 이때 수신된 비트 신호를 1024 point FFT로 비트 주파수를 추출하다 본 후, 비트 주파수 값이 여전히 976.5625Hz이면 또다시 대역폭을 ΔB·2 만큼 높인 후 다시 전송한다. ■ At this time, after extracting the bit frequency with 1024 point FFT, if the bit frequency value is still 976.5625Hz, increase the bandwidth by ΔB · 2 and transmit again.

■ 이렇게 대역폭을 ΔB배의 정수배로 증가시키면서, 1024 point FFT로 비트 주파수를 추출하다 보면, 거리 R₀에 해당하는 타겟의 비트 주파수가 976.5625Hz에서 1.9531kHz로 그 값이 바뀌는 경우가 발생을 한다.If we extract the bit frequency by 1024 point FFT while increasing the bandwidth to an integer multiple of ΔB times, the bit frequency of the target corresponding to the distance R ₀ changes from 976.5625 Hz to 1.9531 kHz.

■ 이때 대역폭은 B₀에 ΔB를 몇 배만큼 더한 경우인지를 확인하면 거리 값은 1.0254m로 탐지될 수 있다. ■ At this time, if the bandwidth is determined by adding ΔB to B ₀ , the distance value can be detected as 1.0254m.

■ 따라서 거리 오차가 0.2676m에서 0.0254m로 약 10배 향상됨을 확인할 수 있다.
■ Therefore, the distance error is about 10 times improved from 0.2676m to 0.0254m.

이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능 하다는 것을 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.While the invention has been shown and described with respect to the specific embodiments thereof, it will be understood by those skilled in the art that various changes and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Anyone with it will know easily.

Claims

(a) Sending a FMCW radar wave having a constant period T ₀ and bandwidth B ₀ to the target, and using the first bit frequency extracted from the reflected waveform, the target reference distance R ₀ to the target. Extracting;
calculating a bandwidth unit change amount ΔB or a time unit change amount ΔT based on the target reference distance;
(c) retransmitting the FMCW radar wave to the target by changing the bandwidth or period by n times the bandwidth unit change amount ΔB or the time unit change amount ΔT;
(d) extracting a second bit frequency using the FMCW radar wave reflected and received from the target; And
(e) calculating the precise distance to the target using the second bit frequency when the second bit frequency is different from the first bit frequency. .

The method of claim 1,
In the step (e)
If the second bit frequency is the same as the first bit frequency, changing the n to n + 1, repeating the steps (c) to (e) characterized in that the FMCW radar precision measurement method .

The method of claim 2,
The step (a)
Transmitting a FMCW radar wave having a constant period T ₀ and bandwidth B ₀ to a target;
Extracting a first bit frequency by performing an N point FFT on the received wave after the FMCW radar wave is reflected;
Comprising the step of calculating the reference distance with the target using the first beat frequency, FMCW radar precision measurement method characterized in that it comprises.

The method of claim 2,
The step (d)
Performing an N point FFT on the FMCW radar wave reflected and received from the target;
And extracting a second bit frequency through the FFT.

A waveform generator for generating FMCW radar waves,
RF front-end responsible for transmitting and receiving the FMCW radar wave,
A converter for switching signals between analog and digital signals;
The apparatus of claim 1, further comprising a digital signal processor (DSP) for calculating a precise target distance using bit frequencies through transmission and reception of the FMCW radar wave.

The method of claim 5,
The RF front-end,
An apparatus for precise distance measurement of an FMCW radar, comprising a voltage controlled oscillator (VCO), an amplifier (AMP), and a low pass filter (LPF).

The method according to claim 5 or 6,
The digital signal processor (DSP) sends the changed bandwidth or period to the waveform generator, transmits the waveform generated by the waveform generator to the target through the RF front-end, and then reflects the bits of the received waveform. The precise distance measurement device of the FMCW radar, characterized in that for calculating the precise target distance through the frequency.