KR101289315B1 - 넓은 고도 범위와 낮은 측정 오차를 갖는 fmcw 전파고도계 및 그의 고도 측정방법 - Google Patents

넓은 고도 범위와 낮은 측정 오차를 갖는 fmcw 전파고도계 및 그의 고도 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 본 발명의 목적은 FMCW 신호의 변조 대역폭 및 변조 주기를 변화시키지 않고도 측정 고도에 비례하여 변하는 비트 주파수를 고도에 관계없이 고정시킬 수 있는 FMCW 전파고도계 및 및 그의 고도 측정방법에 관한 것으로, 송수신용의 안테나부; FMCW신호를 오프셋 주파수만큼 편이시켜 안테나부를 통해 송신하고, 지형에서 반사되어 안테나부를 통해 수신된 수신신호와 혼합하여 각 변조주기마다 중간 주파수를 추출하는 송수신부; 및 상기 추출된 1/2변조주기의 두 중간 주파수신호를 연산하여 비트 주파수 및 도플러주파수를 추출하고, 상기 추출된 비트 주파수를 처리하여 지형의 고도를 연산한 후 연산된 고도를 따라 상기 오프셋 주파수를 가변하는 제어 연산부;를 포함하여 구성된다.

Description

넓은 고도 범위와 낮은 측정 오차를 갖는 FMCW 전파고도계 및 그의 고도 측정방법{MCW RADIO ALTIMETER HAVING WIDE ALTITUDE RANGE AND LOW MEASUREMENT ERROR AND ALTITUDE MEASURING METHOD THEREOF}
본 발명은 레이더 분야에 관한 것으로, 특히 주파수 변조된 연속파형(FMCW, Frequency Modulated Continuous Wave)을 이용하여 지형의 고도를 측정하는 FMCW 전파고도계 및 그의 고도 측정방법에 관한 것이다.
일반적으로 FMCW 전파고도계는 주파수 변조된 연속파형(FMCW, Frequency Modulated Continuous Wave)의 마이크로파 및 밀리미터파를 이용하여 지형의 고도를 측정하는 장치이다.
도 1은 종래 기술에 따른 FMCW 전파고도계의 송수신 파형도이다.
도 1에 도시된 바와같이, FMCW 전파고도계는 주파수 변조하여 지형으로 송신한 송신신호의 주파수(
Figure 112013019164267-pat00001
)와 반사되어 되돌아온 수신신호의 주파수 (
Figure 112013019164267-pat00002
)의 차 주파수 (
Figure 112013019164267-pat00003
)인 중간주파수
Figure 112013019164267-pat00004
(Hz)를 추출하여 지형의 고도(H)를 측정한다. 이때, 지형과의 고도(H) 정보는
Figure 112013019164267-pat00005
(Hz)를 통해 다음의 식 (1)과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013019164267-pat00006
....................식(1)
여기서,
Figure 112013019164267-pat00007
(Hz)은 변조 주파수이고,
Figure 112013019164267-pat00008
(Hz)는 주파수 변조 대역폭, C는 자유 공간상의 전파 속도(m/s)이다. 즉,
Figure 112013019164267-pat00009
과
Figure 112013019164267-pat00010
는 미리 설정된 값이므로 비트 주파수
Figure 112013019164267-pat00011
(Hz)를 검출하면 지형의 고도(H)를 구할 수 있다. 이때 고도(H)에 비례해서 나타나는 비트 주파수(
Figure 112013019164267-pat00012
)를 일정하게 유지시키는 폐 루프를 구성하고 이때의 시간에 따른 송신신호의 주파수 변화율을 측정하여도 고도를 알 수 있는데, 이 방식을 사용하는 경우는 수신단의 대역폭을 좁게 제한할 수 있어 신호대잡음비(SNR)를 상당히 높일 수 있다.
도 2a는 종래 기술에 따른 FMCW 전파고도계의 변조 주파수 가변 송신 파형도이고, 도 2b는 종래 기술에 따른 FMCW 전파고도계의 변조 대역폭 가변 송신 파형도이다. 특히 도 2a와 도 2b는 종래 기술에 따른 변조 주파수(
Figure 112013019164267-pat00013
) 또는 변조 대역폭(
Figure 112013019164267-pat00014
)을 가변하여 비트 주파수(
Figure 112013019164267-pat00015
)를 일정하게 유지시키는 방법이다.
상기 식(1)에 나타나 있듯이, 고 고도에서는 변조 주파수(
Figure 112013019164267-pat00016
)와 변조 대역폭(
Figure 112013019164267-pat00017
)을 줄이고, 저 고도에서는 변조 주파수(
Figure 112013019164267-pat00018
) 또는 변조 대역폭(
Figure 112013019164267-pat00019
)을 증가시켜 비트 주파수(
Figure 112013019164267-pat00020
)를 일정하게 할 수 있다. 하지만, 상기 변조 대역폭(
Figure 112013019164267-pat00021
)은 고도 분해능과 비례하여 줄일 경우 고도 분해능이 저하되며, 상기 변조 주파수(
Figure 112013019164267-pat00022
)를 늘릴 경우에는 변조 주기(
Figure 112013019164267-pat00023
)가 짧아지므로 비트 주파수()를 신호처리하기 위한 시간이 줄어들다.
따라서 종래의 변조 주파수와 변조 대역폭을 가변하는 기술은 제어 및 신호처리가 복잡하며 측정오차가 커지는 문제점이 있다. 특히, 측정하고자 하는 고도범위가 넓을 경우에는 고도에 따른 비트 주파수의 범위가 넓기 때문에, 실질적으로 변조 주파수와 변조 대역폭을 모두 가변해도 비트 주파수를 일정하게 유지할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 종래의 기술은 전파고도계의 움직임에 따라 발생하는 도플러 주파수의 보상 기능이 없어 이로 인해 고도 측정오차가 더욱 커지며 재밍(Jamming)에 대한 대응 능력이 없는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 FMCW 신호의 변조 대역폭 및 변조 주기를 변화시키지 않고도 측정 고도에 비례하여 변하는 비트 주파수를 고도에 관계없이 고정시킬 수 있는 FMCW 전파고도계 및 및 그의 고도 측정방법을 제공하는데 있다.
상기와같은 목적을 달성하기 위하여본 발명의 실시예에 따른 FMCW 전파고도계는, 송수신용의 안테나부; FMCW신호를 오프셋 주파수만큼 편이시켜 안테나부를 통해 송신하고, 지형에서 반사되어 안테나부를 통해 수신된 수신신호와 혼합하여 각 변조주기마다 중간 주파수를 추출하는 송수신부; 및 상기 추출된 1/2변조주기의 두 중간 주파수신호를 연산하여 비트 주파수 및 도플러주파수를 추출하고, 상기 추출된 비트 주파수를 처리하여 지형의 고도를 연산한 후 연산된 고도를 따라 상기 오프셋 주파수를 가변하는 제어 연산부;를 포함한다.
상기 수신신호는 지형의 고도에 해당하는 시간 지연과 지형과의 상대속도에 해당하는 도플러 주파수를 포함한다.
상기 송수신부는 제어 연산부의 제어신호에 따라 설정된 가변 오프셋 주파수만큼 주파수를 편이시키는 오프셋 주파수 발생기; 상기 FMCW신호를 생성하는 RF 신호 발생기; 상기 오프셋 주파수 발생기의 출력신호와 상기 RF신호 발생기의 출력신호를 혼합하여 상향 주파수 변환시키는 I/Q변조기; 상기 I/Q변조에서 상향 변환된 신호를 안테나로 출력하고, 상기 안테나부로부터 지형에서 반사된 신호를 수신하는 송수신 분리기; 및 상기 RF신호 발생기에서 출력된 FMCW신호와 상기 송수신 분리기를 통해 수신된 신호를 혼합하여 중간 주파수신호를 생성하는 주파수 혼합기;를 포함한다.
상기 제어 연산부는 주파수 혼합기의 출력신호를 증폭 및 필터링하여 잡음을 제거하고 신호처리가 가능한 레벨로 만드는 중간 주파수부; 상기 중간 주파수부의 출력을 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기; 상기 디지털 변환된 중간주파수신호를 고속 푸리에 변환하여 중간 주파수를 추출하는 푸리에 변환기; 및 상기 변환된 중간주파수중에서 1/2변조주기의 두 중간 주파수신호를 연산하여 비트 주파수 및 도플러주파수를 추출하여, 상기 비트 주파수로부터 지형의 고도를 연산하여 상기 오프셋 주파수 발생기를 제어하는 디에스피(DSP)를 포함한다.
상기 오프셋 주파수 발생기 및 I/Q 변조기는 직접디지털합성기를 사용하여 이미지 신호를 억제한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여본 발명의 실시예에 따른 FMCW 전파고도계의 고도측정 방법은, FMCW 신호를 오프셋 주파수만큼 편이시켜 전송하는 단계; 상기 송신신호가 지형에서 반사되어 되돌아오는 신호를 수신하는 단계; 상기 FMCW신호와 수신신호를 혼합하여 중간 주파수를 추출하는 단계; 상기 추출된 1/2변조주기의 두 중간 주파수신호를 연산하여 비트 주파수 및 도플러주파수를 추출하는 단계; 및 상기 추출된 비트 주파수를 처리하여 지형의 고도를 연산하여 상기 연산된 고도를 따라 상기 오프셋 주파수를 가변하는 단계;를 포함한다.
상기 추출된 도플러 주파수에 의한 고도 오차를 보상하는 단계;를 더 포함한다.
상기 수신신호에 전파 재밍(Jamming)이 발생한 경우 상기 오프셋 주파수를 제어하여 송신 주파수를 호핑하는 단계;를 더 포함한다.
본 발명은 오프셋 주파수 발생기에서 출력되는 오프셋 주파수를 제어하여, 고도에 따라 가변하는 비트 주파수를 고도에 무관하게 일정하게 유지함으로써 저 고도부터 고 고도의 넓은 고도범위를 낮은 측정오차로 한 번에 탐색하고 추적하여 고도를 판별할 수 있으며 주파수 호핑 또한 가능하여 재밍에 대응할 수 있는 효과가 있다. 또한 본 발명은 도플러 주파수에 의한 비트 주파수의 측정오차를 신호처리방법을 통해 제거함으로써 고도 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 FMCW 전파고도계의 송수신 파형도.
도 2a는 종래 기술에 따른 FMCW 전파고도계의 변조 주파수 가변 송신 파형도.
도 2b는 종래 기술에 따른 FMCW 전파고도계의 변조 대역폭 가변 송신 파형도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 FMCW 전파고도계의 구성도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 FMCW 전파고도계의 세부 블록도.
도 5a는 본 발명의 일 실시 예에 따른 FMCW 전파고도계의 송수신 파형도(도플러 효과가 포함되지 않은 경우).
도 5b는 도플러 효과가 포함된 본 발명의 일 실시 예에 따른 FMCW 전파고도계의 송수신 파형도(도플러 효과가 포함된 경우).
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 FMCW 전파고도계의 고도측정 방법을 나타낸 순서도.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세히 설명한다.
본 발명은 FMCW 신호의 변조 대역폭(
Figure 112013019164267-pat00025
)과 변조주기(
Figure 112013019164267-pat00026
)를 변화시키지 않고도 측정 고도에 비례하여 변하는 비트주파수를 고도에 관계없이 일정하게 유지할 수 있는 FMCW 전파고도계 및 그 방법을 제안한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 FMCW 전파고도계의 구성도이다.
도 3에 도시된 바와같이, 본 발명에 다른 FMCW 전파고도계(100)는 안테나부(300)와; 주파수 변조된 연속파형의 송신신호를 오프셋 주파수만큼 주파수 편이시켜 안테나부(300)를 통해 송신하고, 지형에서 반사되어 안테나부(300)를 통해 수신된 수신신호를 혼합하여 비트주파수를 추출하는 송수신부(200)와; 오프셋 주파수를 거리에 따라 가변하는 제어신호를 송수신부(200)에 전송하고 송수신부(200)의 출력신호를 신호처리를 통해 비트 주파수 및 도플러 주파수로 분석하는 제어 연산부(400)와, 제어 연산부(400)에서 계산된 지형의 고도 및 상대속도를 출력하고 상기 제어신호의 설정값을 입력하는 인터페이스부(500)를 포함하여 구성된다.
상기 송수신부(200)는 송신신호 및 수신신호를 안테나부(300)를 통해 송수신한다. 상기 제어 연산부(400)는 오프셋 주파수를 가변하기 위한 제어 신호를 송수신부(300)로 전송하고, 상기 안테나부(200)를 통해 송수신부(200)를 통과하여 생성된 비트 주파수 신호를 신호처리하여 지형의 고도 및 상대속도를 연산한다. 상기 인터페이스부(500)는 제어 연산부(400)의 출력인 지형의 고도 및 상대속도를 출력하고, 운용자로부터 가변 오프셋 주파수 및 재밍 기능 등을 입력받는다.
도 4는 도 3의 FMCW 전파고도계의 세부 블록도이다.
도 4에 도시된 바와같이, 상기 송수신부(200)는 제어 연산부(400)의 제어신호에 따라 설정된 가변 오프셋 주파수(
Figure 112013019164267-pat00027
)만큼 주파수를 편이시키는 오프셋 주파수 발생기(210)와, FMCW신호를 생성하는 RF 신호 발생기(240)와, 상기 오프셋 주파수 발생기(210)의 출력신호와 상기 RF 신호 발생기(240)의 출력신호를 혼합하여 상향 주파수 변환시키는 I/Q 변조기(220), 상기 안테나부(300)로부터 송신 및 수신되는 신호를 분리하는 송수신 분리기(230)와, 상기 RF신호 발생기(240)의 출력신호와 상기 안테나(300)로부터 수신된 신호(지형에서 반사된 신호)를 혼합하여 비트 주파수를 생성하는 주파수 혼합기(250)로 구성된다.
상기 I/Q 변조기(220)는 두 개의 오프셋 주파수 혼합기(221)와 90˚ 위상변환기(222) 및 I/Q 결합기(223)로 구성되어, FMCW 전파고도계의 송신신호를 가변 오프셋 주파수만큼 더하는 역할을 수행한다.
상기 RF신호발생기(240)는 기준클럭신호 발생기(241)와 직접디지털합성기 (242)를 포함해 구성된다.
상기 제어 연산부(400)는 운용자의 입력에 따라 상기 송신신호에 더해지는 오프셋 주파수를 가변하기 위한 제어 신호를 송수신부(300)로 전송하고, 지형에서 반사되어 안테나부(200) 및 송수신부(200)를 통해 수신된 신호로부터 생성된 비트 주파수 신호를 신호처리하여 지형의 고도 및 상대속도를 연산한 후 사용자 입력에 따라 오프셋 주파수의 가변동작, 도플러주파수 억제동작 및 재밍적제동작을 수행하는 역할을 수행한다.
또한, 상기 제어 연산부(400)는 중간 주파수부(410), A/D 변환기(420), 푸리에 변환기(FFT, Fast Fourier Transform)(430) 및 디에스피(DSP, Digital Signal Processing)(440)로 구성된다.
이와같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 FMCW 전파고도계의 동작을 첨부된 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 4에 도시된 바와같이, 오프셋 주파수 발생기(210)의 디지털/아날로그변환기(211)은 제어 연산부(400)의 제어신호(
Figure 112013019164267-pat00028
)에 의해 설정된 가변 오프셋 주파수(
Figure 112013019164267-pat00029
)만큼 주파수를 편이시켜 I/Q신호를 생성한다. 그리고, RF 신호발생기(240)는 기준클럭신호 발생기(241)와 직접디지털합성기(242)를 이용하여 주파수 변조된 연속파형신호, 즉 FMCW 신호인
Figure 112013019164267-pat00030
신호를 생성한다.
상기 I/Q 변조기(220)는 오프셋 주파수 발생기(210) 출력인
Figure 112013019164267-pat00031
와 RF신호발생기(240) 출력인
Figure 112013019164267-pat00032
를 혼합하여 상향 주파수 변환된
Figure 112013019164267-pat00033
를 출력한다. 상기 I/Q 변조기(220)의 출력신호(
Figure 112013019164267-pat00034
)는 송수신분리기(230)를 통해 안테나부(300)로 송신된다. 즉, I/Q 변조기(220)는 FMCW신호에 가변 오프셋 주파수를 더하여 전송한다.
상기 전송된 신호(출력신호(
Figure 112013019164267-pat00035
)는 지형에서 반사되어 다시 수신된다. 지형에 반사되어 되돌아온 수신신호는 안테나부(300)와 송수신분리기(230)를 통해 주파수 혼합기(250)로 입력된다. 여기서, 상기 안테나부(300)는 단일 안테나를 사용하지 않고 송신 안테나 및 수신 안테나를 각각 사용해도 된다.
상기 주파수 혼합기(250)는 RF 신호발생기(240)의 출력(
Figure 112013019164267-pat00036
)과 지형에 반사되어 되돌아온 신호를 혼합하여 중간주파수 신호
Figure 112013019164267-pat00037
(Hz)를 생성한다. 이때, 상기 중간주파수 신호
Figure 112013019164267-pat00038
(Hz)는 지형의 고도에 해당하는 시간 지연
Figure 112013019164267-pat00039
(sec)과 지형과의 상대속도에 해당하는 도플러 주파수를 포함한다.
상기 제어 연산부(400)는 주파수 혼합기(250)의 출력신호(
Figure 112013019164267-pat00040
)로부터 지형의 고도(H)와 상대속도를 추출한다. 즉, 제어 연산부(400)의 중간 주파수부(410)는 주파수 혼합기(250)의 출력신호(
Figure 112013019164267-pat00041
)를 증폭 및 필터링하여 잡음을 제거하고 신호처리가 가능한 레벨로 만들고, A/D 변환기(420)는 잡음이 제거된 중간주파수신호(
Figure 112013019164267-pat00042
)를 디지털 신호로 변환한다. 또한, FFT(430)는 디지털 변환된 중간주파수신호(
Figure 112013019164267-pat00043
)를 고속 푸리에 변환하여 해당 신호의 주파수를 추출하고, DSP(440)는 1/2변조주기(
Figure 112013019164267-pat00044
)에서 추출된 중간주파수(
Figure 112013019164267-pat00045
)를 더하여 비트 주파수 및 도플러 주파수를 연산한 후 상기 비트주파수로부터 지형의 고도를 연산하여 상기 오프셋 주파수 발생기(210)를 제어하는 기능을 수행한다.
이와같이, 본 발명은 FMCW 전파고도계의 송신신호를 가변 오프셋 주파수만큼 더하여 송신하고 비트 주파수가 가변 오프셋 주파수를 포함하도록 함으로써, 종래 기술과 같이 FMCW 신호의 변조 대역폭(
Figure 112013019164267-pat00046
)과 변조주기(
Figure 112013019164267-pat00047
)를 변화시키지 않고도 측정 고도에 비례하여 변하는 비트주파수를 고도에 관계없이 고정시킬 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시 예에 따른 FMCW 전파고도계의 송수신 파형도이다. 이때 도 5a는 도플러효과가 포함되지 않은 파형도이고, 도 5b는 도플러 효과가 포함된 파형도이다.
지형에서 반사되어 수신된 신호에 지형과의 상대속도가 있는 경우, 즉 도플러 효과를 포함하는 경우 도 5b에 도시된 바와같이, 각각 1/2변조주기(
Figure 112013019164267-pat00048
)에서 추출된 IF 신호(
Figure 112013019164267-pat00049
)는 다음 식(2)와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112013019164267-pat00050
.........................식(2)
상기 식(2)에서 비트 주파수(
Figure 112013019164267-pat00051
)는 식(1)와 같이 나타낼 수 있으며,
Figure 112013019164267-pat00052
로 표현된다. 여기서,
Figure 112013019164267-pat00053
은 지형의 상대속도이고
Figure 112013019164267-pat00054
는 송수신 신호의 파장이다. 따라서, 1/2변조주기(
Figure 112013019164267-pat00055
)에서 추출된 중간주파수(
Figure 112013019164267-pat00056
)와 나머지 1/2변조주기(
Figure 112013019164267-pat00057
)에서 추출된 중간주파수(
Figure 112013019164267-pat00058
)를 더하거나 뺀 후 1/2로 나누면 비트 주파수(
Figure 112013019164267-pat00059
) 또는 도플러 주파수(
Figure 112013019164267-pat00060
)를 얻을 수 있다.
상기 비트 주파수(
Figure 112013019164267-pat00061
)는 고도에 비례하나 오프셋 주파수(
Figure 112013019164267-pat00062
)를 고도에 따라 가변하면 결과적으로 비트 주파수(
Figure 112013019164267-pat00063
)를 일정하게 일정하게 유지할 수 있게 되기 때문에 신호대잡음비(SNR)를 높일 수 있다. 또한, 송신 주파수 노출에 의해 전파 재밍(Jamming)이 발생한 경우, 오프셋 주파수(
Figure 112013019164267-pat00064
)를 제어하여 송신 주파수를 호핑(hopping)함으로써 재밍에 대응할 수 있다.
한편, 알고 있는 오프셋 주파수(
Figure 112013019164267-pat00065
)를 배제하더라도 도플러 주파수(
Figure 112013019164267-pat00066
)에 의해
Figure 112013019164267-pat00067
이므로, 중간주파수신호(
Figure 112013019164267-pat00068
)로부터 직접 고도연산을 수행하면 고도 오차가 유발될 수 있다. 상기 고도 오차는 하나의 변조주기(
Figure 112013019164267-pat00069
)에서 중간주파수신호(
Figure 112013019164267-pat00070
)의
Figure 112013019164267-pat00071
과
Figure 112013019164267-pat00072
주파수를 각각 추출한 후 더하여 연산함으로써 제거할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 FMCW 전파고도계의 고도측정 방법을 나타낸 순서도이다.
도 6에 도시된 바와같이, 본 발명은 먼저 FMCW 신호를 오프셋 주파수(
Figure 112013019164267-pat00073
)만큼 편이시켜 상향 주파수 변환된 송신신호(
Figure 112013019164267-pat00074
)를 전송한다(S10). 이후 상기 송신신호가 지형(표적)에서 반사된 신호를 수신하고, 수신된 신호를 FMCW 신호와 혼합하여 변조주기(
Figure 112013019164267-pat00075
)내에서 중간주파수신호를 추출한다(S11, S12).
즉, 1/2변조주기(
Figure 112013019164267-pat00076
)에서 중간주파수(
Figure 112013019164267-pat00077
)를 추출하고, 나머지 1/2변조주기(
Figure 112013019164267-pat00078
)에서 중간주파수(
Figure 112013019164267-pat00079
)를 추출하여, 상기 추출된 두 중간주파수를 더하거나 뺀 후 1/2로 나누어 비트 주파수(
Figure 112013019164267-pat00080
) 또는 도플러 주파수(
Figure 112013019164267-pat00081
)를 구한다(S13).
따라서, 상기 연산된 비트 주파수로부터 지형의 고도를 계산하여, 상기 계산된 고도에 따라 상기 FMCW 신호를 편이시키는 오프셋 주파수(
Figure 112013019164267-pat00082
)를 조절하고(S14), 추가로 고도 오차 및 도플러 주파수를 보상한다(S15).
상술한 바와같이 본 발명에 따른 FMCW 전파고도계는 FMCW 전파고도계의 송신신호를 가변 오프셋 주파수만큼 더하여 송신하고 비트주파수가 가변 오프셋 주파수를 포함하도록 함으로써, 종래 기술처럼 FMCW 신호의 변조 대역폭(
Figure 112013019164267-pat00083
)과 변조주기(
Figure 112013019164267-pat00084
)를 변화시키지 않고도 측정 고도에 비례하여 변하는 비트주파수를 고도에 관계없이 일정하게 유지시킬 수 있다. 따라서 상기 비트 주파수를 감지하기 위한 변조 대역폭을 줄일 수 있어, 종래의 거리 분해능 저하 및 변조주기가 짧아져 생기는 신호처리 시간 제약과 같은 문제점 없이 수신단의 대역폭을 좁게 제한하여 신호대잡음비(SNR)를 높일 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 FMCW 전파고도계는 오프셋 주파수 발생기에서 출력되는 오프셋 주파수를 제어하여, 고도에 따라 가변하는 비트 주파수를 고도에 무관하게 일정하게 유지함으로써 저고도부터 고고도의 넓은 고도범위를 낮은 측정오차로 한 번에 탐색하고 추적하여 고도를 판별할 수 있으며 주파수 호핑 또한 가능하여 재밍에 대응할 수 있다. 또한 도플러 주파수에 의한 비트 주파수의 측정오차를 신호처리방법을 통해 제거함으로써 고도 측정의 정확도를 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 설명된 넓은 고도 범위와 낮은 측정 오차를 갖는 FMCW 전파고도계 및 그의 고도 측정방법은 상기 설명된 실시예들의 구성과 방법이 한정되게 적용될 수 있는 것이 아니라, 상기 실시예들은 다양한 변형이 이루어질 수 있도록 각 실시예들의 전부 또는 일부가 선택적으로 조합되어 구성될 수도 있다.
100 : FMCW 전파고도계 200 : 송수신부
300 : 안테나부 400 : 제어 연산부
500 : 인터페이스부 210 : 오프셋 주파수 발생기
211 : 디지털 아날로그 변환기 220 : I/Q 변조기
221 : 오프셋 주파수 혼합기 222 : 90˚ 위상변환기
223 : I/Q 결합기 230 : 송, 수신 분리기
240 : RF 신호발생기 241 : 기준클럭신호 발생기
242 : 직접디지털합성기 250 : 주파수 혼합기
410 : 중간 주파수부 420 : A/D 변환기
430 : 푸리에 변환기(FFT) 440 : DSP

Claims (8)

  1. 송수신용의 안테나부;
    FMCW신호를 오프셋 주파수만큼 편이시켜 안테나부를 통해 송신하고, 지형에서 반사되어 안테나부를 통해 수신된 수신신호와 혼합하여 각 변조주기마다 중간 주파수를 추출하는 송수신부; 및
    상기 추출된 1/2변조주기의 두 중간 주파수신호를 연산하여 비트 주파수 및 도플러주파수를 추출하고, 상기 추출된 비트 주파수를 처리하여 지형의 고도를 연산한 후 연산된 고도를 따라 상기 오프셋 주파수를 가변하는 제어 연산부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 FMCW 전파고도계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어 연산부는
    고도에 따라 가변하는 비트 주파수를 고도에 관계없이 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 FMCW 전파고도계.
  3. 제1항에 있어서, 상기 송수신부는
    제어 연산부의 제어신호에 따라 설정된 가변 오프셋 주파수만큼 주파수를 편이시키는 오프셋 주파수 발생기;
    상기 FMCW신호를 생성하는 RF 신호 발생기;
    상기 오프셋 주파수 발생기의 출력신호와 상기 RF신호 발생기의 출력신호를 혼합하여 상향 주파수 변환시키는 I/Q변조기;
    상기 I/Q변조에서 상향 변환된 신호를 안테나로 출력하고, 상기 안테나부로부터 지형에서 반사된 신호를 수신하는 송수신 분리기; 및
    상기 RF신호 발생기에서 출력된 FMCW신호와 상기 송수신 분리기를 통해 수신된 신호를 혼합하여 중간 주파수신호를 생성하는 주파수 혼합기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 FMCW 전파고도계.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제어 연산부는
    주파수 혼합기의 출력신호를 증폭 및 필터링하여 잡음을 제거하고 신호처리가 가능한 레벨로 만드는 중간 주파수부;
    상기 중간 주파수부의 출력을 디지털 신호로 변환하는 A/D변환기;
    상기 디지털 변환된 중간주파수신호를 고속 푸리에 변환하여 중간 주파수를 추출하는 푸리에 변환기; 및
    상기 변환된 중간주파수중에서 1/2변조주기의 두 중간 주파수신호를 연산하여 비트 주파수 및 도플러주파수를 추출하여, 상기 비트 주파수로부터 지형의 고도 를 연산하여 상기 오프셋 주파수 발생기를 제어하는 디에스피(DSP)를 포함하는 것을 특징으로 하는 FMCW 전파고도계.
  5. 제3항에 있어서, 상기 오프셋 주파수 발생기 및 I/Q 변조기는
    직접디지털합성기를 사용하여 이미지 신호를 억제하는 것을 특징으로 하는 FMCW 전파고도계.
  6. FMCW 신호를 오프셋 주파수만큼 편이시켜 전송하는 단계;
    상기 주파수 편이되어 전송된 FMCW 신호가 지형에서 반사되어 되돌아오는 신호를 수신하는 단계;
    상기 FMCW신호와 수신신호를 혼합하여 중간 주파수를 추출하는 단계;
    상기 추출된 1/2변조주기의 두 중간 주파수신호를 연산하여 비트 주파수 및 도플러 주파수를 추출하는 단계; 및
    상기 추출된 비트 주파수를 처리하여 지형의 고도를 연산하여 상기 연산된 고도를 따라 상기 오프셋 주파수를 가변하는 단계;를 포함하는 FMCW 전파고도계의 고도측정 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 추출된 도플러 주파수에 의한 고도 오차를 보상하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FMCW 전파고도계의 고도측정 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 수신신호에 전파 재밍(Jamming)이 발생한 경우 상기 오프셋 주파수를 제어하여 송신 주파수를 호핑하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 FMCW 전파고도계의 고도측정 방법.
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