KR101330598B1 - 충돌방지 레이더 시험을 위한 전자 모의 표적장치 및 방법 - Google Patents

충돌방지 레이더 시험을 위한 전자 모의 표적장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

차량, 선박, 기차 등에 장착되는 충돌 방지용 레이더의 동작 및 성능을 시험하는 레이더 표적 장치에 관한 것으로, 제시되는 충돌방지 레이더 시험용 모의 표적을 통해 반사판 등의 표적을 사용하거나 실제 도로에서 주행 시험을 할 필요없이 실내와 같은 협소한 공간에서 충돌방지 레이더를 시험할 수 있다.

Description

충돌방지 레이더 시험을 위한 전자 모의 표적장치 및 방법{ELECTRICAL PSEUDO-TARGET APPARATUS AND METHOD FOR TESTING OF COLLISION AVOIDANCE RADAR}
차량, 선박, 기차 등에 장착되는 충돌 방지용 레이더의 동작 및 성능을 시험하는 레이더 표적 장치 및 방법과 관련된다.
최근 차량의 운행시 차량, 건물 또는 보행자들과의 충돌과 같은 안전사고를 방지하기 위하여 레이더 시스템이 장착되고 있다. 충돌방지용 레이더는 77GHz 또는 24GHz 대역의 밀리미터 웨이브(mm Wave) 주파수 대역의 신호를 안테나를 통하여 송신하고, 송신된 신호가 차량, 건물 또는 보행자들과 같은 물체(이하, '표적'이라 함)에 반사되어 되돌아오는 신호를 수신하고 분석하여, 표적까지의 거리 및 크기 그리고 표적의 움직이는 속도 및 방향을 판단한다. 기존의 레이더 시스템은 송신신호를 펄스 변조방식을 이용하였으나, 최근에는 정확성을 위하여 주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave: FMCW) 변조 방식을 사용하는 추세이다.
확실한 동작을 보장하기 위하여 개발, 생산, 출고, 장착 그리고 사용중에도 정기적으로 레이더가 적절히 동작하고 있는가를 시험하여야 한다. 충돌방지 레이더의 시험 항목으로 표적까지의 거리 및 표적의 크기를 정확히 감지하는가, 표적이 충돌방지 레이더 방향으로 다가오는가 아니면 레이더와 멀어지는가의 움직이는 방향 및 그 속도를 정확히 감지하는가를 평가한다.
충돌방지 레이더 시험은 기본적으로 일정거리 떨어진 지점에 표적으로 반사판을 설치하고 충돌방지 레이더 신호를 반사판을 향하여 송신하여 반사되어 되돌아 오는 신호를 이용하여 시험하거나, 시험도로에서 실제 주행을 하면서 시험하는 경우가 일반적이다. 이 경우 시험을 위해 큰 면적의 공간이 필요하고, 반사판을 표적의 속도와 같이 고속으로 움직이기 어려운 단점이 있으며, 실제 주행시험을 시험4도중 충돌 등의 교통사고 위험이 발생할 확률이 있으며, 정량적인 평가가 어렵다는 불편함이 있다.
미국특허 US 5,920,281호는 레이더 시험시 사용하는 반사판을 전자적으로 모의수행 해주는 충돌방지 레이더 시험장치에 대해 개시하고 있으나, 그 레이더 시험장치는 레이더와 표적과의 거리시험에서 한정된 개수의 고정된 거리만이 시험 가능하며 표적의 움직이는 속도 및 방향의 시험이 불가능한 단점이 있다.
수동적인 반사판 등을 사용하지 않고, 실내와 같은 협소한 공간에서 충돌방지 레이더가 표적까지의 거리와 크기, 표적의 속도를 정확히 검지하는지를 시험할 수 있는 전자 모의 표적장치 및 방법이 제시된다.
고정된 거리 시험 또는 고정된 표적의 속도 시험에 한정하지 않고 충돌방지 레이터가 실제상황과 유사하게 표적이 움직이는 상황에서 표적의 거리 및 속도를 정확히 검지하는지를 시험할 수 있는 전자 모의 표적장치 및 방법이 제시된다.
일 양상에 따르면, 충돌방지 레이더 시험을 위한 전자 모의 표적장치는 시험조건을 바탕으로 지연시간을 포함하는 제어값을 산출하고, 각종 제어신호를 발생하는 제어부, 충돌방지 레이더로부터 수신된 신호를 중간 주파수 신호로 변환하여 출력하는 하향변환부, 제어부의 제어 신호에 따라 상기 출력된 중간 주파수 신호를 상기 지연시간만큼 지연하여 출력하는 가변시간지연부 및 시간 지연된 중간 주파수 신호를 상기 충돌방지 레이더 신호의 주파수로 변환하여 출력하는 상향변환부를 포함할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 제어값은 도플러 주파수를 더 포함할 수 있고, 전자 모의표적장치는, 제어부의 제어신호에 따라 도플러 주파수에 기초한 주파수 신호를 발진하여 출력하는 국부발진기를 포함하는 적어도 하나 이상의 국부발진부를 더 포함할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 제어값은 반송전력의 상대이득을 더 포함할 수 있고, 전자 모의 표적장치는, 제어부의 제어 신호에 따라 반송전력의 상대이득을 이용하여 중간 주파수 신호의 전력 크기를 변경하는 이득조절부를 더 포함할 수 있다.
이때, 시험조건은, 충돌방지 레이더로부터 실제 표적까지의 거리, 실제 표적의 크기, 실제 표적의 움직이는 방향 및 속도, 충돌방지 레이더를 장착한 차량의 이동 속도 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 제어부는 미리 설정된 시간이 경과하면 그 시간 동안 변화된 시험조건을 바탕으로 제어값을 재산출하고, 재산출된 제어값에 기초하여 각종 제어 신호를 발생할 수 있다.
일 양상에 따르면, 충돌방지 레이더 시험을 위한 전자 모의 표적방법은 제어부가 시험조건을 바탕으로 지연시간을 포함하는 제어값을 산출하고, 각종 제어신호를 발생하는 단계, 하향변환부가 충돌방지 레이더로부터 수신된 신호를 중간 주파수 신호로 변환하여 출력하는 하향 변환 단계, 가변시간지연부가 제어부의 제어신호에 따라 출력된 중간 주파수 신호를 지연시간만큼 지연하여 출력하는 시간 지연 단계 및 상향변환부가 시간 지연된 중간 주파수 신호를 충돌방지 레이더 신호의 주파수로 변환하여 출력하는 상향 변환 단계를 포함할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 제어값은 도플러 주파수를 더 포함할 수 있고, 상향 변환 단계 이전에, 국부발진부가 제어부의 제어신호에 따라 도플러 주파수에 기초한 주파수 신호를 발진하여 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 제어값은 반송전력 상대이득을 더 포함할 수 있고, 상향 변환 단계 이전에, 이득조절부가 제어부의 제어신호에 따라 출력된 중간 주파수 신호의 전력 크기를 반송전력 크기로 변경하여 출력하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이때, 시험조건은 충돌방지 레이더로부터 실제 표적까지의 거리, 실제 표적의 크기, 실제 표적의 움직이는 방향 및 속도, 충돌방지 레이더를 장착한 차량의 이동 속도 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 제어신호 발생 단계는 미리 설정된 시간의 경과 여부를 확인하는 단계, 미리 설정된 시간이 경과하면 그 시간 동안 변화된 시험조건을 바탕으로 제어값을 재산출하는 단계 및 재산출된 제어값에 기초하여 각종 제어 신호를 발생하는 단계를 포함할 수 있다.
제시되는 충돌방지 레이더 시험용 모의 표적을 통해 반사판 등의 표적을 사용하거나 실제 도로에서 주행 시험을 할 필요없이 실내와 같은 협소한 공간에서 충돌방지 레이더를 시험할 수 있다.
또한, 실제 상황과 유사하게 표적이 움직이는 상황에서 충돌방지 레이더가 표적의 거리 및 속도를 정확히 검지하는지를 시험할 수 있다.
도 1은 차량의 전방에 설치된 충돌방지 레이더의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 전자 모의 표적장치를 이용하여 충돌방지 레이더를 시험하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 전자 모의 표적장치의 구성도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 전자 모의 표적장치 중 가변시간지연부의 상세구성도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 전자 모의 표적장치 중 제2국부발진부의 상세 구성도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 전자 모의 표적 방법의 흐름도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 전자 모의 표적 방법 중 제어신호 발생단계의 상세흐름도이다.
도 8과 도 9는 일 실시예에 따른 전자 모의 표적방법 중 각각 하향변환단계와 상향변환단계의 상세 흐름도이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 따른 충돌방지 레이더 시험을 위한 전자 모의 표적장치 및 방법을 도면들을 참고하여 자세히 설명하도록 한다.
도 1은 차량의 전방에 설치된 충돌방지 레이더의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적인 차량의 전방 감시를 위한 충돌방지 레이더(10)는 대부분 밀리미터 웨이브(mm Wave)인 76GHz~ 77GHz 대역의 주파수에 주파수 변조 연속파(FMCW) 신호를 안테나를 통해 송신한다. 충돌방지 레이더(10)는 송신한 신호가 거리 R 만큼 떨어진 차량, 건물 또는 보행자 등의 표적(20)에 반사되어 되돌아 오는 신호를 수신한다.
충돌방지 레이더(10)는 아래의 수식 (1)과 같이 송신된 신호와 수신된 신호의 시간차이(t)를 분석하여 표적(20)까지의 거리를 검지한다.
Figure 112012041814218-pat00001

여기서, c는 빛의 속도로서 약 300,000,000 m/sec이다.
또한, 충돌방지 레이더(10)는 수신된 신호의 전력 크기 변화를 분석하여 표적(20)의 크기를 검지한다. 즉, 표적의 크기에 따라 전파를 반사하는 전력량이 다르다는 사실을 이용하는 것으로, 일반적으로 사람을 0dB라 하고, 이를 기준으로 상대이득으로 표현하면 일반 승용차는 상대이득이 10dB, 버스와 같은 큰 물체는 상대이득이 50dB 정도 된다.
또한, 충돌방지 레이더(10)는 표적이 움직임에 따라 반사되어 돌아오는 신호에 수식 (2)와 같은 도플러 주파수 천이가 발생되는 현상을 이용하여 송신된 신호와 수신된 신호의 주파수 차이를 분석하여 표적의 움직이는 속도를 검지하며, v적(20)이 충돌방지 레이더(10) 방향으로 다가오고 있는지, 아니면 반대 방향으로 멀어지고 있는지의 방향을 검지한다.
Figure 112012041814218-pat00002

여기서, fd는 도플러 주파수이고,v는 충돌방지 레이더(10)와 표적(20)간의 상대속도, f는 충돌방지 레이더에서 발사한 신호의 주파수, c는 빛의 속도이다.
수식 (2)에서 표적이 충돌방지 레이더(10) 방향으로 다가오면 상대속도 v가 음수가 되어 도플러 주파수 fd는 음의 값을 가지며, 표적이 충돌방지 레이더 방향에서 멀어지면 상대속도 v가 양수가 되어 도플러 주파수 fd는 양의 값을 가지므로 , 표적속도와 동시에 방향을 검출할 수 있다.
이와 같이, 충돌방지 레이더(10)는 인명사고와 같이 안전사고를 미리 방지할 수 있는 중요한 요소이므로 확실한 동작을 보장할 필요가 있으며, 이를 위해 개발, 생산, 출고, 장착, 사용 중에도 정기적으로 레이더가 적절히 동작하고 있는가를 시험할 필요가 있다.
이하에서는, 도 2 내지 도 5를 참조하여, 좁은 실내에서도 용이하게 충돌방지 레이더(10)를 실제와 가장 유사하게 시험할 수 있는 전자 모의 표적장치에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 전자 모의 표적장치를 이용하여 충돌방지 레이더를 시험하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
일 실시예에 따르면, 도 3에 도시된 바와 같이 전자 모의 표적장치(100)는 충돌방지 레이더(10)의 전파 발사 방향과 일직선으로 마주보며 거리 d 만큼 떨어진 위치에 설치한다. 여기서, 거리 d는 약 2-5 m로 실제 시험하고자 하는 표적까지의 거리 R보다 매우 작은 거리일 수 있다.
전자 모의 표적장치(100)는 충돌방지 레이더(10)로부터 발사되는 신호(S31)를 안테나로 수신하고, 그 신호(S31)를 시험하고자 하는 실제 표적까지의 거리, 실제 표적의 크기, 표적의 속도 등의 시험조건이 반영된 최종 신호(S32)를 충돌방지 레이더(10)에 송신할 수 있다.
즉, 시험하고자 하는 실제 표적의 거리, 크기, 속도 등을 미리 설정하고, 충돌방지 레이더(10)로부터 수신된 신호(S31)를 미리 설정된 거리만큼 진행 후 반사되어 되돌아오는 지연시간만큼 지연시키거나, 미리 설정된 표적의 크기에 해당하는 전력으로 그 신호(31)의 세기를 조절하거나, 또는, 미리 설정된 표적의 속도에 따라 발생하는 도플러 주파수만큼 그 신호(S31)의 주파수를 변형할 수 있다. 최종적으로 실제 시험조건이 반영된 신호(S32)는 충돌방지 레이더(10)에 송신된다.
이와 같이, 충돌방지 레이더(10)의 시험시에 실제 표적으로 사용하기 위한 반사판 등의 수동소자가 필요하지 않고, 좁은 공간에서 실제 시험조건을 다양하게 변경하면서 충돌방지 레이더(10)를 시험할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 전자 모의 표적장치의 구성도이다. 도 3은 통신장치에 사용되는 다수의 기본 부품들을 무선 및 제어 신호선으로 연결하여 구성되는 것으로 도시하였으나, 이는 예시에 불과하고 이러한 구성에 한정되지 않음을 이해하여야 한다.
도 3을 참조하면, 전자 모의 표적장치(100)는 제어부(190), 하향변환부(120), 가변시간지연부(140), 이득조절부(150), 제1국부발진부(130), 제2국부발진부(170) 및 상향변환부(160)를 포함할 수 있다.
제어부(190)는 전자 모의 표적장치(100)의 전체 동작을 감시하고 제어할 수 있다. 예를 들어, 시험조건을 바탕으로 각종 제어값들을 산출하고, 각종 제어신호를 발생하여 전자 모의 표적 장치(100)의 각 부를 제어할 수 있다.
이때, 시험조건은 실제로 시험하고자 하는 표적에 대한 조건으로서, 충돌방지 레이더(10)로부터 실제 표적까지의 거리, 실제 표적의 크기, 실제 표적의 움직이는 방향 및 속도, 충돌방지 레이더(10)를 장착한 차량의 이동 속도 등을 포함할 수 있으며, 사용자에 의해 미리 설정될 수 있다.
또한, 제어값은 지연시간, 반송전력 상대이득 및 도플러 주파수를 포함할 수 있다. 지연시간은 충돌방지 레이더(10)로부터 수신된 신호가 미리 설정된 실제 표적까지의 거리만큼 진행한 후 반사되어 돌아오는 시간을 의미하며 전술한 수식 (1)에 의해 계산될 수 있다. 반송전력 상대이득은 전술한 바와 같이 사람을 기준(0dB)으로 계산된 상대이득을 의미한다. 도플러 주파수는 전술한 바와 같은 수식 (2)에 의해 계산될 수 있다.
예를 들어, 표적의 거리는 45m, 표적의 크기는 승용차량, 표적과 차량의 상대속도는 36Km/H라고 시험조건이 미리 설정되어 있다면, 제어부(190)에 의해 산출되는 제어값 즉, 지연시간은 300nSec, 반송전력 상대이득은 10dB, 도플러 주파수는 5,133Hz가 된다.
한편, 추가적인 양상에 따르면, 제어부(190)는 미리 설정된 소정 시간이 경과 되었는지 체크하고, 소정 시간이 경과되었으면 그 시간 동안 변경된 시험조건을 이용하여 제어값을 재산정할 수 있다. 그리고, 재산정된 제어값에 기초하여 각종 제어신호를 발생할 수 있다. 미리 설정된 소정 시간이란 사용자에 의해 임의로 설정되는 제어값 갱신 시간으로, 제어부(190)는 기준시간발생기(192)의 시간정보를 입력받아 소정 시간 경과여부를 판단할 수 있다.
제어부(190)는 미리 설정된 소정 시간이 경과되면 새로운 지연시간과 도플러 주파수를 계산할 수 있다. 예를 들어, 미리 설정된 소정 시간이 1초이고, 직전 시간의 시험조건이 표적 거리 45m, 상대속도 36Km/H라고 가정하면, 직전 시간으로부터 1초 경과한 현시점에서의 시험조건은 상대속도가 변하지 않는 경우 도플러 주파수는 5,133Hz로 유지되지만, 표적의 거리는 10m가 더 벌어진 55m가 될 것이다. 따라서, 제어부(190)는 변경된 시험조건, 즉, 표적 거리 55m에 따라 지연시간 367nSec를 재산출할 수 있다.
이와 같이, 본 실시예에 따른 전자 모의표적장치(100)는 모든 시험이 종료될 때까지 소정 시간마다 변경된 시험조건을 자동으로 반영하여 충돌방지 레이더 시험을 위한 표적 역할을 수행함으로써 실제 환경과 최대한 유사한 시험을 할 수 있다.
충돌방지 레이더(10)로부터 송신된 밀리미터파(mm Wave) 대역 신호는 수신안테나(111)에 의해 수신되고, 수신된 신호는 하향변환부(120) 또는 제3대역통과여파기(115)로 전달될 수 있다. 제3대역통과여파기(115)는 충돌방지 레이더(10)에서 송신된 신호 이외의 불요 주파수 성분들을 억압한 후 하향변환부(120)에 전송할 수 있다.
하향변환부(120)는 충돌방지 레이더(10)로부터 수신된 신호를 중간 주파수 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 하향변환부(120)는 구체적으로 제1혼합기(121) 및 제1대역통과여파기(122)를 포함할 수 있다.
제1혼합기(121)는 수신안테나(111) 또는 제3대역통과여파기(115)로부터 입력되는 충돌방지 레이더(10) 신호를 중간 주파수로 변환하여 제1대역통과여파기(122)로 전달할 수 있다. 이때, 추가적인 양상에 따르면 제1혼합기(121)는 제1국부발진부(130)로부터 출력되는 주파수 신호를 충돌방지 레이더(10) 신호와 혼합하여 중간 주파수로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제1혼합기(121)는 충돌방지 레이더(10)로부터 송신된 77GHz 주파수 대역 신호와 제1국부발진부(130)에서 출력되는 72GHz 주파수를 혼합하여 4GHz의 중간주파수 대역신호로 변경할 수 있다.
이때, 제1국부발진부(130)는 제1국부발진기(131)와 제1기준발진기(135)를 포함할 수 있다. 제1국부발진기(131)는 고정 주파수 발진기로 구성되어, 제1기준발진기(135)의 출력 주파수 신호를 기초로 하여 안정되고 깨끗한 72GHz 밀리미터파 주파수를 발진할 수 있다. 제1기준발진기(135)는 위상고정루프(Phase Lock Loop) 방식으로 크리스틸 발진기와 같은 안정된 낮은 주파수를 출력할 수 있다.
본 실시예에서는, 제1국부발진기(131)를 고정 주파수 발진기로 구성하는 것으로 설명하였으나, 다양한 실시예에 따라 후술하는 제2국부발진부(170)와 같이 가변 주파수를 발진하는 가변 주파수 발진기 형태로 구성할 수 있다.
지금까지 개시된 실시예에 따르면, 충돌방지 레이더(10) 신호를 중간주파수 대역의 신호로 변환함으로써 충돌방지 레이더(10) 신호와 같이 밀리미터 주파수(mm Wave) 대역의 매우 높은 주파수 신호를 처리하는 과정에서 요구되는 높은 수준의 기술 및 주의와 고가의 부품이 필요하지 않게 되어 보다 용이하게 신호처리를 수행할 수 있고, 저렴한 가격으로 전자 모의 표적장치(100)를 구현할 수 있다.
이때, 중간 주파수는 미리 설정된 한 개의 중간 주파수를 사용할 수 있다. 이는 중간 주파수가 여러 개인 경우 여러 번의 주파수 변환과정으로 인한 잡음 및 불요파 발생이 많아져 전자 모의 표적성능이 나빠지는 것을 방지하기 위함이다.
제1대역통과여파기(122)는 제1혼합기(121)의 혼합과정에서 발생할 수 있는 불요파 성분을 제거하여 순수한 중간 주파수 대역의 신호로 변환하여 출력하여 가변시간지연부(140) 또는 이득조절부(150)로 전달할 수 있다. 본 실시예에서는 제1대역통과여파기(122)에서 출력된 중간 주파수 신호가 먼저 가변시간지연부(140)에 전달되고 그 다음, 이득조절부(150)로 전달되는 것으로 예시하였다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며 그 반대로 구성될 수도 있음을 이해하여야 한다.
가변시간지연부(140)는 제어부(190)의 시간 지연 제어신호에 따라 하향변환부(122)로부터 출력된 중간 주파수 신호를 제어값 중의 지연시간만큼 지연하여 출력할 수 있다. 이를 통해, 제한된 위치에 설치된 전자 모의표적장치(100)에서 실제 표적의 거리 구현이 가능해진다.
이득조절부(150)는 제어부(190)의 이득조절 제어신호에 따라 제어값 중의 반송전력 상대이득을 이용하여 중간 주파수 신호의 전력 크기를 변경할 수 있다. 이득조절부(150)는 감쇄기(151) 및 증폭기(152)를 포함할 수 있다. 이를 통해, 제한된 위치에 설치된 전자 모의표적장치(100)에서 실제 표적의 크기 구현이 가능해진다.
상향변환부(160)는 시간 지연 또는 전력 크기 변경된 중간 주파수 신호를 충돌방지 레이더(10) 신호의 주파수 대역으로 변환하여 출력할 수 있다. 이때, 상향변환부(160)는 제2혼합기(161) 및 제2대역통과여파기(162)를 포함할 수 있다.
제2혼합기(161)는 가변시간지연부(140) 또는 이득조절부(150)로부터 입력되는 중간주파수 신호를 충돌방지 레이더(10) 신호의 주파수 대역으로 변환하고, 제2대역통과여파기(162)로 전달할 수 있다. 추가적인 양상에 따르면 제2혼합기(161)는 제2국부발진부(170)로부터 출력되는 주파수 신호를 충돌방지 레이더(10) 신호와 혼합하여 중간 주파수로 변환할 수 있다. 예를 들어, 제2혼합기(161)는 4GHz의 중간 주파수 대역 신호를 제2국부발진부(170)에서 출력되는 72GHz 주파수와 혼합하여 77GHz의 충돌방지 레이더(10) 신호의 주파수 대역 신호로 변경할 수 있다.
이때, 제2국부발진부(170)는 제2국부발진기(171)와 제2기준발진기(175)를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제2국부발진기(171)는 제2기준발진기(175)를 기준 발진기로 사용하는 가변 주파수 발진기 형태로 구성될 수 있다. 제2국부발진기(171)를 72GHz 대역의 주파수를 수 Hz 내지 수십 KHz의 미세한 주파수 변화를 가지는 가변발진기의 형태로 구현하기 위해, 제2국부발진기(171)의 기준발진기인 제2기준발진기(175)를 위상고정루프 방식의 가변발진기 형태로 구현하였다. 이를 통해, 72GHz 대역의 주파수를 수 Hz 내지 수십 KHz의 미세한 주파수 변화를 가지는 가변발진기의 구현시 기술적 어려움과 비용이 증가되는 문제를 극복할 수 있다.
제2국부발진기(171)를 가변 주파수 발진기 형태로 구성하는 것은 충돌방지 레이더(10)에서 발사된 신호의 주파수와 전자 모의 표적장치(100)에서 송신되는 신호간의 주파수 차이를 만들어 표적이 움직이는 상황을 구현하기 위함이다.
즉, 제2국부발진부(170)는 제어부(190)의 제어신호에 따라 제어값 중의 그 상대속도에 의해 계산된 도플러 주파수에 기초하여 주파수 신호를 발진하여 상향변환부(160)에 출력함으로써 표적이 움직이는 상황을 구현할 수 있다.
예를 들어, 77GHz 주파수를 사용하는 충돌방지 레이더를 장착한 차량과 표적의 상대속도가 100Km/H 차이가 나는 경우, 제어부(190)에 의해 수식 (2)를 이용하여 산출된 도플러 주파수는 14,295Hz가 된다. 따라서, 실제 표적이 이와 같은 속도로 이동하는 것을 구현하기 위해서는 전자 모의 표적장치(100)에서 충돌방지 레이더(10)로 송신하는 주파수를 77,000,014,295Hz가 되도록 산출된 도플러 주파수에 기초하여 제2국부발진기(171)의 주파수를 72,000,014,295Hz로 발진하면 된다.
본 실시예에서는, 전술한 바와 같이 제1국부발진부(130)를 고정 주파수 발진기 형태로 구성하고, 제2국부발진부(170)를 가변 주파수 발진기 형태로 구성하여, 제2국부발진부(170)를 통해 표적이 움직이는 상황을 구현하였다. 그러나, 이는 예시에 불과하고, 다양한 실시예에 따라 제1국부발진부(130)를 가변 주파수 발진기 형태로 구성하거나, 제1국부발진부(130)와 제2국부발진부(170)를 모두 가변 주파수 발진기 형태로 구성하여 충돌방지 레이더(10)로부터 수신된 신호와 전자 모의 표적장치(100)에서 충돌방지 레이더(10)로 송신되는 신호의 주파수 차이를 제어값 중의 도플러 주파수만큼 차이가 나도록 할 수 있다.
제2대역통과여파기(162)는 제2혼합기(161)의 혼합과정에 발생할 수 있는 불요파를 제거하여 순수한 충돌방지 레이더(10) 신호의 주파수 대역의 신호를 출력할 수 있다.
송신안테나(112)는 상향변환부(160)로부터 출력되는 신호를 충돌방지 레이더(10)에 송신할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 전자 모의 표적장치 중 가변시간지연부(140)의 상세구성도이다. 도3과 도 4를 참조하면 가변시간지연부(140)의 상세 구성을 설명한다.
가변시간지연부(140)는 다수의 지연소자(143, 144, 145) 및 다수의 신호 스위치(141, 142)를 포함하며, 제어부(190)의 시간지연 제어신호(S23)가 신호 스위치(141, 142)를 제어할 수 있다. 신호 스위치(141, 142) 들의 제어에 따라 다수의 지연소자(143,144,145)들이 조합되어 지연시간을 결정할 수 있다.
예를 들어, 가변시간지연부(140)가 100nSec, 200nSec, 400nSec 세 개의 지연소자를 포함하고, 지연소자들이 각각 신호 스위치에 연결된 경우, 시간지연 제어신호(S23)에 의한 신호 스위치들의 조합에 따라 0nSec, 100nSec, 200nSec, 300nSec, 400nSec, 500nSec, 600nSec, 700nSec 등 8단계의 시간지연들을 구현할 수 있다.
만약, 600nSec의 지연시간이 필요한 경우 200nSec 지연소자와 400nSec 지연소자를 신호 스위치로 연결하고 나머지 지연소자들은 스위치로 통과시키면 된다. 수식 (1)을 이용하여 계산하면, 충돌방지 레이더 신호를 600nSec 시간지연을 시킬 경우 충돌방지 레이더(10)에서 송신된 신호는 약 90m 전방의 표적까지 진행한 후 반사되어 되돌아 오는 시간과 같음을 알 수 있다.
이와 같이, 가변시간지연부(140)의 지연소자를 다수개 설치하고 이를 스위치를 통해 조합함으로써 무한히 다양한 표적 거리를 구현할 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 전자 모의 표적장치 중 제2국부발진부의 상세 구성도이다. 도 3과 도 5를 참조하여 미세한 주파수 변화를 가지는 제2국부발진부(170)의 상세 구성을 설명한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 가변 주파수 발진기 형태로 구성되는 제2국부발진기(171)는 전압가변 발진기(171a), 루프필터(171b), 위상비교기(171c) 및 분주기(171d)를 포함할 수 있으며, 또한, 위상 고정 발진기(Phase Locked Oscillator: PLO)일 수 있다.
전압가변 발진기(171a)에서 발진된 주파수는 분주기(171d)에서 비교 주파수로 분주되어 위상비교기(171c)에 입력된다. 위상비교기(171c)는 제2기준발진기(175)로부터 입력되는 기준발진기 신호(S52)와 비교한다. 위상비교기(171c)에서 비교된 두 입력 신호간의 위상차는 루프필터(171b)에서 오류전압으로 변환되어 전압가변 발진기(171a)의 주파수를 조정한다. 이와 같이, 루프를 형성하여 위상비교기(173) 출력에서 위상차가 0이 되도록 전압가변 발진기(171)를 지속적으로 조정함으로써 안정된 높은 발진 주파수를 얻을 수 있다.
제2국부발진기(171)의 위상비교 기준이 되는 제2기준발진기(175)는 가변 주파수 발진기 형태로 구성할 수 있다. 제2기준발진기(175)는 가변발진기(175a)로 구성될 수 있으며, 가변발진기(175a)는 디지털 직접 주파수합성기(Direct Digital Synthesizer:DDS) 방식으로 구성될 수 있다. 가변발진기(175a)의 출력 주파수는 제어부(190)의 주파수 제어신호에 의해 변경될 수 있다.
또한 제2기준발진기(175)는 가변발진기(175a)에 매우 안정된 주파수를 발진하는 발진기(175b)를 더 포함할 수 있다. 이때, 그 발진기(175b)는 크리스탈 발진 방식의 발진기일 수 있으며, 이를 통해 전자 모의표적장치(100)의 전체 안정도를 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 미세한 주파수 변화를 가지는 제2국부발진부(170)의 동작을 설명한다. 제2국부발진기(171)의 출력 주파수(S51)가 72GHz이고, 기준발진기 신호(S52)가 100MHz라고 가정하면, 분주기(171d)의 주파수 분주값 N=720이 된다. 위상비교기(171c)는 두 개의 100MHz 신호 즉, 분주기(171d)에 의해 분주된 주파수 신호와, 기준발진기 신호(S52)의 위상차를 비교하고 오류전압을 발생하여 전압가변 발진기(171a)를 조정함으로써 안정된 높은 주파수 신호를 출력하게 된다.
이때, 기준발진기 신호(S52)가 제어부(190)의 제어신호에 의해 1Hz 증가되어 100,000,001Hz가 되었다고 가정하면, 위상을 고정시키기 위해 루프필터(171b)는 오류전압을 발생시켜 전압가변발진기(171a)의 주파수를 720Hz 만큼 변경할 것이다. 즉, 제2국부발진기(171)의 출력신호(S51)는 72,000,000,720Hz가 될 것이다. 이와 같이 함으로써, 제2국부발진기(171)의 출력신호(S51)가 변경되면 분주기(171d)에서 분주된 주파수와 기준발진기 신호(S52)는 모두 100,000,001Hz가 되어 위상이 고정된다.
도 6은 일 실시예에 따른 전자 모의 표적 방법의 흐름도이다. 도 7은 일 실시예에 따른 전자 모의 표적 방법 중 제어신호 발생단계의 상세흐름도이다. 도 8과 도 9는 일 실시예에 따른 전자 모의 표적방법 중 각각 하향변환단계와 상향변환단계의 상세 흐름도이다.
도 2 내지 도 5를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 모의 표적장치(100)에 대해 자세히 상술하였으므로, 이하에서는 도 6 내지 도 9를 참조하여 일 실시예에 따른 전자 모의 표적장치(100)를 통해 구현되는 전자 모의 표적 방법에 대해 간략히 설명한다.
먼저, 제어부(190)는 각종 시험조건을 바탕으로 제어값을 산출하고 각종 제어신호를 발생할 수 있다(단계 210). 도 7을 참조하여, 좀 더 구체적으로 설명한다.
제어부(190)는 사용자에 의해 표적 거리, 표적 크기, 표적 속도 등의 시험조건이 입력되면(단계 211), 그 시험조건을 바탕으로 지연시간, 반송전력 상대이득, 도플러 주파수를 포함하는 제어값들을 산출하고(단계 212), 산출된 제어값에 기초하여 가변시간지연부(140), 이득조절부(150), 제2국부발진부(170)을 설정할 수 있다(단계 213). 그 다음, 시간지연 제어신호, 전력변경 제어신호, 주파수 변경 제어신호 등의 제어신호를 생성하여 가변시간지연부(140), 이득조절부(150) 및 제2국부발진부(170)를 제어할 수 있다.
이후, 제어부(190)는 미리 설정된 소정 시간이 경과 여부를 체크하고(단계 214), 소정 시간이 경과되었으면 그 시간 동안 변경된 시험조건을 이용하여 제어값을 재산정할 수 있다(단계 215). 그리고, 재산정된 제어값에 기초하여 가변시간지연부(140), 이득조절부(150), 제2국부발진부(170)를 재설정하고(단계 216), 각종 제어신호를 발생할 수 있다. 모든 시험이 종료되지 않으면(단계 217) 이 과정은 반복 수행된다.
그 다음, 수신안테나(111)는 충돌방지 레이더(10)로부터 발사된 신호를 수신할 수 있다(단계 220). 이때, 수신된 신호는 충돌방지 레이더(10)에서 송신된 신호 이외의 불요 주파수 성분들을 억압한 후 하향변환부(120)에 전송하는 제3대역통과여파기(115)로 전달될 수 있다.
그 다음, 하향변환부(120)가 수신된 신호를 중간 주파수 신호로 변환하여 출력할 수 있다(단계 230). 도 8을 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하면, 제1국부발진부(130)의 제1기준발진기(135)가 기준 주파수 신호를 발진하여 출력하면(단계 231), 제1국부발진기(131)가 그 기준주파수 신호에 기초하여 하향변환부에 주파수신호를 출력할 수 있다(단계 232). 하향변환부(120)의 제1혼합기(121)가 그 주파수 신호와 충돌방지 레이더(10) 신호를 혼합하여 중간 주파수 신호를 출력할 수 있다(단계 233). 제1대역통과여파기(122)는 그 중간 주파수 신호에서 불요파를 제거한 후 출력할 수 있다(단계 234).
그 다음, 제어부(190)의 제어신호에 따라 가변시간지연부(140)가 중간 주파수 신호의 시간을 지연하거나, 이득조절부(150)가 전력의 크기를 변환하여 출력할 수 있다(단계 240).
그 다음, 상향변환부(160)가 시간 지연 또는 전력 크기 변환된 중간 주파수 신호를 충돌방지 레이더(10) 신호의 주파수 대역으로 변환하여 출력할 수 있다(단계 250). 도 9를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명하면, 제2국부발진부(170)의 제2기준발진기(175)가 제어부(190)의 주파수 변경 제어신호에 기초하여 기준 주파수 신호를 발진하여 출력하면(단계 251), 제2국부발진기(171)가 그 기준주파수 신호에 기초하여 상향변환부(160)에 주파수신호를 출력할 수 있다(단계 252). 상향변환부(160)의 제2혼합기(161)가 그 주파수 신호와 중간 주파수 신호를 혼합하여 충돌방지 레이더 신호 대역의 주파수 신호를 출력할 수 있다(단계 253). 제2대역통과여파기(162)는 그 충돌방지 레이더 신호 대역의 주파수 신호에서 불요파를 제거한 후 출력할 수 있다(단계 254).
마지막으로, 송신안테나(112)가 출력된 신호를 충돌방지 레이더(10)에 송신할 수 있다(단계 260).
본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10: 충돌방지 레이더 100: 전자 모의 표적장치
111: 수신안테나 112: 송신안테나
115: 제3대역통과여파기 120: 하향변환부
121: 제1혼합기 122: 제1대역통과여파기
130: 제1국부발진부 131: 제1국부발진기
135: 제1기준발진기 140: 가변시간지연부
150: 이득조절부 151: 감쇄기
152: 증폭기 160: 상향변환기
161: 제2혼합기 162: 제2대역통과여파기
170: 제2국부발진부 171: 제2국부발진기
175: 제2기준발진부 190: 제어부
192: 기준시간발생기

Claims (10)

  1. 시험조건을 바탕으로 지연시간을 포함하는 제어값을 산출하고, 각종 제어신호를 발생하는 제어부;
    충돌방지 레이더로부터 수신된 신호를 중간 주파수 신호로 변환하여 출력하는 하향변환부;
    상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 출력된 중간 주파수 신호를 상기 지연시간만큼 지연하여 출력하는 가변시간지연부; 및
    상기 시간 지연된 중간 주파수 신호를 상기 충돌방지 레이더 신호의 주파수로 변환하여 출력하는 상향변환부;를 포함하되,
    상기 제어부는 미리 설정된 시간이 경과하면 그 시간 동안 변화된 시험조건을 바탕으로 제어값을 재산출하고, 상기 재산출된 제어값에 기초하여 각종 제어 신호를 발생하는 충돌방지 레이더 시험을 위한 전자 모의 표적장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어값은,
    도플러 주파수를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 전자 모의표적장치는,
    상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 도플러 주파수에 기초한 주파수 신호를 발진하여 출력하는 국부발진기를 포함하는 국부발진부;를 더 포함하는 충돌방지 레이더 시험을 위한 전자 모의 표적장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어값은,
    반송전력의 상대이득을 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 전자 모의 표적장치는,
    상기 제어부의 제어 신호에 따라 상기 반송전력의 상대이득을 이용하여 상기 변환된 중간 주파수 신호의 전력 크기를 변경하는 이득조절부;를 더 포함하는 충돌방지 레이더 시험을 위한 전자 모의 표적장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 시험조건은,
    상기 충돌방지 레이더로부터 실제 표적까지의 거리, 상기 실제 표적의 크기, 상기 실제 표적의 움직이는 방향 및 속도, 충돌방지 레이더를 장착한 차량의 이동 속도 중 하나 이상을 포함하는 충돌방지 레이더 시험을 위한 전자 모의 표적장치.
  5. 삭제
  6. 제어부가 시험조건을 바탕으로 지연시간을 포함하는 제어값을 산출하고, 각종 제어신호를 발생하는 단계;
    하향변환부가 충돌방지 레이더로부터 수신된 신호를 중간 주파수 신호로 변환하여 출력하는 하향 변환 단계;
    가변시간지연부가 상기 제어부의 제어신호에 따라 출력된 중간 주파수 신호를 상기 지연시간만큼 지연하여 출력하는 시간 지연 단계; 및
    상향변환부가 상기 시간 지연된 중간 주파수 신호를 상기 충돌방지 레이더 신호의 주파수로 변환하여 출력하는 상향 변환 단계;를 포함하되,
    상기 제어신호 발생 단계는,
    미리 설정된 시간의 경과 여부를 확인하는 단계;
    상기 미리 설정된 시간이 경과하면 그 시간 동안 변화된 시험조건을 바탕으로 제어값을 재산출하는 단계; 및
    상기 재산출된 제어값에 기초하여 각종 제어 신호를 발생하는 단계;를 포함하는 충돌방지 레이더 시험을 위한 전자 모의 표적방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어값은,
    도플러 주파수를 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 상향 변환 단계 이전에,
    국부발진부가 제어부의 제어신호에 따라 상기 도플러 주파수에 기초한 주파수 신호를 발진하여 출력하는 단계;를 더 포함하는 충돌방지 레이더 시험을 위한 전자 모의 표적방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 제어값은,
    반송전력 상대이득을 더 포함하는 것을 특징으로 하고,
    상기 상향 변환 단계 이전에,
    이득조절부가 상기 제어부의 제어신호에 따라 상기 출력된 중간 주파수 신호의 전력 크기를 상기 반송전력 크기로 변경하여 출력하는 단계;를 더 포함하는 충돌방지 레이더 시험을 위한 전자 모의 표적방법.
  9. 제6항에 있어서, 상기 시험조건은,
    상기 충돌방지 레이더로부터 실제 표적까지의 거리, 실제 표적의 크기, 상기 실제 표적의 움직이는 방향 및 속도, 충돌방지 레이더를 장착한 차량의 이동 속도 중 하나 이상을 포함하는 충돌방지 레이더 시험을 위한 전자 모의 표적방법.
  10. 삭제
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