KR101355537B1

KR101355537B1 - Ｇｍｔｉ 모드와 ｓａｒ 모드를 위한 광대역 송수신 시스템 및 방법

Info

Publication number: KR101355537B1
Application number: KR1020120104573A
Authority: KR
Inventors: 성진봉; 김세영
Original assignee: 국방과학연구소
Priority date: 2012-09-20
Filing date: 2012-09-20
Publication date: 2014-01-27

Abstract

본 발명은 영상 레이더에 관한 것으로서, 더 상세하게는 SAR(Synthetic Aperture Radar) 모드와 GMTI(Ground Moving Target Indication) 모드에 요구되는 광대역 송수신 구조를 구현하는 시스템에 대한 것이다.
본 발명에 따르면, 영상레이더 시스템에서 영상 형성 기능뿐만 아니라 이동표적탐지가 가능한 시스템 구성에 대한 것으로 표준, 광역, 그리고 고해상도 영상 형성을 위한 영상레이더 신호 송수신과 이동표적탐지를 위한 주파수 호핑 기능을 갖는 GMTI 모드를 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 송수신 구조는 구현이 간단하고 SAR 영상레이더와 GMTI 모드가 별도의 하드웨어 변경없이 구현 가능하며 광대역 주파수 호핑과 파형 발생이 가능하다.

Description

ＧＭＴＩ 모드와 ＳＡＲ 모드를 위한 광대역 송수신 시스템 및 방법{System and Method for wideband transmission and reception for Ground Moving Target Indicator and Synthetic Aperture Radar}

본 발명은 영상 레이더에 관한 것으로서, 더 상세하게는 SAR(Synthetic Aperture Radar) 모드와 GMTI(Ground Moving Target Indication) 모드에 요구되는 광대역 송수신 구조를 구현하는 시스템에 대한 것이다.

또한, 본 발명은 SAR(Synthetic Aperture Radar) 모드와 GMTI(Ground Moving Target Indicator) 모드에 요구되는 광대역 송수신을 구현하는 방법에 대한 것이다.

영상레이더는 고해상도 영상을 획득하기 위하여 광대역 송수신 구조를 요구하는 시스템이며 동시에 지상 이동 표적을 정밀 탐지하는 기능 또한 요구되어 광대역에 걸쳐 매 운용 순간 마다 주파수를 호핑하는 전자전 대응 기술이 필요하다.

상기와 같은 요구조건은 기술적으로 많은 제약 사항이 존재하여 종래에는 동시에 만족시키지 못하였다.

종래에는 광대역 파형발생을 위하여 SAW(Surface Acoustic Wave) 필터 방식, 메모리 맵 방식 및 그리고 첩(Chirp) 신호를 PRF(Pulse Repetition Frequency) 단위로 스티칭(stitching)하여 넓은 대역폭을 획득하는 HRR(High resolution radar) 레이더 등이 사용되었다.

그러나 오늘날은 높은 클럭 신호로 구동이 가능한 DDS(Direct Digital Synthesis) 방식이 보편화되었고 많은 기술적 발전이 이루어졌다. 하지만 아직까지도 원하는 대역폭을 DDS 방식만으로 확장하는 것은 하드웨어적으로 많은 제약사항이 따른다.

한편, 광대역에 걸쳐 고속으로 주파수 호핑을 수행하기 위하여 DAS(Direct Analog Synthesis) 방식이 널리 사용되었으나 부피가 커지고 무게에 대한 제약사항이 뒤따르게 되어 간접 주파수합성 방식인 PLL(Phase Locked Loop) 방식이 많이 사용되었다.

그러나, PLL 방식은 사용이 간편하고 기술적 부담은 낮으나 위상잡음 및 주파수 스위칭 변환 시간 등에 제약이 있다. PLL 방식만으로 주파수 호핑을 수행하면 주파수 도약 간격에 따라 PLL을 수행해야하고 상당히 많은 국부발진주파수가 필요하므로 송수신부 구현에 큰 기술적 어려움이 존재한다.

상기와 같은 기술적 제약 사항을 극복하기 위하여 SAR 모드에 적합한 광대역 송수신 구조 및 GMTI 모드에 적합한 고속 주파수 호핑이 가능한 송수신 구조를 제안한다.

특히, SAR(Synthetic Aperture Radar) 모드의 경우 고해상도 요구 조건을 만족시키기 위하여 광대역 순시 대역폭이 필요하며, 특히 고해상도(Spotlight) 모드의 경우 수신기에서는 송신파형의 순시 대역폭을 줄이기 위하여 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 레이더 수신구조와 비슷하게 거리에 따른 비트 주파수를 생성해내는 디램핑(deramping) 수신 구조가 필요하다.

또한, GMTI(Ground Moving Target Indicator) 모드의 경우 표적에 대한 분해능이 낮기 때문에, SAR 모드와는 달리 좁은 순시 대역폭이 요구되나, 적으로부터의 재밍에 대하여 레이더 시스템을 보호하기 위하여 넓은 주파수 영역에 걸쳐 빠른 주파수 호핑이 반드시 요구된다.

1. 한국공개특허번호 제10-2011-0051069호 2. 한국공개특허번호 제10-2011-0113926호 3. 한국등록특허번호 제10-1009967호

본 발명은 종래 기술에 따른 문제점을 해소하기 위해 제안된 것으로서, DDS 방식과 주파수 체배 구조를 이용하여 SAR와 GMTI 모드에 요구되는 광대역 파형을 생성하는 시스템 및 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 특히 GMTI 모드는 IF(Intermediate Frequency) 송신단에서 주파수를 호핑한 뒤 주파수 체배기를 거쳐 최종 원하는 주파수 영역으로 호핑하는 구조를 구현하는 시스템 및 방법을 제공하는데 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 주파수 호핑된 신호에 대해서는 PLL 방식을 적용하여 1차로 국부 발진 주파수를 합성하여 서브 대역이 선택되고 2차로 선택된 서브 대역내에서 호핑된 신호를 주파수 하향변환하며, 이 주파수 하향 변환에서는 주파수 호핑 코드에 상응하는 국부발진주파수를 합성하여 최종 IF 단으로 변환함으로써 광대역 송신 및 수신이 가능하게 되는 시스템 및 방법을 제공하는데 또 다른 목적이 있다.

본 발명은 위에서 제시된 과제를 달성하기 위해 SAR 모드를 위한 광대역 송수신 시스템을 제공한다. 상기 SAR 모드를 위한 광대역 송수신 시스템은, DDS(Direct Digital Synthesis)를 이용하여 주파수를 호핑하여 송신 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하는 파형 발생기; 생성된 송신 IF 신호를 설정된 체배 계수만큼 주파수 상향 변환과 대역폭 확장을 하여 송신 RF 신호를 생성하는 주파수 체배기와 하나의 PLL(Phase Locked Loop)회로를 통하여 국부 발진 주파수를 생성하는 주파수 합성기와 수신 RF 신호에 대하여 서브 대역을 선택하고 선택된 서브 대역과 생성된 국부 발진 주파수를 합성하여 최종 출력 신호를 생성하는 주파수 변환기를 갖는 송수신부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

한편으로, 본 발명의 다른 실시예는, DDS(Direct Digital Synthesis)를 이용하여 주파수를 호핑하여 송신 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하는 파형 발생기; 생성된 송신 IF 신호를 설정된 체배 계수만큼 주파수 상향 변환과 대역폭 확장을 하여 송수신 RF 신호를 생성하는 주파수 체배기와 다수의 PLL(Phase Locked Loop)회로를 통하여 선택적으로 국부 발진 주파수를 생성하는 주파수 합성기와 서브 대역을 선택하고 선택된 서브 대역과 생성된 국부 발진 주파수를 합성하여 최종 출력 신호를 생성하는 주파수 변환기를 갖는 송수신부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 GMTI 모드를 위한 광대역 송수신 시스템을 제공한다.

이때, 상기 제 1 주파수 변환기는 상기 수신 RF 신호를 다수개의 서브 대역으로 분할하고 서브 대역별로 국부 발진 주파수를 선택 입력받아서 상기 서브 대역만큼의 출력 신호로 대역폭을 줄이는 것을 특징으로 할 수 있다.

이때, 상기 DDS 출력 주파수와 국부 발진 주파수는 호핑 주파수 설정 코드에 따라 선택되는 것을 특징으로 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 영상레이더 시스템에서 영상 형성 기능뿐만 아니라 이동표적탐지가 가능한 시스템 구성에 대한 것으로 표준, 광역, 그리고 고해상도 영상 형성을 위한 영상레이더 신호 송수신과 이동표적탐지를 위한 주파수 호핑 기능을 갖는 GMTI 모드를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 송수신 구조는 구현이 간단하고 SAR 영상레이더와 GMTI 모드가 별도의 하드웨어 변경없이 구현 가능하며 광대역 주파수 호핑과 파형 발생이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 SAR를 위한 광대역 송수신 구조를 보여주는 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 GMTI 모드를 위한 광대역 송수신 구조를 보여주는 시스템 구성도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 표준 모드와 광역 모드를 위한 신호 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 모드에서의 신호 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 GMTI 모드에서의 신호 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 GMTI 주파수 설정을 위한 테이블이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 GMTI 모드와 SAR를 위한 광대역 신호 송수신 순서도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.

제 1, 제 2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.

본 발명에서는 기저대역에서 DDS(Direct Digital Synthesis) 방식으로 비교적 협대역 신호를 생성하고 SAR 모드에서 요구되는 순시대역폭을 생성하기 위하여 주파수체배기를 이용하여 광대역의 신호를 생성한다.

고해상도(Spotlight) 모드의 경우, 광대역의 송신 대역폭에 대비하여 수신 대역폭을 줄이기 위하여 지상으로부터 반사되어 돌아오는 표적신호의 수신 구간 동안 송신 신호와 같은 첩율(Chirp rate)을 가지는 국부 발진(LO; Local Oscillator) 신호를 생성하여 수신 신호를 주파수 하향 변환함으로써 수신 대역폭이 영상 관측폭과 비례하여 줄어들게 되는 디첩(dechirp) 수신 구조가 적용된다.

GMTI 모드의 경우 고속 주파수 호핑이 요구되므로 DDS로 협대역 범위에서 파형을 생성하고 주파수 체배기를 이용하여 광대역 범위로 신호를 변환하고 주파수 호핑하여 송신한다.

광대역으로 주파수 호핑된 신호는 위상고정루프(PLL; Phase Locked Loop) 방식의 주파수 합성기를 이용하여 1차로 서브 대역을 선택하여 하향 변환한 뒤, 2차로 주파수 호핑된 신호에 대하여 국부 발진신호를 선택하여 최종 IF 단으로 수신 대역폭을 줄이는 구조가 적용된다.

상기에서 제시된 구조를 이용함으로써 본 발명의 송수신 구조는 광대역의 SAR 뿐만 아니라 고속 주파수 호핑 기능을 갖는 GMTI 모드도 추가적인 하드웨어 변경없이 광대역으로 구현이 가능하다.

이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 GMTI 모드와 SAR를 위한 광대역 송수신 시스템 및 방법에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 SAR를 위한 광대역 송수신 구조를 보여주는 시스템 구성도이다. 도 1을 참조하면, SAR를 위한 광대역 송수신 구조를 보여주는 송수신 시스템(100)은 파형 발생기(120), 제어기(130), 신호 처리기(140), 송수신부(110), 그리고 안테나(150) 등으로 구성된다.

여기서, 송수신부(110)는 주파수 체배기(111), PLL(Phase Locked Loop: 위상 고정 루프) 방식의 주파수 합성기(117), 및 스위치(119)로 구성된다.

제어기(130)는 파형 발생기(120), 송수신부(110), 그리고 신호 처리기(140)를 제어하여 표준모드, 광역모드, 고해상도(spotlight) 모드에 맞는 신호 송수신이 가능하도록 한다.

또한, 제어기(130)는 송수신에 필요한 타이밍 정보와 이득/위상 조절 정보 등을 제공한다.

또한, 제어기(130)는 파형 발생기(120)에 진폭, 위상, 주파수 정보를 전달하고 송신과 수신 타이밍 정보를 전달하여 송신 구간과 수신 구간에 맞춰서 운용 모드별 첩(chirp) 신호가 발생하도록 제어한다.

파형 발생기(120)는 DDS 방식으로 구현되며 제어기(130)로부터 전달된 정보를 이용하여 첩 신호를 발생한다. 표준모드와 광역모드에서는 송신 구간에서만 첩 신호를 생성하고 고해상도 모드에서는 수신 구간에서도 첩 신호를 생성한다. 이를 위해 파행 발생기(120)에는 FPGA(Field Programmable Gate Array)(121), DDS(Direct Digital Synthesis)(123), 및 클럭 발생기(125) 등이 구성된다. FPGA(121)에는 FPGA RAM(미도시)이 구성되어 신호 등을 저장한다.

모드 시작 전에 FPGA 메모리(RAM)와 DDS(123)에 진폭, 위상, 주파수 정보를 저장하고 송신 명령이 입력되면 송신 첩 신호를, 수신 명령이 입력되면 디램핑(deramping) LO용 첩 신호를 발생한다.

송수신부(110)는 주파수 변환기(113-1,113-2 및 113-3), 주파수 체배기(111), 송수신 경로기(115), 주파수 합성기(117), 스위치(119) 등을 포함하여 구성된다. 물론, 여기서 주파수 변환기(113-1,113-2 및 113-3)는 제 1 주파수 변환기(113-1), 제 2 주파수 변환기(113-2) 및 주파수 변환기(113-3)로 구성된다.

주파수 체배기(111)는 송신 첩 신호의 주파수 상향 변환과 대역폭 확장을 위한 부분으로 입력 신호를 안테나 송수신에 적합한 주파수를 갖는 신호로 주파수 상향 변환하면서 신호 대역폭을 체배 개수(N)만큼 확장하는 역할을 한다.

주파수 체배기(111)의 송신 출력은 송수신 경로기(115)를 지나서 안테나(150)로 전달되고 안테나(150)로 수신된 신호는 송수신 경로기(115)를 통해 주파수 변환기1(113-1)로 전달된다.

여기에서, 송수신 경로기(115)는 상용 송수신 시스템에서 송신 신호와 수신 신호를 분리 전달하는 부품으로 대체 가능하며 듀플렉서, 서큘레이터, 스위치 등을 들 수 있다.

주파수 변환기1(113-1)은 수신된 신호를 주파수 하향 변환하는 기능 외에 고해상도 모드에서는 디첩(dechirp) 기능을 수행한다. 표준모드와 광역모드에서는 주파수 하향 변환을 위하여 수신 RF 입력 중심주파수에 맞춰서 설정된 CW LO 신호가 입력된다.

스위치(119)는 주파수변환기1(113-1)을 위한 LO 신호를 모드에 맞게 선택하여 전달하는 기능을 수행한다. 고해상도 모드에서는 주파수변환기3(113-3)의 deramping LO 출력을 주파수변환기1에 전달하고 표준모드, 광역모드, 및 GMTI 모드에서는 주파수합성기(117)의 CW LO 출력을 주파수변환기1에 전달한다.

고해상도 모드에서 주파수변환기3(113-3)은 주파수 체배기(111)에서 입력된 디램핑(deramping) RF 신호와 주파수 합성기(117)로부터 입력된 CW LO 신호를 이용하여 주파수 변환기3(113-3)에서 필요한 디램핑(deramping) LO 신호를 출력한다.

주파수 변환기1(113-1)에서는 수신 RF 신호와 디램핑(deramping) LO 신호에 의해 디첩(dechirp)이 이루어져서 CW 신호가 출력되며 상기 신호의 대역폭은 두 입력 신호의 최대 시간 지연 차이이다.

그러나, 표준모드, 광역모드에서는 첩 신호가 출력된다. 주파수 변환기2(113-2)는 수신된 신호를 주파수 하향 변환한다.

주파수 합성기(117)는 파형 발생기(120)를 위한 DDS 클럭 신호를 제공한다. 또한, 송수신부(110)내에 구성된 각 주파수변환기(113-1 내지 113-2)의 국부 발진(LO) 신호를 생성한다. 고해상도 모드에서는 수신 디첩(dechirp)을 위한 LO 신호를 제공한다. 이를 위해 주파수 합성기(117)에는 오실레이터와 PLL(Phase Locked Loop)가 구성된다.

신호 처리기(140)는 SAR(Synthetic Aperture Radar) 영상 형성 및 GMTI를 위한 신호 처리를 수행한다. 정리하면, DDS 방식의 파형 발생기(120)에 의해 생성된 첩 신호는 주파수 체배기(111)에 의해 주파수 상향 변환과 대역폭 확장을 수행하여 송신하고 수신된 첩 신호는 고해상도 모드에서는 주파수 변환기(113-1 내지 113-3))로 디첩(dechirp)하여 대역폭을 줄여서 수신하게 되고, 표준 모드와 광역 모드에서는 주파수 하향 변환하여 수신하게 된다.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 GMTI 모드를 위한 광대역 송수신 구조를 보여주는 시스템 구성도이다. 부연하면, 도 2는 GMTI를 위한 광대역 주파수 호핑 송수신 구조이다. 도 2의 시스템 구성도는 도 1의 구조에서 고해상도 모드를 위한 주파수변환기(113-3)는 미도시하였고 주파수 합성기(270) 부분이 상세히 식별되었다. 즉 부연하면, 주파수 합성기(270)에는 기준 신호를 생성하는 오실레이터(277), 상기 오실레이터 출력을 분배하는 분배기(271), 상기 분배기(271)로부터 신호를 분배받는 다수의 위상 고정 루프(273) 및 상기 다수의 위상 고정 루프(273)를 스위칭하여 선택하는 스위치(275) 등으로 구성된다. 물론, 다수의 위상 고정 루프(273) 중 하나의 위상 고정 루프(PLL_K)는 스위치(275)를 거치지 않고 스위치직접 주파수 변환기2(113-2)에 연결된다.

도 2를 참조하면, 제어기(130)는 파형 발생기(120)와 송수신부(110), 그리고 신호 처리기(140)를 제어하여 GMTI 모드에 맞는 신호 송수신이 가능하도록 한다. 또한, 송수신에 필요한 타이밍 정보와 이득/위상 조절 정보 등을 제공한다. 제어기(130)는 파형 발생기(120)에 진폭, 위상, 주파수 정보를 전달하고 송신 타이밍 정보를 전달하여 송신 구간에 맞춰서 첩 신호가 발생하도록 제어한다.

파형 발생기(120)는 DDS 방식으로 구현되며 제어기(130)로부터 전달된 호핑 주파수 설정 코드에 따라 주파수 호핑된 송신 첩 신호인 송신 IF 신호(200)를 생성한다. 모드 시작 전에 FPGA RAM과 DDS에 진폭, 위상, 주파수 호핑 코드와 주파수 정보를 저장하고 송신 명령이 입력되면 송신 첩 신호를 생성한다.

주파수 체배기(111)는 주파수 호핑된 송신 IF 신호(200)를 송신 RF 신호로 체배 개수(N)만큼 주파수 상향 변환하면서 동시에 대역폭 확장을 수행한다. 주파수 체배기(111)의 송신 출력인 송신 RF 신호(210)는 송수신 경로기(115)를 지나서 안테나(150)로 전달되고 안테나(150)로 수신된 RF 수신 신호는 송수신 경로기(115)를 통해 주파수 변환기1(113-1)로 전달된다.

주파수 변환기1(113-1)은 수신된 수신 RF 신호(210)를 주파수 하향 변환하는 기능 외에 수신 RF 신호를 M개의 서브 대역으로 나눠서 서브 대역별 LO 신호(1 ~ M)를 입력받아서 서브 대역만큼의 출력 신호로 대역폭(J/M)을 줄여서 제 1 변환 신호인 수신 IF1 신호(240)를 생성하는 역할도 수행한다.

주파수 변환기2(113-2)는 주파수 합성기(270)의 위상 고정 루프(273) 중 위상 고장 루프(PLL_K)로부터 입력된 주파수 호핑된 LO 신호를 이용하여 대역폭 NxBW1인 주파수 하향 변환된 제 2 변환신호인 수신 IF2 신호(230)를 출력한다.

주파수변환기1(113-1)과 주파수변환기2(113-2)의 LO 신호인 수신 LO1 신호 및/또는 수신 LO2 신호는 호핑 주파수 설정 코드에 따라 선택된다.

스위치(119)는 주파수변환기1(113-1)에 입력되는 LO 신호를 설정하는 기능을 수행하며 GMTI 모드에서는 스위치(275) LO 출력을 주파수변환기1(113-1)과 연결한다.

도 2에 따른 신호 처리 과정을 정리하면, IF 송신단인 파형 발생기(120)에서 주파수를 호핑하여 주파수 체배기(111)를 거쳐 RF 주파수 영역으로 호핑하여 송신한다. 주파수 호핑된 수신 신호에 대해서는 PLL(Phase Locked Loop) 방식을 적용하여 주파수변환기1(113-1)에서 국부 발진 주파수를 합성하여 서브 대역을 선택하고 주파수변환기2(113-2)에서 선택된 서브 대역내에서 호핑된 신호를 주파수 호핑 코드에 상응하는 국부 발진 주파수를 합성한다. 최종 IF 단으로 변환함으로써 광대역 송신 및 수신이 가능하게 된다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 표준 모드 및/또는 광역 모드를 위한 신호 흐름도이다. 도 3을 참조하면, 도 3은 표준모드와 광역모드에서의 신호 흐름도를 나타낸 것이다. 물론, 도 3을 도 1의 송수신 구조와 연계하여 설명한다.

파형 발생기(120)에서 출력된 송신 IF 신호(310)는 중심 주파수 f_tx_IF이고 대역폭 BW1인 신호이다. 상기 송신 IF 신호(310)는 주파수 체배기(111)에 의해 주파수 상향 변환과 대역확장이 되어 송신 RF 신호(320)로 변환된다.

송신 RF 신호(320)는 주파수 체배 개수 N배에 의해 중심 주파수는 f_tx_IF x N인 f_RF이고 대역폭은 BW1 x N이다. 주파수 변환기1(113-1)에 의해 주파수 하향 변환된 수신 IF1 신호(340)는 중심주파수 f_rx_IF1이고 대역폭은 송신 RF 신호(320)와 동일하다. 주파수변환기2(113-2)에 의해 주파수 하향 변환된 수신 IF2 신호(360)는 중심주파수 f_rx_IF2 신호이고 대역폭은 송신 RF 신호(320)와 동일하다.

여기에서, 파형 발생기(120)에서 발생하는 신호의 대역폭은 원하는 대역폭에 비해 N만큼 좁은 신호이고 주파수 체배기(111)에 의해 원하는 대역폭으로 변환된다. 제 1, 제 2 주파수 변환기(113-1,113-2)는 본연의 기능인 주파수 변환만을 수행한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 고해상도 모드에서의 신호 흐름도이다. 즉, 도 4는 고해상도 모드에서의 신호 흐름도를 나타낸 것이다. 도 4를 도 1의 송수신 구조와 연계하여 설명한다.

파형 발생기(120)에서 출력된 송신 IF 신호(310)는 중심 주파수 f_tx_IF이고 대역폭 BW1인 신호이다. 상기 송신 IF 신호(410)는 주파수 체배기(111)에 의해 송신 RF 신호(420)로 변환된다.

송신 RF 신호(420)는 주파수 체배기(111)에 의해 주파수 체배 개수 N에 의해 f_tx_IF x N인 중심 주파수 f_RF이고 대역폭은 BW1 x N이다. 주파수 변환기1(113-1)에 입력되는 LO 신호는 수신 RF 신호(410)보다 넓은 대역폭을 갖는 디램플링(derampling) 신호이고 주파수변환기1(113-1)에 의해 주파수 하향 변환 및 디첩(dechirp)된 수신 IF1 신호(440)는 중심주파수 f_rx_IF1 이고 출력 신호는 첩 신호가 아닌 CW 신호이며 CW 신호의 발생 가능 대역폭은 주파수변환기2(113-2)에 입력된 두 첩 신호의 최대 시간 지연차인 BW2로 감소한 신호이다.

주파수 변환기2(113-2)에 의해 주파수 하향 변환된 수신 IF2 신호(460)는 중심주파수 f_rx_IF2 신호이고 대역폭은 BW2이다.

여기에서, 파형 발생기(120)에서 발생하는 신호의 대역폭은 원하는 대역폭에 비해 N만큼 좁은 신호이고 주파수 체배기(111)에 의해 원하는 대역폭으로 변환된다.

고해상도 모드에서의 광대역 신호는 수신 디첩(dechirp) 기능에 의해 협대역 신호로 감소하여 처리된다. 주파수 변환기(113-1)는 주파수 변환 외에 디첩(decrhip) 기능도 수행한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 GMTI 모드에서의 신호 흐름도이다. 즉, 도 5는 GMTI 모드에서의 신호 흐름도를 나타낸 것이다. 도 5를 도 2의 송수신 구조와 연계하여 설명한다.

파형 발생기(111)에 의해 출력된 송신 IF 신호(510)는 호핑 주파수 코드에 맞는 중심주파수를 갖는 첩 신호이다. 상기 호핑된 첩 신호의 대역폭은 BW1이고 주파수 호핑이 가능한 전체 대역폭은 J x BW1이다.

호핑된 송신 IF 신호(510)는 주파수 체배기(111)에 의해 송신 RF 신호(520)로 변환된다. 송신 IF 신호(510) 중 1번 호핑 IF 신호는 체배 개수 N에 의해 중심주파수 N x f_tx_IF,1이고 대역폭 N x BW1인 신호이다. 3번 호핑 IF 신호는 체배 개수 N에 의해 중심 주파수 N x f_tx_IF,3이고 대역폭 N x BW1인 신호이다. J번 호핑 IF 신호는 체배 개수 N에 의해 중심 주파수 N x f_tx_IF,J이고 대역폭 N x BW1인 신호이다. 따라서, 호핑 가능한 RF 송신 대역폭은 N x ( J x BW1)가 된다.

안테나(150)와 송수신 경로기(115)를 거쳐 수신된 수신 RF 신호(520)는 서브 대역으로 나뉘어서 주파수 하향 변환된다. 제어기(130)로부터 전달된 호핑 주파수 코드에 따라 주파수 합성기(270)의 PLL 1 ~ PLL M 출력 중 한 주파수가 스위치(275)를 통해 선택된 수신 LO1 신호(530)는 주파수 변환기1(113-1)로 입력된다.

RF 신호는 M 개의 서브 밴드로 나누고 서브 밴드별로 선택된 LO 신호에 의해 수신 IF1 신호(540)로 주파수 하향 변환되면서 M 만큼 전체 대역폭은 감소한다. 상기 LO 신호의 중심주파수 간격은 서브 밴드폭과 같다.

상기 수신 IF 신호1(540)은 주파수 변환기2(113-2)에 의해 수신 IF2 신호(560)로 주파수 하향변환된다. 주파수변환기2(113-2)에 입력되는 수신 LO2 신호(550)는 제어기(130)로부터 주파수 합성기(270)의 PLL_K에 전달된 주파수 호핑 코드에 맞춰서 중심주파수가 f_LO_K에서 f_LO+(K+J/M)까지 주파수 호핑되는 신호이다.

주파수 호핑되는 수신 IF1 신호(540)와 주파수 호핑되는 수신 LO2 신호(550)가 주파수 변환기2(113-2)에서 혼합되어 중심주파수 f_rx_IF2이고 대역폭 N x BW1인 신호로 출력된다.

여기에서, IF 송신단인 파형 발생기(120)에서 주파수를 호핑하여 주파수 체배기(111)를 거쳐 RF 주파수 영역으로 호핑하여 송신하고, 주파수 호핑된 수신 신호에 대해서는 PLL 방식을 적용하여 주파수 변환기1(113-1)에서 국부 발진 주파수를 합성하여 서브 대역을 선택하고 주파수 변환기2(113-2)에서 선택된 서브 대역내에서 호핑된 신호를 주파수 호핑 코드에 상응하는 국부 발진 주파수를 합성하여 최종 IF 단으로 변환함으로써 광대역 송신 및 수신이 가능하게 된다.

이해를 돕기 위하여 자세한 값을 적용한 테이블 표가 도 6에 도시된다. 도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 GMTI 주파수 설정을 위한 테이블이다. 도 6을 참조하면 다음과 같다. 파형 발생기(120)의 DDS(123)와 주파수 합성기(270)의 PLL(273)은 제어기(130)로부터 전달된 호핑 주파수 설정에 따라 신호를 생성한다.

여기에서, 파형 발생기(120)의 출력 호핑 주파수 개수 J는 10이고, 주파수체배기(111)를 체배 개수 N은 4, 주파수 변환기1(113-1)을 위한 PLL 개수 M은 3이며 RF 서브 밴드는 PLL 개수 M에 의해 3으로 나눈다.

우선, DDS(123)는 입력된 제어 명령에 맞춰서 출력 중심 주파수와 신호 대역폭을 제어하여 5MHz 대역폭의 신호를 기준으로 전체 150 MHz 대역폭의 신호를 생성한다.

주파수 호핑 기능에 맞춰서 출력 중심 주파수는 고정된 값이 아니라 30 개의 중심 주파수내에서 가변한다. 상기 신호는 송수신부(110)의 주파수 체배기(111)를 거쳐서 30개의 신호는 각각 20 MHz의 대역폭을 가지며 총 600 MHz의 신호 대역폭을 갖는다.

안테나(150)를 통해 수신된 600MHz 대역폭의 신호는 주파수 변환기1(113-1)을 거쳐 200MHz 대역폭의 신호로 변환되고 주파수 변환기2(113-2)를 거쳐 20MHz 대역폭의 신호로 변환된다.

파형 발생기(120)의 출력 중심 주파수가 2,000 ~ 2,415MHz일 때 주파수 체배기(111)의 출력 중심 주파수는 8000 ~ 8580 MHz이고 주파수 변환기1(113-1)의 LO 신호 중심 주파수는 6600MHz, 6800MHz, 7000MHz로 200MHz씩 변하고, 주파수 변환기2(113-2)의 LO 신호 중심 주파수는 1275 ~ 1455MHz로 20MHz씩 변한다.

파형 발생기(120)에서 출력되는 호핑 신호의 중심 주파수에 맞춰서 주파수 변환기1(113-1)과 주파수 변환기2(113-2)에서 출력되는 호핑 신호의 중심 주파수가 변하는 구조로 최종 출력 신호는 중심 주파수 125 MHz, 대역폭 20 MHz인 협대역 신호가 된다.

즉, 송수신 RF 신호가 30개의 가변 중심 주파수와 600MHz의 광대역을 갖는 신호지만 수신 출력 신호는 고정 중심 주파수와 20MHz의 협대역을 갖는 신호이다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 GMTI 모드와 SAR 영상레이더를 위한 광대역 신호 송수신 순서도이다. 도 7을 참조하면, 제어기(130)의 운용 모드를 설정한 다음, 호핑 주파수를 설정한다(단계 S700,S710). GMTI 모드를 제외한 운용 모드에서는 호핑 주파수로 IF 대역, RF 대역, LO 신호의 중심 주파수에 해당하는 주파수를 호핑 주파수로 설정한다.

제어기(130)로부터 파형 발생기(120)와 주파수 합성기(117,270)를 셋업한다(단계 S720).

파형 발생기(120)는 설정 값에 맞는 송신 첩 신호를 생성한다(단계 S730).

송수신부(110)는 송신 첩 신호를 주파수 상향변환하고 대역 확장하여 송신한다(단계 S740, S750).

송수신부(110)는 송신 첩 신호를 수신하여 주파수 하향 변환한다(단계 S760,S780).

물론, 단계 S780 이전에 수신된 첩 신호 대역 축소하는 단계(S770)가 더 구성될 수 있다. 이 단계(S780)는 고해상도 모드와 GMTI 모드에 해당한다.

또한, 본 발명의 일실시예는 하드웨어, 소프트웨어 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 하드웨어 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하기 위해 디자인된 ASIC(application specific integrated circuit), DSP(digital signal processing), PLD(programmable logic device), FPGA(field programmable gate array), 프로세서, 제어기, 마이크로프로세서, 다른 전자 유닛 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다.

소프트웨어적인 구현에 있어, 상술한 기능을 수행하는 모듈로 구현될 수 있다. 소프트웨어는 메모리 유닛에 저장될 수 있고, 프로세서에 의해 실행된다. 메모리 유닛이나 프로세서는 당업자에게 잘 알려진 다양한 수단을 채용할 수 있다.

100: 송수신 시스템
110: 송수신부
111: 주파수 체배기
113-1 내지 113-3: 주파수 변환기
115: 송수신 경로기
117: 주파수 합성기
119: 스위치
120: 파형 발생기
121: FPGA(Field Programmable Gate Array)
123: DDS(Direct Digital Synthesizer)
125: 클럭 발생기
130; 제어기
140: 신호 처리기
150: 안테나
270: 주파수 합성기
271: 분배기
273: PLL 회로
275: 스위치
277: 오실레이터

Claims

DDS(Direct Digital Synthesis)를 이용하여 주파수를 호핑하여 송신 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하는 파형 발생기; 및
생성된 송신 IF 신호를 설정된 체배 계수만큼 주파수 상향 변환과 대역폭 확장하여 송신 RF 신호를 생성하는 주파수 체배기와 다수의 PLL(Phase Locked Loop)회로를 통하여 선택적으로 국부 발진 주파수를 생성하는 주파수 합성기와 수신 RF 신호에 대하여 서브 대역을 선택하고 선택된 서브 대역과 생성된 국부 발진 주파수를 합성하여 최종 출력 신호를 생성하는 주파수 변환기를 갖는 송수신부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 GMTI 모드를 위한 광대역 송수신 시스템.
DDS(Direct Digital Synthesis)를 이용하여 주파수를 호핑하여 송신 IF(Intermediate Frequency) 신호를 생성하는 파형 발생기; 및
생성된 송신 IF 신호를 설정된 체배 계수만큼 주파수 상향 변환과 대역폭 확장하여 송신 RF 신호를 생성하는 주파수 체배기와 하나의 PLL(Phase Locked Loop)회로를 통하여 국부 발진 주파수를 생성하는 주파수 합성기와 수신 RF 신호에 대하여 서브 대역을 선택하고 선택된 서브 대역과 생성된 국부 발진 주파수를 합성하여 최종 출력 신호를 생성하는 주파수 변환기를 갖는 송수신부;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 SAR 모드를 위한 광대역 송수신 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 주파수 변환기는 제 1 주파수 변환기와 제 2 주파수 변환기로 이루어지며, 상기 제 1 주파수 변환기는 상기 수신 RF 신호를 다수개의 서브 대역으로 분할하고 서브 대역별로 국부 발진 주파수를 선택 입력받아서 상기 서브 대역만큼의 출력 신호로 대역폭을 줄이고, 상기 제 2 주파수변환기는 선택된 서브 대역의 입력 신호를 상기 송신 RF 신호의 대역폭을 갖는 출력 신호로 대역폭을 줄이며 상기 파형발생기의 출력 주파수와 국부 발진 주파수는 호핑 주파수 설정 코드에 따라 선택되는 것을 특징으로 하는 GMTI 모드를 위한 광대역 송수신 시스템.