KR101908455B1

KR101908455B1 - 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템 및 그 제어 방법

Info

Publication number: KR101908455B1
Application number: KR1020170002333A
Authority: KR
Inventors: 김승용
Original assignee: 비아이에스웍스 주식회사
Priority date: 2017-01-06
Filing date: 2017-01-06
Publication date: 2018-10-17
Also published as: KR20180081283A

Abstract

본 발명은 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 특히 샘플 수를 줄여서 침입자의 존재 여부를 확인하고 침입자의 존재가 확인되면 침입자의 위치를 파악할 수 있도록 샘플 수를 증가시키도록 하여 전력소모량을 줄일 수 있도록 한 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명에 따르면, 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아, N/M 서브 샘플을 추출하여 목표물의 존재를 확인하는 침입 확인 모듈; 및 상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, N개의 샘플을 입력받아 목표물의 존재를 탐지하고, 탐지된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출하는 위치 확인 모듈을 포함하며, 상기 M은 2이상의 자연수인 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템 및 그 제어 방법을 제공하여 저전력으로 목표물을 탐지하고 위치를 확인할 수 있다.

Description

저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템 및 그 제어 방법{Low power Frequency Modulated Continuous Waveform system and controlling method thereof}

본 발명은 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것으로, 특히 샘플 수를 줄여서 침입자의 존재 여부를 확인하고 침입자의 존재가 확인되면 침입자의 위치를 파악할 수 있도록 샘플 수를 증가시키도록 하여 전력소모량을 줄일 수 있도록 한 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템 및 그 제어 방법에 관한 것이다.

최근에는 군사용으로 사용되던 레이더 기술이 민간 기술로 보급화가 가속화되면서 민간 부분의 보안용과 자동차의 자동 항법을 위해 많은 연구를 수행하고 있다.

민간에서 많이 활용하는 레이더 기술은 펄스(pulse)형 방식과 연속파(continuous wave) 방식이다.

상기 펄스 방식은 매우 낮은 저출력을 이용하지만 매우 넓은 주파수 대역폭을 사용할 수 있는 장점으로 인해 수cm까지의 거리 분해능을 가질 수 있다. 반면, 송신 출력이 너무 낮아 사용범위가 약 10m 이내만 사용이 가능하다.

연속파 방식은 상대적으로 매우 높은 송신 출력을 사용 가능하여 원거리까지 사용이 가능하나, 단순히 도플러 주파수(Doppler frequency)를 추출하여 목표물을 검출하기 때문에 거리 정보를 사용하지 못하는 단점을 가진다.

연속파 방식에서 부가적으로 대략적 거리정보를 알아내기 위해 사용하는 레이더 기술이 FMCW(Frequency Modulated Continuous Waveform)이다.

FMCW 방식은 펄스방식에 비해 거리 분해능(Range-resolution)은 떨어지나 고출력을 사용할 수 있기 때문에 원거리까지 목표물을 검출 가능한 장점을 가진다.

이와 같은 FMCW 방식에 있어서 종래 기술에 따르면, 주기적으로 취득하는 N개의 샘플에 대하여 윈도우 함수(window function)와 고속 퓨리에 변환(FFT:Fast Fourier Transform)을 반복하여 수행하게 되는데, 이러한 윈도우 함수와 고속 퓨리에 변환은 샘플 N이 증가할수록 연산량이 크게 증가한다.

특히 고속 퓨리에 변환의 경우에 N의 값이 커질수록 연산량이 기하급수적으로 증가한다.

이와 같은 연산량의 증가에 따른 전력 소모량을 줄이기 위해서는 샘플 수 N을 줄여야 하지만 샘플 수 N은 거리 해상도에 직접적인 영향이 있기 때문에 N을 줄이면 전체적인 레이더의 정확도가 떨어진다. 이에 따라 샘플 수 N을 줄이는 것은 쉽지 않다.

국내등록번호 10-1527772호 국내공개번호 10-2012-0074162호 국내등록번호 10-1360572호

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 샘플 수를 줄여서 침입자의 존재 여부를 확인하고 침입자의 존재가 확인되면 침입자의 위치를 파악할 수 있도록 샘플 수를 증가시키도록 하여 전력소모량을 줄일 수 있도록 한 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템 및 그 제어 방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 시스템은 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아, N/M 서브 샘플을 추출하여 목표물의 존재를 확인하는 침입 확인 모듈; 및 상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, N개의 샘플을 입력받아 목표물의 존재를 탐지하고, 탐지된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출하는 위치 확인 모듈을 포함하며, 상기 M은 2이상의 자연수이다.

또한, 본 발명의 시스템의 상기 침입 확인 모듈은 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아, N/M 서브 샘플을 추출한 후에 고속 퓨리에 변환을 수행하고 CFAR 연산을 수행하여 목표물의 존재를 확인한다.

또한, 본 발명의 시스템의 상기 침입 확인 모듈은 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아, N/M 서브 샘플을 추출하는 서브 샘플러; 상기 N/M 서브 샘플에 대하여 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮추는 제1 윈도우 함수부; 상기 제1 윈도우 함수부의 출력 신호에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행하는 제1 고속 퓨리에 변환부; 및 상기 제1 고속 퓨리에 변환부의 출력 신호에 대하여 CFAR 연산을 수행하여 목표물을 탐지하여 목표물의 존재를 확인하는 제1 CFAR 검출부를 포함한다.

또한, 본 발명의 시스템의 상기 위치 확인 모듈은 상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, N개의 샘플에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행하며, CFAR 연산을 수행하여 목표물의 존재를 탐지하고, 탐지된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출한다.

또한, 본 발명의 시스템의 상기 위치 확인 모듈은 상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아, N개의 샘플에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행하는 제2 고속 퓨리에 변환부; 상기 침입 확인 모듈이 확인된 목표물의 탐지 지역을 대상으로, 국부 영역의 CFAR 연산을 수행하여 목표물을 탐지하는 국부 CFAR 검출부; 및 상기 국부 CFAR 검출부에서 검출된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출하는 도래각 산출부를 포함한다.

또한, 본 발명의 시스템의 상기 위치 확인 모듈은 상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮추어 상기 제2 고속 퓨리에 변환부에 제공하는 제2 윈도우 함수부를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 시스템의 상기 위치 확인 모듈은 상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮추는 제2 윈도우 함수부; 상기 제2 윈도우 함수부의 출력 신호에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행하는 제2 고속 퓨리에 변환부; 상기 제2 고속 퓨리에 변환부의 출력 신호에 대하여 CFAR 연산을 수행하여 목표물을 탐지하는 제2 CFAR 검출부; 및 상기 제2 CFAR 검출부에서 검출된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출하는 도래각 산출부를 포함한다.

한편, 본 발명의 방법은 (A) 침입 확인 모듈이 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아, N/M 서브 샘플을 추출하여 목표물의 존재를 확인하는 단계; 및 (B) 위치 확인 모듈이 상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, N개의 샘플을 입력받아 목표물의 존재를 탐지하고, 탐지된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출하는 단계를 포함하며, 상기 M은 2이상의 자연수이다.

또한, 본 발명의 방법의 상기 (A) 단계에서 상기 침입 확인 모듈은 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아, N/M 서브 샘플을 추출한 후에 고속 퓨리에 변환을 수행하고 CFAR 연산을 수행하여 목표물의 존재를 확인한다.

또한, 본 발명의 방법의 상기 (A) 단계는 (A1) 상기 침입 확인 모듈이 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아, N/M 서브 샘플을 추출하는 단계; (A2) 상기 침입 확인 모듈이 상기 N/M 서브 샘플에 대하여 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮추는 단계; (A3) 상기 침입 확인 모듈이 고속 퓨리에 변환을 수행하는 단계; 및 (A4) 상기 침입 확인 모듈이 고속 퓨리에 변환된 신호에 대하여 CFAR 연산을 수행하여 목표물을 탐지하여 목표물의 존재를 확인하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 방법의 상기 (B) 단계에서 상기 위치 확인 모듈은 N개의 샘플에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행하며, CFAR 연산을 수행하여 목표물의 존재를 탐지하고, 탐지된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출한다.

또한, 본 발명의 방법의 상기 (B) 단계는 (B1) 상기 위치 확인 모듈은 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아, N개의 샘플에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행하는 단계; (B2) 상기 위치 확인 모듈은 상기 침입 확인 모듈이 확인된 목표물의 탐지 지역을 대상으로, 국부 영역의 CFAR 연산을 수행하여 목표물을 탐지하는 단계; 및 (B3) 상기 위치 확인 모듈은 검출된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출하는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명의 방법의 상기 (B) 단계는 상기 (B1) 단계 이전에 상기 위치 확인 모듈이 상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮추는 단계를 더 포함한다.

또한, 본 발명의 방법의 상기 (B) 단계는 (B1) 상기 위치 확인 모듈은 상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮추는 단계; (B2) 상기 위치 확인 모듈은 고속 퓨리에 변환을 수행하는 단계; (B3) 상기 위치 확인 모듈은 고속 퓨리에 변환된 출력 신호에 대하여 CFAR 연산을 수행하여 목표물을 탐지하는 단계; 및 (B4) 상기 위치 확인 모듈은 검출된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출하는 단계를 포함한다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 샘플 수를 줄여서 침입자의 존재 여부를 확인하고 침입자의 존재가 확인되면 침입자의 위치를 파악할 수 있도록 샘플 수를 증가시키도록 하여 전력소모량을 줄일 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 이하에서는 특정 실시예들을 첨부된 도면을 기초로 상세히 설명하고자 한다.

이하의 실시예는 본 명세서에서 기술된 방법, 장치 및/또는 시스템에 대한 포괄적인 이해를 돕기 위해 제공된다. 그러나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 실시예들을 설명함에 있어서, 본 발명과 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 그리고, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 상세한 설명에서 사용되는 용어는 단지 본 발명의 실시 예들을 기술하기 위한 것이며, 결코 제한적이어서는 안 된다. 명확하게 달리 사용되지 않는 한, 단수 형태의 표현은 복수 형태의 의미를 포함한다. 본 설명에서, "포함" 또는 "구비"와 같은 표현은 어떤 특성들, 숫자들, 단계들, 동작들, 요소들, 이들의 일부 또는 조합을 가리키기 위한 것이며, 기술된 것 이외에 하나 또는 그 이상의 다른 특성, 숫자, 단계, 동작, 요소, 이들의 일부 또는 조합의 존재 또는 가능성을 배제하도록 해석되어서는 안 된다.

또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템은 침입 확인 모듈(100) 및 위치 확인 모듈(200)을 구비하고 있다.

상기 침입 확인 모듈(100)은 송신 신호를 보내고 목표물(침입자)로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 아날로그 디지털 컨버터(ADC: Analog Digital Converter)(미도시)에 의해 표본화된 데이터(sampled data) N개를 입력받아, 즉 N개의 샘플을 입력받아 N/M 서브 샘플을 추출한 후에 추출된 N/M 서브 샘플에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행하고 목표물을 탐지할 수 있는 CFAR(Constant False Alarm Rate) 연산을 수행하여 목표물의 존재 여부를 확인한다. 여기에서 M은 2이상인 자연수이다.

이와 같은 상기 침입 확인 모듈(100)은 서브 샘플러(110), 제1 윈도우 함수부(120), 제1 고속 퓨리에 변환부(130) 및 제1 CFAR(Constant False Alarm Rate) 검출부(140)를 구비하고 있다.

이와 같은 상기 침입 확인 모듈(100)에 있어서 서브 샘플러(110)는 N개의 샘플을 입력받아 N/M개의 샘플로 서브 샘플을 형성한다. 여기에서 M은 2이상인 자연수이다.

즉, 서브 샘플러(110)는 N개의 샘플을 입력받아 N/M개의 서브 샘플을 형성하여 샘플 수를 줄임으로 이후에 연산 과정에서 연산량을 줄일 수 있도록 한다.

다음으로, 침입 확인 모듈(100)의 제1 윈도우 함수부(120)는 예를 들어, 해밍(Hamming) 윈도우, 또는 체비셔프(Chebyshev) 윈도우 등과 같은 윈도우 함수를 이용하여 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮출 수 있다.

일반적으로 주파수 변조 방식의 연속 파형을 사용하는 레이더 시스템에서는 이동하는 목표물의 원격 탐지를 위하여 각 거리에 따른 변이 주파수 및 추가적인 도플러 스펙트럼의 추정이 필요하며, 비트 주파수의 추출을 위한 기저대역 또는 중간 주파수 대역의 스펙트럼 추정에는 주로 고속 퓨리에 변환(FFT) 기법이 이용될 수 있다.

잘 알려진 것처럼 시스템의 특성상 레이더 안테나가 목표물의 반사 신호를 획득할 수 있는 체류 타임(dwell time)이 상당히 짧게 주어지는 경우가 있다. 이러한 경우에는 간섭 신호의 큰 부엽(side-lobe)으로 인해 인접하는 중요한 신호의 정보가 가려져서 탐지되지 않는 심각한 성능 열화 현상이 발생할 수 있다.

즉, 목표물로부터 반사되는 반사파의 수신 시간이 비교적 짧은 경우, 클러터(clutter) 등의 강력한 간섭 신호의 부엽이 인접 도플러 필터에 누설되어 탐지하고자 하는 신호가 가려질 수 있다. 여기서, 클러터(clutter)는 레이더에서 지면, 해면, 빗방울 등으로부터 발생하는 반사파에 의해 나타나는 반향(echo) 등의 반사 장애를 말한다.

따라서, 일 실시예에서는 다양한 윈도우 함수를 이용하여 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮춤으로써 비트 주파수의 탐지를 용이하게 할 수 있다.

다음으로, 제1 고속 퓨리에 변환부(130)는 제1 윈도우 함수부(120)의 출력 신호를 고속 퓨리에 변환하여 출력한다.

그리고, 제1 CFAR 검출부(140)는 CFAR 연산을 수행하여 목표물을 탐지한다.

즉, 제1 CFAR 검출부(140)는 제1 고속 퓨리에 변환기(130)의 출력 신호에

대하여 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 선택할 수 있다.

상기 제1 CFAR 검출부(140)는 가변적인 잡음과 클러터 환경에서 가변적인 검출 임계값을 적용하여 오경보율을 일정하게 유지하면서 클러터를 제거하고, 의미있는 비트 주파수를 선택하는 역할을 수행한다.

이와 같은 제1 CFAR 검출부(140)는 검출 임계값을 선택하는 방식에 따라 CA-CFAR(Cell-Averaging CFAR), OS-CFAR(Order Statistics-CFAR), GO-CFAR(Greatest Of-CFAR), SO-CFAR(Smallest Of-CFAR) 등을 이용할 수 있

다. 상기 제1 CFAR 검출부(140)는 선택된 비트 주파수들로부터 목표물의 거리,

속도 및 방위각를 포함하는 정보를 추정할 수 있으며, 목표물(침입자)의 존재 여부를 확인할 수 있다.

이와 같이 침입 확인 모듈(100)이 목표물(침입자)의 존재를 확인하면, 위치 확인 모듈(200)은 N개의 샘플에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행하며, 침입 확인 모듈(100)이 목표물의 존재를 확인한 영역, 즉 국부 영역을 대상으로 CFAR 연산을 수행하여 목표물의 존재를 탐지하고, 탐지된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출한다.

이와 같은 위치 확인 모듈(200)은 제2 고속 퓨리에 변환부(210), 국부 CFAR 검출부(220), 도래각(DOA: Direction Of Arrival) 산출부(230)를 구비하고 있다.

상기 위치 확인 모듈(200)의 제2 고속 퓨리에 변환부(210)는 N개 샘플에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행한다.

그리고, 국부 CFAR 검출부(220)는 제1 CFAR 검출부(140)로부터 확인된 목표물의 탐지 지역을 대상으로, 즉 국부 영역을 대상으로 CFAR 연산을 수행하여 목표물을 탐지한다.

즉, 국부 CFAR 검출부(220)는 국부 영역을 대상으로 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 선택할 수 있으며, 선택된 특징 비트 주파수를 이용하여 목표물을 탐지한다.

다음으로, 도래각 산출부(230)은 목표물로부터 반사되는 반사 신호의 도래각을 추정하여 목표물의 위치를 확인한다.

이러한 도래각 산출부(230)가 수행하는 도래각 추정 과정은 먼저 상관행렬을 산출한다. 즉, 첩펄스를 구성하는 업첩(up-chirp)과 다운첩(down-chirp)의 각각에서 목표물의 위치를 나타내는 상관행렬을 산출한다.

이어, 도래각 산출부(230)는 산출된 상관행렬에서 잡음영역을 추정하기 위한 상관행렬 평균화를 수행한다. 즉, 업첩(up-chirp)과 다운첩(down-chirp)으로 이루어지는 첩펄스 개수를 사용하여 상관행렬을 평균화한다.

한편, 상기 상관행렬의 평균화에서는, 각 첩펄스에서 산출된 상관행렬을 누적하고, 그 누적 결과를 상기 첩펄스 개수로 나누어 상관행렬을 평균화한다.

이어, 상관행렬의 평균화된 결과에 대한 고유치 분해를 통해 신호영역과 잡음영역을 분리한다. 즉, 평균화된 결과로부터 신호영역과 상기에서 추정된 잡음영역을 구분하여 나타내는 고유벡터를 산출하는 고유치 분해를 수행한다.

이어, 고유벡터에서 잡음영역을 제외한 신호영역으로부터 목표물의 개수를 선정하며, 또한 선정된 목표물에 대한 방향 도래각을 추정한다.

이와 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템에 있어서 상기 위치 확인 모듈은 상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮추어 상기 제2 고속 퓨리에 변환부에 제공하는 제2 윈도우 함수부를 더 포함할 수 있다.

도 2는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 구성도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템은 침입 확인 모듈(100) 및 위치 확인 모듈(200')을 구비하고 있다.

이와 같은 상기 침입 확인 모듈(100)은 서브 샘플러(110), 제1 윈도우 함수부(120), 제1 고속 퓨리에 변환부(130) 및 제1 CFAR(Constant False Alarm Rate) 검출부(140)를 구비하고 있으며, 도 1과 동일한 구성으로 이에 따라 상세한 설명은 생략한다.

이와 같이 침입 확인 모듈(100)이 목표물(침입자)의 존재를 확인하면, 위치 확인 모듈(200)은 N개의 샘플에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행하며, CFAR 연산을 수행하여 목표물의 존재를 탐지하고, 탐지된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출한다.

이와 같은 위치 확인 모듈(200')은 제2 윈도우 함수부(205), 제2 고속 퓨리에 변환부(210), 제2 CFAR 검출부(220'), 도래각(DOA: Direction Of Arrival) 산출부(230)를 구비하고 있어 도 1의 일실시에와 달리 제2 윈도우 함수부(205)를 더 ㅍ포함하고, 제2 CFAR 검출부(220')가 국부 영역을 대상으로 하지 않는다.

상기 위치 확인 모듈(200')의 제2 윈도우 함수부(205)는 예를 들어, 해밍(Hamming) 윈도우, 또는 체비셔프(Chebyshev) 윈도우 등과 같은 윈도우 함수를 이용하여 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮출 수 있다.

다음으로, 제2 고속 퓨리에 변환부(210)는 N개 샘플에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행한다.

그리고, 제2 CFAR 검출부(220')는 CFAR 연산을 수행하여 목표물을 탐지한다.

즉, 제2 CFAR 검출부(220')는 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 선택할 수 있으며, 선택된 특징 비트 주파수를 이용하여 목표물을 탐지한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 제어 방법은 침입 확인 모듈이 송신 신호를 보고 목표물(침입자)로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 아날로그 디지털 컨버터(ADC: Analog Digital Converter)에 의해 표본화된 데이터(sampled data) N개를 입력받는다(S100).

상기 침입 확인 모듈은 이처럼 N개의 샘플을 입력받아 N/M개의 샘플로 서브 샘플을 형성한다(S110). 여기에서 M은 2이상인 자연수이다.

이처럼 침입 확인 모듈이 N개의 샘플을 입력받아 N/M개의 서브 샘플을 형성하여 샘플 수를 줄임으로 이후에 연산 과정에서 연산량을 줄일 수 있도록 한다.

다음으로, 침입 확인 모듈은 예를 들어, 해밍(Hamming) 윈도우, 또는 체비셔프(Chebyshev) 윈도우 등과 같은 윈도우 함수를 이용하여 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮출 수 있다(S120).

다음으로, 침입 확인 모듈은 간섭 신호의 부엽 레벨이 낮추어진 신호를 고속 퓨리에 변환한다(S130).

그리고, 침입 확인 모듈은 CFAR 연산을 수행하여 목표물을 탐지한다(S140).

즉, 침입 확인 모듈은 고속 퓨리에 변환된 신호에

상기 침입 확인 모듈은 가변적인 잡음과 클러터 환경에서 가변적인 검출 임계값을 적용하여 오경보율을 일정하게 유지하면서 클러터를 제거하고, 의미있는 비트 주파수를 선택하는 역할을 수행한다.

이와 같은 침입 확인 모듈은 검출 임계값을 선택하는 방식에 따라 CA-CFAR(Cell-Averaging CFAR), OS-CFAR(Order Statistics-CFAR), GO-CFAR(Greatest Of-CFAR), SO-CFAR(Smallest Of-CFAR) 등을 이용할 수 있

다. 상기 침입 확인 모듈은 선택된 비트 주파수들로부터 목표물의 거리,

속도 및 방위각를 포함하는 정보를 추정할 수 있으며, 목표물(침입자)의 존재 여부를 확인할 수 있다(S140).

이와 같이 침입 확인 모듈이 목표물(침입자)의 존재를 확인하면, 위치 확인 모듈은 N개의 샘플에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행한다(S150).

이후에, 위치 확인 모듈은 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인한 영역, 즉 국부 영역을 대상으로 CFAR 연산을 수행하여 목표물의 존재를 탐지한다(S160).

즉, 위치 확인 모듈은 국부 영역을 대상으로 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 선택할 수 있으며, 선택된 특징 비트 주파수를 이용하여 목표물을 탐지한다.

다음으로, 위치 확인 모듈은 목표물로부터 반사되는 반사 신호의 도래각을 추정하여 목표물의 위치를 확인한다(S170).

이러한 위치 확인 모듈이 수행하는 도래각 추정 과정은 먼저 상관행렬을 산출한다. 즉, 첩펄스를 구성하는 업첩(up-chirp)과 다운첩(down-chirp)의 각각에서 목표물의 위치를 나타내는 상관행렬을 산출한다.

이어, 위치 확인 모듈은 산출된 상관행렬에서 잡음영역을 추정하기 위한 상관행렬 평균화를 수행한다. 즉, 업첩(up-chirp)과 다운첩(down-chirp)으로 이루어지는 첩펄스 개수를 사용하여 상관행렬을 평균화한다.

이와 같은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 제어 방법에 있어서 상기 위치 확인 모듈이 상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮추는 단계를 더 포함할 수 있다.

도 4는 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 제어 방법의 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따른 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 제어 방법은 침입 확인 모듈이 송신 신호를 보고 목표물(침입자)로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 아날로그 디지털 컨버터(ADC: Analog Digital Converter)에 의해 표본화된 데이터(sampled data) N개를 입력받는다(S200).

상기 침입 확인 모듈은 이처럼 N개의 샘플을 입력받아 N/M개의 샘플로 서브 샘플을 형성한다(S210). 여기에서 M은 2이상인 자연수이다.

다음으로, 침입 확인 모듈은 예를 들어, 해밍(Hamming) 윈도우, 또는 체비셔프(Chebyshev) 윈도우 등과 같은 윈도우 함수를 이용하여 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮출 수 있다(S220).

다음으로, 침입 확인 모듈은 간섭 신호의 부엽 레벨이 낮추어진 신호를 고속 퓨리에 변환한다(S230).

그리고, 침입 확인 모듈은 CFAR 연산을 수행하여 목표물을 탐지한다(S240).

이와 같이 침입 확인 모듈이 목표물(침입자)의 존재를 확인하면, 위치 확인 모듈은 N개의 샘플에 대하여 예를 들어, 해밍(Hamming) 윈도우, 또는 체비셔프(Chebyshev) 윈도우 등과 같은 윈도우 함수를 이용하여 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮출 수 있다(S250).

이와 같이 위치 확인 모듈은 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮춘 후에, 계속해서N개의 샘플에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행한다(S260).

이후에, 위치 확인 모듈은 CFAR 연산을 수행하여 목표물의 존재를 탐지한다(S270).

즉, 위치 확인 모듈은 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 선택할 수 있으며, 선택된 특징 비트 주파수를 이용하여 목표물을 탐지한다.

다음으로, 위치 확인 모듈은 목표물로부터 반사되는 반사 신호의 도래각을 추정하여 목표물의 위치를 확인한다(S280).

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명에 기재된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의해서 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 침입 확인 모듈 110 : 서브 샘플러
120 : 제1 윈도우 함수부 130 : 제1 고속 퓨리에 변환부
140 : 제1 CFAR 검출부 200 : 위치 확인 모듈
205 : 제2 윈도우 함수부 210 : 제2 고속 퓨리에 변환부
220 : 국부 CFAR 검출부 220' : 제2 CFAR 검출부
230 : 도래각 산출부

Claims

목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아, N/M 서브 샘플을 추출하여 목표물의 존재를 확인하는 침입 확인 모듈; 및
상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, N개의 샘플을 입력받아 목표물의 존재를 탐지하고, 탐지된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출하는 위치 확인 모듈을 포함하며, 상기 M은 2이상의 자연수인 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템.
청구항 1항에 있어서,
상기 침입 확인 모듈은 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아, N/M 서브 샘플을 추출한 후에 고속 퓨리에 변환을 수행하고 CFAR 연산을 수행하여 목표물의 존재를 확인하는 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템.
청구항 2항에 있어서,
상기 침입 확인 모듈은 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아, N/M 서브 샘플을 추출하는 서브 샘플러;
상기 N/M 서브 샘플에 대하여 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮추는 제1 윈도우 함수부;
상기 제1 윈도우 함수부의 출력 신호에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행하는 제1 고속 퓨리에 변환부; 및
상기 제1 고속 퓨리에 변환부의 출력 신호에 대하여 CFAR 연산을 수행하여 목표물을 탐지하여 목표물의 존재를 확인하는 제1 CFAR 검출부를 포함하는 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템.
청구항 1항에 있어서,
상기 위치 확인 모듈은 상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, N개의 샘플에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행하며, CFAR 연산을 수행하여 목표물의 존재를 탐지하고, 탐지된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출하는 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템.
청구항 4항에 있어서,
상기 위치 확인 모듈은
상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아, N개의 샘플에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행하는 제2 고속 퓨리에 변환부;
상기 침입 확인 모듈이 확인된 목표물의 탐지 지역을 대상으로, 국부 영역의 CFAR 연산을 수행하여 목표물을 탐지하는 국부 CFAR 검출부; 및
상기 국부 CFAR 검출부에서 검출된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출하는 도래각 산출부를 포함하는 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템.
청구항 5항에 있어서,
상기 위치 확인 모듈은 상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮추어 상기 제2 고속 퓨리에 변환부에 제공하는 제2 윈도우 함수부를 더 포함하는 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템.
청구항 5항에 있어서,
상기 위치 확인 모듈은
상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮추는 제2 윈도우 함수부;
상기 제2 윈도우 함수부의 출력 신호에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행하는 제2 고속 퓨리에 변환부;
상기 제2 고속 퓨리에 변환부의 출력 신호에 대하여 CFAR 연산을 수행하여 목표물을 탐지하는 제2 CFAR 검출부; 및
상기 제2 CFAR 검출부에서 검출된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출하는 도래각 산출부를 포함하는 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템.
(A) 침입 확인 모듈이 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아, N/M 서브 샘플을 추출하여 목표물의 존재를 확인하는 단계; 및
(B) 위치 확인 모듈이 상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, N개의 샘플을 입력받아 목표물의 존재를 탐지하고, 탐지된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출하는 단계를 포함하며, 상기 M은 2이상의 자연수인 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 제어 방법.
청구항 8항에 있어서,
상기 (A) 단계에서 상기 침입 확인 모듈은 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아, N/M 서브 샘플을 추출한 후에 고속 퓨리에 변환을 수행하고 CFAR 연산을 수행하여 목표물의 존재를 확인하는 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 제어 방법.
청구항 9항에 있어서,
상기 (A) 단계는
(A1) 상기 침입 확인 모듈이 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아, N/M 서브 샘플을 추출하는 단계;
(A2) 상기 침입 확인 모듈이 상기 N/M 서브 샘플에 대하여 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮추는 단계;
(A3) 상기 침입 확인 모듈이 고속 퓨리에 변환을 수행하는 단계; 및
(A4) 상기 침입 확인 모듈이 고속 퓨리에 변환된 신호에 대하여 CFAR 연산을 수행하여 목표물을 탐지하여 목표물의 존재를 확인하는 단계를 포함하는 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 제어 방법.
청구항 8항에 있어서,
상기 (B) 단계에서 상기 위치 확인 모듈은 N개의 샘플에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행하며, CFAR 연산을 수행하여 목표물의 존재를 탐지하고, 탐지된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출하는 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 제어 방법.
청구항 11항에 있어서,
상기 (B) 단계는
(B1) 상기 위치 확인 모듈은 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아, N개의 샘플에 대하여 고속 퓨리에 변환을 수행하는 단계;
(B2) 상기 위치 확인 모듈은 상기 침입 확인 모듈이 확인된 목표물의 탐지 지역을 대상으로, 국부 영역의 CFAR 연산을 수행하여 목표물을 탐지하는 단계; 및
(B3) 상기 위치 확인 모듈은 검출된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출하는 단계를 포함하는 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 제어 방법.
청구항 12항에 있어서,
상기 (B) 단계는 상기 (B1) 단계 이전에
상기 위치 확인 모듈이 상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮추는 단계를 더 포함하는 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 제어 방법.
청구항 11항에 있어서,
상기 (B) 단계는
(B1) 상기 위치 확인 모듈은 상기 침입 확인 모듈이 목표물의 존재를 확인하면, 목표물로부터 반사되어 입력되는 수신 신호 중에서 N개의 샘플을 입력받아 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮추는 단계;
(B2) 상기 위치 확인 모듈은 고속 퓨리에 변환을 수행하는 단계;
(B3) 상기 위치 확인 모듈은 고속 퓨리에 변환된 출력 신호에 대하여 CFAR 연산을 수행하여 목표물을 탐지하는 단계; 및
(B4) 상기 위치 확인 모듈은 검출된 목표물의 도래각을 산출하여 목표물의 위치를 산출하는 단계를 포함하는 저전력 주파수 변조 연속파 레이더 시스템의 제어 방법.