KR102034553B1

KR102034553B1 - 레이더 장치 및 레이저 장치의 동작 방법

Info

Publication number: KR102034553B1
Application number: KR1020160033579A
Authority: KR
Inventors: 김동규; 강도욱
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2016-03-21
Publication date: 2019-10-21
Also published as: KR20170058822A

Abstract

본 출원은 레이저 장치 및 이의 동작 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 분할채널 방식을 이용하여 레이더 신호들을 송신 및 수신하는 레이더 장치 및 레이더 장치의 동작 방법에 관한 것이다. 본 출원의 기술적 사상의 실시 예에 따른 레이더 장치는 채널 주파수에 기초하여, 복수의 분할채널 신호들의 주파수들을 각각 기저대역에서 서로 다른 패스대역으로 상승시키는 상승 주파수 변환부, 상기 상승 주파수 변환부로부터 수신된 상기 복수의 분할채널 신호들을 대상 물체로 송신하는 송신 안테나, 상기 대상 물체로부터 수신된 복수의 분할채널 반사 신호들을 수신하는 수신 안테나, 상기 채널 주파수에 기초하여, 상기 복수의 분할채널 반사 신호들의 주파수들을 서로 다른 패스대역에서 기저대역으로 하강시키는 하강 주파수 변환부, 상기 하강 주파수 변환부로부터 수신된 상기 복수의 분할채널 반사 신호들을 데이터 프레임화하는 송수신 구동부 및 상기 데이터 프레임화된 복수의 분할채널 반사 신호들을 이용하여 통합대역 응답 신호를 생성하는 장치 제어부를 포함한다. 본 출원의 실시 예에 따른 레이더 장치 및 이의 동작 방법은 캘리브레이션 보상 동작, 간섭 주파수 보간 동작, 통합대역 응답신호의 주파수 보정 동작 중 적어도 하나를 지원함으로써 임펄스 응답의 정확도를 향상시킬 수 있다.

Description

레이더 장치 및 레이저 장치의 동작 방법{RADAR DEVICE AND OPERATION METHOD THEREOF}

본 출원은 레이저 장치 및 레이더 장치의 동작 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 분할채널 방식을 이용하여 레이더 신호들을 송신 및 수신하는 레이더 장치 및 레이더 장치의 동작 방법에 관한 것이다.

투과 레이더 장치는 비파괴 검사에 사용되는 장치 중 하나이다. 투과 레이더 장치는 RF 침투신호를 투과 대상체에 투사한 후 반사되는 신호를 수신하여 대상 물체 내면의 상태를 센싱한다. 투과 레이더 장치가 반사 신호를 획득하는 방법은 임펄스 방식과 스텝주파수 방식이 있다.

임펄스 방식은 매우 짧은 시간에 큰 에너지를 갖는 신호, 즉 임펄스 신호를 투사 신호로 사용하는 방식이다. 투사하는 임펄스 신호는 광대역 주파수 특성을 갖게 된다. 여기서, 주파수의 대역폭이 넓을수록 고해상도의 대상체 내면 센싱이 가능하다. 또한, 임펄스 방식은 한 순간에 광대역 신호를 한번에 투사하기 때문에 일반적으로 매우 고속으로 센싱을 수행할 수 있다.

스텝주파수 방식은 CW(Continuous Wave) 신호(즉, 사인파)를 특정 주파수 대역 내에서 일정한 주파수 간격으로 투사함으로써 전체적으로는 광대역 신호를 투사하는 것과 같은 효과를 내어 대상체 내면을 센싱하는 방식이다. 스텝주파수 방식은 한 순간에 광대역 신호를 한 번에 투사하는 임펄스 방식과는 달리, CW신호의 주파수를 시간의 흐름에 따라 스텝으로 나눠서 상승 또는 하강시켜 광대역 신호를 생성하기 때문에 하나의 광대역 신호가 생성되는 데에는 시간이 걸리게 되므로, 일반적으로 임펄스 방식에 비해 매우 저속으로 센싱을 수행한다.

한편, 스텝주파수 방식은 생성되는 신호의 주파수 대역 특성이 좋고 고전력으로 신호 생성이 가능하기 때문에 고해상도의 투과 신호 획득에 유리한 장점이 있으나, 상술한 바와 같이, 매우 저속 센싱만 가능하다는 문제가 있다.

본 출원의 목적은 고속으로 대상 물체를 스캔할 뿐만 아니라 임펄스 응답의 정확도를 향상시킬 수 있는 레이더 장치 및 레이더 장치의 동작 방법을 제공하는데 있다.

본 출원의 기술적 사상의 실시 예에 따른 레이더 장치는 채널 주파수에 기초하여, 복수의 분할채널 신호들의 주파수들을 각각 기저대역에서 서로 다른 패스대역으로 상승시키는 상승 주파수 변환부, 상기 상승 주파수 변환부로부터 수신된 상기 복수의 분할채널 신호들을 대상 물체로 송신하는 송신 안테나, 상기 대상 물체로부터 수신된 복수의 분할채널 반사 신호들을 수신하는 수신 안테나, 상기 채널 주파수에 기초하여, 상기 복수의 분할채널 반사 신호들의 주파수들을 서로 다른 패스대역에서 기저대역으로 하강시키는 하강 주파수 변환부, 상기 하강 주파수 변환부로부터 수신된 상기 복수의 분할채널 반사 신호들을 데이터 프레임화하는 송수신 구동부 및 상기 데이터 프레임화된 복수의 분할채널 반사 신호들을 이용하여 통합대역 응답 신호를 생성하는 장치 제어부를 포함한다.

본 출원의 기술적 사상의 다른 실시 예에 따른 레이더 장치의 동작 방법은 대상 물체에 대한 레이더 스캔 동작을 수행하는 연속 스캔 모드, 외부 간섭 신호의 수신 여부를 판단하는 간섭인식 모드, 상기 레이더 장치의 주파수 특성을 측정하는 캘리브레이션 모드 중 하나의 동작 모드를 선택하는 단계, 상기 레이더 장치에 대한 초기화 동작을 수행하는 단계, 상기 레이더 장치에 포함된 상승 주파수 변환부 및 하강 주파수 변환부의 증폭기 이득을 제어하는 단계 및 상기 대상 물체에 복수의 분할채널 신호들을 송수신함으로써, 상기 대상 물체에 대한 레이더 스캔 동작을 수행하는 단계를 포함한다.

본 출원의 실시 예에 따른 레이더 장치 및 레이더 장치의 동작 방법은 OFDM 방식에 기초하여 복수의 분할채널 신호들을 송신 및 수신함으로써, 고속으로 대상 물체에 대한 스캔 동작을 수행할 수 있다.

또한, 본 출원의 실시 예에 따른 레이더 장치 및 레이더 장치의 동작 방법은 복수의 분할채널 신호들을 접합할 때에 채널 경계의 위상 불연속 및 중첩된 대역의 성분을 선택적으로 제거함으로써 임펄스 응답의 정확도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 출원의 실시 예에 따른 레이더 장치 및 레이더 장치의 동작 방법은 캘리브레이션 보상 동작, 간섭 주파수 보간 동작, 통합대역 응답신호의 주파수 보정 동작 중 적어도 하나를 지원함으로써 임펄스 응답의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 출원의 기술적 사상의 실시 예에 따른 레이더 장치를 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 출원의 실시 예에 따른 레이더 장치의 분할채널 신호의 송신, 분할채널 반사 신호의 수신, 그리고 통합대역 응답신호의 생성을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3은 도 1의 송수신 구동부의 구성의 일 실시 예를 보여주는 블록도이다.
도 4는 도 3의 송수신 구동부의 동작을 보여주는 순서도이다.
도 5는 도 1의 장치 제어부의 구성의 일 실시 예를 보여주는 블록도이다.
도 6은 도 5의 동작 제어부에 의한 동작 관리의 일 예를 보여주는 순서도이다.
도 7은 도 5의 시스템 초기화부의 시스템 초기화 기능을 설명하기 위한 순서도이다.
도 8은 도 5의 이득 제어부의 구성의 일 실시 예를 보여주는 블록도이다.
도 9는 도 8의 이득 제어부에 의하여 수행되는 이득 제어 기능을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 10은 도 8의 이득 제어부의 이득 제어 기능 수행의 다른 실시 예를 보여주는 순서도이다.
도 11은 도 5의 레이더 스캔부의 구성의 일 실시 예를 보여주는 도면이다.
도 12는 도 11의 레이더 스캔부에 의하여 수행되는 레이더 스캔 기능을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 13은 도 11의 분할채널 접합 모듈의 구성을 예시적으로 보여주는 블록도이다.
도 14는 도 13의 분할채널 접합 모듈에 의하여 수행되는 분할채널 접합 기능을 예시적으로 보여주는 순서도이다.
도 15는 채널 경계 처리 전후의 통합대역 응답신호의 비교 그래프이다.
도 16a 및 도 16b는 불연속 위상처리 전과 후의 출력신호와 이에 따른 임펄스 응답을 비교한 그래프들이다.
도 17a 및 도 17b는 분할채널 DC 처리 전후의 채널 임펄스 응답을 나타내는 그래프들이다.
도 18a와 도 18b는 분할채널 간섭 신호 보간 동작이 적용되기 전과 후의 수신 레이더 신호의 예시를 나타낸 것이다.
도 19는 도 14의 0 프리팬딩 방법을 간략히 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 본 출원의 기술적 사상의 다른 실시 예에 따른 레이더 장치(200)를 예시적으로 보여주는 블록도이다.

이하에서는, 본 출원의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 출원의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명하기 위하여, 첨부된 도면을 참조하여 본 출원의 기술적 사상에 따른 실시 예들이 자세히 설명될 것이다.

도 1은 본 출원의 기술적 사상의 실시 예에 따른 레이더 장치(100)를 예시적으로 보여주는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 레이더 장치(100)는 장치 제어부(110), 송수신 구동부(120), 디지털 아날로그 변환부(이하, DAC)(130), 상승 주파수 변환부(140), 안테나 스위치(150), 송신 안테나(160), 수신 안테나(170), 하강 주파수 변환부(180), 아날로그 디지털 변환부(이하, ADC)(190)를 포함한다.

장치 제어부(110)는 레이더 장치(100)의 전반적인 동작을 관리한다. 예를 들어, 장치 제어부(110)는 캘리브레이션 모드, 간섭인식 모드, 연속 스캔 모드 중 선택된 동작 모드에 따라 레이더 장치(100)의 각 구성요소의 설정을 제어할 수 있다. 다른 예로, 장치 제어부(110)는 시스템 초기화 기능, 이득 제어 기능, 레이더 스캔 기능 중 선택된 기능에 따라 송수신 구동부(120)로 전송될 데이터 타입을 결정할 수 있다.

또한, 장치 제어부(110)는 송수신 구동부(120)에 연결되어, 송수신 구동부(120)로 분할채널 신호들을 송신하거나, 송수신 구동부(120)로부터 분할채널 반사 신호들을 수신한다. 장치 제어부(110)는 수신된 분할채널 반사 신호들을 이용하여 통합대역 응답신호를 생성한다. 장치 제어부(110)는, 예를 들어, 논리 회로나 프로세서로 구현될 수 있다.

송수신 구동부(120)는 장치 제어부(110)의 제어에 따라 분할채널 신호들을 송신하거나 분할채널 반사 신호들을 수신하도록, DAC(130), ADC(190), 상승 주파수 변환부(140), 하강 주파수 변환부(180), 채널 주파수 생성부(135), 안테나 스위치(150)를 제어한다. 송수신 구동부(120)는, 예를 들어, 빠른 처리 속도를 위하여 논리 회로로 구현될 수 있다.

DAC(130)는 송수신 구동부(120)에 연결되며, 송수신 구동부(120)로부터 분할채널 신호들을 수신한다. DAC(130)는 분할채널 신호들을 디지털 신호에서 아날로그 신호로 변환한다.

채널 주파수 생성부(135)는 송수신 구동부(120)의 제어에 따라 복수의 분할채널 신호들 각각에 대응하는 채널 주파수(fi)를 생성한다. 채널 주파수 생성부(135)는 생성된 채널 주파수(fi)를 상승 주파수 변환부(140) 및 하강 주파수 변환부(180)에 제공한다.

상승 주파수 변환부(140)는 DAC(130)에 연결되며, DAC(130)로부터 분할채널 신호들을 수신한다. 상승 주파수 변환부(140)는 채널 주파수 생성부(135)에 연결되며, 채널 주파수 생성부(135)로부터 복수의 분할 채널 신호들 각각에 대한 채널 신호들을 수신한다. 상승 주파수 변환부(140)는 채널 주파수에 기초하여, 복수의 분할 채널 신호들의 주파수를 각각 기저 대역에서 서로 다른 패스 대역으로 상승시킨다.

안테나 스위치(150)는 송수신 구동부(120)의 제어에 따라, 분할채널 신호의 송신 시 또는 분할채널 접합 신호의 수신 시에 스위칭 동작을 수행한다.

예를 들어, 안테나 스위치(150)는 상승 주파수 변환부(140) 및 송신 안테나(160) 사이에 연결된다. 안테나 스위치(150)는 분할채널 신호들을 대상 물체(10)로 송신할 때에, 송신 안테나(160)에 포함된 복수의 안테나들 중 적어도 하나를 선택한다.

다른 예로, 안테나 스위치(150)는 하강 주파수 변환부(180) 및 수신 안테나(170) 사이에 연결된다. 안테나 스위치(150)는 분할채널 신호들이 대상 물체(10)에 반사되어 되돌아오는 분할채널 반사 신호들을 수신할 때에, 수신 안테나(170)에 포함된 복수의 안테나들 중 적어도 하나를 선택한다.

하강 주파수 변환부(180)는 안테나 스위치(150)에 연결되며, 안테나 스위치(150)로부터 복수의 분할채널 반사 신호들을 수신한다. 하강 주파수 변환부(180)는 채널 주파수 생성부(135)에 연결되며, 채널 주파수 생성부(135)로부터 복수의 분할 채널 신호들 각각에 대한 채널 신호들을 수신한다. 하강 주파수 변환부(180)는 채널 주파수에 기초하여, 복수의 분할채널 반사 신호들의 서로 다른 패스 대역들을 각각 기저 대역으로 하강시킨다.

이 경우, 하강 주파수 변환부(180)에 제공되는 채널 주파수와 상승 주파수 변환부(140)에 제공되는 채널 주파수는 채널 주파수 생성부(135)에 의하여 동일하다. 따라서, 하강 주파수 변환부(180)와 상승 주파수 변환부(140)는 동기화 되어 동작할 수 있다.

한편, ADC(190)는 하강 주파수 변환부(180)에 연결되며, 하강 주파수 변환부(180)로부터 분할채널 반사 신호들을 수신한다. ADC(190)는 분할채널 반사 신호들을 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하며, 이를 송수신 구동부(120)에 전송한다.

상술한 바와 같이, 본 출원의 기술적 사상의 실시 예에 따른 레이더 장치(100)는 분할채널 레이더 방식을 지원한다. 즉, 본 출원의 실시 예에 따른 레이더 장치(100)는 OFDM 기술을 이용하여 통합대역 신호를 복수의 분할채널 신호들로 나누어 송신하고, 복수의 분할채널 반사 신호들을 접합하여 하나의 통합대역 응답신호를 생성한다. 분할채널 레이더 방식을 지원함으로써, 레이더 장치(100)는 대상 물체(10)를 고속으로 스캔할 수 있다.

도 2a 내지 도 2c는 본 출원의 실시 예에 따른 레이더 장치(100)의 분할채널 신호의 송신, 분할채널 반사 신호의 수신, 그리고 통합대역 응답신호의 생성을 설명하기 위한 도면들이다.

도 2a는 본 출원의 일 실시 예에 따른 도 1의 레이더 장치(100)의 분할채널 신호의 송신 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 2a를 참조하면, 상승 주파수 변환부(140, 도 1 참조)는 기저대역의 분할채널 신호들을 M 개의 채널에 걸쳐 각각의 채널 주파수(f1, f2, f3, f4, ...,fM)로 상승시킴으로써, 서로 다른 패스대역의 주파수를 갖는 복수의 분할채널 신호들을 생성한다. 서로 다른 패스대역의 복수의 분할채널 신호들은 대상 물체로 송신된다.

예를 들어, T1 시간에서 T2 시간까지는 제 1 기저대역의 분할채널 신호가 기저대역에서 제 1 채널 주파수(f1)를 반송파로 하는 채널로 상승된다. 이후, 제 1 채널 주파수(f1)를 반송파로 하는 제1 분할채널 신호는 대상 물체로 송신된다. 이와 같이, 각각의 시간 영역에서 송신되는 분할채널 신호들은 각각 서로 다른 패스대역을 가질 수 있다.

본 출원의 기술적 사상에 따른 실시 예에 있어서, 복수의 분할채널 신호들은 각각 중첩되는 영역을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 2a에서는 복수 개 채널의 분할채널 신호들이 중첩되는 영역은 점선으로 표시되었다. 도 2a와 같이 인접하는 채널의 신호들의 대역이 서로 중첩되도록 설정함으로써, 본 출원의 실시 예에 따른 레이더 장치는 향상된 임펄스 응답을 얻을 수 있다.

도 2b는 본 출원의 일 실시 예에 따른 레이더 장치(100)의 분할채널 반사 신호의 수신 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 2b를 참조하면, T1 시점에서 T2 시점까지, 수신 안테나(170, 도 1 참조)는 제 1 채널 주파수(f1)의 반송파를 가지는 패스대역의 분할채널 반사 신호를 수신하며, 하강 주파수 변환부(180)는 제 1 채널 주파수(f1)를 기저대역으로 하강시키는 동작을 수행한다.

마찬가지로, T2 시점에서 T3 시점까지, 수신 안테나(170)는 제 2 채널 주파수(f2)의 반송파를 갖는 패스대역의 분할채널 반사 신호를 수신하며, 하강 주파수 변환부(180)는 제 2 채널 주파수(f2)를 기저대역으로 하강시키는 동작울 수행한다.

마지막 TM-1 시점에서 TM 시점까지, 수신 안테나(170)는 제 M 채널 주파수(fM)의 반송파를 갖는 패스대역의 분할채널 반사 신호를 수신하고, 하강 주파수 변환부(180)는 이를 기저대역으로 하강시키는 동작을 수행한다.

M 개의 채널에서 모든 분할채널 반사 신호들이 기저대역으로 모두 하강되면 장치 제어부(110, 도 1 참조)는 분할채널 반사 신호들을 이용하여 통합대역 응답신호를 생성한다.

도 2c는 기저대역으로 하강된 채널신호들을 통합대역 응답신호로 구성하는 과정을 설명하기 위한 도면이며, 도 2d는 예시적인 통합대역 응답신호의 채널 접합 영역을 설명하기 위한 도면이다.

도 2c를 참조하면, 상이한 시간 동안 기저대역으로 하강된 채널신호들이 통합대역 응답신호로 구성된다. 도 2c의 동작은, 예를 들어, 장치 제어부(110)에 의하여 수행될 수 있다.

도 2d를 참조하면, 장치 제어부(110)에서 통합대역 응답신호를 생성하는 경우에 각 채널들 사이의 채널 접합 영역이 발생한다.

복수의 분할채널들을 이용하여 레이더 신호를 송수신한 경우, 장치 제어부(110)가 복수의 분할채널 반사 신호들을 통합대역 응답신호로 구성하는

과정에서 채널 경계 처리, 채널 경계에서의 불연속 위상의 처리, 및/또는 기저대역으로 하강되었을 때에 생성된 DC 영역 성분의 제거 등의 기능을 지원하여야만 임펄스 레이더 신호를 송수신한 것과 마찬가지의 향상된 응답을 획득할 수 있다.

이에 따라, 본 출원의 기술적 사상에 따른 레이더 장치(100)는 채널 경계 처리 기능, 불연속 위상 처리 기능, DC 성분 제거 기능 중 적어도 하나를 지원하며, 이는 이하의 도 13 내지 도 19에서 좀 더 자세히 설명될 것이다

또한, 본 출원의 실시 예에 따른 레이더 장치(100)는 캘리브레이션 보상 기능, 간섭 주파수 보간 기능, 통합대역 응답신호의 주파수 보정 기능 중 적어도 하나를 지원함으로써 임펄스 응답의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다. 이는 또한 이하의 도 13 내지 도 19에서 좀 더 자세히 설명될 것이다

도 3은 도 1의 송수신 구동부(120)의 구성의 일 실시 예를 보여주는 블록도이다.

도 3을 참조하면, 송수신 구동부(120)는 중앙 제어부(121), 디지털 아날로그 변환 인터페이스(이하, DAC I/F)(122), 아날로그 디지털 변환 인터페이스(이하, ADC I/F)(123), 주파수 제어부(124), 주파수 I/F(125), 안테나 제어부(126), 안테나 I/F(127), 장치 제어 데이터 I/F(128) 및 장치 제어 관리 I/F(129)를 포함한다.

중앙 제어부(121)는 분할채널 신호를 DAC I/F(122)를 통하여 송신하거나, 분할채널 반사 신호를 ADC I/F(123)를 통하여 수신한다. 중앙 제어부(121)는 수신된 분할채널 반사 신호를 데이터 프레임화하며, 장치 제어 데이터 I/F(128)를 통하여 이를 장치 제어부(110)에 전송한다.

데이터 타입에는 오버 샘플드 로우 데이터(oversampled raw data)와 심볼 데이터(symbol data)가 있으며, 레이더 장치(100)가 시스템 초기화 기능, 이득 제어 기능, 레이더 스캔 기능 중 어느 기능을 선택하는지에 따라 데이터 타입이 결정된다.

또한, 중앙 제어부(121)는 장치 제어 관리 I/F(129)를 통하여 장치 제어부(110)로부터 레이더 장치(100)의 각 구성요소에 대한 설정 명령을 수신한다.

예를 들어, 중앙 제어부(121)는 선택된 동작 모드 또는 선택된 기능에 따라 채널 주파수 생성부(135), DAC(130), 상승 주파수 변환부(140), 안테나 스위치(150), 하강 주파수 변환부(180), ADC(190)에 대한 설정 명령을 장치 제어부(110)로부터 수신할 수 있다. 이 경우, 중앙 제어부(121)는 수신된 설정 명령에 따라 레이더 장치(100)의 각 구성요소를 대응하는 인터페이스를 통하여 제어할 수 있다.

채널 주파수 제어부(124)는 중앙 제어부(121)의 명령에 따라, 채널 주파수 I/F(125)를 통하여 채널 주파수 생성부(135), 상승 주파수 변환부(140) 그리고 하강 주파수 변환부(180)의 동작을 제어한다.

예를 들어, 채널 주파수 제어부(124)는 중앙 제어부(121)의 명령에 따라, 상승 주파부 변환부(140) 및 하강 주파수 변환부(180)의 증폭기 이득값을 설정할 수 있다.

다른 예로, 채널 주파수 제어부(124)는 중앙 제어부(121)의 명령에 따라, 분할채널 신호를 송신하거나 분할채널 반사 신호를 수신하는데 사용되는 채널 주파수들을 생성하도록 채널 주파수 생성부(135)를 제어할 수 있다.

안테나 제어부(126)는 중앙 제어부(121)의 명령에 따라, 분할채널 신호를 송신하거나 분할채널 반사 신호를 수신하는데 사용되는 송신 안테나(160) 또는 수신 안테나(170)를 스위칭하도록, 안테나 스위치(150)를 제어한다.

DAC I/F(122), ADC I/F(123), 채널 주파수 I/F(125), 안테나 I/F(127), 장치제어 데이터 I/F(128) 및 장치제어 관리 I/F(129)는 대응하는 구성 요소와의 연결을 위하여 구비된다.

한편, 도 3에서는 장치제어 데이터 I/F(128) 및 장치제어 관리 I/F(129)가 서로 별도의 하드웨어로 구현되는 것으로 도시되어 있으나, 이는 예시적인 것이며 본 출원의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 장치제어 데이터 I/F(128) 및 장치제어 관리 I/F(129)는 장치제어 I/F(129_1)와 같은 하나의 하드웨어로써 구현될 수도 있다.

도 4는 도 3의 송수신 구동부(120)의 동작을 보여주는 순서도이다.

S110 단계에서, 장치 제어부(110)의 명령에 응답하여, 송수신 구동부(120)에 대한 초기화 동작이 수행된다.

S120 단계에서, 분할채널 신호가 DAC I/F(122)를 통하여 송신된다. 이 경우, 분할채널 신호를 송신하도록, 중앙 제어부(121)는 채널 주파수 생성부(135), DAC(130), 상승 주파수 변환부(140)를 제어할 수 있다.

S130 단계에서, 분할채널 반사 신호가 ADC I/F(123)를 통하여 수신된다. 이 경우, 분할채널 반사 신호를 수신하도록, 중앙 제어부(121)는 채널 주파수 생성부(135), ADC(190), 하강 주파수 변환부(180)를 제어할 수 있다.

S140 단계에서, 중앙 제어부(121)는 수신된 분할채널 반사 신호를 데이터 프레임화한다.

S150 단계에서, 중앙 제어부(121)는 데이터 프레임화된 분할채널 반사 신호를 장치제어 데이터 I/F(128)를 통하여 장치 제어부(110)로 전송한다.

S160 단계에서, 중앙 제어부(121)는 장치 제어부(110)로부터 송수신 구동부 동작 종료 명령이 수신되었는지의 여부를 판단한다. 만약 종료 명령이 수행되지 않았다면, 중앙 제어부(121)는 S110 단계 내지 S150 단계의 동작을 반복하여 수행하도록 레이더 장치(100)의 각 구성요소를 제어할 수 있다.

도 5는 도 1의 장치 제어부(110)의 구성의 일 실시 예를 보여주는 블록도이다.

도 5를 참조하면, 장치 제어부(110)는 동작 제어부(111), 시스템 초기화부(112), 이득 제어부(113), 레이더 스캔부(114), 송수신 구동 제어부(116), 송수신 구동 데이터 I/F(117), 송수신 구동 관리 I/F(118)를 포함한다.

동작 제어부(111)는 동작 모드에 따라 변수를 관리하고, 시스템 초기화부(112), 이득 제어부(113), 레이더 스캔부(114)의 동작을 제어한다. 동작 모드는 캘리브레이션 모드, 간섭인식 모드, 연속 스캔 모드를 포함한다.

캘리브레이션 모드는 분할채널 레이더 장치(100)의 송수신 구동부(120), DAC(130), ADC(190), 상승 주파수 변환부(140), 하강 주파수 변환부(180), 채널 주파수 생성부(135), 안테나 스위치(150), 그리고 이들을 연결하는 인터페이스 등과 같은 분할채널 신호를 송신하거나 분할채널 반사 신호를 수신하는데 필요한 구성요소의 주파수 특성을 측정하는 동작을 의미한다.

간섭인식 모드는 분할채널 신호를 송신하지 않는 상태에서, 수신 안테나(170)를 통해 수신되는 외부의 전파 신호를 주파수 영역에서 인식하는 동작을 의미한다.

연속 스캔 모드는 레이더 장치(100)의 레이더 신호의 송수신 동작, 즉 분할채널 신호의 송신 및 분할채널 반사 신호의 수신 동작을 통하여 대상 물체로 신호를 송신하고, 이에 대한 반사 신호를 수집하여 표시하는 동작을 의미한다.

시스템 초기화부(112)는 동작 제어부(111)의 명령에 따라 송수신 구동부(120)의 상태를 초기화하는 시스템 초기화 기능을 수행한다. 시스템 초기화부(112)의 동작은 이하의 도 7에서 좀 더 자세히 설명될 것이다.

이득 제어부(113)는 동작 제어부(111)의 명령에 따라 상승 주파수 변환부(140)와 하강 주파수 변환부(180)의 증폭기 이득값을 설정하는 이득 제어 기능을 수행한다. 이득 제어부(113)의 구성 및 동작은 이하의 도 8 내지 도 10에서 좀 더 자세히 설명될 것이다.

레이더 스캔부(115)는 동작 제어부(111)의 명령에 따라 분할채널 신호를 대상 물체로 송신하고, 이에 대한 반사 신호인 분할채널 반사 신호를 수집하여 통합대역 응답신호를 생성하는 레이더 스캔 기능을 수행한다.

레이더 스캔부(115)는 분할채널 접합 모듈(115)을 포함하며, 분할채널 접합 모듈(115)은 복수의 분할채널 반사 신호들을 접합하여 통합대역 응답신호를 생성하는 분할채널 접합 기능을 수행한다. 레이더 스캔부(115) 및 분할채널 접합 모듈(115)의 구성 및 동작은 이하의 도 11 내지 도 14에서 좀 더 자세히 설명될 것이다.

계속해서 도 5를 참조하면, 송수신 구동 제어부(116)는 송수신 구동 데이터 I/F(117) 및 송수신 구동 관리 I/F(118)를 통하여 송수신 구동부(120)와 연결되며, 송수신 구동부(120)를 제어하는 기능을 수행한다.

도 6은 도 5의 동작 제어부(111)에 의한 동작 관리의 일 예를 보여주는 순서도이다.

S210 단계에서, 먼저 동작 모드가 설정된다. 동작 모드로는, 예를 들어, 캘리브레이션 모드, 간섭인식 모드, 연속 스캔 모드 중 어느 하나가 선택될 것이다.

S220 단계에서, 시스템 초기화부(112)는 시스템을 초기화하는 시스템 초기화 기능을 수행한다.

S230 단계에서, 이득 제어부(113)는 상승 주파수 변환부(140)와 하강 주파수 변환부(180)의 증폭기 이득을 설정하는 이득 제어 기능을 수행한다.

S240 단계에서, 레이더 스캔부(114)는 분할채널 신호를 대상 물체로 송신하고, 이에 대한 반사 신호인 분할채널 반사 신호를 수집하여 통합대역 응답신호를 생성하는 레이더 스캔 기능을 수행한다.

도 7은 도 5의 시스템 초기화부(112)의 시스템 초기화 기능을 설명하기 위한 순서도이다.

S310 단계에서, 먼저 송수신 구동부(120, 도 1 참조)가 초기화된다. 구체적으로, 시스템 초기화 기능이 시작되면, 시스템 초기화부(112)는 송수신 구동 제어부(116)를 통하여 장치 제어부(110)와 송수신 구동부(120)를 연결하고, 송수신 구동부(120)를 초기환 한다.

S320 단계에서, 동작 제어부(111)의 제어에 따라, 시스템 초기화부(112)는 송수신 구동 데이터 I/F(117)를 통하여 전송되는 데이터 타입을 오버샘플드 로우 데이터로 설정한다.

S330 단계에서 시스템 초기화부(112)는 동작 모드가 간섭인식 모드인지의 여부를 판단한다.

만약 동작 모드가 간섭인식 모드라면, 분할채널 신호를 송신하지 않기 위하여, DAC(122, 도 1 참조)가 비활성화되고(S340 단계), 안테나 스위치(150, 도 1 참조)의 스위칭 시퀀스는 단일 송수신 안테나 고정되도록 설정된다(S350 단계).

만약 동작 모드가 간섭인식 모드가 아니라면, 즉 캘리브레이션 모드 또는 연속 스캔모드라면, 분할채널 신호를 송신하기 위하여 안테나 스위치(150)의 스위칭 시퀀스가 설정된다(S370 단계).

이후, S360 단계에서, 시스템 초기화부(112)는 송수신 구동부의 동작을 활성화되고, 시스템 초기화 기능은 종료된다.

도 8은 도 5의 이득 제어부(113)의 구성의 일 실시 예를 보여주는 블록도이다. 도 8을 참조하면, 이득 제어부(113)는 증폭기 이득 설정 모듈(113_1), 데이터 수집 모듈(113_2), 데이터 오류 검증 모듈(113_3), 채널 전력 측정 모듈(113_4) 및 증폭기 이득 계산 모듈(113_5)을 포함한다.

증폭기 이득 설정 모듈(113_1)은 이득 제어 기능이 시작될 때에, 동작 모드에 따라 상승 주파수 변환부(140, 도 1 참조) 및 하강 주파수 변환부(180, 도 1 참조)의 증폭기 이득을 중간값 또는 최소값으로 설정한다.

예를 들어, 동작 모드가 간섭인식 모드인 경우, 증폭기 이득 설정 모듈(113-1)은 이득 제어 시작 시에 상승 주파수 변환부(140) 및 하강 주파수 변환부(180)의 증폭기 이득을 중간 값으로 설정한다. 여기서, 중간값은, 예를 들어, 상승 주파수 변환부(140) 및 하강 주파수 변환부(180)의 디바이스 특성에 따라 허용되는 이득 범위 내의 임의의 값일 수 있다. 최소

다른 예로, 동작 모드가 캘리브레이션 모드 또는 연속 스캔 모드인 경우, 증폭기 이득 설정 모듈(113-1)은 이득 제어 시작 시에 상승 주파수 변환부(140) 및 하강 주파수 변환부(180)의 증폭기 이득을 최소값으로 설정한다. 여기서, 최소값은, 예를 들어, 상승 주파수 변환부(140) 및 하강 주파수 변환부(180)의 디바이스 특성에 따라 허용되는 이득 범위의 최소값 또는 이의 근접한 값일 수 있다.

또한, 증폭기 이등 설정 모듈(113_1)은 이득 제어 기능의 수행 후에 증폭기 이득 계산 모듈(113_5)에 의하여 계산된 증폭기 이득값을 상승 주파수 변환부(140) 및 하강 주파수 변환부(180)의 증폭기 이득으로 설정할 수 있다.

데이터 수집 모듈(113_2)은 송수신 구동부(120)로부터 수신된 데이터 프레임화된 분할채널 반사 신호를 수집하며, 이를 임시로 저장한다.

데이터 오류 검증 모듈(113_3)은 수집된 분할채널 반사 신호에 오류가 있는지의 여부를 검증하며, 만약 오류가 있다면 분할채널 반사 신호가 다시 수신될 수 있도록 송수신 구동부(120)를 제어한다.

채널 전력 측정 모듈(113_4)은 분할채널반사 신호들의 각 채널별 전력을 측정한다.

증폭기 이득 계산 모듈(113_5)은 측정된 각 채널별 전력에 기초하여 상승 주파수 변환부(140) 및 하강 주파수 변환부(180)의 증폭기 이득을 계산한다.

도 9는 도 8의 이득 제어부(113)에 의하여 수행되는 이득 제어 기능을 예시적으로 보여주는 순서도이다.

S410 단계에서, 송수신 구동부(120)의 데이터 전송 타입이 오버샘플드 로우 데이터로 설정된다.

S420 단계에서, 동작 모드가 간섭인식 모드인지의 여부가 판단된다.

만약 동작 모드가 간섭인식 모드라면, 이득 제어부(113)는 분할채널 신호에 대한 증폭기 이득을 제어할 필요가 없다. 따라서, 이 경우, 증폭기 이득 설정 모듈(113_1)은 상승 주파수 변환부(140) 및 하강 주파수 변환부(180)의 증폭기 이득을 중간값으로 설정하고(S430 단계), 이득 제어 기능을 종료한다.

만약 동작 모드가 간섭인식 모드가 아니라면, 수신되는 분할채널 반사 신호에 따라 최적의 증폭기 이득이 설정되어야 한다. 따라서, 이 경우, 상승 주파수 변환부(140) 및 하강 주파수 변환부(180)에 대한 최적의 증폭기 이득을 설정하기 위한 이하의 단계들이 수행된다.

먼저, S430 단계에서, 증폭기 이득 설정 모듈(113_1)은 상승 주파수 변환부(140) 및 하강 주파수 변환부(180)의 증폭기 이득을 최소값으로 설정한다.

S440 단계에서, DAC가 활성화된다.

S450 단계에서, 송수신 구동부(120)의 동작이 활성화된다.

S460 단계에서, 데이터 수집 모듈(113_2)은 송수신 구동부(120)로부터 전송받은 분할채널 반사 신호를 수집하고, 이를 저장한다.

S465 단계에서, 데이터 오류 검증 모듈(113_3)은 수집된 분할채널 반사 신호에 오류가 있는 지의 여부를 판단하며, 만약 오류가 있다면 데이터를 다시 수집하도록 송수신 구동부(120)를 제어한다.

만약 오류가 없다면, S470 단계에서, 채널 전력 측정 모듈(113_4)은 채널 별로 수신 전력을 측정한다.

S480 단계에서, 증폭기 이득 계산 모듈(113_5)은 측정된 수신 전력값을 이용하여 상승 주파수 변환부(140) 및 하강 주파수 변환부(180)의 증폭기 이득값을 채널 별로 계산한다.

S490 단계에서, 증폭기 이득 설정 모듈(113_1)은 계산된 각 채널 별 증폭기 이득값을 이용하여 상승 주파수 변환부(140) 및 하강 주파수 변환부(180)의 이득값을 설정한다.

S495 단계에서, 이득 제어부(113)는 송수신 구동부(120)의 동작을 비활성화하며, 이득 제어 기능은 종료된다.

도 10은 도 8의 이득 제어부(113)의 이득 제어 기능 수행의 다른 실시 예를 보여주는 순서도이다. 도 10의 이득 제어 기능의 수행 동작은 도 9의 이득 제어 기능의 수행 동작과 유사하다. 따라서, 유사한 동작은 유사한 참조번호를 사용하여 표시되며, 간략한 설명을 위하여 유사한 내용은 이하 생략될 것이다.

도 9와 달리, 도 10의 이득 제어 기능은 증폭기 이득 계산 모듈(113_5)에 의하여 증폭기 이득값을 계산하고 이를 상승 주파수 변환부(140) 및 하강 주파수 변환부(180)의 증폭기 이득으로 설정한 후에, 다시 한번 오류 발생 여부를 검증하는 동작을 더 포함한다(S491 단계).

구체적으로, 상승 주파수 변환부(140) 및 하강 주파수 변환부(180)의 증폭기 이득으로 설정한 후에, 데이터 수집 모듈(113_2)은 송수신 구동부(120)로부터 분할채널 반사 신호를 다시 전송받아 수집하고, 이를 저장한다(S492 단계).

이후, 데이터 오류 검증 모듈(113_3)은 수집된 분할채널 반사 신호에 오류가 있는 지의 여부를 판단하며, 만약 오류가 있다면 데이터를 다시 수집하도록 송수신 구동부(120)를 제어한다(S493 단계).

만약 오류가 없다면, 채널 전력 측정 모듈(113_4)은 채널 별로 수신 전력을 측정하고, 이를 저장한다(S494 단계).

이후, 송수신 구동부 동작은 비활성화되며, 이득 제어 기능은 종료된다(S495 단계).

도 11은 도 5의 레이더 스캔부(114)의 구성의 일 실시 예를 보여주는 도면이다.

레이더 스캔부(114)는 분할채널 신호를 대상 물체에 송신하고, 이로부터 반사된 분할채널 반사 신호를 수집하여 통합대역 응답신호를 생성하는 레이더 스캔 기능을 수행한다.

도 11을 참조하면, 레이더 스캔부(114)는 스캔 수행 카운트 모듈(114_1), 데이터 수집 모듈(114_2), 데이터 오류 검증 모듈(114_3), 분할채널 접합 모듈(114_4), 캘리브레이션 보상값 계산 모듈(114_5) 및 간섭 회피값 계산 모듈(114_6)을 포함한다.

스캔 수행 카운트 모듈(114_1)은 레이더 스캔 동작이 수행될 때에 스캔 수행 횟수를 카운트한다. 예를 들어, 동작 모드가 캘리브레이션 모드 또는 간섭인식 모드인 경우에, 스캔 수행 카운트 모듈(114_1)은 목표 스캔 수행 횟수를 M으로 설정하고, 스캔 수행 카운트를 0으로 설정한다. 이 경우, 하나의 통합대역 응답신호가 생성될 때마다, 스캔 수행 카운트 모듈(114_1)은 스캔 수행 카운트를 1만큼 증가시킨다.

데이터 수집 모듈(114_2)은 송수신 구동부(120)로부터 수신된 데이터 프레임화된 분할채널 반사 신호를 수집하며, 이를 임시로 저장한다.

데이터 오류 검증 모듈(114_3)은 수집된 분할채널 반사 신호에 오류가 있는지의 여부를 검증하며, 만약 오류가 있다면 분할채널 반사 신호가 다시 수신될 수 있도록 송수신 구동부(120)를 제어한다.

분할채널 접합 모듈(114_4)은 복수의 분할채널 반사 신호들을 접합하여 통합대역 응답신호를 생성한다.

캘리브레이션 보상값 계산 모듈(114_5)은 캘리브레이션 모드 수행 시에 분할채널 신호의 접합결과를 이용하여 캘리브레이션 보상값을 계산한다. 캘리브레이션 보상값 계산 방법은 다음과 같다.

분할채널 접합 신호처리에 의해 생성된 채널 신호

가 있다. k는 채널 분할채널의 번호이며, i는 스캔 수행 카운트를 나타낸다. 캘리브레이션 보상값

은 수학식 1과 같다.

수학식1에서

는 추정 크기 보상값이며, 추정 위상 보상값

는 수학식 2와 같다.

수학식 2에서

는 수학식 3과 같다.

수학식 3에서

는 수학식 4와 같다.

수학식 1에서 보듯이 캘리브레이션 보상값

의 크기는 채널 신호

의 ZF(Zero-Forcing) 보상 원리를 따르고,

의 위상은 채널 신호

의 MMS(Minimum Mean Square) 보상원리를 따른다. 즉, 캘리브레이션 보상값은 Zero-Forcing과 MMS가 결합된 형식을 갖는다.

계속해서 도 11을 참조하면, 간섭 회피값 계산 모듈(114_6)은 간섭인식 모드 시에 분할채널 반사 신호들의 접합 결과를 이용하여 간섭 회피값을 계산하다.

간섭 회피값 계산 모듈(114_6)은, 예를 들어, 송신 안테나(160)가 OFF로 설정된 상태에서 동작하며 분할 대역의 간섭 신호를 수신하고, 수신된 간섭 신호를 이용하여 각 분할 대역의 스펙트럼을 추정하고, 추정된 스펙트럼을 이용하여 간섭 신호 표시 테이블을 생성하고, 생성된 간섭 신호 표시 테이블에서 간섭 신호를 포함하는 주파수 구간을 제거하고, 제거된 주파수 구간의 주변값을 이용하여 보간값을 생성함으로써 간섭 회피값을 계산할 수 있다.

도 12는 도 11의 레이더 스캔부(114)에 의하여 수행되는 레이더 스캔 기능을 예시적으로 보여주는 순서도이다.

S510 단계에서, 레이더 스캔이 시작되면, 송수신 구동부(120)를 통하여 전송되는 데이터 타입이 심볼 데이터로 설정된다.

S511 단계에서, 동작 모드가 캘리브레이션 모드인지의 여부가 판단된다.

만약 캘리브레이션 모드라면, S512 단계에서, 스캔 수행 카운트 모듈(114_1)은 캘리브레이션 기능을 위한 목표 레이더 스캔 수행 횟수를 M으로 설정하고, 스캔 수행 횟수를 0으로 설정한다.

만약 캘리브레이션 모드가 아니라면, S513 단계에서, 동작 모드가 간섭인식 모드인지의 여부가 판단된다. 만약 간섭인식 모드라면, S514 단계에서, 스캔 수행 카운트 모듈(114_1)은 간섭인식 기능을 위한 목표 레이더 스캔 수행 횟수를 M으로 설정하고, 스캔 수행 횟수를 0으로 설정한다.

한편, S511 단계 및 S513 단계에서 캘리브레이션 모드도 아니고 간섭인식 모드도 아닌 것으로 판단된다면(즉, 연속 스캔 모드라면), 별도의 목표 레이더 스캔 수행 횟수는 설정되지 않을 수 있다.

이후, S515 단계에서, 송수신 구동부(120)의 동작이 활성화된다.

S516 단계에서, 데이터 수집 모듈(114_2)은 분할채널 반사 신호를 수신하며, 이를 저장한다.

S517 단계에서, 데이터 오류 검증 모듈(114_3)은 수신된 분할채널 반사 신호에 오류가 있는 지의 여부를 판단한다.

만약 수신된 분할채널 반사 신호에 오류가 있는 것으로 판단된다면, 데이터 오류 검증 모듈(114_3)은 분할채널 반사 신호가 다시 수신될 수 있도록, 송수신 구동부(120)를 제어한다.

만약 수신된 분할채널 반사 신호에 오류가 없는 것으로 판단된다면, S518 단계에서, 분할채널 접합 모듈(114_4)은 분할채널 반사 신호들을 접합하여 통합대역 응답신호를 생성하는 동작을 수행한다.

S 519 단계에서, 동작 모드가 캘리브레이션 모드 또는 간섭인식 모드 중 어느 하나인지의 여부가 판단된다.

만약 S519 단계에서 동작 모드가 캘리브레이션 모드 또는 간섭인식 모드가 아닌 것으로 판단된다면(즉, 연속 스캔 모드로 판단된다면), S525 단계에서, 분할채널 접합 신호처리 결과를 이용하여 A/B 스캔 데이터를 생성 및 표시하는 동작이 수행된다. 이 경우, 사용자가 연속 스캔을 중지하지 않는 한 레이더 스캔 동작을 계속하여 수행된다(S527 단계).

만약 S519 단계에서 동작 모드가 캘리브레이션 모드 또는 간섭인식 모드 중 어느 하나로 판단된다면, S520 단계에서 분할채널 접합 모듈(114_4)은 분할채널 접합결과의 결과를 저장한다. 이후, S521 단계에서, 스캔 수행 카운트 모듈(114_1)은 스캔 수행 카운트를 1만큼 증가시킨다. 이후, S522 단계에서, 스캔 수행 카운트가 M인지의 여부가 판단되며, 스캔 수행 카운트가 M이라면 캘리브레이션 보상값 또는 간섭 회피값을 계산하는 동작이 수행된다.

구체적으로, S523 단계에서, 동작 모드가 캘리브레이션 모드인지의 여부가 판단된다. 만약 캘리브레이션 모드라면, S524 단계에서, 캘리브레이션 보상값 계산 모듈(114_5)은 저장된 분할채널 접합의 신호처리 결과를 이용하여 캘리브레이션 보상값을 계산한다. 그러나 만약 캘리브레이션 모드가 아니라면(즉, 간섭인식 모드라면), S525 단계에서, 간섭 회피값 계산 모듈(114_6)은 저장된 분할채널 접합의 신호처리 결과를 이용하여 간섭 회피값을 계산한다.

도 13은 도 11의 분할채널 접합 모듈(114_4)의 구성을 예시적으로 보여주는 블록도이다.

도 13을 참조하면, 분할채널 접합 모듈(114_4)은 분할채널 DC 처리 블록(114_41), 채널 경계 처리 블록(114_42), 불연속 위상 처리 블록(114_43), 캘리브레이션 보상 블록(114_44), 간섭 주파수 보간 블록(114_45), 주파수 보정 블록(114_46) 및 실제 값 추출 블록(114_47)을 포함한다.

분할채널 DC 처리 블록(114_41)은 복수의 분할채널 반사 신호들이 기저대역으로 변환되었을 경우의 DC 성분을 제거한다. 따라서, 분할채널 DC 처리 블록(114_41)은 복수의 분할채널 반사 신호들이 통합대역 응답신호로서 통합되었을 때의 노이즈 성분을 줄일 수 있다.

채널 경계 처리 블록(114_42)은 복수의 채널들로 수신되는 분할채널 반사 신호들의 채널 경계의 중첩되는 성분들을 제거한다.

불연속 위상 처리 블록(114_43)은 채널 경계의 위상 불연속을 감지하여 위상이 연속되도록 처리한다.

캘리브레이션 보상 블록(114_44)은 연속 스캔 모드 시에 동작하며, 캘리브레이션 보상 모드에서 계산된 캘리브레이션 값을 이용하여 보상하는 기능을 수행한다.

간섭 주파수 보간 블록(114_45)은 연속 스캔 모드 시에 동작하며, 간섭인식 모드에서 계산된 간섭 회피 값을 이용하여 보간하는 동작을 수행한다.

주파수 보정 블록(114_46)은 연속 스캔 모드 시에 동작하며, 0 프리팬딩, 주파수 윈도잉(windowing)을 통하여 주파수를 보정하는 동작을 수행한다.

실제 값 추출 블록(114_47)은 IFFT 연산을 통하여 실제 값(real value)을 추출한다.

도 14는 도 13의 분할채널 접합 모듈(114_4)에 의하여 수행되는 분할채널 접합 기능을 예시적으로 보여주는 순서도이다.

S610 단계에서, 분할채널 접합 기능이 시작되면, 분할채널 DC 처리 블록(114_41)은 분할채널의 DC(Direct Current)부분을 처리한다.

S620 단계에서, 채널 경계 처리 블록(114_42)은 분할채널의 경계부를 시작 채널, 중간 채널, 끝 채널에 맞게 처리한다.

S630 단계에서, 불연속 위상 처리 블록(114_43)은 분할채널 간의 불연속 위상을 처리(903)하며, S640 단계에서, 노이즈가 제거된 복수의 분할채널 반사 신호들이 하나의 통합대역 신호로 접합된다.

S650 단계에서, 주파수 응답에 대한 크기 스무딩(smoothing) 동작이 수행되며, S655 단계에서, 동작 모드가 연속 스캔 모드인지의 여부가 판단된다.

만약 동작 모드가 캘리브레이션 모드 또는 간섭인식 모드라면, 분할채널 접합 기능은 종료된다.

만약 동작 모드가 연속 스캔 모드라면, S660 단계에서, 캘리브레이션 보상 블록(114_44)은 캘리브레이션 보상 기능을 수행한다. 캘리브레이션 보상 블록(114_44)은, 예를 들어, 주파수 응답에 대한 크기 스무딩이 수행된 접합채널 데이터와 캘리브래이션 보상값을 곱함으로써, 캘리브레이션 보상 기능을 수행할 수 있다.

S670 단계에서, 간섭 주파수 보간 블록(114_45)은 간섭 회피 값을 이용하여 보간하는 동작을 수행한다.

S680 단계에서, 주파수 보정 블록(114_46)은 주파수 보정 기능을 수행한다. 구체적으로, 주파수 보정 블록(114_46)은 접합된 채널 데이터에 0을 프리팬드(prepand)하고(S681 단계), 더블-사이디드(double-sided) 접합채널 데이터를 생성한다(S682 단계). 이후, 주파수 보정 블록(114_46)은 더블-사이디드 접합채널에 주파수 윈도잉(Windowing)을 수행한다(S683 단계). 주파수 보정 블록(114_46)은, 또한, 0 삽입을 통해 업샘플링(Upsampling)을 추가적으로 수행할 수 있다.

이후, S690 단계에서, 실제값 추출 블록(114_47)은 inverse FFT를 수행하고, 그 결과의 실제값(Real value를 추출한다.

도 15는 채널 경계 처리 전후의 통합대역 응답신호의 비교 그래프이다.

채널 경계 처리 전(점선)의 통합대역 응답신호(1250)는 심한 왜곡이 발생하지만, 채널 경계 처리 후(실선)의 통합대역 응답신호(1200)는 왜곡이 줄어들어, 실제 응답 임펄스를 용이하게 측정할 수 있다.

도 16a 및 도 16b는 불연속 위상처리 전과 후의 출력신호와 이에 따른 임펄스 응답을 비교한 그래프들이다.

도 16a를 참조하면, 점선으로 표시된 부분인 채널 경계에서 위상들이 일치하지 않아 톱니와 같은 모습을 보인다. 이에 따라 우측 하단에 도시된 임펄스 응답 특성이 좋지 않은 것을 확인할 수 있다.

도 16b를 참조하면, 점선 부분에서 위상이 일치되어 점선, 즉 채널 경계 영역에서 위상이 모두 일치하는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라서 우측 하단에 도시된 임펄스 응답이 향상된 것을 확인할 수 있다.

도 17a 및 도 17b는 분할채널 DC 처리 전후의 채널 임펄스 응답을 나타내는 그래프들이다.

도 17a에 나타나듯이, 채널 별로 DC 영역 성분을 제거하면 펄스열 왜곡이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있다.

도 17b는 도 17a의 일부를 확대하여 도시한 것으로, 채널 별 DC 영역 성분을 제거한 경우(실선)가 제거하지 않은 경우(점선)와 비교하였을 때 펄스열 왜곡이 확연히 줄어든 것을 확인할 수 있다.

도 18a와 도 18b는 분할채널 간섭 신호 보간 동작이 적용되기 전과 후의 수신 레이더 신호의 예시를 나타낸 것이다.

도 18a에 도시된 바와 같이 간섭 신호를 처리하지 않은 상태에서의 레이더의 출력값은 다양한 간섭 신호로 인해 레이더 펄스가 지저분하게 왜곡되어 있음을 알 수 있다.

도 18b는 본 발명에서 제안하는 분할채널 간섭 신호 보간 동작에 의해 간섭 신호를 처리한 후의 출력값을 나타낸 것으로서, 도 18a와 달리 간섭 신호가 처리되어 깨끗한 레이더 펄스값을 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.

도 19는 도 14의 0 프리팬딩 방법을 간략히 설명하기 위한 도면이다.

도 19에 도시된 바와 같이, 접합 채널 데이터 벡터에 0 벡터(1001)를 프리팬드함으로써, 통합 데이터 벡터(1002)를 생성할 수 있다. 이 경우, 0 벡터(1001)의 크기 N은

로 계산하며,

는 접합 채널 데이터의 첫번째 인자(1003)의 실제 주파수값이고,

는 접합 채널 데이터의 연속된 인자 간(예:(1003)와 (1004)간)의 실제 주파수 간격 값이다.

도 20은 본 출원의 기술적 사상의 다른 실시 예에 따른 레이더 장치(200)를 예시적으로 보여주는 블록도이다. 도 20의 레이더 장치(200)는 도 1의 레이더 장치(100)와 유사하다. 따라서 유사한 구성요소는 유사한 참조번호로 표시되며, 동일 또는 유사한 내용은 간략한 설명을 위하여 생략될 것이다.

도 20을 참조하면, 레이더 장치(200)는 장치 제어부(210), 송수신 구동부(220), DAC(230), 상승 주파수 변환부(240), 송신 안테나(260), 수신 안테나(270), 하강 주파수 변환부(280), ADC(290)를 포함한다.

도 1의 레이더 장치(200)와 달리, 도 20의 레이더 장치(200)의 송신 안테나(260) 및 수신 안테나(270)는 각각 단일 안테나로 구현된다. 또한, 송신 안테나(260) 및 수신 안테나(270)가 각각 단일 안테나로 구현되기 때문에, 도 20의 레이더 장치(200)는 안테나 스위치를 포함하지 않는다. 이 경우, 레이더 장치(200)는 분할채널 신호들 및 분할채널 반사 신호들을 단일 안테나를 통하여 송신 및 수신할 것이다.

상술한 바와 같이, 본 출원의 실시 예에 따른 레이더 장치 및 레이더 장치의 동작 방법은 OFDM 방식에 기초하여 복수의 분할채널 신호들을 송신 및 수신함으로써, 고속으로 대상 물체에 대한 스캔 동작을 수행할 수 있다.

또한, 본 출원의 실시 예에 따른 레이더 장치 및 레이더 장치의 동작 방법은 캘리브레이션 모드, 간섭 인식 모드 및 연속 스캔 모드를 지원하고, 캘리브레이션 모드 및 간섭인식 모드에서 계산된 값들을 이용하여 캘리브래이션 보상 기능 및 간섭 주파수 보간 기능을 지원함으로써 임펄스 응답의 정확도를 향상시킬 수 있다.

더불어, 본 출원의 실시 예에 따른 레이더 장치 및 레이더 장치의 동작 방법은 복수의 분할채널 신호들을 접합할 때에 채널 경계의 위상 불연속 및 중첩된 대역의 성분을 선택적으로 제거함으로써 임펄스 응답의 정확도를 향상시킬 수 있다.

또한, 본 출원의 실시 예에 따른 레이더 장치 및 레이더 장치의 동작 방법은 통합대역 응답신호의 주파수 보정 기능을 지원함으로써 임펄스 응답의 정확도를 더욱 향상시킬 수 있다.

한편, 상술한 설명은 예시적인 것이며, 본 출원의 기술적 사상은 이에 한정되지 않음이 이해될 것이다. 본 출원의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능하며, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 자명할 것이다.

100, 200: 레이더 장치
110, 210: 장치 제어부
120, 220: 송수신 구동부
130, 230: 디지털 아날로그 변환부
140, 240: 상승 주파수 변환부
150: 안테나 스위치
160, 260: 송신 안테나
170, 270: 수신 안테나
180, 280: 하강 주파수 변환부
190, 290: 아날로그 디지털 변환부

Claims

채널 주파수에 기초하여, 복수의 분할채널 신호들의 주파수들을 각각 기저대역에서 서로 다른 패스대역으로 상승시키는 상승 주파수 변환부;
상기 상승 주파수 변환부로부터 수신된 상기 복수의 분할채널 신호들을 대상 물체로 송신하는 송신 안테나;
상기 대상 물체로부터 수신된 복수의 분할채널 반사 신호들을 수신하는 수신 안테나;
상기 채널 주파수에 기초하여, 상기 복수의 분할채널 반사 신호들의 주파수들을 서로 다른 패스대역에서 기저대역으로 하강시키는 하강 주파수 변환부;
상기 하강 주파수 변환부로부터 수신된 상기 복수의 분할채널 반사 신호들을 데이터 프레임화하는 송수신 구동부; 및
상기 데이터 프레임화된 복수의 분할채널 반사 신호들을 이용하여 통합대역 응답 신호를 생성하는 장치 제어부를 포함하는 레이더 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 분할채널 신호들을 디지털 신호에서 아날로그 신호로 변환하는 디지털 아날로그 변환부; 및
상기 복수의 분할채널 반사 신호들을 아날로그 신호에서 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환부를 더 포함하는 레이더 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 분할채널 신호들이 각각 서로 다른 패스 대역에 대응하도록 상기 채널 주파수를 생성하는 채널 주파수 생성부를 더 포함하는 레이더 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 송신 안테나에 포함된 복수의 안테나들 중 적어도 하나를 선택하고, 상기 수신 안테나에 포함된 복수의 안테나들 중 적어도 하나를 선택하는 안테나 스위치를 더 포함하는 레이더 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 장치 제어부는
상기 송수신 구동부의 상태를 초기화하는 시스템 초기화부;
상기 상승 주파수 변환부 및 상기 하강 주파수 변환부의 증폭기 이득을 설정하는 이득 제어부; 및
상기 복수의 분할채널 신호들의 송신 및 상기 복수의 분할채널 반사 신호들의 수신 동작을 통하여, 상기 대상 물체에 대한 스캔 동작을 수행하는 레이더 스캔부를 포함하는 레이더 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 장치 제어부는
상기 시스템 초기화부, 상기 이득 제어부 및 상기 레이더 스캔부를 제어하는 동작 제어부를 더 포함하며,
상기 동작 제어부는 상기 대상 물체에 대한 연속 스캔 동작을 수행하는 연속 스캔 모드, 상기 복수의 분할채널 반사 신호들과 다른 외부 간섭 신호의 수신 여부를 판단하는 간섭인식 모드, 상기 상승 주파수 변환부 및 상기 하강 주파수 변환부의 주파수 특성을 측정하는 캘리브레이션 모드 중 적어도 하나의 동작 모드를 수행하는 레이더 장치.
제 6 항에 있어서,
상기 캘리브레이션 모드 또는 연속 스캔 모드가 수행될 때에, 상기 시스템 초기화부는 상기 송신 안테나에 포함된 복수의 안테나들 및 상기 수신 안테나에 포함된 복수의 안테나들 사이의 스위칭 시퀀스를 설정하는 레이더 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 간섭인식 모드가 수행될 때에, 상기 시스템 초기화부는 상기 송신 안테나에 포함된 복수의 안테나들 중 선택된 안테나를 고정 송신 안테나로 설정하고, 상기 수신 안테나에 포함된 복수의 안테나들 중 선택된 안테나를 고정 수신 안테나로 설정하는 레이더 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 이득 제어부는
상기 복수의 분할채널 반사 신호들의 채널별 전력을 측정하는 채널 전력 측정 모듈;
상기 채널 전력 측정 모듈에 의하여 측정된 채널별 전력 정보에 기초하여, 상기 상승 주파수 변환부 및 상기 하강 주파수 변환부의 증폭기 이득을 계산하는 증폭기 이득 계산 모듈; 및
상기 증폭기 이득 계산 모듈에 의하여 계산된 증폭기 이득에 기초하여, 상기 상승 주파수 변환부 및 상기 하강 주파수 변환부의 증폭기 이득을 설정하는 증폭기 이득 설정 모듈을 포함하는 레이더 장치.
제 9 항에 있어서,
상기 장치 제어부는 상기 대상 물체에 대한 연속 스캔 동작을 수행하는 연속 스캔 모드, 상기 복수의 분할채널 반사 신호들과 다른 외부 간섭 신호의 수신 여부를 판단하는 간섭인식 모드, 상기 상승 주파수 변환부 및 상기 하강 주파수 변환부의 주파수 특성을 측정하는 캘리브레이션 모드 중 적어도 하나의 동작 모드를 지원하며,
상기 간섭인식 모드가 수행될 때에, 상기 증폭기 이득 설정 모듈은 상기 상승 주파수 변환부 및 상기 하강 주파수 변환부의 증폭기 이득을 제 1 이득값으로 설정하고,
상기 캘리브레이션 모드 또는 상기 연속 스캔 모드가 수행될 때에, 상기 증폭기 이득 설정 모듈은 상기 상승 주파수 변환부 및 상기 하강 주파수 변환부의 이득을 상기 제 1 이득값보다 작은 제 2 이득값으로 설정하는 레이더 장치.
제 10 항에 있어서,
상기 증폭기 이득 설정 모듈은 상기 증폭기 이득 계산 모듈에 의하여 계산된 증폭기 이득에 기초하여, 상기 상승 주파수 변환부 및 상기 하강 주파수 변환부의 증폭기 이득을 상기 제 1 이득값 및 상기 제 2 이득값과 다른 제 3 이득값으로 설정하는 레이더 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 장치 제어부는 상기 대상 물체에 대한 연속 스캔 동작을 수행하는 연속 스캔 모드, 상기 복수의 분할채널 반사 신호들과 다른 외부 간섭 신호의 수신 여부를 판단하는 간섭인식 모드, 상기 상승 주파수 변환부 및 상기 하강 주파수 변환부의 주파수 특성을 측정하는 캘리브레이션 모드 중 적어도 하나의 동작 모드를 지원하며,
상기 레이더 스캔부는
상기 복수의 분할채널 반사 신호들을 접합하여 통합대역 응답신호를 생성하는 분할채널 접합 모듈;
상기 캘리브레이션 모드 시에, 상기 복수의 분할채널 반사 신호들의 접합 결과를 이용하여 캘리브레이션 보상값을 계산하는 캘리브레이션 보상값 계산 모듈; 및
상기 간섭인식 모드 시에, 상기 복수의 분할채널 반사 신호들의 접합 결과를 이용하여 간섭 회피값을 계산하는 간섭 회피값 계산 모듈을 포함하는 레이더 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 캘리브레이션 모드 또는 상기 간섭인식 모드가 수행될 때에, 상기 레이더 스캔부에 의하여 수행되는 레이더 스캔 수행 횟수를 카운트하는 스캔 수행 카운트 모듈을 더 포함하는 레이더 장치.
제 12 항에 있어서,
상기 분할채널 접합 모듈은
상기 캘리브레이션 보상값을 이용하여 통합대역 응답신호에 대한 캘리브레이션 보상 동작을 수행하는 캘리브레이션 보상 블록; 및
상기 간섭 회피값을 이용하여 상기 통합대역 응답신호에 대한 간섭 주파수 보간 동작을 수행하는 간섭 주파수 보정 블록을 포함하는 레이더 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 캘리브레이션 보상 동작 및 상기 간섭 주파수 보간 동작은 상기 연속 스캔 모드에서 수행되는 레이더 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 통합대역 응답신호에 대응하는 데이터 벡터에 0 벡터를 삽입하는 프리팬딩 동작을 수행하는 주파부 보정 블록을 더 포함하는 레이더 장치.
레이더 장치의 동작 방법에 있어서,
대상 물체에 대한 레이더 스캔 동작을 수행하는 연속 스캔 모드, 외부 간섭 신호의 수신 여부를 판단하는 간섭인식 모드, 상기 레이더 장치의 주파수 특성을 측정하는 캘리브레이션 모드 중 하나의 동작 모드를 선택하는 단계;
상기 레이더 장치에 대한 초기화 동작을 수행하는 단계;
상기 레이더 장치에 포함된 상승 주파수 변환부 및 하강 주파수 변환부의 증폭기 이득을 제어하는 단계; 및
상기 대상 물체에 복수의 분할채널 신호들을 송수신함으로써, 상기 대상 물체에 대한 레이더 스캔 동작을 수행하는 단계를 포함하는 레이더 장치의 동작 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 초기화 동작을 수행하는 단계는
상기 레이더 장치에 포함된 송수신 구동부를 초기화하는 단계;
상기 송수신 구동부에 전송될 데이터 전송 타입을 오버샘플드 로우 데이터로 설정하는 단계; 및
동작 모드가 간섭인식 모드인지의 여부에 기초하여, 상기 레이더 장치에 포함된 복수의 안테나들에 대한 스위칭 여부를 결정하는 단계를 포함하는 레이더 장치의 동작 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 증폭기 이득을 제어하는 단계는
상기 레이더 장치에 포함된 송수신 구동부에 전송될 데이터 전송 타입을 오버샘플드 로우 데이터로 설정하는 단계; 및
동작 모드가 상기 간섭인식 모드인지의 여부에 기초하여, 상기 상승 주파수 변환부 및 상기 하강 주파수 변환부의 증폭기 이득을 설정하는 단계를 포함하는 레이더 장치의 동작 방법.
제 19 항에 있어서,
동작 모드가 상기 간섭인식 모드인 경우에 상기 상승 주파수 변환부 및 상기 하강 주파수 변환부의 증폭기 이득을 제 1 이득값으로 설정하고, 동작 모드가 상기 간섭인식 모드가 아닌 경우에 상기 상승 주파수 변환부 및 상기 하강 주파수 변환부의 증폭기 이득을 제 1 이득값보다 낮은 제 2 이득값으로 설정하는 레이더 장치의 동작 방법.
제 20 항에 있어서,
상기 복수의 분할채널 신호들의 채널별 수신 전력을 측정하는 단계; 및
상기 채널별 수신 전력에 기초하여, 상기 상승 주파수 변환부 및 상기 하강 주파수 변환부의 증폭기 이득을 상기 제 1 및 제 2 이득값과 다른 제 3 이득값으로 설정하는 단계를 더 포함하는 레이더 장치의 동작 방법.
제 17 항에 있어서,
상기 레이더 스캔 동작을 수행하는 단계는
상기 레이더 장치에 포함된 송수신 구동부에 전송될 데이터 전송 타입을 심볼 데이터로 설정하는 단계; 및
동작 모드가 상기 연속 스캔 모드인지의 여부에 기초하여, 스캔 수행 횟수의 카운트 여부를 결정하는 단계를 포함하는 레이더 장치의 동작 방법.
제 22 항에 있어서,
동작 모드가 상기 연속 스캔 모드인 경우에 스캔 수행 횟수를 카운트하고, 동작 모드가 상기 연속 스캔 모드가 아닌 경우에 스캔 수행 횟수를 카운트하지 않는 레이더 장치의 동작 방법.
제 22 항에 있어서,
상기 복수의 분할채널 신호를 상기 대상 물체로 송신하고, 상기 대상 물체로부터 반사된 복수의 분할채널 반사 신호들을 수신하는 단계; 및
상기 복수의 분할채널 반사 신호들을 접합하는 단계를 더 포함하는 레이더 장치의 동작 방법.
제 24 항에 있어서,
동작 모드가 상기 캘리브레이션 모드인 경우에 상기 복수의 분할채널 반사 신호들의 접합 결과에 기초하여 캘리브레이션 보상값을 계산하는 단계를 더 포함하는 레이더 장치의 동작 방법.
제 25 항에 있어서,
동작 모드가 상기 간섭인식 모드인 경우에 상기 복수의 분할채널 반사 신호들의 접합 결과에 기초하여 간섭 회피값을 계산하는 단계를 더 포함하는 레이더 장치의 동작 방법.
제 26 항에 있어서,
상기 복수의 분할채널 반사 신호들을 접합하는 단계는
상기 복수의 분할채널 반사 신호들에 대한 직류 전류 성분을 처리하는 단계;
상기 복수의 분할채널 반사 신호들의 중첩부분을 제거하는 단계; 및
상기 복수의 분할채널 반사 신호들 사이의 불연속적인 위상을 제거하는 단계를 포함하는 레이더 장치의 동작 방법.
제 27 항에 있어서,
상기 복수의 분할채널 반사 신호들을 접합하는 단계는
동작 모드가 연속 스캔 모드인 경우에, 상기 캘리브레이션 보상값을 이용하여 캘리브레이션 보상 동작을 수행하는 단계; 및
동작 모드가 연속 스캔 모드인 경우에, 상기 간섭 회피값을 이용하여 간섭 주파수 보간 동작을 수행하는 단계를 더 포함하는 레이더 장치의 동작 방법.
제 28 항에 있어서,
상기 복수의 분할채널 반사 신호들이 접합 결과에 대응하는 벡터 데이터에 0 벡터를 삽입하는 단계를 더 포함하는 레이더 장치의 동작 방법.