KR102081148B1 - 시분할 iq 구조를 갖는 레이더 장치 및 그 동작 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들은, 제1 시간대에 제1 송신 출력을 통해 발생된 신호를 송신 안테나로 전달하고 제2 시간대에 제2 송신 출력을 통해 발생된 신호를 위상 변환기를 통해 송신 안테나로 전달하는 송신단과, 송신단에 의해 신호가 송신되면 수신되는 신호에 기초하여 타겟을 판별하는 수신단을 포함하는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치를 제공한다.

Description

시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치 및 그 동작 방법{RADAR APPARATUS INCLUDING TIME-DIVISION IQ STRUCTURE AND THE OPERATING METHOD OF THE RADAR APPARATUS}
본 발명의 실시예들은 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치 및 그 동작 방법에 관한 것이다.
현재 매우 다양한 산업 분야에서 레이더 장치가 이용되고 있으며, 이러안 레이더 장치는 보다 정밀한 탐지를 위해 여러 개의 송신 안테나를 포함하고 있다.
레이더 장치는 탐지 성능을 높이기 위하여 수신 신호를 I(In-phase) 신호와 Q(Quadrature) 신호로 분배하여 복조 하는 기술이 개발되었다. IQ (In-phase and Quadrature) 복조 기술의 경우, 수신 채널을 I 채널과 Q 채널로 분배해야 하고, 이를 위해 전력 분배기를 필요로 하며, 송신 측에서 LO 신호를 90 도 차이를 발생시켜 수신 측에 제공해야 하며, 이를 위해, 90º 하이브리드 커플러를 필요로 한다.
이처럼, 종래의 IQ 구조를 갖는 레이더 장치는 수신 채널 수가 늘어나고, 늘어난 수신 채널 수만큼 부품 수도 많아지는 문제점이 있다. 이로 인해, 레이더 장치의 사이즈도 커지게 되어, 소형 레이더 장치를 구현하는데 어려움이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예들은, 시분할로 레이더 기능을 수행하고, IQ 복조 기능을 수행하는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치 및 그 동작 방법을 제공하는 데 목적이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 90도 하이브리드 커플러 또는 전력 분배기 등의 IQ 구조를 위한 통상의 부품들을 구비하지 않고도, IQ 복조 기능을 수행할 수 있는 레이더 장치 및 그 동작 방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.
또한, 본 발명의 실시예들은, 수신 채널을 I 채널과 Q 채널로 분배하지 않고 IQ 복조 기능을 수행함으로써, 많은 부품을 가지지 않고도 IQ 구조를 가질 수 있는 레이더 장치 및 그 동작 방법을 제공하는 데 또 다른 목적이 있다.
일 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 제1 시간대에 제1 송신 출력을 통해 발생된 신호를 송신 안테나로 전달하고 제2 시간대에 제2 송신 출력을 통해 발생된 신호를 위상 변환기를 통해 송신 안테나로 전달하는 송신단과, 송신단에 의해 신호가 송신되면 수신되는 신호에 기초하여 타겟을 판별하는 수신단을 포함하는 시분할 IQ (In-phase and Quadrature) 구조를 갖는 레이더 장치를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, N(N은 2 이상의 자연수)개의 시간 구간에 레이더 송신 신호를 출력하되, N개의 시간 기간 중 제1 시간 구간 동안 제1 레이더 송신 신호를 출력하고, N개의 시간 기간 중 제1 시간 구간 이후 제2 시간 구간 동안 제2 레이더 송신 신호를 출력하는 송신 안테나부; 제1 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제1 레이더 수신 신호를 수신하고, 제2 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제2 레이더 수신 신호를 수신하는 수신 안테나부; 제1 시간 구간 동안 제1 주파수 변조 연속파 신호를 출력하고, 제1 시간 구간 이후 제2 시간 구간 동안 제2 주파수 변조 연속파 신호를 출력하며, LO (Local Oscillator) 신호를 출력하는 주파수 변조 연속파 신호 발생기; 주파수 변조 연속파 신호 발생기에서 제2 시간 구간에 출력된 제2 주파수 변조 연속파 신호를 90도 위상 변환하여, 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호를 출력하는 90도 위상 변환기; 제1 시간 구간 동안 주파수 변조 연속파 신호 발생기에서 출력된 제1 주파수 변조 연속파 신호를 제1 레이더 송신 신호로서 송신 안테나부로 전달하고, 제2 시간 구간 동안 90도 위상 변환기에서 출력된 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호를 제2 레이더 송신 신호로서 송신 안테나부로 전달하는 전력 합성기; 및 제1 주파수 변조 연속파 신호인 제1 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제1 레이더 수신 신호와 LO 신호를 믹싱하여 제1 믹싱값을 출력하고, 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호인 제2 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제2 레이더 수신 신호와 LO 신호를 믹싱하여 제2 믹싱값을 출력하는 주파수 혼합기를 포함하는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치를 제공할 수 있다.
시분할 IQ 구조를 위하여, 제1 시간 구간과 시분할된 제2 시간 구간 동안, 송신 안테나부에서 출력되는 제2 레이더 송신 신호는, 제1 시간 구간 동안에 송신 안테나부에서 출력되는 제1 레이더 송신 신호와 90도 위상 차이를 가짐으로써, 제1 시간 구간과 시분할 된 제2 시간 구간 동안 주파수 혼합기에서 출력되는 제2 믹싱값은, 시분할 된 제1 시간 구간 동안 주파수 혼합기에서 출력되는 제1 믹싱값과 90도 위상(Quadrature phase) 차이를 가질 수 있다.
제1 시간 구간과 시분할된 제2 시간 구간 동안 주파수 혼합기에서 제2 레이더 수신 신호와 믹싱되는 LO 신호는, 제1 시간 구간 동안 주파수 혼합기에서 제1 레이더 수신 신호와 믹싱되는 LO 신호와 동일한 위상(In-phase)을 가질 수 있다.
시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치제1 믹싱값 및 제2 믹싱값 각각이 통과되는 로우 패스 필터; 및 로우 패스 필터가 통과된 제1 믹싱값과 제2 믹싱값 각각을 디지털 데이터로 변환하여, 제1 수신 데이터 및 제2 수신 데이터를 출력하는 아날로그-디지털 컨버터를 더 포함할 수 있다.
제1 수신 데이터는 제1 시간 구간과 대응되고, 제2 수신 데이터는 제2 시간 구간과 대응되며, 제1 수신 데이터와 90도 위상 차이를 가질 수 있다.
시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치는, 제1 시간 구간과 대응되는 제1 수신 데이터와, 제1 시간 구간과 시분할된 제2 시간 구간과 대응되며 제1 수신 데이터와 90도 위상 차이를 갖는 제2 수신 데이터에 기초하여, 타깃을 판별하는 제어 회로를 더 포함할 수 있다.
주파수 변조 연속파 신호 발생기는, 제1 시간 구간 동안, 제1업 첩(Up chirp)과 제1다운 첩(Down chirp)을 구성된 한 쌍의 제1 주파수 변조 연속파 신호를 발생시키고, 제2 시간 구간 동안, 제2업 첩(Up chirp)과 제2다운 첩(Down chirp)을 구성된 한 쌍의 제2 주파수 변조 연속파 신호를 발생시킬 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 시분할 된 N(N은 2 이상의 자연수)개의 시간 구간 중 제1 시간 구간 동안, 제1 주파수 변조 연속파 신호를 발생시키는 제1 단계; 제1 주파수 변조 연속파 신호를 제1 레이더 송신 신호로서 송신 안테나부로 전달하는 제2 단계; 제1 시간 구간 동안, 송신 안테나부가 제1 주파수 변조 연속파 신호인 제1 레이더 송신 신호를 출력하는 제3 단계; N개의 시간 기간 중 제1 시간 구간 이후 제2 시간 구간 동안, 제2 주파수 변조 연속파 신호를 발생시키는 제4 단계; 제2 주파수 변조 연속파 신호를 90도 위상 변환하고, 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호를 제2 레이더 송신 신호로서 송신 안테나부로 전달하는 제5 단계; 제2 시간 구간 동안, 송신 안테나부가 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호인 제2 레이더 송신 신호를 출력하는 제6 단계; 및 제1 주파수 변조 연속파 신호인 제1 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제1 레이더 수신 신호와 LO 신호를 믹싱한 제1 믹싱값과, 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호인 제2 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제2 레이더 수신 신호와 LO 신호를 믹싱하여 제2 믹싱값을 출력하는 제7 단계를 포함하는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치의 동작 방법을 제공할 수 있다.
레이더 장치는 시분할 IQ 구조를 위하여, 제1 시간 구간과 시분할된 제2 시간 구간 동안, 송신 안테나부에서 출력되는 제2 레이더 송신 신호는, 제1 시간 구간 동안에 송신 안테나부에서 출력되는 제1 레이더 송신 신호와 90도 위상 차이를 가짐으로써, 제1 시간 구간과 시분할 된 제2 시간 구간 동안 주파수 혼합기에서 출력되는 제2 믹싱값은, 시분할 된 제1 시간 구간 동안 주파수 혼합기에서 출력되는 제1 믹싱값과 90도 위상(Quadrature phase) 차이를 가질 수 있다.
제1 시간 구간과 시분할된 제2 시간 구간 동안 주파수 혼합기에서 제2 레이더 수신 신호와 믹싱되는 LO 신호는, 제1 시간 구간 동안 주파수 혼합기에서 제1 레이더 수신 신호와 믹싱되는 LO 신호와 동일한 위상(In-phase)을 가질 수 있다.
시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치의 동작 방법은, 제7 단계 이후, 제1 믹싱값 및 제2 믹싱값 각각을 로우 패스 필터에 통과시키는 제8 단계; 및 로우 패스 필터가 통과된 제1 믹싱값과 제2 믹싱값 각각을 디지털 데이터로 변환하여, 제1 수신 데이터 및 제2 수신 데이터를 출력하는 제9 단계를 더 포함할 수 있다.
제1 수신 데이터는 제1 시간 구간과 대응되고, 제2 수신 데이터는 제2 시간 구간과 대응되며, 제1 수신 데이터와 90도 위상 차이를 가질 수 있다.
시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치의 동작 방법은, 제9 단계 이후, 제1 시간 구간과 대응되는 제1 수신 데이터와, 제1 시간 구간과 시분할된 제2 시간 구간과 대응되며 제1 수신 데이터와 90도 위상 차이를 갖는 제2 수신 데이터에 기초하여, 타깃을 판별하는 제10 단계를 더 포함할 수 있다.
제1 단계에서, 주파수 변조 연속파 신호 발생기는, 제1 시간 구간 동안, 제1업 첩(Up chirp)과 제1다운 첩(Down chirp)을 구성된 한 쌍의 제1 주파수 변조 연속파 신호를 발생시키고, 제4 단계에서, 주파수 변조 연속파 신호 발생기는, 제2 시간 구간 동안, 제2업 첩(Up chirp)과 제2다운 첩(Down chirp)을 구성된 한 쌍의 제2 주파수 변조 연속파 신호를 발생시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면, 시분할로 레이더 기능을 수행하고, IQ 복조 기능을 수행하는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치 및 그 동작 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 90도 하이브리드 커플러 또는 전력 분배기 등의 IQ 구조를 위한 통상의 부품들을 구비하지 않고도, IQ 복조 기능을 수행할 수 있는 레이더 장치 및 그 동작 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 수신 채널을 I 채널과 Q 채널로 분배하지 않고 IQ 복조 기능을 수행함으로써, 많은 부품을 가지지 않고도 IQ 구조를 가질 수 있는 레이더 장치 및 그 동작 방법을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 레이더 장치를 이용한 교통 상황 예측 시스템의 구성의 예시를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 교통 상황 예측 시스템이 적용된 환경의 예시를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 레이더 장치의 구성의 예시를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 IQ 복조기를 갖는 FMCW 레이더 장치의 예시를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 일반적인 구조의 FMCW 레이더 장치의 예시를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치의 예시를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치의 동작 방법에 대한 흐름도이다.
일 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 제1 시간대에 제1 송신 출력을 통해 발생된 신호를 송신 안테나로 전달하고 제2 시간대에 제2 송신 출력을 통해 발생된 신호를 위상 변환기를 통해 송신 안테나로 전달하는 송신단과, 송신단에 의해 신호가 송신되면 수신되는 신호에 기초하여 타겟을 판별하는 수신단을 포함하는 시분할 IQ (In-phase and Quadrature) 구조를 갖는 레이더 장치를 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, N(N은 2 이상의 자연수)개의 시간 구간에 레이더 송신 신호를 출력하되, N개의 시간 기간 중 제1 시간 구간 동안 제1 레이더 송신 신호를 출력하고, N개의 시간 기간 중 제1 시간 구간 이후 제2 시간 구간 동안 제2 레이더 송신 신호를 출력하는 송신 안테나부; 제1 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제1 레이더 수신 신호를 수신하고, 제2 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제2 레이더 수신 신호를 수신하는 수신 안테나부; 제1 시간 구간 동안 제1 주파수 변조 연속파 신호를 출력하고, 제1 시간 구간 이후 제2 시간 구간 동안 제2 주파수 변조 연속파 신호를 출력하며, LO (Local Oscillator) 신호를 출력하는 주파수 변조 연속파 신호 발생기; 주파수 변조 연속파 신호 발생기에서 제2 시간 구간에 출력된 제2 주파수 변조 연속파 신호를 90도 위상 변환하여, 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호를 출력하는 90도 위상 변환기; 제1 시간 구간 동안 주파수 변조 연속파 신호 발생기에서 출력된 제1 주파수 변조 연속파 신호를 제1 레이더 송신 신호로서 송신 안테나부로 전달하고, 제2 시간 구간 동안 90도 위상 변환기에서 출력된 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호를 제2 레이더 송신 신호로서 송신 안테나부로 전달하는 전력 합성기; 및 제1 주파수 변조 연속파 신호인 제1 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제1 레이더 수신 신호와 LO 신호를 믹싱하여 제1 믹싱값을 출력하고, 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호인 제2 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제2 레이더 수신 신호와 LO 신호를 믹싱하여 제2 믹싱값을 출력하는 주파수 혼합기를 포함하는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치를 제공할 수 있다.
시분할 IQ 구조를 위하여, 제1 시간 구간과 시분할된 제2 시간 구간 동안, 송신 안테나부에서 출력되는 제2 레이더 송신 신호는, 제1 시간 구간 동안에 송신 안테나부에서 출력되는 제1 레이더 송신 신호와 90도 위상 차이를 가짐으로써, 제1 시간 구간과 시분할 된 제2 시간 구간 동안 주파수 혼합기에서 출력되는 제2 믹싱값은, 시분할 된 제1 시간 구간 동안 주파수 혼합기에서 출력되는 제1 믹싱값과 90도 위상(Quadrature phase) 차이를 가질 수 있다.
제1 시간 구간과 시분할된 제2 시간 구간 동안 주파수 혼합기에서 제2 레이더 수신 신호와 믹싱되는 LO 신호는, 제1 시간 구간 동안 주파수 혼합기에서 제1 레이더 수신 신호와 믹싱되는 LO 신호와 동일한 위상(In-phase)을 가질 수 있다.
시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치제1 믹싱값 및 제2 믹싱값 각각이 통과되는 로우 패스 필터; 및 로우 패스 필터가 통과된 제1 믹싱값과 제2 믹싱값 각각을 디지털 데이터로 변환하여, 제1 수신 데이터 및 제2 수신 데이터를 출력하는 아날로그-디지털 컨버터를 더 포함할 수 있다.
제1 수신 데이터는 제1 시간 구간과 대응되고, 제2 수신 데이터는 제2 시간 구간과 대응되며, 제1 수신 데이터와 90도 위상 차이를 가질 수 있다.
시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치는, 제1 시간 구간과 대응되는 제1 수신 데이터와, 제1 시간 구간과 시분할된 제2 시간 구간과 대응되며 제1 수신 데이터와 90도 위상 차이를 갖는 제2 수신 데이터에 기초하여, 타깃을 판별하는 제어 회로를 더 포함할 수 있다.
주파수 변조 연속파 신호 발생기는, 제1 시간 구간 동안, 제1업 첩(Up chirp)과 제1다운 첩(Down chirp)을 구성된 한 쌍의 제1 주파수 변조 연속파 신호를 발생시키고, 제2 시간 구간 동안, 제2업 첩(Up chirp)과 제2다운 첩(Down chirp)을 구성된 한 쌍의 제2 주파수 변조 연속파 신호를 발생시킬 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 발명의 실시예들은, 시분할 된 N(N은 2 이상의 자연수)개의 시간 구간 중 제1 시간 구간 동안, 제1 주파수 변조 연속파 신호를 발생시키는 제1 단계; 제1 주파수 변조 연속파 신호를 제1 레이더 송신 신호로서 송신 안테나부로 전달하는 제2 단계; 제1 시간 구간 동안, 송신 안테나부가 제1 주파수 변조 연속파 신호인 제1 레이더 송신 신호를 출력하는 제3 단계; N개의 시간 기간 중 제1 시간 구간 이후 제2 시간 구간 동안, 제2 주파수 변조 연속파 신호를 발생시키는 제4 단계; 제2 주파수 변조 연속파 신호를 90도 위상 변환하고, 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호를 제2 레이더 송신 신호로서 송신 안테나부로 전달하는 제5 단계; 제2 시간 구간 동안, 송신 안테나부가 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호인 제2 레이더 송신 신호를 출력하는 제6 단계; 및 제1 주파수 변조 연속파 신호인 제1 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제1 레이더 수신 신호와 LO 신호를 믹싱한 제1 믹싱값과, 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호인 제2 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제2 레이더 수신 신호와 LO 신호를 믹싱하여 제2 믹싱값을 출력하는 제7 단계를 포함하는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치의 동작 방법을 제공할 수 있다.
레이더 장치는 시분할 IQ 구조를 위하여, 제1 시간 구간과 시분할된 제2 시간 구간 동안, 송신 안테나부에서 출력되는 제2 레이더 송신 신호는, 제1 시간 구간 동안에 송신 안테나부에서 출력되는 제1 레이더 송신 신호와 90도 위상 차이를 가짐으로써, 제1 시간 구간과 시분할 된 제2 시간 구간 동안 주파수 혼합기에서 출력되는 제2 믹싱값은, 시분할 된 제1 시간 구간 동안 주파수 혼합기에서 출력되는 제1 믹싱값과 90도 위상(Quadrature phase) 차이를 가질 수 있다.
제1 시간 구간과 시분할된 제2 시간 구간 동안 주파수 혼합기에서 제2 레이더 수신 신호와 믹싱되는 LO 신호는, 제1 시간 구간 동안 주파수 혼합기에서 제1 레이더 수신 신호와 믹싱되는 LO 신호와 동일한 위상(In-phase)을 가질 수 있다.
시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치의 동작 방법은, 제7 단계 이후, 제1 믹싱값 및 제2 믹싱값 각각을 로우 패스 필터에 통과시키는 제8 단계; 및 로우 패스 필터가 통과된 제1 믹싱값과 제2 믹싱값 각각을 디지털 데이터로 변환하여, 제1 수신 데이터 및 제2 수신 데이터를 출력하는 제9 단계를 더 포함할 수 있다.
제1 수신 데이터는 제1 시간 구간과 대응되고, 제2 수신 데이터는 제2 시간 구간과 대응되며, 제1 수신 데이터와 90도 위상 차이를 가질 수 있다.
시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치의 동작 방법은, 제9 단계 이후, 제1 시간 구간과 대응되는 제1 수신 데이터와, 제1 시간 구간과 시분할된 제2 시간 구간과 대응되며 제1 수신 데이터와 90도 위상 차이를 갖는 제2 수신 데이터에 기초하여, 타깃을 판별하는 제10 단계를 더 포함할 수 있다.
제1 단계에서, 주파수 변조 연속파 신호 발생기는, 제1 시간 구간 동안, 제1업 첩(Up chirp)과 제1다운 첩(Down chirp)을 구성된 한 쌍의 제1 주파수 변조 연속파 신호를 발생시키고, 제4 단계에서, 주파수 변조 연속파 신호 발생기는, 제2 시간 구간 동안, 제2업 첩(Up chirp)과 제2다운 첩(Down chirp)을 구성된 한 쌍의 제2 주파수 변조 연속파 신호를 발생시킬 수 있다. 이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성 요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다. 본 명세서 상에서 언급된 "포함한다", "갖는다", "이루어진다" 등이 사용되는 경우 "~만"이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별한 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다.
구성 요소들의 위치 관계에 대한 설명에 있어서, 둘 이상의 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속" 등이 된다고 기재된 경우, 둘 이상의 구성 요소가 직접적으로 "연결", "결합" 또는 "접속" 될 수 있지만, 둘 이상의 구성 요소와 다른 구성 요소가 더 "개재"되어 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 여기서, 다른 구성 요소는 서로 "연결", "결합" 또는 "접속" 되는 둘 이상의 구성 요소 중 하나 이상에 포함될 수도 있다.
구성 요소들이나, 동작 방법이나 제작 방법 등과 관련한 시간적 흐름 관계에 대한 설명에 있어서, 예를 들어, "~후에", "~에 이어서", "~다음에", "~전에" 등으로 시간적 선후 관계 또는 흐름적 선후 관계가 설명되는 경우, "바로" 또는 "직접"이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
한편, 구성 요소에 대한 수치 또는 그 대응 정보(예: 레벨 등)가 언급된 경우, 별도의 명시적 기재가 없더라도, 수치 또는 그 대응 정보는 각종 요인(예: 공정상의 요인, 내부 또는 외부 충격, 노이즈 등)에 의해 발생할 수 있는 오차 범위를 포함하는 것으로 해석될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따른 레이더 장치(110)를 이용한 교통 상황 예측 시스템(100)의 구성의 예시를 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 교통 상황 예측 시스템(100)은, 차량 흐름 및 교통량 등의 현재 교통 상황을 모니터링하여 앞으로의 교통 상황을 예측하는 시스템이다.
본 발명의 실시예들에 따른 교통 상황 예측 시스템(100)은, 통상의 교통 상황 모니터링 및 예측 기술과는 다르게, 레이더를 이용하여 현재 교통 상황을 모니터링하고 앞으로의 교통 상황을 예측할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 따른 교통 상황 예측 시스템(100)은, 단순하게, 차량 흐름이나 교통량에 근거하여 현재 교통 상황을 모니터링하고 앞으로의 교통 상황을 예측하는 것이 아니라, 현재의 기후 정보를 통해 현재 교통 상황을 더욱 정확하게 모니터링하고 앞으로의 교통 상황을 더욱 정확하게 예측할 수 있다.
일 예로, 비나 눈이 온다면, 앞으로 정체가 심해지거나 교통 사고 등이 발생할 가능성이 높아지는 교통 상황이 생길 수도 있을 것이다.
따라서, 현재의 기후 상황을 파악하여, 차량 감지를 통해 파악될 수 있는 현재의 차량 흐름이나 교통량 등에 더하여, 파악된 기후 상황을 추가로 고려하여 앞으로의 교통 상황을 보다 정확하게 예측할 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예들에 따른 교통 상황 예측 시스템(100)은, 기후 정보를 기후 관측을 위한 전용 장치나 전용 서버로부터 얻는 것이 아니라, 레이더 기술을 이용하여 기후 정보를 간접적으로 유추하여 획득할 수 있다.
이에, 본 발명의 실시예들에 따른 교통 상황 예측 시스템(100)은, 레이더 장치(110) 및 교통 상황 분석 장치(120) 등을 포함할 수 있다.
레이더 장치(110)는, 일 예로, 주파수 변조 연속파(FMCW: Frequency-modulated Continuous-wave, 이하, FMCW라고 함) 레이더(Radar)일 수 있으며, 레이더 신호를 송출하고 레이더 신호가 반사된 레이더 반사 신호를 수신할 수 있다. 그리고, 레이더 반사 신호의 분석을 통해 주변의 차량 및 기후를 감지하여 레이더 기반의 차량 감지 정보 및 레이더 기반의 기후 감지 정보를 생성할 수 있다. 또한, 레이더 기반의 차량 감지 정보 및 레이더 기반의 기후 감지 정보를 포함하는 레이더 기반의 교통 상황 정보를 제공할 수 있다.
교통 상황 분석 장치(120)는, 레이더 장치(110)에서 제공된 레이더 기반의 교통 상황 정보를 분석하여 현재의 교통 상황을 파악하고 앞으로의 교통 상황을 예측하여, 교통 상황 분석 데이터를 생성하여 저장할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 교통 상황 예측 시스템(100)이 적용된 환경의 예시를 나타낸 도면이다. 그리고, 도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 교통 상황 예측 시스템(100)에 포함된 레이더 장치(110)의 구성의 예시를 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 교통 상황 예측 시스템(100)에 포함된 레이더 장치(110)는 교통 상황을 모니터링 하고자 하는 위치마다 설치될 수 있다.
일 예로, 도 2에 도시된 바와 같이, 레이더 장치(110)는, 도로 이정표, 차량 속도 감지 장치, 또는 신호 위반 차량 감지 장치 등이 설치될 수 있는 도로 주변의 구조물(200)에 설치될 수 있다.
그리고, 교통 상황 분석 장치(120)는, 교통 관제 센터에 위치할 수 있다.
레이더 장치(110)와 교통 상황 분석 장치(120)는, 유선 또는 무선 기반의 통신 방식을 통해 정보 또는 데이터를 송수신할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 레이더 장치(110)는, 레이더 신호를 송출하고 레이더 신호가 반사된 레이더 반사 신호를 수신할 수 있다.
이러한 레이더 장치(110)는, 송신 안테나를 통해 레이더 신호를 송신하기 위한 송신부와 수신 안테나를 통해 레이더 반사 신호를 수신하기 위한 수신부를 포함할 수 있다. 또한, 경우에 따라, 아날로그 형태의 레이더 반사 신호를 검출하기 위한 아날로그 프런트 엔드, 아날로그 형태의 레이더 반사 신호를 디지털 형태의 데이터로 변환하기 위한 아날로그 디지털 컨버터 등을 포함할 수 있다.
일 예로, 도 3을 참조하면, 레이더 장치(110)는, 레이더 신호를 송신하기 위한 송신 회로(111)와, 레이더 반사 신호를 수신하기 위한 수신 회로(112)와, 송신 회로(111)와 수신 회로(112)를 제어하는 제어 회로(113)를 포함할 수 있다.
송신 회로(111)는, 일 예로, 주파수 변조부, 전압 제어 발진기 및 송신 안테나 등을 포함할 수 있다. 그리고, 수신 회로(112)는, 일 예로, 수신 안테나, 주파수 혼합기, 저역 통과 필터 및 아날로그 디지털 컨버터 등을 포함할 수 있다. 여기서, 송신 회로(111)가 송신 회로를 통해 주파수 변조 연속파 신호를 송신하는 경우, 송신 회로(111)에 포함된 전압 제어 발진기는 주파수 변조 연속파 신호에 대응되는 신호를 수신 회로(112)의 주파수 혼합기로 출력할 수 있다.
제어 회로(113)는, 송신 회로(111)의 레이더 신호 송신을 제어한다. 그리고, 제어 회로(113)는, 레이더 신호가 물체(300)에 반사된 레이더 반사 신호가 수신 회로(112)에 의해 수신되면, 수신된 레이더 반사 신호에 기초하여 감지 정보를 생성할 수 있다.
이러한 송신 회로(111), 수신 회로(112) 및 제어 회로(113)는, 레이더 장치(110)에서 하나의 레이더 센서를 구성할 수 있다. 이러한 경우, 레이더 장치(110)는, 레이더 센서를 제어하는 제어기를 별도로 포함할 수도 있다.
즉, 레이더 장치(110)는, 레이더 센서를 구성하는 제어 회로(113)나 레이더 센서와 별도로 포함된 제어기 중 적어도 하나에 의해 제어될 수 있다. 그리고, 제어 회로(113)나 제어기 중 적어도 하나는 교통 상황 분석 장치(120)와 데이터의 송수신을 제어할 수 있고, 교통 상황 분석 장치(120)로부터 수신된 명령에 따라 제어될 수도 있다.
또한, 레이더 장치(110)는, 경우에 따라, 레이더 센서의 지향 각도를 조절하기 위한 팬-틸트 모터 등을 더 포함할 수도 있다.
이러한 레이더 장치(110)는, 레이더 반사 신호에 근거하여 주변의 차량을 감지하고 레이더 기반의 차량 감지 정보 등을 생성할 수 있다. 그리고, 생성된 차량 감지 정보 등을 교통 상황 분석 장치(120)로 전송할 수 있다.
따라서, 교통 상황 분석 장치(120)는, 레이더 장치(110)로부터 수신된 차량 감지 정보 등에 기초하여 교통 상황을 분석하고 앞으로의 교통 상황을 예측할 수 있다.
전술한 바와 같이, 레이더 장치(110)는 도로 주변의 구조물(200)에 설치되어 동작하는 교통 레이더 장치일 수도 있지만, 차량에 탑재되어 차량 주변의 물체(예: 전방 차량, 보행자, 후방 차량, 측방 차량 등)를 감지하기 위한 차량용 레이더 장치일 수도 있으며, 이뿐만 아니라, 물체 탐지를 위한 다양한 용도로 활용될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 IQ 복조기(IQ 구조)를 갖는 레이더 장치(110)의 예시를 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 일반적인 구조의 레이더 장치(110)의 예시를 나타낸 도면이다.
FMCW 발생기는 FMCW 신호를 발생한다. FMCW 발생기에서 발생된 FMCW 신호는 전력 분배기를 거쳐 송신 안테나부(TX_ANT)를 통해 방사된다.
FMCW 발생기에서 발생된 FMCW 신호의 일부(LO)는 수신 측으로 전달된다. 이때, 90도 하이브리드 커플러(400)를 거칠 경우, 90도의 위상 차이가 나는 신호가 발생될 수 있다.
수신 안테나부(RX_ANT)를 통해 물체에 반사된 신호가 수신되면, 수신된 신호는 전력 분배기를 거쳐서 I(In-phase) 채널과 Q(Quadrature) 채널로 분배된다.
각 채널로 분배된 신호는 주파수 혼합기(MIX), 로우 패스 필터(LPS: Low Pass Filter) 및 아날로그-디지털 컨버터(ADC: Analog-to-Digital Converter) 등을 거친 이후, 신호 처리가 수행된다.
도 4에 도시된 바와 같이, 레이더 장치(110)가 IQ 복조 구조 (IQ 구조)를 갖는 경우, I 채널 및 Q 채널 각각에 대하여, 주파수 혼합기(MIX), 로우 패스 필터(LPS) 및 아날로그-디지털 컨버터(ADC) 등을 필요로 한다.
다시 말해, 레이더 장치(110)에서 IQ 구조의 수신부는 일반적으로 LO 출력 신호를 90도 하이브리드 커플러(400)를 통해 분기하여 Rx 입력 신호 분기하여 각각 I(In-phase) 및 Q(Quadrature) 신호로 복조(Demodulation)하는 구조를 사용한다. 이때 Rx 입력 신호는 동일 위상으로 분기하며 결국 LO 입력 신호를 90도 위상 차이를 발생시켜 최종 주파수 혼합기(MIX)를 통해 변환된 신호는 90도의 위상 차이를 띄게 된다.
이 신호들은 LPF와 ADC를 거쳐 최종적으로 신호처리기를 통해 연산을 수행하게 되는데, 이는 각 I 및 Q 채널에 대응되는 주파수 혼합기(MIX), LPF, ADC 등이 레이더의 수신 채널 수만큼 필요한 특징이 있다.
이에 비해, 도 5에 도시된 바와 같이, 노멀한 저가형 레이더 장치(110)의 경우, IQ 구조 (IQ 복조 구조)의 수신 부를 많이 사용하고 있지 않는다. 이로 인해, 90도 하이브리드 커플러(400), 수신측의 전력 분배기 등의 IQ 구조 구현에 필요한 부품 수를 줄일 수 있고, 이를 통해, 재료비 감소 및 장치 크기를 줄일 수 있는 장점이 있다.
전술한 바와 같이 일반적으로 레이더 수신 구조에서 IQ 구조를 차용하게 되면 I 신호 및 Q 신호를 생성하기 위한 수신 채널 수가 2배 증가하게 되며, 이는 단일 수신 채널에서는 비용적으로 큰 차이가 아닐 수 있으나 일반적으로 상용 FMCW 레이더에서 멀티 채널 수신 구조를 사용한 다는 점을 감안하면 결과적으로 높은 비용 상승을 초래하게 된다.
본 발명에서는 송신 단에 2개의 송신 RFIC 출력을 갖는 레이더 장치(110)에 있어 시분할 방식으로 I 신호 및 Q 신호를 생성하는 방법에 대하여 제안한다.
도 6은 본 발명의 실시예들에 따른 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치(110)의 예시를 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치(110)는, 2개의 송신 출력(Tx1, Tx2)을 갖는 RFIC (Radio Frequency IC)를 이용하여 시분할 방식으로 IQ 신호를 발생할 수 있다.
도 6에 도시된 예시는, 2개의 송신 출력(Tx1, Tx2)을 갖는 RFIC를 이용한 시분할 IQ 신호 발생 레이더 장치(110)를 나타낸다.
레이더 장치(110)는 시분할 방식으로 레이더 송신 신호를 출력한다.
예를 들어, 레이더 장치(110)는, FMCW 신호 발생기(610)를 통해, 시분할 된 제1 시간 구간(T1) 및 제2 시간 구간(T2) 중 제1 시간 구간(T1) 동안 Tx1 출력을 통해 FMCW 파형을 발생시킨다. 이때, Tx2의 출력은 오프(OFF) 상태이다. 해당 신호는 전력 합성기(630)를 통해 송신 안테나부(TX_ANT)로 전달되어 송신되게 되고, 해당 신호는 수신단을 통해 수신되어 디지털 변환되어 최종적으로 메모리에 저장된다.
제1 시간 구간(T1) 다음 주기인 제2 시간 구간(T2) 동안에는, 레이더 장치(110)는, FMCW 신호 발생기(610)를 통해, Tx2의 출력을 통해 FMCW 파형을 발생시킨다. 이때, Tx1의 출력은 오프(Off) 상태이다. 해당 신호는 90도 위상 변환기(620)를 통해 송신 출력에서 T1에 발생된 신호 대비하여 90도 위상 천이된 신호가 발생되며 이는 전력 합성기(630)를 통해 송신 안테나부(TX_ANT)로 송신하게 된다.
마찬가지로 해당 신호는 수신단을 통해 수신되어 디지털 변환되어 제1 시간 구간(T1) 동안 수신된 신호에 이어서 메모리에 저장되게 되며, 신호 처리기(제어회로(113)에 포함됨)는 최종적으로 두 신호를 통해 타깃의 방향성을 판별할 수 있다.
아래에서는, 더욱 구체적으로 설명한다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 본 발명의 실시예들에 따른 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치(110)는, 송신 안테나부(TX_ANT), FMCW 신호 발생기(610) 및 90도 위상 변환기(620) 등을 포함하는 송신 회로(111)와, 수신 안테나부(RX_ANT), 주파수 혼합기(MIX), LPF 및 ADC 등을 포함하는 수신 회로(112) 등을 포함할 수 있다.
송신 안테나부(TX_ANT)는 시분할 된 제1 시간 구간(T1)과 제2 시간 구간(T2) 중 제1 시간 구간(T1) 동안 제1 레이더 송신 신호를 출력할 수 있다.
송신 안테나부(TX_ANT)는 제1 시간 구간(T1) 이후 제2 시간 구간(T2) 이후 제2 레이더 송신 신호를 출력할 수 있다.
수신 안테나부(RX_ANT)는 송신 안테나부(TX_ANT)를 통해 송신된 제1 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제1 레이더 수신 신호를 수신할 수 있다.
수신 안테나부(RX_ANT)는 제2 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제2 레이더 수신 신호를 수신할 수 있다.
FMCW 신호 발생기(610)는 제1 시간 구간(T1) 동안 제1 FMCW 신호 (Tx1 출력)를 출력하며, LO (Local Oscillator) 신호를 출력할 수 있다.
FMCW 신호 발생기(610)는 제1 시간 구간(T1) 이후 제2 시간 구간(T2) 동안 제2 FMCW 신호 (Tx2 출력)를 출력하며, LO (Local Oscillator) 신호를 출력할 수 있다.
90도 위상 변환기(620)는, 제2 시간 구간(T2) 동안, FMCW 신호 발생기(610)에서 출력된 제2 FMCW 신호를 90도 위상 변환하여, 90도 위상 변환된 제2 FMCW 신호를 출력할 수 있다.
전력 합성기(630)는, 제1 시간 구간(T1) 동안 FMCW 신호 발생기(610)에서 출력된 제1 FMCW 신호를 제1 레이더 송신 신호로서 송신 안테나부(TX_ANT)로 전달할 수 있다.
전력 합성기(630)는, 제2 시간 구간(T2) 동안 90도 위상 변환기(620)에서 출력된 90도 위상 변환된 제2 FMCW 신호를 제2 레이더 송신 신호로서 송신 안테나부(TX_ANT)로 전달할 수 있다.
주파수 혼합기(MIX)는, 제1 FMCW 신호인 제1 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제1 레이더 수신 신호와 LO 신호를 믹싱하여 제1 믹싱값을 출력하고, 90도 위상 변환된 제2 FMCW 신호인 제2 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제2 레이더 수신 신호와 LO 신호를 믹싱하여 제2 믹싱값을 출력할 수 있다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 시분할 IQ 레이더 장치(110)는, 제1 믹싱값 및 제2 믹싱값 각각이 통과되는 로우 패스 필터(LPF: Low Pass Filter)와, 로우 패스 필터(LPF)가 통과된 제1 믹싱값과 제2 믹싱값 각각을 디지털 데이터로 변환(AD 변환)하여, 제1 수신 데이터 및 제2 수신 데이터를 출력하는 아날로그-디지털 컨버터(ADC)를 더 포함할 수 있다.
아날로그-디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 제1 수신 데이터는 제1 시간 구간(T1)과 대응되고, 아날로그-디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 제2 수신 데이터는 제2 시간 구간(T2)과 대응되며, 제1 수신 데이터와 90도 위상 차이를 가질 수 있다.
종래의 IQ 구조를 갖는 레이더 장치(110)의 경우, 90도 하이브리드 커플러(400)를 이용하여 LO 신호를 기초로 I신호와 Q신호를 생성한다.
하지만, 본 발명의 실시예들에 따른 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치(110)의 경우, 제1 시간 구간(T1)과 시분할된 제2 시간 구간(T2) 동안 주파수 혼합기(MIX)에서 제2 레이더 수신 신호와 믹싱되는 LO 신호는, 제1 시간 구간(T1) 동안 주파수 혼합기(MIX)에서 제1 레이더 수신 신호와 믹싱되는 LO 신호와 동일한 위상(In-phase)을 가진다.
대신, 본 발명의 실시예들에 따른 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치(110)의 경우, 시분할 IQ 구조 (시분할 IQ 복조 구조)를 위하여, 제1 시간 구간(T1)과 시분할된 제2 시간 구간(T2) 동안, 송신 안테나부(TX_ANT)에서 출력되는 제2 레이더 송신 신호는, 제1 시간 구간(T1) 동안에 송신 안테나부(TX_ANT)에서 출력되는 제1 레이더 송신 신호와 90도 위상 차이를 가질 수 있다.
이에 따라, 제1 시간 구간(T1)과 시분할 된 제2 시간 구간(T2) 동안 주파수 혼합기(MIX)에서 출력되는 제2 믹싱값은, 시분할 된 제1 시간 구간(T1) 동안 주파수 혼합기(MIX)에서 출력되는 제1 믹싱값과 90도 위상(Quadrature phase) 차이를 가질 수 있다.
다시 말해, 본 발명의 실시예들에 따른 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치(110)의 경우, LO 신호를 토대로 I 신호와 Q 신호를 생성하지 않기 때문에, 90도 하이브리드 커플러(400)를 필요로 하지 않는다. 또한, 2개의 수신 채널을 만들어주지 않기 때문에, 전력 분배기가 필요 없고, 1개의 수신 채널에 대한 주파수 혼합기(MIX), LPF 및 ADC 등만을 구비하면 된다.
본 발명의 실시예들에 따른 시분할 IQ 레이더 장치(110)는, 제1 시간 구간(T1)과 대응되는 제1 수신 데이터와, 제1 시간 구간(T1)과 시분할된 제2 시간 구간(T2)과 대응되며 제1 수신 데이터와 90도 위상 차이를 갖는 제2 수신 데이터에 기초하여, 타깃을 판별하는 제어 회로(113)를 포함할 수 있다.
한편, FMCW 신호 발생기(610)는, 제1 시간 구간(T1) 동안, 제1업 첩(Up chirp)과 제1다운 첩(Down chirp)을 구성된 한 쌍의 제1 FMCW 신호를 발생시키고, 제2 시간 구간(T2) 동안, 제2업 첩(Up chirp)과 제2다운 첩(Down chirp)을 구성된 한 쌍의 제2 FMCW 신호를 발생시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예들에 따른 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치(110)의 동작 방법에 대한 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치(110)는, 시분할 송신 처리를 위하여, 시분할 된 제1 시간 구간(T1)과 제2 시간 구간(T2) 중 제1 시간 구간(T1) 동안, 제1 FMCW 신호를 발생시키는 제1 단계(S701)와, 제1 FMCW 신호를 제1 레이더 송신 신호로서 송신 안테나부(TX_ANT)로 전달하는 제2 단계(S702)와, 제1 시간 구간(T1) 동안, 송신 안테나부(TX_ANT)가 제1 FMCW 신호인 제1 레이더 송신 신호를 출력하는 제3 단계(S703)를 진행할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치(110)는, 제1 시간 구간(T1) 이후 제2 시간 구간(T2) 동안, 제2 FMCW 신호를 발생시키는 제4 단계(S704)와, 제2 FMCW 신호를 90도 위상 변환하고, 90도 위상 변환된 제2 FMCW 신호를 제2 레이더 송신 신호로서 송신 안테나부(TX_ANT)로 전달하는 제5 단계(S705)와, 제2 시간 구간(T2) 동안, 송신 안테나부(TX_ANT)가 90도 위상 변환된 제2 FMCW 신호인 제2 레이더 송신 신호를 출력하는 제6 단계(S706)를 진행할 수 있다.
이후, 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치(110)는, 제1 FMCW 신호인 제1 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제1 레이더 수신 신호와 LO 신호를 믹싱한 제1 믹싱값과, 90도 위상 변환된 제2 FMCW 신호인 제2 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제2 레이더 수신 신호와 LO 신호를 믹싱하여 제2 믹싱값을 출력하는 제7 단계(S707)를 진행할 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치(110)는, 제7 단계(S707) 이후, 제1 믹싱값 및 제2 믹싱값 각각을 LPF에 통과시키는 제8 단계(S708)와, LPF가 통과된 제1 믹싱값과 제2 믹싱값 각각을 디지털 데이터로 변환하여, 제1 수신 데이터 및 제2 수신 데이터를 출력하는 제9 단계(S709)를 더 진행할 수 있다.
제9 단계(S709)에서, 제1 수신 데이터는 제1 시간 구간(T1)과 대응되고, 제2 수신 데이터는 제2 시간 구간(T2)과 대응되며, 제1 수신 데이터와 90도 위상 차이를 가질 수 있다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예들에 따른 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치(110)는, 제9 단계(S709) 이후, 제1 시간 구간(T1)과 대응되는 제1 수신 데이터와, 제1 시간 구간(T1)과 시분할된 제2 시간 구간(T2)과 대응되며 제1 수신 데이터와 90도 위상 차이를 갖는 제2 수신 데이터에 기초하여, 타깃을 판별하는 제10 단계(S710)를 더 진행할 수 있다.
한편, 제1 단계(S710)에서, FMCW 신호 발생기(610)는, 제1 시간 구간(T1) 동안, 제1업 첩(Up chirp)과 제1다운 첩(Down chirp)을 구성된 한 쌍의 제1 FMCW 신호를 발생시킬 수 있다. 제4 단계(S704)에서, FMCW 신호 발생기(610)는, 제2 시간 구간(T2) 동안, 제2업 첩(Up chirp)과 제2다운 첩(Down chirp)을 구성된 한 쌍의 제2 FMCW 신호를 발생시킬 수 있다.
한편, 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치(110)에서, 수신 안테나부(RANT)는 N개의 수신 안테나를 포함할 수 있다. N은 2이상의 자연수이다.
N개의 수신 안테나는 서로 다른 수직높이를 갖고, N개의 수신 안테나 간의 수직 단차는 일정할 수 있다. 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치(110)는 N개의 수신 안테나 간의 수직 단차에 대응되는 거리 해상도를 가질 수 있다.
N개의 수신 안테나 간의 수직 단차는 광속을 제1 및 제2 레이더 송신 신호의 대역폭으로 나눈 값이 커질수록 크게 설정될 수 있다.
N개의 수신 안테나 간의 수직단차는 광속을 수신채널 개수에 해당하는 N으로 나눈 값이 커질수록 크게 설정될 수 있다.
N개의 수신 안테나 각각은 인쇄회로기판 상에 실장되되 실장된 높이가 서로 다를 수 있다.
제어 회로(113) 내 컨트롤러는, N개의 수신 안테나 각각을 통해 수신되는 레이더 수신 신호에 대응되는 디지털 신호에 대하여, N개의 수신 안테나 간의 수직 단차에 해당하는 간격만큼 차이를 두고, 고속 푸리에 변환 처리를 수행하고, 고속 푸리에 변환 처리를 통해 얻어진 N개의 수신 채널 별 고속 푸리에 변환 처리 데이터를 합성하여 합성 데이터를 생성할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예들에 의하면, 시분할로 레이더 기능을 수행하고, IQ 복조 기능을 수행하는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치(110) 및 그 동작 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 90도 하이브리드 커플러 또는 전력 분배기 등의 IQ 구조를 위한 통상의 부품들을 구비하지 않고도, IQ 복조 기능을 수행할 수 있는 레이더 장치(110) 및 그 동작 방법을 제공하는 효과가 있다.
또한, 본 발명의 실시예들에 의하면, 수신 채널을 I 채널과 Q 채널로 분배하지 않고 IQ 복조 기능을 수행함으로써, 많은 부품을 가지지 않고도 IQ 구조를 가질 수 있는 레이더 장치(110) 및 그 동작 방법을 제공하는 효과가 있다.
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. 또한, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 시분할 IQ (In-phase and Quadrature) 구조를 갖는 레이더 장치에 있어서,
    시분할 된 N(N은 2 이상의 자연수)개의 시간 구간에 레이더 송신 신호를 출력하되, 상기 N개의 시간 기간 중 제1 시간 구간 동안 제1 레이더 송신 신호를 출력하고, 상기 N개의 시간 기간 중 상기 제1 시간 구간 이후 제2 시간 구간 동안 제2 레이더 송신 신호를 출력하는 송신 안테나부;
    상기 제1 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제1 레이더 수신 신호를 수신하고, 상기 제2 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제2 레이더 수신 신호를 수신하는 수신 안테나부;
    상기 제1 시간 구간 동안 제1 주파수 변조 연속파 신호를 출력하고, 상기 제1 시간 구간 이후 상기 제2 시간 구간 동안 제2 주파수 변조 연속파 신호를 출력하며, LO (Local Oscillator) 신호를 출력하는 주파수 변조 연속파 신호 발생기;
    상기 주파수 변조 연속파 신호 발생기에서 상기 제2 시간 구간에 출력된 상기 제2 주파수 변조 연속파 신호를 90도 위상 변환하여, 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호를 출력하는 1개의 90도 위상 변환기;
    상기 제1 시간 구간 동안 상기 주파수 변조 연속파 신호 발생기에서 출력된 상기 제1 주파수 변조 연속파 신호를 상기 제1 레이더 송신 신호로서 상기 송신 안테나부로 전달하고, 상기 제2 시간 구간 동안 상기 90도 위상 변환기에서 출력된 상기 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호를 상기 제2 레이더 송신 신호로서 상기 송신 안테나부로 전달하는 전력 합성기; 및
    상기 제1 주파수 변조 연속파 신호인 상기 제1 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제1 레이더 수신 신호와 상기 LO 신호를 믹싱하여 제1 믹싱값을 출력하고, 상기 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호인 상기 제2 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제2 레이더 수신 신호와 상기 LO 신호를 믹싱하여 제2 믹싱값을 출력하는 주파수 혼합기를 포함하고,
    시분할 IQ 구조를 위하여, 상기 제1 시간 구간과 시분할된 상기 제2 시간 구간 동안, 상기 송신 안테나부에서 출력되는 상기 제2 레이더 송신 신호는, 상기 제1 시간 구간 동안에 상기 송신 안테나부에서 출력되는 상기 제1 레이더 송신 신호와 90도 위상 차이를 가짐으로써,
    상기 제1 시간 구간과 시분할 된 상기 제2 시간 구간 동안 상기 주파수 혼합기에서 출력되는 상기 제2 믹싱값은, 시분할 된 상기 제1 시간 구간 동안 상기 주파수 혼합기에서 출력되는 상기 제1 믹싱값과 90도 위상(Quadrature phase) 차이를 갖고,
    상기 제1 시간 구간 동안, 상기 주파수 변조 연속파 신호 발생기의 Tx1 출력 지점과 Tx2 출력 지점 중 상기 제1 주파수 변조 연속파 신호가 출력되는 상기 Tx1 출력 지점과 상기 전력 합성기는 상기 90도 위상 변환기를 거치지 않고 바로 연결되고, 상기 Tx2 출력 지점의 출력은 오프(OFF) 상태이고,
    상기 제2 시간 구간 동안, 상기 주파수 변조 연속파 신호 발생기의 상기 Tx1 출력 지점과 상기 Tx2 출력 지점 중 상기 제2 주파수 변조 연속파 신호가 출력되는 상기 Tx2 출력 지점과 상기 전력 합성기는 상기 90도 위상 변환기를 통해 연결되고, 상기 Tx1 출력 지점의 출력은 오프(OFF) 상태이고,
    상기 90도 위상 변환기를 거치지 않은 상기 제1 주파수 변조 연속파 신호인 상기 제1 레이더 송신 신호와, 상기 90도 위상 변환기를 거쳐 상기 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호인 상기 제2 레이더 송신 신호는, 시분할된 상기 제1 시간 구간과 상기 제2 시간 구간에 각각 별도로 상기 송신 안테나부를 통해 출력되고,
    상기 수신 안테나부에서 상기 제1 시간 구간 동안 수신된 상기 제1 레이더 수신 신호와 상기 제2 시간 구간 동안 수신된 상기 제2 레이더 수신 신호는 90도 위상 변환 처리가 미 수행되는 것을 특징으로 하는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시간 구간과 시분할된 상기 제2 시간 구간 동안 상기 주파수 혼합기에서 상기 제2 레이더 수신 신호와 믹싱되는 상기 LO 신호는,
    상기 제1 시간 구간 동안 상기 주파수 혼합기에서 상기 제1 레이더 수신 신호와 믹싱되는 상기 LO 신호와 동일한 위상(In-phase)을 갖는 것을 특징으로 하는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 믹싱값 및 상기 제2 믹싱값 각각이 통과되는 로우 패스 필터; 및
    상기 로우 패스 필터가 통과된 제1 믹싱값과 제2 믹싱값 각각을 디지털 데이터로 변환하여, 제1 수신 데이터 및 제2 수신 데이터를 출력하는 아날로그-디지털 컨버터를 더 포함하고,
    상기 제1 수신 데이터는 상기 제1 시간 구간과 대응되고,
    상기 제2 수신 데이터는 상기 제2 시간 구간과 대응되며, 상기 제1 수신 데이터와 90도 위상 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 시간 구간과 대응되는 상기 제1 수신 데이터와, 상기 제1 시간 구간과 시분할된 상기 제2 시간 구간과 대응되며 상기 제1 수신 데이터와 90도 위상 차이를 갖는 상기 제2 수신 데이터에 기초하여, 타깃을 판별하는 제어 회로를 더 포함하는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 변조 연속파 신호 발생기는,
    상기 제1 시간 구간 동안, 제1업 첩(Up chirp)과 제1다운 첩(Down chirp)을 구성된 한 쌍의 제1 주파수 변조 연속파 신호를 발생시키고,
    상기 제2 시간 구간 동안, 제2업 첩(Up chirp)과 제2다운 첩(Down chirp)을 구성된 한 쌍의 제2 주파수 변조 연속파 신호를 발생시키는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치.
  6. 시분할 IQ (In-phase and Quadrature) 구조를 갖는 레이더 장치의 동작 방법에 있어서,
    주파수 변조 연속파 신호 발생기가 시분할 된 N(N은 2 이상의 자연수)개의 시간 구간 중 제1 시간 구간 동안, 제1 주파수 변조 연속파 신호를 발생시키는 제1 단계;
    전력 합성기가 상기 제1 주파수 변조 연속파 신호를 제1 레이더 송신 신호로서 송신 안테나부로 전달하는 제2 단계;
    송신 안테나부가 상기 제1 시간 구간 동안, 상기 송신 안테나부가 상기 제1 주파수 변조 연속파 신호인 상기 제1 레이더 송신 신호를 출력하는 제3 단계;
    상기 주파수 변조 연속파 신호 발생기가 상기 N개의 시간 기간 중 상기 제1 시간 구간 이후 제2 시간 구간 동안, 제2 주파수 변조 연속파 신호를 발생시키는 제4 단계;
    90도 위상 변환기가 상기 제2 주파수 변조 연속파 신호를 90도 위상 변환하고, 상기 전력 합성기가 상기 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호를 제2 레이더 송신 신호로서 상기 송신 안테나부로 전달하는 제5 단계;
    상기 송신 안테나부가 상기 제2 시간 구간 동안, 상기 송신 안테나부가 상기 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호인 상기 제2 레이더 송신 신호를 출력하는 제6 단계; 및
    주파수 혼합기가 상기 제1 주파수 변조 연속파 신호인 상기 제1 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제1 레이더 수신 신호와 LO 신호를 믹싱한 제1 믹싱값과, 상기 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호인 상기 제2 레이더 송신 신호가 주변에 반사되어 수신되는 제2 레이더 수신 신호와 상기 LO 신호를 믹싱하여 제2 믹싱값을 출력하는 제7 단계를 포함하고,
    시분할 IQ 구조를 위하여, 상기 제1 시간 구간과 시분할된 상기 제2 시간 구간 동안, 상기 송신 안테나부에서 출력되는 상기 제2 레이더 송신 신호는, 상기 제1 시간 구간 동안에 상기 송신 안테나부에서 출력되는 상기 제1 레이더 송신 신호와 90도 위상 차이를 가짐으로써,
    상기 제1 시간 구간과 시분할 된 상기 제2 시간 구간 동안 상기 주파수 혼합기에서 출력되는 상기 제2 믹싱값은, 시분할 된 상기 제1 시간 구간 동안 상기 주파수 혼합기에서 출력되는 상기 제1 믹싱값과 90도 위상(Quadrature phase) 차이를 갖고,
    상기 제1 시간 구간 동안, 상기 주파수 변조 연속파 신호 발생기의 Tx1 출력 지점과 Tx2 출력 지점 중 상기 제1 주파수 변조 연속파 신호가 출력되는 상기 Tx1 출력 지점과 상기 전력 합성기는 상기 90도 위상 변환기를 거치지 않고 바로 연결되고, 상기 Tx2 출력 지점의 출력은 오프(OFF) 상태이고,
    상기 제2 시간 구간 동안, 상기 주파수 변조 연속파 신호 발생기의 상기 Tx1 출력 지점과 상기 Tx2 출력 지점 중 상기 제2 주파수 변조 연속파 신호가 출력되는 상기 Tx2 출력 지점과 상기 전력 합성기는 상기 90도 위상 변환기를 통해 연결되고, 상기 Tx1 출력 지점의 출력은 오프(OFF) 상태이고,
    상기 90도 위상 변환기를 거치지 않은 상기 제1 주파수 변조 연속파 신호인 상기 제1 레이더 송신 신호와, 상기 90도 위상 변환기를 거쳐 상기 90도 위상 변환된 제2 주파수 변조 연속파 신호인 상기 제2 레이더 송신 신호는, 시분할된 상기 제1 시간 구간과 상기 제2 시간 구간에 각각 별도로 상기 송신 안테나부를 통해 출력되고,
    상기 수신 안테나부에서 상기 제1 시간 구간 동안 수신된 상기 제1 레이더 수신 신호와 상기 제2 시간 구간 동안 수신된 상기 제2 레이더 수신 신호는 90도 위상 변환 처리가 미 수행되는 것을 특징으로 하는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치의 동작 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제1 시간 구간과 시분할된 상기 제2 시간 구간 동안 상기 주파수 혼합기에서 상기 제2 레이더 수신 신호와 믹싱되는 상기 LO 신호는,
    상기 제1 시간 구간 동안 상기 주파수 혼합기에서 상기 제1 레이더 수신 신호와 믹싱되는 상기 LO 신호와 동일한 위상(In-phase)을 갖는 것을 특징으로 하는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치의 동작 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제7 단계 이후,
    상기 제1 믹싱값 및 상기 제2 믹싱값 각각을 로우 패스 필터에 통과시키는 제8 단계; 및
    상기 로우 패스 필터가 통과된 제1 믹싱값과 제2 믹싱값 각각을 디지털 데이터로 변환하여, 제1 수신 데이터 및 제2 수신 데이터를 출력하는 제9 단계를 더 포함하고,
    상기 제1 수신 데이터는 상기 제1 시간 구간과 대응되고,
    상기 제2 수신 데이터는 상기 제2 시간 구간과 대응되며, 상기 제1 수신 데이터와 90도 위상 차이를 갖는 것을 특징으로 하는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치의 동작 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제9 단계 이후,
    상기 제1 시간 구간과 대응되는 상기 제1 수신 데이터와, 상기 제1 시간 구간과 시분할된 상기 제2 시간 구간과 대응되며 상기 제1 수신 데이터와 90도 위상 차이를 갖는 상기 제2 수신 데이터에 기초하여, 타깃을 판별하는 제10 단계를 더 포함하는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치의 동작 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 제1 단계에서, 주파수 변조 연속파 신호 발생기는, 상기 제1 시간 구간 동안, 제1업 첩(Up chirp)과 제1다운 첩(Down chirp)을 구성된 한 쌍의 제1 주파수 변조 연속파 신호를 발생시키고,
    상기 제4 단계에서, 상기 주파수 변조 연속파 신호 발생기는, 상기 제2 시간 구간 동안, 제2업 첩(Up chirp)과 제2다운 첩(Down chirp)을 구성된 한 쌍의 제2 주파수 변조 연속파 신호를 발생시키는 시분할 IQ 구조를 갖는 레이더 장치의 동작 방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090082969A (ko) * 2008-01-29 2009-08-03 삼성전자주식회사 시분할복신 무선통신시스템에서 송수신 안테나 스위칭 장치
JP2010112879A (ja) * 2008-11-07 2010-05-20 Fujitsu Ten Ltd レーダ送受信機、及びレーダ装置

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