KR102116136B1 - 다중 안테나를 가진 능동형 레이더 모의 타겟 장치 - Google Patents

다중 안테나를 가진 능동형 레이더 모의 타겟 장치 Download PDF

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Abstract

레이더를 시험하기 위한 모의 타겟 장치가 개시된다. 개시된 레이더 모의 타겟 장치는 적어도 하나의 수신 안테나와 복수의 송신 안테나를 구비한다. 송신 안테나는 피시험장치를 향하여 수평으로 배열된다. 수신 안테나를 통해 피시험장치(DUT : Device Under Test)에서 송신하는 레이더 파형 신호를 수신하고 그 신호를 처리하여 신호 파형의 프로파일을 검출한다. 이 검출된 프로파일에 모의 타겟의 위치와 속도를 반영하여 모의 타겟 신호 프로파일이 산출된다. 이 검출된 프로파일에 모의 타겟의 설정된 거리(range)와 속도(radial velocity) 및 수평 방향 각 위치(angular position) 정보를 반영하여 송신 안테나별 모의 타겟 신호 프로파일이 산출된다. 이 산출된 모의 타겟 신호 프로파일 정보에 따른 모의 타겟 신호가 생성되어 대응하는 송신 안테나로 출력된다.

Description

다중 안테나를 가진 능동형 레이더 모의 타겟 장치{Active Radar Target Simulating Apparatus having multiple Antennas}
레이더 기술, 특히 레이더를 시험하기 위한 모의 타겟 장치에 관한 기술이 개시된다.
레이더는 관찰 지역(observation area) 내에 전자파를 송출하여 반사파로부터 타겟(target)의 거리(range), 시선 속도(radial velocity) 및 반사파 전력(echo signal power)을 측정한다. 잡음이 개재된 환경에서 이러한 타겟 프로파일들을 동시에 그리고 다중 타겟 상황(multiple target situation)에서 결정하는 것은 레이더 시스템 설계 및 레이더 파형과 신호 처리에 기술적 도전을 부과한다. 레이더는 또한 방위각(azimuth angle)과 고도각(elevation angle)을 제공할 수 있다.
이러한 레이더 장치를 시험하기 위한 장치, 예를 들면 Rohde&Schwarz 사의 ARTS9510 장치가 알려져 있다. 이 장치는 안테나를 통해 수신한 레이더 파형 신호를 주파수 다운 변환(frequency down convert)한 후 설정된 지연값만큼 지연시켜 다시 주파수 업 변환(frequency up convert)해서 송신 안테나를 통해 송출하는 구성을 가지고 있다. 이러한 종래 장치는 안테나에서 수신된 신호를 타겟의 속도와 거리만큼 조작하여 재송출하므로 수신된 신호에 민감도나 성능이 좌우되며 따라서 피측정 레이더 장치에 따라 시험 특성이 안정화되지 못하는 문제점이 있다. 또한 신호의 조작이 제한되어 타겟의 속도나 거리의 설정이 자유롭지 못하다.
2017.1.12.자 공개된 미국 공개특허공보 US2017/0010346A1에는 레이더 안테나와 컴퓨터 유닛을 구비하고, 피측정 레이더에서 송출하는 신호를 수신하여 반사파를 흉내(emulate)내는 시험 장치(test bench)를 개시하고 있다. 이 시험 장치는 레이더 안테나를 각범위(angular range) 내에서 이동하면서 상대 위치와 속도(relative position and speed)를 가진 타겟을 흉내내도록 안테나가 움직이거나 복수의 안테나를 어레이 상으로 배열하여 제어하는 기술을 개념적으로 제안하고 있다. 그러나 이 문서에는 피시험 장치로부터 수신한 레이더 신호를 처리하는 방안을 제시하고 있지 않으며 송신 안테나로 송출하는 모의 레이더 신호를 생성하는 기술에 대해서도 구체적으로 개시하지 않고 있다.
제안된 발명은 피측정 레이더 장치의 특성에 무관하게 안정된 시험이 가능한 레이더 모의 타겟 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가 제안된 발명은 타겟의 다양한 특성을 보다 자유롭게 설정하는 것이 가능한 레이더 모의 타겟 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
나아가 제안된 발명은 기존 레이더 송수신칩을 사용하여 정교한 시험 장치를 간단하고 저렴하게 구현하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
추가로 제안된 발명은 피측정 장치의 각 위치 검출 능력을 시험할 수 있는 레이더 모의 타겟 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가 제안된 발명은 신뢰성 높고 구성이 간단하면서, 각 위치 검출 능력을 시험할 수 있는 레이더 모의 타겟 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
추가로 제안된 발명은 이동 타겟을 흉내낼 수 있는 레이더 모의 타겟 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가 제안된 발명은 신뢰성 높고 구성이 간단하면서, 이동 타겟을 흉내낼 수 있는 레이더 모의 타겟 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
일 양상에 따르면, 레이더 모의 타겟 장치는 적어도 하나의 수신 안테나와 복수의 송신 안테나를 구비한다. 송신 안테나는 피시험장치를 향하여 수평으로 배열된다. 수신 안테나를 통해 피시험장치(DUT : Device Under Test)에서 송신하는 레이더 파형 신호를 수신하고 그 신호를 처리하여 신호 파형의 프로파일을 검출한다. 이 검출된 프로파일에 모의 타겟의 위치와 속도를 반영하여 모의 타겟 신호 프로파일이 산출된다. 이 검출된 프로파일에 모의 타겟의 설정된 거리(range)와 속도(radial velocity) 및 수평 방향 각 위치(angular position) 정보를 반영하여 송신 안테나별 모의 타겟 신호 프로파일이 산출된다. 이 산출된 모의 타겟 신호 프로파일 정보에 따른 모의 타겟 신호가 생성되어 대응하는 송신 안테나로 출력된다.
종래 모의 타겟 장치는 피시험장치가 송출한 레이더 파형 신호를 수신하여 지연시키거나 변환시켜 재송출하는데 반해, 제안된 모의 타겟 장치는 피시험장치가 송출한 레이더 신호 파형의 파형 프로파일을 검출하고, 그 프로파일을 가진 새로운 레이더 파형 신호를 생성하여 피시험장치에 모의 타겟 신호로 제공한다.
또다른 양상에 따르면, 모의 타겟 신호 프로파일을 가진 레이더 신호는 상용화된 레이더 송수신 집적회로에 의해 생성될 수 있다. 이에 의해 회로의 정교함에도 불구하고, 구현이 간단해지고 비용을 낮출 수 있다.
또다른 양상에 따르면, 레이더 모의 타겟 장치는 송신 안테나 중 복수 개가 각각의 모의 타겟 신호를 송출함에 의해 복수의 모의 타겟을 지원할 수 있다.
또다른 양상에 따르면, 각 송신 안테나별로 생성된 모의 타겟 신호를 송출하는 타임 슬롯이 할당될 수 있다. 이에 의해 이동하는 타겟을 모사할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 피시험장치의 무선 송출 패턴을 검출하는 복수의 송출패턴 검출 안테나가 구비될 수 있다. 송출 패턴 검출 안테나는 대응하는 송신 안테나에 근접하여 설치될 수 있다. 송신 안테나에서 송출되는 전력은 대응하는 송출 패턴 검출 안테나에서 검출된 송출 패턴에 따라 조절될 수 있다.
제안된 발명에 따라, 피측정 장치의 레이더 신호 파형의 프로파일에 기초한 모의 타겟 신호가 생성되므로, 타겟의 보다 자유로운 설정이 가능해진다.
또한 레이더 모의 타겟 장치의 구성의 상당 부분이 상용화된 레이더 송수신 집적회로로 구현되므로, 구현의 비용이 절감되고 정밀도가 향상되며 회로 구성이 간단해진다.
또 기계적인 구동을 통해 모의 타겟의 각위치를 설정할 수 있을 뿐 아니라 동적으로 움직이는 모의 타겟을 제공할 수 있다.
또한 파형 프로파일을 검출하기 위한 수신 안테나가 송신 안테나와 근접하여 설치될 수 있고 이에 따라 모의 타겟 신호가 피시험 장치의 송출 패턴 특성을 반영할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치를 설치하여 레이더를 시험하는 설비의 구성을 도식적으로 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 FMCW 레이더 파형 신호의 송신 신호, 수신 신호, 비트 신호의 주파수 변화를 예시적으로 도시한 그래프이다.
도 4는 상용화된 FMCW 레이더 송수신 집적회로의 구성의 일 예를 도시한 블록도이다.
도 5는 또다른 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 6은 각각의 증폭기에 공급되는 송출 제어 정보의 일 예를 도시한다.
도 7은 또다른 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 8은 또다른 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 9는 또다른 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 10은 도 9에서 레이더 파형 신호 생성부의 보다 상세한 구성의 일 예를 도시한다.
도 11은 일 실시예에 따른 신호 프로파일 검출부(300)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 12는 도 11에서 프로파일 분석부의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 13은 또다른 실시예에 따른 신호 프로파일 검출부(300)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 14는 또다른 실시예에 따른 신호 프로파일 검출부(300)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 15는 또다른 실시예에 따른 신호 프로파일 검출부(300)의 구성을 도시한 블록도이다.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통해 구체화된다. 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다.
도 1은 일 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치를 설치하여 레이더를 시험하는 설비의 구성을 도식적으로 도시한다. 먼저 무반사 전파 차폐실(RF anechoic shielded chamber)(30)이 준비된다. 제안된 발명에 따른 레이더 모의 타겟 장치(10)가 이 차폐실의 외부에 설치되고, 그 수신 안테나(71)와 송신 안테나들(73-1 내지 73-N)가 챔버 내부로 도입된다. 대향하는 벽에는 피측정 장치(DUT, Device Under Test) (50)가 설치된다. 일 양상에 따라, 송신 안테나들(73-1 내지 73-N)은 타겟을 향하여 수평으로 배열된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 수직 방향의 움직임을 모사하기 위해 수직으로도 배열될 수 있다. 측정 장치는 레이더 신호 파형을 송출하고 그 반사파를 수신하여 타겟의 위치와 속도를 검출하는 레이더 장치이다.
제안된 발명에 따른 레이더 모의 타겟 장치(10,71,73)는 피측정 장치(50)가 송출한 레이더 신호 파형을 수신하여, 설정된 타겟에서 반사될 경우 반사되는 반사파를 생성하여 피측정 장치(50)로 송출함으로써, 피측정 장치(50)의 작동을 검사하도록 도와주는데 사용될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치는 수신 안테나(410)와, 송신 안테나(430-1~430-N)와, 신호 프로파일 검출부(300)와, 모의 타겟 신호 프로파일 산출부(100) 및 레이더 파형 신호 생성부(500-1~500-N)를 포함한다.
수신 안테나(410)는 피시험장치(DUT)에서 송신하는 FMCW 레이더 파형 신호를 수신한다. 송신 안테나(430-1~430-N)는 내부에서 생성된 모의 타겟 신호를 피시험장치(DUT)로 송출한다. 일 실시예에서 송신 안테나(430-1~430-N)와 수신 안테나(410)는 5GHz의 대역폭을 가지고 76-81 GHz의 레이더 파형 신호를 송수신하는 패치 배열 안테나(patch array antenna)로 구성된다. 그러나 이에 한정되는 것은 아니며, 패치 안테나(a patch antenna)일 수도 있다.
신호 프로파일 검출부(300)는 수신 안테나(410)를 통해 수신된 레이더 파형 신호에서 수신 레이더 파형 프로파일을 검출한다. 도 3은 FMCW 레이더 파형 신호의 송신 신호, 수신 신호, 비트 신호의 주파수 변화를 예시적으로 도시한 그래프이다. 도 3(a)는 피측정 장치(DUT)에서 송출될 수 있는 FMCW 레이더 파형 신호의 일 예를 도시한다. FMCW 레이더 파형 신호는 한 주기에 있어서 fmin 주파수에서 fmax 주파수간에 연속적으로 주파수가 변화한다. 증가 구간과 감소 구간은 비대칭적일 수 있고, 구간 사이에 주파수가 일정한 구간이 개재될 수 있다. 일 양상에 따르면, 신호 프로파일 검출부(300)가 검출하는 수신 레이더 파형 프로파일은 변조주기와, 변조주기(PRI : Pulse Repetition Interval)의 최저 주파수 시점(ts)과 최고 주파수 시점(te), 최저 주파수(fmin)와 최고 주파수(fmax)를 포함할 수 있다. 변조주기는 tp - ts 로부터 산출될 수 있다.
레이더 파형 프로파일은 여러 형태로 표현될 수 있음이 주목되어야 한다. 첩(chirp)의 프로파일을 표현하는 이 분야에서 알려진 다양한 표현, 예를 들면 첩의 길이(chirp length), 첩 레이트(chirp rate), 평균 첩 주파수(average chirp frequency), 평균 첩 전력(average chirp power)를 포함하여, 첩 주기(Chirp period), 그리고 가공된 파라메터인 비트 주파수, 도플러 천이(Doppler shift), 등의 용어의 조합을 통해 이러한 프로파일이 표현될 수 있음을 감안하여 용어가 해석되어야 한다.
또 위에서 설명한 첩(chirp)의 프로파일은 예시적인 것이며, FMCW 레이더 파형 신호의 프로파일은 FMCW 레이더 파형 신호의 형태나 모의 타겟 장치의 구현 방식에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어 FMCW 레이더 파형 신호는 상승 주기(up chirp) 혹은 하강 주기(down chirp) 만 가지는 형태들 중 하나가 될 수 있다. 예를 들어 상승 주기만을 가지는 톱니파 형태의 FMCW 레이더 파형 신호에 대해 프로파일은 첩 주기와 주파수 정보로 충분할 수 있다. 또 주파수 정보의 경우도 정현파 발진회로를 이용한 구현방식의 경우 평균 주파수의 정의만으로 충분할 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 신호 프로파일 검출부(300)는 위상고정루프(Phase Locked Loop)를 이용하여 구현될 수 있다. 또다른 예로 신호 프로파일 검출부(300)는 수신된 레이더 파형 신호를 복조하여 중간주파 신호로 변환한 후 샘플링하여 디지털로 변환하고 그 주파수를 카운터로 카운터하여 검출하는 디지털 회로로 구현할 수 있다.
모의 타겟 신호 프로파일 산출부(100)는 별도의 컴퓨터나, 프로그래머블 로직 제어기, 마이크로프로세서, 디지털 신호처리기, FPGA(Field Programmable Gate Array), 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 모의 타겟 신호 프로파일 산출부 (100)는 메모리를 포함할 수 있다. 메모리에는 데이터가 저장되며, 추가로 제어 프로그램이 저장될 수 있다. 언급되는 모의 타겟 신호 프로파일 산출부 (100)의 구성요소들은 FPGA의 내부에 기능적인 블록들로 구현될 수도 있고, 또다른 예에서 마이크로프로세서나 디지털 신호처리기가 처리하는 명령어 세트로 구현될 수도 있다.
모의 타겟 신호 프로파일 산출부(100)는 수신 레이더 파형 프로파일에 적어도 하나의 모의 타겟의 설정된 거리(range)와 속도(radial velocity) 및 수평 방향 각 위치(angular position) 정보를 반영하여 송신 안테나별 모의 타겟 신호 프로파일 정보를 산출한다. 모의 타겟의 설정은 터치 스크린, 키보드, 마우스와 같은 사용자 인터페이스를 통해 입력될 수 있다. 또다른 예로, 모의 타겟의 설정은 측정된 실제 레이더 타겟 신호로부터 추출되어 입력될 수도 있다.
도 3(b)는 도 3(a)에서 송신된 레이더 파형 신호가 타겟에서 반사된 파형 신호의 예를 도시한다. 레이더에서 송신 신호와 수신 신호의 지연(d)은 레이더 송신 안테나와 타겟간의 거리를 반영한다. 도 3(c)는 도 3(a)의 파형 신호를 송신하였을 때 도 3(b)의 반사파가 수신된 경우 비트 주파수를 도시한다. 도플러 효과에 의해서 타겟과 레이더 간의 상대 속도에 따라 반사파의 주파수는 증감하므로 송신 파형 신호의 주파수와 수신 파형 신호의 주파수의 차이인 비트 주파수 fd = |fs - fr | 는 타겟과 레이더 간의 상대 속도를 반영한다. 송수신 파형 신호간의 지연시간과 비트 주파수로부터 타겟과의 거리 및 상대속도를 구하는 수식은 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
타겟의 위치와 속도가 주어지면, 송신파와 반사파의 지연 시간(d)과 비트 주파수(fd)가 구해진다. 송신파에서 검출된 신호 프로파일 중 변조주기(tp - ts), 최저 주파수 시점(ts)과 최고 주파수 시점(te) 데이터에 지연시간(d)을 가산하여 반사파의 변조주기(tr,p-tr,s), 변조주기의 최저 주파수 시점(tr,s)과 최고 주파수 시점(tr,e) 데이터를 구한다. 또 송신파에서 검출된 신호 프로파일 중 최저 주파수(fmin)와 최고 주파수(fmax) 데이터와, 구해진 비트 주파수(fd)를 알려진 공식에 대입하여 반사파의 최저 주파수(fr,min)와 최고 주파수(fr,max)가 산출된다.
모의 타겟 신호 프로파일 정보는 모의 타겟 신호의 타이밍을 지시하는 동기 신호열과, 최고 및/또는 최저 주파수의 크기를 나타내는 전위 혹은 디지털 데이터를 포함할 수 있다. 일 양상에 따르면, 모의 타겟 신호 프로파일 산출부는 복수의 모의 타겟을 위한 모의 타겟 신호 프로파일들을 산출한다. 복수의 모의 타겟 신호 프로파일은 수신 파형 프로파일에 복수의 모의 타겟 각각에 대해 설정된 거리(range)와 속도(radial velocity) 및 수평 방향 각 위치(angular position) 정보를 반영하여 산출한다. 각각 산출된 모의 타겟 신호 프로파일이 그 모의 타겟의 위치에 대응하는 레이더 파형 신호 생성부(500)에 공급된다.
또다른 양상에 따르면, 모의 타겟 신호 프로파일 산출부는 이동하는 모의 타겟을 위한 모의 타겟 신호 프로파일을 산출한다. 모의 타겟 신호 프로파일 산출부(100)는 산출된 모의 타겟 신호 프로파일에 따른 레이더 신호 파형이 이동 궤적을 따라 송신 안테나들(430-1~430-N)에서 순차적으로 송출될 수 있도록 레이더 파형신호 생성부(500-1~500-N)에 분배된다. 연속적인 움직임이 부드럽게 검출될 수 있도록 레이더 신호 파형은 인접한 송신 안테나들에서 송신되는 시간의 일부가 겹치도록 제어될 수 있다.
레이더 파형 신호 생성부(500-1~500-N)는 모의 타겟 신호 프로파일 정보에 따른 모의 타겟 신호를 생성하여 대응하는 송신 안테나(430-1~430-N)로 출력한다. 주어진 레이더 신호 프로파일을 가진 레이더 신호를 발생하는 장치들은 많이 알려져 있다.
일 양상에 따르면, 레이더 파형 생성부(500)는 상용화된 레이더 송수신 집적회로로 구현될 수 있다. 상용화된 레이더 송수신 집적회로들은 모의 타겟 신호 프로파일 정보를 입력 받아 레이더 파형 신호를 생성하여 송출할 수 있다. 도시된 실시예에서, 레이더 파형 신호 생성부(500-1~500-N)는 TEXAS INSTRUMENTS 사의 AWR1243 FMCW 송수신기(Transceiver) 집적회로로 구현된다. 이 송수신기는 단일 칩에 4개의 수신 채널과 3개의 송신의 송신 채널이 구비되며, 외부 제어기와 직렬 인터페이스로 연결되어 프로그램 가능하다. 도 4는 상용화된 FMCW 레이더 송수신 집적회로의 구성의 일 예를 도시한 블록도이다. 레이더 송수신 집적회로(500)는 내부에 가변주파수 발진기(550)와, 전력 증폭기(530)를 포함한다. 가변주파수 발진기(550)는 산출된 모의 타겟 신호 프로파일에 따라 결정된 주파수와 클럭 입력에 동기화된 정현파를 발진한다. 신호 처리부(570)는 모의 타겟 신호 프로파일 산출부(100)로부터 수신한 레이더 신호 프로파일에 따라 가변 주파수 발진기(550)를 제어한다. 검출된 FMCW 레이더 파형 프로파일의 최저 주파수 시점(tr,s)에 최저 주파수(fr,min)에 도플러 쉬프트 주파수 fd를 추가한 주파수로 발진을 시작하여 주파수를 증가시켜가다 그 최고 주파수 시점(tr,e)에 최고 주파수(fr,max)에 도플러 쉬프트 주파수 fd를 추가한 주파수가 발진되고 다시 주파수를 감소시켜 tr,p 시점에 그 최저 주파수(fr,min)에 도플러 쉬프트 주파수 fd를 추가한 주파수로 발진하도록 제어한다. 전력 증폭기(530)는 생성된 FMCW 레이더 신호의 전력을 증폭하여 안테나로 출력한다. 레이더 모의 타겟 장치는 폐쇄된 실험실 내의 좁은 공간에서 운용되기 때문에 전력 증폭은 불필요할 수 있다. 이러한 모의 타겟 신호 생성부(500)의 동작은 피측정 장치의 FMCW 레이더 파형의 형태에 따라 달라질 수 있다. 삼각파 형태가 아닌 상승 첩 또는 하강 첩만을 가진 톱니파의 경우에는 프로파일과 함께 모의 타겟 신호 생성부(500)의 동작도 그에 따라 달라질 수 있음이 당업자에게 이해되어질 수 있다.
추가로 FMCW 레이더 송수신 집적회로(500)는 수신 안테나로부터 수신된 신호를 증폭하는 저잡음 증폭기(510)와, 가변주파수 발진기(550)에서 발진한 주파수로 수신한 FMCW 레이더 신호를 복조하는 복조기(520), 그리고 복조된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(540)를 포함한다.
피시험장치(DUT)와 타겟 시뮬레이터 사이의 거리가 매우 가까우므로 피시험장치로부터 수신 안테나(410)를 통해 수신되는 신호 성분은 잡음 성분에 비해 최소 60dB 이상 충분히 크기 때문에 저잡음 증폭기는 필요 없을 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 신호 프로파일 검출부(300)가 검출하는 수신 레이더 파형 프로파일이 전력값을 더 포함할 수 있다. 피시험장치가 송출하는 레이더 파형 신호의 전력값을 측정하여, 레이더 파형 신호 생성부(500-1~500-N)가 송출하는 전력을 조절할 수 있다.
도 5는 또다른 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도시된 실시예에서 도 2의 실시예와 유사한 구성은 동일한 도면 부호로 참조된다. 도시된 바와 같이, 또다른 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치에서 모의 타겟 신호 프로파일 산출부(100)는 신호 프로파일 생성부(130)와 이동 모사 신호 생성부(150)를 포함한다. 신호 프로파일 생성부(130)는 수신 레이더 파형 프로파일에 모의 타겟의 위치(range)와 속도(radial velocity) 정보를 반영하여 송출 신호 프로파일 정보를 생성한다. 이동 모사 신호 생성부(150)는 모의 타겟의 수평 방향 각 위치 정보를 반영하여 각 송신 안테나가 송출해야 할 타임 슬롯을 지시하는 송출 제어 정보를 생성한다.
도시된 실시예에서, 레이더 파형 신호 생성부(500)는 가변 주파수 발진부(550)와 증폭기(530)를 포함한다. 증폭기(530)는 가변 주파수 발진부(550)에서 발진된 모의 타겟 신호를 증폭하여 송신 안테나로 출력한다. 레이더 파형 신호 생성부(500)는 신호 생성부(573)와 타겟 이동 모사부(571)를 포함할 수 있다. 신호 생성부(573)는 신호 프로파일 정보에 따라 가변 주파수 발진부(553)의 발진을 제어한다. 타겟 이동 모사부(571)는 송출 제어 정보에 따라 증폭기를 지시된 타임 슬롯에서 작동시킨다.
이동하는 타겟의 경우 각 송출 안테나별로 거리와 시선 속도가 달라질 수 있다. 일 실시예에서, 이동하는 타겟을 위한 단일의 송출 신호 프로파일 정보가 생성된다. 이 송출 신호 프로파일 정보에는 이동하는 타겟의 위치(range)와 시선속도가 반영되어 있다. 모든 레이더 파형 신호 생성부에 동일한 송출 신호 프로파일 정보가 공급되고 가변 주파수 발진부들(550-1~550-N)은 모두 동일한 레이더 파형 신호를 생성한다. 타겟 이동 모사부(571)는 송출 제어 정보에 따라 타겟의 이동 궤적을 따라 타겟의 현재 위치에 해당하는 안테나에 연결된 증폭기(530)만이 작동하도록 증폭기(530)를 제어한다.
추가적인 양상에 따라, 타겟 이동 모사부는 송출 제어 정보에 따라 지시된 타임 슬롯에서 멀어질수록 송출 신호가 감쇄되도록 증폭기를 제어할 수 있다. 또한 타겟의 이동을 부드럽게 모사하기 위해 인접한 증폭기(530)간에 송출 출력이 감쇄되면서 부드럽게 스위칭되도록 구성될 수 있다.
예를 들어 송출 제어 정보에 의해 증폭률은 도 6a에 도시된 바와 같이 증폭기별로 설정될 수 있다. 도 6a와 eh 6b는 각각의 증폭기에 공급되는 송출 제어 정보의 두 가지 예를 도시한다. 그래프에서 가로축은 시간, 세로축은 순차적으로 배열된 송출 안테나 1 ~ 4의 송출 제어 정보 혹은 증폭기의 증폭률을 도시한다. 도 6a에서 하나의 송출 안테나의 증폭률은 자신의 송출 타임 슬롯에서 일정한 값을 가지며 그 슬롯을 벗어날 때 바로 0이 되는 것이 아니라 일정한 기울기를 가지고 줄어든다. 또 인접한 증폭기의 출력 시간이 이 기울기를 가지고 줄어드는, 즉 각각의 안테나의 송출 신호가 감쇄되는 구간에서 일부가 겹치도록 설정되어 있다. 이때 인접한 증폭기에서 송출 출력이 겹치는 구간에서의 송출 출력의 합은 일정하게 유지된다. 도 6b는 송신 안테나들간의 간격 L이 좀 더 넓은 경우에 적용될 수 있는 예를 도시한다. 인접한 송신 안테나들의 송출 출력이 일정한 구간 간의 송출 시간 간격 Td= |L/v|가 될 수 있다. 여기서 v는 모의 타겟에 대해 설정된 이동 속도의 안테나들의 배치 방향의 성분이다. 도 6b에 있어서, 송출 타임 슬롯을 벗어날 때 출력이 일정한 기울기를 가지고 줄어든다. 인접한 안테나간의 송출 타임 슬롯의 간격이 커서 두 안테나의 송출 출력 구간이 겹치지는 않지만 부드럽게 이어지고 있다. 또 한 개의 안테나의 송출이 종료되는 시점에 인접한 안테나의 송출이 개시된다.
도 6a, 도 6b는 예시적인 것이며 이에 한정되는 것은 아니다. 송출 제어 정보에 의해 모의 타겟의 각위치(angular position)에 해당하는 레이더 파형 신호 생성부만이 모의 타겟 신호를 출력하도록 증폭기(530)가 제어된다. 타겟이 복수인 경우 송출 신호 프로파일 정보와 송출 제어 정보도 타겟의 개수만큼 생성될 수 있다.
도시된 실시예에서도 레이더 파형 신호 생성부(500)는 상용화된 FMCW 레이더 송수신 칩으로 구현될 수 있다. 타겟 이동 모사부(571)와 신호 생성부(573)는 도 4에서 신호 처리부(570)에서 소프트웨어로 구현될 수 있다.
도 7은 또다른 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도시된 실시예에서 도 5의 실시예와 유사한 구성은 동일한 도면 부호로 참조된다. 일 양상에 따라 모의 타겟 신호 프로파일 산출부(100)는 송출 신호 프로파일 정보와 송출 제어 정보를 각각의 레이더 파형 신호 생성부에 대해 하나의 병합 제어 신호로 병합하는 신호 병합부(170)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어 이 병합 제어 신호는 모의 타겟 신호의 변조 주기를 나타내는 동기 신호열과 주파수 정보가 모의 타겟의 현재 각 위치에 해당하는 신호에서만 나타나는 형태일 수 있다.
또다른 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치에서 레이더 파형 신호 생성부(500)는 가변 주파수 발진부(550), 증폭기(530)와 신호 생성 제어부(575)를 포함한다. 증폭기(530)는 가변 주파수 발진부(550)에서 발진된 모의 타겟 신호를 증폭하여 송신 안테나로 출력한다. 신호 생성 제어부(575)는 신호 프로파일 정보에 따라 가변 주파수 발진부(553)의 발진을 제어하되, 송출 제어 정보에 따라 지시된 타임 슬롯에서 발진하도록 제어한다.
도 8은 또다른 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도시된 실시예에서 도 2의 실시예와 유사한 구성은 동일한 도면 부호로 참조된다. 일 양상에 따라 레이더 모의 타겟 장치는 복수의 송출 패턴 검출 안테나(450-1~450-N)와 복수의 송출전력 조절부(610-1~610-N)를 포함할 수 있다. 복수의 송출 패턴 검출 안테나(450-1~450-N)는 대응하는 송신 안테나에 근접하여 설치되며 피시험장치에서 송신하는 레이더 파형 신호를 수신한다. 송출전력 조절부(610-1~610-N)는 각각의 송출 패턴 검출 안테나에 연결되어 수신되는 전력을 검출하고 그에 따라 레이더 파형 신호 생성부의 송출 전력을 조절한다. 예를 들어 송출 전력 조절부(600)는 송신 안테나(430)가 피시험장치로부터 수신한 전력에서 30dB를 감쇄시켜 송출하도록 레이더 파형 신호 생성부(500)의 증폭기를 제어한다.
도 9는 또다른 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도 10은 도 9에서 레이더 파형 신호 생성부의 보다 상세한 구성의 일 예를 도시한다. 도시된 실시예에서 도 8의 실시예와 유사한 구성은 동일한 도면 부호로 참조된다. 일 양상에 따라 레이더 모의 타겟 장치는 복수의 송출 패턴 검출 안테나(450-1~450-N)와 복수의 반사면적 조절부(610-1~610-N)를 포함할 수 있다. 복수의 송출 패턴 검출 안테나(450-1~450-N)는 대응하는 송신 안테나에 근접하여 설치되며 피시험장치에서 송신하는 레이더 파형 신호를 수신한다. 반사면적 조절부(610-1~610-N)는 각각의 송출 패턴 검출 안테나에 연결되어 수신되는 전력을 검출하고 검출된 전력과 모의 타겟에 대해 설정된 레이더 반사면적(RCS : Radar Cross Section)에 따라 레이더 파형 신호 생성부의 송출 전력을 조절한다. 예를 들어 반사 면적 조절부(600)는 송신 안테나(430)가 피시험장치로부터 수신한 전력에서 30dB를 감쇄시킨 값에서 모의 타겟의 반사면적을 반영하여 전력 증폭기(530)의 증폭율 혹은 감쇄량을 조절한다.
레이더 모의 타겟 장치의 송출 전력은 피측정 장치(DUT) 입장에서는 레이더 반사 면적을 의미한다. 송신 안테나들(430-1~430-N)에 근접하여 송출 패턴 검출 안테나들(450-1~450-N)이 설치되어 송신 안테나로부터의 송출 전력이 수신 전력에 연동하여 안정되게 유지됨으로써 피측정 장치간의 방사특성에 따른 차이를 반영하여 보다 실제 현실의 타겟에 근접한 레이더 반사 면적을 가진 모의 타겟을 제공할 수 있다. 레이더 장치는 송출 안테나의 방사 특성이 각위치에 따라 다양한 형태를 가진다. 피측정 장치의 송출 전력이 약한 위치에 타겟이 위치한 경우에 타겟에서 반사되는 반사파도 전력이 약해야 실제 타겟을 반영할 수 있다.
또다른 양상에 따르면, 레이더 파형 신호 생성부(500-1~500-N)는 상용화된 FMCW 레이더 송수신 집적회로로 구현될 수 있다. 예를 들어 TEXAS INSTRUMENTS 사의 AWR1243 FMCW 송수신기(Transceiver) 집적회로가 사용될 수 있다. 이 송수신기는 단일 칩에 4개의 수신 채널과 3개의 송신의 송신 채널이 구비되며, 외부 제어기와 직렬 인터페이스로 연결되어 프로그램 가능하다. 도 8에서 3개의 송출 전력 조절부(610)와 레이더 파형 신호 생성부(500) 쌍이 하나의 레이더 송수신 집적회로로 구현될 수 있다. 상용화되고 검증된 레이더 송수신기 칩을 사용함으로써 레이더 모의 타겟 장치는 레이더 신호 수신과 송신에 있어서 안정성을 획득하고, 프로파일의 획득과 제어에 있어서 편의성을 가진다.
추가적인 양상에 따르면, 신호 프로파일 검출부(300)는 수신 안테나를 통해 수신된 레이더 파형 신호를 복조시키되, 복조 주파수를 변화시키면서 그 출력을 분석하여 수신 레이더 파형 프로파일을 검출한다. 도 11은 일 실시예에 따른 신호 프로파일 검출부(300)의 구성을 도시한 블록도이다. 도시된 바와 같이, 신호 프로파일 검출부(300)는 주파수 변환부(350)와, 아날로그/디지털 변환부(390)와, 가변 주파수 발진부(370)와, 프로파일 분석부(310)를 포함한다. 미설명부호 330은 안테나로부터 수신된 알에프 신호를 적절한 진폭으로 증폭하는 증폭기를 도시한다. 피시험장치와 수신 안테나(410) 사이의 거리가 매우 가깝고 시험실 환경이므로 저잡음 증폭기를 사용할 필요 없다.
수신 안테나(410)를 통해 수신된 레이더 파형 신호는 주파수 변환부(350)에서 주파수 다운 변환되어 저주파 신호로 변환된다. 주파수 변환부(350)는 가변 주파수 발진부(370)에서 공급된 복조 주파수로 입력된 레이더 파형 신호를 복조하여 주파수 다운 변환한다. 아날로그/디지털 변환부(390)는 주파수 다운 변환된 신호를 샘플링하여 디지털 샘플로 프로파일 분석부(310)에 공급한다. 프로파일 분석부(310)는 가변 주파수 발진부(370)의 발진 주파수를 변화하면서 샘플링된 신호를 분석하여 주파수 변화의 프로파일을 검출한다.
도 11에 도시된 회로에 있어서, 증폭기(330), 주파수 변환부(350)와, 가변 주파수 발진부(370)와, 아날로그/디지털 변환부(390)는 레이더 수신 회로의 전형적인 구성들이다. 이들은 상용화된 FMCW 레이더 송수신 집적회로의 수신 채널 회로들을 이용하여 구현될 수 있다. 이 경우 프로파일 분석부(310)는 신호 처리부(570)의 구성의 일부로 프로그램에 의해 구현될 수 있다.
일 양상에 따르면, 프로파일 분석부(310)는 가변 주파수 발진부(350)가 발진하는 주파수를 가변시키면서 아날로그/디지털 변환부(390)의 출력을 분석하여 레이더 파형 신호의 주파수 변화의 프로파일을 결정한다. 일 실시예에서 프로파일 분석부(310)는 주파수 분석부(31) 를 포함한다. 도 12는 프로파일 분석부(310)의 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 도 12(a)는 주파수 분석부(311)가 최저 주파수를 찾는 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 주파수 분석부(311)는 가변 주파수 발진부(370)의 발진 주파수를 변화하면서 샘플링된 신호를 분석하여 최저 주파수 시점(ts)과 최저 주파수(fmin)를 탐색한다. 주파수 분석부(311)는 가변 주파수 발진부(370)의 발진 주파수를 증감시켜 최저 주파수(fmin) 부근에서 변화시키면서 샘플링된 주파수 다운된 신호를 분석한다.
예를 들어 가변 주파수 발진부(370)의 발진 주파수가 f'v1인 경우, 주파수 변환부(350)에서 변환된 신호는 주파수가 f'v1 보다 높은 구간에서는 주파수 다운되고, f'v1 보다 낮은 구간에서는 위상이 반전된 주파수 다운된 신호가 출력된다. 그런데 가변 주파수 발진부(370)의 발진 주파수가 fv1인 경우, 주파수 변환부(350)에서 변환된 신호는 도면에서 작은 원으로 표시된 최저 주파수 시점(ts) 들에서는 출력 주파수가 0으로 되어 거의 직류 성분이 출력된다. 주파수 분석부(311)는 가변 주파수 발진부(370)의 발진 주파수를 변화시키면서 샘플링된 신호의 주파수의 증감시 변동 행태를 분석하여, 신호의 위상 반전 없이 주파수가 0에서 일정 주파수까지 반복될 때의 가변 주파수 발진부(370)의 발진 주파수를 최저 주파수(fmin)로 판단하고, 샘플링된 신호의 주파수가 0으로 되는 순간들을 최저 주파수 시점(ts)으로 판단한다.
도 12(b)는 주파수 분석부(311)가 최고 주파수를 찾는 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 주파수 분석부(311)는 가변 주파수 발진부(370)의 발진 주파수를 변화하면서 샘플링된 신호를 분석하여 최고 주파수 시점(te)과 최고 주파수(fmax)를 탐색한다. 주파수 분석부(311)는 가변 주파수 발진부(370)의 발진 주파수를 증감시켜 최고 주파수(fmax) 부근에서 변화시키면서 샘플링된 주파수 다운된 신호를 분석한다.
예를 들어 가변 주파수 발진부(370)의 발진 주파수가 f'v2인 경우, 주파수 변환부(350)에서 변환된 신호는 주파수가 f'v2 보다 높은 구간에서는 주파수 다운되고, f'v2 보다 낮은 구간에서는 위상이 반전된 주파수 다운된 신호가 출력된다. 그런데 가변 주파수 발진부(370)의 발진 주파수가 fv2인 경우, 주파수 변환부(350)에서 변환된 신호는 도면에서 작은 원으로 표시된 최고 주파수 시점(te) 들에서는 출력 주파수가 0으로 되어 거의 직류 성분이 출력된다. 최고주파수 분석부(313)는 가변 주파수 발진부(370)의 발진 주파수를 변화시키면서 샘플링된 신호의 주파수의 증감 행태를 분석하여, 신호의 위상 반전 없이 주파수가 0에서 일정 주파수까지 반복될 때의 가변 주파수 발진부(370)의 발진 주파수를 최고 주파수(fmax) 로 판단하고, 샘플링된 신호의 주파수가 0으로 되는 순간을 최고 주파수 시점(te)으로 판단한다.
여기서는 FMCW 레이더 신호의 주파수 변화의 프로파일로, 최고 주파수, 최고 주파수 시점, 최저 주파수, 최저 주파수 시점을 예로 들었으나, FMCW 레이더 신호의 형태나 또는 프로파일을 생성하는 회로 구성에 따라 달라질 수 있다. 그러나 FMCW 레이더 신호 프로파일에서 주파수 변화의 프로파일이란 기본적으로 주파수 변화의 주기와, 주파수 변동 폭을 포함하므로 어떠한 물리량으로 표현되든 제시된 회로를 그에 맞추어 변형함으로써 당업자라면 용이하게 구현할 수 있을 것이다.
정보 출력부(320)는 주파수 분석부(311) 의 출력으로부터 프로파일 정보를 생성하여 외부로 출력한다. 예를 들어, 정보 출력부(320)는 변조주기와, 최저 주파수 시점(ts)과 최고 주파수 시점(te)의 타이밍을 하나 혹은 각각 별도의 동기화 펄스 열로 출력할 수 있다. 또 최저 주파수(fmin)와 최고 주파수(fmax)는 별도의 디지털 샘플값으로 출력할 수 있다. 또다른 예로, 정보 출력부(320)는 변조주기와, 최저 주파수 시점(ts)과 최고 주파수 시점(te)의 타이밍을 내부 동기화 클럭에서 오프셋 값으로 출력할 수 있다.
주파수 분석부(311)와 정보출력부(320)는 제어부(100)의 구성의 일부로 구현될 수 있다. 이 경우 이들은 FPGA의 블록이나, 마이크로프로세서 혹은 디지털신호처리기에 의해 실행되는 프로그램 코드 블록, 혹은 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
도 13은 또다른 실시예에 따른 신호 프로파일 검출부(300)의 구성을 도시한 블록도이다. 도시된 실시예에 있어서, 신호 프로파일 검출부(300)는 제1 다운 컨버터(350-1)와, 제1 아날로그/디지털 변환부(390-1)와, 제1 가변 주파수 발진부(370-1)와, 제2 다운 컨버터(350-2)와, 제2 아날로그/디지털 변환부(390-2)와, 제2 가변 주파수 발진부(370-2)와, 프로파일 분석부(310)를 포함한다. 미설명부호 330은 안테나로부터 수신된 알에프 신호를 증폭하는 증폭기를 도시한다.
수신 안테나(410)를 통해 수신된 레이더 파형 신호는 제1 다운 컨버터(350-1)에서 주파수 다운 변환되어 제1 저주파 신호로 변환된다. 제1 다운 컨버터(350-1)는 제1 가변 주파수 발진부(370-1)에서 공급된 제1 복조 주파수로 입력된 레이더 파형 신호를 복조하여 주파수 다운 변환한다. 제1 아날로그/디지털 변환부(390-1)는 주파수 다운 변환된 신호를 샘플링하여 디지털 샘플로 프로파일 분석부(310)에 공급한다. 프로파일 분석부(310)는 제1 가변 주파수 발진부(370-1)의 발진 주파수를 변화하면서 샘플링된 신호를 분석하여 최저 주파수 시점(ts)과 최저 주파수(fmin)를 검출한다.
수신 안테나(410)를 통해 수신된 레이더 파형 신호는 제2 다운 컨버터(350-2)에서 주파수 다운 변환되어 제2 저주파 신호로 변환된다. 제2 다운 컨버터(350-2)는 제2 가변 주파수 발진부(370-2)에서 공급된 제2 복조 주파수로 입력된 레이더 파형 신호를 복조하여 주파수 다운 변환한다. 제2 아날로그/디지털 변환부(390-2)는 주파수 다운 변환된 신호를 샘플링하여 디지털 샘플로 프로파일 분석부(310)에 공급한다. 프로파일 분석부(310)는 제2 가변 주파수 발진부(370-2)의 발진 주파수를 변화하면서 최고 주파수 시점(te)과 최고 주파수(fmax)를 검출한다.
도 11에 도시된 회로에 있어서, 저잡음 증폭기(330), 제1 다운 컨버터(350-1)와, 제1 가변 주파수 발진부(370-1)와, 제1 아날로그/디지털 변환부(390-1)는 레이더 수신 회로의 전형적인 구성들이다. 또 증폭기(330), 제2 다운 컨버터(350-2)와, 제2 가변 주파수 발진부(370-2), 제2 아날로그/디지털 변환부(390-2) 역시 레이더 수신 회로의 전형적인 구성들이다. 이들은 상용화된 FMCW 레이더 송수신 집적회로의 수신 채널 회로들을 이용하여 구현될 수 있다. 이 경우 프로파일 분석부(310)는 신호 처리부(570)의 구성의 일부로 프로그램에 의해 구현될 수 있다.
일 양상에 따라, 프로파일 분석부(310)는 제1,2 아날로그/디지털 변환부(390-1,2)의 출력을 분석하여 FMCW 레이더 신호의 주파수 변화 프로파일을 결정한다. 일 실시예에서 프로파일 분석부(310)는 독립적으로 실행되는 제1주파수 분석부(311-1)와, 제2주파수 분석부(311-2)를 포함한다. 도 12(a)를 참조하면 제1주파수 분석부(311-1)는 제1 가변 주파수 발진부(370-1)의 발진 주파수를 변화하면서 샘플링된 신호를 분석하여 최저 주파수 시점(ts)과 최저 주파수(fmin)를 검출한다. 제1주파수 분석부(311-1)는 제1 가변 주파수 발진부(370-1)의 발진 주파수를 최저 주파수(fmin) 부근에서 변화시키면서 샘플링된 주파수 다운된 신호를 분석한다.
예를 들어 제1 가변 주파수 발진부(370-1)의 발진 주파수가 f'v1인 경우, 제1 다운 컨버터(350-1)에서 변환된 신호는 주파수가 f'v1 보다 높은 구간에서는 주파수 다운되고, f'v1 보다 낮은 구간에서는 위상이 반전된 주파수 다운된 신호가 출력된다. 그런데 제1 가변 주파수 발진부(370-1)의 발진 주파수가 fv1인 경우, 제1 다운 컨버터(350-1)에서 변환된 신호는 도면에서 작은 원으로 표시된 최저 주파수 시점(ts) 들에서는 출력 주파수가 0으로 되어 거의 직류 성분이 출력된다. 제1 주파수 분석부(311-1)는 제1 가변 주파수 발진부(370-1)의 발진 주파수를 변화시키면서 샘플링된 신호의 주파수의 증감 행태를 분석하여, 신호의 위상 반전 없이 주파수가 0에서 일정 주파수까지 반복될 때의 제1 가변 주파수 발진부(370-1)의 발진 주파수를 최저 주파수(fmin)로 판단하고, 샘플링된 신호의 주파수가 0으로 되는 순간들을 최저 주파수 시점(ts)으로 판단한다.
도 12(b)를 참조하면, 제2 주파수 분석부(311-2)는 제2 가변 주파수 발진부(370-2)의 발진 주파수를 변화하면서 샘플링된 신호를 분석하여 최고 주파수 시점(te)과 최고 주파수(fmax)를 검출한다. 제2 주파수 분석부(311-2)는 제2 가변 주파수 발진부(370-2)의 발진 주파수를 최고 주파수(fmax) 부근에서 변화시키면서 샘플링된 주파수 다운된 신호를 분석한다.
예를 들어 제2 가변 주파수 발진부(370-2)의 발진 주파수가 f'v2인 경우, 제2 다운 컨버터(350-2)에서 변환된 신호는 주파수가 f'v2 보다 높은 구간에서는 주파수 다운되고, f'v2 보다 낮은 구간에서는 위상이 반전된 주파수 다운된 신호가 출력된다. 그런데 제2 가변 주파수 발진부(350-2)의 발진 주파수가 fv2인 경우, 제2 다운 컨버터(350-2)에서 변환된 신호는 도면에서 작은 원으로 표시된 최고 주파수 시점(te) 들에서는 출력 주파수가 0으로 되어 거의 직류 성분이 출력된다. 제2 주파수 분석부(311-2)는 제2 가변 주파수 발진부(370-2)의 발진 주파수를 변화시키면서 샘플링된 신호의 주파수의 증감 행태를 분석하여, 신호의 위상 반전 없이 주파수가 0에서 일정 주파수까지 반복될 때의 제2 가변 주파수 발진부(370-2)의 발진 주파수를 최고 주파수(fmax) 로 판단하고, 샘플링된 신호의 주파수가 0으로 되는 순간을 최고 주파수 시점(te)으로 판단한다.
정보 출력부(320)는 제1주파수 분석부(311-1) 및 제2주파수 분석부(311-2)의 출력으로부터 프로파일 정보를 생성하여 외부로 출력한다. 예를 들어, 정보 출력부(320)는 변조주기와, 최저 주파수 시점(ts)과 최고 주파수 시점(te)의 타이밍을 하나 혹은 각각 별도의 동기화 펄스 열로 출력할 수 있다. 또 최저 주파수(fmin)와 최고 주파수(fmax)는 별도의 디지털 샘플값으로 출력할 수 있다. 또다른 예로, 정보 출력부(320)는 변조주기와, 최저 주파수 시점(ts)과 최고 주파수 시점(te)의 타이밍을 내부 동기화 클럭에서 오프셋 값으로 출력할 수 있다.
제1 주파수 분석부(311-1), 제2주파수 분석부(311-2) 및 정보출력부(320)는 도 3에 도시된 상용화된 레이더 신호 송수신 집적회로에서 신호처리부의 구성의 일부로 구현될 수 있다. 이 경우 이들은 FPGA의 블록이나, 마이크로프로세서 혹은 디지털신호처리기에 의해 실행되는 프로그램 코드 블록, 혹은 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
도 11에 도시된 실시예와 비교하여, 도 13에 도시된 실시예는 주파수 변화의 프로파일을 탐색하는 회로를 2개 포함하고 있다. 제1 주파수 분석부(311-1)와 제2 주파수 분석부(311-2)는 각각의 가변 주파수 발진부(370-1,2)를 제어하여, FMCW 레이더 신호의 프로파일에서 최저 주파수와 최저 주파수를 나누어 탐색한다. 각각의 주파수 분석부는 도 11에 도시된 실시예에 비해 더 좁은 범위의 주파수들을 대상으로 탐색하기 때문에, 탐색의 속도가 빨라진다.
여기서는 FMCW 레이더 신호의 주파수 변화의 프로파일로, 최고 주파수, 최고 주파수 시점, 최저 주파수, 최저 주파수 시점을 예로 들었으나, FMCW 레이더 신호의 형태나 또는 프로파일을 생성하는 회로 구성에 따라 달라질 수 있다. 그러나 FMCW 레이더 신호 프로파일에서 주파수 변화의 프로파일이란 기본적으로 주파수 변화의 주기와, 주파수 변동 폭을 포함하므로 어떠한 물리량으로 표현되든 제시된 회로를 그에 맞추어 변형함으로써 당업자라면 용이하게 구현할 수 있을 것이다.
도 14는 또다른 실시예에 따른 신호 프로파일 검출부(300)의 구성을 도시한 블록도이다. 도 13의 실시예와 비교하여, 도시된 실시예는 주파수 변화의 프로파일을 탐색하는 회로를 N개 포함하고 있다. 각각의 주파수 분석부(311)는 각각 대응되는 가변 주파수 발진부(370)를 제어하여, FMCW 레이더 신호의 주파수 변화의 프로파일을 결정한다. 각각의 주파수 분석부(311)는 피시험 장치의 사양 상의 주파수 범위를 발진 주파수의 개수만큼 구획하여 나눈 분할구역 내에서 주파수 변화의 프로파일을 탐색한다. 각각의 주파수 분석부는 도 13에 도시된 실시예에 비해 더 좁은 범위의 주파수들을 대상으로 탐색하기 때문에, 탐색의 속도가 더욱 빨라진다.
도 15는 또다른 실시예에 따른 신호 프로파일 검출부(300)의 구성을 도시한 블록도이다. 도 14의 실시예와 비교하여, 도시된 실시예는 중간주파수 변환부(340)를 더 포함하고 있다. 중간주파수 변환부(340)는 수신 안테나를 통해 수신된 레이더 파형 신호를 중간주파수로 주파수 다운시킨다. 예를 들어, 중간주파수 변환부(340)는 수신 안테나를 통해 수신된 레이더 파형 신호를 10-20GHz 대역으로 주파수 다운시킨다. 프로파일 분석부(310)는 피시험장치의 사양상의 주파수 범위에서 중간주파수 만큼 다운된 대역 범위를 발진 주파수의 개수만큼 구획하여 나눈 분할구획 내에서 각 가변 주파수 발진부들의 발진 주파수들을 변화시키면서 각각의 아날로그/디지털 변환부의 출력을 분석하여 레이더 파형 신호의 주파수 변화 프로파일을 결정한다. 수신 안테나를 통해 수신된 레이더 파형 신호를 중간주파수로 주파수 다운시킴에 의해 각각의 주파수 변환부(350-1, 350-2,…,350-N)와 가변 주파수 발진부(370-1,370-2,…,370-N)들을 더 낮은 주파수 대역에서 동작하는 회로로 선택할 수 있다. 예를 들어 10-20GHz 대역의 소자는 가격이 저렴하므로 여러 개 사용하여 전체적인 프로파일 검색 속도를 높일 수 있는 장점을 가질 수 있다.
각각의 주파수 분석부(311)는 각각 대응되는 가변 주파수 발진부(370)를 제어하여, FMCW 레이더 신호의 주파수 변화의 프로파일을 결정한다. 각각의 주파수 분석부(311)는 피시험 장치의 사양 상의 주파수 범위에서 중간 주파수만큼 차감된 주파수 범위를 발진 주파수의 개수만큼 구획하여 나눈 분할구역 내에서 주파수 변화의 프로파일을 탐색한다. 각각의 주파수 분석부는 좁은 범위의 주파수들을 대상으로 탐색하기 때문에, 탐색의 속도가 빨라진다. 단지 결정된 주파수 프로파일 중 주파수 값에서 중간 주파수 변환부(340)에서 차감한 중간 주파수만큼 더해준 값을 최종 주파수 프로파일의 주파수 값으로 한다는 점이 달라질 수 있다.
이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 기재된 양상들은 상호간에 모순 없이 자유롭게 조합될 수 있으며, 이러한 조합들도 모두 본 발명의 범주에 포함된다. 첨부된 특허청구범위는 이러한 조합들이나 도시가 생략되거나 간략화된 실시예들을 포괄하도록 의도되었으나, 이러한 모든 조합을 청구하지는 않고 있으며, 이러한 조합들이 향후 보정을 통해 본 발명의 범주에 진입하는 것이 허용되어야 한다.
100 : 모의 타겟 신호 프로파일 산출부
110 : 모의 타겟 설정부 130 : 신호 프로파일 생성부
150 : 이동 모사 신호 생성부 170 : 신호 병합부
300 : 신호 프로파일 검출부 310 : 프로파일 분석부
311 : 주파수 분석부 320 : 정보출력부
330 : 증폭기 340 : 중간주파수 변환부
350 : 주파수 변환부 361 : 주파수 프로파일 검출부
363 : 감쇄 프로파일 검출부 370 : 가변 주파수 발진부
390 : 아날로그/디지털 변환부
410 : 수신 안테나 430 : 송신 안테나
450 : 송출 패턴 검출 안테나
500 : 레이더 파형 신호 생성부 510 : 증폭기
520 : 변조기 530 : 전력 증폭기
540 : 아날로그-디지털 변환기 550 : 가변 주파수 발진기
570 : 신호 처리부 571 : 타겟 이동 모사부
573 : 신호 생성부
610 : 송출 전력 조절부 630 : 반사면적 조절부

Claims (10)

  1. 피시험장치에서 송신하는 레이더 파형 신호를 수신하는 수신 안테나와;
    피시험장치(DUT)를 향하여 배열된 복수의 송신 안테나와
    수신 안테나를 통해 수신된 레이더 파형 신호에서 수신 레이더 파형 프로파일을 검출하는 신호 프로파일 검출부와;
    수신 레이더 파형 프로파일에 적어도 하나의 모의 타겟의 설정된 거리(range)와 속도(radial velocity) 및 각 위치(angular position) 정보를 반영하여 송신 안테나별 모의 타겟 신호 프로파일 정보를 산출하되, 수신 레이더 파형 프로파일에 모의 타겟의 위치(range)와 속도(radial velocity) 정보를 반영하여 송출 신호 프로파일 정보를 생성하는 신호 프로파일 생성부와, 모의 타겟의 각 위치 정보를 반영하여 각 송신 안테나가 송출해야 할 타임 슬롯을 지시하는 송출 제어 정보를 생성하는 이동 모사 신호 생성부를 포함하는 모의 타겟 신호 프로파일 산출부와;
    모의 타겟 신호 프로파일 정보에 따른 모의 타겟 신호를 생성하여 대응하는 송신 안테나로 출력하되, 가변 주파수 발진부와, 가변 주파수 발진부에서 발진된 모의 타겟 신호를 증폭하여 송신 안테나로 출력하는 증폭기와, 송출 신호 프로파일 정보에 따라 가변 주파수 발진부(553)의 발진을 제어하는 신호 생성부와, 송출 제어 정보에 따라 증폭기를 지시된 타임 슬롯에서 작동시키는 타겟 이동 모사부를 포함하는 복수의 레이더 파형 신호 생성부;
    를 포함하는 레이더 모의 타겟 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 레이더 파형 생성부는 모의 타겟 신호 프로파일 정보를 입력 받아, 레이더 파형 신호를 생성하여 송출하는 상용화된 레이더 송수신 집적회로로 구현되는 레이더 모의 타겟 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 모의 타겟 신호 프로파일 산출부는 :
    수신 파형 프로파일에 복수의 모의 타겟에 대해 설정된 거리(range)와 속도(radial velocity) 및 각 위치(angular position) 정보를 반영하여 송신 안테나별 모의 타겟 신호 프로파일 정보를 산출하는 레이더 모의 타겟 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서, 레이더 파형 신호 생성부는 :
    가변 주파수 발진부와;
    가변 주파수 발진부에서 발진된 모의 타겟 신호를 증폭하여 송신 안테나로 출력하는 증폭기와;
    신호 프로파일 정보에 따라 가변 주파수 발진부(553)의 발진을 제어하는 신호 생성부와;
    송출 제어 정보에 따라 지시된 타임 슬롯에서 멀어질수록 송출 신호가 감쇄되도록 증폭기를 제어하는 타겟 이동 모사부;
    를 포함하는 레이더 모의 타겟 장치.
  7. 청구항 1에 있어서, 모의 타겟 신호 프로파일 산출부는 :
    송출 신호 프로파일 정보와 송출 제어 정보를 각각의 레이더 파형 신호 생성부에 대해 하나의 병합 제어 신호로 병합하는 신호 병합부를 더 포함하는 레이더 모의 타겟 장치.
  8. 청구항 7에 있어서, 레이더 파형 신호 생성부는 :
    가변 주파수 발진부와;
    가변 주파수 발진부에서 발진된 모의 타겟 신호를 증폭하여 송신 안테나로 출력하는 증폭기와;
    송출 신호 프로파일 정보에 따라 가변 주파수 발진부(553)의 발진을 제어하되, 송출 제어 정보에 따라 지시된 타임 슬롯에서 발진하도록 제어하는 신호 생성 제어부;
    를 포함하는 레이더 모의 타겟 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 레이더 모의 타겟 장치가 :
    대응하는 송신 안테나에 근접하여 설치되며 피시험장치에서 송신하는 레이더 파형 신호를 수신하는 복수의 송출 패턴 검출 안테나와;
    각각의 송출 패턴 검출 안테나에 연결되어 수신되는 전력을 검출하고 그에 따라 레이더 파형 신호 생성부의 송출 전력을 조절하는 복수의 송출전력 조절부;를 더 포함하는 레이더 모의 타겟 장치.
  10. 청구항 1에 있어서, 신호 프로파일 검출부는 :
    수신 안테나를 통해 수신된 레이더 파형 신호를 저주파 신호로 변환하는 주파수 변환부와,
    제1 주파수 변환부의 출력을 디지털로 변환하는 아날로그/디지털 변환부와,
    주파수 변환부에 복조 주파수를 공급하는 가변 주파수 발진부와,
    주파수 변환부주파수 변환부가변 주파수 발진부가 발진하는 주파수를 가변시키면서 아날로그/디지털 변환부의 출력을 분석하여 레이더 파형 신호의 주파수 변화의 프로파일을 결정하는 프로파일 분석부;
    를 포함하는 레이더 모의 타겟 장치.
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