KR102204839B1 - 레이더를 이용한 표적 검출 장치 및 표적을 검출하는 방법 - Google Patents

레이더를 이용한 표적 검출 장치 및 표적을 검출하는 방법 Download PDF

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Abstract

레이더를 이용한 표적 검출 장치 및 표적을 검출하는 방법이 제공된다.
기저 대역의 주파수 변조 연속 파형(Frequency Modulated Continuous Waveform; FMCW)을 생성하여 일정 주파수 대역의 신호로 변환하고, 일정 주파수 대역의 신호를 레이더를 통해 표적으로 방사시키는 송신기, 표적에서 반사된 신호를 다중 배열 안테나의 각 안테나 별로 수신하고, 각 안테나 별로 수신한 신호를 기초로 표적에 대한 정보를 추정하는 수신기, 및 송신기와 수신기의 동작을 제어하는 프로세서를 포함하는 표적 검출 장치를 제공할 수 있다.

Description

레이더를 이용한 표적 검출 장치 및 표적을 검출하는 방법{APPARATUS AND METHOD OF DETECTING TARGET USING RADAR}
본 발명은 레이더를 이용하여 표적의 거리, 속도, 방향각을 검출하는 표적 검출 장치 및 표적을 검출하는 방법에 관한 것이다.
최근 출시되는 자동차는 운전자 보호 및 사고 경감을 위한 다양한 차량용 능동 안전 시스템을 탑재하는 추세이다. 이러한 차량용 능동 안전 시스템을 위해서는 외부 환경을 인식하는 센서들이 필요한데, 그 중 레이더 센서(Radar sensor)가 널리 사용되고 있다. 레이더 센서는 외부 환경을 인식하는 다른 센서들에 비해 날씨나 외부 환경에 강인한 특성을 가지고 있기 때문이다.
레이더의 변조 방식 중에는 제작이 용이하고, 차량 정보를 검출하는 성능이 뛰어난 77GHz 대역에서 동작하는 주파수 변조 연속 파형(Frequency Modulated Continuous Waveform; FMCW) 방식이 주로 사용되고 있다. 주파수 변조 연속 파형(FMCW) 변조 방식을 이용하는 레이더는 주파수가 선형적으로 변조된 첩(chirp) 신호를 송신하여 표적, 즉 타겟 차량의 거리와 속도를 측정한다. 또한, 주파수 변조 연속 파형(FMCW) 변조 방식을 이용하는 레이더는 주로 톱니파(saw tooth wave) 형태로 주파수 변조를 하거나, 주파수 상승 첩과 하강 첩 형태의 삼각파 주파수 변조된 파형을 전송한다.
일 실시예에 따르면, 근거리 레이더 및 장거리 레이더를 모두 지원하는 향상된 표적 검출 성능을 가지는 효율적인 하드웨어 구조의 표적 검출 장치 및 표적을 검출하는 방법을 제공할 수 있다.
일실시예에 따르면, 표적 검출 장치는, 기저 대역의 주파수 변조 연속 파형(Frequency Modulated Continuous Waveform; FMCW)을 생성하여 일정 주파수 대역의 신호로 변환하고, 상기 일정 주파수 대역의 신호를 레이더를 통해 표적으로 방사시키는 송신기; 및 상기 표적에서 반사된 신호를 다중 배열 안테나의 각 안테나 별로 수신하고, 상기 각 안테나 별로 수신한 신호를 기초로 상기 표적에 대한 정보를 추정하는 수신기; 및 상기 송신기 및 상기 수신기의 동작을 제어하는 프로세서를 포함한다.
상기 송신기는, 상기 기저 대역의 주파수 변조 연속 파형(FMCW)을 생성하는 주파수 변조 연속 파형 생성기(FMCW Generator); 및 상기 주파수 변조 연속 파형(FMCW)을 상기 일정 주파수 대역의 신호로 변환하고, 상기 일정 주파수 대역의 신호를 상기 레이더를 통해 방사시키는 RF 송신기(transmitter)를 포함할 수 있다.
상기 프로세서는 상기 송신기가 상기 주파수 변조 연속 파형을 생성하도록 하는 시작(Start) 신호를 제공하고, 상기 수신기가 상기 송신기와 동기를 이룰 수 있도록 상기 주파수 변조 연속 파형의 각 첩(chirp) 구간의 시작 시점을 가리키는 동기(Sync) 신호를 제공할 수 있다.
상기 주파수 변조 연속 파형(Frequency Modulated Continuous Waveform; FMCW)은, 근거리 표적의 검출을 위한 제1 파형과 원거리 표적의 검출을 위한 제2 파형이 한 사이클 동안에 연속적으로 발생될 수 있다.
상기 제1 파형은 시간에 따른 주파수 변화 기울기가 서로 다른 5개의 첩(chirp)으로 구성될 수 있다.
상기 제2 파형은 시간에 따른 주파수 변화 기울기가 서로 다른 7개의 첩(chirp)으로 구성될 수 있다.
상기 수신기는, 상기 각 안테나 별로 수신한 신호를 기초로 각 구간(segment) 별 비트 주파수들을 계산하고, 상기 계산된 비트 주파수들을 이용하여 상기 표적에 대한 거리, 속도, 및 방위각을 포함하는 정보를 추정할 수 있다.
상기 수신기는, 상기 표적에서 반사된 신호를 각각 수신하는 복수 개의 안테나들을 포함하는 다중 배열 안테나(Multi-Array antenna); 상기 다중 배열 안테나의 각 안테나 별로 수신한 신호를 기저 대역의 복소 신호들로 변환하는 RF 수신기(RF receiver)들; 상기 기저 대역의 복소 신호들을 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analogue-to-Digital Converter)들; 및 상기 디지털 신호들을 처리(processing)하여 상기 표적에 대한 정보를 추정하는 레이더 신호 처리기(Radar Signal Processor)를 포함할 수 있다.
상기 RF 수신기는, 상기 송신기가 제공하는 상기 일정 주파수 대역의 신호를 상기 각 안테나 별로 수신한 신호에 곱하여 상기 기저 대역의 복소 신호로 변환할 수 있다.
상기 ADC 들의 개수는, 상기 다중 배열 안테나에 포함된 안테나의 개수에 비례할 수 있다.
상기 레이더 신호 처리기는, 상기 ADC들로부터 입력되는 직렬 비트들을 ADC 심볼 단위로 분할하고, 상기 ADC 심볼을 각 안테나의 배열 순서대로 재배열하여 출력하는 ADC 심볼 포맷기(Symbol Formatter); 상기 재배열된 ADC 심볼에서 디씨(DC) 성분을 제거하는 디씨 오프셋 제거기(DC Offset Remover); 상기 디씨 성분이 제거된 ADC 심볼에 대한 간섭 신호의 부엽(side-lobe) 레벨을 낮추는 윈도우 함수를 적용하는 제1 윈도우; 상기 제1 윈도우의 출력 신호에 기초하여 상기 각 안테나 별로 수신된 신호들을 합성하고, 상기 합성된 신호들을 빔 별로 출력하는 디지털 빔 형성기(Digital Beam Former; DBF); 상기 합성된 신호들에 대한 고속 푸리에 변환 시에 발생하는 누설 오차(Leakage Error)를 줄이는 윈도우 함수를 적용하는 제2 윈도우; 상기 제2 윈도우의 출력 신호에 대하여 고속 푸리에 변환을 수행하는 고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transformer; FFT); 상기 고속 푸리에 변환기의 출력 신호에 대하여 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 선택하는 일정 오경보 확률 검파기(Constant False Alarm Rate; CFAR); 및 상기 선택된 비트 주파수들로부터 상기 표적의 거리, 속도 및 방위각을 포함하는 정보를 추정하는 추정기(Estimator)를 포함할 수 있다.
상기 디지털 빔 형성기(DBF)는, 상기 제1 윈도우의 각 안테나 별 출력 신호에 미리 설정된 가중치 값을 이용하여 이득을 곱하고, 위상을 회전시켜 특정 방향에서 수신되는 신호를 합성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 표적 검출 장치의 수신기는 표적에서 반사된 신호를 각각 수신하는 복수 개의 안테나들을 포함하는 다중 배열 안테나(Multi-Array antenna); 상기 다중 배열 안테나의 각 안테나 별로 수신한 신호를 기저 대역의 복소 신호들로 변환하는 RF 수신기(RF receiver)들; 상기 기저 대역의 복소 신호들을 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analogue-to-Digital Converter)들; 및 상기 디지털 신호들을 기초로 특정 비트 주파수들을 계산하고, 상기 계산된 비트 주파수들을 이용하여 상기 표적에 대한 정보를 추정하는 레이더 신호 처리기(Radar Signal Processor)를 포함한다.
상기 레이더 신호 처리기는, 상기 ADC들로부터 입력되는 직렬 비트들을 ADC 심볼 단위로 분할하고, 상기 ADC 심볼을 각 안테나의 배열 순서대로 재배열하여 출력하는 ADC 심볼 포맷기(Symbol Formatter); 상기 재배열된 ADC 심볼에서 디씨(DC) 성분을 제거하는 디씨 오프셋 제거기(DC Offset Remover); 상기 디씨 성분이 제기된 ADC 심볼에 대한 간섭 신호의 부엽(side-lobe) 레벨을 낮추는 윈도우 함수를 적용하는 제1 윈도우; 상기 제1 윈도우의 출력 신호에 기초하여 상기 각 안테나 별로 수신된 신호들을 디지털 연산을 통해 특정 방향에서 수신되는 신호들로 합성하고, 상기 합성된 신호들을 빔 별로 출력하는 디지털 빔 형성기(Digital Beam Former; DBF); 상기 합성된 신호들에 대한 고속 푸리에 변환 시에 발생하는 누설 오차(Leakage Error)를 줄이는 윈도우 함수를 적용하는 제2 윈도우; 상기 제2 윈도우의 출력 신호에 대하여 고속 푸리에 변환을 수행하는 고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transformer; FFT); 상기 고속 푸리에 변환기의 출력 신호에 대하여 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 선택하는 일정 오경보 확률 검파기(Constant False Alarm Rate; CFAR); 및 상기 선택된 비트 주파수들로부터 상기 표적의 거리, 속도 및 방위각을 포함하는 정보를 추정하는 추정기(Estimator)를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 표적을 검출하는 방법은 기저 대역의 주파수 변조 연속 파형(Frequency Modulated Continuous Waveform; FMCW)을 생성하는 단계; 상기 주파수 변조 연속 파형을 일정 주파수 대역의 신호로 변환하여 레이더를 통해 표적으로 방사시키는 단계; 상기 표적에서 반사된 신호를 다중 배열 안테나의 각 안테나 별로 수신하는 단계; 상기 각 안테나 별로 수신한 신호를 기초로 특정 비트 주파수들을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 비트 주파수들을 이용하여 상기 표적에 대한 정보를 추정하는 단계를 포함한다.
상기 주파수 변조 연속 파형(FMCW)의 각 첩(chirp) 구간의 시작 시점을 가리키는 동기(sync) 신호를 수신기로 제공하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 특정 비트 주파수들을 선택하는 단계는, 상기 다중 배열 안테나의 각 안테나 별로 수신한 신호를 기저 대역의 복소 신호들로 변환하는 단계; 상기 기저 대역의 복소 신호들을 디지털 신호로 변환하는 단계; 및 상기 디지털 신호들을 처리(processing)하여 상기 특정 비트 주파수들을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 특정 비트 주파수들을 선택하는 단계는, 상기 디지털 신호들의 직렬 비트들을 ADC 심볼 단위로 분할하고, 상기 ADC 심볼을 각 안테나의 배열 순서대로 재배열하는 단계; 상기 재배열된 ADC 심볼에서 디씨(DC) 성분을 제거하는 단계; 상기 디씨 성분이 제기된 ADC 심볼에 대한 간섭 신호의 부엽(side-lobe) 레벨을 낮추는 제1 윈도우 함수를 적용하는 단계; 상기 제1 윈도우 함수의 적용 결과에 기초하여 상기 각 안테나 별로 수신된 신호들을 합성하는 단계; 상기 합성된 신호들에 대한 고속 푸리에 변환 시에 발생하는 누설 오차(Leakage Error)를 줄이는 제2 윈도우 함수를 적용하는 단계; 상기 제2 윈도우 함수의 적용 결과에 대하여 고속 푸리에 변환을 수행하는 단계; 및 상기 고속 푸리에 변환의 수행 결과에 대하여 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 선택하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 측에 따르면, 근거리 레이더를 이용한 표적 검출과 장거리 레이더를 이용한 표적 검출을 동시에 지원할 수 있는 표적 검출 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 일 측에 따르면, 잡음 및 클러터(clutter) 환경에서 우수한 검출 성능을 얻을 수 있는 표적 검출 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측에 따르면, 레이더 장치 내의 구성 요소들을 시스템-온-칩(System on Chip; SoC)으로 구현하여 소형화 및 저전력화 한 표적 검출 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 전방 표적이 근접하는 경우, 송신파, 반사파 및 비트(beat) 주파수의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일실시예에 따른 레이더를 이용하는 표적 검출 장치의 전체 블록도이다.
도 3은 일실시예에 따른 표적 검출 장치에서 사용하는 주파수 변조 연속 파형(FMCW)의 한 사이클(Cycle)동안에 발생하는 주파수 변화를 나타낸 도면이다.
도 4는 일실시예에 따른 표적 검출 장치의 레이더 신호 처리기의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 5는 일실시예에 따른 표적 검출 장치의 ADC 심볼 포맷기의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 6은 도 5의 ADC 심볼 포맷기(500)의 동작을 타이밍도로 나타낸 도면이다.
도 7은 일실시예에 따른 표적 검출 장치의 DC 옵셋 제거기(700)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 8은 일 실시예에 따른 DC 옵셋 제거기(700)에 포함된 DC 옵셋 추정기의 하드웨어 구조를 나타낸 도면이다.
도 9는 일실시예에 따른 표적 검출 장치의 디지털 빔 형성기(DBF)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 10은 일실시예에 따른 표적 검출 장치의 수신기 구조를 나타낸 블록도이다.
도 11은 일실시예에 따른 표적을 검출하는 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 12는 일실시예에 따른 표적을 검출하는 방법에서 특정 비트 주파수를 선택하는 방법을 나타낸 플로우차트이다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 본 발명이 일실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 또한, 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 전방 표적이 근접하는 경우, 송신파, 반사파 및 비트(beat) 주파수의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 전방 표적이 근접하는 경우의 송신파, 반사파 및 비트(beat) 주파수의 형태가 도시된다.
연속 파형의 주파수 변조 방식을 사용하는 레이더 시스템에서는 목표물, 즉 표적(target)으로부터 반사되는 신호로부터 정보를 추출하기 위해 비트 주파수(f b )를 추정한다. 즉, 이동 및 고정 물체의 탐지와 속도 등을 알아내기 위하여 거리 및 속도에 의한 주파수 변이를 식별하여야 하므로 수신단에서의 비트 스펙트럼의 추정이 중요하다. 수신단에서는 거리 별 도플러 스펙트럼을 분석함으로써 표적의 거리 및 속도 정보를 추출할 수 있다.
비트 주파수(f b )는 아래의 <수학식 1>과 같이 송신파의 주파수(f tx )와 반사파의 주파수(f rx )의 차이를 의미한다.
Figure 112014013146677-pat00001
<수학식 1>에서 송신파의 주파수(f tx )는 송신된 첩(chirp)의 주파수를 나타내고, 반사파의 주파수(f rx )는 수신된 에코(echo) 신호의 주파수를 나타낸다.
이때, 표적과의 거리에 의한 주파수 값(f r )과 도플러 주파수(f d )는 아래의 <수학식 2>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014013146677-pat00002
<수학식 2>에서
Figure 112014013146677-pat00003
는 주파수 상승 첩(chirp)에서의 비트 주파수이고,
Figure 112014013146677-pat00004
는 주파수 하강 첩에서의 비트 주파수이다.
최종적으로, 수신단에서는 표적과의 거리에 의한 주파수 값(f r )과 도플러 주파수(f d )를 이용하여 아래의 <수학식 3>과 같이 표적의 속도(V)와 거리(R)를 구할 수 있다.
Figure 112014013146677-pat00005
여기서 c는 전파 속도, T는 주파수 스윕(sweep) 시간, B는 변조 대역폭(Bandwidth)을 의미한다.
도 2는 일실시예에 따른 레이더를 이용하는 표적 검출 장치의 전체 블록도이다.
도 2를 참조하면, 일실시예에 따른 표적 검출 장치(200)는 송신기(210), 프로세서(230), 및 수신기(250)를 포함할 수 있다.
송신기(210)는 기저 대역의 주파수 변조 연속 파형(Frequency Modulated Continuous Waveform; FMCW)을 생성하여 일정 주파수 대역(예를 들어, 77GHz 대역)의 신호로 변환하고, 일정 주파수 대역의 신호를 레이더를 통해 표적으로 방사할 수 있다.
송신기(210)는 주파수 변조 연속 파형 생성기(FMCW Generator)(213) 및 RF 송신기(RF transmitter)(215)를 포함할 수 있다.
프로세서(230)는 송신기(210)와 수신기(250)의 동작을 제어하는 역할을 수행한다.
프로세서(230)는 송신기(210)의 주파수 변조 연속 파형 생성기(213)에게 시작 신호를 제공하고, 수신기(250)에게 주파수 변조 연속 파형(FMCW)의 각 첩(chirp) 구간의 시작 시점을 가리키는 동기(sync) 신호를 제공할 수 있다.
주파수 변조 연속 파형 생성기(FMCW Generator)(213)는 기저 대역의 주파수 변조 연속 파형(FMCW)을 생성할 수 있다. 주파수 변조 연속 파형 생성기(213)는 예를 들어, 도 3과 같이 주파수가 변조되는 주파수 변조 연속 파형(FMCW)을 생성할 수 있다. 주파수 변조 연속 파형 생성기(213)가 생성하는 주파수 변조 연속 파형(FMCW)에 대하여는 도 3을 참조하여 설명한다.
RF 송신기(RF transmitter)(215)는 주파수 변조 연속 파형 생성기(213)가 생성한 기저 대역의 주파수 변조 연속 파형(FMCW)을 일정 주파수 대역(예를 들어, 77GHz 대역)의 신호로 변환할 수 있다. 일정 주파수 대역의 신호는 송신 레이더를 통해 표적으로 방사될 수 있다.
송신 레이더를 통해 방사된 주파수 변조 연속 파형(FMCW)은 표적에 맞고 반사되어 수신기(250)의 다중 배열 안테나(251)를 통해 수신될 수 있다.
수신기(250)는 표적에서 반사된 신호를 다중 배열 안테나(251)의 각 안테나 별로 수신하고, 각 안테나 별로 수신한 신호를 기초로 표적에 대한 정보(예를 들어, 표적과의 거리, 표적의 속도 및 표적의 방위각)을 추정할 수 있다. 또한, 수신기(250)는 각 안테나 별로 수신한 신호를 기초로 각 구간(segment) 별 비트 주파수들을 계산하고, 계산된 비트 주파수들을 이용하여 표적에 대한 정보를 추정할 수 있다.
수신기(250)는 다중 배열 안테나(Multi-Array antenna)(251), RF 수신기(RF receiver)(253)들, ADC(Analogue-to-Digital Converter)(255)들, 및 레이더 신호 처리기(Radar Signal Processor)(257)를 포함할 수 있다.
다중 배열 안테나(Multi-Array antenna)(251)는 표적에서 반사된 신호를 각각 수신하는 복수 개의 안테나들을 포함할 수 있다.
RF 수신기(RF receiver)(253)들은 다중 배열 안테나(251)의 각 안테나 별로 수신한 신호를 기저 대역의 복소 신호들로 변환할 수 있다. 이때, 다중 배열 안테나(251)의 각 안테나를 통해 수신된 신호는 RF 송신기(215)가 제공하는 77GHz 대역의 주파수 변조 연속 파형(FMCW) 송신 신호와 곱해져서 I 채널과 Q 채널 성분을 가지는 기저대역 복소 신호로 변환될 수 있다.
ADC(Analogue-to-Digital Converter)(255)는 RF 수신기(253)에서 변환된 기저 대역의 복소 신호들(즉, 아날로그 신호)을 디지털 신호로 변환할 수 있다. 이때, ADC(255)들의 개수는 다중 배열 안테나(251)에 포함된 안테나의 개수에 비례할 수 있다.
레이더 신호 처리기(Radar Signal Processor)(257)는 ADC(255)들에서 변환한 디지털 신호들을 처리(processing)하여 표적에 대한 정보를 추정할 수 있다. 레이더 신호 처리기(257)는 ADC(255)에서 ADC 변환을 거친 반사 신호로부터 표적의 거리, 속도, 방위각을 계산할 수 있다. 레이더 신호 처리기(257)는 다수 개의 ADC(255)들과 직렬 버스 인터페이스(Serial Bus Interface)에 의해 연결된다. 따라서 ADC(255)들에서 변환된 신호(디지털 신호)는 1 비트씩 차례로 레이더 신호 처리기(257)에 입력될 수 있다.
도 3은 일실시예에 따른 표적 검출 장치에서 사용하는 주파수 변조 연속 파형(FMCW)의 한 사이클(Cycle)동안에 발생하는 주파수 변화를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 한 사이클 동안에 주파수 변조 연속 파형(FMCW) 중 근거리 모드(Short range mode)(SRR)에서는 근거리 표적 검출을 위한 파형이 발생되고, 원거리 모드(Long range mode)(LRR)에서는 원거리 표적 검출을 위한 파형이 발생됨을 알 수 있다. 이때, 근거리 표적을 위한 파형과 원거리 표적을 위한 파형은 연속하여 발생될 수 있다.
도 3에서 근거리 표적 검출을 위한 파형은 시간에 따른 주파수 변화 기울기가 서로 다른 5개의 첩(chirp)으로 구성될 수 있다. 그리고, 원거리 표적 검출을 위한 파형은 시간에 따른 주파수 변화 기울기가 서로 다른 7개의 첩으로 구성될 수 있다.
도 3에서 널(null) 부분은 송신기가 주파수 변조 연속 파형(FMCW)을 송신하기 전에 프로세서가 송신기와 수신기를 제어하기 위한 시간 구간으로서, 예를 들어, 0.2ms 값을 가질 수 있다.
도 4는 일실시예에 따른 표적 검출 장치의 레이더 신호 처리기(257)의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리기(400)는 ADC 심볼 포맷기(ADC Symbol Formatter)(410), DC 옵셋 제거기(DC Offset Remover)(420), 제1 윈도우(430), 디지털 빔 형성기(Digital Beam Former; DBF)(440), 제2 윈도우(450), 고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transformer; FFT)(460), 일정 오경보 확률 검파기(Constant False Alarm Rate; CFAR) (470), 및 추정기(Estimator)(480)를 포함할 수 있다.
ADC 심볼 포맷기(ADC Symbol Formatter)(410)는 ADC(255)들로부터 입력되는 직렬 비트들을 모아 ADC 심볼 단위로 분할한 후, ADC 심볼을 각 안테나의 배열 순서대로 재배열하여 출력할 수 있다.
DC 옵셋 제거기(DC Offset Remover)(420)는 ADC 심볼 포맷기(410)에 의해 각 안테나의 배열 순서대로 재배열된 ADC 심볼에서 디씨(DC) 성분을 제거할 수 있다.
제1 윈도우(430)는 DC 옵셋 제거기(420)에 의해 디씨(DC) 성분이 제거된 ADC 심볼에 대한 간섭 신호의 부엽(side-lobe) 레벨을 낮추는 제1 윈도우 함수(window function)를 적용할 수 있다. 제1 윈도우(430)는 예를 들어, 해밍(Hamming) 윈도우, 또는 체비셔프(Chebyshev) 윈도우 등과 같은 제1 윈도우 함수를 이용하여 간섭 신호의 부엽 레벨을 낮출 수 있다. 제1 윈도우(430)는 디지털 빔 형성기(DBF)(440)에서 디지털 빔(digital beam)을 형성하기에 앞서 제1 윈도우 함수(window function)를 적용하므로, 제1 윈도우(430)는 'DBF 윈도우(Digital Beam Former(DBF) Window)'라고도 부를 수 있다.
일반적으로 주파수 변조 방식의 연속 파형을 사용하는 레이더 시스템에서는 이동하는 표적의 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 푸리에 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, 표적으로부터 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.
디지털 빔 형성기(Digital Beam Former; DBF)(440)는 제1 윈도우(430)의 출력 신호에 기초하여 각 안테나 별로 수신된 신호들을 합성하고, 합성된 신호들을 빔 별로 출력할 수 있다. 디지털 빔 형성기(DBF)(440)는 제1 윈도우(430)의 각 안테나 별 출력 신호에 미리 설정된 가중치 값을 이용하여 이득을 곱하고, 위상(phase)을 회전시켜 특정 방향에서 수신되는 신호를 합성할 수 있다. 보다 구체적으로, 디지털 빔 형성기(DBF)(440)는 미리 설정된 가중치 값을 이용하여 각 안테나 별로 수신된 신호에 대한 디지털 연산(예를 들어, 안테나 별로 수신된 각 신호에 위상을 곱하는 연산)을 수행함으로써 각 안테나 별로 수신된 신호들을 합성할 수 있다. 이때, 미리 설정된 가중치 값은 각 안테나 별로 수신된 신호에 대한 가중치일 수 있다.
제2 윈도우(450)는 디지털 빔 형성기(DBF)(440)에서 합성된 신호들에 대한 고속 푸리에 변환 시에 발생하는 누설 오차(Leakage Error)를 줄이는 제2 윈도우 함수를 적용할 수 있다.
고속 푸리에 변환은 일종의 이산 푸리에 변환(Discrete Fourier Transform; DFT)으로서, 기억 용량의 제한으로 인해 실제로는 충분한 시간, 즉 무한한 시간에 걸쳐 데이터를 받을 수 없다. 때문에, 주파수 영역의 데이터는 이산적인 성질을 가지게 된다. 이와 같은 주파수의 불연속으로 인하여 스펙트럼 상에는 시간 신호와 실제 주파수 간의 오차가 발생하게 된다. 이때, 시간 신호와 실제 주파수 간에 발생하는 오차를 누설 오차(Leakage Error)라고 한다.
제2 윈도우(450)는 예를 들어, 해밍(Hamming) 윈도우, 해닝(Hanning) 윈도우 또는 체비셔프(Chebyshev) 윈도우 등과 같은 제2 윈도우 함수를 이용하여 누설 오차를 줄일 수 있다. 제2 윈도우(450)는 고속 푸리에 변환기(FFT)(460)에서의 고속 푸리에 변환에 앞서 제2 윈도우 함수를 적용하므로 'FFT 윈도우(Fast Fourier Transform(FFT)'라고도 부를 수 있다.
고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transformer; FFT)(460)는 제2 윈도우(450)의 출력 신호에 대하여 고속 푸리에 변환을 수행할 수 있다.
일정 오경보 확률 검파기(Constant False Alarm Rate; CFAR)(470)는 고속 푸리에 변환기(460)의 출력 신호에 대하여 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 선택할 수 있다. 일정 오경보 확률 검파기(CFAR)(470)는 가변적인 잡음과 클러터 환경에서 가변적인 검출 임계값을 적용하여 오경보율을 일정하게 유지하면서 클러터를 제거하고, 의미있는 비트 주파수를 선택하는 역할을 수행한다.
일정 오경보 확률 검파기(CFAR)(470)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 있다.
추정기(Estimator)(480)는 일정 오경보 확률 검파기(CFAR)(470)에서 선택된 비트 주파수들로부터 표적의 거리, 속도 및 방위각를 포함하는 정보를 추정할 수 있다.
이하의 실시예들에서 수신 안테나의 개수, 즉 다중 배열 안테나(Multi-Array antenna)에 포함된 안테나의 개수는 8개이고, ADC는 4 채널을 지원하며, 16 비트 샘플링(sampling)을 수행한다고 가정한다.
도 5는 일실시예에 따른 표적 검출 장치의 ADC 심볼 포맷기(410)의 구조를 나타낸 블록도이다.
도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 ADC 심볼 포맷기(500)는 ADC(255)들로부터 입력되는 직렬 비트들을 모아 ADC 심볼 단위로 분할한 후, 각 안테나의 배열 순서대로 ADC 심볼을 재배열하여 출력한다. 이때, 각 ADC(255)로부터 ADC 심볼 포맷기(500)로 입력되는 직렬 비트들은 SPI_D0, SPI_D1, SPI_D2, SPI_D3이다. 직렬 비트들은 직렬-to-병렬 변환기(Serial to Parallel(S/P))(510)들을 거쳐 각각 4 채널의 16비트 ADC 심볼에 해당하는 64 비트 데이터 단위로 심볼 구분기(Segmentation)(520)들에게 전송될 수 있다.
심볼 구분기(520)들에서 각각의 64 비트 데이터는 16 비트 단위로 분할되어 다중화기(Multiplexer; MUX)(530)로 입력된다. ADC 심볼 포맷기(410)는 다중화기(530)를 제어하여 각 안테나의 배열 순으로 해당 16 비트 ADC 심볼이 순차적으로 출력되도록 한다. 이 동작을 타이밍도로 나타내면 아래의 도 6과 같다.
도 6은 일실시예에 따른 도 5의 ADC 심볼 포맷기(500)의 동작을 타이밍도로 나타낸 도면이다.
도 6은 ADC가 4 채널을 동시에 처리한다고 가정할 때에, 8개의 안테나에서 수신된 8개의 I 심볼과 8개의 Q 심볼을 디지털 심볼로 변환하기 위해 4개의 ADC가 필요하다.
이때, 4개의 ADC는 16 비트 심볼 4개에 해당하는 64 비트의 비트 스트림(D63, D62, D61, .. ,D0)인 SPI_DI0, SPI_DI1, SPI_DI2, SPI_DI3를 각각 출력한다. 64 비트의 ADC 출력들은 각각 심볼 구분기(520)를 통해 SPI_DI0는 ADIs0a0, ADIs0a1, ADIs0a2, ADIs0a3로 구분되고, SPI_DI1은 ADIs0a4, ADIs0a5, ADIs0a6, ADIs0a7로 구분되고, SPI_DI2는 ADQs0a0, ADQs0a1, ADQs0a2, ADQs0a3로 구분되고, SPI_DI3은 ADQs0a4, ADQs0a5, ADQs0a6, ADQs0a7로 구분된다.
이때, ADIs0a0에서 아랫 첨자 s0는 ADC 심볼 번호 0을 의미하고, a0는 안테나 0번을 의미하며, ADI는 ADC의 I 채널 심볼을 의미한다. 또한, ADQs0a4에서 ADQ는 ADC의 Q 채널 심볼을 의미한다.
다중화기(530)를 통해 ADC_I 신호에는 ADIs0a0, ADIs0a1, ADIs0a2, ADIs0a3, ADIs0a4, ADIs0a5, ADIs0a6, ADIs0a7가 순차적으로 출력되고, ADC_Q 신호에는 ADQs0a0, ADQs0a1, ADQs0a2, ADQs0a3, ADQs0a4, ADQs0a5, ADQs0a6, ADQs0a7가 순차적으로 출력된다. 이때 ADC_VAL 신호는 ADC_I와 ADC_Q 신호가 유효한 값을 갖는 구간을 표시해 준다.
도 7은 일실시예에 따른 표적 검출 장치의 DC 옵셋 제거기의 구조를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 DC 옵셋 제거기(700)는 각 안테나 별 수신 신호에서 DC 옵셋 성분을 제거한다.
DC 옵셋 성분 Vo를 추정하기 위해서는 입력 Vi와 출력 Vo의 차에 상수 k를 곱하여 누적시키면 일정 시간이 흐른 후에 Vo는 DC 옵셋 값에 수렴하게 된다. 이를 수식으로 표현하면 다음의 <수학식 4>와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112014013146677-pat00006
여기서, 0 ≤ n 인 자연수이다.
<수학식 4>를 이용하는 DC 옵셋 추정기(미도시)의 하드웨어 구조를 나타내면 도 8과 같다.
ADC 심볼들은 안테나 순서대로 순차적으로 DC 옵셋 제거기(700)로 입력될 수 있다. 그리고, DC 옵셋 제거기(700)는 도 7과 같은 간단한 하드웨어 구조를 통해 시분할 동작으로 8개의 수신 안테나 각각의 수신 신호에서 DC 옵셋(DC Offset)을 제거할 수 있다.
DC 옵셋 제거기(700)에서 내부의 레지스터들(740)는 각각 하나의 안테나에 할당될 수 있다. 그리고, DC 옵셋 제거기(700)는 역다중화기(DEMultiplexer; DEMUX)(730)와 다중화기(MUX)(750)를 제어하여 각 안테나의 ADC 심볼이 대응되는 각 레지스터에 연결되도록 할 수 있다. DC 옵셋 제거기(700)는 예를 들어, 안테나 0번의 ADC 심볼이 입력되는 동안, 레지스터 0가 연결되고, 안테나 1번의 ADC 심볼이 입력되는 동안, 레지스터 1이 연결되고, 안테나 n번의 ADC 심볼이 입력되는 동안에는 레지스터 n이 연결되도록 할 수 있다.
쉬프터(Shifter)(710)는 shift right 동작을 함으로써 2의 승수에 대한 나눗셈 연산을 대신할 수 있다.
도 8은 일 실시예에 따른 DC 옵셋 추정기의 하드웨어 구조를 나타낸 도면이다.
도 8을 참조하면, <수학식 4>의 연산을 수행하여 DC 옵셋 값을 추정하는 DC 옵셋 추정기가 개시된다.
도 8에서, Vo는 추정된 DC 옵셋 값이고, 입력 Vi와 출력 Vo의 차(Vi - Vo)는 입력 Vi에서 DC 옵셋을 제거된 값에 해당한다.
도 9는 일실시예에 따른 표적 검출 장치의 디지털 빔 형성기(DBF)(900)의 구조를 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 일실시예에 따른 디지털 빔 형성기(DBF)(900)는 다중 배열 안테나(보다 구체적으로는 제1 윈도우)로부터 수신된 각각의 신호에 위상을 곱하는 디지털 연산에 의해 여러 각도(방위각)에서 수신된 신호들을 합성하여 빔 별로 출력할 수 있다.
도 9에서 DI-n 은 n 번째 안테나에서 수신된 신호이고,
Figure 112014013146677-pat00007
는 k 번째 안테나의 수신 신호에 대한 가중치 값이다. 이때
Figure 112014013146677-pat00008
은 K 개의 안테나 배열 구조에서 각각의 안테나에 대한 가중치 값이며, 이 가중치 세트에 의해 특정 방향의 빔 출력이 만들어진다. 따라서, 디지털 빔 형성기(DBF)(900)가 형성하려는 빔의 개수만큼 가중치 세트 값이 필요하다.
도 10은 일실시예에 따른 표적 검출 장치의 수신기 구조를 나타낸 블록도이다.
도 10을 참조하면, 일실시예에 따른 표적 검출 장치의 수신기(1000)는 다중 배열 안테나(Multi-Array antenna)(1010), RF 수신기(RF receiver)들(1020), ADC(Analogue-to-Digital Converter)들(1030) 및 레이더 신호 처리기(Radar Signal Processor)(1040)를 포함할 수 있다.
다중 배열 안테나(1010)는 표적에서 반사된 신호를 각각 수신하는 복수 개의 안테나들을 포함할 수 있다.
RF 수신기들(1020)은 다중 배열 안테나(1010)의 각 안테나 별로 수신한 신호를 기저 대역의 복소 신호들로 변환할 수 있다.
ADC들(1030)은 RF 수신기들(1020)에서 변환된 기저 대역의 복소 신호들을 디지털 신호로 변환할 수 있다.
레이더 신호 처리기(1040)는 ADC들(1030)에서 변환된 디지털 신호들을 기초로 특정 비트 주파수들을 선택하고, 선택된 비트 주파수들을 이용하여 표적에 대한 정보를 추정할 수 있다.
레이더 신호 처리기(1040)는 ADC 심볼 포맷기(Symbol Formatter), 디씨 오프셋 제거기(DC Offset Remover), 제1 윈도우, 디지털 빔 형성기(Digital Beam Former; DBF), 제2 윈도우, 고속 푸리에 변환기(FFT), 일정 오경보 확률 검파기(Constant False Alarm Rate; CFAR), 및 추정기(Estimator)를 포함할 수 있다. 레이더 신호 처리기(1040)의 각 구성 요소는 도 4의 레이더 신호 처리기(400)의 구성 요소와 동일하므로 해당 부분의 설명을 참조하기로 한다.
도 11은 일실시예에 따른 표적을 검출하는 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 11을 참조하면, 일실시예에 따른 표적을 검출하는 장치(이하, '검출 장치')는 기저 대역의 주파수 변조 연속 파형(FMCW)을 생성할 수 있다(1110). 검출 장치는 내부의 타이밍 제어기(Timing Controller)가 제공하는 타이밍 정보를 제공받아 주파수 변조 연속 파형(FMCW)을 생성할 수 있다. 또한, 타이밍 제어기(Timing Controller)는 주파수 변조 연속 파형(FMCW)을 생성하는 데에 필요한 타이밍 정보를 제공하는 동시에, 주파수 변조 연속 파형(FMCW)의 각 첩(chirp) 구간의 시작 시점을 가리키는 기준 펄스 신호를 수신기로 제공할 수 있다.
검출 장치는 단계(1110)에서 생성된 주파수 변조 연속 파형을 일정 주파수 대역의 신호로 변환하여 레이더를 통해 표적으로 방사시킬 수 있다(1120).
검출 장치는 표적에서 반사된 신호를 다중 배열 안테나의 각 안테나 별로 수신할 수 있다(1130).
검출 장치는 각 안테나 별로 수신한 신호를 기초로 특정 비트 주파수들을 선택할 수 있다(1140). 단계(1140)에서, 검출 장치는 다중 배열 안테나의 각 안테나 별로 수신한 신호를 기저 대역의 복소 신호들로 변환하고, 기저 대역의 복소 신호들을 디지털 신호로 변환할 수 있다. 그 후, 검출 장치는 디지털 신호들을 처리(processing)하여 특정 비트 주파수들을 선택할 수 있다. 단계(1140)에서, 검출 장치가 특정 비트 주파수를 선택하는 구체적인 방법은 도 12를 참조하여 설명한다.
검출 장치는 단계(1140)에서 선택된 비트 주파수들을 이용하여 표적에 대한 정보를 추정할 수 있다(1150). 이때, 표적에 대한 정보는 예를 들어, 표적과의 거리, 속도 및 방위각 등을 포함할 수 있다.
도 12는 일실시예에 따른 표적을 검출하는 방법에서 특정 비트 주파수를 선택하는 방법을 나타낸 플로우차트이다.
도 12를 참조하면, 일실시예에 따른 표적을 검출하는 장치(이하, '검출 장치')는 디지털 신호들의 직렬 비트들을 ADC 심볼 단위로 분할하고, ADC 심볼을 각 안테나의 배열 순서대로 재배열할 수 있다(1210).
검출 장치는 재배열된 ADC 심볼에서 디씨(DC) 성분을 제거할 수 있다(1220).
검출 장치는 단계(1220)에서 디씨 성분이 제기된 ADC 심볼에 대한 간섭 신호의 부엽(side-lobe) 레벨을 낮추는 제1 윈도우 함수를 적용할 수 있다(1230).
검출 장치는 제1 윈도우 함수의 적용 결과에 기초하여 각 안테나 별로 수신된 신호들을 합성할 수 있다(1240).
검출 장치는 단계(1240)에서 합성된 신호들에 대한 고속 푸리에 변환 시에 발생하는 누설 오차(Leakage Error)를 줄이는 제2 윈도우 함수를 적용할 수 있다(1250).
검출 장치는 제2 윈도우 함수의 적용 결과에 대하여 고속 푸리에 변환을 수행할 수 있다(1260).
검출 장치는 고속 푸리에 변환의 수행 결과에 대하여 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 선택할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
210: 송신기
211: 타이밍 제어기(Timing Controller)
213: 주파수 변조 연속 파형 생성기(FMCW Generator)
215: RF 송신기(RF transmitter)
250: 수신기
251: 다중 배열 안테나(Multi-Array antenna)
253: RF 수신기(RF receiver)(253)
255: ADC(Analogue-to-Digital Converter)
257: 레이더 신호 처리기(Radar Signal Processor)

Claims (18)

  1. 기저 대역의 주파수 변조 연속 파형(Frequency Modulated Continuous Waveform; FMCW)을 생성하여 일정 주파수 대역의 신호로 변환하고, 상기 일정 주파수 대역의 신호를 레이더를 통해 표적으로 방사시키는 송신기;
    상기 표적에서 반사된 신호를 다중 배열 안테나의 각 안테나 별로 수신하고, 상기 각 안테나 별로 수신한 신호를 기초로 상기 표적에 대한 정보를 추정하는 수신기; 및
    상기 송신기 및 상기 수신기의 동작을 제어하는 프로세서
    를 포함하고,
    상기 수신기는
    상기 다중 배열 안테나의 각 안테나 별로 수신한 신호를 기초로 변환된 기저 대역의 복소 신호들을 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analogue-to-Digital Converter)들; 및
    상기 디지털 신호들을 처리하여 상기 표적에 대한 정보를 추정하는 레이더 신호 처리기
    를 포함하고,
    상기 레이더 신호 처리기는
    상기 ADC들로부터 입력되는 직렬 비트들을 ADC 심볼 단위로 분할하고, 상기 ADC 심볼을 각 안테나의 배열 순서대로 재배열하여 출력하는 ADC 심볼 포맷기(Symbol Formatter);
    상기 재배열된 ADC 심볼에서 디씨(DC) 성분을 제거하는 디씨 오프셋 제거기(DC Offset Remover);
    상기 디씨 성분이 제거된 ADC 심볼에 대한 간섭 신호의 부엽(side-lobe) 레벨을 낮추는 윈도우 함수를 적용하는 제1 윈도우; 및
    상기 제1 윈도우의 출력 신호에 기초하여 상기 각 안테나 별로 수신된 신호들을 합성하고, 상기 합성된 신호들을 빔 별로 출력하는 디지털 빔 형성기(Digital Beam Former; DBF)
    를 포함하는, 표적 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 송신기는,
    상기 기저 대역의 주파수 변조 연속 파형(FMCW)을 생성하는 주파수 변조 연속 파형 생성기(FMCW Generator); 및
    상기 주파수 변조 연속 파형(FMCW)을 상기 일정 주파수 대역의 신호로 변환하고, 상기 일정 주파수 대역의 신호를 상기 레이더를 통해 방사시키는 RF 송신기(transmitter)
    를 포함하는, 표적 검출 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 프로세서는,
    상기 송신기가 상기 주파수 변조 연속 파형을 생성하도록 하는 시작(Start) 신호를 제공하고,
    상기 수신기가 상기 송신기와 동기를 이룰 수 있도록 상기 주파수 변조 연속 파형의 각 첩(chirp) 구간의 시작 시점을 가리키는 동기(Sync) 신호를 제공하는, 표적 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 주파수 변조 연속 파형(Frequency Modulated Continuous Waveform; FMCW)은,
    근거리 표적의 검출을 위한 제1 파형과 원거리 표적의 검출을 위한 제2 파형이 한 사이클 동안에 연속적으로 발생되는, 표적 검출 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 파형은
    시간에 따른 주파수 변화 기울기가 서로 다른 5개의 첩(chirp)으로 구성되는, 표적 검출 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 제2 파형은
    시간에 따른 주파수 변화 기울기가 서로 다른 7개의 첩(chirp)으로 구성되는, 표적 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 수신기는,
    상기 각 안테나 별로 수신한 신호를 기초로 각 구간(segment) 별 비트 주파수들을 계산하고, 상기 계산된 비트 주파수들을 이용하여 상기 표적에 대한 거리, 속도 및 방위각을 포함하는 정보를 추정하는, 표적 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 수신기는,
    상기 표적에서 반사된 신호를 각각 수신하는 복수 개의 안테나들을 포함하는 다중 배열 안테나(Multi-Array antenna); 및
    상기 다중 배열 안테나의 각 안테나 별로 수신한 신호를 기저 대역의 복소 신호들로 변환하는 RF 수신기(RF receiver)들
    을 더 포함하는, 표적 검출 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 RF 수신기들은,
    상기 송신기가 제공하는 상기 일정 주파수 대역의 신호를 상기 각 안테나 별로 수신한 신호에 곱하여 상기 기저 대역의 복소 신호로 변환하는, 표적 검출 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 ADC 들의 개수는,
    상기 다중 배열 안테나에 포함된 안테나의 개수에 비례하는, 표적 검출 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 레이더 신호 처리기는,
    상기 디지털 빔 형성기에서 합성된 신호들에 대한 고속 푸리에 변환 시에 발생하는 누설 오차(Leakage Error)를 줄이는 윈도우 함수를 적용하는 제2 윈도우;
    상기 제2 윈도우의 출력 신호에 대하여 고속 푸리에 변환을 수행하는 고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transformer; FFT);
    상기 고속 푸리에 변환기의 출력 신호에 대하여 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 선택하는 일정 오경보 확률 검파기(Constant False Alarm Rate; CFAR); 및
    상기 선택된 비트 주파수들로부터 상기 표적의 거리, 속도 및 방위각을 포함하는 정보를 추정하는 추정기(Estimator)
    를 더 포함하는, 표적 검출 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 디지털 빔 형성기(DBF)는,
    상기 제1 윈도우의 각 안테나 별 출력 신호에 미리 설정된 가중치 값을 이용하여 이득을 곱하고, 위상(phase)을 회전시켜 특정 방향에서 수신되는 신호를 합성하는, 표적 검출 장치.
  13. 표적에서 반사된 신호를 각각 수신하는 복수 개의 안테나들을 포함하는 다중 배열 안테나(Multi-Array antenna);
    상기 다중 배열 안테나의 각 안테나 별로 수신한 신호를 기저 대역의 복소 신호들로 변환하는 RF 수신기(RF receiver)들;
    상기 기저 대역의 복소 신호들을 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analogue-to-Digital Converter)들; 및
    상기 디지털 신호들을 기초로 특정 비트 주파수들을 계산하고, 상기 계산된 비트 주파수들을 이용하여 상기 표적에 대한 정보를 추정하는 레이더 신호 처리기(Radar Signal Processor)
    를 포함하고,
    상기 레이더 신호 처리기는
    상기 ADC들로부터 입력되는 직렬 비트들을 ADC 심볼 단위로 분할하고, 상기 ADC 심볼을 각 안테나의 배열 순서대로 재배열하여 출력하는 ADC 심볼 포맷기(Symbol Formatter);
    상기 재배열된 ADC 심볼에서 디씨(DC) 성분을 제거하는 디씨 오프셋 제거기(DC Offset Remover);
    상기 디씨 성분이 제기된 ADC 심볼에 대한 간섭 신호의 부엽(side-lobe) 레벨을 낮추는 윈도우 함수를 적용하는 제1 윈도우; 및
    상기 제1 윈도우의 출력 신호에 기초하여 상기 각 안테나 별로 수신된 신호들을 디지털 연산을 통해 특정 방향에서 수신된 신호들로 합성하고, 상기 합성된 신호들을 빔 별로 출력하는 디지털 빔 형성기(Digital Beam Former; DBF)
    를 포함하는, 표적 검출 장치의 수신기.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 레이더 신호 처리기는,
    상기 디지털 빔 형성기에서 합성된 신호들에 대한 고속 푸리에 변환 시에 발생하는 누설 오차(Leakage Error)를 줄이는 윈도우 함수를 적용하는 제2 윈도우;
    상기 제2 윈도우의 출력 신호에 대하여 고속 푸리에 변환을 수행하는 고속 푸리에 변환기(Fast Fourier Transformer; FFT);
    상기 고속 푸리에 변환기의 출력 신호에 대하여 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 선택하는 일정 오경보 확률 검파기(Constant False Alarm Rate; CFAR); 및
    상기 선택된 비트 주파수들로부터 상기 표적의 거리, 속도 및 방위각을 포함하는 정보를 추정하는 추정기(Estimator)
    를 더 포함하는, 표적 검출 장치의 수신기.
  15. 기저 대역의 주파수 변조 연속 파형(Frequency Modulated Continuous Waveform; FMCW)을 생성하는 단계;
    상기 주파수 변조 연속 파형을 일정 주파수 대역의 신호로 변환하여 레이더를 통해 표적으로 방사시키는 단계;
    상기 표적에서 반사된 신호를 다중 배열 안테나의 각 안테나 별로 수신하는 단계;
    상기 각 안테나 별로 수신한 신호를 기초로 특정 비트 주파수들을 계산하는 단계; 및
    상기 계산된 비트 주파수들을 이용하여 상기 표적에 대한 정보를 추정하는 단계
    를 포함하고,
    상기 특정 비트 주파수들을 계산하는 단계는,
    상기 다중 배열 안테나의 각 안테나 별로 수신한 신호를 기초로 변환된 기저 대역의 복소 신호들을 디지털 신호로 변환하는 단계; 및
    상기 디지털 신호들을 처리(processing)하여 상기 특정 비트 주파수들을 계산하는 단계
    를 포함하고,
    상기 특정 비트 주파수들을 계산하는 단계는
    상기 디지털 신호들의 직렬 비트들을 ADC 심볼 단위로 분할하고, 상기 ADC 심볼을 각 안테나의 배열 순서대로 재배열하는 단계;
    상기 재배열된 ADC 심볼에서 디씨(DC) 성분을 제거하는 단계;
    상기 디씨 성분이 제기된 ADC 심볼에 대한 간섭 신호의 부엽(side-lobe) 레벨을 낮추는 제1 윈도우 함수를 적용하는 단계; 및
    상기 제1 윈도우 함수의 적용 결과에 기초하여 상기 각 안테나 별로 수신된 신호들을 합성하는 단계
    를 포함하는, 표적을 검출하는 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 주파수 변조 연속 파형(FMCW)의 각 첩(chirp) 구간의 시작 시점을 가리키는 동기(sync) 신호를 수신기로 제공하는 단계
    를 더 포함하는, 표적을 검출하는 방법.
  17. 삭제
  18. 제15항에 있어서,
    상기 특정 비트 주파수들을 계산하는 단계는,
    상기 합성된 신호들에 대한 고속 푸리에 변환 시에 발생하는 누설 오차(Leakage Error)를 줄이는 제2 윈도우 함수를 적용하는 단계;
    상기 제2 윈도우 함수의 적용 결과에 대하여 고속 푸리에 변환을 수행하는 단계; 및
    상기 고속 푸리에 변환의 수행 결과에 대하여 가변적인 검출 임계값을 적용하여 특정 비트 주파수들을 계산하는 단계
    를 더 포함하는, 표적을 검출하는 방법.
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