KR102277683B1 - 레이더의 주파수 변조 제어 장치 및 방법 - Google Patents

레이더의 주파수 변조 제어 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 비트 주파수를 기초로 한 거친 동조 전압을 이용하여 온라인 상태에서 레이더의 주파수 변조를 제어하는 레이더의 주파수 변조 제어 장치 및 방법을 제안한다. 본 발명에 따른 주파수 변조 제어 장치는 레이더를 구성하는 위상 고정 루프의 응답 특성을 기초로 제1 전압을 산출하는 제1 전압 산출부; 레이더에서 미리 정해진 비트 주파수를 기초로 제2 전압을 산출하는 제2 전압 산출부; 제1 전압과 제2 전압을 기초로 레이더에서 발진 주파수를 생성하는 발진 주파수 생성기의 이득을 계산하는 이득 계산부; 및 이득을 보상하여 레이더에서 주파수 변조를 제어하는 주파수 변조 제어부를 포함한다.

Description

레이더의 주파수 변조 제어 장치 및 방법 {Apparatus and method for controlling frequency modulation of radar}
본 발명은 레이더에서 주파수 변조(FM; Frequency Modulation)를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 차량용 레이더에서 주파수 변조를 제어하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로 상온 기준으로 설계된 PLL(Phase Locked Loop)의 최적 특성은 온도가 변화함에 따라 틀어지게 된다. 이는 PLL 구성 요소 중 VCO(Voltage Controlled Oscillator)의 이득이 변화하여 전체 전달 함수가 달라지기 때문이다.
이러한 특성을 변화를 효과적으로 보상하기 위한 방법으로는 VCO 내 정밀 동조 전압 이외 거친 동조 전압을 추가하는 방법으로 이득 변화를 보정하는 것이다. 즉 온도 변화에 따라 거친 동조 전압을 변화시켜 전체 전달 함수를 일정하게 유지시키는 것이다.
미국공개특허 제2008-0252383호는 PLL의 온도 변화에 따른 특성 보상을 위해 거친 동조 전압을 제어하는 방법에 관한 것으로서, 사전에 온도별 최적값을 측정하여 테이블화시킨 후 운영 중에 온도값에 따라 제어 전압을 변화시키는 방법을 제안한다.
그러나 거친 동조 전압 제어를 위한 룩업 테이블(Lookup Table)은 오프라인(Off-line)인 상태에서 사전에 작업된 것으로 향후 VCO의 물성적 특성 변화가 발생할 경우 온라인(On-line) 상태에서는 이를 보정할 수 없다. 따라서 이를 보정하기 위해서는 오프라인 상태에서 주기적인 업데이트를 수행해야 하는 불편이 따른다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 비트 주파수를 기초로 한 거친 동조 전압을 이용하여 온라인 상태에서 레이더의 주파수 변조를 제어하는 레이더의 주파수 변조 제어 장치 및 방법을 제안하는 것을 목적으로 한다.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 상기한 목적을 달성하기 위해 안출된 것으로서, 레이더를 구성하는 위상 고정 루프(PLL)의 응답 특성을 기초로 제1 전압을 산출하는 제1 전압 산출부; 상기 레이더에서 미리 정해진 비트 주파수를 기초로 제2 전압을 산출하는 제2 전압 산출부; 상기 제1 전압과 상기 제2 전압을 기초로 상기 레이더에서 발진 주파수를 생성하는 발진 주파수 생성기의 이득을 계산하는 이득 계산부; 및 상기 이득을 보상하여 상기 레이더에서 주파수 변조를 제어하는 주파수 변조 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더의 주파수 변조 제어 장치를 제안한다.
바람직하게는, 상기 제2 전압 산출부는 상기 위상 고정 루프의 잠금(lock) 가능 범위를 고려하여 상기 제2 전압을 산출한다.
바람직하게는, 상기 제2 전압 산출부는 상기 제1 전압을 기초로 생성된 제1 주파수 신호와 상기 제1 주파수 신호를 시간 지연시켜 얻은 제2 주파수 신호를 혼합하여 상기 비트 주파수를 획득한다.
바람직하게는, 상기 제2 전압 산출부는 상기 제1 주파수 신호에 기준 주파수 신호를 혼합시키고 상향 변조시키며 시간 지연시켜 상기 제2 주파수 신호를 획득한다.
바람직하게는, 상기 제2 전압 산출부는 상기 제1 주파수 신호와 상기 제2 주파수 신호를 혼합한 뒤 하향 변조시켜 상기 비트 주파수를 획득한다.
바람직하게는, 상기 제2 전압 산출부는 상기 비트 주파수를 획득하기 전일 때 상기 위상 고정 루프의 잠금 가능 범위 내에서 선택된 특정값을 설정값으로 나누어 얻은 값을 상기 제2 전압으로 산출한다.
바람직하게는, 상기 주파수 변조 제어 장치는 차량에 장착된 상기 레이더가 타겟을 검출할 때 동시에 구동된다.
바람직하게는, 상기 주파수 변조 제어 장치는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더에서 주파수 변조를 제어한다.
또한 본 발명은 레이더를 구성하는 위상 고정 루프(PLL)의 응답 특성을 기초로 제1 전압을 산출하는 단계; 상기 레이더에서 미리 정해진 비트 주파수를 기초로 제2 전압을 산출하는 단계; 상기 제1 전압과 상기 제2 전압을 기초로 상기 레이더에서 발진 주파수를 생성하는 발진 주파수 생성기의 이득을 계산하는 단계; 및 상기 이득을 보상하여 상기 레이더에서 주파수 변조를 제어하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더의 주파수 변조 제어 방법을 제안한다.
바람직하게는, 상기 제2 전압을 산출하는 단계는 상기 위상 고정 루프의 잠금(lock) 가능 범위를 고려하여 상기 제2 전압을 산출한다.
바람직하게는, 상기 제2 전압을 산출하는 단계는 상기 제1 전압을 기초로 생성된 제1 주파수 신호와 상기 제1 주파수 신호를 시간 지연시켜 얻은 제2 주파수 신호를 혼합하여 상기 비트 주파수를 획득한다.
바람직하게는, 상기 제2 전압을 산출하는 단계는 상기 제1 주파수 신호에 기준 주파수 신호를 혼합시키고 상향 변조시키며 시간 지연시켜 상기 제2 주파수 신호를 획득한다.
바람직하게는, 상기 제2 전압을 산출하는 단계는 상기 제1 주파수 신호와 상기 제2 주파수 신호를 혼합한 뒤 하향 변조시켜 상기 비트 주파수를 획득한다.
바람직하게는, 상기 제2 전압을 산출하는 단계는 상기 비트 주파수를 획득하기 전일 때 상기 위상 고정 루프의 잠금 가능 범위 내에서 선택된 특정값을 설정값으로 나누어 얻은 값을 상기 제2 전압으로 산출한다.
바람직하게는, 상기 주파수 변조 제어 방법은 차량에 장착된 상기 레이더가 타겟을 검출할 때 동시에 수행된다.
바람직하게는, 상기 주파수 변조 제어 방법은 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더에서 주파수 변조를 제어한다.
본 발명은 비트 주파수를 기초로 한 거친 동조 전압을 이용하여 온라인 상태에서 레이더의 주파수 변조를 제어함으로써 다음 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 탐지 확률 및 각도 분해능을 개선할 수 있다.
둘째, 성능 개선에 따른 운전자 안정성을 확보할 수 있다.
도 1은 FMCW 레이더에서 변조 선형성을 설명하기 위한 참고도이다.
도 2는 PLL 선형 모델을 도시한 개념도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 시스템의 내부 구성을 도시한 개념도이다.
도 4 내지 도 6은 루프 대역폭과 변조 선형성 간의 상관관계를 설명하기 위한 참고도이다.
도 7은 변조 선형성과 비트 신호 간 품질 상관관계를 설명하기 위한 참고도이다.
도 8 및 도 9는 PLL 응답 시간이 느릴 때 비트 신호 품질을 도시한 참고도이다.
도 10 및 도 11은 PLL 응답 시간이 빠를 때 비트 신호 품질을 도시한 참고도이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 시스템의 작동 방법을 설명하는 흐름도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 우선 각 도면의 구성요소들에 참조 부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다. 또한, 이하에서 본 발명의 바람직한 실시예를 설명할 것이나, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정하거나 제한되지 않고 당업자에 의해 변형되어 다양하게 실시될 수 있음은 물론이다.
FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더에서 주파수 변조 방법으로 PLL(Phase Locked Loop)을 이용한 방법이 주로 사용된다. 이는 변조 선형성이 직접 VCO(Voltage Controlled Oscillator)를 제어하는 개방형 제어 방법보다 훨씬 더 우수하기 때문이다.
일반적으로 개방형 제어는 1% 이하의 선형성을 보장하며, PLL을 이용한 피드백 구조는 0.3% 이하의 선형성을 보장한다. 이러한 주파수 변조 선형성은 레이더 시스템에서 비트 주파수의 품질을 결정하는 파라미터로 탐지 확률 및 각도 분해능을 결정하는 중요 요소가 된다.
PLL을 이용한 주파수 변조 구조에서 변조 선형성은 폐루프 시스템의 주파수 대역폭에 의해 좌우된다. 이는 시스템 전달 함수의 응답 시간으로 루프 대역폭이 넓을수록 주파수 변화에 따른 전체 응답 특성이 줄어들기 때문이다. 이러한 루프 대역폭은 시스템 잡음에 의해 무한히 확장할 수 없으며 통상적으로 PLL에서 사용하는 비교 주파수의 1/10로 대역폭을 제한한다. 이렇게 설계된 시스템의 최적 루프 대역폭은 상온 기준이며, 온도가 변화할 경우 VCO의 이득 특성 변화에 의해 대역폭이 달라지게 된다.
그런데 종래에는 이러한 대역폭 변화를 방지하기 위해 미세 동조 전압 이외에 거친 동조 전압을 갖는 VCO를 이용하여 온도 변화에 따라 VCO의 특성을 보상할 수 있는 거친 동조 전압을 사전에 측정하여 메모리에 저장하는 룩업(Lookup) 테이블 기법을 제안하였다.
이러한 기법에 따르면 오프라인(Off-line) 상태에서 측정된 거친 동조 전압이 메모리에 저장되어 있으므로, 운용 상태에서는 온도 정보로 해당 거친 동조 전압을 바로 제어하여 최적의 루프 대역을 유지하는 것이 가능해진다.
하지만 오프라인 상태에서 측정된 룩업 테이블에 기초한 제어 기법은 VCO 노화에 따른 물성 변화를 보상할 수 없으며, 이의 보정을 위해서는 오프라인 상태에서의 주기적인 업데이트 수행을 필요로 한다.
본 발명은 온라인(On-line) 상태에서 주기적으로 실제 비트 주파수를 수집 및 분석하여 최적의 거친 동조 전압을 유지하는 방법을 제안한다. 이러한 온라인 보정 기법은 현 상태에서 최적 대역폭을 유지할 수 있는 구조로 소자의 물성적이 변화가 발생하더라도 오프라인 보정 기법과 달리 항상 최적값을 유지하는 것이 가능해진다.
도 1은 FMCW 레이더에서 변조 선형성을 설명하기 위한 참고도이다.
FMCW 변조란 시간에 따른 주파수를 변화시키는 변조 방법을 말한다. PLL에서 주파수 변화는 분주비 조절를 통해 이루어지며, 이는 기준 주파수와 분주된 주파수의 위상차 비교를 통해 요구 주파수를 발생하는 방법이다. 이때 변조 선형성은 발생해야 할 주파수(Theoretical Ramp; 110)와 실제 발생한 주파수(Measured Ramp; 120)와의 비교값으로 다음 수학식 1과 같이 정의한다.
Figure 112014100245999-pat00001
상기에서 INL은 변조 선형성을 의미한다. FM은 변조 폭(Modulation Width)을 의미하며 FM=fm-f1으로부터 계산할 수 있다. 최대 에러값(Max Error; 140)는 Theoretical Ramp(110)와 Measured Ramp(120) 사이의 최대 차이값을 의미한다.
한편 도 1에서 도면부호 130은 선형 피트(Linear Fit)를 의미한다.
변조 선형성은 시스템 응답에 의해 결정되며, 응답 특성이 빠를수록 변조 선형은 개선된다. 하지만 이러한 응답 특성을 개선하기 위해 루프 대역폭을 무한히 확장할 수 없다. 이는 루프 대역폭이 넓어질수록 대역 잡음이 늘어나 안정도가 나빠지기 때문이다. 본 실시예에서는 이 점을 고려하여 최대 대역폭 확장은 PLL에서 사용하는 비교 주파수의 1/10로 제한한다.
도 2는 PLL 선형 모델을 도시한 개념도이다.
도 2는 PLL 선형 모델을 나타내며, 수학식 2는 도 2에서 루프 필터(220)가 1차라고 가정할 때 이러한 선형 모델의 루프 대역폭을 나타낸다.
Figure 112014100245999-pat00002
변조 선형성을 결정하는 루프 대역폭은 수학식 2에서 보는 바와 같이 Kvco에 의해 변화될 수 있음을 알 수 있다. Kvco는 실제 구성요소 중 온도 변화에 대해 가장 크게 변화하는 것으로서 VCO의 이득(MHz/V)을 나타내는 값이다. 따라서 온도가 변화하더라도 Kvco가 일정하게 유지된다면 선형성을 상온에서와 같은 최적값으로 유지할 수 있다.
도 2에서 도면부호 210은 PFD(Phase Frequency Detector)를 의미하며, 도면부호 230은 VCO를 의미한다. 도면부호 240은 루프 필터(220)를 1차로 가정할 때 내부 회로 구성을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 시스템의 내부 구성을 도시한 개념도이다.
본 발명에 따른 레이더 시스템(300)은 오프라인 상태에서 작성된 룩업 테이블을 통한 보정 구조가 아닌, 운용 중에 최적값을 측정하여 유지시키는 온라인 보정 구조를 갖는다. 따라서 거친 동조 전압은 레이더 정보 수집 시작 전에 초기값을 설정하고 운영 중에도 연산 처리 기간동안 업데이트를 수행함으로써 항상 최적값을 유지시킬 수 있다.
또한 실제 시스템에서의 선형 정도를 비교할 수 있는 자체 비트 신호를 생성하여 잠금(Lock) 가능 범위에서의 최적의 거친 동조 전압을 산출함으로써 최적값 산출에 대한 높은 신뢰도를 갖는다. 이러한 온라인 보정 기법은 실시간으로 현재 상태의 시스템 최적값을 유지할 수 있는 구조로써 종래에는 찾아볼 수 없는 구조이다.
VCO(302)는 미세 동조 전압(Fine Tuning Voltage)을 조절하여 FMCW 변조 신호를 발생하며 거친 동조 전압(Coarse Tuning Voltage)을 조절하여 VCO의 이득을 조절할 수 있다. 이때, 미세 동조 전압과 거친 동조 전압은 VCO(302)에 동시에 입력될 수 있다.
제1 커플러(Coupler 1; 303)는 LO 신호를 분배하는 기능을 수행한다.
송신 안테나(TX ANT; 304)는 송신 신호를 자유 공간에 특정 빔 패턴으로 방사하는 기능을 수행한다.
제2 커플러(Coupler 2; 310)는 LO 신호를 분배하는 기능을 수행한다.
주파수 분주기(Frequency Divider; 309)는 FMCW 변조 가능하도록 주파수 분주비를 조절하는 기능을 수행한다.
위상 검출기(Phase Detector; 307)는 요구 주파수 발생을 위한 기준 주파수와 분주 주파수 사이의 위상을 비교하는 기능을 수행한다.
제1 레퍼런스 오실레이터(Reference OSC 1; 308)는 요구 주파수 발생을 위해 위상 검출기(307)로 기준 주파수를 제공하는 기능을 수행한다.
루프 필터(Loop Filter; 305)는 PLL의 전체 응답 특성을 결정하는 기능을 수행한다.
로크 검출기(Lock Detector; 306)는 PLL Lock 상태를 검출하는 기능을 수행한다.
제3 커플러(Coupler 3; 311)는 LO 신호를 분배하는 기능을 수행한다.
제1 믹서(Mixer 1; 318)는 입력된 두 주파수 차에 해당하는 비트 신호를 발생시키는 기능을 수행한다.
필터(317)는 대역 신호 이외의 신호를 제거하는 기능을 수행한다. 이를 위해 필터(317)는 BPF로 구현될 수 있다.
ADC(316)는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 기능을 수행한다.
MCU(315)는 제어, 연산, 로직 등을 수행한다.
수신 안테나(RX ANT; 320)는 자유 공간의 신호를 특정 패턴으로 수신하는 기능을 수행한다.
스위치(Switch; 319)는 온라인 보정 경로, 정상 운영 경로 등을 제어하는 기능을 수행한다.
제2 믹서(Mixer 2; 312)는 자체 RF 신호 발생을 위한 LO 주파수의 상향 주파수를 변조하는 기능을 수행한다.
제2 레퍼런스 오실레이터(Referece OSC 2; 313)는 자체 비트 주파수 발생을 위한 기준 신호를 생성 및 출력하는 기능을 수행한다.
시간 지연기(Time Delayer; 314)는 자체 비트 주파수 발생을 위한 RF 신호의 출력 시간을 지연하는 기능을 수행한다.
DAC(301)는 디지털 신호를 아날로그 신호로 변경하는 기능을 수행한다.
도 4 내지 도 6은 루프 대역폭과 변조 선형성 간의 상관관계를 설명하기 위한 참고도이다.
도 4는 루프 대역폭에 따른 FMCW 변조 선형성을 나타낸다. 도면부호 410이 이상적인 상태(Ideal)일 때의 예시이고, 도면부호 420이 루프 응답이 빠를 경우의 예시이며, 도면부호 430이 루프 응답이 느릴 경우의 예시이다.
종래에는 오프라인 상태에서 측정된 최초의 온도별 VCO의 동조 전압을 제어하는 구조로 시간 경과에 따른 구성 소자의 물성적인 변화가 발생할 경우 운영 상태에서 이를 보상할 수 있는 방법이 없다.
종래 구조에서는 물성적인 변화가 발생할 경우 기존의 메모리에 저장된 값과는 차이가 발생하게 되고 도 4에서 보는 바와 같이 루프 대역폭이 변화하여 변조 선형성이 열화되고 이에 따라 실제 수집하는 비트 신호의 크기가 감소된다. 이러한 신호 크기 저하 및 주파수 분산은 수신 감도 및 각도 분해능을 저하시키게 된다.
도 5는 대역폭이 넓은 경우의 예시이며, 도 6은 대역폭이 좁은 경우의 예시이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 시스템의 작동 방법을 설명하는 흐름도이다. 이하 설명은 도 3과 도 12를 참조한다.
VCO(302)의 거친 동조 전압(Coarse Tuning Voltage) 변화 스텝을 설정하기 위해(S705) 레이더에 초기 전원이 인가되면(S710) 초기 거친 동조 전압의 최적값을 찾기 위해 MCU(315)는 스위치(319)를 경로 1(도 3의 ①)로 제어한다(S715). MCU(315)는 VCO(302)의 거친 동조 전압을 가변 가능 범위 내에서 N만큼 나눈 후 초기 시작 전압을 DAC(301)를 통해 설정한다.
시간별로 주파수 분주기(309)의 주파수 분주비를 변화시키며 폐루프 제어에 의한 미세 동조 전압(Fine Tuning Voltage) 조절로 FMCW 변조를 시작한다. Up 또는 Down Chirp의 한 구간 동안에 경로 1를 통한 자체 발생 신호에 의한 비트 신호를 MCU(315)가 수집 및 연산 처리(FFT)하여 해당 주파수의 신호 크기를 저장한다.
이때 MCU(315)는 거친 동조 전압 시작값에 대한 주파수 잠금(Lock) 상태 및 해당 비트 주파수에 대한 신호 크기 두가지를 저장한다. 주파수 Lock 상태는 로크 검출기(306)를 통해 MCU(315)가 확인한다.
자체 비트 신호 발생에 대해 자세히 설명하면 제2 기준 주파수 발생기 즉 제2 레퍼런스 오실레이터(313)와 PLL(302, 303, 310, 309, 307, 308, 305) 폐루프 제어에 의해 발생한 변조 신호를 제2 믹서(312)에서 상향 변조시킨 후 시간 지연기(314)를 통한 시간 지연을 거쳐 제1 믹서(318)에서 상향 변조되지 않은 원래의 FMCW 변조 신호와 혼합하여 하향 변환 주파수 변조 후에 예측된 비트 주파수를 출력한다. 해당 비트 주파수의 신호의 크기는 변조 선형성에 따라 달라진다.
또한 선형성에 대한 비트 신호 크기 차를 확연히 구별하기 위해서는 상향 변조 신호가 충분한 시간적 지연을 가져야 한다. 이러한 충분한 시간 지연은 시간 지연기(314)를 통해 구현된다.
MCU(315)는 거친 동조 전압을 초기값 + 가변 범위/N 만큼 증가시키고 그 때의 Lock 상태 및 비트 크기를 저장한다. MCU(315)는 가변 범위 내 마지막 전압까지 거친 동조 전압을 변화시켜 가며 그 상태에서의 Lock 정보 및 비트 크기를 저장한다(S725, S730).
최종 전압까지 상태 수집이 끝나면(S720) S735 단계와 S740 단계를 거쳐 저장된 정보들을 기초로 정상적인 Lock 범위 내에서 해당 비트 주파수의 신호 크기가 가장 클 때의 거친 동조 전압을 추출하며(S745), 이 거친 동조 전압을 기초로 최종 VCO(302)의 거친 동조 전압을 제어한다(S750).
거친 동조 전압 최적값 설정이 끝나면 MCU(315)는 스위치(319)를 경로 2(도 3의 ②)로 변경하고(S755) 수신 안테나(320)를 통해 수신한 신호와 PLL 폐루프 제어를 통해 생성된 FMCW 변조 신호를 제1 믹서(318)에서 혼합하여 최종 비트 신호를 추출한다(S760).
MCU(315)가 연산을 수행하는 시간 동안 스위치(319)는 다시 경로 1로 변경되고 거친 동조 전압 최적값 추출을 수행한다(S765).
이러한 거친 동조 전압 산출은 MCU(315)가 연산을 수행하는 동안 무한히 반복되어 항상 최적값을 유지하게 된다.
도 7 내지 도 11은 VCO의 거친 동조 전압에 의해 변화될 수 있는 비트 품질을 쉽게 설명하기 위해 나타낸 것이다.
도 7은 변조 선형성과 비트 신호 간 품질 상관관계를 설명하기 위한 참고도이다. 도 8 및 도 9는 PLL 응답 시간이 느릴 때 비트 신호 품질을 도시한 참고도이다. 도 10 및 도 11은 PLL 응답 시간이 빠를 때 비트 신호 품질을 도시한 참고도이다.
PLL 응답 시간이 느릴 경우 수신 신호(610), LO 신호(620) 및 비트 주파수(630)는 도 8에 도시된 바와 같으며, 도 9에 도시된 바와 같이 비트 신호(FFT Bin; 510)에 대비하여 변조 선형성이 나쁜 형태(530)로 출력된다.
반면 PLL 응답 시간이 빠를 경우 수신 신호(610), LO 신호(620) 및 비트 주파수(630)는 도 10에 도시된 바와 같으며, 도 11에 도시된 바와 같이 비트 신호(FFT Bin; 510)에 대비하여 변조 선형성이 좋은 형태(520)로 출력된다.
도 7은 도 9과 도 11을 함께 보여주기 위해 도시된 것이다.
이상 도 1 내지 도 12를 참조하여 본 발명의 일실시 형태에 대하여 설명하였다. 이하에서는 이러한 일실시 형태로부터 추론 가능한 본 발명의 바람직한 형태에 대하여 설명한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 레이더의 주파수 변조 제어 장치는 제1 전압 산출부, 제2 전압 산출부, 이득 계산부, 주파수 변조 제어부, 전원부 및 주제어부를 포함한다.
주파수 변조 제어 장치는 차량에 장착된 레이더가 타겟을 검출할 때 동시에 구동될 수 있다. 즉 주파수 변조 제어 장치는 레이더가 온라인 상태일 때 구동될 수 있다.
주파수 변조 제어 장치는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더에서 주파수 변조를 제어할 수 있다.
전원부는 주파수 변조 제어 장치를 구성하는 각 구성에 전원을 공급하는 기능을 수행한다. 주제어부는 주파수 변조 제어 장치를 구성하는 각 구성의 전체 작동을 제어하는 기능을 수행한다. 주파수 변조 제어 장치가 차량용 레이더의 주파수 변조를 제어하기 위해 차량에 장착될 수 있음을 참작할 때 본 실시에에서 전원부와 주제어부는 구비되지 않아도 무방하다.
제1 전압 산출부는 레이더를 구성하는 위상 고정 루프(PLL)의 응답 특성을 기초로 제1 전압을 산출하는 기능을 수행한다. 상기에서 제1 전압은 미세 동조 전압(Fine Tuning Voltage)을 의미한다.
제1 전압 산출부는 도 3의 제1 레퍼런스 OSC(308), 위상 검출기(307) 및 루프 필터(305)를 포함하는 개념이다.
제2 전압 산출부는 레이더에서 미리 정해진 비트 주파수를 기초로 제2 전압을 산출하는 기능을 수행한다. 상기에서 제2 전압은 거친 동조 전압(Coarse Tuning Voltage)을 의미한다.
제2 전압 산출부는 도 3의 제2 레퍼런스 OSC(313), MCU(315) 및 DAC(301)를 포함하는 개념이다.
제2 전압 산출부는 위상 고정 루프의 잠금(lock) 가능 범위를 고려하여 제2 전압을 산출할 수 있다. 이러한 제2 전압 산출부는 도 3의 제2 레퍼런스 OSC(313), MCU(315) 및 DAC(301)에 로크 검출기(306)를 더 포함하는 개념이다.
제2 전압 산출부는 제1 전압을 기초로 생성된 제1 주파수 신호와 제1 주파수 신호를 시간 지연시켜 얻은 제2 주파수 신호를 혼합하여 비트 주파수를 획득할 수 있다. 이러한 제2 전압 산출부는 도 3의 제2 레퍼런스 OSC(313), MCU(315), DAC(301) 및 로크 검출기(306)에 시간 지연기(314)와 제1 믹서(318)를 더 포함하는 개념이다.
제2 전압 산출부는 제1 주파수 신호에 기준 주파수 신호를 혼합시키고 상향 변조시키며 시간 지연시켜 제2 주파수 신호를 획득할 수 있다. 이러한 제2 전압 산출부는 도 3의 제2 레퍼런스 OSC(313), MCU(315), DAC(301), 로크 검출기(306), 시간 지연기(314) 및 제1 믹서(318)에 제2 믹서(312)를 더 포함하는 개념이다.
제2 전압 산출부는 제1 주파수 신호와 제2 주파수 신호를 혼합한 뒤 하향 변조시켜 비트 주파수를 획득할 수 있다.
제2 전압 산출부는 비트 주파수를 획득하기 전일 때 위상 고정 루프의 잠금 가능 범위 내에서 선택된 특정값을 설정값으로 나누어 얻은 값을 제2 전압으로 산출할 수 있다.
이득 계산부는 제1 전압과 제2 전압을 기초로 레이더에서 발진 주파수를 생성하는 발진 주파수 생성기의 이득을 계산하는 기능을 수행한다.
주파수 변조 제어부는 발진 주파수 생성기의 이득을 보상하여 레이더에서 주파수 변조를 제어하는 기능을 수행한다.
다음으로 레이더의 주파수 변조 제어 장치의 작동 방법에 대하여 설명한다.
먼저 제1 전압 산출부가 레이더를 구성하는 위상 고정 루프(PLL)의 응답 특성을 기초로 제1 전압을 산출한다.
이후 제2 전압 산출부가 레이더에서 미리 정해진 비트 주파수를 기초로 제2 전압을 산출한다.
이후 이득 계산부가 제1 전압과 제2 전압을 기초로 레이더에서 발진 주파수를 생성하는 발진 주파수 생성기의 이득을 계산한다.
이후 주파수 변조 제어부가 발진 주파수 생성기의 이득을 보상하여 레이더에서 주파수 변조를 제어한다.
이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 또한, 그 모든 구성요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 기록매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.
또한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 상세한 설명에서 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
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 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구 범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (14)

  1. 레이더를 구성하는 위상 고정 루프(PLL)의 응답 특성을 기초로 제1 전압을 산출하는 제1 전압 산출부;
    상기 레이더에서 미리 정해진 비트 주파수를 기초로 제2 전압을 산출하는 제2 전압 산출부;
    상기 제1 전압과 상기 제2 전압을 기초로 상기 레이더에서 발진 주파수를 생성하는 발진 주파수 생성기의 이득을 계산하는 이득 계산부; 및
    상기 이득을 보상하여 상기 레이더에서 주파수 변조를 제어하는 주파수 변조 제어부를 포함하되,
    상기 제2 전압 산출부는 상기 제1 전압을 기초로 생성된 제1 주파수 신호와 상기 제1 주파수 신호를 시간 지연시켜 얻은 제2 주파수 신호를 혼합하여 상기 비트 주파수를 획득하고,
    상기 제2 전압 산출부는 상기 비트 주파수를 획득하기 전일 때 상기 위상 고정 루프의 잠금 가능 범위 내에서 선택된 특정값을 설정값으로 나누어 얻은 값을 상기 제2 전압으로 산출하며,
    상기 제1 전압은 미세 동조 전압(Fine Tuning Voltage)이고, 상기 제2 전압은 거친 동조 전압(Coarse Tuning Voltage)이며,
    상기 제2 전압 산출부는,
    상기 제2 전압을 (초기값+상기 잠금 가능 범위/상기 설정값)만큼 증가시키고 그 때의 잠금 상태 및 비트 주파수의 신호 크기를 저장하며, 상기 잠금 가능 범위 내 마지막 전압까지 상기 제2 전압을 변화시켜 가며 그 때의 잠금 상태 및 비트 주파수의 신호 크기를 저장하고,
    상기 저장된 잠금 상태 및 비트 주파수의 신호 크기를 기초로 상기 잠금 가능 범위 내에서 상기 비트 주파수의 신호 크기가 가장 클 때의 제2 전압을 추출하며, 상기 추출된 제2 전압을 최적값으로 설정함으로써, 상기 제2 전압을 최적값으로 유지하는 것을 특징으로 하는 레이더의 주파수 변조 제어 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 전압 산출부는 상기 제1 주파수 신호에 기준 주파수 신호를 혼합시키고 상향 변조시키며 시간 지연시켜 상기 제2 주파수 신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 레이더의 주파수 변조 제어 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 전압 산출부는 상기 제1 주파수 신호와 상기 제2 주파수 신호를 혼합한 뒤 하향 변조시켜 상기 비트 주파수를 획득하는 것을 특징으로 하는 레이더의 주파수 변조 제어 장치.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 변조 제어 장치는 차량에 장착된 상기 레이더가 타겟을 검출할 때 동시에 구동되는 것을 특징으로 하는 레이더의 주파수 변조 제어 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 주파수 변조 제어 장치는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더에서 주파수 변조를 제어하는 것을 특징으로 하는 레이더의 주파수 변조 제어 장치.
  9. 제1 전압 산출부가 레이더를 구성하는 위상 고정 루프(PLL)의 응답 특성을 기초로 제1 전압을 산출하는 단계;
    제2 전압 산출부가 상기 레이더에서 미리 정해진 비트 주파수를 기초로 제2 전압을 산출하는 단계;
    이득 계산부가 상기 제1 전압과 상기 제2 전압을 기초로 상기 레이더에서 발진 주파수를 생성하는 발진 주파수 생성기의 이득을 계산하는 단계; 및
    주파수 변조 제어부가 상기 이득을 보상하여 상기 레이더에서 주파수 변조를 제어하는 단계를 포함하되,
    상기 제2 전압을 산출하는 단계는 상기 제1 전압을 기초로 생성된 제1 주파수 신호와 상기 제1 주파수 신호를 시간 지연시켜 얻은 제2 주파수 신호를 혼합하여 상기 비트 주파수를 획득하는 것이고,
    상기 제2 전압을 산출하는 단계는 상기 비트 주파수를 획득하기 전일 때 상기 위상 고정 루프의 잠금 가능 범위 내에서 선택된 특정값을 설정값으로 나누어 얻은 값을 상기 제2 전압으로 산출하는 것이며,
    상기 제1 전압은 미세 동조 전압(Fine Tuning Voltage)이고, 상기 제2 전압은 거친 동조 전압(Coarse Tuning Voltage)이며,
    상기 제2 전압을 산출하는 단계에서,
    상기 제2 전압 산출부는, 상기 제2 전압을 (초기값+상기 잠금 가능 범위/상기 설정값)만큼 증가시키고 그 때의 잠금 상태 및 비트 주파수의 신호 크기를 저장하며, 상기 잠금 가능 범위 내 마지막 전압까지 상기 제2 전압을 변화시켜 가며 그 때의 잠금 상태 및 비트 주파수의 신호 크기를 저장하고, 상기 저장된 잠금 상태 및 비트 주파수의 신호 크기를 기초로 상기 잠금 가능 범위 내에서 상기 비트 주파수의 신호 크기가 가장 클 때의 제2 전압을 추출하며, 상기 추출된 제2 전압을 최적값으로 설정함으로써, 상기 제2 전압을 최적값으로 유지하는 것을 특징으로 하는 레이더의 주파수 변조 제어 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 전압을 산출하는 단계는 상기 제1 주파수 신호에 기준 주파수 신호를 혼합시키고 상향 변조시키며 시간 지연시켜 상기 제2 주파수 신호를 획득하는 것을 특징으로 하는 레이더의 주파수 변조 제어 방법.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 제2 전압을 산출하는 단계는 상기 제1 주파수 신호와 상기 제2 주파수 신호를 혼합한 뒤 하향 변조시켜 상기 비트 주파수를 획득하는 것을 특징으로 하는 레이더의 주파수 변조 제어 방법.
  14. 삭제
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