KR102322126B1 - Photonic-based FMCW Radar System Using Optical Signal Delay Module - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 광신호 지연 모듈을 이용한 광자기반 FMCW 레이다 시스템이 제공된다. 상기 광자기반 FMCW 레이다 시스템은 주파수 체배를 수행하는 광 커플러(optical coupler); 상기 광 커플러와 동작 가능하게 결합되고, 선택적으로 광 신호를 지연하도록 구성된 광 신호 지연 모듈; 및 상기 광 신호 지연 모듈에서 선택된 지연 값이 수신부에 인가되면, 타겟의 위치와 연관된 타겟 범위(Rt)를 획득하도록 구성된 신호 처리부(signal processing unit)를 포함하여, 레이다 시스템과 표적의 거리 및 대역폭이 증가해도, 최소한의 메모리와 짧은 소요시간으로 실시간 데이터 처리가 가능하다. A photonic based FMCW radar system using an optical signal delay module according to the present invention is provided. The photonic-based FMCW radar system includes an optical coupler for performing frequency multiplication; an optical signal delay module operatively coupled to the optical coupler and configured to selectively delay an optical signal; and a signal processing unit configured to obtain a target range (Rt) associated with the position of the target when the delay value selected by the optical signal delay module is applied to the receiving unit, wherein the distance and bandwidth of the radar system and the target are Even if it increases, real-time data processing is possible with minimal memory and short required time.

Description

광신호 지연 모듈을 이용한 광자기반 FMCW 레이다 시스템{Photonic-based FMCW Radar System Using Optical Signal Delay Module}Photonic-based FMCW Radar System Using Optical Signal Delay Module

본 발명은 FMCW 레이다 시스템에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 광신호 지연 모듈을 이용한 광자기반 FMCW 레이다 시스템 및 이를 이용한 영상 획득 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an FMCW radar system. More particularly, it relates to a photon-based FMCW radar system using an optical signal delay module and an image acquisition method using the same.

RF 기반 전자소자를 이용한 레이다는 항공기, 차량, 함정 등에 탐지 및 감시정찰의 임무를 수행하기 위해 군수 및 민수의 목적으로 사용되고 있다. 최근에는 레이다에 사용되는 초고주파 부품의 단점을 보완하기 위하여 광기술에 대한 연구 관심이 증가하고 있으며, 기존 레이다의 초고주파 전송에 필요한 케이블, 증폭기의 전송손실 및 부피, 발열 문제로 이들 부품들을 광기술로 대체 하려는 연구가 진행되고 있는 추세이다.Radar using RF-based electronic devices is used for military and civilian purposes to perform detection, surveillance and reconnaissance missions on aircraft, vehicles, and ships. Recently, research interest in optical technology is increasing in order to compensate for the shortcomings of ultra-high frequency components used in radar, and to replace these components with optical technology due to transmission loss and volume and heat generation problems of cables and amplifiers required for ultra-high frequency transmission of existing radars. Research is in progress.

기존 전자소자를 이용한 레이다 시스템의 기술적 한계를 극복하기 위하여 2015년 처음으로 광자기반 마이크로파 기술(Microwave photonics)이 제안되었다. 광자기반 마이크로파 기술은 광기술을 이용하여 RF 신호를 대기 중으로 방사하는 기술로, 레이저 다이오드를 광원으로 이용하고 광대역 집적형 도파로로 설계된 광변조기를 사용하면 높은 주파수의 고속 광변조가 가능하다. 이를 통하여 기저대역(baseband) RF 신호를 원하는 주파수로 변조하여 광기술 기반의 경량화 된 송신 채널로 저손실 원거리 전송이 가능하며, 수신시에는 광기술을 이용하여 복조하여 높은 신호대 잡음비 특성을 얻을 수 있다. 또한, 광자기반 마이크로파 기술은 광대역, 전자파 간섭(EMI)에 대한 내성, 낮은 손실 및 적은 전파왜곡, 높은 주파수 유연성 등의 장점을 가지고 있다. 이론적으로 레이다의 해상도와 직접적인 연관이 있는 파형의 대역폭을 사용자의 필요에 따라 비교적 쉽게 변경 할 수 있으며, 이러한 유연한 대역폭 변경을 통해 기존 RF 기반의 전자소자를 이용한 레이다로 탐지가 어려운 스텔스 표적 및 소형 비행체 등의 탐지가 가능하다. Microwave photonics was first proposed in 2015 to overcome the technical limitations of radar systems using existing electronic devices. Photonic-based microwave technology is a technology that emits RF signals into the atmosphere using optical technology. Using a laser diode as a light source and an optical modulator designed as a broadband integrated waveguide, high-frequency and high-speed optical modulation is possible. Through this, a baseband RF signal is modulated to a desired frequency, and low-loss long-distance transmission is possible through a light-weighted transmission channel based on optical technology. In addition, the photonic-based microwave technology has advantages such as broadband, immunity to electromagnetic interference (EMI), low loss and low radio wave distortion, and high frequency flexibility. Theoretically, the bandwidth of the waveform, which is directly related to the resolution of the radar, can be changed relatively easily according to the user's needs. detection is possible.

해상도를 높이기 위해 광자기반 레이다 시스템에서 사용하는 주파수의 대역폭은 일반적으로 수 GHz에서 수십 GHz 이며, 넓은 대역폭을 사용하여 RCS(Radar Cross Section; 레이다 단면적)이 낮은 스텔스 표적 탐지 및 고해상도 영상 획득이 가능하다. 하지만 이와 같이 넓은 대역폭에서 획득된 신호를 데이터 신호처리 하는데 수많은 메모리 및 소요시간이 필요하다. 특히 실제 레이다 시스템에서 표적의 거리가 멀거나 대역폭이 넓은 경우에는 획득된 데이터를 실시간으로 처리하기가 어렵다는 문제점이 있다.In order to increase the resolution, the bandwidth of the frequency used in the photon-based radar system is generally several GHz to several tens of GHz, and by using a wide bandwidth, it is possible to detect a stealth target with a low RCS (Radar Cross Section) and acquire high-resolution images. . However, a large amount of memory and time is required to process a signal acquired in such a wide bandwidth as a data signal. In particular, there is a problem in that it is difficult to process the acquired data in real time when the distance of the target is long or the bandwidth is wide in the actual radar system.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술들이 갖고 있는 문제점을 해결할 수 있도록 한 것으로, 광신호 지연 모듈을 이용한 광자기반 FMCW 레이다 시스템 및 이를 이용한 영상 획득 방법에 관한 것이다.Accordingly, the present invention is intended to solve the problems of the prior art as described above, and relates to a photonic-based FMCW radar system using an optical signal delay module and an image acquisition method using the same.

또한, 본 발명은 선택적으로 광신호 지연을 모사할 수 있는 모듈을 광자기반 레이다 시스템에 적용하여 데이터 처리부의 계산량을 획기적으로 줄일 수 있는 방법을 제안한다.In addition, the present invention proposes a method that can dramatically reduce the amount of calculation of the data processing unit by applying a module capable of selectively simulating optical signal delay to a photonic based radar system.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 광신호 지연 모듈을 이용한 광자기반 FMCW 레이다 시스템이 제공된다. 상기 광자기반 FMCW 레이다 시스템은 주파수 체배를 수행하는 광 커플러(optical coupler); 상기 광 커플러와 동작 가능하게 결합되고, 선택적으로 광 신호를 지연하도록 구성된 광 신호 지연 모듈; 및 상기 광 신호 지연 모듈에서 선택된 지연 값이 수신부에 인가되면, 타겟의 위치와 연관된 타겟 범위(Rt)를 획득하도록 구성된 신호 처리부(signal processing unit)를 포함하여, 레이다 시스템과 표적의 거리 및 대역폭이 증가해도, 최소한의 메모리와 짧은 소요시간으로 실시간 데이터 처리가 가능하다. There is provided a photonic-based FMCW radar system using an optical signal delay module according to the present invention for solving the above problems. The photonic-based FMCW radar system includes an optical coupler for performing frequency multiplication; an optical signal delay module operatively coupled to the optical coupler and configured to selectively delay an optical signal; and a signal processing unit configured to obtain a target range (Rt) associated with the position of the target when the delay value selected by the optical signal delay module is applied to the receiving unit, wherein the distance and bandwidth of the radar system and the target are Even if it increases, real-time data processing is possible with minimal memory and short required time.

일 실시 예에 따르면, 상기 광 신호 지연 모듈은 타겟 거리(R)와 상기 지연 값에 따른 광 지연 범위(Rd)에 기반하여 상기 타겟 범위(Rt)를 결정할 수 있다. 상기 신호 처리부는 상기 타겟 범위(Rt)에 따라 비트 주파수(beat frequency), 샘플링 주파수와 샘플링 개수를 결정하여, 이미지 프로세싱을 수행할 수 있다.According to an embodiment, the optical signal delay module may determine the target range Rt based on the target distance R and the optical delay range Rd according to the delay value. The signal processing unit may perform image processing by determining a beat frequency, a sampling frequency, and the number of samples according to the target range Rt.

일 실시 예에 따르면, 상기 광 신호 지연 모듈에서 결정된 상기 지연 값은 송신 경로와 수신 경로에 모두 적용될 수 있다.According to an embodiment, the delay value determined by the optical signal delay module may be applied to both a transmission path and a reception path.

일 실시 예에 따르면, 상기 신호 처리부는 상기 타겟 거리(R)가 임계치 이하이면, 지연 값을 적용되지 않은 상태에서 상기 타겟의 이동 속도를 판단할 수 있다. 상기 신호 처리부는 상기 타겟의 이동 속도에 따라 상기 타겟 거리(R)가 제2 임계치 이상으로 판단되면, 상기 지연 값이 적용된 타겟 범위(Rt)에 따라 비트 주파수(beat frequency), 샘플링 주파수와 샘플링 개수를 결정하여 이미지 프로세싱을 수행할 수 있다.According to an embodiment, when the target distance R is less than or equal to a threshold, the signal processing unit may determine the moving speed of the target in a state in which a delay value is not applied. When the signal processing unit determines that the target distance R is greater than or equal to a second threshold according to the moving speed of the target, a beat frequency, a sampling frequency, and a sampling number according to the target range Rt to which the delay value is applied may be determined to perform image processing.

일 실시 예에 따르면, 상기 광 신호 지연 모듈은 상기 타겟의 이동 속도가 임계속도 이상이고 상기 타겟 거리(R)가 임계치 이상인 경우, 상기 송신 경로에 제1 지연 값을 적용하고 상기 수신 경로에 상기 제1 지연 값보다 큰 제2 지연 값을 적용할 수 있다.According to an embodiment, the optical signal delay module applies a first delay value to the transmission path and applies the first delay value to the reception path when the moving speed of the target is greater than or equal to a threshold speed and the target distance R is greater than or equal to the threshold. A second delay value greater than one delay value may be applied.

일 실시 예에 따르면, 상기 광자기반 FMCW 레이다 시스템은 상기 광 커플러에 동작 가능하게 결합된 포토 디텍터; 상기 포토 디텍터에 동작 가능하게 결합된 RF 소스 유닛; 및 상기 RF 소스 유닛에 동작 가능하게 결합된 송신 안테나를 더 포함할 수 있다. 상기 광 신호 지연 모듈은 상기 타겟 범위(Rt)에 따라 상기 지연 값이 적용되도록 상기 RF 소스 유닛의 위상을 제어할 수 있다.According to one embodiment, the photonic-based FMCW radar system may include a photo detector operatively coupled to the optical coupler; an RF source unit operatively coupled to the photo detector; and a transmit antenna operatively coupled to the RF source unit. The optical signal delay module may control the phase of the RF source unit so that the delay value is applied according to the target range Rt.

일 실시 예에 따르면, 상기 광자기반 FMCW 레이다 시스템은 타겟으로부터 반사된 신호를 수신하도록 구성된 수신 안테나; 상기 수신 안테나와 동작 가능하게 결합되고, 상기 반사된 신호를 증폭하여 출력 신호를 제공하도록 구성된 저잡음 증폭기; 상기 출력 신호의 위상을 변조하도록 구성된 위상 변조기; 및 상기 위상 변조된 신호를 아날로그 디지털 변환하여 디지털 신호를 제공하도록 구성된 ADC를 더 포함할 수 있다. 상기 신호 처리부는 상기 디지털 신호에 대한 이미지 프로세싱을 통해 ISAR 영상을 획득할 수 있다.According to an embodiment, the photon-based FMCW radar system includes a receiving antenna configured to receive a signal reflected from a target; a low noise amplifier operatively coupled to the receive antenna and configured to amplify the reflected signal to provide an output signal; a phase modulator configured to modulate a phase of the output signal; and an ADC configured to provide a digital signal by analog-to-digital conversion of the phase-modulated signal. The signal processing unit may acquire an ISAR image through image processing of the digital signal.

본 발명의 다른 양상에 따른 광자기반 FMCW 레이다 시스템을 통한 영상 획득 방법이 제공된다. 상기 영상 획득 방법은 광 커플러(optical coupler)에 의해 주파수 체배를 수행하는 단계; 광 신호 지연 모듈에서 지연 값을 선택하는 단계; 및 상기 광 신호 지연 모듈에서 선택된 지연 값이 인가되면, 신호 처리부(signal processing unit)가 타겟의 위치와 연관된 타겟 범위(Rt)를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.An image acquisition method using a photon-based FMCW radar system according to another aspect of the present invention is provided. The image acquisition method includes: performing frequency multiplication by an optical coupler; selecting a delay value in an optical signal delay module; and when the delay value selected by the optical signal delay module is applied, obtaining, by a signal processing unit, a target range Rt associated with the position of the target.

일 실시 예에 따르면, 상기 지연 값을 선택하는 단계에서, 상기 광 신호 지연 모듈은 타겟 거리(R)와 상기 지연 값에 따른 광 지연 범위(Rd)에 기반하여 상기 타겟 범위(Rt)를 결정할 수 있다. 상기 영상 획득 방법은 상기 신호 처리부가 상기 타겟 범위(Rt)에 따라 비트 주파수(beat frequency), 샘플링 주파수와 샘플링 개수를 결정하여, 이미지 프로세싱을 수행하는 단계를 더 포함상기 신호 처리부가 상기 타겟 범위(Rt)에 따라 비트 주파수(beat frequency), 샘플링 주파수와 샘플링 개수를 결정하여, 이미지 프로세싱을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.According to an embodiment, in the step of selecting the delay value, the optical signal delay module may determine the target range Rt based on the target distance R and the optical delay range Rd according to the delay value. have. The image acquisition method further comprises the step of the signal processing unit determining a beat frequency, a sampling frequency, and the number of samples according to the target range (Rt), and performing image processing. The signal processing unit includes the target range ( The method may further include performing image processing by determining a beat frequency, a sampling frequency, and the number of samples according to Rt).

일 실시 예에 따르면, 상기 지연 값을 선택하는 단계에서, 상기 광 신호 지연 모듈에서 결정된 상기 지연 값은 송신 경로와 수신 경로에 모두 적용될 수 있다.According to an embodiment, in the step of selecting the delay value, the delay value determined by the optical signal delay module may be applied to both the transmission path and the reception path.

일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 범위(Rt)를 획득하는 단계에서, 상기 신호 처리부는 상기 타겟 거리(R)가 임계치 이하이면, 지연 값을 적용되지 않은 상태에서 상기 타겟의 이동 속도를 판단할 수 있다. 상기 이미지 프로세싱을 수행하는 단계에서, 상기 타겟의 이동 속도에 따라 상기 타겟 거리(R)가 제2 임계치 이상으로 판단되면, 상기 지연 값이 적용된 타겟 범위(Rt)에 따라 비트 주파수(beat frequency), 샘플링 주파수와 샘플링 개수를 결정하여 이미지 프로세싱을 수행할 수 있다.According to an embodiment, in the step of obtaining the target range Rt, if the target distance R is less than or equal to a threshold, the signal processing unit may determine the moving speed of the target in a state in which a delay value is not applied. have. In the step of performing the image processing, if the target distance (R) is determined to be greater than or equal to a second threshold according to the moving speed of the target, a beat frequency (beat frequency) according to the target range (Rt) to which the delay value is applied, Image processing may be performed by determining the sampling frequency and the number of samplings.

일 실시 예에 따르면, 상기 타겟 범위(Rt)를 획득하는 단계에서, 상기 타겟의 이동 속도가 임계속도 이상이고 상기 타겟 거리(R)가 임계치 이상인 경우, 상기 송신 경로에 제1 지연 값을 적용하고 상기 수신 경로에 상기 제1 지연 값보다 큰 제2 지연 값을 적용할 수 있다.According to an embodiment, in the step of obtaining the target range Rt, when the moving speed of the target is equal to or greater than a threshold speed and the target distance R is equal to or greater than the threshold, a first delay value is applied to the transmission path, A second delay value greater than the first delay value may be applied to the reception path.

본 발명에 따른 광신호 지연 모듈을 이용한 광자기반 FMCW 레이다 시스템 및 이를 이용한 영상 획득 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.A photonic-based FMCW radar system using an optical signal delay module according to the present invention and an image acquisition method using the same have the following effects.

본 발명에 따르면, 레이다 시스템과 표적의 거리 및 대역폭이 증가해도, 최소한의 메모리와 짧은 소요시간으로 실시간 데이터 처리가 가능하다. According to the present invention, even if the distance and bandwidth between the radar system and the target increase, real-time data processing is possible with a minimum memory and a short time required.

또한 본 발명에 따르면, 광자기반 FMCW 레이다뿐만 아니라 도플러 신호 처리 기반의 다양한 레이다 시스템 및 신호처리 분야에 적용 가능할 것으로 판단된다.In addition, according to the present invention, it is determined that it can be applied to various radar systems and signal processing fields based on Doppler signal processing as well as photonic-based FMCW radar.

또한 본 발명에 따르면, 많은 양의 데이터 처리를 위해 하드웨어 사양을 높이기 위한 노력을 절감 시킬 수 있을 것으로 기대된다. In addition, according to the present invention, it is expected that the effort to increase the hardware specification for processing a large amount of data can be reduced.

또한 본 발명에 따르면, 추가적으로 레이다 시스템의 데이터 처리부의 처리 용량 감소와 하드웨어 최소화로 고해상도 영상 신호 처리를 위한 공간 및 발열 등으로 발생하던 기존 레이다 시스템에 대한 개선이 가능하다.In addition, according to the present invention, it is possible to improve the existing radar system, which was caused by space and heat for processing a high-resolution image signal, by additionally reducing the processing capacity of the data processing unit of the radar system and minimizing the hardware.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. The features and effects of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. will be able

도 1은 광신호 지연 기법이 적용된 광자기반 레이다 시스템 구성도를 나타낸다.
도 2는 광신호 지연 기법이 적용된 광자기반 레이다 시스템의 비트 주파수에 관한 개념도를 나타낸다.
도 3은 광신호 지연 기법이 적용되지 않은 레이다 시스템의 모식도를 나타낸다.
도 4는 서로 다른 펄스 개수에 따른 ISAR 영상 획득을 위한 일반적인 레이다 시스템의 데이터 계산량을 나타낸다.
도 5는 광신호 지연 기법이 적용된 레이다 시스템의 모식도를 나타낸다.
도 6은 ISAR 영상 획득을 위하여 제안된 레이다 시스템의 광신호 지연 기법이 적용되지 않은 레이다 시스템의 모식도를 나타낸다.
도 7은 본 발명에 따른 광자기반 FMCW 레이다 시스템을 이용한 영상 획득 방법의 흐름도를 나타낸다. 1 shows a configuration diagram of a photonic based radar system to which an optical signal delay technique is applied.
2 is a conceptual diagram of a bit frequency of a photonic based radar system to which an optical signal delay technique is applied.
3 shows a schematic diagram of a radar system to which an optical signal delay technique is not applied.
4 shows the amount of data calculation of a general radar system for acquiring an ISAR image according to different pulse numbers.
5 shows a schematic diagram of a radar system to which an optical signal delay technique is applied.
6 is a schematic diagram of a radar system to which an optical signal delay technique of a proposed radar system for acquiring an ISAR image is not applied.
7 is a flowchart of an image acquisition method using a photon-based FMCW radar system according to the present invention.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.The features and effects of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. will be able Since the present invention can have various changes and can have various forms, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. However, this is not intended to limit the present invention to a specific disclosed form, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. The terms used herein are used only to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.In describing each figure, like reference numerals are used for like elements.

제1, 제2등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first, second, etc. may be used to describe various elements, but the elements should not be limited by the terms. The above terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. "및/또는" 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.For example, without departing from the scope of the present invention, a first component may be referred to as a second component, and similarly, a second component may also be referred to as a first component. The term “and/or” includes a combination of a plurality of related listed items or any of a plurality of related listed items.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미가 있다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않아야 한다.Terms such as those defined in a commonly used dictionary should be interpreted as having a meaning consistent with the meaning in the context of the related art, and should not be interpreted in an ideal or excessively formal meaning unless explicitly defined in the present application. shouldn't

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈", "블록" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다. The suffixes “module,” “block,” and “part” for the components used in the following description are given or mixed in consideration of the ease of writing the specification only, and do not have a meaning or role distinct from each other by themselves. .

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 당해 분야에 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 설명한다. 하기에서 본 발명의 실시 예를 설명함에 있어, 관련된 공지의 기능 또는 공지의 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings so that a person skilled in the art can easily implement it. In the following description of embodiments of the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known function or a known configuration may unnecessarily obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이하에서는, 본 발명에 따른 광신호 지연 모듈을 이용한 광자기반 FMCW 레이다 시스템 및 이를 이용한 영상 획득 방법에 대해 설명하기로 한다. Hereinafter, a photonic-based FMCW radar system using an optical signal delay module according to the present invention and an image acquisition method using the same will be described.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, embodiments of the present invention will be described in detail so that those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement them.

이와 관련하여, 도 1은 광신호 지연 기법이 적용된 광자기반 레이다 시스템 구성도를 나타낸다.In this regard, FIG. 1 shows a configuration diagram of a photonic based radar system to which an optical signal delay technique is applied.

본 발명의 구성은 도 1과 같으며, 광자기반 레이다 시스템의 데이터 신호처리 계산량을 줄이기 위한 방법이다. 특히, 레이다 시스템에서 실시간으로 데이터 신호처리를 진행하는데 어려움이 있는 ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar; 역개구합성레이다) 영상 획득분야에 적용하고자 한다. 광신호 지연 모사가 가능한 모듈은 송신부 및 수신부에 적용이 가능하며, ISAR 영상을 실시간으로 처리하기 위하여 수신부에 광신호 지연 모듈을 적용하여 관심 없는 영역의 데이터를 제거할 수 있다. 또한, 실제 표적으로부터 획득한 신호로부터 거리, 대역폭, 펄스폭 등의 정보를 변환하여 처리해야하는 데이터양을 줄일 수 있다.The configuration of the present invention is as shown in FIG. 1 , and is a method for reducing the amount of data signal processing calculation of a photonic based radar system. In particular, it is intended to be applied to the field of ISAR (Inverse Synthetic Aperture Radar) image acquisition, which is difficult to process data signals in real time in a radar system. The module capable of simulating the optical signal delay can be applied to the transmitter and the receiver, and the optical signal delay module is applied to the receiver to process the ISAR image in real time to remove data in an uninterested area. In addition, it is possible to reduce the amount of data to be processed by converting information such as distance, bandwidth, and pulse width from a signal obtained from an actual target.

도 2는 광신호 지연 기법이 적용된 광자기반 레이다 시스템의 비트 주파수에 관한 개념도를 나타낸다.2 is a conceptual diagram of a bit frequency of a photonic based radar system to which an optical signal delay technique is applied.

도 2는 광신호 지연선이 포함된 광자기반 레이다 시스템의 비트(beat) 주파수에 대한 형상을 보여준다. 송신부 신호가 선택적으로 광신호 지연을 모사할 수 있는 모듈을 거치게 되면 표적을 맞고 들어오는 수신신호와 비트주파수 (fb) 값이 작아지는 효과를 가지며, 이는 도면에서 fb1과 fb2의 관계로 확인할 수 있다.FIG. 2 shows the shape with respect to the beat frequency of the photonic based radar system including the optical signal delay line. When the transmitter signal passes through a module that can selectively simulate the optical signal delay, the received signal hitting the target and the bit frequency (fb) value are reduced, which can be confirmed by the relationship between fb1 and fb2 in the figure.

도 2를 참조하면, 비트주파수에서 실제 레이다 시스템에 들어오는 신호가 움직이는 타겟에서 반사되는 신호인 경우, 제1 신호 (Tx. chirp)와 제2 신호 (Tx. chirp with optical delay)가 일부 중첩될 수 있다. 이러한 제1 신호와 제2 신호 간의 충분한 보정이 필요하다. 이와 관련하여, 본 명세서에서는 타겟이 호버링하는 경우를 가정하고, 제1 신호와 제2 신호 간의 충분한 보정을 수행하는 방법을 제안한다.Referring to FIG. 2 , when a signal that actually enters the radar system at the bit frequency is a signal reflected from a moving target, a first signal (Tx. chirp) and a second signal (Tx. chirp with optical delay) may partially overlap. have. Sufficient correction between the first signal and the second signal is required. In this regard, in this specification, it is assumed that the target hovers, and a method for performing sufficient correction between the first signal and the second signal is proposed.

도 3은 광신호 지연 기법이 적용되지 않은 레이다 시스템의 모식도를 나타낸다.3 shows a schematic diagram of a radar system to which an optical signal delay technique is not applied.

도 3은 광신호 지연선이 포함되지 않은 일반적인 FMCW 레이다 시스템의 모식도 및 데이터 처리의 대한 수식을 보여준다. FMCW 레이다의 경우 비트주파수를 이용하여 표적의 거리, 속도, 이미지 영상 등을 획득한다.3 shows a schematic diagram of a general FMCW radar system that does not include an optical signal delay line and a formula for data processing. In the case of FMCW radar, the target's distance, speed, and image image are acquired by using the beat frequency.

도 4는 서로 다른 펄스 개수에 따른 ISAR 영상 획득을 위한 일반적인 레이다 시스템의 데이터 계산량을 나타낸다. 도 4(a)와 도 4(b)에서 펄스 개수는 각각 128 및 1024로 설정될 수 있다.4 shows the amount of data calculation of a general radar system for acquiring ISAR images according to different pulse numbers. 4(a) and 4(b), the number of pulses may be set to 128 and 1024, respectively.

표적이 제자리에서 호버링하는 상태를 가정하고 제안된 광자기반 레이다 시스템의 영상 데이터의 처리량은 도 4(a)와 도 4(b)와 같으며, 표적의 거리에 따라서 처리해야하는 데이터 량이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이때 중심주파수 fc는 10 GHz, 대역폭(BW)는 2 GHz, 펄스폭(PW)는 200μsec로 가정하였다.Assuming that the target hovers in place, the throughput of the image data of the proposed photon-based radar system is the same as in FIGS. can At this time, it was assumed that the center frequency fc was 10 GHz, the bandwidth (BW) was 2 GHz, and the pulse width (PW) was 200 μsec.

도 5는 광신호 지연 기법이 적용된 레이다 시스템의 모식도를 나타낸다.5 shows a schematic diagram of a radar system to which an optical signal delay technique is applied.

구체적으로, 도 5는 선택적으로 광신호 지연을 모사할 수 있는 모듈을 광자기반 레이다 시스템에 적용한 제안된 시스템의 구성도이다. 광신호 지연 선로를 이용하여 데이터의 신호처리량을 줄일 수 있다. 도 5와 같이 광지연 선로를 이용하여 지연길이(Rd) 만큼의 시스템과 표적사이의 거리가 감소하면 비트주파수가 작아진다.Specifically, FIG. 5 is a configuration diagram of a proposed system in which a module capable of selectively simulating optical signal delay is applied to a photonic based radar system. It is possible to reduce the amount of data signal processing by using the optical signal delay line. As shown in FIG. 5, when the distance between the system and the target by the delay length Rd is decreased using the optical delay line, the bit frequency is decreased.

도 6은 ISAR 영상 획득을 위하여 제안된 레이다 시스템의 광신호 지연 기법이 적용되지 않은 레이다 시스템의 모식도를 나타낸다. 도 6(a)와 도 6(b)에서 펄스 개수는 각각 128 및 1024로 설정될 수 있다.6 is a schematic diagram of a radar system to which an optical signal delay technique of a proposed radar system for acquiring an ISAR image is not applied. 6(a) and 6(b), the number of pulses may be set to 128 and 1024, respectively.

도 5와 같이 광지연 선로를 이용하여 지연길이(Rd) 만큼의 시스템과 표적사이의 거리가 감소하면 비트주파수가 작아지면, 도 6(a) 및 도 6(b)와 같이 신호처리 데이터의 양이 감소한다. 도 6(a) 및 도 6(b)을 참조하면, 광자기반 레이다 시스템에서 표적 탐지를 위해 필요한 신호처리 데이터의 양이 줄어드는 것을 확인할 수 있다.As shown in FIG. 5, when the distance between the system and the target by the delay length Rd is decreased using the optical delay line as shown in FIG. 5, when the bit frequency is decreased, the amount of signal processing data as shown in FIGS. 6(a) and 6(b) this decreases Referring to FIGS. 6A and 6B , it can be seen that the amount of signal processing data required for target detection in the photonic based radar system is reduced.

도 1, 도 2, 도 5 및 도 6을 참조하면, 본 발명에 따른 광신호 지연 모듈을 이용한 광자기반 FMCW 레이다 시스템은 광 지연 모듈(200) 및 신호 처리부(signal processing unit, 400)을 포함할 수 있다. 또한, 광자기반 FMCW 레이다 시스템은 광 커플러(optical coupler, 130)을 더 포함할 수 있다.1, 2, 5 and 6, the photonic based FMCW radar system using the optical signal delay module according to the present invention may include an optical delay module 200 and a signal processing unit 400. can In addition, the photonic based FMCW radar system may further include an optical coupler (optical coupler, 130).

광 커플러(130)는 주파수 체배를 수행하도록 구성될 수 있다. 광 지연 모듈(200)은 광 커플러(130)와 동작 가능하게 결합되고, 선택적으로 광 신호를 지연하도록 구성될 수 있다. 신호 처리부(400)는 광 신호 지연 모듈(200)에서 선택된 지연 값이 수신부에 인가되면, 타겟의 위치와 연관된 타겟 범위(Rt)를 획득하도록 구성될 수 있다.The optical coupler 130 may be configured to perform frequency multiplication. The optical delay module 200 may be operatively coupled to the optical coupler 130 and may be configured to selectively delay an optical signal. When the delay value selected by the optical signal delay module 200 is applied to the receiver, the signal processing unit 400 may be configured to obtain a target range Rt associated with the position of the target.

도 1 내지 도 6을 참조하면, 광 신호 지연 모듈(200)은 타겟 거리(R)와 지연 값에 따른 광 지연 범위(Rd)에 기반하여 상기 타겟 범위(Rt)를 결정할 수 있다.1 to 6 , the optical signal delay module 200 may determine the target range Rt based on the target distance R and the optical delay range Rd according to the delay value.

신호 처리부(400)는 상기 타겟 범위(Rt)에 따라 비트 주파수(beat frequency), 샘플링 주파수와 샘플링 개수를 결정하여, 이미지 프로세싱을 수행할 수 있다.The signal processing unit 400 may perform image processing by determining a beat frequency, a sampling frequency, and the number of samples according to the target range Rt.

신호 처리부(400)는 지연 값이 적용되지 않은 상태와 지연 값이 적용된 상태에서 타겟 범위를 동적으로 결정할 수 있다. 이와 관련하여, 광 지연 선로(optical delay line) 선택 기능에 있어서 표적 (타겟)의 위치를 먼저 인식하고 나서 광 지연 적용 절차를 수행할 수 있다. 즉, 레이다 시스템에서 표적의 위치를 탐지모드로 알아낸 후, 영상 획득의 신호처리 양을 줄이기 위해서 지연 경로(delay line)를 적용할 수 있다.The signal processing unit 400 may dynamically determine the target range in a state to which a delay value is not applied and a state in which the delay value is applied. In this regard, in the optical delay line selection function, the position of the target (target) may be recognized first, and then the optical delay application procedure may be performed. That is, after finding the position of the target in the detection mode in the radar system, a delay line may be applied to reduce the amount of signal processing for image acquisition.

일 예로, 신호 처리부(400)는 타겟 거리(R)가 임계치 이하이면, 지연 값이 적용되지 않은 상태에서 상기 타겟의 이동 속도를 판단할 수 있다. 또한, 신호 처리부(400)는 타겟의 이동 속도에 따라 상기 타겟 거리(R)가 제2 임계치 이상인지 여부를 판단할 수 있다. 상기 타겟 거리(R)가 제2 임계치 이상이면, 신호 처리부(400)는 상기 지연 값이 적용된 타겟 범위(Rt)에 따라 비트 주파수(beat frequency), 샘플링 주파수와 샘플링 개수를 결정하여 이미지 프로세싱을 수행할 수 있다.For example, if the target distance R is less than or equal to a threshold, the signal processing unit 400 may determine the moving speed of the target in a state in which a delay value is not applied. Also, the signal processing unit 400 may determine whether the target distance R is equal to or greater than a second threshold according to the moving speed of the target. When the target distance R is equal to or greater than the second threshold, the signal processing unit 400 determines a beat frequency, a sampling frequency, and the number of samples according to the target range Rt to which the delay value is applied, and performs image processing. can do.

한편, 광 신호 지연 모듈(400)에서 결정된 상기 지연 값은 송신 경로와 수신 경로에 모두 적용될 수 있다. 이와 관련하여, 광 신호 지연 모듈(400)은 타겟의 이동 속도가 임계속도 이상이고 상기 타겟 거리(R)가 임계치 이상인 경우, 상기 송신 경로에 제1 지연 값을 적용하고 상기 수신 경로에 상기 제1 지연 값보다 큰 제2 지연 값을 적용할 수 있다. 이와 관련하여, 타겟이 빠른 속도로 FMCW 레이다 시스템으로부터 멀어지는 경우, 송신 경로보다 수신 경로에 더 큰 지연 값을 적용하여 타겟 범위를 일정 범위 내로 유지할 수 있다.Meanwhile, the delay value determined by the optical signal delay module 400 may be applied to both the transmission path and the reception path. In this regard, the optical signal delay module 400 applies a first delay value to the transmission path and applies the first delay value to the reception path when the moving speed of the target is equal to or greater than the threshold speed and the target distance R is equal to or greater than the threshold. A second delay value greater than the delay value may be applied. In this regard, when the target moves away from the FMCW radar system at a high speed, the target range may be maintained within a predetermined range by applying a larger delay value to the reception path than the transmission path.

본 명세서에서 개시되는 광신호 지연 모듈을 이용한 광자기반 FMCW 레이다 시스템의 송신부는 다음과 같이 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 광자기반 FMCW 레이다 시스템은 파형 생성부(110), 레이저 다이오드(120) 및 DPMZW (Dual Parallel Mach-Zehnder)를 포함할 수 있다. 또한, 광자기반 FMCW 레이다 시스템은 포토 디텍터(140), RF 소스 유닛(150) 및 송신 안테나(Tx. ant)를 더 포함할 수 있다. The transmitter of the photonic based FMCW radar system using the optical signal delay module disclosed herein may be configured as follows. In this regard, the photon-based FMCW radar system may include a waveform generator 110 , a laser diode 120 , and a Dual Parallel Mach-Zehnder (DPMZW). In addition, the photon-based FMCW radar system may further include a photo detector 140 , an RF source unit 150 , and a transmit antenna (Tx. ant).

포토 디텍터(140)는 광 커플러(130)에 동작 가능하게 결합될 수 있다. RF 소스 유닛(150)은 포토 디텍터(140)에 동작 가능하게 결합될 수 있다. 송신 안테나(Tx. ant)는 RF 소스 유닛(150)에 동작 가능하게 결합될 수 있다. 광 신호 지연 모듈(200)은 타겟 범위(Rt)에 따라 지연 값이 적용되도록 RF 소스 유닛(150)의 위상을 제어할 수 있다.The photo detector 140 may be operatively coupled to the optical coupler 130 . The RF source unit 150 may be operatively coupled to the photo detector 140 . The transmit antenna Tx. ant may be operatively coupled to the RF source unit 150 . The optical signal delay module 200 may control the phase of the RF source unit 150 so that a delay value is applied according to the target range Rt.

본 명세서에서 개시되는 광신호 지연 모듈을 이용한 광자기반 FMCW 레이다 시스템의 수신부는 다음과 같이 구성될 수 있다. 이와 관련하여, 광자기반 FMCW 레이다 시스템은 수신 안테나(Rx ant), 저잡음 증폭기(310), 위상 변조기(phase modulator, 320), ADC (Analog Digital Converter, 330)을 더 포함할 수 있다.The receiver of the photonic based FMCW radar system using the optical signal delay module disclosed herein may be configured as follows. In this regard, the photon-based FMCW radar system may further include a receiving antenna (Rx ant), a low-noise amplifier 310 , a phase modulator 320 , and an Analog Digital Converter (ADC) 330 .

수신 안테나(Rx ant)는 타겟으로부터 반사된 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 저잡음 증폭기(310)는 수신 안테나(Rx ant)와 동작 가능하게 결합되고, 타겟으로부터 반사된 신호를 증폭하여 출력 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 위상 변조기(320)는 출력 신호의 위상을 변조하도록 구성될 수 있다. ADC (330)는 위상 변조된 신호를 아날로그 디지털 변환하여 디지털 신호를 제공하도록 구성될 수 있다. 신호 처리부(400)는 디지털 신호에 대한 이미지 프로세싱을 통해 ISAR 영상을 획득하도록 구성될 수 있다.The receiving antenna Rx ant may be configured to receive a signal reflected from the target. The low noise amplifier 310 may be operatively coupled to the receive antenna Rx ant and configured to amplify a signal reflected from a target to provide an output signal. The phase modulator 320 may be configured to modulate the phase of the output signal. ADC 330 may be configured to provide a digital signal by analog-to-digital conversion of the phase modulated signal. The signal processing unit 400 may be configured to acquire an ISAR image through image processing for a digital signal.

이상에서는 광신호 지연 모듈을 이용한 광자기반 FMCW 레이다 시스템에 대해 설명하였다. 이하에서는 광자기반 FMCW 레이다 시스템을 이용한 영상 획득 방법에 대해 설명하기로 한다. 이와 관련하여, 전술한 광자기반 FMCW 레이다 시스템에서 설명된 내용이 이하의 광자기반 FMCW 레이다 시스템을 이용한 영상 획득 방법에 적용될 수 있다.In the above, a photonic-based FMCW radar system using an optical signal delay module has been described. Hereinafter, an image acquisition method using a photon-based FMCW radar system will be described. In this regard, the contents described in the above-described photon-based FMCW radar system may be applied to an image acquisition method using the following photon-based FMCW radar system.

이와 관련하여, 도 7은 본 발명에 따른 광자기반 FMCW 레이다 시스템을 이용한 영상 획득 방법의 흐름도를 나타낸다. 영상 획득 방법은 주파수 체배를 수행하는 단계(S100), 지연 값을 선택하는 단계(S200) 및 타겟 범위(Rt)를 획득하는 단계(S300)를 포함할 수 있다. 영상 획득 방법은 이미지 프로세싱(S400)을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.In this regard, FIG. 7 shows a flowchart of an image acquisition method using a photon-based FMCW radar system according to the present invention. The image acquisition method may include performing frequency multiplication (S100), selecting a delay value (S200), and acquiring a target range (Rt) (S300). The image acquisition method may further include performing image processing ( S400 ).

주파수 체배를 수행하는 단계(S100)에서, 광 커플러(optical coupler)에 의해 주파수 체배를 수행할 수 있다. 지연 값을 선택하는 단계(S200)에서, 광 신호 지연 모듈에서 지연 값을 선택할 수 있다. 타겟 범위(Rt)를 획득하는 단계(S300)에서, 광 신호 지연 모듈에서 선택된 지연 값이 인가되면, 신호 처리부(signal processing unit)가 타겟의 위치와 연관된 타겟 범위(Rt)를 획득할 수 있다. 이미지 프로세싱(S400)을 수행하는 단계에서, 신호 처리부가 상기 타겟 범위(Rt)에 따라 비트 주파수(beat frequency), 샘플링 주파수와 샘플링 개수를 결정하여, 이미지 프로세싱을 수행할 수 있다.In the step of performing the frequency multiplication ( S100 ), the frequency multiplication may be performed by an optical coupler. In the step of selecting the delay value ( S200 ), the delay value may be selected in the optical signal delay module. In the step of obtaining the target range Rt ( S300 ), when the delay value selected by the optical signal delay module is applied, a signal processing unit may obtain the target range Rt associated with the position of the target. In the step of performing the image processing ( S400 ), the signal processing unit may determine a beat frequency, a sampling frequency, and the number of samples according to the target range Rt to perform image processing.

한편, 지연 값을 선택하는 단계(S200)에서, 광 신호 지연 모듈은 타겟 거리(R)와 상기 지연 값에 따른 광 지연 범위(Rd)에 기반하여 상기 타겟 범위(Rt)를 결정할 수 있다. 이에 따라, 이미지 프로세싱(S400)을 수행하는 단계에서, 신호 처리부가 상기 타겟 범위(Rt)에 따라 비트 주파수(beat frequency), 샘플링 주파수와 샘플링 개수를 결정하여, 이미지 프로세싱을 수행할 수 있다.Meanwhile, in the step of selecting the delay value ( S200 ), the optical signal delay module may determine the target range Rt based on the target distance R and the optical delay range Rd according to the delay value. Accordingly, in the step of performing the image processing ( S400 ), the signal processing unit may determine a beat frequency, a sampling frequency, and the number of samples according to the target range Rt to perform image processing.

지연 값을 선택하는 단계(S200)에서, 광 신호 지연 모듈에서 결정된 상기 지연 값은 송신 경로와 수신 경로에 모두 적용될 수 있다.In the step of selecting the delay value ( S200 ), the delay value determined by the optical signal delay module may be applied to both the transmission path and the reception path.

타겟 범위(Rt)를 획득하는 단계(S300)에서, 신호 처리부는 상기 타겟 거리(R)가 임계치 이하이면, 지연 값을 적용되지 않은 상태에서 상기 타겟의 이동 속도를 판단할 수 있다. 이미지 프로세싱(S400)을 수행하는 단계에서, 타겟의 이동 속도에 따라 상기 타겟 거리(R)가 제2 임계치 이상으로 판단되면, 상기 지연 값이 적용된 타겟 범위(Rt)에 따라 비트 주파수(beat frequency), 샘플링 주파수와 샘플링 개수를 결정하여 이미지 프로세싱을 수행할 수 있다.In the step of obtaining the target range Rt ( S300 ), if the target distance R is less than or equal to a threshold value, the signal processing unit may determine the moving speed of the target in a state in which a delay value is not applied. In the step of performing image processing (S400), if the target distance (R) is determined to be greater than or equal to the second threshold according to the moving speed of the target, the beat frequency (beat frequency) according to the target range (Rt) to which the delay value is applied , the sampling frequency and the number of samples may be determined to perform image processing.

타겟 범위(Rt)를 획득하는 단계(S300)에서, 타겟의 이동 속도가 임계속도 이상이고 상기 타겟 거리(R)가 임계치 이상인 경우, 상기 송신 경로에 제1 지연 값을 적용하고 상기 수신 경로에 상기 제1 지연 값보다 큰 제2 지연 값을 적용할 수 있다.In the step S300 of obtaining the target range Rt, when the moving speed of the target is equal to or greater than the threshold speed and the target distance R is equal to or greater than the threshold, a first delay value is applied to the transmission path and the receiving path is A second delay value greater than the first delay value may be applied.

본 발명에 따른 광신호 지연 모듈을 이용한 광자기반 FMCW 레이다 시스템 및 이를 이용한 영상 획득 방법은 다음과 같은 효과를 가진다.A photonic-based FMCW radar system using an optical signal delay module according to the present invention and an image acquisition method using the same have the following effects.

본 발명에 따르면, 레이다 시스템과 표적의 거리 및 대역폭이 증가해도, 최소한의 메모리와 짧은 소요시간으로 실시간 데이터 처리가 가능하다. According to the present invention, even if the distance and bandwidth between the radar system and the target increase, real-time data processing is possible with a minimum memory and a short time required.

또한 본 발명에 따르면, 광자기반 FMCW 레이다뿐만 아니라 도플러 신호 처리 기반의 다양한 레이다 시스템 및 신호처리 분야에 적용 가능할 것으로 판단된다.In addition, according to the present invention, it is determined that it can be applied to various radar systems and signal processing fields based on Doppler signal processing as well as photonic-based FMCW radar.

또한 본 발명에 따르면, 많은 양의 데이터 처리를 위해 하드웨어 사양을 높이기 위한 노력을 절감 시킬 수 있을 것으로 기대된다. In addition, according to the present invention, it is expected that the effort to increase the hardware specification for processing a large amount of data can be reduced.

또한 본 발명에 따르면, 추가적으로 레이다 시스템의 데이터 처리부의 처리 용량 감소와 하드웨어 최소화로 고해상도 영상 신호 처리를 위한 공간 및 발열 등으로 발생하던 기존 레이다 시스템에 대한 개선이 가능하다.In addition, according to the present invention, it is possible to improve the existing radar system, which was caused by space and heat for processing a high-resolution image signal, by additionally reducing the processing capacity of the data processing unit of the radar system and minimizing the hardware.

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. The features and effects of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. will be able

상술한 본 발명의 특징 및 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. The features and effects of the present invention described above will become more apparent through the following detailed description in relation to the accompanying drawings, and accordingly, those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains can easily implement the technical idea of the present invention. will be able

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to a specific embodiment, it should be understood to include all modifications, equivalents and substitutes included in the spirit and scope of the present invention.

소프트웨어적인 구현에 의하면, 본 명세서에서 설명되는 절차 및 기능뿐만 아니라 각각의 구성 요소들에 대한 설계 및 파라미터 최적화는 별도의 소프트웨어 모듈로도 구현될 수 있다. 적절한 프로그램 언어로 쓰여진 소프트웨어 어플리케이션으로 소프트웨어 코드가 구현될 수 있다. 상기 소프트웨어 코드는 메모리에 저장되고, 제어부(controller) 또는 프로세서(processor)에 의해 실행될 수 있다.According to the software implementation, not only the procedures and functions described in this specification but also the design and parameter optimization for each component may be implemented as a separate software module. The software code may be implemented as a software application written in a suitable programming language. The software code may be stored in a memory and executed by a controller or a processor.

Claims (12)

광신호 지연 모듈을 이용한 광자기반 FMCW 레이다 시스템에 있어서,
주파수 체배를 수행하는 광 커플러(optical coupler);
상기 광 커플러와 동작 가능하게 결합되고, 선택적으로 광 신호를 지연하도록 구성된 광 신호 지연 모듈; 및
상기 광 신호 지연 모듈에서 선택된 지연 값이 수신부에 인가되면, 타겟의 위치와 연관된 타겟 범위(Rt)를 획득하도록 구성된 신호 처리부(signal processing unit)를 포함하고,
상기 광 신호 지연 모듈은,
상기 타겟의 이동 속도가 임계속도 이상이고 타겟 거리(R)가 임계치 이상인 경우, 송신 경로에 제1 지연 값을 적용하고 수신 경로에 상기 제1 지연 값보다 큰 제2 지연 값을 적용하는 광자기반 FMCW 레이다 시스템.In the photonic based FMCW radar system using the optical signal delay module,
an optical coupler for performing frequency multiplication;
an optical signal delay module operatively coupled to the optical coupler and configured to selectively delay an optical signal; and
and a signal processing unit configured to obtain a target range (Rt) associated with the position of the target when the delay value selected by the optical signal delay module is applied to the receiving unit;
The optical signal delay module,
Photon-based FMCW that applies a first delay value to a transmission path and a second delay value greater than the first delay value to a reception path when the moving speed of the target is greater than or equal to the threshold speed and the target distance R is greater than or equal to the threshold radar system. 제1 항에 있어서,
상기 광 신호 지연 모듈은 상기 타겟 거리(R)와 상기 지연 값에 따른 광 지연 범위(Rd)에 기반하여 상기 타겟 범위(Rt)를 결정하고,
상기 신호 처리부는 상기 타겟 범위(Rt)에 따라 비트 주파수(beat frequency), 샘플링 주파수와 샘플링 개수를 결정하여, 이미지 프로세싱을 수행하는, 광자기반 FMCW 레이다 시스템.The method of claim 1,
The optical signal delay module determines the target range (Rt) based on the target distance (R) and the optical delay range (Rd) according to the delay value,
The signal processing unit determines a beat frequency, a sampling frequency and the number of samples according to the target range (Rt), and performs image processing, a photonic-based FMCW radar system. 제2 항에 있어서,
상기 광 신호 지연 모듈은 송신 경로와 수신 경로에 모두 적용되는 지연 값을 결정하는 광자기반 FMCW 레이다 시스템.3. The method of claim 2,
The optical signal delay module determines a delay value applied to both a transmit path and a receive path. 제3 항에 있어서,
상기 신호 처리부는,
상기 타겟 거리(R)가 임계치 이하이면, 지연 값이 적용되지 않은 상태에서 상기 타겟의 이동 속도를 판단하고,
상기 타겟의 이동 속도에 따라 상기 타겟 거리(R)가 제2 임계치 이상으로 판단되면, 상기 지연 값이 적용된 타겟 범위(Rt)에 따라 비트 주파수(beat frequency), 샘플링 주파수와 샘플링 개수를 결정하여 이미지 프로세싱을 수행하는, 광자기반 FMCW 레이다 시스템.4. The method of claim 3,
The signal processing unit,
If the target distance (R) is less than or equal to a threshold, determining the moving speed of the target in a state in which a delay value is not applied,
When the target distance (R) is determined to be greater than or equal to the second threshold according to the moving speed of the target, the beat frequency, the sampling frequency and the number of samples are determined according to the target range (Rt) to which the delay value is applied. A photon-based FMCW radar system that performs processing. 삭제delete 제1 항에 있어서,
상기 광 커플러에 동작 가능하게 결합된 포토 디텍터;
상기 포토 디텍터에 동작 가능하게 결합된 RF 소스 유닛; 및
상기 RF 소스 유닛에 동작 가능하게 결합된 송신 안테나를 더 포함하고,
상기 광 신호 지연 모듈은 상기 타겟 범위(Rt)에 따라 상기 지연 값이 적용되도록 상기 RF 소스 유닛의 위상을 제어하는, 광자기반 FMCW 레이다 시스템.The method of claim 1,
a photo detector operatively coupled to the optical coupler;
an RF source unit operatively coupled to the photo detector; and
a transmit antenna operatively coupled to the RF source unit;
The optical signal delay module controls the phase of the RF source unit so that the delay value is applied according to the target range (Rt). 제1 항에 있어서,
타겟으로부터 반사된 신호를 수신하도록 구성된 수신 안테나;
상기 수신 안테나와 동작 가능하게 결합되고, 상기 반사된 신호를 증폭하여 출력 신호를 제공하도록 구성된 저잡음 증폭기;
상기 출력 신호의 위상을 변조하도록 구성된 위상 변조기; 및
상기 위상 변조된 신호를 아날로그 디지털 변환하여 디지털 신호를 제공하도록 구성된 ADC를 더 포함하고,
상기 신호 처리부는 상기 디지털 신호에 대한 이미지 프로세싱을 통해 ISAR 영상을 획득하는, 광자기반 FMCW 레이다 시스템.The method of claim 1,
a receive antenna configured to receive a signal reflected from the target;
a low noise amplifier operatively coupled to the receive antenna and configured to amplify the reflected signal to provide an output signal;
a phase modulator configured to modulate a phase of the output signal; and
Further comprising an ADC configured to provide a digital signal by analog-to-digital conversion of the phase-modulated signal,
The signal processing unit acquires an ISAR image through image processing for the digital signal, a photonic-based FMCW radar system. 광자기반 FMCW 레이다 시스템을 통한 영상 획득 방법에 있어서,
광 커플러(optical coupler)에 의해 주파수 체배를 수행하는 단계;
광 신호 지연 모듈에서 지연 값을 선택하는 단계; 및
상기 광 신호 지연 모듈에서 선택된 지연 값이 인가되면, 신호 처리부(signal processing unit)가 타겟의 위치와 연관된 타겟 범위(Rt)를 획득하는 단계를 포함하고,
상기 타겟 범위(Rt)를 획득하는 단계는 상기 광 신호 지연 모듈이 상기 타겟의 이동 속도가 임계속도 이상이고 타겟 거리(R)가 임계치 이상인 경우, 송신 경로에 제1 지연 값을 적용하고 수신 경로에 상기 제1 지연 값보다 큰 제2 지연 값을 적용하는 단계를 포함하는 영상 획득 방법.In the image acquisition method through the photon-based FMCW radar system,
performing frequency multiplication by an optical coupler;
selecting a delay value in an optical signal delay module; and
When the delay value selected by the optical signal delay module is applied, a signal processing unit obtaining a target range (Rt) associated with the position of the target;
In the step of obtaining the target range (Rt), the optical signal delay module applies a first delay value to the transmission path when the moving speed of the target is equal to or greater than the threshold speed and the target distance R is equal to or greater than the threshold value, and is applied to the receive path. and applying a second delay value greater than the first delay value. 제8 항에 있어서,
상기 지연 값을 선택하는 단계에서, 상기 광 신호 지연 모듈은 상기 타겟 거리(R)와 상기 지연 값에 따른 광 지연 범위(Rd)에 기반하여 상기 타겟 범위(Rt)를 결정하고,
상기 신호 처리부가 상기 타겟 범위(Rt)에 따라 비트 주파수(beat frequency), 샘플링 주파수와 샘플링 개수를 결정하여, 이미지 프로세싱을 수행하는 단계를 더 포함하는, 영상 획득 방법.9. The method of claim 8,
In the step of selecting the delay value, the optical signal delay module determines the target range (Rt) based on the target distance (R) and the optical delay range (Rd) according to the delay value,
The method further comprising the step of performing image processing by the signal processing unit determining a beat frequency, a sampling frequency, and the number of samples according to the target range (Rt). 제9 항에 있어서,
상기 지연 값을 선택하는 단계는,
상기 광 신호 지연 모듈이 송신 경로와 수신 경로에 모두 적용되는 지연 값을 결정하는 단계를 포함하는 영상 획득 방법.10. The method of claim 9,
The step of selecting the delay value comprises:
and determining, by the optical signal delay module, a delay value applied to both a transmission path and a reception path. 제10 항에 있어서,
상기 타겟 범위(Rt)를 획득하는 단계에서,
상기 신호 처리부는 상기 타겟 거리(R)가 임계치 이하이면, 지연 값이 적용되지 않은 상태에서 상기 타겟의 이동 속도를 판단하고,
상기 이미지 프로세싱을 수행하는 단계에서,
상기 타겟의 이동 속도에 따라 상기 타겟 거리(R)가 제2 임계치 이상으로 판단되면, 상기 지연 값이 적용된 타겟 범위(Rt)에 따라 비트 주파수(beat frequency), 샘플링 주파수와 샘플링 개수를 결정하여 이미지 프로세싱을 수행하는, 영상 획득 방법.11. The method of claim 10,
In the step of obtaining the target range (Rt),
If the target distance R is less than or equal to a threshold, the signal processing unit determines the moving speed of the target in a state in which a delay value is not applied,
In the step of performing the image processing,
When the target distance (R) is determined to be greater than or equal to the second threshold according to the moving speed of the target, the beat frequency, the sampling frequency and the number of samples are determined according to the target range (Rt) to which the delay value is applied. An image acquisition method for performing processing. 삭제delete
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