KR102463539B1 - 레이더, 신호 처리 회로 및 신호 처리 방법 - Google Patents

레이더, 신호 처리 회로 및 신호 처리 방법 Download PDF

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Abstract

상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 개시된 레이더는 주파수 변조 연속파(FMCW) 신호인 제1 신호를 생성하고, 생성된 상기 제1 신호를 외부로 방사하는 송신부; 상기 제1 신호에 기반한 제2 신호 신호를 수신하고, 제2 신호의 기저대역 신호를 생성하는 수신부; 및 상기 기저대역 신호에서 목표 주파수 신호를 추출하는 신호 처리부를 포함하고, 제어된 상기 목표 주파수 신호를 디지털 신호로 출력하는 신호 변환부;를 포함하되, 상기 신호 처리부는 상기 수신부와 연결되고, 상기 기저대역 신호를 입력받고, 입력된 상기 기저대역 신호에 존재하는 저주파 신호를 제1 차단 주파수에 기초하여 감쇄시키는 고역 통과 필터(filter); 감쇄된 상기 기저대역 신호를 증폭시키는 증폭기; 및 제2 차단 주파수 값에 기초하여 증폭된 기저대역 신호의 직류 성분을 제거하는 신호 제어기를 포함한다.

Description

레이더, 신호 처리 회로 및 신호 처리 방법{Radar, signal control circuit and signal control method}
본 개시는 레이더, 신호 처리 회로 및 신호 처리 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 본 개시는 주파수 변조 연속파(FMCW)를 사용하는 레이더에 있어서, 누설되는 신호를 여과하고, 표적이 멀리 있는 경우 감쇄되는 신호를 보상하는 레이더, 신호 처리 회로 및 신호 처리 방법에 관한 것이다.
신호의 송신과 수신을 동시에 하는 FMCW 방식의 레이더는 송신 안테나와 수신 안테나 사이의 거리가 가까이 존재한다. 이러한 구조적 특징으로 인하여 송신 안테나에서 수신 안테나로 신호가 누설되는 현상이 발생한다. 이러한 경우, 수신 장치의 저잡음 증폭기를 포화시켜 원하는 표적신호를 수신하지 못하게 하거나 주파수 혼합기를 통과했을 때 신호의 세기가 매우 큰 저주파 신호로 변환된다.
또한, 타겟과 거리가 멀어질수록 수신되는 신호가 감쇄되는 레이더의 특성상 가까이 있는 표적과 멀리있는 표적을 동시에 탐지하려고 할 경우 요구되는 아날로그-디지털 변환기(analoge-digital converter)의 입력 동적 범위가 커지고, 이를 벗어날 경우 디지털 값으로 변환되지 않을 수 있다.
상술한 문제점을 해결하기 위하여 일 실시예는 레이더가 수신한 신호에서 저주파 성분을 제거하고, 감쇄된 수신 신호를 보상하는 레이더, 신호 처리 회로 및 신호 처리 방법을 제공한다.
상술한 기술적 과제를 해결하기 위하여, 개시된 레이더는 주파수 변조 연속파(FMCW) 신호인 제1 신호를 생성하고, 생성된 상기 제1 신호를 외부로 방사하는 송신부; 상기 제1 신호에 기반한 제2 신호 신호를 수신하고, 제2 신호의 기저대역 신호를 생성하는 수신부; 및 상기 기저대역 신호에서 목표 주파수 신호를 추출하는 신호 처리부를 포함하고, 제어된 상기 목표 주파수 신호를 디지털 신호로 출력하는 신호 변환부를 포함하되, 상기 신호 처리부는 상기 수신부와 연결되고, 상기 기저대역 신호를 입력받고, 입력된 상기 기저대역 신호에 존재하는 저주파 신호를 제1 차단 주파수에 기초하여 감쇄시키는 고역 통과 필터(filter); 감쇄된 상기 기저대역 신호를 증폭시키는 증폭기; 및 제2 차단 주파수 값에 기초하여 증폭된 기저대역 신호의 직류 성분을 제거하는 신호 제어기를 포함한다.
또한, 상기 신호 처리부는, 상기 고역 통과 필터가 1차 필터인 경우, 상기 제1 차단 주파수와 상기 제2 차단 주파수를 동일하게 설정하고, 상기 제1 차단 주파수 및 상기 제2 차단 주파수를 입력되는 상기 기저대역 신호 주파수의 최대 주파수로 결정할 수 있다.
또한, 상기 고역 통과 필터는 1차 수동 필터로 구성되고, 상기 증폭기는 완전 차동 연산 증폭기, 가변저항 및 커패시터를 포함하고, 상기 증폭기에 마련된 가변저항을 조절하고, 상기 주파수 이득을 제어할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리부는, 상기 고역 통과 필터가 2차 필터인 경우, 상기 제1 차단 주파수를 입력 되는 상기 기저대역 신호 주파수의 최대 주파수로 결정하고, 상기 제2 차단 주파수를 입력되는 상기 기저대역 신호의 최소 주파수로 결정할 수 있다.
또한, 상기 증폭기는, 연산 증폭기를 연산 증폭기 및 가변저항을 포함하고, 상기 증폭기에 마련된 가변저항을 조절하고, 상기 주파수 이득을 제어할 수 있다.
또한, 상기 고역 통과 필터는, 상기 반사파 또는 상기 누설신호의 이득을 상쇄시키고, 일정한 이득 변화율을 갖도록 상기 주파수 이득을 제어할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리부는, 상기 주파수 변조 연속파 신호의 최대 도달거리에 기초하여 상기 제2 차단 주파수를 결정할 수 있다.
개시된 신호 처리 회로는 제1 신호에 기반한 제2 신호의 기저대역 신호를 입력 받고, 입력된 상기 기저대역 신호에 존재하는 저주파 신호를 제1 차단 주파수에 기초하여 감쇄시키는 고역 통과 필터; 감쇄된 상기 기저대역 신호를 증폭시키는 증폭기; 및 제2 차단 주파수 값에 기초하여 증폭된 기저대역 신호의 직류 성분을 제거하는 신호 제어기를 포함하고, 목표 주파수를 추출한다.
또한, 상기 고역 통과 필터가 1차 필터인 경우, 상기 제1 차단 주파수와 상기 제2 차단 주파수를 동일하게 설정하고, 상기 제1 차단 주파수 및 상기 제2 차단 주파수를 입력되는 상기 기저대역 신호 주파수의 최대 주파수로 결정할 수 있다.
또한, 상기 증폭기는 완전 차동 연산 증폭기, 가변저항 및 커패시터를 포함하고, 상기 증폭기에 마련된 가변저항을 조절하고, 조절 결과 주파수 이득을 제어할 수 있다.
또한, 상기 고역 통과 필터가 2차 필터인 경우, 상기 제1 차단 주파수를 입력 되는 상기 기저대역 신호 주파수의 최대 주파수로 결정하고, 상기 제2 차단 주파수를 입력되는 상기 기저대역 신호의 최소 주파수로 결정할 수 있다.
또한, 상기 증폭기는, 연산 증폭기를 연산 증폭기 및 가변저항을 포함하고, 상기 증폭기에 마련된 가변저항을 조절하고, 조절 결과 주파수 이득을 제어할 수 있다.
또한, 상기 고역 통과 필터는, 상기 반사파 또는 상기 누설신호의 이득을 상쇄시키고, 일정한 이득 변화율을 갖도록 상기 주파수 이득을 제어할 수 있다.
또한, 상기 주파수 변조 연속파 신호의 최대 도달거리에 기초하여 상기 제2 차단 주파수를 결정할 수 있다.
개시된 신호 처리 방법은 주파수 변조 연속파(FMCW) 신호인 제1 신호를 생성하고, 생성된 상기 제1 신호를 외부로 방사하고, 상기 제1 신호에 기반한 제2 신호 신호를 수신하고, 제2 신호의 기저대역 신호를 생성하고, 상기 기저대역 신호에서 목표 주파수 신호를 추출하고, 제어된 상기 목표 주파수 신호를 디지털 신호로 출력하는 것을 포함하되, 상기 목표 주파수 신호를 추출하는 것은, 상기 기저대역 신호를 입력 받고, 입력된 상기 기저대역 신호에 존재하는 저주파 신호를 제1 차단 주파수에 기초하여 감쇄시키고, 감쇄된 상기 기저대역 신호를 증폭시키고, 제2 차단 주파수 값에 기초하여 증폭된 기저대역 신호의 직류 성분을 제거하는 것을 포함한다.
또한, 상기 신호 처리 방법은, 차동모드에서 상기 목표 주파수 신호를 추출하는 경우,
상기 제1 차단 주파수와 상기 제2 차단 주파수를 동일하게 설정하고, 상기 제1 차단 주파수 및 상기 제2 차단 주파수를 입력되는 상기 기저대역 신호 주파수의 최대 주파수로 결정하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리 방법은, 단일모드에서 상기 목표 주파수 신호를 추출하는 경우, 상기 제1 차단 주파수를 입력 되는 상기 기저대역 신호 주파수의 최대 주파수로 결정하고, 상기 제2 차단 주파수를 입력되는 상기 기저대역 신호의 최소 주파수로 결정하는 것을 포함하는 신호 처리 방법.
또한, 상기 저주파 신호를 제1 차단 주파수에 기초하여 감쇄시키는 것은, 상기 반사파 또는 상기 누설신호의 이득을 상쇄시키고, 일정한 이득 변화율을 갖도록 상기 주파수 이득을 제어하는 것을 포함할 수 있다.
또한, 상기 신호 처리 방법은, 상기 주파수 변조 연속파 신호의 최대 도달거리에 기초하여 상기 제2 차단 주파수를 결정하는 것을 포함할 수 있다.
상술한 구성을 포함함으로써, 일 실시예는 누설 신호를 필터링하고, 감쇄된 반사파 신호의 주파수 이득을 제어할 수 있는 레이더, 신호 처리 회로 및 신호 처리 방법을 제공한다.
또한, 일 실시예는 고역 통과 필터를 사용함으로써, 타겟과 레이더의 거리에 의한 신호 감쇄효과를 보상하는 레이더, 신호 처리 회로 및 신호 처리 방법을 제공한다.
또한, 일 실시예는 원하는 신호 대역보다 낮은 차단 주파수를 가지는 필터보다 면적이 현저히 작은 커패시턴스로 구성이 가능하기 때문에 CMOS공정 등에 의한 고직접화가 가능한 신호 처리 회로를 제공한다.
도 1은 일 실시예에 따른 레이더의 블록도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 레이더의 구성을 도시한 것이다.
도 3은 일 실시예에 따른 신호 처리부를 도시한 것이다.
도 4는 일 실시예에 따른 레이더가 단일모드에서 작동하는 경우, 신호 처리부를 도시한 것이다.
도 5는 일 실시예에 따른 레이더가 차동모드에서 작동하는 경우, 신호 처리부를 도시한 것이다.
도 6은 일 실시예에 따른 신호 처리부에 입력되는 신호를 도시한 것이다.
도 7은 일 실시예에 따른 신호 처리부에 입력되는 신호의 특성을 도시한 것이다.
도 8은 일 실시예에 따른 신호 처리부에서 출력되는 신호의 특성을 도시한 것이다.
도 9는 일 실시예에 따른 레이더의 제어과정을 도시한 순서도이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다. 본 명세서가 실시예들의 모든 요소들을 설명하는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 일반적인 내용 또는 실시예들 간에 중복되는 내용은 생략한다. 명세서에서 사용되는 '부, 모듈, 부재, 블록'이라는 용어는 소프트웨어 또는 하드웨어로 구현될 수 있으며, 실시예들에 따라 복수의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 하나의 구성요소로 구현되거나, 하나의 '부, 모듈, 부재, 블록'이 복수의 구성요소들을 포함하는 것도 가능하다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 간접적으로 연결되어 있는 경우를 포함하고, 간접적인 연결은 무선 통신망을 통해 연결되는 것을 포함한다.
또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
제 1, 제 2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 전술된 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 예외가 있지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
각 단계들에 있어 식별부호는 설명의 편의를 위하여 사용되는 것으로 식별부호는 각 단계들의 순서를 설명하는 것이 아니며, 각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않는 이상 명기된 순서와 다르게 실시될 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참고하여 본 발명의 작용 원리 및 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 레이더(100)의 블록도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이더(100)는 송신부(110), 수신부(120), 신호 처리부(130)를 포함하고, 신호 변환부(140)를 포함할 수 있다.
송신부(110)는 주파수 신호를 생성하고 외부로 생성된 신호를 방사한다. 여기서, 주파수 신호를 생성하는 주파수 변조 연속파(FMCW)일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
수신부(120)는 외부에 존재하는 타겟(Target)으로부터 반사된 주파수 신호 반사파를 송신한다. 또한, 수신부(120)는 송신부(110)로부터 방사된 신호 중 타겟에 도달하지 못하고 누설된 신호를 수신할 수 있다. 수신부(120)는 주파수 신호의 반사파 또는 누설 신호를 기저대역 신호로 하향 변환하고, 변환된 기저대역 신호를 신호 처리부(130)에 입력한다. 여기서 타겟은 움직이는 드론(Drone)과 같은 물체일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
신호 처리부(130)는 기저대역 신호에서 목표 주파수를 추출한다. 구체적으로, 신호 처리부(130)는 수신부(120)로부터 기저대역 신호를 입력받고, 기저대역 신호의 주파수에서 저주파 신호 및 직류성분을 제거하고, 목표 주파수를 추출한다. 구체적으로, 신호 처리부(130)는 기저대역 신호를 입력받고, 입력된 기저대역 신호를 제1 차단 주파수에 기초하여 감쇄시킨다. 여기서 제1 차단 주파수는 입력 신호 대역에 따라 달라질 수 있다. 제1 주파수에 관한 설명은 도 3 내지 도 5에서 상세히 설명한다. 신호 처리부(130)는 제1 차단 주파수에 의하여 감쇄된 기저대역 신호를 증폭시킬 수 있다. 신호 처리부(130)는 증폭된 기저대역 신호에 존재하는 직류 성분을 제거(DC offset)한다. 여기서, 직류 성분의 제거는 미리 설정된 제2 차단 주파수 값에 기초하여 수행될 수 있다.
또한, 신호 처리부(130)는 고역 통과 필터(HPF: High Pass Filter)(131), 증폭기(132) 및 신호 제어기(133)를 포함한다. 구조적으로 고역 통과 필터(131)는 수신기(120)와 연결된다. 수신기(120)와 고역 통과 필터(131)가 연결됨으로써, 신호 처리부(130)는 수신기(120)와 직렬 연결된다. 신호 처리부(130)의 각 구성요소 및 기능은 도 2에서 상세히 설명한다.
신호 변환부(140)는 목표 주파수 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 여기서, 디지털 신호는 타겟의 거리에 따른 반사파 신호에 따른 신호 감쇄가 보상되어 출력되는 신호이다. 신호 변환부(140)가 포함하는 구성은 도 2에서 상세히 설명한다.
도 2는 일 실시예에 따른 레이더(100)의 구성을 도시한 것이다.
도 2를 참조하면, 일 실시예에 따른 송신부(110)는 주파수 생성기(111), 주파수-신호 변환기(112) 및 안테나(113)를 포함한다.
개시된 주파수 생성기(111)기는 주파수 변조 연속파 신호인 제1 신호를 생성한다. 또한, 주파수 생성기(111)는 생성된 제1 신호를 주파수-신호 변환기(112) 및 수신부(120)에 마련된 주파수 혼합기(121)로 전송한다. 여기서 생성되는 주파수 정보는 탐지되는 물체의 거리 또는 속도에 따라 달라질 수 있다. 주파수가 생성되면, 주파수-신호 변환기(112)는 제1 신호를 증폭한다. 제1 신호가 증폭되면, 안테나(113)는 생성된 주파수 변조 연속파를 외부로 방사한다.
일 실시예에 따른 수신부(120)는 주파수 혼합기(121), 주파수-신호 변환기(122) 및 안테나(123)를 포함한다.
개시된 안테나(123)는 제1 신호에 기반한 제2 신호를 수신한다. 여기서 제2 신호는 타겟으로부터 반사된 제1 신호 및 송신부(110)에서 누설된 제1 신호를 포함할 수 있다. 안테나(123)는 수신된 제2 신호를 주파수-신호 변환기(122)로 전송한다. 주파수-신호 변환기(122)는 안테나(123)가 수신한 제2 신호를 주파수 혼합기(121)에 전송한다. 제2 신호가 주파수 혼합기(121)에 입력되면, 주파수 혼합기(121)는 입력된 제2 신호 정보에 기초하여 기저대역 신호를 생성한다. 주파수 혼합기(121)는 생성된 기저대역 신호를 신호 처리부(130)로 전송한다.
일 실시예에 따른 신호 처리부(130)는 고역 통과 필터(131), 증폭기(132) 및 신호 제어기(133)를 포함한다.
신호 처리부(130)는 수신부(120)으로부터 기저대역 신호를 입력받고, 기저대역 신호에 포함된 저주파 성분을 제거하고, 기저대역 신호를 증폭하고, 기저대역 신호에 포함된 직류 성분을 제거한다. 신호 처리부(130)에 관한 설명은 도 3에서 상세히 설명한다.
신호 변환부(140)는 저역 통과 필터(141), 증폭기(142) 및 아날로그-디지털 신호 변환기(143)를 포함한다.
저역 통과 필터(141)는 신호 처리부(130)로부터 저주파 성분이 제거되고, 직류 성분이 제거된 기저대역 신호를 입력 받고, 타겟 물체의 탐지에 필요한 신호만 통과시킨다.
증폭기(142)는 저역 통과 필터(142)를 통과한 신호를 증폭시키고, 아날로그-디지털 변환기(143)는 아날로그 신호인 기저대역 신호를 디지털 신호로 변환한다. 레이더(100)는 변환된 디지털 신호에 기초하여 타겟의 정보를 얻을 수 있다. 여기서, 타겟의 정보는 타겟의 위치, 이동방향, 속도 또는 가속도를 포함할 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
도 3는 일 실시예에 따른 신호 처리부(130)를 도시한 것이다.
일 실시예에 따른 신호 처리부(130)는 고역 통과 필터(131), 증폭기(132) 및 신호 제어기(133)를 포함한다.
고역 통과 필터(131)는 수신부(120)로부터 기저대역 신호를 입력받고, 제1 차단 주파수에 기초하여 입력된 기저대역 신호에 포함된 저주파 신호를 감쇄시킨다. 여기서, 기저대역 신호에 포함된 저주파 신호는 주로 송신부(110)에서 누설된 제1 신호일 가능성이 많다. 따라서, 고역 통과 필터(131)가 수신부(120)의 바로 뒷단에 직접 연결되는 경우, 기저대역 신호에 포함된 저주파 신호를 우선적으로 감쇄시킬 수 있다. 저주파 신호가 감쇄되면, 송신부(110)의 누설 신호 성분은 기저대역 신호에서 제거된다. 제1 차단 주파수는 고역 통과 필터(131)에 입력되는 신호의 대역에 따라 달라질 수 있다. 또한, 입력 신호 대역은 탐지되는 물체의 거리에 따라 달라질 수 있으므로, 제1 차단 주파수는 탐지되는 물체의 거리에 따라 달라질 수 있다.
증폭기(132)는 고역 통과 필터(131)를 통과한 신호의 세기를 증폭한다. 증폭기(131)는 가변 저항을 포함한다. 가변저항의 크기 조절에 기초하여 증폭기(132)의 저항비를 제어하고, 저항비의 제어 결과 증폭기(132)의 이득이 제어될 수 있다. 여기서, 증폭의 의미는 감산과 가산의 의미를 모두 포함할 수 있고, 증폭기(132)는 입력된 신호를 음의 값 또는 양의 값으로 증폭할 수 있다.
신호 제어기(133)는 제2 차단 주파수에 기초하여 기저대역 신호에 존재하는 직류 성분을 제거한다. 증폭기(132)가 기저대역 신호를 증폭하면, 기저대역 신호에 포함된 직류 성분 신호도 증폭된다. 신호 제어기(133)는 증폭된 직류 성분 신호를 제거한다. 여기서 제2 차단 주파수는 레이더(100)의 구동모드에 따라 설정될 수 있다. 레이더(100)가 단일 모드에서 구동되는 경우, 제2 차단 주파수는 입력되는 기저대역 신호 주파수 대역의 최소 주파수로 설정될 수 있다. 레이더(100)가 차동모드에서 구동되는 경우, 제2 차단 주파수는 제1 차단 주파수와 동일하게 설정될 수 있다. 직류 성분 신호가 제거되면, 신호 처리부(130)는 물체의 탐지에 필요한 신호만 추출할 수 있다. 그 결과, 신호 제어기(133)는 탐지되는 물체의 거리에 따른 기저대역 신호의 감쇄효과를 보상하고, 송신부(110)의 누설 신호에 의한 저주파 신호를 감쇄시키는 효과가 존재한다.
또한, 신호 제어기(133)는 레이더(100)의 구동모드에 따라 구성을 달리할 수 있다. 구체적으로, 레이더(100)가 단일 모드에서 제어되는 경우, 신호 제어기(133)는 연산 증폭기를 포함하고, 차동 모드에서 제어되는 경우, 신호 제어기(133)는 완전 차동 연산 증폭기를 포함한다.
여기서, 단일 모드는 일 실시예에 따른 고역 통과 필터(131)가 2차 수동 필터(131a)로 구성되고, 접지 역할을 하는 1개의 도선과 신호가 전송되는 1개의 도선에 의해 신호 처리부(130)가 구성되는 경우를 의미한다. 또한, 차동 모드는 일 실시예에 따른 고역 통과 필터(131)가 1차 수동 필터(131b)로 구성되고, 2개의 주파수와 진폭이 같은 신호가 위상이 반대로 되어 입력되는 경우를 의미한다.
또한, 신호 처리부(130)는 레이더(100)의 구성으로 존재할 수도 있고, 단일의 레이더 제어 장치로 존재할 수 있다.
도 4는 일 실시예에 따른 레이더(100)가 단일모드에서 작동하는 경우, 신호 처리부(130)를 도시한 것이다.
도 4를 참조하면, 레이더(100)가 단일 모드에서 구동되는 경우, 신호 처리부(130a)는 2차 수동 필터(131a), 증폭기(132a) 및 신호 제어기(133a)를 포함한다.
일 실시예에 따른 고역 통과 필터(131)는 단일 모드에서 2차 수동 필터(131a)로 구성될 수 있다. 2차 수동 필터(131a)는 2개의 직렬연결된 커패시터와 2개의 저항을 포함할 수 있다. 단일모드에서 2차 수동 필터(131a)는 입력되는 기저대역 신호의 최대 주파수를 제1 차단 주파수로 설정할 수 있다.
일 실시예에 따른 증폭기(132a)는 단일 모드에서 연산 증폭기(132a-1) 및 가변 저항(132a-2)을 포함한다. 가변 저항(132a-2)은 저항비를 제어하고, 저항비의 변화를 통하여 증폭기(132a)의 이득을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 신호 제어기(133a)는 단일 모드에서, 2차 수동 필터(131a)에 입력되는 기저대역 신호의 최소 주파수를 제2 차단 주파수로 설정하고, 기저대역 신호에 포함된 직류 성분을 제거할 수 있다.
상술한 구성을 포함함으로써, 신호 처리부(130a)는 2차 수동 필터(131a)에서 타겟과 레이더(100)의 거리에 따른 신호 감쇄효과를 보상할 수 있다. 또한, 신호 처리부(130a)는 신호 제어기(133a)에서 타겟과 레이더(100)의 거리에 따른 신호 감쇄효과를 보상하고, 송신부(110)의 누설신호에 의하 저주파 신호를 감쇄시킬 수 있다.
도 5는 일 실시예에 따른 레이더(100)가 차동 모드에서 작동하는 경우, 신호 처리부(130)를 도시한 것이다.
일 실시예에 따른 고역 통과 필터(131)는 차동 모드에서 1차 수동 필터(131b)로 구성될 수 있다. 1차 수동 필터(131b)는 2개의 병렬 연결된 커패시터와 1개의 저항을 포함할 수 있다. 차동 모드에서 1차 수동 필터(131b)는 입력되는 기저대역 신호의 최대 주파수를 제1 차단 주파수로 설정할 수 있다.
일 실시예에 따른 증폭기(132b)는 차동 모드에서 연산 증폭기(132b-1) 및 가변 저항(132b-2)을 포함한다. 가변 저항(132b-2)은 저항비를 제어하고, 저항비의 변화를 통하여 증폭기(132b)의 이득을 제어할 수 있다.
일 실시예에 따른 신호 제어기(133b)는 차동 모드에서 완전 차동 증폭기, 저항 및 커패시터로 구성된다. 신호 제어기(133b)는 차동 모드에서, 제2 차단 주파수를 제1 차단 주파수와 동일한 값으로 설정할 수 있다.
상술한 구성을 포함함으로써, 신호 처리부(130a)는 타겟과 레이더(100)의 거리에 따른 신호 타겟과 레이더(100)의 거리에 따른 신호 감쇄효과를 보상하고, 송신부(110)의 누설신호에 의하 저주파 신호를 동시에 감쇄시킬 수 있다.
도 6은 일 실시예에 따른 신호 처리부(130)에 입력되는 신호를 도시한 것이다.
도 6을 참조하면, 개시된 그래프의 x축은 시간(t)을, y축은 입력되는 기저대역 신호의 전압(V)을 의미한다. 도 6에 도시된 바와 같이 하향 변환된 송신부(110)의 누설 신호는 저주파 특성을 나타낸다. 또한, 타겟으로부터 반사된 신호(표적 신호)는 상대적으로 고주파 특성을 나타낸다.
기존에 존재하는 기술과 같이 능동소자를 사용하여 레이더(100)를 제어하면, 레이더 제어 장치는 능동소자의 입력제한으로 인하여 송신부(110)의 누설 신호가 포함된 경우 입력 가능한 범위를 벗어나게 되므로 정상적으로 신호를 출력할 수 없다. 그러나, 개시된 신호 처리부(130)와 같이 수동 소자로 구성된 고역 통과 필터(131)를 수신부(120)와 직접 연결 시킴으로써, 저주파 특성을 갖는 누설 신호를 감쇄시킬 수 있다.
또한, FMCW 레이더에서 수신기에 입력되어 하향변환 되는 표적 신호의 주파수는 거리에 비례하고 신호의 세기는 거리의 4제곱에 반비례하는 특성이 있기 때문에, 신호 처리부(130)는 타겟의 최대 탐지 거리에 기초하여 제1 차단 주파수를 설정할 수 있다.
도 7은 일 실시예에 따른 신호 처리부(130)에 입력되는 신호의 특성을 도시한 것이고, 도 8은 일 실시예에 따른 신호 처리부(130)에서 출력되는 신호의 특성을 도시한 것이다. 도 7 및 도 8에 개시된 그래프의 x축은 레이더(100)와 타겟 간의 거리를 의미하고, y축은 수신부(120)가 수신하는 신호의 세기를 의미한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 타겟과 레이더(100)의 거리가 멀어질수록 수신되는 반사파 신호의 세기는 감쇄된다. 예를 들면, 레이더(100) 신호의 특성이 -40dB/dec인 경우, +20dB/dec 특성을 갖는 1 차 고역 통과 필터(131b) 및 +20dB/dec 특성을 갖는 신호 처리부(130)에 의하여 신호를 보상할 수 있다. 또한, 레이더(100) 신호의 특성이 -40dB/dec인 경우, +40dB/dec 특성을 갖는 2 차 고역 통과 필터(131a)에 의하여 신호를 보상할 수 있다. 다만, 레이더(100)신호의 세기, 1차 및 2차 고역 통과 필터(131b,a)의 특성은 이에 한정되지 않는다. 또한, 하향 변환된 누설 신호는 증폭기(132)의 입력 제한 범위를 초과하는 값을 갖는 신호일 수 있다.
도 7을 참조하면, 일 실시예에 따른 레이더(100)가 단일 모드에서 구동되는 경우, 고역 통과 필터(131) 수신부(120)에서 변환된 기저대역 신호의 감쇄율과 부호가 반대이고, 크기가 같은 신호를 제1 차단 주파수로 설정하고, 기저대역 신호의 감쇄를 보상할 수 있다.
도 8을 참조하면, 고역 통과 필터(131)의 제1 차단 주파수를 입력되는 기저대역 신호의 최대 주파수로 설정함으로써 누설 신호에 의한 저주파 신호를 대폭 감쇄 시키고, 입력되는 반사파 신호(표적 신호)의 거리에 따른 감쇄를 보상한다. 그 결과, 일 실시예에 따른 신호 처리부(130)는 반사파 신호 또는 누설 신호를 상쇄시키고, 일정한 이득 변화율을 갖는 신호를 출력할 수 있다.
도 9는 일 실시예에 따른 레이더(100)의 제어과정을 도시한 순서도이다.
도 9를 참조하면, 송신부(110)는 주파수 변조 연속파 신호를 생성하고, 생성된 주파수 변조 연속파 신호를 외부로 방사한다.(S131)
주파수 변조 연속파 신호가 외부로 방사되면, 수신부(120)는 타겟으로부터 반사된 주파수 변조 연속파의 반사파 신호(표적 신호) 및 송신부(110)에서 누설된 누설 신호를 수신한다.(S132)
반사파 신호 또는 누설 신호가 수신되면, 수신부(120)는 수신된 반사파 신호 및 누설 신호를 기저대역 신호로 변환한다.(S133)
반사파 신호 및 누설 신호가 기저대역 신호로 변환되면, 신호 처리부(130)는 기저대역 신호에 포함된 저주파 성분을 감쇄시킨다.(S134)
여기서, 신호 처리부(130)는 제1 차단 주파수에 의해 저주파 특성을 나타내는 신호를 감쇄시킬 수 있다. 일 실시예에 따르면, 누설 신호는 저주파 특성을 지니므로, 저주파 특성을 가진 신호를 감쇄시키는 단계를 수행함으로써, 신호 처리부(130)는 누설 신호 성분을 제거할 수 있다.
기저대역 신호에 포함된 저주파 신호가 감쇄되면, 신호 처리부(130)는 기저대역 신호를 증폭한다.(S135)
상술한 바와 같이, 신호 처리부(130)는 증폭기(132)의 저항비 제어를 통하여 기저대역 신호를 증폭할 수 있다. 여기서 증폭의 의미는 감산과 가산의 의미를 포함하고, 증폭기(132)는 양의 값 또는 음의 값으로 기저대역 신호를 증폭할 수 있다.
기저대역 신호가 증폭되면, 신호 처리부(130)는 증폭된 기저대역 신호에 포함된 직류 성분을 제거한다.(S136)
기저대역 신호가 증폭되는 경우, 기저대역 신호에 포함된 직류 성분도 함께 증폭된다. 신호 처리부(130)에 마련된 신호 제어기(133)는 제2 차단 주파수에 기초하여 기저대역 신호에 포함된 직류 성분을 제거한다.
기저대역 신호에서 저주파 성분이 제거되고, 직류 성분이 제거되면, 신호 처리부(130)는 디지털 신호로 변환되기 위한 최종 기저대역 신호를 출력할 수 있다.
위에서 설명한 내용은 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 예들이다. 본 발명에는 위에서 설명한 실시 예들뿐만 아니라, 단순하게 설계 변경하거나 용이하게 변경할 수 있는 실시 예들도 포함될 것이다. 또한, 본 발명에는 상술한 실시 예들을 이용하여 앞으로 용이하게 변형하여 실시할 수 있는 기술들도 포함될 것이다.
100: 레이더
110: 송신부
111: 주파수 생성기 112: 주파수-신호 변환기 113: 안테나
120: 수신부
121: 주파수 혼합기 122: 주파수-신호 변환기 123: 안테나
130: 신호 처리부
131: 고역 통과 필터 132: 증폭기 133: 신호 제어기
140: 신호 변환부
141: 저역 통과 필터 143: 증폭기 144: 아날로그-디지털 신호 변환기

Claims (19)

  1. 주파수 변조 연속파(FMCW) 신호인 제1 신호를 생성하고, 생성된 상기 제1 신호를 외부로 방사하는 송신부;
    상기 제1 신호에 기반한 제2 신호 신호를 수신하고, 제2 신호의 기저대역 신호를 생성하는 수신부;
    상기 기저대역 신호에서 목표 주파수 신호를 추출하는 신호 처리부; 및
    제어된 상기 목표 주파수 신호를 디지털 신호로 출력하는 신호 변환부를 포함하되,
    상기 신호 처리부는:
    상기 수신부와 연결되고, 상기 기저대역 신호를 입력받고, 입력된 상기 기저대역 신호에 존재하는 저주파 신호를 제1 차단 주파수에 기초하여 감쇄시키는 고역 통과 필터(filter);
    감쇄된 상기 기저대역 신호를 증폭시키는 증폭기; 및
    제2 차단 주파수 값에 기초하여 증폭된 기저대역 신호의 직류 성분을 제거하는 신호 제어기를 포함하고,
    상기 신호 처리부는:
    상기 주파수 변조 연속파 신호의 최대 도달거리에 기초하여 상기 제1 차단 주파수를 결정하는 레이더.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 고역 통과 필터가 1차 필터인 경우,
    상기 제1 차단 주파수와 상기 제2 차단 주파수를 동일하게 설정하고, 상기 제1 차단 주파수 및 상기 제2 차단 주파수를 입력되는 상기 기저대역 신호 주파수의 최대 주파수로 결정하는 레이더.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 증폭기는 완전 차동 연산 증폭기, 가변저항 및 커패시터를 포함하고,
    상기 신호 처리부는 상기 가변저항을 조절하여 상기 증폭기의 이득을 제어하는 레이더.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 고역 통과 필터가 2차 필터인 경우, 상기 제1 차단 주파수를 입력 되는 상기 기저대역 신호 주파수의 최대 주파수로 결정하고, 상기 제2 차단 주파수를 입력되는 상기 기저대역 신호의 최소 주파수로 결정하는 레이더.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 증폭기는 연산 증폭기 및 가변저항을 포함하고,
    상기 신호 처리 회로는 상기 가변저항을 조절하여, 상기 증폭기의 이득을 제어하는 레이더.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 신호는, 상기 방사된 제1 신호가 물체로부터 반사된 후 상기 수신부로 수신되는 반사파 및 상기 방사된 제1 신호가 상기 물체에 도달하지 못하고 상기 수신부로 수신되는 누설 신호를 포함하고,
    상기 고역 통과 필터는:
    상기 반사파 및 상기 누설신호를 상쇄시키고, 일정한 이득 변화율을 갖도록 상기 주파수를 제어하는 레이더.
  7. 삭제
  8. 제1 신호에 기반한 제2 신호의 기저대역 신호를 입력 받고, 입력된 상기 기저대역 신호에 존재하는 저주파 신호를 제1 차단 주파수에 기초하여 감쇄시키는 고역 통과 필터;
    감쇄된 상기 기저대역 신호를 증폭시키는 증폭기; 및
    제2 차단 주파수 값에 기초하여 증폭된 기저대역 신호의 직류 성분을 제거하는 신호 제어기를 포함하고,
    목표 주파수를 추출하고, 그리고
    상기 제1 신호의 최대 도달거리에 기초하여 상기 제1 차단 주파수를 결정하는 신호 처리 회로.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 고역 통과 필터가 1차 필터인 경우,
    상기 제1 차단 주파수와 상기 제2 차단 주파수를 동일하게 설정하고, 상기 제1 차단 주파수 및 상기 제2 차단 주파수를 입력되는 상기 기저대역 신호 주파수의 최대 주파수로 결정하는 신호 처리 회로.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 증폭기는 완전 차동 연산 증폭기, 가변저항 및 커패시터를 포함하고,
    상기 증폭기에 마련된 가변저항을 조절하고, 조절 결과 주파수 이득을 제어하는 신호 처리 회로.
  11. 제8 항에 있어서,
    상기 고역 통과 필터가 2차 필터인 경우,
    상기 제1 차단 주파수를 입력 되는 상기 기저대역 신호 주파수의 최대 주파수로 결정하고, 상기 제2 차단 주파수를 입력되는 상기 기저대역 신호의 최소 주파수로 결정하는 신호 처리 회로.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 증폭기는 연산 증폭기 및 가변저항을 포함하고,
    상기 신호 처리 회로는 상기 가변저항을 조절하여 상기 증폭기의 이득을 제어하는 신호 처리 회로.
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 제2 신호는 반사파 및 누설 신호를 포함하고, 상기 고역 통과 필터는:
    상기 반사파 및 상기 누설신호를 상쇄시키고, 일정한 이득 변화율을 갖도록 상기 주파수를 제어하는 신호 처리 회로.
  14. 삭제
  15. 주파수 변조 연속파(FMCW) 신호인 제1 신호를 생성하고, 생성된 상기 제1 신호를 외부로 방사하는 단계;
    상기 제1 신호에 기반한 제2 신호 신호를 수신하는 단계;
    상기 제2 신호의 기저대역 신호를 생성하는 단계;
    상기 기저대역 신호에서 목표 주파수 신호를 추출하는 단계; 및
    제어된 상기 목표 주파수 신호를 디지털 신호로 출력하는 단계를 포함하되,
    상기 목표 주파수 신호를 추출하는 단계는:
    상기 기저대역 신호를 입력 받는 단계;
    고역 통과 필터를 통해, 입력된 상기 기저대역 신호에 존재하는 저주파 신호를 제1 차단 주파수에 기초하여 감쇄시키는 단계;
    증폭기를 통해, 감쇄된 상기 기저대역 신호를 증폭시키는 단계; 및
    제2 차단 주파수 값에 기초하여 증폭된 기저대역 신호의 직류 성분을 제거하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 차단 주파수는 상기 주파수 변조 연속파 신호의 최대 도달거리에 기초하여 결정되는 신호 처리 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 고역 통과 필터가 1차 필터인 경우, 상기 목표 주파수 신호를 추출하는 단계는:
    상기 제1 차단 주파수와 상기 제2 차단 주파수를 동일하게 설정하고, 상기 제1 차단 주파수 및 상기 제2 차단 주파수를 입력되는 상기 기저대역 신호 주파수의 최대 주파수로 결정하는 단계를 더 포함하는 신호 처리 방법.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 고역 통과 필터가 2차 필터인 경우, 상기 목표 주파수 신호를 추출하는 단계는:
    상기 제1 차단 주파수를 입력 되는 상기 기저대역 신호 주파수의 최대 주파수로 결정하고, 상기 제2 차단 주파수를 입력되는 상기 기저대역 신호의 최소 주파수로 결정하는 단계를 더 포함하는 신호 처리 방법.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 제2 신호는 반사파 및 누설 신호를 포함하고,
    상기 저주파 신호를 제1 차단 주파수에 기초하여 감쇄시키는 단계는:
    상기 반사파 및 상기 누설신호를 상쇄시키고, 일정한 이득 변화율을 갖도록 상기 주파수를 제어하는 단계를 포함하는 신호 처리 방법.

  19. 삭제
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