KR102589762B1 - 레이더 장치 및 레이더 신호 처리 방법 - Google Patents

레이더 장치 및 레이더 신호 처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 레이더 장치와 레이더 장치를 이용한 신호 처리 방법에 관한 기술이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 서로 다른 편파 특성을 갖는 수신신호를 하나의 어레이 안테나를 이용하여 수신하여 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 제1 편파 송신신호를 송신하는 하나 이상의 장거리 송신 어레이 안테나를 포함하는 장거리 송신 안테나부와 제2 편파 송신신호를 송신하는 하나 이상의 근거리 송신 어레이 안테나를 포함하는 근거리 송신 안테나부와 제1 편파 송신신호 및 제2 편파 송신신호 각각이 타켓에 반사되어 수신되는 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 수신하는 하나 이상의 복합 어레이 안테나를 포함하는 복합 어레이 안테나부 및 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 이용하여 타켓을 감지하는 신호 처리부를 포함하되, 제1 편파 수신신호는 제2 편파 수신신호에 대한 교차 편파(Cross Polarization) 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 레이더 장치 및 레이더 신호 처리 방법을 제공한다.

Description

레이더 장치 및 레이더 신호 처리 방법{Radar apparatus and Method for processing radar signal}
본 발명은 레이더 장치와 레이더 장치를 이용한 신호 처리 방법에 관한 기술이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 서로 다른 편파 특성을 갖는 수신신호를 하나의 어레이 안테나를 이용하여 수신하여 처리하는 장치 및 방법에 관한 것이다.
레이더 기술은 레이더 장치의 송신 안테나가 송신하는 신호가 타켓에 반사되어 수신되는 수신신호를 이용하여 타켓을 검출하고 타켓의 정보를 획득하는 기술을 의미한다.
이러한 레이더 기술은 차량, 항공기, 군사용 등으로 다양하게 사용되고 있다. 특히, 최근 차량용 레이더 장치가 개발되어 차량에 장착되어 레이더 기술에 대한 활용 범위가 점차 넓어지고 있으며, 레이더 장치가 차량 등에 장착됨으로써, 작은 크기의 저가형 레이더 개발이 진행되고 있다.
그러나, 차량용 레이더 장치의 경우, 레이더 크기가 작아짐에 따라 안테나 구현 공간이 협소해지고 안테나 출력 구현 및 근접 공간 송수신에 따른 상호 간섭 문제가 발생할 수 있다.
한편, 차량용 레이더 장치의 경우 멀리 위치한 타켓을 감지하기 위한 장거리 안테나와 가까운 거리의 타켓을 감지하기 위한 근거리 안테나를 포함하고 있다. 그러나, 장거리 안테나와 근거리 안테나는 설계 및 검증의 편의성을 위하여 동일한 편파 특성을 갖는 신호를 이용하여 구현되었다.
따라서, 종래 차량용 레이더 장치는 레이더 장치의 크기 줄일 필요성은 있었으나, 레이더 성능을 보장하기 위한 일정 수의 채널을 구성을 위해 하드웨어의 크기 축소에 많은 어려움이 있었다.
전술한 배경에서 안출된 본 발명은 안테나의 기능에 따라 상이한 편파 특성 갖는 신호를 이용하여, 하나의 수신 안테나를 이용한 장거리 및 근거리 수신신호 처리 기술을 제안하고자 한다.
또한, 본 발명은 차량용 레이더 장치의 수신 칩의 개수를 줄여서 크기를 축소함과 동시에 채널 수를 일정 수준으로 유지하여 안테나 성능을 확보하는 기술을 제안하고자 한다.
전술한 과제를 해결하기 위한 본 발명은 제1 편파 송신신호를 송신하는 하나 이상의 장거리 송신 어레이 안테나를 포함하는 장거리 송신 안테나부와 제2 편파 송신신호를 송신하는 하나 이상의 근거리 송신 어레이 안테나를 포함하는 근거리 송신 안테나부와 제1 편파 송신신호 및 제2 편파 송신신호 각각이 타켓에 반사되어 수신되는 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 수신하는 하나 이상의 복합 어레이 안테나를 포함하는 복합 어레이 안테나부 및 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 이용하여 타켓을 감지하는 신호 처리부를 포함하되, 제1 편파 수신신호는 제2 편파 수신신호에 대한 교차 편파(Cross Polarization) 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 레이더 장치를 제공한다.
또한, 본 발명은 하나 이상의 장거리 송신 어레이 안테나를 이용하여 제1 편파 송신신호를 송신하고, 하나 이상의 근거리 송신 어레이 안테나를 이용하여 제2 편파 송신신호를 송신하는 송신신호 전송단계와 제1 편파 송신신호 및 제2 편파 송신신호가 타켓에 반사되어 수신되는 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 하나의 복합 어레이 안테나를 통해서 수신하는 수신신호 수신단계 및 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 이용하여 타켓을 감지하는 감지단계를 포함하되, 제1 편파 수신신호는 제2 편파 수신신호에 대한 교차 편파(Cross Polarization) 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 레이더 신호 처리 방법을 제공한다.
이상에서 설명한 본 발명은 장거리 및 근거리 타켓을 감지하기 위한 신호 간에 다른 편파 특성을 갖도록 구성하여, 하나의 수신 안테나를 이용하여 수신신호를 처리할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 하나의 수신 안테나를 이용하여 수신신호를 처리함으로써, 수신 안테나를 축소하면서도 동일한 채널 수를 유지하는 효과를 제공한다.
또한, 본 발명은 동일한 성능을 제공하면서, 레이더 장치의 크기를 줄이는 효과를 제공한다.
도 1은 차량용 레이더 장치의 구성을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 장거리 및 근거리 어레이 안테나의 편파 특성 분리 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치의 구성을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 및 수평 편파를 이용한 레이더 장치의 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 어레이 안테나 신호 처리를 위한 써큘레이터 디바이더의 구조를 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 어레이 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 어레이 안테나의 서브 어레이 안테나 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 45도 편파를 이용한 레이더 장치의 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 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, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
본 발명은 레이더 장치의 타켓 감지 성능은 유지하면서, 하드웨어 크기를 줄일 수 있는 레이더 장치 및 레이더 신호 처리 방법을 개시한다. 본 명세서에서의 레이더 장치는 설명의 편의를 위하여 차량에 장착되는 경우를 예를 들어 설명하나, 항공기, 선박, 기차 등에 적용될 수도 있다. 즉, 본 발명의 레이더 장치는 다양한 장치에 구성되어 사용될 수 있으며, 그 사용 환경에 한정은 없다. 또한, 본 발명의 레이더 장치는 설명의 편의를 위해서 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 방식을 중심으로 설명하나, CW 방식 및 펄스 방식에도 동일하게 적용될 수 있다. 또한, 이하에서는 하나 이상의 패치 안테나의 배열을 통해서 신호를 송신하고 수신하는 어레이 안테나를 예를 들어 설명하나, 편파 특성을 가지는 신호를 송신하고 수신할 수 있는 다양한 종류의 안테나에 본 발명이 적용될 수도 있다.
레이더는 다양한 거리의 타켓을 감지할 필요가 있다. 예를 들어, 차량에 장착되는 차량용 레이더의 경우, 차량으로부터 멀리 위치한 장거리 타켓을 감지하기 위한 장거리 안테나와 차량에 가깝게 위치하는 근거리 타켓을 감지하기 위한 근거리 안테나를 포함할 수 있다. 이를 위해서, 차량용 레이더 장치는 장거리 감지를 위한 어레이 안테나와 근거리 감지를 위한 어레이 안테나를 포함한다.
도 1은 차량용 레이더 장치의 구성을 예시적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 차량용 레이더 장치는 장거리 타켓을 감지하기 위한 송신신호를 출력하는 장거리 송신 안테나부(110)와 근거리 타켓을 감지하기 위한 송신신호를 출력하는 근거리 송신 안테나부(120)를 포함한다. 또한, 송신신호의 출력을 제어하기 위한 송신 제어부(190)를 포함한다. 또한, 차량용 레이더 장치는 송신신호가 타켓에 반사되어 수신되는 수신신호를 수신하기 위한 수신 안테나를 포함한다. 예를 들어, 근거리 타켓에 반사되어 수신되는 근거리 수신신호를 수신하기 위한 하나 이상의 근거리 수신 안테나부(130, 135)와 장거리 타켓에 반사되어 수신되는 장거리 수신신호를 수신하기 위한 하나 이상의 장거리 수신 안테나부(140, 145)가 구성될 수 있다. 또한, 레이더 장치는 수신신호를 제어하고 수신 안테나들의 동작을 제어하기 위한 수신 제어부(195)를 포함한다. 한편, 레이더 장치의 수신 제어부(195)는 송신신호를 이용하여 수신신호를 추출함에 따라 송신 제어부(190)와 수신 제어부(195) 간에 로컬 라인(Local Line)이 연결될 수 있다. 로컬 라인을 통해서 송신신호에 대한 정보가 수신 제어부(195)로 전달된다.
한편, 장거리 송신 안테나부(110)는 좁은 빔 패턴을 형성하여 타켓을 정밀하게 감지하기 위해서 다수의 서브 어레이 안테나를 포함하여 구성될 수 있다. 이와 달리, 근거리 송신 안테나부(120)는 넓은 빔 패턴을 형성하여 넓은 감지 범위를 형성하기 위해서 하나의 서브 어레이 안테나만을 포함할 수 있다.
한편, 근거리 수신 안테나부(130, 135)의 경우, 레이더 장치의 성능을 향상시키고 타켓의 정확한 검출을 위한 복수의 채널을 구성할 수 있다. 이를 위해서, 하나의 근거리 송신 안테나부(120)가 송신하는 신호를 두 개의 근거리 수신 안테나부(130, 135)가 수신한다. 동일하게 장거리 수신 안테나부(140, 145)의 경우에도 두 개의 채널로 구성될 수 있다. 이를 위해서 수신 제어부(195)는 4개의 수신칩이 구성되어야 한다. 위에서는 근거리 및 장거리 수신 안테나 각각이 2 채널을 구성하는 경우를 예를 들어 설명하였으나, 레이더 장치에 대한 요구사항에 따라 둘 이상의 채널이 구성될 수도 있다.
이와 같이, 레이더 장치의 성능 향상을 위해서는 다수의 채널이 구성될 필요가 있으며, 이를 위해서는 일정 개수 이상의 수신 칩이 필요하다. 따라서, 레이더 장치에 대한 소형화가 요구되는 상황에서도 일정 수준의 하드웨어 장착 공간에 대한 확보가 필요하다.
도 2는 본 발명에 적용될 수 있는 장거리 및 근거리 어레이 안테나의 편파 특성 분리 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2를 참조하면, 레이더 장치는 근거리 송신 안테나부(220)의 송신신호 편파 특성이 장거리 송신 안테나부(110)의 송신신호 편파 특성과 상이하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 장거리 송신 안테나부(110)는 수직 편파 특성을 갖는 신호를 송신하도록 패치 안테나가 배열되고, 근거리 송신 안테나부(220)는 수평 편파 특성을 갖는 신호를 송신하도록 패치 안테나가 배열될 수 있다. 한편, 송신신호가 타켓에 반사되어 수신되는 수신신호를 수신하기 위한 수신 안테나의 경우, 송신신호와 동일한 편파 특성을 갖는 수신신호를 수신하기 위해서 송신 안테나부와 동일한 패치 안테나 배열로 구성될 수 있다.
예를 들어, 근거리 수신 안테나부(230, 235)의 경우, 수평 편파 특성을 갖는 수신신호를 수신하기 위해서 근거리 송신 안테나부(220)와 동일한 배열형태로 배치된 패치 안테나가 구성될 수 있다. 마찬가지로, 장거리 수신 안테나부(140, 145)는 장거리 송신 안테나부(110)와 동일한 패치 안테나 배열형태로 구성될 수 있다. 송신 제어부(190)와 수신 제어부(195)는 각각 송신신호와 수신신호를 제어한다.
그러나, 장거리 및 근거리 각각의 송신신호의 편파 특성을 구분하여 출력하는 경우에도 레이더 장치의 감지 성능을 보장하기 위해서 채널 수를 유지할 필요가 있다. 따라서, 근거리 및 장거리 수신 채널을 각각 두 개로 유지하기 위해서는 두 개의 근거리 수신 안테나부(230, 235)와 두 개의 장거리 수신 안테나부(140, 145)가 필요하며, 각각의 수신 안테나부에 따라 총 4개의 수신 칩이 필요하다. 따라서, 장거리 및 근거리 송신신호의 편파 특성을 다르게 구성하는 경우에도 하드웨어 장착 공간을 줄이기는 어렵다.
이러한, 문제점을 해결하기 위해서 안출된 본 발명은 동일한 채널 수를 유지하면서도 레이더 장치의 수신 칩의 개수를 줄이고, 하드웨어 장착 공간을 줄일 수 있는 방법 및 장치를 제안하고자 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치의 구성을 예시적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치(300)는 제1 편파 송신신호를 송신하는 하나 이상의 장거리 송신 어레이 안테나를 포함하는 장거리 송신 안테나부(310)와 제2 편파 송신신호를 송신하는 하나 이상의 근거리 송신 어레이 안테나를 포함하는 근거리 송신 안테나부(320)와 제1 편파 송신신호 및 제2 편파 송신신호 각각이 타켓에 반사되어 수신되는 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 수신하는 하나 이상의 복합 어레이 안테나를 포함하는 복합 어레이 안테나부(330) 및 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 이용하여 타켓을 감지하는 신호 처리부(340)를 포함한다. 또한, 제1 편파 수신신호는 제2 편파 수신신호에 대한 교차 편파(Cross Polarization) 특성을 갖도록 구성된다.
도 3을 참조하면, 장거리 송신 안테나부(310)는 장거리 타켓을 감지하기 위해서 좁은 FOV(Field Of View)를 형성하는 송신신호를 전송한다. 즉, 수직 방향 및 수평 방향으로 좁은 빔 패턴을 형성하기 위해서, 장거리 송신 안테나부(310)는 하나 이상의 장거리 송신 어레이 안테나로 구성된다. 또한, 필요에 따라 장거리 송신 안테나부(310)는 다수개로 구성될 수도 있다. 패치 안테나가 수직 방향으로 배열되는 경우, 패치 안테나의 개수가 많아지면 수직 방향의 FOV는 감소된다. 마찬가지로, 패치 안테나가 수평 방향으로 배열되는 경우 패치 안테나의 개수가 많아지면 수평 방향의 FOV도 감소된다. 따라서, 장거리 송신 안테나부(310)는 수직 방향으로 다수의 패치 안테나가 배열된 서브 어레이 안테나를 포함하고, 서브 어레이 안테나가 수평 방향으로 다수개 형성될 수 있다.
예를 들어, 장거리 송신 안테나부(310)는 동일한 마이크로 스트립 선로에서 분기되어 구성되는 둘 이상의 서브 어레이 안테나를 포함하고, 둘 이상의 서브 어레이 안테나 각각은 동일한 편파 특성을 갖는 신호를 방사하도록 구성될 수 있다. 마이크로 스트립 선로는 각각의 패치 안테나에 신호, 전압 또는 전류를 인가하기 위한 선로로 전송선로, 급전선로 등의 용어를 포괄하는 의미로 사용한다.
한편, 근거리 송신 안테나부(320)는 근거리 타켓을 감지하기 위해서 넓은 FOV를 형성하는 송신신호를 전송한다. 예를 들어, 근거리 송신 안테나부(320)는 수평 방향으로 넓은 FOV를 확보하기 위해서 서브 어레이 안테나의 개수가 장거리 송신 안테나부(310)와 비교할 때 적은 수로 구성될 수 있다.
장거리 송신 안테나부(310)와 근거리 송신 안테나부(320)는 각각 편파 특성을 가지는 송신신호를 전송하며, 장거리 송신 안테나부(310)는 제1 편파 송신신호를 전송하고, 근거리 송신 안테나부(320)는 제2 편파 송신신호를 전송할 수 있다. 예를 들어, 도 2에서 설명한 바와 같이 제1 편파 송신신호와 제2 편파 송신신호는 90도의 편파 특성 차이를 가질 수 있다. 일 예로, 제1 편파 송신신호는 수직 편파 특성을 가지고, 제2 편파 송신신호는 수평 편파 특성을 가진다. 다른 예로, 제1 편파 송신신호는 좌편향 45도 편파 특성을 가지고, 제2 편파 송신신호는 우편향 45도 편파 특성을 가질 수 있다. 이 외에도, 제1 편파 송신신호와 제2 편파 송신신호는 상호 교차 편파(Cross Polarization) 특성을 가질 수 있다. 교차 편파란, 특정 편파 성분에 수직인 편파 성분을 의미하는 것으로 두 개의 신호 상호 간에 편파 특성이 90도 차이를 나타내는 경우를 의미한다.
한편, 복합 어레이 안테나부(330)는 제1 편파 송신신호가 타켓에 반사되어 수신되는 제1 편파 수신신호를 수신할 수 있다. 또한, 복합 어레이 안테나부(330)는 제2 편파 송신신호가 타켓에 반사되어 수신되는 제2 편파 수신신호도 수신할 수 있다. 이를 위해서, 복합 어레이 안테나부(330)는 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호 각각을 모두 수신할 수 있는 하나 이상의 복합 어레이 안테나를 포함한다.
복합 수신 어레이 안테나는 동일한 마이크로 스트립 선로에서 분기되어 구성되는 둘 이상의 서브 어레이 안테나를 포함하고, 둘 이상의 서브 어레이 안테나 각각은 서로 다른 편파 특성을 갖는 신호를 수신하도록 구성될 수 있다. 즉, 복합 수신 어레이 안테나는 하나의 마이크로 스트립 선로에서 분기되는 서브 어레이 안테나를 포함하며, 서브 어레이 안테나 중 적어도 하나는 제1 편파 수신신호를 수신할 수 있도록 패치 안테나가 배열되고, 나머지 서브 어레이 안테나는 제2 편파 수신신호를 수신할 수 있도록 패치 안테나가 배열될 수 있다. 즉, 하나의 복합 어레이 안테나는 상호 90도의 편파 차이를 갖는 두 개의 신호를 모두 수신할 수 있도록 구성될 수 있다. 이하에서는, 제1 편파 수신신호를 수신하도록 구성된 서브 어레이 안테나를 제1 편파 서브 어레이 안테나로 기재하여 설명하고, 제2 편파 수신신호를 수신하도록 구성된 서브 어레이 안테나를 제2 편파 서브 어레이 안테나로 기재하여 설명한다.
한편, 신호 처리부(340)는 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 이용하여 장거리 타켓 및 근거리 타켓을 각각 감지할 수 있다. 이를 위해서, 신호 처리부(340)는 하나의 복합 어레이 안테나를 통해서 제1 편파 수신신호와 제2 편파 수신신호가 모두 수신되는 경우에도 이를 분리하여 처리하기 위한 신호 분배기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 서큘레이터 디바이더 같은 신호 분배기를 이용하여 상호 교차 편파 특성을 가지는 둘 이상의 신호를 하나의 복합 어레이 안테나를 통해서 수신하더라도 분리해서 처리할 수 있다.
이하에서는, 전술한 복합 어레이 안테나를 이용하여 상호 교차 편파 특성을 갖는 신호를 처리하는 레이더 장치의 구성 및 동작을 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 수직 및 수평 편파를 이용한 레이더 장치의 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 레이더 장치(300)는 두 개의 복합 어레이 안테나(430, 440)를 포함할 수 있다. 또한, 레이더 장치(300)는 하나의 장거리 송신 어레이 안테나(410)와 하나의 근거리 송신 어레이 안테나(420)를 포함한다. 이는 설명의 편의를 위한 것으로 장거리 송신 어레이 안테나(410), 근거리 송신 어레이 안테나(420) 및 복합 어레이 안테나(430, 440)의 개수는 이에 한정되지는 않는다. 한편, 레이더 장치(300)는 송신신호를 제어하기 위한 송신 제어부(490)와 수신신호를 처리하기 위한 수신 제어부(495)를 포함하고, 수신 제어부(495)는 전술한 신호 처리부(340)의 기능을 수행할 수 있다.
장거리 송신 어레이 안테나(410)는 좁은 FOV를 구현하기 위해서 4개의 서브 어레이 안테나(411, 412, 413, 414)를 포함한다. 4개의 서브 어레이 안테나(411, 412, 413, 414)는 동일한 마이크로 스트립 선로 상의 분기점(450)에서 분기되어 동일한 제1 편파 송신신호를 출력한다. 근거리 송신 어레이 안테나(420)는 수평 방향으로 넓은 FOV를 구현하기 위해서 하나의 서브 어레이 안테나로 구성될 수 있다. 한편, 근거리 송신 어레이 안테나(420)는 수평 편파 특성을 갖는 제2 편파 송신신호를 출력한다. 따라서, 장거리 송신 어레이 안테나(410)와 근거리 송신 어레이 안테나(420)는 상호 교차 편파 특성을 갖는 송신신호가 출력되도록 패치 안테나가 배열된다.
아울러, 도 1 및 도 2와 같이 4개의 수신 채널을 구성하여 감지 성능을 유지하기 위해서 본 발명의 레이더 장치(300)는 두 개의 복합 어레이 안테나(430, 440)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 복합 어레이 안테나(430)는 두 개의 제1 편파 서브 어레이 안테나(431, 433)를 포함하고, 하나의 제2 편파 서브 어레이 안테나(432)를 포함할 수 있다. 제1 편파 서브 어레이 안테나(431, 433)는 제1 편파 수신신호를 수신하고, 제2 편파 서브 어레이 안테나(432)는 제2 편파 수신신호를 수신할 수 있다. 이를 위해서, 제1 편파 서브 어레이 안테나(431, 433)는 장거리 송신 안테나(410)와 동일한 배열 방식으로 패치 안테나가 배열될 수 있고, 제2 편파 서브 어레이 안테나(432)는 근거리 송신 안테나(420)와 동일한 배열 방식으로 패치 안테나가 배열될 수 있다. 제2 복합 어레이 안테나(440)의 경우에도 제1 복합 어레이 안테나(430)와 동일하게 두 개의 제1 편파 서브 어레이 안테나(441, 443)를 포함하고, 하나의 제2 편파 서브 어레이 안테나(442)를 포함할 수 있다.
한편, 각각의 제1 편파 서브 어레이 안테나(431, 433 또는 441, 443)와 제2 편파 서브 어레이 안테나(432 또는 442)는 동일한 마이크로 스트립 선로 상의 분기점(451 또는 453)에서 분기되어 구성될 수 있다.
이를 통해서, 하나의 복합 어레이 안테나(430 또는 440)를 통해서 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 모두 수신할 수 있다. 또한, 제2 편파 수신신호를 두 개의 복합 어레이 안테나(430, 440)를 통해서 수신함으로써, 2 채널을 구성할 수 있다. 동일하게 제1 편파 수신신호도 두 개의 복합 어레이 안테나(430, 440)를 통해서 수신함으로써, 2 채널을 구성할 수 있다. 따라서, 본 발명의 레이더 장치(300)는 도 1 및 도 2와 같이 총 4개의 채널을 구현하되, 두 개의 복합 어레이 안테나를 이용함으로써, 두 개의 수신 칩만으로 레이더 성능의 열화를 방지하면서 수신 칩을 위한 하드웨어 공간을 감소시킬 수 있다. 이를 통해서, 레이더 장치의 소형화를 구현할 수 있다.
도 4에서는 복합 어레이 안테나(430, 440)의 각 서브 어레이 안테나의 개수를 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지는 않는다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 어레이 안테나 신호 처리를 위한 써큘레이터 디바이더의 구조를 도시한 도면이다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 레이더 장치는 하나의 복합 어레이 안테나를 통해서 장거리 탐지를 위한 제1 편파 수신신호와 근거리 탐지를 위한 제2 편파 수신신호를 모두 수신한다. 따라서, 제1 편파 수신신호와 제2 편파 수신신호를 분리하여 처리하기 위한 구성이 필요할 수 있다.
도 5를 참조하면, 써큘레이터 디바이더는 3개의 입력 포트와 하나의 출력 포트로 구성된다. 도 4를 다시 참조하여 설명하면, 제1 복합 어레이 안테나(430)에 구성되는 써큘레이터 디바이더의 입력 포트 1(Input 1)에는 제1 편파 서브 어레이 안테나(431)의 신호가 입력된다. 입력 포트 2(Inout 2)에는 제2 편파 서브 어레이 안테나(432)의 신호가 입력된다. 입력 포트 3(Input 3)에는 제1 편파 서브 어레이 안테나(433)의 신호가 입력된다. 제1 편파 서브 어레이 안테나와 제2 편파 서브 어레이 안테나는 각각 상호 교차 편파 특성을 갖는 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 수신함으로써, 써큘레이터 디바이더는 제1 편파 수신신호와 제2 편파 수신신호가 동일 시간에 수신되는 경우에도 이를 분리하여 출력할 수 있다. 예를 들어, 입력 포트 1과 입력 포트 3에는 동일한 편파 특성을 갖는 제1 편파 수신신호가 수신되어 출력포트로 출력되며, 입력 포트 1과 입력 포트 3 각각은 출력 포트와 동일한 거리로 이격되어 하나의 신호로 출력된다. 이와 달리 입력 포트 2에는 제2 편파 수신신호가 입력되고, 입력 포트 2와 출력 포트의 이격 거리는 입력 포트 1 또는 3과 출력 포트의 이격 거리와 반 파장만큼 차이가 있다. 따라서, 하나의 출력 포트로 출력되는 신호를 이용하여 하나의 수신 칩은 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 처리하여, 장거리 및 근거리 타켓을 각각 감지할 수 있다. 써큘레이터 디바이더는 설명의 편의를 위하여 예시적으로 설명한 것으로 써큘레이 디바이더의 입력 포트 개수는 복합 어레이 안테나의 서브 어레이 안테나 개수에 따라 다양하게 구성될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 어레이 안테나의 구조를 도시한 도면이다.
도 6을 참조하면, 하나의 복합 어레이 안테나가 제1 편파 서브 어레이 안테나(620, 630)와 제2 편파 서브 어레이 안테나(610)를 포함하는 다른 예를 볼 수 있다. 즉, 도 4에서는 제2 편파 서브 어레이 안테나(432 또는 442)가 제1 편파 서브 어레이 안테나(431, 433 또는 441, 443) 사이에 위치하는 경우를 예시적으로 설명하였으나, 제2 편파 서브 어레이 안테나(610)는 일 측면에 구성될 수도 있다.
한편, 제1 편파 서브 어레이 안테나(620, 630)의 개수는 제2 편파 서브 어레이 안테나(610)의 개수 이상으로 구현될 수 있다. 장거리 송신 안테나의 경우 좁은 FOV 구현을 위해서 다수의 서브 어레이 안테나를 포함한다. 따라서, 장거리 송신 안테나가 전송하는 제1 편파 송신신호에 대한 제1 편파 수신신호를 수신하기 위해서 제1 편파 서브 어레이 안테나(620, 630)의 개수는 제2 편파 서브 어레이 안테나(610)의 개수보다 많도록 구성될 수 있다.
한편, 둘 이상의 복합 어레이 안테나가 레이더 장치에 구현되는 경우, 좁은 FOV를 구현하여 장거리 타켓 감지를 위해서는 각 수신 채널 간의 이격 거리를 일정 수준 이상으로 유지할 필요가 있다. 반대로, 넓은 FOV를 구현하여 근거리 타켓 감지를 위해서는 각 수신 채널 간의 이격 거리를 일정 수준 이하로 유지할 필요가 있다. 이를 위해서, 본 발명의 레이더 장치는 둘 이상의 복합 어레이 안테나가 구성되는 경우 도 7과 같이 서브 어레이 안테나를 배치할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 어레이 안테나의 서브 어레이 안테나 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 7을 참조하면, 복합 어레이 안테나부는 둘 이상의 상기 복합 어레이 안테나를 포함하는 경우, 복합 어레이 안테나 각각은 제1 편파 서브 어레이 안테나 그룹(710, 740)과 제2 편파 서브 어레이 안테나 그룹(720, 730)을 포함한다. 또한, 제1 편파 서브 어레이 안테나 그룹 간의 거리(751)는 제2 편파 서브 어레이 안테나 그룹 간의 거리(750) 이상이 되도록 배치될 수 있다.
예를 들어, 하나의 복합 어레이 안테나에 구성되어 제1 편파 수신신호를 수신하는 둘 이상의 제1 편파 서브 어레이 안테나(710)와 다른 하나의 복합 어레이 안테나에 구성되어 제1 편파 수신신호를 수신하는 둘 이상의 제1 편파 서브 어레이 안테나(740)는 일정 거리(751)로 이격되어 구성될 수 있다. 또한, 하나의 복합 어레이 안테나에 구성되어 제2 편파 수신신호를 수신하는 하나 이상의 제2 편파 서브 어레이 안테나(720)와 다른 하나의 복합 어레이 안테나에 구성되어 제2 편파 수신신호를 수신하는 하나 이상의 제2 편파 서브 어레이 안테나(730)는 일정 거리(750)로 이격되어 구성될 수 있다. 이 경우, 제1 편파 서브 어레이 안테나 그룹 간의 이격 거리(751)는 제2 편파 서브 어레이 안테나 그룹 간의 이격 거리(750) 이상으로 배치된다.
한편, 장거리 타켓 감지를 위해서 좁은 FOV를 구현하는 경우 사이드 로브(Side Lobe)가 크게 발생될 수 있다. 이는 근거리 타켓 감지를 위한 송신신호의 빔 파형을 이용하여 감소시킬 수 있다.
이상에서는 제1 편파 송신신호 및 제1 편파 수신신호는 수직 편파 특성을 가지고, 제2 편파 송신신호 및 제2 편파 수신신호는 수평 편파 특성을 가지는 것을 예를 들어 설명하였다. 도 8에서는 각각 좌편향 45도 편파 특성과 우편향 45도 편파 특성을 가지는 경우를 예를 들어 설명한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 45도 편파를 이용한 레이더 장치의 구조를 예시적으로 도시한 도면이다.
도 8을 참조하면, 장거리 송신신호와 근거리 송신신호가 교차 편파 특성을 가지도록 구성된다. 예를 들어, 장거리 송신 안테나부(810)는 우편향 45도 편파 특성을 가지도록 배열된 패치 안테나가 구성된 하나 이상의 서브 어레이 안테나를 포함할 수 있다. 근거리 송신 안테나부(820)는 좌편향 45도 편파 특성을 가지도록 배열된 패치 안테나가 구성될 수 있다. 우편향 45도 편파 특성을 갖는 송신신호와 좌편향 45도 편파 특성을 갖는 송신신호는 90도의 편파 특성 차이를 보임으로써, 상호 교차 편파 특성을 갖는다.
또한, 편파 분리된 두 가지 송신신호를 하나의 복합 어레이 안테나(830, 840)를 통해서 수신하기 위해서 각 복합 어레이 안테나(830, 840)도 우편향 45도 편파 특성을 갖는 제1 편파 수신신호를 수신하기 위한 제1 편파 서브 어레이 안테나와 좌편향 45도 편파 특성을 갖는 제2 편파 수신신호를 수신하기 위한 제2 편파 서브 어레이 안테나를 포함한다. 한편, 채널 간 이격 거리를 유지하기 위해서 830 복합 어레이 안테나의 제1 편파 서브 어레이 안테나 그룹과 840 복합 어레이 안테나의 제1 편파 서브 어레이 안테나 그룹은 멀리 이격되어 배치된다. 또한, 830 복합 어레이 안테나의 제2 편파 서브 어레이 안테나 그룹과 840 복합 어레이 안테나의 제2 편파 서브 어레이 안테나 그룹은 가깝게 배치된다.
한편, 송신 신호를 제어하기 위한 송신 제어부(890)과 수신신호를 처리하기 위한 수신 제어부(895)는 로컬 라인을 통해서 연결될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 서로 다른 편파 특성을 갖는 송신신호를 전송하고, 타켓에 반사되어 수신되는 서로 다른 편파 특성을 갖는 수신신호를 하나의 복합 어레이 안테나를 통해서 수신하는 레이더 장치를 제공한다. 또한, 본 발명의 레이더 장치는 복합 어레이 안테나의 개수를 줄이면서 동일한 수신 채널의 개수를 확보할 수 있다. 이를 통해서, 각 안테나 별로 하나씩 구성되는 수신 칩의 개수를 줄일 수 있어, 레이더 감지 성능을 유지하면서 레이더의 소형화를 구현하는 효과를 제공한다. 또한, 각 수신신호는 상호 교차 편파 특성을 가짐으로써, 상호 신호 간섭을 최소화할 수 있다.
이하에서는 전술한 본 발명의 레이더 장치의 동작을 모두 수행할 수 있는 레이더 신호 처리 방법에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법은 하나 이상의 장거리 송신 어레이 안테나를 이용하여 제1 편파 송신신호를 송신하고, 하나 이상의 근거리 송신 어레이 안테나를 이용하여 제2 편파 송신신호를 송신하는 송신신호 전송단계와 제1 편파 송신신호 및 제2 편파 송신신호가 타켓에 반사되어 수신되는 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 하나의 복합 어레이 안테나를 통해서 수신하는 수신신호 수신단계 및 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 이용하여 타켓을 감지하는 감지단계를 포함한다. 또한, 제1 편파 수신신호는 제2 편파 수신신호에 대한 교차 편파(Cross Polarization) 특성을 갖는다.
도 9를 참조하면, 레이더 신호 처리 방법은 하나 이상의 장거리 송신 어레이 안테나를 이용하여 제1 편파 송신신호를 송신하고, 하나 이상의 근거리 송신 어레이 안테나를 이용하여 제2 편파 송신신호를 송신하는 송신신호 전송단계를 포함한다(S900). 송신신호 전송단계는 서로 다른 편파 특성을 가지는 신호를 출력하도록 구성된 장거리 송신 어레이 안테나와 근거리 송신 어레이 안테나를 이용하여 각각 제1 편파 송신신호와 제2 편파 송신신호를 전송한다. 제1 편파 송신신호와 제2 편파 송신신호는 상호 교차 편파 특성을 가질 수 있다. 또한, 장거리 송신 어레이 안테나는 좁은 FOV 특성을 구현하기 위해서 둘 이상의 서브 어레이 안테나를 포함할 수 있다. 근거리 송신 어레이 안테나는 넓은 FOV 특성을 구현하기 위해서 하나 이상의 서브 어레이 안테나를 포함하되, 장거리 송신 어레이 안테나의 서브 어레이 안테나 개수보다 적은 개수로 구성될 수 있다.
또한, 레이더 신호 처리 방법은 제1 편파 송신신호 및 제2 편파 송신신호가 타켓에 반사되어 수신되는 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 하나의 복합 어레이 안테나를 통해서 수신하는 수신신호 수신단계를 포함한다(S902). 수신신호 수신단계는 하나의 복합 어레이 안테나를 이용하여 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 모두 수신할 수 있다. 이 경우, 제1 편파 수신신호와 제2 편파 수신신호는 상호 교차 편파 특성을 가지는 신호이다. 예를 들어, 제1 편파 수신신호는 수직 편파 특성을 가지며, 제2 편파 수신신호는 수평 편파 특성을 가질 수 있다. 또한, 복합 어레이 안테나는 서로 다른 편파 특성을 가지는 신호를 모두 수신하기 위하여 둘 이상의 서브 어레이 안테나를 포함한다. 예를 들어, 복합 어레이 안테나는 동일한 마이크로 스트립 선로에서 분기되는 제1 편파 서브 어레이 안테나와 제2 편파 서브 어레이 안테나를 구비할 수 있다. 제1 편파 서브 어레이 안테나는 제1 편파 수신신호를 수신할 수 있도록 배열된 패치 안테나를 포함할 수 있고, 제2 편파 서브 어레이 안테나는 제2 편파 수신신호를 수신할 수 있도록 배열된 패치 안테나를 포함할 수 있다. 제2 편파 서브 어레이 안테나는 제1 편파 서브 어레이 안테나 사이에 위치할 수도 있고, 일 측면에서 위치할 수도 있다.
또한, 복합 어레이 안테나가 둘 이상으로 구현되는 경우, 제1 편파 서브 어레이 안테나 그룹 간의 이격 거리는 제2 편파 서브 어레이 안테나 그룹 간의 이격 거리보다 넓게 설정될 수 있다. 제1 편파 서브 어레이 안테나의 개수는 제2 편파 서브 어레이 안테나 개수 이상이 되도록 구성되어 장거리 및 근거리 타켓 감지를 위한 적절한 FOV를 구현할 수도 있다.
또한, 레이더 신호 처리 방법은 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 이용하여 타켓을 감지하는 감지단계를 포함한다(S904). 감지단계는 하나의 복합 어레이 안테나를 통해서 수신되는 제1 편파 수신신호와 제2 편파 수신신호를 이용하여 장거리 타켓 및 근거리 타켓을 감지할 수 있다. 이를 위해서, 감지단계는 써큘레이터 디바이더와 같은 신호 분리기를 이용하여 하나의 수신 칩을 이용하여 장거리 타켓 및 근거리 타켓을 감지할 수 있다. 또는, 감지단계는 하나의 복합 어레이 안테나를 통해서 수신되는 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호의 편파 특성을 이용하여 장거리 및 근거리 타켓을 구분하여 감지할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 장거리 및 근거리 타켓을 감지하기 위한 신호 간에 다른 편파 특성을 갖도록 구성하여, 하나의 수신 안테나를 이용하여 수신신호를 처리할 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명은 하나의 수신 안테나를 이용하여 수신신호를 처리함으로써, 수신 안테나를 축소하면서도 동일한 채널 수를 유지하는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명은 동일한 성능을 제공하면서, 레이더 장치의 크기를 줄이는 효과를 제공한다.
이상에서, 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합되거나 결합되어 동작하는 것으로 설명되었다고 해서, 본 발명이 반드시 이러한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 목적 범위 안에서라면, 그 모든 구성 요소들이 하나 이상으로 선택적으로 결합하여 동작할 수도 있다. 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 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다

Claims (10)

  1. 제1 편파 송신신호를 송신하는 하나 이상의 장거리 송신 어레이 안테나를 포함하는 장거리 송신 안테나부;
    제2 편파 송신신호를 송신하는 하나 이상의 근거리 송신 어레이 안테나를 포함하는 근거리 송신 안테나부;
    상기 제1 편파 송신신호 및 제2 편파 송신신호 각각이 타켓에 반사되어 수신되는 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 수신하는 하나 이상의 복합 어레이 안테나를 포함하는 복합 어레이 안테나부; 및
    상기 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 이용하여 타켓을 감지하는 신호 처리부를 포함하되,
    상기 제1 편파 수신신호는 상기 제2 편파 수신신호에 대한 교차 편파(Cross Polarization) 특성을 갖고,
    상기 복합 어레이 안테나부는,
    둘 이상의 상기 복합 어레이 안테나를 포함하는 경우, 상기 복합 어레이 안테나 각각은 제1 편파 서브 어레이 안테나 그룹과 제2 편파 서브 어레이 안테나 그룹을 포함하며,
    상기 제1 편파 서브 어레이 안테나 그룹 간의 거리는,
    상기 제2 편파 서브 어레이 안테나 그룹 간의 거리 이상이 되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 편파 송신신호는,
    상기 제2 편파 송신신호에 대한 교차 편파(Cross Polarization) 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 장거리 송신 어레이 안테나는,
    동일한 마이크로 스트립 선로에서 분기되어 구성되는 둘 이상의 서브 어레이 안테나를 포함하고,
    상기 둘 이상의 서브 어레이 안테나 각각은 상호 동일한 편파 특성을 갖는 신호를 방사하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 복합 어레이 안테나는,
    동일한 마이크로 스트립 선로에서 분기되어 구성되는 둘 이상의 서브 어레이 안테나를 포함하고,
    상기 둘 이상의 서브 어레이 안테나 각각은,
    서로 다른 편파 특성을 갖는 신호를 수신하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 둘 이상의 서브 어레이 안테나는,
    상기 제1 편파 수신신호를 수신하는 하나 이상의 제1 편파 서브 어레이 안테나와 상기 제2 편파 수신신호를 수신하는 하나 이상의 제2 편파 서브 어레이 안테나를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제1 편파 서브 어레이 안테나의 개수는,
    상기 제2 편파 서브 어레이 안테나의 개수 이상인 것을 특징으로 하는 레이더 장치.
  7. 삭제
  8. 하나 이상의 장거리 송신 어레이 안테나를 이용하여 제1 편파 송신신호를 송신하고, 하나 이상의 근거리 송신 어레이 안테나를 이용하여 제2 편파 송신신호를 송신하는 송신신호 전송단계;
    상기 제1 편파 송신신호 및 제2 편파 송신신호가 타켓에 반사되어 수신되는 제1 편파 수신신호 및 제2 편파 수신신호를 하나 이상의 복합 어레이 안테나를 통해서 수신하는 수신신호 수신단계; 및
    상기 제1 편파 수신신호 및 상기 제2 편파 수신신호를 이용하여 타켓을 감지하는 감지단계를 포함하되,
    상기 제1 편파 수신신호는 상기 제2 편파 수신신호에 대한 교차 편파(Cross Polarization) 특성을 갖고,
    상기 복합 어레이 안테나는,
    둘 이상의 상기 복합 어레이 안테나로 구현되는 경우, 상기 복합 어레이 안테나 각각은 제1 편파 서브 어레이 안테나 그룹과 제2 편파 서브 어레이 안테나 그룹을 포함하며,
    상기 제1 편파 서브 어레이 안테나 그룹 간의 거리는,
    상기 제2 편파 서브 어레이 안테나 그룹 간의 거리보다 넓게 설정되는 것을 특징으로 하는 레이더 신호 처리 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 편파 수신신호는 상기 복합 어레이 안테나에 포함되는 하나 이상의 제1 편파 서브 어레이 안테나를 통해서 수신되며,
    상기 제2 편파 수신신호는 상기 복합 어레이 안테나에 포함되는 하나 이상의 제2 편파 서브 어레이 안테나를 통해서 수신되는 것을 특징으로 하는 레이더 신호 처리 방법.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 감지단계는,
    상기 하나의 복합 어레이 안테나를 통해서 수신되는 상기 제1 편파 수신신호 및 상기 제2 편파 수신신호를 편파 특성을 이용하여 구분하고,
    상기 제1 편파 수신신호를 이용하여 장거리 타켓을 감지하고, 상기 제2 편파 수신신호를 이용하여 근거리 타켓을 감지하는 것을 특징으로 하는 레이더 신호 처리 방법.
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