KR102630554B1 - 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치를 공개한다. 이 장치는 일정한 주기를 가지는 기준 클럭을 발생하는 기준 클럭 발생기; 및 상기 기준 클럭을 인가받아 송신 타이밍을 제어하여 레이더 송신 신호를 출력하고, 타겟에서 반사되는 에코 신호를 인가받아 수신 타이밍을 제어하여 레이더 수신 신호를 수신하는 펄스 레이더 장치; 를 포함하고, 상기 펄스 레이더 장치의 해상도는 상기 송신 타이밍 및 상기 수신 타이밍을 개별적으로 제어하는 지연 셀의 개수에 반비례하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의할 경우, 펄스 레이더 시스템에서 송신 클록 신호와 수신 클록 신호 사이의 시간 지연의 크기를 자유롭게 가변하여, 레이더 해상도를 현저하게 향상시킬 수 있다.

Description

지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치{An ultra high resolution radar device using a delay-locked loop}

본 발명은 펄스 레이더 장치에 관한 것으로서, 특히 송신 클록 신호 및 수신 클록 신호의 시간 지연을 서로 독립적인 지연 동기화 루프를 통해 자유롭게 가변하여, 레이더 해상도를 향상시킬 수 있는 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 레이더 장치는 전파를 송신하고 반사파를 수신할 수 있는 장치로서, 전파를 송신한 시각부터 반사파를 수신한 시각까지의 시간을 측정할 수 있다.

레이더 장치는 측정된 시간에 기초하여, 송신된 전파를 반사시킨 물체의 방향과 위치를 감지할 수 있고, 사용되는 전파는 수 MHz에서 수십 GHz 대역의 신호가 될 수 있다.

레이더 장치의 종류에는 펄스 레이더 장치 및 연속파 레이더 장치가 있다. 펄스 레이더 장치는 송신 펄스 신호를 반복적으로 송신하고, 물체에 의해 반사된 에코 신호(echo signal)를 수신한다.

즉, 펄스 레이더 장치는 목표물(Target)을 찾을 수 있는 레인지(Range)에서 송신 펄스 신호가 목표물에 반사되어 돌아오는 에코 신호를 수신하여 목표물의 정보를 획득한다.

레인지 게이팅(Range Gating) 방식의 펄스 레이더 장치는, 레이더의 수신기에 지연 소자를 구비하여 지연을 가변함으로써 특정 레인지의 반사 신호를 수신할 수 있다.　

한편, 지연 동기화 루프(Delay-Locked Loop, DLL)는 컴퓨터나 스마트폰에 들어가는 거의 모든 칩에서 이용되는 구성요소 중 하나이다.

우리가 원하는 클럭 신호를 최초 발생 지점부터 원거리에 있는 곳의 블럭까지 보내다보면 신호를 수신하는 곳에서는 클럭의 하이/로우 레벨이 발생하는 시간이 최초 지점과 다르게 된다.

또한, 길이가 긴 상호 연결(interconnect)의 저항에 의해 세기가 약해지는 것을 막기 위해 군데군데 버퍼를 설치하기 때문에 버퍼에 의한 추가적인 지연이 발생하여, 기준 클럭과 실제 칩에 도달한 클럭의 상승 이벤트 시간(rising event timing)의 차이가 심해질 수 있다.

동기화 시스템(Synchronous system)에서는 칩 내부에서 모든 회로가 한 클럭마다 신호가 움직여야 하며, 이 시간이 틀어지면 준 안정성(metastability) 등의 문제가 발생할 수 있다.

이 때, 기준 클럭과 칩에 도달한 실제 클럭(output clock)의 위상 차이(phase difference)를 줄여주는 블럭이 바로 지연 동기화 루프이다.

이와 같이, 길이가 긴 상호 연결과 중간 중간의 버퍼로 인해 원하는 시간보다 늦게 상승하는 클럭을 원래의 기준 클럭과 같은 시간에 상승시키는 방법은 클럭을 더 지연시키는 방법이 있다.

지연된 클럭을 2pi만큼 뒤로 지연시키면 한 주기만큼 지연되어 결과적으로 똑같은 시간에 상승 이벤트가 발생하게 된다.

따라서, 지연 동기화 루프는 요구되는 만큼의 시간 지연을 생성하는 네가티브 피드백 회로(negative feedback circuit)의 기능을 수행한다.

등록특허공보 US 11067678 B2 (2021.07.20)

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 기준 클럭을 인가받아 개별적인 지연 동기화 루프를 이용해 송신 타이밍 및 수신 타이밍을 독립적으로 제어함으로써, 수신 지연 신호와 송신 지연 신호 간의 시간차를 단축시켜 펄스 레이더 장치의 해상도를 향상시키는 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 이상에서 언급된 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치는 일정한 주기를 가지는 기준 클럭을 발생하는 기준 클럭 발생기; 및 상기 기준 클럭을 인가받아 송신 타이밍을 제어하여 레이더 송신 신호를 출력하고, 타겟에서 반사되는 에코 신호를 인가받아 수신 타이밍을 제어하여 레이더 수신 신호를 수신하는 펄스 레이더 장치; 를 포함하고, 상기 펄스 레이더 장치의 해상도는 상기 송신 타이밍 및 상기 수신 타이밍을 개별적으로 제어하는 지연 셀의 개수에 반비례하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치의 상기 펄스 레이더 장치는 상기 기준 클럭을 인가받아, 상기 송신 타이밍이 제어된 송신 트리거링 신호를 출력하는 송신 지연 동기화 루프; 상기 기준 클럭을 인가받아, 상기 수신 타이밍이 제어된 수신 샘플링 클럭을 출력하는 수신 지연 동기화 루프; 상기 송신 타이밍을 제어하는 제1 선택 신호 및 상기 수신 타이밍을 제어하는 제2 선택 신호를 출력하는 제어부; 상기 송신 트리거링 신호를 인가받아, 송신 안테나를 통하여 상기 레이더 송신 신호를 출력하는 송신기; 및 상기 수신 샘플링 클럭에 응답하여 상기 에코 신호를 수신 안테나를 통하여 상기 레이더 수신 신호를 수신하는 수신기; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치의 상기 송신 지연 동기화 루프는 상기 기준 클럭을 인가받고 복수개의 송신 지연 신호를 인가받아 각각 위상차를 감지하여 제1 위상 감지 신호를 출력하는 제1 위상 감지부; 상기 제1 위상 감지 신호를 인가받아 신호의 지연을 조절하는 제1 위상 제어 전압을 출력하는 제1 전하 펌프; 상기 제1 위상 제어 전압을 인가받아 노이즈를 제거하여 제1 루프 필터링 신호를 출력하는 제1 필터부; N개의 지연 셀을 구비하고, 상기 제1 루프 필터링 신호에 응답하여 1 내지 N개의 지연 셀마다 통과한 상기 복수개의 송신 지연 신호를 생성하여, 상기 제1 위상 감지부로 피드백하는 송신 지연부; 및 상기 복수개의 송신 지연 신호를 인가받아 상기 제1 선택 신호(β)에 응답하여 N X 1 멀티플렉싱해서 β번 째의 송신 트리거링 신호를 출력하는 제1 멀티플렉서; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치의 상기 수신 지연 동기화 루프는 상기 기준 클럭을 인가받고 복수개의 수신 지연 신호를 인가받아 각각 위상차를 감지하여 제2 위상 감지 신호를 출력하는 제2 위상 감지부; 상기 제2 위상 감지 신호를 인가받아 신호의 지연을 조절하는 제2 위상 제어 전압을 출력하는 제2 전하 펌프; 상기 제2 위상 제어 전압을 인가받아 노이즈를 제거하여 제2 루프 필터링 신호를 출력하는 제2 필터부; N-1개의 지연 셀을 구비하고, 상기 제2 루프 필터링 신호에 응답하여 1 내지 N-1개의 지연 셀마다 통과한 상기 복수개의 수신 지연 신호를 생성하여, 상기 제2 위상 감지부로 피드백하는 수신 지연부; 및 상기 복수개의 수신 지연 신호를 인가받아 상기 제2 선택 신호(α)에 응답하여 N X 1 멀티플렉싱해서 α번 째의 수신 샘플링 클럭을 출력하는 제2 멀티플렉서; 를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치의 상기 제어부는 상기 제1 선택 신호(β) 및 상기 제2 선택 신호(α)의 크기에 따라 β 번 째의 송신 트리거링 신호와 α번 째의 수신 샘플링 클럭의 지연 차이에 의한 시간차(t)를 산출하는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치의 상기 시간차(t)는, α ≥ β 인 경우에 하기의 수학식 1과 같이 표현되고, [수학식 1] T는 상기 펄스 레이더 장치의 송신 주기, N은 상기 송신 지연부 내 지연 셀의 개수, N-1은 상기 수신 지연부 내 지연 셀의 개수인 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치의 상기 시간차(t)는, α < β 인 경우에 하기의 수학식 2와 같이 표현되고, [수학식 2] T는 상기 펄스 레이더 장치의 송신 주기, N은 상기 송신 지연부 내 지연 셀의 개수, N-1은 상기 수신 지연부 내 지연 셀의 개수인 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치의 상기 시간차(t)는, 상기 기준 클럭의 상기 일정한 주기의 1/6 미만으로 설정할 수 있는 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치의 상기 펄스 레이더 장치의 해상도는 하기의 수학식 3과 같이 표현되고, [수학식 3] T는 상기 펄스 레이더 장치의 송신 주기, N은 상기 송신 지연부 내 지연 셀의 개수, N-1은 상기 수신 지연부 내 지연 셀의 개수인 것을 특징으로 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 면에 따른 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치의 상기 제어부는 상기 송신 트리거링 신호의 개수 및 상기 수신 샘플링 클럭의 개수가 상기 기준 클럭의 상기 일정한 주기를 기초로 하여 상이하게 되도록 제어하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 기타 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명에 의할 경우, 펄스 레이더 시스템에서 송신 클록 신호와 수신 클록 신호 사이의 시간 지연의 크기를 자유롭게 가변하여, 레이더 해상도를 현저하게 향상시킬 수 있다.

또한, 다중 송신 클록 신호들 간의 시간 지연, 다중 수신 클록 신호들 간의 시간 지연, 송신 클록 신호와 수신 클록 신호의 시간 지연 중 적어도 하나의 크기를 제어하여 수신 신호의 신호대 잡음비를 증가시키고, 펄스 레이더 시스템에서 신호의 송수신 시간이 틀어짐으로 인해 발생할 수 있는 준 안정성 문제를 방지할 수 있다.

본 발명의 효과들은 이상에서 언급된 효과로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치를 포함한 시스템의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 펄스 레이더 장치(100)의 내부 블록도이다.
도 3은 도 2에 도시된 송신 지연 동기화 루프(110)의 내부 블록도이다.
도 4는 도 2에 도시된 수신 지연 동기화 루프(120)의 내부 블록도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 제한되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 기술자에게 본 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소 외에 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일한 구성 요소를 지칭하며, "및/또는"은 언급된 구성요소들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다. 비록 "제1", "제2" 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.

다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성요소와 다른 구성요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 구성요소들의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들어, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있으며, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치를 포함한 시스템의 개략적인 구성도로서, 기준 클럭 발생기(50), 펄스 레이더 장치(100) 및 타겟(200)을 포함한다.

도 2는 도 1에 도시된 펄스 레이더 장치(100)의 내부 블록도로서, 송신 지연 동기화 루프(110), 수신 지연 동기화 루프(120), 제어부(130), 송신기(140) 및 수신기(150)를 포함한다.

도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스 레이더 장치(100)의 각 구성요소들의 기능을 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

기준 클럭 발생기(50)는 일정한 주기를 가지는 기준 클럭을 발생한다.

펄스 레이더 장치(100)는 기준 클럭 발생기(50)로부터 기준 클럭을 인가받아 송신 타이밍을 제어하여 레이더 송신 신호를 출력하고, 타겟(200)에서 반사되는 에코 신호를 인가받아 수신 타이밍을 제어하여 레이더 수신 신호를 수신한다.

이때, 펄스 레이더 장치(100)의 송신 타이밍 및 수신 타이밍을 개별적으로 제어하는 지연 셀의 개수에 반비례한다.

송신 지연 동기화 루프(110)는 기준 클럭 발생기(50)로부터 기준 클럭을 인가받아, 송신 타이밍이 제어된 송신 트리거링 신호를 출력한다.

수신 지연 동기화 루프(120)는 기준 클럭을 인가받아, 수신 타이밍이 제어된 수신 샘플링 클럭을 출력한다.

제어부(130)는 송신 타이밍을 제어하는 제1 선택 신호 및 수신 타이밍을 제어하는 제2 선택 신호를 출력한다.

송신기(140)는 송신 트리거링 신호를 인가받아, 송신 안테나를 통하여 레이더 송신 신호를 출력한다.

수신기(150)는 수신 샘플링 클럭에 응답하여 타겟(200)에서 반사되는 에코 신호를 수신 안테나를 통해 레이더 수신 신호를 수신한다.

도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치의 동작을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

기준 클럭 발생기(50)는 일정한 주기를 가지는 기준 클럭을 발생한다.

펄스 레이더 장치(100)는 기준 클럭 발생기(50)로부터 기준 클럭을 인가받아, 송신 지연 동기화 루프(110)를 통해 송신 타이밍을 제어하여 레이더 송신 신호를 출력한다.

즉, 펄스 레이더 장치(100) 내 송신 지연 동기화 루프(110)는 기준 클럭을 인가받아, 제어부(130)의 제1 선택 신호(β)에 응답하여 송신 타이밍이 제어된 송신 트리거링 신호를 출력한다.

또한, 수신 지연 동기화 루프(120)는 기준 클럭을 인가받아, 제어부(130)의 제2 선택 신호(α)에 응답하여 수신 타이밍이 제어된 수신 샘플링 클럭을 출력한다.

송신기(140)는 송신 지연 동기화 루프(110)로부터 송신 트리거링 신호를 인가받아, 송신 안테나(Tx ANT)를 통하여 레이더 송신 신호를 출력한다.

펄스 레이더 장치(100)로부터 일정 거리만큼 떨어져 있는 타겟(200)은 펄스 레이더 장치(100)로부터 출력된 레이더 송신 신호를 인가받아 반사하여 에코 신호를 발생시킨다.

펄스 레이더 장치(100)는 타겟(200)으로부터 반사된 레이더 송신 신호가 일정 시간 지연된 레이더 송신 신호를 인가받아, 송신 지연 동기화 루프(110)와 지연 셀의 개수가 다른 독립적인 수신 지연 동기화 루프(120)를 통해 수신 타이밍을 제어하여 초 고해상도의 레이더 수신 신호를 수신하게 한다.

즉, 수신기(150)는 수신 지연 동기화 루프(120)에서 출력된 수신 샘플링 클럭에 응답하여 타겟(200)에서 발생된 에코 신호를 수신 안테나(Rx ANT)를 통하여 수신 지연 신호와 송신 지연 신호 간의 시간차가 현저하게 단축된 초 고해상도의 레이더 수신 신호를 수신한다.

이때, 일정 거리는 다음의 수학식 1에 의해 산출된다.

[수학식 1]

여기에서, C는 광속이고, t는 송신 안테나에서 출력된 레이더 송신 신호와 수신 안테나에서 수신되는 레이더 수신 신호의 시간차를 나타낸다.

도 3은 도 2에 도시된 송신 지연 동기화 루프(110)의 내부 블록도로서, 제1 위상 감지부(111), 제1 전하 펌프(112), 제1 필터부(113), 송신 지연부(114) 및 제1 멀티플렉서(115)를 포함한다.

도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치 내 송신 지연 동기화 루프(110)의 부분 동작을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제1 위상 감지부(111)는 기준 클럭 발생기(50)로부터 기준 클럭을 인가받고 송신 지연부(114)로부터 복수개의 송신 지연 신호를 인가받아 각각 위상차를 감지하여 제1 위상 감지 신호를 출력한다.

제1 전하 펌프(112)는 제1 위상 감지부(111)로부터 제1 위상 감지 신호를 인가받아 신호의 지연을 조절하는 제1 위상 제어 전압을 출력한다.

제1 필터부(113)는 제1 전하 펌프(112)로부터 제1 위상 제어 전압을 인가받아 노이즈를 제거하여 제1 루프 필터링 신호를 출력한다.

송신 지연부(114)는 N개의 지연 셀(delay cell)을 구비하고, 제1 필터부(113)로부터 인가받은 제1 루프 필터링 신호에 응답하여 1 내지 N개의 지연 셀(delay cell)마다 통과한 복수개의 송신 지연 신호를 생성하여, 제1 위상 감지부(111)로 피드백한다.

제1 멀티플렉서(115)는 송신 지연부(114)로부터 복수개의 송신 지연 신호를 인가받아 제1 선택 신호(β)에 응답하여 N X 1 멀티플렉싱해서 β 번 째의 송신 트리거링 신호를 출력한다.

도 4는 도 2에 도시된 수신 지연 동기화 루프(120)의 내부 블록도로서, 제2 위상 감지부(121), 제2 전하 펌프(122), 제2 필터부(123), 수신 지연부(124) 및 제2 멀티플렉서(125)를 포함한다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 레이더 장치 내 수신 지연 동기화 루프(120)의 부분 동작을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제2 위상 감지부(121)는 기준 클럭 발생기(50)로부터 기준 클럭을 인가받고 수신 지연부(124)로부터 복수개의 수신 지연 신호를 인가받아 각각 위상차를 감지하여 제2 위상 감지 신호를 출력한다.

제2 전하 펌프(122)는 제2 위상 감지부(121)로부터 제2 위상 감지 신호를 인가받아 신호의 지연을 조절하는 제2 위상 제어 전압을 출력한다.

제2 필터부(123)는 제2 전하 펌프(122)로부터 제2 위상 제어 전압을 인가받아 노이즈를 제거하여 제2 루프 필터링 신호를 출력한다.

수신 지연부(124)는 N-1개의 지연 셀(delay cell)을 구비하고, 제2 필터부(123)로부터 인가받은 제2 루프 필터링 신호에 응답하여 1 내지 N-1개의 지연 셀(delay cell)마다 통과한 복수개의 수신 지연 신호를 생성하여, 제2 위상 감지부(121)로 피드백한다.

제2 멀티플렉서(125)는 수신 지연부(124)로부터 복수개의 수신 지연 신호를 인가받아 제2 선택 신호(α)에 응답하여 (N-1) X 1 멀티플렉싱해서 α번 째의 수신 샘플링 클럭을 출력한다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 지연 동기화 루프(110) 및 수신 지연 동기화 루프(120)의 유기적인 전체 동작을 상세하게 설명하면 다음과 같다.

제어부(130)에서 출력되는 제1 선택 신호(β) 및 제2 선택 신호(α)의 크기에 따라 송신 지연 신호와 수신 지연 신호의 지연 차이에 의한 시간차(t)는 다음과 같이 산출된다.

먼저, α ≥ β 인 경우에 수신 지연 신호와 송신 지연 신호 간의 시간차(t)는 다음의 수학식 2와 같이 표현된다.

[수학식 2]

여기에서, T는 펄스 레이더 장치(100)의 송신 주기로서, 펄스 반복 간격 (Pulse Repetition Interval, PRI) 또는 펄스 반복 주파수(Pulse Repetition Frequency, PRF)를 의미한다.

또한, N은 송신 지연부(114) 내 지연 셀의 개수이고, N-1은 수신 지연부(124) 내 지연 셀의 개수이다.

반면, α < β 인 경우에 수신 지연 신호와 송신 지연 신호 간의 시간차(t)는 다음의 수학식 3과 같이 표현된다.

[수학식 3]

여기에서, T는 펄스 레이더 장치(100)의 송신 주기이고, N은 송신 지연부(114) 내 지연 셀의 개수이며, N-1은 수신 지연부(124) 내 지연 셀의 개수이다.

한편, 펄스 레이더 장치(100)의 해상도는 다음의 수학식 4와 같이 표현된다.

[수학식 4]

여기에서, T는 펄스 레이더 장치(100)의 송신 주기이고, N은 송신 지연부(114) 내 지연 셀의 개수이며, N-1은 수신 지연부(124) 내 지연 셀의 개수이다.

예를 들어, T=100[ns], N=4 인 경우, t = 8.33[ns], 즉 1.25 [m]의 해상도를 나타냈으나, 본 발명을 실제로 구현한 펄스 레이더 시스템에서는 T=50[ns], N=64 로, t = 12.4[ps], 즉 1.86 [mm]로 단축되어 초 고해상도를 가지는 것으로 나타났다.

또한, 수신 지연 신호와 송신 지연 신호 간의 시간차(t)는 기준 클럭 주기의 1/6 미만으로 설정될 수 있다.

또한, 제어부(130)는 송신 지연 동기화 루프(110)가 출력하는 송신 트리거링 신호의 개수와 수신 지연 동기화 루프(120)가 출력하는 수신 샘플링 클럭의 개수를 기준 클럭의 주기를 기초로 하여 상이하게 되도록 제어한다.

이때, 송신 트리거링 신호의 개수와 수신 샘플링 클럭의 개수의 차이는 2개를 초과하지 않도록 설정될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 기준 클럭을 인가받아 개별적인 지연 동기화 루프를 이용해 송신 타이밍 및 수신 타이밍을 독립적으로 제어함으로써, 수신 지연 신호와 송신 지연 신호 간의 시간차를 단축시켜 펄스 레이더 장치의 해상도를 향상시키는 지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치를 제공한다.

이를 통하여, 펄스 레이더 시스템에서 송신 클록 신호와 수신 클록 신호 사이의 시간 지연의 크기를 자유롭게 가변하여, 레이더 해상도를 현저하게 향상시킬 수 있다.

또한, 다중 송신 클록 신호들 간의 시간 지연, 다중 수신 클록 신호들 간의 시간 지연, 송신 클록 신호와 수신 클록 신호의 시간 지연 중 적어도 하나의 크기를 제어하여 수신 신호의 신호대 잡음비를 증가시키고, 펄스 레이더 시스템에서 신호의 송수신 시간이 틀어짐으로 인해 발생할 수 있는 준 안정성 문제를 방지할 수 있다.

이상, 첨부된 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 기술자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며, 제한적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

50: 기준 클럭 발생기
100: 펄스 레이더 장치
110: 송신 지연 동기화 루프
120: 수신 지연 동기화 루프
130: 제어부
140: 송신기
150: 수신기
200: 타겟

Claims (10)

1. 일정한 주기를 가지는 기준 클럭을 발생하는 기준 클럭 발생기; 및
   상기 기준 클럭을 인가받아 송신 타이밍을 제어하여 레이더 송신 신호를 출력하고, 타겟에서 반사되는 에코 신호를 인가받아 수신 타이밍을 제어하여 레이더 수신 신호를 수신하는 펄스 레이더 장치;
   를 포함하고,
   상기 펄스 레이더 장치의 상기 송신 타이밍 및 상기 수신 타이밍을 개별적으로 제어하는 지연 셀의 개수에 반비례하며,
   상기 펄스 레이더 장치의 해상도는
   하기의 수학식 3과 같이 표현되고,
   [수학식 3]
   
   T는 상기 펄스 레이더 장치의 송신 주기, N은 송신 지연부 내 지연 셀의 개수, N-1은 수신 지연부 내 지연 셀의 개수인 것을 특징으로 하는,
   지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 펄스 레이더 장치는
   상기 기준 클럭을 인가받아, 상기 송신 타이밍이 제어된 송신 트리거링 신호를 출력하는 송신 지연 동기화 루프;
   상기 기준 클럭을 인가받아, 상기 수신 타이밍이 제어된 수신 샘플링 클럭을 출력하는 수신 지연 동기화 루프;
   상기 송신 타이밍을 제어하는 제1 선택 신호 및 상기 수신 타이밍을 제어하는 제2 선택 신호를 출력하는 제어부;
   상기 송신 트리거링 신호를 인가받아, 송신 안테나를 통하여 상기 레이더 송신 신호를 출력하는 송신기; 및
   상기 수신 샘플링 클럭에 응답하여 상기 에코 신호를 수신 안테나를 통하여 상기 레이더 수신 신호를 수신하는 수신기;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 송신 지연 동기화 루프는
   상기 기준 클럭을 인가받고 복수개의 송신 지연 신호를 인가받아 각각 위상차를 감지하여 제1 위상 감지 신호를 출력하는 제1 위상 감지부;
   상기 제1 위상 감지 신호를 인가받아 신호의 지연을 조절하는 제1 위상 제어 전압을 출력하는 제1 전하 펌프;
   상기 제1 위상 제어 전압을 인가받아 노이즈를 제거하여 제1 루프 필터링 신호를 출력하는 제1 필터부;
   N개의 지연 셀을 구비하고, 상기 제1 루프 필터링 신호에 응답하여 1 내지 N개의 지연 셀마다 통과한 상기 복수개의 송신 지연 신호를 생성하여, 상기 제1 위상 감지부로 피드백하는 송신 지연부; 및
   상기 복수개의 송신 지연 신호를 인가받아 상기 제1 선택 신호(β)에 응답하여 N X 1 멀티플렉싱해서 β번 째의 송신 트리거링 신호를 출력하는 제1 멀티플렉서;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 수신 지연 동기화 루프는
   상기 기준 클럭을 인가받고 복수개의 수신 지연 신호를 인가받아 각각 위상차를 감지하여 제2 위상 감지 신호를 출력하는 제2 위상 감지부;
   상기 제2 위상 감지 신호를 인가받아 신호의 지연을 조절하는 제2 위상 제어 전압을 출력하는 제2 전하 펌프;
   상기 제2 위상 제어 전압을 인가받아 노이즈를 제거하여 제2 루프 필터링 신호를 출력하는 제2 필터부;
   N-1개의 지연 셀을 구비하고, 상기 제2 루프 필터링 신호에 응답하여 1 내지 N-1개의 지연 셀마다 통과한 상기 복수개의 수신 지연 신호를 생성하여, 상기 제2 위상 감지부로 피드백하는 수신 지연부; 및
   상기 복수개의 수신 지연 신호를 인가받아 상기 제2 선택 신호(α)에 응답하여 N X 1 멀티플렉싱해서 α번 째의 수신 샘플링 클럭을 출력하는 제2 멀티플렉서;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는,
   지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 제어부는
   상기 제1 선택 신호(β) 및 상기 제2 선택 신호(α)의 크기에 따라 β 번 째의 송신 트리거링 신호와 α번 째의 수신 샘플링 클럭의 지연 차이에 의한 시간차(t)를 산출하는 것을 특징으로 하는,
   지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 시간차(t)는,
   α ≥ β 인 경우에 하기의 수학식 1과 같이 표현되고,
   [수학식 1]
   
   T는 상기 펄스 레이더 장치의 송신 주기, N은 상기 송신 지연부 내 지연 셀의 개수, N-1은 상기 수신 지연부 내 지연 셀의 개수인 것을 특징으로 하는,
   지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치.
   
7. 제5항에 있어서,
   상기 시간차(t)는,
   α < β 인 경우에 하기의 수학식 2와 같이 표현되고,
   [수학식 2]
   
   T는 상기 펄스 레이더 장치의 송신 주기, N은 상기 송신 지연부 내 지연 셀의 개수, N-1은 상기 수신 지연부 내 지연 셀의 개수인 것을 특징으로 하는,
   지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치.
   
8. 제5항에 있어서,
   상기 시간차(t)는,
   상기 기준 클럭의 상기 일정한 주기의 1/6 미만으로 설정할 수 있는 것을 특징으로 하는,
   지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치.
   
   
   
9. 삭제
10. 제2항에 있어서,
    상기 제어부는
    상기 송신 트리거링 신호의 개수 및 상기 수신 샘플링 클럭의 개수가 상기 기준 클럭의 상기 일정한 주기를 기초로 하여 상이하게 되도록 제어하는 것을 특징으로 하는,
    지연 동기화 루프를 이용한 초 고해상도 레이더 장치.
    

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