KR102650731B1

KR102650731B1 - 안테나 장치

Info

Publication number: KR102650731B1
Application number: KR1020190047527A
Authority: KR
Inventors: 김유진; 김동규
Original assignee: 한국전자통신연구원
Priority date: 2019-04-23
Filing date: 2019-04-23
Publication date: 2024-03-26
Also published as: KR20200124091A

Abstract

실시 예에 따른 레이더 시스템의 안테나 장치는, 전파를 방사하는 송신 안테나, 상기 전파에 대응하는 반사파를 수신하는 수신 안테나, 반사 객체, 및 캘리브레이션 시, 상기 반사 객체가 상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나의 전단에서 소정 거리만큼 움직이도록 상기 반사 객체의 움직임을 제어하는 액츄에이터를 포함할 수 있다.

Description

안테나 장치{ANTENNA DEVICE}

본 발명의 실시 예는 안테나 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이더 시스템에 포함되는 안테나 장치에 관한 것이다.

호모다인(Homodyne) 수신기로 알려진 직접 변환 수신기(Direct-conversion receiver, DCR)를 포함하는 레이더 시스템에서, 수신기의 출력 신호에 대한 DC 오프셋(DC-offset) 처리는, 레이더 시스템 성능과 관련된 중요한 문제 중 하나이다.

DC 오프셋을 발생 시키는 요인으로는, 수신기 자체의 하드웨어 불완전성과 클러터(Clutter)가 있다. 수신기 자체의 하드웨어 불완전성으로는, 예를 들어, LO(Local Oscillator) 신호의 셀프믹싱(Self-mixing)으로 인한 RF 포트로의 누설 및 저잡음증폭기(Low Noise Amplifier, LNA) 입력 포트로의 누설 등이 있다.

클러터는, 레이더 시스템의 송신 안테나로부터 송신된 전파가 주변 환경의 반사체로부터 다양하게 반사되어 발생하는 환경적인 멀티패스 수신 신호를 의미한다. 클러터는, 고정된 주변 환경에 의한 클러터(이하 '고정(static) 클러터'라고 칭함)와 타겟의 이동으로 변동되는 주변 환경에 의한 클러터(이하 '동적(dynamic) 클러터'라고 칭함)로 나누어 질 수 있다. 이들 중, 고정 클러터는 고정된 DC 성분을 발생시키므로, 타겟 신호와 분리가 가능하다. 그러나, 동적 클러터의 경우는 사전에 알기가 어려워, 동적 클러터가 포함된 수신 신호로부터 타겟 신호만을 추출하는 것은 매우 어려운 일이다.

최근, 도플러 레이더 시스템을 이용하여 비접촉으로 사람의 생체 신호(호흡 및 심박 신호)를 측정하기 위한 방법들이 연구되고 있다. 도플러 이론에 따르면, 시간에 따라 주기적으로 움직이는 타겟에 의해 반사된 반사파의 위상은, 타겟의 변위에 비례한다. 인체 정보 중 호흡 및 심박 신호는 인체의 물리적인 변화를 동반하는 신호이다. 따라서, 도플러 레이더 시스템을 통해 인체에 의해 반사된 반사파의 위상을 분석하면, 호흡 및 심박 정보를 획득하는 것이 가능하다.

한편, 보행 중인 사람의 움직임과 생체 신호(호흡 또는 심박 신호)는 대략 DC~10Hz정도로, DC 성분과 매우 가까운 특징을 보인다. 이 경우 수신기의 베이스밴드에서 AC 커플링(AC coupling)으로 DC 성분을 완전히 제거하게 되면, 신호 처리를 위해 필요한 DC 성분까지도 제거되어 신호 처리가 매우 어려워 지는 문제가 있다.

본 발명의 실시 예가 해결하려는 과제는 레이더 시스템에서 주변 환경에 의한 DC 오프셋의 추정을 용이하게 지원하는 안테나 장치를 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 실시 예에 따른 레이더 시스템의 안테나 장치는, 전파를 방사하는 송신 안테나, 상기 전파에 대응하는 반사파를 수신하는 수신 안테나, 반사 객체, 및 캘리브레이션 시, 상기 반사 객체가 상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나의 전단에서 소정 거리만큼 움직이도록 상기 반사 객체의 움직임을 제어하는 액츄에이터를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 따르면, 레이더 시스템에서 주변 환경 클러터에 의한 DC 오프셋을 용이하게 추정할 수 있으며, 이를 이용하여 타겟의 변위에 대응하는 도플러 신호의 위상 변위를 용이하게 추정할 수 있다.

도 1은 레이더 시스템을 통해 동적 클러터 환경에서 보행자의 생체 신호를 감지하는 일 예를 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b는 서로 다른 환경들을 예로 들어 도시한 것이다.
도 2c 및 도 2d는 도 2a 및 도 2b의 환경들에 대해 레이더 시스템을 통해 획득한 I/Q 채널 신호들의 I/Q 플롯도이다.
도 3은 도플러 레이더 시스템에서 출력되는 I/Q 채널 신호들에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치가 적용된 레이더 시스템을 개략적으로 도시한 것이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 안테나 장치들을 개략적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 레이더 시스템에서 안테나 장치를 이용한 캘리브레이션을 수행하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다.

아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시 예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시 예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 및 청구범위 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

도 1은 레이더 시스템을 통해 동적 클러터 환경에서 보행자의 생체 신호를 감지하는 일 예를 도시한 것이다.

도플러 효과는, 파동을 발생시키는 파원과 그 파동을 관측하는 관측자 중 하나 이상이 운동하고 있을 때 발생하는 효과이다. 도플러 레이더 시스템(10)은, 연속파(continuous wave, cw) 신호를 타겟에 송신한 후, 타겟에 의해 반사된 신호를 수신한다. 이 때, 타겟에 의해 반사된 신호는 위상 변조된 신호이며, 주기적으로 움직하는 타겟에 의해 반사된 반사파의 위상은 타겟의 변위에 비례한다. 따라서, 도플러 레이더 시스템(10)에서는, 수신기를 통해 수신되는 반사파의 위상 변위를 분석하여, 타겟 신호를 감지한다.

한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 클러터 A 타입(2a)의 환경에서 클러터 B 타입(2b)의 환경으로 이동한 보행자(1)의 생체 신호(호흡 및 심박 신호)를 도플러 레이더 시스템(10)을 통해 감지하는 경우, 레이더 시스템(10)의 수신기(미도시)를 통해 출력되는 I/Q 채널 신호들에는 클러터 B 타입(2b) 환경에 의한 클러터가 적분된 형태의 DC 성분이 포함된다. 이런 경우, 레이더 시스템(10)의 운영자가 변화된 클러터의 정보를 사전에 알기 어려워, 수신기의 출력 신호로부터 타겟 신호(생체 신호)만을 분리하는 것이 매우 어렵다.

도 2a 및 도 2b는 서로 다른 환경들을 예로 들어 도시한 것이다. 또한 도 2c 및 도 2d는 도 2a 및 도 2b의 환경들에 대해 레이더 시스템을 통해 획득한 I/Q 채널 신호들의 I/Q 플롯도이다.

도 2a의 환경에는 레이더 시스템(10)의 안테나와 1.5M 떨어진 곳에 고정되게 위치하는 철판(3a)과, 레이더 시스템(10)의 안테나와 1m 떨어진 곳에 위치하여 1.25cm 간격으로 앞뒤 왕복 운동하는 쇠공(Sphere)(3b)이 포함된다. 도 2b의 환경에는 레이더 시스템(10)의 안테나와 1.5M 떨어진 곳에 고정되게 위치하는 철판(3a)과, 레이더 시스템(10)의 안테나와 0.3m 떨어진 곳에 고정되게 위치하는 쇠공(3c), 그리고 레이더 시스템(10)의 안테나와 1m 떨어진 곳에 위치하여 1.25cm 간격으로 앞뒤 왕복 운동하는 쇠공(Sphere)(3b)이 포함된다.

직접 변환 쿼드러처(Direct Conversion Quadrature) 수신기 구조의 도플러 레이더 시스템(10)은, 트랜시버(미도시)에서 생성된 송신 신호(예를 들어, 24 GHz 대역의 주파수 신호)를 송신 안테나(미도시)를 통해 방사하고, 송신 신호가 반사되어 입력되는 수신 신호를 직접변환 쿼드러처 수신기(미도시)를 통해 수신하여 I 채널과 Q 채널의 신호들로 분리한다.

도 2c 및 도 2d에서, 타원(4a)은 도 2a의 환경에 대해 레이더 시스템(10)의 수신기가 출력하는 I 채널 신호 및 Q 채널 신호를 계측장치(미도시)를 이용하여 측정한 I/Q 플롯도이다. 타원(4b)은 도 2b의 환경에 대해 레이더 시스템(10)이 출력하는 I 신호 및 Q 신호를 계측장치(미도시)를 이용하여 측정한 I/Q 플롯도이다.

특히, 각 타원(4a, 4b)은, 도 2a 및 도 2b의 환경에서, 타겟(3b)이 대략1.25cm(24GHz 주파수 신호에서의 1개의 파장(λ) 길이의 근사값)의 거리만큼 1회 이동한 경우에 레이더 시스템(10)에 의해 출력되는 I/Q 채널 신호에 대응한다. 타원들(4a, 4b)을 참조하면, 타겟(3b)이 동일하게 움직이더라도, 이에 대응하여 형성되는 I/Q 플롯에서의 타원(4a, 4b)은 주변 환경에 따라 달라짐을 알 수 있다.

도 2c 및 도 2d에서, 참조 번호 4c 및 4d가 가리키는 부분은 각각, 도 2a 및 도2b의 클러터 환경에 의한 DC 오프셋이다. 이를 통해 알 수 있듯이, 타겟의 주변 환경 변화는 레이더 시스템(10)에 의해 출력되는 I/Q 채널 신호에서의 DC 오프셋을 변화시키는 원인으로 작용한다.

사람의 호흡 및 심박 신호와 같이 저속으로 움직이는 타겟의 경우, 타겟의 움직임으로 발생하는 도플러 시프트가 DC 값에 가까운 주파수 성분을 가질 수 있다. 이런 경우, 동적 클러터 환경으로 인해 발생하는 DC 오프셋에 의해 영향을 받아 수신기로부터 출력되는 I/Q 채널 신호들로부터 원하는 타겟의 신호 성분만을 추출하기가 매우 어렵다.

레이더 시스템(10)이 밀리미터 웨이브(mm Wave)의 파장(λ)을 가지는 전파를 사용하는 코히어런트(coherent) 레이더 시스템(10)인 경우, 타겟의 움직임에 따른 진동 크기(Av)와 진동 주파수(fv)에 대하여 아래의 수학식 1과 같이 같은 최대 도플러 주파수 시프트(fD, Doppler frequency shift)를 보일 수 있다.

[수학식 1]

Max{fD} = (2/λ) * Av * fv

결과적으로, 사람의 생체 신호(호흡 및 심박)와 같이 매우 낮은 진동 주파수(fv)와 매우 낮은 진동 크기(Av)로 움직이는 마이크로 모션(Micro-motion) 신호는, 도플러 시프트에서 매우 큰 위상 변화를 가져온다. 이러한 위상 변화가 클수록, 레이더 시스템(10)에서 출력되는 I/Q 채널 신호들에 대응하는 타원(도 2b 및 도 2c의 타원들(4a, 4b) 참조)에서 큰 원호(Arc)를 형성하게 된다.

도 3은 도플러 레이더 시스템에서 출력되는 I/Q 채널 신호들에 대해 설명하기 위한 도면이다.

도 3을 참조하면, 도플러 레이더 시스템(10)의 I/Q 채널 신호들에 대응하는 타원(5)에서는, 사람의 호흡 및 심박과 같이 미세한 움직임에도 타겟의 도플러 시프트(p(t))(5e)가 발생한다.

도 3의 타원(5)에서 중심점(5a)은 DC 오프셋의 크기를 나타낸다. 여기서, DC 오프셋은 레이더 시스템(10) 자체의 하드웨어 불완전성으로 인해 발생하는 DC 오프셋과, 타겟이 위치하는 주변 환경에 의해 발생하는 클러터에 의한 DC 오프셋이 결합된 값에 해당한다.

타원(5)의 반지름(5b)은, 그 제곱 승이 타겟으로부터 수신된 신호의 파워와 연관된 파라미터로서, 레이더 시스템(10)에 대한 타겟의 상대적인 위치(position)와 관련된 DC 정보(DC information)이다.

직접변환 쿼드러처 수신기 구조를 포함하는 레이더 시스템(10)은, 수신기의 I 채널 출력(BI(t)) 및 Q 채널 출력(BQ(t))으로부터, 타겟 신호의 비선형적인 변화를 신호의 위상 변화로 유도하기 위해 아래의 수학식 2와 같이 아크탄젠트 복조가 사용될 수 있다.

[수학식 2]

위 수학식 2를 참조하면, 타겟의 도플러 시프트 신호p(t)에 대응하는 원호(Arc, 5e)를, 타원(5)으로 투영하기 위한 매개변수(타원의 중심점, 반지름)를 알 수 있으면, 위 수학식 2에서의 위상 변화를 산출하는 것이 가능하다.

위 수학식 2에서, VI(도 5의 도면부호 5c 참조) 및 VQ(도 5의 도면부호 5d 참조)는 각 채널(I 채널 및 Q 채널)의 DC 오프셋을 나타내고, Ae 및 Φe는 각각 진폭 오류 및 위상 오류를 나타낸다. 레이더 시스템(10)에서는, 아크탄젠트 복조를 수행하기 전에, VI(5c) 및 VQ(5d)로부터 DC 오프셋을 빼줌으로써, 타겟 신호에 대응하는 위상 변화가 연산 되도록 할 수 있다.

전술한 바와 같이, 밀리미터 웨이브(mm Wave)를 사용하는 도플러 레이더 시스템(10)에서는 환경 클러터의 작은 변화에도 도플러 시프트 신호에서의 위상 변화가 크게 영향을 받는다. 또한, 복잡한 환경 클러터를 가진 타겟의 경우, 타겟의 도플러 시프트 신호에 대응하는 원호를 I/Q 플롯의 타원(또는 원)으로 투영하기 위한 매개변수(중심 및 반지름)를 사전에 알기 어렵기 때문에, 타겟의 신호를 추출하는 것이 어려운 문제가 있다.

따라서, 본 발명의 실시 예에서는 전술한 문제점을 해결하기 위해, 타겟의 주변 환경에 의한 DC 오프셋의 추정을 용이하게 할 수 있는 안테나 장치를 제공한다.

이하, 필요한 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치 및 이를 포함하는 레이더 시스템에 대해 상세히 설명하기로 한다.

도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 안테나 장치가 적용된 레이더 시스템을 개략적으로 도시한 것이다. 또한, 도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 안테나 장치들을 개략적으로 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 레이더 시스템(10)은 도플러 레이더 시스템으로, 안테나 장치(100), 및 트랜시버(200)를 포함할 수 있다.

안테나 장치(100)는 송신 안테나(110), 수신 안테나(120), 캘리브레이션 장치, 및 하우징(150)를 포함할 수 있다.

송신 안테나(110)는 트랜시버(200)로부터 입력되는 신호에 기반하여, 전파를 방사하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 송신 안테나(110)는 대략 24GHz 대역의 송신 신호로 방사할 수 있다.

수신 안테나(120)는 타겟 및 타겟의 배경 환경 등에 의해 반사되어 입력되는 반사파를 수신하고, 이를 트랜시버(200)로 전달할 수 있다.

캘리브레이션 장치는, 타겟의 주변 환경에 의한 DC 오프셋을 추정하기 위해, 안테나들(110, 120)의 전단에서 반사 객체(130)의 움직임을 발생시킬 수 있다. 이를 위해, 캘리브레이션 장치는 반사 객체(130), 및 액츄에이터(actuator, 140)를 포함할 수 있다.

반사 객체(130)는 송신 안테나(110) 및 수신 안테나(120)의 전단에서, 송신 안테나(110)로부터 방사된 전파를 수신 안테나(120) 측으로 반사하는 기능을 수행할 수 있다. 이를 위해, 반사 객체(130)는 전파를 반사할 수 있는 재질로 형성될 수 있다.

액츄에이터(140)는 트랜시버(200)의 제어기(250)로부터 수신되는 제어신호에 따라, 반사 객체(130)의 움직임을 제어할 수 있다.

액츄에이터(140)는, 캘리브레이션을 위해, 제어기(250)로부터 반사 객체(130)의 움직임을 지시하는 제어신호가 수신되면, 반사 객체(130)가 송신 안테나(110) 및 수신 안테나(120)의 빔 패턴이 도달하는 범위 내에서 기 설정된 거리만큼 움직이도록 트랙(131)을 제어할 수 있다. 이 경우, 반사 객체(130)는 액츄에이터(140)에 의해 최소 λ(wavelength) ~ 최대 4λ(wavelength) 길이만큼 움직인다. 여기서, λ는 송신 안테나(110)에서 송신되는 전파의 1개 파장 길이를 나타낸다. 예를 들어, 레이더 시스템(10)에서 사용되는 전파가 24GHz의 주파수 신호인 경우, λ는 대략 1.25cm일 수 있다.

또한, 액츄에이터(140)는 제어기(250)로부터 반사 객체(130)의 보관을 지시하는 제어신호가 수신되면, 송신 안테나(110) 및 수신 안테나(120)에 대한 반사 객체(130)의 노이즈 신호 간섭을 최소화하기 위해, 반사 객체(130)가 송신 안테나(110) 및 수신 안테나(120)의 빔 패턴 최대 범위를 벗어나는 위치로 이동하도록 트랙(131)을 제어할 수 있다.

반사 객체(130)의 움직임을 제어하기 위한 트랙(131)은, 송신 안테나(110) 및 수신 안테나(120)를 통해 송수신 되는 전파들에 대한 반사를 최소화할 수 있는 재질, 예를 들어, 비금속 재질로 형성될 수 있다.

하우징(150)은 내부에 송신 안테나(110), 수신 안테나(120), 캘리브레이션 장치를 수용한다. 하우징(150)은, 송신 안테나(110) 및 수신 안테나(120)에 대한 액츄에이터(140)의 노이즈 신호 간섭을 최소화하기 위해, 격벽(151)을 통해 액츄에이터(140)가 수용된 공간(152)을 안테나(110, 120)들이 수용된 공간(153)과 분리할 수 있다.

한편, 안테나 장치(100)는 반사 객체(130)가 송신 안테나(110) 및 수신 안테나(120)에 대해 노이즈 신호 간섭을 발생시키는 것을 최소화하기 위해, 반사 객체(130)를 보관하기 위한 보관부(160)를 하우징(150) 내에 마련할 수도 있다. 도 5를 예로 들면, 안테나 장치(100)의 하우징(150) 내에는 캘리브레이션 신호를 생성하지 않는 동안 반사 객체(130)를 보관하기 위해, 하나 이상의 격벽으로 둘러싸인 보관부(160)가 형성될 수 있다. 이러한 보관부(160)는 송신 안테나(110) 및 수신 안테나(120)의 빔 패턴 최대 범위를 벗어나는 위치에 형성될 수 있다.

또한, 도 5의 안테나 장치(100)에서는 캘리브레이션 시 반사 객체(130)가 한 방향(예를 들어, x축 방향)으로만 이동하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 반사 객체(130)는 안테나들(110, 120)의 빔 패턴의 최대 범위 내에서 x축, x-y축, 또는 x-y-z축으로 움직일 수도 있다. 도 6을 예로 들면, 안테나 장치(100)는 액츄에이터(140)에 의해 제어되는 x축 방향의 트랙(131a)과 y축 방향이 트랙(131b)을 포함하며, 반사 객체(130)는 이 두 트랙(131a, 131b)에 의해 x축 방향 또는 y축 방향으로 이동할 수 있다. 또한, 캘리브레이션이 완료된 후에는, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 반사 객체(130)를 보관부(160)로 이동시킬 수 있다.

한편, 전술한 도 4 내지 도 6에서는 반사 객체(130)가 구(sphere) 형상인 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명의 실시 예가 이로 한정되는 것은 아니어서, 반사 객체(130)는 전파를 반사할 수 있는 재질로 형성된 다양한 형상의 객체일 수 있다. 또한, 도 4 내지 도 6에서는, 반사 객체(130)가 트랙(131)에 의해 이동되는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명의 실시 예가 이로 한정되는 것은 아니어서, 트랙(131)은 액츄에이터(140)의 제어에 의해 기계적, 전기적, 또는 전자적으로 반사 객체(130)의 움직임을 발생시킬 수 있는 다른 수단들로 대체될 수 있다.

다시, 도 4를 보면, 트랜시버(200)는 송신기(210), 수신기(220), 로컬 발진기(Local Oscillator, LO)(230), 신호 처리기(240), 제어기(250), 및 통신부(260)를 포함할 수 있다.

송신기(210)는 로컬 발진기(230)에 의해 발진된 주파수 신호를 이용하여 송신 신호를 생성하며, 송신 안테나(110)를 통해 이를 송신할 수 있다.

수신기(220)는 직접변환 쿼드러처 수신기로서, 수신 안테나(120)를 통해 타겟 및 타겟의 주변 환경에 의해 반사된 반사파가 수신되면, 이를 I 채널과 Q 채널로 분리하여 I 채널 신호와 Q 채널 신호를 출력할 수 있다. 이 과정에서, 수신기(220)는 송신기(210)와 공통된 로컬 발진기(230)에 의해 동작될 수 있다.

신호 처리기(240)는 수신기(220)로부터 I 및 Q 채널 신호들이 수신되면, 이에 대한 신호 처리(오프셋 조정, 필터링, 증폭, 등)를 수행하고, 신호 처리된 I 및 Q 채널 데이터들을 제어기(250)로 전달할 수 있다.

제어기(250)는 캘리브레이션이 필요하다고 판단되면, 안테나 장치(100)의 액츄에이터(140)를 제어하여, 반사 객체(130)의 움직임을 발생시킬 수 있다. 그리고, 반사 객체(130)의 움직임에 따른 도플러 신호(I 채널 및 Q 채널 신호)가 수신기(220) 및 신호 처리기(240)로부터 수신되면, 이를 분석하여 DC 오프셋을 추정할 수 있다.

제어기(250)에 의해 추정된 DC 오프셋은 신호 처리기(240)로 전달되어, 이후 실제 타겟의 변위에 대응하여 획득한 도플러 신호로부터 타겟의 변위에 대응하는 위상 변화를 추정하는데 사용될 수 있다.

통신부(260)는 제어기(250)와 외부 시스템(미도시) 간의 통신 기능을 수행할 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 레이더 시스템에서 안테나 장치를 이용한 캘리브레이션을 수행하는 방법을 개략적으로 도시한 것이다.

도 7을 참조하면, 레이더 시스템(10)의 제어기(250)는 캘리브레이션 개시 조건을 만족하면(S100), 안테나 장치(100)를 제어하여 캘리브레이션 신호를 획득한다 (S101).

상기 S100 단계에서, 제어기(250)는 사용자에 의해 캘리브레이션 개시를 지시하는 제어 입력이 입력되면, 캘리브레이션 개시 조건을 만족한 것으로 판단할 수 있다. 사용자는 레이더 시스템(10)을 이용한 측정 환경이 준비되면, 입력장치(미도시)를 통해 캘리브레이션 개시를 지시하는 사용자 입력을 입력할 수 있다.

상기 S100 단계에서, 제어기(250)는 타겟에 대한 신호 측정이 요구된 상태에서 수신기(220)를 통해 수신되는 신호를 분석함으로써, 타겟의 주변 환경 변화를 자동으로 판단하고, 타겟의 주변 환경이 변화된 것으로 판단되면, 캘리브레이션 개시 조건을 만족한 것으로 판단할 수도 있다.

상기 S101 단계에서, 제어기(250)는 캘리브레이션 신호의 획득을 위해, 반사 객체(130)가 송신 안테나(110) 및 수신 안테나(120)의 빔 패턴이 도달하는 범위 내에서 최소 λ(wavelength) ~ 최대 4λ(wavelength) 거리만큼 움직이도록 액츄에이터(140)를 제어한다. 또한, 움직이는 반사 객체(130)를 향해 연속파를 지속적으로 방사하고, 반사 객체(130)에 의해 반사된 반사파를 지속적으로 수신하도록, 송신 안테나(110) 및 수신 안테나(120)를 제어한다. 이에 따라, 반사 객체(130)의 움직임에 대응하는 도플러 신호인 캘리브레이션 신호(I 채널 및 Q 채널 신호)가 220를 제어기(250)로 입력된다.

제어기(250)는 상기 S101 단계를 통해 캘리브레이션 신호가 획득되면, 이로부터 측정 환경 클러터들에 기인한 I 채널 및 Q 채널에서의 DC 오프셋을 추정한다(S102).

도 3을 참조면, 반사 객체(130)의 변위에 따른 도플러 신호인 캘리브레이션 신호(I 채널 및 Q 채널 신호)를 분석하면, I/Q 플롯에서의 타원(또는 원)의 중심점, 및 반지름(DC 정보)을 추정할 수 있으며, 이로부터 캘리브레이션 신호에 포함된 I 채널 및 Q 채널에서의 DC 오프셋을 추정할 수 있다. 여기서, 캘리브레이션 신호를 발생시키기 위한 반사 객체(130)의 움직임은 미리 정해진 것으로서, 이로 인한 도플러 신호 또한 예측이 가능하다. 레이더 시스템(10)의 하드웨어 불완전성에 따른 DC 오프셋 또한 미리 예측이 가능한 값이다. 따라서, 캘리브레이션 신호로부터 DC 오프셋을 추정하면, 이로부터 측정 환경에 따른 DC 오프셋을 용이하게 추정할 수 있다.

캘리브레이션 과정을 통한 DC 오프셋 추정이 완료되면, 제어기(250)는 타겟 신홍 대한 간섭을 없애기 위해 반사 객체(130)를 송신 안테나(110) 및 수신 안테나(120)의 빔 패턴 범위를 벗어나는 위치 즉, 보관부(160)로 이동시킨다(S103).

이후, 제어기(250)에 의해 추정된 DC 오프셋은 신호 처리기(240)로 전달되어, 실제 타겟의 변위에 대응하여 획득한 도플러 신호로부터 타겟의 변위에 대응하는 위상 변화를 추정하는데 사용될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에서는 제어기(250)에서 캘리브레이션 신호로부터 DC 오프셋을 추정하는 경우를 예로 들어 도시하였으나, 본 발명의 실시 예가 이로 한정되는 것은 아니어서, 신호 처리기(240)가 캘리브레이션 신호로부터 DC 오프셋을 추정하도록 구현될 수도 있다.

이상에서 본 발명의 실시 예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims

레이더 시스템의 안테나 장치에 있어서,
전파를 방사하는 송신 안테나,
상기 전파에 대응하는 반사파를 수신하는 수신 안테나,
반사 객체, 및
캘리브레이션 시, 상기 반사 객체가 상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나의 전단에서 소정 거리만큼 움직이도록 상기 반사 객체의 움직임을 제어하는 액츄에이터를 포함하고,
상기 반사 객체를 통해 반사된 반사파는, 상기 레이더 시스템의 트랜시버에 의해 I 채널 신호와 Q 채널 신호로 분리되어, 측정 환경 클러터들에 기인한 I 채널 및 Q 채널 DC 오프셋을 추정하기 위해 이용되는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 액츄에이터는,
상기 반사 객체의 보관을 지시하는 제어신호가 수신되면, 상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나의 빔 패턴 최대 범위를 벗어나는 위치로 상기 반사 객체를 이동시키는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
내부에 상기 송신 안테나, 상기 수신 안테나, 및 상기 액츄에이터를 수용하는 하우징을 더 포함하는, 안테나 장치.
제3항에 있어서,
상기 하우징 내부에서 상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나가 수용된 공간은 격벽에 의해 상기 액츄에이터가 수용된 공간과 분리되는, 안테나 장치.
레이더 시스템의 안테나 장치에 있어서,
전파를 방사하는 송신 안테나,
상기 전파에 대응하는 반사파를 수신하는 수신 안테나,
반사 객체, 및
캘리브레이션 시, 상기 반사 객체가 상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나의 전단에서 소정 거리만큼 움직이도록 상기 반사 객체의 움직임을 제어하는 액츄에이터를 포함하고,
내부에 상기 송신 안테나, 상기 수신 안테나, 및 상기 액츄에이터를 수용하는 하우징을 더 포함하고,
상기 하우징 내에는 상기 반사 객체를 보관하기 위한 보관부가 위치하며,
상기 보관부는 상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나의 빔 패턴 최대 범위를 벗어나는 위치에 형성되며, 하나 이상의 격벽으로 둘러싸인, 안테나 장치.
레이더 시스템의 안테나 장치에 있어서,
전파를 방사하는 송신 안테나,
상기 전파에 대응하는 반사파를 수신하는 수신 안테나,
반사 객체, 및
캘리브레이션 시, 상기 반사 객체가 상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나의 전단에서 소정 거리만큼 움직이도록 상기 반사 객체의 움직임을 제어하는 액츄에이터를 포함하고,
상기 액츄에이터에 의해 제어되며, 상기 반사 객체를 움직이는 트랙을 더 포함하며,
상기 트랙은 비금속 재질로 형성되는, 안테나 장치.
제1항에 있어서,
상기 반사 객체는 구(sphere) 형상인, 안테나 장치.
트랜시버, 및
상기 트랜시버로부터 입력되는 송신 신호에 기반하여 전파를 방사하고, 상기 전파에 대응하는 반사파를 수신하여 상기 트랜시버로 전달하는 안테나 장치를 포함하며,
상기 안테나 장치는,
상기 전파를 방사하는 송신 안테나,
상기 반사파를 수신하는 수신 안테나,
반사 객체, 및
캘리브레이션 시, 상기 반사 객체가 상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나의 전단에서 소정 거리만큼 움직이도록 상기 반사 객체의 움직임을 제어하는 액츄에이터를 포함하고,
상기 트랜시버는,
상기 수신 안테나를 통해 수신되는 상기 반사파로부터 I 채널 신호와 Q 채널 신호를 출력하는 수신기, 및
상기 캘리브레이션 시 획득되는 상기 I 채널 신호 및 상기 Q 채널 신호로부터 측정 환경 클러터들에 기인한 I 채널 및 Q 채널 DC 오프셋을 추정하는 제어기를 포함하는, 레이더 시스템.
제8항에 있어서,
상기 트랜시버는,
주파수 신호를 이용하여 상기 송신 신호를 생성하며, 상기 송신 신호를 상기 송신 안테나로 전달하는 송신기를 더 포함하는, 레이더 시스템.
제9항에 있어서,
상기 제어기는,
상기 액츄에이터를 통해 상기 반사 객체의 이동을 제어하는, 레이더 시스템.