KR19980074938A - 불연속 톱니파 파형을 사용한 fmcw 레이다 구동장치 및 방법 - Google Patents

불연속 톱니파 파형을 사용한 fmcw 레이다 구동장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 불연속 톱니파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 불연속 톱니파를 발생시키는 톱니파발생 구동회로 장치(1)와; 톱니파를 주파수 변조시켜 RF 주파수를 송·수신하고, 수신된 RF 주파수를 통하여 목표물이 감지되었을 경우에, IF 주파수를 출력하는 레이다 프론트-엔드부(3)와; IF 주파수를 필터링하는 필터부(4)와; 아날로그신호를 디지탈신호로 변환하는 A/D변환부(5)와; 상기 A/D변환부(5)에서 출력된 디지탈신호를 입력받아 주파수를 계산하는 DSP장치(6)와; 감지된 목표물과의 거리나 상대속도를 디스플레이하는 디스플레이부(7)와; 목표물이 감지되었을 경우, 경보음이나 목표물에 대한 안내방송을 음성으로 출력하는 음성출력장치(8)와; 목표물과의 거리와 상대속도를 계산하는 마이컴(9)을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
이러한 본 발명은 삼각파 대신 불연속 톱니파를 사용하여 IF 주파수가 낮아지고, IF 주파수가 낮아짐으로 A/D 변환장치를 사용하는데 제한을 받지 않기 때문에, 최대 검지 거리가 확장되는 효과가 있는 것이다.

Description

불연속 톱니파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동장치 및 방법
본 발명은 불연속 톱니파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동장치 및 방법에 관한 것으로, 특히, 주파수 변조 파형(Frequency Modulated Continuous Wave ; 이하 FMCW라 칭한다.) 레이다에서 주파수 변조 파형으로 톱니파를 사용하면, 출력 중간 주파수(Intermediate Frequence; 이하 IF라 칭한다.)를 낮출 수 있으므로, 최대 검지 거리를 확장시킬 수 있는 불연속 톱니파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동장치 및 방법에 관한 것이다.
주지하다시피, 본 발명은 군사용 레이다 기술을 산업용에 응용한 기술로서, FMCW RF 프론트-엔드를 이용한 자동차 충돌 경보 장치에 이용될 수 있다.
한편, 종래의 삼각파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동장치는, 도 1에서 도시되는 바와 같이, 구형파를 입력받아 전압파인 삼각파를 발생시키는 삼각파발생 구동회로장치(2)와; 전압제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator; 이하 VCO라 칭한다.)(도면에 기재하지 않음)가 내부에 장착되어 있고, 상기 삼각파발생 구동회로 장치(2)를 통하여 인가된 삼각파를 통해 VCO가 구동되며, 상기 VCO를 통해 주파수 변조된 무선주파수(Radio Frequency; 이하 RF라 칭한다.)를 FMCW 레이다를 통하여 송·수신하고, 수신된 RF 신호에 목표물이 감지되었을 경우, IF 주파수를 출력하며, 삼각파발생 구동회로 장치(2)의 신호 출력단과 접속되는 레이다 프론트-엔드부(3)와; 상기 레이다 프론트-엔드부(3)에서 출력된 IF 주파수를 입력받아 디지탈(Digital)신호로 변환하며, 상기 레이다 프론트-엔드부(3)의 신호 출력단과 접속되는 아날로그/디지탈(Analog/Digital; 이하 A/D라 칭한다.) 변환부(5)와; 상기 A/D 변환부(5)에서 출력된 디지탈신호를 입력받아 주파수를 계산하고, 상기 삼각파발생 구동회로 장치(2)로 구형파를 출력하며, 상기 삼각파발생 구동회로 장치(2)의 신호 입력단과 상기 A/D 변환부(5)의 신호 출력단에 접속되는 디지탈신호 처리(Digital Signaling Processing; 이하 DSP라 칭한다.) 장치(6)와; 감지된 목표물과의 거리나 상대속도를 디스플레이하는 디스플레이부(7)와; 목표물이 감지되었을 경우, 경보음이나 목표물에 대한 안내방송을 음성으로 출력하는 음성출력장치(8)와; 상기 DSP장치(6)의 신호 출력단과 상기 디스플레이부(7) 및 음성출력장치(8)의 신호 입력단에 접속되어, 상기 DSP 장치(6)에서 계산된 주파수를 통하여 레이다상에 감지된 목표물과의 거리와 상대속도를 계산하고, 계산된 목표물과의 거리와 상대속도 정보를 디스플레이하기 위해 상기 디스플레이부(7)로 문자 제어신호를 출력하며, 상기 음성출력장치(8)로 음성 제어신호를 출력하는 마이컴(9)을 포함하여 구성된다.
이러한 삼각파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동장치의 동작설명을 도 3을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
상기 삼각파발생 구동회로 장치(2)는 DSP장치(6)에서 출력된 구형파를 입력하여 전압파인 삼각파를 상기 레이다 프론트-엔드부(3)에 인가한다.
또한, 상기 레이다 프론트-엔드부(3)는 상기 삼각파발생 구동회로 장치(2)에서 발생한 전압파인 삼각파를 인가받아 주파수 변조시키고, 주파수 변조된 RF 주파수를 송·수신기를 통해 송·수신하여 목표물을 감지하여, 정지된 목표물이 감지되었을 경우에는 도 3a와 같은 RF 주파수를 수신하여 도 3b와 같은 IF 주파수를 출력하고, 이동중인 목표물이 감지되었을 경우에는 도 3b와 같은 RF 주파수를 수신하여 도 3d와 같은 IF 주파수를 출력한다.
이때, 목표물이 소정 거리만큼 떨어져 있을 경우, 수신 신호는 송신 신호에 비하여 거리에 따른 시간지연이 발생하게 되는데, 이 경우 지연 시간은 다음 식으로 표현된다.
[수학식 1]
상기에서, T는 지연시간을 나타내며, R은 목표물과의 거리를 나타내고, c는 광속도를 나타낸다.
한편, 상기 A/D 변환부(5)는 상기 레이다 프론트-엔드부(3)에서 출력된 IF 주파수를 입력받아 디지탈 신호로 변환하고, 상기 DSP 장치(6)는 상기 A/D 변환부(5)에서 출력된 디지탈 신호의 주파수를 계산하여 출력한다.
상기 마이컴(9)은 상기 DSP 장치(6)에서 계산된 주파수를 이용하여 목표물과의 거리와 상대속도를 계산하고, 감지된 목표물과의 거리나 상대속도를 상기 디스플레이부(7)를 통하여 문자로 디스플레이하며, 상기 음성출력장치(8)를 통하여 목표물이 감지된 정보를 경보음이나 안내방송으로 출력하는 동작을 수행한다.
이때, 상기 마이컴(9)에서 목표물과의 거리나 상대속도를 구하기 위해, 지연시간에 의한 주파수 변위 fR과 상대 속도에 의한 도플러 주파수 변위 fv를 구하는 식은 다음과 같다.
[수학식 2]
[수학식 3]
상기에서, fm은 변조주파수를 나타내고, Δf는 주파수 변조폭을 나타내며, fv는 상대 속도에 의한 도플러 주파수 변위를 나타내고, fR은 지연 시간에 의한 주파수 변위를 나타내며, f0는 송신 중심 주파수를 나타내고, V는 목표물과의 상대속도를 나타낸다.
그러나, 상기와 같은 종래 삼각파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동장치는 전압파로 삼각파를 사용하였는데, 삼각파를 사용할 경우, IF 주파수가 높아짐으로, 고속으로 샘플링(Sampling)할 수 있는 A/D 변환장치를 사용해야만 왜곡없는 디지탈신호를 출력할 수 있었다.
예를 들어, IF 주파수가 500㎑인 경우, A/D 변환부는 샘플링 속도가 1㎒ 이상되는 것을 사용해야 되므로, A/D 변환장치를 사용하는데 제한을 받게 되고, 따라서 최대 검지 거리가 좁아지는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은, 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 특히, 삼각파 대신 불연속 톱니파를 사용하여 IF 주파수를 낮출 수 있고, IF 주파수가 낮아지므로 A/D 변환장치를 사용하는데 제한을 받지 않게 되어, 최대 검지 거리가 확장시킬 수 있는 효과가 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명 불연속 톱니파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동장치는, 구형파를 입력받아 전압파인 불연속 톱니파를 발생시키는 톱니파발생 구동회로 장치와; VCO가 내부에 장착되어 있고, 상기 톱니파발생 구동회로 장치를 통하여 인가된 톱니파를 통해 VCO가 구동되며, 상기 VCO를 통해 주파수 변조된 RF 주파수를 FMCW 레이다를 통하여 송·수신하고, 수신된 RF 신호에 목표물이 감지되었을 경우, IF 주파수를 출력하며, 삼각파발생 구동회로 장치의 신호 출력단과 접속되는 레이다 프론트-엔드부와; 상기 레이다 프론트-엔드부에서 출력된 IF 주파수를 필터링(Filtering)하며, 상기 레이다 프론트-엔드부의 신호 출력단과 접속된 필터(Filter)부와; 상기 필터부에서 필터링된 IF 주파수를 입력받아 디지탈신호로 변환하며, 상기 필터부의 신호 출력단과 접속되는 A/D 변환부와; 상기 A/D 변환부에서 출력된 디지탈신호를 입력받아 주파수를 계산하고, 상기 톱니파발생 구동회로 장치로 구형파를 출력하며, 상기 톱니파발생 구동회로장치의 신호 입력단과 상기 A/D 변환부의 신호 출력단에 접속되는 DSP 장치와; 감지된 목표물과의 거리나 상대속도를 디스플레이하는 디스플레이부와; 목표물이 감지되었을 경우, 경보음이나 목표물에 대한 안내방송을 음성으로 출력하는 음성출력장치와; 상기 DSP 장치의 신호 출력단과 상기 디스플레이부 및 음성출력장치의 신호 입력단에 접속되어, 상기 DSP 장치에서 계산된 주파수를 통하여 레이다 상에 감지된 목표물과의 거리와 상대속도를 계산하고, 계산된 목표물과의 거리와 상대속도 정보를 디스플레이하기 위해 상기 디스플레이부로 문자 제어신호를 출력하고, 상기 음성출력장치로 음성 제어신호를 출력하는 마이컴을 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.
한편, 이러한 본 발명 불연속 톱니파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동방법은, 레이다 프론트-엔드부에서 출력되는 IF 주파수를 낮춰서, 제한없이 A/D 변환장치를 사용할 수 있게 하므로, 최대 검지 거리가 확장되도록 하는 불연속 톱니파를 사용하는 것을 특징으로 한다.
이러한 본 발명 불연속 톱니파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동장치 및 방법은, 삼각파 대신 불연속 톱니파를 사용하여 IF 주파수가 낮아지고, IF 주파수가 낮아짐으로 A/D 변환장치를 사용하는데 제한을 받지 않기 때문에, 최대 검지 거리가 확장되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 삼각파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동장치를 나타낸 블럭도,
도 2는 본 발명 불연속 톱니파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동장치를 나타낸 블럭도,
도 3은 삼각파의 변조방식을 나타낸 파형도,
도 4는 불연속 톱니파 변조방식을 나타낸 파형도,
도 5는 기울기가 완만한 불연속 톱니파 변조방식을 나타낸 파형도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
1 : 톱니파발생 구동회로 장치2 : 삼각파발생 구동회로 장치
3 : 레이다 프론트-엔드부4 : 필터부
5 : A/D 변환부6 : DSP 장치
7 : 디스플레이부음성출력장치8 : 음성출력장치
9 : 마이컴
이하, 본 발명 불연속 톱니파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동장치 및 방법의 기술적 사상에 따른 일 실시예를 들어 그 구성 및 동작을 첨부된 도면에 의거 상세히 설명하면 다음과 같다.
[실시예]
본 발명은 도 2에서 도시한 바와 같이, 먼저, 상기 톱니파발생 구동회로 장치(1)의 신호 출력단을 상기 레이다 프론트-엔드부(3)의 신호 입력단에 접속하고, 상기 레이다 프론트-엔드부(3)의 신호 출력단을 상기 필터부(4)의 신호 입력단에 접속하며, 상기 필터부(4)의 신호 출력단을 상기 A/D 변환부(5)의 신호 입력단에 접속하고, 상기 A/D 변환부(5)의 신호 출력단을 상기 DSP 장치(6)의 신호 입력단에 접속하며, 상기 DSP 장치(6)의 신호 출력단을 상기 톱니파발생 구동회로 장치(1) 및 상기 마이컴의 신호 입력단에 접속하고, 상기 마이컴(9)의 신호 출력단을 상기 디스플레이부(7) 및 음성출력장치(8)의 신호 입력단에 접속하여 본 실시예를 구성한다.
상기와 같이 구성된 본 발명 불연속 톱니파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동장치의 동작과정을, 도 4 및 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
먼저, 상기 불연속 톱니파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동장치에서 도 3과 같은 톱니파 변조에 대하여 fR과 fv를 구하면, 삼각파의 경우와 동일하게 (수학식 1), (수학식 2), (수학식 3)과 같은 결과를 얻는다.
한편, 상기 톱니파발생 구동회로 장치(1)는 상기 DSP 장치(6)에서 출력된 구형파를 입력하여 도 5와 같이 기울기가 완만한 전압파인 톱니파를 상기 레이다 프론트-엔드부(3)에 인가한다.
또한, 상기 레이다 프론트-엔드부(3)에 내장된 VCO는 상기 톱니파발생 구동회로 장치(1)에서 발생한 기울기가 완만한 전압파인 톱니파를 인가받아 구동되고, 상기 VCO를 통해 주파수 변조된 RF 주파수를 송·수신하여 목표물을 감지하며, 정지된 목표물이 감지되었을 경우에는 도 5a와 같은 RF 주파수를 수신하여 도 5b와 같은 IF 주파수를 출력하고, 이동중인 목표물이 감지되었을 경우에는 도 5c와 같은 RF 주파수를 수신하여 도 5d와 같은 IF 주파수를 출력한다.
이때, 목표물이 소정 거리만큼 떨어져 있을 경우, 수신 신호는 송신 신호에 비하여 거리에 따른 지연시간이 발생하게 되는데, 이 경우 지연 시간은 상기와 같이 (수학식 1)로 표현된다.
한편, 상기 필터부(4)는 상기 레이다 프론트-엔드부(3)에서 출력된 IF 주파수를 입력받아 fBU부분과 fBD부분을 제외한 주파수 영역을 필터링한다.
상기 A/D 변환부(5)는 상기 필터부(4)를 통해 필터링된 IF 주파수를 입력받아 디지탈 신호로 변환하고, 상기 DSP 장치(6)는 상기 A/D 변환부(5)에서 출력된 디지탈 신호의 주파수를 계산하여 출력한다.
상기 마이컴(9)은 상기 DSP 장치(6)에서 계산된 주파수를 이용하여 목표물과의 거리와 상대속도를 계산하고, 감지된 목표물과의 거리나 상대속도를 상기 디스플레이부(7)를 통하여 문자로 디스플레이하며, 상기 음성출력장치(8)를 통하여 목표물이 감지된 정보를 경보음이나 안내방송으로 출력하는 동작을 수행한다.
이때, 상기 마이컴(9)에서 목표물과의 거리나 상대속도를 구하기 위해, 상대속도에 의한 도플러 주파수 변위 fv는 삼각파일 경우와 동일하게 (수학식 3)과 같고, 지연 시간에 의한 주파수 변위 fR을 구하는 식은 다음과 같이 다르게 나타난다.
[수학식 4]
상기에서 fR은 지연시간에 의한 주파수 변위를 나타내고, Δf는 주파수 변조폭을 나타내며, fm은 변조 주파수를 나타내고, R은 목표물과의 거리를 나타내며, c는 광속도를 나타낸다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명 불연속 톱니파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동장치 및 방법은, 특히, 삼각파 대신 불연속 톱니파를 사용하였을 경우, 상기의 (수학식 2), (수학식 4)에서 보듯이, 삼각파일때의 fR값보다 불연속 톱니파일때의 fR값이 낮아지므로, IF 주파수가 낮아지고, IF 주파수가 낮아지기 때문에, A/D 변환장치를 사용하는데 제한을 받지 않게 되며, 따라서 최대 검지 거리가 확장되는 효과가 있는 것이다.

Claims (2)

  1. 구형파를 입력받아 전압파인 불연속 톱니파를 발생시키는 톱니파발생 구동회로 장치와; VCO가 내부에 장착되어 있고, 상기 톱니파발생 구동회로 장치를 통하여 인가된 톱니파를 통해 VCO가 구동되며, 상기 VCO를 통해 주파수 변조된 RF 주파수를 FMCW 레이다를 통하여 송·수신하고, 수신된 RF 신호에 목표물이 감지되었을 경우, IF 주파수를 출력하며, 삼각파발생 구동회로 장치의 신호 출력단과 접속되는 레이다 프론트-엔드부와; 상기 레이다 프론트-엔드부에서 출력된 IF 주파수를 필터링하며, 상기 레이다 프론트-엔드부의 신호 출력단과 접속된 필터부와; 상기 필터부에서 필터링된 IF 주파수를 입력받아 디지탈신호로 변환하며, 상기 필터부의 신호 출력단과 접속되는 A/D 변환부와; 상기 A/D 변환부에서 출력된 디지탈신호를 입력받아 주파수를 계산하고, 상기 톱니파발생 구동회로 장치로 구형파를 출력하며, 상기 톱니파발생 구동회로장치의 신호 입력단과 상기 A/D 변환부의 신호 출력단에 접속되는 DSP 장치와; 감지된 목표물과의 거리나 상대속도를 디스플레이하는 디스플레이부와; 목표물이 감지되었을 경우, 경보음이나 목표물에 대한 안내방송을 음성으로 출력하는 음성출력장치와; 상기 DSP 장치의 신호 출력단과 상기 디스플레이부 및 음성출력장치의 신호 입력단에 접속되어, 상기 DSP 장치에서 계산된 주파수를 통하여 레이다 상에 감지된 목표물과의 거리와 상대속도를 계산하고, 계산된 목표물과의 거리와 상대속도 정보를 디스플레이하기 위해 상기 디스플레이부로 문자 제어신호를 출력하고, 상기 음성출력장치로 음성 제어신호를 출력하는 마이컴을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 불연속 톱니파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동장치.
  2. 레이다 프론트-엔드부에서 출력되는 IF 주파수를 낮춰서, 제한없이 A/D 변환장치를 사용할 수 있게 하므로, 최대 검지 거리가 확장되도록 하는 불연속 톱니파를 사용하는 것을 특징으로 하는 불연속 톱니파 파형을 사용한 FMCW 레이다 구동방법.
KR1019970010968A 1997-03-27 1997-03-27 불연속 톱니파 파형을 사용한 fmcw 레이다 구동장치 및 방법 KR100227306B1 (ko)

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