KR20150049070A - Fmcw radar using iq demodulator and operating method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 FMCW 레이더에 관한 것으로, 특히, 수신 채널당 수신부의 증가 없이 시분할 기법을 이용하는 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더 및 그 동작 방법에 관한 것이다.The present invention relates to an FMCW radar, and more particularly, to an FMCW radar using an IQ demodulator that utilizes a time-division technique without increasing the number of receivers per receiving channel and a method of operation thereof.
FMCW 레이더는 공간 상에 FMCW 파형을 방사하여 표적에 반사된 신호를 수신하여 수신된 신호와 방사된 신호와 복조를 통하여 비트 주파수(beat frequency)를 획득하고 획득한 비트 주파수를 이용하여 표적의 거리 및 속도를 획득하는 장치이다. 여기서 비트 주파수는 표적의 거리에 의한 성분과 표적의 속도에 의한 도플러 이동이 포함되어 있다.The FMCW radar emits an FMCW waveform in space to receive the reflected signal on the target, demodulate the received signal and the radiated signal to obtain a beat frequency, and use the obtained beat frequency to determine the distance and / Speed device. Where the beat frequency includes the Doppler shift due to the distance of the target and the velocity of the target.
이러한 비트 주파수를 통해 거리 및 속도 정보를 획득하기 위해서는 주파수가 증가하는 형태의 파형과 주파수가 감소하는 형태의 파형을 송수신하여 각각에서 획득된 비트 주파수의 관계식을 통해 거리 및 속도 정보를 획득하게 된다.In order to acquire the distance and velocity information through such a bit frequency, a waveform of a frequency-increasing type and a waveform of a frequency-decreasing type are transmitted and received, and the distance and velocity information are obtained through a relational expression of the obtained bit frequencies.
업첩(up chirp)과 다운첩(down chirp)에서 획득되는 비트 주파수의 부호 정보를 알기 위해 수신기 내 IQ 복조기를 구성해야 한다.The IQ demodulator in the receiver must be configured to know the sign information of the beat frequency obtained in up chirp and down chirp.
도 1은 종래 기술에 따른 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더의 구조를 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a structure of an FMCW radar using an IQ demodulator according to the related art.
도 1에 도시한 바와 같이, FMCW 발생기(111)에서 FMCW 파형이 발생되어 전력 분배기(112)를 거쳐 송신 안테나(113)로 신호가 방사되고 일부는 수신기측으로 방사되게 된다. 이때, 90도 하이브리드 커플러(114)를 거칠 경우 두 신호의 위상차이가 90도가 되는 신호가 발생하게 된다.1, an FMCW waveform is generated in the
수신 안테나(117)을 통해 표적에 반사된 신호를 획득한 후 전력 분배기(112)로 I(Inphase) 채널과 Q(Quadrature) 채널로 신호를 각각 분배하게 된다.After receiving the signal reflected on the target through the
각 채널 데이터는 믹서(mixer)(116)와 LFP, 증폭기 등을 포함하는 수신부(118)를 거친후 ADC(Analog Digital Converter)(119)를 거쳐 신호 처리를 수행하게 된다.Each channel data passes through a
이처럼 각 수신 채널 당 구 개의 믹서(116), 수신부(118), ADC(119) 등이 필요하게 된다.Thus, nine
IQ 복조기의 구성을 통하여 음의 주파수 성분을 알 수 있다는 장점이 있지만 수신부, ADC 등의 소자 수가 IQ 복조기를 구성하지 않은 경우 대비 두 배로 증가하기 때문에 부품수의 증가로 인해 재료비 및 제품의 크기가 커지는 단점이 있다.The IQ demodulator has the advantage of knowing the negative frequency components. However, since the number of elements such as the receiver and ADC increases twice as compared with the case where the IQ demodulator is not configured, the increase in the number of components and the increase in the size of the product There are disadvantages.
따라서 저가형 FMCW 레이더의 경우 IQ 복조기를 구성하지 않는 경향이 있다.Therefore, low-cost FMCW radar tends not to construct an IQ demodulator.
도 2는 종래 기술에 따른 IQ 복조기를 사용하지 않는 FMCW 레이더의 구조를 나타내는 도면이다.2 is a diagram illustrating a structure of an FMCW radar that does not use an IQ demodulator according to the related art.
도 2에 도시한 바와 같이, 소자 수가 상기 도 1의 FMCW 레이더의 구성 대비 반으로 줄으들며 90도 하이브리드를 사용하지 않는 등의 효과로 인해 비용 절감 및 소형화의 장점이 있다.As shown in FIG. 2, the number of elements is reduced to a half of that of the FMCW radar shown in FIG. 1, and a 90-degree hybrid is not used, which is advantageous in cost reduction and miniaturization.
그러나 다중 표적 상황에서 각 첩(chirp) 마다 발생한 표적끼리 페어링(paring)을 통하여 표적의 거리 및 속도를 해결해야 하는 FMCW 신호처리 상황에서 부호의 모호성으로 인해 유효한 각 첩에서의 표적 쌍을 선별해 내는 과정이 복잡해 지게 되고, 첩 간 유효한 표적 쌍 선별이 잘못될 경우 오표적이 유발되는 현상이 빈번하다.However, due to the ambiguity of the sign in the FMCW signal processing situation in which the distance and speed of the target must be solved through the pairing of the targets which are generated for each chirp in the multiple target situation, The process becomes complicated, and if the effective pairing of the target pairs is wrong, an error is often caused.
이를 해결하고자 기울기가 다른 다중 첩을 사용하는 등 복잡한 신호처리가 요구된다.In order to solve this problem, complicated signal processing is required such as using multiple overlapping tilts.
따라서 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 90도 하이브리드 커플러의 출력단에 스위치를 구비하여 그 구비된 스위치를 이용하여 연속적으로 발생되는 동일한 첩(chirp) 파형으로부터 I 신호와 Q 신호를 시분할 방식으로 획득하고 시분할 방식으로 획득된 I 신호와 Q 신호를 통합하여 그 통합한 결과로 복소수 데이터를 생성하도록 하는 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더 및 그 동작 방법에 관한 것이다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a 90 degree hybrid coupler having a switch at an output terminal thereof, The present invention relates to an FMCW radar using an IQ demodulator that acquires a signal in a time-division manner and integrates an I signal and a Q signal acquired in a time-division manner, thereby generating complex data as a result of the integration.
그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.However, the objects of the present invention are not limited to those mentioned above, and other objects not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description.
상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 관점에 따른 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더는 업첩(up chirp)과 다운첩(dwon chirp)으로 구성된 한 쌍의 FMCW 파형을 연속적으로 2번 발생하는 파형 발생기; 발생된 상기 FMCW 파형을 기반으로 0도 위상을 갖는 I 신호와 90도 위상을 갖는 Q 신호를 출력하는 90도 하이브리드 커플러; 상기 I 신호를 출력하기 위한 출력단 또는 상기 Q 신호를 출력하기 위한 출력단에 연결되는 스위치; 상기 스위치를 통해 입력되는 상기 I 신호를 수신된 신호와 혼합하여 I 수신 신호를 생성하거나 상기 Q 신호를 수신된 신호와 혼합하여 Q 수신 신호를 생성하는 믹서; 생성된 상기 I 수신 신호와 Q 수신 신호를 디지털화하여 I 수신 데이터와 Q 수신 데이터로 변환하는 ADC; 및 변환된 상기 I 수신 데이터와 상기 Q 수신 데이터를 결합하여 IQ 복소수 데이터를 획득하는 프로세서를 포함할 수 있다.In order to achieve the above objects, an FMCW radar using an IQ demodulator according to an aspect of the present invention includes a waveform generator for generating a pair of FMCW waveforms, which consist of an up chirp and a dwon chirp, ; A 90 degree hybrid coupler for outputting an I signal having a 0 degree phase and a Q signal having a 90 degree phase based on the generated FMCW waveform; A switch connected to an output terminal for outputting the I signal or an output terminal for outputting the Q signal; A mixer that mixes the I signal input through the switch with the received signal to generate an I receive signal or mixes the Q signal with the received signal to generate a Q receive signal; An ADC for converting the I and Q reception signals into I reception data and Q reception data; And a processor for combining the converted I received data and the received Q data to obtain IQ complex data.
바람직하게, 상기 90도 하이브리드 커플러는 단일 시퀀스 내 상기 파형 발생기에서 연속적으로 발생된 첫번째 FMCW 파형을 기반으로 상기 0도 위상을 갖는 I 신호를 출력하고 두번째 FMCW 파형을 기반으로 상기 90도 위상을 갖는 Q 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the 90-degree hybrid coupler outputs the I signal having the zero-degree phase based on the first FMCW waveform continuously generated in the waveform generator in a single sequence, and outputs the Q signal having the 90-degree phase based on the second FMCW waveform. And outputs a signal.
바람직하게, 상기 스위치는 상기 단일 시퀀스 내 상기 90도 하이브리드 커플러의 상기 I 신호를 출력하기 위한 출력단에 연결되도록 제어된 후 기 설정된 시간 후에 상기 Q 신호를 출력하기 위한 출력단에 연결되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the switch is controlled to be connected to an output terminal for outputting the I signal of the 90 degree hybrid coupler in the single sequence, and is controlled to be connected to an output terminal for outputting the Q signal after a predetermined time do.
바람직하게, 상기 믹서는 상기 첫번째 FMCW 파형에 의한 상기 I 신호를 수신 안테나를 통해 표적으로부터 반사되어 수신된 신호와 혼합하여 I 수신 신호를 생성하고, 상기 두번째 FMCW 파형에 의한 상기 Q 신호를 수신 안테나를 통해 표적으로부터 반사되어 수신된 신호와 혼합하여 Q 수신 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the mixer mixes the I signal by the first FMCW waveform with a received signal reflected from the target via a receive antenna to generate an I receive signal, and the Q signal by the second FMCW waveform is received by a receive antenna And generates a Q received signal by mixing with the received signal reflected from the target.
바람직하게, 상기 프로세서는 상기 I 수신 데이터와 상기 Q 수신 데이터가 순차적으로 변환되면, 변환된 상기 I 수신 데이터와 상기 Q 수신 데이터를 결합하여 IQ 복소수 데이터를 획득하고 상기 단일 시퀀스를 종료하는 것을 특징으로 한다.Preferably, when the I received data and the Q received data are sequentially converted, the processor combines the converted I received data and the Q received data to obtain IQ complex data and ends the single sequence. do.
본 발명의 다른 한 관점에 따른 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더의 동작 방법은 업첩(up chirp)과 다운첩(dwon chirp)으로 구성된 한 쌍의 FMCW 파형을 연속적으로 2번 발생하는 단계; 발생된 상기 FMCW 파형을 기반으로 0도 위상을 갖는 I 신호와 90도 위상을 갖는 Q 신호를 출력하는 단계; 상기 I 신호를 출력하기 위한 출력단 또는 상기 Q 신호를 출력하기 위한 출력단에 연결하는 단계; 상기 스위치를 통해 입력되는 상기 I 신호를 수신된 신호와 혼합하여 I 수신 신호를 생성하거나 상기 Q 신호를 수신된 신호와 혼합하여 Q 수신 신호를 생성하는 단계; 생성된 상기 I 수신 신호와 Q 수신 신호를 디지털화하여 I 수신 데이터와 Q 수신 데이터로 변환하는 단계; 및 변환된 상기 I 수신 데이터와 상기 Q 수신 데이터를 결합하여 IQ 복소수 데이터를 획득하는 단계를 포함할 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of operating an FMCW radar using an IQ demodulator, comprising: generating a pair of FMCW waveforms consisting of up chirp and dwon chirp twice consecutively; Outputting an I signal having a 0-degree phase and a Q signal having a 90-degree phase based on the generated FMCW waveform; Connecting an output terminal for outputting the I signal or an output terminal for outputting the Q signal; Mixing the I signal input through the switch with a received signal to generate an I receive signal or mixing the Q signal with a received signal to generate a Q receive signal; Digitizing the generated I and Q received signals and converting them into I received data and Q received data; And combining the converted I received data and the received Q data to obtain IQ complex data.
바람직하게, 상기 출력하는 단계는 단일 시퀀스 내 상기 파형 발생기에서 연속적으로 발생된 첫번째 FMCW 파형을 기반으로 상기 0도 위상을 갖는 I 신호를 출력하고 두번째 FMCW 파형을 기반으로 상기 90도 위상을 갖는 Q 신호를 출력하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the outputting may include outputting an I signal having the 0-degree phase based on the first FMCW waveform continuously generated in the waveform generator in a single sequence, and outputting the Q signal having the 90-degree phase based on the second FMCW waveform, And outputs the output signal.
바람직하게, 상기 연결하는 단계는 상기 단일 시퀀스 내 상기 90도 하이브리드 커플러의 상기 I 신호를 출력하기 위한 출력단에 연결되도록 제어된 후 기 설정된 시간 후에 상기 Q 신호를 출력하기 위한 출력단에 연결되도록 제어되는 것을 특징으로 한다.Preferably, the connecting step is controlled to be connected to an output terminal for outputting the I signal of the 90 degree hybrid coupler in the single sequence, and then controlled to be connected to an output terminal for outputting the Q signal after a predetermined time .
바람직하게, 상기 생성하는 단계는 상기 첫번째 FMCW 파형에 의한 상기 I 신호를 수신 안테나를 통해 표적으로부터 반사되어 수신된 신호와 혼합하여 I 수신 신호를 생성하고, 상기 두번째 FMCW 파형에 의한 상기 Q 신호를 수신 안테나를 통해 표적으로부터 반사되어 수신된 신호와 혼합하여 Q 수신 신호를 생성하는 것을 특징으로 한다.Preferably, the generating comprises mixing the I signal by the first FMCW waveform with a received signal reflected from the target via a receive antenna to generate an I receive signal, and receiving the Q signal by the second FMCW waveform And generates a Q reception signal by mixing with the received signal reflected from the target through the antenna.
바람직하게, 상기 획득하는 단계는 상기 I 수신 데이터와 상기 Q 수신 데이터가 순차적으로 변환되면, 변환된 상기 I 수신 데이터와 상기 Q 수신 데이터를 결합하여 IQ 복소수 데이터를 생성하고 상기 단일 시퀀스를 종료하는 것을 특징으로 한다.Preferably, when the I reception data and the Q reception data are sequentially transformed, the I reception data and the Q reception data are combined to generate IQ complex data and the single sequence is terminated .
이를 통해, 본 발명은 90도 하이브리드 커플러의 출력단에 스위치를 구비하여 그 구비된 스위치를 이용하여 연속적으로 발생되는 동일한 첩(chirp) 파형으로부터 I 신호와 Q 신호를 시분할 방식으로 획득하고 시분할 방식으로 획득된 I 신호와 Q 신호를 통합하여 그 통합한 결과로 IQ 복소수 데이터를 생성하도록 함으로써, 한 수신 채널에 대해 하나의 수신부, ADC로 구현하는 것이 가능할 수 있는 효과가 있다.Accordingly, the present invention provides a 90-degree hybrid coupler with a switch at its output and acquires the I signal and the Q signal from the same chirp waveform continuously generated using the switch in a time-division manner, And integrating the I signal and the Q signal so that IQ complex data is generated as a result of the integration, it is possible to realize a single receiving unit and an ADC for one receiving channel.
또한, 본 발명은 한 수신 채널에 대해 하나의 수신부, ADC로 구현하는 것이 가능하기 때문에 부품수 및 부품 실장 공간이 감소할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the present invention can be implemented as one receiving unit and an ADC for one receiving channel, the number of parts and the space for mounting parts can be reduced.
또한, 본 발명은 한 수신 채널에 대해 하나의 수신부, ADC로 구현되어 부품수 및 부품 실장 공간이 감소하기 때문에 제품의 원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.In addition, since the present invention is implemented as one receiving unit and an ADC for one receiving channel, the number of parts and the space for mounting parts can be reduced, thereby reducing the cost of the product.
또한, 본 발명은 한 수신 채널에 대해 하나의 수신부, ADC로 구현되어 부품수 및 부품 실장 공간이 감소하기 때문에 제품의 소형화 및 경량화가 가능할 수 있는 효과가 있다.Further, since the present invention is implemented with one receiving unit and an ADC for one receiving channel, the number of parts and the space for mounting parts can be reduced, thereby making it possible to miniaturize and lighten the product.
또한, 본 발명은 비트 주파수 획득시 저비용으로 I/Q 신호의 획득이 가능하기 때문에 비트 주파수의 부호 모호성에 의한 오표적 발생을 줄일 수 있는 효과가 있다.In addition, since the I / Q signal can be acquired at a low cost when acquiring the bit frequency, the present invention has an effect of reducing the occurrence of an error due to sign ambiguity of the bit frequency.
도 1은 종래 기술에 따른 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래 기술에 따른 IQ 복조기를 사용하지 않는 FMCW 레이더의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 신호와 수신 신호의 관계를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시분할로 IQ 신호를 획득하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 FMCW 레이더의 동작 방법을 나타내는 도면이다.1 is a diagram illustrating a structure of an FMCW radar using an IQ demodulator according to the related art.
2 is a diagram illustrating a structure of an FMCW radar that does not use an IQ demodulator according to the related art.
3 is a diagram illustrating an FMCW radar using an IQ demodulator according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a relationship between a transmission signal and a reception signal according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram for explaining a process of acquiring an IQ signal with a time division according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating an operation method of an FMCW radar according to an embodiment of the present invention.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 IQ 복조기를 사용하는 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave) 레이더 및 그 동작 방법을 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다.Hereinafter, an FMCW (Frequency Modulation Continuous Wave) radar using an IQ demodulator according to an embodiment of the present invention and an operation method thereof will be described with reference to the accompanying drawings. The present invention will be described in detail with reference to the portions necessary for understanding the operation and operation according to the present invention.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 불구하고 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나, 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.In describing the constituent elements of the present invention, the same reference numerals may be given to constituent elements having the same name, and the same reference numerals may be given thereto even though they are different from each other. However, even in such a case, it does not mean that the corresponding component has different functions according to the embodiment, or does not mean that the different components have the same function. It should be judged based on the description of each component in the example.
특히, 본 발명에서는 90도 하이브리드 커플러의 출력단에 스위치를 구비하여 그 구비된 스위치를 이용하여 연속적으로 발생되는 동일한 첩(chirp) 파형으로부터 I 신호와 Q 신호를 시분할 방식으로 획득하고 시분할 방식으로 획득된 I 신호와 Q 신호를 통합하여 그 통합한 결과로 복소수 데이터를 생성하도록 하는 새로운 방안을 제안한다.Particularly, in the present invention, a switch is provided at an output terminal of a 90-degree hybrid coupler, and an I signal and a Q signal are obtained from the same chirp waveform continuously generated using a switch provided therein in a time division manner, I signal and a Q signal are integrated and a resultant complex result data is generated.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더를 나타내는 도면이다.3 is a diagram illustrating an FMCW radar using an IQ demodulator according to an embodiment of the present invention.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더는 FMCW 파형 발생기(311), 전력 분배기(312), 송신 안테나(313), 90도 하이브리드 커플러(314), 스위치(315), 믹서(mixer)(316), 수신 안테나(317), 수신부(318), ADC(Analog Digital Converter)(319), 프로세서(320), 메모리(321) 등을 포함하여 구성될 수 있다.3, an FMCW radar using an IQ demodulator according to the present invention includes an
FMCW 파형 발생기(311)는 레이더 동작 명령에 따라 FMCW 파형을 발생시킬 수 있다. FMCW 파형 발생기(311)는 업 첩과 다운 첩으로 구성된 한 쌍의 FMCW 파형을 연속적으로 두번 발생시킬 수 있다.The
전력 분배기(312)는 발생된 FMCW 파형을 일정한 비율로 분배할 수 있는데, 예컨대, 일부 신호는 송신 안테나로 분배하고 일부 신호는 수신기측으로 분배할 수 있다.The
송신 안테나(313)는 전력 분배기(312)로부터 분배된 일부 신호를 방사할 수 있다.The
수신 안테나(317)는 타겟 또는 표적으로부터 반사되는 신호를 수신할 수 있다.Receive
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 송신 신호와 수신 신호의 관계를 나타내는 도면이다.4 is a diagram illustrating a relationship between a transmission signal and a reception signal according to an embodiment of the present invention.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 FMCW 레이더는 선형적으로 주파수가 증가하는 업 첩 파형과 선형적으로 주파수가 감소하는 다운 첩 파형을 방사한다.As shown in Fig. 4, the FMCW radar according to the present invention emits an upchesting waveform in which the frequency linearly increases and a downchesting waveform in which the frequency decreases linearly.
이때 목표물이 움직이지 않을 경우 시간 지연에 의해서 업 첩과 다운 첩 각각에서 FR과 ?R의 비트 주파수 성분이 발생하게 된다. 표적이 이동하게 되면 수신 신호의 도플러 주파수 변이 FD가 발생하게 된다. 따라서 업 첩에서 획득되는 비트 주파수 Fb _ UP은 ?R+FD의 형태로 획득하게 되며 다운 첩에 의한 비트 주파수 Fb _ DOWN은 ?R+FD의 형태로 획득하게 된다.If the target does not move at this time, F R and? The bit frequency component of R is generated. When the target moves, the Doppler frequency shift FD of the received signal is generated. Therefore, what is the bit frequency F b _ UP obtained from the boost? R + F D , and the bit frequency F b _ DOWN by the down-mix is? R + F D.
Fb _ UP과 Fb _ DOWN을 통하여 거리에 의한 주파수 변인인 FR은 다음의 [수학식 1]과 같다.The frequency variable F R due to the distance through F b _ UP and F b _ DOWN is expressed by the following equation (1).
[수학식 1][Equation 1]
Fb _ UP과 Fb _ DOWN을 통하여 속도에 의한 도플러 변이인 FD는 다음의 [수학식 2]와 같다.F D, which is the Doppler variation due to the velocity through F b _ UP and F b _ DOWN , is expressed by the following equation (2).
[수학식 2]&Quot; (2) "
따라서 이렇게 구한 FR과 FD를 이용하여 표적의 거리 및 속도 정보를 획득할 수 있다.Therefore, the distance and velocity information of the target can be obtained by using the obtained F R and F D.
90도 하이브리드 커플러(314)는 전력 분배기(312)로부터 분배된 일부 신호를 기반으로 기 설정된 시간 차이로 위상 차이가 90도가 나는 신호 예컨대, 0도 위상을 갖는 I 신호와 90도 위상을 갖는 Q 신호를 출력할 수 있다.The 90
즉, 90도 하이브리드 커플러(314)는 처음 한 쌍의 FMCW 파형에 대하여 0도 위상을 갖는 I 신호를 출력하고, 다음 한 쌍의 FMCW 파형에 대하여 90도 위상을 갖는 Q 신호를 출력한다.That is, the 90
스위치(315)는 기 설정된 시간 차이에 따라 0도 위상을 갖는 I 신호와 90도 위상을 갖는 Q 신호를 전달하도록 스위칭될 수 있는데, 예컨대, 0도 위상을 갖는 신호를 전달하도록 스위칭 되거나 90도 위상을 갖는 신호를 전달하도록 스위칭 된다.The
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시분할로 IQ 신호를 획득하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.5 is a diagram for explaining a process of acquiring an IQ signal with a time division according to an embodiment of the present invention.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 FMCW 레이더는 업 첩과 다운 첩으로 구성된 한 쌍의 FMCW 파형을 연달아 두 번 방사하게 된다. 처음 한 쌍의 FMCW 파형은 90도 하이브리드 커플러의 0도 출력단, 스위치, 믹서로 전달된다. 다음 쌍의 FMCW 파형은 90도 하이브리드 커플러의 90도 출력단, 스위치, 믹서로 전달된다.As shown in FIG. 5, the FMCW radar according to the present invention radiates a pair of FMCW waveforms composed of up-mix and down-mix in succession. The first pair of FMCW waveforms are delivered to the zero-degree output, switch, and mixer of a 90-degree hybrid coupler. The next pair of FMCW waveforms is delivered to the 90 degree output of a 90 degree hybrid coupler, a switch, and a mixer.
즉, 본 발명은 종래의 한번의 첩을 통해 한번에 I 신호와 Q 신호를 획득하는 것에 달리 동일한 파형을 2회 연속 발생시켜 스위치를 통하여 시간 차이를 갖는 I 신호와 Q 신호를 각각 획득하도록 한다.That is, the present invention generates an I signal and a Q signal having a time difference through a switch by generating the same waveform twice consecutively, instead of acquiring an I signal and a Q signal at a time through a conventional convolution.
믹서(316)는 수신된 신호와 송신측으로부터 입력된 신호 즉, 0도 위상을 갖는 I 신호나 90도 위상을 갖는 Q 신호를 각각 혼합하여 그 혼합한 결과로 I 수신 신호와 Q 수신 신호를 생성할 수 있다.The
즉, 믹서(316)는 수신된 신호와 송신측으로부터 입력된 0도 위상을 갖는 I 신호를 혼합하여 I 수신 신호를 생성하게 되고, 일정 시간 후 수신된 신호와 송신측으로부터 입력된 90도 위상을 갖는 Q 신호를 혼합하여 Q 수신 신호를 생성하게 된다.That is, the
수신부(318)는 생성된 I 수신 신호와 Q 수신 신호를 필터링 및 증폭하게 되고, ADC(319)는 I 수신 신호와 Q 수신 신호를 디지털 데이터 즉, I 수신 데이터와 Q 수신 데이터로 변환할 수 있다.The receiving
프로세서(320)는 변환된 I 수신 데이터와 Q 수신 데이터를 메모리(321)에 저장할 수 있다. 프로세서(320)는 단일 시퀀스 동안 I 수신 데이터와 Q 수신 데이터가 순차적으로 모두 저장되면 저장된 I 수신 데이터와 Q 수신 데이터를 결합하여 그 결합한 결과로 IQ 복소수 데이터를 생성한 후 다음 시퀀스를 대기할 수 있다.The
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 FMCW 레이더의 동작 방법을 나타내는 도면이다.6 is a diagram illustrating an operation method of an FMCW radar according to an embodiment of the present invention.
도 6에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 FMCW 레이더는 단일 시퀀스(single sequence)가 시작되면, I 신호의 처리 경로를 구성하기 위하여 스위치를 제어할 수 있다(S611).As shown in FIG. 6, when the FMCW radar according to the present invention starts a single sequence, the switch can be controlled to configure the processing path of the I signal (S611).
다음으로, FMCW 레이더는 첫번째 FMCW 파형을 타겟 또는 표적에 송신할 수 있다(S612).Next, the FMCW radar may transmit the first FMCW waveform to the target or target (S612).
다음으로, FMCW 레이더는 표적에 반사되는 신호를 수신하여, 수신된 신호와 송신측으로부터 입력된 0도 위상을 갖는 I 신호를 혼합하여 그 혼합한 결과로 I 수신 신호를 생성할 수 있다(S613).Next, the FMCW radar receives the signal reflected on the target, mixes the received signal with the I signal having the 0-degree phase input from the transmitting side, and generates an I received signal as a result of the mixing (S613) .
다음으로, FMCW 레이더는 생성된 I 수신 신호를 디지털화하여 그 디지털화한 결과로 I 수신 데이터로 변환하고(S614), 변환된 I 수신 데이터를 메모리에 저장할 수 있다(S615).Next, the FMCW radar converts the generated I received signal into I received data as a result of digitizing the I received signal (S614), and stores the converted I received data in the memory (S615).
다음으로, FMCW 레이더는 Q 신호의 처리 경로를 구성하기 위하여 스위치를 제어할 수 있다(S616).Next, the FMCW radar can control the switch to configure the processing path of the Q signal (S616).
다음으로, FMCW 레이더는 두번째 FMCW 파형을 타겟 또는 표적에 송신할 수 있다(S617).Next, the FMCW radar may transmit the second FMCW waveform to the target or target (S617).
다음으로, FMCW 레이더는 표적에 반사되는 신호를 수신하여, 수신된 신호와 송신측으로부터 입력된 90도 위상을 갖는 Q 신호를 혼합하여 그 혼합한 결과로 Q 수신 신호를 생성할 수 있다(S618).Next, the FMCW radar receives the signal reflected from the target and mixes the received signal with the Q signal having the 90-degree phase input from the transmitter side, and generates the Q received signal as a result of mixing (S618) .
다음으로, FMCW 레이더는 생성된 Q 수신 신호를 디지털화하여 그 디지털화한 결과로 Q 수신 데이터로 변환하고(S619), 변환된 Q 수신 데이터를 메모리에 저장할 수 있다(S620).Next, the FMCW radar converts the generated Q received signal into a Q received data by digitizing the generated Q received signal (S619), and stores the converted Q received data in a memory (S620).
다음으로, FMCW 레이더는 단일 시퀀스 내 메모리에 저장된 I 수신 데이터와 Q 수신 데이터를 결합하여 그 결합한 결과로 IQ 복소수 데이터를 생성할 수 있다(S621).Next, the FMCW radar can combine I receive data and Q receive data stored in a memory in a single sequence, and generate IQ complex data as a result of the combining (S621).
다음으로, FMCW 레이더는 단일 시퀀스를 종료하고 다음 시퀀스를 대기할 수 있다(S622).Next, the FMCW radar may terminate the single sequence and wait for the next sequence (S622).
한편, 이상에서 설명한 본 발명의 실시예를 구성하는 모든 구성 요소들이 하나로 결합하거나 결합하여 동작하는 것으로 기재되어 있다고 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. 또한, 그 모든 구성 요소들이 각각 하나의 독립적인 하드웨어로 구현될 수 있지만, 각 구성 요소들의 그 일부 또는 전부가 선택적으로 조합되어 하나 또는 복수 개의 하드웨어에서 조합된 일부 또는 전부의 기능을 수행하는 프로그램 모듈을 갖는 컴퓨터 프로그램으로서 구현될 수도 있다. 또한, 이와 같은 컴퓨터 프로그램은 USB 메모리, CD 디스크, 플래쉬 메모리 등과 같은 컴퓨터가 읽을 수 있는 저장매체(Computer Readable Media)에 저장되어 컴퓨터에 의하여 읽혀지고 실행됨으로써, 본 발명의 실시예를 구현할 수 있다. 컴퓨터 프로그램의 저장매체로서는 자기 기록매체, 광 기록매체, 캐리어 웨이브 매체 등이 포함될 수 있다.It is to be understood that the present invention is not limited to these embodiments, and all of the elements constituting the embodiments of the present invention described above may be combined or operated in one operation. That is, within the scope of the present invention, all of the components may be selectively coupled to one or more of them. In addition, although all of the components may be implemented as one independent hardware, some or all of the components may be selectively combined to perform a part or all of the functions in one or a plurality of hardware. As shown in FIG. In addition, such a computer program may be stored in a computer-readable medium such as a USB memory, a CD disk, a flash memory, etc., and read and executed by a computer, thereby implementing embodiments of the present invention. As the storage medium of the computer program, a magnetic recording medium, an optical recording medium, a carrier wave medium, or the like may be included.
이상에서 설명한 실시예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or essential characteristics thereof. Therefore, the embodiments disclosed in the present invention are intended to illustrate rather than limit the scope of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments. The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.
311: FMCW 파형 발생기
312: 전력 분배기
313: 송신 안테나
314: 90도 하이브리드 커플러
315: 스위치
316: 믹서
317: 수신 안테나
318: 수신부
319: ADC
320: 프로세서
321: 메모리311: FMCW waveform generator
312: Power distributor
313: Transmission antenna
314: 90 degree hybrid coupler
315: Switch
316: Mixer
317: Receiving antenna
318:
319: ADC
320: Processor
321: Memory
Claims (10)
발생된 상기 FMCW 파형을 기반으로 0도 위상을 갖는 I 신호와 90도 위상을 갖는 Q 신호를 출력하는 90도 하이브리드 커플러;
상기 I 신호를 출력하기 위한 출력단 또는 상기 Q 신호를 출력하기 위한 출력단에 연결되는 스위치;
상기 스위치를 통해 입력되는 상기 I 신호를 수신된 신호와 혼합하여 I 수신 신호를 생성하거나 상기 Q 신호를 수신된 신호와 혼합하여 Q 수신 신호를 생성하는 믹서;
생성된 상기 I 수신 신호와 Q 수신 신호를 디지털화하여 I 수신 데이터와 Q 수신 데이터로 변환하는 ADC; 및
변환된 상기 I 수신 데이터와 상기 Q 수신 데이터를 결합하여 IQ 복소수 데이터를 획득하는 프로세서;
를 포함하는 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더.A waveform generator for generating a pair of FMCW waveforms consisting of up chirp and dwon chirp consecutively twice;
A 90 degree hybrid coupler for outputting an I signal having a 0 degree phase and a Q signal having a 90 degree phase based on the generated FMCW waveform;
A switch connected to an output terminal for outputting the I signal or an output terminal for outputting the Q signal;
A mixer that mixes the I signal input through the switch with the received signal to generate an I receive signal or mixes the Q signal with the received signal to generate a Q receive signal;
An ADC for converting the I and Q reception signals into I reception data and Q reception data; And
A processor for combining the converted I received data and the received Q data to obtain IQ complex data;
FMCW radar using IQ demodulator.
상기 90도 하이브리드 커플러는,
단일 시퀀스 내 상기 파형 발생기에서 연속적으로 발생된 첫번째 FMCW 파형을 기반으로 상기 0도 위상을 갖는 I 신호를 출력하고 두번째 FMCW 파형을 기반으로 상기 90도 위상을 갖는 Q 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더.The method according to claim 1,
In the 90-degree hybrid coupler,
And outputting the I signal having the 0-degree phase based on the first FMCW waveform continuously generated in the waveform generator in the single sequence and outputting the Q signal having the 90-degree phase based on the second FMCW waveform. FMCW radar using a demodulator.
상기 스위치는,
상기 단일 시퀀스 내 상기 90도 하이브리드 커플러의 상기 I 신호를 출력하기 위한 출력단에 연결되도록 제어된 후 기 설정된 시간 후에 상기 Q 신호를 출력하기 위한 출력단에 연결되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더.3. The method of claim 2,
Wherein the switch comprises:
And to be connected to an output terminal for outputting the Q signal after a predetermined time after being controlled to be connected to an output terminal for outputting the I signal of the 90 degree hybrid coupler in the single sequence. FMCW radar.
상기 믹서는,
상기 첫번째 FMCW 파형에 의한 상기 I 신호를 수신 안테나를 통해 표적으로부터 반사되어 수신된 신호와 혼합하여 I 수신 신호를 생성하고,
상기 두번째 FMCW 파형에 의한 상기 Q 신호를 수신 안테나를 통해 표적으로부터 반사되어 수신된 신호와 혼합하여 Q 수신 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더.The method of claim 3,
The mixer includes:
Generating the I received signal by mixing the I signal by the first FMCW waveform with the received signal reflected from the target via the receive antenna,
And the Q signal by the second FMCW waveform is mixed with a signal reflected from the target through a reception antenna to generate a Q reception signal.
상기 프로세서는,
상기 I 수신 데이터와 상기 Q 수신 데이터가 순차적으로 변환되면, 변환된 상기 I 수신 데이터와 상기 Q 수신 데이터를 결합하여 IQ 복소수 데이터를 획득하고 상기 단일 시퀀스를 종료하는 것을 특징으로 하는 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더.5. The method of claim 4,
The processor comprising:
When the I received data and the Q received data are sequentially transformed, combining the I received data and the Q received data to obtain IQ complex data and terminating the single sequence. FMCW radar.
발생된 상기 FMCW 파형을 기반으로 0도 위상을 갖는 I 신호와 90도 위상을 갖는 Q 신호를 출력하는 단계;
상기 I 신호를 출력하기 위한 출력단 또는 상기 Q 신호를 출력하기 위한 출력단에 연결하는 단계;
상기 스위치를 통해 입력되는 상기 I 신호를 수신된 신호와 혼합하여 I 수신 신호를 생성하거나 상기 Q 신호를 수신된 신호와 혼합하여 Q 수신 신호를 생성하는 단계;
생성된 상기 I 수신 신호와 Q 수신 신호를 디지털화하여 I 수신 데이터와 Q 수신 데이터로 변환하는 단계; 및
변환된 상기 I 수신 데이터와 상기 Q 수신 데이터를 결합하여 IQ 복소수 데이터를 획득하는 단계;
를 포함하는 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더의 동작 방법.Generating a pair of FMCW waveforms consisting of up chirp and dwon chirp consecutively twice;
Outputting an I signal having a 0-degree phase and a Q signal having a 90-degree phase based on the generated FMCW waveform;
Connecting an output terminal for outputting the I signal or an output terminal for outputting the Q signal;
Mixing the I signal input through the switch with a received signal to generate an I receive signal or mixing the Q signal with a received signal to generate a Q receive signal;
Digitizing the generated I and Q received signals and converting them into I received data and Q received data; And
Obtaining IQ complex data by combining the I received data and the Q received data;
Gt; IQ < / RTI > demodulator.
상기 출력하는 단계는,
단일 시퀀스 내 상기 파형 발생기에서 연속적으로 발생된 첫번째 FMCW 파형을 기반으로 상기 0도 위상을 갖는 I 신호를 출력하고 두번째 FMCW 파형을 기반으로 상기 90도 위상을 갖는 Q 신호를 출력하는 것을 특징으로 하는 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더의 동작 방법.The method according to claim 6,
Wherein the outputting step comprises:
And outputting the I signal having the 0-degree phase based on the first FMCW waveform continuously generated in the waveform generator in the single sequence and outputting the Q signal having the 90-degree phase based on the second FMCW waveform. A method of operating an FMCW radar using a demodulator.
상기 연결하는 단계는,
상기 단일 시퀀스 내 상기 90도 하이브리드 커플러의 상기 I 신호를 출력하기 위한 출력단에 연결되도록 제어된 후 기 설정된 시간 후에 상기 Q 신호를 출력하기 위한 출력단에 연결되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더의 동작 방법.8. The method of claim 7,
Wherein the connecting step comprises:
And to be connected to an output terminal for outputting the Q signal after a predetermined time after being controlled to be connected to an output terminal for outputting the I signal of the 90 degree hybrid coupler in the single sequence. How FMCW radar works.
상기 생성하는 단계는,
상기 첫번째 FMCW 파형에 의한 상기 I 신호를 수신 안테나를 통해 표적으로부터 반사되어 수신된 신호와 혼합하여 I 수신 신호를 생성하고,
상기 두번째 FMCW 파형에 의한 상기 Q 신호를 수신 안테나를 통해 표적으로부터 반사되어 수신된 신호와 혼합하여 Q 수신 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더의 동작 방법.9. The method of claim 8,
Wherein the generating comprises:
Generating the I received signal by mixing the I signal by the first FMCW waveform with the received signal reflected from the target via the receive antenna,
Wherein the Q signal generated by the second FMCW waveform is mixed with the received signal reflected from the target through a receive antenna to generate a Q receive signal.
상기 획득하는 단계는,
상기 I 수신 데이터와 상기 Q 수신 데이터가 순차적으로 변환되면, 변환된 상기 I 수신 데이터와 상기 Q 수신 데이터를 결합하여 IQ 복소수 데이터를 생성하고 상기 단일 시퀀스를 종료하는 것을 특징으로 하는 IQ 복조기를 사용하는 FMCW 레이더의 동작 방법.10. The method of claim 9,
Wherein the acquiring comprises:
When the I received data and the Q received data are sequentially transformed, combining the converted I received data and the Q received data to generate IQ complex data and terminating the single sequence. How FMCW radar works.
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