KR20150143154A - 레이더 신호 처리 방법 및 장치 - Google Patents

레이더 신호 처리 방법 및 장치

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KR20150143154A
KR20150143154A KR1020140072311A KR20140072311A KR20150143154A KR 20150143154 A KR20150143154 A KR 20150143154A KR 1020140072311 A KR1020140072311 A KR 1020140072311A KR 20140072311 A KR20140072311 A KR 20140072311A KR 20150143154 A KR20150143154 A KR 20150143154A
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Abstract

장애물을 투과할 수 있는 레이더 신호 처리 장치 및 방법이 개시된다.
레이더 신호 처리 방법은 송신 안테나를 통해 레이더 신호를 송신하는 단계; 수신 안테나를 통해 상기 레이더 신호가 장애물의 전면에 의해 반사된 제1 반사 신호와 장애물의 전면을 투과한 상기 레이더 신호가 장애물의 후면에 의해 반사된 제2 반사 신호를 수신하는 단계; 및 제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 이용하여 상기 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 세기를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

레이더 신호 처리 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR PROCESSING RADAR SIGNAL}
본 발명은 장애물을 투과하여 장애물 뒤에 위치한 타겟을 측정하는 FMCW 레이더 신호 처리 장치 및 방법에 관한 것이다.
레이더(RADAR)는 송신 안테나를 통해 레이더 신호를 방출하고, 수신 안테나를 통해 해당 영역 내의 물체에 의해 반사되는 반사 신호를 수신하여 타겟의 존재 및 타겟과의 거리를 탐지하는 장치이다. 이 때, 레이더 신호의 변조(Modulation) 방식은 펄스(pulse) 방식, FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 방식, FSK (Frequency Shift Keying) 방식 등이 있다. 레이더는 변조 방식에 따라 타겟의 속도 및 거리를 추출하는 방법이 다르다.
FMCW 레이더는 펄스 방식의 레이더와 달리 주파수 변조 연속 파 방식에 따라 변조된 레이더 신호를 타겟으로 송신한다. 이에 따라, FMCW 레이더는 타겟에 의해 반사된 반사 신호를 수신하여 타겟의 속도 및 거리를 추출한다. FMCW 레이더는 구조가 단순하고, 소형화된 크기를 갖는다는 장점을 가지고 있다. 이에 따라, FMCW 레이더는 군용 소형 레이더, 고도 측정용 레이더, 및 차량 충돌 방지 시스템 등에 사용되고 있다.
그러나, FMCW 레이더와 타겟의 사이에 장애물이 존재하는 경우, FMCW 레이더가 송신한 레이더 신호는 장애물을 투과하는 과정에서 감쇄되어 타겟과 접촉하지 못할 가능성이 있다.
따라서, 레이더 신호가 장애물을 투과할 수 있도록 하는 장치 및 방법이 요청되고 있다.
본 발명은 레이더 신호가 장애물의 전면에 반사된 제1 반사 신호와, 장애물의 전면을 투과한 레이더 신호가 장애물의 후면에 반사된 제2 반사 신호로 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 세기를 결정함으로써, 레이더 신호가 장애물을 투과하여 타겟에 반사될 수 있는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명은 장애물의 전면에 반사된 제1 반사 신호와, 장애물의 전면을 투과한 레이더 신호가 장애물의 후면에 반사된 제2 반사 신호 및 타겟에 반사된 제3 반사 신호를 수신하고, 제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 필터링하여 제3 반사 신호를 추출하며, 제3 반사 신호를 처리함으로써, 장애물 뒤에 위치한 타겟과 송신 안테나 간의 거리를 측정하는 장치 및 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법은 송신 안테나를 통해 레이더 신호를 송신하는 단계; 수신 안테나를 통해 상기 레이더 신호가 장애물의 전면에 의해 반사된 제1 반사 신호와 장애물의 전면을 투과한 상기 레이더 신호가 장애물의 후면에 의해 반사된 제2 반사 신호를 수신하는 단계; 및 제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 이용하여 상기 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 세기를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법의 세기를 결정하는 단계는 제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 이용하여 장애물의 두께, 장애물의 크기 및 레이더 신호의 투과와 관련된 장애물의 매질 특성 중 적어도 하나를 측정하는 단계; 및 장애물의 두께, 장애물의 크기 및 장애물의 매질 특성 중 적어도 하나를 이용하여 상기 레이더 신호의 세기를 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법의 측정하는 단계는 제1 반사 신호를 수신한 시간과 제2 반사 신호를 수신한 시간 간의 차이에 따라 장애물의 두께를 측정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법의 측정하는 단계는 송신 안테나와 장애물 간의 각도를 변경하여 제1 반사 신호, 및 제2 반사 신호를 수신할 수 있는 송신 안테나의 각도의 범위를 측정하고, 측정한 각도의 범위와 송신 안테나와 장애물 간의 거리에 기초하여 장애물의 크기를 측정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법의 측정하는 단계는 제1 반사 신호의 진폭과 제2 반사 신호의 진폭 간의 차이에 따라 장애물의 매질 특성을 측정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법의 레이더 신호의 세기를 결정하는 단계는 장애물의 두께, 장애물의 크기 및 장애물의 매질 특성 중 적어도 하나를 이용하여 레이더 신호가 장애물을 투과할 경우, 레이더 신호의 세기의 감쇄 범위를 측정하고, 레이더 신호의 세기의 감쇄 범위를 고려하여 상기 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 레이더 신호의 세기를 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법은 결정한 세기의 레이더 신호를 송신하는 단계; 결정한 세기의 레이더 신호가 장애물 뒤에 위치한 타겟에 의해 반사된 제3 반사 신호를 수신하는 단계; 및 제3 반사 신호를 처리하여 송신 안테나와 타겟 간의 거리를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법은 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호를 제거할 수 있는 하이패스 필터(High Pass Filter)를 이용하여 제3 반사 신호와 함께 수신한 제1 반사 신호, 및 제2 반사 신호를 필터링하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법의 레이더 신호는 주파수 변조 연속 파(Frequency Modulation Continuous Wave) 방식에 따라 변조된 신호일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치는 송신 안테나를 통해 레이더 신호를 송신하는 송신부; 수신 안테나를 통해 상기 레이더 신호가 장애물의 전면에 의해 반사된 제1 반사 신호와 장애물의 전면을 투과한 상기 레이더 신호가 장애물의 후면에 의해 반사된 제2 반사 신호를 수신하는 수신부; 및 제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 이용하여 상기 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 세기를 결정하는 신호의 세기 결정부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 신호의 세기 결정부는 제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 이용하여 장애물의 두께, 장애물의 크기 및 레이더 신호의 투과와 관련된 장애물의 매질 특성 중 적어도 하나를 측정하고, 장애물의 두께, 장애물의 크기 및 장애물의 매질 특성 중 적어도 하나를 이용하여 상기 레이더 신호의 세기를 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 신호의 세기 결정부는 제1 반사 신호를 수신한 시간과 제2 반사 신호를 수신한 시간 간의 차이에 따라 장애물의 두께를 측정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 신호의 세기 결정부는 송신 안테나와 장애물 간의 각도를 변경하여 제1 반사 신호, 및 제2 반사 신호를 수신할 수 있는 송신 안테나의 각도의 범위를 측정하고, 측정한 각도의 범위와 송신 안테나와 장애물 간의 거리에 기초하여 장애물의 크기를 측정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 신호의 세기 결정부는 제1 반사 신호의 진폭과 제2 반사 신호의 진폭 간의 차이에 따라 장애물의 매질 특성을 측정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 신호의 세기 결정부는 장애물의 두께, 장애물의 크기 및 장애물의 매질 특성 중 적어도 하나를 이용하여 레이더 신호가 장애물을 투과할 경우, 레이더 신호의 세기의 감쇄 범위를 측정하고, 레이더 신호의 세기의 감쇄 범위를 고려하여 상기 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 레이더 신호의 세기를 결정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치는 상기 신호의 세기 결정부가 결정한 세기의 레이더 신호가 장애물 뒤에 위치한 타겟에 의해 반사된 제3 반사 신호를 처리하여 송신 안테나와 타겟 간의 거리를 결정하는 신호 처리부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 신호 처리부는 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호를 제거할 수 있는 하이패스 필터(High Pass Filter)를 이용하여 제3 반사 신호와 함께 수신된 제1 반사 신호, 및 제2 반사 신호를 필터링할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 레이더 신호는 주파수 변조 연속 파(Frequency Modulation Continuous Wave) 방식에 따라 변조된 신호일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 의하면, 레이더 신호가 장애물의 전면에 반사된 제1 반사 신호와, 장애물의 전면을 투과한 레이더 신호가 장애물의 후면에 반사된 제2 반사 신호로 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 세기를 결정함으로써, 장애물을 투과하여 타겟에 반사될 수 있는 레이더 신호를 송신할 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 장애물의 전면에 반사된 제1 반사 신호와, 장애물의 전면을 투과한 레이더 신호가 장애물의 후면에 반사된 제2 반사 신호 및 타겟에 반사된 제3 반사 신호를 수신하고, 제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 필터링하여 제3 반사 신호를 추출하며, 제3 반사 신호를 처리함으로써, 장애물 뒤에 위치한 타겟과 송신 안테나 간의 거리를 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 일례이다.
도 3은 일실시예에 따라 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 세기를 결정하는 방법에 관해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 동작 일례이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 도시한 도면이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법은 레이더 신호 처리 장치에 의해 수행될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치(100)는 송신부(110), 수신부(120), 신호의 세기 결정부(130) 및 신호 처리부(140)를 포함할 수 있다.
송신부(110)는 송신 안테나를 통해 레이더 신호를 송신할 수 있다. 구체적으로, 송신부(110)는 주파수 변조 연속 파(Frequency Modulation Continuous Wave) 방식으로 생성된 레이더 신호를 송신할 수 있다.
또한, 신호의 세기 결정부(130)가 제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 이용하여 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 세기를 결정한 경우, 송신부(110)는 신호의 세기 결정부(130)가 결정한 세기로 레이더 신호를 송신할 수 있다. 이때, 신호의 세기는 송신부(110)가 레이더 신호를 송신하기 위한 송신 파워, 또는 송신 전력일 수 있다.
수신부(120)는 수신 안테나를 통해 제1 반사 신호, 제2 반사 신호, 및 제3 반사 신호 중 적어도 하나를 수신할 수 있다. 이때, 제1 반사 신호는 송신부(110)가 송신한 레이더 신호가 장애물의 전면에 의해 반사된 신호이고, 제2 반사 신호는 장애물의 전면을 투과한 레이더 신호가 장애물의 후면에 의해 반사된 신호일 수 있다. 또한, 송신부(110)가 신호의 세기 결정부(130)가 결정한 세기로 레이더 신호를 송신한 경우, 수신부(120)는 제3 반사 신호를 수신할 수 있다. 이때, 제3 반사 신호는 장애물을 투과한 레이더 신호가 장애물 뒤에 위치한 타겟에 의해 반사된 신호일 수 있다.
이때, 수신부(120)는 제1 반사 신호, 제2 반사 신호, 및 제3 반사 신호를 레이더 신호와 믹싱하여 신호의 세기 결정부(130) 및 신호 처리부(140)로 전달할 수 있다.
신호의 세기 결정부(130)는 수신부(120)가 수신한 제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 이용하여 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 세기를 결정할 수 있다.
이때, 신호의 세기 결정부(130)는 제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 이용하여 장애물의 두께, 장애물의 크기 및 레이더 신호의 투과와 관련된 장애물의 매질 특성 중 적어도 하나를 측정하고, 장애물의 두께, 장애물의 크기 및 장애물의 매질 특성 중 적어도 하나를 이용하여 레이더 신호의 세기를 결정할 수 있다.
구체적으로, 신호의 세기 결정부(130)는 제1 반사 신호를 수신한 시간과 제2 반사 신호를 수신한 시간 간의 차이에 따라 장애물의 두께를 측정할 수 있다. 또한, 신호의 세기 결정부(130)는 송신 안테나와 장애물 간의 각도를 변경하여 제1 반사 신호, 및 제2 반사 신호를 수신할 수 있는 송신 안테나의 각도의 범위를 측정하고, 측정한 각도의 범위와 송신 안테나와 장애물 간의 거리에 기초하여 장애물의 크기를 측정할 수 있다. 그리고, 신호의 세기 결정부(130)는 제1 반사 신호의 진폭과 제2 반사 신호의 진폭 간의 차이에 따라 장애물의 매질 특성을 측정할 수 있다.
또한, 신호의 세기 결정부(130)는 장애물의 두께, 장애물의 크기 및 장애물의 매질 특성 중 적어도 하나를 이용하여 레이더 신호가 장애물을 투과할 경우, 레이더 신호의 세기의 감쇄 범위를 측정하고, 레이더 신호의 세기의 감쇄 범위를 고려하여 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 레이더 신호의 세기를 결정할 수 있다.
신호 처리부(140)는 제1 반사 신호와 제2 반사 신호 및 제3 반사 신호를 처리할 수 있다. 이때, 신호 처리부(140)는 제1 반사 신호를 처리하여 송신 안테나와 장애물의 전면 간의 거리를 측정할 수 있다. 또한, 신호 처리부(140)는 제2 반사 신호를 처리하여 송신 안테나와 장애물의 후면 간의 거리를 측정할 수 있다. 이때, 신호의 세기 결정부(130)는 송신 안테나와 장애물의 전면 간의 거리와 송신 안테나와 장애물의 후면 간의 거리를 이용하여 장애물의 두께를 측정할 수 있다.
그리고, 신호 처리부(140)는 제3 반사 신호를 처리하여 송신 안테나와 타겟 간의 거리를 측정할 수 있다. 구체적으로 신호 처리부(140)는 레이더 신호와 믹싱된 제3 반사 신호의 주파수 대역에 기초하여 수신 안테나와 타겟 간의 이격 거리를 결정할 수 있다.
일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치(100)는 레이더 신호가 장애물의 전면에 반사된 제1 반사 신호와, 장애물의 전면을 투과한 레이더 신호가 장애물의 후면에 반사된 제2 반사 신호를 이용하여 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 세기를 결정할 수 있다. 그리고, 레이더 신호 처리 장치(100)는 결정한 세기에 따라 레이더 신호를 송신하여 레이더 신호가 장애물을 투과하도록 함으로써, 타겟에 반사된 레이더를 수신하여 타겟과 송신 안테나 간의 거리를 측정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 일례이다.
도 2는 송신 안테나와 수신 안테나가 일체형으로 형성된 레이더 신호 처리 장치의 일례이다.
송신부(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 레이더 신호를 출력하는 오실레이터(VCO: voltage controlled oscillator)를 포함할 수 있다. 그리고, 오실레이터가 출력한 레이더 신호는 대역 투과 필터(BPF: Band-Pass Filter)와 확성기(PA: Public Address)를 투과하여 송신 안테나로 전달될 수 있다.
이때, 장애물을 향하여 송신된 레이더 신호(210) 중 일부는 장애물의 전면에서 반사되고, 레이더 신호(210)의 나머지는 장애물을 투과하여 장애물의 후면에서 반사될 수 있다. 그리고, 수신부(120)는 송신 안테나와 일체형인 수신 안테나를 통하여 레이더 신호(210)가 장애물의 전면에서 반사된 제1 반사 신호(211)와 레이더 신호(210)가 장애물의 후면에서 반사된 제2 반사 신호(212)를 수신할 수 있다.
이때, 수신부(120)는 수신한 제1 반사 신호(211)와 제2 반사 신호(222)를 저잡음 증폭기(LNA: low noise amplifier)로 증폭하고, 대역 투과 필터(BPF)로 필터링할 수 있다. 그리고, 대역 투과 필터로 필터링한 제1 반사 신호(211)와 제2 반사 신호(222)를 오실레이터가 출력하는 레이더 신호와 믹싱할 수 있다. 마지막으로, 수신부(120)는 레이더 신호와 믹싱된 제1 반사 신호(211)와 제2 반사 신호(222)를 하이 패스 필터(HPF: high pass filter)로 필터링하고, 자동 이득 제어(AGC: automatic gain control)로 이득을 제어하여 신호의 세기 결정부(130)와 신호 처리부(140)에 전달할 수 있다.
이때, 신호의 세기 결정부(130)는 수신부(120)가 제1 반사 신호(211)를 수신한 시간과 수신부(120)가 제2 반사 신호(212)를 수신한 시간 간의 차이에 따라 장애물의 두께를 측정할 수 있다. 구체적으로, 신호 처리부(140)는 제1 반사 신호를 처리하여 송신 안테나와 장애물의 전면 간의 거리를 측정할 수 있다. 또한, 신호 처리부(140)는 제2 반사 신호를 처리하여 송신 안테나와 장애물의 후면 간의 거리를 측정할 수 있다. 이때, 송신 안테나와 장애물의 전면 간의 거리와 송신 안테나와 장애물의 후면 간의 거리 간의 차이가 클수록 수신부(120)가 제1 반사 신호(211)를 수신한 시간과 수신부(120)가 제2 반사 신호(212)를 수신한 시간 간의 차이도 증가할 수 있다. 그리고, 송신 안테나와 장애물의 전면 간의 거리와 송신 안테나와 장애물의 후면 간의 거리 간의 차이는 장애물의 두께일 수 있다. 따라서, 신호의 세기 결정부(130)는 수신부(120)가 제1 반사 신호(211)를 수신한 시간과 수신부(120)가 제2 반사 신호(212)를 수신한 시간 간의 차이만으로 장애물의 두께를 측정할 수 있다.
또한, 신호의 세기 결정부(130)는 제1 반사 신호(211)의 진폭과 제2 반사 신호(212)의 진폭 간의 차이에 따라 장애물의 매질 특성을 측정할 수 있다. 제1 반사 신호(211)는 장애물의 전면에서 반사되었으므로, 레이더 신호(210)가 장애물을 투과함에 따른 진폭의 감쇄가 발생하지 않을 수 있다. 반면, 제2 반사 신호(212)는 레이더 신호(210)가 장애물의 후면까지 장애물을 투과하고, 장애물의 후면에서 반사된 레이더 신호(210)가 장애물을 다시 투과한 신호이므로, 레이더 신호(210)가 장애물을 투과함에 따른 진폭의 감쇄가 발생할 수 있다. 따라서, 신호의 세기 결정부(130)는 제1 반사 신호(211)의 진폭과 제2 반사 신호(212)의 진폭 간의 차이에 따라 레이더 신호(210)가 장애물을 투과할 경우, 감쇄되는 진폭의 정도를 나타내는 장애물의 매질 특성을 측정할 수 있다
그리고, 송신부(110)는 송신 레이더를 제어하여 레이더 신호를 송신하는 각도를 변경할 수 있다. 예를 들어, 송신부(110)는 도 2에 도시된 바와 같이 장애물과 접촉하지 않는 각도로 레이더 신호(220, 230)을 송신할 수 있다. 레이더 신호(220)와 레이더 신호(230)는 장애물과 접촉하지 않으므로, 수신부(120)는 레이더 신호(220)와 레이더 신호(230)가 장애물에 반사된 반사 신호를 수신하지 못할 수 있다.
이때, 신호의 세기 결정부(130)는 레이더 신호(220)를 송신한 각도에 근접한 각도로 송신한 레이더 신호 중에서 반사 신호(222)를 수신한 레이더 신호(221)을 검색할 수 있다. 또한, 신호의 세기 결정부(130)는 레이더 신호(230)를 송신한 각도에 근접한 각도로 송신한 레이더 신호 중에서 반사 신호(232)를 수신한 레이더 신호(231)을 검색할 수 있다.
다음으로, 신호 처리부(140)는 레이더 신호(221)과 믹싱된 반사 신호(222)를 처리하여 레이더 신호(221)가 반사된 위치와 송신 안테나 간의 거리를 결정할 수 있다. 또한, 신호 처리부(140)는 레이더 신호(231)과 믹싱된 반사 신호(232)를 처리하여 레이더 신호(231)가 반사된 위치와 송신 안테나 간의 거리를 결정할 수 있다.
마지막으로, 신호의 세기 결정부(130)는 레이더 신호(221)와 레이더 신호(231)를 송신한 각도와 레이더 신호(221)가 반사된 위치와 송신 안테나 간의 거리 및 레이더 신호(231)가 반사된 위치와 송신 안테나 간의 거리에 따라 장애물의 크기를 결정할 수 있다. 예를 들어, 신호의 세기 결정부(130)는 레이더 신호(221)를 송신한 각도와 레이더 신호(221)가 반사된 위치와 송신 안테나 간의 거리를 이용하여 송신 안테나와 장애물의 상단 및 하단을 꼭지점으로 하는 삼각형의 우변의 길이를 결정하고, 레이더 신호(231)를 송신한 각도와 레이더 신호(231)가 반사된 위치와 송신 안테나 간의 거리를 이용하여 삼각형의 좌변의 길이를 결정할 수 있다. 그리고, 삼각형의 우변과 좌변의 길이 및 송신 안테나를 중심으로 한 삼각형의 각도를 이용하여 삼각형의 밑변인 장애물의 크기를 결정할 수 있다.
도 3은 일실시예에 따라 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 세기를 결정하는 방법에 관해 도시한 도면이다.
주파수 변조 연속 파 방식에 따라 변조되어 송신부(110)가 송신하는 레이더 신호(310)의 주파수는 도 3에 도시된 바와 같이 시간에 비례하여 증가할 수 있다. 따라서, 제1 반사 신호(320)와 제2 반사 신호(330)의 주파수도 시간에 비례하여 증가할 수 있다.
그리고, 제1 반사 신호(320)는 레이더 신호(310)가 장애물의 전면에서 반사된 신호이므로, 수신부(120)는 레이더 신호(320)가 장애물의 후면에서 반사된 제2 반사 신호(330)보다 제1 반사 신호(320)를 먼저 수신할 수 있다. 이때, 수신부(120)가 제1 반사 신호(320)를 수신한 시간과, 제2 반사 신호(330)를 수신한 시간 간의 차이(301)는 장애물의 전면과 후면 간의 거리에 따라 결정될 수 있다. 이때, 장애물의 전면은 장애물에서 송신 레이더가 위치한 방향을 향한 면이고, 장애물의 후면은 장애물에서 송신 레이더가 위치한 방향의 반대 방향을 향한 면일 수 있다. 즉, 장애물의 전면과 후면 간의 거리는 장애물의 두께일 수 있다.
따라서, 신호의 세기 결정부(130)는 수신부(120)가 제1 반사 신호(320)를 수신한 시간과 수신부(120)가 제2 반사 신호(330)를 수신한 시간 간의 차이(301)를 이용하여 장애물의 두께를 측정할 수 있다.
또한, 장애물의 전면에서 반사되어 레이더 신호(310)가 장애물을 투과함에 따른 진폭의 감쇄가 발생하지 않은 제1 반사 신호(320)의 진폭과 레이더 신호(310)가 장애물의 후면까지 장애물을 투과하고, 장애물의 후면에서 반사된 레이더 신호(310)가 장애물을 다시 투과한 제2 반사 신호(330)의 진폭은 서로 다를 수 있다.
따라서, 신호의 세기 결정부(130)는 수신부(120)가 제1 반사 신호(320)을 수신한 시간을 기준으로 시간 T가 경과한 시점에서 제1 반사 신호(320)의 진폭과 제2 반사 신호(330)의 진폭을 측정할 수 있다. 그리고, 신호의 세기 결정부(130)는 제1 반사 신호(320)의 진폭과 제2 반사 신호(320)의 진폭 간의 차이(302)에 따라 레이더 신호(310)가 장애물을 투과할 경우, 감쇄되는 진폭의 정도를 나타내는 장애물의 매질 특성을 측정할 수 있다
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 장치의 동작 일례이다.
도 4는 송신 안테나와 수신 안테나를 각각 포함하는 레이더 신호 처리 장치의 동작 일례이다.
송신부(110)는 도 3에 도시된 바와 같이 레이더 신호(400)를 출력하는 오실레이터를 포함할 수 있다. 그리고, 오실레이터가 출력한 레이더 신호(400)는 대역 투과 필터(BPF)와 확성기(PA)를 투과하여 송신 안테나로 전달될 수 있다.
이때, 장애물을 향하여 송신된 레이더 신호(400) 중 일부는 장애물의 전면에서 반사되고, 레이더 신호(400)의 나머지는 장애물을 투과하여 장애물의 후면에서 반사될 수 있다. 이때, 수신부(120)는 수신 안테나를 통하여 레이더 신호(400)가 장애물의 전면에서 반사된 제1 반사 신호 및 레이더 신호(400)가 장애물의 후면에서 반사된 제2 반사 신호를 수신할 수 있다.
그리고, 수신부(120)는 수신한 제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 저잡음 증폭기(LNA)로 증폭하고, 대역 투과 필터(BPF)로 필터링할 수 있다. 그리고, 대역 투과 필터로 필터링한 제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 오실레이터가 출력하는 레이더 신호와 믹싱할 수 있다. 마지막으로, 수신부(120)는 레이더 신호와 믹싱된 제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 하이 패스 필터(HPF)로 필터링하고, 자동 이득 제어(AGC)로 이득을 제어하여 신호의 세기 결정부(130)와 신호 처리부(140)에 전달할 수 있다.
장애물에 입사된 레이더 신호(400)의 크기는 장애물을 투과한 레이더 신호와 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호의 합일 수 있다. 즉, 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호의 합과 레이더 신호(400) 간의 차이가 임계값 이상인 경우, 레이더 신호(400)가 장애물을 투과하여 장애물의 뒤에 위치한 타겟에 반사될 수 있다.
따라서, 신호의 세기 결정부(130)는 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호를 이용하여 장애물의 투과에 따른 레이더 신호(400)의 감쇄와 관련된 정보를 측정하고, 측정한 정보를 기초로 레이더 신호(400)가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 세기를 결정할 수 있다. 이때, 장애물의 투과에 따른 레이더 신호(400)의 감쇄와 관련된 정보는 장애물의 두께, 장애물의 크기, 및 장애물의 매질 특성 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
그리고, 신호의 세기 결정부(130)는 수신부(120)가 제1 반사 신호를 수신한 시간과 수신부(120)가 제2 반사 신호를 수신한 시간 간의 차이에 따라 장애물의 두께(430)를 측정할 수 있다. 이때, 장애물의 두께(430)는 송신 안테나와 장애물의 전면 간의 이격 거리(410)와 송신 안테나와 장애물의 후면 간의 이격 거리(420) 간의 차이일 수 있다.
또한, 신호의 세기 결정부(130)는 제1 반사 신호의 진폭과 제2 반사 신호의 진폭 간의 차이에 따라 레이더 신호(400)가 장애물을 투과할 경우, 감쇄되는 진폭의 정도를 나타내는 장애물의 매질 특성을 측정할 수 있다. 그리고, 신호의 세기 결정부(130)는 송신 안테나가 다양한 각도로 송신한 레이더 신호들을 이용하여 장애물의 크기를 결정할 수 있다.
다음으로, 송신부(110)는 신호의 세기 결정부(130)가 결정한 세기에 따라 송신 전력을 제어한 레이더 신호(401)를 송신할 수 있다. 이때, 레이더 신호(401)는 일부가 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호로 반사되고, 나머지가 타겟에 반사되어 제3 반사 신호가 될 수 있다. 이때, 제3 반사 신호는 장애물을 투과하는 과정에서 일부가 장애물의 후면에 반사되어 제4 반사 신호가 될 수 있다. 따라서, 신호의 세기 결정부(130)는 타겟에 반사된 제3 반사 신호 중 일부가 장애물의 후면에 반사되는 것을 고려하여 레이더 신호(401)의 세기를 결정할 수 있다.
그 다음으로 수신부(120)는 타겟에 반사되어 장애물을 투과한 제3 반사 신호를 수신할 수 있다. 이때, 수신부(120)는 저잡음 증폭기(LNA)와 대역 투과 필터(BPF)를 투과한 제3 반사 신호를 오실레이터가 출력하는 레이더 신호와 믹싱할 수 있다. 그리고, 수신부(120)는 레이더 신호와 믹싱된 제3 반사 신호를 하이 패스 필터(HPF)로 필터링하고, 자동 이득 제어(AGC)로 이득을 제어하여 신호 처리부(140)에 전달할 수 있다.
이때, 레이더 신호와 믹싱된 제1 반사 신호, 레이더 신호와 믹싱된 제2 반사 신호 및 레이더 신호와 믹싱된 제3 반사 신호는 주파수 대역이 서로 다를 수 있다. 따라서, 신호 처리부(140)는 주파수 대역을 기초로 레이더 신호와 믹싱된 제1 반사 신호, 레이더 신호와 믹싱된 제2 반사 신호를 필터링하여 제3 반사 신호만 수신할 수 있다. 예를 들어, 신호 처리부(140)는 하이패스 필터(High Pass Filter)를 이용하여 제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 필터링할 수 있다.
그리고, 신호 처리부(140)는 제3 반사 신호를 처리하여 송신 안테나와 타겟 간의 거리(440)를 결정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 레이더 신호 처리 방법을 도시한 도면이다.
단계(510)에서 송신부(110)는 송신 안테나를 통해 레이더 신호를 장애물로 송신할 수 있다. 이때, 장애물을 향하여 송신된 레이더 신호 중 일부는 장애물의 전면에서 반사되고, 레이더 신호의 나머지는 장애물을 투과하여 장애물의 후면에서 반사될 수 있다.
단계(520)에서 수신부(120)는 수신 안테나를 통하여 단계(510)에서 송신한 레이더 신호가 장애물의 전면에서 반사된 제1 반사 신호 및 단계(510)에서 송신한 레이더 신호 중 장애물을 투과한 레이더 신호가 장애물의 후면에서 반사된 제2 반사 신호를 수신할 수 있다.
단계(530)에서 신호의 세기 결정부(130)는 단계(520)에서 수신한 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호를 이용하여 장애물의 투과에 따른 레이더 신호의 감쇄와 관련된 정보를 측정할 수 있다. 그리고, 신호의 세기 결정부(130)는 측정한 정보를 기초로 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 세기를 결정할 수 있다.
이때, 장애물의 투과에 따른 레이더 신호의 감쇄와 관련된 정보는 장애물의 두께, 장애물의 크기, 및 장애물의 매질 특성 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 그리고, 신호의 세기 결정부(130)는 수신부(120)가 제1 반사 신호를 수신한 시간과 수신부(120)가 제2 반사 신호를 수신한 시간 간의 차이에 따라 장애물의 두께를 측정할 수 있다. 또한, 신호의 세기 결정부(130)는 제1 반사 신호의 진폭과 제2 반사 신호의 진폭 간의 차이에 따라 레이더 신호가 장애물을 투과할 경우, 감쇄되는 진폭의 정도를 나타내는 장애물의 매질 특성을 측정할 수 있다. 그리고, 신호의 세기 결정부(130)는 송신 안테나가 다양한 각도로 송신한 레이더 신호들을 이용하여 장애물의 크기를 결정할 수 있다.
단계(540)에서 송신부(110)는 단계(530)에서 결정한 세기에 따라 송신 전력을 제어한 레이더 신호를 송신할 수 있다. 이때, 레이더 신호는 일부가 제1 반사 신호 및 제2 반사 신호로 반사되고, 나머지가 타겟에 반사되어 제3 반사 신호가 될 수 있다.
단계(550)에서 수신부(120)는 타겟에 반사된 제3 반사 신호를 수신할 수 있다. 이때, 레이더 신호와 믹싱된 제1 반사 신호, 레이더 신호와 믹싱된 제2 반사 신호 및 레이더 신호와 믹싱된 제3 반사 신호는 주파수 대역이 서로 다를 수 있다. 따라서, 신호 처리부(140)는 주파수 대역을 기초로 레이더 신호와 믹싱된 제1 반사 신호, 레이더 신호와 믹싱된 제2 반사 신호를 필터링하여 제3 반사 신호만 수신할 수 있다.
단계(560)에서 신호 처리부(140)는 단계(550)에서 수신한 제3 반사 신호를 처리하여 송신 안테나와 타겟 간의 거리를 결정할 수 있다. 구체적으로, 신호 처리부(140)는 레이더 신호와 믹싱된 제3 반사 신호의 주파수 대역에 따라 송신 안테나와 타겟 간의 거리를 결정할 수 있다.
본 발명은 레이더 신호가 장애물의 전면에 반사된 제1 반사 신호와, 장애물의 전면을 투과한 레이더 신호가 장애물의 후면에 반사된 제2 반사 신호로 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 세기를 결정함으로써, 장애물을 투과하여 타겟에 반사될 수 있는 레이더 신호를 송신할 수 있다.
또한, 본 발명은 장애물의 전면에 반사된 제1 반사 신호와, 장애물의 전면을 투과한 레이더 신호가 장애물의 후면에 반사된 제2 반사 신호 및 타겟에 반사된 제3 반사 신호를 수신하고, 제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 필터링하여 제3 반사 신호를 추출하며, 제3 반사 신호를 처리함으로써, 장애물 뒤에 위치한 타겟과 송신 안테나 간의 거리를 측정할 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (18)

  1. 송신 안테나를 통해 레이더 신호를 송신하는 단계;
    수신 안테나를 통해 상기 레이더 신호가 장애물의 전면에 의해 반사된 제1 반사 신호와 장애물의 전면을 투과한 상기 레이더 신호가 장애물의 후면에 의해 반사된 제2 반사 신호를 수신하는 단계; 및
    제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 이용하여 상기 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 세기를 결정하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호의 세기 제어 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 세기를 결정하는 단계는,
    제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 이용하여 장애물의 두께, 장애물의 크기 및 레이더 신호의 투과와 관련된 장애물의 매질 특성 중 적어도 하나를 측정하는 단계; 및
    장애물의 두께, 장애물의 크기 및 장애물의 매질 특성 중 적어도 하나를 이용하여 상기 레이더 신호의 세기를 결정하는 단계
    를 포함하는 레이더 신호의 세기 제어 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는,
    제1 반사 신호를 수신한 시간과 제2 반사 신호를 수신한 시간 간의 차이에 따라 장애물의 두께를 측정하는 레이더 신호의 세기 제어 방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는,
    송신 안테나와 장애물 간의 각도를 변경하여 제1 반사 신호, 및 제2 반사 신호를 수신할 수 있는 송신 안테나의 각도의 범위를 측정하고, 측정한 각도의 범위와 송신 안테나와 장애물 간의 거리에 기초하여 장애물의 크기를 측정하는 레이더 신호의 세기 제어 방법.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 측정하는 단계는,
    제1 반사 신호의 진폭과 제2 반사 신호의 진폭 간의 차이에 따라 장애물의 매질 특성을 측정하는 레이더 신호의 세기 제어 방법.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 레이더 신호의 세기를 결정하는 단계는,
    장애물의 두께, 장애물의 크기 및 장애물의 매질 특성 중 적어도 하나를 이용하여 레이더 신호가 장애물을 투과할 경우, 레이더 신호의 세기의 감쇄 범위를 측정하고, 레이더 신호의 세기의 감쇄 범위를 고려하여 상기 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 레이더 신호의 세기를 결정하는 레이더 신호의 세기 제어 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    결정한 세기의 레이더 신호를 송신하는 단계;
    결정한 세기의 레이더 신호가 장애물 뒤에 위치한 타겟에 의해 반사된 제3 반사 신호를 수신하는 단계; 및
    제3 반사 신호를 처리하여 송신 안테나와 타겟 간의 거리를 결정하는 단계
    를 더 포함하는 레이더 신호의 세기 제어 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    제1 반사 신호 및 제2 반사 신호를 제거할 수 있는 하이패스 필터(High Pass Filter)를 이용하여 제3 반사 신호와 함께 수신한 제1 반사 신호, 및 제2 반사 신호를 필터링하는 단계
    를 더 포함하는 레이더 신호의 세기 제어 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 레이더 신호는,
    주파수 변조 연속 파(Frequency Modulation Continuous Wave) 방식에 따라 변조된 레이더 신호의 세기 제어 방법.
  10. 송신 안테나를 통해 레이더 신호를 송신하는 송신부;
    수신 안테나를 통해 상기 레이더 신호가 장애물의 전면에 의해 반사된 제1 반사 신호와 장애물의 전면을 투과한 상기 레이더 신호가 장애물의 후면에 의해 반사된 제2 반사 신호를 수신하는 수신부; 및
    제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 이용하여 상기 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 세기를 결정하는 신호의 세기 결정부
    를 포함하는 레이더 신호의 세기 제어 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 신호의 세기 결정부는,
    제1 반사 신호와 제2 반사 신호를 이용하여 장애물의 두께, 장애물의 크기 및 레이더 신호의 투과와 관련된 장애물의 매질 특성 중 적어도 하나를 측정하고, 장애물의 두께, 장애물의 크기 및 장애물의 매질 특성 중 적어도 하나를 이용하여 상기 레이더 신호의 세기를 결정하는 레이더 신호의 세기 제어 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 신호의 세기 결정부는,
    제1 반사 신호를 수신한 시간과 제2 반사 신호를 수신한 시간 간의 차이에 따라 장애물의 두께를 측정하는 레이더 신호의 세기 제어 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 신호의 세기 결정부는,
    송신 안테나와 장애물 간의 각도를 변경하여 제1 반사 신호, 및 제2 반사 신호를 수신할 수 있는 송신 안테나의 각도의 범위를 측정하고, 측정한 각도의 범위와 송신 안테나와 장애물 간의 거리에 기초하여 장애물의 크기를 측정하는 레이더 신호의 세기 제어 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 신호의 세기 결정부는,
    제1 반사 신호의 진폭과 제2 반사 신호의 진폭 간의 차이에 따라 장애물의 매질 특성을 측정하는 레이더 신호의 세기 제어 장치.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 신호의 세기 결정부는,
    장애물의 두께, 장애물의 크기 및 장애물의 매질 특성 중 적어도 하나를 이용하여 레이더 신호가 장애물을 투과할 경우, 레이더 신호의 세기의 감쇄 범위를 측정하고, 레이더 신호의 세기의 감쇄 범위를 고려하여 상기 레이더 신호가 장애물을 투과하기 위하여 필요한 레이더 신호의 세기를 결정하는 레이더 신호의 세기 제어 장치.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 신호의 세기 결정부가 결정한 세기의 레이더 신호가 장애물 뒤에 위치한 타겟에 의해 반사된 제3 반사 신호를 처리하여 송신 안테나와 타겟 간의 거리를 결정하는 신호 처리부
    를 더 포함하는 레이더 신호의 세기 제어 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    제1 반사 신호 및 제2 반사 신호를 제거할 수 있는 하이패스 필터(High Pass Filter)를 이용하여 제3 반사 신호와 함께 수신된 제1 반사 신호, 및 제2 반사 신호를 필터링하는 레이더 신호의 세기 제어 장치.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 레이더 신호는,
    주파수 변조 연속 파(Frequency Modulation Continuous Wave) 방식에 따라 변조된 레이더 신호의 세기 제어 장치.
KR1020140072311A 2014-06-13 2014-06-13 레이더 신호 처리 방법 및 장치 KR101606989B1 (ko)

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