KR20180010713A - Multi-carrier doppler rader - Google Patents

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KR20180010713A
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Abstract

The present invention discloses a multi-carrier Doppler radar. The multi-carrier Doppler radar includes a signal processing part which uses a baseband signal including multi-carriers as a baseband signal, converts the received baseband signal into N frequency signals through Fourier transform, selects any M frequency signals out of the N converted frequencies, multiplies the selected M frequency signals by a calibration constant to extract the phase values of the M frequency signals to be outputted, applying a filter to each of M distance information outputted by multiplying each of extracted M phase values by a distance conversion constant, and summing the output values, and outputting a Doppler measurement value. It is possible to measure micro-Doppler.

Description

다중 캐리어 도플러 레이더{Multi-carrier doppler rader}Multi-carrier doppler radar

본 발명은 도플러 레이더에 관한 것으로, 상세하게는 마이크로 도플러를 측정할 수 있는 다중 캐리어 도플러 레이더에 관한 것이다.
The present invention relates to a Doppler radar, and more particularly to a multi-carrier Doppler radar capable of measuring a micro-Doppler.

레이더 기술은 전통적으로 국방, 항공, 선박 분야 등에서 주로 사용되었으나, 최근에는 다양한 연구를 통해 보안, 위치인식, 생체신호 인식 분야 등으로 사용분야가 넓어지고 있는 추세이다.Radar technology has traditionally been used in military, aerospace, and shipbuilding fields. Recently, however, various fields have been used for security, location recognition, and bio-signal recognition.

이 중 생체신호 인식은 의료, 바이오, 보안 등과 같이 생체 신호가 활용되고 있는 곳에 광범위하게 응용될 수 있는 적용될 수 있는 기술로서, 다양한 방법의 생체 신호 센싱에 대한 기술적 해결방안의 요구가 증가함에 따라 최근 많은 조명을 받고 있으며, 특히 인체의 호흡이나 심박을 비침습, 비접촉 방식으로 측정하는 기술에 대한 관심이 높아지고 있다.Biological signal recognition is a technology that can be widely applied to biomedical signals such as medical, biosensor, security, etc. As the demand for technological solutions for bio signal sensing in various methods increases, There is a lot of interest in the technique of measuring non-invasive, non-contact type of respiration or heartbeat of the human body.

호흡, 심박을 측정하는 기존의 방식은 심전도 장치, 광학기반 맥박 측정 장치, 벨트 착용형 호흡 측정 장치 등과 같이 몸에 직접 장치를 부착해야 하는 불편함을 가진 접촉식 장치를 이용하는 데에 한정되어 있었다.Existing methods for measuring breathing and heartbeats were limited to using contact devices with inconvenient devices to attach directly to the body, such as electrocardiogram devices, optical-based pulse measurement devices, and belt-type breath measurement devices.

이러한 불편을 해결하기 위해 최근에는 호흡/심박에 대한 비접촉 측정방식으로서 영상을 이용하는 방법에 대한 연구가 이루어지고 있다. 영상을 이용한 방식은 인체의 안면 영상을 통해 혈액을 인한 미세한 피부 색깔의 변화를 감지함으로써 심박동수를 추정하는 원리를 이용하는 것으로서, 주변 조명도에 따라 일정한 센싱 성능을 얻기 어려운 문제점이 있다.To solve these inconveniences, researches on methods of using images as a noncontact measurement method for respiration / heartbeat have been conducted. The method using an image utilizes the principle of estimating the heart rate by sensing the change in the skin color due to blood through the face image of the human body and has a problem that it is difficult to obtain a certain sensing performance depending on the ambient illumination.

다른 호흡/심박에 대한 비접촉 측정방식으로는 레이더를 이용하는 기술이 있는데, 레이더를 이용한 기술은 심장의 박동과 호흡으로 인해 발생하는 흉부의 움직임을 레이더로 감지하는 것으로, 비접촉 방식이라는 점 이외에도 원거리에서의 감지가 가능하고, 외부 조명도나 날씨에 크게 영향을 받지 않기 때문에, 생체 신호 센싱 분야에서 새로이 각광을 받고 있다.The non-contact measurement method for other breathing / heartbeats is a radar-based technique. The radar-based technique detects the movement of the chest caused by the heartbeat and breathing by the radar. In addition to the non-contact method, And is not greatly influenced by the external illumination or the weather, it is getting a new spotlight in the field of biological signal sensing.

생체 신호 측정 레이더 기술 분야는 크게 펄스 레이더를 이용하는 방식(펄스 레이더 방식)과 도플러 레이더를 이용하는 방식(도플러 레이더 방식)으로 구분된다.The bio-signal measurement radar technology is largely classified into a pulse radar system (pulse radar system) and a Doppler radar system (Doppler radar system).

펄스 레이더 방식은 임펄스를 송수신하면서 펄스의 도착 시간을 측정하여 인체의 움직임을 추정하는데, 일반적으로 벌크 모션(동작이 큰 모션, 예를 들면 걷기, 뛰기, 제자리 팔 흔들기 등)의 패턴 측정에 용이하다.The pulse radar method is useful for pattern measurement of bulk motion (motion with a lot of motion, for example, walking, running, shaking the arm, etc.) in general by measuring the arrival time of a pulse while transmitting and receiving an impulse .

최근에 생체 신호 센싱 분야에서 제품화에 근접하고 있는 펄스 레이더 방식은 호흡 측정이 가능하며, 이를 이용하여 수면 패턴을 측정하는 분야에 응용되고 있다.In recent years, the pulse radar system, which is approaching commercialization in the field of bio-signal sensing, is capable of breath measurement, and has been applied to the field of measuring sleep patterns using this.

한편, 도플러 레이더 방식은 반송파를 송수신하면서 반송파의 도착 위상차를 측정하여 인체의 움직임을 추정하는 것으로, 임펄스 방식과는 달리 반송파의 주파수를 어떤 값으로 사용하느냐에 따라 벌크 모션에서부터 심박과 같은 미세한 마이크로 모션도 측정이 가능하여, 미래유망 기술로서 도플러 레이더 방식에 대한 연구가 활발히 진행중이다.On the other hand, the Doppler radar method estimates the motion of the human body by measuring the arrival phase difference of a carrier while transmitting and receiving a carrier wave. Unlike the impulse method, a minute micro-motion such as a heartbeat from a bulk motion depends on the frequency of the carrier wave. Doppler radar systems are being studied actively as future promising technologies.

기존의 도플러 레이더 방식을 이용한 생체 신호 센싱 연구에서 제안되고 있는 장치로는 네트워크 분석 장비, 단일 반송파 송수신 장치, 주파수 변조 연속 파형 송수신 장치가 있는데, 이들 장치들은 하나의 시간 시점에서 하나의 주파수를 갖는 반송파를 이용한다는 공통점이 있다.Among the devices proposed in the study of biological signal sensing using the conventional Doppler radar system are a network analyzing device, a single carrier transmitting / receiving device, and a frequency modulating continuous wave transmitting / receiving device. These devices include a carrier wave Is used.

도플러 레이더 방식의 장점은 움직임에 대한 민감도가 높아 인체의 미세한 움직임도 감지 가능하다는 것이다. 그러나, 움직임에 너무 민감하게 되면 실제 생활에 적용 시 다중경로로 전파되는 레이더 신호의 페이딩 현상에 취약한 문제가 있어 실제 생활에 적용되기가 어려운 단점이 있다.
The advantage of the Doppler radar method is that it is highly sensitive to motion, allowing the human body to detect minute movements. However, if it is too sensitive to movements, it is vulnerable to the fading phenomenon of the radar signal propagating in the multi-path when applied to real life, which makes it difficult to apply to real life.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 다중 캐리어를 포함하는 기저 대역 신호를 송수신하면서 도플러를 측정함으로써 다중경로로 인한 페이딩 현상에 강인하게 설계되어 마이크로 도플러를 측정할 수 있는 다중 캐리어 도플러 레이더에 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 method and apparatus for measuring a Doppler frequency by transmitting and receiving a baseband signal including multi- The present invention relates to a multi-carrier Doppler radar that is designed and can measure micro Doppler.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 다중 캐리어 도플러 레이더는, 기저 대역 신호를 송신한 후, 송신한 기저 대역 신호가 물체에 반사되어 되돌아오는 기저 대역 신호를 바탕으로 도플러를 측정하는 도플러 레이더에 있어서, 상기 도플러 레이더는 상기 기저 대역 신호로서 다중 캐리어를 포함하는 기저 대역 신호를 이용하고, 상기 도플러 레이더는 수신한 기저 대역 신호를 푸리에 변환을 통해 N개의 주파수 신호로 변환하고, 변환된 N개의 주파수 중 임의의 M개의 주파수 신호를 선택하고, 선택된 M개의 주파수 신호 각각에 캘리브레이션 상수를 곱해 출력되는 M개의 주파수 신호 각각의 위상 값을 추출하고, 추출된 M개의 위상 값 각각에 거리 변환 상수를 곱하여 출력되는 M개의 거리 정보 각각에 필터를 적용하여 출력되는 값을 합산하여 도플러 측정값을 출력하는 신호 처리부를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a multi-carrier Doppler radar system including a baseband signal transmitter for transmitting a baseband signal and measuring a Doppler frequency based on a baseband signal reflected back from the baseband signal, Wherein the Doppler radar uses a baseband signal including multiple carriers as the baseband signal and the Doppler radar converts the received baseband signal into N frequency signals through Fourier transform, Extracting a phase value of each of the M frequency signals output by multiplying the selected M frequency signals by a calibration constant, and performing a distance conversion on each of the extracted M phase values A filter is applied to each of M pieces of distance information output by multiplying a constant, Summed to a signal processing unit for outputting the Doppler measurements.

상기 신호 처리부는, 수신한 기저 대역 신호를 고속 푸리에 변환을 통해 N개의 주파수 신호로 변환하여 출력하는 푸리에 변환부; 상기 N개의 주파수 신호 중 임의의 M개의 주파수 신호를 선택하여 출력하는 랜덤 선택부; 상기 M개의 주파수 신호 각각에 캘리브레이션 상수를 곱하여, 캘리브레이션된 M개의 주파수 신호를 출력하는 제 1 곱셈부; 상기 캘리브레이션된 M개의 주파수 신호 각각의 위상 값을 추출하여 M개의 위상 값을 출력하는 위상 추출부; 상기 M개의 위상 값 각각에 거리 변환 상수를 곱하여 M개의 거리 정보를 출력하는 제 2 곱셈부; 상기 M개의 거리 정보를 각각 필터변수로 필터링하는 필터부; 및 상기 필터부로부터 출력되는 값을 합산하여 도플러 측정값을 출력하는 출력부를 포함한다.Wherein the signal processing unit comprises: a Fourier transform unit for converting the received baseband signal into N frequency signals through fast Fourier transform and outputting the frequency signals; A random selection unit for selecting and outputting arbitrary M frequency signals among the N frequency signals; A first multiplier for multiplying each of the M frequency signals by a calibration constant and outputting M frequency signals that have been calibrated; A phase extraction unit for extracting a phase value of each of the calibrated M frequency signals and outputting M phase values; A second multiplier for multiplying each of the M phase values by a distance conversion constant to output M distance information; A filter unit for filtering the M distance information using filter parameters; And an output unit for summing the values output from the filter unit and outputting a Doppler measurement value.

상기 제 1 곱셈부는 병렬로 구성되는 다수의 곱셈기로 이루어지고, 상기 위상 추출부는 병렬로 구성되는 다수의 위상 추출기로 이루어지고, 상기 제 2 곱셈부는 병렬로 구성되는 다수의 곱셈기로 이루어지고, 상기 필터부는 병렬로 구성되는 다수의 필터로 이루어져, 입력되는 신호에 대해 병렬 처리를 수행한다.Wherein the first multiplier comprises a plurality of multipliers arranged in parallel, the phase extractor comprises a plurality of phase extractors arranged in parallel, the second multiplier comprises a multiplicity of multipliers arranged in parallel, The unit is composed of a plurality of filters arranged in parallel, and performs parallel processing on an input signal.

상기 랜덤 선택부는 하기의 수학식 1을 이용하여 N개의 주파수 신호 중 임의의 M개의 주파수 신호를 선택한다.The random selection unit selects arbitrary M frequency signals among N frequency signals using Equation (1).

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, N개의 주파수 신호는 R0 ~ RN-1로 표현되고, M개의 주파수 신호는 Q0 ~ QM -1로 표현되는 경우, M개의 주파수 신호는 Q0 = Rm (0), Q1 = Rm (1), …, QM -1 = Rm(M-1)로 정의된다.Here, when N frequency signals are represented by R 0 to R N-1 and M frequency signals are represented by Q 0 to Q M -1 , M frequency signals are Q 0 = R m (0) , Q 1 = R m (1) , ... , And Q M -1 = R m (M-1) .

상기 신호 처리부는, 상기 제 1 곱셈부로부터 출력되는 캘리브레이션된 M개의 주파수 신호를 바탕으로 필터변수를 계산하여 상기 필터부로 출력하는 필터변수 계산부를 더 포함한다.The signal processing unit may further include a filter parameter calculation unit for calculating a filter parameter based on the calibrated M number of frequency signals output from the first multiplier and outputting the filter parameter to the filter unit.

상기 필터변수 계산부는 하기의 수학식 3을 이용하여 필터변수(wm)를 계산한다.The filter variable calculation unit calculates a filter variable w m by using the following equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서 |Ym|은 복소수로 표현되는 Ym의 크기값을 의미하고, Ym은 상기 제 1 곱셈부로부터 출력되는 캘리브레이션된 M개의 주파수 신호이다.
Here, | Y m | denotes a magnitude value of Y m expressed by a complex number, and Y m is a calibrated M frequency signals output from the first multiplier.

이와 같은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 캐리어 도플러 레이더는 다중 캐리어를 포함하는 기저 대역 신호의 송수신을 통해 도플러를 측정하도록 구현된다.The multi-carrier Doppler radar according to an embodiment of the present invention is implemented to measure Doppler through transmission and reception of a baseband signal including multiple carriers.

본 발명에서와 같이 다중 캐리어를 포함하는 기저 대역 신호를 이용하면 다중경로로 인해 발생하는 페이딩 현상에 강인한 도플러 레이더를 설계할 수 있다.The present invention can design a Doppler radar that is robust against the fading phenomenon caused by multipath using a baseband signal including multiple carriers.

따라서, 본 발명의 다중 캐리어 도플러 레이더를 이용하면, 복잡한 환경 하에서도 안정적으로 그리고 높은 정밀도로 마이크로 도플러(즉, 미세 동작)까지 측정할 수 있다.Therefore, by using the multi-carrier Doppler radar of the present invention, it is possible to measure the micro-Doppler (that is, fine operation) stably and with high accuracy under a complex environment.

또한, 본 발명의 다중 캐리어 도플러 레이더는 다중 캐리어를 한번에 송수신하여 도플러를 측정하는 방식이기 때문에, 단일 캐리어를 이용하여 주파수를 조금씩 높여가며 송수신하여 도플러를 측정하는 주파수 변조 연속 파형 방식의 도플러 레이더에 비하여 고속으로 동작이 가능하다.In addition, since the multi-carrier Doppler radar of the present invention transmits and receives multiple carriers at a time to measure Doppler, compared to the Doppler radar of frequency-modulating continuous waveform method in which the frequency is slightly increased by using a single carrier to measure the Doppler High-speed operation is possible.

따라서, 본 발명의 다중 캐리어 도플러 레이더를 이용하면, 도플러를 측정하는 데에 소요되는 시간이 짧아 저전력화를 도모할 수 있고, 움직임 속도 변화가 빠른 물체에 대한 측정에 유리하다.Therefore, when the multi-carrier Doppler radar of the present invention is used, the time required to measure the Doppler is short, so that the power consumption can be reduced and it is advantageous for the measurement of an object with a rapid change in the motion speed.

따라서, 본 발명의 다중 캐리어 도플러 레이더는 기존의 도플러 레이더로는 적용하기 어려웠던 생체 신호 모니터링 분야에도 효과적으로 활용될 수 있다.
Therefore, the multi-carrier Doppler radar of the present invention can be effectively utilized in the field of bio-signal monitoring, which was difficult to apply to the conventional Doppler radar.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 캐리어 도플러 레이더의 구성의 일례를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 캐리어 도플러 레이더의 신호 처리부의 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다중 캐리어 도플러 레이더에서 이용되는 다중 캐리어 기저 대역 신호를 주파수 영역으로 표시한 일례이다.1 is a configuration diagram showing an example of the configuration of a multi-carrier Doppler radar according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating the configuration of a signal processing unit of a multi-carrier Doppler radar according to an embodiment of the present invention.
3 is an example of a multi-carrier Doppler radar of the present invention in which a multi-carrier baseband signal is displayed in the frequency domain.

본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.For specific embodiments of the invention disclosed herein, specific structural and functional descriptions are set forth for the purpose of describing an embodiment of the invention only, and it is to be understood that the embodiments of the invention may be embodied in various forms, And should not be construed as limited to the embodiments described.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 “~사이에”와 “바로 ~사이에” 또는 “~에 이웃하는”과 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.It is to be understood that when an element is referred to as being "connected" or "connected" to another element, it may be directly connected or connected to the other element, . On the other hand, when an element is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another element, it should be understood that there are no other elements in between. Other expressions that describe the relationship between components, such as "between" and "between" or "neighboring to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 개시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms " comprising ", or " having ", and the like, are intended to specify the presence of stated features, integers, But do not preclude the presence or addition of steps, operations, elements, parts, or combinations thereof.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

한편, 어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
On the other hand, if an embodiment is otherwise feasible, the functions or operations specified in a particular block may occur differently from the order specified in the flowchart. For example, two consecutive blocks may actually be performed at substantially the same time, and depending on the associated function or operation, the blocks may be performed backwards.

이하, 본 발명의 실시 예에 따른 다중 캐리어 도플러 레이더에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
Hereinafter, a multi-carrier Doppler radar according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 다중 캐리어 도플러 레이더의 구성의 일례를 도시한 구성도이다.1 is a configuration diagram showing an example of the configuration of a multi-carrier Doppler radar according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 다중 캐리어 도플러 레이더(100)는 다중 캐리어를 포함하는 기저 대역 신호의 송수신을 통해 도플러를 측정하도록 구현되어, 다중경로로 인해 발생하는 페이딩 현상에 강인하게 설계될 수 있다.Referring to FIG. 1, the multi-carrier Doppler radar 100 of the present invention is implemented to measure Doppler through transmission and reception of a baseband signal including multiple carriers, and can be designed to be robust against fading caused by multipath have.

이러한 다중 캐리어 도플러 레이더(100)는 복잡한 환경 하에서도 안정적으로 그리고 높은 정밀도로 마이크로 도플러(즉, 미세 동작)까지 측정할 수 있고, 종래의 도플러 레이더에 비하여 고속으로 동작이 가능하여, 생체 신호 모니터링 분야에도 효과적으로 활용될 수 있다.The multi-carrier Doppler radar 100 can measure the micro-Doppler (that is, the fine operation) stably and with high accuracy under a complex environment, and can operate at a high speed compared to the conventional Doppler radar, Can be effectively utilized.

구체적으로, 상기 다중 캐리어 도플러 레이더(100)는 RF 송신부(110), 송신 안테나(120), RF 수신부(130), 수신 안테나(140), 오실레이터(150) 및 신호 처리부(160)로 구성된다.In detail, the multi-carrier Doppler radar 100 includes an RF transmitter 110, a transmit antenna 120, an RF receiver 130, a receive antenna 140, an oscillator 150, and a signal processor 160.

이때, 상기 다중 캐리어 도플러 레이더(100)는 기저 대역 신호를 RF 대역 신호로 변환하여 외부로 송신하고, 물체(O)에 반사되어 되돌아오는 RF 대역 신호를 수신하여 기저 대역 신호로 변환한 후, 변환된 기저 대역 신호를 바탕으로 도플러를 측정한다.At this time, the multi-carrier Doppler radar 100 converts a baseband signal into an RF band signal, transmits it to the outside, receives an RF band signal reflected back from the object O and converts it into a baseband signal, Doppler is measured based on the baseband signal.

상기 기저 대역 신호는 주파수 영역에서 서로 직교 특성을 갖는 캐리어를 2개 이상 포함하고 있는 신호를 역 푸리에(Inverse Fourier) 변환을 통해 시간 영역으로 변환한 신호이다.The baseband signal is a signal obtained by converting a signal including two or more carriers having orthogonal characteristics in the frequency domain into a time domain through an inverse Fourier transform.

상기 RF 송신부(110)는 기저 대역 신호(sn)를 RF 대역 신호로 변환하여 송신 안테나(120)를 통해 외부로 송신하고, RF 수신부(130)는 수신 안테나(140)를 통해 입력되는 RF 대역 신호를 수신하고, 기저 대역 신호로 변환하여 신호 처리부(160)로 제공한다. The RF transmitter 110 converts the baseband signal s n into an RF band signal and transmits the RF band signal to the outside via a transmit antenna 120. The RF receiver 130 receives an RF band Converts the received signal into a baseband signal, and provides it to the signal processing unit 160.

일례로, 상기 RF 송신부(110)는 디지털-아날로그 변환기(Digital-Analog Converter, DAC), 믹서, 전력 증폭기로 구성될 수 있고, 상기 RF 수신부(130)는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier, LNA), Mixer, 가변이득 증폭기(Variable Gain Amplifier, VGA), 아날로그-디지털 변환기(Analog-Digital Converter, ADC)로 구성될 수 있다.For example, the RF transmitter 110 may include a digital-analog converter (DAC), a mixer, and a power amplifier. The RF receiver 130 may include a low noise amplifier (LNA) A mixer, a variable gain amplifier (VGA), and an analog-to-digital converter (ADC).

상기 RF 송신부(110) 및 RF 수신부(130)는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 공공연히 사용되는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.The RF transmitter 110 and the RF receiver 130 are publicly used in the technical field of the present invention, and a detailed description thereof will be omitted.

이때, 상기 RF 송신부(110)와 RF 수신부(130)는 오실레이터(150)에 의해 동기되어 동작하며, 상기 RF 수신부(130)로 입력되는 RF 대역 신호는 RF 송신부(110)로부터 전송된 RF 대역 신호가 물체(O)에 반사되어 되돌아온 신호로서, RF 수신부(130)에 의해 변환되어 신호 처리부(160)로 출력되는 신호는 기저 대역 신호(rn)이다.The RF transmitter 110 and the RF receiver 130 operate in synchronization with each other through an oscillator 150. An RF band signal input to the RF receiver 130 is converted into an RF band signal transmitted from the RF transmitter 110, The signal converted by the RF receiving unit 130 and output to the signal processing unit 160 is the baseband signal r n .

설명의 편의를 위하여, RF 송신부(110)로 입력되어 RF 대역 신호로 변환되는 기저 대역 신호(sn)를 ‘송신 기저 대역 신호’라 하고, RF 수신부(130)에 의해 변환되어 신호 처리부(160)로 출력되는 기저 대역 신호(rn)를 ‘수신 기저 대역 신호’라 한다.For convenience of explanation, the baseband signal s n input to the RF transmitter 110 and converted into the RF band signal is referred to as a 'transmission baseband signal', and converted by the RF receiver 130 to be supplied to the signal processor 160 ) the baseband signal (r n) which is output is referred to as "receiving baseband signal".

상기 신호 처리부(160)는 RF 수신부(130)로부터 출력되는 수신 기저 대역 신호를 수신하여, 외부 물체(O)의 움직임으로 인해 발생하는 도플러를 측정하여 도플러 측정값을 출력한다.The signal processing unit 160 receives the received baseband signal output from the RF receiving unit 130 and measures Doppler generated due to movement of the external object O and outputs a Doppler measurement value.

상기 신호 처리부(160)의 구체적인 구성 및 동작에 대해서는 첨부된 도 2를 참조하여 하기에서 설명한다.
The specific configuration and operation of the signal processing unit 160 will be described below with reference to FIG. 2 attached hereto.

도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 다중 캐리어 도플러 레이더의 신호 처리부의 구성을 도시한 도면이다.2 is a diagram illustrating the configuration of a signal processing unit of a multi-carrier Doppler radar according to an embodiment of the present invention.

도 2에 도시된 신호 처리부(200)는 도 1의 신호 처리부(160)에 적용될 수 있는 것으로서, RF 수신부(130)로부터 출력되는 기저 대역 신호를 수신하고, 수신한 기저 대역 신호를 처리하여 도플러 측정값을 출력한다.The signal processing unit 200 shown in FIG. 2 is applicable to the signal processing unit 160 shown in FIG. 1. The signal processing unit 200 receives a baseband signal output from the RF receiving unit 130, processes the received baseband signal, Output the value.

구체적으로, 상기 신호 처리부(200)는 푸리에 변환부(210), 랜덤 선택부(220), 제 1 곱셈부(230), 위상 추출부(240), 제 2 곱셈부(250), 필터부(260), 필터변수 계산부(270) 및 출력부(280)로 구성될 수 있다.The signal processing unit 200 includes a Fourier transform unit 210, a random selection unit 220, a first multiplier 230, a phase extraction unit 240, a second multiplier 250, 260, a filter variable calculation unit 270, and an output unit 280.

상기 푸리에 변환부(210)는 수신 기저 대역 신호(rn)를 고속 푸리에 변환(Fast Fourier Transform, FFT)을 통해 N개의 주파수 신호(R0 ~ RN-1)로 변환한다.The Fourier transformer 210 transforms the received baseband signal r n into N frequency signals R 0 to R N-1 through Fast Fourier Transform (FFT).

예를 들어, 상기 푸리에 변환부(210)는 N-point FFT을 이용할 수 있으며, Nrodml 주파수 신호(R0 ~ RN-1)는 기저 대역 신호에 포함되어 있는 캐리어이다.For example, the Fourier transform unit 210 may use an N-point FFT, and the Nrodml frequency signals R 0 to R N-1 are carriers included in the baseband signal.

상기 랜덤 선택부(220)는 푸리에 변환부(210)로부터 출력되는 N개의 주파수 신호 중 임의의 M개의 주파수 신호(Q0 ~ QM -1)를 선택한다.The random selection unit 220 selects arbitrary M frequency signals (Q 0 to Q M -1 ) out of N frequency signals output from the Fourier transform unit 210.

이때, 상기 랜덤 선택부(220)는 하기의 수학식 1을 이용하여 N개의 주파수 신호(R0 ~ RN-1)에서 임의의 M개의 주파수 신호(Q0 ~ QM -1, 여기서 Q0 = Rm (0), Q1 = Rm (1), …, QM -1 = Rm (M-1))를 선택한다.At this time, the random selection unit 220 generates M random frequency signals (Q 0 to Q M -1 , where Q 0 to R N-1 ) from N frequency signals (R 0 to R N-1 ) = R m (0) , Q 1 = R m (1) , ..., Q M -1 = R m (M-1) .

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00003
Figure pat00003

여기서, m(0), …, m(M-1)은 새로운 수신 기저 대역 신호(rn)의 주파수 신호(Q0 ~ QM -1)가 입력될 때마다 달라진다.Here, m (0), ... , M (M-1) it is varied each time the frequency signals (Q 0 ~ Q M -1) of the new receive baseband signal (r n) is input.

그리고, 상기 제 1 곱셈부(230)는 병렬로 구성되는 다수의 곱셈기로 이루어져, 랜덤 선택부(220)에 의해 임의 선택되어 출력되는 M개의 주파수 신호(Q0 ~ QM -1) 각각에 캘리브레이션 상수(Cm(0), Cm(1), …, Cm(M-1))를 곱하여, 병렬적으로 한 번에 캘리브레이션된 M개의 주파수 신호(Y0, Y1, …, YM -1)를 출력한다.The first multiplier 230 is composed of a plurality of multipliers arranged in parallel. The first multiplier 230 multiplies each of the M frequency signals Q 0 to Q M -1 , which are arbitrarily selected and output by the random selection unit 220, constant (C m (0), C m (1), ..., C m (M-1)) for multiplying, in parallel with one of M frequency signal (Y 0, Y 1 calibration in, ..., Y M -1 ).

이때, 상기 캘리브레이션 상수(C)는 도 1의 다중 캐리어 도플러 레이더(100)에서 송신되는 신호가 물체(O)로부터 전반사되는 경우에 있어서 주파수 신호 R이 모두 1이 되게 하는 상수이다.The calibration constant C is a constant that causes the frequency signal R to be all 1 when a signal transmitted from the multi-carrier Doppler radar 100 of FIG. 1 is totally reflected from the object O. FIG.

그리고, 상기 위상 추출부(240)는 병렬로 구성되는 다수의 위상 추출기로 이루어져, 제 1 곱셈부(230)로부터 출력되는 캘리브레이션된 M개의 주파수 신호(Y0, Y1, …, YM -1) 각각의 위상 값(θ0, θ1, …, θM-1)을 추출한다. 여기서, 상기 캘리브레이션된 M개의 주파수 신호(Y0, Y1, …, YM -1)는 복소수이다.The phase extracting unit 240 is composed of a plurality of phase extractors configured in parallel and outputs the calibrated M frequency signals Y 0 , Y 1 , ..., Y M -1 (? 0 ,? 1 , ...,? M-1 ). Here, the calibrated M frequency signals (Y 0 , Y 1 , ..., Y M -1 ) are complex numbers.

그리고, 상기 제 2 곱셈부(250)는 병렬로 구성되는 다수의 곱셈기로 이루어져, 위상 추출부(240)로부터 추출되는 M개의 위상 값(θ0, θ1, …, θM-1) 각각에 거리 변환 상수(b/fm(0), b/fm(1), …, b/fm(M-1))를 곱하여, 병렬적으로 한 번에 M개의 거리 정보(d0, d1, …, dM -1)를 출력한다.The second multiplier 250 is composed of a plurality of multipliers arranged in parallel and is connected to each of M phase values (? 0 ,? 1 , ...,? M-1 ) extracted from the phase extraction unit 240 distance conversion constant (b / f m (0) , b / f m (1), ..., b / f m (m-1)) for multiplying, m of the distance information at a time in parallel (d 0, d 1 , ..., d M -1 ).

이때, b는 상수값으로서 b = c/4π(c는 광속 상수)와 같이 계산되고, fm(i)는 하기 수학식 2에 의해 결정된다.At this time, b is calculated as a constant value as b = c / 4? (C is a light flux constant), and f m (i) is determined by the following equation (2).

[수학식 2]&Quot; (2) "

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, fmin는 기재 대역 신호의 최소 캐리어 주파수이고, Δf는 캐리어 간 간격을 의미하며, 도 3에는 본 발명의 다중 캐리어 도플러 레이더에서 이용되는 다중 캐리어 기저 대역 신호를 주파수 영역으로 표시한 일례가 도시되어 있다.Herein, f min is the minimum carrier frequency of the baseband signal ,? F is the intercarrier spacing, and FIG. 3 is an example of a multi-carrier baseband signal used in the multi- carrier Doppler radar of the present invention, .

상기 필터부(260)는 병렬로 구성되는 다수의 필터로 이루어져, 제 2 곱셈부(250)로부터 출력되는 M개의 거리 정보(d0, d1, …, dM -1)를 각각 필터변수(w0, w1, …, wM -1)로 병렬적으로 한 번에 필터링하며, 필터변수(w0, w1, …, wM -1)는 필터변수 계산부(270)로부터 제공된다.The filter unit 260 is composed of a plurality of filters arranged in parallel and divides M distance information (d 0 , d 1 , ..., d M -1 ) output from the second multiplier 250 into filter parameters w 0, w 1, ..., and filtered at a time in parallel with w M -1), the filter parameter (w 0, w 1, ... , w M -1) is supplied from the filter parameter calculating section 270 .

상기 필터변수 계산부(270)는 제 1 곱셈부(230)로부터 출력되는 캘리브레이션된 M개의 주파수 신호(Y0, Y1, …, YM -1)를 바탕으로 필터변수(w0, w1, …, wM -1)를 계산하여 출력한다.The filter parameter calculator 270 calculates filter parameters w 0 , w 1 , ..., Y M -1 based on the calibrated M frequency signals Y 0 , Y 1 , ..., Y M -1 output from the first multiplier 230 , ..., w M -1 ).

이때, 상기 필터변수 계산부(270)는 하기의 수학식 3에 따라 필터변수를 계산한다.At this time, the filter parameter calculator 270 calculates a filter parameter according to Equation (3).

[수학식 3]&Quot; (3) "

Figure pat00005
, 여기서 |Ym|은 복소수로 표현되는 Ym의 크기값을 의미한다.
Figure pat00005
, Where | Y m | denotes the magnitude of Y m expressed as a complex number.

따라서, 상기 필터변수 계산부(270)는 새로운 기저 대역 신호가 입력될 때문에 수학식 3을 이용하여 필터변수를 계산한다.Therefore, since the new baseband signal is input, the filter parameter calculator 270 calculates the filter parameter using Equation (3).

상기 출력부(280)는 필터부(260)로부터 출력되는 값을 합산하여 도플러 측정값(dout)을 출력한다.The output unit 280 sums the values output from the filter unit 260 and outputs a Doppler measurement value d out .

따라서, 제 1 곱셈부(330), 위상 추출부(240), 제 2 곱셈부(250) 및 필터부(260)는 입력되는 신호에 대한 병렬 처리를 수행하기 때문에, 기존의 주파수 변조 연속 파형 방식에 비하여 고속으로 동작하는 것이 가능하다.
Therefore, since the first multiplier 330, the phase extractor 240, the second multiplier 250, and the filter unit 260 perform parallel processing on the input signals, the conventional frequency- It is possible to operate at a high speed.

한편, 본 발명에 따른 다중 캐리어 도플러 레이더를 실시 예에 따라 설명하였지만, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명과 관련하여 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 범위 내에서 여러 가지의 대안, 수정 및 변경하여 실시할 수 있다.
While the present invention has been described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the scope of the present invention is not limited to the specific embodiments, but various changes and modifications may be made without departing from the scope of the present invention. Alternatives, modifications, and alterations may be made.

따라서, 본 발명에 기재된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
Therefore, the embodiments described in the present invention and the accompanying drawings are intended to illustrate rather than limit the technical spirit of the present invention, and the scope of the technical idea of the present invention is not limited by these embodiments and accompanying drawings . The scope of protection of the present invention should be construed according to the claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be construed as falling within the scope of the present invention.

100 : 다중 캐리어 도플러 레이더
110 : RF 송수신부 120 : 송신 안테나
130 : RF 수신부 140 : 수신 안테나
150 : 오실레이터 160, 200 : 신호 처리부
210 : 푸리에 변환부 220 : 랜덤 선택부
230 : 제 1 곱셈부 240 : 위상 추출부
250 : 제 2 곱셈부 260 : 필터부
270 : 필터변수 계산부 280 : 출력부100: multiple carrier Doppler radar
110: RF transmitting and receiving unit 120: transmitting antenna
130: RF receiving section 140: receiving antenna
150: oscillator 160, 200: signal processor
210: Fourier transform unit 220: Random selection unit
230: first multiplying unit 240: phase extracting unit
250: second multiplier 260: filter unit
270: Filter variable calculation unit 280: Output unit

Claims (1)

기저 대역 신호를 송신한 후, 송신한 기저 대역 신호가 물체에 반사되어 되돌아오는 기저 대역 신호를 바탕으로 도플러를 측정하는 도플러 레이더에 있어서,
상기 도플러 레이더는 상기 기저 대역 신호로서 다중 캐리어를 포함하는 기저 대역 신호를 이용하고,
상기 도플러 레이더는 수신한 기저 대역 신호를 푸리에 변환을 통해 N개의 주파수 신호로 변환하고, 변환된 N개의 주파수 중 임의의 M개의 주파수 신호를 선택하고, 선택된 M개의 주파수 신호 각각에 캘리브레이션 상수를 곱해 출력되는 M개의 주파수 신호 각각의 위상 값을 추출하고, 추출된 M개의 위상 값 각각에 거리 변환 상수를 곱하여 출력되는 M개의 거리 정보 각각에 필터를 적용하여 출력되는 값을 합산하여 도플러 측정값을 출력하는 신호 처리부를 포함하는
다중 캐리어 도플러 레이더.
A Doppler radar for measuring a Doppler based on a baseband signal transmitted after a baseband signal is transmitted and a transmitted baseband signal reflected by an object,
Wherein the Doppler radar uses a baseband signal including multiple carriers as the baseband signal,
The Doppler radar converts the received baseband signal into N frequency signals through Fourier transform, selects arbitrary M frequency signals among the N converted frequencies, multiplies the selected M frequency signals by a calibration constant, And outputs a Doppler measurement value by summing output values by applying a filter to each of the M distance information outputted by multiplying the extracted M phase values by a distance conversion constant The signal processing unit
Multi carrier Doppler radar.
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