KR20190085774A - 능동형 레이더 모의 타겟 장치 - Google Patents

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Abstract

개시된 레이더 모의 타겟 장치는 피측정장치에서 송신하는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 파형 신호를 수신하여 FMCW 파형 프로파일을 검출한다. 이 검출된 프로파일에 모의 타겟의 위치와 속도를 반영하여 모의 타겟 신호 프로파일이 산출된다. 일 양상에 따라, 모의 타겟 신호 프로파일을 가진 레이더 신호가 생성되고, 피측정장치에 반사파로 제공되는 모의 타겟 신호가 송출된다.
또다른 양상에 따르면, 모의 타겟 신호 프로파일을 가진 레이더 신호의 생성 회로는 상용화된 레이더 송수신 집적회로를 이용하여 구현된다.

Description

능동형 레이더 모의 타겟 장치{Active Radar Target Simulating Apparatus}
레이더 기술, 특히 레이더를 시험하기 위한 모의 타겟 장치에 관한 기술이 개시된다.
레이더는 관찰 지역(observation area) 내에 전자파를 송출하여 반사파로부터 타겟(target)의 거리(range), 시선 속도(radial velocity) 및 반사파 전력(echo signal power)을 측정한다. 잡음이 개재된 환경에서 이러한 타겟 프로파일들을 동시에 그리고 다중 타겟 상황(multiple target situation)에서 결정하는 것은 레이더 시스템 설계 및 레이더 파형과 신호 처리에 기술적 도전을 부과한다. 레이더는 또한 방위각(azimuth angle)과 고도각(elevation angle)을 제공할 수 있다.
이러한 레이더 장치를 시험하기 위한 장치, 예를 들면 Rohde&Schwarz 사의 ARTS9510 장치가 알려져 있다. 이 장치는 안테나를 통해 수신한 레이더 파형 신호를 주파수 다운 변환(frequency down convert)한 후 설정된 지연값만큼 지연시켜 다시 주파수 업 변환(frequency up convert)해서 송신 안테나를 통해 송출하는 구성을 가지고 있다. 이러한 종래 장치는 안테나에서 수신된 신호를 타겟의 속도와 거리만큼 조작하여 재송출하므로 수신된 신호에 민감도나 성능이 좌우되며 따라서 피측정 레이더 장치에 따라 시험 특성이 안정화되지 못하는 문제점이 있다. 또한 신호의 조작이 제한되어 타겟의 속도나 거리의 설정이 자유롭지 못하다.
2017.1.12.자 공개된 미국 공개특허공보 US2017/0010346A1에는 레이더 안테나와 컴퓨터 유닛을 구비하고, 피시험 레이더에서 송출하는 신호를 수신하여 반사파를 흉내(emulate)내는 시험 장치(test bench)를 개시하고 있다. 이 시험 장치는 레이더 안테나를 각범위(angular range) 내에서 이동하면서 상대 위치와 속도(relative position and speed)를 가진 타겟을 흉내내도록 안테나가 움직이거나 복수의 안테나를 어레이 상으로 배열하여 제어하는 기술을 개념적으로 제안하고 있다.
제안된 발명은 피측정 레이더 장치의 특성에 무관하게 안정된 시험이 가능한 레이더 모의 타겟 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
나아가 제안된 발명은 타겟의 다양한 특성을 보다 자유롭게 설정하는 것이 가능한 레이더 모의 타겟 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
제안된 발명은 기존 레이더 송수신칩을 사용하여 정교한 시험 장치를 간단하고 저렴하게 구현하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
일 양상에 따르면, 레이더 모의 타겟 장치는 피측정장치에서 송신하는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더 파형 신호를 수신하여 FMCW 파형 프로파일을 검출한다. 이 검출된 프로파일에 모의 타겟의 위치와 속도를 반영하여 모의 타겟 신호 프로파일이 산출된다. 일 양상에 따라, 모의 타겟 신호 프로파일을 가진 레이더 신호가 생성되고, 피측정장치에 반사파로 제공되는 모의 타겟 신호가 송출된다. 종래 모의 타겟 장치는 피측정장치가 송출한 레이더 파형 신호를 수신하여 지연시키거나 변환시켜 재송출하는데 반해, 제안된 모의 타겟 장치는 피측정장치가 송출한 레이더 신호 파형의 파형 프로파일을 검출하고, 그 프로파일을 가진 전혀 새로운 레이더 파형 신호를 피측정장치에 제공하는 반사파로 생성한다.
또다른 양상에 따르면, 모의 타겟 신호 프로파일을 가진 레이더 신호는 상용화된 레이더 송수신 집적회로에 의해 생성된다. 이에 의해 회로의 정교함에도 불구하고, 구현이 간단해진다.
또다른 양상에 따르면, 신호 프로파일이 검출하는 FMCW 파형 프로파일은 변조주기(PRI : Pulse Repetition Interval)의 최저 주파수 시점과 최고 주파수 시점, 최저 주파수와 최고 주파수를 포함한다. 추가적으로, 이 프로파일은 전력값을 더 포함할 수 있다.
또다른 양상에 따르면, 신호 프로파일 검출부에서 검출한 FMCW 파형 프로파일 정보의 정확성과, 레이더 모의 타겟 장치의 설치 오차를 점검하는 수단이 마련된다. 이 양상에 따르면, 신호 프로파일 검출부에서 검출된 FMCW 파형 프로파일을 가진 레이더 신호 파형을 송출하도록 설정되나 송출단은 종단저항에 연결되어 접지되고 수신단은 상기 수신 안테나에 연결되는 FMCW 레이더 송수신 집적회로가 추가로 구비된다. 제어부는 모의 타겟 신호 프로파일 산출부에서 산출된 모의 타겟 신호 프로파일 정보를, 설치점검정보 생성부에서 출력되는 거리(range)값과 도플러 천이(Doppler shift)값을 기준값과 비교한 차이값을 반영하여 보정할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 모의 타겟 신호 파형을 송출하는 송출단과 송신 안테나 사이에는 가변 감쇄기를 더 포함할 수 있다. 이에 의해 FMCW 레이더 송수신 집적회로의 출력 편차를 보정할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 레이더 모의 타겟 장치는 송신 안테나를 구동하여 이동시키면서 측정하거나 혹은 복수의 송신 안테나를 공간상에 배열함에 의해, 타겟의 각 위치(angular position)를 변경하는 것이 가능하고, 이를 이용하여 피측정 장치의 각 위치 검출 능력을 시험할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 레이더 모의 타겟 장치는 송신 안테나를 구동하여 이동시키면서 측정하거나 혹은 복수의 송신 안테나를 공간상에 배열함에 의해, 이동 타겟을 흉내내는 것이 가능하고, 이를 이용하여 피측정장치의 이동 타겟을 검출하거나 추적하는 능력을 시험할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 레이더 모의 타겟 장치는 송신 안테나를 구동하여 이동시키면서 측정하거나 혹은 복수의 송신 안테나를 공간상에 배열함에 의해, 다중 타겟을 흉내내는 것이 가능하고, 이를 이용하여 피측정장치의 다중 타겟을 검출하거나 추적하는 능력을 시험할 수 있다.
제안된 발명에 따라, 피측정 장치의 레이더 신호 파형의 프로파일에 기초한 모의 타겟 신호가 생성되므로, 타겟의 보다 자유로운 설정이 가능해진다.
또한 레이더 모의 타겟 장치의 구성의 상당 부분이 상용화된 레이더 송수신 집적회로로 구현되므로, 구현의 비용이 절감되고 정밀도가 향상되며 회로 구성이 간단해진다.
이에 따라 다중 타겟이나 이동 타겟의 시험을 위한 장치도 신뢰성 있게 구현 가능해진다.
도 1은 일 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치를 설치하여 레이더를 시험하는 설비의 구성을 도식적으로 도시한다.
도 2는 일 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 3은 FMCW 레이더 파형 생성부(500)가 상용화된 FMCW 레이더 송수신 집적회로로 구현된 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다.
도 4는 FMCW 레이더 파형 신호의 송신 신호, 수신 신호, 비트 신호의 주파수 변화를 예시적으로 도시한 그래프이다.
도 5는 일 실시예에 따른 신호 프로파일 검출부(300)의 구성을 도시한 블록도이다.
도 6은 프로파일 분석부(310)의 동작을 설명하기 위한 파형도이다.
도 7은 또다른 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도 8은 또다른 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
전술한, 그리고 추가적인 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명하는 실시예들을 통해 구체화된다. 각 실시예들의 구성 요소들은 다른 언급이나 상호간에 모순이 없는 한 실시예 내에서 다양한 조합이 가능한 것으로 이해된다.
도 1은 일 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치를 설치하여 레이더를 시험하는 설비의 구성을 도식적으로 도시한다. 먼저 무반사 전파 차폐실(RF anechoic shielded chamber)(30)이 준비된다. 제안된 발명에 따른 레이더 모의 타겟 장치(10,70)가 이 차폐실의 외부에 설치되고, 그 송수신 안테나들(70)이 챔버 내부로 도입된다. 대향하는 벽에는 피측정 장치(DUT, Device Under Test) (50)가 설치된다. 피측정 장치는 레이더 신호 파형을 송출하고 그 반사파를 수신하여 타겟의 위치와 속도를 검출하는 장치이다. 제안된 발명에 따른 레이더 모의 타겟 장치(10,70)는 피측정 장치(50)가 송출한 레이더 신호 파형을 수신하여, 설정된 타겟에서 반사될 경우 반사되는 반사파를 생성하여 피측정 장치(50)로 송출함으로써, 피측정 장치(50)의 동작을 검사하도록 도와주는데 사용될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치의 구성을 도시한 블록도이다.
도시된 바와 같이, 일 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치는 송신 안테나(510)와, 수신 안테나(410)와, 신호 프로파일 검출부(300)와, 제어부(100) 및 FMCW 레이더 파형 생성부(500)를 포함한다. 송신 안테나(510)는 모의 타겟 신호를 피측정장치(DUT)로 송출한다. 수신 안테나(410)는 피측정장치에서 송신하는 FMCW 레이더 파형 신호를 수신한다. 일 실시예에서 송신 안테나(510)와 수신 안테나(410)는 4GHz의 대역폭을 가지고 76-81 GHz의 레이더 파형 신호를 송수신하는 패치 배열 안테나(patch array antenna)로 구성된다.
신호 프로파일 검출부(300)는 수신 안테나(410)를 통해 수신된 레이더 파형 신호에서 FMCW 파형 프로파일을 검출한다. 도 4는 FMCW 레이더 파형 신호의 송신 신호, 수신 신호, 비트 신호의 주파수 변화를 예시적으로 도시한 그래프이다. 도 4(a)는 피측정 장치(DUT)에서 송출될 수 있는 FMCW 레이더 파형 신호의 일 예를 도시한다. FMCW 레이더 파형 신호는 한 주기에 있어서 fmin 주파수에서 fmax 주파수간에 연속적으로 주파수가 변화한다. 증가 구간과 감소 구간은 비대칭적일 수 있고, 구간 사이에 주파수가 일정한 구간이 개재될 수 있다. 일 양상에 따르면, 신호 프로파일 검출부(300)가 검출하는 FMCW 파형 프로파일은 변조주기와, 변조주기(PRI : Pulse Repetition Interval)의 최저 주파수 시점(ts)과 최고 주파수 시점(te), 최저 주파수(fmin)와 최고 주파수(fmax)를 포함할 수 있다. 변조주기는 tp - ts 로부터 산출될 수 있다. 레이더 파형 프로파일은 여러 형태로 표현될 수 있음이 주목되어야 한다. 첩(chirp)의 프로파일을 표현하는 이 분야에서 알려진 다양한 표현, 예를 들면 비트 주파수, 첩 (chirp period)주기, 도플러 천이(Doppler shift), 주파수 변화율 등의 용어의 조합을 통해 이러한 프로파일이 표현될 수 있음을 감안하여 용어가 해석되어야 한다.
일 실시예에 있어서, 신호 프로파일 검출부(300)는 위상고정루프(Phase Locked Loop)를 이용하여 구현될 수 있다. 또다른 예로 신호 프로파일 검출부(300)는 수신된 레이더 파형 신호를 복조하여 중간주파 신호로 변환한 후 샘플링하여 디지털로 변환하고 그 주파수를 카운터로 카운터하여 검출하는 디지털 회로로 구현할 수 있다.
제어부(100)는 외부의 별도의 컴퓨터, 프로그래머블 로직 컨트롤러, 마이크로프로세서, 디지털 신호처리기, FPGA(Field Programmable Gate Array), 또는 이들의 조합으로 구현될 수 있다. 제어부(100)는 메모리를 포함할 수 있다. 메모리에는 데이터가 저장되며, 추가로 제어 프로그램이 저장될 수 있다. 언급되는 제어부(100)의 구성요소들은 FPGA의 내부에 기능적인 블록들로 구현될 수도 있고, 또다른 예에서 컴퓨터나, 마이크로프로세서나 디지털 신호처리기와 같은 컴퓨팅 디바이스가 처리하는 명령어 세트로 구현될 수도 있다.
일 양상에 따라, 제어부(100)는 모의 타겟 신호 프로파일 산출부(110)를 포함한다. 모의 타겟 신호 프로파일 산출부(110)는 신호 프로파일 검출부(300)에서 검출된 FMCW 파형 프로파일에 타겟 위치(range)와 속도(radial velocity)를 반영한 모의 타겟 신호 프로파일을 산출한다.
도 4(b)는 도 4(a)에서 송신된 레이더 파형 신호가 타겟에서 반사된 파형 신호의 예를 도시한다. 레이더에서 송신 신호와 수신 신호의 지연(d)은 레이더 송신 안테나와 타겟간의 거리를 반영한다. 도 4(c)는 도 4(a)의 파형 신호를 송신하였을 때 도 4(b)의 반사파가 수신된 경우 비트 주파수를 도시한다. 도플러 효과에 의해서 타겟과 레이더 간의 상대 속도에 따라 반사파의 주파수는 증감하므로 송신 파형 신호의 주파수와 수신 파형 신호의 주파수의 차이인 비트 주파수 fd = |fs - fr | 는 타겟과 레이더 간의 상대 속도를 반영한다. 송수신 파형 신호간의 지연시간과 비트 주파수로부터 타겟과의 거리 및 상대속도를 구하는 수식은 널리 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
타겟의 위치와 속도가 주어지면, 송신파와 반사파의 지연 시간(d)과 비트 주파수(fd)가 구해진다. 송신파에서 검출된 신호 프로파일 중 변조주기(tp - ts), 최저 주파수 시점(ts)과 최고 주파수 시점(te) 데이터에 지연시간(d)을 가산하여 반사파의 변조주기(tr,p-tr,s), 변조주기의 최저 주파수 시점(tr,s)과 최고 주파수 시점(tr,e) 데이터를 구한다. 또 송신파에서 검출된 신호 프로파일 중 최저 주파수(fmin)와 최고 주파수(fmax) 데이터와, 구해진 비트 주파수(fd)를 알려진 공식에 대입하여 반사파의 최저 주파수(fr,min)와 최고 주파수(fr,max)가 산출된다.
다시 도 2로 돌아가서, FMCW 레이더 파형 생성부(500)는 산출된 모의 타겟 신호 프로파일을 가진 모의 타겟 신호를 생성하여 송신 안테나(510)로 출력한다. 도시된 실시예에 있어서, FMCW 레이더 파형 생성부(500)는 가변주파수 정현파 발진기(551)와, 전력 증폭기(531)를 포함한다. 가변주파수 정현파 발진기(551)는 산출된 모의 타겟 신호 프로파일에 따라 결정된 주파수와 클럭 입력에 동기화된 정현파를 발진한다. 모의 타겟 신호 프로파일 산출부(110)는 가변주파수 정현파 발진기(551)를 제어하되, 검출된 FMCW 레이더 파형 프로파일의 최저 주파수 시점(tr,s)에 최저 주파수(fr,min)에 도플러 쉬프트 주파수 fd를 추가한 주파수로 발진을 시작하여 주파수를 증가시켜가다 그 최고 주파수 시점(tr,e)에 최고 주파수(fr,max)에 도플러 쉬프트 주파수 fd를 추가한 주파수가 발진되고 다시 주파수를 감소시켜 tr,p 시점에 그 최저 주파수(fr,min)에 도플러 쉬프트 주파수 fd를 추가한 주파수로 발진하도록 제어한다.
추가적인 양상에 따르면, 신호 프로파일 검출부(300)가 검출하는 FMCW 파형 프로파일이 전력값을 더 포함할 수 있다. 피측정장치가 송출하는 레이더 파형 신호의 전력값을 측정하여, FMCW 레이더 파형 생성부(500)가 송출하는 전력을 조절할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 레이더 모의 타겟 장치는 조작부(210)를 더 포함할 수 있다. 조작부(210)는 터치 스크린, 마우스, 키보드 등 알려진 정보 입력 수단이 될 수 있다. 추가로, 레이더 모의 타겟 장치는 표시부(230)를 더 포함할 수 있다. 표시부(230)는 그래픽 화면을 제공하는 평판표시패널 중 한 종류가 될 수 있다.
추가로, 제어부(100)는 조작부(200) 입력에 따라 모의 타겟의 위치와 속도를 입력 받는 사용자 인터페이스부(130)를 더 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스부(130)는 설정 상태를 표시부(230)에 표시할 수 있다.
추가적인 양상에 따르면, 레이더 모의 타겟 장치는 알에프 수신회로부(533,553,523)와, 가변 감쇄기(570)를 더 포함할 수 있다. 알에프 수신회로부는 일반적인 레이더 수신단의 알에프 회로로, 저잡음 증폭기(533)와, 복조기(553) 및 아날로그-디지털 변환기(523)를 포함하여 구성된다. 수신 안테나(410)에서 수신된 FMCW 레이더 파형 신호는 저잡음 증폭기(533)에서 증폭되고, 복조기(553)에서 FMCW 레이더 파형 생성부의 송출단에서 발진된 주파수로 복조된 후 아날로그-디지털 변환기(523)에서 샘플링되어 디지털 레이더 신호로 신호로 변환된다.
가변 감쇄기(570)는 FMCW 레이더 파형 생성부(500)의 전력 증폭기(531)에서 송신 안테나(510)로 송출되는 알에프 출력을 설정된 감쇄율에 따라 감쇄시킨다.
이 양상에 따라, 제어부(100)는 레이더 반사 면적(RCS : Radar Cross Section) 조절부(170)를 더 포함할 수 있다. 레이더 반사 면적 조절부(170)는 알에프 수신회로부에서 수신된 FMCW 레이더 파형 신호의 전력을 기초로 감쇄기의 감쇄율을 제어한다. 이를 통해 피시험 장치는 안정된 전력을 가진 반사파를 수신할 수 있다.
또다른 양상에 따르면, FMCW 레이더 파형 생성부(500)는 상용화된 FMCW 레이더 송수신 집적회로로 구현될 수 있다. 도 3은 FMCW 레이더 파형 생성부(500)가 상용화된 FMCW 레이더 송수신 집적회로로 구현된 실시예의 구성을 도시한 블럭도이다. 도시된 실시예에서, FMCW 레이더 파형 생성부(500)는 TEXAS INSTRUMENTS 사의 AWR1243 FMCW 송수신기(Transceiver) 집적회로로 구현된다. 이 송수신기는 단일 칩에 4개의 수신 채널과 3개의 송신 의 송신 채널이 구비되며, 외부 제어기와 직렬 인터페이스로 연결되어 프로그램 가능하다. 이 집적회로의 수신부는 신호 프로파일 검출부(300)와 동일하게 피측정 장치가 송출한 레이더 파형 신호를 수신하는 수신 안테나(410)에 연결된다. 이를 통해 FMCW 레이더 송수신 집적회로가 송신 신호와 수신 신호를 처리하여 출력하는 신호 프로파일 정보를 이용하여 레이더 모의 타겟 장치의 동작에 관한 추가적인 정보를 얻을 수 있다. 상용화되고 검증된 레이더 송수신기 칩을 사용함으로써 레이더 모의 타겟 장치는 레이더 신호 수신과 송신에 있어서 안정성을 획득하고, 프로파일의 획득과 제어에 있어서 편의성을 가진다.
또다른 양상에 따라, 레이더 모의 타겟 장치는 알에프 수신회로부(533,553,523)와, 가변 감쇄기(570)를 더 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 알에프 수신회로부와 FMCW 레이더 파형 생성부(500)는 하나의 FMCW 송수신기(Transceiver) 집적회로 내의 동일 채널의 레이더 신호 송수신부로 구현될 수 있다. 신호 처리부(590)는 제어부(100)와 통신하며, 그 제어에 따라 알에프 송신 회로 및 수신회로를 제어한다.
이 실시예에 있어서, 유사한 도면 부호로 지시된 나머지 구성들은 도 2의 실시예와 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
추가적인 양상에 따르면, 신호 프로파일 검출부는 최저 주파수 및 최저 주파수 시점을 검출하기 위해 제1 주파수 다운 컨버터를 사용하고, 최고 주파수 및 최고 주파수 시점을 검출하기 위해 제2 주파수 다운 컨버터를 사용한다.
도 5는 일 실시예에 따른 신호 프로파일 검출부(300)의 구성을 도시한 블록도이다. 도시된 실시예에 있어서, 신호 프로파일 검출부(300)는 제1 다운 컨버터(351)와, 제1 아날로그/디지털 변환부(391)와, 제1 가변 발진부(371)와, 제2 다운 컨버터(353)와, 제2 아날로그/디지털 변환부(393)와, 제2 가변 발진부(373)와, 프로파일 분석부(310)를 포함한다. 미설명부호 330은 안테나로부터 수신된 알에프 신호를 증폭하는 저잡음증폭기를 도시한다.
수신 안테나(410)를 통해 수신된 레이더 파형 신호는 제1 다운 컨버터(351)에서 주파수 다운 변환되어 제1 저주파 신호로 변환된다. 제1 다운 컨버터(351)는 제1 가변 발진부(371)에서 공급된 제1 복조 주파수로 입력된 레이더 파형 신호를 복조하여 주파수 다운 변환한다. 제1 아날로그/디지털 변환부(391)는 주파수 다운 변환된 신호를 샘플링하여 디지털 샘플로 프로파일 분석부(310)에 공급한다. 프로파일 분석부(310)는 제1 가변 발진부(371)의 발진 주파수를 변화하면서 샘플링된 신호를 분석하여 최저 주파수 시점(ts)과 최저 주파수(fmin)를 검출한다.
수신 안테나(410)를 통해 수신된 레이더 파형 신호는 제2 다운 컨버터(353)에서 주파수 다운 변환되어 제2 저주파 신호로 변환된다. 제2 다운 컨버터(351)는 제2 가변 발진부(373)에서 공급된 제2 복조 주파수로 입력된 레이더 파형 신호를 복조하여 주파수 다운 변환한다. 제2 아날로그/디지털 변환부(393)는 주파수 다운 변환된 신호를 샘플링하여 디지털 샘플로 프로파일 분석부(310)에 공급한다. 프로파일 분석부(310)는 제2 가변 발진부(373)의 발진 주파수를 변화하면서 최고 주파수 시점(te)과 최고 주파수(fmax)를 검출한다.
일 실시예에서 프로파일 분석부(310)는 독립적으로 실행되는 최저주파수 분석부(311)와, 최고주파수 분석부(313)를 포함한다. 도 6는 프로파일 분석부(310)의 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 도 6(a)는 최저주파수 분석부(311)의 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 최저주파수 분석부(311)는 제1 가변 발진부(371)의 발진 주파수를 변화하면서 샘플링된 신호를 분석하여 최저 주파수 시점(ts)과 최저 주파수(fmin)를 검출한다. 최저주파수 분석부(311)는 제1 가변 발진부(371)의 발진 주파수를 최저 주파수(fmin) 부근에서 변화시키면서 샘플링된 주파수 다운된 신호를 분석한다.
예를 들어 제1 가변 발진부(371)의 발진 주파수가 f'v1인 경우, 제1 다운 컨버터(351)에서 변환된 신호는 주파수가 f'v1 보다 높은 구간에서는 주파수 다운되고, f'v1 보다 낮은 구간에서는 위상이 반전된 주파수 다운된 신호가 출력된다. 그런데 제1 가변 발진부(371)의 발진 주파수가 fv1인 경우, 제1 다운 컨버터(351)에서 변환된 신호는 도면에서 작은 원으로 표시된 최저 주파수 시점(ts) 들에서는 출력 주파수가 0으로 되어 거의 직류 성분이 출력된다. 최저주파수 분석부(311)는 제1 가변 발진부(371)의 발진 주파수를 변화시키면서 샘플링된 신호의 주파수의 증감 행태를 분석하여, 신호의 위상 반전 없이 주파수가 0에서 일정 주파수까지 반복될 때의 제1 가변 발진부(371)의 발진 주파수를 최저 주파수(fmin)로 판단하고, 샘플링된 신호의 주파수가 0으로 되는 순간들을 최저 주파수 시점(ts)으로 판단한다.
도 6(b)는 최고주파수 분석부(313)의 동작을 설명하기 위한 파형도이다. 최고주파수 분석부(313)는 제2 가변 발진부(373)의 발진 주파수를 변화하면서 샘플링된 신호를 분석하여 최고 주파수 시점(te)과 최고 주파수(fmax)를 검출한다. 최고주파수 분석부(313)는 제2 가변 발진부(373)의 발진 주파수를 최고 주파수(fmax) 부근에서 변화시키면서 샘플링된 주파수 다운된 신호를 분석한다.
예를 들어 제2 가변 발진부(373)의 발진 주파수가 f'v2인 경우, 제2 다운 컨버터(353)에서 변환된 신호는 주파수가 f'v2 보다 높은 구간에서는 주파수 다운되고, f'v2 보다 낮은 구간에서는 위상이 반전된 주파수 다운된 신호가 출력된다. 그런데 제1 가변 발진부(373)의 발진 주파수가 fv2인 경우, 제2 다운 컨버터(353)에서 변환된 신호는 도면에서 작은 원으로 표시된 최고 주파수 시점(te) 들에서는 출력 주파수가 0으로 되어 거의 직류 성분이 출력된다. 최고주파수 분석부(313)는 제2 가변 발진부(373)의 발진 주파수를 변화시키면서 샘플링된 신호의 주파수의 증감 행태를 분석하여, 신호의 위상 반전 없이 주파수가 0에서 일정 주파수까지 반복될 때의 제2 가변 발진부(373)의 발진 주파수를 최고 주파수(fmax) 로 판단하고, 샘플링된 신호의 주파수가 0으로 되는 순간을 최고 주파수 시점(te)으로 판단한다.
정보 출력부(320)는 최저주파수 분석부(311) 및 최고주파수 분석부(313)의 출력으로부터 프로파일 정보를 생성하여 외부로 출력한다. 예를 들어, 정보 출력부(320)는 변조주기와, 최저 주파수 시점(ts)과 최고 주파수 시점(te)의 타이밍을 하나 혹은 각각 별도의 동기화 펄스 열로 출력할 수 있다. 또 최저 주파수(fmin)와 최고 주파수(fmax)는 별도의 디지털 샘플값으로 출력할 수 있다. 또다른 예로, 정보 출력부(320)는 변조주기와, 최저 주파수 시점(ts)과 최고 주파수 시점(te)의 타이밍을 내부 동기화 클럭에서 오프셋 값으로 출력할 수 있다.
도 5에 도시된 회로에 있어서, 저잡음 증폭기(330), 제1 다운 컨버터(351)와, 제1 가변 발진부(371)와, 제1 아날로그/디지털 변환부(391)는 레이더 수신 회로의 전형적인 구성들이다. 또 저잡음 증폭기(330), 제2 다운 컨버터(353)와, 제2 가변 발진부(373), 제2 아날로그/디지털 변환부(393) 역시 레이더 수신 회로의 전형적인 구성들이다. 이들은 상용화된 FMCW 레이더 송수신 집적회로의 수신 채널 회로들을 이용하여 구현될 수 있다. 나아가, 최저 주파수 분석부(311), 최고주파수 분석부(313) 및 정보출력부(320)는 제어부(100)의 구성의 일부로 구현될 수 있다. 이 경우 이들은 FPGA의 블록이나, 마이크로프로세서 혹은 디지털신호처리기에 의해 실행되는 프로그램 코드 블록, 혹은 이들의 조합으로 구현될 수 있다.
또 다른 양상에 따르면, 신호 프로파일 검출부(300)에서 검출된 프로파일 정보의 정밀도를 체크하거나 보정하는 수단을 더 포함할 수 있다. 도 7은 또다른 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 일 양상에 따르면, 레이더 모의 타겟 장치는 설치점검정보 생성부(700)를 더 포함한다. 도시된 실시예에서 설치점검정보 생성부(700)는 상용화된 FMCW 레이더 송수신 집적회로로 구현된다.
이 FMCW 레이더 송수신 집적회로는 신호 프로파일 검출부(300)에서 검출된 FMCW 파형 프로파일을 가진 레이더 신호 파형을 송출하도록 설정되나 송출단은 종단저항에 연결되어 접지된다. 또 수신단은 신호 프로파일 검출부(300)가 연결된 동일한 수신 안테나(410)에 연결된다. 또 다른 실시예로, 이 집적회로의 수신단이 다른 수신 안테나에 연결될 경우 시험 장치의 거리의 균일성이 체크될 수 있다. 이 FMCW 레이더 송수신 집적회로는 신호 프로파일 검출부(300)에서 검출된 프로파일 정보를 가진 레이더 신호를 송출하도록 설정되었으므로 내부의 신호 처리부(770)는 이 레이더 신호가 송출된 것을 전제로 수신단에서 수신된 반사파를 처리하여 거리와 시선 속도 등을 산출한다.
만약 신호 프로파일 검출부(300)에서 검출된 프로파일 정보가 정확하다면 이 신호 프로파일 검출부(300)의 출력은 예를 들어 도 1의 시험 장치의 경우 피측정장치(50)와 레이더 모의 타겟 장치의 수신 안테나(70) 사이의 거리만을 안정적으로 출력할 것이다. 그러나 신호 프로파일을 정확히 검출하는 것은 어려우므로 신호 프로파일 검출부(300)의 출력은 안정되지 않을 수도 있고 오차를 포함할 수도 있다. 또 레이더 모의 타겟 장치나 피측정장치가 시험 설비 안에 안정적으로 올바르게 설치되지 않아 이러한 오차가 생길 수도 있다. 현재의 상용화된 FMCW 레이더 송수신 집적회로는 상당한 정밀도와 신뢰성을 가지고 있으므로 이를 활용하여 구현된 설치점검정보 생성부(700)는 이러한 설치 상의 문제나 신호 프로파일 검출부(300)의 에러 여부를 상당히 정확하게 지시할 수 있다.
이러한 양상에 따르면, 제어부(100)는 설치점검정보 출력부(150)를 더 포함할 수 있다. 설치점검정보 출력부(150)는 설치점검정보 생성부에서 출력되는 거리(range)값과 속도 값을 외부로 출력한다. 예를 들어 설치점검정보 출력부(150)는 표시부(230)를 통해 이 값을 표시하여 운용자가 이 값을 통해 설치 상태를 점검하거나 신호 프로파일 검출부(300)를 조절하도록 도움을 줄 수 있다.
도 8은 또다른 실시예에 따른 레이더 모의 타겟 장치의 구성을 도시한 블록도이다. 도시된 실시예에서 설치점검정보 생성부(700)는 동일한 구성을 가진다. 도시된 실시예에서, 제어부(100)의 모의 타겟 신호 프로파일 산출부(110)는 측정기반 산출부(measurement based calculating unit)(111)와, 신호 프로파일 보정부(113)를 포함한다.
측정기반 산출부 (111)는 신호 프로파일 검출부(300)에서 검출된 FMCW 파형 프로파일에 타겟 위치(range)와 속도(radial velocity)를 반영한 측정 기반 모의 타겟 신호 프로파일을 산출한다. 도 2를 참조하여 모의 타겟 신호 프로파일 산출부(110)에 관해 설명한 바와 같이, 측정기반 산출부 (111)는 신호 프로파일 검출부(300)에서 검출된 FMCW 파형 프로파일에 타겟 위치(range)와 속도(radial velocity)를 반영한 모의 타겟 신호 프로파일을 산출한다. 신호 프로파일 보정부(113)는 측정기반 산출부(111)에서 산출된 프로파일 정보를, 설치점검정보 생성부(700)에서 출력되는 거리(range)값과 속도값을 기준값과 각각 비교한 차이값을 반영하여 보정한다. 즉, 신호 프로파일 보정부(113)는 모의 타겟 신호 프로파일을 신호 프로파일 검출부(300)의 오차를 반영하여 보정(calibration)한다. 기준 값은 시험 장치의 규격이 알려져 있으므로 이로부터 정해질 수 있다.
이상에서 본 발명을 첨부된 도면을 참조하는 실시예들을 통해 설명하였지만 이에 한정되는 것은 아니며, 이들로부터 당업자라면 자명하게 도출할 수 있는 다양한 변형예들을 포괄하도록 해석되어야 한다. 특허청구범위는 이러한 변형예들을 포괄하도록 의도되었다.
100 : 제어부 110 : 모의 타겟 신호 프로파일 산출부
130 : 사용자 인터페이스부 150 : 설치점검정보 출력부
170 : 레이더 반사면적 조절부
300 : 신호 프로파일 검출부 310 : 프로파일 분석부
410 : 수신 안테나 500 : FMCW 레이더 파형 생성부
510 : 송신 안테나 570 : 가변 감쇄기

Claims (9)

  1. 모의 타겟 신호를 피측정장치(DUT)로 송출하는 송신 안테나와;
    피측정장치에서 송신하는 FMCW 레이더 파형 신호를 수신하는 수신 안테나와;
    수신 안테나를 통해 수신된 레이더 파형 신호에서 FMCW 파형 프로파일을 검출하는 신호 프로파일 검출부와;
    신호 프로파일 검출부에서 검출된 FMCW 파형 프로파일에 타겟 위치(range)와 속도(radial velocity)를 반영한 모의 타겟 신호 프로파일을 산출하는 모의 타겟 신호 프로파일 산출부를 포함하는 제어부와;
    산출된 모의 타겟 신호 프로파일을 가진 모의 타겟 신호를 생성하여 송신 안테나로 출력하는 FMCW 레이더 파형 생성부;
    를 포함하는 레이더 모의 타겟 장치.
  2. 청구항 1에 있어서, FMCW 레이더 파형 생성부는 모의 타겟 신호 프로파일 정보를 입력 받아, FMCW 레이더 파형 신호를 생성하여 송출하는 상용화된 FMCW 레이더 송수신 집적회로로 구현되는 레이더 모의 타겟 장치.
  3. 청구항 1에 있어서, 신호 프로파일 검출부가 검출하는 FMCW 파형 프로파일은 변조주기(PRI : Pulse Repetition Interval)와, 변조주기의 최저 주파수 시점과 최고 주파수 시점, 최저 주파수와 최고 주파수를 포함하는 레이더 모의 타겟 장치.
  4. 청구항 3에 있어서, 신호 프로파일 검출부가 검출하는 FMCW 파형 프로파일이 전력값을 더 포함하는 레이더 모의 타겟 장치.
  5. 청구항 1에 있어서, 신호 프로파일 검출부는 :
    수신 안테나를 통해 수신된 레이더 파형 신호를 제1 저주파 신호로 변환하는 제1 다운 컨버터와,
    제1 다운컨버터의 출력을 디지털로 변환하는 제1 아날로그/디지털 변환부와,
    제1 다운 컨버터에 제1 복조 주파수를 공급하는 제1 가변 발진부와,
    수신 안테나를 통해 수신된 레이더 파형 신호를 제2 저주파 신호로 변환하는 제2 다운 컨버터와,
    제2 다운컨버터의 출력을 디지털로 변환하는 제2 아날로그/디지털 변환부와,
    제2 다운 컨버터에 제2 복조 주파수를 공급하는 제2 가변 발진부와;
    제1 가변 발진부의 발진 주파수를 가변시키면서 제1 아날로그/디지털 변환부의출력을 분석하여 레이더 파형 신호의 최저 주파수 시점과 최저 주파수를 결정하고, 제2 가변 발진부의 발진 주파수를 가변시키면서 제2 아날로그/디지털 변환부의 출력을 분석하여 레이더 파형 신호의 최고 주파수 시점과 최고 주파수를 결정하는 프로파일 분석부;
    를 포함하는 레이더 모의 타겟 장치.
  6. 청구항 2에 있어서, 레이더 모의 타겟 장치가 :
    신호 프로파일 검출부에서 검출된 FMCW 파형 프로파일을 가진 레이더 신호 파형을 송출하도록 설정되나 송출단은 종단저항에 연결되어 접지되고 수신단은 상기 수신 안테나에 연결되는 FMCW 레이더 송수신 집적회로로 구현된 설치점검정보 생성부;를 더 포함하고,
    제어부는 :
    설치점검정보 생성부에서 출력되는 거리(range)값과 속도 값을 외부로 출력하는 설치점검정보 출력부;
    를 더 포함하는 레이더 모의 타겟 장치.
  7. 청구항 2에 있어서, 레이더 모의 타겟 장치가 :
    신호 프로파일 검출부에서 검출된 FMCW 파형 프로파일을 가진 레이더 신호 파형을 송출하도록 설정되나 송출단은 종단저항에 연결되어 접지되고 수신단은 상기 수신 안테나에 연결되는 FMCW 레이더 송수신 집적회로로 구현된 설치점검정보 생성부;를 더 포함하고,
    제어부의 모의 타겟 신호 프로파일 산출부는 :
    신호 프로파일 검출부에서 검출된 FMCW 파형 프로파일에 타겟 위치(range)와 속도(radial velocity)를 반영한 측정 기반 모의 타겟 신호 프로파일을 산출하는 측정기반 산출부(measurement based calculating unit)와;
    측정기반 산출부에서 산출된 프로파일 정보를, 설치점검정보 생성부에서 출력되는 거리(range)값과 속도 값을 기준값들과 각각 비교한 차이값을 반영하여 보정하는 신호 프로파일 보정부;
    를 포함하는 레이더 모의 타겟 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 레이더 모의 타겟 장치가 :
    수신 안테나에서 수신된 FMCW 레이더 파형 신호를 처리하여 디지털 레이더 신호로 변환하는 알에프 수신회로부와,
    FMCW 레이더 파형 생성부와 송신 안테나 사이에 가변 감쇄기를 더 포함하고,
    제어부는 알에프 수신회로부에서 수신된 FMCW 레이더 파형 신호의 전력을 기초로 가변감쇄기의 감쇄율을 제어하는 레이더 반사 면적(RCS : Radar Cross Section) 조절부;
    를 더 포함하는 레이더 모의 타겟 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    레이더 모의 타겟 장치는 조작부;를 더 포함하고,
    제어부는 조작부 입력에 따라 모의 타겟의 위치와 속도를 입력 받는 사용자 인터페이스부를 더 포함하는 레이더 모의 타겟 장치.
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