KR101369202B1 - 직접시퀀스초광대역 방식의 고분해능 단거리 레이더장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 DS-UWB 방식의 고분해능 단거리 레이더장치에 관한 것으로, 시스템 클럭 생성기, 고주파(RF) PLL 신호를 발생시키는 위상 고정루프, 데이터 전송 속도에 해당하는 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호를 만드는 제1 클럭 변환기 및 제2 클럭 변환기, PRBS 신호를 각각 생성하는 제1 PRBS 패턴 생성기 및 제2 PRBS 패턴 생성기, PRBS 신호를 고주파 변조하는 송신단(Tx)으로 송신하는 송신단 믹서와 제1 대역통과필터, 수신신호를 고주파 PLL 신호 및 PRBS 신호와 믹싱하여 고주파(RF) 신호가 혼합된 PRBS 신호를 출력하는 제2대역통과필터와 수신단 믹서, 고주파(RF) 신호를 제거하여 PRBS 신호만을 검출하는 저역통과필터 및 샘플링기, 자기 상관 함수(Rz(τ))의 특성을 이용하여 송신신호와 수신신호의 시간차를 계산하는 거리 분해능 처리기를 포함하는 단거리 레이더장치를 제공하여, 정밀도 및 거리 분해능을 높일 수 있게 한다.

Description

직접시퀀스초광대역 방식의 고분해능 단거리 레이더장치{High-resolution short range radar apparatus of direct sequence-ultra wide band type}

본 발명은 전파를 이용한 단거리 위치 추적기술에 관한 것으로, 보다 상세하게는 DS-UWB(Direct Sequence-Ultra Wide Band: 이하 DS-UWB라 칭함)방식으로 단거리 위치 추적 레이더 시스템을 구현하여 1GHz 대역폭 이내에서 십 센티미터(cm) 이하의 고정밀, 고분해능의 정확도를 가질 수 있도록 함으로써 자동차 장착형에 적합하도록 한 고정밀, 고분해능의 DS-UWB 방식 단거리 레이더장치에 관한 것이다.

단거리 레이더 장치는 수백 미터 범위 이내의 물체를 탐지하여 표적의 거리 및 이동속도를 측정하는 장치로서, 전파를 송출하여 송신파와 수신파 사이의 시간차를 검출하고, 그 검출되는 시간차이를 이용하여 전방의 차량 또는 장애물과의 거리와 상대속도를 판별하게 되며, 특정 장소나 전차 및 자동차와 같은 이동수단에 탑재되어 동일 지역에서 여러 대가 동시에 사용될 수 있다. 이와 같이 다수의 레이더 장치가 동일 지역에서 사용되는 경우는 레이더 장치들 간의 간섭현상을 방지하여야 표적의 거리 및 이동속도를 정확히 얻을 수 있다.

동일 지역에서 다수의 레이더 장치가 사용되고 있을 때, 간섭을 방지하기 위해서는 레이더 장치들이 충분히 떨어진 대역의 주파수를 사용하여야 바람직하지만 주어진 대역폭 내에서 할당할 수 있는 대역이 제한되기 때문에 레이더장치의 사용 대수가 제한될 수 밖에 없다.

이러한 점을 극복하기 위하여 일반적으로는 하나의 송신주파수(f₀)를 기본으로 도약 주파수(f_h)만큼씩 하향된 다수의 채널의 신호를 생성하여 송신주파수 신호와 변화된 채널들의 신호를 교번적으로 송수신하는 레이더 장치가 개발되었으나, 이와 같이 도약 주파수만큼 하향된 다수의 채널을 사용하는 경우 거리 분해능은 향상되게 되지만 거리측정 모호성이 발생하게 된다.

레이더 장치에서 거리 분해능은 두 개의 물체를 분리하여 식별할 수 있는 능력을 의미하며, 거리측정 모호성은 레이더 장치로 측정 가능한 영역 밖의 표적에 대해서는 측정된 거리를 신뢰할 수 없음을 의미한다. 예를 들어 모호성 없는 측정거리가 100m인 레이더 장치의 경우, 만약 표적이 110m에 위치하고 있다고 하면, 이 레이더 장치는 이 이동표적을 10m로 표시하게 된다. 따라서, 표시된 위치가 10m인 경우 실제로 10m인지 110m인지 판단하기가 곤란하게 된다.

이러한 레이더 장치는 크게 펄스 방식, 주파수 변조된 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave; 이하는 'FMCW'라 칭함) 방식, 직접 시퀀스 초광대역(Direct Sequence Ultra Wideband : 이하는 'DS-UWB'라 칭함) 방식의 3가지로 구분된다.

펄스 방식의 레이더 장치는 임펄스열을 송신하고, 피사체에서 반사되어 수신되는 신호를 검출하여 송신신호와 수신신호의 시간차를 측정하여 거리를 산출하는 방식으로 기본적인 개념을 구현한 방식이다.

FMCW 방식의 레이더 장치는 주기적으로 변화되는 전파 신호를 연속적으로 측정대상물 표면에 보내고, 이를 수신하여, 발진 당시의 주파수와 반사된 신호의 주파수 차를 계산하여 거리를 환산해 내는 방식이다.

DS-UWB 방식의 기존 레이더 장치는 도 1에 도시된 바와 같이 난수 부호의 자기상관특성(Auto Correlation Property)이 임펄스와 유사한 성질을 이용하는 것으로, 난수부호를 반송파에 변조하여 송신하고, 피사체에서 반사되어 수신되는 신호를 송신한 난수부호화 시간축에서 상관값을 계산하여 특정 시간값에서의 상관값을 조사함으로서 피사체와의 거리를 측정할 수 있게 된다. 특히 이 DS-USB 방식의 레이더장치는 펄스방식에 비하여 매우 높은 전력 효율을 갖으며, 같은 방식의 기기가 혼재하는 상황에서 기기 간에 신호의 혼신이 발생하지 않고, 또한 신호 처리 과정에서 좁은 대역폭을 사용하므로 임펄스 방식이나 FMCW 방식에 비하여 저전력으로도 매우 높은 분해능의 거리 측정이 가능하고, 동시에 여러 개의 피사체가 있는 경우에도 피사체를 식별할 수 있는 능력이 있다.

한편 차량용 전방감지용 단거리 레이더 장치는 차량의 전방에 부착되는 단거리 레이더 센서를 통하여 전방의 선행 차량, 장애물의 속도 및 거리를 측정함으로써, 차량의 충돌 경고, 주행상황에 따른 자동적인 감속 및 가속, 정속 등 안전주행을 가능하도록 하며, 이러한 단거리 레이더장치는 적응형 순항제어 시스템(adaptive cruise control system) 등에 핵심 기술로 활용되고 있다.

자동차의 경우, 특히 자동 브레이크 및 자동화 운행 제어와 같은 전방 주시 시스템(forward looking system)의 경우에, FMCW 방식 레이더를 사용한다. FMCW 방식 레이더의 경우, 송신된 신호의 주파수는 시작 주파수에서부터 종료 주파수까지를 대체한다. 송신된 신호는 장애물에 의해 반사되어, FMCW 수신기에 의해 수신된다. 송신기로부터 장애물까지 그리하여 다시 수신기까지 되돌아와 FMCW 수신기에 의해 수신된 신호는 전자기파(electromagnetic wave)의 이동 시간에 따라 시간적으로 지연된다. 시간이 흐름에 따라 송신된 신호의 주파수가 달라지기 때문에, 임의의 모든 시간에 수신된 신호의 주파수는 송신된 신호의 주파수와 약간 다르다. 도플러 시프트가 없는 경우, 수신된 신호의 주파수를 송신된 신호의 주파수와 비교함으로써 장애물까지의 거리를 산출할 수 있다. 도플러 시프트의 존재는 수신된 신호의 주파수를 시프트하고, 장애물이 실제의 위치에 비해 보다 가까이 나타나거나 보다 멀리 나타나도록 한다.

초광대역(UltraWideband; UWB) 임펄스 레이더는 차량 경고 시스템에 사용된다. 그러나 UWB 방식 레이더는 이들 레이더가 매우 넓은 대역폭에 걸쳐 에너지를 송신하고 무선 방송, 텔레비전, 셀룰러 폰 등과 같은 다른 무선 주파수 시스템과 간섭할 수 있는 전자기 간섭을 생성하기 때문에, 바람직하지 못하다. UWB 레이더는 미국 연방 통신 위원회(Federal Communications Commission; FCC)에서 공포한 기준을 위반하지 않도록 하기 위해 매우 낮은 전력에서 동작해야 한다. 또한 UWB 레이더는 레이더에 의해 송신되고 수신되는 매우 넓은 광대역의 신호와 함께 사용될 수 있는 안테나를 필요로 한다. 그러나 매우 넓은 광대역 안테나는 설계 및 장착에 어려움이 있을 수 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 거리 분해능 처리기(range resolver processor)를 아날로그 상관기를 사용하는 아날로그 방식으로 구현함으로써 정밀도 및 거리 분해능을 높일 수 있도록 하여, 1GHz 대역폭 이내에서 십 센티미터(cm) 이하의 정확도를 나타낼 수 있는 DS-UWB 방식의 고분해능 단거리 레이더장치 를 제공하고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 형태는, 시스템 클럭을 생성하는 시스템 클럭 생성기, 시스템 클럭을 기준신호로 사용하여 고주파(RF) PLL 신호를 발생시키는 위상 고정루프, 시스템 클럭을 각각 주파수 변환하여 데이터 전송 속도에 해당하는 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호를 만드는 제1 클럭 변환기 및 제2 클럭 변환기, 주파수 변환된 각각의 클럭 신호에 각각 의사 난수(Pseudo Random) 생성 다항식을 적용하여 일관성이 없이 불규칙한 PRBS(Pseudo Random Binary Sequence) 신호를 각각 생성하는 제1 PRBS 패턴 생성기 및 제2 PRBS 패턴 생성기, 제1 PRBS 패턴 생성기에 의해 생성된 PRBS 신호를 고주파 PLL 신호와 믹싱하여 PRBS 신호를 고주파 변조하는 송신단 믹서, 고주파 변조된 PRBS 신호를 필터링하여 원하는 주파수 대역의 신호만을 송신단(Tx)으로 송신하는 제1 대역통과필터, 수신단(Rx)에서 들어오는 신호를 필터링하여 원하는 주파수 대역의 신호만을 수신하는 제2 대역통과필터, 제2 대역통과필터를 통해 수신된 신호와 고주파 PLL 신호 및 제2 PRBS 패턴 생성기에 의해 생성된 PRBS 신호를 믹싱하여 고주파(RF) 신호가 혼합된 PRBS 신호를 출력하는 수신단 믹서, 수신단 믹서에 의해 혼합된 신호로부터 고주파(RF) 신호를 제거하여 PRBS 신호만을 통과시키는 저역통과필터, 저역통과필터에서 필터링된 PRBS 신호를 샘플링하는 샘플링기, 각 클럭 변환기와 각 PRBS 패턴 생성기의 동작을 제어하며 샘플링기의 출력신호로부터 자기 상관 함수(Rz(τ))의 특성을 이용하여 송신신호와 수신신호의 시간차를 계산하는 거리 분해능 처리기를 포함하는 DS-UWB 방식의 고분해능 단거리 레이더장치이다.

본 발명에 따른 DS-UWB 방식의 고분해능 단거리 레이더장치에 의하면, 아날로그 상관기를 사용하는 아날로그 방식으로 구현함으로써 1GHz 대역폭 이내에서 십 센티미터(cm) 이하의 정확도를 얻을 수 있게 되므로, 전파를 이용한 비접촉 정밀 거리 측정용 단거리 레이더의 응용 분야에까지 확대 적용할 수 있게 되며, 또한 자동차의 충돌방지, 자율주행, 자동 주차 및 기계산업, 조선 산업, 국방산업 등에 유용하게 사용될 수 있게 될 것이다.

도 1은 종래 기술에 의한 DS-UWB 방식 레이더장치의 블록도이다.
도 2는 본 발명에 따른 DS-UWB 방식의 고분해능 단거리 레이더장치의 블록도이다.

이하, 본 발명의 일 실시예에 의한 DS-UWB 방식의 고분해능 단거리 레이더장치의 구성 및 동작을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시 형태에 따른 DS-UWB 방식의 고분해능 단거리 레이더장치의 전체적인 구성을 개략적으로 도시한 블록도로서, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 레이더장치는, 기준신호가 되는 시스템 클럭을 생성하는 시스템 클럭 생성기(11), 고주파신호를 생성하는 위상 고정루프(16), 주파수 변환을 위한 제1 클럭 변환기(12) 및 제2 클럭 변환기(17), PRBS 신호를 생성하는 제1 PRBS 패턴 생성기(13) 및 제2 PRBS 패턴 생성기(18), 변/복조를 위한 송신단 믹서(14)와 수신단 믹서(19), 대역 필터링을 위한 송신단(Tx) 대역통과필터(15)와 수신단(Rx) 대역통과필터(20), PRBS 검출을 위한 저역통과필터(21)와 샘플링기(22), 자기상관특성으로 피사체와의 거리를 산출하는 거리 분해능 처리기(23)를 포함하여 구성된다.

또한 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 레이더 장치는, 차량 콘트롤러와의 통신을 위한 차량 통신부(24), 사용자와 시스템 간의 인터페이스를 위한 키입력부(25), 시간차 값 및 표적과의 거리 표시를 위한 표시부(26) 중의 적어도 하나 이상을 포함하여 구성된다.

도 2에 도시된 바와 같이 시스템 클럭 생성기(11)는 고주파신호와 데이터 시퀀스를 만들기 위한 기준 신호가 되는 시스템 클럭을 생성하여 위상 고정루프(PLL;16)와 제1 클럭 변환기(12) 및 제2 클럭 변환기(17)로 기준 신호를 제공한다.

위상 고정루프(Phase Locked Loop: 16)는 시스템 클럭을 기준신호로 사용하여 고주파(RF) PLL 신호를 발생시키며, 수백 MHz에서 GHz까지 생성 가능하다.

제1 클럭 변환기(12) 및 제2 클럭 변환기(17)는 시스템 클럭을 각각 주파수 변환하여 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호를 만들며, 거리 분해능 처리기(23)에 의해 제어되어 데이터 전송 속도에 해당하는 클럭을 제1 PRBS 패턴 생성기(13) 및 제2 PRBS 패턴 생성기(18)로 각각 제공한다.

제1 PRBS 패턴 생성기(13) 및 제2 PRBS 패턴 생성기(18)는 거리 분해능 처리기(23)에 의해 제어되고, 제1 클럭 변환기(12) 및 제2 클럭 변환기(17)에서 주파수 변환된 각각의 클럭 신호에 각각 의사 난수(Pseudo Random) 생성 다항식을 적용하여 최대 길이의 PRBS 신호를 각각 생성한다. 이 PRBS 신호는 잡음처럼 일관성이 없이 불규칙하여 예측이 불가능한 신호이다.

송신단 믹서(14)는 제1 PRBS 패턴 생성기(13)에 의해 생성된 PRBS 신호를 위상 고정루프(16)에서 생성된 고주파 PLL 신호와 믹싱하여 PRBS 신호를 고주파 PLL 신호 대역으로 이동시키는 고주파 변조를 실시한다.

송신단(Tx)의 제1 대역통과필터(15)는 고주파 변조된 PRBS 신호를 필터링하여 원하는 주파수 대역의 신호만을 송신단(Tx)으로 송신한다.

수신단(Rx)의 제2 대역통과필터(20)는 수신단에서 들어오는 신호를 필터링하여 원하는 주파수 대역의 신호만을 수신하여 수신단 믹서(19)로 전달한다.

수신단 믹서(19)는 수신단의 제2 대역통과필터(20)를 통해 수신된 신호와 위상 고정루프(16)에서 생성된 고주파 PLL 신호 및 제2 PRBS 패턴 생성기(18)에 의해 생성된 PRBS 신호를 믹싱하여 고주파(RF) 신호가 혼합된 PRBS 신호를 출력한다.

저역통과필터(21)는 수신단 믹서(19)에 의해 혼합된 신호로부터 고주파(RF) 신호를 제거하여 PRBS 신호만을 통과시킨다.

샘플링기(22)는 저역통과필터(21)에서 필터링된 PRBS 신호를 샘플링한다.

거리 분해능 처리기(23)는 각 클럭 변환기(12,17)와 각 PRBS 패턴 생성기(13,18)의 동작을 제어하며, 샘플링기(22)의 출력신호로부터 자기 상관 함수(Rz(τ))의 특성을 이용하여 송신신호와 수신신호의 시간차를 계산한다. 거리 분해능 처리기(23)에 탑재되는 거리 측정 알고리즘은 송신신호의 PRBS 시작 시점과 수신신호의 PRBS 시작 시점에 시간차(τ)를 주고 수신신호에서 상기 송신신호와 수신신호의 시간차 τ에 의한 자기 상관 함수(Rz(τ))값을 계산하는 제1단계, 제1단계에서 계산된 자기 상관 함수값이 최대가 되는 시간차(τ)값을 송신신호와 수신신호의 시간차(τ)값으로 산출하는 제2단계로 이루어지며, 이때의 자기 상관(auto-correlation)함수(Rz(τ))는 원 신호 z(t)와 이를 시간 τ만큼 이동시킨 신호 z(t+τ) 및 원 신호 z(t)의 주기 T에 대하여 다음의 수학식 1로 정의되는 것을 사용한다.

이러한 거리 분해능 처리기(23)는 송신신호와 수신신호의 여러 시간차(τ)값에 대한 자기 상관 함수(Rz(τ))값을 계산하여 그 함수값이 최대가 되는 시간차 τ값을 탐색하게 되며, 이렇게 탐색된 시간차(τ)값의 최소값으로 분해능이 결정된다. 특히 본 발명에 사용된 거리 분해능 처리기(23)에서는 탐색된 최소 시간차(τ)값 사이에 존재하는 시간에 대해서는 인터폴레이션 방식으로 함수값을 계산하여 거리 분해능을 높일 수 있게 된다.

차량 통신부(24)는 거리 분해능 처리기(23)에 의해 연결되어 시스템과 차량 콘트롤러 간의 통신 인터페이스를 가능하게 하여 차량 콘트롤러와 거리 분해능 처리기(23) 간에 데이터를 송수신한다.

키입력부(25)는 거리 분해능 처리기(23)에 연결되어 사용자와 시스템 간의 인터페이스를 처리한다.

표시부(26)는 거리 분해능 처리기(23)에 의해 표시 동작이 제어되며, 산출된 시간차 값 및 표적과의 거리를 표시한다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 의한 DS-UWB 방식 고정밀 단거리 레이더장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저 시스템 클럭 생성기(11)에서 고주파(RF) 변조를 위한 RF 신호와 데이터 시퀀스를 만들기 위한 기준 신호가 되는 시스템 클럭을 생성하여 제1 클럭 변환기(12)와 제2 클럭 변환기(17) 및 위상 고정루프(16)로 기준 클럭 신호를 제공한다.

이들 각각의 클럭 변환기(12,17)에서는 시스템 클럭의 주파수를 변환하여 각각의 PRBS 패턴 생성기(13,18)에 데이터 전송 속도에 해당하는 클럭신호를 제공하게 되며, 위상 고정루프(16)에서는 시스템 클럭 생성기(11)에서 제공된 기준신호(System Clock)를 이용해서 고주파 신호를 발생시켜 송신단과 수신단의 각 믹서(14,19)에 고주파 PLL 신호를 공급하게 되는데, 보통 수백MHz에서 수십GHz까지 생성한다.

각각의 PRBS 패턴 생성기(13,18)에서는 각각의 클럭 변환기에서 제공된 클럭신호로부터, 잡음처럼 일관성이 없어 예측이 불가능한 PRBS 신호를 만들어 송신단과 수신단의 각 믹서(14,19)에 내보내게 되는데, 이때 각각의 PRBS 패턴 생성기(13,18)에서는 PRBS 생성 다항식을 이용하여 최대 길이의 불규칙한 신호를 생성하게 된다.

이와 같이 만들어진 PRBS 신호와 고주파 PLL 신호는 송신단(Tx)에 연결된 송신단 믹서(14)에 공급되며, 송신단의 믹서(14)에서는 두 신호를 곱하는 성질을 이용해서 PRBS 신호를 고주파 변조시키는 동작을 수행한다. 즉, 송신단 믹서(14)에 의해 고주파 PLL 신호와 PRBS 신호를 믹싱하게 되면 PLL 주파수 대역으로 PRBS 신호가 이동할 수 있게 되며, 이렇게 고주파 변조된 PRBS 신호는 송신단의 대역통과필터(15)를 통해 원하는 주파수 대역으로 필터링 된 후 송신단(Tx)의 안테나를 통해 외부로 무선 송출된다.

아울러 수신단(Rx)의 안테나를 통해 들어오는 수신신호는 수신단의 대역통과필터(20)를 통해 원하는 주파수 대역으로 필터링 된 후 수신단 믹서(19)로 전달되며, 이 수신단 믹서(19)에서는 수신신호와 위상 고정루프(16)에서 제공된 고주파 PLL 신호 및 제2 PRBS 패턴 생성기(18)에서 제공된 PRBS 신호가 믹싱되고, 그 출력단에서 고주파 PLL 신호와 혼합된 PRBS 신호가 검출되어 저역통과필터(21)로 제공된다.

저역통과필터(21)에서는 고주파 PLL 신호와 PRBS 신호의 혼합신호로부터 고주파 신호를 제거하여 PRBS 신호만 남긴 후 샘플링기(22)로 제공하며, 샘플링기(22)에서는 LPF를 통해 필터링된 신호로부터 샘플링을 실시한다.

마지막으로 거리 분해능 처리기(23)에서는 자기 상관 함수인 Rz(τ)의 특성을 이용하여 송신신호와 수신신호의 시간차(τ)를 계산하게 되는데, 그 알고리즘은 송신신호의 PRBS 시작 시점과 수신신호의 PRBS 시작 시점에 시간차 τ를 주고 수신신호에서 시간차 τ에 대한 자기 상관 함수(Rz(τ))값을 계산했을 때 그 값이 최대가 되는 시점의 시간차 τ를 송신신호와 수신신호의 시간차 τ값으로 선택하게 된다. 이때 거리 분해능 처리기(23)에서는 여러 개의 시간차 τ값에 대해 그 각각에 대한 자기 상관 함수값을 계산하여 그 함수값에 대한 최대값을 찾는 기능을 수행한다. 이 거리 분해능 처리기(23)의 분해능은 시간차 τ값의 최소값에 의해서 결정되는데 이 시간차 값은 한 없이 작게 할 수 없으므로 시간차 τ값 사이에 존재하는 시간값에 대한 자기 상관 함수값은 인터폴레이션 방식을 통해 계산하고, 이를 이용해서 분해능을 높일 수 있게 된다.

상기 자기 상관 함수는 시간차 τ만의 함수로서 원 신호 z(t)와 이를 시간 τ만큼 이동시킨 신호z(t+τ)를 원 신호 z(t)의 주기 T동안 곱하고 적분해서 주기 동안의 평균을 구하는 형태가 되며, 예를 들어 τ = 0이면 Rz(τ)는 Rz(0)이 되고 결국 자기 신호의 제곱이 되므로 Rz(τ)가 가장 큰 값이 된다. 그리고 τ가 커져 가면서 z(t)와 z(t+τ)는 서로 다른 값이 되어서 적분 평균은 Rz(0)보다 작은 값이 된다. 이렇게 자기 상관 함수 Rz(τ)는 시간차 τ의 함수가 되고 시간차에 따라 그 상관 정도가 달라지게 된다.

일반적으로는 τ = 0일 때 최대가 되고 τ = T/2일 때 최소가 되며, 자기 상관 함수는 송신 신호와 수신 신호가 시간차를 가질 때 자기 상관 함수를 이용하고 Rz(τ)가 최대가 되는 τ가 송신 신호와 수신 신호의 시간차가 된다. 그러므로 자기 상관 함수를 이용하면 그 시간차를 구할 수 있게 된다.

이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

11 : 시스템 클럭 생성기 12,17 : 클럭 변환기
13,18 : PRBS 패턴 생성기 14,19 : 믹서
15,20 : 대역통과필터 16 : 위상 고정루프
21 : 저역통과필터 22 : 샘플링기
23 : 거리 분해능 처리기 24 : 차량 통신부
25 : 키입력부 26 : 표시부

Claims (8)

1. 시스템 클럭을 생성하는 시스템 클럭 생성기;
   시스템 클럭을 기준신호로 사용하여 고주파 PLL 신호를 발생시키는 위상 고정루프;
   시스템 클럭을 각각 주파수 변환하여 데이터 전송 속도에 해당하는 제1 클럭 신호 및 제2 클럭 신호를 만드는 제1 클럭 변환기 및 제2 클럭 변환기;
   상기 각각의 클럭 신호에 각각 의사 난수 생성 다항식을 적용하여 일관성이 없이 불규칙한 PRBS 신호를 각각 생성하는 제1 PRBS 패턴 생성기 및 제2 PRBS 패턴 생성기;
   상기 제1 PRBS 패턴 생성기에 의해 생성된 PRBS 신호를 상기 고주파 PLL 신호와 믹싱하여 PRBS 신호를 고주파 변조하는 송신단 믹서;
   상기 고주파 변조된 PRBS 신호를 필터링하여 원하는 주파수 대역의 신호만을 송신단으로 송신하는 제1 대역통과필터;
   수신단에서 들어오는 신호를 필터링하여 원하는 주파수 대역의 신호만을 수신하는 제2 대역통과필터;
   상기 제2 대역통과필터를 통해 수신된 신호와 상기 고주파 PLL 신호 및 상기 제2 PRBS 패턴 생성기에 의해 생성된 PRBS 신호를 믹싱하여 고주파 신호가 혼합된 PRBS 신호를 출력하는 수신단 믹서;
   상기 수신단 믹서에 의해 혼합된 신호로부터 고주파(RF) 신호를 제거하여 PRBS 신호만을 통과시키는 저역통과필터;
   상기 저역통과필터에서 필터링된 PRBS 신호를 샘플링하는 샘플링기;
   상기 각 클럭 변환기와 각 PRBS 패턴 생성기의 동작을 제어하며, 상기 샘플링기의 출력신호로부터 자기 상관 함수(Rz(τ))의 특성을 이용하여 송신신호와 수신신호의 시간차를 계산하는 거리 분해능 처리기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 DS-UWB 방식의 고분해능 단거리 레이더장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 거리 분해능 처리기는, 송신신호의 PRBS 시작 시점과 수신신호의 PRBS 시작 시점에 시간차(τ)를 주고 수신신호에서 자기 상관 함수(Rz(τ))값을 계산하여, 그 함수값이 최대가 되는 시간차(τ)값을 송신신호와 수신신호의 시간차(τ)값으로 산출하는 것을 특징으로 하는 DS-UWB 방식의 고분해능 단거리 레이더장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 자기 상관(auto-correlation)함수(Rz(τ))는,
   원 신호 z(t)와 이를 시간 τ만큼 이동시킨 신호 z(t+τ) 및 원 신호 z(t)의 주기 T에 대하여,
   

   

   
   인 것을 특징으로 하는 DS-UWB 방식의 고분해능 단거리 레이더장치.
4. 제2항에 있어서,
   상기 거리 분해능 처리기는, 송신신호와 수신신호의 여러 시간차(τ)값에 대한 자기 상관 함수(Rz(τ))값을 계산하여 그 함수값이 최대가 되는 시간차 τ값을 탐색하는 것을 특징으로 하는 DS-UWB 방식의 고분해능 단거리 레이더장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 거리 분해능 처리기는, 상기 탐색된 시간차(τ)값의 최소값에 의해 결정하며, 거리 분해능을 높이기 위하여 탐색된 최소 시간차(τ)값 사이에 존재하는 시간의 함수값에 대해서는 인터폴레이션 방식으로 계산하는 것을 특징으로 하는 DS-UWB 방식의 고분해능 단거리 레이더장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 거리 분해능 처리기에 의해 연결되어 차량의 콘트롤러와의 통신으로 데이터를 송수신하는 차량 통신부;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 DS-UWB 방식의 고분해능 단거리 레이더장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 거리 분해능 처리기에 연결되어 사용자와 시스템 간의 인터페이스를 처리하는 키입력부;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 DS-UWB 방식의 고분해능 단거리 레이더장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 거리 분해능 처리기에 의해 계산된 송신신호와 수신신호의 시간차 및 표적과의 거리 표시를 위한 표시부;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 DS-UWB 방식의 고분해능 단거리 레이더장치.

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