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광 지연선 기반의 넓은 고도 범위를 갖는 고정밀 FMCW 전파고도계 송수신기 설계
Design of the Transceiver for a Wide-Range FMCW Radar Altimeter Based on an Optical Delay Line 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.25 no.11, 2014년, pp.1190 - 1196  

최재현 (국방과학연구소) ,  장종훈 (국방과학연구소) ,  노진입 (국방과학연구소)

초록
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본 논문은 넓은 고도 범위와 낮은 측정 오차를 갖는 주파수 변조 연속파(FMCW) 레이더 고도계의 설계 방안을 제안한다. 측정 고도의 동적 범위를 줄이기 위해 전파 고도계의 송신 경로에 광 지연선을 적용하여 넓은 고도 범위를 얻을 수 있다. 송신 전력과 수신단 이득을 제어하여 또한 수신 전력의 동적 범위를 줄일 수 있다. 더불어, 직접 디지털 합성기를 사용하여 변조 선형성을 향상시키고, 기준 클럭 신호를 위상 고정 루프의 옵셋(offset) 주파수로 사용하여 위상잡음을 최소화함으로써 낮은 고도 측정오차를 갖는다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper presents the design of a Frequency Modulated Continuous Wave(FMCW) radar altimeter with wide altitude range and low measurement errors. Wide altitude range is achieved by employing the optic delay in the transmitting path to reduce the dynamic range of measuring altitude. Transmitting pow...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 그러므로 본 논문에서는 이러한 문제점을 해결하고자 넓은 고도 범위와 고정밀한 수신 특성을 갖는 효율적인 FMCW 전파고도계 설계 방안을 제안한다. 제안된 FM- CW 전파고도계는 성능 저하 없이 고도 범위를 늘리기 위해 광 지연선과 송신 전력/수신단 이득 제어를 사용한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전파 고도계는 탑재되는 플랫폼에 따라 어떻게 분류할 수 있는가? 전파 고도계(radar altimeter)는 주기적으로 전파를 송신하고, 지표면에서 반사되어 되돌아오는 반사파를 수신, 분석하여 지상 고도 및 지형에 대한 여러 가지 정보를 획득하는 장비이다. 전파 고도계는 탑재되는 플랫폼에 따라 위성(spaceborne) 또는 비행기(airborne)용으로 분류할 수 있다. 위성에 탑재되는 전파 고도계는 현재 해양학 및 지구물리학의 응용에 널리 이용되어 강수량 측정에 사용되기도 하며[1], 지표면의 반사계수를 측정하여 풍속, 파랑 주기(wave period) 등을 추론하는데 사용되기도 한다[2].
전파 고도계는 무엇인가? 전파 고도계(radar altimeter)는 주기적으로 전파를 송신하고, 지표면에서 반사되어 되돌아오는 반사파를 수신, 분석하여 지상 고도 및 지형에 대한 여러 가지 정보를 획득하는 장비이다. 전파 고도계는 탑재되는 플랫폼에 따라 위성(spaceborne) 또는 비행기(airborne)용으로 분류할 수 있다.
Pulse 방식의 고도계는 저하된 감도를 보상하기 위해 무엇이 필요한가? Pulse 방식의 고도계는 저고도에서 짧은 펄스 폭(pulse width)이 필요하므로 넓은 대역폭을 필요로 하여 이는 감도(sensitivity) 저하를 가져온다. 따라서 저하된 감도를 보상하기 위해서 고고도에서 높은 송신 전력이 필요하게 된다. 또한, FM- CW 방식의 고도계에서는 넓은 고도 범위에서 차 주파수가 광범위하게 변화하기 때문에 넓은 수신단 대역폭이 필요하다.
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참고문헌 (13)

  1. D. Cailliu, V. Zlotnicki, "Precipitation detection by the TOPEX/Poseidon dual frequency radar altimeter, TOPEX microwave radiometer, special sensor microwave/imager and climatological shipboard reports", IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., vol. 38, no. 1, pp. 205-213, Jan. 2000. 

  2. G. D. Quartly, "Optimizing ${\sigma}_0$ information from the Jason-2 altimeter", IEEE Geosci. Remote Sens. Lett., vol. 6, no. 3, pp. 398-402, Jul. 2009. 

  3. P. A. M. Berry, R. G. Smith, M. K. Salloway, and J. Benveniste, "Global analysis of EnviSat burst echoes over inland water", IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., vol. 50, no. 5, pp. 1980-1984, May 2012. 

  4. G. Alberti, L. Festa, C. Papa, and G. Vingione, "A waveform model for near-nadir radar altimetry applied to the Cassini mission to Titan", IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., vol. 47, no. 7, pp. 2252-2261, Jul. 2009. 

  5. N. Galin, A. Worby, T. Markus, C. Lueschen, and P. Gogineni, "Validation of airborne FMCW radar measurements of snow thickness over sea ice in Antarctica", IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., vol. 50, no. 1, pp. 3-12, Jan. 2012. 

  6. H. E. Bingol, B. Akin, and O. KOC, "Radar altimeter as a navigation aid using hierarchical elevation map clustering", in Proc. IEEE Position Location and Navigation Symp., pp. 377-381, 2012. 

  7. J. L. Campbell, M. U. de. Haag, "Assessment of radar altimeter performance when used for integrity monitoring in a synthetic vision system", in Proc. 20th Digital Avionics Systems, vol. 1, Oct. 2001. 

  8. J. W. Joyce, "Radar Altimeter", U. S patent 6,992,614, Jan. 2006. 

  9. H. D. Griffiths, "New ideas in FM radar", Electron. Commun. Eng. J., vol. 2, no. 5, pp. 185-194, Oct. 1990. 

  10. P. D. L. Beasley, "The influence of transmitter phase noise on FMCW radar performance", European Microw. Conf. Proc., pp. 331-334, Sep. 2006. 

  11. K. Lin, Y. E. Wang, C. K. Pao, and Y. C. Shih, "A Ka-band FMCW radar front-end with adaptive leakage cancellation", IEEE Trans. Microw. Therory and Tech., vol. 54, no. 12, pp. 4041-4048, Dec. 2006. 

  12. J. H. Choi, M. S. Kim, S. H. Shin, and Y. G. Yang, "Low phase noise S-band PLL frequency synthesizer using DDS and offset mixing techniques", Asia-Pacific Microw. Conf. Proc., pp. 1409-1412, Dec. 2009. 

  13. X. Gai, G. Liu, S. Chartier, A. Trasser, and H. Schumacher, "A PLL with ultra low phase noise for millimeter wave applications", European Microw. Conf. Proc. pp. 69-72, Sep. 2010. 

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