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이동표적 탐지를 위한 77 GHz 차량레이더용 가상배열 설계
A Virtual Array Design of 77 GHz Vehicle Radar for Detecting Moving Targets 원문보기

韓國電磁波學會論文誌 = The journal of Korean Institute of Electromagnetic Engineering and Science, v.26 no.5, 2015년, pp.435 - 444  

김두수 (국방과학연구소) ,  홍동희 (국방과학연구소) ,  주정명 (LIG 넥스원) ,  양진모 (국방과학연구소) ,  이상인 (국방과학연구소)

초록
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본 논문에서는 시분할 송신과 근거리에서 이동표적 탐지가 가능한 77 GHz 차량레이더용 가상배열 구조 설계에 대해 다루었다. 본 논문에서 기술된 가상배열 구조는 하드웨어의 복잡도, 무게 및 비용 등을 줄일 수 있는 반면, 시분할 송신에 의해 이동표적 탐지 시 수신신호의 위상왜곡으로 안테나 빔의 부엽이 높게 형성된다. 이를 위해 위상이 동일한 부배열 수신신호를 이용하여 안테나 빔의 부엽을 최소 10 dB 이상 억압시켰다. 또한, 근거리에서도 운용되어야 하는 차량레이더는 구면파 형태로 신호가 형성되어 평면파를 가정하는 빔 형성을 통해서는 빔 왜곡이 발생한다. 이를 위해 각 표적거리에 대해 관심 빔 조향 영역($-30^{\circ}{\sim}+30^{\circ}$)의 중심이 되는 정면 방향(${\phi}_{com}=0^{\circ}$)의 신호를 각 수신신호에 보정하여 안테나 빔의 왜곡된 주엽 형태를 회복시키고, 10~15 dB 정도 부엽 성능을 개선하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

This paper specifies on a virtual array design of a 77 GHz vehicle radar for detecting a moving target at a time division transmit and a near range. The virtual array designed reduces a hardware complexity, weight and price. However, a synthesized beam of the virtual array has a high side lobe by a ...

주제어

#Vehicle Radar   #Virtual Array   #Time Division Transmit   #Near Range Beam Forming   #Compensation  

AI 본문요약
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문제 정의

  • 또한, multiplicative 배열에서도 구면파가 형성되는 근거리의 표적 탐지 성능 저하는 불가피하므로 가상배열 구조와 마찬가지로 성능 개선이 필요하다. 따라서 본 논문에서는 가상배열 구조에서 이동표적에 대해 시분할 송신과 근거리 운용 시 발생하는 기술적 문제점들을 해결하는 방안에 대해 제시하였다. 2장에서는 가상배열 개념에 대해 간략히 기술하였고, 3장에서는 시분할 송신에 의해 발생하는 안테나 빔 부엽의 억압 방안에 대해 기술하였다.
  • 본 논문에서는 77 GHz 대역을 운용하는 차량레이더에서 이동표적 탐지를 위한 가상배열 설계에 대해 다루었다. 본 논문에서 기술된 가상배열 개념은 하드웨어의 복잡도, 무게 및 비용 등을 줄일 수 있는 반면, 시분할 송신에 의해 이동표적 탐지 시 수신신호의 위상왜곡으로 안테나 빔의 부엽이 높게 형성된다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
가상배열 구조의 단점은? 반면에 가상배열 구조는 안테나 빔 왜곡에 의해 표적 탐지 성능 저하가 발생할 수 있어, 개선이 필요한 부분도 있다. 일반적으로 레이더는 평면파가 형성되는 원거리 표적 탐지를 위한 용도로 운용되며, 구면파가 형성되는 근거리의 표적 탐지는 레이더의 관심대상이 아니다.
레이더가 탑재되는 플랫폼 중 최근 차량용 레이더에 대한 현황은? 일반적으로 레이더는 표적을 탐지하거나 추적하는 용도로 사용되며, 레이더가 탑재되는 플랫폼에 따라 레이더의 요구기능 및 성능이 달라진다. 최근에는 민수용 자동차에 주행 시 운전자의 안전성을 강화하기 위한 목적으로 충돌 방지를 위한 차량용 레이더가 장착되고 있으며[1] 레이더의 RF(Radio Frequency)부에 능동형 송수신모듈 (transmit receive module)을 배열안테나의 개별 소자에 적용하면서 다중 빔 형성을 통한 표적 탐지 및 추적까지 가능하다[2],[3]. 또한, 국방 분야에서도 무인 차량에 탑재되어 표적 탐지와 추적을 통해 충돌 방지뿐만 아니라, 자율주행하기 위한 센서 중의 하나로서 레이더의 성능을 차별화하여 개발되고 있다. 특히 표적 탐지거리 확장 및 표적 분리(target resolution)와 같은 성능 요구에 대해서는 일반적으로 안테나 개구면을 넓히고, 안테나 배열간격을 고려한 배열소자 수를 증가시켜야 한다.
일반적으로 레이더는 어떤 용도로 사용되는가? 일반적으로 레이더는 표적을 탐지하거나 추적하는 용도로 사용되며, 레이더가 탑재되는 플랫폼에 따라 레이더의 요구기능 및 성능이 달라진다. 최근에는 민수용 자동차에 주행 시 운전자의 안전성을 강화하기 위한 목적으로 충돌 방지를 위한 차량용 레이더가 장착되고 있으며[1] 레이더의 RF(Radio Frequency)부에 능동형 송수신모듈 (transmit receive module)을 배열안테나의 개별 소자에 적용하면서 다중 빔 형성을 통한 표적 탐지 및 추적까지 가능하다[2],[3].
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참고문헌 (9)

  1. F. Folster, H. Rohling, and U. Lubbert, "An automotive radar network-based on 77 GHz FMCW sensors", Radar Conference 2005, pp. 871-876, May 2005. 

  2. C. M. Lievers, W. L. van Rossum, A. P. M. Maas, and A. G. Huizing, "Digital beam forming on transmit and receive with an AESA FMCW radar", Proceeding of the 4th European Radar Conference 2007, pp. 47-50, Oct. 2007. 

  3. W. L. van Rossum, C. M. Lievers, A. P. M. Maas, and A. G. Huizing "Suppression of sidelobe scatterers in an AESA FMCW radar", Radar Conference 2008, pp. 1-5, 2008. 

  4. Martin Schneider, "Automotive radar - status and trends", IEEE-German Microwave Conference 2005(GeMic 2005), pp. 144-147, 2005. 

  5. C. A. Balanis, Antenna Theory, John Wiley & Sons Inc., pp. 133-151, 1997. 

  6. M. S Lee, Y. H Kim, "Design and performance of a 24- GHz switch-antenna array FMCW radar system for automotive applications", IEEE Transactions on Vehicular Technology, pp. 2290-2297, vol. 59, issue 5, 2010. 

    상세보기 crossref

  7. C. Hu, Y. Liu, H. Meng, and X. Wang, "Randomized switched antenna array FMCW radar for automotive applications", IEEE Transactions on Vehicular Technology, pp. 3624-3641, vol. 63, issue 8, 2014. 

    상세보기 crossref

  8. Robert H. Macphie, T. H. Yoon, "Grating lobe suppression with a thinned multiplicative receiving array", Microwave Conference Proceedings, APMC 2005. 

  9. D. E. N Davies, C. R. Ward, "Low sidelobe patterns from thinned arrays using multiplicative processing", Communications, Radar and Signal Processing, IEE Proceedings, vol. 127, issue 1, 1980. 

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