[논문]밀리미터파 추적레이더 송·수신 구성품의 적용성 검증을 위한 신호획득장치 개발

최진규; 신영철; 홍순일; 류한춘; 김홍락; 주지한

doi:10.7236/jiibc.2023.23.6.185

밀리미터파 추적레이더 송·수신 구성품의 적용성 검증을 위한 신호획득장치 개발
Development of a Signal Acquisition Device to Verify the Applicability of Millimeter Wave Tracking Radar Transmission and Receiving Components 원문보기

The journal of the institute of internet, broadcasting and communication : JIIBC, v.23 no.6, 2023년, pp.185 - 190

최진규 (LIG넥스원(주)) , 신영철 (덕산넵코어스(주)) , 홍순일 (덕산넵코어스(주)) , 류한춘 (LIG넥스원(주)) , 김홍락 (LIG넥스원(주)) , 주지한 (LIG넥스원(주))

초록
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최근 추적레이더는 다양한 환경에서 높은 해상도로 표적의 정보를 획득하기 위한 밀리미터파 추적레이더의 개발을 요구한다. 밀리미터파 추적레이더의 개발은 밀리미터파 추적레이더에 적용할 수 있는 송·수신 구성품의 개발과 동시에 추적레이더의 적용성을 필요로 한다. 개발된 송·수신 구성품의 적용성을 검증하기 위해서는 추적레이더의 운용개념을 적용한 송·수신 구성품을 제어하고, 상태를 확인할 수 있는 신호획득장치의 개발을 요구한다. 본 논문에서는 밀리미터파 추적레이더를 위해 개발된 구성품의 적용성을 확인할 수 있는 신호획득장치를 설계하였다. 구현한 신호획득장치는 수신신호를 검증하기 위해 4채널에서 입력되는 OOOMHz의 중심주파수와 OOOMHz 대역폭의 신호를 실시간으로 처리하기를 요구한다. 또한 추적레이더의 운용개념을 적용한 구성품 제어는 RS422, RS232, SPI 통신과 송수신구간 제어신호 생성으로 제어를 할 수 있도록 설계하였다. 마지막으로 신호획득장치 성능시험으로 구현한 신호획득장치를 검증하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Recently, tracking radar requires the development of millimeter wave tracking radar to acquire target information with high resolution in various environments. The development of millimeter wave tracking radar requires the development of transmission and receiving components that can be applied to the millimeter wave tracking radar, as well as verification of the applicability of the tracking radar. In order to verify the applicability of the developed transmitting and receiving components, it is necessary to develop a signal acquisition device that can control the transmitting and receiving components using the operating concept of a tracking radar and check the status of the received signal. In this paper, we implemented a signal acquisition device that can confirm the applicability of components developed for millimeter wave tracking radar. The signal acquisition device was designed to process in real time the OOOMHz center frequency and OOMHz bandwidth signals input from 4 channels to verify the received signal. In addition, component control applying the tracking radar operation concept was designed to be controlled by communication such as RS422, RS232, and SPI and generation of control signals for the transmission and receiving time. Lastly, the implemented signal acquisition device was verified through a signal acquisition device performance test.

주제어

표/그림 (10)

그림 그림 1. 신호획득장치 기능도 Fig. 1. Functional diagram of the signal processor
그림 그림 2. 신호획득장치 블록도 Fig. 2. Block diagram of the signal acquisition device
그림 그림 3. 디지털 IF 수신기 블록도 Fig. 3. Block diagram of the digital IF receiver
그림 그림 4. 디지털 IF 수신기 시뮬레이션 결과 Fig. 4. Simulation result of the digital IF receiver
그림 그림 5. 전원보드 블록도 Fig. 5. Block diagram of the Power Board
그림 그림 6. 선형성 오차 측정결과 Fig. 6. Test result of linearity error
그림 그림 7. 송신 구간 제어 신호 측정 결과 Fig. 7. Test result of transmission time control signal generation
그림 그림 8. 수신 구간 제어 신호 측정 결과 Fig. 8. Test result of receiving time control signal generation
그림 그림 9. RS422, RS232, SPI 통신 시험 결과 Fig. 9. Test result of RS422, RS232 and SPI communication
표 표 1. 도플러 주파수 측정 시험 결과 Table 1. Test result of doppler frequency

AI 본문요약
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문제 정의

본 논문에서는 밀리미터파 추적레이더를 위해 개발한 송·수신구성품의 적용성을 확인하기 위한 신호획득장치의 역할과 기능을 정리하였다
본 논문은 밀리미터파 추적레이더를 위해 개발된 송·수신 구성품의 적용성을 검증하는데 필요한 신호처리부와 유사한 기능을 갖는 신호획득장치의 설계 및 구현에 대해 정리하였다
본 절에서는 밀리미터파 추적레이더를 위한 송·수신 구성품의 성능 확인 및 추적레이더의 적용 가능성을 확인하기 위해 필요한 신호획득장치의 기능을 정리하고, 신호획득장치의 기능을 수행 할 수 있는 구현 방안을 정리하였다.
본 절에서는 신호획득장치의 기능을 구현하기 위한 방안을 정리하였다. 신호획득장치는 데이터획득부, 운용제어부, 전원부로 구성하였다.

제안 방법

또한 검증 대상 수신기에서 출력되는 IF 신호의 유동적인 주파수에 대처할 수 있도록 디지털 IF 수신기를 적용하여 설계하였다. 광대역의 IF 신호를 처리 할 수 있는 디지털 IF 수신기를 설계하기 위해 OOOMSPS를 처리 할 수 있는 고성능 ADC (Analog-to-Digital Converter)와 FPGA (Field Programmable Gate Array)를 적용하였다. 그리고 고성능 멀티코어 프로세서를 적용하여 4채널의 대용량 데이터를 동시에 처리하여 표적을 탐색하고, 추적하기 위한 정보를 추출할 수 있도록 설계하였다.
광대역의 IF 신호를 처리 할 수 있는 디지털 IF 수신기를 설계하기 위해 OOOMSPS를 처리 할 수 있는 고성능 ADC (Analog-to-Digital Converter)와 FPGA (Field Programmable Gate Array)를 적용하였다. 그리고 고성능 멀티코어 프로세서를 적용하여 4채널의 대용량 데이터를 동시에 처리하여 표적을 탐색하고, 추적하기 위한 정보를 추출할 수 있도록 설계하였다. 또한 운용개념을 적용한 송·수신 구성품 제어를 위해 RS422, RS232, SPI와 같은 통신과 송신 구간 제어 신호와 동기를 갖는 수신구간 제어 신호등을 생성하는 기능을 구현하였다.
3V 전원을 생성한다. 대용량의 전력이 소요되는 FPGA 및 프로세서는 별도의 DC-DC를 선정하여 전력을 충분히 공급할 수 있도록 설계하였다.
본 논문에서 언급한 신호획득장치는 수신기에서 출력되는 신호의 성능을 확인하기 위해 4채널의 수신 신호를 동시에 획득하여 처리할 수 있도록 설계하였다. 또한 검증 대상 수신기에서 출력되는 IF 신호의 유동적인 주파수에 대처할 수 있도록 디지털 IF 수신기를 적용하여 설계하였다. 광대역의 IF 신호를 처리 할 수 있는 디지털 IF 수신기를 설계하기 위해 OOOMSPS를 처리 할 수 있는 고성능 ADC (Analog-to-Digital Converter)와 FPGA (Field Programmable Gate Array)를 적용하였다.
본 논문에서는 밀리미터파 추적레이더를 위해 개발한 송·수신구성품의 적용성을 확인하기 위한 신호획득장치의 역할과 기능을 정리하였다. 또한 신호획득장치의 역할과 기능을 수행 할 수 있도록 설계하고 구현하였다. 구현한 신호획득장치는 수신동적영역 시험, 도플러 주파수 오차 측정 시험과 같은 신호획득장치의 성능시험에서 송·수신구성품의 적용성을 확인하기 위해 필요한 기능과 성능이 충족함을 확인하였다.
또한 운용개념을 적용한 송·수신 구성품 제어를 위해 RS422, RS232, SPI와 같은 통신과 송신 구간 제어 신호와 동기를 갖는 수신구간 제어 신호등을 생성하는 기능을 구현하였다
마지막으로 구현한 신호획득장치는 성능 시험 항목인 수신신호 획득시험, 통신시험, 송·수신 구간 제어신호 생성시험 등으로 성능을 검증하였다.
데이터획득부의 전처리는 주파수하향변환, Window, FFT, 펄스압축처리가 있고 추적레이더의 운용모드에 따라 다른 전처리 기능을 수행한다. 본 논문에서 설계한 데이터획득부는 수신부에서 입력되는 IF신호를 처리하기 위한 디지털 IF 수신기를 설계하였으며, 디지털 IF 수신기의 블록도는 아래 그림 3과 같다. 데이터획득부에 적용한 디지털 IF 수신기는 고성능 ADC에서 OOOMSPS로 이산화하고, ADC내부의 DDC를 이용하여 1차 주파수하향변환 처리하여 데이터를 FPGA에 전송한다.
본 논문에서 설계한 디지털 IF 수신기는 ADC의 모델링과 DDC의 시뮬레이션을 통한 검증으로 구현하였다. 그림 4는 디지털 IF 수신기의 시뮬레이션 결과로 (a)는 ADC 입력신호, (b)는 ADC 모델링, (c)는 DDC 시뮬레이션 결과를 나타낸 것으로 계산값과 동일한 결과를 확인함으로써 설계된 디지털 IF 수신기를 검증하였다.
본 논문에서 언급한 신호획득장치는 수신기에서 출력되는 신호의 성능을 확인하기 위해 4채널의 수신 신호를 동시에 획득하여 처리할 수 있도록 설계하였다. 또한 검증 대상 수신기에서 출력되는 IF 신호의 유동적인 주파수에 대처할 수 있도록 디지털 IF 수신기를 적용하여 설계하였다.
송·수신 구간 제어를 하기 위한 신호는 FPGA에서 데이터획득 시간과 동기를 맞추어 생성할 수 있도록 구현하였다.
신호획득장치의 성능확인 시험은 수신신호처리 성능확인을 위한 수신동적영역 시험 및 도플러 주파수 오차 측정시험, 구성품 제어를 위한 RS422, RS232, SPI 통신 시험 및 송·수신 구간 제어 신호 측정 시험으로 신호획득장치의 성능을 검증하였다.

대상 데이터

본 절에서는 신호획득장치의 기능을 구현하기 위한 방안을 정리하였다. 신호획득장치는 데이터획득부, 운용제어부, 전원부로 구성하였다. 데이터획득부는 수신부에서 입력된 IF 신호를 고성능 ADC를 사용하여 이산화하고, FPGA에 설계한 전처리 모듈은 ADC에서 수신한 데이터를 전처리하여 프로세서가 처리 할 수 있는 데이터로 변환한다.

성능/효과

구현한 신호획득장치는 수신동적영역 시험, 도플러 주파수 오차 측정 시험과 같은 신호획득장치의 성능시험에서 송·수신구성품의 적용성을 확인하기 위해 필요한 기능과 성능이 충족함을 확인하였다.
그림 7과 8은 송·수신구간 제어 신호 측정 결과로 요구사항에 충족함을 확인하였다.
밀리미터파 추적레이더를 위한 개발한 송·수신 구성품의 추적레이더 적용성을 확인할 수 있는 신호획득장치는 데이터획득부, 운용제어부, 전원공급부로 기능을 분류하고, 구현할 수 있다
본 논문에서 구현한 신호획득장치는 단일 모듈단위의 성능시험을 통해 밀리미터파 추적레이더를 위해 개발된 송·수신구성품의 적용성을 검증하기 위한 성능이 충족함을 확인하였다
본 논문에서 언급한 신호획득장치는 추적레이더의 운용 개념을 적용한 송·수신 구성품을 제어 할 수 있는 기능을 가지고 있어야 한다

후속연구

본 논문에서 언급한 신호획득장치는 추적레이더의 운용 개념을 적용한 송·수신 구성품을 제어 할 수 있는 기능을 가지고 있어야 한다. 동시에 추적 레이더의 운용 개념을 적용한 수신 구성품의 출력 신호를 획득하고, 처리하여 수신기에서 출력되는 신호의 성능 및 적용성을 검증할 수 있어야 한다.
추후 기 개발된 밀리미터파 추적레이더에 적용된 송·수신 구성품의 연동시험을 통해 신호획득장치의 신뢰성 확인이 필요하다. 또한 다양한 추적레이더의 구성품에 적용성을 검증하기 위해 정밀 추적을 위한 대용량 데이터를 실시간으로 처리하고, 다양한 구성품 제어를 위한 인터페이스 구축 및 지속적인 연구가 필요하다.
추후 기 개발된 밀리미터파 추적레이더에 적용된 송·수신 구성품의 연동시험을 통해 신호획득장치의 신뢰성 확인이 필요하다

참고문헌 (6)

RODGER E. ZIEMER, WILLAM H. TRANTER, D.？RONALD FANNIN, "Signals and Systems", Macmillan？Publishing Co. Inc., New York, 1983.
Jinkyu Choi, Kyoung-Il Na, Youngcheol Shin, Soonil？Hong, Changhyun Park, Younjin Kim, Hongrak Kim,？Jihan Joo, Sosu Kim "Research on Broadband Signal？Processing Techniques for the Small Millimeter Wave？Tracking Radar", The Journal of The Institute of？Internet, Broadcasting and Communication(JIIBC),？Vol. 21, No. 6, pp. 49-55, Dec. 2021.？DOI: https://doi.org/10.7236/JIIBC.2021.21.6.49

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Daihyun Kwon, Byung-Lae Cho, Kichul Yoon, Kwan？Sung Kim, Chan-Hong Kim, "Velocity based Hybrid？Doppler Processing Method to Improve the detection？Performance of Low Doppler Resolution Radar", The？Journal of KIIT, Vol. 21, No. 2, pp. 123-129 Feb. 2023？DOI: 10.14801/jkiit.2023.21.2.123

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Hong-Rak Kim, Man-hee Lee, Youn-Jin Kim, Seong-ho？Park, "Design of EMC countermeasures for radar？signal processing board", The Journal of The Institute？of Internet, Broadcasting and Communication(JIIBC),？Vol. 23, No. 5, pp. 41-46, Oct. 2023.？DOI: https://doi.org/10.7236/JIIBC.2023.23.5.41

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Jinkyu Choi, Kyoung-Il Na, Youngcheol Shin, Soonil？Hong, Changhyun Park, Younjin Kim, Hongrak Kim, Jihan？Joo, Sosu Kim "Development of Raw Data Storage？Equipment for Operation Algorithm research of the？Millimeter Wave Tracking Radar", The Journal of The？Institute of Internet, Broadcasting and Communication？(JIIBC), Vol. 22, No. 3, pp. 57-62, Jun 2022？DOI: https://doi.org/10.7236/JIIBC.2022.22.3.57

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Xilinx, "DMA/Bridge Subsystem for PCI Express v4.0",？Product Guide, Dec 2017？https://www.xilinx.com/products/intellectual-property/pcie-dma.html

저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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