초록 ▼

연구의 목적 및 내용
거리 정보를 검출할 수 있는 24GHz 대역 초소형 단일칩 UWB 레이더 센서를 개발하고 이를 이용하여 MIMO 동작이 가능한 레이더 배열 시스템을 구현한다. 저전력, 저가격, 초소형화를 위해 CMOS 공정을 이용하며, 레이더 센서의 측정 거리와 민감도, 정확도 향상을 위한 Timing 제어부와 수신 신호 처리부를 포함한 독창적인 RF 송수신단을 제안하고 설계한다. 구현된 초소형 MIMO 레이더를 이용한 3차원 이미지 획득 시스템을 개발한다. 먼저, 하이브리드 모듈로 구성된 MIMO 레이더 시스템을 이용해

연구의 목적 및 내용
거리 정보를 검출할 수 있는 24GHz 대역 초소형 단일칩 UWB 레이더 센서를 개발하고 이를 이용하여 MIMO 동작이 가능한 레이더 배열 시스템을 구현한다. 저전력, 저가격, 초소형화를 위해 CMOS 공정을 이용하며, 레이더 센서의 측정 거리와 민감도, 정확도 향상을 위한 Timing 제어부와 수신 신호 처리부를 포함한 독창적인 RF 송수신단을 제안하고 설계한다. 구현된 초소형 MIMO 레이더를 이용한 3차원 이미지 획득 시스템을 개발한다. 먼저, 하이브리드 모듈로 구성된 MIMO 레이더 시스템을 이용해서 3차원 이미지 획득을 위한 신호 처리 알고리즘과 MIMO 레이더 시스템의 배열 형태, 크기 및 간격 등의 구조 관련 연구를 진행한다. 최종적으로 본 과제에서 개발된 단일칩 UWB 레이더로 하이브리드 모듈을 대체한다.

연구결과
- 초소형 단일칩 UWB 레이더 센서
:: 송신단의 timing circuit에서, synchronized counter와 VDL 회로의 조합을 통하여 레이더 시스템의 거리 정확도를 크게 높였다.
:: 송신단의 펄스 발생기에서, UWB 레이더의 duty-cycle이 매우 작은 것에 착안, 펄스가 필요한 순간에만 회로를 동작시킴으로써 평균 전력 소모를 현격하게 줄였다.
:: 수신단의 LNA와 Mixer에서, 두 회로가 합쳐진 형태의 수신단을 구성함으로써, 소모 전력을 줄임과 동시에 매우 좋은 성능의 NF를 얻었다.
:: 이를 이용해 10m 이내의 거리에서, 10 cm 이내의 해상도, 4 mm 이내의 정확도를 가진 UWB 레이더 센서 개발을 완료하였다.

- 3차원 공간 인식을 위한 레이더 배열 연구
:: Widely-separated MIMO 배열 방식에서, 추가적인 연결 또는 추가적인 회로를 통한 동기화의 과정 없이도, 자신의 신호와 함께 다른 센서의 신호를 입력받아 정보를 분석함으로써 위치 검출 정확도를 높이도록 구성하였다. 이를 이용해 ghost 문제 및 diversity 문제도 해결하였다.
:: Timed-array MIMO 배열 방식에서, K-밴드 펄스 발생기의 전류원 제어를 통한 phase coherency 특성을 이용하여, 트리거 신호 제어 방법으로 beam-forming이 가능하도록 구성하였으며, 추가적인 RF delay line을 통하여 각 해상도를 높였다.

연구결과의 활용계획
초소형 MIMO 레이더 센서 시스템은 초소형 레이더 IC를 만들기 위한 기술과, 여러 개의 레이더를 배열하여 물체의 거리뿐만 아니라 추가적인 정보를 얻는 기술의 개발을 촉진한다. 이러한 기술 개발을 통하여 로봇 비전, 의료 영상, 자동차 충돌 방지, 보안 장비, 생체 신호 검출, 재난구조장비와 같은 여러 가지 응용 시스템의 구현이 가능하다.

Abstract ▼

Purpose&contents
A 24 GHz band miniaturized UWB radar sensor for range detection is developed. And a MIMO radar system based on the array of the radar sensor is implemented. A RF transceiver including a delay timing controller and a baseband signal processor to improve maximum detection range, se

Purpose&contents
A 24 GHz band miniaturized UWB radar sensor for range detection is developed. And a MIMO radar system based on the array of the radar sensor is implemented. A RF transceiver including a delay timing controller and a baseband signal processor to improve maximum detection range, sensitivity, accuracy and resolution is designed. A single-chip UWB radar except only antenna and DSP is implemented using a CMOS process, which allows to integrate RF, Analog and Digital blocks into a single-chip for low power, low cost and miniaturization. Efforts on 3-D image sensor based on the MIMO radar system with a hybrid module are also directed parallel with single chip radar research. Signal processing algorithm and the optimum array structure for 3-D image is investigated. A hybrid module will be replaced at last by the fabricated single-chip UWB radar.

Result
- Miniaturized single-chip UWB radar sensor
:: In a timing circuits of the transmitter, the combination operation of the synchronized counter and VDL can remarkably improve the range accuracy of the radar system.
:: In a pulse generator of the transmitter, since the duty-cycle of the UWB radar is very small, the average power consumption of the system can be drastically reduced by operating only in the pulse duration.
:: In LNA and mixer of the receiver, low power consumption and low NF can be achieved by combining two circuits and sharing the DC current.
:: By using this radar sensor, we can achieve the range resolution of within 10 cm and range accuracy of within 4 mm in the range of about 10 m.

- Study on the radar array structure for 3-D image detection
:: In widely-separated MIMO radar array with the proposed radar sensors, it can improve the position detection accuracy by synthesizing both own signal and the signals from the others. The synchronization process using an additional connection or circuits is not required. The proposed method can also resolve the ghost and diversity problems.
:: In timed-array MIMO radar system, the beam-forming of the K-band pulse signal is possible by using only the trigger signal control method. It is based on the phase coherency property coming from an asymmetric current-source control of the pulse generator. An additional RF delay lines can improve the angular resolution.

Expected Contribution
Miniaturized MIMO radar sensor facilitates the progress of not only IC technology but also range and additional information detection technology. Through this progress, various application systems such as robot vision, medical image, security, vital signal detection, lifesaving and pre-crash can be implemented.