소형선박용 X-Band FMCW 레이더 신호처리부 설계 및 구현

Abstract

기존의 해상용 레이더는 원거리 탐지 목적의 고출력 송신을 할 수 있는 펄스 레이더로써, 장착 및 유지비용에 대한 부담으로 대부분 중대형 선박에서 사용되고 있다. 근거리탐지로 충돌 회피가 가능한 소형선박에 기존의 펄스레이더 대신 저전력으로 운용가능하며 분해능이 높은 FMCW방식의 레이더를 적용하고자 한다. FMCW방식의 송수신 신호를 이론적으로 분석하고, 실제 FMCW레이더 구현시 적용 가능한 신호처리 설계 및 모의실험을 수행하여 거리 및 속도를 검출하였다. FMCW 레이더의 신호처리 시뮬레이션을 수행하기 위하여 가상 송수신 신호를 혼합한 중간주파수(IF : Intermediate Frequency) 신호를 생성하고 저역통과 필터를 거쳐 잡음 제거를 한 후, A/D변환기를 사용하지 않는 대신에 FFT크기에 대한 샘플간격으로 주파수 최대값을 검출하여 물체와의 거리 및 속도 주파수를 구하고, 최종적으로 거리 및 속도를 계산하는 신호처리 과정을 모의 실험하였다. 실제 FMCW레이더 신호처리 과정에서 거리 및 속도 검출에 사용되는 차주파수 신호의 특징을 분석하기 위해서 송수신 신호의 차 공식을 이용하여 MATLAB으로 가상 차주파수 신호를 설계하였다. 이를 이용하여 임의의 거리 및 속도에 대한 가상 차주파수 신호를 발생시켜 각 신호에 대한 특징을 비교 분석하였다. 【Conventional marine radar systems utilize pulse radar which is capable of high-power transmissions and is effective for remote detection purposes. A pulse radar is most commonly used on medium or large vessels due to its expensive installation and maintenance costs. I propose the use of a Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) radar system operated at low-power and high-resolution instead of the conventional pulse-radar based system. The transmitted and received signals of the FMCW radar system were theoretically analyzed and radar signal processing design and simulation experiments were performed to detect the range and speed. Intermediate Frequency (IF) signal mixed with virtual transmit and receive signals were generated to perform FMCW radar signal processing simulations where the IF signal underwent noise reduction through a lowpass filter. The maximum frequency was derived through the sample interval of the FFT size instead of using A/D converter. This maximum frequency was used to get the frequency range and frequency speed which were in turn used to calculate the range and speed. The virtual beat frequency generated using MATLAB is utilized to analyze the beat frequency used in the actual FMCW radar system signal processing. The differences in the range and speed of the beat frequency signals are processed and analyzed.】