Automotive radar which is making driving safer and more convenient was first integrated in 1959 and the first generation of 77GHz band based automotive radar was introduced in 1998. The radar based driver assistance systems recently have become available even for mid-priced cars. Accelerating this trend, a rapidly growing number of radar sensors are being integrated into new vehicles to allow driver assistance functions such as adaptive cruise control (ACC), parking assistant system (PAS), lane change assist (LCA), and blind zone detection for comfort and safety.
The problem of sensing pedestrians or obstacles on side roads due to the null point of the radiation pattern is issued in automotive radar systems. To overcome this problem, a null-filling
antenna for automotive radar is proposed. A null-filling antenna for 77GHz automotive radar is investigated using the genetic algorithm. The single column of the proposed antenna consists of four gap-coupled antenna elements and 14 direct-coupled antenna elements. The radiating elements are inclined 45 from the feedline. The proposed antenna has 19.67 dBi gain with a 20.19-dB sidelobe level in the elevation and a 25.08-dB sidelobe level in the azimuth direction. The blind zone is reduced from 19.03 to 2.38 m using the proposed antenna for sensing the obstacle.
A novel microstrip patch antenna is proposed for rear and side detection application. I propose a novel low cost microstrip patch antenna with fully covering 24GHz ISM band (24.05~24.25GHz). The antenna design has been investigated through both the parametric study and the demonstration of surface currents on the antenna structure. The surface currents related to the co-polarization increased, and those related to the cross polarization is reduced by attaching shorted parasitic element. The measured gain of the antenna is 11.04dBi and that of the cross polarization level is -20.73dB. The cross polarization level is reduced by 5dB due to the shorted parasitic patch. The cross polarization levels are increased in ±70° due to the current flowing along the large ground. However, it is negligible because those angle is out of angle of detection in automotive application. The sidelobe levels of the proposed antenna are -20.59dB @ 70° in the XZ plane and the front to back ratio of proposed antenna is -29.10dB. The half-power beamwidth of the proposed antenna is 16.2 ˚ in the XZ plane and 100.8˚ in the YZ plane.
The popularity of small Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) has rapidly increased over the years and is expected to be more accelerated. UAVs can be equipped with sensors and weapons for military applications (such as air reconnaissance, bombing and air combats) and civil missions (such as telecommunication, a border monitoring, the weather forecast, and remote sensing). The suitable countermeasures are required to prevent a potential threat.
The identification of small UAV is discussed in this thesis. I present the realization of a High sensitivity K-band FMCW radar system to measure the range and micro-Doppler phenomenon. High performance of FMCW radar signals in terms of flatness, linearity and sensitivity are achieved. The novel signal processing for fast sweeping FMCW radar is proposed. In order to extract the micro-Doppler frequency in FMCW radar system, our approach is based on the selected bins of each chirp signal and the Hilbert-Huang Transform(HHT) method is used to extract the micro-Doppler signal. We measured the range and micro-Doppler phenomenon to evaluate the proposed signal processing at two different environments: an anechoic chamber in which unwanted reflection from other clutters are removed and the outdoor environment in which the noise and reflections from other clutters are considered. Using the proposed approach, we clearly extract the micro-Doppler signatures from a rotating propeller with an odd number of blades in the anechoic chamber and with an even number of blades in outdoor environment.
The inherent problem of an FMCW radar system is that there will be a certain amount of coupling from the TX antenna to the RX antenna. The mutual coupling between the antennas describes energy absorbed by one antenna’s receiver when another nearby antenna is operating. That is, mutual coupling is typically undesirable because energy that should be radiated away is absorbed by a nearby antenna. The distributed FMCW Radar is discussed. I present the realization of a High sensitivity K-band FMCW radar system to detect and measure the range and velocity of the small RCS target. High performance of FMCW radar signals in terms of flatness, linearity and sensitivity is achieved. In order to enhance the isolation between Tx and Rx, our approach is fiber-optic based distributed radar system. The VGA is inserted in de-modulation block to compensate the path loss, it makes the beat signal more constant.
We measured the range and velocity of the small drone to evaluate the proposed distributed radar system. The transmitter and receiver are located on the 3m fixture to reduce the ground reflection with 12m spacing to reduce the leakage. Using the proposed radar system, we clearly detect the small drone within 500m range.
차량운행에 있어 보다 편안하고 안전한 환경을 제공하기 위한 차량용 레이더는 1959년 최초로 개발되어서, 1998년 최초의 77GHz 대역의 레이더가 개발되었다. 차량용 레이더는 지난 수십 년간 눈부신 발전으로, 최근에는 adaptive cruise control (ACC), parking assistant system (PAS), lane change assist (LCA), and blind zone detection 등의 다양한 레이더가 차량에 적용되고 있다.
안테나의 방사패턴에서 생기는 Null-point로 인하여, 보행자나, 갓길에 있는 물체를 제대로 탐지 하지 못하는 문제가 대두되고 있으며, 이를 극복하기 위한 새로운 Null- filling 안테나를 제안하였다. 77GHz 대역의 차량용 레이더에 사용되는 Null filling 안테나는 유전자 알고리즘을 이용하여, 원하는 형태의 빔 형성을 하였다. 알고리즘을 실제로 구현하기 위하여, 4개의 gap coupled 안테나 소자와 14개의 direct coupled 안테나 소자로 이루어진 단일 배열을 구성하였으며, 각각의 소자는 45도 편파를 갖는다. 총 8개의 단일 배열을 가로로 배열하여 전체 18x8개의 안테나로 구성된 안테나를 설계하였다. 설계된 안테나는 19.67dBi의 이득을 갖으며, 20.19dB의 수직축의 부엽레벨과 25.08dB의 수평축의 부엽레벨을 얻었다. 제안된 안테나로, blind zone은 최초 19.03m에서 2.38m로 개선되었다.
또한, 24GHz ISM대역에서 사용되는 측 후방 감지레이더를 위한 새로운 형태의 Microstrip patch 안테나가 제안되었다. 제안된 안테나에서 단락 된 기생소자를 이용하여, co-polarization과 관련된 표면전류는 증가하고, cross-polarization과 관련된 표면전류는 감쇠하였다. 제안된 안테나는 11.04dBi의 이득을 갖고, Cross polarization level은 -20.73dB로 측정되었다. 통상적인 사각 패치안테나를 이용한 배열 안테나 대비하여 5dB의 Cross polarization level의 개선이 있었다. Cross polarization level은 안테나에 비해 큰 접지면 크기에 의해, ±70° 부근에서 증가하지만, 이는 실제 레이더 시스템에서 사용되지 않는 범위이기에 무시할 수 있다. 제안된 안테나는 16.2˚ 의 수직방향 빔 폭과 100.8˚ 의 수평방향 빔 폭을 갖으며, -20.59dB의 부엽레벨을 갖는다.
최근 드론 사업이 활성화 되면서, 군사용 및 민간사업 분야에서 수많은 드론이 사용되고 있다. 드론 사업의 확장은 최초에 계획되었던 순 기능뿐 아니라, 사생활 침해 및 테러의 위협이 증대되는 문제를 야기하였다. 이러한 상황에서 적절한 드론을 탐지하여, 위협을 예방할 수 있는 방안의 필요성이 대두되고 있다.
본 논문에서는 드론을 탐지 및 식별하기 위하여, 높은 시스템 감도, 평탄도, 선형성을 갖는 K-band FMCW 레이더 시스템을 구현하였다. 고속 주파수 변조 레이더 시스템에서 드론을 식별하기 위해서, Selected bin 기반의 새로운 신호처리 알고리즘이 제안되었으며, Hilbert-Huang Transform을 이용하여 마이크로 도플러 신호를 분류하였다. 제안된 레이더 시스템과 신호처리 기법을 입증하기 위하여, 무반사실과 야외에서 실험을 진행하였다. 무반사실에서는 지표면 반사 및 다중 반사에 의한 잡음이 제거된 환경에서 타겟에 의한 신호만을 확인 할 수 있었으며, 야외에서 진행된 실험에서는 실제 환경의 잡음이 추가된 신호를 얻을 수 있었다. 제안된 알고리즘을 이용하여, 마이크로 도플러 신호를 정확히 추출해 낼 수 있었다.
FMCW레이더 시스템은 연속적으로 송신과 수신이 이루어지기 때문에, 송수신단간의 간섭문제를 항상 갖고 있다. 이러한 간섭신호는 일반적으로, 타겟에서 반사되어 오는 신호에 비해 매우 큰 신호이기 때문에, 시스템 감도를 낮추고, 수신 단을 포화 시키는 문제를 야기한다. 이러한 간섭문제를 해결하기 위해, 광섬유 기반의 분산된 FMCW 레이더 시스템을 제안하였다. 분산된 시스템을 위하여, 광섬유 망을 이용하여, 송신단과 수신 단을 분리 하였으며, 송신단과 수신 단을 12m 간격을 띄워 수신 단으로 직접 들어가는 누설신호를 줄여주었다. 송 수신 단은 각각 이격된 3m 높이의 구조물 위에 놓였으며, 소형 드론을 공중에 띄워 제안된 시스템을 검증하였다. 제안된 시스템으로 500m 이내의 소형 드론을 정확하게 감지하는데 성공하였다.
