Recently, the FMCW RADAR has been obtaining popularity because of low cost of manufacture, relatively free from failure, and inexpensive to maintain. In various areas, it is necessary to broaden the bandwidth of the radar system to take the advantages. This paper suggests a considerable way to sweep the frequency of the FMCW radar system in order to overcome several limitations of a narrowband FMCW radar system. The new architecture of the proposed system is simulated in delay-line environment to show the reasons why the way can improve the narrowband FMCW radar system. The proposed FMCW radar system measures the property of the moving targets on the campus ground of the KAIST. The improved range resolution graph and results are provided to demonstrate the significant cavity compared to the narrowband FMCW radar system. This structure of the proposed broadband FMCW radar system could be easily applied in various areas.
1940년대 이후로 레이더 기술은 급격한 성장을 이루었다. 지금 현재는 많은 분야에서 FMCW 레이더를 사용하고 있다. 본 논문에서 먼저 하나의 DDS를 이용한 보편적인 FMCW 레이더를 설계하여 그 구조에 대해서 설명한다. 첫 번째로 삼각파 모양의 주파수 sweep 신호를 만드는 DDS는 AD9854모델을 사용하였으며, Matlab환경에서 직접 코딩한 프로그램을 통해서 제어한다. DDS는 신호를 만들기 위해서 reference clock 신호가 필요한데, 기저대역 시스템에서 51MHz를 4배 체배하여 204MHz를 이용해 10∼10.7555MHz로 sweep하는 삼각신호를 생성하여 기저대역 시스템으로 보내준다. 기저대역에서는 AD9854에서 생성된 신호를 PLL합성기를 통해서 900∼970MHz의 LO와 Ku-band Upconverter에 보내줄 신호를 생성한다. 이후 Ku-band 영역의 RF신호가 TX 안테나를 통해서 방사된다. 그 다음 표적물을 맞고 들어온 RF신호는 PLL LNB를 통해서 1.156∼1.226GHz로 downconvert 된다. 기저대역에서 생성된 900∼970MHz 의 LO와 Mixing된 후에 도플러 주파수가 포함된 256MHz의 IF 신호는 USRP N210을 통해서 신호처리 된다. 설계된 시스템을 정상적으로 동작하는지 알아보기 위하여 지연선을 TX단과 RX단에 연결하여 타겟이 맞고 들어오는 이상적인 환경으로 가정해 준다. 이후 지연선의 길이를 다르게 해서 들어온 신호를 통해서 표적의 거리를 계산하여 정상적으로 시스템이 동작하는지 확인해 본다.
앞서 설명한 하나의 DDS를 통해서 설계한 FMCW 레이더의 대역폭은 70MHz이므로 거리 분해능이 좋지 않고 sweep 주기는 50ms로 상당히 길어서 측정할 수 있는 표적의 속도가 상당히 작다. 이는 빠르게 움직이는 표적에 대해서는 탐지가 힘들고 활용분야도 상당히 좁다. 이를 보완하기 위해서 두 개의 DDS를 이용하여 FMCW 레이더를 설계한다. 설계한 시스템의 대역폭은 500MHz이고 Sweep 주기는 $430 \mu s$ 로 이전 시스템보다 상당히 성능이 향상되었음을 알 수 있다. 거리 분해능 또한 0.3m로 이전의 2.14m보다 상당히 개선되었음을 알 수 있다. 950∼1450MHz LO단을 생성하는 AD9914와 기저대역에 들어가는 55∼86.25MHz 신호를 만드는 또 하나의 AD9914, 두 개의 DDS로 500MHz의 광대역 FMCW 시스템을 설계하였다. 이외의 시스템은 이전 시스템과 동일하며 최종 TX 안테나에서 14∼14.5GHz의 LFM신호를 방사한다. 이 시스템 또한 지연선을 이용한 실험을 통해서 정상적으로 동작함을 확인한다. 그리고 실제 드론 인스파이어1을 표적으로 한 야외 실험을 진행하여 성공적으로 탐지가 됨을 확인한다.
