This paper presents two new methods to estimate multiple ranges with super-resolution in Frequency Modulated Continuous Wave (FMCW) radar system. Conventionally, the range estimation is implemented through Fast Fourier Transform (FFT) processor.
We note that the computational complexity of FFT processor is O(N log N). The purpose of this paper is to keep the complexity less than $O(N^2)$ so that the range-resolution can be improved with slight computational overhead.
The first proposed method is using monopulse technique to estimate the beat frequency. The method is extended to multiple targets case. While the FFT processor is not needed, the complexity is $O(N^2)$ .
The second method is using early-late gate to estimate beat frequency. The method is extended to multiple targets case. The complexity is O(N) after the measurement is converted from time to frequency domain by the FFT processor. The overall complexity of the method is O(N log N).
Both of the methods require no variation of hardware configurations because the methods are implemented in digital signal processing.
With slight computational overhead, the proposed methods improve the range resolution to the corresponding Cramer-Rao (CR) bound. In the simulation, we confirmed that Root Mean Square Error (RMSE) of each estimated range approaches to its CR bound.
이 논문에서는 FMCW 레이더 시스템에서 초해상도 거리 추정에 대한 두가지 방법을 제안한다. 일반적으로 FMCW 레이더에서 거리 추정은 FFT 프로세서를 통해 이루어진다. 이 논문에서의 목적은 계산의 복잡도를 FFT 프로세서와 비슷하게 유지하는 것이다. FFT 프로세서의 계산 복잡도는 O(N log N) 이므로, 제안하는 방법의 계산 복잡도는 $O(N^2)$ 이하가 되도록 하였다. 첫번째 제안하는 방법은 모노펄스 방법을 이용하는 것이다. 이 방법은 단일 목표물에서 뿐만 아니라 다중 목표물의 경우로 확장하였다. 이 방법은 FFT 프로세서가 필요 없으며, 계산 복잡도는 $O(N^2)$ 이다.
두번째 제안하는 방법은 early-late 게이트를 이용하는 것이다. 이 방법은 위성항법시스템에서 다중경로 시간 지연 추정의 방법을 이용하였다. 이 방법은 측정치를 시간 도메인에서 주파수 도메인으로 바꾸어 주어야 하므로 FFT 프로세서가 필요하다. FFT 프로세서 이후의 추가적인 계산 복잡도는 O(N) 이다. 즉, 전체적인 계산 복잡도는 O(N log N) 이다.
두 방법 모두 디지털 신호 처리단에서 시행되므로, 추가적인 하드웨어 구성을 필요로 하지 않는다. 약간의 추가적인 계산량으로, 제안하는 방법은 거리 해상도를 Cramer-Rao 바운드에 해당하는 초해상도로 얻을 수 있다. 시뮬레이션을 통해 추정된 거리의 실효치 오류가 Cramer-Rao 바운드와 같음을 보였다.
