REMI Lab강의 노트

Radar Signal Processing R07

7장 FMCW와 beat frequency

beat frequency

두 램프의 차이는 얼마이고, 왜 거리를 알려 주는가? chirp 안의 시간을 tt라 하면 송신 신호의 위상은 2π(fct+Kt2/2)2\pi(f_ct+Kt^2/2)이고, 수신 신호는 그것을 τ\tau만큼 늦춘 것이다. 송신 × 수신의 켤레에 남는 위상은 둘의 차이이다.

ϕIF(t)=2π(fcτ+Kτ t−12Kτ2)\phi_{\text{IF}}(t)=2\pi\Big(f_c\tau+K\tau\,t-\tfrac{1}{2}K\tau^2\Big)

tt에 비례하는 항의 계수가 IF의 주파수이고, 이것을 beat frequency라 한다.

fb=Kτ=2KRcf_b=K\tau=\frac{2KR}{c}

8장 표적 A(20 m)는 τ=0.133\tau=0.133 µs, fb=800.6f_b=800.6 kHz이다. 300 MHz를 쓸어 올리는 chirp가 1 MHz도 안 되는 톤 하나로 바뀌었으므로, 거리를 재는 일은 이 톤의 주파수를 재는 일이 된다. 상수항 2πfcτ2\pi f_c\tau는 거리에 따라 크게 도는 위상이고, 8장에서 속도를 재는 데 쓴다. Kτ2/2K\tau^2/2는 매우 작아 무시한다.

①은 chirp 하나의 송신 램프(실선)와 수신 램프(점선)이고 붉은 세로선이 지금 시각이며, 지연 τ는 실제보다 40배 넓게 그렸다. ②는 그때까지 받은 IF 샘플, ③은 그 샘플을 DFT 한 결과를 거리 R = c f/(2K)로 환산한 것이다.

해 보기

  1. chirp 앞부분의 샘플만 받았을 때와 chirp 전체를 받았을 때 피크 폭을 비교하라.
    관찰

    처음 몇 µs 동안 받은 샘플로는 피크가 넓다. chirp가 끝까지 쓸리면 피크가 20 m에서 좁아진다.

  2. 표적이 100 m에 있을 때 beat 주파수가 20 m일 때의 몇 배인지 확인하라.
    관찰

    fb=4.00f_b=4.00 MHz로 다섯 배가 된다. 거리와 beat가 비례한다.