위상오차 사전보상 DDS 첩 신호 발생기 설계
Design of DDS Chirp Signal Generator with Phase Error Pre-Compensation
- 주제(키워드) 메모리 맵 첩 신호 발생기 , DDS 첩 신호 발생기 , FPGA , 위상오차 보상 , 위성의 소형 및 경량화
- 발행기관 아주대학교
- 지도교수 김재현
- 발행년도 2016
- 학위수여년월 2016. 8
- 학위명 석사
- 학과 및 전공 일반대학원 우주전자정보공학과
- 실제URI http://www.dcollection.net/handler/ajou/000000023270
- 본문언어 한국어
- 저작권 아주대학교 논문은 저작권에 의해 보호받습니다.
초록/요약
영상레이더는 전파를 사용하여 지형 및 지물의 영상을 획득하는 능동형 감지기로서 광학 카메라와 다르게 전천후로 영상 획득이 가능하다. 영상레이더는 송수신 신호로 첩 신호를 사용하는데, 첩 신호를 생성하는 방법으로는 메모리 맵 방식과 DDS 방식이 있다. 메모리 맵 첩 신호 발생기는 사용할 신호의 데이터를 메모리 장치에 저장했다가 사용하는 방식으로 신호의 특성은 좋지만 메모리 장치의 의존도가 높기 때문에 탑재체의 무게 및 부피가 증가하며, 메모리 장치가 손상될 경우 사용의 제약이 따른다. DDS 첩 신호 발생기는 알고리즘을 사용해 신호를 생성하는 방법으로, 메모리 맵 방식에 비하여 메모리 장치의 의존도가 낮기 때문에 위성의 무게와 부피를 줄일 수 있다. 하지만 신호 생성 과정에서 잘림 현상이 발생하기 때문에 신호의 특성이 좋지 않다는 단점이 있다. 본 논문에서는 DDS 방식의 첩 신호 발생기에서 나타는 잘림 현상을 분석하고 이를 보안하기 위하여, 입력 변수를 통해 잘림 현상을 보상하는 방법을 제시하였다. 입력 신호를 계산하여 위상 오차를 계산할 경우, 기존의 위상오차를 보상하는 방법과 비교하여 처리 과정이 간단해 지기 때문에 시간과 전력 소비를 줄일 수 있었다. 또한, 위상 오차를 보상하는 값이 정확하여 높은 신뢰도를 보였다. 또한 탑재체의 무게 및 부피를 감소하기 위한 연구로 FPGA를 사용하여 DDS 첩 신호 발생기를 제작하였다. FPGA는 기존 메모리 맵 방식에서 사용하는 OBC와 비교하여 고속의 연산을 수행할 수 있을 뿐만 아니라 무게와 부피가 비교적 가볍기 때문에 FPGA를 사용하여 DDS 첩 신호 발생기를 개발하여, 영상레이더 탑재체의 소형 및 경량화를 목표로 하였다. 실제 제작된 DDS 첩 신호 발생기는 고주파 영역에서 신호의 특성이 낮아지는 현상이 있었지만, 이는 사용한 DAC 부품의 성능 때문인 것이었으며, DAC 성능을 만족시키는 범위 내에서 신호를 생성할 경우 이상적인 신호와 유사한 신호를 생성할 수 있었다. 따라서 제작에 사용된 부품보다 더 좋은 부품을 사용한다면 FPGA를 활용한 DDS 첩 신호 발생기의 사용 및 활용이 가능할 것으로 기대된다.
more목차
제 1 장 서론 1
제 2 장 연구 배경 3
제 1 절 영상레이더 3
제 2 절 첩 신호와 첩 신호 발생기 8
제 3 절 디지털 첩 신호 발생기의 오차 15
제 3 장 FPGA를 사용한 첩 신호 발생기 제작 18
제 1 절 첩 신호 알고리즘 18
제 2 절 하드웨어 구성 24
제 3 절 실험 결과 검증 26
제 4 장 위상오차 보상 연구 30
제 1 절 수직을 이용한 위상오차 보상 30
제 2 절 기존 위상오차 보상 기법과 비교 및 검증 41
제 5 장 결론 45
참고문헌 46
Abstract 48
목차
그림 목차
그림 1. 영상레이더에서 발생하는 왜곡 현상 5
그림 2. 영상레이더 시스템 과정 6
그림 3. Range Doppler Algorithm의 영상 획득 과정 7
그림 4. 이상적인 첩 신호의 파형 9
그림 5. 메모리 맵 방식 첩 신호 발생기의 신호 생성 과정 12
그림 6. DDS 첩 신호 발생기의 신호 생성 과정 14
그림 7. 이상적인 첩 신호와 DDS 출력 첩 신호 비교 16
그림 8. 설계한 첩 신호 생성 알고리즘 19
그림 9. 설계한 알고리즘 시뮬레이션 결과 첩 신호 20
그림 10. 실험 검증에 사용한 Evaluation Kit 연결 22
그림 11. Evaluation Kit를 사용하여 생성한 첩 신호 파형(Q 데이터) 23
그림 12. Evaluation Kit를 사용하여 생성한 첩 신호 주파수 특성 23
그림 13. 첩 신호 발생기 하드웨어 block diagram 24
그림 14. 첩 신호 발생기 하드웨어 PCB layout 25
그림 15. 실제 제작한 첩 신호 발생기 26
그림 16. 제작한 첩 신호 파형 발생기 신호의 출력 27
그림 17. 제작한 첩 신호 파형 발생기 신호 주파수 스펙트럼 특성 28
그림 18. 설정 변수를 조정한 신호의 파형 39
그림 19. 주파수 누적단에서 발생하는 신호의 잘림 현상 30
그림 20. 주파수 누적단에서의 잘림 현상에 의한 위상오차 31
그림 21. 신호의 폭이 1.5, 주파수 대역폭이 , 샘플의 개수가 개 일 때 DDS 첩 신호, 위상오차 보상 신호, 이상적인 신호의 파형 비교 35
그림 22. 신호의 폭이 1.5, 주파수 대역폭이 , 샘플의 개수가 개 일 때 DDS 첩 신호, 위상오차 보상 신호, 이상적인 신호의 주파수 스펙트럼 비교 36
그림 23. 신호의 폭이 1.0, 주파수 대역폭이 , 샘플의 개수가 개 일 때 DDS 첩 신호, 위상오차 보상 신호, 이상적인 신호의 파형 비교 37
그림 24. 신호의 폭이 1.0, 주파수 대역폭이 , 샘플의 개수가 개 일 때 DDS 첩 신호, 위상오차 보상 신호, 이상적인 신호의 주파수 스펙트럼 비교 38
그림 25. 신호의 폭이 1.0, 주파수 대역폭이 , 샘플의 개수가 개 일 때 DDS 첩 신호, 위상오차 보상 신호, 이상적인 신호의 파형 비교 39
그림 26. 신호의 폭이 1.0, 주파수 대역폭이 , 샘플의 개수가 개 일 때 DDS 첩 신호, 위상오차 보상 신호, 이상적인 신호의 주파수 스펙트럼 비교 40
그림 27. Curve fitting 방법을 사용하는 위상 오차 보상 과정 41
그림 28. Curve fitting 위상 오차 보상 과정과 제시한 위상 오차 보상 과정의 비교 42
목차
표 목차
표 1. 영상레이더와 광학 카메라의 장단점 비교 4
표 2. 디지털 첩 신호 발생기와 아날로그 첩 신호 발생기의 비교 11
표 3. 실험 검증에 사용한 시험 장치 및 사양 21
표 4. 첩 신호 발생기 설정 변수 26
표 5. Curve fitting 방법과 입력 변수 계산 방법으로 구한 위상 오차 값 비교 44
표 6. Curve fitting 방법과 입력 변수 계산 방법의 보상 처리 시간 비교 44
