자동차의 Range Sensor : Radar (레이다)
1. Radar란?
Radio Detection And Ranging (전파이용 탐지 및 거리 측정) : 조사한 전자파가 대상에 부딪힌 뒤 되돌아오는 반사파를 측정하여 대상을 탐지하고 그 방향, 거리, 속도 등을 파악하는 정보 시스템입니다. 즉, 인간의 '눈' 역할을 대신하는 센서를 의미하며 FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave, 주파수 변조 연속파) 레이다를 사용하여 극한의 기상 조건에서도 자동차, 기차, 트럭 및 화물을 포함해 움직이거나 정지한 대상을 감지합니다.
*LiDAR, Radar 센서 등을 통틀어 'Range Sensor' 라고 부름
*FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave) : ToF 방식이 아닌 가간섭성 방식을 이용해 짧은 처프의 주파수 변조 레이저 광을 만들어 되돌아온 처프의 위상과 주파수를 측정하면 시스템이 거리와 속도를 측정함
• 장거리 감지가 가능합니다. 최대 40m 장거리 실외 어플리케이션에 적합하며 지정된 거리까지 물체를 감지하도록 여러 대의 레이다 센서를 구성할 수 있어 설정된 지점을 벗어난 물체를 무시하기 때문에 정확도가 높아집니다.
• 날씨 영향을 받지 않습니다.
• 장착이 유연하며 유지 관리가 안전하고 쉽습니다.
• 간격이 거의 없이 서 있는 차량 (ex. 꼬리를 물고 있는 정체된 차량) 뿐만 아니라 소형 물체는 감지가 어려울 수 있어 일반적으로 크고 예측 가능한 철도 차량 감지 어플리케이션에 사용됩니다.
2. Radar 동작 원리
• 전자기파를 송출하여 물체에 부딪쳐서 반사하는 신호를 해석, 목표물의 거리와 각도, 속도 등의 정보를 파악합니다.
• 주파수대역은 국제표준화를 통해 상용화된 24GHz 밴드에서 현재는 77GHz 전방영역과 76~81GHz 영역을 사용하도록 명시되어 있습니다.
• 빛 반사와 터널, 일출/몰 등의 환경적인 조건에서 카메라보다 유연하며 안개나 눈, 비 등 날씨 영향에서 뛰어납니다.
• 단일칩 기반으로 저가로 설치가 가능한 반면, 물체가 사람인지 차량인지 구분에 어려움이 있어 보통 카메라와 융합 형태로 사용됩니다.
3. Radar 기술
3-1. 펄스 도플러 레이다 (Pulse Doppler)
• 근거리 레이다로 가장 많이 쓰이며 펄스 신호를 이용하여 약 1㎱ 이내 짧은 신호의 전자파 폭을 송수신하는 방식입니다.
• 사용되는 펄스 폭이 짧거나 광대역의 주파수 대역폭을 사용하는 UWB (Ultra Wide Band) 레이다를 사용하면 뛰어난 거리 분해능을 얻을 수 있습니다.
• 단, 광대역의 주사푸 대역폭을 사용하는 레이다는 하드웨어적으로 구현하기 어렵고 주로 고가의 국방 레이다로 사용됩니다.
• 저렴한 레이다는 유럽의 경우, 81~83GHz 주파수를 사용합니다.
3-2. 주파수 변조 연속파 (Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW)
• 송신신호가 시간에 대해 끊김 없이 연속적으로 출력되며 동시에 수신이 이뤄지는 방식입니다.
• 주파수 대역폭만큼 샘플링을 하지 않고 비트 신호 대역폭만큼만 샘플링해서 하드웨어적인 면에서 비용이 절감됩니다.
• 가격대비 성능을 고려한 레이다로 많이 사용됩니다.
| | 카메라 | 라이다 (LiDAR) | 레이다 (Radar) |
| 방식 | 카메라에 찍힌 영상에서 물체를 식별 | 레이저 광을 펄스 상태로 비추어
대상물에 닿아 되돌아올 때까지의
시간차를 계측하여 거리, 위치 및
형상을 3D로 측정 | 전파를 사용하여 대상물에 닿아 되돌아
올 때까지의 시간차를 계측하여
거리 및 방향 측정 |
| 장점 | 촬영한 영상을 화상 처리함으로써
대상물 식별 | 거리, 위치, 형상을 고정밀도로 검출
레이저 광을 다양한 방향으로
조사하여 넓은 범위 검출 | 악천후 및 야간에 적합
단가 저렴 |
| 단점 | 정확한 형상 및 위치 검출 어려움
악천후 및 야간 (어두운 곳),
역광에 부적합 | 악천후에 부적합
단가 높음 | 작은 물체 검출 어려움
반사율이 낮은 물체 검출 어려움 |
4. 어플리케이션
• 적응형 순항제어 (Advanced Cruise Control, ACC) 시스템
• 전방충돌 경보 (Forward Collision Warning, FCW) 시스템
• 후측면 경보 (Rear Cross Traffic Alert, RCTA) 시스템
• 사각지대 탐지 (Blind Spot Detection, BSD) 시스템
• 차선변경 보조 (Lange Change Assistant, LCA) 시스템
5. 주요 비교표
| | 라이다 (LiDAR) | 레이다 (Radar) |
| 동작 원리 | 전파나 빛을 발사하여 반사되어 돌아오는 파를 분석하여 물체 파악 |
| 감지파원 | 레이저
적외선/가시광선에 가까운 파장
약 950nm 대역 | 무선 전파
마이크로/밀리미터파 무선주파수
약 1cm~1mm 대역 |
| 식별 | 맨눈으로 식별 가능 | 가시적으로 식별 불가 |
| 분석 대상 | 입자와 같은 작은 물질 감지 가능 | 작은 물질 감지 어려움 |
| 장점 | 레이다에 비해 작은 물체도 감지
정확한 단색 3D 이미지 제공
형태 인식이 가능하고 고정밀도
레이다에 비해 분해능이 높음 | 장거리 물체의 거리 측정
날씨 영향을 많이 받지 않음
가려져 있는 물체 인지가능 (투과)
단가가 저렴하고 상용화 되어있음 |
| 단점 | 단가가 높고 크기가 큼
탐지거리 짧음
날씨 조건에 민감
가려져 있는 물체 인식 불가 | 작은 물체 식별 어려움
라이다에 비해 정확도 낮음
물체의 종류 판독 불가능
200m 이상 파악 어려움 |
