레이더 센서의 종류
레이더 센서를 사용 주파수 대역에 따른 구분하는 방식은 여러 가지가 있지만 일반적으로 대역폭과 송신방식으로 구분한다 그중 레이더는 24 GHz와 77 GHz로 나누고 신호송신 방식은 펄스 레이더와 연속파로 구분한다.
24 GHz 대역
SRR (Short Range Radar): 근거리 탐지에 적합합니다. 예를 들어, 주차 보조 시스템이나 후방 충돌 방지 시스템 등에 주로 사용된다. 이 대역은 넓은 빔폭을 가지고 있어 넓은 범위를 커버할 수 있습니다.
77GHz 대역
LRR (Long Range Radar): 장거리 탐지에 적합하며, 자율주행 차량에서 전방 물체 탐지, 차간 거리 유지, 고속도로 주행 등의 기능을 지원합니다. 좁은 빔폭으로 인해 높은 해상도를 제공할 수 있습니다.
신호 송신 방식에 따른 구분
펄스 레이더
짧은 시간 동안 강한 펄스를 송신하고 반사된 신호의 시간차를 측정하여 거리와 속도를 계산합니다.
연속파 레이더
FMCW (Frequency Modulated Continuous Wave): 주파수를 시간에 따라 선형적으로 변화시키는 신호를 송신하여 반사된 신호와 비교하여 거리와 속도를 계산한다.
FSK (Frequency Shift Keying): 주파수를 디지털 방식으로 변조하여 송신하지만 자율주행 분야에서는 많이 사용되지 않는다
레이더 센서의 작동 원리
펄스 레이더
펄스를 주기적으로 송신하고 반사된 신호의 도착 시간을 측정한다. 거리는 송신된 신호와 수신된 신호 사이의 시간차를 기반으로 계산된다. 거리가 멀수록 반사 신호의 세기가 약해지며, 이에 따른 신호 처리 기술이 중요하다.
FMCW 레이더
연속파 레이더의 일종으로, 송신 신호의 주파수를 선형적으로 변화시킨다. 수신 신호와 송신 신호를 믹싱 하여 비트 신호를 생성하고, 이를 통해 물체의 거리와 속도를 추출한다. 비트 신호는 주파수 차이로 나타나며, 이 차이를 분석하여 거리를 계산한다.
3. 레이더 센서의 신호 특성
레이더 센서는 전자기파(RF 신호)를 사용하며, 사용 주파수 대역에 따라 특성이 달라진다. 특정 주파수에서 활용할수있는 대역이 정해져 있는데 24~77 GHz 주파수 대역으로 대역폭이 높을수록 거리 측정 정확도가 올라간다. 유럽과 미국에서는 77 GHz 대역이 대세화 되고있고 대역폭이 높을수록 파장 길이가 짧아 안테나 크기를 작게 만들 수 있으며, 지향성이 좋아지고 인체에 미치는 영향이 적다.
신호 분석 방법
이러한 신호를 분석하기 위해서는 많은 방식이 사용되는데 가장 대표적인 방법은 초월함수 합성 기반의 FFT (Fast Fourier Transform)로 주파수 영역에서 신호를 분석하여 반사체의 특성을 파악한다 하지만 그러한 해석에도 클러터라는 오류가 발생하기에 알고리즘을 활하고 그중 대표적으로 CFAR (Constant False Alarm Rate) 방식을 활용해 잡음과 클러터를 제거하여 신뢰할 수 있는 물체 탐지한다.
CFAR (Constant False Alarm Rate)은 레이더 시스템에서 신호를 처리할 때 일정한 오탐률을 유지하기 위해 사용되는 기술로 배경잡음을 추정하고 임계값을 설정하는 등 여러 방식으로 오탐률을 감소시킨다.
뿐만 아니라 지금까지의 방식이 종방향을 인지하는 방식이었다면 횡방향 또한 인지하기 위해 배열 안테나를 활용하고, 다수의 안테나를 배열하여 신호 수신 시 각도 정보를 추출한다, 이를 통해 횡방향 각도 측정이 가능하며, 각도 해상도를 높이기 위해 많은 안테나를 사용하면 좋지만 그것은 곧 단가의 증가와 이어지니 트레이드오프관계에서 적정한 수를 찾기 위한 연구가 지속적으로 이어지고 있다.