보이지 않는 곳까지 추적한다…지능형 자동차 레이더 센서 [조민수 칼럼]

조민수 칼럼니스트l승인2020.03.30l수정2020.03.30 10:39

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[미디어파인 칼럼=조민수의 사이다]

자율주행차의 핵심 기술 레이더 센서

전자공학, 로봇, GPS, 정밀센서 등의 발달에 힘입어 자동차 분야에서 첨단기술을 이용한 자율주행차량이 개발되고 있습니다. 이런 차량은 운전자 조작 없이 주행환경을 인식하여 목표지점까지 운행할 수 있는 자동차를 말합니다. 이 자율주행차량은 일반용뿐 아니라 장애인을 위한 보조수단, 군사용, 화물운송 등 상업용까지 그 응용범위가 광범위하여 각국에서 그 연구가 경쟁적으로 이루어지고 있는 현실입니다.

자율주행에는 적응적 순항제어(ACC: Adaptive Cruise Control system)시스템 기술이 필수이며 이 기술은 레이더 센서를 통하여 전방 선행차량, 장애물의 속도 및 거리를 측정하여 차량충돌 경고, 주행상황에 따른 자동적인 감속 및 가속, 정속 등 안전주행을 가능하게 합니다.

이 기술에 이용되는 전방감지용 밀리미터파 레이더는 밀리미터파를 이용하여 송신파와 수신파 사이의 도플러주파수 편이를 이용하여 선행차량 또는 전방의 장애물과의 거리와 상대속도를 판별하는 장치로서 이용되는 자율주행자동차의 핵심기술입니다.

최근 자동차 레이더시스템은 단거리 감지용 SSR(Short Range Radar)과 장거리를 감시하는 LRR(Long Range Radar)로 구분되는데 SRR은 24㎓ 대역과 79㎓ 대역의 UWB방식을 사용하고 LRR은 77㎓ 대역의 FMCW 방식을 사용했으나 앞으로는 SRR과 LRR을 통합한 시스템으로 FMCW 모듈레이션 방식이 사용될 전망입니다. 전자파를 이용한 레이더는 1970년대 초부터 개발되었으며 1980년대 후반부터 미국과 유럽 및 일본에서 야간 장애물 감시 및 ACC시스템을 중심으로 연구되었습니다.

차량용 레이더 동작 원리

차량용 레이더는 운전자의 차량에서 송신 전자파 신호를 송신해 상대 차량 혹은 장애물로부터 반사돼 돌아온 수신 전자파를 수신해, 두 신호간의 시간차와 도플러 주파수 변화량을 이용해 레이더와 상대 물체와의 거리와 상대속도를 추정하는 것이 기본적인 동작 원리입니다. 차량용 레이더는 크게 송신 변조 방식에 따라 펄스 도플러(Pulse Doppler) 레이더와 주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, 이하 FMCW) 레이더로 구분됩니다.

펄스 레이더는 레이더의 송수신에 펄스 신호를 이용하는 방식으로, 대략 1ns 이내의 매우 짧은 신호의 전자파 폭을 송수신하는 방식이고 사용되는 펄스폭이 짧을수록 우수한 거리 분해능을 얻을 수 있습니다. 주파수 변조 연속파 레이더는 송신신호가 시간에 대해 끊김 없이 연속적으로 출력되며 동시에 수신이 이뤄지는 방식을 말합니다.

각국의 진행 상황

전 세계적으로 국내외 자동차 제조업체들은 밀리미터파를 이용한 차량용 레이더를 고급 차량을 중심으로 장착하기 시작했습니다. 가격 대비 성능이 뛰어난 레이더의 개발이 상당히 진행된 상황이고, 현재 다수의 차량에 레이더를 탑재하고 있는 상황입니다.

이를 위해 유럽, 미국, 일본 등 선진국에서는 차량용 레이더 시스템의 상용화를 위한 산학간의 컨소시엄을 형성해 정부의 적극적인 지원 아래 전 차종 장착을 목표로 표준화와 연구개발을 진행하고 있습니다.

그리고 미국과 유럽을 시작으로 법규화를 통해서 레이더와 같은 상대 차량과 장애물의 위치를 운전자에게 알려주거나 차량 제어를 하는 운전자 보조, 능동안전 장치에 의무화를 진행하고 있습니다.

국내 상황과 시사점

국내에서는 200m 이상의 원거리 차량과 장애물의 위치를 탐지하는 레이더를 개발하는 데 집중하고 있습니다. 77GHz 주파수 방식을 사용해 전방 장거리 레이더 센서를 개발하고 있으나 이는 고급차종에 한정돼 있습니다. 전 차종의 레이더 탑재를 위해서는 가격문제를 해결하면서 전방과 후방의 100m 이내 거리를 탐지할 수 있고 해상도와 정확도 성능이 향상된 중거리 레이더의 개발이 필요합니다.

또한 자동차 레이더 구조의 저가격/소형/고성능/저전력시스템 구현으로 범용시스템을 개발하는 것과 하나의 레이더로 LRR기능과 SRR기능을 가능하게 하여 차량안전에 필수적인 다양한 기술을 개발하는 것이 필요할 것입니다. 앞으로 국내 IT기술력을 바탕으로 국내 자동차 전자기술을 더욱 발전시켜야 하겠습니다.

▲ 조민수 칼럼니스트
조민수 칼럼니스트  .
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