기술 자료

레이더 

RAdio Detection And Ranging, RADAR

레이더는 전자파를 송신해 상대 물체로부터 반사돼 돌아온 전자파를 수신해,

두 신호 간의 시간차와 도플러 주파수 변화량을 이용해 물체와의 거리와 상대속도를 확인하는 방식이다. 

레이더의 파장 대역

24GHz vs 77GHz

속도 해상도와 정밀도는 주파수와 반비례한다. RF 주파수가 높으면 속도해상도와 정밀도가 좋아진다.

즉, 24GHz에 비해 77GHz의 센서가 정밀도 및 해상도에서 더 뛰어나다.

또한 높은 RF 주파수는 센서 안테나 어레이의 폼팩터를 줄여줄 수 있기 때문에 모듈의 크기를 작게 만들기 유리하다.

24GHz 레이더(교통용 레이더)

장점: 비사업용 ISM 대역으로 전 세계 주파수 규제 지원을 받고 있다. 효율적 전력 소모.

단점: 77GHz의 4GHz 대역폭에 비해 이용할 수 있는 대역폭이 200MHz에 불과하다. 

77GHz 레이더(차량용 레이더)

장점: 속도 해상도와 정밀성이 더 좋다. 높은 대역폭. 모듈을 더 작게 만들 수 있다.

단점: 높은 전력 소모. 

Pulse Doppler vs FMCW

차량용 레이더는 크게 송신 변조 방식에 따라 크게 펄스 도플러(Pulse Doppler)와 주파수 변조 연속파(Frequency Modulated Continuous Wave, FMCW)로 구분된다. 

펄스 레이더는 레이더의 송수신에 펄스 신호를 이용하는 방식으로, 대략 1ns 이내의 매우 짧은 신호의 전자파 폭을 송수신하는 방식이다.

사용되는 펄스폭이 짧을수록 우수한 거리 분해능을 얻을 수 있다.

주파수 변조 연속파 레이더는 송신신호가 시간에 대해 끊김이 없이 연속적으로 출력되며 동시에 수신이 이뤄지는 방식이다.

4D 이미징 레이더

기존 차량용 레이더는 표적의 거리 · 속도 · 수평 각도만 알려 주는 "3D" 레이더였다.

안테나 채널을 늘리고 수직 방향으로도 배열하면 표적의 높이까지 얻을 수 있는데, 이를 4D 이미징 레이더라고 부른다.

높이 정보가 생기면 고가도로 · 표지판처럼 위에 있는 물체와 도로 위의 정지 차량을 구분할 수 있고,

표적 하나가 아니라 한 주기에 수백~수천 개의 반사점을 점군(point cloud) 으로 내보내 라이다처럼 물체의 윤곽을 그릴 수 있다.

각도 분해능

레이더 사양에서 거리 · 속도 정밀도만큼 중요한 것이 각도 분해능이다.

같은 거리에 나란히 있는 두 차량을 하나로 볼지 둘로 볼지를 결정하기 때문이다.

각도 분해능은 안테나 배열의 폭(개구)에 비례해 좋아지므로, 채널 수가 많은 레이더일수록 옆으로 나란한 표적을 잘 가른다.

77 GHz 대역은 같은 크기의 안테나로 24 GHz보다 좁은 빔을 만들 수 있어 이 점에서도 유리하다.

교통용 레이더는 어디에 쓰이나

교통 인프라용 레이더는 신호등 기둥이나 지주에 달아 도로를 내려다본다.

한 대로 여러 차로의 차량을 동시에 추적해 정지선 대기 검지와 접근 차량 검지를 함께 처리하고, 차량 수 · 속도 · 차종 · 점유율 같은 교통 통계를 24시간 수집한다.

도로를 파고 묻는 루프 검지기와 달리 지상에 설치하므로 공사와 차로 통제 없이 짧은 시간에 설치할 수 있고, 눈 · 비 · 야간에도 성능이 유지된다.

이동식 속도 단속 장비, 횡단보도의 보행자 검지에도 같은 레이더가 쓰인다. 적용 사례는 적용분야 › 레이더에 정리되어 있다.