레이더는 '라디오 탐지 및 거리 측정(Radio Detection and Ranging)'의 약자로, 라디오파를 이용해 물체의 위치, 속도, 방향을 판단하는 기술입니다. 자동차에 레이더를 사용하는 이유는 주로 물체의 인식 및 충돌 방지를 목표로 합니다. 레이더는 날씨나 조명 상태에 영향을 받지 않으며, 먼 거리의 물체를 정확하게 감지할 수 있습니다.
자동차에서 사용되는 레이다에 필요한 기술들을 알아보겠습니다. 레이더의 원리 및 레이더의 종류 그리고 첨단 운전자 보조시스템(ADAS) 대해서 알아보겠습니다.
레이더의 원리
레이더는 라디오파를 발사하고, 이 라디오파가 물체에 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 물체의 거리를 계산합니다. 이 시간을 이용해 레이더는 장애물이 얼마나 떨어져 있는지를 계산합니다. 이는 전자파가 공기 중에서 이동하는 속도(빛의 속도)가 알려져 있기 때문에 가능합니다. 물체의 속도는 도플러 효과를 이용해 측정하며, 라디오파의 주파수 변화를 통해 물체의 이동 방향과 속도를 파악합니다.
레이더의 종류
자동차에 사용되는 레이더는 크게 세 가지로 분류됩니다.
초단거리 레이더(SRR, Short-Range Radar):
주차 보조, 사각지대 감지 등에 사용됩니다. 일반적으로 30m 이내의 거리를 감지할 수 있습니다.
중거리 레이더(MRR, Mid-Range Radar):
차선 변경 보조, 후측방 충돌 경고 등에 사용됩니다. 일반적으로 160m 이내의 거리를 감지할 수 있습니다.
장거리 레이더(LRR, Long-Range Radar):
어댑티브 크루즈 컨트롤, 충돌 경고, 긴급 제동 등에 사용됩니다. 일반적으로 250m 이상의 거리를 감지할 수 있습니다
첨단 운전자 보조시스템(ADAS)
ADAS는 운전자의 안전을 보장하고 운전 부담을 줄이는데 목표를 두고 있습니다. 레이더는 이러한 ADAS 기술의 핵심 요소 중 하나로, 차량의 주변 환경을 인식하고 이를 분석하여 운전자에게 필요한 정보를 제공하거나, 필요한 경우 직접 차량의 제어를 수행합니다. 이를 통해 운전자의 안전을 증진하고 교통사고를 예방하는 역할을 합니다.
ADAS의 주요 기능들에는 다음과 같은 것들이 있습니다:
전방 충돌 경고(Frontal Collision Warning, FCW): 운전자에게 전방의 잠재적인 충돌 위험을 경고합니다.
자동 긴급 제동(Autonomous Emergency Braking, AEB): 충돌 위험을 감지하면 자동으로 차량을 제동 합니다.
차선 이탈 경고(Lane Departure Warning, LDW): 차량이 차선을 이탈하려고 할 때 운전자에게 경고합니다.
차선 유지 지원(Lane Keeping Assist, LKA): 차량이 차선을 이탈하지 않도록 도와줍니다.
맹점 감지(Blind Spot Detection, BSD): 차량의 측면과 후방의 맹점을 감지하고, 운전자에게 경고합니다.
횡단 행인 경고(Pedestrian Crossing Warning, PCW): 횡단보도를 건너는 행인을 감지하고, 운전자에게 경고합니다.
이외에도 ADAS는 교통 표지판 인식, 적응형 크루즈 컨트롤, 주차 지원 등 다양한 기능을 제공합니다. 이러한 기능들은 운전자의 안전을 증진시키고, 편의성을 높이는 데 크게 기여합니다.
레이다는 각가의 용도에 따라서 작동 주파수를 달리 사용하고 있습니다. 레이더의 작동 주파수에 설명드리겠습니다.
BSD (Blind Spot Detection) 레이더:
BSD(Blind Spot Detection) 레이더는 주로 차량의 '맹점'을 감지하는 데 사용됩니다. 맹점이란 운전자가 직접적으로 볼 수 없는 차량 주변의 구역을 말합니다. 이러한 맹점 때문에 운전자는 주변 차량이나 보행자를 감지하지 못해 사고를 유발할 수 있습니다.
BSD 레이더는 이런 맹점에 위치한 물체를 감지하고, 운전자에게 경고를 주는 역할을 합니다. 이는 차량의 측면과 후방을 감지하여, 운전자가 차선을 변경하거나 주차를 할 때 안전을 유지할 수 있도록 도와줍니다.
BSD 레이더는 주로 24.05 GHz ~ 24.25 GHz 범위에서 작동합니다. 이 범위는 산업, 과학, 의료 분야에서 사용되는 ISM (Industrial, Scientific, and Medical) 대역입니다. ITU (International Telecommunication Union)에서는 이 대역을 무선 리소스 할당으로 지정하였고, WRC-19, AI1.13, Res.238 등의 참조를 통해 규정하였습니다. BSD 레이더는 이 주파수를 이용해 차량의 맹점을 감지하고, 이를 운전자에게 알려주는 역할을 합니다.
자동 레이더:
반면, 자동 레이더의 경우 76 GHz ~ 81 GHz 범위에서 작동합니다. 이 범위는 무선 위치 측정 서비스의 일부로 사용되는 주파수 대역입니다. 이 주파수 대역을 이용한 레이더는 고해상도 레이더 (High Resolution Radar, HRR) 또는 초장거리 레이더 (Long Range Radar, LRR) 등으로 사용되며, 차량의 주변 환경 감지, 충돌 경고, 장애물 감지 등 다양한 기능을 수행합니다.
이렇게 각기 다른 주파수 대역을 사용하는 이유는, 레이더의 성능을 최적화하고, 다양한 기능을 수행하기 위함입니다. 또한, 각 주파수 대역은 그에 따른 규제 및 기준을 준수해야 하며, 이는 각기 다른 주파수 대역의 사용을 필요로 합니다.
레이더 측정 항목
측정 범위와 반경 속도:
레이더는 물체와의 거리(측정 범위)와 물체의 속도(반경 속도)를 측정합니다. 레이더가 발사한 전자파가 물체에 반사되어 돌아오는 시간을 측정함으로써 거리를 알아내고, 도플러 효과를 이용해 반사된 전자파의 주파수 변동을 통해 속도를 측정합니다.
방위와 고도:
레이더는 물체의 위치를 2차원(방위)이나 3차원(방위와 고도)으로 표현할 수 있습니다. 이는 레이더의 전파 방향과 물체가 반사시킨 전자파의 방향을 비교함으로써 가능합니다. 이 정보는 물체의 정확한 위치 파악과 추적에 필요합니다.
레이더 분해능과 신호 대역폭:
레이더의 분해능은 물체들을 개별적으로 구분할 수 있는 능력을 의미합니다. 이는 레이더의 신호 대역폭에 의존적입니다. 즉, 신호 대역폭이 넓을수록 레이더의 분해능이 좋아집니다. 이는 레이더가 감지하는 물체들 사이의 최소 거리를 줄여, 더욱 정확한 정보를 제공할 수 있게 해 줍니다.
반경속도 분해능과 고주파가 유리한 이유:
반경속도 분해능은 레이더가 물체의 속도를 얼마나 정확하게 측정할 수 있는지를 나타냅니다. 고주파를 사용하면, 도플러 효과를 통해 물체의 속도를 더욱 정확하게 측정할 수 있습니다. 이는 레이더가 더 빠른 속도로 움직이는 물체를 감지하고, 빠르게 변하는 상황에 대응할 수 있게 해 줍니다.
이렇게 각각의 레이더 측정 항목은 레이더의 감지 능력과 성능을 결정짓는 중요한 요소들입니다. 이들을 통해 레이더는 물체의 위치, 거리, 속도 등의 정보를 정확하게 측정하고, 이를 바탕으로 안전한 운행이 가능하도록 도와줍니다.
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