Range Sensor란?
인간의 ‘눈’역할을 대신하는 센서를 의미한다. 인간은 운전할 때 눈으로 도로와 사물을 보고 상황을 판단한다. 이와 마찬가지로 자동차에서도 인간의 ‘눈’을 대신하는 카메라, LIDAR, RADAR센서 등을 한데 묶어 ‘Range Sensor’라고 부른다.
LIDAR vs LADAR vs RADAR ?
이름이 비슷한데 서로 다른 3가지의 센서가 있다.
- LIDAR : LIght Detection And Ranging
- LADAR : LAser Detection And Ranging
- RADAR : RAdio Detection And Ranging
Vision(카메라) vs LIDAR vs RADAR
RADAR란?
방사된 전자기파에서 반사되어 돌아오는 전자기파를 감지하여 전자기파를 반사한 물체의 위치, 속도 등을 감지하는 방식. 흔히들 ‘레이더’라고 하는 항공물체를 식별하는데 쓰는 그것이다.
전자기파의 속도는 곧 빛의 속도와 같고 약 시속 30만km로 일정하며 전자기파를 쏘았다가 되돌아오는 시간을 측정하여 물체와의 거리를 추정할 수 있다.
속도는 도플러 효과를 이용하여 알아낼 수 있다. 구급차의 싸이렌이 나에게 빠르게 다가올 때는 고음을 들리지만 나를 지나쳐 멀어지는 시점부터는 싸이렌이 저음으로 들린다.
이것이 도플러 효과로 인해 음파에 변이가 생긴것이고(주파수변이) 같은 방법으로 반사되어 돌아오는 레이더에도 이런 주파수 변이의 정도로 물체의 속도를 추정할 수 있다.
항공에 쓰는 RADAR와 자동차에 쓰는 RADAR의 차이
항공에 쓰이는 RADAR와 자동차에 쓰이는 RADAR는 기본원리는 같지만 목적이 조금 다르기에 안테나의 모양도 다르다. 안테나의 모양 차이로 목적의 차이를 알아보자.
항공에 쓰이는 RADAR 안테나
항공에 쓰는 RADAR는 이렇게 파라볼릭 (접시형) 안테나를 주로 쓴다.
이것이 빙글 빙글 돌아가면서 360도 전방을 감시하는 역할을 한다.
단, 지대공 미사일의 경우는 목표물이 날아오는 방향을 바라보고 빙글빙글 회전하지는 않는다.
자동차에 쓰이는 RADAR안테나
사진에서 ‘2 RADARs’로 써진 부분이 보이는가?
차에 쓰는 레이더 안테나는 대부분 저런 평면형태이다.
그러면 항공레이더처럼 360도를 보지 못하고 정면만 감지가 되는걸까?
뒤 까진 보지는 못하지만 전방의 일정 각도는 살필 수 있다.
위 사진의 레이더 안에 작은 안테나 수십개 수백개의 배열이 들어있으며 전자적 변조를 이용해 전자기파가 나아가는 방향이 어느정도 조절이 가능하다.
게다가 이렇게 여러개의 레이더 센서를 장착하는 경우는
센서로부터의 거리정보 (그림에서는 r1~r4)를 이용하여 물체의 위치를 추정할 수 있다.
PCB에 이런 작은 안테나를 인쇄하여 64개 배열로 이루어진 안테나를 만드는 방법도 있다.
자동차가 레이더로 앞차와의 거리를 가늠하는 원리
(조금 어렵습니다.)
자동차에서 레이더는 일정한 주파수로 쏘지 않고 중간의 세 그래프 처럼 일정 주파수 대역에서 선형으로 증가했다가 내려오는 신호를 쏜다.
그러면 일정 시간을 두고 똑같은 전파가 다시 되돌아오는데 이것으로 앞차와의 거리를 추정할 수 있고,
되돌아오는 전파의 주파수의 높낮이 차이로 앞차와의 상대속도(점점 가까워지는지, 점점 멀어지는지)를 알아낼 수 있다.
RADAR로 본 도로의 모습
윗 부분의 사진이 도로의 모습. 그리고 아래의 파란바탕에 빨강, 노랑으로 무언가 표시된 것이 레이더로 본 모습니다.
Target이라고 표시된 부분이 앞차이다.
전자기파를 반사하는 금속들이 저렇게 레이더에 뜨게 되는데 Target 좌측에 길다랗게 나온 벽은 방음벽이고 Target의 오른쪽에 길게 나온 벽은 가드레일이다.
여기서 한가지 재미있는게 ‘Indirect backscatter’이다. 방음벽이 마치 거울처럼 전자기파를 반사하고 있어서 방음벽 너머에 또 다른 차가 있는 것 처럼 보인다.
LIDAR란 무엇인가?
RADAR는 전자기파(Radio)를 쏘아 물체의 위치를 판단하고 LIDAR는 빛(LIght)을 쏘아 물체의 위치를 판단하는 기술이다. LADAR는 레이저(LAser)를 쏘아 물체의 위치를 판단하는데 사전적으로 보자면 LIDAR의 하위개념인데 어차피 대부분의 LIDAR가 레이저 사용하므로 LIDAR나 LADAR는 사실상 같다.
