1. 기술 및 서비스 개요 가. 기술 개요
레이더(RADAR)는 무선탐지와 거리측정(RAdio Detecting And Ranging) 의 약어로 전파를 물체에 발사시켜 그 물체에서 반사되는 전파를 수신하여 물체와의 거리, 방향, 고도 등을 탐지하는 무선 감지 장치이다. 레이더의 전 파발사 원리는 크게 Pulse방식과 FMCW(Frequency Modulation Continuous Wave)방식으로 구분할 수 있으며, Pulse방식은 레이더의 송수 신에 짧은 간격의 펄스신호를 이용하는 방식으로 송수신 신호와의 시간차 를 이용하며, FMCW방식은 송신신호가 주파수 변조된 신호를 휴지시간 없 이 연속적으로 발사하는 방식으로 송수신 신호의 주파수 차이를 이용한다.
현재 대부분의 레이더 구현에는 센서의 성능, 기술적 구현 및 시스템 제작 의 용이성, 경제성 등을 고려하여 FMCW 방식이 가장 널리 사용되고 있다.
[그림 7-2] 레이더 전파 발사 원리
차량레이더는 도로 교통안전을 향상시키는 운전자 보조 시스템으로 목표 물과의 거리 및 속도를 측정하고 차량 충돌 예측 및 방지 기술을 적용하여, 교통사고로 인한 사망사고를 감소시키기 위한 기술이다. 목표물과의 상대속 도와 거리를 판별하여 경보를 울려 위험을 알리거나 브레이크를 작동시켜 충돌을 경감시키는 등 운전자 편의성과 안전성 향상의 기능을 구현하는데
300m까지의 긴 거리를 감지하는 원거리 차량레이더(LRR, Long Range Radar)와 약 100m 이내의 짧은 거리를 감지하는 근거리 차량레이더(SRR, Short Range Radar)로 구분하여 진행되고 있다. 세계적으로 근거리 레이더 (SRR)는 24㎓,전방감지용 원거리레이더(LRR)는 77㎓대역을 사용하며, 유럽 에서는 기존 통신서비스와의 간섭문제로 24㎓대역을 대체하고 보행자 감지 등 보다 작은 대상을 식별 가능한 고해상도 79㎓대역 광대역 차량레이더의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 레이더는 반사된 전파를 이용하여 목표물 을 감지하는 관계로 저주파의 전파는 특성상 직진성이 약하여 실제 사용에 는 한계가 있다. 79㎓대역의 광대역 주파수는 현재 사용되는 주파수(24㎓) 보다 높은 직진성을 부여하여 보다 작은 물체의 탐지 기능 향상과 근접 목 표물들의 분리를 쉽게 할 수 있다.
[그림 7-3] 차량레이더 종류 및 사용 주파수
여기서는 유럽이 제안한 79㎓대역(77~81㎓범위, 4㎓대역폭 사용) 고해상도 근거리 차량레이더의 기술적 특징을 간략히 살펴보기로 한다.
나. 79㎓대역 차량레이더의 기술적 특징
EU의 자금지원을 받아 차량레이더에 대한 간섭 감소 기술을 연구하는 MOSARIM(www.mosarim.eu) 프로젝트에서 수행한 연구 결과들을 살펴보 면 일반적으로 차량레이더는 사용 주파수가 높고 대역폭이 클수록 향상된 물체 식별 능력을 제공하여 보다 좋은 신뢰성과 정확성을 제공하는 것으로
알려져 있다. 협대역의 레이더는 여러 개의 물체를 하나로 뭉뚱그려 근접한 물체간의 구분을 명확히 할 수 없는 경우가 종종 발생하며, 보다 넓은 대역 폭을 사용할수록 동일한 범위에 나타나는 여러 개체를 하나로 뭉뚱그리지 않고 정확히 구별할 수 있다.
협대역 레이더 센서 광대역 레이더 센서
여러 물체를 한개로 인식 다수물체를 명확히 구분
[그림 7-4] 사용 주파수 대역폭에 따른 물체 구별 능력
차량레이더에 사용되는 주파수와 대역폭에 따른 레이더의 센서 성능을 도 식적으로 비교하면 다음과 같다. 사용되는 주파수, 파장, 대역폭에 따라 움 직이는 물체에 대한 도플러 편이특성(V), 안테나 사이즈(ϕ), 인접 물체 구분 능력(R) 등은 공간 분해능으로 표현될 수 있으며, 육면체가 작을수록 좋은 특성을 나타낸다.
[그림 7-5] 주파수와 대역폭에 따른 레이더 성능
이러한 레이더 물체탐지 능력은 도시 지역의 복잡한 환경에서 근접접근 (near miss)과 충돌상황을 정확히 구별할 수 있으며, 기존 24㎓대역에서 제
공하는 모든 편의서비스를 포함하여 보행자 감지 등을 위해 보다 신뢰성 있는 추가적인 새로운 안전운행 서비스의 제공이 가능하다.
근접 접근(near miss) 충돌
근접경고 보행자 감지 좁은 지역 통과 보조
[그림 7-6] 근접접근 vs 높은 분해능을 요구하는 교통 시나리오
물체를 구별하는 능력과 더불어 79㎓(77~81㎓)대역을 사용하는 또다른 장 점은 레이더 장치를 훨씬 더 작게 만들 수 있다는 것이다. 자동차용 레이더 를 실용화하기 위해서는 자동차 범퍼 내에 장착할 수 있는 소형화 및 밀리 미터파 부품의 양산화가 반드시 선행되어야만 가능하다. 고주파 회로의 구 조 및 안테나의 크기는 사용되는 파장에 직접으로 비례하므로, 기존 주파수 보다 높은 주파수를 사용하는 레이더는 사용주파수에 선형적으로 비례하여 작게 만들 수 있다. 따라서 79㎓대역에서 동작하는 장치가 24㎓대역을 사용 하는 장치보다 세 배 정도 작게 만들 수 있다.
또한, 79㎓방식은 24㎓방식의 기능을 포함한 추가 기능을 하나의 칩으로 구현이 가능하여, 다양한 서비스 제공에 대해 통합된 플랫폼 기능을 제공할 수 있다. 이러한 통합 플랫폼 방식은 레이더 시스템 설계 및 제작에 유연성 을 제공하고 개발을 위한 비용 및 시간을 줄일 수 있다.
다. 주요 응용 서비스
차량레이더 기반의 응용 서비스는 초기에 자동차의 전방 충돌 경보를 주 기 위한 간단한 감지기능에서 출발하였지만 최근에는 레이더를 통한 주변 의 상황 정보를 충돌예측 알고리즘을 통해 스티어링 휠, 브레이크, 엑셀 등 자동차 주변장치와의 연동으로 차선이탈방지, 자동가·감속, 에어백 조기팽창 등 긴급 상황에 맞는 능동 대처를 가능하게 하는 능동 안전시스템으로 발 전해 나가고 있다.
[그림 3-7] 차량 충돌예측 알고리즘
[그림 7-8] 차량 능동 안전시스템 서비스
최근 차량 능동안전 시스템은 레이더와 카메라 등 기타 센서들의 조합을 통해 차량 주변의 360° 전체에 대한 탐지가 가능하도록 탐지범위가 확대되 면서, 궁극적으로 차량의 자율주행(self-driving)을 목표로 발전하고 있다.
[그림 7-9] 360° 감지를 통한 응용서비스
현재 차량레이더를 활용하여 구현되는 능동 안전시스템은 업체에 따라 다 양한 방식과 명칭으로 상용화 되고 있으나, 공통적으로 적응형 주행 제어 (Adaptive Cruise Control, ACC), 사각감지(Blind Spot Detection, BSD), 차 선변경지원(Lane Change Assist, LCA)의 기능을 포함하고 있다.
• 적응적 주행제어(Adaptive Cruise Control, ACC) : 운전자가 페달 조 작을 하지 않아도 스스로 속도를 조절하여 앞차 또는 장애물과의 거 리를 유지시켜 주는 시스템
DAIMLER 社 (Mercedes-Benz) ACC 기능 - 서비스명: Distroni Plus
- 주요기능: LRR과 SRR 센서가 전방차량을 감시하여 앞차와의 안전거리를 유지, 정체구간에서 stop-and-go 기능 지원
[그림 7-10] DAIMLER社(Mercedes-Benz) 적응적 주행제어
• 사각지대탐지(Blind Spot Detection, BSD) : 자동차 양 측면에 장착된 센서가 사이드미러로 보이지 않는 사각지대에 사물이 있는지를 판단 하여 운전자에게 알려주는 시스템
DAIMLER 社 (Mercedes-Benz) 사각지대탐지(BSD) 기능 - 서비스명: Active Blind Spot Assist
- 주요기능: 뒤 범퍼내에 장착된 센서가 사각지대를 감지하고
①사각지대에 물체 감지시 사이드미러에 표시 ⇒ ② 방향지시등 점멸시 청각과 불빛으로 경고 ⇒ ③ 충돌임박시 자동 방향 교정
[그림 7-11] DAIMLER社(Mercedes-Benz) 사각지대 탐지 기능
• 차선변경지원(Lane Change Assistance, LCA) : 주행차선을 감지하고, 의도하지 않은 차선 이탈 상황을 감지하여 경보
EU의 MOSARIM 프로젝트에서는 레이더의 사용 목적을 편리성과 안전성 으로 구분하고, 레이더의 장착 위치에 따라 차량레이더의 응용 서비스를 다 음과 같이 8개 카테고리로 분류하고 있다.
[표 7-1] 레이더를 기반으로 하는 서비스 분류
응용 서비스 레이더 위치 사용 목적
Adaptive Cruise Control(ACC) 정면 편리성/안전성 Collision Warnig System(CWS) 정면/옆 편리성 Collision Mitigation System(CMS) 정면/옆 편리성 Vulnerable Road User Detection(VUD) 정면 안전
Blind Spot Detection(BSD) 뒤 안전 Lane Change Assistance(LCA) 뒤 편리성 Rear Cross Traffic Alert(RCTA) 앞/뒤 편리성 Back-up Parking Assist(BPA) 뒤 편리성
• 충돌경보(Collision Warnig System, CWS), 충돌완화(Collision Mitigation System, CMS) : 전면 차량충돌이 예상될 경우 충돌위험이 있는 경우 운전자에게 경고, 충돌을 최소화하기 위해 자동으로 브레이크 작동
• 보행자 감지(Vulnerable Road User Detection, VUD) : 보행자를 인지 하고, 보행자가 갑자기 차도에 들어서는 것과 같은 돌발 상황에 자동 제동 및 자동 회피 기능
• 후방교차차량경보(Rear Cross Traffic Alert, RCTA) : 주차 공간에서 차량을 후진으로 뺄 때 통행 차량이 감지되면 이를 운전자에게 경보
• 후진 주차보조(Backup Parking Aid, BPA) : 후진으로 주차시 보조 주로 정면 라디에이터 그릴에는 전방감지용 원거리레이더(LRR)를 장착하 여 차간거리가 가까워지면 자동 저속모드로 동작하는 적응주행제어(ACC), 충돌경보(CWS) 기능 구현을 위해, 측후방 범퍼에는 단거리레이더(SRR)를 장착하여 사각지대감지(BSD), 차선 이탈경보(LDW), 후방 감시경보(RCTA) 등의 시스템을 구현하는데 사용된다.
전방감지를 위한 전면 그릴뒤 장착 측후방 감지를 위한 범퍼 뒤 장착
[그림 7-12] 차량레이더 장착 위치
기존의 자동차는 레이더 등의 센서 장착을 고려하지 않았으나, 미래의 자 동차는 레이더 등 센서의 장착 공간을 고려하여 알맞게 개발되는 것이 필 요하다.
국내외에서 현재 상용화되어 제공되고 있는 차량레이더 서비스는 사용목 적에 따라 주파수별로 다르며, 주로 24㎓와 77㎓를 이용하여 서비스를 제공 하고 있으며, 주파수별 제공 서비스 기능과 관련 제조업체는 다음과 같다.
[표 7-2] 차량레이더 서비스를 제공하는 주요 제조업체
2. 주파수 이용 현황
가. 국내 주파수 분배 현황
국내에서는 자동차 사고예방 기술에 활용되는 ‘차량충돌방지용레이더’로 구분하여 ‘01년 76~77㎓대역을 분배하였으며, ‘12년도에는 해외업체의 수요 제기에 따라 FTA와 통상문제 등을 고려하여 24.25∼26.65㎓ 대역을 추가하 고 불요발사, 점유주파수대폭 등의 기술기준을 규정하였다. ’차량충돌레이더
‘ 국내 인증현황은 LRR에 사용되는 77㎓대역은 Bosh, Delphi, Fujitsu,
‘ 국내 인증현황은 LRR에 사용되는 77㎓대역은 Bosh, Delphi, Fujitsu,