차량용 레이더 연구개발 동향

자동차의 친환경성, 안전성, 편의성에 대한 요구가 증가하면서, 기계공학 중심으로 개발되어 온 자동차에 전자공학, 제어공학을 접목하여 주행의 안전성과 편의성을 크게 향상 시키는 차량 기술들이 주목 받고 있다. 그 결과 자동차의 상품성 및 브랜드 경쟁력에 있어서 전장품이 차지하는 비중이 해마다 급속히 증가하고 있다. 차량의 ‘안전성’은 교통 상황을 감지하여 운전자에게 올바른 정보(경고)를 알려주거나 필요에 따라서는 직접 차량을 제어하는 기능에 의해 향상 될 수 있으며, 여기서 차량용 레이더는 주행 환경을 정확하게 인식하는 눈의 역할을 한다.

레이더 센서는 고속/장거리 주행뿐만 아니라 도심 및 정체 상황에서의 근거리 충돌 예방, 전/후진 주차 지원, 사각 지대 감지 등의 응용을 위하여 SCC(Smart Cruise Control), Stop & Go, PCS(Pre-Crash System), BSD(Blind Spot Detection), LCA(Lane Change Assist) 등 다양한 ADAS (Advanced Driving Assistance System) 기술에 적용되고 있다. 또한 카메라, 광선레이더, 초음파 레이더에 비해서 날씨, 밤/낮, 습도 등의 영향을 받지 않기 때문에 차량용 센서 분야에서 핵심 기술로 부각되고 있다. 차량용 레이더를 위해서 활용되는 주파수 자원 중에서 글로벌 환경에 적합한 주파수 대역은 77GHz의 밀리미터 대역이다. 특히 이 대역에서는 저전력으로 작동하면서 속도/거리 정보를 동시에 얻을 수 있는 장점을 갖는 FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더가 활발히 연구개발 중이다.

레이더 기술 분야는 크게 RF 모듈 기술과 신호처리 기술로 나누어 지며, RF 모듈 기술은 레이더 센서의 초소형화, 디지털 빔포밍, 얼라인먼트 등과 관련이 있다. 기존의 레이더 시스템은 장거리용 77GHz 레이더와 근거리용 24GHz의 레이더 센서가 독립적으로 차량에 장착되어 왔는데 차량 범퍼 및 라디에이터그릴 부에 다양한 센서의 장착이 증대됨에 따라 장착 공간의 부족으로 인하여 레이더 센서 소형화에 대한 요구가 큰 이슈로 대두되고 있다. 이에 77GHz를 기반으로 근거리용 레이더와 장거리용 레이더의 기능을 통합하고 모듈의 크기를 초소형화 할 수 있는 멀티모드 레이더 센서에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 이러한 통합 시스템은 넓은 방위각을 갖는 근거리 레이더와 좁은 빔폭, 고출력이 필요한 장거리 레이더의 구현을 요구한다. 뿐만 아니라 초기 센서 장착시의 공차, 운행 중의 충격에 의한 물리적 변형에 대해서도 감지 성능을 유지할 수 있는 얼라인먼트 기능에 대한 연구도 매우 중요하다고 한다.

레이더 신호 처리 기술에는 고해상도 파라미터 추정 기법, 다중 목표체 감지 기법, 클러터 제거 기법, 상호간섭 제거 기법 등의 이슈들이 있다. 도심지, 저속 주행 등에서 발생하게 되는 다중 타겟, 다중 클러터를 구분하기 위해서는 기존의 거리, 속도 정보 이외에 고해상도의 각도 정보가 필요하다. 이에 MUSIC, ESPRIT, DML과 같은 고해상도 DOA(Direction-of-Arrival) 알고리즘의 적용 방안에 대한 연구가 필수적으로 진행되어야 한다. 또한 차량의 정보가 업데이트 되어야 하는 프레임률을 높일 수 있는 계산량 감축 방안과 함께 다중 목표물을 감지 하기 위한 paring & Grouping 알고리즘, 클러터를 효율적으로 제거하기 위한 피크검출, tracking 알고리즘 등이 연구되고 있다. 레이더 센서가 장착된 차량이 늘어남에 따라 발생하게 되는 레이더간 상호 간섭 문제 해결을 위한 다양한 변복조 기법과 간섭완화 알고리즘의 개발도 주목을 받고 있다.

차량용 레이더는 국내외에서 활발하게 연구 개발 되고 있으며, 특히 Bosch, Siemens, Conti-Temic 등의 선진 전장 업체는 ACC를 위한77GHz 원거리용 3세대 레이더 솔루션을 이미 시장에 출시하는 한편 멀티모드 기반의 저가, 소형화된 4세대 레이더 솔루션의 개발이 완료단계에 있다고 한다. 또한 Delphi와 Conti-Temic는 77GHz를 기반으로 마이크로 스트립 패치 안테나와 기계적 빔포밍을 각각 적용한 근거리/장거리 통합 기능용 제품인 ESR, ARS300 모델을 최초로 상용화하였다. 국내의 경우 만도, 현대 모비스가 자체 기술을 기반으로 하는77GHz 레이더 센서 시스템을 개발 중이고, 만도의 경우 국산 차량에 탑재할 제품의 출시를 앞두고 있다고 한다.

미국 고속도로 안전협회 (NHTSA)의 NCAP(New Car Assessment Program) 개정안에 의하면 에어백 시스템과 마찬가지로 모든 차량에 전방충돌경보시스템의 장착여부에 대한 라벨 부착을 의무화할 예정이다. 유럽도 마찬가지로 NCAP 프로그램이 진행 중에 있으므로 향후 차량용 충돌방지 레이더 센서 시스템에 대한 시장 규모는 폭발적으로 증가할 것으로 예상된다. 앞서 소개한 기술에서 볼 수 있듯이 이미 상당한 성과가 이루어졌지만, 더욱 복잡한 환경과 수요에 적합한 레이더 기술과 진화된 응용기술에 대한 연구는 현재에도 활발히 진행 중이며 아직도 해결하지 못한 기술에 대한 연구 수요가 무궁무진 하다고 할 수 있다.   @ NewMedia  Newsletter 201303


 서울대학교 전기정보공학부 김성철 교수