(Radar) Resolution for Range, Angle, Velocity

다음 글의 내용은 레이더 생초짜, 자동차 산업 분야의 기술에 관심이 있는데 모르는 분들을 대상으로 글을 적습니다.

넓은 마음으로 이해주시면서 읽어주시기 바랍니다. 

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이전 글에서 짧게 말씀 드렸던 Resolution에 대해 이어서 설명 드립니다.

(Radar) FOV: Field Of View Resolution이라고 명시된 부분은 해상도라고 이해하시면 됩니다.  흔히 컴퓨터, 모니터에서 해상도 1920 어쩌고 저쩌고 말할 때 쓰이는 것처럼 얼마나 잘게 쪼갤 수 있는지를 말합니다.  위 그림은 각도 angle에 대해서 얼마나 쪼갤 수 있는지를 나타내는 부분이라고 이해하시면 됩니다.  다른 글에서 좀 더 다루기로 하겠습니다. 출처: https://hujubkang.tistory.com/entry/FOV-Field-Of-View [허접.강기사의 재미없는 놀이]

 

해상도, 분해력 등 국문으로 하면 다양하게 불려질 수 있는데, 우리가 다뤄야 하는 Resolution의 큰 범위는 3가지로 말씀 드릴 수 있습니다.

* Range (거리)
* Velocity (속도)
* Angle (각도)

 

위 3가지는 레이더를 활용하는 목적이기도 하죠. 대상의, 대상과의 거리, 속도, 각도에 대한 정보를 획득하기 위해서 레이더를 활용하니까요.

 

아래 그림의 경우 Radar에서 대상 2개를 각각 구분할 수 있는지, 또는 하나의 타겟으로 구분하는 지를 보여주는 예시입니다. 거리 해상도가 두 대상 타겟의 거리보다 작은 경우, 왼쪽 그림과 같이 다른 신호로 구분이 되지만, 오른쪽과 같이 레이더의 해상도로 구분할 수 없는 거리에 존재하는 경우 하나의 대상으로 인식하게 됩니다.

 

Minimum distance of tragets in range

(그림 출처: www.radartutorial.eu/01.basics/Range%20Resolution.en.html)

 

현실에서 내가 운전하는 차량 앞에 여러 대상(차)가 동일 선 상으로 주행하는 경우, 거리 해상도에 따라 하나의 대상으로 또는 다른 대상으로 구분할 수 있습니다.

 

(여기서 각도, 속도 값의 차이가 더해지면서 구분할 수 있는 점들은 논의하지 않기로 합니다)

 

다음은 각도 Angle, Resolution를 설명하면 앞서 설명한 것과 같은 논리로 이해하시면 됩니다. 위 그림을 아래와 같이 그려볼 수 있습니다.

 

얼마나 촘촘하게 각도를 쪼갤 수 있는지에 따라 대상을 구분할 수 있는지 달라지게끔 됩니다.

 

 

이제 속도 Velocity 해상도를 위와 같이 그림으로 그려본다면,

말씀드리기 전에 제약사항으로, 각도 Angle로도, 거리 Range로도 구분이 되지 않는 경우,

레이더의 속도 Velocity 해상도가 2km/h 이하라면 아래 두 대상을 구분할 수 있을 것 입니다. (A Case)

 

반면에 B Case의 경우 두 대상을 하나로 구분할 것입니다.

 

위 예시들은 Resolution과 관련하여 설명을 드리기 위해서 임의로 작성하였으므로 실제와는 많이 다를 수 있고, 다릅니다. 예를 들면 동일 거리에 비슷한 속도로 주행하는 차량이라고 할지라도 각도의 차이가 더해져서 대상 차량을 구분할 수 있기 때문입니다. 

그렇기 때문에 Spec 상에 기재된 물리적(또는 산출식으로 계산)으로 기입된 수치는 현실적으로 다를 수 있는 부분들이 있다는 점 이해하시기 바랍니다.

 

Range Resolution의 경우 아래와 같은 수식으로 계산되기 때문에 Bandwidth가 좋아진다. 높아진다. 는 경우 해상도가 좋아지게 됩니다. 여기서 c는 빛의 속도, B는 Bandwidth를 의미합니다.

 

Velocity Resolution의 경우 아래 수식을 보시면 Tc, Cycle time, 즉 Observation time이 늘어나게 되면 좋아집니다. 

여기서 lamda는 wave length, 오메가는 위상차를 의미합니다.

 

Angle resolution의 경우 안테나 거리, 공간에 따라 달라지게 됩니다. 

 

즉 크고/넓고, 오랫동안 감지할 수 있고 Bandwidth가 큰 안테나라면 아주 좋은 성능을 낼 수 있다는 얘기입니다. 우리가 국방이나 항공과 관련하여 사용되는 레이더가 차량용 레이더와는 비교가 될 수 없는 크기인 것을 감안해 보시면 아쉴 수 있습니다.

 

아래 그림은 차량에 장착되는 레이더, 카메라, GPS, 라이다가 장착되는 센서를 표기해 놓은 것입니다. 

차량에 장착되는 레이더는 작고, 가벼워야 합니다. 국방, 항공과 같이 안전과 관련한 분야에서 사용되는 레이더보다 많은 제약사항을 가질 수 밖에 없습니다. 

 

(개인적으로 제약사항이 많은 곳에서 더 많이 생각하고 고민할 수 있다는 측면에서 긍정적으로 생각해봅니다.)

(그림 출처: www.hyundainews.com/en-us/releases/2478)

 

이상 읽어주셔서 감사합니다.

 

오늘도 스마일! 그리고 화이팅! 입니다.