4D 이미징 레이더 칩셋으로 물체 식별 향상

레이더는 특히 물체 식별/분류 및 더 높은 위도 해상도를 약속하는 발전으로 인해 점점 뜨거워지고 있습니다. 이러한 새로운 혁신을 통해 레이더는 자동차 제조업체와 고도로 자동화된 차량을 개발하는 Tier One 사이에서 가장 인기 있는 센서로 부상하고 있습니다.

레이더 시스템 솔루션(출처:NXP)

자동차 산업의 높은 기대에 부응하여 NXP Semiconductors는 회사의 S32R45 레이더 프로세서와 TEF82xx라는 새로운 77GHz 트랜시버로 구성된 새로운 레이더 센서 칩셋 제품군을 샘플링한다고 발표했습니다.

5년 전 "Dolphin"이라는 최초의 레이더 칩으로 RF CMOS 레이더를 개척한 NXP는 선도적인 자동차 레이더 솔루션 공급업체였습니다.

NXP의 4D 이미징 센서는 범위와 속도뿐만 아니라 "고도, 방향 및 도달 각도도 측정할 수 있으며 훨씬 더 높은 해상도로 물체를 식별"할 수 있다고 무선 주파수 처리 부문 총괄 부사장 겸 총괄 책임자인 Torsten Lehmann이 설명했습니다. EE Times와의 인터뷰 . Lehman은 수평면뿐만 아니라 수직면도 이해할 수 있는 4D 이미징 레이더를 사용하여 차량이 예를 들어 물체의 "아래" 또는 "위" 주행 여부를 결정할 수 있다고 말했습니다.

"자동차가 고속도로에서 시속 80km로 달리고 있는 동안 반사율이 낮은 작은 물체인 오토바이가 뒤에서 시속 200km로 오는 장면을 상상해 보세요."라고 그는 말했습니다. 카메라 및 라이더와 달리 새로 개선된 이 레이더는 처음에는 멀리 떨어져 있는 오토바이를 식별할 수 있으며 이 두 물체가 두 가지 다른 속도로 움직이는 것을 인식할 수 있다고 Lehmann은 설명했습니다.

(출처:NXP)

지금까지 레이더는 300미터 이상에서 작동하여 고속으로 달리는 물체를 인식할 수 있는 유일한 센서였습니다. 카메라도 라이더도 그렇게 많은 거리와 속도를 처리할 수 없습니다.

고해상도 이미징 레이더의 등장으로 NXP를 비롯한 많은 레이더 공급업체는 최악의 날씨 및 조명 조건에서도 작동할 수 있는 유일한 고속 센서로 레이더를 높이려는 열망을 갖고 있습니다.

확장성

NXP는 4D 이미징 레이더에 대해 이야기하는 데 있어 혼자가 아닙니다. Continental은 지난 9월 Xilinx FPGA를 사용하여 2021년에 승용차에 탑재될 예정인 자동차 업계 최초의 양산 준비 4D 이미징 레이더를 배포한다고 발표했습니다.

77GHz RF CMOS 트랜시버와 S32R45 레이더 프로세서에 대한 NXP의 대량 생산 경험을 감안할 때 NXP는 4D 이미징 레이더 칩셋이 범용 FPGA 구현에 비해 비용과 전력 효율성을 크게 줄일 수 있다고 주장합니다. 그러나 NXP는 비용/전력 절감 정도를 명시하는 것을 자제했습니다.

VSI Labs의 설립자이자 사장인 Phil Magney는 다음과 같이 말했습니다. 아이러니하게도 내가 그것에 대해 처음 들은 것은 몇 년 전 NXP 프레젠테이션에서였습니다. 그 당시에는 새로운 레이더가 포인트 클라우드를 생성할 수 있기 때문에 라이더의 잠재적인 경쟁자로 제시되었습니다.”

분명히 NXP는 4D 이미징 레이더 출시를 계획하고 있습니다.

그러나 NXP의 피치가 바뀌고 있습니다. 단순히 포인트 클라우드를 생성하는 능력에 대해 이야기하는 대신 회사의 강조점은 이제 새로운 레이더 솔루션 제품군이 제공하는 확장성으로 옮겨졌습니다.

NXP는 이제 코너 레이더 및 장거리 전방 레이더에서 이미징 레이더에 이르기까지 "다양한 사용 사례에 걸쳐 확장되는 공통 플랫폼"을 선전합니다. 이는 사각지대 및 자동 비상 제동 기능에서 더 나은 성능을 요구하는 NCAP(신차 평가 프로그램) 요구 사항을 충족하는 기술을 찾는 산업에 중요합니다. NCAP는 선호하는 센서 기술을 지정하지 않지만 NCAP 요구 사항을 충족해야 하는 자동차 제조업체는 모서리와 전면의 물체를 감지할 수 있는 더 나은 레이더 기술을 찾고 있다고 Lehmann이 설명했습니다.

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(출처:NXP)

Leve1 및 2 차량의 사각지대 감지 및 차선 지원을 위해 NXP의 단일 TEF82xx 트랜시버와 S32R45 레이더 프로세서의 조합이 작동합니다. L2 및 L3 차량에 자동 크루즈 컨트롤과 전방 및 후방 충돌 경고를 추가하려면 하나가 아닌 두 개의 트랜시버가 필요합니다. L4 및 L5 자율주행 차량에서 요구하는 물체 분리 및 분류를 위해 OEM은 4개의 캐스케이딩 트랜시버를 하나의 레이더 프로세서와 결합할 수 있습니다.

핵심은 고도의 자동화로 전환하는 동안 다양한 브랜드와 모델을 처리해야 하는 자동차 제조업체가 소프트웨어와 하드웨어를 재사용하도록 설계된 단일 플랫폼을 사용할 수 있어야 한다는 것입니다.

4D 이미징 레이더로의 전환

그러나 자동차 레이더의 발전은 마케팅 전문 용어로 인해 혼란스럽습니다.

2D라고도 하는 기존 레이더는 이미징 레이더로 전환되었습니다. Magney는 "이미징 레이더는 기본적으로 측정 밀도가 극적으로 증가하는 어레이를 생성합니다. “기존의 2D 레이더는 그에 비해 조악하고 물체당 하나의 포인트만 생성합니다. 그러나 이미징 레이더는 추적 대상을 더 잘 이해하기 위해 많은 포인트를 생성할 것입니다.” 요약하자면, 그는 "이미징 레이더는 수직 해상도를 생성하므로 기존 레이더가 단일 평면에서 작동합니다."라고 말했습니다.

그렇다면 3D와 4D 이미징 레이더는 어떻게 다릅니까?

“나는 시간이 4차원에서 사용되고 있다고 생각합니다. 나는 다른 몇몇 회사에서도 이것을 들었고 이것이 그들이 사용하는 방식입니다.”라고 Magney는 말했습니다. 그러나 그는 “4D는 시간 요소가 도플러에서 파생되기 때문에 솔직히 다른 어떤 것보다 마케팅 과대 광고입니다. 그렇다면 기존의 2D를 3D라고 부를 수 있을 것입니다.”

다시 말해서 시간 요소는 레이더가 제공하는 것에서 항상 중요했습니다. 같은 질문에 NXP의 Lehman은 4D 이미징 센서의 네 번째 요소가 "측면 해상도"라고 말했습니다. 4D 이미징 레이더는 환경을 더 잘 파악하여 차량이 물체 아래로 또는 물체 위로 비행할 수 있는지 여부를 결정합니다.

위도 해상도

Magney는 "높은 위도 해상도"는 더 큰 수직 해상도로 해석됩니다. "이것은 그 자체로 더 중요한 기능 중 하나입니다."

이 토론은 Joshua Brown의 경우를 떠올리게 합니다. 브라운의 Tesla Model S 세단은 2016년 5월 플로리다의 미국 고속도로 27A에서 트랙터 트레일러와 충돌하여 운전자를 사망했습니다. 거대한 장비를 들고 곧바로 달려갔습니다.

사진은 세미트레일러의 오른쪽을 보여줍니다. 빨간색 타원형 영역은 Joshua Brown의 Tesla S로 인한 충돌 손상을 강조 표시합니다. (출처:National Transportation Safety Board)

4D 이미지 센서가 이런 치명적인 사고를 막을 수 있었을까요? Magney는 "예, 이러한 유형의 레이더는 기존 레이더에서 오는 오탐이 발생하는 경향이 없습니다. Tesla 사고를 허용하지 않았을 것입니다.”

고성능 트랜시버 및 레이더 처리

NXP의 새로운 TEF82xx(75mm x 75mm)는 40nm 공정 기술을 기반으로 하는 2세대 RFCMOS를 기반으로 합니다. 이 회사는 이전 버전에 비해 향상된 감지를 위해 RF 성능을 두 배로 늘릴 수 있다고 주장합니다.

새로운 트랜시버 칩은 또한 대상 주변에서 4배 위상 노이즈 감소를 제공하여 보다 나은 대상 분리를 제공할 수 있습니다. 빔 스티어링 애플리케이션 및 고급 변조 MIMO 지원을 위한 6비트 위상 회전자가 함께 제공됩니다.

NXP의 새로운 S32R45 레이더는 16nm FinFET 공정을 기반으로 합니다. 회사는 L4 및 L5 차량에서 "정확한 환경 매핑 및 향상된 장면 이해"를 위해 최대 4X 캐스케이드 트랜시버를 지원한다고 주장했습니다.

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S32R45 블록 다이어그램. (출처:NXP)

S32R45는 새로운 레이더 가속이 가능하다는 점에 주목하는 것이 중요합니다. 보다 구체적으로 NXP에 따르면 ARM A53 코어에 비해 최대 64배의 성능을 제공하는 새로운 "선형 대수 레이더 가속기"를 제공합니다. 이는 "악천후 조건에서도 초해상도 DoA(도래 방향) 알고리즘과 진정한 MIMO 작동"을 실행하는 것으로 해석됩니다.

새롭게 된 논쟁:라이더 대 레이더

NXP는 새로운 4D 이미징 레이더가 1도 미만의 각 분해능을 제공한다고 주장합니다. 하지만 라이더와 비교하면 어떤가요?

Lehman은 "Waymo에서 사용하는 기계적 회전 유형과 같은 고성능 라이더에 대해 이야기한다면 0.1° 또는 0.5° 미만의 각도 분해능을 제공하기 때문에 훨씬 세분화된 포인트 클라우드를 생성할 수 있습니다."라고 말했습니다. 그는 이렇게 덧붙였습니다. 그러나 그러한 라이더는 "거대하고 수천 달러의 비용이 듭니다."

Magney는 "Tesla가 모델 3 플랫폼에 대한 이미징 레이더를 고려하고 있다는 소문이 있는데 이것은 Lidar를 사용하지 않는 것에 대한 더 나은 답변을 제공하기 때문에 좋은 조치가 될 것입니다."라고 말했습니다. EE Times에서 보도한 바와 같이 Tesla가 Continental의 2D 레이더를 사용한 것으로 System Plus Consulting의 분해 결과가 드러났습니다. .

그러나 Magney에 따르면 Tesla는 더 넓은 범위를 위해 Continental에서 Bosch로 전환했습니다. 그는 이 두 가지 모두 기존 레이더의 한계를 지닌 2D 레이더라고 설명했다. “제가 생각하는 한 Tesla의 이미징 레이더로의 전환은 기민할 것입니다. 이미징 레이더가 포인트 클라우드를 생성한다는 것을 이해하십시오. Lidar보다 해상도는 낮지만 [여전히] 기존 레이더보다 크게 개선되었습니다.”라고 Magney가 말했습니다.

요약하자면 Magney는 "아직 버스 아래에 라이더를 던지지 않을 것입니다."라고 강조했습니다.

그의 의견으로는, 비록 그 격차가 새로운 레이더로 좁혀질 수 있지만, 현재는 레이더에 비해 라이더가 큰 이점을 가지고 있다고 생각합니다. “lidar의 주요 응용 프로그램 중 하나는 기본 지도에 대해 상대 위치 파악을 수행하는 기능입니다. 이것은 도시의 로보택시와 셔틀에 ​​필수적이며 이 작업을 위해 라이더를 대체할 수 없다고 생각합니다.”

매그니는 “4D 레이더가 와도 라이더는 사라지지 않을 것이다. 라이더를 대체하기 보다는 새로운 레이더가 기존 레이더의 한계를 일부 극복했다고 말할 수 있습니다.”

가용성

오늘 샘플링되는 NXP의 새로운 레이더 칩셋은 2021년에 양산될 예정입니다. 코너 레이더, 전면 레이더 및 4D 이미징 레이더는 2021년에 몇 개월에 걸쳐 출시되지만 세 가지 모두 하반기에 출시될 것이라고 Lehman이 말했습니다. 그는 가격에 대한 언급을 거부했습니다.

>> 이 기사는 원래 다음 날짜에 게시되었습니다. 자매 사이트인 EE Times.