감지기
산업 제조
레이더 안전에 대한 거의 언급되지 않은 문제가 운전자 지원 차량과 고도로 자동화된 차량의 잠재적인 아킬레스건으로 대두되고 있습니다. 레이더 신호는 서로 간섭합니다.
레이더는 CMOS 이미징 카메라를 보완하는 필수 감지 방식이 되었습니다. 레이더는 모든 기상 조건에서 작동하며 자동 비상 브레이크(AEB)를 포함한 다양한 자동 주행 기능을 가능하게 합니다. 그러나 레이더가 고스트버스터즈의 입자 가속기처럼 서로의 흐름을 가로지르게 되면 방해를 받거나 결함이 생길 수 있습니다.
이것은 아직 자동차 제조업체에서 공개적으로 경고하거나 운전자가 일반적으로 인식하는 현상은 아니지만 혼잡한 환경에서 작동하는 자동차 레이더는 상당한 간섭에 직면할 것입니다.
레이더의 응용 분야는 적응형 크루즈 컨트롤 및 사각 지대 감지에서 전방 충돌 경고 시스템 및 지능형 주차 지원에 이르기까지 다양합니다. 차량이 360도 시야를 확보하려면 단거리 및 장거리 레이더 칩이 모두 필요합니다. AEB는 일반적으로 레이더(전천후)를 사용하고 때로는 라이더와 카메라를 사용하여 임박한 충돌을 감지합니다.
세계 시장에서 AEB의 급속한 확산은 레이더 센서 공급업체에게 양날의 검이 되었습니다. 이는 축하의 이유이자 우려의 원인입니다.
예를 들어, 중국 신차 평가 프로그램(NCAP)은 이미 2020년에 공장에서 출시되는 모든 트럭에 대해 AEB를 의무화했습니다. 일본의 신차는 올해부터 전면 및 후면 AEB 기능이 있어야 합니다. 미국에서는 20개의 자동차 제조업체가 자발적으로 "2022년 신차의 AEB 적합율 100%"에 동의했습니다. Euro NCAP의 2019년 요구 사항에 직면하여 유럽에서 판매되는 자동차의 90%에는 이미 자동차 대 자동차 충돌을 위한 최신 충돌 방지 기술이 탑재되어 있습니다.
NXP Semiconductors는 2030년에 자동차 레이더 보급률이 55%로 급증할 것으로 예상합니다. EE Times와의 최근 인터뷰에서 , NXP Semiconductors의 ADAS 및 V2X를 담당하는 수석 제품 마케팅 관리자인 Huanyu Gu는 "여러 레이더가 동시에 동일하거나 겹치는 주파수로 전송할 때 레이더 간섭이 불가피하다고 경고했습니다. 보이는 길.”
NXP의 구(Gu)만 걱정하는 것은 아니다. ST Microelectronics의 ADAS 및 ASIC 사업부 총책임자인 Martin Duncan도 EE Times에 말했습니다. , “현재 신규 차량의 25%가 레이더 시스템을 갖추고 있다는 사실은 이미 문제입니다. 실시간 도로 상황을 포착하려고 하면 여러 차량에서 전송되는 전송을 매우 쉽게 볼 수 있습니다. 우리는 모두 동일한 주파수 대역을 사용하기 때문에 장착률이 증가함에 따라 잠재적으로 악화될 수 있습니다.”
능동 안전 및 보조 운전 시스템에 사용되는 다중 레이더 센서의 배치 예(Kissinger, 2012)
레이더 혼잡의 원리는 간단합니다. 미국 고속도로 교통 안전국(NHTSA)은 2018년 9월에 발행된 "레이더 정체 연구"에서 다음과 같이 썼습니다.
레이더는 방사 신호에 대한 지식을 사용하여 에코를 식별하고 환경에 있는 물체의 범위와 속도를 추정합니다. 이러한 에코는 원래 신호의 완벽한 복사본이 아니라 신호를 건설적이고 파괴적으로 방해하는 여러 반환의 합입니다. 레이더에 의해 조명된 물체로부터의 반사는 특히 장면의 상대 범위, 종횡비 및 기타 물체가 변할 때 변동한다는 것을 이해하는 것이 중요합니다. 근거리에서 작동하는 여러 레이더와 여러 산란 소스의 환경에서 간섭 수준이 증가함에 따라 각 레이더의 성능이 저하됩니다.
이는 안전을 위협할 수 있습니다. “최악의 시나리오는 레이더 간섭으로 인한 사망입니다. 근본 원인에 관계없이 오늘날 레이더 스택에서 오탐지 필터링 사용이 이미 증가하고 있습니다.”라고 VSI Labs의 설립자이자 사장인 Phil Magney가 말했습니다.
업계 경고
레이더가 장착된 차량이 많을수록 각 레이더는 다른 레이더의 존재를 처리하는 방법을 더 빨리 배워야 합니다. 레이더 공급업체는 압박을 받고 있습니다.
피해 레이더(녹색)에서 간섭이 계산되고 다른 차량(빨간색)에 의해 생성되는 단순한 일반적인 교통 시나리오3. (출처:NXP)
레이더 간섭은 레이더 확산의 예상치 못한 결과가 아닙니다. 자동차 업계는 경고를 받았다. 10여 년 전 유럽은 MOSARIM(레이더 간섭 완화에 의한 모든 사람을 위한 더 안전)이라는 프로젝트를 구성하고 2012년 보고서를 발표했습니다. 이 프로젝트는 "차량 상호간 레이다 간섭과 효과적인 대응책 및 완화 기술의 정의 및 정교화"를 조사했습니다. "
보다 최근에 NHTSA는 두 가지 질문을 염두에 두고 레이더 간섭을 모델링하고 시뮬레이션하는 "레이더 정체 연구"를 수행했습니다.
보고서 결론:
...다른 레이더가 거의 없는 환경에서 잘 작동하는 시스템은 레이더 혼잡 환경에서 성능이 크게 저하될 수 있습니다. 연구 결과에 따르면 혼잡한 환경에서 현재 시스템의 작동을 기반으로 한 간섭 수준이 상당할 것입니다. 76-81GHz 대역에서 레이더를 작동하는 많은 차량이 있는 시나리오에서 다른 레이더의 전력은 지정된 성능에 필요한 대상의 에코 전력을 몇 배나 초과할 가능성이 높습니다.
레이더 간의 협업?
따라서 업계는 레이더 교통 체증의 임박에 대해 10년 동안 알고 있었습니다. 어떤 조치를 취했습니까?
이 모든 리드 타임으로 인해 자동차 OEM 및 Tier 1이 간섭을 피하기 위한 강력한 전략을 개발할 것으로 기대할 수 있습니다. 파형 매개변수를 동적으로 조정하여 간섭을 피하는 레이더 센서를 상상할 수 있습니다.
이것은 로켓 과학이 아닙니다. 레이더 커뮤니티는 TDMA, FDMA 및 CDMA에서와 같이 통신 업계에서 이미 배포한 유사한 유형의 채널 액세스 규칙을 차용하는 노하우를 보유하고 있습니다. NXP의 Gu는 이러한 "listen-before-talk" 방식이 레이더 간에 보다 구조화된 통신을 가능하게 해야 한다고 말했습니다.
불행히도 이는 업계에서 채택한 간섭 완화가 아닙니다. 자동차 레이더는 동일한 할당 주파수 스펙트럼(76GHz~81GHz)을 사용한다는 사실 외에 레이더 커뮤니티에는 규제가 없습니다. "레이더 파형 매개변수는 규제되지 않습니다."라고 Gu는 말했습니다.
업계 협약, 표준화 및 규제는 결코 자동차 업계의 DNA의 일부가 아닙니다.
Gu에 따르면 오늘날 채택된 일반적인 접근 방식은 "전송된 신호를 시간 또는 주파수로 무작위화하여 간섭을 제한하는 것"입니다. 구씨는 이 무작위 배정의 비논리성을 인정하며 “오늘 맹목적으로 이러고 있다. 레이더가 장착된 도로에 차량이 많지 않은 경우 특히 그렇습니다. 그러나 간섭에 대한 레이더 센서의 견고성을 향상시키려면 레이더 센서 간의 협업을 찾아야 합니다.”
하지만 규제가 필요합니다.
그럼에도 불구하고 NXP는 레이더 간섭에 대한 자체 백서에서 다음과 같이 결론지었습니다.
결국 높은 시장 침투력을 지원하기 위해 제조업체 간에 일정한 형태의 합의가 있어야 감지 리소스를 공정하게 공유할 수 있습니다. 이 마지막 단계는 시장의 모든 플레이어가 함께 앉아 채널에 액세스하는 표준화된 방법을 정의하는 동시에 차별화된 감지 성능을 가질 가능성을 유지해야 함을 의미합니다.
모두 무료
독립적인 베테랑 자동차 산업 분석가인 Egil Juliussen은 레이더는 항상 "모두에게 무료"라고 말했습니다. 그는 혁신을 추구하기 위해 레이더 센서 회사는 일반적으로 레이더가 이미징 해상도를 개선하고 간섭을 완화할 수 있도록 센서 칩과 관련된 DSP 또는 MCU에서 실행되는 새로운 독점 알고리즘을 개발하는 경향이 있다고 설명했습니다.
다시 말해, 많은 자동차 산업에서 레이더 간섭 문제에 더 많은 신호 처리를 가하는 것이 어떤 산업 계약이나 규정보다 선호되는 접근 방식입니다.
디지털 부품(DSP), 송신기 및 수신기 프런트 엔드가 있는 레이더 센서. 간섭 기술은 프런트 엔드의 포화를 방지하도록 설계된 기술, 디지털 방식으로 간섭을 관리하는 기술, 실제로 발생하기 전에 간섭을 피하려는 기술로 분류할 수 있습니다. (출처:NXP)
인터뷰 중에 NXP의 Gu는 레이더 간섭 완화를 위해 세 가지 다른 접근 방식을 제시했습니다. 1) 프런트 엔드에서 포화를 방지합니다. 2) 디지털 영역에서 간섭을 인식하고 제거하여 디지털 간섭을 관리합니다. 3) 파형 매개변수를 동적으로 조정하여 간섭을 방지합니다.
세 번째 접근 방식은 이미 현재 77GHz 스펙트럼에서 채택될 가능성이 가장 낮은 것으로 간주됩니다. 구씨는 "도로에 이미 레이더 센서가 너무 많고 센서가 협력하지 않기 때문에 사람들은 너무 늦었다고 생각한다"고 설명했다. 그는 "향후 140Ghz 주파수 대역이 레이더에 사용 가능하게 되면 이 방식을 적용할 수 있을 것"이라고 덧붙였다.
가장 가능성이 높은 첫 번째 접근 방식은 프런트 엔드의 포화를 방지하는 기술을 고안하는 것입니다. 여기에서 원하는 신호의 적어도 일부를 수신할 수 있으며 적절한 조치를 취할 수 있습니다. Gu는 "레이더 수신기에 두 가지 다른 게인 설정을 제공하여 이를 수행할 수 있습니다."라고 말했습니다. 대안으로, 시스템은 프론트 엔드가 간섭을 생성하는 방향에서 스스로를 블라인드하기 위해 다중 안테나를 사용하는 "공간 널링(nulling)"을 포함할 수 있습니다. 이 접근 방식은 간섭 신호가 프런트 엔드를 포화시키기 전에 제거하려고 한다고 Gu는 설명했습니다.
NXP와 같은 레이더 칩 공급업체는 DSP에서 디지털 영역의 간섭 처리에 중점을 두는 경향이 있습니다. "물론 그 전제 조건은 실제로 원하는 신호가 강한 신호에 의해 묻히지 않는다는 것입니다."라고 Gu가 말했습니다.
간섭 신호가 상대적으로 약한 것으로 판단되면 프런트 엔드를 포화시키지 않고 원하는 신호와 함께 디지털화할 수 있습니다.
그러나 NXP에 따르면 게임의 이름은 먼저 신호가 손상되었는지 여부를 인식하는 것으로 말은 쉽지 않습니다. 그렇게 하는 기술은 피해 레이더와 간섭 모두의 특정 레이더 파형에 따라 다릅니다. 오늘날의 규제 프레임워크는 레이더 파형을 구축하는 다양한 방법을 허용하기 때문에 모든 레이더 센서 제조업체는 자체적으로 선택하므로 프로세스가 다양할 뿐만 아니라 까다롭습니다.
자동차 레이더의 사실상 표준은 FMCW(주파수 변조 연속파) 레이더입니다. FMCW는 비교적 단순하고 우아한 매우 우수한 성능을 제공합니다. NXP에 따르면 이 제품은 저대역폭 ADC로 넓은 대역폭을 커버하고 목표 속도에 대한 강력한 추정을 제공합니다. 그러나 몇 가지 주의 사항이 있습니다.
제조업체마다 FMCW 파형의 다양한 매개변수 설정을 사용하여 제품 제안을 차별화하고 캐리어 주파수, 대역폭, 처프 지속 시간, 샘플링 시간, 감지 주기 지속 시간 및 감지 기간 동안 매개변수를 변경하는 다양한 방법과 같은 다양한 애플리케이션 요구 사항을 충족합니다.
요약하자면 레이더 센서는 먼저 간섭자가 있는지 인식해야 합니다. 간섭 탐지는 외계인 신호의 고유한 특성을 인식하여 작동합니다. 간섭이 감지되면 시스템 알고리즘은 원하는 신호를 손상시키거나 제거하지 않으면서 가능한 한 수신 신호에서 간섭을 완전히 제거해야 합니다.
이 중 어느 것도 레이더 커뮤니티에 있는 사람을 놀라게 해서는 안 됩니다. "시장에 교과서적인 신호 처리 알고리즘이 있으며 이미 업계에서 사용되고 있습니다."라고 Gu는 말했습니다.
그러나 교과서 알고리즘에는 한계가 있다고 그는 지적했습니다. "종종 상관관계가 낮은 간섭을 처리하는 것으로 제한됩니다. 또한 한 번에 하나 또는 두 개의 매우 제한된 수의 간섭만 처리할 수 있습니다.”
NXP의 목표는 간섭 제거를 위한 차별화된 고급 디지털 신호 알고리즘을 더욱 발전시키는 것입니다.
ST는 자체 방법론을 연구하고 있습니다. Duncan은 "레이더 첩이 무엇을 의미하는지 알고 있다면 스퓨리어스 신호를 쉽게 필터링/무시할 수 있습니다. 짹짹 소리 사이에 서명을 도입하는 것도 가능합니다.”
그러나 Duncan은 "전송되는 내용에 대한 표준화/공유가 더 많았으면 원치 않는 신호를 제거하는 대책에 도움이 될 것"이라고 덧붙였습니다.
레이더 간섭이 느껴지십니까?
NHTSA는 레이더 혼잡에서 예상되는 간섭을 시뮬레이션하는 몇 가지 시나리오를 제시했습니다.
그러나 지금까지는 실제 도로에서 레이더의 영향이 느껴지지 않았습니다.
VSI Labs의 Magney는 "레이더 대 레이더 간섭은 아직 알려지지 않았으며 거의 매일 레이더를 사용하는 응용 연구원으로서 VSI는 공공 도로에서 테스트하는 동안 다른 차량에서 레이더 대 레이더 간섭을 경험한 적이 없다고 말할 수 없습니다."라고 말했습니다. . "오늘날 도로에 있는 많은 차량이 근거리에서 장거리까지 레이더를 혼합하여 사용하기 때문에 우리가 노출되었다고 가정할 수 있습니다."라고 그는 덧붙였습니다.
월요일 Tesla의 1분기 재무 회의에서 CEO Elon Musk는 Tesla 차량에서 레이더를 제거할 계획을 반복하여 최소한 Tesla 차량의 경우 레이더 간섭 문제를 무의미하게 만듭니다.
그러나 다른 자동차 OEM, Tier 1 및 자동차 기술 공급업체는 빠른 시일 내에 레이더를 버리지 않습니다.
특히 레이더는 비바람에 견디기 때문에 매우 중요하다고 VSI의 Magney는 강조했습니다. "레이더는 가장 비용 효율적인 ADAS 센서 중 하나이며 앞으로 몇 년 동안 보급률이 급격히 증가할 것입니다."
>> 이 기사는 원래 자매 사이트인 EE에 게시되었습니다. 시간.
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