자율주행차 레이더의 성능을 높이는 시뮬레이션의 중요성 ⑦

최태우 / 기사승인 : 2019-07-09 08:36:27
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지난 글에 이어 마지막 장인 이번 글에서는 단일 프레임 시뮬레이션 환경에서 활용 가능한 Range-Doppler 매핑으로 변화하는 환경에서 차량의 움직임을 정확하게 시뮬레이션할 수 있는 방법에 대해 알아본다.


트랙터 트레일러를 예로 들어보면, 최소 30개 범위의 셀에 분포되어 있는 반환값을 제공하면서 레이더는 동일 차량의 일부인 여러 목표물의 반향을 감지하게 된다. 레이더 신호 처리 시스템이 환경에서 동일 이동체에 속한 분산 물체목표물의 반환값을 지능적으로 그룹화해야 하며 그렇지 않으면 차량 제어 시스템이 추적할 대상이 너무 많아지게 된다.


여기서 살펴보고 있는 시스템의 경우 0.5m/s의 속도 정확성과 함께 -100m/s ~ +100m/s의 간격에서 속도를 분석할 수 있는 기능이 필요하다.


속도는 레이더의 속도에 상대적으로 측정된다. 요구되는 속도의 정확성 및 속도 범위 요구 사항을 달성하기 위해 레이더는 총 약 9.8밀리초(레이다 프레임이라고도 함) 동안 펄스를 추적해야 하며 최소 200개의 펄스를 처리해야만 한다.


이것은 환경 시뮬레이션이 최소 200번 반복되어 개별 속도에 따른 펄스 사이에서 적절한 거리로 이동 물체와 자차(레이더)를 전진시켜야 함을 의미한다. 이러한 레이더 프레임 내의 펄스가 수신된 경우 레이저 신호 처리 하드웨어가 데이터를 처리하여 환경에서 제공되는 모든 반환값에 대한 범위와 Doppler 속도 정보를 획득할 수 있다.


200개의 연속된 300MHz 펄스 레이더 프레임의 레이더 시스템에 대한 Range-Doppler 매핑

환경에서 물체의 거리와 속도를 동시에 살펴보기 위해 레이더 시스템 엔지니어는 Range-Doppler 맵을 사용하기도 한다. 이러한 데이터 표현은 한 축에서는 환경에 대한 거리를 그리고 다른 축에서는 대상의 추출된 속도를 제공하며, 맵에 표시되는 색상은 각 거리 및 속도에서 반환되는 신호의 강도를 나타낸다.


예제에서 레이더는 10m/s의 자체 속도를 갖는다. 레이더의 기준 프레임에서 볼 때 이것은 환경에서의 모든 고정 물체가 10m/s와 유사한 속도를 갖는 것처럼 보이게 되며, Range-Doppler 맵에 +10m/s의 속도로 등록된다.


양의 속도(0보다 큰 값)를 갖는 신호 반환값은 레이더로 향하는 물체를 나타내며 이를 “접근 속도(closing velocity)”라고 한다. 반대로 음의 속도(0보다 작은 값)를 갖는 신호 반환값은 물체가 레이더에서 멀어짐을 나타낸다. 음의 속도는 “개방 속도(open velocity)”라고 한다.


예를 들어, 레이더 바로 앞의 자동차가 레이더보다 5m/s 빠르게 이동하고 이 상황에서 가장 가까운 대형 반사 물체인 경우를 가정해보면, 이 상황은 10m의 거리에서 시작되는 강한 반환값에 해당하고 -5m/s의 개방 속도를 나타낸다. Range-Doppler 맵에서는 트랙터 트레일러 등과 같은 대형 물체의 분포 특성도 명확하게 확인할 수 있다.


-20m/s의 속도로 약 20m의 거리에서 시작되는 대규모 반환값을 생각해 보자. 이러한 반환값은 30m/s의 속도에서 이동 중인 인접 차선의 트랙터 트레일러에서 제공된다. 이러한 대형 차량으로부터의 반환값은 20m지점에서 시작되어 약 37m로 확장되는 수직선 상에서 여러 거리의 블록들을 통해 분산된다.


이러한 값은 동일 대상에 속한다고 말할 수 있으며 레이더 프로세서는 이러한 데이터를 통합하여 -20m/s의 개방 속도를 갖는 단일 대형 대상으로 기록한다. 레이더 시뮬레이션은 환경이 변화함에 따라 계산이 가능하다.


전형적인 자동차 레이더 센서는 차량 제어 및 안전 시스템으로 초당 5–30회의 정보를 업데이트한다. 이러한 변화하는 환경 시뮬레이션은 단일 프레임 시뮬레이션으로 자연스럽게 확장되면서, 변화하는 환경에서 차량 이동의 완벽한 시뮬레이션을 수행할 수 있다.


이러한 이유로, 목표물의 점진적인 거리 분리는 거리 및 Doppler 신호를 기반으로 목표물을 구별하는 레이더의 기능을 직관적으로 설명할 수 있다. 이와 같은 시뮬레이션은 완벽한 AV 시뮬레이션 과정에 사용될 수 있으며 각 레이더 프레임(또는 각 펄스)에서 시뮬레이션된 환경 및 파형 선택을 제어할 수 있다.



글 : 숀 카펜터(Shawn Carpenter) / 프로덕트 매니저 / 앤시스



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