FMCW 레이더 시스템의 위상 노이즈 모델링을 통한 자율주행 자동차 안전 최적화

첨단 운전자 지원 시스템(ADAS)과 자율주행 자동차(AV) 기술은 주행 방식에 큰 영향을 미치고 있습니다. 실제로 2023년에만 ADAS 기능 14개 중 10개가 시장 점유율 50%를 넘은 것으로 추정됩니다. 그러나 이 자율주행 기술의 지속적인 성공은 정확하고 신뢰할 수 있는 센서 시스템과 보행자, 자전거 타는 사람을 포함한 취약한 도로 사용자(VRU)를 감지하는 능력에 달려 있습니다.

또한 추가 안전 규정이 도입됨에 따라 제조자는 증가하는 안전 요구 사항을 충족하면서 레이더 센서 비용을 낮게 유지해야 한다는 어려운 과제에 직면하게 되었습니다. 여기에는 모든 차량 부문에 걸쳐 표준 기능으로 자동 비상 제동(AEB)을 도입해야 하는 규정인 NHTSA FMVSS 127이 포함됩니다.

NHTSA FMVSS 127의 경우 OEM(Original Equipment Manufacturer)과 Tier 1 공급업체의 과제는 고성능 레이더 장치의 안전성과 비용 모두에 대한 요구 사항 임계값을 충족하는 것입니다.

FMCW(Frequency Modulated Continuous Wave) 레이더는 저렴한 비용으로 적절한 장거리 감지를 제공할 수 있으므로 이러한 옵션 중 하나입니다. 그러나 이 기술은 레이더 신호에 위상 노이즈 또는 작은 무작위 편차를 유발할 수 있습니다. 이러한 단기적인 불규칙 변동은 레이더 시스템 성능과 차량 안전에 부정적인 영향을 미칩니다.

이를 해결하기 위해 새로운 위상 노이즈 모델링 기능이 Ansys AVxcelerate Sensors 2025 R2 자율주행 차량 시뮬레이션 소프트웨어와 함께 출시되어 실제 조건에서 FMCW 레이더와 같은 레이더 시스템을 보다 정밀하게 테스트할 수 있습니다.

레이더 시스템이 실제 조건에서 효과적으로 작동하도록 하려면 개발 중에 위상 노이즈를 고려해야 합니다. 레이더 인식을 테스트에 적용하려면 시뮬레이션 환경에 적합한 철저한 성능 분석이 필요합니다. 위상 노이즈 및 기타 환경 결함을 생략하는 과도하게 이상화된 시뮬레이션은 이러한 실제 조건을 복제하지 못하여 부정확한 성능 평가로 이어집니다.

예를 들어, 노이즈나 간섭이 없는 제어된 테스트 환경에서는 레이더 센서 성능이 완벽해 보일 수 있습니다. 그러나 실제 시나리오에서는 레이더 신호의 작은 변동이 감지 정확도를 저하시킬 수 있습니다.

이와 같은 변동은 신호 저하, 주변 물체로부터의 다중 경로 간섭 또는 레이더 장치 자체 내의 전자 노이즈와 같은 요인으로 인해 종종 발생합니다. 그러나 노이즈 모델링을 하지 않는 경우 엔지니어는 실제 조건에서 성능이 저하되는 레이더 시스템을 개발하여 특히 비상 제동이나 충돌 방지와 같은 중요한 상황에서 안전성과 성능을 저하시킬 위험이 있습니다.

Ansys, 인지 성능과 위상 노이즈 테스트

위상 노이즈는 파워 스펙트럼 밀도(PSD)로 특징지어지며, 이는 노이즈가 주파수에 걸쳐 분포되는 방식을 나타냅니다. 센서 제조자는 레이더의 사양서에 이 데이터를 제공하여 엔지니어가 시뮬레이션에서 위상 노이즈를 정확하게 모델링할 수 있도록 합니다.

이 노이즈를 모델링하는 방법에는 크게 두 가지가 있습니다.

1. 페데스탈 모델(Pedestal model): 시뮬레이션에 사양서에서 직접 가져온 PSD를 사용합니다.
2. 구간별 선형 모델(Piecewise linear model): 측정된 PSD 데이터를 사용하여 보다 상세한 시뮬레이션 및 센서 정의를 수행합니다.

제조자는 위상 노이즈 데이터를 Ansys AVxcelerate Sensors 시뮬레이션 환경에 통합함으로써 레이더 시스템이 현실적인 주행 조건에서 잘 작동하게 할 수 있습니다. 또한 레이더 성능에 영향을 줄 수 있는 위상 노이즈 및 기타 결함을 시뮬레이션하도록 특별히 설계된 고급 노이즈 모델을 소프트웨어에 도입했습니다. 이러한 모델을 통해 엔지니어는 노이즈와 같은 결함이 감지 기능에 큰 영향을 줄 수 있는 실제 환경을 거의 모방하는 조건에서 레이더 시스템을 테스트할 수 있습니다.

제조자는 위상 노이즈를 정확하게 시뮬레이션하여 Ansys AVxcelerate Sensors 레이더 시스템을 미세 조정함으로써 복잡하고 역동적인 환경에서도 안정적으로 작동하도록 할 수 있습니다.

가까운 미래에 ADAS 및 AV 기술이 광범위하게 채택됨에 따라 도로의 거의 모든 차량은 AEB에 대한 FMVSS 127에 설명된 차량 인식을 위한 엄격한 안전 표준을 충족해야 합니다. 물론, 보다 정교하고 노이즈에 강한 레이더 시스템을 갖추기 위해 더 높은 비용을 지불하지 않고도 통합이 이루어져야 한다는 점에 유의해야 합니다.

이 경우 시뮬레이션 환경에서 위상 노이즈를 정확하게 찾아내고 처리할 수 있으므로 레이더 센서가 고속도로에서 가시성이 낮은 도시 환경에 이르기까지 다양한 주행 조건에서도 먼 거리에서 작은 물체를 감지하고 최적의 성능을 발휘할 수 있습니다. 이러한 개선을 통해 제조자는 안전 규정을 준수하는 보다 강력한 FMCW 기반 레이더 시스템을 구축하여 비용에 가장 민감한 차량 부문에서도 신뢰할 만한 성능을 제공할 수 있습니다.

시뮬레이션을 통한 안전한 자율주행의 미래 구축

특히 고속 주행과 같은 복잡한 환경에서 레이더가 VRU를 안정적으로 감지하려면 위상 노이즈를 고려해야 합니다. 그렇지 않으면 감지 누락으로 인해 안전성이 저하될 수 있습니다. 위상 노이즈를 시뮬레이션하면 제조자가 레이더 성능과 비용 효율성의 균형을 맞출 수 있으므로 예산 친화적인 차량도 FMVSS 127과 같은 규제 안전 표준을 충족할 수 있습니다.

FMCW 레이더와 같은 저비용 고성능 기술을 성공적으로 채택하는 것은 안전 규정을 준수하고 VRU를 보호하여 더 안전한 자율주행을 위한 길을 닦는 데 핵심이 될 것입니다. 이제 제조자는 AVxcelerate Sensors 2025 R2 소프트웨어 릴리스를 통해 이러한 응용 분야에서 위상 노이즈를을 보다 효과적으로 시뮬레이션하고 실제 조건에서 최적의 성능을 발휘하는 레이더 시스템을 구축할 수 있는 툴을 갖추게 되었습니다.

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