자율주행차의 기술 : 라이더와 레이더의 개념, 적용, 장점,단점

자율주행차에 최근 대한 관심이 뜨겁습니다. 우리나라에서도 자동차 제조업체들이 자율주행차 연구에 막대한 자금을 투자하고 있는데, 이는 자율주행차가 우리의 미래를 밝게 할 기술 중 하나이기 때문입니다. 그 중심에는 라이더(Lidar)와 레이더(Radar)라는 두 가지 중요한 센서 기술이 있습니다. 이 두 가지 기술이 무엇이며 자율주행차에서 어떻게 구현되는지 자세히 살펴보겠습니다.

자율 주행 자동차

1. 자율주행차 기술 소개

자율주행차는 간단히 말해서 사람이 운전하지 않고도 스스로 주행할 수 있는 차량입니다. 이와 유사한 차량의 개념은 20세기 초에 뿌리를 내렸지만, 그 시대의 마지막 시기에 이르러서야 전문화된 자율주행차가 빛을 보게 되었습니다. 1980년대에 '에른스트 딕만스'라는 이름의 독일인이 'VaMoRs'라는 독립적인 차량을 완성했습니다. 하지만 이러한 차량이 어떻게 자율적으로 주행할 수 있을까 하는 의문이 생깁니다.

 

그 비밀은 바로 '환경 및 지형 인식 기술'에 있습니다. 이 기술은 독립 차량이 환경과 지형을 감지하고 이해할 수 있도록 하는 기술입니다. 이 기술을 통해 차량은 주변의 사람, 도로, 구조물, 비즈니스 라이트 등을 구분하고 이 데이터를 기반으로 안전한 주행 경로를 계획할 수 있습니다.

 

다양한 감지기와 알고리즘이 이 기술을 실현합니다. 지형을 시각적으로 인식하는 카메라와 차량의 방향과 위치를 측정하는 고도계, 그리고 정확한 위치 데이터를 제공하는 GPS와 차량의 속도와 방향 변화를 추적하는 관성 측정 장치(IMU)가 그 예입니다. 이렇게 감지기가 수집한 데이터는 독립된 차량의 '두뇌'인 컴퓨터로 전달됩니다. 이 컴퓨터는 감지기의 다양한 정보를 종합하여 차량의 주행 경로를 계획하고 스티어링을 조정하는 등 필요한 의견을 제시합니다. 이 중 '라이다'와 '레이더'는 독립형 차량의 환경 감지 능력을 결정짓는 중요한 요소입니다.

 

2. 라이다(Lidar)와 레이더(Radar)의 개념

자율주행차가 스스로 주변 환경을 파악할 수 있게 해주는 중요한 기술 중 두 가지가 바로 '라이다'와 '레이더'입니다. 이 두 기술을 일반적으로 '감지기'라고 부릅니다. 그렇다면 이 감지기는 어떻게 작동하며, 자율주행차에서 어떻게 활용될까요?

 

먼저, 라이다(Lidar)는 'Light Discovery and Ranging'의 줄임말로, 광선을 이용하는 감지기입니다. 라이다는 광선 샤프트를 빠르게 회전시키며 주위로 광선을 발사합니다. 이 광선이 다른 물체에 부딪혀 반사되어 돌아오면 라이다는 이 광선이 돌아오는 데 걸리는 시간을 측정합니다. 이 시간을 통해 광선이 튕겨 나간 물체가 얼마나 멀리 떨어져 있는지, 즉 거리를 계산할 수 있습니다. 이런 식으로 라이다는 물체의 위치뿐만 아니라 모양까지 세밀하게 파악할 수 있습니다.

 

다음으로 'Radio Discovery and Ranging'의 줄임말인 레이더(Radar)는 전파를 이용한 탐지기입니다. 레이더는 주변에 전파를 방출하고, 이 전파가 물체에 부딪혀 반사되어 돌아오는 시간을 측정하여 거리를 계산합니다. 전파 파동은 빛보다 더 멀리 도달할 수 있으며 비, 눈, 안개와 같은 강우 조건의 영향을 크게 받지 않습니다.

 

이러한 특성으로 인해 레이더는 멀리 떨어진 물체를 감지하거나 날씨가 좋지 않은 상황에서도 안정적으로 작동하므로 라이다와 레이더는 각각 장점이 있습니다. 라이다는 물체의 세부적인 형태를 잘 포착할 수 있어 가까운 거리에서 정밀하게 탐지하는 데 유리하고, 레이더는 멀리 있는 물체나 기상 악조건에서도 안정적으로 작동하기 때문에 넓은 범위를 커버하는 데 유리합니다.

 

3. 라이다(Lidar)와 레이더(Radar)의 적용

독립 차량에서는 라이다와 레이더의 장점을 활용하여 차량이 직접 주변 환경을 파악할 수 있도록 합니다. 이 두 감지기는 독립 차량의 '눈'으로 간주할 수 있으며, 이를 통해 차량이 주행 지형을 파악하고 안전하게 주행할 수 있습니다.

 

라이다는 스포트라이트를 이용해 돌출 지형을 세밀하게 관찰하고, 실시간으로 상세한 3D 차트를 차량에 제공합니다. 이를 통해 자율주행 차량은 도로 위의 다른 차량, 등산객, 자전거, 도로 표지판, 신호등 등의 위치와 거리를 직접 파악할 수 있습니다. 예를 들어 라이다는 차량 앞을 횡단하는 보행자를 감지하고 이 정보를 차량의 컴퓨터로 전달합니다. 컴퓨터는 또한 이 정보를 바탕으로 필요한 경우 차량에 속도를 조절하거나 정지하도록 명령합니다.

 

반면 레이더는 전파를 이용해 멀리 있는 물체를 감지하고 강우량이 열악한 환경에서도 안정적으로 작동합니다. 레이더는 차량 전방에 있는 물체의 위치뿐만 아니라 속도도 측정할 수 있습니다. 예를 들어, 레이더는 전방 차량이 갑자기 숲이 우거지는 상황을 미리 감지하여 차량의 컴퓨터에 알릴 수 있습니다. 차량의 컴퓨터는 이 정보를 바탕으로 차량의 차선을 변경하여 사고를 미연에 방지할 수 있습니다.

 

이처럼 라이다와 레이더는 독립된 차량에서 상호보완적인 역할을 합니다. 두 감지기의 정보를 통합함으로써 차량은 더욱 직접적이고 안전하게 주행할 수 있습니다.

 

 

4. 라이다(Lidar)와 레이더(Radar)의 장점과 단점

독립적인 차량에 사용되는 감지기 기술인 라이다(Lidar)와 레이더(Radar)는 각각 고유한 장점과 단점이 있습니다. 이 두 감지기는 같은 용도로 사용되지만 작동 방식, 성능 및 작동 분야가 많이 다릅니다.

 

먼저, 라이다(Lidar)는 광선을 이용해 돌출된 지형을 세밀하게 살피는 데 적합하다는 장점이 있습니다. 이를 통해 도로에 있는 다른 차량, 등산객, 자전거 등의 위치와 거리를 직접 파악할 수 있습니다. 또한 라이다(Lidar)는 물체의 모양을 3D로 표현할 수 있어 높이가 있는 장애물이나 땅 밑 통과 가능 여부를 판단하는 데 탁월한 성능을 보이지만, 광선을 사용하기 때문에 눈이나 비와 같은 강우량 많은 조건에서는 성능이 저하될 수 있고, 가격이 매우 비싸다는 단점이 있습니다.

 

반면, 레이더(Radar)는 전파를 이용해 멀리 떨어진 물체를 탐지하고 속도를 측정하는 데 적합하다는 장점이 있습니다. 레이더(Radar)의 전파는 빛보다 더 멀리 도달할 수 있으며 기상이 열악한 환경에서도 안정적인 성능을 유지할 수 있습니다. 또한 레이더(Radar)는 물체의 속도를 측정할 수 있어 전방 차량의 속도 변화를 감지하는 데 탁월한 성능을 보이지만, 레이더(Radar)는 광선에 비해 해상도가 낮아 물체의 세밀한 형상을 직접 측정하기 어렵다는 단점이 있습니다.

이처럼 라이더(Lidar)와 레이더(Radar)는 각각의 장점과 단점이 있지만, 이 둘을 적절히 조합하면 독립적인 차량이 보다 안정적이고 정확한 주행을 할 수 있습니다.