현대 산업 및 물류 환경에서는 여러 대의 밀리미터파 레이더를 근접 배치하는 것이 점점 더 보편화되고 있습니다. 여러 대의 사일로, 차량 또는 로봇 팔을 동시에 모니터링하는 경우에도 마찬가지입니다. 그러나 레이더의 수가 증가함에 따라 신호 간섭 문제가 심각해집니다. 여러 대의 레이더가 동시에 송수신하면 신호 충돌, 오반향, 그리고 거리 부정확도가 발생할 수 있습니다.
여러 레이더가 안정적으로 작동하도록 하려면 엔지니어는 주파수 계획, 시분할 스케줄링, 신호 처리, 하드웨어 최적화, 다중 노드 조정을 조합하여 구현해야 합니다.
산업 자동화 분야의 실제 적용 사례를 보려면 복잡한 레이아웃에 여러 개의 레이더 센서를 통합하고 안정성이 입증된 Linpowave Industry Solutions를 참조하세요.
레이더 간섭의 근원 이해
간섭은 두 개 이상의 레이더가 서로 겹치는 주파수 대역에서 작동하고 동시에 처프 신호를 전송할 때 발생합니다. 이로 인한 혼선은 불안정한 측정값, 산발적인 거리 변화, 또는 팬텀 타깃으로 나타날 수 있습니다.
76~81GHz FMCW 대역 에서 작동하는 밀리미터파 레이더와 같은 경우, 주파수나 타이밍이 약간만 겹치더라도 신호가 크게 저하될 수 있기 때문에 특히 민감합니다. IEEE 연구( IEEE Xplore )에 따르면, 주파수 오프셋이 100MHz 미만으로 떨어지거나 여러 장치가 동일한 시간 창을 공유할 때 레이더 간섭이 급격히 증가합니다.
실제 산업 환경에서는 금속 사일로, 컨베이어, 탱크와 같은 반사 표면이 간섭을 증폭시킵니다. 이러한 상황에서는 단일 완화 기술만으로는 충분하지 않으며, 다층적인 전략이 필요합니다.
1. 주파수 분할: 첫 번째 방어선
주파수 분리는 간섭을 방지하는 가장 간단한 방법입니다. 각 레이더에 스펙트럼의 특정 부분을 할당함으로써, 장치는 겹치는 채널에서 전송하는 것을 방지합니다. 예를 들어, 네 개의 레이더가 있는 시스템에서는 다음과 같습니다.
레이더 A는 77.0~77.5GHz에서 작동합니다.
레이더 B는 77.5~78.0GHz에서 작동합니다.
78.0–78.5GHz의 레이더 C
78.5–79.0 GHz의 레이더 D
이 접근 방식은 인접 장치의 신호가 서로의 에코를 방해하지 않도록 보장합니다. 더 자세한 기술 자료는 76~81GHz 대역의 주파수 및 전력 규정에 대한 ETSI EN 301 091-1을 참조하십시오.
여러 개의 사일로나 소형 로봇 셀과 같은 산업 시설에서는 주파수 분할만으로도 팬텀 타겟을 크게 줄일 수 있습니다. Linpowave 레이더 시스템은 다중 센서 솔루션에 이 원리를 활용하여 센서가 서로 1미터 이내에 설치된 경우에도 안정적인 작동을 보장합니다( Linpowave Industry Solutions ).
2. 시분할 스케줄링: 조정된 전송 창
스펙트럼이 제한적이거나 레이더 밀도가 높을 때 시분할 다중화(TDM)가 매우 중요합니다. 이 방식에서는 각 레이더에 처프(chirp) 신호를 전송하기 위한 특정 시간 슬롯이 할당되고, 다른 장치들은 유휴 상태 또는 수신 모드로 유지됩니다.
예를 들어, 4개 레이더 구성에서는 다음과 같습니다.
레이더 A는 슬롯 1 동안 전송합니다.
레이더 B는 슬롯 2 동안 전송합니다.
레이더 C는 슬롯 3 동안 전송합니다.
레이더 D는 슬롯 4 동안 전송합니다.
시스템은 이 주기를 반복하여 두 레이더가 동시에 송신하지 않도록 합니다. 적절한 동기화를 통해 고밀도 네트워크도 심각한 간섭 없이 공존할 수 있습니다.
첨단 레이더는 마스터-슬레이브 타이밍 제어를 사용하여 장치 간 마이크로초 단위의 정렬을 유지합니다. 내쇼날인스트루먼트와 키사이트 테크놀로지스는 실험실 및 현장 환경에서 이러한 접근 방식을 검증하는 테스트 플랫폼( 키사이트 레이더 테스트 솔루션 )을 제공합니다.
3. 신호 처리: 크로스토크 억제를 위한 적응 알고리즘
주파수와 시간을 분리하더라도 반사, 부엽, 또는 환경 잡음으로 인해 잔류 간섭이 발생할 수 있습니다. 신호 처리는 간섭 완화 에 중요한 역할을 합니다.
동적 주파수 호핑(Dynamic Frequency Hopping)을 통해 레이더는 간섭이 감지될 때 더 깨끗한 하위 대역으로 전환할 수 있습니다. 일부 시스템은 위상 또는 주파수 무작위화를 구현하여 도플러 스펙트럼 전체에 걸쳐 잔류 누화를 분산시켜 팬텀 표적의 신호 대 잡음비를 줄입니다.
가중 정규화 , 슬라이딩 윈도우 필터링 , 선형 보간 과 같은 알고리즘은 사이드 로브나 손상된 에코를 제거하여 안정성을 더욱 향상시킵니다. 이러한 알고리즘은 계산 부하를 증가시키지만, 탱크 수위 모니터링이나 컨베이어 벨트 물체 감지와 같은 고정밀 시나리오에 필수적입니다.
기술 참고 사항은 IEEE Microwave Theory and Techniques 저널을 참조하세요.
4. 하드웨어 설계: 편파 및 파형 미분
안테나 편파는 간섭을 줄이는 효과적인 물리적 방법입니다. 직교 편파(수평 송신 및 수직 수신)를 사용하면 레이더는 혼선을 약 10dB까지 억제할 수 있습니다. 이를 위해서는 안테나 배열의 신중한 설계가 필요하지만, 특히 고정형 설치 환경에서 효과적입니다.
파형 차별화는 MIMO 기술을 활용하여 좁고 집중된 빔을 생성합니다. 좁은 빔은 인접 레이더로부터 부엽 간섭을 받을 가능성을 줄입니다. 또한, 레이더 간 처프 기울기를 미세하게 변화시킴으로써 혼선 위험을 더욱 낮춥니다.
이러한 방법은 차세대 4D 이미징 레이더 에 구현되어 측정 정확도를 떨어뜨리지 않고 수십 개의 센서를 동시에 작동할 수 있습니다.
5. 다중 레이더 조정 및 자체 적응 네트워크
가장 진보된 방식은 자율 레이더 조정을 포함합니다. 다중 노드 네트워크에서 각 레이더는 주변 환경과 주변 장치를 지속적으로 모니터링하여 전송 일정, 전력 및 주파수를 동적으로 조정합니다.
주요 전략은 다음과 같습니다.
우선순위 기반 액세스: 우선순위가 높은 레이더는 우선순위가 낮은 장치에 주파수나 시간 슬롯을 변경하도록 지시할 수 있습니다.
개방형 RF 아키텍처: 스펙트럼 사용을 최적화하기 위해 리소스를 실시간으로 할당할 수 있습니다.
환경 학습: 레이더는 시간 경과에 따라 간섭 이벤트를 추적하여 고위험 구역을 피하기 위해 작동 방식을 조정합니다.
Linpowave 레이더 시스템은 이러한 원리를 산업 및 물류 환경에 통합하여 인간의 개입 없이 여러 센서가 병렬로 작동할 수 있도록 합니다( Linpowave Industry Solutions ).
6. 실제 성능 및 사례 연구
TI 다중 레이더 배치: 주파수 분리 및 위상 디더링으로 1미터 거리에서 간섭 잡음을 24dB 까지 줄였습니다. 팬텀 표적은 최대 90% 까지 감소했습니다.
알프스 위상 교란 전략: 잘못된 도플러 타겟을 완전히 제거하여 탐지 신뢰도를 높였습니다.
고해상도 4D 이미징: 12T24R MIMO 어레이는 0.1° 각도 분해능을 달성하여 실제 대상과 밀집된 간섭 구름을 구분합니다.
이러한 결과는 적절한 주파수 계획, 알고리즘 완화, 적응적 조정이 단지 이론적인 것이 아니라 실제 산업 환경에서도 효과가 있음을 보여줍니다.
요약
다중 레이더 시스템은 간섭을 방지하기 위해 다층적 접근 방식이 필요합니다.
주파수 계획을 통해 채널이 중복되지 않도록 보장합니다.
시간 분할 스케줄링은 동시 전송을 방지합니다.
신호 처리 알고리즘은 잔류 크로스토크를 억제합니다.
편광 및 파형 차별화와 같은 하드웨어 최적화는 물리적 분리를 추가합니다.
자체 적응형 레이더 네트워크는 실시간 조정을 가능하게 합니다.
이러한 전략들은 고밀도, 반사율 또는 고간섭 산업 환경에서 안정적인 작동을 보장합니다. 4D 이미징과 다중 센서 융합 의 발전으로 다중 레이더 간섭은 점점 더 관리 및 예측 가능해질 것입니다.
멀티레이더 산업 솔루션에 대한 자세한 내용은 Linpowave Industry Solutions 에서 확인하세요.
자주 묻는 질문
질문 1: 동일한 80GHz 대역에 있는 두 개의 레이더가 서로 간섭할 수 있나요?
A: 네, 만약 짹짹거리는 소리가 시간이나 주파수가 겹치는 경우라면 주파수 분리 또는 시분할 스케줄링이 권장됩니다.
Q2: 두 레이더 사이의 최소 안전 거리는 얼마입니까?
답변: 안테나 빔폭과 전력에 따라 다르지만, 일반적으로 산업용 80GHz 레이더 센서의 경우 ≥0.5m가 안전합니다.
Q3: Linpowave는 다중 레이더 간섭을 어떻게 처리합니까?
A: 적응형 주파수 호핑과 다중 노드 조정을 통해 컴팩트한 레이아웃에서도 안정적인 작동이 보장됩니다.
Q4: 반사면이 간섭 위험을 증가시키나요?
A: 네. 적절한 장착 각도, 주파수 분리, 빔 형성이 매우 중요합니다.