저고도 드론 시장이 성장함에 따라, 무인 항공기(UAV)는 점점 더 야간에 운용되고 있으며, 산업 검사, 보안 감시부터 물류 및 비상 대응에 이르기까지 다양한 임무를 수행하고 있습니다. 그러나 카메라, 적외선 시스템, LiDAR와 같은 기존의 시각 센서는 저조도 환경에서 심각한 문제에 직면합니다. 이러한 시스템은 저조도 환경이나 복잡한 도시 환경에서 장애물을 감지하고 안전하게 운항하는 데 종종 실패합니다.
이러한 경우, 77GHz 밀리미터파(mmWave) 레이더는 주변광에 관계없이 정확한 거리, 속도 및 각도 정보를 제공하는 핵심 기술이 됩니다. Linpowave의 mmWave 레이더 솔루션은 산업 검사, 태양광 발전소 모니터링, 도시 저고도 물류, 응급 서비스 등에 사용되어 야간 작업 시 실질적인 신뢰성과 안전성 향상을 입증했습니다.
야간 드론 비행의 주요 과제
대형 상업용 항공기는 야간에 항상 mmWave 레이더가 필요한 것은 아니며, 종합적인 항법, 지형 인식, 충돌 회피(TCAS), 그리고 기상 레이더에 의존합니다. 하지만 저고도 드론은 고유한 위협에 직면합니다. 인구 밀집 지역에서 종종 지면에 가깝게 비행하는 것은 시각적 감지 한계가 충돌로 이어질 수 있음을 의미합니다. 이러한 이유로 mmWave 레이더는 FAA 야간 운항 지침 및 Part 107 지침( FAA )에 따라 저고도 야간 UAV 운항에 필수적인 센서로 점차 자리 잡고 있습니다.
세 가지 근본적인 시각적 맹점
1. 저조도 사각지대: 상상할 수 있는 광자가 부족함
카메라가 정확한 사진을 촬영하려면 충분한 조명이 필수적입니다. 극도로 어두운 환경에서는 신호 대 잡음비가 감소하여 특징점이 사라지고, 깊이 추정 오류가 발생하며, 장애물 감지가 실패합니다. LiDAR가 활성화되어 있는 동안에는 낮은 광자 반사 또는 다중 경로 반사로 인해 성능이 저하될 수 있습니다. MIT 연구에 따르면, mmWave 레이더는 완전히 어두운 실내 환경에서도 안정적인 위치 정보를 제공하여 드론이 손실된 시각 정보를 보완할 수 있도록 합니다.
레이더가 없는 드론은 전선이나 나뭇가지와 같은 얇은 장애물과 충돌할 위험이 있습니다. JOUAV CW-15와 같은 상업용 무인 항공기는 mmWave 레이더와 시각 센서를 결합했을 때 안정적인 야간 정찰 비행을 보여줍니다( JOUAV 야간 투시 드론 가이드 ).
2. 악천후 사각지대에는 안개, 비, 눈이 포함됩니다.
안개, 비, 눈은 빛을 산란시키거나 흡수하여 시각 센서의 유효 범위와 정확도를 제한합니다. 카메라는 흐릿하거나 대비가 낮은 이미지를 생성하는 반면, LiDAR 레이저는 빗방울에서 잘못된 에코를 생성할 수 있습니다. 밀리미터파 레이더는 이러한 조건을 최소한의 감쇠로 통과할 수 있는 파장(3~10mm)에서 작동하여 폭우 시에도 안정적인 감지가 가능합니다. 예를 들어, TI의 76~81GHz 레이더 제품은 악천후에서도 고해상도 감지가 가능하도록 검증되었습니다( TI mmWave Radar ).
레이더가 없으면 드론은 거리를 잘못 판단하거나 장애물을 감지하지 못하거나 계획된 경로에서 벗어날 수 있으며, 이로 인해 도시의 야간 물류 및 비상 대응 작업에서 임무 실패나 사고가 발생할 수 있습니다.
3. 먼지, 연기, 미립자의 사각지대
연기, 먼지, 모래 입자는 광학적 빛의 경로를 방해하여 이미지가 흐릿해지거나 완전히 실명하게 됩니다. 시각 센서는 먼지 폭풍이나 산업 현장에서 배경과 표적을 구분하는 데 어려움을 겪을 수 있습니다. 밀리미터파 레이더는 주파수 편이와 도플러 신호를 분석하는 FMCW(주파수 변조 연속파) 원리를 사용하여 여러 물체를 감지하므로, 미세먼지 속에서도 효과적인 장애물 추적이 가능합니다. 회전익 항공기 작전에 사용되는 DVEPS와 같은 군사 시스템은 밀리미터파 레이더와 장파 적외선을 결합하여 3D 지형 지도를 생성하여 전압 강하 조건에서의 착륙 사고를 방지합니다(EASA 무인 항공기 안전 평가).
Foxtech의 24GHz 솔루션과 같은 상업용 mmWave 레이더 제품은 먼지가 많은 환경에서 높은 재생 빈도(50Hz+)로 실행되므로 저지연 장애물 회피가 가능합니다.
야간 비행을 위한 밀리미터파 레이더의 주요 이점
능동 감지 기능은 주변 조명에 영향을 받지 않으므로 완전한 어둠 속에서도 안전하게 작동할 수 있습니다.
강력한 침투 능력: 연기, 안개, 비, 눈을 뚫고 장애물을 인식합니다.
속도 측정: 동적 장애물 회피를 위한 정확한 상대 속도 데이터를 제공합니다.
높은 해상도와 화면 주사율을 통해 실시간 경로 계획 및 빠른 충돌 대응이 지원됩니다.
산업용 mmWave 레이더는 야간, 저조도 환경 또는 복잡한 환경에서 작동하는 무인 항공기(UAV)의 표준 센서 레이어로 점점 더 널리 채택되고 있습니다. 자세한 사양 및 적용 분야는 Linpowave 제품 페이지를 참조하십시오.
센서 퓨전은 야간 무인 항공기(UAV) 항해를 위한 엔지니어링 솔루션입니다.
시각 센서, mmWave 레이더, 그리고 IMU/GNSS의 조합은 드론이 일관된 상황 인식을 유지할 수 있도록 합니다. 시각 센서는 의미 및 질감 정보를, 레이더는 기하학적 구조와 상대 속도를, 그리고 IMU/GNSS는 공간적 및 시간적 기준을 제공합니다. 이러한 데이터 스트림을 적절한 시간 및 공간적 정렬과 결합하면 장애물 감지 성능이 향상되고, 오탐지율이 감소하며, 어두운 도시 환경, 산업 현장 또는 비상 상황에서도 안정적인 자율 비행이 가능합니다.
자주 묻는 질문(FAQ)
드론은 시각 센서만을 사용하여 밤에 비행할 수 있나요?
네, 통제된 환경에서는 가능합니다. 하지만 안개, 연기 또는 완전한 어둠 속에서는 위험이 증가합니다. mmWave 레이더를 활용한 센서 융합을 강력히 권장합니다.
mmWave 레이더는 안개와 비를 뚫고 나갈 수 있나요?
가시광선에 비해 mmWave 레이더는 안개와 비 속에서 감쇠가 최소화되어 안정적인 반사를 보입니다. 성능은 주파수, 대역폭 및 안테나 설계에 따라 결정됩니다.
적외선 카메라를 mmWave 레이더를 대체하는 데 사용할 수 있나요?
적외선은 저조도 환경에서 시야를 개선하지만, 연기와 열 대비의 영향을 받습니다. mmWave 레이더처럼 직접적인 속도나 기하학적 데이터를 제공할 수는 없습니다.
mmWave 레이더만으로 장애물 감지에 적합할까요?
비전은 기본적인 회피 기능 외에도 의미적 맥락을 제공합니다. 레이더-비전 융합은 최신 시스템에서 강력한 성능을 제공하기 위해 사용됩니다.
mmWave 레이더를 통합하면 UAV가 더 복잡해지나요?
최신 77GHz 레이더 모듈은 가볍고, 전력 소모가 적으며, 고도로 통합되어 있어 상업용 UAV 플랫폼에 적합합니다.