마이크로파 센서의 설치 각도 교정 시스템이 도입되면 기존의 타이어 회전에 의한 스피드 미터는 주된 속도 미터로서가 아닌 보조 미터로 될 수밖에 없어 대지 속도 센서가 주요한 위치를 차지할 가능성이 있다. 교정 시스템의 개요와 원리를 설명한다.

도플러 비트의 변조
그림 1은 50km/h로 주행 중인 도플러 비트 주파수의 데이터를 나타내고 있다. 차량속도와 도플러 비트 주파수 사이에는 차량속도가 증가하면 도플러 비트 주파수도 상승한다고 하는 비례 관계가 있는 것은 물론이지만, 도플러 비트 주파수에 변조가 걸려 있다는 것을 간파할 수 있다.
도플러 비트 주파수에 변조가 걸리는 원인의 하나로, 노면의 영향을 받고 있는 것을 생각할 수 있다. 그것을 확인하기 위해 노면에 간격 ΔL=0.5m에서 직경 5mm, 길이 1m의 금속봉을 설치하고 의도적으로 반사를 크게 한 상태에서 금속봉 위를 주행하는 실험을 실시했다. 그 결과 금속봉의 설치 방향에 대해 수직 방향의 편파에 대해서는 금속봉으로부터의 반사파는 측정되지 않고 수평 편파에 대해서는 금속봉으로부터 강한 반사파가 수신되었다(그림 2).
그림 3은 세로축이 반사파의 강도(mV), 가로축은 시간(sec)을 나타내고 있는데, 이 그림으로부터 수평 편파에 대해서는 141Hz의 도플러 비트 주파수가 금속봉으로부터 강한 변조를 받고 있는 것을 알 수 있다. 이때의 도플러 비트 주파수(0.3sec~ 0.35sec)의 확대도를 그림 3의 하부에 나타낸다. 또한 수직 방향의 편파에 대해서 141Hz의 도플러 비트 주파수에는 금속봉으로부터의 강한 변조는 걸리지 않고 그림 1에 나타낸 노면으로부터의 약한 변조만 측정되었다. 이 약한 변조는 매설 금속물이나 노면의 요철 등으로 인한 영향이라고 생각되지만, 포장도로에서는 그 진폭이 미약하기 때문에 교정 정밀도를 낮추는 요소로는 되지 않는다. 상태가 나쁜 도로에서는 진폭이 커질 가능성이 있지만 진폭 피크 간의 시간차 ΔT가 불규칙하기 때문에 이 경우를 제외함으로써 정밀도 저하를 피할 수 있다.
또한 주행 속도에 의한 변조 파형의 간섭이 염려되는 경우는 ΔL을 확대함으로써 대처할 수 있다.
대지 속도 교정
도로 상에 미리 일정한 간격 ΔL로 배치된 마이크로파 반사체로부터 도플러 비트 주파수의 강도 변화를 검출하여 그 강도 변화의 피크 간의 시간차 ΔT로부터 교정(calibration)용 차량 속도를 산출한다. 동시에 도플러 비트 주파수로부터 구한 차량속도가 교정용 차량 속도와 일치하도록 그림 4에서 나타낸 센서의 설치 각도 θ의 값을 수정한다.
금속봉에 의한 마이크로파 도플러 모듈 설치 각도 θ의 교정에 대한 구체적인 예로써 금속봉이 ΔL=0.5m로 도로에 설치되어 있고, 그림 3에서 ΔT=439ms로 그 위를 통과했을 경우에는 자동차 속도 V0는 4.1km/h가 된다. 한편, θ=cos-1[fd×C/(2f0×V0)]에서 대지 속도와 도플러 비트 주파수의 관계는 식(1)과 같이 표시된다.
V0=fd*C/(2f0 cosθ) ………………  (1)
여기서 C는 광속도, f0는 발진주파수, θ는 모듈 설치 각도, fd는 도플러 비트 주파수, V0는 자동차의 대지 속도이다.
그림 3에서, fd는 141Hz이므로, θ=50°로 산출할 수 있다.

설치 각도에 영향
본 연구에서는 대지 속도를 검출하는 마이크로파 센서의 설치 각도에 따라 도플러 주파수 즉, 차량 속도 결정이 크게 영향을 받는 점을 해결하기 위한 간편한 마이크로파 센서의 설치 각도 교정 시스템을 개발했다.
이와 같이 도로 상에 미리 일정 간격으로 마이크로파 반사체를 배치함으로써 빈번하게 차량 속도의 교정을 자동적으로 실시하는 시스템이 도입되면 타이어 회전으로부터 대지 속도를 추정하는 종래의 방법에서도 직접 대지 속도의 검출이 가능하게 된다.

AEM_Automotive Electronics Magazine