레이더 속도총

이 글은 검증을 위해 인용구가 추가로 필요하다. 신뢰할 수 있는 출처에 인용문을 추가하여 이 기사를 개선할 수 있도록 도와주십시오. 공급되지 않은 재료는 도전하여 제거할 수 있다. 출처 찾기: "Radar speed gun" – 뉴스 · 신문 · 책 · 학자 · JSTOR (2021년 8월) (이 템플릿 메시지 제거 방법과 시기 파악)

레이더 속도총(Radar speed gun, speed gun)은 움직이는 물체의 속도를 측정하는 데 사용되는 장치다. 이동 차량의 속도를 측정하기 위해 법 시행에 사용되며 크리켓의 볼링 속도 측정, 투구 야구의 속도 측정, 테니스 서브의 속도 측정 등 프로 관전 종목에 자주 사용된다.

레이더 속도총(Radar speed gun)은 핸드헬드, 차량 장착 또는 정전기일 수 있는 도플러 레이더 장치다. 물체가 접근하면 물체의 접근 속도에 비례해 반환된 신호의 주파수를 높이고 물체가 후퇴하는 경우 하강하는 도플러 효과에 의해 반환된 레이더 신호의 주파수 변화를 감지해 물체의 속도를 측정한다. 이러한 장치는 속도 제한 시행에 자주 사용되지만, 레이더 대신 펄스 레이저 광을 사용하는 보다 현대적인 LIDAR 스피드 건 기기는 소형 레이더 시스템과 관련된 제한 때문에 21세기 첫 10년 동안 레이더 총을 대체하기 시작했다.

역사

레이더 속도총은 제2차 세계대전 당시 CT촬영(CT) 주 노워크의 자동신호회사(LFE Corporation의 later Automatic Signal Division, LFE Corporation의 later Automatic Signal Division)에서 근무하던 중 군용 레이더를 개발한 존 L. 바커 SR과 벤 미들록이 발명했다. 원래 오토매틱 시그널은 현재 전설적인 PBY 카탈리나 수륙양용 항공기의 지상 착륙 기어 손상 문제를 해결하기 위해 그룸만 항공사가 접근했다. 바커와 미들록은 전자레인지 공명기를 만들기 위해 납땜된 커피 캔에서 도플러 레이더 장치를 자갈로 잘라냈다. 이 유닛은 활주로 끝(NY 시설 그루먼스 베스페이지)에 설치되었으며, 착륙 PBY의 싱크 비율을 측정하기 위해 직접 상공을 겨냥했다. 전쟁이 끝난 후 바커와 미들록은 메리트 파크웨이에서 레이더를 시험했다.^[1] 1947년 이 시스템은 코네티컷 주 글래스턴베리의 코네티컷 주 경찰에 의해 초기에는 교통 조사와 과도한 속도에 대한 운전자들에게 경고를 하기 위해 테스트되었다. 1949년 2월부터 주 경찰은 레이더 장치가 기록한 속도를 바탕으로 과속 딱지를 떼기 시작했다.^[2] 1948년에는 뉴욕의 가든 시티에서도 레이더가 사용되었다.^[3]

메커니즘

도플러 효과

스피드 건은 속도 측정을 수행하기 위해 도플러 레이더를 사용한다.

레이더 속도총은 다른 종류의 레이더와 마찬가지로 무선 송신기와 수신기로 구성된다. 그들은 좁은 빔으로 무선 신호를 보낸 다음, 그것이 목표물에서 튕겨져 나간 후에 같은 신호를 다시 수신한다. 도플러 효과라는 현상으로 인해 물체가 포를 향하거나 멀어질 경우 반사된 전파가 되돌아올 때의 주파수는 전송된 파도와 다르다. 물체가 레이더에 접근할 때는 송신파보다 반송파의 주파수가 높고, 물체가 멀어질 때는 주파수가 낮다. 그 차이로부터 레이더 속도총은 파동이 튕겨져 나온 물체의 속도를 계산할 수 있다. 이 속도는 다음과 같은 방정식에 의해 주어진다.

${\displaystyle {v}={\frac {\delta f}{f}}{f}{\frac {c}{2}}\,}$

여기서 c는 빛의 속도, f는 전파의 방출 주파수, Δf는 방출되는 전파와 총에 의해 다시 수신되는 전파의 주파수 차이다. 이 방정식은 빛의 속도보다 물체 속도가 낮을 때만 정확히 잡지만, 일상적인 상황에서는 이것이 그 경우고 물체의 속도는 이 빈도 차이에 정비례한다.

고정레이더

반송파가 수신된 후 수신된 무선 신호와 전송된 신호의 약간을 혼합하여 이 차이에 해당하는 주파수를 가진 신호가 생성된다. 서로 다른 두 개의 음이 함께 연주되는 것처럼 그들 사이의 주파수 차이에서 비트 음을 만들어내므로, 이 두 개의 라디오 신호가 섞이면 "비트" 신호(헤테로디네라고 부른다)를 만들어 낸다. 그런 다음 전기 회로가 디지털 카운터를 사용하여 이 주파수를 측정하여 고정 시간 동안의 사이클 수를 계산하고 디지털 디스플레이에 그 숫자를 물체의 속도로 표시한다.

이런 유형의 스피드건은 대상과 총 자체의 속도 차이를 측정하기 때문에 정확한 판독을 위해서는 총이 정지해 있어야 한다. 움직이는 자동차로 측정하면 도로와 비교한 대상의 속도가 아닌 두 차량 간의 속도 차이가 생기기 때문에 움직이는 차량과는 다른 시스템이 설계됐다.

이동 레이더

이른바 '움직이는 레이더'에서 레이더 안테나는 대상 차량과 노면, 인근 도로 표지판, 가드 레일, 가로등 기둥 등 정지된 배경 물체로부터 반사신호를 수신한다. 대상으로부터 반사된 신호의 주파수와 전송된 신호를 비교하는 대신, 대상 신호를 이 배경 신호와 비교한다. 이 두 신호 사이의 주파수 차이는 대상 차량의 실제 속도를 제공한다.

설계 고려사항

현대의 레이더 속도총은 일반적으로 X, K, K_a, 그리고 (유럽에서는) K 대역에서_u 운용된다.

X대역(8~12GHz) 주파수 범위를 이용해 운용하는 레이더 총은 강하고 쉽게 감지할 수 있는 빔을 생산하기 때문에 일반화되지 않고 있다. 또한 대부분의 자동 도어는 X 밴드 범위의 전파를 이용하며 경찰 레이더 판독에 영향을 미칠 수 있다. 그 결과 K밴드(18~27GHz)와_a K밴드(27~40GHz)가 경찰기관에서 가장 많이 사용하는 것으로 나타났다.

일부 운전자들은 앞에 속도 트랩이 있는지 경고할 수 있는 레이더 탐지기를 설치하고, 레이더에서 나오는 마이크로파 신호는 약한 방송국에 튜닝했을 때 AM과 FM 라디오 신호의 수신 품질을 바꿀 수도 있다. 이러한 이유로 휴대용 레이더에는 일반적으로 온오프 트리거가 포함되며 레이더는 작동자가 측정을 하려는 경우에만 켜진다. 일부 지역에서는 레이더 탐지기가 불법이다.^[4][5]

제한 사항

교통 레이더는 많은 모델에서 나온다. 휴대용 장치는 대부분 배터리로 작동되며, 대부분의 부품은 고정 속도 집행 도구로 사용된다. 고정 레이더는 경찰 차량에 탑재할 수 있으며 더듬이가 하나 또는 두 개일 수 있다. 이동 레이더는 이름에서 알 수 있듯이 경찰 차량이 이동 중일 때 사용되며 매우 정교할 수 있으며, 순찰차 앞뒤에서 접근하거나 퇴각하는 차량을 추적할 수 있으며 동시에 여러 대상을 추적할 수 있다. 또한 전방 또는 후방의 선택된 레이더 빔에서 가장 빠른 차량을 추적할 수 있다.

그러나 레이더 속도총의 사용에는 여러 가지 한계가 있다. 예를 들어 레이더 작동자가 장비를 효과적으로 사용할 수 있도록 사용자 훈련과 인증이 필요하며, 훈련생은 실제 목표 속도의 +/-2mph 내에서 차량 속도를 시각적으로 일관되게 추정해야 한다. 예를 들어, 대상의 실제 속도가 30mph인 경우 운전자는 시각적으로 일관되게 추정할 수 있어야 한다.28mph에서 32mph 사이에 떨어지는 목표 ^[6]속도 정지된 교통 집행 레이더는 도로 위나 측면에 위치해야 하므로 사용자는 삼각법을 이해하여 단일 차량이 시야 내에서 이동하는 동안 방향이 바뀌면 차량 속도를 정확하게 추정해야 한다. 따라서 실제 차량 속도와 레이더 측정은 코사인 효과로 알려져 있기 때문에 거의 동일하지 않지만, 모든 실제적인 목적에서 실제 속도와 측정된 속도의 차이는 중요하지 않으며, 일반적으로 경찰은 이러한 부정확성을 최소화하기 위해 레이더를 배치하도록 훈련되고 사전 조사를 할 때 1mph 미만의 차이가 발생한다.오류는 항상 실제 속도보다 낮은 속도를 보고하는 운전자에게 유리하다. 또한 레이더 주변의 큰 반사 표면을 피하려면 레이더의 배치도 중요할 수 있다. 그러한 반사 표면은 의도하지 않은 반사 대상으로부터 레이더 빔을 반사하여 다른 대상을 찾아 되돌릴 수 있는 다중 경로 시나리오를 만들 수 있으며, 이로 인해 모니터링되는 트래픽에 혼동을 줄 수 있다.

레이더 속도총은 트래픽에서 목표물을 구분하지 않으며, 정확한 속도 집행을 위해서는 적절한 운용자 훈련이 필수적이다. 이러한 레이더 시야에서 표적 간 구별이 불가능한 것은 예를 들어 레이더 시야에 7개의 표적이 있고 운용자가 시각적으로 속도를 측정할 수 있는 경우 +/-2mph 이내로 목표 속도를 일관성 있고 정확하게 시각적으로 추정해야 하는 주된 이유다. 이 중 6개의 표적은 약 40mph이며, 시각적으로 표적의 속도를 약 55mph로 추정하면 레이더 장치에 측정 중인 표적의 속도가 56mph로 표시된다.

이동 레이더 운용 시 레이더의 초계속 속도가 실제 지상 속도가 아닌 다른 이동 목표물에 잠길 경우 또 다른 잠재적 한계가 발생한다. 이는 레이더의 위치가 트랙터 트레일러와 같은 더 큰 반사 대상에 너무 가까울 경우 발생할 수 있다. 이를 완화하기 위해 차량의 CAN 버스, VSS 신호 또는 GPS 측정 속도를 사용하여 측정 속도를 비교할 수 있는 보조 속도를 제공함으로써 오류를 줄일 수 있다.

크기

손 잡기와 이동식 레이더 장치의 주요 제한사항은 크기다. 안테나 직경이 몇 피트 미만일 경우 방향성이 제한되며, 이는 파동의 주파수를 증가시켜 부분적으로만 보상할 수 있다. 크기 제한으로 인해 휴대용 및 이동식 레이더 장치가 사용자의 시야에 있는 여러 물체에서 측정치를 생성할 수 있다.

가장 일반적인 일부 핸드헬드 장치의 안테나는 직경이 5.1cm에 불과하다. X-밴드 주파수를 이용해 이 크기의 안테나가 만들어내는 에너지 빔은 시야를 둘러싸고 약 22도, 총 폭은 44도, 원뿔을 차지한다. 이 빔은 주엽이라고 불린다. 시선에서 22도에서 66도까지 뻗어 있는 측엽도 있지만, 다른 측엽도 있지만, 측엽은 가까이에서 움직이는 물체를 감지하기는 하지만 주엽보다 약 20배(13dB)의 민감도가 낮다. 일차 시야의 넓이는 약 130도이다. K-밴드는 파도의 주파수를 높여 이 시야를 약 65도로 줄인다. Ka-band는 이것을 40도 정도로 더 감소시킨다. 측엽 검출은 시야를 좁히는 측엽 블랭킹을 이용해 제거할 수 있지만, 추가 안테나와 복잡한 회로는 이를 군, 항공 교통 관제, 기상청 신청에 한정하는 크기와 가격 제약을 가한다. 빔을 좁히기 위해 세미트레일러 트럭에 이동식 기상 레이더를 탑재한다.

거리

휴대용 장치의 두 번째 제한 사항은 연속파 레이더를 사용하여 이동하기에 충분히 가볍도록 해야 한다는 것이다. 속도 측정은 특정 측정값이 기록된 거리를 알 때만 신뢰할 수 있다. 거리 측정은 둘 이상의 움직이는 물체가 시야 내에 있을 때 펄스 작동 또는 카메라가 필요하다. 연속파 레이더는 100야드 떨어진 차량을 직접 겨냥할 수 있지만 직선도로를 가리킬 경우 1마일 떨어진 두 번째 차량에서 속도 측정값을 산출한다. 작동자가 연속파 레이더로는 사용할 수 없는 거리 정보 없이 장치가 측정한 물체의 속도를 확인할 수 있도록 일관되고 정확한 시각적 추정을 위한 훈련 및 인증 요건에 다시 한 번 넘어간다.

일부 정교한 장치는 시야 내의 여러 물체에서 서로 다른 속도 측정값을 산출할 수 있다. 이것은 이동 중인 차량으로부터 스피드 건을 사용할 수 있도록 하는데, 이동 중인 물체와 정지된 물체를 동시에 조준해야 하며, 가장 정교한 장치들 중 일부는 운전자의 구성 능력의 중요성을 다시 한번 강조하면서 이동 모드로 작동하면서 최대 4개의 별도 목표 속도를 표시할 수 있다.속도를 시각적으로 정확하게 추정하다

환경

측정이 이루어지는 환경과 지역성도 역할을 할 수 있다. 예를 들어 큰 나무 그늘에 서 있는 동안 텅 빈 도로의 교통 상황을 휴대용 레이더를 사용하여 스캔하는 것은 바람이 강하게 불면 나뭇잎과 가지들의 움직임을 감지하는 위험을 초래할 수 있다(측엽 감지). 머리 위에 눈에 띄지 않는 비행기가 있을 수 있으며, 특히 근처에 공항이 있을 경우 적절한 운영자 훈련의 중요성을 다시 강조한다.

관련 카메라

재래식 레이더 총 제한은 조준선을 따라 조준된 카메라로 수정할 수 있다.

카메라는 레이더를 사용하여 카메라를 트리거하는 자동 티켓팅 기계(영국에서는 스피드 카메라로 알려져 있다)와 연관되어 있다. 레이더 속도 임계값은 합법적인 최대 차량 속도 이상으로 설정된다. 레이더는 근처에 있는 물체가 이 속도를 초과할 때 카메라를 작동시켜 여러 장의 사진을 찍는다. 도로 측량 표시를 사용하여 차량 속도를 측정하려면 두 장의 사진이 필요하다. 이것은 여러 개의 움직이는 물체가 시야 내에 있을 때 도시 환경에서의 교통에 대해 신뢰할 수 있다. 그러나 개별 차량의 속도를 결정하는 것은 카메라와 타이밍 정보인데, 이 경우 레이더 총은 단순히 카메라에게 녹화 시작하라고 경고한다.

최신 기기

LIDAR 스피드 건과 같은 레이저 장치는 현장 조사 제한과 카메라 없이도 전형적인 도시와 교외 교통 환경에서 신뢰할 수 있는 범위와 속도 측정을 할 수 있다. 이것은 LIDAR이 일반적인 화기와 유사한 방향성을 가지고 있기 때문에 도시 교통에서 신뢰할 수 있다. 왜냐하면 빔은 목표한 물체에서만 측정되는 연필 모양이기 때문이다.

미디어에서

신화 버스터스는 지나가는 물체의 표면을 바꾸어 총이 부정확한 판독을 하게 하려는 에피소드를 했다.

크리켓에 사용

스피드 건은 크리켓에서 볼의 속도를 결정하기 위해 정기적으로 사용된다.^[7]

참고 항목

• LIDAR 검출기
• 레이더 탐지기

참조

외부 링크

• 과물리학 - 경찰 레이더용 기술 정보 및 계산기
• 과속단속레이더 보정
• 야구 레이더 건스