LiDAR의 Phase Lock과 PPS의 관계 & 활용 방법 설명

LiDAR 기능에 Phase Lock이라는 기능이 있습니다. 그 기능이 무엇을 의미하며 어떤 상황에 어떻게 사용할 수 있는지에 대해 설명드리겠습니다. 해당 포스팅은 Velodyne VLS128 User Manual의 Appendix Phase Lock 내용을 바탕으로 작성하였습니다. 참고로 Robosense 사의 LiDAR 또한 Phase Lock 기능을 제공합니다. 

Phase Lock 기능과 PPS

1 PPS(Purse Per Second)는 1초 동안 1번의 pulse가 발생함을 의미하고, 이는 일반적으로 Time Synchronization에 사용됩니다. Phase Lock은 PPS의 rising edge 시점에 해당 Offset 각도의 레이저가 방출되는 것을 보장하는 기능입니다.

PPS와 Phase Lock Offset의 Time Sync

 

따라서 Phase Lock 기능을 사용하기 위해서는 기준이 되는 PPS signal이 present, locked 여야 합니다. 또한 RPM은 60 RPM의 배수이고 300 RPM ~ 1200 RPM 사이의 값이어야 합니다. 왜냐하면 RPM을 60으로 나눈 값이 1초에 몇 번 도는지를 의미하고, 이 값이 자연수여야 PPS와 Sync를 맞출 수 있기 때문입니다.  

 

Phase Lock Setting

Velodyne LiDAR의 경우 Web Interface를 아래와 같이 제공하며, 웹 브라우저의 URL 창에 LiDAR의 IP를 입력하여 접근할 수 있습니다. 초록 박스에 보이는 것처럼 Phase Lock을 On 하고 Offset 값을 설정(Set 버튼)할 수 있습니다. 빨간 박스에는 현재 Phase Lock 기능이 On인지 여부와 설정된 Offset 값을 나타내 줍니다. 

Web Interface에서 Phase Lock Setting

 

Phase Lock 활용 방법

자율주행 차량 roof에 2대 이상의 LiDAR를 서로 가까이 장착하여 사용하는 경우, 센서 데이터에 간헐적인 간섭 패턴(occasional interference pattern)이 생길 수 있습니다. 이러한 간섭을 최소화하기 위해 Velodyne은 Phase Lock 기능을 제공하고 간섭을 포함한 데이터를 무시하도록 설정할 수 있습니다.

아래와 같이 서로 다른 LiDAR를 바라보는 방향으로 Phase Offset을 설정하게 되면, 이전에 설명드린 바와 같이 PPS의 rising edge 시점에 각 LiDAR는 빨간색 화살표 방향으로 레이저를 방출합니다. 이렇게 하면 LiDAR의 회전 방향이 동일하기 때문에 항상 scan하는 방향이 달라지고 레이저간 간섭이 최소화됩니다. (이는 User가 간섭을 최소화하기 위해 설정할 수 있는 가장 최적화된 설정 방법입니다.)

(참고) FOV 활용 방법

반대편 LiDAR에 의해 Blockage, Reflection이 발생해 잘못된 센서 데이터가 입력될 수 있습니다. 따라서 FOV를 설정하여 Subtended Angle에 포함된 데이터를 제거해야 합니다. 

Sensor Data Shadows

Subtended Angle는 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

Arc of Shadow

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