為什么儀表廠商、特別是射頻儀表的廠商會越來越多地進入到自動駕駛這個話題中來？我們今天看到的這個自動駕駛帶來的技術變革，其實十分類似十多年前手機從傳統(tǒng)手機轉變?yōu)橹悄苁謾C的那次變革。智能網聯(lián)汽車給傳統(tǒng)意義上機械為主的交通工具帶來很多新的技術，最明顯的就是汽車會越來越多的用到感知和通信技術。比如說藍牙、雷達、無線通訊。這些技術其實使得整個汽車載電子系統(tǒng)的復雜度上大大的提升。
這種復雜度的提升體現(xiàn)在電子傳感器和模塊數(shù)量的不斷增多，也就是我們講的硬件復雜性。其次是在識別和電控的系統(tǒng)算法的代碼也會不斷增多，也就是我們講的軟件的復雜性。
無論是硬件還是軟件的復雜性，在質量控制流程中，這就映射到「相應的硬件和軟件測試驗證能力的建設」這個話題上來。
在這次分享之前，我們收到一個線下的問題：ADAS 產品從研發(fā)到產線量產，這個過程中要經歷哪些測試？這張圖剛好回答了這個問題。
如果從測試的類型上來看，從實驗室到產線測試，一個電控模塊會包含表征測試、系統(tǒng)驗證測試、軟硬件在環(huán)測試、路測和產線下線測試這樣幾個不同階段。
在今天的介紹中，我們會重點介紹一些雷達模組的功能測試方案，然后在這個基礎上引入一些場景模擬的測試技術。之后我們會講到雷達加相機加激光傳感器和整車動力學模型的融合測試方案。此外，我們也會提及一些汽車互聯(lián)通信的測試工具。
雷達模組的功能測試方案
目前常見的汽車雷達有 24GHz 和 77GHz 兩個頻段。現(xiàn)在出貨量最大的幾個歐美國際雷達廠商中，除了海拉還在主推后向的 24GHz 產品之外，其他幾家基本上主推的都是 77GHz 的產品。
這主要是由于 77GHz 的技術在模塊尺寸、角度分辨率和高帶寬帶來的高距離分辨率等方面都有先天的優(yōu)勢。也因為這個原因，77GHz 已經被公認是未來汽車雷達的主流發(fā)展方向。當然在中國由于成本的原因，還能看到有大量的 24GHz 雷達在市場上。包括一些在非汽車的領域中。
我簡單的回顧一下雷達目標識別的基本原理。
和所有的主動雷達一樣，汽車雷達是通過發(fā)射波束，然后接收回波來探測目標位置和距離信息的。 目前常見的汽車雷達調制方式是調頻連續(xù)波，也簡稱 FMCW。雷達波是通過判別自己接收的目標反射波和自己發(fā)射波之間的時間差，然后通過波速來反推目標的位置。同時通過反射波和發(fā)出波之間的頻偏，來判斷檢測的目標是接近還是遠離，并且它的速度如何。這也就是多普勒頻移的原理。
NI 提供的雷達測試系統(tǒng)也是通過這個原理來進行仿真的。這個系統(tǒng)的構成見上圖，包括一個 3U PXI 的系統(tǒng)主機，主機里包含的是控制模塊和 6G 以下信號單元。主機外有一個毫米波的射頻前端，后面我們會介紹為什么要把這個前端要放在主機之外。
毫米波的前端會接收雷達發(fā)射機發(fā)射的波形，然后根據(jù)用戶在系統(tǒng)中設置的希望模擬的目標狀態(tài)（包括距離和位置信息）在波形上疊加延遲和頻移，然后發(fā)還給雷達接收機，從而讓雷達誤認為探測到了一個真實移動目標物體。
與業(yè)內其它雷達對象模擬器非常不同的一點就是，我們現(xiàn)在這套系統(tǒng)除了目標模擬功能，也包含了發(fā)射機的測試功能。也就說，這個系統(tǒng)其實還集成了另外一個射頻分析儀，能夠檢測雷達天線以及雷達功率頻譜和時域上的一些特性。這是一個把測試和仿真結合在一起的系統(tǒng)。
這個是一個更完整的實驗室測試系統(tǒng)搭建的示意圖。左側虛線標出的地方是我們上一張演講 PPT 中所包含的儀器系統(tǒng)。圖片中間的藍色部分是一個微波暗室。右側長方形盒子是示意的雷達傳感器。這個雷達傳感器被安裝在一個可以水平和垂直自由運動的轉臺上。
這樣設置首先是為了滿足雷達的測量功能。一般來講，要做雷達的驗證首先要測量雷達的一些參數(shù)，包含雷達的天線方向特性。在功率上，我們需要測試 EIRP。在頻譜上，會檢測雷達發(fā)射機發(fā)射信號所占的帶寬、波形寬度以及噪聲。時域上，也會把雷達信號進行解調，然后看信號的調制時間、調制寬度，以及調制信號的線性度。
除了剛才講到的附加測試功能，其實設備本身是一個雷達目標的仿真器。在目標仿真中，我們不得不說單角度和多角度的區(qū)別。
由于任何雷達仿真器都是通過一個射頻天線來收發(fā)雷達信號的，所以理論上來講，無論這個設備能仿真多少目標，這些目標都只能限定在雷達天線和仿真器天線兩點之間的連線上。
簡單來講，由于任何的雷達仿真都是點源，只能仿真被測件和仿真器連線上接近的物體，這就是我們所講的單方向。在這樣一個單方向仿真過程中，前向常見的是仿真 AEB、ACC，當然也包括一些其他場景。我們現(xiàn)在儀器距離上可以做到 4 到 250 米，移動分辨率做到 0.1 米。
上圖是在單目標模擬場景下的一些常見的場景。包括在任意方向上的接近、道路切換以及目標穿越道路。這些都是把單點的模擬場景通過軟件的方法連續(xù)起來，就可以成為一個單目標的場景仿真。
相對單目標，我們就會講到多目標多角度，角度其實是這里邊的核心概念。仿真器上如果疊加一個額外的基帶模塊，加外圍的一個射頻前端，可以在一個儀器上實現(xiàn)兩個方向對象的目標模擬。
這一頁就比較形象地解釋了在什么樣的場景下，需要兩個角度以上的雷達目標模擬器。比如在跟車的情況下需要識別不同車道上的兩輛車，或者在跟車行駛過程中需要仿真第三輛車 Cut In 或 Cut Out 的場景，這時我們都會同時在雷達的兩個直線方向上產生不同的目標。
這也就解釋了為什么我們會把雷達的模擬射頻前端放置在儀器之外。由于射頻前端本身的尺寸比較小，在這種多目標的仿真場景下，射頻前端就可以安裝在一個可以移動的平臺或機械臂上，通過設備帶動一個橫向運動，加上儀器本身速度和距離的仿真，實現(xiàn)多維度的對象仿真。
機器視覺和雷達協(xié)同工作時的測試
剛才這部分的是對雷達的仿真和測試功能的介紹。講到了雷達，講到了 IPG 和 PreScan，我們自然而然就想到了是否可以將機器視覺和雷達進行協(xié)同工作，答案當然也是可以的。
融合機器視覺和雷達兩種傳感器，是現(xiàn)在主流的 ADAS 避撞方法。我們的案例可以將機器視覺攝像頭通過 TASS 主機，或者是直接連接到我們的主機，將視頻和雷達仿真連接到一起，并且兩者之間實現(xiàn)同步，模擬一個真實路況場景中多種傳感器所采集到的一個道路信號。
V2X 測試
相機之外智能互聯(lián)的另外一個話題就是車輛通訊。
由于國內 LTE-V 的標準還在制定過程中，我們現(xiàn)有的車聯(lián)通訊的方案主要集中于 802.11p 這樣一個協(xié)議。
這里包含實現(xiàn)部分車聯(lián)通訊的應用，包括 SAE J2735 里面所謂的基本安全信息發(fā)送。我們在車聯(lián)通訊的常見場景就是通過協(xié)議，在汽車行駛的過程中，不斷地向周圍車輛發(fā)送自己的車輛安全信息。
我們現(xiàn)在能夠做到的是提供基于 802.11p 收發(fā)接收模塊，以及具有標準測試功能的一些解決方案。對于收發(fā)模塊，它既可以仿真一個車輛節(jié)點也可以仿真一個路測設備，用來與真實的車輛和路測設備進行上下鏈路的車聯(lián)通信數(shù)據(jù)交互。從而和我們汽車上的其他傳感器，包括雷達、相機、激光傳感器和 GPS 定位這些信號的進行互聯(lián)。
傳感器融合的測試
從雷達講到相機，講到互聯(lián)汽車。那自然而然就會涉及到下一個話題——傳感器融合。
融合也是目前來講，ADAS 技術的一個主流方向，第一個層面的融合是在 ADAS ECU 進行的。我們剛才介紹這些方案里可以看到，現(xiàn)在已經能夠從技術上實現(xiàn)雷達、相機、V2X 仿真信號的發(fā)生、傳遞以及同步在相同的平臺上進行實現(xiàn)。
進一步來講融合，當汽車的 ADAS ECU 接收到這些信號，傳遞到真實的汽車制動控制單元以后。這輛車是否真正能夠在期待的距離之間實現(xiàn)制動，或者實現(xiàn)自動駕駛的變道來避免事故的發(fā)生。這里其實會涉及到 ADAS 感知系統(tǒng)之外的整車動力學模型，也就是添加整車動力學模型的硬件在環(huán)。
在 ADAS ECU 融合之后，我們還可以將包括車輛的懸架剛度，輪胎摩擦系數(shù)、整車的備重以及路面的信息和天氣的信息，都加載到一個硬件在環(huán)的整車動力學模型仿真器上。
這個仿真器還會通過 CAN/LIN 和之前的 ADAS ECU 進行數(shù)據(jù)交換，從而實現(xiàn)從 ADAS 到車輛動力學模型的整體仿真。
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