车载毫米波雷达如何增强先进驾驶辅助系统(ADAS)和自动驾驶.pdf

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汽车雷达传感技术正在向高频和宽带宽方向快速发展。凭借更高的分辨率和更远的探测距离,汽车雷达可以让任何条件下的驾驶变得更安全。看看更高频率、更宽带宽的先进雷达系统带来了哪些改善,以及如何对它们进行测试。
传统的24Ghz窄带汽车雷达在区分目标,以及识别人、狗、其他汽车甚至纸板箱方 面的能力都很有限。虽然单独通过雷达传感技术无法提供充足的数据来实现全自动驾 驶系统,但汽车雷达已经通过减轻驾驶员的人为错误,为ADAS提供了诸多优势,使 其成为在全自动驾驶汽车普及开来之前的一个良好的过渡平台。目前利用汽车雷达传 感技术的ADAS大众市场应用包括自动紧急制动系统、前方碰撞警告、盲点探测、车 道变换辅助、后方碰撞预警系统、高速公路上的自适应高速巡航控制,以及在拥挤的 道路中走走停停的巡航控制。 雷达 摄像头 激光雷达(L|DAR) 技术 探測一通过元线电波探測距通过图像识别、分类 利用激光获得360度三维 离(范围)和运动(速度和 视野 角度) 应用 自适应巡航控制 ·交通标志识别 行人紧急制动辅助、碰撞 自动紧急制动系统 车道保持系统 紧急制动、地图 ●盲点探测 停车辅助 ·停车辅助 盲点探测 ACC、AEBS 优点 历经数十年的考验 成本更低 高精度 在所有环境条件下保持可靠·大众市场技术 ·高分辨率 小巧、轻便 传感器体积更小 ·对捕获的大量数据进行 ●更远的探测距离 高分辨率 智能信号处理 颜色识别 成像处理 局限性 对于探测到的目标只能提供·受环境(例如雨、雪 未经大规模部署的验证 有限的信息(仅限于外形和光线条件)影响,性能·传感器昂贵、笨重 运动状态) 会发生变化 ·昂贵而复杂的信号/数据 分辨率比L|DAR和光器 管理 件低 容易受天气的影响(例如 雨、雪、光线条件) 表1.基于无线电波的雷达、基于图像的摄像头和基于激光的LDAR传感技术比较。 联系我们:www.keysight.com 第3页 虽然每种技术在自动驾驶汽车的发展中都发挥着重要作用,但传感器对于提高道路安 全的目标至关重要。在目前所有可用的传感器中,汽车雷达是唯一无论白天或黑夜 晴天或雨天都能确定目标速度、距离和角度全部三个变量的技术。 汽车雷达让驾驶更安全 汽车雷达传感技术目前的主流还是24Ghz窄带传感器,但它正在迅速向76-81GHz 高频段、5Ghz宽带宽、毫米波、调频连续波(FMCW)和波束赋形天线发展。 远距离探测使用76Ghz频段,而短距离、高精度探测则使用77-81Ghz频段。 了解更高频率、更宽带宽的先进汽车雷达系统所带来的性能提升非常重要 距离测量误差和最小分辨距离与带宽成反比。从24GHz过渡到77GHz,距离分辨 率和精度将会提高20倍。例如,24GHz系统的距离分辨率为75Cm,而77GHz 系统则提高到4cm,这使其可以更好地探测多个彼此靠近的目标(图1) 低分辨率雷达 高分辨率雷达 24GHZ频带 79GHZ频带 3 (2 4 4 6 5 6 7 8 8 实物 雷达接收 实物 雷达接收 图1.与带宽相关的分辨率 联系我们:www.keysight.com 第4页 此外,波长越短,速度测量的分辨率和精度也会成比例增加。因此,从24GHz 过渡到77GHz,速度测量性能可以提升3倍 从传统的24Ghz系统过渡到77(hz系统的另一优势是体积和重量得到改 如果一个人和他的狗靠 善。由于77GHz信号的波长是24GHz信号的三分之一,因此77GHz天 的很近正在走路,但这 线的总面积是同类型24GHz天线的九分之一。开发人员可以使用更小、更径条狗突然蹿到了路上 的传感器,而且它们更容易隐藏,可以实现更好的燃油经济性和汽车设计。 此时只有更宽带宽的雷 达(参见图2,右侧的 1GHz和4GHz带宽(图2)的测试结果比较清晰地显示,只有较宽带宽 测试)可以分别探测到 的分辨率可以测量两个相距仅有10厘米的目标。较窄带宽的雷达无法探测两 这两个目标,并向驾驶 个不同的物体,结果会向驾驶员或自动驾驶系统提供错误的数据,导致他们做 员或自动驾驶系统提供 出错误的判断。如果一个人和他的狗紧挨着正在走路,但这条狗突然蹿到了路 正确信息。 上,此时只有带宽较宽的雷达(在右边测试)可以探测到这两个独立的目标, 并向驾驶员或自动驾驶系统提供正确信息。相比之下,带宽较窄的雷达(在左 边测试)会提供错误或混淆的信息,从而可能导致发生悲惨的交通事故。 14平 一已 图2.带宽测试比较:4GHz(右)显示了两个仅相隔10厘米的独立目标。 联系我们:www.keysight.com 第5页 凭借更高的分辩率和更远的探测距离,汽车雷达可以让任何条件下的驾驶变得更安 全。当一名驾驶员开车在高速公路上以55英里/小时速度行驶时,很明显,他发 送一条短信的时间,车辆足以驶过整个足球场。如果驾驶员分心,没有注意到交通 状况及时减速,那么基于雷达的ADAS系统将会在可能发生撞车之前发出声光报 警。如果驾驶员没有反应,ADAS系统将会启动全自动制动响应,以避免碰撞或减 少撞击力。只有毫米波宽带宽的先进汽车雷达可以不分白天和黑夜、晴天和雨天, 始终执行这项探测远近距离目标的关键任务。 是德科技的先进汽车雷达 研发和制造用测试解决方案 开发毫米波汽车雷达需要最大限度降低传播损耗、相位噪声、Q和频率响应误差 以及噪声对评测模块(EVM)的影响。测试毫米波,特别是76-81GHz频段, 需要一个周密的测试解决方案,其中涉及到许多仪器、电缆、连接器和附件,此时 要想确保测试结果的可重复性非常困难。要想生成和表征精确的宽带宽毫米波信 号,必须要采用最可靠、最精确的测试解决方案。 设计仿真 灵活、精确、易于设置的信号生成功能是先进雷达系统设计与测试的核心。 Keysight SystemVue W1908汽车雷达模型库作为仿真软件,可为汽车雷达基 带算法开发人员、系统架构师和硏究工程师提供一个模型库,其中包含40多种模 型,以及参考设计和其他汽车雷达场景仿真。它为FMCW雷达波形生成、信号调 制、天线建模、信道仿真和信号处理提供了全方位的工具。用户只需连接不同的模 型便能建立各种场景,例如是德科技独特的行人微型多普勒场景模型。 例如多目标距离和速度测量以及使用天线阵列的三维扫描雷达等参考设计,能够为 用户提供一个良好的起点,帮助他们在早期仿真和原型设计中实现自己的设计理 念。例如, SystemⅦue模型库可以生成三种不同类型的FMCW信号(图3)。 定制信号功能(下一页上的图3;图右侧显示的测试)使用户能够自由地创建自己 的定制FMCW波形,实现最大的设计和测试灵活性。 联系我们:www.keysight.com 第6页 AutomativeRadar src2 AutomotiveRadar sRC1 AulomotiveRadar SRC3 ooth Waveform _type=Trlangle Waveform type= UeerDefinec Amplitude=1 V Automotive Radar Amplitude=1 V Auto maserada Fregup ime=5e-4s AutorrotheRadar Period=5e-4 Period=5e-4 s FreqDownTime-5e 4 6 owerFreq=10e3 Hz LowerFreq= 10e3 Hz Freq Time=59-4S DetaFreg=40e3 Hz DeltaFreq=40e3 Hz Lower Freq=10e3 Hz DeltaFreq=40e3 H HⅢ 200e6 400e6 600e58006 40065 poe-6 15e-32e325-3 (5 Time (s) eali sawtooth FMCw real TrianpieFMCw Ti meagan ealntraoero dal T meDoman) eAutematve.[ x M TropezoidalFMCW_FreqvsTme(Werkspace Automo. O-D W FreqvsTime 4c0e6 80:日 ;5 Eoo;580;61-3 15326325c33。3 图3.使用 Keysight SystemVue W1908汽车雷达模型库生成的FMCW信号(从左到右依次为锯齿波、 三角波和定制FMCW波形) 开发 汽车雷达开发工程师可以将仿真的波形下载到是德科技任意波形发生器和矢量信号发 生器上,并上变频到毫米波频段,通过真实的硬件测试验证其设计和仿真结果。任 意波形发生器(AWG),如 Keysight M819565GSa/sAWG,可以生成宽带宽 雷达信号,用于测试汽车雷达信号。是德科技的高性能汽车雷达信号生成解决方案 E8740A-070由AWG、矢量信号发生器和上变频器组成,可生成理想的参考信号 (替代发射机本振/∨C○)、千扰、杂波和千扰测试信号(接收机测试)。 高速AWG功能 雷达测试的优点 ·极宽的调制带宽 辨别紧靠在一起的目标 (例如:直流至32Ghz) 更精细地分辨给定目标 瞬时跳频 真实仿真多个发射机的同时发射 ·在不同频率上重叠的脉冲 ·相位相干、多发射机、多信道脉冲生成 ·月于测试多信道雷达接收机的 经济型装置 ·脉冲到脉冲和信道到信道的 ●可重复的结果 可重复相位 ·理想的频率斜坡 ·灵活的调制格式 开发抗干扰能力更强的 新型调制方案 ·无图像或载波馈通 ·测试您的器件而非仪器 ·平坦的幅度和相位响应(校准后) 表2.高速任意波形发生器的功能和对测试汽车雷达的好处 对于宽带宽汽车雷达信号分析,包括射频功率、频谱发射、相位噪声、频率稳定度和调 制质量分析,是德科技的高性能汽车雷达信号分析解决方案E8740A-060可以提供强 大的信号分析功能,频率高达110GHz,带宽高达5GHz,使设计可以留出额外的裕 量。其独有的-150dmB/Hz显示平均噪声水平(DANL)使开发人员能够测量低电 平和灵敏的雷达信号,这也有助于工程师在必要时使用空中(OTA)测试环境。 制造 为了帮助先进汽车雷达的制造商降低雷达生产测试的成本并缩短其时间,是德科技提 供了可扩展、可重复、精确可靠的雷达目标仿真器(RTS)解决方案。它采用时延、 多普勒频移和衰减分别仿真距离、径冋速度和雷达截面(目标大小),其仿真测试距 离为1米到450米,速度为0到±360千米/小时。 无论是现在还是未来,高频宽带雷达都是道路 安全的最佳选择。 汽车雷达是当今领先的传感技术,能够在所有的环境条件下,提高驾驶的安全性。先 进的汽车雷达可以利用76-81Ghz频段的更高频率和5Ghz的更宽带宽,实现更 佳的分辨率和更小巧轻盈的传感器设计,因此不仅适用于当前和未来的ADAS,还支 持即将推出的自动驾驶系统。 为了实现没有人因为车祸死亡的理想,汽车雷达开发人员需要优化其设计和测试方法, 信心十足地证明其解决方案的可靠性和安全性。是德科技在汽车雷达设计与测试解决方 案方面一直处于领先地位,能够帮助您更快实现创新和保护生命。 如欲了解更多信息,请访问:www.keysight.com 如需了解关于是德科技产品、应用和服务的更多信息,请与是德科技联系。 如需完整的联系方式,请访问:www.keylight.com/ind/contactus 联系我们:www.keysighT.com 本文中的信息可不经通知而更改。⑥ Keys ght Technologies,2018, Published in USA, September7,2018,5992-3004CHCN

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