隨著無(wú)人駕駛技術(shù)發(fā)展勢(shì)如破竹，被稱為“汽車(chē)之眼”的雷達(dá)用量也持續(xù)迅猛增長(zhǎng)。未來(lái)的車(chē)輛可能使用多達(dá)八個(gè)雷達(dá)傳感器，為汽車(chē)提供360度全景視圖。雷達(dá)技術(shù)復(fù)雜度不斷增加，也使得測(cè)試?yán)щy重重。但有了NI車(chē)載雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)（VRTS）之后，這都不是事兒。馬上跳轉(zhuǎn)到《微波雜志》2018年3/4月刊，聽(tīng)NI技術(shù)專家Matt Spexarth談?wù)動(dòng)脮r(shí)最少，測(cè)試成本最低的解決方案~

與其他傳感技術(shù)相比，雷達(dá)具有多種優(yōu)勢(shì)，這些優(yōu)勢(shì)確保其在汽車(chē)主動(dòng)安全和自動(dòng)駕駛中的作用將在未來(lái)得到充分發(fā)揮。雷達(dá)可以通過(guò)被探測(cè)物體的雷達(dá)多普勒頻移特征來(lái)實(shí)時(shí)探測(cè)被探測(cè)物體的速度，而且適用于雨、霧、雪等惡劣天氣條件。這些優(yōu)勢(shì)促使汽車(chē)制造商越來(lái)越多地采用雷達(dá)。

在美國(guó)，美國(guó)國(guó)家公路交通安全管理局（NHTSA）與20家汽車(chē)制造商達(dá)成協(xié)議（這些汽車(chē)制造商占了99％以上的美國(guó)市場(chǎng)），自愿為2022年之前的所有量產(chǎn)汽車(chē)配備自動(dòng)緊急制動(dòng)（AEB）系統(tǒng)，AEB是一項(xiàng)基于雷達(dá)的安全功能。隨著汽車(chē)從高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）演變?yōu)橥耆詣?dòng)駕駛，雷達(dá)、激光雷達(dá)和攝像頭等傳感器成為確保車(chē)輛能夠準(zhǔn)確感知周?chē)h(huán)境的關(guān)鍵輸入設(shè)備，為車(chē)輛提供了所需的信息來(lái)做出決定。

汽車(chē)?yán)走_(dá)的發(fā)展和進(jìn)步給雷達(dá)傳感器的測(cè)試和驗(yàn)證帶來(lái)了諸多挑戰(zhàn)，簡(jiǎn)而言之，可以歸納為兩大挑戰(zhàn)。

挑戰(zhàn)1：滿足現(xiàn)代汽車(chē)?yán)走_(dá)日益增長(zhǎng)的技術(shù)要求

第一個(gè)挑戰(zhàn)的核心是滿足測(cè)試現(xiàn)代汽車(chē)?yán)走_(dá)日益增長(zhǎng)的技術(shù)要求，同時(shí)保持或降低生產(chǎn)測(cè)試成本。現(xiàn)代雷達(dá)傳感器通常需要76 GHz至77 GHz的1 GHz帶寬，而且很少有公司具備在此頻率范圍內(nèi)構(gòu)建測(cè)試系統(tǒng)的專業(yè)知識(shí)。更高帶寬的傳感器提供更高的分辨率，而雷達(dá)制造商已經(jīng)開(kāi)發(fā)了帶寬接近4 GHz，中心頻率為79 GHz的傳感器，這使得測(cè)試更具挑戰(zhàn)性。

早期的雷達(dá)測(cè)試方式是什么？

雖然未來(lái)雷達(dá)傳感器的技術(shù)不斷提高，但測(cè)試這些傳感器的時(shí)間和成本必須進(jìn)行優(yōu)化，以滿足價(jià)格和數(shù)量要求，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)雷達(dá)的廣泛采用。早期的雷達(dá)傳感器制造商使用大型無(wú)回波射頻室和角反射器來(lái)測(cè)試和校準(zhǔn)模塊的功能。這些測(cè)試室通常3或5米長(zhǎng)，占用大面積的制造空間。為了減少占地面積，雷達(dá)功能測(cè)試演變?yōu)槭褂?a href="http://www.1cnz.cn/analog/" target="_blank">模擬延遲線來(lái)模擬遠(yuǎn)距離雷達(dá)障礙物，然后由第二個(gè)測(cè)試站進(jìn)行雷達(dá)參數(shù)測(cè)量。

最新最便捷的雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)VRTS

NI車(chē)載雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)（VRTS）等專用系統(tǒng)進(jìn)一步發(fā)展了雷達(dá)功能測(cè)試。VRTS是一款混合模擬器，內(nèi)置有矢量信號(hào)收發(fā)儀（VST），通過(guò)高性能低延遲的FPGA將儀器級(jí)矢量信號(hào)分析儀與矢量信號(hào)發(fā)生器集成在一起（見(jiàn)圖1）。

該方法通過(guò)將功能測(cè)試（對(duì)象模擬）和參數(shù)測(cè)試組合到單個(gè)測(cè)試裝置中來(lái)集成雷達(dá)模塊生產(chǎn)測(cè)試單元。這一組合減少了制造車(chē)間的占地面積，并消除了在測(cè)試站之間轉(zhuǎn)換雷達(dá)模塊的開(kāi)銷(xiāo)，不僅提高了吞吐量，也為其他測(cè)試裝置騰出了空間。

圖1. NI車(chē)載雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)框圖。

挑戰(zhàn)2：對(duì)傳感器內(nèi)日益復(fù)雜的軟件進(jìn)行驗(yàn)證

除了汽車(chē)?yán)走_(dá)測(cè)試的更高頻率和帶寬要求之外，測(cè)試未來(lái)雷達(dá)傳感器的下一個(gè)挑戰(zhàn)是對(duì)傳感器內(nèi)日益復(fù)雜的軟件進(jìn)行驗(yàn)證。具有1 GHz或更高帶寬的雷達(dá)傳感器會(huì)產(chǎn)生大量的原始數(shù)據(jù)。為了避免車(chē)輛的通信總線和ECU超負(fù)荷，雷達(dá)傳感器也配備了一個(gè)處理器，可以將數(shù)據(jù)縮減為概要快照。

雷達(dá)通過(guò)傳感器當(dāng)前跟蹤的所有對(duì)象的摘要定期發(fā)送參數(shù)化對(duì)象表。每個(gè)物體都包含距離、速度、雷達(dá)截面（RCS）、物體ID和置信度（衡量雷達(dá)物體存在的可信度）信息。雷達(dá)的軟件會(huì)檢測(cè)這些物體并跟蹤它們的實(shí)時(shí)動(dòng)作。軟件算法會(huì)尋找不一致性，例如障礙物正在遠(yuǎn)離傳感器，但其多普勒特征卻指示其正在接近。

使用緊湊型雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)可以讓軟件開(kāi)發(fā)人員立即快速驗(yàn)證軟件更改

在實(shí)驗(yàn)室中，工程師必須驗(yàn)證這些算法和實(shí)現(xiàn)這些算法的軟件。這些算法的車(chē)內(nèi)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試非常重要，但使用緊湊型雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試可以讓軟件開(kāi)發(fā)人員立即快速驗(yàn)證軟件更改。

結(jié)合用于移動(dòng)雷達(dá)模擬天線的機(jī)電一體化組件，VRTS等系統(tǒng)可以生成標(biāo)準(zhǔn)化的雷達(dá)環(huán)境來(lái)描述和驗(yàn)證雷達(dá)傳感器軟件，包括模擬在駕駛測(cè)試中很難模擬或者很危險(xiǎn)的極端場(chǎng)景。基于模擬器的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試對(duì)于保證汽車(chē)?yán)走_(dá)傳感器設(shè)計(jì)的創(chuàng)新步伐至關(guān)重要。

通過(guò)雷達(dá)仿真系統(tǒng)進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證

在整個(gè)ADAS或自動(dòng)駕駛系統(tǒng)中，工程師還必須考慮通過(guò)雷達(dá)仿真來(lái)進(jìn)行系統(tǒng)驗(yàn)證測(cè)試。這些系統(tǒng)越來(lái)越依賴于傳感器的組合，包括相機(jī)、激光雷達(dá)和雷達(dá)。驗(yàn)證自動(dòng)緊急制動(dòng)等ADAS功能的整體性能越來(lái)越多地利用傳感器融合技術(shù)，通過(guò)兩個(gè)或更多傳感器的組合來(lái)提高障礙物檢測(cè)的質(zhì)量或置信度。例如，如果ADAS雷達(dá)傳感器“看到”障礙物，但攝像機(jī)卻指示路上空無(wú)一物，則ECU可以將雷達(dá)檢測(cè)到的障礙物視為幻影或干擾。

圖2.驗(yàn)證用于ADAS和自動(dòng)駕駛的軟件需要同步仿真多個(gè)汽車(chē)傳感器，以便汽車(chē)“認(rèn)為”它在真實(shí)環(huán)境中駕駛。

當(dāng)這些功能的測(cè)試上升到系統(tǒng)級(jí)時(shí)，工程師需要一個(gè)測(cè)試平臺(tái)來(lái)支持大量同步傳感器仿真，以模擬車(chē)輛感測(cè)到的整個(gè)周邊環(huán)境。由于VRTS等系統(tǒng)是基于模塊化自動(dòng)化測(cè)試設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)PXI-Express上，工程師可以通過(guò)添加額外的PXI模塊（如NI FlexRIO）來(lái)支持額外的傳感器，以模擬與雷達(dá)仿真同步的數(shù)字相機(jī)輸入。

最后，先進(jìn)的雷達(dá)調(diào)制技術(shù)將對(duì)汽車(chē)?yán)走_(dá)測(cè)試的未來(lái)產(chǎn)生影響。調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)一直是汽車(chē)?yán)走_(dá)的典型代表。雷達(dá)設(shè)計(jì)人員現(xiàn)在正在尋找使用MIMO天線來(lái)增強(qiáng)汽車(chē)?yán)走_(dá)功能，以精確檢測(cè)障礙物高度，甚至提供類(lèi)似于攝像頭的光柵圖像。

雷達(dá)傳感器研究人員發(fā)現(xiàn)采用與蜂窩通信中常用調(diào)制方案類(lèi)似的調(diào)制方案可以獲得更高的性能。這些方案可以將分配給汽車(chē)?yán)走_(dá)的頻譜信道化，使MIMO雷達(dá)能夠?qū)Σ⑿邪l(fā)射和接收路徑之間的單個(gè)雷達(dá)反射進(jìn)行。這種方法有望改善雷達(dá)分辨率和視場(chǎng)，同時(shí)增強(qiáng)雷達(dá)對(duì)其他車(chē)輛干擾的抵抗力。相應(yīng)地，雷達(dá)測(cè)試系統(tǒng)也必須越來(lái)越復(fù)雜。

在這些成像雷達(dá)的分辨率下準(zhǔn)確模擬障礙物可能需要解調(diào)單個(gè)雷達(dá)信道，對(duì)每個(gè)發(fā)射信道應(yīng)用距離、多普勒和RCS障礙效應(yīng)，并按照原始方案調(diào)制每個(gè)信道，然后將該障礙物信號(hào)反射回傳感器 - 全部以光速往返。這些要求給雷達(dá)測(cè)試供應(yīng)商和供應(yīng)商帶來(lái)嚴(yán)峻挑戰(zhàn)，亟需具有極高信號(hào)處理能力的高帶寬低延遲系統(tǒng)架構(gòu)。