為什么儀表廠商、特別是射頻儀表的廠商會(huì)越來(lái)越多地進(jìn)入到自動(dòng)駕駛這個(gè)話題中來(lái)？我們今天看到的這個(gè)自動(dòng)駕駛帶來(lái)的技術(shù)變革，其實(shí)十分類(lèi)似十多年前手機(jī)從傳統(tǒng)手機(jī)轉(zhuǎn)變?yōu)?a target="_blank">智能手機(jī)的那次變革。智能網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)給傳統(tǒng)意義上機(jī)械為主的交通工具帶來(lái)很多新的技術(shù)，最明顯的就是汽車(chē)會(huì)越來(lái)越多的用到感知和通信技術(shù)。比如說(shuō)藍(lán)牙、雷達(dá)、無(wú)線通訊。這些技術(shù)其實(shí)使得整個(gè)汽車(chē)載電子系統(tǒng)的復(fù)雜度上大大的提升。

這種復(fù)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(fù)雜性。其次是在識(shí)別和電控的系統(tǒng)算法的代碼也會(huì)不斷增多，也就是我們講的軟件的復(fù)雜性。

無(wú)論是硬件還是軟件的復(fù)雜性，在質(zhì)量控制流程中，這就映射到「相應(yīng)的硬件和軟件測(cè)試驗(yàn)證能力的建設(shè)」這個(gè)話題上來(lái)。

在這次分享之前，我們收到一個(gè)線下的問(wèn)題：ADAS 產(chǎn)品從研發(fā)到產(chǎn)線量產(chǎn)，這個(gè)過(guò)程中要經(jīng)歷哪些測(cè)試？這張圖剛好回答了這個(gè)問(wèn)題。

如果從測(cè)試的類(lèi)型上來(lái)看，從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)線測(cè)試，一個(gè)電控模塊會(huì)包含表征測(cè)試、系統(tǒng)驗(yàn)證測(cè)試、軟硬件在環(huán)測(cè)試、路測(cè)和產(chǎn)線下線測(cè)試這樣幾個(gè)不同階段。

在今天的介紹中，我們會(huì)重點(diǎn)介紹一些雷達(dá)模組的功能測(cè)試方案，然后在這個(gè)基礎(chǔ)上引入一些場(chǎng)景模擬的測(cè)試技術(shù)。之后我們會(huì)講到雷達(dá)加相機(jī)加激光傳感器和整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型的融合測(cè)試方案。此外，我們也會(huì)提及一些汽車(chē)互聯(lián)通信的測(cè)試工具。

雷達(dá)模組的功能測(cè)試方案

目前常見(jiàn)的汽車(chē)?yán)走_(dá)有 24GHz 和 77GHz 兩個(gè)頻段。現(xiàn)在出貨量最大的幾個(gè)歐美國(guó)際雷達(dá)廠商中，除了海拉還在主推后向的 24GHz 產(chǎn)品之外，其他幾家基本上主推的都是 77GHz 的產(chǎn)品。

這主要是由于 77GHz 的技術(shù)在模塊尺寸、角度分辨率和高帶寬帶來(lái)的高距離分辨率等方面都有先天的優(yōu)勢(shì)。也因?yàn)檫@個(gè)原因，77GHz 已經(jīng)被公認(rèn)是未來(lái)汽車(chē)?yán)走_(dá)的主流發(fā)展方向。當(dāng)然在中國(guó)由于成本的原因，還能看到有大量的 24GHz 雷達(dá)在市場(chǎng)上。包括一些在非汽車(chē)的領(lǐng)域中。

我簡(jiǎn)單的回顧一下雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別的基本原理。

和所有的主動(dòng)雷達(dá)一樣，汽車(chē)?yán)走_(dá)是通過(guò)發(fā)射波束，然后接收回波來(lái)探測(cè)目標(biāo)位置和距離信息的。 目前常見(jiàn)的汽車(chē)?yán)走_(dá)調(diào)制方式是調(diào)頻連續(xù)波，也簡(jiǎn)稱(chēng) FMCW。雷達(dá)波是通過(guò)判別自己接收的目標(biāo)反射波和自己發(fā)射波之間的時(shí)間差，然后通過(guò)波速來(lái)反推目標(biāo)的位置。同時(shí)通過(guò)反射波和發(fā)出波之間的頻偏，來(lái)判斷檢測(cè)的目標(biāo)是接近還是遠(yuǎn)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(dá)測(cè)試系統(tǒng)也是通過(guò)這個(gè)原理來(lái)進(jìn)行仿真的。這個(gè)系統(tǒng)的構(gòu)成見(jiàn)上圖，包括一個(gè) 3U PXI 的系統(tǒng)主機(jī)，主機(jī)里包含的是控制模塊和 6G 以下信號(hào)單元。主機(jī)外有一個(gè)毫米波的射頻前端，后面我們會(huì)介紹為什么要把這個(gè)前端要放在主機(jī)之外。

毫米波的前端會(huì)接收雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)射的波形，然后根據(jù)用戶(hù)在系統(tǒng)中設(shè)置的希望模擬的目標(biāo)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(dá)接收機(jī)，從而讓雷達(dá)誤認(rèn)為探測(cè)到了一個(gè)真實(shí)移動(dòng)目標(biāo)物體。

與業(yè)內(nèi)其它雷達(dá)對(duì)象模擬器非常不同的一點(diǎn)就是，我們現(xiàn)在這套系統(tǒng)除了目標(biāo)模擬功能，也包含了發(fā)射機(jī)的測(cè)試功能。也就說(shuō)，這個(gè)系統(tǒng)其實(shí)還集成了另外一個(gè)射頻分析儀，能夠檢測(cè)雷達(dá)天線以及雷達(dá)功率頻譜和時(shí)域上的一些特性。這是一個(gè)把測(cè)試和仿真結(jié)合在一起的系統(tǒng)。

這個(gè)是一個(gè)更完整的實(shí)驗(yàn)室測(cè)試系統(tǒng)搭建的示意圖。左側(cè)虛線標(biāo)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(lán)色部分是一個(gè)微波暗室。右側(cè)長(zhǎng)方形盒子是示意的雷達(dá)傳感器。這個(gè)雷達(dá)傳感器被安裝在一個(gè)可以水平和垂直自由運(yùn)動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)上。

這樣設(shè)置首先是為了滿(mǎn)足雷達(dá)的測(cè)量功能。一般來(lái)講，要做雷達(dá)的驗(yàn)證首先要測(cè)量雷達(dá)的一些參數(shù)，包含雷達(dá)的天線方向特性。在功率上，我們需要測(cè)試 EIRP。在頻譜上，會(huì)檢測(cè)雷達(dá)發(fā)射機(jī)發(fā)射信號(hào)所占的帶寬、波形寬度以及噪聲。時(shí)域上，也會(huì)把雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，然后看信號(hào)的調(diào)制時(shí)間、調(diào)制寬度，以及調(diào)制信號(hào)的線性度。

除了剛才講到的附加測(cè)試功能，其實(shí)設(shè)備本身是一個(gè)雷達(dá)目標(biāo)的仿真器。在目標(biāo)仿真中，我們不得不說(shuō)單角度和多角度的區(qū)別。

由于任何雷達(dá)仿真器都是通過(guò)一個(gè)射頻天線來(lái)收發(fā)雷達(dá)信號(hào)的，所以理論上來(lái)講，無(wú)論這個(gè)設(shè)備能仿真多少目標(biāo)，這些目標(biāo)都只能限定在雷達(dá)天線和仿真器天線兩點(diǎn)之間的連線上。

簡(jiǎn)單來(lái)講，由于任何的雷達(dá)仿真都是點(diǎn)源，只能仿真被測(cè)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(gè)單方向仿真過(guò)程中，前向常見(jiàn)的是仿真 AEB、ACC，當(dāng)然也包括一些其他場(chǎng)景。我們現(xiàn)在儀器距離上可以做到 4 到 250 米，移動(dòng)分辨率做到 0.1 米。

上圖是在單目標(biāo)模擬場(chǎng)景下的一些常見(jiàn)的場(chǎng)景。包括在任意方向上的接近、道路切換以及目標(biāo)穿越道路。這些都是把單點(diǎn)的模擬場(chǎng)景通過(guò)軟件的方法連續(xù)起來(lái)，就可以成為一個(gè)單目標(biāo)的場(chǎng)景仿真。

相對(duì)單目標(biāo)，我們就會(huì)講到多目標(biāo)多角度，角度其實(shí)是這里邊的核心概念。仿真器上如果疊加一個(gè)額外的基帶模塊，加外圍的一個(gè)射頻前端，可以在一個(gè)儀器上實(shí)現(xiàn)兩個(gè)方向?qū)ο蟮哪繕?biāo)模擬。

這一頁(yè)就比較形象地解釋了在什么樣的場(chǎng)景下，需要兩個(gè)角度以上的雷達(dá)目標(biāo)模擬器。比如在跟車(chē)的情況下需要識(shí)別不同車(chē)道上的兩輛車(chē)，或者在跟車(chē)行駛過(guò)程中需要仿真第三輛車(chē) Cut In 或 Cut Out 的場(chǎng)景，這時(shí)我們都會(huì)同時(shí)在雷達(dá)的兩個(gè)直線方向上產(chǎn)生不同的目標(biāo)。

這也就解釋了為什么我們會(huì)把雷達(dá)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(biāo)的仿真場(chǎng)景下，射頻前端就可以安裝在一個(gè)可以移動(dòng)的平臺(tái)或機(jī)械臂上，通過(guò)設(shè)備帶動(dòng)一個(gè)橫向運(yùn)動(dòng)，加上儀器本身速度和距離的仿真，實(shí)現(xiàn)多維度的對(duì)象仿真。

機(jī)器視覺(jué)和雷達(dá)協(xié)同工作時(shí)的測(cè)試

剛才這部分的是對(duì)雷達(dá)的仿真和測(cè)試功能的介紹。講到了雷達(dá)，講到了 IPG 和 PreScan，我們自然而然就想到了是否可以將機(jī)器視覺(jué)和雷達(dá)進(jìn)行協(xié)同工作，答案當(dāng)然也是可以的。

融合機(jī)器視覺(jué)和雷達(dá)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(jī)器視覺(jué)攝像頭通過(guò) TASS 主機(jī)，或者是直接連接到我們的主機(jī)，將視頻和雷達(dá)仿真連接到一起，并且兩者之間實(shí)現(xiàn)同步，模擬一個(gè)真實(shí)路況場(chǎng)景中多種傳感器所采集到的一個(gè)道路信號(hào)。

V2X 測(cè)試

相機(jī)之外智能互聯(lián)的另外一個(gè)話題就是車(chē)輛通訊。

由于國(guó)內(nèi) LTE-V 的標(biāo)準(zhǔn)還在制定過(guò)程中，我們現(xiàn)有的車(chē)聯(lián)通訊的方案主要集中于 802.11p 這樣一個(gè)協(xié)議。

這里包含實(shí)現(xiàn)部分車(chē)聯(lián)通訊的應(yīng)用，包括 SAE J2735 里面所謂的基本安全信息發(fā)送。我們?cè)谲?chē)聯(lián)通訊的常見(jiàn)場(chǎng)景就是通過(guò)協(xié)議，在汽車(chē)行駛的過(guò)程中，不斷地向周?chē)?chē)輛發(fā)送自己的車(chē)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(biāo)準(zhǔn)測(cè)試功能的一些解決方案。對(duì)于收發(fā)模塊，它既可以仿真一個(gè)車(chē)輛節(jié)點(diǎn)也可以仿真一個(gè)路測(cè)設(shè)備，用來(lái)與真實(shí)的車(chē)輛和路測(cè)設(shè)備進(jìn)行上下鏈路的車(chē)聯(lián)通信數(shù)據(jù)交互。從而和我們汽車(chē)上的其他傳感器，包括雷達(dá)、相機(jī)、激光傳感器和 GPS 定位這些信號(hào)的進(jìn)行互聯(lián)。

傳感器融合的測(cè)試

從雷達(dá)講到相機(jī)，講到互聯(lián)汽車(chē)。那自然而然就會(huì)涉及到下一個(gè)話題——傳感器融合。

融合也是目前來(lái)講，ADAS 技術(shù)的一個(gè)主流方向，第一個(gè)層面的融合是在 ADAS ECU 進(jìn)行的。我們剛才介紹這些方案里可以看到，現(xiàn)在已經(jīng)能夠從技術(shù)上實(shí)現(xiàn)雷達(dá)、相機(jī)、V2X 仿真信號(hào)的發(fā)生、傳遞以及同步在相同的平臺(tái)上進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

進(jìn)一步來(lái)講融合，當(dāng)汽車(chē)的 ADAS ECU 接收到這些信號(hào)，傳遞到真實(shí)的汽車(chē)制動(dòng)控制單元以后。這輛車(chē)是否真正能夠在期待的距離之間實(shí)現(xiàn)制動(dòng)，或者實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛的變道來(lái)避免事故的發(fā)生。這里其實(shí)會(huì)涉及到 ADAS 感知系統(tǒng)之外的整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型，也就是添加整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型的硬件在環(huán)。

在 ADAS ECU 融合之后，我們還可以將包括車(chē)輛的懸架剛度，輪胎摩擦系數(shù)、整車(chē)的備重以及路面的信息和天氣的信息，都加載到一個(gè)硬件在環(huán)的整車(chē)動(dòng)力學(xué)模型仿真器上。

這個(gè)仿真器還會(huì)通過(guò) CAN/LIN 和之前的 ADAS ECU 進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，從而實(shí)現(xiàn)從 ADAS 到車(chē)輛動(dòng)力學(xué)模型的整體仿真。