蔡剛強，張創(chuàng)城

（1.廣東省智能網(wǎng)聯(lián)汽車創(chuàng)新中心有限公司，廣東 廣州 510640；2.廣州汽車工程研究院，廣東 廣州 511400）

雷達(dá)早在20世紀(jì)30年代已投入使用，當(dāng)時主要被軍方用于探測飛機，自那以后，雷達(dá)技術(shù)已經(jīng)取得了長足的進(jìn)步。得益于射頻技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的高速發(fā)展，低成本、小尺寸、高效率的雷達(dá)成為可能，如今，它們越來越多地被用作先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中的汽車?yán)走_(dá)傳感器，即毫米波雷達(dá)。

關(guān)于自動駕駛技術(shù)路線，無論是“強感知和強智能”路線，還是“弱感知和超強智能”路線，毫米波雷達(dá)都是不可或缺的傳感器。自動駕駛感知系統(tǒng)由多個傳感器構(gòu)成，每個傳感器都有其自身的優(yōu)缺點。毫米波雷達(dá)最大的優(yōu)點是可直接測量徑向速度，另一個優(yōu)點是很少受到環(huán)境因素影響，因此可以在復(fù)雜的光照、雨雪等天氣條件下全天候工作。

1）毫米波雷達(dá)的工作原理是：利用電磁波的傳輸和探測進(jìn)行工作，當(dāng)電磁波遇到障礙物時會被反射，如果這些反射波在它們的原點再次被接收，那意味著該障礙物在傳播方向上。

2）應(yīng)用于自動駕駛領(lǐng)域的毫米波雷達(dá)主要有3個頻段，分別是24GHz、77GHz和79GHz，其中24GHz已基本不用于車載，當(dāng)前主流為77GHz。

3）車載雷達(dá)分為長距雷達(dá)和短距雷達(dá)，長距雷達(dá)可以測量遠(yuǎn)達(dá)200m以上物體，但視野很小，而短距雷達(dá)有較大的視野，但探測距離較短。長距雷達(dá)主要用于前向雷達(dá)，短距雷達(dá)主要用于角雷達(dá)，如實現(xiàn)盲區(qū)檢測等功能。

由于國內(nèi)自動駕駛起步較歐美國家晚，這也導(dǎo)致當(dāng)前低等級自動駕駛方案供應(yīng)商主要為歐美發(fā)達(dá)國家供應(yīng)商。隨著自動駕駛在國內(nèi)的發(fā)展，特別是高等級自動駕駛方案的層出不窮，對傳感器的感知性能也不斷提出新的需求。過往，如低等級自動駕駛方案，1R1V（1個前向雷達(dá)+1個前向智能攝像頭）基本由歐美供應(yīng)商，如博世、安波福、維寧爾等以系統(tǒng)層級方案進(jìn)行供貨，具體傳感器的感知性能很難直接獲取。隨著高等級自動駕駛的發(fā)展，以系統(tǒng)層級方案供貨的方式正逐步發(fā)生變化，如域控制器和傳感器的供貨商不為同一家，為劃分清楚彼此的開發(fā)邊界，勢必需對傳感器的開發(fā)范圍及感知邊界進(jìn)行澄清，這也是開展毫米波雷達(dá)感知范圍測試的另一個原因。

經(jīng)分析，毫米波雷達(dá)工作模式主要包括近距離、中距離和遠(yuǎn)距離模式，其中視野越大，可探測的范圍越小，而且這3種模式屬于自動切換，且自動切換的機理受環(huán)境因素、本車車速等多種因素影響?；谏鲜霰尘?，嘗試通過配置DID，設(shè)置毫米波雷達(dá)工作調(diào)制模式為遠(yuǎn)距離模式并開展相關(guān)的測試工作，驗證探測距離是否得到提升。

1 高等級自動駕駛系統(tǒng)感知距離需求分析

如圖1所示，基于ISO 22179，直道時（A2區(qū)域），最小感知距離需大于190m，其中減速度約0.4g，另外假定被探測目標(biāo)為車輛。

圖1 高等級自動駕駛系統(tǒng)感知距離需求

基于上述感知需求，對當(dāng)前車載傳感器的感知探測距離進(jìn)行初步分析。目前市面主流的自動駕駛相關(guān)的傳感器包括毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、攝像頭、高精度地圖、慣導(dǎo)及激光雷達(dá)等。毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)、低像素攝像頭較為成熟，過往已經(jīng)在低等級自動駕駛上有所運用。隨著近年高等級自動駕駛的發(fā)展，慣導(dǎo)、激光雷達(dá)等傳感器也不斷在各車型上量產(chǎn)搭載，但受限于傳感器的工作原理，當(dāng)前遠(yuǎn)距離測距的主流傳感器仍為毫米波雷達(dá)。雖然激光雷達(dá)量產(chǎn)在即，但其量產(chǎn)后的品質(zhì)情況和感知性能仍有待市場的進(jìn)一步驗證，同時當(dāng)前的價格也缺乏一定的競爭力。超聲波雷達(dá)感知距離一般只能達(dá)到5m多，遠(yuǎn)不足以遠(yuǎn)距離探測。另外，低像素攝像頭遠(yuǎn)距離探測不僅距離不足，同時偏差較大，而高像素攝像頭與激光雷達(dá)類似，有待市場進(jìn)一步驗證。

當(dāng)前主流車企，除特斯拉等采用純視覺方案，基本還是搭載了毫米波雷達(dá)進(jìn)行遠(yuǎn)距離探測，再輔以其它傳感器，如攝像頭、激光雷達(dá)等，所以，本文選擇毫米波雷達(dá)作為距離感知需求基本傳感器，并重點研究其可探測范圍。

2 毫米波雷達(dá)探測距離實測分析

鑒于對毫米波雷達(dá)工作原理的基本了解，其可探測視野為扇形，所以，第一步開展的工作主要是畫出毫米波雷達(dá)可視范圍。進(jìn)一步重點就其最遠(yuǎn)距離進(jìn)行分類研究測試，包括本車車速狀態(tài)和目標(biāo)車車速狀態(tài)等進(jìn)行分類測試，得出測試結(jié)果。下文將介紹為測試毫米波雷達(dá)可視范圍而采用的設(shè)備和測試方法。

2.1 測試設(shè)備

測試設(shè)備清單見表1。

表1 測試設(shè)備清單

1）微波暗箱，主要用于仿真測試毫米波雷達(dá)探測距離和速度等，如圖2所示。

圖2 微波暗箱

2）毫米波雷達(dá)場地測試支架（圖3），用于安裝和支持毫米波雷達(dá)開展測試。毫米波雷達(dá)支架局部放大圖如圖4所示。

圖3 毫米波雷達(dá)支架

圖4 毫米波雷達(dá)支架局部放大圖

3）其它設(shè)備為被測車輛及卷尺等。

2.2 測試流程

2.2.1 微波暗室測試

如圖2所示，搭建仿真場景，包括仿真目標(biāo)RCS值、速度、角度、距離等。

1）設(shè)置仿真目標(biāo)RCS值，本次測試主要目標(biāo)物為車輛，因此RCS值設(shè)置為10dB。

2）設(shè)置仿真目標(biāo)速度值，本次測試的主要目標(biāo)分靜止目標(biāo)和運動目標(biāo)，運動目標(biāo)再細(xì)分為對向和同向。

3）設(shè)置仿真目標(biāo)角度，鑒于前向毫米波雷達(dá)FOV（水平探測范圍）一般小于120°，本次測試仿真的角度按0～60°，間隔5°進(jìn)行仿真。

4）設(shè)置仿真目標(biāo)距離，鑒于前向毫米波雷達(dá)探測距離一般小于250m，本次測試仿真的探測距離按0～250m、間隔5m進(jìn)行仿真。例如，將目標(biāo)物設(shè)置在250m處，然后通過VN1630及電腦端觀測是否能穩(wěn)定探測到該目標(biāo)物，如果無法探測到目標(biāo)物，將仿真目標(biāo)距離減少5m，設(shè)置為245m，以此類推。

每個角度測試3遍并計算平均值，微波暗室詳細(xì)測試數(shù)據(jù)見表2。

表2 靜態(tài)測試微波暗室和場地測試數(shù)據(jù)

2.2.2 場地測試

如圖3所示，搭建場地測試場景，在場地搭建同實車相同布置高度的毫米波雷達(dá)。

1）場地測試毫米波雷達(dá)方向角設(shè)置，如圖4所示，利用該設(shè)備進(jìn)行角度調(diào)制。

2）速度設(shè)置，分別測試3組速度，0km/h、10km/h和55km/h，方向角均為0°。

3）距離探測，靜態(tài)目標(biāo)測試借鑒微波暗室仿真結(jié)果，在100m位置按5m往后挪，等候1min后，觀測是否探測到靜態(tài)車輛，直至無法穩(wěn)定觀測到靜態(tài)車輛位置。動態(tài)目標(biāo)測試以靠近毫米波雷達(dá)支架位置為坐標(biāo)原點，目標(biāo)車輛沿著0°方向直線以10km/h和55km/h勻速行駛。通過VN1630及電腦端觀測目標(biāo)消失時的距離。每個場景測試3次并計算平均值，測試數(shù)據(jù)見表3。

表3 動態(tài)測試微波暗室和場地測試數(shù)據(jù)

2.3 測試小結(jié)

1）靜態(tài)測試，即本車和目標(biāo)車輛車速均為0時，毫米波雷達(dá)最遠(yuǎn)可探測范圍約146m。

2）動態(tài)分析均基于0°方向角進(jìn)行測試，包括本車靜止和運動、目標(biāo)車靜止和運動、目標(biāo)車正向和對向運動等多種情況。

本車或目標(biāo)車輛其中一個車速不為0時，觀測數(shù)據(jù)可得：①毫米波雷達(dá)可探測范圍均達(dá)不到感知需求190m；②目標(biāo)車正向運動時，毫米波雷達(dá)可探測范圍可達(dá)到160m以上；③目標(biāo)車如靜止或?qū)ο蜻\動，毫米波雷達(dá)可探測范圍達(dá)到140m以上。

3 毫米波雷達(dá)探測距離提升及驗證

經(jīng)調(diào)查和證實，毫米波雷達(dá)工作調(diào)制模式分為4種，包括：Auto mode、Near、Medium、Far。雷達(dá)默認(rèn)工作調(diào)制模式為：Auto mode，因此雷達(dá)探測的近距離、中距離和遠(yuǎn)距離模式是自動進(jìn)行。因此設(shè)想，通過新增雷達(dá)工作調(diào)制模式配置DID，設(shè)置雷達(dá)波調(diào)制模式為遠(yuǎn)距離模式，并對毫米波雷達(dá)探測距離進(jìn)行驗證分析。具體的驗證步驟和測試結(jié)果如下。

場地測試場景搭建，在筆直道路通過自車和目標(biāo)車不同運動狀態(tài)對毫米波雷達(dá)感知性能進(jìn)行測試，每個場景測試3次，計算平均值，F(xiàn)ar模式場地測試數(shù)據(jù)見表4。

表4 Far模式場地實測數(shù)據(jù)

場景1，本車靜止，目標(biāo)車正向運動，最遠(yuǎn)可探測距離大于190m，毫米波雷達(dá)探測距離示例如圖5所示。

圖5 本車靜止，目標(biāo)車正向運動，毫米波雷達(dá)探測距離示例

場景2，本車靜止，目標(biāo)車對向運動，最遠(yuǎn)可探測距離大于190m。

場景4，本車運動，目標(biāo)車靜止，最遠(yuǎn)可探測距離小于140m。

場景5，本車運動，目標(biāo)車正向運動，最遠(yuǎn)可探測距離大于190m。

場景6，本車運動，目標(biāo)車負(fù)向運動，最遠(yuǎn)可探測距離大于190m。

4 結(jié)論

基于上述的分析和測試驗證，可大致得出以下結(jié)論，如毫米波雷達(dá)工作模式自動設(shè)置為Auto模式，則其可探測距離大致可分為兩檔：①如目標(biāo)車輛為正向運動，則其探測距離約為160m以上；②如果目標(biāo)車輛為對向運動或靜止，則其可探測距離約為140m。

通過將毫米波雷達(dá)的工作調(diào)制模式設(shè)置為遠(yuǎn)程模式，則目標(biāo)車輛無論是正向運動或?qū)ο蜻\動，總而言之，對動態(tài)目標(biāo)的探測距離可達(dá)到190m以上。但如果被測目標(biāo)處于靜態(tài)，則毫米波雷達(dá)的探測距離也僅能達(dá)到140m。

5 測試說明

本次測試說明包括以下方面。

1）被測毫米波雷達(dá)雖為主流國際供應(yīng)商提供，代表行業(yè)毫米波雷達(dá)探測距離的普遍水平，但本測試并未就市場上所有毫米波雷達(dá)展開測試，所以本次測試數(shù)據(jù)及結(jié)果僅代表部分毫米波雷達(dá)供應(yīng)商其產(chǎn)品的探測能力。

2）整個測試過程中，雷達(dá)采用的都是同一軟硬件型號。后續(xù)存在硬件版本相同，但軟件版本提升，從而導(dǎo)致毫米波雷達(dá)測試能力提升的可能性。

3）受測試場地（例如周邊環(huán)境）的影響，對探測結(jié)果也存在一定的影響。

4）雖然通過設(shè)置雷達(dá)調(diào)制模式為Far，能有效提升運動目標(biāo)的探測距離，但其探測精度等也會有所下降，需要傳感器選型工作人員進(jìn)一步明確需求，包括探測距離、距離精度等。

5）本測試?yán)走_(dá)輸出的是目標(biāo)列表，即經(jīng)過聚類的數(shù)據(jù)，但實際在測試過程中，觀察原始點云，存在部分點云最遠(yuǎn)距離大于200m。

6 展望

當(dāng)前，除了特斯拉等激進(jìn)廠商采用全視覺方案而取消掉毫米波雷達(dá)，其它國內(nèi)外主流廠商依然將毫米波雷達(dá)作為其自動駕駛探測距離的主要傳感器。基于毫米波雷達(dá)的速度探測精度和全天候工作等特點，未來其在自動駕駛領(lǐng)域仍有一席之地，展望未來，隨著4D毫米波雷達(dá)的量產(chǎn)搭載，毫米波雷達(dá)理應(yīng)在自動駕駛傳感器領(lǐng)域占據(jù)重要地位。

但是，當(dāng)前鑒于4D毫米波雷達(dá)和激光雷達(dá)仍處于量產(chǎn)落地階段，后期其實際的探測效果仍有待驗證，因此，基于目前可選擇的傳感器類型，毫米波雷達(dá)依舊是探測距離和速度最佳選擇。那么，針對于高等級自動駕駛遠(yuǎn)距離的探測需求，通過設(shè)置DID，將毫米波雷達(dá)的工作模式固定在遠(yuǎn)距離模式是目前實現(xiàn)落地較為經(jīng)濟可行的方式之一。