雷達安全，這一鮮為人知的問題正在成為駕駛員輔助和高級自動駕駛車輛的潛在致命弱點。雷達信號會相互干擾。

雷達已成為與CMOS成像攝像頭互補的必不可少的傳感方式。雷達能在所有天氣條件下工作，并可提供一系列自動駕駛功能，包括AEB。但如果雷達像Ghostbusters的粒子加速器那樣橫穿彼此的粒子流，它們可能就會失敗或出現(xiàn)故障。

盡管這尚未成為OEM會公開警告或駕駛員普遍感知的現(xiàn)象，但在擁擠的環(huán)境中運行的汽車雷達將面臨嚴重的干擾。

雷達的應(yīng)用范圍可以覆蓋ACC、BSD到FCW和智能停車輔助系統(tǒng)。360度視野的車輛，它需要短程和遠程雷達芯片。AEB通常會使用雷達（全天候），有時還使用激光雷達和攝像頭來檢測即將發(fā)生的碰撞事故。

AEB在全球市場上的迅速發(fā)展已成為雷達供應(yīng)商的一把雙刃劍。既值得高興，也令人擔(dān)憂。

例如，C-NCAP已要求2020年之后上市的卡車搭載AEB。從今年開始，日本的新車也必須搭載前后向的AEB。在美國，已有20家OEM同意自愿提出“到2022年，新汽的AEB搭載率達到100％”。面對E-NCAP 2019年的要求，在歐洲售出的車輛中，90％已經(jīng)配備了最新的防碰撞技術(shù)。

恩智浦預(yù)計，到2030年，汽車雷達的普及率將躍升至55％。在最近的采訪中，恩智浦的ADAS和V2X的高級產(chǎn)品營銷經(jīng)理Huanyu Gu警告說：“當(dāng)多個雷達以相同或重疊的頻率同時發(fā)射，以及共享一條共同的可見路徑時”，雷達干擾是不可避免的。

并非只有恩智浦對此感到擔(dān)憂。ST的ADAS和ASIC部門總經(jīng)理Martin Duncan也說：“事實上，我們現(xiàn)在有25％的新車都裝有雷達系統(tǒng)，這已經(jīng)是一個問題。如果你嘗試實時捕獲路況，很容易看到多輛車的發(fā)射。由于我們都使用相同的頻段，因此隨著搭載率的提高，這種情況可能會惡化。”


主動安全和輔助駕駛系統(tǒng)的多雷達傳感器部署示例（Kissinger，2012）

雷達擁堵的原理很簡單。NHTSA在2018年9月發(fā)布的“雷達擁堵研究（Radar Congestion Study）”中寫道：

雷達使用輻射信號的知識來識別回波，估計環(huán)境中物體的距離和速度。這些回波不是原始信號的完美復(fù)制，而是對信號產(chǎn)生建設(shè)性和破壞性干擾的多個回波之和。重要的是要理解，雷達探測物體的返回會發(fā)生波動，尤其是當(dāng)場景中的相對距離、縱橫比和其他物體發(fā)生變化時。由于多個雷達在近距離和多個散射源的環(huán)境中運行，每個雷達的性能隨著干擾水平的上升而下降。

這可能會導(dǎo)致安全性問題。VSI Labs的Phil Magney指出，“最壞的情況是雷達干擾造成的致命事故，如今，無論根本原因是什么，都已經(jīng)在雷達堆棧中增加了針對誤報的過濾功能。”

雷達行業(yè)已受到警告

配備雷達的車輛越多，每個雷達必須學(xué)會更快地應(yīng)對其他雷達的出現(xiàn)。雷達供應(yīng)商面臨著壓力。



雷達干擾幾乎不是雷達搭載率增加的意外結(jié)果。汽車工業(yè)已被警告。十多年前，歐洲組建了一個名為MOSARIM（More Safety for All by Radar Interference Mitigation）的項目，并于2012年發(fā)布了一份報告。該項目調(diào)查了“車載雷達相互干擾以及有效對策和緩解技術(shù)的定義和闡述。”

最近，NHTSA進行了“雷達擁堵研究”，在建模和模擬雷達干擾時要注意兩個問題：

•  給定雷達從其他雷達的發(fā)射器接收多少功率？

•  這如何影響碰撞預(yù)警系統(tǒng)的性能？

該報告的結(jié)論是：

…… 在其他雷達很少的環(huán)境中運行良好的系統(tǒng)在雷達擁擠的環(huán)境中可能會嚴重降低性能。研究結(jié)果表明，在擁擠的環(huán)境中，基于當(dāng)前系統(tǒng)運行的干擾水平將非常顯著。在許多車輛使用76-81GHz波段雷達的情況下，其他雷達的功率可能會比特定性能所需目標(biāo)的回波功率高幾個數(shù)量級。

雷達之間協(xié)作？

因此，該行業(yè)十年前就知道雷達擁堵問題的迫切性了。他們采取了哪些行動？

有了這么長的準備時間，你可能希望OEM和Tier 1開發(fā)出一種強大的策略來避免干擾。你可能會想到會有一種雷達，它可以動態(tài)調(diào)整波形參數(shù)來避免干擾。

這不是什么深奧的科學(xué)。雷達領(lǐng)域有能力借鑒電信行業(yè)已經(jīng)部署的相似的信道訪問規(guī)則（例如TDMA、FDMA和CDMA）。恩智浦的Gu說，這種“listen-before-talk”的方案應(yīng)能使雷達之間進行更結(jié)構(gòu)化的通信。

不幸的是，這并不是業(yè)界所采用的緩解干擾的方法。除了汽車雷達使用相同的波段（76-81GHz）外，雷達界沒有任何規(guī)定。Gu指出：“雷達波形參數(shù)未得到調(diào)節(jié)。”

行業(yè)協(xié)議、標(biāo)準化和法規(guī)等從來都不是汽車行業(yè)的DNA。

Gu說，目前普遍采用的一種方法是“通過在時間或頻率上隨機化發(fā)射信號來限制干擾”。Gu承認這種隨機化背后的不合理性，Gu說：“今天，盲目地這樣做當(dāng)然很好，尤其是在路上沒有那么多雷達的情況下。但如果要提高雷達對干擾的魯棒性，則必須尋求雷達之間的協(xié)作。”

但這需要監(jiān)管。

盡管如此，恩智浦在自己的雷達干擾白皮書中得出以下結(jié)論：

最終，為了支持較高的市場滲透率，需要制造商之間達成某種形式的協(xié)議，以便以公平的方式更有效地共享傳感資源。這最后一步意味著市場上的所有參與者都必須坐在一起，定義訪問通道的標(biāo)準化方法，同時保持具有差異化傳感性能的可能性。

全部免費

獨立汽車行業(yè)資深分析師Egil Juliussen指出，雷達一直以來都是“所有人都免費”的。他解釋說，為了追求創(chuàng)新，雷達公司通常傾向于開發(fā)新的專有算法，這些算法可以在與傳感器芯片相關(guān)的DSP或MCU上運行，以便其雷達可以提高成像分辨率并減輕干擾。

換句話說，對于汽車行業(yè)而言，在雷達干擾問題上投入更多的信號處理是比任何行業(yè)協(xié)議或法規(guī)都更可取的方法。



一種帶有DSP、發(fā)射器和接收器前端的雷達。干擾技術(shù)可以分為避免前端飽和的技術(shù)、數(shù)字化處理干擾的技術(shù)，以及在干擾實際發(fā)生之前避免干擾的技術(shù)（Source：NXP）

在采訪中，恩智浦的Gu提出了三種不同的減輕雷達干擾的方法：1）避免前端出現(xiàn)飽和；2）通過識別和消除數(shù)字域中的干擾來管理數(shù)字干擾；3）通過動態(tài)調(diào)整波形參數(shù)來避免干擾。

第三種方法已經(jīng)被認為是目前77GHz頻段中最不可能被采用的。Gu解釋說：“人們認為為時已晚，因為我們已經(jīng)安裝了太多雷達，而這些傳感器無法協(xié)作。”他補充說，該方案“未來可以應(yīng)用到140Ghz，如果這個頻段可以用于雷達。”

第一種方法（更有可能的方法）是設(shè)計避免前端飽和的技術(shù)。在這里，可以接收至少一部分有用信號，并采取適當(dāng)?shù)膶Σ摺?ldquo;你可以通過為雷達接收器提供兩種不同的增益設(shè)置來做到這一點”，Gu說?；蛘撸撓到y(tǒng)可以包括“空間歸零”，其中前端使用多個天線在產(chǎn)生干擾的方向上使其自身蒙蔽。Gu解釋說，這種方法試圖在干擾信號飽和之前消除干擾信號。

像恩智浦這樣的雷達芯片供應(yīng)商傾向于將重點放在處理數(shù)字域中的DSP中的干擾上。“當(dāng)然，它的先決條件是實際上所需信號不會被強信號掩蓋”，Gu說。

在確定干擾信號相對較弱之后，可以將其與有用信號一起數(shù)字化，而不會導(dǎo)致前端飽和。

但根據(jù)恩智浦的說法，首先是要識別信號是否被破壞，說起來容易做起來難。這樣做的技術(shù)取決于被干擾的雷達和干擾的特定雷達波形。由于當(dāng)今的法規(guī)框架允許采用不同的方法來構(gòu)建雷達波形，因此每個雷達制造商都選擇了自己的方法，使過程變得多樣化和棘手。

汽車雷達的實際標(biāo)準是調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達。FMCW提供了相對簡單而優(yōu)雅的非常好的性能。據(jù)恩智浦稱，它利用低帶寬ADC覆蓋了大帶寬，并提供了對目標(biāo)速度的可靠估計。但也有一些需要注意的地方。

不同的制造商使用FMCW波形的不同參數(shù)設(shè)置來區(qū)分其產(chǎn)品特性，并涵蓋不同的應(yīng)用要求。例如載波頻率、帶寬、線性調(diào)頻脈沖持續(xù)時間、采樣時間、感知周期的持續(xù)時間以及在感知期間改變參數(shù)的不同方式。

概述一下，雷達首先需要識別是否存在干擾源。干擾的檢測通過識別外來信號的獨特特征實現(xiàn)。一旦檢測到干擾，系統(tǒng)算法就必須盡可能從接收信號中完全消除干擾，同時不能破壞或消除有用信號。

這些都不會讓雷達領(lǐng)域的任何人感到驚訝。Gu說：“市場上有教科書上的信號處理算法，并且已經(jīng)被業(yè)界使用。”

他指出，教科書上的算法也有局限性。“它們通常僅限于處理低相關(guān)干擾。而且它們也只能處理非常有限的干擾，一次只能一兩種。”

恩智浦的目標(biāo)是進一步開發(fā)其差異化的高級數(shù)字信號算法來消除干擾。

ST正在研究自己的方法。Duncan說：“如果你知道雷達的啁啾聲意味著什么，則可以輕松過濾/忽略虛假信號。也可以在啁啾之間引入特征。”

但是，Duncan補充說：“如果對傳輸?shù)膬?nèi)容進行更多的標(biāo)準化/共享，將有助于消除不必要的信號的對策。”

感受到雷達干擾了嗎？

NHTSA提出了幾種模擬雷達擁堵中可能出現(xiàn)的干擾。

•  對于在兩車道高速公路上行駛的交通情況，假設(shè)雷達使用隨機選擇的載波頻率，NHTSA預(yù)測：“汽車雷達會遇到來自其他雷達的功率，遠大于跟蹤其他車輛所需的自身發(fā)射的回波。干擾比系統(tǒng)指定的參考目標(biāo)的典型回波大四個數(shù)量級，或接近40dB。”

•  在面向后方的雷達中（例如在BSD系統(tǒng)中），“這些單元很容易受到使用更高功率和天線增益的前避撞雷達的直接影響。”這項研究說：“我們的分析表明，這些裝置可能會受到來自前避撞雷達的干擾功率，該干擾功率比來自其指定參考目標(biāo)的反射要大將近五個數(shù)量級（即50dB）。”

但是，到目前為止，還沒有在現(xiàn)實世界的道路上感受到雷達的影響。

VSI Labs的Magney說：“雷達到雷達的干擾仍然是個未知的問題，而且作為幾乎每天都在使用雷達的應(yīng)用研究人員，VSI不能說我們曾在公共道路上進行測試時遇到過另一輛車的雷達對雷達的干擾。”他補充說：“我們可以假設(shè)我們處于暴露狀態(tài)，因為當(dāng)今道路上有如此多的車輛混合使用了短距到長距離的雷達。”

在前不久特斯拉第一季度的財務(wù)電話會議上，Elon Musk重申了特斯拉要放棄使用雷達的計劃，從而解決雷達干擾的問題。

但其他OEM、Tier 1和汽車技術(shù)供應(yīng)商是不會放棄雷達的。

VSI的Magney強調(diào)，雷達尤其重要，因為它們適用于許多惡劣氣候條件。“雷達是最具成本效益的ADAS傳感器之一，在未來的幾年中，滲透率將急劇增長。”



[參考文章]
Radar Safety Warning: ‘Don’t Cross the Streams’ — Junko Yoshida