與其他傳感技術相比，雷達具有多種優(yōu)勢，這些優(yōu)勢確保其在汽車主動安全和自動駕駛中的作用將在未來得到充分發(fā)揮。雷達可以通過被探測物體的雷達多普勒頻移特征來實時探測被探測物體的速度，而且適用于雨、霧、雪等惡劣天氣條件。這些優(yōu)勢促使汽車制造商越來越多地采用雷達。在美國，美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）與20家汽車制造商達成協(xié)議（這些汽車制造商占了99%以上的美國市場），自愿為2022年之前的所有量產(chǎn)汽車配備自動緊急制動（AEB）系統(tǒng)，AEB是一項基于雷達的安全功能。

隨著汽車從高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）演變?yōu)橥耆詣玉{駛，雷達、激光雷達和攝像頭等傳感器成為確保車輛能夠準確感知周圍環(huán)境的關鍵輸入設備，為車輛提供了所需的信息來做出決定。未來的車輛可能使用多達八個雷達傳感器，以便為汽車提供360度全景視圖。
汽車雷達測試的演變

汽車雷達的發(fā)展和進步給雷達傳感器的測試和驗證帶來了諸多挑戰(zhàn)。第一個挑戰(zhàn)的核心是滿足測試現(xiàn)代汽車雷達日益增長的技術要求，同時保持或降低生產(chǎn)測試成本?，F(xiàn)代雷達傳感器通常需要76GHz至77GHz的1GHz帶寬，而且很少有公司具備在此頻率范圍內(nèi)構建測試系統(tǒng)的專業(yè)知識。更高帶寬的傳感器提供更高的分辨率，而雷達制造商已經(jīng)開發(fā)了帶寬接近4GHz，中心頻率為79GHz的傳感器，這使得測試更具挑戰(zhàn)性。

雖然未來雷達傳感器的技術不斷提高，但測試這些傳感器的時間和成本必須進行優(yōu)化，以滿足價格和數(shù)量要求，進而實現(xiàn)雷達的廣泛應用。早期的雷達傳感器制造商使用大型射頻暗室和角反射器來測試和校準模塊的功能。這些暗室通常3或5米長，占用大面積的制造空間。為了減少占地面積，雷達功能測試演變?yōu)槭褂媚M延遲線來模擬遠距離雷達障礙物，然后由第二個測試站進行雷達參數(shù)測量。

NI車載雷達測試系統(tǒng)（VRTS）等專用系統(tǒng)進一步發(fā)展了雷達功能測試。VRTS是一款混合模擬器，內(nèi)置有矢量信號收發(fā)儀（VST），通過高性能低延遲的FPGA將儀器級矢量信號分析儀與矢量信號發(fā)生器集成在一起（圖1）。該方法通過將功能測試（對象模擬）和參數(shù)測試組合到單個測試裝置中來集成雷達模塊生產(chǎn)測試單元。這一組合減少了制造車間的占地面積，并消除了在測試站之間轉換雷達模塊的開銷，不僅提高了吞吐量，也為其他測試裝置騰出了空間。

圖1：NI車載雷達測試系統(tǒng)框圖。

除了汽車雷達測試的更高頻率和帶寬要求之外，測試未來雷達傳感器的下一個挑戰(zhàn)是對傳感器內(nèi)日益復雜的軟件進行驗證。具有1GHz或更高帶寬的雷達傳感器會產(chǎn)生大量的原始數(shù)據(jù)。為了避免車輛的通信總線和ECU超負荷，雷達傳感器也配備了一個處理器，可以將數(shù)據(jù)縮減為概要快照。雷達通過傳感器當前跟蹤的所有對象的摘要定期發(fā)送參數(shù)化對象表。每個物體都包含距離、速度、雷達截面（RCS）、物體ID和置信度（衡量雷達物體存在的可信度）信息。雷達的軟件會檢測這些物體并跟蹤它們的實時動作。軟件算法會尋找不一致性，例如障礙物正在遠離傳感器，但其多普勒特征卻指示其正在接近。

在實驗室中，工程師必須驗證這些算法和實現(xiàn)這些算法的軟件。這些算法的車內(nèi)現(xiàn)場測試非常重要，但使用緊湊型雷達測試系統(tǒng)進行的實驗室測試可以讓軟件開發(fā)人員立即快速驗證軟件更改。結合用于移動雷達模擬天線的機電一體化組件，VRTS等系統(tǒng)可以生成標準化的雷達環(huán)境來描述和驗證雷達傳感器軟件，包括模擬在駕駛測試中很難模擬或者很危險的極端場景?；谀M器的實驗室測試對于保證汽車雷達傳感器設計的創(chuàng)新步伐至關重要。

在整個ADAS或自動駕駛系統(tǒng)中，工程師還必須考慮通過雷達仿真來進行系統(tǒng)驗證測試。這些系統(tǒng)越來越依賴于傳感器的組合，包括相機、激光雷達和雷達。驗證自動緊急制動等ADAS功能的整體性能越來越多地利用傳感器融合技術，通過兩個或更多傳感器的組合來提高障礙物檢測的質(zhì)量或置信度。例如，如果ADAS雷達傳感器“看到”障礙物，但攝像機卻指示路上空無一物，則ECU可以將雷達檢測到的障礙物視為幻影或干擾。

圖2：驗證用于ADAS和自動駕駛的軟件需要同步仿真多個汽車傳感器，以便汽車“認為”它在真實環(huán)境中駕駛。

當這些功能的測試上升到系統(tǒng)級時，工程師需要一個測試平臺來支持大量同步傳感器仿真，以模擬車輛感測到的整個周邊環(huán)境。由于VRTS等系統(tǒng)是基于模塊化自動化測試設備標準PXI-Express的，工程師可以通過添加額外的PXI模塊（如NIFlexRIO）來支持額外的傳感器，以模擬與雷達仿真同步的數(shù)字相機輸入。

最后，先進的雷達調(diào)制技術將對汽車雷達測試的未來產(chǎn)生影響。調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達一直是汽車雷達的典型代表。雷達設計人員現(xiàn)在正在尋找使用MIMO天線來增強汽車雷達功能，以精確檢測障礙物高度，甚至提供類似于攝像頭的光柵圖像。雷達傳感器研究人員發(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雷達的頻譜信道化，使MIMO雷達能夠?qū)Σ⑿邪l(fā)射和接收路徑之間的單個雷達反射進行表征。

這種方法有望改善雷達分辨率和視場，同時增強雷達對其他車輛干擾的抵抗力。相應地，雷達測試系統(tǒng)也必須越來越復雜。在這些成像雷達的分辨率下準確模擬障礙物可能需要解調(diào)單個雷達信道，對每個發(fā)射信道應用距離、多普勒和RCS障礙效應，并按照原始方案調(diào)制每個信道，然后將該障礙物信號反射回傳感器——全部以光速往返。這些要求給雷達測試廠商和供應商帶來嚴峻挑戰(zhàn)，亟需具有極高信號處理能力的高帶寬低延遲系統(tǒng)架構。