汽車雷達傳感器直接關(guān)系到行駛安全，必須全面測試以確保功能可靠。隨著雷達性能不斷提高，功能和用途日益增加，測試流程必須更加智能化，不能再遠行數(shù)百萬公里進行路測。本文介紹目前雷達功能測試的測量流程，并概述將來的測試方法理念和基本要求。

隨著駕駛自動化邁向4級和5級自主水平，雷達在補充其他傳感器平臺、確保真正全天候360°視覺能力上起著非常關(guān)鍵的作用。在許多高級轎車的設(shè)計中，車輛四周安裝有多部雷達，完成視野全覆蓋，并能夠從近距離到遠距離覆蓋遠達幾百米的范圍。與此同時，半導(dǎo)體行業(yè)正朝著采用由幾十個發(fā)射天線和接收天線組成的天線陣列的多靜態(tài)雷達工作模式快速發(fā)展。某些制造商正在向全CMOS設(shè)計或混合信號SiGe架構(gòu)遷移，以便將數(shù)字鏈路整合進雷達芯片中。因此，用于高級駕駛輔助系統(tǒng)（Advanced Driving Assistance Systems, ADAS）以及稍后用于自主駕駛系統(tǒng)的雷達解決方案已經(jīng)是性價比較高且不可替代的解決方案。此外，通常使用機器學(xué)習(xí)技術(shù)來簡化在道路上實時測量車輛的傳感器融合決策過程。多家數(shù)字處理領(lǐng)域的全球領(lǐng)先公司正在努力實現(xiàn)高效處理器，以適應(yīng)機器學(xué)習(xí)的要求，例如用于深度學(xué)習(xí)算法。某些處理器基于GPU架構(gòu)，基于平行的多個CPU，甚至是基于采用直接傳感器接口的多個專用控制器單元。

汽車雷達測試面臨的挑戰(zhàn)

通過分別在時間延遲、多普勒頻移、到達角度和幅度方面評估觀測區(qū)域中的回波信號，性能獨特的雷達傳感器能夠測量物體的距離、徑向速度、方位角和大小。一些現(xiàn)代雷達傳感器也能估算仰角，下一代雷達傳感器應(yīng)能實現(xiàn)真正的仰角測量。同時且在復(fù)雜多目標(biāo)環(huán)境（例如交叉路口）下確定這些參數(shù)是雷達設(shè)計者必須解決的技術(shù)難題。要解決此難題，雷達必須提供高分辨率數(shù)據(jù)，這一需求激勵許多研究者提出成像雷達或?qū)で蠛铣煽讖椒椒ㄔ鰪娎走_數(shù)據(jù)。所有這些需求對每個雷達或傳感器系統(tǒng)的可靠性檢測和驗證提出了嚴格的要求，以確保預(yù)期的性能。

由于雷達的復(fù)雜性和智能化越來越高，僅僅使用雷達信號質(zhì)量的直接評估來判斷其在街道上的性能是不夠的。除了傳統(tǒng)上測試雷達的信號相位噪聲、多普勒分辨率、相位重復(fù)性、溫度穩(wěn)定性、輸出功率、接收機噪聲系數(shù)、線性調(diào)頻斜率和線性度以外，測試整個雷達的功能日益成為必須。把雷達集成進車輛內(nèi)部會對雷達性能造成一些不利影響，例如保險杠和雷達天線罩內(nèi)部反射（車標(biāo)或保險杠）增加了這種復(fù)雜性、降低了雷達性能。因此，功能測試正在成為許多高檔汽車制造商認可的強制性步驟。

汽車雷達測試解決方案

今天，最簡單的功能測試依賴安裝在雷達前方特定參考距離上的角反射器。對于穩(wěn)定和可重復(fù)的測試環(huán)境，通常需要大型微波暗室（如R&S ATS1000）來抑制任何未知的環(huán)境干擾。雖然這聽上去挺簡單，但這個裝置實際上僅能測試固定理想目標(biāo)在給定信噪比電平下的檢測閾值。不可能測試多普勒分辨率和目標(biāo)的動態(tài)行為，例如檢驗?zāi)繕?biāo)跟蹤過程和分類過程。因此，用更現(xiàn)實的裝置模擬真實情況至關(guān)重要。還需要模擬包括來自其他移動車輛雷達的外部信號，以確保干擾可調(diào)節(jié)。

市場上較新的方式是采用專用雷達回波發(fā)生器，如羅德與施瓦茨公司的AREG100A，它能夠?qū)崟r處理雷達發(fā)射的信號，以便在把捕獲的信號轉(zhuǎn)發(fā)回被測雷達前施加時間延遲、多普勒頻移和衰減。一種典型實現(xiàn)方式是接收雷達射頻信號并將其下變頻到中頻，在中頻段引入時間延遲（距離）、徑向速度（多普勒頻移）和衰減（RCS）。然后將此經(jīng)過處理的信號，通過相位相干上變頻到射頻，并重新發(fā)射給被測雷達。被測雷達接收并處理基于最初發(fā)射信號的仿真回波，并報告檢測到的距離、多普勒頻移和雷達截面積（Radar Cross Section, RCS）。

模擬和數(shù)字雷達回波發(fā)生器都遵循相同的理念，但它們會以不同的方式處理雷達回波信號。雖然模擬回波發(fā)生器使用延遲線（例如波導(dǎo)、同軸電纜和通過光纖）可將信號延遲到固定距離，數(shù)字解決方案通過可編程時間延遲也可動態(tài)改變距離，且靈活性更強。然而，數(shù)字解決方案的關(guān)鍵參數(shù)是由相關(guān)信號處理引起的延遲。將雷達波形從模擬域轉(zhuǎn)換到數(shù)字域需要至少幾個數(shù)字時鐘周期。由于雷達信號以光速傳播，每納秒的延遲對應(yīng)大約15厘米距離，無法被補償。模擬雷達回波發(fā)生器用于驗證測試和生產(chǎn)線，數(shù)字回波發(fā)生器更多用于研發(fā)，并能用于測試更復(fù)雜的雷達工作場景。單雷達回波發(fā)生器可用于檢驗簡單的目標(biāo)徑向移動跟蹤算法。例如，許多自動巡航控制（Automatic Cruise Control, ACC）場景就是這種情況。為了測試如車道變換輔助等功能，必須改變目標(biāo)方位角，因此需要通過模擬器前端來模擬到達角。

未來的測試方法

由于高度自動駕駛導(dǎo)致的巨大需求，汽車雷達開發(fā)周期正在縮短。雷達性能、功能和應(yīng)用都在不斷增加。隨著應(yīng)用數(shù)量增長，雷達傳感器最終必須進行測試的場景和應(yīng)用也相應(yīng)增加。

今天，一項功能在聲稱得到驗證之前，必須跑滿一百萬測試公里?？紤]到每年大量涌現(xiàn)的新傳感器和新車，跟上路測要求是不可能的。此外，因為訓(xùn)練數(shù)據(jù)和分類算法依賴于傳感器本身，用來自較舊傳感器數(shù)據(jù)訓(xùn)練的決策網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)在可能不再有效。這意味著，新的傳感器需要新的訓(xùn)練和測試數(shù)據(jù)集，亦即又一個百萬測試公里。由于未來生產(chǎn)的車輛將實現(xiàn)高度自動化和完全自主性，我們需要找到減少所需道路測試公里數(shù)的方法。對于傳統(tǒng)汽車，可以使用車輛硬件在環(huán)（Vehicle Hardware In Loop, VeHIL）試驗臺。但對于依賴雷達傳感器信息的新型汽車，這些試驗臺必須用另外的測試設(shè)備來實現(xiàn)。
許多情況下，在雷達正確工作前，試驗臺上的汽車甚至不能加速。使用雷達回波發(fā)生器，或采用模擬雷達的返回數(shù)據(jù)到電子控制單元（Electronic Control Unit, ECU）接口的方式是比較合適的切入點。雖然軟件模擬雷達傳感器可以是全方位的，并且可以滿足許多要求，但它并不真正復(fù)制雷達的真實行為。另一方面，雷達回波發(fā)生器測試雷達并模擬距離、多普勒和方位角。然而，目前的雷達回波發(fā)生器不能仿真出傳感器在正常環(huán)境下檢測到的許多方位角和仰角來生成逼真的場景。這是因為雷達回波發(fā)生器的發(fā)射和接收天線數(shù)量有限，無法模擬被測雷達傳感器變化的角度方向（圖3）。正如前面指出的，這對于簡單的功能測試或性能測試（如精度、檢測閾值或分辨率）來說已經(jīng)足矣，但對于高級駕駛輔助系統(tǒng)和自動駕駛車輛的功能測試來說遠遠不夠。

圖3：最先進的雷達回波發(fā)生器原理。

雷達回波發(fā)生器可能需要數(shù)百個接收器和發(fā)射器才能捕獲、處理和發(fā)射與典型雷達回波特征波形一樣的回波信號。除了角度限制之外，當(dāng)前的雷達回波發(fā)生器也不能模擬分布式目標(biāo)（稱作云目標(biāo)）。行人不是以單一反射波出現(xiàn)。他們有多個反射點，并且軀干、腿和手臂的速度各不相同。車輛并不是作為單個散射點出現(xiàn)，它在距離和方位角方面有主要是單多普勒分量形式的分布式多個散射點。當(dāng)需要從場景和功能角度來生成測試跟蹤過程、分類過程和決策過程需要的真實雷達回波信號時，必須考慮所有這些要求。

圖4給出了安裝在屏幕后面，由天線陣列組成的雷達回波發(fā)生器的概念。該屏幕上顯示的是，用于對支持駕駛輔助系統(tǒng)的圖像傳感器仿真的駕駛場景（例如高速公路場景）。

圖4：未來的雷達回波發(fā)生器原理。

具有數(shù)字處理后端、含數(shù)千個發(fā)射器的完整電子可控天線陣列可以用于仿真復(fù)雜目標(biāo)識別傳感器及其分析策略。陣列傳感器位于測量系統(tǒng)前方，它接收雷達發(fā)射的信號，實時操控距離、多普勒、雷達截面積（RCS），并將回波信號路由到天線陣列內(nèi)的特定天線，產(chǎn)生被測雷達的方位角和仰角。這種模塊化方法的優(yōu)點是回波信號的反射就像在真實場景中一樣。已經(jīng)有工作在此頻率范圍的大型天線陣列，并且可用于雷達測試，但是目前沒有商業(yè)雷達回波生成解決方案（該方案能夠根據(jù)這種天線陣列生成復(fù)雜的點云目標(biāo)）可提供。

隨著智能駕駛汽車上雷達傳感器數(shù)量、不同工作模式和傳感器功能的不斷增加，智能駕駛汽車的測試將來會變得越來越復(fù)雜。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，采用單發(fā)射天線和接收天線的雷達回波發(fā)生器不失為一種好方法，但它不能完全滿足未來雷達傳感器和場景測試的要求。與數(shù)字雷達回波發(fā)生器相結(jié)合的天線陣列或許能夠解決更真實地測試雷達傳感器的要求。自從研發(fā)智能駕駛汽車以來，需測試的場景、雷達傳感器以及雷達傳感器與其他傳感器（如激光掃描儀和攝像機）的融合一直在發(fā)展演進，OEM、一線供應(yīng)商和測試/測量設(shè)備制造商必須攜手合作，才能為不斷增長的需求提供完美解決方案。