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一種基于毫米波雷達的汽車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)及測試應用

2020-10-16 09:42:43·  來源：每日自動駕駛  
　
選自：《電子技術(shù)》作者：中國電子科技集團公司第三十八研究所文/孫元峰毫米波雷達感知是一種比較重要的環(huán)境感知手段，通過分析雷達接收到的目標回波特性，提取
選自：《電子技術(shù) 》  
作者： 中國電子科技集團公司第三十八研究所
文/孫元峰
 
毫米波雷達感知是一種比較重要的環(huán)境感知手段，通過分析雷達接收到的目標回波特性，提取目標的位置、運動特性和運動軌跡。汽車碰撞預警雷達主要工作于 24GHz、77GHz頻段，24GHz 雷達因其頻段相近和廣泛應用，也被業(yè)內(nèi)統(tǒng)稱為毫米波雷達。
 
本文設計了一種基于 24GHz 雷達的汽車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)，通過雷達高頻電路收發(fā)回波處理和信號檢測，完成目標的探測和跟蹤，最后結(jié)合各種預警功能算法，輸出相應警示信號。
毫米波雷達感知是一種無線感知技術(shù)，其它傳感器相比，雷達感知具有許多獨特的優(yōu)勢。受霧雨雪等惡劣氣候條件影響小、不受光線明暗的影響，具有穿透遮擋物的能力；與超聲技術(shù)相比，雷達感知的距離更遠。
其具備盲點監(jiān)測功能 (BSD)、換道輔助功能（LCA）、倒車輔助告警功能（RCTA）和開門告警(DOW)等多項駕駛輔助功能。毫米波雷達由于在尺寸小、探測性能優(yōu)、環(huán)境適應能力強、成本低廉等方面的優(yōu)勢，已成為汽車輔助駕駛系統(tǒng)必不可少的選擇。
 
ー 1 ー
監(jiān)測系統(tǒng)工作原理
 
毫米波雷達感知是一種比較重要的環(huán)境感知手段，通過分析雷達接收到的目標回波特性，提取目標的位置、運動特性和運動軌跡。汽車碰撞預警雷達主要工作于 24GHz、77GHz頻段，24GHz 雷達因其頻段相近和廣泛應用，也被業(yè)內(nèi)統(tǒng)稱為毫米波雷達。
 
本文設計了一種基于 24GHz 雷達的汽車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)，通過雷達高頻電路收發(fā)回波處理和信號檢測，完成目標的探測和跟蹤，最后結(jié)合各種預警功能算法，輸出相應警示信號。該系統(tǒng)雷達測距、測速和方位處理基本工作原理如圖 1 所示。
 
雷達采用線性調(diào)頻連續(xù)波模式，通過上下掃頻聯(lián)合處理，可同時解出目標的速度和距離信息。調(diào)頻帶寬 B 決定距離分辨率，調(diào)頻周期T 影響系統(tǒng)的頻率分辨率；各參數(shù)需綜合折衷考慮，以滿足整機系統(tǒng)指標要求。
△fL 為距離差頻，△ fd 為相對速度造成的多普勒頻偏，那么有如下公式：
 
通過聯(lián)立解方程組，分別會得到距離差頻△ fL 和多普勒頻偏△ fd，從而得到目標的距離和速度信息，△ fd 的正負表示目標相對速度的方向。
相位測角法是利用不同接收通道同一時刻的相位差計算出目標角度，相位測角法的原理框圖如圖2 所示。
圖2 中，θ 為目標徑向方向與天線法線方向的夾角，d 為天線間距，λ 為回波信號的波長。
目標方向角θ 的計算公式：
 
 
ー 2 ー
系統(tǒng)功能及架構(gòu)設計
盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)通過毫米波雷達傳感器來監(jiān)測本車側(cè)后方盲區(qū)區(qū)域，并獲取目標位置、相對速度、行駛方向等信息。一旦監(jiān)測到有車輛處于視角盲區(qū)位置或以很快的速度從后面接近本車，通過車輛外后視鏡上的警告信號、聲音等聲光等形式來提醒司機注意。
結(jié)合是否操縱了轉(zhuǎn)向燈準備轉(zhuǎn)向，后視鏡上的警告信號就會閃爍等形式，提醒司機車身附近有車倆存在碰撞風險，不要換道。該盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)主要具有盲點監(jiān)測功能 (BSD)、換道輔助功能（LCA）、倒車輔助告警等功能（CTA）和開門告警（DOW）等多項駕駛輔助功能。系統(tǒng)主要構(gòu)架如圖 3 所示：
 
（1）FMCW 調(diào)頻連續(xù)波體制雷達，車輛左右側(cè)各裝一臺；
（2）雷達單發(fā)多收進行目標位置（距離、角度）、速度等信息測量； 
（3）根據(jù)車輛及目標位置、運動參數(shù)，進行目標數(shù)據(jù)報警算法處理；
（4）盲區(qū)監(jiān)測、變道輔助、橫向倒車告警、開門告警等多功能綜合應用。
毫米波雷達安裝在車輛后保杠的兩側(cè)，當有車輛出現(xiàn)在雷達覆蓋區(qū)并滿足報警條件時，驅(qū)動指示燈和蜂鳴器進行報警。
雷達模塊通過CAN 與車身網(wǎng)關相連，通過網(wǎng)關獲取車輛的速度信息、檔位信號、轉(zhuǎn)向燈信號、方向盤轉(zhuǎn)角信號、橫擺角信號等信號，同時也可將雷達報警信息和故障信息等上傳至車輛處理。
ー 3 ー
系統(tǒng)測試及功能應用驗證
盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)性能優(yōu)劣不僅受毫米波雷達傳感器自身的性能影響，還需要解決雷達與環(huán)境適配、車輛安裝、保險杠匹配、誤差校準以及實際道路綜合功能測試等功能應用技術(shù)難題，確保批量產(chǎn)品工作狀態(tài)穩(wěn)定和一致性。
3.1 雷達性能綜合測試驗證
雷達主要功能性能測試包括電氣性能、電磁兼容、氣候環(huán)境和機械環(huán)境適應能力等數(shù)十項性能指標測試；其中該系統(tǒng)雷達探測范圍、精度、分辨率等主要性能測試采用雷達目標模擬測試系統(tǒng)進行全面測試，確保各性能滿足設計要求。如圖 4 所示。
 
3.2 車輛安裝位置匹配
雷達模塊安裝在車身保險杠內(nèi)工作，其安裝位置、角度及周圍探測區(qū)域遮蔽等因素均對雷達性能的正常發(fā)揮有一定影響。在測試過程中需要結(jié)合車身及雷達探測任務、保杠形狀等進行性能評估和匹配優(yōu)化，以保障雷達發(fā)揮最大探測效性能。如圖 5 所示。
 
3.3 車輛保險杠匹配
在雷達安裝使用過程中，考慮到保險杠形狀、材質(zhì)及周圍物品影響所帶來的測角誤差，采用單獨匹配校準方式，確保了目標定位的準確性。標校情況如圖 6 所示。
 
3.4 下線標定
在整車廠完成雷達車輛裝配后，對雷達的實際安裝角度誤差進行系統(tǒng)修正。綜合考慮標定工位大小、標定環(huán)境等因素，采用固定點目標的方法實現(xiàn)了雷達安裝角度的快速標定。
3.5 道路功能應用測試
如圖 7 所示，系統(tǒng)各項功能主要依據(jù)行業(yè)法規(guī)要求進行場地和道路性能驗證測試，其中道路測試涵蓋全國各地典型道路場景。
系統(tǒng)功能應用測試里程數(shù)萬公里，測試用例數(shù)百項；測試場景覆蓋城市道路、鄉(xiāng)村道路、高速公路、山路、隧道等各種路面，氣候包括陰雨天、霧天、晴天，白天 / 夜晚等場景。主要功能應用測試情況如下：
 
（1）運動場景：同道跟隨、旁道超車、
變道超車、隔道超車、倒車、停車開門等；
（2）車輛速度：30、40、50、60、70、 80、90、120km/h 等；
（3）目標類型：小轎車、卡車、面包車、貨車、三輪車等；
（4）目標數(shù)量：單輛、多輛等；
（5）道路場景：水泥路、柏油路、干/濕路、施工路、高架橋、高速、下穿橋、隧道、柵欄路、綠化帶路、鐵板路、轉(zhuǎn)彎、上/ 下坡路等；
（6）特殊場景，軟件仿真測試。
 
ー 4 ー
 
結(jié)束語
通過持續(xù)的技術(shù)攻關和全面測試驗證，基于毫米波雷達的汽車盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)完成了產(chǎn)品開發(fā)和功能應用，并委托第三方專業(yè)機構(gòu)進行場地測試和數(shù)萬公里的道路測試。
經(jīng)過多輪測試與優(yōu)化，該系統(tǒng)性能穩(wěn)定可靠，性能優(yōu)良，報警準確、及時，系統(tǒng)準確率達到了99%，誤漏報率低于 1%，滿足車廠批量應用需求。后續(xù)將在產(chǎn)業(yè)化規(guī)模和不同車型快速適配等方面進一步優(yōu)化提升。
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