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車載毫米波雷達(dá)測試，你知多少？

2021-09-12 19:48:28·  來源：汽車與配件  
　
車載毫米波雷達(dá)是ADAS環(huán)境感知系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，在智能網(wǎng)聯(lián)汽車高速發(fā)展的背景下，車載毫米波雷達(dá)將為自動駕駛技術(shù)的實現(xiàn)發(fā)揮重要作用，應(yīng)用前景及市場空間都將非
車載毫米波雷達(dá)是ADAS環(huán)境感知系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，在智能網(wǎng)聯(lián)汽車高速發(fā)展的背景下，車載毫米波雷達(dá)將為自動駕駛技術(shù)的實現(xiàn)發(fā)揮重要作用，應(yīng)用前景及市場空間都將非常廣闊。但因毫米波雷達(dá)在之前很長一段時間內(nèi)都主要應(yīng)用于軍工方面，導(dǎo)致其測試認(rèn)證方法、標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、評價體系建設(shè)、測試設(shè)備研發(fā)等都還處于起步階段，國內(nèi)具備車載毫米波雷達(dá)測試能力的第三方機(jī)構(gòu)也非常少，車載毫米波雷達(dá)在測試認(rèn)證等方面還存在很多問題。
 
毫米波雷達(dá)市場需求分析
2018年，國內(nèi)汽車?yán)塾嫯a(chǎn)量為2780.92萬輛和銷量為2808.06萬輛；2019年，國內(nèi)汽車產(chǎn)銷量完成2572.1萬輛和2576.9萬輛；2020年因新冠病毒疫情因素的影響，私家車的購買需求將會有所上升，汽車銷量有望逆勢增長。根據(jù)國內(nèi)汽車市場相關(guān)數(shù)據(jù)分析，國內(nèi)新車產(chǎn)銷將保持小幅穩(wěn)定增長，最終汽車保有量將達(dá)到每千人300輛左右。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)預(yù)測，2020年汽車新車高級駕駛輔助系統(tǒng)（以下簡稱ADAS）裝配率將超過50%。根據(jù)ADAS市場相關(guān)預(yù)測數(shù)據(jù)，2020年ADAS的市場空間將達(dá)到1000億元左右，未來10年，將會是智能網(wǎng)聯(lián)汽車的黃金發(fā)展期，也是ADAS系統(tǒng)等相關(guān)產(chǎn)業(yè)的爆發(fā)期，ADAS的市場空間也將隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展保持持續(xù)性的增長。
車載毫米波雷達(dá)是ADAS環(huán)境感知系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，近年來，其憑借著低成本、高可靠性、受天氣影響小等優(yōu)點，已經(jīng)廣泛應(yīng)用于智能網(wǎng)聯(lián)汽車的自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)、前車防撞預(yù)警系統(tǒng)、自動剎車輔助系統(tǒng)、盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)、自動泊車輔助系統(tǒng)、變道輔助系統(tǒng)等ADAS系統(tǒng)中。
 
按目前常規(guī)的每套ADAS系統(tǒng)裝備4個短距+1個中長距車載毫米波雷達(dá)估算，預(yù)計2020年車載毫米波雷達(dá)的國內(nèi)市場規(guī)模將超200億元。在智能網(wǎng)聯(lián)汽車的高速發(fā)展的背景下，車載毫米波雷達(dá)將為自動駕駛的實現(xiàn)發(fā)揮重要作用，應(yīng)用前景及市場空間都將非常廣闊。
 
毫米波雷達(dá)相關(guān)技術(shù)
1.毫米波雷達(dá)定義及特點
 
毫米波雷達(dá)是指工作在30-300GHz頻段，波長為1-10mm的雷達(dá)，毫米波兼有微波與遠(yuǎn)紅外波兩種波譜的優(yōu)點。毫米波雷達(dá)具有探測距離遠(yuǎn)、響應(yīng)速度快、適應(yīng)能力強(qiáng)等特點，其探測距離可達(dá)250m以上，傳播速度與光速一樣，并且其調(diào)制簡單，配合高速信號處理系統(tǒng)，可以快速地測量出目標(biāo)的距離、速度、角度等信息。毫米波雷達(dá)與其他雷達(dá)相比，穿透能力比較強(qiáng)，在雨、雪、大霧等極端天氣下也能進(jìn)行工作，同時不會受顏色、溫度、光照度等因素的影響，具有全天候的特點。
2.毫米波雷達(dá)分類
 
毫米波雷達(dá)按采用的毫米波頻段不同，分為24GHz、60GHz、77GHz和79GHz等四個頻段，主流可用頻段為24GHz和77GHz，79GHz有可能是未來發(fā)展趨勢。按探測距離可分為近距離（SRR，小于60m）、中距離（MRR，100m左右）和遠(yuǎn)距離（LRR，大于200m）三種。按工作原理可以分為脈沖式和調(diào)頻式兩類，目前大多數(shù)車載毫米波雷達(dá)都為調(diào)頻式。
3.毫米波雷達(dá)工作過程
 
毫米波雷達(dá)的工作過程是通過天線向外發(fā)射毫米波，接收機(jī)接收目標(biāo)反射信號，經(jīng)信號處理器處理后快速準(zhǔn)確地獲取汽車周圍的環(huán)境信息，如汽車與其他物體之間的相對距離、相對速度、角度、行駛方向等，然后根據(jù)所探知的物體信息進(jìn)行目標(biāo)追蹤和識別，融合車身動態(tài)信息，通過中央處理單元進(jìn)行處理，經(jīng)合理決策后，通過報警裝置以聲、光及觸覺等多種方式告知或警告駕駛員，或通過控制執(zhí)行裝置及時對汽車做出主動干預(yù)，從而保證汽車行駛安全性和舒適性，減少事故發(fā)生率，其工作過程下圖。
 
毫米波雷達(dá)工作過程
4.毫米波雷達(dá)主要應(yīng)用
 
毫米波雷達(dá)廣泛應(yīng)用于智能網(wǎng)聯(lián)汽車的自適應(yīng)巡航控制系統(tǒng)、前車防撞預(yù)警系統(tǒng)、自動剎車輔助系統(tǒng)、盲區(qū)監(jiān)測系統(tǒng)、自動泊車輔助系統(tǒng)、變道輔助系統(tǒng)、后碰撞預(yù)警系統(tǒng)、行人監(jiān)測系統(tǒng)、駐車開門輔助系統(tǒng)等先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）中。毫米波雷達(dá)在智能汽車上的應(yīng)用及位置分布下表。
 
毫米波雷達(dá)在智能汽車上的應(yīng)用及位置分布
車載毫米波測試現(xiàn)狀分析
1.毫米波雷達(dá)的測試項目分析
 
目前針對毫米波雷達(dá)的測試項目及過程主要包含了早期的功能測試及關(guān)鍵性能測試，中期的硬件在環(huán)測試及后期的實際使用性測試。功能測試主要通過雷達(dá)障礙物模擬一個或多個距離、速度、角度的汽車、非機(jī)動車輛及行人等，然后對雷達(dá)距離范圍、距離精度、速度范圍、速度精度、角度范圍、角度精度、雷達(dá)散射截面、波達(dá)角等進(jìn)行測試，得到雷達(dá)的功能測試結(jié)果。性能測試則是通過對雷達(dá)發(fā)射機(jī)、接收機(jī)等部件本身性能的測試，包含發(fā)射信號頻率、信號功率、發(fā)射功率、相位噪聲、調(diào)頻線性度、帶外雜散、chirp等性能指標(biāo)測試。中期的硬件在環(huán)測試則是配合汽車動力學(xué)仿真軟件與其他設(shè)備進(jìn)行硬件在環(huán) (HITL)測試。使用性測試則是在實驗場通過實際ADAS場景搭建進(jìn)行最后的使用性確認(rèn)。
2.測試設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀
 
目前，毫米波雷達(dá)測試設(shè)備主要的國外供應(yīng)商有總部位于德國慕尼黑的羅德與施瓦茨（R&S）、美國dSPACE、日本東揚(yáng)精測系統(tǒng)等。國內(nèi)目前可查的只有蘇州凌創(chuàng)瑞地在做車載毫米波雷達(dá)相關(guān)設(shè)備及整體測試系統(tǒng)的研發(fā)工作。
羅德與施瓦茨公司R&S毫米波雷達(dá)測試系統(tǒng)可滿足24GHz，77GHz，79GHz雷達(dá)的測試要求，分析帶寬高達(dá)5GHz。該系統(tǒng)可以對毫米波雷達(dá)的發(fā)射機(jī)、接收機(jī)進(jìn)行全方面的性能評估，能夠?qū)Χ嗄繕?biāo)進(jìn)行距離、速度、角度等方面的測試。同時該測試系統(tǒng)支持與硬件在環(huán)系統(tǒng)相結(jié)合，實現(xiàn)從雷達(dá)環(huán)境感知、分析判斷到?jīng)Q策的全過程測試。
dSPACE該設(shè)備主要測試車載雷達(dá)對目標(biāo)的監(jiān)測能力。該設(shè)備的主體是一個圓桶狀的電磁屏蔽暗箱，暗箱的內(nèi)壁上有4個可沿內(nèi)壁移動的模擬雷達(dá)目標(biāo)物。該雷達(dá)目標(biāo)模擬器的模擬目標(biāo)是與視頻黑箱內(nèi)的場景障礙物同步聯(lián)動的，但對10m以內(nèi)的障礙物模擬精度較低。
日本東揚(yáng)精測系統(tǒng)公司的ASGARD型系統(tǒng)模擬了目標(biāo)車輛裝載雷達(dá)的交通狀況。雷達(dá)反射點的速度、距離被添加到光譜領(lǐng)域的信號中，使目標(biāo)車完全產(chǎn)生在實際交通狀況下的視覺，其主要用于汽車ADAS自動駕駛輔助系統(tǒng)功能是否滿足要求的評價。
蘇州凌創(chuàng)瑞地研發(fā)的雷達(dá)測試系統(tǒng)，兼容24GHz& 77GHz毫米波雷達(dá)，可實現(xiàn)雷達(dá)目標(biāo)模擬，雷達(dá)功能和性能測試，雷達(dá)樣品實景測試兼容多種第三方場景仿真軟件，如Carmaker，PreScan，VTD。
3.測試標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)現(xiàn)狀
 
國際上毫米波雷達(dá)測試標(biāo)準(zhǔn)是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會的《ETSI EN 303 396 V1.1.1（2016-12）短程設(shè)備；車載和監(jiān)控雷達(dá)測量技術(shù)》及其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，規(guī)定了車載毫米波雷達(dá)的一些性能指標(biāo)及測試方法，但是沒有針對雷達(dá)模組功能測試相關(guān)的方法。
國內(nèi)針對毫米波雷達(dá)的標(biāo)準(zhǔn)主要是國標(biāo)《GB∕T36654-2018 76GHz車輛無線電設(shè)備射頻指標(biāo)技術(shù)要求及測試方法》其也只規(guī)定了車載毫米波雷達(dá)的一些性能指標(biāo)及測試方法，但是沒有針對雷達(dá)模組功能測試相關(guān)的方法。2019年11月21中國汽車工業(yè)協(xié)會發(fā)布了《車載毫米波雷達(dá)模組檢測方法（征求意見稿）》，提出了對雷達(dá)性能及雷達(dá)模組測試方法的標(biāo)準(zhǔn)意見稿，該標(biāo)準(zhǔn)正在收集意見中。
4.測試實驗室建設(shè)現(xiàn)狀
 
目前國內(nèi)獲得車載毫米波雷達(dá)測試的第三方測試機(jī)構(gòu)目前具備資質(zhì)的非常少，而且不具備氣象環(huán)境下毫米波雷達(dá)功能及可靠性測試，參考標(biāo)準(zhǔn)也是參差不齊，既有歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會ETSI EN系列標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)，也包含了實驗室自己制定的內(nèi)部標(biāo)準(zhǔn)。國內(nèi)車載毫米波雷達(dá)的實驗室建設(shè)基本都處于初始階段，因相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)尚未出臺，一些實驗室處于市場調(diào)研、設(shè)備采購、實驗流程及規(guī)范梳理的階段，而大多數(shù)實驗室則將該部分能力建設(shè)計劃推后，待標(biāo)準(zhǔn)成熟以后再開始籌建對應(yīng)的試驗?zāi)芰?，避免前期投資產(chǎn)生的風(fēng)險。
5.車載毫米波雷達(dá)測試方面存在的問題
 
測試項目規(guī)范方面，目前國內(nèi)針對毫米波雷達(dá)應(yīng)測試的性能指標(biāo)、功能點沒有統(tǒng)一的要求和規(guī)范，導(dǎo)致市場上的毫米波雷達(dá)產(chǎn)品質(zhì)量良莠不齊，其對于整個車載毫米波雷達(dá)產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展是非常不利的。同時因為產(chǎn)品沒有統(tǒng)一的測試標(biāo)準(zhǔn)，導(dǎo)致產(chǎn)品能否滿足實際使用工況，面對復(fù)雜極端工況環(huán)境時可靠性是否達(dá)標(biāo)等都沒有明確的判斷依據(jù)，一旦問題商品應(yīng)用到汽車上很有可能給交通安全事故的發(fā)生埋下隱患。如果智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)生交通安全事故，在責(zé)任認(rèn)定方面也會存在互相推諉的情況，潛在風(fēng)險很多。
 
目前國內(nèi)毫米波雷達(dá)的測試方法及標(biāo)準(zhǔn)等都不是很完善，具備測試能力的第三方實驗室也很少。各生產(chǎn)廠家的毫米波雷達(dá)系統(tǒng)功能及性能指標(biāo)也不盡相同，在國際上也沒有統(tǒng)一的測試標(biāo)準(zhǔn)與方法，針對車載毫米波雷達(dá)的完善的測試方法及評價體系亟待建立，同時標(biāo)準(zhǔn)需要盡快制定，市場也需要盡快引導(dǎo)與規(guī)范。
 
未來發(fā)展趨勢及發(fā)展建議
車載毫米波雷達(dá)是ADAS系統(tǒng)環(huán)境感知模塊的核心部件，其性能、功能和可靠性是智能汽車穩(wěn)定工作的前提，因此需要建立對毫米波雷達(dá)性能、功能、抗干擾能力及可靠性等方面全方位的測試評價體系及標(biāo)準(zhǔn)，以確保其能滿足智能網(wǎng)聯(lián)汽車的使用要求。
根據(jù)國家發(fā)展改革委等十一部門2020年2月12日印發(fā)的《智能汽車創(chuàng)新發(fā)展戰(zhàn)略》，提出的“完善測試評價技術(shù)”和“構(gòu)建系統(tǒng)完善的智能汽車法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)體系”兩大任務(wù)框架，同時結(jié)合車載毫米波雷達(dá)測試行業(yè)及標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)現(xiàn)狀，從測試評價體系建設(shè)、測試設(shè)備工具及系統(tǒng)開發(fā)、企業(yè)及測試評價機(jī)構(gòu)測試能力建設(shè)、測試標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)、推動認(rèn)證認(rèn)可等幾個方面提出發(fā)展建議：
測試評價體系建設(shè)方面，建立健全車載毫米波雷達(dá)測試評價體系及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫。通過對雷達(dá)工作原理、關(guān)鍵部件、關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、應(yīng)用場景等方面的研究，建立包含測試對象、測試項目（指標(biāo)）、測試環(huán)境條件、測試流程及判定依據(jù)等內(nèi)容的測評體系，從雷達(dá)的性能、功能、安全性、可靠性等幾個方面建立雷達(dá)的綜合測評體系，為下游產(chǎn)業(yè)提供選型依據(jù)，引導(dǎo)行業(yè)健康發(fā)展。測試評價體系建立之后，需配套建立測試基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫，保留測評體系執(zhí)行過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)，為企業(yè)研發(fā)及技術(shù)改進(jìn)提供依據(jù)。
測試設(shè)備工具及系統(tǒng)開發(fā)方面，針對目前測試設(shè)備工具等無法滿足測試需求的問題，需加強(qiáng)毫米波雷達(dá)測試工具、設(shè)備及系統(tǒng)的研發(fā)工作，通過建立虛擬仿真、軟硬件結(jié)合仿真、實驗室測試、實際應(yīng)用場景測試技術(shù)和驗證工具，以及綜合性多層級測試評價系統(tǒng)，提升毫米波雷達(dá)的測試效率、精度及能力，為毫米波雷達(dá)的研發(fā)、驗證提供測試工具，促進(jìn)車載毫米波雷達(dá)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
企業(yè)及測試評價機(jī)構(gòu)測試能力建設(shè)方面，通過政策引導(dǎo)，市場規(guī)范及相關(guān)測試標(biāo)準(zhǔn)的推行，推動企業(yè)、第三方技術(shù)試驗及安全運(yùn)行測試評價機(jī)構(gòu)能力建設(shè)，為車載毫米波雷達(dá)建立從研發(fā)、上市、監(jiān)管方面的全流程測試方案。
測試標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)方面，政府相關(guān)部門應(yīng)加快車載毫米波雷達(dá)測試標(biāo)準(zhǔn)的制定及實施工作，應(yīng)建立包含車載毫米波雷達(dá)性能測試、功能測試、抗干擾性、可靠性、安全性等在內(nèi)的全項測試標(biāo)準(zhǔn)。通過制定標(biāo)準(zhǔn)更好地規(guī)范車載毫米波雷達(dá)實誠，促進(jìn)毫米波雷達(dá)行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步從而推動智能網(wǎng)聯(lián)汽車自動化、智能化技術(shù)的發(fā)展。
推動認(rèn)證認(rèn)可方面，認(rèn)證認(rèn)可機(jī)構(gòu)應(yīng)盡快推進(jìn)車載毫米波雷達(dá)及智能網(wǎng)聯(lián)汽車其他關(guān)鍵零部件的認(rèn)證認(rèn)可體系建設(shè)工作，建立健全企業(yè)報備和第三方技術(shù)檢驗相結(jié)合的認(rèn)證認(rèn)可機(jī)制，構(gòu)建覆蓋車載毫米波雷達(dá)功能性、可靠性、安全性的綜合認(rèn)證體系，通過認(rèn)證認(rèn)可促進(jìn)毫米波雷達(dá)行業(yè)規(guī)范的建立。
結(jié)論
整體來看，目前針對毫米波雷達(dá)的測試，國際上尚無統(tǒng)一的測試方法及標(biāo)準(zhǔn)，國內(nèi)針對車載毫米波雷達(dá)的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也都不成熟，標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)工作基本處于啟動階段。測試設(shè)備、工具及系統(tǒng)的研發(fā)目前已經(jīng)取得一些進(jìn)展，但要滿足不斷發(fā)展的雷達(dá)行業(yè)，還需要進(jìn)一步提升。國內(nèi)具備車載毫米波雷達(dá)測試能力的實驗室目前也非常少，還需要加強(qiáng)建設(shè)，以滿足毫米波雷達(dá)行業(yè)的發(fā)展需要。針對毫米波雷達(dá)的認(rèn)證認(rèn)可方面的建設(shè)目前還處于空白，需盡快推進(jìn)其認(rèn)證認(rèn)可制度及體系的建立。同時針對車載毫米波雷達(dá)的測試評價體系建設(shè)工作還未開始，測評體系的建立工作也迫在眉睫。
本文作者：宋瑞 陳艷梅 張志國（中汽研汽車檢驗中心（廣州）有限公司、東南大學(xué)）
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