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一种基于毫米波雷达的汽车盲区监测系统开发及测试应用
2020-10-16 09:42:43· 来源：每日自动驾驶
选自：《电子技术》作者：中国电子科技集团公司第三十八研究所文/孙元峰毫米波雷达感知是一种比较重要的环境感知手段，通过分析雷达接收到的目标回波特性，提取
选自：《电子技术 》
作者： 中国电子科技集团公司第三十八研究所
文/孙元峰
毫米波雷达感知是一种比较重要的环境感知手段，通过分析雷达接收到的目标回波特性，提取目标的位置、运动特性和运动轨迹。汽车碰撞预警雷达主要工作于 24GHz、77GHz频段，24GHz 雷达因其频段相近和广泛应用，也被业内统称为毫米波雷达。
本文设计了一种基于 24GHz 雷达的汽车盲区监测系统，通过雷达高频电路收发回波处理和信号检测，完成目标的探测和跟踪，最后结合各种预警功能算法，输出相应警示信号。
毫米波雷达感知是一种无线感知技术，其它传感器相比，雷达感知具有许多独特的优势。受雾雨雪等恶劣气候条件影响小、不受光线明暗的影响，具有穿透遮挡物的能力；与超声技术相比，雷达感知的距离更远。
其具备盲点监测功能 (BSD)、换道辅助功能（LCA）、倒车辅助告警功能（RCTA）和开门告警(DOW)等多项驾驶辅助功能。毫米波雷达由于在尺寸小、探测性能优、环境适应能力强、成本低廉等方面的优势，已成为汽车辅助驾驶系统必不可少的选择。
ー 1 ー
监测系统工作原理
毫米波雷达感知是一种比较重要的环境感知手段，通过分析雷达接收到的目标回波特性，提取目标的位置、运动特性和运动轨迹。汽车碰撞预警雷达主要工作于 24GHz、77GHz频段，24GHz 雷达因其频段相近和广泛应用，也被业内统称为毫米波雷达。
本文设计了一种基于 24GHz 雷达的汽车盲区监测系统，通过雷达高频电路收发回波处理和信号检测，完成目标的探测和跟踪，最后结合各种预警功能算法，输出相应警示信号。该系统雷达测距、测速和方位处理基本工作原理如图 1 所示。
雷达采用线性调频连续波模式，通过上下扫频联合处理，可同时解出目标的速度和距离信息。调频带宽 B 决定距离分辨率，调频周期T 影响系统的频率分辨率；各参数需综合折衷考虑，以满足整机系统指标要求。
△fL 为距离差频，△ fd 为相对速度造成的多普勒频偏，那么有如下公式：
通过联立解方程组，分别会得到距离差频△ fL 和多普勒频偏△ fd，从而得到目标的距离和速度信息，△ fd 的正负表示目标相对速度的方向。
相位测角法是利用不同接收通道同一时刻的相位差计算出目标角度，相位测角法的原理框图如图2 所示。
图2 中，θ 为目标径向方向与天线法线方向的夹角，d 为天线间距，λ 为回波信号的波长。
目标方向角θ 的计算公式：
ー 2 ー
系统功能及架构设计
盲区监测系统通过毫米波雷达传感器来监测本车侧后方盲区区域，并获取目标位置、相对速度、行驶方向等信息。一旦监测到有车辆处于视角盲区位置或以很快的速度从后面接近本车，通过车辆外后视镜上的警告信号、声音等声光等形式来提醒司机注意。
结合是否操纵了转向灯准备转向，后视镜上的警告信号就会闪烁等形式，提醒司机车身附近有车俩存在碰撞风险，不要换道。该盲区监测系统主要具有盲点监测功能 (BSD)、换道辅助功能（LCA）、倒车辅助告警等功能（CTA）和开门告警（DOW）等多项驾驶辅助功能。系统主要构架如图 3 所示：
（1）FMCW 调频连续波体制雷达，车辆左右侧各装一台；
（2）雷达单发多收进行目标位置（距离、角度）、速度等信息测量；
（3）根据车辆及目标位置、运动参数，进行目标数据报警算法处理；
（4）盲区监测、变道辅助、横向倒车告警、开门告警等多功能综合应用。
毫米波雷达安装在车辆后保杠的两侧，当有车辆出现在雷达覆盖区并满足报警条件时，驱动指示灯和蜂鸣器进行报警。
雷达模块通过CAN 与车身网关相连，通过网关获取车辆的速度信息、档位信号、转向灯信号、方向盘转角信号、横摆角信号等信号，同时也可将雷达报警信息和故障信息等上传至车辆处理。
ー 3 ー
系统测试及功能应用验证
盲区监测系统性能优劣不仅受毫米波雷达传感器自身的性能影响，还需要解决雷达与环境适配、车辆安装、保险杠匹配、误差校准以及实际道路综合功能测试等功能应用技术难题，确保批量产品工作状态稳定和一致性。
3.1 雷达性能综合测试验证
雷达主要功能性能测试包括电气性能、电磁兼容、气候环境和机械环境适应能力等数十项性能指标测试；其中该系统雷达探测范围、精度、分辨率等主要性能测试采用雷达目标模拟测试系统进行全面测试，确保各性能满足设计要求。如图 4 所示。
3.2 车辆安装位置匹配
雷达模块安装在车身保险杠内工作，其安装位置、角度及周围探测区域遮蔽等因素均对雷达性能的正常发挥有一定影响。在测试过程中需要结合车身及雷达探测任务、保杠形状等进行性能评估和匹配优化，以保障雷达发挥最大探测效性能。如图 5 所示。
3.3 车辆保险杠匹配
在雷达安装使用过程中，考虑到保险杠形状、材质及周围物品影响所带来的测角误差，采用单独匹配校准方式，确保了目标定位的准确性。标校情况如图 6 所示。
3.4 下线标定
在整车厂完成雷达车辆装配后，对雷达的实际安装角度误差进行系统修正。综合考虑标定工位大小、标定环境等因素，采用固定点目标的方法实现了雷达安装角度的快速标定。
3.5 道路功能应用测试
如图 7 所示，系统各项功能主要依据行业法规要求进行场地和道路性能验证测试，其中道路测试涵盖全国各地典型道路场景。
系统功能应用测试里程数万公里，测试用例数百项；测试场景覆盖城市道路、乡村道路、高速公路、山路、隧道等各种路面，气候包括阴雨天、雾天、晴天，白天 / 夜晚等场景。主要功能应用测试情况如下：
（1）运动场景：同道跟随、旁道超车、
变道超车、隔道超车、倒车、停车开门等；
（2）车辆速度：30、40、50、60、70、 80、90、120km/h 等；
（3）目标类型：小轿车、卡车、面包车、货车、三轮车等；
（4）目标数量：单辆、多辆等；
（5）道路场景：水泥路、柏油路、干/湿路、施工路、高架桥、高速、下穿桥、隧道、栅栏路、绿化带路、铁板路、转弯、上/ 下坡路等；
（6）特殊场景，软件仿真测试。
ー 4 ー
结束语
通过持续的技术攻关和全面测试验证，基于毫米波雷达的汽车盲区监测系统完成了产品开发和功能应用，并委托第三方专业机构进行场地测试和数万公里的道路测试。
经过多轮测试与优化，该系统性能稳定可靠，性能优良，报警准确、及时，系统准确率达到了99%，误漏报率低于 1%，满足车厂批量应用需求。后续将在产业化规模和不同车型快速适配等方面进一步优化提升。
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