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车载毫米波雷达测试，你知多少？

2021-09-12 19:48:28·  来源：汽车与配件  
　
车载毫米波雷达是ADAS环境感知系统的关键部件，在智能网联汽车高速发展的背景下，车载毫米波雷达将为自动驾驶技术的实现发挥重要作用，应用前景及市场空间都将非
车载毫米波雷达是ADAS环境感知系统的关键部件，在智能网联汽车高速发展的背景下，车载毫米波雷达将为自动驾驶技术的实现发挥重要作用，应用前景及市场空间都将非常广阔。但因毫米波雷达在之前很长一段时间内都主要应用于军工方面，导致其测试认证方法、标准建设、评价体系建设、测试设备研发等都还处于起步阶段，国内具备车载毫米波雷达测试能力的第三方机构也非常少，车载毫米波雷达在测试认证等方面还存在很多问题。
 
毫米波雷达市场需求分析
2018年，国内汽车累计产量为2780.92万辆和销量为2808.06万辆；2019年，国内汽车产销量完成2572.1万辆和2576.9万辆；2020年因新冠病毒疫情因素的影响，私家车的购买需求将会有所上升，汽车销量有望逆势增长。根据国内汽车市场相关数据分析，国内新车产销将保持小幅稳定增长，最终汽车保有量将达到每千人300辆左右。根据相关数据预测，2020年汽车新车高级驾驶辅助系统（以下简称ADAS）装配率将超过50%。根据ADAS市场相关预测数据，2020年ADAS的市场空间将达到1000亿元左右，未来10年，将会是智能网联汽车的黄金发展期，也是ADAS系统等相关产业的爆发期，ADAS的市场空间也将随着智能网联汽车的发展保持持续性的增长。
车载毫米波雷达是ADAS环境感知系统的关键部件，近年来，其凭借着低成本、高可靠性、受天气影响小等优点，已经广泛应用于智能网联汽车的自适应巡航控制系统、前车防撞预警系统、自动刹车辅助系统、盲区监测系统、自动泊车辅助系统、变道辅助系统等ADAS系统中。
 
按目前常规的每套ADAS系统装备4个短距+1个中长距车载毫米波雷达估算，预计2020年车载毫米波雷达的国内市场规模将超200亿元。在智能网联汽车的高速发展的背景下，车载毫米波雷达将为自动驾驶的实现发挥重要作用，应用前景及市场空间都将非常广阔。
 
毫米波雷达相关技术
1.毫米波雷达定义及特点
 
毫米波雷达是指工作在30-300GHz频段，波长为1-10mm的雷达，毫米波兼有微波与远红外波两种波谱的优点。毫米波雷达具有探测距离远、响应速度快、适应能力强等特点，其探测距离可达250m以上，传播速度与光速一样，并且其调制简单，配合高速信号处理系统，可以快速地测量出目标的距离、速度、角度等信息。毫米波雷达与其他雷达相比，穿透能力比较强，在雨、雪、大雾等极端天气下也能进行工作，同时不会受颜色、温度、光照度等因素的影响，具有全天候的特点。
2.毫米波雷达分类
 
毫米波雷达按采用的毫米波频段不同，分为24GHz、60GHz、77GHz和79GHz等四个频段，主流可用频段为24GHz和77GHz，79GHz有可能是未来发展趋势。按探测距离可分为近距离（SRR，小于60m）、中距离（MRR，100m左右）和远距离（LRR，大于200m）三种。按工作原理可以分为脉冲式和调频式两类，目前大多数车载毫米波雷达都为调频式。
3.毫米波雷达工作过程
 
毫米波雷达的工作过程是通过天线向外发射毫米波，接收机接收目标反射信号，经信号处理器处理后快速准确地获取汽车周围的环境信息，如汽车与其他物体之间的相对距离、相对速度、角度、行驶方向等，然后根据所探知的物体信息进行目标追踪和识别，融合车身动态信息，通过中央处理单元进行处理，经合理决策后，通过报警装置以声、光及触觉等多种方式告知或警告驾驶员，或通过控制执行装置及时对汽车做出主动干预，从而保证汽车行驶安全性和舒适性，减少事故发生率，其工作过程下图。
 
毫米波雷达工作过程
4.毫米波雷达主要应用
 
毫米波雷达广泛应用于智能网联汽车的自适应巡航控制系统、前车防撞预警系统、自动刹车辅助系统、盲区监测系统、自动泊车辅助系统、变道辅助系统、后碰撞预警系统、行人监测系统、驻车开门辅助系统等先进驾驶辅助系统（ADAS）中。毫米波雷达在智能汽车上的应用及位置分布下表。
 
毫米波雷达在智能汽车上的应用及位置分布
车载毫米波测试现状分析
1.毫米波雷达的测试项目分析
 
目前针对毫米波雷达的测试项目及过程主要包含了早期的功能测试及关键性能测试，中期的硬件在环测试及后期的实际使用性测试。功能测试主要通过雷达障碍物模拟一个或多个距离、速度、角度的汽车、非机动车辆及行人等，然后对雷达距离范围、距离精度、速度范围、速度精度、角度范围、角度精度、雷达散射截面、波达角等进行测试，得到雷达的功能测试结果。性能测试则是通过对雷达发射机、接收机等部件本身性能的测试，包含发射信号频率、信号功率、发射功率、相位噪声、调频线性度、带外杂散、chirp等性能指标测试。中期的硬件在环测试则是配合汽车动力学仿真软件与其他设备进行硬件在环 (HITL)测试。使用性测试则是在实验场通过实际ADAS场景搭建进行最后的使用性确认。
2.测试设备发展现状
 
目前，毫米波雷达测试设备主要的国外供应商有总部位于德国慕尼黑的罗德与施瓦茨（R&S）、美国dSPACE、日本东扬精测系统等。国内目前可查的只有苏州凌创瑞地在做车载毫米波雷达相关设备及整体测试系统的研发工作。
罗德与施瓦茨公司R&S毫米波雷达测试系统可满足24GHz，77GHz，79GHz雷达的测试要求，分析带宽高达5GHz。该系统可以对毫米波雷达的发射机、接收机进行全方面的性能评估，能够对多目标进行距离、速度、角度等方面的测试。同时该测试系统支持与硬件在环系统相结合，实现从雷达环境感知、分析判断到决策的全过程测试。
dSPACE该设备主要测试车载雷达对目标的监测能力。该设备的主体是一个圆桶状的电磁屏蔽暗箱，暗箱的内壁上有4个可沿内壁移动的模拟雷达目标物。该雷达目标模拟器的模拟目标是与视频黑箱内的场景障碍物同步联动的，但对10m以内的障碍物模拟精度较低。
日本东扬精测系统公司的ASGARD型系统模拟了目标车辆装载雷达的交通状况。雷达反射点的速度、距离被添加到光谱领域的信号中，使目标车完全产生在实际交通状况下的视觉，其主要用于汽车ADAS自动驾驶辅助系统功能是否满足要求的评价。
苏州凌创瑞地研发的雷达测试系统，兼容24GHz& 77GHz毫米波雷达，可实现雷达目标模拟，雷达功能和性能测试，雷达样品实景测试兼容多种第三方场景仿真软件，如Carmaker，PreScan，VTD。
3.测试标准建设现状
 
国际上毫米波雷达测试标准是欧洲电信标准化协会的《ETSI EN 303 396 V1.1.1（2016-12）短程设备；车载和监控雷达测量技术》及其相关标准，规定了车载毫米波雷达的一些性能指标及测试方法，但是没有针对雷达模组功能测试相关的方法。
国内针对毫米波雷达的标准主要是国标《GB∕T36654-2018 76GHz车辆无线电设备射频指标技术要求及测试方法》其也只规定了车载毫米波雷达的一些性能指标及测试方法，但是没有针对雷达模组功能测试相关的方法。2019年11月21中国汽车工业协会发布了《车载毫米波雷达模组检测方法（征求意见稿）》，提出了对雷达性能及雷达模组测试方法的标准意见稿，该标准正在收集意见中。
4.测试实验室建设现状
 
目前国内获得车载毫米波雷达测试的第三方测试机构目前具备资质的非常少，而且不具备气象环境下毫米波雷达功能及可靠性测试，参考标准也是参差不齐，既有欧洲电信标准化协会ETSI EN系列标准、国家标准，也包含了实验室自己制定的内部标准。国内车载毫米波雷达的实验室建设基本都处于初始阶段，因相关测试标准尚未出台，一些实验室处于市场调研、设备采购、实验流程及规范梳理的阶段，而大多数实验室则将该部分能力建设计划推后，待标准成熟以后再开始筹建对应的试验能力，避免前期投资产生的风险。
5.车载毫米波雷达测试方面存在的问题
 
测试项目规范方面，目前国内针对毫米波雷达应测试的性能指标、功能点没有统一的要求和规范，导致市场上的毫米波雷达产品质量良莠不齐，其对于整个车载毫米波雷达产业的健康发展是非常不利的。同时因为产品没有统一的测试标准，导致产品能否满足实际使用工况，面对复杂极端工况环境时可靠性是否达标等都没有明确的判断依据，一旦问题商品应用到汽车上很有可能给交通安全事故的发生埋下隐患。如果智能网联汽车发生交通安全事故，在责任认定方面也会存在互相推诿的情况，潜在风险很多。
 
目前国内毫米波雷达的测试方法及标准等都不是很完善，具备测试能力的第三方实验室也很少。各生产厂家的毫米波雷达系统功能及性能指标也不尽相同，在国际上也没有统一的测试标准与方法，针对车载毫米波雷达的完善的测试方法及评价体系亟待建立，同时标准需要尽快制定，市场也需要尽快引导与规范。
 
未来发展趋势及发展建议
车载毫米波雷达是ADAS系统环境感知模块的核心部件，其性能、功能和可靠性是智能汽车稳定工作的前提，因此需要建立对毫米波雷达性能、功能、抗干扰能力及可靠性等方面全方位的测试评价体系及标准，以确保其能满足智能网联汽车的使用要求。
根据国家发展改革委等十一部门2020年2月12日印发的《智能汽车创新发展战略》，提出的“完善测试评价技术”和“构建系统完善的智能汽车法规标准体系”两大任务框架，同时结合车载毫米波雷达测试行业及标准建设现状，从测试评价体系建设、测试设备工具及系统开发、企业及测试评价机构测试能力建设、测试标准建设、推动认证认可等几个方面提出发展建议：
测试评价体系建设方面，建立健全车载毫米波雷达测试评价体系及基础数据库。通过对雷达工作原理、关键部件、关键技术指标、应用场景等方面的研究，建立包含测试对象、测试项目（指标）、测试环境条件、测试流程及判定依据等内容的测评体系，从雷达的性能、功能、安全性、可靠性等几个方面建立雷达的综合测评体系，为下游产业提供选型依据，引导行业健康发展。测试评价体系建立之后，需配套建立测试基础数据库，保留测评体系执行过程中的相关数据，为企业研发及技术改进提供依据。
测试设备工具及系统开发方面，针对目前测试设备工具等无法满足测试需求的问题，需加强毫米波雷达测试工具、设备及系统的研发工作，通过建立虚拟仿真、软硬件结合仿真、实验室测试、实际应用场景测试技术和验证工具，以及综合性多层级测试评价系统，提升毫米波雷达的测试效率、精度及能力，为毫米波雷达的研发、验证提供测试工具，促进车载毫米波雷达产业的发展。
企业及测试评价机构测试能力建设方面，通过政策引导，市场规范及相关测试标准的推行，推动企业、第三方技术试验及安全运行测试评价机构能力建设，为车载毫米波雷达建立从研发、上市、监管方面的全流程测试方案。
测试标准建设方面，政府相关部门应加快车载毫米波雷达测试标准的制定及实施工作，应建立包含车载毫米波雷达性能测试、功能测试、抗干扰性、可靠性、安全性等在内的全项测试标准。通过制定标准更好地规范车载毫米波雷达实诚，促进毫米波雷达行业的技术进步从而推动智能网联汽车自动化、智能化技术的发展。
推动认证认可方面，认证认可机构应尽快推进车载毫米波雷达及智能网联汽车其他关键零部件的认证认可体系建设工作，建立健全企业报备和第三方技术检验相结合的认证认可机制，构建覆盖车载毫米波雷达功能性、可靠性、安全性的综合认证体系，通过认证认可促进毫米波雷达行业规范的建立。
结论
整体来看，目前针对毫米波雷达的测试，国际上尚无统一的测试方法及标准，国内针对车载毫米波雷达的相关标准也都不成熟，标准建设工作基本处于启动阶段。测试设备、工具及系统的研发目前已经取得一些进展，但要满足不断发展的雷达行业，还需要进一步提升。国内具备车载毫米波雷达测试能力的实验室目前也非常少，还需要加强建设，以满足毫米波雷达行业的发展需要。针对毫米波雷达的认证认可方面的建设目前还处于空白，需尽快推进其认证认可制度及体系的建立。同时针对车载毫米波雷达的测试评价体系建设工作还未开始，测评体系的建立工作也迫在眉睫。
本文作者：宋瑞 陈艳梅 张志国（中汽研汽车检验中心（广州）有限公司、东南大学）
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