毫米波汽车雷达测试方案大比武（1）--国家仪器（NI）测试系统介绍

注：文中所有资料来源于网络及各厂家公开资料

人工智能在汽车领域的最重要应用便是无人驾驶技术，目前汽车无人驾驶技术发展非常迅速，其发展趋势如下表所示，目前正处于汽车自动化程度的第2个阶段。

从全球来看，参与无人驾驶技术的企业包括：互联网代表企业谷歌、苹果、Uber、百度、腾讯等，整车厂商奥迪、日产、特斯拉、奔驰、宝马等。特斯拉走在自动驾驶领域前面，是世界上从事自动驾驶研究公司中累计测试里程最多的公司，积累了大量的数据，但过程中也遇到了一些问题。根据公开报道统计，自2016年至今，在自动驾驶模式开启状态下，特斯拉已经造成至少13起严重交通事故，其中至少造成三人死亡。最近一次是今年9月9日晚上，在杭金衢高速金华段发生了一起刮擦事故，一辆特斯拉轿车左前方与高速公路上的塑料路障发生了碰撞，事故原因是在自动驾驶模式下汽车没有识别出路障。

众所周知，在高速公路上我们可能会遇到各种各样的突发情况，虽然电子传感器相比人类具有快速反应、不易疲劳的优点，但是也存在无法准确识别前方状况的可能，一系列事故告诉我们，虽然无人驾驶前景很美好，但过程必然是艰苦的。传统汽车在上路之前，由于没有那么多与周边环境交互的传感器，可能只需要进行路测，或简单的实验室测试，但随着自动驾驶技术的发展，汽车上的传感器数量和种类会越来越多，包括汽车毫米波雷达、激光雷达、视觉摄像头、卫星导航定位等，如何实现多传感器互补、协同工作是一项挑战，同时，如何标准化地、全方位地验证自动驾驶技术的有效性、安全性是一项更大的挑战。无人驾驶汽车路测由于存在重复性差、成本高、风险高、周期长、场景受限等问题，不能解决所有测试问题，实验室测试将是无人驾驶汽车测试的重要环节。目前，投入汽车雷达研发的企业在国内有十几家，然而对汽车雷达进行检测的企业在国内却是寥寥，检测技术需要跟上自动驾驶发展的步伐，才能更好的促进自动驾驶技术的健康发展。

目前国内外对于自动驾驶技术的测试能力、相关的测试方法、测试设备、测试场景都很欠缺。下面，将对目前国内外从事汽车雷达测试技术的企业进行介绍，为国内相关从业者提供借鉴。国外代表企业有NI、康莱德、罗德施瓦茨以及是德，国内企业有瑞地测控和雷池瑞泰，对他们的介绍分期进行，本期介绍NI的测量方法。

NI（National Instruments）为汽车测试提供了一个软件定义的平台化的方法，可以本地集成所有所需的I/O类型来测试当今和未来的ADAS技术。下面是其提供的主要集成解决方案，从应用需求、NI的方案及其优势分步来进行说明，同时介绍了用于汽车雷达模拟和测试的系统：VRTS。

1.雷达传感器生产测试

由于雷达的数量很多，因此工程师需要尽可能快速高效的进行测试，同时必须保持高标准。此外测试系统能够灵活地适应未来要求，比如更高的传感器带宽或各种不同类型的天线。

应用需求

• 在77 GHz和79 GHz下进行参数测量并模拟雷达目标；

• 缩短测试时间，加快测试开发和部署，以满足生产目标；

• 将仪器测量集成到操作系统、驱动系统和暗室中。

NI解决方案

• 使用独立的模块化仪器同时进行雷达模拟和参数测量，可随未来雷达带宽需求的升级而升级；

• 可使用TestStand来开发、执行和部署测试系统软件，还可以通过开发测试序列来扩展系统的功能，这些测试序列可兼容任何编程语言编写的代码模块；

• 可以设计完整的雷达测试解决方案，提供暗室室、机电系统和软件等方面的集成服务。

NI的优势

• 使用一台设备即可同时进行参数测试和模拟测试，从而缩短测试时间，降低成本，减少占地空间；

• 采用模块化解决方案，以便随79GHz雷达等未来技术的发展和不同的需求进行升级；

• 使用同一的平台，连通设计、验证和生产环节，使各个环节之间可复用工作成果，从而加快产品推广上市。

2.汽车雷达模拟和测试系统（VRTS）

VRTS是一个模块化的系统，能够实现77GHz和79GHz汽车雷达目标模拟和测试，系统核心是一个PXI系统，包括PXIe-5840矢量收发器（VST）和NI-5692可变延迟发生器（VDG），此外还包括一台毫米波RH-3608或RH-3609射频头，其上安装有天线和校准激光器，后者实现被测雷达和前端的精确对准。系统框图如下图所示。

系统框图

PXI系统和射频头

PXI系统

双站毫米波收发射频头（有无盖板对比）

在目标模拟方面，可以模拟多至4个或更多目标，目标范围4m到300米以上，分辨率10cm到12cm。用户还可以通过软件动态设置目标RCS和多普勒频率。在雷达测试方面，可以测试天线辐射方向图、EIRP、相位噪声、占用带宽、波束宽度、波形分析（线性度、过冲、记录、标记）等。具体指标如下：

*测试雷达参数（EIRP、天线波束宽度）时，为满足远场距离需要调整L1。

3.ADAS数据录制和回放

可以录制来自ADAS传感器的现场数据，并回到实验室进行回放，以模拟驾驶场景，提高测试可重复性和覆盖率。采用真实现场数据进行测试，是因为测试算法是基于真实场景开发的，如果采用3D渲染的场景，算法可能无法正确理解。

应用需求

• 以低于<1µs的延迟同步数据，以便进行录制和回放，从而正确模拟驾驶场景；

• 连接多种不同类型的I/O，包括摄像头、雷达和车载网络； 

• 在最复杂的ADAS中，以约15GB/s的速率实时记录和回放所有原始数据。

NI解决方案

• 为汽车网络、各种相机接口、雷达以及通用 I/O提供微秒级接口同步；

• 以高达15 GB/s的速率向NI或第三方RAID 存储设备传输数万亿字节数据，进而传输到PXI系统中；

• 使用数据管理软件套件，轻松标记和管理数据文件，并快速解析数据文件，以便进行回放。

NI的优势

• 通过使用相同的硬件平台进行数据记录和回放，减少部署时间，降低资金成本，节约备件成本；

• 借助软件定义的模块化PXI平台，确保系统满足不断变化的未来需求；

• PXI平台的出色性能确保完整地将所有数据传输到硬件上，无需担心数据丢失。

主要参数

4.基于场景生成的传感器融合硬件在环测试（HIL）

将场景生成工具与硬件I/O相集成，回放所模拟的场景，以验证ADAS控制器上的传感器融合和决策算法。而且，场景生成功能可以创建满足特定测试需求的场景，无需依赖于道路测试或过去记录的数据，从而扩大测试覆盖范围。

应用需求

• 将硬件I/O与IPG CarMaker、VIRES VTD或TASS PreScan等场景生成工具相集成；

• 同步生成I/O信号并连接到ADAS控制器。通过严格的定时控制，即可测试帧延迟或相位相干等故障；

• 由于系统不断集成更多I/O类型(如摄像头、雷达和激光雷达等)，因此需要确保系统的灵活性，以满足未来的I/O要求。

NI解决方案

• VeriStand实时测试软件可集成各种第三方场景生成工具，可以选择最适合自己的工具；

• PXI模块化硬件可生成OTA雷达信号、摄像头信号、车载总线信号以及通用I/O信号，同时还具有硬件和软件故障插入功能以及纳秒级同步和定时控；

• TestStand自动化测试软件或Python脚本可协助执行测试序列，以实现测试自动化，并在加快测试进度的情况下提高测试覆盖范围。

NI的优势

• 利用NI工具链的开放性，实现对测试系统的最大程度控制，并最大限度地提高测试覆盖范围；

• 无需高昂成本或大幅更换硬件，即可更换摄像头接口、注入比特流故障，并利用实时OTA反射技术测试雷达传感器，或添加新传感器类型；

• 使用PXI等软件定义的模块化平台以及 VeriStand，让系统灵活地适应未来需求。可以根据自身需求的变化，轻松地向系统中添加I/O模块。

  

主要参数