為什麼儀錶廠商、特別是射頻儀錶的廠商會越來越多地進入到自動駕駛這個話題中來？我們今天看到的這個自動駕駛帶來的技術變革， 其實十分類似十多年前手機從傳統手機轉變為智能手機的那次變革。 智慧網聯汽車給傳統意義上機械為主的交通工具帶來很多新的技術， 最明顯的就是汽車會越來越多的用到感知和通信技術。 比如說藍牙、雷達、無線通訊。 這些技術其實使得整個汽車載電子系統的複雜度上大大的提升。
這種複雜度的提升體現在電子感測器和模組數量的不斷增多， 也就是我們講的硬體複雜性。 其次是在識別和電控的系統演算法的代碼也會不斷增多， 也就是我們講的軟體的複雜性。
無論是硬體還是軟體的複雜性， 在品質控制流程中， 這就映射到「相應的硬體和軟體測試驗證能力的建設」這個話題上來。
在這次分享之前， 我們收到一個線下的問題：ADAS 產品從研發到產線量產， 這個過程中要經歷哪些測試？這張圖剛好回答了這個問題。
如果從測試的類型上來看， 從實驗室到產線測試， 一個電控模組會包含表徵測試、系統驗證測試、軟硬體在環測試、路測和產線下線測試這樣幾個不同階段。
在今天的介紹中， 我們會重點介紹一些雷達模組的功能測試方案， 然後在這個基礎上引入一些場景模擬的測試技術。 之後我們會講到雷達加相機加鐳射感測器和整車動力學模型的融合測試方案。 此外， 我們也會提及一些汽車互聯通信的測試工具。
雷達模組的功能測試方案
目前常見的汽車雷達有 24GHz 和 77GHz 兩個頻段。 現在出貨量最大的幾個歐美國際雷達廠商中， 除了海拉還在主推後向的 24GHz 產品之外， 其他幾家基本上主推的都是 77GHz 的產品。
這主要是由於 77GHz 的技術在模組尺寸、角度解析度和高頻寬帶來的高距離解析度等方面都有先天的優勢。 也因為這個原因， 77GHz 已經被公認是未來汽車雷達的主流發展方向。
我簡單的回顧一下雷達目標識別的基本原理。
和所有的主動雷達一樣， 汽車雷達是通過發射波束， 然後接收回波來探測目標位置和距離資訊的。
NI 提供的雷達測試系統也是通過這個原理來進行模擬的。這個系統的構成見上圖，包括一個 3U PXI 的系統主機，主機裡包含的是控制模組和 6G 以下信號單元。主機外有一個毫米波的射頻前端，後面我們會介紹為什麼要把這個前端要放在主機之外。
毫米波的前端會接收雷達發射機發射的波形，然後根據使用者在系統中設置的希望類比的目標狀態（包括距離和位置資訊）在波形上疊加延遲和頻移，然後發還給雷達接收機，從而讓雷達誤認為探測到了一個真實移動目標物體。
與業內其它雷達物件模擬器非常不同的一點就是，我們現在這套系統除了目標類比功能，也包含了發射機的測試功能。也就說，這個系統其實還集成了另外一個射頻分析儀，能夠檢測雷達天線以及雷達功率頻譜和時域上的一些特性。這是一個把測試和模擬結合在一起的系統。
這個是一個更完整的實驗室測試系統搭建的示意圖。左側虛線標出的地方是我們上一張演講 PPT 中所包含的儀器系統。圖片中間的藍色部分是一個微波暗室。右側長方形盒子是示意的雷達感測器。這個雷達感測器被安裝在一個可以水準和垂直自由運動的轉檯上。
這樣設置首先是為了滿足雷達的測量功能。一般來講，要做雷達的驗證首先要測量雷達的一些參數，包含雷達的天線方向特性。在功率上，我們需要測試 EIRP。在頻譜上，會檢測雷達發射機發射信號所占的頻寬、波形寬度以及雜訊。時域上，也會把雷達信號進行解調，然後看信號的調製時間、調製寬度，以及調製信號的線性度。
除了剛才講到的附加測試功能，其實設備本身是一個雷達目標的模擬器。在目標模擬中，我們不得不說單角度和多角度的區別。
由於任何雷達模擬器都是通過一個射頻天線來收發雷達信號的，所以理論上來講，無論這個設備能模擬多少目標，這些目標都只能限定在雷達天線和模擬器天線兩點之間的連線上。
簡單來講，由於任何的雷達模擬都是點源，只能模擬被測件和模擬器連線上接近的物體，這就是我們所講的單方向。在這樣一個單方向模擬過程中，前向常見的是模擬 AEB、ACC，當然也包括一些其他場景。我們現在儀器距離上可以做到 4 到 250 米，移動解析度做到 0.1 米。
上圖是在單目標類比場景下的一些常見的場景。包括在任意方向上的接近、道路切換以及目標穿越道路。這些都是把單點的類比場景通過軟體的方法連續起來，就可以成為一個單目標的場景模擬。
相對單目標，我們就會講到多目標多角度，角度其實是這裡邊的核心概念。模擬器上如果疊加一個額外的基帶模組，加週邊的一個射頻前端，可以在一個儀器上實現兩個方向物件的目標類比。
這一頁就比較形象地解釋了在什麼樣的場景下，需要兩個角度以上的雷達目標模擬器。比如在跟車的情況下需要識別不同車道上的兩輛車，或者在跟車行駛過程中需要模擬第三輛車 Cut In 或 Cut Out 的場景，這時我們都會同時在雷達的兩個直線方向上產生不同的目標。
這也就解釋了為什麼我們會把雷達的模擬射頻前端放置在儀器之外。由於射頻前端本身的尺寸比較小，在這種多目標的模擬場景下，射頻前端就可以安裝在一個可以移動的平臺或機械臂上，通過設備帶動一個橫向運動，加上儀器本身速度和距離的模擬，實現多維度的物件模擬。
機器視覺和雷達協同工作時的測試
剛才這部分的是對雷達的模擬和測試功能的介紹。講到了雷達，講到了 IPG 和 PreScan，我們自然而然就想到了是否可以將機器視覺和雷達進行協同工作，答案當然也是可以的。
融合機器視覺和雷達兩種感測器，是現在主流的 ADAS 避撞方法。我們的案例可以將機器視覺攝像頭通過 TASS 主機，或者是直接連接到我們的主機，將視頻和雷達模擬連接到一起，並且兩者之間實現同步，模擬一個真實路況場景中多種感測器所採集到的一個道路信號。
V2X 測試
相機之外智慧互聯的另外一個話題就是車輛通訊。
由於國內 LTE-V 的標準還在制定過程中，我們現有的車聯通訊的方案主要集中於 802.11p 這樣一個協議。
這裡包含實現部分車聯通訊的應用，包括 SAE J2735 裡面所謂的基本安全資訊發送。我們在車聯通訊的常見場景就是通過協議，在汽車行駛的過程中，不斷地向周圍車輛發送自己的車輛安全資訊。
我們現在能夠做到的是提供基於 802.11p 收發接收模組，以及具有標準測試功能的一些解決方案。對於收發模組，它既可以模擬一個車輛節點也可以模擬一個路測設備，用來與真實的車輛和路測設備進行上下鏈路的車聯通信資料交互。從而和我們汽車上的其他感測器，包括雷達、相機、鐳射感測器和 GPS 定位這些信號的進行互聯。
感測器融合的測試
從雷達講到相機，講到互聯汽車。那自然而然就會涉及到下一個話題——感測器融合。
融合也是目前來講，ADAS 技術的一個主流方向，第一個層面的融合是在 ADAS ECU 進行的。我們剛才介紹這些方案裡可以看到，現在已經能夠從技術上實現雷達、相機、V2X 模擬信號的發生、傳遞以及同步在相同的平臺上進行實現。
進一步來講融合，當汽車的 ADAS ECU 接收到這些信號，傳遞到真實的汽車制動控制單元以後。這輛車是否真正能夠在期待的距離之間實現制動，或者實現自動駕駛的變道來避免事故的發生。這裡其實會涉及到 ADAS 感知系統之外的整車動力學模型，也就是添加整車動力學模型的硬體在環。
在 ADAS ECU 融合之後，我們還可以將包括車輛的懸架剛度，輪胎摩擦係數、整車的備重以及路面的資訊和天氣的資訊，都載入到一個硬體在環的整車動力學模型模擬器上。
這個模擬器還會通過 CAN/LIN 和之前的 ADAS ECU 進行資料交換，從而實現從 ADAS 到車輛動力學模型的整體模擬。
這裡有一個視頻，是業內現在第一個真正實現感測器融合的系統驗證平臺。
我們可以看到左側下方其實是一個機器視覺相機所拍攝到的模擬真實路面場景。 左側上方是雷達感測器所接收到的、雷達模擬器發給它的相應物件的目標返波信號。 視頻的右上方其實是一個鐳射感測器，它同樣有一個鐳射感測器的物件模擬器。和我們的場景進行同步模擬卡車接近的過程。
雷達、相機、鐳射感測器都會傳遞到一個整車動力學模型來和車輛最終的制動和控制進行互連，從而最後回饋到場景模擬器上來模擬真實路況中變道的測試場景。
NI 提供的雷達測試系統也是通過這個原理來進行模擬的。這個系統的構成見上圖，包括一個 3U PXI 的系統主機，主機裡包含的是控制模組和 6G 以下信號單元。主機外有一個毫米波的射頻前端，後面我們會介紹為什麼要把這個前端要放在主機之外。
毫米波的前端會接收雷達發射機發射的波形，然後根據使用者在系統中設置的希望類比的目標狀態（包括距離和位置資訊）在波形上疊加延遲和頻移，然後發還給雷達接收機，從而讓雷達誤認為探測到了一個真實移動目標物體。
與業內其它雷達物件模擬器非常不同的一點就是，我們現在這套系統除了目標類比功能，也包含了發射機的測試功能。也就說，這個系統其實還集成了另外一個射頻分析儀，能夠檢測雷達天線以及雷達功率頻譜和時域上的一些特性。這是一個把測試和模擬結合在一起的系統。
這個是一個更完整的實驗室測試系統搭建的示意圖。左側虛線標出的地方是我們上一張演講 PPT 中所包含的儀器系統。圖片中間的藍色部分是一個微波暗室。右側長方形盒子是示意的雷達感測器。這個雷達感測器被安裝在一個可以水準和垂直自由運動的轉檯上。
這樣設置首先是為了滿足雷達的測量功能。一般來講，要做雷達的驗證首先要測量雷達的一些參數，包含雷達的天線方向特性。在功率上，我們需要測試 EIRP。在頻譜上，會檢測雷達發射機發射信號所占的頻寬、波形寬度以及雜訊。時域上，也會把雷達信號進行解調，然後看信號的調製時間、調製寬度，以及調製信號的線性度。
除了剛才講到的附加測試功能，其實設備本身是一個雷達目標的模擬器。在目標模擬中，我們不得不說單角度和多角度的區別。
由於任何雷達模擬器都是通過一個射頻天線來收發雷達信號的，所以理論上來講，無論這個設備能模擬多少目標，這些目標都只能限定在雷達天線和模擬器天線兩點之間的連線上。
簡單來講，由於任何的雷達模擬都是點源，只能模擬被測件和模擬器連線上接近的物體，這就是我們所講的單方向。在這樣一個單方向模擬過程中，前向常見的是模擬 AEB、ACC，當然也包括一些其他場景。我們現在儀器距離上可以做到 4 到 250 米，移動解析度做到 0.1 米。
上圖是在單目標類比場景下的一些常見的場景。包括在任意方向上的接近、道路切換以及目標穿越道路。這些都是把單點的類比場景通過軟體的方法連續起來，就可以成為一個單目標的場景模擬。
相對單目標，我們就會講到多目標多角度，角度其實是這裡邊的核心概念。模擬器上如果疊加一個額外的基帶模組，加週邊的一個射頻前端，可以在一個儀器上實現兩個方向物件的目標類比。
這一頁就比較形象地解釋了在什麼樣的場景下，需要兩個角度以上的雷達目標模擬器。比如在跟車的情況下需要識別不同車道上的兩輛車，或者在跟車行駛過程中需要模擬第三輛車 Cut In 或 Cut Out 的場景，這時我們都會同時在雷達的兩個直線方向上產生不同的目標。
這也就解釋了為什麼我們會把雷達的模擬射頻前端放置在儀器之外。由於射頻前端本身的尺寸比較小，在這種多目標的模擬場景下，射頻前端就可以安裝在一個可以移動的平臺或機械臂上，通過設備帶動一個橫向運動，加上儀器本身速度和距離的模擬，實現多維度的物件模擬。
機器視覺和雷達協同工作時的測試
剛才這部分的是對雷達的模擬和測試功能的介紹。講到了雷達，講到了 IPG 和 PreScan，我們自然而然就想到了是否可以將機器視覺和雷達進行協同工作，答案當然也是可以的。
融合機器視覺和雷達兩種感測器，是現在主流的 ADAS 避撞方法。我們的案例可以將機器視覺攝像頭通過 TASS 主機，或者是直接連接到我們的主機，將視頻和雷達模擬連接到一起，並且兩者之間實現同步，模擬一個真實路況場景中多種感測器所採集到的一個道路信號。
V2X 測試
相機之外智慧互聯的另外一個話題就是車輛通訊。
由於國內 LTE-V 的標準還在制定過程中，我們現有的車聯通訊的方案主要集中於 802.11p 這樣一個協議。
這裡包含實現部分車聯通訊的應用，包括 SAE J2735 裡面所謂的基本安全資訊發送。我們在車聯通訊的常見場景就是通過協議，在汽車行駛的過程中，不斷地向周圍車輛發送自己的車輛安全資訊。
我們現在能夠做到的是提供基於 802.11p 收發接收模組，以及具有標準測試功能的一些解決方案。對於收發模組，它既可以模擬一個車輛節點也可以模擬一個路測設備，用來與真實的車輛和路測設備進行上下鏈路的車聯通信資料交互。從而和我們汽車上的其他感測器，包括雷達、相機、鐳射感測器和 GPS 定位這些信號的進行互聯。
感測器融合的測試
從雷達講到相機，講到互聯汽車。那自然而然就會涉及到下一個話題——感測器融合。
融合也是目前來講，ADAS 技術的一個主流方向，第一個層面的融合是在 ADAS ECU 進行的。我們剛才介紹這些方案裡可以看到，現在已經能夠從技術上實現雷達、相機、V2X 模擬信號的發生、傳遞以及同步在相同的平臺上進行實現。
進一步來講融合，當汽車的 ADAS ECU 接收到這些信號，傳遞到真實的汽車制動控制單元以後。這輛車是否真正能夠在期待的距離之間實現制動，或者實現自動駕駛的變道來避免事故的發生。這裡其實會涉及到 ADAS 感知系統之外的整車動力學模型，也就是添加整車動力學模型的硬體在環。
在 ADAS ECU 融合之後，我們還可以將包括車輛的懸架剛度，輪胎摩擦係數、整車的備重以及路面的資訊和天氣的資訊，都載入到一個硬體在環的整車動力學模型模擬器上。
這個模擬器還會通過 CAN/LIN 和之前的 ADAS ECU 進行資料交換，從而實現從 ADAS 到車輛動力學模型的整體模擬。
這裡有一個視頻，是業內現在第一個真正實現感測器融合的系統驗證平臺。
我們可以看到左側下方其實是一個機器視覺相機所拍攝到的模擬真實路面場景。 左側上方是雷達感測器所接收到的、雷達模擬器發給它的相應物件的目標返波信號。 視頻的右上方其實是一個鐳射感測器，它同樣有一個鐳射感測器的物件模擬器。和我們的場景進行同步模擬卡車接近的過程。
雷達、相機、鐳射感測器都會傳遞到一個整車動力學模型來和車輛最終的制動和控制進行互連，從而最後回饋到場景模擬器上來模擬真實路況中變道的測試場景。