车载毫米波雷达技术要求及测试方法

3车载毫米波雷达技术要求及测试方法本文件规定了车载毫米波雷达的技术要求及试验方法。本文件适用于车载毫米波雷达，应用频段涉及24GHz、77GHz。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T3784-2009电工术语雷达3术语和定义GB/T3784-2009界定的以及下列术语和定义适用于本文件。3.1雷达radar利用电磁波发现目标并获取目标位置等信息的装置。[GB/T3784-2009，定义2.1.1.1]3.2车载雷达vehiclecarryingRadar装在车辆上的雷达。[GB/T3784-2009，定义2.1.4.2]3.3探测范围detectioncoverage在规定条件下，雷达能够发现（检测）目标并测量目标坐标的空间范围。[GB/T3784-2009，定义2.2.1.1]3.4最大作用距离maximumdetectionrange雷达在规定的检测概率、规定的虚警概率、规定的目标起伏模型与数据率等条件下，对一定的目标雷达截面积进行探测的最大距离。[GB/T3784-2009，定义2.2.1.4]3.5最小作用距离minimumdetectionrange在规定条件下，雷达能发现和跟踪目标的最小距离。[GB/T3784-2009，定义2.2.1.5]3.6雷达工作频率范围radaroperatingfrequencycoverage雷达工作的电磁波频率，亦称雷达发射信号的载频频率。[GB/T3784-2009，定义2.2.1.11]3.7雷达截面积radarcrosssection(RCS)用一等效的反射面积来表征目标相对雷达方向的散射特性，此面积成为目标的雷达截面积。[GB/T3784-2009，定义2.2.1.13]3.8雷达工作方式radaroperationmodes雷达为适应不同的目标、不同的干扰环境或不同的使用情况而采用的工作模式。[GB/T3784-2009，定义2.2.1.16]3.9发现概率detectionprobability在规定条件下，目标存在，而雷达判为有目标，这一随机事件发生的概率。亦称检测概率。[GB/T3784-2009，定义2.2.1.27]3.10虚警概率falsealarmprobability在规定条件下，目标不存在，而雷达判为有目标，这一随机事件发生的概率。[GB/T3784-2009，定义2.2.1.28]3.11测量精度measurementaccuracy雷达测量目标时，目标坐标的测量值与其真值之差的统计值。通常用均方根误差表示。[GB/T3784-2009，定义2.2.2.2]3.12相对测量精度relativemeasurementaccuracy测量目标时，以特定参照物作为测量基准的测量精度。[GB/T3784-2009，定义2.2.2.3]3.13跟踪精度trackingaccuracy雷达跟踪目标时，目标坐标的测量值与真值之差的统计值，通常用均方根误差表示。[GB/T3784-2009，定义2.2.2.4]3.145雷达分辨力radarresolution在规定的条件下，雷达能区分邻近目标的最小间隔,包括距离分辨力、角度分辨力、速度分辨力等。[GB/T3784-2009，定义2.2.2.6]3.15抗干扰能力counter-countermeasurecapability雷达在干扰环境中工作时，消除或抑制干扰的能力。[GB/T3784-2009，定义2.2.3.1]3.16雷达目标模拟器radartargetsimulator模拟目标物的信息，如反射截面积、距离、速度等信息的设备。3.17外层覆盖件outercover外层覆盖件由格栅、车标、保险杠等物体构成。3.18雷达组合系统radarcombinationsystem雷达组合系统主要包括雷达、外层覆盖件、固定支架。4符号σ:雷达反射截面积(RadarCrossSection)dFF:远场距离(FarFieldDistance)Ut:试验电压(TestVoltage)5技术要求5.1单机探测性能5.1.1探测范围5.1.1.1水平探测范围依据7.1.1.1方法进行测试，能够实现相关ADAS功能要求的水平探测能力范围。5.1.1.2垂直探测范围依据7.1.1.2方法进行测试，能够实现相关ADAS功能要求的垂直探测能力范围。5.1.1.3速度范围依据7.1.1.3方法进行测试，能够实现相关ADAS功能要求的速度探测能力范围。5.1.2雷达抗干扰能力依据7.1.2方法进行测试，对被测雷达分别在其工作频带内、工作频带外和远边带条件下，施加连续波信号、噪声信号以及调频连续波干扰信号，目标的准确上报率不低于90%。65.1.3单目标检测精度5.1.3.1距离精度依据7.1.3.1方法进行测试，能够实现相关ADAS功能要求的目标距离识别精度，目标的准确上报率不低于90%。5.1.3.2角度精度依据7.1.3.2方法进行测试，能够实现相关ADAS功能要求的目标角度识别精度，目标的准确上报率不低于90%。5.1.3.3速度精度依据7.1.3.3方法进行测试，能够实现相关ADAS功能要求的目标速度识别精度，目标的准确上报率不低于90%。5.1.4多目标跟踪能力依据7.1.4方法进行测试，雷达应能同时跟踪多目标，目标的准确上报率不低于90%。5.1.5雷达分辨力5.1.5.1距离分辨力依据7.1.5.1方法进行测试，雷达应能成功区分距离相近的两个目标，目标的准确上报率不低于90%。5.1.5.2速度分辨力依据7.1.5.2方法进行测试，雷达应能成功区分速度相近的两个目标，目标的准确上报率不低于90%。5.1.5.3角度分辨力依据7.1.5.3方法进行测试，雷达应能成功区分角度相近的两个目标，目标的准确上报率不低于90%。5.2外层覆盖件技术要求依据7.2方法进行测试，外层覆盖件需要完成穿透损耗、反射率、均匀性指标测试，产品不能影响ADAS功能正常实现。5.3雷达组合系统探测性能技术要求依据7.3方法进行测试，系统匹配安装后需要完成探测范围测试，以保证ADAS功能正常实现，目标的准确上报率不低于90%。6试验条件和工作模式6.1温度条件测试的正常温度和湿度条件可在如下范围内自由选择：a)温度:+18°C至+28°C；b)相对湿度：25%至75%。测试期间的实际值应记录在测试报告中。6.2电源条件7正常测试电压应符合表1的规定。表1发电机供电电压试验电压UN=12V电源系统（V）UN=24V电源系统（V）U12±0.224±0.26.3场地条件测试场地应是一种室内装有射频吸收材料的全屏蔽室，用来模拟电磁波传播的自由空间环境。测量天线、被测设备和其替代用天线的测试布置如图1所示。图1测试场地测试场地要求如下：a)测试中的使用的电波暗室屏蔽效能应大于105dB；b)测试中的使用的电波暗室回波损耗应大于30dB；c)测试中使用的场地，测量天线和替代天线等相关设备应定期校准；d)测试天线可以旋转以便在任何极化平面中操作；e)测试场地应满足如下公式要求的长度。dFF=……8对于无需在远场条件下测试的实验项目，可以减小测试距离，表2给出相应的长度所对应的不确定度偏差。可使用表2方法进行折算，由此产生的近似功率误差，需要记录在测试报告中。表2远场测量距离6.4测试框图探测性能测试根据实际情况可以分别选取实物和模拟器两种目标物来模拟前方目标，具体框图如下图2、图3所示，抗干扰性能测试参照图4搭建测试系统。图2实物测试框图图3模拟器测试框图9图4抗干扰测试框图6.5试验工作模式6.5.1工作模式A（试验样件未通电）工作模式A1：试验样件未通电，未与连接器、线束进行连接。工作模式A2：试验样件未通电，与连接器、线束进行连接。6.5.2工作模式B（试验样件正常通电）工作模式B1：试验样件正常电气连接，所有功能正常运行，需要外接数据采集设备。工作模式B2：试验样件正常电气连接，所有功能正常运行，但不需要外接数据采集设备。7试验方法7.1单机探测性能7.1.1探测范围7.1.1.1水平探测范围a)调整雷达工作环境，使其处于B1工作模式之下；b)通过测试峰值功率完成雷达法线方向标定；c)被测雷达沿水平方向开始以标称极值角度为起点，以1°为间隔转动；d)最近探测距离参照图2实物测试框图搭建测试环境，最远探测距离参照图3模拟器测试框图搭建测试环境，分别模拟RCS为10dBsm和0dBsm的目标，速度设置为0km/h，初始位置设置为0m；e)让目标以0.5m的步长远离雷达，分别记录目标在雷达视野中稳定出现超过三帧时的距离Rα_min1，和雷达在视野中丢失超过三帧时的距离Rα_max1；f)再让目标以0.5m的步长接近雷达，分别记录目标在雷达视野中稳定出现超过三帧时的距离Rα_max2，和雷达在视野中丢失超过三帧时的距离Rα_min2；g)在电脑端的雷达测试上位机软件工具上观察被测雷达探测目标物的距离以及角度信息；h)记录被测雷达在各角度最大探测距离的测试数据，根据如下公式计算探测范围：min=…………max=…………式中：Rα_min——水平角度α上的最近探测距离；Rα_max——水平角度α上的最远探测距离；i)绘制不同角度、不同RCS条件下，雷达水平探测范围曲线。7.1.1.2垂直探测范围a)调整雷达工作环境，使其处于B1工作模式之下；b)通过测试峰值功率完成雷达法线方向标定；c)被测雷达沿垂直方向开始以标称极值角度为起点，以1°为间隔转动；d)最近探测距离参照图2实物测试框图搭建测试环境，最远探测距离参照图3模拟器测试框图搭建测试环境，分别模拟RCS为10dBsm和0dBsm的目标，速度设置为0km/h，初始位置设置为0m；e)让目标以0.5m的步长远离雷达，分别记录目标在雷达视野中稳定出现超过三帧时的距离Rα_min1,和雷达在视野中丢失超过三帧时的距离Rα_max1；f)再让目标以0.5m的步长接近雷达，分别记录目标在雷达视野中稳定出现超过三帧时的距离Rα_max2,和雷达在视野中丢失超过三帧时的距离Rα_min2；g)在电脑端的雷达测试上位机软件工具上观察被测雷达探测目标物的距离以及角度信息；h)记录被测雷达在各角度最大探测距离的测试数据，根据如下公式计算探测范围：min=………………max=………………i)绘制不同角度、不同RCS条件下，雷达水平探测范围曲线。7.1.1.3速度范围a)将雷达安装在专用夹具上，雷达正面对准雷达目标模拟机的接收和发射天线；b)目标模拟器设置固定RCS的运动目标，满足RCS等于10dBsm，将目标起始距离设置为Rmin（Vi取负值时该值为Rmax终止距离设置为Rmax（Vi取负值时该值为Rminc)将目标速度由0m/s以2m/s的步长逐渐增加至连续三帧不可被识别，记录当前速度值Vmax_pre，将目标速度从-3+Vmax_pre以0.1m/s的步长增加至3+Vmax_pre，采集100帧数据以第一次连续丢失三帧目标的速度作为目标在正向的极限速度Vmax；d)将目标速度由0m/s以-2m/s的步长逐渐增加至连续三帧不可被识别，记录当前速度值Vmin_pre，将目标速度从-3+Vmin_pre以0.1m/s的步长增加至3+Vmin_pre，采集100帧数据以第一次连续丢失三帧目标的速度作为目标在正向的极限速度Vmin；e)最终记录结果应包括正向最大速度和反向最大速度两个数值。7.1.2抗干扰能力该测试是为了验证待测样件对于无用或干扰信号的鲁棒性，干扰信号会对雷达的检测概率、探测距离造成一些影响。抗干扰能力测试采用如图4所示的方法进行测量。a)按照图4进行连接，并工作在正常模式；b)打开雷达上位机测试工具软件，以便观察雷达受到干扰后的性能下降或目标位置偏离；c)通过目标模拟器设定目标信息，确保在雷达上位机上清晰可见；d)用外置的信号源模拟需要的干扰信号如表3所示，功率大小先按照0dBm设置，再以5dB步进，逐渐增加干扰信号的强度，观察雷达检测目标信息，以及虚警信息，直到雷达上报信息准确率低于90%；e)实际测试允许根据不同的雷达指标自行调整OBW,ChirpDuration的参数，测试前，需要对干扰信号源的输出功率和干扰天线增益进行标定；f)最后通过分析有效帧数据信息，记录测试数据（目标信息、虚警数）。表3典型干扰样式待测样件频率工作范围测试频率范围调制样式24GHz~24.25GHz24GHz~24.25GHz同频FMCW点频CW表3（续）待测样件频率工作范围测试频率范围调制样式76GHz~77GHz76GHz~77GHz同频FMCW点频CW7.1.3单目标检测精度7.1.3.1距离精度a)调整雷达工作环境，使其处于B1工作模式之下；b)通过测试峰值功率完成雷达法线方向标定，确保此时雷达上位机与转台同时角度归零；c)目标模拟器设置固定RCS的静止目标，满足RCS等于10dBsm；d)将目标距离设置为Ri，角度设置为0，平均地取从最近到最远的探测范围内五组位置数据，其中R1=Rmin，R5=Rmax；e)每个位置读取100帧雷达上报的目标距离Ri_1~Ri_100；f)重复d)~e)步骤，共5组试验，按照下图公式整理数据：……………Ri——第i个目标点距离设置值；Ri_j——第i个目标点第j次测量距离值；Re——距离误差；M——系统误差；σ——随机误差。7.1.3.2角度精度a)调整雷达工作环境，使其处于B1工作模式之下；b)通过测试峰值功率完成雷达法线方向标定，确保此时雷达上位机与转台同时角度归零；c)目标模拟器设置固定RCS的静止目标，满足RCS等于10dBsm；d)将目标距离设置为R，角度设置为Ai，平均地取从最小到最大的探测范围内五组角度数据，其中A1=Amin，A5=Amaxe)每个位置读取100帧雷达上报的目标距离Ai_1~Ai_100；f)重复d)~e)步骤，共5组试验，按照下图公式整理数据：……………Ai——第i个目标点角度值；Ai_j——第i个目标点第j次测量角度值；Ae——角度误差；M——系统误差；σ——随机误差。7.1.3.3速度精度测试a)调整雷达工作环境，使其处于B1工作模式之下；b)通过测试峰值功率完成雷达法线方向标定，确保此时雷达上位机与转台同时角度归零；c)目标模拟器设置固定RCS的运动目标，满足RCS等于10dBsm；d)将目标起始距离设置为Rmin（Vi取负值时该值为Rmax），终止距离设置为Rmax（Vi取负值时该值为Rmin），角度设置为0，速度设置为Vi，平均地取从最小到最大的探测范围内五组速度数据，其中V1=Vmin，V5=Vmaxe)每个位置读取100帧雷达上报的目标距离Vi_1~Vi_100；f)重复d)~e)步骤，共5组试验，按照下图公式整理数据：……………Vi——第i个目标点速度值；Vi_j——第i个目标点第j次测量速度值；Ve——速度误差；M——系统误差；σ——随机误差。7.1.4多目标跟踪能力测试目标加速远离、减速远离、加速靠近、减速靠近等状态均能正确进行探测。设定目标运动轨迹，通过上位机软件观察能否持续对目标进行跟踪，通过分析目标信号持续时间内的帧数据，记录目标在运动过程中ID号有无变化或丢失，反馈最终数值为误报率和漏报率指标。7.1.5雷达分辨力7.1.5.1距离分辨力a)调整雷达工作环境，使其处于B1工作模式之下；b)通过测试峰值功率完成雷达法线方向标定，确保此时雷达上位机与转台同时角度归零；c)分别模拟RCS为10dBsm目标1和0dBsm的目标2，速度设置为0km/h，初始位置设置为Ri，平均地取从最近到最远的探测范围内五组位置数据，其中R1=Rmin，R5=Rmax；d)在每组试验中，保持目标2静止，将目标1的距离以0.1m步长减少，直到雷达能够区分这两个目标，且这两个目标的距离精度均满足要求时，记录两者之间距离Ri_1；e)将目标1的距离继续以1m步长减少，直到受试雷达能明显分开两个目标为止；f)再将目标1的距离以0.1m步长增加，直到受试雷达刚好不能区分这两个目标时，记录两者之间距离Ri_2。继续增加目标1的距离到R，与目标2重合；g)重复d)-f)步骤，每个位置Ri下记录五组测试结果Rij(j=1~10)；h)记录被测雷达在各距离下的测试数据，根据如下公式计算距离分辨力：Rres=………………Rres——距离分辨力i)同样的方法也可以用于其他角度上的距离分辨力的测算。7.1.5.2速度分辨力a)调整雷达工作环境，使其处于B1工作模式之下；b)通过测试峰值功率完成雷达法线方向标定，确保此时雷达上位机与转台同时角度归零；c)分别模拟RCS为10dBsm目标1和10dBsm的目标2，将两目标起始距离设置为Rmin（Vi取负值时该值为Rmax终止距离设置为Rmax（Vi取负值时该值为Rmin速度设置为Vi，为从负极限速度到正极限速度共五组速度值，V1=Vmin,V5=Vmax；d)在每组试验中，保持目标速度不变，将目标1的速度以0.1m/s步长减少，直到雷达能够区分这两个目标，且这两个目标的距离、速度、角度精度均满足要求时，记录两者的速度差Vi_1；e)将目标1的距离继续以1m步长减少，直到受试雷达能明显分开两个目标为止；f)再将目标1的速度以0.1m/s步长增加，直到受试雷达刚好不能区分这两个目标时，记录两者之间速度差Vi_2。继续增加目标1的速度到Vi，与目标2重合；g)重复d)-f)步骤，每个速度Vi下记录五组测试结果Vij(j=1~10)；h)记录被测雷达在各速度下的测试数据，根据如下公式计算速度分辨力：Vres=………………Vres——速度分辨力i)同样的方法也可以用于其他角度上的速度分辨力的测算。7.1.5.3角度分辨力a)调整雷达工作环境，使其处于B1工作模式之下；b)通过测试峰值功率完成雷达法线方向标定；c)分别模拟RCS为10dBsm目标1和10dBsm的目标2，速度设置为0km/h，初始位置设置为50m，根据已经获得的雷达视野范围，取该距离下水平角度范围边界，平均地取从最小到最大的探测范围内五组位置数据，其中A1=Amin，A5=Amax；d)在每组试验中，保持目标2静止，将目标1的角度以0.1deg步长减少，直到雷达能够区分这两个目标，且这两个目标的距离精度均满足要求时，记录两者之间角度Ai_1；e)将目标1的角度继续以1deg步长减少，直到受试雷达能明显分开两个目标为止；f)再将目标1的角度以0.1deg步长增加，直到受试雷达刚好不能区分这两个目标时，记录两者之间角度Ai_2。继续增加目标1的角度到Ai，与目标2重合；g)重复d)-f)步骤，每个角度Ai下记录五组测试结果Aij(j=1~10)；h)记录被测雷达在各角度下的测试数据，根据如下公式计算角度分辨力：Ares=………………Ares——角度分辨力i)同样的方法也可以用于其他距离上的角度分辨力的测算。7.2外层覆盖件7.2.1反射特性测量使用毫米波雷达罩测试系统，测试面板包含发射和接收天线。每个天线依次发射车载雷达波段的信号，经过待测天线罩散射返回后，分别由各个接收天线测量。通过比较发射接收信号的功率差值，测量外层覆盖件的发射系数。图5天线罩的反射特性测量示意图7.2.2传输特性测量右侧发射天线模拟雷达的发射信号，传输信号由左侧的接收天线接收。计算得出整个频段内的传输损耗曲线，进而评估待测物在整个工作频带范围内的损耗特性（平坦度）。图6天线罩的传输特性测量示意图7.3系统探测性能将雷达系统装车集成后，使用激光雷达、摄像头等高分辨率传感器作为参照系统，测试毫米波雷达系统集成功能状态下的探测性能。7.3.1基本性能测试按照7.1.1的要求，完成探测范围测试。7.3.2典型场景测试典型场景的测试可以采用实物或物理仿真的形式，采用物理仿真的形式需要考虑不同目标在不同角度下RCS特性，以保证模拟目标的准确性，道路类型可以参照表4中单个或组合选取，目标物类型可以参照表4中单个或组合选取。气候环境测试采用外场实物测试方法执行，环境选取可以参照表4。表4典型道路场景及目标物典型场景道路类型目标物类型气候环境本车加速高架路上立交桥、人行天桥雨天本车减速高架路下路牌雪天本车超车城市峡谷行人雾霾本车跟车平直公路自行、电动车前方车辆切入拐弯道路车辆夜晚前方车辆切出乡村道路隔离带拐弯井盖桥梁防护栏测试过程中，将高精度标注系统产生的数值作为参考值，测试里程数以满足单个ADAS功能测试项为宜，一次测试一个场景、一种道路