文摘

高级驾驶员辅助系统(ADAS)最近成为公众关注的焦点在汽车行业的汽车制造商和技术公司追求有效的主动安全系统,全自动车辆。各种传感器,如激光雷达(光探测和测距),雷达(无线电探测和测距),超声和光学相机用来提供态势感知车辆在一个高度动态的环境中。雷达已经成为一个主要传感器技术主动/被动安全和comfort-advanced驾驶员辅助系统。身体上构建和测试雷达系统演示可靠性是一项昂贵和耗时的过程。模拟成为最实用的设计和测试雷达系统解决方案。本文提供了一个完整的,完整的物理模拟工作流汽车雷达使用有限元法和渐近电磁动力学射线追踪。发射机和接收机天线的设计和优化。天线与汽车保险杠和筋膜还在调查中。一个完整的基于物理模式雷达现场角落获得高保真range-Doppler地图。最后,探讨倾斜的影响道路上行人检测和后期施工的影响,金属板雷达假目标识别回报率。 Possible solutions are suggested and validated. Results from this study show how pedestrian radar returns can be increased by over 16 dB for early detection along with a 27 dB reduction in road construction plate radar returns to suppress false target identification. Both solutions to the above corner cases can potentially save pedestrian lives and prevent future accidents.

1。介绍

未来的汽车将是一个手机和智能技术中心配备完整的自主驾驶能力和主动安全系统将提供舒适和方便而让明天的道路更安全。而全自动车辆已成为最近的汽车工业ADAS革命背后的推动力量,一个更直接的目标是让今天的道路安全。调查显示,有90%的事故是由于人为错误1]。伙伴先进的交通公路(路径)估计,车祸和它们相关的损害几乎世界上3%的国内生产总值(gdp)产品成本(1]。在2016年,40 000人仅在美国和全世界超过125万人失去了他们的生命在交通事故2]。2010年3月,联合国大会宣布2011年至2020年的“道路安全行动十年”。对此,汽车制造商汽车装备的主动安全系统属于ADAS的大伞。相比之下,被动安全系统,如安全气囊,只有部署撞击后,主动安全系统不断监测车辆的环境,可以自动控制车辆,以避免碰撞(3]。各种传感器技术用于地图的直接环境工具,同时也为它提供它的位置和速度相对于其他车辆在路上。光学相机(4- - - - - -7),激光雷达,雷达,超声波传感器是应用最广泛的传感器。光学相机可以提供高清图像;然而,他们是昂贵的,需要大量的计算机处理,不能提供范围信息。激光雷达系统可以提供高分辨率的3 d图像。另一方面,激光雷达系统是昂贵的和不利影响汽车振动和雨雪等天气条件。激光雷达系统也仅限于“第一反弹”的观察对象,不能检测模糊对象。超声波传感器成本低,可以在黑暗中操作,而不影响目标的颜色;不过,他们有非常有限的范围,通常低于10米。而未来的汽车将最有可能有这些传感器、雷达已经成为一个明显的领先者在汽车主动安全传感器。这是因为雷达是廉价的,健壮的,可以检测模糊对象的存在,可以同时提供多个目标的距离和速度不受天气和光照条件(负面影响8]。

汽车雷达广泛分组角落和雷达。街角雷达系统负责盲点检测(BSD),后十字交通警报(RCTA)和车道改变辅助(LCA)。前雷达通常中期远程雷达,用于自适应巡航控制系统(ACC)和自动紧急制动(AEB)。一些雷达系统放在两侧的车辆预碰撞警报(9- - - - - -11]。图1汽车雷达显示一些常见的应用程序。本文将关注远程雷达自适应巡航控制系统。超声波传感器通常用于车辆停车援助。然而,ultrawide乐队(超宽频)短程雷达高幅度分辨率和精度需要全自动车辆停车。

当前汽车雷达系统设计在24 GHz和77 GHz。24 GHz频段(24 GHz 24.25 GHz)有一个窄带(250 MHz)工业、科学和医疗应用程序。一个ultrawide乐队为雷达应用程序(UWB)存在从21.65 GHz 26.65 GHz (5 GHz的带宽)。最近的监管举措联邦通信委员会(FCC)和欧洲电信标准协会(ETSI)将看到的超宽频(21.65 -26.65 GHz),只留下的窄带(250 MHz)。从2022年1月1日,24日GHz超宽频将不再可用。另一方面,77 GHz乐队有76 - 77 GHz带远程自适应巡航控制系统(ACC)和高分辨率77 - 81 GHz,短程雷达。因此,当与24 GHz相比,77 GHz是一个有吸引力的选择未来所有汽车雷达系统由于其优越的精度范围,距离分辨率、速度精度,速度解决。具体来说,由于操作的高频率和更大的带宽,77 GHz雷达可以有更好的距离分辨率20倍和3倍的速度精度剩余窄带24 GHz系统。另一个考虑是组件的实际带宽(放大器、恢复等),通常有一个操作部分带宽(5% - -10%),这是更大的在实际带宽77 GHz(3倍)的24 GHz。天线尺寸和频率反比; therefore, the antenna size can be reduced by approximately 3 times when operating at 77 GHz compared with 24 GHz [12]。

随着雷达系统的发展从仅仅能够警告司机操作车辆,积极控制车辆自适应巡航控制系统,这些系统将需要广泛的测试和验证的可靠性。据估计,数十亿英里需要驱动的测试证明自主车辆的可靠性。此外,工程师将需要测试这些角情况下雷达传感器。具体来说,有外围情况下有趣的现象,比如鬼目标,雷达致盲,会发生和消失的目标。公司和研究人员定期构建和测试雷达系统(3,8,10,11,13,14]。测试雷达系统在角落的情况下也可以不可能在某些情况下,由于汽车公司绝对不会故意地驱动验证AV通过一个场景,他们可以让司机或其它人在现实生活中杀了。

最近,重点放在了突出问题困扰汽车雷达系统,以使系统健壮为全自动操作(15- - - - - -20.]。具体地说,研究人员调查了雨杂波的影响,天线波束扩张,护栏检测,算法的方向,并为雷达系统在隧道噪声过滤。虽然很多研究已经完成,这些研究使用全物理仿真研究的多种可能的操作条件变化可能影响雷达系统的正常运行。

由于多种情况下雷达角落和操作情况,它既昂贵又耗时的构建和测试雷达系统。仿真是惟一可行的方法,因为它允许雷达传感器设计开发和测试雷达传感器在很短的时间。整个产品设计、测试和优化在模拟在一个单一的制造周期开始之前,从而降低开发成本,提高可靠性,显著减少投放市场的时间。天线设计,天线性能对汽车平台,雷达系统和角情况下测试是对雷达系统的关键领域的发展。雷达的场景和角情况下测试通常通过制造和现场测试。原因是超大电子雷达场景的大小(通常成百上千亿立方波长大小77 GHz),使其不切实际的模拟与有限元法(FEM)电磁动力学基础。

在这篇文章中,一个完整的,完整的基于物理,77 GHz汽车雷达模拟工作流将。具体来说,节2发射和接收天线的设计和优化,将完成使用ANSYS的有限元法(FEM)的高频结构仿真器(HFSS-FEM)。节3这些天线的性能,当安装在汽车保险杠和筋膜将调查使用ANSYS的射击和跳跃(SBR +)射线解算器(HFSS-SBR +)。一个完整的雷达场景建模和解决使用基于SBR +节4。最后,一些角情况下将调查部分5。具体来说,terrain-induced减少雷达返回将调查和减轻。提出了缓解方法预测16-dB (∼40 x)增强目标的可见性。这些改进将提高行人检测倾斜道路上。最后,鬼魂的出现目标是从diffraction-induced强烈的金属建筑板块将雷达返回调查。这些鬼魂的目标是有问题的,因为他们可以迷惑雷达系统,进行自动紧急制动(AEB)系统的车辆。建设板块的方法减少返回超过27分贝(500 x)。基于仿真的解决方案有可能拯救生命和防止未来的事故。我们所知,这是第一个完整的基于物理antenna-to-scene提出了仿真工作。

2。天线设计和优化

2.1。选择合适的数值方法和理论进行分析

在本文中,两个主要的数字技术将被用来进行一个完整的电磁分析的77 GHz汽车雷达。具体来说,有限元法(FEM)和射击和弹跳射线(SBR +)技术将被使用。电磁场有限元法确定解决方案由离散化整个几何分析到——的尺寸四面体元素。利用麦克斯韦方程的微分形式,每个四面体中的字段由局部基函数表示。SBR +是一种混合电磁求解程序,利用几何光学(去)跟踪的路径传播的电磁射线。每当这些射线入射在几何图形,SBR +使用物理光学(PO)“油漆”电流这些几何图形。这些电流然后再辐射到自由空间。SBR +占反射、折射和衍射的电磁波。为更多的细节在麦克斯韦方程,物理光学(PO)、几何光学(去),衍射,反射,折射,感兴趣的读者被称为(21]。

有限元技术是理想的电小问题通常1 - 10λ的大小(λ电磁波的波长在解空间),具有复杂的几何变化。这是因为有限元法可获得和显式地解决了麦克斯韦方程对整个解空间。有限元法,然而,没有规模效率更大问题数十到数百波长的大小。SBR +是一个渐近解算器,是理想的电大问题由于其射线追踪和物理光学技术。SBR +可以解决问题,成千成千上万的波长的大小。因此,在这篇文章中,我们将利用有限元技术设计电小和几何复杂天线传感器。SBR +将被用来解决电大尺寸电磁响应的,全面的雷达场景(通常是数十亿立方波长的大小)。SBR +也将被用来决定安装天线的辐射模式安装在保险杠和筋膜时,是非常大的在77 GHz(波长在77 GHz大约是4毫米)。

2.2。串联馈微带贴片天线阵列的设计和优化

雷达目标确定的范围和速度在一个给定的场景通过发送时延反射信号的调制电磁脉冲和观察。因此天线积分组件在雷达系统负责发送和接收电磁波。提出了各种天线设计77 GHz雷达系统。具体来说,开槽波导,反射镜、透镜和微带贴片天线已经开发了汽车雷达(22,23]。然而,微带贴片天线已成为主要的拓扑选择由于其结构简单、低调,与系统易于集成,和低制造成本(24]。流行的变体微带串联馈微带贴片天线的贴片天线阵列(25- - - - - -28]。

分析了串联馈线性阵列使用修改后的传输线模型。图2显示了一个超级元素包含多个矩形微带贴片天线(25,29日]。这一个超级元素将被用作发射天线。模型如图2是一个Derneryd的传输线模型的修改版本。在这个模型中,微带贴片天线是由两个插槽负责辐射(红色包装)。这些辐射槽两边的补丁由平行电导G和电纳B。尽管这个模型能够很好地用于一个贴片天线,它低于当多个补丁放在系列由一个高阻抗给水管路和美联储。这是因为补丁天线本身可以看作是低阻抗的传输线部分。因此,区域给水管路和贴片天线满足代表一个阻抗不连续,如图2。这个阻抗不连续是由两个附加电抗X₁和X_2。

尽管分析模型可以提供快速规范化问题的近似解,他们通常不能提供准确的复杂问题的解决方案。在某些情况下,一个分析模型可能还不存在。分析复杂的天线结构的辐射特征,全波电磁求解程序,解决了麦克斯韦方程组的积分或微分形式是必需的。

基于有限元方法(FEM)的电磁求解程序。使用方程和详细的技术(25,29日,30.),天线设计和ANSYS模拟基于使用127年μ米厚的介电层(RT-Duroid 5880ε_r= 2.2)和9μ米铜包覆。天线性能的兴趣,,这个设计过程的旁瓣级峰值增益来实现,并返回损失77 GHz。具体来说,低旁瓣是理想的(通常是−15分贝)区分真正的目标收益都杂乱的回报。最后获得了天线设计在基于有限元法使用参数和衍生优化。实现增益和天线的远场辐射方向图在图2如图3。

正如前面提到的,图的天线设计2是一个发射天线。4发射天线的超级元素的数组构造创建接收天线(RX)。进一步的旁瓣抑制是通过激励振幅逐渐减少为每个超级元素归一化电压励磁的1 V, 1.73 V, 1.73 V, V和1。图4显示了实现增益和接收(RX)天线的远场辐射方向图。图5显示了发射天线和接收天线的回波损耗当所有的元素是兴奋。

3所示。天线包装和放置效果

电磁波传播影响导体和电介质的存在。具体来说,天线附近的金属和介质材料可以显著改变天线的特点。不幸的是,这些修改通常有副作用如增益降低,旁瓣水平增加,梁失调、阻抗失配。天线工程师不仅担心天线设计,而且也对天线位置和包装这些天线的性能产生重大影响。77 GHz,阶段错误源于天线包装和位置效应会导致错误的目标识别和鉴定。

在一个高度竞争的市场,汽车制造商正在不断努力改善车辆的视觉吸引力,增加更多的功能技术。此外,其他因素,如空气动力学设计时必须考虑高端汽车的仪表板和身体。有时功能可以与空气动力和审美需求的汽车制造商。这方面的一个例子目前的激光雷达系统和摄像机安装在试验自动车辆。尽管这些传感器扮演不可或缺的角色在自主车辆操作中,它们需要光学视线,既不美观也不符合空气动力学原理。然而,雷达可以更无缝地集成到车辆通过安装雷达传感器在汽车仪表板后面。然而,这不是一个进程没有自己的挑战,因为金属保险杠的性质和介电招牌可以显著改变天线的特性。

满足设计规范,工程师需要考虑天线包装、保险杠、仪表板对整体雷达传感器性能的影响。如果雷达传感器不能满足所需的规格,汽车雷达公司估计重复包装的成本约为100万美元每循环(31日]。此外,包装设计会导致延迟推出汽车本身,导致巨额亏损的汽车制造商。此外,失踪的平台和包装效果在车辆操作可能会造成事故,对汽车制造商的生命损失和灾难性的责任问题。

过去,天线位置和包装进行调查的影响通过制作天线,包装,放置在测量的招牌。这是一个过程,需要来回雷达传感器制造商和汽车制造商之间的交互。实际上,这样一个过程是反复试验和迭代,花了9个月的产品开发。具体来说,后期改变车辆的油漆类型或招牌设计必须占到新车,通过构建新的平台(背后的天线32]。今天,仿真已经成为最有效的方式来调查的影响天线位置和包装。在仿真,工程师仅仅获得丰厚和招牌计算机辅助设计(CAD)的汽车原始设备制造商(OEM)。使用这些CAD文件,可以模拟天线的地方是位于正常的车辆操作。

介质覆盖的影响,保险杠、仪表板上天线的辐射特性部分2研究了利用基于有限元法和基于SBR +。具体来说,电介质的影响包被解决占整个天线和介质使用HFSS-FEM包。模拟保险杠和招牌效应可能是一个挑战与有限元解算器由于电气问题的大小。77 GHz,电磁波的波长约4毫米,从而使一个典型的汽车仪表板、保险杠相比非常电大波长。解决这样的大问题可以成为计算昂贵和费时使用解决有限元法(FEM)。图6显示了模拟工作流从孤立的天线到打包和安装天线。

基于SBR +是一个高频渐近的演电磁求解程序。SBR +是一种物理光学(PO)解算器,利用几何光学(去)射线跟踪有效解决电大型几何图形。在SBR +,光线从天线源“射”向各个方向进入太空,其中一些射线退出计算域不受阻碍,而一些反弹或通过几何。使用PO和近似,等效面电流然后几何上“画”。这些等效面电流辐射观察点或角度,所有事件的总和计算散射场。执行过程的射线,直到他们退出域或达到用户定义的最大数量的反弹(33]。

使用基于SBR +, CAD模型的包装天线,保险杠、仪表板和进口设置如图6。汽车天线的影响包装和集成数据所示7和8分别对发射机和接收机天线。这个调查显示天线包装和集成在汽车平台上可能导致超过4 dB损失实现增益以及远场辐射方向图的修改。也是,天线的旁瓣级增长超过6 dB,导致可能的地面杂波放大收益。

4所示。完整的物理雷达场景建模和仿真

对象的操作原理的雷达反射入射电磁波。雷达传感器确定对象的距离(范围)和速度通过发射电磁信号,等待反射信号。雷达的话题被广泛覆盖在文学;感兴趣的读者被称为(14,34,35]。所有雷达系统通常寻求确定部分或全部目标的属性,即范围,速度,和到达方向(DOA)。发射电磁信号的性质,区分雷达系统的后续数字信号处理。脉冲连续波、调频连续波(FMCW),加强频率连续波(SFCW)和正交频分复用(OFDM)是雷达的一些变体实现(9]。的流行实现FMCW雷达在汽车雷达或线性频率调制。在FMCW、信号是一个线性调频信号和用于范围和速度的决心。线性调频信号的频率随时间线性传播循环。范围是由观察频率传输信号和反射信号。积极的斜坡段频率的信号,反射信号是低频率由于时间延迟。差频是发现通过接收到的信号混合传输信号。傅里叶变换的中频信号显示不同的频率峰值对应于不同的目标在不同的范围。分离速度的目标,需要进行多个啾啾第二个快速傅里叶变换(FFT)称为Doppler-FFT [35]。

系统级仿真的雷达可以提供一些有关雷达的可行性设计和提出的数字信号处理方法的合理性。然而,这些系统级模拟不是完整的物理基础。这意味着系统级模拟实际上没有模拟电磁波的传播以及复杂散射衍射等现象。有了这一限制,系统级仿真器不能用于调查至关重要的问题。正如前面提到的,高效的全物理仿真的电磁问题非常依赖于电尺寸的问题。典型的雷达在77 GHz数千亿立方波长的大小,从而使得有限元动力学。基于SBR +是一个高频渐近电磁求解程序,使用一个物理光学(PO)解决方案增强了几何光学(去)射线跟踪有效地分析这些电的大问题。

4.1。验证SBR +

基于SBR +可以用来解决雷达现场问题使用的轻微的变体FMCW技术称为调频中断连续波(FMiCW)雷达(36]。每个雷达问题可以被描述为一个天线耦合问题的存在散射雷达目标。验证SBR +方法,TX和RX打包和安装天线的远场天线模式导入到一个基于SBR +解决方案设置在ANSYS电子桌面19.2(出来)。用2米高的金属球体半径是放置在现场比较分析和模拟SBR +结果。雷达方程(1)可以用来预测的接收功率目标当其雷达散射截面(RCS)是已知的。相反,它可以用来确定一个目标的RCS,当接收功率。

在这里, ,和r指的是接收功率,发射功率,发射天线增益,接收天线增益,波长、目标雷达截面和范围(目标)的距离。在图所示的设置9。

从仿真图所示9预测,基于SBR + RX天线接收到的散射功率的−109.42瓦分贝,而理论值−108.13瓦分贝。球的模拟范围是48.375米。这个范围也很准确,因为收到的雷达返回也来自48米的球体的主要面对远离雷达由于2米半径范围。

4.2。雷达场景建模

每个汽车雷达仿真都有三个基本组成部分:这些都是自我,演员,现场。现场是指所有静止的对象如道路、树木、路灯,而演员们都是行人和车辆等移动物体。自我车辆的车辆安装雷达。使用基于SBR +全面雷达场景建模。场景包括一条柏油路,行人、车辆、路牌和路灯。

车辆主要是模仿完美电子导体(压电陶瓷)。行人是模仿人类使用单一材料干燥的皮肤模型(37,38相对介电常数和电导率ε_r= 6.6,σ分别为= 38.38 S / m。表1显示了雷达性能。图10显示了一个完全参数化,规模模型的雷达,将分析基于SBR +。自我所代表的车辆发送和接收天线模式,是在前一章,获得包括筋膜、保险杠、和包装交互影响。这些雷达的天线模式导入到这个场景分析。

基于SBR +解决雷达问题使用调频中断连续波(FMiCW)。在每一个脉冲,发射机将增加77.15 GHz的频率为76.85 GHz。这个脉冲发射后,发射器将关闭一段时间,而接收机天线接收散射信号。重要的是要注意,接收机不断抽样频率,而发射机正在唧唧声。获得range-Doppler地图,单一频率扫描的耦合的参数(脉冲)加载到一个一维数组。逆快速傅里叶变换(传输线)然后给进行时域数据,可以很容易地转换成一系列剖面由于电磁波在自由空间的传播速度是已知的(c =3×10⁸米/秒)。概要文件然后每个加载范围作为雷达数据矩阵的行。一旦加载到所有需要的脉冲雷达数据矩阵,一个快速傅里叶变换(FFT)然后一起完成每一列获取range-Doppler地图。

range-Doppler地图隔离目标在二维空间的速度和距离。在下图中,每个range-Doppler地图将显示的速度y设在和范围x设在。颜色的规模与反射信号的强度在瓦分贝。具体来说,红色区域表示强的雷达返回,而蓝色区域代表地区的地方没有目标或者极度疲弱雷达返回。使用这个颜色,可以看出瓦分贝反射信号的强度取决于目标的接近自我车辆和目标的雷达截面(RCS)。另一个感兴趣的情节,将在接下来的部分情节的雷达范围。雷达范围情节隔离在一维空间的目标。具体而言,雷达范围图只显示自我的目标车辆的距离。反射信号的强度在瓦分贝的所示y设在,而其相应的距离米所示x设在。图11显示了一个range-Doppler地图覆盖了其相应的演员,以方便识别。

图11range-Doppler地图获得从一个完整的物理模拟。很多了解实际的雷达传感器“视图世界”可以获得这些类型的情节。感兴趣的是这完全基于物理结果获得没有捏造一个组件。为了演示这个模拟的射线跟踪方面,视觉射线追踪的阴谋获得现场图10。视觉射线追踪的阴谋(VRT)显示所有路径的几何光学射线旅行时从发射机到目标以及随后的反弹的目标。图12显示了一个VRT情节场景如图10。

5。调查汽车角情况下

几乎在工程的各个方面,存在一些问题,可能会或可能不会有重大的后果。角落里存在的情况下代表特定情况外的正常操作参数。在汽车雷达、角病例的调查是极端重要的,因为它可以为工程师提供有价值的洞察如何减轻角情况下效果。汽车雷达的情况下失败,角落案例调查可以告诉工程师和研究人员都可能发生什么。角情况下汽车雷达的典型例子是栏杆的影响,隧道和传感器加热在雷达上的回报。随着汽车的发展并不仅仅是在协助司机成为全自动,所有ADAS的角情况下响应部件需要非常可靠。仿真是唯一可行的方法来调查潜在的角落里的无数案例。

系统级仿真器可以提供宝贵的见解整个系统将如何表现如果一些参数改变。这是适合系统在正常情况下运行;然而,解决non-full基于物理模型在调查情况下汽车雷达角落。在其核心,雷达电磁传播问题本质上是一个问题。因此,完整的物理电磁动力学需要调查情况下汽车雷达角落。在本节中,两个角情况下,将可能的缓解技术。第一种情况调查地形slope-induced减少雷达返回及其对早期目标检测的影响。第二个病例调查假目标探测由于金属道路建设盘子。每个角落的这些病例中代表一个情况全物理仿真的雷达场景可以提供潜在拯救生命的洞察力。

5.1。案例1:地形Slope-Induced降低雷达的回报

高梯度或起伏的道路上驾驶司机可能是一个挑战。这是因为能见度是极其有限的迅速变化的地形。汽车雷达也不利影响起伏的道路或高梯度的斜坡。旧金山等城市是臭名昭著的榛子街等有陡峭的街道和22日街梯度高达17.5°。雷达传感器安装在车辆,根据边坡的性质,可能会面临向上或向下相对平坦的地形。在这些情况下,雷达传感器本身也面临“向上或向下。它将显示某些目标如何消失的雷达range-Doppler地图。这就可能产生毁灭性的后果由于雷达“忽略”关键目标,如行人和车辆。在恶劣的天气条件下,自主车辆主要取决于雷达目标识别;因此,目标可见性高梯度道路上是极端重要的。

一个至关重要的角情况下车辆临近时一个平坦的地形从积极的坡度。在这里,车辆和雷达传感器基本上是朝上,如图13。

使用模型图13,雷达返回不同坡角了。斜率变化直到行人子范围从雷达上消失。图14显示了不同的斜坡上的雷达范围的阴谋。在这里,α= 0指的是平地。从图可以看出14在斜率大约α= 8°,雷达返回的行人男孩消失近100 dB。从这个模拟结果预测的可能性灾难性的情况下,汽车雷达可能无法探测的关键目标,略有超越地平线。

进一步证明了极端减少雷达返回由于坡,range-Doppler平坦地形和地图α= 8°模拟,如图15。感兴趣的是多个目标消失当自我车辆倾斜相对于地形接近。注意,相同的情节规模维持所有range-Doppler地图。

结果数据14和15证明需要技术,减轻减少雷达反射。汽车行驶22英里(10 m / s),它通常需要14米从刹车应用于完全停止。因此,早期发现目标超越地平线的斜率可以防止事故发生或行人死亡。提议的早期检测技术是雷达传感器在高程平面倾斜向上补偿梯度。天线以“看”的想法是当车辆查找。通过使用多个TX天线中交错的高度,可以实现波束扫描使用移相。光束扫描系统将连接到一个陀螺仪或斜坡检测传感器。为了测试这个系统的有效性,补偿角度γ旋转沿海拔飞机被添加到TX和RX天线。这个角是不同的,直到峰值雷达得到了回报。图16显示了一个雷达系统的range-Doppler地图与斜坡补偿系统倾斜。可以看到从图16倾斜的雷达系统,以前看不见的行人现在可以被探测到。仿真结果表明,补偿角等于负斜率角是最优,也就是说,γ=−α。这样的早期目标探测技术有潜力拯救行人和防止事故发生。

5.2。案例2:假目标探测由建筑金属板

目标检测和跟踪是任何雷达系统的基本目标。早期目标检测可以帮助ADAS为司机提供警告车辆等盲点。在全自动车辆操作中,早期的目标探测可以允许车辆避撞协议。虽然未能检测到一个目标可能是灾难性的,检测假目标可以同样灾难性的自主车辆。具体地说,任何虚假目标雷达系统检测到的可以迫使汽车避撞策略可能导致事故。自适应巡航控制系统(ACC)系统尤其敏感的假目标的影响。这些系统的目的是为了维持一个特定的速度,同时监测前方的道路;如果前方的车辆减速,自我车辆也会慢下来。事故时出现的ACC系统识别错误的目标,迫使其进行自动紧急制动(AEB)系统。突然订婚AEB系统由于目标,其他司机不认为存在可能导致追尾事故。 Because the radar problem is inherently an electromagnetic wave transmission and reflection problem, regular objects encountered on the roads can present extremely strong returns. Examples of these objects are street signs and guard rails. In this corner case study, the radar returns of construction metallic plates are investigated.

当铺设电缆或公用管道、建筑公司经常在街道上挖战壕。这些战壕通常覆盖着金属板允许车辆仍在使用那些在建设大街。虽然这些盘子只有25毫米厚,77 GHz,边缘呈现雷达6λ(6电子波长)厚的目标。调查的影响钢板,雷达在基于场景创建。图17显示了建筑钢板和一个基于SBR +雷达景象。包含在这个场景9×5米(2.5∼10毫米厚度的钢板λ)。这个板是直接放置在自我车辆的车道。其余的车道是故意空,除了把蓝色车67米远。

图18显示了range-Doppler地图场景如图17有和没有钢板。有趣的是钢板如何呈现出很强的目标的雷达传感器。这个目标强度与实际的车辆。

边缘衍射反射和角落的金属边是罪魁祸首。金属边脸呈现出相当大的表面积为77 GHz。另一方面,钢板边缘锋利的边缘,出现电流不连续。当前的不连续面,然后再反射。再辐射介绍自己是一个强大的目标返回的雷达。防止汽车雷达捡这个错误的目标,需要减少钢板的RCS。一个解决方案可以用W波段覆盖的金属板(75 GHz−110 GHz)吸收器(39];然而,这将是不切实际的和昂贵的外套与这些吸收器结构钢板。

我们建议减少钢板RCS的方法减轻衍射在板边和减少面临的平面表面。弯曲的边缘是一种有效减少衍射的方法,因为它会导致当前不连续的消除。图19显示了雷达范围的情节场景如图17。在这里,使用两种类型的钢板。第一个钢板是经常与广场边板。第二个板具有相同的厚度,长度,宽度。然而,它的边缘是圆形的减轻衍射效应。见图19,舍入钢板的边缘可以减少雷达回波强度由27个dB(减少∼500 x)。图20.显示了常规range-Doppler地图板块和圆板。圆角边缘显著降低建设板块的回报。这样一个弱目标可以过滤掉轻松通过车辆的目标检测算法。通过过滤出圆形的钢板,可以避免潜在的意外自动紧急制动。这是一个很大的结果表明汽车制造商合作的必要性、基础设施建设公司。这样的角情况下只能测试字段或使用完整的基于物理动力学模拟。

6。结论

77 GHz汽车雷达的一个关键传感器需要开发可靠的全自动车辆主动安全系统。证明可靠性仿真已成为惟一可行的解决方案来减少或消除成本和时间约束与构建和测试物理原型。本文基于有限元法用于天线设计,优化和雷达天线罩的影响分析。基于SBR +被用来研究保险杠和car-facia交互的影响天线辐射特性。全面雷达场景模型在基于SBR +和分析。情节和range-Doppler情节提出了一个复杂的交通场景。两个病例调查汽车雷达角落。提出了一种技术来减轻road-slope-induced减少雷达返回和验证。使用全物理仿真,证明这种技术可能会导致早期检测行人和潜在拯救生命。最后,技术减少道路建设提出了金属板的RCS,以避免意外自动紧急制动由于错误的目标探测。 This work shows how an entire automotive radar workflow can be simulated to develop optimal sensors, to account for installation effects, and to investigate active safety systems corner cases.

数据可用性

ANSYS电子桌面(出来)文件用于支持本研究的发现可以从相应的作者((电子邮件保护))要求。感兴趣的个人必须基于SBR +能够打开文件。作者保留权利不披露任何可能被视为专有的信息。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。