摘 要：為明晰公開道路高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)（ADAS）軟體目標(biāo)物的雷達(dá)散射截面（RCS）特征，選取現(xiàn)階段市面上主流測(cè)試目標(biāo)物，參考ISO19206目標(biāo)物研發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，基于77GHz大陸408毫米波雷達(dá)和雷達(dá)小車，在封閉場(chǎng)地內(nèi)開展不同目標(biāo)物雷達(dá)散射截面測(cè)試，通過均值及滑移濾波算法處理測(cè)試數(shù)據(jù)，剖析數(shù)據(jù)耦合因素。結(jié)果表明：受多徑效應(yīng)影響，目標(biāo)物在近場(chǎng)的RCS特征值會(huì)迅速下降；在4-40m的距離下，小孩目標(biāo)物RCS區(qū)間為[-9，3]、成人目標(biāo)物RCS區(qū)間為[-7，4]，自行車目標(biāo)物RCS區(qū)間為[-3，11]；在4-100m的距離下，假車目標(biāo)物RCS區(qū)間為[8，16]，貨車目標(biāo)物區(qū)間為[20，45]，為相關(guān)目標(biāo)物或智駕系統(tǒng)開發(fā)提供參考。

關(guān)鍵詞：毫米波雷達(dá) 軟體目標(biāo)物 ADAS 77GHz

0 引言

車輛自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)（Autonomous Emerg ency Braking，AEB）性能的不斷提升導(dǎo)致該系統(tǒng)在家用汽車市場(chǎng)普及率也隨之增加。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，有超過18個(gè)品牌已實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的全系標(biāo)配，其中41個(gè)品牌AEB占比超過3成[1]。在法規(guī)測(cè)試層面，自2014年歐洲新車安全評(píng)鑒協(xié)會(huì)（The European New Car Assessment Programme，ENCAP）將自動(dòng)緊急制動(dòng)系統(tǒng)納入汽車整體評(píng)價(jià)后，中國(guó)智能汽車指數(shù)測(cè)評(píng)規(guī)程（Intelligent Vehicle Integrated Systems Test Area， IVISTA）和中國(guó)新車評(píng)價(jià)規(guī)程（China New Car Asse ssment Programme，CNCAP）也相繼出臺(tái)了符合中國(guó)特色相關(guān)的政策標(biāo)準(zhǔn)。近年來，隨著測(cè)試規(guī)程逐步升級(jí)及測(cè)試方法不斷細(xì)化，整體場(chǎng)景逐步細(xì)分為車對(duì)車、車對(duì)行人及車對(duì)兩輪車等，對(duì)車輛系統(tǒng)性能及研發(fā)周期提出了更高的要求[2-3]。

由于車輛AEB系統(tǒng)在研發(fā)、驗(yàn)證過程中存在大量的碰撞，為保障測(cè)試安全及效率，以德國(guó)Messing、奧地利4A為首的公司相繼開發(fā)了一系列目標(biāo)物，用于模擬交通場(chǎng)景下的真實(shí)參與者，為系統(tǒng)優(yōu)化提供了大量的摸底數(shù)據(jù)[4]。現(xiàn)如今，高級(jí)輔助駕駛系統(tǒng)（Advanced Driver Assistance System，ADAS）軟體目標(biāo)物已成為主動(dòng)安全規(guī)程測(cè)試?yán)锉夭豢缮俚囊徊糠?，并呈現(xiàn)多樣化的發(fā)展趨勢(shì)。由于車輛ADAS系統(tǒng)大多通過毫米波雷達(dá)及攝像頭感知外界環(huán)境，故對(duì)目標(biāo)物而言，如何在傳感器呈現(xiàn)出與真實(shí)交通參與者相似或一致的特征是衡量產(chǎn)品好壞的關(guān)鍵。

現(xiàn)階段評(píng)價(jià)ADAS目標(biāo)物指標(biāo)參數(shù)可分為雷達(dá)散射截面積（Radar Cross Section，RCS）和紅外反射值，RCS可由毫米波雷達(dá)獲取，紅外反射值與視覺傳感器相關(guān)[5]。鑒于毫米波雷達(dá)具備全天候、成本低廉等優(yōu)越性，在整車智駕架構(gòu)領(lǐng)域受到了廣泛應(yīng)用，故準(zhǔn)確掌握目標(biāo)物RCS特征譜是開發(fā)相關(guān)、優(yōu)化智駕系統(tǒng)的關(guān)鍵。目前RCS大多通過暗室測(cè)量，此類途徑精度高，但鑒于ADAS系統(tǒng)最終落地場(chǎng)景為公開道路，故研究目標(biāo)物在此類場(chǎng)景下的RCS變化也尤為重要。

為此，本文介紹現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外ADAS軟體目標(biāo)物研究進(jìn)展，基于ISO19206標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)內(nèi)ADAS主流測(cè)試設(shè)備，分析測(cè)試過程中各類要點(diǎn)，剖析各類目標(biāo)物RCS特征譜變化規(guī)律及大小，為國(guó)內(nèi)相關(guān)目標(biāo)物研究及智駕開發(fā)提供參考。

1 國(guó)內(nèi)外目標(biāo)物現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外現(xiàn)狀

國(guó)外智能網(wǎng)聯(lián)車輛ADAS系統(tǒng)起步較早，以德國(guó)Messing、奧地利4A為首的公司早已在行人、自行車及假車等軟體目標(biāo)物領(lǐng)域展開了大量的研究，并基于大數(shù)據(jù)推動(dòng)了國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization，ISO）19206《用于評(píng)估主動(dòng)安全功能目標(biāo)物》等系列標(biāo)準(zhǔn)制定，為后續(xù)目標(biāo)物產(chǎn)品研發(fā)及測(cè)試方法提供了思路。ADAS軟體目標(biāo)物大規(guī)模應(yīng)用在國(guó)外起于2014年，4A公司推出了行人目標(biāo)物，用于行人測(cè)試場(chǎng)景。該類目標(biāo)物身穿黑色T恤及藍(lán)色牛仔褲，通過擺動(dòng)四肢，能夠很好模擬成人男性及7歲兒童在道路行進(jìn)過程中的響應(yīng)。氣球車用于車對(duì)車場(chǎng)景，以德國(guó)Messing公司為代表。

1.2 國(guó)內(nèi)目標(biāo)物現(xiàn)狀

相較于國(guó)外，國(guó)內(nèi)近年來也涌現(xiàn)出仕博、普奧、立中等軟體目標(biāo)物制造商，參照ISO19206標(biāo)準(zhǔn)研制了相關(guān)ADAS軟體目標(biāo)物產(chǎn)品，有效降低了各車企及供應(yīng)商在研發(fā)階段的測(cè)試投入，但國(guó)檢機(jī)構(gòu)在開展國(guó)外ENCAP等正式規(guī)程認(rèn)證中，仍采用國(guó)外目標(biāo)物開展相關(guān)測(cè)試[6]。

此外，以中國(guó)汽車技術(shù)研究中心有限公司（中汽中心）和中國(guó)汽車工程研究院股份有限公司（中國(guó)汽研）為首的國(guó)檢機(jī)構(gòu)，針對(duì)中國(guó)道路場(chǎng)景下典型的交通參與者開發(fā)了快遞三輪車、電動(dòng)踏板車等軟體目標(biāo)物，具備與真實(shí)目標(biāo)物同樣的物理結(jié)構(gòu)及RCS值特征，并在測(cè)試可重復(fù)性、沖擊性、二次修復(fù)性方面取得了重大突破；針對(duì)大型貨車碰撞等傷害性極高的事故場(chǎng)景，開發(fā)了符合中國(guó)貨車特征的卡車目標(biāo)物，并引入到了IVISTA2023測(cè)試規(guī)程[7]。

2 目標(biāo)物RCS值測(cè)試方法

雷達(dá)散射截面積是表征目標(biāo)物散射強(qiáng)弱的物理量，能夠獨(dú)立目標(biāo)本身屬性、比較統(tǒng)一目標(biāo)不同雷達(dá)反射的性能，是定量比較雷達(dá)模型反射率與真實(shí)行人反射率的理想?yún)?shù)。為獲取各類目標(biāo)物雷達(dá)散射截面特征譜，本文基于ISO19206測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)及現(xiàn)有ADAS主流測(cè)試設(shè)備，開展雷達(dá)小車實(shí)車測(cè)試，通過完成RCS標(biāo)定及數(shù)據(jù)后處理，研究各類目標(biāo)物RCS變化特征及范圍。

2.1 雷達(dá)小車設(shè)備

受多徑效應(yīng)影響，毫米波雷達(dá)在近距離固定點(diǎn)位所測(cè)的RCS值與真實(shí)數(shù)值通常存在偏差，需要搭載到移動(dòng)小車上獲取不同方位下的目標(biāo)物RCS特征譜。本文采用雷達(dá)小車見圖1，搭載頻段77GHz的大陸408毫米波雷達(dá)，安裝高度離地間隙500mm，安裝過程中保證離地間隙誤差小于2mm，水平與垂直方向盤查小于1°。

同時(shí)，為保障測(cè)試數(shù)據(jù)質(zhì)量，在雷達(dá)小車外置了全球定位系統(tǒng)蘑菇頭和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)基站，能夠使小車在行進(jìn)過程中的實(shí)際位置與期望軌跡偏差小于2cm，期間基于不同測(cè)試場(chǎng)景合理規(guī)劃行進(jìn)速度，以此保障毫米波雷達(dá)數(shù)據(jù)采集樣本量。

2.2 雷達(dá)小車設(shè)備

為降低路邊建筑或其他目標(biāo)物帶來的反射干擾，選取封閉場(chǎng)地開展相關(guān)測(cè)試，場(chǎng)地具備如下條件：

（a）毫米波雷達(dá)觀測(cè)區(qū)域內(nèi)無其他障礙物；

（b）封閉場(chǎng)地道路表面由瀝青或柏油路面；

（c）封閉場(chǎng)地平整無積水；

（d）封閉場(chǎng)地周圍區(qū)域沒有金屬或其他強(qiáng)雷達(dá)反射部件。

2.3 數(shù)據(jù)驗(yàn)證及標(biāo)定

由于在封閉場(chǎng)地難以精確掌握雷達(dá)發(fā)射功率、天線增益、目標(biāo)物截面積等核心參數(shù)，本文通過比較當(dāng)前目標(biāo)反射功率和參考目標(biāo)接收功率來確定目標(biāo)物RCS值。常見的參考目標(biāo)可分為金屬球體、圓柱體和角反射錐三類，考慮到金屬球體在不同方位下具備更強(qiáng)的穩(wěn)定性，故本文選取RCS數(shù)據(jù)為10的標(biāo)準(zhǔn)金屬球體作為目標(biāo)參照物，標(biāo)定示意圖見圖2，圖中H為毫米波雷達(dá)離地垂直高度，R為毫米波雷達(dá)與目標(biāo)物之間的距離，同距離下的不同目標(biāo)物RCS值關(guān)系可由公式（1）表示。

（1）

式中：σ1為三角反射錐截面積，σreference為參考目標(biāo)物截面積；

具體標(biāo)定流程如下：

（a）在距離為R0處的位置放置一個(gè)RCS值為10的標(biāo)準(zhǔn)金屬球體，測(cè)量球體目標(biāo)功率Preference；

（b）在同樣距離放置RCS已知的角反射錐，獲取目標(biāo)功率P1；

（c）利用公式（1）進(jìn)行RCS校準(zhǔn)；

（d）若校準(zhǔn)后角反射錐RCS值在期望范圍內(nèi)，對(duì)軟體目標(biāo)物進(jìn)行RCS值校準(zhǔn)，驗(yàn)證是否正常工作；

（e）將雷達(dá)小車向目標(biāo)物靠攏，測(cè)量不同距離R下的目標(biāo)物響應(yīng)Ptarget；

（f）將R0距離下的目標(biāo)物RCS值σtarget（R0）代入到公式（2）中，計(jì)算不同距離R下的目標(biāo)物RCS值σtarget（R）；

2.4 測(cè)試流程

（1）將軟體目標(biāo)物放置到路徑指定點(diǎn)位上，固定目標(biāo)物的底部采用塑料底墊，不干擾雷達(dá)反射回波；

（2）使雷達(dá)測(cè)量小車正對(duì)靜止假人40m處，對(duì)于DRI車輛軟體目標(biāo)物而言，放置于正對(duì)100m處；

（3）通過全球定位系統(tǒng)蘑菇頭和實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)測(cè)量技術(shù)基站，建立對(duì)應(yīng)的路徑，雷達(dá)測(cè)量小車自行以速度10kph沿直線接近目標(biāo)假人，行進(jìn)至5m處停止記錄，自行退回起始點(diǎn)位，行徑過程中小車無突然減速，且與預(yù)設(shè)路徑橫向偏差小于±2cm；

（4）重復(fù)5次測(cè)試，隨后將目標(biāo)物調(diào)轉(zhuǎn)到不同方位，重復(fù)步驟（2）～（3），完成目標(biāo)物相關(guān)RCS值測(cè)試；

3 數(shù)據(jù)分析

將測(cè)試數(shù)據(jù)每隔0.1m進(jìn)行均值處理，通過滑移濾波算法得到圖4。圖中包含假車目標(biāo)物在3個(gè)方位下4-100m的雷達(dá)散射截面積數(shù)據(jù)。從圖中可以看出，在0°和180°角度RCS無論從幅值大小或是變化規(guī)律均基本保持一致，90°所對(duì)應(yīng)的曲線幅值較高，究其原因在于，此角度下的假車目標(biāo)物在雷達(dá)視角面積更大。此外，三個(gè)不同方位在初始距離整體RCS值都偏低，隨后隨距離增加而快速上升，原因在于，77GHz雷達(dá)天線波束寬度較窄，受不同目標(biāo)物影響，距離目標(biāo)物過近時(shí)，雷達(dá)信號(hào)只會(huì)照射到局部區(qū)域上，會(huì)產(chǎn)生不同的散射幅度。

為更好對(duì)比不同類型目標(biāo)物RCS特征譜，圖5給出了不同類型目標(biāo)物RCS區(qū)間，從圖中可以看出，小孩目標(biāo)物在4-40m距離下RCS區(qū)間為[-9，3]、成人目標(biāo)物RCS區(qū)間為[-7，4]，自行車目標(biāo)物RCS區(qū)間為[-3，11]，DRI假車目標(biāo)物在0-100m距離下的RCS區(qū)間為[8，16]，貨車目標(biāo)物RCS區(qū)間為[20，45]。

4 結(jié)論

本文研究了ADAS軟體目標(biāo)物現(xiàn)狀，基于ISO19206標(biāo)準(zhǔn)及國(guó)內(nèi)ADAS主流測(cè)試設(shè)備，闡述了目標(biāo)物RCS測(cè)試方法，雷達(dá)小車搭載大陸408毫米波雷達(dá)開展了相關(guān)測(cè)試，分析了各類目標(biāo)物RCS特征譜變化規(guī)律及范圍，為目標(biāo)物產(chǎn)品研發(fā)提供參考，具體結(jié)論如下：

（1）受多徑效應(yīng)影響，目標(biāo)物在近場(chǎng)的RCS特征值會(huì)迅速下降；

（2）小孩目標(biāo)物在4-40m距離下RCS區(qū)間為[-9，3]、成人目標(biāo)物RCS區(qū)間為[-7，4]，自行車目標(biāo)物RCS區(qū)間為[-3，11]，DRI假車目標(biāo)物在0-100m距離下的RCS區(qū)間為[8，16]，貨車目標(biāo)物區(qū)間為[20，45]；

（3）本文研究?jī)H考慮了77GHz下的大陸408毫米波雷達(dá)，對(duì)于同頻段其他主流毫米波雷達(dá)或其他頻段毫米波雷達(dá)特征譜還未分析。

本文小孩及成人目標(biāo)物以4A公司為主，在身高及步頻等方面與國(guó)內(nèi)真實(shí)交通參與者存在部分差異，未來將根據(jù)國(guó)內(nèi)交通參與者特征開展相關(guān)研究。

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