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导读: 汽车行业正在竞相为车辆提供更多的高级驾驶辅助系统(ADAS)功能,例如自适应巡航控制(ACC)、紧急制动辅助(EBA)和车道保持辅助(LKA)。为了给车辆提供环境感知必需的信息,这些系统日益复杂化,反过来又推动了对车载雷达系统的需求。

据麦姆斯咨询报道,汽车行业正在竞相为车辆提供更多的高级驾驶辅助系统(ADAS)功能,例如自适应巡航控制(ACC)、紧急制动辅助(EBA)和车道保持辅助(LKA)。为了给车辆提供环境感知必需的信息,这些系统日益复杂化,反过来又推动了对车载雷达系统的需求。

创新的“天线罩”测试技术提升汽车雷达系统性能

雷达如何实现环境感知?汽车雷达系统的工作原理是发射连续的高频信号,然后测量其反射信号的传播延迟和多普勒频移,这样可以计算车辆与其他物体之间的距离及其径向速度。带有阵列天线的高级雷达系统还可以测量车辆行驶路径与检测物体之间的方位角(水平面的角度)和仰角(垂直面的角度)。

汽车雷达系统工作的准确性和可靠性很重要,因为车辆的控制系统需要根据它们提供的数据来了解车身周围环境并做出实时的操纵决策。错误的数据将导致致命的决策。例如,如果在两辆车相距100米时,雷达系统的角度测量误差为1度,那么当它们靠近时彼此的距离或间隔的误差就有1.5米。这个距离误差足以影响这两辆车是能够安全驶过他们的车道,还是不幸地迎面相撞。

麻烦的雷达“天线罩”

雷达传感器通常隐藏在车辆散热器格栅上的品牌标志或其保险杠后面。这主要出于美观考虑,不过代价是在雷达信号传播的路径中引入了衰减材料。这些标志或保险杠将成为雷达传感器的“穹顶”或“天线罩”,成为其射频(RF)系统的一部分,它们会改变传输信号,在某种程度上可能影响雷达的探测性能和准确性。

这会产生什么影响呢?根据平方反比定律,雷达发射信号的功率随目标距离r的平方而线性衰减,这意味着雷达传感器接收的反射信号的功率将是其发射功率的1/r4。例如,如果一个输出功率为3W和天线增益为25dBi的77GHz雷达,要能够探测的雷达截面积为10m2且最小信号为-90dBm的目标,那么它的最大雷达探测距离将为109.4m。但是如果增加了天线罩,会导致双向衰减3dB,那么雷达的探测距离会减少16%,实际值仅为92.1m,比没有天线罩时少了几个车长。

天线罩还产生了其他的问题。在基材与雷达信号之间可能产生射频失配。通常塑料制品的材料特性不均匀,这会导致不可预测的信号失真。光洁的金属表面引起的射频散射也会产生类似的影响。由此产生的干扰信号会降低雷达接收器的探测灵敏度。解决这些问题的方法之一是安装天线罩,使发射的雷达信号不会直接反射回接收器。但是,这种方法受到车辆设计的限制,并且不能消除寄生反射的问题。

通过校准提高系统性能

雷达系统设计人员面临的挑战是,尽管他们的系统存在多种不确定性,雷达的性能都必须要达到一定的水平。任何可减少系统不确定性因素的方法,都将有助于更容易达到性能要求。

例如,雷达传感器制造商可以对其产品进行校准。然而,RF系统设计人员知道,制造商无法预测他们的传感器将安装在哪种天线罩下,用的什么涂漆工艺以及它的材料特性变化。所以,传感器的校准只是解决方案的一部分,以达到必要的系统性能。

让性能更加确定的另一个步骤是为天线罩供应商测试和验证其产品的属性,以便让雷达系统设计人员知道他们使用的是怎样的天线罩。但是,在车辆生产线上测试和调整每种天线罩的性能的替代方案成本太过昂贵。

因此,天线罩供应商需要对他们的产品做详细且可靠的生产级测试。他们通常使用参考雷达系统来测试他们的产品,该参考雷达是由多个雷达反射器组成的固定装置。在有和无天线罩两种状态下,在各种距离和角度下进行对比测量,并创建参考规范。当天线罩的测量值在参考测量值规定的公差范围内时,天线罩便通过测试。

还有一种更精细的测试方法,将雷达和天线罩固定在转盘上并正对一个反射器,然后旋转进行各种角度的测量。这种方法可以创建更详细的参考测量集,但是这种方法太慢,不适合生产测试。

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