主要介绍一些集成的测试系统方案
ADAS中不同传感器方案
24G和77G毫米波雷达技术对比
毫米波天线OTA测试区域划分
雷达OTA测试系统分类
不同厂家的雷达测试系统
1.ADAS中不同传感器方案
实现高级驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶汽车需要融合了各种先进技术，例如无线电探测和测距 （RADAR）、光探测和测距 （LIDAR） 以及光学传感器（相机）的融合，集汽车以太网网络、信号处理、和高精度导航以及人工智能 （AI） 于一体的高速信息系统等。
图 1.不同传感技术的比较(Keysight)
每种传感技术都有其优点和局限性，但实现高级驾驶辅助系统（ADAS）和自动驾驶不能只依赖一种传感技术。大多数技术方案都结合了这三种传感技术，以确保系统在范围、分辨率和鲁棒性方面获得可靠的数据。在所有传感技术中，激光雷达提供最精确的3D成像，并扫描周围360度空间，最远探测可达100米。为应对不断变化的路况信息，一些激光雷达系统每秒提供多达64个通道和超过 100万个扫描点实现高精度探测。然而，基于激光雷达的传感通常依赖于移动零部件实现360度旋转扫描。同时获取周边信息后将产生较大数据量，需要较强的信号处理能力和数据管理子系统导致价格偏高。
光学相机传感是成本最低的技术。它提供物体的识别和分类，并识别交通标志。但基于摄像头的传感技术会受到天气和其他环境条件的影响。
毫米波雷达利用反射无线电波来检测其他障碍物，并且信号处理要求低，因此汽车雷达是检测物体距离（距离）和运动（包括速度和角度）的最可靠技术。几十年来，雷达技术已在许多具有安全意识的行业中得到验证，例如汽车、航空、空中交通管制、海上运输、执法等。
2.24G雷达和77G雷达技术对比
传统的24 GHz窄带汽车雷达在区分物体和识别人、狗、其他汽车甚至纸板箱方面的能力有限。虽然仅雷达传感技术无法提供足够的数据来实现完全自动驾驶系统，但雷达通过快速获取周边目标信息及响应速度在ADAS中发挥了优势，使其成为全自动驾驶汽车成为主流之前的良好桥接平台。目前ADAS在汽车雷达传感技术中的大众市场应用包括汽车紧急制动系统、前方碰撞预警、盲点检测、变道辅助、后方碰撞预警系统、高速公路自适应高速巡航控制等。以24 GHz窄带传感器为主流的汽车雷达传感技术现在正迅速向高频76 – 81 GHz频段和 5 GHz 宽带宽、毫米波、调频连续波形 （FMCW） 和波束成形天线发展。76 GHz用于远距离检测，而77 – 81 GHz频段用于短距离、高精度检测。从24 GHz过渡到77 GHz可在范围分辨率和精度方面提供20倍的性能。例如，距离分辨率从24 GHz系统的75 cm提高到77GHz系统的4 cm的距离分辨率，可以更好地检测靠近的多个物体。
图 2.与带宽相关的分辨率(Keysight)
此外，随着波长的变小，速度测量的分辨率和精度也成比例地增加。因此，通过从24 GHz过渡到 77 GHz，速度测量可以提高3 倍。从24 GHz系统过渡到 77 GHz 系统的另一个优势是尺寸和重量的增加。由于77 GHz信号的波长是24 GHz系统的三分之一，因此77 GHz天线的总面积是类似24 GHz天线的九分之一。1GHz和4GHz带宽之间的测试比较（图 3）表明，只有更高带宽的解决方案才能测量两个相距10厘米的不同物体。
图3.带宽测试比较：4GHz（右）显示两个间距10cm的物体(Keysight)
3.毫米波天线OTA测试区域划分
4D成像雷达是在前面所述的77G高分辨率雷达基础上进一步提升角度分辨率的雷达传感器。特别是在高级驾驶辅助系统 （ADAS） 和自动驾驶汽车应用方面。随着雷达系统成为确保安全和实现智能交通不可或缺的一部分，准确可靠的性能评估变得至关重要。传统的雷达传感器分辨率低，促使成像雷达作为一种有前途的解决方案兴起。分辨率更高的4D成像雷达的出现为汽车行业带来了重大进步，增强了感知能力，并为ADAS和自动驾驶技术铺平了道路。4D成像雷达的出现成像雷达比传统雷达具有显着优势，特别是在提供高程信息方面。术语“4D成像雷达”来源于其提供高分辨率点云输出的能力，从而实现更详细的环境映射。MIMO天线阵列在实现这些进步方面发挥着至关重要的作用。通过增加发射天线（NTx）和接收天线（NRx）的数量，可以生成更多的虚拟信道。虚拟信道的数量与雷达天线尺寸成正比，与角分辨率θres成反比，如简化（1）中估计的那样，假设线性阵列天线布阵均匀。更多虚拟通道的可用性导致更精细的角分辨率，从而增强了成像雷达的能力。
其中 λ 是波长。
天线尺寸与远场距离之间的关系在OTA测试中至关重要，因为天线尺寸的增加直接导致远场距离的增加。天线辐射通过两个不同的区域转换：近场和远场区域。近场区域分为感应区和辐射区，可以看到天线辐射方向图和场强随天线距离的变化。当观测距离从无功近场转移到远场时，天线的幅度方向图会因场的幅度和相位的变化而改变形状。相比之下，在远场区域（也称为Fraunhofer区域）中，分量主要沿横向方向取向，从而产生更稳定和可预测的辐射模式。
图 4.天线辐射区域
Fraunhofer距离确定最小远场距离 R：
其中D是被测雷达（RuT）天线的最大尺寸。
在电磁波到达R = 2D2/ λ的最小远场距离后，向远场区域的过渡并不标志着辐射模式演变的突然变化 。因此，建议在最小远场距离或超过最小远场距离时测量天线方向图，以尽量减少幅度和相位误差。当天线方向图在上图中提到的最小远场距离下测量时，与理想平面波相比，该距离作为远场近似值，天线孔径D的相位偏差为δФ= 22.5°（如图5所示）。如果测试距离短于最小远场距离，则雷达天线方向图测量将经历由球面波前产生的额外相位误差。反过来，这可能导致RuT的到达角测量不准确。增加距离当然可以减少和改善相位偏差，但涉及到与所需测试距离相关的权衡。
图5.波前变换随距离的变化
图 6 显示了天线尺寸与所需的最小远场距离之间的指数关系。因此，与传统雷达相比，成像雷达通常具有更大的天线设计，需要更大的测试距离才能满足最小远场标准。考虑到典型的成像雷达天线尺寸范围为10 cm至12 cm，达到最小远场要求将需要大约5.1 m至7.3 m的测试距离。这给成像雷达OTA测试带来了挑战，因为更大的最小远场距离需要更宽敞的测试区域，在空间可行性和成本效益方面存在一定劣势。
图6.天线尺寸与最小远场距离之间的关系
在汽车OTA测试中，经常会出现关于天线尺寸（D）的确定以决定远场测试距离的问题。一般的经验法则是考虑天线孔径的最大线性尺寸，通常对应于天线阵列的最大物理尺寸。例如，在图 7 中可以使用接收机天线阵列的大小来计算最小远场距离，在本例中约为 11 cm。将 D = 11 cm 应用于 （1），该雷达所需的估计最小远场距离为6.2 m。
图7.成像雷达的天线阵列配置示例
4.雷达OTA测试系统分类
雷达模块OTA测量可分为三大类，具体取决于被测试的参数：发射机测试、接收机测试和功能测试。发射机测试包括功率测量，如有效各向同性辐射功率 （EIRP） 或占用带宽 （OBW），以及信号质量测量，如调制类型、线性调频持续时间、线性度和频率斜率。信号分析仪或示波器通常用于这些测试。接收机测试使用信号发生器或任意波形发生器（AWG） 作为信号源，评估灵敏度和饱和度水平，以及对外部干扰的适应能力。功能测试验证了雷达模块目标检测能力，包括探测距离、雷达散射截面（RCS）、速度和角位置（方位角和仰角）的精度、动态范围和分辨率。这些参数可以使用雷达目标模拟器（RTS）等设备进行测试，这些设备可以模拟各种目标特征。为了确保具有最小反射和外部干扰的可控和可追溯环境，建议在暗室中进行这些汽车雷达OTA测量。汽车雷达测试有两种常见的 OTA 方法：远场测试和紧缩场的间接远场测试。 4.1 直接远场测试方法
在直接远场测试中，RuT 被放置在距离测量设备或 RTS 一定距离的暗室中。该距离通常是精确测量所需的最小远场距离，使用（2）中的弗劳恩霍夫距离公式计算得出。旋转平台允许在不同的方位角和仰角下测试RuT。
图8.直接远场暗室中的雷达测量
4.2 紧缩场测试方法
使用紧缩场（CATR，compact antenna test range） 的间接远场测试方法 与直接远场方法相比，间接远场测试方法允许在更小的占地面积内测试大型天线阵列 RuT，例如成像雷达。该测试方法基于CATR，CATR使用抛物面反射器产生平面波，模拟在实际远场条件下发生的场分布，如图9所示。
图9.CATR腔室中的雷达测量
在 CATR 环境中，以几乎均匀的振幅和相位的体积称为静区（QZ）。这是RuT用于测量的位置。QZ区域提供了一个干净的射频环境，相对不受不需要的反射、衍射或其他干扰的干扰，确保了天线测量的准确性，并单独检测了RTS信号，从而确保了测试的可重复性。CATR测试与直接远场测试不同，因为它不需要遵守（2）中描述的传统最小远场距离。相反，CATR中的远场由焦距定义，焦距表示馈电天线和抛物面反射器之间的距离。因此，与直接远场方法相比，CATR可以在更短的距离内创建远场环境。
远场测试与CATR的实测结果比较
旨在比较其在三种不同设置下的发射功率和到达角的性能：1.5 m的近场、6.2 m的最小远场和CATR 设置。由于对幅度和相位变化的敏感性，对这两种测量结果进行了比较，如上所述，这可能会受到OTA设置中的近场和远场距离的影响。其他雷达功能测试，如目标速度和距离检测，这些近场和远场效应无关。在近场距离设置中选择1.5 m是基于为传统汽车雷达测试暗室的典型测试设置尺寸。最小远场距离的确定设定为6.2m，由（2）得出，并基于评估中使用的成像雷达中11 cm的天线尺寸。通过测量RuT在旋转平台上以不同角度旋转时传输的功率，图7显示了在三种不同设置中进行的成像雷达发射功率测量的归一化结果。结果表明在雷达的整个视场的最小远场距离下，CATR设置与设置表现出良好的相关性（<0.7 dB）。相比之下，在 1.5 m 的近场距离处进行的测量仅在孔径的 +/-20° 范围内显示出良好的相关性，随着角度向RuT的FOV边缘延伸，误差增加。这种差异可归因于近场区域的天线方向图未形成良好，如图10所示。图10.不同暗室方案下的功率测量结果对比
图 10 显示了使用同一成像雷达的到达角误差的测量结果，突出显示了测试距离对 RuT 计算的到达角测量精度的影响。使用RTS在100m处生成10dBsm RCS的目标，RuT使用旋转平台旋转RuT，以不同角度测量模拟物体的角度，如近场和最小远场设置的图8所示，CATR设置的图9。根据图 11 中的比较结果，在CATR 环境中获得的到达角测量值在 RuT 的整个 FOV 上提供了一致的角度误差。在最小远场距离下，随着角度的增加，观察到轻微的退化，导致 FOV 边缘的近似误差为 1.2°。值得注意的是，在 1.5 m 的近场距离处进行的测量，随着角度的增加，误差显着增加。这种现象可归因于与视轴相比，随着角度的增加，RuT中的天线阵列经历了由圆形波前引入的更明显的相位误差。
图11.不同设置下的到达角比较
由于CATR暗室通过产生准直波束来实现远场条件，从而模拟入射平面波条件，并与最小远场距离相比，在整个FOV上提供卓越的相位偏差性能。最小远场距离主要用作远场近似值，与CATR相比，最大相位误差仍为22.5°，CATR通常提供<10°的相位变化、±0.5 dB的幅度纹波和1 dB的幅度锥度。上面给出的实验结果表明，CATR环境可以在紧凑的占地面积内实现“真正的远场”条件。特别是在线下雷达校准期间，在有限的测量空间内实现预期的目标检测精度至关重要。此外，单个 CATR 设置可以适应不同的 RuT 尺寸。相反，当 RuT 尺寸增加时，远场暗室可能需要升级到更大的空间，例如从 11 cm 增加到 15 cm，就需要更长的 OTA 远场测试距离。5. 不同厂家的测试系统
是德科技
整个系统包括：暗室、转台、导轨、计算机、雷达、信号分析仪、信号源、雷达目标模拟器、记录存储设备，其它附件。其中导轨、记录存储设备、信号源是配合实现场景测试或抗扰度测试，为可选项目。图12：是德科技远场雷达测试系统方案
整个测试系统可实现雷达天线的测试、雷达模块发射/接收端测试、材料测试以及数字接口总线测试；所包含的仪器有信号分析仪、网络分析仪、雷达目标模拟器以及信号源等。图13：是德科技近场测试方案F9650A Compact Antenna Test Range (CATR)
Keysight F9650A 紧凑型天线测试范围 (CATR) 经过优化，F9650A 是 Keysight 的紧凑型天线测试范围 (CATR) 解决方案，以模块化格式提供直径为 30 和 40 厘米的静区，可在 6-110 GHz 范围内运行。暗室软件提供腔室定位器的全面操作控制，支持坐标系和测量网格、腔室校准数据的存储/调用以及 2D/3D 绘图功能。Keysight 测试自动化平台 (TAP) 插件简化了集成信号和网络分析仪的任务。罗德施瓦茨
ADAS测试系统由雷达回波发生器、目标定位系统Radar drive system和EMS （Electromagnetic susceptibility）测试系统组成。R&S®AREG100A 汽车雷达回波发生器可模拟 VUT Vehicleunder test在预定义距离和可变速度下看到的领先车辆。目标定位系统 （R&S®TA-RDS）模拟从左到右的车道变化，反之亦然。这两个子系统可以生成场景来验证 ACC 模式下的 VUT 自动变速性能和 AEB 模式下的紧急制动性能。R&S®TS9982 EMS 测试系统将电磁干扰引入 VUT，以检查性能是否恶化。R&S®AREG100A 通过接收和处理 VUT 雷达信号，然后将其作为回波传输回去，从而模拟 VUT 前方的领先车辆。在生成的场景中检测模拟目标可以进行 ACC 和 AEB 测试。R&S®AREG100A 提供四个模拟目标，每个目标都有定义的距离。VUT 需要在 R&S®AREG100A 中设置适当的雷达散射截面（RCS） 才能将模拟目标识别为车辆。在场景设置中，将距离和多普勒设置为模拟目标位置和速度相对于 VUT 的变化，从而提供逼真的目标模拟。
图12：R&S®AREG100汽车雷达回波发生器（左）和R&S®TA-RDS 目标定位系统（右）(Rohde & Schwarz)
关键性能：
► 支持常见的24 GHz、77 GHz和79 GHz汽车雷达频段
►最大瞬时带宽高达4 GHz，用于测试79 GHz的最新一代E波段雷达传感器
► 用户定义的测试用例，具有多达四个可单独切换的物体距离、可控的多普勒偏移和雷达散射截面（RCS）
R&S®TA-RDS 目标定位系统
R&S®TA-RDS 为 R&S®AREG100A模拟目标创建角度运动，用于模拟真实道路情况的切入场景，从而提高不同场景下的汽车雷达测试覆盖范围和可靠性。
关键性能：
► ±55° 运动范围，允许在测试过程中目标动态移动;中心位置为0°
► 软件控制可与R&S®EMC32 集成
► 吸收器壁可防止雷达探测到不需要的目标
驾驶员辅助系统和雷达目标回波天线周围的吸收器壁可消除不必要的反射，这些反射可能会以反射目标的形式出现，从而干扰测试。因此增加额外的吸波材料形成吸收壁，以防止 VUT 接收来自测试天线以及暗室墙壁和地板的反射。
图13：在暗室带有可移动吸波材料的不同类型的汽车装置(Rohde & Schwarz)
R&S®TS9982 EMS测试系统
R&S®TS9982 EMS 测试系统是符合 ISO 114511-2 标准的传导和辐射 EMS 测量基础系统。它由一个信号发生器组成，该信号发生器具有多个放大器和天线，覆盖不同的频率范围，以产生测试车辆电磁敏感性所需的场强。下图是覆盖 9 kHz 至 3.2 GHz 的R&S®TS9982 测试系统的示例框图。包括开关单元，以自动选择不同的放大器连接到信号发生器输出。大功率开关单元 （PSU） 可将不同的功率放大器输出切换到测试室中的不同连接点。R&S®EMC32是一款 EMC 测试软件，可通过测试系统仪器实现自动 EMS 测试和 EUT 监控。R&S®EMC32 还可以配置为在设置所需的 ADAS 测试场景时控制 R&S®AREG100A 和 R&S®TA-RDS。
图14：R&S®TS9982 EMS测试系统 (灰色模块)(Rohde & Schwarz)
国家仪器（NI）
国家仪器股份有限公司（National Instruments，缩写NI）是一家美国公司，从事与测试、控制、设计领域相关的，包括虚拟仪器和电子测试设备等工程软件的开发。著名产品有图形开发环境LabVIEW、C语言虚拟仪器应用系统LabWindows/CVI、集成电路分析程序NI Multisim等等；硬件产品包括VXI总线、PXI总线、VME总线的框架与模块，IEEE-488接口以及内部整合电路和其他自动化技术的标准。不同于是德科技和罗德施瓦茨，NI通过提供关键的雷达模拟器和射频测试系统，并集成其余测试所需的模块如暗室、机械臂以及控制软件等，加强和第三方公司的合作，联合打造性能优越的毫米波雷达测试系统。
图15：国家仪器的雷达测试集成系统(National Instruments)
该系统可配置测试雷达高达 4 GHz 带宽， 改变用于模拟的障碍物和角度的数量，同时可使用NI VST或第3方射频仪器进行仿真和射频测量。
图16：NI的集成系统及其VRTS架构(National Instruments)
通过对任何类型的雷达信号的多个物体和角度进行无线物体仿真，提高测试覆盖范围，瞬时带宽高达 4 GHz。通过并行对象仿真、射频测量功能和运动集成加快测试速度，实现更快的视场测试。通过垂直和 CATR暗室集成减少生产测试仪占地面积。适应ADAS领域对测量、角度、物体和其他测试的新要求。NI VRTS 提供可配置的选件， 以优化 成本 、 测试复杂度或 更苛刻的要求。专为自动雷达验证和生产测试而打造 车辆雷达测试系统 （VRTS）为 1 GHz 至 4 GHz 带宽的 76-81 GHz 雷达提供自动雷达测量和目标仿真功能。1.Keysight: Over-the-Air Measurement for Imaging Radar
2. Keysight: AR8700C Automotive Radar OTA Test Solution
3.Rohde & Schwarz : Automated ADAS Test System Trial with Radar Sensors and Electromagnetic Interferenc5.https://www.ni.com/zh-cn.html
