CN109188377A - 雷达功能仿真测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷达功能仿真测试系统，包括：虚拟模型构建装置、目标模拟装置、实时仿真装置以及待测雷达；虚拟模型构建装置用于搭建交通场景虚拟模型、测试车辆虚拟模型以及目标物虚拟模型；目标模拟装置用于根据目标物虚拟模型的参数信息模拟出虚拟目标物；实时仿真装置用于加载预设的车辆动力学模型，并触发待测雷达运行；待测雷达在探测到虚拟目标物后，向实时仿真装置输出反馈信号；实时仿真装置还用于根据待测雷达的反馈信号，更新车辆动力学模型的状态，并将更新结果发送至虚拟模型构建装置，使测试车辆虚拟模型做出相应动作。本发明不仅能够提高雷达调试效率、缩短研制周期，而且还能够降低研制成本和测试风险。

Description

雷达功能仿真测试系统

技术领域

本发明涉及高级驾驶辅助系统技术领域，尤其涉及一种雷达功能仿真测试系统。

背景技术

近些年来，道路安全已成为道路交通系统所面临的全球性的挑战。由于各国汽车安全标准的不断提高，导致主动安全技术高级驾驶辅助系统(ADAS)近年来呈快速发展趋势。针对ADAS领域的目标识别技术，从不同的工作原理角度，主要通过超声波、激光、图像、毫米波这几种方式实现。而基于整体成本、恶劣环境下的可靠性以及目标识别性能等需求的综合考量，毫米波雷达已成为推动这一领域的关键因素。

目前，由于国内道路设施复杂，楼宇结构繁多，车辆密度较大等情况，使得车辆行驶场景下基于毫米波雷达的无线电技术与传统毫米波安全辅助无线电技术在性能要求方面存在一定差异。目前，应用于汽车驾驶领域的毫米波无线电技术的测试方法及标准在国内尚属空白。从事智能网联汽车研究与行业发展的各个行业协会、团体标准试点单位都需开展相关的测试方案与标准的研究，以解决测试中的主要问题：

1.无法定制极限测试场景，只能根据现有场地进行测试，局限性大。比如对撞工况下，只能进行单车运动对撞测试，碰撞速度有限，而在一些极限工况如相对速度大于200km/h(分别以100km/h速度对向行驶)，出于危险系数较高的原因，场地测试很难实现。

2.难以实现定量的可重复性测试。道路试验或试验场测试难以保证测试的重复精度。雷达系统测试需要模拟被控对象的各种工况和输入信号间的各种状态组合关系，特别是雷达系统在实际工作中会面临到复杂的物理环境与电磁环境，比如对向行驶车辆同时发送雷达信号，或者在基站、气象雷达等射频系统附近时的工作性能影响，因此，道路试验或试验场测试的实验过程误差较大。

3.道路试验对场景的测试效率较低。当需要建立多目标、多对象的场景时，无论测试场地或是道路试验，构建场景需实施大量的准备与协调工作，对于需经多次重复的疲劳性测试的ADAS系统，则很难实现。

发明内容

本发明的目的是提供一种雷达功能仿真测试系统，以填补针对ADAS毫米波雷达的非场地道路测试方法的空白。

本发明采用的技术方案如下：

一种雷达功能仿真测试系统，包括：

虚拟模型构建装置、目标模拟装置、实时仿真装置以及待测雷达；

所述虚拟模型构建装置用于搭建交通场景虚拟模型、测试车辆虚拟模型以及目标物虚拟模型；

所述目标模拟装置用于根据所述目标物虚拟模型的参数信息模拟出虚拟目标物；

所述实时仿真装置用于加载预设的车辆动力学模型，并触发所述待测雷达运行；

所述待测雷达在探测到所述虚拟目标物后，向所述实时仿真装置输出反馈信号；

所述实时仿真装置还用于根据所述待测雷达的反馈信号，更新车辆动力学模型的状态，并将更新结果发送至所述虚拟模型构建装置，使所述测试车辆虚拟模型做出相应动作。

可选地，所述系统还包括抗干扰装置，在所述抗干扰装置内设有收发天线；

所述待测雷达置于所述抗干扰装置之中，并通过所述收发天线实现探测功能。

可选地，所述抗干扰装置包括微波暗室，所述微波暗室设有吸波材料。

可选地，所述系统还包括位置调整机构，所述位置调整机构用于调整所述待测雷达的朝向角度。

可选地，所述位置调整机构包括可升降的旋转台，所述待测雷达安装在所述旋转台上，且所述旋转台受控于所述虚拟模型构建装置或所述目标模拟装置。

可选地，所述虚拟模型构建装置包括内置建模软件的上位机。

可选地，所述实时仿真装置包括高级驾驶辅助系统台架，所述高级驾驶辅助系统台架设有实时仿真控制单元；

所述实时仿真控制单元用于加载车辆动力学模型，并与所述待测雷达进行交互。

可选地，所述虚拟模型构建装置与所述实时仿真控制单元集于一体。

可选地，所述目标模拟装置包括回波模拟器，所述回波模拟器在接收到所述待测雷达发射的探测信号后，发出基于所述目标物虚拟模型的电磁波信号。

可选地，所述虚拟模型构建装置和/或所述实时仿真装置均设有显示器。

本发明通过采用实验室建模仿真的测试方法对雷达功能进行测试，从而以虚拟仿真形式重构现实环境，大幅降低复杂的真实测试场所引入的干扰，并可以在安全环境下进行极限或危险工况测试，同时还能够按需进行多次重复测试，综上本发明不仅能够提高雷达调试效率、缩短研制周期，而且还能够降低研制成本和测试风险。

附图说明

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步描述，其中：

图1为本发明提供的雷达功能仿真测试系统的实施例的示意图；

图2为本发明提供的雷达功能仿真测试系统的另一实施例的示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本发明提供了一种雷达功能仿真测试系统，如图1所示，具体可以包括虚拟模型构建装置、目标模拟装置、实时仿真装置以及待测雷达。其中，虚拟模型构建装置的作用是搭建交通场景虚拟模型、测试车辆虚拟模型以及目标物虚拟模型；目标模拟装置用于根据所述目标物虚拟模型的参数信息模拟出虚拟目标物；实时仿真装置用于加载预设的车辆动力学模型，并触发所述待测雷达运行，这里所述触发待测雷达运行是指实时仿真装置至少为待测雷达提供电能，当然本领域技术人员可知晓，雷达作为整车CAN网络中的一个节点，因而雷达的运行也与CAN网络的输入指令相关，因此在实际操作中实时仿真装置也会向前述待测雷达发送总线信号。

接着，关于本系统的基本工作原理，在待测雷达探测到由目标模拟装置模拟出的虚拟目标物后，会向实时仿真装置输出反馈信号，实时仿真装置在接收到该反馈信号后，会根据该反馈信号更新前述车辆动力学模型的状态，并将更新结果发送至虚拟模型构建装置，使测试车辆虚拟模型做出相应动作。简而言之即实时仿真装置在雷达探测到目标后会调整动力学模型参数和输出，并在车辆虚拟模型中体现出该更新后的状态，例如车辆虚拟模型表现出制动动作同时做出报警反应，并反馈相应的减速度和实时车速等指标。这样，通过在该测试场景下(虚拟模型构建装置通过建模软件可搭建出大量的测试工况模型)测试车辆的执行动作，测试人员能够准确判断处待测雷达是否满足该测试工况下的功能指标，并还可以通过虚拟模型构建装置或实时仿真装置自动出具测试报告，并将测试数据留存，以便后续测试分析。最终，设计人员可根据测试数据和结果，对测试中出现的问题进行整改，以逐渐优化雷达功能测试的逻辑与特性。

可见，本发明通过采用实验室建模仿真的测试方法对雷达功能进行测试，从而以虚拟仿真形式重构现实环境，大幅降低复杂的真实测试场所引入的干扰，并可以在安全环境下进行极限或危险工况测试，同时还能够按需进行多次重复测试，综上本发明不仅能够提高雷达调试效率、缩短研制周期，而且还能够降低研制成本和测试风险。

具体而言，关于前述虚拟模型构建装置可以选用内置建模软件的上位机或其他计算平台。以上位机为例，在上位机的建模软件中搭建出至少三种模型，交通场景虚拟模型、测试车辆虚拟模型以及目标物虚拟模型。其中，交通场景虚拟模型以可视形态将真实环境因素拟真，表征出诸如道路、交通信号灯、目标物(包括现实驾驶环境中可能涉及的人车物等)以及树木房屋桥梁等基础设施。与此同时，在上位机设置有关上述模型的相关参数，尤其对于目标模拟装置而言，其模拟的基础即来自于上位机提供的和目标物相关的参数信息。

关于前述实时仿真装置，针对ADAS而言，则可以选用高级驾驶辅助系统台架，该台架可以具体包含电源管理、故障注入板卡、控制器抽箱、以及用于加载车辆动力学模型并与所述待测雷达进行交互的实时仿真控制单元。这里所称实时仿真控制单元在实际操作中可采用专用的工控机予以实现，在本领域中可以统称其为RT(real time)实时机，该RT实时机主要包含实时处理系统、实时处理器、实时IO板卡以及通信板卡等，并可以通过CAN接口及相应线缆与前述待测雷达相连。当然，还需指出的是，其一、实时仿真控制单元的硬件载体可以不限，并且在其他实施方案中，前述虚拟模型构建装置与该实时仿真控制单元可以集于一体；对此需补充的是，这是考虑到前述三个模型以及车辆动力学模型的构建基础，例如当选择不同的建模软件分别建立上述三个模型和车辆动力学模型时，则可以将虚拟模型构建装置与该实时仿真控制单元分别独立设置，但如果采用一套综合的建模平台则可以考虑将虚拟模型构建装置与该实时仿真控制单元集于一体，在实际操作中，即可以通过台架中的RT实时机作为统一的硬件载体。其二、关于台架的选择，本发明并不限于ADAS台架，只要符合应用场景需求的硬件在环(HIL)台架皆可予以实现。

关于前述目标模拟装置则可选用回波模拟器，具体来说，该回波模拟器可通过前述虚拟模型构建装置构建的目标物虚拟模型的参数信息，例如RCS雷达散射截面积、距离、角度、速度等，模拟出特定的目标物。具体可以在回波模拟器与前述目标模拟装置上按照通信需求，设置二者相匹配的联接接口，以便回波模拟器实时接收目标物虚拟模型的参数信息，并实时模拟出不同状态的目标物。而前述根据所述目标物虚拟模型的参数信息模拟出虚拟目标物，在一种实施方案中可以是指该回波模拟器在接收到所述待测雷达发射的探测信号后，发出基于所述目标物虚拟模型的电磁波信号，即通过与待测雷达的配合，以电磁波的形式模拟出该目标物。而雷达接收到该电磁波后，经过分析决策，发出相应的控制指令信号给到前述实时仿真装置，具体是使前述实时仿真装置将车辆动力学模型中的执行器机构(如油门、刹车、转向等)做出相应于雷达反馈的执行动作，以此更新车辆动力学模型；按前文所述，此时实时仿真装置将车辆动力学模型的更新结果传至虚拟模型构建装置，具体是作用在前述测试车辆虚拟模型，是其以可视化的形式输出相应的动作(例如加减速或转向等)。这里还需指出，前文提及，如果采用两套独立的建模平台，则需要在前期将车辆动力学模型与测试车辆虚拟模型进行联调，例如在建模后将车辆动力学模型替换测试车辆虚拟模型，总之其目的是使该两个模型相互匹配且能够实时表现出当雷达探测到目标物时的仿真反应动作。

基于上述实施例，本发明进一步提出一个较佳的实施方式，如图2所示，在该实施例中本系统还包括抗干扰装置，前述待测雷达置于该抗干扰装置之中，并通过抗干扰装置内设置的收发天线实现雷达的探测功能。设计该抗干扰装置的目的是用来提升针对外界电磁环境的隔绝效果，因此有可能会将雷达探测过程的收发信号一并屏蔽掉，故在该抗干扰装置中设置了收发天线，以确保雷达探测能力不受到影响。具体在实施时，抗干扰装置可采用多种形式，例如箱体式或者信号测试专用的微波暗室，以该微波暗室为例，其内部四周一般会设有吸波材料(或制成内壁)，并且前述收发天线优选安装在内壁之中，以便保证信号的收发质量。

此外，在图2实施例中还包括了位置调整机构，该位置调整机构的作用是调整所述待测雷达的朝向角度，更为具体地，可以是调整雷达与收发天线间的角度，即相当于模拟本车与目标物之间的角度。该位置调整机构的实体结构可选则多样，例如是具备升降功能的旋转台，该旋转台受控于前述虚拟模型构建装置或目标模拟装置，实质上是由于旋转台的移动动作与前述目标物虚拟模型的参数信息强相关，因而不限于上述控制主体中的某一种，图2中以目标模拟装置作为控制主体仅为示意；具体在实施时可将待测雷达安装在旋转台上，目标模拟装置根据不同的目标物状态驱动旋转台旋转和升降。当然，升降功能是为了涵盖不同的高度的目标物，在其他实施例中也可以将所述位置调整机构设置为不含升降动作的常规转台，对此本发明不做限定。再有，图2实施例中还为虚拟模型构建装置设置了便于操作人员察看和操作的显示器，但需说明，该显示器还可以设置在实时仿真装置之中，其目的皆是便于测试过程可视化，例如分别设置两个显示器对上述两装置进行独立的监测，或者在建模平台集于一体的实施例中，只需在唯一的硬件载体上设置显示器。

最后还需指出，根据实际经验通常雷达厂商出于技术秘密，不对整车厂商开放雷达全部参数(例如某些CAN协议)，这为传统的雷达测试设置了一定障碍和困难。但通过本发明提供的上述雷达功能仿真测试系统，借由虚拟模型构建装置搭建的虚拟模型以及目标模拟装置模拟出的虚拟目标物，使得本领域技术人员无需再考虑上述阻碍，即可得到完整的雷达功能测试。

以上依据图式所示的实施例详细说明了本发明的构造、特征及作用效果，但以上所述仅为本发明的较佳实施例，需要言明的是，上述实施例及其优选方式所涉及的技术特征，本领域技术人员可以在不脱离、不改变本发明的设计思路以及技术效果的前提下，合理地组合搭配成多种等效方案；因此，本发明不以图面所示限定实施范围，凡是依照本发明的构想所作的改变，或修改为等同变化的等效实施例，仍未超出说明书与图示所涵盖的精神时，均应在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种雷达功能仿真测试系统，其特征在于，包括：

虚拟模型构建装置、目标模拟装置、实时仿真装置以及待测雷达；

所述虚拟模型构建装置用于搭建交通场景虚拟模型、测试车辆虚拟模型以及目标物虚拟模型；

所述目标模拟装置用于根据所述目标物虚拟模型的参数信息模拟出虚拟目标物；

所述实时仿真装置用于加载预设的车辆动力学模型，并触发所述待测雷达运行；

所述待测雷达在探测到所述虚拟目标物后，向所述实时仿真装置输出反馈信号；

所述实时仿真装置还用于根据所述待测雷达的反馈信号，更新车辆动力学模型的状态，并将更新结果发送至所述虚拟模型构建装置，使所述测试车辆虚拟模型做出相应动作。

2.根据权利要求1所述的雷达功能仿真测试系统，其特征在于，所述系统还包括抗干扰装置，在所述抗干扰装置内设有收发天线；

所述待测雷达置于所述抗干扰装置之中，并通过所述收发天线实现探测功能。

3.根据权利要求2所述的雷达功能仿真测试系统，其特征在于，所述抗干扰装置包括微波暗室，所述微波暗室设有吸波材料。

4.根据权利要求1所述的雷达功能仿真测试系统，其特征在于，所述系统还包括位置调整机构，所述位置调整机构用于调整所述待测雷达的朝向角度。

5.根据权利要求4所述的雷达功能仿真测试系统，其特征在于，所述位置调整机构包括可升降的旋转台，所述待测雷达安装在所述旋转台上，且所述旋转台受控于所述虚拟模型构建装置或所述目标模拟装置。

6.根据权利要求1所述的雷达功能仿真测试系统，其特征在于，所述虚拟模型构建装置包括内置建模软件的上位机。

7.根据权利要求1所述的雷达功能仿真测试系统，其特征在于，所述实时仿真装置包括高级驾驶辅助系统台架，所述高级驾驶辅助系统台架设有实时仿真控制单元；

所述实时仿真控制单元用于加载车辆动力学模型，并与所述待测雷达进行交互。

8.根据权利要求7所述的雷达功能仿真测试系统，其特征在于，所述虚拟模型构建装置与所述实时仿真控制单元集于一体。

9.根据权利要求1～8任一项所述的雷达功能仿真测试系统，其特征在于，所述目标模拟装置包括回波模拟器，所述回波模拟器在接收到所述待测雷达发射的探测信号后，发出基于所述目标物虚拟模型的电磁波信号。

10.根据权利要求1～8任一项所述的雷达功能仿真测试系统，其特征在于，所述虚拟模型构建装置和/或所述实时仿真装置均设有显示器。