CN113687316B - 用于仿真测试系统的时间同步和等待时间补偿 - Google Patents

用于仿真测试系统的时间同步和等待时间补偿

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Abstract

提供了一种仿真测试系统和方法，用于响应于周期性电磁信号而对仿真回波信号进行时间调整。所述方法包括：生成包括模拟对象的场景模拟；生成模拟帧，所述模拟帧指示关于所述模拟对象的对象变换信息；使用所述对象变换信息计算与所述模拟对象相对应的仿真目标的位置和速度；生成与所述模拟帧相对应的光线跟踪帧，所述光线跟踪帧指示所述仿真目标的计算出的位置和速度；预测所述电磁信号的特征图案中的下一特征中的时间点；使用所述计算出的位置和速度计算在所述预测时间点所述模拟对象的预测目标信息；以及使用所述预测目标信息响应于所述电磁信号的下一脉冲串而生成回波信号，以补偿由真实世界时间与模拟时间之间的差异引入的等待时间。

Description

用于仿真测试系统的时间同步和等待时间补偿
背景技术
用于交通工具的高级驾驶员辅助系统(ADAS)和自主驾驶系统依赖于探测和测距系统，所述探测和测距系统使用探测和测距电磁信号，例如包括毫米波雷达信号和基于光的激光雷达信号。探测和测距电磁信号用于警告正面碰撞和后方碰撞，实施例如自适应性巡航控制和自主泊车并且最终在街道和公路上执行自主驾驶。具体地，毫米波汽车雷达相比于其他传感器系统的优点在于毫米波汽车雷达可以在大多数类型的天气下工作并且在光线下和黑暗中均可以工作。
常规的汽车探测和测距系统通常在交通工具上具有多个发射器和多个接收器。可以部署探测和测距系统的实际驾驶环境可能会各种各样，并且许多这样的驾驶环境可能较为复杂。例如，实际驾驶环境可以含有众多对象，并且实际驾驶环境中遇到的一些对象具有响应于探测和测距电磁信号而影响回波信号的复杂反射、衍射和多次反射特性。未正确地感测和/或解码回波信号的直接后果可能是，触发错误的警告或不适当的反应，或者应当触发的警告或反应未被触发，这样进而会造成碰撞。
测试要求ADAS和自主驾驶系统面临安全攸关的情况。然而，道路测试通常是危险且效率低下的。因此，就测试安全性和效率而言，实验室内测试是优选的。实验室内测试可以包括用于不同传感器的驾驶场景模拟软件和硬件回波信号仿真器，使得可以对多个传感器执行硬件在环(HIL)场景仿真。
驾驶场景模拟器和对应的硬件回波信号仿真器需要花费时间才能生成给定传感器的仿真回波信号。由于被测试的交通工具上有多个探测和测距电磁信号传感器，因此HIL多传感器驾驶仿真解决方案面临两个问题。首先，不同传感器的仿真回波信号在时间上不同步。这会导致交通工具上的传感器融合算法无法正常工作，因为交通工具上的不同传感器将接收信号，从而给出关于仿真环境的不一致信息。其次，与驾驶场景模拟器提供的场景模拟相比，仿真回波信号会延迟到达传感器。延迟会导致关于交通工具的决策算法比原本做出的决策更晚做出决策，从而导致HIL测试的准确性不如预期。因此，需要有效技术来确保多个传感器的仿真回波信号是同步且最新的，以便提供准确而可靠的传感器测试。
附图说明
在结合附图阅读时根据以下详述最佳地理解示例性实施方案。要强调的是，各种特征不一定按比例绘制。事实上，为了讨论清楚起见，尺寸可以任意增大或减小。在适用和可行的地方，相同的附图标记表示相同的元件。
图1是示出了根据代表性实施方案的用于测试车载探测和测距电磁信号(包括对仿真回波信号进行时间调整)的仿真测试系统的简化框图。
图2是示出了根据代表性实施方案的用于测试车载探测和测距电磁信号的仿真测试系统的时间同步和等待时间补偿的简化时序图。
图3是示出了根据代表性实施方案的响应于探测和测距电磁信号而对仿真回波信号进行时间调整以测试车载探测和测距电磁信号的方法的简化流程图。
具体实施方式
在以下详细描述中，出于解释而非限制的目的，阐述了公开具体细节的代表性实施方案，以便提供对根据本教导的实施方案的透彻理解。可以省略对已知系统、装置、材料、操作方法和制造方法的描述，以避免代表性实施方案的描述变得难以理解。然而，本领域普通技术人员所知道的这类系统、装置、材料和方法在本教导的范围内并且可以根据代表性实施方案来使用。应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施方案，而不旨在限制。所定义的术语附加于在本教导的技术领域中通常理解和接受的所定义术语的技术和科学含义之上。
应当理解，尽管本文可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件或部件，但是这些元件或部件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件或部件与另一个元件或部件区分开。因此，在下文中讨论的第一元件或部件可以被称为第二元件或部件，而不脱离本公开文本的教导。
本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而不旨在限制。如说明书和所附权利要求书中所使用的，术语的单数形式“一”、“一个”和“该”同时包括单数和复数形式，除非上下文另有明确规定。另外，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”和/或类似术语明确所述特征、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、元件、部件和/或其群组的存在或添加。如本文所使用，术语“和/或”包括一个或多个相关列举项的任何和所有组合。
除非另外指出，当一个元件或部件被称为“连接到”、“联接到”或“邻近”另一个元件或部件时，应该理解，该元件或部件可以直接连接或联接到另一个元件或部件，或者可以存在中间元件或部件。也就是说，这些和类似的术语包括可能使用一个或多个中间元件或部件来连接两个元件或部件的情况。然而，当一个元件或部件被描述为“直接连接”到另一个元件或部件时，这仅包括两个元件或部件彼此连接而没有任何媒介或中间元件或部件的情况。
因此本公开本文通过其各个方面、实施方案和/或具体特征或子部件中的一者或多者旨在表明如下具体指出的一个或多个优点。出于解释而非限制的目的，阐述了公开具体细节的示例性实施方案，以便提供对根据本教导的实施方案的透彻理解。然而，脱离本文公开的具体细节的与本公开文本一致的其他实施方案仍在所附权利要求书的范围内。此外，可以省略对众所周知的设备和方法的描述，以免模糊对示例性实施方案的描述。此类方法及设备在本公开文本的范围内。
根据各种实施方案，驾驶仿真系统能够响应于来自被测交通工具(诸如汽车或其他自主交通工具)上的多个传感器的探测和测距电磁信号发射(例如，雷达和激光雷达信号)而对回波信号进行仿真。所述实施方案在场景模拟中提供了成本有效的高性能目标仿真，所述场景模拟随着传感器数量增大而充分扩展。例如，使用精确同步技术(诸如精确时间协议(PTP)IEEE 1588标准(以下简称“IEEE 1588”))建立公共时基，因此将多传感器驾驶仿真系统的每个部件同步到亚微秒级别。随着目标信息从场景模拟开始流过处理链，精确监视由处理和通信操作引起的等待时间。由回波信号仿真器执行的预测模型将用于将目标信息投射到当目标信息通过仿真回波信号呈现给自主交通工具的不久将来。当交通工具的传感器正在主动探测模拟环境时，预测模型用于将目标信息投射到传感器正生成其探测信号的精确时间(例如，在雷达啁啾帧开始时)。
如上所述，例如，可以根据IEEE 1588提供公共时基，以用于亚微秒级别的实时时钟同步。使用IEEE 1588提供实时时钟同步的成本相对较低，具有高度可扩展性，易于编程并且需要最少的系统通信资源。可以并入用于实时时钟同步的其他公共时基(例如，通过点对点触发电缆进行同步)，前提是公共时基能够将与各种计算机硬件组件或其他数字电子器件相关联的实时时钟在微秒内保持同步。使用公共时基，可以轻松测量所有感兴趣的事件，诸如计算的开始时间以及网络上通信数据包的接收时间。
通常，根据各种实施方案的驾驶仿真系统是非常准确的，因为它甚至在要求苛刻的驾驶场景(诸如对正碰撞)中也可以准确地对大量同时目标进行仿真。而且，驾驶仿真系统具有一致性，因为它可以维持被呈现给被测自主交通工具中的所有传感器的信息的时间对齐并且提供环路稳定性以最大程度地减少HIL的环路延迟，所述传感器包括例如雷达传感器、激光雷达传感器、相机和全球定位卫星(GPS)接收器。考虑到环路稳定性，具体地，交通工具的驾驶计算机不能容忍驾驶仿真系统的反馈回路中的处理延迟。当交通工具对信号传感器做出反应时，它会做出决策并改变例如转向、制动和节气门设置。这些变化会立即被驾驶仿真系统检测到，并且导致模拟场景发生对应变化，然后所述对应变化被检测到交通工具的传感器。为了使性能正常，必须最大程度地减少该反馈环路周围的延迟。通过利用跨驾驶仿真系统的众多分布式计算资源(包括通用CPU、GPS、嵌入式处理器和FPGA)，可以通过利用并行处理来最大程度地减少总计算延迟。即，将总计算适当地划分为可以并行执行的子计算。子计算可以由驾驶场景模拟器执行和/或例如分配到刺激交通工具的传感器的回波信号仿真器中。
关于准确性，驾驶场景模拟器的计算很复杂，因为必须对场景进行解构以正确分析交通工具传感器应如何响应。例如，雷达和激光雷达信号有很大不同，但是与交通工具的相机检测到的场景图像有关。尽管并行运行，但是这些计算很复杂，并且会导致计算延迟，所述延迟必须被驾驶仿真系统的其他部分进行补偿。
关于一致性，交通工具上的每种传感器的计算延迟可能不同。例如，与由雷达提供的对应信息相比，由相机提供的图像信息相对较快。在将信息呈现给对应传感器时，必须使用前向传播技术将其纠正到正确的真实世界时间。在知道模拟时间与真实世界时间之间的精确映射以及在应当将信息呈现给交通工具的传感器的不久将来的期望时间之后，可以执行期望校正。这涉及至少在使用每个目标的不久将来计算每个目标的位置和速度，并且可以进一步包括计算在不久将来的真实世界时间每个目标的尺寸、形状和/或加速度。
图1是示出了根据代表性实施方案的用于测试车载探测和测距电磁信号(包括对仿真回波信号进行时间调整)的仿真测试系统的简化框图。如受益于本公开文本的本领域的普通技术人员所明白的，所述实施方案适用于各种类型的探测和测距电磁信号，包括例如以各种能力在当前和新兴的汽车应用中使用的交通工具雷达和交通工具激光雷达(称为“电磁信号”)。然而，需要强调的是，当前描述的仿真测试系统不限于汽车雷达和激光雷达系统，并且可以应用于其他类型的电磁信号(包括用于相机的成像信号)以及其他类型的交通工具，包括可以采用车载雷达系统的公交车、摩托车、机动自行车(例如，踏板车)、船只和飞机。
参考图1，仿真测试系统100被布置为测试多个被测装置(DUT)，所述被测装置可以是例如位于被测交通工具105上的雷达传感器或激光雷达传感器。虽然代表性的第一DUT101、第二DUT 102和第x个DUT 103指示DUT，但是在不脱离本教导的范围的情况下，所描绘的实施方案可以用于测试任意数量的DUT。第一DUT 101、第二DUT 102和第x个DUT 103可以连接到被测交通工具105上的控制器局域网(CAN)总线108中。被测交通工具105还包括电子控制单元(ECU)软件和/或ADAS计算机(未示出)，所述电子控制单元软件和/或ADAS计算机向仿真测试系统100提供诸如制动、节流和转向之类的交通工具控制信号作为用于实施场景模拟的反馈，如下文所讨论的。如虚线所指示，被测交通工具105可以通过各种类型的有线和/或无线网络连接而连接到仿真测试系统100。
第一DUT 101、第二DUT 102和第x个DUT 103将诸如雷达信号或激光雷达信号之类的周期性电磁信号发射到仿真测试系统100，并且作为响应而接收由仿真测试系统100生成的对应的仿真回波信号。周期性电磁信号可以具有周期性特征图案，诸如RF能量或光能的重复脉冲串(激光脉冲)，并且包括信号帧，每个信号帧具有电磁信号中的特征图案的至少一个特征。例如，雷达信号可以在一系列雷达帧中具有RF脉冲串图案，其中每个雷达帧包括具有啁啾频率的两个脉冲串。当然，取决于雷达信号的设计特性，雷达帧可以包括更少或更多的啁啾频率脉冲串，这对于本领域普通技术人员来说是显而易见的。激光雷达信号可以包括信号帧，其中能量脉冲串图案包括激光脉冲。
仿真测试系统100包括由代表性的第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113指示的多个回波信号仿真器。在不偏离本教导的范围的情况下，尽管使用中的回波信号仿真器的数量通常与被测DUT的数量相同(即，y等于x)，但是仿真测试系统100也可以使用比被测DUT更多或更少的回波信号仿真器。第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113被实施为硬件和软件的组合，所述硬件和软件被配置为分别从第一DUT 101、第二DUT 102和第x个DUT 103接收电磁信号(例如，雷达或激光雷达信号)，并且响应于接收到的电磁信号而将对应的仿真回波信号从模拟对象发射到第一DUT 101、第二DUT 102和第x个DUT 103。在不脱离本教导的范围的情况下，第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113可以是能够接收电磁信号并且作为响应而生成对应的仿真回波信号的任何类型的已知回波信号仿真器，诸如调制反射装置(MRD)。第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的每一者包括用于执行软件配置以及IEEE 1588时间同步的一个或多个处理单元，如下文所讨论的。
第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的每一者包括或能够访问预测模型115，所述预测模型被配置为预测电磁信号中的时间点并且基于来自场景模拟的对象变换信息来计算仿真目标在不久将来的预测时间点的预测位置和速度。通常，预测模型115具有两个功能。首先，预测模型115预测帧的下一导入特征(例如，雷达脉冲串)的时间点。通常，尽管电磁信号是周期性的，但是传感器(DUT)制造商可能会故意添加一些随机偏差。因为电磁信号是周期性的，所以可以使用特征和/或包括特征的帧的已建立图案来预测下一导入特征的定时，所述图案包括特征长度和相邻出现的特征之间的时间推移。例如，当预测时间点在电磁信号中的特征的开始处时，可以通过将特征之间的已知时间推移与前一次发生的特征的开始的测量时间相加来预测该时间。可以通过测量实际电磁信号或使用第一DUT 101、第二DUT 102和第x个DUT 103的传感器规格来建立所述图案。然后可以将已建立的图案存储在对应的第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中以供预测模型115访问。其次，预测模型115将仿真目标的位置和速度向前传播和/或外推到预测时间点。即，通过提供在时间点t仿真目标的位置、速度和(任选)加速度，预测模型115能够例如如本领域普通技术人员已知的通过使用运动学公式来确定在预测时间点t+ΔT该仿真目标的位置和速度，其中t是与所生成的对象变换信息相关联的时间。在下面参考图2讨论的实施方案中，例如，ΔT＝ΔTa+ΔTb+ΔTc+ΔTd+ΔTe。在将位置和速度向前传播和/或外推到预测时间点时，假定加速度是恒定的。
在图1中，在第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113的每一者中示出了预测模型115，例如，可供一个或多个处理单元执行。然而，应当理解，在不脱离本教导的范围的情况下，第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113可以访问公共预测模型。第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的每一者包括一个或多个天线以从第一DUT 101、第二DUT 102和第x个DUT 103接收电磁信号以照亮仿真目标，并且作为响应而从仿真目标发射仿真回波信号。尽管一个或多个天线可以是例如喇叭天线，但是也可以并入其他类型的天线，诸如贴片天线或贴片天线阵列。
第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的每一者还包括连接到一个或多个天线的接收器以分别从第一DUT 101、第二DUT 102和第x个DUT 103中的一者接收电磁信号。接收器包括模数转换器(ADC)，使得第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的每一者提供对应的数字化电磁信号以用于进一步处理。第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的每一者还包括连接到一个或多个天线的发射器以将仿真回波信号发送到第一DUT 101、第二DUT 102和第x个DUT 103中的同一者。发射器包括数模转换器(DAC)，使得第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的每一者发射对应的模拟回波信号，所述模拟回波信号对来自一个或多个仿真目标的反射进行仿真。关于接收和发送用于包括雷达和激光雷达的各种介质的信号，第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113的实施是本领域普通技术人员众所周知的。第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的每一者具有精确定时硬件时间戳功能，诸如IEEE 1588。
仿真测试系统100进一步包括：驾驶场景模拟器120，所述驾驶场景模拟器被实施为由驾驶场景模拟服务器125的一个或多个处理单元存储和执行的软件；以及光线跟踪引擎130，所述光线跟踪引擎被实施为由光线跟踪引擎服务器135的一个或多个处理单元存储和执行的软件。用于驾驶场景模拟服务器125和光线跟踪引擎服务器135的一个或多个处理单元可以包括网络接口卡，例如具有精确定时硬件时间戳功能(诸如IEEE 1588)的网络接口卡。在一个实施方案中，上文讨论的第一DUT 101、第二DUT 102和第x个DUT 103中的每一者在发射电磁信号方面可以具有其自己的工作周期，所述工作周期不同于驾驶场景模拟器120和光线跟踪引擎130的工作周期。
仿真测试系统100还可以包括被实施为硬件和/或软件的交换机140以连接驾驶场景模拟器120和光线跟踪引擎130，并且将用于生成仿真回波信号的目标信息从光线跟踪引擎130选择性地引导到第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113。因此，第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113能够使用从第一DUT 101、第二DUT 102和第x个DUT 103接收的电磁信号以及经由交换机140从光线跟踪引擎130接收的目标信息来生成相应的回波信号。交换机140与一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113具有相同的精确定时硬件时间戳功能，诸如IEEE 1588。交换机140可以是例如具有IEEE 1588硬件时间戳特征功能的以太网交换机。因此，交换机140提供通用以太网数据通信和IEEE 1588时间同步支持。
驾驶场景模拟器120被编程为生成真实世界驾驶场景的模拟，所述真实世界驾驶场景包括被测交通工具105要在其中驾驶的环境中的模拟对象。模拟对象可以包括其他交通工具、行人、路牌、路缘、电线杆、交通工具的路径中的异物等。驾驶场景模拟器120根据场景模拟的一种或多种数学模型来获取和/或确定三维(3D)几何信息和对象变换信息(数据)，其中所述一种或多种数学模型对于本领域普通技术人员是众所周知的。3D几何信息是预定义的，并且可以存储在模拟场景文件中，所述模拟场景文件在场景模拟之前由驾驶场景模拟器120加载。3D几何信息可以包括模拟场景中的物体的列表，以及与模拟对象中的每一者有关的信息，诸如位置以及每个对象是静止的还是可移动的，以及指示每个对象的3D表面的数据。驾驶场景模拟器120在3D几何信息初始化时将其转发到光线跟踪引擎130，并且在场景模拟开始后3D几何信息不会改变。模拟对象的对象变换信息指示给出模拟对象的动态位置的变换。对象变换信息包括模拟对象的位置以及(可移动)模拟对象的偏航、俯仰和滚转。在场景模拟运行时，驾驶场景模拟器120连续或周期性地更新对象变换信息，所述场景模拟以一定的帧速率提供包含对象变换信息的模拟帧。
由于驾驶场景模拟器120可能由于底层操作系统而经历计算抖动，因此模拟时间被映射到被测交通工具经历的真实世界时间。因此，每个模拟帧具有场景模拟中的模拟时间和对应的真实世界时间，所述真实世界时间可能不同于模拟时间，如下面参考图2所讨论的。
驾驶场景模拟器120首先在场景模拟之前从文件加载预定义场景的3D几何信息，并且在场景模拟期间将对象变换信息输出到光线跟踪引擎130。例如，驾驶场景模拟器120可以被配置为生成一系列模拟帧，所述模拟帧包括关于模拟对象中的一者或多者的对象变换信息。根据由驾驶场景模拟器120提供的模拟时间和帧速率来生成模拟帧。即，驾驶场景模拟器120维持参考模拟的任意开始时间的模拟时基。因此，例如，模拟帧N在N*帧速率的模拟时间有效。因此，模拟帧中的每一者具有与帧长度相关联的对应模拟时间。例如，模拟时基可以是根据IEEE 1588提供的公共时基。
模拟时间通常不同于真实世界时间，所述真实世界时间是包括第一DUT 101、第二DUT 102和第x个DUT 103的被测交通工具105正在操作的实际时间。尽管在实践中，模拟时间大约等于真实世界时间，但是它可能相差到足以在两个时间之间产生偏移，从而导致等待时间或者会影响场景模拟的准确性。因此，模拟帧中的每一者具有与和该帧相关联的模拟时间相对应的真实世界时间。该真实世界时间是实际用于生成模拟帧的时间。在一个实施方案中，模拟时间是固定的，而真实世界时间是变化的。替代地，模拟时间和真实世界时间都可以是变化的。
光线跟踪引擎130被配置为首先在场景模拟之前接收3D几何信息，随后从模拟帧接收关于模拟对象的对象变换信息并且在场景模拟期间计算目标信息。计算出的目标信息包括基于接收到的对象变换信息的与模拟对象相对应的仿真目标的更新位置、速度、加速度和横截面(例如，RCS)中的一者或多者。仿真目标是指被显示以便示出对应模拟对象的反射面的目标信息的回波。因此，应当理解，对目标信息的引用包括仿真目标的计算出的位置、速度、加速度和横截面。光线跟踪引擎130根据在对应模拟帧中提供的对象变换信息来生成分别与指示仿真目标的目标信息的模拟帧相对应的光线跟踪帧。光线跟踪帧的帧速率与模拟帧的帧速率没有固定的关系。用于光线跟踪引擎130的处理单元(例如，光线跟踪引擎服务器135)还可以包括网络接口卡，例如具有精确定时硬件时间戳功能(诸如IEEE1588)的网络接口卡。光线跟踪引擎130可以使用主动模拟开始之前首先从驾驶场景模拟器120接收的场景3D几何图形并使用在逐模拟帧的主动模拟期间从驾驶场景模拟器120接收到的信号对象变换信息来输出目标信息，包括每个模拟对象的位置、速度、加速度和横截面。
光线跟踪引擎130通过交换机140将光线跟踪帧输出到第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113。第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113使用从第一DUT 101、第二DUT 102和第x个DUT103接收的电磁信号以及从光线跟踪引擎130接收的目标信息来生成仿真回波信号。如上所述，第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的每一者包括(或能够访问)被实施为由一个或多个处理单元存储和执行的软件的预测模型115，并且可以包括例如具有精确定时硬件时间戳功能(诸如IEEE 1588)的网络接口卡。因此，第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113、驾驶场景模拟器120以及光线跟踪引擎130从公共时基开始操作，以在亚微秒级别同步真实世界时间。
驾驶场景模拟器120、光线跟踪引擎130以及第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113连同第一DUT 101、第二DUT 102和第x个DUT 103、被测交通工具105的ECU软件和ADAS计算机提供HIL用于反馈，如本领域普通技术人员所知的。例如，在HIL系统中，制动、节气门和转向信号从被测交通工具105反馈到驾驶场景模拟器120以并入到场景模拟中，如图1中的虚线所指示。
预测模型115被编程为预测将由第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113使用的仿真目标列表，以在将来时间提供仿真回波信号。即，对于每个光线跟踪帧，预测模型115使用导入电磁信号中的特征来预测不久将来的时间点。“不久将来”是指小于(周期性)电磁信号的预定周期的时间段，诸如帧的帧长度或帧内的脉冲串的脉冲串长度。因此，尽管实际上，例如对于大多数类型的电磁信号，不久将来为毫秒级，但是针对不久将来确定的预测时间点的定时取决于电磁信号的特定特性。例如，所述特征可以是能量脉冲串，使得预测模型115可以预测由第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的一者从第一DUT 101、第二DUT 102和第x个DUT 103中的一者接收到的输入电磁信号的下一脉冲串中的时间点。当预测模型115接收到特定的光线跟踪帧时，将下一脉冲串确定为导入第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的相应一者的下一完整脉冲串。尽管预测时间点可以是下一脉冲串的起点、中间点或终点，但是也可以使用下一脉冲串内或包含下一脉冲串的帧内的其他时间点。能量脉冲串例如可以是用于雷达的RF能量脉冲串或用于激光雷达的激光能量(激光脉冲)脉冲串。
然后，预测模型115使用由光线跟踪引擎130确定的仿真目标的计算出的目标信息来计算仿真目标在不久将来的预测时间点的预测目标信息。即，预测模型115使用最新光线跟踪帧中的仿真目标的位置、速度和加速度来将仿真目标的位置和速度向前传播和/或外推到预测时间点，而加速度是保持恒定。因此，预测模型115由电磁信号(例如，周期性脉冲串)驱动，而不是由光线跟踪引擎130驱动。预测目标信息包括仿真目标的位置、速度和(任选)加速度，并且取决于场景模拟的范围和目的，可以进一步包括仿真目标的横截面。
预测模型115指示在第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的一者接收到电磁信号的下一脉冲串之前仿真目标的预测目标信息。预测模型115提供预测片段，所述预测片段在下一光线跟踪帧的目标信息可用之前使用来自最新光线跟踪帧的目标信息。在每个预测片段期间，将有一个或多个电磁能脉冲串到达第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113，并且预测模型115将使用来自同一光线跟踪帧的目标信息以将仿真目标的位置和速度传播和/或外推到预测时间点。当预测模型115计算仿真目标在预测时间点的预测目标信息时，所述预测模型补偿由模拟帧、驾驶场景模拟器120和光线跟踪引擎130的每一者引入的延迟。值得注意的是，第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113、驾驶场景模拟器120和光线跟踪引擎130的操作与亚微秒级下的精确定时硬件时间戳能力同步。
如上所述，第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的至少驾驶场景模拟器120、光线跟踪引擎130和预测模型115中的每一者由一个或多个处理单元实施。如本文所使用，处理单元可以包括使用硬件、软件、固件、硬连线逻辑电路或其组合的任何组合的一个或多个计算机处理器、数字信号处理器(DSP)、中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或其组合。处理单元可以包括其自己的处理存储器以存储能够执行本文描述的各种功能的计算机可读代码(例如，软件、软件模块、软件引擎)。例如，处理存储器可以存储可由处理单元(例如，计算机处理器)执行以执行本文描述的方法的一些或所有方面(包括下面参考图3描述的方法的各个步骤)的软件指令/计算机可读代码。
如本文所使用，本文所述的处理存储器和任何其他存储器(和数据库)可以是各种类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和/或其他存储介质，包括闪存、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦可编程只读存储器(EEPROM)、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能磁盘(DVD)、寄存器、锁存器、触发器、硬盘、可移动磁盘、磁带、软盘、蓝光光盘或通用串行总线(USB)驱动程序，或本领域已知的任何其他形式的存储介质，它们是有形的和非暂时性的(例如，与暂时性传播信号相比)。在不脱离本教导的范围的情况下，存储器可以是易失性的或非易失性的、安全的和/或加密的、不安全的和/或未加密的。
图2是示出了根据代表性实施方案的用于测试车载探测和测距电磁信号的仿真测试系统的时间同步和等待时间补偿的简化时序图。行(1)至(10)中的每一者示出了由上文参考图1讨论的部件中的一者输出的信号。行(1)至(10)与沿水平轴的时间轴相关，所述时间轴以微秒指示。时间轴不是绝对时间，而是旨在表示时间点。例如，对于时间轴上为零的第一时间点，当场景模拟运行时，绝对时间戳被记录为模拟时间零。在识别出的场景模拟开始时的绝对时间戳可以是IEEE 1588时间戳，例如由T1588_0指示。
参考图2，行(1)示出了由驾驶场景模拟器120在模拟时间中确定的模拟帧。在所描绘的例子中，行(1)示出了八个代表性的模拟帧，分别标记为m、m+1、m+2、m+3、m+4、m+5、m+6和m+7。而且，为了简单起见，假定每个模拟帧的模拟时间是固定的，由具有相同长度的模拟帧指示。但是，应当理解，在不脱离本教导的范围的情况下，因为模拟帧是由驾驶场景模拟器120提供的，所以模拟帧的模拟时间可以是变化的。每个模拟帧的固定模拟时间是驾驶场景模拟器120生成模拟帧时的帧速率的倒数(1/f)。如上文所讨论的，模拟帧包括来自场景模拟的对象变换信息。对象变换信息包括由驾驶场景模拟器120计算的一个或多个模拟对象的位置、偏航、俯仰和滚转。将对象变换信息发送到光线跟踪引擎130，如下文所讨论的。尽管在图2中未示出，但是例如在场景模拟开始之前，驾驶场景模拟器120还首先将3D几何信息发送到光线跟踪引擎130。
行(2)示出了驾驶场景模拟器120在真实世界时间输出的真实世界帧。在所描绘的例子中，行(2)示出了与八个代表性的模拟帧相对应的八个代表性的真实世界帧，也分别被标记为m、m+1、m+2、m+3、m+4、m+5和m+6。即，真实世界帧是被调整为真实世界时间的模拟帧。因此，与对应的模拟帧一样，真实世界帧同样包括来自场景模拟的对象变换信息。
因为驾驶场景模拟器120是非实时系统，所以在真实世界时间生成模拟帧所需的实际时间可能会有所不同，这取决于例如计算任何特定帧的信息以及组装所述帧所需的时间。而且，真实世界帧的真实世界时间是变化的，由具有与其他帧不同的长度和/或具有与对应的模拟帧不同的长度的一些真实世界帧指示。在所描述的例子中，出于说明目的，真实世界帧m的真实世界时间比对应模拟帧m的模拟时间长了时间差ΔTa。例如，参考时间轴，模拟帧m应当在时间t4结束，但是实际上在时间t4.5结束，使得时间差ΔTa为0.5。可以在t4.5记录IEEE 1588时间戳T1588_m，以标记真实世界帧m的终点。换句话说，模拟时间滞后于真实世界时间，并且时间差ΔTa＝T1588_m-T1588_0-m/f，其中m是帧数，并且f是模拟时间轴中的模拟频率，并且m/f是自从模拟开始以来经过的模拟时间。
因为在各个实施方案中驾驶场景模拟器120不是实时模拟器，所以模拟频率f是驾驶场景模拟器120要求的频率。驾驶场景模拟器120花费在计算每个模拟帧上的真实世界时间将是变化的。对于比不那么复杂的模拟帧包括关于更多模拟对象的信息的复杂的模拟帧，驾驶模拟器120在计算上花费更多时间。因此，对于更复杂的模拟帧(例如，第m帧)，驾驶场景模拟器120花费比1/f更多的时间(例如，花费2/f)来计算模拟帧。然后，驾驶场景模拟器120可以忽略下一(例如，第(m+1)个)模拟帧计算，并且在其完成第m个帧计算之后继续后续的(例如，第(m+2)个)模拟帧计算。该过程可以被称为赶上真实世界时间轴。
尽管一些驾驶场景模拟器可以支持模拟速率改变例如一半(x0.5)或加倍(x2)，但是本文所述的实施方案中的驾驶场景模拟器120维持相同的模拟速率(x1)。这意味着，模拟时间轴和真实世界时间轴在理想情况下应当具有相同的频率。当然，实际上会存在时间偏差，这会影响仿真测试系统100的HIL。因此，驾驶场景模拟器120可以通过跳过一个或多个下一模拟帧来在场景模拟期间调整模拟时间轴。例如，当模拟帧花费分配时间的两倍(2x)来生成时，驾驶场景模拟器120可以跳过原本将在模拟时间中发生的生成下一模拟帧，并且在稍晚的模拟时间生成模拟帧，使得模拟时间在没有机会赶上的情况下不会滞后于真实世界时间。换句话说，驾驶场景模拟器120可以被编程为当它花费太多时间来生成前一模拟帧时(例如当在前一模拟帧中可见更多的模拟对象时)跳过一个或多个下一模拟帧，以使得模拟时间能够赶上真实世界时间。
将模拟帧(作为经过时间调整的实际帧)发送到光线跟踪引擎130，从而生成对应的光线跟踪帧。在一个实施方案中，如图2中所示，光线跟踪引擎130可以不使用来自所有模拟帧的信息以便防止在处理期间累积过多等待时间。光线跟踪引擎130连续接收模拟帧，将最新的模拟帧保存在存储器中。当准备好生成下一光线跟踪帧时，光线跟踪引擎130仅仅使用来自真实世界时间的驾驶场景模拟器120的最新存储的模拟帧中的信息。在所描绘的例子中，模拟帧m、m+2和m+5由光线跟踪引擎130如下文所讨论的那样进行处理，而模拟帧m+1、m+3、m+4和m+6不进行处理。值得注意的是，驾驶场景模拟器120以其自己的频率运行，并且与光线跟踪引擎的频率无关。
行(3)示出了由光线跟踪引擎130在真实世界时间输出的光线跟踪帧。在所描绘的例子中，行(3)示出了三个代表性的光线跟踪帧，标记为n、n+1和n+2。光线跟踪帧n对应于模拟帧m，光线跟踪帧n+1对应于模拟帧m+2，并且光线跟踪帧n+2对应于模拟帧m+5。具体地，关于模拟帧m，光线跟踪引擎130接收模拟帧m，使用来自模拟帧m的对象变换信息来计算一个或多个模拟对象的位置、速度、加速度和横截面(例如，RCS)，并且生成光线跟踪帧n，所述光线跟踪帧n包括计算出的位置、速度、加速度和横截面作为计算出的目标信息。通常，光线跟踪帧与任何特定的模拟帧(或对应的真实世界帧)没有固定的关系。更确切地，光线跟踪引擎130选择由驾驶场景模拟器120提供的最新的模拟帧结果用于计算。如下文所讨论的，任何附加延迟的影响将随后由预测模型补偿。
尽管光线跟踪帧可能比对应的模拟帧(和真实世界帧)更长，但是在真实世界时间中生成光线跟踪帧所需的实际时间可能会取决于计算对应横截面、位置、速度和/或加速度信息以及组装光线跟踪帧所需的时间而变化。在所描绘的例子中，光线跟踪引擎130执行计算并组装光线跟踪帧n的时间量由时间差ΔTb指示，而完整的光线跟踪帧n的长度由时间差ΔTc指示，所述两个时间差都在真实世界时间中。更具体地，光线跟踪帧n在时间t5.0开始并且在时间t15.0结束。
行(4)示出了在图2中所描绘的相关时间段期间由第一DUT 101、第二DUT 102或第x个DUT 103中的一者连续发射的周期性电磁信号的帧。出于说明目的，电磁信号是周期性雷达信号，并且所述帧是雷达帧，其中每个雷达帧包括两个射频(RF)能量脉冲串。例如，每个雷达帧的第一RF能量脉冲串可以是第一啁啾频率下的远程雷达啁啾信号(LONG脉冲串)，而第二RF能量脉冲串可以是第二啁啾频率下的中程雷达啁啾信号(MED脉冲串)。当然，周期性雷达和其他类型的电磁信号的布置可以变化，以便为任何特定情况提供独特的益处，或者满足各种实施方式的应用特定设计要求，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。
具体地，行(4)示出了具有LONG脉冲串(p)和MED脉冲串(p)的第一雷达帧、具有LONG脉冲串(p+1)和MED脉冲串(p+1)的第二雷达帧、具有LONG脉冲串(p+2)和MED脉冲串(p+2)的第三雷达帧，以及具有LONG脉冲串(p+3)和MED脉冲串(p+3)的第四雷达帧。如所示，雷达帧正在由第一DUT 101、第二DUT 102或第x个DUT 103中的一者发射，而驾驶场景模拟器120和光线跟踪引擎130正在提供模拟/真实世界帧和光线跟踪帧。雷达帧正由第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的对应一者接收，如下文参考行(6)所讨论的。
行(5)示出了预测模型的预测片段，所述预测片段基于由光线跟踪帧提供的计算出的目标信息来计算仿真目标在不久将来的时间点的预测目标信息。预测目标信息包括来自光线跟踪帧的仿真目标中的每一者的至少位置和速度，并且例如取决于目标仿真的范围和目的，可以进一步包括仿真目标的尺寸和形状以提供RCS。
在所描绘的例子中，行(5)示出了两个代表性的预测片段，所述预测片段被标记为r和r+1，由预测模型115生成，由第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112或第y个回波信号仿真器113中的一者或多者执行。预测片段r对应于光线跟踪帧n，而预测片段r+1对应于光线跟踪帧n+1。具体地，关于预测片段r，预测模型115从光线跟踪引擎130接收光线跟踪帧n，预测电磁信号的下一连续脉冲串中的时间点，并且计算仿真目标在预测时间点的预测目标信息，如下文所讨论的。在相机仿真测试系统中，可以在渲染三维场景的对应软件中运行预测模型，并且在预测模型之后输出对应的视频流。
预测片段可能长于、短于或等于对应的光线跟踪帧，因为生成预测片段所需的真实世界时间可能会取决于由特定预测片段寻址的脉冲串的数量和针对这些脉冲串中的每一者计算仿真目标的预测时间点和预测目标信息所需的时间而变化。在所描绘的例子中，预测模型115开始执行计算的时间量由真实世界时间中的时间ΔTd指示。在所描绘的例子中，预测片段r在时间t15.5开始。
行(6)示出了在预测片段r的开始时间之后开始的周期性电磁信号，所述周期性电磁信号由第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112或第y个回波信号仿真器113中的一者接收，如在行(4)中发射的。实际上，接收周期性电磁信号的定时与发射周期性电磁信号的定时基本匹配，因此，行(6)中所示的脉冲串图案与行(4)中所示的脉冲串图案基本相同。即，行(6)示出了第三雷达帧的LONG脉冲串(p+2)和MED脉冲串(p+2)，以及第三四雷达帧的LONG脉冲串(p+3)和MED脉冲串(p+3)。预测片段与周期电磁信号的帧无关。例如，在所描绘的例子中，预测片段r对第三帧中的LONG脉冲串(p+2)和MED脉冲串(p+2)和第四帧的第一部分中的LONG脉冲串(p+3)执行预测，而预测片段r+1对第四帧的第二部分中的MED脉冲串(p+2)以及来自下一帧的脉冲串(未示出)执行预测。
预测模型115提供的预测片段可以包括对电磁信号的多个脉冲串的计算，这取决于预测片段的长度和电磁信号中的脉冲串图案的定时。即，在该过程期间，预测模型115确定下一导入脉冲串的预测时间点，并且逐脉冲串地执行前向传播和/或外推脉冲串。光线跟踪引擎130仅将目标信息提供给预测模型115。例如，行(5)中所示的说明性预测片段r提供了行(6)中所示的电磁信号的三个连续脉冲串的计算结果。因此，预测模型115预测LONG脉冲串(p+2)中的第一预测时间点T1，MED脉冲串(p+2)中的第二预测时间点T2和LONG脉冲串中(p+3)的第三预测时间点T3。因为由第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112或第y个回波信号仿真器113中的一者或多者接收的电磁信号是周期性的，所以预测模型115能够预测这些时间点。预测模型115计算仿真目标在第一预测时间点T1、第二预测时间点T2和第三预测时间点T3中的每一者的预测目标信息。在所描绘的实施方案中，尽管例如第一预测时间点T1、第二预测时间点T2和第三预测时间点T3中的每一者被示为接收到的电磁信号的对应下一连续脉冲串的中间点，但是不脱离本教导的范围的情况下也可以使用下一脉冲串中的其他点(电磁信号的其他特征中的点)。通常，预测模型115在后台运行，并且预测下一导入脉冲串的预测时间点。预测模型115然后使用最新光线跟踪帧的位置、速度和加速度信息来向前传播和/或外推以获得在预测时间点的位置和速度信息。
具体地，关于LONG脉冲串(p+2)，预测模型115预测第一预测时间点T1。在所描绘的例子中，预测片段r的开始时间为时间t15.5，LONG脉冲串(p+2)的开始时间和结束时间分别为t16.5和t18.5，并且第一预测时间点T1是t17.5。预测模型115使用从光线跟踪帧n计算出的仿真目标的横截面、位置、速度和/或加速度来计算仿真目标在第一预测时间点T1的预测目标信息，并且包括第一预测时间点T1和预测片段r中的预测目标信息。
如上所述，预测模型115预测第一预测时间点T1并且计算仿真目标在第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的一者或多者接收到LONG脉冲串(p+2)之前的第一预测时间点T1的预测目标信息。行(7)指示由第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的一者或多者进行的这种处理。即，预测模型115执行第一预测时间点T1的预测和仿真目标的预测目标信息的计算所需的时间由第一处理时间ΔTp1指示。在所描绘的例子中，尽管第一处理时间ΔTp1开始于t16.0并结束于t16.5，大约在同一时间接收到LONG脉冲串(p+2)，但是只要在接收到LONG脉冲串(p+2)之前完成处理，第一处理时间ΔTp1所需的时间可以变化。可以在t17.5记录IEEE1588时间戳T1588_T1，以标记第一预测时间点T1。以相同方式，执行MED脉冲串(p+2)中的第二预测时间点T2的预测和相关联计算所需的时间由第二处理时间ΔTp2指示，而执行LONG脉冲串(p+3)中的第三预测时间点T3的预测和相关联计算所需的时间由第三处理时间ΔTp3指示。类似地，关于下一预测片段r+1，执行MED脉冲串(p+3)中的第四预测时间点T4的预测和相关联计算所需的时间由第四处理时间ΔTp4指示。
行(8)指示仿真测试系统100根据在模拟帧m中提供的对象变换信息中来确定仿真目标在LONG脉冲串(p+2)中的第一预测时间点T1的至少预测目标信息的总时间延迟(等待时间)。如所示，从驾驶场景模拟器120输出的模拟帧m的终点到第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112或第y个回波信号仿真器113中的一者或多者接收的LONG脉冲串(p+2)的总时间延迟是上述时间差ΔTa、ΔTb、ΔTc、ΔTd和ΔTe的总和。使用由公共时基(例如，根据IEEE 1558)提供的时间戳来跟踪时间。在这方面，总延迟时间可以被确定为与第一预测时间点T1相对应的IEEE 1588时间戳T1588_T1与和模拟帧m的终点相对应的IEEE 1588时间戳T1588_m之间的差。因此，预测模型基于目标变换信息给定了预测目标信息，所述目标变换信息是在ΔTa+ΔTb+ΔTc+ΔTd+ΔTe之前提供的。使用预测帧r确定第二预测时间点T2和第三预测时间点T3的总时间延迟也是如此，其中将添加第一预测时间点T1与第二预测时间点T2之间的时间差以确定在第二预测时间点T2的总时间延迟，并且进一步添加第二预测时间点T2与第三预测时间点T3之间的时间差以确定在第三预测时间点T3的总时间延迟。
仿真测试系统100支持暂停和恢复功能。例如，在计算ΔTa+ΔTb+ΔTc+ΔTd+ΔTe时，可以包括与暂停和恢复时间相对应的IEEE 1588绝对时间戳。然后可以减去暂停与恢复之间的持续时间。可以针对多个暂停/恢复操作执行这种减去。在暂停状态期间，可以通知第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113的处理逻辑和预测模型模拟被暂停，使得它们停止预测并使用最后接收到的预测目标信息。
行(9)示出了由第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的一者或多者响应于被示为在行(6)中接收到的周期性电磁信号而发射的仿真回波信号。仿真回波信号包括与周期性电磁信号中的能量脉冲相对应的回波脉冲。因此，仿真回波信号包括LONG回波脉冲串(q+2)、MED回波脉冲串(q+2)、LONG回波脉冲串(q+3)和MED回波脉冲串(q+3)，它们也按帧布置并且分别响应于LONG脉冲串(p+2)、MED回波脉冲串(p+2)、LONG脉冲串(p+3)和MED脉冲串(p+3)而生成。针对第一预测时间点T1计算的预测目标信息用于生成LONG回波脉冲串(q+2)，针对第二预测时间点T2计算的预测目标信息用于生成MED回波脉冲串(q+2)，并且针对第三预测时间点T3计算的预测目标信息用于生成LONG回波脉冲串(q+3)。
行(10)示出了由被测交通工具105上的第一DUT 101、第二DUT 102和第x个DUT103中的一者或多者接收的在行(9)中示出的仿真回波信号。实际上，接收仿真回波信号的定时与发射仿真回波信号的定时基本匹配，因此，行(10)中所示的回波脉冲与行(9)中所示的回波脉冲基本相同，从而忽略电磁信号的最小传播延迟。被测交通工具105例如通过调整转向、制动、节气门设置等来对接收到的仿真回波信号做出反应，以响应于由驾驶场景模拟器120生成的场景模拟，就像它在第一DUT 101、第二DUT 102和第x个DUT 103接收到真实世界时间中的仿真回波信号时出现一样。
值得注意的是，因为驾驶场景模拟器120、光线跟踪引擎130以及第一回波信号仿真器111、第二回波信号仿真器112和第y个回波信号仿真器113中的每一者使用具有精确定时硬件时间戳功能(诸如IEEE 1588)的公共时基，所以它们在亚微秒级别下同步。例如，IEEE 1588提供20ns至100ns的同步准确度。
图3是示出了根据代表性实施方案的响应于探测和测距电磁信号而对仿真回波信号进行时间调整以测试车载探测和测距电磁信号的方法的简化流程图。
参考图3，在框S311中，驾驶场景模拟器(120)生成场景模拟。场景模拟包括一个或多个模拟对象，所述模拟对象旨在表示交通工具在行驶期间可能遇到的对象，诸如其他交通工具、行人、路牌、路缘、电线杆、交通工具的路径中的异物等。
在框S312中，驾驶场景模拟器生成模拟器帧，从而提供关于模拟对象的对象变换信息。对象变换信息包括模拟对象中的每一者的位置(3D位置)、偏航、俯仰和滚转。模拟器帧部分取决于使用场景模拟的3D几何信息，包括模拟场景中的对象列表，以及与模拟对象中的每一者有关的信息，诸如位置以及每个模拟对象是否静止的或还是移动的。3D几何信息还包括指示每个模拟对象的3D表面的数据。场景模拟一旦开始，3D几何信息就不会再改变。每个模拟帧具有场景模拟中的模拟时间和对应的真实世界时间，所述真实世界时间可能不同于模拟时间。模拟时间由驾驶场景模拟器的时间模拟器提供。模拟帧的真实世界时间是生成模拟帧所花费的时间量。
在框S313中，在光线跟踪引擎(130)处从模拟帧接收关于模拟对象的对象变换信息，所述光线跟踪引擎根据对象变换信息将目标信息计算为时间函数，所述目标信息包括仿真目标的更新的位置、速度、加速度和横截面。还基于在场景模拟开始之前首先由驾驶场景模拟器提供给光线跟踪引擎的3D几何信息来计算目标信息。在框S314中，光线跟踪引擎生成与模拟帧对应的光线跟踪帧。光线跟踪帧包括计算出的目标信息，指示仿真目标的计算出的位置、速度、加速度和横截面。
在框S315中，预测模型(115)预测回波信号仿真器(111、112、113)处接收到的周期性探测和测距电磁信号的下一特征(例如，下一RF能量脉冲串或下一激光脉冲)中的时间点。可以从诸如雷达传感器或激光雷达传感器之类的被测交通工具上的DUT接收电磁信号。尽管预测时间点可以是例如下一特征的起点、中间点或终点，但是在不脱离本教导的范围的情况下，也可以使用下一特征内或包含下一特征的帧内的其他点。在一个实施方案中，可以基于探测和测距电磁信号的周期性来预测时间点。例如，可以使用特征和/或包括特征的帧的已建立图案来预测下一特征中的点的定时，所述图案包括特征长度和相邻出现的特征之间的时间推移。可以通过测量电磁信号或使用DUT的传感器规格来建立图案。在框S316中，使用从光线跟踪帧接收到的计算出的目标信息来针对预测时间点计算仿真目标的预测目标信息。例如，通过前向传播和/或外推，将计算出的目标信息作为实时时钟的函数投射到预测时间点之前。
在框S317中，预测模型提供预测片段，所述预测片段指示在接收到电磁信号的下一特征之前仿真目标的预测目标信息。预测片段通过生成光线跟踪帧以及通过计算仿真目标在预测时间点的预测目标信息来补偿等待时间，所述等待时间由模拟帧的真实世界时间与模拟时间之间的差异而引入。使用公共时基生成模拟帧、光线跟踪帧和预测片段以在亚微秒级别下同步定时，从而实现各个帧和片段的同步，并最终进行等待时间补偿。例如，可以根据IEEE1588标准来提供公共时基。
在框S318中，回波信号仿真器(111、112、113)使用仿真目标的预测目标信息响应于接收到的电磁信号的下一脉冲串而生成仿真回波信号。在框S319中，回波信号仿真器将仿真回波信号发射到发射周期性电磁信号的DUT(传感器)。仿真回波信号指示预测目标信息，使得被测交通工具可以确定仿真目标相对于DUT的至少位置和速度以及横截面。因此，被测交通工具能够例如通过调整转向、制动、节气门设置等来对接收到的仿真回波信号做出反应，以响应于由驾驶场景模拟器生成的场景模拟，就像它在DUT接收到真实世界时间中的仿真回波信号时出现一样。
根据各个实施方案，因为使用支持精确时间标准(诸如IEEE 1588)的现成的计算机行业标准联网设备来实现同步而不是携带同步信号的昂贵且附加的定制接线，所以仿真系统中的所有部件以低成本在亚微秒级别下同步。每个硬件回波信号仿真器的处理等待时间可以通过预测模型进行补偿，从而提高系统性能并确保所有传感器之间的数据一致性。基于这种方法，系统仿真暂停和恢复功能易于实施。通过维持模拟器时间与真实世界时间之间的映射，这种方法不需要实时驾驶场景模拟器。这种方法可随传感器的数量进行扩展，并且具有良好的可扩展性以支持各种传感器，例如，包括雷达、激光雷达和相机。仿真测试系统中的每个处理单元可以被编程，因此其能够在真实世界时间有效地执行操作，而无需传统的并行编程技术，所述并行编程技术容易出错并且需要具有专业知识的程序员。
虽然已经在附图和上述说明书中详细图示和描述了本发明，但此类图示和描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开实施方案。
通过研究附图、公开文本和所附权利要求书，在实践所要求保护的发明时，本领域一般技术人员可以理解和实现所公开实施方案的其他变体。在权利要求书中，词语“包括”不排除包含其他元素或步骤，并且不定冠词“一”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的这种单纯事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。
本发明的方面可以被实施为设备、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采取完全硬件实施方案、完全软件实施方案(包括固件、常驻软件、微代码等)或将软件及硬件方面组合的实施方案的形式，这些方面通常在本文中可以称为“电路”、“模块”或“系统”。另外，本发明的各方面可以采取在一个或多个计算机可读介质中实施的计算机程序产品的形式，所述计算机可读介质具有在其上实现的计算机可执行代码。
虽然本文公开了代表性实施方案，但是本领域技术人员理解，根据本教导的许多变体都是可行的并且仍然在所附权利要求书的范围内。因此，本发明仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (10)

1.一种用于响应于反射的周期性探测和测距电磁信号而对仿真回波信号进行时间调整的仿真测试系统，所述系统包括：
驾驶场景模拟服务器，所述驾驶场景模拟服务器被编程为生成包括模拟对象的场景模拟并且生成模拟帧，所述模拟帧指示关于所述模拟对象的对象变换信息，每个模拟帧具有所述场景模拟中的模拟时间和与所述模拟时间不同的对应真实世界时间，其中所述真实世界时间是生成所述模拟帧所花费的时间量；
光线跟踪引擎服务器，所述光线跟踪引擎服务器被编程为从所述模拟帧接收关于所述模拟对象的所述对象变换信息，基于接收到的对象变换信息来计算包括与所述模拟对象相对应的仿真目标的至少位置和速度的目标信息，并生成与所述模拟帧相对应的光线跟踪帧，所述光线跟踪帧指示计算出的目标信息；和
回波信号仿真器，所述回波信号仿真器被配置为从传感器接收周期性探测和测距电磁信号并作为响应而生成仿真回波信号，所述周期性探测和测距电磁信号具有特征图案中的特征，其中所述回波信号仿真器包括预测模型，所述预测模型被编程为预测所述电磁信号的下一特征中的时间点，使用计算出的目标信息计算所述仿真目标在预测时间点的预测目标信息，并在接收到所述电磁信号的所述下一特征之前生成指示所述预测目标信息的预测片段，所述预测目标信息用于生成所述仿真回波信号，其中所述驾驶场景模拟服务器、所述光线跟踪引擎服务器和所述回波信号仿真器具有用于在亚微秒级别下同步所述真实世界时间的公共时基。
2.根据权利要求1所述的系统，其中当计算所述仿真目标在所述预测时间点的所述预测目标信息时，所述预测模型补偿由所述模拟帧的所述真实世界时间、所述驾驶场景模拟服务器和所述光线跟踪引擎服务器中的每一者引入的延迟。
3.根据权利要求1所述的系统，其中所述公共时基是根据IEEE 1588标准提供的。
4.根据权利要求1所述的系统，其中所述驾驶场景模拟服务器进一步被编程为跳过生成一个或多个下一模拟帧以使得所述模拟时间能够赶上所述真实世界时间。
5.根据权利要求1所述的系统，其中所述模拟帧和每个后续模拟帧的所述模拟时间是固定的，并且所述模拟帧和每个后续模拟帧的所述真实世界时间是变化的。
6.根据权利要求1所述的系统，其中所述模拟帧和每个后续模拟帧的所述模拟时间是变化的，并且所述模拟帧和每个后续模拟帧的所述真实世界时间是变化的。
7.根据权利要求2所述的系统，其中所述周期性探测和测距电磁信号是雷达信号，并且所述特征图案中的所述特征包括射频(RF)能量脉冲串。
8.根据权利要求2所述的系统，其中所述周期性探测和测距电磁信号是激光雷达信号，并且所述特征图案中的所述特征包括激光脉冲。
9.根据权利要求2所述的系统，其中所述预测模型被编程为使用所述特征中的前一特征的测量时间来预测所述电磁信号的所述下一特征中的所述时间点。
10.一种对从仿真目标反射的探测和测距电磁信号的仿真回波信号进行时间调整的方法，所述方法包括：
生成包括多个模拟对象的场景模拟；
生成多个模拟帧，所述多个模拟帧指示关于所述模拟对象的对象变换信息，每个模拟帧具有所述场景模拟中的模拟时间和与所述模拟时间不同的对应真实世界时间，其中所述真实世界时间是生成所述模拟帧所花费的时间量；
从所述多个模拟帧中的一个模拟帧接收所述对象变换信息，并且基于接收到的对象变换信息来计算与所述模拟对象相对应的仿真目标的位置和速度；
生成与所述模拟帧相对应的光线跟踪帧，所述光线跟踪帧指示所述仿真目标的计算出的位置和速度；
预测接收到的电磁信号的特征图案中的下一特征的时间点；
使用从所述光线跟踪帧计算出的所述仿真目标的位置和速度计算所述仿真目标在预测时间点的预测目标信息；
在接收到所述电磁信号的下一脉冲串之前生成指示作为真实世界时间的函数的所述预测目标信息的预测片段，其中所述预测片段通过生成所述光线跟踪帧并且通过计算在所述预测时间点的所述预测目标信息来补偿由所述模拟帧的所述真实世界时间与所述模拟时间之间的差异引入的等待时间；以及
使用所述预测片段中的所述仿真目标的所述预测目标信息响应于所述接收到的电磁信号的所述下一脉冲串而生成回波信号。
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