CN114978361B - 一种基于5g的汽车行驶环境模拟系统以及模拟方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种基于5G的汽车行驶环境模拟系统以及模拟方法，模拟系统包括主控装置、电波暗室、第一天线装置、第二天线装置和基站控制装置；基站控制装置分别和主控装置、第一天线装置以及第二天线装置电性连接；第一天线装置和第二天线装置分布于电波暗室内的测试车辆的四周；主控装置输出至少一个场景信号并控制基站控制装置，使得基站控制装置控制第一天线装置和第二天线装置按照对应于场景信号的发射模式分别发射出的5G左右电波信号和5G前后电波信号，利用5G左右电波信号和5G前后电波信号来模拟目标车辆和测试车辆的通讯信号传播。本申请能够模拟出不同场景下测试车辆周围的目标车辆的行驶状态，增加整车感知系统获知的环境信息的可靠性。

Description

一种基于5G的汽车行驶环境模拟系统以及模拟方法

技术领域

本申请涉及汽车检测技术领域，尤其是涉及一种基于5G的汽车行驶环境模拟系统以及模拟方法。

背景技术

自动驾驶是近些年来汽车领域中快速发展的一种技术。自动驾驶主要依靠人工智能，通过人工智能的学习和处理，主要利用视觉计算、车载雷达扫描、监控装置识别和全球定位系统之间协同合作，来代替驾驶员的操作，能够自动安全地操控车辆。

在车辆推出市场前，需要对自动驾驶系统进行大量测试，以保证自动驾驶系统在操控车辆时具有非常高的安全性和可靠性。对于自动驾驶系统而言，一方面要检测判断测试车辆在行驶过程中能否获知测试车辆周侧的目标车辆的行驶状态信息，以便于自动驾驶系统准确判断自身周围的车辆行驶环境；另一方面要检测测试车辆接收到周围目标车辆信号的时间、自动驾驶系统在接收到不同信号时做出的操控方式以及操控的响应时间，便于厂商分析判断自动驾驶系统的分析处理能力是否合格。

在检测判断测试车辆在行驶过程中能否获知测试车辆周侧的目标车辆的行驶状态信息时，通常是为测试车辆提供目标车辆，然后由车载雷达或者是车载视觉系统进行车辆信息获知，并将获知的结果发送车载电脑进行记录。一般通过以下方式实现。第一种是利用真实道路，将测试车辆和目标车辆放置在真实道路上行驶，由测试车辆的雷达或者视觉系统获知行驶的目标车辆行驶状态。然而为了获取目标车辆更多的行驶状态，需要提供范围非常大的实验测试场地，真实测试时会受制于场地大小的限制。第二种是在车辆组装前，分别利用车辆的各个感知模块（车载雷达、车载视觉以及车载传感器等）对目标车辆进行测试，来判断各个感知模块是否正常。然而在汽车进行组装后，汽车的感知模块之间的协作得不到验证，无法得知测试车辆在获知目标车辆信息结果后的准确性。

针对上述中的相关技术，发明人认为在针对无人驾驶汽车的整车感知系统进行检测前，无法对测试车辆提供较为良好的测试环境，导致在后期对测试车辆中的感知系统输出的判断结果中，存在测试结果可靠性较低的缺陷。

发明内容

为了提供更好的测试环境，从而增加整车感知系统输出判断结果的可靠性，本申请提供一种基于5G的汽车行驶环境模拟系统以及模拟方法。

本申请提供的一种基于5G的汽车行驶环境模拟系统，采用如下的技术方案：

一种基于5G的汽车行驶环境模拟系统，包括：

主控装置，所述主控装置输出至少一个场景信号；

电波暗室，所述电波暗室内设置有多条车道，其中一条车道用于放置测试车辆；

第一天线装置，所述第一天线装置设置在测试车辆侧面的车道内，位于测试车辆同一侧的所述第一天线装置有多个，且位于测试车辆同一侧的多个所述第一天线装置到测试车辆的侧面所在面的直线距离相等，所述第一天线装置用于发射出5G左右电波信号；

第二天线装置，所述第二天线装置设置在测试车辆的前后两端且和测试车辆处于同一车道，位于测试车辆同一端的所述第二天线装置有多个，且位于测试车辆同一端的多个所述第二天线装置到测试车辆的端面所在面的直线距离相等，所述第二天线装置用于发射出5G前后电波信号；

基站控制装置，所述基站控制装置和所述主控装置电性连接，所述基站控制装置分别和多个所述第一天线装置以及多个所述第二天线装置电性连接；所述基站控制装置接收场景信号，并控制所述第一天线装置按照对应于场景信号的发射模式来发射出所述5G左右电波信号，以及控制所述第二天线装置按照对应于场景信号的发射模式来发射出所述5G前后电波信号；所述5G左右电波信号用于模拟测试车辆两侧的目标车辆和测试车辆的通讯信号传播，所述5G前后电波信号用于模拟测试车辆前后两端的目标车辆和测试车辆的通讯信号传播。

通过采用上述技术方案，利用电波暗室来降低降低外界信号对测试车辆的影响。在电波暗室内建立多条车道，将测试车辆放置在车道上，从而使得测试车辆处于更加真实的道路环境。并且在测试车辆的四周分别设置多个第一天线装置和多个第二天线装置，利用主控装置中存储的场景信号，由基站控制装置来根据场景信号对应的发射模式来分别控制第一天线装置发射出5G左右电波信号，以及第二天线装置发射出5G前后电波信号。

由于5G信号具有较好的时间同步功能，因此在利用5G信号作为模拟信号通讯传播时，能够较为准确地得知测试车辆在接收到5G信号的时间。在主控装置输出的场景信号以及基站控制装置的控制信号下，利用5G左右电波信号和5G前后电波信号来模拟出测试车辆周围的目标车辆在各种行驶状态下的通讯，从而模拟出测试车辆在真实道路上行驶时的环境。通过第一天线装置和第二天线装置，在减小模拟环境的占用场地的同时，还能够提供更加真实道路环境，以便于增加整车感知系统在获知周围环境信息的可靠性。

可选的，所述第一天线装置包括第一移动台和第一移动轨道，所述第一移动台滑动设置在所述第一移动轨道上，且所述第一移动台的滑动方向和多个所述第一天线装置的排列方向相同；所述第二天线装置包括第二移动台和第二移动轨道，所述第二移动台滑动设置在所述第二移动轨道上，且所述第二移动台的滑动方向和多个所述第二天线装置的排列方向相同；所述基站控制装置还用于控制所述第一移动台在所述第一移动轨道上的移动速率，以及控制所述第二移动台在所述第二移动轨道上的移动速率。

通过采用上述技术方案，测试车辆周围通过第一天线装置和第二天线装置来发出5G左右电波信号和5G前后电波信号。由于5G左右电波信号和5G前后电波信号分别模拟的是真实道路上测试车辆周围的目标车辆信息，因此通过控制第一天线装置上的第一移动台和第二天线装置上的第二移动台进行移动，让5G左右电波信号和5G前后电波信号的位置变化更加平稳，以提高模拟测试环境的真实性。

可选的，所述第一移动台上还设置有第一发射架，所述第一发射架和所述第一移动台转动连接；所述第二移动台上还设置有第二发射架，所述第二发射架和所述第二移动台转动连接；所述基站控制装置还用于控制所述第一发射架和所述第一移动台之间的转动角速度，以及控制所述第二发射架和所述第二移动台之间的转动速度。

通过采用上述技术方案，在第一天线装置和第二天线装置的移动过程中，5G左右电波信号以及5G前后电波信号和测试车辆之间的相对水平角度发生了改变。为了提高测试环境的真实性，将第一发射架和第一移动台进行转动连接以及第二发射架和第二移动台进行转动连接，并且利用基站控制装置来分别控制第一发射架和第二发射架的转动，在第一移动台和第二移动台的移动过程中，改变第一发射架和测试车辆之间的相对水平角度以及第二发射架和测试车辆之间的相对水平角度，从而使得5G左右电波信号和5G前后电波信号能够更加准确的传输至测试车辆上。

可选的，所述第一移动台上还设置有第一升降组件，所述第一升降组件用于升高或降低所述第一发射架的高度；所述第二移动台上还设置有第二升降组件，所述第二升降组件用于升高或降低所述第二发射架的高度。

通过采用上述技术方案，利用第一升降组件和第二升降组件来分别调整第一发射架和第二发射架的高度，使得5G左右电波信号和5G前后电波信号的发射点能够产生多种不同高度下的动态模拟场景，来模拟测试车辆周围不同体型的车辆。增加了测试环境的可变性，能够为车辆测试提供更多地模拟场景。

本申请还提供一种基于5G的汽车行驶环境模拟方法，所述方法应用在上述任一技术方案中记载的基于5G的汽车行驶环境模拟系统中，所述模拟方法包括：

基于预设环境信息，获取多个所述第一天线装置和多个所述第二天线装置的分布位置信息，其中环境信息包括测试车辆所处的道路类别；

基于预设场景类型和分布位置信息，获取场景信号，其中，场景类型包括目标车辆在行驶过程中的一种或者多种行驶状态，场景信号是根据预设环境信息将目标车辆的行驶状态转化为指令信息的集合；

基于场景信号，获取所述基站控制装置的控制信号集合；

基于控制信号集合，确定所述第一天线装置的信号发射模式和所述第二天线装置的信号发射模式，其中所述第一天线装置的信号发射模式包括5G左右电波信号的发射轨迹、信号轨迹的移动速率和信号幅值，所述第二天线装置的信号发射模式包括5G前后电波信号的发射轨迹、信号轨迹的移动速率和信号幅值；

基于所述第一天线装置的信号发射模式和所述第二天线装置的信号发射模式，来模拟目标车辆的通讯传播，建立模拟场景。

通过采用上述技术方案，在根据环境信息获取到第一天线装置和第二天线装置的分布位置信息之后，搭建好整个电波暗室环境。在模拟测试过程中，利用主控装置内预设的场景类型以及环境信息，输出场景信号并通过场景信号来控制基站控制装置产生相对应的控制信号集合。在控制信号集合的控制作用下，使得第一天线装置和第二天线装置按照指定的发射轨迹，以及按照指定速度的轨迹移动发射出指定信号幅值大小的5G信号。通过不同场景对应的不同5G信号，来模拟出目标车辆和测试车辆之间的相对运动，从而模拟出测试车辆在真实道路上的行驶环境，以便于整车感知系统能够在较小的场地下也能够及时有效、且较为真实地获知多种道路行驶环境。

可选的，在基于预设环境信息，获取多个所述第一天线装置和多个所述第二天线装置的分布位置信息的具体方法中，包括：

获取车道宽度信息和测试车辆所在车道信息；

基于车道宽度信息和测试车辆所在车道信息，获取测试车辆侧面车道的中心线位置，确定多个所述第一天线装置的分布位置信息，其中，多个所述第一天线装置均分布在测试车辆侧面车道的中心线上；

获取多个所述第二天线装置和测试车辆的端面之间的垂直距离预设值；

基于垂直距离预设值，确定多个所述第二天线装置的分布位置信息，其中多个所述第二天线装置呈直线分布，且多个所述第二天线装置距离测试车辆的端面距离相等。

通过采用上述技术方案，不同的道路环境所对应的车道信息也不相同。针对不同车型的测试车辆，为了使得模拟测试场景更加真实化，通过车道中心线来建立第一天线装置，以便于确定测试车辆侧面的5G左右电波信号的起点，同时还能够保证第一天线装置和测试车辆之间的安全距离。而测试车辆前后两端的第二天线装置，按照垂直距离预设值来调整第二天线装置和测试车辆之间的距离，以便于让第二天线装置能够更好地发挥出天线信号发射的作用。

可选的，所述预设场景类型包括目标车辆的侧面超车动作、后方超车动作、变道转向动作、侧面加减速动作和直线加减速动作中的一种或者多种。

通过采用上述技术方案，在预设场景类型中包括一种或者多种目标车辆的动作，在对测试车辆的行驶环境进行模拟时，能够模拟出测试车辆所处的多种行驶环境。

可选的，在基于预设场景类型和分布位置信息，获取场景信号的具体方法中，包括：

基于目标车辆的动作，获取预设场景中目标车辆的初始位置信息和速度信息；

基于目标车辆的初始位置信息和速度信息，确定指令信息集合。

通过采用上述技术方案，在对测试车辆的行驶环境进行模拟时，选择不同的目标车辆动作，结合预设的环境信息，获取目标车辆的位置和速度时，并利用基站控制装置来对第一天线装置和第二天线装置进行控制，使得第一天线装置和第二天线装置所发出的信号能够分别和测试车辆产生相对运动，从而模拟出测试车辆周围的行驶环境来模拟出测试车辆所处的多种行驶环境。

可选的，所述控制信号集合包括：

切换不同的所述第一天线装置进行信号发射的第一控制信号；

切换所述第一天线装置和所述第二天线装置进行信号传递的第二控制信号；

切换不同的所述第二天线装置进行信号发射的第三控制信号；

改变信号在不同的所述第一天线装置上的移动速率和信号在不同的所述第二天线装置上的移动速率的第四控制信号；

控制信号幅值大小的第五控制信号。

通过采用上述技术方案，基站控制装置能够根据上述信号来分别控制第一天线装置和第二天线装置产生不同的信号移动轨迹、信号移动速率以及信号幅值。通过信号的改变来模拟出目标车辆的多种行驶状态，从而模拟出测试车辆所处的模拟环境中。

可选的，所述控制信号集合还包括：

控制5G左右电波信号和5G前后电波信号产生信号轨迹连续移动的第六控制信号；

控制5G左右电波信号和5G前后电波信号产生信号传播方向转动的第七控制信号。

通过采用上述技术方案，基站控制装置在控制第一天线装置发出5G左右电波信号和第二天线装置发出5G前后电波信号时，使得信号发射起点的轨迹能够连续移动，以及信号发射方向能够转动，能够更加真实的模拟出目标车辆的移动轨迹，进一步增加模拟环境的效果。

综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

1.通过在电波暗室内建立多条车道，使得测试车辆处于更加真实的道路环境；并且在测试车辆的四周分别设置多个第一天线装置和多个第二天线装置，利用主控装置中存储的场景信号，由基站控制装置来根据场景信号对应的发射模式来分别控制第一天线装置发射出5G左右电波信号，以及第二天线装置发射出5G前后电波信号，利用5G左右电波信号和5G前后电波信号来模拟出测试车辆周围的目标车辆在各种行驶状态下的通讯，从而模拟出测试车辆在真实道路上行驶时的环境；

2.第一天线装置和第二天线装置在基站控制装置的控制下能够移动和转动，在通过第一天线装置和第二天线装置进行5G通讯信号发射时，发射出的5G通讯信号的路径轨迹更加连续，模拟效果能够进一步提高；

3.模拟测试占用场地较小，在对整车进行模拟测试时能够根据预设的不同场景进行多种场景模拟。

附图说明

图1是本申请实施例一种基于5G的汽车行驶环境模拟系统的整体结构示意图。

图2是实施例一种基于5G的汽车行驶环境模拟系统的系统原理图。

图3是实施例一种基于5G的汽车行驶环境模拟系统中的第一天线装置的整体结构图。

图4是实施例一种基于5G的汽车行驶环境模拟系统中的第二天线装置的整体结构图。

图5是实施例一种基于5G的汽车行驶环境模拟方法的流程示意图。

图6是实施例一种基于5G的汽车行驶环境模拟方法中获取多个第一天线装置和多个第二天线装置的分布位置信息的流程示意图。

图7是实施例一种基于5G的汽车行驶环境模拟方法中获取场景信号的流程示意图。

附图标记说明：1、主控装置；2、电波暗室；3、第一天线装置；31、第一移动台；32、第一移动轨道；33、第一发射架；34、第一驱动组件；35、第一旋转组件；36、第一升降组件；4、第二天线装置；41、第二移动台；42、第二移动轨道；43、第二发射架；44、第二驱动组件；45、第二旋转组件；46、第二升降组件；5、基站控制装置。

具体实施方式

以下结合附图对本申请作进一步详细说明。

本申请实施例公开一种基于5G的汽车行驶环境模拟系统。参照图1和图2，5G汽车行驶环境模拟系统包括主控装置1、电波暗室2、第一天线装置3、第二天线装置4和基站控制装置5。第一天线装置3和第二天线装置4设置在电波暗室2内，第一天线装置3和第二天线装置4分别和基站控制装置5电性连接，基站控制装置5和主控装置1电性连接。在电波暗室2内设置有多条车道，车道之间相互平行，在车道上放置有测试车辆。

第一天线装置3设置在测试车辆侧面的车道内。在本实施例中，为了增加模拟测试的环境的多样化以及减小模拟测试占用场地，在电波暗室2内设置三条车道。其中，测试车辆位于中间车道的中心，第一天线装置3设置在测试车辆两侧的车道内。

具体的，位于测试车辆同一侧的第一天线装置3有多个，多个第一天线装置3之间呈直线分布。位于测试车辆同一侧的多个第一天线装置3到测试车辆的侧面所在面的直线距离相等。基站控制装置5能够控制第一天线装置3发射出幅值变化的5G左右电波信号。

第二天线装置4设置在测试车辆的前后两端，位于测试车辆同一端的第二天线装置4有多个，多个第二天线装置4也呈直线分布。位于测试车辆同一端的多个第二天线装置4到测试车辆的端面所在面的直线距离相等。基站控制装置5同样能够控制第二天线装置4发射出幅值变化的5G前后电波信号。本实施例中，5G左右电波信号和5G前后电波信号均为5G通讯信号。

5G通讯信号具有较好的穿透性，能够较为真实的模拟出道路上的车辆信息。并且5G通讯信号中还实现了时钟同步，因此在通过第一天线装置3和第二天线装置4发射出5G通讯信号后，以及测试车辆在接收到通讯信号时，能够保持信号发射和信号接收的时间基准同步，从而便于测试车辆准确计算出信号接收时间差并及时判断出5G通讯信号的位置。

当主控装置1通过基站控制装置5控制第一天线装置3和第二天线装置4时，在某一时刻，只有一个第一天线装置3或者是只有一个第二天线装置4能够发出信号。即测试过程中，只有一个第一天线装置3或者是第二天线装置4作为信号发射源。而测试车辆上具有多个接收天线，在接收同一个信号发射源时，信号发射源发出的信号到达不同位置的天线的时间不同。通过测试车辆上的车载系统进行分析，即可判断出信号发射源的发射位置。而对于信号发射源在某一方向上的距离，则是通过测试车辆上某个特定的接收天线，根据特定的接收天线所接收信号的幅值来判断距离的远近。

本实施例中，利用幅值变化的5G左右电波信号和幅值变化的5G前后电波信号，并改变5G左右电波信号以及5G前后电波信号的发射起点，使得测试车辆所接收到的5G信号的大小和方向能够随时变化，从而模拟出测试车辆周围的目标车辆在建立通讯后的位置信息变化和移动信息变化，能够较为真实的模拟出测试车辆在道路上的行驶环境。并且整个测试环境所占用场地小，使得测试更加方便。

具体的，位于测试车辆同一侧的多个第一天线装置3均匀分布，位于测试车辆同一端面的多个第二天线装置4也均为分布。在本实施例中，位于测试车辆同一侧面的第一天线装置3有四个，位于测试车辆同一端面的第二天线装置4有两个。主控装置1中存储有一种或者多种车辆行驶动作，例如：侧面超车动作、后方超车动作、变道转向动作、侧面加减速动作和直线加减速动作。

主控装置1中存储有至少一个模拟场景，在测试过程中，主控装置1将模拟场景转变为场景信号，然后发送至基站控制装置5。基站控制装置5在接收到场景信号后，控制第一天线装置3按照对应于场景信号的发射模式来发射出5G左右电波信号，以及控制第二天线装置4按照对应于场景信号的发射模式来发射出5G前后电波信号。本实施例中，主控装置1为计算机，并且计算机内存储至少一个模拟场景，根据计算机内的模拟场景，计算机经编译处理后输出场景信号，来发送至基站控制装置5中。

本实施例中，主控装置1根据设定的测试车辆的行驶状态以及设定的测试车辆周围目标车辆的行驶动作，将目标车辆行驶动作信息发送给基站控制装置5。然后由基站控制装置5发出控制信号。控制信号控制第一天线装置3发射出5G左右电波信号，以及控制第二天线装置4发出5G前后电波信号，同时还控制5G左右电波信号以及5G前后电波信号的发射轨迹、轨迹移动速率和幅值大小。测试车辆接收并记录下5G左右电波信号以及5G前后电波信号的位置和强度大小，根据5G左右电波信号和5G前后电波信号的方向变化以及强度变化，来模拟出真实道路上测试车辆周围的目标车辆的行驶状态改变，从而较为方便地模拟出测试车辆所处的环境。

由于第一天线装置3和第二天线装置4均匀分布在测试车辆四周，且位于测试车辆同一侧的第一天线装置3或者是第二天线装置4到测试车辆的侧面所在面的距离均相等，因此第一天线装置3和第二天线装置4整体呈矩形分布。基站控制装置5可以通过矩阵分布关系和测试车辆周围的第一天线装置3和第二天线装置4进行位置对应连接，也可以通过为第一天线装置3和第二天线装置4分别设置地址编号，在基站控制装置5输出相应的信号来控制时，可通过地址编号来控制对应的第一天线装置3或者是第二天线装置4。示例中使用地址编号来选择不同位置进行信号发射。

本实施例中，通过切换控制不同位置的第一天线装置3和不同位置的第二天线装置4进行信号发射，使得发射出的信号能够按照基站控制装置5输出切换控制路径移动，从而模拟出测试车辆周围的目标车辆移动轨迹信息。

其中，控制信号包括地址编号队列。通过地址编号队列，以使得第一天线装置3发射出的5G左右电波信号以及第二天线装置4发射出的5G前后电波信号进行切换移动，来模拟出预设场景下的目标车辆行驶方向。控制信号还包括在不同第一天线装置3以及第二天线装置4处的速度切换的时间间隔。即每个第一天线装置3或者第二天线装置4作为信号发射源时的信号发射持续时间。控制信号还包括在不同位置处的第一天线装置3或者是第二天线装置4处的信号强度大小。测试车辆能够获知由第一天线装置3发射出5G左右电波信号的方向以及由第二天线装置4发射出的5G前后电波信号的方向，再通过信号强度的大小，来模拟出在某个方向下的目标车辆和测试车辆之间的距离。通过信号切换移动方向、不同位置的信号强度和不同位置之间的信号切换速率来共同模拟目标车辆的行驶轨迹，从而模拟出测试车辆周围的行驶环境。

例如，在模拟目标车辆进行前后加减速动作时，目标车辆在真实道路上是和测试车辆处于同一车道的，且测试车辆接收到的目标车辆发出的通讯信号随着距离变大而减弱。因此，在模拟目标车辆前后加减速动作时，只需要通过第二天线装置改变发射出的5G前后电波信号的幅值大小。

比如，在测试车辆和目标车辆在初始状态时均以80Km/h的速度行驶，当测试车辆前端的目标车辆以85 Km/h的速度加速行驶时，目标车辆和测试车辆之间的相对速度差为5Km/h。因此，需要将位于测试车辆前端的一个第二天线装置4模拟为以5 Km/h的速度远离测试车辆移动。而对于测试车辆，在模拟出第二天线装置4模拟为以5 Km/h的速度远离测试车辆移动时，测试车辆所接收到的5G前后电波信号的幅值也在变小。由于在电波暗室环境下，幅值大小和距离之间存在线性关系，因此测试车辆在单位时间内所接收到幅值的变化量，即对应为在线性关系下的距离变化量，而距离变化量又对应于速度变化量。因此，通过改变幅值大小，使得幅值按照线性关系改变，即可模拟出目标车辆的速度变化关系，从而模拟出测试车辆周围的行驶环境。

例如，在模拟目标车辆进行侧面超车动作时，目标车辆由测试车辆左侧车道加速行驶至测试车辆的左前方，然后变道至测试车辆所处的车道。在整个动作过程中，测试车辆所接收到的通讯信号的方向以及信号源的位置发生较大变化。在模拟时，通过基站控制装置5按照目标车辆动作所对应的移动路径，来依次控制第一天线装置3和第二天线装置4，使得第一天线装置3发射出的5G左右电波信号的起点能够沿着目标车辆在测试车辆的侧面动作所对应的移动路径移动至左前方，然后使得第二天线装置4发射出的5G前后电波信号的起点能够沿着目标车辆在测试车辆前面动作所对应的移动路径进行移动。

比如，在测试车辆和目标车辆在初始状态时均以80Km/h的速度行驶，当测试车辆侧端的目标车辆以85 Km/h的速度加速行驶并以3Km/h的速度横向变道时，目标车辆和测试车辆在行进方向上的相对速度差为5 Km/h，变道平移的相对速度差为3 Km/h。在根据目标车辆的初始状态确定信号发射源的起点后，通过基站控制装置5来切换控制不同的第一天线装置3，使得5G左右电波信号的起点沿着多个第一天线装置3所排列的直线移动。通过设置基站控制装置5的切换时间，从而将移动速率保持在5 Km/h。

在计算得知测试车辆侧面的信号发射源发射的信号幅值大小时，通过三角形余弦定理计算。具体的，当测试车辆左前方的第一天线装置3在发射5G左右电波信号时，此时第一天线装置3作为测试车辆侧面的信号发射源的终点。若测试车辆侧面的信号发射源的起点和终点之间的距离为L1，测试车辆侧面的信号发射源的起点和测试车辆特定的接收天线之间的距离为L2，测试车辆侧面的信号发射源的终点和测试车辆特定的接收天线之间的距离为L3,，且L3为固定值，测试车辆侧面的信号发射源的起点和终点之间的连线以及测试车辆侧面的信号发射源的终点和测试车辆特定的接收天线之间的连线的夹角为α，且α也为固定值。根据余弦公式L22=L12+L32-2L1L3cosα，可计算得出测试车辆侧面的信号发射源的起点和测试车辆特定的接收天线之间的距离L2随着测试车辆侧面的信号发射源的起点和终点之间的距离为L1变化的规律。即计算得出测试车辆侧面的信号发射源发出5G左右电波信号的幅值大小随着测试车辆侧面的信号发射源的起点和终点之间的距离为L1变化的规律。

在沿着目标车辆动作流程对应的信号发射源移动轨迹时，测试车辆侧面的信号发射源从测试车辆侧面移动切换到测试车辆前方，并转变为测试车辆前方的信号发射源。即信号发射源从测试车辆左前方的第一天线装置3切换到测试车辆左前方的第二天线装置4时，左前方的第二天线装置4作为测试车辆前方的信号发射源的起点。同理，测试车辆前方的信号发射源的位置移动速率以及测试车辆前方的信号发射源发出的5G前后电波信号的幅值大小，和上述测试车辆侧面的信号发射源的位置移动速率以及测试车辆侧面的信号发射源发出的5G左右电波信号的幅值大小计算方式一样，在此不再赘述。

同样的，在模拟其他场景时，只需要改变信号切换移动方向、不同位置的信号强度和不同位置之间的信号切换速率中的一种或者多种，来实现多种场景下的行驶环境模拟。

参照图3，第一天线装置3包括第一移动台31、第一移动轨道32、第一发射架33、第一驱动组件34、第一旋转组件35和第一升降组件36。第一移动台31滑动设置在第一移动轨道32上，且第一移动台31的滑动方向和多个第一天线装置3的排列方向相同。第一驱动组件34设置在第一移动台31上，第一组件组件包括第一驱动电机，且第一驱动电机和基站控制装置5电性连接。

第一驱动组件34接收基站控制装置5的控制信号后来驱动第一移动台31在第一移动轨道32上移动。第一发射架33设置在第一升降组件36上，第一升降组件36包括第一升降电机，且第一升降电机和基站控制装置5电性连接，通过基站控制装置5控制第一升降电机，来调节第一发射架33的高度。其中，第一升降电机为直线电机，直线电机驱动滑块移动，从而带动第一发射架33上下移动。第一升降组件36和第一旋转组件35均设置在第一移动台31上，且第一升降组件36和第一移动台31之间转动连接。第一旋转组件35包括第一旋转电机，第一旋转电机和基站控制装置5电性连接，通过基站控制装置5来控制第一旋转电机，以实现第一发射架33的转动。

参照图4，同样的，第二天线装置4包括第二移动台41、第二移动轨道42、第二发射架43、第二驱动组件44、第二旋转组件45和第二升降组件46。第二移动台41滑动设置在第二移动轨道42上，且第二移动台41的滑动方向和多个第二天线装置4的排列方向相同。第二驱动组件44设置在第二移动台41上，第二组件组件包括第二驱动电机，且第二驱动电机和基站控制装置5电性连接。第二驱动组件44接收基站控制装置5的控制信号后来驱动第二移动台41在第二移动轨道42上移动。

第二发射架43设置在第二升降组件46上，第二升降组件46包括第二升降电机，且第二升降电机和基站控制装置5电性连接，通过基站控制装置5控制第二升降电机，来调节第二发射架43的高度。其中，第二升降电机为直线电机，直线电机驱动滑块移动，从而带动第二发射架43上下移动。第二升降组件46和第二旋转组件45均设置在第二移动台41上，且第二升降组件46和第二移动台41之间转动连接。第二旋转组件45包括第二旋转电机，第二旋转电机和基站控制装置5电性连接，通过基站控制装置5来控制第二旋转电机，以实现第二发射架43的转动。本实施例中，第一天线装置3和第二天线装置4具有相同的结构，且基站控制装置5能够分别控制第一发射架33以及第二发射架43发射出不同幅值的信号。

本实施例中，位于测试车辆同一侧的四个第一天线装置3中的第一移动轨道32均位于同一条直线上，且在第一移动轨道32的起点和终点位置均设置有感应器。位于测试车辆同一侧的两个第二天线装置4中的第二移动轨道42也位于同一条直线上，且在第二移动轨道42的起点和终点位置也设置有感应器。第一移动台31和第二移动台41在初始状态时分别位于第一移动轨道32和第二移动轨道42的起点。

在通过基站控制装置5控制信号发射源的位置移动时，每个第一天线装置3或者是第二天线装置4在发射5G通讯信号的持续过程中，基站控制装置5同时控制第一驱动组件34或者是第二驱动组件44来使得对应的第一移动台31或者是第二移动台41移动。此外，基站控制装置5同时还利用第一旋转组件35或者是第二旋转组件45来改变对应的第一发射架33或者是第二发射架43的角度，使得5G通讯信号方向和移动轨迹，均和目标车辆在真实环境中的轨迹较为接近。

在移动过程中，第一移动台31或者是第二移动台41，分别在对应的第一移动轨道32或者第二移动轨道42上触发终点的感应器之后，由基站控制装置5控制切换到下一个第一天线装置3或者是第二天线装置4来作为信号发射源。在切换时，由基站控制装置5来同步两个相邻的第一天线装置3或者是第二天线装置4上对应的第一发射架33或者是第二发射架43的角度。从而保证信号发射源的位置改变时，5G通讯信号的发射方向也能够较大程度处于连续变化过程。本实施例中，第一发射架33和第二发射架43所采用的是定向发射天线，只在朝向测试车辆的方向进行信号发送。在同个发射方向上且发射信号幅度相同时，定向发射天线相对于全向发射天线具有较低的功耗。

在本实施例中，第一发射架33和第二发射架43在初始状态均朝向测试车辆，即第一发射架33和第二发射架43之间的朝向相差90度。对于第一发射架33和第二发射架43发射的信号处于切换时，基站控制装置5将当前角度信息同步至下一个天线装置处，并结合第一发射架33和第二发射架43之间的朝向角度差来控制下一个天线装置上的发射架的朝向角度。

本申请实施例的实施原理为：在主控装置1中存储多种场景，在测试模拟过程中，将场景对应的场景信号发送至基站控制装置5中，由基站控制装置5来分别控制测试车辆四周的第一天线装置3和第二天线装置4。利用第一天线装置3发出的5G左右电波信号和第二天线装置4上发出的5G前后电波信号的位置切换、方向改变以及幅值改变，来模拟出测试车辆周围的目标车辆在各种行驶状态下的通讯，从而模拟出测试车辆在真实道路上行驶时的环境。通过第一天线装置3和第二天线装置4，在减小模拟环境的占用场地的同时，还能够提供更加真实道路环境，以便于增加整车感知系统在获知周围环境信息的可靠性。

本申请实施例还公开一种基于5G的汽车行驶环境模拟方法。基于5G的汽车行驶环境模拟方法应用在上述技术方案记载的基于5G的汽车行驶环境模拟系统中。

参照图5，基于5G的汽车行驶环境模拟方法包括以下步骤。

S1、基于预设环境信息，获取多个第一天线装置3和多个第二天线装置4的分布位置信息。

其中，环境信息包括测试车辆所处的道路类别以及测试车辆所处的道路信息。道路类别主要是道路在城市规划道路系统中所处的地位区分，例如：快速路、主干路、次干路、支路以及区间路。依据不同的分类标准，道路类别也会不同，同时道路类别下的具体道路类型，其车道宽度信息也不完全相同。

针对不同的道路，道路上的车辆在行驶时，不同车道之间的车辆间距在通常情况下也会有较大差距。环境信息是预设存储在主控装置1内的信息，并且针对不同的环境信息，主控装置1内还存储有和环境信息相对应的多个第一天线装置3和多个第二天线装置4的分布位置信息。因此在根据预设环境信息进行选择模拟测试场景时，利用获取到的多个第一天线装置3和多个第二天线装置4的分布位置信息，在建立第一天线装置3和第二天线装置4时，能够较大程度上和真实道路所在的环境较为接近。

参照图6，在基于预设环境信息，获取多个第一天线装置3和多个第二天线装置4的分布位置信息的具体方法中，包括：

S11、获取车道宽度信息和测试车辆所在车道信息。

其中，在获知道路类别后，通过道路类别来获取车道宽度信息。对于同种道路类别，车道的宽度值为标准值。在同一种道路上，可能会有多条车道。不同车道上的车辆，其所遇到的周围行驶环境也不相同。例如：中间车道上的车辆会受到车辆四周的其他车辆的行驶状态限制，最左侧车道上的车辆会受到车辆前后以及右侧车辆的行驶状态限制。因此在获知测试车辆所处的车道信息时，即获知了当前模拟测试环境中需要为测试车辆提供的模拟测试场景。

S12、基于车道宽度信息和测试车辆所在车道信息，获取测试车辆侧面车道的中心线位置，确定多个第一天线装置3的分布位置信息。

其中，多个第一天线装置3均分布在测试车辆侧面车道的中心线上。通常情况下，车辆在行驶过程中均会保持在车道正中心，以保证在行驶过程中和周围车辆保持较大的安全距离。因此，在确定多个第一天线装置3的分布位置信息时，获取到测试车辆侧面车道的中心线位置，并将多个第一天线装置3分布设置在中心线位置上，以较大程度上利用多个第一天线装置3来模拟测试车辆侧面的目标车辆。

S13、获取多个第二天线装置4和测试车辆的端面之间的垂直距离预设值。

其中，垂直距离预设值为第二天线装置4和测试车辆之间的安全距离。对于不同车型的测试车辆，其外形尺寸可能会相差较大。通过在主控装置1中设置垂直距离预设值，在确定多个第二天线装置4的分布位置信息时，依据垂直距离预设值以保持第二天线装置4和测试车辆之间的安全距离。

S14、基于垂直距离预设值，确定多个所述第二天线装置4的分布位置信息。

其中，多个第二天线装置4呈直线分布，且多个第二天线装置4距离测试车辆的端面距离相等。

S2、基于预设场景类型和分布位置信息，获取场景信号。

其中，场景类型包括目标车辆在行驶过程中的一种或者多种行驶状态，场景信号是根据预设环境信息将目标车辆的行驶状态转化为指令信息的集合。当测试车辆所处的环境以及测试车辆周围的目标车辆的动作确定时，主控装置1对环境以及目标车辆的动作过程进行解析，从而生成指令信息集合。

在实际道路上，车辆行驶过程中所遇到的场景，可能会比较多且比较复杂。因此在对于进行预设场景类型时，通常要包含出现次数较多的场景。本实施例中，预设场景类型包括目标车辆的侧面超车动作、后方超车动作、变道转向动作、侧面加减速动作和直线加减速动作中的一种或者多种。

参照图7，在基于预设场景类型和分布位置信息，获取场景信号的具体方法中，包括：

S21、基于目标车辆的动作，获取预设场景中目标车辆的初始位置信息和速度信息。

其中，根据目标车辆的初始位置信息，以及预设场景中整个目标车辆的动作过程，能够确定目标车辆在执行场景下的预设动作时的移动路径。并且由目标车辆的速度信息，则可以确定目标车辆在移动路径下的改变快慢，从而增加多种测试模拟场景。

S22、基于目标车辆的初始位置信息和速度信息，确定指令信息集合。

其中，主控装置1在控制基站控制装置5时，利用指令信息集合来将预设场景下的目标车辆数据和测试车辆数据传输至基站控制装置5内。目标车辆数据包括目标车辆的行驶速度和移动轨迹。测试车辆数据包括测试车辆的行驶速度。通过将以上数据信息发送至基站控制装置5内，由基站控制装置5产生对应的场景信号，进而模拟出运动场景。

S3、基于场景信号，获取基站控制装置的控制信号集合。

其中，第一天线装置3和第二天线装置4是根据预设场景信息来建立的。控制信号集合用于控制不同位置的第一天线装置3和/或不同位置的第二天线装置4产生5G通讯信号。

控制信号集合包括：切换不同的第一天线装置3进行信号发射的第一控制信号，第一控制信号用于控制信号在多个第一天线装置3上的移动路径。切换第一天线装置3和第二天线装置4进行信号传递的第二控制信号，第二控制信号用于控制信号在第一天线装置3和第二天线装置4之间的传递方向。切换不同的第二天线装置4进行信号发射的第三控制信号，第三控制信号用于控制信号在多个第二天线装置4上的移动路径。改变信号在不同的第一天线装置3上的移动速率和信号在不同的第二天线装置4上的移动速率的第四控制信号。控制信号幅值大小的第五控制信号。控制5G左右电波信号和5G前后电波信号产生信号轨迹连续移动的第六控制信号。控制5G左右电波信号和5G前后电波信号产生信号传播方向转动的第七控制信号。

当主控装置1将场景信号输入至基站控制装置5中，由基站控制装置5根据预设场景对应的时间和空间信息，来匹配控制不同位置第一天线装置3和第二天线装置4。

S4、基于控制信号集合，确定第一天线装置3的信号发射模式和第二天线装置4的信号发射模式。

其中，第一天线装置3的信号发射模式包括5G左右电波信号的发射轨迹、信号轨迹的移动速率和信号幅值，第二天线装置4的信号发射模式包括5G前后电波信号的发射轨迹、信号轨迹的移动速率和信号幅值。

例如，在控制第二天线装置4模拟测试车辆前后的目标车辆加减速动作时，基站控制装置只需要输出第五控制信号，线性增加信号的幅值以模拟目标车辆距离测试车辆越来越近；线性减小信号的幅值以模拟目标车辆距离测试车辆越来越远。

例如，在控制第一天线装置3和第二天线装置4来模拟测试车辆侧面目标车辆超车动作时，基站控制装置需要输出第一控制信号、第二控制信号、第三控制信号、第四控制信号和第五控制信号。其中，在模拟测试车辆侧面的目标车辆时，此时信号发射源在测试车辆侧面，基站控制装置5共同输出第一控制信号、第四控制信号和第五控制信号，由第一天线装置3输出5G左右电波信号。

第一控制信号和第五控制信号，以使得5G左右电波信号的发射起点按照预设路径和预设速率进行移动，并通过第四控制信号时刻控制5G左右电波信号的幅值大小。

在信号发射源的位置由切换第一天线装置3切换到第二天线装置4上时，基站控制装置5输出第二控制信号和第五控制信号。

当信号发射源的位置在测试车辆前方移动时，由基站控制装置5输出第三控制信号、第四控制信号和第五控制信号，以使得5G前后电波信号的发射起点按照预设路径和预设速率进行移动，并通过第四控制信号时刻控制5G左右电波信号的幅值大小。

在本实施例中，由于第一天线装置3上的第一发射架33可以移动和转动以及第二天线装置4的第二发射架43可以移动和转动。因此，在信号发射源位于测试车辆侧面时，基站控制装置5还可以继续输出第六控制信号和第七控制信号，来同步控制当前第一天线装置3上的信号发射源的起点形成连续的路径，以及调整信号发射源的起点在移动过程中和测试车辆接收天线之间的相对角度。

同理，在信号发射源位于测试车辆前后端时，基站控制装置5同样输出第六控制信号和第七控制信号来控制信号发射源的起点的连续以及信号发射源和测试车辆的接收天线之间的相对角度。

S5、基于第一天线装置3的信号发射模式和第二天线装置4的信号发射模式，来模拟目标车辆的通讯传播，建立模拟场景。

其中，通过第一天线装置3发射出的5G左右电波信号，利用5G左右电波信号的位置变化、方向变化和幅值强度变化来模拟目标车辆在测试车辆侧面的行驶状态。通过第二天线装置4的信号发射出的5G前后电波信号，利用5G前后电波信号的位置变化、方向变化和幅值强度变化来模拟目标车辆在测试车辆前后方的行驶状态。并且由第一天线装置3和第二天线装置4进行组合，从而产生多种模拟场景。

以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于5G的汽车行驶环境模拟系统，其特征在于，包括：

主控装置(1)，所述主控装置(1)输出至少一个场景信号；

电波暗室(2)，所述电波暗室(2)内设置有多条车道，其中一条车道用于放置测试车辆；

第一天线装置(3)，所述第一天线装置(3)设置在测试车辆侧面的车道内，位于测试车辆同一侧的所述第一天线装置(3)有多个，且位于测试车辆同一侧的多个所述第一天线装置(3)到测试车辆的侧面所在面的直线距离相等，所述第一天线装置(3)用于发射出5G左右电波信号；

第二天线装置(4)，所述第二天线装置(4)设置在测试车辆的前后两端且和测试车辆处于同一车道，位于测试车辆同一端的所述第二天线装置(4)有多个，且位于测试车辆同一端的多个所述第二天线装置(4)到测试车辆的端面所在面的直线距离相等，所述第二天线装置(4)用于发射出5G前后电波信号；

基站控制装置(5)，所述基站控制装置(5)和所述主控装置(1)电性连接，所述基站控制装置(5)分别和多个所述第一天线装置(3)以及多个所述第二天线装置(4)电性连接；所述基站控制装置(5)接收场景信号，并控制所述第一天线装置(3)按照对应于场景信号的发射模式来发射出所述5G左右电波信号，以及控制所述第二天线装置(4)按照对应于场景信号的发射模式来发射出所述5G前后电波信号；所述5G左右电波信号用于模拟测试车辆两侧的目标车辆和测试车辆的通讯信号传播，所述5G前后电波信号用于模拟测试车辆前后两端的目标车辆和测试车辆的通讯信号传播。

2.根据权利要求1所述的基于5G的汽车行驶环境模拟系统，其特征在于：所述第一天线装置(3)包括第一移动台(31)和第一移动轨道(32)，所述第一移动台(31)滑动设置在所述第一移动轨道(32)上，且所述第一移动台(31)的滑动方向和多个所述第一天线装置(3)的排列方向相同；所述第二天线装置(4)包括第二移动台(41)和第二移动轨道(42)，所述第二移动台(41)滑动设置在所述第二移动轨道(42)上，且所述第二移动台(41)的滑动方向和多个所述第二天线装置(4)的排列方向相同；所述基站控制装置(5)还用于控制所述第一移动台(31)在所述第一移动轨道(32)上的移动速率，以及控制所述第二移动台(41)在所述第二移动轨道(42)上的移动速率。

3.根据权利要求2所述的基于5G的汽车行驶环境模拟系统，其特征在于：所述第一移动台(31)上还设置有第一发射架(33)，所述第一发射架(33)和所述第一移动台(31)转动连接；所述第二移动台(41)上还设置有第二发射架(43)，所述第二发射架(43)和所述第二移动台(41)转动连接；所述基站控制装置(5)还用于控制所述第一发射架(33)和所述第一移动台(31)之间的转动速度，以及控制所述第二发射架(43)和所述第二移动台(41)之间的转动速度。

4.根据权利要求3所述的基于5G的汽车行驶环境模拟系统，其特征在于：所述第一移动台(31)上还设置有第一升降组件(36)，所述第一升降组件(36)用于升高或降低所述第一发射架(33)的高度；所述第二移动台(41)上还设置有第二升降组件(46)，所述第二升降组件(46)用于升高或降低所述第二发射架(43)的高度。

5.一种基于5G的汽车行驶环境模拟方法，其特征在于，所述方法应用在如权利要求1-4中任一项所述的基于5G的汽车行驶环境模拟系统，所述模拟方法包括：

基于预设环境信息，获取多个所述第一天线装置(3)和多个所述第二天线装置(4)的分布位置信息，其中环境信息包括测试车辆所处的道路类别；

基于预设场景类型和分布位置信息，获取场景信号，其中，场景类型包括目标车辆在行驶过程中的一种或者多种行驶状态，场景信号是根据预设环境信息将目标车辆的行驶状态转化为指令信息的集合；

基于场景信号，获取所述基站控制装置(5)的控制信号集合；

基于控制信号集合，确定所述第一天线装置(3)的信号发射模式和所述第二天线装置(4)的信号发射模式，其中所述第一天线装置(3)的信号发射模式包括5G左右电波信号的发射轨迹、信号轨迹的移动速率和信号幅值，所述第二天线装置(4)的信号发射模式包括5G前后电波信号的发射轨迹、信号轨迹的移动速率和信号幅值；

基于所述第一天线装置(3)的信号发射模式和所述第二天线装置(4)的信号发射模式，来模拟目标车辆的通讯传播，建立模拟场景。

6.根据权利要求5所述的基于5G的汽车行驶环境模拟方法，其特征在于：在基于预设环境信息，获取多个所述第一天线装置(3)和多个所述第二天线装置(4)的分布位置信息的具体方法中，包括：

获取车道宽度信息和测试车辆所在车道信息；

基于车道宽度信息和测试车辆所在车道信息，获取测试车辆侧面车道的中心线位置，确定多个所述第一天线装置(3)的分布位置信息，其中，多个所述第一天线装置(3)均分布在测试车辆侧面车道的中心线上；

获取多个所述第二天线装置(4)和测试车辆的端面之间的垂直距离预设值；

基于垂直距离预设值，确定多个所述第二天线装置(4)的分布位置信息，其中多个所述第二天线装置(4)呈直线分布，且多个所述第二天线装置(4)距离测试车辆的端面距离相等。

7.根据权利要求5所述的基于5G的汽车行驶环境模拟方法，其特征在于：所述预设场景类型包括目标车辆的侧面超车动作、后方超车动作、变道转向动作、侧面加减速动作和直线加减速动作中的一种或者多种。

8.根据权利要求7所述的基于5G的汽车行驶环境模拟方法，其特征在于：在基于预设场景类型和分布位置信息，获取场景信号的具体方法中，包括：

基于目标车辆的动作，获取预设场景中目标车辆的初始位置信息和速度信息；

基于目标车辆的初始位置信息和速度信息，确定指令信息集合。

9.根据权利要求5所述的基于5G的汽车行驶环境模拟方法，其特征在于：所述控制信号集合包括：

切换不同的所述第一天线装置(3)进行信号发射的第一控制信号；

切换所述第一天线装置(3)和所述第二天线装置(4)进行信号传递的第二控制信号；

切换不同的所述第二天线装置(4)进行信号发射的第三控制信号；

改变信号在不同的所述第一天线装置(3)上的移动速率和信号在不同的所述第二天线装置(4)上的移动速率的第四控制信号；

控制信号幅值大小的第五控制信号。

10.根据权利要求9所述的基于5G的汽车行驶环境模拟方法，其特征在于：所述控制信号集合还包括：

控制5G左右电波信号和5G前后电波信号产生信号轨迹连续移动的第六控制信号；

控制5G左右电波信号和5G前后电波信号产生信号传播方向转动的第七控制信号。