雷達(dá)安全這一鮮為人知的問題正在成為輔助駕駛和高度自動化車輛的潛在致命弱點：雷達(dá)信號相互干擾。

雷達(dá)已成為補(bǔ)充 CMOS 成像相機(jī)的重要傳感方式。雷達(dá)可在所有天氣條件下工作，并支持一系列自動駕駛功能，包括自動緊急制動 （AEB）。但是，如果雷達(dá)最終像捉鬼敢死隊的粒子加速器一樣穿過彼此的氣流，它們可能會被挫敗或出現(xiàn)故障。

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“有件很重要的事我忘了告訴你。

不要越過溪流。會很糟糕。”

雖然這還不是汽車制造商公開警告或駕駛員普遍認(rèn)為的現(xiàn)象，但在擁擠環(huán)境中運(yùn)行的汽車?yán)走_(dá)將面臨嚴(yán)重干擾。

雷達(dá)的應(yīng)用范圍從自適應(yīng)巡航控制和盲點檢測到前向碰撞警告系統(tǒng)和智能泊車輔助。為了讓車輛獲得 360 度全景，它需要短程和遠(yuǎn)程雷達(dá)芯片。AEB 通常使用雷達(dá)（全天候），有時還使用激光雷達(dá)和攝像頭來檢測即將發(fā)生的碰撞。

AEB在全球市場的迅速擴(kuò)散，成為雷達(dá)傳感器供應(yīng)商的一把雙刃劍。這既是值得慶祝的原因，也是令人擔(dān)憂的根源。

例如，中國新車評估計劃 （NCAP） 已經(jīng)要求 2020 年所有出廠的卡車都必須配備 AEB。從今年開始，日本的新車必須具備前后 AEB 功能。在美國，20 家汽車制造商自愿同意“2022 年新車 AEB 適配率 100%”。面對 Euro NCAP 的 2019 年要求，在歐洲銷售的 90% 的汽車已經(jīng)配備了最新的汽車碰撞避免技術(shù)。

NXP Semiconductors 預(yù)計到 2030 年汽車?yán)走_(dá)滲透率將躍升至 55%。在最近接受EE Times采訪時，NXP Semiconductors 負(fù)責(zé) ADAS 和 V2X 的高級產(chǎn)品營銷經(jīng)理顧煥宇警告說，雷達(dá)干擾是不可避免的，他說：“當(dāng)多個雷達(dá)同時以相同或重疊的頻率發(fā)射時，如果它們共享一個共同的可見路徑。”

NXP 的顧并不是唯一一個令人擔(dān)憂的人。ST Microelectronics 的 ADAS 和 ASIC 部門總經(jīng)理 Martin Duncan 也告訴EE Times，“事實上，我們現(xiàn)在有 25% 的新車配備了雷達(dá)系統(tǒng)，這已經(jīng)是一個問題。如果您嘗試實時捕捉路況，則很容易看到來自多輛車的傳輸。由于我們都使用相同的頻段，這可能會隨著裝配率的增加而惡化。”

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用于主動安全和輔助駕駛系統(tǒng)的多個雷達(dá)傳感器的示例部署

雷達(dá)擁塞的原理很簡單。美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）在其2018 年 9 月發(fā)布的“雷達(dá)擁堵研究”中寫道：

雷達(dá)使用輻射信號的知識來識別回波并估計環(huán)境中物體的范圍和速度。這些回聲不是原始信號的完美副本，而是對信號產(chǎn)生建設(shè)性和破壞性干擾的多個返回的總和。重要的是要了解雷達(dá)照射的物體的回波會發(fā)生波動，尤其是當(dāng)場景中的相對距離、方向和其他物體發(fā)生變化時。由于多臺雷達(dá)在附近運(yùn)行且存在多個散射源的環(huán)境，每臺雷達(dá)的性能都會隨著干擾水平的升高而下降。

這可能會導(dǎo)致安全性受損。“最壞的情況是雷達(dá)干擾造成的死亡。如今，無論根本原因如何，在雷達(dá)堆棧中過濾誤報的應(yīng)用已經(jīng)得到了加強(qiáng)，”VSI Labs 創(chuàng)始人兼總裁 Phil Magney 指出。

該行業(yè)已被警告

配備雷達(dá)的汽車越多，每個雷達(dá)必須學(xué)會更快地處理其他雷達(dá)的存在。雷達(dá)供應(yīng)商面臨壓力。

簡單的常見交通場景，其中干擾在受害雷達(dá)（綠色）處計算并由其他車輛（紅色）產(chǎn)生3。

雷達(dá)干擾并不是雷達(dá)擴(kuò)散的意外后果。汽車行業(yè)已受到警告。十多年前，歐洲發(fā)起了一個名為MOSARIM（通過雷達(dá)干擾緩解為所有人帶來更多安全）的項目，并于 2012 年發(fā)布了一份報告。該項目調(diào)查了“相互車輛雷達(dá)干擾以及有效對抗措施和緩解技術(shù)的定義和制定”。 ”

最近，NHTSA 進(jìn)行了一項“雷達(dá)擁塞研究”，對雷達(dá)干擾進(jìn)行建模和仿真，并考慮了兩個問題：

給定雷達(dá)從其他雷達(dá)發(fā)射器接收多少功率？

這對碰撞預(yù)警系統(tǒng)的性能有何影響？

報告得出結(jié)論：

…在其他雷達(dá)很少的環(huán)境中運(yùn)行良好的系統(tǒng)可能會在雷達(dá)擁擠的環(huán)境中遭受性能顯著下降。研究結(jié)果表明，基于當(dāng)前系統(tǒng)在擁擠環(huán)境中運(yùn)行的干擾水平將是顯著的。在許多車輛在 76-81 GHz 頻段運(yùn)行雷達(dá)的情況下，來自其他雷達(dá)的功率可能會超過特定性能所需目標(biāo)的回波功率幾個數(shù)量級。

雷達(dá)之間的合作？

因此，該行業(yè)十年來就已經(jīng)知道雷達(dá)交通擁堵的迫在眉睫。它采取了哪些行動？

有了這么多的交貨時間，您可能希望汽車 OEM 和一級供應(yīng)商制定穩(wěn)健的策略來避免干擾。您可能會設(shè)想一種雷達(dá)傳感器，它通過動態(tài)調(diào)整波形參數(shù)來避免干擾。

這不是一門火箭科學(xué)。雷達(dá)社區(qū)擁有借鑒電信行業(yè)已經(jīng)部署的類似類型的信道訪問規(guī)則（如 TDMA、FDMA 和 CDMA）的專有技術(shù)。恩智浦的顧說，這種“先聽后說”的方案應(yīng)該能夠在雷達(dá)之間實現(xiàn)更結(jié)構(gòu)化的通信。

不幸的是，這不是業(yè)界采用的干擾緩解措施。除了汽車?yán)走_(dá)使用相同的分配頻譜（76GHz~81GHz）之外，雷達(dá)社區(qū)沒有任何規(guī)定。“雷達(dá)波形參數(shù)不受監(jiān)管，”顧指出。

行業(yè)協(xié)議、標(biāo)準(zhǔn)化和監(jiān)管從未成為汽車行業(yè) DNA 的一部分。

顧說，今天采用的一種常見方法是“通過在時間或頻率上隨機(jī)化傳輸信號來限制干擾”。顧承認(rèn)這種隨機(jī)化背后的不合邏輯，他說：“今天，你這樣做是盲目的。這當(dāng)然很好，特別是如果路上沒有那么多帶雷達(dá)的汽車。但如果要提高雷達(dá)傳感器對干擾的魯棒性，就必須尋找雷達(dá)傳感器之間的協(xié)作。”

但這需要監(jiān)管。

盡管如此，恩智浦在其關(guān)于雷達(dá)干擾的白皮書中得出結(jié)論：

最終，為了支持較高的市場滲透率，制造商之間需要達(dá)成某種形式的協(xié)議，以便以公平的方式更有效地共享傳感資源。這最后一步意味著市場上的所有參與者都必須坐在一起定義訪問通道的標(biāo)準(zhǔn)化方式，同時保持具有差異化傳感性能的可能性。

對所有人免費

獨立資深汽車行業(yè)分析師 Egil Juliussen 表示，雷達(dá)一直是“所有人免費”的。他解釋說，為了追求創(chuàng)新，雷達(dá)傳感器公司通常傾向于開發(fā)新的專有算法，這些算法在與傳感器芯片相關(guān)的 DSP 或 MCU 上運(yùn)行，以便他們的雷達(dá)可以提高成像分辨率并減輕干擾。

換句話說，對于汽車行業(yè)的許多人來說，在雷達(dá)干擾問題上投入更多的信號處理是比任何行業(yè)協(xié)議或法規(guī)更受歡迎的方法。

帶有數(shù)字部分 （DSP）、發(fā)射器和接收器前端的雷達(dá)傳感器。干擾技術(shù)可分為旨在避免前端飽和的技術(shù)、以數(shù)字方式管理干擾的技術(shù)以及試圖在干擾實際發(fā)生之前避免干擾的技術(shù)。（來源：恩智浦）

在我們的采訪中，恩智浦的顧提出了三種不同的雷達(dá)干擾緩解方法：1）避免前端飽和；2） 通過識別和消除數(shù)字域中的干擾來管理數(shù)字干擾；3） 通過動態(tài)調(diào)整波形參數(shù)來避免干擾。

第三種方法已被認(rèn)為最不可能在當(dāng)前的 77GHz 頻譜中采用。顧解釋說，“人們認(rèn)為為時已晚，因為我們在路上已經(jīng)有太多的雷達(dá)傳感器，而這些傳感器不會協(xié)作。” 他補(bǔ)充說，如果該頻段可用于雷達(dá)，該方案可能“在未來應(yīng)用于 140Ghz 頻率”。

第一種——更有可能——的方法是設(shè)計避免前端飽和的技術(shù)。在這里，可以接收到至少一部分有用信號，并采取適當(dāng)?shù)膶Σ摺！澳憧梢酝ㄟ^為雷達(dá)接收器提供兩種不同的增益設(shè)置來做到這一點，”顧說。或者，該系統(tǒng)可以包括“空間歸零”，其中前端使用多個天線在產(chǎn)生干擾的方向上使自身失明。Gu解釋說，這種方法旨在在干擾信號使前端飽和之前消除它。

像恩智浦這樣的雷達(dá)芯片供應(yīng)商往往專注于處理數(shù)字領(lǐng)域的干擾——在 DSP 中。“當(dāng)然，前提是有用信號實際上沒有被強(qiáng)信號掩埋，”顧說。

在確定干擾信號比較微弱后，可以和有用信號一起數(shù)字化，不會導(dǎo)致前端飽和。

但根據(jù)恩智浦的說法，游戲的名稱首先是識別信號是否已損壞，這說起來容易做起來難。這樣做的技術(shù)取決于受害雷達(dá)和干擾的特定雷達(dá)波形。由于當(dāng)今的監(jiān)管框架允許以不同的方式構(gòu)建雷達(dá)波形，因此每個雷達(dá)傳感器制造商都會選擇自己的方式，這使得該過程不僅多樣化而且很棘手。

汽車?yán)走_(dá)的實際標(biāo)準(zhǔn)是調(diào)頻連續(xù)波 （FMCW） 雷達(dá)。FMCW 提供了非常好的性能，相對簡單和優(yōu)雅。據(jù) NXP 稱，它通過低帶寬 ADC 覆蓋大帶寬，并提供對目標(biāo)速度的穩(wěn)健估計。但它帶有一些警告。

不同的制造商使用不同的 FMCW 波形參數(shù)設(shè)置來區(qū)分他們的產(chǎn)品主張并涵蓋不同的應(yīng)用需求，例如載波頻率、帶寬、啁啾持續(xù)時間、采樣時間、感測周期的持續(xù)時間以及在感測期間改變參數(shù)的不同方式。

總結(jié)一下：雷達(dá)傳感器首先需要識別是否存在干擾源。通過識別外來信號的獨特特征來檢測干擾。一旦檢測到干擾，系統(tǒng)算法必須盡可能完全地將其從接收信號中去除，同時不破壞或去除所需信號。

感受雷達(dá)干擾？

美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）列出了幾個模擬雷達(dá)擁塞干擾的場景。

在雙車道高速公路上的交通情況下，假設(shè)雷達(dá)使用隨機(jī)選擇的載波頻率，美國國家公路交通安全管理局（NHTSA）預(yù)測，汽車?yán)走_(dá)將遇到來自其他雷達(dá)的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其自身傳輸?shù)幕夭ǎ愿櫰渌囕v。干擾接近4個數(shù)量級，或接近40dB，大于系統(tǒng)規(guī)定的參考目標(biāo)的典型回波。

在面向后方的雷達(dá)（如盲點檢測系統(tǒng)）中，“這些單元容易受到利用更高功率和天線增益的前向防撞雷達(dá)的直接到達(dá)。” 該研究稱：“我們的分析表明，這些裝置可能會受到來自前向防撞雷達(dá)的干擾功率，該干擾功率比其指定參考目標(biāo)的反射大近五個數(shù)量級，即 50 dB。”

然而，到目前為止，雷達(dá)的影響還沒有在現(xiàn)實世界的道路上感受到。

VSI Labs 的 Magney 說：“雷達(dá)對雷達(dá)的干擾仍然是一個未知數(shù)，作為幾乎每天都在使用雷達(dá)的應(yīng)用研究人員，VSI 不能說我們在公共道路上進(jìn)行測試時曾經(jīng)歷過來自另一輛車的雷達(dá)對雷達(dá)干擾。” 。 他補(bǔ)充說：“我們可以假設(shè)我們已經(jīng)暴露了，因為今天道路上的許多車輛都混合了從短程到長程的雷達(dá)。”

在周一的特斯拉第一季度財務(wù)電話會議上，首席執(zhí)行官埃隆馬斯克重申了取消特斯拉汽車?yán)走_(dá)的計劃，這使得雷達(dá)干擾問題成為沒有實際意義的問題——至少對特斯拉汽車而言是這樣。

然而，其他汽車原始設(shè)備制造商、一級供應(yīng)商和汽車技術(shù)供應(yīng)商不會很快放棄雷達(dá)。

VSI 的 Magney 強(qiáng)調(diào)說，雷達(dá)尤其重要，因為它們是防風(fēng)雨的。“雷達(dá)是最具成本效益的 ADAS 傳感器之一，其滲透率將在未來幾年內(nèi)大幅增長。”

審核編輯：郭婷