Les instruments de mesure modernes fournissent une phase de transmission à résolution spatiale qui peut être utilisée dans l'évaluation de l'homogénéité de la phase et la définition d'un seuil.
Votre tâche
Pour des véhicules autonomes, la détection précise des positions des objets est essentielle. Même les déviations les plus petites dans les estimations angulaires peuvent engendrer des conclusions inexactes dans la prise de décision en aval. Des erreurs d'angle d'arrivée (AoA), par exemple, peuvent être causées par des radômes non homogènes. Du fait des interactions complexes radôme / capteur, le comportement exact est difficile à prédire. Afin de s'assurer que seuls des radômes qualifiés soient utilisés dans les processus suivants, une méthode de mesure fiable est nécessaire, adaptée au test de fin de ligne.
Solution Rohde & Schwarz
Le testeur de radômes automobiles R&S®QAR50 est une solution rapide, précise et peu coûteuse dédiée au test de radômes automobiles. Le R&S®QAR50 associé à l'option d'analyse d'homogénéité (masque de phase) R&S®QAR50-K20 permet de déduire l'erreur angulaire dans le laboratoire et en production.
Afin de prouver la possibilité d'appliquer la méthode, les résultats mesurés et calculés par le R&S®QAR50 sont vérifiés de manière croisée avec le testeur radar R&S®RadEsT. Le R&S®RadEsT est un simulateur de cibles radar automobiles polyvalent qui génère des échos radar définissables par l'utilisateur avec divers angles.
Fig. 1 : Estimation de la direction d'un diffuseur de point central dans des conditions de champ éloigné
Contexte technique
La première étape est de regarder le traitement du signal radar et la manière dont les estimations AoA sont obtenues.
L'onde électromagnétique émise se propage dans l'espace et est réfléchie par les objets sur le trajet du signal. Ici, la chaîne d'émission est négligée et le focus est fait sur le côté réception du radar. Dans ce cas simplifié, supposons un diffuseur de point unique dans des conditions de champ éloigné. Cela signifie qu'un a front de l'onde planaire atteint le récepteur. Supposons que le diffuseur de point soit exactement au centre du champ de vision, chaque élément de l'antenne (a1 à a5) recevra l'onde planaire avec la même phase (φ1 = φ2 = φ3, etc.) – voir Fig. 1.
Pour des réflecteurs placés de manière décentrée, l'AoA de l'onde engendrera une phase différente à chaque élément de réception.
L'angle d'incidence α du front d'onde est calculé en utilisant la différence de phase Δφ et les distances physiques entre les antennes d comme suit :
Fig. 2 : Estimation de la direction d'arrivée pour un diffuseur de point décentré
Avec φ = 0° (voir Fig. 1) et λ ~ 3,9 mm (radar 77 GHz).
Pour ce cas simple, cela résulte à αestimé = 0.
Un radôme non homogène ou incorrect face aux récepteurs influence les fronts d'ondes et altère les phases (φ1 à φ5) sur chaque élément de l'antenne de réception. Cela engendre une estimation AoA incorrecte.
Fig. 3 : Un radôme cunéiforme réfléchissant les fronts d'ondes et engendrant des différences de phase sur les éléments de l'antenne de réception
Pour une vérification expérimentale, considérons un radôme cunéiforme placé sur le trajet du signal. Le radôme possède une permittivité différente de l'air environnant et donc une vitesse de propagation différente pour l'onde électromagnétique. Puisque l'épaisseur dans l'angle n'est pas homogène sur la région d'imagerie entière, elle réfléchie l'onde et les fronts d'ondes sont distordus. Plus d'informations sur les caractéristiques des matériaux et la permittivité sont disponibles dans la carte d'application “Characterizing polymer material properties for automotive applications” (PD 3647.5084.92). L'effet décrit est démontré en Fig. 3.
Le front d'onde arrivant perpendiculairement précédemment est maintenant réfléchi et arrive sur les antennes de réception avec un décalage d'angle Δα. Le décalage est noté Δα, tandis que l'angle d'incidence actuel α dans cet exemple est encore de 0°. Le radar ne peut pas mesurer l'AoA directement. A la place, il détecter les phases du front d'onde sur chaque antenne de réception.
Selon la formule donnée précédemment, le radar calculera de manière erronée l'AoA non pas comme 0° mais comme une fonction de la différence de phase Δφ entre les éléments de l'antenne. Selon la géométrie du radôme, l'estimation de l'erreur angulaire Rohde & Schwarz calculée en utilisant le R&S®QAR50 peut différer sur le champ de vision (FoV). Les phases détectées sont une superposition de l'AoA α actuel et du décalage d'angle Δα.
Avec le R&S®QAR50, il est difficile de mesurer directement l'influence de l'AoA, car l'instrument ne dispose pas des informations relatives à la géométrie du radar et au traitement du signal. Cependant, en supposant un traitement de formation de faisceaux de réception de base, l'erreur d'AoA introduite par le radôme inexact peut être estimée avec :
Testeur de radômes automobiles R&S®QAR50
Pour des véhicules autonomes, la détection précise des positions des objets est essentielle. Même les déviations les plus petites dans les estimations angulaires peuvent engendrer des conclusions inexactes dans la prise de décision en aval. Des erreurs d'angle d'arrivée (AoA), par exemple, peuvent être causées par des radômes non homogènes. Du fait des interactions complexes radôme / capteur, le comportement exact est difficile à prédire. Afin de s'assurer que seuls des radômes qualifiés soient utilisés dans les processus suivants, une méthode de mesure fiable est nécessaire, adaptée au test de fin de ligne.
En règle générale pour les petits Δα avec l'évaluation R&S®QAR50, une déviation de Δα ≈ 0,062 Δφradôme /cm peut être considérée. Cela signifie que, en supposant qu'une erreur angulaire de 1° soit jugée acceptable par l'OEM, une différence de phase maximale de
Testeur radar R&S®RadEsT
Le testeur de radômes automobiles R&S®QAR50 est une solution rapide, précise et peu coûteuse dédiée au test de radômes automobiles. Le R&S®QAR50 associé à l'option d'analyse d'homogénéité (masque de phase) R&S®QAR50-K20 permet de déduire l'erreur angulaire dans le laboratoire et en production.
Afin de prouver la possibilité d'appliquer la méthode, les résultats mesurés et calculés par le R&S®QAR50 sont vérifiés de manière croisée avec le testeur radar R&S®RadEsT. Le R&S®RadEsT est un simulateur de cibles radar automobiles polyvalent qui génère des échos radar définissables par l'utilisateur avec divers angles.
mesurée par le R&S®QAR50 est possible. Cependant, cela s'applique aux géométries de base et au traitement standard de formation de faisceaux uniquement et nécessite d'être évalué pour chaque combinaison radar / radôme.
Les déviations théoriques soulignés ci-dessus doivent être vérifiées de manière croisée par une vérification expérimentale.
Fig. 4 : Dimensions du coin fabriqué pour une vérification expérimentale
Vérification expérimentale
Pour la vérification expérimentale, un coin en polyoxyméthylène (POM) avec les dimensions indiquées en Fig. 4 est fabriqué.
La permittivité du POM est vérifiée comme εr = 2,93 avec plusieurs méthodes.
Le calcul de la réflexion résultante des fronts d'ondes mène à
Fig. 1 : Estimation de la direction d'un diffuseur de point central dans des conditions de champ éloigné
La première étape est de regarder le traitement du signal radar et la manière dont les estimations AoA sont obtenues.
L'onde électromagnétique émise se propage dans l'espace et est réfléchie par les objets sur le trajet du signal. Ici, la chaîne d'émission est négligée et le focus est fait sur le côté réception du radar. Dans ce cas simplifié, supposons un diffuseur de point unique dans des conditions de champ éloigné. Cela signifie qu'un a front de l'onde planaire atteint le récepteur. Supposons que le diffuseur de point soit exactement au centre du champ de vision, chaque élément de l'antenne (a1 à a5) recevra l'onde planaire avec la même phase (φ1 = φ2 = φ3, etc.) – voir Fig. 1.
Pour des réflecteurs placés de manière décentrée, l'AoA de l'onde engendrera une phase différente à chaque élément de réception.
L'angle d'incidence α du front d'onde est calculé en utilisant la différence de phase Δφ et les distances physiques entre les antennes d comme suit :
Fig. 5 : Image du masque de phase du coin fabriqué pour la vérification expérimentale
Tout d'abord, la différence de phase résultante calculée théoriquement est vérifiée pour le POM plat expérimental en utilisant le R&S®QAR50. Le masque de phase résultant est indiqué en Fig. 5.
Avec le mode graticule activé, le R&S®QAR50 délivre automatiquement la phase moyenne de chaque cellule. Par souci de cohérence, une taille de graticule de 10 mm × 10 mm est utilisée. La différence de phase entre les cellules individuelles est évaluée comme suit :
Fig. 6 : Configuration expérimentale avec capteur radar automobile, radôme cunéiforme et R&S®RadEsT
Cela résulte sur une différence moyenne de 66,6°/cm – très proche de la différence calculée de 65,3°. La déviation entre les deux valeurs est causée par les tolérances de production et les imprécisions de mesure.
Pour une vérification finale, une configuration de laboratoire basée sur un capteur radar de cinquième génération et le testeur radar R&S®RadEsT est utilisée. Le blindage optionnel est utilisé pour améliorer la précision de la configuration de test et s'assurer que toutes les mesures soient effectuées dans les conditions de champ éloigné appropriées.
Le simulateur R&S®RadEsT est configuré pour fournir une cible unique à une distance de 40 m directement positionnée au centre du FoV du radar. Trois tests sont effectués : une mesure de référence sans l'angle et deux avec l'angle déplacé entre les enregistrements. La Fig. 6 présente la configuration de mesure.
Avec la règle générale énoncée précédemment, le radar est supposé délivrer un (incorrect) AoA d'environ ±4,1°, avec la direction du coin déterminant s'il s'agit d'un plus ou d'un moins.
Le tableau ci-dessous donne un aperçu de la déviation attendue de l'AoA avec la règle générale expliquée précédemment et l'AoA mesuré en utilisant la configuration expérimentale.
| Pas de radôme | Erreur positive | Erreur négative | |
|---|---|---|---|
| Attendue | 0° | 4,1° | –4,1° |
| Mesuré | 0° | 4,2° | –3,8° |
Là encore, la cause des déviations ne peut pas être déterminée avec certitude. Les déviations peuvent être dues au matériau ou défauts de fabrication, ou elles peuvent être attribuées aux incertitudes de mesure des instruments et des capteurs utilisés.
Conclusion
Bien que l'erreur angulaire introduite par un radôme imparfait ne puisse pas être mesurée directement, elle peut néanmoins être déduite dans une configuration de laboratoire en utilisant les résultats de l'option d'analyse d'homogénéité (masque de phase) R&S®QAR50-K20.
La différence de phase théorique déduite de la permittivité électromagnétique (εr = 2,93) et l'épaisseur du coin résultent à 65,3°/cm. Ce résultat correspond bien avec la différence de phase mesurée avec l'option d'analyse d'homogénéité (masque de phase) R&S®QAR50-K20 de 66,6°/cm.
L'erreur AoA théorique (notée Δα) de 4,0° et le décalage AoA estimé en utilisant l'option R&S®QAR50-K20 de 4,1° correspondent parfaitement aux incertitudes attendues.
La vérification expérimentale de ces deux valeurs, en utilisant un capteur radar de cinquième génération stimulé par un testeur radar R&S®RadEsT, montre que les résultats des approches théorique et expérimentale peuvent être reproduites dans le monde réel.
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