Terminal contrôlable électroniquement pour la qualification de radars automobiles

Votre tâche

Les systèmes de conduite autonome (AD) et les systèmes avancés d'aide à la conduite (ADAS) sont les moteurs essentiels de l'innovation au sein de l'industrie automobile. Les capteurs radar sont l'une des technologies essentielles pour l'AD et l'ADAS, ils doivent être testés au sein de différents scénarios tels que piétons (un objet traversant devant la voiture), conduite urbaine (conduite en direction d'un véhicule stationnaire ou plus lent) et trajets inter-urbains (identique au trajet urbain où l'axe central du véhicule de test n'est pas aligné avec le centre de la cible).

Les scénarios de test de matériel dans la boucle (HIL) et de véhicule dans la boucle (VIL) avec des capacités de simulation de cible plus complexes sont nécessaires pour atteindre les niveaux ADAS 4 et 5. La demande est également croissante en ce qui concerne la simulation de radar sur banc et les tests fonctionnels afin d'accélérer le processus de validation (Fig. 1).

De nos jours, les équipementiers (OEM) et les fournisseurs de service utilisent des environnements simulés avec des systèmes de logiciel dans la boucle afin de tester les capteurs et les modules de contrôle. Les simulations logicielles sont de qualité, mais elles ne peuvent pas reproduire les réponses réelles et potentiellement imparfaites des capteurs. Les véhicules entièrement autonomes doivent faire face à ces irrégularités. Le test sur route d'un système entier intégré au sein d'un prototype ou d'un véhicule routier est nécessaire, car il permet aux OEM de valider un produit final avant le lancement sur le marché. Le test sur route est important pour le processus de développement mais les tests sur route seuls ne sont pas suffisants : ils sont coûteux, chronophages et difficilement reproductibles.

Un autre test est nécessaire sur l'ensemble de la chaîne de valeur du développement du capteur, et des cas d'utilisation tels que le test de composants d'un seul capteur radar et le test de scénarios complexes dotés de plusieurs capteurs doivent être intégrés. L'objectif est de tester les fonctions de la conduite autonome telles que le contrôle du régulateur de vitesse ou les systèmes de freinage d'urgence sous diverses conditions de laboratoire (voir Fig. 2).

Un test de capteur radar réaliste et reproductible est complexe au sein de la chaîne de valeur du capteur :

• Le capteur radar est une boîte noire. Un système de test doit stimuler le capteur radar et sa réponse sans connaître les processus internes.
• Le système doit empêcher les réflexions indésirables provenant de l'environnement ou de la configuration de test, comme avec des antennes à cornet. Il doit réduire l'influence de l'équipement de test et mesure et des perturbations externes¹⁾ sur le signal radar. Il doit garder un système indépendant à toutes ces interférences autant que possible et garantir un fonctionnement fiable.
• Un système flexible et évolutif est nécessaire pour couvrir la chaîne complète du test de capteur et ADAS. Avoir un système qui puisse être utilisé et déployé sur la chaîne de valeur complète est un atout.

^{1) Réduction du plancher de bruit du capteur, ainsi que suppression des cibles à courte portée et de potentielles réflexions multi-trajets.}

Solution Rohde & Schwarz

Les simulateurs de cibles actuels utilisent des antennes à cornet comme terminaisons, où chaque point cible les capteurs radar et émule les positions horizontale et verticale en déplaçant mécaniquement l'antenne. L'automatisation mécanique ralentit les temps de test globaux. Chaque mouvement d'antenne change l'angle d'arrivée (AoA) de l'écho, engendrant des erreurs et des pertes de précision lors de l'interprétation des cibles lorsque les antennes ne sont pas recalibrées ou recalculées.

Afin de surmonter ces limitations des systèmes actuels et répondre à la croissance importante des HIL et VIL, Rohde & Schwarz a développé le faisceau d'antennes avancé R&S®QAT100 – le premier faisceau d'antennes orientable électroniquement au monde. Le R&S®QAT100 simule l'azimut et l'élévation en activant de petites antennes planes. Le temps de commutation entre les antennes est d'environ 2 ms afin de simuler les cibles azimutales se déplaçant rapidement (par exemple au sein du trafic à une intersection ou des scénarios de dépassement).

Les avantages du R&S®QAT100 par rapport à l'approche mécanique

Stimulation radar sans fil dans l'élévation et l'azimut sans antennes se déplaçant physiquement

• Des antennes de transmission commutables apportent au R&S®QAT100 une résolution élevée, une vitesse élevée, une répétabilité accrue et une meilleure performance RF
• L'antenne à commutation électronique ne produit aucune usure sur les câbles RF ou d'autres parties mobiles
• Aucun transfert mécanique n'est nécessaire

RF propre : aucune réflexion depuis la FE

Les antennes PCB possèdent un RCS beaucoup plus faible que les cornets à gain standard utilisés dans d'autres systèmes. Le système de blindage R&S®QAT-B50 garantit un environnement RF blindé.

• Fonctionnement fiable
• Influence réduite provenant d'un autre équipement de test et mesure, de facteurs de perturbations externes (plancher de bruit du capteur réduit, suppression des cibles à courte portée et des réflexions multi-trajets potentielles)
• Aucun mode de banc de test nécessaire pour le radar

Solution évolutive

Plusieurs terminaux peuvent être combinés afin de simuler jusqu'à 360° de l'environnement radar :

• Très flexible et prêt à l'élargissement
• Le Radar FOV ¹⁾ de plusieurs capteurs peut être simulé par un ou plusieurs terminaux
• Utilisation autonome ou comme une solution tout-en-un avec le générateur d'échos radar automobile R&S®AREG800A

Résistant aux vibrations : parfaitement adapté pour le montage de test VIL

• Nombre de connexions RF réduit
• Fiable du fait de sa conception robuste résistante aux vibrations
• Adapté aux bancs de test

^{1) Champ de vision.}

Cas d'utilisation

La configuration modulaire du R&S®QAT100 peut être utilisée dans diverses applications pour des simulations de cibles radar.

Test de composant ou fonctionnel

Il commence avec des cas d'utilisation très simple tel que le test d'un composant pour un capteur radar unique. Pour tester si un capteur radar détecte correctement un écho, s'il fait la distinction entre deux cibles à une distance donnée ou avec un angle donné, ainsi que la résolution angulaire de votre capteur radar.

Test de scénario

Les cas d'utilisation secondaires concernent le test de scénario, comme des scénarios de trafic avec plusieurs voitures, de systèmes de freinage d'urgence ou de régulateur de vitesse. L'objectif est de simuler des cibles mobiles en azimut, portée, vélocité radiale et taille de cible. Selon le scénario, un ou plusieurs capteurs peuvent être simulés.

Le R&S®QAT100 a la polyvalence et la capacité de prendre en charge le processus complet sur toute la chaîne du capteur radar.

En commençant avec le R&S®QAT100 en tant qu'appareil autonome pour l'évaluation de la performance d'un capteur radar à des étapes précoces avec des configurations de banc classiques, jusqu'à des applications HIL et VIL (avec un simulateur de cible en arrière plan) au niveau du module du capteur radar lors de l'adaptation d'un capteur aux spécifications de l'OEM (Fig. 6).

Terminal SIMO

Le terminal standard R&S®QAT-B11 possède 96 antennes d'émission et 5 de réception, divisées en 4 parties indépendantes. La configuration répond aux exigences de capteur SIMO. Le R&S®QAT100 peut être utilisé en mode ligne ou en mode segment, selon ce qui est nécessaire. Le mode segment divise chaque ligne en quatre segments, où chacun a un connecteur RF individuel et peut simuler jusqu'à quatre cibles provenant de différentes directions. Le R&S®QAT-B11 peut être fourni avec une ligne TX/RX additionnelle (R&S®QAT-B2) afin d'ajouter 96 autres antennes d'émission et 5 de réception afin de simuler jusqu'à 8 cibles provenant de différentes directions ou deux objets sur l'ensemble du faisceau.

Terminal MIMO

Le décalage le plus important entre les antennes RX et TX signifie que le R&S®QAT-B11 ne répond pas entièrement aux exigences MIMO car il peut être sauté à différents angles. Le terminal MIMO simple ligne R&S®QAT-B21 possède une ligne de réception et une ligne d'antenne d'émission. Chaque antenne d'émission est pairée avec une antenne de réception pour répondre aux exigences MIMO. 96 antennes de réception et 96 antennes d'émissions sont dorénavant disponibles afin de minimiser les erreurs de phase et permettre une validation simple des radars MIMO avec une résolution spatiale de l'écho améliorée en trois dimensions.

Configuration de mesure

Définir la distance physique entre le capteur et le R&S®QAT100

Les antennes individuelles mesurent 3,7 mm (0.146 in), alors que la largeur de l'unité totale est de 351 mm (13.818 in). La configuration peut être adaptée au capteur. Le R&S®QAT100 a été conçu pour une puissance de transmission radar ADAS typique.

Le champ de vision (FOV) et la résolution angulaire atteignable pour le R&S®QAT100 sont basés sur la configuration et sont calculés comme suit :

Les valeurs pour le FOV et la résolution angulaire proviennent des variations de distances

Selon la distance et la gamme de fréquence, les valeurs suivantes s'appliquent :

Minimiser l'interférence externe

Pour minimiser l'influence de l'interférence externe, un système de blindage additionnel fournit un environnement RF proche sans interférence parfaitement adapté au R&S®QAT100. Le système de blindage peut être utilisé dans des laboratoires sur des bancs ou sur un véhicule de test. Le blindage fournit un environnement multi-trajets et sans réflexion pour le radar sous test. Lorsqu'il est combiné avec le R&S®QAT100, des petites antennes planes recouvertes d'une surface d'absorption fournissent un terminal RF propre et suppriment les cibles à courte portée, ainsi que les potentielles réflexions multi-trajets (voir Fig. 10).

Configuration de l'instrument et branchement à un générateur d'échos radar

Le nombre et les types de connexions à un générateur d'échos radar dépendent de la complexité de la configuration de test. La complexité de la configuration dépend du nombre d'objets radar simulés, du nombre de faisceaux d'antennes avancés R&S®QAT100 ou du nombre d'antennes de réception (les antennes de réception reçoivent toujours, mais peuvent uniquement transférer un signal lorsqu'elles sont connectées à une infrastructure).

Selon le nombre de segments d'antennes contrôlés individuellement, un générateur d'échos radar doit avoir un certain nombre d'entrées :

• Connecter le R&S®QAT à un réseau LAN
• Brancher les connecteurs TX à la sortie “TX IF Out” sur le générateur d'échos radar. Les connecteurs TX peuvent être utilisés de deux façons :

Pour synchroniser des fréquences de référence, connectez la fréquence de référence (entrée ou sortie) au générateur d'échos radar.

Lorsqu'il équipé de la seconde ligne de 96 antennes d'émission R&S®QAT-B2, le R&S®QAT100 possède deux lignes avec quatre segments indépendants chacune, permettant à un seul instrument d'être connecté à huit trajets IF contrôlables individuellement. Cela se combine parfaitement avec les huit objets artificiels complètement indépendants simulés par un générateur d'échos radar automobiles R&S®AREG800A entièrement équipé. Chaque trajet IF peut être librement contrôlé au sein d'un segment R&S®QAT100.

Pour simuler des cibles à une portée plus courte, le R&S®QAT100 peut être équipé d'une ligne analogique à retard échelonné (ASDL) afin de réduire le retard minimal de ligne. Cette ligne peut simuler des objets radar à de très courtes distances de 1,8 m jusqu'à 12,9 m qui sont compliquées pour les générateurs d'échos radar. Il permet également l'utilisation autonome du R&S®QAT100. Pour tester la résolution angulaire de votre capteur radar, le capteur radar distingue deux cibles à une distance donnée ou à un angle donné.

En combinaison avec un simulateur de cible, le R&S®AREG800A peut émuler des cibles mobiles.

Conclusion

Les systèmes d'aide à la conduite autonome ont besoin urgemment de données fiables et haute qualité provenant de divers capteurs radar qui détectent des objets dans l'environnement. Les entreprises et fournisseurs automobiles savent à quel point il est compliqué de tester ces capteurs dans des scénarios de conduite autonome.

Le R&S®QAT100 est le premier faisceau d'antennes entièrement contrôlable électroniquement qui stimule les capteurs radar automobiles dans la gamme allant de 76 GHz à 81 GHz. Le concept modulaire du R&S®QAT100 permet aux équipementiers automobiles et leurs partenaires de se concentrer sur le développement et le test des systèmes ADAS.

L'architecture ouverte des équipementiers permet aux fournisseurs et aux fournisseurs de services d'intégrer facilement la plateforme R&S®QAT100 au sein d'une modélisation 3D commerciale, de systèmes de matériel dans la boucle, ainsi que d'environnements de test et de simulation existants. Un test plus rapide des capteurs radar automobiles tout au long de la chaîne de valeur est possible à partir d'une simple validation fonctionnelle de composant jusqu'à un test de scénario très complexe multi-trajets.

Résumé des avantages

• Aucun mouvement mécanique, résistance aux vibrations engendrant des mesures précises et reproductibles
  Les antennes d'émission commutables dans le R&S®QAT100 garantissent une résolution élevée, une vitesse élevée et une reproductibilité accrue. La commutation d'antenne électronique ne produit aucune usure sur les câbles RF ou toutes autres parties mobiles. 4 GHz de bande passante instantanée permet la prise en charge de capteurs radar automobiles de pointe dans la gamme de fréquence de 76 GHz à 81 GHz.
• Prise en charge de scénarios avancés et solution évolutive
  L'espacement d'antenne de seulement 3,7 mm assure une résolution angulaire élevée pour une simulation réaliste de scénarios radar complexes. Plusieurs unités R&S®QAT100 peuvent être combinées afin d'augmenter le champ de vision. Un simulateur de cible pour des scénarios ADAS complexes garantit la synchronisation de tous les faisceaux R&S®QAT100 dans des faisceaux d'antennes avancés multi-instruments.
• Environnement blindé ainsi que réflexions et effets multi-trajets réduits
  Le système de blindage R&S®QAT-Z50 et le triple blindage R&S®QAT-Z53 assurent un environnement RF proche sans interférence idéal pour le R&S®QAT100. Les petites antennes planes couvertes d'une surface d’absorption fournissent un terminal RF propre avec un très faible RCS afin de réduire le bruit de plancher du capteur et supprimer les cibles à courte portée et les réflexions multi-trajets potentielles
• Effectuer rapidement des test fonctionnels en mode autonome
  Une ligne analogique à retard échelonné (ASDL) R&S®QAT-B5 permet au R&S®QAT100 d'être utilisé en mode autonome. Dans ce mode, le R&S®QAT100 peut simuler des échos à courte portée dans la gamme de retard pour des tests fonctionnels rapides et économisant de l'espace.