Цифровые радары и совершенствование ADAS

Цифровые радары и совершенствование ADAS

Выпуск 24/25 (6748/6749) от 23 декабря 2021 г.
РУБРИКА: АВТОМОБИЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА

Развитие технологии перспективных систем помощи водителю (Advanced Driver-Assistance Systems, ADAS) значительно стимулировало прогресс в области автономных транспортных средств. В тоже время дальнейшее развитие автономного вождения требует совершенствования существующих и создания новых технологий. В частности, встает вопрос: смогут ли цифровые радары ответить на возникающие проблемы развития ADAS?

О том, как далеко разработчики продвинулись в направлении к внедрению методов автономного (беспилотного) вождения (автономная мобильность) свидетельствуют возможности автомобилей автоматически тормозить для избежания аварии или аккуратной парковки в стесненных условиях (без участия водителя). Потребители воспринимают подобное уже не столько как технологическое чудо, сколько как исполнение их ожиданий. Все это свидетельствует о том, что установка перспективных систем помощи водителю (ADAS) при производстве новых транспортных средств незаметно стала отраслевым стандартом.

Но радиолокационная технология, лежащая в основе ADAS и ведущая в конечном итоге к следующему, более развитому этапу коммерческих автономных транспортных средств (АТС), все еще имеет серьезные ограничения. Одной из насущных проблем для разработчиков ADAS является использование радара, которое в последнее время стало причиной беспокойства по мере того, как технология становится все более распространенной. Радар является важным компонентом для достижения точного определения местоположения в различных системах. Это имеет решающее значение для определения расстояния до объектов, а также скорости, с которой могут двигаться пешеходы или другое транспортное средство.

Расстояние и скорость, возможно, являются наиболее важными аспектами любого ADAS. По мере увеличения количества радаров на дорогах многие эксперты беспокоятся о потенциальных помехах сигналу — реальной опасности, которую упускать из виду было бы неразумно.


Помехи от работающих радиолокаторов

Сначала нужно сформулировать и понять проблему: что именно представляют собой радиолокационные помехи (помехи от работающих радиолокаторов) и какова степень сложности, которую они представляют для разработчиков АТС?

Радиолокационные помехи рассматриваются как ахиллесова пята АТС и транспортных средств с наличием водителя. Помехи от работающих радиолокаторов в контексте АТС на удивление легко понять. Излучатель передает сигнал, который отражается от объекта и собирается и обрабатывается приемником радара. Но интерференция сигналов двух или более различных радаров может вызывать множество проблем.

Учитывая, что радар часто является одним из незаменимых компонентов ADAS, отвечающим за возможности обнаружения опасностей, помехи становятся серьезной проблемой. Использование радара обеспечивает основные функции, такие как система помощи при парковке, обнаружение слепых зон, адаптивный круиз-контроль, предупреждения о столкновении и автоматическое экстренное торможение. Проблема обостряется если учесть, что функция автоматического экстренного торможения становится обязательной в 40 странах – соответствующие решения уже приняты Экономической комиссией ООН для стран Европы (ЕЭК ООН), уполномоченными властями КНР, а совсем недавно и соответствующими ведомствами США.

Наихудший возможный сценарий - проблема помех не будет в достаточной степени устранена до того, как дороги будут заполонены транспортными средствами, оснащенными радарами, а также будет реализовано существенно большее, чем сейчас, число проектов по развертыванию ADAS различных поставщиков. Это может привести к непредотвращенным авариям со смертельными исходами из-за помех сигнала. Когда на приемный датчик радара приходит слишком много сигналов, это ухудшает его эксплуатационные возможности, вплоть до явления перегруженности радара.

Радиолокационные помехи могут возникать как между радарами на одном транспортном средстве, так и между радарами на соседних транспортных средствах. Если бы это не было буквально вопросом жизни и смерти, можно бы оценить иронию того, что технология, предназначенная для защиты людей, поставит под угрозу их жизни.


Возможные решения

Вероятность широкого распространения помех от работающих радиолокаторов, снижающих целостность функций безопасности, представляет собой реальную проблему для разработчиков ADAS. Тем не менее, в отрасли не существует единого мнения относительно решения проблемы помех. Изготовители автомобильной электроники уже почти десять лет осведомлены о потенциальных проблемах, связанных с помехами, о чем свидетельствует отчет, опубликованный администрацией европейского проекта «Повышение всеобщей безопасности за счет снижения радиолокационных помех» (MOre Safety for All by Radar Interference Mitigation, MOSARIM). Эта проблема также изучалась различными ведомствами, и общий вывод заключается в том, что радиолокационные помехи практически не представляют угрозы в условиях небольшого числа конкурирующих радаров. Однако при возникновении перегрузки вероятность ошибки значительно возрастает.

Как говорится в отчете Национальной администрации безопасности движения на шоссейных дорогах (National Highway Traffic Safety Administration, NHTSA) США, «системы, хорошо работающие в средах с небольшим числом других радаров, могут демонстрировать значительное ухудшение эксплуатационных показателей в условиях перегруженности… в сценариях со многими транспортными средствами, оснащенных радарами, работающими в диапазоне 76-81 ГГц, мощность сигналов других радаров, скорее всего, на несколько порядков превысит мощность эхо-сигналов конкретного радара, что существенно повлияет на его способность выполнять свои функции».

До настоящего времени автомобильная промышленность просто полагалась на выделенный частотный спектр для транспортных средств, оставляя детали отдельным разработчикам автомобильных радаров. Это несмотря на то, что все создаваемые радары должны работать в пределах этой ограниченной полосы частот. К сожалению, регулировать разработчиков радаров будет сложно, результаты, скорее всего, появятся только после преодоления сопротивления отрасли.

Правда в том, что радиолокационные помехи необходимо устранять сейчас, а не позже. Наиболее логичным путем вперед может быть переоценка существующих радиолокационных технологий, определение того, как эти технологии могут быть улучшены или заменены технологиями, более приспособленными для борьбы с помехами.

Многие транспортные средства, оснащенные ADAS, сегодня используют технологии радиолокаторов непрерывного излучения с частотной модуляцией (FMCW20), т.е. технологии аналоговых радаров. Системам на основе FMCW не хватает адаптивности, обеспечивающей правильное функционирование в определенных условиях, в том числе в условиях перегрузки радиолокационными сигналами. Современные радары FMCW применяют такие методы, как скачкообразная перестройка частоты (перескок частоты) и дрожание импульсов синхронизации на стороне передачи, а также отсекание временной области на стороне приема - для уменьшения взаимных помех от близлежащих радаров.

Эти методы, однако, не лишены своих ограничений, и многие аналоговые радары по-прежнему обнаруживают «призрачные» цели, что приводит к ложным тревогам, вызывающим ненужную активацию автоматического торможения.

Напротив, цифровые радиолокационные технологии изначально лучше снижают помехи по сравнению с аналоговыми. Цифровые радары во многом отличаются от аналоговых систем, в первую очередь своим уникальным кодом для каждого передаваемого сигнала. Это ключевой элемент модуляции цифрового кода (digital code modulation, DCM), позволяющий радарам отличать свой собственный сигнал от множества других сигналов в перегруженных средах.

Эта функция абсолютно необходима для широкого внедрения технологий АТС и ADAS. В то время как методы перескока частоты, используемые аналоговыми радарами, остаются проблематичными из-за доступности полосы частот и отсутствия стандартизации, цифровой радар сравнительно неограничен благодаря использованию 1018 различных уникальных идентификаторов кодов. Фактически, DCM делает радар более устойчивым к взаимным помехам, уменьшая количество призрачных целей, которые могут вызвать ложную активацию автоматизированных тормозных систем.

В отсутствие нормативных актов помехи от работающих радиолокаторов в лучшем случае станут серьезным препятствием для расширения автономной мобильности. В худшем случае это создает чрезвычайные проблемы в области ответственности и общественной безопасности. Поскольку вмешательство регулирующих органов далеко не обязательно, производителям и разработчикам потребуется пересмотреть радиолокационные технологии, используемые в их автомобилях. По крайней мере, потенциальная роль цифрового радара в снижении помех заслуживает серьезного рассмотрения.


Max Liberman. Is Digital Radar the Answer to ADAS Interference? EE Times, 11.08.2021

https://www.eetimes.com/is-digital-radar-the-answer-to-adas-interference/


ЧИТАЙТЕ ТАКЖЕ