用于汽車ADAS系統(tǒng)測(cè)試的軟目標(biāo)車研究進(jìn)展

李文禮，李建波，石曉輝，王 戡

（1.重慶理工大學(xué) 車輛工程學(xué)院，重慶 400054；2.重慶車輛檢測(cè)研究院 汽車主動(dòng)安全測(cè)試技術(shù)重慶市工業(yè)和信息化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401122）

近幾年，由于汽車ADAS技術(shù)發(fā)展迅速[1]，對(duì)汽車ADAS的功能測(cè)試需求也不斷增長(zhǎng)?；趯?duì)安全性和測(cè)試效率的考慮，一般不使用實(shí)車作為目標(biāo)車輛參與測(cè)試，而是需要一種滿足車輛傳感器識(shí)別特性、動(dòng)態(tài)特性高、碰撞時(shí)不損傷被試車輛，具有軌跡跟隨功能且測(cè)試效率高的替代目標(biāo)車輛的測(cè)試設(shè)備，由于替代目標(biāo)車（Surrogate Vehicles，SV）的碰撞主體部分通常由氣囊或泡沫等軟體組成，因此也被稱為軟目標(biāo)車。

自2014年歐盟新車安全評(píng)鑒協(xié)會(huì)（European New Car Assessment Programme，Euro NCAP）將自動(dòng)緊急制動(dòng)（Autonomous Emergency Braking，AEB）系統(tǒng)的測(cè)試規(guī)程列入汽車整體評(píng)級(jí)中至今，其測(cè)試方法和要求不斷細(xì)化，最新協(xié)議分別對(duì)測(cè)試過(guò)程中的天氣狀況、周邊環(huán)境、被測(cè)車輛的輪胎狀況、AEB系統(tǒng)設(shè)置等做了詳細(xì)的規(guī)定[2]，這對(duì)軟目標(biāo)車的性能提出了更高的要求。2018年，中國(guó)新車評(píng)價(jià)規(guī)程（C-NCAP）將AEB系統(tǒng)的測(cè)試納入整車評(píng)級(jí)后，我國(guó)對(duì)軟目標(biāo)車的需求逐年增加，但是目前成熟的軟目標(biāo)車產(chǎn)業(yè)技術(shù)被國(guó)外科技公司壟斷銷售，價(jià)格昂貴，國(guó)內(nèi)在這方面的研究處于起步狀態(tài)，有必要對(duì)軟目標(biāo)車技術(shù)進(jìn)行研發(fā)。本文介紹軟目標(biāo)車的關(guān)鍵技術(shù)和研究進(jìn)展，分析乘用車的電磁散射特性、視覺及光學(xué)特性，并著重介紹了乘用車的電磁散射特性中重要的衡量指標(biāo)——RCS及其測(cè)試方法和研究進(jìn)展，研究軟目標(biāo)車對(duì)于毫米波雷達(dá)、攝像頭和激光雷達(dá)在傳感器識(shí)別方面的設(shè)計(jì)要求。

1 軟目標(biāo)車發(fā)展歷程

2013年6 月，Euro NCAP制訂的AEB系統(tǒng)測(cè)試規(guī)程中規(guī)定了軟目標(biāo)車選用標(biāo)準(zhǔn)及對(duì)AEB測(cè)試場(chǎng)景的要求。文獻(xiàn)[3]介紹了通用德國(guó)汽車協(xié)會(huì)（Allgemeiner Deutscher Automobile-Club，ADAC）為Euro NCAP提供的軟目標(biāo)車——Euro NCAP 目標(biāo)車輛（Euro NCAP Vehicle Target，EVT）（圖1）。它是由聚酯、聚乙烯、聚己二酰己二胺、氯丁橡膠和尼龍組成的類似汽車尾部及部分車身的氣球結(jié)構(gòu)，外部尺寸為寬1600 mm，高1350 mm。氣球結(jié)構(gòu)由一層聚氯乙烯（PVC）覆蓋，上面印有汽車的后窗、部分側(cè)窗、后燈和車牌等部件的圖像。軟目標(biāo)車（氣球車）的顏色選用了易被傳感器識(shí)別的銀色，車體上噴繪了真實(shí)大眾途安汽車圖像來(lái)模擬汽車的后窗和輪胎，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了車輛尾部的3D視圖。利用同真實(shí)汽車尾部雷達(dá)響應(yīng)相同的角反射器來(lái)模擬汽車?yán)走_(dá)特性，同時(shí)還使用了吸波泡沫和反光箔覆蓋干擾軟目標(biāo)車?yán)走_(dá)響應(yīng)特征的背板和保險(xiǎn)杠。軟目標(biāo)車的動(dòng)力系統(tǒng)由導(dǎo)航車提供，使用長(zhǎng)達(dá)10 m的折疊式導(dǎo)軌連接。在發(fā)生撞擊時(shí)，導(dǎo)軌能夠按照預(yù)定軌道滑動(dòng)，以此吸收碰撞產(chǎn)生的能量和沖擊。

圖1 Euro NCAP 2013年使用的軟目標(biāo)車EVT

2015年6月，英國(guó)Moshon Data公司[4]生產(chǎn)的軟目標(biāo)車在Euro NCAP協(xié)議要求的基礎(chǔ)上做出了部分改良，在軟目標(biāo)車的底部加裝了吸收雷達(dá)波的泡沫，為提升測(cè)試效率，在軟目標(biāo)車上安裝了拉繩和拉桿等能提升軟目標(biāo)車安裝速度的裝置。2018年5月，Euro NCAP制訂的AEB系統(tǒng)測(cè)試協(xié)議提高了對(duì)軟目標(biāo)車的測(cè)試要求[5]。圖2a為美國(guó)DRI公司生產(chǎn)的的軟目標(biāo)車，其最高速度可達(dá)55 km/h以上，在各傳感器，包括毫米波雷達(dá)、攝像頭、激光雷達(dá)、光子混頻設(shè)備（Photonic Mixer Device，PMD）和紅外探測(cè)器（Infrared Detector，IR）識(shí)別特性方面皆仿制了典型的白色掀背式乘用車，動(dòng)力系統(tǒng)為車體底部的移動(dòng)平臺(tái)車（圖2b），圖2c為泡沫板材質(zhì)的軟目標(biāo)車內(nèi)部結(jié)構(gòu)，圖2d為軟目標(biāo)車和被測(cè)車輛發(fā)生碰撞時(shí)的情形。移動(dòng)平臺(tái)車一般由質(zhì)量較輕的鈦合金制成，當(dāng)被試車輛越上碾壓移動(dòng)平臺(tái)車時(shí)，平臺(tái)車內(nèi)置的懸架系統(tǒng)受壓力作用縮進(jìn)平臺(tái)內(nèi)部，此時(shí)，由移動(dòng)平臺(tái)殼體承受重力，保護(hù)了移動(dòng)平臺(tái)的懸架系統(tǒng)和輪子。由于平臺(tái)的高度較低且具有坡度，被試車輛會(huì)很容易越上平臺(tái)，這樣就保護(hù)了被試車輛不與軟目標(biāo)車金屬結(jié)構(gòu)碰撞。移動(dòng)平臺(tái)車內(nèi)置的GPS天線和可編程的控制裝置，能夠?qū)崿F(xiàn)良好的路徑跟蹤能力。2018年8月，NORD與其團(tuán)隊(duì)[6]分別分析了5家移動(dòng)平臺(tái)制造商以及3家軟目標(biāo)車制造商的產(chǎn)品，通過(guò)對(duì)比軟目標(biāo)車發(fā)現(xiàn)，雖然其內(nèi)部材質(zhì)略有不同（充氣氣球和覆蓋有反光材料的泡沫板），但其傳感器響應(yīng)特性并無(wú)明顯區(qū)別。該團(tuán)隊(duì)還通過(guò)對(duì)Euro NCAP使用的全新EVT和經(jīng)過(guò)多次碰撞后的EVT進(jìn)行對(duì)比研究，旨在測(cè)試軟目標(biāo)車經(jīng)過(guò)多次撞擊后的光學(xué)和幾何特性的變化，并通過(guò)優(yōu)化測(cè)試方法來(lái)消除或減少這種變化帶來(lái)的誤差[7]。

圖2 DRI公司生產(chǎn)的軟目標(biāo)車

2019年，Euro NCAP規(guī)定AEB系統(tǒng)測(cè)試用軟目標(biāo)車應(yīng)具有3D視覺外觀以及實(shí)車的雷達(dá)、紅外線和LiDAR響應(yīng)特征[2]，必須使用符合規(guī)定的雷達(dá)反射和紅外線反射材料，同時(shí)反射材料不能干擾安裝在移動(dòng)平臺(tái)車內(nèi)的GPS發(fā)出的信號(hào)，必要時(shí)需使用雷達(dá)吸收材料（Radar Absorbing Material，RAM）來(lái)消除雜波。軟目標(biāo)車的3維規(guī)格協(xié)議由Euro NCAP、美國(guó)高速公路安全管理局（National Highway Traffic Safety Administration，NHTSA）和美國(guó)公路安全保險(xiǎn)協(xié)會(huì)（Insurance Institute for Highway Safety，IIHS）聯(lián)合制定，該協(xié)議旨在使軟目標(biāo)車盡量在任何水平方向和任何沖突場(chǎng)景下都能模擬真實(shí)車輛的特性，同時(shí)將被測(cè)車輛損傷的可能性和被測(cè)車輛駕駛員受傷害的風(fēng)險(xiǎn)降到最低。

2 軟目標(biāo)車設(shè)計(jì)關(guān)鍵技術(shù)

根據(jù)軟目標(biāo)車的用途和Euro NCAP的AEB系統(tǒng)測(cè)試規(guī)程，總結(jié)軟目標(biāo)車設(shè)計(jì)涉及到的關(guān)鍵技術(shù)包括[8-11]：

（1）軟目標(biāo)車的首要特征就是在測(cè)試車輛發(fā)生碰撞時(shí)，盡量降低被試車輛的損傷或不受損傷。這就要求軟目標(biāo)車車體部分材質(zhì)為輕質(zhì)材料或吸能材料，軟目標(biāo)車底部動(dòng)力裝置保證能使高速行駛的測(cè)試汽車越上平臺(tái)而不損傷其輪胎、懸掛裝置和底盤。

（2）為保證測(cè)試過(guò)程的準(zhǔn)確性和可信度，軟目標(biāo)車在視覺和雷達(dá)等傳感器識(shí)別特性上應(yīng)盡量保證與實(shí)車一致。這就要求研發(fā)人員了解典型車輛型號(hào)與外部特征，掌握實(shí)車和各種材料的電磁散射特性和其他傳感器識(shí)別特性。

（3）為保證能較真實(shí)地還原各種測(cè)試場(chǎng)景和工況，要求軟目標(biāo)車有良好的動(dòng)態(tài)性能和軌跡跟蹤能力。動(dòng)態(tài)性能指移動(dòng)平臺(tái)車搭載假體車身部分后仍能保持較高的運(yùn)動(dòng)能力，在道路附著系數(shù)未知的情況下能夠按需求加、減速，以及軟目標(biāo)車能夠與遠(yuǎn)程基站實(shí)時(shí)通訊的能力；而軌跡跟蹤能力則是指軟目標(biāo)車可以按既定路徑運(yùn)動(dòng)的能力，其參考路徑曲線與時(shí)間和空間皆相關(guān)。

（4）為降低測(cè)試成本、保證測(cè)試效率，還要求軟目標(biāo)車有極強(qiáng)的自我保護(hù)能力和快速修復(fù)能力。

3 雷達(dá)散射截面及測(cè)試方法

車載毫米波雷達(dá)是ADAS系統(tǒng)中檢測(cè)目標(biāo)的核心傳感器之一，由于其在惡劣的天氣條件下具有抗干擾性強(qiáng)和成本低的特點(diǎn)，在智能汽車中得到廣泛應(yīng)用。毫米波雷達(dá)主要根據(jù)電磁波的散射特性來(lái)探測(cè)和識(shí)別道路交通中障礙目標(biāo)的相對(duì)位置和目標(biāo)類別。雷達(dá)散射截面（Radar Cross Section，RCS）是度量目標(biāo)在雷達(dá)波照射下所產(chǎn)生回波強(qiáng)度的物理量，取決于目標(biāo)車輛的物理和幾何參數(shù)，以及入射雷達(dá)波的相關(guān)參數(shù)，通常用10倍的RCS對(duì)數(shù)值表示[12]，單位是dBm2。

軟目標(biāo)車RCS的良好表征依賴于目標(biāo)和雜波的正確統(tǒng)計(jì)和描述，BULLER等[13]對(duì)25輛實(shí)車的雷達(dá)響應(yīng)進(jìn)行了測(cè)量和表征，并通過(guò)極大似然估計(jì)將實(shí)測(cè)RCS擬合為伽馬分布（Gamma Distribution），優(yōu)化了傳統(tǒng)的RCS表征方法。由于車載毫米波雷達(dá)通常安裝在車輛保險(xiǎn)杠附近，離地面300 ～800 mm。而且雷達(dá)垂直面的有效波束范圍很窄，所以在垂直面上從不同角度、不同高度觀察被測(cè)物體時(shí)，必須保證無(wú)線電波反射結(jié)果一致。因此，BAI Jie等[14]提出了一種高度均勻的管狀標(biāo)準(zhǔn)物標(biāo)代替行人進(jìn)行雷達(dá)識(shí)別測(cè)試，嚴(yán)格對(duì)標(biāo)車載雷達(dá)特性，分析了替代物的材料特性、尺寸、形狀、傾斜角度等方面對(duì)RCS的影響，評(píng)價(jià)了各種測(cè)試物標(biāo)對(duì)電磁波的反射和吸收特性，以此達(dá)到在多種條件下更準(zhǔn)確地模擬目標(biāo)RCS的目的，對(duì)標(biāo)準(zhǔn)物標(biāo)的研究有重大意義。

(3)必須保證水封排氣內(nèi)水面的高度。水位過(guò)高，爐內(nèi)壓力增加，水封有可能不能順利排氣。水位過(guò)低，水封密封效果降低，一旦無(wú)水，后果非常嚴(yán)重。

SILBERLING等[15]提出一種典型車輛和軟目標(biāo)車?yán)走_(dá)響應(yīng)特征測(cè)量與分析的方法，并將該方法應(yīng)用于8輛小型乘用車的雷達(dá)特性測(cè)試，以便更好地了解具有代表性的乘用車的雷達(dá)特征。該研究基于BULLER等[16]的研究成果，通過(guò)博世LRR3遠(yuǎn)程雷達(dá)傳感器分別從5個(gè)角度和3種距離進(jìn)行測(cè)量，試驗(yàn)結(jié)果顯示，由于側(cè)視方向提供了最大的反射面且該反射面基本上都與傳感器垂直，所以車輛側(cè)視方向上的RCS數(shù)值最大，而車輛的前視、后視方向上的RCS數(shù)值要小一些，為軟目標(biāo)車仿實(shí)車?yán)走_(dá)散射特性設(shè)計(jì)提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

地面反射是汽車目標(biāo)RCS表征中測(cè)量不確定性的主要影響因素。車載雷達(dá)更趨向于關(guān)注近距離（相比于遠(yuǎn)場(chǎng)條件）的RCS，同時(shí)，由于目標(biāo)上的多個(gè)散射中心相互影響，目標(biāo)特性與距離更相關(guān)[17-18]。KARLSSON等[19]研究了地面反射對(duì)在平坦的室外條件下進(jìn)行的真實(shí)車輛或軟目標(biāo)車RCS測(cè)量的影響。

TOSS等[20]提出了一種利用汽車目標(biāo)RCS進(jìn)行反向投影，從而獲取雷達(dá)反射率空間剖面的方法，該剖面輪廓可以評(píng)估目標(biāo)的多個(gè)散射中心，對(duì)3D軟目標(biāo)車與實(shí)車在雷達(dá)等傳感器特性方面的研究有重要意義。由于目標(biāo)的散射中心通常由底層雷達(dá)數(shù)據(jù)和合成孔徑雷達(dá)成像算法得出，而在汽車測(cè)試中，底層雷達(dá)數(shù)據(jù)很難獲取，所以合成孔徑雷達(dá)成像較為困難。針對(duì)這種現(xiàn)象，該團(tuán)隊(duì)提出了一種利用位置和RCS數(shù)據(jù)來(lái)表征任意角度雷達(dá)目標(biāo)的方法并進(jìn)行測(cè)量。在由AstaZero試驗(yàn)場(chǎng)提供的直徑約為200 m的平坦瀝青路面上完成了該項(xiàng)測(cè)試，為了獲得目標(biāo)車輛的全方位雷達(dá)屬性，使用搭載全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（Global Navigation Satellite System，GNSS）的可移動(dòng)小車圍繞固定目標(biāo)車輛轉(zhuǎn)動(dòng)（圖3），而不是場(chǎng)地性要求更高的汽車轉(zhuǎn)臺(tái)。

圖3 RCS測(cè)試場(chǎng)景

3.1 RCS測(cè)量原理

RCS計(jì)算公式是基于雷達(dá)的工作原理推導(dǎo)而來(lái)的，由雷達(dá)方程式可推出RCS表達(dá)式如下[21]：

式中：Pr、Pt分別為接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的功率，W；Gr、Gt分別為接收天線和發(fā)射天線的增益；rr、rt分別為接收天線到目標(biāo)和發(fā)射天線到目標(biāo)的距離，m；λ為雷達(dá)工作波長(zhǎng)，m。由式（1）可知，如果能通過(guò)準(zhǔn)確的測(cè)量得到上述參數(shù)，那么RCS即可計(jì)算得出，但是在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中有些參數(shù)很難精確獲得。通常目標(biāo)物的RCS值采用一個(gè)RCS已知的標(biāo)準(zhǔn)金屬球或角反射器進(jìn)行對(duì)比標(biāo)定[22]。RCS測(cè)量系統(tǒng)主要包括雷達(dá)信號(hào)收發(fā)模塊和數(shù)據(jù)處理模塊。雷達(dá)信號(hào)收發(fā)模塊用于產(chǎn)生和發(fā)射波形信號(hào)，并通過(guò)接收機(jī)接收回波信號(hào)；數(shù)據(jù)處理模塊主要通過(guò)操控轉(zhuǎn)臺(tái)處理得到目標(biāo)在不同角度下的RCS數(shù)值[23-24]。

3.2 RCS測(cè)試場(chǎng)景

RCS的定義是基于平面波照射下目標(biāo)各向同性散射的概念，即假設(shè)雷達(dá)探測(cè)距離R是無(wú)窮大的，以此來(lái)消除探測(cè)距離R對(duì)RCS數(shù)值的影響。但在實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，其入射波和反射波近似為點(diǎn)源發(fā)出的球面波，這就導(dǎo)致當(dāng)目標(biāo)車輛與雷達(dá)的距離較近時(shí)，目標(biāo)物表面的干涉作用會(huì)使RCS數(shù)值發(fā)生明顯變化。因此，通常采用標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)場(chǎng)條件和近場(chǎng)測(cè)量條件。

標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)場(chǎng)條件：目標(biāo)物與測(cè)試點(diǎn)間的距離R需滿足[25]：

式中：D為目標(biāo)物的尺寸，m。標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)場(chǎng)條件下目標(biāo)車輛的RCS僅與目標(biāo)物的幾何形狀、材料及入射波頻率、角度、極化相關(guān)，而與探測(cè)器無(wú)關(guān)，此時(shí)非平面波照射模型是最大的誤差來(lái)源[26]。

近場(chǎng)測(cè)量條件：當(dāng)目標(biāo)與測(cè)試點(diǎn)間的距離R不滿足式（2）時(shí)，即產(chǎn)生近場(chǎng)雷達(dá)散射問(wèn)題[27]。由于目標(biāo)的近場(chǎng)散射特性與雷達(dá)天線波束、雷達(dá)波調(diào)制方式及探測(cè)距離密切相關(guān)，所以該條件下的雷達(dá)散射問(wèn)題就相對(duì)較復(fù)雜[28]。由于菲涅爾區(qū)（Fresnal Range，）中場(chǎng)的相對(duì)角分布與距離相關(guān)，平均場(chǎng)強(qiáng)在不同距離保持不變，所以近場(chǎng)測(cè)量一般在此區(qū)域內(nèi)進(jìn)行[29]。而在進(jìn)行目標(biāo)車輛的近場(chǎng)RCS測(cè)量時(shí)，只需將目標(biāo)車輛置于固定距離的轉(zhuǎn)臺(tái)上（圖4），用確定參數(shù)的雷達(dá)對(duì)目標(biāo)車輛進(jìn)行360°的掃頻測(cè)量即可獲得目標(biāo)車輛的近場(chǎng)散射數(shù)據(jù)[30-32]。

圖4 軟目標(biāo)車在RCS測(cè)試轉(zhuǎn)臺(tái)上

在進(jìn)行室外測(cè)試時(shí)，為了避免場(chǎng)外雜波對(duì)目標(biāo)物的影響，通常會(huì)對(duì)測(cè)試場(chǎng)周圍提出要求，例如在國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織（International Organization for Standardization，ISO）發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)中，要求在測(cè)試場(chǎng)可觀測(cè)區(qū)內(nèi)無(wú)其他建筑物、金屬或其他會(huì)干擾指定雷達(dá)測(cè)試目標(biāo)車輛的強(qiáng)雷達(dá)反射物，路面由柏油或混凝土完全覆蓋并保持干燥，圖5為ISO中的室外測(cè)試環(huán)境要求[33]。

圖5 ISO建議的RCS室外測(cè)試環(huán)境

近場(chǎng)測(cè)量還可以在微波暗室內(nèi)進(jìn)行[34]，相較于傳統(tǒng)的室外測(cè)試條件，它具有背景電平低、受氣候環(huán)境影響小、可全天候測(cè)試、工作頻率寬等優(yōu)點(diǎn)[35-36]。在微波暗室里進(jìn)行測(cè)量可以盡量消除其他物體反射的電波，提高相對(duì)遠(yuǎn)場(chǎng)條件的測(cè)試精度。YAMADA等[37]提出了一種基于行人模擬的測(cè)試系統(tǒng)，該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了在36 dB動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)可測(cè)，可觀測(cè)到（-30）～（+5） dBm2范圍內(nèi)的反射波強(qiáng)度。為獲得更精確的RCS，也可在微波暗室內(nèi)對(duì)車輛進(jìn)行測(cè)量（圖6）。

圖6 汽車RCS室內(nèi)測(cè)試方案

3.3 RCS的標(biāo)定

在測(cè)量目標(biāo)RCS時(shí)，先使用一個(gè)RCS已知的標(biāo)準(zhǔn)金屬球或角反射器對(duì)傳感器進(jìn)行標(biāo)定（圖7）。圖8為金屬球RCS隨金屬球的周長(zhǎng)和入射波長(zhǎng)之比Ka變化的關(guān)系曲線，當(dāng)Ka＞10時(shí)，金屬球的RCS值趨于穩(wěn)定并無(wú)限接近理論值πa2，所以標(biāo)定過(guò)程多用標(biāo)準(zhǔn)金屬球反射器[38]。

圖7 RCS的標(biāo)定目標(biāo)物

圖8 金屬球RCS隨Ka變化的關(guān)系曲線

式中：a為金屬球半徑，m。

RCS的標(biāo)定通常在標(biāo)準(zhǔn)遠(yuǎn)場(chǎng)條件下進(jìn)行[39]，圖9為RCS標(biāo)定時(shí)的場(chǎng)景示意圖，圖中H為毫米波雷達(dá)通常安裝在車輛上的高度，而雷達(dá)與定標(biāo)體之間的距離R0需滿足式（2），雷達(dá)傳感器在能夠檢測(cè)到對(duì)象的最遠(yuǎn)距離開始向定標(biāo)體逼近至R0處，測(cè)量得到定標(biāo)體的RCS值。通常使用與金屬球反射器雷達(dá)響應(yīng)差別較大的角反射器評(píng)估雷達(dá)測(cè)量的質(zhì)量。

圖9 RCS測(cè)試標(biāo)定場(chǎng)景

假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)金屬球反射器的RCS值為σ0，此時(shí)雷達(dá)接收天線收到金屬球反射的功率為P0；目標(biāo)車的RCS值為σ1，在各試驗(yàn)條件未發(fā)生改變的情況下，雷達(dá)接收天線收到目標(biāo)車反射的功率為P1，則有[19]：

圖10為目標(biāo)RCS慣用的表征形式，圖中數(shù)據(jù)為8輛不同乘用車在各角度下的RCS值[33]，乘用車的RCS峰值出現(xiàn)在±90°處，即車輛的側(cè)視方向上。

圖10 RCS表征形式

4 其他傳感器識(shí)別特性設(shè)計(jì)

車輛ADAS系統(tǒng)的傳感器感知系統(tǒng)除使用毫米波雷達(dá)以外還有多種傳感器輔助識(shí)別，其中較有代表性的是攝像頭和激光雷達(dá)，因此軟目標(biāo)車的設(shè)計(jì)也應(yīng)滿足這些傳感器識(shí)別特性。

4.1 攝像頭視覺特性設(shè)計(jì)

攝像頭系統(tǒng)從周圍環(huán)境捕捉圖像，并處理這些數(shù)據(jù)以檢測(cè)和區(qū)分目標(biāo)對(duì)象[40]，車載攝像頭通常安裝在后視鏡和擋風(fēng)玻璃之間[41]。軟目標(biāo)車為了滿足攝像頭視覺識(shí)別特性[3]，把拍攝的汽車真實(shí)照片在軟目標(biāo)車蒙皮上打印出來(lái)，利用陰影模擬技術(shù)和抗反射材料，可為攝像頭傳感器提供較為真實(shí)的汽車圖像。為給攝像頭傳感器提供更好的識(shí)別效果，可在汽車真實(shí)照片的基礎(chǔ)上增加反光材料和真實(shí)的車牌，此外，選擇銀白色外觀還可以使攝像頭系統(tǒng)在白天更易識(shí)別。為了減小不必要部分造成攝像頭系統(tǒng)的誤識(shí)別，可用淡灰色的皮革覆蓋在輪胎底部，以遮蓋底部的支承和牽引系統(tǒng)，如圖11所示[3]。

圖11 攝像頭效果圖

4.2 激光雷達(dá)反射特性設(shè)計(jì)

激光雷達(dá)（LiDAR）通過(guò)發(fā)射和接收激光脈沖來(lái)測(cè)量到物體的距離[42]，通常三維激光雷達(dá)置于汽車頂部[43]，可實(shí)時(shí)繪制目標(biāo)車輛周邊的三維空間地圖和其他車輛的速度信息[44]。激光雷達(dá)與毫米波雷達(dá)工作原理大致相同，不同之處在于其發(fā)射的是光脈沖而不是電磁波，激光雷達(dá)使用波長(zhǎng)在近紅外光（Near Infrared，NIR）范圍內(nèi)的激光或LED光源，探測(cè)距離可達(dá)200 m，但在惡劣的環(huán)境條件（如烈日、霧、雨、灰塵和噴霧）下其探測(cè)性能會(huì)下降[45]。激光雷達(dá)與攝像頭同屬光學(xué)傳感器，但攝像頭依賴于可見光，而激光雷達(dá)則更依賴于目標(biāo)表面的紅外反射率（Infrared Reflectivity，IR）[6]，所以軟目標(biāo)車上需配備足夠的反光部件，然而過(guò)大的反射會(huì)使激光雷達(dá)接收器飽和而導(dǎo)致故障，因此，測(cè)試用軟目標(biāo)車的反射特性需與實(shí)物匹配。文獻(xiàn)[46]的研究結(jié)果表明，設(shè)計(jì)的目標(biāo)假人可見皮膚表面部分的紅外反射率與真人皮膚的相似度在40%～60%之間，即可保證探測(cè)精度，文獻(xiàn)[6]中所測(cè)試的軟目標(biāo)車經(jīng)過(guò)多次碰撞后的IR（波長(zhǎng)在900 nm附近）穩(wěn)定在70%左右。

5 結(jié)論

軟目標(biāo)車是汽車ADAS系統(tǒng)測(cè)試不可缺少的設(shè)備，它提高了被試智能車輛測(cè)試過(guò)程中的安全性和測(cè)試試驗(yàn)效率。本文重點(diǎn)闡述了軟目標(biāo)車對(duì)毫米波雷達(dá)傳感器的響應(yīng)特征——RCS分布特征，以及其測(cè)量和數(shù)據(jù)處理方法，為軟目標(biāo)車的開發(fā)和使用提供了參考依據(jù)。目前對(duì)軟目標(biāo)車的研究主要集中在各類傳感器識(shí)別表現(xiàn)及其動(dòng)力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)控制性能和路徑跟蹤方面，隨著車路協(xié)同技術(shù)的發(fā)展，汽車ADAS系統(tǒng)的測(cè)試必將對(duì)軟目標(biāo)車提出車聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)和復(fù)雜工況的軌跡跟蹤能力等新的使用需求。同時(shí)，為了滿足新的車載傳感器和識(shí)別技術(shù)測(cè)試需求，軟目標(biāo)車的性能也會(huì)不斷地更新和發(fā)展。