ADAS 軟目標物吸波材料及其雷達反射特性分析

摘要：隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車技術(shù)的快速發(fā)展，對智能網(wǎng)聯(lián)汽車的測試需求也在迅速增長。主動安全軟目標物能夠模擬真實交通參與者，是車輛高級駕駛輔助系統(tǒng)測試中的重要組成部分，其雷達反射特性與真實交通參與者的一致性不僅直接影響測試結(jié)果，還是汽車障礙物識別的關(guān)鍵參數(shù)。因此，對影響主動安全軟目標物雷達反射特性的填充吸波反射材料的性能需求進行研究。根據(jù)主動安全軟目標物的毫米波吸波反射特性要求，制備新型吸波材料，并對其性能進行了實驗室測試。結(jié)果表明：使用該吸波材料制備主動安全軟目標物，其雷達目標散射截面積（RCS）能夠滿足ISO 標準中的參數(shù)要求。

關(guān)鍵詞：汽車障礙物識別；軟目標物；吸波材料；雷達反射特性；雷達目標散射截面積（RCS）

0 前言

主動安全軟目標物能有效模擬真實道路交通的人或動物，從形狀尺寸到反射特性［1］，該目標物與模擬對象保持高度一致性?，F(xiàn)階段，我國使用的主動安全軟目標物主要依賴于從國外進口，制備核心技術(shù)被國外少數(shù)公司壟斷，且所使用的主動安全軟目標物特征參數(shù)都是依據(jù)國外的道路環(huán)境確定的，這些參數(shù)主要包括行人、踏板車及乘用車［2-4］。隨著我國汽車駕駛主動安全技術(shù)的發(fā)展，特別是隨著涉及到主動安全軟目標物相關(guān)國家標準的起草制定，使得針對主動安全軟目標物的研究變得尤為重要［5-7］。其中，雷達反射特性作為車輛對目標識別的關(guān)鍵參數(shù)，制作主動安全軟目標物所用的吸波反射材料性能尤為重要。

1 吸波材料制備

1. 1 吸波材料性能要求

車載毫米波雷達是高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的核心傳感器之一，由于其在惡劣天氣條件下具有抗干擾性強和成本低的特點，因此在智能汽車中得到廣泛應(yīng)用［8-9］。

為了使軟目標物具有與真實交通中的模擬對象有相同的雷達反射特性，其填充材料通常采用特制的吸波材料制作。目前市面上常見的吸波材料性能難以滿足主動安全軟目標物填充物吸波材料性能要求，主要有以下幾點原因：

（1） 目前民用級吸波材料的吸波類型主要是低頻米波，高頻毫米波吸波材料在軍事領(lǐng)域應(yīng)用較多，在民用領(lǐng)域中尚未完全成熟。目前車載雷達大都采用77 GHz 高頻毫米波雷達，故主動安全軟目標物填充材料吸波材料需具有77 GHz 高頻毫米波的吸波特性，市面上的民用級吸波材料難以滿足測試要求。

（2） 目前市面上的吸波材料主要用于暗室、屏蔽室內(nèi)，其性能要求是對微波的充分吸收，故反射特性極小。而主動安全軟目標物為模擬真實交通參與者的吸波反射特性，其填充材料在吸收一部分微波的同時還需要反射一部分微波，即需要對微波進行定比例吸收，使汽車雷達檢測到的雷達目標散射截面積（RCS）可以始終與真實交通參與者誤差在定量的區(qū)間范圍內(nèi)，以構(gòu)建與真實道路交通相同的測試環(huán)境和與場景。

（3） 目前市面上的民用級吸波材料耐候性較差，對環(huán)境的溫濕度均有要求，只適合在室內(nèi)使用。而主動安全軟目標物在進行ADAS 試驗時需在室外進行，且會遭遇沙塵、高低溫、潮濕、雨水等惡劣環(huán)境，其在惡劣環(huán)境下吸波材料性能的穩(wěn)定性會直接影響試驗結(jié)果，故對軟目標物表面吸波材料的耐候性有著較高要求。

（4） 目前市面上的民用級吸波材料多固定于墻面上靜置，在無沖擊、振動的環(huán)境中使用，抗沖擊性能較差，在受到?jīng)_擊時會產(chǎn)生斷裂、破碎等。而主動安全軟目標物在進行ADAS 試驗時有可能會遭受到車輛的沖擊、碾壓等，故對其填充材料吸波材料的抗沖擊性能也有較高要求。因此，需要制備一種能夠同時滿足上述性能要求的吸波材料，以滿足ADAS 試驗的測試要求。

1. 2 吸波材料制備

吸波材料基體選擇密度為22 kg/m3 的聚氨酯海綿，用數(shù)控切割機切割為底座高度15 mm、總高度35 mm 的乳突型材料。根據(jù)成分分析結(jié)果進行導電阻燃料液的研制，因為吸波材料需要具有77 GHz 高頻毫米波的吸波特性，因此在配方設(shè)計時，就考慮使用更適用于高頻的吸波劑，所以選用了超導炭黑和碳納米管，阻燃劑主要考慮無機的阻燃劑，選用了氫氧化鋁、聚磷酸銨和復合磷氮系阻燃劑。

制備時先用數(shù)控切割機將吸波體海綿切割成設(shè)定好的乳突結(jié)構(gòu)，然后用配制好的導電液浸漬。浸漬時，將2 塊乳突吸波體對扣后一起浸漬，使得對扣后是1 塊無空隙的海綿塊，這樣浸漬受壓時，每個點的受力是均勻的，更適用于高頻吸波。在試驗時也采取過單個乳突浸漬的工藝，因為乳突為異形結(jié)構(gòu)，浸漬受壓時，各個點的壓力不均勻，導致產(chǎn)品各部位浸漬不均勻，對于77 GHz 高頻毫米波表現(xiàn)不友好。

干燥后進行第2 次彈性聚氨酯乳液的浸漬，干燥后即可得到吸波材料成品，如圖1 所示。

1. 3 吸波材料性能測試

24 GHz 和77 GHz 頻段的毫米波雷達是現(xiàn)階段車載防碰撞雷達領(lǐng)域應(yīng)用最廣泛的類型。RCS的大小與雷達波長反向相關(guān)，77 GHz 雷達的波長更短，軟目標物將產(chǎn)生更大的雷達截面積，發(fā)射功率較小的情況下也能夠?qū)崿F(xiàn)對目標的精準測量。故目前大多數(shù)車輛上搭載的均為77 GHz 毫米波雷達。

依據(jù)GJB 2038A—2011《 雷達吸波材料反射率測試方法》中對吸波材料性能的檢測方法要求，對所制備的吸波材料在76～81 GHz 頻率范圍內(nèi)進行樣品垂直入射反射率測試。選用的測試樣本尺寸為100 mm×100 mm，檢測設(shè)備包括微波暗箱、矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀（E8363C）、75～110 GHz 標準矩形喇叭天線、擴頻器、高頻測試電纜。采用拱形法進行測試，測試原理如圖2 所示，測試結(jié)果如圖3 所示。

由圖3 可知，軟目標物在77 GHz 的垂直入射率為-31.99 dB。

使用相同檢測方法對成年行人（黑色上衣，藍色牛仔褲，未穿戴帽子和飾品）在77 GHz 頻率下的垂直入射反射率進行測試，測試結(jié)果如圖4 所示。從圖中可以看到在ADAS 測試中比較關(guān)心的77 GHz 下反射率為-31.9 dB，與所研制吸波材料的反射率差值為-0.09 dB。

2 軟目標物試驗場測試

2. 1 測試平臺

在ISO 標準中，采用的軟目標物雷達反射特性測試設(shè)備一般為具有自動循跡功能的移動平臺，如圖5所示，其前端搭載77 GHz 毫米波雷達，用于雷達反射特性測試。該移動平臺可以按照預(yù)定的軌跡自動行駛，具有2 個測試場景：① 按固定角度行駛一定距離，同時，按一定頻率記錄目標物反射量，并形成分析圖表；② 以目標物為圓心，以固定距離為半徑，圍繞目標物掃描各角度的反射量，并形成分析圖表。

2. 2 測試目標

測試目標為使用該吸波材料制作的主動安全軟目標物，如圖6 所示。以ADAS 試驗中最重要的90°朝向作為測試方向，將測試結(jié)果與ISO 標準中的RCS 范圍要求進行對比。

2. 3 測試結(jié)果

取3 組測試結(jié)果取均值，與ISO 標準要求對比，結(jié)果見表1。

由表1 可以看出：通過所研發(fā)制備的吸波材料加工制造的主動安全軟目標物，其雷達反射特性能夠滿足ISO 相關(guān)標準要求，滿足ADAS 試驗測試要求。

3 結(jié)語

本文針對目前主動安全軟目標物的雷達反射特性測試需求，研究了影響其性能的吸波材料。對主動安全軟目標物雷達反射特性起決定性作用的吸波材料的性能要求進行研究分析。制備了新型吸波材料，通過實驗室測試，該吸波材料在77 GHz下的性能可以滿足ADAS 試驗需求。

使用所研發(fā)的吸波材料加工制備主動安全軟目標物。對制備的主動安全軟目標物的雷達反射特性進行測試，并與ISO 標準中的相關(guān)需求進行對比分析，驗證了其性能夠滿足ADAS 試驗測試需求。

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