突破 ADAS 雷達感測器穩健性測試極限
FMCW 雷達抗干擾與虛影目標模擬技術

 

邁入二十一世紀中葉的汽車工業，高度自動駕駛（AD）與先進駕駛輔助系統（ADAS）的安全性，已完全建立在多重感測器融合（Sensor Fusion）的架構之上，儘管光達（LiDAR）與高解析度攝影機能提供豐富的空間與紋理資訊，但在暴雨、濃霧、逆光或極端黑暗的惡劣環境中，運作於 76 GHz至 81 GHz 頻段的頻率調變連續波（FMCW）毫米波雷達，依然是確保車輛具備全天候環境感知能力的唯一防線。

然而隨著配備多顆長距、中距與短距雷達的 L3/L4 級別車輛大量上路，道路上的射頻頻譜資源正經歷史無前例的壅塞，當兩輛或多輛配備相似規格雷達的汽車在十字路口交會，或在高速公路上並排行駛時，彼此發射的微波訊號會不可避免地互相照射，根據國際標準組織 ISO 21448 預期功能安全（SOTIF）規範，以及歐盟新車安全評鑑協會（Euro NCAP）的最新測試指引，車廠必須嚴格量化並證明其 ADAS 系統在遭受高強度「雷達間干擾（Radar-to-Radar Interference）」時的穩健性與免疫力，系統必須具備在強烈電磁干擾下，依然能從龐大的背景雜訊中萃取出真實目標，並有效濾除虛假目標的演算法韌性。

當車輛電子工程師與射頻測試專家試圖在硬體迴路（HIL）實驗室中，建立一套能精確重現這種複雜干擾情境的測試平台時，實務上將不可避免地撞上三大源自微波物理與數位訊號處理（DSP）底層的嚴峻挑戰：

非相關干擾 (Uncorrelated Interference) 引發的雜訊底層升高與目標遮蔽 (Target Masking)

現代車用雷達普遍採用 FMCW 技術，其運作原理是發射頻率隨時間呈線性變化的「啁啾（Chirp）」訊號，接收端會將發射訊號與接收到的回波訊號進行混頻（Mixing），產生一個低頻的「拍頻（Beat Frequency）」，這個拍頻的大小，直接包含了目標的距離與相對速度資訊。

在真實道路上，不同廠牌或不同型號的雷達，其啁啾的斜率（頻率變化率）、掃頻帶寬與脈衝重複區間（PRI）通常不盡相同，當一台「受害雷達（Victim Radar）」接收到來自對向來車「攻擊雷達（Aggressor Radar）」的訊號時，如果兩者的啁啾參數不一致，這被稱為「非相關干擾」。

從物理學的角度來看，當攻擊雷達的啁啾在時域上與受害雷達的接收視窗發生短暫交叉時，會在中頻（IF）網域產生一個極為寬頻且高能量的雜訊突波，經過雷達內部的快速傅立葉轉換（FFT）處理後，這個時域上的突波會均勻地散佈在整個頻域底層，導致系統整體的「熱雜訊底層（Thermal Noise Floor）」急遽升高。

這種現象的致命性在於「目標遮蔽（Desensitization）」，當雜訊底層被推高了十至二十分貝（dB）時，原本雷達可以輕易偵測到的低雷達截面積（Low-RCS）目標—例如遠處的行人、靜止的腳踏車或掉落的輪胎，其微弱的回波訊號會瞬間被淹沒在雜訊海中，這會導致 ADAS 系統發生嚴重的「漏偵（False Negative）」，自動緊急煞車（AEB）系統將無法在碰撞前啟動，造成災難性的後果。

高度相關干擾 (Correlated Interference) 創造的虛影目標 (Ghost Targets) 與幽靈煞車

相較於非相關干擾導致的漏偵，另一種更為隱蔽且危險的情況是「相關干擾」，當兩輛配備完全同款雷達感測器（具有相同的啁啾斜率與掃頻參數）的同型車輛相遇，且兩者的發射時序剛好發生微小重疊時，災難便會升級。

在這種情況下，攻擊雷達發射的訊號進入受害雷達的接收機後，與受害雷達的本地振盪器進行混頻，由於兩者的頻率斜率幾乎完美平行，混頻後會產生一個極度穩定且能量極強的低頻拍頻訊號，對於雷達的數位訊號處理器（DSP）而言，這個外來的干擾訊號與真實目標反射回來的物理回波在數學特徵上完全無法區分。

系統會將這個由干擾產生的假拍頻，錯誤地計算為一個具備特定距離與速度的實體物件，這就是在雷達點雲（Point Cloud）中無中生有的「虛影目標（Ghost Targets）」，如果這個虛影目標剛好生成在車輛正前方的行駛軌跡上，ADAS 系統的決策邏輯會判定即將發生追撞，進而觸發極其危險的「幽靈煞車（Phantom Braking）」，在高速公路行駛中，毫無預警的全力煞停極易引發嚴重的後方連環追撞事故，這正是 SOTIF 規範中最致力於消除的不合理風險。

HIL 架構下目標生成與寬頻干擾複合注入的「射頻疊加」技術瓶頸

為了解決上述兩種干擾帶來的安全隱患，車廠必須在實驗室內透過硬體迴路（HIL）測試，為雷達感測器注入海量的邊緣情境（Edge Cases），這意味著測試系統不能只單純產生幾個標準的目標回波，它必須「同時」產生具備精確距離、速度與雷達截面積（RCS）的合法動態目標，以及各種不同調變格式、不同功率強度的惡意射頻干擾訊號。

傳統的雷達測試往往依賴光纖延遲線（Fiber Optic Delay Lines），這種被動式架構只能將雷達發射的訊號延遲後原封不動地送回，它無法主動修改訊號特徵，更不可能在微波頻段（79  GHz）將外部的雜訊源完美、無相差地疊加到回波訊號上，如果在 79  GHz的空間中直接使用額外的發射天線來注入干擾，極易因為天線場型的空間耦合不良，導致到達雷達接收天線的干擾功率無法精確量化，失去計量學上的準確度。

測試工程師面臨的終極瓶頸是：如何在數位與基頻階段，將極其複雜的「多目標回波場景」與「寬頻射頻干擾模型」進行完美的數學與物理疊加，然後再以極高的相位穩定度與線性度，無損地上變頻（Up-conversion）至 76-81 GHz 的毫米波頻段，最終精準地投射到雷達感測器的天線陣面上，缺乏這種主動式複合射頻注入能力的實驗室，將永遠無法驗證次世代雷達演算法在擁擠頻譜下的真實免疫力。

面對 ADAS 與自動駕駛雷達在密集交通環境中所遭遇的雜訊底層升高、虛影目標誤判以及 HIL 複合干擾注入等三大極限物理挑戰，傳統被動式的延遲線或單純的目標模擬器已完全無法應對 SOTIF 規範的嚴苛檢驗，我們深知車廠研發中心與一階感測器供應商（Tier 1），迫切需要一套能夠在實驗室內安全、精準且具備極高自由度來重現真實世界電磁大亂鬥的系統級解答，為此我們提供專為高階車用雷達抗干擾驗證打造的主動式模擬解決方案，協助客戶打破射頻疊加的硬體限制，確保自駕系統感測器融合的絕對穩健性。

主動式多目標生成的樞紐：R&S®AREG800A 車用雷達回波產生器

針對難題三中傳統被動延遲線無法處理動態複雜場景的痛點，我們推薦導入 R&S®AREG800A 車用雷達回波產生器，這是一套徹底顛覆傳統架構的革命性解決方案。

R&S AREG800A 汽車雷達回波產生器：具備直觀觸控介面，是現代雷達測試系統的強大核心，支援從 24 GHz 到 81 GHz 的全頻段測試。

AREG800A 捨棄了僵化的光纖延遲，採用了先進的全數位主動式基頻處理架構，它具備極高的高度彈性，能夠在極短的處理延遲下，同時 產生多個獨立的動態目標。這賦予了工程師模擬複雜十字路口或高速公路超車情境的能力，能精確定義每一個目標的獨立距離、都卜勒速度與雷達截面積（RCS），協助客戶在無風險的實驗室環境中，反覆驗證演算法對多目標追蹤與軌跡預測的準確度，確保測試的可靠性與可重複性。

無縫干擾疊加的基頻大腦：整合中頻 (IF) 注入與 R&S®SMW200A 向量訊號產生器

為了解決難題一的雜訊底層升高與難題二的虛影目標生成挑戰，我們提供一套獨特的「中頻（IF）干擾疊加」整合架構。

複合干擾注入優勢

R&S®AREG800A 的設計精髓在於其開放的硬體介面，透過提供專屬的 IF（Intermediate Frequency，中頻）輸入介面，它允許測試工程師將外部的干擾源完美整合進雷達的回波路徑中，搭配業界頂規的 R&S®SMW200A 向量訊號產生器，系統可自由模擬多種類型的干擾源——從寬頻的雜訊干擾、非相關的 FMCW 掃頻訊號，到刻意偽造的高度相關欺騙訊號。

R&S SMW200A 向量訊號產生器具備高達 2 GHz 的內部調變頻寬、卓越的訊號品質與靈活的 MIMO 衰減模擬能力，是 5G、航太國防和寬頻通訊研發的理想選擇。

完美射頻升頻與驗證價值

在這種架構下，SMW200A 產生的複雜干擾會在中頻網域完美地 疊加在回波訊號上，隨後透過 AREG800A 的精密前端，無失真地 升頻至 RF（射頻）網域（如 76-81 GHz），最後精準注入雷達的視角範圍內，這項技術協助客戶能夠量化評估雷達內部抗干擾演算法啟動後的真實效能，精確計算出干擾緩解（Interference Mitigation）處理後的雜訊底層變化，並嚴格確認系統不會因虛影目標而觸發錯誤警報，大幅提升 ADAS 系統的驗收通過率。

汽車雷達抗干擾測試配置：利用 R&SSMW200A 產生干擾訊號，並透過 R&S AREG800A 疊加至目標回波中，驗證感測器的抗擾性能，圖中為顯示 R&S AREG800A 與 R&SSMW200A 連接進行干擾測試的配置圖。

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