確保自動駕駛的數位信任
車用雷達抗干擾與射頻效能驗證的深層技術解析

隨著汽車工業朝向「淨零傷亡」（Net Zero）的願景邁進，先進駕駛輔助系統（ADAS）與自動駕駛（AD）功能的可靠性成為了核心議題，雖然光學攝影機和光達（LiDAR）在感測融合中扮演重要角色，但在惡劣天候、濃霧或夜間環境下，毫米波雷達（Automotive Radar）仍然是確保行車安全最不可或缺的感測器；然而，隨著道路上搭載雷達的車輛呈指數級增長，頻譜變得異常擁擠，雷達間的相互干擾（Radar-to-Radar Interference）以及發射功率的精準控制（EIRP），已成為影響自動駕駛安全性的關鍵物理層挑戰，本文將深入探討這些挑戰的技術本質，以及如何在實驗室環境中透過先進的「硬體迴路」（HIL）與回波生成技術來克服這些難題。

頻譜擁塞下的生存戰：雷達抗干擾技術的重要性

在現代交通場景中，一個繁忙的十字路口可能同時存在數十甚至上百個雷達訊號源，當多個雷達在相同的頻段（如 76-81 GHz）運作時，彼此發射的訊號極易造成干擾。這種干擾並非僅僅是雜訊，它可能導致雷達感測器產生災難性的誤判。

干擾的物理機制與後果

雷達干擾主要分為兩類：同頻干擾與鄰頻干擾，當強烈的干擾訊號進入雷達接收機時，會顯著提高系統的雜訊基底（Noise Floor），強干擾源會導致雜訊電平劇烈上升，進而淹沒真實目標的反射回波。

幽靈目標與檢測盲區

干擾的最直接後果是「檢測失敗」。當雜訊基底升高，雷達的訊噪比（SNR）下降，原本應該被偵測到的弱反射目標（如遠處的行人或自行車）可能因此消失在雜訊中，導致「漏檢」（Undetected Objects）；另一種更危險的情況是「幽靈目標」（Ghost Targets），特定的波形干擾可能在雷達的訊號處理鏈中產生虛假的峰值，讓車輛誤以為前方有障礙物而執行不必要的緊急煞車（Phantom Braking），這在高速行駛中極具危險性。

複雜波形的干擾模擬挑戰

為了驗證雷達的強健性（Robustness），測試工程師不能僅依賴簡單的連續波（CW）干擾。現代雷達採用複雜的調變技術，如調頻連續波（FMCW）或相位調變連續波（PMCW）。因此，驗證測試必須能夠生成具備這些複雜特性的干擾訊號。

從 CW 到 PMCW 的多樣化干擾源

有效的測試環境需要能夠模擬多種干擾源，這包括來自鄰近車輛的強干擾（Strong Interferer）以及來自遠處雷達的弱干擾，測試系統必須能夠在雷達的中頻（IF）域注入這些干擾訊號，並將其上變頻至射頻（RF）域，與目標回波疊加後發送給待測雷達（RUT）。例如，透過向量訊號產生器產生寬頻雜訊、FMCW 啁啾（Chirp）序列或 PMCW 訊號，可以精確評估雷達在不同干擾類型下的抗性表現。
 

圖中展示了當存在 CW、FMCW 或 PMCW 干擾時，雷達感測器的雜訊基底顯著升高，可能導致目標訊號（Target 1, Target 2）被淹沒。
 

訊號完整性的基石：EIRP 與天線場型驗證

除了抗干擾能力，雷達發射訊號本身的品質與功率控制也是確保系統性能的關鍵，等效全向輻射功率（EIRP, Equivalent Isotropically Radiated Power）是衡量雷達發射效能的核心指標，同時也是各國無線電法規嚴格管制的項目。

EIRP 量測的必要性與法規合規

歐洲電信標準協會（ETSI）等機構對雷達感測器的最大發射功率設定了嚴格限制，以防止對其他電子設備造成干擾。對於雷達製造商而言，精確量測 EIRP 不僅是為了合規，更是為了確保產品的一致性。如果發射功率過低，將直接縮短雷達的探測距離；若功率過高，則可能違反法規並增加自身作為干擾源的風險。

高頻段量測的技術門檻

在 76-81 GHz 的 E-band 頻段進行精確功率量測具有極高的技術門檻。傳統的功率計可能無法直接處理如此高頻的訊號，或者需要昂貴的波導配件。先進的測試方案採用變頻技術，前端模組（Frontend）在接近待測物的位置將毫米波訊號下變頻至較低的中頻（例如 0.7 GHz 至 5.7 GHz），然後再透過高精度的二極體功率感測器進行量測。

遠場條件下的精確校準

為了獲得準確的 EIRP 數值，量測必須在「遠場」（Far-field）條件下進行，這表示雷達感測器與量測天線之間必須保持足夠的距離，或者使用緊縮場（CATR, Compact Antenna Test Range）技術在有限的實驗室空間內模擬遠場環境，透過這種配置，可以消除近場效應帶來的量測誤差，確保所測得的功率分佈真實反映雷達在實際道路上的表現。

圖中展示了結合毫米波前端、功率感測器與 CATR 隔離箱的 EIRP 量測架構。
 

從實驗室到虛擬道路：先進目標模擬技術

要驗證雷達在複雜場景下的演算法，單純的功率量測或雜訊注入是不夠的，我們需要能夠產生多個具備距離（Range）、速度（Doppler）、角度（Azimuth/Elevation）與雷達截面積（RCS）屬性的「虛擬目標」。

回波產生器的運作原理

雷達回波產生器（Radar Echo Generator）是實驗室驗證的核心，其基本原理是接收雷達發射的訊號，經過延遲（模擬距離）、頻率偏移（模擬速度）和衰減（模擬物體大小）處理後，再發送回雷達。

數位與類比的混合架構

為了覆蓋從極近距離到遠距離的測試需求，先進的產生器採用混合架構，對於短距離目標（例如小於 17 公尺），系統利用類比步進延遲線（Analog Stepped Delay Line）來避免數位處理帶來的延遲限制；而對於長距離目標（可達 3000 公尺），則採用數位射頻存儲（DRFM）技術來靈活生成多個目標，對於 FMCW 雷達，甚至可以透過數位技術將最小模擬距離縮短至空氣間隙（Air Gap）的數值，這對於驗證自動緊急煞車（AEB）在最後一刻的反應至關重要。

HIL 與 VIL 的整合應用

隨著車輛功能的複雜化，測試已從單一感測器擴展到整車層級。

• 硬體迴路（HIL）：
  將雷達感測器與 ECU 連接至即時模擬器，透過開放模擬介面（OSI）注入虛擬場景數據，這允許在不消耗燃油、無安全風險的情況下，重複測試數千種危險邊緣案例。
• 整車迴路（VIL）：
  將整輛車放置在滾筒測功機上，結合雷達回波產生器與天線陣列，這樣不僅測試雷達，還同時驗證了車輛的動力學反應、煞車系統與感測器的協同運作。

圖示為整車迴路（VIL）測試配置，利用天線陣列在實驗室內模擬複雜交通場景。
 

天線陣列技術帶來的變革

傳統的機械移動式目標模擬器無法滿足現代測試對速度與複雜度的要求，電子掃描天線陣列（如 QAT100）的出現改變了遊戲規則，透過大量的發射與接收天線（例如 96 個發射天線），系統可以在毫秒級的時間內切換目標的角度位置，模擬橫向切入（Cut-in）、橫向穿越（Cross-traffic）等高動態場景，且無需任何機械移動部件，這種技術使得在實驗室內重現 Euro NCAP 的複雜測試場景成為可能。

邁向 6G：通感一體化（ISAC）的前瞻

未來的汽車科技將不再局限於單純的感測或通訊，而是走向「通感一體化」（ISAC, Integrated Sensing and Communication）。ISAC 是 6G 的關鍵支柱，它利用通訊訊號同時進行環境感測。

共用波形與硬體

ISAC 技術的核心在於通訊與雷達共享硬體架構（如波束成形天線陣列）與頻譜資源，這對測試設備提出了新的要求：測試儀器必須同時具備解調通訊訊號與分析雷達回波的能力，透過將回波產生器與向量訊號產生器、頻譜分析儀整合，研究人員可以開發並驗證新型的 ISAC 波形，評估其在通訊傳輸速率與感測解析度之間的平衡。

結論：構建可信賴的自駕未來

自動駕駛技術的成熟度，取決於我們對其感測系統的信任程度，透過在實驗室環境中進行嚴苛的抗干擾測試、精確的 EIRP 驗證，以及高擬真的動態場景模擬，工程師可以在車輛上路前發現並解決潛在的致命缺陷，從元件級的研發到整車級的驗證，先進的測試技術構築了一道安全防線，確保每一輛駛向未來的自駕車都能準確感知世界。

在此技術領域中，R&S®AREG800A 車用雷達回波產生器不僅支援高達 4 GHz 的瞬時頻寬，更能與 R&S®QAT100 先進天線陣列完美整合，實現無機械移動的複雜場景模擬。搭配 R&S®SMW200A 向量訊號產生器與 R&S®FSW 訊號分析儀，該系統構成了一個完整的測試生態系，涵蓋了從干擾測試、EIRP 量測到未來的 6G ISAC 研究，對於產線測試需求，R&S®RadEsT 則提供了輕量化且具備自檢功能的高效方案，確保量產雷達的一致性品質，這些工具共同協助汽車產業加速開發週期，讓安全的自動駕駛早日實現。