课题承担单位 ：北京华为数字技术有限公司
随着智能网联汽车及产业在全球范围内的快速发展，交通环境感知技术的渗透率也逐年上升。交通环境感知技术涵盖毫米波雷达 、激光雷达和摄像头等信息感知技术，是智能网联汽车的核心，毫米波雷达凭借高分辨率、高精度、高可靠性和低成本等优点，已成为智能网联汽车不可或缺的交通环境感知技术。
随着自动驾驶不断向高级别演进，L4/L5级自动驾驶单辆车需要装配10个以上毫米波雷达 ，在十字路口 、道路环线和高架桥等复杂路况下，毫米波雷达间的干扰可能导致目标识别失效或异常，自动驾驶车辆感知系统失效，从而造成严重的交通事故。
目前，车载毫米波雷达均在非合作模式下运行，彼此间不通信，也没有行业间的协调方案解决干扰问题。想要彻底地解决雷达间的干扰问题，就需要研究雷达之间的主动干扰协同方法，主动避免干扰的发生 。
本课题的研究目标为以L4/L5级自动驾驶毫米波雷达干扰协同方案研究为重点，通过对毫米波雷达间的干扰源、干扰场景及影响分析 ，提出适合我国交通路况和技术产业发展的干扰协同方案，对其干扰消除效果进行分析 ，并在行业内进行充分讨论，形成技术共识及标准化建议，开展标准导入研究与实施可行性分析，推动干扰协同方案的落地实施。
本课题开展的主要研究内容如下：
1）国内外研究现状和进展研究，包括欧洲的MORSARIM 、IMIKO ，美国的NTHSA报告和中国的TIAA研究试验 ；
2）毫米波雷达的干扰分析，包括干扰机理的理论分析以及仿真验证、雷达单体试验和外场试验；
3）创新性地提出毫米波雷达干扰协同方案，并与产业界进行充分交流与沟通，形成共识 ，得到产业的认可 ；
4）对干扰协同方案进行了试验验证和仿真验证，充分证明了方案的可行性和有益效果 ；
5）输出标准制修订建议书。
国外的毫米波雷达干扰研究有2010年至2012年欧盟设立公共资助项目MOSARIM (MOre Safety for All by Radar Interference Mitigation) 项目 ；2018年由博世牵头 、德国联邦教育和研究部（BMBF）资助建立的项目IMIKO ；2018年美国运输部国家公路交通安全管理局（NTHSA）发布的研究报告Radar Congestion Study ；以及中国TIAA联盟牵头的毫米波雷达干扰研究项目 ，包括在内江举行的毫米波雷达无线电干扰试验验证。
MOSARIM项目主要对非协同的雷达干扰方法进行了研究。IMIKO项目的主要目标是为汽车雷达传感器之间的干扰最小化开发创新合作的解决方案，包括引入干扰测试标准和基于chirp的通信标准，这已经是协同式的雷达干扰处理方法了 ，目前此项目尚处于未完成状态 ，研究成果需进一步跟踪。
NTHSA发布的研究报告包括对车辆道路典型场景的仿真分析和现有干扰方法的总结。
TIAA的研究包括仿真和外场测试 ，毫米波雷达无线电干扰试验验证外场测试会在后面详细说明 。
干扰仿真基于曼哈顿街区模型部署车辆，仿真结果表明在没有有效干扰去除手段的情况下，在密集路口场景下，雷达之间的同频干扰引起了某些距离-速度上的底噪抬升（干扰栅瓣），可能造成某些距离-速度上的目标车辆被淹没，而且出现了大量的虚警；雷达之间的邻频干扰引起了距离-速度域上普遍的底噪抬升 ，造成弱目标车辆被淹没。
图 1距离-速度域仿真结果（左 ：无干扰，中 ：同频干扰，右 ：邻频干扰）
干扰测试包括雷达单体干扰测试和实车外场测试，雷达单体测试可以得到以下结论：
同型号雷达干扰情况下，存在明显的干扰现象 ，底噪抬升严重 ，还可能出现严重的虚警现象 ，稳定检测的目标数受到严重影响，弱目标检测距离急剧减小（最严重时减小到无干扰时的39%）；
不同型号雷达干扰情况下，当前主流车载毫米波雷达存在一定的干扰抑制技术，可一定程度地抑制干扰 ，但仍会影响稳定检测的目标数 ，使得弱目标检测距离减小（多干扰源时减小到无干扰时的80%）；
若不具备干扰抑制技术，在同型号雷达干扰下会出现严重的干扰问题，在不同型号雷达干扰下，也可能存在较为恶劣的干扰现象 。
图 2雷达单体干扰测试结果
作为国家无线电管理局毫米波雷达无线电频谱研究的一部分，2020年6-9月，TIAA牵头在内江进行了为期3个多月的毫米波雷达开放路面测试，完成了车车、车路、车与无人飞行器间的相互干扰测试。
由外场测试结果可以得出，干扰造成的虚警和漏警在距离和速度上有随机性 ，具体特征如下：
l 干扰造成的虚警数量多 ，有的虚警RCS大 、高速移动且距离本车非常近，这些虚警可以持续多帧被稳定跟踪成目标，且跟踪成目标后还能继续持续多帧；
l 干扰还会造成稳定跟踪的目标出现短时的行为异常（比如横向偏移）、目标丢失重建，且目标在距离本车已经很近的情况下依然会出现漏警。
以上干扰造成的虚警和漏警可能会导致雷达在功能实现上造成误判，引起不好的用户体验甚至可能出现比较危险的刹车和碰撞事件 。
时频域栅格（Frequency/Time Raster）
根据雷达互干扰产生机理，让不同雷达的波形在时域或频域上错开一定的间隔 ，使得雷达接收到的干扰信号与雷达本振信号的差频在彼此目标中频的观察范围之外，就可以规避干扰的影响，从而提高检测概率。
图 3预定义时频资源规避干扰
为尽可能在可使用的频带上容纳更多的互不干扰波形 ，可设置频域栅格（frequency raster），雷达工作起始频率只能在规定的频域栅格中选择，雷达波形在相应的波形中选择使用 ；同理，对于激活期重叠的多个雷达，错开不同的起始时间也可以降低雷达之间的互干扰。为尽可能在时间上容纳更多的互不干扰波形 ，可以设置时域格点（time raster），雷达工作起始时间只能在时域格点中选择 。
图 4频域时域栅格划分示意图
另一方面，不同雷达的激活期在每一帧中可以不同，基于雷达更新周期和激活期的关系 ，可以使多个雷达可以时域交错 ，时域容量可进一步扩展。
总体上 ，可以将时频域资源划分为多个互不干扰的栅格，然后每个雷达选择一个栅格资源进行发送。每雷达的具体资源使用方式，可以是从资源池中随机选择使用，当资源池足够大时 ，已经可以获得较好的规避干扰的效果。也可以通过侦听选择较为空闲的资源使用。为保证侦听的公平性，可以定义统一的侦听机制 。甚至可以通过V2X等通信机制来帮助多个雷达之间进行时频资源和波形的协作。
图 5预定义时频域栅格方案举例
干扰侦听和规避（Fast Interference Sensing and Avoidance ，FISA）
雷达可以通过主动侦听干扰来判断当前的干扰情况，雷达设备干扰侦听的物理量可以是接收机处理后的等效干噪比I/N或(I+N)/N。
雷达设备在侦听到干扰后可以采用的干扰规避措施包括以下至少一种，OFTR指用于承载雷达目标探测所用的雷达波形所占用的时频资源块Operating Frequency/Time Resource（OFTR）:
a) 上报“一般干扰”或者“严重干扰”继续使用原波形在当前工作的OFTR内发送雷达信号；
b) 更换频率在其他OFTR内发送雷达信号；
c) 更换时间在其他OFTR内发送雷达信号；
d) 更换波形参数在当前工作的OFTR或其他OFTR内发送雷达信号 ；
e) 暂停服务 。
其中措施a)是通过上报干扰的方式规避掉干扰带来的风险 ，需要后面MDC做适当的处理 ，而措施b) 、c)和d)有机会完全避开干扰，如果干扰实在避不开 ，可以选择e)，但是这是最后的方法，可能会影响到自动驾驶的降级处理 。
如下为异波形和同波形的Raster方案以及FISA方案的仿真结果。
1）异波形仿真结果
· 不侦听有较大干扰（<=1%无干扰帧比例）
· 划分频域Raster + 快速干扰侦听和规避（FISA）（>20%无干扰帧比例）+各厂商自身接收机干扰消除技术，以满足最终检测性能
2）同波形仿真结果
· 同波形 + 侦听 + FISA 可高效使用频域资源，降低互干扰
· 同波形牺牲了各厂商波形设计自由度，检测性能无法适应不同场景需求，因此暂不推荐
图 6 干扰协同方案仿真结果
从以上仿真结果可以看出，划分频域栅格（Raster） + 快速干扰侦听和规避（FISA）方法可以有效的减轻干扰，各厂商自身接收机干扰消除技术也必须存在 。
通过对干扰协同方案效果的验证，推荐如下干扰系统方案进行标准化 ：
1. 频域栅格，以10MHz为频域栅格 ，雷达发射信号的起始和终止频点应该在频域栅格上 ，避免随意占用频率资源 ；
2. 干扰侦听，为有效规避干扰风险以及规避干扰 ，雷达应具备干扰侦听及上报的能力；
3. 干扰规避，雷达在侦听完成后 ，应该能够根据侦听的结果采用合适的干扰规避方案有效规避干扰风险。
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