以相位雜訊建模最佳化 FMCW 雷達系統中的自動駕駛車輛安全性

先進駕駛輔助系統 (ADAS) 與自動駕駛車輛 (AV) 技術正顯著改變我們的駕駛方式。事實上，據估計，在 2023 年中，在 14 項 ADAS 功能中，已有 10 項功能的市場滲透率超過 50%。然而，這項自駕技術的持續成功仰賴於精確且可靠的感測器系統，以及其偵測易受傷害道路使用者 (VRU) 的能力，其中包括行人與自行車騎士。

此外，隨著更多安全法規的推行，製造商面臨著一項艱鉅的挑戰 — 在滿足日益嚴格的安全需求的同時，仍維持雷達感測器的低成本。其中包括 NHTSA FMVSS 127，該規範要求在所有車型中導入自動緊急煞車 (AEB) 作為標準配備。

針對 NHTSA FMVSS 127 規範，原始設備製造商 (OEM) 與第一級供應商面臨的挑戰是如何在確保高效能雷達裝置的同時，同時滿足安全與成本的門檻要求。

頻率調變連續波 (FMCW) 雷達便是一種可行的選項，因為它能以較低成本實現足夠的遠距偵測能力。然而，這項技術可能會引入相位雜訊，也就是雷達訊號中的微小隨機偏差。這些短期的隨機波動會對雷達系統效能造成負面影響，進而影響車輛安全性。

為解決此問題，Ansys AVxcelerate Sensors 2025 R2 自動駕駛車輛模擬軟體，推出了新的相位雜訊建模功能，可在真實世界條件下對 FMCW 雷達等系統進行更精確的測試。

為確保雷達系統能在真實環境中有效運作，開發過程中必須考量相位雜訊。要測試雷達感知效能，需要在模擬環境中進行完整的效能分析。過於理想化的模擬若省略相位雜訊與其他環境不完美因素，將無法重現真實世界情況，導致效能評估結果不準確。

例如，在無雜訊或干擾的受控測試環境中，雷達感應器的效能可能看似完美。然而，在真實情境下，雷達訊號中的任何微小波動都可能干擾偵測準確度。

這類波動通常是由訊號劣化、周圍物體造成的多重路徑干擾，或雷達本體內部的電子雜訊等因素引起。若缺乏雜訊建模，工程師可能會開發出在真實環境下表現不佳的雷達系統，進而影響安全與效能，特別是在緊急煞車或避免碰撞等關鍵情況中。

Ansys 將感知與相位雜訊納入測試

相位雜訊可透過其功率頻譜密度 (PSD) 來表徵，該指標顯示雜訊在頻率上的分佈情況。感測器製造商會在雷達規格書中提供這項資料，使工程師能在模擬中精準建構相位雜訊模型。

建構此類雜訊主要有兩種方式：

1. 基座模型：直接使用規格書中的 PSD 進行模擬。
2. 分段線性模型：使用量測得到的 PSD 資料進行更詳細的模擬與感應器定義。

透過將相位雜訊資料納入 Ansys AVxcelerate Sensors 模擬環境中，製造商能確保雷達系統在真實駕駛條件下維持良好表現。我們也在軟體中導入了進階雜訊模型，專為模擬相位雜訊及其他可能影響雷達效能的不完美因素而設計。這些模型可協助工程師在模擬真實世界的條件下測試雷達系統，在這些環境中，像雜訊等不完美因素會顯著影響偵測能力。

透過精準模擬相位雜訊，Ansys AVxcelerate Sensors 軟體可讓製造商微調雷達系統，以確保其即使在複雜且動態的環境中也能穩定運作。

在不久的將來，隨著 ADAS 與 AV 技術的廣泛採用，幾乎所有上路車輛都必須符合嚴格的車輛感知安全標準，其中包括 FMVSS 127 所規定的 AEB 要求。當然，前提是整合過程中不能因採用更複雜且抗雜訊的雷達系統而增加成本。

在此情況下，能在模擬環境中精確定位並處理相位雜訊的能力，可確保雷達感測器能在遠距離偵測小型物體，並在各種駕駛條件下 (從高速公路到能見度低的都市環境) 實現最佳效能。透過這些改進，製造商能夠打造更穩健的 FMCW 雷達系統，不僅符合安全法規，亦能在對成本最敏感的車型中提供穩定可靠的效能。

以模擬技術打造安全的自動駕駛未來

為使雷達能可靠地偵測 VRU，尤其是在高速行駛等複雜環境中，必須考量相位雜訊。若忽略此因素，可能導致偵測遺漏，進而危及安全。模擬相位雜訊可讓製造商在雷達效能與成本效益之間取得平衡，確保即使是平價車款也能符合 FMVSS 127 等安全法規標準。

成功採用像 FMCW 雷達這類低成本且高效能的技術，將是符合安全法規並保護易受傷害道路使用者的關鍵，亦有助於為更安全的自動駕駛未來鋪路。隨著 AVxcelerate Sensors 2025 R2 軟體的發佈，製造商現已擁有更有效的工具，可在這些應用中模擬相位雜訊，並打造能在真實環境下發揮最佳效能的雷達系統。

深入瞭解 AVxcelerate Sensors 軟體。