协同攻克无人驾驶汽车抗干扰难题,通大毫米波雷达抗干扰研究取得突破|南通发布

9月15日,百度联手央视新闻全程直播“万物智能——百度世界2020”大会,完成全球首次全无人驾驶直播,引起业界和网友热议。这标志着中国自动驾驶迎来新突破,无人驾驶时代已来。

就在此前5天,《中国交通报》以《车来车往 各自安好 南通大学毫米波雷达抗干扰研究取得突破》为题,报道该校交通与土木工程学院副教授许致火在协同攻克无人驾驶汽车抗干扰难题方面取得的科研成果。

新学期伊始,在南通大学交通与土木工程学院雷达遥感实验室,一个无人驾驶汽车毫米波雷达抗干扰模拟器正在运行:10辆无人驾驶汽车中,20个雷达设备、6种不同雷达波形自适应设计方法、雷达干扰环境感知波形更新系统,在模拟系统上再现无人驾驶汽车相互干扰环境及其抑制效果,不仅可真实模拟各种场景下无人驾驶汽车的行驶性能,还能准确评估其抗干扰能力。“这一系统将有效解决无人驾驶汽车的抗干扰技术难题,助推我国无人驾驶城市建设战略。”通大学交通与土木工程学院院长施佺说。

“这是国内第一套毫米波雷达抗干扰波形仿真系统。”该实验室负责人许致火介绍说,目前,与此相关的技术已在国际智能车辆权威顶级期刊发表高质量论文8篇,并获得国家自然科学基金项目、江苏省自然科学基金项目等立项资助。

研发可量化抗干扰性能评估方法

无人驾驶汽车主要依靠车内的以计算机系统为主的智能驾驶仪来实现无人驾驶的目的,这一新技术的产生不可避免地产生新的现实问题。

“当越来越多的无人驾驶汽车在路上行驶交汇时,其中任何一个汽车微波雷达发射的信号,都可能成为其他雷达的强干扰源,有可能导致无人驾驶汽车误判,甚至造成重大交通安全事故。”许致火说,有效阻止雷达信号间相互干扰,确保汽车零风险安全行驶,是无人驾驶汽车必须攻克的难题。

理论上说,邻近雷达发射信号经过直接传播和多径传播,进入主雷达接收机。对于其他雷达而言,主雷达发射信号也是干扰信号。当强干扰信号所在带宽落入主雷达接收带宽,目标回波信号将会被淹没,使得雷达性能下降,甚至出现虚假目标,将导致智能车辆系统误判。

英国伯明翰大学在雷达研究上具有开创性贡献,发明了世界上第一个雷达磁控管,从2006年开始就给捷豹路虎公司提供汽车前置防撞雷达。许致火团队与伯明翰大学合作,从事新一代高分辨率毫米波汽车雷达研究,致力于高分辨抗干扰技术的突破。

“团队历经5年协同创新,所开展的无人驾驶车辆微波雷达抗干扰研究,在理论、实现、应用3个方面取得了重大突破。”许致火说,研究团队制定了一套可量化的抗干扰性能评估方法,这是无人驾驶车辆微波雷达抗干扰系统研发中的一项基础工作,使得评估结果更加有效可靠,也使得我国在汽车微波雷达抗干扰研究方面有了理论基础。

优化雷达抗干扰波形设计方法

从国内外汽车雷达技术发展趋势看,汽车雷达间干扰研究是重要的研究热点及难点问题。唯有不断创新技术,才能引领行业迅速发展与进步。

目前,虽然国内外毫米波汽车雷达间的干扰研究已部分开展,但从已有文献看,汽车雷达间干扰感知及抗干扰波形方面的研究还存在无法预测干扰信号变化、现有干扰抑制方法性能不足、雷达波形设计在抗干扰方面无法达到自适应最优等问题,开展汽车雷达干扰感知及其抑制研究具有高度的复杂性。

许致火及其团队成员以认知雷达的全新视角,以干扰感知模型的构建和雷达波形的优化为关键技术,针对干扰发展过程随机、多径传输与干扰动态感知模型难以建立等问题,提出了基于滑动平均模型及卡尔曼滤波思想研究干扰信号的动态感知及其预测模型;针对干扰信号与主雷达信号在时域、频域及空域上具有较大相似性,以及抗干扰雷达波形设计的自适应能力不足等问题,提出了基于干扰感知的雷达抗干扰波形优化设计方法。

许致火说,其预期研究成果将有效抑制汽车雷达间的干扰,对提升无人驾驶汽车安全性具有重要的学术意义和广阔的应用前景。

培养无人驾驶汽车雷达高级人才

今年,交通与土木工程学院考研成绩再创新高,并涌现很多“学霸团队”,其中一个团队中的9名本科生有8人考取南京大学、长安大学等交通名校的研究生。这支团队的导师就是许致火。

为了促进我国无人驾驶汽车雷达行业崛起,他注重培养学生的创新思维,经常带领学生在校园内外各处进行雷达实验,加强学生动手能力,夯实专业基础。“许老师老师深谙‘授之以渔’的道理,无论是创新创业大赛,还是考研或是毕业设计,都给我们很多帮助,激励我们努力奋进。”交通设备163班学生庄可说。 

为了开阔学生视野,许致火指导学生参加全国高校各类竞赛。他所指导的创新项目“智能交通调频连续波雷达防撞系统”,研制了线性调频连续波雷达装置,提出了雷达多目标检测识别算法、雷达运动行人检测识别算法、大桥防撞船舶高度检测算法。该项目荣获全国高校智能交通创新与创业大赛二等奖。

多年来,在他和团队成员的努力下,研发的全任务一体化雷达抗干扰技术,首次提出了适用于不同车辆道路干扰环境条件下的雷达波形自适应更新,实现了无人驾驶汽车雷达抗干扰安全可靠道路环境,为今后深入开展研究奠定了理论基础,提供了技术保障。

“我们的目标就是要在这一研究领域,彻底打破国外垄断的格局,跻身国际汽车雷达抗干扰技术前列,为国家培养更多这样的创新人才。”许致火信心满满。

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