Radar-interferentie bedreigt automotive veiligheid: industrie dringt op samenwerking

Regulatorische mijlpalen illustreren de schaal van adoptie: China's NCAP vereiste fabrieks-geéquipte AEB voor alle vrachtwagens in 2020; Japan vereist nu front en rear AEB op alle nieuwe auto's; 20 VS automakers beloofden 100% AEB fit-rate in 2022; en 90% van voertuigen verkocht in Europa dragen al car-to-car crash-avoidance technologie.

NXP Semiconductors voorspelt dat automotive radar penetratie 55% zal bereiken in 2030. In een recent EE Times interview waarschuwde NXP's senior product marketing manager voor ADAS, Huanyu Gu, dat "wanneer meerdere radars op hetzelfde moment en in dezelfde of overlappende frequentieband transmitteren, en als ze een gemeenschappelijk zichtpad delen, interferentie onvermijdelijk wordt."

Martin Duncan, GM van ADAS en ASIC bij ST Microelectronics, herhaalde deze zorg: "Met 25% van nieuwe voertuigen al uitgerust met radar, is het probleem echt. Real-time wegconditie-opname betekent dat meerdere voertuigen gelijktijdig zullen transmitteren, en omdat ze allemaal dezelfde 76-81 GHz band gebruiken, zal interferentie alleen verergeren naarmate marktpenetratie stijgt."

Een voorbeeld implementatie van meerdere radar-sensoren gebruikt voor actieve veiligheid en assisterende rijsystemen (Kissinger, 2012)

Het principe is simpel: elke radar vertrouwt op gereflecteerde signalen om afstand en snelheid te schatten. Wanneer meerdere radars in nabijheid opereren, superimponeren hun echoes, wat constructieve en destructieve interferentie veroorzaakt die detectienauwkeurigheid degradeert. NHTSA's "Radar Congestion Study" (sept 2018) legde uit dat in drukke omgevingen de interferentie-energie de echo-energie met diverse ordes van grootte kan overstijgen.

Zulke degradatie kan veiligheid in gevaar brengen. "Worst-case scenario's kunnen leiden tot dodelijke slachtoffers door radar-interferentie," zei Phil Magney, founder en president van VSI Labs. "Zelfs vandaag gebruiken radar-stacks agressieve filtering om false positives te elimineren, maar dat is een bandbreedte-afweging, geen remedie."

De industrie is al een decennium gewaarschuwd

Met elke additionele radar-uitgeruste auto op de weg, wordt de collectieve sensor-omgeving steeds complexer, wat leveranciers dwingt te handelen. Toch is de industrie-reactie gefragmenteerd gebleven.

Het simpele gemeenschappelijke verkeersscenario waarin de interferentie berekend wordt bij het slachtoffer-radar (groen) en gegenereerd wordt door de andere voertuigen (rood)3. (Bron: NXP)

In 2012 onderzocht het Europese MOSARIM-project wederzijdse radar-interferentie en stelde mitigatietechnieken voor. NHTSA's recente studie stelde twee sleutelvragen: (1) Hoeveel vermogen ontvangt een radar van andere zenders? (2) Hoe beïnvloedt dit collision-warning prestaties? Het antwoord: interferentieniveaus in dicht verkeer kunnen legitieme echoes met tot vier ordes van grootte overweldigen.

Samenwerking of regulering?

Gegeven de lange leeftijd, zou men verwachten dat OEMs en Tier-1 leveranciers proactieve strategieën aannemen, zoals dynamische waveform-aanpassing. De radar-gemeenschap heeft de tools – kanaaltoegangsprotocollen uit telecom (TDMA, FDMA, CDMA) kunnen hergebruikt worden voor automotive radars. Een "listen-before-talk" schema zou simultane transmissies kunnen voorkomen.

Echter, de automotive-sector mist regulatorische oversight voor waveform-parameters, en de markt heeft historisch gestandaardisering vermeden. NXP's Gu merkte op dat "radar waveform-parameters niet gereguleerd zijn, en er geen industrie-afspraak is over hoe het spectrum eerlijk te delen."

In plaats daarvan resorten de meeste fabrikanten tot signal-processing hacks: randomiseren van transmit-timing of frequentie om voorspelbaarheid te verminderen. Gu waarschuwde dat "deze blinde benadering kan werken wanneer weinig voertuigen aanwezig zijn, maar naarmate penetratie groeit, worden collaboratieve oplossingen essentieel."

In een white paper concludeerde NXP dat "uiteindelijk een markt-wijde overeenkomst vereist zal zijn om sensorbronnen gelijkmatig toe te wijzen differentiatie te behouden."

Free-for-all dynamiek

Radar-sensorbedrijven prioriteren vaak proprietaire DSP-algoritmen die resolutie verbeteren en interferentie mitigeren boven industrie-wijde standaarden. "De industrie neigt ertoe om meer signal-processing op het probleem te gooien in plaats van coöperatieve protocollen te vestigen," zei Egil Juliussen, veteran analist.

Tijdens een recent interview schetste NXP's Gu drie mitigatiebenaderingen: (1) bescherm de front-end van verzadiging; (2) digitaal identificeren en annuleren van interferentie; (3) dynamisch waveform-parameters aanpassen. De derde is minst waarschijnlijk in de huidige 77 GHz band, maar kan haalbaar worden als een hogere band (bijv. 140 GHz) beschikbaar komt.

Front-end bescherming kan dual-gain instellingen of ruimtelijke nulling met meerdere antenna's omvatten om de radar te blinden naar interfererende richtingen. Digitale technieken berusten op nauwkeurige interferentie-detectie; diverse FMCW-waveforms over fabrikanten maken universele detectie uitdagend.

FMCW blijft de de-facto standaard voor automotive radar vanwege bandbreedte-efficiëntie en snelheidsschatting-capaciteit. Toch variëren fabrikanten sleutelparameters – draaggolf-frequentie, bandbreedte, chirp-duur, sample-tijd, sensoring-cyclus-duur – zodat hetzelfde "interferentie"-signaal er anders kan uitzien op elke radar.

Dus de eerste stap is detectie: de vreemde waveform identificeren, dan verwijderen zonder de target-echo te corrupten. Hoewel textbook-algoritmen bestaan, zijn ze beperkt tot lage-correlatie interferenties en hanteren typisch slechts één of twee interferers.

ST Micro's Duncan zei: "Als we weten hoe de chirp eruit moet zien, kunnen we spurieze signalen filteren. Chirp-handtekeningen introduceren helpt ook." Hij voegde toe: "Meer standaardisatie op getransmitteerde signalen zou counter-measure ontwerp aanzienlijk vereenvoudigen."

Voelen we radar-interferentie al?

NHTSA's simulatie-scenario's illustreren verwachte interferentie-niveaus:

• Op een twee-baan snelweg kunnen willekeurige draaggolf-frequenties interferentie-energie tot 40 dB boven de echo-energie van een typische referentiedoel veroorzaken.
• Blind-spot radars gericht achterwaarts kunnen interferentie ervaren van voorwaartse AEB radars tot 50 dB groter dan hun eigen target-echoes.

Ondanks deze voorspellingen, blijft real-world bewijs schaars. "We hebben nooit radar-tot-radar interferentie op publieke wegen geobserveerd," zei Magney van VSI Labs. "We vermoeden dat blootstelling bestaat vanwege de mix van korte- en lange-afstand radars, maar het heeft zich niet geopenbaard in veldtests."

Tesla's recente aankondiging om radar uit zijn voertuigen te elimineren omzeilt het issue voor dat merk, maar andere OEMs, Tier-1s en leveranciers blijven vertrouwen op radar voor zijn weer-bestendigheid en kosteneffectiviteit.

"Radar blijft een van de meest kosteneffectieve ADAS-sensoren, en de penetratie zal dramatisch groeien over de komende jaren," benadrukte Magney.

>> Dit artikel was oorspronkelijk gepubliceerd op onze sister site, EE Times.

Gerelateerde inhoud:

• ADAS experts overwegen sensorintegratie in toekomstige voertuigen
• ADAS voertuigen scoren slecht op voetgangersveiligheid
• Geautomatiseerde voertuig toekomst confronteert onbeantwoorde sensor-vragen
• Wegsensing verbeteren buiten visueel met slimme dataverwerking
• 60-GHz radar-on-chip ondersteunt automotive industrievereisten
• Automotive mmWave sensoren maken slimme radar mogelijk

Voor meer Embedded, abonneer u op Embedded's wekelijkse e-mailnieuwsbrief.