隨著車路協同系統技術的研究與發展，感知設備的可靠性、穩定性、高性價比、可大規模部署等要求被提出來。而毫米波雷達正是滿足這一要求的器件。介紹了一種基于智能網聯平臺的車路協同的基本組成與架構，闡述其在交通系統中發揮的作用。
重點討論了毫米波雷達感知技術的原理與功能，研究以毫米波雷達為主要感知設備搭建車路協同系統的可行性，研究毫米波雷達技術在智能交叉路口、智能高速 / 快速公路、智能停車場三種車路協同場景下的應用。可為毫米波雷達技術在車路協同系統中的應用研究提供參考。
毫米波雷達因具有探測距離遠、測速精度高、集成度高、受天氣條件影響較小等特點，在智能車路協同系統中廣泛應用。隨著車路協同技術的發展，適用于多種場景感知的毫米波雷達產品不斷涌現，如交通場景雷達、汽車雷達、智能檢測雷達等。此類毫米波雷達為道路管理、車端決策提供實時場景信息，在車路系統中發揮著不可替代的作用。
目前毫米波雷達技術正向高分辨、多維度、高智能的方向發展，多通道集成技術、三維成像技術、雷達級聯成像技術、基于毫米波雷達的障礙物識別與分類技術等是當前的研究熱點。毫米波雷達新技術將融入更多車路協同場景中，發揮重要的感知作用，提升交通效率。
1. 車路協同系統架構系統概述
車路協同系統基于先進的通信技術和傳感技術，從多維度、多模態等方面構建信息交互架構，強調實時性強、互聯性強、全方位、信息低時延等特性，通過 V2X 通信技術，實現車 - 車，車 - 基礎設施，車 - 人，車 - 云端等信息共享和互操作，達到車輛協同安全控制和道路協同管理的效果，提高道路安全性、道路通行效率及交通系統資源利用率。
智能網聯汽車、路側邊緣節點、智能網聯平臺和云平臺是車路協同系統的關鍵組成部分。智能網聯汽車集成環境傳感器，線控底盤，車載通信單元等，在交通環境下，將自身狀態信息與感知信息通過聯網實時上傳與共享，汽車可以通過智能網聯平臺實時獲取道路管控與環境信息，提供給車載協同規劃單元，從而規劃合理路線，以避開擁堵，交通管控路段，同時保持車輛行駛狀態滿足交規要求。
路側邊緣節點的通信設備將道路控制信息與道路狀態信息發布到智能網聯平臺上，同時也會通過智能網聯平臺訂閱車輛狀態信息，以監測車輛有無違反交規 行駛狀態是否正常等。
云平臺為智能網聯汽車路側設備 行人管理者等提供定制化服務，如地圖、天氣、停車位預約、交通管理 共享汽車服務 數據服務等、管理部門實時監控交通聯網平臺上交通參與者的運行狀態 通過全局局部優化方式 協同規劃交通網絡并實時與道路 車輛交互 合理管理與控制每個交通區域的運行 智能網聯汽車道路設施智能網聯平臺及云平臺等部分的有效協同 合理規劃形成一個高效率高安全性的交通系統。
感知網絡是車路協同系統獲取交通信息的眼睛，其設備的可靠性、穩定性、環境適應性等因素是車路協同系統有效運行的保障 感知網絡利用多源融合技術集成多個異構傳感器特長以實現系統的強魯棒性，如融合衛星定位導航（GNSS） 、慣性導航（INS）、視覺 SLAM、激光雷達 SLAM 等技術來實現車輛的定位。
融合毫米波雷達、攝像頭、激光雷達、聲波雷達等技術實現道路障礙物信息檢測。毫米波雷達可以檢測目標位置、目標速度、 目標初步分類，目標微動特征等信息，在黑夜、霧霾、雨天等復雜場景下可正常探測目標信息，是車路協同系統中感知信息獲取的高可靠性設備。
車路協同系統架構
圖片來源：慧爾視
車路協同系統基于通信技術構建路側多節點之間，車 - 車之間的連接，將整個交通體系的人、車、路等參與者構建為一個整體，實現人 - 車 - 路等重要交通要素之間的交互和協作。
車路協同系統通過布置在智能網聯汽車，智能路側結點的感知設備實時獲取交通環境信息，車載通信單元 OBU，路側單元 RSU 實時傳輸交通環境信息、管理信息、協同操作信息等。路側邊緣節點可提供路況信息、路側感知信息、區域協同規劃、管理指揮等。智能網聯平臺匯聚轉發各節點數據信息云平臺可以集成邊緣計算服務、天氣服務、交通資源管理、特殊車輛管理等。如圖 1 所示
2. 毫米波雷達感知技術
調頻連續波（FMCW）雷達因具有探測盲區小、發射功率小、帶寬大、結構簡單的特點，并可以檢測障礙物的距離、速度、相對角度、物體特征等信息，在智能汽車、交通場景檢測、智能檢測等領域廣泛應用。本文主要研究調頻連續波體制的毫米波雷達技術。
障礙物檢測技術
毫米波雷達主要由信號發射天線、信號接收天線、射頻收發通道及數據處理單元構成，利用發射天線向周圍輻射電磁波，遇到障礙物后，部分電磁波形成反射，障礙物反射回波經接收天線進入雷達系統，雷達數據處理單元根據障礙物反射回波的頻譜、相位堯、時間等信息解算障礙物與毫米波雷達之間的距離、相對速度、相對角度等信息。
毫米波接收反射信號的功率 P， 與到障礙物的距離 d 的一般計算公式為:
目標分類與識別技術
毫米波雷達根據目標回波的特征來對物體分類和識別，應用于車路協同系統中的毫米波雷達目標特征提取技術主要有基于目標雷達截面積 RCS 的目標特征提取技術、目標微動特征的檢測技術、基于一維高分辨率距離像特征提取技術、基于極化信息的特征提取技術。
1）基于目標 RCS 的特征提取技術。在雷達信號處理中，RCS 是描述目標本質特征的指標，主要與目標的形狀、材質、信號入射角度、輻射信號頻率相關。在目標的外在形狀、材質、入射頻率等確定不變的情況下，目標狀態的改變引起電磁波入射角變化，進而引起目標 RCS 值改變，可據此來推算目標運動特征。
2）目標微動特征提取技術。目標質心相對于雷達運動時，會產生多普勒頻率，而目標或其組成部分相對于目標質心的振動、轉動及加速度等微動特征會產生微多普勒效應。解析微多普勒效應中產生的微多普勒信號，即可得到目標微動特征信息，進而做目標分類和識別。
3）基于一維高分辨率距離像的目標特征提取技術。一維高分辨率距離像（HRRP），建立在較大帶寬的基礎上，具有較高的距離向分辨率，在散射點模型下，目標回波在雷達距離向上產生多個散射點，可以體現目標在雷達視線方向下的相對的結構數據與散射強度特征。根據一維高分辨率距離像表現出的特征，可做目標的分類與識別。
4）基于極化信息的特征提取技術。極化信息是描述雷達電磁波矢量特征的參數，是表征目標散射特性的一個重要屬性。雷達輻射的電磁波照射到目標后，目標會產生極化信息變化的回波，回波極化信息變換與目標外形、尺寸、結構等密切相關。根據目標極化散射特性，可以對目標進行識別。
3. 基于毫米波感知技術的車路協同場景
智能交叉路口
在城市的交叉路口交通場景中，由于多路口交通量匯入、信號燈調節干擾等原因，造成交通環境復雜、車流量大、交叉路口行人密集，極易造成擁堵或者交通事故。基于車路協同技術構建的智能交叉路口，綜合區域內感知設備獲取的交通信息，可以對信號燈、經過車輛、行人等做合理規劃與管控，有效疏解車輛與行人，縮短車輛通行時間，減少擁堵與交通事故，提高交叉路
口通行效率。如圖 2 所示。
圖片來源：慧爾視
安裝在路側的交通雷達，具備目標檢測、目標類型識別、車流量統計、車速檢測、目標狀態跟蹤、車隊長度檢測等能力。車載毫米波雷達可以實時檢測車輛周圍目標速度、位置等信息，除作為本車規劃與決策單元的有效輸入之外，將此信息上傳至交叉路口智能網聯平臺，成為交叉路口交通信息的有效補充。毫米波雷達和攝像頭聯動，輔助管理部門對交叉路口內的車輛進行交通執法。
合理布局毫米波雷達設備，實現雷達監視范圍覆蓋所有路口，可有效感知整個交叉路口的交通信息，掌控整個交叉路口交通狀態。路側交通雷達監視各路口車輛、行人狀態、車載毫米波雷達融合其他設備感知本車周圍障礙物信息，所有感知信息，信號燈信息，交通管理信息等上傳至智能網聯平臺。車輛訂閱智能網聯平臺，獲取盲區信息、信號燈信息、交通管控信息等。交叉路口控制中心通過智能網聯平臺獲取車輛、非機動車、行人等狀態信息，利用局部協同控制算法技術優化設置信號燈相位、規劃車輛行駛路線及速度，實現車輛、非機動車輛、行人等安全、快速通行。
智能高速 / 快速路
高速公路 / 城市快速路對駛入車輛類型、車速有明確規定，劃分有超車道、快車道、慢車道、應急車道，對每個車道的車速范圍有明確的限制，禁止行人、非機動車、超標車輛等進入，行駛環境相對于普通道路較簡單，作為城市市區內、城市間路網主干，承擔著較大比重的交通量。
根據規劃與建設特點，高速 / 快速公路可分為：出入匝道口、通行路段、服務區。出入匝道口承擔著引導車流匯入、分流主干道車流、通行收費等任務，易發生擁堵與事故。通行路段，劃分多類型車道，通行效率受天氣條件、違規行駛車輛、事故車輛等事件影響。服務區輸入車流速度較慢，輸出匝道口車流匯入主路，影響主干道通信效率。如圖 3 所示。
引入車路協同技術構建智能高速 / 快速公路，利用感知設備實時監控匝道口、通行路段、服務區匝道口交通信息，智能網聯平臺匯聚高速 / 快速公路交通信息和管理信息，控制中心依據路況信息協同管控車流、優化路網、智能網聯汽車依據傳感器及控制中心信息規劃本車行駛路徑，避免擁堵和交通事故，提高高速 / 快速公路通行效率。
匝道口安裝交通雷達，可進行車流量檢測、車輛分類、車速檢測、逆行檢測等，為管理中心實時提供匝道口交通信息。
行駛路段路側安裝交通雷達，具有交通計數與分類、事件檢測、應急車道占用、與攝像頭聯動執法等功能。長距雷達可在高速行駛環境下感知遠距離障礙物，角向雷達輔助車輛感知周圍信息，為變道超車、自動巡航、防止碰撞、列隊行駛等提供感知信息。車內智能檢測雷達，檢測駕駛人員、乘客人數、乘客人員的心率與呼吸， 可防止疲勞駕駛、人員超載、并具備人員健康狀況檢測功能。
智能停車場
停車場，是行駛車輛的目的地，合理的設計與布局，可以減少車輛在公路上行駛的時間，既可提高通行效率，又可方便居民停車。現實生活中停車場出入口比較難找，停車位數量不可預知，一些地下停車場內部布局復雜，給車主帶來很多麻煩。針對停車難的問題，引入車路協同技術，智能化設計停車場。
停車場位置信息、收費信息、車位數量上傳云平臺，方便車主訂閱與查 看。停車場出入口智能設計，引導車輛安全通行。實時共享停車場內部高精地圖，方便車輛找停車位。車輛利用感知設備與高精地圖自主泊車，解決車主停車焦慮。如圖 4 所示
道閘雷達，安裝在停車場出入口，可以識別車輛與行人，控制閘桿抬起、落下，有效防止閘桿誤傷行人與車輛。車位檢測雷達，檢測車位有無停車，上報空余車位。車載寬帶成像雷達可以獲取停車場三維信息，引導車輛前行，輔助車輛自主泊車。
車內智能檢測雷達，檢測車內生命體征，防止嬰兒遺忘車內，并具備車輛侵入告警功能。毫米波雷達與其他傳感器構成智能停車場感知架構，提升停車場工作效率，方便車主使用。
結束語
本文研究了毫米波雷達技術在車路協同系統中的應用，并基于毫米波雷達感知技術搭建了交叉路口、高速 / 快速路、停車場三種典型場景下的車路協同框架，毫米波雷達測距、測速、目標識別、交通計數等感知技術，為協同規劃、區域協同管理與控制、路網優化等提供依據，保證車路協同系統有效、穩定運行。分析表明，以毫米波雷達為主要感知手段的車路協同系統可提升 交通管理水平、提高交通效率、保障交通安全。