先進駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance Systems, ADAS)與自動駕駛車輛(AV)技術正顯著改變我們的駕駛方式。據估計，2023年間，在14項ADAS功能中，已有10項功能的市場滲透率突破50%。然而，自駕技術的持續落實，仍仰賴於精確且可靠的感測器系統，以及其對弱勢道路使用者(Vulnerable Road Users, VRU)， 包括行人與自行車騎士的偵測能力。
隨著更多安全法規的推行，製造商面臨著一項艱鉅的挑戰——如何在滿足日益嚴格的安全需求之餘，仍維持雷達感測器的成本競爭力。其中，美國國家公路交通安全管理局(NHTSA)所制定的《聯邦機動車輛安全標準》第127號(FMVSS 127)，即要求所有車型將自動緊急煞車(AEB)列為標準配備。
針對FMVSS 127規範，原始設備製造商(Original Equipment Manufacturer, OEM)與第一級供應商(Tire 1)面臨的挑戰，是如何在確保雷達裝置效能的同時，同時滿足安全與成本的門檻要求。
頻率調變連續波(FMCW)雷達是一種可行選項，其能以相對較低的成本實現足夠的遠距偵測能力。然而，此類技術可能導入相位雜訊，也就是雷達訊號中的微小隨機相位偏差。這些短期隨機波動會影響雷達系統效能，進而對車輛安全造成不利影響。
為回應此一問題，有廠商如Ansys已逐步導入相位雜訊建模功能，使FMCW雷達等系統能在更貼近真實世界條件下進行測試。
相位雜訊對雷達效能的關鍵影響
FMCW雷達在偵測VRU扮演關鍵角色，但其運作過程可能出現相位不穩定現象，例如本地振盪器(LO)訊號的隨機相位波動，進而形成相位雜訊。
相位雜訊主要源自於雷達感測器中，由壓控振盪器(VCO)所產生的掃頻訊號所產生的微小相位偏差。這些偏差會在雷達訊號中產生旁波瓣(Sidelobe)，並形成非預期的輻射方向圖。在雷達偵測過程中，旁波瓣可能會掩蓋小型物體的回波，在遠距離情境下影響更為明顯。
例如，在偵測大型卡車旁的行人時，相位雜訊可能導致漏偵測情形，進而形成潛在的安全風險(圖1)。
ADAS與AV應用中的雷達感測器，需能在高速公路或能見度不佳的都市環境等嚴苛條件下，持續偵測包括行人與自行車騎士等VRU在內的多種類型物體。因此，在開發階段即將相位雜訊納入考量，是確保系統可靠性的關鍵。
若模擬過程過於理想化，省略相位雜訊與其他環境不完美因素，將難以重現真實世界情況，並可能導致效能評估結果與實際表現產生落差。
例如，在無雜訊或干擾的受控測試環境中，雷達感測器效能可能看似理想； 然而在真實情境下，雷達訊號中的微小波動皆可能干擾偵測準確度。這類波動通常源自訊號劣化、周遭物體造成的多重路徑效應，或雷達系統內部的電子雜訊等因素。
若缺乏雜訊建模，工程師可能開發出在真實環境中表現不佳的雷達系統，特別是在緊急煞車或避免碰撞等關鍵應用場景中，將直接影響安全與效能。
將相位雜訊納入雷達感測測試流程
相位雜訊可透過其功率頻譜密度(Power Spectral Density, PSD)進行表徵，該指標顯示雜訊於頻率上的分布情況。感測器製造商通常會在雷達規格文件中提供相關資料，使工程師能於模擬環境中建構相位雜訊模型。
相位雜訊建模主要有兩種方式：
- 基礎模型
直接依據規格書中提供的PSD資料進行模擬。
- 分段線性模型
採用實際量測得到的PSD資料，進行更細緻的模擬與感測器定義。
將相位雜訊資料納入模擬流程，製造商可評估雷達系統在真實駕駛條件下的表現。相關模擬平台亦支援進階雜訊模型，用以模擬相位雜訊及其他可能影響雷達效能的非理想因素，使工程師能在最貼近實際情境的條件下驗證設計。
利用精準模擬相位雜訊，工程團隊得以微調雷達系統設計，使其在複雜且動態的駕駛環境中維持穩定運作。
隨著ADAS與AV技術逐漸普及，車輛勢必需符合更嚴格的感測安全標準，包括FMVSS 127所規範的AEB要求。同時仍需兼顧成本考量。
在此前提下，能於模擬環境中精確定位並處理相位雜訊，有助於雷達感測器在遠距離條件下偵測小型物體，並於多元駕駛情境中維持穩定效能。
以模擬驗證強化自動駕駛安全基礎
為使雷達能可靠地偵測弱勢道路使用者，尤其是在高速行駛等複雜環境中，開發階段即需納入相位雜訊的考量。若忽略此因素，可能導致偵測遺漏，進而影響行車安全(圖2)。
透過模擬方式評估相位雜訊對雷達效能與成本的影響，有助於在符合法規要求的同時，兼顧不同車型的成本限制。採用如FMCW雷達此類低成本且高效能的技術，將是符合安全法規並保護弱勢道路使用者的關鍵，亦有助於為更安全的自動駕駛未來鋪路。實務上，部分模擬平台(如Ansys AVxcelerate Sensors 2025 R2)已支援相關建模功能，使工程團隊能在設計階段評估雷達系統於真實情境下的表現，為自動駕駛應用奠定更穩健的安全基礎。
(本文作者為Ansys(已與Synopsys合而為一)資深產品行銷經理)
