配置与型号解析[2]
输入 capture JSON、预设、安装外参、频率、显式内存预算;实例字段覆写预设。
FIACaptureConfigLoader / FIARadarConfig
公式:03
雷达器件结构、探测原理、电磁散射、几何传播、信号检测、模块流水线与标定方法。
真实毫米波雷达由波形/时钟、发射通道、天线、雷达罩、接收阵列、混频与采样、数字处理和数据接口组成。场景目标及传播介质构成外部回波链路。[1]
| 结构部分 | 作用 | 仿真对应 |
|---|---|---|
| 波形源 / 时钟 | 中心频率、扫频带宽、chirp 周期、CPI | center_frequency_ghz / fmcw_* / cpi_rate_hz |
| 发射链 / 天线 / 雷达罩 | 发射能量、方向图、安装与罩体损失 | link_budget_db / antenna_pattern / rig 外参 / radome_wet_loss_db |
| Rx 阵列 / MIMO | 孔径与相位差提供角信息 | 构型、角格、虚拟阵元规模;FAST DOA 来自主散射几何 |
| 混频 / ADC / DSP | 距离、速度、角度、目标检测 | FAST 功率格或 waveform 相干频域近似,CFAR / NMS / MTI |
| 输出接口 | 检测点、目标列表、诊断/信号数据 | PCD / NPY / JSON / 可选功率与复数 cube |
| 构型 | 结构与测量能力 | 代表型号 |
|---|---|---|
| imaging_4d 高密成像雷达 | 大规模或级联 MIMO 阵列,测量距离、径向速度、方位角和俯仰角;以较细角格生成高密度空间点云。 | arbe_phoenix、ars548、huawei_12t24r |
| mimo_4d 稀疏 MIMO 雷达 | 单芯片多发多收阵列,保留方位与俯仰测量;采用较粗角格,适用于近距多目标检测。 | ti_awr2944、ti_iwr6843_60ghz |
| planar_3d 平面阵列雷达 | 水平线阵测量距离、径向速度与方位角;无俯仰测量,输出俯仰角和 Z 坐标为零。 | ars408 |
| monopulse_mti 单脉冲动目标雷达 | 少通道宽视场构型,FAST 使用主散射路径几何方向估计 DOA,配合 MTI 径向速度凹口。俯仰输出由具体型号配置决定。 | zhwx_6130_60ghz、infineon_bgt60tr13c、hlk_ld2450_24ghz |
| custom 自定义参数构型 | 按应用配置频率、视场、量程、角格、俯仰开关与信号链参数。 | 用户自定义配置 |
距离来自传播时延与扫频拍频,速度来自相位/多普勒变化,角度来自接收孔径的空间相位差。静止物体也产生回波,MTI 按相对径向速度过滤检测结果。[11]
c=299 792 458 m/s;60 GHz 的波长约 5 mm,77 GHz 约 3.89 mm。R 为单站雷达到目标的单程距离。
拍频的距离项与多普勒项需分离或联合估计。这里 fD 按接收相对发射的频移约定,输出 vr 远离为正;器件混频约定可能改变频谱符号。
B 为带宽;Tr 为 chirp 重复周期;Ns 为慢时间样本数。CPI 决定相干观测时长,输出帧率决定扫描调度频率。
阵元间相位差用于真实器件 DOA;角孔径公式为近轴尺度近似。当前 waveform 用虚拟阵列规模推导角格,FAST 用路径几何角而非逐阵元相位差求解。
各模块使用路径几何、运动状态和非视觉物性计算回波。下表对应各项仿真特性、实现模块与公式。
| Feature | 实现模块 / 抽象 | 物理作用 | 公式 |
|---|---|---|---|
| 几何传播 | CPU LineTrace / RTX Inline RayQuery | 闭合路程、遮挡、到达角[3] | 05 |
| 刚体多普勒 | 状态观测器 / 命中点运动学 | 线运动+旋转+雷达运动[4] | 06 |
| 频变电磁材质 | 39 类预设 / PM 自定义覆写 | 10–120 GHz,幂律 / Debye 先验[8] | 07 |
| 复介质与薄层 | CPU 散射核 / GPU Shader | Fresnel TE/TM / Airy 相干干涉[5] | 07、08 |
| 镜面 / 漫反射 | 表面粗糙度散射核 | 近法向镜面叶瓣+粗糙漫散射[6] | 09 |
| 逆反射 | 材质 retro 属性 | 增强接近返回方向的散射贡献[6] | 10 |
| 射线密度积分 | 立体角微元 / 截面上界 | Δσ = σ⁰ΔA;按射线功率汇总[7] | 10 |
| 多跳镜面续传 | SBR + Return Visibility | 逐跳反射权重与返回可见性[3] | 05、10 |
| 链路 / 天线 | LinkBudget / AntennaPattern | R⁻⁴、方向增益、归一化噪声参考[7] | 11 |
| FAST 检测近似 | 4D power matrix | 功率质心;主散射 metadata[9] | 12 |
| waveform 相干近似 | FMCWProcessor | 物理格宽、路径相位、干涉与噪声[10] | 03、13 |
| CFAR / NMS | 检测器 / 构型策略 | 局部背景自适应阈值+峰值合并[9] | 14 |
| MTI / 6130 | monopulse_mti 构型 | 径向速度凹口,主散射几何 DOA[11] | 15 |
| 天气与湿膜 | 独立 Radar Weather | 传播等效损失、湿膜物性、检测级响应[14] | 16–19 |
| 测量 / 数据合同 | Noise / Encoding / Writer | ISO 坐标、复现种子、同帧目标列表[15] | 15 |
p0 为 Tx,pK+1 为 Rx;K 为命中次数。多径距离取总闭合路程的一半,到达角取最终散射点到接收机的方向。
线速度、旋转表面点速度和雷达自身运动共同作用;静止物体仍能反射,是否通过 MTI 取决于相对径向速度。
发射射线逐跳沿镜面反射方向续传。多跳回波需要接收机返回方向的可见性;当前多跳准直判断采用反射方向与返回方向点积大于 0.95 的几何门限。到达角不直接照搬发射角。[3]
θ 为入射角;Γ 是功率反射率。复数符号采用实现约定;高导电金属采用 PEC 近似,Γ=1。
对 TE/TM 分别计算,再平均功率。d 与 λ 使用同一长度单位;厚度控制层内传播相位与吸收。
σh 为 RMS 粗糙度;m 为项目散射核的坡度尺度。前项为近法向镜面叶瓣,后项为粗糙漫散射;数值实现含指数截断。
非视觉 PM 资产中的物性独立于渲染材质的 Metallic / Roughness。预设物性按频率合成,用户覆写通过 CPU 材质解析或 GPU 段表映射使用。含水介质采用 Debye 类型色散先验,常规介质按频率幂律缩放。[8]
幂律用于常规介质,Debye 模型用于含水介质;τD 是介质弛豫时间,区别于传播时延 τ。
ΔΩ 为单射线立体角;CPU 面积微元还受目标包围盒截面上界约束。多跳续传累乘反射与相干镜面权重;返回回波需可见性和方向约束。
上行为单站点目标参考雷达方程;下行为项目归一化功率。Clink 即 link_budget_db,汇总发射/接收/噪声参考等常数。
方向图可选 uniform 或 cosine_falloff;后者按离轴角余弦及指数控制方向增益。RCS 使用 m² 的线性量参与功率计算,输出时换算 dBsm。固定目标/阈值条件下 +3 dB 约两倍功率,+12 dB 约两倍理想距离。[7]
不保留逐路径相干相位,按功率累加。适合几何/检测级数据与高效扫描;6130 的主散射方向由几何近似提供。
datacube_mode: detection
携带路径传播相位并合成 I/Q,体现相干叠加与相消;带宽、慢时间和阵列参数决定信号格宽。
datacube_mode: waveform
路径进入 (range, velocity, azimuth, elevation) 检测格。功率加权质心输出连续距离、速度和角度;主贡献路径传递对象与材质 metadata。
aki 为离散主旁瓣振幅核;实现采用 0.60 主格功率权重、4×0.09 距离/速度旁格和 2×0.02 方位旁格的核,边界处可能截断。相干合成保留路径干涉。
训练窗排除 CUT / guard 区域;Acfar 即线性 cfar_threshold。阈值随训练窗背景功率变化,倍率控制检测灵敏度。
RCS 由归一化链路反解;MTI 阈值边界保留。默认 6130 凹口为 0.05 m/s,关闭凹口可保留满足检测阈值的静态回波。
标准构型采用二维 CFAR 和峰值处理;monopulse_mti 使用专用的动目标/主散射方向策略。NMS 聚合邻近响应并保留局部峰值。[9]
默认晴天和恒定天气状态。改变场景视觉雨雾不会自动改变 Radar;需要在雷达实例显式指定天气参数。物理材质层用于表达湿面响应,检测级层用于表达等效增益、杂波和统计退化;离线工具可只运行后者以生成数据,不必重复 UE 场景几何追踪。
R 为 m,γ 为单程 dB/km;雷达罩项和杂波项为等效 dB 损失。天气独立于 UDS 视觉效果,默认晴天且状态恒定;随机化是可选应用。
W∈[0,1],hmax=3 mm;式中长度统一为 mm。当前连续混合控制粗糙度、介电实部和损耗,高导电金属只执行粗糙度调制;不需要为每种基底枚举天气标签。
Gs、Droad、Gmp 和残差权重为可配置 dB 系数。路径散射物性和检测级响应是不同层;离线合成可使用检测级参数模型而无需重跑场景追踪。
几何传播提供“路径”,材质和链路提供“能量”,信号链生成“响应”,检测器形成“目标”,输出层保证坐标和数据合同。
输入 capture JSON、预设、安装外参、频率、显式内存预算;实例字段覆写预设。
FIACaptureConfigLoader / FIARadarConfig
公式:03
构建非视觉材质表;PM 自定义参数覆盖相应属性。默认晴天、天气状态恒定;按需配置独立天气。
MaterialLibrary / MaterialClassifier / WeatherModel
公式:07、17
按视场与 rays_per_deg 建立射线,获取传感器位姿及目标线/角速度,保存扫描时刻。
Sensor / StateObserver / Rig
公式:06
CPU 查询碰撞,RTX 查询 TLAS;解析命中法线、材质和对象,镜面反射续传,并检查返回可见性。
ExecuteTracesCPU / RTViewExtension / RayQueryCS
公式:05、10
求散射截面、方向增益、链路功率与路径 Doppler,得到 Req、到达角、功率、物性和 ID。
FPathReturn / 射线回读记录
公式:06–11
FAST 将功率非相干累加到 4D 格;waveform 以路径相位合成复数频域响应并加噪。
DetectionProcessor / FMCWProcessor
公式:12、13
CFAR 估计背景,NMS/构型策略聚合峰值,反解 RCS;对径向速度执行 MTI。非 CFAR 路径按直接阈值检测。
RunCFAR / ConvertDetectionsToOutput
公式:14、15
按目标信息应用天气检测级修正、杂波/丢点和角扰动,再施加距离、速度和角测量噪声。
WeatherModel / ApplyMeasurementNoise
公式:18、19
转换到 ISO 输出,记录发射扫描时间与位姿;点云与目标列表配套。cube 在信号链阶段生成,独立输出。
Encode* / FEncodedPayload / Writer
公式:15
| 数据 | 生成阶段 / 语义 | 合同 |
|---|---|---|
| 检测点与目标 JSON | 检测、天气/测量处理后的点与对应目标信息 | 点云与目标列表配套保存,目标列表携带对象、材质和路径几何信息 |
| 功率 cube | FAST 或 waveform 信号链响应 | float32;(NEl, NAz, NV, NR),R 为最快维 |
| 复数 cube | waveform I/Q,或 FAST 检测功率赋相位的合成表示 | complex64;不是硬件 ADC 原始采样,类型与 shape 不替代语义说明 |
| 异步 GPU 扫描 | 派发 / GPU 回读 / 编码 / 写盘分离 | 回读绑定派发位姿、帧号和仿真时间;停止采集需排空尾部扫描 |
| 双雷达合并 | 按外参把两台传感器检测转换到公共坐标 | 仅变换与拼接;保留各来源径向速度,不自动去重、关联或跟踪 |
传感器输出为 ISO 8855 右手系(X 前、Y 左、Z 上);UE 局部坐标到输出的换算为 pISO,m=0.01(xUE,−yUE,zUE)。安装 JSON 的位置为 cm,物理核心按 SI 单位使用。[15]
标定使用实测数据估计安装外参、系统链路、材质和天气参数。各类参数使用对应的参考目标与观测量。[16]
已知对应点求刚体变换 TBS;已知 RCS、距离和 SNR 求系统链路常数。未观测/退化项目保留原配置。
多入射角单跳观测拟合电磁响应;晴天/天气数据拟合等效退化项。使用物性先验和约束稳定求解,再以独立复采验证应用效果。
外参、链路、材质和天气使用各自观测与目标函数。先验正则化约束参数偏离参考物性的幅度,观测残差衡量模型与实测数据的拟合程度。
观测准备、频率与角度覆盖、参数回写和复采流程见 Radar 标定章节;使用操作见 应用手册。
IARadarFMCW.cpp · 外部原理 / 标准参考IARadarFMCW.cppIARadarSensor.cppIARadarSensor.cppIARadarRayTrace.usf · 外部原理 / 标准参考IARadarRayTrace.usfIARadarSensor.cppIARadarMaterialLibrary.h · 外部原理 / 标准参考IARadarDetection.cppIARadarFMCW.cppIARadarSensor.cppIARadarWeatherModel.cpp · 外部原理 / 标准参考IARadarWeatherModel.cppIARadarWeatherModel.cppIARadarSensor.cppcalibration