主动安全软目标物标定系统研究

蒋熊力忍 肖广宇 姜与 杨新鹏

摘 要：主动安全软目标物标定系统是开展软目标物产品质量分析、准确度验证与性能优化必不可少的手段，标定系统研究的滞后与缺失已成为制约我国软目标物发展、国产化替代与自主定制开发的瓶颈。文章基于ISO 19206系列标准进行研究，对软目标物的毫米波雷达RCS标定特性、近红外反射标定特性、光学反射标定特性、关节运动仿生标定特性、几何标定特性进行分析，并提出了软目标物标定系统硬件、软件组成结构，为国内主动安全软目标物标定系统研发技术的发展及相应标准的制定提供一定的参考价值。

关键词：主动安全 目标物 标定系统

1 前言

随着社会经济的不断发展，人们的生活水平不断提高，汽车产品在人们生活中也扮演着越来越重要的角色，为大众的出行带来了极大的便利。在当前形势下，汽车产业技术不断发展，人们不再仅仅满足于传统汽车带来的便利，对汽车产品提出了更高的要求，智能网联汽车的发展成为了汽车产业技术进步的焦点。智能网联汽车相比于传统汽车具备诸多优势技术，成为了汽车产业发展的新动能，进一步提高了汽车产品的性能水平。主动安全软目标物作为智能网联汽车测试装备链的关键设备之一，其性能的好坏直接关系到主动安全测试结果的准确度、可信度。主动安全软目标物标定技术成为了制约目标物发展的关键因素之一[1-2]。

目前，国内对于主动安全软目标物的研究主要集中于软目标物产品的开发方面，对于软目标物标定技术的研究相对较少。国内有部分研究机构、科技公司及高校已研制出部分软目标物，但对于其标定方法及手段的研究较少，这也是阻碍国产软目标物发展的主要原因之一。随着智能网联汽车领域的不断发展，不断突破领域内高端设备关键技术，已成为未来汽车行业发展的趋势。

2 主动安全软目标物标定现状研究

现阶段我国使用的主动安全软目标物主要依赖于从国外进口，软目标物的制备工艺、异构缝合、测试评价等核心技术被国外公司所垄断。随着我国主动安全测试技术的发展，尤其是相关标准、规程的起草制定，使得针对主动安全软目标物的标定技术的研究变得尤为重要[3]。

目前，国内对于软目标物的标定技术处于探索阶段，还未形成成熟可用、行业认可的系列标定设备产品。随着我国智能网联体系不断发展和完善，国外软目标物的产品系列已经不能完全满足国内主動安全测试技术发展的需求，掌握自主开发软目标物能力已经成为了国内主动安全测试领域发展的关键诉求，而软目标物的标定技术是自主开发软目标物测试验证评价的关节环节之一。

通过对ISO 19206系列标准进行研究，软目标物的标定主要分为：毫米波雷达RCS标定、红外反射特性标定、光学特性标定（RGB）、关节运动仿生特性标定、几何特性标定。毫米波雷达RCS反射特性是软目标物的关键特性之一，ISO 19206系列标准中对行人、自行车、3D乘用车等目标物均进行了较为详细的描述，用以复现真实道路交通参与者的RCS反射特性，目前国外比较成熟的标定设备产品是DRI的雷达车。红外反射特性标定是对目标物表面不同部位的近红外反射率进行标定，目前国外比较成熟的测量近红外反射特性的标定设备是海洋光学的系列产品。光学特性标定是对目标物表面的RGB值进行标定，可采用高精度光谱仪可完成该项功能。关节运动仿生特性标定是对行人软目标物膝关节、踝关节的运动参数进行标定，主要是分两种方式进行标定，一是采用加速度传感器的方式，二是采用动作捕捉视觉识别技术。几何特性标定是对软目标物的结构几何尺寸进行标定，可采用钢卷尺等测量工具进行标定[4]。

3 软目标物标定特性研究

主动安全软目标物的标定特性主要是参考ISO 19206系列标准，ISO 19206-1是对后端乘用车目标物的要求，ISO 19206-2是对成人及儿童目标物的要求，ISO 19206-3是对3D乘用车目标物的要求，ISO 19206-4是对自行车目标物的要求，ISO 19206-5是对摩托车及踏板车目标物的要求。目前，在主动安全测试中，应用比较多的目标物为行人目标物、自行车目标物及3D乘用车目标物，即对应标准号ISO 19206-2、ISO 19206-3、ISO 19206-4。ISO系列标准中，每个标准不同程度的对软目标物的毫米波反射特性、红外反射特性、光学反射特性、关节运动仿生特性、几何特性进行了要求，特别是对毫米波反射特性进行了较为详细的描述。

3.1 毫米波雷达RCS标定特性研究

软目标物的毫米波雷达RCS标定主要是依据ISO 19206标准中的方法，按照固定角度测量方法和固定距离测量方法，对软目标物的RCS反射特性进行标定，在标定前需借助标准角反射器（通常选用10dBsm）对毫米波雷达进行校准。

以ISO 19206-4自行车软目标物为例，采用固定角度测量方法，分别对0°、45°、90°、135°及180°软目标物进行校准，自行车软目标物的角度图示如图1所示。在采集到软目标物RCS值后，依据标准中要求的通道，计算落在通道内数据的百分比，判断软目标物标定通过与否[5]。

3.2 红外反射标定特性研究

软目标物的红外反射特性标定依据ISO 19206标准中的方法，采用近红外光谱仪（波长范围：850nm至950nm），使用45°传感器配件和90°传感器配件对软目标物近红外反射率进行标定，在标定前需使用漫反射标准板对近红外光谱仪进行校准。

以ISO 19206-4自行车软目标物标定为例，软目标物某一部位近红外反射率的测量应在该部位三个不同点进行测量，取三次反射率的平均值作为最终测试结果。自行车软目标物在45°、90°传感器附件下测量值限值要求如表1所示[5]。

3.3 光学反射标定特性研究

软目标物的光学特性标定依据ISO 19206标准中方法，采用光谱仪对软目标物覆盖物的RGB值进行标定，采用的光源为D65（标准光源中最常用的人工日光）。

以ISO 19206-4自行车软目标物标定为例，对软目标物的上衣、鞋子、头发、皮肤、裤子等表面覆盖物的RGB值提出了标定需求。其光学特性RGB值测量均值如表2所示[5]。

3.4 关节运动仿生标定特性研究

软目标物的关节运动仿生特性标定是针对ISO 19206系列标准中的第二部分行人软目标物的膝关节和踝关节运动特性的标定，其标定的关键点为膝关节、踝关节的运动速度。

关节仿生运动特性标定分为成人行人和儿童行人两种测试对象，主要包括八个测试通道限值要求，分别为成人目标物膝关节（3km/h）、成人目标物踝关节（3km/h）、成人目标物膝关节（5km/h）、成人目标物踝关节（5km/h）、成人目标物膝关节（8km/h）、成人目标物踝关节（8km/h）、儿童目标物膝关节（5km/h）、儿童目标物踝关节（5km/h）。其关节运动仿生特性标定测试场景如图2所示，RP为参考点（行人目标物的H点），用于确定行人目标物的姿态，行人目标物以不同的速度（成人行人：3km/h、5km/h、8km/h；儿童行人：5km/h）运动，通过视觉识别技术或者加速度传感器对行人目标物关节运动仿生特性进行标定[6]。

3.5 几何标定特性研究

软目标物的几何特性标定是依据ISO系列标准中的要求，对其尺寸和角度进行标定，可采用钢卷尺及专用装置等。

ISO 19206-2中对成人行人目标物及儿童行人目标物的尺寸、角度进行了要求，如身高、肩宽、肩高、头宽、头高等。ISO 19206-3中对3D乘用车目标物的尺寸进行了要求，如车长、车高、车宽、轴距等。ISO 19206-4对成人自行车及骑行者、儿童自行车及骑行者的尺寸、角度进行了要求，对自行车的尺寸要求是通过坐标系的方式定义关键点X、Y数据，关键点包括前轮轴心、后轮轴心、车把手、膝盖点等。ISO 19206-5中对摩托车及騎行车的尺寸、角度进行了要求，如摩托车及骑行者总高、轴距、轮宽、把手高度等[6]。

4 软目标物标定系统分析

4.1 硬件组成部分

硬件组成部分主要包括传感器模块、操作控制模块和数据连接模块。软目标物标定对应传感器模块如表3所示。

操作控制模块主要包括满足标定需求的工控机和磁盘阵列。工控机用于对标定系统进行控制，并提供操作便捷的人机交互界面，磁盘阵列用于存储标定测试场景及试验数据记录等。数据连接模块由交换机和通讯设备组成，用于对整个标定系统各组件件进行数据交互，提供专用网络支撑。

4.2 软件组成部分

软目标物标定系统软件组成结构主要包括以下部分：标定系统基础部分、标定系统数据部分、标定测试支撑部分以及标定应用部分。

标定系统基础部分包括标定系统硬件平台和标定系统软件平台。标定系统硬件平台分为满足标定需求的工控机和交换机，标定系统软件平台主要为Windows7。

标定系统数据部分包括目标物标定试验库、试验数据库及标定报告库，数据库分为毫米波雷达RCS标定库、近红外反射特性标定库、光学反射特性标定库、关节运动仿生标定库、几何特性标定库。标定系统数据部分具有可扩充性，可根据后续标定需求进一步扩充。

标定测试支撑部分主要包括标定试验对应的功能组件，分为显示类以及通讯类。显示类主要为标定试验状态显示及标定报告显示，通讯类主要为数据接收、发送及协议解码、编码等。

标定应用部分主要由主控程序、基础程序、数据库管理组成。主控程序包括初始化设置、标定试验类型编辑、报告生成、标定试验控制及标定试验记录等。基础程序为毫米波雷达、光谱仪、关节仿生传感器基础控制。数据库管理主要为标定试验类别设置、标定报告生成设置及标定试验记录设置。

5 结论

本文主要对主动安全软目标物标定系统的发展现状、软目标物标定特性、软目标物标定系统软硬件组成进行了研究分析，并对毫米波雷达RCS反射标定特性、近红外反射标定特性、光学RGB标定特性、关节运动仿生标定特性、几何标定特性的标定关键参数进行了详细的阐述。

随着国内主动安全测试技术的不断发展，掌握具备自主知识产权的核心测试技术是研发机构及科研工作者努力的方向。软目标物标定系统是自主定制开发目标物、保证目标性能一致性的关键手段，通过对软目标物标定系统的研究，可以为国内软目标物标定系统的开发设计提供借鉴。

参考文献：

[1]李文礼，李建波，石晓辉，等.用于汽车ADAS系统测试的软目标车研究进展[J].汽车工程学报，2021，11（04）：280-288.

[2]杨帅，张金换，钱占伟，等.汽车安全多领域融合的研究与展望[J].汽车安全与节能学报，2022，13（01）：29-47.

[3]蒋熊力忍，肖广宇，郑宏.基于ISO 19206标准的目标物关键技术及应用分析[J].时代汽车，2022，No.392（20）：10-12.

[4]宁东宇. 中国骑行人软体目标物开发与测试研究[D].长沙：湖南大学，2020.DOI：10.27135/d.cnki.ghudu.2020.000488.

[5]Technical Committee ISO/TC 22， SC 33 Vehicle Dynamics and Chassis. Road Vehicles- Test Devices for Target Vehicles， Vulnerable Road Users and Other Objects， for Assessment of Active Safety Functions- Part 4： Requirements for Bicyclist Targets： ISO 19206-4： 2020[S]. Switzerland： International Organization for Standardization， 2020.

[6]Technical Committee ISO/TC 22， SC 33 Vehicle Dynamics and Chassis. Road Vehicles- Test Devices for Target Vehicles， Vulnerable Road Users and Other Objects， for Assessment of Active Safety Functions- Part 2： Requirements for Pedestrian Targets： ISO 19206- 2： 2018[S].Switzerland： International Organization for Standardization， 2018.