WaveFarer 的各种特色

img1

 

近场传播法(Near-Field Propagation Method)

WaveFarer运用了REMCOM改进的射线跟踪(Ray-Tracing)算法以及从汽车雷达研发工作延伸的物理数学方法进行包含地面反射多径效应影响的雷达目标物表面散射回波的仿真计算,这种算法结合了传统的远场RCS计算方法以及都市环境无线电波传播分析方法构成了一个处理汽车雷达研发工作挑战的解决方案,而融合了近场散射方法之后,也进一步增加了毫米波频段的计算精度。

  • 近场效应(Near-field Effects)

WaveFarer 的雷达仿真技术包含了多个近场传播方法,首先是运用复杂的天线的辐射场形数据去修正传统方法假设发射端会发出的球面波形,让发射端可以投射非均匀形状波前的雷达讯号到目标物上,这改善了传统远场RCS方法只能使用固定相位波前的平面波做为激励去照射目标物的缺点,这样在接收端天线也可以得到更精确的相位信息。

再者,由于通常24 GHz到79 GHz频段的汽车或动力机械的雷达讯号远场范围实际分布于会远超过真实接收器(receiver)实际的位置,因此WaveFarer的射线跟踪算法引擎在整合目标物表面的部分被制定成允许接收器和次要散射体(scatterer)在近场以及目标物的整个非涅尔(Fresnel)区内,这同时解决了传统的远场RCS方法预设接收端(receiver)在目标物远场范围的这个前提造成的限制。 

  • 路径构成(Allowed Interactions)

射线跟踪算法(Ray Tracing)会累计射线一路上由于和目标物,路面或是地面以及次要散射体反射和绕射等各种互动来建构路径,WaveFarer支援在任意单一路径最多30次反射以及3次遶射。

  • 大气效应(Atmospheric Effects)

WaveFarer的传输模型可以将大气中的水分和氧分子造成的信号衰竭考虑进去,用户也可以将环境简化为真空或标准的大气成分,或依照特定的环境条件设定相对湿度或是温度和大气压力。

 

针对式的射线投射(Targeted Ray Casting)

img2

WaveFarer可以克服一般射线跟踪方法的限制,高效仿真高保真度的目标物回波,一般射线跟踪方法会直接将射线均匀的透过每一个发射器投射到仿真的场景中,如果需要在特定的目标物上大量的增加射线的互动或回馈,就必须大量的增加射线投射的密度或是用特定的绘图软件将目标物平面细分,也因此可能衍伸出其他如计算资源需求过大或是前处理过于复杂等问题,WaveFarer则是将射线整理成个别的包裹,针对性的投射到各个目标物上,这让目标物在发射器视线可及的范围内的表面都会被射线照射到,而不会有传统射线跟踪方法顾此失彼的问题。  

在汽车或是动力机械的雷达应用上,由于传统的射线跟踪方法会有射线的密度随着距离而降低并发散的现象,因此如果目标物的距离较远甚至在移动,并有较为精细的表面细节需要考虑时,传统射线跟踪方法就显得不现实,而WaveFarer的创新射线跟踪引擎就由于可以将目标物表面的各细节平面都确实用高密度的射线进行照射,而可以克服这些困难。

 

建立动态运动场景(Dynamic Scenario)

WaveFarer可以透过设定参数或是撰写脚本等方式设定搭载雷达的汽车等动力机械或是单纯设定雷达单元本身的运动,也可以设定各种散射体或目标物的运动,将整个仿真场景构成一个非常复杂的动态环境,或是建立一个整运动情境的序列,可以用来进行像是:

  • 将雷达或传感器固定于动力机械的特定部位,并且在同一路径上进行多次重复测试。
  • 建立包含速度变化以及多个目标物的真实驾驶场景。

 

WaveFarer可建立的仿真场景实例

  • 固定位置的传感器侦测运动的目标物

在电波暗室量测或是类似的固定基地设施测试经常会使用固定的雷达或是传感器去追踪一个动态的目标,常用的测试物为角反射器(corner reflector),WaveFarer 可以透过将这个测试物的位置定义成一个可以变化的参数,然后透过参数的变化和扫描可以进行一次仿真就取得测试目标物在多个不同距离和位置的结果。

img3

(在WaveFarer中透过参数化角反射器距离进行仿真所得之距离与接收功率曲线图)

 

  • 路径测试 (Track Tests)

img4

(Euro NCAP vehicle target)

WaveFarer可以建立包含符合Euro NCAP所制订,包含运动中的雷达传感器以及运动中的目标物的路径测试场景,并且可以将如雷达运动的速度,目标物运动的速度,两者的距离等因子加以参数化,在每一次仿真都依照用户的需求或设定做配置,可以在一次仿真就得到完整的结果。

 

  • 各种各样的驾驶情境

img5

(包含号志等次要散射体的驾驶测试场景)

用户可以依据需求在场景中添加各种不同的物体,包括其他会运动的目标物,或是像建筑物,电线杆,号志或是任何其他可能的散射体来建立更真实的场景,更复杂的驾驶动作像是更换车道,环绕弯道行驶,可以透过WaveFarer的脚本撰写功能来实现,这个功能可以建立用户自订的运行路径或轨迹加以仿真分析。

 

 

建立用户自订的天线

img6

实务运用上,真实的雷达或传感器天线会比WaveFarer内建的标准天线要复杂的很多,也可能有各种不同的特殊设计,这个时候WaveFarer内建的标准天线模型可能就不能充分展现其工作特性或是不适用了,WaveFarer允许用户从设计天线用的仿真软件导入天线模型,或者是从量测数据来建立客制化的天线模型并导入,这样就可以在设计的前期便进行驾驶或运动相关的仿真,协助设计更贴近实际状况。

同时,在一个天线的设计原型完成之后,可以在电波暗室进行辐射场形的量测并收集资料,这些资料可以被导入WaveFarer进行各种仿真以辅助设计,并分析各种驾驶测试场景,透过仿真的反馈来进一步修正天线设计,这样可以省去依据各个不同天线设计实际进行大量实测甚至路测所需的时间和成本。

在设计工作的前期,当实体的原型天线尚未制作时,负责设计天线或天线罩的RF工程师也可以透过如XFdtd等仿真软件将辐射场形仿真出来,并且导入WaveFarer进行关于不同驾驶情境的测试,同样的,负责雷达天线位置配置的工程师也可以透过WaveFarer做仿真,基于仿真输出挑选出理想的配置位置,这些工作都可以透过WaveFarer在汽车等动力机械严格的基于模型导向的设计概念和原则之下进行。

 

与XFdtd共享平台与介面

img7

 

WaveFarer是REMCOM 公司的电磁仿真软件的一环,同时和XFdtd共用平台和环境,使用几近相同的用户介面,所以享有和XFdtd相同的CAD导入的便利性和兼容性,也有和XFdtd相当的几何物件绘制与编辑,材料与波型的定义方式,同样的介面进行各种数据视觉化,计算结果分析,可以在同样的工作流程和介面之下进行,不需改变使用习惯来适应不同的用户界面和工作流程,可以大幅提升生产力,比方说同时需要运用仿真软件进行天线设计以及使用射线跟踪算法工具做驾驶情境分析的RF工程师,就可以在同一介面之下工作,将XFdtd的计算结果作为WaveFarer的用户自订天线导入,进行下一步包含运用新天线的驾驶场景模拟测试。 

产品介绍

Product Description