房 骥，林 磊，刘瑞婷，许瑞琛，彭 潇，刘晓勇

（国家无线电监测中心检测中心，北京 100041）

1 引言

在无人驾驶系统中，传感器被称作汽车的“眼睛”，包括车载摄像头等视觉系传感器和车载毫米波雷达、车载激光雷达和车载超声波雷达等雷达系传感器。车载毫米波雷达由于成本较低、技术比较成熟率先成为无人驾驶系统主力传感器。目前车载毫米波雷达使用的频率主要包括：24GHz ISM频段（24-24.25GHz）、24GHz超宽带频段（24.25-26.65GHz）、76GHz频段（76-77GHz）和79GHz频段（77-81GHz）。

世界无线电大会WRC-15期间，1.18议题确定将77.5-78GHz频段被分配给无线定位业务，至此77-81GHz频段被全球统一划分为无线电定位业务，可用于汽车雷达，并且在76-81GHz之间的汽车雷达被定为主要业务。目前，欧盟、美国、智利、俄罗斯、白俄罗斯、新加坡、越南、马来西亚、日本、中国香港等国家和地区已将77-81GHz频段划分给汽车雷达定位业务。

我国尚未正式将77-81GH频段分配给汽车雷达业务，根据工业和信息化部2016年11月发布《关于同意车载信息服务产业应用联盟开展智能交通无线电技术频率研究试验的批复》（工信部无函〔2016〕450号），授权车载信息服务产业联盟在安徽省合肥市、辽宁省大连市、江苏省泰州市、四川省绵阳市四个试点城市开展79GHz毫米波汽车雷达无线电频率技术研究试验工作，为我国开放77-81GHz频段奠定了良好的技术基础除此之外，在开放77-81GHz频段前还需考虑该频段与已分配无线电业务之间的共存问题，以确定车载雷达与其他无线电业务是否可以共存或共存所需的条件，为频率划分提供理论依据。根据《中华人民共和国无线电频率划分规定》（2014版）[1]，在76-81GHz频段内现有无线电业务包括：无线电定位、射电天文、业余、卫星业余和空间研究（空对地），如表1所示。

根据ITU-R M.2322[2]，我国76-81GHz频段射电天文台在青海、上海和新疆，如表2所示。

本文主要分析76-81GHz频段车载雷达与射电天文之间干扰情况，通过仿真计算得到车载雷达与射电天文之间共存所需的保护距离，为我国77-81GHz频段划分提供理论依据。

表1 我国76-81GHz频段无线电频率划分表

表2 我国76-81GHz频段射电天文台地址

2 干扰准则

根据ITU-R RA.769[3]，射电天文观测的灵敏度定义为在辐射计输入端可以检测和测量到的功率值的最小变化ΔP。灵敏度方程可以表示为：式中，P和ΔP表示噪声频谱密度；Δf0为带宽；t为积分时间。P和ΔP可用玻尔兹曼常数k表示为温度的函数，即：ΔP=kΔT，P=kT因此，灵敏度方程可以表示为：式中，T=TA+TR，T是TA（来自宇宙背景、地球大气和来自地球的辐射的天线噪声温度）和TR（接收器噪声温度）之和。

积分时间（也称为观察时间）假设为2000s。干扰门限ΔPH表示为在带宽Δf内引起灵敏度10%损失的值，即：

干扰还可以表示为入射到天线端口的干扰相对于全向天线的功率通量谱密度SH。全向天线的等效面积为s=c2/4πf2，c为光速，f为频率。全向天线的增益假设为0dBi，代表干扰从射电天文天线的旁瓣接收。那么在天线处接收到的干扰功率可以表示为：

射电天文的干扰门限值以上述计算结果的最严格值为限值，即：功率通量谱密度不超过-225.86（dBW/（m2·Hz）），等效于干扰输入总功率不超过-192.36dBW。ITU-R RA.769建议在射电天文天线处收到的总干扰不应超过上述限值。

表4 谱线观察模式下有害干扰对射电天文的干扰门限值

ITU-R RA.769假设射电天文接收机收到的干扰是通过其天线旁瓣（≥19.05°）收到的，此时天线增益为0dBi。如果是通过天线主瓣收到的干扰，由于天线主瓣的增益非常高（70dBi），那么天线增益也得考虑。但是，ITU-RRA.769假设通过天线主瓣收到干扰的概率非常低，因此在计算干扰时使用0dBi作为接收天线增益。

3 传播模型

假设环境为一个标准大气压P=1013hPa，温度T=15°，大气中水蒸气密度ρ=7.5g/m3。

其他因素没有考虑（例如雨、雾等），只考虑在良好天气状况下的干扰，即只计算最严苛情况下的干扰。

图1显示了在77GHz、79GHz和81GHz频段下，不同距离对应的路径损耗。可以看出在77GHz的路径损耗最小，因此以下仿真取f=77GHz计算所需最大保护距离。

图1 77GHz、79GHz和81GHz频段不同距离下的路径损耗

4 计算模型

参考ECC Rep-056[5]中的干扰计算模型，以射电天文台为中心，分别计算同心圆环中干扰设备对射电天文台的干扰，假设干扰设备的分布为均匀分布，将各同心圆环内干扰设备的干扰积分得到全部干扰。同心圆环宽度为1km，与中心的最小距离为最小隔离距离，最大距离为最小距离+500km，如图 2所示。

图2 射电天文干扰共存仿真模型图

设Pt为单个干扰设备的平均发射功率，在射电天文台接收到来自第i个圆环的功率Pri为：

式中，d为所需最小隔离距离（30m）30m）；di为第i个圆环距离射电天文台的距离di=d+(i-1)；L(di)为第i个圆环距离射电天文台的路径损耗；Ni为在第i个圆环内的干扰设备数量，n为干扰设备的密度（个/km2）。

那么，在射电天文台接收到的干扰总功率为：

表5 79GHz车载雷达与射电天文干扰共存仿真参数

5 计算结果

根据上述模型及参数，通过仿真计算得到在不同车辆密度下的车载雷达与射电天文台之间共存所需的保护间隔，如表6和图3所示。

表6 不同车辆密度下的保护间隔

图3 不同车辆密度下射电天文台保护距离

根据计算结果，车载雷达与射电天文台之间共存所需的保护距离约为42km。因此，实际中需要采取一定措施来保证射电天文台不受汽车雷达干扰，例如基于地理位置信息，强制汽车雷达在进入射电天文台保护距离范围内主动关闭；或在射电天文台周围划分保护区，阻止汽车雷达进入射电天文台保护区。

6 结束语

本文分析了76-81GHz 频段汽车雷达与射电天文之间干扰共存情况，为我国开放77-81GHz频段提供了理论依据。根据仿真计算结果可知，汽车雷达与射电天文台之间所需的干扰保护距离约为42km，在实际中有必要采取一定措施确保射电天文台不受汽车雷达干扰。■

[1] 中华人民共和国无线电频率划分规定[EB/OL].“http：//www.miit.gov.cn/n1146285/n1146352/n3054355/n3057735/n3057748/c5975595/content.html”.

[2] Systems characteristics and compatibility of automotive radars operating in the frequency band 77.5-78 GHz for sharing studies[EB/OL].https：//www.itu.int/pub/R-REP-M.2322-2014.

[3] Protection criteria used for radio astronomical measurements[EB/OL].https：//www.itu.int/rec/R-REC-RA.769/en.

[4] Propagation by diffraction[EB/OL].https：//www.itu.int/rec/R-REC-P.526/en.

[5] COMPATIBILITY OF AUTOMOTIVE COLLISION WARNING SHORT RANGE RADAR OPERATING AT 79 GHZ WITH RADIOCOMMUNICATION SERVICES[EB/OL].“test.ecodocdb.dk/docdb/download/d540ffd2-e973/ECCREP056.PDF”.