CN107300693A - 毫米波雷达性能评估模拟系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出的毫米波雷达性能评估模拟系统，旨在提供一种实现技术难度小，方便指标评估，能够对毫米波雷达系统性能进行有效评估的模拟系统。本发明通过下述技术方案予以实现：毫米波收发天线的接收部分接收毫米波雷达发射的毫米波频段连续波雷达信号，将连续波雷达信号通过高频电缆送出至长方体暗箱外的目标回波模拟装置，目标回波模拟装置对连续波雷达信号进行变频、衰减和放大处理后，将输出模拟静止或运动目标反射的回波信号送入毫米波收发天线中的发射部分，发射部分辐射出模拟的目标回波信号，经长方体暗箱内的空间传播后，由毫米波雷达进行接收和实现接收信号的处理，精确评估毫米波雷达的性能。本发明解决了毫米波雷达性能指标评估困难的问题。

Description

毫米波雷达性能评估模拟系统
技术领域
本发明涉及一种主要应用于通讯、气象探测、遥感遥测、目标检测与测量等民用领域中，为毫米波雷达系统性能评估提供的一种模拟系统。
背景技术
随着现代雷达系统越来越复杂，雷达系统性能评估模拟技术被广泛应用。雷达目标与背景回波信号的模拟在雷达系统设计、调试和验收过程中具有非常重要的作用，是雷达系统性能评估的关键环节。随着科技发展和需求的不断提高，雷达系统的复杂度越来越高，种类越来越多，面临的工作环境复杂，雷达系统的性能评估也变得越来越困难。在这种条件下，采用性能评估模拟系统成为解决该问题的有效手段。雷达系统主要用于探测目标的存在，测量目标的径向距离、径向速度和相对角度信息，目前，雷达性能评估常采用目标回波模拟方法，利用模拟的目标回波信号，可验证雷达系统的测速或测距性能，但要同时验证评估雷达系统的测速、测距和测角性能，采用常规的目标回波模拟方法是不可行的。
随着雷达技术的不断发展，雷达所要实现的任务不仅是准确测量目标的距离、方位角和俯仰角，而且还包括准确测量目标的速度，以及从目标回波信号中获取更多有关目标的信息。伴随着毫米波技术的发展，毫米波电子元器件的价格越来越低，为毫米波雷达广泛应用于我国的民用领域奠定了坚实基础。毫米波雷达系统的工作原理是向目标发射毫米波频段的电磁波信号，电磁波信号在空间传播过程中，遇到物体如汽车、行人、建筑物以及地面等目标，这些目标将反射一定能量的电磁波信号送回至毫米波雷达系统，由毫米波雷达系统的天线接收后，通过相应的处理就可得到目标的相关信息。因此，毫米波雷达是通过获取目标反射回来的回波信号来探测目标的，若一些目标不反射毫米波信号或反射的毫米波信号很弱，甚至于不满足雷达系统的信号检测门限时，则毫米波雷达就不能准确探测到这些目标，暗室就是这种工作机理，暗室内各反射面安装了相应频段的电磁波吸收材料，可吸收对应频段的电磁波信号，吸收材料的长度与欲吸收的电磁频率有关，欲吸收的电磁频率越低，吸收材料的长度越长，一般吸收材料的长度应该不小于最低吸收频率信号波长的0.25倍，因此，工作信号的频率越低，则吸收材料的长度就越长，如米波频段以下的吸收材料极难实现，且造价昂贵。一旦暗室内放置的雷达发射出信号，当雷达信号到达暗室内的各个反射面后，各个反射面将吸收雷达信号的大部分能量，从而由反射面反射出来的雷达信号就很弱，雷达就不会接收到来至于各个方向反射物所反射的多径信号。在暗室内工作的雷达只有处于确保“干净”的电磁频谱环境条件下，方可对雷达系统的性能指标进行测试评估。
毫米波天线是毫米波雷达系统发射和接收毫米波频段电磁波信号的重要组成部分。在实际应用中，毫米波雷达探测目标时，具有一定天线波束宽度的毫米波天线发射出电磁波信号，往往位于雷达威力作用区域且在天线波束范围内的所有目标均对毫米波频段的电磁波信号进行了反射，这样毫米波雷达将同时接收到来自天线波束范围内的所有目标的反射信号，特别是处于雷达距离分辨率范围内的多个目标，雷达将无法进行分辨，认为是同一个目标的反射信号，而处于雷达距离分辨率范围之外的多个目标，雷达虽然可以进行分辨，但雷达系统目标处理的复杂度将大大增加，雷达系统在这样复杂的工作环境条件下，要对其性能指标进行精确评估是非常困难的。
尽管现有雷达系统模拟技术及高速数据采集系统的采集、处理、存储等各个设计方面取得了非常大的进步，由于毫米波雷达应用的环境越来越复杂，要得到一个相对完善的可对雷达系统性能进行有效评估的模拟系统，涉及到的内容十分广泛和复杂，还有很多方面需要进一步改善和提高。随着毫米波雷达在民用领域的广泛应用，低成本、轻重量以及小型化毫米波雷达需求迫切，毫米波雷达产品批量生产后，由于所使用的电子元器件技术参数精度的偏差和系统加工误差，每套毫米波雷达产品必须进行性能指标测试验证，然而毫米波雷达在复杂电磁环境和复杂的目标环境下测试面临各种多径信号的干扰影响，存在易导致毫米波雷达性能指标无法有效测试评估的问题，而模拟雷达回波信号有实时性的要求，因此在实现过程中，为毫米波雷达提供“干净”的电磁频谱测试工作环境，并在该环境条件下可精确模拟评估毫米波雷达系统的性能，是保障毫米波雷达批量测试的前提条件和基础，因此，设计毫米波雷达性能评估模拟系统是迫切需要解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是针对现有毫米波雷达系统性能和指标评估的不足之处，提供一种实现技术难度小，方便指标评估，能够对毫米波雷达系统性能进行有效评估的模拟系统。以解决毫米波雷达性能指标评估困难的问题。
本发明解决现有技术问题所采用的方案是：一种毫米波雷达性能评估模拟系统，包括：目标回波模拟装置、设置在长方体暗箱中的毫米波雷达和毫米波收发天线，其特征在于：目标回波模拟装置通过高频电缆连接设置在长方体暗箱内一侧端面的毫米波收发天线，毫米波雷达设置在对应于所述毫米波收发天线的另一侧；毫米波收发天线的接收部分接收毫米波雷达发射的毫米波频段连续波雷达信号，将连续波雷达信号通过高频电缆送出至长方体暗箱外的目标回波模拟装置，目标回波模拟装置对连续波雷达信号进行变频、衰减和放大处理后，将输出模拟静止或运动目标反射的回波信号送入毫米波收发天线中的发射部分，发射部分辐射出模拟的目标回波信号，经长方体暗箱内的空间传播后，由毫米波雷达进行接收和实现接收信号的处理，从而就可精确评估毫米波雷达的性能。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
技术难度小。本发明针对雷达系统应用环境和目标处理的复杂度，综合考虑长方体暗箱尺寸、吸波材料反射率、测试方位、天线特性及极化方向、测试频率等测试条件，采用长方体暗箱内的一个端面放置毫米波收发天线，与安装毫米波收发天线端面相平行的对应端面内放置毫米波雷达，毫米波雷达向暗箱内的毫米波收发天线辐射毫米波频段的连续波雷达信号，通过长方体暗箱、目标回波模拟装置以及毫米波收发天线就可搭建出区别于易受环境、物质、技术等条件限制的毫米波雷达系统的性能评估模拟环境，环境具有良好可控性，易于移植应用到不同实际背景中，利用目标回波模拟装置可实时响应雷达操作命令或背景变化产生不同的回波信号，匹配毫米波雷达的应用波形参数，实现对毫米波雷达性能的有效评估，解决了毫米波雷达面临复杂的工作环境条件下的性能评估问题。
方便指标评估。本发明采用毫米波收发天线中的接收部分将毫米波频段的连续波雷达信号通过高频电缆送出至长方体暗箱外的目标回波模拟装置，目标回波模拟装置对毫米波频段的连续波雷达信号进行变频、衰减和放大处理后，通过目标模拟通道实现输出模拟静止或运动目标反射的回波信号送暗箱内毫米波收发天线中的发射部分，由毫米波收发天线中的发射部分向毫米波雷达辐射模拟的目标回波信号，实现毫米波雷达目标回波信号的实时模拟，可根据不同应用目的和任务提供相应的回波信号参数模拟，并为毫米波雷达提供了“干净”的电磁频谱测试工作环境，方便快速评估毫米波雷达系统的性能。
能够对毫米波雷达系统性能进行有效评估。本发明针对毫米波雷达在复杂电磁环境下测试所面临各种多径信号的干扰影响问题，将待测试的毫米波雷达放置在长方体暗箱一端，通过长方体暗箱内的毫米波收发天线来模拟目标接收和反射毫米波雷达信号，能够精确模拟毫米波雷达目标回波信号，目标回波信号不会受到一些多径信号的干扰，解决了毫米波雷达在复杂电磁环境下测试所面临各种多径信号的干扰影响，易导致毫米波雷达性能指标无法有效测试评估问题，也解决了毫米波雷达批量生产后产品性能指标的快速测试问题。
附图说明
下面结合附图和实施例对本专利进一步说明。
图1是本发明毫米波雷达性能评估模拟系统原理框图。
图2是图1目标回波模拟装置的电路原理示意图。
具体实施方式
参阅图1。在以下实施例描述的实施例中，毫米波雷达性能评估模拟系统，包括：毫米波雷达、目标回波模拟装置、毫米波收发天线和长方体暗箱，其中，长方体暗箱是一个内部各端面对毫米波频段的连续波雷达信号均具有吸收作用的箱体，长方体暗箱长度需同时满足毫米波雷达、毫米波收发天线的远场条件。毫米波收发天线包括工作在毫米波频段的接收部分和发射部分，且接收部分和发射部分采用分开设计，接收部分和发射部分之间的相隔距离需满足泄露至接收部分中的发射信号不会使接收通道处于饱和状态。长方体暗箱内的一个端面放置毫米波收发天线，与安装毫米波收发天线端面相平行的对应端面内放置毫米波雷达，毫米波收发天线的接收部分接收毫米波雷达发射的毫米波频段连续波雷达信号，将连续波雷达信号通过高频电缆送出至长方体暗箱外的目标回波模拟装置，目标回波模拟装置对连续波雷达信号进行变频、衰减和放大处理后，将输出模拟静止或运动目标反射的回波信号送入毫米波收发天线中的发射部分，发射部分辐射出模拟的目标回波信号，经长方体暗箱内的空间传播后，由毫米波雷达进行接收和实现接收信号的处理，从而就可精确评估毫米波雷达的性能。
参阅图2。目标回波模拟装置包括：电连接固定本振的毫米波下变频器、电连接可变本振和带通滤波器BPF的毫米波上变频器，其中，毫米波下变频器对毫米波收发天线送入的毫米波信号，结合固定本振提供的本振信号实现下变频处理，将下变频处理获得的中频信号输出至毫米波上变频器，毫米波上变频器利用可变本振送入的频率可变本振信号和上述中频信号进行上变频处理，经带通滤波器BPF滤波后，输出目标回波模拟信号。

Claims (5)

1.一种毫米波雷达性能评估模拟系统，包括：目标回波模拟装置、设置在长方体暗箱中的毫米波雷达和毫米波收发天线，其特征在于：目标回波模拟装置通过高频电缆连接设置在长方体暗箱内一侧端面的毫米波收发天线，毫米波雷达设置在对应于所述毫米波收发天线的另一侧；毫米波收发天线的接收部分接收毫米波雷达发射的毫米波频段连续波雷达信号，将连续波雷达信号通过高频电缆送出至长方体暗箱外的目标回波模拟装置，目标回波模拟装置对连续波雷达信号进行变频、衰减和放大处理后，将输出模拟静止或运动目标反射的回波信号送入毫米波收发天线中的发射部分，发射部分辐射出模拟的目标回波信号，经长方体暗箱内的空间传播后，由毫米波雷达进行接收和实现接收信号的处理，精确评估毫米波雷达的性能。
2.按权利要求1所述的毫米波雷达性能评估模拟系统，其特征在于，长方体暗箱是一个内部各端面对毫米波频段的连续波雷达信号均具有吸收作用的箱体，长方体暗箱长度需同时满足毫米波雷达、毫米波收发/天线的远场条件。
3.按权利要求1所述的毫米波雷达性能评估模拟系统，其特征在于，毫米波收发天线包括工作在毫米波频段的接收部分和发射部分，且接收部分和发射部分采用分开设计，接收部分和发射部分之间的相隔距离需满足泄露至接收部分中的发射信号不会使接收通道处于饱和状态。
4.按权利要求1所述的毫米波雷达性能评估模拟系统，其特征在于，电连接固定本振的毫米波下变频器、电连接可变本振和带通滤波器BPF的毫米波上变频器。
5.按权利要求4所述的毫米波雷达性能评估模拟系统，其特征在于，毫米波下变频器对毫米波收发天线送入的毫米波信号，结合固定本振提供的本振信号实现下变频处理，将下变频处理获得的中频信号输出至毫米波上变频器，毫米波上变频器利用可变本振送入的频率可变本振信号和上述中频信号进行上变频处理，经带通滤波器BPF滤波后，输出目标回波模拟信号。
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