CN107831479B - 一种回波模拟方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种回波模拟方法及系统，该方法包括：接收车用毫米波雷达发送的射频发射信号；利用生成的本振信号对射频发射信号进行下变频处理得到中频信号，并将中频信号进行划分，得到至少两路的子中频信号；通过每一路子中频信号对应的预设目标参数，对每一路的子中频信号进行参数调整，生成每一路子中频信号对应的目标中频回波信号；利用本振信号将每一路的目标中频回波信号进行上变频处理，得到每一路目标中频回波信号对应的目标射频信号，并将所有的目标射频信号分别发送给车用毫米波雷达。本发明通过对多目标进行模拟，实现了满足整车智能辅助驾驶系统的组网与布局验证的车用毫米波雷达仿真验证需求的目的。
Description
技术领域
本发明涉及智能交通技术领域，特别是涉及一种回波模拟方法及系统。
背景技术
伴随着人工智能技术的各个方面的发展，智能辅助驾驶系统(Advanced DriverAssistant System，简称ADAS)成为了人工智能技术在交通领域中的重要应用。ADAS是集环境感知、规划决策和任务执行等功能于一体的综合技术，是当今人工智能领域的重要发展方向之一。车用毫米波雷达作为智能辅助驾驶系统中最重要的环境感知器之一，起到了汽车“眼睛”的作用，它通过探测路面目标的距离、角度和相对速度，为ADAS提供路面环境变量。ADAS的规划决策单元再根据所获得的道路信息、交通信号的信息、车辆位置和障碍物信息做出分析和判断，向主控计算机发出控制车辆转向和速度的信息，从而实现车辆依据自身意图和环境的拟人驾驶。
在ADAS的设计和实现过程中，一般会包含软件在环、硬件在环和道路测试等步骤，软件在环测试一般采用专业仿真软件实现，硬件在环测试一般利用模拟器进行仿真测试，道路测试是通过在测试场或实际道路上进行测试。其中，在硬件在环测试中，可以对车用毫米波雷达进行半实物仿真，以验证车用毫米波雷达功能。由于现有的车用毫米波雷达回波模拟系统由于体积、重量和系统复杂度等方面的限制，在对车用毫米波雷达进行功能测试时，只能进行特定场景或形式的模拟，如对单车道或者单目标场景的模拟。但是伴随着模拟场景的多样化，现有的这种对车用毫米波雷达的回波模拟方法已经不适用于模拟多车道或者多目标道路场景，进而现有的回波模拟方法已经不能满足整车ADAS的组网与布局验证的车用毫米波雷达仿真验证需求。
发明内容
针对于上述问题，本发明提供一种回波模拟方法及系统，通过对多目标进行模拟，实现了满足整车智能辅助驾驶系统的组网与布局验证的车用毫米波雷达仿真验证需求的目的。
为了实现上述目的，本发明提供了一种回波模拟方法，该方法包括：
接收车用毫米波雷达发送的射频发射信号；
生成本振信号；
利用所述本振信号对所述射频发射信号进行下变频处理得到中频信号，并将所述中频信号进行划分，得到至少两路的子中频信号，其中，子中频信号的路数等于模拟目标的数量；
获取与每一路子中频信号对应的预设目标参数；
通过每一路子中频信号对应的预设目标参数，对每一路的子中频信号进行参数调整，生成每一路子中频信号对应的目标中频回波信号；
利用所述本振信号将每一路的目标中频回波信号进行上变频处理，得到每一路目标中频回波信号对应的目标射频信号，并将所有的目标射频信号分别发送给所述车用毫米波雷达。
优选地，所述通过每一路子中频信号对应的预设目标参数，对每一路的子中频信号进行参数调整，生成每一路子中频信号对应的目标中频回波信号，包括：
根据每一路子中频信号对应的预设目标参数中的距离参数，对每一路的子中频信号进行物理延时控制，生成延时子中频信号；
根据每一路子中频信号对应的预设目标参数中的相对运动速度参数，对所述延时子中频信号进行多普勒频率控制，生成模拟相对运动速度参数；
根据每一路子中频信号对应的预设目标参数中的回波幅度参数，对所述延时子中频信号进行发射功率控制，生成模拟回波幅度参数；
根据所述延时子中频信号、所述模拟相对运动速度参数和所述模拟回波幅度参数，模拟得到每一路子中频信号对应的目标中频回波信号；其中，每一路子中频信号分别对应有所述延时子中频信号、所述模拟相对运动速度参数和所述模拟回波幅度参数。
优选地，将所述中频信号进行划分后还得到一路目标中频信号，还包括：
根据所述目标中频信号对所述射频发射信号进行参数分析。
优选地，所述本振信号包括第一本振信号和第二本振信号，所述利用所述本振信号对所述射频发射信号进行下变频处理得到中频信号包括：
对所述射频发射信号进行信号处理，得到处理后的所述射频发射信号，其中，所述信号处理包括信号均衡、信号滤波和信号放大；
利用所述第一本振信号对处理后的所述射频发射信号进行下变频处理，得到前级射频信号；
利用所述第二本振信号对所述前级射频信号进行功率调整和多级下变频处理得到所述中频信号；
所述利用所述本振信号将每一路的目标中频信号进行上变频处理，得到每一路目标中频回波信号对应的目标射频信号，包括：
利用所述第二本振信号将每一路的目标中频回波信号进行多级上变频和滤波，得到每一路的目标中频回波信号对应的后级中频回波信号；
利用所述第一本振信号对每一路的所述后级中频回波信号进行前级上变频处理，得到每一路目标中频回波信号对应的目标射频信号。
优选地，所述接收车用毫米波雷达发送的射频发射信号之前，该方法包括：
通过运动结构调整所述车用毫米波雷达的指向，以实现从不同角度接收所述车用毫米波雷达发送的所述射频发射信号；其中，所述车用毫米波雷达通过所述运动结构固定在微波暗箱中。
本发明还提供了一种回波模拟系统，该系统包括接收天线、射频系统、控制板卡和多个发射天线，所述接收天线、所述控制板卡、每个所述发射天线分别与所述射频系统连接，所述射频系统包括下变频组件、本振模块、回波模拟组件和上变频组件，所述发射天线的数量等于模拟目标的数量，其中，
所述接收天线，用于接收车用毫米波雷达发送的射频发射信号，并将所述射频发射信号发送给所述下变频组件；
所述本振模块，用于生成本振信号；
所述下变频组件，用于利用所述本振信号对所述射频发射信号进行下变频处理得到中频信号，并将所述中频信号进行划分，得到至少两路的子中频信号，其中，子中频信号的路数等于模拟目标的数量；
所述控制板卡，用于获取与每一路子中频信号对应的预设目标参数；
所述回波模拟组件，用于通过每一路子中频信号对应的预设目标参数，对每一路的子中频信号进行参数调整，生成每一路子中频信号对应的目标中频回波信号；
所述上变频组件，用于利用所述本振信号将每一路的目标中频回波信号进行上变频处理，得到每一路目标中频回波信号对应的目标射频信号，并通过多个所述发射天线将所有的目标射频信号分别发送给所述车用毫米波雷达。
优选地，所述回波模拟组件包括：
距离模拟单元，用于根据所述每一路子中频信号对应的预设目标参数中的距离参数，对所述每一路的子中频信号进行物理延时控制，生成延时子中频信号；
速度模拟单元，用于根据所述每一路子中频信号对应的预设目标参数中的相对运动参数，对所述延时子中频信号进行多普勒控制，生成模拟相对运动参数；
回波幅度模拟单元，用于根据所述每一路子中频信号对应的预设目标参数中的回波幅度参数，对所述延时子中频信号进行发射功率控制，生成模拟回波幅度参数；
生成单元，用于根据所述延时子中频信号、所述模拟相对运动速度参数和所述模拟回波幅度参数，模拟得到每一路子中频信号对应的目标中频回波信号；其中，每一路子中频信号分别对应有所述延时子中频信号、所述模拟相对运动速度参数和所述模拟回波幅度参数。
优选地，所述下变频组件对所述中频信号进行划分后还得到一路目标中频信号，所述射频系统还包括参数分析模块，所述参数分析模块和所述下变频组件连接；
所述参数分析模块，用于根据所述目标中频信号对所述射频发射信号进行参数分析。
优选地，所述本振模块包括前级本振模块和后级本振模块，所述下变频组件包括前级下变频组件和后级下变频组件，所述上变频组件包括前级上变频组件和后级上变频组件；
所述前级本振模块用于生成第一本振信号；
所述后级本振模块用于生成第二本振信号；
所述前级下变频组件，用于对所述射频发射信号进行信号处理，得到处理后的所述射频发射信号；利用所述第一本振信号对处理后的所述射频发射信号进行下变频处理，得到前级射频信号，其中，所述信号处理包括信号均衡、信号滤波和信号放大；
所述后级下变频组件，用于利用所述第二本振信号对所述前级射频信号进行功率调整和多级下变频处理得到所述中频信号；
所述后级上变频组件，用于利用所述第二本振信号将每一路的目标中频回波信号进行多级上变频和滤波，得到每一路的目标中频回波信号对应的后级中频回波信号；
所述前级上变频组件，用于利用所述第一本振信号对每一路的所述后级中频回波信号进行前级上变频处理，得到每一路目标中频回波信号对应的目标射频信号。
优选地，该系统还包括微波暗箱和运动机构，所述接收天线、多个所述发射天线、所述运动机构设置在所述微波暗箱内，所述运动机构用于支撑所述车用毫米波雷达，通过所述运动结构调整所述车用毫米波雷达的指向，以实现从不同角度接收所述下变频组件利用所述接收天线接收所述车用毫米波雷达发送的所述射频发射信号；
所述射频系统、所述接收天线和多个所述发射天线为可选配设计。
相较于现有技术，本发明在对车用毫米波雷达进行回波模拟时，在接收车用毫米波雷达发射的射频发射信号、对该射频发射信号进行变频处理和对目标射频信号进行发射时，采用的天线和射频系统是可选配设计，进而可以适用于多个频段标准的车用毫米波雷达，实现了方案的广泛适用性；并且在对射频发射信号进行下变频处理后，根据模拟目标的数量将处理后的中频信号进行划分，得到至少两路的子中频信号，并根据预设目标参数对每一路的子中频信号进行参数调整，预设的目标参数可以通过单机模式或者联网模式进行设计，可灵活设置多个目标的各种参数，例如大小、距离和相对速度等，实现了车用毫米波雷达的复杂道路场景模拟；另外，本发明通过运动结构调整车用毫米波雷达的指向，以从不同角度接收其射频发射信号，因此实现了不同角度的目标模拟。因此，本发明适用于多种目标类型或者多车道场景进行模拟的车用毫米波雷达回波模拟系统，可满足整车智能辅助驾驶系统的组网与布局验证的车用毫米波雷达仿真验证需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的一种回波模拟方法的流程示意图；
图2为本发明实施例二提供的一种典型的多车道多目标的前视车用毫米波雷达场景的示意图；
图3为本发明实施例二提供的一种单级回波模拟系统的结构示意图；
图4为本发明实施例二提供的一种双级回波模拟系统的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”和“第二”等是用于区别不同的对象，而不是用于描述特定的顺序。此外术语“包括”和“具有”以及他们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有设定于已列出的步骤或单元，而是可包括没有列出的步骤或单元。
实施例一
参见图1为本发明实施例一提供的一种回波模拟方法，该方法主要为模拟多车道或者多目标的车用毫米波雷达回波模拟方法，可用在智能辅助驾驶系统的仿真验证系统中，具体的，该方法可以包括以下步骤：
S11、接收车用毫米波雷达发送的射频发射信号；
具体的，车用毫米波雷达是采用空馈的方式将射频发射信号发送到本发明提供的回波模拟方法对应的回波模拟系统中的，其中，空馈是指该射频发射信号通过电磁波空中辐射的方式进行传播。对应于，在具体应用过程中是通过回波模拟系统中的接收天线接收该射频发射信号的。
S12、生成本振信号；
本振信号是由特定的模块或者组件根据车用毫米波雷达信号的射频发射信号的频率信息生成的，同时该本振信号应用于变频组件中，它的主要作用是对射频发射信号进行频率信息的处理。
S13、利用所述本振信号对所述射频发射信号进行下变频处理得到中频信号，并将所述中频信号进行划分，得到至少两路的子中频信号，其中，子中频信号的路数等于模拟目标的数量；
具体的，需要根据本振信号对射频发射信号进行下变频处理，主要是由于射频发射信号为高频信号，需要对该高频信号进行降频为中频信号，从而可以使射频系统中的放大器稳定的工作和减少干扰。然后再将该中频信号进行划分，得到至少两路的子中频信号。该子中频信号的路数等于模拟目标的数量，需要说明的是，该模拟目标可以为多个行人、多个车辆或者多个车道等。
S14、获取与每一路子中频信号对应的预设目标参数；
由于该车用毫米波雷达回波模拟方法适用于多目标的场景，所以每一路子中频信号都分别对应着一个预设目标参数，预设目标参数通常是控制板卡根据上位机发送的控制指令得到的，或者可以是控制板卡利用用户设置的相关参数获取到的。其中，上位机的控制指令可以为上位机根据独立设置的目标参数生成的，也可以为上位机根据通信端口传递过来的目标参数生成的。因此本发明中的预设目标参数的设置可以是单机模式也可以是联网模式，同样也可以为两种模式相结合，这样可以使目标参数的设计更加灵活，并且可以实现设计人员的远程输入，使得操作更加便捷。
S15、通过每一路子中频信号对应的预设目标参数，对每一路的子中频信号进行参数调整，生成每一路子中频信号对应的目标中频回波信号；
具体的，根据每一路子中频信号对应的预设目标参数，对每一路的子中频信号参数调整主要是对每一路子中频信号进行距离模拟、速度模拟和回波幅度模拟的过程，该过程可以包括：
根据每一路子中频信号对应的预设目标参数中的距离参数，对每一路的子中频信号进行物理延时控制，生成延时子中频信号；
根据每一路子中频信号对应的预设目标参数中的相对运动速度参数，对所述延时子中频信号进行多普勒频率控制，生成模拟相对运动速度参数；
根据每一路子中频信号对应的预设目标参数中的回波幅度参数，对所述延时子中频信号进行发射功率控制，生成模拟回波幅度参数；
根据所述延时子中频信号、所述模拟相对运动速度参数和所述模拟回波幅度参数，模拟得到每一路子中频信号对应的目标中频回波信号；其中，每一路子中频信号分别对应有所述延时子中频信号、所述模拟相对运动速度参数和所述模拟回波幅度参数。
对应的，根据每一路子中频信号对应的预设目标参数中的距离参数，对输入的子中频信号进行物理延时控制时，主要是利用公式(1-1)计算物理延时t，然后根据物理延时生成延时子中频信号，其中，
t＝2*R/c (1-1)
公式(1-1)中，R为距离参数，c为光速。
在生成延时子中频信号后，需要根据每一路子中频信号对应的预设参数中的相对运动速度参数，进行多普勒频率控制，生成模拟相对运动速度参数。具体地，需要根据公式(1-2)计算多普勒频率，其中，
fd＝fc*(1+v/c) (1-2)
公式(1-2)中，c为光速，v为相对运动速度参数，fc为车用毫米波雷达载频，fd为多普勒频率。
然后根据每一路子中频信号对应的预设目标参数中的回波幅度参数，对延时子中频信号进行发射功率控制，得到模拟回波幅度参数。具体地，需要根据公式(1-3)计算发射功率，其中，回波幅度参数主要与目标物体散射截面和距离参数有关，而目标物体散射截面积在公式(1-3)中是通过模拟目标的散射系数进行体现的。
Pr＝(PtG2λσ)/[(4π)3R4] (1-3)
公式(1-3)中，Pt为发射功率，Pr为接收功率，G为天线增益，σ为模拟目标的散射系数，λ为车用毫米波雷达载频的波长，R为距离参数。
最终根据延时子中频信号、模拟相对运动速度参数和模拟回波幅度参数，模拟得到每一路中频信号对应的目标中频回波信号。其中，每一路子中频信号分别对应有该延时子中频信号、该模拟相对运动速度参数和该模拟回波幅度参数。例如，中频信号进行划分后一共得到3路子中频信号，则有3个预设目标参数分别与3路子中频信号一一对应。然后在步骤S15中，针对每一路的子中频信号，都可根据该路子中频信号对应的预设目标参数中的距离参数、相对运动速度参数和回波幅度参数经过上述计算过程得到延时子中频信号、模拟相对运动速度参数和模拟回波幅度参数，最终根据计算得到的延时子中频信号、模拟相对运动速度参数和模拟回波幅度参数模拟得到该路子中频信号对应的目标中频回波信号。这样即可生成3路目标中频回波信号，分别与3路子中频信号一一对应。
S16、利用所述本振信号将每一路的目标中频回波信号进行上变频处理，得到每一路目标中频回波信号对应的目标射频信号，并将所有的目标射频信号分别发送给所述车用毫米波雷达。
在得到每一路的目标中频回波信号后，需要利用本振信号对每一路的目标中频回波信号进行上变频处理，即根据本振信号对此时的目标中频回波信号进行频率处理得到对应的高频信号也就是目标射频信号，返回至车用毫米波雷达，这是由于车用毫米波雷达的载频为高频信号，所以还要将中频信号处理为高频信号才能保证该车用毫米波雷达的接收。
在本实施例一的基础上，本发明的另一实施例将所述中频信号进行划分后还得到一路目标中频信号，还包括：
根据所述目标中频信号对所述射频发射信号进行参数分析。
也就是，在对中频信号进行划分时，可以得到一路目标中频信号供用户进行射频发射信号的参数分析，例如，进行信号周期、带宽和线性度的参数分析。
在本实施例一中描述的对射频信号进行下变频、参数调整和上变频的过程均通过同一级射频系统进行的，当然，在本实施例一的基础上，该射频系统可以设计为多级模式，下面以射频系统为两级模式为例进行说明。此时，利用到的本振信号可以包括第一本振信号和第二本振信号，所述利用所述本振信号对所述射频发射信号进行下变频处理得到中频信号包括：
对所述射频发射信号进行信号处理，得到处理后的射频发射信号，其中，所述信号处理包括信号均衡、信号滤波和信号放大；
利用所述第一本振信号对处理后的射频发射信号进行下变频处理，得到前级射频信号；
利用所述第二本振信号对所述前级射频信号进行功率调整和多级下变频处理得到所述中频信号；
所述利用所述本振信号将每一路的目标中频信号进行上变频处理，得到每一路目标中频回波信号对应的目标射频信号，包括：
利用所述第二本振信号将每一路的目标中频回波信号进行多级上变频和滤波，得到每一路的目标中频回波信号对应的后级中频回波信号；
利用所述第一本振信号对每一路的所述后级中频回波信号进行前级上变频处理，得到每一路目标中频回波信号对应的目标射频信号。
需要说明的是，首先对射频发射信号进行信号处理，即主要对该射频发射信号进行均衡、滤波和放大，该过程的主要目的是为了使射频发射信号进行处理时的信号更加满足需求，并且可以去除其中的干扰信号。然后，利用了第一本振信号对该射频发射信号进行下变频处理得到前级射频信号，也就是让该射频发射信号由原来的高频信号降频为中频信号，进一步地将得到的前级射频信号利用第二本振信号进行功率调整和多级下变频，此处的功率调整是根据实际应用中射频系统中的具体参数进行调整，而进行多级下变频处理是为了更好地将高频信号处理为中频信号。同理，利用第二本振信号进行多级上变频和滤波，滤波的目的是为了滤除干扰信号或波形，然后利用第一本振信号进行前级上变频处理，得到与每一路目标中频回波信号一一对应的目标射频信号。在本发明中的一级或者多级是指一级变频或者多级变频，即将高频信号变至中频信号，或者将中频信号变为高频信号，具体采用一级处理模式还是多级处理模式与应用有关，可以结合具体的应用场景进行灵活选取设计。
在本实施例一的基础上，本发明的另一实施例还提供了所述接收车用毫米波雷达发送的射频发射信号之前，该方法包括：
通过运动结构调整所述车用毫米波雷达的指向，以实现从不同角度接收所述车用毫米波雷达发送的所述射频发射信号；其中，所述车用毫米波雷达通过所述运动结构固定在微波暗箱中。
也就是通过运动机构调整车用毫米波雷达的指向，从而实现车用毫米波雷达和天线之间相对角度的变化，可以实现多目标角度指向控制，进而对不同角度或者不同车道的目标进行模拟。
通过本发明实施例一公开的技术方案，首先利用本振信号对接收到的车用毫米波雷达发射的射频发射信号进行下变频处理，得到中频信号，然后，将中频信号依据模拟目标数量进行划分，根据预设目标参数对每一路的子中频信号进行参数调整，再利用本振信号进行上变频处理，得到每一路的目标射频信号，这样能够通过模拟目标的数量进行中频信号的划分、模拟和变频处理，解决了现有技术中只能对单一目标进行回波模拟的限制，因此本发明适用于多个模拟目标的车用毫米波雷达的回波模拟，可以在汽车智能辅助驾驶系统的组网与布局验证时，对车用毫米波雷达进行半实物仿真的硬件在环测试，以验证车用毫米波雷达功能。
实施例二
参见图2，为本发明提供的一种典型的多车道多目标的前视车用毫米波雷达场景示意图，在该场景中，在本车中装有车用毫米波雷达，该车用毫米波雷达作为智能辅助驾驶系统中最重要的环境感知器之一，通过探测路面目标的距离、角度和相对速度等为智能辅助驾驶系统提供路面环境变量。
在图2的场景中，可以看出在该路段上包括了同向车道和逆向车道，而在同向车道中又包括了多个目标车辆，同样在逆向车道中也包括了多个目标车辆，即每个目标车辆与本车的相对速度和角度都处于实时变化中，进而可以通过本发明提供的回波模拟方法适用于图2中多个频段标准，可对多种目标类型即多目标和多车道场景进行模拟的车用毫米波雷达回波模拟系统，满足整车智能辅助驾驶系统的组网与布局验证的车用毫米波雷达仿真验证需求。
与本发明实施例一公开的回波模拟方法相对应，本发明的实施例二还提供了一种回波模拟系统，参见图3，所述系统包括接收天线1、射频系统2、控制板卡3和多个发射天线4，所述接收天线1、所述控制板卡3、每个所述发射天线4分别与所述射频系统2连接，所述射频系统2包括下变频组件21、本振模块22、回波模拟组件23和上变频组件24，所述发射天线的数量等于模拟目标的数量，其中，
所述接收天线1，用于接收车用毫米波雷达发送的射频发射信号，并将所述射频发射信号发送给所述下变频组件；
所述本振模块22，用于生成本振信号；
所述下变频组件21，用于利用所述本振信号对所述射频发射信号进行下变频处理得到中频信号，并将所述中频信号进行划分，得到至少两路的子中频信号，其中，子中频信号的路数等于模拟目标的数量；
所述控制板卡3，用于获取与每一路子中频信号对应的预设目标参数；
所述回波模拟组件23，用于通过每一路子中频信号对应的预设目标参数，对每一路的子中频信号进行参数调整，生成每一路子中频信号对应的目标中频回波信号；
所述上变频组件24，用于利用所述本振信号将每一路的目标中频回波信号进行上变频处理，得到每一路目标中频回波信号对应的目标射频信号，并通过多个所述发射天线将所有的目标射频信号分别发送给所述车用毫米波雷达。
需要说明的是，在本发明中接收天线1、发射天线4和射频系统2是可选配组件，可以通过选配不同组件，满足不同频段的车用毫米波雷达产品，例如，通过选配天线和射频系统，可以满足频段为24GHz，77GHz，79GHz等参数的车用毫米波雷达产品。
接收天线1和发射天线4的设计需要满足以下条件：最大限度降低天线自身对电磁波的反射，降低天线的直接反射效果；发射天线与接收天线之间隔离度要求较高，避免直达波干扰。
本振模块22生成的本振信号，需要满足变频处理中相关频率参数特征。
为实现对模拟目标的距离、相对速度、回波幅度以及角度的精确模拟，本发明采用控制板卡3对回波模拟组件23进行控制，控制板卡3可采用现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)进行控制，是由于FPGA具有速度快和响应及时的优点。控制板卡3可以接收上位机发送的包括距离参数、相对运动速度参数、回波幅度参数等信息的控制指令或者相关参数，根据控制指令或者相关参数设置回波模拟组件所需要的预设目标参数，实现对回波模拟组件的控制，进而对距离参数、相对运动速度参数和回波幅度参数进行相应的调整。控制板卡3也可以自行设置预设目标参数。
回波模拟组件23与下变频组件21和上变频组件24相连，所述回波模拟组件23包括：
距离模拟单元231，用于根据所述每一路子中频信号对应的预设目标参数中的距离参数，对所述每一路的子中频信号进行物理延时控制，生成延时子中频信号；
速度模拟单元232，用于根据所述每一路子中频信号对应的预设目标参数中的相对运动参数，对所述延时子中频信号进行多普勒控制，生成模拟相对运动参数；
回波幅度模拟单元233，用于根据所述每一路子中频信号对应的预设目标参数中的回波幅度参数，对所述延时子中频信号进行发射功率控制，生成模拟回波幅度参数；
生成单元234，用于根据所述延时子中频信号、所述模拟相对运动速度参数和所述模拟回波幅度参数，模拟得到每一路子中频信号对应的目标中频回波信号；其中，每一路子中频信号分别对应有所述延时子中频信号、所述模拟相对运动速度参数和所述模拟回波幅度参数。
需要说明的是，上述的距离模拟单元231、速度模拟单元232、回波幅度模拟单元233和生成单元234在硬件上可以为集成设计也可以为分离设计，距离模拟单元231和速度模拟单元232的先后顺序是可以互换的，当速度模拟单元232在距离模拟单元231之前时，距离模拟单元231是对每一路的子中频信号进行多普勒频率控制。但是距离模拟单元231位于速度模拟单元232之前的设计是最优的设计，最后必须连接的是回波幅度模拟单元233，因为回波幅度模拟单元23最终可以进行发射功率的控制，为了减少在硬件设计过程的难度所以优选将回波幅度模拟单元233通过生成单元234直接连接上变频组件。
另外，如图3所示，当距离模拟单元231、速度模拟单元232、回波幅度模拟单元233和生成单元234分离设计时，每个模拟目标也就是每一路的子中频信号都对应一个包括距离模拟单元231、速度模拟单元232、回波幅度模拟单元233和生成单元234的回波模拟组件23，在图3中示出了模拟目标为3个，则对应的回波模拟组件23为3个的情形，具体的每个回波模拟组件23包括距离模拟单元231、速度模拟单元232、回波幅度模拟单元233和生成单元234。
当距离模拟单元231连接速度模拟单元232，速度模拟单元232连接回波模拟单元233时，各个模拟单元的主要工作过程如下：
在距离模拟单元231中，主要是利用公式(1-1)计算物理延时t，然后根据物理延时生成延时子中频信号，其中，
t＝2*R/c (1-1)
公式(1-1)中，R为距离参数，c为光速。
在生成延时子中频信号后，在速度模拟单元232中需要根据每一路子中频信号对应的预设参数中的相对运动速度参数，进行多普勒频率控制，生成模拟相对运动速度参数。具体地，需要根据公式(1-2)计算多普勒频率，其中，
fd＝fc*(1+v/c) (1-2)
公式(1-2)中，c为光速，v为相对运动速度参数，fc为车用毫米波雷达载频，fd为多普勒频率。
然后回波幅度模拟单元233根据每一路子中频信号对应的预设目标参数中的回波幅度参数，对延时子中频信号进行发射功率控制，得到模拟回波幅度参数。具体地，需要根据公式(1-3)计算发射功率，其中，回波幅度参数主要与目标物体散射截面和距离参数有关，而目标物体散射截面积在公式(1-3)中是通过模拟目标的散射系数进行体现的。
Pr＝(PtG2λσ)/[(4π)3R4] (1-3)
公式(1-3)中，Pt为发射功率，Pr为接收功率，G为天线增益，σ为模拟目标的散射系数，λ为车用毫米波雷达载频的波长，R为距离参数。
并且，在该回波模拟系统中，所述下变频组件31对所述中频信号进行划分后还得到一路目标中频信号，所述射频系统还包括参数分析模块，所述参数分析模块和所述下变频组件连接；
所述参数分析模块，用于根据所述目标中频信号对所述射频发射信号进行参数分析。
相对于图3中的一级射频系统的设计，参见图4为本发明实施例中的另一种射频系统，该射频系统为两级设计，在该射频系统中包括了接收天线10、发射天线20，前级射频系统30、后级射频系统40和控制板卡50，其中后级射频系统40中包括的回波模拟组件401，该回波模拟组件401和图3中的回波模拟组件的结构一样，也具体包括了距离模拟单元、速度模拟单元和回波幅度模拟单元等，在图4中并未具体表示这些结构，请参见图3中的回波模拟组件的结构示意图以及相应的描述，需要说明的是在图4中的只是以三个模拟目标为例进行示意图的说明，当多个模拟目标时对应调整上变频组件和发射天线的数量即可。当射频系统为两级结构时，本振模块包括了前级本振模块301和后级本振模块402，对应的所述下变频组件包括前级下变频组件302和后级下变频组件403，所述上变频组件包括前级上变频组件303和后级上变频组件404，其中，前级本振模块301、前级下变频组件302和前级上变频组件303位于前级射频系统30中，对应的，后级本振模块402、后级下变频组件403和后级上变频组件404位于后级射频系统40中。
所述前级本振模块301用于生成第一本振信号；
所述后级本振模块402用于生成第二本振信号；
所述前级下变频组件302，用于对所述射频发射信号进行信号处理，得到处理后的射频发射信号；利用所述第一本振信号对处理后的射频发射信号进行下变频处理，得到前级射频信号，其中，所述信号处理包括信号均衡、信号滤波和信号放大；
所述后级下变频组件403，用于利用所述第二本振信号对所述前级射频信号进行功率调整和多级下变频处理得到所述中频信号；
所述后级上变频组件404，用于利用所述第二本振信号将每一路的目标中频回波信号进行多级上变频和滤波，得到每一路的目标中频回波信号对应的后级中频回波信号；
所述前级上变频组件403，用于利用所述第一本振信号对每一路的所述后级中频回波信号进行前级上变频处理，得到每一路目标中频回波信号对应的目标射频信号。
需要说明的是，前级本振模块301分别与前级下变频组件302和各个前级上变频组件303相连，后级本振模块402分别与后级下变频组件403相连，在图4中为了保证示意图的清晰并未体现该连接关系，可根据具体的布局应用进行对应的连接设置。
在本实施另一实施例中，该回波模拟系统还可以包括微波暗箱和运动机构，所述接收天线、多个所述发射天线、所述运动机构设置在所述微波暗箱内，所述运动机构用于支撑所述车用毫米波雷达，通过所述运动结构调整所述车用毫米波雷达的指向，以实现从不同角度接收所述下变频组件利用所述接收天线接收所述车用毫米波雷达发送的所述射频发射信号；
所述射频系统、所述接收天线和多个所述发射天线为可选配设计。
具体的，环境的干扰会对车用毫米波雷达的功能和性能测试产生影响，这是由于环境干扰信号会被车用毫米波雷达误认为是目标信号，从而出现误判断。因此，在本发明中的微波暗箱的主要作用是为天线和车用毫米波雷达之间电磁波传输提供近似真空的无反射电磁环境，避免外部对系统的干扰；同时，该微波暗箱可以为天线以及车用毫米波雷达提供安装平台，同时该微波暗箱可以包括运动机构，该运动机构可以为用于安装被测的车用毫米波雷达的转台或支架等结构。该运动机构可实现对车用毫米波雷达的角度指向控制，进而对不同角度目标的模拟，同时该运动机构可采用不同形式运动结构，如直线型运动结构或弧形运动结构等。在本发明实施例具体实施的过程中，该运动机构可以和控制板卡进行连接，采用控制板卡对运动机构进行控制。
控制板卡通过连接上位机，可以获得预设目标参数。这是由于上位机可以提供人机操作界面，进行目标参数设置。该上位机有两种工作模式，单机模式和联网模式。单机模式是指上位机通过独立设置目标参数，模拟目标回波信号；联网模式是上位机通过通信端口接入其他系统，实现联网模式，实时接收其他仿真系统传递的目标参数，进行联网仿真。上位机可根据人机界面的输入，或者通信端口传递的目标参数，计算出对应目标距离、目标相对速度、回波幅度和目标角度的控制指令，并发送给控制板卡。具体的，上位机的功能是通过控制和通信软件的运行而实现的，也就是该控制和通信软件可以实现提供人机操作界面，也可提供单机模式下的目标参数设置功能，同时可以实现联网模式下与其他系统的通信，当上位机与控制板卡相连时，控制和通信软件还可实现对控制板卡的指令发送和参数传递。
通过本发明实施例二公开的技术方案，针对已有的车用毫米波雷达回波模拟系统只工作于单一频段，不适用于多目标模拟，更不能模拟多车道道路场景的局限，提出了一种适用于多个频段标准，可对多种目标类型场景进行模拟的多车道多目标车用毫米波雷达回波模拟系统，即通过选配不同组件，就可以灵活适用于多个频段标准的车用毫米波雷达；采用多个上变频支路来实现多车道、多目标的模拟，可灵活设置多个目标的大小、距离、相对速度、角度等，实现车用毫米波雷达的复杂道路场景模拟；提出的单机模式与联网模式相结合的设计，既可以实现目标参数的工人设置，也可以通过通信端口设置；提出的运动结构可实现多目标角度指向控制，实现不同角度(不同车道)目标的模拟；提出的下变频支路，可以将采集的车用毫米波雷达的射频发射信号下变频至中频，供用户进行雷达发射信号的参数分析。因此，该回波模拟系统可满足整车智能辅助驾驶系统的组网与布局验证的车用毫米波雷达仿真验证需求。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。
Claims (10)
1.一种回波模拟方法，其特征在于，该方法包括：
接收车用毫米波雷达发送的射频发射信号；
生成本振信号；
利用所述本振信号对所述射频发射信号进行下变频处理得到中频信号，并将所述中频信号进行划分，得到至少两路的子中频信号，其中，子中频信号的路数等于模拟目标的数量；
获取与每一路子中频信号对应的预设目标参数；
通过每一路子中频信号对应的预设目标参数，对每一路的子中频信号进行参数调整，生成每一路子中频信号对应的目标中频回波信号；
利用所述本振信号将每一路的目标中频回波信号进行上变频处理，得到每一路目标中频回波信号对应的目标射频信号，并将所有的目标射频信号分别发送给所述车用毫米波雷达。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过每一路子中频信号对应的预设目标参数，对每一路的子中频信号进行参数调整，生成每一路子中频信号对应的目标中频回波信号，包括：
根据每一路子中频信号对应的预设目标参数中的距离参数，对每一路的子中频信号进行物理延时控制，生成延时子中频信号；
根据每一路子中频信号对应的预设目标参数中的相对运动速度参数，对所述延时子中频信号进行多普勒频率控制，生成模拟相对运动速度参数；
根据每一路子中频信号对应的预设目标参数中的回波幅度参数，对所述延时子中频信号进行发射功率控制，生成模拟回波幅度参数；
根据所述延时子中频信号、所述模拟相对运动速度参数和所述模拟回波幅度参数，模拟得到每一路子中频信号对应的目标中频回波信号；其中，每一路子中频信号分别对应有所述延时子中频信号、所述模拟相对运动速度参数和所述模拟回波幅度参数。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述中频信号进行划分后还得到一路目标中频信号，还包括：
根据所述目标中频信号对所述射频发射信号进行参数分析。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述本振信号包括第一本振信号和第二本振信号，所述利用所述本振信号对所述射频发射信号进行下变频处理得到中频信号包括：
对所述射频发射信号进行信号处理，得到处理后的所述射频发射信号，其中，所述信号处理包括信号均衡、信号滤波和信号放大；
利用所述第一本振信号对处理后的所述射频发射信号进行下变频处理，得到前级射频信号；
利用所述第二本振信号对所述前级射频信号进行功率调整和多级下变频处理得到所述中频信号；
所述利用所述本振信号将每一路的目标中频信号进行上变频处理，得到每一路目标中频回波信号对应的目标射频信号，包括：
利用所述第二本振信号将每一路的目标中频回波信号进行多级上变频和滤波，得到每一路的目标中频回波信号对应的后级中频回波信号；
利用所述第一本振信号对每一路的所述后级中频回波信号进行前级上变频处理，得到每一路目标中频回波信号对应的目标射频信号。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述接收车用毫米波雷达发送的射频发射信号之前，该方法包括：
通过运动结构调整所述车用毫米波雷达的指向，以实现从不同角度接收所述车用毫米波雷达发送的所述射频发射信号；其中，所述车用毫米波雷达通过所述运动结构固定在微波暗箱中。
6.一种回波模拟系统，其特征在于，该系统包括接收天线、射频系统、控制板卡和多个发射天线，所述接收天线、所述控制板卡、每个所述发射天线分别与所述射频系统连接，所述射频系统包括下变频组件、本振模块、回波模拟组件和上变频组件，所述发射天线的数量等于模拟目标的数量，其中，
所述接收天线，用于接收车用毫米波雷达发送的射频发射信号，并将所述射频发射信号发送给所述下变频组件；
所述本振模块，用于生成本振信号；
所述下变频组件，用于利用所述本振信号对所述射频发射信号进行下变频处理得到中频信号，并将所述中频信号进行划分，得到至少两路的子中频信号，其中，子中频信号的路数等于模拟目标的数量；
所述控制板卡，用于获取与每一路子中频信号对应的预设目标参数；
所述回波模拟组件，用于通过每一路子中频信号对应的预设目标参数，对每一路的子中频信号进行参数调整，生成每一路子中频信号对应的目标中频回波信号；
所述上变频组件，用于利用所述本振信号将每一路的目标中频回波信号进行上变频处理，得到每一路目标中频回波信号对应的目标射频信号，并通过多个所述发射天线将所有的目标射频信号分别发送给所述车用毫米波雷达。
7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述回波模拟组件包括：
距离模拟单元，用于根据所述每一路子中频信号对应的预设目标参数中的距离参数，对所述每一路的子中频信号进行物理延时控制，生成延时子中频信号；
速度模拟单元，用于根据所述每一路子中频信号对应的预设目标参数中的相对运动参数，对所述延时子中频信号进行多普勒控制，生成模拟相对运动参数；
回波幅度模拟单元，用于根据所述每一路子中频信号对应的预设目标参数中的回波幅度参数，对所述延时子中频信号进行发射功率控制，生成模拟回波幅度参数；
生成单元，用于根据所述延时子中频信号、所述模拟相对运动速度参数和所述模拟回波幅度参数，模拟得到每一路子中频信号对应的目标中频回波信号；其中，每一路子中频信号分别对应有所述延时子中频信号、所述模拟相对运动速度参数和所述模拟回波幅度参数。
8.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述下变频组件对所述中频信号进行划分后还得到一路目标中频信号，所述射频系统还包括参数分析模块，所述参数分析模块和所述下变频组件连接；
所述参数分析模块，用于根据所述目标中频信号对所述射频发射信号进行参数分析。
9.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，所述本振模块包括前级本振模块和后级本振模块，所述下变频组件包括前级下变频组件和后级下变频组件，所述上变频组件包括前级上变频组件和后级上变频组件；
所述前级本振模块用于生成第一本振信号；
所述后级本振模块用于生成第二本振信号；
所述前级下变频组件，用于对所述射频发射信号进行信号处理，得到处理后的所述射频发射信号；利用所述第一本振信号对处理后的所述射频发射信号进行下变频处理，得到前级射频信号，其中，所述信号处理包括信号均衡、信号滤波和信号放大；
所述后级下变频组件，用于利用所述第二本振信号对所述前级射频信号进行功率调整和多级下变频处理得到所述中频信号；
所述后级上变频组件，用于利用所述第二本振信号将每一路的目标中频回波信号进行多级上变频和滤波，得到每一路的目标中频回波信号对应的后级中频回波信号；
所述前级上变频组件，用于利用所述第一本振信号对每一路的所述后级中频回波信号进行前级上变频处理，得到每一路目标中频回波信号对应的目标射频信号。
10.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，该系统还包括微波暗箱和运动机构，所述接收天线、多个所述发射天线、所述运动机构设置在所述微波暗箱内，所述运动机构用于支撑所述车用毫米波雷达，通过所述运动结构调整所述车用毫米波雷达的指向，以实现从不同角度接收所述下变频组件利用所述接收天线接收所述车用毫米波雷达发送的所述射频发射信号；
所述射频系统、所述接收天线和多个所述发射天线为可选配设计。
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