CN109471110A - 一种车用毫米波雷达多目标信号模拟方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种车用毫米波雷达多目标信号模拟方法及装置，毫米波上下变频单元，对防撞毫米波雷达发射的线性扫频信号首先进行毫米波喇叭天线接收并进行下变频，得到中频信号，中频信号传输至中频处理单元；所述中频处理单元，包括依次连接的直接变频模块、基带处理模块及中央控制处理模块；所述直接变频模块接收中频信号且中频信号作为直接变频模块中调制器的本振信号；所述基带处理模块用于产生要模拟的N个目标的速度和距离信息，根据要模拟的距离或速度选择不同的模式，包含距离模式及速度模式。本发明不仅降低了硬件成本与体积，还实现了距离和速度的高精度多目标模拟，非常方便暗室近场测试使用。

Description

一种车用毫米波雷达多目标信号模拟方法及装置

技术领域

本公开涉及车用毫米波雷达多目标信号模拟技术领域，特别是涉及一种车用毫米波雷达多目标信号模拟方法及装置。

背景技术

防撞毫米波雷达利用波长为毫米级的雷达快速准确获取车身周围信息，并根据所探知的信息进行目标追踪、识别分类，并做出相应警示或决策。防撞毫米波雷达不仅应用于防碰撞系统，而且已经在自适应巡航控制系统和无人驾驶系统中得到广泛应用。在防撞毫米波雷达实验、研制与生产过程中，为了更好的完成雷达性能的测试工作，需要进行防撞毫米波雷达信号模拟，验证防撞毫米波雷达测距与测速等核心功能的准确性。

目前车用毫米波雷达多目标信号模拟采用多模拟器积木方式搭建，如图1所示。从图中可以看出，当需要模拟N个目标时，就需要N套雷达目标模拟器，每个模拟器放在防撞毫米波雷达前方的不同距离和角度方向，可以看出，体积庞大，不方便近场暗室使用。目标模拟信号时，每个目标模拟器首先对接收的毫米波雷达信号在毫米波上下变频单元进行下变频变到中频信号，再通过信号采集与回放单元进行高速采集与数字处理，中央控制处理单元根据要模拟的距离和速度对信号采集与回放单元的高速采集信号进行参数控制，处理后的信号经过信号采集与回放单元进行高速DA输出给毫米波上下变频单元，毫米波上下变频单元将高速DA模拟的距离和速度信号变频到毫米波信号再发送出去，完成雷达目标模拟器模拟。

发明人在研究中发现，车用雷达目标模拟测试时目前一般采用信号高速采集处理与回放的方法，而车用雷达带宽最大可达4GHz，对采集与回放的采样率要求特别高，造成雷达目标模拟器价格昂贵。在进行多目标模拟时，就需要相应配置多套同样的测试资源，体积庞大，成本高，不方便暗室近场测试使用。

目前，现有技术存在以下缺点：

1，传统防撞毫米波雷达采用多模拟器积木方式搭建，体积大，重量也不轻，灵活方便性差，不方便近场暗室使用。

2，由于线性调频带宽宽，要求信号采集与回放单元中AD和DA采集时钟太高，需要高速AD和DA芯片，价格昂贵，甚至无法满足。

3、由于采用高速信号处理方式，在进行速度和距离模拟时，数据量太大，处理过程相当复杂。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本公开提供了一种车用毫米波雷达多目标信号模拟方法，本公开采用毫米波上下变频与模块复用方式，将速度和距离重映射为频率和相位信息信号后进行直接射频变频来模拟目标信息，只需通过复用基带模块和变频模块就可实现多目标模拟。

为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

一种车用毫米波雷达多目标信号模拟系统，包括：

毫米波上下变频单元，对防撞毫米波雷达发射的线性扫频信号首先进行毫米波喇叭天线接收并进行下变频，得到中频信号，中频信号传输至中频处理单元；

所述中频处理单元，包括依次连接的直接变频模块、基带处理模块及中央控制处理模块；

所述直接变频模块接收中频信号且中频信号作为直接变频模块中调制器的本振信号；

所述基带处理模块用于产生要模拟的N个目标的速度和距离信息，根据要模拟的距离或速度选择不同的模式，包含距离模式及速度模式；

当要模拟N个目标时，通过设置N个基带处理模块各自所模拟目标对应的距离和速度重映射参数，使得N个基带处理模块分别产生携带速度和距离信息的多目标信号，实现多目标信号模拟。

进一步的技术方案，所述毫米波上下变频单元与需要模拟的目标数量相一致，有N个目标需要模拟，则需要N个毫米波上下变频单元来接收雷达信号和发送模拟目标信号。

进一步的技术方案，所述毫米波上下变频单元中下变频与上变频共享相同本振。

进一步的技术方案，所述基带处理模块，当要模拟距离时，选用距离模式，采用周期频率重映射方式，首先将距离折算成要模拟的时间，该时间包含往返全程时间，然后根据雷达锯齿波扫频带宽和扫频时间的线性度乘上全程时间进行重映射得到要模拟的频率差，该频率差采用数字方式产生，并与防撞毫米波雷达的周期进行匹配。

进一步的技术方案，所述基带处理模块，当模拟速度时，采用结合数字方式与双路正交变换方法对信号进行模拟，首先根据雷达扫频信号特征即扫频带宽与时间结合模拟速度值重映射得到模拟所需的相位差值，该相位差值与模拟距离的频率结合经过双路正交变换方法产生，雷达目标模拟信号在每周期内增加相应的相位差值。

进一步的技术方案，N个基带处理模块输出基带模拟信号分别送入各自直接变频模块与毫米波上下变频单元中下变频后的中频信号进行直接变频，将距离或速度信息的基带模拟信号携带到中频信号上，并对调制后的信号进行调理。

进一步的技术方案，调制后的N个中频信号经过毫米波上下变频单元上变频后经喇叭天线输出送给防撞毫米波雷达，防撞毫米波雷达最后解算后与模拟值进行对比，从而验证雷达的性能。

本申请的另一目的是还公开了一种车用毫米波雷达多目标信号模拟方法，为了实现上述目的，本申请采用以下技术方案：

一种车用毫米波雷达多目标信号模拟方法，包括：

假设有N个目标需要模拟，N个毫米波上下变频单元来接收雷达信号和发送模拟目标信号，防撞毫米波雷达发射的线性扫频信号首先经过N个毫米波上下变频单元进行毫米波喇叭天线接收并进行下变频，得到N个中频信号；

N个中频信号送入中频处理单元，首先传给直接变频模块，作为各直接变频模块中调制器的本振信号，直接变频模块负责将N个中频信号上调制上要模拟或速度的信息信号；

需要模拟的N个目标的速度和距离信息由基带处理模块产生，根据要模拟的距离或速度配置不同的模式；

当要模拟N个目标时，通过设置N个基带处理模块各自所模拟目标对应的距离和速度重映射参数，使得N个基带处理模块分别产生携带速度和距离信息的多目标信号；

N个基带处理模块输出基带模拟信号分别送入各自直接变频模块与毫米波上下变频单元中下变频后的中频信号进行直接变频，将距离或速度信息的基带模拟信号携带到中频信号上，并对调制后的信号进行调理；

调制后的N个中频信号经过毫米波上下变频单元上变频后经喇叭天线输出送给防撞毫米波雷达，防撞毫米波雷达最后解算后与模拟值进行对比，从而验证雷达的性能。

进一步的技术方案，当要模拟距离时，基带处理模块采用周期频率重映射方式，首先将距离折算成要模拟的时间，该时间包含往返全程时间，然后根据雷达锯齿波扫频带宽和扫频时间的线性度乘上全程时间进行重映射得到要模拟的频率差，该频率差采用数字方式产生，并与防撞毫米波雷达的周期进行匹配。

进一步的技术方案，当模拟速度时，采用结合数字方式与双路正交变换方法对信号进行模拟，首先根据雷达扫频信号特征即扫频带宽与时间结合模拟速度值重映射得到模拟所需的相位差值，该相位差值与模拟距离的频率结合经过双路正交变换方法产生，雷达目标模拟信号在每周期内增加相应的相位差值。

进一步的技术方案，防撞毫米波雷达发射的线性扫频信号首先经过N个毫米波上下变频单元进行毫米波喇叭天线接收并进行下变频，得到N个中频信号，其中，下变频与上变频共享相同本振。

与现有技术相比，本公开的有益效果是：

本公开的装置不仅降低了硬件成本与体积，还实现了距离和速度的高精度多目标模拟，非常方便暗室近场测试使用。

本公开的装置一种车用毫米波雷达多目标信号模拟方法，以合成仪器和软件无线电体系架构，以“数字基带+直接变频”模式为核心，将多个直接变频模块和基带处理模块高度集成在中频处理单元里，仅仅通过在一台仪器里增加插入的模块就可实现多目标模拟，大大降低了目标模拟器体积、功耗以及硬件成本等，实用方便。

采用周期性数字重映射技术，将距离模拟转换成频率差模拟，实现距离任意连续模拟，保证距离模拟的连续性，避免了目前主流采用的高速采集与回放方式，大大降低硬件成本，大大降低了数字运算量和处理复杂度。

采用双路正交变换，将速度模拟转换成相位差模拟，通过双路正交变换保证信号间的正交性。

毫米波上下变频单元采用共享本振技术，通过同一本振的复用保证相位的一致性，实现高精度雷达信号模拟。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1为基于延迟线的防撞毫米波雷达模拟实现框图；

图2为基于正交体制的防撞毫米波雷达信号模拟实现框图。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

首先介绍关于防撞毫米波雷达的特点，防撞毫米波雷达频率覆盖76～82GHz，采用线性调频连续波调制样式，频率扫频时呈锯齿波形状，扫频时间最快可达几十us，扫频速度非常快，带宽一般都是GHz级别，非常宽。防撞毫米波雷达连续不断发射线性扫频信号，然后该扫频信号经过目标反射回防撞毫米波雷达，防撞毫米波雷达根据当前发射信号与接收信号的相位差计算相应的速度与距离。目标反射不仅会降低扫频信号的功率，最重要的是影响该信号的频率和相位。当目标与防撞毫米波雷达距离固定时，防撞毫米波雷达接收的相位差是固定；当两者发生相对运动时，就会产生相应的频率差或相位变化差。

本申请的一种典型的实施方式中，根据以上防撞毫米波雷达的调制格式、解析方式等特点，如图2所示，本发明提出一种一种车用毫米波雷达多目标信号模拟系统，以合成仪器和毫米波上下变频为核心，通过复用基带模块和变频模块就可实现多目标模拟，采用任意加载距离和速度方式，将速度和距离进行频率和相位重映射，并与雷达中频信号进行变频来模拟距离与速度信息。采用“基带处理+直接射频变频”模式，通过任意加载速度与距离方式将速度和距离进行频率和相位重映射，只需通过简单增加相应的基带处理模块和直接变频模块就可实现多目标模拟，在一台合成仪器即中频处理单元搭配上多个毫米波上下变频单元就可实现多目标雷达信号模拟，主要包含毫米波上下变频单元和中频处理单元，其中中频处理单元主要由基带处理模块、直接变频模块和中央控制处理模块组成。其中，中央控制处理模块完成对各基带信号处理模块与各直接变频模块的参数控制和数据交互，根据要模拟的多个雷达目标参数信息依次控制各个基带信号处理模块产生对应目标的距离和速度信息信号。

本申请的另一种典型的实施方式中，一种一种车用毫米波雷达多目标信号模拟方法，本专利涉及的车用毫米波雷达能够产生具有锯齿波样式的线性调频信号，具体实现如下阐述。

(1)当需要模拟多个目标时，假设有N个目标需要模拟，则需要N个毫米波上下变频单元来接收雷达信号和发送模拟目标信号，防撞毫米波雷达发射的线性扫频信号首先经过N个毫米波上下变频单元进行毫米波喇叭天线接收并进行下变频，得到N个中频信号。为保证毫米波上变频和下变频之间相位与频差的一致性，以提高多目标模拟器模拟精度，下变频与上变频共享相同本振。

(2)N个中频信号送入中频处理单元，首先传给直接变频模块，作为各直接变频模块中调制器的本振信号，直接变频模块负责将N个中频信号上调制成要模拟距离或速度的信息信号。由于扫频信号很宽，直接变频模块射频可达8GHz以上。

(3)要模拟N个目标的速度和距离信息由基带处理模块产生。基带处理模块采用全数字模式，根据要模拟的距离或速度选择不同的模式，包含距离、速度模式，其中速度模式可混合模拟速度和距离。

(4)当要模拟距离时，基带处理模块采用周期频率重映射方式。首先将要模拟的车用雷达与目标的距离(距离表示为s)折算成要模拟的时间(时间表示为Δt)，该时间包含往返全程时间Δt＝s/c*2，c为光的传播速度，然后根据中央控制处理模块中设置的车用毫米波雷达当前状态值包含锯齿波扫频带宽(带宽表示为B)和扫频时间(表示为ΔT),计算锯齿波雷达信号的线性度(表示为k＝B/ΔT)，将线性度乘上毫米波雷达与目标的全程时间进行重映射得到要模拟的频率差(表示为Δf，Δf＝kΔt)。该频率差采用数字方式产生，并与防撞毫米波雷达的周期进行匹配，该匹配方法是车用毫米波雷达每周期开始时将该频率差信号的初相重新初始化，保证初始相位的一致性，最后产生周期性的距离模拟信号，从而实现距离的连续模拟。

(5)当要模拟目标速度(速度表示为Δv)时，采用结合数字与双路正交变换方法对信号进行模拟。首先根据中央控制处理模块中设置的雷达扫频信号特征包含扫频带宽(带宽表示为B)与扫频时间(扫频时间就是雷达的扫频周期表示为ΔT)结合要模拟目标速度值(其中λ为中控控制处理模块设置的车用毫米波雷达波长，ΔΦ为车用毫米波雷达模拟的每周期相位差)重映射得到模拟所需的相位差值(表示为ΔΦ，即)。该相位差值与模拟的频率差Δf结合经过双路正交变换方法产生正交两路信号，其中同相之路模拟信号表示为II(t)＝cos(2πΔft+ΔΦ(t))，反相之路模拟信号为由于车用毫米波雷达与目标以相对速度Δv运动，目标模拟信号在每周期内增加相应的相位差值

(6)当要模拟N个目标时，通过设置N个基带处理模块各自所模拟目标对应的距离和速度重映射参数即各个目标对应的频率差Δf和相位差ΔΦ，使得N个基带处理模块分别产生携带速度和距离信息的多目标信号。

(6)N个基带处理模块输出基带模拟信号分别送入各自直接变频模块与毫米波上下变频单元中下变频后的中频信号进行直接变频调制，将距离或速度信息的基带模拟信号携带到中频信号上，并对中频信号进行放大与滤波调理。

(7)变频调制后的N个中频信号经过毫米波上下变频单元上变频后经喇叭天线输出送给防撞毫米波雷达，防撞毫米波雷达最后解算后与模拟值进行对比，从而验证雷达的性能。上变频所需的本振与下变频所需的本振为同一本振源，保证相位的一致性。

(8)可以看出，跟主流方法比，当要模拟多个目标时，除毫米波上下变频单元外，只需在中频处理单元插入相应的直接变频模块和基带处理模块就可完成多目标雷达信号模拟，只需要一台中频处理单元仪器加上多个毫米波上下变频单元就可完成多目标模拟，大大降低了模拟器体积。

本发明提出一种一种车用毫米波雷达多目标信号模拟方法，以合成仪器和毫米波上下变频为核心，只需通过增加复用基带处理模块和直接变频模块就可实现多目标模拟。采用“基带处理+直接射频变频”模式，在一台合成仪器即中频处理单元搭配上多个毫米波上下变频单元就可实现多目标雷达信号模拟。该发明不仅大大降低了硬件成本与体积，还实现了距离和速度的高精度多目标模拟，非常方便暗室近场测试使用。

本申请的上述实施例子中，一种车用毫米波雷达多目标信号模拟方法以合成仪器和软件无线电体系架构为基础，采用“数字基带+直接变频”模式，将多个直接变频模块和基带处理模块高度集成在中频处理单元里，仅仅通过在一台仪器里增加插入的模块就可实现多目标模拟，具有体积小、成本低与实用方便等优点。采用周期性数字重映射技术，将距离模拟转换成频率差模拟，实现距离任意连续模拟，保证距离模拟的连续性。通过双路正交变换方法，将速度模拟转换成相位差模拟，基于双路正交变换保证信号间正交性。采用共享本振技术，通过同一本振的复用保证相位的一致性，实现高精度雷达信号模拟。本发明体积小，重量轻，成本也很低，重点实现了距离和速度的高精度连续或复杂混合模拟，非常方便暗室近场测试使用。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种车用毫米波雷达多目标信号模拟系统，其特征是，包括：

毫米波上下变频单元，对防撞毫米波雷达发射的线性扫频信号首先进行毫米波喇叭天线接收并进行下变频，得到中频信号，中频信号传输至中频处理单元；

所述中频处理单元，包括依次连接的直接变频模块、基带处理模块及中央控制处理模块；

所述直接变频模块接收中频信号且中频信号作为直接变频模块中调制器的本振信号；

所述基带处理模块用于产生要模拟的N个目标的速度和距离信息，根据要模拟的距离或速度选择不同的模式，包含距离模式及速度模式；

当要模拟N个目标时，通过设置N个基带处理模块各自所模拟目标对应的距离和速度重映射参数，使得N个基带处理模块分别产生携带速度和距离信息的多目标信号，实现多目标信号模拟。

2.如权利要求1所述的一种车用毫米波雷达多目标信号模拟系统，其特征是，所述毫米波上下变频单元与需要模拟的目标数量相一致，有N个目标需要模拟，则需要N个毫米波上下变频单元来接收雷达信号和发送模拟目标信号，所述毫米波上下变频单元中下变频与上变频共享相同本振。

3.如权利要求1所述的一种车用毫米波雷达多目标信号模拟系统，其特征是，所述基带处理模块，当要模拟距离时，选用距离模式，采用周期频率重映射方式，首先将距离折算成要模拟的时间，该时间包含往返全程时间，然后根据雷达锯齿波扫频带宽和扫频时间的线性度乘上全程时间进行重映射得到要模拟的频率差，该频率差采用数字方式产生，并与防撞毫米波雷达的周期进行匹配。

4.如权利要求1所述的一种车用毫米波雷达多目标信号模拟系统，其特征是，所述基带处理模块，当模拟速度时，采用结合数字方式与双路正交变换方法对信号进行模拟，首先根据雷达扫频信号特征即扫频带宽与时间结合模拟速度值重映射得到模拟所需的相位差值，该相位差值与模拟距离的频率结合经过双路正交变换方法产生，雷达目标模拟信号在每周期内增加相应的相位差值。

5.如权利要求1所述的一种车用毫米波雷达多目标信号模拟系统，其特征是，N个基带处理模块输出基带模拟信号分别送入各自直接变频模块与毫米波上下变频单元中下变频后的中频信号进行直接变频，将距离或速度信息的基带模拟信号携带到中频信号上，并对调制后的信号进行调理。

6.如权利要求5所述的一种车用毫米波雷达多目标信号模拟系统，其特征是，调制后的N个中频信号经过毫米波上下变频单元上变频后经喇叭天线输出送给防撞毫米波雷达，防撞毫米波雷达最后解算后与模拟值进行对比，从而验证雷达的性能。

7.一种车用毫米波雷达多目标信号模拟方法，其特征是，包括：

假设有N个目标需要模拟，N个毫米波上下变频单元来接收雷达信号和发送模拟目标信号，防撞毫米波雷达发射的线性扫频信号首先经过N个毫米波上下变频单元进行毫米波喇叭天线接收并进行下变频，得到N个中频信号；

N个中频信号送入中频处理单元，首先传给直接变频模块，作为各直接变频模块中调制器的本振信号；

需要模拟的N个目标的速度和距离信息由基带处理模块产生，根据要模拟的距离或速度配置不同的模式；

当要模拟N个目标时，通过设置N个基带处理模块各自所模拟目标对应的距离和速度重映射参数，使得N个基带处理模块分别产生携带速度和距离信息的多目标信号；

N个基带处理模块输出基带模拟信号分别送入各自直接变频模块与毫米波上下变频单元中下变频后的中频信号进行直接变频，将距离或速度信息的基带模拟信号携带到中频信号上，并对调制后的信号进行调理；

调制后的N个中频信号经过毫米波上下变频单元上变频后经喇叭天线输出送给防撞毫米波雷达，防撞毫米波雷达最后解算后与模拟值进行对比，从而验证雷达的性能。

8.如权利要求7所述的一种车用毫米波雷达多目标信号模拟方法，其特征是，当要模拟距离时，基带处理模块采用周期频率重映射方式，首先将模拟的距离折算成要模拟的时间，该时间包含往返全程时间，然后根据雷达锯齿波扫频带宽和扫频时间的线性度乘上全程时间进行重映射得到要模拟的频率差，该频率差采用数字方式产生，并与防撞毫米波雷达的周期进行匹配。

9.如权利要求7所述的一种车用毫米波雷达多目标信号模拟方法，其特征是，当模拟速度时，采用结合数字方式与双路正交变换方法对信号进行模拟，首先根据雷达扫频信号特征即扫频带宽与时间结合模拟速度值重映射得到模拟所需的相位差值，该相位差值与模拟距离的频率结合经过双路正交变换方法产生，雷达目标模拟信号在每周期内增加相应的相位差值。

10.如权利要求7所述的一种车用毫米波雷达多目标信号模拟方法，其特征是，防撞毫米波雷达发射的线性扫频信号首先经过N个毫米波上下变频单元进行毫米波喇叭天线接收并进行下变频，得到N个中频信号，其中，下变频与上变频共享相同本振。