CN109814078B - 雷达测试装置及测试方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种雷达测试装置及测试方法。所述雷达测试装置包括：信号处理模块，用于对射频信号进行模数转换以获得数字信号，以及对所述数字信号进行基带处理以获得多个解算数据；开关阵列，与所述信号处理模块相连接，用于从所述数字信号和所述多个解算数据中选择输出数据；以及至少一个输出端口，与所述开关阵列相连接，用于将所述输出数据提供给外部设备。该雷达测试装置在数据采集的同时进行基带处理的解算分析，从而可以进行长时间测试和稳定性分析，以及提高雷达系统的硬件和软件开发验证速度。

Description

雷达测试装置及测试方法

技术领域

本发明涉及电子技术领域，更具体地，涉及雷达测试装置及测试方法。

背景技术

雷达的工作原理是利用无线电照射物体和检测回波的方式探测目标和测定其空间位置。根据电磁波的频段不同，雷达可以分为超视距雷达、微波雷达、毫米波雷达以及激光雷达等。在车辆自动驾驶领域，普遍采用的雷达不仅包括使用电磁波的毫米波雷达，而且包括使用声波的超声波雷达。

车载雷达的频率主要分为24GHz频段和77GHz频段，其中77GHz频段的毫米波雷达代表着未来的趋势。毫米波雷达的特点是：波长短、波束窄、频带宽、穿透等离子体能力强、具有较好的全天候能力以及较强的探测辐射特性等，因此毫米波器件得到了广泛的应用。

目前，雷达的开发过程涉及到硬件、软件及算法的开发和设计等。现有的开发流程是首先设计硬件，然后对硬件进行测试，根据测试结果设计软件和算法。在软件和算法的设计过程中需要确保硬件的可靠和稳定，并提供软件算法验证所需的相关功能。

然而，现有的雷达测试装置在硬件测试之后，需要对采集的数据进行解算分析，这不仅导致开发周期过长，而且由于数据存储能力的限制，会导致数据采集时间受到限制，难以发现雷达工作稳定性和可靠性方面的问题。

发明内容

为了解决上述现有技术存在的问题，本发明提供一种雷达测试装置及测试方法，在数据采集的同时进行基带处理的解算分析，从而可以进行稳定性分析，以及提高雷达系统的硬件和软件开发验证速度。

根据本发明的第一方面的，提供一种雷达测试装置，包括：信号处理模块，用于对射频信号进行模数转换以获得数字信号，以及对所述数字信号进行基带处理以获得多个解算数据；开关阵列，与所述信号处理模块相连接，用于从所述数字信号和所述多个解算数据中选择输出数据；以及至少一个输出端口，与所述开关阵列相连接，用于将所述输出数据提供给外部设备。

优选地，所述至少一个输出端口包括：第一输出端口，用于将所述数字信号作为所述输出数据提供给外部设备；以及第二输出端口，用于将所述多个解算数据中至少之一作为所述输出数据提供给外部设备。

优选地，还包括：输入端口，与所述信号处理模块相连接，用于从外部设备接收命令。

优选地，所述输入端口和所述第二输出端口共用一个硬件端口。

优选地，所述第一输出端口为USB端口，所述第二输出端口为选自USB端口、CAN端口、RS232端口等中的任一种。

优选地，所述信号处理模块包括：模数转换器，用于将所述射频信号转换成数字信号；以及至少一个解算模块，用于对所述数字信号进行基带处理。

优选地，所述至少一个解算模块包括：窗口化模块，从数字信号中截取一个时间片段的窗口数据；一维FFT模块，对所述窗口数据进行傅里叶变换，从而获得一维FFT数据；以及二维FFT模块，对所述窗口数据进行傅里叶变换，从而获得二维FFT数据。

优选地，所述至少一个解算模块还包括：CFAR模块，对所述数字信号进行恒虚警率检测，从而获得检测阈值；和/或BFM模块，对所述数字信号计算以决定最佳信号路径，从而获得波束方向数据。

优选地，所述至少一个解算模块中相邻解算模块之间的中间节点提供多个解算数据。

优选地，所述开关阵列包括多个开关，用于将所述数字信号和所述多个解算数据中选择的输出数据地提供给数据收集总线，所述至少一个输出端口经由所述数据收集总线获得所述输出数据。

根据本发明的第二方面，提供一种用于雷达系统的测试方法，包括：对射频信号进行模数转换以获得数字信号；对所述数字信号进行基带处理以获得多个解算数据；从所述数字信号和所述多个解算数据中选择输出数据；以及将所述输出数据提供给外部设备。

优选地，所述基带处理包括以下解算操作：从数字信号中截取一个时间片段的窗口数据；对所述窗口数据进行傅里叶变换，从而获得一维FFT数据；以及对所述窗口数据进行傅里叶变换，从而获得二维FFT数据。

优选地，所述基带处理还包括以下解算操作：对所述数字信号进行恒虚警率检测，从而获得检测阈值；和/或对所述数字信号计算以决定最佳信号路径，从而获得波束方向数据。

根据本发明实施例的雷达测试装置和方法，其中，信号处理模块不仅实现射频信号的数据采集，而且同时执行至少一部分(如部分或全部)基带处理流程的解算操作，并且可以选择性地输出基带处理流程的多个节点的解算数据。因此，该雷达测试装置可以并行进行模数转换和基带处理，数据采集时间不会受到限制，从而可以长时间地进行硬件测试，以及实时发现解算数据中的异常情形，从而可以评估硬件工作的稳定性和可靠性。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据本发明实施例的雷达测试装置的示意性框图；

图2示出图1所示雷达测试装置的工作原理示意图；

图3示出根据本发明实施例的雷达测试方法的流程图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明。在各个附图中，相同的元件采用类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，在图中可能未示出某些公知的部分。

在下文中描述了本发明的许多特定的细节，例如器件的结构、材料、尺寸、处理工艺和技术，以便更清楚地理解本发明。但正如本领域的技术人员能够理解的那样，可以不按照这些特定的细节来实现本发明。

下面，参照附图对本发明实施例进行详细说明。

图1示出根据本发明实施例的雷达测试装置的示意性框图。

如图1所示，在一个可选的实施例中，雷达测试装置100可包括信号处理模块110、开关阵列120和输出模块(图中未示出)，信号处理模块110可通过开关阵列120与上述的输出模块连接。其中，上述的信号处理模块110可用于对外部输入的射频信号进行诸如模数转换及基带处理等操作，而开关阵列120则可对经上述操作后生成的数据进行选择操作，并通过上述的输出模块对选择的数据输出外部的接收设备，从而实现对经上述信号处理模块110处理生成的多个和/或多种数据的选择性输出，以使得雷达测试装置在硬件测试之后，无需再对采集或收集的数据进行解算分析，来有效降低开发周期，同时也能有效避免因数据存储能力而导致数据采集时间受到限制，及时发现雷达工作稳定性和可靠性等方面的问题。

需要注意的是，在本申请实施例中，上述的信号处理模块110在对外部输入的射频信号所进行的各个处理操作之后，所得到的中间数据均可直接输出至开关阵列120，且该中间数据也可同时或单独用于下一个处理操作的输入数据。例如，在进行模数转换处理操作得到数字信号后，该数字信号可直接输出至开关阵列120，同时该数字信号也可同步作为后续基带处理操作的输入数据。

在一个可选的实施例中，上述的输出模块可包括至少一个输出端口。其中，当上述的输出模块包括一个输出端口时，该输出端口可输出不同类型的数据，而当该输出模块包括两个及以上数量的输出端口时，各个输出端口可为单独针对同一种类型的数据进行输出的端口，以有效提升数据输出的速率及效率。

在一个可选的实施例中，如图1所示，上述的输出模块可包括第一输出端口130和第二输出端口140，而信号处理模块110可先对外部的射频信号进行模数转换，以将模拟的射频信号转换为数字的射频信号(即本申请实施例中所阐述的数字信号)；上述的信号处理模块110还可对上述模数转换得到的数字信号进行基带处理操作，以得到多个解算数据；信号处理模块110还可将上述的数字信号及多个解算数据同步或异步的输出至开关阵列120，该开关阵列120则可根据控制命令对上述的数字信号及多个解算数据进行选择，以获得输出数据，且开关阵列120还可将上述的输出数据根据数据类型分别经第一输出端口130和/或第二输出端口140进行输出。

在一个可选的实施例中，如图1所示，上述的雷达测试装置100可分别与射频收发机210及外部设备310连接，射频收发机210可用于向雷达测试装置100提供射频信号，而外部设备310则可用于接收上述的输出数据。例如，射频收发机210可与信号处理模块110连接，以将所收集的诸如毫米波、微米波等雷达波转换为射频信号，并输出至信号处理模块110；外部设备310则可分别与第一输出端口130和第二输出端口140连接，以通过第一输出端口130和/或第二输出端口140接收雷达测试装置100所输出的输出数据。

在一个可选的实施例中，如图1所示，上述的雷达测试装置100还可包括输入端口150，该输入端口150可分别与信号处理模块110和外部设备310连接，以用于从上述的外部设备310接收命令，且信号处理模块110可根据该命令对上述的射频信号进行选择性的处理操作，以使得外部设备可根据需求接收到不同类型和/内容的输出数据。

在一个可选的实施例中，上述的射频收发机210可以是雷达系统的一部分，外部设备310则可为计算机，而信号处理模块110则可以是单片机或片上系统SoC等处理设备，且该单片机和片上系统SoC均可包括有模拟信号输入端口。该信号处理模块110对从射频收发机210所接收的射频信号进行模数转换和基带处理之后，获得数字信号和多个解算数据。信号处理模块110的内部可包括多个解算模块，在相邻解算模块之间的中间节点提供多个解算数据。开关阵列120连接在信号处理模块110和输出端口之间，以用于从数字信号和解算数据中选择至少一种数据作为输出数据，并经由上述输出端口将该输出数据提供至外部设备。

在一个可选的实施例中，如图1所示，上述的输出端口可包括第一输出端口130和第二输出端口140，且第一输出端口130、第二输出端口140可分别通过开关阵列120与信号处理模块110连接，以用于对包含不同种数据的数据分类进行输出。例如，当上述的输出数据包含有数字信号和解算数据时，第一输出端口130例如是USB端口，可用于输出上述输出数据中所包含的数字信号，第二输出端口140例如是选自USB端口、CAN(控制器局域网络)端口、RS232端口中的任一种，可用于输出上述输出数据中所包含的解算数据。

在一个可选的实施例中，如图1所示，信号处理模块110还可经由输入端口150连接至外部设备，该输入端口150例如是选自USB端口、CAN(控制器局域网络)端口、RS232端口等中的任一种，可用于从外部设备接收命令，该命令例如是配置指令或操作指令等。

在一个可选的实施例中，如图1所示，输入端口150和第二输出端口140例如是同一个硬件端口提供的输入输出端口。

根据本发明实施例的雷达测试装置，其中，信号处理模块110不仅实现射频信号的数据采集，而且同时执行至少一部分基带处理流程，并且可以选择性地输出基带处理流程的多个节点的解算数据。因此，该雷达测试装置可以并行进行模数转换和基带处理，数据采集时间不会受到限制，从而可以长时间地进行硬件测试，以及实时发现解算数据中的异常情形，从而可以评估硬件工作的稳定性和可靠性。

图2示出图1所示雷达测试装置的工作原理示意图。如图1～2所示，本申请雷达测试装置实施例中的信号处理模块110兼具数据采集和数据解算功能，从而可以完成基带处理流程的至少一部分数据解算工作。

信号处理模块110经由模拟信号输入端口，从射频收发机210获得射频信号。

如图1～2所示，信号处理模块110包括用于数据采集的模数转换器111，以及用于基带处理流程的窗口化模块112、一维FFT(傅里叶变换)模块113、二维FFT(傅里叶变换)模块114、CFRA(恒虚警率)模块115和BFM(波束成型)模块116。模数转换器111对射频信号进行模数转换，从而获得数字信号。

窗口化模块112从数字信号中截取一个时间片段的窗口数据，用于进一步的傅里叶变换。数字信号处理的主要数学工具是傅里叶变换。傅里叶变换是研究整个时间域和频率域的关系。然而，在实现工程测试信号处理时，不可能对无限长的信号进行测量和运算，而是取其有限的时间片段进行分析。窗口化模块112从数字信号中截取一个时间片段的窗口数据，然后对该时间片段的窗口数据进行周期延拓处理，以得到虚拟的无限长的信号，然后就可以对信号进行傅里叶变换。

一维FFT模块113和二维TFT模块114依次对窗口数据进行傅里叶变换，分别获得一维FFT数据和二维FFT数据。傅里叶变换用于将信号从时域变换至频域，从而可以分析信号的频谱特征。例如，一维傅里叶变换可以用于分析信号组成和滤波，二维傅里叶变换可以用于提取回波信号的相位信息从而对动目标进行检测。

CFAR模块115用于对数字信号进行恒虚警率检测，即提供检测阈值，使得杂波和干扰对雷达系统的虚警率影响最小化，从而实现雷达自动检测。CFAR模块115可以获得合适的检测阈值。

BFM模块116用于对数字信号进行计算以决定最佳信号路径，从而可以用于控制传播的方向和射频信号的接收。BFM模块116可以获得最佳的波束方向数据。

开关阵列120的包括多个开关SW1-SW5(即SW1、SW2、SW3、SW4和SW5)。多个开关SW1-SW5的各自第一端分别连接至窗口化模块110中的内部模块之间的节点，以获得相应的解算数据，各自第二端连接至数据收集总线101。开关阵列120经由数据收集总线101连接至第一输出端口130和第二输出端口140。

开关阵列120用于将信号处理模块110的数字信号以及信号处理模块110的基带处理流程的多个节点的解算数据中的至少一种解算数据提供至数据收集总线101，进一步经由第一输出端口130和第二输出端口140中的至少一个提供给外部设备。

可以理解，信号处理模块110中用于基带处理的各个模块可以采用硬件或软件实现。在采用硬件实现的信号处理模块110中，各个模块可以由单独的单片机、片上系统SoC或现场可编程门阵列FPGA组成。在采用软件实现的信号处理模块110中，各个模块例如是用于执行不同解算算法的程序体。相应地，开关阵列120可以采用硬件或软件实现。在采用硬件实现的开关阵列120中，多个开关例如是开关管。在采用软件实现的开关阵列120中，多个开关例如是用于访问不同类型的解算数据的数据查询模块。

综上所述，本发明实施例的雷达测试装置能够对雷达系统的射频信号进行模数转换和基带处理。该雷达测试装置中的信号处理模块110包括多个内部模块，在数据采集的同时执行基片处理流程中的至少一部分数据解算工作，并且可以选择性地输出基带处理流程的多个节点的解算数据。因此，该雷达测试装置可以并行进行模数转换和基带处理，数据采集时间不会受到限制，从而可以长时间地进行硬件测试，以及实时发现解算数据中的异常情形，从而可以评估硬件工作的稳定性和可靠性。

图3示出根据本发明实施例的雷达测试方法的流程图。如图3所示雷达测试方法可包括步骤S101-S104。

在步骤S101中，对射频信号进行模数转换以获得数字信号。

在步骤S102中，对所述数字信号进行基带处理以获得多个解算数据。

基带处理例如包括以下解算操作：从数字信号中截取一个时间片段的窗口数据；对所述窗口数据进行傅里叶变换，从而获得一维FFT数据；以及对所述窗口数据进行傅里叶变换，从而获得二维FFT数据。

优选地，带处理还包括以下解算操作：对所述数字信号进行恒虚警率检测，从而获得检测阈值；和/或对所述数字信号计算以决定最佳信号路径，从而获得波束方向数据。

在步骤S103中，从所述数字信号和所述多个解算数据中选择输出数据。

在步骤S104中，将所述输出数据提供给外部设备。

应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

依照本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (13)

1.一种雷达测试装置，所述雷达是利用检测回波的方式探测目标和测定其空间位置，所述装置包括：

信号处理模块，用于对射频信号进行模数转换以获得数字信号，以及对所述数字信号进行基带处理以获得多个解算数据；

开关阵列，与所述信号处理模块相连接，用于从所述数字信号和所述多个解算数据中选择输出数据；以及

至少一个输出端口，与所述开关阵列相连接，用于将所述输出数据提供给外部设备。

2.根据权利要求1所述的雷达测试装置，其中，所述至少一个输出端口包括：

第一输出端口，用于将所述数字信号作为所述输出数据提供给外部设备；以及

第二输出端口，用于将所述多个解算数据中至少一个解算数据作为所述输出数据提供给外部设备。

3.根据权利要求2所述的雷达测试装置，还包括：

输入端口，与所述信号处理模块相连接，用于从所述外部设备接收命令。

4.根据权利要求3所述的雷达测试装置，其中，所述输入端口和所述第二输出端口共用一个硬件端口。

5.根据权利要求2至4中任意一项所述的雷达测试装置，其中，所述第一输出端口为USB端口，所述第二输出端口为选自USB端口、CAN端口、RS232端口中的任一种。

6.根据权利要求1所述的雷达测试装置，其中，所述信号处理模块包括：

模数转换器，用于将所述射频信号转换成数字信号；以及

至少一个解算模块，用于对所述数字信号进行基带处理以生成所述解算数据。

7.根据权利要求6所述的雷达测试装置，其中，所述至少一个解算模块包括：

窗口化模块，用于从数字信号中截取一个时间片段的窗口数据；

一维FFT模块，对所述窗口数据进行傅里叶变换，从而获得一维FFT数据；以及

二维FFT模块，对所述窗口数据进行傅里叶变换，从而获得二维FFT数据。

8.根据权利要求7所述的雷达测试装置，还包括：

CFAR模块，对所述数字信号进行恒虚警率检测，从而获得检测阈值；和/或

BFM模块，对所述数字信号计算以决定最佳信号路径，从而获得波束方向数据。

9.根据权利要求8所述的雷达测试装置，其中，所述开关阵列包括多个开关，所述多个开关将所述数字信号和所述多个解算数据中选择的输出数据地提供给数据收集总线；以及

所述至少一个输出端口经由所述数据收集总线获得所述输出数据。

10.根据权利要求6所述的雷达测试装置，其中，所述至少一个解算模块中相邻解算模块之间的中间节点用于提供所述多个解算数据。

11.一种用于雷达的测试方法，所述雷达是利用检测回波的方式探测目标和测定其空间位置，所述方法包括：

对射频信号进行模数转换以获得数字信号；

对所述数字信号进行基带处理以获得多个解算数据；

从所述数字信号和所述多个解算数据中选择输出数据；以及

将所述输出数据提供给外部设备。

12.根据权利要求11所述的测试方法，其中，所述基带处理包括以下解算操作：

从数字信号中截取一个时间片段的窗口数据；

对所述窗口数据进行傅里叶变换，从而获得一维FFT数据；以及

对所述窗口数据进行傅里叶变换，从而获得二维FFT数据。

13.根据权利要求12所述的测试方法，其中，所述基带处理还包括以下解算操作：

对所述数字信号进行恒虚警率检测，从而获得检测阈值；和/或

对所述数字信号进行计算以决定最佳信号路径，从而获得波束方向数据。