CN112415480A - 用于测试毫米波雷达传感器的多输入多输出(mimo)目标仿真系统及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种用于测试具有多个雷达发射器和多个雷达接收器的毫米波雷达传感器的多输入多输出(MIMO)目标仿真系统及方法。

Description

用于测试毫米波雷达传感器的多输入多输出(MIMO)目标仿真 系统及方法

背景技术

毫米波(mmWave)汽车雷达是用于高级驾驶辅助系统(ADAS)和计划自主驾驶系统的一项关键技术。毫米波是由在30千兆赫(GHz)与300GHZ之间的频谱中的频率下的振荡产生的。例如，毫米波汽车雷达用于ADAS，以警告正面碰撞和后方碰撞，实施自适应性巡航控制和自主泊车并且最终在街道和公路上执行自主驾驶。毫米波汽车雷达相比于其他传感器系统的优点在于毫米波汽车雷达可以在大多数类型的天气下工作并且在光线下和黑暗中均可以工作。毫米波汽车雷达的自适应性降低了成本，使得现在毫米波汽车雷达可以大量部署。因此，毫米波汽车雷达现在广泛用于ADAS中的长程、中程和短程环境感测。另外，毫米波汽车雷达系统可能广泛用于目前正在开发的自主驾驶系统。

常规的汽车毫米波雷达系统通常具有多个射频(RF)发射器和多个RF接收器，其中RF发射器可以用于改善雷达的空间分辨率或实现发射器波束扫描。可以部署汽车雷达的实际驾驶环境可能会各种各样，并且许多这样的驾驶环境可能较为复杂。例如，实际驾驶环境可以含有众多物体，并且实际驾驶环境中遇到的一些物体具有影响回波信号的复杂反射、衍射和多次反射特性。未正确地感测和/或解码回波信号的直接后果可能是，触发错误的警告或不适当的反应，或者应当触发的警告或反应未被触发，这样进而会造成碰撞。

近年来，在实际驾驶环境中测试自主车辆的开发者已经报告了一系列事故，表明了对汽车雷达和车载驱动控制器进行全面测试的重要性。为了避免此类事故，可以在各种驾驶场景下测试汽车雷达。汽车雷达的测试环境可以包括在驾驶场景下对从多个物体或目标到车辆上的不同雷达传感器的回波信号(多目标回波信号)进行仿真的场景仿真器。不同雷达传感器使用所仿真的回波信号进行测试。然而，场景仿真器的使用给设计测试方案带来了挑战。例如，为了对不同场景(包括汽车正在移动的场景)进行仿真，需要能够对来自多个目标的回波信号进行仿真的软件。另外，硬件设置必须能够重放回波信号。考虑到需要针对每个雷达传感器从包括功率域、时域、多普勒频域和空间域的各种域对回波信号进行动态仿真，很难设计具有所需灵活性和可扩展性的测试环境。另外，来自多个雷达传感器的数据(例如，用于覆盖长程、中程和短程感测以及车辆的不同侧面)被融合以帮助环境感测。因此，场景仿真器需要同时并同步地仿真多个雷达传感器的回波信号。

一种常规方法是基于模拟技术的单输入单输出(SISO)/单输入多输出(SIMO)汽车雷达目标仿真器。诸如延迟线之类的模拟技术用于仿真具有例如不同延迟、频移和振幅的目标回波信号。由于模拟技术的成本，该SISO/SIMO雷达目标仿真器的能力在仿真多个目标方面通常是受到限制的。为了仿真目标回波信号的空间特性，使用物理空间仿真，并且来自一个方向的一个目标回波信号通常将需要一个信道雷达目标仿真器输出。因此，当目标的数量很大时，使用这种方法的多目标仿真不能很好地扩展，驾驶场景通常如此。

另一种常规方法是基于数字技术的SISO/SIMO汽车雷达目标仿真器。通过这种方法，雷达目标仿真器可以仿真更多数量的目标；然而，雷达目标仿真器使用物理空间仿真来仿真目标空间特性。因此，具有不同到达角的不同目标需要信道仿真器的不同输出信道。而且，对于数字雷达目标仿真器，来自一个方向的一个目标回波信号通常将需要雷达目标仿真器输出的一个信道。因此，当存在许多具有许多不同到达角的目标时，这种解决方案便不能很好地扩展。

这些常规的解决方案不能充分满足现代测试环境的高动态场景的要求。例如，SISO/SIMO雷达目标仿真器不能有效地仿真雷达或传感器发射器使用波束成形技术或多输入多输出(MIMO)技术的场景。例如，当雷达发射器执行波束扫描时，驾驶场景的不同部分被动态地照亮，导致目标回波信号的显著变化。对于单个输入，不知道驾驶场景的哪个部分被照亮，因此不能精确地仿真目标回波信号。而且，当涉及多个雷达信号时，SISO/SIMO雷达目标仿真器的单个输入结合了来自不同雷达发射器的多个信号。这些组合信号不能分离，因此不能正确仿真对应的目标回波信号。

附图说明

当结合附图阅读时，从下面的详细描述中可以最好地理解示例性实施方案。要强调的是，各种特征不一定按比例绘制。事实上，为了讨论清楚起见，尺寸可以任意增大或减小。在适用和可行的地方，相同的附图标记表示相同的元件。

图1是示出根据代表性实施方案的用于使用动态回波信号仿真来测试毫米波雷达传感器的多输入多输出(MIMO)雷达目标仿真系统的简化框图。

图2是根据代表性实施方案的使用用于动态回波信号仿真的MIMO雷达目标仿真系统测试毫米波雷达传感器的方法的简化流程图。

具体实施方式

在以下详细描述中，出于解释而非限制的目的，阐述了公开具体细节的代表性实施方案，以便提供对根据本教导的实施方案的透彻理解。可以省略对已知系统、装置、材料、操作方法和制造方法的描述，以避免代表性实施方案的描述变得难以理解。但是，本领域普通技术人员所知道的这类系统、装置、材料和方法在本教导的范围内并且可以根据代表性实施方案来使用。应当理解，本文使用的术语仅用于描述特定实施方案，而不旨在限制。所定义的术语不仅是本教导的技术领域中通常理解和接受的所定义术语的技术和科学含义。

应当理解，尽管本文可以使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件或部件，但是这些元件或部件不应受这些术语的限制。这些术语仅用于将一个元件或部件与另一个元件或部件区分开。因此，在下文中讨论的第一元件或部件可以被称为第二元件或部件，而不脱离本公开文本的教导。

本文使用的术语仅用于描述特定实施方案的目的，而不旨在限制。如说明书和所附权利要求书中所使用的，术语的单数形式“一”、“一个”和“该”同时包括单数和复数形式，除非上下文另有明确规定。另外，当在本说明书中使用时，术语“包括”和/或“包含”和/或类似术语明确所述特征、元件和/或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、元件、部件和/或其群组的存在或添加。如在此所使用的，术语“和/或”包括相关联的所列项目的一项或多项的任意和所有组合。

除非另外指出，当一个元件或部件被称为“连接到”、“联接到”或“邻近”另一个元件或部件时，应该理解，该元件或部件可以直接连接或联接到另一个元件或部件，或者可以存在中间元件或部件。也就是说，这些和类似的术语包括可能使用一个或多个中间元件或部件来连接两个元件或部件的情况。然而，当一个元件或部件被描述为“直接连接”到另一个元件或部件时，这仅包括两个元件或部件彼此连接而没有任何媒介或中间元件或部件的情况。

鉴于以上所述，通过其各个方面、实施方案和/或特定特征或子部件中的一个或多个，本公开文本旨在展现如下具体指出的一个或多个优点。出于解释而非限制的目的，阐述了公开具体细节的示例性实施方案，以便提供对根据本教导的实施方案的透彻理解。然而，与本发明公开文本一致的、偏离本文所公开的具体细节的其他实施方案仍在所附权利要求书的范围内。此外，可以省略对众所周知的设备和方法的描述，以免模糊对示例性实施方案的描述。这种方法和设备在本公开文本的范围内。

根据各种实施方案，提供了一种用于使用由MIMO雷达目标仿真器提供的仿真雷达目标来测试和评估具有多个雷达发射器的汽车雷达的成本有效的、可扩展的多目标动态回波信号仿真系统及方法。可以使用不同的到达角而不使用物理空间仿真来仿真多个动态雷达回波信号。不同的雷达信号在汽车雷达或雷达传感器(DUT)的不同雷达发射器上发射。所述实施方案可扩展到目标回波信号的参数没有限制的大量目标回波信号，因此可以支持相对复杂的驾驶场景的仿真。所述实施方案也具有成本效益。例如，正在使用的MIMO雷达目标仿真系统的仿真器发射器的数量与雷达传感器的雷达发射器的数量相同，但是与要仿真的目标回波信号的数量无关，从而使得仿真雷达目标的数量超过仿真器发射器(和雷达发射器)的数量。同样，MIMO雷达目标仿真系统的仿真器接收器的数量等于雷达传感器的雷达发射器的数量，并且MIMO雷达目标仿真系统的仿真器发射器的数量等于雷达传感器的雷达接收器的数量，而可以被仿真的雷达目标的数量与硬件设置无关。而且，标准接口使得能够在不同的驾驶场景下仿真目标回波信号。因此，各种实施方案解决了仿真具有不同到达角的动态多雷达目标以及例如具有波束成形或MIMO雷达的雷达传感器的成本可扩展性。

因此，根据本公开文本的一方面，提供了一种用于测试具有多个雷达发射器和多个雷达接收器的毫米波雷达传感器的MIMO目标仿真系统，所述多个雷达发射器用于发送雷达信号，所述多个雷达接收器用于接收响应于从雷达目标反射的已发射雷达信号的目标回波信号。MIMO目标仿真系统包括天线阵列、多个仿真器接收器、多个仿真器发射器和处理单元。天线阵列包括多个耦合探测天线元件以接收由雷达发射器发射的雷达信号并将仿真目标回波信号发送到雷达接收器。仿真器接收器包括降频转换器和模数转换器，所述降频转换器用于降频转换由天线阵列接收的雷达信号的载波频率，所述模数转换器用于对降频转换雷达信号分别进行数字化以提供数字雷达信号。所述处理单元包括处理器和用于存储计算机可读代码的存储器，所述计算机可读代码在由处理器执行时使处理器：解耦数字雷达信号；检索由场景模拟器生成的目标参数，所述目标参数对应于用于反射由雷达发射器发射的雷达信号的仿真雷达目标；响应于解耦后数字化雷达信号，分别至少部分地基于仿真雷达目标中的每一者的目标参数而生成与仿真雷达目标相对应的仿真目标回波信号；并且预解耦仿真目标回波信号。所述仿真器发射器包括数模转换器和升频转换器，所述数模转换器用于对仿真目标回波信号执行数模转换以提供模拟仿真目标回波信号，所述升频转换器用于分别升频转换模拟仿真目标回波信号的频率。所述仿真器发射器经由天线阵列同时将模拟仿真回波目标信号发送到毫米波雷达传感器，以模拟来自分别响应于多个雷达信号的多个仿真目标的回波。所述毫米波雷达传感器的性能至少部分地基于来自仿真目标的仿真回波目标信号来确定。

仿真器接收器的数量可以等于毫米波雷达传感器的雷达发射器的数量，并且仿真器发射器的数量可以等于毫米波雷达传感器的雷达接收器的数量。而且，计算机可执行代码还可以使处理单元分别检索与毫米波雷达传感器的雷达发射器相对应的发射天线方向图和间距；并且分别检索与毫米波雷达传感器的雷达接收器相对应的接收天线方向图和间距。提供与仿真目标相对应的仿真目标回波信号还可以基于发射天线方向图和间距并基于接收天线方向图和间距。

图1是示出根据代表性实施方案的用于使用动态回波信号仿真来测试毫米波雷达传感器的MIMO雷达目标仿真系统的简化框图。

参考图1，雷达目标仿真系统100包括天线系统110、数字MIMO目标仿真器130和存储器150。天线系统110包括耦合探测天线阵列115和多路复用器125。耦合探测天线阵列115包括探测天线阵列元件115₁₁至115_xy的阵列(其中x和y是正整数)。耦合探测天线阵列115从DUT 101的发射天线(未示出)接收雷达信号，并且与发射天线一起形成发射耦合矩阵H_Tx。耦合探测天线阵列115还从MIMO目标仿真器130接收仿真目标回波信号，并且与DUT 101的接收天线(未示出)一起将仿真目标回波信号以接收耦合矩阵H_Rx的形式发送到DUT 101的接收天线。更具体地，DUT 101包括例如用于汽车雷达的毫米波雷达传感器，所述毫米波雷达传感器从多个雷达发射器105(为了便于说明，由单个代表性雷达发射器指示)发射雷达信号，并且在多个雷达接收器106(为了便于说明，由单个代表性雷达接收器指示)处从MIMO目标仿真器130接收响应于所发射的雷达信号的仿真目标回波信号。在实施方案中，耦合探针天线阵列115是可重新配置的，意味着探针天线阵列元件115₁₁至115_xy可以放置在耦合探针天线阵列115的不同位置，或者探测天线阵列元件115₁₁至115_xy可以是固定的，并且开关(未示出)被设置为选择性地将MIMO目标仿真器130连接到耦合探测天线阵列115，其中可以例如通过操作开关来动态地重新配置连接。

MIMO目标仿真器130包括多个仿真器接收器131₁、131₂...131_p(其中p是正整数)和多个仿真器发射器132₁、132₂...132_r(其中r是正整数，可以与p不同或相同)。仿真器接收器131₁、131₂...131_p中的每一者包括降频转换器和模数转换器(ADC)，所述降频转换器用于将由耦合探测天线阵列115经由多路复用器125提供的雷达信号的毫米波载波频率降频转换到中频(IF)，所述模数转换器用于分别对降频转换的雷达信号进行数字化以提供数字雷达信号。仿真器接收器131₁、131₂...131_p(或降频转换器)的数量可以等于DUT 101中的雷达发射器105的数量。仿真器接收器131₁、131₂...131_p被调谐以接收分别与雷达发射器105相对应的不同毫米波载波频率。仿真器发射器132₁、132₂...132_r可以包括数模转换器(DAC)和升频转换器，所述数模转换器用于对由MIMO目标仿真器130输出的仿真目标回波信号执行数模转换以提供模拟仿真目标回波信号，所述升频转换器用于将模拟仿真目标回波信号的IF升频转换为毫米波载波频率。仿真器发射器132₁、132₂...132_r(或升频转换器)的数量可以等于DUT 101中的雷达接收器106的数量。仿真器发射器132₁、132₂...132_r被调谐以发射分别与雷达接收器106相对应的不同毫米波载波频率的仿真目标回波信号。

因此，耦合探测天线阵列115将来自DUT 101中的雷达发射器105的雷达信号耦合到仿真器接收器131₁、131₂...131_p，并且将来自仿真器发射器132₁、132₂...132_r的仿真目标回波信号耦合到DUT 101中的雷达接收器106。通过控制用于选择性地连接MIMO目标仿真器130的探测天线阵列元件115₁₁至115_xy和RF连接器(未示出)的开关(未示出)，可以最低条件数量实现发射耦合矩阵H_Tx的探测天线阵列元件115₁₁至115_xy的集合可以被选择以确保发射耦合矩阵H_Tx被充分调节并且可以通过下面讨论的解耦模块133解耦。在实施方案中，耦合探测天线阵列115的全部或部分可以与仿真器接收器131₁、131₂...131_p和/或仿真器发射器132₁、132₂...132_r集成。

雷达目标仿真系统100的存储器150包括天线方向图和间距数据库152、实时目标列表数据库154和目标列表文件数据库156。虽然天线方向图和间距数据库152、实时目标列表数据库154和目标列表文件数据库156中的每一者被示为单个说明性块，但是应理解，每个可以由一个或多个存储器和/或数据库实施，或者全部可以在不脱离本教导的范围的情况下通过单个存储器/数据库来实施。例如，存储器150可以使用一个或多个非暂时性计算机可读介质来实施。存储器150可以由例如任何数量、类型和组合的随机存取存储器(RAM)和只读存储器(ROM)实施并且可以例如存储各种类型的信息，诸如可由下文讨论的MIMO目标仿真器130执行的计算机程序和软件算法，以及用于DUT 101的天线方向图/间距和驾驶场景的数据。各种类型的ROM和RAM可以包括任何数量、类型和组合的计算机可读存储介质，诸如磁盘驱动器、电可编程只读存储器(EPROM)、电可擦除和可编程只读存储器(EEPROM)、寄存器、硬盘、可移动磁盘、磁带、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字通用光盘(DVD)、软盘、蓝光光盘、通用串行总线(USB)驱动器或本领域已知的任何其他形式的存储介质，它们是有形和非暂时性存储介质(例如，与暂时传播信号相比)。

天线方向图和间距数据库152存储连接到雷达发射器105的发射天线(未示出)的天线方向图和天线间距，以及连接到雷达接收器106的接收天线(未示出)的天线方向图和天线间距。发射和接收天线可以是用于DUT 101的相同天线或不同天线集合。当发射和接收天线相同时，天线间距将是相同的，尽管天线方向图可能不同。在例如通过场景模拟器执行目标回波信号仿真之前，使用从DUT 101发送和向DUT发送的测量数据和/或模拟数据来填充天线模式和间距数据库152。例如，天线方向图可以通过在测试室(例如，电波暗室)内部测量DUT 101来确定，或者可以基于模拟天线方向图。

实时目标列表数据库154和目标列表文件数据库156存储关于仿真雷达目标的参数的数据，其模拟来自DUT 101的雷达信号的反射以提供仿真目标回波信号。目标参数可以由提供驾驶模拟场景的场景模拟器(未示出)产生，并且可以包括例如仿真雷达目标的位置和尺寸之类的信息。场景模拟器本身可以使用场景模拟器处理单元来实施，所述场景模拟器处理单元可以包括使用硬件、软件、固件、硬连线逻辑电路或其组合的任何组合的一个或多个计算机处理器、数字信号处理器(DSP)、现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)或其组合。场景模拟器可以包括其自己的存储器(例如，非易失性和易失性存储器)以存储计算机可读代码，所述计算机可读代码在由处理单元执行时对驾驶模拟场景进行建模，并生成所需数据以与MIMO目标仿真器130对接。场景模拟软件的例子是可从IPGAutomotive获得的CarMaker，尽管在不脱离本教导的范围的情况下可以并入任何兼容的场景模拟软件或代码。

因此，实时目标列表数据库154包括仿真雷达目标的一个或多个动态目标参数，其模拟测试期间仿真目标的移动。目标列表文件数据库156包括以批处理模式例如针对不同场景预生成的仿真雷达目标的目标参数。目标列表文件数据库156可以部分地由来自实时目标列表数据库154的参数填充。例如，实时目标列表数据库154可以提供对目标列表文件数据库156的目标参数的实时更新。目标列表文件数据库156也可以用于在回放模式下提供仿真目标参数。

MIMO目标仿真器130可以被实施为处理单元。在各种实施方案中，处理单元可以包括使用硬件、软件、固件、硬连线逻辑电路或其组合的任何组合的一个或多个计算机处理器、DSP、FPGA、ASIC或其组合。MIMO目标仿真器130可以包括其自己的处理存储器(例如，非易失性存储器)以存储能够执行本文描述的各种功能的计算机可读代码(例如，软件、软件模块)。例如，处理存储器可以存储可由处理单元(例如，计算机处理器)执行以执行本文描述的方法的一些或所有方面(包括下面参考图2描述的方法的各个步骤)的软件指令/计算机可读代码。即，指令/计算机可读代码的执行通常使MIMO目标仿真器130的处理单元响应于从仿真器接收器131₁、131₂...131_p接收的数字雷达信号而生成仿真目标回波信号，并且将仿真目标回波信号发送到DUT 101。如本文描述的存储器(和数据库)可以是RAM、ROM、快闪存储器、EPROM、EEPROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、磁带、光盘只读存储器(CD-ROM)、数字通用磁盘(DVD)、软盘、蓝光光盘或USB驱动器，或本领域已知的任何其他形式的存储介质，它们是有形和非暂时性存储介质(例如，与暂时传播信号相比)。在不脱离本教导的范围的情况下，存储器可以是易失性的或非易失性的、安全的和/或加密的、不安全的和/或未加密的。

出于说明目的，MIMO目标仿真器130由表示用于执行各种离散功能的指令/计算机可读代码的块或模块指示。因此，如图1中所示，MIMO目标仿真器130包括解耦模块133、预解耦模块134、文件存储解析器135、实时界面136、目标仿真参数预处理模块137和MIMO目标仿真模块138。

解耦模块133接收并解耦来自仿真器接收器131₁、131₂...131_p中的一者或多者的数字雷达信号(由反向发射矩阵H_Tx ^-1指示)的发射耦合矩阵H_Tx。即，发射耦合矩阵H_Tx可以由所有仿真器接收器131₁、131₂...131_p和DUT 101的发射天线提供。解耦数字雷达信号涉及将MIMO目标仿真器130的ADC处的数字化信号乘以反向发射矩阵H_Tx ^-1。

预解耦模块134接收并预解耦来自目标仿真模块138的仿真目标回波信号(由反向接收矩阵H_Rx ^-1指示)的接收耦合矩阵H_Rx，所述仿真目标回波信号响应于解耦数字雷达信号而生成。预解耦是指反向接收矩阵H_Rx ^-1与仿真目标回波信号相乘，使得在得到的仿真目标回波信号经过由耦合探测天线阵列115和雷达接收天线形成的接收耦合矩阵H_Rx之后，最终结果是仿真目标回波信号没有耦合在一起。换句话说，在没有接收耦合矩阵H_Rx的耦合效应的情况下，DUT 101接收精确仿真目标回波信号用于雷达接收器中的每一者。因此，预解耦使得由耦合探测天线阵列115输出的接收耦合矩阵H_Rx能够被雷达接收器106解耦。解耦和预解耦在数字域中执行。

文件存储解析器135被配置为解析从目标列表文件数据库156中检索的参数数据，并将解析的参数数据提供给实时界面136。解析主要所述基于仿真雷达目标的时间参数数据。共享相同时间的仿真雷达目标将同时被发送到MIMO目标仿真器130。当目标参数被发送到MIMO目标仿真器130时，维持仿真雷达目标之间的时间差。对于实时目标列表数据库154，目标参数数据被发送到MIMO目标仿真器130的时间是生成目标参数数据的时间，所述时间可以实时更新。因此，实时目标列表数据库154不需要解析。

实时界面136被配置为在目标仿真模块138与实时目标列表数据库154和目标列表文件数据库156中的每一者之间进行对接，以便检索对应的参数数据。从天线方向图和间距数据库152中检索传感器发射天线方向图和天线间距数据以及传感器接收天线方向图和天线间距数据，并且通过单独的雷达目标仿真器配置接口(未示出)将它们提供给目标仿真参数预处理模块137，所述雷达目标仿真器配置接口在测试操作开始时配置一次。目标仿真参数预处理模块137通过计算用于配置MIMO目标仿真的参数来预处理来自实时界面136和雷达目标仿真器配置接口的参数数据。例如，目标参数数据可以包括回波延迟、多普勒频率、雷达截面、出发角和到达角数据。

目标仿真模块138从实时目标列表数据库154和/或目标列表文件数据库156接收由场景模拟器生成的目标参数，以及从天线方向图和间距数据库152接收传感器发射和接收天线方向图和天线间距数据。目标仿真模块138至少部分地基于对应的目标参数来生成与分别响应于数字化雷达信号的仿真雷达目标相对应的仿真目标回波信号。仿真目标回波信号中的每一者的目标参数可以包括例如仿真目标回波信号被发出的时间、仿真目标回波信号的多普勒频率、仿真目标回波信号从仿真目标发出到雷达接收器106中的一者的往返时间延迟、对应的仿真目标针对给定方向的雷达截面(RCS)、仿真目标回波信号相对于雷达接收器106中的一者的到达角以及仿真目标上的雷达信号的出发角。仿真目标回波信号指示由雷达发射器105发射的雷达信号的仿真雷达目标的反射。目标仿真模块138能够响应于由多个雷达发射器105发射的多个雷达信号而同时产生与多个目标相对应的仿真目标回波信号。

目标仿真模块138确定仿真目标回波信号T，其对应于仿真雷达目标中的每一者并且从仿真器发射器132₁、132₂...132_r中的对应仿真器发射器发射到DUT 101中的雷达接收器106中的一者。仿真雷达目标和对应的仿真目标回波信号的数量与仿真器发射器132₁、132₂...132_r的数量无关(可以与雷达发射器105的数量相同)。每个仿真目标回波信号T根据下面的方程(1)确定：

在方程(1)中，m是雷达发射器的索引号，并且b是雷达接收器的索引号，并且k是具有来自第m个雷达发射器的输入信号和第n个雷达接收器的输出信号的仿真雷达目标的索引号。不同的仿真雷达目标可以具有相同的参数，也可以具有不同的参数值。通过改变参数值，可以动态地仿真不同的雷达目标。例如，可以改变仿真雷达目标的位置参数τ_k以模拟仿真雷达目标的移动。在参数的其他例子中，可以通过多普勒频率f_k来模拟移动速度，并且可以通过AoA_k来改变回波信号方向。

另外，x_m是在第m个雷达发射器上发射的雷达信号，G_Tx，m是第m个雷达发射器的复杂天线方向图，f₀是在第m个雷达发射器上发射的雷达信号的载波频率，f_k是响应于在第m个雷达发射器上发射的雷达信号而来自仿真雷达目标k的对应回波信号的多普勒频率，d_Tx是与雷达发射器相对应的雷达发射器天线元件相对于其他雷达发射器天线元件的间距，AoD_k是辐射到仿真雷达目标k的雷达信号的出发角，并且α_k是由于仿真雷达目标k引起的物理信道对发射的雷达信号的总增益。G_Rx，n是第n个雷达接收器的复杂天线方向图，d_Rx是与雷达接收器相对应的雷达接收器天线单元相对于其他雷达接收器天线单元的间距，并且AQA_k是与雷达目标k相对应的(从它反射的)仿真目标回波信号的到达角。

在方程(1)中，假设雷达发射天线元件和雷达接收天线元件中的每一者处于均匀线性阵列中。通过考虑天线阵列的二维(2D)间距并考虑方位角和仰角平面中的到达角和出发角，可以直接将方程(1)扩展到2D阵列。

因此，例如，可以根据下面的方程(2)确定第n个雷达接收器的仿真目标回波信号：

基于方程(2)，可以看出，对于从第m个雷达发射器到第n个雷达接收器的仿真目标回波信号，每个仿真雷达目标可以通过一些常见函数来实施，所述常见函数包括仿真回波延迟的延迟函数、仿真整个回波信号增益的复增益函数，以及仿真从雷达发射器105到雷达接收器106的仿真目标回波信号的多普勒频移的多普勒频率函数。基于目标参数以及雷达发射器105和雷达接收器106的天线方向图和间距信息，可以按照方程(2)导出这些函数的所有参数，并且可以相应地仿真所有参数。

图2是根据代表性实施方案的使用用于动态回波信号仿真的MIMO雷达目标仿真系统测试毫米波雷达传感器(例如，DUT)的方法的简化流程图。

参考图2，在框S211中经由耦合探测天线元件的天线阵列接收由毫米波雷达传感器(例如，DUT 101)中的雷达发射器发射的雷达信号。毫米波雷达传感器可以包括用于发射雷达信号的雷达发射器，以及用于从MIMO雷达目标仿真系统接收仿真目标回波信号的雷达接收器。雷达信号作为由雷达发射器发射的发射耦合矩阵H_Tx被接收。在框S212中，例如使用反向发射矩阵H_Tx ^-1来解耦所接收的雷达信号。

在框S213中检索目标参数。例如，目标参数可以由场景仿真器确定，并存储在存储实时目标列表和文件目标列表(例如，实时目标列表数据库154、目标列表文件数据库156)的一个或多个数据库中。然后可以从数据库中检索目标参数。目标参数对应于仿真雷达目标以反射由雷达发射器发射的雷达信号。在实时目标列表中，连续更新目标参数，并且在目标列表文件中，例如从转储的目标列表文件中预先存储目标参数。在框S214中，在框S214中从数据库中检索与雷达发射器相对应的发射天线方向图和天线间距，以及与雷达接收器相对应的接收天线方向图和天线间距。发射和接收天线方向图和间距可以通过在电波暗室内部测量雷达传感器的天线方向图或者通过例如毫米波雷达传感器天线的三维电磁(EM)模拟来确定，并存储在一个或多个数据库(例如，天线方向图和间距数据库152)中。

在框S215中，响应于解耦雷达信号，分别至少部分地基于仿真目标中的每一者的目标参数、发射天线方向图和接收天线方向图而生成与仿真目标相对应的仿真目标回波信号。仿真目标回波信号可以由DSP或其他处理单元例如根据目标回波信号算法(诸如上面的方程(1)和(2)所指示的算法)而生成。

在框S216中对仿真目标回波信号执行预解耦。即，使用反向接收耦合矩阵H_Rx ^-1对仿真目标回波信号进行预解耦。预解耦可以包括将仿真目标回波信号乘以反向接收耦合矩阵H_Rx ^-1使得随后乘以由耦合探测天线阵列和雷达接收天线形成的接收耦合矩阵H_Rx将会导致毫米波雷达传感器中有未耦合仿真目标回波信号。

在框S217中，将预解耦的仿真目标回波信号经由天线阵列发射到雷达接收器。仿真目标回波信号模拟分别响应于所接收的雷达信号的仿真目标回波。而且，响应于多个雷达信号，可以从多个仿真目标接收仿真目标回波信号。在框S218中例如使用至少部分识别的目标列表确定毫米波雷达传感器的性能，所述目标列表由毫米波雷达传感器基于被发射到雷达接收器并由雷达接收器接收的解耦的仿真目标回波信号报告。即，可以使用仿真目标回波信号将所识别的目标列表与被仿真的目标的仿真目标列表进行比较，以确定两者之间的匹配数量，从而指示被仿真的目标和/或目标回波信号的数量。通常，所识别的目标列表与仿真目标列表之间的差异越小，就认为毫米波雷达传感器的性能越好。目标参数可以是可重新配置的，并且可以从不同场景映射到同一处理器功能的一组公共实施参数上，以生成与不同场景相对应的仿真回波信号。

虽然已经在附图和上述说明书中详细图示和描述了本发明，但此类图示和描述应被认为是说明性或示例性的而非限制性的；本发明不限于所公开实施方案。

通过研究附图、公开文本和所附权利要求书，在实践所要求保护的发明时，本领域一般技术人员可以理解和实现所公开实施方案的其他变体。在权利要求书中，词语“包括”不排除包含其他元素或步骤，并且不定冠词“一”并不排除多个。在相互不同的从属权利要求中引用某些措施的这种单纯事实并不指示不能有利地使用这些措施的组合。

本发明的方面可以被实施为设备、方法或计算机程序产品。因此，本发明的各方面可以采取完全硬件实施方案、完全软件实施方案(包括固件、常驻软件、微代码等)或将软件及硬件方面组合的实施方案的形式，这些方面通常在本文中可以称为“电路”、“模块”或“系统”。另外，本发明的各方面可以采取在一个或多个计算机可读介质中实施的计算机程序产品的形式，所述计算机可读介质具有在其上实现的计算机可执行代码。

虽然本文公开了代表性实施方案，但是本领域技术人员理解，根据本教导的许多变体都是可行的并且仍然在所附权利要求书的范围内。因此，本发明仅受所附权利要求书的范围限制。

Claims (10)

1.一种用于测试具有多个雷达发射器和多个雷达接收器的毫米波雷达传感器的多输入多输出(MIMO)目标仿真系统，该雷达发射器用于发射多个雷达信号，该多个雷达接收器用于接收响应于从雷达目标反射的该多个雷达信号的多个目标回波信号，该系统包括：

天线阵列，其包括多个耦合探测天线元件以接收由该多个雷达发射器发射的该多个雷达信号并向该多个雷达接收器发送仿真目标回波信号；

多个仿真器接收器，其包括降频转换器和模数转换器，该降频转换器用于降频转换由该天线阵列接收的该多个雷达信号的载波频率，该模数转换器用于对该降频转换雷达信号分别进行数字化以提供数字雷达信号；

处理单元，其包括处理器和用于存储计算机可读代码的存储器，该计算机可读代码在由该处理器执行时使该处理器：

解耦该数字雷达信号；

检索由场景模拟器生成的目标参数，该目标参数对应于用于反射由该多个雷达发射器发射的该多个雷达信号的多个仿真雷达目标；

响应于该解耦后数字化雷达信号，分别至少部分地基于该多个仿真雷达目标中的每一者的该目标参数而生成与该多个仿真雷达目标相对应的仿真目标回波信号；并且

预解耦该仿真目标回波信号；以及

多个仿真器发射器，其包括数模转换器和升频转换器，该数模转换器用于对该仿真目标回波信号执行数模转换以提供模拟仿真目标回波信号，该升频转换器用于分别升频转换该模拟仿真目标回波信号的频率；

其中该多个仿真器发射器经由该天线阵列同时将该模拟仿真回波目标信号发送到该毫米波雷达传感器，以模拟来自分别响应于该多个雷达信号的该多个仿真目标的回波，并且

其中该毫米波雷达传感器的性能至少部分地基于来自该多个仿真目标的该仿真回波目标信号来确定。

2.权利要求1的系统，其中该仿真器接收器的数量等于该毫米波雷达传感器的雷达发射器的数量；并且

其中该仿真器发射器的数量等于该毫米波雷达传感器的雷达接收器的数量。

3.权利要求1的系统，其中该计算机可执行代码还使该处理器：

分别检索与该毫米波雷达传感器的该多个雷达发射器相对应的发射天线方向图和间距；并且

分别检索与该毫米波雷达传感器的该多个雷达接收器相对应的接收天线方向图和间距，

其中提供与该多个仿真目标相对应的该仿真目标回波信号还基于该发射天线方向图和间距并基于该接收天线方向图和间距。

4.权利要求1的系统，其中由该多个雷达发射器发射的该多个雷达信号被布置在发射耦合矩阵中，并且其中解耦该数字雷达信号包括使用反向发射耦合矩阵解耦该发射耦合矩阵。

5.权利要求4的系统，其中预解耦该仿真目标回波信号包括将该仿真目标回波信号乘以反向接收耦合矩阵，使得随后乘以由该天线阵列和该雷达接收天线形成的该接收耦合矩阵导致该毫米波雷达传感器中的未耦合仿真目标回波信号不受该多个仿真器发射器中的其他仿真器发射器的干扰。

6.权利要求1的系统，其进一步包括由该场景模拟器填充的实时目标列表，其中该目标参数在该实时目标列表中连续更新。

7.权利要求1的系统，其进一步包括由该场景模拟器填充的目标列表文件，其中该目标参数从转储目标列表文件存储在该目标列表文件中。

8.一种使用多输入多输出(MIMO)目标仿真系统来测试包括多个雷达发射器和多个雷达接收器的毫米波雷达传感器的方法，该方法包括：

接收由该多个雷达发射器经由包括多个耦合探测天线元件的天线阵列发射的雷达信号；

解耦所接收的雷达信号；

检索由场景模拟器提供的目标参数，该目标参数对应于用于反射由该多个雷达发射器发射的该雷达信号的仿真目标；

检索与该多个雷达发射器相对应的发射天线方向图并接收与该多个雷达接收器相对应的天线方向图；

分别响应于该解耦雷达信号，至少部分地基于该仿真目标中的每一者的目标参数、该发射天线方向图和该接收天线方向图而生成与该仿真目标相对应的仿真目标回波信号；

预解耦该仿真目标回波信号；以及

经由该天线阵列将该预解耦后仿真目标回波信号发射到该多个雷达接收器以模拟来自分别响应于该接收的雷达信号的该仿真目标的回波，

其中至少部分地基于使用该模拟回波目标信号将该毫米波雷达传感器的识别目标列表与该仿真目标的仿真目标列表进行比较以确定匹配的数量来确定该毫米波雷达传感器的性能。

9.权利要求8的方法，其中由该多个雷达发射器发射的该雷达信号被布置在发射耦合矩阵中，并且其中解耦该接收的雷达信号包括使用反向发射耦合矩阵解耦该发射耦合矩阵，并且

其中预解耦该仿真目标回波信号包括将该仿真目标回波信号乘以反向耦合矩阵使，得随后乘以由该天线阵列和该雷达接收天线形成的该接收耦合矩阵导致该毫米波雷达传感器中有未耦合仿真目标回波信号。

10.权利要求1的系统，其中仿真雷达目标和对应的仿真目标回波信号的数量与仿真器发射器的数量无关。

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