CN112834998B - 一种77g毫米波雷达测试系统 - Google Patents

一种77g毫米波雷达测试系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种77G毫米波雷达测试系统，包括接收模块，用于接收雷达激励信号，并将信号变为中频信号；发射模块，经过延时处理模块、多普勒频移处理模块和RCS雷达散射截面积模拟处理模块的信号处理之后，再通过变频器将中频信号变频至76～81GHz，通过发射模块将信号发射出去；功率检测模块，检测输入信号的电平值，采集检波完的电压值；状态监控模块，用于监控系统运行情况。本发明提供的77G毫米波雷达测试系统，能够针对不同雷达选配不同的变频信号，通过功率检测模块检测输入信号的电平值，采集检波完的电压值，不仅能够满足当前的测试需求，还能够通过不同的参数组合和硬件的组合，满足今后型号测试需求。

Description

一种77G毫米波雷达测试系统
技术领域
本发明涉及车载雷达技术领域，特别是一种77G毫米波雷达测试系统。
背景技术
毫米波雷达使用毫米波(millimeter wave)通常毫米波是指30～300GHz频域(波长为1～10mm)的，毫米波的波长介于厘米波和光波之间，因此毫米波兼有微波制导和光电制导的优点，同厘米波导引头相比，毫米波导引头具有体积小、质量轻和空间分辨率高的特点，与红外、激光、电视等光学导引头相比，毫米波导引头穿透雾、烟、灰尘的能力强，具有全天候(大雨天除外)全天时的特点。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述和/或现有的77G毫米波雷达测试系统中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明所要解决的问题在于如何解决信号的变频问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种77G毫米波雷达测试系统，其包括，接收模块，用于接收雷达激励信号，并将信号变为中频信号；
发射模块，经过延时处理模块、多普勒频移处理模块和RCS雷达散射截面积模拟处理模块的信号处理之后，再通过变频器将中频信号变频至76～81GHz，通过所述发射模块将信号发射出去；
功率检测模块，检测输入信号的电平值，采集检波完的电压值；
状态监控模块，用于监控系统运行过程中，重要参数和设备状态运行情况。
作为本发明所述77G毫米波雷达测试系统的一种优选方案，其中：所述接收模块包括RX接收天线，输入频率范围为76～81GHz，输入功率范围为-19～-60dBm，输出频率范围为4.6～9.6GHz，输出功率范围为0～-49dBm。
作为本发明所述77G毫米波雷达测试系统的一种优选方案，其中：所述发射模块包括TX发射天线，输入频率范围为4.6～9.6GHz，输入功率为0～-90dBm，输出频率范围为76～81GHz，输出功率范围为0～-90dBm，多普勒频偏为±100KHz。
作为本发明所述77G毫米波雷达测试系统的一种优选方案，其中：所述延时处理模块利用矢网的时域分析功能将每一段光纤的延时量进行测量和校准，并测试光开关以及激光器和探测器的延时校准进去，再进行光纤熔接，采用FPGA进行实时性控制。
作为本发明所述77G毫米波雷达测试系统的一种优选方案，其中：所述激光器发出的连续波被一个频率f的模拟信号进行强度调制，调制信号经过一段长为L的光纤传输后，被探测器解调，在此过程中，信号所经历的时间为，
Figure BDA0002942334150000021
式中，ng为信号的群速度，c为真空中的光速；
通过改变光纤的长度L实现信号的延迟，长度L改变的范围以及精度决定信号的延迟范围和精度。
作为本发明所述77G毫米波雷达测试系统的一种优选方案，其中：所述延时处理模块包括延时测试单元和光纤熔接单元，
所述延时测试单元采用矢量网络分析仪的时域分析功能，经过校准件的校准，测试精度能够达到ps级别，能够保证模块的延时测试精度需求；
所述光纤熔接单元采用纤芯对准式光纤熔接机进行，包括精密六马达对准系统、光学镜头及软件算法。
作为本发明所述77G毫米波雷达测试系统的一种优选方案，其中：所述多普勒频移处理模块包括多普勒DDS系统时钟，所述多普勒DDS系统时钟为1GHz，控制字位宽32bit，多普勒频率调节步进和精度为，
Figure BDA0002942334150000022
因此，6倍频后的精度为1.38Hz，多普勒范围为±200KHz，步进10Hz，精度为2Hz。
作为本发明所述77G毫米波雷达测试系统的一种优选方案，其中：所述RCS雷达散射截面积模拟处理模块包括数控衰减器，可模拟单方向1个目标。
作为本发明所述77G毫米波雷达测试系统的一种优选方案，其中：所述功率检测模块包括检波器，所述检波器采用型号为SDLVA-210-60，采用高速ADC采集检波完的电压值，分辨率为16位，采样速率为100MHz，输入范围为±5V，分辨率为10mv，功率采集精度为0.5dBm。
作为本发明所述77G毫米波雷达测试系统的一种优选方案，其中：所述状态监控模块包括状态采集单元和状态显示单元，所述状态采集单元和所述状态显示单元通过无线连接，所述状态采集单元周期性地采集多个目标进程的进程运行信息，并反馈至所述状态显示单元。
本发明有益效果为：本发明提供的77G毫米波雷达测试系统，能够针对不同雷达选配不同的变频信号，通过接收模块、延时处理模块、多普勒频移处理模块、RCS雷达散射截面积模拟处理模块和发射模块，实现信号的变频，通过功率检测模块检测输入信号的电平值，采集检波完的电压值，通过状态监控模块监控系统运行过程中，重要参数和设备状态运行情况。不仅能够满足当前的测试需求，还能够通过不同的参数组合和硬件的组合，满足今后型号测试需求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。其中：
图1为77G毫米波雷达测试系统的整体结构示意图。
图2为77G毫米波雷达测试系统的工作原理示意图。
图3为77G毫米波雷达测试系统的延时处理模块链路示意图。
图4为77G毫米波雷达测试系统的延时处理模块的系统控制图。
图5为77G毫米波雷达测试系统的工作流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
实施例1
参照图1，为本发明第一个实施例，该实施例提供了一种77G毫米波雷达测试系统，77G毫米波雷达测试系统包括接收模块100、延时处理模块200、多普勒频移处理模块300、RCS雷达散射截面积模拟处理模块400、发射模块500、功率检测模块600和状态监控模块700，其中，接收模块100，用于接收雷达激励信号，并将信号变为中频信号；
发射模块500，经过延时处理模块200、多普勒频移处理模块300和RCS雷达散射截面积模拟处理模块400的信号处理之后，再通过变频器将中频信号变频至76～81GHz，通过发射模块500将信号发射出去；
功率检测模块600，检测输入信号的电平值，采集检波完的电压值；
状态监控模块700，用于监控系统运行过程中，重要参数和设备状态运行情况。
基于上述，操作系统为Windows10，32/64bit，系统采用毫米波下变频器将接收模块100接收的雷达激励信号变为中频信号，然后再对信号进行延时处理、多普勒频移处理、以及RCS雷达散射截面积模拟处理，之后再通过毫米波上变频器将处理后的中频信号变频到76GHz～81GHz，通过发射模块500发射出去。
主要功能如下：
1.具备本地控制按键(设置延时、多普勒、增益)和界面显示功能；
2.具备对接收信号功率进行峰值测量上报功能；
3.具备对接收信号功率进行峰值测量上报功能；
4.软件具备远程控制设备的功能；
实施例2
参照图1～4，为本发明第二个实施例，其不同于第一个实施例的是：接收模块100包括RX接收天线101，其型号为WR-10(UG-387/U-M)，输入频率范围为76～81GHz，输入功率范围为-19～-60dBm，输出频率范围为4.6～9.6GHz，输出功率范围为0～-49dBm。
接模块100由放大器、混频器、滤波器、倍频器组成，主要完成将76～81GHz射频信号转换为4.6～9.6GHz中频信号。射频输入端信号经LNA放大，与71.6GHz本振信号下变频至4.6～9.6GHz，经放大、滤波后输出。
77G信号输入功率范围-60～-19dBm，适当提高混频前信号功率，有助于提高混频后中频信号的杂散抑制，同时为提升链路信噪比，接收信号经过LNA放大后进入滤波器，然后进行混频。混频后的信号，包含本振信号，本振基频信号以及射频信号。由于本振及射频信号频率较高，中频链路器件本身会带来较高的抑制，无需额外设计滤波器，因此中频通道主要需要抑制本振基频信号。
发射模块500包括TX发射天线501，其型号为WR-10(UG-387/U-M)，输入频率范围为4.6～9.6GHz，输入功率为0～-90dBm，输出频率范围为76～81GHz，输出功率范围为0～-90dBm，多普勒频偏为±100KHz。
发射模块100中频输入功率-90d～0dBm，经仿真计算，混频后有LO+2IF频率分量的带内杂散，当输入信号小于-5dBm时，混频器对改杂散的抑制能够达到-65dBc，因此中频输入信号不能直接进入混频器，需要先进行一定衰减后进行上变频；带外杂散主要为通过混频器泄露的本振信号，混频器的射频本振抑制40dBc，当输出信号为0dBm时，混频后的射频本振抑制为0dB，要满足本振信号60dBc的抑制，需要通过滤波器实现，当射频滤波器对本振信号提供约80dBc的抑制，就可以满足技术指标要求。
进一步的，延时处理模块200利用矢网的时域分析功能将每一段光纤的延时量进行测量和校准，并测试光开关201以及激光器202和探测器203的延时校准进去，再进行光纤熔接，采用FPGA进行实时性控制。
激光器202发出的连续波被一个频率f的模拟信号进行强度调制，调制信号经过一段长为L的光纤传输后，被探测器解调，在此过程中，信号所经历的时间为，
Figure BDA0002942334150000051
式中，ng为信号的群速度，c为真空中的光速；
通过改变光纤的长度L实现信号的延迟，长度L改变的范围以及精度决定信号的延迟范围和精度。
延时处理模块200包括延时测试单元204和光纤熔接单元205，
延时测试单元204采用矢量网络分析仪的时域分析功能，经过校准件的校准，测试精度能够达到ps级别，能够保证模块的延时测试精度需求；
光纤熔接单元205采用纤芯对准式光纤熔接机进行光纤熔接，包括精密六马达对准系统、光学镜头及软件算法。
在整个接续工作中，必须严格执行OTDR四道监测程序：
1)熔接过程中对每一芯光纤进行实时跟踪监测，检查每一个熔接点的质量；
2)每次盘纤后，对所盘光纤进行例检以确定盘纤带来的附加损耗；
3)封接续盒前，对所有光纤进行统测，以查明有无漏测和光纤预留盘间对光纤及接头有无挤压；
4)封盒后，对所有光纤进行最后检测，以检查封盒是否对光纤有损害。
光纤熔接完成后对组件的延时精度进行复测，对于不合格产品进行重新加工以保证产品的精度指标在≤10cm以内。
因此，采用光纤延时线的方式，可实现大带宽连续转发。该种模拟方式对雷达波形体制要求低，兼容性高，能够支持连续波、脉冲、步进频、调频连续波、调相连续波、FSK、PSK信号等体制的信号。
优选的，多普勒频移处理模块300包括多普勒DDS系统时钟301，多普勒DDS系统时钟301为1GHz，控制字位宽32bit，多普勒频率调节步进和精度为，
Figure BDA0002942334150000061
因此，6倍频后的精度为1.38Hz，多普勒范围为±200KHz，步进10Hz，精度为2Hz。
根据表1可知，同类产品设置不同的多普勒，根据记录可知，多普勒DDS系统时钟301为1GHz时，误差最小。
表1：同类产品测试数据对比表。
设置多普勒 测试载频 测试多普勒(Hz) 误差(Hz)
0.0000000000 15.9999999995 -0.5000000414 -0.5000000414
1.0000000000 16.0000000000 0.0000000000 -1.0000000000
-1.0000000000 15.9999999990 -1.0000000827 -0.0000000827
10.0000000000 16.0000000080 8.0000006619 -1.9999993381
20.0000000000 16.0000000185 18.4999997543 -1.5000002457
100.0000000000 16.0000000980 98.0000010031 -1.9999989969
500.0000000000 16.0000004980 497.9999985721 -2.0000014279
1000.0000000000 16.0000009980 998.0000008625 -1.9999991375
10000.0000000000 16.0000099985 9998.5000012737 -1.4999987263
100000.0000000000 16.0000999985 99998.5000014192 -1.4999985808
200000.0000000000 16.0001999990 199998.9999994510 -1.0000005489
-200000.0000000000 15.9997999990 -200000.9999996170 -0.9999996166
-100000.0000000000 15.9998999992 -100000.7999998330 -0.7999998331
进一步的，RCS雷达散射截面积模拟处理模块400包括数控衰减器401，可模拟单方向1个目标，，该方法的优点是系统的噪声系数好，信噪比高，瞬时带宽大，能够适应连续波、脉冲、步进频及调频连续波信号体制。
功率检测模块600包括检波器601，检波器601采用型号为SDLVA-210-60，检波器601的分辨率70mv/dB，ADC的位宽位16bit，输入范围支持5～5V，分辨率位优于1mv，采用标准的信号源做输入对检测功能进行校准，采用高速ADC采集检波完的电压值，分辨率为16位，采样速率为100MHz，输入范围为±5V，分辨率为10mv，功率采集精度为0.5dBm。
优选的，状态监控模块700包括状态采集单元701和状态显示单元702，状态采集单元701和状态显示单元702通过无线连接，状态采集单元701周期性地采集多个目标进程的进程运行信息，监控系统运行过程中重要参数和设备状态运行情况，同时还可以监视系统中发生的事件，可以通过它来检查错误发生的原因，并反馈至状态显示单元702，用户可通过功能编辑模块，进行测试功能的编辑、测试参数的保存、目标参数的设置等，人机交互设计清晰、便利。
系统流程如图5所示，其中，
1)系统上电
主控单元上电并与各模块建立连接。
2)功能选择
用户可根据实际使用情况，选择不同的测试功能进行使用。
3)系统自检
对设备状态进行自检，并输出最终自检结果。
4)参数配置
手动模式下参数由界面设置，手动选择测试功能，并设置测试参数；
同时具备远程下发控制参数的功能。
重要的是，应注意，在多个不同示例性实施方案中示出的本申请的构造和布置仅是例示性的。尽管在此公开内容中仅详细描述了几个实施方案，但参阅此公开内容的人员应容易理解，在实质上不偏离该申请中所描述的主题的新颖教导和优点的前提下，许多改型是可能的(例如，各种元件的尺寸、尺度、结构、形状和比例、以及参数值(例如，温度、压力等)、安装布置、材料的使用、颜色、定向的变化等)。例如，示出为整体成形的元件可以由多个部分或元件构成，元件的位置可被倒置或以其它方式改变，并且分立元件的性质或数目或位置可被更改或改变。因此，所有这样的改型旨在被包含在本发明的范围内。可以根据替代的实施方案改变或重新排序任何过程或方法步骤的次序或顺序。在权利要求中，任何“装置加功能”的条款都旨在覆盖在本文中所描述的执行所述功能的结构，且不仅是结构等同而且还是等同结构。在不背离本发明的范围的前提下，可以在示例性实施方案的设计、运行状况和布置中做出其他替换、改型、改变和省略。因此，本发明不限制于特定的实施方案，而是扩展至仍落在所附的权利要求书的范围内的多种改型。
此外，为了提供示例性实施方案的简练描述，可以不描述实际实施方案的所有特征(即，与当前考虑的执行本发明的最佳模式不相关的那些特征，或于实现本发明不相关的那些特征)。
应理解的是，在任何实际实施方式的开发过程中，如在任何工程或设计项目中，可做出大量的具体实施方式决定。这样的开发努力可能是复杂的且耗时的，但对于那些得益于此公开内容的普通技术人员来说，不需要过多实验，所述开发努力将是一个设计、制造和生产的常规工作。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种77G毫米波雷达测试系统，其特征在于：包括，
接收模块(100)，用于接收雷达激励信号，并将信号变为中频信号；
发射模块(500)，经过延时处理模块(200)、多普勒频移处理模块(300)和RCS雷达散射截面积模拟处理模块(400)的信号处理之后，再通过变频器将中频信号变频至76～81GHz，通过所述发射模块(500)将信号发射出去；
所述延时处理模块(200)利用矢网的时域分析功能将每一段光纤的延时量进行测量和校准，并测试光开关(201)以及激光器(202)和探测器(203)的延时校准进去，再进行光纤熔接，采用FPGA进行实时性控制；
所述激光器(202)发出的连续波被一个频率f的模拟信号进行强度调制，调制信号经过一段长为L的光纤传输后，被探测器解调，在此过程中，信号所经历的时间为，
Figure FDA0004066061500000011
式中，ng为信号的群速度，c为真空中的光速；
通过改变光纤的长度L实现信号的延迟，长度L改变的范围以及精度决定信号的延迟范围和精度；
所述延时处理模块(200)包括延时测试单元(204)和光纤熔接单元(205)，
所述延时测试单元(204)采用矢量网络分析仪的时域分析功能，经过校准件的校准，测试精度能够达到ps级别，能够保证模块的延时测试精度需求；
所述光纤熔接单元(205)采用纤芯对准式光纤熔接机进行，包括精密六马达对准系统、光学镜头及软件算法；
所述多普勒频移处理模块(300)包括多普勒DDS系统时钟(301)，所述多普勒DDS系统时钟(301)为1GHz，控制字位宽32bit，多普勒频率调节步进和精度为，
Figure FDA0004066061500000012
因此，6倍频后的精度为1.38Hz，多普勒范围为±200KHz，步进10Hz，精度为2Hz；
所述RCS雷达散射截面积模拟处理模块(400)包括数控衰减器(401)，可模拟单方向1个目标；
功率检测模块(600)，检测输入信号的电平值，采集检波完的电压值；
状态监控模块(700)，用于监控系统运行过程中，重要参数和设备状态运行情况。
2.如权利要求1所述的77G毫米波雷达测试系统，其特征在于：所述接收模块(100)包括RX接收天线(101)，输入频率范围为76～81GHz，输入功率范围为-19～-60dBm，输出频率范围为4.6～9.6GHz，输出功率范围为0～-49dBm。
3.如权利要求2所述的77G毫米波雷达测试系统，其特征在于：所述发射模块(500)包括TX发射天线(501)，输入频率范围为4.6～9.6GHz，输入功率为0～-90dBm，输出频率范围为76～81GHz，输出功率范围为0～-90dBm，多普勒频偏为±100KHz。
4.如权利要求3所述的77G毫米波雷达测试系统，其特征在于：所述功率检测模块(600)包括检波器(601)，所述检波器(601)采用型号为SDLVA-210-60，采用高速ADC采集检波完的电压值，分辨率为16位，采样速率为100MHz，输入范围为±5V，分辨率为10mv，功率采集精度为0.5dBm。
5.如权利要求4所述的77G毫米波雷达测试系统，其特征在于：所述状态监控模块(700)包括状态采集单元(701)和状态显示单元(702)，所述状态采集单元(701)和所述状态显示单元(702)通过无线连接，所述状态采集单元(701)周期性地采集多个目标进程的进程运行信息，并反馈至所述状态显示单元(702)。
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