CN113567986B - 一种毫米波雷达发射回路频谱特性测量系统及方法 - Google Patents

一种毫米波雷达发射回路频谱特性测量系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种毫米波雷达发射回路频谱特性测量系统，混频器接收被测雷达的发射信号，将该发射信号与其混频信号经混频处理后的中频信号发送给AD采样单元；AD采样单元将上述中频信号通过中央处理器发送给终端计算机；中央处理器用于向混频器传输由终端计算机设定的混频器的混频信号的工作频率信息；雷达设定单元用于在76‑81Ghz范围内设定被测雷达的发射信号的发射频率；混频器设定单元用于设定混频器的混频信号的工作频率，且设定的混频器的混频信号的工作频率始终高于同一时刻的被测雷达的发射频率一固定频率；功率计算单元用于计算被测雷达在当前发射频率下的功率值。本申请提供一种毫米波雷达发射回路频谱特性测量系统，满足仅需测试发射回路频谱特性的要求。

Description

一种毫米波雷达发射回路频谱特性测量系统及方法
技术领域
本发明涉及毫米波雷达测试技术领域，具体涉及一种毫米波雷达发射回路频谱特性测量系统及方法。
背景技术
调频连续波(FMCW)雷达的原型验证和测试面临着许多挑战，在开发阶段，需要通过一些验证和确认测试，来确保FMCW雷达能够提供预期的功能。其中掌握其发射回路的频响测试方法对于开发出性能优异、质量可靠的产品具有重要价值。
目前，毫米波雷达的频率测试设备主要是国外供应商，有总部位于德国慕尼黑的罗德与施瓦茨(R&S)、美国dSPACE、日本东扬精测系统等。上述供应商的测试设备大多可以对毫米波雷达的发射机、接收机进行全方面的性能评估，但其自身价格昂贵，而且毫米波雷达往往设置多根天线，采用进口设备对所有天线测试则成本更高。而大量的国内企业有时候只需要测试毫米波雷达在76～81Ghz范围内的发射回路的频响，并不需要对其发射机、接收机等进行全面的测试，但目前缺乏相应的测试设备及方法，因此大多还在使用昂贵的进口设备。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本申请提供一种毫米波雷达发射回路频谱特性测量系统，成本大大降低，满足仅需测量发射回路频谱特性的要求。
为了实现上述技术效果，本发明的具体技术方案如下：
一种毫米波雷达发射回路频谱特性测量系统，包括前端处理装置、终端计算机；
所述前端处理装置包括混频器、AD采样单元、存储器、中央处理器，所述混频器接收被测雷达的发射信号，将该发射信号与其自身的混频信号经混频处理后的中频信号发送给所述AD采样单元；所述AD采样单元将上述中频信号送入所述存储器，同时通过中央处理器发送给所述终端计算机；
所述中央处理器还用于向混频器传输由终端计算机设定的混频器的混频信号的工作频率信息；
所述终端计算机包括雷达设定单元、混频器设定单元、功率计算单元、切换单元、绘图单元，所述雷达设定单元用于设定在76-81Ghz范围内被测雷达的发射信号的发射频率；所述混频器设定单元用于设定混频器的混频信号的工作频率，且设定的混频器的混频信号的工作频率始终高于同一时刻的被测雷达的发射频率一固定频率；所述功率计算单元用于计算被测雷达在当前发射频率下的功率值；所述绘图单元用于生成相应发射频率下的频响曲线；所述切换单元用于切换发出被测雷达的发射信号的天线。
进一步地，设定的混频器的混频信号的工作频率始终高于同一时刻的被测雷达的发射频率一固定频率，该固定频率取值0.001Ghz。
同时，基于上述技术方案，本发明还提供一种毫米波雷达发射回路频谱特性测量方法，其具体技术方案如下：
一种毫米波雷达发射回路频谱特性测量方法，具体包括以下步骤：
S1、被测雷达接收终端计算机中的雷达设定单元的指令，使其一天线工作于76Ghz固定频率发射状态，其他天线关闭不工作；
S2、前端处理装置中的混频器接收终端计算机中的混频器设定单元的指令，混频器工作于76.001Ghz工作频率，混频器与被测雷达的天线发射频率存在1M的固定差频；
S3、功率计算单元对这1M的中频信号进行FFT运算，计算出对应的功率值，其过程如下：
对当前中频信号进行FFT运算获得该中频信号的频域信号X(s)，计算方法如下：
其中/>
其中，x(s)是指中频信号s的离散傅里叶变换后的频谱，N表示傅里叶变换的点数，j是指虚数单位，k表示离散傅里叶变换的第k个频谱；
提取频域信号X(s)的峰值点的幅值，记为X，用分贝值表示这1M的中频信号的功率值，计算公式为：dB＝20lgX；
S4、保存当前计算的功率值，绘图单元进行描点，其中横轴为此刻被测雷达中天线的发射频率，纵轴为当前计算的功率值；
S5、以0.1Ghz的固定步长逐渐增大被测雷达的发射频率，使被测雷达与混频器在76-81Ghz范围内扫频工作，并且其频率始终相差1Mhz，循环步骤S3-S4，从而得到被测雷达当前天线在76-81Ghz发射频率的频率响应值图形；
S6、被测雷达接收切换单元的指令，切换被测雷达的工作天线，重复上述步骤S1-S5，得到其他天线的频响曲线。
依据上述技术方案，使用本发明的设备和方法可达到自动测试毫米波雷达发射回路频谱特性的目的，有利于节省测试成本，节省测试人员测试的工作时间，提高测试效率。通过测试的结果数据可分析设计雷达的天线性能。
附图说明
下面通过具体实施方式结合附图对本申请作进一步详细说明。
图1为本发明中的毫米波雷达发射回路频谱特性测量系统的一框架示意图；
其中，1、前端处理装置；11、混频器；12、AD采样单元；13、存储器；14、中央处理器；2、终端计算机；21、雷达设定单元；22、混频器设定单元；23、功率计算单元；24、切换单元；25、绘图单元；3、被测雷达。
具体实施方式
为使本实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实施方式中的附图，对本实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本申请一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本申请保护的范围。
实施例一
参考图1，一种毫米波雷达发射回路频谱特性测量系统，包括前端处理装置1、终端计算机2；
所述前端处理装置1包括混频器11、AD采样单元12、存储器13、中央处理器14，所述混频器11接收被测雷达3的发射信号，将该发射信号与其自身的混频信号经混频处理后的中频信号发送给所述AD采样单元12；所述AD采样单元12将上述中频信号送入所述存储器13，同时通过中央处理器14发送给所述终端计算机2；
所述中央处理器14还用于向混频器11传输由终端计算机2设定的混频器的混频信号的工作频率信息；
所述终端计算机2包括雷达设定单元21、混频器设定单元22、功率计算单元23、切换单元24、绘图单元25，所述雷达设定单元21用于设定在76-81Ghz范围内被测雷达的发射信号的发射频率；所述混频器设定单元22用于设定混频器的混频信号的工作频率，且设定的混频器的混频信号的工作频率始终高于同一时刻的被测雷达的发射频率一固定频率；所述功率计算单元23用于计算被测雷达在当前发射频率下的功率值；所述绘图单元25用于生成相应发射频率下的频响曲线；所述切换单元24用于切换发出被测雷达的发射信号的天线。
其中，设定的混频器的混频信号的工作频率始终高于同一时刻的被测雷达的发射频率一固定频率，该固定频率取值0.001Ghz。
实施例二
一种毫米波雷达发射回路频谱特性测量方法，具体包括以下步骤：
S1、被测雷达接收终端计算机中的雷达设定单元的指令，使其一天线工作于76Ghz固定频率发射状态，其他天线关闭不工作；
S2、前端处理装置中的混频器接收终端计算机中的混频器设定单元的指令，混频器工作于76.001Ghz工作频率，混频器与被测雷达的天线发射频率存在1M的固定差频；
S3、功率计算单元对这1M的中频信号进行FFT运算，计算出对应的功率值，其过程如下：
对当前中频信号进行FFT运算获得该中频信号的频域信号X(s)，计算方法如下：
其中/>
其中，x(s)是指中频信号s的离散傅里叶变换后的频谱，N表示傅里叶变换的点数，j是指虚数单位，k表示离散傅里叶变换的第k个频谱；
提取频域信号X(s)的峰值点的幅值，记为X，用分贝值表示这1M的中频信号的功率值，计算公式为：dB＝20lgX；
S4、保存当前计算的功率值，绘图单元进行描点，其中横轴为此刻被测雷达中天线的发射频率，纵轴为当前计算的功率值；
S5、以0.1Ghz的固定步长逐渐增大被测雷达的发射频率，使被测雷达与混频器在76-81Ghz范围内扫频工作，并且其频率始终相差1Mhz，循环步骤S3-S4，从而得到被测雷达当前天线在76-81Ghz发射频率的频率响应值图形；
S6、被测雷达接收切换单元的指令，切换被测雷达的工作天线，重复上述步骤S1-S5，得到其他天线的频响曲线。
以上应用了具体个例对本发明进行阐述，只是用于帮助理解本发明，并不用以限制本发明。对于本发明所属技术领域的技术人员，依据本发明的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。

Claims (3)

1.一种毫米波雷达发射回路频谱特性测量系统，其特征在于，包括前端处理装置、终端计算机；
所述前端处理装置包括混频器、AD采样单元、存储器、中央处理器，所述混频器接收被测雷达的发射信号，将该发射信号与其自身的混频信号经混频处理后的中频信号发送给所述AD采样单元；所述AD采样单元将上述中频信号送入所述存储器，同时通过中央处理器发送给所述终端计算机；
所述中央处理器还用于向混频器传输由终端计算机设定的混频器的混频信号的工作频率信息；
所述终端计算机包括雷达设定单元、混频器设定单元、功率计算单元、切换单元、绘图单元，所述雷达设定单元用于设定在76-81Ghz范围内被测雷达的发射信号的发射频率；所述混频器设定单元用于设定混频器的混频信号的工作频率，且设定的混频器的混频信号的工作频率始终高于同一时刻的被测雷达的发射频率一固定频率；所述功率计算单元用于计算被测雷达在当前发射频率下的功率值；所述绘图单元用于生成相应发射频率下的频响曲线；所述切换单元用于切换发出被测雷达的发射信号的天线；
被测雷达接收终端计算机中的雷达设定单元的指令，使其一天线工作于76Ghz固定频率发射状态，其他天线关闭不工作；
前端处理装置中的混频器接收终端计算机中的混频器设定单元的指令，混频器工作于76.001Ghz工作频率，混频器与被测雷达的天线发射频率存在1M的固定差频；
功率计算单元对这1M的中频信号进行FFT运算，计算出对应的功率值，其过程如下：
对当前中频信号进行FFT运算获得该中频信号的频域信号X(s)，计算方法如下：
其中/>其中，X(s)是指中频信号s的离散傅里叶变换后的频谱，N表示傅里叶变换的点数，j是指虚数单位，k表示离散傅里叶变换的第k个频谱；提取频域信号X(s)的峰值点的幅值，记为X，用分贝值表示这1M的中频信号的功率值，计算公式为：dB＝20lgX；
保存当前计算的功率值，绘图单元进行描点，其中横轴为此刻被测雷达中天线的发射频率，纵轴为当前计算的功率值；
以0.1Ghz的固定步长逐渐增大被测雷达的发射频率，使被测雷达与混频器在76-81Ghz范围内扫频工作，并且其频率始终相差1Mhz，循环步骤S3-S4，从而得到被测雷达当前天线在76-81Ghz发射频率的频率响应值图形；
被测雷达接收切换单元的指令，切换被测雷达的工作天线，重复上述步骤S1-S5，得到其他天线的频响曲线。
2.如权利要求1所述的一种毫米波雷达发射回路频谱特性测量系统，其特征在于，设定的混频器的混频信号的工作频率始终高于同一时刻的被测雷达的发射频率一固定频率，该固定频率取值0.001Ghz。
3.一种毫米波雷达发射回路频谱特性测量方法，基于如权利要求1至2中任一项所述的毫米波雷达发射回路频谱特性测量系统，其特征在于，具体包括以下步骤：
S1、被测雷达接收终端计算机中的雷达设定单元的指令，使其一天线工作于76Ghz固定频率发射状态，其他天线关闭不工作；
S2、前端处理装置中的混频器接收终端计算机中的混频器设定单元的指令，混频器工作于76.001Ghz工作频率，混频器与被测雷达的天线发射频率存在1M的固定差频；
S3、功率计算单元对这1M的中频信号进行FFT运算，计算出对应的功率值，其过程如下：
对当前中频信号进行FFT运算获得该中频信号的频域信号X(s)，计算方法如下：
其中/>其中，X(s)是指中频信号s的离散傅里叶变换后的频谱，N表示傅里叶变换的点数，j是指虚数单位，k表示离散傅里叶变换的第k个频谱；提取频域信号X(s)的峰值点的幅值，记为X，用分贝值表示这1M的中频信号的功率值，计算公式为：dB＝20lgX；
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S5、以0.1Ghz的固定步长逐渐增大被测雷达的发射频率，使被测雷达与混频器在76-81Ghz范围内扫频工作，并且其频率始终相差1Mhz，循环步骤S3-S4，从而得到被测雷达当前天线在76-81Ghz发射频率的频率响应值图形；
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