CN209911540U - 一种应用于fmcw雷达的通道校准系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种应用于FMCW雷达的通道校准系统，包括目标模拟产生及发射模块、天线模块、射频链路模块、变频滤波模块、信号检测及上报模块、自动读取及补偿模块、信号处理模块和电源模块；目标模拟产生及发射模块、天线模块、射频链路模块、变频滤波模块和信号处理模块顺次通信连接；射频链路模块还与自动读取及补偿模块连接；信号处理模块分别与信号检测及上报模块、自动读取及补偿模块连接；电源模块与信号处理模块连接。该系统具有校准效率高、成本低等优点，可用于小批量产品的产线测试中；在现有工作频段范围内解决了专用测试夹具设计成本高、难度大的缺点；在工作频段内稳定性能好、工作温度范围广，具有广泛应用前景。

Description

一种应用于FMCW雷达的通道校准系统

技术领域

本实用新型属于FMCW(调频连续波)雷达技术领域，具体涉及一种应用于FMCW雷达的通道校准系统。

背景技术

高级驾驶辅助系统(ADAS,Advanced Driver Assistance System)是目前汽车电子领域发展的主流方向，目前百分之八十以上的交通事故是因为实际反应不及时导致的，有研究表明，如果实际可以提前一到两秒意识到危险中正在靠近，就有足够的时间采取主动措施，从而避免绝大多数事故的发生；装在汽车上的ADSD系统，工作原理就是利用装在汽车上的各式各样的传感器来手机汽车在行驶过程中周围的环境的信息，比如路况、附近车辆位置以及附近车辆靠近的速度等等；这些数据可以让驾驶员在来得及反应的时间内获知附近潜在的危险，并主动调整车辆行驶状态或使用系统自带的相关规避措施来消除在危险，从而达到安全驾驶的目的。所以各式各样的传感器，如毫米波雷达、激光测距雷达、视频传感器等就是保障高级驾驶辅助系统高效工作的关键。

在这些传感器当中，毫米波雷达作为一种传感器由于其全天候、不受光线影响等优势已经越来越多的用到了各类汽车ADAS系统，而77GHz毫米雷达由于其尺寸小、分辨率高的优势已经成为汽车毫米波防撞雷达的发展趋势。

雷达传感器的主要任务是探测目标，并测量其相对速度和位置。为此，雷达传感器通过填写发送频率范围在76-77GHz内的调频雷达波。通过车辆强或后方的物体反射回的雷达波，利用多普勒校园(发射和反射信号之间的频移)和时滞，来测量目标和相对速度和距离，并将此信息上传至核心处理器，系统功能，实现乘车安全性和舒适性功能。连续波体质设备功率需求低、体制简单，成本较低，适用于汽车防撞需要的作用距离较近，同事有较低成本的需求，因此采用连续波体制。

调频连续波雷达系统通过天线向外发射一列连续调频信号，并接收目标的反射信号。发射波的频率随时间按调制的规律变化。一般调制信号为线性调频信号。反射波与发射波的形状相同，只是在时间上有一个延迟，发射信号与反射信号的频率差与延迟时间成正比，因此只要测量发射信号与反射信号的频率差就可测到目标的距离。

在获取目标角度信息时，无论采用传统的干涉仪测向还是采用数字波束形成(DBF)或者其他方法，都需要对多个接收通道的数据进行处理，而由于印制板加工、芯片批量差异、走线等问题，多个接收通道的幅度和相位并不能保持一致，通道的不一致会直接影响雷达系统的测角性能，甚至直接影响ADAS系统的工作，所以就必须要对多个接收通道的幅度和相位进行校准；而传统的通道校准的方法由于工艺的限制并不能直接应用于77GHz毫米波防撞雷达中。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供的应用于FMCW雷达的通道校准系统解决了在现有工作频段范围内解决了专用测试夹具设计成本高、难度大的问题。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用的技术方案为：一种应用于FMCW雷达的通道校准系统，包括目标模拟产生及发射模块、天线模块、射频链路模块、变频滤波模块、信号检测及上报模块、自动读取及补偿模块、信号处理模块和电源模块；

所述目标模拟产生及发射模块、天线模块、射频链路模块、变频滤波模块和信号处理模块顺次通信连接；

所述射频链路模块还与自动读取及补偿模块连接；

所述信号处理模块分别与信号检测及上报模块、自动读取及补偿模块连接；

所述电源模块通过DC/DC电路与信号处理模块连接。

进一步地，所述目标模拟产生及发射模块包括信号发生器和若干根发射天线；每根所述发射天线均与信号发生器连接。

进一步地，所述天线模块包括若干根接收天线；所述射频链路模块包括若干个射频链路；所述变频滤波模块包括若干个变频滤波器；

每个所述射频链路的信号输入端均连接有一根接收天线，每个所述射频链路的信号输出端与一个变频滤波器的信号输入端连接，每个所述变频滤波器的信号输出端均与信号处理模块的信号输入端连接；

每个所述射频链路的信号输出端还与自动读取及补偿模块连接；

每个所述变频滤波器的信号输出端还与信号检测及上报模块连接；

所述接收天线与所述发射天线一一对应。

进一步地，所述信号处理模块包括一个主控单元和若干个ADC单元；

每个所述ADC单元信号输入端与一个变频滤波器的信号输出端连接，每个所述ADC单元的信号输出端均与主控单元连接。

进一步地，所述主控单元还连接有一个锁相环，所述锁相环的信号输出端与每个变频滤波器的信号输入端连接。

进一步地，每个所述射频链路包括前级放大单元；

所述前级放大单元的输入端作为射频链路的输入端，所述前级放大单元的信号输出端与开关控制单元的输入端连接；

所述开关控制单元的第一输出端、数控衰减单元、TL驱动放大单元、TL末级功放单元、TL隔离器和TL腔体滤波单元依次连接，所述数控衰减单元的输出端、TL驱动放大单元的输出端和TL末级功放单元的输出端还与调制控制单元的输入端连接，所述调制控制单元的输出端分别与前级放大单元的输入端和开关控制单元的输入端连接；

所述开关控制单元的第二输出端、可调衰减单元、BD驱动放大单元、BD末级功放单元、BD隔离器和BD腔体滤波单元依次连接，所述可调衰减单元的输出端还与数控衰减单元的输入端连接，所述BD驱动放大单元的输出端还与TL驱动放大单元的输入端连接，所述BD末级功放单元的输出端还与TL末级功放单元的输入端连接；

所述TL腔体滤波单元的输出端与自动读取及补偿模块的输入端连接；

所述BD腔体滤波单元的输出端与变频滤波模块的输入端连接。

进一步地，所述锁相环包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器；

所述鉴相器、环路滤波器和压控振荡器顺次循环连接，所述鉴相器的信号输入端作为锁相环的信号输入端，所述压控振荡器的信号输出端作为锁相环的信号输出端。

进一步地，所述主控单元的主控芯片为S32R系列处理器；

所述目标模拟产生及发射模块包括AV1464B系列信号源；

所述信号检测及上报模块包括R&S示波器；

所述DC/DC电路包括型号为FS65系列的稳压芯片。

本实用新型的有益效果为：提供一种应用于FMCW雷达的通道校准系统，具有校准效率高、成本低等优点，可用于小批量产品的产线测试中；在现有工作频段范围内解决了专用测试夹具设计成本高、难度大的缺点；在工作频段内稳定性能好、工作温度范围广，具有广泛应用前景，也可推广运用了同类FMCW雷达系统的测试中。

附图说明

图1为本实用新型提供的实施例中应用于FMCW雷达的通道校准系统结构图。

图2为本实用新型中射频链路结构图。

图3为本实用新型中锁相环结构图。

具体实施方式

下面对本实用新型的具体实施方式进行描述，以便于本技术领域的技术人员理解本实用新型，但应该清楚，本实用新型不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本实用新型的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本实用新型构思的实用新型创造均在保护之列。

如图1所示，一种应用于FMCW雷达的通道校准系统，包括目标模拟产生及发射模块、天线模块、射频链路模块、变频滤波模块、信号检测及上报模块、自动读取及补偿模块、信号处理模块和电源模块；

目标模拟产生及发射模块、天线模块、射频链路模块、变频滤波模块和信号处理模块顺次通信连接；射频链路模块还与自动读取及补偿模块连接；信号处理模块分别与信号检测及上报模块、自动读取及补偿模块连接；电源模块通过DC/DC电路与信号处理模块连接。其中，目标模拟产生及发射模块包括信号发生器和若干根发射天线；每根发射天线均与信号发生器连接；

该目标模拟产生及发射模块具有产生特定频率、特定功率信号的功能，也可按照要求产生一个模拟的目标回波信息；该信号检测及上报模块具有检测每一路信号幅度并上报处理的功能，上述部分组成系统的检波电路，用于检测天线和射频通道之间的差异，并上报给信号处理模块，具有操作简单、安装使用方便的特点；信号处理模块作为主控模块，根据其余各个模块发射及上报的功率及相值计算出各路差异，并给出达到每一路幅度相位一致的校准值，该校准值对每一个模块具有唯一性；该上位机控制模块具有快速、高效的特点，可在不需要人工参与的情况下实现自动校准。

其中，天线模块包括若干根接收天线；射频链路模块包括若干个射频链路；变频滤波模块包括若干个变频滤波器；每个射频链路的信号输入端均连接有一根接收天线，每个射频链路的信号输出端与一个变频滤波器的信号输入端连接，每个变频滤波器的信号输出端均与信号处理模块的信号输入端连接；每个射频链路的信号输出端还与自动读取及补偿模块连接；每个变频滤波器的信号输出端还与信号检测及上报模块连接；接收天线与发射天线一一对应。

上述信号处理模块包括一个主控单元和若干个ADC单元；每个ADC单元信号输入端与一个变频滤波器的信号输出端连接，每个ADC单元的信号输出端均与主控单元连接。主控单元还连接有一个锁相环，锁相环的信号输出端与每个变频滤波器的信号输入端连接。

上述主控单元的主控芯片为S32R系列处理器；目标模拟产生及发射模块包括AV1464B系列信号源及其配件；信号检测及上报模块包括R&S示波器及其配件；DC/DC电路包括型号为FS65系列的稳压芯片；其中，DC/DC电路包括三个转换子电路分别为12V电源经过1.25V/2.2A转换子电路转换为1.25V/1.8A的信号、12V电源经过3.3V/100mA转换子电路转换为3.3V/30mA的信号和12V电源经过3.3V/400mA转换子电路转换为3.3V/250mA的信号。

如图2所示，每个射频链路包括前级放大单元；

前级放大单元的输入端作为射频链路的输入端，前级放大单元的信号输出端与开关控制单元的输入端连接；

开关控制单元的第一输出端、数控衰减单元、TL驱动放大单元、TL末级功放单元、TL隔离器和TL腔体滤波单元依次连接，数控衰减单元的输出端、TL驱动放大单元的输出端和TL末级功放单元的输出端还与调制控制单元的输入端连接，调制控制单元的输出端分别与前级放大单元的输入端和开关控制单元的输入端连接；

开关控制单元的第二输出端、可调衰减单元、BD驱动放大单元、BD末级功放单元、BD隔离器和BD腔体滤波单元依次连接，可调衰减单元的输出端还与数控衰减单元的输入端连接，BD驱动放大单元的输出端还与TL驱动放大单元的输入端连接，BD末级功放单元的输出端还与TL末级功放单元的输入端连接；

TL腔体滤波单元的输出端与自动读取及补偿模块的输入端连接；

BD腔体滤波单元的输出端与变频滤波模块的输入端连接。

如图3所示，锁相环包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器；

鉴相器、环路滤波器和压控振荡器顺次循环连接，鉴相器的信号输入端作为锁相环的信号输入端，压控振荡器的信号输出端作为锁相环的信号输出端。

在本实用新型的一个实施例中，提供了该通道校准系统的主要工作原理：由目标模拟产生及发射模块产生所需要的相应频率及功率的辐射信号，该信号通过空间辐射进入被测试的雷达系统的单个通道后经过天线模块、射频链路模块和变频滤波模块后通过ADC单元采样并进行最终信号处理，其中产生的信号中包括信号的幅度信息和相位信息；其中信号的幅度信息在通过ADC单元采样前，有信号检测及上报模块上报，进过雷达系统链路后，将实际检测到的值上报给自动读取及补偿模块，由自动读取及补偿模块对先后获得的多个通道的数据进行自动补偿校准；每一路信号的相位信息则先经过ADC单元的采样后上传到主控单元，主控单元完成与自动读取及补偿模块的双向操作，验证校准数据是否正常，并给出补偿结果，确认无误后完成整个通道信号的校准和补偿过程。

需要说明的是，该系统中的所有模块和软件均是基于实际需求进行开发验证，在现有成本控制下实现，具有成本低、易实现和效率高的优势，且内部所有部件均采用通用的标准化部件，推广应用时可进行同类替换。该系统在不需要增加成本的情况下对现有条件进行有效合理整合，是可应用于77GHz毫米波雷达小批量生产线的快速、高效的校准系统，弥补了因为工艺限制而不能将传统的应用于低频雷达系统的校准电路及方法应用于77GHz毫米波雷达的缺陷，相比于传统的校准方法，采用了先进的自动化测试系统设计理念并根据77GHz毫米波汽车雷达的实际应用，将不同的测试单元集成在一起，形成了自动校准、自动补偿的完整闭环电路及系统。

因此，本实用新型提供的应用于FMCW雷达的通道校准系统相比与现有的通道校准方法具有如下优点：

1、本通道校准方法可直接应用于77GHz毫米波雷达的自动化校准中，传统的校准方法则需要专门的校准夹具进行校准，成本高、开发难度大、校准效率低、工作量大，很难应用于77GHz毫米波雷达的自动校准中；而本通道校准方法直接利用现用开发条件无需专门定制高成本的测试夹具即可完成校准，且自动化程度非常高，极大了提高了小批量雷达产品的生产效率。

2、本通道校准方法采用先进的雷达系统校准理念，相比于传统的通道校准方法，该方法可以将雷达天线、射频通道、低频电路带来的幅度和相位的差异一起进行校准，弥补了传统校准方法只能进行单个工作单元校准的缺点；本通道校准方法针对整个系统的接收链路进行校准，通过该方法进行校准能够对雷达接收链路进行更完整的校准，且校准完成的雷达系统相比于用传统方法校准的雷达系统能达到更加优异的系统性能。

3、所有部件均采用低成本、通用化的设计理念，校准单元内各个模块均可由同类型产品进行替换，保证其通用化，且无需人工介入即可完成自动化校准和补偿，完全符合雷达系统类产品对于校准的需求，最终保证雷达产品指标及产量的双优，适用于汽车电子、电子对抗、卫星通信等各类微波雷达系统中。

Claims (8)

1.一种应用于FMCW雷达的通道校准系统，其特征在于，包括目标模拟产生及发射模块、天线模块、射频链路模块、变频滤波模块、信号检测及上报模块、自动读取及补偿模块、信号处理模块和电源模块；

所述目标模拟产生及发射模块、天线模块、射频链路模块、变频滤波模块和信号处理模块顺次通信连接；

所述射频链路模块还与自动读取及补偿模块连接；

所述信号处理模块分别与信号检测及上报模块、自动读取及补偿模块连接；

所述电源模块通过DC/DC电路与信号处理模块连接。

2.根据权利要求1所述的应用于FMCW雷达的通道校准系统，其特征在于，所述目标模拟产生及发射模块包括信号发生器和若干根发射天线；每根所述发射天线均与信号发生器连接。

3.根据权利要求2所述的应用于FMCW雷达的通道校准系统，其特征在于，所述天线模块包括若干根接收天线；所述射频链路模块包括若干个射频链路；所述变频滤波模块包括若干个变频滤波器；

每个所述射频链路的信号输入端均连接有一根接收天线，每个所述射频链路的信号输出端与一个变频滤波器的信号输入端连接，每个所述变频滤波器的信号输出端均与信号处理模块的信号输入端连接；

每个所述射频链路的信号输出端还与自动读取及补偿模块连接；

每个所述变频滤波器的信号输出端还与信号检测及上报模块连接；

所述接收天线与所述发射天线一一对应。

4.根据权利要求3所述的应用于FMCW雷达的通道校准系统，其特征在于，所述信号处理模块包括一个主控单元和若干个ADC单元；

每个所述ADC单元信号输入端与一个变频滤波器的信号输出端连接，每个所述ADC单元的信号输出端均与主控单元连接。

5.根据权利要求4所述的应用于FMCW雷达的通道校准系统，其特征在于，所述主控单元还连接有一个锁相环，所述锁相环的信号输出端与每个变频滤波器的信号输入端连接。

6.根据权利要求3所述的应用于FMCW雷达的通道校准系统，其特征在于，每个所述射频链路包括前级放大单元；

所述前级放大单元的输入端作为射频链路的输入端，所述前级放大单元的信号输出端与开关控制单元的输入端连接；

所述开关控制单元的第一输出端、数控衰减单元、TL驱动放大单元、TL末级功放单元、TL隔离器和TL腔体滤波单元依次连接，所述数控衰减单元的输出端、TL驱动放大单元的输出端和TL末级功放单元的输出端还与调制控制单元的输入端连接，所述调制控制单元的输出端分别与前级放大单元的输入端和开关控制单元的输入端连接；

所述开关控制单元的第二输出端、可调衰减单元、BD驱动放大单元、BD末级功放单元、BD隔离器和BD腔体滤波单元依次连接，所述可调衰减单元的输出端还与数控衰减单元的输入端连接，所述BD驱动放大单元的输出端还与TL驱动放大单元的输入端连接，所述BD末级功放单元的输出端还与TL末级功放单元的输入端连接；

所述TL腔体滤波单元的输出端与自动读取及补偿模块的输入端连接；

所述BD腔体滤波单元的输出端与变频滤波模块的输入端连接。

7.根据权利要求5所述的应用于FMCW雷达的通道校准系统，其特征在于，所述锁相环包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器；

所述鉴相器、环路滤波器和压控振荡器顺次循环连接，所述鉴相器的信号输入端作为锁相环的信号输入端，所述压控振荡器的信号输出端作为锁相环的信号输出端。

8.根据权利要求4所述的应用于FMCW雷达的通道校准系统，其特征在于，所述主控单元的主控芯片为S32R系列处理器；

所述目标模拟产生及发射模块包括AV1464B系列信号源；

所述信号检测及上报模块包括R&S示波器；

所述DC/DC电路包括型号为FS65系列的稳压芯片。

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