TWI445994B - Simulation of variable distance and velocity target and its method - Google Patents

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Description

可變距離與速度目標物之模擬裝置及其方法
本發明係屬於一種目標物之模擬裝置及其方法，特別是關於一種可變距離與速度目標物之模擬裝置及其方法。
按，現今無限通訊技術係相當發達，其中雷達之應用係為現今發展相當成熟之技術，特別是應用於目標偵測追蹤之用途。習知調頻連續波(FMCW)雷達之偵測訊號與反射訊號波形，有一延遲時間之差異，其取決於雷達所偵測之目標與雷達間的相對距離。上掃頻訊號執行掃瞄時，該偵測訊號與該反射訊號間之頻率差異為第一差頻fa與執行下掃頻訊號掃瞄時，該偵測訊號與該反射訊號間之頻率差異為第二差頻fb，當第一差頻fa與第二差頻fb間產生相對頻移，亦即都卜勒頻移，並依據該都卜勒頻移可計算出相對速度。
利用上述原理，習知調頻連續波(FMCW)雷達採用實體之延遲裝置的方式來模擬目標物的運動狀態。然而，對於模擬長距離與高速的目標物偵測訊號，需要大型場地與驅動裝置，更有許多的限制，且戶外環境易受到天候與外在環境影響，難以建立可提供多種距離與環境的模擬訊號。其中調頻連續波(FMCW)雷達系統常用於距離與速度的偵測，模擬測試時需使用高桿量測場地與量測裝備，如何模擬偵測長距離與高速目標物，得到雷達系統的參數值，為當前所需努力之目標。
鑒於上述習知技術之缺點，本發明主要在提供一種可變距離與速度目標物之模擬裝置，達到可模擬偵測出長距離與高速目標物之數值。
本發明之另一目的是提供一種可變距離與速度目標物之模擬方法，將模擬裝置進行參數設定，來模擬目標物之運動狀態。
一種可變距離與速度目標物之模擬裝置，該裝置係包含：傳送/接收模組；複數個隔離器，由傳送/接收模組傳輸訊號至該隔離器；訊號延遲器，耦接隔離器，係依據隔離器傳輸之訊號，模擬真實訊號波於空間距離的延遲量；混波器，耦接訊號延遲器，都卜勒訊號係由此輸入；相位偏移器，耦接混波器，用以鎖定射頻駐波最大振幅，即控制都卜勒訊號最大振幅位置；以及訊號衰減器，耦接隔離器與相位偏移器，用以產生可調整之衰減訊號，對應於不同行進距離。
另外，本發明之實施例中，該訊號延遲器係包含微波開關、功率整合器，利用網路分析儀的頻域轉時域功能，藉由訊號波經過延遲線時，各個連接點有阻抗不連續的效果，其產生波形的變化，經由量測時間差，乘上訊號波在延遲線的相對速度，即可求出延遲線的長度，以模擬真實訊號波於空間距離的延遲量。
於本發明之實施例中，該訊號延遲器之微波開關係為一對四開口，每一開口係連接一種不同距離之延遲線。
於本發明之實施例中，該訊號延遲器之功率整合器係為四對一開口。
於本發明之實施例中，該混波器係接收該訊號延遲器發出之訊號及都卜勒頻移訊號，並以相位偏移器收接該混波器發出之訊號及控制都卜勒訊號之最大振幅位置。
於本發明之實施例中，該訊號衰減器係包含兩組可程式化之衰減單元，該衰減單元分別為每刻度10dB及1dB之群組，藉該訊號衰減器產生可調整之衰減後訊號，以對應於目標物不同行進距離。
本發明提供一種可變距離與速度目標物之模擬方法，該模擬方法係包含下列步驟：初始化可變距離與速度目標物之模擬裝置；設定該模擬裝置之參數，以模擬目標物之距離與速度；從傳送/接收模組傳輸訊號；該訊號通過隔離器使該訊號成為單一方向之傳輸模式；以及該訊號通過訊號處理後，即可模擬該可變距離與速度目標物之運動狀態。
於本發明之實施例中，該設定參數係包含模擬該目標物之距離、模擬該目標物之速度與加速度。
於本發明之實施例中，該訊號通過訊號處理係為通過訊號延遲器、相位偏移器及訊號衰減器處理，其更包含一都卜勒頻移訊號。
調頻連續波(FMCW)雷達已廣泛使用於現有產品，如倒車雷達系統或近發電子引信等，但往往需要高桿場或實地量測其功能，不易產生所需之模擬訊號，該模擬訊號係包含速度與距離之訊號，藉由本發明可模擬出多種訊號，更可模擬目標物之真實訊號波於空間狀態。
以上之概述與接下來的詳細說明及附圖，皆是為了能進一步說明本發明達到預定目的所採取的方式、手段及功效。而有關本發明的其它目的及優點，將在後續的說明及圖示中加以闡述。
以下係藉由特定的具體實例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其它優點與功效。
請參閱圖一、二及圖三所示，係分別為本發明實施例之一種可變距離與速度目標物之模擬裝置、本發明另一實施例之一種可變距離與速度目標物之模擬裝置、以及本發明實施例之一種可變距離與速度目標物之模擬方法的步驟流程圖。
一種可變距離與速度目標物之模擬裝置，該裝置係包含：傳送/接收模組(1)；複數個隔離器(2)，由傳送/接收模組(1)傳輸訊號至該隔離器(2)；訊號延遲器(3)，耦接隔離器(2)，係依據隔離器(2)傳輸之訊號，模擬真實訊號波於空間距離的延遲量；混波器(4)，耦接訊號延遲器(3)，都卜勒訊號係由此輸入；相位偏移器(5)，耦接混波器(4)，用以鎖定射頻駐波最大振幅，即控制都卜勒訊號最大振幅位置；以及訊號衰減器(6)，耦接隔離器(2)與相位偏移器(5)，用以產生可調整之衰減訊號，對應於不同行進距離。
該訊號延遲器(3)係包含微波開關(31)及功率整合器(32)，該微波開關(31)係為一對四開口，每一開口係連接一種不同距離之延遲線，功率整合器(32)係為四對一開口。
該混波器(4)與相位偏移器(5)係接收該訊號延遲器(3)發出之訊號及都卜勒頻移訊號，而該訊號衰減器(6)係包含兩組可程式化之衰減單元1(61)及衰減單元2(62)，該衰減單元1(61)及衰減單元2(62)分別為每刻度10dB及1dB之群組。
一種可變距離與速度目標物之模擬方法，該模擬方法係包含下列步驟：初始化可變距離與速度目標物之模擬裝置(S1)；設定該模擬裝置之參數，以模擬目標物之距離與速度(S2)；從傳送/接收模組(1)傳輸訊號(S3)；該訊號通過隔離器(2)使該訊號成為單一方向之傳輸模式(S4)；以及該訊號通過訊號處理後，即可模擬該可變距離與速度目標物之運動狀態(S5)。
該設定參數係包含模擬該目標物之距離、模擬該目標物之速度與加速度，該訊號通過訊號處理係為通過訊號延遲器(3)、混波器(4)、相位偏移器(5)及訊號衰減器(6)處理，其更包含處理都卜勒頻移訊號。
實施例一：
於一種可變距離與速度目標物之模擬裝置內部預留來回1公尺(相對於空氣介質)的線長，再將一對四的微波開關連接模擬空間5公尺、10公尺、15公尺與20公尺的延遲線，後端再接上四對一的功率整合器(PowerCombiner，即將功率分配器反過來用)，其相對應的空間能量衰減值同射頻電路模組量測一致，採用標準的雷達方程式來估全路徑的損耗值，將此值以衰減控制器來設定110 dB(每刻度為10 dB)與11dB(每刻度為1 dB)兩組可程式衰減器達到所需的損耗值。而裝置中之混波器(4)則用於都卜勒訊號的輸入，作為速度模擬的測試，並透過相位偏移器(5)鎖定該射頻駐波最大振幅，即控制都卜勒訊號最大振幅位置。其中以兩組的隔離器(2)做為單一方向訊號傳輸模式，因為天線的收發並無方向性，若無隔離器(2)作訊號路徑的隔離，則無法決定訊號傳輸的方向。
利用標準雷達方程式，可推算出訊號在空間的衰減量，該衰減量在空間中功率的損耗與距離四次方成反比，該雷達方程式之表達如下所示：
其中PTX 為發射功率，GT 與GR 分別為發射與接收天線的增益，λ為載波波長，σ為雷達波反射截面(RCS)，R為目標物與雷達之間的距離，L為系統的損耗(含導線衰減等)。
上述之實施例僅為例示性說明本發明之特點及其功效，而非用於限制本發明之實質技術內容的範圍。任何熟悉此技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修飾與變化。因此，本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
1．．．傳送/接收模組
2．．．隔離器
3．．．訊號延遲器
31．．．微波開關
32．．．功率整合器
4．．．混波器
5．．．相位偏移器
6．．．訊號衰減器
61．．．衰減單元1
62．．．衰減單元2
S1～S5．．．一種可變距離與速度目標物之模擬方法的步驟
圖一係為本發明實施例之一種可變距離與速度目標物之模擬裝置。
圖二係為本發明另一實施例之一種可變距離與速度目標物之模擬裝置。
圖三係為本發明實施例之一種可變距離與速度目標物之模擬方法的步驟流程圖。
1．．．傳送/接收模組
2．．．隔離器
3．．．訊號延遲器
4．．．混波器
5．．．相位偏移器
6．．．訊號衰減器

Claims (11)

  1. 一種可變距離與速度目標物之模擬裝置，該裝置係包含：傳送/接收模組；複數個隔離器，由傳送/接收模組傳輸訊號至該隔離器；訊號延遲器，耦接隔離器，係依據隔離器傳輸之訊號，模擬真實訊號波於空間距離的延遲量；混波器，耦接訊號延遲器，都卜勒訊號係由此輸入；相位偏移器，耦接混波器，用以鎖定射頻駐波最大振幅，即控制都卜勒訊號最大振幅位置；以及訊號衰減器，耦接隔離器與相位偏移器，用以產生可調整之衰減訊號，對應於不同行進距離。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之一種可變距離與速度目標物之模擬裝置，其中，該訊號延遲器係包含微波開關、功率整合器。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之一種可變距離與速度目標物之模擬裝置，其中，該訊號延遲器之微波開關係為一對四開口，每一開口係各連接一種不同距離之延遲線。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之一種可變距離與速度目標物之模擬裝置，其中，該訊號延遲器之功率整合器係為四對一開口。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之一種可變距離與速度目標物之模擬裝置，其中，該混波器係接收該訊號延遲器發出之訊號及都卜勒頻移訊號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之一種可變距離與速度目標物之模擬裝置，其中，該訊號衰減器係包含兩組可程式化之衰減單元1及衰減單元2。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之一種可變距離與速度目標物之模擬裝置，其中，該訊號衰減器之兩組可程式化衰減單元1及衰減單元2，分別為每刻度10dB及1dB。
  8. 一種可變距離與速度目標物之模擬方法，該模擬方法係包含下列步驟：初始化可變距離與速度目標物之模擬裝置；設定該模擬裝置之參數，以模擬目標物之距離與速度；從傳送/接收模組傳輸訊號；該訊號通過隔離器使該訊號成為單一方向之傳輸模式；以及該訊號通過訊號處理後，即可模擬該可變距離與速度目標物之運動狀態。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之一種可變距離與速度目標物之模擬方法，其中，該設定參數係包含模擬該目標物之距離、模擬該目標物之速度與加速度。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之一種可變距離與速度目標物之模擬方法，其中，該訊號通過訊號處理係為通過訊號延遲器、混波器、相位偏移器及訊號衰減器處理。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之一種可變距離與速度目標物之模擬方法，其中，該訊號通過訊號處理更包含處理都卜勒頻移訊號。
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