一种汽车防撞雷达回波模拟测试系统和测试方法

摘要

本发明公开了一种汽车防撞雷达回波模拟测试系统和测试方法，该测试系统包含：接收天线，其接收防撞雷达的发射信号；功率放大器，其输入端连接接收天线，用于放大发射信号；功率分配模块，其与功率放大器相连；分别与功率分配模块输出端相连的发射频率测试模块、功率边沿测试模块和回波模拟产生模块相连，其中所述的回波模拟产生模块用于生成雷达回波模拟信号；发射天线，其与回波模拟产生模块输出端相连，用于将雷达回波模拟信号返回给防撞雷达。本发明能够满足雷达回波模拟及性能测试，具备灵活的配置能力、复杂数据处理能力、实时回波生成能力。

说明书

技术领域

本发明涉及汽车防撞雷达回波模拟测试技术，特别涉及一种汽车防撞雷达回波模拟测试系统和测试方法。

背景技术

汽车防撞雷达是减少行车事故的重要的传感器，也是无人驾驶汽车必需的安全设备之一，但是对其性能快速、简洁的全面测试技术仍然处于起步水平。整车厂在加装防撞雷达的过程中对雷达测试系统的需求十分迫切，然而，目前根据公开文献并没有一套完整的防撞雷达回波模拟及测试系统。

申请公布号为CN104793208A的专利公开了一种抗干扰与多目标识别的汽车防撞雷达检测方法，主要是通过雷达信号强度设定器设定信号强度范围，雷达检测处理器控制雷达发射器发射雷达信号，再将回波信号与设定器所设定的信号强度相比较，根据幅度比较结果来检测是否需屏蔽发射器信号以实现，并没有能完整对雷达进行测试。申请公布号为CN103661128A的专利公开了一种雷达测试设备及汽车雷达俯仰角测试方法，包括支架、水平滑轨、竖直滑轨、驱动装置、测试体等，该发明雷达测试设备仅用于测试倒车雷达的俯仰角，对雷达系统的性能测试并不全面。授权公告号为CN103797378B的专利公开了一种使用相控阵的汽车雷达的校准方法，该发明的示例包括对移相器的电子校准、机械偏差的补偿等。

发明内容

本发明的目的是提供一种汽车防撞雷达回波模拟测试系统和测试方法，满足雷达回波模拟及性能测试，具备灵活的配置能力、复杂数据处理能力、实时回波生成能力。

为了实现以上目的，本发明是通过以下技术方案实现的：

一种汽车防撞雷达回波模拟测试系统，其特点是，该系统包含：

接收天线，其接收防撞雷达的发射信号；

功率放大器，其输入端连接接收天线，用于放大发射信号；

功率分配模块，其与功率放大器相连；

分别与功率分配模块输出端相连的发射频率测试模块、功率边沿测试模块和回波模拟产生模块相连，其中所述的回波模拟产生模块用于生成雷达回波模拟信号；

发射天线，其与回波模拟产生模块输出端相连，用于将雷达回波模拟信号返回给防撞雷达。

所述的功率边沿测试模块用于幅度检波测试和发射脉冲的边沿特性测试。

所述的雷达回波模拟信号由目标回波和地杂波叠加而成。

一种汽车防撞雷达回波模拟测试方法，其特点是，该方法包含如下步骤：

S1，接收天线接收防撞雷达的发射信号；

S2，功率放大器放大发射信号；

S3，功率分配模块分配发射信号给发射频率测试模块、功率边沿测试模块和回波模拟产生模块；

S4，回波模拟产生模块生成雷达回波模拟信号；

S5，发射天线将雷达回波模拟信号返回给防撞雷达。

所述的步骤S4具体包含：

S4.1，回波模拟产生模块生成目标回波；

S4.2，建立地杂波的传递模型，并得出地杂波；

S4.3，叠加目标回波和地杂波得出雷达回波模拟信号。

所述的步骤S4.2具体包含：

S4.2.1，建立地杂波散射点的目标传递函数，所述散射点的目标传递函数为：

其中，R为根据天线相位中心的位置与散射点的位置计算的斜距，G为天线增益，γ表示点目标的复散射系数，c为光速，A为散射点的回波幅度，λ表示发射信号波长，f₀表示发射信号频率，k为调频率，为基带发射信号，*表示卷积；

S4.2.2，计算每个散射点的距离，根据距离确定回波相位及该散射点所处的距离门；

S4.2.3，对处于同一距离门的目标信息进行累加得到地杂波的冲激响应函数，并得到地杂波的回波模型。

所述的地杂波的冲激响应函数为：

式(2)中：M为落入该距离门散射点的个数，A_k、R_k和t_k分别表示该距离门内第k个散射点回波的幅度、距离和延迟，T_s为系统函数的采样周期。

所述的地杂波的回波模型为式1和式2的卷积即：s_r(t)＝s_r(t,R)*h(t)。

本发明与现有技术相比，具有以下优点：

本发明满足雷达回波模拟及性能测试，具备灵活的配置能力、复杂数据处理能力、实时回波生成能力。

附图说明

图1为本发明一种汽车防撞雷达回波模拟测试系统的系统框图；

图2为雷达与地面散射点构建的三维场景。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种汽车防撞雷达回波模拟测试系统，该系统包含：接收天线1，其接收防撞雷达的发射信号；功率放大器2，其输入端连接接收天线1，用于放大发射信号；功率分配模块3，其与功率放大器2相连；分别与功率分配模块3输出端相连的发射频率测试模块4、功率边沿测试模块5和回波模拟产生模块6相连，其中所述的回波模拟产生模块6用于生成雷达回波模拟信号；发射天线7，其与回波模拟产生模块6输出端相连，用于将雷达回波模拟信号返回给防撞雷达。

上述的发射频率测试模块用于发射频率的测试，包括调制频率的线性度、周期、杂散等。

上述的功率边沿测试模块用于幅度检波测试和发射脉冲的边沿特性测试(上升沿、下降沿)。

回波模拟产生模块在放大、滤波后，进行下变频处理与基带模拟回波混频再叠加相位调制信号，然后上变频至发射频段送至功率衰减器，最后馈入发射天线返回被测雷达。

上述的雷达回波模拟信号由目标回波和地杂波叠加而成。

当系统根据用户需求确定了目标模型以及被测雷达工作的相关参数后，便可以根据一定算法模拟回波的产生。雷达回波的产生过程，可以看作在目标回波的基础上叠加地杂波。地杂波为大地场景对回波的调制过程。所以，回波的产生可以分两步进行，即目标回波产生和地杂波产生。由于目标回波是固定的，所以建模的过程主要体现在对地面传递函数的建模。

一种汽车防撞雷达回波模拟测试方法，该方法包含如下步骤：

S1，接收天线接收防撞雷达的发射信号；

S2，功率放大器放大发射信号；

S3，功率分配模块分配发射信号给发射频率测试模块、功率边沿测试模块和回波模拟产生模块；

S4，回波模拟产生模块生成雷达回波模拟信号；

S5，发射天线将雷达回波模拟信号返回给防撞雷达。

上述的步骤S4具体包含：

S4.1，回波模拟产生模块生成目标回波；

S4.2，建立地杂波的传递模型，并得出地杂波；

S4.3，叠加目标回波和地杂波得出雷达回波模拟信号。

上述的步骤S4.2具体包含：

S4.2.1，在某一个时刻t，雷达发射的线性调频信号的表达式可以写为：

$s\left(t\right)=rect\left[\frac{t}{T}\right]\exp [j2{\mathrm{\pi f}}_{0}t+{\mathrm{j\pi kt}}^2]$

该线性调频信号被地面的点目标P反射之后雷达接收到的信号可以记为：

$s_r(t,R)=G·\gamma ·rect\left[\frac{t-\frac{2R}{c}}{T}\right]\exp [j2{\mathrm{\pi f}}_0(t-\frac{2R}{c})+j\pi k{(t-\frac{2R}{c})}^2]$

其中，R为根据天线相位中心的位置与散射点的位置计算的斜距；G为天线增益；γ表示点目标的复散射系数；c为光速，并建立地杂波散射点的目标传递函数，λ表示发射信号波长，f₀表示发射信号频率，k为调频率，所以有所述散射点的目标传递函数为：

A为散射点的回波幅度，为基带发射信号，*表示卷积；

S4.2.2，计算每个散射点的距离，根据距离确定回波相位及该散射点所处的距离门；

S4.2.3，对处于同一距离门的目标信息进行累加得到地杂波的冲激响应函数，并得到地杂波的回波模型。

实际情况下，地面照射带由许多散射点目标构成，这些散射点目标的回波的叠加即为整个场景的回波。回波的公式中的方位向距离离散变量x_n已经用连续变量x'表示：

$\left(\begin{array}{c}h(x^{\prime },r^{\prime })=\int \int \gamma (x,r)\exp (-j\frac{4\pi r}{\lambda })·\exp (-j\frac{4\pi \Delta R}{\lambda })rect\left[\frac{x^{\prime }-x}{X}\right]\\ \exp \left[j\pi k\frac{4}{c^2}{(r^{\prime }-r-\Delta R)}^2\right]rect\left[\frac{r^{\prime }-r-\Delta R}{\frac{c}{2}R}\right]dxdr\end{array}\right)$

即为回波的空间域表达形式。γ(x,r)表示地面方位向x和距离向r位置的复散射系数、ΔR为距离向分辨率，k为调频率，为了方便起见，将上式改写为如下形式：

$h(x^{\prime },r^{\prime })=\int \int \gamma (x,r)\exp (-j\frac{4\pi r}{\lambda })·g(x^{\prime }-x,r^{\prime }-r,r)dxdr$

其中g(x'-x,r'-r,r)为大地系统的冲激响应函数：

$g(x^{\prime }-x,r^{\prime }-r,r)=\exp (-j\frac{4\pi \Delta R}{\lambda })rect\left[\frac{x^{\prime }-x}{X}\right]\exp \left[j\pi k\frac{4}{c^2}{(r^{\prime }-r-\Delta R)}^2\right]rect\left[\frac{r^{\prime }-r-\Delta R}{\frac{c}{2}R}\right]$

在雷达平台运动过程中，由于分辨单元内各子单元之间的相互干涉造成整个散射单元等效复散射函数的起伏。对于均匀分布目标，每个散射点是统计独立的，由中心极限定理可知，大量复散射点的叠加所得到的整个分辨单元的复散射系数的实部和虚部为相互独立的零均值高斯随机变量。因此整个分辨单元的复散射系数是一个窄带复高斯过程，包络服从瑞利分布，相位服从[-π,π]上的均匀分布。引入这种统计描述后，就可以在图像中产生纹斑噪声效应。

散射点距离需要根据雷达与地面散射点所构建的三维场景来计算，如下图2所示。

如果雷达距地面的高度为H₀，雷达地面投影点与波束中心散射点的距离向的间隔为x₀，方位向的间隔为y₀，则目标点(m,n)(m为行号，n为列号，定义规则如图上所示，(0，0)对应波束地面照射中心的散射点)上高度为0，则此点和雷达的距离为，

$R_{m,n}=\sqrt{{H_0}^2+{(x_0+n·{\delta }_x)}^2+{(y_0+m·{\delta }_y)}^2}$

式中：δ_x、δ_y分别为地面散射点在距离向和方位向的分辨间隔，m、n为散射点的行、列号。

目标回波系统函数是一系列冲激响应函数的叠加(如下式)，这些冲击函数具有不同的延时、幅度和相位，其作用就是对雷达发射信号进行延迟、幅度和相位的调制。在距离时域脉冲相干法中，将根据目标回波系统函数的采样周期对散射点的延迟进行近似处理。

上述的地杂波的冲激响应函数为：

式(2)中：M为落入该距离门散射点的个数，A_k、R_k和t_k分别表示该距离门内第k个散射点回波的幅度、距离和延迟，T_s为系统函数的采样周期。

上述的地杂波的回波模型为式1和式2的卷积即：s_r(t)＝s_r(t,R)*h(t)。

综上所述，本发明一种汽车防撞雷达回波模拟测试系统和测试方法，满足雷达回波模拟及性能测试，具备灵活的配置能力、复杂数据处理能力、实时回波生成能力。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。