雷达回波模拟装置的制作方法

本实用新型涉及射频仿真技术领域，尤其涉及一种雷达回波模拟装置。

背景技术：

汽车雷达测试早期多在真实路况环境下进行，但真实的测试很难模拟出全部的工况，尤其是一些极限状态的工况，而且无法进行重复性测试，为了可以灵活调整目标速度、距离、角度以及多目标响应等动态特性，重复性验证各种工况下雷达性能，提高算法验证效率，降低实验成本，需要特殊的汽车雷达测试设备(例如，汽车雷达回波模拟器)。

现有的汽车雷达回波模拟器对于目标距离的模拟采用光纤或者线缆延迟的方式实现。对于目标速度的模拟采用可变本阵方式实现，目标若含有加速度，可变本阵还需要采用快变本阵。

在实现本实用新型过程中，发明人发现相关技术中至少存在如下问题：

现有的汽车雷达的处理方式都是对模拟信号进行操作，距离延迟精度不高，通常在±1米左右，系统延迟无法消除，使得小距离目标模拟无法实现，最小模拟目标距离在10米左右，同时延迟处理借助光纤和线缆，导致设备体积很大。

近年来汽车雷达市场不断扩大，对产品各项指标要求也随之提升，雷达距离测试精度已经达到0.2米～0.5米之间，探测距离范围为0～250米之间，尤其是汽车防碰撞需要，小距离(0～5米)探测精度要求格外强烈。现有汽车雷达模拟器±1米的目标距离精度以及10米的最小模拟目标距离已经无法满足当前汽车雷达的测试需要。

技术实现要素：

本实用新型实施例提供了一种雷达回波模拟装置，用以解决上述阐述的现有技术中的至少一个问题。

本实用新型实施例的一个方面提供了一种雷达回波模拟装置，包括：

控制单元；

与所述控制单元连接的DRFM单元，所述DRFM单元至少包括ADC模块、基带处理模块、存储模块和DAC模块，其中，所述基带处理模块分别与所述ADC模块、所述存储模块、以及所述DAC模块连接；

与所述控制单元连接的微波单元。

在本实用新型的一些实施例中，所述微波单元至少包括下变频模块、频综模块和上变频模块，其中，所述频综模块分别与所述下变频模块和所述上变频模块连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述ADC模块与所述下变频模块连接；

所述基带处理模块与所述频综模块连接；

所述DAC模块与所述上变频模块连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述ADC模块的采样时钟为2.4GHz。

在本实用新型的一些实施例中，所述ADC模块接收的射频信号为600MHz±125MHz或600MHz±500MHz。

在本实用新型的一些实施例中，所述存储模块的容量至少达到120MB。

在本实用新型的一些实施例中，所述基带处理模块通过DDS方法将数字信号转换成模拟信号。

在本实用新型的一些实施例中，所述控制单元发送的射频信号为24GHz±125MHz或77GHz±500MHz。

在本实用新型的一些实施例中，所述频综模块能够与被测雷达连接。

在本实用新型的一些实施例中，所述雷达回波模拟装置为汽车雷达回波模拟装置。

由此，本实用新型的雷达回波模拟装置通过基带处理模块针对于数字信号进行处理，不需要额外的模拟器件，降低设备重量体积，同时基于ADC模块采样时钟，提高了目标模拟的距离精度，基带处理模块根据控制单元下发的相关参数配合存储模块，消除了故有延迟，实现了小距离目标信号模拟。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型中雷达回波模拟装置的一个实施例的结构图；

图2为本实用新型中雷达回波模拟装置的汽车雷达回波模拟结构图；

图3为本实用新型中雷达回波模拟装置的汽车雷达回波模拟方法结构图；

图4为本实用新型中雷达回波模拟装置的跨周期延迟原理结构图。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，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例，都属于本实用新型保护的范围。

本实用新型的实施例可以应用于各种雷达回波模拟装置，各种场所中，本实用新型在此方面没有限制。

图1是本实用新型一实施例的雷达回波模拟装置的内部逻辑结构示意图。

如图1所示，本实用新型实施例提供了一种雷达回波模拟装置，包括：

控制单元10；

与所述控制单元10连接的DRFM单元30，所述DRFM单元30至少包括ADC模块31、基带处理模块32、存储模块33和DAC模块34，其中，所述基带处理模32块分别与所述ADC模块31、所述存储模块33、以及所述DAC模块连接34；

与所述控制单元10连接的微波单元20。

控制单元10将汽车雷达开机发射信号发送给微波单元20；

控制单元10将延迟设置参数的控制信号发送给DRFM单元30；

ADC模块31将中低频信号传输到基带处理模块32中；

基带处理模块32与存储模块33相互发送中低频信号；

基带处理模块32将中低频信号传输到DAC模块34中。

在一些可选的实施例中，所述微波单元20至少包括下变频模块21、频综模块22和上变频模块23，其中，所述频综模块22分别与所述下变频模块21和所述上变频模块23连接。

下变频模块21接收被测雷达的发射的24GHz±125MHz或者77GHz±500MHz低中频信号；

频综模块22接收被测雷达发送的参考时钟，并发送至下变频模块21以及上变频模块23；

上变频模块23将射频回波信号发送至被测雷达；

在一些可选的实施例中，所述ADC模块31与所述下变频模块21连接；

所述基带处理模块32与所述频综模块22连接；

所述DAC模块34与所述上变频模块23连接。

下变频模块21通过二级下变频及AGC功率控制，将600MHz±125MHz或者600MHz±500MHz的低中频信号发送给ADC模块31；

频综模块22将本阵和时钟发送至基带处理模块32；

上变频模块23接收DAC模块发送的低中频信号；

在一些可选的实施例中，所述ADC模块的采样时钟为2.4GHz。

在一些可选的实施例中，所述ADC模块接收的射频信号为600MHz±125MHz或600MHz±500MHz。

在一些可选的实施例中，所述的雷达回波模拟装置，其特征在于，所述控制单元发送的射频信号为24GHz±125MHz或77GHz±500MHz。

在一些可选的实施例中，所述频综模块能够与被测雷达连接。

在一些可选的实施例中，所述雷达回波模拟装置为汽车雷达回波模拟装置。

控制单元10用于设置模拟器工作参数及下发，如目标距离、速度、雷达信号周期、故有延迟、输出功率等。

微波单元20用于信号变频功率的控制以及提供变频本阵和采样时钟。

DRFM单元30用于低中频信号的模数转换后进行延迟多普勒处理，处理后信号进行数模转换传输给上变频模块23。

下变频模块21用于接收雷达发射的射频信号将其下变频到ADC模块31所能接收的低中频信号并进行功率控制。

频综模块22用于接收雷达提供的外部参考时钟，并为上变频模块21、下变频模块21及DRFM单元30提供所需本阵和时钟。

上变频模块23用于接收DAC模块34发射的经基带处理模块32处理的低中频信号，将其上变频到雷达所能接收的射频信号并进行功率控制。

ADC模块31用于进行模数转换，对下变频模块21输出的低中频信号进行采集并传输给基带处理模块32。

基带处理模块32用于收的低中频信号进行正交混频、FIR滤波抽取后，根据控制单元10的下发参数再对其进行延迟和多普勒处理，处理后的信号经内插IQ调制后由DAC模块33输出。

存储模块33用于配合基带处理模块32，将固有延迟消除，实现小距离目标信号模拟。

DAC模块34用于进行模数转换，对基带处理模块32的信号进行射频信号的转换。

开始雷达测试前，首先将雷达提供的参考时钟接入微波单元20的频综模块22中，如图1所示的虚线箭头，被测汽车雷达的参考时钟通过时钟/频综信号传递至频综模块22，再将测得的模拟器固有延迟与其他工作参数通过控制单元10下发给DRFM单元30，如图1所示空心箭头，下发控制信号，启动测试，雷达开机发射24GHz±125MHz或者77GHz±500MHz射频信号，下变频模块21将接收到的雷达视频信号通过2级下变频变道ADC模块31可接收的低中频信号，如图1所示实心线头，通过雷达信号从下变频模块21发送到ADC模块31，信号幅度通过下变频的AGC功能控制在一定范围内。ADC模块31模块通过2.4GHz采样时钟对下变频输出的低中频信号进行采样并传输到基带处理模块32中，基带处理模块32首先对信号进行正交混频，之后的信号要经过FIR滤波抽取，经过以上处理后的零中频信号需要根据控制单元10下发的工作参数做延迟和多普勒处理。附加延迟和多普勒信息的信号还需要经过内插IQ调制，才能通过DAC模块34输出。DAC模块34输出的信号传输到上变频模块23中，上变频模块23将接收到的信号进行2级上变频及功率控制，最终输出24GHz±125MHz或者77GHz±500MHz雷达所需附加延迟和多普勒信息的射频信号。

由此，本实用新型的雷达回波模拟装置通过微波单元将控制单元传输的信号变频传送给DRFM单元，通过DRFM单元处理计算实现了雷达回波模拟。

进一步参考图2，其示出了本实用新型中雷达回波模拟装置的汽车雷达回波模拟结构图。

如图2所示，所述雷达回波模拟装置多用于实验室环境下汽车雷达相关性能指标的测试，将所述雷达回波模拟装置及汽车雷达部件相对应的放置在屏蔽吸波暗箱内，间距1米左右，汽车雷达收发天线根据试验测试角度对准模拟器的收发天线，雷达回波模拟装置所需的参考时钟由雷达提供。

由此，本实用新型的雷达回波模拟装置由于延迟多普勒处理均针对数字信号，在基带处理模块中进行，不需要额外的模拟器件，系统集成度高，降低设备的重量体积，相对于传统的雷达回波模拟装置更小巧轻便。

进一步参考图3，其示出了本实用新型中雷达回波模拟装置的汽车雷达回波模拟方法结构图。

如图3所示，ADC模块以2.4GHz时钟直接采集下变频模块发射的低中频信号600MHz±125MHz或者600MHz±500MHz，并在基带处理模块中对采集信号进行正交混频。

雷达发射信号为线性调频信号：

ADC模块采集后，数字信号形式为：

其中n＝k/2.4GHz,k取0，1，2....

通过正交混频后，得到信号的正交变量，正交变量的I路可以表示为：

Q路信号可表示为：

由以上公式可知，经过正交混频后的信号除了所需的差频信号，还有和频信号，为了滤除和频，需要对IQ信号进行FIR滤波。

将滤波和抽取同时进行。对于因果的FIR系统，其方程可简化为：

其中，M为滤波器系数长度。如果采用多项滤波的多路并行处理，设N为FIR滤波并行的路数，则

经过滤波抽取后，根据控制单元下发的固有延迟以及距离、速度、雷达信号周期等参数对信号进行延迟和多普勒处理。

信号延迟为τ(t)＝T-Δt+Δτ；

T为雷达信号周期；

Δt为系统固有延迟；

Δτ为目标延迟；Δτ＝2R/c；R为目标距离；c为光速；

信号多普勒为fd＝2vf0/c；v为目标速度；f0为线性调频中心频率；

延迟处理需要借助存储模块对信号进行暂存，这就要求存储模块有足够的存储空间，IQ两路信号各16bit，系统时钟为300MHz，雷达信号周期一般小于100米s，目标延迟通常小于3us。存储模块容量达到120MB即可满足以上指标要求(在一些可选的实施例中，所述存储模块的容量至少达到120MB)。

经过延迟和多普勒处理的IQ信号，经过内插IQ调制后，通过DAC转换模块，输出附加延迟和多普勒信息的低中频信号600MHz±125MHz或者600MHz±500MHz。

上变频模块接收到经过延迟多普勒处理后的低中频信号后，通过2级上变频及输出功率控制，变为雷达可接收的射频回波信号。

由此，本实用新型的雷达回波模拟装置的汽车雷达回波模拟方法可以针对于数字信号进行处理，基于采样时钟，进一步提高了目标模拟的距离精度，消除了故有延迟。

进一步参考图4，其示出了本实用新型中雷达回波模拟装置的跨周期延迟原理结构图。

如图4所示，如图四所示，基于DRFM汽车雷达回波模拟跨周期延迟原理，目前汽车雷达信号类型多基于线性调频连续波，同时具备周期性。如上图对称三角波线性调频信号为汽车雷达信号类型中最典型的一种。由于模拟器系统固有延迟的存在，即经过系统但不进行任何延迟处理的回波信号与发射信号之间的延迟为系统固有延迟，对于传统模拟器来说。系统固有延迟换算为距离在10米左右，基于DRFM的模拟器固有延迟换算为距离更大，在70米左右，如果不消除此固有延迟，是无法模拟小距离目标的，即无法模拟小于固有延迟的目标距离。

跨周期延迟处理完美的解决了上述问题，首先准确测试系统固有延迟为Δt，图四的第一张图所示发射信号与回波信号延迟为系统固有延迟Δt，对回波信号进行T-Δt延迟处理后，发射信号与回波信号的延迟变为为T，此时发射信号的第N个周期信号与回波信号的第N-1个周期信号重合，由于雷达信号的周期性，发射信号与回波信号之间的关系与雷达探测到目标距离为0时状态相同，即消除了系统固有延迟。图四的第二张图所示对回波信号进行T-Δt+Δτ延迟处理，Δτ为模拟的目标延迟。

雷达对回波信号采集后处理得到目标距离为R＝Δτ*c/2；距离R可以很小，最小距离为ΔR＝c/2fs＝0.0625米。经过跨周期延迟处理后，消除了系统固有延迟，使得基于DRFM的汽车雷达回波模拟器可以模拟小距离目标。

由此，本实用新型的雷达回波模拟装置对于汽车雷达回波和多普勒处理在基带处理模块中完成，基于基带处理模块的FPGA强度的数字信号处理能力以及ADC模块2.4GHz采样时钟fs，对于目标模拟的距离精度得到了提高。

对于2.4GHz的采样时钟，距离精度为ΔR＝c/2fs＝0.0625米。完全覆盖目前汽车雷达探测距离精度指标。同时多普勒处理由基带处理模块中的数字DDS实现，无需额外的可变本阵，降低系统成本。

通过以上的实施例的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到以上所描述的实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。各实施例可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。