用于多目标动态模拟的车载毫米波雷达测试系统的制作方法

本实用新型属于车载雷达测试技术领域，具体涉及用于多目标动态模拟的车载毫米波雷达测试系统。

背景技术：

随着汽车智能化的飞速发展，汽车自动驾驶技术已经成为人们越来越关注的领域，而环境感知是汽车自动驾驶中必不可缺的环节，故，各种应用于环境感知的传感器快速发展，其中，由于毫米波雷达具有不受光线和天气环境影响等优点，使其成为智能汽车进行环境感知必不可少的传感器。通过毫米波雷达能够实现对路况的有效判断，提高车辆的预警能力，因此，毫米波雷达被广泛应用于车道保持、自适应巡航、碰撞预警、盲区监测以及换道辅助等高级驾驶辅助系统中。为测试毫米波雷达是否适用于复杂的行驶环境并能达到所需性能，为此需要搭建毫米波雷达测试系统。

现有的雷达测试系统可分为两类，一类是通过布置实际试验场地来进行测试，这种测试系统成本很高；另一类是通过模拟的方式构建虚拟测试场景，成本低，测试方便。但是，无论现有的哪种雷达测试系统都只能测试简单的行驶场景，难以真正保证毫米波雷达的性能是否能够在复杂的行驶场景中满足感知要求。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的缺陷，本实用新型提供了用于多目标动态模拟的车载毫米波雷达测试系统，本实用新型通过对复杂的行驶场景中的目标的动态模拟和本车姿态的模拟，以实现对毫米波雷达在复杂的行驶场景中的性能测试。结合说明书附图，本实用新型的技术方案如下：

用于多目标动态模拟的车载毫米波雷达测试系统，由天线转台、雷达云台、雷达回波模拟模块、控制模块、信号采集模块以及显示器组成；

被测雷达安装在雷达云台上，并在雷达云台的带动下水平旋转或俯仰旋转，被测雷达置于天线转台的暗室模块中，天线在天线转台的带动下水平转动；

雷达回波模拟模块由射频输入单元、信号处理单元和射频输出单元依次信号连接组成，射频输入单元和射频输出单元分别与天线信号连接；

控制模块由上位控制机分别与雷达云台控制单元、天线转台控制单元和回波模拟控制单元连接组成，雷达云台控制单元与雷达云台控制连接，天线转台控制单元与天线转台控制连接，回波模拟控制单元与信号处理单元信号连接，上位控制机将被测雷达所应处于的水平方位角和前后俯仰角信号通过雷达云台控制单元发送至雷达云台，将天线转台中天线所应处于的水平方位角信号通过天线转台控制单元发送至天线转台，将载有被测雷达的本车与虚拟目标车辆的相对距离和相对速度信号经信号处理单元处理后，经天线发射给被测雷达；

信号采集模块与被测雷达信号连接后与显示器相连，信号采集模块采集并存储被测雷达的检测信号，并将被测雷达的检测信号传输至显示器实时显示。

进一步地，所述天线转台由天线运动模块和暗室模块组成，暗室模块位于天线运动模块内，雷达云台以及固定安装在雷达云台上的被测雷达均置于所述暗室模块中；

所述天线运动模块由天线转台小带轮101、天线转台同步带102、天线转台台架103、天线转台大带轮104、滑动轴承105、耐磨垫圈108、天线109、天线转台伺服电机111、天线转台端盖112和波导线113组成，若干天线转台大带轮104通过滑动轴承105套置在天线转台台架103中间的套筒圆周外侧，天线转台大带轮104彼此之间相互独立旋转，相邻两个天线转台大带轮104的端面之间设有耐磨垫圈108，天线转台端盖112固定在天线转台台架103的套筒顶部，实现对天线转台大带轮104的轴向固定，与天线转台大带轮104一一对应地，若干天线转台伺服电机111固定安装在天线转台台架103侧面的立架上，天线转台伺服电机111的输出端与天线转台小带轮101同轴固连，天线转台小带轮101通过天线转台同步带102与天线转台大带轮104传动连接，天线109分别一一对应地水平固定在天线转台大带轮104上，天线109的一端穿过天线转台大带轮104伸入天线转台台架103的套筒内侧的环形吸波材料106中，天线109的另一端均通过波导线113与射频输入单元和射频输出单元相连；

所述暗室模块是由环形吸波材料106和尖劈形吸波材料107组成的半封闭腔体结构，环形吸波材料106自下而上安装在天线转台台架103的套筒内壁上，尖劈形吸波材料107固定安装在天线转台端盖112的底部，雷达云台及安装在雷达云台上的被测雷达从天线转台台架103中部的通孔进入暗室模块腔体内；

所述天线转台伺服电机111与天线转台控制单元信号连接。

进一步地，所述雷达云台由雷达夹紧模块和雷达运动模块组成；

所述雷达夹紧模块由雷达夹紧挡板201、雷达夹紧支架211和雷达夹紧底板202组成，雷达夹紧支架211竖直固定在雷达夹紧底板202上，雷达夹紧挡板201固定在雷达夹紧支架211前端，雷达夹紧挡板201上开有矩阵分布的条形安装孔，被测雷达通过条形安装孔固定安装在雷达夹紧挡板201上；

所述雷达运动模块由水平转动小带轮203、水平转动同步带204、推力球轴承205、雷达云台端盖206、雷达云台上转台207、花键轴208、俯仰转动小带轮209、俯仰转动伺服电机210、水平转动大带轮212、水平转动伺服电机213、俯仰转动大带轮214和雷达云台下转台215组成，水平转动大带轮212通过推力球轴承205安装在雷达云台上转台207上方，水平转动大带轮212底部通过雷达云台端盖206固定在雷达云台上转台207上实现轴向固定，且水平转动大带轮212同轴固连在雷达夹紧底板202的底部，水平转动伺服电机213固定在雷达云台上转台207上，水平转动小带轮203与水平转动伺服电机213的输出端同轴固连，水平转动小带轮203通过水平转动同步带204与水平转动大带轮212传动连接，雷达云台上转台207底部与雷达云台下转台215顶部铰接，俯仰转动大带轮214通过花键轴208与雷达云台上转台207顶部相连，且雷达云台上转台207与雷达云台下转台215的铰接轴线与花键轴208的轴线共线，俯仰转动伺服电机210外壳体固定在雷达云台下转台215的底座上，俯仰转动小带轮209与俯仰转动伺服电机210的输出端同轴固连，俯仰转动小带轮209通过俯仰转动同步带与俯仰转动大带轮214传动连接；

所述俯仰转动伺服电机210和水平转动伺服电机213分别与雷达云台控制单元信号连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果在于：

1、本实用新型所述车载毫米波雷达测试系统的暗室模块由多个可动的环状吸波材料组成，并且将天线转台与暗室模块集成在一起，暗室中只布置有随着吸波材料转动的天线、被测雷达和雷达夹紧装置，可以极大地减小测试环境的杂波干扰；

2、本实用新型所述车载毫米波雷达测试系统通过布置有多个天线的天线转台、具有两个转动自由度的雷达云台，以及雷达回波模拟模块的协同工作，可以实现对多目标的、复杂的行驶场景进行实时地、动态地模拟；

3、本实用新型所述车载毫米波雷达测试系统集成度高，占用空间小，在室内即可方便、快捷地实现对毫米波雷达在各种复杂的行驶场景中的性能测试。

附图说明

图1为本实用新型所述车载毫米波雷达测试系统的整体结构示意框图；

图2为本实用新型所述车载毫米波雷达测试系统中，天线转台的俯视图；

图3为图2中a-a剖视图；

图4为本实用新型所述车载毫米波雷达测试系统中，雷达云台的主视图；

图5为本实用新型所述车载毫米波雷达测试系统中，雷达云台的侧视图。

图6为本实用新型所述车载毫米波雷达测试系统的测试过程流程框图。

图中：

101-天线转台小带轮，102-天线转台同步带，103-天线转台台架，104-天线转台大带轮，

105-滑动轴承，106-环形吸波材料，107-尖劈形吸波材料，108-耐磨垫圈，

109-天线，111-天线转台伺服电机，112-天线转台端盖，113-波导线；

201-雷达夹紧挡板，202-雷达夹紧底板，203-水平转动小带轮，204-水平转动同步带，

205-推力球轴承，206-雷达云台端盖，207-雷达云台上转台，208-花键轴，

209-俯仰转动小带轮，210-俯仰转动伺服电机，211-雷达夹紧支架，212-水平转动大带轮，

213-水平转动伺服电机，214-俯仰转动大带轮215-雷达云台下转台；

3-雷达回波模拟模块。

具体实施方式

为清楚且完整地阐述本实用新型的技术方案，结合说明书附图，本实用新型的具体实施方式具体如下：

如图1所示，本实用新型公开了一种多目标动态模拟的车载毫米波雷达测试系统，所述测试系统由天线转台、雷达云台、雷达回波模拟模块、控制模块、信号采集模块以及显示器组成。被测雷达安装在雷达云台上，并在雷达云台的带动下实现水平旋转运动和前后俯仰旋转运动，进而模拟安装有被测雷达的本车的行驶姿态和行驶方向的变化，雷达云台和被测雷达均置于天线转台的暗室模块中，天线转台可实现天线的水平转动，进而模拟行驶场景中目标车辆与安装有被测雷达的本车之间的角度变化，天线转台与雷达回波模拟模块信号连接，雷达回波模拟模块采集被测雷达的射频信号，并将虚拟目标的回波信号发送给被测雷达，控制模块分别与天线转台、雷达云台和雷达回波模拟模块信号连接，控制模块控制天线转台和雷达云台运动，并将虚拟目标的回波信号通过雷达回波模拟模块发送给天线转台，最终经天线发射给被测雷达，信号采集模块与被测雷达信号连接后与显示器相连，信号采集模块采集并存储被测雷达的检测信号，并将被测雷达的检测信号传输至显示器实时显示。

如图2和图3所示，所述天线转台由天线运动模块和暗室模块组成，所述天线运动模块带动天线在水平方向上旋转，以模拟目标车辆的角度变化，所述暗室模块位于天线运动模块内，雷达云台以及固定安装在雷达云台上的被测雷达均置于所述暗室模块中。

所述天线运动模块由天线转台小带轮101、天线转台同步带102、天线转台台架103、天线转台大带轮104、滑动轴承105、耐磨垫圈108、天线109、天线转台伺服电机111、天线转台端盖112和波导线113组成。天线转台台架103水平设置，在天线转台台架103的一侧上表面竖直设有立架，在天线转台台架103的中部开有通孔，通孔对应向上设有柱形的套筒，所述天线转台大带轮104的数量即为可模拟的目标车辆的最大数量，本实施例中，天线转台大带轮104有五个，五个天线转台大带轮104沿轴线方向通过滑动轴承105依次套置在天线转台台架103的套筒圆周外侧，五个天线转台大带轮104可相对于套筒独立旋转，相邻两个天线转台大带轮104的端面之间设有耐磨垫圈108，天线转台台架103的套筒顶部通过螺钉固定安装有天线转台端盖112，天线转台端盖112的端面将天线转台大带轮104沿轴向压紧在天线转台台架103的套筒上，实现对天线转台大带轮104的轴向固定；与天线转台大带轮104一一对应地，有五个天线转台伺服电机111分别固定安装在天线转台台架103的立架上，天线转台伺服电机111的输出端与天线转台小带轮101同轴固连，天线转台小带轮101通过天线转台同步带102与天线转台大带轮104传动连接形成天线转台带传动副，天线109分别一一对应地沿天线转台大带轮104水平固定在天线转台大带轮104上，天线109的一端穿过天线转台大带轮104伸入天线转台台架103的套筒内侧的暗室模块中，在天线转台伺服电机111的驱动下，天线转台带传动副带动天线转台大带轮104沿水平方向转动，进而实现带动天线109沿水平方向转动，天线109的另一端通过波导线113与雷达回波模拟模块信号连接。

所述暗室模块设置在天线转台台架103的套筒内侧，由环形吸波材料106和尖劈形吸波材料107组成。环形吸波材料106在天线转台台架103的套筒内侧自下而上沿轴向依次固定安装在套筒内壁上，尖劈形吸波材料107固定安装在天线转台端盖112的底部，环形吸波材料106和尖劈形吸波材料107组成相对封闭的暗室模块内腔，天线109伸入环形吸波材料106内部，雷达云台及安装在雷达云台上的被测雷达通过天线转台台架103中部的通孔进入天线转台台架103的套筒内，置于暗室模块之中，以减小雷达测试环境中的杂波干扰。

如图4和图5所示，所述雷达云台由雷达夹紧模块和雷达运动模块组成，被测雷达固定安装在雷达夹紧模块上，雷达运动模块设置安装在雷达夹紧模块下方通过带动雷达夹紧模块进而带动其上的被测雷达水平旋转运动或俯仰旋转运动。

所述雷达夹紧模块由雷达夹紧挡板201、雷达夹紧支架211和雷达夹紧底板202组成。雷达夹紧支架211竖直安装在水平设置的雷达夹紧底板202的上表面，雷达夹紧支架211的底部通过螺钉固定在雷达夹紧底板202上，雷达夹紧挡板201竖直设置在雷达夹紧底板202的上方，且雷达夹紧挡板201的背面与雷达夹紧支架211的前端固定连接，雷达夹紧挡板201上竖直地开有两排条形安装孔，被测雷达通过条形安装孔固定安装在雷达夹紧挡板201上，并通过条形安装孔调整不同尺寸被测雷达的安装距离及安装位置。

所述雷达运动模块由水平转动小带轮203、水平转动同步带204、推力球轴承205、雷达云台端盖206、雷达云台上转台207、花键轴208、俯仰转动小带轮209、俯仰转动伺服电机210、水平转动大带轮212、水平转动伺服电机213、俯仰转动大带轮214和雷达云台下转台215组成。水平转动大带轮212轴向竖直设置在雷达夹紧模块下方，水平转动大带轮212通过推力球轴承205可旋转地安装在雷达云台上转台207上方，水平转动大带轮212底部通过雷达云台端盖206固定在雷达云台上转台207上实现轴向固定，且水平转动大带轮212同轴固连在雷达夹紧底板202的底部，水平转动伺服电机213外壳体固定安装在雷达云台上转台207上，水平转动小带轮203与水平转动伺服电机213的输出端同轴固连，水平转动小带轮203通过水平转动同步带204与水平转动大带轮212传动连接形成水平转动传动副，在水平转动伺服电机213的驱动下，水平转动传动副带动雷达夹紧底板202水平旋转运动，进而实现带动被测雷达水平旋转运动；雷达云台上转台207底部与雷达云台下转台215顶部铰接，俯仰转动大带轮214通过花键轴208与雷达云台上转台207底部相连，且雷达云台上转台207与雷达云台下转台215的铰接轴线与花键轴208的轴线共线，俯仰转动伺服电机210外壳体固定安装在雷达云台下转台215的底座上，俯仰转动小带轮209与俯仰转动伺服电机210的输出端同轴固连，俯仰转动小带轮209通过俯仰转动同步带与俯仰转动大带轮214传动连接形成俯仰转动传动副，在俯仰转动伺服电机210的驱动下，俯仰转动传动副带动雷达云台上转台207前后俯仰旋转运动，进而实现带动被测雷达前后俯仰转动。

测试时，所述测试系统根据预设的测试场景，通过雷达云台的雷达运动模块的运动来模拟装有被测雷达的本车的姿态的变化以及行驶方向的变化，并通过天线转台的天线运动模块的运动来模拟行驶场景中其他车辆与本车的相对角度的变化；

如图1所示，所述雷达回波模拟模块由射频输入单元、射频输出单元和信号处理单元组成。天线转台模块中的天线109的信号输出端均与射频输入单元的信号输入端相连，射频输入单元的信号输出端与信号处理单元的第一信号输入端相连，信号处理单元的信号输出端与射频输出单元的信号输入端相连，射频输出单元的信号输出端分别与天线109的信号输入端相连。

如图1所示，所述控制模块由回波模拟控制单元、天线转台控制单元、雷达云台控制单元以及上位控制机组成。上位控制机实时计算出被测雷达所应处于的水平方位角和前后俯仰角，天线转台中各个天线所应处于的水平方位角，以及载有被测雷达的本车与其他虚拟目标车辆的相对距离和相对速度。上位控制机的第一信号输出端与雷达云台控制单元的信号输入端相连，雷达云台控制单元的信号输出端分别与雷达云台的水平转动伺服电机和俯仰转动伺服电机的控制信号输入端相连，测试时，上位控制机将被测雷达所应处于的水平方位角和前后俯仰角信息发送至雷达云台控制单元，通过雷达云台控制单元控制雷达云台的水平转动伺服电机和俯仰转动伺服电机工作，进而实现控制雷达云台上被测雷达的水平方位角以及前后俯仰角；上位控制机的第二信号输出端与天线转台控制单元的信号输入端相连，天线转台控制单元的信号输出端分别与天线转台的各个天线转台伺服电机的控制信号输入端相连，测试时，上位控制机将天线转台中各个天线所应处于的水平方位角信息发送至天线转台控制单元，通过天线转台控制单元控制天线转台的各个天线转台伺服电机工作，进而实现控制各个天线转台伺服电机对应的天线转台大带轮上的天线的水平方位角；上位控制机的第三信号输出端与回波模拟控制单元的信号输入端相连，回波模拟控制单元的信号输出端与雷达回波模拟模块中的信号处理单元的第二信号输入端相连，测试时，上位控制机将载有被测雷达的本车与其他虚拟目标车辆的相对距离和相对速度信息发送至回波模拟控制单元，通过回波模拟控制单元将所需发射的回波信号相对于被测雷达射频信号的时延和频率变化信息发送至信号处理单元，进而实现对虚拟目标车辆的相对距离和相对速度的模拟。

测试时，被测雷达的射频信号通过天线传输至射频输入单元，射频输入单元将被测雷达的射频信号传输至信号处理单元，信号处理单元根据回波模拟控制单元所输出的所需发射的回波信号相对于被测雷达射频信号的时延和频率变化信息，生成预设的行驶场景中的虚拟目标的回波信号，并且将虚拟目标的回波信号传输至射频输出模块，最终通过天线发射给被测雷达。其中，在信号处理单元对虚拟目标的回波进行模拟时，将会同时模拟虚拟生成虚拟目标的距离与速度信息，信号处理单元先对接收到的信号进行下变频处理，将信号变为中频信号，然后通过信号处理单元中的延迟线引入虚拟目标的距离信息，并通过引入多普勒频移模拟虚拟目标的速度信息，再将处理后的中频信号上变频后经过射频输出单元传输至天线，最终通过天线将虚拟目标的回波信号发射给被测雷达。

如图1所示，被测雷达的信号输出端与信号采集模块的信号输入端相连，信号采集模块的信号输出端与显示器的信号输入端相连，测试时，信号采集模块采集并存储被测雷达的检测信号，并且将检测信号传输至显示器以实时显示，而存储的雷达信号数据将用于后期雷达性能的分析。

如图6所示，本实用新型所述用于多目标动态模拟的车载毫米波雷达测试系统的具体工作过程简述如下：

步骤1：根据被测雷达的尺寸调整雷达夹紧装置，使被测雷达处于雷达云台的转动中心线上；

步骤2：测试人员在上位控制机中设置测试场景；

步骤3：开始测试，上位控制机协同、实时地控制雷达云台控制单元、天线转台控制单元和回波模拟控制单元；雷达控制单元控制雷达云台的水平转动伺服电机和俯仰转动伺服电机实现雷达运动模块的水平和俯仰转动，且雷达运动模块带动被测雷达一同运动；天线转台控制单元控制天线转台伺服电机实现天线运动模块的转动，且天线运动模块带动天线一同运动；回波模拟控制单元控制雷达回波模拟模块，使天线发射出与预设的测试场景中的目标的反射回波信号相同的射频信号；通过上述过程协同实现对测试场景的动态模拟；

步骤4：在测试的同时，信号采集模块采集并记录下被测雷达的输出信号，即被测雷达在预设的测试场景中对目标的检测结果；

步骤5：测试结束，并通过信号采集模块采集到的雷达检测数据分析被测雷达的性能。

综上所述，本实用新型所述测试系统通过天线转台和雷达云台对测试场景中本车的姿态和行驶方向的变化以及本车与其他车辆的相对角度的变化进行模拟，并通过雷达回波模拟模块对测试场景中本车与其他车辆的相对距离和相对速度进行模拟，共同实现了对预设测试场景的动态模拟，本实用新型所述测试系统可以动态地模拟各种多目标的、复杂的行驶场景，并且可以方便快捷地实现对毫米波雷达在各种复杂的行驶场景中的性能测试。