非相参fmcw自差式接收机灵敏度的定量测试的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种主要关于非相参调频连续波（FMCW)雷达自差式接收机灵敏度的 定量测试方法。
【背景技术】
[0002] 连续波雷达（CW)经过近几十年的发展，已经发展比较成熟，在众多工程中得到广 泛应用，与脉冲雷达相比，连续波雷达所需发射功率小、探测精度高、构成相对简单、易于实 现固态化设计、具有良好的低截获概率（LPI)性能等。然而单纯的连续波雷达可以测量目 标的速度信息，无法测量目标的距离信息。为解决此问题，调频连续波（FMCW，Frequency ModulatedContinuousWave)雷达得到广泛研究，并在测距、测速和汽车防撞等系统中应 用广泛。时域载波调制方式众多，有线性频率调制（LFM)、频移键控（FSK)调制、频率步进连 续波（FSCW)调制等。在众多调制方式中，线性频率调制（LFM)最为常见，尤其是利用三角 波信号调制的发射支路连续波信号。线性FMCW通常由发射机和接收机构成，其工作原理如 下：发射机发射特定线性调频连续波信号，接收机接收因目标反射而形成的回波信号，在接 收机中，接收到的微弱信号被放大并与耦合的发射信号混频，通过信号处理获取中频信号 频率，该频率正比于回波信号延迟时间，而回波信号的延迟时间等于电磁波双程传播时间， 从而可测量雷达距离目标距离，实现对目标测距，目标的速度信息可通过回波信号的多普 勒频移得到，而目标的位置信息可通过回波的相位信息获得。
[0003] 灵敏度是雷达接收机的一个非常重要的指标，反映接收机接收微弱信号的能力。 接收机在接收回波信号的同时，不可避免地受到外部噪声和内部噪声的影响，即有用信号 的检测总是在噪声的背景中进行的。由此可见，在噪声中检测信号，信号功率不能太小，否 则信号将被噪声淹没而无法检测。在实际的测量中，接收机灵敏度通常分为实际灵敏度和 临界灵敏度。灵敏度的测试有两种方法：一是直接用信号源进行测试；二是根据噪声系数 和灵敏度的关系，在测得噪声系数和接收机带宽后计算临界灵敏度，称为间接测量法。由于 无法根除信号源的泄露，所以在一般的接收机灵敏度测试中，常采用间接测量法。但是实际 接收机的灵敏度不仅取决于线性部分的性能，而且与检波器、视频放大器的性能有关。而临 界灵敏度主要考虑接收机的线性部分，完全不考虑信号源泄露和上述其他部分的性能，因 此与雷达整机的实际性能相差较远。所以，直接测量法测得的灵敏度与雷达实际使用的灵 敏度更为接近。目前实验室测试接收机灵敏度的常用方式为通过综合测试仪测试，常用于 测试通信电台、移动通信终端（手机等）的接收灵敏度，对不同的通信设备终端采用不同型 号的测试仪。
[0004] 测量FMCW雷达实际灵敏度时，可以直接对目标进行测试，或是用等效RCS目标模 拟器来模拟目标及其运动，来测定雷达的检测概率。前者受空间或时间的限制，后者在雷达 测试中比较常用，但该方法需要整个雷达完成研制后进行拉距试验才能完成测试，无法在 接收机研制过程中进行验证，测试一般需要在微波暗室或者室外进行，运输，调试等需要大 量的时间和精力。对于单个或数量不多的雷达系统，这种耗费较大的测试方法是还是可以 承受。但对于单批数量较多的雷达，如弹载测距雷达，防撞雷达等，动辄几千套，依赖传统的 雷达外场测试方法，在进度和成本上无法满足要求。
[0005] 在雷达实际灵敏度的室内测量方法中，根据测量中使用的信号源不同，直接灵敏 度测量法可细分为等幅信号测量法和调制信号测量法。等幅信号测量法主要有标准信号发 生器和三用表。一般步骤如下：
[0006] (1)由标准信号发生器的输出信号代替由天线接收的信号送至接收机的输入端。 要求信号发生器的输出阻抗和接收机的输入阻抗匹配，如果不匹配则通过阻抗变换器进行 匹配。为使灵敏度测量通路与雷达装配正常工作时的信号通道一致，同时又能简化测试仪 表，通常用示波器或三用表置于电压档作为接收机中频输出检波器输出电压的指示器，其 值代表中频的输出功率；
[0007] (2)将信号发生器置于等幅工作状态，并将信号发生器和被测雷达接收机调谐在 规定的频率上；
[0008] (3)使信号发生器的信号输出为零，把雷达接收机增益控制置于适当位置，使指示 器上得到的噪声指示值为Al;
[0009] (4)使信号发生器有一定信号输出，并微调频率使指示最大，然后调节信号发生器
[0010] (5)此时，从信号发生器输出加到接收机输入端的信号功率值，即为雷达接收机的 灵敏度值。
[0011] (6)分别对被测雷达规定的各工作频率点下的接收机灵敏度进行测试，并记录。脉 冲调制信号测量法的一般步骤如下：
[0012] (1)将信号发生器置于脉冲调制状态（外调制或内调制），按照被测雷达技术条件 中规定的数值来设置脉冲宽度与脉冲重复频率；
[0013] (2)将信号发生器和接收机调谐在规定的测试频率上，调节信号发生器的输出信 号输出，使信号在示波器上能显示；然后再微调信号发生器的工作频率，使被测接收机的输 出信号幅度最大；（3)关断信号发生器的输出，调节接收机的增益控制，使接收机输出端的 噪声电平等于产品技术条件中所规定的数值Al;
[0014] (4)打开信号发生器源输出，调节其输出信号电平，使信号和噪声叠加后在示波器 上显示数值为A2,且使A2/A1的比值等效于功率比为2的数值；
[0015] (5)信号发生器输出端加到被测接收机输入端的信号功率电平值为接收机的灵敏 度。
[0016] 为了达到高的测距精度，FMCW雷达发射信号必须具备高扫频线性度。目前线性扫 频信号主要通过频率综合器产生或微波压控振荡器（VCO)直接调制产生，前者可以实现良 好的线性度，但可实现的扫频速率较低，扫频带宽也较窄，且电路复杂，成本高。非相参调频 连续波（FMCW)雷达采用微波VCO直接调制，没有扫频速率限制，扫频带宽也只受限于VCO 的最大可调带宽，成本低。非相参FMCW雷达自差式接收机直接采用耦合的发射信号作为本 振，由于VCO集成在系统内部，具有相对独立的扫频特性，同时由于VCO具有较大频率漂移， 使得测试接收机的灵敏度时，从射频端口馈入的射频信号与VCO产生的本振信号混频后的 中频信号频率不稳定，继而使中频检波的电压不稳定，尤其是毫米波频段，VCO温度漂移远 大于中频滤波器的宽度，检波电压出现剧烈波动，难以实现接收机灵敏度的准确测试。通过 对VCO进行锁频或锁相，或者通过外部仪器实现测试输入信号与VCO相参同步漂移，可以解 决VCO的温度漂移特性带来的检波输出功率不稳定的问题，但是将显著增加FMCW雷达系统 电路复杂度，增加系统体积、功耗和成本，或者增加测试系统复杂性，牺牲测试系统灵活性 和通用性，增加测试成本。
【发明内容】
[0017] 本发明技术解决问题是：克服现有非相参FMCW自差式接收机测试技术的不足之 处，提出一种采用标准测试仪器，易于实现，测量精度高，重复性好，可适应VCO大频率漂移 率的非相参调频连续波（FMCW)雷达接收机灵敏度测试方法。
[0018] 本发明的上述目的可以通过以下措施来达到，一种非相参FMCW自差式接收机灵 敏度的测试方法，其特征在于包括如下步骤：在非相参FMCW自差式接收机测试系统中，首 先在信号发生器11中设置脉冲调制模式，设置、射频频率f；= 、涵盖自差式接收机能接 收到最小信号功率的初始输出信号功率和满足灵敏度测试精度要求的功率步进值、调制脉 宽T和脉冲周期T，并将信号发生器产生的脉冲调制信号作为上述自差式接收机的测试信 号，然后将信号发生器产生的测试信号经测试天线12馈入到上述自差式接收机的检波器 10中进行电压检波，检波器把实时输出的直流信号幅度Vd显示在示波器13中；从示波器上 读出检波电压Vd与预先设定的自差式接收机比较门限电压Ve相比较，若检波电压Vd高于 Ve且差值在要求的误差范围之内时，测试人员记录此时的信号源输出功率Prf，根据记录的 Prt计算出非相参FMCW自差式接收机的灵敏度，上述fA。为自差式接收机内置本振压控振荡 器的中心频率。
[0019] 本发明相比于现有技术具有如下有益效果。
[0020] 测试系统简单可靠，易于实现，测试成本低。本发明通过在带有内部脉冲调制功能 的信号发生器和示波器等标准仪器，简单设置信号源（调制脉冲参数、输出功率和功率步 进）和示波器，利用普通线缆等简单辅助器材即可实现，测试结果根据测量值和测试参数 的简单运算即可得到，测试简单可靠，易于实现，无需开发和使用专用灵敏度测试仪和测试 系统，测试成本低廉。