一种雷达射频前端及测速雷达的制作方法

1.本发明实施例涉及计算机微波技术领域，尤其涉及一种雷达射频前端及测速雷达。


背景技术：

2.测速雷达是利用运动目标引起的多普勒频率偏移，通过偏移频率差来检测目标物体的速度，测速雷达在军用上和民用上都得到了广泛的应用。其中，射频前端是速雷达的重要组成部分，射频前端主要完成信号的产生、发射、接收、放大以及下变频等功能，对整个雷达系统的性能具有决定性作用。
3.由于射频前端中包含的硬件较多，为避免测速雷达在安装调试和使用时由于射频前端中的硬件故障而导致测量任务失败的问题，现有方案中，一般通过外接测试设备的方式以实现对目标物体的模拟，从而完成对测试射频前端中硬件的检测。
4.现有的测试方案较为复杂，需要依赖外部测试设备，测试效率较低，测试成本较高。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种雷达射频前端及测速雷达，可以优化现有的雷达射频前端检测的实现方案。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种雷达射频前端，包括：时钟模块、第一频综模块、驱动放大模块、功率放大模块、低噪声放大模块、混频模块、基带接收机模块和第二频综模块，其中：
7.所述时钟模块、所述第一频综模块、所述驱动放大模块和所述功率放大模块构成发射链路；所述低噪声放大模块、所述混频模块和所述基带接收机模块构成接收链路；所述第二频综模块、所述时钟模块、所述第一频综模块、所述驱动放大模块、所述混频模块和所述基带接收机模块构成自检链路；
8.在所述自检链路中，所述时钟模块的第一输出端与所述第一频综模块的输入端相连，所述第一频综模块的输出端与所述驱动放大模块的输入端相连，所述驱动放大模块的第一输出端与所述混频模块的第一输入端相连，所述时钟模块的第二输出端与所述第二频综模块的输入端相连，所述第二频综模块的输出端与所述混频模块的第二输入端相连，所述混频模块的输出端与所述基带接收机模块的输入端相连，所述基带接收机模块的输出端与所述雷达的信号处理设备相连；
9.雷达的接收天线与所述低噪声放大模块的输入端相连，所述低噪声放大模块的输出端与所述混频模块的第二输入端相连；
10.功率放大模块的输入端与所述驱动放大模块的第二输出端相连，所述功率放大模块的输出端与所述雷达的发射天线相连；
11.所述自检链路用于在雷达工作在自检模式时，对雷达射频前端进行自检，其中：
12.所述时钟模块用于产生两路等幅参考信号分别输入至所述第一频综模块和所述第二频综模块；所述第一频综模块和所述第二频综模块用于将所述等幅参考信号处理后，分别输出频率不同的第一连续波信号和第二连续波信号；所述驱动放大模块用于将所述第一连续波信号进行放大，产生第一放大连续波信号，将所述第一放大连续波信号作为本振信号输入至所述混频模块；所述混频模块用于将所述第二连续波信号和所述本振信号进行混频处理后获得目标信号；所述基带接收器模块用于将所述目标信号进行放大滤波处理，获得处理后的目标信号；将所述处理后的目标信号发送至信号处理设备，以使所述信号处理设备计算所述处理后的目标信号获得目标速度，在所述目标速度与预设速度一致时，所述雷达射频前端自检通过。
13.可选地，所述预设速度根据所述第一连续波信号与所述第二连续波信号产生的预设频率差计算获得。
14.可选地，所述预设频率差通过对所述第一频综模块和所述第二频综模块输入信号的控制接口进行频点设置产生的。
15.可选地，所述第一频综模块产生的所述第一连续波信号频率可调。
16.可选地，所述接收链路还包括：开关模块；所述低噪声放大模块的输出端与所述开关模块的第一输入端相连，所述第二频综模块的输出端与所述开关模块的第二输入端相连，所述开关模块的输出端与所述混频模块的第二输入端相连；
17.在所述雷达工作在测试模式时，上位机控制所述时钟模块第二输出端与所述第二频综模块输入端的控制接口断电，并使得所述开关模块控制所述低噪声模块产生的信号进入所述混频模块。
18.可选地，在所述雷达工作在自检模式时，上位机控制所述功率放大模块的输入端和所述低噪声放大模块的输出端的控制接口断电，同时使得所述开关模块控制所述第二频综模块产生的所述第二连续波信号进入所述混频模块。
19.可选地，在所述低噪声放大模块包括：限幅器；
20.所述限幅器用于将所述目标物体的回波信号削减在预设范围。
21.可选地，所述低噪声放大模块还包括：低噪声放大器；
22.所述低噪声放大器用于放大所述回波信号中的微弱信号。
23.可选地，在所述混频模块和所述基带接收机模块中分别设置有数字可调衰减器；
24.所述数字可调衰减器用于衰减所述第一放大连续波信号。
25.第二方面，本发明实施例提供了一种测速雷达，包括：发射天线、接收天线、信号处理设备、和如本发明实施例所述的雷达射频前端；
26.所述发射天线和所述接收天线分别与所述雷达射频前端的接收链路和发射链路连接，所述雷达射频前端产生测速雷达信号后通过所述发射天线发射，所述接收天线将接收到的被测物体反射的雷达信号通过所述雷达射频前端输入所述信号处理设备，所述信号处理设备对所述测速雷达信号和所述反射的雷达信号进行处理后完成得到被测物体速度。
27.本发明实施例中提供的雷达射频前端和测速雷达，由时钟模块、第一频综模块、驱动放大模块和功率放大模块构成发射链路；由低噪声放大模块、混频模块和基带接收机模块构成接收链路；由第二频综模块、时钟模块、第一频综模块、驱动放大模块、混频模块和基带接收机模块构成自检链路；自检链路用于在雷达工作在自检模式时，对雷达射频前端进
行自检，自检的过程为：时钟模块用于产生两路等幅参考信号分别输入至第一频综模块和所述第二频综模块；第一频综模块和第二频综模块用于将等幅参考信号处理后，分别输出频率不同的第一连续波信号和第二连续波信号；驱动放大模块用于将第一连续波信号进行放大，产生第一放大连续波信号，将第一放大连续波信号作为本振信号输入至混频模块；混频模块用于将第二连续波信号和本振信号进行混频处理后获得目标信号；基带接收器模块用于将目标信号进行放大滤波处理，获得处理后的目标信号；将处理后的目标信号发送至信号处理设备，以使信号处理设备计算处理后的目标信号获得目标速度，在目标速度与预设速度一致时，雷达射频前端自检通过。采用上述技术方案，通过第一频综模块和第二射频模块产生不同频率的第一连续波信号和第二连续波信号，以实现对运动目标物体多普勒频率偏移量的模拟，从而实现对雷达射频前端中所包含的硬件自检，在目标速度与预设速度一致时，雷达射频前端自检通过，本发明实施例提供的雷达射频前端及测速雷达，可以达到快速自检的技术效果，相比于现有技术，无需依赖外部测试设备，测试成本较低。
附图说明
28.图1a为本发明实施例提供的一种现有方案雷达射频前端的结构框图；
29.图1b为本发明实施例提供的一种雷达射频前端的结构框图；
30.图2a为本发明实施例提供的另一种雷达射频前端的结构框图；
31.图2b为本发明实施例提供的又一种雷达射频前端的结构框图；
32.图3为本发明实施例提供的一种测试雷达的框图。
具体实施方式
33.下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
34.在更加详细地讨论示例性实施例之前应当提到的是，一些示例性实施例被描述成作为流程图描绘的处理或方法。虽然流程图将各步骤描述成顺序的处理，但是其中的许多步骤可以被并行地、并发地或者同时实施。此外，各步骤的顺序可以被重新安排。当其操作完成时所述处理可以被终止，但是还可以具有未包括在附图中的附加步骤。所述处理可以对应于方法、函数、规程、子例程、子程序等等。
35.图1a为本发明实施例提供的一种现有方案雷达射频前端的结构框图。如图1a所示，雷达射频前端包括：时钟模块11、第一频综模块12、驱动放大模块13、功率放大模块14、低噪声放大模块21、混频模块22和基带接收机模块23，其中：
36.由时钟模块11、第一频综模块12、驱动放大模块13和功率放大模块14构成发射链路；由低噪声放大模块21、混频模块22和基带接收机模块23构成接收链路。
37.其中，时钟模块11的第一输出端a1与第一频综模块12的输入端相连，第一频综模块12的输出端与驱动放大模块13的输入端相连，驱动放大模块13的第一输出端b1与功率放大模块14的输入端相连，驱动放大模块13的第二输出端b2与接收链路中混频模块22的第一输入端c1相连，功率放大模块14的输出端与雷达的发射天线相连。雷达的接收天线与低噪声放大模块21的输入端相连，低噪声放大模块21的输出端与混频模块22的第二输入端c2相
连；混频模块22的输出端与基带接收机模块23的输入端相连，基带接收机模块23的输出端与雷达的信号处理设备相连。
38.在雷达工作在测试模块时，在雷达检测到目标物体时，雷达射频前端的发射链路会产生相应频率的信号照射目标物体，接收链路会根据目标物体反射回来的信号检测到目标物体的速度、高度或者宽度信息等。示例性的，以当前雷达为测速雷达，用于测量目标物体的移动速度为例，当接收链路和发射链路包含的模块均能正常工作时，其获得目标物体速度信息的过程可以为：
39.首先控制时钟模块11产生预设频率的参考信号输入至第一频综模块12，第一频综模块12通过控制接口将参考信号处理后输出x波段单点频连续波信号，并将连续波信号发送至驱动放大模块13；驱动放大模块13用于将连续波信号进行放大后，产生第一放大连续波信号和第二放大连续波信号，并将第一放大连续波信号发送至功率放大模块14，将第二放大连续波信号发送至混频模块22作为本振信号；功率放大模块14用于对所述第一放大连续波信号进行功率放大后作为激励信号发送至雷达的发射天线以照射目标物体；在雷达的发射天线测量到目标物体后，接收天线接收目标物体的回波信号，低噪声放大模块21用于将回波信号放大，产生放大信号，并将放大信号发送至混频模块22，混频模块22将第二本振信号和放大信号进行混频处理后获得目标信号，并将目标信号发送至基带接收器模块；基带接收器模块将目标信号进行放大滤波处理，获得处理后的目标信号；将处理后的目标信号发送至雷达的信号处理设备，信号处理设备用于计算处理后的第二目标信号，以获得目标物体的速度信息。
40.其中，上述时钟模块11产生预设频率的参考信号可以为50兆赫兹(mhz)或者100兆赫兹(mhz)，具体参考信号的频率在此不做限制，以测试人员的实际使用需求为准。
41.需要说明的是，上述所提及的模块可以为相关硬件组成的模块，每个模块具备至少一个能够实现相应功能的实体硬件设备。示例性地，上述时钟模块11可以为能够产生时钟信号的时钟芯片、上述频综模块可以为能够产生不同频率的频率综合器，以及上述驱动放大模块13可以为对应的驱动放大器等，在此不一一举例说明。
42.但是，由于雷达射频前端的发射链路和接收链路包含的硬件模块较多，当其中任一模块发生故障时，可能存在雷达无法正常工作或测量数据不准确的问题。因此，请参照图1b，图1b为本发明实施例提供的一种雷达射频前端的结构框图。
43.本发明实施例提供的雷达射频前端，由第二频综模块31、上述时钟模块11、上述第一频综模块12、上述驱动放大模块13、混频模块22和上述基带接收机模块23构成自检链路，自检链路用于在雷达工作在自检模式时，对雷达射频前端进行自检。
44.可选地，在雷达用于测试之前，可首先控制雷达工作在自检模式，待自检完成后输出的结果与预设结果一致时，表明当前雷达所包含的硬件模块正常，可用于测量目标物体。
45.其中，上述控制雷达工作在自检模式还是工作在测量模式的控制方式可通过雷达连接上位机来实现。示例性的，在上位机上可安装有相关设置接口或者应用程序，从而可在上位机的可视化界面中实现对雷达工作模式的转换。
46.在自检模式中时钟模块11的第一输出端a1与第一频综模块12的输入端相连，第一频综模块12的输出端与驱动放大模块13的输入端相连，驱动放大模块13的第一输出端b1与混频模块22的第一输入端c1相连，时钟模块11的第二输出端a2与第二频综模块31的输入端
相连，第二频综模块31的输出端与混频模块22的第二输入端c2相连，混频模块22的输出端与基带接收机模块23的输入端相连，基带接收机模块23的输出端与雷达的信号处理设备相连。
47.在雷达用于自检时，自检链路中的硬件模块的工作过程为：首先控制时钟模块11产生两路预设频率的等幅参考信号分别输入至第一频综模块12和第二频综模块31；第一频综模块12和第二频综模块31用于将等幅参考信号处理后，分别输出频率不同的第一连续波信号和第二连续波信号；驱动放大模块13用于将第一连续波信号进行放大，产生第一放大连续波信号，将第一放大连续波信号作为本振信号输入至混频模块22；混频模块22用于将第二连续波信号和本振信号进行混频处理后获得目标信号；基带接收器模块用于将目标信号进行放大滤波处理，获得处理后的目标信号；将处理后的目标信号发送至信号处理设备，以使信号处理设备计算处理后的目标信号获得目标速度，在目标速度与预设速度一致时，雷达射频前端自检通过。
48.可选地，上述预设速度根据第一连续波信号与第二连续波信号产生的预设频率差计算获得。
49.即本发明实施例提供的雷达射频前端，当工作在自检模式时，通过设置第二频综模块31产生第二连续波信号，并控制第一连续波信号与第二连续波信号产生预设频率以模拟目标物体在实际运动中的多普勒频率偏移，通过设置预设频率差可预先计算获得预设速度，在第一连续波信号与第二连续波信号经过发射链路的时钟模块11、第一频综模块12和驱动放大模块13后，以及接收链路的混频模块22和基带接收机模块23后，信号处理设备计算获得的目标设备与预设速度一致，则表明当前发射链路的时钟模块11、第一频综模块12和驱动放大模块13，以及接收链路的混频模块22和基带接收机模块23等对应的硬件设备均可正常工作，从而完成雷达射频前端的自检工作。
50.可选地，预设频率差通过对第一频综模块12和第二频综模块31输入信号的控制接口进行频点设置产生的。
51.在对第一频综模块12和第二频综模块31的控制接口进行频点设置时，可通过上位机在可视化界面的第一频综模块12的控制接口和第二频综模块31的控制接口设置经第一频综模块12和第二频综模块31输入信号的具体频率数值，以是的产生相应的频率差。
52.示例性地，当前频率差可设置为100千赫兹(khz)、50khz或10khz等，具体频率差数值在此不做限制，以测试人员实际需求为准。
53.本发明实施例提供的射频前端方案，通过第一频综模块和第二射频模块产生不同频率的第一连续波信号和第二连续波信号，以实现对运动目标物体多普勒频率偏移量的模拟，从而实现对雷达射频前端中所包含的硬件自检，在目标速度与预设速度一致时，雷达射频前端自检通过，本发明实施例提供的雷达射频前端可以达到快速自检的技术效果，相比于现有技术，无需依赖外部测试设备，测试成本较低。
54.一种可选方案，请参照图2a，图2a为本发明实施例提供的另一种雷达射频前端的结构框图。为便于雷达射频前端工作在测试模式和自检模式时的信号切换，在上述实施例的基础上，本发明实施例提供的雷达射频前端的接收链路还包括：开关模块24。
55.当包含开关模块24时，发射链路的低噪声放大模块21的输出端与开关模块24的第一输入端d1相连，第二频综模块31的输出端与开关模块24的第二输入端d2相连，开关模块
24的输出端与混频模块22的第二输入端相连。
56.具体地，在雷达工作在自检模式时，上位机控制功率放大模块14和低噪声放大模块21的控制接口断电，同时使得开关模块24控制第二频综模块31产生的第二连续波信号进入混频模块22。
57.在雷达工作在自检模式时，上位机控制功率放大模块14和低噪声放大模块21受控断电，则功率放大模块14和低噪声放大模块21处于不工作状态，则经驱动放大模块13产生的信号只能输入至混频模块22，第二频综模块31的产生的连续波信号经开关模块24选择后进入混频模块22，在混频模块22中对两路信号进行下变频处理后获得目标信号，信号处理设备对目标信号处理后就可以得到目标速度信息。
58.在雷达工作在测试模式时，上位机控制第二频综模块31控制接口断电，并使得开关模块24控制低噪声模块产生的信号进入混频模块22。
59.上位机控制第二频综模块31的控制接口断电，第二频综模块31处于不工作状态，则时钟模块11产生的参考信号便可直接输入至第一频综模块12，且低噪声模块产生的信号经开关模块24选择后进入混频模块22，使得在混频模块22和基带接收机模块23中处理的信号为雷达接收天线在检测到目标物体时反射回来的实际信号，从而计算获得目标物体的速度。
60.一般地，在同一场地存在包含有多部雷达的情况，此时，若多部雷达的第一频综模块12产生的第一连续波信号为相同频率，则多个雷达之间会造成信号干扰，导致测量目标物体的数据不准确，则本发明实施例提供的雷达射频前端，第一频综模块12产生的第一连续波信号频率可调。
61.具体调节方式可以为，通过上位机调节第一频综模块12的控制接口从而为第一频综模块12设置不同的信号频率。示例性的，可以调节各个雷达第一频综模块12输出信号的频率相差10mhz，因目标物体速度引起的多普勒频偏远小于10mhz，以达到避免雷达间相互干扰的技术效果。
62.又一种可选方案，请参照图2b，图2b为本发明实施例提供的又一种雷达射频前端的结构框图。由于接收天线接收到目标物体产生的信号，由于距离的不同产生的信号幅度可能过大，也可能过小，过大则可能会烧坏接收链路中的相关模块，过小则可能被当作噪声过滤，为了兼顾接收天线检测到的大目标物体和小目标物体，本发明实施例提供的雷达射频前端，在低噪声放大模块21包括：限幅器25；限幅器25用于将目标物体的回波信号削减在预设范围。
63.这样设置的目的在于，在低噪声放大模块21中设置限幅器25，可以避免过大目标物体产生的信号烧坏接收链路中的相关模块，以达到保护电路的目的。
64.可选地，在低噪声放大模块21中还包括：低噪声放大器26；低噪声放大器26用于放大回波信号中的微弱信号，以识别出信号较弱的小目标物体。
65.进一步地，为更好地兼顾大目标物体和小目标物体产生的信号，本发明实施例提供的雷达视频前端在上述实施例的基础上，在混频模块22和基带接收机模块23中分别设置有数字可调衰减器27；数字可调衰减器27用于衰减上述第一放大连续波信号。
66.可选地，在雷达工作在自检模式时数字可调衰减器27可同时衰减经第二频综模块31产生的连续波信号和经低噪声放大模块21产生的回波放大信号。
67.其中，数字可调衰减器可通过上位机在控制接口进行衰减量设置，示例性地，以6位数字衰减器为例，衰减范围均为0～31.5分贝(db)，步进0.5db，雷达系统可根据测量目标回波信号强度设置衰减器的衰减量，这样可以有效避免大目标测量时回波信号太强导致接收机饱和，从而增加系统的动态范围，可以达到使雷达系统兼顾大目标物体和弱小目标物体的信号测量的技术效果。
68.本发明实施例提供的雷达射频前端，通过在连雷达射频前端设置第二频综模块31和开关模块24，使得第二频综模块31实现模拟多普勒频率偏移，使得开关模块24控制雷达工作在不同模式下的信号输入，从而使得雷达在能够正常工作在测试模式下的同时，具备系统自检功能，可以快速检测出雷达射频前端中的相关硬件模块是否工作正常。同时设置第一频综模块工作频点可调整，可以避免多部雷达工作时的相互干扰；并在低噪声放大模块中设置限幅器和低噪声放大器，在混频模块和基带接收机模块中分别设置数字可调衰减器，实现了兼顾大目标物体和弱小目标物体的信号测量的技术效果。
69.请参照图3，图3为本发明实施例提供的一种测试雷达的框图。本发明实施例还提供一种测速雷达，包括：发射天线41、接收天线42、信号处理设备43、和如本发明任一实施例提供的雷达射频前端。
70.发射天线41和接收天线42分别与雷达射频前端的接收链路和发射链路连接，雷达射频前端产生测速雷达信号后通过发射天线41发射，接收天线42将接收到的被测物体反射的雷达信号通过雷达射频前端输入信号处理设备43，信号处理设备43对测速雷达信号和反射的雷达信号进行处理后完成得到被测物体速度。
71.本发明实施例提供的测速雷达，在获得被测物体速度时，依据本发明任一实施例提供的雷达射频前端获得的，具备执行该雷达射频前端相应的功能和有益效果。
72.注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。