汽車毫米波雷達信號產(chǎn)生和分析方案

汽車毫米波雷達收發(fā)系統(tǒng)主要包括發(fā)射機測試、接收機性能測試、以及抗干擾性能測試，發(fā)射機需要信號分析設(shè)備評估雷達發(fā)射信號的性能指標。接收機需要信號源模擬回波，從FMCW信號，到復(fù)雜的多目標模擬以及干擾信號生成，甚至多個背景發(fā)射機或者存在多種干擾場景下的更加復(fù)雜的信號，利用這些復(fù)雜信號來驗證接收機的性能。泰克提供的汽車毫米波雷達測試與測量解決方案，能夠生成、測量和分析毫米波雷達信號，確保傳感器無故障運行，保證安全駕駛。

圖1 汽車毫米波雷達信號測試原理圖

泰克超寬帶汽車毫米波雷達信號測試方案包括雷達信號產(chǎn)生、雷達信號分析和抗干擾測試，測試系統(tǒng)包括高性能任意波形發(fā)生器AWG70000B系列、內(nèi)置本振的上變頻器、內(nèi)置本振的下變頻器、高性能示波器MSO64或DPO70000CDXSX系列、實時頻譜分析儀、以及相關(guān)軟件。AWG70000B系列任意波形發(fā)生器產(chǎn)生FMCW雷達中頻信號，通過上變頻器到76GHz至81GHz毫米波雷達信號，接收到的毫米波雷達信號通過下變頻器變到中頻，然后利用高性能示波器MSO64或DPO70000CDXSX系列采集雷達中頻信號，最后利用FMCW雷達信號分析軟件分析寬帶雷達信號，對于射頻性能指標可以利用實時頻譜分析儀RSA5126B進行驗證和測試。并且AWG70000B可以與高性能示波器實現(xiàn)整個系統(tǒng)的閉環(huán)幅度與相位校準和波形預(yù)失真，AWG還可以對高性能示波器采集的波形數(shù)據(jù)進行回放。

圖2 泰克汽車毫米波雷達信號測試框圖

圖2為泰克超寬帶毫米波雷達信號生成和采集分析處理閉環(huán)測試系統(tǒng)框圖。SourceXpress軟件生成FMCW雷達信號，任意波形發(fā)生器通過高速D/A輸出該信號，然后利用上變頻器完成上變頻至76GHz-81GHz頻率及功率調(diào)整后送至天線發(fā)射出去，下變頻器接收到天線的信號后把該射頻信號下變頻至高速數(shù)字熒光示波器A/D直接采集的頻段范圍，泰克高性能實時示波器利用FMCW雷達信號分析軟件完成對采集的數(shù)據(jù)進行全面分析，同時在頻域/時域/調(diào)制域完成對信號的全面測量。實時示波器采集的波形數(shù)據(jù)文件同樣還可以發(fā)送至SourceXpress信號生成軟件或第三方工具軟件進行二次“加工”后，再次交給任意波形發(fā)生器生成預(yù)失真信號，從而完成信號的閉環(huán)統(tǒng)測試。

圖3 毫米波雷達信號測試

1.1 泰克汽車毫米波雷達接收機性能測試方案

雷達接收端測試主要評估接收機的性能指標，要驗證雷達接收機的性能指標，需要產(chǎn)生毫米波雷達信號來測試汽車雷達接收端的探測性能，所以需要復(fù)雜的毫米波雷達信號模擬器。泰克的汽車毫米波雷達信號模擬系統(tǒng)由高性能任意波形發(fā)生器AWG70000B系列、內(nèi)置本振的上變頻器以及雷達信號生成軟件組成，見圖4。從生成FMCW雷達信號，到復(fù)雜的多目標模擬以及干擾信號生成，甚至多個背景發(fā)射機或者存在多種干擾場景下的更加復(fù)雜的信號，AWG都可以輕松產(chǎn)生。

泰克的雷達信號產(chǎn)生系統(tǒng)以泰克的AWG任意波形發(fā)生器和上變頻器作為硬件基礎(chǔ)，配合外圍的仿真軟件、信號生成軟件組成了功能強大超寬帶毫米波雷達信號仿真系統(tǒng)。

圖4 超寬帶毫米波雷達信號生成

AWG70000B系列高性能任意信號發(fā)生器能夠在DC～20GHz的頻率覆蓋范圍內(nèi)產(chǎn)生、校準20GHz瞬時帶寬的矢量信號，具備業(yè)內(nèi)無可比擬的采樣率、帶寬和信號保真度，結(jié)合SourceXpress信號高級RF/IF/IQ波形生成和編輯軟件，可以輕松產(chǎn)生FMCW、Pulse等雷達測試信號，方便的產(chǎn)生超寬帶雷達信號。

對于汽車毫米波雷達，頻率在76~81GHz范圍，載波頻率大于20GHz寬帶雷達信號產(chǎn)生，由Tektronix公司的任意波發(fā)生器AWG70000B和第三方NDK的上變頻器組成，能夠在76GHz～81GHz的頻率覆蓋范圍內(nèi)產(chǎn)生、校準4GHz瞬時帶寬的矢量信號，上變頻器內(nèi)置本振，不需要外接外部本振，這樣可以滿足76 GHz～81 GHz 頻率范圍4GHz 帶寬內(nèi)測試汽車毫米波雷達信號的需求，并能夠仿真各種信號，以進行廣泛的汽車雷達測試。

圖5 AWG +上變頻器到76GHz~81GHz方案

1.1.1 雷達信號產(chǎn)生軟件

基于AWG70000B系列配合SourceXpress中的Radar plug-in雷達信號生成插件，可方便的生成豐富而易用的基帶/中頻/射頻雷達信號?？梢岳肦adar plug-in來產(chǎn)生復(fù)雜電磁環(huán)境下的雷達信號，實現(xiàn)多雷達目標信號模擬的重要手段，干擾信號模擬，復(fù)雜電磁環(huán)境模擬等，為接收機的調(diào)試提供了有力的工具。還具有模擬復(fù)雜信道、任意在波形內(nèi)加入噪聲、干擾、跌落、IQ不匹配等“非理想”信號功能。通過SourceXpress軟件中的雷達信號生成插件能夠模擬各種雷達信號，從而執(zhí)行廣泛的汽車雷達測試。

雷達信號產(chǎn)生軟件特點

l 創(chuàng)建一個或多個脈沖組，形成相參或不相參脈沖串

l 獨立定義每個脈沖組

l 定義脈沖間和脈沖內(nèi)的跳頻碼型、頻率和幅度

l 定義所有脈沖參數(shù)，包括開始時間、上升時間、結(jié)束時間、下降時間、脈寬、衰落、過沖和波紋

l 使用斜坡或用戶自定義輪廓，定義參差PRI

l 建立自定義脈沖序列，使用AWG的序列模式以優(yōu)化內(nèi)存、建立更多脈沖串

l 支持各種脈內(nèi)調(diào)制類型，包括FMMCW，掃頻、步進調(diào)頻、巴克碼、多相碼、用戶自定義步進調(diào)頻和代碼及自定義調(diào)制

l 定義天線波束特性，模擬目標回波

l 模擬多目標雷達信號

圖6 產(chǎn)生FMCW雷達信號

1.1.2 預(yù)失真校準

AWG70000B的SourceXpress校準功能可以進行信號預(yù)失真處理，使得AWG輸出的寬帶調(diào)制信號具有平坦的頻響和線性相位響應(yīng)。此外，還可以校準fs/2和fs之間的映像，從而為采樣不足的信號提供平坦的響應(yīng)，只需簡單的操作就可以完成整個系統(tǒng)的校準。由于獨有的在線閉環(huán)校準功能，通過簡單的參數(shù)設(shè)置，便快捷地完成信號預(yù)失真，保證輸出寬帶調(diào)制信號有很好的平坦度和線性相位響應(yīng)，完全能夠達到寬帶調(diào)制信號分析和測量的要求。校準軟件界面見下圖7。

汽車雷達FMCW信號的帶寬大于500MHz，最大可達4GHz調(diào)制帶寬，為保證信號的帶內(nèi)平坦度，需要進行預(yù)失真校準?？梢岳锰┛耸静ㄆ骰蝾l譜儀對信號的幅度和相位進行閉環(huán)校準，以獲得平坦的頻率和線性相位響應(yīng)。用戶均可以通過指定起始和截止頻率（射頻和中頻）或帶寬（IQ/IQ 調(diào)制器）定義補償帶寬。預(yù)補償插件適用于多種調(diào)制波形類型和應(yīng)用，包括射頻、中頻或者 IQ 信號等。

圖7 預(yù)失真校準

從圖8中，可以看到，校準完成后，AWG在校準的頻帶范圍內(nèi)，幅度和相位的補償情況。校準后可以把DAC、電纜和ADC的幅度起伏和相位失真等影響消除，由于獨有的在線閉環(huán)校準功能，該系統(tǒng)既可產(chǎn)生高保真寬帶矢量信號，也可生成人為損傷信號，甚至是回放其它設(shè)備采集到的“真實世界”信號，即可知、可控及可重復(fù)地生成各種寬帶矢量信號。

圖8 預(yù)失真校準幅頻特性圖

1.1.3 泰克雷達信號產(chǎn)生系統(tǒng)指標

泰克毫米波雷達信號生成平臺由任意波形產(chǎn)生器和內(nèi)置本的上變頻器以及SourceXpress軟件組成，主要性能指標如下：

1） 頻率范圍：76GHz ~81GHz

2） 調(diào)制帶寬：》4GHz

3） 垂直分辨率：10位

4） 產(chǎn)生雷達FMCW等復(fù)雜信號產(chǎn)生軟件

5） 多目標雷達信號和干擾信號生成軟件

6） 對2通道以上配置，可以擴充多個設(shè)置

7） 上變頻器內(nèi)置本振

責任編輯：haq