毫米波雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生和分析方案

汽車(chē)毫米波雷達(dá)收發(fā)系統(tǒng)主要包括發(fā)射機(jī)測(cè)試、接收機(jī)性能測(cè)試、以及抗干擾性能測(cè)試，發(fā)射機(jī)需要信號(hào)分析設(shè)備評(píng)估雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的性能指標(biāo)。接收機(jī)需要信號(hào)源模擬回波，從FMCW信號(hào)，到復(fù)雜的多目標(biāo)模擬以及干擾信號(hào)生成，甚至多個(gè)背景發(fā)射機(jī)或者存在多種干擾場(chǎng)景下的更加復(fù)雜的信號(hào)，利用這些復(fù)雜信號(hào)來(lái)驗(yàn)證接收機(jī)的性能。泰克提供的汽車(chē)毫米波雷達(dá)測(cè)試與測(cè)量解決方案，能夠生成、測(cè)量和分析毫米波雷達(dá)信號(hào)，確保傳感器無(wú)故障運(yùn)行，保證安全駕駛。

圖1 汽車(chē)毫米波雷達(dá)信號(hào)測(cè)試原理圖

泰克超寬帶汽車(chē)毫米波雷達(dá)信號(hào)測(cè)試方案包括雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生、雷達(dá)信號(hào)分析和抗干擾測(cè)試，測(cè)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(shí)時(shí)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(dá)中頻信號(hào)，通過(guò)上變頻器到76GHz至81GHz毫米波雷達(dá)信號(hào)，接收到的毫米波雷達(dá)信號(hào)通過(guò)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(dá)中頻信號(hào)，最后利用FMCW雷達(dá)信號(hào)分析軟件分析寬帶雷達(dá)信號(hào)，對(duì)于射頻性能指標(biāo)可以利用實(shí)時(shí)頻譜分析儀RSA5126B進(jìn)行驗(yàn)證和測(cè)試。并且AWG70000B可以與高性能示波器實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)的閉環(huán)幅度與相位校準(zhǔn)和波形預(yù)失真，AWG還可以對(duì)高性能示波器采集的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行回放。

圖2 泰克汽車(chē)毫米波雷達(dá)信號(hào)測(cè)試框圖

圖2為泰克超寬帶毫米波雷達(dá)信號(hào)生成和采集分析處理閉環(huán)測(cè)試系統(tǒng)框圖。SourceXpress軟件生成FMCW雷達(dá)信號(hào)，任意波形發(fā)生器通過(guò)高速D/A輸出該信號(hào)，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(hào)后把該射頻信號(hào)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(shí)時(shí)示波器利用FMCW雷達(dá)信號(hào)分析軟件完成對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行全面分析，同時(shí)在頻域/時(shí)域/調(diào)制域完成對(duì)信號(hào)的全面測(cè)量。實(shí)時(shí)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(hào)生成軟件或第三方工具軟件進(jìn)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(hào)，從而完成信號(hào)的閉環(huán)統(tǒng)測(cè)試。

圖3 毫米波雷達(dá)信號(hào)測(cè)試

1.1 泰克汽車(chē)毫米波雷達(dá)接收機(jī)性能測(cè)試方案

雷達(dá)接收端測(cè)試主要評(píng)估接收機(jī)的性能指標(biāo)，要驗(yàn)證雷達(dá)接收機(jī)的性能指標(biāo)，需要產(chǎn)生毫米波雷達(dá)信號(hào)來(lái)測(cè)試汽車(chē)?yán)走_(dá)接收端的探測(cè)性能，所以需要復(fù)雜的毫米波雷達(dá)信號(hào)模擬器。泰克的汽車(chē)毫米波雷達(dá)信號(hào)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(dá)信號(hào)生成軟件組成，見(jiàn)圖4。從生成FMCW雷達(dá)信號(hào)，到復(fù)雜的多目標(biāo)模擬以及干擾信號(hào)生成，甚至多個(gè)背景發(fā)射機(jī)或者存在多種干擾場(chǎng)景下的更加復(fù)雜的信號(hào)，AWG都可以輕松產(chǎn)生。

泰克的雷達(dá)信號(hào)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(hào)生成軟件組成了功能強(qiáng)大超寬帶毫米波雷達(dá)信號(hào)仿真系統(tǒng)。

圖4 超寬帶毫米波雷達(dá)信號(hào)生成

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

對(duì)于汽車(chē)毫米波雷達(dá)，頻率在76~81GHz范圍，載波頻率大于20GHz寬帶雷達(dá)信號(hào)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(zhǔn)4GHz瞬時(shí)帶寬的矢量信號(hào)，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(cè)試汽車(chē)毫米波雷達(dá)信號(hào)的需求，并能夠仿真各種信號(hào)，以進(jìn)行廣泛的汽車(chē)?yán)走_(dá)測(cè)試。

圖5 AWG +上變頻器到76GHz~81GHz方案

1.1.1 雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生軟件

基于AWG70000B系列配合SourceXpress中的Radar plug-in雷達(dá)信號(hào)生成插件，可方便的生成豐富而易用的基帶/中頻/射頻雷達(dá)信號(hào)。可以利用Radar plug-in來(lái)產(chǎn)生復(fù)雜電磁環(huán)境下的雷達(dá)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多雷達(dá)目標(biāo)信號(hào)模擬的重要手段，干擾信號(hào)模擬，復(fù)雜電磁環(huán)境模擬等，為接收機(jī)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(hào)功能。通過(guò)SourceXpress軟件中的雷達(dá)信號(hào)生成插件能夠模擬各種雷達(dá)信號(hào)，從而執(zhí)行廣泛的汽車(chē)?yán)走_(dá)測(cè)試。

雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生軟件特點(diǎn)

l創(chuàng)建一個(gè)或多個(gè)脈沖組，形成相參或不相參脈沖串

l獨(dú)立定義每個(gè)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(kāi)始時(shí)間、上升時(shí)間、結(jié)束時(shí)間、下降時(shí)間、脈寬、衰落、過(guò)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(lèi)型，包括FMMCW,掃頻、步進(jìn)調(diào)頻、巴克碼、多相碼、用戶自定義步進(jìn)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(biāo)回波

l模擬多目標(biāo)雷達(dá)信號(hào)

圖6 產(chǎn)生FMCW雷達(dá)信號(hào)

1.1.2 預(yù)失真校準(zhǔn)

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

汽車(chē)?yán)走_(dá)FMCW信號(hào)的帶寬大于500MHz，最大可達(dá)4GHz調(diào)制帶寬，為保證信號(hào)的帶內(nèi)平坦度，需要進(jìn)行預(yù)失真校準(zhǔn)?？梢岳锰┛耸静ㄆ骰蝾l譜儀對(duì)信號(hào)的幅度和相位進(jìn)行閉環(huán)校準(zhǔn)，以獲得平坦的頻率和線性相位響應(yīng)。用戶均可以通過(guò)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(bǔ)償帶寬。預(yù)補(bǔ)償插件適用于多種調(diào)制波形類(lèi)型和應(yīng)用，包括射頻、中頻或者 IQ 信號(hào)等。

圖7 預(yù)失真校準(zhǔn)

從圖8中，可以看到，校準(zhǔn)完成后，AWG在校準(zhǔn)的頻帶范圍內(nèi)，幅度和相位的補(bǔ)償情況。校準(zhǔn)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(dú)有的在線閉環(huán)校準(zhǔn)功能，該系統(tǒng)既可產(chǎn)生高保真寬帶矢量信號(hào)，也可生成人為損傷信號(hào)，甚至是回放其它設(shè)備采集到的“真實(shí)世界”信號(hào)，即可知、可控及可重復(fù)地生成各種寬帶矢量信號(hào)。

圖8 預(yù)失真校準(zhǔn)幅頻特性圖

1.1.3 泰克雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)指標(biāo)

泰克毫米波雷達(dá)信號(hào)生成平臺(tái)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(biāo)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(dá)FMCW等復(fù)雜信號(hào)產(chǎn)生軟件

5) 多目標(biāo)雷達(dá)信號(hào)和干擾信號(hào)生成軟件

6) 對(duì)2通道以上配置，可以擴(kuò)充多個(gè)設(shè)置

7) 上變頻器內(nèi)置本振

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