汽車毫米波雷達(dá)測試與測量解決方案
隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展和人民生活水平的顯著提高，汽車消費(fèi)逐年快速增長，汽車所有權(quán)迅速增加，交通事故急劇增加，汽車安全問題受到廣泛關(guān)注。汽車防撞系統(tǒng)可以防止約65%的交通事故。
毫米波雷達(dá)因其探測精度高，硬件體積小，受天氣環(huán)境的影響小等優(yōu)點(diǎn)被廣泛采用。越來越多的車輛采用一個或者多個毫米波雷達(dá)來輔助駕駛員的駕駛操作，以提高駕駛的舒適性和安全性，避免交通事故的發(fā)生。
毫米波雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)自動駕駛多種功能，ADAS采用的傳感器主要有攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光、超聲波、紅外等。毫米波雷達(dá)傳輸距離遠(yuǎn)，在傳輸窗口內(nèi)大氣衰減和損耗低，穿透性強(qiáng)，可以滿足車輛對全天氣候的適應(yīng)性的要求，并且毫米波本身的特性，決定了毫米波雷達(dá)傳感器器件尺寸小、重量輕等特性。
汽車防撞雷達(dá)主要有超聲波雷達(dá)、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)等類型。不同雷達(dá)類型的工作原理不一樣，其性能和特點(diǎn)也各有優(yōu)缺點(diǎn)，不同的雷達(dá)可以用于實(shí)現(xiàn)不同的功能。
毫米波雷達(dá)通過微帶陣列天線向外發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波（FMCW），經(jīng)目標(biāo)反射后接收到的回波與發(fā)射波存在一個頻率差，通過信號處理器分析發(fā)射與反射信號的頻率差異，基于多普勒原理，可以精確測量目標(biāo)相對于雷達(dá)的運(yùn)動速度和距離，進(jìn)一步通過多目標(biāo)檢測與跟蹤算法，實(shí)現(xiàn)多目標(biāo)分離與跟蹤。進(jìn)而結(jié)合車身動態(tài)信息進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。經(jīng)合理決策后，以聲、光及觸覺等多種方式警告駕駛員，或及時對汽車做出主動干預(yù)，減少事故發(fā)生幾率。工作原理圖見圖1。
汽車毫米波雷達(dá)的測試挑戰(zhàn)
由于車載雷達(dá)關(guān)系到駕駛者的生命安全，為了確保汽車防撞雷達(dá)的工作穩(wěn)定、正常、可靠，需要對毫米波雷達(dá)進(jìn)行功能和性能測試。從毫米波雷達(dá)的研發(fā)、調(diào)試、優(yōu)化、生產(chǎn)、以及安裝校準(zhǔn)，都需要對雷達(dá)性能進(jìn)行規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化的檢測及診斷，實(shí)現(xiàn)對毫米波雷達(dá)的發(fā)射機(jī)性能、回波接收性能以及抗擾能力的測試。
汽車?yán)走_(dá)提供商或毫米波器件研制的過程中，要對發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、雷達(dá)組件、芯片、器件、以及單元電路進(jìn)行測試驗(yàn)證。由于79GHz提供了4GHz的超高帶寬，對毫米波雷達(dá)測試對測量系統(tǒng)來說是一種挑戰(zhàn)，因?yàn)殡S著頻率升高，信號的衰減會迅速上升，同樣就對儀表的接收能力也提出了很高的要求。泰克攜手合作伙伴可以給汽車毫米波雷達(dá)客戶完整的解決方案。
泰克汽車毫米波雷達(dá)信號產(chǎn)生和分析方案
汽車毫米波雷達(dá)收發(fā)系統(tǒng)主要包括發(fā)射機(jī)測試、接收機(jī)性能測試、以及抗干擾性能測試，發(fā)射機(jī)需要信號分析設(shè)備評估雷達(dá)發(fā)射信號的性能指標(biāo)。
泰克超寬帶汽車毫米波雷達(dá)信號測試方案包括雷達(dá)信號產(chǎn)生、雷達(dá)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、天線、內(nèi)置本振的下變頻器、高性能示波器MSO64或DPO70000CDXSX系列、實(shí)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(dá)中頻信號，通過上變頻器到76GHz至81GHz毫米波雷達(dá)信號，接收到的毫米波雷達(dá)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(dá)中頻信號，最后利用FMCW雷達(dá)信號分析軟件分析寬帶雷達(dá)信號，對于射頻性能指標(biāo)可以利用實(shí)時頻譜分析儀RSA5126B進(jìn)行驗(yàn)證和測試。并且AWG70000B可以與高性能示波器實(shí)現(xiàn)整個系統(tǒng)的閉環(huán)幅度與相位校準(zhǔn)和波形預(yù)失真，AWG還可以對高性能示波器采集的波形數(shù)據(jù)進(jìn)行回放。
測試方案1：雷達(dá)接收機(jī)性能測試
雷達(dá)接收端測試主要評估接收機(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)信號來測試汽車?yán)走_(dá)接收端的探測性能。泰克的汽車毫米波雷達(dá)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(dá)信號生成軟件組成，見圖3。從生成FMCW雷達(dá)信號，到復(fù)雜的多目標(biāo)模擬以及干擾信號生成，甚至多個背景發(fā)射機(jī)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(dá)信號產(chǎn)生系統(tǒng)以泰克的AWG任意波形發(fā)生器、上變頻器以及天線為硬件基礎(chǔ)，配合雷達(dá)信號生成軟件組成了功能強(qiáng)大毫米波雷達(dá)信號仿真系統(tǒng)。
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(zhǔn)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(dá)測試信號。
對于汽車毫米波雷達(dá)，頻率在7681GHz范圍，載波頻率大于20GHz寬帶雷達(dá)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(zhǔn)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(dá)信號的需求，并能夠仿真各種雷達(dá)信號，以進(jìn)行廣泛的汽車?yán)走_(dá)測試。
測試方案2：抗干擾性能測試
毫米波雷達(dá)抗干擾測試，需要產(chǎn)生單音信號、互調(diào)干擾、多雷達(dá)信號、還需要產(chǎn)生復(fù)雜環(huán)境下各種干擾信號來驗(yàn)證評估雷達(dá)的抗干擾能力。
泰克的AWG70000B系列配合SourceXpress中的復(fù)雜電磁環(huán)境信號生成插件，產(chǎn)生復(fù)雜電磁環(huán)境下的雷達(dá)信號，模擬更加復(fù)雜的測試場景，可以將任意波形作為背景發(fā)射機(jī)，模擬當(dāng)今復(fù)雜的電磁環(huán)境實(shí)現(xiàn)多雷達(dá)目標(biāo)信號模擬的重要手段，干擾信號模擬，通信信號模擬，復(fù)雜電磁環(huán)境模擬等，為接收機(jī)的抗干擾能力測試提供了有力的工具，驗(yàn)證汽車?yán)走_(dá)接收機(jī)的抗干擾能力。
泰克AWG中的復(fù)雜電磁環(huán)境插件可以模擬地面通信信號存在的潛在干擾、可以模擬車載毫米波雷達(dá)同類信號間的干擾等各種干擾信號。
在雷達(dá)信號庫里面，實(shí)際上還可以包括若干個雷達(dá)信號，而每一個雷達(dá)信號都可以設(shè)定自己的雷達(dá)參數(shù)，也可以設(shè)定雷達(dá)信號是否是同時到達(dá)。所以一個信號類型中就可以包括無數(shù)個相同類型的信號，模擬復(fù)雜電磁環(huán)境的真實(shí)狀態(tài)。該軟件可以模擬各種復(fù)雜信號，完全可以滿足當(dāng)前對復(fù)雜電磁環(huán)境下的汽車?yán)走_(dá)信號模擬需求。
測試方案3：發(fā)射機(jī)測試
車載雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)進(jìn)行測試，對雷達(dá)發(fā)送端發(fā)出的雷達(dá)信號進(jìn)行分析，從而測試?yán)走_(dá)信號的關(guān)鍵參數(shù)。泰克的雷達(dá)發(fā)射機(jī)測試方案以高性能實(shí)時示波器、實(shí)時頻譜分析儀、內(nèi)置本振的下變頻器和天線為硬件基礎(chǔ)，配合FMCW信號分析軟件組成了功能強(qiáng)大超寬帶毫米波雷達(dá)發(fā)射機(jī)信號采集分析方案。
泰克汽車?yán)走_(dá)分析解決方案提供了獨(dú)特的、專為76GHz–81GHz頻段優(yōu)化內(nèi)置本振的下變頻器，下變頻后輸出信號范圍為2GHz~7GHz中頻雷達(dá)信號通過實(shí)時示波器采集，然后利用FMCW分析軟件進(jìn)行精確的時域和調(diào)制域分析，對于射頻指標(biāo)通過實(shí)時頻譜分析儀測試，實(shí)現(xiàn)了優(yōu)良的汽車?yán)走_(dá)分析解決方案，很大限度提高了分析解決方案的性能。
圖7下變頻器+實(shí)時示波器/實(shí)時頻譜儀分析76GHz–81GHz雷達(dá)信號
泰克汽車毫米波雷達(dá)測試解決方案為汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的研究和生產(chǎn)提供了高效并且強(qiáng)大有力的硬件實(shí)驗(yàn)和驗(yàn)證能力，加速了汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)的研究。泰克的超寬帶毫米波雷達(dá)信號測試方案以其獨(dú)特的性能和豐富功能實(shí)現(xiàn)了已往無法測量的重要項(xiàng)目，簡單易用的雷達(dá)信號產(chǎn)生軟件和FMCW雷達(dá)信號分析軟件完美實(shí)現(xiàn)對雷達(dá)信號的仿真和分析，大大提高了工程師的工作效率。
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