毫米波雷达信号产生和分析方案

汽车毫米波雷达收发系统主要包括发射机测试、接收机性能测试、以及抗干扰性能测试，发射机需要信号分析设备评估雷达发射信号的性能指标。接收机需要信号源模拟回波，从FMCW信号，到复杂的多目标模拟以及干扰信号生成，甚至多个背景发射机或者存在多种干扰场景下的更加复杂的信号，利用这些复杂信号来验证接收机的性能。泰克提供的汽车毫米波雷达测试与测量解决方案，能够生成、测量和分析毫米波雷达信号，确保传感器无故障运行，保证安全驾驶。   

图1  汽车毫米波雷达信号测试原理图

泰克超宽带汽车毫米波雷达信号测试方案包括雷达信号产生、雷达信号分析和抗干扰测试，测试系统包括高性能任意波形发生器AWG70000B系列、内置本振的上变频器、内置本振的下变频器、高性能示波器MSO64或DPO70000CDXSX系列、实时频谱分析仪、以及相关软件。AWG70000B系列任意波形发生器产生FMCW雷达中频信号，通过上变频器到76GHz至81GHz毫米波雷达信号，接收到的毫米波雷达信号通过下变频器变到中频，然后利用高性能示波器MSO64或DPO70000CDXSX系列采集雷达中频信号，最后利用FMCW雷达信号分析软件分析宽带雷达信号，对于射频性能指标可以利用实时频谱分析仪RSA5126B进行验证和测试。并且AWG70000B可以与高性能示波器实现整个系统的闭环幅度与相位校准和波形预失真，AWG还可以对高性能示波器采集的波形数据进行回放。

图2  泰克汽车毫米波雷达信号测试框图

图2为泰克超宽带毫米波雷达信号生成和采集分析处理闭环测试系统框图。SourceXpress软件生成FMCW雷达信号，任意波形发生器通过高速D/A输出该信号，然后利用上变频器完成上变频至76GHz-81GHz频率及功率调整后送至天线发射出去，下变频器接收到天线的信号后把该射频信号下变频至高速数字荧光示波器A/D直接采集的频段范围，泰克高性能实时示波器利用FMCW雷达信号分析软件完成对采集的数据进行全面分析，同时在频域/时域/调制域完成对信号的全面测量。实时示波器采集的波形数据文件同样还可以发送至SourceXpress信号生成软件或第三方工具软件进行二次“加工”后，再次交给任意波形发生器生成预失真信号，从而完成信号的闭环统测试。

图3   毫米波雷达信号测试

1.1   泰克汽车毫米波雷达接收机性能测试方案

雷达接收端测试主要评估接收机的性能指标，要验证雷达接收机的性能指标，需要产生毫米波雷达信号来测试汽车雷达接收端的探测性能，所以需要复杂的毫米波雷达信号模拟器。泰克的汽车毫米波雷达信号模拟系统由高性能任意波形发生器AWG70000B系列、内置本振的上变频器以及雷达信号生成软件组成，见图4。从生成FMCW雷达信号，到复杂的多目标模拟以及干扰信号生成，甚至多个背景发射机或者存在多种干扰场景下的更加复杂的信号，AWG都可以轻松产生。

泰克的雷达信号产生系统以泰克的AWG任意波形发生器和上变频器作为硬件基础，配合外围的仿真软件、信号生成软件组成了功能强大超宽带毫米波雷达信号仿真系统。

图4   超宽带毫米波雷达信号生成

AWG70000B系列高性能任意信号发生器能够在DC～20GHz的频率覆盖范围内产生、校准20GHz瞬时带宽的矢量信号，具备业内无可比拟的采样率、带宽和信号保真度，结合SourceXpress信号高级RF/IF/IQ波形生成和编辑软件，可以轻松产生FMCW、Pulse等雷达测试信号，方便的产生超宽带雷达信号。

对于汽车毫米波雷达，频率在76~81GHz范围，载波频率大于20GHz宽带雷达信号产生，由Tektronix公司的任意波发生器AWG70000B和第三方NDK的上变频器组成，能够在76GHz～81GHz的频率覆盖范围内产生、校准4GHz瞬时带宽的矢量信号，上变频器内置本振，不需要外接外部本振，这样可以满足76 GHz～81 GHz 频率范围4GHz 带宽内测试汽车毫米波雷达信号的需求，并能够仿真各种信号，以进行广泛的汽车雷达测试。

图5  AWG +上变频器到76GHz~81GHz方案

1.1.1   雷达信号产生软件

基于AWG70000B系列配合SourceXpress中的Radar plug-in雷达信号生成插件，可方便的生成丰富而易用的基带/中频/射频雷达信号。可以利用Radar plug-in来产生复杂电磁环境下的雷达信号，实现多雷达目标信号模拟的重要手段，干扰信号模拟，复杂电磁环境模拟等，为接收机的调试提供了有力的工具。还具有模拟复杂信道、任意在波形内加入噪声、干扰、跌落、IQ不匹配等“非理想”信号功能。通过SourceXpress软件中的雷达信号生成插件能够模拟各种雷达信号，从而执行广泛的汽车雷达测试。

雷达信号产生软件特点

l 创建一个或多个脉冲组，形成相参或不相参脉冲串

l 独立定义每个脉冲组

l 定义脉冲间和脉冲内的跳频码型、频率和幅度

l 定义所有脉冲参数，包括开始时间、上升时间、结束时间、下降时间、脉宽、衰落、过冲和波纹

l 使用斜坡或用户自定义轮廓，定义参差PRI

l 建立自定义脉冲序列，使用AWG的序列模式以优化内存、建立更多脉冲串

l 支持各种脉内调制类型，包括FMMCW,扫频、步进调频、巴克码、多相码、用户自定义步进调频和代码及自定义调制

l 定义天线波束特性，模拟目标回波

l 模拟多目标雷达信号

图6 产生FMCW雷达信号

1.1.2   预失真校准

AWG70000B的SourceXpress校准功能可以进行信号预失真处理，使得AWG输出的宽带调制信号具有平坦的频响和线性相位响应。此外，还可以校准fs/2和fs之间的映像，从而为采样不足的信号提供平坦的响应，只需简单的操作就可以完成整个系统的校准。由于独有的在线闭环校准功能，通过简单的参数设置，便快捷地完成信号预失真，保证输出宽带调制信号有很好的平坦度和线性相位响应，完全能够达到宽带调制信号分析和测量的要求。校准软件界面见下图7。

汽车雷达FMCW信号的带宽大于500MHz，最大可达4GHz调制带宽，为保证信号的带内平坦度，需要进行预失真校准。可以利用泰克示波器或频谱仪对信号的幅度和相位进行闭环校准，以获得平坦的频率和线性相位响应。用户均可以通过指定起始和截止频率（射频和中频）或带宽（IQ/IQ 调制器）定义补偿带宽。预补偿插件适用于多种调制波形类型和应用，包括射频、中频或者 IQ 信号等。

图7 预失真校准

从图8中，可以看到，校准完成后，AWG在校准的频带范围内，幅度和相位的补偿情况。校准后可以把DAC、电缆和ADC的幅度起伏和相位失真等影响消除，由于独有的在线闭环校准功能，该系统既可产生高保真宽带矢量信号，也可生成人为损伤信号，甚至是回放其它设备采集到的“真实世界”信号，即可知、可控及可重复地生成各种宽带矢量信号。

图8 预失真校准幅频特性图

1.1.3   泰克雷达信号产生系统指标

泰克毫米波雷达信号生成平台由任意波形产生器和内置本的上变频器以及SourceXpress软件组成，主要性能指标如下：

1)      频率范围：76GHz ~81GHz

2)      调制带宽：>4GHz

3)      垂直分辨率：10位

4)      产生雷达FMCW等复杂信号产生软件

5)      多目标雷达信号和干扰信号生成软件

6)      对2通道以上配置，可以扩充多个设置

7)      上变频器内置本振

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