隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展以及人們生活水平的顯著提高，汽車消費(fèi)每年都在快速增長(zhǎng),，汽車保有量迅速增加，交通事故也急劇上升,，汽車安全問(wèn)題被普遍關(guān)注,。汽車防撞系統(tǒng)能夠?qū)Υ蠹s 65%的交通事故發(fā)生起到阻止作用。同樣在高端汽車領(lǐng)域,，人們?cè)絹?lái)越渴望高科技帶來(lái)的安全與便捷,，結(jié)合信號(hào)處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)汽車自主智能巡航、輔助泊車,、汽車防撞雷達(dá)等各種系統(tǒng)已經(jīng)改變了人們對(duì)傳統(tǒng)汽車電子的認(rèn)識(shí),。毫米波雷達(dá)因其探測(cè)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(lái)越多的車輛采用一個(gè)或者多個(gè)毫米波雷達(dá)來(lái)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(dòng)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(duì)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,。很好的彌補(bǔ)了攝像頭、激光,、超聲波,、紅外等其他傳感器，在車載應(yīng)用中所不具備的使用場(chǎng)景,。把毫米波雷達(dá)安裝在汽車上,，可以測(cè)量從雷達(dá)到被測(cè)物體之間的距離、角度和相對(duì)速度等,。利用毫米波雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航控制（ACC）,、前向防撞報(bào)警（FCW）、盲點(diǎn)檢測(cè)（BSD）,、輔助停車,、輔助變道等高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）功能。比較常見(jiàn)的汽車毫米波雷達(dá)工作頻率在 76GH-81GHz 范圍,。

汽車毫米波雷達(dá)的工作原理

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)是 ADAS 系統(tǒng)的主要傳感器，毫米波雷達(dá)頻率范圍 30GHz-300GHz,，波長(zhǎng)從 1mm-10mm,，毫米波雷達(dá)測(cè)距可達(dá) 200 多米，可以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行有無(wú)檢測(cè),、測(cè)距,、測(cè)速以及方位測(cè)量,。同時(shí)，毫米波雷達(dá)能夠穿過(guò)光照,、降雨,、揚(yáng)塵、大霧等來(lái)準(zhǔn)確探測(cè)物體,，可全天候工作,。

汽車?yán)走_(dá)作為駕駛員輔助系統(tǒng)的核心傳感器(檢測(cè)距離、速度),；遠(yuǎn)距離雷達(dá)（LRR）是用來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)巡航（ACC）,，中距離雷達(dá)（MRR）用來(lái)實(shí)現(xiàn)側(cè)向來(lái)車報(bào)警和車道變道輔助，近距離雷達(dá)（SRR）則是用來(lái)實(shí)現(xiàn)停車輔助,、障礙和行人檢測(cè),。

77GHz 汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)屬于目前國(guó)內(nèi)外各大汽車公司研究和設(shè)計(jì)的熱點(diǎn)，相比于激光車載雷達(dá),、紅外線車載雷達(dá)以及其他低頻段的毫米波車載雷達(dá)而言,，77GHz 汽車?yán)走_(dá)可利用的頻譜范圍寬、信息容量大,、分辨率高,、多普勒頻移大、測(cè)速靈敏度高,、抗干擾能力及穿透等離子體的能力強(qiáng),，并且容易實(shí)現(xiàn)天線的窄波束和高增益等。

毫米波帶寬大,、分辨率高,、天線部件尺寸小，能適應(yīng)惡劣環(huán)境,。毫米波雷達(dá)中目前使用最廣泛的是調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）的特殊毫米波技術(shù),。具體指，雷達(dá)連續(xù)發(fā)射 FMCW 調(diào)頻信號(hào),，以測(cè)量距離,、角度以及速度，不同于周期性發(fā)射短脈沖的傳統(tǒng)脈沖雷達(dá)系統(tǒng),，車用毫米波雷達(dá),，通常采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單成本較低，適合近距離探測(cè),。雷達(dá)天線向外發(fā)出一系列連續(xù)調(diào)頻毫米波,，頻率隨時(shí)間按調(diào)制電壓的規(guī)律變化，一般是連續(xù)的三角波,，也可以是鋸齒波,。

毫米波雷達(dá)通過(guò)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(gè)頻率差，通過(guò)信號(hào)處理器分析發(fā)射與反射信號(hào)的頻率差異,，基于多普勒原理,，可以精確測(cè)量目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)速度和距離，進(jìn)一步通過(guò)多目標(biāo)檢測(cè)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(dòng)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(jué)等多種方式警告駕駛員，或及時(shí)對(duì)汽車做出主動(dòng)干預(yù),，減少事故發(fā)生幾率,。工作原理圖見(jiàn)圖 1。

圖 1  汽車毫米波雷達(dá)工作原理框圖

汽車毫米波雷達(dá)的測(cè)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(duì)毫米波雷達(dá)進(jìn)行功能和性能測(cè)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(duì)雷達(dá)性能進(jìn)行規(guī)范化,、標(biāo)準(zhǔn)化的檢測(cè)及診斷，實(shí)現(xiàn)對(duì)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(cè)試,。

汽車?yán)走_(dá)提供商或毫米波器件研制的過(guò)程中，要對(duì)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(cè)試驗(yàn)證。由于 79GHz 提供了 4GHz 的超高帶寬,，對(duì)毫米波雷達(dá)測(cè)試對(duì)測(cè)量系統(tǒng)來(lái)說(shuō)是一種挑戰(zhàn),，因?yàn)殡S著頻率升高，信號(hào)的衰減會(huì)迅速上升，同樣就對(duì)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(hào)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(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,。    

泰克超寬帶汽車毫米波雷達(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、天線,、內(nèi)置本振的下變頻器,、高性能示波器 MSO64 或 DPO70000C\DX\SX 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 DPO70000C\DX\SX 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  泰克汽車毫米波雷達(dá)信號(hào)測(cè)試框圖

測(cè)試方案 1：雷達(dá)接收機(jī)性能測(cè)試

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?yán)走_(dá)接收端的探測(cè)性能,。泰克的汽車毫米波雷達(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 3。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,、上變頻器以及天線為硬件基礎(chǔ)，配合雷達(dá)信號(hào)生成軟件組成了功能強(qiáng)大毫米波雷達(dá)信號(hào)仿真系統(tǒng),。

圖 3   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),。

對(duì)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(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)試汽車毫米波雷達(dá)信號(hào)的需求,，并能夠仿真各種雷達(dá)信號(hào)，以進(jìn)行廣泛的汽車?yán)走_(dá)測(cè)試,。

圖 4  AWG +上變頻器到 76GHz81GHz 方案

測(cè)試方案 2：抗干擾性能測(cè)試

毫米波雷達(dá)抗干擾測(cè)試,，需要產(chǎn)生單音信號(hào)、互調(diào)干擾,、多雷達(dá)信號(hào),、還需要產(chǎn)生復(fù)雜環(huán)境下各種干擾信號(hào)來(lái)驗(yàn)證評(píng)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(hào)生成插件,，產(chǎn)生復(fù)雜電磁環(huán)境下的雷達(dá)信號(hào),，模擬更加復(fù)雜的測(cè)試場(chǎng)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(hào)模擬的重要手段,，干擾信號(hào)模擬，通信信號(hào)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(cè)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(hào)存在的潛在干擾,、可以模擬車載毫米波雷達(dá)同類信號(hào)間的干擾等各種干擾信號(hào),。

圖 5 復(fù)雜電磁環(huán)境信號(hào)和干擾信號(hào)信號(hào)生成

在雷達(dá)信號(hào)庫(kù)里面，實(shí)際上還可以包括若干個(gè)雷達(dá)信號(hào),，而每一個(gè)雷達(dá)信號(hào)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(hào)是否是同時(shí)到達(dá)。所以一個(gè)信號(hào)類型中就可以包括無(wú)數(shù)個(gè)相同類型的信號(hào),，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(hào),，完全可以滿足當(dāng)前對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境下的汽車?yán)走_(dá)信號(hào)模擬需求,。

測(cè)試方案 3：發(fā)射機(jī)測(cè)試

車載雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)進(jìn)行測(cè)試，對(duì)雷達(dá)發(fā)送端發(fā)出的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行分析,，從而測(cè)試?yán)走_(dá)信號(hào)的關(guān)鍵參數(shù),。泰克的雷達(dá)發(fā)射機(jī)測(cè)試方案以高性能實(shí)時(shí)示波器、實(shí)時(shí)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(hào)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(hào)采集分析方案。

圖 6   超寬帶毫米波雷達(dá)信號(hào)采集分析

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(hào)范圍為 2GHz ~ 7GHz 中頻雷達(dá)信號(hào)通過(guò)實(shí)時(shí)示波器采集，然后利用 FMCW 分析軟件進(jìn)行精確的時(shí)域和調(diào)制域分析,，對(duì)于射頻指標(biāo)通過(guò)實(shí)時(shí)頻譜分析儀測(cè)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(shí)示波器 / 實(shí)時(shí)頻譜儀分析 76GHz - 81GHz 雷達(dá)信號(hào)

圖 8 毫米波雷達(dá)信號(hào)分析軟件

總結(jié)
泰克 76?81GHz 頻率汽車毫米波雷達(dá)測(cè)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(hào)測(cè)試方案以其獨(dú)特的性能和豐富功能實(shí)現(xiàn)了已往無(wú)法測(cè)量的重要項(xiàng)目,，簡(jiǎn)單易用的雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生軟件和 FMCW 雷達(dá)信號(hào)分析軟件完美實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)信號(hào)的仿真和分析,，大大提高了工程師的工作效率。