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，汽車保有量迅速增加,，交通事故也急劇上升,，汽車安全問題被普遍關(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,，人們越來越渴望高科技帶來的安全與便捷，結(jié)合信號處理技術(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)改變了人們對傳統(tǒng)汽車電子的認(rèn)識。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,。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景,。把毫米波雷達(dá)安裝在汽車上，可以測量從雷達(dá)到被測物體之間的距離,、角度和相對速度等,。利用毫米波雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)巡航控制（ACC）、前向防撞報警（FCW）,、盲點(diǎn)檢測（BSD）,、輔助停車、輔助變道等高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）功能,。比較常見的汽車毫米波雷達(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,，波長從 1mm-10mm，毫米波雷達(dá)測距可達(dá) 200 多米,，可以對目標(biāo)進(jìn)行有無檢測,、測距、測速以及方位測量,。同時,，毫米波雷達(dá)能夠穿過光照、降雨,、揚(yáng)塵,、大霧等來準(zhǔn)確探測物體，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(檢測距離,、速度)；遠(yuǎn)距離雷達(dá)（LRR）是用來實(shí)現(xiàn)自動巡航（ACC）,，中距離雷達(dá)（MRR）用來實(shí)現(xiàn)側(cè)向來車報警和車道變道輔助,，近距離雷達(dá)（SRR）則是用來實(shí)現(xiàn)停車輔助、障礙和行人檢測,。

77GHz 汽車?yán)走_(dá)系統(tǒng)屬于目前國內(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,，以測量距離、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)簡單成本較低,，適合近距離探測,。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,。

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)。接收機(jī)需要信號源模擬回波,，從 FMCW 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,，利用這些復(fù)雜信號來驗(yàn)證接收機(jī)的性能,。泰克提供的汽車毫米波雷達(dá)測試與測量解決方案，能夠生成,、測量和分析毫米波雷達(dá)信號,，確保傳感器無故障運(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 DPO70000C\DX\SX 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 DPO70000C\DX\SX 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,。

圖 2  泰克汽車毫米波雷達(dá)信號測試框圖

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)。

圖 3   超寬帶毫米波雷達(dá)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(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,。

圖 4  AWG +上變頻器到 76GHz81GHz 方案

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,。

圖 5 復(fù)雜電磁環(huán)境信號和干擾信號信號生成

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,。

圖 6   超寬帶毫米波雷達(dá)信號采集分析

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

圖 8 毫米波雷達(dá)信號分析軟件

總結(jié)
泰克 76?81GHz 頻率汽車毫米波雷達(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,。