一种车载雷达多目标独立仿真装置及方法与流程

本发明涉及毫米波雷达测试领域，具体涉及一种车载雷达多目标独立仿真装置及方法。

背景技术：

前向毫米波雷达是汽车主动安全系统的重要感知部件。随着技术不断发展，前向毫米波雷达具备了更远的探测距离，更高的角度分辨力，同时开始具备在俯仰角度的分辨能力。同时，对毫米波雷达的测试需求也在不断提高，要求系统能够在水平、俯仰角度提供独立目标位置的模拟。

现有的毫米波雷达测试系统往往不能在俯仰角度提供目标位置的模拟。例如，申请号为cn201910851521.0的专利文件公开了一种集雷达标定、有源收发和测量参数一体的测试系统和方法，其中公开了通过dut转台实现了相对角度的模拟。申请号为cn201910851521.0的专利文件公开了一种雷达多角度目标模拟系统，其中设有高速转台，并通过总控制器控制高速转台4的模拟转动角度，这两个专利文件中所公开的毫米波雷达测试系统不能在俯仰角度提供目标位置的模拟。

参见申请号为cn201811550694.0的专利文件，其公开了一种雷达功能测试系统及其测试方法，其通过设置转动装置、滑动装置，第一收发天线及第二收发天线，实现了双方向目标场景的模拟，即存在两个目标的情形的模拟。然而，由于第一、第二天线与模拟的两个目标是有位置关联关系的，使得能模拟的目标水平、垂直角度有限，特别是不能用于测试角雷达(大于120度探测范围)的测试。且由于系统必须将两个目标分配给第一和第二天线，不同的分配对模拟的场景有一定局限性。因此，上述技术还不能提供独立目标位置的模拟。

申请号为cn201721437567.0公开了一种两角度汽车雷达目标仿真系统，其包括微波暗箱、两个毫米波射频前端和一个毫米波雷达，其中毫米波雷达固装在双自由度转台上，毫米波射频前端的一个固装在一个六自由度机械臂的顶部并随之移动，另一个毫米波射频前端固装在第一个毫米波射频前端上方的内壁上。然而，受该发明技术方法的限制，能够模拟的水平角度范围较小，不能在任意场景实现±90度的角度。因此在应用上只适用较小探测角度的前向长距雷达，对高分辨率角雷达的测试不能很好的适应；此外，该发明虽然能在俯仰上实现模拟，但是当两个目标在俯仰上出现上下交替时，目标模拟会出现困难，因此该两角度汽车雷达目标仿真系统也不能对两个目标同时实现完全独立的两个角度的模拟。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种车载雷达多目标独立仿真装置及方法，以同时实现水平角度和俯仰角度上的多目标独立模拟。

为了实现上述目的，本发明提供了一种车载雷达多目标独立仿真装置，其用于对具备俯仰角度分辨能力的待测毫米波雷达进行多目标独立的模拟和测试，包括一射频暗室、安装在射频暗室的内部的雷达转台和两个旋转悬臂系统、以及安装于每个旋转悬臂系统上的喇叭天线，所述待测毫米波雷达安装于所述雷达转台上，喇叭天线设置为接收来自待测毫米波雷达的毫米波并发射对应于一目标的信号回波；每个旋转悬臂系统包括依次连接的转臂和悬臂，所述转臂为水平的且旋转方向为水平方向，所述转臂由一旋转电机驱动其旋转，以模拟目标相对于待测毫米波雷达的水平角度；所述悬臂为竖直且可伸缩的，且所述悬臂由一悬臂电机驱动其伸缩，以模拟目标相对于待测毫米波雷达的俯仰角度。

所述雷达转台安装于所述射频暗室的其中一个侧壁上，待测毫米波雷达通过夹具固定安装在所述雷达转台上。

两个旋转悬臂系统的转臂的固定端分别安装固定在所述射频暗室的顶壁和底壁上，雷达转台的中心与两个旋转悬臂系统的转臂的固定端处于同一竖直直线上，且其中一个旋转悬臂系统的转臂比另一旋转悬臂系统的转臂短。

所述悬臂的固定端安装在所述转臂的自由端上，所述悬臂电机固定在所述转臂上，所述喇叭天线安装在所述悬臂的自由端上。

所述喇叭天线与一回波延时模块连接，所述回波延时模块包括延时光纤，其设置为对喇叭天线发射的信号回波进行延时，以模拟待测毫米波雷达到对应的目标的延时。

所述射频暗室由一吸波材料包覆，且所述旋转悬臂系统和所述回波延时模块的表面均由一吸波材料包覆。。

另一方面，本发明提供一种车载雷达多目标独立仿真方法，包括：

s1：获取需要模拟的两个目标的信息参数；

s2：提供一根据上文所述的车载雷达多目标独立仿真装置，将一待测毫米波雷达安装于其雷达转台上，采用喇叭天线接收来自待测毫米波雷达的毫米波，根据接收的毫米波和两个目标的信息参数分别获取每个目标所对应的旋转悬臂系统的运动控制参数和喇叭天线的回波控制参数；

s3：将每个目标所对应的喇叭天线的回波控制参数和旋转悬臂系统的运动控制参数分别作为控制指令对应的发送给旋转悬臂系统的旋转电机和悬臂电机以及喇叭天线，由旋转电机驱动转臂旋转，以模拟目标相对于待测毫米波雷达的水平角度，由悬臂电机驱动悬臂伸缩，以模拟目标相对于待测毫米波雷达的俯仰角度，并控制喇叭天线发射对应于一目标的信号回波。

在所述步骤s2中，所述目标的信息参数包括：目标类型、目标与待测毫米波雷达的距离、目标的速度、目标相对于待测毫米波雷达的水平角度、目标相对于待测毫米波雷达的俯仰角度和目标的反射特性参数；每个目标所对应的旋转悬臂系统的运动控制参数包括旋转电机的步进量和悬臂电机的步进量，旋转电机的步进量由目标相对于待测毫米波雷达的水平角度得到，悬臂电机的步进量由目标相对于待测毫米波雷达的俯仰角度得到；每个目标所对应的喇叭天线的回波控制参数包括待测毫米波雷达到目标的延时、回波信号的多普勒频移、回波信号的功率，待测毫米波雷达到目标的延时由目标与待测毫米波雷达的距离得到，回波信号的多普勒频移可以由目标的速度得到，回波信号的回波信号的功率由待测毫米波雷达的发射功率和目标的反射特性参数得到。

所述步骤s1包括：

s11：获取多个目标的目标类型、目标与待测毫米波雷达的距离、目标的速度、目标相对于待测毫米波雷达的水平角度和目标相对于待测毫米波雷达的俯仰角度，将其作为多个目标的信息参数；

s12：筛选出在待测毫米波雷达的探测范围内的所有目标；

s13：根据所述步骤s11中的目标类型和目标与待测毫米波雷达的距离，获取在所述待测毫米波雷达的探测范围内的所有目标的反射特性参数，并将其作为目标的信息参数；

s14：选择优先模拟的两个目标。

在所述步骤s14之后，还包括步骤s15：判断两个目标之间是否存在遮挡，如果存在遮挡，则对目标的反射特性参数进行修正。

本发明的车载雷达多目标独立仿真装置采用两个旋转悬臂系统，通过两个转臂,并在转臂上安装可以上下伸缩的悬臂，实现了两个目标在水平角度和俯仰角度这两个自由度上的完全独立模拟，在场景和模拟范围上没有限制。此外，在需要更换待测毫米波雷达时，只需更换夹具，设定相应的补正参数即可，从而可以实现多个待测毫米波雷达的测试，且方便待测毫米波雷达的切换。

附图说明

图1为根据本发明的一个实施例的车载雷达多目标独立仿真装置的结构示意图。

图2为根据本发明的一个实施例的车载雷达多目标独立仿真方法的流程框图。

具体实施方式

如图1所示为根据本发明的一个实施例的车载雷达多目标独立仿真装置，其用于对具备俯仰角度分辨能力的待测毫米波雷达进行多目标独立的模拟和测试，其包括一射频暗室1、安装在射频暗室1的内部的雷达转台2和两个旋转悬臂系统3、以及安装于每个旋转悬臂系统3上的喇叭天线4。

所述雷达转台2安装于所述射频暗室1的其中一个侧壁上，所述待测毫米波雷达安装于所述雷达转台2上，由此，雷达转台2一方面可以通过转动实现标定待测毫米波雷达的功能，另一方面使得雷达转台2可以与待测毫米波雷达配合转动，防止出现干扰。待测毫米波雷达通过夹具固定安装在所述雷达转台2上，并通过定位孔和螺丝的配合来固定。

喇叭天线4设置为接收来自待测毫米波雷达的毫米波并发射对应于一目标的信号回波，以模拟一对应的目标。两个旋转悬臂系统3分别安装固定在所述射频暗室1的顶壁和底壁上，用来分别模拟安装于其上的喇叭天线4所对应的目标的角度位置。

每个旋转悬臂系统3为双自由度旋转悬臂系统，设置为模拟目标相对于待测毫米波雷达的水平角度和俯仰角度，其包括依次连接的转臂31和悬臂32，由此实现了两个目标的彼此完全独立，分别实现了目标在水平角度和俯仰角度的独立模拟。其中，所述转臂31具有固定端和自由端，所述转臂31为水平的且旋转方向为水平方向，可以实现水平方向180度旋转，所述转臂31由一旋转电机34驱动其旋转，以模拟目标相对于待测毫米波雷达的水平角度。两个旋转悬臂系统3的转臂31的固定端(即旋转中心)分别安装固定在所述射频暗室1的顶壁和底壁上，雷达转台2的中心与两个旋转悬臂系统3的转臂31的固定端处于同一竖直直线上，使得转臂31转动的角度等于目标相对于待测毫米波雷达的水平角度，以简化目标模拟时的信号处理；且其中一个旋转悬臂系统3的转臂31比另一旋转悬臂系统的转臂31短，一方面避免两个旋转悬臂系统在运动中干涉的风险，另一方面当离雷达较远的喇叭天线被机构遮挡时，可以利用毫米波的绕射特性避免信号遮挡。

悬臂32的固定端安装在所述转臂31的自由端上，且悬臂电机35同样固定在所述转臂31上，悬臂32为竖直且可伸缩的，所述悬臂32由一悬臂电机35驱动其伸缩以模拟目标相对于待测毫米波雷达的俯仰角度，且喇叭天线4安装在悬臂32的自由端上，使得其自由端实现竖直方向的直线运动。

此外，所述喇叭天线4与一回波延时模块41连接，所述回波延时模块41包括延时光纤，其设置为对喇叭天线4发射的信号回波进行延时，以模拟待测毫米波雷达到对应的目标的延时，从而模拟所述目标的距离。该回波延时模块41安装在所述转臂31上，而不是安装于暗室外，可以减少所述喇叭天线4到回波延时模块41的固定延迟，从而大大降低本发明的车载雷达多目标独立仿真装置可以模拟的最小目标距离。

所述射频暗室1由一吸波材料包覆，以屏蔽外界干扰，为待测毫米波雷达提供所需的电磁环境；且整个旋转悬臂系统3的表面(即转臂31、悬臂32、旋转电机34和悬臂电机35的表面)和所述回波延时模块41的表面均由一吸波材料包覆，而喇叭天线4没有包覆吸波材料，从而形成待测毫米波雷达与喇叭电线33的双向唯一可见性。

基于上文的车载雷达多目标独立仿真装置，所实现的车载雷达多目标独立仿真方法的工作流程如图2所示，其运行于ni公司的实时处理器中，包括以下步骤：

步骤s1：获取需要模拟的两个目标的信息参数，具体包括：

步骤s11：获取多个目标的目标类型、目标与待测毫米波雷达的距离、目标的速度、目标相对于待测毫米波雷达的水平角度和目标相对于待测毫米波雷达的俯仰角度，将其作为多个目标的信息参数。

目标类型、目标与待测毫米波雷达的距离、目标的速度、目标相对于待测毫米波雷达的水平角度和目标相对于待测毫米波雷达的俯仰角度均通过接收由一仿真场景软件提供的目标的信息列表来得到，所述目标的信息列表通过以太网发送到所述ni的实时处理器，并经过ni的实时处理器中的一接口模型的运行。由此，实现本装置对测试软件的相对独立性，使之能够适用于不同的仿真软件；

此外，在步骤s11中，还包括步骤：对目标的位置参数进行坐标系变换，目标的位置参数包括目标的速度、目标与待测毫米波雷达的距离、目标相对于待测毫米波雷达的水平角度和目标相对于待测毫米波雷达的俯仰角度，坐标系变换是指由世界坐标系变换为以待测毫米波雷达为原点的角度坐标系。

步骤s12：筛选出在待测毫米波雷达的探测范围内的所有目标。

步骤s12具体包括：

判断各个目标是否在所述待测毫米波雷达的探测范围内，若存在目标判断为不在所述待测毫米波雷达的探测范围内，则将该目标删除，否则继续执行步骤s13。

步骤s13：根据所述步骤s11中的目标类型和目标与待测毫米波雷达的距离，获取在所述待测毫米波雷达的探测范围内的所有目标的反射特性参数，并将其作为目标的信息参数；

其中，目标的反射特性参数通过目标的反射特性实验进行统计分析来获取。目标的反射特性参数，如反射功率、rcs等等，取决于目标类型和目标与待测毫米波雷达的距离。

步骤s14：选择优先模拟的两个目标；

其中，选择优先模拟的两个目标可以采用任意现有的雷达的目标选择策略，例如采用目标的反射特性参数优先的目标选择策略。

此外，在所述步骤s14之后，还可以包括步骤s15：判断两个目标之间是否存在遮挡，如果存在遮挡，则对目标的反射特性参数进行修正；

所修正的目标的反射特性参数包括反射功率、rcs等等。反射特性参数的修正方法包括：首先通过实验获得不同rcs特性的目标在不同位置下，遮挡时对雷达波束的反射功率，作为目标值；然后测量暗室中两个喇叭天线在遮挡时雷达的接收功率，作为实际值；随后根据目标值和实际值两者的差异来调整目标模拟器的发射功率，使雷达实际接收功率逼近实验目标值。

步骤s2：提供一根据上文所述的车载雷达多目标独立仿真装置，将一待测毫米波雷达安装于其雷达转台2上，采用喇叭天线4接收来自待测毫米波雷达的毫米波，根据接收的毫米波和两个目标的信息参数分别获取每个目标所对应的旋转悬臂系统3的运动控制参数和喇叭天线4的回波控制参数；

其中，目标的信息参数包括：目标类型、目标与待测毫米波雷达的距离、目标的速度、目标相对于待测毫米波雷达的水平角度、目标相对于待测毫米波雷达的俯仰角度和目标的反射特性参数。

每个目标所对应的旋转悬臂系统3的运动控制参数包括旋转电机34的步进量和悬臂电机35的步进量，其中，旋转电机34的步进量由目标相对于待测毫米波雷达的水平角度得到，悬臂电机35的步进量由目标相对于待测毫米波雷达的俯仰角度得到。

每个目标所对应的喇叭天线4的回波控制参数包括待测毫米波雷达到目标的延时、回波信号的多普勒频移、回波信号的回波信号功率，待测毫米波雷达到目标的延时由目标与待测毫米波雷达的距离得到，多普勒频移由目标的速度得到，回波信号功率由待测毫米波雷达的发射功率和目标的反射特性参数得到。

步骤s3：将每个目标所对应的喇叭天线4的回波控制参数和旋转悬臂系统3的运动控制参数分别作为控制指令对应的发送给旋转悬臂系统3的旋转电机34和悬臂电机35以及喇叭天线4，由旋转电机34驱动转臂31旋转，以模拟目标相对于待测毫米波雷达的水平角度，由悬臂电机35驱动悬臂32伸缩，以模拟目标相对于待测毫米波雷达的俯仰角度，并控制喇叭天线4发射对应于一目标的信号回波。

其中，所述步骤s1-步骤s3通过在所述实时处理器中采用simulink开发一个接口模型来实现，由此，本发明的车载雷达多目标独立仿真方法通过一个接口模型来集成坐标系变换、目标筛选、反射特性参数校正等功能，使得在切换仿真软件时，只需要进行做变量匹配就可以完成需要模拟的两个目标的信息参数的自动获取，省去了原来重新开发模拟器和运动机构控制软件的过程。

以上所述的，仅为本发明的较佳实施例，并非用以限定本发明的范围，本发明的上述实施例还可以做出各种变化。即凡是依据本发明申请的权利要求书及说明书内容所作的简单、等效变化与修饰，皆落入本发明专利的权利要求保护范围。本发明未详尽描述的均为常规技术内容。