阅读说明：本技术 一种多目标多功能毫米波雷达回波模拟暗箱测试系统 (Multi-target multifunctional millimeter wave radar echo simulation dark box test system ) 是由 黄云亮 赵帅 宝鹤鹏 翟洋 陈硕 于 2020-06-12 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种多目标多功能毫米波雷达回波模拟暗箱测试系统,包括控制单元及与控制单元连接的雷达回波模拟器暗箱,上位机电脑,实时机系统,被测件；所述上位机电脑用于运行场景软件,搭建并显示特定视角下的测试场景；所述雷达回波模拟器暗箱用于实现指定目标信息的回波模拟及雷达在环测试。本发明所述的一种多目标多功能毫米波雷达回波模拟暗箱测试系统,多种信号输入方式使得该系统能够开展雷达基本性能测试,链接场景软件和实时机系统进行的毫米波雷达硬件在环测试,扩大了可模拟场景,能够将大量的实车测试转移到实验室模拟器中来,降低了自动驾驶测试验证成本,提高了雷达回拨模拟暗箱的利用率,有助于自动驾驶功能的快速验证。(The invention provides a multi-target multifunctional millimeter wave radar echo simulation dark box test system which comprises a control unit, a radar echo simulator dark box connected with the control unit, an upper computer, a real-time machine system and a tested piece, wherein the upper computer is connected with the control unit; the upper computer is used for operating scene software, and building and displaying a test scene at a specific visual angle; the radar echo simulator dark box is used for realizing echo simulation of specified target information and radar in-loop test. According to the multi-target multifunctional millimeter wave radar echo simulation camera bellows test system, multiple signal input modes enable the system to carry out radar basic performance tests, scene software and millimeter wave radar hardware in-loop tests carried out by a real-time machine system are linked, simulation scenes are enlarged, a large number of real vehicle tests can be transferred to a laboratory simulator, automatic driving test verification cost is reduced, the utilization rate of a radar dial-back simulation camera bellows is improved, and quick verification of an automatic driving function is facilitated.)

一种多目标多功能毫米波雷达回波模拟暗箱测试系统

技术领域

本发明属于自动驾驶传感器仿真测试、车载毫米波雷达测试领域，尤其是涉及一种多目标多功能毫米波雷达回波模拟暗箱测试系统。

背景技术

车用毫米波雷达是先进驾驶辅助系统(ADAS)中的主要传感器，它通过感知周围目标的状态信息，帮助驾驶者在最短的时间内察觉可能发生的危险，以引起注意和提高安全性。车用毫米波雷达现已普遍应用于主动式巡航控制(ACC)、盲点检测(BSD)、和并线辅助(LCA)系统中。

车用毫米波雷达目标回波模拟器是车用毫米波雷达半实物仿真与测试的重要仪器设备，模拟器可通过空馈方式接收雷达的发射信号，分析发射信号的特征参数，并根据要模拟的目标信息给雷达发出回波，它是车用毫米波雷达研发、生产、质检、以及维护的重要工具。

ADAS或自动驾驶系统的仿真测试是其研发流程中不可缺少的重要环节，毫米波雷达是ADAS或自动驾驶系统非常重要的感知部件，实验室环境下的毫米波雷达目标模拟一直是实现ADAS及自动驾驶系统仿真测试的一大技术难点。基于NI VRTS系统开发的汽车毫米波雷达模拟器暗箱可以模拟真实雷达回波信号给真实的毫米波雷达传感器，从而将虚拟交通场景中交通车辆的位置和速度信息传递给ADAS或自动驾驶系统，实现基于虚拟场景的闭环仿真测试。

现有的雷达测试系统可分为两类，一类是通过布置实际试验场地来进行测试，这种测试系统成本很高；另一类是通过模拟的方式构建虚拟测试场景，成本低，测试方便。但是，无论现有的哪种雷达测试系统都只能测试简单的行驶场景，难以真正保证毫米波雷达的性能是否能够在复杂的行驶场景中满足感知要求

现有雷达回波模拟器暗箱大多数也是基于NI VRTS硬件，搭建出来应用于雷达产线测试标定的测试暗箱，通过VRTS在滑台上移动，毫米波雷达固定在转台上能过够进行水平和俯仰转动来实现运动目标模拟和雷达测试。但传统模拟器暗箱信号源输入方式单一，功能单一，模拟目标数量少。

雷达回波模拟器作为实验室环境下用于射频雷达目标的模拟仿真设备，能够输出不同RCS、不同距离的仿真目标信息，但一般雷达回波模拟器体积、质量较大，可以模拟的目标状态比较单一，不能满足现有的毫米波雷达，需要进行不同角度、多动态目标的全面雷达回波模拟的要求。

发明内容

有鉴于此，本发明旨在克服上述现有技术中存在的缺陷，提出一种多目标多功能毫米波雷达回波模拟暗箱测试系统。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种多目标多功能毫米波雷达回波模拟暗箱测试系统，包括雷达回波模拟器暗箱、上位机电脑、NI RT实时机、ADAS控制器；

所述雷达回波模拟器暗箱用于实现指定目标信息的回波模拟及雷达在环测试；

所述雷达回波模拟器暗箱连接NI RT实时机，NI RT实时机连接上位机；所述ADAS控制器连接雷达回波模拟器暗箱和NI RT实时机；

所述雷达回波模拟器暗箱内设有用于放置毫米波雷达的转台组件，转台组件***设有用于模拟多目标的目标模拟组件。

进一步的，所述雷达回波模拟器暗箱包括控制主机；所述控制主机用于控制雷达回波模拟器及编辑场景信息；所述控制主机还设有用于输入场景软件中的目标信息的CAN信号输入接口和以太网信号输入接口。

进一步的，所述目标模拟组件包括下导轨、第一回波模拟设备；

所述下导轨为以毫米波雷达为圆心的弧形导轨；所述下导轨上设有用于放置第一回波模拟设备的下滑台；所述第一回波模拟设备包括第一射频探头、PXI控制器和两个可变延迟发生器；所述PXI控制器连接两个可变延迟发生器，可变延迟发生器连接第一射频探头。两个所述可变延时发生器使得第一射频探头能够实现两个目标的模拟。

进一步的，所述下导轨上方还设有上导轨；所述上导轨上对应设有上滑台，上滑台上设有第二回波模拟设备；所述第二回波模拟设备结构与第一回波模拟器结构相同；所述第一回波模拟设备和第二回波模拟设备用于实现两个角度、四个目标的模拟。

进一步的，所述上滑台对应设有用于驱动其运动的第二驱动电机；所述下滑台对应设有用于驱动其运动的第一驱动电机。

进一步的，所述转台组件包括底座、升降台；

所述升降台安装于底座上，升降台上设有直线导轨，直线导轨对应设有纵向滑台，纵向滑台上设有横向导轨，横向导轨对应设有横向滑台；所述横向滑台顶部为水平转台，水平转台顶部设有俯仰台，俯仰台上设有用于固定雷达的夹具。

进一步的，所述雷达回波模拟器暗箱内部装有发泡聚苯乙烯吸波材料。

相对于现有技术，本发明具有以下优势：

该多目标多功能毫米波雷达回波模拟暗箱测试系统，克服了前述毫米波雷达回波模拟器模拟目标单一，测试功能简单。多种信号输入方式使得该系统能够开展雷达基本性能测试。链接场景软件和实时机系统进行的毫米波雷达硬件在环，大大扩大了可模拟场景，能够将大量的实车测试转移到实验室模拟器中来，降低了自动驾驶测试验证成本，提高了雷达回拨模拟暗箱的利用率，有助于自动驾驶功能的快速验证，助力于自动驾驶产业发展。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例所述的系统框图示意图；

图2为本发明实施例所述的三种输入方式示意图；

图3为本发明实施例所述的电路原理图；

图4为本发明实施例所述的运动目标模拟示意图；

图5为本发明实施例所述的VRTS测试系统原理示意图；

图6为本发明实施例所述的测试系统示意图；

图7为本发明实施例所述的雷达回波模拟器暗箱内部示意图；

图8为本发明实施例所述的转台组件示意图。

附图标记说明：

1、底座；2、升降台；3、纵向滑台；4、横向滑台；5、水平转台；6、俯仰台；7、夹具；8、下导轨；9、下滑台；10、第二驱动电机；11、VRTS-1；12、VRTS-2；13、第一驱动电机；14、上滑台；15、上导轨。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

Radar ADAS HIL system可实现雷达在环测试，可应用于诸多ADAS测试场景，主要实现简易ACC/AEB场景验证。雷达硬件在环的测试原理如图1和图2所示：

系统主要包含IPC上位机,PXI下位机，Radar暗箱和ADAS ECU等。其中：

IPC高性能上位机：

实现VeriStand的工程搭建，编辑，部署，仿真管理等功能；

实现CarMaker工程搭建，虚拟传感器设置，虚拟场景编辑及显示功能。

PXI下位机：

VeriStand RT提供高精度的实时仿真运行环境；

CarMaker实时运行车辆动力学，道路，传感器等模型；

运行实时IO，例如CAN卡，为各部件的信号交互提供实时总线接口。

Radar暗箱：

VRTS：实现指定目标信息(相对径向距离，速度等)的回波模拟，激励在环雷达的射频注入。

Radar Sensor：本文档中使用的是Conti 404-21系列雷达。输出检测到的目标至在环的ADAS ECU。

ADAS ECU：

系统包含的组件

工控机IPC包含2个显示器，一个高分辨率的显示器用于整体测试动画展示，一个用于用户操作。IPC将在PXI实时系统中部署

CarMaker的道路场景，VeriStand工程编辑部署，且提供了HIL测试系统相关的开发环境。

实时系统包含以下所有软硬件。

1.PXIe 1085Chassis

2.PXIe-8880 Embedded Controller

3.PXI 8513CAN

多目标多用途雷达目标回波模拟暗箱测试系统，包含，一个测试暗箱，一套车载雷达测试系统(VRTS)，两个射频探头，上滑台，下滑台水平移动来实现模拟目标的方向和速度的变化。模拟目标距离信息通过可变延迟发生器来实现距离信息模拟。固定雷达的转台可以实现水平转动，俯仰转动，来实现雷达探测范围测试。

雷达射频性能测试：测量模块，直接输出雷达射频性能参数结果。

雷达探测性能测试：探测范围，探测目标能力测试。通过转台水平转动，俯仰转动。

如图6-8所示，该多目标多用途毫米波雷达目标回波模拟暗箱测试系统，暗室的整体大小为长3.00m，宽2.60m，高1.90m，暗箱内部包括：转台(包括水平转台和俯仰转台)，2套滑台(包括上滑台和下滑台)，一套四维调节转台，1套NI PXIe-1075，2张iMC404A四轴运动控制卡(ID32控制下滑台和水平转台，ID2控制上滑台和垂直台)，2套转台伺服电机系统(MSMF012L1U2M伺服电机和MADLN05SE伺服系统驱动)，2套滑台伺服电机系统(MSMF092L1U2M伺服电机和MADLN45SE伺服驱动器)，2个77GHz Lynx(NI mmRH-3608)，1个TP-Link交换机(TL-SL1218P)，暗箱内部装有发泡聚苯乙烯吸波材料。

系统电路原理如图3所示。

系统用于模拟车辆前方可被雷达侦测到的运动障碍物。根据特定场景可模拟出车辆雷达视场角范围内特定大小、特定位置、特定速度的目标。其工作原理如下：

当车辆雷达工作时，雷达发出雷达波，由Lynx接收后，雷达波经过雷达目标模拟系统处理后反馈给雷达。

当模拟距离小于95米时，雷达波由Lynx输入至VDG，VDG根据需要模拟对象的距离作对应的信号延时，根据对应的速度作多普勒频移。处理完的信号传输回Lynx，Lynx再作上变频后传回至雷达接收天线。完成整个模拟过程。

当模拟距离大于等于95米时，雷达波经由Lynx、VDG传输至VST，计算出模拟对象的距离、速度等，处理完的信号经过VDG，由Lynx传回至雷达接收天线。完成整个模拟过程。

当需要模拟特定位置及特定速度的目标(即移动目标)时，则需要Lynx与滑台伺服电机共同工作，如图下所示，目标相对于DUT(被测雷达)的位置和速度可分解为径向和横向两个部分，其中径向距离和速度的模拟可通过雷达目标模拟系统处理接收到的雷达波实现(通过多普勒效应进行速度模拟，通过雷达波延时进行距离模拟)。横向速度则由滑台伺服电机在滑轨上的移动实现，如图4所示。

该目标模拟系统的信号源输入有三种方式。

场景编辑器：可以编辑创建想要模拟的目标信息(包含位置坐标，角度，速度等)，通过创建的要模拟的目标信息，输入给回波模拟器，进行目标信息模拟输出，被待测雷达探测到，来完成雷达测试。

Can信号输入方式：可以拓展该模拟器暗箱的应用，通过场景软件中主车前方目标信息输出,经过.dbc文件配置，雷达回波模拟器识别出要模拟的目标信息进行模拟。来完成待测雷达测试。这种方式简化了测试场景的创建，能够实现复杂场景信息的输入，大大拓展了该模拟器的应用，同时提高了测试效率。结合场景软件，实时机系统，能够将毫米波雷达接入硬件测试环路(HIL)进行传感器硬件在环测试。

以太网方式输入：同can信号输入方式类似，也简化了测试场景的创建，能够实现复杂场景信息的输入，大大拓展了该模拟器的应用，同时提高了测试效率。结合场景软件，实时机系统，能够将毫米波雷达接入硬件测试环路(HIL)进行传感器硬件在环测试。

雷达测量模块：“Radar Measurement”模块使用户能够简单、快速地执行雷达测量，包括等效全向辐射功率(EIRP)，占用带宽(OBW)和线性度。

VRTS测试系统原理如图5所示。

一个射频前端，两个可变延迟发生器，实现了一个VRTS系统可以模拟两个目标。该测试暗箱采用两套VRTS系统，射频探头分别位于上滑台和下滑台，实现了两角度，四目标的模拟。

目标模拟能力：

(1)模拟目标数量：2个角度和4个目标

(2)天线类型：双喇叭天线

(3)模拟目标范围：4至300m

(4)模拟目标的距离精度：+/-0.15m

(5)模拟目标的速度：+/-500km/hr

(6)模拟目标的速度分辨率：0.1km/hr

(7)雷达散射截面(RCS)：105dB(-20dBsm至85dBsm)，典型值

(8)RCS动态范围：最小50dB

(9)RCS分辨率：0.25dB，典型值

机械运动能力：

(1)暗室尺寸：3.00m×2.60m×1.90m(长×宽×高)

(2)水平转台额定速度：30°/s

(3)水平转台最大速度：50°/s

(4)水平转台角度：+/-60°

(5)垂直转台额定速度：30°/s

(6)垂直转台最大速度：50°/s

(7)垂直转台角度：+/-20

(8)滑台额定速度：30°/s

(9)滑台最大速度：50°/s

(10)滑台的移动角度：+/-50°

多目标多用途雷达回波模拟暗箱测试系统能够用于校准雷达测量和障碍物模拟，雷达产线测试，雷达射频性能参数测试，雷达探测能力测试，接入智能驾驶HIL测试台架开展自动驾驶功能算法测试。

该测试系统可模拟出两角度四目标，同时结合三种信号源输入方式，大大提高了雷达回波模拟暗箱的应用范围，雷达测量模块的雷达射频参数测试，通过自主场景编辑配合滑台和转台移动，转动可实现雷达关键性能参数测试。通过CAN信号或者以太网方式熟悉要模拟的目标信号可以实现自动驾驶传感器硬件在环HIL测试，更加接近实车测试。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。