CN117347958A - 毫米波雷达的测试方法和测试*** - Google Patents
毫米波雷达的测试方法和测试*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种毫米波雷达的测试方法和测试***，该测试方法中，多个目标反射物安装于待测毫米波雷达的可探测范围内的不同位置和不同角度，因此，无需再使用转台等机械机构改变待测毫米波雷达和目标反射物的相对位置/角度，便可以一次性完成待测毫米波雷达在多个角度下的射频性能(包括：收发天线链路增益、视场)验证，大大缩短了测试时间，另外，不存在由于转台转动而引起的机械误差，测试精度高。
Description
技术领域
本发明涉及测试的技术领域，尤其是涉及一种毫米波雷达的测试方法和测试***。
背景技术
毫米波雷达以其低成本及良好的环境适应性，在智能家居、健康监测、自动驾驶和车内应用等众多领域中表现出了良好的目标监测能力，对于这些关键任务应用，雷达性能的优劣成为了产品能否安全应用的关键。
评估雷达***性能的一种广泛使用的方法是使用单一标定物检测雷达收发天线链路增益、FOV(Field-of-View，视场)等。现有技术的测试***一般将雷达放置在暗室中的转台上，将目标(例如，角反射器)与雷达保持一定距离，使用转台等机械机构改变雷达和目标的相对位置/角度，使目标位于雷达视场的不同角度，在每一个角度分别使用雷达的各发射天线发射FMCW(线性调频脉冲)信号，同时捕获和处理雷达所有接收器链的ADC输出，以测量信号强度。通过这种方法，每个待测雷达的测试中，需要使用转台等机械结构多次改变雷达和目标的相对位置/角度，并采集测量数据，才能够完成测试。
对于关键性能的毫米波雷达的大规模生产测试，需要一款测量误差小、测试时间短的设备才能更好的满足测试的需求。而现有的雷达测试方法因为需要多次转动转台等机械机构以测试待测雷达多个角度下的性能，每次测试所花费的时间不仅包括采集数据和分析数据的时间，同时，还包括机械结构的旋转时间，所以测试时间长；并且，在使用转台等机械结构定位时，存在的机械误差对测试结果的精度有一定的影响，即测试的精度差，存在机械误差。
综上，现有的雷达的测试方法存在测试时间长、测试精度差的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种毫米波雷达的测试方法和测试***，以缓解现有的雷达的测试方法测试时间长、测试精度差的技术问题。
第一方面，本发明实施例提供了一种毫米波雷达的测试方法，包括：
在固定安装的待测毫米波雷达的可探测范围内的不同位置和不同角度安装多个目标反射物，其中，所述待测毫米波雷达接收到不同的所述目标反射物的收发天线链路增益之间的干扰小于预设值；
获取所述待测毫米波雷达对每个所述目标反射物进行探测后得到的收发天线链路增益，并根据所述收发天线链路增益计算所述待测毫米波雷达探测得到的各所述目标反射物的目标收发天线链路增益、各所述目标反射物对应的俯仰角和方位角；
将各所述目标反射物的目标收发天线链路增益、各所述目标反射物对应的俯仰角和方位角与标准值进行对比，以确定所述待测毫米波雷达是否合格。
进一步的，所述不同位置包括：任意两个所述目标反射物之间的间隔不小于3个距离索引，且任意两个所述目标反射物与所述待测毫米波雷达的径向距离的差不小于3个所述距离索引，所述距离索引为所述待测毫米波雷达的距离分辨率。
进一步的，所述不同角度包括：所有所述目标反射物的俯仰角和方位角覆盖所述待测毫米波雷达的视场设计值和0度。
进一步的，根据所述收发天线链路增益计算所述待测毫米波雷达探测得到的各所述目标反射物的目标收发天线链路增益、各所述目标反射物对应的俯仰角和方位角，包括：
根据每个所述目标反射物的物理位置从与其对应的所述收发天线链路增益中提取对应的目标反射物的目标收发天线链路增益；
对各所述收发天线链路增益进行空间滤波，得到滤波后的信号，并根据所述滤波后的信号确定能量最大点的目标位置，进而将所述目标位置对应的俯仰角和方位角作为所述目标反射物对应的俯仰角和方位角。
进一步的，根据每个所述目标反射物的物理位置从与其对应的所述收发天线链路增益中提取对应的目标反射物的目标收发天线链路增益，包括：
根据当前目标反射物的物理位置，从所述收发天线链路增益中确定初始收发天线链路增益，其中，所述当前目标反射物为对所述目标反射物进行遍历时得到的，所述初始收发天线链路增益为与所述当前目标反射物对应的收发天线链路增益；
根据所述初始收发天线链路增益确定所述当前目标反射物在各距离索引下的收发天线链路增益；
将所述各距离索引下的收发天线链路增益中的最大收发天线链路增益作为所述当前目标反射物的目标收发天线链路增益，进而得到各所述目标反射物的目标收发天线链路增益。
进一步的，对各所述收发天线链路增益进行空间滤波，包括：
采用雷达到达角估计算法计算每个所述收发天线链路增益的每个方向的权重；
对每个所述收发天线链路增益和对应的所述收发天线链路增益的每个方向的权重进行加权计算，得到所述滤波后的信号。
进一步的，根据所述滤波后的信号确定能量最大点的目标位置，包括：
根据所述滤波后的信号确定输出功率；
对所述输出功率进行最小化求解，得到不同角度下的反射信号的功率值，进而得到功率热力图；
确定所述功率热力图中功率最大值所对应的第一方位角和第一俯仰角，并确定所述功率热力图中以所述第一方位角和所述第一俯仰角为中心的预设范围内的第一待核查功率值；
将所述第一待核查功率值进行加和计算，得到第一加和计算结果；
确定所述功率热力图中功率第二大值所对应的第二方位角和第二俯仰角，并确定所述功率热力图中以所述第二方位角和所述第二俯仰角为中心的预设范围内的第二待核查功率值；
将所述第二待核查功率值进行加和计算，得到第二加和计算结果；
判断所述第一加和计算结果是否不小于所述第二加和计算结果；
如果不小于，则将所述功率最大值的位置作为所述能量最大点的目标位置；
如果小于，则继续确定所述功率热力图中功率第三大值所对应的第三方位角和第三俯仰角，直至得到功率最大，且周围功率最大的位置为止，并将所述功率最大，且周围功率最大的位置作为所述能量最大点的目标位置。
进一步的，所述标准值通过以下方法得到：采用毫米波雷达的测试方法对合格的毫米波雷达进行测试得到的，或，对预设数量的待测雷达通过毫米波雷达的测试方法进行批量测试后，取平均值得到的。
第二方面，本发明实施例还提供了一种毫米波雷达的测试***，所述毫米波雷达的测试***采用上述第一方面中任一项所述的毫米波雷达的测试方法对待测毫米波雷达进行测试，所述测试***包括：设置于所述待测毫米波雷达的可探测范围内的不同位置和不同角度的多个目标反射物。
进一步的，所述不同位置包括：任意两个所述目标反射物之间的间隔不小于3个距离索引，且任意两个所述目标反射物与所述待测毫米波雷达的径向距离的差不小于3个所述距离索引，所述距离索引为所述待测毫米波雷达的距离分辨率；所述不同角度包括：所有所述目标反射物的方位角和俯仰角覆盖所述待测毫米波雷达的视场设计值和0度。
进一步的，还包括：电波暗室；
所述待测毫米波雷达和多个所述目标反射物设置于所述电波暗室内，其中，所述目标反射物包括：角反射器。
在本发明实施例中，提供了一种毫米波雷达的测试方法，包括：在固定安装的待测毫米波雷达的可探测范围内的不同位置和不同角度安装多个目标反射物，其中，待测毫米波雷达接收到不同的目标反射物的收发天线链路增益之间的干扰小于预设值；获取待测毫米波雷达对每个目标反射物进行探测后得到的收发天线链路增益，并根据收发天线链路增益计算待测毫米波雷达探测得到的各目标反射物的目标收发天线链路增益、各目标反射物对应的俯仰角和方位角；将各目标反射物的目标收发天线链路增益、各目标反射物对应的俯仰角和方位角与标准值进行对比，以确定待测毫米波雷达是否合格。通过上述描述可知，本发明的毫米波雷达的测试方法中，多个目标反射物安装于待测毫米波雷达的可探测范围内的不同位置和不同角度，因此，无需再使用转台等机械机构改变待测毫米波雷达和目标反射物的相对位置/角度，便可以一次性完成待测毫米波雷达在多个角度下的射频性能(包括：收发天线链路增益、视场)验证，大大缩短了测试时间，另外，不存在由于转台转动而引起的机械误差，测试精度高，缓解了现有的雷达的测试方法测试时间长、测试精度差的技术问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种毫米波雷达的测试方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的毫米波雷达基本原理的示意图；
图3为本发明实施例提供的收发天线链路增益的示意图；
图4为本发明实施例提供的毫米波雷达的测试***的示意图；
图5为本发明实施例提供的目标反射物的收发天线链路增益分布的示意图；
图6为本发明实施例提供的平面波信号与M元阵列的示意图；
图7为本发明实施例提供的接收信号X(t)与平面波信号S(t)的关系的示意图；
图8为本发明实施例提供的待测毫米波雷达的功率热力图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
现有的雷达的测试方法测试时间长、测试精度差。
基于此，本发明的毫米波雷达的测试方法中，多个目标反射物安装于待测毫米波雷达的可探测范围内的不同位置和不同角度，因此，无需再使用转台等机械机构改变待测毫米波雷达和目标反射物的相对位置/角度，便可以一次性完成待测毫米波雷达在多个角度下的射频性能(包括：收发天线链路增益、视场)验证，大大缩短了测试时间，另外，不存在由于转台转动而引起的机械误差，测试精度高。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种毫米波雷达的测试方法进行详细介绍。
实施例一：
根据本发明实施例，提供了一种毫米波雷达的测试方法的实施例，需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。
图1是根据本发明实施例的一种毫米波雷达的测试方法的流程图，如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，在固定安装的待测毫米波雷达的可探测范围内的不同位置和不同角度安装多个目标反射物，其中，待测毫米波雷达接收到不同的目标反射物的收发天线链路增益之间的干扰小于预设值；
上述固定安装是指测试时将待测毫米波雷达固定安装/放置/夹持于测试环境中。上述可探测范围是指每个目标反射物与待测毫米波雷达的径向距离在待测毫米波雷达的最小检测距离和最大检测距离的范围内。
通常来说，目标反射物之间的间隔需要大于待测毫米波雷达的距离分辨率。为了准确分辨不同目标，任意两个目标反射物对应的收发天线链路增益之间的干扰需要小于预设值，这个预设值可以根据待测毫米波雷达的性能以及测试精度的要求进行调整，例如可以为0.1dB。
步骤S104，获取待测毫米波雷达对每个目标反射物进行探测后得到的收发天线链路增益，并根据收发天线链路增益计算待测毫米波雷达探测得到的各目标反射物的目标收发天线链路增益、各目标反射物对应的俯仰角和方位角；
上述收发天线链路增益参考图3所示。
步骤S106，将各目标反射物的目标收发天线链路增益、各目标反射物对应的俯仰角和方位角与标准值进行对比，以确定待测毫米波雷达是否合格。
具体的，将各目标反射物的目标收发天线链路增益与标准值中对应的标准收发天线链路增益进行对比，同时，将各目标反射物对应的俯仰角和方位角与标准值中对应的标准视场进行对比，确定差异是否大于对应的预设阈值，如果不大于，则确定待测毫米波雷达合格；否则，确定待测毫米波雷达不合格。
上述标准值通过以下方法得到：
采用本发明的毫米波雷达的测试方法(具体为上述步骤S102至步骤S104)对合格的毫米波雷达进行测试得到的，或，对预设数量的待测雷达通过本发明的毫米波雷达的测试方法(具体为上述步骤S102至步骤S104)进行批量测试后，取平均值得到的。另外，合格的毫米波雷达与待测毫米波雷达的设计指标相同。
在本发明实施例中，提供了一种毫米波雷达的测试方法，包括：在固定安装的待测毫米波雷达的可探测范围内的不同位置和不同角度安装多个目标反射物，其中，待测毫米波雷达接收到不同的目标反射物的收发天线链路增益之间的干扰小于预设值；获取待测毫米波雷达对每个目标反射物进行探测后得到的收发天线链路增益，并根据收发天线链路增益计算待测毫米波雷达探测得到的各目标反射物的目标收发天线链路增益、各目标反射物对应的俯仰角和方位角；将各目标反射物的目标收发天线链路增益、各目标反射物对应的俯仰角和方位角与标准值进行对比，以确定待测毫米波雷达是否合格。通过上述描述可知，本发明的毫米波雷达的测试方法中，多个目标反射物安装于待测毫米波雷达的可探测范围内的不同位置和不同角度，因此，无需再使用转台等机械机构改变待测毫米波雷达和目标反射物的相对位置/角度，便可以一次性完成待测毫米波雷达在多个角度下的射频性能(包括：收发天线链路增益、视场)验证，大大缩短了测试时间，另外，不存在由于转台转动而引起的机械误差，测试精度高，缓解了现有的雷达的测试方法测试时间长、测试精度差的技术问题。
上述内容对本发明的毫米波雷达的测试方法进行了简要介绍，下面对其中涉及到的具体内容进行详细描述。
在本发明的一个可选实施例中，不同位置包括：任意两个目标反射物之间的间隔不小于3个距离索引，且任意两个目标反射物与待测毫米波雷达的径向距离的差不小于3个距离索引，距离索引为待测毫米波雷达的距离分辨率；不同角度包括：所有目标反射物的俯仰角和方位角覆盖待测毫米波雷达的视场设计值和0度。
具体的，在多个目标反射物的测试方案中，如图2(其中是以一个目标反射物为例进行的说明)所示的毫米波雷达基本原理的示意图可知，毫米波雷达(n·TX*m·RX根虚拟天线)通过发射天线发射FMCW(线性调频脉冲)信号，该信号经目标反射物反射后由接收天线接收，将发射信号与接收信号做混频处理后由低通滤波器输出中频信号，该中频信号经ADC采样由毫米波雷达芯片输出。
毫米波雷达芯片的计算过程为：ADC信号通过一维快速傅里叶变换(1DFFT)生成收发天线链路增益，图3为毫米波雷达的芯片产生的收发天线链路增益的示意图，该毫米波雷达包含4个发射天线和4个接收天线，可生成16个虚拟收发天线链路增益，对应图3中的16个小图，图中的TXnm表示第n个发射天线和第m个接收天线的链路增益，n＝1,2,3,4；m＝1,2,3,4。图3中每一个小图的纵坐标表示链路增益的大小(单位为dB)，横坐标表示毫米波雷达的距离索引(distance index/range index)的序号，每一个距离索引表示固定长度的距离(可以理解为毫米波雷达的距离分辨率)，不同的距离索引反应了目标反射物距离毫米波雷达的远近。经过发明人的实验验证，且从图3中可以看出，目标反射物的反射信号(图3中不同的矩形框标识的信号分别表示不同距离索引下的目标反射物，一个矩形框代表一个目标反射物，每个小图中示出了3个目标反射物，且从中可以看出每个目标反射物的反射信号分布在3个连续的距离索引下)通常分布在3个连续的距离索引下，所以，为了使得待测毫米波雷达接收到每个目标反射物的收发天线链路增益互不影响(即待测毫米波雷达接收到不同的目标反射物的收发天线链路增益之间的干扰小于预设值)，需要满足任意两个目标反射物之间的间隔不小于3个距离索引，且任意两个目标反射物与待测毫米波雷达的径向距离的差不小于3个距离索引。
另外，为了同时测量位于不同角度的目标反射物的目标收发天线链路增益及视场(即目标反射物对应的俯仰角和方位角)，需要进行俯仰角和方位角的组合测试，假设待测毫米波雷达的视场设计值中，俯仰角的FOV为(-α，α)，方位角的FOV为(-θ，θ)，那么，目标反射物与待测毫米波雷达的相对位置需要满足所有目标反射物覆盖俯仰角的FOV(-α，α)，方位角的FOV(-θ，θ)和0度。
所以，作为示例，当多个目标反射物为3个目标反射物时，将其分别放置在如下角度：
①号目标反射物的角度：方位角＝θ，俯仰角＝α；
②号目标反射物的角度：方位角＝-θ，俯仰角＝-α；
③号目标反射物的角度：方位角＝0°，俯仰角＝0°。
同时，可以将3个目标反射物的与待测毫米波雷达的径向距离分别设置为：
①号目标反射物的径向距离：5个距离索引；
②号目标反射物的径向距离：9个距离索引；
③号目标反射物的径向距离：13个距离索引。
待测毫米波雷达与3个目标反射物的具体的位置示意图如图4所示。
作为另一种示例，当多个目标反射物为5个目标反射物时，将其分别放置在如下角度：
①号目标反射物的角度：方位角＝θ，俯仰角＝0°；
②号目标反射物的角度：方位角＝-θ，俯仰角＝0°；
③号目标反射物的角度：方位角＝0°，俯仰角＝α；
④号目标反射物的角度：方位角＝0°，俯仰角＝α；
⑤号目标反射物的角度：方位角＝0°，俯仰角＝0°。
在本发明的一个可选实施例中，根据收发天线链路增益计算待测毫米波雷达探测得到的各目标反射物的目标收发天线链路增益、各目标反射物对应的俯仰角和方位角，具体包括如下步骤：
(1)根据每个目标反射物的物理位置从与其对应的收发天线链路增益中提取对应的目标反射物的目标收发天线链路增益；
具体包括如下步骤：
(11)根据当前目标反射物的物理位置，从收发天线链路增益中确定初始收发天线链路增益，其中，当前目标反射物为对目标反射物进行遍历时得到的，初始收发天线链路增益为与当前目标反射物的物理位置对应的收发天线链路增益；
具体的，如图5所示，当多个目标反射物为3个目标反射物时，对3个目标反射物进行遍历，①号目标反射物的径向距离为5个距离索引，由此得到①号目标反射物的初始收发天线链路增益为分布在range index(即距离索引)＝4，5，6的增益(即收发天线链路增益，简称为增益)；②号目标反射物的径向距离为9个距离索引，由此得到②号目标反射物的初始收发天线链路增益为分布在range index＝8，9，10的增益；③号目标反射物的径向距离为13个距离索引，由此得到③号目标反射物的初始收发天线链路增益为分布在rangeindex＝12，13，14的增益；
(12)根据初始收发天线链路增益确定当前目标反射物在各距离索引下的收发天线链路增益；
(13)将各距离索引下的收发天线链路增益中的最大收发天线链路增益作为当前目标反射物的目标收发天线链路增益，进而得到各目标反射物的目标收发天线链路增益。
进一步的，为了测试的准确性，可以在反射信号(即初始收发天线链路增益)分布的3个连续的距离索引中取其中的最大收发天线链路增益。在此进行解释：如图5所示，一个当前目标反射物的收发天线链路增益分布在多个距离索引中，其中增益最大的距离索引一般处于多个距离索引的中心位置，其周围的距离索引的增益随着远离中心位置而逐渐减弱。在理想情况下，在远离中心位置的2～3个距离索引处，增益会衰减为零。用图5举例：对于①号目标反射物来说，增益分布在range index(即距离索引)＝4，5，6，增益在rangeindex＝7衰减为0(或增益在range index＝7非常小)。也可能存在一些特殊情况，收发天线链路增益会蔓延至更远的range index。为了减小来自相邻目标反射物的干扰，只取当前目标反射物存在收发天线链路增益的range index中位于中心range index下的收发天线链路增益，也对应着最大收发天线链路增益。
(2)对各收发天线链路增益进行空间滤波，得到滤波后的信号，并根据滤波后的信号确定能量最大点的目标位置，进而将目标位置对应的俯仰角和方位角作为目标反射物对应的俯仰角和方位角。
空间滤波的具体过程包括：
(21)采用雷达到达角估计算法计算每个收发天线链路增益的每个方向的权重；
(22)对每个收发天线链路增益和对应的收发天线链路增益的每个方向的权重进行加权计算，得到滤波后的信号。
具体的，采用雷达到达角估计算法(例如，DBF算法、Capon算法或Music算法)，计算每个收发天线链路增益(即数字波束，可以理解为每个收发天线链路增益对应一个数字波束)的每个方向的权重，根据权重进行数字波束加权叠加，得到滤波后的信号。
确定能量最大点的目标位置的具体过程包括：
(23)根据滤波后的信号确定输出功率；
(24)对输出功率进行最小化求解，得到不同角度下的反射信号的功率值，进而得到功率热力图；
(25)确定功率热力图中功率最大值所对应的第一方位角和第一俯仰角，并确定功率热力图中以第一方位角和第一俯仰角为中心的预设范围内的第一待核查功率值；
(26)将第一待核查功率值进行加和计算，得到第一加和计算结果；
(27)确定功率热力图中功率第二大值所对应的第二方位角和第二俯仰角，并确定功率热力图中以第二方位角和第二俯仰角为中心的预设范围内的第二待核查功率值；
(28)将第二待核查功率值进行加和计算，得到第二加和计算结果；
(29)判断第一加和计算结果是否不小于第二加和计算结果；
(30)如果不小于，则将功率最大值的位置作为能量最大点的目标位置；
(31)如果小于，则继续确定功率热力图中功率第三大值所对应的第三方位角和第三俯仰角，直至得到功率最大，且周围功率最大的位置为止，并将功率最大，且周围功率最大的位置作为能量最大点的目标位置。
下面以具体的实施例对整个过程进行详细描述：
使用CALTERAH公司的Rhine型号雷达作为待测毫米波雷达。该待测毫米波雷达包含4个发射天线和4个接收天线，共有25个距离索引，两个距离索引之间的间隔为8cm，最大探测距离为2m。(待测毫米波雷达的距离索引是待测毫米波雷达内部的固件配置好的，是已知的参数)，该待测毫米波雷达的视场设计值中，俯仰角为(30°，-30°)，方位角为(50°，-50°)。
在固定安装的待测毫米波雷达的可探测范围内的不同位置和不同角度安装多个目标反射物。具体的，选取三个目标反射物(可以为三个直角边长为55mm的角反射器)，编号分别为①号，②号，③号；其中，①号角反射器放置在距待测毫米波雷达径向距离32cm，在待测毫米波雷达的方位角50度、俯仰角30度方向；②号角反射器放置在距待测毫米波雷达径向距离64cm，在待测毫米波雷达的方位角-50度，俯仰角-30度方向；③号角反射器放置在距待测毫米波雷达径向距离96cm，在待测毫米波雷达的方位角0度，俯仰角0度方向。
获取待测毫米波雷达对每个目标反射物进行探测后得到的收发天线链路增益，并根据每个目标反射物的物理位置从与其对应的收发天线链路增益中提取对应的目标反射物的目标收发天线链路增益。
具体的，由于该待测毫米波雷达包含4个发射天线和4个接收天线，可生成16个链路增益数据，每一个链路增益数据为以距离索引作为自变量，信号增益作为应变量的离散函数。
应用前述链路增益提取方法，获取待测雷达相对于不同角反射器的链路增益如下：
①号角反射器对应的链路增益值为：[12.96，13.58，13.88，12.61，14.65，14.71，15.04，15.28，11.93，11.04，11.71，12.81，11.30，11.89，11.83，11.45]；
②号角反射器对应的链路增益值为:[12.42，12.45，10.91，9.93，12.98，12.82，12.08，9.47，12.61，11.04，8.74，10.03，13.49，13.83，12.36，10.69]；
③号角反射器对应的链路增益值为:[15.74，14.34，14.06，14.74，16.00，15.94，14.80，16.31，16.06，15.00，15.17，16.05，15.43，14.77，15.39，15.07]。
对各收发天线链路增益进行空间滤波，得到滤波后的信号，并根据滤波后的信号确定能量最大点的目标位置，进而将目标位置对应的俯仰角和方位角作为目标反射物对应的俯仰角和方位角。
具体的，FOV(即目标反射物对应的俯仰角和方位角)的计算方法如下：
图6示意了M个阵元(M是待测毫米波雷达接收天线的数量)的雷达天线阵列(即M个接收天线)，K个(与角反射器的数量相同)平面波信号(角反射器和待测毫米波雷达的距离需要满足信号的远场条件，此时待测毫米波雷达接收到的信号是平面波信号)为：S(t)＝[s1(t)，s2(t)，…，sK(t)]T，分别以角度θ1，θ2，…，θk入射到天线阵元，接收信号(即收发天线链路增益)为：X(t)＝[x1(t)，x2(t)，…，xM(t)]T，对每个阵元的接收信号进行加权计算，使用Capon算法计算得到权重向量为：W＝[w1，w2，…，wM]T，则通过加权计算后的阵列输出信号(即滤波后的信号，该计算可以由电脑上位机程序执行)为：Y(t)＝WH·X(t)。
参考图7(图7中的ULA(M天线)：ULA意为均匀线性阵列；M表示阵元数量)，以第一个阵元(即第一个接收天线)为基准，则每个方向上的入射信号(即上述的平面波信号)到达各个阵元(即接收天线)均有时延：
两个阵元的接收相位差为：
第m个阵元在t时刻的接收信号xm(t)表示为：
其中，nm(t)为第m个阵元的噪声，则接收信号X(t)与平面波信号S(t)的关系为：
X(t)＝[a(θ1)，a(θ1)，…a(θK))]·S(t)+N(t)。
a(θi)表示为入射角θ的导向矢量，反映了信号到达不同天线的相位差/时延。
输出功率可分为三部分组成：期望信号功率、干扰信号功率、噪声功率(期望信号为我们希望获得的目标角度的信号；干扰信号为非目标角度的信号；噪声信号为***噪声和环境噪声信号)。为方便表示，将符号做一些改变：
X(t)＝[a(θd)，a(θ1)，…，a(θJ)]·S(t)+N(t)
其中，θd为期望角度，θ1，…，θJ为干扰角度(干扰信号的来波角度)。
那么输出功率为：
P(W)＝E[Y(t)·YH(t)]＝WH·E[X(t)·XH(t)]·W＝WH·R·W
其中，R表示接收信号的自相关矩阵。
将X(t)展开，可将输出功率表达式化为：
从上式可知：我们希望保留期望信号功率，并且使信号无失真：WHa(θd)＝1，尽可能的减小干扰信号与噪声功率，即最小化输出功率minWH·R·W，来提高信噪比(SINR)。
采用拉格朗日乘子法求解上问题，拉格朗日函数为：
L(W,λ)＝WH·R·W+λ(WHa(θd)-1)
对拉格朗日函数求解W的偏导，并令其偏导数为零，得出权重向量的解为：
得出功率谱估计：
由上述推导过程，得出了不同角度下的信号的功率值(这里的角度即以上公式中的θd)，进而得到功率热力图。
图8为待测毫米波雷达的功率热力图，共包含了15个子功率热力图，不同的子功率热力图代表了不同径向距离下信号的功率的大小，例如：子功率热力图1表示距离待测毫米波雷达24cm位置的不同角度下的功率分布，子功率热力图2表示距离待测毫米波雷达32cm位置的不同角度下的功率分布，相邻序号的子功率热力图在径向距离上差8cm(即前面的两个距离索引之间的间隔)，且依次增大。
每个子功率热力图由一个25×25的二维矩阵组成，矩阵的每一行表示不同的俯仰角，矩阵的每一列表示不同的方位角，在该算法中(即前述Capon算法)角度扫描的间隔为5°，角度扫描的范围为(-60°～60°)，故在方位角和俯仰角方向均可形成25个角度区间。
①号角反射器位于方位角50°，俯仰角30°方向，②号角反射器位于方位角-50°，俯仰角-30°方向，③号角反射器位于方位角0°，俯仰角0°方向。根据各个角反射器距离的待测毫米波雷达径向距离可以知道，子功率热力图(1,2,3)反映了①号角反射器(即图7中的目标①)的功率分布；子功率热力图(5,6,7)反映了②号角反射器(即图7中的目标②)的功率分布；子功率热力图(9,10,11)反映了③号角反射器(即图7中的目标③)的功率分布。
虽然功率热力图中功率的大小大致反映了不同角反射器的角度情况，由于角反射器自身有一定的体积，实际测试时不能将其当作理想的点源，故在功率热力图中，功率的分布为一个范围，俯仰角在45度(功率热力图中显示为9个方格)范围内信号功率存在，方位角在25度(功率热力图中显示为5个方格)范围内信号功率存在，根据实验验证，位于角度范围中心点所对应的信号功率(即能量)最大。
为了准确判断角反射器的角度，采用了最大值搜索算法。
首先，搜索3个子功率热力图中功率最大值所对应的方位角和俯仰角，以该角度为中心，横向取45度范围内的能量(即功率)，纵向取25度范围内的能量，共三个子功率热力图，每个子功率热力图取45个点的功率值，共取135个点的功率值，将所取功率值相加得到角反射器的总功率，记作Pmax1；接着，按照同样的方式，搜索3个子功率热力图中功率第二大值所对应的方位角和俯仰角，并按照同样的方式计算其周围信号的总功率，记作Pmax2；比较Pmax1与Pmax2的大小，若Pmax1大于等于Pmax2，则取功率最大值所对应的俯仰角和方位角；若Pmax1小于Pmax2，则继续向下搜索功率第三大值所对应的方位角和俯仰角，直至寻找出该点所对应的俯仰角和方位角既满足功率最大，又满足周围功率最大。将此点对应的俯仰角和方位角确定为角反射器对应的俯仰角和方位角。
本发明的毫米波雷达的测试方法具有以下优点：
(1)在测试场地中根据待测毫米波雷达的设计指标设置目标反射物的位置和角度，每个目标反射物融合了多维信息，可一次性完成待测毫米波雷达在多个角度下射频性能的测量/验证，测量时间相比于传统测试方法大大减少；
(2)本方案采用待测毫米波雷达固定式测量(测量时待测毫米波雷达保持不动)，相比于传统的使用转台旋转被测件的测量方式，本方案操作方便，测试硬件简洁，不存在由于转台转动而引起的机械误差。整个***的建设成本低，性价比高，***可靠性和稳定性高。
实施例二：
本发明实施例还提供了一种毫米波雷达的测试***，参考图4，毫米波雷达的测试***采用上述实施例一的毫米波雷达的测试方法对待测毫米波雷达进行测试，测试***包括：设置于待测毫米波雷达的可探测范围内的不同位置和不同角度的多个目标反射物。
可选地，不同位置包括：任意两个目标反射物之间的间隔不小于3个距离索引，且任意两个目标反射物与待测毫米波雷达的径向距离的差不小于3个距离索引，距离索引为待测毫米波雷达的距离分辨率；不同角度包括：所有目标反射物的方位角和俯仰角覆盖待测毫米波雷达的视场设计值和0度。
可选地，还包括：电波暗室；
待测毫米波雷达和多个目标反射物设置于电波暗室内，其中，目标反射物包括：角反射器。
另外，在本发明实施例的描述中，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，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (11)
1.一种毫米波雷达的测试方法，其特征在于，包括：
在固定安装的待测毫米波雷达的可探测范围内的不同位置和不同角度安装多个目标反射物，其中，所述待测毫米波雷达接收到不同的所述目标反射物的收发天线链路增益之间的干扰小于预设值；
获取所述待测毫米波雷达对每个所述目标反射物进行探测后得到的收发天线链路增益，并根据所述收发天线链路增益计算所述待测毫米波雷达探测得到的各所述目标反射物的目标收发天线链路增益、各所述目标反射物对应的俯仰角和方位角；
将各所述目标反射物的目标收发天线链路增益、各所述目标反射物对应的俯仰角和方位角与标准值进行对比，以确定所述待测毫米波雷达是否合格。
2.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述不同位置包括：任意两个所述目标反射物之间的间隔不小于3个距离索引，且任意两个所述目标反射物与所述待测毫米波雷达的径向距离的差不小于3个所述距离索引，所述距离索引为所述待测毫米波雷达的距离分辨率。
3.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述不同角度包括：所有所述目标反射物的俯仰角和方位角覆盖所述待测毫米波雷达的视场设计值和0度。
4.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，根据所述收发天线链路增益计算所述待测毫米波雷达探测得到的各所述目标反射物的目标收发天线链路增益、各所述目标反射物对应的俯仰角和方位角，包括：
根据每个所述目标反射物的物理位置从与其对应的所述收发天线链路增益中提取对应的目标反射物的目标收发天线链路增益；
对各所述收发天线链路增益进行空间滤波，得到滤波后的信号，并根据所述滤波后的信号确定能量最大点的目标位置，进而将所述目标位置对应的俯仰角和方位角作为所述目标反射物对应的俯仰角和方位角。
5.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，根据每个所述目标反射物的物理位置从与其对应的所述收发天线链路增益中提取对应的目标反射物的目标收发天线链路增益，包括：
根据当前目标反射物的物理位置，从所述收发天线链路增益中确定初始收发天线链路增益，其中，所述当前目标反射物为对所述目标反射物进行遍历时得到的，所述初始收发天线链路增益为与所述当前目标反射物对应的收发天线链路增益；
根据所述初始收发天线链路增益确定所述当前目标反射物在各距离索引下的收发天线链路增益；
将所述各距离索引下的收发天线链路增益中的最大收发天线链路增益作为所述当前目标反射物的目标收发天线链路增益，进而得到各所述目标反射物的目标收发天线链路增益。
6.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，对各所述收发天线链路增益进行空间滤波，包括：
采用雷达到达角估计算法计算每个所述收发天线链路增益的每个方向的权重；
对每个所述收发天线链路增益和对应的所述收发天线链路增益的每个方向的权重进行加权计算，得到所述滤波后的信号。
7.根据权利要求4所述的测试方法，其特征在于，根据所述滤波后的信号确定能量最大点的目标位置，包括：
根据所述滤波后的信号确定输出功率；
对所述输出功率进行最小化求解，得到不同角度下的反射信号的功率值，进而得到功率热力图；
确定所述功率热力图中功率最大值所对应的第一方位角和第一俯仰角，并确定所述功率热力图中以所述第一方位角和所述第一俯仰角为中心的预设范围内的第一待核查功率值；
将所述第一待核查功率值进行加和计算，得到第一加和计算结果；
确定所述功率热力图中功率第二大值所对应的第二方位角和第二俯仰角，并确定所述功率热力图中以所述第二方位角和所述第二俯仰角为中心的预设范围内的第二待核查功率值；
将所述第二待核查功率值进行加和计算，得到第二加和计算结果；
判断所述第一加和计算结果是否不小于所述第二加和计算结果；
如果不小于，则将所述功率最大值的位置作为所述能量最大点的目标位置；
如果小于，则继续确定所述功率热力图中功率第三大值所对应的第三方位角和第三俯仰角，直至得到功率最大，且周围功率最大的位置为止，并将所述功率最大，且周围功率最大的位置作为所述能量最大点的目标位置。
8.根据权利要求1所述的测试方法，其特征在于，所述标准值通过以下方法得到：
采用权利要求1的毫米波雷达的测试方法对合格的毫米波雷达进行测试得到的，或，对预设数量的待测雷达通过权利要求1的毫米波雷达的测试方法进行批量测试后，取平均值得到的。
9.一种毫米波雷达的测试***，其特征在于，所述毫米波雷达的测试***采用权利要求1至8中任一项所述的毫米波雷达的测试方法对待测毫米波雷达进行测试，所述测试***包括：设置于所述待测毫米波雷达的可探测范围内的不同位置和不同角度的多个目标反射物。
10.根据权利要求9所述的测试***，其特征在于，所述不同位置包括：任意两个所述目标反射物之间的间隔不小于3个距离索引，且任意两个所述目标反射物与所述待测毫米波雷达的径向距离的差不小于3个所述距离索引，所述距离索引为所述待测毫米波雷达的距离分辨率；所述不同角度包括：所有所述目标反射物的方位角和俯仰角覆盖所述待测毫米波雷达的视场设计值和0度。
11.根据权利要求9所述的测试***，其特征在于，还包括：电波暗室；
所述待测毫米波雷达和多个所述目标反射物设置于所述电波暗室内，其中，所述目标反射物包括：角反射器。
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