非相參fmcw自差式接收機(jī)靈敏度的定量測試的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種主要關(guān)于非相參調(diào)頻連續(xù)波（FMCW)雷達(dá)自差式接收機(jī)靈敏度的 定量測試方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 連續(xù)波雷達(dá)（CW)經(jīng)過近幾十年的發(fā)展，已經(jīng)發(fā)展比較成熟，在眾多工程中得到廣 泛應(yīng)用，與脈沖雷達(dá)相比，連續(xù)波雷達(dá)所需發(fā)射功率小、探測精度高、構(gòu)成相對(duì)簡單、易于實(shí) 現(xiàn)固態(tài)化設(shè)計(jì)、具有良好的低截獲概率（LPI)性能等。然而單純的連續(xù)波雷達(dá)可以測量目 標(biāo)的速度信息，無法測量目標(biāo)的距離信息。為解決此問題，調(diào)頻連續(xù)波（FMCW，F(xiàn)requency ModulatedContinuousWave)雷達(dá)得到廣泛研究，并在測距、測速和汽車防撞等系統(tǒng)中應(yīng) 用廣泛。時(shí)域載波調(diào)制方式眾多，有線性頻率調(diào)制（LFM)、頻移鍵控（FSK)調(diào)制、頻率步進(jìn)連 續(xù)波（FSCW)調(diào)制等。在眾多調(diào)制方式中，線性頻率調(diào)制（LFM)最為常見，尤其是利用三角 波信號(hào)調(diào)制的發(fā)射支路連續(xù)波信號(hào)。線性FMCW通常由發(fā)射機(jī)和接收機(jī)構(gòu)成，其工作原理如 下：發(fā)射機(jī)發(fā)射特定線性調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)，接收機(jī)接收因目標(biāo)反射而形成的回波信號(hào)，在接 收機(jī)中，接收到的微弱信號(hào)被放大并與耦合的發(fā)射信號(hào)混頻，通過信號(hào)處理獲取中頻信號(hào) 頻率，該頻率正比于回波信號(hào)延遲時(shí)間，而回波信號(hào)的延遲時(shí)間等于電磁波雙程傳播時(shí)間， 從而可測量雷達(dá)距離目標(biāo)距離，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)測距，目標(biāo)的速度信息可通過回波信號(hào)的多普 勒頻移得到，而目標(biāo)的位置信息可通過回波的相位信息獲得。
[0003] 靈敏度是雷達(dá)接收機(jī)的一個(gè)非常重要的指標(biāo)，反映接收機(jī)接收微弱信號(hào)的能力。 接收機(jī)在接收回波信號(hào)的同時(shí)，不可避免地受到外部噪聲和內(nèi)部噪聲的影響，即有用信號(hào) 的檢測總是在噪聲的背景中進(jìn)行的。由此可見，在噪聲中檢測信號(hào)，信號(hào)功率不能太小，否 則信號(hào)將被噪聲淹沒而無法檢測。在實(shí)際的測量中，接收機(jī)靈敏度通常分為實(shí)際靈敏度和 臨界靈敏度。靈敏度的測試有兩種方法：一是直接用信號(hào)源進(jìn)行測試；二是根據(jù)噪聲系數(shù) 和靈敏度的關(guān)系，在測得噪聲系數(shù)和接收機(jī)帶寬后計(jì)算臨界靈敏度，稱為間接測量法。由于 無法根除信號(hào)源的泄露，所以在一般的接收機(jī)靈敏度測試中，常采用間接測量法。但是實(shí)際 接收機(jī)的靈敏度不僅取決于線性部分的性能，而且與檢波器、視頻放大器的性能有關(guān)。而臨 界靈敏度主要考慮接收機(jī)的線性部分，完全不考慮信號(hào)源泄露和上述其他部分的性能，因 此與雷達(dá)整機(jī)的實(shí)際性能相差較遠(yuǎn)。所以，直接測量法測得的靈敏度與雷達(dá)實(shí)際使用的靈 敏度更為接近。目前實(shí)驗(yàn)室測試接收機(jī)靈敏度的常用方式為通過綜合測試儀測試，常用于 測試通信電臺(tái)、移動(dòng)通信終端（手機(jī)等）的接收靈敏度，對(duì)不同的通信設(shè)備終端采用不同型 號(hào)的測試儀。
[0004] 測量FMCW雷達(dá)實(shí)際靈敏度時(shí)，可以直接對(duì)目標(biāo)進(jìn)行測試，或是用等效RCS目標(biāo)模 擬器來模擬目標(biāo)及其運(yùn)動(dòng)，來測定雷達(dá)的檢測概率。前者受空間或時(shí)間的限制，后者在雷達(dá) 測試中比較常用，但該方法需要整個(gè)雷達(dá)完成研制后進(jìn)行拉距試驗(yàn)才能完成測試，無法在 接收機(jī)研制過程中進(jìn)行驗(yàn)證，測試一般需要在微波暗室或者室外進(jìn)行，運(yùn)輸，調(diào)試等需要大 量的時(shí)間和精力。對(duì)于單個(gè)或數(shù)量不多的雷達(dá)系統(tǒng)，這種耗費(fèi)較大的測試方法是還是可以 承受。但對(duì)于單批數(shù)量較多的雷達(dá)，如彈載測距雷達(dá)，防撞雷達(dá)等，動(dòng)輒幾千套，依賴傳統(tǒng)的 雷達(dá)外場測試方法，在進(jìn)度和成本上無法滿足要求。
[0005] 在雷達(dá)實(shí)際靈敏度的室內(nèi)測量方法中，根據(jù)測量中使用的信號(hào)源不同，直接靈敏 度測量法可細(xì)分為等幅信號(hào)測量法和調(diào)制信號(hào)測量法。等幅信號(hào)測量法主要有標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā) 生器和三用表。一般步驟如下：
[0006] (1)由標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào)代替由天線接收的信號(hào)送至接收機(jī)的輸入端。 要求信號(hào)發(fā)生器的輸出阻抗和接收機(jī)的輸入阻抗匹配，如果不匹配則通過阻抗變換器進(jìn)行 匹配。為使靈敏度測量通路與雷達(dá)裝配正常工作時(shí)的信號(hào)通道一致，同時(shí)又能簡化測試儀 表，通常用示波器或三用表置于電壓檔作為接收機(jī)中頻輸出檢波器輸出電壓的指示器，其 值代表中頻的輸出功率；
[0007] (2)將信號(hào)發(fā)生器置于等幅工作狀態(tài)，并將信號(hào)發(fā)生器和被測雷達(dá)接收機(jī)調(diào)諧在 規(guī)定的頻率上；
[0008] (3)使信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)輸出為零，把雷達(dá)接收機(jī)增益控制置于適當(dāng)位置，使指示 器上得到的噪聲指示值為Al;
[0009] (4)使信號(hào)發(fā)生器有一定信號(hào)輸出，并微調(diào)頻率使指示最大，然后調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器
[0010] (5)此時(shí)，從信號(hào)發(fā)生器輸出加到接收機(jī)輸入端的信號(hào)功率值，即為雷達(dá)接收機(jī)的 靈敏度值。
[0011] (6)分別對(duì)被測雷達(dá)規(guī)定的各工作頻率點(diǎn)下的接收機(jī)靈敏度進(jìn)行測試，并記錄。脈 沖調(diào)制信號(hào)測量法的一般步驟如下：
[0012] (1)將信號(hào)發(fā)生器置于脈沖調(diào)制狀態(tài)（外調(diào)制或內(nèi)調(diào)制），按照被測雷達(dá)技術(shù)條件 中規(guī)定的數(shù)值來設(shè)置脈沖寬度與脈沖重復(fù)頻率；
[0013] (2)將信號(hào)發(fā)生器和接收機(jī)調(diào)諧在規(guī)定的測試頻率上，調(diào)節(jié)信號(hào)發(fā)生器的輸出信 號(hào)輸出，使信號(hào)在示波器上能顯示；然后再微調(diào)信號(hào)發(fā)生器的工作頻率，使被測接收機(jī)的輸 出信號(hào)幅度最大；（3)關(guān)斷信號(hào)發(fā)生器的輸出，調(diào)節(jié)接收機(jī)的增益控制，使接收機(jī)輸出端的 噪聲電平等于產(chǎn)品技術(shù)條件中所規(guī)定的數(shù)值A(chǔ)l;
[0014] (4)打開信號(hào)發(fā)生器源輸出，調(diào)節(jié)其輸出信號(hào)電平，使信號(hào)和噪聲疊加后在示波器 上顯示數(shù)值為A2,且使A2/A1的比值等效于功率比為2的數(shù)值；
[0015] (5)信號(hào)發(fā)生器輸出端加到被測接收機(jī)輸入端的信號(hào)功率電平值為接收機(jī)的靈敏 度。
[0016] 為了達(dá)到高的測距精度，F(xiàn)MCW雷達(dá)發(fā)射信號(hào)必須具備高掃頻線性度。目前線性掃 頻信號(hào)主要通過頻率綜合器產(chǎn)生或微波壓控振蕩器（VCO)直接調(diào)制產(chǎn)生，前者可以實(shí)現(xiàn)良 好的線性度，但可實(shí)現(xiàn)的掃頻速率較低，掃頻帶寬也較窄，且電路復(fù)雜，成本高。非相參調(diào)頻 連續(xù)波（FMCW)雷達(dá)采用微波VCO直接調(diào)制，沒有掃頻速率限制，掃頻帶寬也只受限于VCO 的最大可調(diào)帶寬，成本低。非相參FMCW雷達(dá)自差式接收機(jī)直接采用耦合的發(fā)射信號(hào)作為本 振，由于VCO集成在系統(tǒng)內(nèi)部，具有相對(duì)獨(dú)立的掃頻特性，同時(shí)由于VCO具有較大頻率漂移， 使得測試接收機(jī)的靈敏度時(shí)，從射頻端口饋入的射頻信號(hào)與VCO產(chǎn)生的本振信號(hào)混頻后的 中頻信號(hào)頻率不穩(wěn)定，繼而使中頻檢波的電壓不穩(wěn)定，尤其是毫米波頻段，VCO溫度漂移遠(yuǎn) 大于中頻濾波器的寬度，檢波電壓出現(xiàn)劇烈波動(dòng)，難以實(shí)現(xiàn)接收機(jī)靈敏度的準(zhǔn)確測試。通過 對(duì)VCO進(jìn)行鎖頻或鎖相，或者通過外部儀器實(shí)現(xiàn)測試輸入信號(hào)與VCO相參同步漂移，可以解 決VCO的溫度漂移特性帶來的檢波輸出功率不穩(wěn)定的問題，但是將顯著增加FMCW雷達(dá)系統(tǒng) 電路復(fù)雜度，增加系統(tǒng)體積、功耗和成本，或者增加測試系統(tǒng)復(fù)雜性，犧牲測試系統(tǒng)靈活性 和通用性，增加測試成本。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0017] 本發(fā)明技術(shù)解決問題是：克服現(xiàn)有非相參FMCW自差式接收機(jī)測試技術(shù)的不足之 處，提出一種采用標(biāo)準(zhǔn)測試儀器，易于實(shí)現(xiàn)，測量精度高，重復(fù)性好，可適應(yīng)VCO大頻率漂移 率的非相參調(diào)頻連續(xù)波（FMCW)雷達(dá)接收機(jī)靈敏度測試方法。
[0018] 本發(fā)明的上述目的可以通過以下措施來達(dá)到，一種非相參FMCW自差式接收機(jī)靈 敏度的測試方法，其特征在于包括如下步驟：在非相參FMCW自差式接收機(jī)測試系統(tǒng)中，首 先在信號(hào)發(fā)生器11中設(shè)置脈沖調(diào)制模式，設(shè)置、射頻頻率f；= 、涵蓋自差式接收機(jī)能接 收到最小信號(hào)功率的初始輸出信號(hào)功率和滿足靈敏度測試精度要求的功率步進(jìn)值、調(diào)制脈 寬T和脈沖周期T，并將信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的脈沖調(diào)制信號(hào)作為上述自差式接收機(jī)的測試信 號(hào)，然后將信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的測試信號(hào)經(jīng)測試天線12饋入到上述自差式接收機(jī)的檢波器 10中進(jìn)行電壓檢波，檢波器把實(shí)時(shí)輸出的直流信號(hào)幅度Vd顯示在示波器13中；從示波器上 讀出檢波電壓Vd與預(yù)先設(shè)定的自差式接收機(jī)比較門限電壓Ve相比較，若檢波電壓Vd高于 Ve且差值在要求的誤差范圍之內(nèi)時(shí)，測試人員記錄此時(shí)的信號(hào)源輸出功率Prf，根據(jù)記錄的 Prt計(jì)算出非相參FMCW自差式接收機(jī)的靈敏度，上述fA。為自差式接收機(jī)內(nèi)置本振壓控振蕩 器的中心頻率。
[0019] 本發(fā)明相比于現(xiàn)有技術(shù)具有如下有益效果。
[0020] 測試系統(tǒng)簡單可靠，易于實(shí)現(xiàn)，測試成本低。本發(fā)明通過在帶有內(nèi)部脈沖調(diào)制功能 的信號(hào)發(fā)生器和示波器等標(biāo)準(zhǔn)儀器，簡單設(shè)置信號(hào)源（調(diào)制脈沖參數(shù)、輸出功率和功率步 進(jìn)）和示波器，利用普通線纜等簡單輔助器材即可實(shí)現(xiàn)，測試結(jié)果根據(jù)測量值和測試參數(shù) 的簡單運(yùn)算即可得到，測試簡單可靠，易于實(shí)現(xiàn)，無需開發(fā)和使用專用靈敏度測試儀和測試 系統(tǒng)，測試成本低廉。