一种基于多目标模拟器的雷达阵列天线校准方法与流程

本发明涉及毫米波雷达测试与校准，具体涉及一种基于多目标模拟器的雷达阵列天线校准方法。

背景技术：

1、在毫米波雷达的批量生产中，必须对每个雷达模组进行天线阵列校准，主要原因包括：

2、1、工艺公差：印刷电路板（pcb）制造误差、芯片贴装偏移、天线馈线长度差异等因素导致各接收通道间存在固定的初始相位不一致性；

3、2、天线罩影响：天线罩的介电常数不均匀性及其与天线的耦合效应，会引入随角度变化的附加相位畸变，且角度越大畸变越显著；

4、3、温度漂移：环境温度变化会导致通道间相位差发生漂移。

5、若不进行校准，雷达在大角度（如±50°以上）区域的测角误差可达数度，无法满足高级辅助驾驶（adas）及自动驾驶系统对目标方位感知的精度要求。

6、目前行业内主要采用以下两种校准方式：

7、（1）单目标转台标定法（传统方案）

8、在暗室中，将待测雷达安装于高精度转台上，在雷达前方固定位置放置单个角反射器或单个目标模拟器。通过转台逐次旋转雷达至预设角度，以1°（或设定步进）为间隔从-逐点旋转至+，在每个位置采集目标回波数据，计算各通道的幅相校准系数。该方案的主要缺陷：

9、标定效率极低：以视场±60°、步进1°为例，需旋转121次（从-60°至+60°），单次采集及转台稳定耗时约1-2秒，总标定时间长达2-4分钟/台，严重制约生产线节拍；

10、设备磨损：高精度转台的频繁启停和大量旋转加速了机械磨损，增加设备维护成本；

11、静态干扰：使用角反射器时，暗室内的多径反射和静态杂波影响校准精度；

12、目标单一：单次仅能标定一个角度，信息获取效率低下。

13、（2）通用雷达模拟器标定法（如公开号为cn115015855a的中国专利申请）

14、采用具备实时任意波形发生能力的通用目标模拟器，通过软件配置模拟目标的距离、速度和角度参数进行标定。该类方案主要面向主机厂的实车标定和研发验证场景。

15、该方案的主要缺陷：

16、成本高昂：通用模拟器需具备宽带信号生成、实时参数更改等功能，单台设备成本可达数十万至百万元级；

17、产线适用性差：该类方案未针对产线批量校准进行优化，标定流程复杂，同样依赖转台逐点旋转；

18、功能冗余：产线校准仅需固定距离和速度的模拟目标，通用模拟器的复杂功能造成资源浪费。

技术实现思路

1、本发明的目的是针对现有技术存在的不足，提供一种基于多目标模拟器的雷达阵列天线校准方法。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种基于多目标模拟器的雷达阵列天线校准方法，包括：

3、在暗室静区中，雷达的待校准视场角至内，面向雷达的天线法线方向，沿水平方位角安装n个目标模拟器的探头，其中一个探头设置在待校准视场角的一侧边缘处，其余依次在待校准视场角内以间距等间距排列，待校准视场角的另一侧边缘处不设置探头，每一探头用以模拟固定距离和固定径向速度的目标，n为大于等于2的正整数；

4、控制转台将待测雷达的法线方向对准0°处的探头，完成雷达系统的自检和初始同步；

5、预先设定校准表的角度分辨率，以所述角度分辨率为步进，控制转台向边缘设有探头的一侧旋转次，每旋转一次触发雷达发射并采集n个探头的回波数据；最后再旋转一次，使得雷达法线到达0°处的探头与处的探头覆盖区域的重叠角度处，并采集重叠角度处的数据；

6、对采集的全部数据，在距离-多普勒二维平面中分离 n 个探头的回波，分别计算各探头对应角度区间的单目标校准系数；

7、利用重叠角度处的数据，将n段单目标校准系数对齐并拼接为完整的全视场校准表，并将所述全场视角校准表写入雷达的非易失性存储器中。

8、进一步的，对于任意两个探头模拟出两个目标的距离和径向速度分别满足距离避障条件和速度避障条件，以使因高阶谐波分量产生的虚假谐波目标在距离维或多普勒维不会落入模拟出的真实目标的检测区间。

9、进一步的，所述距离避障条件具体如下：

10、，且；

11、其中，为第个目标模拟器的探头模拟出的目标与待测雷达的距离，为第个探头模拟出的目标的距离，，为正整数。

12、进一步的，所述速度避障条件具体如下：

13、，且；

14、其中，为第个探头模拟出的目标的多普勒频率，为第个探头模拟出的目标的多普勒频率。

15、进一步的，所述角度分辨率的取值范围为0.5°至5°。

16、进一步的，所述探头数量n的取值范围为3至24。

17、进一步的，将n段单目标校准系数对齐并拼接为完整的全视场校准表的方式如下：

18、提取0°处的探头与处的探头分别模拟出的目标在重叠角度处的校准系数为：

19、；

20、；

21、其中，为0°处的探头模拟出的目标在重叠角度处的校准系数，为自然对数，为虚数单位，为0°处的探头模拟出的目标第个通道在重叠角度处的相位，，为雷达接收天线阵列包含的虚拟通道的数量，为处的探头模拟出的目标在重叠角度处的校准系数，为处的探头模拟出的目标第个通道在重叠角度处的相位；

22、计算各个虚拟通道上的相位差为：

23、；

24、根据个虚拟通道的相位差计算全局相位跳变量；

25、将处的探头在全部覆盖角度范围内的所有校准系数均补偿所述全局相位跳变量，具体如下：

26、；

27、其中，为补偿后的处的探头模拟出的目标在角度处的校准系数，为补偿前的处的探头模拟出的目标在角度处的校准系数，为0至之间的任意角度。

28、依次对其余探头模拟出的目标的校准系数补偿全局相位跳变量，然后拼接获得完整的全视场校准表。

29、进一步的，还包括：在所述重叠角度处的两侧选取多个采样点，分别计算相位差后加权平均，作为最终的相位差。

30、进一步的，根据个虚拟通道的相位差计算全局相位跳变量的方式具体如下：

31、。

32、进一步的，所述目标模拟器包括：

33、接收模块，用以接收雷达发送的探测信号；

34、固定距离处理模块，用以对所述探测信号进行时间延迟处理，以实现目标固定距离的模拟；

35、固定速度处理模块，用以将时间延迟处理后的探测信号进行频率偏移处理，以实现目标固定径向速度的模拟；

36、回发模块，用以将频率偏移处理后的探测信号发出。

37、有益效果：1、本发明通过多探头空间分集、局部精细扫描、重叠数据拼接的技术路线，将物理旋转次数大幅降低，转台总行程大幅缩减，从而大幅降低标定总耗时，显著提升了雷达生产线的出厂测试节拍；

38、2、本发明所采用的模拟器仅需生成固定时延（对应固定距离）和固定单频移频（对应固定多普勒频率）的简易信号，无需具备实时任意波形发生或参数动态更改能力，硬件架构可采用固定延迟线加单频移频器的简洁设计，设备成本大幅降低，有利于在产线中大规模部署，降低产线建设投入；

39、3、本发明通过严格限定多个模拟目标的距离参数和多普勒频率参数满足非整数倍关系，从根源上规避了模拟器内部非线性及空间多径效应产生的谐波虚假目标落入真实目标检测区间，保证了校准系数的纯净度和准确性；

40、4、本发明通过额外1次旋转获取相邻探头覆盖区域的重叠数据，并基于重叠位置的多通道相位差均值进行整体补偿，有效消除了因切换模拟器目标引入的相位阶跃，保证了全视场范围内校准系数的平滑连续，避免了因相位跳变导致的测角结果异常，确保了大角度区域的测角精度。