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ADI:轿车雷达传感器和拥挤不堪的无线电频谱: 城市电子战场?

文章转自ADI官网,版权归属原作者所有 随着汽车雷达越来越普及,城市环境中拥挤不堪的射

文章转自ADI官网,版权归属原作者一切

跟着轿车雷达越来越遍及,城市环境中拥堵不堪的射频频谱将变成一个电子战场。雷达将面对无意或有意搅扰的组合式进犯,规划人员有必要像在电子战(EW)中一样施行反搅扰技能。

轿车雷达一般会遭受回绝式或诈骗式搅扰。回绝式搅扰会致盲受害车辆雷达。这种技能会下降信噪比,导致方针检测的概率下降。另一方面,诈骗式搅扰会让受害车辆雷达”认为”存在虚伪方针。受害车辆雷达失掉追寻实在方针的才能,故而受害车辆的行为遭到严重影响。

这些搅扰或许源于轿车雷达之间的彼此搅扰,或许是运用廉价硬件简略地将强接连波(CW)信号指向受害车辆雷达而成心发作的进犯。

尽管现在的避搅扰技能或许足以应对当今的状况,但跟着雷达传感器的激增,轿车将需求运用弹性类型的缓解技能,或许此类技能与避搅扰办法结合运用。弹性技能包括时频域信号处理或杂乱雷达波形。

雷达波形

雷达波形是判别传感器在有搅扰状况下的功用的要害体系参数之一。当今77 GHz频段的轿车雷达首要运用FMCW型波形。在FMCW雷达中,CW信号在射频段的频率上线性扫描或啁啾。图1显现了一个FMCW chirp序列(CS)波形比如

Figure 1
图1. FMCW CS示例

回波信号的频率差(fb,拍频)与到方针的间隔R成份额,可经过以下联系确认:

Equation 1

搅扰的影响

在密布射频环境中,当FMCW雷达传感器在频带的相同部分中作业时,就会发作搅扰。一个典型的迎面而来的轿车搅扰示例参见图2。

Figure 2
图2. 示例:a) FMCW回绝式搅扰;b) FMCW诈骗式搅扰

回绝式搅扰

落入接纳机带宽的恣意FMCW型强搅扰信号会进步受害雷达的本底噪声。这种回绝式搅扰或许导致小方针(即雷达散射截面(RCS)较小)由于SNR很差而消失。

回绝式搅扰也可所以成心为之,简略地将一个强CW信号射向受害车辆FMCW雷达就能做到。对受害雷达的影响相似于FMCW搅扰状况(见图4)。

诈骗式搅扰

假如搅扰信号扫描是同步的,但与受害雷达一起推迟,那么其影响将是在固定间隔发生诈骗性假方针。这种技能在电子战搅扰机中很常见。相似类型的迎面而来的轿车雷达将成为非成心的搅扰机。但是,受害雷达和搅扰雷达之间时刻对齐的概率将十分小。小于受害雷达最大间隔推迟的搅扰机推迟偏移看起来或许像实在方针。例如,200 m最大间隔要求扫描对齐差错小于1.3μs。但是,将杂乱的相似电子战的设备安装在迎面而来的轿车渠道上,便可成心展开这种诈骗式进犯。

更一般地,诈骗式搅扰根据对受害雷达信号的从头传输,不过其推迟和频率发作了体系性改动。这可所以非相干的(这种状况下的搅扰机被称为应答器),或是相干的(这种状况下的搅扰机被称为中继器)。中继器接纳、改动并从头传输一个或多个搅扰信号,而应答器是在搅扰机检测到方针受害雷达信号时传输一个预订信号。

根据中继器的杂乱进犯一般需求数字射频存储器(DRFM)。DRFM可以履行和谐间隔推迟和多普勒波门拖引进犯。因而,它会保持虚伪方针间隔和多普勒特性以诈骗受害雷达。

搅扰缓解技能

根本办法:防止

根本的雷达搅扰缓解技能首要依赖于避搅扰办法。其方针是下降空间、时刻和频率堆叠的或许性,例如:

  • 空间:运用较窄的电子扫描波束可以下降搅扰危险。长途轿车巡航操控(ACC) 雷达的典型视界为±8°。尽管如此,强搅扰信号仍可经过天线旁瓣形成有用搅扰。
  • 时刻:随机生成FMCW 啁啾斜率参数以防止周期性搅扰。
  • 频谱:随机生成FMCW 啁啾开始和中止频率,以下降堆叠和搅扰的概率。

随机化的根本办法会防止与其他雷达意外同步,但在密布射频环境中或许不那么有用。越来越多的雷达传感器需求更杂乱的弹性技能来缓解搅扰。

战略办法:检测并修正

另一种避搅扰办法是运用信号处理算法修正接纳到的波形。时频域技能可以有用应对回绝式搅扰进犯。在迎面而来的轿车FMCW搅扰状况下,搅扰机扫描一切频率槽的时刻十分之短。这种快速时变信号在惯例FFT域中表现为升高的本底噪声。时频域信号处理技能将该信号搬运到另一个域,与FFT域比较,在该域中更简略滤除搅扰(见图3)。

Figure 3
图3. 雷达回波IF波形的FFT和STFT域表明

关于时变信号,短时傅立叶改换(STFT)比惯例FFT能供给更多信息。根据STFT的技能可用于消除窄带搅扰。STFT根本上是让一个窗口移动经过信号,获取窗口区间的FFT。在频域中对信号进行滤波以去除搅扰重量,然后将其转换回时域。

图4显现了堆叠射频啁啾序列的典型FMCW搅扰状况,以及由此发生的STFT域中的IF拍频信号。

Figure 4
图4. STFT域,左:FMCW雷达和搅扰机,右:IF域

图4右侧显现了IF域,其为雷达(蓝色)和搅扰(橙色)信号混频的终究成果。水平线表明方针,而V形垂直线表明存在搅扰信号。

相似或相反方向的搅扰FMCW,乃至相似CW的慢速啁啾,对IF信号有相似的影响。在一切这些搅扰状况中,快速移动的V形IF信号会进步惯例FFT域中的本底噪声,如图3所示。

可以运用根据起伏的屏蔽来滤除STFT域中的搅扰信号。当然,条件是受害雷达前端和量化部分具有满足的动态规划来一起线性地处理较强的搅扰信号和较小的预期方针信号。参见图5。

Figure 5
图5. STFT域中根据起伏的屏蔽

图5上方图画显现了一个强搅扰信号,而下方图画显现了处理后的STFT。在有强搅扰的状况下,如上方图画所示,多个实在方针不行见。在下方图画中,V形搅扰信号被消除;当搬运回时域时,低SNR方针现在已可辨识。

在回绝式搅扰状况中,可以运用根据STFT的搅扰缓解技能来应对强搅扰。针对诈骗式搅扰进犯,单凭STFT无法验证回来信号是真仍是假。

加密射频

下降中继器诈骗式搅扰进犯影响的根本对策是运用低概率阻拦(LPI)雷达波形。LPI雷达的意图是将辐射能量分散到很宽的频谱上以躲避检测,一般选用准随机扫描、调制或跳频序列。FMCW是一种LPI波形。假如将相位编码或加密引进频率啁啾,则可以进一步下降DRFM阻拦轿车雷达信号的几率。

每个雷达传感器独有的加密射频特征可以验证回来信号的真伪。图6显现了一个运用事例,其间两个相同雷达(安装在不同轿车上)之间有频率偏移和推迟,在受害雷达中发生一个假方针。搅扰雷达与受害雷达在时刻上是对齐的(相同的啁啾斜率且偏移较短)。

Figure 6
图6. 存在频率偏移和推迟的相同雷达引起的搅扰

在这种状况下,相位编码FMCW雷达可以供给很高的抗搅扰鲁棒性。运用正交码还能让MIMO雷达操作变得可行,然后支撑多个波形一起发射。

编码要求:

  • 码长:方针是运用短序列完成最小间隔旁瓣电平。1024 的PRN序列长度导致峰值旁瓣电平(PSLL) 约为30 dB (10log1024)。可以优化发射码和接纳滤波器权重,以SNR 为价值来改进PSLL。
  • 杰出的交互相关特性:为完成传感器之间的杰出阻隔,一个调集的成员的交互相联系数应为零。
  • 抗多普勒效应才能:相位编码雷达功用或许受多普勒频移的影响。二进制码对多普勒效应的耐受才能差。多相码的功用衰减速度比二进制码要慢。
  • 可用的不同码数量:规划大的比较好,可以为每个雷达传感器分配仅有编码。

图7显现了无相位编码的雷达回波。搅扰信号显现为一个假方针。当运用PRN序列对发射机FMCW波形进行相位编码时,可以按捺搅扰信号,如图8所示。

Figure 7
图7. 未对真伪方针进行相位编码的雷达回波
Figure 8
图8. 有和无相位编码的雷达回波

这种办法会影响动态规划。但是,雷达信号处理器可以对几个啁啾信号运用相位编码FMCW以符号假方针,然后切换回正常操作。

结论及未来趋势

运用先进信号处理算法和杂乱波形生成技能,可以缓解拥堵轿车雷达传感器环境中的搅扰。根据STFT的信号处理技能可用来应对回绝类型的进犯。相位编码FMCW凭借处理增益和防止阻拦办法,对非相干和相干诈骗式进犯均供给额定的抵挡层。表1是对缓解技能的总结。

表1. 根据FMCW的轿车雷达缓解技能
搅扰类型回绝式诈骗式
搅扰硬件另一个雷达传感器或简略的CW发作器DRFM (相干)应答器
(非相干)
对受害雷达的影响SNR欠安假方针假方针
弹性缓解技能STFT相位编码FMCW相位编码FMCW
缓解准则修正雷达回来波形躲避检测编码序列的处理增益
减缓作用
(预期)

上述针对轿车雷达的搅扰缓解准则也适用于其他雷达传感器环境,例如机器人、路途收费、GPS、无人机着陆或防撞体系。

现在,轿车雷达传感器在非协作形式下运转,彼此之间不通讯。尽管协作运作形式需求全职业和谐,但雷达传感器之间的裁定可以协助处理搅扰问题。

包括传感器协作在内的未来雷达概念将是通讯节点和雷达传感器的交融。运用杂乱波形的未来雷达也可以将信息包括在雷达信号中。同一硬件可以一起用于雷达和通讯(RadCom)。

RadCom:雷达和通讯功用一起履行的单一体系:

  • 多用户才能,无搅扰
  • 运用OFDM 或相似通讯码对雷达信号进行编码,为在雷达信号中包括信息供给了或许性
  • 根据OFDM 的雷达发射信号使得二者可以一起进行

ADI公司的5G毫米波收发器信号处理方案具有超越GHz的带宽和波束引导才能,或许成为RadCom体系概念的潜在候选者。

ADI公司在开发最先进雷达传感器和5G毫米波处理方案方面处于共同的位置,为未来的RadCom体系铺平了路途。

ADI公司Drive360 28 nm CMOS雷达技能:

ADI公司的Drive360™ 28nm CMOS雷达渠道支撑多种高档信号处理集成,乃至是自定义IP集成,使规划人员可以区别他们的体系,并且配有高集成电源办理辅佐芯片。该渠道可令一级供货商产品和原厂产品具有优秀的功用,而这正是打造牢靠的处理方案,将其应用于新式自主驾驭范畴所不行获取的条件条件。

5G毫米波

ADI公司凭借其独有的位到微波功用,为5G微波作出了许多奉献。ADI丰厚的技能产品系列以及不断进步的RF技能与无线电体系工程的深沉前史相结合,使咱们处于领先位置,带领咱们的客户为新式的5G体系开辟新的微波和毫米波频率处理方案。

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