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    解析汽車前視防撞雷達(dá)抗交叉干擾技術(shù)

    2021-11-05 07:47:48惠州市德賽西威汽車電子股份有限公司李瑞丹
    電子世界 2021年17期
    關(guān)鍵詞:防撞斜率交叉

    惠州市德賽西威汽車電子股份有限公司 李瑞丹 任 淼

    受交叉干擾影響,汽車前視防撞雷達(dá)很容易檢測(cè)出虛假目標(biāo),靈敏度下降、漏檢率和誤報(bào)率提升等問(wèn)題也往往同時(shí)出現(xiàn),這對(duì)行車安全將造成嚴(yán)重威脅,如何規(guī)避這種威脅近年來(lái)受到業(yè)界高度重視。為保證汽車前視防撞雷達(dá)更好保障行車安全,正是本文圍繞抗交叉干擾技術(shù)開(kāi)展具體研究的原因所在。

    1 汽車前視防撞雷達(dá)交叉干擾產(chǎn)生原因與干擾分類

    為深入了解汽車前視防撞雷達(dá)交叉干擾,本節(jié)將對(duì)這類干擾的產(chǎn)生原因進(jìn)行分析,并同時(shí)開(kāi)展細(xì)致分類。

    1.1 交叉干擾產(chǎn)生原因

    汽車前視防撞雷達(dá)近年來(lái)在我國(guó)的應(yīng)用日漸廣泛,而受到數(shù)量較多和距離較近的雷達(dá)傳感器影響,彼此之間作用頻繁的傳感器很容易接收無(wú)關(guān)信號(hào),交叉干擾會(huì)因此產(chǎn)生。在交叉干擾影響下,誤判往往會(huì)頻繁出現(xiàn),如具體判斷受到的虛假目標(biāo)影響。汽車前視防撞雷達(dá)距離分辨率受到的帶寬影響也需要得到重視,由于帶寬寬度會(huì)對(duì)距離分辨率造成影響,距離分辨率會(huì)隨不斷增大的帶寬變大,但對(duì)于有限的可用頻率帶寬來(lái)說(shuō),共同作用的大量雷達(dá)會(huì)提升干擾幾率,誤報(bào)率自然會(huì)隨之提升,雷達(dá)的靈敏度和安全性也會(huì)受到影響。由于汽車前視防撞雷達(dá)應(yīng)用初期汽車及雷達(dá)數(shù)量較少,這使得干擾問(wèn)題長(zhǎng)期被忽略,隨著汽車前視防撞雷達(dá)在道路上的增多,干擾問(wèn)題日趨嚴(yán)重,這類問(wèn)題必須設(shè)法解決。

    1.2 交叉干擾分類

    汽車前視防撞雷達(dá)交叉干擾可細(xì)分為兩大類,即頻率相同、不同汽車前視防撞雷達(dá)引發(fā)的干擾。對(duì)于頻率不同的干擾,這類干擾的濾除難度較低,如載波頻率不同的無(wú)線電波由接收機(jī)接收后,汽車前視防撞雷達(dá)系統(tǒng)可將其濾掉,相關(guān)干擾影響能夠降到最低;對(duì)于頻率相同的干擾,這種干擾帶來(lái)的影響較大,受復(fù)雜的道路交通狀況、較少的工作頻段影響,相同頻率干擾在實(shí)際的汽車前視防撞雷達(dá)運(yùn)行中較為常見(jiàn),這種干擾會(huì)因此相應(yīng)車輛距離拉近而放大?;诿}沖重復(fù)周期關(guān)系進(jìn)行分析可以發(fā)現(xiàn),這種相同頻率干擾還可以進(jìn)一步細(xì)分,即頻率相同的異步、同步干擾。頻率相同的異步干擾指的是存在相同發(fā)射頻率的兩個(gè)雷達(dá),且存在不屬于整數(shù)倍關(guān)系且大于某個(gè)值的PRT相差。異步干擾則是指兩個(gè)雷達(dá)的信號(hào)形式和發(fā)展頻率均相同,且PRT存在整數(shù)倍關(guān)系或接近。

    2 汽車前視防撞雷達(dá)抗交叉干擾技術(shù)

    為解決汽車前視防撞雷達(dá)交叉干擾問(wèn)題,抗交叉干擾技術(shù)的科學(xué)選用極為關(guān)鍵,因此本節(jié)將介紹三種實(shí)用技術(shù),包括發(fā)射波形斜率改變技術(shù)、抗同頻異步干擾技術(shù)、抗同頻同步干擾技術(shù)。

    2.1 發(fā)射波形斜率改變技術(shù)

    三角形調(diào)制信號(hào)斜率可通過(guò)對(duì)發(fā)射波形斜率的改變實(shí)現(xiàn)隨機(jī)變化,發(fā)生變化的斜率不會(huì)影響三角波調(diào)制周期?;贔MCW雷達(dá)體制,可確定自車?yán)走_(dá)存在式(1)所示的差額信號(hào)。

    在干擾和本地振蕩器混頻后,可得到式(2)所示的差頻信號(hào)表達(dá)式:

    上式中的s、T、fc分別為發(fā)射信號(hào)幅度、三角波周期、載波頻率,k1、k2為隨機(jī)斜率,s0、t0、kf分別為衰減系數(shù)、接收機(jī)干擾信號(hào)到達(dá)時(shí)間、調(diào)頻系數(shù)。

    選擇載波頻率、三角波周期分別為77GHz、0.01s,衰減系數(shù)分別表示為-15dB、-20dB,三角波斜率表示為k= 2B / Tm。開(kāi)展針對(duì)性仿真可以得到圖1所示的抑制干擾后仿真圖。

    圖1 抑制干擾后仿真圖

    分析圖1可以發(fā)現(xiàn),對(duì)于隨機(jī)生成的發(fā)射信號(hào)斜率,進(jìn)行FFT預(yù)處理后,圖片中所示的結(jié)果。深入分析能夠發(fā)現(xiàn),自車?yán)走_(dá)接收自車?yán)走_(dá)的回波信號(hào)后,能夠得到一根譜線單頻信號(hào)的頻譜。在干擾車?yán)走_(dá)影響下,自車?yán)走_(dá)接收干擾信號(hào)后開(kāi)展混頻,線性調(diào)頻信號(hào)會(huì)在之后輸出,此時(shí)無(wú)法得到一根譜線單頻信號(hào)的頻譜。對(duì)于自車?yán)走_(dá)接收端進(jìn)入的干擾車?yán)走_(dá)電磁波,混頻后系統(tǒng)能夠自動(dòng)按照噪聲進(jìn)行處理,目標(biāo)檢測(cè)的正常進(jìn)行不會(huì)受到影響,這種影響較小的后端信號(hào)處理可設(shè)法實(shí)現(xiàn)信噪比提高,以此更好提升處理效果。

    2.2 抗同頻異步干擾技術(shù)

    對(duì)于上文提及的汽車前視防撞雷達(dá)頻率相同異步干擾,相參積累可在周期層面區(qū)別開(kāi)展,在各周期重合電路支持下,目標(biāo)回波信號(hào)在自車?yán)走_(dá)接收后得到最大值輸出振幅,受周期性差異影響的干擾信號(hào)存在較小幅度,這種幅度相較于回波信號(hào)較為顯著,同時(shí)門(mén)限選通電路能夠在一定程度上實(shí)現(xiàn)干擾抑制,相關(guān)處理可在輸出至下一級(jí)后針對(duì)性開(kāi)展??紤]到汽車數(shù)量不斷提升會(huì)導(dǎo)致不斷積累的干擾信號(hào)回波出現(xiàn),為實(shí)現(xiàn)抗干擾強(qiáng)度增強(qiáng),可采用四級(jí)跨周期積累電路等多級(jí)跨周期積累電路,以此實(shí)現(xiàn)同頻異步干擾的應(yīng)對(duì),圖2為具體的電路框圖。結(jié)合具體仿真可以發(fā)現(xiàn),在四級(jí)跨周期積累電路支持下,同頻異步干擾得到較好抑制。

    圖2 電路框圖示意圖

    2.3 抗同頻同步干擾技術(shù)

    在相干累加后,汽車前視防撞雷達(dá)的同頻同步干擾的消除難度將大幅提升,結(jié)合相關(guān)理論研究和實(shí)踐探索可以了解到,雷達(dá)擁有唯一發(fā)射信號(hào)屬于最佳的同頻同步干擾去除方法,復(fù)雜環(huán)境內(nèi)所有汽車前視防撞雷達(dá)均可由此獲取對(duì)應(yīng)回波。為實(shí)現(xiàn)抗同頻同步干擾,需保證存在能夠識(shí)別本地信號(hào)且可以改變發(fā)射信號(hào)的汽車前視防撞雷達(dá),由此可基于m序列開(kāi)展汽車前視防撞雷達(dá)調(diào)制。具體需要在m序列上隨機(jī)化承載數(shù)字化信號(hào),m序列完成信號(hào)調(diào)制后,可以將其視作同時(shí)完成n位編碼,發(fā)送出去的調(diào)制信號(hào)能夠在接收時(shí)通過(guò)原始m序列進(jìn)行驗(yàn)證,擁有唯一性的信號(hào)識(shí)別可以保證相同m序列的順利接收。所謂m序列,指的是能夠生成偽隨機(jī)碼的線性移位寄存器,其在干擾能力出色的偽噪聲編碼雷達(dá)中有著廣泛應(yīng)用,在汽車前視防撞雷達(dá)中也具備較高應(yīng)用價(jià)值。

    基于上述分析可以發(fā)現(xiàn),m序列能夠?qū)ζ嚽耙暦雷怖走_(dá)開(kāi)展調(diào)制處理,分析雷達(dá)信號(hào)在調(diào)制后的變化可以發(fā)現(xiàn),這種抗同頻同步干擾技術(shù)的應(yīng)用可通過(guò)m序列完成上、下掃頻段三角波的分別調(diào)制。設(shè)m序列的階數(shù)為r,周期數(shù)為N,基于公式:

    結(jié)合奇數(shù)周期,在m序列的階數(shù)為7時(shí),存在127的周期數(shù),由此對(duì)上、下掃頻段三角波開(kāi)展分別調(diào)制,在對(duì)應(yīng)的線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)周期中,m序列信號(hào)開(kāi)展的調(diào)制種類為:

    基于式(4)求得的數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn),m序列調(diào)制后汽車前視防撞雷達(dá)出現(xiàn)干擾的幾率大幅下降,具體值為1/16129,有效抑制的同頻同步干擾帶來(lái)的檢測(cè)性能影響降到最低,這種基于m序列的抗同頻同步干擾技術(shù)具備較高實(shí)用性。深入分析可以發(fā)現(xiàn),汽車前視防撞雷達(dá)工作過(guò)程中三角波會(huì)對(duì)其壓控振蕩器造成影響,線性調(diào)頻連續(xù)波受此影響會(huì)規(guī)律性輸出,通過(guò)調(diào)制該發(fā)射頻率,在m序列支持下,本地振蕩器信號(hào)與接收機(jī)接收回波信號(hào)混頻,后續(xù)信號(hào)處理可在信號(hào)處理機(jī)接收混頻信號(hào)后開(kāi)展。受自身特點(diǎn)影響,m序列的自相關(guān)性較為突出,存在類似于沖激函數(shù)的自相關(guān)函數(shù),這使得汽車前視防撞雷達(dá)信號(hào)在m序列調(diào)制后的抗干擾能力較為出色,而在自相關(guān)性支持下,m序列可保證本地雷達(dá)信號(hào)與干擾信號(hào)的互不干涉,接收機(jī)中干擾信號(hào)可較好被削弱,更加準(zhǔn)確的汽車前視防撞雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)能夠順利開(kāi)展。

    結(jié)論:綜上所述,汽車前視防撞雷達(dá)抗交叉干擾技術(shù)具備較高實(shí)用性。在此基礎(chǔ)上,本文涉及的發(fā)射波形斜率改變技術(shù)、抗同頻異步干擾技術(shù)、抗同頻同步干擾技術(shù)等內(nèi)容,則直觀展示了抗交叉干擾技術(shù)在汽車前視防撞雷達(dá)中的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用路徑。為保證汽車前視防撞雷達(dá)更好服務(wù)于行車安全保障,互聯(lián)網(wǎng)接入的影響、其他抗干擾技術(shù)的應(yīng)用同樣需要得到重視。

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