[科普]如何解決鄰近雷達的相互干擾的問題
雷達從軍用起源至今,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于國防、航空航天航海、氣象,以及汽車等各個領(lǐng)域。不可忽視的同頻同制式鄰近雷達間的干擾問題,始終困擾著雷達用戶。順利獲得分時開機來避免“友軍致盲”的尷尬場面,不算是好的解決方案,特別是汽車雷達,行駛中的幾輛車之間,裝載的同類型雷達難以區(qū)分目標和干擾,根本無法順利獲得協(xié)同開關(guān)機規(guī)避干擾。而軍用雷達采用分時開機方式的最著名反面案例就是謝菲爾德號被擊沉,下面就由 ■十大网投正规信誉官网■十大网投靠谱平台 科技小編帶大家分析一下如何解決鄰近雷達的相互干擾的問題。
當前汽車微波雷達采用的最常用調(diào)制方式是FMCW調(diào)頻陸續(xù)在波,如下圖,F(xiàn)M frequency 代表信號的頻率變化,每個周期內(nèi)頻率是三角波(或梯形)。在較短時間內(nèi),例如1ms,頻率變化范圍很大,可達2GHz或5GHz。Baseband代表信號基帶的時域波形。FMCW vector是FM信號的I/Q數(shù)據(jù)矢量圖。
雷達接收機對回波信號進行處理,從而確定各目標的距離和速度,處理方法通常有兩種,一種是寬帶接收機,直接解調(diào)I/Q數(shù)據(jù),與數(shù)字匹配濾波器(發(fā)射信號I/Q數(shù)據(jù)的共軛)運算取得目標探測結(jié)果;另一種是窄帶接收機,其混頻器的本振直接采用發(fā)射信號,相當于硬件匹配濾波,在中頻分析獲取目標探測結(jié)果。
上述這種FMCW雷達的抗干擾能力較差。隨著汽車微波雷達的商用開展,數(shù)量增多,在實際道路中的干擾問題逐漸復(fù)雜和凸顯,可能出現(xiàn)下圖所示的情況。
在相對行駛和鄰近車輛,同型號同調(diào)制的各雷達之間毫無疑問會彼此干擾,結(jié)果就是所有相互干擾的雷達都會誤報甚至無法工作。
采用數(shù)字編碼調(diào)制(DCM)的數(shù)字調(diào)制雷達(DMR),是一種數(shù)字相位調(diào)制雷達,是解決干擾問題的最佳方案。這種雷達的接收機可以使用匹配濾波器進行處理,或者與發(fā)射信號的各種時延相關(guān),以便可以估計目標的重要參數(shù)。
DCM使用CDM-MIMO,其中的不同發(fā)射機采用唯一的擴頻碼。在每個接收天線處,使用與每個發(fā)射機信號匹配的濾波器。在發(fā)射時可以使用彼此正交的擴頻碼來減少自干擾,但這要犧牲較大的自相關(guān)旁瓣。在擴頻碼的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性之間存在一種折衷?;ハ嚓P(guān)表示來自使用不同擴頻碼的不同天線的干擾量,而自相關(guān)表示來自一個擴頻碼的自干擾。
在 DMR/DCM 雷達系統(tǒng) 中,由碼片序列(+1, +1, -1, +1, -1, ...)組成的擴頻碼被映射成一系列相位(例如,0, 0, π, 0,π, ...)用于調(diào)制射頻正弦信號的相位。擴頻碼可以是一個周期性序列,也可以是一個偽隨機序列。調(diào)制信號的帶寬與相位變化的速率成正比,稱為碼片速率,它是碼片持續(xù)時間的倒數(shù)。順利獲得將返回信號與發(fā)射信號進行比較,接收器可以確定反射物體的距離和速度,這可以順利獲得匹配濾波器及一組相關(guān)器來實現(xiàn)。
現(xiàn)在商用的DCM汽車雷達的基礎(chǔ)數(shù)字調(diào)制方式有FSK、BPSK和GMSK,順利獲得數(shù)字編碼,賦予每個雷達、每組收發(fā)單元不同的編碼序列,相當于各自身份識別,最大程度避免了干擾問題。當然DCM雷達的目標探測能力、分辨率等性能優(yōu)于LFM線性調(diào)頻雷達,應(yīng)當是汽車雷達未來的開展方向,而且基于數(shù)字編碼調(diào)制的雷達,與車聯(lián)網(wǎng)的數(shù)字調(diào)制,有了協(xié)同的基礎(chǔ),未來有協(xié)調(diào)開展的可能。
軍事國防領(lǐng)域中,有相當多的雷達采用與FMCW類似的線性調(diào)頻LFM調(diào)制方式,甚至簡單脈沖調(diào)制,這在電子戰(zhàn)環(huán)境下無法正常工作。這種雷達,可能輕易被敵方干擾機捕獲和干擾,甚至可能被相同頻段的鄰近友軍雷達或通信設(shè)備“致盲”?,F(xiàn)在采用的解決方案與上述抗干擾汽車雷達類似,通常采用數(shù)字編碼調(diào)制(DCM)的數(shù)字調(diào)制雷達(DMR),以及跳頻方式。
在雷達的研發(fā)和制造中,常用寬帶矢量信號源和能夠分析寬帶信號的頻譜儀進行雷達接收機和發(fā)射機的測試,乃至目標模擬和衰落模擬。這些年來視頻技術(shù)開展迅速,雷達干擾與抗干擾之間的摩擦更加激烈。雷達的抗干擾需要對雷達各分系統(tǒng)采取合適的抗干擾措施才能提高雷達的整體抗干擾能力。同時,抗干擾技術(shù)需要與適當?shù)膽?zhàn)術(shù)相結(jié)合才能發(fā)揮更佳的效能,這樣才能有效規(guī)避鄰近雷達的相互干擾。