解析汽車前視防撞雷達(dá)抗交叉干擾技術(shù)

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。