随着汽车雷达的日益普及,城市环境中拥挤的射频频谱将成为电子战场。
达将面临无意或有意干扰的综合攻击,设计人员必须像电子战(EW)一样实施抗干扰技术。速摄影机经常遭受拒绝或欺骗。绝干扰可能会使受害车辆的雷达蒙蔽。技术将降低信噪比,从而降低目标检测的可能性。一方面,欺骗性的干扰使受害者的雷达“认为”存在错误的目标。害车辆的雷达失去了跟踪真实目标的能力,因此受害车辆的行为受到严重影响。种干扰可能来自汽车雷达之间的相互干扰,也可能来自故意使用坚固的设备将强连续波(CW)信号指向受害车辆雷达的故意攻击。管当前的避免干扰技术可能足以应付当前的情况,但随着雷达传感器的激增,汽车将需要使用灵活类型的缓解技术,或者将此类技术与以下方法结合使用避免干扰。性技术包括时频域中的信号处理或复杂的雷达波形。达波形是在存在干扰的情况下评估传感器性能的系统关键参数之一。前在77 GHz频带中的汽车雷达主要使用FMCW型波形。FMCW雷达中,CW信号以无线电频带的频率进行线性扫描或Twitter。1显示了示例FMCW(CS)线性调频序列波形。密集的射频环境中,当FMCW雷达传感器在频带的相同部分中运行时,会发生干扰。2显示了来自迎面驶来的汽车的典型干扰示例。
绝干扰:任何FMCW类型的强干扰信号都落在接收机带宽之内,会增加受害雷达的背景噪声。于不良的SNR,此类拒绝干扰可能导致小目标消失(即小雷达横截面(RCS))。绝干扰也可能是故意的,只需向受害车辆的FMCW雷达发送强CW信号即可。受害者雷达的影响类似于FMCW的干扰情况(见图4)。导性干扰:如果干扰信号与受害雷达同步但被延迟,则将在固定距离处产生错误的误导目标。种技术在电子战干扰机中很常见。
将到来的类似类型的汽车立体声音响将成为意外干扰。是,受害雷达和干扰雷达之间的时间对准的可能性将非常低。于受害雷达最大范围延迟的干扰延迟偏移可能类似于真实目标。
如,最大距离200 m要求扫描对准误差小于1.3μs。是,通过在即将到来的汽车平台上安装复杂的电子战型设备,可以有意地进行这种欺骗性攻击。笼统地说,欺骗性干扰是基于受害雷达信号的重发,但是其延迟和频率已经系统地改变了。可以是非相干的(在此情况下,干扰器称为转发器)或相干的(在此情况下,干扰器称为中继器)。继器接收,修改和重发一个或多个干扰信号,并且在干扰器检测到目标受害者的雷达信号时,转发器会发送预定信号。于转发器的复杂攻击通常需要数字射频存储器(DRFM)。DRFM能够执行协调的距离延迟和多普勒门拖曳攻击。此,它将保持错误的目标和多普勒特征以欺骗受害者雷达。本的雷达缓解干扰技术主要依赖于避免干扰的方法。间:使用较窄的电子扫描光束可降低发生干扰的风险。
程巡航控制(ACC)雷达的典型视场为±8°。是,强干扰信号仍会通过天线旁瓣引起有效干扰。间:随机生成随机FMCW斜率参数,以避免周期性干扰。谱:FMCW生成的起始和终止频率是随机生成的,以减少重叠和干扰的可能性。本的随机化方法避免了与其他雷达的意外同步,但在密集的RF环境中可能没有用。来越多的雷达传感器需要更复杂的弹性技术来减轻干扰。
免干扰的另一种方法是使用信号处理算法来修复接收到的波形。频域技术可以有效地响应拒绝干扰攻击。于即将来临的汽车的FMCW干扰,干扰机扫描所有频带所需的时间非常短。常规的FFT域中,这种快速,时变的信号似乎是高本底噪声。频域中的信号处理技术将该信号传输到另一个域,与FFT域相比,它更容易过滤掉该域中的干扰(参见图3)。于时变信号,短期傅立叶变换(STFT)可以提供比常规FFT更多的信息。STFT技术可用于消除窄带干扰。STFT基本上是通过信号移动窗口以获得窗口间隔的FFT。号在频域中进行滤波以消除干扰分量,然后在时域中进行转换。4显示了典型的FMCW干扰情况,恒温阀芯其中RF线性调频脉冲序列重叠,并且在STFT域中产生了IF拍频信号。4的右侧显示了IF域,这是混合雷达信号(蓝色)和干扰信号(橙色)的最终结果。平线表示目标,垂直V形线表示存在假信号。相似或相反的方向干扰FMCW,甚至像CW这样的慢chi,都会对IF信号产生类似影响。所有这些干扰情况下,快速移动的V形IF信号将在常规FFT域中增加背景噪声,如图3所示。以对STFT域中的干扰信号进行滤波使用基于振幅的遮罩。然,前提是受害雷达的前部和量化部具有足够的动态范围,以同时线性处理强干扰信号和预期的较小目标信号。参见图5。5的上部图像显示了强干扰信号,而下部图像显示了经过处理的STFT。
上图所示,在强烈干扰的情况下,看不到几个真实目标。下图中,消除了V形干扰信号;当返回时域时,现在可以识别弱SNR目标。果出现拒绝干扰,则可以使用基于STFT的干扰缓解技术来应对强干扰。于欺骗性干扰攻击,仅STFT无法验证返回信号是真还是假。少中继器干扰攻击影响的基本对策是使用低拦截概率(LPI)雷达波形。LPI雷达的目的是在广泛的频谱上分布辐射能,以避免任何检测。常,使用几乎随机的扫描,调制或跳频序列。FMCW是LPI波形。果在频率introduced中引入相位编码或加密,则可以进一步降低DRFM截获汽车雷达信号的可能性。个雷达传感器独特的加密RF特性可以验证返回信号的真实性。6显示了一个用例,其中两个相同的速度摄像机(安装在不同的汽车上)具有频移和延迟,从而在受害者的雷达中创建了错误的目标。扰雷达和受害雷达会随时间对齐(相同的坡度和较短的偏移)。这种情况下,具有相位编码的FMCW雷达可以提供出色的抗干扰鲁棒性。交码的使用还使MIMO雷达操作变得可行,从而允许同时传输多个波形。长:目标是使用短序列从最小距离达到旁瓣水平。PRN序列长度为1024导致最大旁瓣电平(PSLL)约为30 dB(10log1024)。以优化发射码和接收滤波器的权重,并且可以改善PSLL,从而降低SNR。好的互相关特性:要在传感器之间获得良好的绝缘,一组成员的互相关系数必须为零。多普勒效应能力:相位编码雷达的性能可能会受到多普勒频移的影响。
进制代码对多普勒效应的容忍度较低。相代码的性能比二进制代码慢。用的不同代码数量:更大的代码更好,并且可以为每个雷达传感器分配一个唯一的代码。7显示了没有相位编码的雷达回波。扰信号显示为错误目标。使用PRN序列对发射机的FMCW波形进行相位编码时,可以抑制干扰信号,如图8所示。种方法会影响动态范围。是,雷达信号处理器可以在多个鸣叫信号上使用同相编码的FMCW标记虚假目标,然后返回正常操作。用先进的信号处理算法和技术来生成复杂的波形可以减少杂乱的汽车雷达传感器环境中的干扰。于STFT的信号处理技术可用于响应拒绝型攻击。
位编码的FMCW通过处理增益并避免拦截措施,为抵御不一致和一致的欺骗攻击提供了额外的防御层。
1是缓解技术的摘要。述用于汽车雷达的干扰缓解原理也适用于其他雷达传感器环境,例如机器人,道路通行费,GPS,无人机着陆或避免碰撞系统。前,汽车雷达传感器以非合作模式运行,并且彼此之间无法通信。管协作操作模式需要全行业的协调,但是雷达传感器之间的仲裁可以帮助解决干扰问题。来的雷达概念(包括传感器合作)将是通信节点和雷达传感器的融合。来使用复杂波形的雷达可能还会在雷达信号中包含信息。同的设备可用于雷达和通信(RadCom)。
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