解析汽車前視防撞雷達抗交叉干擾技術

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，汽車前視防撞雷達很容易檢測出虛假目標，靈敏度下降、漏檢率和誤報率提升等問題也往往同時出現，這對行車安全將造成嚴重威脅，如何規避這種威脅近年來受到業界高度重視。為保證汽車前視防撞雷達更好保障行車安全，正是本文圍繞抗交叉干擾技術開展具體研究的原因所在。

1 汽車前視防撞雷達交叉干擾產生原因與干擾分類

為深入了解汽車前視防撞雷達交叉干擾，本節將對這類干擾的產生原因進行分析，并同時開展細致分類。

1.1 交叉干擾產生原因

汽車前視防撞雷達近年來在我國的應用日漸廣泛，而受到數量較多和距離較近的雷達傳感器影響，彼此之間作用頻繁的傳感器很容易接收無關信號，交叉干擾會因此產生。在交叉干擾影響下，誤判往往會頻繁出現，如具體判斷受到的虛假目標影響。汽車前視防撞雷達距離分辨率受到的帶寬影響也需要得到重視，由于帶寬寬度會對距離分辨率造成影響，距離分辨率會隨不斷增大的帶寬變大，但對于有限的可用頻率帶寬來說，共同作用的大量雷達會提升干擾幾率，誤報率自然會隨之提升，雷達的靈敏度和安全性也會受到影響。由于汽車前視防撞雷達應用初期汽車及雷達數量較少，這使得干擾問題長期被忽略，隨著汽車前視防撞雷達在道路上的增多，干擾問題日趨嚴重，這類問題必須設法解決。

1.2 交叉干擾分類

汽車前視防撞雷達交叉干擾可細分為兩大類，即頻率相同、不同汽車前視防撞雷達引發的干擾。對于頻率不同的干擾，這類干擾的濾除難度較低，如載波頻率不同的無線電波由接收機接收后，汽車前視防撞雷達系統可將其濾掉，相關干擾影響能夠降到最低；對于頻率相同的干擾，這種干擾帶來的影響較大，受復雜的道路交通狀況、較少的工作頻段影響，相同頻率干擾在實際的汽車前視防撞雷達運行中較為常見，這種干擾會因此相應車輛距離拉近而放大。基于脈沖重復周期關系進行分析可以發現，這種相同頻率干擾還可以進一步細分，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射頻率的兩個雷達，且存在不屬于整數倍關系且大于某個值的PRT相差。異步干擾則是指兩個雷達的信號形式和發展頻率均相同，且PRT存在整數倍關系或接近。

2 汽車前視防撞雷達抗交叉干擾技術

為解決汽車前視防撞雷達交叉干擾問題，抗交叉干擾技術的科學選用極為關鍵，因此本節將介紹三種實用技術，包括發射波形斜率改變技術、抗同頻異步干擾技術、抗同頻同步干擾技術。

2.1 發射波形斜率改變技術

三角形調制信號斜率可通過對發射波形斜率的改變實現隨機變化，發生變化的斜率不會影響三角波調制周期。基于FMCW雷達體制，可確定自車雷達存在式(1)所示的差額信號。

在干擾和本地振蕩器混頻后，可得到式(2)所示的差頻信號表達式：

上式中的s、T、fc分別為發射信號幅度、三角波周期、載波頻率，k1、k2為隨機斜率，s0、t0、kf分別為衰減系數、接收機干擾信號到達時間、調頻系數。

選擇載波頻率、三角波周期分別為77GHz、0.01s，衰減系數分別表示為－15dB、-20dB，三角波斜率表示為k= 2B / Tm。開展針對性仿真可以得到圖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可以發現，對于隨機生成的發射信號斜率，進行FFT預處理后，圖片中所示的結果。深入分析能夠發現，自車雷達接收自車雷達的回波信號后，能夠得到一根譜線單頻信號的頻譜。在干擾車雷達影響下，自車雷達接收干擾信號后開展混頻，線性調頻信號會在之后輸出，此時無法得到一根譜線單頻信號的頻譜。對于自車雷達接收端進入的干擾車雷達電磁波，混頻后系統能夠自動按照噪聲進行處理，目標檢測的正常進行不會受到影響，這種影響較小的后端信號處理可設法實現信噪比提高，以此更好提升處理效果。

2.2 抗同頻異步干擾技術

對于上文提及的汽車前視防撞雷達頻率相同異步干擾，相參積累可在周期層面區別開展，在各周期重合電路支持下，目標回波信號在自車雷達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存在較小幅度，這種幅度相較于回波信號較為顯著，同時門限選通電路能夠在一定程度上實現干擾抑制，相關處理可在輸出至下一級后針對性開展。考慮到汽車數量不斷提升會導致不斷積累的干擾信號回波出現，為實現抗干擾強度增強，可采用四級跨周期積累電路等多級跨周期積累電路，以此實現同頻異步干擾的應對，圖2為具體的電路框圖。結合具體仿真可以發現，在四級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

在相干累加后，汽車前視防撞雷達的同頻同步干擾的消除難度將大幅提升，結合相關理論研究和實踐探索可以了解到，雷達擁有唯一發射信號屬于最佳的同頻同步干擾去除方法，復雜環境內所有汽車前視防撞雷達均可由此獲取對應回波。為實現抗同頻同步干擾，需保證存在能夠識別本地信號且可以改變發射信號的汽車前視防撞雷達，由此可基于m序列開展汽車前視防撞雷達調制。具體需要在m序列上隨機化承載數字化信號，m序列完成信號調制后，可以將其視作同時完成n位編碼，發送出去的調制信號能夠在接收時通過原始m序列進行驗證，擁有唯一性的信號識別可以保證相同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中有著廣泛應用，在汽車前視防撞雷達中也具備較高應用價值。

基于上述分析可以發現，m序列能夠對汽車前視防撞雷達開展調制處理，分析雷達信號在調制后的變化可以發現，這種抗同頻同步干擾技術的應用可通過m序列完成上、下掃頻段三角波的分別調制。設m序列的階數為r，周期數為N，基于公式：

結合奇數周期，在m序列的階數為7時，存在127的周期數，由此對上、下掃頻段三角波開展分別調制，在對應的線性調頻連續波雷達周期中，m序列信號開展的調制種類為：

基于式(4)求得的數據可以發現，m序列調制后汽車前視防撞雷達出現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的檢測性能影響降到最低，這種基于m序列的抗同頻同步干擾技術具備較高實用性。深入分析可以發現，汽車前視防撞雷達工作過程中三角波會對其壓控振蕩器造成影響，線性調頻連續波受此影響會規律性輸出，通過調制該發射頻率，在m序列支持下，本地振蕩器信號與接收機接收回波信號混頻，后續信號處理可在信號處理機接收混頻信號后開展。受自身特點影響，m序列的自相關性較為突出，存在類似于沖激函數的自相關函數，這使得汽車前視防撞雷達信號在m序列調制后的抗干擾能力較為出色，而在自相關性支持下，m序列可保證本地雷達信號與干擾信號的互不干涉，接收機中干擾信號可較好被削弱，更加準確的汽車前視防撞雷達目標檢測能夠順利開展。

結論：綜上所述，汽車前視防撞雷達抗交叉干擾技術具備較高實用性。在此基礎上，本文涉及的發射波形斜率改變技術、抗同頻異步干擾技術、抗同頻同步干擾技術等內容，則直觀展示了抗交叉干擾技術在汽車前視防撞雷達中的應用價值和應用路徑。為保證汽車前視防撞雷達更好服務于行車安全保障，互聯網接入的影響、其他抗干擾技術的應用同樣需要得到重視。