IC-Substrat - Automobilradar und überfülltes Funkspektrum: ein potenzielles städtisches elektronisches Schlachtfeld

Mit der zunehmenden Popularität des Automobilradars wird das überfüllte Funkfrequenzspektrum in der städtischen Umgebung zu einem "elektronischen Schlachtfeld". Radar werden kombinierten Angriffen mit unbeabsichtigten oder absichtlichen Störungen ausgesetzt, und Designer müssen Anti-Jamming-Techniken wie in der elektronischen Kriegsführung (EW) implementieren. Kfz-Radar unterliegen in der Regel einer Leugnung oder irreführenden Einmischung. Denial Jamming blendet das Radar des Opferfahrzeugs. Diese Technik reduziert das Signal-Rausch-Verhältnis, was zu einer Verringerung der Wahrscheinlichkeit der Zielerkennung führt. Auf der anderen Seite wird das Radar des Opfers glauben lassen, dass es ein falsches Ziel gibt. Das Radar des Opferfahrzeugs verliert die Fähigkeit, reale Ziele zu verfolgen, so dass das Verhalten des Opferfahrzeugs ernsthaft beeinträchtigt wird. Diese Interferenzen können durch gegenseitige Interferenzen zwischen Autoradaren oder durch die Verwendung billiger Hardware entstehen, um einfach starke Dauerwellen (CW) Signale an die Fahrzeugradare des Opfers zu lenken und vorsätzliche Angriffe.

Obwohl die derzeitige Technologie zur Vermeidung von Störungen ausreichen kann, um mit der heutigen Situation umzugehen, werden Autos angesichts der Verbreitung von Radarsensoren flexible Arten von Minderungstechnologien oder solche Technologien in Kombination mit Methoden zur Vermeidung von Störungen verwenden müssen. Flexible Techniken umfassen die Signalverarbeitung im Zeit-Frequenzbereich oder komplexe Radarwellenformen.

Störung FMCW RadarDie Radarwellenform ist einer der wichtigsten Systemparameter für die Beurteilung der Leistung des Sensors in Gegenwart von Störungen. Die heutigen Automobilradare im 77-GHz-Frequenzband verwenden hauptsächlich FMCW-Wellenformen. Im FMCW-Radar schwingt oder zwitschert das CW-Signal linear auf der Frequenz des Hochfrequenzbandes. Abbildung 1 zeigt eine FMCW Chirp Sequenz (CS) Wellenform. Die Frequenzdifferenz (fB, Schlagfrequenz) des Echosignals ist proportional zum Abstand R zum Ziel, der durch folgende Beziehung bestimmt werden kann:

Unter ihnen ist fsweep die Änderung der Frequenz, und Tchirp ist die Zeit des Frequenzsweeps.

In einer dichten Hochfrequenz-Umgebung treten Störungen auf, wenn der FMCW-Radarsensor im gleichen Teil des Frequenzbandes arbeitet. Ein typisches Beispiel für entgegenkommende Fahrzeugstörungen ist in Abbildung 2a dargestellt. Ablehntes Stören (b) und irreführendes Stören (c) des FMCW-Radars im Fahrszenario (a)AblehnungsstörungJedes starke Störsignal vom Typ FMCW, das in die Empfängerbandbreite fällt, erhöht den Rauschboden des Opferradars. Solche Abstoßstörungen können dazu führen, dass kleine Ziele (d. h. kleiner Radarquerschnitt (RCS)) aufgrund schlechter SNR verschwinden. Eine Störung kann auch bewusst erfolgen, indem einfach ein starkes CW-Signal auf das FMCW-Radar des Opfers geschossen wird.

Täuschende InterferenzWenn der Störsignalscan mit dem Opferradar synchronisiert, aber verzögert wird, wird seine Wirkung darin bestehen, irreführende falsche Ziele in einem festen Abstand zu erzeugen (Abbildung 2c). Diese Technik ist in elektronischen Kriegsführungsstörungen sehr verbreitet. Ähnliche entgegenkommende Autoradare werden zu unbeabsichtigten Störsendern. Die Wahrscheinlichkeit der zeitlichen Ausrichtung zwischen dem Opferradar und dem Störradar ist jedoch sehr gering. Ein Störsenderverzögerungsabsatz, der kleiner als die maximale Entfernungsverzögerung des Opferradars ist, kann wie ein echtes Ziel aussehen. Beispielsweise erfordert der maximale Abstand von 200m, dass der Scan-Ausrichtungsfehler kleiner als 1,3 Mikrosekunden ist. Durch die Installation komplexer elektronischer Kriegsführungsgeräte auf einer entgegenkommenden Autoplattform können solche irreführenden Angriffe jedoch bewusst durchgeführt werden.

Generell basiert das irreführende Stören auf der Weiterübertragung des Opfersignals, aber seine Verzögerung und Frequenz werden systematisch geändert. Dies kann inkohärent sein (der Störsender wird in diesem Fall Transponder genannt) oder kohärent (der Störsender wird in diesem Fall Repeater genannt). Der Repeater empfängt, ändert und sendet ein oder mehrere Störsignale erneut, während der Transponder ein vorbestimmtes Signal sendet, wenn der Störsender das Zielopfer-Radarsignal erkennt.

Komplexe Angriffe auf Basis von Repeatern erfordern in der Regel einen digitalen Hochfrequenzspeicher (DRFM). DRFM kann koordinierte Range Delay- und Doppler Gate Drag-Angriffe durchführen. Daher wird es die falsche Zielreichweite und Doppler-Eigenschaften beibehalten, um das Opferradar zu täuschen.

InterferenzminderungstechnologieGrundlegende Radar-Interferenzminderungstechniken basieren hauptsächlich auf Methoden zur Vermeidung von Interferenzen. Ziel ist es, die Möglichkeit von Raum-, Zeit- und Frequenzüberlagerungen zu reduzieren, zum Beispiel:

*Raum: Die Verwendung eines schmaleren elektronischen Scanstrahls kann das Risiko von Interferenzen verringern. Das typische Sichtfeld des ACC-Radars beträgt ±8 Grad. Trotzdem können starke Störsignale durch Antennenseiten effektive Interferenzen verursachen.

*Zeit: FMCW Chirp Neigungsparameter werden zufällig generiert, um periodische Interferenzen zu vermeiden.

*Spektrum: Generieren Sie zufällig FMCW Chirp Start- und Stoppfrequenzen, um die Wahrscheinlichkeit von Überlappungen und Interferenzen zu verringern.

Die grundlegende Methode der Randomisierung vermeidet versehentliche Synchronisation mit anderen Radarn, ist aber möglicherweise nicht so nützlich in dichten HF-Umgebungen. Immer mehr Radarsensoren benötigen komplexere und flexiblere Technologien zur Minderung von Störungen.

Erkennen und Reparieren Eine weitere Möglichkeit, Interferenzen zu vermeiden, besteht darin, Signalverarbeitungsalgorithmen zur Reparatur der empfangenen Wellenform zu verwenden. Die Zeit-Frequenz-Domänentechnologie kann effektiv mit Denial-artigen Jamming-Angriffen umgehen. In der entgegenkommenden Autoszene (Abbildung 2) scannt der Störsender alle Frequenzbehälter für eine sehr kurze Zeit. Dieses schnelle zeitverändernde Signal erscheint als erhöhter Rauschboden im konventionellen FFT-Bereich. Die Signalverarbeitungstechnologie des Zeit-Frequenzbereichs überträgt das Signal in eine andere Domäne. Im Vergleich zur FFT-Domäne ist es einfacher, Interferenzen in dieser Domäne herauszufiltern.

Bei zeitvariierenden Signalen kann die Kurzzeit-Fourier-Transformation (STFT) mehr Informationen liefern als reguläre FFT. STFT-basierte Technologie kann verwendet werden, um Schmalband-Interferenzen zu beseitigen (siehe Abbildung 3). STFT bewegt grundsätzlich ein Fenster durch das Signal und erhält den FFT des Fensterintervalls. Das Signal wird im Frequenzbereich gefiltert, um Störkomponenten zu entfernen, und dann wieder in den Zeitbereich umgewandelt. Abbildung 4 zeigt eine typische FMCW-Störsituation mit überlappenden Hochfrequenz-Chirp-Sequenzen und das resultierende IF-Beat-Signal im STFT-Bereich. Die IF-Domäne wird rechts angezeigt, was das Endergebnis des Mischens der Radar- (blau) und Interferenzsignale (orange) ist. Die horizontale Linie zeigt das Ziel und die V-förmige vertikale Linie zeigt das Vorhandensein von Störsignalen an. Störung FMCW in die gleiche oder entgegengesetzte Richtung, oder sogar langsames Zwitschern ähnlich CW, hat ähnliche Auswirkungen auf das IF-Signal. In all diesen Störsituationen erhöht das schnelle V-förmige IF-Signal den Rauschboden im normalen FFT-Bereich.

Amplitudenbasierte Maskierung kann verwendet werden, um Störsignale in der STFT-Domäne herauszufiltern. Natürlich ist die Prämisse, dass das Frontend und der Quantisierungsteil des Opferradars einen ausreichenden Dynamikbereich haben, um gleichzeitig das stärkere Störsignal und das kleinere erwartete Zielsignal linear zu verarbeiten. Abbildung 5a zeigt ein starkes Interferenzsignal und Abbildung 5b zeigt das verarbeitete STFT. Bei starken Interferenzen, wie in Abbildung 5a gezeigt, sind mehrere reale Ziele nicht sichtbar. In Abbildung 5b wird das V-förmige Störsignal eliminiert; Bei der Rückübertragung in die Zeitdomäne ist das niedrige SNR-Ziel nun identifizierbar. In der Störsituation mit Abstoßungsart kann STFT-basierte Störminderungstechnologie verwendet werden, um starke Störungen zu bewältigen. Bei irreführenden Störungsangriffen kann STFT allein nicht überprüfen, ob das Rückgabesignal wahr oder falsch ist.

Verschlüsselte FunkfrequenzDie grundlegende Gegenmaßnahme zur Verringerung der Auswirkungen von Repeater-Täuschungsangriffen besteht in der Verwendung von Radarwellenformen mit geringer Wahrscheinlichkeit (LPI). Der Zweck des LPI-Radars ist es, die abgestrahlte Energie über ein breites Frequenzspektrum zu verteilen, um eine Erkennung zu vermeiden, in der Regel durch quasi-zufällige Abtastung, Modulation oder Frequenzsprung Sequenz. FMCW ist eine LPI-Wellenform. Wenn Phasencodierung oder Verschlüsselung in Frequenzchirp eingeführt wird, kann dies die Wahrscheinlichkeit, dass DRFM Automobilradarsignale abfängt, weiter verringern. Die einzigartigen verschlüsselten Funkfrequenzmerkmale jedes Radarsensors können die Authentizität des zurückgegebenen Signals überprüfen.

Zwei der gleichen Radar (installiert auf verschiedenen Autos) haben Frequenzverschiebungen und Verzögerungen zwischen ihnen, wodurch ein falsches Ziel im Opferradar entsteht. Das Störradar und das Opferradar sind zeitlich ausgerichtet (gleiche Chirpneigung und kürzerer Offset). In diesem Fall kann das phasenkodierte FMCW-Radar hohe Anti-Jamming-Fähigkeiten bieten. Die Verwendung orthogonaler Codes macht auch MIMO Radar-Operationen möglich und unterstützt so die gleichzeitige Übertragung mehrerer Wellenformen.