Tecnología de sustrato IC - Radar automotor y espectro de radiofrecuencia abarrotado: un potencial campo de batalla electrónico urbano

Con la creciente popularidad del radar de vehículos, el espectro de radiofrecuencia abarrotado en el entorno urbano se convertirá en un "campo de batalla electrónico". El radar se enfrentará a un ataque combinado de interferencia no intencional o intencional, por lo que los diseñadores deben implementar la tecnología anti - interferencia en la guerra electrónica (EW). Los radares de automóviles suelen ser objeto de negación o interferencia engañosa. Rechazar la interferencia cegará el radar del vehículo lesionado. Esta técnica reducirá la relación señal - ruido y la probabilidad de detección del objetivo. Por otra parte, la interferencia engañosa hará que el radar del vehículo lesionado "crea" que hay un objetivo falso. El radar del vehículo de la víctima pierde la capacidad de rastrear el objetivo real, por lo que el comportamiento del vehículo de la víctima se ve gravemente afectado. Estas perturbaciones pueden deberse a la interferencia mutua entre los radares de los vehículos o al uso de hardware barato para enviar señales de onda continua fuerte (Cw) directamente al radar de los vehículos de las víctimas y a ataques deliberados.

Aunque las técnicas actuales de evitación de interferencias pueden ser adecuadas para las situaciones actuales, a medida que los sensores de radar se expandan, los vehículos tendrán que utilizar tipos flexibles de técnicas de mitigación o combinarlas con métodos de evitación de interferencias. Las técnicas flexibles incluyen el procesamiento de señales de dominio de frecuencia de tiempo o formas de onda de radar complejas.

En el interiorterferencia Radar de onda continua FM
La forma de onda de radar es uno de los parámetros clave del sistema para juzgar el rendimiento del sensor en presencia de interferencia.. En la actualidad, la forma de onda FMCW se utiliza principalmente en el radar de automóviles en la banda de 77 GHz.. In Radar de onda continua FM, Barrido lineal o chirrido de señales CW en frecuencias de banda de radio. Figure 1 shows an FMCW chirp sequence (CS) waveform. The frequency difference (fB, beat frequency) of the echo signal is proportional to the distance R to the target, Puede determinarse mediante la siguiente relación:

Donde fsewe es el cambio de frecuencia, y tchirp es el tiempo de escaneo de frecuencia.

En un entorno intensivo de radiofrecuencia, Cuando Radar de onda continua FM El sensor funciona en la misma parte de la banda de frecuencia. Un ejemplo típico de interferencia frontal del vehículo se muestra en la Figura 2A.
Rejected jamming (b) and deceptive jamming (c) of Radar de onda continua FM in driving scenario (a)
Rejection interference
Any FMCW-type strong jamming signal falling into the receiver bandwidth will increase the noise floor of the victim radar. Such rejection interference may cause small targets (ie, small radar cross section (RCS)) to disappear due to poor SNR. También puede rechazar deliberadamente la interferencia, Sólo en Radar de onda continua FM Vehículo de la víctima.

Deceptive interference
If the jamming signal scan is synchronized but delayed along with the victim radar, then its effect will be to produce deceptive false targets at a fixed distance (Figure 2c). Esta técnica es muy común en los interferómetros de guerra electrónica. Un radar de coche similar se convertirá en un bloqueador involuntario. Sin embargo,, La probabilidad de alineación temporal entre el radar objetivo y el radar de interferencia es muy pequeña. El desplazamiento de retardo del jammer es menor que el retardo máximo de rango del radar objetivo y puede parecer un objetivo real. Por ejemplo:, La distancia máxima de 200 m requiere que el error de alineación del escaneo sea inferior a 1.3 microsegundos. Sin embargo,, Mediante la instalación de equipos de guerra electrónica complejos en plataformas de vehículos que se acercan, Este ataque engañoso puede llevarse a cabo deliberadamente.

En términos más generales, la interferencia engañosa se basa en la retransmisión de la señal de radar lesionada, pero su retraso y frecuencia cambian sistemáticamente. Esto puede ser incoherente (en este caso, el jammer se llama transpondedor) o coherente (en este caso, el anunciador se llama repetidor). El repetidor recibe, altera y retransmite una o más señales de interferencia, mientras que el transpondedor transmite una señal predeterminada cuando el jammer detecta la señal de radar de la víctima objetivo.

Los ataques complejos basados en repetidores suelen requerir memoria digital de radiofrecuencia (drfm). Drfm puede realizar retardo de rango colaborativo y ataque de arrastre de puerta Doppler. Por lo tanto, mantendrá el rango falso del objetivo y las características Doppler para engañar al radar objetivo.

Interference mitigation technology
Basic radar interference mitigation techniques mainly rely on methods of avoiding interference. El objetivo es reducir las posibilidades de espacio, Superposición de tiempo y frecuencia, Por ejemplo:

Espacio: el uso de un haz de escaneo electrónico más estrecho puede reducir el riesgo de interferencia. El campo de visión típico del radar de control de crucero de vehículos de largo alcance (ACC) es de ± 8 grados. Sin embargo, la señal de interferencia fuerte todavía puede causar interferencia efectiva a través del lóbulo lateral de la antena.

Tiempo: los parámetros de pendiente chirp de FMCW se generan aleatoriamente para evitar perturbaciones periódicas.

Espectro: generación aleatoria de frecuencias de inicio y parada de chirp FMCW para reducir la probabilidad de superposición e interferencia.

El método básico de aleatorización evitará la sincronización accidental con otros radares, pero puede no ser útil en entornos intensivos de radiofrecuencia. Cada vez más sensores de radar necesitan tecnologías más complejas y flexibles para reducir la interferencia.

Detect and repair
Another way to avoid interference is to use signal processing algorithms to repair the received waveform. La tecnología de dominio de frecuencia de tiempo puede responder eficazmente a los ataques de interferencia de rechazo. In the oncoming car scene (Figure 2), El interferómetro escanea todos los segmentos de frecuencia en muy poco tiempo. Esta señal rápida y variable en el tiempo se muestra como una capa de ruido elevada en el dominio FFT tradicional. La tecnología de procesamiento de señales de dominio de frecuencia de tiempo transmite la señal a otro dominio. En comparación con el dominio FFT, Es más fácil filtrar la interferencia en este campo.

Para señales variables en el tiempo, la transformada de Fourier de corto tiempo (stft) puede proporcionar más información que FFT convencional. La tecnología basada en stft se puede utilizar para eliminar la interferencia de banda estrecha (véase la figura 3). Stft básicamente mueve la ventana a través de la señal y obtiene FFT para el intervalo de la ventana. La señal se filtra en el dominio de frecuencia para eliminar el componente de interferencia y luego se convierte de nuevo en el dominio de tiempo. La figura 4 muestra un caso típico de interferencia FMCW con secuencias de chirp de radiofrecuencia superpuestas, as í como una señal de latido diferencial de frecuencia media generada en el dominio stft. El dominio de frecuencia media se muestra a la derecha, que es el resultado final de la mezcla de señales de radar (azul) e interferencia (naranja). La línea horizontal representa el objetivo y la línea vertical en forma de V indica la existencia de señales de interferencia. La interferencia FMCW en la misma dirección o en la dirección opuesta, incluso similar al chirrido lento de CW, tiene un efecto similar en la señal if. En todos estos casos, el movimiento rápido de la señal de frecuencia intermedia en forma de V aumentará el Fondo de ruido en el dominio FFT convencional.

El enmascaramiento basado en la amplitud se puede utilizar para filtrar la señal de interferencia en el dominio stft. Por supuesto., La premisa es que la parte delantera y la parte de cuantificación del radar objetivo tienen un rango dinámico suficiente para procesar simultáneamente señales de interferencia más fuertes y señales de destino más pequeñas.. La figura 5a muestra una fuerte señal de interferencia, La figura 5b muestra el stft procesado. En caso de fuerte interferencia, Como se muestra en la figura 5a, Múltiples objetivos reales invisibles. En la figura 5b, Eliminar la señal de interferencia en forma de V; Cuando se transmite de vuelta al dominio del tiempo, Objetivo SNR bajo ahora reconocible.
En caso de interferencia negativa, La tecnología de supresión de interferencias basada en stft se puede utilizar para tratar la interferencia fuerte. Para ataques de interferencia engañosos, Sólo stft no puede verificar si la señal de retorno es verdadera o falsa.

Encrypted radio frequency
The basic countermeasure to reduce the impact of repeater deceptive jamming attacks is to use low probability intercept (LPI) radar waveforms. El objetivo del radar de baja probabilidad de interceptación es propagar la energía de radiación a un espectro de banda ancha para evitar la detección., Escaneo cuasi aleatorio, Secuencia de modulación o salto de frecuencia. FMCW es una forma de onda LPI. Si la codificación de fase o el cifrado se introducen en el chirrido de frecuencia, Puede reducir aún más la probabilidad de que drfm intercepte la señal de radar del vehículo.. Las características de radiofrecuencia encriptadas únicas de cada sensor de radar pueden verificar la autenticidad de la señal de retorno.

Two of the same radars (installed on different cars) have frequency offsets and delays between them, Fabricación de objetivos falsos en el radar objetivo. The jamming radar and the victim radar are aligned in time (same chirp slope and shorter offset). En este caso, Fase codificada Radar de onda continua FM Puede proporcionar una alta capacidad anti - interferencia. El uso de códigos ortogonales también permite Radar mimo Funcionamiento factible, Para apoyar la transmisión simultánea de múltiples formas de onda.