Substrat De Boîtier IC - Radar de voiture et spectre radio encombré: un champ de bataille électronique urbain potentiel

Avec la popularité croissante des radars automobiles, le spectre radio encombré dans les environnements urbains deviendra un « champ de bataille électronique». Les radars seront confrontés à des attaques combinées avec des interférences involontaires ou intentionnelles, et les concepteurs devront mettre en œuvre des technologies anti - interférence dans la guerre électronique. Les radars automobiles sont souvent soumis à des dénégations ou à des interférences trompeuses. Le refus de brouiller aveugle le radar du véhicule victime. Cette technique réduira le rapport signal sur bruit et donc la probabilité de détection de la cible. D'autre part, une interférence trompeuse peut convaincre le radar du véhicule victime de l'existence d'une fausse cible. Le radar du véhicule victime perd sa capacité à suivre la cible réelle, de sorte que le comportement du véhicule victime est fortement affecté. Ces interférences peuvent provenir d'interférences mutuelles entre les radars automobiles ou de l'utilisation de matériel peu coûteux pour diriger simplement des signaux d'ondes continues intenses (CW) vers le radar du véhicule victime et des attaques délibérées.

Bien que les techniques actuelles d'évitement des interférences puissent suffire à la situation actuelle, avec la popularité des capteurs radar, les voitures devront utiliser des techniques d'atténuation flexibles ou combiner de telles techniques avec des méthodes d'évitement des interférences. Les techniques flexibles comprennent le traitement du signal dans le domaine temps - fréquence ou des formes d'ondes radar complexes.

Brouillage la forme d'onde radar du radar FMCW est l'un des paramètres clés du système pour juger de la performance d'un capteur dans une situation de brouillage. Aujourd'hui, les radars automobiles de la bande 77 GHz utilisent principalement la forme d'onde FMCW. Dans les radars FMCW, les signaux à ondes continues sont balayés linéairement ou chirpés sur les fréquences de la bande radio. La figure 1 montre la forme d'onde de séquence FM linéaire FMCW (CS). La différence de fréquence (FB, battement) du signal d'écho, proportionnelle à la distance r à la cible, peut être déterminée par la relation suivante:

Où fsweep est le changement de fréquence et tchirp est le temps de balayage de fréquence.

Dans un environnement RF dense, des interférences se produisent lorsque les capteurs radar FMCW fonctionnent sur la même partie de la bande de fréquences. Un exemple typique d'interférence automobile en sens inverse est illustré à la Figure 2A. Le radar FMCW rejette l'interférence (b) et l'interférence trompeuse (c) (A) dans une scène de conduite, le radar FMCW refuse d'interférer avec tout signal de brouillage fort de type FMCW tombant dans la bande passante du récepteur augmente Le bruit de fond du radar de la victime. Cette perturbation inhibitrice peut entraîner la disparition de petites cibles (c'est - à - dire de petites sections Radar (RCS)) en raison d'un mauvais SNR. Il est également possible d'effectuer volontairement un brouillage par rejet en émettant simplement un signal CW fort vers le radar FMCW du véhicule victime.

Interférence trompeuse si le balayage du signal d'interférence est synchronisé avec le radar cible mais retardé, l'effet sera de générer une fausse cible trompeuse à distance fixe (figure 2c). Cette technique est très courante dans les brouilleurs de guerre électronique. Un radar de voiture similaire venant en sens inverse deviendra un brouilleur involontaire. Cependant, la probabilité d'alignement temporel entre le radar de la victime et le radar brouilleur sera très faible. Un décalage de retard du brouilleur inférieur au retard de distance maximal du radar victime peut ressembler à une cible réelle. Par exemple, une distance maximale de 200 m nécessite une erreur d'alignement de balayage inférieure à 1,3 microseconde. Cependant, de telles attaques trompeuses peuvent être délibérément menées en installant des dispositifs sophistiqués de type guerre électronique sur des plates - formes automobiles venant en sens inverse.

Plus généralement, le brouillage trompeur est basé sur la retransmission du signal radar de la victime, mais son retard et sa fréquence changent systématiquement. Cela peut être incohérent (dans ce cas, le brouilleur est appelé transpondeur) ou cohérent (dans ce cas, le brouilleur est appelé transpondeur). Le répéteur reçoit, modifie et retransmet un ou plusieurs signaux perturbateurs, tandis que le répéteur émet un signal prédéterminé lorsque le brouilleur détecte un signal radar de victime cible.

Une attaque complexe basée sur un répéteur nécessite généralement une mémoire numérique radiofréquence (DRFM). DRFM peut effectuer des retards de distance coordonnés et des attaques de résistance de porte Doppler. Ainsi, il conservera de fausses distances cibles et des caractéristiques Doppler pour tromper le radar de la victime.

Techniques de suppression des interférences les techniques de base de suppression des interférences Radar reposent principalement sur des méthodes qui évitent les interférences. L'objectif est de réduire les possibilités de chevauchement spatial, temporel et fréquentiel, par exemple:

* espace: l'utilisation d'un faisceau de balayage électronique plus étroit peut réduire le risque d'interférence. Le champ de vision typique d'un radar de contrôle de vitesse de voiture à distance (ACC) est de ± 8 degrés. Néanmoins, un signal fortement perturbateur peut encore provoquer une interférence efficace par l'intermédiaire du lobe latéral de l'antenne.

* temps: le paramètre de pente FM linéaire FMCW est généré aléatoirement pour éviter les interférences périodiques.

* spectre: les fréquences de début et d'arrêt FM linéaires FMCW sont générées aléatoirement pour réduire la probabilité de chevauchement et d'interférence.

L'approche de base de la randomisation évitera une synchronisation accidentelle avec d'autres radars, mais pourrait ne pas être aussi utile dans un environnement RF dense. De plus en plus de capteurs radar nécessitent des technologies plus sophistiquées et flexibles pour atténuer les interférences.

Une autre façon de détecter et de réparer les interférences évitées consiste à utiliser un algorithme de traitement du signal pour corriger les formes d'onde reçues. La technologie du domaine temps - fréquence peut répondre efficacement aux attaques par interférence de type rejet. Dans une scène de voiture en sens inverse (Figure 2), le brouilleur balaye toutes les cases de fréquence en très peu de temps. Ce signal rapide variable dans le temps se comporte comme une base de bruit élevée dans le domaine FFT traditionnel. La technologie de traitement du signal dans le domaine temps - fréquence transfère le signal vers un autre domaine. Il est plus facile de filtrer les interférences dans ce domaine que dans le domaine FFT.

Pour les signaux variables dans le temps, la transformée de Fourier à court terme (stft) peut fournir plus d'informations que la FFT conventionnelle. La technologie basée sur stft peut être utilisée pour éliminer les interférences à bande étroite (voir figure 3). Le stft déplace la fenêtre essentiellement par le signal et obtient une FFT espacée par fenêtre. Le signal est filtré dans le domaine fréquentiel pour éliminer les composantes parasites, puis reconverti dans le domaine temporel. La figure 4 montre une situation typique d'interférence FMCW avec des séquences FM linéaires RF superposées, ainsi qu'un signal de battement if généré dans le domaine stft. Le domaine des fréquences moyennes est affiché à droite, ce qui est le résultat final d'un mélange de signaux radar (bleu) et interférents (orange). Les lignes horizontales indiquent les cibles et les lignes verticales en forme de V indiquent la présence de signaux perturbateurs. Une perturbation FMCW dans le même sens ou dans le sens opposé, voire un Chirp lent similaire à CW, a un effet similaire sur le signal if. Dans tous ces cas d'interférence, un signal if en forme de V se déplaçant rapidement augmenterait le bruit de fond local dans le domaine de la FFT régulière.

Le masquage basé sur l'amplitude peut être utilisé pour filtrer les signaux parasites dans le domaine stft. Bien entendu, à condition que la partie frontale et la partie de quantification du radar de la victime aient une plage dynamique suffisante pour traiter linéairement à la fois un signal d'interférence fort et un signal cible attendu plus petit. La figure 5a montre un signal fortement perturbé et la figure 5b montre la stft traitée. Dans le cas de fortes perturbations, plusieurs cibles réelles ne sont pas visibles, comme illustré sur la figure 5a. Sur la figure 5b, le signal perturbateur en V est supprimé; Les cibles à faible rapport signal sur bruit sont maintenant reconnaissables lorsqu'elles sont transférées dans le domaine temporel. Dans le cas d'interférences de type rejet, une technique de suppression d'interférence basée sur stft peut être utilisée pour traiter les interférences fortes. Pour une attaque par interférence trompeuse, stft ne peut pas vérifier par lui - même si le signal de retour est vrai ou faux.

La contre - mesure de base pour réduire l'impact des attaques par interférence trompeuse du répéteur est l'utilisation de formes d'ondes radar d'interception à faible probabilité (LPI). L'objectif d'un radar LPI est d'étendre l'énergie rayonnée sur un large spectre de fréquences pour éviter la détection, généralement en utilisant des séquences de balayage, de modulation ou de saut de fréquence quasi aléatoires. FMCW est une forme d'onde LPI. Si un codage de phase ou un chiffrement est introduit dans le Chirp de fréquence, la probabilité que le DRFM intercepte un signal radar automobile peut encore être réduite. Les caractéristiques RF cryptographiques uniques de chaque capteur radar peuvent vérifier l'authenticité du signal de retour.

Il y a un décalage de fréquence et un retard entre deux radars identiques (montés sur des voitures différentes), ce qui crée une fausse cible dans le radar de la victime. Le radar de brouillage et le radar de victime sont alignés dans le temps (même pente FM linéaire et décalage plus court). Dans ce cas, un radar FMCW à codage de phase peut fournir une haute résistance aux interférences. L'utilisation de codes orthogonaux rend également possible le fonctionnement du radar MIMO, supportant ainsi la transmission simultanée de plusieurs formes d'ondes.