IC 기판 - 자동차 레이더와 혼잡한 무선 스펙트럼: 잠재적인 도시 전자 전장

자동차 레이더가 날로 보급됨에 따라 도시 환경의 혼잡한 무선 스펙트럼은'전자 전장'이 될 것이다. 레이더는 의도하지 않거나 의도적으로 방해하는 합동 공격에 직면하게 될 것이며, 설계자는 반드시 전자전에서의 방해 방지 기술을 실시해야 한다.자동차 레이더는 일반적으로 부정적이거나 기만적인 방해를 받는다.방해를 거부해 피해 차량의 레이더를 실명시켰다.이 기술은 신호 잡음비를 낮추어 목표 탐지의 확률을 낮출 것이다.다른 한편으로 사기성교란은 피해차량의 레이다로 하여금 허위목표가 존재한다고 믿게 한다.피해 차량의 레이더는 실제 목표물을 추적할 수 있는 능력을 잃어 피해 차량의 행동에 심각한 차질을 빚고 있다.이러한 교란은 자동차 레이더 간의 상호 교란에서 비롯되거나 값싼 하드웨어를 사용하여 단순히 강한 연속파 (CW) 신호를 피해 차량 레이더로 유도하고 의도적인 공격을 할 수 있습니다.

현재의 간섭 방지 기술은 오늘날의 상황에 충분히 대응할 수 있지만, 레이더 센서가 보급됨에 따라 자동차는 유연한 유형의 완화 기술을 사용하거나 이러한 기술을 간섭 방지 방법과 결합시켜야 할 것이다.유연한 기술은 시간 주파수 영역 신호 처리 또는 복잡한 레이더 파형을 포함한다.

FMCW 레이더 레이더 파형을 교란하는 것은 교란 상황에서 센서의 성능을 판단하는 핵심 시스템 매개변수 중 하나이다.오늘날 77GHz 대역의 자동차 레이더는 주로 FMCW 파형을 사용한다.FMCW 레이더에서 CW 신호는 무선 주파수 대역의 주파수에서 선형으로 스캔되거나 짹짹거린다.그림 1은 FMCW 선형 주파수 변조 시퀀스(CS) 파형을 보여줍니다.반향 신호의 주파수 차 (fB, 촬영 주파수) 는 목표까지의 거리 R에 비례하며 다음과 같은 관계를 통해 확인할 수 있습니다.

여기서 fsweep은 주파수의 변화이고 Tchirp는 주파수 스캔의 시간이다.

밀집된 무선 주파수 환경에서는 FMCW 레이더 센서가 주파수 대역의 동일한 부분에서 작동하면 간섭이 발생합니다.마주 오는 자동차 교란의 전형적인 예는 그림 2a와 같다. FMCW 레이더의 운전 장면에서의 교란 거부(b)와 기만적 교란(c)(A)이 수신기 대역폭에 떨어진 FMCW형 강한 교란 신호를 방해하는 것을 거부하면 피해자 레이더의 본바닥 소음이 증가한다.이 억제 간섭으로 인해 작은 표적 (RCS) 이 나쁜 SNR 때문에 사라질 수 있습니다.교란 거부도 고의로 할 수 있으며 피해 차량의 FMCW 레이더에 강한 CW 신호를 발사하면 된다.

기만적 교란 신호 스캔이 대상 레이더와 동기화되지만 지연되면 그 효과는 고정된 거리에서 기만적 가짜 목표를 생성하는 것이다 (그림 2c).이런 기술은 전자전 교란기에서 매우 흔히 볼 수 있다.비슷한 정면에서 오는 자동차 레이더는 무의식적인 교란기가 될 것이다.그러나 피해자 레이더와 교란 레이더 사이에 시간이 맞춰질 확률은 매우 낮을 것이다.피해 레이더의 최대 거리 지연보다 작은 교란기의 지연 오프셋은 실제 목표물처럼 보일 수 있다.예를 들어, 200m의 최대 거리는 1.3마이크로초 미만의 스캔 조준 오차를 요구합니다.그러나 마주 오는 자동차 플랫폼에 복잡한 전자전과 비슷한 장비를 설치함으로써 고의로 이런 기만적인 공격을 할 수 있다.

더욱 보편적으로 말하면 사기성교란은 피해자의 레이다신호의 재전송에 근거하지만 그 지연과 주파수는 체계적으로 개변된다.이것은 비상관 (이 경우 간섭기는 중계기라고 함) 또는 상관 (이 경우 간섭기는 중계기라고 함) 일 수 있습니다.중계기는 하나 이상의 교란 신호를 수신, 변경 및 재전송하며, 교란기가 목표 피해자의 레이더 신호를 감지하면 중계기는 예정된 신호를 보냅니다.

중계기 기반 복잡한 공격에는 일반적으로 DRFM(디지털 무선 주파수 스토리지)이 필요합니다.DRFM은 조정된 거리 지연과 도플러 게이트 저항 공격을 수행할 수 있습니다.따라서 거짓 표적 거리와 도플러 특성을 유지하여 피해자 레이더를 속일 것이다.

교란 억제 기술의 기본적인 레이더 교란 억제 기술은 주로 교란을 피하는 방법에 의존한다.공간, 시간 및 빈도가 중첩될 가능성을 줄이는 것이 목표입니다. 예를 들면 다음과 같습니다.

* 공간: 좁은 전자 스캔 빔을 사용하면 간섭의 위험을 줄일 수 있습니다.장거리 자동차 크루즈 컨트롤(ACC) 레이더의 전형적인 시야각은 ±8도다.그럼에도 불구하고 강한 간섭 신호는 여전히 안테나 옆판을 통해 효과적인 간섭을 일으킬 수 있다.

* 시간: FMCW 선형 주파수 변조 기울기 매개변수는 주기적인 간섭을 방지하기 위해 무작위로 생성됩니다.

* 스펙트럼: FMCW 선형 주파수 변조 시작 및 중지 주파수를 무작위로 생성하여 중첩 및 간섭의 확률을 낮춥니다.

임의화의 기본 방법은 다른 레이더와 예기치 않게 동기화되는 것을 피할 수 있지만, 밀집된 무선 주파수 환경에서는 그다지 유용하지 않을 수도 있다.점점 더 많은 레이더 센서가 간섭을 줄이기 위해 더 복잡하고 유연한 기술을 필요로 한다.

간섭을 방지하기 위해 감지하고 수정하는 또 다른 방법은 신호 처리 알고리즘을 사용하여 수신된 파형을 수정하는 것입니다.시간 주파수 영역 기술은 거부형 간섭 공격에 효과적으로 대응할 수 있다.마주 오는 자동차 장면에서 (그림 2) 방해기는 짧은 시간 내에 모든 주파수 창고를 스캔한다.이 빠른 시변 신호는 기존 FFT 도메인에서 향상된 노이즈 베이스로 나타납니다.시간 주파수 영역 신호 처리 기술은 신호를 다른 영역으로 옮긴다.이 도메인은 FFT 도메인보다 간섭을 필터링하기 쉽습니다.

시변 신호의 경우 짧은 시간 부립엽 변환(STFT)은 일반 FFT보다 더 많은 정보를 제공할 수 있다.STFT 기반 기술을 사용하여 좁은 대역 간섭을 제거할 수 있습니다(그림 3 참조).STFT는 기본적으로 신호를 통해 창을 이동하고 창 간격의 FFT를 얻습니다.신호는 간섭 컴포넌트를 제거하기 위해 주파수 영역에서 필터링된 다음 다시 시간 영역으로 변환됩니다.그림 4는 중첩된 무선 주파수 선형 주파수 변조 시퀀스가 있는 일반적인 FMCW 간섭 상황과 STFT 도메인에서 발생하는 IF 박자 신호를 보여줍니다.중간 대역은 레이더 (파란색) 와 간섭 (주황색) 신호가 혼합된 최종 결과인 오른쪽에 표시됩니다.수평선은 표적을 나타내고 V 수직선은 간섭 신호의 존재를 나타냅니다.동일하거나 반대 방향의 FMCW 간섭, 심지어 CW와 비슷한 느린 짹짹이는 IF 신호에 비슷한 영향을 미친다.이러한 모든 간섭 상황에서 빠르게 이동하는 V-IF 신호는 규칙 FFT 도메인의 기본 노이즈를 증가시킵니다.

폭 기반 마스킹은 STFT 도메인에서 간섭 신호를 필터링하는 데 사용할 수 있습니다.물론 전제는 피해자 레이더의 앞부분과 계량화 부분이 충분한 동적 범위를 가지고 있어 비교적 강한 교란 신호와 비교적 작은 예상 목표 신호를 동시에 선형으로 처리할 수 있다는 것이다.그림 5a는 강력한 간섭 신호를 보여주며 그림 5b는 처리 된 STFT를 보여줍니다.강한 간섭 상황에서 그림 5a와 같이 여러 개의 실제 목표가 보이지 않는다.그림 5b에서 V형 간섭 신호를 제거했습니다.시간 영역으로 다시 이동할 때 저신호 잡음비 대상은 이제 식별할 수 있습니다. 거부형 간섭 상황에서 STFT 기반 간섭 억제 기술은 강한 간섭을 처리하는 데 사용할 수 있습니다.사기성 교란 공격에 대해 STFT 자체는 반환 신호가 진짜인지 가짜인지 검증할 수 없다.

암호화된 무선주파수가 중계기의 기만적 교란 공격의 영향을 줄이는 기본 대책은 낮은 확률로 나포(LPI) 레이더 파형을 사용하는 것이다.LPI 레이더의 목적은 방사능 에너지를 광대역 스펙트럼으로 확장하여 검측을 피하는 것이며, 일반적으로 준무작위 스캔, 변조 또는 점프 시퀀스를 사용한다.FMCW는 LPI 파형의 일종이다.주파수 짹짹에 위상 코딩이나 암호화를 도입하면 DRFM이 자동차 레이더 신호를 나포할 확률을 더 낮출 수 있다.각 레이더 센서의 고유한 암호화 무선 주파수 특성은 반환 신호의 신뢰성을 검증할 수 있습니다.

두 개의 동일한 레이더 (다른 자동차에 장착) 사이에는 주파수 오프셋과 지연이 존재하여 피해자의 레이더에 허위 표적이 생성됩니다.교란 레이더와 피해자 레이더는 시간적으로 정렬됩니다 (동일한 선형 주파수 변조 기울기 및 짧은 오프셋).이 경우 위상 코딩 FMCW 레이더는 높은 간섭 방지 능력을 제공합니다.직교 코드의 사용은 또한 MIMO 레이더 조작을 가능하게 하여 여러 파형의 동시 전송을 지원한다.