作为雷达软硬件规划的根底,收发调频体系的挑选对测距、测速、测向的规模、分辨率、精度、含糊度等中心方针起着关键作用。现在很少有针对轿车雷达的体系化介绍。本文将对量产的车载雷达中最常用的收发调频体系手法,做出相关介绍。
近几年,根据微波雷达的先进驾驭辅佐体系的装车率快速上升,常见运用包含前向的磕碰预警FCW、自适应巡航ACC、主动跟车SG,以及后向的盲区勘探BSD、变道辅佐LCA、侧向勘探CTA等。
虽然各个运用的侧重点不同,但总体上车载雷达首要通过丈量方针的间隔、相对速度、视点、巨细、个数等参数为驾驭者供给及时牢靠的预警信息。快速开展的商场要求轿车雷达具有更远的丈量间隔,更宽的勘探视点、更高的测距测速测向精度,更短的勘探时刻,更多的勘探方针数量,以及更牢靠的勘探率。
以上要求需求在体系层面作一致进步,包含天线、射频、基带硬件规划、发射频率、扫频带宽、波形调制、基带算法等。作为雷达软硬件规划的根底,收发调频体系的挑选对测距、测速、测向的规模、分辨率、精度、含糊度等中心方针起着关键作用。市面上介绍相似雷达调频体系的文章层出不穷,但很少有针对轿车雷达的体系化介绍。本文对量产的车载雷达中最常用的收发调频体系手法,作一简略介绍:
1. 可变斜率接连波雷达(CVS)
该体系波形是由线性调频接连波(LFMCW)开展而来。与LFMCW比较,其能够处理丈量多方针时发生的虚伪方针问题。
LFMCW波形如下,通过上升沿及下降沿的一组差拍频率求得单个方针的间隔和速度,但在多方针情况下,N个实践方针发生的差拍频率有N2种组合,终究形成N2-N个虚伪方针。
![](https://img.86ic.net/2020/09/1494235bb197c929d72273e73b79f505.jpg)
CVS波形有多种,以下图为例。发射机在TCPI内发射三段具有相同调频带宽、不同调频斜率的信号,继续时刻分别为2T1,2T2和2T3。
![](https://img.86ic.net/2020/09/6d06d2c72ba24e02c8937d2b42f70b6c.jpg)
在对回波信号进行数据处理时,分别对三段信号运用与LFMCW相同的算法,终究会得到三组各N2个间隔-速度值。关于实在方针,其在三次运算中得到的间隔-速度值都应该是相同的,关于虚伪方针,其间隔-速度值会跟着调频周期的改变而改变。因而,只要从三组成果中找到重合的N个间隔-速度值,就能够得到实在方针的间隔与速度。与LFMCW比较,该波形能够去除虚伪方针,一起数据处理的运算量也随之进步,从而对硬件才干提出了更高要求。
2. 多频移键控雷达(MFSK)
这是一种针对轿车运用而专门规划的波形,该波形由线性调制频率接连波(LFMCW)和频移键控波(FSK)结合发生。如下图所示,发射波形包含两个线性调制,相互交织的阶梯上升信号,序列1用作参阅信号,序列2 与序列1之间的发射频率差为fshift。接纳信号通过下混频得到基带信号,并在每个频率阶梯上被采样。
![](https://img.86ic.net/2020/09/4a4a2f9c03de2820d8c32dc08cb55e44.jpg)
基带信号序列1和2都会通过相同的FFT和CFAR处理,在单检测方针的情况下,一个具有特定速度与间隔的方针将会在两个序列FFT处理成果的同一频率处被检测到。与LFMCW相似,差频fB中一起包含了间隔与速度信息,但在同一频率处两个信号的相位差也相同包含了间隔和速度信息。因而fB和 (符号1)在一个丈量周期内需求一起被用到来解析间隔和速度。
在这种情况下,虚伪方针能够彻底被防止。与LFMCW比较,由于MFSK在核算间隔与速度时引入了相位差信息,在体系规划只能到达较低信噪比的情况下,其精度会有下降。
3. 快斜波序列雷达
发射机在时刻TCPI内接连发射N个斜率很大的锯齿波,每个锯齿波继续时长为T。由于每个锯齿波斜率很大,继续时刻很短,因而差拍频率fB首要由雷达信号的传输时刻也即fτ的改变而决议。在这种情况下多普勒频移fd能够被近似疏忽,即fB=fd+fτ≈ fτ。
![](https://img.86ic.net/2020/09/6fde12601b1b9a869dc07ffbd13dd106.jpg)
在信号处理中,对每个锯齿波内的采样点序列做FFT(一维FFT)之后检测到的差拍频率fB即可直接用来预估间隔。而关于相对速度的丈量,需求整个 TCPI内发射的一切锯齿波一起参加来反映回波信号的包络改变。 对一切锯齿波的一维FFT成果在另一个维度上再做一次FFT(二维FFT)即可求出多普勒频移fd从而求出相对速度,相对速度能够进一步校对一维FFT对间隔的核算成果。
这种波形及后续处理算法对间隔和相对速度的求解更直接、精确,一起二维FFT能够进一步进步信号的信噪比从而为后续的检测算法打下杰出的根底。一起,很短的单锯齿波继续时刻需求更快速的发射调制操控电路,更高的基带采样率,二维FFT算法也需求更强的处理器运算才干,这些对硬件提出了更高的要求。
由上面三种常用的调频体系能够看出,不同的体系在测距、测速功能方面各有好坏,对硬件的才干要求也有所不同。雷达体系规划者需求在一开始细心衡量选定体系及相应的软硬件架构,才干在后期到达预期的体系功能。
ADI推出的雷达调制锁相环芯片ADF4158/4159芯片可支车载雷达绝大部分干流的调频体系,包含上述的CVS、MFSK、FRCS,以及惯例的 LFMCW、FSK、CW、Parabolic等。其带宽、周期、调频步数、步频数、调频斜率及波形、FSK、delay等参数都能够便利的装备,结合收发MMIC芯片ADF5901 和ADF5904,规划者能够在同一套硬件架构上规划和验证多种调频体系和基带算法。更重要的是,想比用处理器或DAC 来操控调频的计划,根据ADF415x的计划可完成更复杂波型、更简洁的操控、更快速的扫频(快至几十uS的斜波序列),更精准的频率操控,以满意后端高精度信号处理要求。
ADF5901和ADF5904是ADI针对24GHz车载雷达推出的MM%&&&&&%芯片,其功能及方针均按车载 24GHz雷达规划。ADF5904更是完成了业界最优的信号勘探灵敏度,有厂商根据它完成了额外发射功率下300米以上的车载勘探间隔,第一次使根据 24GHz的ACC自适应巡航或 FCW+ACC双模雷达成为可能。