汽车毫米波雷达系统与信号处理方法
2022年8月10日
首都学术资源开放共享沙龙---“汽车雷达传感器”专题研讨会
2022. 08. 10
南通大学
MarsXu
内容进度
1.雷达目标测量原理
2.毫米波FMCW雷达系统及其信号处理方法
3.毫米波六端口雷达系统及其信号处理方法
4.未来雷达技术展望
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毫米波雷达
雷达图像
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2 雷达目标测量基本原理
测距原理
𝒄 = 𝝀𝒇
𝑹𝟏
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𝟐𝑹
𝒕=
𝒄
𝑹𝟐
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2 雷达目标测量基本原理
𝒄 = 𝝀𝒇
测速原理 (多普勒效应)
𝒗
𝒄 + 𝒗 = 𝝀𝒇
2𝒗
𝑓𝐷 = −
𝝀
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测角方法
电子扫描
天线阵列
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测角方法
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内容进度
1.雷达目标测量原理
2.毫米波FMCW雷达系统及其信号处理方法
3.毫米波六端口雷达系统及其信号处理方法
4.未来雷达技术展望
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2.1毫米波FMCW雷达系统结构
…
天线阵列
低噪声放大器
⨂
数字中频
射频信号发生器
信号处理
外设接口
波形及时序同步控制
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FMCW雷达系统结构
注：图片来源于TI网站
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FMCW雷达调制波形与目标信息提取
f
B/2
t
-B/2
fd
R
𝑪 𝒇1 + 𝒇2
𝑹=
𝟐𝒌𝒓
f
B/2
v=
f1
t
𝝀𝒇𝒅
𝟐
=
𝝀 𝒇1 −𝒇2
4
f2
-B/2
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FMCW雷达调制波形与目标信息提取
Chirps Radar
Transmitted Signal
Received Signal
f
2𝑅 2𝑣
𝒇1 = 𝑘𝑟
+
𝑐
𝜆
B/2
t
-B/2
−𝝀 max 𝑎𝑏𝑠 FFT 𝑑𝑎𝑡𝑎 𝑟, :
𝑓𝜂
v=
𝟐
𝑟
fd
R
Range
TChirp
f
B/2
Doppler
t
f1
-B/2
𝑓𝜂
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雷达信号检测
雷达恒虚警率技术
雷达杂波信号起伏
导致目标难以检测
雷达回波
CFAR域值
目标检测点
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汽车FMCW雷达间的干扰
汽车毫米波雷达工作频段
雷达在同一路段分布的密度增加，干扰不可避免!
*上图来源于https://nutaq.com
雷 ✓ 车辆道路环境探测要求
达
✓ 电磁波的大气窗口
频
率 ✓ ITU 标准 76～81GHz
提 ➢ 交通道路场景多样性，干扰过程随机复杂
出
的 ➢ 强干扰时域、频移及空域上淹没回波信号
挑
战 ➢ 抬高噪声基底、可产生虚假目标、甚至使接收机饱和
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汽车FMCW雷达间的干扰
相位编码脉冲雷达信号对常规汽车FMCW雷达信号干扰示例
✓
我国汽车雷达新规调整频率范围为 76~79 GHz
✓
在更窄的频谱内，我们前期研究发现不同雷达信号之间仍有一定干扰
✓
现行国内外汽车雷达标准无法规避汽车雷达间的干扰
✓
我国汽车雷达新规也给出了雷达干扰的风险提示
✓
汽车雷达新规鼓励研发干扰规避及抑制方法
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2022年3月开始生效的《汽车雷达无线电管理暂行规定》
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汽车FMCW雷达间的干扰
相参干扰
无干扰
非相参干扰
2
5
0
-0.5
0
5
10
15
时间 ( s)
20
幅度(mV)
幅度(mV)
幅度(mV)
0.5
0
-2
25
0
5
10
时间 ( s)
20
干扰信号
-5
25
0
5
雷达目标
5
10
15
20
频域 （距离向，m)
25
30
35
15
20
25
s)
-20
-20
噪声基底抬高了20 dBm
-40
-40
时间
0
0
幅度(dBm)
幅度(dBm)
-20
0
10
虚假目标
雷达目标
0
幅度(dBm)
15
0
0
5
10
15
20
25
30
35
-40
0
频域 （距离向，m)
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5
10
15
20
频域 （距离向，m)
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25
30
35
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汽车FMCW雷达间的干扰
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汽车FMCW雷达间的干扰抑制方法
（1）信号级： 降低干扰概率（目前阶段）
（2）算法级： 抑制已发生的干扰（积极主动）
（3）系统级： 信号+算法（利人利己利他）
（4）互联级： 雷达互联（产业链大合作，互相促进格局）
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汽车FMCW雷达间的干扰抑制方法
一个算法级例子：可调品质因数的小波正交滤波组(TQWT)对雷达干扰信号进行分析
Zhihuo Xu and MinYuan, “An Interference Mitigation Technique for Automotive Millimeter Wave Radars in the Tunable Q-Factor Wavelet
Transform Domain,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 69(12): 5270-5283, Dec. 2021.
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汽车FMCW雷达间的干扰抑制方法
一个算法级例子：可调品质因数的小波正交滤波组(TQWT)对雷达干扰信号进行抑制
Zhihuo Xu and MinYuan, “An Interference Mitigation Technique for Automotive Millimeter Wave Radars in the Tunable Q-Factor Wavelet
Transform Domain,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 69(12): 5270-5283, Dec. 2021.
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汽车FMCW雷达间的干扰抑制方法
一个算法级例子：可调品质因数的小波正交滤波组(TQWT)抑制雷达干扰信号
没有干扰
存在干扰
干扰抑制后
Zhihuo Xu and MinYuan, “An Interference Mitigation Technique for Automotive Millimeter Wave Radars in the Tunable Q-Factor Wavelet
Transform Domain,” IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 69(12): 5270-5283, Dec. 2021.
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汽车FMCW雷达间的干扰抑制方法
一个系统级抑制的例子：干扰动态感知抑制+雷达波形优化设计
雷
达
干
扰
动
态
感
知
模
型
接收系统
雷达发射、接收及
感知时序设计
抗
干
扰
波
形
优
化
设
计
雷达发射系统
新观测值
发射波形更新
干扰感知
及其抑制
波形参数更新
干扰感知及波形设
计优化验证实验
干扰预测
优化目标函数
信息反馈
许致火 等人, 江苏省自然科学基金项目，基于干扰动态感知的汽车雷达波形优化设计，BK20180945，2018-2021.
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汽车FMCW雷达间的干扰抑制方法
一个系统级抑制的例子：干扰动态感知抑制+雷达波形优化设计
许致火 等人, 江苏省自然科学基金项目，基于干扰动态感知的汽车雷达波形优化设计，BK20180945，2018-2021.
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汽车FMCW雷达间的干扰抑制方法
互联合作级：雷达互联互通（R2R）
LRR
MRR
SRR
LRR
SRR
MRR
MRR
SRR
LRR
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内容进度
1.雷达目标测量原理
2.毫米波FMCW雷达系统及其信号处理方法
3.毫米波六端口雷达系统及其信号处理方法
4.未来雷达技术展望
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3.毫米波六端口雷达系统
汽车座舱内人体生理信号检测-六端口雷达
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本振信号 𝑆1 = 𝐴1 ⋅ 𝑒 𝑗
2𝜋𝑓𝑡+𝜙1
回波信号 𝑆2 = 𝐴2 ⋅ 𝑒 𝑗
2𝜋𝑓𝑡+𝜙2
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3.毫米波六端口雷达信号处理方法
汽车座舱内人体生理信号检测-六端口雷达信号处方法
相位解缠
心跳与呼吸
信号分离
呼吸信号
信息提取
心跳信号
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内容进度
1.雷达目标测量原理
2.毫米波FMCW雷达系统及其信号处理方法
3.毫米波六端口雷达系统及其信号处理方法
4.未来雷达技术展望
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4.未来雷达技术展望
雷达与6G通信一体化
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4.未来雷达技术展望
量子雷达理论与技术
Barzanjeh S, Pirandola S, Vitali D, et al. Microwave quantum illumination using a digital receiver[J]. Science Advances, 2020.
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