1、背景

  今天同时突然问了一个问题,咱们车载后向雷达(FMCW)的最小距离盲区是多少,我当时脑袋一片空白啥也没想起来,后面查了一下相关内容。

2、相关知识

  给出的说法是距离盲区与发射的脉冲宽度有关,对于脉冲宽度为1us,对应150m的距离盲区,对于稍大脉宽的信号将有更大的距离盲区,通常可采用收发分置或连续波雷达将解决距离盲区的问题。

  也就是说我们的毫米波雷达理论上是不存在距离盲区的。但实际上近距离的时候还是会有探测不到的时候,因为在室内测试行人的时候,基本上跟踪到纵向距离1.0m(横向距离大约1.5m左右,雷达偏转40度左右)左右的时候,跟踪框就会消失。所以距离盲区还是会有的。

3、大佬答疑

  那么导致这个盲区的原因是什么呢?我当时也不知道是因为啥,于是在群里请教了一下大佬们。大佬们给出的答复是:

  大佬一:

  传统雷达有最小距离盲区,是因为它的收发共用一个天线;接收天线在雷达发射波形时没办法接收。毫米波雷达(FMCW波形)一般采用收发天线分置的架构,可以在发射波形的同时接收信号,所以没有小距离盲区。但是因为收发隔离可能做的不太好,近距离的接收信号往往当做干扰而不检出目标。

  毫米波雷达的最小距离盲区的衡量标准得看硬件平台,没有一个统一标准。一般根据实验情况作出说明。

  大佬二:

  毫米波雷达的最小距离盲区的衡量标准与具体应用有关,看具体的需求是怎么样,且从信号处理的距离角度来说,这个距离越大越好(比如你用车载前向雷达,其实并不需要距离车几米内的目标吧?那我们数据处理端给滤掉就好了);或者就是看信号的情况,如果泄漏严重,近处的东西就完全没法看了,只能去掉

  大佬三:

  信号处理延时不影响最小距离盲区,只是会晚一点知道结果;另外,即便是收发分开天线,盲区也会被收发泄露信号影响。

  大佬们的总结都指向了一个叫做连续波泄露信号的知识。那这个连续波泄露信号到底是什么呢?

4、连续波泄露信号

  首先我们先从简单的连续波雷达入手;

 

   连续波雷达通常采用的是收发分置的两部天线,用来提高收发通道的隔离度。本振产生频率为fIF中频连续波信号,经过混频器得到频率为f的射频信号,由发射机经发射天线辐射到探测空域。当发射信号遇到运动目标后,得到具有多普勒频率fd的回波信号,回波信号经过混频器差拍处理得到频率为fIF+fd的中频信号。中频放大器的输出信号与本振的中频信号混频后得到为fd的基带差拍信号。基带信号由A/D采样后做快速傅里叶变换后,就可以对信号进行检测了。

  FFT在连续波雷达系统中得作用相当于一个窄带滤波器组(多普勒滤波器组)。窄带滤波器组中各个窄带滤波器的带宽应该尽可能的窄,这样可以更精确的测量多普勒频率并使噪声功率最小。这就相当于使FFT的频谱分辨率Bfft尽可能小。如果fs为A/D的采样频率,NFFT为FFT的点数,那么窄带滤波器的频谱分辨率(即带宽)为:

Bfft=fs/NFFT

连续波雷达在进行一次信号检测时,只有有限长度的数据可以得到处理,可处理的数据块长度通常叫做信号驻留时间,假设FFT点数即为差拍信号的采样点数(即做FFT时不补零),那么驻留时间为:

  TDwell=NFFT/fs=1/Bfft;

 

  但由于连续波雷达同时收发,接收天线在接收目标回波信号的同时也会接收发射信号,发射信号就会经过接收天线泄露到接收机内。因此会存在严重的发射信号直波泄露,这将直接影响雷达的接收系统的正常工作。

  1、强的发射直波泄露信号将会饱和中放,甚至使得混频器饱和,从而阻塞接收机;

  2、强的直波泄露信号携带的噪声很强,导致本来很容易检测的目标信号被泄露噪声淹没,降低了接收机灵敏度;

  3、强的直波泄露信号可能从动目标检测滤波器的副瓣进入产生虚假目标;

  通常连续波雷达在实际工程中抑制发射直波泄露信号技术措施主要有基于电磁波传输特性的空间隔离技术;基于收发信号特性的空间物理隔离技术;基于信号多普勒处理杂波抑制技术的接收机中频滤波技术和数字信号处理滤波技术等。具体技术大家可以看一下相关论文,这里就不展开说了,下面是一个收发天线空间物理隔离技术图,大家可以看一下。

 

5、总结

  本文是大佬的意见和自己收集的资料,存在着很多的不足,特别是大佬提到的收发信号泄露,没能找到相对应的文章。大多数说的都是发射信号泄露。欢迎有了解的博友在评论区补充。

6、参考文献:

  发射信号泄露的连续波雷达方程.马可,李慧敏,王仁涛,党晓方,王 毅(西安电子工程研究所,陕西 西安);

  连续波雷达直波泄露抑制技术研究.冯健康 黄根全 谢敏( 西安电子工程研究所 西安 )

  某连续波雷达发射泄露的分析与设计.谢 敏 连 豪 王建强(西安电子工程研究所,陕西 西安 )