【導讀】隨著汽車雷達的普及，大量占用的射頻頻譜將類似于城市環(huán)境中的電子戰(zhàn)場。雷達將面臨無意或故意干擾攻擊的組合，設計人員必須實施反干擾技術，如電子戰(zhàn)（EW）中使用的技術。
隨著汽車雷達的普及，大量占用的射頻頻譜將類似于城市環(huán)境中的電子戰(zhàn)場。雷達將面臨無意或故意干擾攻擊的組合，設計人員必須實施反干擾技術，如電子戰(zhàn)（EW）中使用的技術。
汽車雷達通常可能會遇到拒絕或欺騙性干擾攻擊。否認干擾使受害者雷達失明。這種技術降低了信噪比，因此降低了目標檢測的概率。另一方面，欺騙性干擾使受害者雷達“認為”存在虛假目標。受害者雷達失去了跟蹤真實目標的能力，因此，受害者的車輛行為受到嚴重影響。
這些干擾攻擊可能源于汽車雷達之間的相互干擾，也可能是通過使用廉價的硬件將強連續(xù)波（CW）信號指向受害者雷達而故意發(fā)生的。
雖然目前的干擾避免技術對于今天來說可能已經(jīng)足夠了，但隨著雷達傳感器的普及，需要單獨使用一種彈性的緩解技術或與避免方法結合使用。彈性技術包括時頻域信號處理或復雜的雷達波形。
雷達波形
雷達波形是決定干擾器存在時傳感器性能的關鍵系統(tǒng)參數(shù)之一。當今77 GHz頻段的汽車雷達主要使用FMCW型波形。在FMCW雷達中，CW信號在RF頻段上線性掃描或啁啾頻率。圖1顯示了一個FMCW線性調(diào)頻序列（CS）波形示例。
圖1.FMCW CS示例。
頻率差（fb，拍頻）與到目標的距離 R 成正比，可通過以下關系確定：
干擾的影響
當FMCW雷達傳感器在頻段的同一部分工作時，干擾發(fā)生在密集的RF環(huán)境中。參見圖2中一個典型的迎面而來的汽車干擾示例。
圖2.a） FMCW 拒絕干擾和 b） FMCW 欺騙性干擾的示例。
拒絕干擾
落入接收器帶寬的任意FMCW型強干擾信號會提高受害雷達的本底噪聲。這種拒絕干擾可能會導致小目標（即小雷達橫截面（RCS））由于信噪比差而消失。
拒絕攻擊也可以通過簡單地向受害者FMCW雷達發(fā)射強CW信號來有目的地進行。受害者雷達的影響類似于FMCW干擾情況（見圖4）。
欺騙性干擾
如果干擾信號掃描與受害雷達同步但延遲，那么影響將是固定范圍內(nèi)的欺騙性錯誤目標生成。這種技術在電子戰(zhàn)干擾器中很常見。迎面而來的類似類型的汽車雷達將充當無意的干擾器。然而，受害者和干擾雷達之間時間對齊的可能性將非常小。小于受害雷達最大距離延遲的干擾器延遲偏移可能看起來像一個真正的目標。例如，200 m 的最大范圍需要小于 1.3 μs 的掃描對齊。然而，這種欺騙性攻擊可能是故意使用安裝在迎面而來的汽車平臺上的復雜電子戰(zhàn)式設備進行的。
更一般地說，欺騙性干擾是基于通過延遲和頻率的系統(tǒng)性變化重新傳輸受害者雷達的信號。這可以是非相干的，在這種情況下，干擾器被稱為轉發(fā)器，也可以是相干的，當它是中繼器時。中繼器接收、更改和重新傳輸一個或多個干擾信號，而應答器在干擾器檢測到所需的受害信號時傳輸預定信號。
復雜的基于中繼器的攻擊通常需要數(shù)字RF存儲器（DRFM）。DRFM能夠執(zhí)行協(xié)調(diào)的距離延遲和多普勒門拉開攻擊。因此，保持虛假目標范圍和多普勒屬性以欺騙受害者雷達。
干擾緩解技術
基本方法：回避
基本的雷達干擾緩解技術主要依賴于回避方法。目標是減少空間、時間和頻率重疊的可能性，例如：
空間：使用窄的電子掃描光束可以降低干擾風險。遠程汽車巡航控制（ACC）雷達的典型視場為±8°。盡管如此，強大的干擾器仍然可以通過天線旁瓣有效。
時間：隨機化 FMCW 線性調(diào)頻斜率參數(shù)以避免周期性干擾。
頻譜：隨機化 FMCW 線性調(diào)頻開始和停止頻率，以減少重疊和干擾的可能性。
隨機化的基本方法可以避免與其他雷達的意外同步，但在密集的RF環(huán)境中可能沒有那么有用。越來越多的雷達傳感器將需要更復雜的彈性技術來減輕干擾。
戰(zhàn)略方法：檢測和修復
另一種避免方法可用于使用信號處理算法修復接收波形。時域技術可以有效對抗拒絕類型的干擾攻擊。在迎面而來的汽車FMCW干擾場景中，干擾器會在很短的時間內(nèi)掃描所有頻率箱。這種快速時變信號表現(xiàn)為常規(guī)FFT域中本底噪聲升高。時頻域信號處理技術將信號傳輸?shù)搅硪粋€域，與FFT域相比，該域更容易濾除干擾（見圖3）。
圖3.雷達回波中頻波形的FFT和STFT域表示。
對于時變信號，短時傅里葉變換（STFT）比常規(guī)FFT提供更多的信息?；赟TFT的技術可用于窄帶干擾切除。STFT實質(zhì)上是通過信號移動一個窗口，并獲取窗口區(qū)域的FFT。信號在頻域中濾波，以去除干擾器分量，然后再轉換回時域。
圖4顯示了典型的FMCW干擾場景，其中RF線性調(diào)頻序列重疊，以及STFT域中產(chǎn)生的IF拍頻信號。
圖4.STFT域，左：FMCW雷達和干擾器，右：IF域。
圖4右側的曲線顯示了IF域，這是雷達（藍色）和干擾（橙色）信號混合的最終結果。水平線表示目標，而V形垂直線表示存在干擾信號。
類似或相反方向的干擾FMCW，甚至是類似CW的慢啁啾，都會對IF信號產(chǎn)生類似的影響。在所有這些干擾場景中，快速移動的V形IF信號會提高常規(guī)FFT域中的本底噪聲，如圖3所示。
基于幅度的掩碼可用于濾除STFT域中的干擾信號。當然，這假設受害者雷達前端和量化具有足夠的動態(tài)范圍，可以同時線性處理更強的干擾器信號和小的預期目標。參見圖 5。
圖5.STFT域中基于幅度的掩碼。
圖5的頂部圖像描繪了一個強干擾器，而底部顯示了處理后的STFT。在強干擾器存在的情況下，多個真實目標是不可見的，如頂部所示。下圖中的V形干擾器被切除，低SNR目標在轉移回時域時現(xiàn)在可以識別。
基于STFT的干擾緩解技術可用于針對強干擾器的拒絕干擾場景。對于欺騙性干擾攻擊，僅靠STFT無法驗證返回信號是真還是假。
加密射頻
減少中繼器攻擊欺騙性干擾影響的基本對策是使用低攔截概率（LPI）雷達波形。LPI雷達的目標是通過將輻射能量分散到寬頻譜上來逃避檢測，通常通過準隨機掃描，調(diào)制或跳頻序列。FMCW是一種LPI波形。如果在線性調(diào)頻中引入相位編碼或加密，則可以進一步降低DRFM攔截汽車雷達信號的機會。
每個雷達傳感器獨有的加密射頻特征可以驗證返回信號。圖6顯示了一個用例，其中兩個相同的雷達（其中一個安裝在不同的汽車上）在它們之間具有頻率偏移和延遲，在受害者雷達中產(chǎn)生一個虛假目標。干擾雷達與受害雷達進行時間對齊（相同的啁啾斜率和短偏移）。
圖6.由于具有頻率偏移和延遲的相同雷達而導致的干擾。
相位編碼FMCW雷達可以在這種用例中提供高干擾魯棒性。使用正交碼還可以通過啟用多個同步發(fā)射波形使MIMO雷達操作成為可能。
編碼要求：
代碼長度：目標是通過短序列實現(xiàn)最小范圍的旁瓣電平。PRN 序列長度為 1024 導致峰值旁瓣電平 （PSLL） 約為 30 dB （10log1024）。可以優(yōu)化發(fā)送代碼和接收濾波器權重，以犧牲SNR為代價來改善PSLL。
良好的互相關特性：集合成員的互相關系數(shù)應為零，以實現(xiàn)傳感器之間的良好分離
多普勒電阻：相位編碼雷達性能可能會受到多普勒頻移的影響。二進制代碼是多普勒不容忍的。多相代碼的退化速度低于二進制代碼。
可用數(shù)量的不同代碼：大家庭規(guī)模最好為每個雷達傳感器分配一個唯一的代碼。
圖7顯示了沒有相位編碼的雷達回波。干擾信號將自己顯示為錯誤目標。當發(fā)射機FMCW波形用PRN序列進行相位編碼時，干擾信號可能會被抑制，如圖8所示。
圖7.雷達返回，無需相位編碼虛假和真實目標。
圖8.帶和不帶相位編碼的雷達返回。
這種方法會影響動態(tài)范圍。但是，雷達信號處理器可以使用相位編碼的FMCW進行幾次線性調(diào)頻來標記錯誤目標，然后切換回正常工作狀態(tài)。
結論和未來趨勢
擁擠的汽車雷達傳感器環(huán)境中的干擾可以通過先進的信號處理算法和復雜的波形生成技術來緩解。基于STFT的信號處理技術可用于抵御拒絕類型的攻擊。相位編碼FMCW通過處理增益和攔截避免，為非相干和相干欺騙性攻擊提供了額外的抵抗層。有關緩解技術的摘要，請參閱表 1。
之前詳細的汽車雷達干擾緩解原則也適用于其他雷達傳感器環(huán)境，例如機器人、道路收費、GPS 和無人機著陸或防撞系統(tǒng)。
目前，汽車雷達傳感器以非協(xié)作模式運行，彼此之間沒有通信。雖然合作操作模式需要全行業(yè)的協(xié)調(diào)，但雷達傳感器之間的仲裁可以幫助解決干擾問題。
包括傳感器合作在內(nèi)的未來雷達概念將是通信節(jié)點和雷達傳感器的融合。具有復雜波形的未來雷達也提供了在雷達信號中包含信息的可能性。相同的硬件可以同時用于雷達和通信（RadCom）。
RadCom：一個用于同時進行雷達和通信的單一系統(tǒng)：
無干擾的多用戶功能
使用 OFDM 或類似通信代碼對雷達信號進行編碼提供了在雷達信號中包含信息的可能性
由于基于OFDM的雷達發(fā)射信號而同時
ADI公司的5G毫米波收發(fā)器信號解決方案具有大于GHz的帶寬和波束控制能力，可能是RadCom系統(tǒng)概念的潛在候選者。
ADI在開發(fā)最先進的雷達傳感器和5G毫米波解決方案方面處于獨特的地位，為未來的RadCom系統(tǒng)鋪平道路。
ADI公司的Drive360 28 nm CMOS雷達技術：
ADI公司的Drive360? 28 nm CMOS雷達平臺支持許多高級信號處理集成選項，甚至允許定制IP集成，使設計人員能夠區(qū)分其系統(tǒng)。該平臺隨附高度集成的電源管理配套芯片。該系統(tǒng)為一級供應商和原始設備制造商提供了為新興自動駕駛應用構建強大解決方案所需的高性能。
5G 毫米波
ADI公司憑借我們獨特的微波比特能力為5G微波工作做出了巨大貢獻。我們廣泛的技術組合和持續(xù)的RF技術進步，加上我們在無線電系統(tǒng)工程方面的悠久歷史，使ADI在為新興的5G系統(tǒng)開拓微波和毫米波頻率的新解決方案方面處于領先地位。
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