汽车雷达探头必须解决干扰问题

引言

自主驾驶当前引领全球，此趋势将来定会加速发展。这一领域的关键技术是汽车雷达探头，它是朝向更舒适驾驶、防撞，甚至是自动驾驶迈出的重要一步。驾驶员辅助系统已经很普遍，这类系统在许多方面都由雷达支持。

今天的24 GHz、77 GHz和79 GHz汽车雷达探头显然需要能够测量和分辨不同物体，同时在任何城市或乡村环境都要能提供高距离分辨率、径向速度分辨率和方位角分辨率。一个非常重要的特性是对来自其他汽车雷达探头的干扰有良好抗扰性。由于目前市场对雷达探头的接受程度不高，这个话题一直不太受关注。然而，迅速扩大和预期增长都在持续增加，高级驾驶员辅助系统(Advanced Driver Assistance Systems, ADAS) 市场预计每年增长高达10％。考虑到每年有7200万辆新车注册，按每辆车平均3个（或更多）汽车雷达探头计算，未来每年大约有2亿多个新的汽车雷达探头行走在大街小巷。因此，24 GHz，以及76 GHz到81 GHz频谱将被大量占用。汽车雷达探头需要应对相互干扰，并且要提供信号分集和干扰抑制技术。涉及正在研发的自动汽车的偶发小事故已见诸报端。2016年5月，在涉及部分实现自动驾驶的汽车的第一起致命事故后，关于自动驾驶汽车安全性和这类技术安全性的问题再次被提起。因此，在存在相互干扰的任何环境下都必须确保探测设备功能不变。

本文介绍目前最先进的下一代汽车雷达信号和探头的理论背景。文中解释了相互干扰的影响，并提出了在具有各类典型干扰的任意射频环境中，测试和验证干扰抑制技术的测量可能性。这种方法可帮助研究和开发人员，设计出即使在恶劣射频环境也能按技术指标可靠工作的汽车雷达探头。

汽车雷达和法规

如果几个汽车雷达探头工作在频段^[1]中的相同部分，以及各自的工作频率非常靠近时，可能相互干扰（参阅图1）。可能的情况是人为虚假(ghost) 目标的建立或检测概率的降低。虚假目标在现实中不存在，但对于雷达探头却作为真实目标出现。这可能由已发射信号的副本引起。该副本不是来自原始雷达发射机，但是落入接收机带宽中，并作为真实回波信号被处理。只有在两个或多个雷达之间的定时、波形和频率必须匹配，并且回波信号功率必须超过一定限值时，才会发生这种情况。

图1：干扰场景举例

此外，落入接收机带宽中具有一定功率电平的任意射频信号，会增加雷达的本底噪声并降低对目标的信噪比(Signal To Noise, SNR)。这可能导致雷达截面积(Radar Cross Section, RCS) 较小的目标消失，因为这些回波的信噪比减小。只有经FFT信号处理后在所有频率上扩散的信号必须落入接收机带宽内时，才会发生这种情况。

汽车雷达探头的输出功率由电子通信委员会(Electronic Communications Committee , ECC) 规定。基于题为"指定77-81GHz频段用于汽车短程雷达"的ECC决定(04) 03，欧洲邮政和电信管理会议(European Conference of Postal and Telecommunications Administrations, CEPT) 指定将79GHz频率范围，在无干扰且不采用保护措施的场景下用于短程雷达(Short Range Radar, SRR) 设备。此外，定义了与峰值限值为55 dBm 有效全向辐射功率(Equivalent Isotropic Radiated Power, EIRP)相关的-3dBm / MHz有效全向辐射功率的最大平均功率密度，并且由一个短程雷达设备运行产生的车辆外部最大平均功率密度不得超过-9 dBm / MHz有效全向辐射功率。工作在这些频段中的所有标准汽车雷达探头必须满足这个决定。ETSI标准EN 301 091-1和EN 301 091-2 ^[7]已经对77 GHz雷达的相关测试条件、功率发射和杂散辐射等几个方面进行了标准化，但没有提及任何关于干扰抑制的内容。对于规定了79GHz频段的ETSI标准EN 302 264-1和EN 302 264-2 ^[8]也是如此。

例如，在海事领域，导航雷达必须遵守国际电工委员会(International Electrotechnical Commission, IEC) 标准IEC 62388 ^[2]。该标准规定了最基本的运行和性能要求、测试方法，以及按照无线电通信设备/系统性能标准要求的测试结果。IEC标准中一个非常重要方面是干扰抑制规范。然而，对于汽车雷达技术规范，类似导航雷达几十年来经历的，没有定义干扰抑制或性能的标准以及测试方法。

汽车雷达波形和干扰影响

如果干扰信号落入雷达接收机带宽中，就此而言，它应当被检测到并在信号处理过程中被抑制。每个制造商采用的波形、定时、带宽、天线方向图和信号处理方式通常略有不同。就干扰抑制而言这或许是个优点，但也导致雷达对干扰的响应不同。

今天的汽车雷达探头中主要使用两种不同类型的波形。盲点检测(Blind Spot Detection, BSD)