毫米波雷达技术:(七)如何避免多个雷达之间的干扰(以两个雷达为例)
如何避免多个雷达之间的干扰(以两个雷达为例)

假设目标距离两个雷达最远均为 6 m 6m 6m ,信号来回共计 0.04 u s 0.04us 0.04us ;调频指数为 35 M H z / u s 35MHz/us 35MHz/us ,则发射和接收信号的瞬时频率差为 1.4 M H z 1.4MHz 1.4MHz ;信号载波为正弦波。
则第一个雷达的发射和接收信号为:
S
t
x
1
(
t
)
=
s
i
n
(
2
π
f
1
t
)
①
S
r
x
1
(
t
)
=
s
i
n
[
2
π
(
f
1
−
1.4
)
t
]
②
\begin{align*} S_{tx1}(t)=sin(2πf_1t)~~~~~①\\ S_{rx1}(t)=sin[2π(f_1-1.4)t]~~~~~② \end{align*}
Stx1(t)=sin(2πf1t) ①Srx1(t)=sin[2π(f1−1.4)t] ②
则第二个雷达的发射和接收信号为:
S
t
x
2
(
t
)
=
s
i
n
(
2
π
f
2
t
)
③
S
r
x
2
(
t
)
=
s
i
n
[
2
π
(
f
2
−
1.4
)
t
]
④
\begin{align*} S_{tx2}(t)=sin(2πf_2t)~~~~~③\\ S_{rx2}(t)=sin[2π(f_2-1.4)t]~~~~~④ \end{align*}
Stx2(t)=sin(2πf2t) ③Srx2(t)=sin[2π(f2−1.4)t] ④
上述四个表达式中的
f
1
、
f
2
f_1、f_2
f1、f2 都是在根据调频指数变化的。
当这四个信号同时有值时,假设第一个雷达也接收到了来自第二个雷达的发射和接收信号,此时第一个雷达的混频器将其发射信号①与其余三个信号②③④,分别进行混频(频率的加和减),产生
6
6
6 种不同频率成分的正弦信号组合:
S
m
i
x
(
t
)
=
s
i
n
(
2
π
⋅
1.4
t
)
+
s
i
n
(
2
π
(
2
f
1
−
1.4
)
t
)
+
s
i
n
(
2
π
(
f
1
+
f
2
)
t
)
+
s
i
n
(
2
π
∣
f
1
−
f
2
∣
t
)
+
s
i
n
(
2
π
(
f
1
+
f
2
−
1.4
)
t
)
+
s
i
n
(
2
π
∣
f
1
−
f
2
+
1.4
∣
t
)
\begin{align*} S_{mix}(t)=&sin(2π⋅1.4t)+sin(2π(2f_1−1.4)t)\\&+sin(2π(f_1+f_2)t)+sin(2π|f_1−f_2|t)\\&+sin(2π(f_1+f_2−1.4)t)\\&+sin(2π|f_1−f_2+1.4|t) \end{align*}
Smix(t)=sin(2π⋅1.4t)+sin(2π(2f1−1.4)t)+sin(2π(f1+f2)t)+sin(2π∣f1−f2∣t)+sin(2π(f1+f2−1.4)t)+sin(2π∣f1−f2+1.4∣t)
因为
f
1
f_1
f1 和
f
2
f_2
f2 都处于
77
−
81
G
H
z
77-81GHz
77−81GHz 之间,所以
2
f
1
、
f
1
+
f
2
2f_1、f_1+f_2
2f1、f1+f2 的值会很高,可以直接通过低通滤波器滤出,得到滤波后的信号:
S
f
i
l
t
e
r
e
d
(
t
)
=
s
i
n
(
2
π
⋅
1.4
t
)
+
s
i
n
(
2
π
∣
f
1
−
f
2
∣
t
)
+
s
i
n
(
2
π
∣
f
1
−
f
2
+
1.4
∣
t
)
\begin{align*} S_{filtered}(t)=&sin(2π⋅1.4t)+sin(2π|f_1−f_2|t)\\&+sin(2π|f_1−f_2+1.4|t) \end{align*}
Sfiltered(t)=sin(2π⋅1.4t)+sin(2π∣f1−f2∣t)+sin(2π∣f1−f2+1.4∣t)
再通过配置
A
D
C
ADC
ADC 采样率和内置数字滤波器,可以将频率超过
1.4
M
H
z
1.4MHz
1.4MHz 的信号滤除,剩下的信号还存在的情形只有两种:
∣
f
1
−
f
2
∣
<
1.4
M
H
z
|f_1-f_2|<1.4MHz
∣f1−f2∣<1.4MHz
或
∣
f
1
−
f
2
+
1.4
∣
<
1.4
M
H
z
|f_1-f_2+1.4|<1.4MHz
∣f1−f2+1.4∣<1.4MHz ,将绝对值拆开之后有四种情形,取并集为:
−
2.8
M
H
z
<
f
1
−
f
2
<
1.4
M
H
z
-2.8MHz<f_1-f_2<1.4MHz
−2.8MHz<f1−f2<1.4MHz
——————————>>>>>>
推广到一般情形:
令雷达和目标之间最远距离为
m
m
m 米,信号来回需要
2
m
3
×
1
0
8
\frac{2m}{3×10^8}
3×1082m 秒,即
m
/
150
(
u
s
)
m/150(us)
m/150(us) ;令调频指数为
K
(
M
H
z
/
u
s
)
K~(MHz/us)
K (MHz/us) 。则发射与接收信号的瞬时频率差为
m
K
/
150
(
M
H
z
)
mK/150(MHz)
mK/150(MHz) 。经推导,第一雷达和第二雷达之间的发射信号频率差满足以下不等式:
−
m
K
75
(
M
H
z
)
<
f
1
−
f
2
<
m
K
150
(
M
H
z
)
-\frac{mK}{75}(MHz)<f_1-f_2<\frac{mK}{150}(MHz)
−75mK(MHz)<f1−f2<150mK(MHz)
宽泛点说(就是最大干扰概率):
文献里的概率比较极限,是宽泛概率的一半。
下图当中的信号并不是发射信号和接收信号,而是两个雷达的发射信号,
并且第一个 chirp 发出之后,立马进行第二个 chirp 的调制,如此循环(实际工程中,两个连续的 chirp 之间会留有较大的时间间隔)。

两个雷达的发射信号的频率差不应小于 m K / 50 ( M H z ) mK/50(MHz) mK/50(MHz) ,反映在发射时间上则为:两个雷达的发射间隔不应小于 m / 50 ( u s ) m/50(us) m/50(us) 。
不过,即使造成干扰了,其概率也可通过计算得出(前提是处于
77
−
81
G
H
z
77-81GHz
77−81GHz ):
从时间角度求概率:
p
=
(
m
50
×
2
)
÷
(
4000
K
)
=
m
K
1
×
1
0
5
×
100
%
从频段角度求概率:
p
=
(
m
K
50
×
2
)
÷
(
4000
)
=
m
K
1
×
1
0
5
×
100
%
\begin{align*} 从时间角度求概率:\\ &p=(\frac{m}{50}×2)÷(\frac{4000}{K})=\frac{mK}{1×10^5}×100\%\\ 从频段角度求概率:\\ &p=(\frac{mK}{50}×2)÷(4000)=\frac{mK}{1×10^5}×100\% \end{align*}
从时间角度求概率:从频段角度求概率:p=(50m×2)÷(K4000)=1×105mK×100%p=(50mK×2)÷(4000)=1×105mK×100%
可见,造成干扰的概率非常低,仅有百分之零点几。上面具体例子的概率即为
0.1
%
0.1\%
0.1% 。
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