Документация

Радарная оценка области значений FMCW

Следующая модель показывает сквозную радиолокационную систему FMCW. Системная настройка подобна MATLAB Автомобильный Адаптивный Круиз-контроль Используя Технологический пример FMCW. Единственная разница находится в этой модели, развертка формы волны FMCW симметрична вокруг несущей частоты.

Данные показывают поток сигналов в модели. Блоки Simulink, которые составляют модель, разделены на два главных раздела, раздел Radar и раздел Channel и Target. Теневой блок слева представляет радиолокационную систему. В этом разделе сигнал FMCW сгенерирован и передан. Этот раздел также содержит получатель, который получает радарное эхо и выполняет ряд операций, таких как dechirp и импульсное интегрирование, чтобы оценить целевой диапазон. Блок оттенка на правильных моделях распространение сигнала через пробел и его отражение от автомобиля. Вывод системы, предполагаемую область значений в метрах показывают в блоке отображения слева.

Радар

Радиолокационная система состоит из соразмещенного передатчика и получателя, смонтированного на автомобиле, проходящем прямая дорога. Это содержит компоненты обработки сигналов, должен был извлечь информацию от возвращенного целевого эха.

В Радаре целевое эхо проходит несколько шагов обработки сигналов в порядке вывести целевой диапазон. Подсистема обработки сигналов, показанная более подробно ниже, состоит из трех блоков. Первый блок dechirps полученный сигнал путем умножения его с переданным сигналом. Эта операция производит частоту удара между целевым эхом и переданным сигналом. Целевой диапазон пропорционален частоте удара. Эта операция также уменьшает пропускную способность, требуемую обработать сигнал. Второй блок отправляет dechirped импульсы через импульсный интегратор, чтобы повысить отношение сигнал-шум (SNR). Третий блок, Средство оценки Области значений, генерирует периодограмму, из которой пик расположен, чтобы получить частоту удара. Оценка области значений становится по существу проблемой спектрального анализа.

Образуйте канал и предназначайтесь

Канал и Целевая часть модели моделируют распространение сигнала и отражение от целевого автомобиля.

В Автомобильной подсистеме целевой автомобиль моделируется как цель точки с заданным радарным сечением. Радарное сечение используется, чтобы измериться, сколько степени может быть отражено от цели.

В сценарии этой модели радарный автомобиль запускается в начале координат, перемещающемся на уровне 100 км/ч (27,78 м/с), в то время как целевой автомобиль запускается на уровне 50 метров перед радарным автомобилем, перемещающимся на уровне 96 км/ч (26,67 м/с). Положения и скорости и радара и целевых автомобилей используются в канале распространения, чтобы вычислить задержку, Доплера и потерю сигнала.

Исследование модели

Несколько диалоговых параметров модели вычисляются функцией помощника helperslexFMCWParam. Чтобы открыть функцию из модели, нажмите на блок Modify Simulation Parameters. Эта функция выполняется однажды, когда модель загружается. Это экспортирует в рабочую область структуру, на поля которой ссылаются диалоговые окна. Чтобы изменить любые параметры, или измените значения в структуре в командной строке или отредактируйте функцию помощника и повторно выполните его, чтобы обновить структуру параметра.

Результаты и отображения

Спектрограмма FMCW сигнализирует ниже показов, что сигнал линейно развертывает промежуток 150 МГц приблизительно каждые 7 микросекунд. Эта форма волны обеспечивает разрешение приблизительно 1 метра.

Спектр сигнала dechirped показывают ниже. Фигура указывает, что частота удара, введенная к установленному сроку, составляет приблизительно 100 кГц. Обратите внимание на то, что после dechirp, сигнал имеет только одну частотную составляющую. Получившаяся оценка области значений, вычисленная от этой частоты удара, как отображено в модели, составляет 49,95 метров, который является в разрешении области значений.

Однако этот результат получен с каналом распространения свободного пространства. В действительности распространение между автомобилями часто включает разнообразные пути между передатчиком и получателем. Поэтому сигналы от различных путей могут добавить или конструктивно или пагубно в получателе. Следующий раздел установил распространение на канал 2D луча, который является самым простым многопутевым каналом.

Запустите симуляцию и наблюдайте спектр сигнала dechirped.

Обратите внимание на то, что больше нет доминирующей частоты удара, потому что в этой области значений, сигнал от прямого пути и отраженного пути уравновешивает друг друга. Это может также быть замечено по предполагаемой области значений. который больше не совпадает с наземной истиной.

Несколько целевых оценок областей значений и скоростей Используя форму волны FMCW

Модель в качестве примера ниже показов подобная сквозная радиолокационная система FMCW, работающая с двумя целями. Этот пример также оценивает скорость обоих целевых автомобилей.

Модель является по существу тем же самым как предыдущим примером с двумя различиями. Помимо наличия двух целей, радиолокационная система теперь использует обработку соединения Доплера области значений.

Радар

Эта модель использует область значений Доплеровское соединение, обрабатывающее в подсистеме обработки сигналов. Обработка соединения в области Доплера области значений позволяет оценить Доплера через несколько разверток и затем использовать ту информацию, чтобы разрешить Доплера области значений, связывающегося, приводя к лучшим оценкам области значений.

Подсистему обработки сигналов показывают подробно ниже.

Блоки, которые составляют подсистему обработки сигналов,

Если сигнал является dechirped, он буферизуется, чтобы сформировать матрицу и затем обрабатывается, чтобы сгенерировать соответствующую карту Доплера области значений. Следующий шаг анализирует карту и выводит область значений и скорость целей. Детали области значений и оценки скорости показывают ниже.

Как упомянуто в начале примера, радар FMCW использует сдвиг частоты, чтобы вывести область значений цели. Однако движение цели может также ввести сдвиг частоты из-за эффекта Доплера. Поэтому частота удара имеет и область значений и связанную информацию о скорости. Обработка области значений и Доплера одновременно позволяет нам удалить эту неоднозначность. Пока развертка достаточно быстра так, чтобы цель осталась в том же логическом элементе области значений для нескольких разверток, Доплер может быть вычислен через несколько разверток и затем раньше может исправлять начальные оценки области значений.

Образуйте канал и предназначайтесь

Существует теперь два целевых автомобиля в сцене, маркированной как Автомобиль и Грузовик, и каждый автомобиль имеет связанный канал распространения. Автомобиль запускает 50 метров перед радарным автомобилем и перемещается со скоростью 60 км/ч (16,67 м/с). Грузовик запускается на уровне 150 метров перед радарным автомобилем и перемещается со скоростью 130 км/ч (36,11 м/с).

Исследование модели

Несколько диалоговых параметров модели вычисляются функцией помощника helperslexFMCWMultiTargetsParam. Чтобы открыть функцию из модели, нажмите на блок Modify Simulation Parameters. Эта функция выполняется однажды, когда модель загружается. Это экспортирует в рабочую область структуру, на поля которой ссылаются диалоговые окна. Чтобы изменить любые параметры, или измените значения в структуре в командной строке или отредактируйте функцию помощника и повторно выполните его, чтобы обновить структуру параметра.

Результаты и отображения

Сигнал FMCW, показанный ниже, эквивалентен в предыдущей модели.

Две цели могут визуализироваться в карте Доплера области значений ниже.

Карта правильно показывает две цели: один на уровне 50 метров и один на уровне 150 метров. Поскольку радар может только измерить относительную скорость, правильные оценки скоростей для этих двух автомобилей составляют 11,11 м/с и-8.3 м/с, соответственно, где знак минус указывает, что Грузовик переезжает от радарного автомобиля. Точные оценки скорости может быть трудно считать из карты, но предполагаемые области значений и скорости показывают в блоках отображения в блок-схеме. От отображенных результатов оценки скорости также правильны.

Несколько целевых оценок областей значений и скоростей Используя форму волны MFSK

Чтобы смочь сделать, объединенная оценка области значений и скорости с помощью вышеупомянутого подхода, развертка должна быть довольно быстрой, чтобы гарантировать, что автомобиль является приблизительно стационарным во время развертки. Это часто переводит в более высокие затраты на оборудование. MFSK является новой формой волны, специально разработанной для автомобильного радара так, чтобы это могло достигнуть одновременной области значений и оценки скорости с более длинными развертками.

Пример ниже показов, как использовать форму волны MFSK, чтобы выполнить оценка скорости и область значений. Настройка сцены совпадает с предыдущей моделью.

Единственные различия находятся в блоке формы волны и подсистеме обработки сигналов. Детали формы волны MFSK описаны по Одновременной Оценке Области значений и Скорости Используя пример Формы волны MFSK, но это по существу состоит из двух разверток FMCW со смещением фиксированной частоты. Развертка также происходит на дискретных шагах. От параметров блока формы волны MFSK время развертки может быть вычислено как продукт времени шага и количество шагов на развертку. В этом примере время развертки - немного более чем 2 мс, который является несколькими порядками, больше, чем эти 7 микросекунд для FMCW, используемого в предыдущей модели.

Подсистема обработки сигналов описывает, как сигнал обрабатывается для формы волны MFSK. Сигнал сначала выбран в конце каждого шага и затем преобразован в частотный диапазон через БПФ. Детектор CFAR используется, чтобы идентифицировать peaks, который соответствует целям в спектре. Затем частота в каждом пиковом местоположении, а также разности фаз между двумя развертками используется, чтобы оценить область значений и скорость целевых автомобилей.

Исследование модели

Несколько диалоговых параметров модели вычисляются функцией помощника helperslexMFSKMultiTargetsParam. Чтобы открыть функцию из модели, нажмите на блок Modify Simulation Parameters. Эта функция выполняется однажды, когда модель загружается. Это экспортирует в рабочую область структуру, на поля которой ссылаются диалоговые окна. Чтобы изменить любые параметры, или измените значения в структуре в командной строке или отредактируйте функцию помощника и повторно выполните его, чтобы обновить структуру параметра.

Результаты и отображения

Предполагаемый результат показывают в модели, совпадая с результатом, полученным из предыдущей модели.

Несколько целевых областей значений, скоростей и угловой оценки

Можно улучшить угловое разрешение радара при помощи массива антенн. Этот пример показывает, как разрешить три целевых автомобиля, перемещающиеся в отдельных маршрутах перед автомобилем, перевозящим антенную решетку.

В этом сценарии радар перемещается в центральном маршруте магистрали на уровне 65 миль в час. Первый целевой автомобиль перемещается 20 метров вперед в том же маршруте как радар на уровне 55 миль в час. Второй целевой автомобиль перемещается на уровне 80 миль в час в правильном маршруте и составляет 40 метров вперед. Третий целевой автомобиль перемещается на уровне 70 миль в час в левом маршруте и составляет 80 метров вперед. Антенная решетка радарного автомобиля является ULA с 4 элементами.

Зафиксируйте источник системы координат в радарном автомобиле, наземной области значений истины, скорости, и угол целевых автомобилей относительно радара

                Range (m)      Speed (m/s)        Angle (deg)
  ---------------------------------------------------------------
    Car 1         20               4.44              0
    Car 2         40.05           -6.66             -2.86
    Car 3         80.03           -2.22              1.43

Подсистема обработки сигналов теперь включает направление оценки прибытия в дополнение к Доплеровским блокам обработки и области значений.

Как показано в схеме, первый шаг в цепочке обработки сигналов является оценкой области значений. Однажды область значений цель оценивается, данные в соответствующих интервалах области значений используются, чтобы оценить скорость (уровень области значений) и направление прибытия той же цели.

Исследование модели

Несколько диалоговых параметров модели вычисляются функцией помощника helperslexFMCWMultiTargetsDOAParam. Чтобы открыть функцию из модели, нажмите на блок Modify Simulation Parameters. Эта функция выполняется однажды, когда модель загружается. Это экспортирует в рабочую область структуру, на поля которой ссылаются диалоговые окна. Чтобы изменить любые параметры, или измените значения в структуре в командной строке или отредактируйте функцию помощника и повторно выполните его, чтобы обновить структуру параметра.

Результаты и отображения

Предполагаемый результат показывают в модели. Оценки области значений в 0,5 метрах; оценки скорости в 0,1 м/с; и угловые оценки в 0,1 градусах. Поэтому оценки, совпадающие с наземной истиной хорошо.

Сводные данные

Первая модель показывает, как использовать радар FMCW, чтобы оценить область значений целевого автомобиля. Информацией, выведенной от эха, такого как расстояние до целевого автомобиля, являются необходимые входные параметры к полной автомобильной системе ACC.

Пример также обсуждает, как выполнить область значений Доплер, обрабатывающий, чтобы вывести и область значений и информацию о скорости целевых автомобилей. Однако стоит отметить, что, когда время развертки долго, системная возможность оценки скорости ухудшается, и возможно, что объединенная обработка больше не может предоставлять точную компенсацию за область значений Доплер, связывающийся. Больше обсуждения этой темы может быть найдено в MATLAB Автомобильным Адаптивным Круиз-контролем Используя Технологический пример FMCW.

Следующая модель показывает, как выполнить ту же область значений и оценку скорости с помощью формы волны MFSK вместо этого. Эта форма волны может достигнуть объединенной области значений и оценки скорости с более длинными развертками, таким образом уменьшая требования к аппаратным средствам.

Последняя модель показывает использованию форму волны FMCW снова и показывает, как выполнить область значений, скорость и угловую оценку одновременно, если антенная решетка доступна в радиолокационной системе.