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【正文】

編輯|小助理 審核|調皮哥

本文主要解讀論文：High-resolution Automotive Radar Point Cloud Imaging and Processing

原文鏈接：https://ieeexplore.ieee.org/abstract/document/9792662/authors#authors

汽車雷達成像雷達波形選擇，到底是TDM、BPM、DDM，或者是TDMA+DDMA，或者還有其他，一起來看看這篇論文的介紹吧。

1、MIMO波形介紹

當今新興的4D成像雷達（4D-radar）采用多芯片級聯MIMO技術，可在方位角和仰角維度上實現高分辨率，提供高質量的三維點云成像。一般的汽車雷達芯片都有3個發射通道和4個接收通道，因此可以同時采用4芯片級聯的MIMO方案，將虛擬陣列擴展到12×16=192個通道。

使用MIMO技術的汽車雷達中的虛擬陣列合成依賴于不同天線發射的發射信號的分離，目前采用的MIMO 雷達技術有三種模式，分別是TDMA-MIMO、DDMA-MIMO、BPMA-MIMO。

當不同天線的發射信號正交時，分離更容易，實現波形正交性的最簡單方法是TDMA-MIMO，故TDMA-MIMO波形因其實現簡單和高度正交性而成為目前應用最廣泛的方法，但是TDMA-MIMO的缺點是發射功率低導致探測距離受限制，并且最大不模糊速度、距離分辨率與正交信號數量之間存在矛盾關系。雖然后續解決速度模糊問題的算法有很多，但頻譜混疊造成的目標檢測難度仍然嚴重，發射天線較多的情況更是雪上加霜。

BPMA-MIMO （相位編碼）雷達利用碼分多址 (CDMA) 技術，可以在不犧牲發射功率、帶寬或線性調頻持續時間的情況下有效地實現低互相關波形。由于不存在具有理想自相關和互相關特性的理想正交碼序列，因此相位編碼波形有時僅近似滿足正交性要求。

相位編碼MIMO雷達的主要問題是干擾的多普勒FFT將擴散到整個多普勒頻譜中，如下圖所示。最嚴重的影響是微弱的目標信號會被淹沒在干擾信號中，例如當有卡車和行人在同一距離分辨單元中時，行人很可能無法檢測到。

具有四個天線同時發射的相位編碼MIMO的RD譜

（a） Gold序列，長度128

（b） Chu序列，長度128

DDMA-MIMO可以提高雷達探測距離，每個發射通道以一個較小和唯一的頻率偏移同時發射相同的斜率的調頻信號，這有效地將多普勒頻譜中的每個發射信號分離，等效于正交性波形。然而，由于較小的多普勒偏移，導致發射通道間存在耦合，額外擴展的目標很容易重疊。

DDMA-MIMO RD譜

(a)同時發射兩根天線

（b）同時發射三根天線

盡管在多普勒域中采用不同的多普勒頻移調制每個發射陣元來實現波形正交性，但DDM-MIMO雷達技術存在一些缺點，限制了其在汽車雷達中的應用。

在多目標場景中，每個目標將在距離多普勒譜中生成一個真實位置，但在同一距離單元之間伴隨著多根發射天線的干擾，當有多個目標在相同距離但速度不同時出現問題，真正的目標和干擾將被混淆。因此，如何緩解多目標場景下干擾帶來的誤報是關鍵問題。

三種波形的技術特點如下圖所示：

2、TDM+DDM-MIMO技術

根據上述的介紹和分析，僅僅采用波形正交性技術之一的DDMA或者TDMA來完成4D高分辨率成像汽車雷達的設計幾乎是不可能的，因此必須考慮一種綜合的方案，該論文設計了一個集成的TDM-DDM-MIMO的框架來獲得折衷的性能。

TDM-DDM-MIMO 技術利用了 TDMA 和 DDMA 的最佳波形正交性，多個發射天線同時發射信號也可以降低能量損耗。當采用與ARS540相同的芯片級聯MIMO技術時，最多12個發射天線，TDM-DDM-MIMO框架可以設置為2個或更多的發射天線進行DDMA編碼，但不建議同時使用4個以上的發射天線進行發射，因為干擾會嚴重降低目標檢測性能。與TDM-MIMO技術相比，TDM-DDM-MIMO中距離多普勒譜所代表的最大不模糊速度將比單Chirp周期內發射的天線數量提高數倍，但干擾的影響會嚴重一些。

采用2個發射天線的TDM-DDM-MIMO汽車波形如上圖所示，在兩個不同通道的數據上使用多普勒FFT，干擾和目標將分布在多普勒域中，但干擾位于通道之間目標的不同側，因此可以區分目標和干擾。

有兩種特殊情況，一旦多普勒域中兩個目標的坐標間距為Na/4或Na/2，Na為慢時間采樣點，采用上述目標檢測方法會出現虛假目標和真實目標估計不準確的情況。因此，需要添加更多的信息來區分目標和干擾，例如信號幅度、相位信息等。

個人心得：波形設計是4D成像雷達的關鍵技術之一，可以和天線布局與優化、超分辨算法和跟蹤關聯合稱為4D成像雷達的四大核心技術！

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【本期結束】

本文是空閑時個人的心得體會，僅供參考。目前我還有很多內容需要學習，如果還有沒有說到或者不全面的地方，還請指正，感謝大家。

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