77GHz毫米波汽车防撞雷达抗干扰射频编码方法
Tesla前向77GHz防撞雷达黑科技破解
Tesla前向77GHz防撞雷达黑科技破解
最近，网上关于特斯拉电动车的自动驾驶系统倍受争议，褒扬和批评的案例都成为焦点。
为此，来自中国的黑客们，360汽车信息安全团队和浙江大学联合进行了首次攻击特斯拉自动驾驶系统的实车实验。
下图是360汽车信息安全团队负责人刘健皓和浙江大学智能系统安全实验室成员闫琛在Keysight公司北京开放实验室进行毫米波雷达干扰实验时的照片。
相关的实验信息之前6月份在本公众平台上做过首发，但由于相关实验还没有正式发布，为避免研究信息泄露，所以对相关信息做了删除处理。
目前，相关的攻击实验结果刚刚在在世界顶级黑客会议DEF CON做过发布，相关报道也已经见诸网站，数字君就再来梳理一下相关信息。
据悉，受益于特斯拉公司新推出的自动驾驶技术，部分S型轿车和所有的X 型SUV都实现了自动驾驶功能。
获取2015年10月的更新后，数以万计的车辆安装上了自动驾驶系统。
这项技术通过使用车内的雷达、摄像头、GPS和超声波传感器等，来保持车辆在自己的行车道内以及前后左右的安全车距，并且能够在人们发出命令的时候变道。
下图是网上流传的Tesla的自动驾驶系统的照片。
可以看到，Tesla前方最重要的防撞系统由安装在挡风玻璃上的摄像头和车头的防撞雷达构成。
据悉，摄像头是一家以色列公司Mobileye提供，而防撞雷达由德国著名的BOSCH公司提供。
自动驾驶系统通过对摄像头和雷达的资料处理分析，汽车就能够识别交通信号、观测其他车辆以及行人，并根据车道信息对驾驶情况做出调整。
网上关于Tesla摄像头的拆解信息比较多，但关于其使用的防撞雷达的频点、信号特征、调制方式等都没有公开信息。
77GHz毫米波雷达快速chirp信号技术-测速原理
77GHz毫米波雷达快速chirp信号技术（二）:测速原理设：快速chirp信号周期为TcT_cTc，斜率为SSS，起始频率为f0f_0f0波长为λλλ每帧chirp 数为NNN.在第一个chirp发射时，存在一个目标距离为RRR，径向速度为VVV。
1.描述一个信号除了频率还要有相位。
混频器输出的中频信号的相位是接收天线与发射天线相位之差。
中频信号的相位如公式所示：ϕ=2π⋅2Rλmod(2π)\phi=\frac{2\pi\cdot 2R}{\lambda}mod(2\pi)ϕ=λ2π⋅2Rmod(2π)注：电磁波发收的总距离是实际距离的两倍。
那么相邻两个chirp之间同一目标中频信号的相位差为：Δϕ=4πΔRλmod(2π)=4πVTcλmod(2π)\Delta\phi=\frac{4\pi\DeltaR}{\lambda}mod(2\pi)=\frac{4\piVT_c}{\lambda}mod(2\pi)Δϕ=λ4πΔRmod(2π)=λ4πVTcmod(2π)根据上式可以看出相位对距离的微小变化非常敏感。
并且可以由此计算目标速度。
V=λΔϕ4πTcV=\frac{\lambda\Delta\phi}{4\pi T_c}V=4πTcλΔϕ2.只需要对同一距离的目标在chirp方向上做FFT即可将同一距离不同速度的目标区分出来。
3.测速范围设靠近方向速度为负，远离方向速度为正。
已知速度有正有负。
根据采样定理，我们只能得到频率小于采样频率一半的结果。
所以：−π≤Δϕ≤π-\pi\le\Delta\phi\le\pi−π≤Δϕ≤π。
由此可以得出测速范围为：−λ4Tc≤V≤λ4Tc-\frac{\lambda}{4T_c}\leV\le\frac{\lambda}{4T_c}−4Tcλ≤V≤4Tcλ4.测速分辨率FFT要求两个信号在整个采样时间上至少相差一个周期才能被区分。
∴Δϕ≥2πN\therefore\Delta\phi\ge\frac{2\pi}{N}∴Δϕ≥N2π∴Vres=λ2NTc\thereforeV_{res}=\frac{\lambda}{2NT_c}∴Vres=2NTcλ。
77G汽车防撞雷达角度测量算法研究
火控雷达技术
Fire Control Radar Technology
Vci. 50 No. 2( Sxivs 196) Jun.2021
77G汽车防撞雷达角度测量算法研究
郑建超
(中国电子科技集团公司第三十八研究所 合肥 230088)
摘 要：在77G汽车防撞雷达系统中，测角精度是衡量目标定位、跟踪能力的一个重要指标。然而 在雷达测角过程中会遇到两个问题：一个是测角模糊问题，二是边缘测角奇异值问题，本文提出了
Research on the Angle Measurement Algorithm of 77 G Automobile Collibon Avoibancc Radar
ZHENG Jianchao (No. 38 Research Institute of CETC, Hefei 230088) Abstract: In the 77G automobile collision avvipanco radar system, the angle measurement accuracy is an important indicator to fudge the taryel posidoning and tracking ability. However, tuo problems will be encountered in the process of radar angle measurement: one is the ambiguity of the angle measurement, and the other is the singular vvlue of the edge angle measurement. Thm paper proposed a long and short baseline solution angle blur algorithm and a baseline 3 choose 2 angle removvl algorithm, which are used to solve the above tuo pmbims respectively. The long and short baseline solution angle blur algorithm can accurately solve the angle blur pmbkm. The algorithm abandoned the cumbersome calculation process of traditional algorithms, and compared the short baseline angle esti mate with the thme angle estimates to solve the angle blur pmbim, which significantly improves the calculation ef ficiency and m suitable for engineemny practice. Due to the periodicity of the phase didemnce, the measured angle will have singular vvlues al the edge of plus or minus 90 defrees. This paper proposed an algorithm for removing the singular vvlue of the angle based on the baseline 3 choose 2 . Fintly, good results are obtained. Keywonis： 77 G; automobile collision avoidance radar ； angle mexsummenl accuracy
基于英飞凌的77 GHz汽车雷达设计方案
基于英飞凌的77 GHz汽车雷达设计方案
[导读]基于英飞凌的77 GHz汽车雷达设计方案系统优势雷达系统IC（RASIC™）系列具有一组高度集成的、面向汽车雷达的76–77 GHz范围的功能IC提供了高集成度，只需少量或
基于英飞凌的77 GHz汽车雷达设计方案
系统优势
雷达系统IC（RASIC™）系列具有一组高度集成的、面向汽车雷达的76–77 GHz范围的功能
IC提供了高集成度，只需少量或不需要外部元件
英飞凌SiGe工艺得益于其在批量双极市场领域的经验。
其独特的特性在于高频功能和稳定性，特别适于在汽车环境下运行，并且通过了AEC-Q100全汽车质量认证
77GHz汽车雷达解决方案框图
推荐产品
产品
说明
RXN 7740
整合了雷达前端的所有核心功能、面向76–77 GHz的单芯片四重收发器RON 7701
可以在PLL环境内运行RXN 7740的介质共振振荡器（DRO）
-全文完-。
77ghz毫米波雷达工作原理
77ghz毫米波雷达工作原理
77GHz毫米波雷达是一种应用广泛的高频雷达系统，主要用于测量距离、速度和方向。
它是一种主动式雷达，即以高频电磁波作为信号源，通过向目标物体发射电磁波并接收回波来实现测量的过程。
这种雷达具有很高的分辨率和灵敏度，并且在各种天气条件下都能工作。
77GHz毫米波雷达的工作原理是基于电磁波的反射原理。
当雷达向目标物体发射一束电磁波时，部分电磁波会被目标物体反射回来。
雷达接收器会接收到这些回波并将它们转换成数字信号，然后通过处理这些信号来计算目标物体的距离、速度和方向。
在77GHz毫米波雷达中，电磁波的频率为77GHz，这种高频电磁波具有很短的波长，因此可以实现非常高的分辨率和灵敏度。
此外，77GHz毫米波雷达使用的天线也非常小，通常只有几毫米大小，这也使得它可以被集成到各种设备中，如汽车、安防系统、工业自动化等。
除了高分辨率和灵敏度之外，77GHz毫米波雷达还具有很强的抗干扰能力。
它可以在各种天气条件下工作，包括雨雪、雾、沙尘暴等。
这是因为77GHz毫米波雷达的波长很短，这使得它可以穿透很多物质并减少干扰。
77GHz毫米波雷达是一种非常先进的雷达系统，它广泛应用于各种
领域，如汽车、安防、工业自动化等。
它的高分辨率、灵敏度和抗干扰能力使得它成为了一种非常重要的检测和测量工具。
77ghz毫米波雷达原理
77ghz毫米波雷达原理
77GHz毫米波雷达是一种基于毫米波频段工作的雷达系统，其工作原理是利用毫米波在空气中的传播特性进行目标探测和测量。
毫米波雷达的核心是发射器和接收器，发射器产生并发射频率为77GHz的毫米波信号，经过天线传输到目标区域。
当毫米波信号遇到目标物体时，会产生散射和反射，一部分信号会被目标物体吸收，一部分信号会被目标物体散射到各个方向。
接收器接收到经目标物体散射的回波信号后，经过天线接收并传输到信号处理单元。
信号处理单元会对接收到的信号进行分析和处理，提取目标物体的特征信息，包括距离、速度和方向等。
通过分析处理后的信号，毫米波雷达可以实现以下功能：
1. 目标检测：通过分析信号中的反射回波，可以检测到目标物体的存在。
2. 距离测量：根据回波信号的延迟时间，可以确定目标物体的距离。
3. 速度测量：通过分析回波信号的多普勒频移，可以测量目标物体的速度。
4. 目标识别：通过分析回波信号的特征，可以对目标物体进行
识别和分类。
5. 高分辨率成像：通过毫米波雷达的多通道采样和合成处理，可以实现对目标物体的高分辨率成像。
总而言之，77GHz毫米波雷达通过发射和接收毫米波信号，利用回波信号的特征进行目标检测、测距、测速等功能，广泛应用于自动驾驶、智能交通、安防监控等领域。
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2019,34(2)电子信息对抗技术Electronic Information Warfare Technology 中图分类号:TN957.521 文献标志码:A 文章编号:1674-2230(2019)02-0019-04收稿日期:2018-07-02;修回日期:2018-08-02作者简介:何大为(1972 ),男,高级工程师,主要研究方向为雷达编码效验;杨滔(1985 ),男,工程师,主要研究方向为毫米波雷达目标识别与处理㊂77GHz 毫米波汽车防撞雷达抗干扰射频编码方法何大为1,杨 滔1,于智永2(1.成都西科微波通讯有限公司,成都610091;2.中国人民解放军第五三一一工厂,南京211100)摘要:随着77GHz 车载毫米波雷达的大范围使用,随之而来的是雷达相互间的干扰问题㊂雷达射频编码是重要的抗干扰手段,根据车载毫米波雷达的工作特点,提出了一种射频编码方式来解决雷达相互干扰问题㊂该编码方式基于毫米波射频芯片的二相调制功能,在发射时对每个周期的相位进行二相编码,在接收时按照已知的规则对信号解码,以此来达到抑制干扰的目的㊂具体的编码规则不但能对雷达进行序号设定,还预留了车联网扩展应用空间,为将来实现联网通信㊁交通管理控制㊁安全急救等扩展应用打好基础㊂关键词:77GHz 毫米波雷达;载波编码;相向干扰DOI :10.3969/j.issn.1674-2230.2019.02.005RF Encoding for 77GHz Millimeter -Wave AutomotiveCollision Radar Anti -InterferenceHE Da-wei 1,YANG Tao 1,YU Zhi-yong 2(1.Chengdu Seekon Microwave Communication Co.,Ltd.,Chengdu 610091,China;2.PLA 5311Factory,Nanjing 211100,China)Abstract :With the wide application of 77GHz vehicle-carried millimeter-wave radar,the inter⁃ference problems between radars arise.Radar RF encoding is an important means for anti-inter⁃ference.A RF encoding way is designed to solve the interference problems between radars accord⁃ing to the operation characteristics of vehicle-carried millimeter-wave radar.Based on the two-phase modulation function of the millimeter-wave RF chip,the phase of each cycle is encoded in two phases at the time of transmission,and the signal is decoded according to the known rules at the time of reception to suppress interference.Specific coding rules can not only set the number of the radar,but also reserve the space for the expansion of vehicle networking applications,which are laying a good foundation for the future implementation of networked communications,traffic management and control,safety and emergency services and other expanded applications.Key words :77GHz vehicle-carried millimeter-wave radar;carried encoding;mutual interference1 引言汽车自动驾驶技术是21世纪汽车技术发展趋势,预计2030年将实现25%的道路车辆自动驾驶㊂自动驾驶技术由人工智能㊁视觉计算㊁雷达㊁监控装置㊁GPS 等系统技术融合而成,让电脑可以在没有任何人类主动的操作下,自动安全地91何大为,杨 滔,于智永77GHz 毫米波汽车防撞雷达抗干扰射频编码方法投稿邮箱:dzxxdkjs@操作机动车辆,其中最首要的就是主动安全防撞功能实现㊂在自动驾驶汽车技术演进过程中,最先产业化实现的就是汽车主动安全防撞预警与制动㊂目前,汽车防撞系统技术方案包括毫米波雷达㊁激光雷达㊁红外线雷达㊁摄像头等㊂未来自动驾驶车辆传感器部署如图1所示㊂图1 自动驾驶车辆传感器部署图毫米波雷达受自然环境影响小,探测距离适中,在车载雷达领域性价比最高,但是难以识别行人㊁交通标志等;激光雷达测量精度较高,可用于实时建立空间三维地图,但是成本高昂,且在雨㊁雪㊁雾天效果较差;红外线雷达测量精度较高,技术成熟且成本较低,但是测量距离近(小于10m),极大地限制了其应用场景;摄像头成本低,能够对物体进行识别,是车道偏离预警㊁交通标志识别等功能必不可少的传感器,但具有依赖光线㊁在夜间和极端天气下会失效㊁难以精确测距等缺点㊂因此,各类技术方案在测量距离㊁精准度和适应环境等方面各有优劣㊂当前各类辅助驾驶/无人驾驶解决方案中基本采用多传感器融合的解决方案,但无论哪种方案,毫米波防撞雷达都具有重要地位㊂目前最被业内认同的就是视频分辨和77GHz 车载毫米波防撞雷达融合实现主动安全防碰撞功能㊂因为视频分辨功能受雨雾天气㊁眩光㊁夜间等低可视能见度影响不能实现全天候作业,故高精度㊁高性价比的毫米波雷达成为当前实现主动安全防撞的必须措施[1]㊂2018年工信部㊁安监委联合发文(111号)指导性意见对客运㊁旅运㊁货运车辆给出了车辆安装主动安全预警防撞系统的建议,所涉及车辆2000万辆,随着社会群体对主动安全预警防撞的认知提升,更多的社会车辆将会安装相关产品,预计到2025年,中国车载毫米波雷达的出货量可达1000万件㊂2 防撞雷达相互干扰问题的严重性 当前市面上的雷达多种多样,按照雷达频率区分有短波雷达㊁超短波雷达㊁微波雷达㊁毫米波雷达等;按照功能分有制导雷达㊁预警雷达㊁搜索雷达㊁气象雷达等;按照安装平台区分有机载雷达㊁弹载雷达㊁星载雷达㊁车载雷达㊁舰载雷达等[2]㊂所有的雷达,更多的关心雷达本身的抗干扰问题,不会去关心雷达干扰别人的问题,只有汽车防撞雷达会关心雷达对雷达的干扰问题,因为只有汽车防撞雷达是各型雷达中安装量最大,使用面最广,覆盖人群最多的雷达,最有可能相互干扰的雷达㊂随着77GHz 毫米波汽车防撞雷达的大范围使用,随之而来就是雷达间相互干扰问题㊂当前主流雷达探测广角为30度~40度,探测距离160米~200米,在相对而行的车道上雷达将会出现互相干扰情形[3],如图2所示㊂图2 相向车道雷达干扰示意图雷达间相互干扰时会引起目标误判,导致车辆采取错误的刹车动作,如果问题解决不好将会对社会公共安全带来巨大的威胁,涉及到民生安全的问题,都不是小问题,必须予以重视㊂3 利用射频编码解决雷达干扰问题 77G 毫米波雷达均采用快扫调制方式,一组发射脉冲由若干个扫描周期(T chirp )组成,每个周期的均扫描相同的带宽,一般为几十兆赫兹到两百多兆赫兹不等,周期个数常见的为128㊁256和512[4]㊂2电子信息对抗技术·第34卷2019年3月第2期何大为,杨 滔,于智永77GHz毫米波汽车防撞雷达抗干扰射频编码方法图3 脉冲周期示意图77G 毫米波雷达大多具备MIMO 功能,为了实现MIMO,目前市场上的毫米波射频芯片均具有对发射信号进行二相调制的功能,能够对每个Chirp 周期进行0,π调制㊂调制相位为0的周期,发射信号表示为:S 1(t )=cos (2π(f 0t +0.5B Tt 2))(1)调制相位为π的周期,发射信号表示为:S 2(t )=-cos (2π(f 0t +0.5B Tt 2))(2)即S 1(t )=-S 2(t ),两个周期的信号刚好相反㊂我们可以利用毫米波射频芯片的这一设计,在发射时对每个周期的相位进行二相编码,在接收时按照已知的规则对信号解码,以此来达到抑制干扰的目的㊂具体做法如图4所示㊂图4 发射接收回路示意图首先产生一组伪随机二相码,对每个Chirp 周期进行0,π调制,如图5所示㊂图5 二相码调制示意图然后在接收的时候按照发射的调制规则对每个Chirp 周期进行解调,解调了以后再进行后续的二维FFT 和CFAR 检测等常规处理㊂以某77G 雷达为例,扫频带宽为200MHz,一组发射包含512个Chirp 周期,解调后做二维FFT处理结果如图6所示,可以看出,目标对应的距离-多普勒单元存在明显的峰值,可以很容易地将目标检测到,并进一步测量出目标的距离和速度㊂图6 目标回波二维FFT 处理结果图目标所在距离单元的多普勒谱如图7所示,可以看到与目标速度对应的多普勒频率处有明显的峰值输出㊂图7 目标回波多普勒结果图假设回波信号变为干扰信号,它的能量与目标回波能量相同,但是调制码与发射信号不同时,解调后做二维FFT 处理结果如图8所示㊂可以看出,干扰信号的回波作FFT 后会在对应的距离单元出现一个条带㊂图8 干扰信号FFT 处理结果图12何大为,杨 滔,于智永77GHz 毫米波汽车防撞雷达抗干扰射频编码方法投稿邮箱:dzxxdkjs@对应距离单元的多普勒谱如图9所示,可以看到干扰信号的多普勒谱被 噪声化”,没有明显的峰值出现,幅度也比目标信号降低27dB㊂图9 干扰信号多普勒回波结果图因此当回波信号中存在干扰信号时,存在两种效果:如果幅度不是特别大,经过解调处理后,幅度降低了27dB,低于噪声门限,干扰信号不会被检测出来;如果幅度很大,幅度降低了27dB 仍然超过了噪声门限,但是由于没有明显的峰值,采用CFAR 检测后依然不会被判定为目标㊂这样,采用了射频编解码后,干扰能够被有效地抑制,减少误判㊂由于目前市场上的77G 射频芯片均具备发射二相码调制的功能,而解调时只需要对相应周期的数据反相,因此采用射频编码的方式进行抗干扰在实现的时候不需要额外增加器件也不会消耗额外的处理时间,对现有雷达的硬件架构和软件架构没有影响㊂4 射频编码规则 本文借鉴金融行业数据传输规范,二相编码基础上增加了毫米波雷达载波MAC 校验编码规则[5]㊂设定规则为:载波编码字段由24个字节组成,即:码头(4字节)+编码序号(16字节)+码尾(4字节)+MAC(8字节)㊂码头可用于定义字段的用途,如01表示防撞预警㊁02表示通讯㊁03表示故障㊁00表示求救等㊂16个字节的编码序号可用于记录雷达产品序列号,其中4位表示雷达厂家,12位表示序列号㊂码尾可以做备份用,随着雷达应用普及,雷达可以不仅做为雷达使用,可做扩展使用,比如应用于交通管控㊁安防跟踪等等㊂MAC 字节即校验码字节,雷达接收回波信号时通过解析MAC 字节判断回波信号是否为本车发射产生的回波信号㊂效验码将载波全部编码字段采取DES 加密,DES 加密算法相对其他常用加密算法如AES ㊁RSA /ECC ㊁Diffie-hellman ㊁SHA -1/SHA-256占用ECU 资源最少,能达到有效校验载波编码目的㊂由于车载防撞雷达的响应时间为毫秒级(小于60毫秒),故不能给雷达ECU 带来超额负担,编码字段总长度如果达到24字节,经作者采用5775ECU 芯片进行验证,测算ECU 芯片运算处理时间增加了5毫秒,可为系统接受㊂MAC 雷达载波编码规则好处在于占用系统资源少,易于实现;比较伪随机码序列增加了有定义的码值,载波编码不仅可用于雷达防撞抗干扰,还可以为将来系统升级和扩展应用提供支撑,比如物联网通信㊁安全急救等㊂5 结束语 综上所述,毫米波汽车防撞雷达采用射频编码方法可有效解决雷达间信号干扰问题,同时为将来系统升级预备了升级空间,为更广阔的物联网汽车电子应用打好基础㊂参考文献:[1] 徐俊.77GHz 汽车防撞雷达系统一些关键技术研究[D].南京:东南大学,2015.[2] 张光义.相控阵雷达技术[M].北京:电子工业出版社,2006.[3] HEUEL S.汽车雷达必须解决射频干扰问题[N /OL].微波射频网MP,[2018-01-01].https:// /a /153830117_472928.[4] 马蕾,赵雨虹.针对汽车防撞雷达的信号处理[J].电子技术与软件工程,2018(14):82-83.[5] 吴丹.银行卡风险防范[M].北京:群众出版社,2009.22。