车联网背景下的雷达通信一体化感知方法研究与平台实现

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随着国民经济的飞速发展,车辆已成为现代城市的重要组成部分,但是随之而来的交通拥堵、事故以及环境污染等现象也成为了当今社会令人瞩目的问题。利用信息技术对车辆驾驶进行智能辅助,能够降低交通事故发生概率、提高道路利用效率,因此得到了业界广泛的关注。对车辆自身状态信息和周围环境信息进行实时、准确地获取是实施驾驶辅助、乃至真正“无人驾驶”的重要前提。获取高精度情境信息不但需要具备精准的探测能力,也需要能够与基站、协作车辆进行数据交互和融合。这对智能车辆的感知、通信能力提出了更高的要求。与此同时,车载传感器数目增多,会导致系统体积、能耗增加、电磁干扰严重等诸多问题。而雷达通信一体化(Radar-Communication Integration,Rad Com)提出将雷达和通信功能通过同一套系统完成,能够降低硬件成本,节约频谱资源,是当今研究的热点课题。将Rad Com技术应用于感知智能驾驶所需的情境信息,能够实现车载设备的通用性、小型化和多功能化,具有重要的理论意义和实际应用前景。本文以车辆智能驾驶的情境信息获取为目标,以通用软件无线电设备(Universal Software Radio Peripheral,USRP)平台为基础,探索了利用软件无线电技术实现雷达通信一体化的关键技术,并通过USRP平台对系统进行了设计与验证。首先,提出了雷达通信一体化系统方案,基于正交频分复用技术(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)设计了一体化信号波形,从模糊函数(Ambiguity Function,AF)研究其信号特性,理论推导了完整的模糊函数表达式,分析了距离和速度模糊函数与信号各参数之间的关系,为一体化信号设计提供理论基础。针对情境信息中的目标参数估计研究,基于连续波OFDM的一体化信号,采用基于调制符号的处理算法,实现了对目标距离、速度、角度的联合估计。在通用软件无线电平台上搭建一体化系统实测平台,设计室内和室外实测场景,在室内和室外分别进行了实测验证。实验结果表明,基于OFDM的一体化系统方案可以消除通信信息对于雷达性能的影响,实现距离、速度的联合估计。
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