PMCW体制雷达系列文章(2) - PMCW雷达与CDM

说明

    多发多收(MIMO)体制下关于天线阵列有两个核心的问题：一是天线阵列怎么排布；二是这么多发射通道如何发射。这两点不管对于FMCW雷达还是PMCW雷达都同样适用。关于雷达的发射问题，我之前写过一篇博文：车载毫米波雷达MIMO阵列的天线发射问题 - CSDN博客，那篇博文及其参考文献其实已经把雷达的发射问题(现有的发射模式)基本囊括了。PMCW体制下我们一般基于CDM来实现多个发射通道的同时发射。

  本文放在PMCW体制雷达系列文章中，设想是对有多个发射通道下的PMCW体制雷达的发射问题进行阐述(单发射通道的情况我已经在之前的博文中说明了)，并将之与FMCW进行对比以呼应PMCW体制雷达系列文章(1) – PMCW体制雷达综述 -CSDN博客中说PMCW雷达更适用于CDMA的这一结论。

Blog

20231228  本文第一次写作

一、绪论

    不管是对于FMCW还是PMCW，要理解CDMA，就是要弄清楚相位的各种编码方式（Random Binary Sequence、M-sequence、Gold code等等）以及怎么在后续的信号处理中将通道分离。(正是因为在信号处理端PMCW体制下更容易分离我们才得到PMCW雷达更适用于CDMA的这一结论)

     CDMA模式下的发射，我们一般分为：所谓的inter-chirp和intra-chirp(这是针对FMCW体制的，但其实PMCW也一样)。inter-chirp说的是在慢时间维度做编码，比如最简单的只有两个发射通道时，我们在第一次发射时给发射通道1以0°的起始相位，给发射通道2以180°的起始相位，而第二次发射反过来，这其实就是博文：车载毫米波雷达MIMO阵列的天线发射问题 - CSDN博客里所说的BPM。Intra-chirp则是在快时间维度做编码，我在之前的博文PMCW体制雷达系列文章(3) – PMCW雷达之匹配滤波-CSDN博客里关于PMCW单发射通道下的发射波形的说明就是典型的intra-chirp(虽然PMCW发射的是单频信号)，但其实调频(chirp)下我们也可以做调相！如下图所示[5]：

    但是chirp下的intra-chirp波束旁瓣很高，所以相较于inter-chirp已经得到普遍应用的情况，intra-chirp的声音寥寥。但是PMCW单频下的调相效果要很好多，所以PMCW体制得以落地应用，intra-chirp下当多个天线同时发射时，可以给每个发射天线配置不同的编码方式。

    关于各种相位编码的内容我了解的不多，读者可以自己找资料理解。

    再聊聊关于信号处理端的通道分离。

    FMCW体制下，我们在慢时间维进行相位编码，进行通道分离时，需要结合编码方式对单通道下的接收信号进行加减乘除等各种操作，不难理解的是，当发射通道增加时这一通道分离的操作是十分繁琐的，除此之外，我们对发射的数量其实是有要求的，比如有四个发射通道时，要完成通道分离必须使得发射chirp数是4的整数倍，且每发射4次，其实才等价于TDM下发射了一轮(4个发射天线分时各发射了一次)，所以这种方式下和TDM一样，最大无模糊测速范围并没有改善。

    但是PMCW可以很好地解决这个问题：因为采用的是匹配滤波的方法进行距离压缩，每一次发射后接收端只需要给每个接收通道分别使用各发射通道对应的编码方式进行解调即可完成通道的分离！而且这种方式下对发射的数量没有限制，对应到前面4个发射通道时的举例，其一次发射就等价于4次发射了,当发射的通道数越多，优势越明显！

   

    这篇文章内容较少，一是我之前的博文已经做了诸多说明；二是对于相位编码我理解不多；三是后文提供了几篇很好的参考文献供读者阅读参考(相信看完后对于雷达的发射模式应该就很熟悉了！)。后续有机会我再补充相关内容。

二、参考文献

[1] Sun H, Brigui F, Lesturgie M. Analysis and comparison of MIMO radar waveforms[C]//2014 International Radar Conference. IEEE, 2014: 1-6.

[2] Lee Y L, Li Y R, Wang L C. Comparative study on CDMA code design of PMCW radar on long-range multi-objects detection[C]//2021 30th Wireless and Optical Communications Conference (WOCC). IEEE, 2021: 209-210.

[3]Sichani N K, Ahmadi M, Raei E, et al. Waveform Selection for FMCW and PMCW 4D-Imaging Automotive Radar Sensors[C]//2023 IEEE Radar Conference (RadarConf23). IEEE, 2023: 1-6.  【以及这篇文章的诸多参考文献】

[4]Bialer O, Jonas A, Tirer T. Code optimization for fast chirp FMCW automotive MIMO radar[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2021, 70(8): 7582-7593.

[5] Mbeutcha M, Krozer V. CDMA-based MIMO FMCW radar system performance using intra-pulse phase modulation[C]//2019 16th European Radar Conference (EuRAD). IEEE, 2019: 233-236.