Tại sao xử lý radar luôn yêu cầu bộ lọc FIR?

Xử lý tín hiệu số trong các ứng dụng radar thường được thực hiện bằng các bộ lọc đáp ứng xung hữu hạn. Tại sao lại như vậy? Việc sử dụng bộ lọc đáp ứng xung vô hạn sẽ nhanh hơn và khả thi hơn nhiều vì chúng ta đang nói về việc xử lý trong phạm vi gigahertz?

Cả hai câu trả lời đều rất hay, nhưng tôi hy vọng 2cents của tôi và một góc nhìn khác sẽ bổ sung một số giá trị. Tôi đang ở giữa phải làm về cơ bản giống như một hệ thống radar.

Băng cơ sở so với RF

Trước hết, Radar có thể được xem rất giống với các hệ thống liên lạc không dây ở chỗ bạn có tín hiệu băng cơ sở mà bạn điều chế, truyền và sau đó giải điều chế. Thông thường khóa dịch pha được sử dụng trong các hệ thống comm. Trong PSK, bạn đang cố gắng phát hiện sự dịch pha, thường là giữa -pi và pi và dựa trên sự dịch pha đó, bạn sẽ xác định được bit được gửi.

Trong radar, thời gian trễ / phản xạ tạo ra những gì có thể được xem là sự dịch pha. Vấn đề duy nhất là độ trễ trong radar nhiều hơn thì có khả năng sẽ lớn hơn nhịp 2 * pi mà bạn có thể phát hiện bình thường. Để có được phạm vi lớn hơn, bạn phải tắt tín hiệu của mình và đợi đủ lâu để bạn nhận được tín hiệu phản xạ.

Trong Radar, bạn có thể sử dụng máy dò phong bì và / hoặc bộ trộn RF. Một bộ trộn RF giống như một số nhân.

DSP

Chìa khóa tại thời điểm này là loại bỏ tất cả nhiễu và xác định độ trễ thời gian giữa khi bạn truyền và nơi tín hiệu hiện tại của bạn đang ở. Cũng giống như các hệ thống comm, độ trễ này có thể được xem như là một sự thay đổi pha. Do đó, bạn muốn bộ lọc của mình có phản hồi pha tuyến tính nếu không bạn sẽ không thể biết (ít nhất là không dễ dàng) tín hiệu của bạn thực sự có độ trễ. Dưới đây là một ví dụ về đáp ứng tần số của bộ lọc FIR tôi vừa thực hiện:

Như tôi chắc chắn bạn có thể thấy, đồ thị pha là một đường thẳng, vì vậy nó là tuyến tính.

Bây giờ đây là một ví dụ về IIR với thông số kỹ thuật băng thông và dải dừng tương tự:

Biểu đồ pha không quá tuyến tính lần này. Bây giờ có thể đảo ngược hiệu ứng pha này trong tính toán thời gian trễ của bạn, nhưng thường không đáng để bỏ công sức, thay vào đó mọi người chỉ sử dụng bộ lọc FIR.

Radar thường sử dụng pha như một phần của tín hiệu. Sau khi chuyển đổi xuống, bạn sẽ có một tín hiệu thường là "tương đối" tần số thấp (kHz so với GHz).

Khi thiết kế bộ lọc kỹ thuật số, bạn có thể có được bộ lọc tường gạch rất tốt . Sự khác biệt chính là các bộ lọc FIR có thể đối xứng và có độ trễ pha tuyến tính. Độ trễ pha tuyến tính có nghĩa là độ trễ nhóm phẳng tương quan với các pha được bảo toàn.

Khi pha là một phần chính của tín hiệu của bạn (trong radar CWFM, nó chiếm phần vị trí của tín hiệu), bất kỳ độ trễ pha nào cũng có thể gây ra đọc sai.

AFAIK họ không thực sự xử lý trong phạm vi gigahertz (bạn biết có bao nhiêu chip có thể thực hiện một số phép nhân và bổ sung cho mỗi mẫu ở tốc độ mẫu đa gigahertz). Cách duy nhất nó có thể hoạt động là chuyển đổi lên xuống (sử dụng bộ trộn) sang băng cơ sở và vận hành trên đó.

Quay trở lại câu hỏi của bạn: Bộ lọc IIR rất nhanh nhưng hiệu suất của chúng cũng tốt (hoặc đúng hơn là xấu) như các đối tác tương tự của chúng. Mặt khác, FIR có thể có bất kỳ đáp ứng pha và tần số nào nếu bạn sẵn sàng trả cho nhiều vòi. FIR dài OTOH có thể được tính toán khá hiệu quả bằng cách sử dụng các phương thức thêm chồng chéo FFT. FIR cũng có thể được điều chỉnh khá dễ dàng khi đang di chuyển để có các bộ lọc thích ứng .

Nhìn chung, hãy kiểm tra Hướng dẫn của Nhà khoa học và Kỹ sư về cuốn sách Xử lý tín hiệu số . Đó là một cuốn sách tuyệt vời về DSP với rất nhiều thực hành và không quá nhiều lý thuyết.