[論文レビュー] A Simple Solution To The Uncertain Delay Problem in USRP Based SDR-Radar Systems

Andriyan Bayu Suksmono|arXiv (Cornell University)|Sep 19, 2013

Radar Systems and Signal Processing参考文献 2被引用数 10

ひとこと要約

本稿では、時間同期を必要とせず、直接受信信号をエコー再順序付けの基準として用いることで、USRPベースのSDRレーダーシステムにおける不確実な遅延を解消する新規手法を提案する。周期的シフトを用いて基準エコーを信号バッファの原点に一致させることで、正確な距離ビン測定が可能となり、MATLABシミュレーションおよびUSRP上での実装により検証された。使用されたランダムコードは、ゼロパディングされたバーカーシーケンスの積から得られる128長さのものである。

ABSTRACT

We propose a simple solution to the uncertain delay problem in USRP (Universal Software Radio Peripheral)-based SDR (Software-Defined Radio)-radar systems. Instead of time-synchronization as employed in (pseudo-) passive radar configurations, which require at least two synchronized receivers, we use direct reception signal in a single receiver system as a reference to the exact location of the target echoes. After finding the reference position, reordering of the echoes is conducted by circular shift so that the reference moved to the origin. We demonstrate the effectiveness of the proposed method by simulating the problem on Matlab and implementing a 128 length random code radar on a USRP. The random code is constructed from zero padded Barker sequence product. Experiments on measuring multiple echoes of the targets at precise range bins confirm the applicability of the proposed method.

研究の動機と目的

• USRPベースのSDRレーダーシステムにおける不確かな遅延問題を解消し、正確なターゲット距離推定を可能とすること。
• （擬似）受動レーダー構成における時間同期受信機の必要性を排除すること。
• 単一受信機システムを用いて正確なエコー再順序付けとターゲット検出を可能とすること。
• MATLABシミュレーションおよびUSRPプラットフォーム上でのハードウェア実装により、実現可能性を示すこと。

提案手法

• 本手法は、時間領域におけるターゲットエコーの正確な位置を特定するために、直接受信信号を基準として用いる。
• 基準エコーの位置を特定した後、システムは周期的シフトを適用して基準を信号バッファの原点に再配置する。
• レーダーシステムで使用されるランダムコードは、良好な自己相関特性を達成するために、ゼロパディングされたバーカーシーケンスの積から構築される。
• 信号処理チェーンには相関処理と距離ビン形成が含まれ、エコー再順序付けは未知の伝搬遅延を補正するために周期的シフトによって実行される。
• 直接パスを安定したタイミング基準として用いることで、複雑な時間同期を回避する。
• 本手法はMATLABシミュレーションにより検証され、128長さのコードを用いてUSRPハードウェアプラットフォーム上に実装された。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 複数受信機間の時間同期を要しないで、USRPベースのSDRレーダーシステムにおける不確かな遅延をどのように解消できるか？
• RQ2 単一受信機レーダーシステムにおいて、直接受信信号をエコー再順序付けの信頼できるタイミング基準として使用できるか？
• RQ3 ゼロパディングされたバーカーシーケンスの積を用いることで、未知の遅延を補正するランダムコードレーダーの性能にどのような影響を与えるか？
• RQ4 提案手法を用いることで、正確な距離ビンに複数のターゲットエコーをどの程度正確に解離できるか？
• RQ5 周期的シフト技術は、リアルタイムSDRレーダーシステムにおけるエコー整列と信号処理精度をどの程度向上させるか？

主な発見

• 提案手法は、複数受信機間の時間同期を要せず、USRPベースのSDRレーダーシステムにおける不確かな遅延を効果的に解消した。
• 周期的シフトによるエコー再順序付けは、基準信号を原点に効果的に整列させ、正確な距離ビン割り当てを可能にした。
• ゼロパディングされたバーカーシーケンスの積から得られる128長さのランダムコードの使用により、ターゲット検出に適した良好な相関特性が確保された。
• USRPプラットフォーム上での実験結果から、本手法が複数エコーを正確な距離ビンで測定可能であることが確認された。
• MATLABシミュレーションおよびハードウェア実装により、本手法が実世界のSDRレーダーシステムにおける未知の伝搬遅延を効果的に補正できることを示した。