[论文解读] 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 10

一句话总结

本文提出一种新颖方法，通过使用直接接收信号作为回波重排序的参考，解决基于USRP的SDR雷达系统中的不确定延迟问题，从而消除对时间同步的需求。通过应用循环移位将参考回波对齐至信号缓冲区原点，该方法实现了精确的距离分辨单元测量，经由MATLAB仿真和基于USRP的硬件实现验证，所用128长度随机码由零填充的Barker序列乘积生成。

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.

研究动机与目标

• 解决基于USRP的SDR雷达系统中因不确定延迟导致的目标距离估计不准确问题。
• 消除在（伪）被动雷达配置中对时间同步接收机的需求。
• 通过单接收机系统实现精确的回波重排序与目标检测。
• 通过仿真与在USRP平台上的硬件实现证明方法的可行性。

提出的方法

• 该方法利用直接接收信号作为参考，以确定目标回波在时域中的精确位置。
• 在确定参考回波位置后，系统对信号应用循环移位，将参考信号重新对齐至信号缓冲区的原点。
• 雷达系统中使用的随机码由零填充的Barker序列乘积构造，以实现良好的自相关特性。
• 信号处理链包括相关运算与距离分辨单元形成，通过循环移位实现回波重排序，以校正未知的传播延迟。
• 该方法通过依赖直达路径作为稳定的时间基准，避免了复杂的时钟同步。
• 该方法通过MATLAB仿真验证，并在USRP硬件平台上实现，使用128长度码。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何在不依赖多接收机间时间同步的前提下，解决基于USRP的SDR雷达系统中的不确定延迟问题？
• RQ2 在单接收机雷达系统中，能否将直接接收信号用作可靠的回波重排序时间基准？
• RQ3 使用零填充的Barker序列乘积对随机码雷达在校正未知延迟方面有何性能影响？
• RQ4 利用所提方法，能否在精确的距离分辨单元中实现对多个目标回波的高精度分辨？
• RQ5 循环移位技术在实时SDR雷达系统中，对回波对齐与信号处理精度的提升程度如何？

主要发现

• 所提方法成功解决了基于USRP的SDR雷达系统中的不确定延迟问题，且无需多个接收机之间的时间同步。
• 通过循环移位实现的回波重排序能有效将参考信号对齐至原点，从而实现精确的距离分辨单元分配。
• 使用由零填充Barker序列乘积生成的128长度随机码，可确保良好的相关特性，有利于目标检测。
• 在USRP平台上的实验结果证实，该方法适用于在精确距离分辨单元中测量多个回波。
• MATLAB仿真与硬件实现均表明，该方法在真实世界SDR雷达系统中有效校正了未知传播延迟。