Warum erfordert die Radarverarbeitung immer FIR-Filter?

Die digitale Signalverarbeitung in Radaranwendungen erfolgt normalerweise unter Verwendung von Filtern mit endlicher Impulsantwort. Warum ist das so? Wäre die Verwendung einer Filterung mit unendlicher Impulsantwort nicht viel schneller und praktikabler, da es sich um eine Verarbeitung im Gigahertz-Bereich handelt?

Beide Antworten sind sehr gut, aber ich hoffe, dass meine 2 Cent und eine andere Perspektive einen Mehrwert bringen. Ich bin gerade dabei, im Wesentlichen das Gleiche wie ein Radarsystem tun zu müssen.

Basisband versus RF

Zunächst einmal kann Radar drahtlosen Kommunikationssystemen sehr ähnlich angesehen werden, da Sie ein Basisbandsignal haben, das Sie modulieren, senden und dann demodulieren. In Kommunikationssystemen wird häufig die Phasenumtastung verwendet. In PSK versuchen Sie, eine Phasenverschiebung zu erkennen, normalerweise zwischen -pi und pi, und anhand dieser Phasenverschiebung würden Sie das gesendete Bit bestimmen.

Bei Radargeräten erzeugt die Verzögerungs- / Reflexionszeit eine Phasenverschiebung. Das einzige Problem ist, dass die Verzögerung in einem Radar mehr als wahrscheinlich größer sein wird als die 2 * pi-Spanne, die Sie normalerweise erkennen können. Um eine größere Reichweite zu erzielen, müssen Sie Ihr Signal ausschalten und lange genug warten, bis Sie das reflektierte Signal empfangen.

In Radars können Sie einen Hüllkurvendetektor und / oder einen HF-Mischer verwenden. Ein HF-Mischer ist dasselbe wie ein Multiplikator.

DSP

Der Schlüssel an dieser Stelle besteht darin, jegliches Rauschen zu entfernen und die Zeitverzögerung zwischen dem Zeitpunkt der Übertragung und dem Ort zu bestimmen, an dem sich Ihr aktuelles Signal befindet. Genau wie bei den Kommunikationssystemen kann diese Verzögerung als Phasenverschiebung angesehen werden. Aus diesem Grund möchten Sie, dass Ihr Filter eine lineare Phasenantwort hat, da Sie sonst nicht (zumindest nicht leicht) feststellen können, welche Verzögerung Ihr Signal tatsächlich hatte. Hier ist ein Beispiel für den Frequenzgang eines FIR-Filters, den ich gerade erstellt habe:

Wie Sie sicher sehen können, ist der Phasendiagramm eine gerade Linie, also linear.

Hier ist ein Beispiel eines IIR mit ähnlichen Durchlassband- und Stoppbandspezifikationen:

Das Phasendiagramm ist diesmal nicht so linear. Jetzt ist es möglich, diesen Phaseneffekt in Ihren Verzögerungszeitberechnungen umzukehren, aber es lohnt sich normalerweise nicht, stattdessen wird nur ein FIR-Filter verwendet.

Radar verwendet häufig die Phase als Teil des Signals. Nach der Abwärtskonvertierung erhalten Sie ein Signal, das normalerweise "relativ" niederfrequent ist (kHz im Vergleich zu GHz).

Beim Entwerfen eines Digitalfilters erhalten Sie sehr gute Mauerfilter . Der Hauptunterschied besteht darin, dass FIR-Filter symmetrisch sein können und eine lineare Phasenverzögerung aufweisen. Lineare Phasenverzögerung bedeutet eine flache Gruppenverzögerung, die mit den erhaltenen Phasen korreliert.

Wenn die Phase einen großen Teil Ihres Signals ausmacht (im CWFM-Radar bildet sie den Positionsteil des Signals), kann jede Phasenverzögerung zu einem falschen Messwert führen.

AFAIK sie machen nicht wirklich die Verarbeitung im Gigahertz-Bereich (wie viele Chips kennen Sie, die mehrere Multiplikationen und Additionen für jede Probe mit einer Abtastrate von mehreren Gigahertz durchführen können). Die einzige Möglichkeit besteht darin, das Up- und Down-Konvertieren (mithilfe von Mischern) in das Basisband durchzuführen und damit zu arbeiten.

Zurück zu Ihrer Frage: IIR-Filter sind schnell, aber ihre Leistung ist genauso gut (oder eher so schlecht) wie die ihrer analogen Gegenstücke. FIRs hingegen können einen beliebigen Phasen- und Frequenzgang haben, wenn Sie bereit sind, für viele Abgriffe zu bezahlen. OTOH-Long-FIRs können mithilfe von FFT-Überlappungsadditionsmethoden sehr effizient berechnet werden. FIRs können auch unterwegs ganz einfach eingestellt werden, um adaptive Filter zu erhalten .

Lesen Sie im Allgemeinen das Buch "Leitfaden für Wissenschaftler und Ingenieure zur digitalen Signalverarbeitung ". Es ist ein großartiges Buch über DSP mit viel Übung und nicht zu viel Theorie.