В современных промышленных и логистических средах всё чаще применяется размещение нескольких радаров миллиметрового диапазона в непосредственной близости друг от друга — будь то одновременный мониторинг нескольких силосных башен, транспортных средств или роботизированных манипуляторов. Однако с ростом числа радаров проблема интерференции сигналов становится серьёзной. Одновременное вещание и приём сигналов несколькими радарами может приводить к наложению сигналов, ложным эхо-сигналам и неточности измерения дальности.
Чтобы обеспечить надежную работу нескольких радаров, инженеры должны реализовать комбинацию планирования частот, планирования с временным разделением, обработки сигналов, оптимизации оборудования и координации нескольких узлов .
Для практического применения в промышленной автоматизации ознакомьтесь с решениями Linpowave Industry Solutions , которые объединяют несколько радарных датчиков в сложные схемы с проверенной стабильностью.
Понимание источника помех радаров
Помехи возникают, когда два или более радара работают в перекрывающихся частотных диапазонах и одновременно передают импульсы. Возникающие в результате перекрёстные помехи могут проявляться в нестабильных измерениях, спорадических смещениях дальности или появлении фантомных целей.
Радары миллиметрового диапазона, например, работающие в диапазоне FMCW 76–81 ГГц , особенно чувствительны, поскольку даже незначительное перекрытие частот или временных интервалов может привести к значительному ухудшению сигнала. Согласно исследованиям IEEE ( IEEE Xplore ), помехи в работе радаров резко возрастают, когда сдвиг частоты опускается ниже 100 МГц или когда несколько устройств используют одно и то же временное окно.
В реальных промышленных условиях отражающие поверхности, такие как металлические силосы, конвейеры или резервуары, усиливают помехи. В таких ситуациях одного метода подавления помех часто недостаточно; требуется многоуровневая стратегия.
1. Частотное разделение: первая линия защиты
Частотное разделение — самый простой метод предотвращения помех. Выделяя каждому радару отдельную часть спектра, устройства избегают передачи на перекрывающихся каналах. Например, в системе с четырьмя радарами:
Радар А работает на частоте 77,0–77,5 ГГц.
Радар B работает на частоте 77,5–78,0 ГГц.
Радар C на частоте 78,0–78,5 ГГц
Радар D на частотах 78,5–79,0 ГГц
Такой подход гарантирует, что сигналы соседних устройств не будут мешать друг другу. Дополнительную техническую информацию о нормативах частоты и мощности в диапазоне 76–81 ГГц см. в стандарте ETSI EN 301 091-1.
В промышленных установках, таких как многоярусные бункеры или компактные роботизированные ячейки, одно только разделение частоты может значительно снизить количество фантомных целей. Радарные системы Linpowave используют этот принцип в своих многосенсорных решениях для обеспечения стабильной работы даже при установке датчиков на расстоянии одного метра друг от друга ( Linpowave Industry Solutions ).
2. Планирование с разделением по времени: скоординированные окна передачи
В условиях ограниченного спектра или высокой плотности радаров решающее значение имеет временное мультиплексирование (TDM) . При этом методе каждому радару выделяется определённый временной интервал для передачи ЛЧМ-сигналов, в то время как остальные устройства остаются в режиме ожидания или приёма.
Например, в конфигурации с четырьмя радарами:
Радар А передает в слоте 1
Радар B передает во время слота 2
Радар C передает в слоте 3
Радар D передает в слоте 4
Система повторяет цикл, гарантируя, что два радара не будут передавать данные одновременно. При правильной синхронизации даже высокоплотные сети могут работать без существенных помех.
Современные радары используют управление синхронизацией по принципу «ведущий-ведомый» для поддержания согласованности между устройствами с точностью до микросекунды. National Instruments и Keysight Technologies предоставляют испытательные платформы, которые подтверждают эффективность этого подхода в лабораторных и полевых условиях ( Keysight Radar Test Solutions ).
3. Обработка сигналов: адаптивные алгоритмы подавления перекрестных помех
Даже при частотном и временном разделении могут возникать остаточные помехи из-за отражений, боковых лепестков или шума окружающей среды. Обработка сигнала играет решающую роль в подавлении помех .
Динамическая скачкообразная перестройка частоты позволяет радару переключаться на более чистые поддиапазоны при обнаружении помех. Некоторые системы также используют рандомизацию фазы или частоты для распределения остаточных перекрёстных помех по доплеровскому спектру, снижая отношение сигнал/шум для фантомных целей.
Такие алгоритмы, как взвешенная нормализация , фильтрация скользящим окном и линейная интерполяция, дополнительно повышают устойчивость, устраняя боковые лепестки и искаженные эхо-сигналы. Хотя эти алгоритмы увеличивают вычислительную нагрузку, они необходимы для высокоточных сценариев, таких как мониторинг уровня в резервуаре или обнаружение объектов на конвейерной ленте.
Технические ссылки см. в IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques .
4. Аппаратное обеспечение: поляризация и дифференциация формы сигнала
Поляризация антенн — эффективный физический метод снижения помех. Используя ортогональную поляризацию (горизонтальную на передачу и вертикальную на приём), радары могут подавлять перекрёстные помехи примерно на 10 дБ. Это требует тщательного проектирования антенных решёток, но особенно эффективно в стационарных установках.
Дифференциация формы сигнала использует технологию MIMO для создания узких, сфокусированных лучей. Узкие лучи снижают вероятность получения помех от боковых лепестков соседних радаров. Кроме того, небольшое изменение наклона ЛЧМ-сигнала между радарами дополнительно снижает риск перекрёстных помех.
Эти методы реализованы в радарах с 4D-визуализацией нового поколения , что позволяет одновременно работать десяткам датчиков без снижения точности измерений.
5. Многорадиолокационная координация и самоадаптирующиеся сети
Самый передовой подход предполагает автономную координацию радаров . В многоузловых сетях каждый радар непрерывно отслеживает окружающую среду и соседние устройства, динамически корректируя график передачи, мощность и частоту.
Ключевые стратегии включают в себя:
Приоритетный доступ: высокоприоритетные радары могут давать команду устройствам с более низким приоритетом смещать частоту или временной интервал.
Открытая архитектура радиочастот: позволяет распределять ресурсы в реальном времени для оптимизации использования спектра.
Изучение окружающей среды: радары отслеживают события помех с течением времени, адаптируя работу так, чтобы избегать зон повышенного риска.
Радарные системы Linpowave используют эти принципы в промышленных и логистических средах, позволяя нескольким датчикам работать параллельно без вмешательства человека ( Linpowave Industry Solutions ).
6. Реальные показатели и примеры использования
Развертывание нескольких радаров TI: разделение частот и фазовое сглаживание снизили уровень помех на 24 дБ на расстоянии 1 м . Количество фантомных целей сократилось до 90% .
Стратегия устранения фазовых помех в Альпах: полное устранение ложных доплеровских целей, повышение уверенности обнаружения.
Высокоразрешающая 4D-визуализация: решетки 12T24R MIMO достигают углового разрешения 0,1° , что позволяет отличать реальные цели от плотных помеховых облаков.
Эти результаты подчеркивают, что правильное планирование частот, алгоритмическое смягчение и адаптивная координация — это не просто теория, они работают в реальных промышленных условиях.
Краткое содержание
Для предотвращения помех в многорадарных системах требуется многоуровневый подход :
Частотное планирование обеспечивает отсутствие перекрывающихся каналов.
Разделение по времени предотвращает одновременную передачу данных.
Алгоритмы обработки сигналов подавляют остаточные перекрестные помехи.
Оптимизация оборудования, такая как поляризация и дифференциация формы сигнала, обеспечивает физическое разделение.
Самоадаптирующиеся радиолокационные сети обеспечивают координацию в реальном времени.
В совокупности эти стратегии обеспечивают надежную работу в плотных, отражающих или сильно помехоустойчивых промышленных средах. С развитием технологий 4D-визуализации и объединения данных с нескольких датчиков помехи от нескольких радаров станут все более управляемыми и предсказуемыми.
Более подробную информацию о промышленных решениях с использованием нескольких радаров можно найти на сайте Linpowave Industry Solutions .
Часто задаваемые вопросы
В1: Могут ли два радара в одном диапазоне 80 ГГц мешать друг другу?
О: Да, если их сигналы перекрываются по времени или частоте. Рекомендуется частотное разделение или планирование с временным разделением.
В2: Каково минимальное безопасное расстояние между двумя радарами?
A: В зависимости от ширины луча и мощности антенны, для промышленных радарных датчиков с частотой 80 ГГц обычно безопасно расстояние ≥0,5 м.
В3: Как Linpowave справляется с помехами от нескольких радаров?
A: Адаптивная скачкообразная перестройка частоты и многоузловая координация обеспечивают стабильную работу даже в компактных компоновках.
В4: Увеличивают ли отражающие поверхности риск помех?
О: Да. Правильные углы установки, частотная изоляция и форма луча имеют решающее значение.