توصيفگر ها :
رادار موج‌پيوسته كد شده فاز , طراحي كد , مبدل آنالوگ به ديجيتال تك‌بيت , ديدگاه بدترين حالت , ديدگاه متوسط , مجموع لوب‌هاي جانبي , كد با فاز گسسته , بهينه‌سازي
چكيده فارسي :
رادار موج‌پيوسته كد شده فاز (PMCW) يكي از رادارهاي مورد توجه در كاربردهاي مختلف بخصوص در رادارهاي تجاري از جمله رادار خودرو است. دليل اين امر مزيت‌هاي مختلف اين رادار بوده اما، بدليل پهناي باند زياد آن در كاربردهاي باند پهن با چالش مصرف بالاي انرژي و هزينه بالاي مبدل‌هاي آنالوگ به ديجيتال (ADCهاي) با دقت و سرعت بالا رو به روست. يك راه براي فائق آمدن بر اين چالش، استفاده از ADC كم‌دقت در گيرنده رادار PMCW است.
تحقيقات فراواني در زمينه طراحي كد ارسالي (و فيلتر گيرنده) وجود دارد. با اين حال، در صورت استفاده از نتايج آن‌ها در سيستم راداري كه از ADC غير ايده‌آل استفاده مي‌كند، با افت عملكرد نسبت به حالت ايده‌آل مواجه خواهيم شد. از مصاديق اين افت عملكرد مي‌توان به كاهش نسبت سيگنال به تداخل و نويز (SINR) و افزايش لوب‌هاي جانبي خروجي فيلتر نسبت به حالت ايده‌آل اشاره كرد. بنابراين در صورت طراحي كد و فيلتر براي شرايط حضور ADC كم‌دقت در گيرنده، مي‌توان به نوعي با پيش‌بيني و لحاظ عملكرد ADC، مقداري از افت ناشي از آن را جبران نمود. در اين رساله به مسئله طراحي با لحاظ قيد حضور ADC كم‌دقت در گيرنده مي‌پردازيم. در ابتدا با در نظر گرفتن SINR خروجي فيلتر به عنوان معيار طراحي و با استفاده از مدل خطي ADC، كد ارسالي و فيلتر گيرنده را طراحي مي‌كنيم. در ادامه معيار جديدي را جهت طراحي در حضور ADC كم‌دقت پيشنهاد مي‌نماييم. اين معيار كه (MEan-ISL) MEISLنامگذاري مي‌شود، تعميمي از معيار مجموع لوب‌هاي جانبي (ISL) است كه تاثير نويز را در طراحي لحاظ مي‌كند. نياز به دخالت دادن نويز در طراحي از آنجا ناشي مي‌شود كه حتي هنگامي كه ADC در شرايط بدون نويز اطلاعات دامنه را حفظ مي‌كند، در محيط نويزي، برخي از نمونه‌هاي نويز منجر به منحرف شدن بعضي از مقادير خروجي ADC از مقادير مورد انتظار و درنتيجه افزايش ISL از مقدار پيش‌بيني شده مي‌گردند. طراحي برمبناي MEISL منجر به كاهش ميانگين مجموع لوب‌هاي جانبي خروجي فيلتر به ميانگين لوب اصلي مي‌شود. در راستاي طراحي براساس MEISL و ADC تك‌بيت، با توجه به حضور ضريب بازتاب هدف (𝛼) در رابطه MEISL كه پارامتري نامعلوم در هنگام طراحي است، از دو ديدگاه متوسط و بدترين حالت بهره مي‌بريم. در ديدگاه متوسط با بهره‌گيري از روابط تخميني، تقريب توابع و اميد رياضي مشاهدات، به رابطه‌اي بر حسب كد جهت جايگزيني به جاي 𝛼 مي‌رسيم. در ديدگاه بدترين حالت نيز، ثابت مي‌كنيم كه براي مدل سيستم در نظر گرفته شده، بدترين حالت MEISL در 𝛼 حقيقي با اندازه متناظر با كمترين نسبت سيگنال به نويز (SNR) قابل قبول براي سيستم اتفاق مي‌افتد. در هر دو ديدگاه، با حذف شدن 𝛼 از رابطه تابع هدف، جهت بهينه‌سازي كد و فيلتر از الگوريتم چرخشي بهره مي‌بريم كه در هر تكرار از آن، فيلتر توسط رابطه‌اي بسته و كد توسط الگوريتم Coordinate Descent (CD) بروز مي‌شود. همچنين در پايان به طراحي گيرنده (شامل آستانه ADC و فيلتر) با ديدگاه متوسط، براي كد معلوم خواهيم پرداخت. در كليه روش‌هاي پيشنهادي، نتايج شبيه‌سازي‌ها حاكي از عملكرد بهتر روش‌هاي پيشنهاد شده در رساله نسبت به روش‌هاي شاخص است.
چكيده انگليسي :
Phase-modulated continuous-wave (PMCW) radar is one of the radar types of interest in different civilian applications, such as automotive radars. Despite of various advantages, due to its high bandwidth in wideband applications, PMCW radar faces a significant challenge of the need for power-consuming and expensive analog-to-digital converters (ADCs). One solution to overcome this challenge is to use low-resolution ADCs at the receiver side.
There are several pieces of research in the field of designing transmit code (and receive filter). However, if we use their results in a radar system using a non-ideal ADC, we will encounter a performance loss compared to the ideal case. If the code and filter are designed considering low-resolution ADC at the receiver, it is possible to somehow compensate for some of the loss by predicting and taking into account the behavior of the ADC. In this dissertation, we deal with the design problem considering the presence of low-resolution ADC at the receiver side. At first, we consider the SINR of the linearized filter output to design the code and filter. Next, we propose a new design criterion for low-resolution ADC usage. This criterion, which we name MEISL (MEan-ISL), is a generalization of the integrated sidelobe level (ISL) metric that considers the effect of noise at the design stage. Regarding the design problem based on MEISL and one-bit ADC, due to the presence of the target backscattering coefficient (𝛼) in the MEISL expression, we use two viewpoints: the average sense, and the worst-case. In the average sense leveraging estimation expressions, function approximation, and mathematical expectation of observations, we devise an expression as a function of code to be replaced with 𝛼. In addition, in the worst-case perspective, we will prove that for the considered system model, the worst-case MEISL w.r.t. 𝛼 occurs in real 𝛼 with the absolute value corresponding to the minimum acceptable SNR of the system. In both the average sense and the worst-case perspective, we use the cyclic algorithm to optimize the code and filter, in each iteration of which the filter has a closed-form solution and the code is updated via the coordinate descent (CD) algorithm. Finally, considering the average sense, we will design the receiver (including the ADC threshold and filter) for a given code. Simulation results indicate that the methods proposed in the dissertation outperform the benchmarks.
