Hochauflösende binokulare MIMO-Millimeterwellen-Radare (binoMIMO)

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Reiner Thomä; Professor Dr.-Ing. Christian Waldschmidt
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 317632307

Radarsensoren für Millimeterwellenfrequenzen werden in der Zukunft in den unterschiedlichsten Anwendungsbereichen wie der Fahrzeugtechnik, der Automatisierungstechnik, der Sicherheitstechnik, in der Logistik, in der Qualitätskontrolle und in biomedizinischen Anwendungen zum Einsatz kommen. Durch den Fortschritt in der Silizium-Germanium-Technologie lassen sich heute kompakte, energieeffiziente und gleichzeitig kostengünstige Radarsensoren bei Frequenzen im Millimeterwellenbereich oberhalb von 100 GHz realisieren. Durch die hohen Betriebsfrequenzen sind hohe Systembandbreiten und gleichzeitig sehr große Aperturen in Vielfachen der Wellenlänge bei gleichzeitig kompakter physikalischer Abmessung des Radarsensors gewährleistet. Große Probleme existieren allerdings bei der Hochfrequenzsignalverteilung, den Nicht-Idealitäten durch die hohe Integrationsdichte und der effizienten Kalibration dieser bildgebenden Systeme im Millimeterwellenbereich.Im Projekt "Hochauflösende binokulare MIMO-Millimeterwellen-Radare" wurde erstmalig ein neuartiges MIMO-Radarkonzept mit Methoden der modellbasierten Signalverarbeitung kombiniert. Hierzu wurde die Expertise der Universität Ulm im Bereich Millimeterwellenradartechnik und der TU Ilmenau auf dem Gebiet hochauflösender Parameterschätzung zusammengebracht. Im Laufe des Projekts wurde ein neuartiges MIMO-Radarsystem bestehend aus zwei gekoppelten MIMO-Radaren bei ca. 160 GHz aufgebaut, welches eine hochauflösende binokulare bzw. quasi-stereoskopische Betrachtung verteilter Objekte im Nahbereich erlaubt. Das nach dem FMCW-Prinzip arbeitende Radar wurde hinsichtlich seines Auflösungsvermögens und seiner Rauscheigenschaften untersucht. Methoden der modellbasierten Signalverarbeitung wurden eingesetzt um Störeinflüsse der Hardware zu kompensieren und dadurch die Auflösung und Robustheit des Radars zu erhöhen. Dieser Fortsetzungsantrag befasst sich mit der Reduktion der Hardwarekomplexität des binokularen Radars durch eine nicht-kohärente Verteilung der Hochfrequenzsignale. Diese Anpassungen in der Hardware sollen im Parameterschätzer berücksichtigt werden. Weiterhin soll im Nachfolgeprojekt ein Modell des Radarziels (Objektmodell) entwickelt und in den Verbundschätzer integriert werden. Damit ergeben sich Möglichkeiten der Klassifikation von Objekten, sowie die Möglichkeit zur Bestimmung von Lage und Orientierung im Raum. Aufgrund der großen Array-Apertur sollen ferner gekrümmte Wellenfronten im Parameterschätzer berücksichtigt werden. Um ein möglichst exaktes Arraymodell für die flexible binokulare Gesamtanordnung im Parameterschätzer zu berücksichtigen, sollen in der zweiten Projektphase effiziente Kalibrierverfahren entwickelt werden.Durch die Zusammenarbeit der Universität Ulm und der TU Ilmenau ist die konzeptuelle Weiterentwicklung des binokularen Radarsystems, als auch dessen theoretische und experimentelle Verifikation gewährleistet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen