System Design of an Array Antenna Radar with a Rapid Chirp Waveform

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Es wird ein Radarsystementwurf für Anwendungen in der Geländeüberwachung mit dem Ziel, sowohl langsame Ziele wie Fußgänger als auch sehr schnelle Ziele wie Fahrzeuge zu detektieren und zu lokalisieren, untersucht. Die Anforderungen an solche Systeme sind in den letzten Jahren sehr stark gestiegen. Radarsysteme eignen sich hierzu insbesondere auf Grund ihrer Fähigkeit, in Mehrzielsituationen gleichzeitig und robust die Entfernung und Radialgeschwindigkeit des Ziels messen zu können. Das verwendete Sendesignal ist ein FMCW Signal mit schnellen Frequenzrampen. Es besteht aus drei Blöcken mit kohärenten, linear frequenzmodulierten Frequenzrampen mit blockweise unterschiedlichen Rampendauern. Weiterhin wird vom Radarsystem sowohl sender- als auch empfängerseitig ein Mehrantennensystem verwendet. Das Antennenarray besteht senderseitig aus einem phasengesteuerten Antennenfeld und empfängerseitig aus einem Empfangsantennenfeld mit digital formbaren Antennenkeulen. Fußgänger werden vom untersuchten Radarsystem als punktförmige Ziele im Entfernungsprofil und als ausgedehnte Ziele im Radialgeschwindigkeitsprofil wahrgenommen. Im Gegensatz dazu werden Autos sowohl im Radialgeschwindigkeitsprofil als auch im Entfernungsprofil als punktförmige Ziele gemessen, allerdings kann in diesem Fall die Radialgeschwindigkeit nicht eindeutig bestimmt werden. Auf beiden Zielmodellen basierend werden Signalverarbeitungsalgorithmen untersucht, um sowohl die Zieldetektion als auch die eindeutige Berechnung der Zielparameter zu optimieren. Der vorgeschlagene Algorithmus für Fahrzeuge fokussiert sich auf die Bestimmung der eindeutigen Radialgeschwindigkeit. Um eine gleichzeitige hohe Detektionsleitung sowie eine eindeutige Messung der Radialgeschwindigkeit bei schnellen Zielen ermöglichen, wird ein kombinierter Algorithmus zur Detektion und Mehrdeutigkeitsauflösung vorgeschlagen und untersucht. Das untersuchte Radarsystem hat weiterhin die Aufgabe, kontinuierlich einen großen Beobachtungsbereich zu überwachen. Um dies zu erreichen, ist es wichtig zu untersuchen, welche Kombination aus Beobachtungsbereich und Beobachtungsdauer im Sinne der Zieldetektion optimal ist. Hier werden unterschiedliche Konzepte zum Zeit- und Energiemanagements im Suchmodus untersucht. Durch Verschleiß und temperaturbedingte Alterung der Komponenten in den Empfangskanälen verändert sich das Antennendiagramm des Radarsensors ständig. Um eine gute Nebenzipfelunterdrückung im Antennendiagramm zu ermöglichen, wird ein selbst organisierender Kalibrationsalgorithmus vorgeschlagen. Auf diese Weise kann das Antennenarray kalibriert werden, ohne dass zusätzliche Hardware oder eine Referenzziel benötigt werden.