Hybride Primär- und Sekundärradarkonzepte zur 6D-Funkortung und multiperspektivischen Bildgebung für kooperativ agierende mobile Systeme

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Vossiek; Professor Dr.-Ing. Christian Waldschmidt
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 389508242

Sensorsysteme für das vollautomatisierte Fahren und zur Navigation mobiler Roboter sind ein hochaktuelles Forschungsthema. Für Anwendungen in rauen Umgebungsbedingungen z.B. im Straßenverkehr, in der Industrie oder zur Exploration von Planeten sind Radartechniken zur Funkortung und Umgebungsabbildung eine aussichtsreiche und häufig unabdingbare Sensormodalität. Radarmessungen zwischen kooperierenden Funkortungs-Einheiten sind den Sekundärradarprinzipien zuzuordnen, die Abbildung von passiven Zielen dem Primärradarprinzip. Die üblicherweise wegen der großen Wellenlänge limitierte Auflösung von Radar kann durch die Verwendung von synthetischen Aperturen (SAR synthetic apertur radar) substantiell verbessert werden. SAR-Verfahren benötigen jedoch exakte Informationen über die Pose und die Bewegungstrajektorie der Antennen. Funktional und insbesondere bzgl. der Basishardware sind Primär- und Sekundärradare ähnlich aufgebaut. Die Möglichkeit, dass mit einer identischen Hardware beide Sensormodalitäten realisiert werden und dass sich Funk-Ortung und -Posenbestimmung sowie SAR-Bildgebung gegenseitig stützen, ist bisher allerdings kaum untersucht worden. Das vorliegende Fördervorhaben widmet sich dieser attraktiven Möglichkeit und es sollen erstmals hybride Primär- / Sekundärradar-Konzepte erforscht werden. Als Aufnahmesituation wird von einer Gruppe kooperierender mobiler Einheiten ausgegangen. Jede Einheit wird mit einem hybriden MIMO-Primär- / Sekundärradar-System ausgestattet. Das neuartige hybride 79GHz-Primär-/Sekundäradarsystem und das zugehörige MIMO-Antennenarray sollen im Rahmen des Projektes konzipiert und realisiert werden. Mit Hilfe einer MIMO-Funkortung wird die volle 6D-Pose (3D-Rotation und 3D-Translation) und die Bewegungstrajektorie jeder mobilen Einheit bestimmt. Jede Einheit erzeugt während der Fahrt ein SAR/MIMO-Abbild ihrer Umgebung Die Kombination der Bilder liefert eine multiperspektivische Repräsentation der Umgebung. Untersucht werden soll wie und in welchem Maße die funkortungsgestützte, multiperspektivische SAR/MIMO-Bildgebung die üblichen Probleme durch Abschattung und spiegelnde Reflexionen überwinden kann. Als weiterer Aspekt des hybriden Ansatzes soll durch einen Vergleich überlappender SAR-Primärradarbildbereiche die Posenbestimmung unterstützt werden. Eine besondere Herausforderung ist die Selbstorganisation des Sensornetzes in allen 6 Dimensionen. Hierzu sollen auf das Ortungsproblem angepasste Varianten des sogenannten Tiefensuche-Algorithmus eingesetzt werden.Beide Antragsteller können auf umfangreiche und einschlägige Vorarbeiten in den Bereichen Radar- und MIMO-Techniken, Funkortung und Radar-Bildgebung verweisen und sind hervorragend für das komplexe und umfangreiche Arbeitsprogramm aufgestellt. Die Forschungsergebnisse werden innovative hybride Radartechniken aufzeigen, die neue Möglichkeiten im Bereich vollautomatisiertes Fahren und Navigation von mobilen Robotern eröffnen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen