Multistatische kohärente MIMO-Radarnetzwerke

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Christian Waldschmidt
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 424265908

Radarnetzwerke stellen eine konsequente Weiterentwicklung bestehender Radarsysteme dar, bei denen durch die Vernetzung mehrerer Radarknoten die Performanz des Gesamtsystems gesteigert werden kann. Durch die im Vergleich zum Einzelsensor zusätzlichen Pfade zwischen Ziel und den Radarknoten können Ziele besser aufgelöst werden, u. a. aufgrund des zusätzlichen bistatischen Blickwinkels mehrerer Radare und durch die zusätzliche Phaseninformation mehrerer Radarknoten, die bei kohärentem Betrieb eine große Apertur aufspannen. Ein neuartiger Ansatz eines Radarnetzwerks, der im Fokus des Vorgänger-Projekts stand, ergibt sich, wenn neben den Radarsensoren zusätzliche Netzwerkknoten als Repeaterelemente realisiert werden, die nicht zur Signalprozessierung ausgelegt sind, sondern lediglich einfallende Signal verstärken, über einen Mischer modulieren und wieder aussenden. Im durchgeführten Projekt konnten wesentliche Vorteile von kohärenten Radar-Repeater Netzwerken gegenüber Einzelsensoren nachgewiesen werden. Hierzu wurde ein Systemkonzept für die Funktion der Repeater-Netzwerke erstellt sowie eine Signalverarbeitungskette erarbeitet, die die Kalibration und Kompensation von Nahfeldeffekten beinhaltet. Die hohe Winkeltrennfähigkeit der Repeater-Netzwerke und das gute SNR bei Nutzung der Dreieckspfade wurden gezeigt. Bei den Repeater Netzwerken hat sich als Hauptnachteil dargestellt, dass die Netzwerke nicht beliebig skalierbar sind, da die notwendigen Basisbandbreiten durch die Modulation der Repeater-Signale und die nicht-idealen Eigenschaften der Repeater sehr stark zunehmen. Um diese Schwachstellen der Repeater-Ansätze zu umgehen sollen im jetzt beantragten Folgeprojekt anstatt der Repeater mehrkanalige, digitale Empfangseinheiten eingesetzt werden. Unter einer digitalen Empfangseinheit wird dabei – wie bei einem digitalen Radar – ein Radarempfänger verstanden, bei dem das gesamte Hochfrequenzband durch analoges Mischen ins Basisband verschoben und dort digitalisiert wird. Folglich besteht das Netzwerk dann aus mindestens einem analogen Chirp-Sequence MIMO-Radar und einer oder mehreren digitalen Empfangseinheiten. Diese gemischt analog-digitalen Radarnetzwerke versprechen – wie die Repeater-Netzwerke – den Aufbau kohärenter Netzwerke zu ermöglichen ohne Kabelverbindungen der Netzwerkknoten. Gegenüber den Repeater-Netzwerken besteht aber der Vorteil, dass die analog-digitalen Netzwerke auch zu einer großen Anzahl an Knoten skalierbar sind und durch den mehrkanaligen Betrieb virtuelle MIMO-Aperturen ermöglichen, die deutlich voller besetzt sind, als bei Verwendung eines Repeaters.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen