Doppler-Tags mit Selbstinterferenzunterdrückung für hochgenaue Chirp-Sequence-Radare (DoSIS)

• Antragsteller: Dr.-Ing. Benjamin Nuß; Professor Dr.-Ing. Ahmet Ulusoy
• Fachliche Zuordnung: Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 533282729

Ein energieeffizienter Doppler-Tag wird als Radar-Tag zusammen mit einem Chirp-Sequence-Radar vorgeschlagen, das die Signalphase ausnutzt, um eine sehr hohe Genauigkeit zu erreichen. Das Radarsignal wird an dem Tag empfangen, um eine künstliche Dopplerfrequenz verschoben und in Richtung des Sensors zurückgesendet. Bei der Verarbeitung der Rohdaten werden die Geschwindigkeit und die Entfernung des getaggten Objekts mit hoher Genauigkeit geschätzt. Die Geschwindigkeitsschätzung wird benötigt, um Phasenfehler zu korrigieren, die die Entfernungsschätzung beeinträchtigen würden. Die künstliche Dopplerverschiebung wird nach der Identifizierung kompensiert. Danach kann eine Chirp-Z-Transformation entlang der Abtastwerte des Chirp eine erste, grobe Entfernungsschätzung liefern. Diese wird als Ausgangspunkt für die phasenbasierte Entfernungsschätzung innerhalb des durch die Frequenzanalyse bestimmten Entfernungsbereichs verwendet. Der hochgenaue Bereich innerhalb dieses Bereichs wird mit Hilfe des Phasenoffsets bestimmt, wobei die größte Herausforderung in der ausreichenden Unterdrückung quadratischer Phasenterme besteht. Ein weiterer kritischer Aspekt, der zu berücksichtigen ist, ist Selbstinterferenz. Selbst wenn die Empfangs- und Sendekanäle des Tags getrennt sind, gibt es eine gewisse Überkopplung des Sendesignals in den Empfänger, die ein Signal mit der doppelten Frequenzverschiebung erzeugt. Dies kann sich erheblich auf die Gesamtleistung des Radars auswirken, da das übergekoppelte Signal nicht nur den Empfänger sättigen, sondern auch falsche Zielsignaturen erzeugen kann, nachdem es wieder mit der Dopplerfrequenz gemischt wurde. Um diese Einschränkung zu überwinden, werden wir untersuchen, wie die vorgeschlagene Tag-Architektur durch eine Stufe zur Unterdrückung von Eigeninterferenzen verbessert werden kann. Die Verzögerung in diesem Auslöschungspfad muss gleich der Verzögerung im Kopplungspfad von der Sende- zur Empfangsantenne sein. Auf diese Weise kann in Kombination mit zusätzlichen Maßnahmen, wie der optimierten Platzierung und dem Design der Empfangs- und Sendeantennen, die Auswirkung von Interferenzen auf die Leistung des Tags minimiert werden. Durch Subtrahieren des internen Koppelsignals mit der richtigen Verzögerung, Phase und Amplitude vom Empfangssignal wird das unerwünschte externe Koppelsignal unterdrückt. Die Qualität dieser Auslöschung hängt stark von der Fähigkeit ab, den internen Auslöschungspfad genau an den externen Kopplungspfad anzupassen. Hierbei sind variable Verzögerungsleitungen erforderlich. Und schließlich kann, wenn nicht nur ein einzelner Tag, sondern mehrere Tags pro Objekt in Verbindung mit einem Multisensoraufbau verwendet werden, die Bestimmung der Objektorientierung in 3D mit hoher Genauigkeit ermöglicht werden. Für die vorgesehene Anwendung ist es wichtig, dass die Tags einen geringen Energiebedarf aufweisen und stark miniaturisiert sind. Daher werden wir eine IC-basierte Lösung bei 60 GHz untersuchen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen