Fliegende intelligente Oberflächen für die Radarortung

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Mönnigmann; Professor Dr.-Ing. Aydin Sezgin
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik ; Kommunikationstechnik und -netze, Hochfrequenztechnik und photonische Systeme, Signalverarbeitung und maschinelles Lernen für die Informationstechnik
• Förderung: Förderung seit 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 541021107

Im Projekt wird eine Methode zur Erweiterung der Reichweite und zur Verringerung von Unsicherheiten der radarbasierten Objektortung entwickelt. Kern des Projektes ist es, unbemannte Luftfahrzeuge (uncrewed aerial vehicles, UAV) mit rekonfigurierbaren intelligenten Oberflächen (RIS) zu kombinieren. Im einfachsten Fall dienen RIS als Reflektoren. Für das Projekt ist zentral, dass RIS über eine bloße Umleitung hinaus auch dynamisch die Signalphase kontrollieren können. Das Projekt nutzt die Fähigkeit zur Signalumleitung für eine Objektortung um Hindernisse herum. Umlenkungen durch Reflektionen verstärken aber die Schwankungen, denen UAV trotz modernster Flugregelungen unterliegen, erheblich. Das zweite Feature der RIS, die Fähigkeit Signalphasen zu verschieben, wird daher mit Beamsteering-Ansätzen kombiniert, um die Kanalqualität trotz der unvermeidlichen Schwankungen der UAV-Pose zu optimieren. Ziel ist es, auf diese Weise die Messunsicherheit der Radarverfolgung mit UAV-montierten RISs zu verringern. Bestehende Arbeiten zu RIS sind noch theoretisch geprägt und umfassen nur selten Umsetzungen und Validierungen. Bisherige praktische Umsetzungen sind zudem bisher auf fixierte RIS in Laboren beschränkt. Forschung, die theoretische Untersuchungen und praktischen Validierungen mit fliegenden RIS umfasst, wurden bisher nach Wissen der Antragsteller nur von den Antragstellern durchgeführt. Im Projekt wird im ersten Schritt ein physik- und datenbasiertes Systemmodell für UAV-RIS-Systeme erstellt. Dieses Modell dient sowohl der Modellierung von Unsicherheiten als auch ihrer Minimierung durch modellgestützte aktive Phasenregelung. Die für die Parametrisierung von Modellen und Modellunsicherheiten erforderlichen experimentellen Daten können vorteilhaft in einem kürzlich eingerichteten Fluglabor erhoben werden, in dem aerodynamische Störungen und große Fehler bei der Posenschätzung durch den Einsatz von optischem Tracking vermieden werden. Für die anschließende Umsetzung sind Schwebeflüge und schließlich Trajektorienflüge in Freilandexperimenten durchgeführt. Um das volle Potential von RIS zu nutzen, kommen optimale Phasenverschiebungen in Echtzeit zum Einsatz. Dazu müssen in schneller Folge komplexe numerischer Optimierungsaufgaben gelöst werden. Das Projekt umfasst die Entwicklung und das Maßschneidern optimierungsbasierter Regelungsalgorithmen für den eingebetteten Einsatz auf UAV und in vernetzten Setups, die eingebettete Berechnungen mit Berechnungen auf Basisstationen kombinieren. Zur praktischen Erprobung der entwickelten Methoden wird die Radarortung von Objekten am Boden umgesetzt. Das Ziel des Projekts besteht darin, mit Hilfe einer aktive RIS-Kontrolle die Kanalqualität von Radarmessungen verbessern und die Verbesserungen quantitativen durch reduzierte Schranken an die Messunsicherheiten bei der Radarortung zu belegen.

• DFG-Verfahren: Schwerpunktprogramme
• Teilprojekt zu: SPP 2433: Messtechnik auf fliegenden Plattformen