Neue Ansätze zur analytischen Beschreibung und zur Kompensation von phasenrauschbasierten Störungen in Dauerstrichradaren

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Martin Vossiek
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung seit 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 440304272

Zentrale Kenngrößen wie die Reichweite, bzw. die Wahrscheinlichkeit ein Ziel korrekt aufzulösen und zu detektieren und auch die Entfernungs- und Geschwindigkeits-Messunsicherheit werden bei Dauerstrichradaren, wie etwa Doppler- oder FMCW-Radaren maßgeblich durch phasenrauschbasierte Störungen beeinträchtigt. Zum einen erhöhen stark reflektierende Ziele, z. B. Reflexionen am Radom und auch direktes Übersprechen zwischen Sender und Empfänger in Verbindung mit Phasenrauschen den Rauschpegel breitbandig im gesamten Basisbandsignal und zum anderen reduziert bzw. verschmiert Phasenrauschen die spektrale Leistungsdichte bei den Ziel-Beat- bzw. Ziel-Dopplerfrequenzen, insbesondere für Ziele in großer Entfernung. Trotz der enorm steigenden Verbreitung von CW-/FMCW-Radaren in Industrie und Verkehr und trotz sehr großer Forschungsanstrengungen wurde dieses Problem zum einen bisher analytisch nur unzulänglich unter Nutzung stark vereinfachender Näherungen beschrieben und zum anderen gibt es bisher nur wenige Ansätze, die effizient zur Lösung des Problems beitragen. Das vorliegende Projekt widmet sich diesen beiden offenen Forschungsfragen. Ein erstes Ziel des Vorhabens besteht darin, eine vom Antragsteller vorgeschlagene neuartige Methode zur Kompensation von phasenrauschbasierenden Störungen in FMCW-Radaren vertieft zu erforschen und sie sowohl analytisch, durch Simulation als auch experimentell zu verifizieren. Das neuartige Radarkonzept basiert auf dem gleichzeitigen Aussenden von zwei gegenläufig frequenzmodulierten Teilsignalen die aufgrund der gewählten Mischprozesse nach dem Empfang zu zwei getrennten kohärenten Basisbandsignalen mit jedoch gegenphasigen Phasenrauschbeiträgen führen. Wie Vorüberlegungen zeigen, erlaubt die Verrechnung der beiden Basisbandsignale theoretisch eine vollständige Kompensation von phasenrauschbasierenden Störungen was bei einer erfolgreichen analytischen und praktischen Verifikation, einen disruptiven Durchbruch in der FMCW-Radartechnik bedeuten würde. Ein zweites Ziel des Projektes besteht darin, die im Radarbereich existierenden analytischen Phasenrauschmodelle und Simulationsmethoden, zu denen der Antragsteller schon in der Vergangenheit wichtige Beiträge liefern konnte, substantiell zu ergänzen bzw. zu verfeinern. Etablierte Störbetrachtungen beruhen auf stark vereinfachenden Annahmen, wie etwa gleichverteilten / weißen Phasenrauschmodellen mit additiven Rauschbeiträgen und Kleinsignalnäherungen, welche die Realität nicht korrekt abbilden. Durch Berücksichtigung der realen farbigen Phasenrauschverläufe und der spezifischen entfernungsabhängigen Korrelationseffekte im Empfangsmischvorgang sollen einerseits Lücken in der bisherigen Radar-Phasenrauschtheorie geschlossen werden und andererseits die Störeffekte in bisher nicht gut beschreibbaren funktionalen Grenzbereichen erstmals exakt vorhersagbar und realitätskonform simulierbar werden, was insbesondere auch zur Verifikation des neuartigen Radarkonzepts dienen soll.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen