Neue Ansätze zur analytischen Beschreibung und zur Kompensation von phasenrauschbasierten Störungen in Dauerstrichradaren
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Der Einfluss von Phasenstörungen, insbesondere Phasenrauschen, ist bei Dauerstrich-Radarsystemen nach wie vor ein dominierender Unsicherheitsfaktor und begrenzt die erreichbare Messgenauigkeit dieser Systeme. Zur Vorhersage dieser Genauigkeit wurden Phasenrauschstörungen bislang auf Basis stark vereinfachender Näherungen beschrieben, beispielsweise durch effektive Rauschbeiträge oder mittels Modellen mit gleichverteiltem, weißem Phasenrauschen. Da diese Ansätze die Realität jedoch nicht adäquat widerspiegeln, wurde im Rahmen dieses Projekts ein neuartiger Ansatz erforscht und messtechnisch verifiziert, der es erlaubt, den Einfluss aller Phasenstörungen realitätsnah abzubilden. Dazu wurden im Projekt folgende neuartige Methoden zur Messung und Modellierung von Phasenstörungen erarbeitet und erfolgreich validiert: Die differenzbasierte Phasenrauschmessung ermöglicht erstmals die Erfassung von Phasenrauschen während der Radarsignalmodulation. Sie trennt Phasenrauschen von systematischen Störungen auf nicht-parametrischer Basis unter Verwendung multipler Signalrealisierungen. Die polynombasierte Extraktion systematischer Phasenstörungen erlaubt es, systematische Störungen während der Frequenzmodulation messtechnisch zu erfassen. Die erarbeitete spektrumbasierte Phasenrauschmodellierung ermöglicht die Modellierung eines zeitabhängigen Störterms auf Basis spektral farbigen Rauschens. Ein gemessenes oder simuliertes Phasenrauschleistungsdichtespektrum dient dabei als Grundlage für eine Monte-Carlo-Simulation zur Erzeugung multipler realistischer Störterme. Die auf Additive Colored Noise (ACN) basierende Modellierung erlaubt schließlich die direkte Modellierung realitätsnah gestörter Signalphasen und ersetzt damit vereinfachte Modelle auf Basis effektiver Rauschbeiträge oder weißem Rauschen (AWGN). Die erarbeiteten Methoden ermöglichen erstmals die realitätskonforme Messung und Modellierung von FMCW-Radarsystemen mit gestörter Signalphase. Die erforschten Verfahren wurden in renommierten Fachzeitschriften veröffentlicht. Ein zweites Ziel des Projekts war die Erforschung und Validierung eines neuartigen Kompensationsverfahrens zur Reduktion phasenrauschbedingter Störungen in FMCW-Radarsystemen. Aufbauend auf den entwickelten Mess- und Modellierungsansätzen konnte die Effektivität dieser Kompensation sowohl simulativ als auch experimentell nachgewiesen werden. Die experimentelle Verifikation erfolgte mithilfe eines faseroptischen FMCW-Radarmessplatzes und wurde publiziert. Im Rahmen dieses Forschungsprojekts wurden substanzielle und neuartige Beiträge zur Messung, Modellierung und Kompensation von Phasenstörungen in Radarsystemen geleistet und messtechnisch erfolgreich verifiziert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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A Novel Approach for Modeling and Digital Generation of RF Signals Distorted by Bandlimited Phase Noise. IEEE Journal of Microwaves, 2(4), 699-710.
Tschapek, Peter; Korner, Georg; Fenske, Patrick; Carlowitz, Christian & Vossiek, Martin
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Detailed Analysis and Modeling of Phase Noise and Systematic Phase Distortions in FMCW Radar Systems. IEEE Journal of Microwaves, 2(4), 648-659.
Tschapek, Peter; Korner, Georg; Carlowitz, Christian & Vossiek, Martin
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Phase Noise Spectral Density Measurement of Broadband Frequency-Modulated Radar Signals. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques, 70(4), 2370-2379.
Tschapek, Peter; Korner, Georg; Hofmann, Andreas; Carlowitz, Christian & Vossiek, Martin
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Phase Noise Distortion Compensation in the FMCW Radar Based on Oppositely Modulated Double Chirps. 2024 21st European Radar Conference (EuRAD), 3-6. IEEE.
Tschapek, Peter; Fenske, Patrick & Vossiek, Martin
