Range-Doppler-Analyse von FMCW-Sekundärradar-basierten Lokalisierungssystemen
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Beschreibung
In dieser Arbeit werden Methoden zur Synchronisation sowie zur Abstands- und Geschwindigkeitsmessung mit FMCW-Sekundärradarsensoren im 5,8 GHz-ISM-Band vorgestellt.
Eine Herausforderung bei Sekundärradarsensoren ist die Synchronisation der voneinander unabhängigen Radarsensoren. Dabei müssen die Sekundärradarsensoren auf eine Zeitbasis synchronisiert werden. Bei dem in dieser Arbeit verwendeten System handelt es sich um ein Lokalisierungssystem nach dem FMCW-Sekundärradarprinzip, welches mittels FSK-Trigger vorsynchronisiert wird. Diese Vorsynchronisation ist für eine Auswertung mittels Spektralanalyse ausreichend, nicht aber für Auswertungsmethoden, bei denen die Signalphase berücksichtigt wird wie z.B. der Phasenlaufzeitunterschiedsmessung und der Range-Doppler-Auswertung. Die Sekundärradarsensoren sind nach der Vorsynchronisation nicht phasenkohärent. Hierfür wurden zwei Postsynchronisationsmethoden entwickelt, eine mit CW-Signalen und eine mit FMCW-Signalen, welche die grob vorsynchronisierten Sekundärradarsensoren phasenkohärent nachsynchronisieren. Mit den nun phasenkohärenten Sekundärradarsensoren ist eine uneingeschränkte Nutzung von Radarsignalverarbeitungsmethoden möglich.
Eine dieser Radarsignalverarbeitungsmethoden ist die Phasenlaufzeitunterschiedsmessung, die mit Hilfe der Phasendifferenz die Abstandsänderung zwischen den beiden Radarsensoren bestimmt. Die Phasenlaufzeitunterschiedsmessung hat den Vorteil einer relativ einfachen Signalverarbeitung. Zur Beurteilung dieser relativen Abstandsmessung wurden Messungen mit CW- und FMCW-Signalen durchgeführt.
Eine weitere Radarsignalverarbeitungsmethode, die durch die Postsynchronisation ermöglicht wird, ist die Range-Doppler-Auswertung. Das Range-Doppler-Verfahren misst den Abstand und die Geschwindigkeit, was eine Trennung von statischen und dynamischen Zielen ermöglicht. Die Range-Doppler-Auswertung wurde durch Messungen verifiziert. Basierend auf der Range-Doppler-Auswertung wurde eine Range-Doppler-Analyse vorgestellt. Diese Range-Doppler-Analyse berücksichtigt die Bewegung während der Messung und kann dadurch genauere Messergebnisse bei dynamischen Messszenarien liefern. Hierfür werden die möglichen Trajektorien, die das beobachtete Objekt während der Messung zurückgelegt hat, geschätzt und in der Auswertung berücksichtigt. Die Vorteile der Range-Doppler-Analyse
wurden durch Simulationen und Messungen belegt.
Autor*in
Markus Kaiser
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