Messen und Testen
Automatische Signalanalyse beschleunigt die Entwicklung der Radartechnik
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Geschwindigkeit plus Entfernung
Mit dem Radarsignal wollen Entwickler für ihre Anwendungen in der Regel gleichzeitig Geschwindigkeit und Entfernung mehrerer Objekte innerhalb eines Messzyklus bestimmen. Das ist eine Aufgabe, der ein Pulsradar nicht ohne weiteres gerecht wird. Hier lässt sich anhand der zeitlichen Verschiebung zwischen Sende- und Empfangssignal innerhalb eines Zyklus lediglich auf die Entfernung schließen. Soll die Geschwindigkeitsbestimmung mit einbezogen werden, kommt ein frequenzmoduliertes Signal zum Einsatz, beispielsweise ein linear frequenzmoduliertes Gleichwellensignal (linear frequency modulated continuous wave, LFMCW), wie in Bild 1 zu sehen.
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Die Frequenzverschiebung zwischen Sende- und Empfangssignal wird auch Beat-Frequenz genannt. Diese setzt sich aus der Dopplerfrequenz fD und einem Laufzeitanteil fT zusammen. Erstgenanntes enthält dabei die Information in Hinsicht auf die Geschwindigkeit und letztgenanntes die der Entfernung. Bei dieser Gleichung mit den Unbekannten Entfernung R und Geschwindigkeit vr sind zwei Beat-Frequenz-Messungen erforderlich, um auf die gewünschten Parameter schließen zu können. Dazu wird gleich nach dem ersten Signal ein zweites mit linear veränderter Frequenz in die Messung mit einbezogen. Bei mehreren Zielen lassen sich die Beat-Frequenzpaare mehrerer schneller Frequenzänderungen (Chirps) jedoch nicht mehr eindeutig bestimmen. Es kommt zu „Geisterzielen“, die in Wirklichkeit gar nicht existieren. Diese Problematik kann durch die Verwendung mehrerer unterschiedlicher Sendesignale mit verschiedenen Steigungen gelöst werden, was jedoch die erforderliche Messzeit erhöht.
Die Bestimmung beider Parameter innerhalb eines Messzyklus ermöglichen FM-Chirp-Sequenzen (Bild 2). Weil ein einzelner Chirp gegenüber dem gesamten Messzyklus sehr kurz ist, wird jede Beat-Frequenz im Wesentlichen durch den Laufzeitanteil fT bestimmt. Dadurch lässt sich die Entfernung nach jedem Chirp direkt ermitteln. Die Dopplerfrequenz wird dabei zunächst vernachlässigt. Wird jedoch innerhalb einer Sequenz die Phasenverschiebung zwischen mehreren aufeinander folgenden Chirps ermittelt, lässt sich über eine Fourier-Transformation die Dopplerfrequenz bestimmen und so die Geschwindigkeit von vorausfahrenden Fahrzeugen berechnen. Die Geschwindigkeitsauflösung ist dabei umso höher, je länger der Messzyklus ist. Für dieses komplexe Verfahren benötigen die Radarkomponenten moderne Schaltungen und Signalprozessoren mit entsprechend hohen Rechenleistungen.
- Automatische Signalanalyse beschleunigt die Entwicklung der Radartechnik
- Geschwindigkeit plus Entfernung
- Charakterisierung des Radarsignals
- FM-Linearität
- Ausblick
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