Charakterisierung und Untersuchungen zur Fehlerkorrektur eines Millimeterwellen-FMCW-Radars

Kurzfassung

Radarsysteme werden zur berührungslosen Detektion von Objekten und deren Geschwindigkeit eingesetzt. Im Bereich der Fernerkundung lassen sich geophysikalische Parameter, wie Bodenfeuchte, Schneedicke, Wellenhöhe, Pflanzenwuchs oder Windgeschwindigkeiten ermitteln. Ein weiterer Einsatzbereich ist die Messung von Atmosphärendaten, wie dies beim Wetterradar geschieht. Radarsysteme finden ihren Einsatz am Boden, auf Flugzeugen oder Schiffen, sowie auf Satelliten zur Messung der oben genannten Parameter. Im Rahmen dieser Diplomarbeit, welche am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt am Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme, Abteilung Aufklärung und Sicherheit, Fachgruppe Mikrowellensensorik, durchgeführt wurde, soll ein beim Fraunhofer Institut (IAF) beschafftes Millimeterwellen FMCW-Radarmodul charakterisiert und auf Fehler untersucht werden. Bisher ist in dieser Fachgruppe kein solches Gerät im Einsatz. Es existieren zwar andere Radarsysteme, allerdings nicht in diesem Frequenzbereich und nicht, wie in dieser Diplomarbeit angestrebt, zur Entfernungs- bzw. Geschwindigkeitsbestimmung. Das Radar ist ein vollständig monolithisch integrierter komplett einsatzbereiter FMCW-Radar-MMIC-Baustein (MMIC: monolythic microwave integrated circuit, dt. „monolithischer Mikrowellenschaltkreis“), allerdings ist die notwendige Ansteuerung und Auswertung bzw. das Verhalten des Radars bei Messungen noch nicht erfasst. Um das FMCW-Radar effektiv nutzen zu können, muss dieses charakterisiert werden. Die Arbeit und deren Verlauf gliedern sich wie folgt: Im 2. Kapitel werden die Grundlagen der Radartheorie vorgestellt, insbesondere wird die Herleitung der Radargleichung und das FMCW-Radar-Verfahren beschrieben. Das FMCW-Radar-Verfahren bildet die Grundlage des in dieser Arbeit verwendeten Radars. Das 3. Kapitel stellt die Radarcharakterisierung dar. In Kapitel 4 wird das Gesamtkonzept mit den einzelnen Teilkomponenten vorgestellt. Im anschließenden 5. Kapitel wird eine Radarsimulation bei stehenden und bewegten Objekten durchgeführt. Hierbei wird die FMCW-Radar-Funktionsweise genau behandelt. Es werden Fragen zur Radaransteuerung beantwortet und die angegebenen Spezifikationen überprüft. Im 6. Kapitel wird auf die Signalverarbeitung eingegangen. Die Ergebnisse der durchgeführten Radarmessungen werden präsentiert und diskutiert. Eine Zusammenfassung und ein Ausblick wird in Kapitel 7 gegeben.