Mirror surface estimation in automotive radar applications using multipath propagation. - Ilmenau. - 68 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Radarsensoren im Automobilbereich spielen eine entscheidende Rolle bei der Weiterentwicklung von Fahrerassistenzsystemen und autonomen Fahrfunktionen. Sie sind kostengünstig und größtenteils unabhängig von Witterungseinflüssen. Durch die Fusion mehrerer, um das Fahrzeug herum angeordneter Radarsensoren, lässt sich eine 360˚-Abdeckung erreichen. Funkbasierte Übertragungssysteme sind jedoch anfällig für elektromagnetische Ausbreitungseffekte wie Beugung, Abschattung, Streuung und Spiegelreflexionen. Bei Radarsensoren im Automobilbereich handelt es sich hauptsächlich um quasimonostatische Radare mit mehreren Eingängen und mehreren Ausgängen (engl. MIMO: Multiple Input Multiple Output). Hierbei führen spiegelnde Reflexionen an glatten Oberflächen in der Umgebung, wie z.B. Leitplanken, zu Geisterzielen erster und zweiter Ordnung, welche die Qualität der Radardaten negativ beeinflussen. Ziele erster Ordnung sind Geisterziele, bei denen das gesendete Signal direkt auf das eigentliche Ziel trifft, während das Empfangssignal einen indirekten Weg über eine spiegelnde Oberfläche zurück nimmt oder umgekehrt. Bei Geisterzielen zweiter Ordnung erfolgt sowohl das Senden, als auch das Empfangen über den indirekten Weg, die spiegelnde Oberfläche. Geisterziele erster Ordnung haben somit unterschiedliche Sende- und Empfangswinkel, während Geisterziele zweiter Ordnung den selben Sende- und Empfangswinkel aufweisen. Geisterziele erster Ordnung verletzen die übliche mathematische Annahme gleicher Sende- und Empfangswinkel des MIMO-Modells und können somit zu einer falschen Winkelschätzung führen. In dieser Masterarbeit werden, basierend auf der modellbasierten Diskriminierungsmethode, zwei Ansätze zur Identifizierung von Geisterzielen erster Ordnung vorgestellt. Beim ersten Ansatz erfolgt die Klassifizierung der Geisterziele erster Ordnung nur durch die Schätzung der Winkelparameter aus den verschiedenen Modellen innerhalb einer Entfernungs-Doppler-Zelle während beim zweiten Ansatz zur Klassifizierung der Geisterziele erster Ordnung die Schätzung der Entfernungs- und Dopplerparameter zusammen mit den Winkelparametern über mehrere benachbarte Entfernungs-Doppler-Zellen durchgeführt wird. Anschließend wird versucht die zugehörigen realen Ziele und Geisterziele zweiter Ordnung anhand der Entfernungs-, Doppler- und Azimutwinkelbeziehungen zwischen dem realen Ziel und den Geisterzielen erster und zweiter Ordnung zu assoziieren. Die Position und Ausrichtung der Spiegeloberfläche wird dann anhand der Position des realen Ziels und der Geisterziele zweiter Ordnung geschätzt. Schließlich werden die vorgeschlagenen Ansätze auf aufgezeichnete Sensordaten aus realen Fahrszenarien angewandt und die Ergebnisse diskutiert.
Simulation-based evaluation and investigation of propagation channels for automotive joint communication and radar sensing system concepts. - Ilmenau. - 96 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2024
Vernetzte Kommunikations- und Sensorsysteme spielen eine entscheidende Rolle bei der Verbesserung der Verkehrssicherheit, insbesondere im Bereich des automatisierten Fahrens. Diese erhalten mit der kommenden Kommunikationstechnologie der fünften und sechsten Generation immer mehr Aufmerksamkeit. Das Potenzial für mehr Sicherheit erhöht sich, wenn diese Systeme miteinander verbunden werden, um Netzwerke zu schaffen. Allerdings birgt die Umsetzung dieser Integration erhebliche Herausforderungen, insbesondere im Hinblick auf die Zeit- und Frequenzsynchronisation, die über die herkömmlichen Anforderungen von Funknetzen hinausgehen. In dieser Abschlussarbeit wird die Simulation eines zeitlich variierenden bistatischen ICAS-Kanals (Integrated Communications and Sensing Systems) mithilfe eines Raytracing-Simulationstools untersucht. Darüber hinaus wird die Erzeugung und Übertragung eines orthogonalen Frequenzmultiplexrahmens untersucht. Die Untersuchung ist mit den Auswirkungen des Einflusses der Umgebung sowohl auf die Radarsensorik als auch auf die Kommunikationseigenschaften befasst. Der Einfluss des Empfängerstandorts auf die Synchronisationsqualität wird ebenfalls diskutiert. Die Ergebnisse zeigen, dass im untersuchten Szenario die Umgebung die Zuverlässigkeit des Radars und die Kommunikationsqualität beeinflussen kann. Eine weitere Erkenntnis ist, dass die Synchronisation deutlich beeinträchtigt ist, wenn keine Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger besteht.
Waveform-based synchronization methods for automotive radar networks. - Ilmenau. - 100 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Der Bereich der Synchronisation in Radarsystemen bietet Möglichkeiten zur verbesserten Interferenzunterdrückung und radargesteuerten Kommunikation an. Diese Studie unternimmt eine erste Erkundung und stellt ein modifiziertes Over-the-Air (OTA) Modell vor, das die Synchronization von Pulswiederholungsfrequenzen zwischen zwei gepulsten Radarsystemen ermöglicht. Die Realisierbarkeit dieses Konzepts wird anhand eines umfassenden Simulationsmodells getestet, das eine Vielzahl von Parameterkonfigurationen berücksichtigt. Insbesondere zeigt dieser Ansatz die Konvergenz der Impulswiederholfrequenzen unter bestimmten Bedingungen, so dass die Radare ihren Interferenz als einheitliches Echo in Entfernung und Doppler erkennen können. Das Streben nach Vielseitigkeit in Bezug auf Faktoren wie Netzwerkarchitektur, Genauigkeitsanforderungen und Systemdurchsatz rückt bei der Suche nach effektiven Synchronisationstechniken für Kommunikations- und Radarerfassungssysteme in den Vordergrund. Es wird ein neuartiger Algorithmus zur Frequenzsynchronisation über die Luftschnittstelle vorgestellt, der auf der Selbstsynchronisation unter Verwendung von Dauerstrichsignalen beruht. Im Gegensatz zu konventionellen Strategien gewährleistet dieser Algorithmus die gleichberechtigte Teilnahme aller verfügbaren Radarknoten, auch in Szenarien mit nicht-kooperativen Knoten im Radaraufbau. Die Anwendung von Zadoff-Chu (ZC)- Sequenzen im Zusammenhang mit der Zeitsynchronisation für Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) -Systeme ergibt sich aus ihren außergewöhnlichen Korrelationseigenschaften. Diese Untersuchung offenbart formulierte Bedingungen für die Auswahl von Root-Indizes, die die Inter-Symbol-Interferenz (ISI) für verschiedene Werte von Trägerfrequenz-Offsets (CFO) abschwächen. Auf der Grundlage dieser Erkenntnisse wird eine Präambel entwickelt, die sich auf ausgewählte ZC-Sequenzen konzentriert und die doppelte Aufgabe der Zeitsynchronisation und CFO-Schätzung erfüllt. Die Leistung dieser entwickelten Algorithmen wird durch umfangreiche Simulationsübungen untersucht.
Evaluation of near-field to far-field transformation algorithm considering different near-field measurement uncertainties. - Ilmenau. - 80 Seiten
Technische Universität Ilmenau, Masterarbeit 2023
Die Strahlungseigenschaften einer Antenne werden in der Regel in einer reflexionsfreien Umgebung unter Fernfeldbedingungen gemessen. In Szenarien, in denen die zu prüfende Antenne groß ist, kann die Durchführung von Messungen im Fernfeld (FF) aufgrund des großen FF-Abstandes herausfordernd und teuer sein. Um dieses Problem zu überwinden und das FF der Antenne zu bestimmen, werden Messverfahren im Nahfeld (NF) und die Nahfeld-Fernfeld-Transformation (NFFF) verwendet. Diese Methode nutzt NF-Messungen, welche in kleineren Messkammern durchgeführt werden können. Die Verwendung der NFFF-Transformation spart die Kosten, die mit dem Bau großer Messplätze verbunden sind. Um sich auf die Genauigkeit der Transformation verlassen zu können, muss das Verfahren in verschiedenen Anwendungsszenarien evaluiert werden. Zwar werden umfangreiche Tests unter realen Bedingungen durchgeführt, doch fehlt es diesen Studien an Referenzmodellen und festgelegten Fehlergrenzen für eine vollumfassende Bewertung. Daher ist es wichtig, ein Referenzmodell mit bekanntem Strahlungsverhalten zu haben. Das Modell dient als Maßstab, mit dem die transformierten Ergebnisse verglichen werden, so dass Abweichungen festgestellt werden können. Um die Referenzmodelle zu erstellen, befasst sich diese Arbeit mit analytischen Studien verschiedener Antennenmodelle, nämlich mit dem Modell einer Hornantenne sowie einem offenen Hohlleiter und deren Implementierung im Software-Tool CST. Ziel ist es durch eine gründliche Untersuchung der zu CST-Parameter und der Auswirkungen auf das FF das richtige Referenzmodell zu finden. Die Unterschiede in den Strahlungsdiagrammen werden mit Hilfe von Vergleichsmetriken bewertet, wobei die zu erreichende Ziele auf allgemein akzeptierten Fehlerwerten basieren. Sobald das Referenzmodell festgelegt ist, wird das NF als Eingangsgröße für die NFFF-Transformation verwendet und das transformierte FF wird mit dem FF des CST-Referenzmodells verglichen. In dieser Studie wird die Genauigkeit von unterschiedlichen NFFF-Transformationsmethoden untersucht, insbesondere die sphärische Modenexpansion und der sogenannte Fast-Irregular Antenna Field Transformationsalgorithmus (FIAFTA). Bei der Evaluierung werden die Transformationsparameter ohne Optimierung und Messunsicherheiten verwendet. Abschließend wird eine umfassende Bewertung auf Grundlage der Vergleichsmetriken durchgeführt.