Radar-Prinzip

Das entwickelte W-Band-Radar kann abhängig von den anwendungsspezifischen Anforderungen verschiedene Radarverfahren einsetzen. Zur Geschwindigkeitsmessung kann das Doppler-Radar-Verfahren eingesetzt werden, zur Abstandsmessung unbewegter Objekte das FMCW-Verfahren. Durch Kombination beider Verfahren sind zudem kombinierte Abstand- und Geschwindigkeitsmessungen, sowie Entfernungsmessungen von bewegten Zielen möglich.

Doppler-Radar

© Foto Fraunhofer IAF

Doppler-Radar

Das Doppler-Radar Radar dient der Messung von Geschwindigkeiten und ist eine Form des Dauerstrichradars (CW, engl. continuous wave), bei dem eine über die Zeit feste Frequenz ausgesendet wird. Das ausgesendete Signal wird an Zielen reflektiert, das reflektierte Signal wird wiederum vom Radar empfangen. An stehenden Objekten reflektierte Signale bleiben in der Frequenz unverändert, wohingegen die Frequenz des reflektierten Signals von bewegten Zielen um die Doppler-Frequenz verschoben wird. Durch Mischen der Sende- und Empfangsfrequenz kann die Doppler-Frequenz extrahiert werden.

Aufgrund der proportionalen Beziehung zwischen Doppler-Frequenz und Geschwindigkeit, kann diese aus der gemessenen Doppler-Frequenz bestimmt werden.

FMCW-Radar

© Foto Fraunhofer IAF

FMCW-Radar

Beim frequenzmodulierten Dauerstrichradar (FMCW-Radar, engl. frequency modulated continuous wave radar) wird die Sendefrequenz zeitlich periodisch verändert. Zur Abstandsmessung werden hierfür meist Sägezahn- oder Dreiecksfunktionen verwendet. Während sich die Sendefrequenz während der Laufzeit des Signals zum Zielobjekt und zurück möglichst linear verändert, ist das vom Objekt reflektierte und vom Radar empfangene Signal zur ursprünglichen ausgesendeten Frequenz zeitversetzt. Durch Mischen des Sendesignals mit dem Empfangssignal, kann die Frequenzverschiebung und damit die Zeitverschiebung bestimmt werden. Aufgrund der bekannten Modulationsparameter des Senders kann somit die Laufzeit des Signals ermittelt werden, welche wiederum proportional zum Abstand des Objekts ist. Für eine präzise Abstandsmessung ist daher eine möglichst exakt lineare Modulation der Sendefrequenz erforderlich, da jede Nichtlinearität die Abstandsgenauigkeit des Radars verschlechtert.

Durch diese indirekte Laufzeitmessung über die Frequenzänderung des Senders, können mit dem FMCW-Verfahren, bei geeigneter Wahl der Modulationsparameter, auch sehr nahe Ziele hochgenau und kosteneffizient vermessen werden. Die Entfernungsauflösung wird durch die Bandbreite des Sendesignals bestimmt. Durch die hohe Sendefrequenz bis zu 100 GHz, kann eine Bandbreite von mehreren GHz erreicht werden.