Algorithmen für die Optimierung und Analyse von Radarsignalen im medizinischen und industriellen Umfeld

Radarsysteme für die berührungslose Messung von Abständen und Frequenzen sind nicht nur ein aktuelles Forschungsthema, sondern sie werden auch im industriellen Umfeld bereits erfolgreich eingesetzt. Eine vielversprechende Realisierungsform dieser mikrowellenbasierten Sensorik beruht auf dem Prinzip der Sechstorinterferometrie. Die kostengünstige, passive Sechstorstruktur verspricht eine hohe Phasengenauigkeit, wobei Nichtidealitäten im Hochfrequenzteil zu verzerrten Messsignalen führen können. Nach einer erfolgreichen Kompensation sind Distanzänderungen im Mikrometerbereich berührungslos aus mehreren Metern Abstand messbar, wodurch sich vielerlei Anwendungsmöglichkeiten ergeben. Mit komplexen Analysemethoden können die auftretenden Frequenzen bei vibrierenden Objekten und auch spezifische Schwingungsmuster detektiert werden.

Der Untersuchungsgegenstand dieser Arbeit ist die Erforschung von Algorithmen für die Optimierung und Analyse von Radarsignalen. Die Signaloptimierung beleuchtet hierbei mehrere Methoden für eine Kompensation von Nichtidealitäten in Sechstorinterferometern. Neben einer hardwarebasierten Optimierung der Signalpegel und einer softwarenbasierten Korrektur des Phasenfehlers wird eine Methode für die Kompensation der Temperaturabhängigkeit des HF-Frontends in der Nachverarbeitung entworfen. Der Teilbereich der Signalanalyse beschränkt sich auf jeweils ein Anwendungsgebiet von Radarsystemen im medizinischen und industriellen Umfeld. Im medizinischen Bereich werden verschiedene Methoden für die Detektion diverser Vitalsignale und Vitalparameter wie Pulswellenverläufe, Herztöne, Herzfrequenz, Pulswellengeschwindigkeit und Atemaktivität erforscht. Als Anwendungsbeispiel im industriellen Umfeld steht die radarbasierte Zustandsüberwachung der Rotorblätter einer Windkraftanlage im Fokus.