Einführung in FMCW- und Pulsradar-Architekturen
- FMCW-Radar ist günstig und einfach aufzubauen und vermeidet durch die Verwendung getrennter Sende- und Empfangsantennen die Notwendigkeit des Umschaltens zwischen Senden und Empfangen.
- Pulsradar erfordert ein schnelles Umschalten zwischen Sende- und Empfangsmodus, kann eine hohe Sendeleistung nutzen und ist für die Geschwindigkeitsmessung schnell bewegter Ziele vorteilhaft.
- FMCW-Radar wird hauptsächlich für Anwendungen mit kurzer Reichweite verwendet, während Pulsradar überwiegend für Anwendungen mit großer Reichweite eingesetzt wird.
Puls-Kompressionsradar
- Ein Puls-Kompressionsradar unterstützt beliebige Wellenformen und benötigt einen DAC mit ausreichend hoher Abtastrate, um die gesendete Wellenform zu erzeugen.
- Die Architektur des Radars ist SDR sehr ähnlich und nutzt zwei zeitmultiplexte Empfangsantennen gemeinsam mit einer Sendeantenne.
- Eine Zero-IF-Architektur ist hinsichtlich der Leistung nicht ideal, aber die günstigste Option.
ADC und DAC
- Die Abtastrate des ADC ist einer der wichtigsten Parameter im System, und es ist wünschenswert, so schnell wie möglich abzutasten.
- Der DAC ist durch die Bandbreite des Systems begrenzt, aber eine ausreichend große Bandbreite ist hilfreich, um die Filterung zu erleichtern.
FPGA
- Ein Mikrocontroller allein reicht für diese Anwendung nicht aus; ein FPGA wird für die Pulserzeugung mit präzisem Timing sowie für die Verwaltung der ADC- und DAC-Daten benötigt.
- Der Zynq 7020 bietet eine Dual-Core-ARM-A9-CPU und typische programmierbare FPGA-Logik in einem einzigen Package.
Digitales Design
- Beim Einsatz schneller ADCs und DACs ist es wichtig zu berücksichtigen, ob das System die Daten verarbeiten kann.
- Ein FPGA-SoC besteht aus dem Processing System (PS) und der programmierbaren Logik (PL), die über den AXI-Bus miteinander verbunden sind.
- Es wird eine schnelle PC-Schnittstelle benötigt, um aufgezeichnete ADC-Samples zügig an den PC zu übertragen.
RF-Design
- Die RF-Bauteile nehmen nur einen kleinen Teil der PCB-Fläche ein und erfordern im Projekt einen relativ geringen Arbeitsaufwand.
- Das Design der RF-Bauteile ist vergleichsweise einfach, und die Betriebsfrequenz ist auf etwa 6 GHz festgelegt.
Maximale Erfassungsreichweite
- Die maximale Erfassungsreichweite des Radars lässt sich unter Berücksichtigung verschiedener Parameter wie der Länge des gesendeten Pulses, der mittleren Leistung und des Antennengewinns berechnen.
- Die maximale Erfassungsdistanz wird grob auf etwa 1 km geschätzt; in dieser Entfernung wird ein Ziel im Mittel mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 % erkannt.
PCB-Design
- Für die praktische Umsetzung des Systems ist ein Design einer Leiterplatte (PCB) erforderlich, das alle Komponenten integriert.
- Die PCB enthält RF- und Hochgeschwindigkeits-Digitalschaltungen und erfordert sorgfältiges Routing, damit sie korrekt funktioniert.
Meinung von GN⁺
- Dieser Artikel vertieft das Verständnis der Radartechnik, indem er Erfahrungen beim Aufbau eines Puls-Kompressionsradars teilt, und bietet insbesondere Einblicke in eine Architektur, die Software Defined Radio (SDR) ähnelt.
- Die detaillierte Beschreibung des digitalen und des RF-Designs eines Radarsystems kann Einsteiger-Ingenieur:innen helfen, den Entwurfsprozess komplexer Systeme zu verstehen.
- Hervorgehoben wird die Bedeutung der Echtzeit-Datenverarbeitung mit FPGA, ein wichtiges Konzept, das sich auf verschiedene Hochgeschwindigkeits-Signalverarbeitungsanwendungen übertragen lässt.
- Die im Artikel erwähnten Preisunterschiede beim Zynq-7020-FPGA liefern ein interessantes Beispiel für Lieferketten und Preisgestaltung bei elektronischen Bauteilen. Das ist ein wichtiger Faktor, der bei der Entwicklung elektronischer Produkte berücksichtigt werden sollte.
- Die Berechnung der maximalen Erfassungsreichweite ist wichtig, um die Leistungsgrenzen eines Radarsystems zu verstehen, und kann helfen, die Leistung in realen Umgebungen vorherzusagen.
1 Kommentare
Wahnsinniges Engineering jenseits aller Vorstellungskraft...
Viel zu nah an dem Bild eines Ingenieurs, das ich mir vage ausgemalt hatte.