mikrocontroller.net

Forum: HF, Funk und Felder Monopuls Radar


Autor: Sebastian (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Hallo Zusammen,

im Rahmen eines Studienprojektes soll ich einen Monopulsempfänger zur 
Winkelmessung realisieren, um ein Modellauto zu orten.
Folgendes ist gegeben:
- Zwei Modellautos
- beide sind mit Funkmodulen im 2,4 GHz Band ausgestattet

Nun soll es so sein, dass ein Auto das andere orten kann, d.h. zumindest 
den Azimuthwinkel, wo sich das andere Auto momentan befindet. Das ganze 
muss nicht auf sehr weite Entfernungen geschehen, ca. 3-4 Meter.
Mein Gedanke war es nun einen Monopulsempfänger (evtl. mit Sendeeinheit) 
aufzubauen. So dass ich eine Sendeantenne habe und zwei 
Empfangsantennen. Mit den Empfangsantennen wird mit einem 180° 
Hybridkoppler die Summe und die Differenz gemessen, und daraus dann 
irgendwie über eine Kalibriertabelle oder ähnliches der Winkel bestimmt 
(Die Platine möchte ich gerne selber designen, d.h. auch den Koppler, 
und den Rest der Schaltung).

So jetzt ist meine Frage an Euch, ist das so zu realisieren, und kann 
das in der von mir geschilderten Form geschehen. Ich bin zwar nicht 
komplett unerfahren auf diesem Gebiet, allerdings ist das für mich auch 
ziemliches Neuland, sodass ich für alle weiterführenden Ratschläge sehr 
dankbar bin.

Viele Grüße
Sebastian

Autor: Frankl (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ich sage mal nein.
In einem Raum wirst auch Reflektionen von den Wänden bekommen. Radar 
verhält sich ähnlich wie Ultraschall (Eifallswinkel = Ausfallswinkel).

Autor: Sebastian (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Frankl

Danke dir erst mal.

Fading (Mehrwegausbreitung) ist ein bekanntest "Problem" allerdings kann 
man dabei soweit ich weiß einiges wegplausibilisieren....
Des weiteren soll es erst einmal funktionieren, d.h. egal ob drinnen 
oder draußen, hauptsache ist, dass ich ein Ergebnis bekomme.
Und das es funktionieren kann, hat z.B. "Merrill Skolinik" in seinem 
Radar Handbook schon beschrieben, sodass ich dazu ein paar Tipps zur 
praktischen Umsetzung benötige, d.h. welche Platinen mit welchem Epsilon 
r, welcher HF Switch, Amplituden -oder Phasenmessung, usw...

Gruß

Autor: Radarmensch (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Die Mehrwegeausbreitung kann zu Problemen führen, aber Monopuls schätzt 
normalerweise den Winkel des stärksten einfallenden Signals. D.h. ab 
einigen dB (10 reichen normal) kriegst du den Winkel des stärkeren 
Signals, was auch der Direktpfad sein sollte. Zweitens bewegen sich die 
Objekte, die Mehrwegeausbreitung ist daher nicht stabil, der Direktpfad 
schon. Mit ein wenig Tracking ist die Reflektion dann weg.

Ansonsten: 2 Antennen ist gut, mehr sind besser. Amplitudenvergleich ist 
bevorzugt. Wenn du die zwei einmal addierst und einmal subtrahierst, 
bekommst du zwei verschiedene Richtcharakteristiken, d.h. für einen 
Einfallswinkel zwei verschiedene Amplituden. Das Verhältnis bilden und 
in einer Lookup-Table nachschlagen reicht. (Zur Not noch ein wenig 
interpolieren). Kommt halt drauf an wie genau du die Winkel haben 
willst. Kalibrieren musst du allerdings immer, und die Genauigkeit der 
Kalibrierung entscheidet über die Genauigkeit der Winkelschätzung.

Falls du keinen elektronischen Scan haben möchtest kannst du auch über 
einen mechanischen Scan nachdenken. Oder, je nach Frequenzbereich, 
einfach mehrere Antennen mit größerer Richtwirkung verwenden und einen 
einfachen Amplitudendetektor. Multichannel ADC und du kannst direkt 
vergleichen, insbesondere auch einen größeren Winkelbereich abdecken. 
Mit zwei Antennen wirst du keine 360° abdecken können (jedenfalls nicht 
eindeutig)...

Autor: Sebastian (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Radarmensch

Danke für deine ausführliche Erklärung.

Ich glaub in der Theorie hab ich das fürs erste soweit verstanden.

Mein großes Problem liegt nun bei dem Design eines entsprechenden 
Layouts und die Auswahl der Komponenten die am besten bzw. überhaupts 
dafür geeignet sind.
Nach deiner sehr gute Schilderung hege ich die Hoffnung, dass du 
vielleicht weißt wie ich da am besten ran gehe. Gibts evtl. soetwas wie 
ein Beispiel?

Autor: Radarmensch (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Naja, kommt auf die Frequenz drauf an. Die meisten Radar-Systeme sind ja 
im GHz-Bereich, ich bin mir nicht so sicher ob man das im Hobby noch 
hinkriegt. 2,4GHz soll ja auf FR4 noch ganz gut gehen. Aber wenn du da 
noch nichts gemacht hast in dem Bereich dann rate ich dir da jetzt nicht 
zu...

Ansonsten sollte im Skolnik was dazu stehen. Kernidee ist schließlich, 
eine Winkelabhängigkeit durch die Antennen zu erzeugen. Dazu kannst du 
parallel mit mehreren Antennen arbeiten, oder über die Zeit das 
Antennendiagramm verändern - z.B. durch Umschalten.

Wenn du das auf 2,4GHz machen willst (da senden die Teile ja ohnehin 
schon?), dann bau doch einfach mal einen Detektor für die Frequenz, um 
ein Gefühl zu bekommen. Tut das, dann musst du nur noch umschaltbare 
Antennen bauen, oder mehrere Detektoren... Umschalten sollte eigentlich 
auch per PIN-Dioden gehen, die 180° durch ne lange Leitung (lambda/2 
sind ungefähr 6cm dazu noch das epsilon-r macht noch weniger). Letztlich 
gibts da viele Möglichkeiten.

Ich bin mehr der Signalverarbeiter, ich lasse das Radar bauen ;-) Dann 
kommt mein Part, die Winkel schätzen...
Ich weiß nicht welchen Background du hast, insbesondere bei HF. Und noch 
wichtiger, welche Messmittel...

Auch ne Idee wäre, das für UKW-Radio mal aufzubauen und ein Gefühl dafür 
zu kriegen... Vielleicht finde ich auch ein Paper dazu, das im Netz frei 
verfügbar ist.

Grüße Michael

Autor: Sebastian (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Michael

Man merkt schon dass du viel Ahnung davon hast. Was auf diesem Gebiet 
echt selten der Fall ist, wie ich leider in den letzten Tagen 
feststellen musste. Irgendwie trauen sich da viele nicht so wirklich 
ran...
Vielen Dank nochmal!!! (Wenn du noch ein Paper finden würdest, wäre das 
sehr hilfreich für mich)

Ich hab mir jetzt gedacht ich mach es folgendermaßen. Ich nehme eines 
meiner Funkmodule, die bei 2,4GHz senden, dieses lasse ich 
kontinuierlich senden. Das ist der Sendeteil.
Weiter werde ich mir dann eine Platine designen, darauf kommen zum einen 
2 * 2,4GHz SMD Antennen. Von einer dieser Antennen gehe ich auf einen 
90° Phasenschieber (einfach lambda/4 Streifenleitung) und dann weiter 
auf einen 3dB Richtkoppler, in Form von 4 quadratisch angeordneten 
lambda/4 Streifenleitungen (das ist mein Addierer und Summierer). Mit 
dem anderen Antennenport gehe ich direkt auf den Richtkoppler.
Die Summe und die Differenz (an dem jeweiligen Ausgangsport) gebe ich 
dann auf einen HF-Switch, den ich mit dem uC getaktet permanent 
umschalte, und dieses Signal wird dann im Empfänger ausgewertet.
Klingt das einigermaßen plausiebel und vor allem funktionsfähig? Meinst 
du, dass ich vor dem HF Switch noch eine Art Verstärker benötige?
Wie könnte ich das mit dem Empfänger realisieren, ich brauch ja dazu 
irgendeinen uC der Signalstärken relativ gut auswerten kann... das ist 
mir noch eher unklar.

Grüße
Sebastian

Autor: Radarmensch (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Ok. Im Prinzip sollte das so funktionieren. Wegen dem Verstärker, da 
kommt es auf die Empfindlichkeit drauf an, und die Leitungs- und 
Schaltverluste. Schaden würde es nicht denk ich mal... Da gibt es ja 
Standard-MMICs für 50Ohm das sollte es eigentlich tun, die Rauschzahl 
ist nicht so schlecht, auch wenn noch einiges mehr ginge (aber das ist 
Aufwand). Damit wären auch ein wenig die Antennen entkoppelt von dem 
Koppler.

Die Amplitudendetektion ist ein anderes Thema. Du könntest z.B. einen 
AD8311 verwenden, der hat quasi alles integriert. Oder selber einen 
Amplitudendetektor aus einer geeigneten Diode bauen. Oder oder oder, da 
gibt es viele Möglichkeiten. Sobald du die Amplitude hast, kannst du mit 
einem AD-Wandler die einlesen. Wenn du zwei Detektoren baust, kannst du 
dir den Schalter sparen. Damit bist du gegen Fading auch besser 
geschützt, weil durch die Schalterei muss das Signal gleich stark 
bleiben während der Umschaltung - praktisch musst du sehr schnell 
schalten damit nichts passiert (pi mal Daumen einige kHz mindestens) und 
dein Detektor muss dafür schnell genug sein.
Ein Problem hast du allerdings noch, das Difference-Antennenpattern ist 
symmetrisch um 0° herum. D.h. du kannst zwar Winkel schätzen, aber nicht 
rausfinden ob die positiv oder negativ sind. Letztlich hast du damit 
einen nutzbaren Winkelbereich von sagen wir mal +10°...+80°. Du müsstest 
noch das Vorzeichen detektieren, da ein Phasensprung im Pattern bei 0° 
auftritt, um die Seite zu erkennen. Damit wärst du bei -80°...80° mit 
schlechten Schätzungen um die 0° (wegen der Nullstelle im Pattern, da 
kommt einfach nur noch Rauschen an).

Sobald du die AD-Werte im uC hast ist es nur noch bischen in der Tabelle 
nachschlagen und rechnen, das ist fast schon geschenkt.

Grüße Michael

Autor: Sebastian (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
@Michael

das mit dem AD8311 ist eine sehr gute Idee, dazu gibt es auch ein 
Eval-Board dass ich nutzen könnte. Deweiteren ist das mit den 2 
Dedektoren, die beste Lösung.
Ich werde mich jetzt mal daran machen und ein Design erstellen. Ich 
denke dann werden sich bald die nächsten Fragen ergeben:-)

Aber soweit herzlichen Dank für die Mühe die du dir gemnacht hast.

Viele Grüße
Sebastian

Autor: Radarmensch (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Dann bist du ja erstmal beschäftigt :-)

Viel Spaß und Erfolg! Bin mal gespannt wie es klappt. Mich persönlich 
würde passive radar reizen z.B. mit UKW-FM oder DVB-T, aber da ich 
beruflich (Doktorand) gerade genug von Radar hab schieb ich das für die 
nächsten Jahre, wenn ich wieder etwas Abstand habe...

Grüße Michael

Autor: jumper (Gast)
Datum:

Bewertung
0 lesenswert
nicht lesenswert
Kann mir jemand grundlegnede Fragen beantworten?

Senden die 2 Antennen synchron?
Was ist ein Impuls? Impuls=Periode?
Sendet jede Antenne nur linear in eine Richtung oder breitflächig in der 
ebene oder sogar im Raum?
Wird die Entfernung und der Winkel durch die dauer des "Echos" bestimmt?

Gruß Jumper

Antwort schreiben

Die Angabe einer E-Mail-Adresse ist freiwillig. Wenn Sie automatisch per E-Mail über Antworten auf Ihren Beitrag informiert werden möchten, melden Sie sich bitte an.

Wichtige Regeln - erst lesen, dann posten!

  • Groß- und Kleinschreibung verwenden
  • Längeren Sourcecode nicht im Text einfügen, sondern als Dateianhang

Formatierung (mehr Informationen...)

  • [c]C-Code[/c]
  • [avrasm]AVR-Assembler-Code[/avrasm]
  • [code]Code in anderen Sprachen, ASCII-Zeichnungen[/code]
  • [math]Formel in LaTeX-Syntax[/math]
  • [[Titel]] - Link zu Artikel
  • Verweis auf anderen Beitrag einfügen: Rechtsklick auf Beitragstitel,
    "Adresse kopieren", und in den Text einfügen




Bild automatisch verkleinern, falls nötig
Bitte das JPG-Format nur für Fotos und Scans verwenden!
Zeichnungen und Screenshots im PNG- oder
GIF-Format hochladen. Siehe Bildformate.
Hinweis: der ursprüngliche Beitrag ist mehr als 6 Monate alt.
Bitte hier nur auf die ursprüngliche Frage antworten,
für neue Fragen einen neuen Beitrag erstellen.

Mit dem Abschicken bestätigst du, die Nutzungsbedingungen anzuerkennen.