Research Projects - Radar

In zahlreichen Gebieten der Elektrotechnik wie Radar, Bildgebung und der Kommunikationstechnik findet aktuell ein Wettstreit der Technologien statt: die integrierte Optik konkurriert für sehr hohe Frequenzbereiche oberhalb von 300GHz direkt mit der klassischen CMOS-Schaltungstechnik. Da die integrierte Optik noch nicht massenfertigungstauglich ist, sind für die Industrie insbesondere CMOS-Schaltungen für den sogenannten Terahertz-Bereich hochinteressant und somit aktuellste Forschung.

Einige von diesen Schaltungen sollen im Rahmen des von der DFG finanzierten Projektes ,,TIEMPO“ in Kooperation mit der Technischen Universität Dresden und der FAU Erlangen-Nürnberg realisiert werden. Ziel ist es, ein Radar-System in einem Frequenzbereich von 220 GHz bis 420 GHz zu entwickeln. Die hohe Bandbreite ermöglicht es dabei, durch geschickte Signalverarbeitung Auflösungen unterhalb von einem Millimeter zu erreichen.

Daraus ergeben sich verschiedenste Anwendungsbereiche wie die Erkennung von Gesten oder von Materialfehlern in Produkten, aber auch die Integration in den zukünftigen Mobilfunkstandard 6G, insbesondere in Hinblick auf autonom fahrende Autos. Die Entwicklung der Höchstfrequenzkomponenten in der 22nm-CMOS-Technologie von Globalfoundries, aber auch die anschließende Vermessung dieser birgt dabei besondere Herausforderungen. Diese müssen im Verlauf des Projekts bewältigt werden, wobei eine Vielzahl an Möglichkeiten für Abschlussarbeiten oder HiWi-Stellen bestehen. FPGA-Entwicklung, Signalverarbeitung und Systemsimulationen bis hin zu Millimeterwellen-Schaltungstechnik, Antennendesign und das Design sogenannter Metasurfaces sind die momentan wichtigsten Themen des Projektes. Falls Interesse besteht, gerne den zuständigen Mitarbeiter kontaktieren (Finn Stapelfeldt).

Digitale und energieeffiziente Radarnetzwerke für heterogene E/E-Fahrzeugarchitekturen

Motivation
Die zunehmende Zahl von vernetzten Geräten und Sensoren, das „Internet of Things“ (IoT), ermöglicht vielfältige und neue Anwendungen. Sie sorgt aber auch für eine rasant wachsende Datenmenge. Die Verarbeitung von Daten an ihrem Entstehungsort (Edge Computing) hilft, damit effizient umzugehen. Edge Computing stärkt dabei die Funktionalität, Nachhaltigkeit, Vertrauenswürdigkeit und Wirtschaftlichkeit von Elektronikanwendungen durch den Einsatz von Künstlicher Intelligenz und Vernetzung. Ziel der OCTOPUS-Projekte ist es, anwendungsbezogen hochinnovative Elektronik bereitzustellen, um diese Vorteile zu erschließen.

Ziele und Vorgehen
Ziel des Vorhabens ist die Erforschung einer zuverlässigen Erfassung der Fahrzeugumgebung durch digitale Radarnetzwerke beim vollautomatisierten Fahren. Schwerpunkte bilden dabei die weitgehende Digitalisierung aller systemrelevanten Funktionalitäten sowie die Erarbeitung einer optimalen Rechenlastverteilung zwischen Netzwerkcontrollern, Sensorknoten und Zentralrechner. Durch den Einsatz modernster Schaltkreise des Typs FPGA (Field Programmable Gate Array) sollen unterschiedliche Rechenschritte und Algorithmen der Künstlichen Intelligenz (KI) bei der Signalverarbeitung implementiert werden. Die Optimierung der Rechenlastverteilung soll im Hinblick auf Bildqualität, Kosten, Energieeffizienz, Zuverlässigkeit und Echtzeitfähigkeit erfolgen. Zum Projektabschluss ist die Demonstration eines smarten Radar-Sensornetzes vorgesehen.

Innovationen und Perspektiven
Das Vorhaben leistet einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung nachhaltiger Kommunikationstechnik und unterstützt damit die Erreichung von Klimaschutzzielen. In erster Linie ermöglicht es die ressourceneffiziente und sichere Verwendung von Kommunikationstechnik für das vollautomatisierte Fahren. Die Projektergebnisse sind aber auch auf andere Sensortypen und Applikationen, wie z. B. Industrie 4.0, Logistik und Medizintechnik, übertragbar.
Falls Interesse besteht, gerne den zuständigen Mitarbeiter kontaktieren (Max Leander Prause).

Sensorische Insassenerkennung für ein sicheres autonomes Fahren durch Radar

Die Einführung sicherer autonomer Fahrzeuge erfordert ein zuverlässiges Insassenmonitoring („In-Cabin-Sensing“). Radarsensorik eignet sich sehr gut dafür und hat wegen ihres inhärenten Privatsphärenschutzes deutliche Akzeptanzvorteile gegenüber kamerabasierten Systemen. Die Orts-, Geschwindigkeits- und Winkelauflösung der Sensoren muss jedoch gegenüber dem Stand der Technik signifikant verbessert werden. Dies erfordert die Erhöhung von nutzbarer Bandbreite, Arbeitsfrequenz und der Zahl virtueller Empfangskanäle.

In SICHER soll daher ein hochauflösender Radarsensor mit einem hochintegrierten Breitband-Transceiver in SiGe BICMOS Technologie als Schlüsselkomponente entwickelt werden. Neben Technologie- und Schaltungsentwicklung bildet die Entwicklung KI-basierter Algorithmen für Objekterkennung und Klassifikation sowie zur Erfassung von Gesten und Vital-Parametern zur direkten Aufmerksamkeitsbeurteilung einen Schwerpunkt. Ihre Implementierung soll sensornah in embedded KI-Beschleunigern erfolgen.

Der Nachweis der Leistungsfähigkeit der multifunktional einsetzbaren Sensorik einschließlich der KI-Algorithmen zur Ableitung der Vitalparameter erfolgt im Labor und im Versuchsfahrzeug.

SICHER ist eines der vier Projekte der Familie „NovoMotive“, die sich die Nutzung von Normen zur Schaffung von Technologiestandards für Automotive-Elektroniksysteme von morgen zum Ziel gesetzt hat. Die Nutzung von Synergien durch Austausch und Ergebnistransfer im Rahmen der Projektfamilie bewirkt einen gesteigerten Nutzen der Projektergebnisse und ermöglicht einen nachhaltigen Einfluss auf die gesamte Automobilbranche.