Verkehr

Radar auf der Überholspur

Radar kommt inzwischen auf allen Verkehrsträgern zum Einsatz: Auf Autos, Schiffen sowie Flugzeugen. Das Fraunhofer FHR entwickelt intelligente Sensoren für mehr Sicherheit im Verkehr.

Waren Radargeräte früher kostspielig und unhandlich, so können sie heute durch zunehmende Miniaturisierung preiswert und kompakt gefertigt werden. Moderne Hochfrequenzsensoren finden in verschiedensten Fahrzeugtypen Einsatz. Gerade für Anwendungen im Luft-, See- und Straßenverkehr bietet Radar vielfältige Möglichkeiten. Das Fraunhofer FHR untersucht in unterschiedlichsten Forschungsprojekten, wie sich dieses Potenzial heben lässt.

Das Institut verfügt aufgrund seiner umfassenden Forschungstätigkeit der letzten Jahrzehnte über tiefgreifende fundierte, physikalische, ingenieurwissenschaftliche und mathematische Fachkenntnisse. Die technische Ausstattung ist auf dem neuesten Stand. Seine Arbeiten sind darauf ausgerichtet, Probleme bei der Entwicklung eines neuen Produkts relativ zügig und zeitnah zu lösen. Das Entwicklungsrisiko für den Kunden ist dabei gering, da sich die Wissenschaftler kontinuierlich mit nahezu allen Aspekten der Thematik befassen. Das Angebot an die Partner reicht von Machbarkeitsstudien über die Systemkonzeption bis hin zum Bau von Prototypen. Dabei haben die Wissenschaftler sich vor allem auf das Lösen von Problemstellungen mit besonders anspruchsvollen Herausforderungen spezialisiert.

Unsichtbare Hochleistungsantennen

Im Auftrag seiner Partner entwickelt das Fraunhofer FHR in gemeinsamen Forschungsprojekten neue Hardware-Konzepte beginnend beim Chip- und Antennendesign. Ihre Lösung passen sie exakt an die Aufgabenstellung an. In Kombination mit ausgereifter Signalverarbeitung, einer weiteren Kernkompetenz des Institutes, entsteht so ein maßgeschneidertes System – immer mit Blick auf Funktionalität und Preis. Dies verdeutlichen die aktuellen Aktivitäten des Fraunhofer FHR in Kooperation mit einem langjährigen Kunden aus dem Automotive-Bereich: Hier entwickelten die Wissenschaftler Antennen und Hochfrequenzschaltungen für ein 24 Gigahertz-Radar, welches kontinuierlich verbessert wird. Das Fahrerassistenzsystem wurde in über vierzig Fahrzeugtypen bereits millionenfach verbaut.

Eine weitere Expertise neben dem Schaltungsdesign ist mittels elektromagnetischer Modellierung den optimalen Einbauort einer Antenne am Fahrzeug zu identifizieren, denn die Bauform sowie die verwendeten Materialien beeinflussen die Performanz einer Antenne. Für Fahrzeuge, bei denen der Luftwiderstand (Aerodynamik) eine Rolle spielt, entwickelt das Institut leistungsfähige und störfeste strukturintegrierte Antennen, die in die Oberfläche eingelassen sind. Das Anwendungsspektrum dieser Technologie reicht von bemannten und unbemannten Flugfahrzeugen in unterschiedlichen Größen über Landfahrzeuge bis zu größeren Schiffen. Eingesetzt werden diese Antennen zur Navigation wie zur Kommunikation.

Smarte Sensoren zum kleinen Preis

Ein weiteres wichtiges Einsatzfeld von Radar ist der Schiffsverkehr. Insbesondere bei eingeschränkter Sicht, z. B. durch Nebel, Regen oder Rauch, zeigen sich die Stärken der Radartechnologie und hochentwickelter Signalverarbeitung gegenüber optischen Systemen: Radar wird von diesen Umweltbedingungen nicht beeinträchtigt. So verwundert es nicht, dass die Wissenschaftler auch für die Schiffsnavigation eine neuartige Lösung parat haben: Eine Gruppenantenne mit elektronischer Strahlschwenkung, welche die mechanisch rotierende Balkenantenne ersetzt. Dem Fraunhofer-Grundsatz – innovative und wirtschaftliche Produkte für die Praxis – folgend, haben die FHR-Forscher diese Technologie für den Massenmarkt erschwinglich gemacht. Für ihr neuartiges Konzept eines Hochfrequenzverteil- und Zusammenfassungsnetzwerks wurde den FHR-Wissenschaftlern ein Patent erteilt. Das Schiffsradar soll in 2016 noch einige Tests absolvieren, um dann schließlich der Kommerzialisierung zugeführt zu werden. Seine Vorteile: Es ist wartungsarm, flexibel auf einem Schiff installierbar, kann mehr und kleinere Ziele erkennen und verfolgen als konventionelle Radarsysteme, arbeitet mit geringer Sendeleistung und ist zu vergleichbaren Kosten herstellbar wie bisherige Systeme.

Der Trend zum Software-definierten Radar eröffnet eine Vielzahl von Adaptionsmöglichkeiten, etwa im Automobilbereich. So werden zukünftige kognitive Radarsysteme in der Lage sein Betriebsparameter und Wellenform an die Umgebung anzupassen: Multifunktionale Sensoren, die Nah- und Fernbereich abdecken, zur Fußgängererkennung eingesetzt werden und neben der Radarfunktion auch Car-to-Car Kommunikations-aufgaben übernehmen, sind in greifbare Nähe gerückt. Innovative Anwendungen, etwa im Bereich des Autonomen Fahrens, werden zunehmend auf intelligente Sensorik zugreifen und von adaptiver Signalverarbeitung profitieren. 

Beim Aufbau von kostengünstigen, kundenspezifischen Systemen hat das Fraunhofer FHR neue Akzente gesetzt: Dank seiner Kompetenz im Bereich der Silizium-Germanium-Halbleitertechnologie (SiGe) kann es kostengünstig hochintegrierte Komponenten entwerfen. In Kombination mit den am Fraunhofer FHR entwickelten Technologien, Verfahren und Systemen können so neue, innovative Anwendungsmöglichkeiten in vielen Bereichen erschlossen werden. Ziel des Institutes ist es, das Verbesserungspotenzial von Produkten zu heben und Mehrwert zu schaffen.