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Winkelmessung

Zur Winkelschätzung werden in Ko-TAG mit Hilfe von Gruppenantennen die mikroskopischen Signallaufzeitunterschiede beim Auftreffen der sich ausbreitenden Wellenfront über die Phasenunterschiede zwischen den eintreffenden Signalwellen gemessen. Durch eine gleichzeitige Abtastung der Signale der Antennenelemente kann der Einfallswinkel mit Methoden der digitalen Signalverarbeitung geschätzt werden. Dies geschieht anhand der Analyse von Signalunterräumen z.B. anhand des MUSIC- oder ESPRIT-Algorithmus. In Kombination mit der Abstandsmessung kann durch die dreidimensionale Ortung eine genaue Positionsbestimmung gewährleistet werden.

Ko-TAG Winkel Prinzip

Ko-TAG - Winkel - Prinzip

Im ersten Versuchsaufbau der Winkelschätzung wurde die Antenne hinter der Windschutzscheibe befestigt. Dabei wurde eine eindimensionale Schätzung des Einfallwinkels von Signalen im Frequenzbereich oberhalb von 2.4 GHz mit einer Rate von 50 Hz umgesetzt. (ToF: Time of Flight, DoA: Direction of Arrival, Goniometer: Winkelschätzer)

Für Ko-TAG wurde jedoch aus mehrheitlich optischen Gründen entschieden, die Antenne hinter dem Stoßfänger zu integrieren. In einer ersten Phase wurde eine Version des Ko-TAG Winkelschätzers realisiert, der mit einer Burstrate von 100 Winkel pro Sekunde und einer Bandbreite des Empfangssignals von 2 MHz Einfallswinkel schätzt.

Um die Sicherheit und damit die Genauigkeit der Winkelgröße zu erhöhen, wurde eine zweite Version des Winkelschätzers für Ko-TAG eingeleitet. Indem der Prototyp vollständig hinter dem Stoßfänger integriert wurde, wurde optisch eine optimale Einbettung der Antenne erreicht. Außerdem erlaubt ein neu gewählter Frequenzbereich von 5,9 GHz nahe dem Frequenzband für Automotive Anwendungen kleinere Baugrößen der Antenne und eine skalierbare Bandbreite zwischen 2 und 4 MHz. Mit der zweidimensionalen Gruppenantenne wird eine zweidimensionale Winkelmessung – neben Azimut auch die Elevation (und damit die Höhe des Tags) – ermöglicht. Dies erlaubt unter anderem Sondersituationen wie verlorene Tags oder Personen auf einer Brücke zu erkennen. Mit der angepassten Signalverarbeitungshardware können jetzt 500 Winkelpaare pro Sekunde gemessen werden, was die Messrate um das Zehnfache erhöht.

Ko-TAG - Winkel - Fzg - 3d - Antenne