03.08.2023

Neues Design für KI-gestützte Radarsysteme

3D-Radarsensoren mit neuem Antennendesign scannen die Umgebung von autonomen Fahrzeugen.

Dank der Radar-Expertise des Fraunhofer-Instituts für Zuver­lässigkeit und Mikro­integration IZM wird die Sensorik für autonome Fahrzeuge künftig nicht nur günstiger, sondern auch im Erkennungs­vermögen besser. Zusammen mit Industrie­partnern erschufen die Forschenden ein Radarsystem mit einer Trennschärfe von unter einem Grad und einem Erfassungswinkel von 180 Grad. Der Vorteil: Am Fahrzeug muss nur noch weniger als die Hälfte der Radar­sensoren verbaut werden. Ermöglicht wurden diese Fortschritte durch eine Kombination aus neuen Elektronik- und Packaging­lösungen in Verbindung mit der Nutzung von künstlicher Intelligenz bei der Auswertung der Radarsignale.

Abb.: Kostengünstige 3D-Radarsensoren mit neuem Antennendesign detektieren...
Abb.: Kostengünstige 3D-Radarsensoren mit neuem Antennendesign detektieren KI-gestützt die Umgebung von autonomen Fahrzeugen. (Bild: V. Mai, Fh.-IZM)

Die integrierten Sensor­systeme automatisierter Fahrzeuge müssen zuverlässig in der Erfassung der Umgebung sein, damit das System auch kleine Gegenstände im Radius von mindestens einhundert Metern rund um das Auto detektieren und den Unterschied zwischen Menschen, Tieren und Gegen­ständen mit größtmöglicher Sicherheit abschätzen kann. Doch heutige Radarsensoren kommen lediglich auf zwei Grad Trennschärfe bei einem Erfassungs­winkel von neunzig Grad, weshalb mit dem nun entwickelten Radarsystem die Winkelauflösung und Erfassungs­bereich verdoppelt werden konnte. Dadurch können auch Objekte, die sich in einem Abstand von mehr als einem Grad zu einander befinden, eindeutig voneinander getrennt detektiert werden.

Zusätzlich sollen die neuen Systeme einen Winkel­bereich von idealerweise rund neunzig Grad in der Horizontalen abdecken. Um den Erfassungs­bereich der Radare auf die bisher noch nicht möglichen 180 Grad zu erweitern, bauten die Forschenden drei­dimensionale Antennen­strukturen auf. Die Herausforderung dabei: Bei einem größeren Detektionsbereich leidet die Detail­wahrnehmung der Sensoren. Damit die Radare trotz weiteren Umblicks eine hohe Winkelauflösung bieten, mussten die Forschenden kreativ werden. Projekt­verantwortlicher Christian Tschoban erklärt die Idee: „Geholfen haben uns die KI-Algorithmen: Mit ihnen konnten wir die Messwerte einzelner Radar­sensoren koppeln und so die Winkelauflösung entscheidend erhöhen.“

Nachdem die Einzel­komponenten von den Projekt­beteiligten gefertigt wurden, sind zwei Demonstratoren aufgebaut und evaluiert worden. Der Technologie­demonstrator mit 3D-Antennen und integrierter KI konnte in ersten Tests bereits seine Leistungs­fähigkeit unter Beweis stellen: Mit einer Winkel­trennfähigkeit von unter einem Grad weist er eine sehr hohe Detektionssicherheit auf. Kurz vor Projekt­abschluss testeten die Forschenden auch den zweiten funktionalen Demonstrator unter realen Bedingungen. An einem Fahrzeug befestigt, detektierte er zuverlässig die Hindernisse auf der Strecke. Dank des höheren Erfassungs­bereichs der neuen Radarsensoren müssen statt der bislang üblichen etwa 16 Radarsensoren je Fahrzeug nur noch sechs Sensoren verbaut werden, um die Rundum-Detektion mit der geforderten Sicherheit zu erreichen. Dies reduziert die Fertigungs­kosten für die Radarsysteme auf weniger als die Hälfte.

Fh.-IZM / JOL

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