Influences of Road Surface Characteristics on Scattering Mechanisms in Automotive Radar

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In dieser Arbeit wird der Einfluss von Straßenoberflächen und -materialien auf die Radar Streuung im automotiven Frequenzband von 77GHz untersucht. Sie umfasst alle üblicherweise auf deutschen Autobahnen verbauten Asphalt und Betontypen und unterscheidet zwischen spiegelnder und diffuser Reflektion, deren Übergang durch das Rayleigh Kriterium und dem resultierenden kritischen Winkel definiert wird. Hierfür werden verschiedene Messmethoden angewendet. Diese sind die Sandfleckmethode, die Focus beam Methode, ein Messaubau mit Radar mit synthetischer Apertur (SAR) und Freiraum FMCW Radar Messungen, die einen Radarspiegel nutzen. Für eine mathematische Beschreibung werden einerseits Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen (PDF) der Reflexion mit Normalverteilung und Rayleigh Verteilung ermittelt. Um andererseits die Freiraummessungen zu verarbeiten, werden Radargleichung und Fresnels Gleichungen genutzt, wodurch Werte für die relative Permittivität und die dazugehörige Rauigkeit berechnet werden, welche in der frei zugängigen Datenbank OpenMATERIAL zu Verfügung stehen. Zur Validierung dienen Referenzobjekte und Messungen mit unterschiedlichen Polarisationen der Radarsensoren.

In this work, the influence of different road surfaces and materials, or more precisely of different asphalt and concrete surfaces, is analyzed for the automotive 77GHz band. It comprises all roads commonly found on German highways and distinguishes in specular reflection and diffuse scattering behavior. The changeover from one to the other behavior is determined by the Rayleigh criterion resulting in corresponding critical angles. For these measurements the area of sands method, the focus beam method, a synthetic aperture radar (SAR) setup as well as a openspace FMCW radar setup with a corner reflector are applied. The characterization includes probability density functions (PDF) of the reflectance of these dielectric surfaces using normal distribution as well as Rayleigh distribution. For the evaluation of the openspace measurements, the radar equation and Fresnel’s equations are used, resulting in relative permittivity and roughness values, which are provided as well in an open source material library named OpenMATERIAL. For validation purposes reference samples and measurements with different polarization of the radar sensor are used.