Sensoren zum Überwachen von Vitalparametern halten mehr und mehr Einzug im Gesundheitswesen und in Seniorenwohnungen. Zwar bietet die Überwachung per Kamera viele Möglichkeiten, beeinträchtigt aber die Privatsphäre massiv – wer will schon ständig beobachtet werden? Die Verwendung mobiler Sensoren hingegen, die am Körper befestigt Daten drahtlos übertragen, umgeht dieses Problem, aber am Körper getragene Systeme sind wiederum im täglichen Einsatz unpraktisch.

Onchip-Radarsensoren sind nicht größer als eine Geldmünze und senden nur wenige Milliwatt Strahlung ab.

Onchip-Radarsensoren sind nicht größer als eine Geldmünze und senden nur wenige Milliwatt Strahlung ab. Silicon Radar

Einen Ansatz zur anonymen Personenüberwachung ohne direkten Sensorkontakt bieten miniaturisierte Onchip-Radarsysteme, die detailliert Position, Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung erfassen. Dabei ist das Niveau der Risikodetektion ähnlich wie bei Kameras, die Privatsphäre der Patienten bleibt indes gewahrt, da die Systeme keine Identifikationsmerkmale wie etwa Gesichter aufzeichnen.

Durch die Wand messen und überwachen

Radarstrahlen durchdringen überdies einige Materialien, sodass auch Messungen durch Wände und Betten hindurch möglich sind. Das erlaubt beispielsweise die Atmungsüberwachung durch Detektion der Brustkorbbewegung von der Decke aus. Radarsensoren können darüber hinaus konventionelle Techniken wie die oft stör- und fehleranfälligen Lichtschranken ersetzen.

Die meisten Onchip-Radarsensoren begnügen sich zudem mit typischen Batteriespannungen und senden nur wenige Milliwatt Strahlung ab. Kunststofflinsen fokussieren den Radarstrahl entsprechend der jeweiligen Anwendung, auch um die Empfindlichkeit mit zunehmender Reichweite zu erhöhen. Bei der Detektion von Objekten sind so je nach Modulation, Frequenzband und Strahlbündelung Reichweiten von bis zu 200 m mit einer Auflösung im einstelligen Millimeterbereich möglich. Einige der Varianten sind mehrkanalig ausgelegt. Dabei können räumlich leicht versetzte Empfangsantennen die Winkellage eines Objektes relativ zur Hauptachse des Radarstrahls erkennen. Diese Charakteristik lässt sich zum Abbilden von Objekten innerhalb des vom Radarstrahl erfassten Raumwinkels im Sinne einer Bildgebung verwenden.

Entwicklungsprototyp von Embedded Brains: tragbares 24-GHz-Radar mit eingebautem MFSK-modulierten Sensor, Auswerteelektronik und Anzeigedisplay.

Entwicklungsprototyp von Embedded Brains: tragbares 24-GHz-Radar mit eingebautem MFSK-modulierten Sensor, Auswerteelektronik und Anzeigedisplay. Embedded Brains

Da Radarsysteme bauartbedingt mit Frequenzen im zwei- und dreistelligen Gigahertz-Bereich arbeiten, erfordert das Design der analogen und digitalen Schaltungen nebst der Verfahren zur Signalauswertung Expertenwissen in mehreren Disziplinen. Die Anforderungen für Objekterkennung und/oder Bildgebung sowie die Festlegung des geeigneten Frequenzbandes und Modulationsverfahrens bestimmen im Wesentlichen die Basisparameter des Radarsensors. Ebenfalls abhängig von Anwendungsfall und Modulationsverfahren erfolgt dann nach einer analogen Vorverarbeitung die weitere digitale Auswertung (Signalsynthese) mit auszuwählenden Verfahren für die Objektdetektion, Objekterkennung, Objektverfolgung und/oder Umsetzung von Objektdaten in ein Radarbild. All das kann sich sehr komplex gestalten.

Hard- und Softwarebaukasten

Die Ingenieure von Embedded Brains entwickeln deshalb derzeit einen modularen Hard- und Softwarebaukasten für den Einsatz von Onchip-Radarsensoren. Mit dem Baukasten lässt sich eine Vielzahl möglicher Anwendungsfälle mit verschiedenen Modulations- und Auswerteverfahren, unterschiedlichen Verfahren zur Filterung, Mustererkennung und Objektverfolgung bis hin zur Bildgebung zügig prototypisch umsetzen. Das verkürzt die gesamte Entwicklungszeit und ermöglicht den Einsatz aktueller Radartechnologie für spezifische Anwendungen mit kleinen und mittleren Stückzahlen. Vor allem lassen sich Leistungseigenschaften für neue Anwendungen noch vor der kompletten Systementwicklung untersuchen.

Das Dienstleistungsangebot von Embedded Brains unterstützt Anwender bei der Systementwicklung, beginnend mit der Planung und Auslegung über die komplette Hard- und Softwareentwicklung bis hin zur Serienüberführung und Serienfertigung.