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Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit dem Einsatz bildgebender Verfahren in der industriellen Radarfüllstandsmesstechnik. Im Gegensatz zur herkömmlichen Radarrückstreumessung mittels einer Antenne, dem so genannten "Single-Input Single-Output"-System (SISO), ist für eine bildgebende Messung die Auswertung mehrerer Radarrückstreumessungen an Mehrtorantennen erforderlich ("Multiple-Input Multiple-Output"-System (MIMO)). Es wird untersucht, wie mit einem solchen MIMO-System eine Erhöhung der Zuverlässigkeit der Füllstandsdetektion erreicht werden kann. Die Untersuchung berücksichtigt alle relevanten Einschränkungen bezüglich Geometrie und Messfrequenz der Antenne, die sich aufgrund der Anwendung ergeben sowie Aspekte der Systemkomplexität. Die Untersuchung wird für eine gängige kreisrunde Aperturgröße mit dem Durchmesser dap = 50 mm und zugelassene Messfrequenzen zwischen 24 GHz und 26 GHz durchgeführt. Nach einer ausführlichen theoretischen Betrachtung der unter den Randbedingungen erzielbaren, bildgebenden Eigenschaften werden zwei geeignete Mehrantennensysteme entworfen und simulatorisch wie messtechnisch untersucht. Mit Hilfe der Schätztheorie und einem deterministischen Kanalmodell zur Nachbildung einer Vielzahl von Messszenarien wird ein Ansatz erläutert, der die Zuverlässigkeit eines Radarsystems quantitativ vorhersagt. Das Modell wird angewendet, um die entwickelten Antennen hinsichtlich der Zuverlässigkeit der Detektion des Füllstands zu untersuchen und mit einem SISO-Radarsystem zu vergleichen, das eine Auswertung auf Basis lediglich einer Rückstreumessung durchführt. Die theoretischen Ergebnisse werden mit Hilfe einer automatisierten Messeinrichtung in einer umfangreichen Messkampagne verifiziert.
This work deals with the use of imaging techniques for the application in industrial radar level measurements. In contrast to conventional "Single-Input Single-Output (SISO)"-systems based on backscatter-measurements at a single antenna, an imaging radar requires multiple backscatter-measurements at multi-port antennas ("Multiple-Input Multiple-Output (MIMO)"). An investigation is performed to determine the increase in reliability of the level detection using a radar system with imaging capabilities. The investigation considers all relevant constraints that arise due to the application. Therefore, a common antenna aperture size and the regulated frequency band between 24 GHz and 26 GHz are chosen for the antenna design. After a study of the theoretically achievable imaging performance two appropriate multiple antenna systems are designed and investigated by simulation and measurement. With the aid of the estimation theory and a deterministic channel model for simulating a plurality of measurement scenarios a method is presented to predict the reliability of a radar system for a class of simple scenarios quantitatively. The method is applied to examine the reliability of systems based on the developed antennas and to compare them with a conventional radar system. The theoretical results are verified with the help of an automated measuring setup in an extensive measurement campaign.