Bodendurchdringendes Radar

Berichten der UN zufolge befinden sich momentan mehr als 60 bis 70 Millionen aktive Antipersonenminen (APM) in mehr als 70 Ländern der Welt. Jeden Monat werden ca. 2000 Personen getötet oder ernsthaft verletzt. Darüber hinaus bleiben verborgene Minen mehr als 50 Jahre im Boden aktiv und verhindern eine sichere Rückgewinnung landwirtschaftlicher Nutzflächen. Den Standard für die Detektion im Boden verborgener Objekte stellt der Metalldetektor, der seit dem zweiten Weltkrieg im wesentlichen unverändert geblieben ist. Jedoch enthalten viele Antipersonenminen wenig oder keine Metallanteile und sind vollständig aus Plastik hergestellt. Deswegen gibt es einen dringenden Bedarf an Alternativen für die Detektion von APM und anderen nichtexplodierten Objekten.

Vielversprechend ist das sogenannte Ground Penetrating Radar (GPR). Es ermöglicht auf Grundlage eines nichtdestruktiven geophysikalischen Verfahrens die Erstellung von Bodenprofilen ohne Bohrungen oder Grabungen. GPR operiert als pulsbasiertes Radarverfahren oder mittels der Übertragung einzelner Frequenzkomponenten im sogenannten Stepped Frequency Verfahren (SFCW) in einem breiten Frequenzbereich. Die mittels einzelner Antennen oder von einem Antennenarray übertragenen elektromagnetischen Wellen werden an den verschieden im Boden verborgenen Objekten und Bodenschichten reflektiert und von den Empfangsantennen aufgenommen.

Zu den Forschungsaspekten dieses Schwerpunktes zählen die verschiedenen Herausforderungen der Detektion von kleinen, im Boden verborgener Minen mit wenig oder keinem Metallanteil: Die Entwicklung eines geeigneten breitbandigen Antennensystems, die Anwendung von Synthetischen Apertur Radarverfahren (SAR) für die Fokussierung der empfangenen GPR Daten, die Unterdrückung von ungewollten Bodenechos und die Extraktion verschiedener Merkmale von Antipersonenminen mittels unterschiedlicher Algorithmen. Da die erfolgreiche Entwicklung eines GPR Systems nur durch Kombination theoretischer und experimenteller Untersuchungen möglich ist, wurde ein komplexer GPR Versuchsaufbau entwickelt, der Messungen mit Hilfe eines Vector Network Analyzers (VNA) ermöglicht.

Die Entwicklung einer 3d Feldsimulationsmethode zur Untersuchung einer vollständigen GPR Umgebung mit dem jeweiligen zu erprobenden Antennensystem, einer bestimmten Materialkonfiguration für den Boden und verschiedenen Testobjekten im Boden ermöglicht die Verifizierung nachgelagerter Verarbeitungsschritte unter genau definierten Bedingungen. Als Beispiel einer SAR basierten Fokussierung von GPR Daten werden die Ergebnisse einer Messung am beschriebenen Versuchsaufbau präsentiert. Die drei Testobjekte in Fig. 1 wurden in unterschiedlichen Tiefen im Boden vergraben. Fig. 2 zeigt die empfangen GPR Daten nach SAR Fokussierung und Kombination der verschiedenen Tiefenschichten.

 
 

Fig. 1

Objekt Anordnung

 

Fig. 2

GPR Daten nach SAR Fokussierung

 

 

 

Letzte Änderung: 18.09.2016 - Ansprechpartner:

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