Phase 1: Entwicklung eines Bodenbewertungsverfahrens für Georadarsensoren im Rahmen der Counter-IED (Detektion von „Improvised Explosive Devices“ - Sprengfallen)
Phase 2: Generierung von synthetischen Musterdaten für die Kampfmitteldetektion mittels Georadar-Sensoren
Seit einigen Jahren wird bei der Kampfmittelsuche das Georadar (GPR) neben der Detektion von Landminen und Blindgängern vermehrt auch für die Detektion von Sprengfallen (IEDs, „improvised explosive devices“) eingesetzt. Da diese Sprengfallen häufig aus nicht-metallischen Materialien bestehen, versagen hier Metalldetektoren. Es werden daher komplementär GPR-Sensoren eingesetzt (sogenannte Dualsensoren).
Das GPR kann prinzipiell beliebige Materialien voneinander unterscheiden, vorausgesetzt, der Kontrast der elektrischen bzw. dielektrischen Eigenschaften ist groß genug. Bestimmte Untergrundbedingungen beinträchtigen die GPR-Performance jedoch so stark, dass vergrabene Objekte übersehen werde können. Da bei der Kampfmittelsuche die Kenntnis der Grenzen eines Detektionssystems lebenswichtig sein kann, wird ein Verfahren zur zuverlässigen Vorhersage der Performance eines GPR-Sensors in Abhängigkeit der Bodeneigenschaften benötigt
Die Performance des GPRs wird durch die Dämpfung der elektromagnetischen (EM) Wellen, dem Kontrast der elektrischen und dielektrischen Eigenschaften zwischen Objekt und dem Boden, sowie der Bodenheterogenität beeinflusst. IEDs und Blindgänger sind oft tiefer vergraben als Antipersonen-Minen, so dass die EM Wellendämpfung ein limitierender Faktor wird. Die Dämpfung hängt vom Untergrundmaterial ab und nimmt beispielsweise mit steigendem Salz-, Ton- sowie Wassergehalt des Bodens zu. Die Dämpfung ist häufig frequenzabhängig, was zu einer Deformation der Radarsignale führen kann.
Ziel des Projekts ist die Entwicklung eines Verfahrens zur Prognose der GPR-Performance. Wir verwenden hierfür die TDR-Technik (time domain reflectometry), um aus der Laufzeit und Amplitude der TDR-Pulse die Dämpfung und die EM Ausbreitungsgeschwindigkeit im Boden zu bestimmen. Das TDR-Verfahren kann aufgrund der einfachen Handhabung auch während der Minenräumung eingesetzt werden, um direkt im Feld für die jeweiligen Bodenbedingungen die GPR-Performance abzuleiten.
Neben der Dämpfung sind die Bodenheterogenität und Oberflächenrauhigkeit limitierende Faktoren, welche Rauschen in den Daten verursachen. Dies stellt besonders dann ein Problem dar, wenn der Kontrast des Objekts zum Boden nur gering ist und die reflektierten Radaramplituden entsprechend schwach sind.
Der Aufbau von Testflächen zur Untersuchung der Sensorperformance ist sehr aufwändig und spiegelt stets nur eine begrenzte Kombination an Böden und Zielobjekten wider. Im aktuellen Projekt sollen daher verschiedene Szenariensimulationen durchgeführt und synthetische Musterdatensätze generiert werden, um die verschiedenen Einflussgrößen systematisch zu untersuchen und die Grenzen von GPR-Sensoren in heterogenen Böden zu spezifizieren. Die synthetischen Daten können auch zum Trainieren von Minensuchern oder Mustererkennungsalgorithmen herangezogen werden.
Projektleitung
Dr. Jan Igel
+49 511 643-2770
Projektbearbeitung
Sam Stadler
Stephan Schennen
Markus Loewer