Counter-IED3
Untersuchung von Einflussgrößen wie Antennenankopplungseffekten, Wellendämpfung, Dispersion und Streuung auf die georadarbasierte Kampfmittelsuche mittels realitätsnaher Simulationen der EM Wellenausbreitung sowie die Generierung von Musterdatensätzen typischer Szenarien
Einleitung
Landminen und IEDs (improvised explosive devices, improvisierten Sprengfallen) bestehen oft aus nicht-metallischen Materialien, weshalb sie schlecht mit Metalldetektoren erkennbar sind. Deshalb werden sie immer häufiger mit Georadar-Sensoren gesucht. Die Georadar-Signaturen variieren je nach Bodenbeschaffenheit, Material, Größe, Form und Lage der Kampfmittel sowie nach dem verwendeten Radarsystem.
Die vom BMVg finanzierte Projektreihe Counter-IED hat zum Ziel, genau diese Abhängigkeiten bei der Detektion von Kampfmitteln zu untersuchen. Aufbauend auf den Vorarbeiten der Projekte Counter-IED I und II, soll nun der Einfluss der Antennenankopplung an den Untergrund untersucht werden. Durch umfangreiche numerische Simulationen, wird dafür sowohl der Abstand der Antenne zum Boden, als auch die Ausrichtung der Antenne variiert. Bei der Simulationen werden komplexe Antennen implementiert und der Untergrund realitätsnah modelliert, indem sowohl die Bodenheterogenität und Oberflächentopographie, als auch die frequenzabhängigen Bodeneigenschaften berücksichtig werden.
Antennenmodellierung
Um die Effekte der Antennenankopplung mittels Simulationen untersuchen zu können, müssen komplexe 3D-Antennenmodelle implementiert werden. Die Entwicklung solcher Modelle ist daher ein Schwerpunkt der Arbeiten. Da die Details von Antennen wie die elektrischen Eigenschaften der verbauten Materialien nicht bekannt sind, werden diese mittels einer Full-Waveform-Inversion von experimentellen Kalibrierdaten ermittelt.
Dielektrische Bodeneigenschaften
Wie bereits die Erkenntnisse des Vorgängerprojektes Counter-IED II zeigen, hängt die erfolgreiche Detektion von Kampfmitteln stark vom Untergrund ab, in den das aufzuklärende Objekt eingebracht wurde. Im diesem Arbeitspaket werden Bodenproben mittels einer Koaxialzelle und einem Netzwerkanalysator dielektrisch charakterisiert und petrophysikalische Modelle angepasst, die in die numerische Simulation der Wellenausbreitung einfließen, um die Dämpfungs- und Dispersionseigenschaften korrekt wiederzugeben.
Bodenheterogenität
Ein stark heterogener Untergrund (im Bezug zur verwendeten Wellenlänge von z.B. wenigen cm) erschwert aufgrund der Streuung die Identifizierung der Objekte. Dieses Arbeitspaket beschäftigt sich mit der Parametrisierung der Bodenheterogenität und Oberflächentopographie zur Implementierung in die synthetischen Modelle.
Simulationsergebnis
Wellenausbreitung eines Antennenarrays über einem Sandboden, in dem eine Granate vergraben ist. Zu erkennen ist ein komplexes Wellenfeld wie die direkte Reflexion an der Granatenspitze, eine Reflexion der geführten Welle am unteren Ende der Granate sowie multiple Reflexionen zwischen dem Target und Antennenarray sowie den einzelnen Antennenelementen.