22. Februar 2016

Landminen schneller aufspüren dank Radar

TIRAMI-SAR
Erste Experimente
Bild 1/4, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Erste Experimente

TIRAMI-SAR vor dem Techlab-Gebäude des DLR-Instituts für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme in Oberpfaffenhofen: Das Radar wird zum Messbetrieb auf einen Kleinlastwagen montiert, mit dem die abzubildende Szene dann abgefahren werden kann. Für erste Experimente zur Optimierung und Validierung des Systems wurde eine eigens dazu errichtete Sandkiste mit 12 m x 8 m Größe verwendet.
TIRAMI-SAR: Radarsystem zur Detektion von Landminen
TIRAMI-SAR: Radarsystem zur Detektion von Landminen
Bild 2/4, Credit: TIRAMISU

TIRAMI-SAR: Radarsystem zur Detektion von Landminen

Der Geräteturm mit Radarelektronik, Antennenarm und Antennengruppe kann für den mobilen Einsatz auf der Ladefläche eines Kleinlastwagens montiert werden. Die Antenngruppe besteht aus zwei Sende- und vier Empfangsantennen, die seitwärts schräg nach unten gerichtet sind. So können die pfeilspitzenförmigen Antennen ein kontaminiertes Gebiet abtasten während der Wagen auf sicherem Terrain entlangfährt. Das Bild zeigt TIRAMI-SAR im Messbetrieb bei sehr feuchtem Gelände auf dem Testgelände der belgischen Minenräumeinheit DOVO/SEDEE in Belgien.
Messergebnis mit bisherigem Detektionsverfahren
Bild 3/4, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Messergebnis mit bisherigem Detektionsverfahren

Beispiel für ein Messszenario mit typischen vergrabenen Objekten wie Minen oder Granaten: Links ist ein Verlegplan gezeigt. Die gelben Dreiecke markieren Radarreflektoren, die auf der Erdoberfläche aufgestellt wurden und während der Messungen als Referenzobjekte dienten. Rechts zeigt das Messergebnis mit einem herkömmlichen Bodenradarsystem, das nur jeweils eine Sende- und Empfangsantenne nutzt. In der Radaraufnahme sind die sechs Reflektoren gut zu erkennen - die vergrabenen Objekte jedoch (innerhalb des weiß markierten Rechtecks gelegen) sind kaum von der Bodenoberfläche zu unterscheiden. Die Echos der Radarsignale können nicht eindeutig zugeordnet werden, eine Detektion ist hier nicht möglich.
Qualitätssteigerung mit TIRAMI-SAR
Bild 4/4, Credit: DLR (CC-BY 3.0)

Qualitätssteigerung mit TIRAMI-SAR

Beispiel für die Qualitätssteigerung der Detektionsergebnisse durch den bei TIRAMI-SAR realisierten Ansatz: Die vergrabenen Objekte sind im Radarbild rechts deutlich erkennbar. Das Bild ist das Ergebnis aus der Überlagerung von insgesamt acht Radaraufnahmen. Denn das am DLR entwickelte neuartige Radarsystem und Detektionsverfahren arbeitet mit zwei Sende- und vier Empfangsantennen. Zusammen mit der Nutzung verschiedener Wellenpolarisation ist nun die eindeutigere Zuordnung der Radarechos möglich.

Täglich werden etwa zehn Menschen - darunter auch Kinder - durch Landminen und andere Sprengkörper verletzt oder getötet, wie der "Landmine and Cluster Munition Monitor" in seinem Bericht 2015 feststellt. Die Dunkelziffer der noch vergrabenen Blindgänger ist sehr hoch, so dass diese auch lange nach dem Ende eines militärischen Konflikts eine permanente Gefahr darstellen. Für den Wiederaufbau des Landes und die ungefährdete Rückkehr von Flüchtlingen ist es erforderlich, die im Boden verborgenen Sprengkörper zu räumen. Das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) hat daher ein Radar-basiertes Verfahren entwickelt, das die schnelle, sichere und kostengünstige Detektion von Landminen ermöglichen soll: "TIRAMI-SAR".

Einsatzkräfte können damit erstmals Areale von bis zu hundert Quadratmetern Größe innerhalb weniger Minuten untersuchen. Mit herkömmlichen Methoden sind in dieser Zeit nur Suchvorgänge von wenigen Quadratmetern möglich. Bislang werden neben Spürhunden vor allem Metalldetektoren oder punktuell arbeitende Bodenradare eingesetzt. Zudem beeinträchtigen Faktoren wie Bodenbeschaffenheit, Bodenfeuchte oder Materialeigenschaften der Minen die Leistungsfähigkeit aller Verfahren. Hierbei erweist sich die starke Flächenleistung von TIRAMI-SAR als besonderer Vorteil: Die damit gefundenen Objekte können nochmals gezielt mit anderen Sensoren untersucht werden. Dies erhöht die Verlässlichkeit des Radars zur Detektion von vergrabenen Landminen oder verschütteten Blindgängern.

Das neuartige Bodenradar und Detektionsverfahren wurde im Rahmen des EU-Projektes Project TIRAMISU: Humanitarian Demining Toolbox(Toolbox Implementation for Removal of Anti-personnel Mines, Submunitions and Unexoploded Ordnance) vom DLR-Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme entwickelt, aufgebaut und getestet. Die Leistungsfähigkeit von TIRAMI-SAR konnten die Entwickler in mehreren Experimenten demonstrieren – zuletzt im September 2015 auf einem Testgelände der belgischen Minenräumeinheit DOVO/SEDEE in Meerdael. Die herausragenden Ergebnisse wurden nun beim Projektabschluss-Meeting vor den Verantwortlichen der Europäischen Union am 19. Februar 2016 in Brüssel vorgestellt.

Sichere Suche und hochgenaue Analyse

Das Radarsystem ist derzeit so aufgebaut, dass es auf der Ladefläche eines Kleinlastwagens Platz findet und mit mehreren Sende- und Empfangsantennen ausgestattet ist. Die Antennen arbeiten im Ultrahochfrequenz-Bereich zwischen 500 Megahertz und 3 Gigahertz und sind seitwärts schräg nach unten gerichtet. So können sich die Einsätzkräfte mit dem Fahrzeug auf sicherem Terrain fortbewegen, während das Radar ein nahegelegenes kontaminiertes Gebiet abtastet.

Jedes Objekt, jeder Boden – jede Oberfläche – reflektiert Radarsignale in unterschiedlicher Intensität. Alle während der Entlangfahrt aufgenommenen Radarechos verarbeitet TIRAMI-SAR dann mithilfe ausgeklügelter Algorithmen zu "Intensitätskarten". Mit dem hier entwickelten Verfahren erst ist es möglich, großflächige Areale auf verdächtige Objekte hin schnell und effizient zu untersuchen. TIRAMI-SAR macht dabei sichtbar, was sich auf und unter der Erdoberfläche befindet.

Sicherheitsforschung

In der Sicherheitsforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt werden die Forschungs- und Entwicklungsaktivitäten mit verteidigungs- und sicherheitsrelevantem Bezug in Abstimmung mit den Partnern in Staat, Wissenschaft, Industrie und internationalen Organisationen geplant und gesteuert. Der Querschnittsbereich Sicherheitsforschung verknüpft dabei die Kernkompetenzen aus den etablierten DLR-Programmen der Luftfahrt, Raumfahrt, Energie und des Verkehrs. Insgesamt mehr als zwanzig DLR-Institute und -Einrichtungen liefern im Rahmen ihrer sicherheitsrelevanten Arbeiten Beiträge zur Entwicklung, Erprobung und Bewertung von Technologien, Systemen und Konzepten sowie zur Analyse- und Bewertungsfähigkeit hinsichtlich sicherheitsrelevanter Anwendungen.

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    Institut für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme, Aufklärung und Sicherheit
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