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Signalverarbeitungskonzepte zur Minendetektion mittels drohnengestütztem Ground Penetrating Synthetic Aperture Radar

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schartel_diss.pdf (18.60Mb)
Erstveröffentlichung
2021-02-05
Authors
Schartel, Markus
Referee
Waldschmidt, Christian
Hasch, Jürgen
Dissertation


Faculties
Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Informatik und Psychologie
Institutions
Institut für Mikrowellentechnik
External cooperations
Urs Endress Foundation
Series
Schriftenreihe des Instituts für Mikrowellentechnik ; 9
Waldschmidt, Christian (Hrsg.)
Universität Ulm / Institut für Mikrowellentechnik (Hrsg.)
Abstract
Die humanitäre Minenräumung ist langsam, teuer und gefährlich. Das am häufigsten eingesetzte technische Hilfsmittel ist ein Metalldetektor, der in unmittelbarer Nähe der Mine eingesetzt werden muss. Ziel dieser Arbeit war die Erforschung und Entwicklung der Signalverarbeitungskette für ein Ground Penetrating Synthetic Aperture Radar, das an einer autonom fliegenden Plattform befestigt und zur gefahrlosen Detektion von Stolperdrähten, vergrabenen Antipersonenminen und anderer Sprengkörper eingesetzt werden kann. Das entwickelte Messsystem besteht aus einem Hexacopter, einem 2x2-Radar, das im Frequenzbereich 1GHz–4GHz arbeitet, und einer hochgenauen Lokalisierungseinheit. Für die Detektion von Stolperdrähten wird in dieser Arbeit eine lineare Bewegung mit dem seitlich zur Flugrichtung ausgerichteten Radar genutzt, um einen hohen Flächendurchsatz zu erzielen. Neben dem Einfluss des Einfallswinkels der elektromagnetischen Welle wurde auch der Einfluss der Drahtlänge und Vegetation messtechnisch untersucht. Diese Ergebnisse bildeten den Ausgangspunkt für die Entwicklung eines Algorithmus auf Basis einer modifizierter Radon-Transformation, der zur automatischen Detektion von Stolperdrähten angewandt werden kann. Zur Erhöhung der Detektionswahrscheinlichkeit vergrabener Objekte wird die Flexibilität der Drohne ausgenutzt, beliebige Trajektorien abfliegen zu können. Durch kreisförmige Überflüge in unterschiedlichen Höhen wird die Winkeldiversität und anschließend durch die kohärente Überlagerung der Daten das Signal-zu-Clutter-Verhältnis erhöht, sodass vergrabene Landminen als auch Bestandteile von improvisierten Sprengkörpern detektiert werden können. Die ersten Messergebnisse verifizieren den Systemansatz und demonstrieren, dass Sprengkörper und deren Bestandteile auf und unter der Erdoberfläche detektiert und zentimetergenau lokalisiert werden können.
Date created
2020
Subject headings
[GND]: Landmine | Elektromagnetische Reflexionsmethode | FMCW-Radar | Signalverarbeitung | Drohne (Flugkörper) | Minenräumung
[LCSH]: Synthetic aperture radar | Signal processing
[Free subject headings]: UAS | GPR | FMCW | GPSAR | IED
[DDC subject group]: DDC 620 / Engineering & allied operations
License
CC BY-NC-ND 4.0 International
https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/

Metadata
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DOI & citation

Please use this identifier to cite or link to this item: http://dx.doi.org/10.18725/OPARU-34958

Schartel, Markus (2021): Signalverarbeitungskonzepte zur Minendetektion mittels drohnengestütztem Ground Penetrating Synthetic Aperture Radar. Open Access Repositorium der Universität Ulm und Technischen Hochschule Ulm. Dissertation. http://dx.doi.org/10.18725/OPARU-34958
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