Signalverarbeitungskonzepte zur Minendetektion mittels drohnengestütztem Ground Penetrating Synthetic Aperture Radar

Erstveröffentlichung
2021-02-05Authors
Schartel, Markus
Referee
Waldschmidt, ChristianHasch, Jürgen
Dissertation
Faculties
Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Informatik und PsychologieInstitutions
Institut für MikrowellentechnikExternal cooperations
Urs Endress FoundationSeries
Schriftenreihe des Instituts für Mikrowellentechnik ; 9
Waldschmidt, Christian (Hrsg.)
Universität Ulm / Institut für Mikrowellentechnik (Hrsg.)
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
Metadata
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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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