Wehrwissenschaftliche Forschung Jahresbericht 2012

Forschungsaktivitäten 2012
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Dipl.-Ing. Stephan Dill
Deutsches Zentrum für Luft- und
Raumfahrt,
Institut für Hochfrequenztechnik und
Radarsysteme, Oberpfaffenhofen
stephan.dill@dlr.de
SUMIRAD – ein schneller MMW-Radiometerscanner zur verbesserten
Aufklärungsfähigkeit militärischer Fahrzeuge
Heutzutage müssen Streitkräfte in unterschiedlichen Einsatzszenarien
bestehen. In urbaner Umgebung ist der Führer
der Vorhut eines Konvois mit einer komplexen Bedrohungssituation
konfrontiert. Erkennung von Bedrohungen durch
geeignete Aufklärungssensoren ist daher wichtig. Das Institut
für Hochfrequenztechnik und Radarsysteme des Deutschen
Zentrums für Luft-und Raumfahrt (DLR) hat hierfür das
SUMIRAD-System entwickelt, ein radiometrisches Abbildungsgerät
im Millimeterwellenbereich (MMW) zur fahrzeuggestützen
Aufklärung.
Dr. Markus Peichl
Deutsches Zentrum für Luft- und
Raumfahrt,
Institut für Hochfrequenztechnik und
Radarsysteme, Oberpfaffenhofen
markus.peichl@dlr.de
Für Militärfahrzeuge besteht in urbaner Umgebung häufig
eine asymmetrische Bedrohung durch sogenannte IED
(Improvised Explosive Devices – unkonventionelle Sprengoder
Brandvorrichtungen), die in vielen Ausführungsformen
existieren. Um riskante Situationen zu vermeiden ist eine
möglichst vorausschauende Kenntnis der aktuellen Bedrohungslage
notwendig. Daher sollte der Konvoiführer durch
echtzeitfähige Aufklärungsinformationen aus seiner näheren
Umgebung über ein geeignetes Mensch-Maschine-Interface
(MMI) unterstützt werden.
Im Rahmen des SUM-Projekts (Surveillance in an Urban environment
using Mobile sensors) wurde von vier europäischen
Partnern (u.a. das DLR) ein kostengünstiges, fahrzeugmontiertes
Multisensor-System entwickelt, das auch unter widrigen
Sichtbedingungen arbeiten kann (z.B. Nebel, Regen, Staub,
Rauch). Das System umfasst optische Kameras im sichtbaren
und infraroten Wellenlängenbereich, deren Bilder leicht vom
Operateur interpretiert werden können. Zusätzlich sind
ein abbildendes Radar und ein abbildendes Radiometer im
MMW-Bereich unter nahezu allen Sicht- und Wetterbedingungen
einsatzfähig und können komplementäre Information
liefern, die eine Art von 3D-Abbildung und die Nutzung
des Eindringvermögens von Mikrowellen erlauben. Die verfügbaren
Sensordaten werden durch hochentwickelte Datenfusion
so kombiniert, dass nur relevante Informationen
extrahiert und auf dem MMI angezeigt, sowie die Genauigkeit
und Verlässlichkeit der einzelnen Sensoren gesteigert wird.
Zur beabsichtigten Anwendung wird das SUM-System gemäß
Abbildung 1 auf einem Fahrzeug montiert und beobachtet
fortwährend das interessierende Szenario. Das abbildende
Radiometersystem SUMIRAD bietet den Vorteil, Objekte oder
Personen unter atmosphärischen Sichteinschränkungen sowie
hinter nichtmetallischen Materialien wie z. B. Kleidung oder
dünnen dielektrischen Wänden oder leichter Vegetation
detektieren zu können.
SUMIRAD ist gemäß Abbildung 2 als leichtgewichtiges vollmechanisches
Scannersystem mit nur zwei Radiometerempfängern
ausgeführt, welches die Abdeckung eines großen
Gesichtsfeldes mit hoher Leistungsfähigkeit bei geringen
Systemkosten erlaubt. Die innovative Scanmechanik ermöglicht
die fortwährende Aufnahme quasi-optischer
Mikrowellenbilder in nahezu Echtzeit.
Zur finalen Systemdemonstration mit bewegtem Fahrzeug
wurden gemäß Abbildung 3 alle SUM-Sensoren auf das Dach
eines Unimog-LKW montiert. Als Versuche wurde eine Vielzahl
von Objekten zur IED-Simulation in verschiedenen Szenarien
ausgewählt. Die Abbildungen 4a bis 4c zeigen das softwareautomatisierte
Detektionsergebnis eines solchen Szenarios mit und
ohne Bedrohung. Abbildung 4a zeigt das optische Bild der
Szene mit einer Kartonschachtel neben dem rechten Straßenrand.
Abbildung 4b zeigt das zugehörige Radiometerbild,
wobei hier die Schachtel leer war (also keine Bedrohung) und
sich damit kaum vom Hintergrund unterscheiden lässt.
Auch die Straße, der Grasbereich sowie Gebäude sind im Bild
deutlich zu identifizieren. Abbildung 4c zeigt das identische
Szenario, wobei hier die Schachtel mit einem metallischen
Gegenstand als möglichem IED (also als Bedrohung) gefüllt
ist. Nun ist die Signatur der Schachtel deutlich vom Hintergrund
separierbar, was als ein Indiz für eine mögliche Bedrohung
gedeutet werden kann. In den zugehörigen optischen
Bildern ist dazu aber kein Unterschied feststellbar.
Das Projekt wurde von der European Defence Agency (EDA)
im Rahmen des Joint Investment Program on Force Protection
(JIP-FP) gefördert. Der finale Systemdemonstrator wurde von
EDA und weiteren militärischen Beobachtern als erfolgreich
bewertet. Zukünftige Aktivitäten sollten sich auf die Systemoptimierung
hinsichtlich eines volloperationellen Reifegrades
konzentrieren.
Abb. 1: Illustration zum beabsichtigten Betrieb
des SUM-Systems
Abb. 2: Photographie des aufgebauten
SUMIRAD-Systems
Abb. 3: Installation des SUM-Systemdemonstrators
auf einem militärischen
Fahrzeug
Abb. 4a: Videoaufnahme eines Szenarios mit
einer Kartonschachtel als Testobjekt für eine
mögliche Bedrohung am Straßenrand
Abb. 4b: Zugehöriges Radiometerbild mit leerer
Schachtel (simuliert keine Bedrohung)
Abb. 4c: Zugehöriges Radiometerbild
mit Metallobjekt in der Schachtel
(simuliert eine Bedrohung)