Emerging Technologies - Zukunftstechnologien

300-GHz-SAR-Messungen von Straßen und Fassaden

Straßenbereich mit Kennzeichnung eines Fahrradwegs. Risse im Asphalt wie auch bei der Markierung sind deutlich erkennbar.
© Foto Fraunhofer FHR

Straßenbereich mit Kennzeichnung eines Fahrradwegs. Risse im Asphalt wie auch bei der Markierung sind deutlich erkennbar.

Liegende Personen am Straßenrand in einem
© Foto Fraunhofer FHR

Liegende Personen am Straßenrand in einem 300-GHz-SAR-Bild.

Das Fraunhofer FHR hat mit dem 300-GHz-MIRANDA ein Radar mit der weltweit höchsten Auflösung von 3,5 mm entwickelt. Mit diesem gelingen Abbildungen von Straßen und auch Fassaden in nahezu optischer Qualität.

Das MIRANDA-300-System wurde entwickelt, um die Leistungsfähigkeit moderner abbildender Radar-Systeme nachzuweisen. Die große erreichbare Auflösung resultiert aus der hohen Bandbreite des Systems. Diese lässt sich erreichen, da bei den extrem hohen Arbeitsfrequenzen des Systems eine geringe relative Bandbreite zu einer hohen absoluten Bandbreite führt. So können Entfernungsauflösungen bis zu 3 mm erreicht werden. Für ein abbildendes System, bei dem das Radar quer zur Radar-Blickrichtung bewegt werden muss, ist zudem die Größe der Antennenöffnung ein entscheidendes Kriterium für die Auflösung. Da auf Grund der hohen Sendefrequenz von 300 GHz und der damit geringen Wellenlänge von etwa 1 mm auch eine sehr kleine Antennengröße gewählt werden kann, können auch in dieser Bildrichtung hohe Auflösungen erreicht werden. Zudem hat dies den Vorteil, dass die so entwickelten Gesamtsysteme extrem klein und handlich werden.

Für SAR-Messungen wird das System in einem Fahrzeug installiert, welches in einigen Metern Entfernung an der Messszene vorbeifährt. Verglichen mit einem Flugzeug hat diese Konfiguration den Vorteil, dass die Abweichungen von einer exakten linearen Bewegung kontrollierter stattfinden und das Fahrzeug langsamer bewegt werden kann. Trotzdem besteht ein wesentlicher Teil dieses Messsystems in einem hochpräzisen, GPS-gestützten Inertialsystem, welches die Eigenbewegung des Sensors aufzeichnet. In einer anschließenden Signalprozessierung werden diese Daten dann verwendet, um die Radardaten so zu korrigieren, als wäre die Trägerplattform vollkommen linear gefahren. So können auch mit der geringen verfügbaren Sendeleistung von etwa 3 mW kontrastreiche und höchstauflösende Aufnahmen erstellt werden.

Die Messungen können genutzt werden, um hochauflösende Aufnahmen der Straße sowie der darauf befindlichen Objekten anzufertigen. Selbst dünne Schichten wie die Markierungen auf Straßen lassen sich deutlich erkennen. In der Abbildung ist ein solches SAR-Bild gezeigt. Zu sehen ist ein Straßenbereich, auf dem mit Farbe dünne Markierungen angebracht wurden. Da diese schon sehr alt sind, können deutlich Risse in den Markierungen erkannt werden. Ebenfalls können unterschiedliche Teile der Straße und des Belags untersucht werden, so dass Risse und fehlerhafte Ausbesserungen hervortreten. 

In der oben beschriebenen Messanordnung wurden ebenfalls Personen abgebildet. Diese lagen dafür auf einem Streifen neben dem Messfahrzeug. Die Abbildung entstand mit einer Messzeit von nur wenigen Sekunden. Auf 300-GHz-SAR-Bildern mit dieser Auflösung kann man nicht nur deutlich einzelne Personen erkennen, sondern auch zum Beispiel Gürtelschnallen.

Durch Umkehrung der Messgeometrie, so dass der Sensor nach oben statt nach unten blickt, können auch Objekte abgebildet werden, an denen das Messfahrzeug vorbeifährt. So können Häuserfassaden mit hoher Auflösung bildlich dargestellt und anschließend untersucht werden. Dabei helfen auch die speziellen Eigenschaften der Millimeterwelle, die zum einen äußerst empfindlich auf kleinste Strukturänderungen reagiert, zum anderen dünne nichtmetallische Schichten durchdringen kann. Damit lassen sich unter bestimmten Umständen auch Aussagen über die darunter liegenden Strukturen treffen. So erkennt man beispielsweise auf Bild 3 deutlich die Strukturen der Wände und kann unterschiedliche Materialien unterscheiden.