Sicherheit

Sensoren für Sicherheit und Schutz

Moderne Städte fordern neuartige Infrastruktur- und Sicherheitskonzepte. Ein Schwerpunkt des Fraunhofer FHR liegt daher auf der Erforschung von kompakten und autonomen Sensoranwendungen zur Unterstützung von Polizei und Rettungskräften.

Großveranstaltungen, Verkehrsknotenpunkte, öffentliche Plätze – Orte, an denen Sicherheit ein essenzielles Element ist. Bei der Erforschung dieser Thematik setzt das Fraunhofer FHR auf seine umfassende Expertise in der Hochfrequenz- und Radartechnik. Denn mittels Radar können Objekte berührungslos erkannt und durchleuchtet werden.

Die so erzeugten Bilder helfen Einsatzkräften, sich ein umfassendes Lagebild zu machen. Insbesondere beim Schutz großer und unübersichtlicher Areale (z. B. bei Großdemonstrationen oder Volksfesten) setzt die Polizei daher zunehmend auf mobile Sensorsysteme. Insbesondere ferngesteuerte Fluggeräte, sogenannte UAVs (Unmanned Aerial Vehicles), spielen eine immer größere Rolle.

Derzeit untersuchen die Wissenschaftler am Fraunhofer FHR abbildende Radar-Konzepte für solche luftgetragenen Systeme. Leicht, energieeffizient und günstig müssen sie sein. Erste Radare für UAVs, die mehr als fünf Kilogramm Zuladung tragen können, haben die Forscher bereits entwickelt. Damit lassen sich schnell und einfach Aufnahmen von urbanem Gelände oder Katastrophenlagen machen, beispielsweise unter Nutzung des SAR-Prinzips. Neben dem Einsatz bereits erforschter Abbildungsverfahren vollzieht das FHR zudem einen technologischen Wandel, hin zu kompakten MIMO-Radaren für die 3D-Abbildung mit kleineren UAVs.

Sensoranwendungen für anspruchsvolle Umgebungsbedingungen

Die Forscher beleuchten aber auch die Kehrseite der agilen Fluggeräte: UAVs sind verhältnismäßig preiswert und einfach zu beschaffen. Gerade auf Großveranstaltungen können selbst die kleinsten von ihnen schnell zur Gefahr werden. Wie ein Trojanisches Pferd können sie recht unbemerkt gefährliche Güter in Menschenmengen oder zu ausgesuchten Einzelpersonen transportieren, um dann dort Schaden anzurichten. Dieses Potenzial wurde beispielsweise deutlich, als Kleindrohnen  strategisch sensible Bereiche in Paris überflogen oder der Einsatz einer Drohne zum Abbruch eines EM-Qualifikationsspiels führte. Aber auch die Prävention von Wirtschaftsspionage sowie Kollisionsvermeidung sind aktuelle Fragestellungen für die Forscher.

Die Wissenschaftler untersuchen verschiedene Ansätze – vom Real Apertur Radar über Phased Arrays bis hin zu MIMO-Arrays – um unautorisierte Fluggeräte in einem Luftraum frühzeitig zu entdecken. Das Herzstück eines jeden Systems ist die geschickte Kombination physikalischer Prinzipien mit ausgereifter Signalverarbeitung. So können mittels Radar nicht nur Bilder einer Szene gemacht und Objekte detektiert werden, es lassen sich auch zeitliche Veränderungen, wie beispielsweise Bewegungen von Trümmerteilen, erfassen und analysieren. Darüber hinaus durchdringen Millimeterwellen Trübungen der Luft, beispielsweise durch Rauch oder Staub. Sie eignen sich somit auch für den Einsatz an nur schwer zugänglichen Unglücksorten mit widrigen Bedingungen, wie sie nach einem Hangrutsch oder einem Unfall in einem Verkehrstunnel herrschen. Mit Radar können Karten und Lagebilder erstellt werden, die von einem mobilen Roboter an die Einsatzkräfte übermittelt werden. So stehen diese wertvollen Informationen für die Einsatzplanung zur Verfügung. 

Die Wissenschaftler verfügen über mehr als 55 Jahre Erfahrung im Bereich der Hochfrequenz-Technologie, was das Fraunhofer FHR zu einem der führenden Radarforschungsinstitute in ganz Europa macht. Doch wissen die Forscher: In Zukunft sind Multisensor-Konzepte gefragt. Elektronische Spürnasen und künstliche Augen können unzählige Parameter erfassen: Gibt es Verletzte? Sind bei einem Brand giftige Dämpfe entstanden? Besteht Einsturzgefahr?

Lösungen: Funktional und wirtschaftlich

Die Informationen, die mit Radar gewonnen werden, lassen sich mit Hilfe weiterer Sensordaten zu umfassenden Lagebildern fusionieren. Darum kennen die Forscher am Fraunhofer FHR auch die Stärken anderer Sensorsysteme und entwickeln insbesondere für autonom agierende Roboter mit ihren Partnern Systeme, die nahezu das gesamte Spektrum an Sensorik abdecken. Ihr besonderes Augenmerk liegt neben der Performance auch auf der Wirtschaftlichkeit eines Systems.

Auf Basis von Silizium-Germanium (kurz SiGe) lassen sich kostengünstig hochintegrierte Chips in der Massenproduktion herstellen. In Kombination mit dem MIMO-Prinzip sind so preiswerte, aber effiziente Systeme realisierbar, die exakt auf ihren Einsatzzweck abgestimmt sind. Das Fraunhofer FHR verfügt neben dem nötigen Verständnis der technischen Grundlagen auch über das Wissen und die Ressourcen, solche Systeme zu entwerfen und zu bauen. Dabei kommen je nach Aufgabenstellung passive Verfahren wie die Radiometrie oder aktive Hochfrequenzsensoren zum Einsatz. Darum deckt das Institut das gesamte Spektrum des erforderlichen Know-hows ab. Seinen Kunden steht das Fraunhofer FHR aber nicht nur als Forschungsdienstleister, sondern auch als kompetenter Berater zur Seite. Durch den Aufbau einer SiGe-Kompetenz am Institut kann die Entwicklung neuer Systeme in Zukunft bereits beim Chipdesign beginnen und das Fraunhofer FHR so seinen Partnern alles aus einer Hand anbieten.

Ziel der Forschungsarbeiten am Fraunhofer FHR ist, auf Basis der Radar- und Hochfrequenztechnologie Unterstützungssysteme zu entwickeln, um Einsatz- und Rettungskräften bei ihrer riskanten Arbeit mehr Schutz bieten zu können und das Alltagsrisiko von Menschen zu reduzieren. Diese Systeme kommen in unterschiedlichsten Anwendungen zum Einsatz und machen das Verborgene sichtbar.