Sicherheit

TeraSCREEN - Schnelle Sicherheitskontrollen an Flughäfen

Verteilung der Partnerinstitutionen in Europa.
© Foto Fraunhofer FHR

Verteilung der Partnerinstitutionen in Europa.

CAD-Zeichnung einer Antennenkassettenhälfte.
© Foto Fraunhofer FHR

CAD-Zeichnung einer Antennenkassettenhälfte.

Ein vielversprechender Ansatz für die schnelle Untersuchung bewegter Personen an Flughäfen, erreicht durch die Verbindung aktiver und passiver Hochfrequenztechnik in unterschiedlichen spektralen Bändern.

Europäisches Verbundprojekt

Das Akronym TeraSCREEN steht für das Forschungsprojekt Multi-Frequency Multi-Mode TeraHertz screening for border checks und bezeichnet ein europäisches Verbundprojekt mit dem Schwerpunkt der Passagieruntersuchung im Bereich der Sicherheitsschleusen an Flughäfen. Das Verbundprojekt besteht aus insgesamt 12 Partnerinstitutionen, welche sich über 6 Länder Europas verteilen (Abb. 1). Im Rahmen des Projektes sollen ein passiver Scanner bei 94, 220 und 360 GHz sowie und ein aktiver Scanner aufgebaut werden. Der aktive Scanner bei einer Mittenfrequenz von 360 GHz wird am Fraunhofer FHR konzipiert, entwickelt und aufgebaut und soll zur Messung bewegter Personen eingesetzt werden.

Konzept des aktiven Scanners

Die Messung bewegter Personen stellt eine Herausforderung für die hochauflösende Untersuchung und Detektion versteckt getragener Gegenstände dar. Dies gilt im Besonderen, wenn solche Messungen in dem vorgesehenen Frequenzbereich von 360 GHz durchgeführt werden sollen. Für diesen spektralen Bereich gibt es zum einen nach heutigem Stand der Technik kaum Hochfrequenzbauteile, zum anderen nähert sich der hohlleitergeführte Transport elektromagnetischer Wellen physikalischen Grenzen in der Fertigungstechnik. Weiterhin muss innerhalb kürzester Zeit der gesamte Körper hochaufgelöst abgebildet werden – und das mit einem System, welches aus einigen wenigen Hochfrequenzpixeln besteht. Eine vollbesetzte Pixelmatrix würde in diesem Frequenzbereich jedweden ökonomischen Ansatz zunichte machen.

Trotz dieser schwierigen technologischen Rahmenbedingungen kann durch den klugen Einsatz spezieller Abbildungsverfahren ein hochaufgelöstes Bild der bewegten Person erzeugt werden. Im vorliegenden Fall wurde ein mechanisch geschwenkter MIMO-Ansatz mit 16 Sendern und 16 Empfängern gewählt. Diese werden so angeordnet, dass mit Hilfe einer geeigneten Schaltmatrix zur Steuerung der Sender und Empfänger ein Antennenarray mit 256 virtuellen Antennen entsteht. Dieses Array wird quer zur Person ausgerichtet, sodass die Breite der Person mit Pixelbreiten in der Größenordnung von wenigen Millimetern dargestellt wird. Die auf diese Weise erzeugte Bildzeile wird dann mit Hilfe einer mechanischen Schwenkeinrichtung über die Person geführt, sodass im Bruchteil einer Sekunde ein komplettes Bild der Person entsteht. Durch die zu Grunde liegende Betriebsart des frequenzmodulierten, kontinuierlich strahlenden FMCW-Radars (Abb. 2) mit einer sehr hohen Bandbreite von 30 GHz wird weiterhin ein enormer Detailgrad in der Tiefenauflösung erreicht.  

Design der Hochfrequenztechnik

Im gesamten Entwicklungsprozess ist das Design der Hochfrequenztechnik ein besonders herausfordernder Aspekt. Basierend auf dem MIMO-Konzept wurde eine Antennenkassette entwickelt, welche die insgesamt 32 Antennenstrukturen beinhaltet sowie für einen Transport der elektromagnetischen Welle in der Antennenkassette von der Antenne zum standardisierten Flansch durch komplexe Hohlleiterstrukturen sorgt. Die Herausforderung bei diesem Design sind die für diesen Frequenzbereich minimalen Abmessungen der Hohlleiter, welche teilweise schon im Submillimeterbereich liegen. Das bedeutet konkret, dass die mechanischen Fertigungsmöglichkeiten beim Design der im Splitblockverfahren aufgebauten Antennenkassette (siehe Abb. 3) berücksichtigt werden müssen.

Die Hochfrequenztechnik besteht aber nicht nur aus dem aufwändigen Antennenkonzept, sondern aus einem massiven Aufwand an weiteren Elementen, wie beispielsweise dem Basis-FMCW-Modul. Die weiterhin benötigten Elemente wie Frequenzvervielfacher, Power Amplifier und Subharmonische Mischglieder werden von Projektpartnern entwickelt und zur Verfügung gestellt. Die Integration des Systems sowie dessen Charakterisierung wird am Fraunhofer FHR durchgeführt.

Projektziele

Das internationale Projekt verfolgt einige wichtige Ziele. Beispielsweise sollen mit dem neuen Ansatz zukünftig die Sicherheitsschleusen an Flughäfen sicherer und vor allem schneller und unter Wahrung der Privatsphäre arbeiten. Weiterhin sollen durch die technologische Erschließung neuer Frequenzbereiche neue Grundlagen und Verfahren generiert werden, welche der europäischen Gesellschaft im Allgemeinen zu Gute kommen.