Verteidigung

ABSTANDSWIRKSAME PERSONENKONTROLLE MIT TAARDIS

Im EDA-Projekt TIPPSI (THz Imaging Phenomenology Platforms for Stand-off IED Detection) wurden zukünftiger Ansätze für abstandsfähige Personenscanner ausgelotet. Fraunhofer IAF und Fraunhofer FHR trugen das passive Millimeterwellen-System TAARDIS (Terahertz Accelerated Aperture Remote Detection Imaging Scanner) bei.

© Foto Fraunhofer FHR

TAARDIS-Personenscan in 20 m Abstand, 94 GHz-Kanal.

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Personenscans

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Weitbereichs-Scan bei 220 GHz mit TAARDIS.

Passiver Millimeterwellen-Scanner TAARDIS

Für den passiven Scanner wurden in Zusammenarbeit zwischen Fraunhofer IAF und Fraunhofer FHR hochempfindliche und breitbandige Empfänger bei 94 GHz, 220 GHz und 300 GHz erforscht. Die reinen Empfangskanäle mussten mit einer abbildenden Optik ergänzt werden. Diese fokussiert die empfangenen Millimeterwellen und leitet sie richtungsabhängig in die Empfangskanäle, was ein Abscannen des Bildbereichs ermöglicht. Das Scanverfahren ist derart gestaltet, sodass sich mit wenigen Kanälen und einem mechanischen Scan bereits das Funktionsprinzip des Systems demonstriert werden konnte. Mit mehr verfügbaren Empfängern wurde die Notwendigkeit mechanischen Scannens reduziert, was die Abbildungsgeschwindigkeit erhöht. Möglich wird dies auf Basis des konfokalen Gregorianischen Offset-Reflektor-Systems, wie es mit dem TAARDIS-Scanner in einer Variante mit fünf Spiegeln realisiert wurde.

Eine wichtige Anforderung des TIPPSI-Projektes bestand darin, Personenscans in größeren Abständen durchzuführen, als es bei den rein zivilen Sicherheitsscannern derzeit üblich ist: Mit TAARDIS wird ein vordefiniertes Volumen statt in nur 1 m Entfernung im Bereich von 5 m bis 50 m abgetastet. Um auch in solchen Abständen Personen und zumindest große Fremdkörper entdecken zu können, wurde das TAARDIS-System mit einer Apertur von 90 cm Durchmesser ausgestattet, welche sich optional noch vergrößern lässt.

Angestrebt ist eine Bildwiederholrate von 1 Hz, was sich mit einer optimierten Scan-Mechanik sowie in einer Konfiguration ab sechs Empfangskanälen realisieren lässt. Da in einigen der hergestellten Kanäle jedoch noch nicht die erforderliche Kurzzeitstabilität realisiert werden konnte, wurden die Ergebnisse für TIPPSI mit reduzierter Wiederholrate gemessen. Die fehlenden Kanäle werden nun nach und nach stabilisiert und dem System hinzugefügt. Abschließend erfolgt eine weitere Optimierung der scannenden Mechanik.

Ergebnisse des TIPPSI-Projekts

Aus vorherigen Arbeiten ist bekannt, wie stark die Orientierung der zu messenden Person sowie der zu detektierenden Objekte zueinander sowie zum Scanner das Detektionsergebnis beeinflussen kann. Da im Rahmen von TIPPSI zwei Scannersysteme und eine Simulationsumgebung verglichen werden sollten, wurde an der Wojskowa Akademia Techniczna (WAT) in Warschau eigens ein realistisches Modell eines menschlichen Körpers erstellt. Es verfügt über ein verteiltes Heizsystem, wodurch sich auf der Oberfläche eine Temperaturverteilung sehr ähnlich der menschlichen Haut herstellen lässt. Dieses Modell wurde für Messungen an das Fraunhofer FHR sowie an das FOI (Totalförsvarets forskningsinstitut) nach Schweden verteilt. Auch als 3D-Modell erhielt es Einzug in die am FOI erarbeitete Simulationskette. Diese Simulationsumgebung verbindet 3D-animierte Personen, eine aufwändige Kleidungsmodellierung sowie eine Mischung von am Körper getragenen Objekten, z. B. Mobiltelefonen und IEDs (improvised explosive devices), mit einer dreidimensionalen Simulation für aktive und passive Millimeterwellenscanner. Die spezifischen Abbildungseigenschaften der Scanner werden dabei ebenso berücksichtigt wie die vom WAT erstellte Materialdatenbank. Auch wenn der Fall bewegter Personen mit diesem beheizbaren Modell nicht untersucht werden konnte, die weitgehende Übereinstimmung der Simulationen mit den Messergebnissen für statische Szenen zählt zu den großen Erfolgen des TIPPSI-Projekts. Der aktive Scanner entstand hierbei in enger Kooperation zwischen der THz Sensing Group der TU Delft, zuständig für die Imager-Optik, sowie dem Terahertz and Millimetre Wave Laboratory der Universität Chalmers, welches die 220 GHz Radarmodule lieferte. Die Systemintegration fand wiederum am FOI statt. Das niederländische TNO steuerte eine detaillierte Analyse bei, mit welchen Mitteln der bestehende aktive Scanner um eine MIMO-Anordnung ergänzt werden kann, was einen Großteil der mechanischen Abtastbewegungen überflüssig machen soll.  

Abschlussdemonstration in Warschau

Zum Ende des TIPPSI-Projekts wurden abschließende gemeinsame Messungen beider Scanner mit dem beheizbaren Modell durchgeführt und die Ergebnisse mit den Simulationen verglichen. Diese Arbeiten fanden im September 2016 statt. Ende Oktober 2016 schließlich wurden die erzielten Ergebnisse in Warschau präsentiert. Nicht zuletzt durch die abrundende Live-Demonstration wurde den Gutachtern präsentiert, welche herausragenden Resultate im Rahmen von TIPPSI erarbeitet worden sind.