Stepped-Frequency-Radar vom Hubschrauber

Antennen des SFR-Hubschraubersystems Quelle: BGR

Sende- und Empfangseinheit, Datenerfassung und GPS des SFR-Hubschraubersystems Quelle: BGR

Der Einsatz von Radarmessungen (EMR beziehungsweise GPR) nimmt im geowissenschaftlichen Bereich in den letzten Jahren immer mehr zu. Bei der Lösung ingenieurgeologischer und hydrogeologischer Fragestellungen ist vor allem der oberflächennahe Bereich von Interesse. Ein hubschraubergestütztes Georadar für oberflächennahe Strukturuntersuchungen kann das vorhandene Methodenspektrum der Aerogeophysik sinnvoll ergänzen und damit den Einsatzbereich der Hubschraubergeophysik erweitern.

Der hubschraubergestützte Einsatz von Radar-Systemen beschränkte sich bis 2003 auf die Pulsradar-Technik zur Mächtigkeitsbestimmung polarer Gletscher. Für die geologische Erkundung der oberflächennahen Strukturen erweist sich dieses Verfahren wegen der begrenzten Auflösung als nur bedingt einsetzbar. Eine alternative Radartechnologie bietet sich mit dem Stepped-Frequency-Radar (SFR) an. Dieses Radarverfahren bietet die Möglichkeit, durch die kontrollierte Bandbreite der Messfrequenz eine bessere Auflösung und Erkundungstiefe zu erreichen.

Im Gegensatz zu klassischen Pulsradarsystemen arbeitet das Stepped-Frequency Verfahren mit Radarsignalen konstanter Amplitude. Während die Pulsradarsysteme die zur Entfernungsauflösung notwendige Frequenzbandbreite über das Pulsspektrum aufbringen, wird beim Stepped-Frequency Verfahren die Bandbreite durch Veränderung der Radarfrequenz sequentiell aufgebaut.

Im Empfangszweig werden Amplitude und Phase einer jeden Echofrequenz gemessen und über eine IFFT (Inverse Fast Fourier Transformation) in den Zeitbereich gewandelt. Da die Stepped-Frequency-Technik zudem nur sehr geringe Senderleistungen benötigt, eignet sich dieses Verfahren vor allem für Einsätze, bei denen eventuelle Störeinflüsse auf andere technische Anlagen zu vermeiden sind.

Benutzeroberfläche zur Steuerung und Datenregistrierung des SFR Quelle: BGR

Das Bild links zeigt im Fenster der Benutzeroberfläche das Radargramm (1) eines kurzen Profils. Das Radargramm setzt sich zusammen aus berechneten Spuren (2) im Zeitbereich, die aus den im Frequenzbereich (3) erfassten Spuren generiert werden.

Erste Ergebnisse von Testflügen zeigen, dass das SFR-System auch geringmächtige Strukturen im Untergrund auflösen kann.

SFR Radargramm eine Fluges im Gebiet Nordholz mit erfasster Rinnenstruktur Quelle: BGR