Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kompaktes Radar mit Durchblick

20.03.2013
Durch Holz, Pappe oder Kunststoff schauen – das gelingt dem menschlichen Auge nicht. Was uns verborgen bleibt, macht ein kompaktes, modular aufgebautes Radar sichtbar: Der Millimeterwellensensor durchdringt nicht transparente Stoffe.

Er sendet im Hochfrequenzbereich zwischen 75 und 110 GHz und eignet sich für unterschiedlichste Anwendungsbereiche – von der Flugsicherheit über die Logistik und Industriesensorik bis hin zur Medizintechnik. Einen Prototyp des Radars präsentieren Fraunhofer-Forscher vom 8. bis 12. April auf der Hannover Messe in Halle 2, Stand D18.


Das W-Band-Radar ist mit einer breitbandigen 3-Kanal-Antenne mit dielektrischen Linsen ausgestattet. © Fraunhofer IAF

Langsam, ganz langsam nähert sich der Rettungshubschrauber der Bergwacht der Unfallstelle. Kurz zuvor war ein Notruf von zwei Schneeschuhwanderern am Stützpunkt eingegangen. Einer der beiden Männer hatte sich verletzt, ein Abstieg war nicht mehr möglich. Vorsichtig setzt der Pilot zur Landung an. Ein riskantes Manöver – Neuschnee erschwert den Landeanflug. Durch den Rotorabwind wird der weiche, lockere Schnee aufgewirbelt, binnen Sekunden bildet sich eine Schneeglocke um den Hubschrauber. Bei diesem Whiteout verliert der Pilot jeden Bezugspunkt, er weiß nicht mehr, ob es bergauf oder bergab geht.

Künftig sollen solche schwierigen Landemanöver problemlos gelingen: Forscher vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF, für Produktionstechnik und Automatisierung IPA sowie für Zuverlässigkeit und Mikrointegration IZM entwickeln gemeinsam ein Radar, das trotz Schneewolken, Staub oder Nebel exakte Höhen- und Bodenabstandsdaten als Landehilfe liefert.

Dieses Radar arbeitet mit Millimeterwellen im Frequenzbereich von 75 bis 110 GHz – dem W-Band – und kann selbst bei schwierigen Sichtverhältnissen auch kleine Objekte aus der Distanz erkennen. Die Reichweite beträgt bis zu drei Kilometer. Im Gegensatz zu optischen Sensoren durchleuchtet der Millimeterwellensensor alle dielektrischen, also elektrisch schwach- oder nichtleitenden, nichtmetallischen und nicht transparenten Stoffe wie Kleidung, Kunststoffplatten, Papier, Holz oder eben Schnee und Nebel.

Dies prädestiniert das W-Band-Radar für vielfältige Anwendungsmöglichkeiten, die von der Verkehrskontrolle über die Medizintechnik bis hin zur Logistik und Industriesensorik, etwa zur Überwachung von Containerhäfen oder von Produktionsprozessen reichen. »Überall dort, wo andere Sensortechnologien in Herstellungsprozessen aufgrund von hohen Temperaturen oder eingeschränkter Sicht versagen, kann das W-Band-Radar eingesetzt werden. So eignet es sich etwa als Füllstandsensor in Mehlsilos, wo es beim Einfüllen der Schüttware zu starker Staubbildung kommt«, erläutert Dr. Axel Hülsmann, Ingenieur am IAF. Ein weiterer Vorteil des Geräts: Im Gegensatz zu Röntgenscannern ist es nicht gesundheitsschädlich, es arbeitet mit kurzwelligen Strahlen im Millimeterbereich. Die Sendeleistung liegt bei 10 Milliwatt. Zum Vergleich: Die eines Handys rangiert bei 1000 Milliwatt.

Nicht größer als eine Zigarettenschachtel

Bisherige Radarsysteme – basierend auf Keramiksubstraten – sind teuer, groß und vier bis fünf Kilo schwer. Die Einsatzmöglichkeiten sind begrenzt, sie konzentrieren sich vor allem auf den militärischen Bereich. Die Entwicklung der Fraunhofer-Forscher hingegen ist modular aufgebaut, kostengünstig, energieeffizienter, höher auflösend und universell einsetzbar. Mit der neuartigen Technologie lässt sich der Frequenzbereich um 100 GHz und höher problemlos adressieren.

Durch die kürzeren Wellenlängen von rund drei Millimeter fällt das W-Band-Radar kompakt aus. Das komplette System aus Galliumarsenid-Halbleitertechnik ist nicht größer als eine Zigarettenschachtel. Neben der digitalen Signalverarbeitung enthält es ein Hochfrequenzmodul, einen Signalprozessor sowie eine Sende- und Empfangsantenne mit dielektrischen Linsen. »Da wir eine dielektrische Antenne verwenden, ist der Öffnungswinkel frei wählbar. Wir können also sowohl große Flächen im Nahbereich erfassen als auch kleine, weit entfernte Objekte«, sagt Hülsmann. So sei es ohne weiteres möglich, einen mehrere hundert Meter breiten Zaun zu überwachen, etwa am Hamburger Containerhafen. »Überwachungskameras liefern bei dichtem Nebel, wie er oft am Elbehafen vorherrscht, keine hochauflösenden Bilder mehr. Daher patroullieren bei Schlechtwetterlage häufig Sicherheitskräfte mit Hundestaffeln«, weiß der Forscher.

Nach dem Vorbild der Fledermaus

Doch wie funktioniert der Millimeterwellensensor? »Im Prinzip lässt sich unser System mit dem der Fledermaus vergleichen. Die Ultraschall-Laute, die Fledermäuse ausstoßen, werden von Mauern, Ästen, Drähten, Motten und Mücken echoartig zurückgeworfen. An diesen Echos hören Fledermäuse, was sich vor ihnen befindet und unterscheiden Beute von Hindernissen. Wäre nichts im Weg, käme auch kein Echo zurück. Sie sehen also mit den Ohren«, erklärt Hülsmann. »Unser Radar sendet Signale aus, die von den beobachteten Objekten reflektiert werden. Sende- und Empfangssignal werden mithilfe numerischer Algorithmen miteinander verglichen. Anhand dieses Vergleichs lassen sich Entfernung, Größe, Dicke und Geschwindigkeit des Objekts berechnen. Bewegt sich dieses nicht, ändert sich auch das Signal nicht.« Die so ermittelten Messdaten können über eine USB-Schnittstelle an einen PC übertragen werden. Auch die Anbindung an andere bereits bestehende Systeme ist möglich, etwa über CAN-BUS-Schnittstellen.

Die Forscher präsentieren einen Prototyp des W-Band-Radar erstmals vom 8. bis 12. April auf der Hannover Messe am Fraunhofer-Gemeinschaftsstand in Halle 2, Stand D18. Am Beispiel zweier Wassersäulen, in denen Nebel aufsteigt, demonstrieren sie die Funktionsweise als Füllstandssensor: Während ein optischer Sensor durch den Nebel getäuscht wird und nur bis zur Nebelschicht misst, durchdringt das Radar den Dunst und berechnet zuverlässig den aktuellen Wasserstand. In zwei Jahren soll das System marktreif sein. Dann wollen die Experten mit dem Mehrkanalradar nicht nur Abstand und Geschwindigkeit von Objekten detektieren, sondern deren exakte Position.

Dr.-Ing.AxelHülsmann | Fraunhofer-Institut
Weitere Informationen:
http://www.fraunhofer.de/de/presse/presseinformationen/2013/Maerz/kompaktes-radar-mit-durchblick.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Messenachrichten:

nachricht Medica 2017 – TU Kaiserslautern präsentiert Fortschritte in der Medizintechnologie
20.10.2017 | Technische Universität Kaiserslautern

nachricht Biokunststoffe könnten auch in Traktoren die Richtung angeben
18.10.2017 | Hochschule Hannover

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Messenachrichten >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Hochfeldmagnet am BER II: Einblick in eine versteckte Ordnung

Seit dreißig Jahren gibt eine bestimmte Uranverbindung der Forschung Rätsel auf. Obwohl die Kristallstruktur einfach ist, versteht niemand, was beim Abkühlen unter eine bestimmte Temperatur genau passiert. Offenbar entsteht eine so genannte „versteckte Ordnung“, deren Natur völlig unklar ist. Nun haben Physiker erstmals diese versteckte Ordnung näher charakterisiert und auf mikroskopischer Skala untersucht. Dazu nutzten sie den Hochfeldmagneten am HZB, der Neutronenexperimente unter extrem hohen magnetischen Feldern ermöglicht.

Kristalle aus den Elementen Uran, Ruthenium, Rhodium und Silizium haben eine geometrisch einfache Struktur und sollten keine Geheimnisse mehr bergen. Doch das...

Im Focus: Schmetterlingsflügel inspiriert Photovoltaik: Absorption lässt sich um bis zu 200 Prozent steigern

Sonnenlicht, das von Solarzellen reflektiert wird, geht als ungenutzte Energie verloren. Die Flügel des Schmetterlings „Gewöhnliche Rose“ (Pachliopta aristolochiae) zeichnen sich durch Nanostrukturen aus, kleinste Löcher, die Licht über ein breites Spektrum deutlich besser absorbieren als glatte Oberflächen. Forschern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es nun gelungen, diese Nanostrukturen auf Solarzellen zu übertragen und deren Licht-Absorptionsrate so um bis zu 200 Prozent zu steigern. Ihre Ergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler nun im Fachmagazin Science Advances. DOI: 10.1126/sciadv.1700232

„Der von uns untersuchte Schmetterling hat eine augenscheinliche Besonderheit: Er ist extrem dunkelschwarz. Das liegt daran, dass er für eine optimale...

Im Focus: Schnelle individualisierte Therapiewahl durch Sortierung von Biomolekülen und Zellen mit Licht

Im Blut zirkulierende Biomoleküle und Zellen sind Träger diagnostischer Information, deren Analyse hochwirksame, individuelle Therapien ermöglichen. Um diese Information zu erschließen, haben Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT ein Mikrochip-basiertes Diagnosegerät entwickelt: Der »AnaLighter« analysiert und sortiert klinisch relevante Biomoleküle und Zellen in einer Blutprobe mit Licht. Dadurch können Frühdiagnosen beispielsweise von Tumor- sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen gestellt und patientenindividuelle Therapien eingeleitet werden. Experten des Fraunhofer ILT stellen diese Technologie vom 13.–16. November auf der COMPAMED 2017 in Düsseldorf vor.

Der »AnaLighter« ist ein kompaktes Diagnosegerät zum Sortieren von Zellen und Biomolekülen. Sein technologischer Kern basiert auf einem optisch schaltbaren...

Im Focus: Neue Möglichkeiten für die Immuntherapie beim Lungenkrebs entdeckt

Eine gemeinsame Studie der Universität Bern und des Inselspitals Bern zeigt, dass spezielle Bindegewebszellen, die in normalen Blutgefässen die Wände abdichten, bei Lungenkrebs nicht mehr richtig funktionieren. Zusätzlich unterdrücken sie die immunologische Bekämpfung des Tumors. Die Resultate legen nahe, dass diese Zellen ein neues Ziel für die Immuntherapie gegen Lungenkarzinome sein könnten.

Lungenkarzinome sind die häufigste Krebsform weltweit. Jährlich werden 1.8 Millionen Neudiagnosen gestellt; und 2016 starben 1.6 Millionen Menschen an der...

Im Focus: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Das Immunsystem in Extremsituationen

19.10.2017 | Veranstaltungen

Die jungen forschungsstarken Unis Europas tagen in Ulm - YERUN Tagung in Ulm

19.10.2017 | Veranstaltungen

Bauphysiktagung der TU Kaiserslautern befasst sich mit energieeffizienten Gebäuden

19.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Forscher finden Hinweise auf verknotete Chromosomen im Erbgut

20.10.2017 | Biowissenschaften Chemie

Saugmaschinen machen Waschwässer von Binnenschiffen sauberer

20.10.2017 | Ökologie Umwelt- Naturschutz

Strukturbiologieforschung in Berlin: DFG bewilligt Mittel für neue Hochleistungsmikroskope

20.10.2017 | Förderungen Preise