Detektion mit Akustisch/seismischen Methoden
Aus Wissen gegen Minen
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Die Ausführungen auf dieser Seite sind stark angelehnt an "Alternatives of Landmine Detection" Jacqueline MacDonald et.al, RAND report, ISBN 0-8330-3301-8, Document Number: MR-1608-OSTP, Year: 2003. Für die Verwendung der englischen Fassung liegt die Erlaubnis von RAND vor.
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Akustisch/Seismische Systeme
Akustische/Seismische Methoden suchen nach Minen, indem sie mit Geräuschen oder seismischen Wellen Vibrationen ausgesetzt werden, die in den Boden eingeführt werden. Dieser Prozess ist analog zum Klopfen an einer Mauer um Holzstollen zu finden: Materialien aus verschiedenen Bestandteilen vibrieren unterschiedlich wenn sie Geräuschwellen ausgesetzt sind. Diese Methoden sind einzigartig/eindeutig neben Detektionsmethoden, die Minenhüllen und –komponenten, die nicht auf elektromagnetischen Eigenschaften basieren, identifizieren.
Beschreibung
Akustische/Seismische Minendetektionssysteme verursachen normalerweise Geräusche (über der Erde) aus einem Standardlautsprecher, trotzdem gibt es viele Konfigurationsmöglichkeiten. Etwas von der akustischen Energie wird von der Erdoberfläche reflektiert, der Rest aber pentriert/durchdringt den Boden in form von Wellen, die sich durch das Erdreich verbreiten. Wenn ein Objekt wie eine Mine verdeckt ist, ein Teil der Energie reflektiert aufwärts in Richtung Erdoberfläche und verursacht Vibrationen auf der Oberfläche. Spezielle Sensoren können diese Vibrationen ohne Bodenberührung detektieren. Eine Vielzahl verschiedener Arten von Sensoren (Laser Doppler Vibrationsmesser, Radar, Ultraschall Gerätes, Mikrophone) wurden getestet. Forscher erprobten akustische/seismische Methoden für die Landminensuche mit annähernd 300 vergrabenen Panzerabwehr- und Antipersonenminen und mehreren hundert Quadratmetern Stördatenfeldern auf Armeestützpunkten in virginia und Arizona. Anfängliche Tests hatten ihren Schwerpunkt auf Panzerabwehrminen und führten zu hohen Wahrscheinlichkeiten beim detektieren sowie niedrigen Raten an Falschalarmen. In einem Test zum Beispiel erkannte das akustische System 18 von 19 in Dreck und Schutter vergrabene Minen, was eine Detektionswahrscheinlichkeit von 95% ergibt. Es gab nur einen Falschalarm in dem Test, auch wenn die Testfelder mit Stördatengrößen übersäht waren, die ein GPR-Sstem verwirrt hätten. Als das System mit hochentwickelten signalaufarbeitenden Algorithmen modifiziert wurde, fiel die Falschalarmrate gegen Null.
Stärken
Akustisch/Seismische Sensoren basieren auf völlig verschiedenen physikalischen Effekten als jeder andere Sensor. Zum Beispiel nehmen sie Unterschiede in den mechanischen Eigenschaften der Mine und des Erdreichs wahr, während GPR und EMI Sensoren Unterschiede bei den elektromagnetischen Eigenchaften erfassen. Diese akustisch/seismischen Sensoren würden bereits existierende sensoren gut ergänzen oder komplettieren. Akustisch/Seismische Systeme haben das Potential für sehr niedrige Falschalarmraten. In den Experimenten bis heute waren die Falschalarme, die von natürlichen Störfeldern, wie Steinen oder Metallschrott hervorgerufen wurden extrem niedrig (obwohl solche hohlen Störfeldgrößen wie Sodaflaschen oder Dosen Falschalarm auslösen, da die Resonanzmuster dieser Objekte denen der Minen entsprechen). Eine zusätzliche Stärke ist, dass diese Sensoren, nicht wie GPR-Systeme, unbeeinflusst sind von Feuchtigkeit und Wetter, auch wenn gefrorener Boden der Kapazität des Sensors Grenzen setzen könnte.
Grenzen
Die größte Grenze akustisch/seismischer Systeme ist, dass sie keine Minen in größerer Tiefe erfassen können, da die Resonanzreaktion signifikant mit der Tiefe abnimmt. Mit laufenden experimentellen Systemen sind Minen, die etwa den Durchmesser einer Mine unter der Erde liegen, schwer zu finden. Auch problematisch ist die langsame Geschwindigkeit der existierenden Systeme. Die Geschwindigkeit ist gegenwärtig begrenzt durch den den Abstandssensor, der die Vibrationen im Boden spürt, die von den Greäuschwellen ausgelöst werden. Diese Abstände sind sehr klein (weniger als 1µm) und deshalb ist es kompliziert, schnell die schwierigen Verhältnisse eines Minenfeldes zu erfassen. Die benötigte Scanzeit, um eine Antipersonenmine zu finden reicht von 125 bis 1000 Sekunden pro Quadratmeter. Eine Anzahl von Methoden wurde jedoch eingeführt um den detektionsprozess zu beschleunigen. Zum Beispiel eine Matrix von N Sensoren wird das System um den Faktor N beschleunigen. Kleine Prototypen solcher Matrizen wurden entwickelt und können mit weiterer Arbeit erweitert und verbessert werden. Eine zusätzliche Grenze existierender Systeme ist, dass sie in Abhängigkeit zur starken Vegetation den Laser Doppler Vibrometer beeinflussen/stören, der eigentlich dafür benutzt wird, die Vibrationen im Erdreich zu messen. Ein neuer Typ Sensoren könnte entwickelt werden, um diesen Defizit zu überbrücken.
Zusammenfassung/Evaluation
Bei der Entwicklung akustisch/seismischer Minendetektionssysteme wurden in den letzten fünf bis zehn Jahren maßgebliche Fortschritte gemacht. Interaktionen zwischen seismischen Wellen, vergrabenen Minen und Störfeldern werden sehr viel besser verstanden als die seismischen Quellen und Abstandssensoren. Die Systeme zeigen großes Potential, aber es muss mehr geforscht werden um sie praktisch anwendbar zu machen. Die Entwicklung einer Matrix von Abstandssensoren, die schnell ist, Vegetation durchdringen kann und in den ungünstigen Bedingungen eines echten Minenfeldes funktionieren kann, wäre sehr nützlich.
