The imaging capabilities of ground penetrating radar for the detection of buries anti-personnel landmines

Abstract

Anti-Personen (AP) Landminen werden als Problem globalen Ausmaßes betrachtet. Es wird geschätzt, dass es weltweit ungefähr 60-70 Million AP Landminen verteilt in mehr als 70 Ländern gibt. Viele Minen werden inzwischen ohne Metall hergestellt, so dass ihre Detektion auf Basis von elektromagnetischer Induktion (EMI) häufig versagt, während das sogenannte bodendurchdringende Radar (engl. Ground Penetrating Radar, GPR) für die Detektion von vergrabenen nichtmetallischen Objekten gut geeignet ist. GPR hat seinen Ursprung im Bereich der Geophysik. Die Untersuchungen im Rahmen dieser Arbeit betreffen unterschiedliche wichtige Aspekte von GPR Systemen. Zunächst wird eine neue Methode zur 3D Feldimulation eines kompletten Systems vorgestellt. Diese erlaubt nicht nur die Untersuchung grundlegender Prinzipien von GPR, sondern auch für die systematische Verifizierung verschiedener Antennenkonzepte, die im Rahmen von GPR Anwendungen verwendet werden. Schließlich wird das Problem der Fokussierung der Rohdaten einer GPR Messung diskutiert. Dafür werden zwei unterschiedliche Fokussierkonzepte sowohl mit Feldsimulationen als auch anhand realer Messungen untersucht.

Anti-Personnel (AP) landmines are considered as a problem of global proportions and it is estimated that about 60-70 million AP landmines are scattered within at least 70 countries all over the world. Many of the mines are made without metal so that detection methods based on electromagnetic induction (EMI) often tend to fail. A promising concept for the detection of buried nonmetallic objects is the ground penetrating radar (GPR) which originates from geophysical techniques. The investigations in the context of this thesis cover different important aspects of GPR. A novel approach for the 3D field simulation of a complete GPR environment will be proposed which not only allows to study the fundamental principles of GPR but will also be utilized for the systematic verification of antenna concepts in the context of GPR applications. Finally, the important problem of focusing the raw data of GPR measurements will be addressed and two different focusing concepts will be investigated using both, field simulations and measurements.