Georadar

Radarmessung mit Helikopter Quelle: BGR

Das Messverfahren mit der Abkürzung Radar „Radio Detection and Ranging" wurde Anfang des 20 Jahrhunderts entwickelt. Es diente anfänglich im Bereich der Schiffsnavigation und später im militärischen Bereich dem Orten von Objekten, und zwar der Bestimmung der Entfernung zu diesen Objekten. Es sei hier erwähnt, dass der deutsche Ingenieur Christian Hülsemeyer der erste war, der sich mit dem Reflexionseffekt beschäftigte und 1904 ein Patent zur Ortung entfernter metallischer Gegenstände anmeldete. Dieses Messverfahren wurde schon sehr früh im Geowissenschaftlichen Bereich unter der Bezeichnung Georadar-Messungen, oder auch Elektromagnetische Reflexionsmessungen (EMR) eingesetzt. Schon 1904 schlägt der schwedische Wissenschaftler O.Trüstedt ein Verfahren der Hochfrequenzmutung von Erzlagerstätten vor. Heute ist es im internationalen Sprachgebrauch als „ground penetrating radar“ (GPR) bekannt.

Georadar Prinzip Quelle: BGR

In der angewandten Geophysik gehört Georadar zu den neueren Messverfahren, die in ständiger technischer Weiterentwicklung begriffen sind. Es ist eine immer intensiver genutzte Methode um geologische Strukturen zu untersuchen, da sie zerstörungsfrei arbeitet, relativ kostengünstig ist und logistisch einfach durchzuführen ist.

Von den Radarmessverfahren werden im Geowissenschaftlichen Bereich das Pulsradar, das Interferometrie Radar und das Stepped-Frequency-Radar angewendet.

In der BGR wird vorwiegend das Pulsradar und das Stepped-Frequency-Radar eingesetzt.

Beim Pulsradar wird ein elektromagnetischer Impuls omnidirektional in das umgebende Medium abgestrahlt. Trifft dieser elektromagnetische Impuls (Welle) auf Heterogenitäten, die sich durch die elektrischen Parameter Leitfähigkeit (sigma) und Dielektrizitätszahl (epsilon) sprunghaft vom Medium abheben, so wird ein Teil der Energie dieser Elektromagnetischen Welle reflektiert und von der Empfangsantenne empfangen.

Diese sprunghaften Übergänge stellen in den meisten Fällen geologische Grenzschichten, Änderungen der mineralogischen Zusammensetzung oder Änderungen der Feuchtegehalte dar.

Beim Stepped-Frequency-Radar werden eine genau definierte Anzahl von Frequenzlinien ausgesendet, deren Frequenz sich schrittweise ändert. Das reflektierte Signal wird über eine Signalsynthese aus dem Frequenzbereich in den Zeitbereich transformiert.

Die Entfernung d zu den Reflektionsobjekten errechnet sich aus der Ausbreitungsgeschindigkeit v der Radarwelle und der Laufzeit t des Signals zum Objekt.

Hohe Erkundungstiefen können dort erzielt werden wo die Leitfähigkeit gering ist. In Salzlagerstätten, Eis oder kristallinem Gestein z.B. ist diese Bedingung in der Regel sehr gut erfüllt.

Die Auflösung ist von der verwendeten Messfrequenz abhängig. Hohe Frequenzen bieten verbesserte Auflösung bei verringerter Eindringtiefe.

Georadar-Messungen sind ein wichtiges Instrument für die Erkundung oberflächennaher Strukturen, für Eisdickenmessungen und für die untertägige geologische Erkundung im Bergbau.

Bodenradarsystem GSSI Quelle: BGR

In der BGR kommen die Pulsradarsysteme der Firma Hentschel und von GSSI sowie Eigenentwicklungen zum Einsatz.

Weiterhin ist in Zusammenarbeit mit der TU Hamburg ein vom Flugzeug bzw. vom Hubschrauber operierendes Puslradarsystem entwickelt worden, das besonders für den Einsatz in den polaren Gebieten für Eisdickenmessungen geeignet ist.

Da ein Pulsradarsystem durch die technisch bedingte geringe Auflösung nur begrenzt für geologische Zwecke geeignet ist wurde mit der Firma RST Radarsysteme ein weiteres hubschraubergestütztes SF-Radarsystem, welches auf dem Stepped-Frequency Messverfahren beruht, entwickelt.

Durch die Verbesserung der Hubschrauber- bzw. Flugzeugsysteme kann eine schnelle und effiziente Erkundung oberflächennaher geologischer Strukturen auf großflächigen Arealen für unterschiedliche Problemstellungen durchgeführt werden.