Nebenbedingungsfreies Synthetisches Apertur Sonar

• Antragsteller: Professor Dr. Andreas Birk; Dr. Heiko Bülow
• Fachliche Zuordnung: Automatisierungstechnik, Mechatronik, Regelungssysteme, Intelligente Technische Systeme, Robotik
• Förderung: Förderung von 2019 bis 2024
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 418971043

Sonare sind essentielle Sensoren unter Wasser, da sie auch unter schlechten, bzw. nicht vorhandenen Sichtbedingungen und über längere Distanzen arbeiten. Die Erzeugung einer räumlichen Auflösung erfordert allerdings die Kombination mehrerer Schallwandler, so dass durch Interferenzen ein Abtaststrahl (grob) angenähert wird. Eine höhere Anzahl von Schallwandlern über eine größere Fläche ermöglicht eine bessere räumliche Auflösung. Die Anzahl der Schallwandler in einem Sonar ist jedoch durch viele Faktoren beschränkt, wie z.B. Baugröße, Energieverbrauch und Kosten. Ein beliebter Ansatz ist daher die Verwendung einer synthetischen Apertur, d.h. das Sonar wird mit seinen N Schallwandlern an k Orten positioniert, so dass ein virtueller Sensor mit kN Schallwandlern entsteht. Der Stand der Forschung und Technik für dieses Synthetische Apertur Sonar (SAS) ist stark an Nebenbedingungen gekoppelt. So müssen die k Positionen oft äquidistant auf einer Geraden senkrecht zur Ausrichtung des Sonars liegen. Dies ist neben Signalverarbeitungsgründen auch durch praktische Aspekte motiviert: so muss ein Trägersystem, z.B. ein Schiff oder ein Autonomous Underwater Vehicle (AUV), mit einem dem Meeresboden entgegen gerichteten Sonar lediglich mit konstanter Geschwindigkeit navigationsgestützt auf einer geraden Linie fahren. Allerdings schränkt dies den Handlungsspielraum des Trägersystems extrem ein. In diesem Projekt werden die Grundlagen für ein nebenbedingungsfreies SAS entwickelt, d.h. ein SAS, das (a) auf beliebigen Trajektorien berechnet werden kann und (b) ohne Navigationsdaten (GPS, INS, etc.) auskommt. Wie in ersten Vorarbeiten gezeigt, kann durch Registrierung der Rohscans eine hinreichend genaue Ortsschätzung erzeugt werden, um aus den Sensorrohdaten räumlich höher auflösende Einzelscans zu errechnen. Für Punkt (a) werden Beiträge zur Formulierung und Lösung des nebenbedingungsfreien SAS Problems entwickelt. Diese sind auch von Interesse für verwandte Themengebiete, wie z.B. die Verwendung von Radar in mobilen Systemen wie Roboter und Kraftfahrzeugen, der Fernerkundung mit Radar und in der medizinischen Bildgebung mit Ultraschall. Für Punkt (b) werden Methoden zur robusten 2.5D und 3D Registrierung untersucht, insbesondere spektrale Verfahren, die sich besonders gut für stark verrauschte Rohdaten eignen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen