3D-Sonar bis auf Zentimeter genau

Die Sonar-Tech­nologie wird bereits seit vielen Jahren bei der Vermessung von See­böden, in der Fischerei oder auch bei der Suche nach versunkenen Objekten am Meeres­boden angewandt. Die hierfür verwendeten Systeme sind meist für große Mess­distanzen ausgelegt und erreichen in der Regel eine relativ grobe räum­liche Auflösung. Viele Anwendungen im Unterwasser­bereich benötigen eine hoch­aufgelöste Umgebungs­visuali­sierung auf kurze Distanz. Oft werden hierzu optische Kamera­systeme eingesetzt. Diese sind jedoch bei starker Wasser­trübung zumeist unbrauch­bar, weshalb Einsätze oftmals abge­brochen werden müssen. Mit Hilfe neu­artiger 3D-Sonar-Systeme können diese Aufgaben nun effi­zienter und präziser erfüllt werden.

Der Geschäfts­bereich Sonar der Haupt­abteilung Ultra­schall des Fraun­hofer-Instituts für Biome­dizinische Technik IBMT in Sulzbach bündelt die bis­herigen und zukünf­tigen Forschungs- und Entwicklungs­aktivitäten im Bereich der akus­tischen Unterwasser­messtechnik. Ein Schwerpunkt der aktuellen Forschung und Entwicklung stellt die hoch­aufgelöste volu­metrische Sonar-Bild­gebung auf Distanzen von weniger als 25 Metern dar. Hoch­auflösend bedeutet in diesem Kontext die Darstellung von Strukturen im Zentimeter­bereich bei wenigen Metern Mess­abstand. Derzeit sind drei bild­gebende Sonar-Systeme in einen Demonstrator­aufbau überführt und werden zu Labor- und Feld­messungen an ver­schiedenen Objekten und Strukturen eingesetzt.

Eines dieser Systeme, ein Fächer­echolot oder Multi­beam Echo­sounder (MBES), erzeugt einen Schallfächer, der während der Messung über den Seeboden oder das abzu­bildende Objekt bewegt wird. Die Position der Sonar-Antenne wird hierbei konti­nuierlich GPS-referenziert aufge­zeichnet, sodass die einzelnen Bild­schichten anschließend positions­richtig zusammen­gefügt werden können, um eine exakte Repräsen­tation der vermessenen Struktur zu generieren. Das System eignet sich für alle Messungen an unbewegten Strukturen aus Distanzen bis zu 15 Metern Ent­fernung.

Sollen Bewegungs­vorgänge abgebildet oder Arbeits­prozesse unter Wasser visua­lisiert werden, so ist eine volu­metrische Bild­gebung in Echtzeit notwendig. Hierzu wurden zwei weitere Sonar-Systeme entwickelt, die aufgrund ihrer Funktions­weise eine drei­dimensionale Abbildung ihrer Umgebung aus einer festen Position heraus erlauben. Und dies mit derselben hohen räum­lichen Auflösung wie das Fächer­echolot. Eines der Systeme wird in einer druck­beständigen Variante aufgebaut, sodass sogar ein Einsatz in der Tiefsee bei bis zu 600 bar erfolgen kann. Auch eine Minia­turisierung der Systeme wird derzeit voran­getrieben. Neben Systemen zur 3D-Visua­lisierung entwickelt das Fraunhofer IBMT derzeit weitere Sonar-Systeme, wie etwa einen sediment­penetrierenden Sub-Bottom-Profiler zur zentimeter­genauen Vermessung von Sediment­schichten im Seeboden.

Fh.-IBMT / JOL