Bodenradar
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Ein Bodenradar, auch Georadar, engl. Ground Penetrating Radar (GPR) oder Radio Echo Sounding (RES), misst Störungen in den oberen Schichten des Erdbodens durch Reflexion elektromagnetischer Strahlung. In der Geophysik dient es zur Untersuchung der oberen Schichten der Erdkruste und beim Militär zum Aufspüren von Landminen aller Art.
Bei diesem Radar handelt es sich um ein Ultrabreitband-Verfahren, das sehr kurze Impulse von wenigen Picosekunden bis zu einigen Nanosekunden Länge von der Oberfläche in den Untergrund abstrahlt und nach Reflexion an einer Schichtgrenze oder Objekten sowie der Streuung an Einlagerungen wieder aufnimmt. Die Ausbreitung der elektromagnetischen Wellen im Untergrund ist dabei stark abhängig von den im Boden befindlichen Strukturen, die Reflexion, Streuung, Beugung und Transmission der eingestrahlten Welle hervorrufen. Aufgezeichnet werden die Laufzeit, die Phase und die Amplitude der reflektierten Welle.
Für die Abstrahlung und den Empfang der kurzen Impulse werden breitbandige Antennen, insbesondere die für ultrakurze Impulse besonders geeignete Vivaldi-Antenne, benutzt. Die Arbeitsfrequenzen liegen im Bereich von 1-1000 MHz. Höhere Frequenzen verbessern die Auflösung. Andererseits nimmt die Signaldämpfung zu und damit die Eindringtiefe ab.
[Bearbeiten] Radargramm
Das Bild zeigt ein Beispiel eines Bodenradarbildes. Der Abstand zwischen dunkelgrüner Sende- zur Empfangsantenne ist konstant. Jede Messung erzeugt eine Spalte im Bild. Durch Verschieben der Sende- und Empfangseinheit entlang der Profillinie erhält man eine zweidimensionale Darstellung der Reflexionen im Untergrund.
Die ersten Signale setzen nach ca. 5 ns ein. Sie haben den direkten Weg über die Luft genommen, folglich hatten die Antennen einen Abstand von ca. 2 m.
Für die Umwandlung der Laufzeit des Signals in eine Tiefenangabe (Zeit-Tiefen-Konversion) wird die jeweilige Ausbreitungsgeschwindigkeit des elektromagnetischen Signals in den von ihm durchlaufenen Medien benötigt, die von den spezifischen elektrischen Eigenschaften der jeweiligen Medien abhängt. Zur Zeit-Tiefen-Konversion müssen daher weitere geologische Informationen (z.B. aus Kernbohrungen) herangezogen werden.
[Bearbeiten] Anwendungsbereiche
Zur Erkundung des flachen Untergrundes wird das Bodenradar als nicht-invasive Methode bei geologischen und geotechnischen Fragestellungen, in der Rohstoffexploration (Sand, Kies) und für ingenieurgeologische Untersuchungen eingesetzt. Weitere Anwendungsmöglichkeiten liegen im Bereich der Archäologie, in der Trassenerkundung sowie im Berg- und Tunnelbau.
Die Raumsonde Mars Express untersucht mit dem Radar MARSIS den Marsboden in einer Tiefe von bis zu 5 km. Der Abstand der Antenne zum Boden beträgt mehr als 300 km bis maximal 800km. MARSIS ist auch in der Lage, die Ionosphäre zu sondieren. Die Meßfrequenz liegt bei 1,8-5MHz, 0,1-5MHz bei Ionosphärenmessung.
Die amerikanische Sonde Mars Reconnaissance Orbiter trägt ein ähnliches Bodenradar, das SHARAD (Shallow Radar). Die höhere Meßfrequenz von 15-25 MHz liefert eine höhere Auflösung als MARSIS, dafür aber eine geringere Eindringtiefe. Das Bild rechts zeigt ein SHARAD-Radargramm entlang der im unteren Teilbild gezeigten Spur. Die Farben charakterisieren das Höhenprofil von Grün (Senke) zu Rot (Erhebung). Die Abschätzung der Profiltiefe erfolgte über eine Schätzung der Signalausbreitungsgeschwindigkeit im Gestein.
