Analytische Berechnung, Finite Elemente Simulation und Inversion von Metalldetektorsignalen im Zeit- und Frequenzbereich. Untersuchungen zur Reduktion der Fehlalarmrate bei der Landminensuche.

Die vorliegende Arbeit befasst sich mit dem Signal von Metalldetektoren fuer den Spezialfall der Landminensuche. Anhand von analytischen, numerischen und experimentellen Daten wird das Verhalten von Continuous Wave und Pulse Induction Detektoren untersucht und ein Auswertealgorithmus, der auf einer Inversion der Daten basiert, vorgestellt. Die analytischen Berechnungen zeigen das Verhalten des Signals ueber Kugeln und einzelnen Rotationsellipsoiden. Am Beispiel zweier Kugeln wird veranschaulicht, dass die Gegeninduktion bei kleinen Abstaenden der Metallobjekte zueinander eine nicht mehr zu vernachlaessigende Rolle spielt. Fuer die Berechnung des Signals der Rotationsellipsoide werden Approximationen vorgestellt, die eine schnelle Berechnung ermoeglichen. Weiterhin wird der Einfluss des Bodens auf das Signal diskutiert. Fuer dessen elektrische Leitfaehigkeit werden statische und frequenzabhaengige Modelle, wie sie bei einem IP-Effekt vorkommen koennen, untersucht. Ein superparamagnetischer Boden liegt vor, wenn die magnetische Suszeptibilitaet des Bodens von der Frequenz abhaengt. Der daraus entstehende Effekt wird an Bodenproben erforscht und sein Einfluss auf das Signal im Vergleich zu der Auswirkung einer statischen Suszeptibilitaet vorgestellt. Die numerischen Simulationen wurden mit der finiten Elemente Methode durchgefuehrt. Diese bietet die Moeglichkeit beliebige Geometrien zu untersuchen. Es zeigt sich, dass das Gehaeuse einer Mine bei den CW-Detektoren eine Rolle spielt, jedoch nachtraeglich beruecksichtigt werden kann. Fuer die Simulationen der Mine muessen daher nur die Metallteile modelliert werden. Die Simulationen der Metallteile des Minensurrogats M3A veranschaulichen das komplexe Zusammenwirken der einzelnen Komponenten. Je nach betrachteter Frequenz und abhaengig von dem Signalteil, dominieren andere Komponenten der Mine das Signal. Vergleiche mit Simulationen von Rotationsellipsoiden belegen jedoch, dass ein einfacher Koerper, wie ein Rotationsellipsoid, das gleiche Signal erzeugen kann. Fuer die Inversion der Signale wurde daher das Modell eines Rotationsellipsoiden in Luft gewaehlt. Um genaue Ergebnisse zu erzielen wurden die technischen Eigenschaften der beiden untersuchten Detektoren, dem Foerster Minex 2FD 4.500 und dem Ebinger EBEX 421 GC, bei der Vorwaertsrechnung so exakt wie moeglich beruecksichtigt. Die so erzielten Genauigkeiten bei der Bestimmung der Groeße, Form und Position der untersuchten Messungen ueber verschiedenen Kugeln liegen im Millimeterbereich. Zudem kann anhand der erhaltenen elektromagnetischen Parameter die Metallart abgeschaetzt werden. Die Untersuchungen von Messungen ueber Minensurrogaten zeigen, dass auch das Signal realer Minen durch ein Modell mit ein oder zwei charakteristischen Rotationsellipsoiden beschrieben werden kann. Diese Tatsache ermoeglicht eine Identifizierung der Mine und ihrer Tiefe. Darauf basierend wird ein Auswertealgorithmus vorgestellt und an Messdaten des Testfeldes in Ispra/Italein angewendet, der es ermoeglicht Minen zu identifizieren und von anderen Metallobjekten zu unterscheiden. Ist das Objekt keine Mine, erweitert die Angabe der Form, der Groeße, des Materials und der Position des Objektes durch die Inversion, die bisherigen Informationen ueber das geortete Objekt. Die fuer die Inversion notwendige Ortsreferenzierung der Daten wird durch ein selbst entwickeltes, mechanisches Positionierungssystem erreicht