Georadar-Verfahren / Elektromagnetisches Reflexionsverfahren (EMR)

Das EMR-Verfahren ist dem eines Echolots in vielen Punkten ähnlich: Laufzeit und Amplitude reflektierter oder gestreuter Wellen werden registriert und auf einem Bildschirm oder Ausdruck auf Papier als sogenanntes Radargramm dargestellt.

Eine EMR-Apparatur besteht aus einer zentralen Sende- und Empfangseinheit und den Antennen (siehe Prinzipskizze). Während des Messvorgangs werden über die Antennen, die entlang der zu untersuchenden Profile bewegt werden, elektromagnetische Wellen in Form hochfrequenter Impulse in das zu untersuchende Material abgestrahlt. In Abhängigkeit von den Dielektrizitätskonstanten des Untersuchungsmaterials und den darin befindlichen Objekten oder Strukturen wird das Wellenfeld reflektiert oder gestreut. Die somit zur Empfangsantenne zurücklaufenden Wellen werden vorverstärkt, frequenztransformiert und dann zur Empfangseinheit weitergeleitet. Hier erfolgt eine Filterung sowie eine weitere Verstärkung der empfangenen Wellenfelder. Registriert und gespeichert werden die Amplituden und die Laufzeiten der Signale innerhalb von Zeitfenstern, deren Längen in Abhängigkeit von der Aufgabenstellung zu wählen sind. Die von Objekten oder Strukturen reflektierten Wellenfelder werden, wenn sie in den Radargrammen aufgezeichnet sind, Anomalien genannt. Die Aufzeichnung von Anomalien setzt voraus, dass der elektromagnetische Impedanzkontrast gesuchter Strukturen oder Objekte groß genug für eine Detektion ist.

Messprinzip des Georadar-Verfahrens (Elektromagnetisches Reflexionsverfahrens).

In den Radargrammen sind auf der Vertikalen die Laufzeiten der elektromagnetischen Wellen aufgetragen, in der Horizontalen die Strecke, entlang derer die Antenne während der Registrierung bewegt wird, mit den dazugehörigen Entfernungsmarken. Die entspre-chende horizontale Metrierung lässt sich über einen Schalter an den Antennenzugvor-richtungen während des Messvorgangs aufnehmen bzw. erfolgt automatisch unter Ein-satz eines Survey Wheels.

Schon während der Messungen erhält man durch die graphische Darstellung der EMR-Sektionen auf einem Farbmonitor erste Informationen über den Untergrund, wodurch es möglich ist, anhand der zu beobachtenden Qualität der Daten eine optimale Anpassung der EMR-Apparatur an die vorhandenen Materialeigenschaften vorzunehmen. Aussagen über die Materialstruktur und vorhandene Störkörper sind daraufhin möglich. Detailliertere Informationen erhält man jedoch erst nach einem rechnerunterstützten Datenprocessing. Um Datenmaterial von optimaler Qualität zu erhalten, werden die Nutzsignale mittels geeigneter Auswerteprogramme aus dem registrierten Wellenfeld extrahiert, d.h. das Sig-nal / Rausch-Verhältnis wird verbessert.

Anhand der gemessenen Wellenlaufzeit und mittels eines zu erstellenden Geschwindig-keits-Tiefenmodells lässt sich weiterhin aus den Radargrammen die Tiefenlage von Schichtgrenzen / Objekten ermitteln. Hierbei muss in Abhängigkeit von der Beschaffenheit des Untergrundmaterials (Wasser- bzw. Feuchtegehalt, Chemismus etc.) mit einem Fehler bei der Tiefenbestimmung von minimal 5% bis 10% der Tiefenlage der Schicht-grenze / des Objektes gerechnet werden. In ungünstigen Fällen ist eine Tiefenbestimmung unmöglich.

In Abhängigkeit von der Aufgabenstellung können Antennen mit einer Resonanzfrequenz von 15 MHz bis zu 2,5 GHz eingesetzt werden. Der Detektionsbereich reicht bei diesen Frequenzen (je höher die Frequenz, desto geringer ist die Detektionstiefe) von >> 10 m bis ca. 0,2 m (abhängig vom Untergrund und dessen bodenphysikalischen Eigenschaften, z.B. Beton, Fels, Sand, etc.) bei einer Auflösung im Meter- bis zum Millimeterbereich.