Ortung VLF ELF

Ortung VLF ELF

Vorab:

Etwa im Jahr 2000 wurde ein billiges und sicheres Verfahren gesucht, mit dem sich unterirdische Hohlräume und Bauten wie Bunker, Tanks etc. aufspüren lassen. Traditionell werden hierzu Verfahren wie Bodenradar, Messungen des Erdwiderstandes oder seismische Messungen verwendet. Herkömmliche Sonden sind aus vielerlei Gründen ungeeignet, die anderen Verfahren bedingen jede Menge Erfahrung bzw. hochteure Gerätschaften. Das sieht heute etwas anders aus, da Sensoren und Mikroelektronik sich natürlich rasant weiterentwickelt haben.

In diesem Artikel wird geschrieben, wie alles begann und welche Überlegungen uns damals geleitet haben. Wir haben ihn auf den Seiten belassen um zu zeigen, wie sich solche Forschungen über einen längeren Zeitraum entwickeln. 

Die Grundüberlegung:

Funkverbindungen vom Land zu getauchten U- Booten wurden im WK II über Lang- und Längstwellen betrieben. Das hatte auch seinen Grund: Nur diese Wellen breiten sich nennenswert auch im Erdboden oder im Wasser aus. Wellen höherer Frequenz fehlt diese Eigenschaft. Je höher die Frequenz, desto geringer die Eindringtiefe. Auch heute noch werden Sender mit hoher Leistung im Längst- und Langwellenbereich betrieben.

Überall im Boden müssten also diese Wellen nachzuweisen sein.

Die Ausbreitung im Boden erfolgt nicht gleichmäßig. Das hängt mit dem unterschiedlichen Leitwert der Bodenschichten zusammen. Salzhaltige Schichten z.B. hemmen die Ausbreitung der Wellen. Aber auch andere Anomalien wie z.B. Stahlbetoneinbauten, größere Hohlräume etc. müssen Einfluss auf die Ausbreitung der Wellen haben und damit müssen solche Anomalien auch messtechnisch zu erfassen sein.

Die praktische Anwendung ist nicht neu und auch keine Erfindung von uns. Mit den bislang verwendeten Verfahren wird statisch gemessen und letztlich unter Rückgriff auf aus den Werten einer Feldkomponente errechnete Bodenwiderstandswerte ein zwei- oder dreidimensionales Modell errechnet. Die Ergebnisse entsprachen also in etwa dem der Bodenwiderstandsmessung.
Unser Ansatz ist anders. Es wird die Feldstärke mit speziell entwickelten Antennen hoher Richtwirkung punktgenau in kurzen Abständen auf einer Messstrecke erfasst, eine Auswertung erfolgt vorerst nur visuell. Rein praktisch sieht es also so aus, dass beim Überqueren eines Stahlbetonbunkers verschiedene typische Effekte auftreten, die auch ohne hochteure Auswertungssoftware darauf schließen lassen, das es sich eigentlich nur um Stahlbeton handeln kann. Für diesen Anwendungsfall sind die theoretischen Erklärungen auch recht einfach. Der Stahlbeton wirkt wie eine große Antenne. Er bündelt die Feldlinien und es bildet sich ein eigenes magnetisches Feld aus. Da die Ablenkung nicht gleichmäßig über die gesamte Bunkerlänge erfolgt, gibt es Interferenzen. Feldkomponenten überlagern sich und verstärken sich dabei oder löschen sich gegenseitig aus. Da durch die Antenne nur senkrecht gemessen wird, schwankt die Feldstärke über dem Stahlbetonbunker in kurzen Abständen. Bei Hohlräumen gibt es ebenfalls typische Effekte, nur ist die theoretische Erklärung schwieriger.

Die Eindringtiefen und damit die maximale Tiefe, in der man messen kann, sind von der verwendeten Frequenz abhängig. Bei 250 kHz sind es ungefähr 15 m, bei 10 kHz rund 85 m.

Was benötigt wird:

Zur praktischen Anwendung benötigt man also als Minimum einen Empfänger, der geeignet ist, in diesen niedrigen Frequenzbereichen zu empfangen und der irgendeine Einrichtung besitzt, mit der man die Empfangsfeldstärke ablesen oder abschätzen kann. Erste Versuche zeigten sehr schnell, das man doch etwas mehr Aufwand betreiben muss, um auswertungsfähige Ergebnisse zu erzielen.

Die Umsetzung – Antennen

Dreh- und Angelpunkt der Umsetzung ist die verwendete Antenne. Nach mehreren Versuchen mit Stabantenne und kleinen Ferritantennen nutzen wir derzeit folgendes Gebilde (leere Schleichwerbung als Größenvergleich):

Die Anfänge – und ein Referenzbehältnis

Es handelt sich um eine im Bereich von 85 bis 200 kHz kapazitiv exakt abstimmbare Antenne mit ausgeprägtem Richtcharakter. Der Kern besteht aus gepresstem Eisenpulver und stammt aus einer industriellen Anwendung. Durch diese Eigenschaften ist gewährleistet, das hauptsächlich nur diejenigen Feldstärken analysiert werden, die sich aus der Ausbreitung im Boden ergeben. Das Geheimnis ist die punktgenaue Ortung, die Vorteile und Nachteile besitzt. Der Vorteil liegt besonders darin, dass man Veränderungen der Feldlinien und somit auch tieferliegende Tanks oder Stahlbetonbauteile exakt einmessen kann. Nachteile ergeben sich insbesondere bei der Interpretation der Messwerte bei flachliegenden Anomalien.

Die Umsetzung – Empfänger

Unsere Tests haben gezeigt, dass auch beim Empfänger aufgerüstet werden muß. Erste Versuche wurden noch mit einem Allwellenempfänger durchgeführt. Leider lassen sich hier meist keine Zusatzantennen anschließen, auch ist keine PC- Schnittstelle zur Auswertung bzw. zumindest Dokumentation der Messdaten vorhanden. Die Feldstärke lässt sich nur ungenau schätzen, Anzeigegeräte fehlen meist. Dann sind wir auf Scanner ausgewichen, in unserem Fall auf den MVT 7100 und Nachfolgemodell. Eine Bargraphanzeige sorgt für eine Einschätzung der Feldstärke, Zusatzantennen sind anschließbar, die Betriebsarten wählbar. Wermutstropfen: Die Empfindlichkeit ist im benötigten Frequenzbereich sehr gering. Und was noch schlimmer ist: Was im Berliner Raum mit einem starken Sender oberhalb 100 kHz noch funktioniert, klappt in Thüringen z.B. nicht mehr. Der stärkste Sender dort liegt bei 91 kHz, die Scanner der MVT- Serie ermöglichen einen Empfang erst ab 100 kHz. Benutzt wurde dort ein PCR 1000 (SDR- Empfänger)  in Verbindung mit einem Laptop (und damit der damals erforderlichen Stromversorgung 🙁 ), was den Unternehmungen für Außenstehende ein wichtiges Aussehen gegeben haben muss… Für die Beteiligten war es einfach nur eine gewaltige Schlepperei – aber mit Top- Ergebnissen.

Die Ergebnisse

Sicher geortet werden längere Kabel und Leitungen (auch nicht stromdurchflossen) bis in mindestens 3 m Tiefe. Bergwerksstollen ohne Stahlbetonausbau von 5 m Breite und 3 m Höhe wurden bis in 15 m Tiefe sicher erkannt. Untertägige Stahlbetonbauten werden erkannt, zur maximalen Tiefe kann nichts ausgeführt werden – wir haben kein entsprechend tiefliegendes großes Objekt für Testzwecke gefunden. Das trifft auch für Stahltanks zu. Nicht erkannt werden kleinere Objekte wie Unterstände ohne Metallanteil, kleinere Eisenteile etc. Die Ortung erwies sich als extrem abhängig von der Lage des Objektes zum benutzten Senders und der Gehrichtung. Von der Sache her funktionierte es also. 

Die Weiterentwicklung

Irgendwie musste das Gerät kleiner, professioneller und vor allem outdoorgeeigneter  werden. Es wurden Partner gesucht und mit Wolfgang Friebe auch gefunden. Das Gerät wurde weiterentwickelt und wir konnten mit zwei Geräten weitertesten, die uns Wolfgang zum Selbstkostenpreis zur Verfügung stellte. Drei Jahre später sah das aus:

Die Versuchsgeräte. Links die Version 2, rechts die neue Version 3.
Und ein Referenzbehältnis als Größenvergleich…

Zuerst einmal wurde der Laptop weggelassen. Die Notwendigkeit des Mitschleppens brachte nicht nur zusätzliches Gewicht, sie engte auch die Anwendungsfälle ein (Regen!) und die Zeit ist auch begrenzt, denn irgendwann ist der Akku leer. Konkret heißt das, alle Komponenten, die für den Grundbetrieb des Gerätes erforderlich sind, mussten auch in diesem untergebracht werden. Vom Empfangsteil über die Antenne und die Stromversorgung bis zur Auswerteeinheit. Das ist gelungen.

Als nächstes musste ein Sender gefunden werden, der stabil und mit großer Leistung sendet, von der Frequenz her hinreichend tief in das Erdreich eindringt und überall dort zu empfangen ist, wo wir uns in der Regel herumtreiben. Auch dieses Problem ist gelöst.

Ein weiteres Problem in der Entwicklung waren die benötigten Antennen. Wir hatten im ersten Teil ja geschrieben, dass als Antenne Rahmenantennen die beste Möglichkeit wären, die Feldveränderungen im Boden aufzuspüren. Das ist auch so. Nur – Rahmenantennen sind sperrig und im Geländeeinsatz nicht gerade praktisch. Die Schäden sind eigentlich vorprogrammiert. Verwendet wurden deshalb abgestimmte magnetische Antennen hoher Qualität.

Neu hinzugekommen sind diverse Einstell- und Abstimmmöglichkeiten und die Möglichkeit, Zusatzgeräte anzuschließen. Natürlich kann das Gerät auch ohne weitere Zusatzgeräte genutzt werden. Bei größeren Objekten im Boden ist eine sofortige Auswertung im Feldbetrieb möglich. Zu Orten sind Hohlräume, längere Kabel und Leitungen aller Art, Stollen, Bunker, geologische Anomalien und Schichtgrenzen…

Die Grundlagen dieser Ortungsgeräteserie sind heute im Detail veröffentlicht. Durch das modulare System kann sich jeder Interessierte sein Gerät entsprechend seiner Anwendungsfälle zusammenstellen.

Wichtiger Hinweis:

Die Arbeiten zur Langwellenortung sind ein Gemeinschaftswerk aller Mitglieder von Team Delta unter Federführung von Jürgen und Dieter TD. Sie dienten dazu, den Bunker- und Stolleninteressierten ein System zur Verfügung zu stellen, das effizient UND bezahlbar ist. Wir entwickelten dieses System in unserer Freizeit und finanzieren diese Entwicklung auch aus unserer eigenen Tasche, um die erforderlichen Angaben und Ergebnisse allen Interessierten kostenfrei zur Verfügung zu stellen. Unterstützt wurden wir dabei durch Referenzmessungen des Omega- Teams sowie durch Messtechnik anderer Systeme, die durch die Finowfurter Bohr- und Baugrundgesellschaft mbH zur Verfügung gestellt wurden. Es ist ja keineswegs normal, das jemand ein 30.000 teures System mal eben kurz irgendwelchen Bunkerbekloppten zur Verfügung stellt. Unser Dank gilt ebenso Wolfgang Friebe, ohne dessen Mitwirkung eine Weiterentwicklung nicht möglich gewesen wäre.

 

© Dieter TD 2001 – 2018