Entwicklung und Aufbau einer hochagilen flugtauglichen Scanmechanik für ein abbildendes Mikrowellen-Fernerkundungssystem

Abstract

Vor ca. 10 Jahren wurde am Institut der mechanische Zeilenabtaster „SUMIRAD“ (siehe Abb. 1) entwickelt und aufgebaut. Der Einsatzzweck des Scanners ist die schnelle Erzeugung von radiometrischen Bildern mit Bildraten bis zu einem Bild pro Sekunde (1 Hz) für jeden der zwei eingebauten radiometrischen MMW-Empfänger. Die Szenenabtastung erfolgt über die Kombination von zwei mechanischen Bewegungen - die kontinuierliche Rotation einer Reflektorplatte (in einem aerodynamisch optimierten Styrodurzylinder) mit einem Direktantrieb und die periodische Auf-Ab-Bewegung des Antennenkäfigs über einen Exzenterantrieb. Bei der Entwicklung des realisierten SUMIRAD-Systems lag der Schwerpunkt auf dem Nachweis der Machbarkeit des Abbildungsprinzips, weniger auf der Optimierung von Größe und Gewicht der Mechanik. Das aktuelle System hat eine Größe von ca. 1,2 m x 0,6 m x 0,8 m (BxTxH) und ein Gewicht von ca. 65 kg. Die Größe wird maßgeblich bestimmt durch die verwendeten Reflektorantennen zur Erreichung der geforderten Winkelauflösung im Bild, und damit die Größe der Reflektorplatte und des Styrodurzylinders, sowie der dazu notwendigen mechanischen Unterstützungsstrukturen. Das bewährte Abbildungsprinzip von „SUMIRAD“ soll für zukünftige Anwendungen auf einem Fluggerät deutlich in Gewicht und Größe optimiert werden um eine hochagile flugtaugliche Scanmechanik zu erzielen. Für die Anwendung werden die Reflektorantennen signifikant verkleinert und damit ebenso die Gesamtgröße des Scanners. Die Größen der Antennen, der Umlenkplatte sowie der MMW-Elektronik werden als Vorgabe für die Arbeit zur Verfügung gestellt. Darauf basierend soll in der Masterarbeit eine möglichst kompakte mechanische Struktur mit Einsatz von Leichtbauwerkstoffen (z.B. Carbon), bei Berücksichtigung der auch dynamischen Kraftverläufe im Material, entwickelt werden. Entsprechend soll eine passende mechanische 3D-Konstruktion mit einem CAD-Programm (z.B. Inventor, Catia) erstellt und die Krafteinflüsse durch die Antriebe und Bewegung simuliert werden. Wenn erforderlich sind Optimierungen der Konstruktion zu erstellen. Der Exzenterantrieb soll ferner dahingehend optimiert werden, dass eine gleichförmige Auf-Ab-Bewegung des Antennenkäfig erzielt wird, wobei eine Bildrate von bis zu zwei Bildern pro Sekunde (2 Hz) anzustreben ist. Die Leichtbaukonstruktion soll durch einen externen Anbieter (DLR-Institut oder Firma) aufgebaut und in der Arbeit sollen nach Möglichkeit erste Bewegungstests durchgeführt werden. Die notwendigen Antriebsmotoren sollen zusammen mit den Betreuern identifiziert und beschafft werden. Für das vorgegebene Antennendesign der Reflektorantennen ist ein Entwurf im Kunststoff-3D-Druck anzustreben.