Sicherheit und Verteidigung im Fokus aktueller Forschung

GruSSwort

Das geänderte Aufgabenspektrum der Bundeswehr verbunden

- Bereitstellung des für intelligente und wirtschaftliche

mit den fortdauernden Einsätzen der Bundeswehr haben

Ausrüstungsentscheidungen erforderlichen wissenschaft-

eine Fortentwicklung der Beschaffungsverfahren und eine

lichen und technologischen Know-hows

Beschleunigung von Realisierung von Material und Ausrüstung

- Anbieten neuer technologischer Lösungen und Erkennen

notwendig gemacht. Nicht mehr die Kampfwertsteigerung

der Relevanz neuer Technologien für die Fähigkeiten der

oder ein Nachfolgedenken von Systemen steht im Mittelpunkt

Streitkräfte

der Betrachtungen, sondern das notwendige Fähigkeitsprofil

- Erarbeitung generischer neuer (Teil-)Systemkonzepte,

der Bundeswehr. Dabei stehen die weltweite Marktanalyse,

- Erarbeitung von Beiträgen für eine europäische Forschungs-

die verstärkte Nutzung ziviler Erkenntnisse, Fähigkeiten und

und Technologiebasis sowie für die nationale Kooperations-

Produkte, die Partnerschaft mit der Wirtschaft sowie die

fähigkeit

industrielle Kooperation – insbesondere im europäischen Kon-

- Mitwirkung beim Erhalt der wehrtechnischen Kompetenz in

text – im Vordergrund. Die schnelle Umsetzung der Ergebnisse

Deutschland

angewandter Forschung im operationellen Zusammenhang in neuem Material und Ausrüstung ist dabei von hoher Bedeu-

Ein wesentlicher Teil der vom BMVg aufgewandten Haushalts-

tung für die Einsatzfähigkeit der Streitkräfte.

mittel für den Bereich Forschung und Basistechnologie wird den grundfinanzierten Instituten verschiedener Forschungsge-

Im Rahmen der Aufgabenwahrnehmung zur Deckung des

sellschaften zur Verfügung gestellt, um die für F&T notwen-

Bedarfs der Streitkräfte werden sowohl im Amtsbereich und

digen und längerfristig angelegten Planungen und Prozesse

bei den Wehrwissenschaftlichen Dienststellen als auch in ex-

sicherzustellen. Hierzu gehören die Fraunhofer-Gesellschaft

ternen Organisationen Forschungs- und Technologievorhaben

(FhG) und das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt

(F&T-Vorhaben) durchgeführt. Dabei kommt den Forschungs-

(DLR) sowie das Deutsch-Französische Forschungsinstitut

arbeiten der grundfinanzierten Institute besondere Bedeutung

Saint-Louis (ISL). Im Jahr 2009 wurden entsprechend unserer

zu. In Ergänzung zur verfügbaren zivilen Forschung mit ihren

langfristigen Pläne, die grundfinanzierten Forschungskapa-

für die Wehrtechnik zu nutzenden Ergebnissen sind von den

zitäten zu bündeln sowie die wehrtechnischen Institute für

Forschungsinstituten als zentrale Aufgaben zu bewältigen:

den zivilen Markt zu öffnen, die drei Institute der ehemaligen

Ministerialrat Rainer Krug Referatsleiter BMVg Rü IV 2

Forschungsgesellschaft für Angewandte Naturwissenschaften

Mit großer Aufmerksamkeit verfolgen die Institute die von

FGAN in das Netzwerk der Fraunhofer-Gesellschaft überführt

der Europäischen Kommission im Rahmen der Bildung einer

und gehören nun dem in dieser Broschüre vorgestellten

umfassenden europäischen Sicherheitspolitik begonnene För-

Fraunhofer-Verbund »Verteidigungs- und Sicherheitsfor-

derung und Ausrichtung einer gemeinsamen Sicherheitsfor-

schung« (VVS) an.

schung. Gerade hier wird die aus nationaler Sicht angestrebte Beteiligung der Institute, wo sinnvoll und möglich, als Chance

Die Fraunhofer-Gesellschaft ist in der Forschungslandschaft

von gleichsam kompetenten wie integrativen Bindegliedern

Deutschlands als Transfer-Organisation der angewandten

zwischen den zivilen und militärischen Elementen dieses

Forschung zwischen der Grundlagenforschung und den Unter-

Themenkomplexes gesehen, zumal die Sicherheitsforschung

nehmen der Wirtschaft tätig. Sie forscht und entwickelt bis zur

im laufenden 7. Forschungsrahmenprogramm der Kommission

Anwendungs- und Einsatzreife von Produkten und Verfahren.

mit einem Volumen von 1,4 Mrd. Euro für den Zeitraum von

Von den gegenwärtig 59 Fraunhofer-Instituten befassen sich

2007 bis 2013 eine zunehmende Bedeutung eingenommen

derzeit die acht in dieser Broschüre vorgestellten Institute mit

hat.

wehrtechnischen Fragestellungen. Seit seiner Gründung im November 2002 bündelt der Verbund Verteidigung und Sicherheit nahezu alle derzeitigen wehrtechnischen Forschungsaktivitäten der Fraunhofer-Gesell­ schaft. Das verbindende Element für die Institute des Ver­­bundes ist die Verteidigungsforschung unter der Förderung durch das Bundesministerium der Verteidigung mit seinem Rüstungsbereich. In ihren Forschungsarbeiten behandeln die Institute weiterhin ihre angestammten unterschiedlichen technologischen und technischen Fachgebiete.

Verbund Verteidigungs- und Sicherheitsforschung VVS

Vorwort Der Fraunhofer-Verbund »Verteidigungs- und Sicherheits-

nische als auch zivile Forschung durchführen, eine wichtige

forschung« (VVS) – einer der sieben Institutsverbünde der

Aufgabe zu, nämlich den Wissenstransfer zu betreiben und

Fraunhofer-Gesellschaft – ist ein einzigartiges Netzwerk in der

sicherzustellen, dass die großen Fortschritte in der zivilen

zivilen und wehrtechnischen angewandten Forschung. Nach

Forschung auch in der Wehrtechnik ihre An­­wen­dung finden.

der im August 2009 erfolgten Eingliederung der Forschungs-

Ein weiteres entscheidendes Thema ist die Forschung auf den

gesellschaft für Angewandte Naturwissenschaften (FGAN)

Gebieten mit rein wehrtechnischer Aufgabenstellung, für die

in die Fraunhofer-Gesellschaft bündelt der VVS mit seinen

es praktisch keine zivile Forschung (z. B. an Universitäten) gibt.

acht Mitgliedsinstituten den größten Teil der institutionellen

Hier nehmen die VVS-Institute, die sich z. B. mit der Entwick-

Forschung des Bundesministeriums für Verteidigung. Zu

lung und Anwendung von energetischen Materialien (Spreng-

den sechs VVS Instituten EMI, IAF, ICT, IITB, INT und IIS (als

stoffen und Treibladungen), mit waffenspezifischen Aspekten

Gastmitglied) kommen nun die neuen Fraunhofer-Institute

(dem generellen Thema Schutz und Wirkung) und der mit

FHR, FKIE am Standort Wachtberg und FOM in Ettlingen.

Waffensystemen verbundenen Sensor- und Informationstech-

Letzeres wird in einer Fusion am 1. Januar 2010 zusammen

nik befassen, eine Sonderstellung ein. Das Bundesministerium

mit dem IITB zum neu geschaffenen Fraunhofer-Institut für

der Verteidigung und seine nachgeordneten Behörden sind in

Optronik,Systemtechnik und Bildauswertung IOSB.

diesem Bereich die wesentlichen Auftraggeber.

Obgleich das Leistungsspektrum dieser acht Institute ein

Seit den Ereignissen des September 2001 betrachten Politik,

sehr breites Themenfeld bedient, bleibt das übergeordnete

Wirtschaft und Gesellschaft das Thema Sicherheit unter

und verbindende Element die wehrtechnische Forschung,

veränderten Gesichtspunkten. Angesichts neuer Sicherheits-

gefördert und unterstützt durch das Bundesministerium der

bedrohungen, welche nicht selten asymmetrischer Natur

Verteidigung. Die in der vorliegenden Broschüre dargestellten

sind – wie der global agierende Terrorismus – sowie eines

Forschungsthemen dieser Fraunhofer-Institute verdeutlichen

erweiterten Verständnisses des Begriffs »Sicherheit«, welcher

das breite Spektrum der Arbeiten einerseits und andererseits

ein präventives Verständnis von Sicherheit beinhaltet, ist die

die fachlichen Synergien, die sich aus einer Kombination der

wachsende Bedeutung der Sicherheitsforschung offenkundig.

Kompetenzen ergeben.

Nationale und europäische Forschungsinstitutionen befassen sich in stark zunehmendem Maße mit der Entwicklung von

In vielen Fachgebieten der angewandten Forschung war in der

Sicherheitstechnologien. Der Anspruch der angewandten

Vergangenheit die wehrtechnische Forschung der Impulsgeber,

Forschung und damit des Fraunhofer VVS muss sein, Gefähr-

der neue Themen initiierte und vorantrieb (bekanntestes

dungen und Risiken für die vielen sensiblen Komponenten

Beispiel ist die Entwicklung vom Darpanet zum Internet). Mitt-

unserer lebensnotwendigen Infrastruktur zu erkennen,

lerweile hat in der überwiegenden Zahl der Gebiete die zivile

zu analysieren und schließlich Lösungen zur Minderung

Forschung diese Rolle übernommen. Damit kommt den hier

oder Vermeidung von Risiken zu entwickeln. Entsprechend

beschriebenen Forschungsinstituten, die sowohl wehrtech-

seines Selbstverständnisses strebt der Verbund neben diesen

Aufgaben an, den Diskurs innerhalb der europäischen Sicherheitsforschungs-Community zu fördern. Deshalb richtet der VVS jährlich die national führende Sicherheitsforschungskonferenz »Future Security« aus. Darüber hinaus sind die Baden-Württembergischen VVS Institute unter Leitung des Fraunhofer EMI im Innovationscluster »Future Security BW« organisiert. Dieser bündelt die regionalen Kompetenzen aus dem Bereich der zivilen Sicherheitsforschung. In mehreren Projekten entwickeln die Forschungsinstitute gemeinsam mit Universitäten, Industrie und Behörden innovative technologische Maßnahmen zum Schutz der Bevölkerung und erforschen gleichzeitig den gesellschaftlichen Rahmen.

Prof. Dr. Klaus Thoma Sprecher des Fraunhofer-

Die acht Fraunhofer-Institute EMI, FHR, FKIE, IAF, ICT, INT, IIS

Verbunds Verteidigungs-

sowie das IOSB stellen sich in der vorliegenden Broschüre mit

und Sicherheitsforschung VVS,

einer Darstellung ihrer Forschungsthemen in verdichteter Form

Leiter des Fraunhofer-Instituts

vor. Durch die stete und zuverlässige Förderung durch das

für Kurzzeitdynamik, Ernst-

Bundesministerium der Verteidigung werden sie die großen

Mach-Institut EMI

anstehenden Aufgaben bewältigen können und auch in ihrer zukünftigen Entwicklung gesichert sein.

Verbund Verteidigungs- und Sicherheitsforschung VVS

Die Fraunhofer-Gesellschaft ist Gesellschaft, Staat und

Vor diesem Hintergrund und zur generellen Stärkung der

Wirtschaft gleichermaßen verpflichtet. Entsprechend diesem

Position der wehrtechnischen Forschung haben sich im No-

Selbstverständnis nimmt sie neben der Unterstützung der

vember 2002 fünf Fraunhofer-Institute zusammengeschlossen

Wirtschaft auch gesamtgesellschaftliche Aufgaben wahr. Seit

mit dem Ziel, ihre Forschungsaktivitäten in diesem Bereich

ihrer Gründung ist die Fraunhofer-Gesellschaft neben dem

zu koordinieren und zu bündeln. Gründungsmitglieder des

Bundesministerium für Bildung und Forschung auch dem

Verbunds Verteidigungs- und Sicherheitsforschung (VVS)

Bundesministerium der Verteidigung (BMVg) verpflichtet und

sind das Fraunhofer IAF (Angewandte Festkörperphysik), das

deckt durch ihr Leistungsspektrum den weitaus größten Teil

Fraunhofer ICT (Chemische Technologie), das Fraunhofer

der institutionellen Forschung des BMVg ab. Die Forschung im

INT (Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen), das

Bereich Verteidigung und Sicherheit steht damit bei einigen

Fraunhofer EMI (Kurzzeitdynamik, Ernst-Mach-Institut) und

Instituten der Gesellschaft im Mittelpunkt ihrer wissenschaftli-

das Fraunhofer IITB (Informations- und Datenverarbeitung). Als

chen Arbeit.

weiteres Mitglied trat das Fraunhofer IIS (Institut für Integrierte Schaltungen) dem Verbund als Gast bei. Die Geschäftsstelle

Darüber hinaus ist durch neue Sicherheitsbedrohungen und

des Verbunds befindet sich am Fraunhofer EMI in Freiburg.

deren politische Auswirkungen eine national wie international neue Gefährdungslage entstanden. Heutige Industriegesell-

Gemäß den langfristigen Plänen des BMVg, die grundfinan-

schaften, deren hochkomplexe und vernetzte öffentliche wie

zierten Forschungskapazitäten des Ressorts zu konzentrieren

private Infrastrukturen immer verletzlicher erscheinen ange-

sowie die wehrtechnischen Institute für den zivilen Markt zu

sichts der Vielschichtigkeit möglicher Bedrohungen, benötigen

öffnen, wurden die drei Institute der ehemaligen Forschungs-

in zunehmendem Maße Lösungen, um die Sicherheit ihrer

gesellschaft für Angewandte Naturwissenschaften FGAN

Bürger zu gewährleisten. Zugleich schwinden in der deutschen

im Jahr 2009 in das Netzwerk der Fraunhofer-Gesellschaft

wie internationalen Sicherheitsarchitektur ehemals klar

überführt. Dem Verbund VVS beigetreten sind das Fraunhofer-

definierte Grenzen zwischen innerer und äußerer Sicherheit

Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR, das

mit weitreichenden Folgen für Art und Einsatz moderner

Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverar-

Sicherheitstechnologien. Heutige Gefährdungsszenarien, die

beitung und Ergonomie FKIE – beide Standorte befinden sich

oft weit außerhalb deutscher Grenzen entstehen, haben zu

in Wachtberg nahe Bonn – sowie das Fraunhofer-Institut für

einem neuen Sicherheitsverständnis geführt. Die sich daraus

Optronik und Mustererkennung FOM in Ettlingen. Letzteres

ergebenden Herausforderungen bilden den Rahmen der

wird in einer Fusion am 1. Januar 2010 zusammen mit dem

heutigen Verteidigungs- und Sicherheitsforschung. Insbeson-

IITB zum neu geschaffenen Fraunhofer-Institut für Optronik,

dere die Streitkräfte der Bundeswehr, deren Einsatzspektrum

Systemtechnik und Bildauswertung IOSB. Die Eingliederung

vorwiegend im Bereich der Konfliktverhütung und Krisenbe-

dieser Institute stärkt den Verbund massiv, indem die Leis-

wältigung verläuft, sehen sich technologisch wie logistisch

tungsfähigkeit im Bereich Aufklärungs- und Führungssysteme

in vielen Einsatzgebieten mit unterschiedlichen Bedrohungen

und damit das gesamte Kompetenzfeld Verteidigung und

konfrontiert. Damit die Bundeswehr diesen Aufgaben mit dem

Sicherheit gestärkt wird. Zugleich wird nun ermöglicht, durch

nötigen Schutz begegnen kann, ist es Anspruch der Verteidi-

die Anbindung der Institute an das Wissenschaftssystem der

gungsforschung, dafür notwendige Lösungen zu entwickeln.

Fraunhofer-Gesellschaft die zivile Nutzung der Forschungs-

Forschung für Verteidigung & Sicherheit

www.vvs.fraunhofer.de ergebnisse zu verbessern und auszuweiten. Damit baut der

Sprecher

Prof. Dr. rer. nat. Klaus Thoma

Verbund VVS im Bereich der zivilen und wehrtechnischen

des Verbunds

Eckerstraße 4

Sicherheitsforschung national wie international seine Position



79104 Freiburg

als führende Institution weiter aus.

Telefon

+49 761 2714-351

Fax

+49 761 2714-400

E-Mail

[email protected]

Entwicklung neuer Technologien zum Schutz der Soldaten

Stellvertreter

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Beyerer

sieht der Verbund seine Hauptaufgaben und Ziele in folgenden



Fraunhoferstraße 1

Bereichen:



76131 Karlsruhe

- Sicherstellen der Dual-Use-Forschung und des Know-how-

Telefon

+49 721 6091-210

Transfers zivil / militärisch

Fax

+49 721 6091-413

- Ausgezeichnete wissenschaftliche Qualität durch Integration

E-Mail

[email protected]

Neben der intensiven Zusammenarbeit mit dem Bundesministerium der Verteidigung und dessen Unterstützung bei der

in die internationale Wissenschaftsgemeinschaft - Unterstützung der wehrtechnischen Industrie durch gemeinsame Forschung - Forschungsstrategische Ausrichtung hinsichtlich Anwendungen in den Bereichen: -- Führungsfähigkeit -- Nachrichtengewinnung und Aufklärung -- Mobilität -- Wirksamkeit im Einsatz -- Unterstützung und Durchhaltefähigkeit -- Überlebensfähigkeit und Schutz - Strategische Ausrichtung der Mitgliedsinstitute des Verbunds vor dem Hintergrund einer zukünftigen europäischen Sicherheits- und Verteidigungspolitik

Verbund Verteidigungs- und Sicherheitsforschung

Standorte

Euskirchen, Fraunhofer INT

••

Wachtberg, Fraunhofer FHR und FKIE

•

Erlangen, Fraunhofer IIS

••

Pfinztal, Fraunhofer ICT

Ettlingen, Karlsruhe, Fraunhofer IOSB

Freiburg, Fraunhofer IAF und EMI

•

Die Mitglieder des Fraunhofer VVS. Von links nach rechts: Prof. Klaus Thoma EMI, Prof. Albert Heuberger IIS, Prof. Jürgen Grosche FKIE, Prof. Oliver Ambacher IAF, Prof. Joachim Ender FHR, Prof. Uwe Wiemken INT, Prof. Jürgen Beyerer IOSB, Prof. Maurus Tacke IOSB, Prof. Peter Elsner ICT.

Institute

Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik EMI Schutz, Sicherheit und Wirkung

Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR A u f k l ä r u n g u n d Ü b e r wa c h u n g

Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie FKIE Fü h r u n g u n d A u f k l ä r u n g

Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik IAF Aufklärung und Schutz

Fraunhofer-Institut für Chemische Technologie ICT Explosivstoff- und Sicherheitstechnik

Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS K o m m u n i k at i o n , L o k a l i s i e r u n g , S i c h e r h e i t

Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen INT E n t s c h e i d u n g s h i l f e n f ü r S t aa t u n d W i r t s c h a f t

Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB Forschung für »Sicherheit mit System«

4 8 12 16 20 24 28 32

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R K ur z z eit d y na m ik , E rnst- Ma c h - I nstitut E M I

Schutz, Sicherheit und Wirkung

www.emi.fraunhofer.de

Das Fraunhofer-Institut für Kurzzeitdynamik, Ernst-MachInstitut, EMI, befasst sich mit physikalisch-technischen Aspekten schnell ablaufender, mechanischer und fluiddynamischer Vorgänge. Dies umfasst die experimentelle und numerische Analyse von Stoßwellen in Festkörpern, Flüssigkeiten und Gasen, Strömungs- und Verbrennungsvorgängen, Impaktund Penetrationsvorgängen in einem weiten Geschwindigkeitsbereich von 10 m/s bis 10 000 m/s, dem Verhalten von Strukturen unter stoßartigen Belastungen, dem Werkstoff-

Gründungsjahr

1959

verhalten bei großen Dehnungen und hohen Dehngeschwin-

Mitarbeiter

300

digkeiten. Parallel zu den experimentellen Arbeiten werden

Haushalt

20 Mio. €

theoretische Arbeiten aus dem Bereich »Computational Physics« durchgeführt.

Kontakt Institutsleiter

Prof. Dr. rer. nat. Klaus Thoma

Zum Forschungsprofil des Instituts gehören die Werkstoff-

Anschrift

Eckerstraße 4

wissenschaften, High Performance Computing, Sensorik,



79104 Freiburg

Ballistronik (Kopplung von Ballistik und Mikroelektronik bzw.

Telefon

+49 761 2714-351

Mikromechanik) und die Kurzzeitmesstechnik. Zur Erfassung

Fax

+49 761 2714-400

von Kurzzeit-Vorgängen steht ein breites Spektrum an

E-Mail

[email protected]

Methoden zur Verfügung, das die Messung und Visualisierung von Vorgängen ermöglicht, die im Zeitbereich von Milli- bis Nanosekunden, bei hohen Drücken bis 1 Megabar und bei extrem hohen Dehnraten bis 106 s-1 ablaufen. Parallel dazu werden Computersimulationen aus dem Bereich kompressibler Strömungen bei großen Reynolds-Zahlen und aus dem Bereich nichtlinearer Finite-Elemente-Methoden durchgeführt und Computercodes für spezifische Anwendungen entwickelt und angepasst. Die Anwendungen liegen in den Bereichen Verteidigung, Sicherheit, Raumfahrt und Verkehr.

4 I 5

Geschäftsfelder

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R K ur z z eit d y na m ik , E rnst- Ma c h - I nstitut E M I

Im Bereich der Verteidigungsforschung arbeitet das Fraunhofer EMI an neuartigen Konzepten und Werkstoffen für die Bereiche »Schutz« und »Wirkung« und an deren Analyse mit Hilfe von Experimenten und numerischer Simulation. Die Aufgabe umfasst die Entwicklung, Prüfung und Bewertung von Schutztechnologien für land-, luft- sowie seegestützte Plattformen einschließlich persönlicher Schutzausrüstung. Untersucht wird ebenfalls die Auslegung von Schutzaufbauten unter Verwendung neuer Werkstoffe und die Abwehr ballistischer Flugkörper (TBM). Wesentliche Arbeitsgrundlage ist die technologische Kompetenz zur Beschleunigung von Wirkkörpern und Objekten innerhalb eines sehr großen Masse- und Geschwindigkeitsbereichs, insbesondere auch von Projektilen unabhängig vom Originalsystem. Parallel erfolgt eine Untersuchung mit numerischen Methoden, die auch die Entwicklung eigener Programme mit einschließt. Die Simulationen basieren auf Materialmodellen und Werkstoffkennwerten, die selbst entwickelt bzw. unter hochdynamischen Lastbedingungen gemessen werden können.

Der Schutz kritischer Infrastrukturen ist das zentrale Thema im Geschäftsfeld Sicherheit. Der Forschungsschwerpunkt liegt dabei auf Technologien zum physischen Schutz von Gebäuden – von Hochhäusern über Tunnel bis zu Flughäfen. Flankiert von Gefährdungs- und Risikoanalysen, numerischen Simulationen und modernster Messtechnik werden dazu unter anderem Schutzkonzepte, innovative Werkstoffe und Sensoren entwickelt: - Entwicklung von Fassadensystemen (energieabsorbierend, wärmedämmend, biologisch) mit integrierten Sensoren zur Bewertung des Schädigungsgrades durch Druckstoßeinwirkung - Bewertung der Kritikalität und Erstellung von Verstärkungskonzepten für Flughäfen, Tunnel, U-Bahnhöfe und Brücken - Ereignisanalyse terroristischer Anschläge auf der Basis der EMI-Datenbank Terrorist-Event-Database (TED) - Bewertung der Resttragfähigkeit dynamisch geschädigter Bauwerke sowie das Schadens management im Ernstfall unter Einbezug moderner Sensorik - Sicherheitsuntersuchung technischer Systeme wie Elektronik und Software eingebetteter multitechnologischer Systeme - Entwicklung schneller Computertomographiemethoden zur berührungslosen Inspektion von Transportbehältern

S c hut z , S i c herheit un d W irkun g

Die Kernaktivitäten des Geschäftsfelds Raumfahrt liegen in der Planung und Durchführung von Forschungs- und Entwicklungsprojekten um die Themen Schutz von Raumfahrzeugen und wissenschaftliche Nutzlasten bei Satellitenmissionen. Dazu zählen die Entwicklung von Schutzsystemen gegen Space-Debris-Einschläge, die Entwicklung und Raumfahrtqualifizierung von Detektoren, die Entwicklung von Picosatelliten sowie Missions- und Systemanalysen. Im Bereich der Schutztechnologien werden kontrollierte Impaktexperimente mit Leichtgaskanonen unter Laborbedingungen durchgeführt und numerisch simuliert. Dabei stehen die Auslegung und Bewertung von Schutzschilden für Raumfahrzeuge und Satelliten sowie die Durchführung von Risiko- und Überlebensfähigkeitsanalysen im Vordergrund. Außerdem wird das Material- und Strukturverhalten beim »Hypervelocity«-Impakt charakterisiert. Die verfügbaren Methoden werden zur Untersuchung geophysikalischer Effekte bei planetaren Impaktereignissen wie Meteoriteneinschlägen eingesetzt, indem entsprechende Impaktereignisse im Modellmaßstab unter Laborbedingungen dargestellt werden. Die Weiterentwicklung der Beschleunigertechnologie stellt einen weiteren inhaltlichen Schwerpunkt dar. Auf dem Gebiet der Elektronik wird Spezialsensorik für Raumfahrzeuge entwickelt, z. B. Impaktdetektoren oder »Health-Monitoring«-Systeme.

Die Charakterisierung und numerische Modellierung moderner Werkstoffe, Werkstoffverbünde und Bauteile unter statischen Stoß- und Impaktbelastungen im Hinblick auf die Verbesserung der Crashsicherheit im Verkehrswesen sind die zentralen Themengebiete des Geschäftsfelds Verkehr. Dabei werden neben standardisierten, zerstörungsfreien und zerstörenden Prüftechniken zunehmend Verfahren zur Mikro- und Nanostrukturanalyse angewendet. Insbesondere der Einsatz der akustischen Mikroskopie und der Mikro-Computertomographie ermöglicht die Erforschung der Materialeigenschaften bis hin zu kleinsten Längenskalen. Abgerundet wird das experimentelle Portfolio durch spezielle Anlagen zur Charakterisierung von Werkstoffen und Bauteilen bei hohen Verformungsgeschwindigkeiten, z. B. in einer Crashanlage für Fahrzeugkomponenten, die mit Hochgeschwindigkeitskameras und Sensorik zur Messung der physikalischen Eigenschaften beim dynamischen Verformungsvorgang ausgerüstet ist. Erst die Kombination von experimenteller Werkstoffcharakterisierung und numerischer Modellierung erlaubt es, prognosefähige Simulationen von Crashvorgängen an Bauteilen und Strukturen verlässlich durchzuführen. Den zweiten Bereich des Geschäftsfelds Verkehr bildet daher die numerische Simulation von Crashvorgängen mit kommerzieller und am EMI entwickelter Software und die Entwicklung numerischer Materialmodelle für die Crashsimulation.

6 I 7

F r a u n h o f e r - I n s t i t u t f ü r H o c h f r e q u e n z p h y s i k u n d R a d a r t e c h n i k F HR

Aufklärung und Überwachung

www.fhr.fraunhofer.de Das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR entwickelt Konzepte, Verfahren und Systeme für elektromagnetische Sensorik, insbesondere im Bereich Radar, verbunden mit neuartigen Methoden der Signalverarbeitung und innovativen Technologien vom Mikrowellen- bis zum unteren Terahertzbereich. Seine Kompetenz – sichtbar an institutseigenen hochkomplexen Experimentalsystemen – erstreckt sich über nahezu alle Teilgebiete moderner Radarverfahren. Radar und verwandte Hochfrequenzsysteme bilden eine Schlüsseltechnologie im Bereich Verteidigung und Sicherheit, so dass das Institut nicht nur wesentlich zur Beratungs- und Urteilsfähigkeit für das Bundesministerium der Verteidigung

Gründungsjahr

1957

beiträgt, sondern auch mit eigenen Entwicklungen die Fähig-

Mitarbeiter

220

keiten der Streitkräfte, insbesondere im Bereich Aufklärung

Haushalt

20 Mio. €

und Überwachung, unterstützt. Kontakt Das Institut bietet mit der Großanlage des Weltraumbeobach-

Institutsleiter

Prof. Dr.-Ing. Joachim Ender

tungs-Radars TIRA, umfangreichen Einrichtungen für analoge

Anschrift

Neuenahrer Str. 20

und digitale Leiterplattentechnologie, Messtechnik bis in den



53343 Wachtberg

Terahertz-Bereich und mehreren echoarmen Messkammern

Telefon

+ 49 228 9435-227

hervorragende Möglichkeiten zur Entwicklung moderner

Fax

+ 49 228 9435-627

elektromagnetischer Sensorsysteme, aber auch zur Ausbildung

E-Mail

[email protected]

technisch-wissenschaftlichen Personals.



Die Kernkompetenzen des FHR – Numerische Berechnung elektromagnetischer Felder, Höchstfrequenztechnologie und Sensor-Signalverarbeitung – bilden in Verbindung mit modernster Mess- und Fertigungstechnik die Grundlage für die F&T-Arbeiten des Institutes. Die interdisziplinäre Zusammenarbeit im Institut ermöglicht dem FHR die Entwicklung anspruchsvoller Verfahren und Hochfrequenzsysteme, die nicht nur den in über fünfzig Jahren bearbeiteten militärischen Sektor bedienen, sondern heute auch zunehmend zivile Anwendungen finden. 3D-Radarbild der Innenstadt von Karlsruhe mit farblich kodierten Höhen.

8 I 9

Geschäftsfelder

F r a u n h o f e r - I n s t i t u t f ü r H o c h f r e q u e n z p h y s i k u n d R a d a r t e c h n i k F HR

Im Geschäftsfeld Radar zur Weltraumbeobachtung werden die spezifischen Fragestellungen und Anforderungen an Radarsysteme und -verfahren zur Beobachtung von Objekten im erd­ nahen Weltraum und in der Atmosphäre untersucht. Hauptziel ist es, die Kenntnis über einzelne Satelliten und die Situation im Weltraum zu vertiefen, Risiken zu analysieren, Missionen zu begleiten oder Radarsignaturen zu gewinnen. Die in Europa einzigartige Großradaranlage TIRA wird dabei als Experimentalträger genutzt und stetig weiterentwickelt. Unter Einsatz dieses Systems werden für militärische und zivile Auftraggeber Themen zur Weltraumlageerfassung, Analyse der Weltraumtrümmersituation, Raumfahrtsicherheit, Kollisionsvermeidung, Missionsunterstützung und Satellitenwiedereintritt bearbeitet.

Das Geschäftsfeld Boden- und Luftraumaufklärung unterstützt die militärische Fähigkeits­ kategorie „Nachrichtengewinnung und Aufklärung“. Im Vordergrund stehen zum einen innovative Radarsysteme zur Luftraumüberwachung, wie Passiv-Radar oder vernetzte Radarsysteme, zum anderen die luft- und raumgestützte Radaraufklärung der Bodenszene durch zwei- und dreidimensionale Radarbildgebung mit Auflösungen bis in den Sub-Dezimeterbereich, sowie durch Entdeckung und Lokalisierung bewegter Bodenziele. Die betrachteten System-Kategorien reichen von weltweiter über weiträumige Aufklärung bis zur Aufklärung im Einsatzgebiet unter Verwendung von Kleindrohnen. Übergreifend werden die Klassifizierung und Identifizierung von Luft- und Bodenzielen, die Aufklärung gegnerischer Radarsysteme und mögliche elektronische Gegenmaßnahmen bearbeitet.

Im Geschäftsfeld Sicherheit und Schutz werden intelligente Radarsysteme erforscht, die sowohl im militärischen als auch im zivilen Kontext die Sicherheit erhöhen. Dem Schutz unserer Einheiten in Auslandseinsätzen dient die Entwicklung von Radarsystemen zur Entdeckung von »Improvised Explosive Devices (IED)«, wie auch die Untersuchung von Nahbereichssystemen im Millimeterwellenbereich zur Detektion und Lokalisation von Scharfschützen und die Optimierung von Tarnverfahren. Systeme zur Zugangskontrolle können sowohl zum Schutz militärischer Stützpunkte als auch zur Überprüfung von Passagieren am Flughafen genutzt werden. Auch Sensorik kurzer Reichweite für die Überwachung kritischer Infrastruktur bildet ein Thema dieses Geschäftsfelds. Ziel ist die Entwicklung kompakter aktiver und passiver Sicherheitssensoren mit höherer Leistungsfähigkeit bei gleichzeitig sinkenden Kosten.

Aufklärung und Üb e r w a c h u n g

Im Geschäftsfeld Hochfrequenzsysteme für Industrie und Landwirtschaft werden innovative Systeme entwickelt, die die besonderen Eigenschaften von Radar für industrielle Anwendungen ausnutzen. Dazu gehören die Fähigkeiten zur Durchdringung von Nichtleitern und zur hochauflösenden Bildgebung. Besonders im Bereich Materialanalyse zeigen sich vielversprechende Einsatzmöglichkeiten. Ein Beispiel ist die Nutzung von Hochfrequenzsensorik zur Qualitätskontrolle in einem Produktionsprozess bei bereits verpackten Produkten. Bodendurchdringendes Radar erschließt die Erkennung von vergrabenen Objekten oder Hohlräumen in der Erde, zum Beispiel zur Absicherung mobiler Baumaschinen. Im Bereich der Landwirtschaft ergeben sich Einsatzmöglichkeiten maßgeschneiderter Systeme, etwa zur Ermittlung der Fruchtmasse. Im Geschäftsfeld Verkehr, Umwelt und Gesundheit steht die Erforschung von Hochfrequenzsystemen im Mittelpunkt, die in diesen Bereichen neue Anwendungsmöglichkeiten erschließen, vorhandene Sensoren ergänzen oder sie ersetzen können. Radar mit strukturintegrierten Antennen und Low-cost Phased-Arrays sind auf dem Weg, einen neuen Standard für den Einsatz auf Schiffen, Luftfahrzeugen und Landfahrzeugen zu schaffen. Für die Exploration der Umwelt lassen sich modernste abbildende Sensoren einsetzen, die von Kleinflugzeugen oder unbemanntem Fluggerät bei Dunkelheit und Nebel dreidimensionale Abbildungen der Landschaft erzeugen können. Eine neue Technologie erschließt die bodengestützte Überwachung von instabilen Gebäuden oder Berghängen, um die Bildung von Schnee- und Gerölllawinen zu melden. Im Bereich Gesundheit bilden Millimeterwellen- und Terahertzsysteme den Schlüssel für neue ergänzende Diagnoseverfahren.

Im Geschäftsfeld Antennen und elektromagnetische Modellierung werden Technologien zum Aufbau moderner Antennensysteme für Anwendungen in den Bereichen Radar, Kommunikation und Navigation entwickelt. Das abgedeckte Spektrum reicht von Einzelantennen über Reflektorsysteme und aktive Gruppenantennen mit elektronischer Strahlschwenkung bis hin zu Verfahren zur Integration in die Fahrzeugstruktur. Es werden leistungsfähige numerische Verfahren zur Berechnung elektromagnetischer Felder entwickelt, die einerseits dem Antennenentwurf dienen, andererseits zur Modellierung des Streuverhaltens komplexer Radarziele eingesetzt werden, um Zielklassifizierungsverfahren und Tarnmaßnahmen zu unterstützen.

10 I 11

F r a u n h o f e r - I n s t i t u t f ü r K o m m u n ik a t i o n , I n f o r m at i o n s v e r a r b e i t u n g u n d E r g o n o m i e F K I E

Führung und Aufklärung

www.fkie.fraunhofer.de Im Fraunhofer-Institut für Kommunikation, Informationsverarbeitung und Ergonomie steht die Gestaltung von vernetzten Systemen für Führung und Aufklärung im Zentrum der Forschungsarbeit. Dabei werden moderne Verfahren zur Gewinnung, Übertragung und Verarbeitung von Daten und Informationen sowie der benutzerzentrierten Interaktion entwickelt. Das Identifizieren von Innovationspotenzialen in allen relevanten wissenschaftlichen Disziplinen, die Erarbeitung von Methoden und Verfahren zur Umsetzung in die Anwendung,

Gründungsjahr

1963

der Nachweis der Machbarkeit und die Abschätzung des

Mitarbeiter

250

Aufwandes auf der Basis exemplarischer Realisierungen sind

Haushalt

19 Mio. €

Einzelschritte unserer Vorgehensweise. Kontakt Das nebenstehende Bild beschreibt in stilisierter Form den

Institutsleiter

Anwendungskontext vor dem Hintergrund der vernetzten

Wiss. Leiter Ergonomie Prof. Dr.-Ing. Christopher Schlick

Operationsführung. Das Spektrum der Einzelthemen ist breit

Anschrift

Neuenahrer Str. 20

gefächert. So befassen wir uns u. a. mit der Weiterentwick-



53343 Wachtberg

lung moderner Zielverfolgungs- und Fusionsverfahren in

Telefon

+ 49 228 9435-287

einem Netz unterschiedlicher Sensoren, mit der Auswahl und

Fax

+ 49 228 9435-685

Gestaltung von Systemen zur sicheren Übertragung dieser

E-Mail

[email protected]

Informationen, mit Problemen der Ausbreitung in Funknetzen,



Prof. Dr. Jürgen Grosche

mit der Aufklärung von Ort und Eigenschaften von Übertragungseinrichtungen, mit der verdichtenden Verarbeitung und konsistenten Verteilung der gewonnenen Informationen in verteilten Informationssystemen bis hin zur Konzeption und Realisierung geeigneter Benutzeroberflächen im Sinne einer intelligenten Unterstützung der jeweiligen Anwender. Systemergonomische Untersuchungen zur Funktionsaufteilung Mensch-Maschine und Arbeiten zur Architektur von Infor­­­mationssystemen mit dem Schwerpunkt Interoperabili­tät sind weitere Kernkompetenzen des Institutes. Wir sind daher in der Lage, aufsetzend auf den oben genannten Einzelaspekten optimale Systemlösungen für die jeweilige Anwendung zu entwickeln.

12 I 13

Geschäftsfelder

F r a u n h o f e r - I n s t i t u t f ü r K o m m u n ik a t i o n , I n f o r m at i o n s v e r a r b e i t u n g u n d E r g o n o m i e F K I E

Weiträumige Aufklärung eines komplexen, sich dynamisch entfaltenden Geschehens auf dem Boden, zur See, in der Luft oder unter Wasser durch Fusion multisensorieller Daten und Kontextwissen ist eine wichtige Komponente der Vernetzten Operationsführung. Einsatzgebiete im urbanen Gelände oder im Küstenbereich bieten besondere Herausforderungen. Neben aktiver Sensorik, etwa auf unbemannten Plattformen, sind passive Sensoren, wie Signal Intelligence oder multistatisches Radar/Sonar, wichtige Datenquellen für Lagebilder. In breitbandig erfassten Signalszenarien können so z. B. mit Hilfe intelligenter Antennen komplexe mobile Funksysteme aufgeklärt werden. Wachsende Bedeutung besitzt die Nutzung fast überall verfügbarer Mobilfunk-Basisstationen als Beleuchtungsquellen. Ergänzend zur Datenfusion ist das intelligente Management aller Sensorressourcen entscheidend. Im Forschungsfeld Bedrohungserkennung berühren sich militärische und zivile Anwendungen, etwa bei urbaner Aufklärung, gekennzeichnet durch unübersichtliche Umgebungsbedingungen mit unerwarteten, schwer kalkulierten Bedrohungsspektren, und der Gewährleistung öffentlicher Sicherheit. Dies gilt nicht nur für die Einsatzgebiete der Bundeswehr, sondern auch im Sinne von »Homeland Security«. Die Aufmerksamkeit der handelnden Akteure muss gerade in komplexen Situationen auf potentielle Bedrohungen fokussiert werden. Anwendungen bieten Indoor- und Outdoor-Szenarien. Eine Fülle von Einzelsensoren gelangt in »Sicherheitsassistenzsystemen« zur Anwendung, darunter u. a. auch Chemo- und Radioaktivsensorik (CBRNE, »dirty bombs«). Auch relevantes Hintergrundwissen wird bei der Sensordaten- und Informationsfusion einbezogen. Im Forschungsfeld Wissensbasierte Verfahren geht es um die Entwicklung von Assistenzsystemen zur Entscheidungsunterstützung im Führungsprozess. Die Bedeutung eines situationsangepassten Informationsmanagements steigt mit der Menge militärisch relevanter Freitexte und Sprachaufzeichnungen. Diese werden mittels statistischer und computerlinguistischer Analysen in eine formale und strukturierte Form transformiert. Die extrahierten Informationen werden mittels Ontologiekomponenten um zusätzliche Informationen angereichert. Durch den erweiterten Kontext wird ein Beitrag zum verbesserten Lagebewusstsein und zur erhöhten Interoperabilität geleistet. Im Forschungsfeld Verteilte Informationssysteme werden der strukturelle Aufbau und die rollenbezogene Funktionalität von IT-Systemen untersucht. Die an allen Systemknoten verfügbaren, teilredundanten Informationen gehören zu einem gemeinsamen Informationsraum, dessen Beherrschung die Voraussetzung für eine übereinstimmende Beurteilung der militärischen Lage darstellt. Weitere Schwerpunkte sind prozessorientierte, verteilte Datenbankanwendungen für durchgängige, semantisch homogene Führungsinformationssysteme sowie die Entwicklung grafischer Interaktionssysteme zur Visualisierung und Bearbeitung raumbezogener Daten.

F ü h r u n g u n d A u fk l ä r u n g

Im Forschungsfeld Sichere Kommunikation in heterogenen Netzen werden Architekturen für militärische Koalitionsnetze auf IPv4/IPv6-Basis entworfen und getestet. Hierzu entwickeln wir Verfahren zur Erfüllung von Prioritäts- und Quality of Service-Anforderungen über schmalbandige und fehleranfällige Netze. Von besonderer Bedeutung sind dabei die Untersuchung von mobilen ad hoc-Netzen und der Software-Defined-Radio-Technologie im Hinblick auf die zukünftige militärische Nutzung. Mit gleicher Intensität werden Verfahren zur Sicherung der Kommunikation in heterogenen Netzen untersucht. Neben Intrusion-Detection-Systemen untersuchen wir im Rahmen unserer Cyber-Defence-Aktivitäten beispielsweise den Einsatz von Multicast-Protokollen für die Schlüsselverwaltung, Multilevel Security und militärische Sicherheitsanforderungen in Service Oriented Architectures. Das Forschungsfeld Gestaltung ergonomischer Benutzungsschnittstellen für Führungsund Einsatzsysteme erarbeitet Vorgehensweisen zur Auslegung und Optimierung von Führungssystemen und Führungsprozessen. Basierend auf Analysen kooperativer Arbeits- und Führungsprozesse werden Fragestellungen der Funktionsteilung zwischen Mensch und Maschine sowie zur Rollendefinition innerhalb von Teams und Besatzungen untersucht. Modell- und simulationsbasierte Analysen ermöglichen dabei eine kosteneffektive Bewertung von Systemkonzepten. Darauf aufbauend werden innovative Anzeige- und Bedienkonzepte zur aufgaben- und benutzergerechten Gestaltung von Führungs- und Einsatzsystemen entwickelt. Ziel ist es, in zeit- und sicherheitskritischen Entscheidungssituationen ein hohes Situationsbewusstsein und eine hohe Handlungssicherheit der Operateure sicherzustellen. Im Forschungsfeld Visualisierung und Mensch-Computer-Interaktion werden ergonomische Themen zur Gestaltung moderner IT-Systeme und computergestützter Teamarbeit bei militärischen Missionen erforscht. Der Schwerpunkt liegt auf einer zuverlässigen, effektiven und effizienten Interaktion mit mobilen Computern. Ziel ist die Ableitung von Richtwerten, sowie die Optimierung und Evaluation innovativer Interaktions­verfahren, konkreter Benutzungsoberflächen und mobiler Geräte. Das Methodeninventar reicht dabei von Verfahren der konstruktiven und virtuellen Simulation bis zu Feldversuchen. Unter anderem werden TeamEngineering-Konzepte für risikoreiche Umgebungen untersucht. Im Forschungsfeld Unbemannte Systeme werden Methoden für den Einsatz von Mehrrobotersystemen entwickelt. Die Teleoperation von unbemannten Systemen führt zu einer hohen kognitiven Belastung der Operateure. Das Ziel ist deshalb, die Leistungsfähigkeit der Roboter durch den Einsatz von teilautonomen Assistenzfunktionen zu erhöhen und das Einsatzspektrum der Systeme zu verbreitern. Assistenzfunktionen ermöglichen den Robotern auf Basis von Sensorinformationen selbständige Aktionsentscheidungen zu treffen und entlasten den Operateur bei der Koordination mehrerer Systeme. Forschungsgegenstände sind dabei Techniken für die Navigation, wie Bewegungsplanung und Kartenbau, sowie Koordinationstechniken für Mehrrobotersysteme. Die entwickelten Lösungen werden mit Hilfe von Prototypen erprobt. 14 I 15

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R A n g e w an d te F est k ö r p er p h y si k I A F

Aufklärung UND Schutz

www.iaf.fraunhofer.de Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Festkörperphysik (IAF) ist eine führende Forschungs- und Technologieeinrichtung auf dem Gebiet mikro- und nanostrukturierter Verbindungs­ halbleiter sowie der Herstellung von synthetischem Diamant für technische Anwendungen. Die Forschungs- und Ent­ wicklungsarbeiten konzentrieren sich auf elektronische und optoelektronische Schaltungen, Module und Systeme mit Anwendungen in den Bereichen Sicherheitstechnik, Kommunikation, Medizintechnik sowie dem Umweltschutz. Das Institut verfügt über eine hochmoderne Halbleiter-Fertigungslinie. Es ist damit in der Lage neuartige Bauelemente,

Gründungsjahr 1957

Schaltungen und Module mit innovativen Funktionalitäten als

Mitarbeiter

240

Prototypen zu entwickeln oder in Kleinserien zur Verfügung

Haushalt

26 Mio. €

zu stellen. Besondere Stärken besitzt das Institut in der Entwicklung von Infrarot-Lasern, Filtern und Kameras, der

Kontakt

Prozessierung von rauscharmen Hochfrequenz-Schaltungen

Institutsleiter:

Prof. Dr. Oliver Ambacher

sowie in der Fertigung von leistungsstarken und effizienten

Anschrift:

Tullastraße 72

Mikrowellen-Verstärkern. Die wehrtechnischen Unternehmen



79108 Freiburg

profitieren von der Forschung, Entwicklung und Realisierung

Telefon

+49 761 5159-410

dieser Schlüsselkomponenten aus einer Hand, um darauf

Fax

+49 761 5159-300

aufbauend modernste Verteidigungs- und Sicherheitslösungen

E-Mail

[email protected]

für die Bundeswehr zu realisieren. Aktuell entwickeln wir mit unseren Partnern aus Industrie und Forschung Systeme, die: - Hubschraubern eine sichere Landung unter Brownout und Whiteout Bedingungen ermöglichen, - Sensoren durch schnell schaltbare Infrarotfilter vor optischen Gegenmaßnahmen schützen,

Damit tragen wir zur Verbesserung der Fähigkeiten der

- Luftfahrzeuge frühzeitig vor anfliegenden Raketen warnen,

Bundeswehr auf den Gebieten:

- gegnerische Sensoren mit Infrarotlasern gezielt stören,

- Robuste, effiziente und mobile Elektronik,

- verborgene Waffen und Explosivstoffe aus der Ferne

- Sicherheit und Schutz,

erkennen,

- Hochgeschwindigkeits-Kommunikation sowie

- chemische oder biologische Bedrohungen in Luft und

- Überwachung und Aufklärung bei.

Wasser identifizieren, - neue Möglichkeiten für luft- und seegestützte Radare und

Unsere Forschungs- und Entwicklungsarbeiten sind in die

Radiometer bieten.

folgenden Geschäftsfelder unterteilt: 16 I 17

Geschäftsfelder

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R A n g e w an d te F est k ö r p er p h y si k I A F

Das Geschäftsfeld Millimeterwellen-Schaltungen konzentriert sich auf die Realisierung ultra-hoch-frequenter Schaltungen und darauf basierender Module. Transistoren in III-V-Verbindungshalbleiter-Technologie mit Transitfrequenzen von über 0,6 Tera-Hertz wurden bereits demonstriert. Derartige Bauelemente werden für neuartige Radar- oder Radiometer-Systeme verwendet, die eine räumliche Auflösung von 2 cm erzielen. Diese fortschrittliche Technologie 1

erlaubt z. B. die Erkennung unter Kleidung verborgener Waffen aus einer Entfernung von 100 m. Weiterhin sind neuartige Hubschrauber-Landehilfen, die auf 94-GHz-Radar-Modulen des IAF basieren, Gegenstand der Forschung und Entwicklung. Diese ermöglichen Piloten eine gefahrlose Staublandung in trockenen Wüstengebieten.

Das Geschäftsfeld GaN HF-Leistungselektronik entwickelt Hochfrequenz-Schaltungen und -Module aus dem neuartigen Halbleitermaterial Galliumnitrid (GaN). Einsatzgebiete sind Schaltungen für effiziente, phasengesteuerte Radarsysteme, robuste Empfängerschaltungen und Verstärker für die elektronische Kampfführung. Im zivilen Sektor erhöhen GaN-Verstärker den Wirkungsgrad von Basisstationen für die Mobilkommunikation. Aktuell baut das IAF mit 2

seinen Industriepartnern eine kommerzielle Quelle für diese unverzichtbare Schlüsseltechnologie in Europa auf.

Das Geschäftsfeld Infrarot-Detektoren stellt zweidimensionale Infrarot-Detektormatrizen mit höchster thermischer und räumlicher Auflösung, hauptsächlich für die atmosphärischen Transmissions-Fenster von 3 – 5 µm und 8 – 12 µm, zur Verfügung. Aktuelle Ergebnisse sind Detektor-Chips, die auf Pixelebene gleichzeitig zwei unterschiedliche IR-Bänder oder zwei unterschiedliche IR-Farben detektieren. Mit entsprechenden Sensoren ausgerüstete Wärme3

bildkameras können besser zwischen Objektdaten und Hintergrundstörungen unterscheiden. Dies führt zu einer besseren Enttarnung, Entdeckungswahrscheinlichkeit, Vergrößerung der Reichweite und einer Reduzierung der Fehlalarmrate von Raketenwarnsystemen.

A uf k l ä run g un d S c hut z

6

Das Geschäftsfeld Halbleiterlaser und Leuchtdioden stellt Laser in einem breiten Spektralbereich, der vom Ultravioletten bis zum Infraroten reicht, zur Verfügung. Kompakte und zuverlässige Leistungslaser, die im mittleren Infrarot emittieren, werden für gerichtete optische Gegenmaßnahmen verwendet. Schnell durchstimmbare Laser sind für die spektroskopische Fernerkennung gefährlicher Substanzen, z. B. von Explosivstoffen, erforderlich. Bildgebende 4

Verfahren, die die räumliche Verteilung kritischer Substanzen auf Oberflächen oder in der Umgebungsluft verdächtiger Personen zeigen, sind Gegenstand aktueller Forschungen. Halbleiter LEDs, die im grünen bis ultravioletten Spektralbereich emittieren, sind in Kombination mit Leuchtstoffen der Schlüssel zu künftigen energiesparenden Beleuchtungssystemen.

Das Geschäftsfeld Mikro- und Nanosensoren entwickelt und fertigt miniaturisierte Sensoren mit hoher Selektivität und Sensitivität auf Gefahrenstoffe in Gasen und Flüssigkeiten. Durch die Verwendung moderner Halbleitermaterialien eignen sich die Sensoren auch für den Einsatz in korrosiven und wässrigen Umgebungen. Die Kombination von elektronischen und optischen Bauelementen ermöglicht die Realisierung besonders kleiner, leichter und energieeffizienter 5

Sensoren. Ziel der aktuellen Arbeiten ist der Nachweis und die Analyse von Kampfstoffen, militärischen Altlasten, biologischen Bedrohungen in Luft und Wasser sowie die Messung ionisierender Strahlung.

1 Vollintegriertes, frequenzmoduliertes Dauerstrich-Radar-Modul (FMCW) für Landeradare. 2 GaN-Leistungstransistor für die elektronische Kampfführung (ELOKA). 3 Bispektraler Wärmebildsensor für Raketenwarnsysteme. 4 Infrarot-Scheibenlaser-Modul für gerichtete optische Gegenmaßnahmen (DIRCM). 5 Robuste CVD-Diamant-Detektoren für ionisierende Strahlung. 6 Test von Infrarot-Halbeiterlasern.

18 I 19

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R c he m is c he T e c hno l o g ie I C T

Explosivstoff- und Sicherheitstechnik

www.ict.fraunhofer.de

Auf der Basis langjähriger Erfahrung steht das Fraunhofer ICT als einziges deutsches Forschungsinstitut im Explosivstoffbereich sowohl dem Verteidigungsministerium als auch der Industrie und öffentlichen Einrichtungen zur Bearbeitung

Gründungsjahr

1959

aktueller Fragestellungen auf dem Themenfeld innere und

Mitarbeiter

450

äußere Sicherheit zur Verfügung. Das Fraunhofer ICT nutzt

Haushalt

29 Mio. €

die Kompetenzen seiner Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter für die Entwicklung verbesserter chemischer Energieträger und

Kontakt

Wirksysteme für die Bundeswehr sowie die Erarbeitung neuer

Institutsleiter

Prof. Dr.-Ing Peter Elsner

Technologien zur Abwehr terroristischer Angriffe.

Anschrift

Joseph-von-Fraunhofer-Straße 7



76327 Pfinztal

Im Zentrum der Projektforschung stehen dabei die

Telefon

+49 721 4640-401

Entwicklung, Herstellung und Charakterisierung von Rake-

Fax

+49 721 4640-442

tentreibstoffen, Gasgeneratoren, Rohrwaffentreibmitteln

E-Mail

[email protected]

und Sprengstoffen. Ergänzt durch nicht-letale Wirkmittel,



www.ict.fraunhofer.de

Sicherheits- und Schutzsysteme sowie die elektrochemische Energietechnik verfügt das Institut zudem über besondere Erfahrungen bei der Detektion von Explosivstoffen. Zur sicherheitstechnischen Forschung gehören die Unter­ suchung und Bewertung von Sicherheitsrisiken und Unfall­­­szenarien im industriellen und öffentlichen Bereich. Erfahrungen mit reaktiven chemischen Abläufen und die entsprechende Ausstattung bis hin zur Eigenentwicklung spezieller Messtechnik ermöglichen Risikoanalysen – auch im größeren Maßstab speziell beim Umgang mit brennbaren und explosiven Materialien. Hinzu kommen Entwicklungen neuer situationsbezogener Schutzsysteme unter Einbeziehung verschiedener Wirkmechanismen.

20 I 21

Geschäftsfelder

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R c he m is c he T e c hno l o g ie I C T

Der Kompetenzbereich Synthese, Analytik, Sensorik und Detektion von Explosivstoffen und Komponenten verfügt über spezielle Synthese-, Prozessführungs- und Analysetechniken für Umgang, Synthese und Herstellung, Verwertung und Entsorgung von energetischen Materialien. Darauf aufbauend bestehen weitere Kompetenzen in: Entwicklung und Erprobung von Detektionsverfahren für den Sicherheitsbereich; Lebensdauerprognosen für energetische Formulierungen; sicherer Beherrschung gefahrgeneigter Reaktionen durch on- und inline Prozessanalytik und maßgeschneiderter Reaktionsführung (Mikroverfahrenstechnik).

Der Kompetenzbereich Raketenantriebe umfasst Formulierung, Herstellungstechnik und Charakterisierung von wenig empfindlichen, signaturarmen Treibstoffen für hochbeschleunigende Flugkörper, Marschtriebwerke und Impulstriebwerke zur Endphasenbeschleunigung. Gelförmige Treibstoffe ermöglichen eine geregelte Schubstärke für agile Triebwerke. Die Entwicklungen werden durch Untersuchungen und Modellierung von Anzündung, Abbrand und Signatur der Treibstoffe unterstützt. Hochleistungsisolationen für den Raketenbau ergänzen das Kompetenzprofil.

Im Kompetenzbereich Rohrwaffentreibmittel werden aufgrund der veränderten Einsatzbedingungen der Bundeswehr neue Wege beschritten, Treibmittel hinsichtlich Leistung, Temperaturstabilität, Empfindlichkeit und Aufbau den erhöhten Anforderungen anzupassen. Die Entwicklung stützt sich sowohl auf neue Komponenten als auch auf neue Verarbeitungs- und Herstellungstechniken. Anwendungsbeispiele sind die hülsenlose Munition und verbrennbare Hülsen für Maschinengewehr bzw. Maschinenkanone sowie TU-Hochleistungstreibladungspulver für Panzer- und Maschinenkanonen.

Der Kompetenzbereich Sprengladungen befasst sich mit der Formulierung, Herstellung und Charakterisierung neuer Spreng- und Wirkladungen. Beispiele sind Blast-gesteigerte Ladungen, Unterwasseranwendungen oder schaltbare Ladungen unter Einsatz von neuen, modifizierten oder insensitiven Komponenten. Neue Binder-Weichmacher-Systeme und alternative Verarbeitungstechnologien werden getestet und verfeinert. Charakterisierungsmöglichkeiten betreffen Leistung, Blast- und Partikeleigenschaften, Unterwasserverhalten und Empfindlichkeit gegen verschiedene Belastungen.

E x p l osi v stoff - und S i c herheitste c hnik

Im Kompetenzbereich Sicherheit- und Schutzsysteme liegen die Schwerpunkte auf dem Gebiet der Konzeption szenarienorientierter nicht-letaler Wirkmittel, der Risiken- und Gefährdungsermittlung und der Entwicklung von Schutzsystemen. Dazu stehen spezielle Mess- und Modellierungsverfahren zur Charakterisierung von Verbrennungs- und Explosionsvorgängen als auch von Materialverhalten unter Temperatur- oder Impactbelastung zur Verfügung. Anwendungen erstrecken sich von Austriebs- und Schutzsystemen (Täuschkörper, Airbags) auf Gasgeneratorbasis bis hin zu Systemen für die innere und äußere Sicherheit (Panzerungen, akustische Wirkmittel und Sperren).

Im Kompetenzbereich Elektrochemische Energiespeicher und -wandler liegt der Fokus auf sekundären wie auch primären Batterien, Brennstoffzellen sowie der Entwicklung von hybriden Systemen. Die Arbeiten reichen von der Material- und Komponentenentwicklung über die Charakterisierung bis hin zur Entwicklung von Elektrokatalysatoren und den Bau von Prototypen. Batterien werden unterschiedlichen Sicherheitstests unterzogen und mit modernen Methoden der Analytik untersucht, mit dem Ziel Eigensicherheit und Lebensdauer der Energiespeicher deutlich zu erhöhen. Aktuelle Forschungen umfassen zudem die Weiterentwicklung von Lithium-Ionen-Batterien, die Integration von Redox-Flow-Batterien in mobilen und stationären Applikationen bis in den MW-Bereich, sowie die Entwicklung eines Konzepts zur autarken regenerativen Energieversorgung in Feldlagern der Bundeswehr. Begleitend werden hybride Systeme und Energiemanagementsysteme entworfen, die von der Konzeptionierung bis zur Systemintegration eine kundenoptimierte Energieversorgung sicherstellen. Für die Verstromung von Wasserstoff in Brennstoffzellen, werden aktuell verschiedene logistische Aspekte und technische Möglichkeiten im Hinblick auf die Eignung in der Bundeswehr betrachtet.

22 I 23

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R inte g rierte S c ha l tun g en I I S

Kommunikation, Lokalisierung, Sicherheit

www.iis.fraunhofer.de 1985 gegründet, ist das Fraunhofer IIS mit Hauptsitz in Erlangen und weiteren Standorten in Nürnberg, Fürth, Dresden und Ilmenau heute das größte Institut in der FraunhoferGesellschaft. Durch die Entwicklung der Audiocodierverfahren mp3 und AAC hat es eine internationale Spitzenstellung auf diesem Gebiet erreicht und ist weltweit bekannt geworden. In enger Kooperation mit den Auftraggebern forschen und entwickeln die Wissenschaftler auf den Gebieten Digitaler Rundfunk, Audio- und Multimediatechnik, digitale Kinotechnik, Entwurfsautomatisierung und integrierte Schaltungen, drahtgebundene, drahtlose und optische Netzwerke,

Gründungsjahr

1985

Lokalisierung und Navigation, Hochgeschwindigkeitskameras,

Mitarbeiter

650

Ultrafeinfokus-Röntgentechnologie, Bildverarbeitung

Haushalt

80 Mio. €

und Medizintechnik, Supply Chain Management. Institutsleiter

Prof. Dr.-Ing. Heinz Gerhäuser

Im Bereich Verteidigungs- und Sicherheitsforschung richtet das



(geschäftsführend)

Fraunhofer IIS sein Augenmerk auf die Verwundbarkeit der



Prof. Dr.-Ing. Günter Elst

schaften. So gilt es, vorbeugend die wichtigen Einrichtungen

Kontakt

Prof. Dr.-Ing. Albert Heuberger

für Transport und Verkehr, für Energie und Kommunikation zu

Anschrift

Am Wolfsmantel 33

überwachen sowie den Zugang dazu zu kontrollieren.



91058 Erlangen

Telefon

+49 9131 776-0

Einsatzkräfte sind im Krisenfall auf ausfallsichere und stets

Fax

+49 9131 776-2099

verfügbare Kommunikation angewiesen. Moderne Halblei-

E-Mail

[email protected]

komplexen technischen Infrastruktur moderner Industriegesell-

tertechnologie hilft, diese Herausforderungen zu meistern. Neue Sensoren, z. B. 3D-Röntgen, machen Überwachung und Zugangskontrollen sicherer. Autonome Sensornetzwerke kommunizieren selbstständig ohne Infrastruktur; digitale terrestrische Funknetze, unterstützt durch drahtlose Verteilsysteme, bieten sichere Kommunikation.

24 I 25

Geschäftsfelder

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R inte g rierte S c ha l tun g en I I S

Die Abteilung Nachrichtenübertragung befasst sich mit bidirektionaler Kommunikation im mobilen, taktischen Umfeld. Für den Bereich »Software Defined Radio« entwickeln die Wissenschaftler Wellenformen und realisieren deren Implementierung auf Software-CommunicationArchitecture-konformen-Hardwareplattformen. Hierzu gehört unter anderem die Evaluierung unterschiedlicher Verfahren unter Verwendung der geeigneten Kanalmodelle für die Mobilkommunikation. Ein weiteres Arbeitsgebiet ist die Entwicklung von kundenspezifischen Testgeräten zur Unterstützung dieser Tätigkeiten.

Lokalisierung und Kommunikation sind Schlüsseltechnologien für sicherheitstechnische Anwendungen. Die Abteilung Kommunikationsnetze bietet in diesem Bereich vielfältige Kompetenzen wie die Entwicklung von Hard- und Software für drahtlose Sprach- und Datenübertragung, Messtechnik für drahtlose Systeme sowie Lokalisierung in zellularen Netzen (wie WLAN und GSM und selbstorganisierenden Sensornetzen). Die Funkknoten dieser Netze können flexibel ausgebracht oder lokalisiert werden und garantieren hohe Resistenz gegen Teilausfälle. Echtzeitinformationen verbessern die Orientierung beim Einsatz in Gebäuden und sorgen für optimierte Abläufe, etwa in Evakuierungssystemen. Weiterhin stellen sie individuelle Informationen bereit und schaffen autonom agierende Systeme.

Hochfrequenztechnik ist eine wichtige Basistechnologie im Bereich Sicherheit. Die sensiblen Anwendungen stellen hohe Anforderungen an eine sichere Kommunikation oder die Ortung von sicherheitsrelevanten Personen oder Objekten. An diesen Technologien arbeitet die Abteilung für Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik. Mit einem Sender ausgestattet, werden Sicherheitskräfte während eines Einsatzes ständig geortet und bei Gefahr deren Rückzug oder Rettung organisiert. Um potenzielle Gefährdungen von Personen oder Objekten zu minimieren, können automatische Kamerasysteme auf bestimmte Ziele ausgerichtet werden und diesen folgen. Mit Hilfe von adaptiven Antennen werden bei drahtlosen Kommunikationssystemen Störer ausgeblendet und eine sichere Kommunikation gewährleistet. Zusätzliche nachrichtentechnische Verfahren erhöhen die Zuverlässigkeit und Verfügbarkeit von Funksystemen.

K ommunikation , Loka l isierun g , S i c herheit

»Containersicherheit« ist eines der Anwendungsszenarien, mit denen sich das Zentrum für Intelligente Logistische Objekte (ZIO) auseinandersetzt. Das Team arbeitet an der Umsetzung der Vision vollständig integrer globaler Wertschöpfungsketten, in denen Manipulationen an Containern und Containerinhalten sicher und schnell erkannt werden. Am Fraunhofer IIS entwickelte und in innovative Dienste eingebettete RFID-Technologien, Sensornetzwerke und Lokalisierungssysteme sollen zukünftig dafür sorgen, dass Containertransporte sicherer werden.

Am Entwicklungszentrum für Röntgentechnik (EZRT) werden Röntgensysteme entworfen, die der zerstörungsfreien Prüfung von z. B. elektronischen Bauteilen, Metallgussteilen für die Automobilindustrie oder von Komponenten für die Luft- und Raumfahrttechnik dienen. Zur Anwendung von Röntgenmethoden in der Sicherheitstechnik ist es erforderlich, geeignete Komponenten zu identifizieren bzw. neu zu entwickeln. Im Wesentlichen betrifft dies Quellen für hochenergetische Röntgenstrahlung und optimal angepasste bildgebende Systeme. Neben einzelnen Komponenten werden am EZRT auch komplette Anlagen sowohl zur 2D-Radioskopie als auch zur 3D-Computertomographie beladener Luftfracht- oder See-Container konzipiert.

Die Projektgruppe »Drahtlose Verteilsysteme/Digitaler Rundfunk« (DVT) entwickelt Systeme zur mobilen bidirektionalen Satellitenkommunikation im Ku-Band und Ka-Band. Schwerpunkt der Anwendungen ist die Kommunikation in Krisenfällen (z. B. Naturkatastrophen, terroristische Anschläge), mit denen oft der Ausfall der vorhandenen Kommunikationsinfrastruktur ein­hergeht. In den wichtigen ersten Stunden nach Eintritt einer Krise ist es essenziell, schnell Lagebilder zu übertragen, Bild und Ton auszutauschen und eine Kommunikationsmöglichkeit für die Koordination von Rettungs- und Hilfskräften durch die Leitzentrale zu schaffen. Dafür werden Terminals für nomadische und mobile Anwendungen mit nachführbaren Antennen benötigt, vorzugsweise mit geringer Bauhöhe. Neben der Entwicklung von geeigneten Übertragungsverfahren und Protokollen, steht der automatisierte Systemtest von nachführbaren Antennensystemen im Vordergrund.

26 I 27

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R N atur w issens c haft l i c h T e c hnis c he T ren d ana ly sen I N T

Entscheidungshilfen für Staat und Wirtschaft

www.int.fraunhofer.de Das Fraunhofer-Institut für Naturwissenschaftlich-Technische Trendanalysen INT erstellt einen laufend aktualisierten um­ fassenden Überblick über die allgemeine Forschungs- und Technologielandschaft und das gesamte Spektrum technologischer Entwicklungen sowohl national als auch international. Vertieft wird der allgemeine Überblick durch eigene Fachanalysen und -prognosen auf ausgewählten Technologiegebieten. Seit über 30 Jahren berät das Institut das Bundesministerium der Verteidigung in Technologiefragen und bei der planerischen Umsetzung neuer Entwicklungen in Forschung und Technologie. In den vergangenen Jahren wurden zunehmend

Gründungsjahr

1974

Forschungsprojekte für andere Ressorts durchgeführt, die

Mitarbeiter

100

mit Sicherheitsvorsorge und langfristigen Veränderungen in

Haushalt

7,5 Mio. €

der Gesellschaft befasst sind. Ergänzend zu diesen Studien wird eigene experimentelle und theoretische Forschung zur

Kontakt

Einwirkung ionisierender und elektromagnetischer Strahlung

Institutsleiter

Prof. Dr. Uwe Wiemken

auf elektronische Bauelemente und Systeme betrieben.

Anschrift

Appelsgarten 2



53879 Euskirchen

Das Institut ist mit modernster Messtechnik ausgestattet. Die

Telefon

+49 2251 18- 0

wichtigsten Labor- und Großgeräte sind Strahlungsquellen und

Fax

+49 2251 18-277

elektromagnetische Simulationseinrichtungen, die in dieser

E-Mail

[email protected]

Kombination in Deutschland in keiner anderen zivilen Einrichtung vorhanden sind. Hauptauftraggeber sind Behörden und Organisationen, die mit Sicherheits- und Vorsorgeaufgaben befasst sind, und Unternehmen der Luft- und Raumfahrtindustrie mit ihren Zulieferern.

28 I 29

Geschäftsfelder

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R N atur w issens c haft l i c h T e c hnis c he T ren d ana ly sen I N T

Im Geschäftsfeld Trends und Entwicklungen in Forschung und Technologie sind alle Leistungen des INT zusammengefasst, die auf einem ausgewogenen Überblick und übergreifender Urteilsfähigkeit über alle für Wirtschaft und Staat relevanten Technologieentwicklungen basieren. Es bietet Planern und Entscheidungsträgern Orientierung in einem zunehmend komplexer werdenden Umfeld, das geprägt ist durch immer kürzere technologische Entwicklungszyklen und eine gleichzeitig immer weiter zunehmende Abhängigkeit aller gesellschaftlichen Abläufe von technischen Systemen. Daher konzentriert sich die Arbeit im Geschäftsfeld neben dem Einsatz unterstützender Methoden der Technologiefrühaufklärung vor allem auf die inhaltliche Auseinandersetzung mit den Technologiethemen und die Herstellung einer Gesprächsfähigkeit mit den Fachwissenschaften. Die hier gewonnenen Erkenntnisse werden hinsichtlich ihrer Planungsrelevanz für den Auftraggeber aufbereitet und als Ergebnis eines engen Kommunikationsprozesses in geeigneter Form zur Verfügung gestellt.

Dienstleistungen und Produkte, die unsere Kunden bezüglich Planung und Zieldefinitionen im Bereich FuT, werden im Geschäftsfeld Planung, Programme und Strukturen in Forschung und Technologie zusammengefasst. Wir kombinieren unsere multidisziplinäre Expertise – in Natur-, Geistes- und Gesellschaftswissenschaften – mit unserer Kompetenz im Bereich von Planungs- und Entscheidungsprozessen und unterstützen dadurch unsere Kunden mit Berichten, Analysen und maßgeschneiderten Studien. Hinzu kommt Fachwissen zu nationalen und internationalen Institutionen, Strukturen und Prozessen. Abgerundet wird das Angebot durch umfassende Urteilsfähigkeit im Hinblick auf FuT-Planung und spezieller Informations- und Wissens-Management-Systeme.

E nts c hei d un g shi l fen für S taat un d Wirts c haft

Das Geschäftsfeld Nukleare Effekte, Bedrohungen und Detektionssysteme baut auf der kernphysikalischen Expertise des Institutes auf, welche durch fortlaufende theoretische und experimentelle Forschungsarbeit aufrecht erhalten wird. Die Wissenschaftler des Institutes untersuchen die Effekte nuklearer Strahlung auf elektronische und opto-elektronische Systeme im Hinblick auf Anwendung im Weltraum oder in Beschleuniger-Anlagen. Darüber hinaus führt das Institut Experimente zur Optimierung der verdeckten Suche und zerstörungsfreie Detektion von nuklearem und radioaktivem Material durch. Diese Expertise wird u. a. im Gebiet der nuklearen Non-Proliferation und anderen sicherheits- oder verteidigungsrelevanten Bereichen angewandt. Außerdem betreibt das Institut eine Reihe verschiedener Bestrahlungsanlagen, die in dieser Zusammensetzung in Deutschland einzigartig sind.

Der Schwerpunkt des Geschäftsfelds Elektromagnetische Effekte und Bedrohungen liegt darauf, den Einfluss elektromagnetischer Phänomene wie Hochleistungsmikrowellen (HPM) und den Nuklearen Elektromagnetischen Puls (NEMP) auf elektronische Systeme sowohl theoretisch als auch experimentell zu analysieren. In diesem Zusammenhang erforscht das Geschäftsfeld auch Themen wie Gefahrenprävention und Schutzkonzepte. Während eine verlässliche Urteilsfähigkeit weiterhin eine hohe Priorität innerhalb der Grundfinanzierung des Institutes durch das Bundesministerium der Verteidigung genießt, wird die jahrzehntelange Erfahrung des Institutes zunehmend auch für zivile Auftraggeber interessant.

30 I 31

IOSB

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R O p troni k , S y ste m te c hni k un d B i l d aus w ertun g I O S B

Vernetzte Sensoren für Sicherheit und Schutz

www.iosb.fraunhofer.de Aus dem FGAN-Institut für Optronik und Mustererkennung



FOM in Ettlingen und dem Fraunhofer-Institut für Infor-

Gründungsjahr

2010

mations- und Datenverarbeitung IITB in Karlsruhe entsteht

Mitarbeiter

360

durch Fusion zum 1.1.2010 das neue Fraunhofer-Institut für

Haushalt

35 Mio. €

Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung. Kontakt Standort Karlsruhe Das neue Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und

Institutsleiter

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Beyerer

Bildauswertung verfügt über ein einzigartiges, durchgängiges

Anschrift

Fraunhoferstraße 1

Kompetenzspektrum. Es reicht von der Objekt- und Atmo-



76131 Karlsruhe

sphärenphysik über die Optik, die Sensorphysik, die Bild- und

Telefon

+49 721 6091-210

Signalauswertung bis hin zur Informations- und Wissensverar-

Fax

+ 49721 6091-413

beitung, zur Systemtechnik und zur Anthropomatik. Während

E-Mail

[email protected]

die Namensbestandteile Optronik und Bildauswertung sich weitgehend selbst erklären, gehören zur Systemtechnik alle Disziplinen, die notwendig sind, um aus heterogenen Kom-

Kontakt Standort Ettlingen

ponenten und Teilsystemen leistungsfähige Gesamtsysteme

Institutsleiter

Prof. Dr. Maurus Tacke

zu formen. Ein Schwerpunkt liegt in der automatischen

Anschrift

Gutleuthausstr. 1

Auswertung und Fusion von Bildmaterial unterschiedlicher,



76275 Ettlingen

vernetzter Sensoren wie z. B. Infrarot-, Laser-, Radarwellen

Telefon

+ 49 (0) 72 43 9 92 - 131

oder von Videosequenzen.

Fax

+ 49 (0) 72 43 9 92 - 298

E-Mail

[email protected]

Neben den weiterhin bestehenden Geschäftsfeldern sind neue



Themenschwerpunkte geplant. Beispiele sind: »Leistungs­be­wertung Indirekte Sicht«: Führung von Fahrzeugen, wo direkte Sicht nicht möglich ist und damit verbesserter Schutz für Fahrzeugführer und Fuhrpark. »Multisensorielle Ferndiagnose«: Berührungslose Messung und Diagnose von Material und Geräten, auch über weite Entfernungen, ein Beitrag zur optimalen Wartung und Sicherung der Einsatzfähigkeit. »Bauwerkserfassung« sowie »Vermessung und Analyse von technischen Anlagen«: Anwendungen bildgebender Laser-Radare, die Änderungen erfassen und zum Beispiel Instandsetzungen aus der Ferne planbar machen. »Warnsensorik«: Die schnelle und sichere automatische Erkennung von schulterbaren Luftabwehrraketen. Ziel ist die Verbesserung der Maßnahmen und technischen Konzepte gegen die asymmetrische Bedrohung durch Terroreinheiten.

Prof. Dr.-Ing. Jürgen Beyerer und Prof. Dr. Maurus Tacke.

32 I 33

Geschäftsfelder

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R O p troni k , S y ste m te c hni k un d B i l d aus w ertun g I O S B , stan d ort Kar l sruhe

Das Geschäftsfeld Interoperabilität und Assistenzsysteme (IAS) bietet Lösungen für das Zusammenwirken des Menschen mit komplexen informationstechnischen Systemen an. Schwerpunkt ist die bildgestützte Luft- und Satellitenbildauswertung für die Aufklärung und Überwachung im Verbund netzbasierter Operationsführung. Dabei kommt der Interoperabilität entscheidende Bedeutung zu. Das Geschäftsfeld entwickelt Assistenzsysteme für die Informationsgewinnung im Aufklärungswesen und konzipiert und bewertet vollständige Systemlösungen.

Das Geschäftsfeld Interaktive Analyse und Diagnose (IAD) entwickelt Lösungen für die technisch unterstützte Analyse von Signalen und Bildern. Diese dient der Lösung von Diagnoseaufgaben in vielfältigen Anwendungsfeldern. Die Arbeiten decken dabei die gesamte Analyse- und Diagnosekette ab: von der Signalerfassung und -vorverarbeitung durch miniaturisierte, netzwerkfähige Messaufnehmer über modellbasierte Verfahren zur Entscheidungsfindung bis zum Multidisplay-Arbeitsplatz eines Anwenderteams.

Der Schwerpunkt des Geschäftsfeldes Autonome Systeme und Maschinensehen (ASM) liegt in der automatischen Auswertung von Signalen bewegter bildgebender Sensorik in komplexen, ggf. nichtkooperativen Szenarien. Diese Sensorik wird beispielsweise im Aufklärungsund Überwachungsbereich als integrierte Komponente in fliegenden, weltraumgestützten oder mobilen landgestützten Plattformen verwendet. ASM entwickelt und integriert hierfür Bildauswertealgorithmen für autonome oder interaktive Systeme.

Das Geschäftsfeld Informationsmanagement (IMT) entwickelt Plattformen für Simulationssysteme, Internet-Communities und Portale, webbasierte Informations- und WissensManagement-Systeme, sowie Content- und Community-Management Anwendungen. Anwendungsschwerpunkte sind die Simulationsinfrastruktur der Bundeswehr, WissensManagement-Systeme für F&E, Modellierung und Simulation sowie IT-Architekturen für das Krisenmanagement.

Das Fraunhofer-Anwendungszentrum Systemtechnik (AST) beschäftigt sich mit der Modellierung, Simulation und Führung / Steuerung mobiler bemannter / unbemannter Systeme auf dem Land und im Unterwasserbereich innerhalb der Entscheidungsebenen Mission, Manöver sowie Autopilot. Weiterhin werden Simulatoren und Ausbildungssysteme für Land- und Wasserfahrzeuge entwickelt.

Das Geschäftsfeld Netzwerke (NET) befasst sich mit der Planung, Implementierung und dem Betrieb sicherer Rechnernetze und Kommunikationsdienste. Es ist spezialisiert auf Firewalls, den Einsatz von Verschlüsselungsverfahren, Electronic Messaging zur unternehmensübergreifenden Kommunikation sowie webbasierte Verfahren zum Netzwerkmanagement. »Netzwerke« betreibt Teile der Netzinfrastruktur der FhG.

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Geschäftsfelder

F R A U N H O F E R - I N S T I T U T F Ü R O p troni k , S y ste m te c hni k un d B i l d aus w ertun g I O S B , stan d ort E tt l in g en

Basis für die Konzeption, Planung und Bewertung von bildgebenden Systemen ist das Erscheinungsbild der verschiedenen Objekte für die Sensoren, die Signatur. Das Institut verfügt über umfangreiches Material hierzu, das ständig aktualisiert wird. Alternativ zu experimentell ermittelten Signaturen werden auch Modelle der Objekte vorgehalten und für die Simulation eingesetzt. Das nebenstehende Bild zeigt als Beispiel das Institutsgebäude in mehreren Darstellungsarten.

Die Ausführung von Sensorik variiert stark mit dem Verwendungszweck. Die Anforderungen bestimmen die technischen Daten, das Institut verfügt über den wissenschaftlichen Hintergrund zur Unterstützung der Auswahl unterschiedlicher Konzepte und Ausführungen. Das Bild zeigt oben auf der Waffe ein neu eingeführtes Infrarot-Zielgerät, bei dem das Institut von der Konzeption an sein Fachwissen einbringen konnte, zum Beispiel durch Einsatz seines Modells TRM3 für die vergleichende Bestimmung der Reichweite solcher Sensoren im Einsatz.

Ein Schwerpunkt in der Mustererkennung ist die automatische Analyse für Laser-Radar. Sie hilft Hubschrauberpiloten und warnt vor Hindernissen, hier eine Hochspannungsleitung in schwierigem Gelände.

Hauptanwendung der Mustererkennung bleibt mittelfristig die Auswertung und Fusion von zweidimensionalen Bildern konventioneller Sensoren. Sie ist zum Beispiel Grundlage der automatischen Navigation für autonome Systeme, die nicht immer auf GPS basieren kann. Aktueller Schwerpunkt ist die Verarbeitung von Bildserien bewegter Sensoren. Das Bild zeigt die aus den Daten eines Infrarotsensors automatisch bestimmte Flugbahn, (grün), und eine im ausgewerteten 3-D Raum eingetragene automatische Fahrspur, (gelb).

Warnsensorik bleibt ein brennendes Problem. Das Institut gewinnt mit experimentellen Sensoren Daten (hier im IR) und ermittelt automatisch mögliche Gefährdungen (gelbe Spuren).

Ein typisches Beispiel zur Bildauswertung aktueller Systeme ist die Bearbeitung von Daten des Radars mit synthetischer Apertur (SAR). SAR wird z.B. in den SAR-LUPE Satelliten der Bundeswehr für die weltweite Aufklärung eingesetzt. Im Bild ist ein durch FOM-Algorithmen automatisch entdeckter und markierter Flughafen mit seinen Verkehrsflächen in einem SARBild zu erkennen. Die Bildauswertung ergänzt hier die Arbeiten des Fraunhofer-Instituts FHR.

Die wissenschaftliche Beurteilung der Leistung optronischer Systeme und Verfahren setzt eine detaillierte Kenntnis aller Komponenten voraus. Das Institut bearbeitet die gesamte optronische Kette und untersucht dazu auch die Strahlungsausbreitung in der Atmosphäre, die die Leistungsfähigkeit aktueller optronischer Sensorsysteme beschränkt. Das Bild visualisiert den Durchgang eines Laserstrahls durch turbulente Atmosphäre. Die theoretischen und experimentellen Ergebnisse solcher Untersuchungen werden für die Bewertung und Leistungssteigerung aktiver und passiver Sensoren benötigt.

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S icherheit u n d V ertei d i g u n g im F ok u s akt u e l l er F orsch u n g

Der Verbund im Überblick Fraunhofer-Verbund Verteidigungs- und Sicherheitsforschung VVS





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