DE102012215858B4

DE102012215858B4 - Auswertevorrichtung für ein system zur objekterfassung

Info

Publication number: DE102012215858B4
Application number: DE102012215858.8A
Authority: DE
Inventors: Martin Barth
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2012-09-06
Filing date: 2012-09-06
Publication date: 2020-07-30
Anticipated expiration: 2032-09-07
Also published as: WO2014037414A1; DE102012215858A1

Abstract

Auswertevorrichtung (100) für ein System (120) zur Objekterfassung mittels Schallwellen oder elektromagnetischen Wellen,wobei die Auswertevorrichtung (100) ausgebildet ist, um ein Artefaktsignal (20) auf Basis eines empfangenen, einfach Artefakt-behafteten, rückgefalteten Antwortsignals (14") und eines zugehörigen Gesamtanregungssignals (14) zu simulieren und um das empfangene, einfach Artefakt-behaftete Gesamtantwortsignal (14") für dessen weitere Verarbeitung um das simulierte Artefaktsignal (22) zu reduzieren,wobei bei dem Simulieren des Artefaktsignals (22) das empfangene, einfach Artefakt-behaftete, rückgefaltete Antwortsignal (14") mit dem Gesamtanregungssignal (14) gefaltet wird,wobei das Ergebnis der Faltung mit dem Gesamtanregungssignal (14) rückgefaltet wird, sodass ein doppelt Artefakt-behaftetes Signal entsteht;wobei von dem doppelt Artefakt-behafteten Signal das empfangene, einfach Artefakt-behaftete, rückgefaltete Antwortsignal (14") subtrahiert wird, um als Ergebnis der Subtraktion das simulierte Artefaktsignal (22) zu erhalten.

Description

Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung beziehen sich auf eine Auswertevorrichtung zur Objekterfassung, ein System zur Objekterfassung mittels der Schallwellen oder elektromagnetischen Wellen und auf ein Verfahren zur Artefaktreduktion.
Systeme zur Objekterfassung basieren typischerweise darauf, dass eine Schallwelle oder elektromagnetische Welle als Anregungssignal mittels einer Antenne ausgesendet wird und dass ein an einem zu detektierenden Objekt reflektiertes Antwortsignal wieder empfangen wird, wobei auf Basis des Echos des Anregungssignals in dem Antwortsignal die Position des zu detektierenden Objekts ermittelt werden kann. Beispiele für derartige Systeme sind Sonar-Systeme, Radar-Systeme, Laservibrometer oder auch Ultraschalldetektoren. Beim Messen der Schallausbreitung in Festkörpern oder Fluiden, aber auch bei Luftultraschall tritt häufig das Problem auf, dass das zu messende Signal schwach, das Rauschsignal aber groß ist. Derartige Effekte werden insbesondere bei Messungen mit (Ultra-)Schallwellen über große Distanzen (z.B. Sonar, Geologie-Sonar) oder bei Messung mit EMAT-Sensoren beobachtet. Das Signal-Rausch-Verhältnis kann durch n-faches Anregen und Mittelung des Messsignals deutlich verbessert werden, wobei die Rauschsignal-Amplitude auf den Faktor $\frac{1}{\sqrt{n}}$
reduziert wird.
Deshalb sind viele Anregungssignal-Generatoren dazu ausgebildet, um n Einzelanregungssignale, z.B. in Impulsform, die zusammen das Gesamtanregungssignal ergeben, auszusenden.
Die Patentschrift US 4,065,744 A zeigt ein Verfahren bzw. eine Vorrichtung zum Bestimmen einer Distanz zwischen einem Fahrzeug und einer Referenzoberfläche auf Basis einer Frequenzverschiebung des Echosignals. Die Frequenzverschiebung ergibt sich aus einem ausgesendeten Signal und einem empfangenen Signal. Hierbei werden bevorzugt die ausgesendeten Signale pulsweise ausgesendet. Die Pulse haben eine konstante Dauer, wobei allerdings die Abstände zwischen den Pulsen variiert werden können.
Die Patenschrift US 2003 / 0 133 362 A1 zeigt ein System zur Distanzmessung unter Zuhilfenahme eines Echosignals. Das Echosignal resultiert aus einem ausgesendeten Signal, wobei das ausgesendete Signal durch einen Pulsgenerator erzeugt wird, der wiederum durch einen Chaosgenerator angetrieben wird.
Wenn die ausgesendeten Schallwellen nur langsam abklingen, was häufig bei langen Schallwellenlaufzeiten auftritt, kann die Wiederholfrequenz der Einzelanregungssignale nur begrenzt erhöht werden, weil sonst die verbliebenen Schallwellen des jeweils vorherigen Einzelanregungssignals das Gesamtantwortsignal (Messsignal) überlagern. Das kann dazu führen, dass sich die Einzelantwortsignale (bzw. Echosignale) nicht eindeutig den Einzelanregungssignalen (bzw. Sendeimpulsen) zuordnen lassen.
Ein weiteres beim Codieren des Gesamtanregungssignals mittels dieser sogenannten Puls-Positions-Modulation und beim entsprechenden Decodieren des Gesamtantwortsignals vorkommendes Problem besteht in einem entstehenden Artefaktsignal, das dem Gesamtantwortsignal überlagert ist. Die Stärke bzw. Amplitude des Artefaktsignals kann je nach Schall-Abklingzeit (im Bauteil), Signalspektrum und mittlerer Impuls-Wiederholfrequenz unterschiedlich stark sein. Diesen auftretenden Artefaktsignalen kann durch Reduktion der maximalen Impuls-Wiederholfrequenz entgegengewirkt werden. Dadurch erhöht sich allerdings die Gesamtmesszeit bei gleicher Anzahl an Anregungssignalen deutlich. Deshalb besteht der Bedarf nach einem verbesserten Ansatz.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Artefaktreduktion ohne die oben genannten Nachteile zu schaffen.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird durch eine Auswertevorrichtung gemäß Anspruch 1, ein System zur Objekterfassung gemäß Anspruch 11 und ein Verfahren gemäß Anspruch 14 geschaffen.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung schaffen eine Auswertevorrichtung für ein System zur Objekterfassung mittels Schallwellen oder elektromagnetischen Wellen. Die Auswertevorrichtung ist ausgebildet, um ein Artefaktsignal auf Basis eines (dekodierten) Gesamtantwortsignals und eines zugehörigen Gesamtanregungssignals zu simulieren und um das Gesamtantwortsignal für die weitere Verarbeitung des Gesamtantwortsignals um das simulierte Artefaktsignal zu reduzieren. Beim Simulieren des Artefaktsignals wird das Gesamtantwortsignal mit dem Gesamtanregungssignal gefaltet, das Ergebnis der Faltung mit dem Gesamtanregungssignal rückgefaltet und das Ergebnis der Rückfaltung (Dekonvolution) von dem Gesamtantwortsignal subtrahiert, wobei das Ergebnis der Subtraktion das simulierte Artefaktsignal ist.
Ausführungsbeispielen der vorliegenden Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass durch Faltung und Rückfaltung des Gesamtantwortsignals mit dem Gesamtanregungssignal und nachträglicher Subtraktion ein Artefaktsignal effektiv simuliert werden kann, das dem reell auftretenden Artefaktsignal sehr ähnlich ist. Diese Simulation basiert effektiv darauf, dass der Rechenvorgang, bei dem das Artefaktsignal entsteht, ein zweites Mal durchgeführt wird und so ein doppelt Artefakt-behaftetes Signal entsteht. Dieses doppelt Artefakt-behaftete Signal kann dann in einem weiteren Schritt durch die Subtraktion mit dem einfach Artefakt-behafteten Signal verglichen werden, um so das Artefaktsignal zu extrahieren. Somit ist es möglich, dass im Gesamtantwortsignal bzw. decodierten Signal enthaltene Artefaktsignal zu reduzieren, was zu einer Verbesserung der Signalqualität oder bei gleichbleibender Signalqualität zu einer Erhöhung der Messgeschwindigkeit führt. Dieser Vorteil kommt insbesondere bei Gesamtanregungssignalen mit einer Vielzahl von aufeinanderfolgenden einzelnen Anregungssignalen zu tragen, die in aufeinanderfolgenden (z.B. variierten oder gleichbleibenden) Anregungssignalintervallen T_i mit 0 ≤ i < n beabstandet sind, und bei denen folglich ein Gesamtantwortsignal mit einer Vielzahl von gefalteten Antwortsignalen resultiert.
Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen schafft die Erfindung ein System zur Objekterfassung mittels Schallwellen oder elektromagnetischen Wellen, das die oben beschriebene Auswertevorrichtung sowie eine Steuervorrichtung für einen Anregungssignal-Generator aufweist, die ausgebildet ist, um den Anregungssignal-Generator so zu steuern, dass der Anregungssignal-Generator aufeinanderfolgende Anregungssignale in aufeinanderfolgenden Anregungssignalintervallen T_i mit 0 ≤ i < n ausgibt, wobei die Anregungssignalintervalle T_i über die n Anregungssignale hinweg entsprechend einer mathematischen Folge mit einer Vielzahl von Folgegliedern k_i zeitlich variieren. Diese mathematische Folge ist so gewählt, dass für jedes ganzzahlige s in einem Intervall [2;m] mit m ≤ n/2 die Folge der Summenglieder $\sum_{j = 0}^{s - 1} k_{(i + j) m o d n}$
über die Folgenglieder k_i ein Intervall aufspannen, in welchem mindestens 80% der Summenfolgeglieder S_i mit Distanzen ΔS_i voneinander symmetrisch verteilt sind. Hiermit besteht also der Vorteil, dass durch das ständige Variieren der Anregungssignalintervalle T_i die reflektierten Antwortsignale der jeweils vorherigen Anregung stets an unterschiedlichen zeitlichen Positionen relativ zum jeweils letzten Anregungszeitpunkt auftreten, was bei einer späteren Mittelung, die durch Addieren der empfangenen und vereinzelten Antwortsignale erfolgt, dazu führt, dass sich unerwünschte Signalanteile im Antwortsignal auslöschen. Dieses Prinzip der Variation der Anregungssignalintervalle entsprechend der mathematischen Folge führt zu einer Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses, kann allerdings auch dazu benutzt werden, die effektive Mittelungsgeschwindigkeit, z.B. um Faktor 10, zu erhöhen und damit die Gesamtmessdauer zu reduzieren. Ferner besteht der Vorteil, dass das Gesamtanregungssignal in dem System gleich der Auswertevorrichtung zur Verfügung gestellt werden kann, so dass auf dessen Basis eine direkte Simulation des Artefaktsignals möglich ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel schafft ein Verfahren zur Artefaktreduktion mit den Schritten des Simulierens des Artefaktsignals und des Reduzierens des decodierten Gesamtantwortsignals um das simulierte Artefaktsignal. Das Simulieren basiert hierbei auf der erneuten Codierung (Faltung) des decodierten Gesamtantwortsignals mit dem Gesamtanregungssignal (Impulsfolge), der Decodierung (Rückfalten) des Ergebnisses der Faltung mit dem Gesamtanregungssignal und des Subtrahierens des Ergebnisses der Rückfaltung von dem Gesamtantwortsignal, so dass als Ergebnis der Subtraktion das simulierte Artefaktsignal erhalten wird. Ein weiteres Ausführungsbeispiel schafft ein Computerprogramm zur Durchführung des genannten Verfahrens.
Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend anhand der beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

1a ein schematisches Blockschaltbild einer Auswertevorrichtung zur Artefaktreduzierung gemäß einem Ausführungsbeispiel;
1b ein schematisches Blockschaltbild einer Steuerungsvorrichtung zur Anregungssignalintervallvariation gemäß einem Teilaspekt;
2a-2d schematische Diagramme von Anregungs- und Antwortsignalen zur Illustration des Prinzips der Anregungssignalintervallvariation gemäß einem Teilaspekt;
2e-2h schematische Diagramme von Antwortsignalen zur Illustration des Prinzips der Artefaktreduktion gemäß Ausführungsbeispielen;
3a, 3b ein schematisches Histogramm und Histogramm-Spektrum einer Gauß-Folge (Pseudozufallsfolge mit Gaußverteilung);
3c, 3d ein schematisches Histogramm und Histogramm-Spektrum einer LFSR-Folge (Pseudozufallsfolge aus einem „Linear Feedback Shift Register“, gleichverteilt);
3e-3g schematische Histogramme und ein Histogramm-Spektrum von Summenfolgen gemäß einem Teilaspekt; und
4a-4c schematische Blockschaltbilder von Systemen mit einer Steuerungsvorrichtung, einem Anregungssignal-Generator und einer Auswertevorrichtung mit Artefaktreduzierung gemäß Ausführungsbeispielen.

Bevor nachfolgend Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung anhand der Figuren näher erläutert werden, wird darauf hingewiesen, dass gleiche oder gleichwirkende Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen sind, so dass die Beschreibung derer aufeinander anwendbar bzw. austauschbar ist.
1a zeigt eine Auswertevorrichtung 100 mit einem ersten Eingang 102 für das Gesamtanregungssignal 14 bzw. die einzelnen Anregungssignale 14a, 14b und 14c und einen zweiten Eingang 104 für das Artefakt-behaftete Gesamtantwortsignal 14", welche bevorzugter Weise bereits rückgefaltet bzw. decodiert ist. Ferner weist die Auswertevorrichtung 100 einen Ausgang 106 zum Ausgeben des simulierten Artefaktsignals 22 oder des Artefakt-reduzierten Antwortsignals 14"' auf. Je nach Implementierung erfolgen in der Auswertevorrichtung 100 drei oder vier Rechenoperationen 100a, 100b, 100c (und 100d), die beispielsweise mittels einer CPU oder einer anderen Recheneinheit ausgeführt werden können und im Folgenden näher erläutert werden.
Das Gesamtanregungssignal 14, das beispielsweise mehrere Einzelanregungssignale 14a, 14b und 14c aufweisen kann, wird mittels eines Anregungssignal-Generators (nicht dargestellt) und eines zugehörigen Schallaktors (nicht dargestellt) in ein Medium ausgesendet und nach Reflexion an einen zu detektierenden Objekt wieder über einen Schallsensor (nicht dargestellt) und einer Empfangseinheit (nicht dargestellt) als Echo bzw. Gesamtantwortsignal empfangen. Auf Basis der Laufzeitdifferenz zwischen Aussenden des Gesamtanregungssignals 14 und Empfangen des Gesamtantwortsignals kann die Position des detektierenden Objekts berechnet werden. Ein gängiges Mittel zum Verbessern des Signal-Rausch-Verhältnisses in dem Gesamtantwortsignal ist es, mehrere Anregungssignale 14a, 14b und 14c als quasi Impulsfolge auszusenden und die jeweiligen einzelnen Antwortsignale so zu mitteln, dass ein gemitteltes Gesamtantwortsignal erhalten wird. Hierzu wird das empfangene Gesamtantwortsignal 14' mittels dem Gesamtanregungssignal 14 decodiert bzw. um das Gesamtanregungssignal 14 rückgefaltet und die so vereinzelten, den Anregungssignalen 14a, 14b und 14c zuzuordnen Antwortsignale aufaddiert. Hierdurch entsteht ein rauscharmes, aber mehr oder weniger Artefakt-behaftetes Gesamtantwortsignal 14", das aufgrund der Mittelung die einzelnen Antwortsignale umfasst.
Dieses Artefakt-behaftete Gesamtantwortsignal 14" wird über den zweiten Eingang 104 durch die Auswertevorrichtung empfangen, die in erster Linie zur Artefaktreduzierung dient, aber auch weitere Funktionen, wie z.B. die eben erörterte Decodierung des empfangenen Gesamtantwortsignals zur Ermittlung des gemittelten Gesamtantwortsignals 14" umfassen kann. Zur Artefaktreduzierung werden je nach Implementierung die drei oder vier Rechenoperationen 100a, 100b, 100c (und 100d) eingesetzt. Bei der ersten Rechenoperation 100a erfolgt die wiederholte Faltung des Artefakt-behafteten Gesamtantwortsignals 14" mit dem Gesamtanregungssignal 14, d.h. 14 ⊗ 14". Diese Rechenoperation 100a wird auch Decodieren genannt. Das Ergebnis der Faltung wird in einer nächsten Rechenoperation 100b, die auch Re-Decodieren genannt wird, wieder um das Gesamtanregungssignal 14 rückgefaltet, wobei ein doppelt Artefakt-behaftetes Gesamtantwortsignal (14 ⊗ 14") ⊗^-1 14 entsteht. Insofern werden die Rechenoperationen 100a & 100b, bei welchen die Artefakte entstanden sind, bewusst wiederholt durchgeführt, um ein zweifach Artefakt-behaftetes Signal zu erhalten. Das doppelt Artefakt-behaftete Gesamtantwortsignal (14 ⊗ 14") ⊗^-1 14 weist gegenüber dem einfach behafteten Antwortsignals 14" das simulierte Artefaktsignal 22 zusätzlich auf. Deshalb erfolgt in einer nächsten Rechenoperation 100c ein direkter Vergleich bzw., um genau zu sein, eine Differenzbildung des doppelt Artefakt-behafteten Signals (14 ⊗ 14") ⊗^-1 14 bzw. des Ergebnisses der Rückfaltung 100b und des einfach Artefakt-behafteten Signals 14", um das simulierte Artefaktsignal 22 zu erhalten.
Die Auswertevorrichtung 100 weist bei diesem Ausführungsbeispiel die optionale vierte Rechenoperation 100d auf, bei der das Artefakt-behaftete Signal 14" um das simulierte Artefaktsignal 22 reduziert wird, so dass bei dem Ausgang 106 ein Artefaktbefreites Gesamtantwortsignal 14'" ausgegeben werden kann.
Grundsätzlich kann auf Basis jedes Gesamtanregungssignals 14 und des dazugehörigen Gesamtantwortsignals 14" ein Artefaktsignal simuliert werden, wobei angemerkt wird, dass sich für die Artefaktreduzierung insbesondere Gesamtanregungssignale 14 mit Einzelanregungssignalen 14a, 14b und 14c, z.B. mit Impulssignalen oder Chirp-Signalen, eignen. Hintergrund hierzu ist, dass bei der oben beschriebenen Mittelung des Gesamtantwortsignals über mehrere einzelne Antwortsignale bzw. genauer bei der hierbei durchgeführten Faltung und Rückfaltung die simulierbaren Artefakte entstehen. Die einzelnen Anregungssignale 14a, 14b und 14c sind typischerweise mit einem Anregungssignalintervall T_i beabstandet, wobei dieses beispielsweise über die Gesamtmessdauer konstant sein kann, so dass sich die einzelnen Anregungssignale 14a, 14b und 14c periodisch wiederholen.
Die Anregungssignalintervalle T_i können jedoch auch zeitlich variieren, so dass auch die Abstände bzw. Intervalle der sich gegenseitig überlappenden einzelnen Antwortsignale 14a", 14b" und 14c" auch ständig variieren (vgl. Puls-Positions-Modulation (PPM)). Bevorzugterweise variieren diese Anregungssignalintervalle nicht zufällig, sondern entsprechend einer bestimmten mathematischen Folge, wie Bezug nehmend auf 1b näher erläutert wird.
1b zeigt eine Steuerungsvorrichtung 10 für einen optional dargestellten Anregungssignal-Generator 12, von welchem zum Beispiel mittels einer Sendeeinrichtung ein Gesamtanregungssignal 14 in einen Festkörper oder in die Umgebung emittiert wird, so dass auf Basis eines empfangenen Gesamtantwortsignals (nicht dargestellt) z.B. ein Objekt bzw. eine relative Lage des Objekts gegenüber der Sende-/Empfangseinrichtung detektiert werden kann oder andere Informationen über das Ausbreitungsmedium gesammelt werden.
Der Anregungssignal-Generator 12, beispielsweise ein digital triggerbarer Impulsgenerator mit einer hohen Impuls-Wiederholfrequenz, wird von der Steuerungsvorrichtung 10 so gesteuert, dass durch diesen das Gesamtanregungssignal 14, das eine Vielzahl von Einzelanregungssignalen 14a, 14b und 14c aufweist, hinsichtlich Signalform, Frequenz, Amplitude, Anregungssignalzahl n und/oder Anregungssignalintervall T_i vorgegeben wird. Diese Steuerung kann beispielsweise mittels eines Gesamttriggersignals 16, das einzelne Triggersignale 16a, 16b und 16c umfasst, erfolgen. Hierbei emittiert der Anregungssignal-Generator 12 die Anregungssignale 14a, 14b, 14c, wie zum Beispiel Anregungsimpulse, als Antwort auf die Triggersignale 16a, 16b und 16c, die von der Steuerungsvorrichtung 10 ausgegeben werden. Die Triggersignale 16a, 16b und 16c und somit die Anregungssignale 14a, 14b und 14c sind mit Anregungssignalintervallen T_i (zeitlichen Abstand zwischen den einzelnen Anregungssignalen 14a, 14b und 14c) angeordnet, wobei der Index i ≥ 0 und kleiner als die absolute Anzahl n der Anregungssignale 14a, 14b und 14c ist. Jedes Anregungssignal 14a, 14b und 14c der n Anregungssignale weist typischerweise die gleiche Form, also z.B. die Form eines Impulssignals oder eines Chirpsignals, auf, was dazu führt, dass aus jedem Anregungssignal 14a, 14b und 14c ein vergleichbares Echo durch Überlagerung mit sich selbst oder durch Überlagerung mit einem anderen Anregungssignal der Signale 14a, 14b oder 14c resultiert. Bei der oben angesprochen Auswertung mittels Mittelung (Addition der einzelnen Antwortsignale auf die Vielzahl der Anregungssignale 14a, 14b und 14c) würde dieses Echo zwar zu einer Verbesserung des Signal-Rausch-Verhältnisses führen, allerdings wären bei konstantem Anregungsintervall (T₀=T₁ =T₂...), das kürzer als die Ausklingzeit eines Antwortsignals ist, störende Antwortsignale der vorangegangenen Anregungssignale enthalten.
Um die störenden Antwortsignale der vorangegangenen Anregungssignale zu unterdrücken, werden die Anregungssignalintervalle T_i variiert. Eine solche Variation der Anregungssignalintervalle T_i ist also insbesondere hinsichtlich der Auswertung der reflektierten Anregungssignale vorteilhaft. Hier erfolgt die Variation nicht zufällig, sondern entsprechend einem vorgegebenen Schema, das im Folgenden diskutiert wird. Ein optimales Ergebnis kann dann erzielt werden, wenn die Anregungssignalintervalle T_i über die n Anregungssignale hinweg entsprechend einer mathematischen Folge mit einer Vielzahl von Folgengliedern k_i zeitlich variiert werden, wobei die Folgenglieder k_i die Variation der Anregungssignalintervalle T_i vorgeben. Hierbei ist die Folge über die Folgenglieder k_i so gewählt, dass die Summenfolgenglieder S_i über die Folgenglieder k_i ein Intervall aufspannen, in welchem sie möglichst symmetrisch verteilt sind. Die Summenfolgenglieder S_i sind in den Intervallen für alle natürlichen Zahlen s im Intervall [2, m] mit m ≤ n/2 nach folgender Formel definiert: $S_{i} = {\sum_{j = 0}^{s - 1} k_{(i + j) mod n}}_{.}$
Der Modulus über n im Index dient dazu, dass der Index bei Erreichen des Folge-Endes am Anfang wieder fortgesetzt wird. Da, wie oben bereits erwähnt, die Anregungssignalintervalle T_i von der Steuerungsvorrichtung 10 vorgegeben werden, ist diese dazu ausgebildet, die Folgenglieder k_i auf Basis der genannten Berechnungsvorschrift so zu ermitteln, dass die Bedingungen hinsichtlich Symmetrie der Summenfolgenglieder-Verteilung eingehalten werden. Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die möglichst gleichmäßige Symmetrie dadurch definiert, dass mindestens 80 % der Summenfolgenglieder S_i mit Distanzen ΔS_i voneinander symmetrisch verteilt sind. Somit stimmen zum Beispiel näherungsweise 80 % aller Distanzen ΔS_i der ersten Hälfte hinsichtlich einer betragsmäßigen Verschiebung gegenüber eines Symmetrie-Index innerhalb des aufgespannten Intervalls mit den jeweiligen Distanzen ΔS_i der zweiten Hälfte überein.
Die entsprechend den oben beschriebenen Bedingungen durchgeführte Variation des Anregungssignalintervalls T_i erfolgt entsprechend folgender Formel: $T_{i} = T_{min} + k_{i} \cdot Δ T,$
mit T_min als minimales Anregungssignal und mit ΔT_i als Diskretisierungsintervall, welches beispielsweise frei wählbar ist. Anhand dieser Formel 2 ist zu erkennen, dass durch das ständig variierende k_i sich das betreffende Anregungssignalintervall T_i ständig ändert. Infolgedessen verschieben sich systematische (aber nicht genau vorhersagbare) Effekte, wie z.B. Echos der vorangegangenen Anregungen relativ zu den Echos aus der jeweils letzten Anregung, wobei durch die symmetrische Verteilung diese Effekte herausgefiltert bzw. herausgemittelt werden können. Im Vergleich dazu würde die Formel 2 für das klassische Mitteln mit konstanten Anregungssignalintervallen T_i zu einem Wert 0 für die Folgenglieder k_i und damit zu einem Wert 0 für die Summenfolgenglieder S_i führen. Also fallen die Abtastzeitpunkte, die relativ zu dem jeweils letzten Anregungszeitpunkt in jeder Einzelmessung dieselbe zeitliche Position haben, auch stets auf dieselbe zeitliche Position relativ zu dem vorangegangenen Anregungszeitpunkt. Das hat zur Folge, dass zwar wie gewünscht das statistisch verteilte Signalrauschen reduziert wird, aber lange nachhallende Echos der vorangegangenen Anregungssignale das gewünschte Antwortsignal überlagern.
Das Abtasten des Gesamtantwortsignals an verschiedenen Positionen und das anschließende Aufsummieren der Abtastwerte zur Mittelung der Antwortsignale entspricht der Berechnung eines Signalwerts in einem digitalen FIR-Filter (finite Impulsantwort), wobei der FIR-Filter indirekt realisiert ist, da die Filterkoeffizienten im Gesamtanregungssignal 14 (also bei der Anregung) und nicht bei der Auswertung des Gesamtantwortsignals festgelegt werden. Aus der Formel 1 ergibt sich für die Werte aller Summenfolgenglieder S_i (z.B. s=2) der Filterkoeffizient des indirekt realisierten FIR-Filters für die Echosignale der vorherigen Signalanregung. Einfach vorhandene Werte von Summenfolgengliedern S_i bilden einen Filterkoeffizienten mit dem Wert 1, mehrfach vorhandene Werte von Summenfolgengliedern S_i ergeben einen entsprechend höheren Filterkoeffizientenwert. Befinden sich die Summenfolgenglieder S_i lückenlos besetzt und je nur einfach vorhanden nebeneinander, liegt ein Tiefpass-FIR-Filter vor, das den gleitenden Mittelwert bildet. Ist in dem Intervall nur jeweils jeder zweite Wert von einem oder mehreren Summenfolgenglieder S_i besetzt, handelt es sich praktisch um einen breitbandigen Bandsperr-Filter, d.h. sehr tiefe Frequenzen und Frequenzen nahe der Nyquist-Frequenz werden durchgelassen. Sind die Lücken zwischen den von Summenfolgenglieder S_i besetzten Werten größer, ergeben sich Multi-Bandsperrfilter, die in schmalen Frequenzbändern verringerte Dämpfungen haben.
Die normale Länge des durch die Folgenglieder k_i aufgespannten Intervalls liegt in einem Bereich von n bis n/2 x s. In einem derartigen Intervall sind die Lücken von nicht in den Summenfolgengliedern S_i vorkommenden Werten möglichst klein, wenn das aufgespannte Intervall gleichmäßig mit den Summenfolgengliedern S_i gefüllt ist. Folglich treten auch wenige Mehrfachbesetzungen von mehrfach vorkommenden Werten der Summenfolgenglieder S_i auf. Also können entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel die Folgen dieser k_i so gewählt sein, dass die Summenfolgenglieder S_i eine möglichst gleichmäßige bzw. dichte Verteilung aufweisen. Hierbei sind beispielsweise die Summenfolgenglieder S_i bzw. mindestens 80 % dieser in dem aufgespannten Intervall mit gleichmäßig voneinander beabstandeten Distanzen ΔS_i verteilt. Hier gilt eine Distanz ΔS_i als gleichmäßig, wenn eine Standardabweichung s bezogen auf den Mittelwert aller Distanzen ΔS_i kleiner als 0,5 x ΔS_i ist.
Entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel können die einzelnen Folgenglieder k_i über folgende Formel berechnet werden, mit dem Startwert k₀ im Intervall [0, n-1]. $k_{i} = (k_{i - 1} + m) mod n .$

Folgenglieder k_i entsprechen diesem Zusammenhang entsprechend den oben genannten Bedingungen hinsichtlich gleichmäßiger und symmetrischer Verteilung, wie anhand des folgenden Beispiels gezeigt wird.

i	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12
k_i	0	6	12	5	11	4	10	3	9	2	8	1	7
S_i (s=2)	6	18	17	16	15	14	13	12	11	10	9	8	7
S_i (s=3)	18	23	28	20	25	17	22	14	19	11	16	8	13
S_i (s=4)	23	34	32	30	28	26	24	22	20	18	16	14	25

An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Beispieltabelle mit den beispielhaft gewählten Werten n = 13, m = 6 ermittelt wurde. Wie zu erkennen ist, kommen hier keine Summenfolgenglieder S_i mehrfach vor, was zu einer guten Unterdrückung der Störsignale mit geringem Rauschsignalanteil führt. Also ist die Steuerungsvorrichtung 10 entsprechend Ausführungsbeispielen dazu ausgebildet, die Folgenglieder k_i auf Basis der unter Formel 3 genannten Berechnungsvorschrift zu ermitteln.
Bei sehr kleinen minimalen Anregungssignalintervallen T_i (im Vergleich zu der Echoausklingzeit) kann es zu Artefakten (künstlichen Störsignalen) kommen. Artefakte können entsprechend einem weiteren Ausführungsbeispiel minimiert werden, indem die Folgenglieder k_i entsprechend der Formel 3 gewählt sind und der Summand m so gewählt ist, dass er kein Vielfaches eines Primfaktors von n darstellt. Hintergrund ist, dass bei dieser Unterbedingung alle ganzzahligen Werte des Intervalls 0 bis n-1 in der Zahlenfolge vorkommen. Entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen bezüglich kann der Summand m in Formel 3 sich innerhalb eines aufgespannten Intervalls zum Beispiel zyklisch ändern. Dies hat also zur Folge, dass beim Decodieren bzw. Rückfalten (neben dem Rauschsignal) die einzelnen Antwortsignale bzw. Impulsantworten der vorangegangenen und nachfolgenden Anregungssignale stark reduziert werden.
Im Folgenden wird exemplarisch Bezug nehmend auf 2 ein resultierendes Gesamtantwortsignal, bei dem die Antwortsignalintervalle T_i wie beschrieben variiert sind, und insbesondere die Artefaktreduzierung auf Basis einer Artefakt-Simulation erläutert.
In den Zeitskalen der Diagramme sind nur die Nummern der Abtastpunkte (Samples) angegeben, da es sich um simulierte Signale handelt. Die Abtastfrequenz (Samplingrate) ist prinzipiell beliebig und für das Verfahren ohne Bedeutung. In der Ultraschalltechnik sind Abtastfrequenzen von 1 - 1000 MHz üblich. Für Radar-Signale sind Abtastfrequenzen von mehreren GHz üblich. Nachfolgend wird von einer Abtastfrequenz von 1 MS/s (Mega-Sample pro Sekunde) ausgegangen, sodass die Zeitskalen in der Einheit µs aufgefasst werden können.
2a zeigt ein Diagramm mit der über die Zeit aufgetragenen Amplitude eines Gesamtanregungssignals 14, z.B. eines Ultraschallsignals mit n = 13 Anregungssignalen 14a-14m. Zwischen diesen Anregungssignalen 14a-14m, die bevorzugt eine gleiche Signalform, wie z.B. eine Impulssignalform mit konstanter Dauer und konstanter Amplitude aufweisen, sind entsprechend dem oben beschriebenen Prinzip die Anregungssignalintervalle T₁ bis T₁₂ (z.B. im Bereich von 20 bis 32 µs) variiert, wobei hier T₁₁ durch k₁₁ = 1 das kürzeste Anregungssignalintervall ist. T₀ ist von Relevanz, wenn die Impulsfolge periodisch abgegeben werden soll und definiert den Abstand zwischen dem letzten Impuls der ersten Periode und dem ersten Impuls der zweiten Periode.
2b zeigt ein Diagramm eines idealen Antwortsignals 14a' auf ein Anregungssignal 14a, bei dem die Amplitude über die Zeit aufgetragen ist. An dem Antwortsignal 14a' ist zu erkennen, dass dieses gegenüber dem Anregungssignal 14a um ca. 10 µs versetzt ist, was der Laufzeit des Anregungssignals 14a zu dem zu detektierenden Objekt und zum Sensor entspricht. Es ist weiter zu erkennen, dass Antwortsignal 14a' z.B. innerhalb von 110 ns abklingt, wobei bei dem Vergleich mit dem Diagramm aus 2a deutlich wird, dass diese Abklingzeit relativ lang gegenüber den Anregungssignalintervallen T_i von durchschnittlich ca. 26 µs ist. Insofern werden sich bei dem Gesamtantwortsignal die abklingenden Amplituden infolge der Vielzahl von Anregungssignalen 14a-14m überlagern.
Diese Überlagerung ist in 2c dargestellt, in welcher die Amplitude des Gesamtantwortsignals 14' aufgetragen über die Zeit dargestellt ist. An dieser Stelle sei angemerkt, dass das Gesamtantwortsignal 14' durch eine Faltung des Gesamtanregungssignals 14 mit dem einzelnen idealen Antwortsignal 14a', also 14 ⊗ 14a', ermittelbar ist. Insofern kann durch Rückfaltung des Gesamtanregungssignals 14' mit dem Anregungssignal 14 das decodierte Gesamtantwortsignal erhalten werden.
2d zeigt ein durch Rückfaltung 14' ⊗^-1 14 decodiertes und dabei über mehrere Antwortsignale gemitteltes Antwortsignal 14", das dem idealen Antwortsignal 14a' sehr ähnelt. Bei der Rückfaltung wird das Antwortsignal (14") durch Addieren von gleich langen Signalausschnitten des Gesamtantwortsignals (14'), die entsprechend der Impulsfolge des Gesamtanregungssignals (14) zeitversetzt aus dem Gesamtantwortsignal (14') entnommen sind und zeitlich kohärent die Antwortsignale (14a', 14b', 14c') umfassen, und durch Dividieren (Skalieren) des Summensignals mit der Anzahl der Signalausschnitte ermittelt. Bei dem Ermitteln des Antwortsignal 14" auf Basis der Mehrzahl der Anregungssignale 14a-14m haben sich die Echos der einzelnen Antwortsignale eliminiert. Die Differenz zwischen den Signalen 14" und 14a' ist auf Artefakte zurückzuführen, die zum Beispiel dadurch entstehen, dass wenige Impulse in dichter Folge gesendet werden.
2e zeigt ein Diagramm eines Artefaktsignals 20, das der Differenz zwischen dem Signal 14" und 14a' (14"- 14a) entspricht. Um dieses zu reduzieren, werden auf Basis des decodierten Antwortsignals 14" die entstandenen, aber unbekannten Artefakte ermittelt bzw. simuliert. Dazu wird das Artefakt-behaftete, decodierte Antwortsignal 14" erneut mit dem Gesamtanregungssignal 14 (der Impulsfolge) codiert, also 14 ⊗ 14", sodass ein Zeitsignal erzeugt wird, das dem empfangenen, Gesamtantwortsignal 14' ähnlich ist, mit dem Unterschied, dass das Rauschsignal (im Diagramm nicht dargestellt) deutlich schwächer ist. Im nächsten Schritt erfolgt die wiederholte Dekodierung des Signals 14 ⊗ 14", also (14 ⊗ 14") ⊗^-1 14. Somit wird der gleiche Rechenschritt, bei welchem die Artefakte entstanden sind, erneut durchgeführt, wobei das resultierende Signal (14 ⊗ 14") ⊗^-1 14 die Artefakte aus zwei Codier-Decodier-Vorgängen aufweist. Nun kann in einem nächsten Schritt durch Differenzbildung zwischen diesem doppelt Artefakt-behafteten Signal (14 ⊗ 14") ⊗^-1 14 und dem einfach Artefakt-behafteten Antwortsignal 14" das simulierte Artefaktsignal ermittelt werden. Dieses Differenzsignal aus re-decodiertem Signal (14 ⊗ 14") ⊗^-1 14 und decodiertem Signal 14" enthält nur die neu hinzugekommenen Artefakte 22, die den Artefakten 20 im decodierten Antwortsignal 14' sehr ähnlich sind.
2f zeigt das simulierte Artefaktsignal 22, das die Differenz zwischen dem redecodierten Antwortsignal (14 ⊗ 14") ⊗^-1 14 und dem decodierten Antwortsignal 14", also ((14 ⊗ 14") ⊗^-1 14) - 14", darstellt. Das simulierte Artefaktsignal 22 ist grundsätzlich dem tatsächlichen Artefaktsignal (vgl. Artefaktsignal 20) ähnlich und wird nun von dem Artefakt-behafteten decodierten Antwortsignal 14" abgezogen (also 14" - 22), um die Artefakte in diesem Signal zu reduzieren. Die Gleichung 14"' = 14" - 22 = 14" - (((14 ⊗ 14") ⊗^-1 14) - 14") lässt sich beispielsweise auch ohne das Zwischenergebnis „Artefaktsignal 22“ zu 14"' = 2 · 14" - ((14 ⊗ 14") ⊗^-1 14) umformen.
2g zeigt das Artefakt-reduzierte decodierte Antwortsignal 14'", das im Vergleich zu dem Artefakt-behafteten Antwortsignal 14" dem idealen Antwortsignal 14a' (aus 2b) näherkommt. Dies wird auch an dem nun resultierenden Artefaktsignal deutlich.
2h zeigt das Artefaktsignal 20' des Artefakt-reduzierten Antwortsignals 14'" aus 2g, also die Differenz zwischen dem Artefakt-reduzierten Antwortsignal 14'" und dem idealen Antwortsignal 14a' (14'" - 14a').Dieses verbliebene Artefaktsignal ist im Vergleich zu dem Artefaktsignal 20 aus 2e wesentlich schwächer.
Das Ergebnis der Artefaktreduktion hängt insbesondere von der mittleren Länge der Anregungssignalintervalle T_i und der Anzahl n der Zahlenfolgenelemente ab. Insbesondere bei kurzen Zahlenfolgen (n ist klein) und bei kurzer Mindestintervallänge T_min treten signifikante Artefaktsignale auf. Wenn diese relativ klein gegenüber dem Nutzsignal, also z.B. wenn die Amplitude des Artefaktsignals 20 kleiner als ca. 20% der Amplitude des Gesamtantwortsignals 14 bzw. 14" ist, gelingt die Artefaktreduzierung sehr gut, da dann das simulierte Artefaktsignal 22 sehr ähnlich zu dem reellen Artefaktsignal 20 ist. Eine weitere Premisse, die eine gute Artefaktreduzierung zur Folge hat, ist dann gegeben, wenn das decodierte Antwortsignal 14" eine so große Signaldauer aufweist, dass der Bereich des Antwortsignals 14", bei dem die Amplitude größer als die Rauschsignalamplitude ist, vollständig bzw. möglichst vollständig erfasst wird.
Bezug nehmend auf 3a-3d werden Folgen erläutert, die nicht den oben beschriebenen Bedingungen entsprechen, während Bezug nehmend auf 3e-3g Folgen erläutert werden, die den oben genannten Bedingungen entsprechen. Diese Folgen werden zusammen mit Histogrammen bzw. Histogramm-Spektren erläutert, anhand derer ersichtlich wird, ob die gewählten Folgen den vorgegebenen Bedingungen entsprechen.
3a zeigt vier Summenhäufigkeitsverteilungen für die mittels der Formel 1 berechneten Folgenglieder S_i von n = 255 Gauß-verteilten bzw. pseudozufälligen Folgengliedern k_i. Hier ist in vier verschiedenen Darstellungen für unterschiedliche ganzzahlige s (2-5) die Häufigkeitsverteilung der Werte der Summenfolgenglieder S_i dargestellt. Jede Klasse der Histogramme hat die Breite eins, d.h. jede natürliche Zahl hat eine eigene Klasse. Die Werte für S_i (waagerechte Achse) können als Vielfache von ΔT aufgefasst werden, da es sich um Summen der Zahlenfolgenelemente k_i handelt, die mit ΔT multipliziert werden um die Impulsintervalllängen zu berechnen. Das heißt also, dass die Höhe einer Linie im Diagramm die Häufigkeit des betreffenden Wertes in der Summenfolge darstellt. Wie zu erkennen ist, ergibt sich aus den pseudozufälligen gewählten Folgengliedern k_i eine unregelmäßige Verteilung der Summenfolgenglieder S_i mit unbesetzten Lücken und mehrfach vorkommenden Summenfolgenglieder-Werten. Ferner ist zu erkennen, dass bei einem umso höheren ganzzahligen s-Wert sich die Verteilung auf der x-Achse nach rechts verschiebt, sich also die Werte für die Summenfolgenglieder S_i erhöhen.
3b zeigt drei Histogramm-Spektren über drei unterschiedliche Gauß-verteilte Funktionen. In jedem Diagramm sind jeweils fünf Graphen für fünf unterschiedliche s (von 2-7) dargestellt. Um diese Spektren zu erhalten, werden die entsprechenden Histogramme Fourier-transformiert. Analog zum Frequenzspektrum, das von den Koeffizienten eines FIR-Filters berechnet werden kann und dessen Frequenz-Durchlassverhalten anzeigt, stellen diese Spektren das Amplituden-Übertragungsverhalten des Mittelungsalgorithmus für die Antwortsignale des vorletzten Anregungssignals (s = 2) und der vorangehenden Anregungssignale (s = 3, 4, 5, 6, 7, ...) dar. Also ist es vorteilhaft, wenn in den Summenfolgen-Histogrammspektren für möglichst viele Frequenzlinien niedrige Amplitudenwerte (möglichst null) aufweisen mit möglichst wenigen dazwischen liegenden ausgeprägten Peaks erreicht werden. Insbesondere anhand des dritten Diagramms für n = 1024 mit einer Standardabweichung σ von 256, aber auch anhand der zwei weiteren Diagramme für n = 128 und σ = 32 bzw. n = 16 und σ = 4 ist zu erkennen, dass ein starkes spektrales Grundrauschen (ohne besonders hohe Peaks) ausgeprägt ist, was einen relativ starken Artefakt-Signalanteil erwarten lässt.
3c zeigt die analoge Darstellung zu 3a vier Summenhäufigkeitsverteilungen (s = 2, 3, 4, 5) für n = 255 Folgenglieder, die mittels eines sogenannten Linear-Feedback-Shift-Register-Rauschgenerators (LFSR) erzeugt wurden. Hier kommen alle Folgengliederwerte von 0 bis 255 genau einmal vor. Wie an dem Graphen für s = 2 zu erkennen ist, wächst mit zunehmenden s das aufgespannte Intervall der Summenfolgenglieder S_i, wodurch auch die Fehlstellen zwischen den einzelnen Summenfolgengliedern S_i zunehmen. Ferner ist zu erkennen, dass es an bestimmten Stellen Mehrfachbesetzungen von Summenfolgengliedern gibt, wobei sich diese Stellen periodisch wiederholen. Insofern ist nicht von einer Gleichverteilung und auch nicht von einer Symmetrie auszugehen, wie insbesondere aus der spektralen Darstellung des Histogramms deutlich wird.
3d zeigt eine analoge Darstellung zu 3b, in der die LFSR-Folge als Summenfolgen-Histogrammspektrum aufgetragen ist. Hierbei sind drei verschiedene Folgen mit einmal n = 15 Folgengliedern, einmal n = 127 Folgenglieder und einmal n = 1023 Folgenglieder aufgezeigt. Insbesondere an den Histogrammen für die Summenfolgenglieder mit n = 1023 und n =127 ist wiederum ein stark ausgeprägtes, breitbandiges Grundrauschen ohne ausgeprägte Peaks zu erkennen. Aus dem Vergleich mit den nachfolgenden Figuren wird deutlich, dass die dargestellten Histogramme aus 3a bis 3d keine gleichmäßige bzw. symmetrische Verteilung aufweisen und somit nicht die oben beschrieben Bedingungen an ein günstiges Anregungssignal erfüllen.
3e und 3f zeigen analog zu 3a bzw. 3c Summenhäufigkeitsverteilungen für s = 2 bis s = 5. Bei diesen Häufigkeitsverteilungen der Summenfolgengliederwerte über jeweiligen k_i mit insgesamt n = 255 Anregungssignalen entsprechen die Summenfolgenglieder S_i den oben beschriebenen Bedingungen hinsichtlich gleichmäßiger und symmetrischer Verteilung. Die dargestellten Summenfolgenglieder S_i basieren auf Folgengliedern k_i, die mit der folgenden Formel (3) k_i = (k_i-1 + m)mod n berechnet sind, wobei in 3e ein m = 128 und in 3f ein m = 1 verwendet ist. An den dargestellten Histogrammen ist jeweils ein Symmetrieindex zu erkennen, zu denen die jeweilige Häufigkeitsverteilung symmetrisch ist. Beispielhaft ist in 3e (s = 3 bzw. s = 4) der jeweilige Symmetrieindex mit dem Bezugszeichen 32 markiert. Auch fällt auf, dass die Werte der Summenfolgenglieder gleichmäßig innerhalb eines Intervalls auftreten, d.h. es kommen keine ausgeprägten lokalen Häufungen oder Lücken vor.
In 3g sind (analog zu 3b und 3d) die Spektren der Häufigkeitsverteilungen von Summenfolgenwerten optimierter Gesamtanregungssignale (nach Formel 3) dargestellt, mit n = 16 und m = 9 (oben), n = 128 und m = 65 (Mitte) sowie n = 1024 und m = 513 (unten). Dass bei langen Anregungsimpulsfolgen (mit z.B. n = 1024) die Artefakte schwächer ausgeprägt sind als bei kurzen Anregungsimpulsfolgen, wird durch die Unterschiede zwischen oberem und unterem Spektrum verdeutlicht. Im unteren Spektrum sind breite Bereiche mit sehr niedrigen Amplitudenwerten zu erkennen. Liegt der Frequenzbereich der Impulsantwort (14a') innerhalb dieses Bereiches, also beispielsweise zwischen dem 0,025fachen und dem 0,125fachen der Abtastfrequenz (gleich dem Kehrwert von ΔT), so sind nur sehr schwache Artefaktsignale zu erwarten.
Auf Basis der dargestellten Diagramme der Summenfolgenglieder S_i und der Beurteilungskriterien wie Symmetrie, Verhältnis Minimumamplitude zu Durchschnittsamplitude und Standardabweichung wird deutlich, dass mittels einer graphischen Analyse eine qualitative Beurteilung der Folge mit den Folgengliedern k_i möglich ist.
Entsprechend einer weiteren Methode kann die Symmetrie mittels eines Algorithmus quantitativ bewertet werden. Dazu wird das Histogramm der Verteilung der Summenfolgenglieder S_i mit dem gespiegelten Histogramm kreuzkorreliert. Der Maximalwert der Kreuzkorrelierten zeigt die Verschiebung zueinander an, an welchem die größte Übereinstimmung vorliegt. Hieraus ist der Symmetrieindex im Histogramm ermittelbar. Im nächsten Schritt wird der Teil des Histogramms, der auf einer ersten Seite (links) von dem Symmetrieindex liegt, von dem Teil, der gespiegelt auf der zweiten Seite (rechts) von dem Symmetrieindex liegt, subtrahiert. Die Addition der Differenzwerte ergibt die Anzahl der Symmetrie-Ausreißer a. Auf Basis dieser Anzahl der Symmetrie-Ausreißer, die mit der Gesamtanzahl n ins Verhältnis gesetzt wird, kann eine qualitative Beurteilung der Symmetrie durchgeführt werden. Werte für a/n ≥ 0,8 weisen auf eine größtenteils symmetrische Verteilung der Summenfolgenglieder S_i hin.
An dieser Stelle sei angemerkt, dass die Beurteilung der Folgenglieder k_i auch auf Basis des ausgesendeten Anregungssignals (vgl. 1b, 14) möglich ist. Das kürzeste Anregungssignalintervall T_min kann auf Basis des aufgezeichneten Anregungssignals ermittelt werden. Fallen die anderen Anregungssignalintervalle T_i in ein diskretes Raster, lassen sich die Diskreditierungsintervalle ΔT ermitteln und so die Folgenelemente k_i bestimmen. Alternativ ist es möglich, die Anregungssignalintervalle T_i ins Verhältnis zu dem minimalen Anregungssignalintervall T_min zu setzen und hieraus die Folgenglieder k_i zu erhalten. Es sei ferner angemerkt, dass eine echt zufällig generierte Folge an Anregungssignalen auch symmetrisch und/oder gleich verteilt sein kann. Ein echt zufälliges Gesamtanregungssignal allerdings kann Vergleich desselben mit einem wiederholt ermittelten Gesamtanregungssignal erkannt werden, da sich bei einem echt zufälligen Gesamtanregungssignal Abweichungen zwischen der ersten und der zweiten Wiederholung ergeben würden.
4a zeigt ein System zur Objekterfassung 50 mit einer Steuerungsvorrichtung 10, einem optionalen Anregungssignal-Generator 12 und einer Auswertevorrichtung 52 sowie einen optionalen Antwortsignalempfänger 56. Ferner weist der Anregungssignal-Generator 12 einen Wandler 54, wie z.B. einen Schallwandler oder einen Wandler bzw. Antenne für elektromagnetische Wellen, auf. Analog hierzu weist der Antwortsignalempfänger 56 ebenfalls einen Wandler 58 zum Empfangen des von einem Objekt 54 reflektierten Antwortsignals 14' auf. Die Steuerungsvorrichtung 10 ist mit dem Anregungssignal-Generator 12 verbunden, um diesen beispielsweise mittels eines Gesamttriggersignals 16 zu steuern. Ferner ist die Steuerungsvorrichtung 12 mit der Auswertevorrichtung 52 verbunden, um dieser ebenso das Gesamttriggersignal 16 zur Auswertung zur Verfügung zu stellen.
Wie in 1b beschrieben wird, wird das von der Steuerungsvorrichtung 10 vorgegebene Anregungssignal 14 mit den entsprechenden Anregungssignalintervallen T_i von dem Anregungssignal-Generator 12 mittels des Wandlers 54 emittiert, wobei der Anregungssignal-Generator 12 bevorzugterweise das jeweilige Anregungssignal 14a, 14b und 14c ohne Verzögerungszeit, also synchron, oder mit einer konstanten Verzögerungszeit zu dem Triggersignal 16a, 16b und 16c ausgibt. Die einzelnen Anregungssignale des Gesamtanregungssignals 14 werden von dem Objekt 55 reflektiert und erreichen als reflektiertes Gesamtantwortsignal 14' den Signalempfänger 56 bzw. die Antenne 58 des Signalempfängers 56. Da in diesem Gesamtantwortsignal 14' eine Mehrzahl, aber mindestens zwei zeitlich aufeinanderfolgende einzelne Antwortsignale 14a', 14b' und 14c', die den entsprechenden Anregungssignalen 14a, 14b und 14c zuzuordnen sind, enthalten sind, wird zuerst das Gesamtantwortsignal 14' aufgenommen und anschließend werden die einzelnen Antwortsignalperioden ausgewählt und kombiniert bzw. gemittelt, so dass das in 2d dargestellte gemittelte Antwortsignal 14" erhalten wird. Die Auswertevorrichtung 52 ist dazu ausgebildet, das Gesamtantwortsignal 14' in einem um ein Zeitfenster aufzuzeichnen, dass um ein Vielfaches länger ist als das relevante Zeitfenster eines Antwortimpulses (z.B. 14a'), und um die Auswahl der jeweiligen aufzuaddierenden Antwortimpulse auf Basis der Analyse des Gesamtantwortsignals 14' durchzuführen. Also wird dieses Gesamtantwortsignal 14', wie in 2d beschrieben, unter Zuhilfenahme des von der Steuerungsvorrichtung 10 zur Verfügung gestellten Triggersignals 16 bzw. dessen Berechnungsvorschrift rückgefaltet. Die rückgefalteten Antwortsignale 14a', 14b' und 14c' aus dem Gesamtantwortsignal 14' werden elementweise aufsummiert (vgl. 14a' + 14b' + 14c') und dieses Summenzeitsignal wird durch die Anzahl der kombinierten Antwortsignalperioden dividiert, um das gemittelte Antwortsignal 14" zu erhalten. Aus diesem gemittelten Antwortsignal 14" kann nun bspw. die Signallaufzeit und damit die Position bzw. der Abstand eines Reflektors relativ zu Sender 54 und Empfänger 58 ermittelt werden. Hierbei kann auch entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen eine Gewichtung der einzelnen Antwortsignalperioden erfolgen, um Artefakte zu reduzieren.
Entsprechend dem Vorgehen, welches bezüglich 2e-2h beschrieben wurde, kann dieses gemittelte einzelne Antwortsignal 14" Artefakt-reduziert werden. Deshalb ist entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen die Auswertevorrichtung 52 dazu ausgebildet, das Artefaktsignal 22 (vgl. 2f) zu simulieren. Dieses simulierte Artefaktsignal 22 wird im nächsten Schritt von dem Artefakt-behafteten Antwortsignal 14" subtrahiert, um das Artefakt-reduzierte Antwortsignal 14'" zu erhalten.
Anhand von 4b werden die Informationsflüsse zwischen den einzelnen Einheiten des Systems zur Objekterfassung erläutert. 4b zeigt die Steuerungsvorrichtung 10, den Anregungssignal-Generator 12, die Auswertevorrichtung 52, die im Folgenden zur besseren Differenzierung als Decodierungs-Auswertevorrichtung 52 bezeichnet wird, und die Empfangsvorrichtung 56. An den Anregungssignal-Generator 12 ist der Wandler 54, z.B. ein Schallaktor, angeschlossen, während mit der Empfangsvorrichtung 56 der Wandler 58 verbunden ist. Sowohl der Wandler 54 als auch der Wandler 58 sind mit einem Medium, z.B. Luft oder einem Festkörper gekoppelt, so dass hier das Anregungssignal 14 emittiert und das Antwortsignal 14' empfangen werden kann.
In diesem Ausführungsbeispiel ist die Decodierungs-Auswertevorrichtung 52 beispielsweise in Form eines Computers mit einer Auswertesoftware realisiert, auf welchem auch die Benutzerschnittstelle implementiert ist. Insofern werden die Einstellungen bzw. die Kommandos von der Decodierungs-Auswertevorrichtung 52 an die Steuerungsvorrichtung 10 übertragen sowie Statusmeldungen von dieser Steuerungsvorrichtung 10 empfangen. Die Steuerungsvorrichtung 10 gibt, wie oben beschrieben, die entsprechenden Triggersignale 16 an den Anregungssignal-Generator 12 aus, wobei Grundeinstellungen des Anregungssignal-Generators 12 über die Benutzerschnittstelle der Decodierungs-Auswertevorrichtung 52 vorgenommen werden und Statusmitteilungen von dem Anregungssignal-Generator 12 ebenso an die Decodierungs-Auswertevorrichtung 52 bzw. die in dieser implementierten Benutzerschnittstelle weitergeleitet werden. Entsprechend dem Triggersignal 16 gibt der Anregungssignal-Generator 12 elektrische Signale, z.B. eine Spannung, an den Wandler 54 aus, um das Anregungssignal 14 zu emittieren.
Das reflektierte Anregungssignal 14, also das Antwortsignal 14', wird von dem Wandler 58 wieder in ein elektrisches Signal gewandelt und der Empfangsvorrichtung 56 zur Verfügung gestellt. In diesem Ausführungsbeispiel weist die Empfangsvorrichtung 56 beispielsweise einen Verstärker, einen Filter und einen Analog-Digital-Wandler auf, der das empfangene Antwortsignal 14' in digitaler Form an die Decodierungs-Auswertevorrichtung 52 weiterleitet. Der bei der Digitalisierung genutzte Takt 59 wird an die Steuerungsvorrichtung 10 zur Taktsynchronisation zur Verfügung gestellt. Grundsätzlich sei angemerkt, dass es vorteilhaft, aber nicht zwingend notwendig ist, dass die Diskreditierungsintervalle ΔT dem Abtastintervall oder einem Vielfachen bzw. einem Bruchteil davon entsprechen. Wenn das Anregungssignal 14 zu verschiedenen gebrochenen Aufnahmetakten, z.B. 10,25; 20,5; 30,75; 41,0 ausgelöst ist, können die Antwortsignalperioden, welche stets mit ganzzahligem Aufnahmetakt erfasst sind, zunächst in getrennten Gruppen entsprechend des gebrochenen Aufnahmetakts aufsummiert werden. Im nächsten Schritt können die Summenzeitsignale wieder verschachtelt und so in ein neues Zeitsignal mit einer vielfachen Aufnahmetaktfrequenz erzeugt werden (vgl. Interleaving), welches anschließend noch skaliert und mittels eines digitalen Tiefpassfilters von hochfrequentem Rauschen, welches beim Interleaving durch das verbliebene Rauschsignal entsteht, befreit wird. Alternativ wäre es auch möglich, die um einen gebrochenen Takt verschobenen Signale, z.B. mittels eines digitalen Filters, um einen gebrochenen Takt zurückzuversetzen. Hieraus entstehen taktsynchrone Teil-Summensignale, welche anschließend addiert und durch diese Gesamtzahl der Anregungen dividiert werden, um so das Durchschnittssignal zu erhalten.
Ferner erfolgt ein weiterer Signalaustausch zwischen der Steuerungsvorrichtung 10 und der Empfangsvorrichtung 56, bei welchem der Signalempfang bzw. die Signalaufnahme gesteuert wird. Also ist die Steuerungsvorrichtung 10 entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen ausgebildet, die Datenaufnahme in der Empfangsvorrichtung 56 oder in der Decodierungs-Auswertevorrichtung 52 zu triggern, so dass die Aufnahme vor, nach oder gleichzeitig mit dem ersten Triggersignal, welches an den Anregungssignal-Generator 12 ausgesendet wird, gestartet wird. Auch wenn die Datenaufnahme mit einer gewissen Verzögerung zu dem ersten Triggersignal 16, das an den Anregungssignal-Generator 12 ausgesendet wird, gestartet werden kann, falls die Signallaufzeit, bedingt durch einen langen Schallweg, vorher kein Nullsignal erwarten lässt, kann es entsprechend weiteren Ausführungsbeispielen vorteilhaft sein, wenn die Steuerungsvorrichtung 10 auf eine Bestätigung des Datenaufnahmestarts wartet und dann erst mit der Ausgabe des Triggersignals 16 an den Anregungssignal-Generator 12 beginnt. So kann sichergestellt werden, dass die Verzögerungszeit zwischen Aufnahmebeginn und den Anregungssignalen 14 exakt und reproduzierbar ist. Hintergrund hierzu ist, dass Taktunterschiede, z.B. zwischen der Steuerungsvorrichtung 10 und der Decodierungs-Auswertevorrichtung 52 Verzögerungen bei der Aufnahme verursachen können. Ferner sei angemerkt, dass analog zu dem Anregungssignal-Generator 12 auch Grundeinstellungen der Empfangsvorrichtung 56 über die Decodierungs-Auswertevorrichtung 52 vorgenommen werden und Statusmitteilungen zwischen diesen ausgetauscht werden können.
4c zeigt die Auswertevorrichtung 100, die die Steuervorrichtung 10 zum Ausgeben des Triggersignals 16 an den Anregungssignal-Generator 12 aufweist. In diesem Ausführungsbeispiel umfasst die Steuervorrichtung 10 eine erste Steuereinheit 10a, mittels welcher die Anregungssignalintervalle anhand der oben beschriebenen Folge berechnet werden, und eine zweite Steuereinheit 10b, die für die PPM-Codierung die eigentliche Triggervorrichtung bildet und ausgebildet ist, das Triggersignal 16 an den Anregungssignal-Generator 12 auszugeben. Ferner weist die Auswertevorrichtung 100 die Decodierungs-Auswertevorrichtung 52 (vgl. oben) zur Rückfaltung des Gesamtantwortsignals 14', das über dem Antwortsignalempfänger 56 empfangen wird, auf.
Hierzu ist die Decodierungs-Auswertungsvorrichtung 52 mit der ersten Steuereinheit 10a der Steuervorrichtung 10 verbunden, um die Information über die Anregungssignalintervalle, die einen Rückschluss auf das Gesamttriggersignal 16 bzw. das Gesamtanregungssignal 14 zulassen, zu erhalten. Diese Information wird auch den Berechnungsoperanden 100a zur wiederholten Faltung (Re-Codierung) und 100b zur wiederholten Rückfaltung (Re-Decodierung) zur Verfügung gestellt. Analog zu dem Ausführungsbeispiel aus 1a sind diese zwei Rechenoperatoren 100a und 100b in Serie geschaltet, wobei der Rechenoperator 100a mit der Decodierungs-Auswertevorrichtung 52 informatorisch verbunden ist und von diesem das Artefakt-behaftete Signal 14" erhält. Ein weiterer Rechenoperator 100c, der auch als Subtrahierer 100c bezeichnet wird und zur Differenzbildung bzw. zum Vergleich des zweifach Artefakt-behafteten Signals und des einfach Artefakt-behafteten Signals 14" dient, ist mit den seriell verbundenen Rechenoperatoren 100a und 100b in Serie geschaltet und ebenso mit der Decodierungs-Auswertevorrichtung 52 verbunden, um das Signal 14" zu erhalten. Das Ergebnis der Subtraktion wird vom Rechenoperator 100c zu einem vierten in Serie geschalteten Rechenoperator 100d ausgegeben und stellt das simulierte Artefaktsignal 22 dar. Der vierte Rechenoperator 100d bzw. der Artefaktreduzierer 100d bildet eine weitere Differenz zwischen dem Artefakt-behafteten Signal 14" und dem simulierten Artefaktsignal 22, um in dem Artefakt-behafteten Signal 14" die Artefakte zu reduzieren und so das Artefakt-reduzierte Signal 14'" auszugeben.
Anwendungsbeispiele für das beschriebene System sind medizinische Ultraschallgeräte oder weitere Ultraschallgeräte, Marinesonars, Luftultraschallsonars, Geosonars, medizinische Sonographie oder Systeme wie Radar oder Lidar, die auf elektromagnetischen Wellen basieren.
Eine weitere Anwendung ist das sogenannte Color Duplex Scanning, bei dem Blutfluss-Richtung und Blutfluss-Geschwindigkeit im Sonogramm farbig dargestellt werden. Hierbei werden mehrere Impuls-Echos aufgenommen und gemittelt, so dass die schwachen, von den roten Blutkörperchen reflektierten Echos genau genug analysiert werden können. Verwendet man hier einen sogenannten SE-Prüfkopf mit getrennten Sender und Empfänger, können sehr viele Impulse pro Zeiteinheit gesendet und empfangen werden, wodurch sich die Bildqualität und Bildfrequenz erhöhen lässt.
Bezug nehmend auf 1a sei angemerkt, dass an Stelle des Gesamtanregungssignals 14 bzw. der einzelnen Anregungssignale 14a, 14b und 14c das Gesamttriggersignal 16 bzw. die Einzeltriggersignale 16a, 16b und 16c aus 1b verarbeitet werden können, wie in 4c beschrieben.
Bezug nehmend auf 1a wird ferner angemerkt, dass zur Simulation des Artefaktsignals 22 das Gesamtantwortsignal 14" nicht zwingendermaßen rückgefaltet werden muss, sondern auch dass das empfangene Gesamtantwortsignal 14' (vgl. 2c) direkt zur Berechnung bzw. Simulation des Artefaktsignals 22 genutzt werden kann.
Bezug nehmend auf 1b wird angemerkt, dass der Anregungssignal-Generator 12 auch ein synchronisierter Signalgenerator sein kann, der direkt mit der Steuerungsvorrichtung 10 synchronisiert ist. Bezug nehmend auf die Verbindung zwischen dem Anregungssignal-Generator 12 und dem Wandler 54 wird angemerkt, dass diese entweder direkt miteinander verbunden sein können oder ein entsprechender Verstärker zwischengeschaltet sein kann.
Bezug nehmend auf 1b wird ferner angemerkt, dass das Antwortsignal 14 optional wiederholt werden kann, so dass mehrere hintereinander vorkommende Mittelungsperioden zum Beispiel zum wiederholten Messen oder zum Ermitteln einer Veränderung infolge einer Bewegung verwendet werden. Hierbei kann für die aneinandergereihten Mittelungsperioden entweder dieselbe mathematische Folge genutzt werden oder für die nachfolgende Mittelungsperiode eine neue mathematische Folge entsprechend den oben genannten Bedingungen erzeugt werden. Es sei ferner angemerkt, dass, falls eine Vielzahl von Gesamtanregungssignalen 14 wiederholend hintereinander in Form von einer Vielzahl von aufgespannten Intervallen emittiert werden, die empfangenen Gesamtantwortsignale 14' bevorzugt kontinuierlich decodiert bzw. ausgewertet werden.
Bezug nehmend auf 4b wird angemerkt, dass der Anregungssignal-Generator 12, die Empfangsvorrichtung 56 und die Steuerungsvorrichtung 10 kombiniert sein können. Hierbei ist es vorteilhaft, dass nur ein interner Takt vorhanden ist, der sowohl von der Steuerungsvorrichtung 10 als auch von der Datenerfassungsvorrichtung 56 genutzt wird, so dass keine weiteren Mechanismen zur Synchronisation der Diskreditierungsintervalle vorgesehen werden. Des Weiteren sei angemerkt, dass auch die Wandler 54 und 58 ebenfalls kombiniert sein können, wenn die codierten Anregungssignale 14 bzw. Antwortsignale 14' eine hohe Laufzeit haben, so dass nach der Sendephase auf Empfang umgeschaltet wird.
Obwohl manche Aspekte im Zusammenhang mit einer Vorrichtung beschrieben wurden, versteht es sich, dass diese Aspekte auch eine Beschreibung des entsprechenden Verfahrens darstellen, sodass ein Block oder ein Bauelement einer Vorrichtung auch als ein entsprechender Verfahrensschritt oder als ein Merkmal eines Verfahrensschrittes zu verstehen ist. Analog dazu stellen Aspekte, die im Zusammenhang mit einem Verfahrensschritt oder als ein Verfahrensschritt beschrieben wurden, auch eine Beschreibung eines entsprechenden Blocks oder Details oder Merkmals einer entsprechenden Vorrichtung dar. Einige oder alle der Verfahrensschritte können durch einen Hardware-Apparat (oder unter Verwendung eines Hardware-Apparats), wie zum Beispiel einen Mikroprozessor, einen programmierbaren Computer oder eine elektronische Schaltung ausgeführt werden. Bei einigen Ausführungsbeispielen können einige oder mehrere der wichtigsten Verfahrensschritte durch einen solchen Apparat ausgeführt werden.
Je nach bestimmten Implementierungsanforderungen können Ausführungsbeispiele der Erfindung in Hardware oder in Software implementiert sein. Die Implementierung kann unter Verwendung eines digitalen Speichermediums, beispielsweise einer Floppy-Disk, einer DVD, einer Blu-ray Disc, einer CD, eines ROM, eines PROM, eines EPROM, eines EEPROM oder eines FLASH-Speichers, einer Festplatte oder eines anderen magnetischen oder optischen Speichers durchgeführt werden, auf dem elektronisch lesbare Steuersignale gespeichert sind, die mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenwirken können oder zusammenwirken, dass das jeweilige Verfahren durchgeführt wird. Des-halb kann das digitale Speichermedium computerlesbar sein.
Manche Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung umfassen also einen Datenträger, der elektronisch lesbare Steuersignale aufweist, die in der Lage sind, mit einem programmierbaren Computersystem derart zusammenzuwirken, dass eines der hierin beschriebenen Verfahren durchgeführt wird.
Allgemein können Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung als Computerprogrammprodukt mit einem Programmcode implementiert sein, wobei der Programmcode dahin gehend wirksam ist, eines der Verfahren durchzuführen, wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Computer abläuft.
Der Programmcode kann beispielsweise auch auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert sein.
Andere Ausführungsbeispiele umfassen das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren, wobei das Computerprogramm auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist.
Mit anderen Worten ist ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens somit ein Computerprogramm, das einen Programmcode zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufweist, wenn das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Verfahren ist somit ein Datenträger (oder ein digitales Speichermedium oder ein computerlesbares Medium), auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren aufgezeichnet ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens ist somit ein Datenstrom oder eine Sequenz von Signalen, der bzw. die das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren darstellt bzw. darstellen. Der Datenstrom oder die Sequenz von Signalen kann bzw. können beispielsweise dahin gehend konfiguriert sein, über eine Datenkommunikationsverbindung, beispielsweise über das Internet, transferiert zu werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst eine Verarbeitungseinrichtung, beispielsweise einen Computer oder ein programmierbares Logikbauelement, die dahin gehend konfiguriert oder angepasst ist, eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel umfasst einen Computer, auf dem das Computerprogramm zum Durchführen eines der hierin beschriebenen Verfahren installiert ist.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung umfasst eine Vorrichtung oder ein System, die bzw. das ausgelegt ist, um ein Computerprogramm zur Durchführung zumindest eines der hierin beschriebenen Verfahren zu einem Empfänger zu übertragen. Die Übertragung kann beispielsweise elektronisch oder optisch erfolgen. Der Empfänger kann beispielsweise ein Computer, ein Mobilgerät, ein Speichergerät oder eine ähnliche Vor-richtung sein. Die Vorrichtung oder das System kann beispielsweise einen Datei-Server zur Übertragung des Computerprogramms zu dem Empfänger umfassen.
Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein programmierbares Logikbauelement (beispielsweise ein feldprogrammierbares Gatterarray, ein FPGA) dazu verwendet werden, manche oder alle Funktionalitäten der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Bei manchen Ausführungsbeispielen kann ein feldprogrammierbares Gatterarray mit einem Mikroprozessor zusammenwirken, um eines der hierin beschriebenen Verfahren durchzuführen. Allgemein werden die Verfahren bei einigen Ausführungsbeispielen seitens einer beliebigen Hardwarevorrichtung durchgeführt. Diese kann eine universell einsetzbare Hardware wie ein Computerprozessor (CPU) sein oder für das Verfahren spezifische Hardware, wie beispielsweise ein ASIC.
Die oben beschriebenen Ausführungsbeispiele stellen lediglich eine Veranschaulichung der Prinzipien der vorliegenden Erfindung dar. Es versteht sich, dass Modifikationen und Variationen der hierin beschriebenen Anordnungen und Einzelheiten anderen Fachleuten einleuchten werden. Deshalb ist beabsichtigt, dass die Erfindung lediglich durch den Schutzumfang der nachstehenden Patentansprüche und nicht durch die spezifischen Einzelheiten, die anhand der Beschreibung und der Erläuterung der Ausführungsbeispiele hierin präsentiert wurden, beschränkt sei.

Claims

Auswertevorrichtung (100) für ein System (120) zur Objekterfassung mittels Schallwellen oder elektromagnetischen Wellen, wobei die Auswertevorrichtung (100) ausgebildet ist, um ein Artefaktsignal (20) auf Basis eines empfangenen, einfach Artefakt-behafteten, rückgefalteten Antwortsignals (14") und eines zugehörigen Gesamtanregungssignals (14) zu simulieren und um das empfangene, einfach Artefakt-behaftete Gesamtantwortsignal (14") für dessen weitere Verarbeitung um das simulierte Artefaktsignal (22) zu reduzieren, wobei bei dem Simulieren des Artefaktsignals (22) das empfangene, einfach Artefakt-behaftete, rückgefaltete Antwortsignal (14") mit dem Gesamtanregungssignal (14) gefaltet wird, wobei das Ergebnis der Faltung mit dem Gesamtanregungssignal (14) rückgefaltet wird, sodass ein doppelt Artefakt-behaftetes Signal entsteht; wobei von dem doppelt Artefakt-behafteten Signal das empfangene, einfach Artefakt-behaftete, rückgefaltete Antwortsignal (14") subtrahiert wird, um als Ergebnis der Subtraktion das simulierte Artefaktsignal (22) zu erhalten.
Auswertevorrichtung (100) gemäß Anspruch 1, wobei das empfangene, einfach Artefakt-behaftete, rückgefaltete Antwortsignal (14") das um das Gesamtanregungssignal (14) rückgefaltete und aufaddierte Gesamtantwortsignal (14') ist, welches eine Vielzahl von zeitlich kohärenten einzelne Antwortsignalen (14a', 14b', 14c') umfasst.
Auswertevorrichtung (100) gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei das Gesamtanregungssignal (14) eine Vielzahl von n aufeinanderfolgenden einzelnen Anregungssignalen (14a, 14b, 14c) umfasst, die in n aufeinanderfolgenden Anregungssignalintervallen T_i mit 0 ≤ i < n beabstandet sind, und wobei das Gesamtantwortsignal (14') eine Vielzahl von zeitlich versetzt überlagerten Antwortsignalen (14a', 14b', 14c') umfasst, die den einzelnen Anregungssignalen (14a, 14b, 14c) zuordenbar sind.
Auswertevorrichtung (100) gemäß Anspruch 3, wobei bei der Rückfaltung das empfangene, einfach Artefakt-behaftete Antwortsignal (14") durch Addieren von gleich langen Signalausschnitten, die entsprechend der Impulsfolge des Gesamtanregungssignals (14) zeitversetzt aus dem Gesamtantwortsignal (14') entnommen sind und zeitlich kohärent die Antwortsignale (14a', 14b', 14c') umfassen, und durch Dividieren des Summensignals mit der Anzahl der Signalausschnitte ermittelt wird.
Auswertevorrichtung (100) gemäß Anspruch 3 oder 4, wobei die Anregungssignalintervalle T_i über die n einzelnen Anregungssignale (14a, 14b, 14c) hinweg entsprechend einer mathematischen Folge mit einer Vielzahl von Folgengliedern k_i zeitlich variieren.
Auswertevorrichtung (100) gemäß Anspruch 5, die einen Anregungssignalintervall-Analysator aufweist, der ausgebildet ist, in dem empfangenen, einfach Artefakt-behafteten, rückgefalteten Antwortsignal (14") oder in dem Gesamtanregungssignal (14) das minimale Anregungssignalintervall T_min zu identifizieren, auf Basis der Formel T_i = T_min + k_i × ΔT_i, die Folgenglieder k_i eines Gesamtanregungssignals (14) zu ermitteln und auf Basis der ermittelten Folgenglieder k_i das empfangene, einfach Artefakt-behaftete, rückgefaltete Antwortsignal (14") hinsichtlich Artefaktreduzierung zu bewerten, wobei eine Artefaktreduzierung möglich ist, wenn die Folgenglieder k_i pseudozufällig, oder zufällig sind oder auf der Formel k_i = (k_i-1 + m) mod n basieren.
Auswertevorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, die einen Anregungssignalamplituden-Analysator aufweist, der ausgebildet ist, eine Amplitude des empfangenen, einfach Artefakt-behafteten, rückgefalteten Antwortsignals (14") mit einer Amplitude des Artefaktsignals (22) zu vergleichen und auf Basis des Vergleichs der Amplituden das empfangene, einfach Artefakt-behaftete, rückgefaltete Antwortsignal (14") hinsichtlich Artefaktreduzierung zu bewerten, wobei eine Artefaktreduzierung möglich ist, wenn die Amplitude des Artefaktsignals (22) weniger als 0,2 der Amplitude des empfangenen, einfach Artefakt-behafteten, rückgefalteten Antwortsignals (14") beträgt.
Auswertevorrichtung (100) gemäß einem der vorherigen Ansprüche, die ferner ausgebildet ist, um auf Basis des Artefakt-reduzierten Gesamtantwortsignals (14"') einen Abstand des zu erfassenden Objekts (55) zu berechnen.
Auswertevorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 8, die ausgebildet ist, um mindestens zwei Antwortsignalperioden aus einer Vielzahl zeitlich aufeinanderfolgender Artefakt-reduzierter Antwortsignale (14a', 14b', 14c'), die auf Basis einer Reflexion der Vielzahl der einzelnen Anregungssignale (14a, 14b, 14c) empfangen und aufgenommen sind, auszuwählen und für die Auswertung zu kombinieren und um auf Basis des kombinierten, Artefakt-reduzierten Antwortsignals die Signallaufzeit zu bestimmen, um einen Abstand des zu erfassenden Objekts (55) zu berechnen, wobei die mindestens zwei ausgewählten Antwortsignalperioden gegenüber den zugehörigen einzelnen Anregungssignalen (14a, 14b, 14c) mit einem konstanten zeitlichen Abstand versetzt sind, der Auskunft über den Abstand des zu erfassenden Objekts (55) gibt.
Auswertevorrichtung (52, 100) gemäß Anspruch 9, die ausgebildet ist, um beim Kombinieren die Artefakt-behafteten Antwortsignale (14a', 14b', 14c') gewichtet aufzusummieren und zu mitteln.
System (110) zur Objekterfassung mittels Schallwellen oder elektromagnetischen Wellen mit: einer Auswertevorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 2 bis 10; und Steuerungsvorrichtung (10) für einen Anregungssignal-Generator (12), die ausgebildet ist, um den Anregungssignal-Generator (12) so zu steuern, dass der Anregungssignal-Generator (12) n aufeinanderfolgende einzelnen Anregungssignale (14a, 14b, 14c) in n aufeinanderfolgenden Anregungssignalintervallen T_i mit 0 ≤ i < n ausgibt, wobei die einzelnen Anregungssignalintervalle T_i über die n aufeinanderfolgenden einzelnen Anregungssignale (14a, 14b, 14c) hinweg entsprechend einer mathematischen Folge mit einer Vielzahl von Folgengliedern k_i zeitlich variieren, wobei die mathematische Folge so gewählt ist, dass für jedes ganzzahlige s in einem Intervall [2; m] mit m ≤ n/2 die Folge der Summenfolgenglieder S_i = $\sum_{j = 0}^{s - 1} k_{(i + j) m o d n}$
über die Folgenglieder k_i ein Intervall aufspannen, in welchem mindestens 80% der Summenfolgenglieder S_i mit Distanzen ΔS_i voneinander beabstandet verteilt sind, die eine symmetrische Verteilung besitzen, wobei die n aufeinanderfolgenden einzelnen Anregungssignale (14a, 14b, 14c) ein Gesamtanregungssignal (14) bilden, wobei die Auswertevorrichtung (100) von der Steuervorrichtung oder dem Anregungssignal-Generator (14) das Gesamtanregungssignal (14) erhält.
System (110) gemäß Anspruch 11, das ferner einen Antwortsignalempfänger (56) umfasst, der ausgebildet ist, das von einem zu detektierenden Objekt reflektierte, rückgefaltete Antwortsignal (14"), das die n Antwortsignale (14a', 14b', 14c') umfasst, zu empfangen und der Auswertevorrichtung (100) bereitzustellen.
System (110) gemäß Anspruch 11 oder 12, wobei die Auswertevorrichtung (100) mit der Steuervorrichtung (10) verbunden ist und ausgebildet ist, das Gesamtanregungssignal (14) auf Basis eines Gesamttriggersignals (16), welche von der Steuervorrichtung (10) zur Steuerung des Anregungssignal-Generators (12) ausgegeben wird, zu ermitteln.
Verfahren zur Artefaktreduzierung mit den Schritten: Simulieren um eines Artefaktsignals (22) auf Basis eines empfangenen, einfach Artefakt-behafteten, rückgefalteten Antwortsignals (14") und eines zugehörigen Gesamtanregungssignals (14); Reduzieren des empfangenen, einfach Artefakt-behafteten, rückgefalteten Antwortsignals (14") um das simulierte Artefaktsignal (22) für die weitere Verarbeitung, wobei das Simulieren die Unterschritte des Faltens des empfangenen, einfach Artefakt-behafteten, rückgefalteten Antwortsignals (14") mit dem Gesamtanregungssignal (14), des Rückfaltens des Ergebnisses der Faltung mit dem Gesamtanregungssignal (14) umfasst, sodass ein doppelt Artefakt-behaftetes Signal entsteht, und wobei das Simulieren ferner den Unterschritt des Subtrahierens des Ergebnisses der Rückfaltung von dem empfangenen, einfach Artefakt-behafteten, rückgefaltete Antwortsignal (14") umfasst, um als Ergebnis der Subtraktion das simulierte Artefaktsignal (22) zu erhalten.
Computerprogramm mit einem Programmcode zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 14, wenn das Programm auf einem Computer abläuft.