DE19740083C1

DE19740083C1 - Radarortungsgerät und Verfahren zur Bestimmung der Lage und Ausdehnung von verdeckten Objekten

Info

Publication number: DE19740083C1
Application number: DE1997140083
Authority: DE
Inventors: Peter Dr Peyerl; Juergen Dr Ing Sachs; Thomas Funk
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-09-12
Filing date: 1997-09-12
Publication date: 1999-06-24
Anticipated expiration: 2017-09-13

Description

Die Erfindung betrifft ein Radarortungsgerät zur Bestimmung der Lage und Ausdehnung von durch Oberflächenschichten verdeckten kontinuierlich ausgedehnten Suchobjekten. Insbe sondere betrifft die Erfindung ein Radarortungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. dem Oberbegriff des Anspruchs 4. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Bestimmung der Lage und Ausdehnung von durch Oberflächen schichten verdeckten kontinuierlich ausgedehnten Suchobjek ten.

Im Stand der Technik existieren Radarortungsgeräte, die insbesondere unter der Bezeichnung Georadar bekannt sind. Derartige Radarortungsgeräte können dazu verwendet werden, um die Lage von durch eine oder mehrerer Oberflächenschichten abgedeckten Suchobjekten zu bestimmen. Üblicherweise muß die Position eines solchen Suchobjekts dreidimensional ermittelt werden, da auch die Kenntnis über die Tiefe des Suchobjekts unterhalb der Oberfläche von Interesse ist.

Ein herkömmliches Georadargerät wird beispielsweise im Tief bau benutzt, um die Position von Rohren oder Leitungen unter halb von Verkehrswegen zu bestimmen. Dies kann beispielsweise erforderlich sein, wenn Ausschachtungen vorgenommen werden sollen, um die Beschädigung von Rohren bzw. Leitungen zu vermeiden. Herkömmliche Georadargeräte besitzen eine Sende/Empfangsantenne, die ein Radarsignal abstrahlt und eine Vielzahl von reflektierten Signalen empfängt. Ein derartiges Gerät wird zur Suche nach unter der Oberfläche verborgenen Objekten beispielsweise manuell über die zu untersuchende Oberfläche bewegt. Der abgesendete Radarstrahl wird sowohl an dem Suchobjekt als auch in der Praxis an einer Vielzahl von Störobjekten (z. B. Steine im Straßenuntergrund) reflektiert.

Die Vielzahl der empfangenen reflektierten Signale wird übli cherweise in einem sogenannten Radargramm dargestellt. Ein derartiges Radargramm muß ausgewertet werden, um eine Aussage über die unter der Oberfläche befindlichen Objekte zu tref fen. Aufgrund der Vielzahl von Störungen, die in dem Radar gramm auftreten ist eine sinnvolle Auswertung oftmals nur manuell nötig, wobei speziell geschulte Fachkräfte benötigt werden, die in vielen Fällen auch nur vage Aussagen über die verborgenen Objekte mit einer oftmals zu geringen Sicherheit treffen können. Eine Untergrundsuntersuchung ist daher zumeist relativ teuer und liefert nur Ergebnisse mit unbe friedigender Sicherheit. Da die Auswertung der erhaltenen Radargramme in der Regel manuell erfolgt, wird auch das zuge hörige Radarortungsgerät zumeist manuell über die zu untersu chende Fläche bewegt. Dies macht die bekannten Geräte für eine großflächige Untersuchung ungeeignet.

Aus der amerikanischen Patentschrift US 5 607 205 A ist es bekannt, ein mit elektromagnetischer Strahlung arbeitendes Ortungsgerät an einer Straßenbaumaschine zu befestigen, um unmittelbar vor dem Abtragen von Oberflächenschichten eine Untersuchung auf verdeckte Objekte vorzunehmen. Aufgrund der schlechten Handhabbarkeit der gesamten Maschine ist es damit jedoch nicht möglich, großflächige Untersuchungen durchzufüh ren, um prophylaktisch die unter einer Oberflächenschicht verdeckten Objekte zu bestimmen. Des weiteren bietet das Gerät gemäß dieser Patentschrift kein Verfahren an, um eine automatisierte Ortung mit hoher Treffsicherheit zu ermögli chen.

In der amerikanischen Patentschrift US 5 469 176 A wird ein Verfahren und ein Gerät zur Radaruntersuchung von unterhalb der Oberfläche liegenden Objekten angegeben. Um ein relativ großflächiges Gebiet zu untersuchen ist eine ausgedehnte Antennenanordnung (Antennenarray) vorgesehen, womit die von einem Suchobjekt reflektierten Radarstrahlen an verschiedenen Orten aufgefangen werden. Außerdem ist vorgesehen, für bestimmte Untersuchungen eine aus mehreren Antennen beste hende räumliche Anordnung über eine zu untersuchende Oberflä che zu bewegen.

In der internationalen Patentanmeldung WO 96/23/236 A2 ist eine Vorrichtung zum Aufspüren von im Erdreich befindlichen Gegenständen beschrieben. Diese vorwiegend als Minensuchgerät eingesetzte Vorrichtung hat die Aufspürung von Gegenständen zum Ziel, wobei insbesondere eine hohe Flächenleistung ange strebt wird. Dazu sind Meßsonden an einem Ausleger befestigt, welcher in kreisförmigen Bahnen über die zu untersuchende Fläche bewegt wird. Eine feinmaschige Datenerfassung wird mit dem Minensuchgerät nicht angestrebt und kann auch nicht bereitgestellt werden, da die Meßsonden nur mit geringer Geschwindigkeit über das zu untersuchende Gebiet bewegt werden können.

Schließlich ist aus der japanischem Patentanmeldung JP 08 043 540 A ein Radarmeßgerät bekannt, welches aus einem fahrbaren Geräteträger besteht, auf dem das eigentliche Radarmeßgerät senkrecht zur Fahrrichtung hin und herbewegt wird. Damit ist die Möglichkeit eröffnet, eine Vielzahl von Meßwerten entlang eines Streifens aufzunehmen, womit ein Radargrammvolumen erhalten wird, welches über verborgene Objekte Auskunft gibt. Das offenbarte Gerät arbeitet jedoch relativ langsam, da in dem Geräteträger ein herkömmliches Radarortungsgerät angeord net ist, welches linear hin und herbewegt wird. Diese herkömmlichen Geräte haben eine relativ hohe Masse (ca. 5-6 kg), so daß eine schnelle Bewegung aufgrund der Massenträg heitskräfte nicht möglich ist. Desweiteren wird in dieser Druckschrift kein geeignetes Verfahren angegeben, die aufge nommenen Meßwerte in geeigneter Weise weiter zu verarbeiten, um eine automatisierte Auswertung zu ermöglichen. Ebenso wie bei anderen Geräten wird daher die manuelle Auswertung durch einen Spezialisten erforderlich sein, womit die Kosten für eine Radaruntersuchung sehr hoch sind.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein Radarortungsgerät zur Verfügung zu stellen, welches die Nachteile des Standes der Technik überwindet. Insbesondere soll es mit dem erfindungsgemäßen Radarortungsgerät möglich sein, eine ausgedehnte Fläche dahingehend zu untersuchen, ob unter den Oberflächenschichten Suchobjekte vorhanden sind. Die Untersuchung soll mit geringem Zeitaufwand ausführbar sein. Das Radarortungsgerät soll nicht nur auf geologischen Oberflächen bzw. Verkehrsflächen zur Untersuchung der verdeckten Objekte einsetzbar sein, sondern auch eine Untersuchung anderer verdeckter Objekte ermöglichen, die beispielsweise in Bauwerken durch Oberflächenschichten (wie z. B. Mauerwerk) verdeckt sind. Neben dem Auffinden der verborgenen Objekte sollen auch Änderungen in der Materialzu sammensetzungen feststellbar sein. So kann beispielsweise die Dicke von Untergrundschichten oder auch das Vorhandensein von Feuchtigkeit in Bauwerken untersucht werden.

Außerdem soll durch die Erfindung ein Verfahren angegeben werden, mit dem Radaruntersuchungen auch von nicht speziell geschultem Personal ausgeführt werden können. Durch ein geeignetes Verfahren sollen die von Störobjekten hervorgeru fenen Reflexionen des Radarstrahls ausblendbar sein, so daß die Position eines Suchobjekts mit hoher Genauigkeit unmit telbar abgelesen werden kann.

Diese Aufgabe wird durch ein erfindungsgemäßes Radarortungs gerät gelöst, welches sich dadurch auszeichnet, daß weiterhin eine Schwingungsmasse am Geräteträger beweglich befestigt ist, deren Masse im wesentlichen gleich der Gesamtmasse des Antennenträgers und der an diesem befestigten Bauteile ist, und daß die Schwingungsmasse und der Antennenträger durch geeignete Kopplung ein schwingfähiges System bilden. Dieses Radarortungsgerät bietet den Vorteil, daß der Antennenträger mit einer hohen Geschwindigkeit bewegt werden kann, so daß die Meßwerte sehr schnell aufgenommen werden können, wodurch die Untersuchung einer größeren Fläche in kurzer Zeit möglich wird.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform ist die Schwingungsmasse durch einen zweiten Antennenträger ersetzt, an welchem eine zweite Antenne befestigt ist, die ebenfalls zur Datengewinnung herangezogen wird. Vorzugsweise ist in dem schwingfähigen System ein Schrittmotor als Antriebseinheit vorgesehen und ein Energiespeicherelement angeordnet, welches bei einer linearen Hin- und Herbewegung der beiden Antennen träger in zyklischer Weise kinetische Energie aufnimmt, speichert und bei Bedarf wieder an das System abgibt. Auf diese Weise können beide Antennenträger mit hohen Geschwindigkeiten bewegt werden, wobei relativ geringe Antriebskräfte vom Schrittmotor aufzubringen sind und gleichzeitig ein unerwünschtes Rütteln vermieden wird, welches eine zusätzliche Fehlerquelle bei Geräten nach dem Stand der Technik darstellt.

Bei einer abgewandelten Ausführungsform kann einer oder können mehrere Antennenträger auch auf einer kreisförmigen oder elliptischen Bahn innerhalb des Geräteträgers umlaufend bewegt werden, wobei die resultierende Bewegungsbahn zwei Umlenkabschnitte und zwei zwischen diesen verlaufende Linear abschnitte aufweist. Dadurch werden wiederum hohe Geschwin digkeiten der Sende-/Empfangsantennen möglich. Ein Antennen träger kann auch an einer Art Transmissionsriemen befestigt sein, wodurch dieser auf einer umlaufenden Bahn bewegt wird.

Vorzugsweise wird die Masse der bewegten Antennenträger weiterhin reduziert, indem als Antennen metallisch beschich tete Leichtbaugrundkörper Verwendung finden und möglichst wenige der weiteren signalverarbeitenden Bauelemente unmit telbar am Antennenträger befestigt sind. Insbesondere ist es zweckmäßig, lediglich diejenigen Bauteile mit der Antenne mitzubewegen, die für die hochfrequente Verarbeitung der empfangenen Signale erforderlich sind.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn am erfindungsgemäßen Radarortungsgerät auch Positionsbestimmungsmittel vorgesehen sind, mit denen die Position und gegebenenfalls auch die räumliche Lage des Geräts zu jedem Zeitpunkt der Messung bestimmt werden kann. Dabei kann sowohl vorgesehen sein, daß die relative Position auf der zu untersuchenden Oberfläche bzw. gegenüber Bezugspunkten ermittelt wird, als auch daß die absolute geographische Lage bestimmt wird, beispielsweise unter Verwendung von GPS-Ortungssystemen.

In Anspruch 11 ist das erfindungsgemäße Verfahren angegeben, welches zur Lösung der o. g. Aufgabe dient, wodurch eine auto matisierte Auswertung der ermittelten Meßdaten möglich wird.

Aufgrund der vielfältigen Vorteile, die das erfindungsgemäße Radarortungsgerät und das vorgeschlagene Verfahren gegenüber dem Stand der Technik aufweisen, ergeben sich vielfältige Einsatzgebiete, in denen bislang eine Untersuchung von verdeckten bzw. verborgenen Objekten durch ein zerstörungs freies Verfahren nicht möglich, aufgrund der hohen Fehlerrate nicht sinnvoll oder zu teuer gewesen ist. Die Erfindung läßt sich überall dort einsetzen, wo die Detektion und Charakteri sierung von verborgenen linienhaften Gebilden, wie Leitungen, Rohren, Gräben, Armierungseisen usw. oder von verborgenen flächenhaften Gebilden mit weitgehend kontinuierlich Erstrec kungen, wie Erdschichten, Straßenbelag, Straßenunterbau, Mauerwerks- und Sachisolationsschichten usw. erforderlich sind. Darüber hinaus können Materialeigenschaften dieser Objekte bzw. die Änderung solcher Eigenschaften erfaßt werden. Eine Erfassung von Schichten oder linienhaften Objek ten ist in der Regel immer dann möglich, wenn diese Schichten bzw. Objekte für die verwendeten Radarstrahlen einen anderen Reflexionsgrad aufweisen, als das umgebende Medium.

Weitere Vorteile, Einzelheiten und Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen des Radarortungs geräts und des erfindungsgemäßen Verfahrens, unter Bezugnahme auf die Zeichnung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Prinzipansicht von oben auf ein erfindungsgemä ßes Radarortungsgerät mit zwei Antennenträgern;

Fig. 2 in vereinfachter Darstellung das Radarortungsgerät aus Fig. 1 in einer Seitenansicht;

Fig. 3 in einem Blockdiagramm die Hauptelemente eines erfin dungsgemäßen Radarortungsgeräts und deren Zusammen wirken;

Fig. 4 in einer Prinzipskizze den Bewegungsablauf des Radarortungsgeräts während der Aufnahme von Meßwerten und die Position einzelner Meßpunkte innerhalb der abgetasteten Fläche;

Fig. 5 in einer prinzipiellen Darstellung den Verfahrweg eines Radarortungsgeräts mit zwei Antennenträgern und die Spur der jeweils aufgenommenen Meßpunkte;

Fig. 6 ein theoretisches Radargramm eines gesuchten Rohres;

Fig. 7 ein realitätsnahes Radargramm, welches mit einem Gerät nach dem Stand der Technik aufgenommen wurde;

Fig. 8 eine Radargrammsequenz, die von einem erfindungsgemä ßen Radarortungsgerät aufnehmbar ist;

Fig. 9 ein schematisiert dargestelltes Radarvolumen einer aufgenommenen Leitung;

Fig. 10 eine prinzipielle Darstellung der Ausbreitung der elektromagnetischen Strahlen in dem zu untersuchen den Volumen unterhalb der Oberfläche;

Fig. 11 ein vereinfachtes Flußdiagramm mit den wichtigsten Schritten der Meßwertverarbeitung;

Fig. 12 die graphische Darstellung eindimensionaler Meßwerte aus einem Radarvolumen vor und nach der Durchführung einer Kalman-Filterung.

In Fig. 1 ist in einer Ansicht von oben in einer vereinfach ten Darstellung ein Radarortungsgerät gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Das Radarortungsgerät besteht aus einem Geräteträger 1, an dem nicht dargestellte Bewegungsmittel angebracht sind, die eine beliebige Bewegung des Radarortungsgeräts über die zu untersuchende Oberfläche ermöglichen. In der dargestellten Ausführungsform besitzt das Radarortungsgerät einen ersten Antennenträger 3 und einen zweiten Antennenträger 5. Die Antennenträger 3, 5 sind in Führungseinheiten 7 geführt, welche eine lineare Bewegung der Antennenträger ermöglichen. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform ist weiterhin als Antriebsmittel ein Schrittmotor 9 vorgesehen, der einen Zahnriemen 11 antreibt, über welchen eine Verbindung zwischen dem Schrittmotor 9 und den Antennenträgern 3, 5 hergestellt ist. Der Zahnriemen 11 verläuft weiterhin über eine Umlenkrolle 13, die mit einer nicht dargestellten Torsionsfeder verbunden ist, welche als Energiespeicherelement wirkt.

Beim Betrieb treibt der Schrittmotor 9 den Zahnriemen 11 an, wodurch die mit diesem verbundenen Antennenträger 3, 5 in eine lineare Bewegung versetzt werden. Der Schrittmotor 9 wird derart angesteuert, daß der Zahnriemen 11 seine Dreh richtung umkehrt, wenn die Antennenträger 3, 5 an dem jewei ligen Endanschlag angekommen sind. Es ist nun wünschenswert, eine möglichst hohe Geschwindigkeit der Antennenträger zu erreichen, um die gesamte Messung zu beschleunigen. Dazu ist die Umlenkrolle 13 mit einer Torsionsfeder verbunden, die je nach Stellung der Antennenträger kinetische Energie, vermit telt über den Zahnriemen, aufnimmt und aufgrund ihrer Feder kraft speichert, wobei diese gespeicherte Energie wieder als kinetische Energie abgegeben wird und den Antennenträgern über den Zahnriemen 11 zugeführt wird, sobald sich diese von dem nächstliegendem Endanschlag wegbewegen. Auf diese Weise bilden die beiden Antennenträger 3, 5 gemeinsam ein schwing fähiges System, welches eine sehr schnelle Bewegung der Antennenträger ermöglicht. Der verwendete Schrittmotor 9 muß außerdem keine großen Antriebskräfte aufbringen, da lediglich die aufgrund der Reibung entstehenden Energieverluste ausge glichen werden müssen, sobald das System eingeschwungen ist. Es ist darauf hinzuweisen, daß bei anderen Ausführungsformen dieses schwingfähige System auf andere Art und Weise ausge bildet werden kann. Beispielsweise kann der zweite Antennen träger 5 lediglich durch eine geeignete Gegenmasse gebildet werden, die der Masse des ersten Antennenträgers 3 entspricht. Es sind auch andere Antriebskonzepte denkbar, beispielsweise pneumatische oder hydraulische Antriebe.

Bei einer anderen Ausführungsform können einer oder mehrere Antennenträger auf einer umlaufenden Bahn bewegt werden. Es können sowohl kreisrunde als auch elliptische Umlaufbahnen verwendet werden, sowie Transmissionsriemen o. ä., an den der Antennenträger befestigt ist. Es ist somit erkennbar, daß zur Realisierung des erfindungsgemäßen Radarortungsgeräts Mittel vorgesehen sein müssen, die eine schnelle Bewegung des Antennenträgers im Geräteträger ermöglichen.

Bei der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform besteht aufgrund des Vorhandenseins von zwei gleichartigen Antennen trägern weiterhin der Vorteil, daß sich die Trägheitsmomente der bewegten Massen ausgleichen, so daß ein ungewolltes Rütteln des Geräteträgers vermieden wird, welches zu uner wünschten Fehlereinflüssen führen würde.

In der dargestellten Ausführungsform sind auf jedem der beiden Antennenträger 3, 5 drei einzelne Antennen 15 ange bracht, die beim Betrieb des Radarortungsgeräts sowohl als Sende- als auch Empfangsantenne arbeiten können. Bei abgewan delten Ausführungsformen kann der Antennenträger kleiner ausgelegt werden und lediglich eine einzelne Antenne auf diesem befestigt sein. Es ist auch möglich, getrennte Sende- und Empfangsantennen zu verwenden, wobei in an sich bekannter Weise unterschiedliche Polarisationsrichtungen eingesetzt werden können. Um die Gesamtmasse des Antennenträgers klein zu halten ist es besonders zweckmäßig, auch die Masse der Antenne gering auszulegen, was beispielsweise durch die Verwendung von metallisierten Leichtbaugrundkörpern (z. B. aus Styropor) möglich ist.

Zweckmäßigerweise ist jeder Antenne eine elektronische Schal tung 17 zugeordnet, die für die Verarbeitung der gesendeten und empfangenen Signale im Hochfrequenzbereich zuständig ist.

Bei einer zu bevorzugenden Ausführungsform sind Positionssen soren 18 vorgesehen, die der exakten Erfassung der durch das Radarortungsgerät ausgeführten Bewegung und der damit verbun denen Positionsänderung auf der zu untersuchenden Oberfläche dienen. Die Positionssensoren 18 können beispielsweise herkömmliche Radsensoren sein. Zusätzlich können weitere Positionsbestimmungsmittel vorgesehen sein, die beispiels weise die absolute geographische Position des Radarortungsge räts unter Verwendung bekannter GPS-Ortungssysteme bestimmen können.

Die in Fig. 1 eingezeichnete Beobachtungsbreite B hängt von den Abmaßen des Geräteträgers 1 und der maximal möglichen linearen Bewegungsstrecke der Antennenträger ab. Außerdem hat auf diese Beobachtungsbreite die Abstrahlcharakteristik der verwendeten Radarantennen Einfluß wie dies weiter unten noch dargestellt wird. Ebenfalls ist in Fig. 1 der maximale Anten nenhub eingezeichnet, der sich aus der relativen Verfahr strecke der Antennenträger und der auf diesen befestigten Antennen ergibt.

Die in Fig. 1 gezeigten Einzelelemente bilden gemeinsam ein Linearmodul 19, dessen seitliche Schnittansicht in Fig. 2 dargestellt ist. Dieses Linearmodul 19 ist so ausgebildet, daß es mit seiner Unterseite 21 über die zu untersuchende Oberfläche bewegt werden kann, um die unter der Oberfläche verborgenen Objekte aufzufinden. Bei der dargestellten Ausführungsform ist unterhalb der Antennenträger 3, 5 eine Referenzplatte 23 angeordnet, die aus dielektrischem Material mit bekannten Eigenschaften besteht, insbesondere ist die Kenntnis der Dielektrizitätskonstante ε erforderlich. Damit ist gewährleistet, daß die von den Antennen abgestrahlten Radarstrahlen vor dem Eindringen in die zu untersuchende Oberfläche bzw. das darunter liegende Volumen durch die Refe renzplatte 23 laufen, wobei die Ausbreitungseigenschaften der Radarstrahlen in dieser Referenzplatte 23 bekannt sind. Damit können auf einfache Weise die Abstrahleigenschaften der Antenne überprüft und in die Meßwertverarbeitung einbezogen werden.

Abgesehen von der HF-Elektronik 17 sind alle sonstigen elek tronischen Bauelemente, die der weiteren Signalverarbeitung dienen in eigenständigen Elektronikblöcken 25 untergebracht, die ihrerseits nicht auf dem Antennenträger 3, 5 befestigt sein müssen. Damit wird die Masse der Antennenträger gering gehalten, was die erwünschten Schwingungseigenschaften verbessert und höhere Meßgeschwindigkeiten ermöglicht. Vorzugsweise ist oberhalb der Antennenträger eine elektromag netische Schirmung 27 angebracht, um störende Einflüsse der abgestrahlten Radarstrahlen zu verringern. Das gesamte Line armodul 19 kann in einem Metallgehäuse 29 angeordnet sein.

In Fig. 3 ist in einem Blockdiagramm der prinzipielle Aufbau des Radarortungsgeräts zusammengefaßt, wobei die Wechselwir kungen zwischen den Hauptmodulen des Radarortungsgeräts veranschaulicht sind. Das bereits in den Fig. 1 und 2 erläu terte Linearmodul 19 wirkt mit einer Bewegungsvorrichtung 31 (den Bewegungsmitteln) zusammen, die das gesamte Linearmodul 19 vorzugsweise senkrecht zur Bewegung der Antennenträger innerhalb des Linearmoduls bewegt. Die Bewegungsvorrichtung 31 kann durch einen eigenständigen Fahrmotor gebildet werden, womit ein autarkes Radarortungsgerät aufbaubar ist. Das Line armodul kann aber auch an einem Fahrzeug befestigt sein oder gegebenenfalls manuell über die zu untersuchende Oberfläche bewegt werden. Als drittes Grundmodul ist ein Positionsbe stimmungsmittel 33 vorgesehen, welches beispielsweise die Positionssensoren 18 und/oder ein GPS-Ortungssystem umfaßt.

Wie weiter unten erläutert werden wird, ist für eine voll ständige Meßwerterfassung zumindest die relative Position der einzelnen Meßpunkte zueinander zu bestimmen. Wenn die Lage verborgener Objekte nicht nur relativ zu bestimmten Punkten an der zu untersuchenden Oberfläche ermittelt werden soll, sondern beispielsweise für die Einzeichnung dieser verborge nen Objekte in kartographische Werke deren absolute Position bestimmt werden muß, ist die unmittelbare Erfassung der abso luten Position des Radarortungsgeräts sinnvoll. Die Datener fassung und die Steuerung der verschiedenen Module und Bau elemente des Radarortungsgeräts wird vorzugsweise von einem Rechner 35 durchgeführt. Schließlich kann das Ergebnis der durchgeführten Messung unmittelbar an einer Anzeige 37 darge stellt werden.

In Fig. 4 ist eine Prinzipskizze gezeigt, die die Durchfüh rung mit einem erfindungsgemäßen Radarortungsgerät veran schaulicht. Der Einfachheit halber ist ein Linearmodul 19 gezeigt, in welchem nur ein einziger Antennenträger 3 mit einer einzigen Antenne 15 vorgesehen ist. Der Antennenträger wird im Linearmodul in x-Richtung bewegt, die in Fig. 4 hori zontal verläuft. Das gesamte Linearmodul wird bei der Durchführung der Messung vorzugsweise gleichförmig in y-Rich tung bewegt, also in Fig. 4 vertikal verlaufend. Somit wird ein Meßstreifen der Breite B vom Linearmodul abgetastet. In der Fig. 4 ist eine sinusförmige Kurve 41 eingezeichnet, die den Abtastweg der Antenne 15 bei einer sinusförmig schwingen den Bewegung des Antennenträgers in x-Richtung und einer gleichförmigen Bewegung des Linearmoduls in y-Richtung darstellt. Ein fett eingezeichneter Abschnitt 43 auf der Kurve 41, der eine halbe Periode umfaßt, bezeichnet den Abschnitt, der für die Bildung eines einzigen Radargramms herangezogen wird. Um ein Radargramm über einen Abschnitt der Breite B zu erhalten, müssen (wie bei herkömmlichen Meßgerä ten) Daten über diesen gesamten Bereich aufgenommen werden. Dazu werden einzelne Meßpunkte angefahren, an denen ein Radarstrahl abgestrahlt wird und die von dem Suchobjekt und den Störobjekten reflektierten Strahlen empfangen werden. Der Abstand zwischen diesen einzelnen Meßpunkten in x-Richtung ist als Δx gekennzeichnet. Sofern die einzelnen Meßpunkte in zeitlich gleichen Abständen aufgenommen werden, ändert sich die Abtastdichte aufgrund der sinusförmigen Bewegung des Antennenträgers, wobei jeweils im Bereich des Nulldurchgangs dieser Sinuskurve ein maximaler Abstand Δx_maxzwischen den Meßpunkten gegeben ist. Nachdem der Antennenträger den Anten nenhub B einmal vollständig durchlaufen hat, also die gesamte Breite des Meßstreifens überstrichen hat bzw. eine halbe Periode auf der Meßkurve 41 zurückgelegt wurde, werden anschließend die Daten für das nächste Radargramm aufgenom men. Der Abstand der positiven Scheitelpunkte (bzw. der nega tiven Scheitelpunkte) der Meßkurve 41 entspricht dem maxima lem Abstand zwischen den Radargrammen Δy_max und ist abhängig von der Frequenz, mit welcher sich der Antennenträger im Linearmodul bewegt und von der Geschwindigkeit mit der welcher das Linearmodul in y-Richtung verfahren wird.

Unter Berücksichtigung dieser Zusammenhänge kann die Meßge schwindigkeit des Linearmoduls V_m wie folgt beschrieben werden:

wobei T_A die Periodendauer einer Antennenschwingung ist. Andererseits bestimmt sich die Meßrate des Radarempfangs wie folgt:

wobei R_S als Scanrate der Radaranlage bezeichnet wird und B der bereits erwähnte Antennenhub bzw. die Antennenauslenkung ist.

In Fig. 5 ist in einer Prinzipskizze die Arbeitsweise einer abgewandelten Ausführungsform des Radarortungsgeräts veran schaulicht, wobei mehrere Meßkurven gezeigt sind, die von jeweils zwei Antennen auf einem ersten Antennenträger 3 und einem zweiten Antennenträger 5 abgefahren werden. Dadurch, daß zwei Antennenträger vorgesehen sind, die jeweils zwei Antennen tragen, welche unabhängig voneinander Meßdaten liefern, ergeben sich die gezeigten vier sinusförmigen Meßkurven 41. Die Bewegung der Einzelantennen ist derart aufeinander abgestimmt, daß die Daten, die zur Erzeugung eines Radargramms herangezogen werden, von allen vier Anten nen geliefert werden, wobei die zu einem gemeinsamen Radar gramm gehörenden Abschnitte der Meßkurven 43 wiederum hervor gehoben dargestellt sind. Es ist erkennbar, daß bei dieser Ausführungsform für die Bildung eines Radargramms jeweils ein Viertel einer Periode der vier sinusförmigen Meßkurven 41 herangezogen wird und bei gleicher Schwingungsfrequenz der Antennenträger die in y-Richtung aufeinanderfolgenden Radar gramme in geringerem Abstand liegen. Daraus ergibt sich, daß die Meßgeschwindigkeit proportional zur Anzahl der verwende ten Meßsysteme erhöht werden kann. Ein weiterer Vorteil einer derartigen Anordnung besteht darin, daß die Antennenträger rückstoßfrei schwingen, da sich die Impulse gegeneinander aufheben.

Durch die Bewegung der Sende/Empfangsantenne über einen bestimmten Bereich der zu untersuchenden Oberfläche und durch die Aufnahme von Meßwerten an einer Vielzahl von Meßpunkten wird ein synthetisches Antennenarray erzeugt, welches vergleichbare Ergebnisse liefern kann, wie eine wesentlich aufwendigere Arrayanordnung einer Vielzahl von Antennen. Bei der in Fig. 5 dargestellten Ausführungsform kann außerdem eine Mischung aus einem synthetischen Antennenarray und einem reellen Voll-Antennenarray erzeugt werden, da gleichzeitig mit mehreren Antennen Meßpunkte abgetastet werden.

Nachfolgend soll anhand eines Beispiels erläutert werden, wie die einzelnen Meßdaten an den unterschiedlichen Meßpunkten erfaßt und erfindungsgemäß weiterverarbeitet werden. Beispielhaft wird als zu suchendes Suchobjekt, welches unter der abzutastenden Oberfläche verborgen ist, ein langgestreck tes Rohr angenommen, welches von gewöhnlichem Erdreich umge ben ist.

Fig. 6 zeigt in einer graphischen Darstellung den theoreti schen Verlauf eines Radargramms, welches bei der Abtastung eines Bereiches empfangen wird, in welchem das Suchobjekt plaziert ist. Ein derartiges Radargramm wird von einem herkömmlichen Georadarsystem nach dem Stand der Technik geliefert. Dieses Radargramm setzt sich aus einer Vielzahl von aneinandergereihten Zeitsignalen zusammen, die in Schnit trichtung zu dem Suchobjekt aufgenommen werden. Diese Zeitsignale repräsentieren Antwortimpulse 61, die der Lauf zeit und der Amplitude des Radarsignals und damit der Entfer nung zwischen Suchobjekt und Antenne entsprechen. Zieht man eine Verbindungslinie zwischen diesen Zeitsignalen 61, so wird eine Hyperbel 63 erhalten, die für das Suchobjekt, nämlich ein Rohr im Querschnitt, charakteristisch ist. Die Lage des Scheitelpunkts dieser Hyperbel 63 ist charakteristisch für die Lage des gesuchten Rohres, so daß an dieser Stelle die tatsächliche Tiefe des Rohres unterhalb der Oberfläche bestimmt werden kann.

In Fig. 7 ist die Abbildung eines realitätsnahen Radargramms gezeigt, welches bei der Suche eines Rohres erhalten wird. Die Vielzahl der Zeitsignale, die auf diesem Radargramm enthalten sind, stammen von Störobjekten, wie z. B. Steinen im Erdreich, die in der Praxis immer anzutreffen sind. Die Auswertung derartiger Radargramme ist in der Regel Spezialisten vorbehalten, die die erhaltenen Radargramme manuell visuell auswerten. Sofern mehrere Suchobjekte nah beieinander liegen, werden die erhaltenen Radargramme noch unübersichtlicher und komplizierter.

Mit dem erfindungsgemäßen Radarortungsgerät wird es nun (aufgrund der erhöhten Meßgeschwindigkeit) möglich, eine Vielzahl derartiger Radargramme aufzunehmen, die senkrecht zur Erfassungsrichtung des einzelnen Diagramms (x-Richtung) in einem vorherbestimmten Abstand zueinander (y-Richtung) erfaßt werden, so daß ein sogenanntes Radarvolumen bzw. eine Radargrammsequenz erhalten wird. Der Aufbau einer derartigen Radargrammsequenz ist in Fig. 8 gezeigt. Mehrere voneinander beabstandete Radargramme R(y_n) werden nacheinander erfaßt und bilden die Sequenz. Das Radarvolumen bzw. die Radargrammse quenz R(y) kann somit als zweidimensionales Signal angesehen werden, welches sich wie folgt beschreiben läßt:

R(y) = f(x_L(y), D(y)),

wobei D(y) das Zeitsignal am Scheitelpunkt einer Hyperbel ist, welches repräsentativ für den Abstand zwischen Suchob jekt und Oberfläche ist, und wobei x_L(y) die Position in x- Richtung des Suchobjekts innerhalb des abgetasteten Meßstrei fens angibt.

Erfindungsgemäß werden nun die einzelnen Radargramme der Radargrammsequenz zu einem kontinuierlichen Radarvolumen zusammengefügt, welches in einer Prinzipskizze in Fig. 9 dargestellt ist. Bei dem angenommenen Suchobjekt ergibt sich im betrachteten Beispiel eine hyperbolische Fläche 91, wobei aus dem Abstand zwischen der Oberfläche und dem Scheitelpunkt der hyperbolischen Fläche 91 auf die Tiefe des Suchobjekts geschlossen werden kann und eine auf die Oberfläche proji zierte Scheitelachse 93 Auskunft über den Verlauf des Suchob jekts gibt. Um ein aussagekräftiges Radarvolumen bestimmen zu können ist eine hohe Anzahl von Daten erforderlich, die an einer Vielzahl von Meßpunkten aufgenommen werden müssen. Erst durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Radarortungsge räts wird es möglich, innerhalb einer vertretbaren Zeit eine ausreichende Datenmenge zu erfassen, da erst auf die erfin dungsgemäße Weise die Antennen mit ausreichender Geschwindig keit bewegt werden können. Um die ermittelten Daten korrekt miteinander zu verknüpfen ist es, wie bereits erwähnt erfor derlich, die jeweilige Position des Meßpunkts, an dem Daten aufgenommen werden, genau zu bestimmen.

In Erläuterung dessen ist in Fig. 10 in einer prinzipiellen Darstellung gezeigt, wie sich die elektromagnetischen Wellen (Radarstrahlen) in dem zu untersuchenden Volumen unterhalb der Oberfläche ausbreiten und gegebenenfalls gegenseitig überlagern. Wenn an zwei Meßpunkten x₁ und x₂ jeweils eine Messung ausgeführt wird, so existiert ein Überlagerungs- bzw. Korrelationsbereich 101, der sowohl bei der ersten Messung am Punkt x₁ als auch bei der zweiten Messung am Punkt x₂ erfaßt wird, wobei ein im Korrelationsbereich angesiedeltes Suchob jekt in beiden Fällen zu verarbeitende Meßwerte liefert. Damit die Position des Suchobjekts trotz dieser Überlagerung ausreichend genau bestimmt werden kann, sollte die Position der Meßpunkte x₁ und x₂ mit einer örtlichen Auflösung besser als λ/10 erfaßt werden, wobei λ die Wellenlänge der verwende ten Radarstrahlung ist. Da zwischen den Meßpunkten x₁ und x₂ einerseits und einem weiteren Meßpunkt x₃, der entfernt von diesen beiden ersten Meßpunkten liegt, keine Überlagerung stattfindet, ist für die Position x₃ eine Positionsbestimmung mit geringerer Genauigkeit ausreichend. Aufgrund des Vorhan denseins dieses Korrelationsbereichs sind die in Fig. 10 eingezeichneten Meßkurven s(t, x₁) und s(t, x₂) voneinander abhängig (korreliert), während die Meßkurve s(t, x₃) zu diesen beiden anderen Meßkurven nicht korreliert ist.

Ein ähnliches Problem besteht in Bezug auf die Überlagerung in y-Richtung, so daß die Position in y-Richtung mit einer Genauigkeit von besser als λ/2 erfaßt werden sollte. Zur Positionsbestimmung hinsichtlich der einzelnen Meßpunkte können verschiedene bekannte Meßverfahren eingesetzt werden.

Unter Bezugnahme auf Fig. 11 werden nachfolgend die wesentli chen Verfahrensschritte der Verarbeitung der gewonnenen Daten erläutert. Fig. 11 zeigt ein vereinfachtes Flußdiagramm der erforderlichen Datenverarbeitung, um aus einer Vielzahl von Radargrammen eine möglichst korrekte Modellbeschreibung des Suchobjekts zu erhalten. Abweichend vom Verfahren nach dem Stand der Technik wird hierbei nicht versucht, mit Hilfe aufwendiger und sehr störanfälliger Methoden zu berechnen, wie ein verborgenes Objekt aussehen müßte und an welcher Stelle es sich befinden müßte, um ein Radargramm hervorzuru fen, wie es bei der Messung ermittelt wurde. Vielmehr wird erfindungsgemäß die Suche von vornherein auf einfache Objekte (wie sie in der Praxis sehr häufig vorkommen), deren Radar gramme bzw. Interferenzbilder man prinzipiell kennt, beschränkt. Die bei der weiteren Datenverarbeitung zu beant wortende Frage reduziert sich somit auf die Bestimmung der Lage eines (der Form nach) an sich bekannten Objektes unter halb der Oberfläche. Bei der erfindungsgemäßen Durchführung des Verfahrens müssen daher nur noch eine begrenzte Anzahl von Parametern (z. B. die Tiefe und die Richtung einer Leitung oder die Tiefe und die Neigung einer Grenzschicht) bestimmt werden. Diese Parameter ergeben sich aus der Vielzahl der ermittelten Meßwerte. Ein weiterer Vorteil des erfindungsge mäßen Verfahrens besteht darin, daß optimale, statistisch charakterisierbare Werte für diese Parameter auch bei stark gestörten Meßwerten bestimmt werden können, d. h. beispiels weise können zu einer ermittelten Tiefe auch Angaben über die Wahrscheinlichkeit dieses ermittelten Werts angegeben werden.

Wird beispielsweise in einem sehr einfachen Fall nach einer Rohrleitung gesucht, von welcher bis auf die Tiefe unter der Oberfläche alle weiteren Parameter bekannt sind, so ist aus den in den Radargrammen enthaltenen Meßwerten nur dieser eine Parameter zu bestimmen. In einem ersten in Fig. 11 darge stellten Schritt 111 erfolgt die Aufnahme eines Radargramms quer zur vermeintlichen Achse der Rohrleitung. Dabei wird eine Hyperbel im Radargramm erhalten, wie sie beispielsweise in Fig. 6 dargestellt ist. Da im Beispiel nur nach der Tiefe des Rohres gefragt ist, muß lediglich der Abstand zwischen dem Scheitelpunkt der Hyperbel und der Oberfläche bestimmt werden. In der Praxis wird ein derartig aufgenommenes Radar gramm aber eine Vielzahl von Störungen enthalten (wie beispielsweise in Fig. 7 gezeigt ist), so daß diese Bestim mung des Scheitelpunkts der Hyperbel schwierig sein kann. Die Aufgabe ändert sich nicht wesentlich, wenn weitere Parameter (z. B. die Lage der Leitung) bestimmt werden müssen. Eine mathematische Berechnung wird jedoch schwieriger, da ein mehrdimensionales Problem gelöst werden muß.

Gemäß Fig. 11 erfolgt in einem zweiten Schritt 113 eine Para meterschätzung (beispielsweise werden die Parameter Tiefe und Lage der Leitung geschätzt), wobei als Grundlage für diese Schätzung einerseits das im Schritt 111 gemessene Radargramm und andererseits ein Modell 115 des für das gesuchte Objekt typischen Radargramms (z. B. eine Hyperbel) verwendet werden.

Wiederum unter Beschränkung auf die Annahme, daß lediglich nach der Tiefe des Rohres also nach einem einzigen Parameter, gesucht wird, muß durch ein geeignetes mathematisches Verfah ren das Modell derart mit dem tatsächlich ermittelten Radar gramm verglichen werden, daß letztlich ein optimaler Schätz wert d für die zu ermittelnde Tiefe als Ergebnis der Parame terschätzung vorliegt. Geeignete mathematische Methoden sind beispielsweise 2D- oder 3D-Matched-Filter, Regressionsverfah ren, Hough-Transformation oder ähnliche, wobei das am besten geeignete Verfahren unter den Gesichtspunkten des verwendeten Modells und der zur Verfügung stehenden Rechenkapazität ausgewählt wird. Es ist zweckmäßig, wenn das verwendete Verfahren neben dem Schätzwert auch den Unsicherheitsbe reich bzw. die Standardabweichung σ_d angibt, da der Wert von d aufgrund von Meßfehlern und unzureichender Modellierung fehlerbehaftet sein wird.

Nachdem im Schritt 113 die Parameterschätzung durchgeführt wurde und im Ergebnis (ungenaue) Schätzwerte und zugehörige statistische Angaben vorliegen, wird im Schritt 117 eine Kalman-Filterung der Parameter durchgeführt. Voraussetzung zur Durchführung der Kalman-Filterung ist wiederum das Vorliegen eines Modells 119, beispielsweise über den Verlauf der zu suchenden Leitungen. Die Kalman-Filterung ist ein an sich bekanntes Estimationsverfahren, beispielsweise beschrie ben in O. Loffeld "Estimationstheorie I", Oldenbourg-Verlag. Im betrachteten Beispiel kann zur Durchführung der Kalman- Filterung angenommen werden, daß das zu suchende Rohr immer in der gleichen Tiefe unter der Oberfläche liegt (in der Praxis wird sich die Tiefe des Rohrs tatsächlich nur sehr langsam und stetig ändern). Nach Durchführung der Kalman- Filterung kehrt das Verfahren zum Anfangspunkt zurück, um das nächste Radargramm an einer in y-Richtung versetzten Stelle aufzunehmen, um für die Berechnung des gesuchten Parameters neue Ausgangswerte zur Verfügung zu stellen. Nach Auswertung des ersten Radargramms an der Position y = y₁ steht daher der erste Schätzwert für die Tiefe (y₁) und dessen Unbestimmt heit σ(y₁) zur Verfügung. Unter Auswertung des zweiten Radar gramms an der Stelle y = y₂ werden neue Schätzwerte für die Tiefe (y₂) und dessen Unbestimmtheit σ(y₂) bereitgestellt, so daß diese beiden Wertepaare zu einem neuen, verbesserten Schätzwert µ_d(y₂) wie folgt verrechnet werden können:

wobei die Standardabweichung des neuen Schätzwertes σ_µ(y₂) sich wie folgt ergibt.

Die Standardabweichung σ_µ(y₂) ist kleiner als der Wert der Standardabweichungen jeder Einzelmessung, so daß die Sicher heit des ermittelten Wertes für die Tiefe µ_d(y₂) gestiegen ist. Dieser Vorgang wird beispielsweise durch Aufzeichnung eines dritten Radargramms an der Position y = y₃ fortgesetzt, aus welchem die Schätzwerte für die Tiefe (y₃) und dessen Unbestimmtheit σ(y₃) ermittelt werden, wobei diese Werte wiederum im Verfahrensschritt 117 in die Berechnung eines erneut verbesserten Schätzwertes µ_d(y₃) und dessen Standardabweichung σ_µ(y₃) einbezogen werden, die sich wie folgt ergeben:

Das Verfahren wird solange fortgesetzt, wie beim Abtasten des zu untersuchenden Gebiets auf der Oberfläche neue Radargramme vom Radarortungsgerät zur Verfügung gestellt werden. Die Genauigkeit der bestimmten Parameter ist von der Anzahl der verwendeten Radargramme und den verwendeten Modellvorgaben abhängig.

In Fig. 12 sind in zwei Kurvenverläufen sowohl die ermittel ten Rohdaten aus den bearbeiteten Radargrammen für die Rohrtiefen als auch die nach der Kalman-Filterung zur Verfü gung stehenden Tiefenangaben gezeigt. In der oberen Kurve von Fig. 12 sind diese aus den Radargrammen ermittelten Schätz werte für die Tiefe und die zugehörige Standardabweichung für jeden einzelnen Meßpunkt eingezeichnet. Werden alle diese Daten der beschriebenen Kalman-Filterung unterzogen, so ergibt sich der in der unteren Abbildung von Fig. 12 darge stellte Kurvenverlauf. Eine deutliche Verkleinerung der Unsi cherheitsangaben ist offensichtlich.

Das erfindungsgemäße Verfahren, bei welchem eine Vielzahl von sequentiell aufgenommenen Radargrammen zu einem Radarvolumen zusammengefaßt werden, aus welchem die gesuchten Werte abge lesen werden können, kann auch unter Anwendung einer anderen Filterung durchgeführt werden, die auf dem Prinzip der Bayes- Schätzer beruht. Der wesentliche Vorteil besteht darin, daß die zwangsläufig in den Radargrammen auftretenden Fehler und Störangaben durch Anwendung automatisch ablaufender Berech nungsverfahren eliminiert werden können. Mit Hilfe des erfin dungsgemäßen Verfahrens können daher Radarortungsgeräte betrieben werden, die in ihrer Handhabung einfach sind und Meßergebnisse mit hoher Sicherheit liefern. Erforderlich für die Durchführung dieses erfindungsgemäßen Verfahrens ist die Verfügbarmachung einer großen Datenmenge, was beispielsweise durch Verwendung eines erfindungsgemäßen Radarortungsgeräts möglich wird.

Claims

1. Radarortungsgerät zur Bestimmung der Lage und Ausdehnung von durch Oberflächenschichten verdeckten kontinuierlich ausgedehnten Suchobjekten und/oder deren Eigenschaften, umfassend:

1. einen Geräteträger (1) mit Bewegungsmitteln, die dessen beliebige Bewegung über die Oberfläche ermöglichen;
2. wenigstens einen Antennenträger (3), der am Geräteträger befestigt und in alternierender Weise linear bewegbar ist;
3. wenigstens eine erste mit dem Antennenträger (3) gekop pelte Antenne (15), die zur Sendung und/oder zum Empfang eines Radarsignals geeignet ist;
4. eine Antriebseinheit (9), die den Antennenträger zu seiner alternierenden Bewegung antreibt; und
5. eine Signaleinheit, die das zu sendende Radarsignal erzeugt und mindestens ein von den Suchobjekten reflek tiertes und empfangenes Radarsignal verarbeitet und/oder speichert und/oder anzeigt;

dadurch gekennzeichnet, daß weiterhin eine Schwingungs masse (5) am Geräteträger (1) beweglich befestigt ist, deren Masse im wesentlichen gleich der Gesamtmasse des Antennenträgers (3) und der an diesem befestigten Bauteile ist, und daß die Schwingungsmasse und der Antennenträger durch geeignete Kopplung ein schwingfähiges System bilden, welches eine schnelle Bewegung des Antennenträgers ermög licht.

2. Radarortungsgerät nach Anspruch 1, wobei das schwingfähige System umfaßt:

1. eine Führungseinheit (7) am Geräteträger (1);
2. den Antennenträger (3) und die mit diesem gekoppelte Schwingungsmasse (5), die in der Führungseinheit (7) längsgeführt und zueinander gegensinnig alternierend bewegbar sind;
3. einen Schrittmotor (9) als Antriebseinheit, der über Getriebemittel (11) mit dem Antennenträger (3) und der Schwingungsmasse verbunden ist; und
4. ein Energiespeicherelement, welches im schwingfähigen System eingebunden ist und diesem zyklisch kinetische Energie entzieht, diese speichert und anschließend wieder an das System abgibt.

3. Radarortungsgerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn zeichnet, daß ein zweiter Antennenträger (5) die Schwin gungsmasse ersetzt, an welchen eine zweite Antenne (15) gekoppelt ist, die in gleicher Weise wie die erste Antenne arbeitet und ebenfalls zur Datengewinnung herangezogen wird.

4. Radarortungsgerät zur Bestimmung der Lage und Ausdehnung von durch Oberflächenschichten verdeckten kontinuierlich ausgedehnten Suchobjekten und/oder deren Eigenschaften, umfassend:

1. einen Geräteträger mit Bewegungsmitteln, die dessen beliebige Bewegung über die Oberfläche ermöglichen;
2. wenigstens einen Antennenträger, der am Geräteträger beweglich befestigt ist;
3. wenigstens eine mit dem Antennenträger gekoppelte Antenne, die zur Sendung und/oder zum Empfang eines Radarsignals geeignet ist;
4. eine Antriebseinheit, die den Antennenträger zu seiner Bewegung antreibt; und
5. eine Signaleinheit, die das zu sendende Radarsignal erzeugt und mindestens ein von den Suchobjekten reflek tiertes und empfangenes Radarsignal verarbeitet und/oder speichert und/oder anzeigt;

dadurch gekennzeichnet, daß der Antennenträger von der Antriebseinheit zu einer Bewegung angetrieben und dabei innerhalb des Geräteträgers mit hoher Geschwindigkeit auf einer umlaufenden Bewegungsbahn bewegt wird, wobei diese Bewegungsbahn zwei Umlenkabschnitte und zwei zwischen diesen Umlenkabschnitten verlaufende Linearabschnitte aufweist.

5. Radarortungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß mit jedem Antennenträger (3, 5) mehrere separate Antennen (15) gekoppelt sind.

6. Radarortungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß jede Antenne jeweils aus einer Sendeantenne und einer Empfangsantenne besteht, deren Polarisationen parallel oder senkrecht zueinander sind.

7. Radarortungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Abschnitt der Signalein heit, in welchem hochfrequente Signale verarbeitet werden, auf dem/den Antennenträger(n) befestigt sind.

8. Radarortungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Antennen metallisch beschichtete Leichtbaukörper sind.

9. Radarortungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Antenne und der zu untersuchenden Oberfläche ein dielektrisches Material mit bekannten Eigenschaften angeordnet ist.

10. Radarortungsgerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß Positionsbestimmungsmittel (18, 33) angeordnet sind, die die Bestimmung der Position und/oder der räumlichen Lage des Radarortungsgeräts rela tiv zu der zu untersuchenden Oberfläche bzw. zu Bezugspo sitionen und/oder absolut hinsichtlich der geographischen Lage ermöglichen.

11. Verfahren zur Bestimmung der Lage und Ausdehnung von durch Oberflächenschichten verdeckten kontinuierlich aus gedehnten Suchobjekten und deren Eigenschaften, wobei folgende Schritte ausgeführt werden:

1. von mindestens einer Antenne, die in beliebigen Rich tungen auf der Oberfläche bewegbar ist, werden für eine Messung Radarstrahlen ausgesendet, wobei die Antenne während des Gesamtmeßvorgangs entlang einer ersten Richtung periodisch mit relativ hoher Geschwindigkeit und in einer zweiten Richtung mit relativ niedriger Geschwindigkeit auf der Oberfläche bewegt wird;
2. an der Antenne werden die nachfolgend von diesen ver deckten Suchobjekten und von Störobjekten reflektierten Radarstrahlen empfangen;
3. die Laufzeiten und Amplituden der reflektierten Radar strahlen werden gemessen und als Meßdaten (111) gespei chert;
4. die für die Messung gültigen Positionen der Antenne auf der Oberfläche werden ermittelt und als Positionsdaten gespeichert;
5. die Antenne wird an den Punkt der nächsten Messung auf der Oberfläche bewegt;
6. zyklisch werden eine Vielzahl weiterer Messungen an unterschiedlichen Punkten ausgeführt und eine Vielzahl von Meßwerten erfaßt;

wobei die gewonnen Daten wie folgt verarbeitet werden:

a) die ermittelten Meßwerte werden einer ersten Filterung unterzogen und mit den Positionsdaten zu einem dreidi mensionalen Radargramm verknüpft, welches eine Viel zahl dreidimensionaler Datenpunkte enthält, die jeweils die genaue, auf die abgetastete Oberfläche projizierte Position und den Abstand von der abgeta steten Oberfläche von Such- und Störobjekten definie ren;
b) unter Heranziehung der in Schritt a) gefilterten Meßwerte und eines ersten Modells (115) für das Suchobjekt wird eine erste Parameterschätzung durchge führt (113);
c) unter Heranziehung der im Schritt b) ermittelten Schätzwerte und eines zweiten Modells (119) über den Verlauf des Suchobjekts wird eine zweite Parameter schätzung durchgeführt (117);
d) mehrfache Wiederholung der Schritte a) bis c) mit den zyklisch an in der zweiten Richtung versetzten Punkten aufgenommenen Meßwerten;
e) Verknüpfung der Schätzwerte, die jeweils in einem Zyklus der Schritte a) bis c) bestimmt wurden, mit den in den vorangegangenen Zyklen bestimmten Schätzwerten, um die Genauigkeit dieser Schätzwerte zu erhöhen;
f) die den Suchobjekten zugeordneten optimierten Schätz werte werden ausgegeben und/oder angezeigt.

12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionsdaten auch die räumliche Lage der Antenne zum Zeitpunkt der Messung enthalten.

13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeich net, daß zur Filterung der Meßwerte, die hinsichtlich der ersten Richtung aufeinander folgen, im Schritt a) und/ oder im Schritt c) Regressions-, Stacking-, Bildtransfor mations-, Matched- oder Kalman-Filterverfahren verwendet werden.

14. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß zur Filterung der Meßwerte, die hin sichtlich der zweiten Richtung aufeinander folgen, ein Tiefpaßfilter oder ein Kalman-Filter verwendet wird.

15. Verfahren nach einem der Ansprüche 11 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Antennen verwendet werden.