DE3808173A1 - System zum detektieren unterirdischer objekte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 zum Detektieren unterirdischer Objekte unter Verwendung eines künstlichen Apertureinstellverfahrens.

Die Fig. 3 zeigt den allgemeinen Aufbau eines Systems zum Detektieren unterirdischer Objekte unter Heranziehung einer künstlichen Apertureinstellung, das einerseits in eine Ein­ richtung zur Einstellung der künstlichen Apertur zur Ver­ wendung in einem Satellitenradar oder in einem luftge­ stützten Radar und andererseits in eine Einrichtung zur Bestimmung einer geologischen Konstanten und zur Durchführung einer geologischen Korrektur gegliedert ist, bei der die geologische Konstante herangezogen wird, wobei die geologische Korrektur zur Detektion der unterirdischen Objekte unabdingbar ist. Anwendungsgebiete des genannten Systems sind beispielsweise in "Underground Detection by Means of Reflected Electromagnetic Wave (Part 2)", Seiten 59 bis 60, Transactions of Japan Society of Physical Sens­ ing, Oktober 1982, sowie in "Electromagnetic Detection of Underground Objects", Seiten 308 bis 311, Proceedings of the Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan, Vol. 67, Nr. 3, März 1984 beschrieben. Die Fig. 4 erläutert die Wirkungsweise des Systems anhand eines Fluß­ ablaufdiagramms. Im Schritt ST 1 werden Profildaten von re­ flektierten Wellen gesammelt. Im nachfolgenden Schritt erfolgt eine Vorbereitung der Daten bzw. eine Vorverarbei­ tung. Anschließend wird im Schritt ST 3 ein künstliches Apertureinstellverfahren durchgeführt (synthetic aperture processing). Nachfolgend zur Schritt ST 3 wird im Schritt ST 4 eine geologische Korrektur ausgeführt, wobei im An­ schluß daran im Schritt ST 5 ein Ausgabeprozeß erfolgt, um die korrigierten Daten ausgeben zu können. Im Schritt ST 7 werden geologische Daten gesammelt, während im Anschluß daran im Schritt ST 8 die geologischen Daten analytisch ver­ arbeitet werden. Im Anschluß an den Schritt ST 8 erfolgt im Schritt ST 9 eine Berechnung der dielektrischen Konstanten ε _S (Dielektrizitätskonstante), die in den Schritten ST 3 und ST 4 verwendet wird, um einerseits die künstliche Apertur­ einstellung und andererseits die geologische Korrektur vor­ nehmen zu können.

Fig. 5 zeigt die Art und Weise, in der im zuvor erwähnten Schritt ST 7 geologische Daten gesammelt werden. Entsprechend der Fig. 5 ist ein Target bzw. Objekt 1, beispiels­ weise ein Rohr, im Erdreich 2 begraben. Ein Sender 3 ist mit einer Sendeantenne 4 verbunden, die ein Pulssignal vom Sender 3 als elektromagnetische Welle in das Erdreich 2 ab­ strahlt. Eine Empfangsantenne 5 befindet sich in einem ein­ stellbaren Abstand von der Sendeantenne 4, um die am Objekt 1 reflektierte elektromagnetische Welle zu empfangen. Die Empfangsantenne 5 ist mit einem Empfänger 6 verbunden.

Im folgenden wird der Betrieb dieses Systems im einzelnen beschrieben.

Zuerst werden im Schritt ST 7 geologische Daten gesammelt. Dabei wird der Abstand zwischen der Sendeantenne 4 und der Empfangsantenne 5 auf einen Werte Y₁ eingestellt, wobei an­ schließend z. B. ein monozyklischer Puls vom Sender 3 abge­ geben wird. Der monozyklische Puls wird als elektromagnetische Welle durch die Sendeantenne 4 ins Erdreich 2 abge­ strahlt, wobei die reflektierte Welle durch die Empfangsan­ tenne 5 aufgefangen und zum Empfänger 6 übertragen wird. Im Anschluß daran wird der Abstand zwischen der Sendeantenne 4 und der Empfangsantenne 5 geändert und auf den Wert Y₂ ein­ gestellt. Wie zuvor werden ein monozyklischer Puls abgege­ ben und seine reflektierte Welle empfangen. Die so erhaltenen geologischen Daten werden analytisch verarbeitet, und zwar im Schritt ST 8, um so die Zeitperiode T₁ von der Aus­ sendung des monozyklischen Pulses bis zum Empfang seiner am Objekt 1 reflektierten Welle beim Abstand Y₁ zwischen den Antennen sowie die Zeitperiode T₂ vom Aussenden des monozy­ klischen Pulses bis zum Empfang seiner am Objekt 1 reflek­ tierten Welle beim Abstand Y₂ zwischen den Antennen zu er­ halten.

Befindet sich das Objekt 1 in einer Tiefe R unterhalb der Bodenoberfläche und wird die tatsächliche dielektrische Konstante des Erdreichs 2 mit ε _S bezeichnet, so gilt nach­ folgende Beziehung zwischen der Zeitperiode T, die zwischen der Aussendung des Pulssignals und dem Empfang der am Ob­ jekt 1 reflektierten Welle liegt, und dem Antennzwischen­ abstand Y:

Hierbei ist C die Lichtgeschwindigkeit. Werden daher für T die zuvor erwähnten Zeitperioden T₁ und T₂ und für den An­ tennenzwischenabstand Y die Antennenzwischenabstände Y₁ und Y₂ eingesetzt, so erhält man ein System aus zwei Gleichungen, bei dem die Größen ε _S und R die beiden Unbekannten sind. Es ist daher möglich, die tatsächliche dielektrische Konstante ε _S zu erhalten. Die tatsächliche dielektrische Konstante ε _S des Erdreichs 2, in welchem das Objekt 1 be­ graben ist, kann somit im Schritt ST 9 berechnet werden.

Völlig unabhängig von dem Prozeß zur Messung der dielektri­ schen Konstanten e _S erfolgt die Sammlung der reflektierten Wellenprofildaten auf einer Ebene, die durch das Erdreich hindurchläuft, und zwar unter rechten Winkeln zum Gelände bzw. Boden. Die Sammlung der Profildaten wird im Schritt ST 1 durchgeführt. Hierbei wird der Abstand zwischen der Sendeantenne 4 und der Empfangsantenne 5 auf einen vorbe­ stimmten Wert fest eingestellt, wobei Antennen 4 und 5 in Schritten mit vorbestimmter Länge auf der Oberfläche des Erdreichs 2 in einer Richtung unter rechten Winkeln zur Verbindungsrichtung der beiden Antennen 4, 5 bewegt werden. Während der Bewegung erfolgt bei jedem Bewegungsschritt die Aussendung eines monozyklischen Pulses, dessen am Objekt 1 reflektierte Welle empfangen wird. Auf diese Weise lassen sich die Profildaten der reflektierten Wellen auf einer vorbestimmten Ebene ermitteln, die das Erdreich schneidet. Innerhalb der Profildaten der reflektierten Welle erscheint diese für jedes Objekt 1 bzw. Target in Form einer Hyper­ bel.

Die erhaltenen reflektierten Wellenprofildaten weisen je­ doch Störungen auf, da der sich durch das Erdreich ausbreitende monozyklische Puls verzerrt und in Übereinstimmung mit dem von ihm zurückgelegten Weg in großem Umfang ge­ schwächt wird. Dieser Puls weist darüber hinaus einen relativ hohen Rauschpegel auf. Die erhaltenen reflektierten Wellenprofildaten werden daher vorverarbeitet, beispiels­ weise durch Filterung, Pegeleinstellung und dergleichen, damit Wellenprofildaten mit schärferer Form erhalten werden. Dies erfolgt im Schritt ST 2.

Im nachfolgenden Schritt ST 3 werden die vorverarbeiteten Profildaten der reflektierten Welle zur künstlichen bzw. synthetischen Einstellung der Apertur herangezogen, die un­ ter Verwendung der tatsächlichen dielektrischen Konstanten ε _S des Erdreichs 2 erfolgt, welche im zuvor erwähnten Schritt ST 9 berechnet worden ist, um dadurch bestimmte Bilddaten zu erhalten. Die für jedes Objekt 1 bzw. Target auf einer Hyperbel liegenden reflektierten Wellenprofildaten kommen dadurch zusammenhängend um den Scheitelpunkt der Hyperbel herum zu liegen. Auf diese Weise werden Target­ punkte in Übereinstimmung mit der Wichtung ihrer Bilder produziert.

Da die so erhaltenen Bilddaten zeitabhängig sind, wird in Schritt ST 4 eine geologische Korrektur ausgeführt. Es sei darauf hingewiesen, daß die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle durch das Erdreich hindurch umge­ kehrt proportional zur Quadratwurzel der dielektrischen Konstanten des Erdreichs ist, so daß durch Verwendung der tatsächlichen dielektrischen Konstanten ε _S des Erdreichs 2, die im Schritt ST 9 berechnet worden ist, die Zeitabhängigkeit der zuvor erwähnten Bilddaten in eine Ortsabhängigkeit umgewandelt werden kann. Die so erhaltenen ortsabhängigen bzw. längenabhängigen Daten werden im Schritt ST 5 nochmals verarbeitet, um ausgegeben werden zu können, und zwar als detektiertes Bild auf z. B. einem Monitor oder dergleichen.

Beim oben beschriebenen System zum Detektieren unterirdischer Objekte müssen die geologischen Daten, die zur Berechnung der für die synthetische Apertureinstellung, geo­ logischen Korrektur, usw., erforderlichen dielektrischen Konstanten des Erdreichs nötig sind, in welchem das Objekt begraben ist, völlig unabhängig von den reflektierten Wel­ lenprofildaten gesammelt werden, um ein Detektorausgangsbild zu erhalten, was zu einer relativ umfangreichen Arbeit beim Detektieren unterirdischer Objekte führt. Dies ist ein Nachteil beim konventionellen System.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein System zum Detektieren unterirdischer Objekte zu schaffen, bei dem es nicht mehr erforderlich ist, spezielle Daten nur für die Ermittlung der tatsächlichen dielektrischen Konstanten des Erdreichs zu sammeln.

Die Lösung der gestellten Aufgabe ist im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 angegeben. Vorteilhafte Ausge­ staltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen zu ent­ nehmen.

Bei dem System nach der Erfindung zum Detektieren unterir­ discher Objekte wird eine dielektrische Konstante aufeinan­ derfolgend in geeigneter Weise verändert, wobei eine künst­ liche Apertureinstellung der Profildaten der reflektierten Wellen für jeden eingestellten Wert der dielektrischen Kon­ stanten erfolgt. Auf der Grundlage der bei der künstlichen Apertureinstellung erhaltenen Ergebnisse wird die tatsächliche dielektrische Konstante des Erdreichs, in welchem das Objekt vergraben ist, ermittelt. Anschließend werden zur Erzeugung eines Detektorausgangsbildes unter Verwendung der zuvor erwähnten Profildaten der reflektierten Wellen ein künstliches Apertureinstellverfahren und eine geologische Korrektur durchgeführt, und zwar unter Verwendung der so erhaltenen tatsächlichen dielektrischen Konstanten.

Die Einrichtung zur Ermittlung der tatsächlichen dielektrischen Konstanten erstellt eine Fokusbewertungsfunktion (A (ε)), und zwar auf der Grundlage des Verhältnisses (S _i / (H _i ) des auf einem vorbestimmten Pegel liegenden Basisbe­ reichs (S _i ) zu der vom Basisbereich (S _i ) ausgehenden Höhe (H _i ) eines durch Bilddaten dargestellten Objektpunkts, wobei die Bilddaten durch künstliche Apertureinstellung der Profildaten der reflektierten Wellen für jeden eingestellten Wert der dielektrischen Konstanten ermittelt werden, und wobei diese Einrichtung ferner die tatsächliche di­ elektrische Konstante (ε _S ) des Erdreichs, in welchem das Objekt liegt, anhand des Extremwerts der Fokusbewertungs­ funktion (A (ε)) bestimmt.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Flußdiagramm eines Systems zum Detektieren un­ terirdischer Objekte gemäß einem Ausführungsbei­ spiel der Erfindung,

Fig. 2 eine Skizze zur Erläuterung der Art und Weise, wie Profildaten von reflektierten Wellen gesammelt werden,

Fig. 3 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Art und Weise, wie eine dielektrische Konstante durch Auswertung bzw. Berechnung der Schärfe von Targetpunkten ermittelt wird,

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise des konventionellen Systems zum Detektieren unter­ irdischer Objekte, und

Fig. 5 eine Skizze zur Erläuterung der Art und Weise, wie geologische Daten gesammelt werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Die in Fig. 1 dargestellten Schritte ST 1 bis ST 5 entsprechen den in Fig. 4 dargestellten Schritten ST 1 bis ST 5. Der Schritt ST 6 in Fig. 1 dient zur Berechnung der tatsächlichen di­ elektrischen Konstanten des Erdreichs, in welchem Objekte begraben sind, wobei die in Schritt ST 2 vorverarbeiteten Profildaten der reflektierten Wellen herangezogen werden. Die in Schritt ST 1 gesammelten Profildaten der reflektierten Wellen sind im Diagramm 11 in Fig. 1 gezeigt, während Diagramm 12 in Fig. 1 Bilddaten zeigt, die aufgrund der im Schritt ST 3 erfolgten künstlichen Apertureinstellung erhalten worden sind. Im Diagramm 13 der Fig. 1 sind Detektor­ ausgangsbilder dargestellt, wie sie als Ergebnis der Be­ rechnungen im Schritt ST 5 erhalten werden.

Im folgenden wird der Betrieb des Systems näher beschrie­ ben.

Zunächst werden im Schritt ST 1 gemäß Diagramm 11 in Fig. 1 Profildaten von reflektierten Wellen auf einer Ebene gesam­ melt, die das Erdreich unter rechten Winkeln zur Bodenoberfläche schneidet. Fig. 2 zeigt die Art und Weise, wie die Profildaten der reflektierten Wellen gesammelt werden. Gleiche Teile wie in Fig. 5 sind dabei mit denselben Be­ zugszeichen 1 bis 6 versehen. Eine Steuer- und Bearbei­ tungseinrichtung 7 führt eine künstliche bzw. synthetische Apertureinstellung durch (synthetic aperture processing), und zwar in bezug auf die Profildaten der reflektierten Wellen, um ein Detektorausgangsbild des Objekts 1 bzw. Tar­ gets auf z. B. einem Monitor 8 oder einer anderen geeigneten Einrichtung ausgeben zu können. Die Sendeantenne 4 und die Empfangsantenne 5 sind in einem festen, vorgegebenen Ab­ stand y zueinander angeordnet und werden gemeinsam in Schritten mit vorbestimmter Länge in einer in Fig. 2 mit X bezeichneten Richtung bewegt, die unter rechtem Winkel zur Verbindungsrichtung der beiden Antennen 4 und 5 liegt. Bei der Bewegung wird mit jedem Bewegungsschritt ein z. B. mo­ nozyklischer Puls von der Sendeantenne 4 abgestrahlt, wobei die am Objekt 1 reflektierte Welle des monozyklischen Pulses durch die Empfangsantenne 5 empfangen wird. Die reflek­ tierte Welle wird daher vom Objekt 1 in der kürzesten Zeit­ periode empfangen, wenn sich sowohl die Sendeantenne 4 als auch die Empfangsantenne 5 direkt oberhalb des Objekts 1 befinden, und in einer um so längeren Zeitperiode, je weiter sich die Antennen von dieser Position direkt oberhalb des Objekts 1 entfernen. Die Tiefe des Objekts 1 bzw. Targets unterhalb der Bodenoberfläche sei mit R bezeichnet. Der gegenseitige Abstand der beiden Antennen 4, 5 sei y. Die dielektrische Konstante bzw. Dielektrizitätskonstante des Erdreichs 2, in welchem das Objekt 1 begraben ist, sei ε _S , während die Lichtgeschwindigkeit mit C angegeben ist. In diesem Fall gilt folgende Beziehung zwischen dem Abstand x und der Zeit t, wobei x der Abstand zwischen der Position auf der Oberfläche direkt oberhalb des Objekts 1 und der Verbindungslinie beider Antennen ist (die nachfolgend als Antennenposition bezeichnet wird), während die genannte Zeit diejenige ist, die vom Aussenden des monozyklischen Pulses bis zum Empfang seiner reflektierten Welle vergeht:

R steht dabei senkrecht auf x, während x wiederum senkrecht auf y steht. Die obige Gleichung kann wie folgt umgeschrieben werden:

Diese Gleichung repräsentiert eine Hyperbel, deren Schei­ telpunkt (der negative Bereich der Zeitachse ist ausge­ schlossen) sich wie folgt darstellen läßt:

Die Asymptoten können gemäß nachfolgender Gleichung be­ schrieben werden:

Die Profildaten der reflektierten Wellen gemäß Diagramm 11 in Fig. 1 zeigen den Fall an, daß zwei Objekte 1 bzw. Tar­ gets im Erdboden 2 begraben sind, wobei zusätzlich Wellen­ formen erscheinen, die durch eine direkte Kopplung zwischen Sendeantenne 4 und Empfangsantenne 5 erzeugt werden. Diese Wellenformen liegen nahe der oberen Kante im Diagramm 11 nach Fig. 1.

Die auf diese Weise erhaltenen Profildaten der reflektierten Wellen werden vorverarbeitet, und zwar wie beim Stand der Technik in Schritt ST 2, so daß Rauscherscheinungen be­ seitigt, Verzerrungen reduziert und Pegel eingestellt wer­ den.

Anschließend werden die vorverarbeiteten Profildaten der reflektierten Wellen herangezogen, um die tatsächliche di­ elektrische Konstante ε _S des Erdreichs 2, in welchem die Targets 1 begraben sind, zu berechnen. Dies erfolgt im Schritt ST 6. In diesem Schritt ST 6 wird als erstes der ein­ gestellte Wert der dielektrischen Konstanten durch ein ge­ eignetes Verfahren sequentiell verändert, und zwar beginnend mit einem ursprünglich eingestellten Wert, wobei die Profildaten der reflektierten Wellen zur synthetischen bzw. künstlichen Apertureinstellung herangezogen werden, und zwar unter Verwendung eines jeden der eingestellten Werte der dielektrischen Konstanten, um entsprechende Bilddaten zu erzeugen. Da sich die Form der Hyperbel bei Änderung der dielektrischen Konstanten ebenfalls ändert, wird eine Hyperbelschar mit stark voneinander abweichenden Hyperbeln erhalten, wenn der eingestellte Wert der dielektrischen Konstanten sich von der tatsächlichen dielektrischen Kon­ stanten ε _S des Erdreichs 2 in stärkerer Weise unterschei­ det. Bei Durchführung der künstlichen Apertureinstellung kommt in diesem Fall nur ein schmaler Bereich der Daten zu­ sammenhängend um den Scheitelpunkt herum zu liegen, so daß mittels der Bilddaten nun ein sehr kleiner Targetpunkt er­ zeugt wird. Nähert sich dagegen der eingestellte Wert der dielektrischen Konstanten der tatsächlichen dielektrischen Konstanten ε _S , so gleichen sich auch die Hyperbelformen mehr und mehr einander an. Bei Gleichheit der dielektri­ schen Konstanten werden auch gleiche Hyperbelformen erhalten. Kommen dann die Profildaten bei Anwendung der künstlichen Apertureinstellung zusammenhängend um den Scheitelpunkt herum zu liegen, so werden hohe und scharfe Targetpunkte mit Hilfe der Bilddaten erhalten. Durch Berechnung der Schärfe der Targetpunkte läßt sich dann die tatsächliche dielektrische Konstante ε _S des Erdreichs 2 bestimmen. Zur Berechnung der Schärfe der Targetpunkte können ver­ schiedene Verfahren herangezogen werden. Beispielsweise können die Targetpunkte an einem vorbestimmten Pegel abge­ schnitten werden, so daß dann der erhaltene Basisbereich in das Verhältnis zur Höhe gesetzt werden kann. Auch läßt sich die Höhe der Targetpunkte der jeweiligen Bilddaten auf den­ selben Wert normieren und mit dem Volumen (Targetpunktvolumen) vergleichen. Im folgenden wird ein praktisches Berechnungsbeispiel im einzelnen beschrieben.

Ensprechend der Fig. 3 wird bezüglich der Profildaten der reflektierten Wellen ein künstliches Apertureinstellverfahren im Schritt ST 1 A durchgeführt. Im nachfolgenden Schritt ST 2 A wird ein Wert einer Fokusbewertungsfunktion A (ε) be­ rechnet. Im Anschluß daran wird im Schritt ST 3 A der berech­ nete Wert der Fokusbewertungsfunktion A (ε) ausgegeben bzw. geplottet. An den Schritt ST 3 A schließt sich ein Schritt ST 4 A an, in welchem die dielektrische Konstante ε um einen vorbestimmten Wert Δε quasi tastend erhöht wird. Sodann wird im nachfolgenden Schritt ST 5 A das Ende der Sequenz de­ tektiert. Ist das Sequenzende erreicht, so wird im Schritt ST 6 A die dielektrische Konstante ε _S bestimmt, während bei noch nicht erreichtem Sequenzende in Schritt ST 5 A nachfolgend wiederum der Schritt ST 1 A erreicht wird.

Diagramm 14 in Fig. 3 zeigt die Profildaten der reflektierten Wellen, die zur synthetischen bzw. künstlichen Apertur­ einstellung (synthetic aperture processing) in Schritt ST 1 A herangezogen werden. Dagegen zeigt Diagramm 15 in Fig. 3 die aufgrund der synthetischen Apertureinstellung erhaltenen Bilddaten. Im Diagramm 16 in Fig. 3 sind die ausge­ druckten Werte der Fokusbewertungsfunktion A (ε) darge­ stellt, die im Schritt ST 3 A berechnet wurden.

Im folgenden wird der Betrieb näher erläutert. Als erstes wird im Schritt ST 1 A die Apertur künstlich eingestellt, und zwar unter Verwendung der Profildaten der reflektierten Wellen gemäß Diagramm 14 in Fig. 3 sowie unter Verwendung der anfänglichen und als Tastwert eingesetzten dielektrischen Konstanten ε. Auf diese Weise werden die Bilddaten im Diagramm 15 erhalten. Da der Tastwert der dielektrischen Konstanten ε bzw. Schätzwert weit von der tatsächlichen di­ elektrischen Konstanten ε _S des Erdreichs 2 entfernt liegt, werden nur Hyperbeln mit nicht regulären bzw. ungleichmäßigen Formen erhalten, die stark voneinander abweichen. Es kommen daher nach Ausführung der synthetischen Aperturein­ stellung nur kleine Datenbereiche zusammenhängend um den Scheitelbereich der Hyperbel herum zu liegen, so daß in Diagramm 15 aufgrund der Bilddaten nur sehr niedrige Tar­ getpunkte erhalten werden. Nähert sich dagegen der Tastwert bzw. Schätzwert der dielektrischen Konstanten ε der tat­ sächlichen dielektrischen Konstanten e _S des Erdreichs 2, so gleichen sich die Hyperbelformen mehr und mehr einander an. Sind die genannten dielektrischen Konstanten gleich, so ko­ inzidieren die Hyperbeln miteinander, so daß große Datenbe­ reiche zusammenhängend um den Scheitelpunkt der Hyperbeln herum zu liegen kommen, wenn die künstliche Apertureinstellung durchgeführt wird. Es werden daher in Diagramm 15 nach Fig. 3 aufgrund der vorhandenen Bilddaten sehr hohe Target­ punkte erhalten.

Im nachfolgenden Schritt ST 2 A werden nur positive Target­ punktwerte verwendet, ihre Basisbereiche S _i , die auf einem vorbestimmten Pegel liegen, und ihre Höhen H _i , gemessen vom vorbestimmten Pegel. Die Fokusbewertungsfunktion A (ε) ist definiert durch die Summe der Verhältnisse dieser beiden Werte S _i , H _i für alle passenden Targetpunkte, und zwar zu

Der Wert dieser Funktion wird für jeden Tastwert der di­ elektrischen Konstanten ε berechnet, wobei die berechneten Werte im Schritt ST 3 A ausgegeben bzw. geplottet werden. An­ schließend wird der zuvor erwähnte Vorgang wiederholt, nachdem im Schritt ST 4 A der Tastwert der dielektrischen Konstanten ε um einen vorbestimmten Wert Δε erhöht worden ist. Dies geschieht so lange, bis im Schritt ST 5 A festge­ stellt wird, daß beispielsweise der Tastwert der dielektrischen Konstanten ε einen vorbestimmten Wert erreicht hat.

Wird das Sequenzende im Schritt ST 5 A detektiert, so wird der Minimumwert der zuvor im Schritt ST 3 A berechneten und im Diagramm 16 in Fig. 3 ausgedruckten Fokusbewertungsfunktionen A (ε) aufgesucht. Derjenige Tastwert der dielektrischen Konstanten, der beim Minimumwert der Fokusbewertungsfunktion A (ε) liegt, wird als dielektrische Konstante ε _S des Erdreichs 2 bestimmt, in welchem die Objekte 1 begraben sind.

Im Vorangegangenen wurde erwähnt, daß nur Targetbilder mit positiver Polarität (positive Targetpunkte) zur Ermittlung der Fokusbewertungsfunktion herangezogen werden. Es können zu diesem Zweck aber auch nur Targetbilder mit negativer Polarität, Mittelwerte von Targetbildern mit positiver Po­ larität und von solchen mit negativer Polarität oder Abso­ lutwerte von Targetpunkten verwendet werden, wenn sich die Targetbilder mit positiver Polarität und die Targetbilder mit negativer Polarität bei der Berechnung der Fokusbewer­ tungsfunktion nicht gegenseitig auslöschen. Die Bewertungs­ funktion kann auch so gewählt sein, daß sich die dielektrische Konstante ε _S des Erdreichs 2 durch den Maximumwert dieser Funktion bestimmen läßt.

Entsprechend der Fig. 1 wird die im Schritt ST 6 erhaltene tatsächliche dielektrische Konstante ε _S des Erdreichs 2 im Schritt ST 3 zur Einstellung der künstlichen Apertur der im Schritt ST 2 vorverarbeiteten Profildaten der reflektierten Wellen herangezogen. Das bedeutet, daß die Daten jeder Hy­ perbel, also die Profildaten der reflektierten Wellen, zu­ sammenhängend um den Scheitelbereich der Hyperbel herum zu liegen kommen, wobei die Bilddaten den Target- bzw. Objekt­ punkt entsprechend der Bildwichtung darstellen; wie in Dia­ gramm 12 in Fig. 1 zu erkennen ist. Die Wichtung der Bilder der jeweiligen Targetpunkte wird durch die Dichte der schwarzen Punkte in Diagramm 12 in Fig. 1 angegeben.

Entlang der Ordinate im Bilddatendiagramm 12 ist eine Zeit­ skala aufgetragen, die in eine Längenskala umzuwandeln ist, um die Tiefe der Objekte 1 bestimmen zu können, in der die­ se im Erdreich 2 vergraben sind. Eine entsprechende geolo­ gische Korrektur wird im Schritt ST 4 vorgenommen, um diese Umwandlung zu bewerkstelligen. Unter Verwendung der tat­ sächlichen dielektrischen Konstanten ε _S des Erdreichs 2, die im Schritt ST 6 berechnet worden ist, wird die Ausbrei­ tungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle im Erd­ reich 2 ermittelt. Auf der Grundlage dieses Ergebnisses wird die im Bilddatenprogramm 12 in Fig. 1 vorhandene Zeit­ skala in eine Längenskala umgewandelt. Die Bilddaten, die jetzt nicht mehr zeitabhängig, sondern längenabhängig dar­ gestellt werden, werden im Schritt ST 5 einem Ausgabeprozeß unterworfen und anschließend auf einer Ausgabeeinrichtung 8 als Ausgangsdetektorbild dargestellt, wobei Symbole, die das Vorhandensein von Objekten 1 angeben, an den Positionen der Objektpunkte dargestellt werden, um eine leichtere Be­ obachtung zu ermöglichen, wie anhand des in Fig. 1 darge­ stellten Diagramms 13 zu erkennen ist.

Im Vorangegangenen wurde beschrieben, daß vorverarbeitete Profildaten von reflektierten Wellen herangezogen werden, um die tatsächliche dielektrischen Konstanten ε _S berechnen und die künstliche Apertureinstellung durchführen zu können. Es lassen sich aber auch nicht vorverarbeitete oder rohe Profildaten von reflektierten Wellen für den einen oder anderen Prozeß heranziehen.

Entsprechend der Erfindung werden zur Ermittlung von Detek­ torausgangsbildern gesammelte Profildaten von reflektierten Wellen in einer Folge von künstlichen Apertureinstellpro­ zessen verarbeitet, in denen eingestellte Werte der dielek­ trischen Konstanten schrittweise verändert werden. Die tat­ sächliche dielektrischen Konstanten des Erdreichs, in welchem die Targets begraben sind, wird aus den Ergebnissen der zu­ vor erwähnten künstlichen Apertureinstellungen erhalten. Die künstliche bzw. synthetische Apertureinstellung und eine geologische Korrektur werden unter Heranziehung der so erhaltenen, tatsächlichen dielektrischen Konstanten ausge­ führt, um ein Detektorausgangsbild der begrabenen Objekte zu erzeugen. Es brauchen daher nicht mehr spezielle Daten zur Ermittlung der tatsächlichen dielektrischen Konstanten des Erdreichs gesammelt zu werden, die unabhängig von den Profildaten der reflektierten Wellen ermittelt werden müssen, so daß sich die Objektbestimmung wesentlich verein­ facht.

Claims (8)

1. System zum Detektieren unterirdischer Objekte, mit

• - einer Einrichung zum Sammeln von Profildaten reflektierter Wellen auf einer das Erdreich (2) unter rechten Winkeln zum Boden schneidenden Ebene, die eine Sendeantenne (4) und eine Empfangsantenne (5) aufweist, welche in einem vorbestimmten gegenseitigen Abstand (y) gehalten und gemeinsam auf dem Boden in Schritten mit vorbestimmter Länge in einer Richtung bewegbar sind, die im wesentlichen unter rechtem Winkel zur Verbindungsrichtung der An­ tennen (4, 5) verläuft, wobei die Empfangsantenne (5) bei jedem Bewegungsschritt eine am Objekt (1) reflektierte Welle eines von der Sendeantenne (4) ins Erdreich (2) ab­ gestrahlten Pulssignals empfängt,
• - einer Steuer- und Verarbeitungseinrichtung (7), die zur Erzeugung eines Detektorausgangsbildes des Objekts (1) die Profildaten der reflektierten Wellen zur Durchführung eines künstlichen Apertureinstellverfahrens verarbeitet, und
• - einer Ausgabeeinrichtung (8) zur Ausgabe des Detektoraus­ gangsbildes,

gekennzeichnet durch

• - eine Einrichtung zur Veränderung einer einzustellenden dielektrischen Konstanten (ε) sowie zur Durchführung der künstlichen Apertureinstellung der Profildaten der re­ flektierten Wellen für jeden eingestellten Wert der di­ elektrischen Konstanten,
• - eine Einrichtung zur Ermittlung der tatsächlichen dielek­ trischen Konstanten (ε _S ) des Erdreichs (2), in dem das Objekt (1) vergraben ist, und zwar auf der Grundlage der zuvor erhaltenen Ergebnisse bei der künstlichen Apertur­ einstellung,
• - eine Einrichtung zur Durchführung einer künstlichen Aper­ tureinstellung der Profildaten der reflektierten Wellen unter Heranziehung der erhaltenen, tatsächlichen dielek­ trischen Konstanten (ε _S ), um zeitabhängige Bilddaten zu erzeugen, und
• - eine Einrichtung zum Umwandeln der zeitabhängigen Bilddaten in längenabhängige Bilddaten durch geologische Korrektur unter Verwendung der tatsächlichen dielektrischen Konstanten (ε _S ), zur Verarbeitung der längenabhängigen Bilddaten zwecks Erzeugung eines auszugebenden Detektor­ ausgangsbildes des Objekts (1) sowie zur Übertragung des Detektorausgangsbildes zur Ausgabeeinrichtung (8).

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ermittlung der tatsächlichen dielektrischen Konstanten (ε _S ) des Erdreichs (2) eine Fokusbewer­ tungsfunktion (A(ε)) erstellt, und zwar auf der Grundlage des Verhältnisses (S _i /H _i ) des auf einem vorbestimmten Pegel liegenden Basisbereichs (S _i ) zu der vom Basisbereich (S _i ) ausgehenden Höhe (H _i ) eines durch Bilddaten dargestellten Objektpunkts, wobei die Bilddaten durch künstliche Apertur­ einstellung der Profildaten der reflektierten Wellen für jeden eingestellten Wert der dielektrischen Konstanten er­ mittelt werden, und diese Einrichtung ferner die tatsächliche dielektrische Konstante (ε _S ) des Erdreichs (2), in welchem das Objekt (1) liegt, anhand des Extremwerts der Fokusbewertungsfunktion (A (ε)) bestimmt.

3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Fokusbewertungsfunktion (A (ε)) nur Objekt­ punkt mit positiver Polarität herangezogen werden.

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Fokusbewertungsfunktion (A (ε)) nur Objekt­ punkte mit negativer Polarität herangezogen werden.

5. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Fokusbewertungsfunktion (A (ε)) Mittelwerte von Objektpunkten mit positiver Polarität und mit negativer Polarität herangezogen werden.

6. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Fokusbewertungsfunktion (A (ε)) Absolutwerte der Objektpunkte herangezogen werden.

7. System nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Profildaten der reflektierten Wellen Information sind, die von der Empfangsantenne (5) empfangen und einem Komprimierungsprozeß unterworfen wird.