DE3808173C2

DE3808173C2 -

Info

Publication number: DE3808173C2
Application number: DE3808173A
Authority: DE
Inventors: Masaaki Ito; Shiro Chofu Tokio/Tokyo Jp Odagiri; Kouji Maeda; Yasuhiro Kobe Hyogo Jp Uekubo; Akio Jitumori; Teruo Amagasaki Hyogo Jp Usami
Original assignee: Tokyo Electric Power Co Inc; Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp; Tokyo Electric Power Company Holdings Inc
Priority date: 1987-03-11
Filing date: 1988-03-11
Publication date: 1990-05-17
Also published as: GB8805726D0; DE3808173A1; GB2203913A; GB2203913B; US4839654A; CA1310389C

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erfassen unterirdischer Objekte gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 unter Verwendung einer Apertursynthese.

Die sogenannte Apertursynthese ist bei Radarsystemen für Flugzeuge, Satelliten usw. weit verbreitet. Das gleiche Verfahren findet in etwas abgewandelter Form auch z. B. in der Radioastronomie Anwendung.

Die Auflösung bei optischen und elektromagnetischen Abbildungs systemen ist bekanntlich um so besser, je größer die Antenne bzw. der Durchmesser des Objektives ist. In Satelliten und Flugzeugen können jedoch naturgemäß keine besonders großen Antennen verwendet werden. Unter Ausnutzung der Bewegung der Antenne lassen sich jedoch die an verschiedenen aufeinanderfolgenden Orten und Zeiten erhaltenen Signale so zusammensetzen ("synthetisieren"), daß das erhaltene Gesamtsignal dem Signal einer einzigen großen Antenne entspricht, mit dem Ergebnis einer entsprechend verbesserten Auflösung. Die zu aufeinanderfolgenden Zeitpunkten von einer reellen kleinen Antenne erfaßten Signale, die einer Reihe von Einzelabbildungen entsprechen, werden dabei zeitlich und in der Phase so verarbeitet, daß eine einzige Gesamtabbildung erhalten wird. Diese Verarbeitung wird Apertursynthese genannt, da damit eine effektive Apertur erhalten wird, die wesentlich größer ist als die tatsächliche Apertur der verwendeten kleinen Antenne.

Die Fig. 3 der Zeichnung zeigt in allgemeiner Form den Ablauf eines Verfahrens zum Erfassen unterirdischer Objekte mit einer solchen Apertursynthese. Bei dem Verfahren ist eine geologische Korrektur unabdingbar. Unter dieser geologischen Korrektur wird folgendes verstanden:

Im Untergrund ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Wellen von den elektrischen Eigenschaften des Untergrundes abhängig. Beispielsweise werden für Sand ganz andere Werte erhalten als für Erde. Diese Ausbreitungsgeschwindigkeit wird durch die Dielektrizitätskonstante des Untergrundes bestimmt, die wiederum von der Feuchtigkeit, der Zusammensetzung des Erdreiches usw. abhängt. Zusätzlich zeigt die Dielektrizitätskonstante eine Frequenzabhängigkeit bezüglich der elektromagnetischen Impulse.

Die geologische Korrektur ist nun die Anwendung der für den jeweiligen Untergrund charakteristischen Dielektrizitäskonstanten auf die erhaltene Abbildung bzw. auf die erhaltenen Daten, um aus der Zeitabhängigkeit der Signale die richtige Tiefe usw. des Objektes zu bestimmen. Es erfolgt dabei mit anderen Worten eine Umrechnung der Laufzeiten der Signale in entsprechende Wege bzw. Abstände mittels der jeweiligen Di elektrizitätskonstanten.

Anwendungsgebiete des genannten Verfahrens sind beispielsweise in "Underground Detection by Means of Reflected Electromagnetic Wave (Part 2)", Seiten 59 und 60, Trans actions of Japan Society of Physical Sensing, Oktober 1982, sowie in "Electromagnetic Detection of Underground Objects", Seiten 308 bis 311, Proceedings of the Institute of Electronics and Communication Engineers of Japan, Band 67 Nr. 3, März 1984 beschrieben.

In der Fig. 4 der Zeichnung ist die Wirkungsweise des Verfahrens anhand eines Flußablaufdiagrammes erläutert. Im Schritt ST 1 werden Profildaten von reflektierten Wellen gesammelt. Im nachfolgenden Schritt ST 2 erfolgt eine Vorbereitung der Daten bzw. eine Vorverarbei tung. Anschließend wird im Schritt ST 3 eine Apertursynthese künstliche Apertureinstellung durchgeführt. Nachfolgend wird im Schritt ST 4 eine geologische Korrektur ausgeführt, wobei im Anschluß daran im Schritt ST 5 ein Ausgabeprozeß erfolgt, um die korrigierten Daten ausgeben zu können. Im Schritt ST 7 werden geologische Daten gesammelt, die im Anschluß daran im Schritt ST 8 analytisch verarbeitet werden. Im Anschluß an den Schritt ST 8 erfolgt im Schritt ST 9 eine Berechnung der Dielektrizitätskonstanten ε _S, die wiederum in den Schritten ST 3 und ST 4 verwendet wird, um einerseits die Apertursynthese und andererseits die geologische Korrektur vornehmen zu können.

Die 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, beispielsweise 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 abstrahlt. Eine Empfangsantenne 5 befindet sich in einem einstellbaren 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 Wert Y₁ eingestellt, wobei anschließend z. B. ein monozyklischer Puls vom Sender 3 abgegeben wird. Der monozyklische Puls wird als elektromagnetische Welle durch die Sendeantenne 4 ins Erdreich 2 abgestrahlt, 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 eingestellt. Wie zuvor werden ein monozyklischer Puls abgegeben 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 Aussendung 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 monozyklischen Pulses bis zum Empfang seiner am Objekt 1 reflektierten 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 Dielektrizitätskonstante des Erdreichs 2 mit ε _S bezeichnet, so gilt nachfolgende Beziehung zwischen der Zeitperiode T, die zwischen der Aussendung des Pulssignals und dem Empfang der am Objekt 1 reflektierten Welle liegt, und dem Antennen abstand Y:

Hierbei ist C die Lichtgeschwindigkeit. Werden daher für T die zuvor erwähnten Zeitperioden T₁ und T ₂ und für den Antennen abstand Y die Antennenabstände 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 damit möglich, die tatsächliche Dielektrizitätskonstante e _S zu erhalten. Die tatsächliche Dielektrizitätskonstante ε _S des Erdreichs 2, in welchem das Objekt 1 begraben ist, kann somit im Schritt ST 9 berechnet werden.

Völlig unabhängig von dem Prozeß zur Messung der Dielektrizitätskonstanten ε _S erfolgt dann die Sammlung der reflektierten Wellenprofildaten für eine Ebene, die durch das Erdreich unter einem rechten Winkel zum Gelände bzw. Boden verläuft. Die Sammlung der Profildaten wird im Schritt ST 1 durchgeführt. Hierbei wird der Abstand zwischen der Sendeantenne 4 und der Empfangsantenne 5 auf einen vorbestimmten Wert fest eingestellt, und beide Antennen 4 und 5 werden in Schritten vorbestimmter Länge auf der Oberfläche des Erdreichs 2 unter einem rechten Winkel zur Verbindungsrichtung der beiden Antennen 4, 5 bewegt. 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 Wellenprofildaten weisen jedoch Störungen auf, da der sich ausbreitende monozyklische Puls verzerrt und ge schwächt wird. Dieser Puls weist darüber hinaus einen relativ hohen Rauschpegel auf. Die erhaltenen Wellenprofildaten werden daher vorverarbeitet, beispielsweise durch Filterung, Pegeleinstellung und dergleichen, damit Wellenprofildaten mit schärferer Form erhalten werden. Dies erfolgt im Schritt ST 2.

Im folgenden Schritt ST 3 werden die vorverarbeiteten Profildaten der reflektierten Welle zur Apertursynthese herangezogen, die unter Verwendung der tatsächlichen Dielektrizitätskonstanten 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 auf einer Hyperbel liegenden Wellenprofildaten kommen dadurch zusammenhängend um den Scheitelpunkt der Hyperbel herum zu liegen.

Da die so erhaltenen Bilddaten zeitabhängig sind, wird im Schritt ST 4 eine geologische Korrektur ausgeführt. Die Ausbreitungsgeschwindigkeit der elektromagnetischen Welle durch das Erdreich ist umgekehrt proportional zur Quadratwurzel der Dielektrizitätskonstanten des Erdreichs, so daß durch Verwendung der tatsächlichen Dielektrizitätskonstanten e _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 Daten werden im Schritt ST 5 nochmals verarbeitet, um ausgegeben werden zu können, und zwar als Bild auf z. B. einem Monitor oder dergleichen.

Bei diesem beschriebenen Stand der Technik wird zum Vermessen des Untergrundes mittels elektromagnetischer Wellen die Dielektrizitätskonstante des Untergrundes, die die Ausbrei tungsgeschwindigkeit der Wellen im Untergrund bestimmt und daher zur Umrechnung der Laufzeiten der reflektierten Signale in entsprechende Abstände (Tiefen) erforderlich ist, somit durch separate Messungen vorab ermittelt.

Diese separate Messung hat nun nicht nur den Nachteil eines zusätzlichen Aufwandes, sondern auch, daß sie mit Bezug auf den zu untersuchenden räumlichen Bereich immer nur punktuell erfolgen kann. Gerade im Untergrund ändert sich jedoch die Dielektrizitätskonstante oft über kurze Strecken erheblich, abhängig von der Struktur, der Feuchtigkeit usw. des Unter grundes.

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren anzugeben, bei dem es nicht mehr erforderlich ist, zur Ermittlung der tatsächlichen Dielektrizitätskonstante des Untergrundes separate Messungen durchzuführen.

Ausgehend von dem im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 genannten, allgemein bekannten Stand der Technik wird diese Aufgabe erfindungsgemäß mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Vorteilhafte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen 2 bis 7 beschrieben.

Erfindungsgemäß wird somit anhand der Daten, die während des "normalen" Meßvorganges erhalten werden, auch die Dielektrizitätskonstante ermittelt, und zwar aus der Verteilung der bei der Apertursynthese erhaltenen Bildpunkte. Wie beschrieben, werden nämlich aus dem Untergrund Signale erhalten, die bezüglich eines bestimmten Objektes auf einer hyperbolischen Kurve liegen. Die Dielektrizitätskonstante ist für die Form der Hyperbel mitbestimmend. Erfindungsgemäß wird nunmehr die Apertursynthese mit einem mehr oder wenig beliebig gewählten Anfangswert für die Dielektrizitätskonstante durchgeführt. Diese Apertursynthese ergibt eine bestimmte Verteilung der Bildpunkte. Dann wird die gewählte Dielektrizitätskonstante schrittweise geändert und die Verteilung der Bildpunkte bei jedem Schritt erneut berechnet. Eine optimale Verteilung zeigt dann die tatsächliche Dielektrizitätskonstante des Untergrundes an.

Gemäß Anspruch 2 wird die optimale Verteilung der Bildpunkte über eine Fokusbewertungsfunktion ermittelt. Der Extremwert dieser Funktion zeigt die optimale Verteilung der Bildpunkte an, das heißt die tatsächliche Dielektrizitätskonstante des Untergrundes. Mit dem so ermittelten, richtigen Wert für die Dielektrizitätskonstante läßt sich dann durch die Apertursynthese schließlich ein Bild des Untergrundes mit sehr guter Auflösung erhalten.

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

Fig. 1 ein Flußdiagramm eines Verfahrens zum Erfassen unter irdischer Objekte,

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 Dielektrizitätskonstante durch Auswertung bzw. Berechnung der Schärfe von Objektpunkten ermittelt wird,

Fig. 4 ein Flußdiagramm zur Erläuterung der Wirkungsweise eines konventionellen Verfahrens zum Erfassen unterirdischer Objekte, und

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

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 Dielektrizitätskonstanten 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 Apertursynthese erhalten worden sind. Im Diagramm 13 der Fig. 1 sind Detektor ausgangsbilder dargestellt, wie sie als Ergebnis der Berechnungen im Schritt ST 5 erhalten werden.

Im folgenden wird das Verfahren näher beschrie ben.

Zunächst werdem im Schritt ST 1 gemäß Diagramm 11 in Fig. 1 Profildaten von reflektierten Wellen auf einer Ebene gesammelt, die das Erdreich unter einem rechten Winkel 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 Bezugszeichen 1 bis 6 versehen. Eine Steuer- und Bearbeitungseinrichtung 7 führt eine Apertursynthese durch, und zwar in bezug auf die Profildaten der reflektierten Wellen, um ein Ausgangsbild des Objekts 1 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 Abstand y zueinander angeordnet und werden gemeinsam in Schritten mit vorbestimmter Länge in einer in Fig. 2 mit X bezeichneten Richtung bewegt, die unter einem rechten Winkel zur Verbindungsrichtung der beiden Antennen 4 und 5 liegt. Bei der Bewegung wird mit jedem Bewegungsschritt ein z. B. monozyklischer Puls von der Sendeantenne 4 abgestrahlt, wobei die am Objekt 1 reflektierte Welle des monozyklischen Pulses durch die Empfangsantenne 5 empfangen wird. Die reflektierte Welle wird daher vom Objekt 1 in der kürzesten Zeitperiode 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 unterhalb der Bodenoberfläche sei mit R bezeichnet. Der gegenseitige Abstand der beiden Antennen 4, 5 sei y.

Die 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 Scheitelpunkt (der negative Bereich der Zeitachse ist ausgeschlossen) sie wie folgt darstellen läßt:

Die Asymptoten können gemäß nachfolgender Gleichung beschrieben werden:

Die Profildaten der reflektierten Wellen gemäß Diagramm 11 in Fig. 1 zeigen den Fall an, daß zwei Objekte 1 im Erdboden 2 begraben sind, wobei zusätzlich Wellenformen erscheinen, die durch eine direkte Kopplung zwischen Sendeantenne 4 und Empfangsantenne 5 erzeugt werden. Diese Wellenformen liegen nahe an der oberen Kante des Diagramms 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 beseitigt, Verzerrungen reduziert und Pegel eingestellt wer den.

Anschließend werden die vorverarbeiteten Profildaten der reflektierten Wellen herangezogen, um die tatsächliche Dielektrizitätskonstante ε _S des Erdreichs 2, in welchem die Objekte 1 begraben sind, zu berechnen. Dies erfolgt im Schritt ST 6. In diesem Schritt ST 6 wird als erstes der ein gestellte Wert der Dielektrizitätskonstanten durch ein geeignetes Verfahren sequentiell verändert, und zwar beginnend mit einem ursprünglich eingestellten Wert, wobei die Profildaten der reflektierten Wellen zur Apertursynthese 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 Dielektrizitätskonstanten ebenfalls ändert, wird eine Hyperbelschar mit stark voneinander abweichenden Hyperbeln erhalten, wenn der eingestellte Wert der Dielektrizitätskonstanten sich von der tatsächlichen Dielektrizitätskonstanten ε _S des Erdreichs 2 stärker unterscheidet. Bei Durchführung der Apertursynthese kommt in diesem Fall nur ein schmaler Bereich der Daten zusammenhängend um den Scheitelpunkt herum zu liegen, so daß mittels der Bilddaten nur ein sehr kleiner Objektpunkt erzeugt wird. Nähert sich dagegen der eingestellte Wert der Dielektrizitätskonstanten der tatsächlichen Dielektrizitätskonstanten ε _S, so gleichen sich auch die Hyperbelformen mehr und mehr einander an. Bei Gleichheit der Dielektrizitätskonstanten werden auch gleiche Hyperbelformen erhalten. Es kommen dann die Profildaten bei Anwendung der Apertursynthese zusammenhängend um den Scheitelpunkt herum zu liegen, so daß hohe und scharfe Objektpunkte mit Hilfe der Bilddaten erhalten werden. Durch Berechnung der Schärfe der Objektpunkte läßt sich dann die tatsächliche Dielektrizitätskonstante ε _S des Erdreichs 2 bestimmen. Zur Berechnung der Schärfe der Objektpunkte können verschiedene Verfahren herangezogen werden. Beispielsweise können die Objektpunkte an einem vorbestimmten Pegel abgeschnitten werden, so daß der erhaltene Basisbereich in das Verhältnis zur Höhe gesetzt werden kann. Auch läßt sich die Höhe der Objektpunkte der jeweiligen Bilddaten auf denselben Wert normieren und mit dem Volumen (Objektpunktvolumen) vergleichen. Im folgenden wird ein praktisches Berechnungsbeispiel im einzelnen beschrieben.

Entsprechend der Fig. 3 wird bezüglich der Profildaten der reflektierten Wellen eine Apertursynthese 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 berechnete Wert der Fokusbewertungsfunktion A( ε ) ausgegeben. An den Schritt ST 3 A schließt sich ein Schritt ST 4 A an, in welchem die Dielektrizitätskonstante ε um einen vorbestimmten Wert Δε quasi tastend erhöht wird. Sodann wird im nachfolgenden Schritt ST 5 A das Ende der Sequenz detektiert. Ist das Sequenzende erreicht, so wird im Schritt ST 6 A die Dielektrizitätskonstante e _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 Apertursynthese im Schritt ST 1 A herangezogen werden. Dagegen zeigt Diagramm 15 in Fig. 3 die aufgrund der Apertursynthese erhaltenen Bilddaten. Im Diagramm 16 in Fig. 3 sind die ausgedruckten Werte der Fokusbewertungsfunktion A( ε ) dargestellt, die im Schritt ST 3 A berechnet wurden.

Im folgenden wird das Verfahren näher erläutert. Als erstes wird im Schritt ST 1 A die Apertur künstlich eingestellt, (synthetisiert) und zwar unter Verwendung der Profildaten der reflektierten Wellen gemäß Diagramm 14 in Fig. 3 sowie unter Verwendung der anfänglichen und als Tastwert eingesetzten Dielektrizitätskonstanten ε. Auf diese Weise werden die Bilddaten im Diagramm 15 erhalten. Da der Tastwert der Dielektrizitätskonstanten ε weit von der tatsächlichen Dielektrizitätskonstanten ε _S des Erdreichs 2 entfernt liegt, werden nur Hyperbeln mit nichtregulären bzw. ungleichmäßigen Formen erhalten, die stark voneinander abweichen. Es kommen daher nach Ausführung der Apertursynthese nur kleine Datenbereiche zusammenhängend um den Scheitelbereich der Hyperbel herum zu liegen, so daß in Diagramm 15 aufgrund der Bilddaten nur sehr niedrige Objektpunkte erhalten werden. Nähert sich dagegen der Tastwert der Dielektrizitätskonstanten ε der tatsächlichen Dielektrizitätskonstanten ε _S des Erdreichs 2, so gleichen sich die Hyperbelformen mehr und mehr einander an. Sind die genannten Dielektrizitätskonstanten gleich, so fallen die Hyperbeln zusammen, so daß große Datenbereiche zusammenhängend um den Scheitelpunkt der Hyperbeln herum zu liegen kommen, wenn die Apertursynthese durchgeführt wird. Es werden daher in Diagramm 15 nach Fig. 3 aufgrund der vorhandenen Bilddaten sehr hohe Objektpunkte erhalten.

Im nachfolgenden Schritt ST 2 A werden nur positive Objekt 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 Objektpunkte, und zwar zu

Der Wert dieser Funktion wird für jeden Tastwert der Dielektrizitätskonstanten ε berechnet, wobei die berechneten Werte im Schritt ST 3 A ausgegeben werden. Anschließend wird der zuvor erwähnte Vorgang wiederholt, nachdem im Schritt ST 4 A der Tastwert der Dielektrizitätskonstanten e um einen vorbestimmten Wert Δε erhöht worden ist. Dies geschieht so lange, bis im Schritt ST 5 A festgestellt wird, daß beispielsweise der Tastwert der Dielektrizitätskonstanten 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 Dielektrizitätskonstanten, der im Minimum der Fokusbewertungsfunktion A( ε ) liegt, wird als Dielektrizitätskonstante ε _S des Erdreichs 2 festgelegt, in welchem die Objekte 1 begraben sind.

Im Vorangegangenen wurde erwähnt, daß nur Objektbilder mit positiver Polarität (positive Objektpunkte) zur Ermittlung der Fokusbewertungsfunktion herangezogen werden. Es können zu diesem Zweck aber auch nur Objektbilder mit negativer Polarität, Mittelwerte von Objektbildern mit positiver Polarität und von solchen mit negativer Polarität oder Absolutwerte von Objektpunkten verwendet werden, wenn sich die Objektbilder mit positiver Polarität und die Objektbilder mit negativer Polarität bei der Berechnung der Fokusbewertungsfunktion nicht gegenseitig auslöschen. Die Bewertungsfunktion kann auch so gewählt sein, daß sich die Dielektrizitätskonstante ε _S des Erdreichs 2 durch das Maximum dieser Funktion bestimmen läßt.

Entsprechend der Fig. 1 wird die im Schritt ST 6 erhaltene tatsächliche Dielektrizitätskonstante ε _S des Erdreichs 2 im Schritt ST 3 zur Apertursynthese der im Schritt ST 2 vorverarbeiteten Profildaten der reflektierten Wellen herangezogen. Das bedeutet, daß die Daten jeder Hyperbel, also die Profildaten der reflektierten Wellen, zu sammenhängend um den Scheitelbereich der Hyperbel herum zu liegen kommen, wobei die Bilddaten den Objektpunkt entsprechend der Bildgewichtung darstellen, wie in Diagramm 12 in Fig. 1 zu erkennen ist. Die Gewichtung 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 diese im Erdbereich 2 vergraben sind. Eine entsprechende geologische Korrektur wird im Schritt ST 4 vorgenommen, um diese Umwandlung zu bewerkstelligen. Unter Verwendung der tatsächlichen Dielektrizitätskonstanten ε _S des Erdreichs 2, die im Schritt ST 6 berechnet worden ist, wird die Ausbreitungs geschwindigkeit der elektromagnetischen Welle im Erdreich 2 festgestellt. Auf der Grundlage dieses Ergebnisses wird die im Bilddatendiagramm 12 in Fig. 1 vorhandene Zeitskala in eine Längenskala umgewandelt. Die Bilddaten, die jetzt nicht mehr zeitabhängig, sondern ortsabhängig dargestellt werden, werden im Schritt ST 5 einem Ausgabeprozeß unterworfen und anschließend auf einer Ausgabeeinrichtung 8 als Ausgangsbild dargestellt, wobei Symbole, die das Vorhandensein von Objekten 1 angeben, an den Positionen der Objektpunkte dargestellt werden, um eine leichtere Beobachtung zu ermöglichen, wie anhand des in Fig. 1 dargestellten Diagramms 13 zu erkennen ist.

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

Bei dem beschriebenen Verfahren werden somit zur Ermittlung von Ausgangsbildern gesammelte Profildaten von reflektierten Wellen in einer Folge von Apertursyntheseprozessen verarbeitet, in denen eingestellte Werte der Dielektrizitätskonstanten schrittweise verändert werden. Die tatsächliche Dielektrizitätskonstante des Erdreichs, in dem die Objekte begraben sind, wird aus den Ergebnissen der Apertursynthese abgeleitet. Dann wird unter Heranziehung der so erhaltenen, tatsächlichen Dielektrizitätskonstanten die Apertursynthese und eine geologische Korrektur ausge führt, um ein Ausgangsbild der vergrabenen Objekte zu erhalten.

Claims

1. Verfahren zum Erfassen unterirdischer Objekte durch Einstrahlen elektromagnetischer Wellen in den Untergrund, wobei eine Sendeantenne (4) und eine Empfangsantenne (5), die in einem Abstand (y) angeordnet sind, in Schritten vorbestimmter Länge auf dem Boden im wesentlichen rechtwinklig zur Verbindungsrichtung der Antennen bewegt werden, wobei die Sendeantenne (4) bei jedem Bewegungsschritt ein Impulssignal in den Untergrund sendet und die Empfangsantenne (5) die an einem Objekt (1) reflektierte Welle aufnimmt, und wobei die Daten über die reflektierte Welle zur Ausgabe einer Abbildung des Objekts (1) einer Apertursynthese unterworfen werden, dadurch gekennzeichnet, daß

- der Wert ( ε ) der Dielektrizitätskonstanten, die zur Ausführung der Apertursynthese erforderlich ist, ausgehend von einem Anfangswert sequentiell geändert wird, wobei für jeden Wert der Dielektrizitätskonstanten eine Apertursynthese erfolgt, daß
- die tatsächliche Dielektrizitätskonstante ( ε _S) des Erd reichs (2), in dem das Objekt (1) vergraben ist, anhand der Verteilung der Bildpunkte, die durch die verschiedenen Apertursynthesen erhalten werden, bestimmt wird, und daß
- mit der erhaltenen, tatsächlichen Dielektrizitätskonstanten ( ε _S) zeitabhängige Bilddaten erzeugt und diese durch eine geologische Korrektur in ortsabhängige Bilddaten umgewandelt werden, die zur Erzeugung der Abbildung des Objekts (1) verwendet werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die tatsächliche Dielektrizitätskonstante ( ε _S) des Erdreichs (2) durch eine Fokusbewertungsfunktion (A( ε )) ermittelt wird, und zwar auf der Grundlage des Verhältnisses (Si/Hi) des auf einem vorbestimmten Pegel liegenden Basisbereichs (Si) zu der vom Basisbereich ausgehenden Höhe (Hi) der Verteilung der Bilddaten für einen Objektpunkt, wobei die Bilddaten durch eine Apertursynthese der Daten über die reflektierten Wellen für jeden Wert der Dielektrizitätskonstanten ermittelt werden, wobei die tatsächliche Dielektrizitätskonstante ( ε _S) des Erdreichs (2), in dem das Objekt (1) liegt, anhand des Extremwertes der Fokusbewertungsfunktion (A( ε )) bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Fokusbewertungsfunktion (A( e )) nur Objektpunkte mit positiver Polarität herangezogen werden.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Fokusbewertungsfunktion (A( e )) nur Objektpunkte mit negativer Polarität herangezogen werden.

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

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

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten über die reflektierten Wellen Informationen sind, die von der Empfangsantenne (5) empfangen und einem Komprimierungsprozeß unterworfen wurden.