DE69515444T2

DE69515444T2 - Verfahren zum Entdecken von Gegenständen in der Bodenfläche oder zum Bestimmen der Ausbreitungsmerkmale einer akustischen Welle im Boden und Vorrichtung dafür

Info

Publication number: DE69515444T2
Application number: DE69515444T
Authority: DE
Inventors: Philippe Arnaud; Loic Laine
Original assignee: Giat Industries SA
Current assignee: Giat Industries SA
Priority date: 1994-12-20
Filing date: 1995-11-17
Publication date: 2000-07-06
Anticipated expiration: 2015-11-18
Also published as: DE69515444D1; NO955165L; FR2728352B1; FR2728352A1; EP0718638B1; EP0718638A1; NO955165D0; US5615174A

Description

Der Bereich der vorliegenden Erfindung ist der der Verfahren und Vorrichtungen zum Entdecken von Gegenständen oder zum Bestimmen der Merkmale der Ausbreitung von Schallwellen im Hoden in einer Geländezone.
Die Erfindung bezieht sich in erster Linie auf ein Verfahren und eine Vorrichtung, die das Erkennen von in Geländezonen vergrabenen Minen erlauben.
Man kennt Entdeckungsverfahren und -vorrichtungen für Minen, die mit magnetischen Mitteln arbeiten. Diese Vorrichtungen benutzen einen Generator und eine leitende Spule. Wenn sich in der Nähe der Spule ein leitendes Material befindet, wird der in der Spule laufende Strom gestört und ein Erkennungssignal wird von einer Verarbeitungselektronikschaltung abgegeben.
Solche Erkennungsvorrichtungen bedingen, daß man die Entdeckungsspule in die Nähe der Mine bringt, was die Person, die mit der Handhabung des Detektors beauftragt ist, in Gefahr bringt und die Minenräumungsarbeiten langwierig und heikel gestaltet.
Außerdem kann der Detektor von magnetischen Gegenständen, die keine Minen sind, ausgelöst werden, was zu falschen Alarmen führt, die die Minenräumungsarbeiten noch weiter verlangsamen.
Schließlich eignen sich solche Verfahren und Vorrichtungen nicht zum Erkennen moderner Minen, die so gut wie keine magnetische Stoffe mehr verwenden.
Außerdem kennt man vor allem dank dem Patent FR 2696573 ein Prüfverfahren und eine Prüfvorrichtung, die das Konzept des zeitlichen Umkehrens einer Schallwelle benutzen.
Dieses Verfahren wendet eine gewisse Anzahl akustischer Meßwandler (Sender/Empfänger) an und erlaubt das praktisch automatische Fokussieren eines Schallwellenbündels auf ein Objekt, dessen Position unbekannt ist.
Die Analyse der nach einer gewissen Anzahl Wiederholungen empfangenen Signale ermöglicht es, eine Wellenfront zu bestimmen, deren Gipfel oder Brennpunkt die Position des Objektes angibt. Ein solches Verfahren eignet sich besonders gut für die medizinische Bildtechnik und erlaubt das Erkennen der Position von Steinen oder Tumoren im menschlichen Körper.
In diesem Fall befinden sich die Meßwandler nämlich in verringerten Entfernungen (unter 200 mm) von den zu erkennenden Objekten und die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen bleibt in alle Richtungen des zu durchforschenden Bereichs in etwa die gleiche.
Allerdings ist dieses Verfahren für das Entdecken von Gegenständen im Boden, vor allem in Geländen mit großen Ausmaßen (in der Größenordnung von 5 bis 10 000 m²) ungeeignet.
Die zahlreichen in einer solchen Geländeoberfläche vorhandenen Heterogenitäten lassen nämlich die Ausbreitungsgeschwindigkeiten der Schallwellen in großen Proportionen schwanken, was zur Unmöglichkeit führt, eine Wellenfront mit einem Gipfel zu bestimmen, dessen Position ausreichend gut definiert ist.
Das Ziel der vorliegenden Erfindung liegt darin, ein Detektionsverfahren vorzuschlagen, das keine solchen Nachteile aufweist.
Man kennt auch das Verfahren, das die Sicherstellung des Erkennens von Objekten in akustischer Weise erlaubt (vor allem das Erkennen von Minen), welche über eine Geländezone verteilt sind. Dieses Verfahren hängt somit nicht von der Beschaffenheit der Werkstoffe ab, die magnetisch sein können oder nicht, und die diese Objekte bilden. Ein solches Verfahren ist dank der Dokumente DE 41 36 587 oder DE 25 48 041 bekannt.
Das Verfahren gemäß der Erfindung kann in Distanz von den zu erkennenden Objekten angewandt werden, was es ermöglicht, die Sicherheit der Operation zu steigern, wenn diese Objekte Minen sind.
Das Verfahren gemäß der Erfindung erlaubt das Entdecken von Gegenständen in einer Geländezone mit großen Ausmaßen, ohne daß die Detektionsmittel auf dem Gelände zu passieren hätten, was die Sicherheit noch steigert.
Wenn das Verfahren gemäß der Erfindung zum Erkennen von Minen verwendet wird, erlaubt es außerdem das Auslösen oder das Zerstören der Minen aus Entfernung.
Der Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Vorrichtung, die die Anwendung dieses Verfahrens erlaubt.
Diese Vorrichtung erlaubt die Sicherstellung einer zuverlässigen Detektion aus Entfernung für Geländezonen mit großen Maßen.
Es eignet sich daher besonders gut für Räumungsoperationen auf Geländen nach einem Konflikt.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren vorzuschlagen, das es ermöglicht, die Ausbreitungskenndaten einer Schallwelle im Boden in einer Geländezone zu bestimmten.
Bekannte Verfahren ziehen den Einsatz von akustischen Sendern und Empfängern in Betracht, die in Abständen angeordnet werden. Der Nachteil besteht dabei darin, daß die Durchführung aufgrund der Entfernung zwischen den Sendern und den Empfängern groß ist und sich daraus Synchronisierungsprobleme ergeben.
Außerdem sind diese Verfahren aufgrund der multiplen Reflexionen, die vor allem an im Boden vergrabenen Hindernissen auftreten können, relativ ungenau.
Die Erfindung schlägt ein globales Herangehen an die Probleme der Bestimmung der Merkmale des Bodens und an die Detektionsprobleme vergrabener Objekte vor.
Das vorgeschlagene globale Erfindungskonzept beruht auf dem Prinzip der zeitlichen Umkehrung der Schallwellen, die es einerseits erlaubt, die Durchführung einer schnellen und präzisen Kartographie der akustischen Kenndaten des Bodens vorzunehmen und, andererseits, in sicherer Weise vergrabene Objekte auch in Geländen mit großen Maßen zu erkennen.
Somit ist der Gegenstand der Erfindung ein Detektionsverfahren von Objekten, vor allem von Minen, die in einer Geländezone verteilt sind, gekennzeichnet dadurch, daß eine Vielzahl akustischer Meßwandler verwendet wird, und daß folgende Phasen ablaufen:
- es werden n Meßwandler entlang einer ersten Grenze der Zone angeordnet, m Eichziele (wobei m größer ist als 2) werden entlang einer zweiten Grenze der Zone angeordnet,
- man bestimmt eine optimale Gebrauchsfrequenz der Meßwandler, die von der Beschaffenheit des Bodens abhängt, wobei diese Frequenz an der Mehrzahl der Meßwandler eine maximale Empfangssignalamplitude ergibt, wenn sie von einem dieser Meßwandler abgegeben wird,
- man führt eine Kartographie der Ausbreitungsmerkmale im Boden der Geländezone durch, indem eine Matrix der mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeiten Vij entlang der verschiedenen Richtungen bestimmt wird, die jeden Meßwandler Ti (i ändert sich von 1 bis n) mit den Eichzielen Cj (j ändert sich von 1 bis m) verbinden,
- man sendet in den Geländeboden über mindestens einen Meßwandler einen Anfangsimpuls mit optimaler Frequenz,
- man wählt anhand mindestens eines zeitlichen Fensters die Echosignale aus, die von einem ersten Objekt aus der Zone zurückkommen,
- man führt k aufeinanderfolgende zeitliche Umkehrungen der von den Meßwandlern empfangenen Signale durch, um die Detektion auf das erste Objekt zu fokussieren und speichert die reflektierten Signale nach dem zweiten zeitlichen Umkehren,
- man sucht mindestens zwei Meßwandler Tx, Ty, für welche die Ausbreitungszeiten des Signals Tx, Ty, die schwächsten sind,
- man bestimmt für jeden der ausgewählten Meßwandler die Punkte oder Zonen der potentiellen Lage des Objektes entlang mehrerer Richtungen Dxj, Dyj, die den betroffenen Meßwandler Tx, Ty mit einem Eichziel Cj verbinden, wobei diese Bestimmung durch Berechnung der verschiedenen Entfernungen dxj, dyj erfolgt (wobei sich j von 1 bis m ändert) entlang der Richtungen Dxj, Dyj, welche Entfernung dem Produkt der betroffenen Ausbreitungszeit Tx, Ty mit dem entsprechenden Koeffizienten Vxj, Vyj der Matrix der Ausbreitungsgeschwindigkeiten entspricht,
- man bestimmt die tatsächliche Lage des Objektes als die Schnittzone der verschiedenen Kurven, die die Punkte der potentiellen Lage in Verbindung mit jedem Meßwandler verbinden.
Gemäß einer ersten Durchführungsart der Erfindung geht man wie folgt vor, um die Matrix der mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeiten Vij entlang der verschiedenen Richtungen zu bestimmten, die jeden Meßwandler Ti mit jedem der Eichmaße Cj verbinden:
- man sendet in den Geländeboden über mindestens einen Meßwandler einen kurzen, nicht fokussierten Anfangsimpuls mit optimaler Frequenz,
- man registriert die vom Gelände zurückgesendeten Echosignale, die von allen Meßwandlern empfangen werden, wobei jedes Rückkehrsignal in Abhängigkeit von der Zeit gespeichert wird, und man als Ursprung der Zeiten den Augenblick des Sendens des Anfangsimpuls verwendet,
- man wählt nacheinander anhand geeigneter zeitlicher Fenster die Echosignale aus, die von jedem Eichziel stammen und führt für jedes Eichziel mehrere zeitliche Umkehrungen der von den Meßwandlern empfangenen Signale durch,
- man berechnet die mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeiten Vij als das Verhältnis für jeden Meßwandler Ti seiner Entfernung Dij vom Eichziel Cj, auf das die Meßwandler fokussiert sind, und der Ausbreitungszeit tij des Signals zwischen dem Meßwandler und diesem Ziel so wie sie gemessen wird (d. h.: Vij = Dij/tij).
Gemäß einer zweiten Durchführungsart der Erfindung rüstet man jedes Eichziel mit einem Sender und/oder einem Empfänger akustischer Signale aus, um die Matrix der mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeiten Vij entlang der verschiedenen Richtungen zu bestimmen, die jeden Meßwandler Ti mit jedem der Eichziele Cj verbinden, und geht dann wie folgt vor:
(a)- man sendet über eine Quelle, die entweder ein Eichziel oder ein Meßwandler ist, ein kurzes, nicht fokussiertes Signal mit optimale Frequenz,
(b)- man registriert die Ausbreitungszeit dieses Signals zwischen der Signalquelle, d. h. zwischen dem Eichziel oder dem Meßwandler und den verschiedenen Empfängern, nämlich mit allen anderen Meßwandlern oder allen anderen Eichzielen,
(c)- man berechnet die mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeiten Vij zwischen der Signalquelle und den verschiedenen Empfängern für jeden Meßwandler Ti als das Verhältnis seiner Entfernung Dij von einem Eichziel Cj zur Ausbreitungszeit tij des Signals zwischen diesem Meßwandler und diesem Ziel, so wie diese Zeit gemessen wird (d. h.: Vij = Dij/tij),
(d) - man wiederholt die Schritte (a) bis (c) für alle anderen Quellen.
Gemäß einer Variante wählt man nach Empfang der ersten Echosignale das Objekt aus, das durch zeitliche Umkehrung zu behandeln ist, nämlich durch eine Analyse der Formwellen gemäß den verschiedenen Rückkehrechos, die von jedem Meßwandler empfangen werden, worauf ein Vergleich dieser Formwellen mit einer Bibliothek der charakteristischen Signaturen der wichtigsten gesuchten Objekte verglichen wird.
Gemäß einer anderen Variante identifiziert man das erste Objekt nach Durchführung von k zeitlichen Umkehrungen anhand einer Analyse der Formwellen gemäß den verschiedenen, von jedem Meßwandler empfangenen Echosignalen und vergleicht diese Formwellen mit einer Bibliothek der charakteristischen Signaturen der wichtigsten gesuchten Objekte.
Gemäß einer weiteren Variante sendet man nach Lokalisierung und Auswahl eines ersten Objektes diesem mindestens ein weiteres akustisches Signal mit der Form dessen, das nach dem letzten zeitlichen Umkehrungen gespeichert wurde, welches Signal verstärkt wird und dessen Intensität ausreicht, um das Objekt zu bewegen oder schwingen zu lassen.
Die Erfindung hat außerdem ein Verfahren zur Bestimmung der Ausbreitungsmerkmale einer Schallwelle im Boden in einer Geländezone zum Gegenstand, Verfahren gekennzeichnet dadurch, daß man eine Vielzahl akustischer Meßwandler verwendet und folgende Etappen durcharbeitet:
- man ordnet n Meßwandler entlang einer ersten Grenze der Zone an und verteilt m Eichziele (wobei m größer ist als 2) entlang einer zweiten Grenze der Zone,
- man bestimmt eine optimale Gebrauchsfrequenz der Meßwandler, die von der Bodenbeschaffenheit abhängt, wobei diese Frequenz eine maximale Empfangssignalamplitude an den meisten Meßwandlern ergibt, wenn sie von einem von ihnen gesendet wird,
- man sendet in den Geländeboden über mindestens einen der Meßwandler einen kurzen, nicht fokussierten Anfangsimpuls mit dieser optimalen Frequenz,
- man registriert die vom Gelände zurückgesendeten und von allen Meßwandlern empfangenen Echosignale, wobei jedes Rückkehrsignal zeitabhängig gespeichert wird und als Ursprung der Zeiten der Augenblick des Absenden des Anfangsimpulses verwendet wird,
- man wählt nacheinander anhand geeigneter zeitlicher Fenster die Echosignale aus, die von jedem Eichziel kommen und führt für jedes Eichziel mehrere zeitliche Umkehrungen der von den Meßwandlern empfangenen Signale durch,
- man führt eine Kartographie der Ausbreitungsmerkmale im Boden der Geländezone durch, indem man eine Matrix der mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeiten Vij entlang der verschiedenen Richtungen bestimmt, die jeden Meßwandler Ti (i ändert sich dabei von 1 bis n) mit jedem der Eichziele Cj (j ändert sich dabei von 1 bis m) verbinden, wobei jede Geschwindigkeit Vij für jeden Meßwandler Ti als das Verhältnis seiner Entfernung Dij vom Eichziel Cj, auf den die Meßwandler fokussiert sind, und der Ausbreitungszeit tij des Signals zwischen dem Meßwandler und diesem Ziel berechnet wird, so wie diese Zeit gemessen wird (d. h.: Vij = Dij/tij).
Außerdem gehört zu den Zielen der Erfindung eine Vorrichtung zum Bestimmen der Ausbreitungsmerkmale einer Schallwelle im Boden einer Geländezone oder zum Erkennen von Objekten und, vor allem, von Minen, die in einer Geländezone verteilt sind, und das sich dazu eignet, die weiter oben beschriebenen Verfahren durchzuführen, gekennzeichnet dadurch daß die Vorrichtung mindestens eine Reihe Schallmeßwandler umfaßt, die mit einer Elektronikverarbeitungsschaltung verbunden sind, die eine Etappe der zeitlichen Umkehrung umfaßt, wobei jeder Meßwandler von einem Träger getragen wird, der in den Boden gedrückt oder auf den Boden aufgelegt wird.
Diese Vorrichtung kann auch mindestens eine Reihe Eichziele umfassen, die die Form von Pflöcken haben, die in den Boden getrieben werden oder Eichziele, die einen vergrabenen Teil haben, der in etwa die Form eines Objektes hat, das man in diesem Gelände sucht.
Vorteilhafterweise umfaßt diese Vorrichtung Meßmittel für die verschiedenen Entfernungen zwischen den Meßwandlerträgern und den Eichzielen.
Diese Entfernungsmeßmittel können mindestens ein Lasertelemeter umfassen, das von mindestens einem Meßwandlerträger und/oder mindestens einem Eichziel getragen wird.
Gemäß einer besonderen Durchführungsart werden die Meßwandlerträger und/oder Eichziele einzeln auf dem Gelände angebracht, wobei Funkverbindungsmittel zwischen jedem Meßwandlerträger und/oder jedem Eichziel vorgesehen werden und mindestens ein Teil der Verarbeitungselektronik, so daß eine Synchronisierung der Sendungen der Meßwandler ermöglicht wird.
Die Erfindung wird bei der Lektüre der nachfolgenden Beschreibung der besonderen Durchführungsarten besser verständlich, die sich auf die anliegenden Zeichnungen bezieht, von welchen:
- Abb. 1 ein Gelände schematisch darstellt, in dessen Umgebung eine Vorrichtung gemäß der Erfindung angeordnet ist, wobei diese Abbildung die Kartographiephase der Ausbreitungsmerkmale einer Schallwelle im Geländeboden schematisch darstellt,
- die Abb. 2 das gleiche Gelände bei der Durchführung einer Detektionsphase vergrabener Objekte darstellt,
- die Abb. 3 ein Wirkbild der Verarbeitungselektronik darstellt, die mit der Vorrichtung gemäß der Erfindung verbunden ist,
- die Abb. 4a einen Pflock darstellt, der einen Meßwandler trägt,
- die Abb. 4b einen Eichzielpflock darstellt,
- die Abb. 4c einen anderen Eichzieltyp darstellt,
- die Abb. 5 die Durchführung der Vorrichtung gemäß der Erfindung darstellt.
Unter Bezugnahme auf die Abb. 1 enthält eine Geländezone 1, die hier gestrichelt abgegrenzt ist, eine gewisse Anzahl Objekte 2, die vergrabene Minen sind.
Eine Detektionsvorrichtung 3 (oder Vorrichtung zur Bestimmung der Merkmale der Schallwellenausbreitung im Hoden) gemäß der Erfindung umfaßt eine gewisse Anzahl (n) Schallmeßwandler, die gemäß einer Linie 4 verteilt werden (wobei die verschiedenen Meßwandler die Nummern T1, T2, ... Ti, Tn tragen). Die Meßwandler werden entlang einer ersten Grenze F1 der Zone 1 angeordnet.
Die Meßwandler bestehen in herkömmlicher Form aus piezoelektrischen Keramikplatten oder aus elektromagnetischen Meßwandlern.
Die Meßwandler werden in regelmäßigen Abständen, z. H. in 500 mm-Abständen angeordnet. Man kann einen Abstand auswählen, dessen Wert in der gleichen Größenordnung liegt wie das größte Maß der Minen oder Objekte, die zu finden sind.
Bevorzugt verwendet man jedoch einen relativ großen Abstand (in der Größenordnung von 10 m), um eine schnelle Suche von Minen (oder eine Ausbreitungskartographie der Schallwellen) in einer Geländezone mit großen Maßen durchzuführen (bis zu 200 m · 200 m).
Die Meßwandler werden so angeordnet, daß sie die Schallwellen im Boden senden und empfangen können. Sie werden z. B. von pflockförmigen Trägern getragen, die ihr Anbringen in optimaler Tiefe erlauben (die gewöhnliche Anbringungstiefe der Minen beträgt z. B. 200 bis 300 mm), oder aber in der Tiefe, in der man die Merkmale der Schallausbreitung untersuchen will.
Die Meßwandler können ebenfalls von einfachen, auf dem Boden abgelegten Trägern getragen werden. In diesem Fall gewährleistet der Träger das Halten des Meßwandlers, der gegen den Boden gedrückt wird. Die Schallwellen werden in diesem Fall an der Oberfläche gesendet, sie breiten sich jedoch in einer Geländeschicht aus, deren Stärke 200 bis 300 mm beträgt, so daß Minen erkannt werden können, die gewöhnlich in diesen Tiefen vergraben werden.
Die Meßwandler T1 bis Tn sind mit einem Verarbeitungselektronikgehäuse 5 verbunden, das eine gewisse Anzahl Kanäle 6.1, 6.2, ... 6.i, .. 6.n (ein Kanal pro Meßwandler) sowie eine gemeinsame Steuer- und Prüfeinheit 7 umfaßt.
Die Vorrichtung gemäß der Erfindung umfaßt außerdem m Eichziele, die in der Abbildung mit C1, C2, ... Cj, ... Cm numeriert sind und entlang einer Linie sowie einer zweiten Grenze F2 der Zone angeordnet sind. Die Eichziele haben z. B. die Form von in den Boden bis zur geeigneten Tiefe eingetriebenen Pflöcke. So kann man eine Tiefe auswählen, die in etwa der der Pflöcke entspricht, die die Meßwandler tragen, oder die gleich der Tiefe der Objekte ist, die zu suchen sind, oder in der die Merkmale des Bodens gemessen werden müssen.
Gemäß dem von der Erfindung vorgeschlagenen Verfahren bestimmt man zuerst eine optimale Gebrauchsfrequenz der Meßwandler.
Diese Frequenz hängt von der Beschaffenheit des Bodens ab, in dem die Meßwandler angebracht sind.
Um diese Frequenz zu bestimmen, wendet man an einen einzigen Meßwandler und bevorzugt den, der sich in der Mitte der Linie 4 befindet, eine veränderliche, nicht fokussierte Frequenz (z. B. mit einem Wobbelfrequenzgenerator) an und analysiert danach die von den anderen Meßwandlern je nach abgegebener Frequenz empfangenen Signale.
Ausgewählt wird die Arbeitsfrequenz, bei der die Amplitude der von den Meßwandlern empfangenen Signale an einer Mehrzahl der Meßwandler maximal ist (mindestens 50% der Meßwandler).
Konkret gesehen schwanken die Gebrauchsfrequenzen je nach Bodenbeschaffenheit meistens zwischen 10 Hz und 100 kHz.
Danach wird eine Kartographie der Ausbreitungsmerkmale der Schallwellen im Boden der Geländezone angelegt.
Dazu muß man eine Matrix der mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeiten Vij entlang der verschiedenen Richtungen bestimmen, die jeden Meßwandler Ti (i ändert sich dabei von 1 bis n) mit jedem der Eichziele Cj (j ändert sich dabei schwankt dabei von 1 bis m) verbinden.
Gemäß einem vorteilhaften Verfahren, das die Erfindung vorschlägt, erfolgt die Anlegung dieser Kartographie durch Einsatz der Fokussierungsmethode der Schallwellen durch zeitliche Umkehrung der Signale.
Diese Methode ist dem Fachmann im Bereich der medizinischen Bildtechnik bekannt, wird vor allem in den Patenten FR 2642640 und FR 2696573 beschrieben und hier nicht im Detail erläutert.
Die Methode besteht aus folgendem:
- Über mindestens einen Meßwandler wird ein kurzer, nicht fokussierter Anfangsimpuls mit optimaler Frequenz gesendet,
- die vom Gelände zurückgesendeten und von den Meßwandlern empfangenen Echosignale werden registriert, wobei jedes Rückkehrsignal zeitabhängig gespeichert und als Ursprung der Zeiten der Augenblick des Sendens des Anfangsimpulses verwendet wird,
- danach wählt man nacheinander anhand geeigneter zeitlicher Fenster die Echosignale aus, die von den verschiedenen Eichzielen stammen und führt für jedes Eichziel mehrere zeitliche Umkehrungen der von den Meßwandlern empfangenen Signale durch, um die Detektion auf dieses Ziel zu fokussieren.
Anschließend berechnet man jede mittlere Ausbreitungsgeschwindigkeit Vij für einen Meßwandler Ti als das Verhältnis zwischen seiner Entfernung Dij vom Eichziel Cj, auf das die Meßwandler fokussiert sind und der Ausbreitungszeit tij des Signals zwischen diesem Meßwandler und diesem Ziel, so wie diese Zeit nach der ersten zeitlichen Umkehrung für das betroffene Ziel gemessen wird (nämlich: Vij = Dij/tij).
Konkret gesehen führt man mindestens 5 zeitliche Umkehrungen für jedes Eichziel durch, um eine ausreichende Fokussierung sicherzustellen.
Die Anzahl der zeitlichen Umkehrungen (gerade oder ungerade) hängt von der Bodenbeschaffenheit ab, man kann jedoch eine ungerade Anzahl Umkehrungen vorziehen, um über eine Symmetrie der Wellenfront der erzielten Signale zu verfügen.
Die erzielte Fokussierung gilt als ausreichend, wenn das von einem Ziel zurückgesendete Echo von den anderen ausreichend unterschieden wird, z. B. wenn seine Amplitude mindestens 3 Mal größer ist als die der anderen.
Die Entfernungen Dij werden mit geeigneten Mittel gemessen, z. B. mit einem Lasertelemeter, das auf jeden Meßwandlerträger montiert und nacheinander zu jedem Eichziel gerichtet wird.
Jede Ausbreitungszeit tij wird als gleich der Hälfte der Dauer gemessen, die das Senden eines Signals und die Rückkehr des entsprechenden Echos zum Ziel trennt.
Nach der Kartographie besitzt man also eine Matrix, die für die Geländezone 1 charakteristisch ist, und deren Koeffizienten die Ausbreitungsgeschwindigkeiten Vij der Schallwellen mit optimaler Frequenz zwischen jedem Meßwandler Ti und jedem Ziel Cj betrachtet wird. Diese Geschwindigkeiten sind mit den Richtungen Dij verbunden, die einen Meßwandler Ti mit einem Ziel Cj verbinden. In Abb. 1 sind einige Ausbreitungsrichtungen Dij dargestellt.
Die Fokussierung der Schallwellen erfolgt auf jedes Eichziel durch Auswahl eines geeigneten zeitlichen Fensters.
Das Konzept der Auswahl eines zeitlichen Fensters ist dank der oben genannten Dokumente bekannt. Es besteht darin, beim Umkehren nur die Signale wiederzusenden, die aus einer gewissen Geländezone stammen, in der das Objekt potentiell vorhanden ist.
Mit dem Verfahren gemäß der Erfindung ist die Position der Eichziele genau bekannt, weshalb es leicht ist, Echos auszuwählen, die von einem gegebenen Ziel stammen, und das zeitliche Fenster in bezug auf diese Echos festzulegen.
Man kann vorteilhafterweise als Ziel einen Pflock auswählen, der charakteristische Maße hat oder aus einem besonderen Werkstoff gefertigt ist, so daß das vom Eichziel stammende Echo leicht erkannt werden kann.
Man kann z. B. für das Eichziel Maße und Werkstoffe auswählen, die denen der gesuchten Objekte ähnlich sind.
So wählt man z. b. zum Erkennen von Minen Ziele aus, die einen Zylinder von etwa 200 min Durchmesser und 100 mm Höhe bilden (die üblichen Maße der Panzerabwehrminen), wobei dieser Zylinder in der gewohnten Tiefe der Minen vergraben wird. Siehe dazu vor allem Abb. 4c, die weiter unten beschrieben ist.
Das wiederholende Verfahren der zeitlichen Umkehrung der Signale ermöglicht es, eine Fokussierung des Signals auf ein besonderes Objekt sicherzustellen. Dadurch eliminiert man Störsignale und steigert man die Präzision der Lokalisierung durch die Meßwandler. Man geht auch sicher, daß die empfangenen Signale tatsächlich vom betroffenen Eichmaß stammen, was für die Präzision der Berechnung der Geschwindigkeit Vij entlang der Richtung Dij bürgt.
Die Abb. 3 zeigt eine Durchführungsart eines Elektronikverarbeitungsgehäuses 5, das die Durchführung des vorhergehenden Verfahrens erlaubt. Diese Verarbeitungselektronik umfaßt die Verarbeitungskanäle 6.1 ... 6.i, .. 6.n sowie eine gemeinsame Steuereinheit 7.
Jeder Meßwandler Ti ist mit einem Verarbeitungskanal 6.i verbunden (hier ist nur ein Kanal dargestellt).
Jeder Kanal 6.i umfaßt einen Probenehmer 8, der dazu bestimmt ist, Analogproben des vom Meßwandler Ti empfangenen Signals mit einer Taktfrequenz 9 an die Steuereinheit 7 zu liefern. Die Probenahmefrequenz, die von der Taktgeberuhr gegeben wird, hängt von der optimalen Arbeitsfrequenz ab. Sie ist bevorzugt größer als R/LxVij, wobei R die Auflösung oder Anzahl Punkte des Signals ist (z. H. 100), L ist das kleinste Hauptmaß des gesuchten Objektes und Vij ist die mittlere Ausbreitungsgeschwindigkeit der Schallwellen im Hoden.
Die Intervalle der Zeiten, während welchen der Probenehmer arbeitet, werden von einem Taktgeber 10 festgelegt (der fest mit der Steuereinheit 7 verbunden ist). Der Taktgeber erlaubt das Festlegen des zeitlichen Fensters, in dem die Echosignale von den verschiedenen Probenehmern berücksichtigt werden. Die Dauer des zeitlichen Fensters wird ausreichend groß gewählt, damit jeder Meßwandler ein Rückkehrecho empfangen kann, das dem ausgewählten Eichziel entspricht.
In bekannter Weise wurde dieses zeitliche Fenster nach Empfang der ersten Echosignale bestimmt, so daß es alle gewünschten Maxima einschließt, die dem Eichziel entsprechen.
Sollte die Entfernung zwischen den Endmeßwandlern (1 und n) groß sein (über 100 m), kann man verschiedene zeitliche Fenster für mehrere Meßwandlergruppen festlegen, um jedem Fenster eine ausreichend geringe Breite zu geben, um unerwünschte Echos zu eliminieren und die Fokussierung zu verbessern.
Das zeitliche oder die zeitlichen Fenster werden vom Benutzer durch Einwirken auf den Taktgeber 10 anhand eines Rechners 11 ausgewählt (der ebenfalls fest mit der Steuereinheit 7 verbunden ist) und über eine geeignete Schnittstelle mit dem Benutzer (Tastatur, Bildschirm, usw.) verfügt.
Für einen gegebenen Kanal 6.1 folgt auf den Probenehmer 8 ein Analog-/Digitalwandler 12. Im allgemeinen reicht eine Umwandlung auf 10 Bit, um die Echos zufriedenstellend darzustellen. Die für eine Probe repräsentativen Wörter werden in einem Speicher 13 gespeichert, der in Wartestapel organisiert ist (des Typs FIFO = first in first out).
Die Kapazität dieses Speichers wird ausreichend groß gewählt, so daß man die während der Dauer des zeitlichen Fensters empfangenen Proben speichern kann.
Der Taktgeber 10 ist ebenfalls dazu bestimmt, das Senden einer rückgesendeten Wellenfront nach einer kurzen Zeit nach dem Ende des Empfangs des Empfangsechos (einige Millisekunden) auszulösen.
Jeder Kanal 6.i umfaßt einen Digital-Analog-Wandler 14, um die Wiedersendung zu erlauben, auf die eventuell ein Verstärker 15 folgt, dessen Ausgang den entsprechenden Meßwandler Ti erregt.
Eine Erregungsschaltung 16 erlaubt es, an einen oder mehrere Meßwandler den kurzen, nicht fokussierten Anfangsimpuls mit optimaler Frequenz anzulegen.
Man kann diese Erregungsschaltung auch zur Bestimmung der optimalen Gebrauchsfrequenz verwenden.
Die Schaltung 16 ist an alle Meßwandler angeschlossen dargestellt. Eigentlich sind (nicht dargestellt) Mittel vorgesehen, um diese Schaltung an einen oder mehrere Meßwandler nach Wahl des Benutzers anzuschließen.
Ein solches Elektronikverarbeitungsgehäuse 5 ist in den Patenten FR2642640 und FR2696573 beschrieben.
Der Rechner 11 wird an alle Kanäle 6.i angeschlossen, die zu den verschiedenen Meßwandlern gehören. Das gilt auch für die Taktgeberuhr 9 und den Taktgeber 10, denn die Synchronisierung der verschiedenen Kanäle ist wesentlich, um das ordnungsgemäße Funktionieren der Fokussierungsvorrichtung durch zeitliche Umkehrung der Echosignale sicherzustellen. In 17 wurden die Verbindungen schematisch dargestellt, die die Steuer- und Prüfeinheit 7 mit den verschiedenen Verarbeitungskanälen 6.i verbindet.
Der Rechner 11 empfängt außerdem (Verbindungen 18) die Daten, die von dem oder den verschiedenen Telemetern geliefert werden. Er enthält außerdem die Speicher oder Register, die das Speichern einer Matrix mit den verschiedenen relativen Entfernungen Dij enthält, die zwischen jedem Meßwandler Ti und jedem Eichziel Cj gemessen werden.
Nach jeder Fokussierungsphase durch zeitliche Umkehrung auf ein gegebenes Ziel Cj bestimmt der Rechner die verschiedenen Ausbreitungszeiten tij der Signale zwischen jedem Meßwandler und diesem Ziel, danach berechnet er die mittlere Ausbreitungsgeschwindigkeit Vij entlang der verschiedenen Richtungen, die jeden Meßwandler mit dem Eichziel Cj verbinden, indem er das Verhältnis: Vij = Dij/tij erstellt.
Nach der Durchführung der Fokussierung an den verschiedenen Zielen Cj (wobei j sich von 1 bis m ändert), enthält der Rechner in seinem Speicher alle Werte der mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeit Vij entlang der verschiedenen Richtungen, die jeden Meßwandler mit jedem Eichziel verbinden.
Diese Matrix der Ausbreitungsmerkmale wird vom Verfahren gemäß der Erfindung verwendet, um eine Detektion vergrabener Objekte, vor allem die Detektion von Minen, durchzuführen.
Dazu verwendet man wieder das Fokussierungsverfahren der Schallwellen durch die zeitliche Umkehrung, jedoch wählt man ein zeitliches Fenster aus, das es erlaubt, Echosignale auszuwählen, die von einem ersten Objekt stammen, wie z. B. von einer Mine 2, die sich in der Zone befindet.
Die verwendete Arbeitsfrequenz ist wiederum die zuvor bestimmte optimale Frequenz.
In herkömmlicher Weise wird das zeitliche Fenster ausgehend vom ersten Echosignal ausgewählt, das von der Vorrichtung erhalten wird. Gewöhnlich werden die Signale zurückgesendet, die gewisse Maxima umgeben, die auf den Echos gekennzeichnet sind, und die jeweils im Prinzip einer von einem Objekt reflektierten Welle entsprechen.
Aufgrund der Maße des zu erforschenden Geländes konzentriert man sich zuerst auf die den Meßwertgebern am nächsten gelegenen Objekte, wobei das zeitliche Fenster die Echos ignoriert, die von weiter entfernten Objekten stammen.
Vorteilhafterweise kann man die Formwellen analysieren, die den verschiedenen Rückkehrechos, die von jedem Meßwandler empfangen werden, folgen, um sie mit einer Bibliothek der charakteristischen Signaturen der wichtigsten gesuchten Minen zu vergleichen.
Eine solche Bibliothek läßt sich leicht erstellen, indem man die Vorrichtung auf einem gekannten Gelände eicht, in dem hintereinander die verschiedenen bekannten Minen, die man eventuell zu suchen hat, vergraben sind.
Der Vergleich zwischen den Formwellen und der Signaturenbibliothek erfolgt bevorzugt anhand von Neuronenschaltungen. Solche Schaltungen sind dem Fachmann bekannt. Sie erlauben das schnelle Durchführen der Erkennungsberechnungen der Formen.
Nach der Auswahl des zeitlichen Fensters führt man k aufeinanderfolgende zeitliche Umkehrungen der von den Meßwandlern empfangenen Signale durch, um die Detektion auf die erste Mine zu fokussieren, und man speichert die nach dem ersten zeitlichen Umkehren reflektierten Signale.
Nach der Durchführung von k zeitlichen Umkehrungen kann man eine zweite Identifizierung der Mine mit einem höheren Präzisionsniveau vornehmen.
Dazu erfolgt wieder ein Vergleich der Formwellen, die auf die verschiedenen von dem Meßwandler empfangenen Echosignale folgen mit einer Minensignaturenbibliothek.
Nach der Fokussierung erforscht man mindestens zwei Meßwandler Tx, Ty, bei welchen die gemessenen Ausbreitungszeiten tx, ty des Signals am kleinsten sind.
Diese Meßwandler entsprechen im Prinzip jenen, die der ersten Mine am nächsten liegen.
Die Abb. 2 ist gleich wie Abb. 1 und zeigt 2 Meßwandler Tx und Ty, die infolge der Fokussierung der Detektion auf eine erste Mine ausgewählt wurden.
Die Verarbeitungselektronik 5 bestimmt dann für jeden der ausgewählten Meßwandler (Tx und Ty) verschiedene potentielle Lagepunkte oder Lagezonen der Mine entlang der verschiedenen Richtungen Dxj, Dyj, die jeden betroffenen Meßwandler Tx, Ty mit einem Eichziel Cj verbinden.
Diese Bestimmung erfolgt durch Berechnung der verschiedenen Entfernungen dxj, dyj (wobei sich j von 1 bis m ändert) entlang der Richtungen Dxj, Dyj. Die Entfernungen dxj und dyj sind gleich dem Produkt der gemessenen Ausbreitungszeiten tx, ty mal dem geeigneten Faktor Vxj, Vyj der Ausbreitungsgeschwindigkeitenmatrix (dxj = Vxj · tx; dyj = Vyj · ty).
Diese Berechnung erlaubt es, in Verbindung mit jedem Meßwandler Tx oder Ty eine gewisse Anzahl Punkte zu bestimmen, nämlich jeweils: Px1, Px2, ...Pxj, ...Pxm, und Py1, Py2, ...Pyj, ...Pym.
Die Punkte Pxj, die zum Meßwandler Tx gehören, bilden eine Kurve Kx, die zum Meßwandler Ty gehörenden bilden eine Kurve Ky.
Die potentielle Lage des ersten Ziels befindet sich an der Schnittstelle der Kurven Kx und Ky oder auf der Ebene einer Zone, für die die Entfernung zwischen den Kurven minimal ist.
Praktisch gesehen gewährleistet der Rechner 11 die Bestimmung der Kurven Kx und Ky, indem er z. B. die bekannten mathematischen Methoden zur polynomialen Annäherung anwendet.
Bevorzugt wählt man die Meßwandler Tx und Ty, die nebeneinander liegen. Man kann jedoch auch nicht nebeneinander liegende Meßwandler wählen oder mehr als nur 2. Eine Lokalisierungszone der ersten Mine kann dann durch die Zone definiert werden, die die verschiedenen Schnittstellen der Kurven K jeweils in Zweierpaaren enthält.
Praktisch spricht man von der Lokalisierungszone und nicht vom Lokalisierungspunkt. In der Tat befindet sich ein Ziel aufgrund der Fehler der Ausbreitungsgeschwindigkeitsmessungen, der Distanzen und der Zeiten nicht in einem Punkt Pxj, Pyj auf einer Richtung Dxj oder Dyj, sondern in einer Zone Z (in der Abbildung schraffiert dargestellt), die den betroffenen Punkt enthält und eine Mindestoberfläche bildet.
Die Positionsberechnungen der verschiedenen Punkte, die mathematischen Bestimmungen der Kurven und das Festlegen der Lokalisierungszonen erfolgen durch den Rechner 11.
Ein Anzeigedisplay kann die Nutzung der Daten durch den Benutzer erleichtern (Anzeige der Kurven und/oder Lagezonen mit Anzeige ihre Koordinaten).
Der Rechner 11 führt auch den Vergleich der empfangenen Signale mit der Minenbibliothek durch und umfaßt daher die Speicher mit der Signaturenbibliothek sowie die erforderlichen Neuronenschaltungen.
Nach Erkennen und Lokalisierung einer ersten Mine wiederholt man das Verfahren gemäß der Erfindung, so daß man eine weitere Mine erkennen und lokalisieren kann. Dazu wählt man ein anderes zeitliches Fenster aus.
Nach dem Orten von mindestens 4 Minen kann man an diesen 4 ersten Minen die Anwesenheit eines Verlegungsmusters erkennen, d. h. ein elementares Maschengebilde, das gewöhnlich beim Vergraben der Minen über das gesamte Gelände regelmäßig wiederholt wird.
Die Bestimmung dieses Musters erlaubt die Beschleunigung des Suchens der anderen Minen und eine schnelle Definition der zeitlichen Fenster, die den Geländezonen entsprechen, auf welchen sich theoretisch eine Mine befinden kann, wenn das Maschengefüge stimmt.
Man kann daher einen Erforschungsalgorithmus festlegen, der es erlaubt, schneller ein Bild der Verteilung der Minen über das Gelände zu erhalten.
Die Abb. 4a zeigt einen Pflock 19.1, der in seinem unteren Teil einen Meßwandler Ti und in seinem oberen Teil ein Gehäuse 20.i trägt, das den Verarbeitungskanal 6.i enthält, der zum Meßwandler Ti gehört, der vom Pflock getragen wird.
Das Gehäuse 20.i enthält außerdem einen Funksender- /Empfänger und eine Antenne 21.i sowie ein winkelig verstellbares Lasertelemeter 22.i.
Das Gehäuse 20.i ist bevorzugt vom Pflock 19 abbaubar gestaltet, so daß man diesen in den Boden treiben kann. Die Mittel zur elektrischen Verbindung sind zwischen dem Meßwandler Ti und dem Gehäuse 20.i vorgesehen und umfassen in erster Linie den Stecker 23.i.
Die Abb. 4b zeigt ein Eichziel Cj, das die Form eines Pflocks hat. Es trägt in seinem oberen Teil ein rückstrahlendes Hand 24.j, so daß die verschiedenen Lasertelemeter 22.i es leichter erkennen können.
Die Abb. 4c zeigt einen anderen Eichzieltyp Cj, der einen Pflock umfaßt, der in seinem oberen Teil ein rückstrahlendes Band 24.j trägt und in seinem unteren Teil einen Zylinder 27, der die Maße einer echten Mine hat, die man im Gelände suchen möchte. Wie bereits vorher erwähnt, wählt man zum Herstellen des Zylinders den gleichen Werkstoff aus wie den der gesuchten Minen.
Wenn man ein solches Eichziel verwendet, kann man die Echoform, die es im betroffenen Gelände zurücksendet, registrieren. So versorgt man die zuvor beschriebene Signaturenbibliothek und kann danach vorteilhafterweise Objekte im Gelände suchen, die den gleichen Echotyp zurücksenden. Man kann die Kartographie- und Suchoperationen wiederholen, indem man Eichziele mit verschiedenen Maßen verwendet, um die Suche nach anderen Objekttypen zu erleichtern.
Die Abb. 5 zeigt die Durchführung der Vorrichtung gemäß der Erfindung.
Die Pflöcke 19, die die Meßwandler Ti tragen, werden einzeln entlang der ersten Grenze F1 der Geländezone 1 angeordnet.
Die Eichziele Cj werden in den Boden entlang der zweiten Grenze F2 getrieben.
Die Abstände zwischen den verschiedenen Pflöcken und den verschiedenen Zielen wurden beim Anbringen genau ausgemessen, z. B. mit den Lasertelemetern.
Alle Pflöcke, die Meßwandler tragen, werden gleich tief in die Erde getrieben.
Ein Steuermodul 25 wird in Entfernung der Geländezone 1 angeordnet. Auch dieses enthält einen Funksender/-empfänger, der mit einer Antenne 26 gekoppelt und an das Prüfdisplay und eine Steuertastatur angeschlossen ist.
Das Steuermodul enthält einen Teil der Verarbeitungselektronik. Es gewährleistet die Funktion der gemeinsamen Steuer- und Prüfeinheit 7, die zuvor in Bezugnahme auf Abb. 3 beschrieben wurde. Es enthält außerdem eine Taktgeberuhr 9, einen Taktgeber 10 und einen Rechner 11. Der Gebrauch einer gemeinsamen Taktgeberuhr und eines gemeinsamen Taktgebers sowie einer Funkverbindung erlaubt es, eine Synchronisierung der Sendungen der verschiedenen Meßwandler sicherzustellen, auch wenn die Zahl der Meßwandler groß ist und die Entfernungen beachtlich sind.
Ein Dekodierer erlaubt das Umwandeln der Funkdaten, die die verschiedenen Pflöcke senden, in Daten, die der Rechner verarbeiten kann.
Als Variante kann man Lasertelemeter nicht auf den Pflöcken, die die Meßwandler tragen, anordnen, sondern auf den Zielpflöcken Cj. Die Pflöcke 19.i tragen dann ein rückstrahlendes Hand, um ihr Erkennen zu erleichtern, und die Zielpflöcke Cj werden mit Funksendern/-empfängern versehen, um ihre Verbindung mit dem Steuermodul 25 sicherzustellen.
Gemäß einer Durchführungsart der Erfindung kann man das unter Bezugnahme auf Abb. 2 beschriebene Erkennungsverfahren verwenden, indem man eine Kartographie der Ausbreitungsgeschwindigkeit verwendet, die anhand eines anderen Verfahrens erstellt wurde als das in Bezugnahme auf Abb. 1 verwendete.
Man kann z. B. jedes Eichziel Cj mit einem Empfänger für Schallsignale versehen, die von den Meßwandlern Ti abgegeben werden.
In diesem Fall geht man wie folgt vor:
- man sendet von einem Meßwandler Ti ein kurzes, nicht fokussiertes Signal mit optimaler Frequenz,
- man registriert die Ausbreitungszeiten dieses Signals zwischen der Quelle, die der Meßwandler Ti ist, und den verschiedenen Eichzielen,
- man berechnet die mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeiten Vij zwischen dem Meßwandler Ti und den verschiedenen Empfängern als das Verhältnis pro Meßwandler Ti der Entfernung Dij von einem Eichziel Cj und der Ausbreitungszeit tij des Signals zwischen dem Meßwandler und diesem Ziel, so wie diese Zeit gemessen wird (nämlich: Vij = Dij/tij).
Die verschiedenen Phasen werden für alle Meßwandler Ti durchgeführt, wobei sich i von 1 bis n ändert.
Analog dazu kann man jedes Eichziel Cj mit einem Schallsignalsender versehen und die verschiedenen Meßwandler Ti als Empfänger verwenden.
Auf jeden Fall werden zwischen den Meßwandlern und/oder Zielen und dem Steuermodul 25 Funkverbindungen vorgesehen. Die verschiedenen Berechnungen werden vom Rechner 11 durchgeführt, der sich im Steuermodul 25 befindet.
Als Variante kann man nach dem Erkennen einer Mine deren Zünden auslösen oder sie bewegen, um ihr genaues Lokalisieren infolge der Änderungen des Aussehens des Geländes, die sich dabei ergeben, zu erleichtern.
Dazu fokussiert man auf das Ziel unter Verwendung des zuletzt gespeicherten Echosignale eine große Schallenergie. So sendet man auf die Mine ein letztes zeitlich umgekehrtes Signal, dessen Amplitude jedoch beachtlich anhand eines geeigneten Leistungsgenerators verstärkt wurde (z. B. in einem Verhältnis von 1 000 zu 100 000, je nach Art des Bodens (hart, locker)).
Die Erfindung wurde im Rahmen ihrer Anwendung auf die Detektion von Landminen beschrieben. Natürlich kann sie auf die Detektion vergrabener Objekte oder auf die Messung der Heterogenität des Bodens ausgedehnt werden.

Claims

1. Verfahren zum Erkennen von Objekten (2), vor allem von Minen, die in einer Geländezone (1) verteilt sind, gekennzeichnet dadurch, daß man eine Mehrzahl Schallmeßwandler (T1, .. Ti, ..Tn) einsetzt und folgende Phasen verwirklicht:

- man ordnet n Meßwandler entlang einer ersten Grenze (F1) der Zone an, während man m Eichziele (C1, .. Cj,.. Cm) (wo m größer als 2 ist) entlang einer zweiten Grenze (F2) der Zone anordnet,

- man bestimmt eine optimale Gebrauchsfrequenz der Meßwandler, die von der Beschaffenheit des Bodens abhängt und eine maximale Amplitude des Empfangens des Signals für eine Mehrzahl der Meßwandler ergibt, wenn sie von einem von ihnen abgegeben wird,

- man führt eine Kartographie der Ausbreitungsmerkmale im Boden der Geländezone durch, indem man eine Matrix der mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeiten Vij entlang der verschiedenen Richtungen bestimmt, die jeden Meßwandler Ti (wobei sich i von 1 bis n ändert) mit jedem der Eichziele Cj (wobei sich j von 1 bis m ändert) verbinden,

- man sendet in den Geländeboden über mindestens einen Meßwandler einen Anfangsimpuls mit optimaler Frequenz,

- man wählt anhand mindestens eines zeitlichen Fensters die Echosignale aus, die von einem ersten Objekt stammen, das sich in der Zone befindet,

- man führt k aufeinanderfolgende zeitliche Umkehrungen der von den Meßwandlern empfangenen Signale durch, um die Detektion auf das erste Objekt zu fokussieren und speichert die reflektierten Signale nach dem ersten zeitlichen Umkehren,

- man erforscht mindestens zwei Meßwandler Tx, Ty, bei welchen die Ausbreitungszeiten des Signals tx, ty die geringsten sind,

- man bestimmt für jeden der ausgewählten Meßwandler die potentiellen Lagepunkte oder Lagezonen für das Objekt entlang mehrerer Richtungen Dxj, Dyj, die den betroffenen Meßwandler Tx, Ty mit einem Eichziel Cj verbinden, wobei diese Bestimmung durch die Berechnung der verschiedenen Entfernungen dxj, dyj (wobei j sich von 1 bis m ändert) entlang der Richtungen Dxj, Dyj erfolgt, welche Entfernung gleich dem Produkt der betroffenen Ausbreitungszeit tx, ty mal dem geeigneten Faktor Vxj, Vyj der Matrix der Ausbreitungsgeschwindigkeiten ist,

- man bestimmt die tatsächliche Lage des Objektes als eine Schnittstellenzone der verschiedenen Kurven (Kx, Ky), die die Punkte der potentiellen Lage verbindet, die zu jedem Meßwandler gehören.

2. Erkennungsverfahren gemäß dem Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Bestimmung der Matrix der mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeiten Vij entlang der verschiedenen Richtungen, die jeden Meßwandler Ti mit jedem der Eichziele Cj verbinden, wie folgt vorgegangen wird:

- man sendet in den Boden des Geländes über mindestens einen Meßwandler einen kurzen, nicht fokussierten Anfangsimpuls mit optimaler Frequenz,

- man registriert die Echosignale, die das Gelände zurücksendet, und die von allen Meßwandlern empfangen werden, wobei jedes Rückkehrsignal zeitabhängig gespeichert wird und als Ausgangspunkt der Zeiten der Augenblick verwendet wird, in dem der Anfangsimpuls gesendet wird,

- man wählt nacheinander anhand geeigneter zeitlicher Fenster die Echosignale aus, die von jedem Eichziel stammen und führt für jedes Eichziel mehrere zeitliche Umkehrungen der von den Meßwandlern empfangenen Signale durch,

- man berechnet die mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeiten Vij als das Verhältnis für jeden Meßwandler Ti zwischen seiner Entfernung Dij vom Eichziel Cj, auf das die Meßwandler fokussiert sind, und der Ausbreitungszeit tij des Signals zwischen diesem Meßwandler und diesem Ziel, so wie diese Zeit gemessen wird (nämlich: Vij = Dij/tij).

3. Detektionsverfahren gemäß dem Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß zur Bestimmung der Matrix der mittleren Ausbreitungszeiten Vij entlang der verschiedenen Richtungen, die jeden Meßwandler Ti mit jedem der Eichziele Cj verbindet, jedes Eichziel mit einem Sender und/oder einem Empfänger für Schallsignale versehen wird und man dann wie folgt vorgeht:

(a) - man sendet ausgehend von einer Quelle, die entweder ein Eichziel oder Meßwandler ist, ein kurzes, nicht fokussiertes Signal mit optimaler Frequenz,

(b) - man registriert die Ausbreitungszeiten dieses Signals zwischen der Signalquelle, d. h. dem Eichziel oder dem Meßwandler und den verschiedenen Empfängern, nämlich allen anderen Meßwandlern oder allen anderen Eichzielen,

(c) - man berechnet die mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeiten Vij zwischen der Signalquelle und den verschiedenen Empfängern als das Verhältnis für jeden Meßwandler Ti seiner Entfernung Dij von einem Eichziel Cj und der Ausbreitungszeit tij des Signals zwischen diesem Meßwandler und diesem Ziel, so wie diese Zeit gemessen wird (nämlich: Vij = Dij/tij),

(d) - man wiederholt die Phasen (a) bis (c) für alle anderen Quellen.

4. Detektionsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß man nach dem Empfang der ersten Echosignale das erste durch zeitliche Umkehrung zu verarbeitende Objekt (2) anhand einer Analyse der Formwellen gemäß den verschiedenen von jedem Meßwandler empfangenen Rückkehrechos auswählt und diese Formen mit einer Bibliothek der charakteristischen Signaturen der wichtigsten gesuchten Objekte vergleicht.

5. Detektionsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß man das erste Objekt (2) nach Durchführung von k zeitlichen Umkehrungen anhand einer Analyse der Formwellen gemäß den verschiedenen von jedem Meßwandler empfangenen Echosignalen identifiziert und diese Formwellen mit einer Bibliothek der charakteristischen Signaturen der wichtigsten gesuchten Objekte vergleicht.

6. Detektionsverfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß nach Lokalisierung und Auswahl eines ersten Objektes diesem mindestens ein weiteres Schallsignal gesendet wird, das die Form dessen hat, das nach der ersten zeitlichen Umkehrung registriert wurde, wobei dieses Signal verstärkt wird und seine Stärke ausreicht, um das Objekt zu bewegen oder schwingen zu lassen.

7. Bestimmungsverfahren der Merkmale der Ausbreitung einer Schallwelle im Boden einer Geländezone, gekennzeichnet dadurch, daß man eine Mehrzahl Schallmeßwandler (T1, .. Ti, ..Tn) verwendet und folgende Phasen durchführt:

- man ordnet n Meßwandler entlang der ersten Grenze (F1) der Zone an und verteilt m Eichziele (C1, .. Cj, ..Cm) (wobei m größer ist als 2) entlang einer zweiten Grenze (F2) der Zone,

- man bestimmt eine optimale Gebrauchsfrequenz der Meßwandler, die von der Bodenbeschaffenheit abhängt, wobei die. Frequenz eine maximale Amplitude des empfangenen Signals auf einer Mehrzahl Meßwandler ergibt, wenn sie von einem von ihnen gesendet wird,

- man sendet in den Geländeboden über mindestens einen der Meßwandler einen kurzen, nicht fokussierten Anfangsimpuls mit dieser optimalen Frequenz,

- man registriert die vom Gelände reflektierten Echosignale, die von allen Meßwandlern empfangen werden, wobei jedes Rückkehrsignal in Zeitabhängigkeit gespeichert wird, wobei man als Ursprung der Zeit den Augenblick des Sendens des Ausgangsimpulses verwendet,

- man legt eine Kartographie der Ausbreitungsmerkmale im Boden der Geländezone an, indem man eine Matrix der mittleren Ausbreitungsgeschwindigkeiten Vij entlang der verschiedenen Richtungen bestimmt, die jeden Meßwandler Ti (wobei sich i von 1 bis n ändert) mit jedem der Eichziele Cj (wobei sich j von 1 bis m ändert) verbinden, wobei jede Geschwindigkeit Vij das Verhältnis für jeden Meßwandler T1 zwischen seiner Entfernung Dij vom Eichziel Cj, auf den die Meßwandler fokussiert sind, und der Ausbreitungszeit (tij) des Signals zwischen diesem Meßwandler und diesem Ziel, so wie diese Zeit gemessen wird (nämlich: Vij = Dij/tij) berechnet wird.

8. Vorrichtung (3) zur Bestimmung der Ausbreitungsmerkmale einer Schallwelle im Boden einer Geländezone (1) oder zur Detektion von Objekten (2) und vor allem von Minen, die in einer Geländezone verteilt sind und geeignet, um ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 durchzuführen, gekennzeichnet dadurch, daß sie mindestens eine Reihe Schallmeßwandler (T1, .. Ti, .. Tn) umfaßt, die mit einer Verarbeitungselektronik (5) verbunden sind, die eine Phase der zeitlichen Umkehrung umfaßt, wobei jeder Meßwandler von einem Träger (19.i) getragen wird, der in den Boden getrieben oder an den Boden gedrückt wird.

9. Vorrichtung gemäß dem Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, daß sie mindestens eine Reihe Eichziele (C1, ... Cj, .. Cm) umfaßt, die die Form von Pflöcken haben, die in den Boden getrieben werden können.

10. Vorrichtung gemäß dem Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, daß sie mindestens eine Reihe Eichziele (C1, ... Cj, .. Cm) umfaßt, die einen vergrabenen Teil (27) umfassen, der in etwa die Form eines Objektes hat, das man im Gelände sucht.

11. Vorrichtung gemäß einem Ansprüche 8 bis 10, gekennzeichnet dadurch, daß sie Meßmittel (22, 24) der verschiedenen Entfernungen zwischen den Meßwandlerträgern (19.i) und den Eichzielen Cj umfaßt.

12. Vorrichtung gemäß dem Anspruch 11, gekennzeichnet dadurch, daß die Entfernungsmeßmittel mindestens ein Lasertelemeter (22.i) umfassen, das von mindestens einem Meßwandlerträger und/oder mindestens einem Eichziel getragen wird.

13. Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12, gekennzeichnet dadurch, daß die Meßwandlerträger und/oder Eichziele einzeln auf dem Gelände angeordnet werden, wobei zwischen jedem Meßwandlerträger und/oder jedem Eichziel Funkverbindungsmittel (21,i) und mindestens ein Teil der Verarbeitungselektronik vorgesehen sind (5), so daß eine Synchronisierung der Meßwandlersendungen möglich ist.