DE19847688C2 - Verfahren und Anwendung desselben in einem elektromagnetischen Sensor zur Entdeckung von Fremdkörpern in einem Medium mittels Radar - Google Patents
Verfahren und Anwendung desselben in einem elektromagnetischen Sensor zur Entdeckung von Fremdkörpern in einem Medium mittels RadarInfo
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Abstract
Das Verfahren und der auf diesem basierende Sensor zur Entdeckung von Fremdkörpern in einem Medium, insbesondere in Beton, Ziegelwerk, Gips oder Holz mittels Radar, insbesondere Impulsradar oder Stepped-Frequency-Radar, sieht vor, eine Radarwelle sehr kurzer Dauer über eine Sende-/Empfangsantenne in das Medium einzustrahlen, das in dem Medium reflektierte Radarsignal zu erfassen und nach einer Vorverarbeitung einer Signalauswertung und -bewertung zuzuführen, die auf einem Algorithmus basiert, der Unterschiede in der Signalform, beispielsweise eines Leistungsspektrums gegenüber gespeicherten Vergleichswerten eines Musterspektrums erkennbar macht mit anschließender Vergleichsbewertung durch Korrelation zur Feststellung von Abweichungen gegenüber vorgebbaren Grenzwerten eines Korrelationsfaktors. Zur Signalauswertung werden unterschiedliche Algorithmen und Modelle vorgestellt, beispielsweise basierend auf der Welch-Methode, der Wavelet-Analyse oder einem autoregressiven Modellansatz. Die Erfindung läßt sich kostengünstig realisieren, weil auf bildgebende Signalauswertung verzichtet wird. Besondere Fachkenntnisse bei der Anwendung sind nicht erforderlich, da eine klare Ja/Nein-Ausage geliefert wird, ob unter und im unmittelbaren Bereich einer Meßposition ein Fremdkörper, beispielsweise Armierungseisen oder ein Kunststoffrohr, festgestellt wurde.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 und dessen Anwendung in einem elektro
magnetischen Sensor zur Entdeckung von Fremdkörpern in einem Medium
mittels Radar, bei dem eine Radar
welle über eine Sende- und Empfangseinheit in das Medium eingestrahlt, das in
dem Medium reflektierte Radarsignal erfaßt, voraufbereitet und einer Signal
auswertung und -bewertung unterworfen wird.
Zum Stand der Technik zählen Radargeräte für geodätische Anwendungen
(Bodenradar). Erste Hinweise auf Anwendungen des Radarprinzips zur
Erkennung von Metall, Kunststoffteilen oder anderen Fremdkörpern in einer
Wand (Wandradar) sind in Electronics of Communication Engineering Journal,
D. J. Daniels "Surface-Penetrating Radar", IEE-Press London, August 1996, S.
165-182 beschrieben. Zur Zeit auf dem Markt erhältliche Geräte arbeiten alle
mit bildgebenden Verfahren, welche dem Benutzer "Bilder" der erhaltenen Meß
daten liefern. Die bekannten Geräte sind vergleichsweise teuer und relativ sehr
groß und im "rauhen Alltag" einer Baustelle bisher kaum einsetzbar. Um die
Bilddaten zu erhalten, ist ein manuell oder maschinell gesteuerter Scanvorgang,
d. h. ein Bewegen der Antenneneinheit erforderlich, um eine größere Menge an
Meßdaten zu sammeln. In den Druckschriften US 5,541,605 und US 5,543,799
sind zwar vergleichsweise kleine Radargeräte zur Entdeckung von Fremdkörpern
in Wänden beschrieben, wobei jedoch bei der Signalverarbeitung die aus dem
Scanvorgang erhaltenen Daten nicht oder nicht optimal genutzt werden. Die
Patentschrift US 5,512,834 beschreibt einen relativ kleinen elektromagneti
schen Detektor für metallische und nichtmetallische Objekte in Wänden. Die
Signalbewertung erfolgt jedoch nur hinsichtlich eines bestimmten Pegelpara
meters. In US 4 896 116, die ebenfalls ein radarbasiertes translatorisches Scan-
Verfahren zur Ermittlung von Fremdkörpern in einem Untergrund mittels eines
Signalvergleichs beschreibt, ist außerdem erwähnt, daß vor einer algorith
mischen Vergleichsauswertung die Dielektrizitätskontante des Untergrund
materials durch einen Signallaufzeitvergleich zu bestimmen ist, um zuverlässige
Tiefenwerte für die Lage des Fremdkörpers erhalten zu können. Darüber hinaus
beschreibt die PCT-Druckschrift WO 98/01770 A1 ein Verfahren zur Ent
deckung und Klassifizierung von vergrabenen Fremdkörpern, z. B. Landminen,
bei dem ein breitbandiges Radarsignal, also entweder eine Folge von sehr kurzen
Radarpulsen oder Stepped-Frequency-Radarsignale in den Untergrund eines
abzutastenden Geländes eingestrahlt und die gestreuten Echosignale einer
kombinierten Zeit-Frequenz-Analyse unterzogen werden, um dann zur
Klassifizierung gegen gespeicherte Bibliotheksdaten, beispielsweise bestimmte
Wavelets oder ihre Pseudo-Wigner-Verteilung, verglichen zu werden.
Das Funktionsprinzip eines Impulsradargeräts, das neben Stepped-Frequency-
Radar auch vorliegend im Vordergrund des Interesses steht, wird anhand der
Fig. 3 beschrieben: Durch einen getakteten Hochfrequenzgenerator 1 wird ein
sehr kurzer Impuls mit einer Länge bzw. Dauer von weniger als 1 ns erzeugt.
Dieser Impuls wird durch eine Antenne 2 als elektromagnetische Welle in das zu
untersuchende Medium (z. B. Beton) eingestrahlt. An Dielektrizitätssprüngen,
z. B. an den Übergängen von Beton/Armierungseisen oder Beton/Plastikrohr
wird/werden die elektromagnetische(n) Welle(n) reflektiert. Diese Reflexion wird
durch eine zweite Antenne 3 aufgenommen, über einen durch eine Abtaststeue
rung 7 zeitabhängig steuerbaren HF-Verstärker 4 verstärkt, nach Bandbegren
zung 8 einer Abtast-/Halteschaltung 5 zugeführt, um anschließend durch einen
A/D-Wandler 6 digitalisiert und schließlich einer Signalverarbeitung zugeführt
zu werden. Die ganze Schaltungsanordnung oder zumindest die Sende- und die
Empfangsantenne 2, 3 sind in einer handlichen Baueinheit zusammengefaßt.
Die Antennen 2, 3 werden über das zu untersuchende Medium bewegt und die
Laufzeit sowie die Amplitude des Reflexionssignals werden graphisch in
Abhängigkeit zur Scanposition aufgetragen (vergleiche J. Hugenschmid,
Georadar im Straßenbau und Unterhalt, Auszug aus EMPA-Bericht (113/10), Nr.
FE 160'617, S. 9/93-11/93). Der für Impulsradar geschulte Techniker ist nun
in der Lage anhand dieser Graphik oder Bilder Aussagen über das Vorhanden
sein von Fremdkörpern in dem untersuchten Medium zu machen. Für weitere
Details wird außerdem auf den oben erwähnten Aufsatz von Daniels verwiesen.
Prinzipielle Schwierigkeiten, insbesondere bei der Anwendung, ergeben sich für
den Benutzer solcher Radargeräte vor allem daraus, daß ein Scanvorgang über
einen größeren Flächenbereich sorgfältig und kontinuierlich ausgeführt werden
muß, um herauszufinden, an welchen Stellen Reflexionssignale aufgrund von
Fremdkörpern auftreten. Zur Interpretation der erhaltenen "Bilder" bedarf es
außerdem einiger Erfahrung und eines technischen Grundverständnisses.
Radargeräte der bekannten Art sind außerdem - wie bereits erwähnt - räumlich
groß und teuer.
Der Erfindung liegt damit die Aufgabe zugrunde, ein besseres auf dem Radar
prinzip beruhendes Verfahren sowie eine Anwendung desselben in einer darauf basierenden Einrichtung zur
Erkennung der Position von Metall-, Kunststoff- und/oder anderen Fremd
körpereinschlüssen in Medien wie Beton, Ziegel, Gips, Putz, Holz, usw., gegebe
nenfalls auch in umgrenzten "weichen" Medien wie Luft, Gas oder zähen Flüssig
keiten, anzugeben. Insbesondere wird mit der Erfindung angestrebt, den bisher
erforderlichen Scanvorgang, also das kontinuierliche Verschieben der Antennen
einheit auf einer Wandfläche über einen zu untersuchenden Flächenbereich zu
vermeiden.
Die Erfindung ist bei einem Verfahren der eingangs genannten Gattung
erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß eine Fremdkörper-Merkmals
bestimmung bei ortsfester Positionierung der Sende- und Empfangseinheit
mittels eines auf das voraufbereitete digitalisierte Empfangssignal angewandten
Algorithmus' durchgeführt wird, der Unterschiede in der Signalform gegenüber
Vergleichswerten erkennbar macht mit anschließender Vergleichsbewertung
gegenüber vorgebbaren Grenzwerten.
Vorteilhafte Ergänzungen und Ausführungsvarianten dieses Erfindungs
gedankens sind in abhängigen Patentansprüchen definiert.
Der Grundgedanke der Erfindung besteht, soweit Impulsradar zur Anwendung
kommt, darin, die Sendeantenne mit einem sehr kurzen Impuls anzuregen, so
daß eine elektromagnetische Welle mit verschiedenen Amplituden und Phasen
inhalten im Frequenzbereich in die unterschiedlichen Aussendungsrichtungen
abgestrahlt wird. Findet nun eine Reflexion an einem Fremdkörper unter einem
bestimmten, von der Sende-/Empfangsantenne aus betrachteten. Winkel statt, so
liefert diese Reflexion eine andere Signalform als eine Reflexion direkt unter der
Antenne. Mit einer erfindungsgemäßen und nachfolgend näher beschriebenen
Signalverarbeitung ist es aufgrund des unterschiedlichen Amplituden- und/oder
Phaseninhalts im Frequenzbereich möglich, diese Fälle zu unterscheiden.
Für die Anwendung von Stepped-Frequency-Radar gilt der Erfindungsgedanke
entsprechend, wobei sich dabei noch der Vorteil eines besseren Signal/Rausch-
Verhältnisses erzielen läßt.
Die Erfindung und vorteilhafte Einzelheiten werden nachfolgend unter Bezug auf
die Zeichnungen in beispielsweiser Ausführungsform näher erläutert. Es zeigen.
Fig. 1 ein Flußdiagramm für eine erfindungsgemäße Signal
verarbeitung, wobei die für die Erfindung besonders
relevanten Schritte mit einem schwarzen Schattenrand
hinterlegt sind;
Fig. 2 das Ergebnis einer Signalauswertung bei Verwendung eines
bestimmten Signalverarbeitungsalgorithmus';
Fig. 3 den bereits kurz erläuterten prinzipiellen Hardware-Aufbau
eines Impuls-Radargeräts zur Entdeckung von Fremd
körpern in Medien;
Fig. 4 und Fig. 5 Prinzipskizzen zur Erläuterung einer Positionierung der
Sende-/Empfangseinheit (Antenne) in einer Abtastposition
"0" zur Gewinnung von zu speichernden Vergleichswerten
(Referenzscans);
Fig. 6 zwei Reflexionssignaldarstellungen im Zeitbereich;
Fig. 7 die Signale der Fig. 6 dargestellt im Frequenzbereich; und
Fig. 8 die graphische Darstellung des Ergebnisses einer Korre
lationsanalyse der beiden Kurven in den Fig. 6 bzw. 7, bezo
gen auf ein den zu ermittelnden Fremdkörper erfassendes
Abtastfenster.
Das Flußdiagramm der Fig. 1 erläutert die Verarbeitung des die Datenausgabe A
in Fig. 3 verlassenden voraufbereiteten Signals. Nach dem Einlesen des Signals
im Schritt S1 und digitaler Bandpaßfilterung im Schritt S2 wird zunächst im
Schritt S3 entschieden, ob eine signifikante Reflexion vorliegt. Optional, jedoch
in der Regel vorhanden, erfolgt im Schritt S4 eine ungefähre Abschätzung
spezieller Eigenschaften des zu untersuchenden Mediums, insbesondere der
(relativen) Dielektrizitätskonstante εr. Bekanntlich liegt der Wert für εr bei
feuchtem Mauerwerk oder Beton wesentlich höher als bei trockenen Medien der
hier in Rede stehenden Art.
Eine grundsätzliche Anregung, den Wert εr über eine Änderung des Frequenz
spektrums zu bestimmen, ist in I. J. Padaratz et al., Coupling Effects of Radar
Antenna on Concrete, veröffentlicht in Konferenz-Dokumente "Non-Destructive
Testing in Civil Engineering", NDT-CE'97, Band 1, S. 237-245 angegeben.
Nach der Bestimmung von εr erfolgt mittels einer Korrelationsanalyse S5 eine
Abschätzung der Tiefe des Reflexionssignals basierend auf einer Laufzeit
bestimmung über die Formel
(c = Lichtgeschwindigkeit) unter Verwendung der zuvor abgeschätzten Dielektri
zitätskonstante εr.
In der Routine des Schritts S6 erfolgt die erfindungsgemäße, weiter unten näher
erläuterte Signalaufbereitung im Zeitbereich bzw. Frequenzbereich mit nachfol
gender Merkmalsbestimmung durch eine spezielle Signalanalyse im Verfahrens
schritt S7. Schließlich wird im Schritt S8 das Ergebnis der Signalanalyse gegen
gespeicherte Merkmale (Vergleichswerte V) verglichen, wobei letztere in festge
legten Scanpositionen zuvor bestimmt worden sind. Der Vergleich liefert eine
Aussage, ob ein Fremdkörper sich unter der Antenne, also beispielsweise in
einer für einen vorgesehenen Wanddurchbruch verbotenen Position befindet
oder in einem mehr oder weniger großen Winkel von der Antenne beabstandet
ist.
Nachfolgend werden zwei im Rahmen der Erfindung speziell untersuchte Signal
verarbeitungsmöglichkeiten vorgestellt.
An einer Antennenabtastposition "0" (vergleiche Fig. 4 und 5) werden für ver
schiedene Armierungseisen, Plastikrohre und gegebenenfalls andere mögliche
Fremdkörper Referenzscans durchgeführt. Ein Abtastintervall umfaßt im ge
wählten Beispiel 1024 Abtastpunkte. Die Dauer eines Abtastintervalls beträgt
beispielsweise 2 ns bis 20 ns. Die Kurve "a" in Fig. 6 veranschaulicht das Ergeb
nis dieser Referenzabtastung. Durch eine Frequenzanalyse, im speziellen die
Welch-Methode (vergleiche K. D. Kammeyer und K. Kroschel, Digitale Signalver
arbeitung, B. G. Teubner, Stuttgart, 1998, S. 323-326), wird die Leistungsspek
traldichte (LSD) der Signale im Frequenzbereich ermittelt (siehe Kurve "a'" in
Fig. 7) und die LSD's werden als Referenzspektrum gespeichert. Ein Durch
schnittsspektrum wird aus den Referenzspektren ermittelt. Auf der Ordinate in
Fig. 6 ist die Anzahl der betrachteten Digitalwerte (Samples) angegeben, im dar
gestellten Beispiel 1024 Samples, was einem Abtastintervall von 12 ns ent
spricht. Auf der Abszisse ist die Signalstärke in LSB aufgetragen, wobei der
Wert einer Einheit dem vollen Bereich der betrachteten Größe (z. B. Spannung
oder Strom) dividiert durch 2n entspricht, n = Auflösung des A/D-Wandlers.
Nun kann an irgendeiner beliebigen Position der Wand eine Messung durch
geführt werden. Von diesem Scan mit ebenfalls 1024 Einzelwerten wird nun
auch die Leistungsspektraldichte bestimmt, wobei wiederum z. B. die Welch-
Methode angewendet wird. Die Methode, die zur Anwendung kommt, sollte iden
tisch zu der im ersten Schritt bei der Referenzabtastung angewendeten Methode
sein.
Das Amplitudenspektrum des Signals einer Messung zum Beispiel an der
Abtastposition "+3" (vergleiche Fig. 4, 5) wird nun über eine Korrelationsanalyse
in den Schritten S7 bzw. S8 mit dem gespeicherten an der Abtastposition "0"
aufgenommenen Referenzspektrum verglichen. Anschließend wird der durch die
Korrelationsanalyse gelieferte Wert gegen einen Schwellenwert bewertet, der in
Fig. 8 mit z. B. 0,98 angegeben ist. Überschreitet der Korrelationsfaktor K diesen
Wert, so befindet sich ein Fremdkörper innerhalb eines unzulässigen Winkel
bereichs. Liegt der Korrelationswert K dagegen unterhalb des Schwellenwerts so
befindet sich die Antennenanordnung 2 nicht über dem Fremdkörper H.
Ausgehend vom Signal eines Abtastvorgangs im Zeitbereich wird ein auto
regressives Modell (AR-Modell)
welches zu den Verfahren der parametrischen Spektralschätzung gehört, gebil
det, und daraus die Frequenzabhängigkeit extrahiert. Die errechneten Koeffizi
enten aν führen in (Gl. 1) zu den Polen der Funktion H(z) in der z-Ebene (trans
formierte Darstellung des Digitalsignals). Diese Pole werden mit
in der s-Ebene mit s = σ + jω als fourier- oder laplacetransformierte Darstellung
des analogen Signals wiedergegeben. In dieser Darstellung kann aufgrund
unterschiedlicher Dämpfung σ und Frequenz ω der einzelnen Polstellen festge
stellt werden, ob sich unter der Antenne ein Fremdkörper befindet oder nicht.
Zudem läßt sich eindeutig feststellen, aus welchem Material der Fremdkörper
besteht.
In der Darstellung der s-Ebene in Fig. 2 sind die Polstellen einer Vielzahl von
Armierungseisenreflexionen I mit kleinen Rauten, die Reflexionen von Kunst
stoffrohren P mit kleinen Quadraten und die Reflexionen von Fremdkörpern H,
die unter einem bestimmten Winkel vom Zentrum der Antenne entfernt liegen,
mit Sternpunkten wiedergegeben. Aus dieser Darstellung ist ersichtlich, daß
sich Armierungseisenreflexionen I durch eine Dämpfung im Bereich σ1 bis σ2 in
einem Frequenzbereich von ω1 bis ω2 charakterisieren lassen und Reflexionen
von Kunststoffrohren P durch σ1 bis σ2 in einem Frequenzbereich von ω2 bis
ω3. Positionen, an denen keine solchen Reflektoren vorliegen werden durch eine
Dämpfung kleiner σ2 detektiert. Eine Unterscheidung der Art der Reflektoren
(Eisen, Kunststoff) wird dann signifikant besser, wenn die Messungen bei ver
schiedenen, insbesondere bei um 90° zueinander gedrehten Antennenpolarisa
tionen, durchgeführt werden. Für eine Identifikation, unter welchem Winkel und
in welcher Entfernung der oder die Fremdkörper unter der Antenne liegen, reicht
die Verwendung einer einfach polarisierten Antenne jedoch aus.
Hinsichtlich einer digitalen Signalverarbeitung basierend auf einem AR-Modell
wird ebenfalls auf die erwähnte Veröffentlichung von Kammeyer/Kroschel
verwiesen.
Je nach Anwendungsfall bieten die beiden vorgestellten Methoden zur
Schätzung des Spektrums von zeitdiskreten Signalen den Vorteil, bei kleinen
Datenmengen gute Ergebnisse zu liefern.
Bei der Welch-Methode wird das diskrete Signal im Zeitbereich in sich über
lappende Teilbereiche zerlegt. Diese Teilbereiche werden mit einer Fensterfunk
tion bewertet und das jeweilige Periodogramm wird bestimmt. Aus dem Mittel
wert dieser Teil-Periodogramme ergibt sich dann der Welch-Schätzwert der
spektralen Leistungsdichte.
Der Vorteil der auf eine Fourier-Transformation gestützten Welch-Methode liegt
in der Überlappung der mit einer Fensterfunktion bewerteten Teilfolgen, so daß
die erforderliche Datenzahl stark reduziert wird. Auch läßt sich die
Frequenzauflösung durch eine gezielte Wahl der Länge der einzelnen Teilfolgen
und der Überlappungen beeinflussen, so daß keine unmittelbare Abhängigkeit
von der zur Verfügung stehenden Datenmenge mehr besteht. Die Welch-Methode
bietet außerdem die Möglichkeit im Vergleich zum herkömmlichen Periodo
gramm (LSD ohne Fensterung und Überlappung) eine höhere Frequenzauflösung
zu erzielen.
Bei Anwendung eines AR-Modells für die Spektralabschätzung werden vom
diskreten Signal im Zeitbereich mittels einer rekursiven Differenzgleichung die
Parameter aν bestimmt, mit Hilfe derer sich die Pole der in Gl. 1 angegebenen
Filterfunktion ermitteln und in der s-Ebene auswerten läßt. AR-Modelle eignen
sich also sehr gut um dominante einzelne Frequenzen eines Signals großer
Bandbreite zu extrahieren.
Auf parametrische Modelle gestützte Verfahren der Spektralabschätzung bieten
den Vorteil, eine gute Frequenzauflösung auch bei sehr kleinen Datenmengen zu
liefern.
Der Wavelet-Analyse liegt der Gedanke zugrunde, das Signal in einem drei
dimensionalen Zeit/Maßstab/Amplituden-Koordinatensystem abzubilden. Der
Vorteil dieser Methode liegt darin, daß die "Fensterfunktion", sich der Frequenz
anpaßt, die untersucht wird, d. h., breite Fenster für niedrige Frequenzen und
schmale Fenster für hohe. Hinsichtlich weiterer Einzelheiten für eine Spektral
abschätzung mittels Wavelet-Analyse wird auf D. E. Newland, An Introduction to
Random Vibrations Spectral & Wavelet Analysis, Longman Group Ltd., GB,
Reprint 1995, Kapitel 17, "Discrete wavelet analysis", S. 294-300 verwiesen.
Eine Verbesserung der Analyse der Radarmeßdaten ist auch durch eine bewer
tete Kombination der drei oben vorgestellten Signalverarbeitungsverfahren
möglich.
Die beschriebenen Signalverarbeitungsverfahren eignen sich nicht nur für das
hier primär im Vordergrund des Interesses stehende Impulsradar, sondern auch
für andere Radartypen, beispielsweise bei Anwendung von Stepped-Frequency-
Radar mit dem bereits erwähnten Vorteil eines besseren Signal/Rausch-Verhält
nisses.
Um ein besseres Signal/Rauschverhältnis zu erzielen, was insbesondere bei der
Analyse von tiefer liegenden Fremdkörpern von Vorteil sein kann, kann bei
Anwendung der Erfindung auch die Durchführung von mehreren Messungen
(z. B. 128 Messungen) pro Meßposition mit anschließender Mittlung der Signale
vor deren Weiterverarbeitung vorgesehen werden.
Mit der Erfindung wurde ein radarbasiertes Verfahren zur zuverlässigen
Entdeckung metallischer oder nichtmetallischer Objekte in unterschiedlichen
Medien, insbesonder in Wänden und dergleichen, vorgestellt, das ohne Bildge
bung auskommt, sich in Detektoren zur Ermittlung versteckter Fremdkörper bei
kleiner Baugröße kostengünstig realisieren läßt und eine Erhöhung der Bedie
nungsfreundlichkeit ermöglicht, weil spezielle Fachkenntnisse bei der Anwen
dung nicht erforderlich sind.
Claims (14)
1. Verfahren zur Entdeckung von Fremdkörpern in einem Medium mittels
Radar, bei dem eine Radarwelle über eine Sende- und Empfangseinheit durch
eine Wandfläche in das Medium eingestrahlt, das in dem Medium reflektierte
Radarsignal erfaßt, voraufbereitet und einer Signalauswertung und -bewertung
unterworfen wird, derart, daß Unterschiede in der Signalform gegenüber
gespeicherten Vergleichswerten von Mustersignalen feststellbar sind, dadurch
gekennzeichnet, daß die Radarwelle über mindestens eine Sendeantenne in
unterschiedliche Richtungen und mit unterschiedlichem Frequenzgehalt bei
ortsfester Positionierung der Sende- und Empfangseinheit in das Medium
eingestrahlt wird, und daß eine Fremdkörpermerkmalsbestimmung mittels eines
auf das voraufbereitete, digitalisierte Empfangssignal angewendeten
Algorithmus' durchgeführt wird, wobei den gespeicherten Vergleichswerten eine
Referenzposition bezüglich des Ablagewinkels des Fremdkörpers zur
Hauptabstrahlrichtung der Sende- und Empfangseinheit zugrundegelegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signal
verarbeitung bei einem Abtastvorgang für eine Mehrzahl von zeitlich auf
einanderfolgenden Abtastpunkten im Zeitbereich durchgeführt, die spektrale
Leistungsdichte ermittelt und mittels einer Korrelationsanalyse gegenüber
einem gespeicherten Referenzspektrum analysiert und der erhaltene Korre
lationswert gegenüber einem vorgebbaren Korrelationsfaktor verglichen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Meßvorgänge
bei verschiedenen, insbesondere bei um 90° zueinander gedrehten Antennen
polarisationen, durchgeführt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signal
verarbeitung mittels eines Welch-Algorithmus' erfolgt.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signal
verarbeitung zur Fremdkörpererkennung mittels eines Algorithmus' auf der
Basis eines autoregressiven Modells mit transformierter Darstellung in der z-
oder s-Ebene, Bestimmung der Polstellen und Vergleich der Dämpfung (σ) und/
oder der Frequenz (ω) dieser Polstellen gegen vorgespeicherte Werte erfolgt.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Signal
verarbeitung zur Fremdkörpererkennung mittels eines Algorithmus' auf der
Basis einer Wavelet-Signalanalyse erfolgt.
7. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß vor einer Signalauswertung und unter Verwendung der zuvor
ermittelten Dielektrizitätskonstante des Mediums unter Berücksichtigung der
Signallaufzeit zwischen Sende- und Empfangssignal mittels Korrelationsanalyse
eine Tiefenbestimmung hinsichtlich der beobachteten Reflexionsschicht erfolgt.
8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekenn
zeichnet, daß zur Verbesserung des Signal/Rauschverhältnisses für das einer
Signalauswertung zugrundezulegende Signal an einer Meßposition eine
Mehrzahl von Abtastvorgängen durchgeführt wird und die erhaltenen Signale
gemittelt werden und dieses dabei erhaltene gemittelte Signal für die Signal
auswertung herangezogen wird.
9. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch eine tiefenabhängige
Verstärkung und/oder Fensterung und/oder Filterung des einer Auswertung
zugrundezulegenden Abtastsignals.
10. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche mit Anwendung von
Impuls-Radar.
11. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis 10 mit
Anwendung von Stepped-Frequency-Radar.
12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche zur Fremdkörper
bestimmung in einem durch eine Wandfläche begrenzten festen Medium wie
Beton, Mauerwerk, Gips, Putz oder Holz.
13. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche in
einem elektromagnetischen Sensor zur Erkennung von Metall- oder Kunststoff-
Einschlüssen in Medien, insbesondere Beton, Ziegelwerk, Gips, Holz oder
Gasen.
14. Anwendung des Verfahrens nach einem der vorstehenden Ansprüche 1 bis
13 in einem Positionssensor.
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