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DE102023118273A1 - Radar-based detection of near-surface objects - Google Patents

Radar-based detection of near-surface objects Download PDF

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DE102023118273A1
DE102023118273A1 DE102023118273.0A DE102023118273A DE102023118273A1 DE 102023118273 A1 DE102023118273 A1 DE 102023118273A1 DE 102023118273 A DE102023118273 A DE 102023118273A DE 102023118273 A1 DE102023118273 A1 DE 102023118273A1
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DE
Germany
Prior art keywords
radar
antenna
movement trajectory
along
height
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102023118273.0A
Other languages
German (de)
Inventor
Winfried Mayer
Johannes Schlichenmaier
Markus Schartel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Endress and Hauser SE and Co KG
Original Assignee
Endress and Hauser SE and Co KG
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Publication date
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01SRADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/904SAR modes
    • G01S13/9058Bistatic or multistatic SAR

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  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Radar-basierten Ortung (xo, yo, to) etwaiger Objekte (2) unter der Oberfläche (3), wie Landminen, Hohlräume, Metallkörper oder Gesteinsfragmente. Hierzu basiert die Vorrichtung auf einer Antennen-Anordnung (1), die in einer definierten Höhe (h) und entlang einer definierten, lateralen Bewegungstrajektorie (y) relativ über der Oberfläche (3) bewegt wird. Dabei umfasst die Antennen-Anordnung (1) neben einer ersten Radar-Antenne (11), die vertikal (z) nach unten gen Oberfläche (3) gerichtet ist, erfindungsgemäß eine zweite Radar-Antenne (12), die in Bezug zur Bewegungstrajektorie (y) mit einem rechtwinkligen Lateral-Versatz (dx) zur ersten Radar-Antenne (11) angeordnet und in Bezug zur Vertikalen (z) in einem definierten Winkel (α) zur ersten Radar-Antenne (11) hin ausgerichtet ist. Der Lateral-Versatz (dx), der Winkel (α) und die Höhe (h) sind so gewählt, dass sich die Hauptabstrahlrichtungen der Radar-Antennen (11, 12) an der Oberfläche (3) kreuzen. Durch diese erfindungsgemäße Anordnung erhöht sich einerseits die Sende-/Empfangs-Dynamik. Die Abmessung der Antennen-Anordnung (1) bleibt jedoch vergleichsweise kompakt.The invention relates to a device for radar-based location (xo, yo, to) of any objects (2) beneath the surface (3), such as landmines, cavities, metal bodies or rock fragments. For this purpose, the device is based on an antenna arrangement (1) which is moved at a defined height (h) and along a defined, lateral movement trajectory (y) relative to the surface (3). In addition to a first radar antenna (11) which is directed vertically (z) downwards towards the surface (3), the antenna arrangement (1) according to the invention comprises a second radar antenna (12) which is arranged with a right-angled lateral offset (dx) to the first radar antenna (11) in relation to the movement trajectory (y) and is aligned at a defined angle (α) to the first radar antenna (11) in relation to the vertical (z). The lateral offset (dx), the angle (α) and the height (h) are selected so that the main radiation directions of the radar antennas (11, 12) intersect at the surface (3). This arrangement according to the invention increases the transmission/reception dynamics. However, the dimensions of the antenna arrangement (1) remain comparatively compact.

Description

Die Erfindung betrifft Radar-basierte Ortung von Objekten, die sich oberflächennah, also direkt unter einer Oberfläche befinden.The invention relates to radar-based location of objects that are close to the surface, i.e. directly beneath a surface.

Die Eigenschaft von Radar-Signalen, in dielektrische Stoffe eindringen zu können, hat durch die zunehmende Verfügbarkeit von kostengünstigen und kleinen Mikrowellenradaren in der Materialprüfung an Bedeutung gewonnen. Eine Anwendung in diesem Bereich besteht in der Detektion von Objekten bzw. Anomalien in optisch intransparenten, dielektrischen Umgebungen.The ability of radar signals to penetrate dielectric materials has become increasingly important in materials testing due to the increasing availability of inexpensive and small microwave radars. One application in this area is the detection of objects or anomalies in optically opaque, dielectric environments.

Eine spezielle Aufgabe innerhalb dieses breiten Anwendungsgebietes ist die Detektion von Objekten, die nur wenig unter der Oberfläche eines Mediums liegen. Dabei ist die Entfernungsauflösung des entsprechenden Radarverfahrens durch dessen Bandbreite begrenzt: Sofern das zu detektierende Objekt in geringer Tiefe unter der Oberfläche liegt, kann dieses durch die begrenzte Entfernungsauflösung auswertungstechnisch sehr häufig nicht von der Oberflächenreflexion getrennt werden. Außerdem ist die Rückstreuintensität von kleinen Fremdkörpern typischerweise sehr viel kleiner, als derjenigen Ausschnitt der Oberfläche, der von der Hauptabstrahlkeule der entsprechenden Radar-Antenne insgesamt ausgeleuchtet wird. Der vom Objekt reflektierte Anteil im empfangenen Radar-Signal kann daher verschwindend gering sein.A special task within this broad application area is the detection of objects that are only slightly below the surface of a medium. The distance resolution of the corresponding radar method is limited by its bandwidth: If the object to be detected is located a short distance below the surface, it is often not possible to separate it from the surface reflection due to the limited distance resolution. In addition, the backscatter intensity of small foreign bodies is typically much smaller than the section of the surface that is illuminated by the main beam of the corresponding radar antenna. The proportion of the received radar signal reflected by the object can therefore be negligible.

Dieses spezifische Problem tritt beispielsweise bei folgenden Objekt-Arten auf: Knapp unter der Bodenoberfläche vergrabenen Minen, Hohlräumen und Unterspülungen unter einer Fahrbahnoberfläche, Fremdkörpern oder Anomalien knapp unter der Oberfläche von Betonschichten, Estrichschichten, Fehlern in verdichteten Böden in der Bauindustrie, Fremdkörpern aus Maschinen oder Prozessen bei der Herstellung von Lebensmitteln in Flächendurchlaufprozessen, Fremdkörpern unter Folienbeschichtungen, oder Schutz von flächenbearbeitenden Maschinen. In diesem Zusammenhang definiert sich der Begriff „knapp“ unter der Oberfläche als maximal 2 Freiraumwellenlängen der ausgesandten bzw. empfangenen Radar-Signale. Des Weiteren wird das zu detektierende Objekt im Rahmen dieser Erfindung als „klein“ betrachtet, sofern sich dessen Abmessungen maximal in der Größenordnung einer Freiraumwellenlänge des Radar-Signals bewegen.This specific problem occurs, for example, with the following types of objects: mines buried just below the ground surface, cavities and undercuts under a road surface, foreign bodies or anomalies just below the surface of concrete layers, screed layers, defects in compacted soils in the construction industry, foreign bodies from machines or processes in food production in surface-passing processes, foreign bodies under film coatings, or protection of surface-processing machines. In this context, the term "just" below the surface is defined as a maximum of 2 free-space wavelengths of the transmitted or received radar signals. Furthermore, the object to be detected is considered "small" within the scope of this invention if its dimensions are at most in the order of magnitude of a free-space wavelength of the radar signal.

Insbesondere im Kontext der Landminen-Lokalisierung sind Radar-basierte-Detektions-Verfahren bekannt: Ein auf dem Prinzip des „Stripmap-SAR (Synthetic Aperture Radar; im Deutschen auch bekannt als Methode der Synthetischen Apertur)“ beruhendes Verfahren wird beispielsweise in der Nicht-Patent-Literatur Heinzel et al.; „Focussing Methods for Ground Penetrating MIMO SAR Imaging within Half-Spaces of Different Permittivity“; EUSAR 2016; Hamburg June 2016 beschrieben. Das dortige Verfahren basiert auf der Verwendung einer Antennen-Anordnung, die mindestens zweier versetzt angeordneter Radar-Antennen umfasst, wodurch der Ort vergrabener Objekte dreidimensional abgebildet werden kann. Um den Ort genau bestimmen zu können, ist es notwendig, den Versatz der zwei Antennen entsprechend groß zu wählen.Radar-based detection methods are known, particularly in the context of landmine localization: A method based on the principle of “Stripmap-SAR (Synthetic Aperture Radar; in German also known as the synthetic aperture method)” is described in the non-patent literature, for example Heinzel et al.; “Focussing Methods for Ground Penetrating MIMO SAR Imaging within Half-Spaces of Different Permittivity”; EUSAR 2016; Hamburg June 2016 The method described there is based on the use of an antenna arrangement that includes at least two offset radar antennas, which allows the location of buried objects to be mapped three-dimensionally. In order to be able to determine the location precisely, it is necessary to choose an appropriately large offset between the two antennas.

In der Veröffentlichungsschrift DE 102017112210 A1 wird ein Radar-basiertes Verfahren zur Ermittlung des Ortes einer in einem Suchgebiet befindlichen Landmine beschrieben: In diesem Fall wird die Oberfläche des entsprechenden Suchgebietes mittels einer Drohne entlang einer quasi geschlossen kreisförmigen Trajektorie in einer definierten Flughöhe überflogen, wobei die Drohne eine Radar-basierte Vorrichtung umfasst, dessen Antennen-Anordnung auf einer seitlich schräg gen Kreisinneres ausgerichteten Radar-Antenne basiert. Während des Umfliegens werden durch die Vorrichtung regelmäßig Distanzwerte bzw. die entsprechenden Signallaufzeiten erfasst, unter Zuordnung der jeweils korrespondierenden Flugposition. Anhand der Flugpositions-abhängigen Signallaufzeiten und der Flughöhe wird im Anschluss mittels der Methode der synthetischen Apertur der Ort der Landmine ermittelt. Das kreisförmige Umfliegen des Suchgebietes bedingt allerdings einen hohen zeitlichen Aufwand pro Fläche.In the publication DE 102017112210 A1 a radar-based method for determining the location of a landmine in a search area is described: In this case, the surface of the corresponding search area is flown over by a drone along a quasi-closed circular trajectory at a defined altitude, whereby the drone comprises a radar-based device whose antenna arrangement is based on a radar antenna aligned laterally at an angle towards the inside of the circle. While flying around, the device regularly records distance values or the corresponding signal propagation times, assigning the corresponding flight position. Based on the flight position-dependent signal propagation times and the flight altitude, the location of the landmine is then determined using the synthetic aperture method. However, flying around the search area in a circle requires a lot of time per area.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die Suche von oberflächennahen Objekten, wie Landminen, insbesondere unter diesen Gesichtspunkten zu verbessern.The invention is therefore based on the object of improving the search for near-surface objects, such as landmines, in particular from these points of view.

Die Erfindung löst diese Aufgabe durch eine Vorrichtung zur Radar-basierten Ortung eines Objekts unter einer Oberfläche, wobei die Vorrichtung hierzu folgende Komponenten umfasst:

  • - Eine Antennen-Anordnung, die in einer definierten Höhe und in einer definierten, lateralen Bewegungstrajektorie relativ über der Oberfläche bewegbar ist, mit
    • ◯ einer ersten Radar-Antenne, die in etwa vertikal (also +/- 5°) nach unten gen Oberfläche gerichtet ist,
    • ◯ einer zweiten Radar-Antenne, die in Bezug zur Bewegungstrajektorie mit einem ersten, rechtwinkligen Lateral-Versatz zur ersten Radar-Antenne angeordnet und in Bezug zur Vertikalen in einem definierten Winkel zur ersten Radar-Antenne hin ausgerichtet ist,
    wobei der Lateral-Versatz, der Winkel und die Höhe derart gewählt sind, dass sich Hauptabstrahlrichtungen der Radar-Antennen in etwa an der Oberfläche kreuzen,
  • - eine Hochfrequenz-Einheit, mittels der an definierten Positionen entlang der Bewegungstrajektorie jeweils
    • ◯ ein Radar-Signal gemäß eines definierten Radar-Verfahrens in eine der Radar-Antennen einkoppelbar und nach Reflektion am Objekt mittels der anderen Radar-Antenne als Empfangs-Signal empfangbar ist, und
  • - eine Auswerte-Einheit, welche ausgelegt ist,
    • ◯ für jede Position entlang der Bewegungstrajektorie gemäß des Radar-Verfahrens anhand der Radar-Signale jeweils eine entsprechende Laufzeit und Intensität einer vom Objekt verursachten Reflektion zu ermitteln, und
    • ◯ mittels der Methode der synthetischen Apertur anhand der Höhe, der ermittelten Laufzeiten und der Intensität, sowie den korrespondierenden Positionen entlang der Bewegungstrajektorie den Ort des Objektes zumindest lateral zu bestimmen.
The invention solves this problem by a device for radar-based location of an object beneath a surface, wherein the device comprises the following components:
  • - An antenna arrangement which is movable at a defined height and in a defined lateral movement trajectory relative to the surface, with
    • ◯ a first radar antenna, which is directed approximately vertically (i.e. +/- 5°) downwards towards the surface,
    • ◯ a second radar antenna, which is arranged with a first, right-angled lateral offset to the first radar antenna in relation to the movement trajectory and is aligned at a defined angle to the first radar antenna in relation to the vertical,
    where the lateral offset, the angle and the height are chosen such that the main distance beam directions of the radar antennas intersect approximately at the surface,
  • - a high-frequency unit, by means of which at defined positions along the movement trajectory
    • ◯ a radar signal can be coupled into one of the radar antennas according to a defined radar method and, after reflection from the object, can be received as a reception signal by the other radar antenna, and
  • - an evaluation unit which is designed
    • ◯ to determine for each position along the movement trajectory according to the radar method, based on the radar signals, a corresponding travel time and intensity of a reflection caused by the object, and
    • ◯ to determine the location of the object, at least laterally, using the synthetic aperture method based on the height, the determined travel times and the intensity, as well as the corresponding positions along the movement trajectory.

Sofern der Winkel, unter dem die zweite Antenne ausgerichtet ist, berücksichtigt wird, kann die Auswerte-Einheit bei entsprechender Auslegung zusätzlich die Tiefe des Objektes unter der Oberfläche bestimmen. Hierdurch kann als Objekt beispielsweise eine Landmine, ein Hohlraum, ein Metallkörper oder ein Gesteinsfragment detektiert werden.If the angle at which the second antenna is aligned is taken into account, the evaluation unit can also determine the depth of the object below the surface if designed accordingly. This means that an object such as a landmine, a cavity, a metal body or a rock fragment can be detected.

Durch die erfindungsgemäße Anordnung der Antennen ergibt sich als synergetischer Effekt, dass einerseits die Sende-/Empfangs-Dynamik für ein zu detektierendes, kleines Objekt erhöht wird. Andererseits wird die dominierende, flächenhafte Oberflächenreflexion aufgrund des Snellius' schen Gesetzes weggespiegelt und von der Empfangsantenne entsprechend weniger stark aufgenommen. Außerdem kann der Lateral-Versatz der Antennen zueinander bzw. die Abmessung der Antennen-Anordnung insgesamt jedoch vergleichsweise kompakt gehalten werden.The arrangement of the antennas according to the invention results in a synergistic effect in that, on the one hand, the transmission/reception dynamics for a small object to be detected is increased. On the other hand, the dominant, planar surface reflection is reflected away due to Snell's law and is therefore less strongly received by the receiving antenna. In addition, the lateral offset of the antennas relative to one another and the dimensions of the antenna arrangement as a whole can be kept comparatively compact.

Zur Bestimmung der Signallaufzeiten kann in der Hochfrequenz-Einheit bzw. in der Auswerte-Einheit als Radar-Verfahren beispielsweise das FMCW- oder Pulslaufzeit-Verfahren implementiert werden. Die Frequenz, mit der die erfindungsgemäße Vorrichtung das Radar-Signal generiert bzw. aussendet, ist vorzugsweise so zu wählen, dass es möglichst gut am Objekt reflektiert wird, ohne von der Oberfläche, wie dem Boden des Suchgebietes reflektiert zu werden. Hierzu bietet es sich erfindungsgemäß an, dass die Hochfrequenz-Einheit das Radar-Signal mit einer Frequenz von höher als 0.5 GHz und insbesondere in einem Frequenzband von 1 GHz bis 10 GHz erzeugt. Optimal ist es in diesem Zusammenhang außerdem, wenn die zweite Antenne in Bezug zur Vertikalen in einem Winkel zwischen 30° und 60° ausgerichtet ist.To determine the signal propagation times, the FMCW or pulse propagation time method can be implemented in the high-frequency unit or in the evaluation unit as a radar method. The frequency with which the device according to the invention generates or transmits the radar signal should preferably be selected so that it is reflected as well as possible by the object without being reflected by the surface, such as the floor, of the search area. For this purpose, it is advisable according to the invention for the high-frequency unit to generate the radar signal at a frequency of higher than 0.5 GHz and in particular in a frequency band of 1 GHz to 10 GHz. In this context, it is also optimal if the second antenna is aligned at an angle of between 30° and 60° in relation to the vertical.

Um die Relativbewegung der Antennen-Anordnung zur Oberfläche zu erreichen, kann die erfindungsgemäße Vorrichtung beispielsweise ein Fahrzeug oder ein Luftfahrzeug wie einen Multicopter umfassen, mittels dem die Antennen-Anordnung in der definierten Höhe entlang der definierten, lateralen Bewegungstrajektorie über die Oberfläche geführt wird. Dabei kann
das unbemannte Luftfahrzeug bzw. das Landfahrzeug mit einem Satelliten- oder trägheitsgestützten Navigationsverfahren, oder einem optisch gestützten Navigationsverfahrens ausgestattet werden, um sich hierauf basierend möglichst beschleunigungsfrei entlang der Bewegungstrajektorie zu bewegen. Optional können die Satelliten- bzw. trägheitsgestützten Positionen aufgezeichnet bzw. etwaige Abweichungen zur geplanten Bewegungstrajektorie erfasst werden, um die Methode der synthetischen Apertur hinsichtlich der Bestimmung des Ortes des Objektes entsprechend zu korrigieren.
In order to achieve the relative movement of the antenna arrangement to the surface, the device according to the invention can comprise, for example, a vehicle or an aircraft such as a multicopter, by means of which the antenna arrangement is guided over the surface at the defined height along the defined, lateral movement trajectory.
the unmanned aircraft or the land vehicle can be equipped with a satellite or inertia-based navigation system, or an optically supported navigation system, in order to move along the movement trajectory with as little acceleration as possible. Optionally, the satellite or inertia-based positions can be recorded or any deviations from the planned movement trajectory can be recorded in order to correct the synthetic aperture method accordingly with regard to determining the location of the object.

Im Gegensatz zu derjenigen Variante, bei der die Antennen-Anordnung über die fixe Oberfläche bewegt wird, ist es im Rahmen der Erfindung außerdem denkbar, dass die Antennen-Anordnung in der definierten Höhe statisch angeordnet ist und die zu untersuchende Oberfläche mit dem zu detektierenden Objekt entgegen der Bewegungstrajektorie unter der Antennen-Anordnung her bewegt wird, wie beispielsweise auf einem Förderband.In contrast to the variant in which the antenna arrangement is moved over the fixed surface, it is also conceivable within the scope of the invention that the antenna arrangement is arranged statically at the defined height and the surface to be examined with the object to be detected is moved against the movement trajectory under the antenna arrangement, such as on a conveyor belt.

Welche der zwei Radar-Antennen zum Senden bzw. zum Empfang dient, ist aufgrund der reziproken Radar-Ausbreitungseigenschaften prinzipiell egal. Die Hochfrequenz-Einheit kann das Radar-Signal entweder über die zweite, schräg angeordnete Radar-Antenne gen Oberfläche aussenden und das entsprechende Empfangs-Signal nach Reflektion über die erste, vertikal nach unten ausgerichtete Radar-Antenne empfangen, oder genau umgekehrt. Zur Erhöhung der Detektionswahrscheinlichkeit bei natürlichen Oberflächen mit unbekannten, leichten Neigungen kann die Antennen-Anordnung optional außerdem eine dritte Radar-Antenne umfassen, welche korrespondierend zur ersten Radar-Antenne in etwa vertikal nach unten gerichtet ist, jedoch einen horizontalen Versatz zur ersten Radar-Antenne aufweist und wie die erste Radar-Antenne zum Empfang dient. Hierzu können in der Auswerte-Einheit entsprechende, interferometrische bzw. phasenbasierte Verfahren zu Anwendung kommen, die sich auf die von den zwei Radar-Antennen empfangenen Signale beziehen.Which of the two radar antennas is used for sending or receiving is in principle irrelevant due to the reciprocal radar propagation properties. The high-frequency unit can either transmit the radar signal towards the surface via the second, obliquely arranged radar antenna and receive the corresponding reception signal after reflection via the first, vertically downward-oriented radar antenna, or vice versa. To increase the probability of detection on natural surfaces with unknown, slight inclines, the antenna arrangement can optionally also include a third radar antenna, which is directed approximately vertically downwards in accordance with the first radar antenna, but has a horizontal offset from the first radar antenna and, like the first radar antenna, is used for receiving. For this purpose, appropriate interferometric or phase-based methods can be used in the evaluation unit, which relate to the signals received by the two radar antennas.

Da zur erfindungsgemäßen Objekt-Detektion die Höhe der Antennen-Anordnung über der Oberfläche bekannt bzw. korrekt eingestellt sein muss, kann die Hochfrequenz-Einheit so ausgelegt werden, dass sie beispielsweise in einem speziell hierfür konzipierten Modus der Vorrichtung das Radar-Signal über die erste Antenne aussendet und nach Reflektion an der Oberfläche wiederum über die erste Antenne empfängt, um anhand der entsprechenden Signallaufzeit die tatsächliche, momentane Höhe zu bestimmen. In diesem Fall kann die Vorrichtung bei etwaiger Abweichung der Höhe von ihrem Sollwert diese ggf. entsprechend nachregeln.Since the height of the antenna arrangement above the surface is required for object detection according to the invention, che must be known or correctly set, the high-frequency unit can be designed so that, for example, in a specially designed mode of the device, it sends out the radar signal via the first antenna and, after reflection on the surface, receives it again via the first antenna in order to determine the actual, current altitude based on the corresponding signal propagation time. In this case, the device can adjust the altitude accordingly if it deviates from its target value.

Das zur erfindungsgemäßen Vorrichtung korrespondierende Verfahren zur Radar-basierten Detektion des Ortes des Objekts an der Oberfläche umfasst folgende Verfahrensschritte:

  • - Relative Bewegung der Antennen-Anordnung in einer definierten Höhe über der Oberfläche und in der definierten, lateralen Bewegungstrajektorie, wobei in definierten Positionen entlang der Bewegungstrajektorie gemäß des Radar-Verfahrens anhand der jeweiligen Radar-Signale jeweils entsprechende Laufzeiten ermittelt werden, und
  • - Bestimmung des Objektes am Ort anhand der Höhe, der ermittelten Laufzeiten sowie der korrespondierenden Positionen entlang der Bewegungstrajektorie.
The method for radar-based detection of the location of the object on the surface corresponding to the device according to the invention comprises the following method steps:
  • - Relative movement of the antenna arrangement at a defined height above the surface and in the defined lateral movement trajectory, whereby in defined positions along the movement trajectory according to the radar method, corresponding travel times are determined based on the respective radar signals, and
  • - Determination of the object at the location based on the height, the determined travel times and the corresponding positions along the movement trajectory.

Dabei ist es vorteilhaft, die Antennen-Anordnung entlang der Bewegungstrajektorie relativ mit einer derartigen Geschwindigkeit zu bewegen und/oder die jeweilige Signallaufzeit mit einer derartigen Taktrate zu bestimmen, so dass die einzelnen Positionen, an denen in Bezug zur Bewegungstrajektorie jeweils die Laufzeit bestimmt wird, einem Abstand von maximal einer halben Wellenlänge des Radar-Signals aufweisen. Hierdurch ist eine hinreichende Ortsauflösung des zu detektierenden Objektes sichergestellt.It is advantageous to move the antenna arrangement along the movement trajectory at such a speed and/or to determine the respective signal runtime at such a clock rate that the individual positions at which the runtime is determined in relation to the movement trajectory are spaced apart by a maximum of half a wavelength of the radar signal. This ensures sufficient spatial resolution of the object to be detected.

Zu einer zweidimensionalen Visualisierung des Ortes des Objektes entlang der Bewegungstrajektorie kann ein Algorithmus der gefilterten Rückprojektion angewendet werden. Dies kann wiederum auf einem mobilen Endgerät, wie einem Tablet-PC dargestellt werden.A filtered back projection algorithm can be used to create a two-dimensional visualization of the object's location along the motion trajectory. This can then be displayed on a mobile device such as a tablet PC.

Anhand der nachfolgenden Figur wird die Erfindung näher erläutert. Es zeigt:

  • 1: Eine erfindungsgemäße Antennen-Anordnung zur SAR-basierten Suche von Objekten unter einer Oberfläche.
The invention is explained in more detail using the following figure. It shows:
  • 1 : An inventive antenna arrangement for SAR-based search of objects beneath a surface.

Bildgebende Verfahren, die auf Radar-basierter Laufzeitmessung basieren und allgemein zur Lokalisierung von Objekten eingesetzt werden, sind technisch bereits ausgereift und werden kommerziell eingesetzt. Sie basieren auf dem Prinzip des sogenannten „Synthetic Aperture Radar“ (SAR; zu Deutsch: „Verfahren der synthetischen Apertur“) und werden unter anderem bereits zur Erfassung von Gelände-Topografien mittels Satellitengestütztem Radar eingesetzt. Hierzu wird die zu untersuchende Oberfläche 3 mit einer entsprechenden Vorrichtung entlang einer definierten Bewegungstrajektorie y und in einer bekannten Höhe h überflogen, wobei durch eine Antennen-Anordnung 1 der Vorrichtung an definierten Positionen yi entlang der Bewegungstrajektorie y jeweils ein Radar-Signal SHF gen Oberfläche 3 ausgesendet und nach dortiger Reflektion als Empfangs-Signal RHF empfangen wird. Dabei erfolgt das Aussenden und der Empfang auf Basis eines definierten Laufzeitverfahrens, wie dem FMCW- oder Pulslaufzeit-Verfahren. Zur Erzeugung und Verarbeitung der Radar-Signale SHF, RHF umfasst die Vorrichtung je nach implementiertem Laufzeitverfahren eine geeignete Hochfrequenz-Einheit, die im Falle des FMCW-Verfahrens sendeseitig beispielsweise auf einer PLL („Phase Locked Loop“) basiert und empfangsseitig auf einem Mischer und anschließender Fouriertransformation.Imaging methods that are based on radar-based time-of-flight measurement and are generally used to locate objects are already technically mature and are in commercial use. They are based on the principle of the so-called “synthetic aperture radar” (SAR) and are already used, among other things, to record terrain topographies using satellite-based radar. For this purpose, the surface 3 to be examined is flown over with a corresponding device along a defined movement trajectory y and at a known height h, with an antenna arrangement 1 of the device sending a radar signal S HF towards the surface 3 at defined positions y i along the movement trajectory y and receiving it as a received signal R HF after reflection there. The transmission and reception take place on the basis of a defined time-of-flight method, such as the FMCW or pulse time-of-flight method. To generate and process the radar signals S HF , R HF , the device comprises, depending on the implemented time-of-flight method, a suitable high-frequency unit which, in the case of the FMCW method, is based on a PLL (“Phase Locked Loop”) on the transmitting side, for example, and on a mixer and subsequent Fourier transformation on the receiving side.

Gemäß des Prinzips des „Ground Penetrating Radar“ ist es bekannt, die Antennen-Anordnung 1 nicht vertikal nach unten gen Oberfläche 3 auszurichten, sondern in Bezug zur Vertikalen z in einem definierten Winkel α zwischen 30° und 60°. Hierdurch wird die Intensität des Empfangs-Signals RHF nicht von der Reflektion des ausgesandten Radar-Signals SHF an der Oberfläche 3 dominiert, sondern die Intensität resultiert zu einem hinreichenden Anteil auch von der Reflektion am etwaigen, zu detektierenden Objekt 2 unterhalb der Oberfläche 3. Unterstützt wird dies zudem dadurch, dass die Hochfrequenz-Einheit auf Radar-Frequenzen oberhalb von 0.5 GHz, vorzugsweise in einem Frequenzband zwischen 1 GHz und 10 GHz eingestellt wird.According to the principle of "ground penetrating radar", it is known that the antenna arrangement 1 is not aligned vertically downwards towards the surface 3, but rather at a defined angle α between 30° and 60° in relation to the vertical z. As a result, the intensity of the received signal R HF is not dominated by the reflection of the transmitted radar signal S HF on the surface 3, but the intensity also results to a sufficient extent from the reflection on any object 2 to be detected below the surface 3. This is also supported by the fact that the high-frequency unit is set to radar frequencies above 0.5 GHz, preferably in a frequency band between 1 GHz and 10 GHz.

1 zeigt ein hierzu entsprechendes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Antennen-Anordnung 1. Erfindungsgemäß ist jedoch eine erste Radar-Antenne 11 der Antennen-Anordnung 1 vertikal nach unten ausgerichtet, während eine zweite Antenne 12 im Gegensatz in einem Winkel α von 45° in Bezug zur Vertikalen angeordnet ist, und zwar mit Ausrichtung x zur ersten Antenne 11 hin. Dabei bezieht sich der Begriff „Ausrichtung“ in Bezug zu den Radar-Antennen 11, 12 auf deren Hauptabstrahlrichtungen. 1 shows a corresponding embodiment of the antenna arrangement 1 according to the invention. According to the invention, however, a first radar antenna 11 of the antenna arrangement 1 is aligned vertically downwards, while a second antenna 12 is arranged in contrast at an angle α of 45° in relation to the vertical, with alignment x towards the first antenna 11. The term "alignment" in relation to the radar antennas 11, 12 refers to their main radiation directions.

Gleichzeitig ist die zweite Radar-Antenne 12 mit einem definierten, lateralen Versatz dx zur ersten Radar-Antenne 11 angeordnet. Dabei ist der laterale Versatz dx gemäß des Zusammenhangs d x = h tan ( α )

Figure DE102023118273A1_0001
bemessen. Hieraus folgt, dass sich die Hauptabstrahlrichtungen der zwei Radar-Antennen 11, 12 an der Oberfläche 3 kreuzen, sofern sich die Radar-Antennen 11, 12 genau in der vorgesehenen Höhe h befinden, wie in 1 illustriert ist. Hieraus wird zudem ersichtlich, dass die laterale Achse x, die durch den lateralen Versatz dx zwischen den zwei Radar-Antennen 11, 12 ausgebildet wird, möglichst senkrecht zur Bewegungstrajektorie y verlaufen muss. Diese Vorgabe ist bei der Positionierung der Antennen-Anordnung 1 an demjenigen (Luft-) Fahrzeug der erfindungsgemäßen Vorrichtung, welches die Antennen-Anordnung 1 während der Ortung trägt, konstruktiv bzw. steuerungstechnisch entsprechend zu berücksichtigen. Bei der Darstellung in 1 ist die Bewegungstrajektorie y geradlinig. Prinzipiell ist es jedoch auch denkbar, dass die Bewegungstrajektorie y einen lateral zickzackförmigen, elliptischen, kreisförmigen oder kreissegmentförmigen Verlauf aufweist.At the same time, the second radar antenna 12 is arranged with a defined lateral offset dx to the first radar antenna 11. The lateral offset dx is determined according to the relationship d x = h tan ( α )
Figure DE102023118273A1_0001
It follows that the main radiation directions of the two radar antennas 11, 12 cross at the surface 3, provided that the radar antennas 11, 12 are located exactly at the intended height h, as in 1 This also shows that the lateral axis x, which is formed by the lateral offset dx between the two radar antennas 11, 12, must run as perpendicularly as possible to the movement trajectory y. This requirement must be taken into account in terms of design and control technology when positioning the antenna arrangement 1 on the (air) vehicle of the device according to the invention which carries the antenna arrangement 1 during the location. In the representation in 1 the movement trajectory y is straight. In principle, however, it is also conceivable that the movement trajectory y has a laterally zigzag, elliptical, circular or circular segment-shaped course.

Vorteilhaft an der in 1 dargestellten, erfindungsgemäßen Antennen-Anordnung 1 ist, dass der Einfluss der Oberfläche 3 als störende Reflexionsquelle durch die um 45° gekippte Ausrichtung der zweiten Radar-Antenne 12 minimiert wird, durch die senkrechte Ausrichtung der ersten Antenne 11 jedoch eine hohe Sende-/Empfangsdynamik ermöglicht wird.Advantageous in 1 The advantage of the antenna arrangement 1 according to the invention shown is that the influence of the surface 3 as a disturbing reflection source is minimized by the orientation of the second radar antenna 12 tilted by 45°, but the vertical orientation of the first antenna 11 enables a high transmission/reception dynamic.

Gemäß des SAR-Prinzips wird anhand jedes ausgesandten bzw. empfangenen Radar-Signals SHF, RHF von einer in 1 nicht explizit dargestellten Auswerte-Einheit der Vorrichtung eine entsprechende Laufzeit ti bzw. Signal-Intensität Si ermittelt. Diese wird wiederum derjenigen Position yi der Vorrichtung auf der Bewegungstrajektorie y zugeordnet, an welcher das zugrundeliegende Radar-Signal SHF, RHF ausgesendet und empfangen wird. Dabei kann die Auswerte-Einheit bei entsprechender Auslegung die Signal-Intensität Si komplexwertig bzw. unter Berücksichtigung der Phase erfassen. Auf das SAR-Verfahren wirkt sich dies insofern vorteilhaft aus, als dass in diesem Fall etwaige Phasenkorrekturen nicht durch entsprechende Laufzeitkorrekturen ersetzt werden müssen.According to the SAR principle, each transmitted or received radar signal S HF , R HF is calculated from a 1 A corresponding runtime t i or signal intensity S i is determined by the device's evaluation unit (not explicitly shown). This is then assigned to the position y i of the device on the movement trajectory y at which the underlying radar signal S HF , R HF is transmitted and received. If designed accordingly, the evaluation unit can record the signal intensity S i in a complex value or taking the phase into account. This has an advantageous effect on the SAR method in that in this case any phase corrections do not have to be replaced by corresponding runtime corrections.

Insgesamt wird auf Basis des SAR-Verfahrens über die Bewegungstrajektorie y ein Datensatz an Datenpunkten aufgenommen, wobei jeder Datenpunkt

  • - die - immer gleiche - Höhe h,
  • - die jeweilige Position yi auf der Bewegungstrajektorie y, und
  • - die entsprechende Laufzeit ti bzw. Signalintensität Si umfasst. Die Anzahl an Datenpunkten innerhalb des Datensatzes ergibt sich wiederum aus
  • - der Länge der Bewegungstrajektorie y
  • - der relativen Geschwindigkeit der Vorrichtung entlang der Bewegungstrajektorie y, und
  • - der Messrate, in der die Radar-Signale SHF, RHF ausgesendet/empfangen werden.
Overall, based on the SAR method, a data set of data points is recorded over the motion trajectory y, with each data point
  • - the - always the same - height h,
  • - the respective position y i on the motion trajectory y, and
  • - the corresponding runtime t i or signal intensity S i . The number of data points within the data set is again determined by
  • - the length of the motion trajectory y
  • - the relative speed of the device along the motion trajectory y, and
  • - the measurement rate at which the radar signals S HF , R HF are transmitted/received.

Auf den resultierenden Datensatz ist die Methode der synthetischen Apertur anwendbar. Hierdurch kann ein entsprechend implementierter Algorithmus in der Auswerte-Einheit der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand des aufgenommenen Datensatzes den Ort xo, yo des Objektes 2 zumindest lateral bestimmen. Unter rechnerischem Miteinbezug des Winkels α und der zumindest ungefähr bekannten Dielektrizitätszahl in der Umgebung des Objektes 2 unter der Oberfläche 3 kann zudem die Tiefe t0 des etwaigen Objektes 2 unterhalb der Oberfläche 3 bestimmt werden.The synthetic aperture method can be applied to the resulting data set. This allows an appropriately implemented algorithm in the evaluation unit of the device according to the invention to determine the location x o , y o of the object 2 at least laterally based on the recorded data set. By mathematically including the angle α and the at least approximately known dielectric constant in the vicinity of the object 2 below the surface 3, the depth t 0 of any object 2 below the surface 3 can also be determined.

Daraus resultiert, dass die Dichte an Datenpunkten entlang der Bewegungstrajektorie y umso höher ist, je langsamer die Geschwindigkeit bzw. je höher die Messrate ist. Dabei steigt mit der Dichte an Datenpunkten der Kontrast bzw. die Intensität der Objektreflexion. Mit der Länge der Bewegungstrajektorie y und mit der Bandbreite des Radar-Signals steigt wiederum die Auflösungsfähigkeit in Lateralrichtung x sowie in der Tiefe z bzw. t0.This means that the density of data points along the movement trajectory y is higher the slower the speed or the higher the measurement rate. The contrast or the intensity of the object reflection increases with the density of data points. The resolution in the lateral direction x and in the depth z or t 0 increases with the length of the movement trajectory y and the bandwidth of the radar signal.

Um eine hinreichende Eindeutigkeit der Auflösung in Richtung der Bewegungstrajektorie y zu erzielen, sind diese Parameter so zu wählen, dass die Datenpunkte bzw. die Positionen yi jeweils einen Abstand von maximal derjenigen halben Wellenlänge aufweist, die der mittleren Frequenz des Radar-Signals SHF, RHF entspricht.In order to achieve a sufficient unambiguous resolution in the direction of the motion trajectory y, these parameters must be chosen such that the data points or the positions y i each have a distance of at most half the wavelength that corresponds to the mean frequency of the radar signal S HF , R HF .

Das Bezugssystem, auf welches sich die ermittelten Ortskoordinaten xo, yo, t0 des Objektes 2 beziehen, ist im Rahmen der Erfindung per se nicht fest vorgegeben. Es kann ein lokaler Bezugspunkt definiert werden. In diesem Fall kann auf optische Triangulations-Methoden (beispielsweise Laser-basiert mit entsprechenden Reflektoren) zurückgegriffen werden, um die Position yi der Vorrichtung in Bezug zum lokalen Bezugspunkt zu ermitteln. Als Bezugssystem bietet sich aber auch das geographische Koordinatensystem an. Hierzu kann die erfindungsgemäße Vorrichtung bspw. mit einem GPS-Empfänger („Global Positioning System“) ausgestattet werden, so dass sie ihre Position yi und somit den Ort xo, yo, t0 des etwaigen Objektes 2 in geographischen Koordinaten ermitteln kann. Vorteilhaft hieran ist, dass die Vorrichtung während der Ortung auf Basis ihrer GPS-Position yi eine etwaige Abweichung von der Bewegungstrajektorie y bzw. von der gewählten Höhe h feststellen kann. Dies kann zum entsprechenden Gegensteuern des (Luft-) Fahrzeuges und/oder zur nachträglichen, rechnerischen Kompensation dieser Abweichung innerhalb der Algorithmik zur synthetischen Apertur genutzt werden.The reference system to which the determined location coordinates x o , y o , t 0 of the object 2 refer is not fixed per se within the scope of the invention. A local reference point can be defined. In this case, optical triangulation methods (for example laser-based with corresponding reflectors) can be used to determine the position y i of the device in relation to the local reference point. The geographical coordinate system can also be used as a reference system. For this purpose, the device according to the invention can, for example, be equipped with a GPS receiver (“Global Positioning System”) so that it can determine its position y i and thus the location x o , y o , t 0 of any object 2 in geographical coordinates. The advantage of this is that the device can determine any deviation from the movement trajectory y or from the selected height h during the location determination on the basis of its GPS position y i . This can be used to counteract the (air) vehicle and/or to subsequently calculate Compensation for this deviation can be used within the synthetic aperture algorithm.

Bezugszeichenlistelist of reference symbols

11
Antennen-Anordnungantenna arrangement
22
Objektobject
33
Oberflächesurface
1111
Erste Radar-AntenneFirst radar antenna
1212
Zweite Radar-AntenneSecond radar antenna
dxdx
Lateral-Versatzlateral offset
hh
Höhe der Antennen-Anordnung über der Oberflächeheight of the antenna array above the surface
toto
Tiefe des Objektes in Bezug zur OberflächeDepth of the object in relation to the surface
RHFRHF
Reflektiertes Radar-SignalReflected radar signal
SHFSHF
Radar-Signalradar signal
yy
Bewegungstrajektoriemovement trajectory
yiyi
Positionen entlang der Bewegungstrajektoriepositions along the motion trajectory
zz
Vertikalevertical
αα
Winkel der zweiten Antenne in Bezug zur VertikalenAngle of the second antenna relative to the vertical

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102017112210 A1 [0006]DE 102017112210 A1 [0006]

Zitierte Nicht-PatentliteraturCited non-patent literature

  • Heinzel et al.; „Focussing Methods for Ground Penetrating MIMO SAR Imaging within Half-Spaces of Different Permittivity“; EUSAR 2016; Hamburg June 2016 [0005]Heinzel et al.; “Focussing Methods for Ground Penetrating MIMO SAR Imaging within Half-Spaces of Different Permittivity”; EUSAR 2016; Hamburg June 2016 [0005]

Claims (16)

Vorrichtung zur Radar-basierten Detektion eines Objekts (2) an einem Ort (xo, yo, to) unter einer Oberfläche (3), umfassend: - Eine Antennen-Anordnung (1), die in einer definierten Höhe (h) und entlang einer definierten, lateralen Bewegungstrajektorie (y) relativ über der Oberfläche (3) bewegbar ist, mit ◯ einer ersten Radar-Antenne (11), die in etwa vertikal (z) nach unten gen Oberfläche (3) gerichtet ist, ◯ einer zweiten Radar-Antenne (12), die in Bezug zur Bewegungstrajektorie (y) mit einem ersten, rechtwinkligen Lateral-Versatz (dx) zur ersten Radar-Antenne (11) angeordnet und in Bezug zur Vertikalen (z) in einem definierten Winkel (α) zur ersten Radar-Antenne (11) hin ausgerichtet ist, wobei der Lateral-Versatz (dx), der Winkel (α) und die Höhe (h) derart gewählt sind, dass sich Hauptabstrahlrichtungen der Radar-Antennen (11, 12) in etwa an der Oberfläche (3) kreuzen, - eine Hochfrequenz-Einheit, mittels der an definierten Positionen (yi) entlang der Bewegungstrajektorie (y) jeweils ◯ ein Radar-Signal (SHF) gemäß eines definierten Radar-Verfahrens in eine der Radar-Antennen (11, 12) einkoppelbar und nach Reflektion am Objekt (2) mittels der anderen Radar-Antenne (11, 12) als Empfangs-Signal (RHF) empfangbar ist, und - eine Auswerte-Einheit, welche ausgelegt ist, ◯ für jede Position (yi) entlang der Bewegungstrajektorie (y) gemäß des Radar-Verfahrens anhand des jeweiligen Radar-Signals (SHF, RHF) eine entsprechende Laufzeit (ti) und Intensität (Si) einer vom Objekt (2) verursachten Reflektion zu ermitteln, und ◯ um mittels der Methode der synthetischen Apertur anhand der Höhe (h), der ermittelten Laufzeiten (ti) Intensität, sowie den korrespondierenden Positionen (yi) entlang der Bewegungstrajektorie (y) den Ort (xo, yo) des Objektes (2) zumindest lateral zu bestimmen.Device for radar-based detection of an object (2) at a location (x o , y o , t o ) under a surface (3), comprising: - an antenna arrangement (1) which is movable at a defined height (h) and along a defined, lateral movement trajectory (y) relative to the surface (3), with ◯ a first radar antenna (11) which is directed approximately vertically (z) downwards towards the surface (3), ◯ a second radar antenna (12) which is arranged with a first, right-angled lateral offset (dx) to the first radar antenna (11) in relation to the movement trajectory (y) and is aligned with the first radar antenna (11) at a defined angle (α) in relation to the vertical (z), wherein the lateral offset (dx), the angle (α) and the height (h) are selected such that that the main radiation directions of the radar antennas (11, 12) intersect approximately at the surface (3), - a high-frequency unit, by means of which at defined positions (y i ) along the movement trajectory (y) ◯ a radar signal (S HF ) can be coupled into one of the radar antennas (11, 12) in accordance with a defined radar method and, after reflection at the object (2), can be received as a received signal (R HF ) by the other radar antenna (11, 12), and - an evaluation unit which is designed ◯ for each position (y i ) along the movement trajectory (y) in accordance with the radar method based on the respective radar signal (S HF , R HF ) to determine a corresponding runtime (t i ) and intensity (S i ) of a reflection caused by the object (2), and ◯ to use the method of synthetic Aperture to determine the location (x o , y o ) of the object (2) at least laterally based on the height (h), the determined travel times (t i ) intensity, as well as the corresponding positions (y i ) along the movement trajectory (y). Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Auswerte-Einheit ausgelegt ist, anhand des Winkels (α) zusätzlich eine Tiefe (t0) des Objektes (2) in Bezug zur Vertikalen (z) zu bestimmen.device according to claim 1 , wherein the evaluation unit is designed to additionally determine a depth (t 0 ) of the object (2) in relation to the vertical (z) based on the angle (α). Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei in der Hochfrequenz-Einheit und in der Auswerte-Einheit zur Bestimmung der Signallaufzeiten (ti) als Radar-Verfahren das FMCW- oder Pulslaufzeit-Verfahren implementiert ist.device according to claim 1 or 2 , whereby the FMCW or pulse transit time method is implemented as radar method in the high frequency unit and in the evaluation unit for determining the signal transit times (t i ). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hochfrequenz-Einheit ausgelegt ist, die Radar-Signale (SHF, RHF) mit einer Frequenz von höher als 0.5 GHz, insbesondere in einem Frequenzband von 1 GHz bis 10 GHz zu erzeugen bzw. zu verarbeiten.Device according to one of the preceding claims, wherein the high-frequency unit is designed to generate or process the radar signals (S HF , R HF ) with a frequency of higher than 0.5 GHz, in particular in a frequency band from 1 GHz to 10 GHz. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: - Ein Fahrzeug, mittels welchem die Antennen-Anordnung (1) in der definierten Höhe (h) entlang der definierten, lateralen Bewegungstrajektorie (y) über die Oberfläche (3) bewegbar ist.Device according to one of the preceding claims, comprising: - A vehicle by means of which the antenna arrangement (1) can be moved at the defined height (h) along the defined lateral movement trajectory (y) over the surface (3). Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, umfassend: - Ein insbesondere unbemanntes Luftfahrzeug wie einen Multicopter, mittels welchem die Antennen-Anordnung (1) in der definierten Höhe (h) entlang der definierten, lateralen Bewegungstrajektorie (y) insbesondere vertikal über die Oberfläche (3) führbar ist.device according to claim 1 until 4 , comprising: - An in particular unmanned aircraft such as a multicopter, by means of which the antenna arrangement (1) can be guided at the defined height (h) along the defined, lateral movement trajectory (y), in particular vertically over the surface (3). Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, wobei das unbemannte Luftfahrzeug bzw. das Fahrzeug ausgelegt ist, sich auf Basis eines Satelliten- oder trägheitsgestützten Navigationsverfahrens, und/oder eines optisch gestützten Navigationsverfahrens insbesondere beschleunigungsfrei entlang der Bewegungstrajektorie (y) zu bewegen.device according to claim 5 or 6 , wherein the unmanned aircraft or the vehicle is designed to move along the movement trajectory (y) on the basis of a satellite or inertia-based navigation method and/or an optically supported navigation method, in particular without acceleration. Vorrichtung nach Anspruch 7, die ausgelegt ist, die Satelliten- bzw. trägheitsgestützten Positionen (yi) aufzuzeichnen und etwaige Abweichungen zur Bewegungstrajektorie (y) zu erfassen, um die Methode der synthetischen Apertur entsprechend zu korrigieren. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, wobei die Antennen-Anordnung (1) in der definierten Höhe (h) statisch angeordnet ist, und wobei die zu untersuchende Oberfläche (3) entgegen der Bewegungstrajektorie (y) unter der Antennen-Anordnung (1) her bewegbar ist.device according to claim 7 , which is designed to record the satellite or inertia-based positions (y i ) and to detect any deviations from the movement trajectory (y) in order to correct the synthetic aperture method accordingly. Device according to claim 1 until 4 , wherein the antenna arrangement (1) is statically arranged at the defined height (h), and wherein the surface to be examined (3) is movable counter to the movement trajectory (y) beneath the antenna arrangement (1). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hochfrequenz-Einheit ausgelegt ist, das Radar-Signal (SHF) über die zweite Radar-Antenne (12) gen Boden (3) auszusenden und das Empfangs-Signal (RHF) nach Reflektion über die erste, vertikal nach unten ausgerichtete Radar-Antenne (11) zu empfangen.Device according to one of the preceding claims, wherein the high-frequency unit is designed to transmit the radar signal (S HF ) via the second radar antenna (12) towards the ground (3) and to receive the received signal (R HF ) after reflection via the first radar antenna (11) aligned vertically downwards. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Antenne (12) in Bezug zur Vertikalen (z) in einem Winkel (α) zwischen 30° und 60°, insbesondere 45° ausgerichtet ist.Device according to one of the preceding claims, wherein the second antenna (12) is aligned with respect to the vertical (z) at an angle (α) between 30° and 60°, in particular 45°. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Antennen-Anordnung (1) eine dritte Radar-Antenne umfasst, welche in etwa vertikal (z) nach unten gerichtet ist und einen horizontalen Versatz zur ersten Radar-Antenne (11) aufweist.Device according to one of the preceding claims, wherein the antenna arrangement (1) comprises a third radar antenna which is directed approximately vertically (z) downwards and has a horizontal offset to the first radar antenna (11). Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Hochfrequenz-Einheit ausgelegt ist, das Radar-Signal (SHF, RHF) über die erste Antenne (11) auszusenden und nach Reflektion zu empfangen, und wobei die Auswerte-Einheit ausgelegt ist, anhand der entsprechenden Signallaufzeit (ti) die Höhe (h) zu bestimmen.Device according to one of the preceding claims, wherein the high frequency unit is designed to transmit the radar signal (S HF , R HF ) via the first antenna (11) and, after reflection, to received, and wherein the evaluation unit is designed to determine the height (h) based on the corresponding signal propagation time (t i ). Verfahren zur Radar-basierten Detektion des Ortes (xo, yo, to) des Objekts (2) an der Oberfläche (3) mittels der Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, folgende Verfahrensschritte umfassend: - Relative Bewegung der Antennen-Anordnung (1) in einer definierten Höhe (h) über der Oberfläche (3) und in der definierten, lateralen Bewegungstrajektorie (y), wobei in definierten Positionen (yi) entlang der Bewegungstrajektorie (y) gemäß des Radar-Verfahrens anhand der jeweiligen Radar-Signale (SHF, RHF) jeweils entsprechende Laufzeiten (ti) ermittelt werden, und - Bestimmung des Objektes (2) am Ort (xo, yo, to) anhand der Höhe (h), der ermittelten Laufzeiten (ti) sowie der korrespondierenden Positionen (yi) entlang der Bewegungstrajektorie (y).Method for radar-based detection of the location (x o , y o , t o ) of the object (2) on the surface (3) by means of the device according to one of the preceding claims, comprising the following method steps: - relative movement of the antenna arrangement (1) at a defined height (h) above the surface (3) and in the defined, lateral movement trajectory (y), wherein in defined positions (y i ) along the movement trajectory (y) according to the radar method corresponding travel times (t i ) are determined on the basis of the respective radar signals (S HF , R HF ), and - determination of the object (2) at the location (x o , y o , t o ) on the basis of the height (h), the determined travel times (t i ) and the corresponding positions (y i ) along the movement trajectory (y). Verfahren nach Anspruch 13, wobei die Antennen-Anordnung (1) entlang der Bewegungstrajektorie (y) relativ mit einer derartigen Geschwindigkeit bewegt und/oder die jeweilige Signallaufzeit (ti) mit einer derartigen Taktrate bestimmt wird, so dass die einzelnen Positionen (yi), an denen in Bezug zur Bewegungstrajektorie (y) jeweils die Laufzeit (ti) bestimmt wird, einem Abstand von maximal einer halben Wellenlänge des Radar-Signals SHF, RHF aufweisen.procedure according to claim 13 , wherein the antenna arrangement (1) is moved relatively along the movement trajectory (y) at such a speed and/or the respective signal propagation time (t i ) is determined at such a clock rate, so that the individual positions (y i ) at which the propagation time (t i ) is determined in relation to the movement trajectory (y) are spaced apart by a maximum of half a wavelength of the radar signal S HF , R HF . Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 14, wobei zu einer zweidimensionalen Visualisierung des Ortes (xo, yo, to) des Objektes (2) entlang der Bewegungstrajektorie (y) ein Algorithmus der gefilterten Rückprojektion angewendet wird.Method according to at least one of the Claims 13 until 14 , wherein a filtered back projection algorithm is applied for a two-dimensional visualization of the location (x o , y o , t o ) of the object (2) along the motion trajectory (y). Verfahren nach Anspruch 13 bis 15, wobei als Objekt (2) eine Landmine, ein Hohlraum, ein Metallkörper oder ein Gesteinsfragment detektiert wird.procedure according to claim 13 until 15 , wherein the object (2) detected is a landmine, a cavity, a metal body or a rock fragment.
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