Sebastian Hantscher,
"Recheneffiziente Algorithmen zur Objektidentifikation für materialdurchdringendes UWB-Radar"
, 10-2008
Original Titel:
Recheneffiziente Algorithmen zur Objektidentifikation für materialdurchdringendes UWB-Radar
Sprache des Titels:
Deutsch
Original Kurzfassung:
Ausgangspunkt für diese Dissertation ist die Entwicklung von Konzepten zur Erkennung von Zielen innerhalb oder hinter Materialien, insbesondere die Detektion von Wasserleitungen in Wänden. Zunächst wurde ein Verfahren entwickelt, um aus A-Scans charakteristische Merkmale eines Objektes zu extrahieren. Dazu wurde eine auf Wiener Filterung basierte Radarkalibrierung vorgeschlagen, die es ermöglicht, den frequenzabhängigen Radarquerschnitt zu schätzen. Ein weiterer Schwerpunkt lag auf der Anwendung der Konzepte der synthetischen Apertur für pulsbasierte Radarsysteme im Hinblick auf die Oberflächenrekonstruktion von Objekten. Andererseits wurde besonderes Augenmerk dabei auf die Rechenzeiten gelegt. Es wurden Algorithmen verwendet, die es ermöglichen, trotz eines reduzierten Datenvolumens, die Oberfläche der Leitungen rekonstruieren zu können, und dies mit den konventionellen Verfahren überlegener Recheneffizienz. Zur Verifikation wurden Messungen mit Hilfe der am Institut entwickelten UWB-Hardware unter realen Bedingungen erfolgreich durchgeführt.
Eine wesentliche Eigenschaft abbildender Radarsysteme ist die erzielbare Auflösung, die die Fähigkeit beschreibt, zwei eng benachbarte Objekte noch unterscheiden zu können. Da diese durch die verwendete Bandbreite sowie die Antennen bestimmt wird und damit systembedingt ist, sollte durch geeignete Signalverarbeitungsmethoden die Auflösungsgrenze verschoben werden. Dies führte zur Entwicklung verschiedener Pulstrennungsverfahren. Dabei wurden sowohl korrelationsbasierte Methoden als genetische Optimierungsverfahren entwickelt und für die Problemstellung der Identifizierung angepasst. Anhand eines Experiments von eng benachbarten Rohrleitungen in Gasbeton konnte die Funktionalität der vorgestellten Algorithmik demonstriert werden. Es konnten die Zielobjekte detektiert und anhand ihrer Form identifiziert werden, obwohl ihre Reflexionen in den Rohdaten nicht zu unterscheiden waren.
Sprache der Kurzfassung:
Deutsch
Englische Kurzfassung:
The goal of this research project is the development of concepts for the identification of targets in or behind materials, in particular the detection of water pipes in walls. Initially, a method for the extraction of characteristic feature of a target was proposed. For this purpose a Wiener filter based radar calibration procedure was implemented enabling the estimation of the frequency-dependent radar cross section only using A-scans. Another focus lied on the application of the concepts of the synthetic aperture for pulse based radar in order to reconstruct the surface of the objects. On the other hand, the calculation time was a main point considered during the development of appropriate algorithms. It led to signal processing which is outclass to conventional methods. They were verified by real radar data recorded by the UWB hardware developed at the institute.
A key feature of imaging radar systems is the achievable resolution, describing the ability to distinguish between two targets being close to each other. Because it is defined by the used bandwidth as well as the antenna und therefore system inherent, the goal was to enhance the resolution by appropriate signal processing methods. This led to pulse separation algorithms. Two types of separations methods were developed: correlation based methods and a method based on genetic optimisation. The functionality of the algorithms were demonstrated on a measurement of the water pipes in a gas concrete wall. The pipes were detected and imaged although their echoes were not distinguishable by the raw data.