Auswertung von Amplituden/Schall

[Anonym_0173289a8f2a]

Huhu Leute;
ich habe ein paar Fragen und hoffe ihr könnt helfen
im speziellen geht es um Echolot Technik, also Schallinformationen

Bei Auswertung der Amplitude der Messergebnisse gibt es zwei Methoden - zum einem die Scheitelwertmethode oder die Schwellenwertmethode. Welcher ist aufgrund der Meßgenauigkeit der Vorzug zu geben?
Auf einer Zeitachse wird dabei eine Amplitude angezeigt, die das Echo aufzeichnen. Eine Schwellenwertmethode wäre sinnvoll wenn Störsignale ausgeschaltet werden sollen. Aber nach dem Sendestart muss sich das Signal erst aufbauen, erreicht einen Hochwert und schwillt dann ab, obwohl der Sender schon längst abgeschaltet wurde. Bei dem Ultraschall-Echolot werden doch nur kurze Impulse nach einander abgegeben, dessen Antwort das Echo ist. Ist jeder einzelne Impuls als einzelnes auswertbares Messsignal zu werten? Dann währe doch nur der Scheitelwert, also der größte Amplitudenausschlag, das verwertbare Signal, da dort ebenfalls das Sendersignal am stärksten (Hochwert)gewesen ist? Aber um dann die Laufzeit von Empfänger und Sender zu ermitteln und somit die Entfernung zu bestimmen, müßte ich dann doch immer Amplituden von Empfänger und Sender vergleichen, aber das macht man doch nicht, da man doch dann alle einzelnen Senderimpulse vergleichen muss. Oder liege ich da falsch?
zum anderen
Warum ist eine 8-Bit-Auflösung der Amplitude keine sinnvolle mathematische Signalverarbeitung?
Eine 12-Bit Auflösung würde sicherlich mehr einzelinformationen zeigen? Aber mit dem Begriff mathematische Signalverarbeitung komme ich nicht klar?
und meine letzte Frage wäre, warum sich in Abhängigkeit von der Schallgeschwindigkeit eine Auflösung von z.B. 1,8cm in Sole und 0,5cm in Gas ergibt?
Der Ultraschall hat ja in der Sole eine vielfach größer Ausbreitungsgeschwindigkeit als in Gas, wegen des Salze. Verschlechtert sich durch difuse Reflektion in der Sole vielleicht die Auflösung?
Vielen Dank für eure Hilfe

[wurzel_bcc58c]

komplett simulieren:Auswertung von Amplituden/Sch.
Hi,

also ich kenne so ‚ähnliche‘-Aufgaben in der HF-Technik.
Am ‚erfolgreichsten‘ und genauesten erschien mir immer - habe das
nämlich selbst simuliert/berechnet: die Komplett-Nach/Online-Simulation/Brechnung
der gemessenen Signale mittels einen entsprechenden physikalischen Wechselwirkungsmodells. Also in deinen Falle ein Tiefen- und Schichtmodell, o.ä.
Die beiden Ergebnisse: simuliert und gemessen werden dann verglichen und mit Parameter-Optimierung/ ‚Gradienden-Methode‘ etc. kommt man an seinen
gesuchten Parameter (zB Tiefe) mit ein bisschen Rechnerei ran.

Das wird sicherlich für Echolote funktionieren. Es sollte mich wundern, wenn es eine mathematisch ‚genauere‘ Technik gibt. Aber ich lass mich gern belehren .

VG,
-Thomas

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[Anonym]

Hallo,

Bei Auswertung der Amplitude der Messergebnisse gibt es zwei
Methoden - zum einem die Scheitelwertmethode oder die
Schwellenwertmethode. Welcher ist aufgrund der Meßgenauigkeit
der Vorzug zu geben?

Kommt drauf an.

Auf einer Zeitachse wird dabei eine Amplitude angezeigt, die
das Echo aufzeichnen. Eine Schwellenwertmethode wäre sinnvoll
wenn Störsignale ausgeschaltet werden sollen. Aber nach dem
Sendestart muss sich das Signal erst aufbauen, erreicht einen
Hochwert und schwillt dann ab, obwohl der Sender schon längst
abgeschaltet wurde.

Der Sender ist immer schon lange abgeschaltet, wenn das Echo zurückkommt. Was gesendet wurde, ist doch bekannt und muss nicht erst gemessen werden. Zudem würde der starke Sendeimpuls die Empfänger völlig übersteuern und sogar für eine Weile ‚blind‘ machen, weshalb man sie sogar während des Sendens abschaltet.

Bei dem Ultraschall-Echolot werden doch
nur kurze Impulse nach einander abgegeben, dessen Antwort das
Echo ist. Ist jeder einzelne Impuls als einzelnes auswertbares
Messsignal zu werten?

Selbstverständlich. Noch nie ‚Jagd auf Roter Oktober‘ gesehen oder gelesen? Ein einzelner Sendeimpuls reicht völlig aus.
Grad in der Geologie werden doch sogar Sprengungen als Sendeimpuls verwendet, das ist doch auch nur ein einzelner Impuls.

Dann währe doch nur der Scheitelwert,
also der größte Amplitudenausschlag, das verwertbare Signal,
da dort ebenfalls das Sendersignal am stärksten
(Hochwert)gewesen ist?

So einfach ist das nicht. Je nach Oberfläche kommt kein klarer Impuls zurück, sonder nur eine ‚flache Erhebung‘. Und natürlich gibt es nicht nur ein Echo, sondern hunderte in verschiedenen Abständen und Richtungen.
Du must bedenken, dass der Sender nicht nur in eine Richtung ‚abstrahlt‘, sondern kugelförmig in alle möglichen Richtungen gleichzeitig (soweit es das entsprechende Medium zulässt). Daher benutzt man mehrere Sensoren, um mit Computerhilfe durch Vergleich der verschiedenen Empfangssignale herauszufinden, aus welcher Richtung wann welches Echo kam.

Aber um dann die Laufzeit von Empfänger
und Sender zu ermitteln und somit die Entfernung zu bestimmen,
müßte ich dann doch immer Amplituden von Empfänger und Sender
vergleichen,

Nein. Die Amplitude ist nicht entscheidend für die Entfernungsbestimmung, sondern die Laufzeit. Aus der Amplitude kann man nichts bestimmen, da sie zu stark vom Reflektor abhängt.

aber das macht man doch nicht, da man doch dann
alle einzelnen Senderimpulse vergleichen muss. Oder liege ich
da falsch?

Verschiedene Ortungsergebnisse zu vergleichen dient zum einen dazu, zufällige Messfehler auszugleichen (z.B. nur zeitweise vorhandene Hindernisse wie Fische oder aufgetretene Störungen) und natürlich, um Bewegung von Objekten feststellen zu können.

zum anderen
Warum ist eine 8-Bit-Auflösung der Amplitude keine sinnvolle
mathematische Signalverarbeitung?
Eine 12-Bit Auflösung würde sicherlich mehr
einzelinformationen zeigen?

Höhere Auflösung bedeutet zweierlei: zum einen wird die Sache empfindlicher, es können also neben den Echos mit großer Amplitude auch die mit sehr kleiner Amplitude erkannt werden (was ja nicht unbedingt mit der Entfernung zu tun haben muss).
zum zweiten erzeugt die Digitalisierung sogenanntes Quantisierungsrauschen, was die Signalauswertung ebenfalls erschwert.

Aber mit dem Begriff mathematische
Signalverarbeitung komme ich nicht klar?

Aus den empfangenen Signalen wird so viel wie möglich an Informationen geholt. Dazu gibt es einen ganzen Haufen mathematischer Möglichkeiten (Filterung, Korrelation, Mittelung).

und meine letzte Frage wäre, warum sich in Abhängigkeit von
…
vielleicht die Auflösung?

Kann sein, weiß ich aber nicht.

Gruß
loderunner