Baza wiedzy: Politechnika Warszawska

Ustawienia i Twoje konto

Powrót

Zastosowanie radarów GPR do estymacji przenikalności elektrycznej gruntu

Mariusz Zych

Abstract

In this thesis, the novel methods of soil permittivity estimation, based on GPR image, is presented. Ground penetrating radars are one of the main fields of advancement of modern radiolocation. Because of its broad capabilities, GPR is applied to detect explosives such as mines. What is more GPR is used for archaeological discoveries, to detect damage of bulwarks or roads. In order to determine the depth, at which analyzed object is located, the knowledge of soil permittivity value is required. Majority of commercially available ground penetrating radars uses non-coherent Hough transform, which improve image resolution in movement direction. However, much better results can be obtained using synthetic aperture technique SAR. Regardless of the chosen method, its proper operation is dependent on correctly chosen electrical parameters of tested soil. Only in that case, the optimal GPR image resolution is received. This dissertation presents three methods of proper soil permittivity estimation. The first one is based on SAR image contrast optimization. In order to reduce computational complexity of the algorithm, least square approximation of the image contrast function has been applied. The approximation uses few data points. The method is intended to estimate permittivity value of homogeneous soil. Another solution to the problem uses autofocus technique of GPR image. Iterative, autofocus methods are generally applicable in estimation of motion parameters of the radar platform. Proposed, novel algorithm allows to correctly estimate permittivity value of tested soil. The third algorithm presented in the paper shows the permittivity estimation method of non-homogeneous soil. For that purpose, adaptive lattice filters are used. Each of the lattice filter stage corresponds to individual layer of tested soil. The method estimates values of permittivity and the depth of each layers. Theoretical results presented in the dissertation have been verified using computer simulations. In order to do that, mathematical environment Malab has been used. What is more, the author has tested data collected by commercial simulator of electromagnetic field - CST Studio Suite. Obtained simulation results confirm correctness of theoretical analysis showed in the paper. The paper includes the results of actual measurements carried by GPR demonstrator produced by Telecommunication Research Institute. The author shows measurement results of GPR made of devices belonging to Institute of Electronic Systems, Faculty of Electronics and Information Technologies. Presented results clearly convince about the effectiveness of proposed algorithms of soil permittivity estimation and need for further development in this radar field as well.
Identyfikator pozycji
WUTe6d71d06654545da9883eb6df8542277
Rodzaj dyplomu
Praca doktorska
Autor
Tytuł w języku polskim
Zastosowanie radarów GPR do estymacji przenikalności elektrycznej gruntu
Tytuł w języku angielskim
The application of GPR in soil permittivity estimation
Język
(pl) polski
Jednostka dyplomująca
Wydział Elektroniki i Technik Informacyjnych (WEiTI)
Dyscyplina nauki
elektronika / dziedzina nauk technicznych / obszar nauk technicznych
Status pracy
Obroniona
Data rozpoczęcia
01-10-2010
Data obrony
25-11-2014
Data nadania stopnia
16-12-2014
Promotor
Recenzenci wewnętrzni
Recenzenci zewnętrzni
Mateusz Pasternak Mateusz Pasternak Afiliacja zewnętrzna publikacji: Wojskowa Akademia Techniczna im. Jarosława Dąbrowskiego
Paginacja
156
Słowa kluczowe w języku polskim
Estymacja przenikalności, AutoESP, SAR, GPR, transformata Hougha, adaptacyjna filtracja kratowa, LFM, FMCW, CST Studio Suite,
Streszczenie w języku polskim
W rozprawie przedstawiono nowatorskie metody estymacji przenikalności elektrycznej ziemi na podstawie zobrazowań uzyskanych radarem do sondowań podpowierzchniowych. Radary podziemne GPR (ang. Ground Penetrating Radar) są jedną z głównych dziedzin rozwoju współczesnej radiolokacji. Z racji swoich szerokich możliwości, georadar znajduje zastosowanie w wykrywaniu ładunków wybuchowych, odkryciach archeologicznych, wykrywaniu uszkodzeń wałów przeciwpowodziowych czy też dróg. W celu poprawnego wyznaczenia głębokości, na której znajduje się obiekt konieczna jest informacja o wartości przenikalności elektrycznej analizowanego gruntu. Ponadto, zadawalające operatora zobrazowanie radarowe wymaga zastosowania algorytmów kompresji sygnału w kierunku przemieszczenia. Większość dostępnych na rynku radarów podziemnych wykorzystuje niekoherentną transformatę Hougha celem poprawy rozróżnialności w kierunku sondowań. Niemniej jednak znacznie lepsze wyniki uzyskiwane są dzięki zastosowaniu techniki syntetycznej apertury SAR (ang. Synthetic Aperture Radar). Niezależnie od wyboru metody, poprawne działanie, skutkujące otrzymaniem zobrazowania o optymalnej rozróżnialności, wymaga znajomości parametrów elektrycznych ziemi. W niniejszej pracy przedstawiono trzy metody poprawnej estymacji przenikalności elektrycznej gruntu. Pierwsza z nich opiera się na optymalizacji kontrastu zobrazowania SAR. W celu redukcji złożoności obliczeniowej algorytmu wykorzystano aproksymację średniokwadratową funkcji kontrastu obrazu na podstawie kilku punktów pomiarowych. Metoda estymuje przenikalność elektryczną jednorodnej ziemi. Kolejne rozwiązanie poruszanego problemu wykorzystuje technikę autooginiskowania obrazu radarowego. Metody iteracyjnego autoogniskowania stosowane są powszechnie w estymacji parametrów ruchu nośnika, na którym znajduje się radar. Zaproponowany, nowatorski algorytm estymacji pozwala poprawnie określić wartość przenikalności elektrycznej badanego ośrodka. Trzecim zagadnieniem przedstawionym w pracy jest metoda estymacji przenikalności elektrycznej wielowarstwowej ziemi. W tym celu wykorzystywane są adaptacyjne filtry kratowe. Poszczególne odczepy filtru odpowiadają kolejnym warstwom gruntu. Algorytm estymuje wartości przenikalności oraz grubości warstw. Przedstawione w ramach rozprawy rezultaty teoretyczne poddano weryfikacji przy użyciu symulacji komputerowych. W tym celu wykorzystano środowisko do obliczeń matematycznych Matlab. Autor przedstawia również rezultaty otrzymane przy zastosowaniu komercyjnego symulatora pola elektromagnetycznego CST Studio Suite. Uzyskane wyniki symulacji potwierdzają poprawność analizy teoretycznej przedstawionej w pracy. W pracy przedstawione zostały również wyniki rzeczywistych pomiarów radarem do sondowań podpowierzchniowych. Przebadano sygnały zarejestrowane demonstratorem GPR wykonanym przez ówczesny Przemysłowy Instytut Telekomunikacji S. A. (aktualnie Bumar Elektronika S.A.). Autor przeprowadził także pomiary GPR skonstruowanym przez siebie z urządzeń pomiarowych należących do Instytutu Systemów Elektronicznych wydziału Elektroniki i Technik Informacyjnych. Przedstawione rezultaty w sposób jednoznaczny przekonują o skuteczności działania opracowanych algorytmów estymacji przenikalności, jak również słuszności dalszego rozwoju dziedziny radiolokacji, jakim jest georadar.
Klasyfikacja PKT
423100
Klasyfikacja KBN
32
Klasyfikacja europejska
8030
Plik pracy
  • Plik: 1
    Praca doktorska Mariusza Zycha
Poproś o plik WCAG

Jednolity identyfikator zasobu
https://repo.pw.edu.pl/info/phd/WUTe6d71d06654545da9883eb6df8542277/
URN
urn:pw-repo:WUTe6d71d06654545da9883eb6df8542277

Potwierdzenie
Czy jesteś pewien?
Zgłoszenie uwag dotyczących tej strony