تعیین عمق و قطر اهداف هادی استوانه‌ای مدفون در محیط پس‌زمینه نامعلوم با استفاده از رادار نفوذ در زمین

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

دانشکده مهندسی دانشگاه فردوسی مشهد

چکیده

رادار نفوذ در زمین یکی از ابزار­های توانمند برای تشخیصِ غیر مخربِ اهدافِ مدفون در زمین است. این رادار می­تواند بر اساس سیگنال دریافت شده ناشی از ارسال موج الکترومغناطیسی به درون زمین، مکان­ و شکل هدف را به‌دست آورد. هدف از این مقاله، تعیین عمق و قطر اهداف هادی استوانه­ای مدفون در محیط پس­زمینه­ی نامعلوم با کمک رادار نفوذ در زمین است. از جمله مصادیق این مسئله می­توان به تشخیص لوله­های آب، نفت و یا گاز در زیر سطح زمین اشاره کرد. بدین منظور، الگوریتم­ راداری SAR مورد استفاده قرار می­گیرد و روش جدیدی برای تخمین عمق و قطر پراکنده­ساز با فرض نامعلوم بودن ضریب گذردهی محیط میزبان پیشنهاد می­شود. هندسه مسئله دوبعدی و پیکربندی آنتن­ها مشابه ساختار­های تجاری چندتک­پایه است. به‌منظور ارزیابی، روش پیشنهادی بر روی داده­های خام مرتبط با اهداف مدفون در عمق یک متری پیاده­سازی می­شود. برای دستیابی به این داده­ها جهت بازسازی شکل پراکنده­ساز از نرم‌افزار GPRMAX_2D استفاده شده است. نتایج حاصل از پیاده­سازی روش پیشنهادی نشان می­دهند که عمق و قطر اهداف با دقت قابل قبولی تخمین زده می­شوند.

کلیدواژه‌ها


[1]     E. C. Utsi, “Ground penetrating radar: theory and practice,” Butterworth-Heinemann, 2017.##
[2]     D. J. Daniels, “Ground penetrating radar,” Encyclopedia of RF and Microwave Engineering, 2005.##
[3]      E. R. Almeida, J. L. Porsani, I. Catapano, G. Gennarelli and F. Soldovieri, “Microwave Tomography-Enhanced GPR in Forensic Surveys: The Case Study of a Tropical Environment,” in IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, vol. 9, no. 1, pp. 115-124, Jan. 2016.##
[4]     R. Solimene, A. Buonanno, R. Pierri, and F. Soldovieri, “Shape reconstruction of 3D metallic objects via a physical optics distributional approach,” AEU - International Journal of Electronics and Communications, vol. 64, no. 2, pp.   142-151, 2010.##
[5]     R. Solimene, I. Catapano, G. Gennarelli, A. Cuccaro, A. Dell'Aversano, and F. Soldovieri, “SAR Imaging Algorithms and Some Unconventional Applications: A unified mathematical overview,” in IEEE Signal Processing Magazine, vol. 31, no. 4, pp. 90-98, July 2014.##
[6]     E. Pettinelli et al., “GPR response from buried pipes: Measurement on field site and tomographic reconstructions,” IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, vol. 47, no. 8, pp. 2639-2645, 2009.##
[7]     R. Pierri, A. Liseno, R. Solimene, and F. Soldovieri, “Beyond physical optics SVD shape reconstruction of metallic cylinders,” IEEE Transactions on Antennas and Propagation, vol. 54, no. 2, pp. 655-665, 2006.##
[8]     A. V. Ristic, D. Petrovacki, and M. Govedarica, “A new method to simultaneously estimate the radius of a cylindrical object and the wave propagation velocity from GPR data,” Computers & Geosciences, vol. 35, no. 8, pp. 1620-1630, 2009.##
[9]     R. Ghozzi, S. Lahouar, and C. Souani, “An Innovative Technique for Estimating the Radius of Buried Cylindrical Targets Using GPR,” in Advances in Remote Sensing and Geo Informatics Applications: Springer, pp. 151-154, 2019.##
[10]  A. Cataldo, E. De Benedetto, G. Cannazza, G. Leucci, L. De Giorgi, and C. Demitri, “Enhancement of leak detection in pipelines through time-domain reflectometry/ground penetrating radar measurements,” in IET Science, Measurement & Technology, vol. 11, no. 6, pp. 696-702, 2017.##
[11]  A. Klotzsche, F. Jonard, M. C. Looms, J. van der Kruk, and J. A. Huisman, “Measuring soil water content with ground penetrating radar: A decade of progress,” Vadose Zone Journal, vol. 17, no. 1, pp. 1-9, 2018.##
[12]  R. Persico and F. Soldovieri, “Effects of uncertainty on background permittivity in one-dimensional linear inverse scattering,” JOSA A, vol. 21, no. 12, 2004.##
[13]  F. Soldovieri, G. Prisco, and R. Persico, “A strategy for the determination of the dielectric permittivity of a lossy soil exploiting GPR surface measurements and a cooperative target,” Journal of Applied Geophysics, vol. 67, no. 4, pp. 288-295, 2009.##
[14]  M. Sahebkari, R. Roohi, H. Atefi, M. S. Majedi, and A. R. Attari, “Positioning of A 2-D PEC Buried Object in an Unknown Host Medium Using Kirchhoff-Based Shape Reconstruction Algorithm,” in Electrical Engineering (ICEE), Iranian Conference on, IEEE, pp. 716-719, 2018.##
[15]  C. Warren, A. Giannopoulos, and I. Giannakis, “gprMax: Open source software to simulate electromagnetic wave propagation for Ground Penetrating Radar,” Computer Physics Communications, vol. 209, pp. 163-170, 2016.##
[16]  R. Solimene, A. Cuccaro, A. Dell'Aversano, I. Catapano, and F. Soldovieri, “Background removal methods in GPR prospecting,” in 2013 European Radar Conference, IEEE, pp. 85-88, 2013.##