| Near field wide band high resolution techniques for GPR imaging (Techniques de haute résolution pour l’imagerie GPR en champ proche et à large bande) Manase, Pamela - (2023-10-06) / Université de Rennes - Near field wide band high resolution techniques for GPR imaging
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Langue : Anglais Directeur(s) de thèse: Ferro-Famil, Laurent; D'Errico, Raffaele Discipline : Télécommunications Laboratoire : IETR Ecole Doctorale : MATISSE Classification : Sciences de l'ingénieur Mots-clés : Géoradar, Techniques d’analyse spectrale, GPR techniques de focalisation, Synthetic Aperture
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Résumé : Un géoradar est un système d’imagerie non destructif capable de détecter des cibles dans un milieu diélectrique hétérogène. La réponse 2D de la cible mesurée par le géoradar pendant l’acquisition du B-scan a la forme d’une hyperbole en raison des différents trajets d’onde qui sont fonction du déplacement. Par conséquent, des techniques de focalisation sont nécessaires pour localiser la position réelle de la cible. La résolution des méthodes de focalisation géoradar conventionnelles est limitée par la largeur de bande du signal ainsi que par l’ouverture synthétique du réseau. Par conséquent, lorsque les cibles sont séparées par une distance inferieure a la résolution de Fourier, celles-ci ont tendance à être interprétées comme une seule cible en raison de la faible résolution spatiale des méthodes de focalisation géoradar conventionnelles. Dans ce travail, des techniques d’analyse spectrale adaptées à l’origine a des applicatifs champ lointain a bande étroite sont proposées pour surmonter la limitation de résolution des méthodes d’imagerie géoradar conventionnelles. L’utilisation de techniques d’analyse spectrale avec des données bande en champ proche nécessite des ajustements significatifs qui seront couverts dans cette étude. Les résultats obtenus montrent que les méthodes d’analyse spectrale ont permis d’augmenter de manière significative la résolution dans les directions de l’élévation et de l’azimut. Ceci a été démontré par leur capacité à séparer des cibles dont la distance de séparation des cibles était inférieure a la résolution de Fourier. En outre, nous avons montré que grâce à la capacité de résolution de focalisation élevée des méthodes spectrales, il était possible d’estimer les cibles avec précision malgré une taille réduite du réseau d’antennes ainsi que de la bande passante (jusqu’à une demi-bande) respectivement. De plus, les performances de précision d’estimation entre les méthodes classiques de focalisation géoradar (qui dépendent de la résolution de Fourier) et les techniques d’analyse spectrale (qui dépendent de l’estimation de précision des données de la matrice de covariance) ont été comparées et analysées. Enfin, les algorithmes proposes ont été testes dans un scenario réel en les appliquant aux données expérimentales de mesure géoradar. Abstract : Ground Penetrating Radar (GPR) is a non-destructive imaging system that is able to detect targets in heterogeneous dielectric medium. The 2D response of target measured by GPR during B-scan acquisition is in form of hyperbola shape due to the different wave paths as a function of displacement. Hence, focusing techniques are required to localize the true position of the target. Resolution of conventional GPR focusing methods are limited by signal bandwidth and array synthetic aperture. As a consequence, when the targets are separated by a distance which is less than Fourier resolution, they tend to be interpreted as a single target due to poor spatial resolution of the conventional GPR focusing methods. In this work, spectral analysis techniques that are originally adapted to narrow band far field are proposed to overcome resolution limitation of conventional GPR imaging methods. The use of spectral analysis techniques with GPR data that are acquired in near field wide band configuration requires significant adjustments which will be covered in this study. The obtained results exhibit that, spectral analysis methods were able to increase significantly the resolution along range and azimuth directions. This was demonstrated by their ability to separate targets with offset distance that was less than Fourier resolution. Furthermore, we showed that thanks to high focusing resolution capability of spectral methods, it was possible to estimate targets accurately with a reduced size of azimuth sampling positions and bandwidth respectively. In addition to this, estimation accuracy performances between classical focusing GPR methods (which depend on Fourier resolution) and spectral analysis techniques (which depend on accuracy estimation of covariance matrix data) were compared and analysed. Finally, our proposed algorithms were tested in real life scenario by applying them on GPR measurement data. | |||