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Tecniche di super-risoluzione spaziale per l'analisi e l'elaborazione del segnale georadar

Informazioni tesi

  Autore: Luigi Tranquillo
  Tipo: Laurea liv.II (specialistica)
  Anno: 2009-10
  Università: Università degli Studi Roma Tre
  Facoltà: Ingegneria
  Corso: Ingegneria elettronica
  Relatore: Francesco Benedetto
  Lingua: Italiano
  Num. pagine: 95

Il Ground Penetrating Radar è una tra le più efficaci ed efficienti tecnologie di ispezione del sottosuolo, in particolare le applicazioni del GPR nell’ambito della sicurezza stradale sono usate sempre più di frequente per il rilevamento dei degradi, della percentuale di argilla e del grado di umidità. Uno dei problemi principali incontrati nell’utilizzo di questa tecnica è la risoluzione la quale influisce fortemente sulle prestazioni dello strumento; inoltre la richiesta crescente per l’alta risoluzione conduce alla ricerca di nuovi specifici metodi di predizione più efficienti da poter utilizzare. Lavori precedenti sul GPR [1] hanno dimostrato che in termini di sensibilità dello strumento, alla presenza di materiali argillosi nel dominio del tempo, buoni risultati sono stati ottenuti per quanto riguarda la correlazione tra ritardi del segnale e percentuali di argilla. In argomento di analisi in frequenza, invece, le variazioni di densità legate all’incremento di argilla non sono leggibili, e se ciò fosse possibile dipenderebbe in gran parte dal contributo fornito dall’acqua. A tal proposito la nostra indagine riguarderà tecniche di super-risoluzione per cercare di risolvere un maggiore numero di dettagli analizzando il segnale GPR.
Questa tesi si propone il compito di analizzare il segnale che viene rilevato dal sistema GPR (Ground Penetrating Radar) e si propaga in un terreno. Gli ambiti di applicazione di questa tecnologia sono molteplici, ciò che più ci riguarda da vicino è il campo della sicurezza stradale che impiega il GPR come strumento efficiente di monitoraggio ed ispezione del sottosuolo. Un’analisi dettagliata del segnale può fornire informazioni sullo spessore degli strati, sul grado di umidità e sulla presenza di vuoti che possono comportare ammaloramenti nell’asfalto. Nasce da ciò l’esigenza di estrarre il maggior numero possibile di informazioni dal segnale GPR e di conseguenza la necessità di ricercare tecniche innovative per avere una risoluzione maggiore ed un’immagine più dettagliata. Le principali tecniche adottate in passato si basano sullo studio nel dominio del tempo con una calibrazione dei modelli annessi; si è passati poi ad un approccio basato sull’elaborazione del segnale nel dominio della frequenza, tale metodo si basa sulla veloce trasformata di Fourier; successivamente si è utilizzato uno studio congiunto basato sull’analisi del segnale in entrambi i domini, del tempo e della frequenza, fino alle recenti tecniche di super-risoluzione come MUSIC (Multiple Signal Classification), SAR (Synthetic Aperture Radar) o CPM (Combined Processing Method) che analizzeremo dettagliatamente nei prossimi paragrafi.
In particolare il primo capitolo tratterà lo stato dell’arte sul georadar descrivendone le modalità di funzionamento. Nel secondo capitolo si parlerà dei principi su cui di base la tecnica GPR e si descrivirà la strumentazione utilizzata. Nel terzo capitolo si descrivaranno i campi di applicazione in cui il georadar è utilizzato facendo riferimento anche alle applicazioni possibili nel prossimo futuro. Nel quarto si andrà ad analizzare in dettaglio il metodo innovativo utilizzato in questa tesi. Infine nel quinto si andranno ad analizzare i risultati descrivendo le migliorie che comportano.

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Il sistema GPR CAPITOLO I : IL SISTEMA GPR 1. Cenni Storici Il termine georadar o G.P.R. (Ground Penetrating Radar), identifica una apparecchiatura radar dedicata all’indagine del sottosuolo, delle strutture e dei manufatti in genere. La parola radar deriva dalla denominazione inglese “radio detection and ranging” (radiorilevamento e misura della distanza), adoperata universalmente per indicare le apparecchiature con le quali si effettuano, per mezzo di onde elettromagnetiche, rilevamenti della posizione di oggetti.[1] L’uso di segnali elettromagnetici per rilevare oggetti interrati è citato per la prima volta in un brevetto tedesco del 1910 (Leimbach e Löwy); lo sviluppo di questa tecnica ha però subito un incremento negli anni ‘30 nello studio della profondità degli strati rocciosi. L’interesse per il GPR è cresciuto negli anni ‘60 grazie agli investimenti relativi alle spedizioni sulla Luna e per la guerra del Vietnam. Nel 1974 Lerner ottenne il primo brevetto [2] per la rilevazione di tunnel sotterranei e di mine in Corea, ma nessuna delle due applicazioni ebbe grande successo. Altri brevetti furono in seguito consegnati a Morey [3], a Young [4] e Caldecott [5]. Negli anni successivi il GPR fu applicato ai servizi pubblici ed all’ingegneria civile. Il GPR è uno strumento molto efficiente per l’individuazione e la rilevazione di oggetti sepolti; è molto utilizzato in svariati ambiti, quali quello geofisico, agricolo, geologico ed archeologico in quanto essendo una tecnica non invasiva permette di analizzare la struttura del sottosuolo senza avviare uno scavo, azione che Luigi Tranquillo 5

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Parole chiave

analisi non invasive
applicazioni gpr
georadar
gpr
matlab
pavimentazione stradale
signal processing
super-risoluzione

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