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Modern GPR Target Recognition Methods
Traditional GPR target recognition methods include pre-processing the data by
removal of noisy signatures, dewowing (high-pass filtering to remove
low-frequency noise), filtering, deconvolution, migration (correction of the
effect of survey geometry), and can rely on the simulation of GPR responses.
The techniques usually suffer from the loss of information, inability to adapt
from prior results, and inefficient performance in the presence of strong
clutter and noise. To address these challenges, several advanced processing
methods have been developed over the past decade to enhance GPR target
recognition. In this chapter, we provide an overview of these modern GPR
processing techniques. In particular, we focus on the following methods:
adaptive receive processing of range profiles depending on the target
environment; adoption of learning-based methods so that the radar utilizes the
results from prior measurements; application of methods that exploit the fact
that the target scene is sparse in some domain or dictionary; application of
advanced classification techniques; and convolutional coding which provides
succinct and representatives features of the targets. We describe each of these
techniques or their combinations through a representative application of
landmine detection.Comment: Book chapter, 56 pages, 17 figures, 12 tables. arXiv admin note:
substantial text overlap with arXiv:1806.0459
A doppler range compensation for step-frequency continuous-wave radar for detecting small UAV
Step-frequency continuous-wave (SFCW) modulation can have a role in the detection of small unmanned aerial vehicles (UAV) at short range (less than 1–2 km). In this paper, the theory of SFCW range detection is reviewed, and a specific method for correcting the possible range shift due to the Doppler effect is devised. The proposed method was tested in a controlled experimental set-up, where a free-falling target (i.e., a corner reflector) was correctly detected by an SFCW radar. This method was finally applied in field for short-range detection of a small UAV
Radar Technology
In this book “Radar Technology”, the chapters are divided into four main topic areas: Topic area 1: “Radar Systems” consists of chapters which treat whole radar systems, environment and target functional chain. Topic area 2: “Radar Applications” shows various applications of radar systems, including meteorological radars, ground penetrating radars and glaciology. Topic area 3: “Radar Functional Chain and Signal Processing” describes several aspects of the radar signal processing. From parameter extraction, target detection over tracking and classification technologies. Topic area 4: “Radar Subsystems and Components” consists of design technology of radar subsystem components like antenna design or waveform design
M-sequenze based ultra-wideband radar and its application to crack detection in salt mines
Die vorliegende Dissertation beschreibt einen innovativen ultra-breitband
(UWB)elektromagnetischen Sensor basierend auf einem
Pseudo-Rauschverfahren.Der Sensor wurde für zerstörungsfreies Testen in
zivilen Anwendungen entwickelt.Zerstörungsfreies Testen entwickelt sich zu
einem immer wichtiger werdenden Bereich in Forschung und Entwicklung. Neben
unzähligen weiteren Anwendungen und Technologien, besteht ein primäres
Aufgabenfeld in der Überwachung und Untersuchung von Bauwerken und
Baumaterialien durch berührungslose Messung aus der Ferne.Diese Arbeit
konzentriert sich auf das Beispiel der Auflockerungszone im Salzgestein.Der
Hintergrund und die Notwendigkeit, den Zustand der oberflächennahen
Salzschichten in Salzminen kennen zu müssen, werden beleuchtet und die
Messaufgabe anhand einfacher theoretischer Überlegungen beschrieben. Daraus
werden die Anforderungen für geeignete UWB Sensoren abgeleitet. Die
wichtigsten Eigenschaften sind eine sehr hohe Messband breite sowie eine sehr
saubere Systemimpulsantwort frei von systematischen Gerätefehlern. Beide
Eigenschaften sind notwendig, um die schwachen Rückstreuungen
der Auflockerungen trotz der unvermeidlichen starken Oberflächenreflexion
detektieren zu können.Da systematische Fehler bei UWB Geräten technisch
nicht von vorne herein komplett vermeidbar sind, muss der Sensor eine
Gerätekalibrierung erlauben, um solche Fehler möglichst gut zu
unterdrücken.Aufgrund der genannten Anforderungen und den Nebenbedingungen
der Messumgebung unter Tage, wurde aus den verschiedenen UWB-Technologien
ein Prinzip ausgewählt, welches pseudozufällige Maximalfolgen als
Anregungssignal benutzt. Das M-Sequenzkonzept dient als Ausgangpunkt für
zahlreiche Weiterentwicklungen. Ein neues Sendemodul erweitert dabei die
Messbandbreite auf 12~GHz. Die äquivalente Abtastrate wird um den Faktor
vier auf 36~GHz erhöht, ohne den geringen Abtastjitter des ursprünglichen
Konzepts zu vergrössern.Weiterhin wird die Umsetzung eines
Zweitormesskopfes zur Erfassung von S-Parametern sowie einer automatische
Kalibriereinheit beschrieben. Etablierte Kalibrierverfahren aus dem Bereich
der Netzwerkanalyse werden kurz rekapituliert und die Adaption des 8-Term
Verfahrens mit unbekanntem Transmissionsnormal für das
M-Sequenzsystem beschrieben. Dabei werden Kennwerte vorgeschlagen, die dem
Bediener unter Tage einfach erlauben, die Kalibrierqualität einzuschätzen
und Hinweise auf mögliche Gerätefehler oder andere Probleme zu bekommen.
Die Kalibriergenauigkeit des neuen Sensors im Labor wird mit der eines
Netzwerkanalysators verglichen. Beide Geräte erreichen eine störungsfreie
Dynamik von mehr als 60~dB in den Systemimpulsantworten für Reflexion und
Transmission.Der neu entwickelte UWB Sensor wurde in zahlreichen Messungen
in Salzminen in Deutschland getestet. Zwei Messbeispiele werden vorgestellt
- ein sehr alter, kreisrunder Tunnel sowie ein ovaler Tunnelstumpf,
welcher kurz vor den Messungen erst aufgefahren wurde. Messaufbauten und
Datenverarbeitung werden beschrieben. Schließlich werden Schlussfolgerungen
und Vorschläge für zukünftige Arbeiten mit dem neuen M-Sequenzsensor sowie
der Messung von Auflockerungen im Salzgestein diskutiert.This dissertation describes an innovative ultra-wideband
(UWB) electromagnetic sensor device based on a pseudo-noise principle
developed in the context of non-destructive testing in civil
engineering.Non-destructive testing is becoming a more and more important
fieldfor researchers and engineers alike. Besides the vast field of
possibleapplications and testing technologies, a prime and therefore
typical topic is the inspection and monitoringof constructions and
materials by means of contactless remote sensing techniques.This work
focuses on one example the assessment of the disaggregation zone in salt
rock tunnels.The background and relevance of knowing the state of salt rock
layers near a tunnel's surface are explainedand simple theoretical
considerations for requirements of suitable UWB sensor devices are shown.
The most important sensor parameters are a very large measurement bandwidth
and a very clean impulse response. The latterparameter translates into the
mandatory application of calibration techniques to remove systematic errors
of the sensor system itself. This enables detection of weak scattering
responses from near-surface disaggregation despite the presence of a strong
surface reflection.According to the mentioned requirements and other side
conditions in salt mine environments an UWB sensor principlebased on
pseudo-noise stimuli namely M-Sequences is selected as a starting point for
system development. A newtransmitter frontend for extending the stimulus
bandwidth up to 12~GHz is presented. Furthermore, a technique for
increasing the (equivalent) sampling rate while keeping the stable and
low-jitter sampling regime of the M-Sequencesapproach is introduced and its
implementation is shown. Moreover, an automatic calibration unit for full
two-port coaxial calibration of the new UWB sensor has been developed.
Common calibration techniques from the area of vector network analysers are
shortly reviewed and a reasonablealgorithm the 8-term method with an
unknown line standard - is selected for the M-Sequences device. The 8-term
method is defined in the frequency domain and is adapted for use with time
domain devices. Some performance figures and comparisonwith calibration
results from network analysers are discussed to show the effectiveness of
the calibration.A spurious-free dynamic range of the time domain impulse
responses in excess of 60~dB has been achieved for reflection as well as
transmission measurements.The new UWB sensor was used in various real world
measurements in different salt mines throughout Germany. Two
measurementexamples are described and results from the disaggregation zone
of a very old and a freshly cut tunnel will be presented. Measurement setup
and data processing are discussed and finally some conclusions for future
work on this topic are drawn
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