Adım frekanslı sürekli dalga radar kullanarak katmanlı ortamda katman kalınlığı kestirimi
Layer thickness estimation in layered media using step-frequency continuous wave radar
- Tez No: 935340
- Danışmanlar: PROF. DR. ERCAN YALDIZ
- Tez Türü: Doktora
- Konular: Elektrik ve Elektronik Mühendisliği, Electrical and Electronics Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Konya Teknik Üniversitesi
- Enstitü: Lisansüstü Eğitim Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Elektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 122
Özet
Yeraltı katmanlarının veya çok katmanlı yapıların katman kalınlığı kestirimi (LTE), yere nüfuz eden radarın (GPR) en önemli uygulamalarından biridir. Yol kaplamalarının LTE'si, gereken onarım çalışmalarını önermek için mekanik tepkilerin değerlendirilmesinde kullanılabilir. Ulaşım altyapılarının erken ve etkili tahribatsız LTE'si, zamandan tasarruf ve bakım maliyetlerinde azalma sağlamasıyla ekonomik ve toplumsal kalkınma için hayati öneme sahiptir. Barajların ve köprülerin yapısını incelemek için LTE'ye olan ihtiyaç daha acil ve belirgin hale gelmektedir. GPR tabanlı LTE, ani çökmelerin sıklıkla meydana geldiği ve bunun sonucunda birçok can kaybı yaşanan maden ocakları gibi yerlerde çalışanların hayatını korumak ve çalışmaları kolaylaştırmak için hızlı ve güvenli bir yoldur. Bu amaçla farklı radar teknolojilerini kullanan çeşitli sinyal işleme yöntemleri geliştirilmiştir. Bu yöntemlerin çoğu, GPR sisteminin çıkış verilerini veya görüntülerini analiz etmek ve özellikle güçlü rastgele gürültü ve girişim sinyalleri durumunda doğru LTE'lerini çıkarmak için deneyimli bir radar operatörü gerektirir. Bu çalışmada, polietilen katman, hava katmanı ve yansıtıcı metal plakadan oluşan çok katmanlı bir ortamı inceleyerek 2-4 GHz ve 1,5-5,5 GHz frekans bantlarında ölçüm ve sinyal işleme gerçekleştirmek üzere bir VNA tabanlı adım frekanslı sürekli dalga (SFCW) radarı tasarlanmıştır. SFCW radarın temel bant çıkış sinyallerine temel bileşenler analizi (PCA) ve menzil-FFT hesaplamasını uygulayan yeni bir LTE yöntemi önerilmektedir. SFCW temel bant sinyallerine kör kaynak ayırma (BSS) tekniği olarak PCA uygulanarak, katmanların sınırlarından yansıyan tepe sinyalleri net bir şekilde elde edilir. PCA hesaplamalarında tekil değer ayrışımı (SVD) tekniği kullanılmıştır. Temel bileşenlerin ayrı ayrı işlenmesi nedeniyle, eşikleme işlemi bu temel bileşenlerin menzil-FFT matrislerinde aktif olarak uygulanabilir hale gelmiştir. Böylece, katmanların sınırlarıyla ilgili radar sinyali tepelerinin ayrımı basitleşmiş ve böylece LTE hatası azalmıştır. Rastgele gürültü ve girişim sinyallerinin varlığına rağmen, önerilen yöntem 2-4 GHz frekans aralığı için %1,37 ve 1,5-5,5 GHz frekans aralığı için %2,14 değerlerinde ortalama maksimum LTE hatası ile iyi sonuçlar vermiştir. 2-4 ve 1,5-5,5 GHz frekans bantlarındaki SFCW radar sinyallerine uygulanan önerilen PCA tabanlı LTE yönteminin LTE hataları, yüzey yansıma yöntemi (SRM) uygulanan sonuçlarla karşılaştırıldığında, ilgili frekanslarda sırasıyla %5,63 ve %2,94 kadar daha düşüktür.
Özet (Çeviri)
Layer thickness estimation (LTE) of subsurface layers or multi-layered structures is one of the most important applications of ground penetrating radar (GPR). LTE of the roadway's pavement layers can evaluate their mechanical response to suggest the required repair work. Early and effective non-destructive LTE of transportation infrastructures is vital for economic and social development by saving time and reducing maintenance costs. The need for LTE becomes more urgent and prominent to inspect the structure of the old dams and bridges. GPR-based LTE is a fast and safe way to protect workers' lives and make work easier in places like mines, where sudden collapses frequently occur, and many casualties occur as a result. Several signal processing methods using different radar technologies have been developed for this purpose. Most of these methods require an experienced radar operator with good experience to analyze the output data or images of the GPR system and extract correct layer thickness estimations especially in the case of strong random noise and interference signals. In this study, a VNA based step frequency continuous wave (SFCW) radar has been designed to perform measurement and signal processing in the 2-4 GHz and 1.5-5.5 GHz frequency bands by examining a multi-layered medium consisting of polyethylene layer, air layer and reflective metal plate. A new LTE method has been proposed which applies principal component analysis (PCA) and range-FFT calculation to the baseband output signals of SFCW radar. By applying PCA as a blind source separation (BSS) technique to the SFCW baseband signals, the peak signals reflected from the layer boundaries are clearly obtained. Singular value decomposition (SVD) technique has been used in PCA calculations. Due to the separate processing of the principal components, the thresholding process can be actively applied in the range-FFT matrices of these principal components. Thus, the separation of radar signal peaks related to the layer boundaries has been simplified and the LTE error has been reduced. Despite the presence of random noise and interference signals, the proposed method has yielded good results with average maximum LTE error of 1.37% for the 2-4 GHz frequency range and 2.14% for the 1.5-5.5 GHz frequency range. Comparing with surface reflection method (SRM) that has been applied for LTE using SFCW signals in the two frequency ranges mentioned, the proposed PCA-based LTE method has given LTE errors lower than those of the SRM by 5.63% and 2.94% in the frequency ranges 2-4 and 1.5-5.5 GHz, respectively.
Benzer Tezler
- Noise cancellation with adaptive filters on the public radio spectrum
Kamu telsiz spektrumunda gürültünün adaptif filtrelerle önlenmesi
ÇAĞLAR ÖZÇETİN
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiTelekomünikasyon Ana Bilim Dalı
PROF. SEDEF KENT PINAR
- Super-resolution spectral estimation methods for buried and through-the-wall object detection
Gömülü ve duvar arkası cisim tespiti için süper-çözünürlüklü spektral kestirim yöntemleri
ERMAN ÖZDEMİR
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. EMİN ANARIM
YRD. DOÇ. DR. M. KIVANÇ MIHÇAK
- Yeraltında gömülü cisimlerin frekans adımlı sürekli radar tekniği ile araştırılması
Bruied object investigation with stepped frequency continious wave radar
EBRU EFEOĞLU
Doktora
Türkçe
2016
Jeofizik MühendisliğiKocaeli ÜniversitesiJeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CENGİZ KURTULUŞ
- Pasif ve aktif radar görüntülemede hedeflerin tespiti ve odaklanmasına yönelik yeni algoritmaların geliştirilmesi
Development of new algorithms for detection and focus of targets in passive and active radar imaging
HAKAN İŞIKER
Doktora
Türkçe
2020
Elektrik ve Elektronik MühendisliğiMersin ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CANER ÖZDEMİR
- Ses ötesi tezmizlik cihazı ölçümleri sonuçları analizi
Measurements and analysis of results of cleaning device
CEM TUNC
Yüksek Lisans
Türkçe
2013
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. METİN HÜNER