Adım frekanslı sürekli dalga radar kullanarak katmanlı ortamda katman kalınlığı kestirimi

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.