FR3124607A1 - Méthode d’imagerie géoradar et géoradar associé - Google Patents
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Abstract
La présente invention concerne une méthode d’imagerie d’une zone d’intérêt du sol au moyen d’un géoradar équipé d’une pluralité d’antennes d’émission et d’une pluralité d’antennes de réception. Une matrice de SER bistatique est calculée en chaque point d’une grille à partir de la matrice représentative du canal MIMO modélisant la propagation et la réflexion dans la zone d’intérêt (250), une matrice représentant les pertes le long des trajets de propagation du canal (230) ainsi qu’une matrice de déphaseurs représentant les retards sur ces mêmes trajets (240). Les matrices de SER bistatiques relatives à des fréquences discrètes appartenant à une même sous-bande de cohérence sont sommées entre elles (270) et les éléments des matrices ainsi obtenues sont ensuite sommés de manière incohérente pour fournir un coefficient de rétrodiffusion global pour chaque point de la grille. Une image représentant ce coefficient de rétrodiffusion en chaque point de la grille est ensuite générée. La présente invention concerne également une méthode détection de cible dans le sol utilisant le même principe.
Fig. 2
Description
La présente invention concerne le domaine des radars à pénétration de sol encore dénommés radars géologiques ou géoradars, et plus particulièrement celui de l’imagerie du sol par de tels radars.
Etat de la technique antérieure
Les géoradars sont communément utilisés dans le déminage et la détection de réseaux enterrés. L’évolution de la réglementation dans certains pays européens vient de renforcer l’obligation de détecter les réseaux enterrés lors d’une demande de travaux ou de cartographier les réseaux sensibles en zones urbaines.
Différentes méthodes d’imagerie de sol par géoradar sont connues de l’état de la technique. De manière générale, elles consistent à émettre un signal radar dans le sol au moyen d’une antenne émettrice en plusieurs positions successives, voire d’une pluralité d’antennes émettrices, et à recevoir le signal réfléchi au moyen d’une antenne en plusieurs positions successives voire plusieurs antennes réceptrices. Les signaux reçus sont ensuite soumis à un traitement dit de focalisation ou de migration visant à effectuer des recalages en position ou en phase des signaux réfléchis par différents objets dans le sol. Les techniques de migration utilisées dans ce traitement sont par exemple la migration de Kirchhoff et la migration F-k dont on trouvera une description dans l’article de N. Smithaet al.intitulé « Kirchhoff and F-k migration to focus penetrating radar images » publié dans Int’l Journal of Geo-Engineering, Vol. 7, No. 4, Avril. 2016.
Toutefois ces méthodes d’imagerie par migration présentent un certain nombre d’inconvénients. Tout d’abord celles-ci sont sensibles aux couplages que ce soit des couplages entre antennes ou des couplages entre antennes et sol. Ensuite, elles ne permettent pas de résoudre aisément plusieurs couches d’objets dans le sol. Par exemple, si des réseaux sont enterrés à des profondeurs différentes, celui enterré profondément sera masqué par celui qui est proche de la surface du sol. Enfin, elles nécessitent un maillage uniforme de la zone d’intérêt, ce qui s’avère parfois inutile.
Un premier objet de la présente invention est de proposer une méthode d’imagerie de sol par géoradar qui ne présente pas les inconvénients précités et qui permette notamment de se prémunir des effets de couplage ainsi que de résoudre des couches d’objets enterrés à des profondeurs différentes. Un second objet de la présente invention est de détecter la présence et de localiser des objets présents dans le sol avec un taux de fausse alarme plus faible que dans l’art antérieur.
Présentation de l’invention
La présente invention est définie par une méthode d’imagerie par géoradar d’une zone d’intérêt du sol, ledit géoradar opérant dans une bande spectrale d’analyse et étant équipé d’une pluralitéd’antennes d’émission ainsi que d’une pluralitéd’antennes de réception, ladite méthode d’imagerie comprenant :
- un maillage de ladite zone d’intérêt du sol par une grille de points et une décomposition de la bande spectrale d’analyse en une pluralitéde sous-bandes de cohérence , chaque sous-bande () comprenant un ensemble de fréquences discrètes ;
- un calcul, pour chaque point de la grille et chaque fréquence discrète, d’une matrice de pertesreprésentant l’atténuation du signal émis par chaque antenne d’émission, s’étant propagé jusqu’au dit point puis reçu par chaque antenne de réception ;
- un calcul, pour chaque point de la grille et chaque fréquence discrète, d’une matrice de phaseurs,,chaque phaseur correspondant à un retard de propagation du signal émis par chaque antenne d’émission, s’étant propagé jusqu’au dit point puis reçu par chaque antenne de réception ;
- une estimation, pour chaque fréquence discrète, de la matrice,, du canal MIMO représentant lesantennes d’émission, la zone d’intérêt du sol et lesantennes de réception ;
- une estimation par égalisation de canal d’une matrice de SER bistatique,, pour chaque point de la grille et chaque fréquence discrète à partir de la matrice de canal MIMO pour cette fréquence ainsi que la matrice de pertes et la matrice de phaseurs, pour ce point de la grille et cette fréquence ;
- une sommation cohérente, sur les fréquences discrètes de chaque sous-bande de cohérence, des matrices de SER bistatiques relatives à un point de la grille, la sommation cohérente étant effectuée pour chaque sous-bande de cohérence et chaque point de la grille de manière à obtenir une matrice de SER bistatiquepar sous-bande en chaque point de la grille ;
- une sommation incohérente sur les différentes sous-bandes de cohérence, des éléments des matrices de SER par sous-bande, pour obtenir un coefficient de rétrodiffusion globale en chaque point de la grille ;
- une génération de l’image de la zone d’intérêt en représentant le coefficient de rétrodiffusion globale en chaque point de la grille.
- un maillage de ladite zone d’intérêt du sol par une grille de points et une décomposition de la bande spectrale d’analyse en une pluralitéde sous-bandes de cohérence , chaque sous-bande () comprenant un ensemble de fréquences discrètes ;
- un calcul, pour chaque point de la grille et chaque fréquence discrète, d’une matrice de pertesreprésentant l’atténuation du signal émis par chaque antenne d’émission, s’étant propagé jusqu’au dit point puis reçu par chaque antenne de réception ;
- un calcul, pour chaque point de la grille et chaque fréquence discrète, d’une matrice de phaseurs,,chaque phaseur correspondant à un retard de propagation du signal émis par chaque antenne d’émission, s’étant propagé jusqu’au dit point puis reçu par chaque antenne de réception ;
- une estimation, pour chaque fréquence discrète, de la matrice,, du canal MIMO représentant lesantennes d’émission, la zone d’intérêt du sol et lesantennes de réception ;
- une estimation par égalisation de canal d’une matrice de SER bistatique,, pour chaque point de la grille et chaque fréquence discrète à partir de la matrice de canal MIMO pour cette fréquence ainsi que la matrice de pertes et la matrice de phaseurs, pour ce point de la grille et cette fréquence ;
- une sommation cohérente, sur les fréquences discrètes de chaque sous-bande de cohérence, des matrices de SER bistatiques relatives à un point de la grille, la sommation cohérente étant effectuée pour chaque sous-bande de cohérence et chaque point de la grille de manière à obtenir une matrice de SER bistatiquepar sous-bande en chaque point de la grille ;
- une sommation incohérente sur les différentes sous-bandes de cohérence, des éléments des matrices de SER par sous-bande, pour obtenir un coefficient de rétrodiffusion globale en chaque point de la grille ;
- une génération de l’image de la zone d’intérêt en représentant le coefficient de rétrodiffusion globale en chaque point de la grille.
L’égalisation utilisée pour l’estimation de la matrice de SER pourra être une égalisation de type ZF, une égalisation de type MMSE ou une égalisation de type MRC.
Avantageusement, le signal transmis dans chaque sous-bande de cohérence sera un signal OFDM, l’estimation de canal dans les fréquences discrètes de cette sous-bande étant réalisée au moyen de symboles pilotes modulant les sous-porteuses de ce signal.
La largeur de bande de cohérence est avantageusement choisie inférieure ou égale à la largeur de bande de cohérence de la SER d’une cible prédéterminée.
La matrice des pertesest typiquement calculée paroùest de gain de l’antenne d’émission dans la direction où elle voit le point de la grille,est le gain de l’antenne de réception dans la direction où elle voit le point de la grille etmodélise les pertes dans le milieu, etest le produit de Hadamard.
Ledit coefficient de rétrodiffusion globale au point de la grillepeut être calculé paroùest le coefficient complexe de la SER bistatique pour la sous-bande de cohérenceetest le nombre de sous-bandes de cohérence dans la bande spectrale d’analyse.
L’invention concerne également une méthode de détection d’une cible dans le sol au moyen d’un géoradar, ledit géoradar opérant dans une bande spectrale d’analyse et étant équipé d’une pluralitéd’antennes d’émission ainsi que d’une pluralitéd’antennes de réception, ladite méthode de détection de cible comprenant :
- le choix d’un point d’intérêt () dans le sol et une décomposition de la bande spectrale d’analyse en une pluralitéde sous-bandes de cohérence, chaque sous-bande () comprenant un ensemble de fréquences discrètes ;
- un calcul, pour ledit point d’intérêt et chaque fréquence discrète, d’une matrice de pertesreprésentant l’atténuation du signal émis par chaque antenne d’émission, s’étant propagé jusqu’au dit point puis reçu par chaque antenne de réception ;
- un calcul, pour ledit point d’intérêt et chaque fréquence discrète, d’une matrice de phaseurs,,chaque phaseur correspondant à un retard de propagation du signal émis par chaque antenne d’émission, s’étant propagé jusqu’au dit point puis reçu par chaque antenne de réception ;
- une estimation, pour chaque fréquence discrète, de la matrice,, du canal MIMO représentant lesantennes d’émission, le point d’intérêt du sol et lesantennes de réception ;
- une estimation par égalisation de canal d’une matrice de SER bistatique,, pour le point d’intérêt et chaque fréquence discrète à partir de la matrice de canal MIMO pour cette fréquence ainsi que la matrice de pertes et la matrice de phaseurs, pour ce point d’intérêt et cette fréquence ;
- une sommation cohérente, sur les fréquences discrètes de chaque sous-bande de cohérence, des matrices de SER bistatiques, la sommation cohérente étant effectuée pour chaque sous-bande de cohérence de manière à obtenir une matrice de SER bistatiquepar sous-bande pour ledit point d’intérêt ;
- une sommation incohérente sur les différentes sous-bandes de cohérence, des éléments des matrices de SER par sous-bande, pour obtenir un coefficient de rétrodiffusion globale au dit point d’intérêt ;
- une comparaison dudit coefficient de rétrodiffusion globale avec une valeur de seuil prédéterminée, une cible étant détectée au point d’intérêt si le coefficient de rétrodiffusion globale est supérieur à la valeur de seuil, et n’étant pas détectée sinon.
- le choix d’un point d’intérêt () dans le sol et une décomposition de la bande spectrale d’analyse en une pluralitéde sous-bandes de cohérence, chaque sous-bande () comprenant un ensemble de fréquences discrètes ;
- un calcul, pour ledit point d’intérêt et chaque fréquence discrète, d’une matrice de pertesreprésentant l’atténuation du signal émis par chaque antenne d’émission, s’étant propagé jusqu’au dit point puis reçu par chaque antenne de réception ;
- un calcul, pour ledit point d’intérêt et chaque fréquence discrète, d’une matrice de phaseurs,,chaque phaseur correspondant à un retard de propagation du signal émis par chaque antenne d’émission, s’étant propagé jusqu’au dit point puis reçu par chaque antenne de réception ;
- une estimation, pour chaque fréquence discrète, de la matrice,, du canal MIMO représentant lesantennes d’émission, le point d’intérêt du sol et lesantennes de réception ;
- une estimation par égalisation de canal d’une matrice de SER bistatique,, pour le point d’intérêt et chaque fréquence discrète à partir de la matrice de canal MIMO pour cette fréquence ainsi que la matrice de pertes et la matrice de phaseurs, pour ce point d’intérêt et cette fréquence ;
- une sommation cohérente, sur les fréquences discrètes de chaque sous-bande de cohérence, des matrices de SER bistatiques, la sommation cohérente étant effectuée pour chaque sous-bande de cohérence de manière à obtenir une matrice de SER bistatiquepar sous-bande pour ledit point d’intérêt ;
- une sommation incohérente sur les différentes sous-bandes de cohérence, des éléments des matrices de SER par sous-bande, pour obtenir un coefficient de rétrodiffusion globale au dit point d’intérêt ;
- une comparaison dudit coefficient de rétrodiffusion globale avec une valeur de seuil prédéterminée, une cible étant détectée au point d’intérêt si le coefficient de rétrodiffusion globale est supérieur à la valeur de seuil, et n’étant pas détectée sinon.
L’égalisation utilisée pour l’estimation de la matrice de SER pourra être une égalisation de type ZF, une égalisation de type MMSE ou une égalisation de type MRC.
Avantageusement, le signal transmis dans chaque sous-bande de cohérence est un signal OFDM, l’estimation de canal dans les fréquences discrètes de cette sous-bande étant réalisée au moyen de symboles pilotes modulant les sous-porteuses de ce signal.
Ledit coefficient de rétrodiffusion globale au point de la grillepeut être calculé paroùest le coefficient complexe de la SER bistatique pour la sous-bande de cohérenceetest le nombre de sous-bandes de cohérence dans la bande spectrale d’analyse.
D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture d’un mode de réalisation préférentiel de l’invention, décrit en référence aux figures jointes parmi lesquelles :
Claims (10)
- Méthode d’imagerie par géoradar d’une zone d’intérêt du sol, ledit géoradar opérant dans une bande spectrale d’analyse et étant équipé d’une pluralitéd’antennes d’émission ainsi que d’une pluralitéd’antennes de réception, caractérisée en ce qu’elle comprend :
- un maillage de ladite zone d’intérêt du sol par une grille de points (210) et une décomposition de la bande spectrale d’analyse en une pluralitéde sous-bandes de cohérence (220), chaque sous-bande () comprenant un ensemble de fréquences discrètes ;
- un calcul (230), pour chaque point de la grille et chaque fréquence discrète, d’une matrice de pertesreprésentant l’atténuation du signal émis par chaque antenne d’émission, s’étant propagé jusqu’au dit point puis reçu par chaque antenne de réception ;
- un calcul (240), pour chaque point de la grille et chaque fréquence discrète, d’une matrice de phaseurs,,chaque phaseur correspondant à un retard de propagation du signal émis par chaque antenne d’émission, s’étant propagé jusqu’au dit point puis reçu par chaque antenne de réception ;
- une estimation (250), pour chaque fréquence discrète, de la matrice,, du canal MIMO représentant lesantennes d’émission, la zone d’intérêt du sol et lesantennes de réception ;
- une estimation par égalisation de canal (260) d’une matrice de SER bistatique,, pour chaque point de la grille et chaque fréquence discrète à partir de la matrice de canal MIMO pour cette fréquence ainsi que la matrice de pertes et la matrice de phaseurs, pour ce point de la grille et cette fréquence ;
- une sommation cohérente (270), sur les fréquences discrètes de chaque sous-bande de cohérence, des matrices de SER bistatiques relatives à un point de la grille, la sommation cohérente étant effectuée pour chaque sous-bande de cohérence et chaque point de la grille de manière à obtenir une matrice de SER bistatiquepar sous-bande en chaque point de la grille ;
- une sommation incohérente (280) sur les différentes sous-bandes de cohérence, des éléments des matrices de SER par sous-bande, pour obtenir un coefficient de rétrodiffusion globale en chaque point de la grille ;
- une génération de l’image de la zone d’intérêt en représentant le coefficient de rétrodiffusion globale en chaque point de la grille. - Méthode d’imagerie par géoradar selon la revendication 1, caractérisée en ce que l’égalisation utilisée pour l’estimation de la matrice de SER est une égalisation de type ZF, une égalisation de type MMSE ou une égalisation de type MRC.
- Méthode d’imagerie par géoradar selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que le signal transmis dans chaque sous-bande de cohérence est un signal OFDM, l’estimation de canal dans les fréquences discrètes de cette sous-bande étant réalisée au moyen de symboles pilotes modulant les sous-porteuses de ce signal.
- Méthode d’imagerie par géoradar selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la largeur de bande de cohérence est choisie inférieure ou égale à la largeur de bande de cohérence de la SER d’une cible prédéterminée.
- Méthode d’imagerie par géoradar selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la matrice des pertesest calculée paroùest de gain de l’antenne d’émission dans la direction où elle voit le point de la grille,est le gain de l’antenne de réception dans la direction où elle voit le point de la grille etmodélise les pertes dans le milieu, etest le produit de Hadamard.
- Méthode d’imagerie par géoradar selon l’une des revendications précédentes, caractérisée en ce que ledit coefficient de rétrodiffusion globale au point de la grilleest calculé paroùest le coefficient complexe de la SER bistatique pour la sous-bande de cohérenceetest le nombre de sous-bandes de cohérence dans la bande spectrale d’analyse.
- Méthode de détection d’une cible dans le sol au moyen d’un géoradar, ledit géoradar opérant dans une bande spectrale d’analyse et étant équipé d’une pluralitéd’antennes d’émission ainsi que d’une pluralitéd’antennes de réception, caractérisée en ce qu’elle comprend :
- le choix d’un point d’intérêt () dans le sol et une décomposition de la bande spectrale d’analyse en une pluralitéde sous-bandes de cohérence (220), chaque sous-bande () comprenant un ensemble de fréquences discrètes ;
- un calcul (230), pour ledit point d’intérêt et chaque fréquence discrète, d’une matrice de pertesreprésentant l’atténuation du signal émis par chaque antenne d’émission, s’étant propagé jusqu’au dit point puis reçu par chaque antenne de réception ;
- un calcul (240), pour ledit point d’intérêt et chaque fréquence discrète, d’une matrice de phaseurs,,chaque phaseur correspondant à un retard de propagation du signal émis par chaque antenne d’émission, s’étant propagé jusqu’au dit point puis reçu par chaque antenne de réception ;
- une estimation (250), pour chaque fréquence discrète, de la matrice,, du canal MIMO représentant lesantennes d’émission, le point d’intérêt du sol et lesantennes de réception ;
- une estimation par égalisation de canal (260) d’une matrice de SER bistatique,, pour le point d’intérêt et chaque fréquence discrète à partir de la matrice de canal MIMO pour cette fréquence ainsi que la matrice de pertes et la matrice de phaseurs, pour ce point d’intérêt et cette fréquence ;
- une sommation cohérente (270), sur les fréquences discrètes de chaque sous-bande de cohérence, des matrices de SER bistatiques, la sommation cohérente étant effectuée pour chaque sous-bande de cohérence de manière à obtenir une matrice de SER bistatiquepar sous-bande pour ledit point d’intérêt ;
- une sommation incohérente (280) sur les différentes sous-bandes de cohérence, des éléments des matrices de SER par sous-bande, pour obtenir un coefficient de rétrodiffusion globale au dit point d’intérêt ;
- une comparaison dudit coefficient de rétrodiffusion globale avec une valeur de seuil prédéterminée, une cible étant détectée au point d’intérêt si le coefficient de rétrodiffusion globale est supérieur à la valeur de seuil, et n’étant pas détectée sinon. - Méthode de détection d’une cible dans le sol au moyen d’un géoradar selon la revendication 7, caractérisée en ce que l’égalisation utilisée pour l’estimation de la matrice de SER est une égalisation de type ZF, une égalisation de type MMSE ou une égalisation de type MRC.
- Méthode de détection d’une cible dans le sol au moyen d’un géoradar selon la revendication 7 ou 8, caractérisé en ce que le signal transmis dans chaque sous-bande de cohérence est un signal OFDM, l’estimation de canal dans les fréquences discrètes de cette sous-bande étant réalisée au moyen de symboles pilotes modulant les sous-porteuses de ce signal.
- 0Méthode de détection d’une cible dans le sol au moyen d’un géoradar selon l’une des revendications 7 à 9, caractérisée en ce que ledit coefficient de rétrodiffusion globale au point de la grilleest calculé paroùest le coefficient complexe de la SER bistatique pour la sous-bande de cohérenceetest le nombre de sous-bandes de cohérence dans la bande spectrale d’analyse.
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Non-Patent Citations (3)
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