FD-TD synthesis and resonance based identification of GPR returns from buried land-mines
Date
1999-10
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Stellenbosch : Stellenbosch University
Abstract
ENGLISH SUMMARY: Numerical electro-magnetic methods are quickly gaining popularity in the design and optimisation
of real world sensors that require complex and expensive testing. Most stepped-frequency
GPRs synthesise a defined pulse in the time domain per frequency step. The
FDTD method is well suited to modelling pulse propagation and computing scattering information
from objects over a wide bandwidth.
The Body-of-Revolution expansion to the FDTD method reduces the dimensionality of
the algorithm and significantly reduces the computation time and resource load of the
simulations. The rotational symmetry requirement still allows the inclusion of a wide variety
of land-mine target shapes and stratified media.
The BOR FDTD simulator is used to provide time domain data from buried scattering
targets modelled to resemble real world conditions as closely as possible. Natural resonance
information is extracted from this data using Linear Predictive Coding. Different land-mine
targets will have different natural resonance signatures associated with them and these are
used as feature vectors for the training and testing of artificial neural networks. Identification
is then performed on a set of land-mines in the presence of ground cutter.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Numeriese elektro-magnetiese metodes raak toenemendgewild in die ontwerp en optimering van praktiese sensors wat komplekse en duur toetsing vereis. Meeste trap-frekwensie GPR sintetiseer 'n gedefinieerde puis in die tydgebied by elke frekwensiestap. Die FDTD metode is geskik vir die modulering van pulspropagasie en komputasie van veldverspreiding van objekte oor 'n wye bandwydte. 'n Liggaam-van-Omwenteling uitbreiding van die FDTD metode verminder die dimensionaliteit van die algoritme en dus beduidend die komputasietyd en geheue gebruik van die simulasie. Die rotasionele simmetrie vereiste laat nog die modulering van 'n wye stel landmyn teikens en gelaagde mediums toe. Die BOR FDTD simulator word gebruik om tyd gebiedgestrooide data vanaf landmyne te skep wat wereld kondisies so akkuraat as moontlik naboots. Liniere voorspellende kodering word gebruik om natuurlike resonansie informasie uit die data te onttrek. Verskillende landmyn teikens het elkeen hul eie natuurlike resonansie beskrywing en die kenmerkvektore word gebruik vir die ontwerp en validasie van neurale netwerke. Identifikasie op 'n stel landmyne in verskeie grond kondisies is gedoen.
AFRIKAANSE OPSOMMING: Numeriese elektro-magnetiese metodes raak toenemendgewild in die ontwerp en optimering van praktiese sensors wat komplekse en duur toetsing vereis. Meeste trap-frekwensie GPR sintetiseer 'n gedefinieerde puis in die tydgebied by elke frekwensiestap. Die FDTD metode is geskik vir die modulering van pulspropagasie en komputasie van veldverspreiding van objekte oor 'n wye bandwydte. 'n Liggaam-van-Omwenteling uitbreiding van die FDTD metode verminder die dimensionaliteit van die algoritme en dus beduidend die komputasietyd en geheue gebruik van die simulasie. Die rotasionele simmetrie vereiste laat nog die modulering van 'n wye stel landmyn teikens en gelaagde mediums toe. Die BOR FDTD simulator word gebruik om tyd gebiedgestrooide data vanaf landmyne te skep wat wereld kondisies so akkuraat as moontlik naboots. Liniere voorspellende kodering word gebruik om natuurlike resonansie informasie uit die data te onttrek. Verskillende landmyn teikens het elkeen hul eie natuurlike resonansie beskrywing en die kenmerkvektore word gebruik vir die ontwerp en validasie van neurale netwerke. Identifikasie op 'n stel landmyne in verskeie grond kondisies is gedoen.
Description
Thesis (Msc.Ing) -- University of Stellenbosch, 1999.
Keywords
Ground penetrating radar, Land mines, Mines (Military explosives) -- Detection, Dissertations -- Electronic engineering, Computational electro-magnetic methods (CEM), Body-of-Revolution, Finite-difference time domain, Land mine detection