Modélisation et expérimentation radar impulsionnel et à sauts de fréquence pour l'auscultation de milieux stratifiés du génie civil

par Faming Liu

Thèse de doctorat en Électronique et génie électrique

Sous la direction de Xavier Dérobert et de Laurent Laguerre.

Soutenue en 2007

à Nantes .


  • Résumé

    Dans cette thèse, nous avons étudié deux configurations d’auscultation radar dans le but de remonter de manière non destructive à la connaissance des paramètres géométriques et électromagnétiques (EM) d’un milieu stratifié, représentant des couches traitées de chaussées. Tout d’abord, nous avons étudié le champ d’une source ponctuelle, et dérivé les expressions mathématiques du champ reçu par un récepteur (les antennes étant assimilées à des dipôles électriques élémentaires) au-dessus d’un milieu stratifié. Ensuite nous avons étudié une configuration d’antennes au contact du milieu, en mode bistatique et avec une technique impulsionnelle. On a calculé le champ temporel reçu par le récepteur dans le cas de multicouche sans puis avec pertes, et proposé un modèle de propagation d’onde EM. Selon ce modèle, on a développé un modèle inverse en pointant les temps d’arrivée des ondes, fonction du milieu et de la distance entre émetteur et récepteur. La méthode de gradient a été utilisée pour reconstruire les permittivités et épaisseurs des couches. Enfin, une configuration d’antenne découplée du milieu, en mode monostatique avec une technique à sauts de fréquence, a été étudiée. On a proposé un modèle direct utilisant la fonction de Green d’un dipôle électrique élémentaire horizontal placé au-dessus d’un multicouche. Pour remonter aux paramètres recherchés, nous avons retenu comme technique d’optimisation globale la méthode de «MSL». Dans la phase expérimentale, une procédure d’étalonnage a été nécessaire pour remonter aux valeurs de la fonction de green à partir des mesures. Pour les deux configurations, des expérimentations ont validé notre modèle direct et inverse.


  • Résumé

    In this thesis, we have studied two configurations of Penetrating Ground Radar (GPR) in order to survey non-destructively the geometrical and electromagnetic parameters of layered media that represent treated layers of road. First of all, we have studied the electric field of a point source, and derived the mathematical expressions of the field received by a receiver (antennas being simplified to elementary electric dipoles) over a layered medium. Then we have studied a configuration of antennas coupled with layered medium, on bi-static mode and with the impulse technique. We have calculated the transient field received by the receiver in the case of the medium without then with losses, and proposed a model of EM wave propagation. According to this model, we have developed an inverse model by picking propagation times of the waves, which are related to the medium and the distance between transmitter and receiver. The method of gradient has been used to estimate permittivities and thicknesses of the layers. Finally, an other configuration of air-coupled antenna, in mono-static mode with the step-frequency technique, has been studied. We have proposed a direct model using the function of Green of a horizontal elementary electric dipole placed over a layered medium. To estimate the parameters of the medium, the technique of global optimization has been adopted with the method "MSL". In the experimental phase, a procedure of calibration has been necessary to extract the values of the function of Green from measures. Experimentations have been done for both configurations in the sake of validation of our direct and inverse models.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (178 p.)
  • Annexes : Bibliographie p. 171-178

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  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2007 NANT 2025
  • Bibliothèque : Université de Nantes. Service commun de la documentation. Section Technologies.
  • Disponible pour le PEB
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