Advanced signal processing techniques for GPR by taking into account the interface roughness of a stratified medium

par Meng Sun

Thèse de doctorat en Électronique

Sous la direction de Yide Wang.

Le président du jury était Ali Khenchaf.

Le jury était composé de Cédric Le Bastard, Nicolas Pinel.

Les rapporteurs étaient Salah Bourennane, Pascal Larzabal.

  • Titre traduit

    Techniques avancées de traitement du signal pour applications GPR en tenant compte des rugosités d’interfaces des milieu x stratifiés


  • Résumé

    Dans cette thèse, on s'intéresse au développement de nouvelles méthodes d'auscultation GPR pour déterminer la géométrie et la structure des chaussées. Cette thèse a deux objectifs principaux. Tout d'abord, elle a pour but d'améliorer la compréhension des mécanismes de diffusion à très large bande dans un milieu stratifié composé d'interfaces rugueuses. Avec l'augmentation des fréquences d'utilisation de différents systèmes, les interfaces de chaussée ne peuvent plus être considérées comme planes. Ainsi, la rugosité des interfaces doit être prise en compte dans la modélisation de la propagation. Donc, une analyse de l'influence de cette rugosité sur l'onde rétrodiffusée a été réalisée. Elle a permis de montrer que la rugosité induit une décroissance en fréquence de l'amplitude des échos. Cette décroissance a ensuite été introduite dans le modèle du signal. Dans un second temps, plusieurs méthodes de traitement de signal ont été proposées pour estimer conjointement les paramètres de rugosité et d'épaisseur. D'abord, des méthodes multidimensionnelles ont été proposées en prenant en compte l'influence de la rugosité. Ensuite, afin de réduire la charge de calcul, des méthodes monodimensionnelles ont été proposées. Ces méthodes ont été évaluées à partir de signaux simulés. Les résultats ont montré de bonnes performances pour l'estimation des temps de retard et des paramètres de rugosité des interfaces. Enfin, les méthodes de traitement proposées dans ce manuscrit ont été testées sur des données expérimentales, qui permettent de valider les résultats théoriques et de montrer la faisabilité de la mesure de couches minces de chaussée et du paramètre de rugosité.


  • Résumé

    In this thesis, we focus on the development of new GPR methods to estimate the pavement structure. This thesis has two main objectives. First, it aims to improve the understanding of the scattering mechanisms for large-band radars in a stratified medium composed of rough interfaces. With increasing frequencies, pavement interfaces can no longer be considered as flat. The interface roughness must be taken into account in the propagation modelling. Thus, the influence of the roughness has been analysed. It has been shown that the interface roughness provides a continuous frequency decay of the magnitude of the echoes. This continuous frequency decay has then been introduced into the signal model. Secondly, several signal processing methods have been proposed to jointly estimate the roughness and thickness of pavement. Thus, multidimensional methods have been proposed by taking into account the roughness.Then, in order to reduce the computational burden, one-dimensional methods have also been proposed. From simulations, it can be seen that the proposed algorithms provide a good performance in parameter estimations (time delay, permittivity, roughness and thickness). Finally, the proposed signal processing methods are tested on experimental data. The results confirm the theoretical prediction. They show the feasibility to estimate both the thickness of thin pavements and roughness parameter.


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