Karhunen-Loève dönüşümü ile yer radarı veri görüntüleme kalitesinin iyileştirilmesi
Improving the quality of ground penetrating radar data imaging with the Karhunen-Loève transformation
Yazar: YAĞMUR ATILGAN
Danışman: PROF. DR. SELMA KADIOĞLU
Ankara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Jeofizik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2021
Konu: Jeofizik Mühendisliği = Geophysics Engineering

Özet:
Yer radarı yönteminde engebeli ve sert yüzey etkisi (clutter effect)  ve çınlama (ringing) adı verilen tekrarlı yansımalar en çok karşılaşılan yatay düzenli gürültülerdir. Bozuk ve sert yüzeylerde antenler arasındaki tekrarlı etkileşim antenler arası doğrudan gelen dalgaların tekrarlarını oluşmaktadırlar. Çınlama adı verilen tekrarlı yansımalar, ilerleyen elektromanyetik (EM) dalganın dalga boyu ile örtülü yapının kalınlığının aynı olması durumunda dalga rezonansa girerek oluşmaktadırlar. Tekrarlar aranan örtülü yapıları maskelemektedirler. Bu nedenle radargramdan atılması hedeflenmektedir. Tezin başlıca amacı, dalgacık ayrıklaştırma kuramına dayalı Karhunen-Loève dönüşümü (KLD) ile radargramlardaki yatay ilişkili gürültülerin ortadan kaldırılmasıdır. Bu amaçla KLD ile yatay ve eğimli olayları birbirinden ayıran MATLAB programlama dilinde bir kod geliştirilmiştir. İlk olarak radargrama ait özdeğerler spektrumu elde edilmiştir. Bu spektrumda enerjisi yüksek olan ve yatay olayları içine alan öz değer sayısı belirlendikten sonra KLD ile süzgeç radargramı oluşturulmuştur. Son olarak başlangıçtaki radargramdan süzgeç radargramı çıkartılarak süzgeçlenmiş radargram elde edilmiştir. Yatay ve eğimli olayları atma testleri zaman ortamı sonlu farklar (FDTD) modelleme ile elde edilmiş, test sahasında toplanmış ve arazi uygulaması ile toplanmış gerçek verilere ait radargramlar üzerinde gerçekleştirilmiştir. Elde edilen sonuç radargramlar görüntülenmiştir. KLD ile süzgeçlenmiş radargramlarda tekrarlı yatay gürültüleri kaldırılabildiği gösterilmiştir. Ayrıca, süzgeçlenmiş radargramlarda Sinyal /Gürültü (S/G) oranının arttığı görülmüştür.

Abstract:
In the ground penetrating radar (GPR) method, multiple reflections called as rough and hard surface effect (clutter effect) and ringing are the most common regular noises. The repetitive interaction between antennas on rough and hard surfaces creates multiple reflections of direct incoming waves between antennas. Multiple reflections, called ringing, occur when the wavelength of the advancing electromagnetic (EM) wave and the thickness of the covered structure are the same, by entering into wave resonance. Multiples mask the implicit structures sought. For this reason, it is aimed to be removed from the radargram. The main purpose of the thesis is to eliminate horizontal coherent noises on radargrams with the Karhunen-Loève transform (KLT) based on the wavelet discretization theory. For this purpose, a code has been developed in MATLAB programming language, separating horizontal and dipping events from each other on the radargram operated by KLT. Firstly, the eigenvalues spectrum of the initial radargram has been obtained, then an eigenvalue number, including coherent horizontal noises of high energy of the spectrum, has been decided from this spectrum. Secondly, a filtering radargram has been obtained by KLT. Finally, the filtering radargram has been subtracted from the initial radargram and final filtered radargram has been obtained. The tests of  removing of coherent noises have been realized on the radargrams obtained by finite difference time domain (FDTD) modeling, collected on the test field, and real data collected on field. The resulting radargrams have been displayed. The results have been showed that horizontal coherent noises filtered on the radargrams with KLT successfully. In addition, it has seen signal/noise (S/N)  ratio has been increased on the filtered radargrams.