Misure georadar 3D full azimuth per la localizzazione di oggetti lineari conduttivi

The ground penetrating radar is widely used in three-dimensional subsurface investigations for extracting the position of buried targets, an issue that gains more and more importance when considering the cost related to trench damage and disruptions. The guarantee to carry out a successful 3D GPR survey is the spatial precision in tracing a dense grid of measurement points according with the Nyquist theorem. The polarization of the GPR is an important consideration when designing a GPR survey and is useful to constrain the size, shape, orientation and electrical properties of the scatted objects. The backscattered fields from linear conductive targets may be strongly depolarized depending on the orientation of the cylinder relative to the antenna, the electrical properties of these targets, and their radius compared to the incident wavelength. Furthermore, wave attributes could be modified by the surrounding soil anisotropy and heterogeneity degree. As the GPR antennas are composed of directional dipoles, any changes in the propagation plane of the returning wave affects the recording of GPR data. This work presents the theoretical background and the practical results obtained from the combination of co-pole GPR data collected with both orthogonal directions of the dipoles, HH and VV. The scope is to demonstrate how this approach can efficiently overcome pitfalls of traditional single orientation surveys and ensure target detection regardless of their geometrical and physical properties. Six field examples have been performed, the first five surveys have been done in a homogenous soil where this technique fully recovers the polarization mismatch, providing results that are closely similar to the ones that would be obtained with the optimal configuration. In the sixth survey where the targets are buried in heterogeneous environment, it overcomes the wavelet alteration, depolarization included, strongly enhancing the signal to noise ratio and improving target reconstruction.

Il ground penetrating radar è ampiamente utilizzato negli indagini tridimensionali del sottosuolo per rilevare la posizione dei target sotterrati, un argomento che guadagna sempre più importanza se si considera il costo relativo ai danni di uno scavo o d’interruzioni. La garanzia di effettuare con successo un rilievo 3D GPR è la precisione spaziale nel tracciare una griglia densa di punti di misura rispettando il teorema di Nyquist. Quando si progetta un’indagine con GPR è importante considerare la sua polarizzazione la quale è utile per vincolare la dimensione, la forma, l’orientamento e le proprietà elettriche degli oggetti soggetti a diffrazione. I campi di radiazioni di ritorno da target conduttivi lineari possono essere fortemente depolarizzati a seconda dell'orientamento del cilindro rispetto all'antenna, delle proprietà elettriche di questi target, e della grandezza del loro raggio rispetto alla lunghezza d'onda incidente. Inoltre, gli attributi d'onda possono essere modificati dall’anisotropia e dal grado d’eterogeneità del terreno circostante. Poiché le antenne GPR sono composti da dipoli direzionali, eventuali variazioni nel piano di propagazione dell'onda di ritorno influiscono sulla registrazione dei dati GPR. Questo lavoro presenta le basi teoriche ed i risultati pratici ottenuti dalla combinazione di dati GPR co-pole raccolti con ambe direzioni ortogonali dei dipoli, HH e VV. Lo scopo è quello di dimostrare come questo approccio possa efficacemente superare le insidie delle indagini tradizionali con un singolo orientamento e di garantire il rilevamento dei target indipendentemente dalle loro proprietà geometriche e fisiche. Sei indagini sono stati eseguite, le prime cinque sono state fatte in terreno o materiale omogeneo dove questa tecnica recupera pienamente la mancanza di corrispondenza di polarizzazione, fornendo risultati che sono simili a quelli che si otterrebbero con la configurazione ottimale. Nella sesta indagine in cui i target sono sotterrati in ambiente eterogeneo, la tecnica riesce a superare l'alterazione delle ondine e la sua depolarizzazione, migliorando fortemente il rapporto segnale-rumore e la ricostruzione dei target.