• elaborazione
• GPR
• MATLAB
• PROMAX

Il lavoro di questa tesi si è concentrato sulla possibilità di effettuare una nuova modalità di elaborazione di dati Ground Penetrating Radar (GPR), tramite l’utilizzo di PROMAX®, il software usato in ambito industriale per l’elaborazione di dati sismici a riflessione. PROMAX® consente infatti di disporre di una superiore e variegata quantità di algoritmi di elaborazione non contemplati nei comuni software per i dati GPR e comunemente non considerati nella loro tradizionale elaborazione. Lo scopo della tesi è stato quindi quello di definire un processing avanzato dei dati, capace di rendere le riflessioni dei target più evidenti nelle immagini finali.
In una prima fase, è stata verificata la compatibilità del dato radar con il software: unità di misura temporali in nanosecondi e distanze in centimetri risultano essere molto distanti dagli standard impiegati in ambito sismico, con la conseguenza che molto operatori sono implementati per operare entro un certo range di valori centrato sugli standard sismici. Successivamente, si è preceduto con l’utilizzo dei tool di elaborazione in ambiente PROMAX®. In particolar modo, è stata tentata la possibilità di compiere la migrazione tempi che, in PROMAX®, è implementata in modo da essere 2D o 3D e applicabile con modelli di velocità tempo e spazio variante.
Per questo scopo, è stato scelto un dato multi 2D precedentemente acquisito in una Chiesa sconsacrata localizzata in provincia di Cuneo (CN): l’acquisizione dei dati è stata effettuata con un'antenna a frequenza di 600 MHz secondo due serie di linee perpendicolari, denominate LID e TID: per entrambe, il passo di campionamento spaziale lungo la linea (passo di campionamento inline) è stato di 1 cm, mentre la distanza tra le linee (passo di campionamento xline) è stato di 25 cm.
Inizialmente è stata compiuta un’elaborazione preliminare 2D con il software GPRslice®, specifico per i dati radar. In questa prima fase della tesi è stato effettuato il preprocessing, che ha previsto l’importazione del dato e l’impostazione della sua geometria su griglia (2D), l’applicazione del filtro Dewow, la rimozione del t0, ed altri semplici passaggi di processing di base 2D svolti nel seguente ordine:
• Gain AGC modificato
• Filtro passabanda
• Deconvoluzione spiking
• Filtri spaziali
Successivamente, lo stesso dato è stato elaborato con PROMAX®.
La difficoltà di adattare i dati radar ad un software creato per elaborare dati sismici è stata superata tramite l’utilizzo di MATLAB®, con cui sono stati risolti i problemi legati all’importazione corretta delle informazioni (modifiche della geometria) del dato in PROMAX®. Tramite MATLAB® è stato applicato anche il filtro di background sul dato, non essendo questo previsto per i dati sismici in PROMAX®.
In PROMAX® è stato importato il dato non elaborato e su di esso, prima di operare la migrazione, è stato effettuato un nuovo processing 2D di base, comprendente i seguenti passaggi:
• Impostazione e verifica della geometria di acquisizione
• Filtro passabanda
• Trace envelope gain
• Deconvoluzione spiking
• Migrazione
L’ultimo passaggio è quello su cui si è soffermato maggiormente il lavoro di questa tesi.
Per comprendere il funzionamento e la forma dell’operatore di migrazione e per giungere all’impostazione ottimale dei parametri, è stato prodotto inizialmente un dato sintetico della stessa dimensione del dato in esame, con valori nulli ad eccezione di alcune ondine a tempi stabiliti.
L’applicazione della Kirchoff time migration su questo file ha influenzato la scelta dei parametri da utilizzare nella stessa operazione sul dato reale:
• Maximum dip to migrate
• Apertura
• Velocità
I risultati di questo esperimento hanno portato a concludere che per il dato reale, sono necessarie aperture di 2 m (avendo le iperboli un’estensione spaziale massima di 1,60 m) e un max. dip superiore a 90 (es 180), visto che questo è il valore limite al di sotto del quale non è possibile migrare correttamente la parte più superficiale del dato, che è anche quella più ricca di informazioni.
Un ulteriore esperimento su un dato composto da iperboli sintetiche a velocità di 8 cm/ns (velocità coerente con quella di molti materiali geologici e costruttivi), ha permesso di mostrare il funzionamento dell’operatore di migrazione nel collassare tutte le ampiezze verso il vertice.
La migrazione sul dato reale è stata compiuta con differenti velocità di prova all’interno dell’intervallo di velocità di propagazione dei dati GPR nel sottosuolo (tipicamente intorno ai 10 cm/ns), e verificando quale producesse il risultato migliore.
È stata effettuata separatamente la migrazione 2D dei file LID e TID, in quanto la relazione tra la polarizzazione del segnale elettromagnetico e l’orientazione delle strutture nel sottosuolo permette di individuare iperboli nelle linee di una delle due serie non visibili nell’ altra, e viceversa.
Inoltre sono presenti variazioni di velocità lungo la direzione inline (per le linee TID) e xline (per le linee TID): questo, unito alla variazione di lunghezza delle linee di una stessa serie e alla presenza di grossi ostacoli (principalmente le due colonne portanti della struttura), ha costretto l’ulteriore suddivisione di ognuna delle due serie di linee in sottogruppi.
Quello che ne è risultato è un campo di velocità che varia lateralmente lungo tutta l’estensione areale della Chiesa.

Dai risultati ottenuti è emerso che PROMAX® può essere considerato un eccellente strumento per l’elaborazione dei dati GPR. Vista la qualità e l'ampia gamma di algoritmi che offre per ogni passaggio di processing, può essere ritenuto più robusto rispetto ai software commerciali studiati appositamente per l’elaborazione di segnali radar (tra cui GPRslice®). Un esempio può essere il filtro passabanda, che in PROMAX® si è rivelato molto più efficace di quello utilizzato in GPRslice®, in quanto elimina in modo corretto le frequenze al di fuori della banda passante. PROMAX® è inoltre più efficiente nell’applicazione del guadagno, grazie al trace envelope gain, che permette di visualizzare i risultati per ogni traccia e non solo per il dato complessivo (come avviene in GPRslice®) e trarne risultati migliori.
Nella deconvoluzione in PROMAX® si possono impostare i parametri in modo da minimizzare le differenze esistenti tra il segnale radar e quello sismico (tra cui disparità di scala, lunghezza della finestra temporale e variazioni laterali di velocità dell’onda elettromagnetica), ed è possibile quindi modellare nella maniera migliore l’ondina per questo passaggio di processing.

L’elaborazione di dati GPR in PROMAX® richiede tempi maggiori rispetto all’elaborazione degli stessi con altri software. Questo difetto viene però compensato dalla migliore qualità dei risultati ottenuti, soprattutto in un tipo di dati come quello esaminato, dove l’attenzione era da concentrare nei numerosi target presenti in un piccolo spessore di profondità.