Local navigation methods for metal detectors

Abstract

This dissertation addresses the implementation of navigation capabilities for metal detection, in particular landmines. The precise aim of this thesis is to find a professional handheld metal detector search head position. This allows the creation of a magnetic image of the area searched, which opens a new prospective to increase the discrimination ability of metal detection between conductive scrap and the surveillance of unexploded ordnance. This thesis has two parts. The first and main part focuses on the enhancement of professional handheld metal detector discrimination functionality. This was the main stream of my research work. The second part deals with position estimation as a tool to reach the objectives of the first part. The navigation is based on low-cost MEMS inertial sensors of angular rate and acceleration, which have minimum metal content. The required precision, in centimetres, can only be achieved by using calibration and signal enhancement procedures. The utilization of the magnetic position markers directly detected by a metal detector itself is my main original scientific contribution to the knowledge in the scientific area of aiding navigation. Position markers with specific characteristics are placed in a known location and are recognised by a metal detector during its overhead movement. The metal position markers described are a connection link between the navigation part and the part dealing with metal detector enhancement. Their usage is only enabled due to previous research made on the signal dependency of the metal detector’s output on a detected object’s material, size and distance from the detector’s search head. Metal position markers are a by-product of this research, which focuses in particularly on the improvement of metal detector discrimination abilities. The ability of metal detector discrimination can also be increased by using several excitation signal frequencies. The methods published up to now use multitone signals composed of sinewaves with two to four frequencies. In the presented papers we show that using sin(x)/x excitation signal brings new possibilities in this area.

Tato dizertacní práce se zabývá implementací navigacních schopností na detektory kovových predmetu a zejména min. Urcení pozice detekcní hlavy profesionálního detektoru kovu je presný cíl této dizertacní práce. Známá pozice umožní vytvorení magnetického obrazu zkoumané oblasti a tím zvýší diskriminacní schopnost detektoru kovu odlišit nevybuchlou munici od vodivého odpadu. Dizertacní práce má dve cástí. První, hlavní cást, je zamerena na zvýšení diskriminacních schopností profesionálního rucního detektoru kovu. Toto byl hlavní smer mé výzkumné cinnosti. Druhá cást se zabývá odhadem pozice detektoru jako nástroje k dosažení cíle první cásti práce. Navigacní schopnost je založena na využití levných inerciálních senzoru typu MEMS merících zrychlení a úhlovou rychlost, u kterých byl kladen duraz na minimální obsah kovu. Vyžadované presnosti jednoho centimetru je možné dosáhnout pouze za pomoci kalibrace a zpresnujících postupu. Využití magnetických pozicních znacek prímo detekovaných detektorem kovu je mým vlastním vedeckým prínosem vedecké znalosti v oblasti navigacního zpresnování. Popisované kovové pozicní znacky jsou pojítkem mezi navigacní cástí a cástí zabývající se vylepšením detektoru kovu. Jejich využití je umožneno pouze díky predchozímu výzkumu provádeného na závislosti výstupního signálu detektoru kovu na materiálu detekovaného objektu, jeho velikosti a vzdálenosti od detekcní hlavy detektoru kovu. Kovové pozicní znacky jsou vedlejším produktem tohoto výzkumu, který cílil predevším na zvýšení diskriminacních schopností detektoru kovu. Zvýšení diskriminacních schopností detektoru kovu muže být dále docíleno i za pomoci využití více frekvencí použitých v budícím signálu. Publikované metody využívají více tónového signálu vytvoreného ze sinusoid o dvou až ctyrech frekvencích. V prezentovaných výsledcích jsme ukázali, že využití sin (x)/x budicího signálu prináší nové možnosti v této oblasti.