Bachelor's Thesis

Detection of mines under the surface of the earth based on the magnetometer principle

Final Thesis 10.02 MB Appendix 14.37 MB

Author of thesis: Rastislav Štefan Sokol

Acad. year: 2025/2026

Supervisor: Ing. Zdeněk Roubal, Ph.D.

Reviewer: doc. Ing. Petr Marcoň, Ph.D.

Abstract:

This bachelor's thesis deals with the detection of ferromagnetic objects by measuring variations in the Earth's magnetic field. The proposed solution utilizes a pair of magnetometers arranged in a gradiometric configuration, which suppresses environmental interference and increases sensitivity to magnetic anomalies. The thesis focuses on the selection of a suitable magnetometric sensor and on the analysis of the influence of object properties on the characteristics of magnetic anomalies using simulations and experimental measurements. The result is the design and implementation of a measurement system, including signal-processing electronics. The functionality of the system was verified through measurements conducted from an unmanned aerial vehicle, and the acquired data were processed into magnetic maps.

Keywords:

Landmine detection, landmines, magnetic anomaly measurement, magnetic anomaly
simulation, magnetometers, UAV-based detection, gradiometric configuration

Date of defence

16.06.2026

Result of the defence

Defended (thesis was successfully defended)

znamkaAznamka

Grading

A

Process of defence

Student prezentuje výsledky a postupy řešení závěrečné práce. Následně odpovídá na dotazy vedoucího a oponenta práce a na dotazy členů zkušební komise. Doktor Lukeš se ptal na možnosti detekce a chyby vznikající pohybem dronu, student odpovídá. Další dotaz je na možnost detekování vodičů, student odpovídá. Doc. Holcman se ptal na vzdálenost detekce a na místo měření, student odpovídá.

Language of thesis

Slovak

Faculty

Department

Study programme

Electronics and Communication Technologies (BPC-ECT)

Composition of Committee

doc. Ing. Jiří Petržela, Ph.D. (předseda)
prof. Dr. Ing. Zbyněk Raida (místopředseda)
doc. Ing. Vladimír Holcman, Ph.D. (člen)
Ing. Zdeněk Roubal, Ph.D. (člen)
Ing. Zbyněk Lukeš, Ph.D. (člen)

Supervisor’s report
Ing. Zdeněk Roubal, Ph.D.

Student Rastislav Sokol během semestru pravidelně chodil na konzultace, někdy i několikrát za týden a aktivně se věnoval řešení bakalářské práce. Práce je zaměřena na řešení komplexnějšího projektu hledání min pomocí dronu. Po výběru tématu se věnoval zprovoznění komunikace s GPS modulem, SD kartou a A/D převodníkem na platformě ESP32. Pro velmi rozsáhlé rešerši ohledně možných metod detekce min a nevybuchlé munice vhodných pro dron byla provedena numerická analýza v programu Ansys. Student vytvořil přesný 3D model miny a získal hodnoty magnetických anomálií v definovaných výškách nad minou. Zároveň proběhlo časově náročné měření magnetických anomálií nad předpokládanou protitankovou minou. Porovnáním naměřených a vypočtených hodnot byla určena relativní permeabilita plechu pláště miny, ukázalo se že koercivita zřejmě nehraje významnou roli v deformaci zemského magnetického pole. Souhlas mezi měřením a simulací byl velmi dobrý a díky tomu lze predikovat magnetickou anomálii i ve vzdálenostech kde již kvůli rušení v Brně nebylo možné potřebné hodnoty změřit. Následně bylo provedeno měření v nezarušeném prostředí Moravského krasu a Holubic i pro další typy min a náhradních feromagnetických cílů.
Na základě měření a simulací se vybral vhodný fluxgate senzor Mag649L a dále z němu navrženo potřebné schéma s důrazem na detekci malých anomálií zemského magnetického pole.  Proto se zvolilo diferenční zapojení dvou senzorů, kdy by se měli detekovat feromagnetické předměty umístěné mezi senzory a maximálně potlačilo rušení od okolního prostředí nebo dronu. Je vysvětlena volba přesného A/D převodníku ADS1256 i přístrojových OZ následně pak
návrh analogového filtru. Student navrhl zdařilou čtyřvrstvou desku plošných spojů. Po časově náročném oživení elektroniky na navržené DPS proběhlo testování na zemi, kdy se ověřil šum samotné elektroniky a výstupní signál s šumem senzoru a rušení okolí. Potvrdilo se potlačení souhlasného rušení diferenčním zapojením. U vybraného modulu GPS byla v režimu DGPS vyhodnoceny parametry CEP50 a CEP95. Dále bylo provedeno testování na samotném dronu instalací elektroniky na měřicí rameno. Bylo provedeno několik testovacích letů, kde následně provedl zpracování a vyhodnocení získaných magnetických anomálií. Některé úkoly se doplňovaly s prací studenta Švédy a díky tomuto propojení vznikly experimenty umožňující navázání na případné další studie. Po formální stránce a citování literatury nevykazuje práce chyby, zadání bylo plně splněno. Práci považuji za velmi zdařilou a navrhuji cenu děkana. Points proposed by supervisor: 100

Grade proposed by supervisor: A

Reviewer’s report
doc. Ing. Petr Marcoň, Ph.D.

Student Sokol se ve své bakalářské práci zabýval detekcí feromagnetických objektů, zejména min a munice, uložených pod povrchem země pomocí měření magnetických anomálií geomagnetického pole. Navržené řešení využívá dvojici fluxgate magnetometrů zapojených v gradiometrickém uspořádání, které potlačuje rušivé vlivy okolního prostředí a zvyšuje citlivost na lokální magnetické anomálie. Práce zahrnuje rešerši metod detekce min, výběr vhodného senzoru, simulace i experimentální měření magnetických anomálií, vlastní návrh a realizaci vyhodnocovací elektroniky a ověření funkčnosti celého systému při měření z bezpilotního letadla.Zadání bylo splněno v plném rozsahu.

Prezentační a formální úroveň technické zprávy je velmi vysoká. Práce má logickou a přehlednou strukturu, Rozsah práce mezi úvodem a závěrem činí přibližně 87 normostran, Vzhledem k šíři řešené problematiky a množství realizovaných výstupů je tento rozsah opodstatněný; v některých pasážích by však bylo možné výklad mírně zhutnit.

Po odborné stránce hodnotím práci jako mimořádně zdařilou. Student prokázal hluboké znalosti v oblasti magnetometrie, zpracování slabých signálů, návrhu analogové i digitální elektroniky a měření magnetických anomálií. Zvolená koncepce gradiometrického zapojení je správná a teoreticky dobře podložená; návrh elektroniky, filtrů i celkové konstrukční řešení jsou na velmi vysoké úrovni. Za zvláště cenné považuji propojení tří navzájem se ověřujících rovin – numerické simulace, laboratorního měření a reálného měření z bezpilotního letadla – a jejich vzájemnou kvantitativní validaci (shoda simulace a měření ve vyšších výškách v řádu jednotek až desítek nT).

Práce jednoznačně svědčí o nadprůměrných bakalářských, v řadě aspektů spíše magisterských, schopnostech studenta. Topics for thesis defence:
  1. Jak velký podíl na celkové nejistotě měření z dronu má kolísání výšky senzorů nad terénem a jak by bylo možné výšku během letu lépe stabilizovat či kompenzovat?
  2. Čím konkrétně se lišil přínos digitálního a analogového rozdílového (gradiometrického) zpracování a v jaké aplikaci byste které z nich preferoval?
Points proposed by reviewer: 99

Grade proposed by reviewer: A

Responsibility: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová