bakalářská práce

Detekce min pod povrchem země na principu magnetometru

Text práce 10.02 MB Příloha 14.37 MB

Autor práce: Rastislav Štefan Sokol

Ak. rok: 2025/2026

Vedoucí: Ing. Zdeněk Roubal, Ph.D.

Oponent: doc. Ing. Petr Marcoň, Ph.D.

Abstrakt:

Táto bakalárska práca sa zaoberá detekciou feromagnetických objektov pomocou merania zmien magnetického poľa Zeme. Navrhované riešenie využíva dvojicu magnetometrov zapojených v gradiometrickom usporiadaní, ktoré umožňuje potlačenie rušivých vplyvov prostredia a zvýšenie citlivosti na magnetické anomálie. Práca sa venuje výberu vhodného magnetometrického senzora a analýze vplyvu vlastností objektov na charakter magnetickej anomálie pomocou simulácií a experimentálnych meraní. Výsledkom je návrh a realizácia meracieho systému vrátane vyhodnocovacej elektroniky. Funkčnosť systému bola overená pri meraniach z bezpilotného lietadla, pričom získané údaje boli spracované do podoby magnetických máp.

Klíčová slova:

Detekcia mín, míny, meranie magnetickej anomálie, simulácia magnetickej anomálie,
magnetometre, detekcia pomocou dronu, gradiometrické zapojenie

Termín obhajoby

16.06.2026

Výsledek obhajoby

obhájeno (práce byla úspěšně obhájena)

znamkaAznamka

Klasifikace

A

Průběh obhajoby

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.

Jazyk práce

slovenština

Fakulta

Ústav

Studijní program

Elektronika a komunikační technologie (BPC-EKT)

Složení komise

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)

Posudek vedoucího
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. Výsledný počet bodů navržený vedoucím: 100

Známka navržená vedoucím: A

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. Otázky k obhajobě:
  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?
Výsledný počet bodů navržený oponentem: 99

Známka navržená oponentem: A

Odpovědnost: Mgr. et Mgr. Hana Odstrčilová