Сравнительный анализ спектральных характеристик сигналов подповерхностных РЛС для оценки дорожного покрытия

Автор(и)

  • Дмитрий Олегович Батраков Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, Україна https://orcid.org/0000-0002-6726-8162
  • Мария Станиславовна Антюфеева Харьковский национальный университет имени В. Н. Каразина, Україна https://orcid.org/0000-0002-6654-4794
  • Анжелика Г. Батракова Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет, Україна https://orcid.org/0000-0002-4067-4371

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347021050022

Ключові слова:

нерувнійний контроль, підповерхова РЛС

Анотація

В работе представлены результаты экспериментов по использованию сверхширокополосных РЛС подповерхностного зондирования (СШП РЛСПЗ) с трехантенными модулями для систем неразрушающего контроля. Использованные модули имеют различные значения центральных частот зондирующих СШП импульсов и различные конфигурации антенн. Цель проведенных экспериментов заключалась в отыскании наилучших значений параметров чувствительности. Другая задача состояла в оптимизации метода обработки сигналов, отраженных от плоскослоистых сред. Проведенный анализ полученных результатов показал пути улучшения качества неразрушающего контроля дорожного покрытия и других строительных структур при помощи СШП РЛСПЗ. Предлагаемый подход основан на ранее предложенном алгоритме поэтапного определения толщины слоев дорожного покрытия и использовании относительной диэлектрической проницаемости.

Посилання

H. Jol, Ed., Ground Penetrating Radar Theory and Applications. Amsterdam: Elsevier B.V., 2008, uri: https://www.elsevier.com/books/ground-penetrating-radar-theory-and-applications/jol/978-0-444-53348-7.

G. P. Pochanin, V. P. Ruban, P. V. Kholod, A. A. Shuba, A. G. Pochanin, A. A. Orlenko, “Enlarging of power budget of ultrawideband radar,” in 2013 6th International Conference on Recent Advances in Space Technologies (RAST), 2013, pp. 213–216, doi: https://doi.org/10.1109/RAST.2013.6581203.

D. O. Batrakov, N. P. Zhuck, “Solution of a general inverse scattering problem using the distorted Born approximation and iterative technique,” Inverse Probl., vol. 10, no. 1, pp. 39–54, 1994, doi: https://doi.org/10.1088/0266-5611/10/1/004.

T. Saarenketo, “Electrical properties of road materials and subgrade soils and the use of ground penetrating radar in traffic infrastructure surveys,” 2006. uri: http://jultika.oulu.fi/files/isbn9514282221.pdf.

S. Pengcheng, “Development of algorithms for asphalt pavement compaction monitoring utilizing ground penetrating radar,” Urbana, 2014. uri: https://core.ac.uk/download/pdf/29175239.pdf.

“Smart Pavement Monitoring System. Report No. FHWA-HRT-12-072,” 2013. uri: https://www.fhwa.dot.gov/publications/research/infrastructure/pavements/12072/12072.pdf.

G. P. Arnold, F. Sing, T. Saarenketo, T. Saarenpaa, “Pavement moisture measurement to indicate risk to pavement life,” NZ Transp. Agency Res., no. Report 611, 2017, uri: https://www.nzta.govt.nz/resources/research/reports/611/.

Z. Dong et al., “Rapid detection methods for asphalt pavement thicknesses and defects by a vehicle-mounted ground penetrating radar (GPR) system,” Sensors, vol. 16, no. 12, p. 2067, 2016, doi: https://doi.org/10.3390/s16122067.

J. Hu, P. K. R. Vennapusa, D. J. White, I. Beresnev, “Pavement thickness and stabilised foundation layer assessment using ground-coupled GPR,” Nondestruct. Test. Eval., vol. 31, no. 3, pp. 267–287, 2016, doi: https://doi.org/10.1080/10589759.2015.1111890.

L. Krysiński, J. Sudyka, “Typology of reflections in the assessment of the interlayer bonding condition of the bituminous pavement by the use of an impulse high-frequency ground-penetrating radar,” Nondestruct. Test. Eval., vol. 27, no. 3, pp. 219–227, 2012, doi: https://doi.org/10.1080/10589759.2012.674525.

J. Sudyka, L. Krysiński, “Evaluation of homogeneity of thickness of new asphalt layers using GPR,” IOP Conf. Ser. Mater. Sci. Eng., vol. 356, no. 1, p. 012025, 2018, doi: https://doi.org/10.1088/1757-899X/356/1/012025.

T. Xia, D. Huston, “High speed ground penetrating radar for road pavement and bridge structural inspection and maintenance,” 2016. uri: https://www.uvm.edu/sites/default/files/Transportation-Research-Center/Reports/2020 and more/2016_-_High_Speed_Ground_Penetrating_Radar_for_Road_Pavement_and_Bridge_Structural_Inspection_and_Maintenance.pdf?t=qk1rlm.

D. O. Batrakov, M. S. Antyufeyeva, A. V. Antyufeyev, A. G. Batrakova, “Remote sensing of plane-layered media with losses using UWB signals,” in 2017 XI International Conference on Antenna Theory and Techniques (ICATT), 2017, pp. 370–373, doi: https://doi.org/10.1109/ICATT.2017.7972666.

A. De Coster, A. Van der Wielen, C. Grégoire, S. Lambot, “Evaluation of pavement layer thicknesses using GPR: A comparison between full-wave inversion and the straight-ray method,” Constr. Build. Mater., vol. 168, pp. 91–104, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.02.100.

P. Eskelinen, T. Pellinen, “Comparison of different radar technologies and frequencies for road pavement evaluation,” Constr. Build. Mater., vol. 164, pp. 888–898, 2018, doi: https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2018.01.124.

D. O. Batrakov, M. S. Antyufeyeva, A. V. Antyufeyev, A. G. Batrakova, “UWB signal processing during thin layers thickness assessment,” in 2016 IEEE Radar Methods and Systems Workshop (RMSW), 2016, pp. 36–39, doi: https://doi.org/10.1109/RMSW.2016.7778545.

R. A. Tarefder, M. U. Ahmed, “Ground penetrating radar for measuring thickness of an unbound layer of a pavement,” in Advances in Intelligent Systems and Computing, vol. 598, 2018, pp. 160–167.

D. Batrakov, A. Batrakova, M. Antyufeyeva, “Combined GPR data analysis technique for diagnostics of structures with thin near-surface layers,” Diagnostyka, vol. 19, no. 3, pp. 11–20, 2018, doi: https://doi.org/10.29354/diag/91489.

D. O. Batrakov, M. S. Antyufeyeva, A. V. Antyufeyev, A. G. Batrakova, “Inverse problems and UWB signals in biomedical engineering and remote sensing,” in 2016 8th International Conference on Ultrawideband and Ultrashort Impulse Signals (UWBUSIS), 2016, pp. 148–151, doi: https://doi.org/10.1109/UWBUSIS.2016.7724174.

D. O. Batrakov, M. S. Antyufeyeva, A. V. Antyufeyev, A. G. Batrakova, “GPR data processing for evaluation of the subsurface cracks in road pavements,” in 2017 9th International Workshop on Advanced Ground Penetrating Radar (IWAGPR), 2017, pp. 1–6, doi: https://doi.org/10.1109/IWAGPR.2017.7996072.

D. O. Batrakov, M. S. Antyufeyeva, A. G. Batrakova, V. V. Troyanovsky, M. O. Pilicheva, “UWB signal processing for the road pavements assessment,” in 2019 IEEE 2nd Ukraine Conference on Electrical and Computer Engineering (UKRCON), 2019, pp. 192–195, doi: https://doi.org/10.1109/UKRCON.2019.8879866.

T. Uno, S. Adachi, “Inverse scattering method for one-dimensional inhomogeneous layered media,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 35, no. 12, pp. 1456–1466, 1987, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.1987.1144033.

A. G. Tijhuis, C. van der Worm, “Iterative approach to the frequency-domain solution of the inverse-scattering problem for an inhomogeneous lossless dielectric slab,” IEEE Trans. Antennas Propag., vol. 32, no. 7, pp. 711–716, 1984, doi: https://doi.org/10.1109/TAP.1984.1143410.

D. O. Batrakov, “Quality and efficiency of data analysis in multifrequency radio-wave testing of laminated dielectrics,” Russ. J. Nondestruct. Test., vol. 34, no. 8, pp. 612–618, 1998.

T. M. Habashy, W. C. Chew, E. Y. Chow, “Simultaneous reconstruction of permittivity and conductivity profiles in a radially inhomogeneous slab,” Radio Sci., vol. 21, no. 4, pp. 635–645, 1986, doi: https://doi.org/10.1029/RS021i004p00635.

S. He, “Frequency and time domain Green function technique for nonuniform LCRG transmission lines with frequency-dependent parameters,” J. Electromagn. Waves Appl., vol. 7, no. 1, pp. 31–48, 1993, doi: https://doi.org/10.1163/156939393X01065.

D. O. Batrakov, N. P. Zhuk, “Method for testing of layer-non-homogeneous dielectrics using numerical solution of reverse problem dialing with dissipation in polarization parameters domain,” Defektoskopiya, no. 2, pp. 82–87, 1994.

S. Zhao, P. Shangguan, I. L. Al-Qadi, “Application of regularized deconvolution technique for predicting pavement thin layer thicknesses from ground penetrating radar data,” NDT E Int., vol. 73, pp. 1–7, 2015, doi: https://doi.org/10.1016/j.ndteint.2015.03.001.

L. Y. Astanin, A. A. Kostylev, Ultrawideband Radar Measurements: Analysis and Processing. The Institution of Engineering and Technology, Michael Faraday House, Six Hills Way, Stevenage SG1 2AY, UK: IET, 1997, doi: https://doi.org/10.1049/PBRA007E.

L. Y. Astanin, M. V. Kipke, V. V. Kostyleva, “The structural features of ultrawideband signals,” in 2008 4th International Conference on Ultrawideband and Ultrashort Impulse Signals, 2008, pp. 180–182, doi: https://doi.org/10.1109/UWBUS.2008.4669402.

D. Batrakov, A. Batrakova, S. Urdzik, R. Danielyan, “Nondestructive diagnostics and detection of subsurface cracks in non-rigid pavements with GPR,” Diagnostyka, vol. 22, no. 2, pp. 85–95, 2021, doi: https://doi.org/10.29354/diag/137915.

Георадар ТРФ-3

##submission.downloads##

Опубліковано

2021-05-29 — Оновлено 2021-05-29

Як цитувати

Батраков, Д. О., Антюфеева, М. С., & Батракова, А. Г. (2021). Сравнительный анализ спектральных характеристик сигналов подповерхностных РЛС для оценки дорожного покрытия. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 64(5), 275–285. https://doi.org/10.20535/S0021347021050022

Номер

Том 64 № 5 (2021)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2021 Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.