On the one algorithm for reconstructing the structure of plane-layered media for technical and biomedical applications
Abstract
In this paper we consider a method for solving the problem of measuring the thickness of layers of planar inhomogeneous media with allowance for losses (damping). The attenuation can be caused both by the presence of conductivity in the materials of the layers, and by the registration of the receiving antennas only of the part of the field that is scattered by the internal boundaries. In the solution, we used models of a medium with conductivity and a numerical algorithm based on a layer-by-layer determination of the thickness and complex dielectric permittivity of the layers. Ultra-wideband radar pulses were used for sensing. The main idea underlying the data processing is the initial calibration of the GPR. This operation involves determining the amplitude and phase of a wave reflected from a sheet of metal placed on the outer surface of the medium under study. Further, the algorithm in the semi-automatic mode determines the thickness and dielectric constant of the inner layers of the medium.
Downloads
References
Ground penetrating radar, theory and applications / [Jol Harry M. (Editor)]. – Amsterdam : Elsevier B.V.,
– 508 р.
Saarenketo T. Road evaluation with ground penetrating radar / T. Saarenketo, T. Scullion // Journal of
Applied Geophysics. – 2000. – Vol. 43. – P. 119–138.
Владов М.Л. Введение в георадиолокацию : учеб. пособие [для студ. висш. уч. завед.] / Владов М.Л.,
Старовойтов А.В. – М. : МГУ, 2004. – 153 с.
Батракова А.Г. Оценка состояния дорожных одежд с привлечением георадарных технологий :
монографія / А.Г. Батракова. – Х. : ХНАДУ, 2013 – 152 с.
Батраков Д.О. Определение толщин слоев дорожной одежды методом георадиолокационного
зондирования / Д.О. Батраков, А.Г. Батракова, Д.В. Головин, О.В. Кравченко, Г.П. Почанин //
Физические Основы Приборостроения, 2014, Том 3, №2, с. 46-57.
Вопросы подповерхностной радиолокации : коллективная монография / [под ред. А.Ю. Гринева]. –
М. : Радиотехника, 2005. – 416 с.
Батраков Д.О. Обработка импульсных сигналов при толщинометрии биологических тканей и
неразрушающем контроле / Д.О. Батраков // Вісник Харківського національного університету імені
В.Н.Каразіна. – Х. : ХНУ, 2016. – вип. 25. – С. 48-52. – (Серія: «Радіофізика та електроніка»)
Hsieh CH. A UWB Radar Signal Processing Platform for Real-Time Human Respiratory Feature Extraction
Based on Four-Segment Linear Waveform Model. / CH Hsieh, YF Chiu, YH Shen, TS Chu,YH Huang //
IEEE Trans Biomed Circuits Syst. 2016 Feb;10(1):219-30. doi: 10.1109/TBCAS.2014.2376956. Epub 2015
Feb 3. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/25667357
Baboli M. A new algorithm for detection of heart and respiration rate with UWB signals. / M Baboli O.
Boric-Lubecke, V Lubecke // Conf Proc IEEE Eng Med Biol Soc. 2012;2012:3947-50. doi:
1109/EMBC.2012.6346830. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4900818/
Батраков Д. О. Обратная задача для слоисто-неоднородного кругового цилиндра в частотной области.
// Вісник Харківського національного університету імені В.Н.Каразіна. – Х. : ХНУ, 2017. – вип. 26. –
С. 3-9. – (Серія: «Радіофізика та електроніка»).
Cao Y. Pavement Evaluation using Ground Penetrating Radar : Final Report, March, 2008 / Y. Cao, B.B.
Guzina, J.F. Labuz. – Minnesota : Department of Civil Engineering, University of Minnesota. – 2010. –
р.
Pochanin, G. P.; Masalov, S. A.; Ruban, V. P.; Kholod, P. V.; Batrakov, D. O.; Batrakova, A. G.; Urdzik, S.
N.; Pochanin, O. G., Advances in Short Range Distance and Permittivity Ground Penetrating Radar
Measurements for Road Surface Surveying, in: Advanced Ultrawideband Radar: Signals, Targets and
Applications. CRC Press - Taylor & Francis Group, London, 2016. 20-65. ISBN 9781466586574 - CAT#
K20299
Uno T. Inverse scattering method for one-dimensional inhomogeneous layered media / T. Uno and S.
Adachi // IEEE Trans. Antennas Propagat.-Dec. 1987.-Vol. AP-35, N 12, P.1456-1466.
Батраков Д.О. Итерационное решение обратной задачи зондирования неоднородных сред в области
значений поляризационных параметров. / Д.О. Батраков, Н.П. Жук// Радиотехника и электроника. -
Москва. – 1993. - Т.38, №6. - С.1106-1114.
Zhuck N.P. Inverse scattering problem in the polarization parameters domain for isotpopic layered media:
solution via Newton-Kantorovich iterative technique / N.P Zhuck and D. O. Batrakov // Journal of
Electromagnetic Waves and Applications, 1994, Vol. 8, No. 6, PP.759-779.
Batrakov D.O., Zhuck N.P. Solution of a General Inverse Scattering Problem Using the Distorted Born
Approximation and Iterative Technique. Inverse Problems. - Feb., 1994. - vol.10, № 1. - Р.39-54.
Батраков Д.О. Будко Н.В., Жук Н.П. Интерпретация данных зондирования слоистых структур на
основе решения обратной задачи рассеяния электромагнитных волн. Журнал технической физики. –
- Т.64, № 1. - С. 152-161.
Батраков Д.О. Качество и эффективность обработки информации при радиоволновом контроле
слоистонеоднородных диэлектриков многочастотным методом. Дефектоскопия РАН. – 1998. - N8. -
С.68-76.
Батраков Д.О., Тарасов М.М. Алгоритм решения обратных задач рассеяния на основе принципа
максимума Понтрягина. Радиотехника и электроника РАН. – 1999. – Т.44, №2. - С.137-142.
Батраков Д.О. Использование прямых методов теории оптимизации при радиоволновом контроле
неоднородных диэлектриков. / Д.О. Батраков, М.М. Тарасов// Дефектоскопия РАН. – 1997. - №11. –
С.83-89.
Борн М. Основы оптики / М. Борн, Э. Вольф. // М. : Наука. – 1973. – 720 с.
Финкельштейн М.И. Радиолокация слоистых земных покровов / М.И. Финкельштейн, В.Л.
Мендельсон, В.А. Кутев ; [под ред. М.И. Финкельштейна]. – М. : Советское Радио. – 1977. – 176 с.
М 02071168-725:2013. Методика комплексного моніторингу автомобільних доріг методами
підповерхневого зондування. Дата прийняття 01.01. 2013. Розробник Харківський національний
автомобільно дорожній університет.
Рекомендації щодо визначення товщини конструктивних шарів існуючого дорожнього одягу : Р В.
3-218-02071168-781:2011 – [Чинний від 2001-12-12]. – К. : Державна служба автомобільних доріг
України (Укравтодор), 2011. – 58 с. – (Рекомендації).
