شبیه‌سازی و بررسی انتشار امواج الکترومغناطیسی رادارهای TTW در دیوارهای با جنس آجر و بتن برای کاربردهای تصویربرداری‌ صنعتی

ملک پور, حسین

doi:10.61882/jii.4.1.21

شبیه‌سازی و بررسی انتشار امواج الکترومغناطیسی رادارهای TTW در دیوارهای با جنس آجر و بتن برای کاربردهای تصویربرداری‌ صنعتی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسنده

حسین ملک پور

گروه مهندسی برق، دانشکده فنی و مهندسی، دانشگاه اراک، اراک، ایران.

10.61882/jii.4.1.21

چکیده

در این مقاله رادارهای موج پیوسته فراپهن‌باند در سوییپ فرکانسی 5/0 تا 8 گیگاهرتز ارائه شده است که این رادارها اجسام متحرک و ثابت پشت دیوارها را جست‌وجو می‌کند. هم‌زمان با انتشار امواج الکترومغناطیسی از یک محیط همگن به محیطی دیگر، یک تغییر امپدانس موج در مرز محیط ایجاد می‌شود. عدم تطبیق امپدانس به‌طورکلی منجر به بازتاب، جذب و انتقال امواج الکترومغناطیسی می‌شود. بنابراین لازم است که میزان ضریب بازتاب و ضریب انتقال مواد مختلف موردبررسی قرار گیرد تا رفتار آن‌ها نسبت به امواج الکترومغناطیسی درک شود. مزایای اصلی فراپهن‌باند برای ردیابی و تصویربرداری رادار برد کوتاه، شامل وضوح بسیار مناسب، بازده قدرت بالا، تداخل کم و توانایی تشخیص اهداف متحرک یا ثابت در محیط‌های مختلف صنعتی است. رادارهای Through-The-Wall (TTW) در سال‌های اخیر به‌عنوان یکی از روش‌های نوین تصویربرداری صنعتی و غیرمخرب مطرح شده‌اند. عملکرد این رادارها مبتنی بر انتشار و دریافت امواج الکترومغناطیسی از میان موانع فیزیکی مانند دیوارهای آجری و بتنی است.

کلیدواژه‌ها

رادارهای موج پیوسته

فراپهن باند

تصویربردای

عنوان مقاله English

Simulation and Investigation of Electromagnetic Wave Propagation of TTW Radars in Brick and Concrete Walls for Industrial Imaging Applications

نویسنده English

Hossein Malekpoor

Department of Electrical Engineering, Faculty of Engineering, Arak University, Arak, 38156-8-8349, Iran.

چکیده English

This paper presents ultra-wideband continuous wave radars in the frequency sweep of 0.5 to 8 GHz, which search for moving and stationary objects behind walls. As electromagnetic waves propagate from one homogeneous medium to another create a change in the wave impedance at the boundary of the medium. Impedance mismatch generally leads to reflection, absorption, and transmission of electromagnetic waves. Therefore, it is necessary to investigate the reflection coefficient and transmission coefficient of different materials to understand their behavior towards electromagnetic waves. The main advantages of ultra-wideband for short-range radar tracking and imaging include very good resolution, high power efficiency, low interference, and the ability to detect moving or stationary targets in various industrial environments. Through-The-Wall (TTW) radars have emerged in recent years as a new method of industrial and non-destructive imaging. The operation of these radars is based on the emission and reception of electromagnetic waves through physical obstacles such as brick and concrete walls.

کلیدواژه‌ها English

Continuous wave radars

ultra-wideband

imaging

[1] Acar YE, Saritas I, Yaldiz E. An S-band zero-IF SFCW throughthe-wall radar for range, respiration rate, and DOA estimation. Measurement. 2021; 186:110221. https:// doi. org/ 10. 1016/j. 110221
[2] Aftanas M, Zaikov E, Drutarovsky M, Sachs J. Through wall imaging of the objects scanned by M-sequence UWB radar system. In: 2008 18th International Conference Radioelektronika. Prague: IEEE; 2008. p. 1-4.
[3] Ahmad F, Bin Abbas W, Khalid S, et al. Performance enhancement of mmWave MIMO systems using machine learning. IEEE Access. 2022;10:73068-73078.
[4] Ali F, Vossiek M. Detection of weak moving targets based on 2-D range-Doppler FMCW radar Fourier processing. In: German Microwave Conference Digest of Papers. 2010. p. 214-217.
[5] Alotaibi M. PAPR reduction scheme using OFDM multicarrier signals smart constellation in wireless sensor networks. Umm Al-Qura Univ J Eng Archit. 2019;9:31-43.
[6] Alotaibi M. Multi-criteria decision making to detect multiple moving targets in radar using digital codes. Sensors. 2022;22:3176.
[7] Alotaibi M, Murad M, Alhuthali SAH, et al. MIMO radio frequency identification: a brief survey. Sensors. 2022;22:4115.
[8] Asensio-López A, Blanco-del-Campo A, Gismero-Menoyo J, et al. High range-resolution radar scheme for imaging with tunable distance limits. Electron Lett. 2004;40:1085-1086.
[9] Cheraghinia M, Shahid A, Luchie S, Gordebeke GJ, Caytan O, Fontaine J. A comprehensive overview on UWB radar: Applications, standards, signal processing techniques, datasets, radio chips, trends and future research directions. IEEE Commun Surv Tutor. 2025;27:2283-2324.
[10] Cooper KB, Dengler RJ, Chattopadhyay G, et al. A high-resolution imaging radar at 580 GHz. IEEE Microw Wirel Compon Lett. 2008;18:64-66.
[11] Duarte CC, Dorta Naranjo BP, Lopez AA, Del Campo AB. CWLFM radar for ship detection and identification. IEEE Aerosp Electron Syst Mag. 2007;22:22-26.
[12] Eid AM, Nahhas AM. System simulation of RF front-end transceiver for frequency modulated continuous wave radar. Int J Comput Appl. 2013;75:16-23.
[13] Gabriel S, Lau RW, Gabriel C. The dielectric properties of biological tissues: III. Parametric models for the [2] dielectric spectrum of tissues. Phys Med Biol. 1996;41:2271-2293.
[14] Ghavami M, Michael L, Kohno R. Ultra wideband signals and systems in communication engineering. John Wiley & Sons; 2007.
[15] Hu Z, Zeng Z, Wang K, et al. Design and analysis of a UWB MIMO radar system with miniaturized Vivaldi antenna for through-wall imaging. Remote Sens. 2019;11:1867.
[16] Huang Y, Brennan PV, Patrick D, et al. FMCW based MIMO imaging radar for maritime navigation. PIER. 2011;115:327-342.
[17] Hussein K, Zekry A, Abouelatta M, et al. Low-cost L-band FMCW radar for motion detection behind multiple walls. In: International Conference on Computing, Control and Industrial Engineering. Springer; 2022. p. 694-702.
[18] Jahagirdar DR. A high dynamic range miniature DDS-based FMCW radar. In: 2012 IEEE Radar Conference. IEEE; 2012. p. 0870-0873.
[19] Le M, Le D-K, Lee J. Multivariate singular spectral analysis for heartbeat extraction in remote sensing of UWB impulse radar. Sens Actuators, A. 2020;306:111968.
[20] Leuschen C, Kanagaratnam P, Yoshikawa K, et al. Field experiments of a surface-penetrating radar for Mars. In: IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium. IEEE; 2002. p. 3579-3581.
[21] Maaref N, Millot P. Array-based UWB FMCW through-the-wall radar. In: Proceedings of the 2012 IEEE International Symposium on Antennas and Propagation. IEEE; 2012. p. 1-2.
[22] Maaref N, Millot P, Pichot C, Picon O. A study of UWB FM-CW radar for the detection of human beings in motion inside a building. IEEE Trans Geosci Remote Sens. 2009;47:1297-1300.
[23] Moll J, Simon J, Malzer M, et al. Radar imaging system for in-service wind turbine blades inspections: Initial results from a field installation at a 2 MW wind turbine. Prog Electromagn Res. 2018;162:51-60.
[24] Muqaibel A, Safaai-Jazi A, Bayram A, et al. Ultrawideband through-the-wall propagation. IEE Proc-Microwaves, Antennas Propag. 2005;152:581-588.
[25] Nekrasov A, Hoogeboom P. A Ka-band backscatter model function and an algorithm for measurement of the wind vector over the sea surface. IEEE Geosci Remote Sens Lett. 2005;2:23-27.
[26] Park S-G, Kim Y-H. Designing of a low resolution FMCW radar for small target detection under ground clutter. In: 2011 3rd International Asia-Pacific Conference on Synthetic Aperture Radar (APSAR). 2011. p. 1-4.
[27] Schellenberg J, Chedester R, McCoy J. Multi-channel receiver for an E-band FMCW imaging radar. In: 2007 IEEE/MTT-S International Microwave Symposium. IEEE; 2007. p. 1359-1362.
[28] Sheen DM, McMakin DL, Hall TE. Three-dimensional millimeter-wave imaging for concealed weapon detection. IEEE Trans Microw Theory Tech. 2001;49:1581-1592.
[29] Steinhauer M, Ruoss H-O, Irion H, Menzel W. Millimeter-wave-radar sensor based on a transceiver array for automotive applications. IEEE Trans Antennas Propag. 2008.
[30] Yousaf J, Yakoub S, Karkanawi S, Hassan T, Almajali E, Zia H. Through-the-wall human activity recognition using radar technologies: A review. IEEE Open J Antennas Propag. 2024;5:1815-1837.