Development of a Stepped Frequency Continuous Wave Radar for Detecting Reinforcing Bars of Concrete Structures

상업용 지표투과 레이더(ground penetrating radar, GPR)가 콘크리트 구조물의 내부 이미지를 얻기 위해 널리 사용되고 있다. 하지만 상업용 GPR 장비는 고정된 설계인자로 인해 특정 상황에 최적화된 탐사와 최신 기술 접목이 어려워 다양한 목적에 맞춤화 가능한 레이더 장비 개발이 필요하다. 이 연구에서는 콘크리트 구조물 내부를 탐사하기 위한 계단 주파수 연속파(stepped frequency continuous wave, SFCW) 레이더를 개발하기 위해 수치 시뮬레이션 및 실험 연구를 수행하였다. 먼저 SFCW 레이더의 설계인자가 구조물 내부 이미지 품질에 미치는 영향을 분석하기 위해 콘크리트 내 철근에 대한 SFCW 레이더 탐사를 수치적으로 시뮬레이션하였다. SFCW 레이더의 주요 설계인자인 주파수 대역, 안테나 간격, 합성 거리, 빔폭이 시뮬레이션 변수로 고려되었다. 시뮬레이션 결과로 B-scan 데이터를 획득하였으며, 이어서 B-scan 데이터에 대해 이미지 포커싱을 진행하였다. 포커싱 이미지로부터 철근 위치에서의 방위방향 및 거리방향 해상도를 측정하였으며, 이를 비교하여 주요 설계인자의 영향을 분석하였다. 이를 바탕으로 SFCW 레이더 시스템을 구성하고 장비 운용 전략을 수립하였다. 구성된 장비를 검증하기 위해 철근 콘크리트 시편에 대한 내부 탐사 실험을 수행하였다. 최종적으로 개발된 SFCW 레이더를 이용하여 콘크리트 구조물 내부를 적절히 탐사할 수 있음을 확인하였다.