بهبود مدل سازی پیشرو داده های رادار نفوذی به زمین (GPR) به روش عددی تفاضل متناهی

در تحقیق حاضر از بین روش های عددی گوناگون دردسترس، از روش تفاضل متناهی دوبعدی، به علت سادگی درک مفاهیم، انعطاف پذیری، قابلیت شبیه سازی و مدل سازی محیط های پیچیده و قابل قبول بودن پاسخ های آن در موارد به کار رفته، برای شبیه سازی رفتار حاکم بر انتشار امواج الکترومغناطیسی (EM) در روش رادار نفوذی به زمین (GPR)، از راه حل معادله های ماکسول و شرایط مرزی مناسب، استفاده شده است. روش تفاضل متناهی در حوزه زمان، علی رغم فایده های بسیار، دارای نقاط ضعفی نیز می باشد ازجمله آنکه شبیه سازی مدل های گوناگون به ویژه در محیط های با گذردهی دی الکتریک زیاد، حتی با رایانه های نوین پرسرعت نیز بسیار زمان بر است. لذا در تحقیق حاضر، این نقص نیز با اعمال رویکردی جدید، بهبود یافت.
هدف از مدل سازی پیشرو پاسخ GPRیک ساختار زیرسطحی شناخته شده، بررسی تاثیر ویژگی های الکتریکی و درنتیجه سنگ شناختی یا آب شناختی آن ساختار روی پاسخ های GPRبرداشت شده از آن است بنابراین مدل سازی های عددی پاسخ GPRمدل های مصنوعی با هندسه مشخص، می توانند در تعیین ارتباط بین ویژگی های زیرسطحی و داده های GPR، مفید واقع شوند. در این تحقیق برای مدل سازی داده های GPRاز ثبت تپ (پالس) های بازتاب یافته به سطح (که فرستنده و گیرنده هر دو، روی سطح زمین قرار دارند) در مد TMاستفاده شده است؛ به طوری که آنتن ها عمود بر صفحه برداشت (x-z) توجیه شده اند. به علت مدل سازی دوبعدی، منبع و گیرنده به صورت اجزای خطی هستند که عمود بر صفحه برداشت تا بی نهایت گسترش می یابند؛ با این تفاسیر مدل سازی دوبعدی صورت گرفته، قادر به مدل سازی بسیاری از ویژگی های بازتاب های سامانه های GPRاست. نظر به اینکه فرآیند مدل سازی وارون داده های GPR، نیازمند یک هسته مدل سازی پیشرو پرسرعت است و ازآنجایی که پاسخ GPRاغلب هدف های مدفون در زیر زمین در نگاشت های راداری حاصله که متشکل از تعداد زیادی تریس هستند، به صورت یک رخداد شبه هذلولی است، لذا در این تحقیق با استفاده از جابه جایی زمانی تریس ها در الگو های پاسخ GPRو تبدیل فوریه آنها در حوزه بسامدی و سپس درون یابی یک_بعدی در فاصله بین هر دو تریس متوالی، قدرت تفکیک جانبی داده ها را در امتداد پیمایش نیم رخ، افزایش می دهد و درنتیجه پاسخ های با تفکیک پذیری بیشتر، حاصل می شود. همچنین با بکارگیری چنین روشی زمان محاسباتی شبیه سازی ها، به طور قابل توجهی تا بیش از 5/12 برابر نسبت به حالتبهبود نیافته، کاهش می یابد. به منظور راستی آزمایی الگوریتم بهبودیافته، پاسخ GPRشیء های مصنوعی نظیر استوانه افقی منفرد، منشور مربعی دوبعدی و نیز استوانه های افقی جفت، مدل سازی شد.