بررسي و تحليل امكان آشكارسازي عوارض زيرسطحي از طريق رادار زمين نفوذ بر اساس شبيه‌سازي امواج الكترومغناطيسي

در اين تحقيق امكان‌سنجي رادار زمين نفوذ (GPR) براي آشكارسازي و تعيين موقعيت عوارض زيرسطحي در شرايط مختلف بر اساس داده­ هاي شبيه‌سازي‌شده مورد بررسي قرار گرفته است. به اين منظور، عملكرد امواج رادار در آشكارسازي اهداف با جنس‌هاي متفاوت، در شرايط محيطي با رسانايي الكتريكي مختلف بررسي شده است. معيار مورد بررسي عملكرد GPR در اين مطالعه قدرت تفكيك امواج در استفاده از امواج رادار با فركانس‌هاي مركزي مختلف است. نتايج شبيه‌سازي نشان مي‌دهد كه انتخاب فركانس مركزي در روش GPR تأثير بسيار زيادي بر اندازه ابعاد هدف در شناسايي با تصوير‌سازي قابل‌قبول را دارد و اهداف با اندازه تقريبي قطر كمتر از 3، 6، 12، 25 و 125 سانتيمتر در آنتن‌هاي رادار نفوذي زمين با فركانس‌هاي مركزي به ترتيب 2 گيگاهرتز، 1 گيگاهرتز، 500، 250 و 50 مگاهرتز قابليت مشخص شدن را نخواهند داشت. نتايج به‌دست‌آمده براي محيطي با سرعت 15/0 متر بر نانوثانيه (به‌عنوان‌مثال آبرفت با دانه بندي متوسط و يا ماسه خشك) صادق است. نتايج حاصل از شبيه‌سازي شرايط مختلف بر اساس مشخصه‌هاي K (گذردهي نسبي)، δ (رسانندگي هر لايه) و D (ضخامت لايه‌هاي خاك) نشان مي‌دهد كه رسانايي الكتريكي بيش‌ترين تأثير را نسبت به ديگر پارامترها در نتايج روش GPR را دارد و لايه ­هايي با رسانايي الكتريكي بيش از كمتر از 1/0 اهم-متر به‌شدت دامنه موج گسيل‌شده در اين روش را تضعيف مي‌كند و امكان نفوذ براي شناسايي هدف را با مشكل مواجه مي‌سازد.

In this study, the feasibility of using the Ground Penetrating Radar (GPR) method to detect and locate subsurface utilities in various conditions has been investigated. To do this end, the performance of radar waves in detecting different material types in environmental conditions with different electrical conductivity has been studied. The GPR's performance criterion in this study is the resolution of the reflected waves in using radar systems with different central frequencies. The results indicate that the central frequency has a great influence on the size of the target with proper imaging. Moreover, the simulation results show that for central frequencies of 50, 250, 500 MHz, 1 GHz and 2 GHz, targets with sizes 125, 25, 6 and 3 cm cannot be detected, respectively. Estimated results on resolution are related to the radar wave propagation velocity in the media severely. Also, the estimated resolution values are valid for a medium with a wave propagation velocity equal to 0.15 m/ns (For example, alluvium with moderate grains or dry sand). Simulation results on martial type based on relative electromagnetic permittivity (Ɛ), sub-layer conductivity (δ) and layers thickness (D), show that the electrical conductivity had a higher effect on the GPR results with respect to the other parameters and layers with an electrical conductivity of less than 0.1 ohm-meter strongly weaken the amplitude of the transmitted wave and made it difficult to identify the target.