بهبود مدل‌سازي پيشرو داده‌‌‌هاي رادار نفوذي به زمين (GPR) به روش عددي تفاضل متناهي

در تحقيق حاضر از بين روش‌‌‌‌هاي عددي گوناگون دردسترس، از روش تفاضل متناهي دوبُعدي، به علت سادگي درك مفاهيم، انعطاف‌پذيري، قابليت شبيه‌سازي و مدل‌سازي محيط ‌‌هاي پيچيده و قابل‌قبول بودن پاسخ ‌‌هاي آن در موارد به‌كار رفته، براي شبيه‌سازي رفتار حاكم بر انتشار امواج الكترومغناطيسي (EM) در روش رادار نفوذي به زمين (GPR)، از راه حل معادله‌هاي ماكسول و شرايط مرزي مناسب، استفاده شده است. روش تفاضل متناهي در حوزه زمان، علي‌رغم فايده‌هاي بسيار، داراي نقاط ضعفي نيز مي باشد ازجمله آنكه شبيه‌سازي مدل‌‌‌‌هاي گوناگون به‌ويژه در محيط‌‌‌هاي با گذردهي دي الكتريك زياد، حتي با رايانه‌هاي نوين پُرسرعت نيز بسيار زمان‌بر است. لذا در تحقيق حاضر، اين نقص نيز با اِعمال رويكردي جديد، بهبود يافت. هدف از مدل‌سازي پيشرو پاسخ GPR يك ساختار زيرسطحي شناخته شده، بررسي تاثير ويژگي‌‌‌‌هاي الكتريكي و درنتيجه سنگ شناختي يا آب شناختي آن ساختار روي پاسخ‌هاي GPR برداشت شده از آن است بنابراين مدل‌سازي ‌‌هاي عددي پاسخ GPR مدل‌‌‌‌هاي مصنوعي با هندسه مشخص، مي توانند در تعيين ارتباط بين ويژگي‌‌‌‌‌هاي زيرسطحي و داده ‌‌هاي GPR، مفيد واقع شوند. در اين تحقيق براي مدل‌سازي داده ‌‌هاي GPR از ثبت تپ (پالس) ‌‌هاي بازتاب يافته به سطح (كه فرستنده و گيرنده هر دو، روي سطح زمين قرار دارند) در مُد TM استفاده شده است؛ به‌طوري‌كه آنتن‌ها عمود بر صفحه برداشت (x-z) توجيه شده اند. به علت مدل‌سازي دوبُعدي، منبع و گيرنده به‌صورت اجزاي خطي هستند كه عمود بر صفحه برداشت تا بي نهايت گسترش مي يابند؛ با اين تفاسير مدل‌سازي دوبُعدي صورت گرفته، قادر به مدل‌سازي بسياري از ويژگي ‌‌هاي بازتاب‌‌هاي سامانه‌‌هاي GPR است. نظر به اينكه فرآيند مدل‌سازي وارون داده ‌‌هاي GPR، نيازمند يك هسته مدل‌سازي پيشرو پُرسرعت است و ازآنجايي كه پاسخ GPR اغلبِ هدف‌هاي مدفون در زير زمين در نگاشت ‌‌هاي راداري حاصله كه متشكل از تعداد زيادي تريس هستند، به‌صورت يك رخداد شبه هذلولي است، لذا در اين تحقيق با استفاده از جابه‌جايي زماني تريس‌ها در الگو‌‌هاي پاسخ GPR و تبديل فوريه آنها در حوزه بسامدي و سپس درون‌يابي يك_بعدي در فاصله بين هر دو تريس متوالي، قدرت تفكيك جانبي داده ها را در امتداد پيمايش نيم‌رُخ، افزايش مي‌دهد و درنتيجه پاسخ‌‌‌هاي با تفكيك پذيري بيشتر، حاصل مي‌شود. همچنين با بكارگيري چنين روشي زمان محاسباتي شبيه سازي‌ها، به‌طور قابل‌توجهي تا بيش از 5/12 برابر نسبت به حالت بهبود نيافته، كاهش مي يابد. به‌منظور راستي‌آزمايي الگوريتم بهبوديافته، پاسخ GPR شي ‌هاي مصنوعي نظير استوانه افقي منفرد، منشور مربعي دوبُعدي و نيز استوانه هاي افقي جفت، مدل‌سازي شد.